数字水印技术及其应用综述3上课讲义
数字水印技术及其应用
数字水印技术及其应用作者：侯艳军来源：《硅谷》2009年第13期中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0710109-01一、引言数字水印(digital watermarking)是近年来出现的数字产品版权保护技术。
它是利用数字作品中普遍存在的冗余数据与随机性,向数字作品中加入不易察觉但可以判定区分的秘密信息水印,水印可以是一段文字、标识、ID序列号等,并携带有版权保护信息和认证信息,作为密码学的加密或置乱技术的补充,保护数字产品的合法拷贝和传播。
数字水印技术是信息隐藏技术研究领域的重要分支,也是当今网络信息安全和数字媒体版权保护研究的热点。
二、数字水印的基本特征数字水印技术除应具备信息隐藏技术的一般特点外,还有着其固有的特点。
数字水印技术基本特征主要有:1.隐蔽性:数字产品加入数字水印后,应不会引起数字作品的明显质降,并不易被接收者察觉。
2.安全可靠性:水印体制要商业应用,其算法必须公开。
算法的安全性完全取决于密钥,而不是对算法进行保密。
所以,密钥空间需足够大,而且分布比较均匀。
另外,数字水印应能对抗非法的探测和解码,面对非法的攻击也能以极低的差错率识别作品的所有权,同时数字水印应很难为他人所复制和伪造。
3.鲁棒性:指不因多媒体文件的某种改动而导致隐藏信息丢失的能力。
4.计算复杂度:不同应用对水印嵌入算法和提取算法的计算复杂度有不同的要求。
如:指纹水印要求嵌入算法速度要快,而对检测算法则不需要很快;其它的水印一般对嵌入的速度要求不高,但对检测的速度要求很快。
5.自恢复性:由于经过一些操作或变换后,可能会使原图产生较大的破坏,如果只从留下的片断数据仍能恢复隐藏信号,而且恢复过程不需要宿主信号,这就是所谓的自恢复性。
不同应用对嵌入信息的比率有不同的要求。
一般来说,注释水印要求有较高的嵌入比率,鲁棒水印次之,而易损水印在这方面的要求不是重点。
易损水印不需要冗余性,所以它通常可以含有大量的数据。
数字水印技术
说明：这里讨论的数字水印均为不可见水印
数字水印的基本概念 数字水印的形式
第一类：作品的所有者、创作日期、发行部门 以及其他需要标注的信息的明文字符串
第二类：与需要标注的信息相对应的一个伪随 机序列串
第三类：可视图像，如以手写签名、徽标或一 些字符为内容的二值图像或灰度图像
数字水印的基本概念
本结构大小的字节数 位图的宽度，单位为像素点 位图的高度，单位为像素点
1 像素的位数（1，4，8，24）
压缩方式（0表示不压缩） 位图数据的字节数
水平分辨率（像素点/米） 垂直分辨率（像素点/米）
图像中使用的颜色数 图像中重要的颜色数
数字水印的基本原理及方法
BMP位图结构
调色板（Palette，4Byte）
• 空间域水印 • 变换域水印
数字水印的基本原理及方法
BMP位图结构
位图文件头（BitmapFileHeader，14Byte）
BITMAPFILEHEADER
bfType bfSize bfReserved1 bfReserved2 bfOffBits
字节“BM” 文件总字节数
0 0 位图数据距文件头的偏移量
数字水印的应用 数字指纹
为了避免数字产品被非法复制和散发，作者可 在每个产品拷贝中分别嵌入不同的水印，称为 数字指纹
若发现未经授权的拷贝，则通过检索指纹来追 踪其来源
数字水印的应用 内容标识和隐藏标识
在此类应用中，插入的水印信息构成一个注释， 提供有关数字产品内同的进一步的信息
如在拍摄的图像上标注拍摄的时间和地点，可 以由照相机中的微处理器自动完成
• 统计上的不可感知
– 对大量的用同样方法经水印处理过的数据产品，即使采用 统计方法也无法确定水印是否存在
数字水印技术及应用
经验与交流 计算机与信息技术 ·91·数字水印技术及应用龚翱 李曾妍 陈刚（湖南人文科技学院 计算机科学系，湖南 娄底 417000）摘 要 随着网络技术和媒体信息数字化的飞速发展，数字水印技术成为目前研究的热点。
本文介绍了数字水印的概念、原理和研究现状，并分析了常见的数字水印算法，最后讨论数字水印的应用领域，并展望了未来发展及研究方向。
关键词 数字水印；信息隐藏；算法1 引言随着信息时代的到来，特别是Internet 的普及，数字技术飞速发展。
数字媒体如图像、视频、音频等作品因其复制、篡改、非法传播非常容易，使得版权保护和信息安全问题日益突出。
为了保护知识产权，以往采用数据加密的方法，只有掌握密钥的授权用户才能解密并使用数据，但这种方法只能控制用户存取数据，与数据本身无关。
因此，人们又提出了数字信息产品版权保护和数据安全维护的新技术——数字水印（Digital Watermarking）。
