數字水印框架之我見

徐其江

摘 要 所謂數字水印，就是在數字媒體信息中添加某些數字信息，來保護數字媒體的版權，同時達到證明產品的真實可靠性和跟蹤盜版或者提供產品的附件信息的功能。同時數字水印要求水印信息嵌入在載體中，不影響原始文件的可觀性和完整性。

關鍵詞 數字水印 框架 版權

中圖分類號：TP309 文獻標識碼：A

數字水印可以從多方面進行解釋。從通信角度來說，數字水印的嵌入過程類似于利用擴頻通信技術在一個寬帶信道上傳輸一個窄帶信號。數字水印的提取過程類似于從一個有燥信道中提取出弱信號。

因為水印及載體對象都具有一定能量，因此水印分布到載體任一頻率上的能量是不確定的。但是，一般而言，數字水印系統都包含水印嵌入器和水印檢測器。

水印嵌入器有兩個輸入量：

（1）載體信息。

（2）原始水印信息。

載體信息的作用是嵌入水印，而原始水印信息經過處理后成為待嵌入水印，如圖1所示。

檢測器的輸入至少有一個量，即經過傳輸之后的水印作品。在檢測器端一般有兩個操作：

（1）水印檢測，它用于判斷水印的存在與否；

（2）水印提取，它用于從含水印的載體中提取水印信息，如圖2所示。

水印系統的基本框架可以定義為六元體（X，W，K，G，E，D），其中

（1）X表示所要保護的數字產品的集合。

（2）W代表所有可能水印信號的集合。

（3）K是標識碼，即水印密鑰的集合。

（4）G表示利用密鑰和待嵌入水印的共同生產水印的算法，即

（5）E表示將水印W嵌入數字產品X0中的嵌入算法，即

（6）D表示水印檢測算法，即

式中：H1和H2代表二值假設，分別表示水印的有無。

在實際應用過程中，一套完整的水印系統包括水印的生成、水印的嵌入、水印的提取與檢測三個過程。

（1）水印的生成

通常基于混沌系統或偽隨機數產生水印信號。所產生的隨機信號W一般需要經過處理才能嵌入到載體信號中。

（2）水印的嵌入

水印嵌入就是把水印信號W={w（k）}嵌入到原始產品中X0={x0（k）}中，一般的水印嵌入規則可描述為xw（k）=x0（k）h（k）w（k），其中為某種疊加操作，也可能包括合適的截斷操作或量化操作。H={h（k）}稱為d維的水印嵌入掩碼。其中聲音為1維，圖像為2維，視頻為3維，如圖3所示。

（3）水印的提取和檢測

水印的提取和檢測可以作用于任何產品，提取和檢測時可以需要原始產品的參與（即明水印），也可以不需要原始產品的參與（即盲水印）。

圖4表示水印的提取流程，其中虛框部分表示在水印的判斷或提取過程中原始載體不是必須的。在脆弱性水印系統中，水印的作用是用來判定多媒體數據的完整性。在這種系統中，水印必須能夠精確的提取出來，然后通過與原始水印進行完整性認證來判定載體信息的損壞程度，并根據所提取出的水印損壞位置來修復載體信息的損壞位置。

圖5表示水印的檢測流程，這主要應用在魯棒性水印中。魯棒性水印主要應用在版權保護方面，因此載體信息會受到各種形式的惡意攻擊，同時原始水印也會遭到一定程度的破壞，這就需要對載體信息進行水印檢測來判定版權。

以上即為對數字水印框架的綜合描述，通過對框架的研究，來達到版權保護的目的。endprint