數字水印技術精選(九篇)

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第1篇：數字水印技術范文

關鍵詞： 信息隱藏 數字水印 最低有效位算法

一、水印技術

信息隱藏主要應用在需要安全保密通信的部門，利用多媒體信息中的冗余空間攜帶隱蔽信息，達到秘密信息偽裝傳遞的目的。同時，信息隱藏還要研究其對立面――隱蔽信息的分析和檢測，這與密碼編制學和密碼分析學是類似的，信息隱藏與分析是一對矛盾統一體，它們既相互對立又相互促進。數字水印從實質上說也是一類信息隱藏，但是其目的不是為了保密通信，而是為了標明載體本身的一些信息，如多媒體信息的創作者、版權信息、使用權限等一系列需要標明的信息。利用數字水印，還可以跟蹤多媒體產品的非法傳播和擴散，打擊盜版。數字水印技術目前正處于一個快速發展和持續深入的階段，應用領域也在快速擴展。從最初的圖像水印、音頻水印，發展到軟件水印、視頻水印、文字水印；從最初的算法研究，擴展到行業領域的應用，如數字地圖的版權保護、數字圖書的版權保護、證件防偽、多媒體數據的檢索、電子公文防篡改等。

信息隱藏的目的：1.要回答在一個載體中是否隱藏有秘密信息。2.如果藏有秘密信息，能提取出秘密信息。3.如果藏有秘密信息，不論能否提取出秘密信息，都不想讓秘密信息正確到達接收者手中，因此，這就是將秘密信息破壞，但是不影響偽裝載體的感觀效果（視覺、聽覺、文本格式等），也就是說使得接收者能夠正確收到偽裝載體，但是又不能正確提取秘密信息，并且無法意識到秘密信息已經被攻擊。

圖像信息隱藏是近年信息隱藏技術中新興起的研究課題，它以數字圖像為掩護媒體，將需要保密的信息按照某種算法嵌入數字圖像中，并且要求：1.嵌入信息后的圖像與原始圖像相比，在人的視覺上沒有什么區別；2.數據隱藏要不改變掩護媒體的數據量，即直接對媒體數據的某些部分進行修改，而不增加掩護媒體的數據，這就是數字水印。本文介紹一種利用BMP彩色圖像實現信息隱藏的方法。

二、水印算法

本文采用的是最低有效位算法（LSB），這是一種典型的空間域數據隱藏算法。由于該算法是通過調整原始數據的最低幾位來隱藏信息，因此一般用戶對于隱藏信息在視覺和聽覺上很難察覺。該算法雖然有較大的信息隱藏量，但作為數字水印算法，其因基本原理限制，所隱藏的數字水印信息是極為脆弱的，無法經受一些無損和有損的信號處理。

最低有效位算法利用了人們對顏色的一定的敏感，當我們對紅綠藍三相素的亮度作微小的改動，人們的肉眼是無法發現這種差異的。如我們僅將相素的亮度增一或減一，這樣就可以隱藏信息。

一幅24位BMP圖像，由54字節的文件頭和圖像數據部分組成，其中文件頭不能隱藏信息，從第55字節以后為圖像數據部分，可以隱藏信息。圖像數據部分是由一系列的8位二進制數所組成，由于每個8位二進制數中“1”的個數或者為奇數或者為偶數，約定：若一個字節中“1”的個數為奇數，則稱該字節為奇性字節，用“1”表示；若一個字節中“1”的個數為偶數，則稱該字節為偶性字節，用“0”表示。我們用每個字節的奇偶性來表示隱藏的信息。

舉例：設一段24位BMP文件的數據為：01100110，00111100，10001111，00011010，00000000，10101011，00111110，10110000，則其字節的奇偶排序為：0，0，1，1，0，1，1，1．現在需要隱藏信息79，由于79轉化為8位二進制為01001111，將這兩個數列相比較，發現第2，3，4，5位不一致，于是對這段24位BMP文件數據的某些字節的奇偶性進行調制，使其與79轉化的8位二進制相一致：

第2位：將00111100變為00111101，則該字節由偶變為奇。

第3位：將10001111變為10001110，則該字節由奇變為偶。

第4位：將00011010變為00011011，則該字節由奇變為偶。

第5位：將00000000變為00000001，則該字節由偶變為奇。

經過這樣的處理，此24位BMP文件數據段字節的奇偶性便與79轉化的8位二進制數完全相同，這樣，8個字節便隱藏了一個字節的信息。

綜上所述，將信息嵌入BMP文件的步驟為：

1.將待隱藏信息轉化為二進制數據碼流。

2.將BMP文件圖像數據部分的每個字節的奇偶性與上述二進制數碼流進行比較。

3.調整字節最低位的“0”或“1”，改變字節的奇偶性，使之與上述二進制數據流一致，即將信息嵌入到24位BMP圖像中。

信息提取是把隱藏的信息從偽裝媒體中讀取出來，其過程和步驟正好與信息嵌入相反：

1.判斷BMP文件圖像數據部分每個字節的奇偶性，若字節中“1”的個數為偶數，則輸出“0”；若字節中“1”的個數為奇數，則輸出“1”。

2.每判斷8個字節，便將輸出的8位數組成一個二進制數（先輸出的為高位）。

經過上述處理，得到一系列8位二進制數，就是隱藏信息的代碼。

三、結語

本文主要介紹了數字水印的基本內容，然后給出了數字水印的一個算法最低有效位算法，并給出了這個算法的一個實例。

參考文獻：

［1］梁志敏，蔡建.NET安全性與密碼術［M］.北京：清華大學出版社.

第2篇：數字水印技術范文

關鍵詞 數字水印；版權保護；置亂算法

中圖分類號：TP309 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2013）18-0028-02

隨著計算機的不斷普及以及網絡多媒體技術的飛速發展，保護數字產品版權所有者的合法權益的問題變得愈發重要。數字水印技術為其提供了一個很好的解決方法。在數字水印技術中，為了更好的隱藏水印圖像，引入了圖像置亂算法，即將原始圖像位置錯亂，而像素值不做改變。理論上，水印圖像越錯亂，越能更好的保護水印圖像信息。

目前，數字水印技術中比較常見的置亂算法有Arnold算法、混沌序列算法、偽隨機序列算法。

1 Arnold置亂

1.1 Arnold圖像置亂原理

Arnold變換俗稱貓臉變換，是Arnold VJ在遍歷了理論的研究之后提出來的。其基本原理是將圖像看作是平面區域上的一個二元函數Z=F（x，y），（x，y）R（R是一個矩陣），用一系列二元函數值來表征圖像的特征信息。考慮到在日常通信中，用數字信號來承載圖像信息，可以將函數Z=F（x，y）看作是一個二維的離散矩陣，矩陣中的每一個像素點都與元素所在的行列對應。也就是說用具有相關性的一類特殊矩陣來表示離散化的數字圖像，利用公式1對這一矩陣進行變換之后可以得到新的矩陣，以此來實現對圖像的置亂處理。假定在圖像中用函數f（x，y）和點（x，y）代表圖像的像素位置，使用公式1將點（x，y）變換到一個新的位置點（x’，y’）。

數字水印技術中，需要對水印進行預處理。在處理過程中增加Arnold變換進行置亂的水印圖像.在提取水印或者檢測水印階段需要使用Arnold變換進行準確高速地復原。是利用 Arnold變換的周期性，可以完成大多數文獻中水印圖像的復原過程，這種方法簡稱為周期算法。其基本思想是：假設水印圖像需要通過Arnold變換進行m步迭代達到某一置亂狀態需要，那么要恢復原圖像就需要從迭代狀態開始，繼續迭代T-m步，才可以恢復原始圖像。

1.2 Arnold變換的周期性

Arnold變換的周期性是指隨著迭代次數的增加，在采用公式2進行置亂處理時，雖然圖像逐漸趨于混亂，但是經過一定的次數后，仍可以恢復原圖。很多算法利用置亂變換的周期來實現圖像的信息恢復，同時利用Arnold變換的周期性進行窮舉攻擊也是很多攻擊者慣用的手法。

圖像Arnold變換周期長短的取值與階數N密切相關，F.J.Dyson和H.Falk給出了對于任意N>2，Arnold變換的周期的結論。表1是Arnold變換在不同N下的周期m。

2.2 Logistic混沌序列置亂原理

目前在國內外文獻中，已經提出了很多通過混沌理論生成序列對數字水印進行處理的方法。我們將這些方法大致分成了3種類型：

1）利用生成的混沌序列直接進行截短處理。

2）對原水印圖像通過利用生成的混沌序列進行調制。

3）利用生成的混沌序列對原始圖像進行置亂。

3 偽隨機序列置亂原理

下圖為一個n級線性反饋移位寄存器，利用該寄存器可以產生偽隨機序列。

5 總結

本文對三種常見置亂算法（Arnold、Logistic、偽隨機序列）進行了介紹，并總結了它們之間的差別。為了比較三種算法的性能，引入了相關系數和置亂時間的評價指標。

參考文獻

[1]孔濤，張直.Arnold反變換的一種新算法[J].軟件學報，2004，15（10）：1558-1564.