2 数字水印的概念及原理数字水印技术是一种信息隐藏技术，它是在数字图像、音频和视频等数字作品中嵌入秘密信息，以便保护数字作品的版权、证明产品的真实可靠性、跟踪盗版行为或者提供产品的附加信息，其中的秘密信息可以是版权标志、用户序列号或者是产品相关信息。
一般，该秘密信息需要经过适当变换再嵌入到数字作品中，通常称变换后的秘密信息为数字水印[1]。
数字水印技术以其特定的优势，成为目前的一个研究热点，得到越来越广泛发展和应用。
图1 水印的嵌入、提取过程一个完整的数字水印系统应包含：水印的嵌入和水印的提取或检测。
水印嵌入算法利用对称密钥或公开密钥实现把水印嵌入到原始载体信息中，得到隐秘载体。
水印检测或提取算法利用相应的密钥从隐蔽载体中检测或恢复出水印，没有解密密钥，攻击者很难从隐秘载体中发现和修改水印。
水印的嵌入和提取如图1所示。
3 数字水印的主要特性（1）不可感知性。
也称隐蔽性，数字作品嵌入数字水印后，不会引起质量明显的下降，也不容易被察觉，即使采用统计的方法也不能提取或确定水印的存在。
数字水印技术综述
数字水印技术综述数字水印技术综述数字水印技术是一种安全、可靠和高效的数据保护技术，可以将接收方或发送方的隐私状态嵌入到数字图像、声音、文本以及其他信息媒介中，以为数据赋予更大的安全保护。
数字水印技术的研究主要包括以下几个方面：一、数字水印的概念数字水印（Digital Watermark）指按一定算法将相关信息（如版权标识、用户标识、发送者鉴别和跟踪、溯源信息等）嵌入到数据的安全技术。
它的特点是经过处理的数据可以在±10% 的抗压缩层次上保护发送者的隐私。
二、数字水印的编码数字水印的编码分为无损和有损两种。
无损编码以把最少重要的数据编码为最少的数字水印，能够保证原始图像的完整性和清晰度；而有损编码可以在此基础上进行改善，能够有效地降低图像的质量。
三、数字水印的抗处理数字水印技术抗处理能力强，即便在经过处理和压缩后，数字水印仍可以保护隐私。
常用的抗处理技术有多种，包括：图像旋转、裁剪和变换；图像压缩和缩放；区域改变和图像调整；添加高斯噪声；采用抗平均处理；伪随机序列编码器，以及加密算法等处理技术。
四、数字水印的容错性数字水印的容错性关键在于它可以抵抗瑕疵的穿插，因此容错性是数字水印技术的重要指标。
容错性越好，表明数字水印技术在瑕疵干扰下也能够正确识别、提取和解码出原有信息，可以确保数据传输的安全性。
五、数字水印的应用1.音频保护技术：音频数字水印技术是一种将音频源的版权声明、接收者的身份标识、发送者的鉴别和跟踪等隐私信息融入到数字音频信号的技术，广泛应用于音乐版权保护、发行保护、音乐质量检测、网络盗版监控等方面。
2.防御机制：利用数字水印技术可以检测出网络文本篡改、文件拷贝、网络软件非法传播等滥用行为，并采取有效的防御措施。
3.内容审查：数字水印技术还可以用于网络节点的内容过滤，比如过滤垃圾邮件、查找恐怖主义信息等。
4.电子商务：数字水印技术可以充分保护电子交易的有效性，在完成交易后，发送方可以把商品、令牌等信息嵌入到交易文本，以核实收款方的真实性。
《数字水印技术》课件
数字水印的分类
02 根据应用需求和嵌入方式，数字水印可分为可见水印
和不可见水印。
数字水印的功能
03
数字水印具有版权保护、内容认证、数据追踪等功能
。
感谢观看
THANKS
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
内容防伪
数字水印可以用于标识多媒体内容的真伪，防止伪造和假冒。
内容追溯
数字水印可以用于追踪多媒体内容的传播路径和源头，帮助发现 和处理安全威胁。
01
数字水印技术的挑 战与展望
数字水印技术的挑战
鲁棒性
透明性
数字水印需要能够抵抗各种常见的图像处 理操作，如压缩、滤波、噪声添加等。
数字水印不应明显改变原始数据的视觉效 果，以免影响其使用价值。
数字水印技术是一种将特定信息隐藏在数字媒体 （如图像、音频、视频等）中的技术，这些信息 可以用于标识版权、追踪数据来源或验证数字媒 体的完整性。
鲁棒性
数字水印应能在数字媒体的常规处理过程中保持 完整性和可检测性，如压缩、滤波、剪切等。
不可见性
数字水印通常不会影响数字媒体的正常使用，人 眼无法直接观察到水印的存在。
《数字水印技术》 ppt课件
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
目录CONTENTS
• 数字水印技术概述 • 数字水印的分类与原理 • 数字水印算法的实现 • 数字水印技术的应用案例 • 数字水印技术的挑战与展望 • 参考文献
01
数字水印技术概述
定义与特点
定义
03
易攻击: 水印算法可能被恶意攻击者破解。
04
