数字水印技术十篇

数字水印技术篇1

关键词:数字水印;系统模型;应用领域;数字水印算法

中国分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)35-10052-02

Discussion on the Digital Watermark Technology

ZHOU Liang

(Science and Technology Department, Jiujiang University, Jiujiang 332005, China)

Abstract: The digital watermark technology is the important method for the copyright protection. It has widespread application prospect in the multitudinous domains, including copyright protection, content authentication, duplication control, quality monitor, broadcast monitoring and so on. This article mainly introduces the concept, model and characteristic of the digital watermark and so on. It is a new kind of recent information camouflage technology and it is also the effective methods for solving the problems of copyright protection caused by the digital products.

Key words: digital watermark; system model; domain of application; digital watermark algorithm

近年来,随着计算机网络技术的飞速发展,人们获取信息和交流信息变得越来越方便。但是网络在给人们带来便利的同时也暴露了严重的安全问题:作品侵权更加容易,篡改也更加方便。现有的版权保护系统多采用密码认证技术(例如DVD光盘的安全密码),但仅采用密码并不能完全解决版权保护问题。

于是数字水印技术应运而生,数字水印技术是保障信息安全的一种普遍有效的技术手段。这些年来,数字水印技术得到了全世界学术界和商界的认可。国际上有许多机构纷纷开展对数字水印技术的研究。因此,数字水印技术成为当今网络信息安全和数字媒体版权保护研究的热点。

1 数字水印技术的概念和系统模型

1.1 数字水印技术的概念

数字水印技术(Digital watermarking)是往多媒体数据(如图像、声音、视频等信号)中添加某些数字信息(水印)而不影响原数据的视听效果,并且这些数字信息可以部分或全部从混合数据中恢复出来,以达到版权保护等作用。

1.2 数字水印技术的系统模型

数字水印的通用模型包括水印嵌入、水印检测或提取两方面。如图1所示的水印嵌入过程是将水印嵌入到作品中。图2所示为一般水印检测系统。输入端为加入水印的作品、密钥以及原始作品或原始水印。输出端则输出恢复的水印或检测恢复水印与原始水印相似程度的结果。

2 数字水印的特性

嵌入数字多媒体中的信息必须具有以下基本特性才可以称得上是数字水印。

1) 不可感知性:指向数字作品中嵌入的数字水印,是利用人类视觉或听觉系统的特征,经过一系列隐藏处理,嵌入的数字水印不会使得原始数据发生可感知的改变,也不能使得被嵌入的水印引起人的感知。

2) 安全性:数字水印中的信息应该是安全的,难以被伪造。数字水印系统使用一个或多个密钥来确保安全,防止修改和擦除水印。信息被隐藏在多媒体内容中,并不因文件格式转换而丢失,且未经授权者不能检测出水印。

3) 鲁棒性:鲁棒性也叫稳健性,是指在经历多种无意或有意的信号处理过程后,数字水印仍能保持完整性或仍能被准确鉴别。

4) 可证明性:数字水印技术能为受版权保护的信息产品的归属者提供完全可靠的证据。数字水印可以使已经注册用户的号码、产品标志或者有意义的文字等嵌入到被保护的对象中,在需要时候可以将其提取出来,判断数据是否收到保护,并能够监视被保护数据的传播以及非法复制,进行真伪鉴别等。这实际上也是发展水印技术的基本动力。

5) 不可检测性:指嵌入水印后的数据与原始载体数据具有一致的特性。使非法拦截者无法判断是否有隐藏信息。

6) 无歧义性:恢复出的水印或水印判决的结果能够为作品的所有者提供唯一可靠的法力依据,不会发生多重所有权的纠纷。

3 数字水印的典型算法

近年来,数字水印技术研究取得了很大的进步,人们提出了许多有效算法。

1) 最低有效位方法(Least Significant Bit):此算法首先把二维水印信号按象素点逐一插入到原始图像象素值的最低有效位(LSB),所以这种算法也被称为LSB算法。由于水印信号被安排在了最低位上,它是不可见的,但是基于同样的原因,它可以轻易地被移去,因此也是不稳健的。

2) Patchwork算法:此算法是一种基于统计的数字水印嵌入方法。在Patchwork算法中,一个密钥用来初始化一个伪随机数发生器,而这个伪随机数发生器将产生载体中放置水印的位置。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。

3) 压缩域算法:基于JPEG、JPEG2000、MPEG-2、MPEG-4标准的压缩域数字水印系统不仅节省了大量的完全解码和重新编码过程,而且在数字电视广播及VOD(Video on Demand)中有很大的实用价值。相应地,水印检测与提取也可直接在压缩域数据中进行。

4) NEC算法:该算法由NEC实验室的COX等人提出,该算法在数字水印算法中占有重要地位,其实现方法是,首先以密钥为种子来产生伪随机序列,其次对图像做DCT变换,最后用伪随机高斯序列来调制(叠加)该图像除直流(DC)分量外的1000个最大的DCT系数。该算法具有较强的鲁棒性、安全性、透明性等。

5) 生理模型算法:这种算法主要是利用视觉模型与其它算法相结合,还有基于JPEG、MPEG标准的压缩域算法,不仅节省了大量的完全解码和重新编码过程,而且在数字电视广播及VOD(Video on Demand)中有很大的使用价值,不足之处是该算法人工实验花费高。

4 数字水印的主要应用领域

1) 版权保护:计算机技术的发展使得数字产品的拷贝非常容易,数字产品的版权保护是当前的热点问题。数字作品包括数字图像、图形、音乐、视频、计算机软件等。数字作品的所有者可用密钥产生一个水印,并将其嵌入原始数据,然后公开他的水印版本作品。

2) 隐藏标识和安全通信:数字水印用于隐藏标识时,水印本身携带标识信息,可在医学、制图、数字成像、数字图像监控、多媒体索引和基于内容的检索等领域得到应用。数字水印的安全不可见通信将在国防和情报部门得到广泛的应用。

3) 篡改提示:当数字作品被用于法庭、医学、新闻及商业时,常需要确定它们的内容是否被篡改、什么位置被篡改、篡改的强度如何、以及如何修复等。通常采用脆弱的水印来标定篡改的位置或强度,这样的水印必须是全局的,并且对一个地方的破坏不影响其他地方水印的提取。

4) 使用控制:在数字产品的商业体系中,大家都希望有一种拷贝保护体制,可以用水印保护来约束数据的拷贝。例如一个带有防拷贝功能的移动存储器,不能拷贝带有表示“禁止拷贝”涵义的水印的数字产品。

5 结束语

数字水印正处在蓬勃发展的过程中,掌握其发展方向对研究数字水印技术有着重要的意义,今后数字水印的技术研究将侧重于提高数字水印算法的稳健性、安全性、研究其在实际网络中的应用及作用。在信息化时代的今天,数字水印技术的研究具有重要的意义,数字水印技术将对保护各种形式的数字产品起到重要的作用。

参考文献:

[1] 邓英.数字水印算法分析[J].软件导刊,2008(4):61-64.

[2] 武兵.数字水印技术浅析[J].中国科技信息,2006(11).

数字水印技术篇2

秘密共享源于经典密码理论，是指将共享的秘密在一个用户集团里进行合理分配，以达到由所有集团成员共同掌管秘密的目的[7，8]。秘密一旦被共享，集团里任何单个成员都能且仅能在集团中其它成员的同意下合作得到该秘密。一个秘密共享体制由秘密的分发者D、参与者集合P={P1，P2，…，PN}、接入结构Γ、秘密空间S、分配算法、恢复算法等要素构成，其中Γ是由P的某些子集作为元素组成的集合，即Γ2Γ，其元素称为Γ的授权子集。一个P上的满足一般接入结构Γ的秘密共享方案是指：

(1)对于Γ的任何一个授权子集A∈Γ，A中的全体成员可以利用他们所拥有的秘密份额来恢复秘密S；

(2)对于Γ的任何一个非授权子集BP，BΓ，B中的成员无法利用他们的秘密份额来重新恢复秘密S。

秘密共享的概念最早由Shamir和Blakley在1979年提出，并给出(r，n)秘密共享门限方案。所谓(r，n)(其中r、n为正整数，且r≤n)秘密共享门限方案是指在用户数为n的用户集团内共享某个秘密(如K)的方法。在这个方法中，任意r个属于集团的用户都能合作计算出K的值，但当用户个数少于r时不能计算出K。如n个用户间共享一个密钥K，每个用户i持有一个密钥碎片ki(i=1，2，3，…，n)，基于其中任意不同的r(r≤n)个密钥碎片ki1，ki2，…，kir(1≤i1，i2，…，ir≤n)都可以恢复出密钥K，而由任意r-1个或更少的密钥碎片都不能得出关于密钥K的信息。