[2]王朋飛，馮桂.基于混沌動力系統的數字圖像加密方法[J].計算機工程與應用，2007，43（13）：55-57.

第3篇：數字水印技術范文

關鍵詞：數字水印；MATLAB；DCT

1 引言

多媒體及網絡的迅速發展使得多媒體信息的交流和傳輸變得更加簡單和快捷，然而，這也使盜版者能以低廉的成本復制及傳播未經授權的數字產品，這種對數字產品保護和信息安全的迫切需求，導致了數字水印技術成為多媒體信息安全領域的一個熱點問題。數字水印技術是在不影響宿主媒體主觀質量的情況下，在宿主媒體（文本、圖像、視頻、音頻）中嵌入不易被人察覺的標識信息，用以證明原創作者對其作品的所有權，并作為鑒定、起訴非法侵權的證據。

2 數字水印的特征

一般認為數字水印應具有以下特征 ：

(1) 安全性

數字水印應該是安全、難以被篡改的。當數字作品發生變化時，數字水印應當也相應發生變化 ；同時，未經授權的個人不得修改水印，理論上是未經授權的用戶不能檢測到產品中是否含有水印。

(2) 魯棒性

當被保護的數據在經過攻擊后，嵌入的水印信息仍能保持好的完整性并能以一定的正確概率被檢測到。這些可能的攻擊包括噪聲、濾波、剪切、旋轉和編碼等。

(3) 不可感知性

數字水印的嵌入不應使得原始作品發生可以感知的變化，也不能使得被保護數據在質量上發生可以感覺到的失真。

(4) 可證明性

在多媒體作品的實際應用過程中可能需要多次加入水印，這時水印系統必須能夠允許水印被多次嵌入到被保護的數據，而且每個水印均能獨立地被證明。

(5) 無歧義性

恢復出的水印或對水印判決結果能夠表明版權的惟一，不會發生多重版權糾紛問題。

3 數字水印的基本原理

通用的水印技術包含兩個方面：水印的嵌入和水印的提取或檢測，如圖1和圖2所示。

圖 1  水印信號嵌入

              圖 2  水印信號提取或檢測

4 數字水印的研究現狀

4.1 文本水印

文本水印就是將代表著作人身份的信息(水印)嵌入到電子出版物中，在產生版權糾紛時來驗證版權的歸屬。其主要分為三大類：基于文檔結構的水印方法、基于自然語言處理技術的水印方法、基于傳統圖像的水印方法。

基于文檔結構的各種水印方法都只是提留在文本的表層，無法抵抗對于文本結構和格式的攻擊，簡單的重新錄入攻擊就能使之失效，因此這些水印方法普遍存在魯棒性差的缺點。自然語言文本水印方法相對提高了抗攻擊的能力，但普遍存在容量不足的問題。基于傳統圖像的文本水印普遍存在魯棒性不高、操作復雜的缺點。

4.2 圖像水印

根據水印的實現過程，圖像水印算法可分為空域算法和變換域算法。空域算法是通過直接改變原始圖像的像素值來嵌入水印，通常具有較快的速度，但魯棒性差，且水印容量也會受到限制 ；變換域算法是通過改變某些變換系數來嵌入水印，通常具有很好的魯棒性和不可見性。其實現一般是基于圖像變換，如DCT、DFT、DWT等。重點介紹一下變換域算法。

4.2.1 離散傅里葉變換 (DFT)

該方法是利用圖像的DFT來嵌入信息。通信理論中調相信號的抗干擾能力比調幅信號的抗干擾能力強，同樣在圖像中利用相位信息嵌入的水印也比用幅值信息嵌入的水印更穩健。實驗表明該方法的抗壓縮能力比較弱。

4.2.2 離散余弦變換 (DCT)

DCT能把空間域的圖像轉換到變換域上進行研究，從而能很容易了解到圖像的各空間頻域成分，進行相應處理。基于DCT的水印方法與基于DFT的水印方法相比有較好的魯棒性，但是無法做到對圖像信號內容的自適應，因此往往會造成對圖像特征的明顯損害，不可感知性不是最佳。

4.2.3 離散小波變換 (DWT)

DWT是一種時間---頻率信號的多分辨率分析方法，在時頻兩域都具有表征信號局部特征的能力。實驗表明，與DCT、DFT變換相比較，基于DWT的水印算法的魯棒性最優，且與JPEG2000、MPEG4壓縮標準兼容，利用DWT產生的水印具有良好的視覺效果和抵抗多種攻擊的能力，且不可感知性最好。

4.3 音頻水印

音頻水印利用音頻文件的冗余信息和人耳聽覺系統的特點來嵌入水印，其可以保護聲音數字產品不被隨意復制和篡改，如CD唱片，廣播電臺的節目內容等。音頻水印的三種基本方法 ：擴頻嵌入方法、回聲隱藏方法和相位編碼方法。

4.4 視頻水印

視頻水印是通過對視頻載體的時間和空間冗余來嵌入水印，其既不影響視頻質量，又能達到保護節目制作者的合法權益和控制數字產品的復制。視頻水印從算法要求上同圖像水印有許多相似之處，但視頻水印也有一些獨特之處，如能夠在壓縮和未壓縮的格式下實時完成水印的檢測，對MPEG壓縮、A/D和D/A轉換等都有較好的穩健性。

數字水印技術涉及到通信理論、編碼理論、噪聲理論、視聽覺感知理論、擴頻技術、信號處理技術、數字圖像處理技術、多媒體技術、模式識別技術、算法設計等理論，用到經典的DFT離散傅立葉變換、DCT離散余弦變換和近代最先進的數學工具——小波即DWT離散小波變換技術。而以上算法的計算量都非常大，用Visual C++或者其它語言編程實現這些變換和逆變換也需要很長的代碼，由此造成研究人員把大量的時間和精力浪費在與水印算法研究無關的問題上，下面我們介紹基于MATLAB的快速水印嵌入編程技術。

5 實用工具MATLAB介紹

5.1 MATLAB簡介

MATLAB是Mathworks公司的．是集數學計算、圖形處理、結果可視化和程序語言設計于一體的著名數學軟件，是以矩陣運算為基礎的交互式程序語言。MATLAB的推出得到了各個領域專家、學者的廣泛關注，其強大的擴展功能為各個領域的應用提供了基礎。由各個專家學者相繼推出了MATLAB工具箱，其中的信號處理、控制系統、神經網絡、圖像處理、魯棒控制、非線性系統控制設計、系統辨識、最優化、模糊邏輯、小波、通信、統計等工具箱，這些工具箱給各個領域的研究和工程應用提供了有力的工具，借助于這些“巨人肩上的工具”，各個層次的研究人員可直觀、方便地進行分析、計算及設計工作，從而大大地節省了時間。

5.2 DCT數字圖像水印算法

選擇二值圖像作為水印信息，根據水印圖像的二值性選擇不同的 嵌入系數，并將載體圖像進行8*8的分塊，將數字水印的值直接植入到載體灰度圖像的DCT變換域中，實現水印的嵌入。

具體方法如下：

  （1）讀取原始公開圖像和黑白水印圖像到二維數組I與W;

  （2）將原始公開圖像I分割為互不覆蓋的圖像塊block(x,y),1

  （3）取黑白水印圖像中的一個元素W(p,q)嵌入原始公開圖像塊的低頻系數中；

  （4）對嵌入水印信息后的圖像塊block_dct(x,y)進行逆向DCT變換；

  （5）合并圖像塊，得到嵌入黑白水印后的圖像。

水印提取過程為上述加載水印算法的逆運算。

整個算法的MATLAB實現程序如下：

clear;close all

size=256;block=8;I_W=zeros(size);

I=imread('man.tif');

figure(1);imshow(I);

I=double(I)/256;

W=imread('zw.bmp');

第4篇：數字水印技術范文

關鍵詞:電力系統;數字水印;信息安全

1引言

電力系統是指由發電、變電、輸電、配電和用電環節組成的電能的生產、傳輸、分配和消費同時進行的系統.隨著現代社會電力系統發展不斷進入信息化、多媒體技術的飛速發展以及計算機網絡技術的廣泛應用,我國的電力通信網應運而生.由于地區與地區的交易日益頻繁,電網需要將不同的地區聯系起來,保證電力系統的安全穩定運行.現如今,越來越多的電力企業采用自動化辦公,各種辦公文件在電力系統中傳輸過程中很有可能被非法盜取和篡改,會造成很嚴重的后果.為了解決多媒體在傳輸過程中的信息安全問題,數字水印技術被應用于電力系統中.