计算成本高: 水印嵌入和提取过程计算复杂 度高。
数字水印技术及其应用
数字水印技术及其应用近年来，随着信息化建设的快速发展和数字媒体技术的不断创新，数字水印技术逐渐受到广泛关注。
数字水印技术是在数字媒体中嵌入一些不可见的标记，以保证其版权、身份认证和完整性等方面的安全性。
本文将探讨数字水印技术的原理、种类以及应用等方面的内容。
一、数字水印技术的原理数字水印技术是一种隐藏在数字媒体数据中的信息标记技术，目的是为了在保持原数据所具有的可用性及质量的基础上，加入一些可以用于识别、验证、追踪等目的的附加信息。
数字水印主要分为可见水印和不可见水印两种。
可见水印是在媒体数据中嵌入一些可见的标记，以证明该数据的所有权和版权等信息，相当于电子版权声明。
而不可见水印则是在媒体数据中插入一些不会影响原数据展示质量的噪声，来隐藏一些附加的信息。
通过在数据中嵌入数字水印，可以对音频、视频、图像等数字媒体进行版权保护，身份认证，完整性检验等，从而保护数字内容的安全。
二、数字水印技术的种类数字水印技术广泛应用于各种数字媒体数据中，包括音频、视频、图像等类型。
主要有以下几种类型：1.时间戳水印时间戳数字水印是将时间信息嵌入到数字数据中，以确保数据不被篡改或变形。
该类型的数字水印通常被应用于照片、音频和视频的版权保护，以便于跟踪和维权。
2.频率水印该类型的数字水印是在数字信号的频谱中嵌入一些特殊的序列，来进行版权保护和完整性检查。
该类型的数字水印被广泛应用于音频和视频数据的保护，以便于验证数据的完整性和身份认证。
3.几何水印几何数字水印是通过对数字媒体的几何形状进行修改，来隐藏附加信息的一种数字水印技术。
该技术主要应用于数字媒体上的版权保护和身份认证。
4.嵌入式水印该类型的数字水印是将一些特殊的序列嵌入到数字图像、视频或音频数据中，以进行身份验证和版权保护等方面的目的。
通过嵌入式水印技术，可以保证媒体数据的原始性和完整性，同时能够有效地防止数据的非法复制。
三、数字水印技术的应用数字水印技术已经广泛应用于数字媒体安全方面，其中主要的应用包括：1.版权保护原始作者可以在数字媒体上嵌入数字水印，以标记作品的所有权。
数字水印技术综述
数字水印技术综述一、引言关于水印，相信大家对于纸币水印不会陌生，指的是传统水印，将他对着光照我们可以看到其中隐藏的图像，这些传统的水印用来证明其内容的合法性。
这种水印技术应用到数字领域就称之为“数字水印”——数字信息产品版权保护和数据安全维护的技术。
1993年A.Z.Tirkel在他的文章中首次使用了“water mark”标志着数字水印技术作为一门正式研究学科的诞生。
在这短短十几年的研究中，数字水印发展迅速。
数字水印几乎成为信息隐藏技术的主旋律。
在数字化时代，对于数字媒体的信息安全、知识产权保护和认证问题方面，数字水印提供了一个新的方向，它是一种可以在开放网络环境下保护版权和认证来源及完整性的新型技术，创作者的创作信息和个人标志通过数字水印系统以个人所不可感知的水印形式嵌入在多媒体中，不论如何传播，版权信息都不会消失，通过专用的检测器或计算机软件才可以检测出隐藏的数字水印。
一般的数字水印具有如下特点：1、可证明性：水印应能为受到版权保护的信息产品的归属提供完全可靠的证据。
水印算法能够将所有的有关信息（如注册的用户号码、产品标识或有意义的文字等）嵌入到被保护的对象中，并在需要的时候将这些信息提取出来。
水印可以用来判别对象是否受到保护，并能够监视被保护数据的传播、真伪鉴别以及非法拷贝控制等。
2、不可感知性：指视觉或听觉上的不可感知性。
即只因嵌入水印导致数据的变化对于观察者的视觉或听觉系统来讲应该是不可察觉的。
不过目前也有一些水印技术是可感知的，比如直接在图片上打上烙印等等，可用于标示与注释。
3、稳健性：指水印应该能够承受大量的物理和几何失真，如恶意攻击，或者图像压缩、滤波、打印、扫描、复印等等。
经过这些操作之后，稳健的水印算法应仍能从水印载体取出嵌入的水印或证明水印的存在。
二、基本理论框架通用的水印技术包含两个方面：水印的嵌入和水印的提取或检测水印信息可以是任何形式的数据。
密钥是用来加强安全性。
以避免为授权的恢复或修复水印。
数字水印技术及其应用综述3上课讲义
数字水印技术及其应用综述3数字水印技术及其应用综述随着Internet 网络的快速发展, 越来越多的多媒体数字产品（包括图像、音频、视频等形式的产品）在网络上发布, 人们可以非常方便快捷地从网络上获取数字多媒体产品, 因此,数字多媒体的信息安全、版权保护和完整性认证问题就成为迫切需要解决的一个重要问题。
