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[摘要]介紹數(shù)字水印技術(shù)的基本概念、基本特征和分類，數(shù)字水印技術(shù)廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，分析數(shù)字水印技術(shù)的應(yīng)用前景。

[關(guān)鍵詞]數(shù)字水印數(shù)據(jù)安全多媒體

一、引言

隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是因特網(wǎng)的普及，信息的安全保護(hù)問題日益突出。此外，多媒體技術(shù)已被廣泛應(yīng)用，數(shù)字圖像、音頻和視頻等多媒體數(shù)字產(chǎn)品愈來愈需要一種有效的版權(quán)保護(hù)方法。最近幾年，許多研究人員放棄了傳統(tǒng)密碼學(xué)的技術(shù)路線，嘗試用各種信號(hào)處理方法對(duì)聲像數(shù)據(jù)進(jìn)行隱藏加密，并將該技術(shù)用于制作多媒體的“數(shù)字水印”。

二、數(shù)字水印特征及分類

所謂數(shù)字水印技術(shù)，就是在被保護(hù)的數(shù)字對(duì)象（如靜止圖像、視頻、音頻等）中嵌入某些能夠證明版權(quán)歸屬或跟蹤侵權(quán)行為的信息，這些信息可能是作者的序列號(hào)、公司標(biāo)志、有意義的文本等等。水印中的隱藏信息能夠抵抗各類攻擊。即使水印算法是公開的，攻擊者要?dú)У羲∪允掷щy。將某種不可感知的信息如數(shù)字、序列號(hào)、文字、圖像標(biāo)志等版權(quán)信息嵌入到多媒體數(shù)據(jù)中，以起到版權(quán)保護(hù)、秘密通信、數(shù)據(jù)文件的真?zhèn)舞b別和產(chǎn)品標(biāo)識(shí)等作用。在發(fā)生數(shù)字媒體侵權(quán)使用、版權(quán)爭(zhēng)議時(shí)，通過檢測(cè)媒體內(nèi)容中的數(shù)字水印，獲得數(shù)字媒體的版權(quán)信息、授權(quán)信息等，從而起到媒體知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的目的。數(shù)字水印是信息隱藏技術(shù)的一個(gè)重要研究方向。

1.數(shù)字水印特征

嵌入數(shù)字作品中的信息必須具有以下基本特性才能稱為數(shù)字水印：

（1)不可感知性:在數(shù)字作品中嵌入數(shù)字水印不會(huì)引起明顯的降質(zhì)，并且不易被察覺。

（2)隱藏位置的安全性:水印信息隱藏于數(shù)據(jù)而非文件頭中，文件格式的變換不應(yīng)導(dǎo)致水印數(shù)據(jù)的丟失。

（3)魯棒性:所謂魯棒性是指在經(jīng)歷多種無意或有意的信號(hào)處理過程后，數(shù)字水印仍能保持完整性或仍能被準(zhǔn)確鑒別。可能的信號(hào)處理過程包括信道噪聲、濾波、數(shù)/模與模/數(shù)轉(zhuǎn)換、重采樣、剪切、位移、尺度變化以及有損壓縮編碼等。

（4)隱藏的信息量:嵌入的秘密信息必須能夠具有足夠多的信息。實(shí)際上，隱藏的信息與系統(tǒng)的魯棒性是矛盾的，即嵌入的秘密信息越多，魯棒性就越差。

2.數(shù)字水印分類

按水印的特性可以將數(shù)字水印分為魯棒數(shù)字水印和脆弱數(shù)字水印兩類。魯棒數(shù)字水印主要用于在數(shù)字作品中標(biāo)識(shí)著作權(quán)信息，如作者、作品序號(hào)等，它要求嵌入的水印能夠經(jīng)受各種常用的編輯處理；脆弱數(shù)字水印主要用于完整性保護(hù)，與魯棒水印的要求相反，脆弱水印必須對(duì)信號(hào)的改動(dòng)很敏感，人們根據(jù)脆弱水印的狀態(tài)就可以判斷數(shù)據(jù)是否被篡改過。

按水印所附載的媒體，我們可以將數(shù)字水印劃分為圖像水印、音頻水印、視頻水印、文本水印以及用于三維網(wǎng)格模型的網(wǎng)格水印等。

按水印的檢測(cè)過程可以將數(shù)字水印劃分為明文水印和盲水印。明文水印在檢測(cè)過程中需要原始數(shù)據(jù)，而盲水印的檢測(cè)只需要密鑰，不需要原始數(shù)據(jù)。一般來說，明文水印的魯棒性比較強(qiáng)，但其應(yīng)用受到存儲(chǔ)成本的限制。

