現(xiàn)代數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用研究

摘要 對(duì)數(shù)字水印技術(shù)的基本原理、實(shí)現(xiàn)方法及其發(fā)展與應(yīng)用進(jìn)行闡述，同時(shí)對(duì)數(shù)字水印的各種算法進(jìn)行綜述，最后指出數(shù)字水印在今后的發(fā)展動(dòng)向與研究方向。

關(guān)鍵詞 信息安全；數(shù)字水??；發(fā)展應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393.08 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-489X（2008）20-0126-02

1 引言

隨著現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)和因特網(wǎng)的飛速發(fā)展，數(shù)字媒體（包括圖像、音頻、視頻）得到了廣泛的應(yīng)用與傳播，信息媒體的數(shù)字化為信息的存取與傳輸提供了極大的方便，但同時(shí)也使得信息傳播中的信息安全問(wèn)題和數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)保護(hù)問(wèn)題越來(lái)越成為一個(gè)需要解決的重要問(wèn)題。數(shù)字水印( Digital Watermark)技術(shù)作為信息隱藏技術(shù)研究領(lǐng)域的重要分支，是實(shí)現(xiàn)多媒體版權(quán)保護(hù)與信息完整性保證的有效方法，目前也正成為信息領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

2 數(shù)字水印技術(shù)概述

2.1 數(shù)字水印基本概念數(shù)字水印技術(shù)是將與多媒體內(nèi)容相關(guān)或不相關(guān)的一些標(biāo)示信息直接嵌入多媒體內(nèi)容當(dāng)中，但不影響原內(nèi)容的使用價(jià)值，并不容易被人的知覺(jué)系統(tǒng)覺(jué)察或注意到的一種數(shù)字媒體安全技術(shù)。通過(guò)這些隱藏在多媒體內(nèi)容中的信息，可以達(dá)到確認(rèn)內(nèi)容創(chuàng)建者、購(gòu)買(mǎi)者，或者是否真實(shí)完整的目的。

2.2 數(shù)字水印的基本原理數(shù)字水印算法主要包含兩個(gè)方面，水印的嵌入（圖1）和水印的提取或檢測(cè)（圖2）。設(shè)原始信息為I，水印為W，密鑰為K，處理后的水印為W′，由函數(shù)F決定：W′=F( I，W，K)。一般函數(shù)F是非可逆的。在水印嵌入過(guò)程中，設(shè)有編碼函數(shù)E，隱藏水印的信息I′，那么I′可以表示為：I′=( I，W′)。

若將水印提取過(guò)程定義為解碼D過(guò)程，則輸出是一個(gè)判斷水印是否存在的0-1決策，或是包含各種信息的數(shù)據(jù)流(如文本、圖像等)。設(shè)已知原始信息為I，有版權(quán)疑問(wèn)的帶檢測(cè)信息I″，則有：W*=D(I″，I)或者：，其中W*為提取出的數(shù)字水印，K為密鑰，函數(shù)C為相關(guān)檢測(cè)，σ為決策閥值[1]。

2.3 數(shù)字水印的基本算法

1）空域算法。該類(lèi)算法中典型的水印算法是將信息嵌入到隨機(jī)選擇的圖像點(diǎn)中最不重要的像素位 (LSB，least significant bits)上。

2）Patchwork算法。方法是隨機(jī)選擇N對(duì)像素點(diǎn)(ai，bi)，然后將每個(gè)ai點(diǎn)的亮度值加1，每個(gè)bi點(diǎn)的亮度值減1，這樣整個(gè)圖像的平均亮度保持不變。適當(dāng)?shù)卣{(diào)整參數(shù)，Patchwork方法對(duì)JPEG壓縮、FIR濾波以及圖像裁剪有一定的抵抗力，但該方法嵌入的信息量有限。

3）變換域算法。該類(lèi)算法中，大部分水印算法采用擴(kuò)展頻譜通信技術(shù)。

4）壓縮域算法?；贘PEG、MPEG標(biāo)準(zhǔn)的壓縮域數(shù)字水印系統(tǒng)不僅節(jié)省了大量的完全解碼和重新編碼過(guò)程，而且在數(shù)字電視廣播及VOD(Video on Demand)中有很大的實(shí)用價(jià)值。

5）NEC算法。首先以密鑰為種子來(lái)產(chǎn)生偽隨機(jī)序列，其次對(duì)圖像做DCT變換，最后用偽隨機(jī)高斯序列來(lái)調(diào)制(疊加)該圖像除直流(DC)分量外的1 000個(gè)最大的DCT系數(shù)。