数水印( digital watermarking)技术是目前信息安全技术领域的一个新方向, 是一种可以在开放网络环境下保护版权和认证来源及完整性的新型技术, 它在篡改鉴定、数据的分级访问、数据跟踪和检测、商业和视频广播、Internet 数字媒体的服务付费、电子商务认证鉴定等方面具有十分广阔的应用前景。
自1993 年以来, 该技术己经引起人们的浓厚兴趣, 并日益成为国际上非常活跃的研究领域, 受到国际学术界和企业界的高度关注, 而且数字水印技术是一门新兴的多学科交叉的应用技术, 它涉及了不同学科领域的思想和理论, 如信号处理、信息论、编码理论、密码学、检测理论、随机理论、通信理论、对策论、计算机科学及网络技术、算法设计等技术。
因此, 数字水印技术的研究无论是从理论上还是从应用上都具有重要意义。
1 数字水印的特点、分类及其应用1.1 数字水印的基本特点数字水印的基本思想是在数字图像、音频和视频等多媒体数字产品中嵌入秘密信息, 以保护数字产品的版权,证明产品的真实性, 跟踪盗版行为或提供产品的附加信息等。
数字水印系统通常具有下列几方面的特点：（1）鲁棒性即图像水印抵抗常见图像处理操作的能力, 也就是说含水印图像经历无意修改而保留水印信息的能力。
一般说来, 当含水印图像经过一些基本处理（如噪声滤波、平滑、增强、有损压缩, 平移、旋转、缩放和裁剪等）后, 仍可检测出水印。
（2）透明性即不可见性, 水印的存在不应明显干扰载体的图像数据, 数字水印的嵌入不应使得原始数据发生可感知的改变, 也不能使得载体数据在质量上发生可以感觉到的失真。
数字水印技术PPT课件
3
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PART1 研究背景
信息媒体数字化
• 信息存取非常方便 • 信息表达效率提高 • 准确度提高
4
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• 但随之而来的副作用：有恶意的个人或团体有可能在没 有得到作品所有者的许可下拷贝和传播有版权的内容
盗版
5
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• 保护数字产品的知识产权和阻止盗版已经成为数字产 品和网络应用面临的严峻问题。
• 对数字图像、音频、视频等多媒体产品进行水印处理 已经成为近年来研究的热点领域之一
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特点
• 数字水印技术具有以下几个方面的特点：
• 不可感知性：数字水印应是不可知觉的，而且不影响被保护数据的正常使
用，不会降质，隐藏的数据无法人为地看见或听见。
• 安全性：指隐藏算法有较强的抗攻击能力，能够承受一定程度的人为攻击，
而使隐藏信息不会被破坏。
• 鲁棒性：是指在经历多种无意或有意的信号处理过程后，数字水印仍能保
gR (x, y) H ( ,)exp[2i( x y)]dd
将（3）、（5）代入（6）可得：
（6）
gR (x, y) g(x a, y b) g*[(x a), ( y b)] （7）
(7)式表明，原始像和共轭像同时出现在再现平面 上，中心分别为(a，b)，(-a，-b)，适当地选择参 量a，b可以调节两个像的位置，这两个复振幅的 模便是在计算机上所能看到的再现像。
19
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感谢聆听!
持部分完整性并能被准确鉴别。可能的信号处理过程包括信道噪声、滤波、 数/模与模/数转换、重采样、剪切、位移、尺度变化以及有损压缩编码等。
特点
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• 不可检测性：指隐蔽载体与原始载体具有一致的特性，如具有一致的
00 数字水印概述
教案首页第（1）次课授课时间（90分钟）授课内容基本内容备注第一讲数字水印技术概述一、信息隐藏1、引言近年来，随着数字多媒体技术的迅猛发展，人们可以方便地利用数字设备制作、处理和存储文本、图像、语音和视频等信息媒体。
与此同时，网络通信技术的发展，使得信息的发布和传输变得更加便利。
自从1993年第一个网页浏览器，Internet对用户变得友好起来，很快人们便开始乐于从Internet上下载图片、音乐和视频。
现今我们的日常工作、生活越来越数字化，我们的世界正在成为一个数字的世界。
但随之而来的是各种，由数字化而带来的问题。
如非法拷贝：在模拟时代，人们把磁带作为记录设备，盗版拷贝通常要比原始拷贝的质量低、而盗版拷贝的二次拷贝的质量更糟糕。
而在数字时代，歌曲或电影的数字拷贝过程完全不损失作品质量，因为数字产品被无差别地大量复制是轻而易举的事情。
还有作品伪造、现在的信号拼接和镶嵌技术，可以做到移花接木而不为人所知。
