5视频信息隐藏与水印算法数字水印基础教程
数字水印技术
9.1.4 数字水印的分类
（2）按感知特性划分：
不可感知水印（不可见水印）：人的感观不能感知 嵌入的水印，不影响作品的质量，具有较高的使用 价值 可感知水印（可见水印）：可觉察数字水印嵌入到 载体后会在媒体中留下明显的印记，主要用于标识 版权，防止非法使用，虽然降低了资料的商业价值， 却不妨碍使用者的使用，如电视台的台标等。
数字水印应具有如下的基本特征:
不可感知性 水印容量 鲁棒性
可证明性
安全性
数字水印的安全性与密码系统的安全性非常类似，即水印嵌入的算 法是公开的，安全性建立在密钥管理基础上，只有拥有密钥才能提 取水印。数字水印系统一般使用一个或多个密钥来确保水印安全。
9.1.3 数字水印系统的组成
可证明性 安全性
9.1.2 数字水印的基本特征
数字水印应具有如下的基本特征:
不可感知性 水印容量 鲁棒性 可证明性
数字水印算法能够正确识别出被嵌入到保护对象中的有关信息，例
如经过注册的用户编码、产品的标识或者其他任何有意义的文字等， 并且在需要时将其提取出来作为证据。
安全性
9.1.2 数字水印的基本特征
Playback control
Record control
Illegal copy
Non-compliant recorder
应用领域(4)——数字指纹
Distributed copies Digital fingerprints Users
Original image
应用领域(5)——内容验证
数字水印应具有如下的基本特征:
不可感知性
对不可感知的数字水印来说，是指加入数字水印后不会改变数字产 品的感知效果，即感知不到数字水印的存在。
5.1图象信息隐藏与水印算法(2)-数字水印基础教程
28
隐藏算法
计算图像边界 筛选隐藏位置 数据预处理（加密、随机化等） 数据替换
29
提取算法（需要原始图像）
从原始图像确定隐藏位置 提取信息
30
隐藏了764bits
31
4 渐进图像数字水印
图像渐进传输技术
网络用户在浏览图片时，首先获得一幅模糊 图像，随着时间的推移，用户可以逐步获得 更加清晰的图像，而如果用户不想看这幅图 像的全貌，可以取消该图像的进一步传输。 这样即节省了用户的时间，又节省了网络带 宽
b a (1 s)
组合图像形成嵌入信息的图像
16
提取算法
将接收图像分为88 的图像块 嵌入位置上的值记为b’ 在嵌入位置上，初始值设为零，用插值算 法根据周围像素值计算这些位置的值，记 为a’(=a)
b' ( 1) s' a
组合s并反置乱
17
原始载体图像 Lena ，512512
R0 3
0
[ R0 , R0 ] [ R1 , R1 ]
0.5
R1 3
1
42
嵌入算法
嵌入1
修改像素值，使得黑色像素的比例在[R1,R1+] 如果修改太大，则标志为无效
修改像素值，使得黑色像素的比例大于R1+3或小于R0 －3
嵌入0
修改像素值，使得黑色像素的比例在[R0-, R0] 如果修改太大，则标志为无效
位图文件头 位图信息头 调色板 图像矩阵
47
调色板：
视频数字水印技术
薪 ，成 效甚 微 ，水 费改 革 的根 本 目的是 促进 节 约 用 水 ，只 有解 决 妤 ｌ 程 配套 、 Ｔ 水的控 制 和水 的计 量 问题 ，才 能逐 步 划 小 量 水 单 位 ，为 农 户 和 用 水单 位 服 务
数 ａ 据 Ｐ ＮＲ （ 根 Ｓ 峰值信噪比）来控制质
量 ，ＰＳＮＲ 高于 目标 值 ，增大 ａ； 反之 ，
就减小 ａ。嵌入水 印后 的帧为 Ｆ ＝ Ｆ＋
Ⅸ Ｍ （Ｖ ＋ Ｓ） 。
数 据 进 行 处理 ，与 视 频编 码 格 式 无 关 。 按 照嵌 入 的域划 分 ，可 以分 为在 空 间域 嵌 入水 印和 在频 率域 嵌 入水 印 ，频率 域 （ 变换 域 ）水 印 是指 在 原 始 视频 的某 个
市场 需 求更 为迫 切 。
３２压缩视频水 印 ． 基于 压缩 视频 的 水 印算法 ，是 与某
２、视 频 数 字 水 印 的基 本 特 征和 基 本原 理
视频数字水 印和数字 图像水 印有很 多 相 同 的特 点 ，例 如 不可 见性 、鲁 棒性 、 安全 性 、可 靠性 等 。除 此之 外 ，视频 数 字水 印还 有 自己的特征 ： （ １）实 时 处 理 性 （ ２）随 机 检 测 性 （ ３）与视 频编 码标 准 相结 合 （ ４） 盲水 印方 案 （ ５）进一 步 的鲁 棒 性
域 ，离散 傅 立叶 变换 （ ）域 ，离 ｆ域 的视 频水 印 。其 中 ，编码 域的 视频 水 ＤＦＴ
散 小波 变换 （ Ｔ ）域 ，分 形域 、哈 Ｄ Ｗ Ｅ ｆ 印是将水印嵌入过程引入到ＭＰ Ｇ编码器 Ｉ 转第 页 罄 ２
德 码 变换域 等 。 我们这 里主 要介 绍空 间
先 ，根 据 人 类 视 觉 特 性 确 定 掩 码 结 构 包 』 （ 括 亮 度 掩 蔽 、 纹 理 掩 码 、 时 间掩
数字视频水印
2019/10/11
25
篡改恢复视频水印
2019/10/11
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篡改恢复视频水印
2019/10/11
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第五章 主要内容
•数字视频水印基础 •鲁棒视频水印算法 •脆弱视频水印算法 •视频水印几个特殊问题与方法
2019/10/11
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视频水印的几个特殊问题
•“时间”同步问题 •多帧合谋问题 •失真漂移问题
2019, 18-19. •Temporal tampering
Frame dropping, insertion, transposition.
