数字水印技术范文1
关键词:数字水印;数字签名;信息隐藏
Analysis of Digital Watermarking Technology
Wang Xubiao
(Puyang Vocational&Technical College,Puyang457000,China)
Abstract:The information hiding is the confidential information hidden in large amounts of information in a way not to find opponents.Main methods of information hiding steganography,digital watermarking technology,visual cryptography,subliminal channel,hidden agreements.
Among them,the digital watermark refers to the original watermark signal embedded in digital media,before and after watermark embedding media in the visual or auditory experience does not have any significant differences.
Keywords:Digital watermarking;Digital signature;Information hiding
数字水印技术是近年来兴起的一个前沿研究领域,与信息安全、信息隐藏、数据加密有密切的关系。它将一些标识信息直接嵌入诸如多媒体、文档、软件等数字载体当中,或者是间接表示,不影响原载体的使用价值,也不容易被探知和再次修改,但可以被生产方识别和辨认,通过隐藏在载体中的信息,可以达到确认内容创建者、购买者、传送隐秘信息或者判断载体是否被篡改等目的。
数字水印与数字签名技术极易发生混淆,所谓数字签名就是附加在数据单元上的一些数据,或是对数据单元所作的密码变换。这种数据或变换允许数据单元的接收者用以确认数据单元的来源和数据单元的完整性并保护数据,防止被人伪造。它是对电子形式的消息进行签名的一种方法,一个签名消息能在一个通信网络中传输。数字签名主要的功能是保证信息传输的完整性、发送者的身份认证、防止交易中的抵赖发生。而数字水印是将标识信息直接嵌入数字载体当中,而不影响原载体的使用价值,也不容易被人的知觉系统觉察或注意到。数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向。
数字水印技术在下面一些领域中得到应用:
版权保护――通过在媒体中嵌入标示版权信息的水印,在发生版权争端时,通过提取水印以证实媒体所有者的所有权。他并不能阻止对媒体的非法拷贝,但可以确认对媒体的所有权。
数字签名――水印识别媒体所有者,潜在用户用以获得对媒体的合法拷贝或出版,从而可以用来解决版权纠纷。
指纹识别――水印也可以识别媒体合法使用者,这可以用来追踪非法拷贝源。他已经应用在DIVX数字视频播放器中,播放器在每个播放过的电影拷贝中加入一个独一无二的水印信号。
广播、出版监测――电视广播自动监测系统、计算机网络及其他分发通道检测以跟踪媒体内容何时在何地出现。这对确保媒体内容没有被非法分发或想决定媒体版权付费的媒体所有者来说是很好的监测手段,对广告客户确保他们的商品广告在付过费。
目前在数字版权管理方面主要有两类技术,即密码技术和数字水印技术。密码技术是传统的早期的技术,一旦加密数据被合法用户解密,就无法控制其非法复制传播等行为。数字水印技术侧重于对数字内容的真伪鉴别和对盗版数字内容的来源追踪,正好弥补了加密技术的不足之处。因此数字水印技术越来越受到信息安全领域专家学者的重视,数字水印与密码技术相结合是实现数字版权管理的有效手段和研究方向。
图像数字水印算法从实现过程来看分为两类:空域方法和变换域方法。空域方法是将水印信息直接嵌入到宿主图像中,而变换域方法是将水印信息嵌入到宿主图像的变换域中。空间域水印的问题是健壮性较差,抗干扰能力较弱。因此,目前研究最多的是在变换域上的数字水印嵌入技术。常见的有离散余弦变换(DCT)、小波变换(DWT)、离散傅立叶变换(DFT)。基于DCT的算法的主要思路是,在DCT变换的中频系数中嵌入水印,既保证了水印的不可见性,又保证了水印的健壮性,达到了一个平衡。基于小波变换的水印方法是将空间和时间的信号在多个不同的分辨率尺度下进行分解,因此可以针对信号的不同分尺度对信号进行处理。