人们首先想到信息安全的核心技术----密码术来保护数字产品的知识产权，打击盗版。
数据加密、数字签名等一系列密码术确实发挥了重要的作用。
但是随着数字产品的运用越来越广泛，人们在使用密码术保护数字产品时，发现它有以下一些缺点：1）、它明确地提示攻击者哪些是重要信息，容易引起攻击者的好奇和注意，并有被破解的可能性；一旦加密文件经过破解后其内容就完全透明了，可以毫无限制的进行拷贝传播。
2）、攻击者可以在破译失败的情况下将信息破坏，使得即使是合法的接收者也无法阅读信息内容 ; （对信息的破坏永远要比破解容易）3）、加密技术，使得只有拥有密钥的人可以接受并使用产品，大部分人都无法使用。
这很大程度上限制了数字作品的传播。
（有些产品希望能被广泛传播，但又要求有版权。
）这时人们就想到了信息安全技术的另一分支，信息隐藏技术。
2、信息隐藏技术说到信息隐藏首先让我们来看看隐写术，隐写就是将信息隐秘的写在一些常见的、公开的载体中，掩盖秘密信息的存在性，除了合法接收者以外，其他第三方无法知道秘密信息是否存在。
电子商务中数字水印技术的应用
3
人工智能辅助
利用人工智能技术对数字水印算法进行优化和改 进，提高水印的自动识别和提取能力。
数字水印技术在电子商务中的前景展望
• 知识产权保护：数字水印技术可以为电子商务中的数字产品提供有效的 知识产权保护，防止盗版和侵权行为。
• 真伪鉴别：通过数字水印技术可以鉴别数字产品的真伪，保障消费者的 权益和安全。
。
多重水印技术
采用多重水印技术，提高水印 的鲁棒性和安全性。
密钥管理
建立完善的密钥管理体系，确 保密钥的安全存储和使用。
06
未来发展趋势与展望
数字水印技术的创新方向
1 2
算法改进
不断优化数字水印算法，提高水印的鲁棒性和隐 蔽性，确保在各种应用场景下都能有效保护数字 内容的知识产权。
多模态水印
研究如何将数字水印技术应用于多种媒体格式， 如音频、视频、图像等，以实现更广泛的应用。
• 增强数据安全性：数字水印技术可以用于保护电子商务中的敏感数据， 如交易信息、客户数据等，防止数据泄露和篡改。
• 未来发展方向：随着电子商务的不断发展，数字水印技术将不断创新和 完善，为电子商务提供更加强有力的支持和保障。同时，数字水印技术 也可以与其他技术相结合，如区块链技术、云计算等，为电子商务的发 展注入新的动力和活力。
安全性：指水印信息在传输和存 储过程中不被篡改或窃取的能力 。
为了提高数字水印的鲁棒性和安 全性，通常需要采用一些特殊的 技术手段，如加密算法、隐藏技 术等。同时，数字水印的应用场 景和需求不同，其鲁棒性和安全 性要求也会有所不同。因此，在 实际应用中需要根据具体情况进 行选择和设计。
05
数字水印技术在电子商务中的 挑战与解决方案
量子嵌入
数字图像水印技术与应用研究综述与分析
数字图像水印技术与应用研究综述与分析随着数字图像的广泛应用，数字图像的安全性和隐私保护问题也日益受到重视。
数字图像水印技术作为一种有效的信息隐藏和认证手段，得到了广泛的研究和应用。
本文将对数字图像水印技术的发展历程、应用领域及其在安全认证、版权保护和数据完整性验证等方面的研究与应用进行综述与分析，以期为相关研究和应用提供参考与借鉴。
1. 数字图像水印技术的发展历程数字图像水印技术起源于上世纪80年代，最初主要应用于数字版权保护方面。
随着计算机技术和信息技术的快速发展，数字图像水印技术逐渐得到了改进和发展。
传统的数字图像水印技术可以分为空域水印技术和频域水印技术两大类。
空域水印技术主要通过修改原始图像的像素或颜色值来插入水印信息，包括改变像素顺序、颜色分量和像素强度等。
频域水印技术则是通过对原始图像进行傅里叶变换，将水印嵌入到其频域系数中，利用图像频谱在不可见的频段进行隐藏。
近年来，随着深度学习技术的发展，基于深度学习的数字图像水印技术也开始兴起，具有更好的鲁棒性和性能。
2. 数字图像水印技术的应用领域数字图像水印技术在各个领域都有广泛的应用。
首先是版权保护方面，数字图像水印技术可以嵌入到数字图像中，对图像进行认证和保护，防止盗版和非法复制。
其次，在安全认证方面，数字图像水印技术可以被用于身份验证、电子支付、数据完整性验证等场景，确保信息的可靠性和安全性。
此外，数字图像水印技术还广泛应用于图像检索与分类、图像隐藏与传输、信号处理与通信等领域。
3. 数字图像水印技术的研究与应用分析在数字图像水印技术的研究与应用中，存在一些关键问题和挑战。
首先是水印的隐蔽性问题，水印嵌入到图像中应该对人眼不可见，但仍能为水印信息提供足够的鲁棒性和可提取性。
其次是抗攻击性问题，数字图像水印技术应该能够抵抗一些常见的攻击手段，如旋转、缩放、去噪等，以保证水印的可靠性和稳定性。