2019/10/11
19
脆弱视频水印
•Temporal tampering authentication
Rui Du, Jessica Fridrich. Lossless Authentication of MPEG-2 Video. Image Processing. 2019. vol.2, pp. 893-896.
•视频信号处理基础 Color space, sampling, raw video,
compression coding, video compression standards. •数字视频水印基础
性能要求与特征； 数字视频水印的分类。
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性能要求与特征
除了具有图像水印的一般特点，还具有如下 独特要求：
2019/10/11
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时间同步方法
•Assumptions
1）symmetric watermarking; 2）one frame one key, k(t).
2019/10/11
32
数字水印算法介绍
数字⽔印算法介绍数字⽔印算法列举湖南科技⼤学计算机科学与⼯程学院①基于LSB 的数字⽔印⽅案（空间域、不可逆、不可见和盲检测）嵌⼊步骤：（1）先把⽔印信息转化为⼆进制⽐特流I。
（2）根据I的长度⽣成密钥K，并且严格保存。
密钥K是对图像载体像素位置的⼀个映射。
（3）把I中的每⼀位依次根据密钥K，置换掉原始载体图像中相应位置的像素最后⼀位。
提取步骤：（1）根据严格保存的密钥K遍历嵌⼊了⽔印的图像中的相应像素，提取出最后⼀位。
（2）将提取出来的每⼀位重新组合成⽔印信息。
②基于差分扩展的数字⽔印⽅案（变换域、可逆、不可见和盲检测）嵌⼊步骤：（1）将图像M分成像素点对（x，y），将⽔印信息转化为⼆进制⽐特流,⽐特流的每⼀位⽤m 表⽰。
（2）根据⽔印信息⽐特流的长度随机⽣成信息的嵌⼊位置k作为密钥信息严格保存。
（3）对图像M计算均值l和差值h：-=+=yx h y x floor l 2(（floor表⽰向下取整）（4）将⽔印⽐特信息m以差值扩展的⽅法嵌⼊到差值h中：mh h +?='2（5）将得到的h '代⼊（3）中，得到新的图像像素对，形成嵌⼊秘密信息后的图像C。
提取步骤：（1）将图像C分成像素点对（x，y），读⼊密钥信息K。
（2）将图像C依旧按照嵌⼊步骤中的（3）式计算均值l和差值h。
（3）根据密钥k找到相应位置，提取差值h的最后⼀位⽐特信息m，再将差值h进⾏变换得到1>>='h h 。
（4）将提取到的⽐特信息m进⾏组合可以恢复⽔印信息，将得到的h '代⼊嵌⼊步骤的（3）中计算新的图像像素对可以恢复原始图像载体M。
③基于直⽅图修改的数字⽔印算法（空间域、可逆、不可见和盲检测）嵌⼊步骤：（1）找到直⽅图的零点z和峰值点p，将z v p <<的像素值v⾃加1。
（2）漂移后的直⽅图v=p处即为嵌⼊⽔印的位置，将⽔印信息转化为⼆进制流并记为k，按顺序嵌⼊，即k v v +='；（3）得到的由像素值v '组成的图像就是嵌⼊秘密信息后的图像。
数字水印技术：原理、算法与应用研究
数字水印技术：原理、算法与应用研究第一章引言1.1 研究背景数字水印技术是一种将特定信息嵌入到数字媒体中的技术，它可以用于版权保护、内容认证、数据追踪等方面。
随着数字媒体的广泛应用，数字水印技术也得到了越来越多的关注和研究。
1.2 研究目的本文旨在介绍数字水印技术的原理、算法和应用研究，帮助读者了解数字水印技术的基本概念和工作原理，并探讨数字水印技术在各个领域中的应用。
第二章数字水印技术的原理2.1 数字水印的定义数字水印是指将特定信息嵌入到数字媒体中，并且这种嵌入是不可察觉的。
数字水印可以分为可见水印和不可见水印两种类型。
2.2 数字水印的分类根据嵌入的信息类型，数字水印可以分为同步水印和异步水印。
同步水印是将特定信息嵌入到数字媒体的某个特定位置，而异步水印是通过算法将特定信息嵌入到数字媒体中。
2.3 数字水印的嵌入与提取过程数字水印的嵌入过程包括特定信息的选择、特定信息的嵌入和嵌入位置的选择等步骤。
数字水印的提取过程包括水印的检测和水印的提取两个步骤。
第三章数字水印技术的算法3.1 空域水印算法空域水印算法是将数字水印直接嵌入到像素值中的算法。
常用的空域水印算法有LSB算法、块迭代算法等。
3.2 变换域水印算法变换域水印算法是在数字媒体的变换域中嵌入水印的算法。
常用的变换域水印算法有DCT算法、小波变换算法等。
3.3 混合域水印算法混合域水印算法是将空域水印和变换域水印结合起来的算法。
常用的混合域水印算法有伪随机数算法、混合素数算法等。
第四章数字水印技术的应用研究4.1 版权保护数字水印技术可以用于版权保护，可以嵌入版权信息到数字媒体中，以防止盗版和非法传播。
4.2 内容认证数字水印技术可以用于内容认证，可以验证数字媒体的完整性和真实性，以防止内容被篡改和伪造。
