【正文】 解碼器使用同樣的擴頻碼通過解擴讀取數(shù)字隱線。另外，數(shù)字隱線的解讀過程必須非常迅速，如果過多地影響打印效率，則無論是打印機廠商還是用戶都難以接受。 ? 數(shù)字隱線防偽方案面臨的最大難點是解碼空間的問題。 ? 為了實現(xiàn)打印機的自動票據(jù)識別與票據(jù)拒打功能，麻省理工學院數(shù)據(jù)隱藏研究小組提出了線狀數(shù)字水印 —— 數(shù)字隱線（ Tartan Thread）技術(shù)。通過構(gòu)造適當?shù)南袼鼗叶冉y(tǒng)計量，可以判斷解碼窗口中是否包含有 Patchwork水印。 Patch Track首先對掃描后的票據(jù)圖像進行矯正處理，克服由旋轉(zhuǎn)、破損等帶來的水印特性變化。這個問題可以通過搜索方法，包括粗略定位檢測定位法，隨機搜索法和梯度下降搜索。 ? Patchtrack是與 Patchwork算法不同的算法，它重點在于信息隱藏的內(nèi)在的問題。 ? (5)Patch的數(shù)量 ? Patch的數(shù)量越多，解碼越可靠，但這同時也會犧牲圖像的質(zhì)量。如果對所面臨的攻擊沒有準確的估計，則應(yīng)使水印的能量散布于整個頻譜。相反，具有平滑邊緣的 Patch可以很好地抗有損壓縮，但易于引起視覺注意。具體應(yīng)用時必須在 Patch的尺寸和數(shù)量兩者之間進行折衷。 ? 影響 Patchwork算法使用效果的因素很多，主要有： ? (1)Patch的深度 ? Patch的深度是指對隨機點鄰域灰度值改變的幅度，深度越大，水印的魯棒性越強，但同時也會影響隱蔽性，提高能見度。由于亮度變化的幅度很小，而且隨機散布，并不集中，所以不會明顯影響圖像質(zhì)量。 ? 以隱藏 1bit數(shù)據(jù)為例， Patchwork算法首先通過密鑰產(chǎn)生兩個隨機數(shù)據(jù)序列，分別按圖像的尺寸進行縮放，成為隨機點坐標序列。 “ Patchwork”一詞原指一種用各種顏色和形狀的碎布片拼接而成的布料 v，它形象地說明了該算法的核心思想，即在圖像域上通過大量的模式冗余來實現(xiàn)魯棒數(shù)字水印 。其缺陷是數(shù)據(jù)量較低，對仿射變換敏感，對多拷貝平均攻擊的抵抗力較弱。我們使用 256級線性量化系統(tǒng)，從 0開始，所有的像素的亮度都很接近，所有的采樣都與其他采樣無關(guān)，即每個采樣都是獨立的。通過調(diào)節(jié)這對像素值中一方的亮度而降低另一方的亮度，這樣就會得到想要的值。 Patchwork方法具有偽隨機性和統(tǒng)計特性， Patchwork是一種使用統(tǒng)計技術(shù)來將秘密信息嵌入到圖像的特定位。 Patchwork算法首先隨機選取 N對像素點，然后通過增加像素對中一個點的亮度值，而相應(yīng)降低另一個點的亮度值。不過，作為一種大數(shù)據(jù)量的信息隱藏方法， LSB在隱蔽通信中仍占據(jù)著相當重要的地位。 Stego Dos、 White Noise Storm、 STools等早期數(shù)字水印算法都采用了 LSB算法。由于水印信號隱藏在最低位，相當于疊加了一個能量微弱的信號，因而在視覺和聽覺上很難察覺。 ? 最低有效位算法（ LSB）是 Schyndel等人提出的第一個數(shù)字水印算法，是一種典型的空間域信息隱藏算法。也就是說這兩種模式只需要計算其一即可。首先，上述的閾值可以用邏輯 1或 0來確定， 1表示水印存在，而 0表示水印不存在。