数字水印的研究也存在一些问题,表现在:1.如何兼顾隐藏性、鲁棒性和安全性的平衡问题,仍未完全得到解决,在具体应用层面上,阻碍了工程转化;2.用于版权认证和保护的水印技术一般分为脆弱水印和鲁棒水印两类,前者重在对内容的完整性保护,而后者的技术要求更高,它要求算法具有较高的稳健性,既要求能经受一般的压缩、滤波、加噪等常见的图像处理操作,还要具有经受恶意攻击和篡改的能力;3.通常用于版权认证的水印算法多以黑白二值图像、较小分辨率图像、简易文字图像(如签名)、序列号等构成,缺乏水印安全有效的应用框架。故迄今为止,一个良好的数字水印算法总体上仍是从多角度研究图像载体数据的特性,力求在水印的顽健性、鲁棒性、隐藏性等诸多方面寻找平衡。此外,除追求水印的最大嵌入量外,水印的可测性及水印的代换能力也影响着水印算法的工程转化,总体上对数字水印问题的研究还不够全面和深入,虽然以DCR和DWT变换域作为研究对象的成果较多,但因筛选不同的系数和块,水印的嵌入强度和抵抗压缩及各类变换的能力差异较大,基于内容特征的水印、多水印、非对称的水印等被称之为第二代水印的问题,以及安全有效的应用框架等,都还没有得到完全和系统地解决。因而,仅就数字化作品版权认证的应用而言,还有许多课题需要研究和解决。
参考文献:
[1]金聪.数字水印理论与技术.清华大学出版社,2008,8
数字水印技术范文2
由于多媒体技术取得了重大发展，使得非法拷贝和传播有价值、受版权保护的数字产品相当容易。这种所谓的盗版给音乐、影视、广播和软件行业造成极大的经济损失。
传统的版权保护方法包括：在通信网中限制某些站点的存取和对多媒体数据进行加密且严格管理密码，这种称之为“信任系统”通过阻止未授权用户访问多媒体数据来实现版权保护。然而，一旦授权用户非法拷贝、非法传播给其他用户，这种系统对版权保护无济于事。
针对以上情况，数字水印技术被提出且被认为最有希望成为“信任系统”的补充。数字水印技术是将一段特殊的信息隐藏在文本、图像、视频、音频等多媒体数据中，这种特殊的信息即数字水印永久地和多媒体数据结合在一起。与加密技术不同，这种技术对原数据基本上不作改变。水印标明数据的所有者、日期、权限等信息，就像产品的商标一样。因而，水印可用于标题说明、数据鉴别、保密通信和版权保护等，根据不同的目的，水印包含的信息不同。
2．数字水印技术的框架
目前，数字水印技术仍没有统一的标准。本文以图像数据为例，其一般原理同样适用于其它多媒体数据。图 1、图2、图3 分别示出了数字水印技术涉及的三个过程：水印的加入、通信、水印检测。
图 1 水印生成及加入过程
图 1 可分成 C1、C2 两个过程。原始图像 I 和版权信息S通过 C1运算生成水印W ,掩蔽 M 、关键字 K 和原始图像 I 通过 C2 运算过程生成含水印的图像 I’。关键字 K的作用有二，一是保密性：K仅为授权部门所知；二是指定加入水印的位置，掩蔽 M 的目的是利用HVS(人的视觉系统)特性，加入尽可能强的水印信号到原始图像 I 中，以便提高水印的健壮性。
图像 I’ 在传播过程中必然会受到各种有意或无意的干扰而变形成图像 I” ,这一过程可用通信领域的通信信道来表示。如图 2。
图2 水印通信
水印检测可分为水印提取和验证。提取过程是利用关键字 K 从变形的图像I” 中通过E1运算提取出可能的水印 W’ ，这一过程有可能利用原始图像 I；验证是将W’和W作相似性比较，比较过程用sim(W,W’) 表示，如结果满足一定条件，比如 sim(W,W’)≈1,可认为图像 I” 中含水印W, 这一结果可用作版权的证据，因而能确定出图像 I” 的所有者 ，如图3 表示。
图3 水印检测与验证
3．数字水印的种类
对于数字图像来说，水印技术就是通过改变图像数据的值来加入水印，根据加入方法不同，水印技术分成：时域法和频域法。
时域法直接改变图像元素的值，一般是在图像元素的亮度或色带中加入调制的水印信号。
频域法利用某种数学变换，将图像用频域表示，通过改变图像的某些频域系数来加入水印，然后利用反变换生成含水印的图像，常用的数学变换有离散傅立叶和离散余弦变换。 # 数字水印技术的要求
针对不同的应用，水印的要求不同或者强调的重点不同，一般来说，水印应具有：
1. 不可感知性。水印技术的首要条件是加入水印的图像和原始图像基本上相同，即水印是看不见的，图像的质量不因水印的加入有明显的改变，否则将影响图像的商业价值。
（2）健壮性。加入水印的图像在传播过程中必然会受到各种有意或无意的干扰，水印技术必须能抵抗低通滤波、变形、边缘增强、抖动、剪切、扫描、有损压缩、A/D、D/A转换等信号处理。另外，水印技术还应能抵御各种有意的破坏，它们包括移去水印和使水印无法提取。
（3）安全性。即使水印算法公开，它同样能防止未授权团体移去水印或加入一个假的水印。
（4）隐藏能力。它是指在不影响图像质量的前提条件下，能加入水印的信息量。为了加入足够的版权信息来作为合法证据，水印算法应有合理的隐藏能力。
不难分析出，某些要求之间存在冲突，比如不可感知性和健壮性、隐藏能力和不可感知性，增加一方必然会降低另一方。实际上，水印技术的一个重要方面是研究如何折衷这些要求。
5．扩频技术及其在数字水印技术中的应用
数字水印技术的研究大约始于1994年，早期的算法强调水印的不可见性而忽视水印的健壮性，这些算法的理论基础主要源自统计学和图像编码、处理领域。扩频技术的运用标志着水印技术的重大进步。扩频技术起源于通信系统，最早只是用于军用通信系统、制导系统等军用系统，它的理论基础来源于信息论和抗干扰理论。香农（Shannon）在其信息论中得到有名公式：
