【正文】 拷貝狀況。例子是 DVD防拷貝系統(tǒng)。 現(xiàn)今世界各大知名公司如 IBM、 NEC、 SONY、 PHILIPS等，都在加速數(shù)字水印技術(shù)的研制和完善。 水印圖像的預(yù)處理， 包括數(shù)據(jù)加密、置亂處理、差錯(cuò)控制編碼。 對(duì)小波變換的嵌入水印進(jìn)行常用的圖像 攻擊 技術(shù)，進(jìn)行性能分析。由于多數(shù)數(shù)字水印的應(yīng)用都具有隱形 性的要求，因此對(duì)于不可感知的數(shù)字水印的研究相對(duì)較多 。目前人們普遍認(rèn)為變換域數(shù)字水印有更好的穩(wěn)健型，因此人們對(duì)數(shù)字水印的研究相對(duì)集中于后者。同樣后者具有較好的穩(wěn)健性，目前所提出的大 多數(shù)數(shù)字水印方案都是非盲水印。 根據(jù)數(shù)字水印的穩(wěn)健性將其分類(lèi) ：魯棒水印、易損水印。 根據(jù)數(shù)據(jù)水印的載體將其分類(lèi)：文本數(shù)字水印，圖像數(shù)字水印、語(yǔ)音數(shù)字水印、視頻數(shù)字水印。 近年還有學(xué)者提出軟件水印、網(wǎng)格水印和數(shù)據(jù)庫(kù)水印等新型水印。本節(jié)主要討論用于版權(quán)保護(hù)機(jī)制的數(shù)字水印， 一般認(rèn)為具有版權(quán)保護(hù)功能的數(shù)字水印必須具有如下特性 [8]。水印的隱形性是相對(duì)于被保護(hù)數(shù)據(jù)的使用而言的。事實(shí)上，雖然目前已有的大多數(shù)水印方案是不可見(jiàn)的 ，但也存在著可見(jiàn)的水印方案。 數(shù)字水印的根本目標(biāo)是通過(guò)一種不引起被保護(hù)作品感知上退化，又難以被未授權(quán)用戶刪除的方法向一個(gè)數(shù)字作品中嵌入一個(gè)標(biāo)記。 這一提案的目的是尋求一種能夠聲稱(chēng)反盜版行為的證據(jù)、跟蹤廣播這和其他人對(duì)音頻媒體的使用以及控制音頻紀(jì)錄復(fù)制的標(biāo)記方案 .。 (2)在不引起音頻質(zhì)量大幅度退化的情況下，不應(yīng)該存在其他方法來(lái)閃出或改變潛入信息使其無(wú)效。 上述類(lèi)似的穩(wěn)健性需求也可以作為靜態(tài)圖像、視頻和一般的多媒體對(duì)象的穩(wěn) 健性要求。但實(shí)際上由于攻擊者所得到的信息或者攻擊者計(jì)算機(jī)能力的限制 ，擦除水印后可能難以避免對(duì)原數(shù)據(jù)的嚴(yán)重破壞。首先，數(shù)字水印應(yīng)該具有抵抗一般信號(hào)處理的穩(wěn)健性。 第二，數(shù)字水印應(yīng)具有幾何變換下的穩(wěn)健性。第三， 數(shù)字水印應(yīng)該具有抵抗惡意攻擊的穩(wěn)健性。 具體的說(shuō)，對(duì)惡意攻擊的穩(wěn)健性就是指即使攻擊獲得了大量攜帶水銀的數(shù)據(jù)，也不能據(jù)此在不破壞原圖的情況下偽造出一個(gè)新的代水印作品獲擦除水印作品中的標(biāo)記。這一要求比穩(wěn)健性更強(qiáng)，因?yàn)楣┙o者可以在部隊(duì)水印作品穩(wěn)健性經(jīng)破壞情況下，黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 6 造成水印歸屬鑒別上的困難，解釋攻擊就是數(shù)字水印的確定性進(jìn) 行攻擊的一個(gè)實(shí)例。 數(shù)字水印技術(shù)實(shí)際上是通過(guò)對(duì)水印載體媒質(zhì)的分析、嵌入信息的預(yù)處理、信息嵌入點(diǎn)的選擇、嵌入方式的設(shè)計(jì)、嵌入調(diào)制的控制等幾個(gè)相關(guān)技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行合理優(yōu)化，尋求滿足不可感知性、安全可靠性、穩(wěn)健性等諸條件約束下的準(zhǔn)最優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。