2數字水印技術

2．1數字水印定義數字水印技術根據嵌入載體的類型劃分,可以分為圖像水印、文本水印、音頻水印以及視頻水印.數字水印技術是指利用數字載體中普遍存在的冗余數據與隨機性,在數據內容中根據一定的算法嵌入不明顯的記號,不會影響到原來數據的內容以及使用,這些記號通過有效的檢測方法可以被檢測到以及被提取出.2．2數字水印的特點2．2．1真實性對于已嵌入水印的圖像,從視覺上來看和原始圖像是沒有差別的,也就是說,水印是不可見的,水印的加入不會影響到原始圖像的質量以及作用.2．2．2魯棒性魯棒性是指圖像在、傳輸和使用的過程中遭受到了各種程度的攻擊后,嵌入的水印信息依然是存在的,并且能被以一定的正確率檢測出來.2．2．3安全性安全性是指嵌入的算法具有很強的抵抗有意攻擊與無意攻擊的能力,隱藏的信息不會輕易地被破壞,水印信息可以順利被提取出來.2．2．4不可檢測性不可檢測性是指原始的圖像與加入水印的圖像具有一些一致的特性,這樣非法攔截者在對數據進行攔截時候無法判斷其是否具有隱蔽的信息.

3在電力系統中的應用

在電力系統中,各個發電廠、變電站、調度中心等時時刻刻都在進行重要的信息的發送、接受以及轉換,保護這些重要的信息在傳輸的過程中不發生差錯十分必要,否則很容易引起大范圍的停電事故或者一次系統震蕩事故等嚴重危害.數字水印技術可以解決信息傳輸過程中的安全問題,保證電力系統傳遞數據的安全與可靠.對于電力系統的信息保護,主要體現在以下幾個方面.3．1版權保護在電力系統中,各個發電廠、變電站、調度中心產生的電信號都是非常重要的,一定要對它們進行保護,避免被非法盜用.對于電力系統中的重要文檔資料,也一定要對文件進行版權保護,避免被惡意篡改造成不可估量的損失.為此,一般選擇魯棒性強的水印算法,抵擋可能收到的攻擊,提高傳遞的可靠性.3．2隱蔽通信電力系統中數據的傳輸的安全問題已經成了一個急需解決的問題.電力系統中一些電力設備的重要信息在傳輸的過程中需要保護其準確性以及安全性.例如若電價信息被競爭對手截獲并且惡意篡改,那么將對電廠的經濟效益造成重大的損失.通過數字水印技術,將電力系統中的重要信息進行隱藏處理,以便提高信息傳輸的可信度.3．3信息隱藏電力設備的信息隱藏是指將電力系統中的重要信息作為水印信息嵌入到原有的數據中隱藏起來.通過水印檢測技術才可以查找到目標設備.

4結論

隨著電力系統信息化不斷發展,文本、圖像、音頻、視頻文件成了電力系統中重要信息的傳播媒介.在傳輸過程中若出現差錯會嚴重影響電力系統的信息安全,數字水印技術具有很好的信息隱藏功能,將其運用在電力系統中,可以使得數據在傳遞過程中避免遭受各種各樣的破壞,可以在發送和接收端用戶之間建立可靠的信任關系,提高數據在傳送過程中的安全性以及準確性.隨著數字水印技術的不斷發展,該技術將會具有更加廣泛的應用前景.

參考文獻

[1]聶曉波．基于H．264壓縮域的視頻水印算法研究[D]．天津:河北工業大學,2014．

[2]謝濤．基于視頻壓縮標準H．264的研究及應用[D]．武漢:中南民族大學,2009．

第5篇：數字水印技術范文

    關鍵詞：數字水印 視頻 MPEG-4 擴展頻譜

隨著信息技術和計算機網絡的飛速發展，人們不但可以通過互聯網和CD－ROM方便快捷地獲得多媒體信息，還可以得到與原始數據完全相同的復制品，由此引發的盜版問題和版權紛爭已成為日益嚴重的社會問題。因此，數字多媒體產品的水印處理技術已經成為近年來研究的熱點領域之一。

雖然數字水印技術近幾年得到長足發展，但方向主要集中于靜止圖像。由于包括時間域掩蔽效應等特性在內的更為精確的人眼視覺模型尚未完全建立，視頻水印技術的發展滯后于靜止圖像水印技術。另一方面，由于針對視頻水印的特殊攻擊形式的出現，為視頻水印提出了一些區別于靜止圖像水印的獨特要求。

本文分析了MPEG－4視頻結構的特點，提出了一種基于擴展頻譜的視頻數字水印改進方案，并給出了應用實例。

1 視頻數字水印技術簡介

1．1 數字水印技術介紹

數字水印技術通過一定的算法將一些標志性信息直接嵌入到多媒體內容當中，但不影響原內容的價值和使用，并且不能被人的感知系統覺察或注意到。與傳統的加密技術不同，數字水印技術并不能阻止盜版活動的發生，但可以判別對象是否受到保護，監視被保護數據的傳播，鑒別真偽，解決版權糾紛并為法庭提供認證證據。為了給攻擊者增加去除水印的難度，目前大多數水印制作方案都采用密碼學中的加密體系來加強，在水印嵌入、提取時采用一種密鑰，甚至幾種密鑰聯合使用。水印嵌入和提取的一般方法如圖1所示。

    1．2 視頻數字水印設計應考慮的幾個方面

·水印容量：嵌入的水印信息必須足以標識多媒體內容的購買者或所有者。

·不可察覺性：嵌入在視頻數據中的數字水印應該不可見或不可察覺。

·魯棒性?押在不明顯降低視頻質量的條件下，水印很難除去。

·盲檢測：水印檢測時不需要原始視頻，因為保存所有的原始視頻幾乎是不可能的。

·篡改提示：當多媒體內容發生改變時，通過水印提取算法，能夠敏感地檢測到原始數據是否被篡改。

1．3 視頻數字水印方案選擇

通過分析現有的數字視頻編解碼系統，可以將目前MPEG－4視頻水印的嵌入與提取方案分為以下幾類，如圖2所示。

（1）視頻水印嵌入方案一：水印直接嵌入在原始視頻流中。此類方案的優點是：水印嵌入的方法較多，原則上數字圖像水印方案均可應用于此。缺點是：

·會增加視頻碼流的數據比特率；

·經MPEG－4有損壓縮后會丟失水印；

·會降低視頻質量；

·對于已壓縮的視頻，需先進行解碼，然后嵌入水印，再重新編碼。

（2）視頻水印嵌入方案二：水印嵌入在編碼階段的離散余弦變換（DCT）的直流系數（DC）中（量化后、預測前）。此類方案的優點是：

·水印僅嵌入在DCT系數中，不會增加視頻流的數據比特率；

·易設計出抗多種攻擊的水印；

·可通過自適應機制依據人的視覺特性進行調制，在得到較好的主觀視覺質量的同時得到較強的抗攻擊能力。

缺點是對于已壓縮的視頻，有一個部分解碼、嵌入、再編碼的過程。

(3)視頻水印嵌入方案三：水印直接嵌入在MPEG－4壓縮比特流中。優點是不需完全解碼和再編碼的過程，對整體視頻信號的影響較小。缺點是：

·視頻系統對視頻壓縮碼率的約束將限制水印的嵌入量；

·水印的嵌入可能造成對視頻解碼系統中運動補償環路的不良影響；

·該類算法設計具有一定的復雜度。

2 MPEG－4視頻水印的實現

基于上述的各種方案，本文在方案二的基礎上提出了一種針對MPEG－4視頻編碼系統的擴展頻譜數字水印技術改進方案，將擴頻調制后的水印信息嵌入到視頻流IVOP(Intra Video Object Plane)中色度DCT直流系數的最低位。本方案不需要完全解碼，大大減少了運算的復雜度，提高了實時性。同時由于水印嵌入在直流系數中，在保證視頻效果不失真的前提下，水印具有很強的魯棒性。

