图像数字水印技术综述_罗建禄

第24卷第1期重庆工商大学学报(自然科学版)2007年2月Vol.24　No.1J Chongqing Technol Business Univ.(Nat Sci Ed)Feb.2007

文章编号:1672-058X(2007)01-0086-06

图像数字水印技术综述

罗建禄1,杨　丹2,杨　娟1

(1.重庆大学数理学院,重庆400044;2.重庆大学软件学院,重庆400044)

摘　要:介绍了图像数字水印技术的概念与特点,从图像数字水印技术的系统模型、常见的典型算法和水印攻击方法等方面论述了图像数字水印技术的研究现状,讨论了图像数字水印技术的应用领域,展望了未来发展及研究方向。

关键词:图像数字水印;版权保护;应用领域;发展方向

中图分类号:TP391 文献标识码:A

信息技术和计算机网络的迅速发展,使包括图像在内的数字媒体信息的交流达到了前所未有的深度和广度,与此同时,也使得在网上传播的图像的版权保护和服务认证面临着日益严峻的挑战。

为了保护数字媒体的知识产权,以前人们采用了将数据加密的方法,使得只有掌握密钥的授权用户才能解密数据,从而使用数字媒体产品。但这种方法只能控制用户是否能够存取数据,与数据本身并无直接关系,因此一旦被破解,这些数据就会很轻易地被修改、复制、传播。为解决这个隐患,人们又提出了新的知识产权保护手段———数字水印。数字水印是将一段标志版权所有者的信息嵌入到要保护的媒体中,但在这个过程中通常采用特定的技术手段使被嵌入的信息不会被人感知到,只有知识产权的所有者才能通过检测器确定数字水印是否存在。作为信息隐藏技术在计算机领域的一项重要应用,数字水印具有双重安全性,即水印的添加与否具有不可知性以及水印提取受密钥的保护,因而非常适用于信息安全问题,它为保护多媒体信息的版权及信息的合法使用提供了一种新的解决思路。

1　图像数字水印的概念与特点

目前,学术界对数字水印还没有公论的定义,不妨从以下描述中增加对它的了解:数字水印可以看作是插入到数字媒体中的数字信号或模板;水印技术把媒体从一种形式转换为另一种形式,但是水印技术基本上没有改变媒体,确保媒体可以认知;一旦解密后,密码术对媒体没有任何保护,但水印可以始终保存在媒体中;把与媒体、作者、版权和使用许可的有关信息作为水印嵌入到媒体中,需要时从媒体中检测或提取这些信息,用于证明原创作者对作品的所有权、或作为鉴定盗版、侵权和篡改的证据;水印与宿主数据紧密结合并隐藏其中,成为宿主数据不可分离的组成部分。

1.1　基本原理

图像数字水印技术是指用信号处理的方法在图像数据中嵌入隐含标记。水印分为可感知的和不易感知的水印[1,2]。

(1)可感知水印。这是一种可以看见的水印,就像插入或覆盖在图像上的标识。它与可视纸上的水印相似,这类水印一般选用较淡或半透明图案。它既可以证明作品的归属,又不妨碍对作品的观赏,主要应用于标识那些可在图像数据库中得到的,或在I nternet上得到的图像的预览,以防止这些图像被作为商业用途。

收稿日期:2006-09-14;修回日期:2006-11-30。

基金项目:重庆市自然科学基金资助项目(CSTC2005BA2002)。

作者简介:罗建禄(1975-),男,重庆璧山县人,硕士生,讲师,从事数字图像处理、数字水印技术等研究。

(2)不易感知水印。这是一种应用更加广泛的水印,主要用来鉴别产品的真伪及产权保护。人们在感觉上的冗余是这种水印存在的前提。与可视水印相反,它加在图像当中从表面上是不易察觉的。由于数字产品都是为了满足的感官需求,这就要求它的水印不可破坏其观赏价值和使用价值,要求水印不引

人注目[3]。虽然不易感知的数字水印不能阻止合法产品被非法复制,但是当发生版权纠纷时,所有者可以从中提取出标记,从而证明物品为某人所有。

1.2　主要特性

[4](1)保真性。嵌入图像中的水印应该在视觉上是不可见的(Percep tual I nvisible ),不会影响原图像的质量。但值得注意的是I .J.Cox 等人[5]

指出,假如信号是视觉上不可见的,那么基于视觉可见性的有损压缩算法就有可能忽略这个信号,从而除去水印。为了解决此类问题,可以考虑让水印在一定程度上是

视觉可见的[5]。当然只有图像的发布者才知道这一点,而观察者是不可能从视觉上判断图像中是否存在

水印的。

(2)鲁棒性。加入水印的图像在传播过程中必然会受到各种有意或无意的干扰,因此,一个数字水印应该能够承受大量的不同的物理和几何失真,包括有意的或无意(如图像压缩,滤波,AD 与DA 转换,噪声污染和尺寸变化等等)的攻击,即经过上述攻击后,水印算法仍能从水印图像中提取出嵌入的水印或证明水印的存在,若攻击者试图删除水印将导致载体的彻底破坏。

(3)隐蔽性。即水印是不易察觉的。水印技术的首要条件是加入水印的图像和原始图像基本上相同,图像的质量不因水印加入有明显的改变。

(4)安全性。水印信息隐藏于数据而非文件头中,文件格式的变换不导致水印数据的丢失。

(5)可证明性。能够为受到保护的信息产品的归属提供完全和可靠的证明。

(6)低复杂性。水印嵌入和提取算法应当简单易行。2　图像数字水印的研究现状

2.1　系统模型

数字水印技术由3个主要的过程构成:水印的嵌入、提取和检测过程[6]。

水印信号的嵌入过程如图1,输入包括水印信息、原始数据和密钥(公钥或私钥)。原始数据可能是压缩后的数据,也可能是未经压缩的多媒体数据。水印信号可以是序列号、文字或图像等,密钥主要是用于提高安全性。根据具体的应用范围,通过一定的水印算法,将水印信号加入到原始数据中获得水印后的数据。图2为水印信号的提取过程,输入的信号是嵌入水印的数据、密钥和原始数据(根据具体的水印算法来确定是否需要,虚框表示此项不是必要的),输出信号是恢复出的水印信息。图3为水印信号的检测过程,检测器输出的结果是一个判断水印是否存在的二值信号(0或1),这个结果如充分可信可在法庭上作为版权保护的证据,这样实际上要求水印的检测过程和算法应该完全公开

。

图1　

水印信号嵌入图2　水印信号提取

图3　水印信号检测2.2　典型算法

近年来,数字水印技术研究取得了很大的进步,见诸于

文献的水印算法很多,这里对一些典型的算法进行分析。

2.2.1　空间域算法

Schyndel 等人[7],阐明了水印的重要概念和鲁棒水印

检测的通用方法(相关性检测方法),首先生成一个M -

7

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