【正文】 進(jìn)行有效的編碼從而提高了透明性和魯棒性 ， 同時(shí)還適當(dāng)利用濾波技術(shù)對(duì)水印信號(hào)引入的高頻噪聲進(jìn)行了消除 ， 從而 增加了對(duì)低頻濾波攻擊的抵抗力。 提取 時(shí)則選取相同的 DCT 系數(shù) ，并根據(jù)系數(shù)之間的關(guān)系抽取比特信息 。 南湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 變換域算法 DCT 域數(shù)字水印算法通常是首先把圖像分成 88 的不重疊 像素 塊 ，再 經(jīng)過(guò)分塊DCT 變換得到由 DCT 系數(shù)組成的頻率塊 ， 然后隨機(jī)選取一些頻率塊將水印信號(hào)嵌入到由密鑰控制選擇的一些 DCT 系數(shù)中 。 這個(gè)方法是基于圖像的紋理結(jié)構(gòu)的 ， 因而很難察覺(jué)水印。 為增加其水印的魯棒性 ，文中還把 像素 對(duì)擴(kuò)展為小塊的 像素 區(qū)域 (如 88) ， 通過(guò)增加一個(gè)區(qū)域中的所有 像素 點(diǎn)的亮度值而相應(yīng)減少對(duì)應(yīng)區(qū)域中所有 像素 點(diǎn)的亮度值的調(diào)整來(lái)隱藏信息 ， 但該算法嵌入量低且對(duì)串謀攻擊抵抗力弱 。 1995 年 Bender 等人提出了圖像水印的 Patchwork 算法 一種基于改變圖像數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特性的水印算法 。 一般來(lái)說(shuō)文本數(shù)據(jù)很難通過(guò)基于疊加噪聲的水印方法來(lái)嵌入信息 。其中 Schyndel 算法被認(rèn)為是一篇具有歷史價(jià)值的文獻(xiàn)文中闡明了一些關(guān)于水印的重要概念和魯棒水印檢測(cè)的通用方法 相關(guān)性檢測(cè)方法，此算法首先把一個(gè)密鑰輸入一個(gè)m 序列（ maximumlength random sequence） 發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生水印信號(hào)然后此 m序列被重新排列成 2 維水印信號(hào)并按 像素 點(diǎn)逐一插入到原始圖像 像素 值的最低位由于水印信號(hào)被安排在了最低位上 ， 它是不可見(jiàn)的 ， 基于同樣的原因 ， 它可以輕易地被移去 ， 因此也是不強(qiáng)壯的。 其中大部分算法針對(duì)的源 數(shù)據(jù)是圖像 ， 這主要是因?yàn)閳D像水印工作開(kāi)展得最為全面徹底 ， 除 非 特別指明這些算法主要針對(duì)圖像數(shù)據(jù)。 南湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 典型數(shù)字水印算法 近幾年來(lái) ， 數(shù)字水印技術(shù)研究取得了很大的進(jìn)步 。現(xiàn)有的很多經(jīng)典算法都是用于非盲水印方案，因此下節(jié)中的經(jīng)典算法介紹中大部分即為非盲水印，當(dāng)然，盲水印方案 在 近些年也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。當(dāng)提取時(shí)需要原始圖像時(shí)，即非盲水印方案中，是通過(guò)原始圖像與水印化圖像的比較來(lái)獲取嵌入的水印 。從圖中可以看出原始圖像的需要是不定的。需要注意的是 :一般會(huì)將提取出的圖像水印做一些圖像處理增強(qiáng)可辨性 。反之，則無(wú)。當(dāng)水印為序列形式時(shí)，一般通過(guò)檢測(cè)提取出的水印與原始水印或者原始圖像的相關(guān)性判定提取出的水印是否為代表版權(quán)標(biāo)記的水印。大多數(shù)算法中是通過(guò)密鑰選取嵌入?yún)^(qū)間，這樣使得具有惡意的非法攻擊者對(duì)水印的存在位置一無(wú)所知，如果試圖消除水印，可能會(huì)降低水印 化圖像的整幅圖像質(zhì)量，甚至將其毀壞，使其得不償失。另外，一幅圖像所能容納的水印能量也是有限的，在水印嵌入的算法選擇與設(shè)計(jì)中，是一個(gè)值得注意的問(wèn)題。 數(shù)字圖像水印的嵌入 將生成的數(shù)字水印嵌入到所需 保護(hù)的圖像之中需要考慮到魯棒性和不可見(jiàn)性這兩個(gè)基本要求。