第25卷第3期國外電子測量技術Vol. 25. No. 32006年3月Foreign Electronic Measurement TechnologyMar.,2006應用天地數(shù)字水印技術及應用陳萌(寧波工程學院電子與信息工程學院315010摘要:隨著計算機技術的不斷發(fā)展與進步,傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)加密手段越來越難以對數(shù)據(jù)安全提供有效的保護。而且,數(shù)據(jù)形式的多樣化,也使傳統(tǒng)加密技術的運用受到了制約。通過對數(shù)字水印技術的原理、分類和應用領域等內容的闡述,使讀者能夠較全面地了解這種全新加密技術關鍵詞:數(shù)字水印信息隱藏水印算法魯棒性中圖分類號:TP274;TP391Technique and application of digital water markChen meng(Ningbo University of Technology 315010)Abstract: With the development and progress of computer technology, traditional data-encipheringmethod is becoming more and more difficult to provide effective protection for the data security.Furthermore, the diversified forms of data also restrict the application of traditional encipheringtechnology. By elaborating on the principle, classification and application areas of digital watermark technology, this paper aimed to provide readers with a full understanding of the entirely newenciphering technologyKeywords: digital watermark, information hiding, watermark algorithm, robustness而數(shù)字水印技術以其完全不同于傳統(tǒng)加密的方式很好地解決了互聯(lián)網(wǎng)中因多媒體數(shù)據(jù)共享而引發(fā)的各在互聯(lián)網(wǎng)中如何安全共享信息,同時在產(chǎn)生版類問題。權糾紛時能有效舉證,以保護自己的合法權益是計算機科學界一直研究的重點。傳統(tǒng)的信息安全技術1數(shù)字水印技術原理都是以密碼學理論為基礎的,采用密鑰或公鑰系統(tǒng),數(shù)字水印( Digital Watermark)技術是指用信號將數(shù)據(jù)加密成密文,使非法用戶不能解讀。然而,隨處理的方法在數(shù)字化的多媒體數(shù)據(jù)中嵌入隱藏的標著現(xiàn)在計算機處理能力的快速提高和利用互聯(lián)網(wǎng)絡記,在一般條件下這種標記是不可見的,即不會影響實施分布式解碼技術的應用,使得這種通過不斷增到多媒體數(shù)據(jù)的正常觀看、使用,但通過專門的檢測加密鑰長度來提高系統(tǒng)密級的方法越來越不安全。器或閱讀器可以正確檢測或顯示岀隱藏于多媒體數(shù)而且對于圖像、視頻和聲音等多媒體信息,其加密要據(jù)中的標記求又不同于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)加密。一方面版權人希望其作多媒體數(shù)據(jù),尤其是圖像數(shù)據(jù)在傳播過程中,經(jīng)品能夠通過互聯(lián)網(wǎng)被大家觀賞,而另一方面卻又不常會被人為地做一些處理,而這些有意或無意的處希望其作品被人隨意地復制、篡改。此時傳統(tǒng)的加理,對于數(shù)字水印而言可能是毀滅性的。如果一幅密方法就顯得力不從心,因為原理決定了其加密內圖份廠中國煤化工響其視覺效果的同時容要么無法解密不可使用,要么成功解密隨意使用。隱藏CNMHG去再被檢測,此時嵌入作者簡介:陳萌(1975—),男,復旦大學計算機科學系,計算機及應用專業(yè)畢業(yè)。