學(xué)術(shù).技術(shù)基于構(gòu)件技術(shù)的數(shù)字水印技術(shù)的實現(xiàn)張發(fā)強，陳榕(同濟大學(xué)電子與信息學(xué)院，上海201804)摘要:隨著網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)的興起，圖片的版權(quán)保護越來越成為一種迫切的需要?；跇?gòu)件技術(shù)的Elastos作為下一代嵌入式消費類電子產(chǎn)品提供信息交換平臺，在其上實現(xiàn)數(shù)字多媒體的共享成為一種必然，探討了一種基于該平臺的數(shù)字水印技術(shù)的實現(xiàn)方法，分析了線性和非線性過濾，JPEG 壓縮對于數(shù)字水印的健壯性的影響。結(jié)果顯示，該數(shù)字水印技術(shù)能夠檢測出幾乎所有r的針對圖片的微小變化。關(guān)鍵詞:數(shù)字水印;隨機性檢測;自相關(guān)性A Method Based on Watermark Technology for Image Property Protectionand Modifies DetectionZHANG Fa- -qiang, CHEN RongJ(ollesle of ectronic and iformation, Tongi Uiersit，, Shanghai 201804, China)Abstract: With the deloment of muti- media thologoy, the reurenet of image property prtection has become more and more urgent.Elastosis the next generation patfom for eletronic products which is based on the compoment asemly teholoyo. It is nessery to deiverdigital information on this pattorm. In this paper, we dscuses a dgtal watermark method which baed on elastos patform. And we dscussedethe Hiner and no-iner fiter, jpeg compression ‘s effect to the robust of watrmark. The resut shows that our technology can detect even verysmall changes to the image data.Key words: watermark ; Random check. ; self -relative1介紹2水印注入算法及防偽檢測5目前互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展極為迅速，隨之而來的網(wǎng)絡(luò)多媒首先我們來看一般的注入水印信息的流程，如圖I所點體技術(shù)也日趨成熟。隨著網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)的迅速興起，隨示。之而來的對于圖片及視頻等數(shù)字作品的產(chǎn)權(quán)保護及防止惡意篡改已經(jīng)成為- - 種日益迫切的需求。Elastos 通過自主! 嵌入掩碼I水印陽值創(chuàng)新的SOA實現(xiàn)了支持軟件零件自動透明拼裝的運行平臺。Elastos為下-代嵌入式消費類電子產(chǎn)品提供信息交換平臺、設(shè)備接入平臺和軟件工廠平臺，在嵌入式消費類電子產(chǎn)品上實現(xiàn)了隨需應(yīng)變、操作簡易、與國際主流軟件技術(shù)同步并且兼容的軟件運行環(huán)境。在本文中我們探討了困1注入水印信息的流程一種基于該平 臺的一種新的數(shù)字水印實現(xiàn)方式。這些數(shù)字一個n段的線性反饋變換序列可以模擬產(chǎn)生出一-個隨水印同樣可以用于對惡意篡改的監(jiān)測。到目前為止，人們機的二進制序列，最大長度為: 2"-1.已經(jīng)提出了多種數(shù)字水印技術(shù)。比如，利用將圖片數(shù)據(jù)M- -SEQUENCES算法可以達(dá)到這個最大值并且擁有的校驗和嵌入到圖像上某些像素點的低字節(jié)位(LSB)上,良好的隨機性以及自相關(guān)性。為了產(chǎn)生數(shù)字水印，我們將一個最大長度的線性變換記錄序列加入到圖像的像素數(shù)將一個二進制序列從{0,1} 映射到{-1,1}, 然后排列到據(jù)之中，然后利用計算這些序列和水印圖像的空間關(guān)聯(lián)函一個合適的數(shù)據(jù)塊中，最后再加到圖像的原始像素值中，數(shù)來鑒別水印信息。水印可以是圖片種類相關(guān)的，可以利這樣我們就已經(jīng)為這幅圖像加入了水印信息。這種數(shù)字水用不相關(guān)的可視通道，或者可以通過調(diào)整JPEG方程參數(shù)印技術(shù)的優(yōu)點包括:來產(chǎn)生。這些水印信息被設(shè)計成不可見的，或者可以利用中國煤化工用戶知道了數(shù)字水和攝像機或者掃描儀等設(shè)備所產(chǎn)生的自然噪音相混合?？捎⌒畔D像信息。視化的水印也是有的，IBM已經(jīng)研制出了一種可視的水FYHCNMH. GSECQUENCES位來印信息，以用于圖片信息的保護。