尤其針對(duì)水印為圖像的形式，由于圖像所特有的輪廓特征，使得算法設(shè)計(jì)中為了保持不可見(jiàn)性的要求，可能需要選用比序列和文字形式的水印算法中小的多的強(qiáng)度嵌入水印，這必然會(huì)降低水印的魯棒性。再次，當(dāng)選用的圖像為文字形式時(shí)，在生成過(guò)程中，需 要將其通過(guò) ASCII碼轉(zhuǎn)為數(shù)字序列，完成水印嵌入前的預(yù)處理。因此，水印 的生成是一個(gè)極為重要的步驟。大多數(shù)數(shù)字水印方案的水印結(jié)構(gòu)僅包括其中之一，這個(gè)是與數(shù)字水印的實(shí)現(xiàn)方法及使用場(chǎng)合有關(guān)。根據(jù)這個(gè)流程圖，下文中將對(duì)這三個(gè)部分作 個(gè) 簡(jiǎn)單介紹。而后者則在水印的嵌入和檢測(cè)過(guò)程中采用不同的密鑰，由所有者用一個(gè)只有其本人知道的密鑰嵌入水印，而任何知道公開(kāi)密鑰的人都可以進(jìn)行數(shù)字水印的提取或者檢測(cè)，這種公開(kāi)數(shù)字水印的實(shí)現(xiàn)是具有相當(dāng)難度的。而根據(jù)所采用的用戶(hù)密鑰的不同又可以分為私鑰 (secretkey)水印和公鑰 (publickey)水印 。由于不可見(jiàn)魯棒水印對(duì)于數(shù)字作品的版權(quán)保護(hù)具有現(xiàn)實(shí)的意義，因此成為近年來(lái)水印研究的熱點(diǎn)。而易損水印也需要對(duì)圖像操作具有一定的抵抗性，但是與魯棒水印不同的是 :魯棒水印需要盡可能的保留原始水印的信息，而易損水印則只需要一定程度的保留水印的原始信息。根據(jù)水印的性質(zhì)，可以將其分為魯棒水印(InvisibleRobust Watermark)和易損水印 (InvisibleFragile Watermark).魯棒水印的特點(diǎn)在于嵌入了此類(lèi)水印后得到的水印化圖像在經(jīng)過(guò)一些通常的圖像處理和某些惡意攻擊之后仍然可以從中提取出有效的水印。這類(lèi)水印保證了被保護(hù)圖像的視覺(jué)完整性，不損害其畫(huà)面質(zhì)量與美觀，在實(shí)際應(yīng)用中具有更大的需求。而不可見(jiàn)水印則使得原始圖像與嵌入水印后所得的水印化圖像就人眼視覺(jué)看來(lái)沒(méi)有差別，即使用者單憑自己的眼睛無(wú)法判斷數(shù)字產(chǎn)品中是否存在水印。最常見(jiàn)的例子是有線電視頻道上所特有的半透明標(biāo)識(shí)，其主要目的在于明確標(biāo)識(shí)版權(quán)，防止非法使用，雖然降低 了資料的商業(yè)價(jià)值，卻無(wú)損于所有者的使用。根據(jù)水印是否可見(jiàn)，可以將其分為可見(jiàn)水印 (Visible Digital Watermark)和不可見(jiàn)水印 (Invisible Digital Watermark)。因此與前兩類(lèi)水印形式相比，這類(lèi)水印必須嚴(yán)格保證水印在傳輸使用過(guò)程中的完整性，一般多用于保密通信之中。當(dāng)水印為文字形式時(shí)，一般將文字轉(zhuǎn)為 ASCII碼后，嵌入到被保護(hù)的原始圖像之中 。一般是通過(guò)提取出的具有一定分辨率的圖像 作為被保護(hù)數(shù)據(jù)的版權(quán)標(biāo)志，因此通常情況下會(huì)選取數(shù)字產(chǎn)品所有者或發(fā)行商的商標(biāo)圖案作為水印，這類(lèi)圖案大多具有特定的形狀信息，水印被提取出后只要能夠保留這類(lèi)信息，即達(dá)到人眼可辨識(shí)的程度，就可以達(dá)到所有權(quán)認(rèn)證的目的。由數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)所有者向分發(fā)給每個(gè)用戶(hù)的拷貝中引入一個(gè)唯一的序列，并保存售出拷貝中對(duì)應(yīng)序列與用戶(hù)身份的數(shù)據(jù)庫(kù)，那么如果將來(lái)發(fā)現(xiàn)被非法再分發(fā)的數(shù)字產(chǎn)品時(shí)，發(fā)行者可以通過(guò)檢測(cè)其中的序列來(lái)跟蹤該數(shù)字產(chǎn)品的原始購(gòu)買(mǎi)者，這與刑偵案件調(diào)查中通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采集的指紋來(lái)追查犯罪嫌疑人相似，因此這種用途的序列形式數(shù)字水印又被稱(chēng)為數(shù)字指紋 (Digital Fingerprinting) 。 