数字媒体处理技术综述及学习心得new

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1、数字媒体处理技术综述及学习心得1、引言随着Internet与数字媒体技术的飞速发展，信息安全问题日益突出，主要表现在数字媒体被非法复制、篡改、传播与攻击等。因此，数字媒体的版权保护与信息完整性保证已逐渐成为人们迫切需要解决的一个重要问题，数字水印技术就是在这种需求下迅速发展起来的。数字水印是一类信息隐藏技术，其基本思想是通过一定的算法将一些标志性信息嵌入到公开信息中，以达到隐匿信息的目的。其在知识产权保护、保密通信与内容鉴别等领域都具有广泛的应用价值。数字水印技术最初由VanSchyndel等人在1994年的ICIP会议上提出，他们针对灰度图像提

2、出了两种向图像最低有效位嵌入水印的算法。1996年在英国剑桥召开了信息隐藏领域的第一次学术研讨会，标志着信息隐藏作为一个新学科的诞生。十多年来，数字水印技术得到了长足的发展，在水印的嵌入和检测方面，都取得了较多的成果。目前，国际上剑桥大学、IBM研究中心、NEC美国研究所、麻省理工学院等都对数字水印进行了深入的研究。国内在数字水印方面的研究起步稍晚，但发展迅速。1999年12月召开了第一届全国信息隐藏学术会议。2000年1月，由国家863计划智能计算机专家组织展开了“数字水印技术学术研讨会”，体现了我国对这一领域研究的高度重视。目前，国内清华大学

3、、北京大学、北京邮电大学、中科院自动化所、浙江大学、国防科技大学等都在该领域取得了不菲的成果。2、数字水印的研究现状2.1文本水印文本水印就是将代表著作人身份的信息（水印）嵌入到电子出版物中，在产生版权纠纷时来验证版权的归属。其主要分为三大类：基于文档结构的水印方法、基于自然语言处理技术的水印方法、基于传统图像的水印方法。基于文档结构的各种水印方法都只是提留在文本的表层，无法抵抗对于文本结构和格式的攻击，简单的重新录入攻击就能使之失效，因此这些水印方法普遍存在鲁棒性差的缺点。自然语言文本水印方法相对提高了抗攻击的能力，但普遍存在容量不足的问题。基

4、于传统图像的文本水印普遍存在鲁棒性不高、操作复杂的缺点。2.2图像水印根据水印的实现过程，图像水印算法可分为空域算法和变换域算法。空域算法是通过直接改变原始图像的像素值来嵌入水印，通常具有较快的速度，但鲁棒性差，且水印容量也会受到限制；变换域算法是通过改变某些变换系数来嵌入水印，通常具有很好的鲁棒性和不可见性。其实现一般是基于图像变换，如DCT、DFT、DWT等。重点介绍一下变换域算法。2.2.1离散傅里叶变换（DFT）该方法是利用图像的DFT来嵌入信息。通信理论中调相信号的抗干扰能力比调幅信号的抗干扰能力强，同样在图像中利用相位信息嵌入的水印也

5、比用幅值信息嵌入的水印更稳健。实验表明该方法的抗压缩能力比较弱。2.2.2离散余弦变换（DCT）DCT能把空间域的图像转换到变换域上进行研究，从而能很容易了解到图像的各空间频域成分，进行相应处理。基于DCT的水印方法与基于DFT的水印方法相比有较好的鲁棒性，但是无法做到对图像信号内容的自适应，因此往往会造成对图像特征的明显损害，不可感知性不是最佳。2.2.3离散小波变换（DWT）DWT是一种时间-频率信号的多分辨率分析方法，在时频两域都具有表征信号局部特征的能力。实验表明，与DFT、DCT变换相比较，基于DWT的水印算法的鲁棒性最优，且与JPEG

6、2000，MPEG4压缩标准兼容，利用DWT产生的水印具有良好的视觉效果和抵抗多种攻击的能力，且不可感知性最好。2.3音频水印音频水印利用音频文件的冗余信息和人耳听觉系统的特点来嵌入水印，其可以保护声音数字产品不被随意复制和篡改，如CD唱片，广播电台的节目内容等。有学者提出了音频水印的三种基本方法：扩频嵌入方法、回声隐藏方法和相位编码方法。2.4视频水印视频水印是通过对视频载体的时间和空间冗余来嵌入水印，其既不影响视频质量，又能达到保护节目制作者的合法权益和控制数字产品的复制。视频水印从算法要求上同图像水印有许多相似之处，但视频水印也有一些独特之

7、处，如能够在压缩和未压缩的格式下实时完成水印的检测，对MPEG压缩、串谋攻击、A/D和D/A转换等都有较好的稳健性。3、数字水印算法从水印嵌入方式的角度来看，数字水印算法主要分为两大类：空间域水印算法和变换域水印算法。3.1基于空间域的水印算法空间域的水印算法将水印信息直接嵌入在图像的灰度值中，该算法大都是基于最不显著位LSB（LeastSignificantBit）方法。这种水印算法的特点是对水印的嵌入和提取简单、快速，嵌入的水印信息量大，但由于它位于图像的LSB上，稳健性较差，容易受到有损压缩、量比、有噪信道传输的影响。比较典型的空间域算法包

8、括Schyndel算法和Patchwork算法等。Schyndel算法把一个密钥输入一个m序列发生器来产生水印信号，然后将该序列重新排列