數字水印簡介

夏文財

摘 要 數字水印技術是一門多學科交叉的應用技術，可用來保護版權和認證來源及其完整性。本文簡要介紹了數字水印的基本模型、分類方法、應用領域。

關鍵詞 數字水印 隱藏技術 信息安全

中圖分類號：TP391.4 文獻標識碼：A

數字水印技術是信息隱藏技術（information hiding）的一個重要分支，其基本思想是通過某種算法將具有特定意義的信息隱藏到數字產品中，而且信息的嵌入不能影響數字產品的使用和價值，信息能從嵌入水印后的數字產品中提取出來，可達到保護數字產品的版權及內容認證的目的。其中，嵌入在數字產品中的具有特定意義的信息稱為數字水印或水印信息，它既可是有意義的圖片、序列等信息，也可是無意義的隨機序列，根據水印的不同應用可決定嵌入到數字作品中的水印信息內容。

1數字水印系統模型

數字水印目前還沒有標準的理論模型，但是所有水印系統基本上都是由水印嵌入系統和水印檢測系統組成。

一般認為數字水印具有如下特性：

1.1不可感知性

不可感知性又稱為不可見性。即在視覺或者聽覺上，觀察者都不能感知因嵌入水印引起的數字產品的變化，而數字作品的正常使用不會被嵌入的數字水印影響。

1.2魯棒性

魯棒性是指嵌入水印后的數字作品經過大量惡意和常規處理后，從含水印的數字作品中提取的水印信息仍有效。對圖像進行壓縮、剪切、旋轉、打印、掃描與復印等操作均包含在對數字作品處理的范圍內。

1.3可證明性

可證明性是指水印應具有能夠提供可靠的證明數字作品的版權的功能。水印系統在數字作品中嵌入可以證明數字作品版權的信息，以便對數字作品進行版權保護。

1.4安全性

安全性是指攻擊者利用若干手段對嵌入水印后的數字作品進行處理時，并不能發現水印的存在，或即使知道水印的存在，也無法去除水印。如果對嵌入水印后的數字作品進行去除水印操作，可使數字作品產生較大變化，影響數字作品的正常使用，從而達到了保護水印信息安全的目的。

1.5水印容量

水印容量是指數字作品中能夠嵌入的水印信息量。在圖像數字水印中，水印容量即是在一幅數字圖像中嵌入的水印比特數。音頻數字水印和視頻數字水印的水印容量用嵌入到單位時間內的音頻或視頻中水印比特數來衡量。視頻數字水印的水印容量也可按照每一幀中嵌入的水印比特數計算。

1.6盲檢測和明檢測

水印系統在檢測時需要提供原始載體信息的檢測方式稱為明檢測。檢測時不需要提供原始載體信息的檢測方式稱為盲檢測。判斷水印是否適合某項應用，必須要考慮該水印的檢測方式。

1.7虛檢率

虛檢是指在水印檢測時發生的錯誤事件，即水印系統在對不含水印的作品進行檢測時產生錯誤的判斷，得出作品中含有水印的錯誤結論或是對含水印作品進行檢測時沒有發現作品中嵌入的水印。虛檢率是指發生虛檢事件的概率，可根據檢測時的具體情況對虛檢率進行計算。

2數字水印的分類

數字水印的分類有多種方法，按照不同標準將數字水印分為以下幾類：

2.1按水印所依附的載體分類

即圖像數字水印、視頻數字水印、音頻數字水印和文本數字水印等。圖像數字水印技術是當前水印技術研究的重點之一，其研究成果也可應用到視頻水印中。

2.2按水印的特性分類

即魯棒水印、脆弱水印和半脆弱水印。一般而言，魯棒水印的魯棒性較強，能夠抵抗各種攻擊；脆弱水印的魯棒性較弱，不能抵抗任何形式的攻擊，對脆弱水印分析可判斷出數字作品的完整性；半脆弱水印對無意攻擊具有魯棒性，對有意攻擊具有脆弱性，通過分析半脆弱水印可以判斷數字作品是否被惡意篡改。

2.3按水印的外觀分類

即可見水印和不可見水印。對含水印和不含水印的數字作品進行比較，即可發現嵌入的可見水印。不可見水印在含水印的數字作品外觀上是不可見的，通過觀察無法判斷水印的嵌入位置。

2.4按水印的檢測方法分類

即非盲水印、半盲水印和盲水印。采用盲檢測方法提取的水印，即認為該水印是盲水印，否則就屬于非盲水印或半盲水印。半盲水印不需要原始數字作品和原始水印的完整信息，而非盲水印則需要完整的原始數字作品和原始水印的信息。

2.5按水印的隱藏位置分類

即空間域數字水印、變換域數字水印和壓縮域數字水印。空間域數字水印直接在數字作品的空間域進行水印的嵌入和提取；變換域水印將數字作品進行某種可逆變換后，在數字作品的變換域進行水印的嵌入和提取；壓縮域數字水印在對數字作品進行壓縮時嵌入和提取水印。

3數字水印的應用

數字水印技術問世以來，經多方努力，發展迅速，其應用也非常廣泛。主要體現在以下幾個方面：

3.1版權保護

用于版權保護的水印大多數是魯棒水印，一般而言，要求水印能夠抵抗各種類型的攻擊，提取的水印可以充分證明數字作品的版權。

3.2內容認證

即通過對從嵌入水印后的數字作品中提取的水印進行分析，判斷數字作品的內容是否被篡改。

3.3票據防偽

即在支票、貨幣、電子票據等票據中嵌入水印信息，在使用時通過對水印進行檢測可判斷票據的真偽。

3.4拷貝控制

拷貝控制是指為防止作品的非法拷貝，水印檢測器被集成在錄制設備中，當檢測到禁止拷貝的水印，則設備自動停止拷貝。其中，水印檢測可通過特定的硬件或軟件來實現。

3.5操作跟蹤

在數字作品中加入用于操作跟蹤的水印后，即可通過水印得到副本的操作記錄，作品的所有者或創作者可在每份副本中加入不同水印，從而可記錄不同的副本的去向，以達到對拷貝進行跟蹤的目的。

參考文獻

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