4.3 数据追踪数字水印技术可以用于数据追踪，可以追踪数字媒体的传播路径和使用情况，以提供数据分析和监控。
第五章数字水印技术的挑战与展望5.1 水印容量和可靠性数字水印技术在提高水印容量的同时，也需要保证水印的可靠性，即水印在传输过程中不受损失和篡改。
数字水印算法
数字水印算法
数字水印算法是一种数字版权保护技术，用于将特定信息嵌入数
字媒体中，以保护版权和防止盗版。
数字水印可以嵌入到图像、音频、视频等数字媒体中，不会影响原始媒体的质量和内容，但又能够将特
定的标识信息嵌入进去。
数字水印算法包括空域算法和频域算法两种，其中空域算法是在原始媒体中直接嵌入数字水印，而频域算法则是在
傅里叶变换后的频域中嵌入数字水印。
数字水印算法具有不可见性、
稳定性、鲁棒性和保密性等优点，已被广泛应用于数字版权保护、证
据保全、信息认证等领域。
《数字视频水印》PPT课件
2020/11/7
30
整理ppt
时间同步问题
•Temporal synchronization problem
frame dropping, insertion, transposition, averaging; 1）intentional attack; 2）network stream video. 导致： 1）密钥失去同步； 2）相关性检测失去同步。
2020/11/7
40
整理ppt
多帧合谋问题
2020/11/7
41
整理ppt
多帧合谋问题解决办法
•Solution of multiple frame collusion
Make watermark statistical invisibility.
2020/11/7
X k ( m ,n ) U k ( m ,n ) k ( m ,n ) W k ( m ,n )
•基本思想：1）利用模板来推断所经历的RST变换；
2）确定RST变换参数需要三个点坐标。
xyac dbxyef
2020/11/7
13
整理ppt
时间模板
2020/11/7
14
整理ppt
扩频调制
2020/11/7
15
整理ppt
时间模板的嵌入与检测
•时间模板
vi , v j ij vi 2 ,
[2] Zhao Yao and Reginald L. Lagendijk. Video watermarking scheme resistant to geometric attacks. Proceedings of the international conference on image processing, 2002, Vol.2, II145-II148
信号处理课件05音频信息隐藏与水印算法
信息隐藏与数字水印
38
回声隐藏
如何隐藏多个比特？
2023/12/20
语音信号分为多个片段，每个分段加入对应不同回声
例：若回声延迟为0.5毫秒代表比特“1”，回声延迟
为1毫秒代表比特“0”，回声幅度衰减系数为0.5，
分段长度为2毫秒，请给出下面信号嵌入比特 “1,0”
以后所得信号
33
回声隐藏（深入讨论）
混合信号复倒谱自相关
混合信号复倒谱自相关（局部）
1
1.2
1.1
0.9
1
0.8
0.9
0.7
0.8
0.6
0.7
0.5
0.6
0.5
0.4
0.4
0.3
0.3
0.2
0.1
-20
0.2
-15
2023/12/20
-10
-5
0
5
10
15
20
0
信息隐藏与数字水印
2
46810 Nhomakorabea12
14
16
34
回声隐藏（深入讨论）
回 声 延 迟 :8
回 声 延 迟 :12
1.6
0.9
1.4
0.8
0.7
1.2
0.6
1
0.5
0.8
0.4
0.6
0.3
0.4
0.2
0.2
0
0.1
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0
0
5
10
15
第三讲 数字水印及信息隐藏
鲁棒水印主要用于版权保护,易损水印和半易损水印主要用 于认证
静止图象水印 ； 视频水印 ；声音水印 ； 文档水印 ；
按水印所附载的媒体划分 :
六 典型数字水印算法
空域算法 典 型 空 域 方 法 有 最 低 有 效 位 方 法 LSB （ Least Significant Bits）、 Patchwork法和文档结构微调 方法。 LSB方法是将水印直接嵌入到原始信号表示数 据的最不重要的位置（最低有效位）中，这可保 证嵌入的水印是不可见的。该算法的鲁棒性差， 水印信息很容易被滤波、图像量化、几何变形的 操作破坏。
9
三、信息隐藏技术的内容
信息隐藏
隐蔽信道 信息隐藏
匿名
隐写术
数字水印
鲁棒水印
易损水印
版权标识
数字指纹
10
两个重要分支
共同点: 将重要的、秘密的信息嵌入到不受怀疑、公开的数 据中。
隐写术（Steganography）
通常用于秘密通信过程中;秘密的信息可以是任何信 息;一般情况下，隐写术不要求算法具有鲁棒性，也就 是当公开数据被破坏或失真之后，隐藏的信息将无法提 取出来;它着重于最大限度地隐藏和传送信息 .
