【文章內(nèi)容簡介】 可靠地提取不可見水印來證明作品的版權(quán)。下面的例子是遭到噪聲攻擊時(shí)含水印圖像及提取的水印，其中的魯棒性不可見水印有較強(qiáng)的抗水印攻擊能力。 ? 上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用 DWT技術(shù)的雙重?cái)?shù)字水印，使得非法用戶難以利用作品內(nèi)容；即使在蠻力擦除可見水印后依然能夠通過不可見水印證明作品版權(quán)。 可見與不可見數(shù)字水印算法 ? 數(shù)字水印分為可見水印與不可見水印。目前絕大多數(shù)文獻(xiàn)集中于不可見水印的研究和實(shí)現(xiàn)上，可見水印的相關(guān)文獻(xiàn)很少。不可見水印較之可見水印具有不可感知性，非常適合各種媒體的版權(quán)認(rèn)證、內(nèi)容完整性保護(hù)和篡改認(rèn)證。對(duì)作品的非法傳播有一定威懾作用；但由于嵌入不可見水印后媒體質(zhì)量較高，不會(huì)影響非法用戶的 “ 享用 ” ，難以阻止非法用戶對(duì)內(nèi)容的非法利用。 ? 可見數(shù)字水印將水印圖融合到作品中，可以掩蓋部分圖像數(shù)據(jù)，可以減少非法竊取者竊取含有可見水印產(chǎn)品的意圖，也可以起標(biāo)注或宣傳作用，能夠防止非法用戶獲取部分重要信息。但在一定程度上破壞了原圖像，降低了嵌入數(shù)字水印后產(chǎn)品的商業(yè)價(jià)值，且不適用于音頻等非視覺媒體?？梢姅?shù)字水印主要用于圖像和視頻的版權(quán)保護(hù)，在網(wǎng)上數(shù)字圖書館、網(wǎng)絡(luò)電視越來越多的今天，實(shí)用的可見水印的方法尤有意義。 ? 可見水印是一種主動(dòng)的保護(hù)方式，但也更容易成為攻擊目標(biāo)。不可見數(shù)字水印可以在可見數(shù)字水印完全被擦除的情況下保護(hù)圖像。可見數(shù)字水印，主要用于當(dāng)場聲明對(duì)產(chǎn)品的所有權(quán)、著作權(quán)及來源，起到一個(gè)宣傳廣告或約束的作用?？筛兄∫话銥檩^淡的或半透明的不礙觀瞻的圖案；比如電視臺(tái)節(jié)目播放的同時(shí)，在某個(gè)角落插上電視臺(tái)的半透明標(biāo)志。另一個(gè)用途是為了在線分發(fā)作品，比如先將一個(gè)低分辨率的有可見水印的圖像免費(fèi)送人，其水印 ? 往往是擁有者或賣主的信息，它提供了尋找原高分辨率作品的線索，若想得到高分辨率的原作品則需付費(fèi)。有些公司在產(chǎn)品出售前為了在網(wǎng)絡(luò)上宣傳其產(chǎn)品，先做上可逆可見水印分發(fā)，付費(fèi)購買時(shí)，再用專用軟件將可見水印去掉，加入不可見水印 (發(fā)行人、分發(fā)商、最終用戶等的信息 )?？梢娝∵€有另一些用途，那就是為了節(jié)約帶寬、存儲(chǔ)空間等原因，在 VCD、 DVD等電影拷貝中用嵌入不可見水印的方式配上多種語言的副標(biāo)題和字幕，待播放時(shí)由硬件根據(jù)需要實(shí)時(shí)地解出每一幀中的水印文字，將其顯示在屏幕上。 ? 可見水印在某些產(chǎn)品中或多或少降低了作品的觀賞價(jià)值，使其用途相對(duì)受到一定限制。不易感知的水印的應(yīng)用層次更高，制作難度更大?？梢姅?shù)字水印是常見的一種水印，經(jīng)常用于保護(hù)公開的可用的圖像。在可見數(shù)字水印中更強(qiáng)調(diào)針對(duì)各種攻擊的魯棒性，即使攻擊者發(fā)現(xiàn)了隱藏信息的存在，但他也很難破壞嵌入的水印?？梢娝∽畛Ｒ姷睦邮窃趫D版或視頻上的商標(biāo)，用于讓觀眾知道版權(quán)所有者。通常可見水印可以通過空域或變換域的隱寫算法來完成，可以通過改變圖像的亮度來嵌入水印，也可以在 DCT域或 DWT域嵌入水印。 ? 對(duì)于可見水印一般有如下要求： ? 無論在單色或彩色圖像中，可見數(shù)字水印都應(yīng)該非常明顯。 ? 為了防止通過剪切破壞水印，應(yīng)該將可見水印分布圖像的最重要部分 ? 但是可見水印不應(yīng)該影響在水印之下的重要的圖像細(xì)節(jié)內(nèi)容。 ? 可見水印應(yīng)該是很難移去的，移去水印很費(fèi)勁或要付出的代價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出直接購買此圖像。 ? 加入水印應(yīng)該自動(dòng)完成。 ? 在當(dāng)前的文獻(xiàn)中，可用的可見水印技術(shù)很少。在著名的數(shù)字圖書館中使用了可見數(shù)字水印技術(shù)來標(biāo)識(shí)著名畫家的作品。 ? 下面介紹一個(gè)可見水印與不可見水印結(jié)合應(yīng)用的算法。 ? 結(jié)合可見水印和不可見水印各自的優(yōu)點(diǎn)，二者結(jié)合起來可以更加有效地保護(hù)作品。兩者的嵌入有兩種先后順序：（ 1）先嵌入可見水印，再嵌入不可見水印；（ 2）先嵌入不可見水印，再嵌入可見水印。但相比而言，保證不可見水印的完整性更重要，且其對(duì)可見水印的影響相對(duì)較小。因此本文采用先行嵌入魯棒的可見水印，再迭代嵌入魯棒的不可見水印的雙重水印算法，如圖 。 圖 可見 amp。不可見算法框圖 讀 入 原 始 圖 像計(jì) 算 可 見 水 印 參 數(shù)計(jì) 算 亮 度 平 均 值可 見 水 印 嵌 入讀 入 可 見 水 印 圖 像可 見 水 印 圖 像 小 波 變 換不 可 見 水 印 嵌 入生 成 V W / I V W 圖 像生 成 不 可 水 印混 沌 置 換可 見 水 印 嵌 入 V W不 可 見 水 印 嵌 入 I V W? 算法主要步驟包括： ? （ 1）讀入原始圖像并計(jì)算其亮度平均值； ? （ 2）計(jì)算可見水印嵌入的拉伸因子等參數(shù)； ? （ 3）讀入可見水印圖像； ? （ 4）根據(jù)拉伸因子進(jìn)行可見水印嵌入，生成含可見水印圖像； ? （ 5）對(duì)含可見水印圖像進(jìn)行小波變換； ? （ 6）生成不可見水印，并對(duì)其混沌置亂； ? （ 7）在含水印圖像重要小波樹系數(shù)中根據(jù)鄰域相關(guān)性嵌入不可見水印； ? （ 8）逆小波變換，得到還原圖像。 ? 另外目前通常將圖像融合技術(shù)應(yīng)用與可見數(shù)字水印中，下面加以介紹。 ? 可見水印處理利用主圖像局部特征信息指導(dǎo)水印嵌入，以獲得可見性好、不突出、難去除的水印。可見水印有以下要求：（ 1）可見水印應(yīng)能保護(hù)作品重要內(nèi)容。這表明水印應(yīng)該覆蓋圖像重要區(qū)域，并且應(yīng)在所覆蓋的區(qū)域可見。（ 2）水印一般應(yīng)在所覆蓋的區(qū)域上半透明可見，不完全破壞細(xì)節(jié)。因此嵌入程度應(yīng)隨主圖像局部特征的變化而變化，通常是足夠突出地顯示以阻止非法使用。（ 3）非法去除水印難度很大。 可逆水印概述 ? 數(shù)字水印將版權(quán)等信息隱藏到載體中，從而達(dá)到保護(hù)載體的目的。數(shù)字水印連接著兩組數(shù)據(jù)：隱體數(shù)據(jù)和載體數(shù)據(jù)。在多數(shù)情況下，載體數(shù)據(jù)在隱藏過程中會(huì)出現(xiàn)失真而無法恢復(fù)到原始狀態(tài)。這就是說，即使隱體數(shù)據(jù)已經(jīng)提取出來后，載體數(shù)據(jù)也遭到了永久性失真。但在某些應(yīng)用中，對(duì)數(shù)據(jù)像素的極小更改都是不允許的。例如軍事遙感圖像、醫(yī)學(xué)圖像、高能物理圖像、法律證據(jù)等敏感圖像。在這些應(yīng)用中，任何一位像素的信息都認(rèn)為是非常重要的。對(duì)數(shù)據(jù)的任何修改都會(huì)影響圖像的可信度。這些應(yīng)用均要求使用最原始的圖像數(shù)據(jù)。 ? 顯然，大多數(shù)現(xiàn)有的數(shù)字水印技術(shù)都不是可逆的。例如廣泛應(yīng)用的擴(kuò)頻信息隱藏方法在取整時(shí)出現(xiàn)了截?cái)嗷蛘呱崛胝`差；最低有效位 LSB（或廣義的 LSB算法）算法，由于位替換而對(duì)原始信息失去 “ 記憶 ” ；基于量化索引調(diào)制的水印會(huì)出現(xiàn)量化誤差。