6）生理模型算法。該模型不僅被多媒體數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)利用，同樣可以供數(shù)字水印系統(tǒng)利用[2]。

3 數(shù)字水印的應(yīng)用

隨著數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字水印的應(yīng)用領(lǐng)域也得到擴(kuò)展。數(shù)字水印的基本應(yīng)用領(lǐng)域是版權(quán)保護(hù)、隱藏標(biāo)識(shí)、認(rèn)證和安全不可見(jiàn)通信，以下幾個(gè)引起普遍關(guān)注的問(wèn)題構(gòu)成數(shù)字水印的研究背景[3]。

3.1 數(shù)字作品的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)由于數(shù)字作品的拷貝、修改非常容易，而且可以做到與原作完全相同，所以原創(chuàng)者不得不采用一些嚴(yán)重?fù)p害作品質(zhì)量的辦法來(lái)加上版權(quán)標(biāo)志，而這種明顯可見(jiàn)的標(biāo)志很容易被篡改?！皵?shù)字水印”利用數(shù)據(jù)隱藏原理使版權(quán)標(biāo)志不可見(jiàn)或不可聽(tīng)，既不損害原作品，又可以達(dá)到版權(quán)保護(hù)的目的。

3.2 商務(wù)交易中的票據(jù)防偽數(shù)字水印技術(shù)可以為各種票據(jù)提供不可見(jiàn)的認(rèn)證標(biāo)志，從而大大增加偽造的難度。

3.3 證件真?zhèn)舞b別信息隱藏技術(shù)可以應(yīng)用的范圍很廣，作為證件來(lái)講，每個(gè)人需要不只一個(gè)證件，證明個(gè)人身份的有身份證、護(hù)照、駕駛證、出入證等；證明某種能力的有各種學(xué)歷證書(shū)、資格證書(shū)等。

3.4 聲像數(shù)據(jù)的隱藏標(biāo)識(shí)和篡改提示數(shù)字水印技術(shù)提供了一種隱藏標(biāo)識(shí)的方法，標(biāo)識(shí)信息在原始文件上是看不到的，只有通過(guò)特殊的閱讀程序才可以讀取。基于數(shù)字水印的篡改提示是解決這一問(wèn)題的理想技術(shù)途徑，通過(guò)隱藏水印的狀態(tài)可以判斷聲像信號(hào)是否被篡改。

3.5 隱蔽通信及其對(duì)抗數(shù)字水印所依賴的信息隱藏技術(shù)不僅提供了非密碼的安全途徑，更引發(fā)了信息戰(zhàn)尤其是網(wǎng)絡(luò)情報(bào)戰(zhàn)的革命，產(chǎn)生了一系列新穎的作戰(zhàn)方式，引起許多國(guó)家的重視[4]。

4 數(shù)字水印的發(fā)展

數(shù)字水印的提出是在20世紀(jì)90年代，隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，該技術(shù)已得到長(zhǎng)足的成長(zhǎng)，并將繼續(xù)進(jìn)一步深入發(fā)展。數(shù)字水印今后的主要研究方向是以下幾個(gè)方面：水印基本原理和評(píng)價(jià)方法的研究、現(xiàn)有水印算法分析、基于特征的數(shù)字水印技術(shù)、公鑰數(shù)字水印系統(tǒng)及數(shù)字水印代理。

目前，其他的數(shù)字水印技術(shù)研究得比較少，如對(duì)基于圖形、矢量圖和動(dòng)畫(huà)等媒體的數(shù)字水印技術(shù)。

5 結(jié)論

數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的迅速發(fā)展，一方面為實(shí)現(xiàn)信息高速無(wú)失真的傳播和靈活的編輯、修改提供了便利的手段；另一方面也對(duì)數(shù)字化產(chǎn)品的版權(quán)保護(hù)和多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)的安全管理提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[5]。作為信息隱藏領(lǐng)域的一個(gè)重要分支——數(shù)字水印技術(shù)，為多媒體信息安全、版權(quán)保護(hù)和產(chǎn)品防偽無(wú)疑提供了一種有效的手段和強(qiáng)大的、潛在的應(yīng)用市場(chǎng)。相信隨著數(shù)字水印技術(shù)的提高，數(shù)字水印一定會(huì)在知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)及信息安全等方面發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn)

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