2．1 MPEG－4視頻的特點

MPEG－4視頻編解碼基于VOP(Video Object Plane)。

從時間上看,VOP分為內部VOP(IVOP)、前向因果預測VOP(PVOP)、雙向非因果預測VOP（BVOP）、全景的靈影VOP（SVOP）。IVOP只用本身的信息進行編碼；PVOP利用過去的參考VOP進行運動補償的預測編碼；BVOP利用過去和將來的參考VOP進行雙向運動補償的預測編碼；SVOP一系列運動圖像中的靜止背景。因此IVOP的圖像信息較獨立?熏最適合嵌入水印信息。

從空間上看,它由若干個大小為16×16的宏塊(Macro Block)組成，每個宏塊包括大小為8×8的6個子塊。其中4個亮度子塊Y，1個色差子塊U，1個色差子塊V。IVOP編碼基本流程如圖3所示。

為了不受量化過程的影響，本方案將水印嵌入在量化后的DCT系數中，從而提高了水印生存的穩定性。在MPEG－4壓縮算法中，DCT系數的量化是關鍵，它直接影響視頻的質量和碼流控制算法。為此，MPEG－4提供了一個供參考的標準量化表。該表根據人類視覺模型(HVS)建立。考慮到人眼對高頻信息損失的敏感度較低頻損失小很多，因此通常把水印嵌入到中低頻信息中，提高了水印信息的魯棒性。另外, 根據人眼對亮度信息的變化比色度信息較敏感這一特性，為最大限度地保持視頻質量，本方案將水印嵌入到色度?穴U子塊?雪DCT系數中。由于DCT是目前多媒體視頻壓縮中被廣泛采用的技術基礎，因此基于DCT的視頻水印方案具有顯著的優勢。將水印信息嵌入到IVOP色度量化后的DCT直流系數中，不但無需引入額外的變換以獲取視頻的頻譜分布，且水印信息不受DCT系數量化帶來的影響。

2．2 視頻數字水印算法與實現

在MPEG－4視頻中，由于IVOP中色度子塊的DCT直流系數是一個在視頻流中始終存在且很魯棒的參數，本方案將水印信息經m序列(最長線性反饋移存器序列)調制后嵌入到IVOP的色度子塊DCT的直流系數中。這樣水印信息在不影響視頻效果的情況下難以去除，所以魯棒性足夠強。本方案采用擴頻的方法，以方便有效地檢測水印，抵抗各種攻擊和干擾，保密性好。關鍵問題是色度DCT的直流系統是一個對視覺系統很敏感的參數，本方案在色度DCT的直流系數上加水印相當于對其加入微量干擾，必須使這種干擾低于一定的門限值，使人眼的視覺系統對視頻中色度的微小變化感覺不到。經過試驗將水印嵌入到IVOP的色度DCT的直流系數的最低位能滿足要求。

2．2．1 視頻數字水印的嵌入

偽隨機的擴展序列長度為255(28－1)，每一水印信息位通過偽隨機擴展序列的調制嵌入到相應的IVOP色度對應的DCT直流系數(量化后、預測前)的最低位,這樣水印信息在不影響視頻效果的情況下一般難以去除。同時，嵌入在直流系數的最低位，帶來的誤差非常小。

偽隨機的擴展序列產生代碼如下：

＃define M＿LEN 255

＃define M＿SERIES 8

for(i＝0;i＜M＿SERIES;i＋＋) m[i]＝1;

for(i＝M＿SERIES;i＜M＿LEN;i＋＋)

{

m[i]＝ m[i－1]＋m[i－5]＋m[i－6]＋m[i－7];

m[i]＝m[i]％2;

}

水印信息位擴展調制方式為：

·水印信息位為0，偽隨機的擴展序列不變；

·水印信息位為1，偽隨機的擴展序列取反。

這個過程可以用異或運算實現。代碼如下:

WMij ＝ Wi ＾ m[j];

／?觹每一水印信息位擴展調制成255位的擴展調制位*／

這里Wi表示水印信息碼流(WMij表示水印信息擴展調制碼流。設UDCij表示視頻IVOP色度DCT的直流系數)量化后、DC預測計算之前?雪序列，為了方便，用一個字節表示一位二進制碼流信息。

水印嵌入過程如下：

if (WMij) UDCij ｜＝1;

／*根據擴展調制后的碼流嵌入水印信息*／

else UDCij ＆＝0xFFFE;

2．2．2 視頻數字水印的提取

水印信息提取是水印信息嵌入的逆過程,代碼如下:

if (inv＿UDCij ＆ 1) inv＿WMij ＝ 1;

else inv＿WMij ＝ 0;

這里inv＿UDCij表示帶有水印信息的視頻IVOP色度DCT的直流系數(反量化前、DC預測計算之后)序列； inv＿WMij表示檢測到的水印信息擴展調制碼流。每個IVOP色度子塊在解碼時得到一位擴展調制的信號位，每連續255個擴展調制的信號位可解調得到1位水印信息，具體分析如下：

用與原始偽隨機序列結構相同且完全同步的序列與得到的連續255個擴展調制的信號接收序列進行異或運算，統計運算后1的個數記為OneCount。由于m序列的自相關函數只有兩種取值(1和－1／(2n－1))，屬于雙值自相關序列。因此，如果數據未受到任何攻擊和干擾，OneCount只有兩種結果：255或0。當OneCount＝255時，得到的水印信息位為1；當OneCount＝0時，得到的水印信息位為0。如果數據受到攻擊或干擾，OneCount有多種結果。根據統計分析，當OneCount＞127時，得到的水印信息位為1，并且這255個IVOP色度子塊中有(255－OneCount)個子塊受到攻擊或干擾；當OneCount＜127時，得到的水印信息位為0，并且這255個IVOP色度子塊中有OneCount個子塊受到攻擊或干擾。這樣既可以統計總共有多少視頻IVOP色度子塊受到攻擊或干擾,同時又能極強地恢復出原始水印信息。

3 試驗結果分析

第6篇：數字水印技術范文

關鍵詞：數字水印；數字水印圖片； 源代碼

中圖分類號：TP311.1文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2011)14-3440-02

Digital Watermark Image's Manufacture Technology Research Based on

DONG Hai-yan

(Heyuan Polytechnic Electronic and Informational Engineering College, Heyuan 517000, China)

Abstract: At first, I introduce the concept and basic principle of digital watermark briefly, and then introduce the shortcomings of traditional digital watermark image technology ,so that leading to digital watermark image technology based on . I’ll show the digital watermark images technology based on by taking a small website as an example. I analyze the realization process and precautions during building the website, and provide the key parameters and the source code, so as to providing technical references for relevant technical personals.

Key words: digital watermark; digital watermark image; ; source code

1 數字水印圖片的概念、基本原理及存在的意義

數字水印（Digital Watermark）技術是通過一定的算法將一些標志性信息直接嵌入到多媒體內容當中，但不影響原內容的價值和使用，并且不能被人的知覺系統覺察或注意到，只有通過專用的檢測器或閱讀器才能提取。其中的水印信息可以是作者的序列號、公司標志、有特殊意義的文本等，可用來識別文件、圖像或音樂制品的來源、版本、原作者、擁有者、發行人、合法使用人對數字產品的擁有權。與加密技術不同，數字水印技術并不能阻止盜版活動的發生，但它可以判別對象是否受到保護，監視被保護數據的傳播、真偽鑒別和非法拷貝、解決版權糾紛并為法庭提供證據。嵌入數字多媒體作品中的數字水印須具有以下特性：不可見性或隱蔽性? 不易被察覺，不會引起原來數字作品明顯的圖像質量下降，即幾乎看不到數字水印的存在。

數字水印圖片就是利用相關軟件和技術在圖片上添加數字水印，從而達到維護圖片所有者的合法權益。以計算機和網絡技術為核心的互聯網時代，網站成為個人、企業、行政機構的新名片，尤其是企業網站在樹立企業形象、宣傳企業文化、提高企業知名度、推廣和銷售企業產品過程中起著越來越重要的作用。網站中的圖片，特別是大量拍攝/制作精美的產品圖片對消費者具有很強的吸引力和說服力，特別容易被盜用，造成不必要的損失，因此，有必要在圖片中植入標識符以達到版權聲明的目的，這里介紹數字水印技術在圖片中的應用。

2 傳統數字水印圖片制作技術存在的問題

以前為圖片添加水印是用Photoshop、Fireworks或者專門的圖片水印制作軟件在圖片上加入標識符，添加水印之后的圖片放大縮小等操作不影響水印效果，但是這種方法也存在以下突出的缺點：