這些算法都因?qū)υ夹畔⒒蚯度脒^程無完整記憶，而無法糾正失真來進(jìn)行恢復(fù)。這就需要能將載體數(shù)據(jù)恢復(fù)到原始狀態(tài)的數(shù)字水印技術(shù)。 ? 能將載體數(shù)據(jù)恢復(fù)到原始狀態(tài)或非常接近原始狀態(tài)的水印技術(shù)，稱之為可逆數(shù)字水印技術(shù)（ Reversible Digital Watermarking）?？赡鏀?shù)字水印技術(shù)也可稱之為可恢復(fù)（ Reversible）、無損（ Lossless）、無失真（ DistortionFree）或者可逆（ Invertible）數(shù)字水印 /信息隱藏技術(shù)等等?？赡鏀?shù)字水印在提取出隱體數(shù)據(jù)后，利用隱體數(shù)據(jù)來無損恢復(fù)載體數(shù)據(jù)，在隱體數(shù)據(jù)和載體數(shù)據(jù)之間建立了巧妙的關(guān)系。 ? 可逆數(shù)字水印可以用于數(shù)字產(chǎn)品的推廣。比如付費(fèi)視頻應(yīng)用中，用戶需要在確定購買正式視頻之前，需要對(duì)視頻內(nèi)容有大致了解，以決定是否正式付費(fèi)購買；商家需要借此機(jī)會(huì)向用戶展示內(nèi)容吸引顧客，但商家又不愿將清晰作品送給用戶。在這種兩難情況下，可采用可逆數(shù)字水印技術(shù)，對(duì)作品進(jìn)行加上水印使顧客僅能 “ 淺嘗 ” 。用戶付費(fèi)后，可經(jīng)過授權(quán)后將視頻內(nèi)容恢復(fù)到高清（ High Definition）狀態(tài)。 ? 根據(jù)水印的恢復(fù)能力，我們將可逆數(shù)字水印分為強(qiáng)可逆數(shù)字水印和弱可逆數(shù)字水印。強(qiáng)可逆數(shù)字水印中，恢復(fù)后的載體與原始載體完全一致，沒有任何差別；弱可逆數(shù)字水印可將含印載體恢復(fù)到幾乎與原始載體完全一致的狀態(tài)。用公式表示如下： 可逆數(shù)字水印現(xiàn)有算法 ? 可逆水印的實(shí)現(xiàn)方法，通常當(dāng)嵌入空間確定后，將該空間內(nèi)的原始數(shù)據(jù)狀態(tài)進(jìn)行無損壓縮，從而空出部分空間能夠進(jìn)行水印數(shù)據(jù)嵌入。這就要求選定的空間其狀態(tài)數(shù)據(jù)冗余度較高，能夠進(jìn)行有效壓縮，從而空出更多的空間用于隱藏?cái)?shù)據(jù)嵌入。 ? 通常的高容可逆水印方法是選定隱藏嵌入?yún)^(qū)域（比如某些像素的最低位），然后將被覆蓋數(shù)據(jù)（用來恢復(fù)該區(qū)域）和純載荷數(shù)據(jù)一同嵌入該區(qū)域，如圖 。如果要嵌入的信息量（載荷數(shù)據(jù)和用于恢復(fù)的嵌入?yún)^(qū)域原始數(shù)據(jù)值）高于嵌入?yún)^(qū)域容量，算法就依賴于嵌入?yún)^(qū)域原始數(shù)據(jù)的無損壓縮，留出的空間用于嵌入載荷數(shù)據(jù)。 Initial data Pure payload Lossless compression Compressed data 圖 可逆數(shù)字水印實(shí)現(xiàn)原理 ? 最早的可逆數(shù)字水印算法是在 2022年中 Barton的專利中出現(xiàn)的。其基本思路是將 JPEG等載體待覆蓋的位進(jìn)行壓縮，留出空間填上認(rèn)證信息。 Honsinger的可逆嵌入算法是從含印圖像中重構(gòu)被覆蓋的數(shù)據(jù)以無損恢復(fù)原始圖像。 Macq提出采用擴(kuò)展的 patchwork算法實(shí)現(xiàn)可逆隱藏，但含印載體的椒鹽噪聲較為嚴(yán)重。 Fridrich等人提出了基于塊狀態(tài)編碼的可逆隱藏算法，其方法是對(duì)圖像分塊并將信息隱藏在塊的狀態(tài)中。 De Vleeschouwer提出了一種基于雙射函數(shù)的循環(huán)解釋的可恢復(fù)的數(shù)據(jù)隱藏算法。 Kalker等人提出了基于無損數(shù)據(jù)壓縮的可逆數(shù)據(jù)隱藏的理論容量