C=Wlog2(1+S/N)。 (1)
式中 C 表示信道容量，W 是信道带宽，N 是噪声功率，S 是信号功率。香农公式表明了一个无误差地传输信息的能力同存在与信道中的信噪比以及用于传输信息的信道带宽之间的关系。
令 C 是希望具有的信道容量，即要求的信息，对式（1） 换成以 e 为底的对数
C/W=1.44loge(1+S/N) (2)
对于干扰环境的典型情况，S/N<<1,对上式用幂级数展开，略去高次项得
C/W=1.44S/N (3)
通过上述的分析可得出一个重要结论：对于给定的信道容量 C 可以用不同的带宽 W 和信噪比 S/N的组合来传输信息。如减少带宽则必须发送较大的信号功率；如有较大的传输带宽，则同样的信道容量能够用较小的信号功率（较小的 S/N）来传送，这表明宽带系统表现出较好的抗干扰性。因此，当信噪比太小，不能保证通信质量是，常用宽带系统改善通信质量，使信号在强干扰情况下，仍然可以保持可靠通信。
扩频技术是一种信息处理技术，它是利用同欲传输数据（信息）无关的扩谱码对被传输的信号扩展频谱，使之远远超过被传输信息所必需的带宽，在接收机中采用相同的解扩和恢复数据。
由于扩谱码的随机性；扩谱信号的宽带性，扩频系统具有以下特点：
（1）扩谱信号是不可预测的伪随机的宽带信号，扩频系统具有很高的抗干扰能力，因为干扰者难以通过观察改善其干扰性能，而只能采用发射同被干扰信号不匹配的干扰技术。
（2）扩谱信号的功率相当均匀地被分布在很宽的频率范围，以至被传输信号功率密度很低，侦察接收机难以检测。因此，扩频系统具有低截获率性。
（3）扩频系统具有良好的码分多址通信能力，对不同的用户使用不同的码，别人无法窃听他们的通信，因而扩频系统具有高的保密性。
以上特点对数字水印技术特别有用,在数字水印技术中,将原始数据的频域看作通信信道 C ,水印看作将通过 C 的信号 S ,各种有意、无意的干扰看作噪声 N。利用扩频技术原理，将水印分布在许多数据频域系数中，加入每个频域系数的信号能量很小且不可随意检测。然而，水印检测过程知道水印的位置和内容，它能将许多微弱的信号集中起来形成具有较高信噪比的输出值，要破坏水印需要很强的噪声信号加入所有频域系数中，但是，破坏水印的同时也造成原始数据质量严重下降。
数字水印技术范文3
计算机技术的不断发展为人们的生产生活带来了很大的便利，使人们可以方便的编辑、储存和传输数字信息。同时也在信息的安全方面给人们带来困扰，造成数据泄露、篡改和伪造等情况的出现。为了保护信息的安全数字多媒体处理技术应运而生，本文主要介绍数字图像处理的现状以及嵌入技术。
【关键词】数字多媒体 图像处理 嵌入技术
在信息社会人们面临的信息安全问题越来越严重，信息的泄露、篡改以及伪造等情况时有发生，数字信息的版权也很难得到有效地保护，数字多媒体图像处理技术因此被开发出来。数字多媒体图像处理技术的含义就是在数据图像中嵌入一个不可见的标记，其可以被设计成不受影响的任何图形的旋转、缩放和平移变换。通过在数字图像中嵌入标记可以验证数据的真伪以及版权。
1 数字多媒体图像处理的发展现状
随着社会经济和科学技术的发展，信息对人们的生活影响也在逐渐变大，数字多媒体图像处理技术也在不断地发展。数字多媒体信息被人们应用于生活的很多方面，人们可以通过网络简单便捷的获取和共享各种信息资源，数字信号处理技术又让现在的信息处理，分析、压缩等变得非常简单，这给人们的生活带来了许多的便利。目前研究人员还在努力研发新的多媒体处理技术，并努力的开发与之关联的图像处理技术。
数字图像处理技术主要存在三种数字图像的保护方式，分别是访问控制、使用权的控制和基于标记的控制。其中基于标记控制是一种基于JPEG的方法标签图像的图像保护，此情况下的图像处理技术具有隐藏图像标签功能，可以应用于隐写标签的问题。
数据压缩、低通滤波，合理设计标准等都是可以提高数字多媒体图像处理水平的数据标记方法，这样制造出的标记可以作为属性识别工具，具有一定的可靠性。在实际的操作过程中，需要利用JPEG的方法在数据图像中嵌入标签，然后将其提交。这对系统的功能进行了一些要求，首先要求图像中拥有标签或者代码，为了让用户具有数据代码，图像数据中需要含有用户代码，最后需要允许代码跟踪图像数据的分布方式。需要注意的事在设计图像数据中的标签和代码时需要考虑到部分属性限制，这将会影响图像标志的可靠性。
2 数字多媒体图像中嵌入水印处理技术
数字水印技术在很多方面有着很重要的应用，其可以应用于保护版权、所有权确定和通信保密，对人们的信息安全有着重要的作用。水印处理技术主要分为水印生成、水印嵌入以及水印的识别和提取等基本操作。首先将水印图像置乱，使得水印具有良好的不确定性，同时保证水印不容被视觉察觉到。水印的嵌入过程一般是将水印序列编制水印算法中，然后嵌入到DCT处理过的水印宿主序列之中，之后对其进行量化条件分析，最终完成嵌入水印序列的编辑，量化编码后形成数字图像。水印的提取一般是采用算法对嵌入水印信息图像的像素矩阵进行分析提取。此时得到的信息是前处理时置乱的，然后对信息进行反置乱得到最终提取的水印信息。提取的水印信息需要检测来确定是否嵌入信息一致。此外，在水印的研究过程中也会对水印嵌入点、算法感知性以及水印算法的耐攻击性进行测试。在数字多媒体图像中嵌入水印的处理技术还在不断的在开发当中，越来越多的隐蔽性强、鲁棒性高的水印算法被开发出来以用于信息安全和版权的保护。