往往可以在信息預(yù)處理、嵌入點(diǎn)的選擇和調(diào)制控制等不同環(huán)節(jié)入手完成密鑰的嵌入。 產(chǎn)生的水印信號(hào) W往往需要進(jìn)一步的變換以適應(yīng)水印嵌入算法 。 水印的嵌入 水印 的嵌入就是把水印信號(hào) ( ( ))W wk? 嵌入到產(chǎn)品 00( ( ))X x k? 中，一般的水印嵌入規(guī)則可描述為 0( ) ( ) ( ) ( )wx k x k h k w k?? () 其中 ? 為某種疊加操作，也可能包括合適的截?cái)嗖僮骰蛄炕僮?。最常用的嵌入如下? 0( ) ( ) ( )wx k x k w k? ? ?， 加法準(zhǔn)則 0( ) ( ) (1 ( ) )wx k x k w k? ? ?， 乘法準(zhǔn)則 () 在這里 ,乘法原則相對(duì)于加法原則更復(fù)雜一些，能使水印圖像更豐富一些， 變量 x 既可以指掩體對(duì)象采樣的幅值 (時(shí)域 ),也可以是某種變換的系數(shù)值 （ 變換域 ） 。 早期許多水印嵌入算法都采用時(shí)域方法和加法準(zhǔn)則 ,近年來(lái) ,變換域算法得到了研究 。 但將水印技術(shù)用于產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布和傳播時(shí) , 在檢測(cè)時(shí)黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 7 使用原始產(chǎn)品則是個(gè)缺陷 ,因此當(dāng)前大多數(shù)的水印檢測(cè)算法不需要原始產(chǎn)品的參與 。 ?{ ( ) | ( ) , }dW w k w k U k W? ? ? () 這里， ?dW 表 示維數(shù)為 d 的水印信號(hào)域， d=1,2,3， 分別表示聲音、靜止圖像和視頻中的水印。有時(shí)稱(chēng) W 為“原始水印”，以便把它和變換域水印 F(W)(這種形式的水印往往在許多水印嵌入和檢測(cè)算法中出現(xiàn) )區(qū)分開(kāi)來(lái)。 D 表示水印檢測(cè)算法 ,即 : : {0,1}D X K?? 101 , ( )( , )0 , X ( )X W HD X KWH?? ??如 果 中 存 在如 果 中 不 存 在 () 這里， H1和 H0代表二值假設(shè)，分別表示水印的有無(wú)。而符號(hào) YX? 表示 X 和 Y 是完全不同的數(shù)字產(chǎn)品，或表示 Y 是相對(duì)于 X 質(zhì)量下降的數(shù)字產(chǎn)品。但是，客觀誤差估計(jì)也可以被用于決定知覺(jué)的相似性。顯然，相同的水印是等價(jià)黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 8 的。 水印處理的基本條件 為了形成適用于版權(quán)保護(hù)和產(chǎn)品鑒定的值得信賴(lài)的水印處理系統(tǒng)，必須滿足以下基本條件。 密鑰惟一性 不同密鑰應(yīng)產(chǎn)生不同的水印，即對(duì)于任何產(chǎn)品 X∈ X 和 ( , ), 1, 2iiW G X K i??，滿足 1 2 1 2K K W W? ? ?。對(duì)于特定的產(chǎn)品 X∈ X，當(dāng)且僅當(dāng)存在 K∈ K使得 WKX ?),( ，則稱(chēng)水 印 W 是有效的。不滿射的函數(shù) G 直接滿足這個(gè)條件，但這在水印處理算法中并不是必要條件。 產(chǎn)品依賴(lài)性 在相同的密鑰條件下，當(dāng)水印算子 G 用在不同的產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)該產(chǎn)生不同的水印信號(hào)。 多重水印 通常對(duì)已嵌入水印信號(hào)的產(chǎn)品用另一個(gè)不同的密鑰再作水印嵌入是可能的。