5
密码学的问题
加密方法保护下的数字媒体一般不具有可 识别和理解性，因此，不利于媒体的的直 接传播和使用 加密方法有一个致命的缺点，那就是它明 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，其保护作用也随之消失
22
五、数字水印的基本特征
数字水印有四个基本特征:不可感知,鲁棒性、安全性、
信息隐藏技术在数字水印中的应用与实践(五)
信息隐藏技术在数字水印中的应用与实践随着数字媒体技术的发展，数字媒体的传播和复制变得非常容易。
然而，这也带来了一系列的问题，比如侵权盗版、信息篡改等。
为了解决这些问题，信息隐藏技术应运而生。
它通过在数字媒体中嵌入不可见的水印来保护数字内容的版权和完整性。
本文将对信息隐藏技术在数字水印中的应用与实践进行探讨。
首先，我们来介绍一下数字水印技术的基本原理。
数字水印是一种将特定信息隐藏到媒体中的技术。
通过对媒体进行微小的改动，可以将包含版权信息、主体身份等的数字水印嵌入到媒体中，而这些改动对人眼来说是不可见的。
数字水印可以应用于图像、音频、视频等不同类型的媒体，并且不影响媒体的正常观看和播放。
其次，我们来探讨一下数字水印技术在版权保护中的应用。
数字水印的主要目的之一就是保护数字内容的版权。
在数字媒体中嵌入数字水印后，即使原始媒体被复制、传播或篡改，数字水印仍然可以被提取出来，证明该媒体的版权归属。
这样一来，就能够有效防止盗版问题的发生，保护内容创作者的合法权益。
除了版权保护，数字水印技术在信息完整性验证中也发挥着重要作用。
数字水印可以嵌入一些用于验证媒体完整性的信息，如哈希值、校验和等。
当媒体在传输或存储过程中发生篡改时，这些隐藏的完整性信息也会被破坏。
通过提取和对比水印嵌入和提取过程中的信息，可以判断出媒体是否被篡改过，进而保证信息的真实性和完整性。
此外，数字水印技术在反盗版和追踪行为中也有广泛应用。
通过在数字媒体中嵌入唯一的标识符，可以对其进行追踪和监控。
当媒体被非法复制或传播时，可以通过提取嵌入的数字水印来追踪犯罪行为的源头，并采取相应的法律措施。
这对于打击盗版行为和保护知识产权具有重要意义。
最后，让我们来看一下数字水印技术的实践应用。
目前，数字水印技术已经在各个领域得到了广泛应用。
在音频方面，数字水印技术可以防止音乐盗版，保护音乐人的权益；在图像方面，数字水印技术可以应用于版权保护、图像检索等领域；在视频方面，数字水印技术可以用于视频广告追踪和视频内容审核等方面。
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。
视频版权保护_数字视频水印
12.1 概论
就目前所提出的应用情况来看，可包括以下范 围：
版权保护（copyright protection） 视频指纹（fingerprinting） 拷贝保护（copy protection） 广播监测（broadcast monitoring） 数据认证（data authentication） 标题和注释（indexing） 安全的隐秘通信（covert communication）
12.2.1视频信息的编码标准
图像内的编码单元是宏块，在每个图像内，宏块按顺序编码，从 左到右且从上到下。每个宏块由6个8x8大小的块组成：4个亮度 块，一个Cr色度块和一个Cb色度块。编码的过程如下：
第一步，为给定的宏块选择编码方式，这依赖于图像类型、局部区 域中运动补偿的有效性和块中的信号特性。 第二步，根据编码方式的不同，使用过去的参考图像或将来参考图 像来估计运算运动补偿预测值，从当前宏块中的实际数据中减去这 个预测值得到帧间预测误差信号。 第三步，把误差信号分成8x8块，并对每个块完成离散余弦选变换 (DCT)，对经过DCT变换后的DCT系数进行量化，对两维块按“之” 形顺序进行扫描，以形成一维量化系数串。 第四步，对每个宏块的附加信息和量化系数进行编码。最后对量化 系数数据进行变长编码。最后得到的MPEG视频流分层语法表示如图 12.8所示。
12.2.1视频信息的编码标准
图12.8 MPEG视频流分层语法表示（色度格式4：2：0）
12.1.2视频信息的时空掩蔽效应
数字水印技术正是利用了人眼所感知的有限性，来达到隐藏信息的目的。 视频水印的载体对象对于人眼是运动的画面，充分研究视频信息所具有 的三维特性即在空间和时间上被人眼所感知的强弱和掩蔽效应，对于在 提高水印鲁棒性和水印容量以及保证视觉质量等目标之间达到最佳结合 至关重要。
信息隐藏与数字水印技术
03
数字水印技术原理
数字水印的嵌入方法
空域嵌入
直接修改图像的像素值来嵌入水印，通常用于可见水印。
频域嵌入
在图像的频率域中嵌入水印，通过修改图像的变换系数实现，具 有较好的鲁棒性。
量子嵌入
利用量子力学原理将水印信息以量子状态的形式隐藏在图像中， 具有极高的安全性。
02
信息隐藏技术原理
隐写术
隐写术是一种将秘密信息隐藏在普通数据中的技术。它通过改变数据的一 些属性，如像素值、音频信号幅度等，来编码秘密信息。
隐写术通常用于在不破坏原始数据的情况下传递秘密信息，接收者需要使 用特定的方法来提取隐藏的信息。
隐写术的优点是隐蔽性好，难以被察觉，但缺点是容量较小，只能传递少 量信息。
对于不同类型的数据，如音频、视频、图像等，信息隐藏和数字水 印技术的适用性和效果也有所不同，需根据实际情况选择。