3 数字水印算法介绍
数字水印技术目前还处在高速发展阶段，JPEG图像版权保护水印算法、MPEG-2视频版权保护水印算法和H.264视频水印算法等一系列的算法都在发展和开创中，在不久的将来将会在人们的信息安全方面起到更加重要的作用。下面我们对JPEG图像版权保护水印算法、MPEG-2视频版权保护水印算法和H.264视频水印算法进行简单的介绍。
3.1 JPEG图像版权保护水印算法
研究者开发了一种水印算法用于保护JPEG图像的版权，这是一种非常具有实用性的方法。这种算法对JPEG图像解压后的像素矩阵进行处理，水印嵌入在分块图像的DCT低频交流系数。这种算法有很多优点，因为算法中对水印信号进行了随机打乱，并且控制了信号的强度，使得这种算法非常隐蔽不容易被发现。同时采用量化条例分析保护水印不受图像变换的影响，一般的图像处理和恶意攻击不能影响算法的稳定性。
3.2 MPEG-2视频版权保护水印算法
研究者还围绕着MPEG-2视频开发了一种新的水印算法，其可以对视频内容进行有效的保护。对于视频的水印保护可以根据嵌入水印的不同阶段进行分类，可以分为原始视频水印、视频编辑过程水印嵌入和视频流水嵌入等，每种方式都有着其独特的优势。同时由于视频序列不同于静态图序列，具有信息量过大等特点，视频水印算法相较之下有更多的特殊要求。基于上述因素研究者开发的MPEG-2视频版权保护水印算法具有很多的特点，在嵌入水印前对其进行置乱保证了嵌入水印的安全。此方法周期性的嵌入水印，实现了水印的可检测性能。MPEG-2视频版权保护水印算法最大的优势就在于实用性很好。
3.3 H.264视频水印算法
H.264视频水印算法的开发基于近年来数字电视的普及。此水印算法的独特之处在于其水印嵌入过程不需要完全的编码和解码过程，其具有良好的隐蔽性和鲁棒性。由于水印嵌入在不同的视频区域中，其安全性得到了很好的保证。视频水印技术还将进一步发展，其发展的热门方向是提升视频水印的选择和构造和对嵌入内容的分析。
4 结论
信息的遗失、泄露、被篡改以及版权问题会给人们带来极大的损失，为了保护信息社会的信息安全，数字多媒体图像处理技术被开发出来并且不断更新，其利用在数字图像中嵌入标记的方式辨别信息的真伪和保护版权。经过研究者的不断努力数字图像处理系统中的嵌入水印技术不断成熟，很多成熟的方法被开发出来保护人们的信息安全和版权利益。
参考文献
[1]张兆轩.浅析数字多媒体图像处理技术[J].电子测试，2015（02）.
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数字水印技术范文4
关键词：水印，信息隐藏，空域算法，变换域算法
1. 引言
互联网的迅速发展，给人们的生活带来极大的方便，人们可以利用互联网查找信息、下载资料，但是，网络的快速传播和多媒体资料所具有的复制功能容易被一些别有用心的人所利用，这样所带来的负面影响是难以估量的。因此，如何保证人们在享受网络给人们带来方便的同时，又能很好地防止数字产品被侵权，已成为亟待解决的热门话题，这个问题的解决具有很强的实际意义。
2. 传统加密技术及其缺点
传统保护数字产品的方法是加密，但是这种方法有很大的缺陷[1]，具体表现在：⑴一旦加密文件被破解，其内容就完全透明了；⑵它明确地提示攻击者哪些信息是重要信息，很容易引起攻击者的好奇和注意，因此就有被破解的可能性；⑶很致命的一点就是攻击者可以在破译失败的情况下将文件信息破坏，使得即使是合法者收到信息，也无法阅读信息的内容。
3. 数字水印技术
数字水印技术就是在这种背景下应运而生的。一方面，弥补了加密技术的缺陷，因为数字水印技术可以在文件被解密后提供进一步的保护；另一方面，弥补了数字签名技术的缺陷，因为数字水印技术可以在载体信息中一次性地嵌入大量的信息，这对于作品的版权可以起到很好地保护作用。
数字水印技术[2]是一种信息隐藏技术，它的基本思想是在数字图像、音频、视频等数字产品中嵌入秘密信息，以保护数字产品的版权，证明产品的真实可靠性，跟踪盗版行为或者提供产品的附加信息。其中秘密信息一般为特定的有用信息，它可以是用户的序列号或者是一幅图像、一段音频等。一般来说，它需要经过适当变换后再嵌入到数字产品中，通常称变换后的信息为数字水印。
3.1数字水印技术通信模型
由于数字水印处理在本质上是一种通信，即在它们之间传递着一条消息，可以用以下基本的通信模型来表示整个水印的处理过程。
图1-1 明检测数字水印系统映射成通信模型
图1-2盲检测数字水印系统映射成通信模型
图1-1和图1-2为两种最基本的数字水印系统通信模型。其中：图1-1为明检测，它需要原始载体产品的参与；图1-2为盲检测，它不需要原始产品的参与。它们之间最主要的区别在于是否需要原始载体产品的参与。
3.2数字水印的基本特性