數(shù)字圖像水印的形式多種多樣，大致可分為數(shù)字、圖像、文字三大類(lèi)。因此，本章主要詳細(xì)介紹數(shù)字圖像水印的基本概念和經(jīng)典算法。此類(lèi)水印技術(shù)相對(duì)較為簡(jiǎn)單，也較為成熟，形成了比較經(jīng)典的算法。 南湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 第二章 數(shù)字 圖像 水印的基本概念和經(jīng)典算法 數(shù)字水印可以嵌入音頻、視頻、靜止圖像和文本等原始數(shù)據(jù)之中作為版權(quán)保護(hù)的標(biāo)志。 2021 年 1 月，由國(guó)家 “863” 智能機(jī)專(zhuān)家組和中科院自動(dòng)化所模式識(shí)別國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室組織召開(kāi)了數(shù)字水印學(xué)術(shù)研討會(huì)，來(lái)自國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、國(guó)家信息安全測(cè)評(píng)認(rèn)證中心、中國(guó)科學(xué)院、北京郵電大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、清華大學(xué)、北方工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)、 天津大學(xué)、中國(guó)科技大學(xué)、北京大學(xué)、北京理工大學(xué)、中山大學(xué)、北京電子技術(shù)應(yīng)用研究所等單位的專(zhuān)家學(xué)者和研究人員深入討論了數(shù)字水印的關(guān)鍵技術(shù)，報(bào)告了各自的研究成果。 我國(guó)學(xué)術(shù)界 對(duì)數(shù)字水印技術(shù)的反應(yīng)也非?？?，已經(jīng)有相當(dāng)一批有實(shí)力的科研機(jī)構(gòu)投入到這一領(lǐng)域的研究中來(lái)。而水印技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化 1作也開(kāi)始受到重視。 NEC公司則研究如何把水印技術(shù)應(yīng)用于 DVD系統(tǒng)的拷貝保護(hù)機(jī)制中。隨著對(duì)水印理論和技術(shù)的研究深入化，產(chǎn)業(yè)界對(duì)水印應(yīng)用的重視也在不斷提高。T, Philips等公司都對(duì)水印做了廣泛、大量而又深入的研究。數(shù)字水印的研究人員也于2021年 1月召開(kāi)了國(guó)內(nèi)第一屆數(shù)字水印技術(shù)研討會(huì)，此次會(huì)議由國(guó)家“ 863計(jì)劃”智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)專(zhuān)家組主辦、模式識(shí)別國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等單位承辦，建立了數(shù)字水印研究主頁(yè)和郵件列表，對(duì)國(guó)內(nèi)信息隱藏研究工作者的交流起到了很好的促進(jìn)作用。 90年代期間出現(xiàn)的信息隱藏和數(shù)字水印的文獻(xiàn)數(shù)量以幾何級(jí)數(shù)遞增，從1992年的 2篇迅速發(fā)展到 1998年的 103篇，數(shù)字水印已經(jīng)成為國(guó)際學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)方向之一。同年 12月，由 Fabien A. P. Petit colas等人撰寫(xiě)的闡述信息隱藏技術(shù)及數(shù)字水印的第一本書(shū)， Information Hiding Techniques for Steganography and Digital Watermarking”面世 . 