应用(r，n)秘密共享体制，攻击者必须获得超过一定数量(门限值r)的秘密碎片才能获得密钥，这样提高了系统的安全性；当某些碎片(不超过n-r个)丢失或被毁时，利用其它秘密份额仍然能够获得秘密，这样提高了系统的可靠性。在恢复秘密K时，参与者必须提供正确的秘密份额，否则恢复会失败，不正确的秘密份额又称为恶意子密。秘密共享体制在实际当中应用广泛，可用于分散重要的信息，如通信密钥的管理、数据安全、银行网络管理、导弹控制发射等。

对于联合数字水印来说，其嵌入过程与一般水印的嵌入过程相同。但是在联合用户的应用背景下，当检测过程不成功时，嵌入单一联合数字水印不具备分辨单个联合用户的能力。例如设用户为A、B，当水印检测成功时，即可认定用户A、B都为具有部分联合所有权的用户，而且A、B一起拥有对水印作品的所有联合所有权。但当水印检测不成功时，无法分辨下列三种所有权分布情况：

(1)用户A、B皆为不合法的联合用户。

(2)仅用户A为不合法的联合用户。

(3)仅用户B为不合法的联合用户。

为了分辨单个联合用户，除了嵌入生成的长度为2L的联合数字水印W外，用户A可以嵌入自己的长度为L的水印W1，同时用户B也嵌入属于用户B的长度为L的水印W2。这样检测结果可能有以下情形：

(1)成功检测到所有水印：W、W1、W2。

(2)水印W、W1检测不成功，仅成功检测水印W2。

(3)水印W、W2检测不成功，仅成功检测水印W1。

(4)所有水印检测均不成功。

对以上情形分别判断为：

(1)所有水印被成功检测，用户A、B都为合法联合用户。

(2)仅成功检测水印W2，那么仅用户B都为合法联合用户。

数字水印技术篇3

关键词：电子商务；数字水印；隐蔽性；版权保护

中图分类号：F76文献标识码：A文章编号：1672-3198（2008）08-0340-02

1 引言

电子商务是指利用现代电子信息技术,特别是网络技术所开展的一系列商务、贸易活动的总称,它是在因特网的基础上诞生和发展起来的。电子商务已被世界各国公认为是21世纪世界经济增长的重要驱动力。在电子商务中主要使用的数字技术，多媒体技术的运用，极大地加速了电子商务的发展。特别是随着计算机网络通讯技术的发展，数据的交换和传输变成了一个相对简单的过程，人们借助于计算机、数字扫描仪、打印机等电子设备可以方便、迅速地将数字信息传输到所期望的地方。但是这些数字形式的数据文件或作品使有恶意的个人和团体有可能在没有得到作品所有者的许可下拷贝、使用和传播有版权的内容，而一些具有特殊意义的信息，如涉及司法诉讼、政府机要等信息，则会遭到恶意攻击和篡改伪造等等。这一系列数字化技术本身的可复制和广泛传播的特性所带来的负面效应，已成为信息产业健康持续发展的一大障碍。目前，数字媒体的信息安全、知识产权保护和认证问题变得日益突出，且已成为数字世界中一个非常重要和紧迫的议题。数字水印技术应运而生, 作为多媒体版权内容保护的新技术,一种特殊的信息隐藏技术正以其特定的优势, 在电子商务上得到了越来越广泛的研究和应用。

2 数字水印的定义

目前虽有许多文献讨论有关数字水印技术的问题，但数字水印始终没有一个明确统一的定义。我们通常认为数字水印是永久镶嵌在其它数据（宿主数据）中具有鉴别性的数字信号或模式，而且并不影响宿主数据的可用性。一般认为数字水印应具有如下特点：

安全性：水印的安全性要求未授权者不能发现数字作品中含有水印信息。或者算法安全性仅仅依赖于密钥而不依赖于算法的保密性。因此在没有密钥的情况下，未授权者即使知道含有水印信息和知道水印算法，也不能提取出水印信息或者破坏水印信息。

可证明性：水印应能为受到版权保护的信息产品的归属提供完全可靠的证据。水印算法能够将所有者的有关信息（如注册的用户号码、产品标志或有意义的文字等）嵌入到被保护的对象中，并在需要的时候将这些信息提取出来。水印可以用来判别对象是否受到保护，并能够监视被保护数据的传播、真伪鉴别以及非法拷贝控制等。这实际上也是发展水印技术的基本动力。

不可感知性：不可感知性是指视觉或听觉上的不可感知性，即指因嵌入水印导致载体数据的变换对于观察者的视觉或听觉系统来讲应该是不可察觉的，最理想的情况是水印与原始载体在视觉上是一模一样的，这是绝大多数水印算法所应达到的要求。

稳健性： 数字水印应该难以被擦除，任何试图完全破坏水印的努力将对载体的质量产生严重破坏，而且好的水印能够确定对图像的破坏位置以及部分地恢复图像。好的水印算法应该对信号处理、几何变形、恶意攻击等具有稳健性。

3 数字水印的基本框架与种类

3.1 数字水印的基本框架

一个数字水印方案一般包括四个基本方面：水印的生成、水印的嵌入和水印的提取或检测、水印的检测和提取评价。

（1）数字水印的生成。生成的水印应该保证唯一性，有效性以及不可逆性。因此水印可以用商标图像、伪随机序列、混沌序列、以及由一些对象组成的散列数值。

（2）水印嵌入。这是水印技术的核心，既要保证水印嵌入的安全性，又要考虑嵌入水印的鲁棒性。水印的嵌入算法很多，从总的来看可以分为空间域算法和变换域算法，限于篇幅就不详细介绍了。

（3）水印的检测和提取。按水印的检测过程可以将数字水印划分为明文水印和盲水印。

①明文水印：在检测过程中需要原始数据。

②盲水印：在检测过程中只需要密钥，不需要原始数据。一般来说，明文水印的鲁棒性比较强，但其应用受到存储成本的限制。目前学术界研究的数字水印大多数是盲水印。

（4）水印的检测和提取评价。

正常的水印应该能够正常提取，但是总会出现下列两种情形。

①数据中不存在水印，但是检测结果是存在水印（表示为正向错误），这种情况发生的概率称为是虚警概率。

②数据中存在水印，但是检测结果是不存在水印（表示为负向错误），这种情况发生的概率称为是漏报概率。

对于上面出现的两种情形，我们在进行水印提取时就要多加注意了。

3.2 数字水印的种类

（1）按嵌入的水印信号形式来分，可以分为一维水印和多维水印；

（2）按嵌入方法来分，可以分为可逆水印和不可逆水印；

（3）按水印检测方法，可以分为盲水印和非盲水印；

（4）按鲁棒性来分，可分为易脆水印、半易脆水印和鲁棒水印；

这里举一个易碎水印的例子，图3为图1的水印，但是当图1右下角被破坏时，图片1被修改为图2，它的水印也被破坏。如图4，这种水印称为易碎水印。

（5）从外观上分类，可分为可见水印和不可见水印；

（6）按载体分类，可分为图像水印、视频水印、音频水印和文档水印；

（7）从水印的嵌入域来分，可分为空间域水印、变换域水印。

4 数字水印的应用

最初提出数字水印的目的是为了保护版权，然而随着数字水印技术的发展，人们发现了更多更广的应用，有许多是当初人们所没有预料到的，很多已经在电子商务中得到运用。目前主要应用开发领域有：商标防伪、信息验证、数字多媒体版权的保护，其中以日本，德国以及欧洲其他国家发展较快。

4.1 版权保护

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，而且可以做到与原作完全相同，所以原创者不得不采用一些严重损害作品质量的办法来加上版权标志，而这种明显可见的标志很容易被篡改。“数字水印”利用数据隐藏原理使版权标志不可见或不可听，既不损害原作品，又达到了版权保护的目的。

4.2 电子商务交易中的防伪认证

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、支票以及其他票据的伪造变得更加容易。另外，在从传统商务向电子商务转化的过程中，会出现大量过度性的电子文件，如各种纸质票据的扫描图像等。即使在网络安全技术成熟以后，各种电子票据也还需要一些非密码的认证方式。数字水印技术可以为各种票据提供不可见的认证标志，降低了伪造的可能性，在商标防伪、产品认证、信息标识等方面提供了重要的作用。

