第25卷第3期國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)Vol. 25. No. 32006年3月Foreign Electronic Measurement TechnologyMar.,2006應(yīng)用天地?cái)?shù)字水印技術(shù)及應(yīng)用陳萌(寧波工程學(xué)院電子與信息工程學(xué)院315010摘要:隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步,傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)加密手段越來(lái)越難以對(duì)數(shù)據(jù)安全提供有效的保護(hù)。而且,數(shù)據(jù)形式的多樣化,也使傳統(tǒng)加密技術(shù)的運(yùn)用受到了制約。通過(guò)對(duì)數(shù)字水印技術(shù)的原理、分類和應(yīng)用領(lǐng)域等內(nèi)容的闡述,使讀者能夠較全面地了解這種全新加密技術(shù)關(guān)鍵詞:數(shù)字水印信息隱藏水印算法魯棒性中圖分類號(hào):TP274;TP391Technique and application of digital water markChen meng(Ningbo University of Technology 315010)Abstract: With the development and progress of computer technology, traditional data-encipheringmethod is becoming more and more difficult to provide effective protection for the data security.Furthermore, the diversified forms of data also restrict the application of traditional encipheringtechnology. By elaborating on the principle, classification and application areas of digital watermark technology, this paper aimed to provide readers with a full understanding of the entirely newenciphering technologyKeywords: digital watermark, information hiding, watermark algorithm, robustness而數(shù)字水印技術(shù)以其完全不同于傳統(tǒng)加密的方式很好地解決了互聯(lián)網(wǎng)中因多媒體數(shù)據(jù)共享而引發(fā)的各在互聯(lián)網(wǎng)中如何安全共享信息,同時(shí)在產(chǎn)生版類問(wèn)題。權(quán)糾紛時(shí)能有效舉證,以保護(hù)自己的合法權(quán)益是計(jì)算機(jī)科學(xué)界一直研究的重點(diǎn)。傳統(tǒng)的信息安全技術(shù)1數(shù)字水印技術(shù)原理都是以密碼學(xué)理論為基礎(chǔ)的,采用密鑰或公鑰系統(tǒng),數(shù)字水印( Digital Watermark)技術(shù)是指用信號(hào)將數(shù)據(jù)加密成密文,使非法用戶不能解讀。然而,隨處理的方法在數(shù)字化的多媒體數(shù)據(jù)中嵌入隱藏的標(biāo)著現(xiàn)在計(jì)算機(jī)處理能力的快速提高和利用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)記,在一般條件下這種標(biāo)記是不可見(jiàn)的,即不會(huì)影響實(shí)施分布式解碼技術(shù)的應(yīng)用,使得這種通過(guò)不斷增到多媒體數(shù)據(jù)的正常觀看、使用,但通過(guò)專門(mén)的檢測(cè)加密鑰長(zhǎng)度來(lái)提高系統(tǒng)密級(jí)的方法越來(lái)越不安全。器或閱讀器可以正確檢測(cè)或顯示岀隱藏于多媒體數(shù)而且對(duì)于圖像、視頻和聲音等多媒體信息,其加密要據(jù)中的標(biāo)記求又不同于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)加密。