试论数字水印技术及其发展

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1、水印信息原始数据密钥水印嵌入算法水印载体数据 图 1水印信号嵌入密钥水印载体数据原始数据水印提取算法水印提取或存在 与否的二值判定图 2水印信号提取或检测!5 年倒带一次； 如果是常温常压下， 每半年或 1 年倒带一次。倒带时应注意， 速度不易太快， 倒带时的温、 湿度要和保存时的温、 湿度一致； 要防止磁带产生噪音和复印效应。 噪音是磁带存放过程中产生的干扰信号， 主要因为磁带上有杂质， 磁粉不均匀， 磁带不平整。复印效应指磁带卷在一起， 由于绕得太紧、 带基太薄、 环境温度高等原因， 使某一磁信号复印到相邻层上。 拿磁带时要带上干净的手套。如果磁带遇水泡， 首先用无纤维毛巾擦干， 在温度为

2、 50的烤箱里悬挂 3 天， 拿到正常室温下放 2 小时， 用磁带机绕 2 次， 方可使用。水泡磁带应复制 1 次， 保证信息完整可读。其他磁记录材料的耐久性和保护方法可参考磁带的耐久性及保护方法加以说明。三、 磁带的信息再现磁带信息的再现利用必须通过其他硬件设备，随着计算机信息技术飞速发展， 数码产品已成为信息时代重要的特征之一， CD、DVD等以其高清晰和大容量等特点取代了磁带。同样， 电脑播放器、 CD、 DVD播放机等取代了磁带播放机， 磁带信息的读取面临新的挑战。 因此， 档案部门在保存磁记录档案时必须保存相应的硬件读取设备， 而对于广大用户来讲， 不一定都会保存硬件设备。 因此，将

3、磁记录档案的转化成数据档案的接收、 管理、 利用， 保证磁记录档案的可靠有效、 数据安全是一切工作的根基。1.磁记录档案硬件设备的保存。 信息时代各类电器设备的设备不断更新，而对于磁记录档案赖以生存的硬件设备保存往往被忽略。现在好多计算机都不用软驱， 原有的软磁盘信息无法读取， 更何况磁带。因此， 按上述方法保管磁记录档案的同时， 一定要注意收集和保存相应的硬件设备， 以确保磁记录信息的有效利用。2.磁记录档案的信息转录。对于磁记录档案数据信息来讲， 安全备份存储和有效读取利用同样重要。 利用现代信息技术， 对磁记录档案进行转录， 改变磁记录档案的保存介质， 以数据形式存入光盘、 硬盘等载体，

4、 可以通过计算机直接读取。转录存储至少一式两套， 一套封存， 一套供查阅， 如果有条件可复制第三套， 异地保存。3.磁记录档案信息的安全。信息技术不断变化、 存储技术不断进步， 安全问题也会不断变换着形式和内容。 数据的修改、 失窃、 甚至销毁都可能随时发生， 可谓存储无限， 安全问题不断。 因此， 磁记录档案信息转录时一定要加强安全防范， 统筹考虑成本、 安全、 效果三者的关系， 从提取、 转录、 存储要有专人全程监管， 且硬盘、 光盘等不得与网络连接， 必须脱机存储保管。 参考文献： 1文献保护学J.武汉大学出版社， 1990.（责编：宁宁）近年来， 数字化技术和 Internet 的飞速

5、发展， 在最大限度地拓宽权利人利益范围的同时， 也带来了版权保护的危机。 由于图像、视频、 音频和其他作品都能以数字形式获得， 制作其完美拷贝非常容易。从而可能会导致大规模非授权拷贝， 而这极有可能会损害音乐、 电影、 书籍和软件等出版业的发展。 现有的版权保护系统多采用密码认证技术， 但仅采用密码并不能完全解决版权保护问题。版权保护引发了一个很有意义的研究方向： 寻找将版权信息和序列号隐藏到数字媒体中的方法， 其目标是： 通过序列号来帮助识别版权侵犯者， 而版权信息能用来检举和起诉盗版者。这就是近几年国际上提出的数字信息产品版权保护和数据安全维护的技术数字水印技术。1994 年在一次国际重要

