数字水印技术的研究现状与展望

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1、万方数据数字水印技术的研究现状与展望王红旗(四川理工学院，四川自贡643000)【摘要】数字水印技术是当前多媒体信息安全领域的研究热点之一。从有关数字水印的基本原理出发，分析了数字水印的不同应用领域，并从图像水印、音频水印，视频水印的角度讨论了数字水印技术的研究现状，最后对敷字水印的研究方向进行了展望。【关键词l数字水印；算法；版权保护；信息隐藏引言随着因特网的日益普及，多媒体信息交流达到了前所未有的深度和广度，图像、音频、视频等形式的多媒体数字作品纷纷在网络上发布，但作品侵权随之也更加容易，篡改也更加方便。由十对数字信息的复制非常容易，而且所得复制品和原件几乎完全相同，因此有恶意的个人

2、或团体有可能在没有得到作品所有存许可的情况下复制、修改、传播乍r版权的内容，甚虿非法用作商业用途，严重侵犯了作者及版权所有者的利益。因而数字产品的版权保护和信息完整性逐渐成为迫切需要解决的‘个苇要问题。为J，自．效地解决信息安全和版权保护等问题，近年来⋯现r加解密、数字签名、数字指纹、数字水印等多种技术。其中，数字水印作为信息隐藏技术研究领域的重要分支，是实现多媒体版权保护与信息完整性保证的有效方法，目前也正成为信息领域的一个研究热点，在国内外引起了人们的J“泛苇视⋯。1．数字水印的概念和基本原理1．1数字水印的概念数字水印(DigitalWatermark)技术是用信口．处理的方法在数

3、字化的多媒体数据中嵌人隐蔽的标记，但不会影响原内容的价值和使用，它不能被人的知觉系统觉察或注意到，只有通过专用的检测器或阅读器／j。能提取。其中的水印信息町以足作者的序列号、公司标志、有特殊意义的文本等，可用来识别文件、图像或音乐制品的来源、版本、原作者、拥有者、发行人、合法使用人对数字产品的拥有权。与加密技术不同，数字水印技术并不能阻止盗版活动的发生，但它可以判别对象足甭受到保护，监视被保护数据的传播、真伪鉴别和非法拷贝、解决版权纠纷并为法庭提供证据。1．2数字水印技术的基本原理一般数字水印的通用模型包括嵌入和检测两个阶段。数字水印的生成阶段，嵌入算法的嵌入方案的目标是使数字水印在不可

4、见性和鲁棒性之间找到一个较好的折中。检测阶段主要是设计一个相虑于嵌入过程的检测算法。检测的结果或是原水印(如字符串或图标等)，或是基r统计原理的检验结果以判断水印存在‘j否。检测方案的目标足使错判Lj漏判的概率尽量小。为了给攻击者增加去除水印的不町预测的难度，目前大多数水印制作方案都采用密码学中的加密体系来加强，在水印的嵌入，提取时采用·种密钥，甚至几种密钥的联合使用Ⅲ。水印的嵌入和检测方法如图1、图2所示：圈1水印嵌入模型待墨垂璁≯待测致攉：：：：爿l1．1I／o圈2水印检测模型2．数字水印的研究现状分析关于水印嵌入和提取技术，纵观近几年来的相关文献，从整体框架构思到具体实现细节，可以

5、说足西花齐放，数字水印技术的研究取得了很大的进步，出现了很多水印算法。从技术实现的角度来看，可以把水印算法分为：空

6、．日J域算法、变换域算法、压缩域算法和NEC算法、生理模型算法、神经网络水印算法等瞄-。本文按多媒体的分类，从图像水印、音频水印、视频水印三方面对水印算法的研究现状进行分析。2．1图像水印根据水印实现的过程，图像水印算法可分为两类：空间域的方法和变换域的方法。前者通过直接改变原始图像的像素值来嵌入水印，其中最典型的是最低有效位方法(LSB，leastSignificantbit)，Schyndel等将m序列嵌入原始图像的每个像素值的最低有效位巾，选择m序列的原因是它有较好的

7、自相关性，这有助于水印的检测。算法的缺点是抗JPEG压缩的稳健性不强。wolfgang将此算法做了改进，把m序列扩展成二维，并应用互相关函数改进了检测过程，从而提高了稳健性。LSB方法的优点足计算最小，有较大的信息隐藏量，但采用此方法实现的水印足脆弱的，无法经受·些通常的信号处理操作。另一种技术称为Patchwork算法，它足一种基于统计的方法。其将原始图像分为A，B两个子集，对两个子集中的像素值分别增加和减少一个相同的调整量，在水印的检测过程巾通过比较两个子集的均值即可判断水印的有无，该算法在检测过程中不使用原始图像，同时隐蔽性较好，对JPEG有损压缩，滤波等操作具有较好的抵抗能力，但

8、这一类方法仪适用于有大量任意纹理的图像。Luz和PANJ提出摹于矢量量化的水印算法，其主要是利用码书分组并J

9、3码字的标号来隐藏水印信息，这一种较为新颖的思想。另一类水印算法是在变换域中实现，某些变换系数被改变嵌入水印。这类技术一般是基于常用的局部或全局的图像变换，如离散余弦变换(DcT)、离散小波变换(DWT)、傅氏变换(FFT)、哈达弓变换、分形变换、奇异值分解等。由于静止图像压缩标准JPEG和视频编码标准MPEG，ITUH．2