摘要：本文從數(shù)字水印的概念入手，分別介紹了數(shù)字水印技術(shù)的基本特征、原理、分類及其應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上提出了展望。 　　關(guān)鍵詞：數(shù)字水��；隱蔽性；魯棒性 　　中圖分類號(hào)：TP391.41
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　
　　1
　　引言
　　
　　隨著計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，文字、圖形圖像、音視頻等信息可以通過數(shù)字媒體廣泛地傳播。數(shù)字化技術(shù)精確、廉價(jià)、大規(guī)模的復(fù)制功能和Internet的全球傳播能力給人們帶來信息共享的同時(shí)也帶來了許多負(fù)面的影響。由于對(duì)數(shù)字信息的復(fù)制非常容易，而且所得復(fù)制品和原件幾乎完全相同，因此有惡意的個(gè)人或團(tuán)體有可能在沒有得到作品所有者許可的情況下復(fù)制、修改、傳播有版權(quán)的內(nèi)容，甚至非法用作商業(yè)用途，嚴(yán)重侵犯了作者及版權(quán)所有者的利益。為了有效地解決信息安全和版權(quán)保護(hù)等問題，近年來出現(xiàn)了加解密、數(shù)字簽名、數(shù)字指紋、數(shù)字水印等多種技術(shù)。其中數(shù)字水印是20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的一門嶄新的技術(shù)。它通過在數(shù)字產(chǎn)品中嵌入水印信息來確定數(shù)字產(chǎn)品的所有權(quán)或檢驗(yàn)數(shù)字內(nèi)容的原始性，它彌補(bǔ)了加解密技術(shù)不能對(duì)解密后的數(shù)據(jù)提供進(jìn)一步保護(hù)的不足，彌補(bǔ)了數(shù)字簽名不能在原始數(shù)據(jù)中一次性嵌入大量信息的弱點(diǎn)，彌補(bǔ)了數(shù)字指紋僅能給出版權(quán)破壞者信息的局限。
　　
　　2　數(shù)字水印的概念和基本原理
　　
　　2.1數(shù)字水印定義
　　數(shù)字水印(Digital Watermark)技術(shù)是用信號(hào)處理的方法在數(shù)字化的多媒體數(shù)據(jù)中嵌入隱蔽的標(biāo)記，但不會(huì)影響原內(nèi)容的價(jià)值和使用，它不能被人的知覺系統(tǒng)覺察或注意到，只有通過專用的檢測(cè)器或閱讀器才能提取。其中的水印信息可以是作者的序列號(hào)、公司標(biāo)志、有特殊意義的文本等，可用來識(shí)別文件、圖像或音樂制品的來源、版本、原作者、擁有者、發(fā)行人、合法使用人對(duì)數(shù)字產(chǎn)品的擁有權(quán)。與加密技術(shù)不同。數(shù)字水印技術(shù)并不能阻止盜版活動(dòng)的發(fā)生，但它可以判別對(duì)象是否受到保護(hù)，監(jiān)視被保護(hù)數(shù)據(jù)的傳播、真?zhèn)舞b別和非法拷貝、解決版權(quán)糾紛并為法庭提供證據(jù)。作為數(shù)字水印技術(shù)應(yīng)當(dāng)滿足下面幾個(gè)方面的要求：
　　’a.隱蔽性：數(shù)字水印應(yīng)該是不易被察覺的，而且應(yīng)不影響被保護(hù)數(shù)據(jù)的正常使用；
　　b.安全性：加入水印和檢測(cè)水印的方法對(duì)沒有授權(quán)的第三方是保密的而且不可輕易被破解，即使被黑客檢測(cè)到了也不能讀出(數(shù)字水印需要加密)；
　　c.魯棒性：當(dāng)被保護(hù)的信息經(jīng)過某種改動(dòng)后，比如在傳輸、壓縮、濾波，圖像的幾何變換如平移、伸縮、旋轉(zhuǎn)、剪裁等處理下，數(shù)字水印不容易被破壞。
　　
　　2.2數(shù)字水印技術(shù)的基本原理
　　一般數(shù)字水印的通用模型包括嵌入和檢測(cè)、提取兩個(gè)階段。數(shù)字水印的生成階段，嵌入算法的嵌入方案的目標(biāo)是使數(shù)字水印在不可見性和魯棒性之間找到一個(gè)較好的折中。檢測(cè)階段主要是設(shè)計(jì)一個(gè)相應(yīng)于嵌入過程的檢測(cè)算法。檢測(cè)的結(jié)果或是原水印(如字符串或圖標(biāo)等)，或是基于統(tǒng)計(jì)原理的檢驗(yàn)結(jié)果以判斷水印存在與否。檢測(cè)方案的目標(biāo)是使錯(cuò)判與漏判的概率盡量小。為了給攻擊者增加去除水印的不可預(yù)測(cè)的難度，目前大多數(shù)水印制作方案都采用密碼學(xué)中的加密體系來加強(qiáng)，在水印的嵌入，提取時(shí)采用一種密鑰，甚至幾種密鑰的聯(lián)合使用。水印的嵌入和提取方法如圖1、圖2所示：
　　
　　3　數(shù)字水印的分類
　　
　　數(shù)字水印技術(shù)可以從不同的角度進(jìn)行劃分。
　　
　　3.1按特性劃分
　　按水印的特性可以將數(shù)字水印分為魯棒數(shù)字水印和脆弱數(shù)字水印兩類。魯棒數(shù)字水印主要用于在數(shù)字作品中標(biāo)識(shí)著作權(quán)信息，如作者、作品序號(hào)等，它要求嵌入的水印能夠經(jīng)受各種常用的編輯處理；脆弱數(shù)字水印主要用于完整性保護(hù)，它必須對(duì)信號(hào)的改動(dòng)很敏感，人們根據(jù)脆弱水印的狀態(tài)就可以判斷數(shù)據(jù)是否被篡改過。