4.3 完整性检验

有一些重要的数字媒体，不仅要防止被拷贝、盗版，更重要的是保证其自身的完整性。如医学影像等，可以利用数字水印对其进行完整性检验，以确保其完整性。

还有很多的应用如：应用控制、操作跟踪、广播监控、设备控制等就不详细介绍了。数字水印技术正处于发展阶段，但可以看出数字水印技术未来的应用市场将会更加广阔。

5 数字水印的发展趋势

目前数字水印的研究方向，主要是技术研究方向和应用研究方向。其中技术研究方向主要有：

（1） 基于新技术、新方法应用的智能型水印技术，比如：基于混沌置乱与优化技术(COA)、 神经网络技术(NN)、 支持向量机(SVM)、线性鉴别分析LDA（Linear Discriminant Analysis）、CA(细胞自动机)等技术的数字数字水印。

（2） 用于内容认证的数字水印实现策略研究，比如：数字水印的信号内容研究、脆弱数字水印技术研究、半脆弱数字水印技术研究、可逆水印技术研究等。

（3）特色水印研究，比如：可见水印技术、医学图像中的水印技术研究、二制图像的认证技术、JPEG图像的水印技术、声音、视频媒体的水印技术、Web水印、软件水印以及数据库水印技术研究等。

在应用研究方向,主要有：

（1）防伪技术研究，如： 证件防伪、驾驶证、出生证防伪、商标防伪等。

（2）认证技术研究，如： 多媒体信息认证、移动设备认证、数字图书馆认证等。

数字水印是一个新兴的技术，经过很多学者不懈的努力，在一些领域已经取得了成功。但是由于电子商务发展过程中、不断出现新的问题和困难，数字水印技术也将会继续发展，在电子商务领域也将得到越来越广泛的应用。

参考文献

［1］文静,胡云.数字水印技术及其在电子商务安全领域的应用［J］. 电脑知识与技术，2007,(1).

数字水印技术篇4

关键词 数字 水印 算法

中图分类号：TP309.7 文献标识码：A

1数字水印系统相关技术

1.1 数字水印预处理技术

现在大多数的文献都选一幅小的有意义的图像作为数字水印，显然这样的水印相对其它水印更直观，可是攻击者一旦获得了此有意义的图像水印，就可以直接地了解到水印的内容。因此，有必要提高图像水印的安全性和稳健性。以下是几种常用的对有意义水印信号进行预期处理的方法。

（1）数字图像置乱

置乱技术是随着信息的安全与保密被重视而发展起来的图像加密技术。数字图像置乱是一种加密方法，合法使用者可以自由控制算法的选择、参数的选择以及使用随机数技术，以达到非法使用者无法破解图像内容的目的。

（2）加密

在实际应用中，如果已嵌入到产品中的水印能够直观地表达其版权信息，那么攻击者一旦提取了从此产品提取到水印信息，就可以很轻松地掌握水印的实际内容。为了尽最大限度地解决这一问题，可以选择合适的加密算法对水印进行加密，即在水印嵌入产品之前，先对其作加密运算，使之变换为没有任何意义的伪随机序列信息，然后再将它嵌入到产品中。因此，将加密技术和数字水印相结合可更进一步提高水印系统的安全性。

一般在水印在嵌入产品前都要对之进行预期处理，这样大大增加了攻击者在穷举猜测攻击中的难度。水印预处理在数字水印系统安全性方面具有极其重要的作用。

1.2 水印算法策略

1.2.1 水印算法的性能要求

一个数字水印算法的性能要求可以是多方面的，不同的应用的水印有不同的性质要求。通常可以从以下几个方面来考察：

（1）嵌入容量

嵌入容量是指可以在载体中嵌入多少的水印信息量。一般地，数字产品必须嵌入一定的信息量。信息量太少不足以唯一地确定产品的版权，信息量太多又会增加数据的冗余，降低水印的不可觉察性。

（2）鲁棒性

为了满足数字水印技术在各种应用中的安全需要，提高水印的鲁棒性显得尤为重要。数字水印的鲁棒性是指它抵抗水印攻击的能力，即水印能够经受各种信号处理的能力。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，包括有意的或无意的。

（3）保真性

一般地，数字水印系统的保真性指的是待嵌水印载体数据在水印嵌入前后的数据相似度。在水印系统中，保真性和鲁棒性以及水印容量之间一般要作折衷的处理。

（4）误检率

误检率是指从没有嵌入水印的产品中提取出水印的概率。不同的应用场合要求水印的误检率不同。

（5）确定性

数字水印的确定性是指含水印数字产品中所含的水印能够被唯一的鉴别，即使所含水印的数字产品遭受到一定程度的破坏，提取出的水印仍具有可唯一鉴别性。

一个好的数字水印系统应具备以上五个方面的几个或全部。

1.2.2 基于N点均值的矢量地图水印算法

以前的矢量地图可逆水印算法虽然实现了数据无损修复，但是算法的嵌入容量低、对地图的保真度差。为了寻求以上两个问题的解决方案，本文提出了一种基于N点均值技术的矢量地图水印算法，该算法可以使得矢量地图的水印嵌入容量有较大提高，也降低了嵌入水印后地图图元的扰动。

本文采用的N点均值技术的实施载体是一组具有连续高相似性的实数序列。

（1）本文的水印嵌入算法步骤如下：

①对待加入水印的矢量地图进行多边曲线的提取；

②对提取的每条多边曲线分别进行顶点坐标提取；

③对每条多边曲线的顶点坐标序列分组；

④为防止嵌入水印信息后引起地图曲线的较大扰动，对步骤（1）中每条多边曲线中的分组进行分类（可嵌入水印分组和不可嵌入水印分组）；

⑤采用N点均值技术对每条多边曲线的每个可嵌入水印分组进行水印嵌入，并且在保证扰动很小的情况下可以对该分组递归多次（可无限次）嵌入；

⑥对每条多边曲线的每个分组重复步骤（5），将水印信息完全嵌入其中。

（2）水印提取前首先需对水印地图做一系列预处理，去除几何变换、插入和删除顶点等操作的影响。水印提取过程为：

①按照水印嵌入算法第（1）步对含水印的矢量地图进行多边曲线的提取；

②按照水印嵌入算法第（2）步对提取的每条多边曲线分别进行顶点坐标提取；

③按照水印嵌入算法第（1）步对矢量地图中每条多边曲线进行数据分组划分。

④按照水印嵌入算法第（4）步对每条多边曲线中的分组进行分类；

⑤对筛选出的每条多边曲线中的含水印分组采用N点均值技术，通过比较分组中间点坐标值和分组坐标均值大小进行水印提取；

⑥对每条多边曲线的同一个分组重复步骤⑤，将水印信息完全提取出来，并在每一次提取水印的过程中利用N点均值技术的可修复性将数据修复。

数字水印技术篇5

[关键词]数字水印 联合数字水印 秘密共享体制 离散余弦变换dct

数字水印技术是在数字产品中加入不可见标记，以达到版权保护目的的技术。独特的水印信息与数字产品本身紧密结合在一起，一般是不可见的，但利用相关技术就可以对水印信息进行提取与识别，从而确认了数字产品的所有权和完整性。数字水印是把传统习惯用的纸张文本水印用到数字世界，数字水印描述的方法和技巧允许隐藏信息，例如把文本数字隐藏到图像、视频、音频等数字媒体中。这种嵌入需要巧妙地处理数字资料的内容。这种隐藏方法要使媒体的修改不易察觉。对图像而言对象素值的修改应是不可见的，而且根据不同的应用，水印既可以是鲁棒的也可以是易碎的，这种被嵌入的水印可以是一段文字、标识、序列号等，它与原始数据(如图像、音频、视频数据)紧密结合并隐藏其中，这种水印通常是不可见的，只有通过专用的检测器或阅读器才能提取。

秘密共享源于经典密码理论，是指将共享的秘密在一个用户集团里进行合理分配，以达到由所有集团成员共同掌管秘密的目的[7，8]。秘密一旦被共享，集团里任何单个成员都能且仅能在集团中其它成员的同意下合作得到该秘密。一个秘密共享体制由秘密的分发者d、参与者集合 p={p1，p2，…，pn}、接入结构γ、秘密空间 s、分配算法、恢复算法等要素构成，其中γ是由p的某些子集作为元素组成的集合，即γ 2γ，其元素称为γ的授权子集。一个p上的满足一般接入结构γ的秘密共享方案是指：