1) 需要為大量的圖片添加水印時，將耗費大量的時間和精力；

2) 添加水印之后的圖片不能需要修改水印效果或原圖片。

3 基于的數字水印圖片制作技術簡介

基于的數字水印圖片制作技術的突出優點是水印符號與原圖分離。編程技術人員通過編寫程序實現網站中的圖片添加了水印效果，這種水印圖片是原圖片和水印符號合成的結果，但是水印圖片并不破壞原始圖片和水印符號，當需要修改水印符號或原圖片的時候只需修改相應的對象即可。

4 編程實現基于的數字水印圖片

本項目案例采用Visual Studio2008和SQL Server2005開發，不同的版本程序基本不變。

1) 新建一個網站（WaterPhotos）

操作步驟：選擇“文件”菜單“新建” “網站”命令，在彈出的“新建網站”窗體中設置站點名稱（WaterPhotos）和其它屬性。

2) 圖片素材準備

在站點文件夾下新建名為Images的圖片文件夾，在Images文件夾下準備水印圖片watermark.jpg和默認圖片default.jpg，同時新建子文件夾BookCovers，并在BookCovers文件夾下放入相應的圖片素材。

3) 在站點里新建名為WaterHandler.ashx的一般處理程序并編寫相應程序

WaterHandler文件中的代碼如下：

using System;

using System.Web;

using System.Drawing;//導入繪圖類命名空間

using System.IO;//導入輸入輸出類命名空間

public class WaterHandler : IHttpHandler {

private const string Coversaddr = "Images/BookCovers/";

private const string Watermarkaddr = "Images/watermark.jpg";

private const string DefaultImage = "Images/default.jpg";

public void ProcessRequest (HttpContext context) {

string path = context.Request.MapPath(Coversaddr + context.Request.Params["ISBN"].ToString() + ".jpg");

System.Drawing.Image image;

if (File.Exists(path))

{

image = Image.FromFile(path);

Image watermark = Image.FromFile(context.Request.MapPath(Watermarkaddr));

Graphics g = Graphics.FromImage(image);

g.DrawImage(watermark, new Rectangle(image.Width - watermark.Width, image.Height - watermark.Height, watermark.Width, watermark.Height), 0, 0, watermark.Width, watermark.Height, GraphicsUnit.Pixel);

g.Dispose();

watermark.Dispose();

}

else {image = Image.FromFile(context.Request.MapPath(DefaultImage)); }

context.Response.ContentType = "image/jpeg";

image.Save(context.Response.OutputStream, System.Drawing.Imaging.ImageFormat.Jpeg);

image.Dispose();

context.Response.End();

}

public bool IsReusable {

get { return false;}

}}

4) 在Default.aspx頁面中插入Image控件，并設置其屬性

對Default.aspx頁面進行測試，其效果如圖1所示。

5) 升級為圖片添加水印程序

上面的程序已經實現了為圖片添加水印的效果，但也存在一個缺點：每張需要添加水印效果的圖片都必須在其src屬性中調用WaterHandler.ashx處理程序。這無疑加大了程序員的工作量，降低了工作效率。下面介紹為圖片批量添加水印效果程序設計。

①新建App_Code程序文件夾，在該文件夾下新建名為CoverHandler的類文件。CoverHandler.cs文件下的代碼與WaterHandler.ashx文件的代碼基本相同，只需將三個私有常量聲明語句替換成如下代碼即可。

private const string WATERMARK_URL = "~/Images/watermark.jpg";//水印圖片

private const string DEFAULTIMAGE_URL = "~/Images/default.jpg"; //默認圖片

public CoverHandler(){}

②新建web.config配置文件，在web.config文件中的與之間寫入如下代碼：

至此，所有從Images/BookCovers文件夾下調用的jpg格式的圖片都會自動調用CoverHandler程序實現自動添加水印功能。

5 注意事項

1) 程序的web.config配置文件中的debug默認屬性是false,調試時將其設置成true。

2) WaterHandler.ashx是一般處理文件，新建之后必須導入相應的命名空間，否則程序報錯。

3) App_Code不是普通文件夾，是程序文件夾，新建CoverHandler.cs類文件之后，也要導入相應命名空間。

4) 因為篇幅限制，本論文僅列出了關鍵部分代碼，簡單重復的代碼沒有列出。

參考文獻：

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[2] 北京阿博泰克北大青鳥信息技術有限公司.使用技術開發網上書店[M].北京:科學技術文獻出版社,2008.

[3] 微軟公司.數據庫訪問技術[M].北京:高等教育出版社,2007.

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[5] 奚江華2.0開發詳解[M].北京:電子工業出版社,2006.

[6] 常永英程序設計教程(C#版)[M].北京:機械工業出版社,2009.

[7] 尚俊杰程序設計案例教程[M].北京:北方交通大學出版社,2005.

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[9] 童愛紅.Visual C#.NET應用教程[M].北京:清華大學出版社,北京交通大學出版社,2004.

第7篇：數字水印技術范文

關鍵詞:數字水印;Arnold變換;Waston視覺模型;Gold序列;CDMA;DCT

中圖分類號:TP301文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2010)08-1963-03

DCT-Domain Image Watermarking Algorithm Based On CDMA

WANG Sheng-lei1, YANG Shi-ping1,2

(1.School of Computer Science and Information, Guizhou University, Guiyang 550025, China;2.Mingde College, Guizhou University, Guiyang 550004, China)

Abstract: Putting forward a new image watermarking algorithm which is robust many attacks,this paper applies Arnold places disorderly technique and CDMA spread spectrum technique, equilibrium Gold code is selected as spread spectrum sequence, make use ofWaston sense of vision model certains imbed strength,the imbed position is certained by the adaptting algorithm, a binary image is embedded to some DCT coefficients; taking advantage of correlation property of Gold code,watermark is extracted quickly on the precondition on which host image exists. The analysis of the algorithm and carry out process are given , the attack of Matlab experiments expressed the usefulness of algorithm. Compared with the former watermark algorithm,the safety of watermarking is greatly improved, and it is robust to standard JPEG compression, noising, filtering and cropping attacks.

Key words: digital watermarking; arnold places disorderly technique; waston sense of vision model; gold sequence; code division multiple acces(CDMA); discrete cosine transform(DCT)

數字水印技術是信息隱藏技術的一個分支,其基本思想是在數字媒體中嵌入版權保護信息,以防止對宿主媒體信息進行篡改和未經授權的拷貝和分發[1-2]。從本質上講,數字水印處理可以看作一種通信過程[3],即在滿足不可見性的前提下在水印的嵌入者與接收者之間傳遞一條信息。因此許多數字通信的理論和方法都可以應用到數字水印系統中[4]。

CDMA無線通信系統具有抗干擾性強、保密性好、截獲率低等優點,因此把CDMA技術應用到數字水印系統中是一種安全有效的方法。Ruanaidh[5]等于1998年首先提出采用DS-CDMA技術實現CDMA擴頻水印,首先將分組后的水印信息以字符序列的形式擴頻到m序列上,然后進行CDMA擴頻編碼,最后對原始載體圖像進行128×128分塊DCT變換,將編碼以后的水印信息嵌入到DCT系數上。但由于受到m序列地址個數的限制,作者只在DCT域上嵌入了19個字符,嵌入容量較小且安全性低。

由于數字圖像的JPEG壓縮標準建立在DCT變換的基礎上,所以基于JPEG壓縮標準模型的水印嵌入算法可以更好地抵抗JPEG壓縮處理,本文的水印算法便基于DCT域。本文針對文獻[5]中嵌入容量和安全性受限的不足并結合DCT域嵌入水印的優點,提出了一種采用CDMA技術在圖像DCT域的中低頻分量嵌入水印信息的改進算法。

1 算法

算法分為水印生成、水印嵌入和水印提取三個步驟。

1.1 水印的生成

為增強水印的安全性和抗攻擊能力,原始水印在被嵌入之前需經過Arnold置亂和CDMA擴頻兩個步驟,其生成框圖如圖1所示。

1)原始二值水印生成

本文所使用的水印圖像為40×40的gzu.bmp,為增強水印的抗剪切能力,先利用Arnold置亂算法對原始水印圖像進行最佳置亂(置亂次數為3),置亂后的水印圖像見圖4。然后將原始水印圖像信息轉換成二進制流,為使其能被9整除在二進制碼流后加上2位變為m,長度為N(N=1602)即:

m={mi | mi={0,1},0≤i≤1601}

將m序列以9比特為一組(作為一個字符),共生成178個字符,其產生的字符串可表示為:

s={si | 0≤si≤511,0≤i≤177}

2)生成Gold序列集

采用Gold序列作為擴頻序列。通過對兩組m序列優選對移項相加得到Gold序列集。選用的兩組m序列的生成多項式為1021和1131(八進制)。一共生成了29+1=513個長度為29-1=511的Gold序列集:

pi={pij | pij∈{1,-1},0≤j≤510,0≤i≤512}

3)CDMA編碼

為每一個字符si從Gold序列集中找到下標為si的偽隨機序列:

ri=psi,0≤i≤177

最后把所有的選出的偽隨機序列串聯起來就可構成最終的擴頻序列:

1.2 水印嵌入

水印嵌入分為利用自適應位置算法確定嵌入位置、利用自適應強度算法確定嵌入強度和DCT域嵌入水印三個步驟。

1)位置自適應算法

本論文為實現嵌入位置的自適應性,提出了以下位置自適應算法:分塊DCT變換中低頻系數的首位置M1是隨著塊的均值不同而改變的,對于各8×8塊,其計算方法為:先計算該快64個像素和,然后取余16,得到余數加6,即

該算法的安全性和魯棒性比較高,但是水印提取時需要原始水印的參與,即不可實現盲提取。

本算法采用的載體水印圖像為一608×608的Lena.bmp灰度圖像。根據每一個圖像塊的平均亮度大小,利用上式確定第i(1≤i≤5776)塊DCT中低頻系數的起始位置Mi,所有的起始位置組合起來便形成了起始位置序列{P(k),1≤k≤5776}。

2)強度自適應算法

本論文利用Waston視覺模型對不同的塊進行分類,從而可以實現對水印嵌入強度進行自適應調節,在確保水印不可見的同時有效地增強水印的強度。

本文根據Watson模型,綜合考慮頻率掩蔽、亮度掩蔽和對比度掩蔽3種效應,得出DCT頻率分量的最佳嵌入強度序列{Tc(k,i,j),1≤k≤5776,1≤i,j≤8},其中Tc(k,i,j)表示第k塊第i行第j列的頻率分量最佳嵌入強度。

3)DCT域嵌入算法

本為算法是對圖I進行分塊DCT操作的,首先對原始圖像I分成K個不重疊的8×8子塊,即:

其中,M和N分別為原始圖像的長和寬;然后分塊進行DCT變換,即:

把每一塊DCT變換系數按“之“字形進行排序,將其轉化為一維描述(,0≤u≤64),將每一塊的嵌入強度系數三維矩陣(Tc(k,i,j),1≤k≤5776,0≤i,j

嵌入完成后進行反“之”字形排列,再進行IDCT變換:

所有子快都進行上述操作,就能得到嵌入水印后的圖像。水印嵌入框圖如圖2所示。

1.3 水印的提取

首先根據原始載體圖像利用位置與強度確定算法確定每一塊圖像的嵌入強度和嵌入位置,然后將原始圖像和水印化圖像分別進行分塊(8×8)DCT變換,分別對各塊”之”字排列,按照嵌入位置和嵌入強度取其差值,提取出置亂后水印信息的擴頻序列:

利用密鑰生成正交Gold序列集:

按每組長度為511把生成的擴頻水印序列w'進行分組:

把擴頻序列的一個分組r'i與正交Gold序列集中的每一個Gold序列分別做相關運算:

取其中互相關系數最大的那個Gold序列的下標記為si,將生成的所有下標串聯起來即可生成一個字符串:

把生成的字符串序列轉化為二進制,則可得提取到的水印序列:

把水印序列的最后2位去掉,再轉化為40×40的矩陣即得到置亂后的水印圖像的數據矩陣,最后利用圖像置亂算法(置亂次數為27)即可得到提取的水印圖像。水印提取框圖如圖3所示。

1.4 試驗結果

仿真實驗中,原始圖像為320×320的Lena灰度測試圖像,二值水印圖像為gzu.bmp。圖4給出原始圖像、水印圖像和水印化的載體圖像以及未受攻擊提取的水印圖像。由圖像可以看出,單純從視覺很難判斷水印化圖像與原始圖像的區別,本文算法的未受攻擊測試的水印化載體圖像與原始圖像的PSNR=36.3646,因此,不可見性良好,且從視覺上也可判斷其具有良好的不可見性。

主要實驗內容包括:JPEG壓縮攻擊,壓縮率最低到15%;不同程度的剪切攻擊;分別加入高斯噪聲、椒鹽噪聲和乘積噪聲,即噪聲攻擊,中值濾波攻擊,圖像直方圖化,圖像變亮或變暗,增加或降低對比度等攻擊。

(a)原始cdma_lena.bmp圖像 (b)原始水印圖像

(c)置亂后的水印圖像 (d)水印化cdma_lena,bmp圖像

(e)未受攻擊提取的水印圖像

圖4原始圖像

1.5 試驗結果分析

從實驗給出的測試圖像和測試數據可以看出,本文算法對基本的圖像處理具有很強的魯棒性,從實驗數據看出,處理后的圖像與水印化圖像的峰值信噪比有明顯的降低,但是提取出的水印質量還是較好,尤其是對直方圖均勻化、亮度和對比度的變化以及乘積噪聲等攻擊具有較強的抗干擾性。由于本文在嵌入水印之前把水印進行了置亂,所以使本論文對剪切處理具有較強的魯棒性,對于橫切處理,雖然提取的水印不是很清晰,但足以證明水印的存在性;零星剪切處理后,已經把人類感興趣的部分切掉,由于剪切面積不是很大,所以,還能提起出水印,用視覺可以判斷出水印的存在;對于中間縱切和中間剪切的圖像處理,從攻擊圖像可以看出,人類感興趣的重要部分基本完全切掉,只剩下背景部分,這樣的圖像已經沒有應用價值,因此是否能提取出水印已經不是那么重要了,但是,根據本文算法,仍然提取了水印圖像,只不過與原始水印

圖像相比,PSNR值較小,但用肉眼也能勉強分辨出水印圖像的內容。實驗證明無論從所給出的圖像質量評價指標來看,還是用視覺判斷,都成功的實現了水印的提取。與文獻[5]相比其魯棒性有顯著提高,特別是針對JPEG壓縮和剪切攻擊;同時由于本文利用到了自適應算法,使水印系統安全性與文獻[5]相比有所提高。

本文算法也有不足之處,就是對圖像的旋轉測試不魯棒,因為嵌入位置是固定的,待測圖像旋轉一定角度后,所有的圖像數據都移位了,在檢測時應用本文算法找不到所嵌入的起始位置,導致不能正確提取水印。但是利用Hough變換法進行直線提取其邊緣,然后矯正其圖像的旋轉角度,矯正之后就可以提取水印了。

2 總結

本文針對二值(圖像)水印,提出了一種在水印結構設計方面使用Gold碼的擴頻水印方法。為提高水印系統的魯棒性,對原始水印圖像在嵌入前進行了Arnold置亂處理;為增強水印系統的安全性,水印嵌入時使用了自適應嵌入,在得不到原始載體圖像的情況下絕對得不到任何水印信息。與使用m序列或正交序列對作為擴頻序列的方法相比,本文所提方法的優點在于,利用了Gold碼地址數多、抗干擾力強的特點,使得水印系統在抵抗各種噪聲、濾波和壓縮等攻擊方面具有更好的魯棒性。

當然,對于水印信息的檢測和恢復,本文所提方法需要原始載體圖像參與,這可能會給實際應用帶來不便,但可以通過進一步改進算法來實現盲提取。另外,本文提出的方案仍有其他需要研究之處,比如水印結構設計方面的擴頻碼長度、原始水印圖像在嵌入前的置亂次數、擴頻碼分組策略等。

參考文獻:

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[2] Huang Jiwu,Shi Yun Q.An adaptive image watermarking scheme based on visu-al masking[J].IEEE Electronics Letters,1998,34(8):748-750.

[3] COX I J,MILLER M L,BLOOM J A.DigitalWatermarking[M].London:Acad-emic Press,1999.

第8篇：數字水印技術范文

【 關鍵詞 】 數字水印；簡單攻擊；同步攻擊；削去攻擊；混淆攻擊

Analysis on Digital Watermarking Attack and Solutions

Mao Jie

（Zhejiang University Technology ZhejiangHangzhou 310023; Zhejiang Industry Polytechnic College ZhejiangShaoxing 312000)

【 Abstract 】 Digital watermarking technology, as the essential protecting method of digital media copyright protection, has drawn more and more attention from the public. In this paper, the concept and features of digital watermarking were analyzed in details, among which the robustness of digital watermarking and factors that affect it were introduced in special stress. In addition, the main type of attack of digital watermarking was discussed and some corresponding solutions were given as well.

