【正文】 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系。比如付費視頻應用中，用戶需要在確定購買正式視頻之前，需要對視頻內容有大致了解，以決定是否正式付費購買；商家需要借此機會向用戶展示內容吸引顧客，但商家又不愿將清晰作品送給用戶。用戶付費后，可經過授權后將視頻內容恢復到高清（ High Definition）狀態(tài)。強可逆數(shù)字水印中，恢復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到幾乎與原始載體完全一致的狀態(tài)。這就要求選定的空間其狀態(tài)數(shù)據(jù)冗余度較高，能夠進行有效壓縮，從而空出更多的空間用于隱藏數(shù)據(jù)嵌入。如果要嵌入的信息量（載荷數(shù)據(jù)和用于恢復的嵌入區(qū)域原始數(shù)據(jù)值）高于嵌入區(qū)域容量，算法就依賴于嵌入區(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)。其基本思路是將 JPEG等載體待覆蓋的位進行壓縮，留出空間填上認證信息。 Macq提出采用擴展的 patchwork算法實現(xiàn)可逆隱藏，但含印載體的椒鹽噪聲較為嚴重。 De Vleeschouwer提出了一種基于雙射函數(shù)的循環(huán)解釋的可恢復的數(shù)據(jù)隱藏算法。 Celik等人提出了基于壓縮量化余數(shù)的可逆數(shù)據(jù)隱藏算法，采用的是 CALIC壓縮算法，將量化值作為邊信息以實現(xiàn)對量化余數(shù)的更高壓縮率，已得到高的嵌入容量。 ? Alattar在 Tian算法的基礎上，將 “ 像素對 ” 擴展為三像素組 [XXX]、4像素組 [XXX]、像素對向量 [XXX]的方法，以能在每像素組中嵌入多個比特，從而進一步增加隱藏容量。 ? 2022年 Ni提出了一種基于柱狀圖調整的高保真度可逆數(shù)據(jù)隱藏算法。在 512 512 8的載體灰度圖像中，嵌入 5～ 80kB的數(shù)據(jù)后，含印圖像質量能保持在 48dB以上。但其缺陷是最大容量受到柱狀圖零點像素點數(shù)量的嚴重限制，水印容量沒有得到充分挖掘。 基于糾錯編碼的差值擴展可逆數(shù)字水印 ? 本算法屬于強可逆數(shù)字水印算法。算法本著簡化像素對分類，統(tǒng)一嵌入、提取和恢復過程，避免不必要像素值修改的原則，在水印嵌入過程之前將嵌入對二值映射圖 JBIG壓縮值和純載荷一起進行糾錯編碼，將像素對僅分為可嵌入和不可嵌入兩類處理。該算法能有效利用于醫(yī)療圖像、遙感圖像等數(shù)字產品保護。 ? 基于糾錯編碼的差值擴展可逆水印，是在 Tian算法的基礎上，采用差值擴展方法嵌入信息位。本算法像素對僅分為兩類：可嵌入類（ I類）和不可嵌入類（ II類）。這就大大減少了像素對分類處理的復雜度。因此，需要對 II類像素對提取的數(shù)據(jù)進行糾錯。因此，本算法稱之為基于糾錯編碼的差值擴展可逆水印。 ? （ 2）所有可擴展差值像素對都是可更改差值像素對。 ? （ 4）當 h=0或 1時，可更改差值和可擴展差值是等價的。包含所有可擴展差值的差值為 h=0和 h=1的像素對。包含所有可擴展差值的但不屬于 EZ類的像素對。包含所有可更改差值的像素對，且不屬于 EZ和 EN類。包含所有的不可更改差值的像素對。所有可更改差值像素數(shù)對集合為。映射圖尺寸為原圖的一半。 ? 在嵌入數(shù)據(jù)過程中， Tian算法需要嵌入以下數(shù)據(jù)： ? （ 1）水印數(shù)據(jù) ? （ 2）壓縮后的映射圖 ? （ 3）集合像素對的 LSB。由此可見， CN類像素對的嵌入不能增加凈嵌入容量，但對其差值的修改使得含印載體質量增加了不必要的下降；而且像素對分類過于繁瑣，增加了計算量。在本文算法中，像素對僅分為兩類：可擴展差值像素對（記為 I類），不可擴展差值像素對（記為II類）。映射圖尺寸仍為原圖的一半。該映射圖映射方法簡單，壓縮率高。 ? 嵌入前，我們要先對隱體數(shù)據(jù)進行糾錯編碼。這樣，嵌入算法相當簡單，而且避免了像素對值過渡修改。因此在提取時， I類像素對數(shù)據(jù)提取完全正確；但對 II類像素對，數(shù)據(jù)提取錯誤概率大約為 50%。糾錯的前提是對隱體數(shù)據(jù)進行糾錯編碼。在圖像數(shù)字水印系統(tǒng)中，可以利用這種錯誤保護技術來提高水印抵抗通信干擾的能力。其中漢明碼、 BCH、 ReedSolomon碼等分組碼，主要適于離散無記憶信道，編譯碼性能較好和復雜度適中。根據(jù)水印保護作品的特點，有些情況下并不苛求可逆數(shù)字水印將含印作品完全無差別的恢復到原始狀態(tài)，而是允許一定的微小差異存在。該水印技術因為公開作品的不可利用性，使各種攻擊（如移除攻擊、覆蓋攻擊、變換攻擊等等）失去了攻擊價值；即使遭到攻擊，因為攻擊破壞了作品的恢復碼，將不可能得到高保真作品。