1996年起任教于寧波工程學院電子與信息工程學院至今,講師。本人主要研究方向為計算機圖形圖像處理,網(wǎng)絡安全」2006年第3期陳萌:數(shù)字水印技術及應用到原始數(shù)據(jù)中的水印信息將失去其意義。因此作為2.1按水印特性劃分有實用價值的數(shù)字水印,一般應該具有以下兩個明按水印特性可以分為可見水印和不可見水印確的特征可見水印一般指以某種方式直接插入或覆蓋在宿主(1)隱蔽性:在多媒體數(shù)字作品中嵌入水印標數(shù)據(jù)中的標識,這種標識在不影響宿主數(shù)據(jù)使用的記,不能引起多媒體數(shù)字作品質量的明顯下降,即用前提下為視覺可見。而不可見水印則是指在一般條戶通過常規(guī)觀察手段應該無法區(qū)別岀多媒體數(shù)字作件下無法感知水印的存在,但是通過特殊的檢測器品是否嵌入了水印標記?；蜷喿x器能夠檢測出水印的存在,并能將其還原出(2)魯棒性:數(shù)字水印信號必須能夠經(jīng)受一定程來。度的惡意或無意的信號處理,這些信號處理可能是2.2按水印載體劃分傳輸信道內的噪聲、濾波處理、數(shù)/模轉換、剪切、位按照水印所嵌入的宿主不同.水印可以分為圖栘、文件格式轉換等操作。水印的魯棒性是指當數(shù)像水印、音頻水印、視頻水印、文本水印及網(wǎng)格水印字水印經(jīng)過一種或多種信號處理后,仍能在一定程度上保證其完整性或可被檢測到。具有良好魯棒性2.3按水印檢測算法劃分的數(shù)字水印,應該能夠做到,當自身無法被準確檢測根據(jù)檢測水印時是否需要提供原始數(shù)據(jù)和原始到時其嵌入的宿主多媒體數(shù)字作品也將失去欣賞水印,可以將水印按其檢測算法分為非盲水印、半盲或使用價值水印和盲水印。非盲水印其穩(wěn)健性較好,檢出率較數(shù)字水印通過專門的嵌入器嵌入到多媒體數(shù)字高但由于需要在檢測過程中提供原始數(shù)據(jù)和原始作品中,當需要提取數(shù)字水印時,可以通過檢測器檢水印比較,因此使用不方便。半盲水印在檢測時需測水印是否存在,如果存在水印則可以通過閱讀器要提供原始水印而盲水印則只需提供密鑰就可以重現(xiàn)水印。數(shù)字水印的嵌入模型一般如圖1所示。進行檢測。目前盲水印是研究的主要方向圖2為數(shù)字水印的檢測提取模式,虛線框部分在盲水印算法中是不需要的。3數(shù)字圖像水印算法匚原始數(shù)據(jù)3.1空域圖像水印匚密鑰}[嵌入算法}[水印數(shù)據(jù)]空域圖像水印技術是指利用視覺誤差,在圖像的空間域中嵌入水印的技術。最低有效位(LSB)算含水印數(shù)據(jù)]法就屬于空域圖像水印算法,這種算法用水印數(shù)據(jù)替換圖像數(shù)據(jù)中的最低有效位或多個位平面的所有圖1數(shù)字水印嵌入比特的算法。圖像的最低有效位也稱為最不顯著位,當圖像的該位數(shù)據(jù)被修改后,圖像的視覺效果幾含水印數(shù)據(jù)乎不會發(fā)生改變。這種算法屬于盲水印嵌入,水印數(shù)據(jù)的嵌入與檢測、提取都十分方便,但是該算法的密鑰檢測算法卜一原姬圖像穩(wěn)健性很差,實用價值不高3.2DCT域圖像水印有水印?是離散余弦變換( Discrete cosine transform)簡否匚報警][水印提取稱DCT。DCT變換矩陣的基向量很近似于Toelite矩陣的特征向量,而 Toeplitz矩陣又體現(xiàn)了圖2數(shù)字水印檢測提取人類語言及圖像信號的相關特性,故DCT常常被認為V凵中國煤化工準最佳變換。二維2數(shù)字水印分類DCTCNMHG像格式JPEG系統(tǒng)的核心,基于DCT域的圖像水印算法對壓縮、濾波數(shù)字水印技術經(jīng)過多年的發(fā)展,在應用領域和噪聲等處理具有更強的穩(wěn)健性。基于DCT的數(shù)字算法研究上都可以分為許多不同的種類。通常數(shù)字水印技術目前得到了廣泛的研究與應用,其技術日水印可以按以下幾類進行區(qū)分益成熟國外電子測量技術第25卷3.3小波域圖像水印要解決因為小波變換具有良好的時頻特性,在新版的4.2商務交易中的票據(jù)防偽圖像壓縮標準JPEG2000中,小波成為一項主要的在從傳統(tǒng)商務向電子商務轉化的過程中,會出技術?；谛〔ㄓ虻臄?shù)字水印具有四個優(yōu)點,其現(xiàn)大量過度性的電子文件,如各種紙質票據(jù)的掃描可以保證在即將流行的JPEG2000格式下水印不會圖像等。