根据安全性要求选择
如果对数据的安全性要求较高，可以选择信息隐藏技术；如果更关注 数据的完整性和来源认证，可以选择数字水印技术。
信息隐藏与数字水印技术的发展趋势
信息隐藏技术的进一步发 展
随着信息技术的不断进步，信息隐藏技术将 不断改进和完善，提高隐蔽性和鲁棒性。
数字水印技术的多元化应用
随着多媒体技术的普及，数字水印技术将广泛应用 于版权保护、内容认证等领域，并呈现出多元化的 发展趋势。
信息隐藏与数字水印技术 的融合
未来信息隐藏与数字水印技术将相互借鉴和 融合，形成更加高效和安全的信息保护技术 。
05
信息隐藏与数字水印技术的应用 案例
信息隐藏在数据传输中的应用案例
信息隐藏与数字水印技术的应用场景
图象信息隐藏与水印算法(1)
图像脆弱性水印
1普通图像水印
在鲁棒性和脆弱性等方面没有特别要求，
主要强调隐蔽性（不可见性） 介绍一些有代表性的普通图像数字水印， 有助于开拓思路
2图像鲁棒性水印
能够抵抗各种信号处理、攻击 如：压缩、滤波、加噪、剪切、增删、
拼接、合并、放大缩小、打印扫描、几 何变形、等等
3图像脆弱性水印
伪随机置换
提取：用同样的种子密钥产生同样的伪
随机索引序列，从这些位置最低比特位 中提取信息 应避免的问题
– 产生的索引值可能产生碰撞 –用一个集合记录所有已使用过的载体索引 值，当再次出现同样的索引值时，则放弃 这个索引值，再选择下一个元素 – 提取时同样处理
LSB顺序嵌入
100101011010101010 110101001010111011 010100101011010101 010110010101010110 001111010110101111 010011100110100011 010100111101101101 011101110100010010 010101110110101001 010110101010101100 101010101100011110 101101011110100111 秘密信息流 001101000110101001 111011011010111011 101000100100011001
利用奇偶校验位的方法
提取：用同样的方法划分载体区域，计
算出奇偶校验位，构成秘密信息
4。基于调色板的图像
基于调色板的图像
–调色板数据：定义了N种颜色索引对（i,ci） –图象数据：代表每一个象素的调色板索引 –颜色向量代表R、G、B三个分量的值，如 果是灰度图像，则三个分量取值相同
数字视频水印和相关理论基础解析
第1章绪论1.1 课题研究背景随着社会的不断进步和信息技术的不断发展，各种形式的多媒体数字作品纷纷以网络形式发表，然而数字作品的便利性和不安全性是并存的，它可以低成本、高速度地被复制和传播，这样就为创造者和使用者都提供了很大的便利，但这些特性也容易被盗版者所利用，数字水印技术的研究就是在这种应用要求下迅速发展起来的。
视频信息中包含着较多不同于图像的特殊信息，这些特殊信息大大影响了传统的数字水印技术在视频水印方面的应用。
随着目前数字视频产品等多媒体信息的大量使用,市场上也迫切需要对数字视频产品进行加密保护。
然而由于水印嵌入时必须考虑到如何更好地与视频编码结合起来,而视频编码又因为不断的发展而会发生变化,新发展的一些视频编码关键技术可能会限制水印的嵌入技术的于这些原因,使得在数字视频产品中要嵌入合适的水印难度比较大；而另一方面针对于视频的更加精确的人眼视觉模式还没有完全地建立起来,没有一个很好的标准在视频中找一个较好的区域进行水印的嵌入,因此在数字视频产品中嵌入水印的方法选择上受到了较大的限制。
也正因为还有很多技术上的工作没有得到很好的解决,而数字视频水印技术又将应用于越来越多的地方,这就给研究工作带来许多的机遇,同时也更是一种挑战。
Caronni于1993年最早提出了“数字水印”的概念，该概念的提出引起了学术界、电子出版界的极大兴趣，之后该技术被广泛地应用于图像、音视频等其他数字媒体。
因为它在隐含标注、版权保护、真伪鉴别和秘密通信等领域有着广泛的应用前景，因此成为一个日益重要的研究领域。
1.2 研究的目的与意义研究数字视频水印技术的目的与意义在于可以有效的实现网络环境中数字视频作品的版权保护和认证，面对人类社会的数字化时代，在网络交流日益普及和电子商务逐渐启动的今天，数字视频作品的版权保护和认证问题及数字信息的安全传输问题是在人们面前需要迫切解决的问题。
而数字视频水印技术将是解决这类问题的一种最有效和最有潜力的技术，多媒体数字水印系统软件的开发具有显著的经济效益和社会效益，对于规范数字化市场，促进信息产业的健康持续发展极为重要的意义。
数字水印及其应用PPT课件
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空间域算法举例
• Patchwork算法：首先选中N对像素点， 然后通过增加一个点的亮度值，而相应 降低另一个点的像素值，以此来嵌入信 息。
为了提高水印的鲁棒性，算法将像素对 扩展为像素区域对。
对有损的滤波、压缩、扭转等具有较好 的抵抗能力。
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文本水印算法
• 文本水印算法：通过改变行间距、字间 距、字符特征或同义词替换等来嵌入信 息。
