浅谈数字水印技术

浅谈数字水印技术

近几年， 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”。数字水印技术是将一些标识信息即数字水印直接嵌入数字载体包括多媒体、文档、软件等当中，但不影响原载体的使用价值，也不容易被人的知觉系统如视觉或听觉系统觉察或注意到。人们通过隐藏在多媒体内容中的信息，能够了解到内容的原创者、内容的购买者、是否为正版、是否完整。

一般数字水印系统的通用模型包括嵌入和检测（提取）两个阶段。数字水印的嵌入阶段，嵌入算法的嵌入目标是使数字水印在不可见性和鲁棒性之间找到一个较好的折衷点。检测（提取）阶段主要是设计一个相应于嵌入过程的检测（提取）算法。检测算法一般是以基于统计原理的检验结果来判断水印存在与否，它的目标是使错判与漏判的概率尽量小。提取算法通过提取出水印（如字符串或图标等）并与原始水印进行比较以判断水印是否存在。并且，为了给攻击者增加去除水印的难度，目前大多数水印制作方案都在嵌入、检测（提取）时采用了密钥，只有掌握密钥的人才能读出水印。

（1）水印嵌入系统

其功能是把水印信息嵌入到原始图像中，为了能成功地提取水印信号，算法必须使水印对故意或非故意的袭击和失真（相当于信道噪声）具有鲁棒性。

（2）水印的恢复系统

其功能是完成从待检测图像中提取出水印信号。图2 描述了一般的水印恢复过程，其中置信度表明了所考察图像I′ 存在水印的可能性。

图2 数字水印恢复方案

1 数字水印的特点

数字水印应具有以下基本特征：（1）隐蔽性。指水印不可被察觉，不影响媒体产品的使用。（2）鲁棒性。指嵌入水印的图像在经受一定程度的各种有意或无意的图像处理攻击，水印仍能被检测出来。在某种程度上鲁棒性可以反映水印技术的抗干扰能力。（3）安全性。数字水印技术应该使用一个或多个密钥来确保自身的安全，未经授权，用户不能检测出隐藏在原始数据中的水印信息。（4）水印容量：是指载体在不发生形变的前提下可嵌入的水印信息量。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。尤其是隐蔽通信领域的特殊性，对水印的容量需求很大。

2 数字水印的应用

数字水印技术作为数字产品的保护技术，主要应用在这几个方面：（1）版权保护

版权保护：指的是多媒体数据产品的拥有者在公开发表自己的数据产品之前将会对数据产品嵌入隐秘的数字水印。在该多媒体数据产品遇到版权纠纷问题的时候，多媒体数据产品的拥有者就可以使用水印检测算法检测水印，以证明自己的版权归属。数字作品的版权保护是当前的热点问题，由于数字作品的拷贝、修改非常容易，因此原创者不得不加上损害作品的版权标志。数字水印利用其不可感知性，既保证了质量，又保护了数字作品。

（2）数字指纹

多媒体数据产品的拥有者可以在其产品拷贝中嵌入数字指纹，这样可以

较为有效地防止产品被非法拷贝和传播。这类应用要求设计的数字水印具有较好的不可感知性。如果多媒体数据产品被非法复制而没有经过授权，那么可以采用嵌入的数字指纹检索来寻找非法拷贝的根源。

（3）图像认证

图像认证是用来检测含水印数据的完整性， 检测其是否被非法篡改过，而将数字水印信息嵌入到原始多媒体数据中。这类应用采用脆弱水印、半脆弱水印为多，脆弱性对水印的鲁棒性要求很低，一般用在医疗图像数据、法庭等领域。

（4）票据防伪

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，使得货币等各种票据的伪造变得更加容易。因此目前很多发达国家在票据中已经开始使用水印技术，通过对票据中水印的有无判断，就可以方便快速地识别真伪。（5）拷贝控制

在因特网日益发展的今天，对多媒体数据产品发行和传播过程中，对人们不允许非法的任意拷贝多媒体数据，采取嵌入水印的方法进行拷贝控制。

（6）隐蔽通信及其对抗

数字水印所依赖的信息隐藏技术不仅提供了非密码的安全途径，更引发了信息战尤其是网络情报战的革命，产生了一系列新颖的作战方式，引起了许多国家的重视。网络情报战是信息战的重要组成部分，其核心内容是利用公用网络进行保密数据传送。迄今为止，学术界在这方面的研究思路一直未能突破“文件加密” 的思维模式，然而，经过加密的文件往往是混乱无序的，容易引起攻击者的注意。网络多媒体技术的广泛

应用使得利用公用网络进行保密通信有了新的思路，利用数字化声像信号相对于人的视觉、听觉冗余，可以进行各种时（空）域和变换域的信息隐藏，从而实现隐蔽通信。

3 结束语

数字水印技术是一个新兴的研究领域，它与信息安全、信息隐藏和数据加密等均有密切的关系。特别是在网络技术和应用迅速发展的今天，水印技术的研究更具现实意义。数字水印技术作为数据安全领域中的新生事物，具有很高的技术含量和很强的生命力，同时也孕育着巨大的商机，在未来社会经济发展中将产生巨大的作用，也将会有更多的人投入到数字水印技术的研究和产业化进程中来。未来值得关注的研究领域将有几个方面：一是数字水印的基本理论和算法的研究；二是稳健性水印；三是小波域数字水印；四是抗几何变形水印技术；五是与其它领域技术的结合研究。