即使在網(wǎng)絡安全技術成熟以后,各種電子被去除;其二,可以將圖像編碼研究中關于視覺特性票據(jù)也還需要一些非密碼的認證方式。數(shù)字水印技的研究成果用于水印技術;其三,有可能提供在壓縮術可以為各種票據(jù)提供不可見的認證標志,從而大域中直接嵌入水印的方法;其四,由于小波的多分辨大增加了偽造的難度分析與人眼視覺特性是一致的,對選擇適當?shù)乃?.3聲像作品版權標識的隱藏和篡改提示嵌入位置和嵌入強度有很大的幫助。由于小波域數(shù)數(shù)據(jù)的標識信息往往比數(shù)據(jù)本身更具有保密價字水印在對抗壓縮、基本信號處理方面具有良好的值,如遙感圖像的拍攝日期、經(jīng)/緯度等。沒有標識適應性因此近年來,對小波域數(shù)字水印研究開展較信息的數(shù)據(jù)有時甚至無法使用,但直接將這些重要多,也取得了相當好的研究成果。信息標記在原始文件上又很危險。數(shù)字水印技術提3.4神經(jīng)網(wǎng)絡水印供了一種隱藏標識的方法,標識信息在原始文件上人工神經(jīng)網(wǎng)絡是在現(xiàn)代神經(jīng)學、生物學、心理學是看不到的,只有通過特殊的閱讀器才可以讀取。等科學研究成果的基礎上產(chǎn)生的反映了生物神經(jīng)此外,數(shù)據(jù)的篡改提示也是一項很重要的工作?，F(xiàn)系統(tǒng)的基本特征。將神經(jīng)網(wǎng)絡的研究成果應用于數(shù)有的信號拼接和鑲嵌技術可以做到“移花接木”而不字水印技術中是最近兩三年才提出的,它的主要作為人知因此如何防范對圖像、錄音錄像數(shù)據(jù)的篡用可以分為兩個部分改攻擊是重要的研究課題。基于數(shù)字水印的篡改提(1)在水印嵌入時使用神經(jīng)網(wǎng)絡對圖像進行分示是解決這一問題的理想技術途徑,通過隱藏水印類或產(chǎn)生自適應于圖像的水印,可以提高水印嵌入的狀態(tài)可以判斷聲像數(shù)據(jù)是否被篡改的強度和圖像的保真度;4.4隱蔽通信及其對抗(2)使用神經(jīng)網(wǎng)絡進行水印檢測,可以提高水印數(shù)字水印所依賴的信息隱藏技術不僅提供了非檢測的正確率。 D等人在使用小波變換進行水密碼的安全途徑,更引發(fā)了信息戰(zhàn),尤其是網(wǎng)絡情報印嵌入的基礎上,在水印嵌入之前使用神經(jīng)網(wǎng)絡技戰(zhàn)的革命,產(chǎn)生了一系列新穎的作戰(zhàn)方式引起了許術產(chǎn)生自適應于圖像內容的水印,水印的強度在保多國家的重視。網(wǎng)絡情報戰(zhàn)是信息戰(zhàn)的重要組成部證圖像質量的約束下可達到最大值使得水印的穩(wěn)分,其核心內容是利用公用網(wǎng)絡進行保密數(shù)據(jù)傳送。健性獲得較大的提高。迄今為止,學術界在這方面的研究思路一直未能突破“文件加密”的思維模式,然而,經(jīng)過加密的文件往數(shù)字水印的典型應用往是混亂無序的,容易引起攻擊者的注意,而攻擊者4.1多媒體數(shù)字作品的產(chǎn)權保護旦選擇了正確的攻擊目標,利用現(xiàn)在運行速度越多媒體數(shù)字作品(如視頻、電腦美術、掃描圖像、來越快的計算機硬件系統(tǒng),解密的可能性將變得相數(shù)字音樂、三維動畫)的版權保護是當前的熱點問當高。數(shù)字水印技術正是利用數(shù)字化聲像信號相對題。由于數(shù)字作品的拷貝修改非常容易進行所以于人的視覺、聽覺冗余將重要信息隱藏到宿主數(shù)據(jù)原創(chuàng)者很難使用傳統(tǒng)加密手段來進行版權保護的時、空域或變換域中,從而實現(xiàn)隱蔽通信數(shù)字水印”利用數(shù)據(jù)隱藏原理使版權標志不可見或參考文獻不可聽,既不損害原作品,又達到了版權保護的目的。目前,用于版權保護的數(shù)字水印技術已經(jīng)進入中國煤化工們西安西安電子科技大了初步實用化階段,IBM公司在其“數(shù)字圖書館”軟Ttx小小及其應用[J.信息技術,件中就提供了數(shù)字水印功能, Adobe公司也在其著2003,27(10名的 Photoshop軟件中集成了 Digimarc公司的數(shù)3]祁強,陳建安數(shù)字水印技術的綜述幾電子科技,28(1字水印插件。然而,目前市場上的數(shù)字水印產(chǎn)品在[4]鈕心忻,等信息隱藏理論與關鍵技術研究[.電信科技術上還不成熟,真正達到實用化還有很多問題需學,2004(12)