1998年的國(guó)際圖像處理大會(huì)上，還開(kāi)辟了兩個(gè)關(guān)于數(shù)字水印的專(zhuān)題討論。 1996年在英國(guó)劍橋牛頓研究所召開(kāi)了第一屆信息隱藏學(xué)術(shù)研討會(huì)，這標(biāo)志著一門(mén)新興的交叉學(xué)科一一信息隱藏學(xué)的正式誕生。同年， Pitas等人提出一種名為 patchwork的水印方案，利用統(tǒng)計(jì)信息在沒(méi)有原始數(shù)據(jù)的條件下成功提取出水印，該方案成為公開(kāi)水印方案的典型代表，此后有很多研究人員在這一方案基礎(chǔ)上進(jìn)行了攻擊和改進(jìn)算法的研究，在 后面的章節(jié)中也會(huì)對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。此外 Tickle還是第一個(gè)認(rèn)識(shí)到可以將擴(kuò)頻技術(shù)應(yīng)用 到數(shù)字水印中的人，他提出可以使用擴(kuò)頻技術(shù)向靜止圖像中添加水印。文中闡明了一些關(guān)于水印的重要概念和魯棒水印檢測(cè)的通用方法一一相關(guān)性檢測(cè)方法，當(dāng)時(shí)他們已經(jīng)意識(shí)到數(shù)字水印的重要性，并且提出了可能的應(yīng)用，包括圖像標(biāo)記、增強(qiáng)版權(quán)保護(hù)、防止偽造及控制存取圖像數(shù)據(jù)等。在 ICIP39。尤其是近年來(lái)信息隱藏技術(shù)理論框架研究的興起，更給密寫(xiě)術(shù)成為一門(mén)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)帶來(lái)了希望。但與密碼技術(shù)相比，密寫(xiě)術(shù)始終沒(méi)有發(fā)展成為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科，其中的主要原因是密寫(xiě)術(shù)缺乏必要的理論基礎(chǔ)。大約 700年前，在手工造紙技術(shù)中出現(xiàn)了紙張上的水印。古希臘的斯巴達(dá)人曾將軍事情報(bào)刻在普通的木板上，用石蠟填平，收信的一方只要用火烤熱木板，融化石蠟后就可以看到密信。密碼學(xué)是研究如何保護(hù)消息內(nèi)容的，而偽裝術(shù)是專(zhuān)門(mén)研究如何隱藏它們的存在性。數(shù)字水印算法應(yīng)該能夠正確識(shí)別出被嵌入到保護(hù)對(duì)象中的有關(guān)信息，例如經(jīng)過(guò)注冊(cè)的用戶(hù)的編碼、產(chǎn)品的標(biāo)識(shí)或者其它任何有意義的文字圖像等，并且能在需要時(shí)將其提取出來(lái)作為證據(jù)。 (4) 低 復(fù)雜性 :數(shù)字水印的嵌入和提取算法應(yīng)該比較容易實(shí)現(xiàn)，計(jì)算復(fù)雜度較低，在某些應(yīng)用場(chǎng)合 (如視頻水印 )下，甚至要求水印算法的實(shí)現(xiàn)滿足實(shí)時(shí)要求。 (3) 安全性 :水印的嵌入過(guò)程 （ 嵌入方法和水印結(jié)構(gòu) )應(yīng)該是秘密的，嵌入的數(shù)字水印應(yīng)該是統(tǒng)計(jì)上不可檢測(cè)的，非授權(quán)用戶(hù)無(wú)法檢測(cè)和破壞水印。 數(shù)字水印的基本特征 數(shù)字水印須具有以下特性： (1) 不可見(jiàn)性 :就是 不易被察覺(jué)，不會(huì)引起原來(lái)數(shù)字作品明顯的圖像質(zhì)量下降，即看不到數(shù)字水印的存在。國(guó)外報(bào)紙報(bào)道恐怖分子頭目本 拉登就利用公開(kāi)發(fā)布的數(shù)字水印技術(shù)，將給基地組織的指令通過(guò)數(shù)字水印隱藏在普通數(shù)碼相片中，然后發(fā)布到一些網(wǎng)站的 BBS上，基地組織成員根據(jù)約定好的規(guī)則將數(shù)碼相片中的數(shù)字水印信息提取出來(lái)。 數(shù)字水印技術(shù)還可以應(yīng)用于信息的安全通信。這樣就既保證了消費(fèi)者私下復(fù)制、交換節(jié)目的自由，又有效控制了商業(yè)上的侵權(quán)行為。目前 DVD已經(jīng)火爆國(guó)內(nèi)電子市場(chǎng)，有很多大公司開(kāi)始研究如何應(yīng)用數(shù)字水印系統(tǒng)改進(jìn) DVD的訪問(wèn)與復(fù)制控制。 