一方面版權(quán)人希望其作多媒體數(shù)據(jù),尤其是圖像數(shù)據(jù)在傳播過(guò)程中,經(jīng)品能夠通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)被大家觀賞,而另一方面卻又不常會(huì)被人為地做一些處理,而這些有意或無(wú)意的處希望其作品被人隨意地復(fù)制、篡改。此時(shí)傳統(tǒng)的加理,對(duì)于數(shù)字水印而言可能是毀滅性的。如果一幅密方法就顯得力不從心,因?yàn)樵頉Q定了其加密內(nèi)圖份廠中國(guó)煤化工響其視覺(jué)效果的同時(shí)容要么無(wú)法解密不可使用,要么成功解密隨意使用。隱藏CNMHG去再被檢測(cè),此時(shí)嵌入作者簡(jiǎn)介:陳萌(1975—),男,復(fù)旦大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系,計(jì)算機(jī)及應(yīng)用專業(yè)畢業(yè)。1996年起任教于寧波工程學(xué)院電子與信息工程學(xué)院至今,講師。本人主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)圖形圖像處理,網(wǎng)絡(luò)安全」2006年第3期陳萌:數(shù)字水印技術(shù)及應(yīng)用到原始數(shù)據(jù)中的水印信息將失去其意義。因此作為2.1按水印特性劃分有實(shí)用價(jià)值的數(shù)字水印,一般應(yīng)該具有以下兩個(gè)明按水印特性可以分為可見(jiàn)水印和不可見(jiàn)水印確的特征可見(jiàn)水印一般指以某種方式直接插入或覆蓋在宿主(1)隱蔽性:在多媒體數(shù)字作品中嵌入水印標(biāo)數(shù)據(jù)中的標(biāo)識(shí),這種標(biāo)識(shí)在不影響宿主數(shù)據(jù)使用的記,不能引起多媒體數(shù)字作品質(zhì)量的明顯下降,即用前提下為視覺(jué)可見(jiàn)。而不可見(jiàn)水印則是指在一般條戶通過(guò)常規(guī)觀察手段應(yīng)該無(wú)法區(qū)別岀多媒體數(shù)字作件下無(wú)法感知水印的存在,但是通過(guò)特殊的檢測(cè)器品是否嵌入了水印標(biāo)記?；蜷喿x器能夠檢測(cè)出水印的存在,并能將其還原出(2)魯棒性:數(shù)字水印信號(hào)必須能夠經(jīng)受一定程來(lái)。度的惡意或無(wú)意的信號(hào)處理,這些信號(hào)處理可能是2.2按水印載體劃分傳輸信道內(nèi)的噪聲、濾波處理、數(shù)/模轉(zhuǎn)換、剪切、位按照水印所嵌入的宿主不同.水印可以分為圖栘、文件格式轉(zhuǎn)換等操作。水印的魯棒性是指當(dāng)數(shù)像水印、音頻水印、視頻水印、文本水印及網(wǎng)格水印字水印經(jīng)過(guò)一種或多種信號(hào)處理后,仍能在一定程度上保證其完整性或可被檢測(cè)到。具有良好魯棒性2.3按水印檢測(cè)算法劃分的數(shù)字水印,應(yīng)該能夠做到,當(dāng)自身無(wú)法被準(zhǔn)確檢測(cè)根據(jù)檢測(cè)水印時(shí)是否需要提供原始數(shù)據(jù)和原始到時(shí)其嵌入的宿主多媒體數(shù)字作品也將失去欣賞水印,可以將水印按其檢測(cè)算法分為非盲水印、半盲或使用價(jià)值水印和盲水印。非盲水印其穩(wěn)健性較好,檢出率較數(shù)字水印通過(guò)專門(mén)的嵌入器嵌入到多媒體數(shù)字高但由于需要在檢測(cè)過(guò)程中提供原始數(shù)據(jù)和原始作品中,當(dāng)需要提取數(shù)字水印時(shí),可以通過(guò)檢測(cè)器檢水印比較,因此使用不方便。半盲水印在檢測(cè)時(shí)需測(cè)水印是否存在,如果存在水印則可以通過(guò)閱讀器要提供原始水印而盲水印則只需提供密鑰就可以重現(xiàn)水印。數(shù)字水印的嵌入模型一般如圖1所示。進(jìn)行檢測(cè)。目前盲水印是研究的主要方向圖2為數(shù)字水印的檢測(cè)提取模式,虛線框部分在盲水印算法中是不需要的。3數(shù)字圖像水印算法匚原始數(shù)據(jù)3.1空域圖像水印匚密鑰}[嵌入算法}[水印數(shù)據(jù)]空域圖像水印技術(shù)是指利用視覺(jué)誤差,在圖像的空間域中嵌入水印的技術(shù)。最低有效位(LSB)算含水印數(shù)據(jù)]法就屬于空域圖像水印算法,這種算法用水印數(shù)據(jù)替換圖像數(shù)據(jù)中的最低有效位或多個(gè)位平面的所有圖1數(shù)字水印嵌入比特的算法。