数字水印技术研究综述

第!&卷第# 期阿坝师范高等专科学校学报!""#年&!月

数字水印技术研究综述

杨兴江

)阿坝师专数学系，四川汶川*!%"""+

,摘要- 数字水印技术提供了一种解决网络环境下多媒体文挡版权保护的方案，目前已经成为了国际研究热点。本文简单讨论了数字水印的概念、特征、分类和应用，全面分析了现有的典型的水印算法，提出了数字水印下一步的发展方向。

,关键词- 信息隐藏；版权保护；数字水印

,中图分类号- ./%$&0#&,文献标识码- 1,文章编号- &""2—#&#!（!""#）"#(""$3("#

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&0引言

随着O9>A B9A>的普及和电子商务与电子政务的迅猛发展，给社会带来方便的同时，信息的安全保护问题也变得日益突出。盗版者能以低廉的成本复制及传播未经授权的数字产品的内容，数字产品的所有者迫切需要有办法解决知识产权保护的问题。传统的数字产品保护方法主要采用加密的手段，非法用户不能解读。然而，仅采用加密技术有一个重大缺点：即一旦密文被授权用户解密后，非法的复制与传播就变得非常容易了。为了弥补这一缺点，人们提出了数字水印技术。的完整可靠性，从而成为知识产权保护和数字产品防伪的有效手段。数字水印技术目的是鉴别出非法和盗用的数字产品，从而确保数字产品版权所有者的合法利益。因此，数字水印技术一经提出就迅速成为了热点研究问题，出现了许多水印方案，也有许多公司已推出了数字水印的产品。

本文简单介绍数字水印的概念、特征与分类，重点分析了现有的水印算法，给出了数字水印的重要应用，对数字水印技术未来研究方向进行了展望。

!0数字水印技术特性及其分类

数字水印（=8:8>A B C

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字产品版权保护技术，它将特定意义的标记（水印）不可感知地嵌入被保护的数字产品（数字图像、音频、视频和文档）中，在产生版权纠纷时，通过相应的算法提取该数字水印，用以证明著者对其数字产品的所有权，并作为鉴定、起诉非法侵权的依据，同时通过对水印的检测和分析来保证数字信息不同的应用对数字水印系统的要求不尽相同，对数字水印系统的特性理解也会随应用的不同而变化。一般认为数字水印应具有如下特点：

（&）鲁棒性：指不因数字产品的某种改动而导致水印信息丢失的特性。

（!）不可感知性：数字水印应是不可知觉的，

收稿日期!!""#""$"!%

作者简介!#$%&&$’&(’()(*+,-.(/01234561(789:;<=>?@A B?@CD!E F G H(3I J K(L M E F N O B

,4/(（-D,，-）（!）被唯一的鉴别确定，而且在遭到攻击时，确认所有

者等信息的精度不会太多降低。

$%$%数字水印的分类

数字水印的分类方法有很多，分类的出发点不同导致了分类的不同，它们之间是既有联系又有区别。最常见的分类方法有以下几类：&）按水印特性划分为可见水印和不可见水印，其中不可见水印又包括脆弱性水印（或易碎水印）和稳健性水印；$）按水印所附载的载体数据划分为图像水印、音频水印、视频水印、文本水印以及用于三维网格模型的网格水印；!）按水印的检测过程划分为非盲水印、半盲水印和盲水印；"）按水印内容划分为有意义水印和无意义水印；#）按用途划分为票据防伪水印、版权保护水印、篡改提示水印和隐蔽标识水印；’）按水印隐藏的位置划分为时（空）域数字水印和变换域数字水印，其中变换域数字水印又包括()* 域、(+*域和(,*域。

!%数字水印原理与典型水印算法

对于数字水印嵌入和提取算法，纵观近几年来相关的报道和文献，从整体框架构思到具体实现细节，可以说是百花齐放，设计思想取决于研究人员的研究背景和不同的研究角度。一般来讲可依据数字水印所附载的载体数据划分为图像水印算法、音频水印算法、视频水印算法、文本水印算法和三维网格水印算法。本文主要以图像水印算法为主分析一些典型水印算法及其特点。

!%&数字水印一般原理

通用的数字水印算法包含两个基本方面：水印的嵌入和水印的提取或检测。水印可由多种模型构成，如随机数字序列、数字标识、文本及图像等。从鲁棒性和安全性考虑，常常需要对水印进行随机化以及加密处理。设- 为数字作品，,为水印，.为密

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或（

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1，,不存在

其中,4为提取的水印，.为密码，函数) 做相关检测，!为决策阈值。这种形式的检测函数是创建有效水印框架的一种简便方法。检测器的输出结果如充分可信则可在法庭上作为版权保护的潜在证据。那么这实际上要求水印的检测过程和算法应该完全公开。

!%$典型的数字水印算法

数字水印技术的研究主要集中于图像、音频、和视频等方面。图像水印技术是研究的最为广泛和最为成熟的水印技术之一，音频水印技术和视频水印技术的很多算法思想都来源于图像水印技术。而文本文档在结构上同数字图像、数字视频、数字音频等数字作品有很大的不同，所以文本水印算法应根据文本文档的结构来设计。本文图像水印为例来说明典型的数字水印算法。

!%$%&空域算法

空域图像水印技术是在图像的空间域中嵌入水印的技术。实现该技术的最简单和有代表性的空域算法是用水印信息代替图像的最低有效位56789或者多个位平面的所有比特的算法。&::!年，*;<=>? 等人提出了数字图像水印的一种方法。该方法将序列的伪随机信号以编码形式的水印嵌入到灰度图像数据的678 中。为了能得到完整的678 位平面而不引入噪声，图像经过自适应直方图处理，首先将每个像数值从@A;B压缩为C A;B，然后将编码信息作为第@ 个比特（即像数值的678）。该方法是单个678 编码方法的扩展，在单个678 编码方法中，678 直接被编码信息所代替。

由于678 位平面携带有水印，因此在嵌入水印图像没有产生失真的情况下，水印的恢复直接从含水印图像的678 位平面提取即可，而且这种方法是

码，那么处理后的水印,!/（+-，,，.）由函数定义如下：

（&）

盲水印算法。但是由于使用了图像不重要像数位，

在水印的嵌入过程如下：设有编码函数0，原