(1)对于γ的任何一个授权子集 a∈γ，a中的全体成员可以利用他们所拥有的秘密份额来恢复秘密s；

(2)对于γ的任何一个非授权子集b p，b γ，b中的成员无法利用他们的秘密份额来重新恢复秘密s。

秘密共享的概念最早由shamir和 blakley在 1979年提出，并给出(r，n)秘密共享门限方案。所谓(r，n)(其中 r、n为正整数，且 r≤n)秘密共享门限方案是指在用户数为n的用户集团内共享某个秘密(如 k)的方法。在这个方法中，任意 r个属于集团的用户都能合作 计算 出k的值，但当用户个数少于 r时不能计算出 k。如 n个用户间共享一个密钥k，每个用户 i持有一个密钥碎片ki(i=1，2，3，…，n)，基于其中任意不同的r(r≤n)个密钥碎片ki1 ，ki2 ，…，kir(1≤ i1，i2，…， ir≤n)都可以恢复出密钥 k，而由任意r-1个或更少的密钥碎片都不能得出关于密钥 k的信息。

应用(r，n)秘密共享体制，攻击者必须获得超过一定数量(门限值 r)的秘密碎片才能获得密钥，这样提高了系统的安全性；当某些碎片(不超过n-r个)丢失或被毁时，利用其它秘密份额仍然能够获得秘密，这样提高了系统的可靠性。在恢复秘密k时，参与者必须提供正确的秘密份额，否则恢复会失败，不正确的秘密份额又称为恶意子密。秘密共享体制在实际当中应用广泛，可用于分散重要的信息，如通信密钥的管理、数据安全、银行 网络 管理、导弹控制发射等。

对于联合数字水印来说，其嵌入过程与一般水印的嵌入过程相同。但是在联合用户的应用背景下，当检测过程不成功时，嵌入单一联合数字水印不具备分辨单个联合用户的能力。例如设用户为 a、b，当水印检测成功时，即可认定用户a、b都为具有部分联合所有权的用户，而且 a、b一起拥有对水印作品的所有联合所有权。但当水印检测不成功时，无法分辨下列三种所有权分布情况：

(1)用户 a、b皆为不合法的联合用户。

(2)仅用户 a为不合法的联合用户。

(3)仅用户 b为不合法的联合用户。

为了分辨单个联合用户，除了嵌入生成的长度为2l的联合数字水印 w外，用户a可以嵌入自己的长度为 l的水印 w1，同时用户 b也嵌入属于用户 b的长度为 l的水印w2。这样检测结果可能有以下情形：

(1)成功检测到所有水印：w、w1、w2。

(2)水印 w、w1检测不成功，仅成功检测水印 w2。

(3)水印 w、w2检测不成功，仅成功检测水印 w1。

(4)所有水印检测均不成功。

对以上情形分别判断为：

(1)所有水印被成功检测，用户 a、b都为合法联合用户。

(2)仅成功检测水印 w2，那么仅用户 b都为合法联合用户。

(3)仅成功检测水印 w1，那么仅用户 a都为合法联合用户。

(4)所有水印均不能被成功检测，用户 a、b都不具备联合所有权。

参考 文献 ：

[1]陶亮，陶林. dgt与dct在图像编码中的性能比较.

[2]陈海永.dct域图像水印算法的研究.

[3]陶亮，庄镇泉.二维实值离散gabor变换与dct在图像编码中性能的比较.200.

数字水印技术篇6

【关键词】DCT；数字水印

1.DCT变换原理

离散余弦变换简称DCT，是一种实数域变换，其变换核为实数的余弦函数，计算速度较快，而且对于具有一阶马尔柯夫过程的随机信号，DCT十分接近于Karhunen-Loeve变换，因此它是一种近似最佳变换，很适合于图像压缩和随机信号处理[1]。

一维离散余弦变换（DCT）及其反变换公式定义如下：

2.DCT变换域系数选择

在基于变换域的水印系统中，水印嵌入位置的选择很重要，可以直接影响到水印系统的成功与否。目前版权保护是数字水印技术的重点应用领域，其特点是要求水印在日常环境或某些特定条件下是不可见的，而且把版权信息嵌入到普通图像后，嵌入的水印信息能承受对宿主图像进行的常规处理，且处理后的图像中仍然保存有可用的版权信息。由于对图像的常规处理主要影响图像高频信息部分，因此，要达到这一目标，在DCT变换域，应该选择DCT域中的低频系数，同时要排除DC分量[2]。

在日常生活与工作中，常规的图像处理软件处主要是对图像进行几何变换以及对图像锐度、色度的处理。这些处理主要对图像频谱中高频成分影响较大[3]。通过对图像进行DCT变换后的结果分析可知，变换后的低频系数一般远大于高频系数，且低频系数到高频系数的衰减很快。这表明图像本身的信息量基本位于低频区域。如果把水印信息嵌入到高频系数中，对宿主图像进行处理时，很容易把高频分量删掉，因此会造成水印信息的丢失，这对水印的保护不利。另一方面，由于图像的低频系数携带图像本身较多的信号能量，即使对图像进行常规处理后，仍能保留低频分量的主要成分，因此，如果把水印信息嵌入到宿主图像的低频分量，将使得水印信息不易受到攻击者的破快，将能好的保护水印信息。

结合人眼感知特点来分析，由于人眼对图像的灰度等低频信息较为敏感，因此，如果在图像的低频分量嵌入的水印信息过大时，将不能保证水印的不可见性。一般的解决方法是利用人眼的视觉特征，尽可能选择对低频系数改变不大、信息量小的水印信号[4]。通过扩频通信技术分析。如果将水印信息视为某信道中传输的信号，则图像低频系数可以视作为一个通信信道，对嵌入水印后的图像进行的攻击可以视为信号中的噪声。在实际的通信中，为了使得通信中的某个窄带信号能量不被察觉，通常采取的方法是把这个窄带信号通过一个较大的宽带信号进行传输，因此，把水印信息嵌入到图像的低频分量是合理的。但值得注意的是，由于DC分量所携带的信号能量远远大于其他的低频系数，因此水印算法中对低频分量的选择应该排除DC分量。

3.DCT变换域的数字水印嵌入方法

从本文前述所知，水印信息应该加在DCT变换的低频系数中。因此DCT变换域的数字水印嵌入算法首先需要从DCT变换结果中抽取若干个DCT低频系数，把水印信息嵌入到这些低频系数中，然后将嵌入了水印信息的低频系数重新插入到图像的频谱中，并对其进行IDCT反变换，得到嵌入水印后的图像。数字水印嵌入过程如图1所示。

在图1所示水印嵌入过程中，假设I宿主图像，D为存放DCT变换后生成的系数文件，D1为存放在D中加入水印后新系数的文件，I1为经过IDCT变换后得到嵌入水印后的图像。则水印嵌入过程描述如下：

（1）对宿主图像I进行DCT变换，将变换后所得的频谱系数保存到文件D。

（2）将文件D中DCT系数进行降序排序，然后抽取前N个最大值（除DC分量外），形成矢量T={t1，t2，…，tn}。

（3）将水印信号X={x1，x2，…，xn}依次加入T={t1，t2，…，tn}中，得到新的矢量T1={t11，t21，…，tn1}，如果需要，还可以对X={x1，x2，…，xn}加密后再进行处理。

（4）将T1={t11，t21，…，tn1}放回到原始文件D中矢量T所在的位置，得到加入水印后DCT系数，并且把这些系数存放到文件D1中。

（5）将D1进行IDCT反变换，生成加入水印后的图像I1。

4.DCT变换域的数字水印提取方法

水印的提取过程与水印的嵌入是互逆的。在水印的提取过程中，假设原始图像为I，加入水印后的图像为I1。水印提取的步骤可描述如下：

将加入水印后的图像I1分别进行全图的DCT变换，从DCT变换后的系数中抽取前N个最大值（排除DC分量），计算出水印信号X={x1，x2，…，xn}。在实际应用中，由于嵌入水印后的图像在传输的过程可能被攻击者恶意攻击，导致待检测图像和原始水印图像不同，所以实际提取的水印与原水印存在一定的差别。实际应用中还需要进行相关性判断。

图2为水印提取过程。水印的检测/提取过程为：对所须检测的图像进行水印的提取，其过程为水印嵌入的逆过程，将提取的水印与根据密钥生成的原始水印进行比较检测，确定水印是否存在。

5.实验与分析

实验过程在VC++环境中完成。使用如图3中（a）图为原始图像，其规格为256×256的24位彩色图像，水印图像如图3中（b）图所示，其规格为64×64的8位灰度图像。图4中（a）图为直接嵌入水印后的图像，对比图3中（a）图可以看出嵌入水印后的图像与原图几乎没有区别，图4中（b）图为提取出的水印图像，对比图3中（b）图，提取出的水印效果较好，由此可见DCT变换域的数字水印技术具有较好的实用性。

参考文献

[1]阳鑫.基于DCT变换的数字水印研究及其MATLAB实现[J].信息技术，2010，11：129-131.

