数字水印技术在电视领域中的应用：数字图像与多维信号处理

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1、####大学研究生堂下考试答卷2009-2010学年第1学期考试科目数字图像与多维信号处理姓名年级2009级研究生专业信号与信息处理2010年1月5日数字水印技术在电视领域中的应用摘要：数字水印技术是多媒体版权保护的一种有效技术手段。介绍数字水印技术的基本概念、基本原理，阐述了视频数字水印应具有的特点。在此基础上，提出数字水印在电视领域的应用方案。该技术为电视版权管理的有效实施具有一定的借鉴作用。关键词：数字水印；视频；算法；信息安全0引言随着数字技术和互联网的迅速发展与普及，许多传统媒体内容都向数字化转变，如网上电子图书销售、数字影院等数字媒体内容在网络上传播和交易已达到了前所未有的深

2、度和广度，特别是计算机网络通信技术发展，数字产品的交换和传输成了一个很简单的过程。人们借助于计算机、扫描仪等电子设备很方便地实现信息传递，随之而来的就是在网络传输中，使一些有目的的人很容易从互联网中以电子的形式获取、处理、篡改和共享多媒体信息资源。长时间辛苦创作的结晶，可能在瞬间被别人毫无差别地大量复制，对创作者来说这无疑是件头疼的事情。因此在互联网中如何进行版权保护、信息安全、数据认证，以及访问控制等成为迫切需要解决的问题。以前传统的是用密码技术进行加密，但多媒体数字产品本身就是数字信号，如果也对这些数据采用密码加密，则其本身信号属性就忽略了。在这种背景下数字水印技术就应运而生了，并已

3、成为目前学术界的一个前沿研究领域的新热点。1数字水印技术概念和基本特征数字水印（DigitalWatermark）技术是指用信号处理的方法通过一定算法在数字化的多媒体数据中嵌入隐蔽的标志性信息(比如数码相片中添加拍摄者信息，在数字影碟中添加公司标记等)，这些标志性信息通常是不可见的，虽然通过专用的检测器或阅读器能够提取，但是信息很难被破坏，隐蔽的标志性信息用来识别文件、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等，从而达到真伪鉴别、版权保护等目的。数字水印一般具有以下几个基本特征。隐蔽性：水印的存在必须以不破坏原数据及其使用价值，即水印嵌入导致宿主信

4、号质量变化的程度，嵌入后的数据与原始数据相比，应感觉不到差别。一方面嵌入水印后在视听觉上与原始图像应没有明显的降质现象，这是大多数水印算法所需达到的要求；另一方面对大量用水印处理过的数字产品，即使用统计方法也不能提取水印或确定水印的存在。鲁棒性：是指水印在媒体数据编辑、处理过程中的生存能力。或者说，数字水印技术的应用本身并不能影响对原文件中信息的识别，原文件中信息是显性的，而数字水印则是隐性的。媒体数据的各种操作会导致宿主信号信息损失，从而破坏水印完整性，像压缩、滤波、加噪、剪切、缩放和旋转等，也包括一些恶意的攻击。除非对数字水印具有足够的先验知识，任何破环和消除水印的企图都将严重破坏多

5、媒体信息的质量。信息容量：是指在一定保真度下，水印信号可传递的信息量。在实际应用过程中要求水印应传送多位信息。安全性：限制非法用户对嵌入的水印读取、删除。在应用中总有人要嵌入、检测或剔除水印，而必须限制其他人做同样的操作。篡改提示：当多媒体内容发生改变时，通过水印提取算法，能够敏感地检测到原始数据是否被篡改。不可检测性和盲测性：看似相对立的两个属性却一点也不矛盾，不可检测性指的是隐蔽载体与原始载体具有一致的特性，比如说一致的统计噪声分布等，即使被非法拦截者拦截也无法判断是否有隐藏信息，而盲测性指检测时不需要原图或任何其他信息。2数字水印技术通用模型与基本原理数字水印技术利用人类感觉器官的

6、不敏感，以及数字信号本身存在的感觉冗余，通过一定的算法将一些标志性信息直接嵌入到多媒体内容当中，不影响原内容的价值和使用，并且不能被人的知觉系统觉察或注意到。数字水印技术与加密技术不同，它不能阻止盗版活动的发生，但可以判别对象是否受到保护，监视被保护数据的传播、鉴别真伪、非法拷贝、解决版权纠纷并为法庭提供证据，以法律的手段对其进行制裁，间接打击盗版者，起到保护知识产权的作用。为了给攻击者增加去除水印时不可预测的难度，目前大多数水印制作时都采用密码学中的加密（包括公开密钥、私有密钥）体系来加强，在水印的嵌入、提取时采用一种密钥，甚至几种密钥联合使用，除非掌握密钥才能读出水印来。数字水印技术

7、包括嵌入、检测和提取几个过程[1]。2.1水印的嵌入过程如图1所示是一个嵌入的通用模型，其功能是完成将水印信号加入到原始数据中。在这个过程中要解决好两个问题：一是数字水印的生成，可能是一串伪随机数，也可能是字符串、图标等信息经过加密后产生；二是解决好算法，嵌入水印后使其在不可见性和鲁棒性之间找到一个很好的结合点。图1数字水印信号嵌入框图2.2水印的检测过程如图2所示是一个检测的通用模型，用以判断某一数据中是否含有指定的水印信号。在检