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数字水印技术

傅茂洺  
【摘要】: 随着网络技术的广泛运用以及信息媒体的数字化,使得我们借助计算机、数字扫描仪、数码相机等设备可以方便、迅捷地将数字信息传达到世界各地,也可以完全复制并在网络环境下广泛散发数字图像,音频和视频的数字产品。通过网络传输数据文件或作品,会使有恶意的个人或团体,有可能在没有得到许可的情况下,拷贝和传播有版权的内容。因此,如何对数字产品实施有限、有效的保护,以及如何保护通信系统的安全,已成为一个切实可行的保护方案。同时,当需要数据在能够正常使用的情形下,对该数据的合法性及数据的产权进行跟踪检测时,传统的数据加密技术变得无能为力。 随着现代数据隐藏技术的发展,对各种信息使用类似自然界保护色原理的办法来处理,极大的缩小了这些隐藏数据的危险性。首先,除非作者本人,别人根本不会知道数据中藏有信息,因此就不会激发其他人的兴趣去破译其中的信息。其次,即使藏身的载体数据被破坏,隐藏于其中的信息也不会流传开来。 数字水印技术是信息隐藏技术的一种。该技术将需要的数据添加到载体数据中,通过一定的手段可随时检测其中的信息。因此,该技术要求添加到载体中的信息不破坏载体数据的正常使用,此即为水印技术的隐形性要求。同样,载体数据可能经过压缩以便传输、各种信号处理以适应各种需求。因此,此时的水印信息应同样能被检测,即水印技术还应具有稳健性。经过几年来许多研究者的辛勤努力,发现数字水印技术还必须具有单 向性要求,否则该水印技术对隐藏于载体数据中的信息的正确性、唯一性 无法证明,即此时信息的真实性可疑。 水印技术的透明性和鲁棒性要求是一对矛盾。如何在这两者之间找一 个较好的折衷是数字水印的关键问题之一。通常,为了提高透明性,应将 较大的水印能量添加到宿主图像的高频部分;另一方面,为了满足一定的 鲁棒性,避免因一般的信号处理,有损压缩等而导致水印的丢失,为了解 决这一矛盾,目前学者们提出了各种各样的水印算法。 通过对人类视觉系统(Human Visual System,HVS)的研究,发现人 眼对位于低频部分的噪声相对敏感,为了水印不易察觉,应将水印嵌入到 较高频段,但是通常图像的绝大部分能量集中在低频范围,嵌入到高频的 水印很容易因量化等处理而丢失。为了解决低频和高频之间的矛盾,本文 研究一种将水印嵌入到宿主图像中频部分的水印技术,较好地满足了水印 的透明性和鲁棒性。 国内基于数字水印技术的研究虽然只有短短几年的时间,但其软件产 业已经有相当的规模。作为数据安全领域中的新生事物,它具有很高的技 术含量和很强的生命力。目前,在版权保护、纂改提示、数字广播、多媒 体认证等方面得到了广泛的应用。随着数字水印技术的发展和有关基础理 论研究框架的形成,其应用的规模和领域将会进一步扩大, 目前通用的数字水印算法对信号处理、信息的几何变形以及恶意攻击 具有顽健性,可以抵抗波形或噪声攻击,但它们都是基于现有的图像压缩 标准(如JPEG、MPEG),对于今后更高压缩算法以及音频压缩,其顽健性就 不能得到保证。因此研究水印在图像几何失真的顽健性,设计能抵抗各种 攻击的水印算法和解决所有的顽健性问题,在相当长的一个时期内,都将 是数这水印的一个研究方向。


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