[2]黄松，杨华千，张伟等.一种新的基于DCT的自适应数字水印算法[J].计算机科学，2006，33（6）：148-160.

[3]王洪秀，王冰.基于图像纹理复杂度的数字水印算法[J].计算机工程，2011，37（17）：102-104.

数字水印技术篇7

【关键词】数字水印技术 研究分析 多媒体技术 发展行业

随着当前信息技术和计算机技术的不断向前发展，不少行业开始了自身的转型，不断的迈向了自动化以及数字化的发展方向。相对应的数字化的多媒体技术发展也呈现出了崭新的局面。总的来讲当前多媒体技术的发展使得信息的传播途径得到了不断的创新，但是需要注意的是由于其自身的技术性特点，所以在相关数据信息传播的过程之中可能会出现不良的情况，常见的诸如版权问题等等。所以，还应当通过相关工作手段，促进技术改革，克服不良情况的出现，以更好的适应当前行业情况和市场环境。

1 数字水印的技术现状分析

目前数字水印技术主要用于以下几个方面：第一，版权保护。即数字作品的所有者可用密钥产生一个水印，并将其嵌入原始数据，然后公开他的水印版本作品。第二，添加指纹。为避免未经授权的拷贝制作和发行，出品人可以将不同用户的ID或序列号作为不同的水印（指纹）嵌入作品的合法拷贝中用以确定其来源。今后需要加以改进以更好的适应当前的市场环境和行业情况，旨在以此为基础实现相关事业的发展和创新改革。

2 数字水印技术分类研究

当前数字水印技术较多，应当通过对技术的全面分析，掌握不同算法之间存在的差别和联系，进而进行更好的改进。

2.1 时空域数字水印算法

相关算法主要是通过水印，将制定的密码或者是秘钥等，产生随机性的序列号，并且将其加入至图像、声音或者是视频等数据信号之中，形成全新的水印。由于信号数据的能量往往比较低，所以并不会被人为的被察觉到。在相关算法之中，主要的优点，是可以较好的隐藏数据的量，并且可以实现局部的、部分性的自适应，这一点对于数字水印技术的发展和创新改良意义重大。但是其缺点也相当的明显，就是比较脆弱，常用的数据信号处理过程诸如信号的剪切、信号的缩放等等，均会对水印造成破坏性的影响。最后，还需要注意的是相关软件与文件的格式有着高度的相关性，经过影响和破坏之后的处理文件往往不能够进行有损的压缩，这一点会对最终的使用造成极大的不良影响。

2.2 变换域数字水印算法

除了上述分析到的算法之外，变换域算法在实践数字水印技术之中也相当常见。变换域水印是在对多媒体数据进行各种变换后将水印嵌入某些指定的频域系数，如DCT、DFF、DWT变换等。该类算法中。大部分水印算法采用了扩展频谱通信（Spread Spectrum Communication）技术。由于篡改攻击一般是施加在感知特征不明显的域，出于提高强健性的考虑水印一般加在感知特性敏感的域。该类算法的隐藏和提取信息操作复杂，隐藏信息量不能很大，但抗攻击能力强，很适合于数字作品版权保护的数字水印技术中。DCT变换域上的数字水印具有很强的鲁棒性，可以抗各种信号变形。由于JPEG、MPEG等数据压缩方法也是在DCT变换域上操作的，所以DC3'变换域数字水印具有与生俱来的抗有损压缩能力。不过，DCT变换域水印方法不能作到对图像、声音等信号内容的自适应，因此往往会造成对图像亮度等特征的明显损害。

3 数字水印技术的问题及今后的发展方向

根据上文针对当前数字水印技术的基本现状和技术的核心原理等进行综合性的分析，可以明确技术今后的改革方向和改革的主要原则。下文将针对当前数字水印技术发展过程之中的主要问题和今后的发展建设前景等进行集中性的分析。

当前数字水印技术发展过程之中问题较多。首先，在今后需要重点解决的就是信息化通道方面的障碍，这一点是使得多媒体数据信息可以得到全面保障的关键环节。另外，还需要注意的是，针对数字水印技术的系统评价方法，也应当进行革新，虽然就当前加以分析计算方式较多，但是还应当加强对数字水印技术体系全面评估办法的研究。根据对传统的经验进行分析，传统的数字水印技术计算方式几乎是完全独立的，并不能够根据实际的应用需求进行设计，而对现有的应用加以研究，并且以此为基础和依据，实现对计算方式的创新，同时将现有的大量水印计算分类方式进行比较，详细的分析数字水印技术的基本现状同时对技术今后的发展方向则有着重大的发展以及和研究的价值。不少系统都是基于网络进行计算的，这样的现状使得其服务的质量难以得到切实的保障，另外，传统的数字水印技术应当结合压缩编码进行实现，所以在今后还应当加强对基于网络特性的数字水印技术分析。最后，当前数字水印技术发展过程之中所有权的证明问题难以得到完全的解决，就当前的众多计算方式来进行分析，攻击者往往可以直接的破坏其中的水印，这样的情况会使得文件的所有者受到巨大影响。所以，有效的解决上述不良情况是数字水印技术的发展主导。

4 结束语

总的来讲，多媒体信息安全之中数字水印技术的建设，相当关键，正如上文所分析到的，随着当前信息技术和计算机技术的不断向前发展，不少行业开始了自身的转型，不断的迈向了自动化以及数字化的发展方向。综上所述，本文系统性的分析了当前现代化数字水印技术的基本情况和技术发展过程之中的核心问题，并从实际情况出发深入探讨了今后应该重点研究和解决的问题。

参考文献

[1]张志明，王磊.基于混沌加密的DCT域图像水印算法[J].计算机工程，2003（17）.

[2]张志明，李蓉艳，王磊.基于混沌变换的SVD图像水印算法[J].计算机工程与应用.2003（16）.

[3]张志明，王磊，郑应平.一种基于混沌序列的时空域数字水印算法[J].计算机应用研究，2003（04）.

[4]周德龙，高文，赵德斌.基于奇异值分解和判别式KL投影的人脸识别[J].软件学报，2003（04）.

数字水印技术篇8

关键词： 数字水印；版权保护；版权保护管理系统；主动数据库

中图分类号：TP301文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)12-21621-03

The Design of Copyright Protection and Management System Based on Digital Watermarking Technology

MA Shu-qun,YANG Guang-yu

(Henan Information Engineering School,Zhengzhou 450008,China)

Abstract:With the rapid development of digital signal processing and computer network technology,the traditional multimedia equipment is in the digital era. Digital media can be perfectly transmittedand copied. The traditional password-based multimedia copyright protection technology does not work well now. Digitalwatermarking technology has effectively solved this copyright protection problem . This paper proposed the design of copyright protection and management system based on digital watermarking technology to solvethe problems about multimediacopy-right protection and management, and discribed the system design, model, the structure diagram and the main technical methods .

Key words:digital watermarking;copyright protection;multimedia copyright protection and management System;active database

1 引言

目前，由于用户终端尚不支持DRM（数字版权管理），要利用加密、认证等技术，通过终端的版权处理能力来实现对数字内容版权保护与管理还不可行。但是，为了实现对多媒体版权保护与管理，数字水印技术由于其在版权保护方面的独特能力(数字内容在被嵌入版权水印信息后，不影响正常的使用)，必然是目前的唯一之选。为此，我们提出了基于数字水印技术的多媒体版权保护与管理系统，它是综合数字水印、密码学等的综合解决方案，其核心技术为数字水印技术。通过该系统可以实现对多媒体版权的保护与管理，保持数字内容在网络中下载、转发、上传等过程中的―致性，实现从分离模式向统一模式的转化。

2 建设多媒体版权保护与管理系统的目标

针对多媒体版权保护与管理的实际难题，充分考虑数字作品的特点，依赖法律保障体系，解决多媒体作品在制作、出版、传输、发行、获取、加工、使用等过程的版权保护与管理问题。多媒体版权保护与管理系统将成为一个省级版权行政管理平台，具体实现以下目标：