圖像的最低有效位也稱為最不顯著位,當(dāng)圖像的該位數(shù)據(jù)被修改后,圖像的視覺(jué)效果幾含水印數(shù)據(jù)乎不會(huì)發(fā)生改變。這種算法屬于盲水印嵌入,水印數(shù)據(jù)的嵌入與檢測(cè)、提取都十分方便,但是該算法的密鑰檢測(cè)算法卜一原姬圖像穩(wěn)健性很差,實(shí)用價(jià)值不高3.2DCT域圖像水印有水印?是離散余弦變換( Discrete cosine transform)簡(jiǎn)否匚報(bào)警][水印提取稱DCT。DCT變換矩陣的基向量很近似于Toelite矩陣的特征向量,而 Toeplitz矩陣又體現(xiàn)了圖2數(shù)字水印檢測(cè)提取人類語(yǔ)言及圖像信號(hào)的相關(guān)特性,故DCT常常被認(rèn)為V凵中國(guó)煤化工準(zhǔn)最佳變換。二維2數(shù)字水印分類DCTCNMHG像格式JPEG系統(tǒng)的核心,基于DCT域的圖像水印算法對(duì)壓縮、濾波數(shù)字水印技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,在應(yīng)用領(lǐng)域和噪聲等處理具有更強(qiáng)的穩(wěn)健性?；贒CT的數(shù)字算法研究上都可以分為許多不同的種類。通常數(shù)字水印技術(shù)目前得到了廣泛的研究與應(yīng)用,其技術(shù)日水印可以按以下幾類進(jìn)行區(qū)分益成熟國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)第25卷3.3小波域圖像水印要解決因?yàn)樾〔ㄗ儞Q具有良好的時(shí)頻特性,在新版的4.2商務(wù)交易中的票據(jù)防偽圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG2000中,小波成為一項(xiàng)主要的在從傳統(tǒng)商務(wù)向電子商務(wù)轉(zhuǎn)化的過(guò)程中,會(huì)出技術(shù)?；谛〔ㄓ虻臄?shù)字水印具有四個(gè)優(yōu)點(diǎn),其現(xiàn)大量過(guò)度性的電子文件,如各種紙質(zhì)票據(jù)的掃描可以保證在即將流行的JPEG2000格式下水印不會(huì)圖像等。即使在網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)成熟以后,各種電子被去除;其二,可以將圖像編碼研究中關(guān)于視覺(jué)特性票據(jù)也還需要一些非密碼的認(rèn)證方式。數(shù)字水印技的研究成果用于水印技術(shù);其三,有可能提供在壓縮術(shù)可以為各種票據(jù)提供不可見(jiàn)的認(rèn)證標(biāo)志,從而大域中直接嵌入水印的方法;其四,由于小波的多分辨大增加了偽造的難度分析與人眼視覺(jué)特性是一致的,對(duì)選擇適當(dāng)?shù)乃?.3聲像作品版權(quán)標(biāo)識(shí)的隱藏和篡改提示嵌入位置和嵌入強(qiáng)度有很大的幫助。由于小波域數(shù)數(shù)據(jù)的標(biāo)識(shí)信息往往比數(shù)據(jù)本身更具有保密價(jià)字水印在對(duì)抗壓縮、基本信號(hào)處理方面具有良好的值,如遙感圖像的拍攝日期、經(jīng)/緯度等。沒(méi)有標(biāo)識(shí)適應(yīng)性因此近年來(lái),對(duì)小波域數(shù)字水印研究開(kāi)展較信息的數(shù)據(jù)有時(shí)甚至無(wú)法使用,但直接將這些重要多,也取得了相當(dāng)好的研究成果。信息標(biāo)記在原始文件上又很危險(xiǎn)。數(shù)字水印技術(shù)提3.4神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)水印供了一種隱藏標(biāo)識(shí)的方法,標(biāo)識(shí)信息在原始文件上人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是在現(xiàn)代神經(jīng)學(xué)、生物學(xué)、心理學(xué)是看不到的,只有通過(guò)特殊的閱讀器才可以讀取。等科學(xué)研究成果的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的反映了生物神經(jīng)此外,數(shù)據(jù)的篡改提示也是一項(xiàng)很重要的工作。現(xiàn)系統(tǒng)的基本特征。