區(qū)別于傳統(tǒng)水印，本文稱之為自恢復載體圖像的免疫數(shù)字水?。?Selfrecovery image immune digital watermarking， SRIW）。這種技術能很好地應用到數(shù)字產品的版權保護中。由于 SRIW公開的免疫圖像沒有利用價值，常見的攻擊形式（如移除攻擊、覆蓋攻擊、幾何變換等）都失去作用。因此，這種算法要求對水印信號和自恢復碼 SRC（補償矩陣）的安全性要求很高。 ? 條件（ 1）是算法安全性的核心所在，是條件（ 2）的基礎和保證。實際上，在算法公開的情況下， SRIW的安全性等價于 SRC的加密算法。算法的密鑰必須嚴格保密，預處理算法本身最好也是保密的。 ? 本文所采用的方法是在補償值嵌入之前，對補償矩陣 SRC進行 N次（作為密鑰的一部分） Arnold置亂，得到置亂矩陣。之后進行反序列化，得到加密矩陣MSRC，真正嵌入 UA的自恢復碼是 MSRC。自恢復碼 SRC提取時，是上述處理的逆過程。 圖 原始載體和水印準備 ? 圖 、圖 、圖 。 ? （ 2）嵌入深度大于 ，恢復圖像效果不是太好，用途不大。這種水印就是自恢復免疫水印。授權用戶可以通過公開的模糊圖像獲得高保真度的自恢復作品。因為常見的攻擊只會破壞脆弱的自恢復碼，從而使攻擊者無法得到有價值的高清作品，有天然免疫性。在大多數(shù)文獻中，傳統(tǒng)水印因為高保真度要求，嵌入比上限很低， 01二值水印嵌入一般不超過 ，造成嵌入的范圍選擇很小，同時降低了傳統(tǒng)水印的魯棒性和安全性。例如魯棒性水印可以有效地進行版權認證，但無法證明對作品的篡改；半脆弱性水印則反之，可以有效地進行作品內容的完整性認證，但對水印攻擊的抵抗能力很弱。 ? 還有一種情形是在多人共享版權時，需要同時嵌入多個用戶的不同水印。但目前還沒有能很好滿足以上需求的多用戶水印算法。最初的多重水印算法大都是對單水印算法進行改進，使之能夠支持多重水印算法。 Liu將多重水印看做廣播的臟紙通信，同時指出水印的能量共享效率要高于分時共享。 Takahashi提出了采用相位調制的音頻信號多水印算法，利用人類聽覺系統(tǒng)（ HAS）對聲音相位微調的不敏感性，同時嵌入 “ 版權管理信息 ” 、 “ 版權控制信息 ” 、 “ 數(shù)字指紋 ” 三種水印信息。 ? 綜合目前大多數(shù)多重數(shù)字水印算法，其實現(xiàn)方法可以歸為以下幾類： ? （ 1）多水印組合后嵌入。 ? （ 3）多水印采用各自獨立信道嵌入。 ? 目前的多重水印算法多歸為第一類，實際上可以看做是單水印嵌入，不支持用戶獨立認證。主要根據(jù)多用戶共享版權時獨立認證、魯棒性性、完整性要求，分析基于 CDMA的共享信道多用戶水印算法，能有效解決多用戶共享版權時的作品版權共享認證和多種水印聯(lián)合嵌入。 魯棒性和脆弱性相結合的雙重數(shù)字水印 ? 本算法是基于小波變換的雙重并行嵌入水印算法，算法利用魯棒性水印進行版權認證，利用脆弱性水印進行完整性認證。 ? 雙重水印的嵌入是在小波域進行的，對圖像進行小波全局變換后，同時嵌入魯棒性水印和脆弱性水印，達到版權保護和完整性認證的目的，其中的脆弱性水印能夠對篡改進行定位。該技術為數(shù)字作品的提供了完整且安全的保護方案。 ? 首先對圖像進行小波變換，在圖像的低頻嵌入穩(wěn)健水?。俗R），在高頻嵌入脆弱性水?。ㄒ驗樾〔ㄗ儞Q是全局變換，而且高頻反映的是細節(jié)部分，所以對圖像的任何修改都會引起脆弱性水印的破壞）。密鑰由水印圖像置亂次數(shù)、混沌控制序列參數(shù)（初始值、分支參數(shù)、微調參數(shù)）、嵌入深度值組成。這樣，在水印提取時，必須使用正確的密鑰才能正確提取。魯棒性水印提取達到 0誤差；而脆弱性水印因為水印處理過程中的量化作用而有輕微誤差存在（ MSE為 ）。這說明，算法安全性是基于密鑰的。二者結合起來，可以同時提供作品版權認證和完整性驗證的較完整的應用方案。根據(jù)多用戶共享版權時獨立認證、魯棒性、完整性要求，本文提出基于 CDMA的共享信道多用戶多重數(shù)字水印算法。雖然目前也有不少 CDMA數(shù)字水印的文獻，但大都是將 CDMA用于水印的擴頻來增強魯棒性的單水印算法，并沒有充分發(fā)掘 CDMA支持多用戶共享信道的優(yōu)良特性。 CDMA在無線通信中得到了廣泛的應用，它具有可多址復用、容量大、保密性好、抗干擾能力強、抗噪聲等優(yōu)點。該算法具有以下突出優(yōu)點： ? （ 1）能有效解決多重數(shù)字水印中的水印碰撞和相互影響問題。 ? （ 3）由于利用相互正交（或盡可能正交）的編碼去調制信號，會將原信號的信號頻譜帶寬擴展，因此，對這種調制方式同時具有擴頻作用，能同時增強水印的魯棒性。 復習題 ? 常用的數(shù)字水印算法如何分類？ ? 空域與變換域存在著何種不同？各自的優(yōu)缺點是什么？ ? 如何實現(xiàn) DCT變換？ ? 自己設計一種可見水印的代碼，并在相應環(huán)境中實現(xiàn)。