此外數(shù)字水印還用來(lái)做多媒體數(shù)據(jù)的訪問(wèn)控制和復(fù)制控制。將數(shù)字水印信息添加到文檔中，也 意味著某些信息可以在文檔中被寫(xiě)入兩次。使用數(shù)字水南湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 印技術(shù)則可以有效解決這個(gè)問(wèn)題。特別是印章，雖然政府部門(mén)對(duì)印章的管理和制作有嚴(yán)格規(guī)定，但社會(huì)上還是有所謂 “ 一個(gè)蘿卜刻一個(gè)章 ” 的說(shuō)法。這樣通過(guò)跟蹤多媒體數(shù)據(jù)中的數(shù)字水印信息來(lái)保護(hù)多媒體數(shù)據(jù)的版權(quán)。比如以前的畫(huà)家用印章或簽名標(biāo)識(shí)作品的作者，那么今天他可以通過(guò)數(shù)字水印將自己的名字添加到作品中來(lái)完成著作權(quán)的標(biāo)識(shí)。因此如何保護(hù)這些數(shù)據(jù)上附加的 “ 知識(shí)產(chǎn)權(quán) ” 是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。與作者創(chuàng)作這些多媒體數(shù)據(jù)所花費(fèi)的艱辛相比，篡改、偽造、復(fù)制和非法發(fā)布原創(chuàng)作品在信息時(shí)代變成了一件輕而易舉的事情。隨著計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，越來(lái)越多的藝術(shù)作品、發(fā)明或創(chuàng)意都開(kāi)始以多媒體數(shù)據(jù)的形式表達(dá)，比如用數(shù)碼相機(jī)攝影，用數(shù)字影院看電影，用 MP3播放器聽(tīng)音樂(lè)，用計(jì)算機(jī)畫(huà)畫(huà)等等。因此數(shù)字水印在今天的計(jì) 算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代大有可為。所謂 “ 數(shù)字水印 ” 是往多媒體數(shù)據(jù)中添加的某些數(shù)字信息，比如將在數(shù)碼相片中添加攝制者的信息，在數(shù)字影碟中添加電影公司的信息等等。如何保護(hù)這些與我們息息相關(guān)的數(shù)字產(chǎn)品，如版權(quán)保護(hù)、信息安全、數(shù)據(jù)認(rèn)證以及訪問(wèn)控制等等，就被日益重視及變得迫切需要了。因此水印常也被應(yīng)用于諸如支票、證書(shū)、護(hù)照、發(fā)票等重要印刷品中，長(zhǎng)期以來(lái)判定印刷品真?zhèn)蔚囊粋€(gè)重要手段就是檢驗(yàn)它是否包含水印。 南湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 日常生活中為了鑒別紙幣的真?zhèn)?，人們通常將紙幣?duì)著光源，會(huì)發(fā)現(xiàn)真的紙幣中有清晰的圖像信息顯示出來(lái)，這就是我們熟悉的 “ 水印 ” 。數(shù)字水印技術(shù)的研究涉及信息學(xué)、密碼學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模式識(shí)別等多種學(xué)科的研究領(lǐng)域，使得隱藏的信息更具隱蔽性、安全性，同時(shí)還具有對(duì)稱(chēng)性和可糾錯(cuò)性。所謂數(shù)字水印技術(shù)就是將數(shù)字、序列號(hào)、文字、圖像標(biāo)志等版權(quán)信息嵌入到多媒體數(shù)據(jù)中，以起到版權(quán)跟蹤及版權(quán)保護(hù)的作用。 本章就數(shù)字水印的基本概念及研究現(xiàn)狀等情況做一下簡(jiǎn)單介紹。由于加密技術(shù)的種種不足之處，數(shù)字水印(Digital Watermark)技術(shù)作為一種新興技術(shù)，得到了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注，引起了人們的極大興趣。最后這種方法只能夠解決數(shù)字信息內(nèi)容的保密。但是加密后得到的密文卻因其非常規(guī)性的表現(xiàn)形式同時(shí)暴露了內(nèi)容的重要