(1)加强确认版权权利归属的能力，增加打击侵权盗版途径，提高版权管理工作效率，扩大版权贸易交流，充分为著作权人服务，保护作品使用者的合法权益。

(2)提供方便大众作者的数字作品在线登记服务，加强与著作权人的联系，转变政府职能，加强监管，提高社会管理和公共服务水平。

(3)有效地保护网络上传播的数字内容不被非法篡改，对数字版权提供有效的保护，防止非法传播。

(4)提高执法部门在数字作品版权管理和执法方面的能力，有利于打击网络侵权行为，营造良好的法律环境，建立和谐、规范有序的市场环境。

(5)通过有效保护版权所有人的著作权和使用者的合法权利，将极大促进科学文化事业的发展与繁荣，最终使得公众获益和社会进步。

3 基于数字水印技术的多媒体版权保护与管理系统设计

3.1设计方案

为了将数字水印技术应用到多媒体作品的版权保护中，不仅要研究基于文本、图像、音频、视频等数据的有效的水印嵌入以及提取算法，还要结合多媒体的特性，根据现有的应用和可能的应用制定相应的版权保护方案。

数字作品制作阶段：数字作品在制作时就应该加上基于版权的信息。例如书籍在开始创作时就应该加入作者本人的信息。这种信息可以通过嵌入metadata来描述，也可以通过嵌入数字水印信息来描述。原创记录应该以不可见的隐见方式嵌入。

数字作品出版阶段：作为数字作品的出版商，应该有强大的技术手段来保护数字作品的版权信息。数字水印（Digital Watermark）是目前最普遍的数字版权技术。数字水印可以把出版商的相关信息嵌入，当然，必要时采用不可察觉的数字水印。

数字作品的传输阶段：对单向的传输采取加密方式和数字水印方式相结合的方案保护版权，这是面向最终用户的。用户下载后可以进行解密，这时，加密方式已经破解，但数字水印仍然存在。

数字作品发行阶段：以嵌入数字指纹的方式来跟踪和验证发行渠道。通过数字水印的关联性，可以识别商业性的非法拷贝，以及消费者个人的非法复制。

数字作品的使用阶段：用户可以通过各种付费方式浏览数字作品，也可以方便的复制和在权利范围内转借数字作品。这时，数字水印关联性安全机制会自动记录其传播渠道。

3.2系统设计模型

针对多媒体作品在制作、出版、传输、发行、获取、加工、使用等过程的版权保护与管理问题，考虑到创作者、出版商、发行销售商及购买用户之间的权益关系，提出以下基于数字水印的多媒体作品版权保护与管理模型，见图1。

图1中，A为多媒体作品的创作者，WR为版权登记认证服务中心。A创作出作品AW后，向WR进行作品版权登记。WR将为AW生成一个唯一的版权登记号及唯一的版权水印标志PIN1。A利用自己的私钥Key1即可将PIN1嵌入到AW中，生成含有第一个数字水Watermarking1的水印作品AW1，AW1保存到WR的数据库中进行管理。该过程完成了多媒体作品在制作阶段嵌入版权水印的任务，通过版权登记为作品上了一个“法律户口”。

当A决定将其数字作品授权给数字媒体销售商MD，让MD销售其作品的复制品即拷贝时，A需要将MD的标志（如PIN2）结合 私钥key1对数字作品嵌入第二个数字水印Watermarking2，以表示对MD的授权和认可。MD得到加有两个数字水印标志的数字作品，并也可以用A的公钥key2验证A确实在其作品的拷贝中加入了MD的标志，即 Watermarking 2。MD作为A的作品销售商，可以应用检测水印的软件，验证第二个水印的内容和第一个水印的内容，但MD并不感兴趣破坏水印的内容，因为这将破坏他的利益。

图1 基于数字水印的多媒体作品版权保护与管理模型

当A决定将其数字作品授权给数字媒体销售商MD,让MD销售其作品的复制品即拷贝时，A需要将MD的标志（如PIN2）结合 私钥key1对数字作品嵌入第二个数字水印Watermarking2，以表示对MD的授权和认可。MD得到加有两个数字水印标志的数字作品，并也可以用A的公钥key2验证A确实在其作品的拷贝中加入了MD的标志,即 Watermarking 2。MD作为A的作品销售商，可以应用检测水印的软件，验证第二个水印的内容和第一个水印的内容，但MD并不感兴趣破坏水印的内容，因为这将破坏他的利益。

授权的MD将作品售给授权用户AC，为证明AC经过授权，为正版用户，MD用WR的私钥KEY(WR)和AC的标志（PIN3）对作品嵌入第三个水印Watermarking3，并将此信息通知WR，WR发给MD一个证书，给A增加一份收益。在此过程中WR充当认证中心的作用。

授权用户AC也可以通过作品下载界面直接访问WR数据库中的AW1，此时WR将产生一个唯一的用户申请水印标识（数字指纹），该标识由IP地址和访问时间等信息组成，用于跟踪作品。AC访问的的每一个作品AW1都会被嵌入水印标识（数字指纹），借助IP地址就可以大致跟踪多媒体作品。

由此模型可以看出，其中涉及到的水印处理系统有三个，前两个系统为私钥加密，公钥解密，是非对称的水印处理系统。作后一个系统是对称水印处理系统，只有WR才可以验证其内容。

3.3 系统设计结构框图

构建基于数字水印的多媒体版权保护与管理系统，设计结构框图如图2所示。

图2 基于数字水印的多媒体作品版权保护与管理系统的结构框图

4 系统的主要技术方案

4.1 嵌入水印的信息格式

目前的算法都是以伪随机序列作为水印信息，最后只是检测伪随机序列是否存在。这远不能满足网络出版的需求，我们需要水印信息本身携带一定的版权信息。当水印被检测出来时，版权信息也随之被检测出来了。现在有些算法针对于某一种形式的水印做了研究，但是这些算法没有太大的实用性，其弊病是只能处理某种形式的水印，一旦水印形式发生变化，就无能为力了，因而有意义水印有比较强的实用价值和发展前景。

4.2 水印密钥的安全生成算法

该算法的目的是生成水印密钥信封，一个水印密钥信封包含一个加密的随机的水印密钥和一个法律上承认的由使用者的标志信息生成的独一无二的标识。另外，就是提取水印时不泄漏私钥，以防影响到其它用该私钥嵌入水印的作品。

水印密钥信封为秘密的水印密钥和其持有者的相关标志信息提供安全的传输和存储媒体。这就保证了没加密的钥匙不能离开密钥生成模块，如果不使用该模块，即使密钥持有者也不能访问和操纵信封里包含的信息。这就保证了只能执行有效的操作，在目前的签名标准限制下，其中的标识信息在水印验证（提取）过程中能够唯一的确认版权所有者。用秘密的模块钥匙签名信封来保证入侵者不能插入一个预先伪造的水印信封，因为使用者必须认证信封的内容。

本系统采用C2算法来随机生成水印密钥。C2算法的安全性主要在于Feistel网络，它是分组密码设计的重要结构，已被证明是安全的。它将明文分组（64位）分成左半部分和右半部分，各32位长。密钥为56位，密钥作用于明文，然后进行10轮运算。

4.3 水印的监视与跟踪

数字水印本身并不能阻止用户的拷贝行为，用户对于嵌入水印和未含水印的数据，可以进行完全相同的处理，但包含了数字水印的作品，在出现版权纠纷时，可以把水印作为证据，证明作品的版权所有者和盗版者，对盗版行为能起到威慑作用。因此，版权人每隔一定时间就要通过水印监视和水印跟踪，来监督网络用户对销售作品的使用情况，监控非法拷贝或者盗版行为。但要从网络中成千万的多媒体信息中有效快速地检测数字水印是数字水印技术的关键，也是系统能否有效的关键所在。

水印监视器在服务器端安装，它通过搜索引擎收集网络中的图像，并建立带索引的图像数据库，可以利用现成的搜索引擎中如yahoo的数据库。因为水印提取需要密钥，每个水印监视器分配一个密钥或一组密钥，用于检测某种特定的水印。若水印监视器用于检测私有水印，它可以产生侵权报告。若用于检测接收者水印时，产生非法复制与发行报告。水印监视器优点是可以独立运行，不需要重新配置服务器或增加服务器插件。缺点是负载过重，因为它需要下载每幅图像，而且所有操作都要在监视器内进行。商家可以定期使用水印监视器检测网络中的图像。

为了解决水印监视器的缺点，可以采用水印跟踪。水印跟踪通过检测水印和验证用户使用权限来跟踪非法拷贝。水印是移动的，可以自主地从一台主机迁移到另一台主机，可以检测每个主机本地储存的图像水印，并把报告结果发送到管理中心。管理中心负责的派遣、报告的收集与汇编以及采取相应的行动。同水印监视器一样，每个通常带有版权拥有者一个或多个密钥来检测与版权者相关的水印。