此外，数字图像水印技术还需要考虑到计算资源消耗、实时性要求和可扩展性等问题。
数字水印技术及其应用
数字水印技术及其应用引言随着计算机通信技术的迅速发展，多媒体存储和传输技术的进步使存储和传输数字化信息成为可能，然而，这也使盗版者能以低廉的成本复制及传播未经授权的数字产品内容，出于对利益的考虑，数字产品的版权所有者迫切需要解决知识产权（Intellectual Property Rights）的保护问题。
密码学的加解密技术是保护数字产品的一种方法，它能够保护数字产品安全传输，并可作为存取控制和征收费用的手段，但它不能保证数字产品解密后的盗版问题，因此，1995 年，人们提出了信息伪装技术，其中，数字水印就是近年来比较热门的数字产权保护技术，下面我们主要谈谈数字水印技术的有关问题。
数字水印的定义综合众多学者的定义和分析已有的数字水印方案，现给出数字水印的定义：数字水印是永久镶嵌在其它数据（宿主数据）中具有可鉴别性的数字信号或模式，而且并不影响宿主数据的可用性。
作为数字水印技术基本上应当满足下面几个方面的要求：（1）安全性：数字水印的信息应是安全的，难以篡改或伪造，同时，应当有较低的误检测率，当宿主内容发生变法时，数字水印应当发生变化，从而可以检测原始数据的变更；（2）隐蔽性：数字水印应是不可知觉的，而且应不影响被保护数据的正常使用；（3）稳健性：数字水印必须难以被除去，如果只知道部分数字水印信息，那么试图除去或破坏数字水印将导致严重降质或不可用。
同时，数字水印在一般信号处理和几何变换中应具有稳健性；（4）水印容量：嵌入的水印信息必须足以表示多媒体内容的创建者或所有者的标志信息，或购买者的序列号，这样有利于解决版权纠纷，保护数字产权合法拥有者的利益。
水印信息嵌入过程含水印的信号3 数字水印技术的基本原理原始信息数字水印技术是通过一定的算法将一些标志性信息直接嵌到多媒体内容中，目前大多数水印制作方案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，甚至几种密钥的联合使用。
数字水印技术综述
数字水印技术综述作者：刘涛来源：《中国新技术新产品》2010年第19期摘要:数字水印技术是目前信息安全技术领域的一个新方向,它在篡改鉴定、数据的分级访问、数据跟踪和检测、商业和视频广播、Internet数字媒体的服务付费、电子商务、认证鉴定等方面具有十分广阔的应用前景,已经成为国际上非常活跃的研究课题,受到国际学术界的高度重视。
本文从数字水印技术的背景、基本原理、特性等方面综合论述了数字水印技术。
关键词:数字水印;鲁棒性;安全性1 数字水印的研究背景及现状当前的信息安全技术基本上都是以密码学理论为基础,无论是采用传统密钥系统还是公钥系统,其保护方式都是控制文件的存取,即将文件通过某种加密技术加密成密文[1],使非法用户不能解读。
但随着计算机计算能力的提高,这种通过不断增加密钥长度来提高系统密级的方法变得越来越不安全。
另外,多媒体技术已被广泛应用,需要进行加密、认证和版权保护的声像数据也越来越多。
数字化的声像数据从本质上说就是数字信号,如果对这类数据也采用密码加密方式,则其本身的信号属性就被忽略了。
近年来,许多研究人员放弃了传统密码学的技术路线,尝试用各种信号处理方法对声像数据进行隐藏加密,并将该技术用于制作多媒体的“数字水印”。
随着技术信息交流的加快和水印技术的迅速发展,国内一些研究单位也已逐步从技术跟踪转向深入地、系统地研究,各大研究所和高校纷纷投入到数字水印的研究,其中比较有代表性的有哈尔滨工业大学的孙圣和、牛夏牧、陆哲明等,天津大学的张春田、苏育挺等,北京邮电大学的杨义先、钮心忻等,中国科学院自动化研究所的刘瑞祯、谭铁牛等,他们是国内较早投入到水印技术研究且取得较好成绩的科研人员。
国家863、973等项目也都包含水印的研究项目,从而为国内的信息安全产业提供了有效的、可靠的保障。
目前数字水印技术已经成为一个非常活跃的研究领域。
现有的数字水印技术包括空域数字水印算法、变换域数字水印算法、基于奇异值分解的算法及基于人眼视觉系统的水印算法等。
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数字水印技术及其应用综述3数字水印技术及其应用综述随着Internet 网络的快速发展, 越来越多的多媒体数字产品（包括图像、音频、视频等形式的产品）在网络上发布, 人们可以非常方便快捷地从网络上获取数字多媒体产品, 因此,数字多媒体的信息安全、版权保护和完整性认证问题就成为迫切需要解决的一个重要问题。
数水印( digital watermarking)技术是目前信息安全技术领域的一个新方向, 是一种可以在开放网络环境下保护版权和认证来源及完整性的新型技术, 它在篡改鉴定、数据的分级访问、数据跟踪和检测、商业和视频广播、Internet 数字媒体的服务付费、电子商务认证鉴定等方面具有十分广阔的应用前景。
