数字水印的发展

• .NEC算法：NEC实验室的COX等人提出的基于扩展 频谱的水印算法,原则为：
• 1)水印信号应该嵌入源数据中对人的感觉最重要 的部分。在频谱空间中，这种重要部分就是低频 分量。这样，攻击者在破坏水印的过程中，不可 避免地会引起图象质量的严重下降。
• 2)水印信号应该由具有高斯分布的独立同分布随 机实数序列构成。这使得水印经受多拷贝联合攻 击的能力大大增强。
数字水印攻击分析
• 1. 鲁棒性攻击 • 它包括常见的各种信号处理操作，如图象压缩、
线性或非线性滤波、叠加噪声、图象量化与增 强、图象裁剪、几何失真、模拟数字转换以及
图象的校正等。
2. IBM攻击
• 这是针对可逆、非盲（non-oblivious）水印 算法而进行的攻击。其原理为设原始图象为I， 加入水印WA的图象为IA=I+WA。攻击者首先生成 自己的水印WF，然后创建一个伪造的原图 IF=IA-WF，也即IA=IF+WF。这就产生无法分辨与 解释的情况。防止这一攻击的有效办法就是研 究不可逆水印嵌入算法，如哈希过程。
• 3）实现方法是：对整幅图象做DCT变换，选取除 DC分量外的1000个最大的DCT系数插入由N(0,1) 所产生的一个实数序列水印信号。
• 生理模型算法：利用人的生理模型的特性，包 括HVS和HAS来提高多媒体数据压缩系统质量和 效率。它们的基本思想是利用从视觉模型导出 的JND描述来确定在图象的各个部分所能容忍 的数字水印信号的最大强度，从而避免破坏视 觉质量。这一方法同时具有好的透明性和强壮 性。
• 多媒体信息安全中传统的加解密系统并不能很 好地解决版权保护问题。因为，虽然经过加密 后只有被授权持有解密密钥的人才可以存取数 据，但是这样就无法向更多的人展示自己的作 品；而且数据一旦被解开，就完全置于解密人 的控制之下，原创作者没有办法追踪作品的复 制和二次传播。
数字水印的概念
• 数字水印（digital watermark）技术，是指在数 字化的数据内容中嵌入不明显的记号。被嵌入 的记号通常是不可见或不可察的，但是通过一 些计算操作可以被检测或者被提取。水印与源 数据（如图象、音频、视频数据）紧密结合并 隐藏其中，成为源数据不可分离的一部分，并 可以经历一些不破坏源数据使用价值或商用价 值的操作而存活下来。
1 原始图像
2 加入水印后的图像 3 水印
数字水印的特性
透明性（隐藏性）。 强壮性（免疫性）：所谓的操作包括：传输过程
中的信道噪声、滤波、增强、有损压缩、几何变 换、D/A或A/D转换等。所谓的攻击包括：篡改、 伪造、去除水印等。
隐藏位置的安全性：指将水印信息藏于目标数据 的内容之中，而非文件头等处，防止因格式变换 而遭到破坏。
3. StirMark攻击
•
Stirmark是英国剑桥大学开发的水印攻击
软件，它采用软件方法，实现对水印载体图象
进行的各种攻击，从而在水印载体图象中引入
一定的误差，我们可以以水印检测器能否从遭
受攻击的水印载体中提取/检测出水印信息来
评定水印算法抗攻击的能力。如StirMark可对
水印载体进行重采样攻击，它可模拟首先把图
• .频域算法：图象的频域空间中可以嵌入大量的 比特而不引起可察的降质，当选择改变中频或 低频分量（除去直流分量）来加入水印时，强 壮性还可大大提高。频域水印技术可以利用通 用的离散余弦变换，小波变换和傅立叶变换等
变换方法。
• .压缩域算法：把水印信号加到表示视频 帧的数据流中去。对于输入的MPEG-2数据 流而言，可分为数据头信息、运动向量和 DCT编码信号块三部分，对DCT编码数据块 中每一输入的Huffman码进行解码和逆量 化，把得到的DCT系数与相应水印信号块 的变换系数相加，对新的DCT系数重新进 行量化和Huffman编码。然后比较新的 Huffman码字的位数n1与原来的无水印系 数的码字n0，只在n1不大于n0的时候才传 输水印码字，否则传输原码字。这就保证 了不增加视频数据流的位率。
数字水印的发展简介
— 水印背景、算法及相关理论
李黎 浙江大学CAD&CG国家重点实验室
2001.9.17
内容安排顺序
• 数字水印提出的背景 • 数字水印的概念、特性及分类 • 图像数字水印的几种算法 • 常见的几种数字水印攻击方法 • 今后研究方向 • 数字水印涉及的相关理论及软件
数字水印提出的背景
象用高质量打印机输出，然后再利用高质量扫
描仪扫描重新得到其图象这一过程中引入的误
差。ຫໍສະໝຸດ Baidu
4. 马赛克攻击
• 其攻击方法是首先把图象分割成为许多个小图 象，然后将每个小图象放在HTML页面上拼凑成 一个完整的图象。一般的Web浏览器都可以在 组织这些图象时在图象中间不留任何缝隙，并 且使其看起来这些图象的整体效果和原图一模 一样，从而使得探测器无法从中检测到侵权行 为。
无歧义性：恢复出的水印或水印判决的结果应该 能够确定地表明所有权，不会发生多重所有权的 纠纷。
通用性：好的水印算法适用于多种文件格式和媒 体格式。通用性在某种程度上意味着易用性。
数字水印的分类
• 1. 可视水印与不可视水印。 • 2. 易损水印和鲁棒水印。 • 3. 空域水印和频域水印：直接在空域中对采
• .文本水印算法：它们主要是通过轻微改 变字符间距，行间距或是增加、删除字符 特征如底纹线等方法来嵌入水印。或是在 符号级或语义级加入水印。例如，可以用 big替换文本中的large。
• 一种基于改变图象数据统计特性的水印算法， 该算法首先随机选取N对象素点，然后通过增 加象素对中一个点的亮度值，而相应降低另一 个点的亮度值的调整来隐藏信息。
样点的幅度值作出改变，嵌入水印信息的称为 空域水印；对变换域中的系数作出改变，嵌入 水印信息的称为频域水印。 • 4. 非盲水印和盲水印。 • 5. 私有水印和公开水印。 • 6. 对称水印和非对称水印。
通用数字水印系统框架
图像数字水印的算法
• .空域算法：此算法首先把一个密钥输入 一个m-序列发生器来产生水印信号，然后 排列成2维水印信号，按象素点逐一插入 到原始图象象素值的最低位。由于水印信 号被安排在了最低位上，它是不可见的， 基于同样的原因，它可以轻易地被移去， 因此不够强壮。