数字水印可以由一些特性来进行描述，一般来说，水印系统每一个特性的重要性又取决于实际应用的需求和水印的作用。与水印嵌入有关的特性包括有效性、逼真度、数据容量；与水印检测有关的特性包括盲检测和明检测、虚检行为和鲁棒性等。
有效性
有效性是指嵌入器的输出被水印化的概率，也就是指对嵌入水印后的作品紧接着可以检测到水印的概率。在实际的应用中，为了获得其他方面更好的特性，人们宁愿牺牲一些有效性。
逼真度
逼真度是指原始载体作品与嵌入水印后的作品之间在感觉上的相似程度。也可以用另外一种定义对其进行描述，即不带水印的作品和带水印的作品在呈现给顾客时，它们之间感觉上的相似程度[3]。
数据容量
数据容量，也常称为数据有效载荷，是指在单位时间内或在一幅作品中水印编码的比特数。不同的应用可能对数据容量的要求也就不同，例如，对于拷贝控制应用，它要求音乐每10秒钟接收4 ~ 8比特的信息，而要求视频大约5分钟接收4 ~ 8比特的信息。
盲检测与明检测
盲检测是指在水印检测的过程中，不需要原始作品的参与；而明检测则需要原始作品的参与。在决定应用范围时，水印系统是采用盲检测还是明检测就显得十分的重要，盲检测只能用于那些可以获得原始作品的应用中，因此，它的应用会受到很大的限制；而明检测就不受此限制。
虚检率
虚检就是指在实际不含有水印的作品中检测出水印或者在含有水印的作品中没有检测到水印。对虚检率的要求是由实际的应用所决定的，例如，在拷贝控制过程中，成千上万的水印检测器作用于数以百万计的作品上，这就要求虚检率无穷的小，否则就会产生严重的问题。
鲁棒性
鲁棒性是指在经过常规信号处理操作后，仍能检测到水印的能力，在这里，常规信号处理操作包括：空间滤波、有损压缩、几何失真等。但并不是所有的水印应用都要求对可能的信号处理操作具有鲁棒性，相反，水印只需要在介于嵌入和检测之间可能的信号处理操作中存活就可以了。例如，在电视和无线电广播监视中，水印只需要在传输过程中存活。
3.3数字水印技术算法研究
近年来，对数字水印技术的研究已经取得了很大的进步。论文参考。下面对一些典型的算法进行分析，可以说，每种方法都有其存在的必要性，它们有着各自的优缺点，这就要求在具体的实践中，根据具体需要，选择最适合的方法。论文参考。
3.3.1 空域算法
空域算法是相对于变换域算法而言的。简而言之，不对信号做任何频率变换而得到的信号域就是时空域[4]。在该类算法中，比较典型的水印算法有LSB和MSB。其中，LSB是将信息嵌入图像点中最不重要的像素位，这可保证嵌入的水印是不可见的；而MSB是将信息嵌入到图像点中最重要位，即最高位。论文参考。但是LSB和MSB都有其共同的缺点，这也是时空域算法普遍存在的缺点：算法的鲁棒性差，并且水印信息很容易为滤波、图像量化和几何变形等操作所破坏。另外一个比较常用方法是利用像素的统计特征将信息嵌入像素的亮度值中，该算法与LSB和MSB不同的是，它利用的是像素的统计特征。典型的有Patch-work算法方法[5]，它是随机选择N对像素点(a，b)，然后将每个a点的亮度值加1，每个b点的亮度值减1，这样整个图像的平均亮度保持不变。
对于Windows系统中8位的bmp图像，只存在一个分量，并且该分量的像素值范围是0 ~ 255。因此，在计算机中，每个像素值只需要一个字节就可以进行表示，而每个字节代表8位0或1，所以每个像素值实际上是由8个0或1的整数组成。
例如：像素值100在计算机中的存储为：0110 0100
在水印图像中，先把水印图像的像素值转换成8位的二进制形式，然后依次将其替换到载体图像的最后一位，即最低有效位，这样就完成了水印图像的嵌入。该算法的特点是顺序地选取像素点进行信息的隐藏，缺点是造成图像各个部分统计特性不一致，这样带来的问题就是安全性大大降低。
3.3.2 变换域算法
由于时空域算法存在固有的缺点，因此，近年来对数字水印技术的研究主要集中在变换域或频域，其基本思想是通过离散傅里叶变换（DFT）、离散余弦变换（DCT）或离散小波变换（DWT）[6]等将数字图像的数据转化为相应频域的系数，从而来实现对水印的嵌入。在变换域算法中，一般首先会对载体进行一种特定的正交变换，而嵌入空间是载体的某一个或一些频带，并且这些频带对应的变换系数要遵循一定的规则进行修改。载体的低频系数反映了载体的主要轮廓，是载体的主要信息，集中了载体的绝大部分能量；而载体的高频系数反映了载体的细节，它不易被人眼所发现。
相对于时空域算法，变换域算法有以下优点：⑴可以充分利用人类的感觉特性；⑵水印的不可见性和稳健性好；⑶物理意义清晰；⑷与压缩标准相兼容，可直接在压缩域中进行处理，便于实现。
3.3.3 基于分形图象编码方法
相对于前面两种方法而言，利用分形图象编码方法也可以很好地实现水印的嵌入与提取。1987年，美国乔治亚洲工学院的数学家M. F. Barnsley在论文中提出了分形图象编码的概念，次年又首次将迭代函数系统理论应用到图象编码中，得到了很好的效果。将分形运用到图象压缩的思想非常新颖、有效，随着分形压缩技术的不断完善，它在图象压缩中的运用也必然会受到越来越多的重视。
4. 数字水印技术的应用及前景