【 Keywords 】 digital watermarking; simple attacks; synchronization attacks; removal attacks; ambiguity attacks

1 引言

隨著多媒體技術和互聯網的迅猛發展，網上的數字媒體應用正在呈爆炸式的增長，越來越多的知識產品以電子版的方式在網上傳播。數字信號處理和網絡傳輸技術可以對數字媒體的原版文件進行無限制的任意編輯、修改、拷貝和散布，由此引發出數字媒體的知識產權保護和信息安全的問題，這一問題日益突出，已成為數字世界的一個非常重要和緊迫的議題。因此，如何防止知識產品被非法復制及傳播，也是目前急需解決的問題。

數字水印技術是指用信號處理的方法在數字化的多媒體數據中嵌入隱蔽的標記，這種標記通常是不可見的，只有通過專用的檢測器或閱讀器才能提取。數字水印是信息隱藏技術的一個重要研究方向。

數字水印技術源于開放的網絡環境下保護多媒體版權的新型技術，它可驗證數字產品的版權擁有者、識別銷售商、購買者或提供關于數字產品內容的其他附加信息，并將這些信息以人眼不可見的形式嵌入在數字圖像或視頻序列中，用于確認數字產品的所有權和跟蹤侵權行為。除此之外，它在證據篡改鑒定，數字的分級訪問，數據產品的跟蹤和檢測，商業視頻廣播和因特網數字媒體的服務付費，電子商務的認證鑒定，商務活動中的杜撰防偽等方面也具有十分廣闊的應用前景。自從1993年首次提出“數字水印”概念以后，數字水印技術引起工業界的深厚興趣，已成為非常活躍的研究領域。

2 數字水印特性

數字水印一般具有不可感知性、魯棒性、檢測的可靠性、計算的有效性、安全性、唯一性、嵌入有效性等特性和要求。數字水印的魯棒性是指加入的數字水印不僅能抵抗非惡意的攻擊，而且要求能抵抗一定失真的惡意攻擊，并且經過一般的數據處理不影響水印的的檢測。數字水印算法的魯棒性反映水印算法經受各種攻擊的能力。一個好的數字水印系統，理論上應該使得加入水印后的原始圖像具有較強的魯棒性和最小的視覺失真。攻擊目的是想改變數據，使嵌入于其中的水印標記無法辨認，即降低檢測水印的可能性。有效的水印算法必須具有魯棒性，即數字水印必須很難被清除，從理論上講，只要具有足夠的知識，任何水印都可以去掉。但是如果只能得到部分信息，如水印在圖像中的精確位置未知，那么任何企圖破壞水印的操作都將導致圖像質量的嚴重下降。一個實用的水印算法應該對信號處理、通常的幾何變形以及惡意攻擊具有穩健性。

3 影響水印魯棒性的因素

3.1 嵌入的信息量

在數字水印技術中，水印的數據量和魯棒性構成了一對基本矛盾，理想的水印算法應該既能隱藏大量數據，又可以抗各種信道噪聲和信號變形，然而在實際中，這兩個指標往往不能同時實現。要嵌入的信息越多，水印的魯棒性就越差。

3.2 水印嵌入強度

水印嵌入強度和水印不可見性之間存在一個折衷。增加魯棒性就要增強水印嵌入強度而相應地會降低水印透明性。

3.3 圖像尺寸和特性

圖像的尺寸對嵌入水印的魯棒性有直接影響。盡管太小的含水印的圖片沒有多少商業價值，但一個實用的水印軟件程序應能從圖片中恢復出水印，這就避免了對它們的馬賽克攻擊。此外圖像的特性也對水印的魯棒性產生重要影響，如對掃描的自然圖像具有高魯棒性的方法在應用于合成圖像時，魯棒性大大削弱。

3.4 秘密信息如密鑰

數字水印算法中，密鑰空間必須足夠大，以使窮舉攻擊法失效。許多安全系統不能夠抵御一些簡單的攻擊，往往是因為系統在設計時就沒有遵循基本的密碼學原理。

4 數字水印攻擊與對策

對數字水印的攻擊一般是針對水印的魯棒性提出的要求，數字水印的魯棒性是指水印信號在經歷多種標準數據處理或惡意的攻擊之后，仍能保持完整性或仍能被準確鑒別的特征。這里的標準數據處理是指數據經過數據渠道，如編輯、打印增強、格式轉換等的過程。惡意的攻擊是指那些帶有損害性、毀壞性的，或者試圖移去水印信號的處理過程。魯棒的水印應該能夠抵抗各種水印攻擊行為。按照攻擊后的水印作品具有的商業價值可以將攻擊分類為成功的攻擊和毀壞性的攻擊。一種成功的攻擊可以為攻擊者創造商業價值。它能夠把水印削弱到無法恢復和提取的地步，同時攻擊后的載體數據只有一些少許的變動，不影響載體數據的商業價值。這是實際應用中最需要考慮進行對抗的攻擊。而毀壞性攻擊無法為攻擊者創造良好的商業價值，但是它可以起到破壞的作用，影響數字水印的實際應用。

按照攻擊原理可以將攻擊分為四類：簡單攻擊、同步攻擊、削去攻擊和混淆攻擊。

4.1 簡單攻擊及對策

簡單攻擊是試圖對整個嵌入水印后的載體數據進行操作來削弱嵌入的水印的幅度，從而導致數字水印提取發生錯誤，甚至根本提取不出水印信號。常見的操作有線性濾波、通用非線性濾波、壓縮（JPEG、MPEG）、加噪、象素域量化、數模轉換等。

可以采用兩種方法抵抗這種類噪聲失真：增加嵌入水印的幅度和冗余嵌入。通過增加嵌入水印幅度的方法，可以大大地降低攻擊產生的類噪聲失真現象，在多數應用中是有效的。冗余嵌入是將一個水印信號多次嵌入，采用大多數投票制度實現水印提取。另外，采用錯誤校驗碼技術進行校驗，可以更有效地根除攻擊者產生的類噪聲失真。

4.2 同步攻擊及對策

同步攻擊是試圖破壞載體數據和水印的同步性，即試圖使水印的相關檢測失效或使恢復嵌入的水印成為不可能。被攻擊的數字作品中水印仍然存在，而且幅度沒有變化，但是水印信號已經錯位，不能維持正常水印提取過程所需要的同步性。這樣，水印提取器就不可能、或者無法實行對水印的恢復和提取。同步攻擊通常采用幾何變換方法，如縮放、空間方向的平移、時間方向的平移（視頻數字作品）、旋轉剪切、象素置換、二次抽樣化、象素或者象素簇的插入或抽取等。

同步攻擊比簡單攻擊更加難以防御。因為同步攻擊破壞嵌入水印后的載體數據中的同步性，使得水印嵌入和水印提取這兩個過程不對稱。而對于大多數水印技術，水印提取器都需要事先知道嵌入水印的確切位置。這樣，經過同步攻擊后，水印將很難被提取出來。因此，在對抗同步攻擊的策略中，應該設法使得水印的提取過程變得簡單。

同步攻擊可能只使用一種簡單的幾何變換，例如剪切、平移等。在有源提取的情況下，可以將源載體數據和嵌入水印后的載體數據相比較，得到遭受的幾何變換的種類和區域，進而可以消除幾何學的失真。在無源提取的情況下，只能采用窮舉的方法，嘗試使用所有可能的處理，將被攻擊的數據翻轉過來。這種窮舉的方法在遇到復雜的同步攻擊的情況下，計算將成為不可能。

一種可取的對抗同步攻擊的對策是在載體數據中嵌入一個參照物。在提取水印時，先對參照物進行提取，得到載體數據所有經歷的攻擊的明確判斷，然后對載體數據依次進行反轉處理。這樣可以消除所有同步攻擊的影響。

4.3 削去攻擊及對策

削去攻擊試圖通過分析嵌入水印后的載體數據，估計圖像中的水印，將嵌入水印后的載體數據分離成為載體數據和水印信號，然后拋棄水印，得到沒有水印的載體數據，達到非法盜用的目的。常見的方法有合謀攻擊（collusion attacks）、去噪、確定的非線性濾波、采用圖像綜合模型的壓縮（如紋理模型或者3-D模型等）。