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130 = 10000011 123 = 01111010 117 = 01110101 ••••••••••
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DCT变换
正变换：
F c (,) M 2c (N ) c () M 1 N 1 f( x ,y ) c2 o N ( 2 x s 1 )[ ] c2 o M ( 2 y s 1 )[ ] x 0 y 0
• 信息隐藏：将机密信息隐藏于公开信息中，通 过传递公开信息而传递机密信息。
• 数字水印：数字水印是以可感知或不可感知的 形式嵌入到数字多媒体产品（文本、音频、视 频、图形和图象等）中的、用于版权保护、内 容检验或提供其它信息的信号。
• 数字水印处理技术是水印生成、嵌入、抽取和 检测以及攻击等过程的统称。
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NEC算法
• NEC算法：NEC实验室的COX等人提出的水印算 法,原则为：
• 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。
• 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。
水印嵌入方法
水印嵌入方法水印嵌入是一种常用的数字水印技术，用于在图像、视频、音频等媒体中嵌入一些不易察觉的信息，以实现版权保护、身份认证等功能。
本文将介绍水印嵌入方法的原理和常见技术。
一、水印嵌入原理水印嵌入的基本原理是利用人眼对图像或音频的感知限制，将水印信息嵌入到媒体中，使其对于人眼或耳朵来说不易察觉。
水印嵌入的过程可以分为以下几个步骤：1. 特征提取：对于图像，可以提取其纹理、颜色等特征；对于音频，可以提取其频谱、时域波形等特征。
2. 水印信息编码：将需要嵌入的水印信息转换为数字序列，通常使用编码算法对其进行压缩和加密处理，以提高嵌入效率和安全性。
3. 水印嵌入：将编码后的水印信息嵌入到媒体中的合适位置。
对于图像，可以嵌入到像素值中的某些位；对于音频，可以嵌入到频谱系数中的某些频段。
4. 隐藏性检测：检测嵌入后的水印是否对人眼或耳朵可见（听得见），即水印是否具有良好的隐藏性。
常用的检测方法包括主观评价和客观评价。
5. 鲁棒性检测：检测嵌入后的水印是否能够抵抗各种攻击，例如噪声添加、压缩、滤波等。
鲁棒性检测是水印嵌入方法中非常重要的一步，决定了水印在实际应用中的可靠性。
二、常见的水印嵌入技术1. LSB（Least Significant Bit）隐写术：将水印信息嵌入到图像的最低有效位（LSB）中，因为对人眼来说，最低有效位的变化是不易察觉的。
这种方法简单易实现，但鲁棒性较差。
2. 量化系数修改：将水印信息嵌入到图像或音频的量化系数中，通过微小的改变来实现水印嵌入。
这种方法在嵌入容量和鲁棒性方面有一定的优势。
3. 变换域嵌入：将嵌入域转换到变换域（如频域、小波域）中，然后将水印信息嵌入到变换系数中。
这种方法可以提高隐藏性和鲁棒性。
4. 时频域嵌入：将嵌入域同时转换到时域和频域，然后将水印信息嵌入到时频域的某些区域中。
这种方法可以提高鲁棒性和隐藏性。
5. 深度学习方法：近年来，基于深度学习的水印嵌入方法得到了广泛关注。
以数字水印为基础的图像信息隐藏技术
参考 文 献 ：
［ １ １田军． ］ 浅谈ｊ Ｑ ｕ ｅ ｒ ｙ 技术在Ｗ ｅ ｂ 开发 中的应用 ［ Ｊ 】 ． 探索与观察， ２ ０ １ ２ （ １ ２ ） 作者 简 介 ：林振 文 （ １ ９ ８ ５ ． ０ １ － ）， 男，硕 士 ，助教 ，研 究方 向 ：网 页设 计 。 作者 单位 ：厦 门软 件职 业技 术 学院 ，福 建厦 门 ３ ６ １ ０ １ ６ 《 《 《 《 《 Ｃｔ ： 接第２ ２ ３ 页 散余弦变换 的计算 ，即计算ＤＣ Ｔ ，其次是在变换域 中进行 水 印叠 加 ，通 常 叠 加 到最 大 的前 Ｋ 系 数 之 中 ，表 现 为 图像 低 频分 量 。假设 前Ｋ 系数 为Ｄ ＝＜ ｄ ｉ ），ｉ ＝ ｌ ， ……，ｋ ，数 字 水 印则 符 合 高 斯 分布 ，表 现 为 随 机 实数 列 ，ｗ： （ ｗ ｉ ），
性。 在 信息嵌入 时， 将机 密信息嵌 入 到数字水 印中， 并尽 可能
对添 加水 印的强度 进行控 制 。变 换域数字 水 印算法能够 保障 信 息在变形 之后仍 能够准 确拷 贝机 密信 息 。由于 此种方法 的
信息提取程序较为 复杂，所 以信息隐藏量就 需要进 行控制 。 ４ ＿ ２ 空 间域 数字 水 印算法 。空 间域水 印算法简 称空域 水 印 ，是当前很 多新型 的数字 水印算法 的依据 ，此种 算法 的基
ｌ ＊ Ｈ ｌ
应 用研发 一 多媒体设计
标 ，小框 的上外边距 就是 鼠标在 图片 中的纵坐标 ，然后在 通
＜ ａ ｈ ｒ ｅ ｆ ＝ ” 样 ” ｃ ｌ ａ ｓ ｓ —ｇ ｏ ｌ ” ｉ ｄ ＿Ｉ ｆ ｇ ｏ ｌ ” ｝ ＋ ＜ ／ ａ ＞
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方案一——原始视频水印