随着网络信息技术的迅速发展，数字水印的应用也得到了扩展，其主要应用领域包括版权保护、隐藏标识、证件真伪鉴别和安全不可见通信。例如，利用数字水印技术中数据隐藏原理可以使版权标志不可见或不可听，既不损害原作品，又达到了版权保护的目的。
由于数字水印技术的可实现性，它将具有广阔的市场前景，对于保护各种形式的数字产品起到重要的作用，可以配合密码学技术、数字认证及数字签名等技术来抵抗各种攻击，构成完整的数字产品版权保护解决方案。
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数字水印技术范文5
关键词：数字水印 视频 MPEG-4 扩展频谱
随着信息技术和计算机网络的飞速发展，人们不但可以通过互联网和CD－ROM方便快捷地获得多媒体信息，还可以得到与原始数据完全相同的复制品，由此引发的盗版问题和版权纷争已成为日益严重的社会问题。因此，数字多媒体产品的水印处理技术已经成为近年来研究的热点领域之一。
虽然数字水印技术近几年得到长足发展，但方向主要集中于静止图像。由于包括时间域掩蔽效应等特性在内的更为精确的人眼视觉模型尚未完全建立，视频水印技术的发展滞后于静止图像水印技术。另一方面，由于针对视频水印的特殊攻击形式的出现，为视频水印提出了一些区别于静止图像水印的独特要求。
本文分析了MPEG－4视频结构的特点，提出了一种基于扩展频谱的视频数字水印改进方案，并给出了应用实例。
1 视频数字水印技术简介
1．1 数字水印技术介绍
数字水印技术通过一定的算法将一些标志性信息直接嵌入到多媒体内容当中，但不影响原内容的价值和使用，并且不能被人的感知系统觉察或注意到。与传统的加密技术不同，数字水印技术并不能阻止盗版活动的发生，但可以判别对象是否受到保护，监视被保护数据的传播，鉴别真伪，解决版权纠纷并为法庭提供认证证据。为了给攻击者增加去除水印的难度，目前大多数水印制作方案都采用密码学中的加密体系来加强，在水印嵌入、提取时采用一种密钥，甚至几种密钥联合使用。水印嵌入和提取的一般方法如图1所示。
1．2 视频数字水印设计应考虑的几个方面
·水印容量：嵌入的水印信息必须足以标识多媒体内容的购买者或所有者。
·不可察觉性：嵌入在视频数据中的数字水印应该不可见或不可察觉。
·鲁棒性?押在不明显降低视频质量的条件下，水印很难除去。
·盲检测：水印检测时不需要原始视频，因为保存所有的原始视频几乎是不可能的。
·篡改提示：当多媒体内容发生改变时，通过水印提取算法，能够敏感地检测到原始数据是否被篡改。
1．3 视频数字水印方案选择
通过分析现有的数字视频编解码系统，可以将目前MPEG－4视频水印的嵌入与提取方案分为以下几类，如图2所示。
（1）视频水印嵌入方案一：水印直接嵌入在原始视频流中。此类方案的优点是：水印嵌入的方法较多，原则上数字图像水印方案均可应用于此。缺点是：
·会增加视频码流的数据比特率；
·经MPEG－4有损压缩后会丢失水印；
·会降低视频质量；
·对于已压缩的视频，需先进行解码，然后嵌入水印，再重新编码。
（2）视频水印嵌入方案二：水印嵌入在编码阶段的离散余弦变换（DCT）的直流系数（DC）中（量化后、预测前）。此类方案的优点是：
·水印仅嵌入在DCT系数中，不会增加视频流的数据比特率；
·易设计出抗多种攻击的水印；
·可通过自适应机制依据人的视觉特性进行调制，在得到较好的主观视觉质量的同时得到较强的抗攻击能力。
缺点是对于已压缩的视频，有一个部分解码、嵌入、再编码的过程。
(3)视频水印嵌入方案三：水印直接嵌入在MPEG－4压缩比特流中。优点是不需完全解码和再编码的过程，对整体视频信号的影响较小。缺点是：
·视频系统对视频压缩码率的约束将限制水印的嵌入量；
·水印的嵌入可能造成对视频解码系统中运动补偿环路的不良影响；
·该类算法设计具有一定的复杂度。
2 MPEG－4视频水印的实现
基于上述的各种方案，本文在方案二的基础上提出了一种针对MPEG－4视频编码系统的扩展频谱数字水印技术改进方案，将扩频调制后的水印信息嵌入到视频流IVOP(Intra Video Object Plane)中色度DCT直流系数的最低位。本方案不需要完全解码，大大减少了运算的复杂度，提高了实时性。同时由于水印嵌入在直流系数中，在保证视频效果不失真的前提下，水印具有很强的鲁棒性。
2．1 MPEG－4视频的特点
MPEG－4视频编解码基于VOP(Video Object Plane)。
从时间上看,VOP分为内部VOP(IVOP)、前向因果预测VOP(PVOP)、双向非因果预测VOP（BVOP）、全景的灵影VOP（SVOP）。IVOP只用本身的信息进行编码；PVOP利用过去的参考VOP进行运动补偿的预测编码；BVOP利用过去和将来的参考VOP进行双向运动补偿的预测编码；SVOP一系列运动图像中的静止背景。因此IVOP的图像信息较独立?熏最适合嵌入水印信息。
从空间上看,它由若干个大小为16×16的宏块(Macro Block)组成，每个宏块包括大小为8×8的6个子块。其中4个亮度子块Y，1个色差子块U，1个色差子块V。IVOP编码基本流程如图3所示。