6、学术会议上由 Tirkel 等人发表了题目为 “Adigitalwatermark“ 的第一篇有关数字水印的文章， 当时他们已经意识到了数字水印的重要性， 提出了数字水印的概念及可能的应用， 并针对灰度图像提出了两种向图像最低有效位中嵌入水印的算法。Tirkel 还是第一个认识到可以将扩频技术应用到数字水印中的人， 他提出可以使用扩频技术向静止图像中添加水印。 随后几年国际上相继发表了大量的关于数字水印技术的学术文章， 内容主要是数字水印的理论研究， 包括数字水印的特点和分类、 模型、 应用、 算法等。其中， Cox等人提出的基于扩频通信的私有水印算法已经成为数字水印技术中一个比较经典的算法。

7、1996 年在英国剑桥牛顿研究所召开了第一届国际信息隐藏学术研讨会， 标志着信息隐藏学的诞生， 而作为信息隐藏学主要分支之一的数字水印技术的研究也得到了迅速的发展。到 1999年第三届国际信息隐藏学术研讨会， 数字水印成为主旋律， 全部33 篇文章中有 18 篇是关于数字水印的研究。目前不论是学术界还是工业界对数字水印技术的研究热情都很高， 关于数字水印方面的文章不断增多，有关数字水印和信息隐藏的会议也增长很多， 工业界则大幅度提高了对水印研究的资助程度。一、 水印的基本原理和算法通用的水印技术包含两个方面： 水印的嵌入和水印的提取或检测， 如图 1 和图 2 所示。对于水印嵌入和提取技术，纵

8、观近几年来相关的报道和文献。 从整体框架构思到具体细节实现， 可以说是百花齐放， 设计思想往往取决于研究人员的研究背景和不同的入手角度。一般来讲， 主要有以下几种典型的算法：河南职业技术学院吴香琴摘要数字水印技术是目前信息安全技术领域的一个新方向， 是一种可以在开放的网络环境下保护版权和认证来源及 完整性的新型技术。 关键字数字水印版权保护水印算法“#“#“#“#试 论 数 字 水 印 技 术 及 其 发 展20兰台世界 2009.4 下 半 月数字兰台1.空间域水印。L.F.Turner 与 R.G.vanSchyndel 等人的空间域水印算法是最低有效位算法 （LSB ） 与改进算法。由于

9、该算法是通过调整原始数据的最低几位来隐藏信息， 使一般用户对于隐藏信息， 在视觉上很难察觉。Bander 等人提出的基于统计的数字水印方案 （Patchwork ） 和纹理块映射编码方法则是空间域水印技术的典型设计。 Patchwork 任意选择 N对图像点， 增加其一点的亮度的同时， 相应降低另一点的亮度值。通过这一调整过程完成水印的嵌入。该算法具有不易察觉性，并且对于有损压缩编码（JPEG ） 和一些恶意攻击处理等具有抵抗力。纹理块映射编码方法则是将数字信息隐藏于数字图像的任意纹理部分， 其将隐藏信息纹理映射到另一纹理相似的区域。该算法对于滤波、 压缩和扭转等操作具有抵抗力， 但仅适于具有

10、大量任意纹理区域的图像。Pitas 和 Kaskalis 利用 “Patchwork” 算法的基本原理， 提出了数字图像签名思想。这种算法有效抵抗二次采样攻击与 JPEG压缩。2.变换域算法。基于变换域的技术可以嵌入大量比特数据而不会导致可察觉的缺陷， 往往采用类似扩频图像的技术来隐藏数字水印信息。这类技术一般基于常用的图像变换， 基于局部或是全部的变换， 这些变换包括离散余弦变换 （DCT ） 等。除了上述有代表性的变换域算法外， 还有一些变换域数字水印方法， 它们当中有相当一部分都是上述算法的改进及发展， 这其中有代表性的算法是 I.Podichuk 和 ZengWen- jun 提出的算

11、法。 他们的方法是基于静止图像的 DCT变换或小波变换，研究视觉模型模块返回数字水印应加载在何处及每处可承受的 JND 的量值，这种水印算法是适应的。3.压缩域算法。基于 JPEG、 MPEG标准的压缩域数字水印系统不仅节省了大量的完全解码和重新编码过程,而且在数字电视广播及 VOD(VideoOilDemand)中有很大的实用价值。相反的,水印检测与提取也可直接在压缩域数据中进行。Hartung提出了一种针对 MPEG- 2 压缩视频数据流的数字水印案。对于输入的MPEG- 2 数据流而言， 它可分为数据头信息、 运动向量 （用于运动补偿） 和 DCT 编码信号块 3 部分，在 Hartun