空域（Hartung等，1996，1998）
将视频序列从左到右、从上到下以及时间 上的先后顺序进行扫描，变成一个一维信 号 再将水印信号扩展、放大和调制，得到一 个伪随机序列 利用人眼的视觉掩盖效应，在空间域精确 地控制嵌入水印信息的嵌入幅度，使其在 满足不可见性条件下具有抵抗有损压缩的 能力
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视频序列 GOP(随机访问单元)
I
B B P
B
B P
B
B I
B B 嵌入位置 2
Y
当前帧
被匹配宏块 匹配宏块 最佳匹配宏块 运动矢量
求 差 值
0 2
1 3
Cb Cr 4 5
DCT,量化,扫描,RLE
预测误差宏块 DPCM
d (d x , d y )
Huffman 编码
比特流
参考帧
嵌入位置 3
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方案二——基于视频编码
E. Koch（1995）提出了一种基于分块DCT变换 的水印嵌入算法，用于静止图象水印
将图象按8×8的块进行分割并作DCT变换，接着利 用伪随机的方法选出所有DCT块的一个子集，对这 一子集中的每一个块进行嵌入
以上方法针对视频的I帧图象，因为I帧是帧内 编码，可以用静止图象水印方案 对于前向预测P帧，根据P帧和参考的I或P帧关 系，通过修改冗余掩膜嵌入水印 对于双向预测B帧也类似
应与视频编码标准相结合
3
视频水印的应用
版权保护 隐含标识 信息认证 隐蔽通信 完整性保护
4
应用例1
DVD版权保护系统
DVD防拷贝系统 水印信息包含：禁止拷贝、允许一次拷贝、 允许N次拷贝
5
应用例2
视频点播（VOD）管理系统
VOD 服务器 MPEG-2 视频流 加 密 信 道 解 密
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方案一——原始视频水印
空域（Kailer等，1999）
将视频看成一系列静止图象，在若干个连 续帧中嵌入相同的水印 利用了扩频思想，水印是一个加性噪声 水印嵌入时，根据图象纹理特性采用不同 的嵌入强度 水印检测时，为了提高检测效果，先对嵌 入了水印的信号进行匹配滤波，去除像素 间的相关性以提高检测效率，最后计算相 关值
经过视频编码处理后，会造成部分水印信息丢失， 给水印的提取和检测带来不便； 对于已压缩的视频，需先解码，嵌入水印后，再 重新编码，算法运算量大、效率低，防攻击能力 差。
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方案二
在视频编码器中嵌入水印
通过修改编码阶段的DCT域中的量化系数， 并且结合人类视觉特性嵌入水印 优点：①水印仅嵌入在DCT系数中，不会增 加数据比特率；② 易设计出抗多种攻击的 水印 缺点：存在误差积累，嵌入的水印数据量低， 没有成熟的三维时空视觉隐蔽模型
无运动预测补偿的I帧嵌入 有运动预测补偿的P帧和B帧嵌入
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由于MPEG-2对I帧的处理类似于图像的 JPEG压缩，所以在I帧中嵌入水印大多是 通过修改DCT系数来实现（嵌入位置1） 相对于P帧和B帧，I帧的数据量大，单帧 可嵌入的水印量要远大于P帧和B帧 但是I帧个数少，所以仅在I帧中嵌入水印 的机顶盒上完成
7
数字视频编码标准MPEG-2
基本原理
对各种图象数据冗余度及视觉冗余度的压缩， 包括统计冗余度的压缩，空间冗余度的压缩， 时间冗余度的压缩和视觉冗余度的压缩
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MPEG-2编码器方框图
差值图像 视频 （模拟） 视频 ADC 预处理 DCT 量化 反量化 反DCT 预测器 运动检测 码率 控制 VLC 缓存器 压 缩 视 频 比 特 流
数字视频水印的性能要求
盲检测：由于视频信息量大，水印提取过程 要求保留原始视频信息几乎是不可能的 实时性：要求算法简单，速度快 对视频水印的攻击特殊：
帧删除、帧插入、帧重组等视频编辑处理 统计平均攻击（对局部连续的帧求平均，以消除 水印） 共谋攻击：从单个帧中估计出水印，再从每帧中 减去水印（如果在所有帧中嵌入相同的水印） MPEG-1,MPEG-2和MPEG-4
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方案三——基于压缩视频流
Jordan提出的算法是将水印信息以一种 伪随机方式嵌入到运动矢量中 必须选择指向平坦区域的运动矢量，因 为这样修改运动矢量后，该矢量所指的 区域不会产生可视的修改痕迹 在视频流解压缩前，水印信息可以从运 动矢量中直接提取
频率变换
将图象按8×8分块做DCT，得到8×8的频域系数 矩阵 如果解码器要从前一幅和后一幅图象来重构一幅 图象，那么中间的图象就可以通过插补的技术， 即双向预测来重构 中间图象的象素块的值可以进行前向预测和后向 预测，也就是通过运动矢量把已知象素块作平移 而获得，解码器可以将前后图象的预测值的平均 值作为指定块的象素值
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方案三