按數(shù)字水印的內(nèi)容可以將水印劃分為有意義水印和無意義水印。有意義水印是指水印本身也是某個(gè)數(shù)字圖像（如商標(biāo)圖像）或數(shù)字音頻片段的編碼;無意義水印則只對(duì)應(yīng)于一個(gè)序列號(hào)。有意義水印的優(yōu)勢(shì)在于，如果由于受到攻擊或其他原因致使解碼后的水印破損，人們?nèi)匀豢梢酝ㄟ^視覺觀察確認(rèn)是否有水印。但對(duì)于無意義水印來說，如果解碼后的水印序列有若干碼元錯(cuò)誤，則只能通過統(tǒng)計(jì)決策來確定信號(hào)中是否含有水印。

按水印的用途，我們可以將數(shù)字水印劃分為票據(jù)防偽水印、版權(quán)保護(hù)水印、篡改提示水印和隱蔽標(biāo)識(shí)水印。

票據(jù)防偽水印是一類比較特殊的水印，主要用于打印票據(jù)和電子票據(jù)的防偽。一般來說，偽幣的制造者不可能對(duì)票據(jù)圖像進(jìn)行過多的修改，所以，諸如尺度變換等信號(hào)編輯操作是不用考慮的。但另一方面，人們必須考慮票據(jù)破損、圖案模糊等情形，而且考慮到快速檢測(cè)的要求，用于票據(jù)防偽的數(shù)字水印算法不能太復(fù)雜。

版權(quán)標(biāo)識(shí)水印是目前研究最多的一類數(shù)字水印。數(shù)字作品既是商品又是知識(shí)作品，這種雙重性決定了版權(quán)標(biāo)識(shí)水印主要強(qiáng)調(diào)隱蔽性和魯棒性，而對(duì)數(shù)據(jù)量的要求相對(duì)較小。

篡改提示水印是一種脆弱水印，其目的是標(biāo)識(shí)宿主信號(hào)的完整性和真實(shí)性。

隱蔽標(biāo)識(shí)水印的目的是將保密數(shù)據(jù)的重要標(biāo)注隱藏起來，限制非法用戶對(duì)保密數(shù)據(jù)的使用。

三、數(shù)字水印的應(yīng)用領(lǐng)域

1.數(shù)字作品的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)

數(shù)字作品（如電腦美術(shù)、掃描圖像、數(shù)字音樂、視頻、三維動(dòng)畫）的版權(quán)保護(hù)是當(dāng)前的熱點(diǎn)問題。由于數(shù)字作品的拷貝、修改非常容易，而且可以做到與原作完全相同，所以原創(chuàng)者不得不采用一些嚴(yán)重?fù)p害作品質(zhì)量的辦法來加上版權(quán)標(biāo)志，而這種明顯可見的標(biāo)志很容易被篡改。

“數(shù)字水印”利用數(shù)據(jù)隱藏原理使版權(quán)標(biāo)志不可見或不可聽，既不損害原作品，又達(dá)到了版權(quán)保護(hù)的目的。目前，用于版權(quán)保護(hù)的數(shù)字水印技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了初步實(shí)用化階段，IBM公司在其“數(shù)字圖書館”軟件中就提供了數(shù)字水印功能，Adobe公司也在其著名的Photoshop軟件中集成了Digimarc公司的數(shù)字水印插件。然而實(shí)事求是地說，目前市場(chǎng)上的數(shù)字水印產(chǎn)品在技術(shù)上還不成熟，很容易被破壞或破解，距離真正的實(shí)用還有很長(zhǎng)的路要走。

2.商務(wù)交易中的票據(jù)防偽

隨著高質(zhì)量圖像輸入輸出設(shè)備的發(fā)展，特別是精度超過1200dpi的彩色噴墨、激光打印機(jī)和高精度彩色復(fù)印機(jī)的出現(xiàn)，使得貨幣、支票以及其他票據(jù)的偽造變得更加容易。

另一方面，在從傳統(tǒng)商務(wù)向電子商務(wù)轉(zhuǎn)化的過程中，會(huì)出現(xiàn)大量過度性的電子文件，如各種紙質(zhì)票據(jù)的掃描圖像等。即使在網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)成熟以后，各種電子票據(jù)也還需要一些非密碼的認(rèn)證方式。數(shù)字水印技術(shù)可以為各種票據(jù)提供不可見的認(rèn)證標(biāo)志，從而大大增加了偽造的難度。

3.證件真?zhèn)舞b別

信息隱藏技術(shù)可以應(yīng)用的范圍很廣，作為證件來講，每個(gè)人需要不只一個(gè)證件，證明個(gè)人身份的有：身份證、護(hù)照、駕駛證、出入證等；證明某種能力的有：各種學(xué)歷證書、資格證書等。