交換像素信息，但他不能夠影響圖像的相關(guān)性。項目基金:國家科技部863計劃重大軟件專項、國家信息產(chǎn)業(yè)部電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金、上海首批科教興市重大項目60計算聰博2010以萬數(shù)據(jù)學(xué)術(shù).技術(shù)(3)多重的水印信息可以相互疊加并且不會改變圖像3過濾的結(jié)果的亮度值。連續(xù)的數(shù)字水印會將上一次被加入了水印的圖有一個需要指明的問題是，我們到底需要多鍵壯的水片還原為原始的圖片，這樣可以用來追蹤-幅圖片所經(jīng)歷印加密呢?第一個實驗我們將檢測中值檢測的防偽檢測過的保護和認(rèn)證的歷史。上的效果如何。我們的測試圖片是- -張768*512的灰度同樣，這種技術(shù)也存在如下缺點:級圖片。水印數(shù)據(jù)塊的大小選擇256*256的。最后將會有(1)如果水印信息被加在了整個圖片上，攻擊者只需3*2個這樣的數(shù)據(jù)塊，它們正好能夠覆蓋整個圖片。我們要針對特定的像素就可以猜測出這幅圖片被增加了或者減將針對每一種過濾方法都用三種不同的窗口大小，然后將少了灰度級。它們應(yīng)用到圖片的兩個區(qū)域之中。這么做的目的是為了檢6(2)如果攻擊者知道了連續(xù)的2*位置，他將可能計算驗水印能否被用于檢驗針對圖片的修改。出整個的水印數(shù)據(jù)塊。水印防偽檢測能夠檢測出各種情況。如果極限值設(shè)置(3)這種方法不能夠保護被特定的數(shù)據(jù)塊所遮蓋住的的足夠低，那么幾乎每- -張圖片 都不會通過水印防偽檢測。像素的DC值。表1顯示了各種過濾方法是如何影響極限值的。過濾器在典型算法中，水印信息由長度為512位的擴展的大小有: 3*3, 6*6 和11*11。 區(qū)域1的大小是11*20, .M- SEQUENCES組成，他們被加入到圖像原始信息的每區(qū)域2的大小是81*160。從表中可以看出，極限值的浮J一行之中。擴展的M-SEQUENCES是指在長度為n的動比重基本上和受過濾器所影響的數(shù)據(jù)塊的比重一致。這M- SEQUENCES的基礎(chǔ)上，將a0插入到n-1個0之后。表明水印信 息的損壞程度和被過濾掉的圖像數(shù)據(jù)塊是成正擴展的M-SEQUENC ES的相位變換中就攜帶了水印的比例的。信息。防偽檢測的過程將會過濾掉那些可能是偽造的信息,表1過濾影響百分比水印信息行和擴展的M-SEQUENCES.如果我們發(fā)現(xiàn)了過詫暴區(qū)城所占百分比區(qū)城2所占百分比一個相當(dāng)大的相互關(guān)聯(lián)峰值，那么我們就可以認(rèn)為這一-行3.30.31%_1140017.器6-62780.40%1250018.01%就通過了防偽檢測。1300119.786我們的水印信息用了一個非常長的m- -sequence，他雖然這種水印基本上已經(jīng)滿足了需求，在下面章節(jié)我們將會一-行一行地插入到二維的數(shù)據(jù)塊之中。我們在整個們將討論一-種更為高級的數(shù)字水印技術(shù)。的M-SEQUENCES末位追加一個0，而不是用擴展的m- sequence。我們會 將足夠多的數(shù)據(jù)塊彼此之間相互連4對上述水印技術(shù)的改進接以將整個的圖片覆蓋。二維水印的一個好處是，它可以針對上述的數(shù)字水印技術(shù)，我們可以在安全性和對被更有效地定位出一幅圖之中哪個地方被修改了。我們的驗篡改區(qū)域的定位上面做更進-一步的改進。數(shù)據(jù)塊我們選定證算法很簡單，將水印數(shù)據(jù)塊和圖像數(shù)據(jù)塊相重疊，然后為8*8大小的，那么每-一個數(shù)據(jù)塊將由如下步驃產(chǎn)生:計算他們的內(nèi)積，然后和理想值相比較。如果差異值比我(1)我們先產(chǎn)生一個大防偽的M- SEQUENCES序列,g們定義的極限值大，那么我們就認(rèn)為該塊沒有通過驗證測并且開始的128位直接跳過，我們將n設(shè)定為96。試。這種防偽檢測算法消除了霜要計算整個的關(guān)聯(lián)函數(shù)所(2)接下來的64位按照列對齊式插入到水印的第一個帶來的麻煩。下面詳細(xì)介紹這個過程。數(shù)據(jù)塊中，接下來的32位跳過。首先，我們必須在每個像素數(shù)據(jù)塊之中進行- -些操作(3)剩下的數(shù)據(jù)塊重復(fù)上述的兩步操作直到將所有的來測試這個新水印。我們首先定義圖片X和圖片Y的空數(shù)據(jù)塊都做了同樣的處理。間關(guān)聯(lián)函數(shù):這些數(shù)據(jù)塊按行排列就組成了水印信息。總共64Rxr(a.β)= 22里, )v(1-a, rB)1)*96個水印信息塊正好覆蓋整個圖片。我們假定X是原始圖像信息塊，W是水印信息塊，Y是加入了水印信息的圖像數(shù)據(jù)塊，Z是可能被修改了的. 5隨機性檢測已經(jīng)加入水印信息的圖像信息塊。我們將此數(shù)據(jù)塊的統(tǒng)計下面我們給出針對上述水印注人算法的防偽檢測算法。量設(shè)定為:-幅圖片經(jīng)過了若干水印變換之后，有可能被惡意篡改,Rn(0, 0)- Rzw0,0)2)下屬算法能夠檢測出這種情況，從而達(dá)到驗證一幅圖片在如果圖像數(shù)據(jù)沒有被偽造或篡改，那么δ=0請注意，經(jīng)過互中國煤化工渚所給出的圖片。不依賴于整個的關(guān)聯(lián)函數(shù)。