　　
　　3.2按水印所附載的媒體劃分
　　按水印所附載的媒體，我們可以將數(shù)字水印劃分為圖像水印、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。
　　
　　3.3按檢測(cè)過程劃分
　　按水印的檢測(cè)過程可以將數(shù)字水印劃分為明文水印和盲水印。明文水印在檢測(cè)過程中需要原始數(shù)據(jù)，而盲水印的檢測(cè)只需要密鑰，不需要原始數(shù)據(jù)。
　　
　　3.4按內(nèi)容劃分
　　按數(shù)字水印的內(nèi)容可以將水印劃分為有意義水印和無意義水印。
　　
　　3.5按用途劃分
　　按水印的用途，我們可以將數(shù)字水印劃分為票據(jù)防偽水印、版權(quán)保護(hù)水印、篡改提示水印和隱蔽標(biāo)識(shí)水印。
　　
　　3.6按水印隱藏的位置劃分
　　按數(shù)字水印的隱藏位置，我們可以將其劃分為時(shí)(空)域數(shù)字水印、頻域數(shù)字水印、時(shí)／頻域數(shù)字水印和時(shí)間／尺度域數(shù)字水印。
　　
　　4　數(shù)字水印的應(yīng)用
　　
　　4.1
　　數(shù)字作品的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)
　　數(shù)字作品的所有者用密鑰產(chǎn)生一個(gè)水印，并將其嵌入原始數(shù)據(jù)中，然后公開發(fā)布他的水印版本作品。當(dāng)該作品被盜版或出現(xiàn)版權(quán)糾紛時(shí)，所有者可利用從盜版作品或水印作品中獲取水印信號(hào)作為依據(jù)，從而保護(hù)所有者的權(quán)益。
　　
　　4.2商務(wù)交易中的票據(jù)防偽
　　隨著高質(zhì)量圖像輸入輸出設(shè)備的發(fā)展，特別是精度超過1200dpi的彩色噴墨、激光打印機(jī)和高精度彩色復(fù)印機(jī)的出現(xiàn)，使得貨幣、支票以及其他票據(jù)的偽造變得更加容易。此外在電子商務(wù)中會(huì)出現(xiàn)大量過渡性的電子文件，如各種紙質(zhì)票據(jù)的掃描圖像等。即使在網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)成熟以后，各種電子票據(jù)也還需要一些非密碼的認(rèn)證方式。數(shù)字水印技術(shù)可以為各種票據(jù)提供不可見的認(rèn)證標(biāo)志，從而大大增加了偽造的難度。
　　
　　4.3篡改提示
　　當(dāng)數(shù)字作品被用于法庭、醫(yī)學(xué)、新聞及商業(yè)時(shí)，常常需要確定他們的內(nèi)容是否被修改、偽造或特殊處理過。為實(shí)現(xiàn)該目的，通常將原始圖像分成多個(gè)獨(dú)立塊，每個(gè)塊加入不同的水印。同時(shí)可通過檢測(cè)每個(gè)數(shù)據(jù)塊中的水印信號(hào)，來確定作品的完整性。與其他水印不同的是，這類水印必須是脆弱的，并且檢測(cè)水印信號(hào)時(shí)，不需要原始數(shù)據(jù)。
　　
　　4.4訪問控制
　　在多媒體發(fā)行體系中，人們希望有一種拷貝保護(hù)機(jī)制，即它不允許未授權(quán)的媒體拷貝。在封閉或私有系統(tǒng)中，可用水印來說明數(shù)據(jù)的拷貝狀況。一個(gè)典型的例子是DVD防拷貝系統(tǒng)。將水印信息加入DVD數(shù)據(jù)中，這樣DVD播放機(jī)即可通過檢測(cè)DVD數(shù)據(jù)中的水印信息而判斷其合法性和可拷貝性。從而保護(hù)制造商的商業(yè)利益。
　　
　　4.5信息隱藏
　　數(shù)字水印可用于作品的標(biāo)識(shí)、注釋、檢索信息等內(nèi)容隱藏，無需額外帶寬且不易丟失。此外，數(shù)字水印還可用于隱蔽通信，這在國(guó)防和情報(bào)部門將得到廣泛應(yīng)用。
　　
　　5　數(shù)字水印技術(shù)研究展望
　　
　　數(shù)字水印技術(shù)有著廣泛的研究前景和巨大的商業(yè)潛能。但作為一種新興的技術(shù)，它還面臨著許多尚未解決的難題。從目前的技術(shù)和應(yīng)用分析，數(shù)字水印技術(shù)未來的研究方向體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。
　　第一，不斷完善水印技術(shù)理論框架。數(shù)字水印技術(shù)要得到廣泛應(yīng)用必須建立一系列標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議，完善水印評(píng)價(jià)的理論體系，制定水印的測(cè)試和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)一個(gè)能對(duì)各種不同水印算法進(jìn)行公正比較評(píng)價(jià)的水印評(píng)價(jià)系統(tǒng)。
　　第二，水印算法研究。通過現(xiàn)有數(shù)字水印算法的研究，結(jié)合數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，尋找它們的關(guān)系，設(shè)計(jì)出更好的算法。
　　
　　參考文獻(xiàn)
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