为了不受量化过程的影响，本方案将水印嵌入在量化后的DCT系数中，从而提高了水印生存的稳定性。在MPEG－4压缩算法中，DCT系数的量化是关键，它直接影响视频的质量和码流控制算法。为此，MPEG－4提供了一个供参考的标准量化表。该表根据人类视觉模型(HVS)建立。考虑到人眼对高频信息损失的敏感度较低频损失小很多，因此通常把水印嵌入到中低频信息中，提高了水印信息的鲁棒性。另外, 根据人眼对亮度信息的变化比色度信息较敏感这一特性，为最大限度地保持视频质量，本方案将水印嵌入到色度?穴U子块?雪DCT系数中。由于DCT是目前多媒体视频压缩中被广泛采用的技术基础，因此基于DCT的视频水印方案具有显著的优势。将水印信息嵌入到IVOP色度量化后的DCT直流系数中，不但无需引入额外的变换以获取视频的频谱分布，且水印信息不受DCT系数量化带来的影响。
2．2 视频数字水印算法与实现
在MPEG－4视频中，由于IVOP中色度子块的DCT直流系数是一个在视频流中始终存在且很鲁棒的参数，本方案将水印信息经m序列(最长线性反馈移存器序列)调制后嵌入到IVOP的色度子块DCT的直流系数中。这样水印信息在不影响视频效果的情况下难以去除，所以鲁棒性足够强。本方案采用扩频的方法，以方便有效地检测水印，抵抗各种攻击和干扰，保密性好。关键问题是色度DCT的直流系统是一个对视觉系统很敏感的参数，本方案在色度DCT的直流系数上加水印相当于对其加入微量干扰，必须使这种干扰低于一定的门限值，使人眼的视觉系统对视频中色度的微小变化感觉不到。经过试验将水印嵌入到IVOP的色度DCT的直流系数的最低位能满足要求。
2．2．1 视频数字水印的嵌入
伪随机的扩展序列长度为255(28－1)，每一水印信息位通过伪随机扩展序列的调制嵌入到相应的IVOP色度对应的DCT直流系数(量化后、预测前)的最低位,这样水印信息在不影响视频效果的情况下一般难以去除。同时，嵌入在直流系数的最低位，带来的误差非常小。
伪随机的扩展序列产生代码如下：
＃define M＿LEN 255
＃define M＿SERIES 8
for(i＝0;i＜M＿SERIES;i＋＋) m[i]＝1;
for(i＝M＿SERIES;i＜M＿LEN;i＋＋)
{
m[i]＝ m[i－1]＋m[i－5]＋m[i－6]＋m[i－7];
m[i]＝m[i]％2;
}
水印信息位扩展调制方式为：
·水印信息位为0，伪随机的扩展序列不变；
·水印信息位为1，伪随机的扩展序列取反。
这个过程可以用异或运算实现。代码如下:
WMij ＝ Wi ＾ m[j];
／?觹每一水印信息位扩展调制成255位的扩展调制位*／
这里Wi表示水印信息码流(WMij表示水印信息扩展调制码流。设UDCij表示视频IVOP色度DCT的直流系数)量化后、DC预测计算之前?雪序列，为了方便，用一个字节表示一位二进制码流信息。
水印嵌入过程如下：
if (WMij) UDCij ｜＝1;
／*根据扩展调制后的码流嵌入水印信息*／
else UDCij ＆＝0xFFFE;
2．2．2 视频数字水印的提取
水印信息提取是水印信息嵌入的逆过程,代码如下:
if (inv＿UDCij ＆ 1) inv＿WMij ＝ 1;
else inv＿WMij ＝ 0;
这里inv＿UDCij表示带有水印信息的视频IVOP色度DCT的直流系数(反量化前、DC预测计算之后)序列； inv＿WMij表示检测到的水印信息扩展调制码流。每个IVOP色度子块在解码时得到一位扩展调制的信号位，每连续255个扩展调制的信号位可解调得到1位水印信息，具体分析如下：
用与原始伪随机序列结构相同且完全同步的序列与得到的连续255个扩展调制的信号接收序列进行异或运算，统计运算后1的个数记为OneCount。由于m序列的自相关函数只有两种取值(1和－1／(2n－1))，属于双值自相关序列。因此，如果数据未受到任何攻击和干扰，OneCount只有两种结果：255或0。当OneCount＝255时，得到的水印信息位为1；当OneCount＝0时，得到的水印信息位为0。如果数据受到攻击或干扰，OneCount有多种结果。根据统计分析，当OneCount＞127时，得到的水印信息位为1，并且这255个IVOP色度子块中有(255－OneCount)个子块受到攻击或干扰；当OneCount＜127时，得到的水印信息位为0，并且这255个IVOP色度子块中有OneCount个子块受到攻击或干扰。这样既可以统计总共有多少视频IVOP色度子块受到攻击或干扰,同时又能极强地恢复出原始水印信息。
3 试验结果分析
数字水印技术范文6
[摘要] 本文在分析了现行数字签名（pki）的缺陷的基础上，提出基于离散对数问题的密钥隔离和数字水印技术的数字签名体制。利用z次多项式，将密钥分为用户密钥和系统密钥，签名时由用户密钥完成，密钥更新时由用户密钥和系统密钥合作完成。极大地提高了数字签名体制的安全性。
[关键词] pki 用户密钥 系统密钥 数字签名
一、引言