如果比我們定義的極限值大, .|YHCNMHG水印信息。那么此塊就沒有通過驗證。極限值可以根據(jù)水印數(shù)據(jù)塊中隨機選擇一個像素，它的亮度值可能會高或者低-的元素個數(shù)來定義。個位，這可能是由LSB轉(zhuǎn)換，也可能是由惡意篡改所致，20100周肝蜀洞全61學(xué)術(shù)，技術(shù)我們用Z來表示被篡改了的圖片信息。國第二屆信息隱藏與數(shù)字水印技術(shù)研討會論文集[M].北計算Z的平均8值。京,2000,6. 108-112.如果6值比理想值低，我們就認(rèn)為圖片新被篡改了。[4]R. G. van Schyndel, A. 2. Tirkel, N. R. A. Mee,至此就完成了防偽檢測。C. F.Osborne， “A digital watermark” ，Proceedings of theInternational Conference on Image Processing， November ，1994,Austin, Texas, vol. 2, pp. 86-90.6結(jié)論[5]B. R. Macq and 1. Pitas， “Special ise on water making"?:針對類似于圖片等數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)保護技術(shù)，到目前Signal Process, 1998. vol. 66, no. 3, pp. 281- 282.為止已經(jīng)提出很多了，本文給出了一種通過插人不可見的[6]Fred Mintzer, Albert Cazes, Francis Giordano, Jack Lee, Karen水印信息，從而達(dá)到數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)保護以及防偽檢測。Magerein and Fabio Scitarella, "Capturing and prearing images此技術(shù)能夠檢測出每-一個被修改了的像素并且能夠定位出of Vatican library manuscripts for access via internet, ”Proceedings是哪里被修改了。此算法適用于彩色圖片，同樣也適用于of IS&T's 48th Annual Conference， May， 1995， Washington,JPEG壓縮。未來可針對數(shù)字視頻等進行同類的研究。臺DC，pp. 74 - 77.^參考文獻(xiàn):作者簡介:張發(fā)強(1982-) 男。碩士研究生，研究方向:軟[1]楊菠/(增值電信),智能手機開發(fā)平臺與操作系統(tǒng)簡介[U].件與理論，分布式計算，智能嵌入式操作系統(tǒng);陳榕，教通信世界網(wǎng)，2003 1-10愛，碩士生導(dǎo)師，美國留學(xué)歸國操作系統(tǒng)專家,主要研究:[2]夏明波. ASAS集群及其智能控制策略研究[D].長沙:國智能嵌入式操作系統(tǒng)。防科技大學(xué)計算機學(xué)院，2006.收稿日期: 2009-08-06{3]易開祥，石教英。一種自適應(yīng)二維數(shù)字水印算法。全.(上接第59頁)(1)水印嵌入和提取(結(jié)果如圖5所示)(5)濾波(結(jié)果如圖9所示)進邊處理后的水印提取中國建建(201) 內(nèi)值建進( 3))圖5水印嵌入和提取結(jié)果提取結(jié)果:(2)剪切攻擊(結(jié)果如圖6所示)日圖9濾波后結(jié)果2.7實驗結(jié)果分析從實驗來看與預(yù)期基本相符。水印算法對剪切攻擊、濾波、特別是對JPEG壓縮有較好的穩(wěn)健性。?圖6剪切攻擊結(jié)果[1]Barni Metal. A DCT-domain System for Robust mage(3)JPEG壓縮(結(jié)果如圖7所示)Watermarking, Signal Poessng, 1998 .66:352"372.[2]Voyatis G,Pitas 1. Embedding robust watermarks by chaotic”出mixing[A]. 13th International Conference on Digital SignalProcesig,1997,1: 213~ 216.[2]J Cox， 」Kilin, FT Leighton, T Shamo. Seure SoreadSpectrum Watermarking for Multimedia. IEEE Transaction on image困7 JPGE 壓縮結(jié)果Processing, 1997, 6(12) . pp: 1 673~1 687.(4)加噪聲(結(jié)果如圖8所示)[3]Koch E, Zhao J. Towards Robust and Hidden Image Copyright龍網(wǎng)聲后木印提職Labelling，In: proc of IEEE Workshop on Nonlinear SignaPocessing, 1995, 452*455.4J黃中國煤化工團像水印:嵌入對策和算-6~389[6] 王:TYHCNMHG換的數(shù)字水印技術(shù)[I.移計算機工程與應(yīng)用，2002， 38 (6): 105~106.圖8加噪聲后結(jié)果收稿日期: 2009-07-26622秀數(shù)轄2010%k