將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究成果應(yīng)用于數(shù)有的信號(hào)拼接和鑲嵌技術(shù)可以做到“移花接木”而不字水印技術(shù)中是最近兩三年才提出的,它的主要作為人知因此如何防范對(duì)圖像、錄音錄像數(shù)據(jù)的篡用可以分為兩個(gè)部分改攻擊是重要的研究課題?；跀?shù)字水印的篡改提(1)在水印嵌入時(shí)使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)圖像進(jìn)行分示是解決這一問(wèn)題的理想技術(shù)途徑,通過(guò)隱藏水印類或產(chǎn)生自適應(yīng)于圖像的水印,可以提高水印嵌入的狀態(tài)可以判斷聲像數(shù)據(jù)是否被篡改的強(qiáng)度和圖像的保真度;4.4隱蔽通信及其對(duì)抗(2)使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行水印檢測(cè),可以提高水印數(shù)字水印所依賴的信息隱藏技術(shù)不僅提供了非檢測(cè)的正確率。 D等人在使用小波變換進(jìn)行水密碼的安全途徑,更引發(fā)了信息戰(zhàn),尤其是網(wǎng)絡(luò)情報(bào)印嵌入的基礎(chǔ)上,在水印嵌入之前使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技戰(zhàn)的革命,產(chǎn)生了一系列新穎的作戰(zhàn)方式引起了許術(shù)產(chǎn)生自適應(yīng)于圖像內(nèi)容的水印,水印的強(qiáng)度在保多國(guó)家的重視。網(wǎng)絡(luò)情報(bào)戰(zhàn)是信息戰(zhàn)的重要組成部證圖像質(zhì)量的約束下可達(dá)到最大值使得水印的穩(wěn)分,其核心內(nèi)容是利用公用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行保密數(shù)據(jù)傳送。健性獲得較大的提高。迄今為止,學(xué)術(shù)界在這方面的研究思路一直未能突破“文件加密”的思維模式,然而,經(jīng)過(guò)加密的文件往數(shù)字水印的典型應(yīng)用往是混亂無(wú)序的,容易引起攻擊者的注意,而攻擊者4.1多媒體數(shù)字作品的產(chǎn)權(quán)保護(hù)旦選擇了正確的攻擊目標(biāo),利用現(xiàn)在運(yùn)行速度越多媒體數(shù)字作品(如視頻、電腦美術(shù)、掃描圖像、來(lái)越快的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng),解密的可能性將變得相數(shù)字音樂(lè)、三維動(dòng)畫(huà))的版權(quán)保護(hù)是當(dāng)前的熱點(diǎn)問(wèn)當(dāng)高。數(shù)字水印技術(shù)正是利用數(shù)字化聲像信號(hào)相對(duì)題。由于數(shù)字作品的拷貝修改非常容易進(jìn)行所以于人的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)冗余將重要信息隱藏到宿主數(shù)據(jù)原創(chuàng)者很難使用傳統(tǒng)加密手段來(lái)進(jìn)行版權(quán)保護(hù)的時(shí)、空域或變換域中,從而實(shí)現(xiàn)隱蔽通信數(shù)字水印”利用數(shù)據(jù)隱藏原理使版權(quán)標(biāo)志不可見(jiàn)或參考文獻(xiàn)不可聽(tīng),既不損害原作品,又達(dá)到了版權(quán)保護(hù)的目的。目前,用于版權(quán)保護(hù)的數(shù)字水印技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入中國(guó)煤化工們西安西安電子科技大了初步實(shí)用化階段,IBM公司在其“數(shù)字圖書(shū)館”軟Ttx小小及其應(yīng)用[J.信息技術(shù),件中就提供了數(shù)字水印功能, Adobe公司也在其著2003,27(10名的 Photoshop軟件中集成了 Digimarc公司的數(shù)3]祁強(qiáng),陳建安數(shù)字水印技術(shù)的綜述幾電子科技,28(1字水印插件。然而,目前市場(chǎng)上的數(shù)字水印產(chǎn)品在[4]鈕心忻,等信息隱藏理論與關(guān)鍵技術(shù)研究[.電信科技術(shù)上還不成熟,真正達(dá)到實(shí)用化還有很多問(wèn)題需學(xué),2004(12)