水印监视器和水印跟踪两种方法都需要建立一个知识库来引导他们定位和移动。我们可以建立一个增量式的知识库，通过监视和跟踪得到的反馈和分析结果相应地增加行动规则。例如：某个网站一旦被检测到有非法拷贝现象，以后就增加该网站的光顾次数。

4.4 数据库系统

本系统可采用主动数据库管理系统来实现在存储多媒体作品的同时为其嵌入灵活而唯一的数字水印信息，让数据库具备主动按照业务规则及算法逻辑管理多媒体数据的功能，具备一定的人工智能。设计一个具有主动性、快速性和智能化的版权管理与保护系统，更充分地保护、跟踪、验证多媒体作品。

主动数据库系统（ADBMS）是指具有各种主动提供服务功能，并且以一种统一的机制实现各种主动服务的数据库系统。主动数据库系统是相对于传统数据库的被动性而言的。传统的数据库系统只能根据用户或应用程序的服务请求对数据库进行存储、检索等操作，而不能根据发生的事件或数据库的状态主动做出反应。

一个主动数据库系统在某一事件发生时，引发数据库管理系统去检测数据库当前状态，若满足指定条件，则触发规定执行的动作，我们称之为ECA规则，即事件－条件－动作。

一个主动数据库系统可表示为： ADBS=DBS + EB + EM

其中DBS代表传统数据库系统，用来存储、操作、维护和管理数据；EB代表ECA规则库，用来存储ECA规则，每条规则指明在何种事件发生时，根据给定条件，应主动执行什么动作；EM代表事件监测器，一旦检测到某事件发生就主动触发系统，按照EB中指定的规则执行相应的动作。

ECA规则的一般形式：

Rule [(,……)]

When

If Then

……

If Then

End Rule

5 系统的实现

基于数字水印的多媒体版权保护与管理系统采用分布式多层体系结构，客户端为浏览器，服务器端依据多层分布式结构搭建，符合J2EE标准。第一层为安全层，包括防火墙和服务器，为接入互联网提供保护和访问控制；第二层为Web服务器，支持Internet用户通过Http、FTP、SOCKETS协议对系统进行访问；第三层为Application应用服务器，做为版权保护与管理系统各业务模块的支撑平台和提供用户目录管理；第四层为主动数据库服务器，采用性能优异的Oracle 数据库技术。

6 结束语

数字水印是一门新兴的边缘科学，虽然近几年来数字水印技术取得了巨大的进展，但是到目前为止尚未形成一个完整的理论体系，可以说，数字水印是一个充满活力又亟待开拓的研究领域。以数字水印为基础设计一个网络化的智能多媒体版权保护与管理平台，更能解决多媒体作品全过程的版权保护与管理问题。该系统利用数字水印具有的关联性，不但可以实现证明版权标识的功能、而且可以实现痕迹追踪功能。在实际的应用中，该系统依赖政府的法律保障体系，集多媒体作品版权登记、数字水印证书管理、版权认证查询、版权交易管理、反盗版监控、网上举报以及多媒体作品版权证据保护、执法取证等综合功能为一体，是一个基于数字水印技术的系统化的高效可行的多媒体版权保护与管理系统。

参考文献：

[1]L. Qiao,K.Nahrstedt.Watermarking Schemes and Protocols for Protecting Rightful Ownerships and Customer's Rights. Journal of Visual Communication and Image Representation,vol.9,No3, pp.194-210,1998.

[2]Craver,S.,et al. "Resolving Rightful Ownerships with Invisible Watermarking Techniques: Limitations,Attacks,and Implications,"IEEE Journal of Selected Areas in Communications,Vol.16, no.4,May 1998:573-586.

[3]张春田,苏育挺.信息产品的版权保护技术－数字水印[J].电信科学,1998年14(12):15-17.

[4]陈明奇,纽心忻,杨义先.数字水印的研究进展和应用[J].通信学报,2001年5月,第22卷第五期,pp.71-79.

[5]胡志远,祈婷,苏鹏.基于文本文档的版权保护技术研究[J].计算机工程,第28卷第1期,2002年1月,pp.42-44.

数字水印技术篇9

摘要：随着多媒体技术和网络技术的飞速发展和广泛应用，对图像、音频、视频等多媒体内容的保护成为迫切需要的问题。数字水印技术作为版权保护和安全认证的有力工具，已得到了广泛的关注和发展。本文简要介绍了数字水印技术的原理，并基于该技术提出在WWW上的应用的版权认证方案。

关键词：数字水印 多媒体信息安全 版权保护 认证

1．引言

随着信息技术和计算机网络的飞速发展，数字式多媒体信息（图象、文本、音频、视频）的存储、复制与传播变得非常方便。人们不但可以通过互联网络和CD-ROM方便快捷地获得多媒体信息，还可以得到与原始数据完全相同的复制品。但是由此引发的盗版问题和版权纷争已成为日益严重的社会问题。据美国唱片行业协会（RIAA）估计，全世界每年因盗版而造成的经济损失高达50亿美元。美国电影行业协会（MPAA）则估计，盗版使美国电影业的年收入减少了25亿美元。因此，对多媒体内容的版权保护已成为亟待解决的问题。

目前的版权保护系统广泛采用对网络资源的访问控制机制，它通过本地网或广域网控制某些IP地址或终端的连接，限制某些用户的访问权限，从而有效地防止非法用户对计算机系统的访问。但是如果用户以合法账号得到多媒体信息，再对数据进行非法复制和传播，则安全访问控制机制就无能为力了。

传统的加密方法对多媒体内容的保护和完整性认证也具有一定的局限性。首先，加密方法只用在通信的信道中，一旦被解密，则信息就完全变成明文；另外，密码学中的完整性认证是通过数字签名方式实现的，它并不是直接嵌到多媒体信息之中，因此无法察觉信息在经过加密系统之后的再次传播与内容的改变。这样，数字水印技术作为加密技术的补充，在多媒体信息的版权保护与完整性认证方面得到了迅猛的发展。

2．数字水印技术的基本原理

数字水印技术篇10

关键词:数字水印;Arnold变换;Waston视觉模型;Gold序列;CDMA;DCT

中图分类号:TP301文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)08-1963-03

DCT-Domain Image Watermarking Algorithm Based On CDMA

WANG Sheng-lei1, YANG Shi-ping1,2

(1.School of Computer Science and Information, Guizhou University, Guiyang 550025, China;2.Mingde College, Guizhou University, Guiyang 550004, China)

Abstract: Putting forward a new image watermarking algorithm which is robust many attacks,this paper applies Arnold places disorderly technique and CDMA spread spectrum technique, equilibrium Gold code is selected as spread spectrum sequence, make use ofWaston sense of vision model certains imbed strength,the imbed position is certained by the adaptting algorithm, a binary image is embedded to some DCT coefficients; taking advantage of correlation property of Gold code,watermark is extracted quickly on the precondition on which host image exists. The analysis of the algorithm and carry out process are given , the attack of Matlab experiments expressed the usefulness of algorithm. Compared with the former watermark algorithm,the safety of watermarking is greatly improved, and it is robust to standard JPEG compression, noising, filtering and cropping attacks.

Key words: digital watermarking; arnold places disorderly technique; waston sense of vision model; gold sequence; code division multiple acces(CDMA); discrete cosine transform(DCT)

数字水印技术是信息隐藏技术的一个分支,其基本思想是在数字媒体中嵌入版权保护信息,以防止对宿主媒体信息进行篡改和未经授权的拷贝和分发[1-2]。从本质上讲,数字水印处理可以看作一种通信过程[3],即在满足不可见性的前提下在水印的嵌入者与接收者之间传递一条信息。因此许多数字通信的理论和方法都可以应用到数字水印系统中[4]。

CDMA无线通信系统具有抗干扰性强、保密性好、截获率低等优点,因此把CDMA技术应用到数字水印系统中是一种安全有效的方法。Ruanaidh[5]等于1998年首先提出采用DS-CDMA技术实现CDMA扩频水印,首先将分组后的水印信息以字符序列的形式扩频到m序列上,然后进行CDMA扩频编码,最后对原始载体图像进行128×128分块DCT变换,将编码以后的水印信息嵌入到DCT系数上。但由于受到m序列地址个数的限制,作者只在DCT域上嵌入了19个字符,嵌入容量较小且安全性低。

由于数字图像的JPEG压缩标准建立在DCT变换的基础上,所以基于JPEG压缩标准模型的水印嵌入算法可以更好地抵抗JPEG压缩处理,本文的水印算法便基于DCT域。本文针对文献[5]中嵌入容量和安全性受限的不足并结合DCT域嵌入水印的优点,提出了一种采用CDMA技术在图像DCT域的中低频分量嵌入水印信息的改进算法。