這種方法進行擴展就成多位水印的嵌入，也就是將圖像分成許多塊，然后在每個塊中執(zhí)行相同的操作。另外，編碼方法在數(shù)字水印中也是一個研究的執(zhí)點。另外就是變換域算法，如傅立葉變換，分塊 DCT變換和小波變換等，主要是采取擴頻技術(shù)。水印模式與原始圖像具有相同的維度，并且已經(jīng)將水印模式加入到圖像中。 正是因為變換域的許多優(yōu)點，變換域方法日前得以廣泛的發(fā)展。 ? 由于壓縮算法大都在變換域進行，比如 JPEG 的 DCT、 EZW 中的 DWT等，所以可以考慮采用變換域的方法來提高抵抗壓縮操作攻擊的能力。變換域的方法有 DCT、 DWT、 DFT變換。紋理塊映射編碼法是將一個基于紋理的水印嵌入到圖像的具有相似紋理的部分中，這種方法是基于圖像的紋理結(jié)構(gòu)的，因而很難察覺水印。其中 LSB方法是在像素的最不重要位嵌入水印信息，這種方法簡單，但易受攻擊。因為無論使用哪種數(shù)字水印，都需要嵌入過程，所以嵌入的方法一般都分為空域和變換域兩種方法。如果按可見與否分類可以將數(shù)字水印分為可見水印和不可見水印。如果按內(nèi)容分類可以將水印劃分為有意義水印和無意義水印。 數(shù)字水印算法概述 因為數(shù)字水印有不同的分類方式，如果按水印的特性分類可以將數(shù)字水印分為魯棒性數(shù)字水印和脆弱數(shù)字水?。蝗绻此∷捷d的媒體分類可以將數(shù)字水印分為圖像水印、音頻水印、視頻水印、文本水印以及用于三維網(wǎng)格模型的網(wǎng)格水印等。如何尋找更加穩(wěn)健的水印算法仍是一個急需解決的問題，同時當前水印算法在提供可靠的版權(quán)證明方面還存在一定的不完善性問題，因此提供完全的版權(quán)保護的數(shù)字水印算法也是一個重要的研究方向。數(shù)字水印技術(shù)的研究著重于健壯性、真?zhèn)舞b別、版權(quán)證明、網(wǎng)絡(luò)快速自動驗證、音頻和視頻水印等方面，其中研究最廣泛的是穩(wěn)健性和可驗證性。信息隱藏原理及應(yīng)用 第 6章 數(shù)字水印 本章目標： 在讀完本章之后，你應(yīng)該能夠： ? 了解數(shù)字水印技術(shù)； ? 理解空域數(shù)字水印算法； ? 理解變換域算法； ? 理解可見與不可見數(shù)字水印算法； ? 理解可逆數(shù)字水印算法； ? 理解免疫數(shù)字水印算法； ? 了解多重數(shù)字水印算法。 ? 數(shù)字水印技術(shù)是近幾年來國際學術(shù)界興起的一個前沿研究領(lǐng)域，特別是在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速發(fā)展的今天，數(shù)字水印技術(shù)的研究更具有現(xiàn)實意義。數(shù)字水印的穩(wěn)健性體現(xiàn)了水印在數(shù)字文件中的生存能力，當前大多數(shù)算法均具有一定的穩(wěn)健性，但是如果同時運用各種圖像攻擊，那么大部分算法均會失效。在本章中，詳細分析不同分類中的典型數(shù)字水印算法。如果按檢測過程分類可以將數(shù)字水印分為明文水印和盲水印。如果按水印隱藏的位置分類分為空域數(shù)字水印、變換域數(shù)字水印。 無論是按哪種分類方式，應(yīng)用最廣泛的數(shù)字水印是用于版權(quán)保護的可見的魯棒水印、用于多多媒體內(nèi)容真實性認證的脆弱性水印，以及空域水印和變換域水印。在空間域方法主要有 LSB方法、 Patchwork 方法、紋理塊映射編碼法等。 