國(guó)內(nèi)目前在證件防偽領(lǐng)域面臨巨大的商機(jī)，由于缺少有效的措施，使得“造假”、“買假”、“用假”成風(fēng)，已經(jīng)嚴(yán)重地干擾了正常的經(jīng)濟(jì)秩序，對(duì)國(guó)家的形象也有不良影響。通過水印技術(shù)可以確認(rèn)該證件的真?zhèn)危沟迷撟C件無法仿制和復(fù)制。

4.聲像數(shù)據(jù)的隱藏標(biāo)識(shí)和篡改提示

數(shù)據(jù)的標(biāo)識(shí)信息往往比數(shù)據(jù)本身更具有保密價(jià)值，如遙感圖像的拍攝日期、經(jīng)/緯度等。沒有標(biāo)識(shí)信息的數(shù)據(jù)有時(shí)甚至無法使用，但直接將這些重要信息標(biāo)記在原始文件上又很危險(xiǎn)。數(shù)字水印技術(shù)提供了一種隱藏標(biāo)識(shí)的方法，標(biāo)識(shí)信息在原始文件上是看不到的，只有通過特殊的閱讀程序才可以讀取。這種方法已經(jīng)被國(guó)外一些公開的遙感圖像數(shù)據(jù)庫(kù)所采用。

此外，數(shù)據(jù)的篡改提示也是一項(xiàng)很重要的工作。現(xiàn)有的信號(hào)拼接和鑲嵌技術(shù)可以做到“移花接木”而不為人知，因此，如何防范對(duì)圖像、錄音、錄像數(shù)據(jù)的篡改攻擊是重要的研究課題。基于數(shù)字水印的篡改提示是解決這一問題的理想技術(shù)途徑，通過隱藏水印的狀態(tài)可以判斷聲像信號(hào)是否被篡改。

5.隱蔽通信及其對(duì)抗

數(shù)字水印所依賴的信息隱藏技術(shù)不僅提供了非密碼的安全途徑，更引發(fā)了信息戰(zhàn)尤其是網(wǎng)絡(luò)情報(bào)戰(zhàn)的革命，產(chǎn)生了一系列新穎的作戰(zhàn)方式，引起了許多國(guó)家的重視。

網(wǎng)絡(luò)情報(bào)戰(zhàn)是信息戰(zhàn)的重要組成部分，其核心內(nèi)容是利用公用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行保密數(shù)據(jù)傳送。迄今為止，學(xué)術(shù)界在這方面的研究思路一直未能突破“文件加密”的思維模式，然而，經(jīng)過加密的文件往往是混亂無序的，容易引起攻擊者的注意。網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)的廣泛應(yīng)用使得利用公用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行保密通信有了新的思路，利用數(shù)字化聲像信號(hào)相對(duì)于人的視覺、聽覺冗余，可以進(jìn)行各種時(shí)（空）域和變換域的信息隱藏，從而實(shí)現(xiàn)隱蔽通信。

四、數(shù)字水印的發(fā)展趨勢(shì)

雖然數(shù)字水印技術(shù)最初的開發(fā)目的是為了解決數(shù)字媒體的版權(quán)保護(hù)問題，然而在實(shí)際的研究中，數(shù)字水印的應(yīng)用領(lǐng)域遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了版權(quán)保護(hù)領(lǐng)域；同時(shí)，由于目前數(shù)字水印技術(shù)難以解決的串謀攻擊、機(jī)會(huì)攻擊以及解釋攻擊問題，使得數(shù)字水印在版權(quán)保護(hù)、訪問與拷貝控制、數(shù)字指紋等方面的應(yīng)用受到了很大的限制。因此，許多研究者正致力于上述問題的解決，如果這些問題得到解決，數(shù)字水印則極有可能成為媒體安全領(lǐng)域的重要的技術(shù)基礎(chǔ)。但從目前的發(fā)展來看，利用數(shù)字水印技術(shù)進(jìn)行數(shù)字廣播監(jiān)聽、媒體內(nèi)容認(rèn)證、小范圍內(nèi)媒體使用跟蹤等方面則更加實(shí)際可行，而且也是非常有意義的，并且在這些領(lǐng)域已經(jīng)開始實(shí)際使用與測(cè)試。此外，數(shù)字水印技術(shù)還可以用于提供媒體增值業(yè)務(wù)，如提供數(shù)字媒體相關(guān)內(nèi)容的因特網(wǎng)鏈接、隱藏水印信息在數(shù)字媒體中以降低媒體傳輸造成的錯(cuò)誤。

參考文獻(xiàn):

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