ok 第2章 数字水印技术概述课件.ppt

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1、第2章数字水印技术概述2.1研究背景2.2数字水印基本框架2.3数字水印的分类及特性2.4数字水印的主要应用领域2.5数字水印技术研究的历史2.6小结2.1研究背景1.数字作品的知识产权保护数字作品(如电脑美术、扫描图像、数字音乐、视频、三维动画)的版权保护是当前的热点问题，而对数字作品的版权保护可能是水印最主要的应用。由于数字作品的拷贝、修改非常容易，而且可以做到与原作完全相同，所以原创者不得不采用一些严重损害作品质量的办法来加上版权标志，而这种明显可见的标志很容易被篡改。2.商务交易中的票据

2、防伪随着高质量图像输入/输出设备的发展，特别是精度超过1200dpi的彩色喷墨、激光打印机和高精度彩色复印机的出现，使得货币、支票以及其他票据的伪造变得更加容易。据美国官方报道，仅在1997年截获的价值4000万美元的假钞中，用高精度彩色打印机制造的小面额假钞就占19％，这个数字是1995年的9.05倍。3.声像数据的隐藏标识和篡改提示数据的标识信息往往比数据本身更具有保密价值，如遥感图像的拍摄日期、经/纬度等。2.2数字水印基本框架从信号处理的角度看，嵌入载体对象的水印信号可以视为在强背景下叠

3、加一个弱信号，只要叠加的水印信号强度低于人视觉系统(HVS)对比度门限或听觉系统(HAS)对声音的感知门限，HVS或HAS就无法感知到信号的存在。尽管数字水印有各种形式，通常我们可以定义水印为如下的信号W(2-1)水印处理系统的基本框架可以定义为六元体(X,W,K,G,E,D),其中：(1)X代表所要保护的数字产品X的集合。(2)W代表所有可能水印信号W的集合。(3)K是标识码(也称为水印密钥)的集合。(4)G表示利用密钥K和待嵌入水印的X共同生成水印的算法，即G:X×K→W,W=G(X,K)(

4、2-2)(5)E表示将水印W嵌入数字产品X0中的嵌入算法，即E:X×W→X,Xw=E(X0,W)(2-3)(6)D表示水印检测算法，即D:X×K→{0,1}(2-4)D(X,K)=1,如果X中存在W(H1)0,如果X中不存在W(H0)(2-5)(1)感知相似性：设数字产品X,Y∈X,则符号X~Y表示X和Y具有相同的感知形式。(2)水印等价性：若水印W1和W2满足D(X，W1)=1D(X,W2)=1(2-6)水印处理系统的基本框架必须满足一些特定的条件,以便形成一套适用于版权保护和产品内容鉴定的

5、值得信赖的根据，这些基本条件是：(1)不可感知性：对于不可见水印处理系统，水印嵌入算法不应产生可感知的数据修改，也就是加水印后的产品必须相似于原始产品，即X0~Xw。(2)密钥惟一性：不同密钥应产生不等价的水印，即对于任何产品X∈X和Wi=G(X,Ki)，i=1,2，满足K1≠K2W1≠W2。(3)水印有效性：在水印处理算法中只采用有效的水印。对于特定的产品X∈X，当且仅当存在K∈K使得G(X,K)=W，则称水印W是有效的。(4)不可逆性：函数W=G(X,K)应该是不可逆的，即K不能根据W和函

6、数G逆推出来。(5)产品依赖性：在相同的密钥条件下，当水印算子G用在不同的产品时，应该产生不同的水印信号。(6)多重水印：通常对已嵌入水印信号的产品用另一个不同的密钥再作水印嵌入是可能的。(7)检测可靠性：肯定检测的输出必须有一个合适的最小的置信度。(8)稳健性：设X0是原始的产品，而Xw是加水印的产品，并且D(Xw,W)=1，M是一个多媒体数据处理操作算法，则对于任何Y~Xw，Y=M(Xw)满足D(Y,W)=1,而且对于任何Z=M(X0)，满足D(Z,W)=0。(9)计算有效性：水印处理算法应

7、该比较容易用软件或硬件实现。1)水印生成水印信号的产生通常基于伪随机数发生器或混沌系统。产生的水印信号W往往需要进一步的变换以适应水印嵌入算法。为了分析方便，我们把算子G分解为算法R和算法T两个部分：(2-7)子算法T对原始水印进行修改以获得最后的依赖于产品的水印W。T应满足：(2-8)2)水印嵌入水印的嵌入过程如图2-1所示。水印嵌入就是把水印信号W={w(k)}嵌入到原始产品X0={x0(k)}中，一般的水印嵌入规则可描述为xw(k)=x0(k)h(k)w(k)(2-9)图2-1水印嵌入框

8、图其中为某种叠加操作，也可能包括合适的截断操作或量化操作。H={h(k)}称为d维(声音1维，图像2维，视频3维)的水印嵌入掩码。最常用的嵌入准则如下：xw(k)=x0(k)+αw(k)，加法准则(2-10)xw(k)=x0(k)(1+αw(k))，乘法准则(2-11)3)水印的提取和检测水印的提取和检测可以作用于任何产品，提取和检测时可以需要原始产品的参与，也可不需要原始产品的参与。但将水印技术用于产品的网络发布和传播时，在检测时使用原始产品则是个缺陷，因此当前大多数的水印检测算法不需要原始