在网络经济时代，电子商务逐渐成为一种主流商务模式。2004年8月28日经全国人民代表大会常务委员会审议批准通过的《中华人民共和国电子签名法》（简称《 电子签名法》）标志着电子签名与手写签名或印章具有同等法律效力。它适用于我国的电子商务、电子政务、网上银行及网上证券业并对它们的发展产生深远的影响。是我国进入世界先进数字化、网络化国家的重要标志之一，对我国电子商务、电子政务的顺利发展，提高我国信息化程度，提高我国的国民经济水平，提高银行界的经营效益和质量，将起着非常重大的促进作用。但目前比较成熟的，世界先进国家普遍使用的电子签名技术还是“数字签名”技术。数字签名用于鉴定签名人的身份以及对一项电子数据内容的认可。它还能验证出文件的原文在传输过程中有无变动，确保传输电子文件的完整性、真实性和不可抵赖性。随着网络的发展和普及，数字签名系统密钥的安全，一直是国内外研究人员的研究热点。
二、现行数字签名的加解密技术的缺陷
现行数字签名的加解密技术绝大多数采用的是20世纪80年代由美国学者提出的公钥基础设施（pki）。pki是一种利用非对称密码算法(rsa算法，即公开密钥算法)原理和技术来实现的，并提供网络安全服务应具有通用性的安全基础设施。它利用公钥加密技术为电子商务、电子政务、网上银行和网上证券业提供一整套安全保证的基础平台。用户利用pki基础平台所提供的安全服务，能在网上实现安全的通信。它的组成如下图所示，图中，pki的核心执行机构是认证机构ca，其核心元素是数字证书。它是一种权威性、可信任性和公正性的第三方机构。ca是不参与交易双方利益的第三方机构，因而具有公正性。在通信过程中，发方（甲方）将原文用哈希算法求得数字摘要，用签名私钥对数字摘要加密得数字签名，发方将原文与数字签名一起发送给接收方（乙方）；接收方验证签名，即用发方公钥解密数字签名，得出数字摘要；接收方将原文采用同样哈希算法又得一新的数字摘要，将两个数字摘要进行比较，如果二者匹配，说明经数字签名的电子文件传输成功。根据kerckhof假设，数字签名体制的安全性完全依赖于密钥的安全性。然而在实际应用中，由于采用公开密钥算法，密钥容易被攻破而带来严重后果。为了减轻密钥泄漏所带来的严重后果，有人提出了前向安全签名的概念，前向安全体制的思想是将整个系统的生存时间划分为n个时期，密钥根据更新算法在每个时期进行更新，而公钥保持不变。攻击者即使获得了某个时期的密钥，也无法对该时期以前的密钥构成威胁。但是随着各种无线、移动数字产品的使用，密钥越来越多地保存在不安全的设备中，另外由于用户缺乏经验和保护意识，使得密钥很容易泄露。攻击者获得某个时期的密钥，虽然无法对该时期以前的密钥构成威胁，但是对该时期以后的密钥仍会构成威胁。因此系统仍将停止使用，重新建立。另外，由于用户对可信中心依赖过大，加密或签名的过程必须在可信中心的监督下运行，即可信中心有能力在用户不同意的情况下单独解密签名用户的文件。
三、对数字签名的加解密技术的改进
针对上述数字签名的加解密技术方面存在的缺陷，本文提出基于离散对数问题的密钥隔离和数字水印技术的数字签名体制，利用z次多项式，将密钥分为用户密钥和系统密钥，签名时由用户密钥完成，密钥更新时由用户密钥和系统密钥合作完成(即上图中的甲方、乙方、ca共同完成)，从而实现密钥隔离的思想。该体制计算简单，安全性能高，实用性强。
1.系统建立算法b(概率算法，由用户完成)
(1)随机选择两个n比特大素数p和q，p=2q+1，设bq是中阶为q的子群，b是bq的生成元；
(2)随机选择一个z次多项式，;
(3)随机选择hash函数h；
(4)公开公钥，秘密保存密钥。公钥，由用户秘密保存用户密钥，由可信中心秘密保存系统密钥。
2.系统密钥更新算法u*(多项式算法，由可信中心完成)
输入时期数i(1≤i≤n)，由系统密钥sk*计算出i时期的部分密钥，并将秘密传送给用户。
3.用户密钥更新算法u(多项式算法，由用户完成)
输入时期数i(1≤i≤n)，由i-1时期的密钥和i时期的部分密钥，计算出i时期的密钥，用户将秘密保存密钥，并销毁密钥。
4.签名过程
在i时期，设有待处理信息m,签名者将信息原文用哈希算法求得数字摘要，然后将数字摘要进行数字水印处理，用签名私钥对数字水印处理后的数字摘要加密得数字签名。签名者随机选取,计算:，,将作为签名公布。
5.验证算法v(多项式算法)
在i时期，对信息m的签名进行验证。
(1)计算;
(2)计算;
(3)计算;
(4)验证是否成立。若等式成立，则接受签名；否则拒绝签名。
四、结语
本文介绍了基于离散对数问题的密钥隔离和数字水印技术的数字签名体制的基本思想，利用z次多项式，将密钥分为用户密钥和系统密钥，签名时由用户密钥完成，密钥更新时由用户密钥和系统密钥合作完成。在数字签名过程中，通过密钥分离克服了可信中心在用户不同意的情况下单独解密签名用户的文件和攻击者获得某个时期的密钥及公钥解密数字签名的缺陷。同时使用了数字水印技术来处理数字签名，数字签名的安全性得到了进一步增强了。计算简单，安全性能高，实用性强，具有广泛的应用前景。
参考文献：
[1]关振胜：《电子签名法》与数字签名的技术实现[j].电子商务，2006.1:36-43
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