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1、一种数字水印技术研究【摘要】本文就数字水印技术理论做了详尽的阐述，着重从数字水印的框架、数字水印的分类、数字水印的应用领域、数字水印的攻击方法和数字水印的评价标准五个方面做了细致的研究，希望对读者有一定的知道意义。 【关键词】数字 水印 分类一、数字水印理论基础所谓数字水印，就是在数字媒体信息中添加某些数字信息，来保护数字媒体的版权，同时达到证明产品的真实可靠性和跟踪盗版或者提供产品的附件信息的功能。同时数字水印要求水印信息嵌入在载体中，不影响原始文件的可观性和完整性。数字水印的框架：数字水印可以从多方面进行解释。从通信角度来说，数字水印的嵌入过程类似于利用扩频通信技术在一个宽带信道上传输一个
2、窄带信号。数字水印的提取过程类似于从一个有燥信道中提取出弱信号。因为水印及载体对象都具有一定能量，因此水印分布到载体任一频率上的能量是不确定的。但是，一般而言，数字水印系统都包含水印嵌入器和水印检测器。水印嵌入器有两个输入量：载体信息；原始水印信息。载体信息的作用是嵌入水印，而原始水印信息经过处理后成为待嵌入水印。在实际应用过程中，一套完整的水印系统包括水印的生成、水印的嵌入、水印的提取与检测三个过程。水印的生成。通常基于混沌系统或伪随机数产生水印信号。所产生的随机信号一般需要经过处理才能嵌入到载体信号中。水印的嵌入。水印嵌入就是把水印信号嵌入到原始产品中，一般的水印嵌入规则可描述为，其中为某
3、种叠加操作，也可能包括合适的截断操作或量化操作。称为维的水印嵌入掩码。其中声音为1维，图像为2维，视频为3维。水印的提取和检测。水印的提取和检测可以作用于任何产品，提取和检测时可以需要原始产品的参与（即明水印），也可以不需要原始产品的参与（即盲水印）。二、数字水印的分类从数字水印理论提出以来，数字水印就得到了迅猛的发展。目前，学术界已经提出了很多数字水印算法，也有很多公司推出了数字水印产品。（1）按照特性分类。数字水印按照特性分为脆弱性水印和鲁棒性水印两种。（2）按照水印载体分类。随着数字水印技术的不断发展，水印的载体由原来单一的图像发展为数字图像、数字音频、数字视频、文本和用于三维网络模型的
4、网格水印等。（3）按照检测过程分类。按照水印检测器的类型可以将数字水印分为明水印、半盲水印和盲水印。明水印在检测过程中需要原始数据包括原始载体和原始水印，半盲水印检测时则不需要原始载体信息，而盲水印则不需要原始数据，只需要原始载体信息。一般情况下，明水印的鲁棒性要强于半盲水印和盲水印。目前学术界研究的水印大部分是盲水印。三、数字水印的应用领域数字水印有着广阔的应用前景。版权保护是数字水印发展的源动力，它也是数字水印的一个重要应用领域。此外数字水印还应用在多个方面，主要包括：所有者鉴别、所有权验证、操作跟踪、内容认证、拷贝控制、设备控制、安全通信和广播监视。（1）所有者鉴别。作品的使用者如果拥有
5、水印检测器，那么他们就能确定带水印作品的拥有者，甚至实在作品被使用了可消除文本版权标识的方法后。（2）所有权验证。数字水印不仅能够鉴别版权所有者，而且能够证明实际所有者。为了达到所有者身份验证所需的安全级别，可能必须要限制检测器的使用程度。（3）操作跟踪。数字水印可以记录水印作品中在复制过程中发生过的一步或者更多步的操作。这主要应用在文献跟踪和电影原始底片。（4）内容认证。如果含有认证标识的作品被修改，标识会随同作品一起被修改。这将帮助版权所有者更多的了解作品是如何被篡改的。（5）控制拷贝。控制拷贝的主要目的是防止人们制造有版权内容的非法副本。在作品的副本中安装水印检测器，无论什么时候在输入中
6、检测到禁止拷贝的水印，设备都会禁止拷贝。（6）设备控制。设备控制主要用来实现根据在内容中检测到的水印做出相应的动作。从使用者的观点来看，设备控制增加的价值而不是限制其使用。四、数字水印的攻击方法数字水印的攻击是指对嵌入的水印进行各种操作来削弱、破坏或者移除水印。实际上，数字水印的应用的过程中会遇到各种各样的攻击。研究数字水印的攻击方法，不但可以评估、分析水印系统的安全性，找到安全漏洞，而且能够根据所发现的漏洞，完善水印系统，从而进一步提高水印系统性能。根据攻击方式不同，将水印攻击分为四类：系统攻击、未经授权的嵌入、未经授权的检测和未经授权的去除。（1）未经授权的检测。未经授权的检测是指未经授权
7、试图检测水印是否存在或者解码水印信息。这种攻击也称为隐写分析。（2）未经授权的嵌入。未经授权的嵌入是指攻击者在他人的含水印作品中嵌入自己的信息或者将他人合法的水印嵌入到另外的图像中。嵌入他人合法的水印实现步骤：首先从他人合法的水印作品中提取水印，然后嵌入到另外的图像中，并且声称该图像也是合法的含水印作品，这种攻击方式也称为拷贝攻击。（3）未经授权的去除。未经授权的去除是指试图去除水印或者使检测器检测不到水印，例如去除攻击、几何攻击和密码攻击。一般情况下，这种攻击方式包括两种：一种是水印已经被去除；另一种是水印还存在，但是当前的检测器无法检测到水印，只能通过改进检测器后才能检测出水印。（4）系统
8、攻击。水印应用系统除了水印嵌入和检测算法外，还包括水印协议、软/硬件环境等应用环境。如果攻击者攻击水印应用环境，也能使水印是去效能。系统攻击对水印系统的安全性是非常重要的，但是对于这方面的研究并没有引起足够的重视。五、数字水印的评价标准不同的角色和应用场景对数字水印的特性有不同的要求，因此，有必要研究数字水印系统的评价标准问题。数字水印的特性对水印系统的性能提供了准确的评估，如何在各种性能评价准则下选择性能的指标，则是由具体应用来决定的。衡量数字水印系统最重要的三个指标是：容量、保真度、鲁棒性。总之，通过以上五个方面对数字水印技术的研究，可以科学合理的评价数字水印技术，科学指导数字水印在各个行业和领域中的应用。