自1993 年以来, 该技术己经引起人们的浓厚兴趣, 并日益成为国际上非常活跃的研究领域, 受到国际学术界和企业界的高度关注, 而且数字水印技术是一门新兴的多学科交叉的应用技术, 它涉及了不同学科领域的思想和理论, 如信号处理、信息论、编码理论、密码学、检测理论、随机理论、通信理论、对策论、计算机科学及网络技术、算法设计等技术。
因此, 数字水印技术的研究无论是从理论上还是从应用上都具有重要意义。
1 数字水印的特点、分类及其应用1.1 数字水印的基本特点数字水印的基本思想是在数字图像、音频和视频等多媒体数字产品中嵌入秘密信息, 以保护数字产品的版权,证明产品的真实性, 跟踪盗版行为或提供产品的附加信息等。
数字水印系统通常具有下列几方面的特点：（1）鲁棒性即图像水印抵抗常见图像处理操作的能力, 也就是说含水印图像经历无意修改而保留水印信息的能力。
一般说来, 当含水印图像经过一些基本处理（如噪声滤波、平滑、增强、有损压缩, 平移、旋转、缩放和裁剪等）后, 仍可检测出水印。
（2）透明性即不可见性, 水印的存在不应明显干扰载体的图像数据, 数字水印的嵌入不应使得原始数据发生可感知的改变, 也不能使得载体数据在质量上发生可以感觉到的失真。
（3）安全性水印算法抵抗恶意攻击的能力。
即它必须能承受一定程度的人为攻击, 而使水印信息不会被删除、破坏或窃取。
应该保证非授权用户无法检测或破坏水印。
数字水印应该难以被伪造或者加工,并且, 未经授权的个体不得阅读和修改水印, 理想情况是未经授权的客户将不能检测到产品中是否有水印存在。
（4）数据容量水印应该包含相当的数据容量,以满足多样化的需要。
（5）可证明性在实际的应用过程1.2 数字水印的分类（1）依据所嵌入的载体不同, 可分为图像水印、音频水印、视频水印、文本水印和网络水印等。
（2）按照水印透明性, 可分为可视水印和不可视水印。
如果嵌入的水印强度足够大, 能够用肉眼直接观察到, 则称之为可视水印。
而含有不可视水印的数据通常与原始数据紧密结合, 难以用肉眼观察到。
（3）按照水印生成方式,可分为非适应水印和自适应水印。
（4）按照水印的抗攻击能力, 可分为脆弱水印、半脆弱水印和鲁棒水印。
脆弱水印对任何图像变换或处理都非常敏感,半脆弱水印是对某些特定的图像处理方法有稳健性而对其他的处理不具备稳健性, 鲁棒水印对常见的各种图像处理方法都具备稳健性。
（5）从水印检测是否需要原始图像参与来分,可以分为私有水印和公有水印。
私有水印的检测需要原始图像的参与而公有水印的检测不需要原始图像的参与。
通常来说, 公有水印的安全性和强壮性比不上私有水印, 但公有水印在声明版权信息和预防侵权行为上无疑具有优势, 是水印发展的方向。
1.3 数字水印的应用数字水印主要应用在以下几个方面:（1）可以维护所有权(Ownership assertion)为了表明对数字产品内容的所有权, 所有者用私钥产生特定的水印, 然后将其嵌入到载体数据中, 公开发布含水印的作品, 当该作品被盗版或出现版权纠纷时, 所有者即可从被盗版作品中获取水印信号作为依据, 从而保护其合法权益。
对这种应用领域来说,水印技术必须有较好的鲁棒性, 同时也必须能防止被伪造。
（2）数字指纹(digital fingerprinting)为了避免未经授权的复制和分发可公开得到的多媒体内容, 作品的所有者可以将不同用户的序列号作为不同的水印(指纹)嵌入到作品的合法拷贝中。
一旦发现未经授权的拷贝, 就可以根据此拷贝所恢复出的指纹来确定它的来源。
对这种应用领域来说, 水印技术除具有版权保护应用中的特性——不可见性外,还必须能抵抗恶意的去除、伪造或试图使水印无效的攻击。
（3）认证和完整性校验(authentication and integrityverification)在许多应用中, 需要验证数字内容未被改变、修改或造假。
对有些媒体数据是不允许修改的, 如医学照片, 交通录像等。
为了检验其完整性, 通常采用脆弱水印, 通过检验提取出的水印完整性来检验数字内容的完整性, 如有被修改, 可以确定被修改的位置。
与其他水印不同的是, 这类水印必须是脆弱的, 并且检测水印信号时, 不需要原始数据。
（4）访问控制（Visiting control）利用数字水印技术可以将访问控制信息嵌入到媒体中, 在使用媒体之前通过检测嵌入到其中的访问控制信息, 以达到访问控制的目的, 它要求水印具有很高的鲁棒性。
这种应用的一个典型例子是DVD防拷贝系统, 即将水印信息加入DVD数据中, 这样DVD播放机即可通过检测DVD数据中的水印信息而判断其合法性和可拷贝性, 从而保护制造商的商业利益。