Patchwork 方法是將圖像分成兩個子集，一個子集的亮度增加，另一子集的亮度減少同樣的量，這個量以不可見為標準。但是由于是嵌入圖像某一部分當中，對剪切等圖像處理操作魯棒性較差，但變換域則能較好的解決這個問題。變換域的方法相對于空間域方法來說，存在許多優(yōu)點： ? 從提高水印的魯棒性來看，水印應(yīng)嵌入到圖像在視覺上最重要的部分，而對圖像來說，如果采用變換域的方法，那么圖像的低頻部分就能直接標記出來。 ? 有些變換對某些變化有著固有的魯棒性，比如 DFT 具有仿射不變性，對圖像的空間坐標平移不敏感，因而可以利用它來恢復經(jīng)過了仿射變化的圖像當中的水印，又如對數(shù)極坐標變換，可以對旋轉(zhuǎn)和縮放不敏感，因此利用它可以使得對水印圖像的任何旋轉(zhuǎn)或縮放操作都不敏感，而利用小波分析得多分辨特性，使得其對圖像的剪切操作不敏感。 空域數(shù)字水印算法 ? 在數(shù)字水印研究中，其算法主要包括空域算法，空域加性數(shù)字水印與其他域中的加性水印相同，即空間域中加性信息。水印模式可以調(diào)制，甚至可以根據(jù)原始圖像分析生成感知分析，這并不直接影響魯棒性，視覺模型通常改進保真度以便能嵌入強水印，強水印一般具有更強的魯棒性，其中最典型的就是最低有效位算法（ LSB），我們在第 5章中已經(jīng)詳細分析。另外還有壓縮域算法，主要是基于 JPEG、 MPEG壓縮過程中嵌入秘密信息的算法。 最低有效位算法 ? 為了提取水印，使用相同的偽隨機種子數(shù)來產(chǎn)生相同的偽隨機噪聲，加印圖像與噪聲之間的相關(guān)性可以計算獲得，如果相關(guān)性超過了特定閾值 T，可以檢測到水印，如果小于特定值，則認為此像素未嵌入水印。 ? 另外，還可以通過許多方式來改進上述的基本算法。那么上述的過程可以更方便的實現(xiàn)，這要比計算加印圖像到噪聲間的相關(guān)性要快得多。 ? 我們還可以在圖像嵌入水印之前應(yīng)用預濾波，如果我們能夠降低載體圖像與 PN序列之間的相關(guān)性，那么我們可以增加水印對噪聲的免疫性，通過應(yīng)用邊緣增加濾波，水印的魯棒性增強并且圖像的容量不產(chǎn)生變化，同時圖像的質(zhì)量降低很小。 LSB算法使用特定的密鑰通過 m序列發(fā)生器產(chǎn)生隨機信號，然后按一定的規(guī)則排列成二維水印信號，并逐一插入到原始圖像相應(yīng)像素值的最低幾位。 LSB水印的檢測是通過待測圖像與水印圖像的相關(guān)運算和統(tǒng)計決策實現(xiàn)的。 ? LSB算法雖然可以隱藏較多的信息，但隱藏的信息可以被輕易移去，無法滿足數(shù)字水印的魯棒性要求，因此現(xiàn)在的數(shù)字水印軟件已經(jīng)很少采用 LSB算法了。 Patchwork算法 Patchwork是麻省理工學院媒體實驗室 Walter Bander等人提出的一種數(shù)字水印算法。這樣整個圖像的平均亮度保持不變。用 Patchwork算法嵌入載體圖像中的秘密信息具有高斯分布的特性，基本的算法是通過選擇偽隨機的長度 n來修改原始圖像，并將嵌入的信息作為連續(xù)一對像素值。這個值就是嵌入的秘密信息位。 Patchwork算法處理過程如下： ? Patchwork數(shù)字水印隱藏在特定圖像區(qū)域的統(tǒng)計特性中，其魯棒性很強，可以有效地抵御剪切、灰度校正、有損壓縮等攻擊，適當?shù)卣{(diào)整參數(shù)，Patchwork方法對 JPEG壓縮、 FIR濾波以及圖像裁剪有一定的抵抗力。 ?