12、g 方案中，只有MPEG- 2 数据流最后一部分数据被改变， 其原因是， 首先对 DCT编码数据块中每一输入的 Huffman 码进行解码和逆量化， 以得到当前数据块的一个 DCT系数； 其次， 把相应水印信号块的变换系数与之相加， 从而得到水印叠加的 DCT系数， 再重新进行量化和Huffman 编码， 最后对新的 Huffman 码字的位数 n,与原来的无水印系数的码字 n0 进行比较， 只在 n1 不大于 n0 的时候， 才能传输水印码字， 否则传输原码字， 这就保证了不增加视频数据流位率。该方案有一个问题值得考虑， 即引入的水印信号是一种引起降质的误差信号， 而基于运动补偿的编码方案会

13、将一个误差扩散和累积起来， 为解决此问题， 该算法采用了漂移补偿的方案来抵消因水印信号的引入所引起的视觉变形。4.NEC算法。该算法由 NEC实验室的 Cox等人提出， 该算法在数字水印算法中占有重要地位， 其实现方法是， 首先以密钥为种子来产生伪随机序列， 该序列具有高斯 N(0,1)分布， 密钥一般由作者的标识码和图像的哈希值组成， 其次对图像做 DCT变换，最后用伪随机高斯序列来调制该图像除直流分量外的 1000 个最大的 DCT系数。 该算法具有较强的鲁棒性、 安全性、 透明性等。 由于采用特殊的密钥， 故可防止 IBM攻击， 而且该算法还提出了增强水印鲁棒性和抗攻击算法的重要原则，

14、即水印信号应该嵌入源数据中对人感觉最重要的部分， 这种水印信号由独立同分布随机实数序列构成， 且该实数序列应具有高斯分布 N （0， 1 ） 的特征。 随后 Podilchuk 等利用人类视觉模型又对该算法进行了改进，从而提高了该算法的鲁棒性、 透明性等。5.生理模型算法。人的生理模型包括人类视觉系统 HVS 和人类听觉系统 HAS。它们的基本思想均是利用从视觉模型导出的 JND 描述来确定在图像的各个部分所能容忍的数字水印信号的最大强度， 从而能避免破坏视觉质量， 也就利用视觉模型来确定与图像相关的调制掩模， 然后再利用其来插入水印。二、 水印的主要应用领域随着数字水印技术的发展， 其应用领

15、域也得到了扩展：1.版权保护。目前版权保护可能是水印最主要的应用领域，其目的是嵌入数据的来源信息以及比较有代表性的版权所有者的信息， 从而防止其他团体对该数据宣称拥有版权。2.盗版跟踪。为了防止非授权的拷贝制作和发行， 出品人可在每个合法拷贝中加入不同的 ID 或序列号即数字指纹（Finger- printing ） 。对这种应用领域来说， 水印不仅需要很强的鲁棒性， 而且还要能抵抗共谋攻击。3.拷贝保护。这种应用的一个典型例子是 DVD系统， 在该系统中， 数据中的水印含有拷贝信息。 一个符合要求的 DVD播放器不允许重放或拷贝带有 “禁止拷贝” 水印的数据， 而带有 “一次拷贝” 水印的数

16、据只允许被拷贝一次。4.图像认证。在鉴定应用中， 使用水印的目标是对数据的修改进行检测。认证水印与其他水印相比， 对鲁棒性要求最低。5.票据防伪。为了在需要时能够追踪伪造票据的打印机， 可以在每一个打印机输出图像中嵌入能够标识打印机的序列号， 作为伪造追踪的线索。6、 标题与注释。即将作品的标题、 注释等内容以水印形式嵌入作品中， 这种隐式注释不需要额外的带宽， 且不易丢失。三、 水印技术的展望从实际应用的观点看，数字水印的下列方向应是研究的重点： 对于实际网络环境下的数字水印应用， 这需要结合计算机网络技术和认证技术； 研究动态水印或具有交互性质的数字水印技术， 可以修改水印内容或者通过水印来实现某些控制， 如读取、 拷贝。这要求水印中有可执行内容， 在网络环境中可以通