但在某些場(chǎng)合，利用這種特性可以對(duì)產(chǎn)品的發(fā)布渠道進(jìn)行跟蹤。 檢測(cè)可靠性 肯定檢測(cè)的輸出必須有一個(gè)合適的最小置信度。 穩(wěn)健性 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 9 設(shè) X0是原始的產(chǎn)品，而 Xw是加水印的產(chǎn)品，并且 ( , ) 1wD X W ? ， M 是一個(gè)多媒體數(shù)據(jù)處理操作算法，則對(duì)于任何 wXY~ ， ()wY M X? 滿足 ( , ) 1DY W ? ，而且 對(duì)于任何 0()Z M X? ，滿足 ( , ) 0D X W ? 。尤其需要注意的是，水印檢測(cè)算法對(duì) 某些 應(yīng)用（比如產(chǎn)品發(fā)行網(wǎng)絡(luò)上對(duì)多媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視）來(lái)說(shuō)必須足夠快。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 10 第 3 章 圖像水印的預(yù)處理 為了方便信息 的嵌入，或者增強(qiáng)隱藏信息的抗攻擊能力，而對(duì)嵌入對(duì)像在嵌入之前進(jìn)行一定處理，稱(chēng)為嵌入對(duì)像的預(yù)處理。水印的預(yù)處理可以提高嵌入水印后圖像載體的效果，提高不可見(jiàn)性。圖像水印的預(yù)處理主要作用是產(chǎn)生嵌入所需的偽隨機(jī)數(shù)，這主要通過(guò)對(duì)水印的加密與置亂完成的。接下來(lái)分別予以 討論 。同時(shí) ,如何確保信息的正確認(rèn)證和嚴(yán)格保密 ,保護(hù)數(shù)據(jù)信息在傳輸與處理過(guò)程中不被非法竊取和篡改 ,成為信息安全理論與技術(shù)研究的重要內(nèi)容。由于數(shù)據(jù)加密算法側(cè)重點(diǎn)不同 ,產(chǎn)生了多種數(shù)據(jù)加密技術(shù) ,到目前為止 ,已經(jīng)公開(kāi)的算法達(dá)到數(shù)百種。 DES（ Data Encryption Standard） 是美國(guó) IBM公司于 1997年提出的一種分組數(shù)據(jù)加嵌入對(duì)象 B 數(shù)據(jù)加密 置亂變換 差錯(cuò)控制編碼 確定嵌入位數(shù) 掩體對(duì)象 A 數(shù)據(jù)嵌入 隱藏對(duì)象 圖 數(shù)字水印預(yù)處理的基本模型 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 11 密算法。 DES算法把 64位的明文輸入通過(guò) 64位密鑰 (因其中有 8個(gè)位用來(lái)做奇偶校驗(yàn)，所以 64位中真正其密鑰作用的只有 56位密鑰。首先 ,把輸入的 64位數(shù)據(jù)塊按特定規(guī)則以位為單位重新組合 (即初始 IP置換 ) ,然后把輸出數(shù)據(jù)分為 L0、 R0兩部分 ,各長(zhǎng) 32 位。在 F函數(shù)算法描述圖部分中 ,先進(jìn)行擴(kuò)展選位轉(zhuǎn)換為 48位數(shù)據(jù) ,之后分成 8組分別經(jīng)過(guò)選擇函數(shù) S1, S2?S8,其功能是把 6 bit數(shù)據(jù)變?yōu)?4 bit數(shù)據(jù)。 其算法流程圖如圖 。則加密過(guò)程 [9]如下 : 第一步： L0 R0 ←IP( 〈 64 位明文〉 ) 第二步： Li ←Ri i = 1 , …… ,16 第三步： Ri ←Li ⊙ f(Ri ,ki ) i = 1 , …… ,16 〈 64 位密文〉 ←IP 1 (R16L16 ) 將第二、第三步驟的運(yùn)算循環(huán)進(jìn)行 16 圈后就得到密文組。 該算法公開(kāi)了其加密流程具體實(shí)現(xiàn)步驟，不僅便于軟件的實(shí)現(xiàn)，更易于硬件的設(shè)計(jì)。 