1 算法

算法分为水印生成、水印嵌入和水印提取三个步骤。

1.1 水印的生成

为增强水印的安全性和抗攻击能力,原始水印在被嵌入之前需经过Arnold置乱和CDMA扩频两个步骤,其生成框图如图1所示。

1)原始二值水印生成

本文所使用的水印图像为40×40的gzu.bmp,为增强水印的抗剪切能力,先利用Arnold置乱算法对原始水印图像进行最佳置乱(置乱次数为3),置乱后的水印图像见图4。然后将原始水印图像信息转换成二进制流,为使其能被9整除在二进制码流后加上2位变为m,长度为N(N=1602)即:

m={mi | mi={0,1},0≤i≤1601}

将m序列以9比特为一组(作为一个字符),共生成178个字符,其产生的字符串可表示为:

s={si | 0≤si≤511,0≤i≤177}

2)生成Gold序列集

采用Gold序列作为扩频序列。通过对两组m序列优选对移项相加得到Gold序列集。选用的两组m序列的生成多项式为1021和1131(八进制)。一共生成了29+1=513个长度为29-1=511的Gold序列集:

pi={pij | pij∈{1,-1},0≤j≤510,0≤i≤512}

3)CDMA编码

为每一个字符si从Gold序列集中找到下标为si的伪随机序列:

ri=psi,0≤i≤177

最后把所有的选出的伪随机序列串联起来就可构成最终的扩频序列:

1.2 水印嵌入

水印嵌入分为利用自适应位置算法确定嵌入位置、利用自适应强度算法确定嵌入强度和DCT域嵌入水印三个步骤。

1)位置自适应算法

本论文为实现嵌入位置的自适应性,提出了以下位置自适应算法:分块DCT变换中低频系数的首位置M1是随着块的均值不同而改变的,对于各8×8块,其计算方法为:先计算该快64个像素和,然后取余16,得到余数加6,即

该算法的安全性和鲁棒性比较高,但是水印提取时需要原始水印的参与,即不可实现盲提取。

本算法采用的载体水印图像为一608×608的Lena.bmp灰度图像。根据每一个图像块的平均亮度大小,利用上式确定第i(1≤i≤5776)块DCT中低频系数的起始位置Mi,所有的起始位置组合起来便形成了起始位置序列{P(k),1≤k≤5776}。

2)强度自适应算法

本论文利用Waston视觉模型对不同的块进行分类,从而可以实现对水印嵌入强度进行自适应调节,在确保水印不可见的同时有效地增强水印的强度。

本文根据Watson模型,综合考虑频率掩蔽、亮度掩蔽和对比度掩蔽3种效应,得出DCT频率分量的最佳嵌入强度序列{Tc(k,i,j),1≤k≤5776,1≤i,j≤8},其中Tc(k,i,j)表示第k块第i行第j列的频率分量最佳嵌入强度。

3)DCT域嵌入算法

本为算法是对图I进行分块DCT操作的,首先对原始图像I分成K个不重叠的8×8子块,即:

其中,M和N分别为原始图像的长和宽;然后分块进行DCT变换,即:

把每一块DCT变换系数按“之“字形进行排序,将其转化为一维描述(,0≤u≤64),将每一块的嵌入强度系数三维矩阵(Tc(k,i,j),1≤k≤5776,0≤i,j

嵌入完成后进行反“之”字形排列,再进行IDCT变换:

所有子快都进行上述操作,就能得到嵌入水印后的图像。水印嵌入框图如图2所示。

1.3 水印的提取

首先根据原始载体图像利用位置与强度确定算法确定每一块图像的嵌入强度和嵌入位置,然后将原始图像和水印化图像分别进行分块(8×8)DCT变换,分别对各块”之”字排列,按照嵌入位置和嵌入强度取其差值,提取出置乱后水印信息的扩频序列:

利用密钥生成正交Gold序列集:

按每组长度为511把生成的扩频水印序列w'进行分组:

把扩频序列的一个分组r'i与正交Gold序列集中的每一个Gold序列分别做相关运算:

取其中互相关系数最大的那个Gold序列的下标记为si,将生成的所有下标串联起来即可生成一个字符串:

把生成的字符串序列转化为二进制,则可得提取到的水印序列:

把水印序列的最后2位去掉,再转化为40×40的矩阵即得到置乱后的水印图像的数据矩阵,最后利用图像置乱算法(置乱次数为27)即可得到提取的水印图像。水印提取框图如图3所示。

1.4 试验结果

仿真实验中,原始图像为320×320的Lena灰度测试图像,二值水印图像为gzu.bmp。图4给出原始图像、水印图像和水印化的载体图像以及未受攻击提取的水印图像。由图像可以看出,单纯从视觉很难判断水印化图像与原始图像的区别,本文算法的未受攻击测试的水印化载体图像与原始图像的PSNR=36.3646,因此,不可见性良好,且从视觉上也可判断其具有良好的不可见性。

主要实验内容包括:JPEG压缩攻击,压缩率最低到15%;不同程度的剪切攻击;分别加入高斯噪声、椒盐噪声和乘积噪声,即噪声攻击,中值滤波攻击,图像直方图化,图像变亮或变暗,增加或降低对比度等攻击。

(a)原始cdma_lena.bmp图像 (b)原始水印图像

(c)置乱后的水印图像 (d)水印化cdma_lena,bmp图像

(e)未受攻击提取的水印图像

图4原始图像

1.5 试验结果分析

从实验给出的测试图像和测试数据可以看出,本文算法对基本的图像处理具有很强的鲁棒性,从实验数据看出,处理后的图像与水印化图像的峰值信噪比有明显的降低,但是提取出的水印质量还是较好,尤其是对直方图均匀化、亮度和对比度的变化以及乘积噪声等攻击具有较强的抗干扰性。由于本文在嵌入水印之前把水印进行了置乱,所以使本论文对剪切处理具有较强的鲁棒性,对于横切处理,虽然提取的水印不是很清晰,但足以证明水印的存在性;零星剪切处理后,已经把人类感兴趣的部分切掉,由于剪切面积不是很大,所以,还能提起出水印,用视觉可以判断出水印的存在;对于中间纵切和中间剪切的图像处理,从攻击图像可以看出,人类感兴趣的重要部分基本完全切掉,只剩下背景部分,这样的图像已经没有应用价值,因此是否能提取出水印已经不是那么重要了,但是,根据本文算法,仍然提取了水印图像,只不过与原始水印

图像相比,PSNR值较小,但用肉眼也能勉强分辨出水印图像的内容。实验证明无论从所给出的图像质量评价指标来看,还是用视觉判断,都成功的实现了水印的提取。与文献[5]相比其鲁棒性有显著提高,特别是针对JPEG压缩和剪切攻击;同时由于本文利用到了自适应算法,使水印系统安全性与文献[5]相比有所提高。

本文算法也有不足之处,就是对图像的旋转测试不鲁棒,因为嵌入位置是固定的,待测图像旋转一定角度后,所有的图像数据都移位了,在检测时应用本文算法找不到所嵌入的起始位置,导致不能正确提取水印。但是利用Hough变换法进行直线提取其边缘,然后矫正其图像的旋转角度,矫正之后就可以提取水印了。

2 总结

本文针对二值(图像)水印,提出了一种在水印结构设计方面使用Gold码的扩频水印方法。为提高水印系统的鲁棒性,对原始水印图像在嵌入前进行了Arnold置乱处理;为增强水印系统的安全性,水印嵌入时使用了自适应嵌入,在得不到原始载体图像的情况下绝对得不到任何水印信息。与使用m序列或正交序列对作为扩频序列的方法相比,本文所提方法的优点在于,利用了Gold码地址数多、抗干扰力强的特点,使得水印系统在抵抗各种噪声、滤波和压缩等攻击方面具有更好的鲁棒性。

当然,对于水印信息的检测和恢复,本文所提方法需要原始载体图像参与,这可能会给实际应用带来不便,但可以通过进一步改进算法来实现盲提取。另外,本文提出的方案仍有其他需要研究之处,比如水印结构设计方面的扩频码长度、原始水印图像在嵌入前的置乱次数、扩频码分组策略等。

参考文献:

[1] 黄继武,谭铁牛.图像隐形水印综述[J].自动化学报,2000,26(5):645-655.

[2] Huang Jiwu,Shi Yun Q.An adaptive image watermarking scheme based on visu-al masking[J].IEEE Electronics Letters,1998,34(8):748-750.

[3] COX I J,MILLER M L,BLOOM J A.DigitalWatermarking[M].London:Acad-emic Press,1999.