在视频压缩码流中嵌入水印
优点：没有解码和再编码的过程，提高了水印嵌入 和提取的效率 缺点：压缩比特率的限制限定了嵌入水印的数据量 的大小，嵌入后效果可能有可察觉的变化 基本要求：(1 )水印信息的嵌入不能影响视频码流 的正常解码和显示；(2 )嵌入水印的视频码流仍满 足原始码流的码率约束条件；(3 )内嵌水印在体现 视觉不易察觉性的同时，能够抗有损压缩编码
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第二代视频水印：基于内容的视频水印
视频水印的分类
按照水印嵌入的策略分类
在未压缩域中：移植静止图像的水印技术，结合 视频帧结构特点，形成适用于视频的水印方案 在视频编码器中：通过修改变换域系数，能得到 较好的视频质量和较强的水印抗攻击能力，同时 不会增加数据比特率 在视频码流中：最大优点就是不需要完全解码和 再编码，提高了水印嵌入和提取的效率，但是能 够嵌入的水印容量受到较大的限制，而且水印的 嵌入有可能对视觉产生影响
视频数字水印技术
对视频水印的要求
不可感知性 稳健性 复杂度（提取和检测应达到实时） 考虑视频的压缩编码 加入水印不应增加视频流码率 盲检测：水印检测时不应需要原始视频
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视频水印的分类
按水印技术是否与内容相关分类
第一代视频水印：与视频内容无关
MPEG1和MPEG2：帧内图I、预测图P、双向预测图 B MPEG4标准首次以视频对象（Video Object）概 念来实现基于内容的表示，视频对象主要被定义 为画面分割出来的不同物体，通过运动信息、形 状信息、纹理信息来描述
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方案二——基于视频编码
Chung等（1998）提出的水印主要针对 图象序列中Ｉ帧
嵌入过程在DCT域进行，算法依据每个8×8 像块的能量将所有块进行自适应分类，对不 同类选取不同的嵌入强度 利用嵌入模板来控制信息嵌入点 在提取算法中，以含水印的已解码视频码流 为输入，利用经嵌入调整的系数和特定的PN 序列的相关性进行水印鉴别
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视频水印算法
视频水印嵌入和提取方案
MPEG-2编码器 压缩 码流
原始视 频码流
MPEG-2解码器
重建视 频码流
水印嵌 入方案1
水印嵌 入方案2
水印嵌 入方案3
水印提 取方案3
水印提 取方案2
水印提 取方案1
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方案一
在原始视频流中嵌入水印
优点：水印嵌入方法多，原则上图像水印方 案均可应用于此，算法成熟，有稳健性水印、 脆弱性水印等，可用于多种目的 缺点：
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方案三——基于压缩视频流
直接将水印信息嵌入到MPEG-2压缩码流中 适用于不能直接介入视频编码过程，而只能得 到编码视频流的场合 例如，在第三方制作的编码视频流中嵌入版权 信息 这种方案最大的优点在于不需完全解码和再编 码过程，因此造成的对视频信号的影响较小 但视频系统对视频压缩码率的约束将限制作为 水印的嵌入信息量，同时可能对运动补偿环路 造成影响
用户机顶盒 视频流 解密 电 视 录像机
水印1（版权标识）
水印2（用户ID）
非法拷贝
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应用例2
嵌入版权标识和用户标识两个水印
版权标识：在服务器端，水印系统将视频产 品的版权信息嵌入到视频之中，达到标识视 频作品版权的目的 用户标识：将不同的客户标记嵌入到用户点 播的视频码流中，实现信息追踪管理的目的
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在预测误差中嵌入水印
由于MPEG压缩对P帧和B帧的保护不如对I帧 的保护，随着压缩比例的增大，预测误差数 据的丢失也增大，所以这种嵌入方案嵌入量 不大，对数据比特率的改变敏感
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在运动信息中嵌入水印
文献提出可通过适量修改运动矢量来嵌入 水印信息。为增强水印的鲁棒性和不可见 性，提出水印只嵌入在幅值较大的运动矢 量中，而且只改变使运动矢量相位变化小 的运动矢量分量 由于运动矢量反映的是当前编码帧中被预 测宏块与参考帧中最佳匹配宏块的运动位 移信息，与宏块的具体内容无关，因此， 这类嵌入方法能很好的抵抗对视频内容的 攻击
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MPEG-2视频被描述为一系列连续的画面， 而每幅画面看成是二维的象素阵列。每 个象素的彩色表示包含三个分量，Y（亮 度）和两个色度分量Cb、Cr 数字化视频的压缩主要是基于以下几种 技术：色度信息的子采样，量化，运动 补偿，基于DCT的频率变换，可变长编码 VLC和画面的插补