將 DES算法應(yīng)用于圖像預(yù)處理 ,其 效果如圖 。 其 表現(xiàn)為一幅給定的數(shù)字圖像變成 一幅雜亂無(wú)章的圖像 ,使其所要表達(dá)的真實(shí)信息無(wú)法直觀地得到 。對(duì)水印進(jìn)行置亂處理后，檢測(cè)出得水印不能被輕易識(shí)別，保證了整個(gè)公開(kāi)水印系統(tǒng)的安全性。 圖像置亂 其置亂算法很多，如 Arnold 64 位密文輸出 子密鑰 Ki 64 位明文輸 入 IP 初始置換 32 位 L0 32 位 R0 L1=R0 F 函數(shù) R1 迭代運(yùn)算 迭代運(yùn)算 L15 R15 F 函數(shù) R16 L16=R15 IP 逆置換 F 函數(shù)流程圖 擴(kuò)展選位到 48 位 S1 S8 P 置換 生成右 32 位 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 13 變換、幻方變換、 Tangram算法、 Conway游戲、 Gray碼變換等 [8]。 Arnold 變換是 Arnold 在遍歷理論中提出的一種變換，又稱(chēng)貓臉變換 (Arnold39。設(shè)想在平面單位正方形內(nèi)繪制一個(gè)貓臉圖像， Arnold變換式為 39。11 m o d12xx Nyy?? ??? ? ? ???? ??? ? ? ?? ? ? ????? () 其中， x,y?(1,2,...,N)，表示某一像素點(diǎn)的坐標(biāo)，而 N 是圖像矩陣的階數(shù)。數(shù)字水印技術(shù)正是利用這個(gè)特性，先將要嵌入到數(shù)字產(chǎn)品中的數(shù)字水印圖像進(jìn)行置亂，然后再利用各種算法將其嵌入到數(shù)字產(chǎn)品中。由于在恢復(fù)的過(guò)程中，Arnold 變換將會(huì)把原先遭到損壞的比特分散開(kāi)來(lái)，減少其對(duì)人視覺(jué)的影響 ，相應(yīng)地提高了數(shù)字水印的魯棒性。 int[] p=new int[1000]。 int[] pixel=new int[1]。 xx = ()。 int[] midRGB = new int[xx][yy]。 WritableRaster wr = (0,0)。 ixx。 jyy。 midRGB[i][j] = pixel[0]。 ixx。 jyy。 q[0]=j。 m76*2。 } pixel[0] = midRGB[i][j]。 } } return sourceImage。其主要方式有 3 種 ： 前向糾錯(cuò) ( FEC)、反饋重傳 (ARQ)和混合糾錯(cuò) (HEC)。 為確保高效而無(wú)差錯(cuò)地傳送數(shù)據(jù) ， 必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn) ， 在接收方為了檢測(cè)所接收的數(shù)據(jù)是否有誤碼 ， 可以采用多種檢測(cè)方法 ， 其中循環(huán)冗余校驗(yàn) CRC(Cyclic Redundancy Check) 算法是一種對(duì)傳送數(shù) 據(jù)塊進(jìn)行校驗(yàn)的高效的差錯(cuò)控制方法 。由于我們的數(shù)字水印圖像是在網(wǎng)絡(luò)上傳送的 ，有必要進(jìn)行 CRC校驗(yàn)處理，確保接收到的圖像數(shù)據(jù)沒(méi)有錯(cuò)誤，這樣才能正確地提取水印信息。發(fā)送后 ， 接收端計(jì)算機(jī)檢測(cè)數(shù)據(jù)和 CRC碼之間的數(shù)學(xué)關(guān)系是否正確 (譯碼過(guò)程 ) ， 若不正確則說(shuō)明數(shù)據(jù)信息在傳輸過(guò)程中有誤碼 ， 通常通過(guò)發(fā)送端的重傳來(lái)校正錯(cuò)誤 ,直至傳送正確為止。 (2)用對(duì)應(yīng)于 G(x)的二進(jìn)制數(shù)串去除對(duì)應(yīng)于 xrM(