（5）信息隐藏(Information hide)数字水印可用于作品的标识、注释、检索信息等内容的隐藏, 这样不需要额外的带宽, 且不易丢失。
另外, 数字水印技术还可以用于隐蔽通信, 这将在国防和情报部门得到广泛的应用。
2 国内外相关研究现状初期的数字版权保护希望通过安全的加密技术来解决数字作品的未授权复制问题, 即锁定数字作品的内容, 并限制只能将它分发给付了费的用户。
现在的数字版权保护则涵盖了对各种形式的版权使用的标识、交易、保护、监视和跟踪, 包括了对版权所有者关系的管理。
目前, 方正技术研究院正在进行电子图书的数字版权保护技术的研究和开发工作, 并在电子图书的版权保护方面取得了一定进展[ 7] , 北京彩虹天地信息技术有限公司提出了RG-DRM 的数字版权保护解决方案。
国外在数字版权保护方面进行开发的公司有Microsoft[ 8] 、Adobe[9] 、Intertrust[ 10] 等, 这些公司目前已经有相应的产品推出, 但在数字作品的可计数性、数字版权的权利控制、交易过程的安全及互操作性、用户标识采集等方面的技术还存在不足。
由于数字版权保护的技术与市场还未成熟, 各厂商的产品互相不兼容, 数字内容的安全交换方面也没有形成统一的标准, 目前出现的数字内容的安全交换协议有EBX( Electronic Book Exchange) 、XrML( eXtensible rights Markup Language) 等。
现在有多个开放组织正在进行数字版权保护的标准化工作, 其中Open eBook Forum 的重点在于数字内容的交换协议和电子图书格式[ 11] ,MPEG 工作组主要的工作是在多媒体方面[ 12] 。
此外,IETF( Internet Engineering Task Force) 在做底层数字版权保护方面的工作, 而World Wide Web Consortium 也领导了一个数字版权保护的研究组。
目前在流媒体数字版权保护领域的代表主要有Microsoft 和RealNetworks[ 13] 公司。
Microsoft 的WMRM(Windows Media Rights Manager) 系统只支持微软自己的媒体格式ASF、WMA 和WMV;DRM 客户端集成于Windows Media Player, 没有为其他播放器提供插件; 打包器( Packager) 和许可证服务器( License Server) 需要授权; 一旦某个Packager 的安全主密钥( Secret master key)被获取, 该Packager 产生的内容都会被破解; License 与设备关联而不是用户。
RealNetworks 的RMCS系统目前只支持RealMedia 的codecs, 支持基本的使用规则, 零售商的功能需要编程扩展。
3 今后研究方向数字水印近十年来得到了迅速的发展, 基于水印的鲁棒性、安全性、抗攻击性的研究一直是数字水印研究领域的主要内容。
（1）数字水印与其他技术的结合, 在网络环境下多媒体信息安全问题是当前一个研究热点。
多媒体信息安全主要是指安全传递、访问控制和版权保护。
数字水印技术并非是万能的, 它必须与密码学技术及数字认证、数字签名或者数字信封等技术一起使用, 才能构造综合的数据安全体系, 才能抵抗各种攻击。
（2）水印基本理论和算法研究: 数字水印技术的基本理论和算法研究一直都是研究的重点, 但目前数字水印技术的研究中模型和理论尚处于发展阶段。
需要继续做进一步研究的方面有: 水印结构、水印嵌入对策、水印检测方法、水印攻击方法及其对策、水印性能评价标准和水印的标准化等。
（3）水印系统模型的研究。
过去的水印研究中,基于统计特征的数字水印易受非线性变换的影响。
为了提高水印检测中的纠错能力, 可利用现代通信原理,将水印的嵌入等价为一个通信模型, 采用信道编码的方法来降低嵌入水印的检测误码率。
各种攻击具有不同的特性, 所引起的水印检测误码率也不同。
如何根据不同攻击的特性, 将其等效为通信理论中的问题,并应用相应的通信技术提高水印检测时的正确率, 是未来研究的一个重要课题。
（4）基于自适应算法的研究。
充分利用人眼的视觉特性和数据特征, 产生自适应数字水印和自适应嵌入算法, 以保证水印的不可见性、鲁棒性和安全性是未来水印的研究方向。
研究水印的嵌入位置及嵌入强度, 找到合适的嵌入位置和嵌入强度, 有利于水印嵌入后的视觉质量和减小检测过程的误码率。
（5）基于多小波变换的水印嵌入方法也是研究的一个方向。
目前大多都是在单小波变换域中嵌入水印。
如何利用多小波的良好性质, 结合视觉特性, 在图像数据中嵌入水印以保证较好的鲁棒性、不可见性和安全性, 是目前研究的一个重要课题。