合謀攻擊，通常采用一個數字作品的多個不同的水印化拷貝實現。數字作品的一個水印化拷貝成為一個檢測體。Cox提出的一個聯合攻擊，利用多個檢測體進行多次平均統計操作，最后得到一個成功削去水印的載體數據。在另一個聯合攻擊中，從每個檢測體中提取不同位置的一小部分數據，重新合并成一個新的載體數據，而這個載體數據中的水印基本上已經不存在了。

為了對抗這種攻擊，必須在水印信號生成過程中采用隨機密鑰加密的方法。采用隨機密鑰的加密，對于水印的提取過程沒有影響，但是基于偽隨機化的削去攻擊將無法成功。因為每次嵌入的水印都不同，水印嵌入器將不能確定出近似的源數據來。

4.4 混淆攻擊及對策

混淆攻擊是試圖生成一個偽源數據、偽水印化數據來混淆含有真正水印的數字作品的版權，由于最早由IBM的Craver等人提出，也稱IBM攻擊。一個例子是倒置攻擊，雖然載體數據是真實的，水印信號也存在，但是由于嵌入了一個或多個偽造的水印，混淆了第一個含有信息的水印，失去了唯一性。這種攻擊實際上使數字水印的版權保護功能受到了挑戰。

在混淆攻擊中，同時存在偽水印、偽源數據、偽水印化數據和真實水印、真實源數據、真實水印化數據。要解決數字作品正確的所有權，必須在一個數據載體的幾個水印中判斷出具有真正的水印。一種對策是采用時間戳技術。時間戳由可信的第三方提供，可以正確判斷誰第一個為載體數據加了水印，這樣就可以判斷水印的真實性。另一種對策是采用不可逆水印技術，構造不可逆的水印技術的方法是使水印編碼互相依賴，如使用單向雜湊函數。

5 結束語

數字水印的攻擊方式是多種多樣的，在實際的應用中，攻擊者往往使用兩種甚至更多的攻擊方法進行攻擊，這使得水印算法的設計也相應地復雜化。水印嵌入算法設計和攻擊算法設計是水印技術研究的兩大方向，這兩方面的研究是互相依存、互相促進的，新的水印算法會引出新的攻擊技術，新的攻擊技術又促進水印算法的完善，從而促進水印系統理論和技術的成熟和完善。

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第9篇：數字水印技術范文

計算機技術的不斷發展為人們的生產生活帶來了很大的便利，使人們可以方便的編輯、儲存和傳輸數字信息。同時也在信息的安全方面給人們帶來困擾，造成數據泄露、篡改和偽造等情況的出現。為了保護信息的安全數字多媒體處理技術應運而生，本文主要介紹數字圖像處理的現狀以及嵌入技術。

【關鍵詞】數字多媒體 圖像處理 嵌入技術

在信息社會人們面臨的信息安全問題越來越嚴重，信息的泄露、篡改以及偽造等情況時有發生，數字信息的版權也很難得到有效地保護，數字多媒體圖像處理技術因此被開發出來。數字多媒體圖像處理技術的含義就是在數據圖像中嵌入一個不可見的標記，其可以被設計成不受影響的任何圖形的旋轉、縮放和平移變換。通過在數字圖像中嵌入標記可以驗證數據的真偽以及版權。

1 數字多媒體圖像處理的發展現狀

隨著社會經濟和科學技術的發展，信息對人們的生活影響也在逐漸變大，數字多媒體圖像處理技術也在不斷地發展。數字多媒體信息被人們應用于生活的很多方面，人們可以通過網絡簡單便捷的獲取和共享各種信息資源，數字信號處理技術又讓現在的信息處理，分析、壓縮等變得非常簡單，這給人們的生活帶來了許多的便利。目前研究人員還在努力研發新的多媒體處理技術，并努力的開發與之關聯的圖像處理技術。

數字圖像處理技術主要存在三種數字圖像的保護方式，分別是訪問控制、使用權的控制和基于標記的控制。其中基于標記控制是一種基于JPEG的方法標簽圖像的圖像保護，此情況下的圖像處理技術具有隱藏圖像標簽功能，可以應用于隱寫標簽的問題。

數據壓縮、低通濾波，合理設計標準等都是可以提高數字多媒體圖像處理水平的數據標記方法，這樣制造出的標記可以作為屬性識別工具，具有一定的可靠性。在實際的操作過程中，需要利用JPEG的方法在數據圖像中嵌入標簽，然后將其提交。這對系統的功能進行了一些要求，首先要求圖像中擁有標簽或者代碼，為了讓用戶具有數據代碼，圖像數據中需要含有用戶代碼，最后需要允許代碼跟蹤圖像數據的分布方式。需要注意的事在設計圖像數據中的標簽和代碼時需要考慮到部分屬性限制，這將會影響圖像標志的可靠性。

2 數字多媒體圖像中嵌入水印處理技術

數字水印技術在很多方面有著很重要的應用，其可以應用于保護版權、所有權確定和通信保密，對人們的信息安全有著重要的作用。水印處理技術主要分為水印生成、水印嵌入以及水印的識別和提取等基本操作。首先將水印圖像置亂，使得水印具有良好的不確定性，同時保證水印不容被視覺察覺到。水印的嵌入過程一般是將水印序列編制水印算法中，然后嵌入到DCT處理過的水印宿主序列之中，之后對其進行量化條件分析，最終完成嵌入水印序列的編輯，量化編碼后形成數字圖像。水印的提取一般是采用算法對嵌入水印信息圖像的像素矩陣進行分析提取。此時得到的信息是前處理時置亂的，然后對信息進行反置亂得到最終提取的水印信息。提取的水印信息需要檢測來確定是否嵌入信息一致。此外，在水印的研究過程中也會對水印嵌入點、算法感知性以及水印算法的耐攻擊性進行測試。在數字多媒體圖像中嵌入水印的處理技術還在不斷的在開發當中，越來越多的隱蔽性強、魯棒性高的水印算法被開發出來以用于信息安全和版權的保護。

3 數字水印算法介紹

數字水印技術目前還處在高速發展階段，JPEG圖像版權保護水印算法、MPEG-2視頻版權保護水印算法和H.264視頻水印算法等一系列的算法都在發展和開創中，在不久的將來將會在人們的信息安全方面起到更加重要的作用。下面我們對JPEG圖像版權保護水印算法、MPEG-2視頻版權保護水印算法和H.264視頻水印算法進行簡單的介紹。

3.1 JPEG圖像版權保護水印算法

研究者開發了一種水印算法用于保護JPEG圖像的版權，這是一種非常具有實用性的方法。這種算法對JPEG圖像解壓后的像素矩陣進行處理，水印嵌入在分塊圖像的DCT低頻交流系數。這種算法有很多優點，因為算法中對水印信號進行了隨機打亂，并且控制了信號的強度，使得這種算法非常隱蔽不容易被發現。同時采用量化條例分析保護水印不受圖像變換的影響，一般的圖像處理和惡意攻擊不能影響算法的穩定性。

3.2 MPEG-2視頻版權保護水印算法

研究者還圍繞著MPEG-2視頻開發了一種新的水印算法，其可以對視頻內容進行有效的保護。對于視頻的水印保護可以根據嵌入水印的不同階段進行分類，可以分為原始視頻水印、視頻編輯過程水印嵌入和視頻流水嵌入等，每種方式都有著其獨特的優勢。同時由于視頻序列不同于靜態圖序列，具有信息量過大等特點，視頻水印算法相較之下有更多的特殊要求。基于上述因素研究者開發的MPEG-2視頻版權保護水印算法具有很多的特點，在嵌入水印前對其進行置亂保證了嵌入水印的安全。此方法周期性的嵌入水印，實現了水印的可檢測性能。MPEG-2視頻版權保護水印算法最大的優勢就在于實用性很好。

3.3 H.264視頻水印算法

H.264視頻水印算法的開發基于近年來數字電視的普及。此水印算法的獨特之處在于其水印嵌入過程不需要完全的編碼和解碼過程，其具有良好的隱蔽性和魯棒性。由于水印嵌入在不同的視頻區域中，其安全性得到了很好的保證。視頻水印技術還將進一步發展，其發展的熱門方向是提升視頻水印的選擇和構造和對嵌入內容的分析。

4 結論

信息的遺失、泄露、被篡改以及版權問題會給人們帶來極大的損失，為了保護信息社會的信息安全，數字多媒體圖像處理技術被開發出來并且不斷更新，其利用在數字圖像中嵌入標記的方式辨別信息的真偽和保護版權。經過研究者的不斷努力數字圖像處理系統中的嵌入水印技術不斷成熟，很多成熟的方法被開發出來保護人們的信息安全和版權利益。

參考文獻

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