1、 1 本科毕业设计 (论文 )文献综述 电子信息 工程 数字图像水印研究 摘要 :本文综述数字水印研究的国内外发展现状。数字水印的相关特性等，阐述了数字水印技术的基本原理，最后指出了目前水印技术存在的不足并对其发展进行了展望。 关键词 ：数字水印；版权保护； DCT； 1.前言 近年来，随着数字化技术的迅速发展，数字多媒体信息传播也越来越方便快捷，其发布形式愈加丰富基本上是以电子印刷出版、电子广告、数字图书馆、视频、音频、电子商务等形式出现。网络的开放被不法分子利用，对数字信息进行盗用、篡改、攻击等操作，严重损害了数字产品的 版权所有者的利益，因此多媒体数据的版权保护问题成了一项紧迫的课题。为
2、了解决这个问题，近几年国内外学术界提出了一种有效的数字信息产品版权保护的技术 数字水印技术，该研究为解决数字信息产品版权保护问题奠定了基础，为实现数字信息版权保护提供了一种重要的手段。 2.数字水印技术 2.1 数字水印系统基本模型 数字水印技术是通过在原始媒体数据上嵌入一些标识信息，且不影响原始媒体数据的使用价值，也不容易被探知和再次修改。但可以被生产方识别，来证实该媒体数据的版权归属问题。数字水印系统的基本模型如图 1 所示 1包括水印的 嵌入、数字多媒体数据传播和水印提取。一个基本的数字水印方法通常包括三方面 2-4:水印生成、水印嵌入以及水印的提取。水印的嵌入是将水印信息嵌入到原始载体
3、数据中；水印的提取是将水印信息从载体数据中提取出来；水印的检测是为了判断载体数据中是否含有水印信息。 2 图 1 数字水印系统基本模型 2.2 数字水印技术的基本特性 数字水印系统必须是一个可靠的水印系统，一般应满足如下要求 5： 1、不可 感知性 水印在通常的视觉条件下应该是不可感知的，水印的存在不会影响作品的整体视觉效果。 2、稳健性 稳健性是指嵌入在载体图像中的水印信息能够对有意无意的攻击有一定的抵抗能力，保证载体图像在受到攻击后，仍保持一定的完整性。 3、抗窜改性 抗窜改性是指水印一旦嵌入到载体中，攻击者就很难改变。稳健性要求高的应用环境中，通常也需要很强的抗窜改性。在版权保护中，要达
4、到好的抗窜改性还是比较困难的。 4、 安全性 安全性是指应确保嵌入信息的保密性和较低的错误检测率，水印可以是任何形式的数据，比如数据、文本、图像、数字等，所有的 水印都包含一个水印嵌入系统和水印恢复系统。 5、 低错误率 低错误率是指即使在不受攻击或者无信号失真的情况下，也要求不能检测到水印或者检测到水印的概率须非常小。 水印嵌入器 F 原始水印数据 密钥 K 加密数字水印W 原始数字产品 X 含水印的产品Y 嵌入算法 水印提取器 H 含水印的产品Y 无水印的产品 X 水印 W 提取水印算法 密钥 水印攻击 3 3.数字水印技术的现状 在全球领域，一些知名的高校也积极的参与其中，如在美国，以麻
5、省理工学院媒体实验室为代表的一批研究机构和企业已申请了数字水印方面的专利。国际上有实力的大公司也介入了数字水印技术的研究，如 IBM 公司的 Waston 研究中心、微软公司建桥学院、朗讯公司贝尔实验室、 Sony 公司等。 在国内，我们对数字水印技术的研究比起西方还是有很大的差距。 1999 年 12 月在北京召开了第一届信息隐藏学术研讨会，促进了数字水印及其他信息隐藏技术在我国的研究和应用。 2000 年 1 月，由国家“ 863”智能专家组和中科院自动化所模式识别国家重点实验室召开了数字水印学术研讨会。在 2003 年的科技型中小企业技术创新基金若干重点项目指南中 6，明确指出了对于“数
6、字产品产权保护”和“个性化产品防伪”等多项防盗版和防伪技术的重点支持。现在，已经有一大批具有实力的科研机构和高校也投入到这一领域研究中来了。 下面是几种比较典型的数字水印算法： 3.1、 LSB 算法 Tirkel 在后 来的“ A Digital Watermark”文中提出的一种水印算法，就是现在的最低有效位（ LSB）算法 7，属于空间域算法，该算法是将水印嵌入到载体图像的最不重要的像素（ LSB）位平面中去，采用替换的方式，具有较高的水印容量和较好的不可感知性。 但是由于使用了图像不重要的像素位，算法的 稳健 性 较 差，水印信息很容易为滤波、图像量化、 压缩、 几何变形 等恶意攻击
7、破坏。 3.2 、 Patchwork 算法 1996 年， Bender 等 8提出了一种针对打印、扫描应用的 Patchwork 法。这种方法不是把水印隐藏在图像 数据中，而是隐藏在图像数据的统计特性中。 该算法 是随机选择 N 对像素点 (ai， bi) ，然后将每个 ai 点的亮度值加 1 ，每个 bi 点的亮度值减 1，这样整个图像的平均亮度 就会 保持不变。 该算法 对 JPEG 压缩、 FIR 滤波以及图像裁剪有一定的抵抗力，但该 算法的水印容量较低 。 3.3 、基于离散余弦变换（ DCT）变换域算法 1996 年， Cox 等 9提出了一种基于扩频通信的算法， 称之为扩频法
8、。该算法将载体图像先进行 DCT变换后将水印通过扩频的方法嵌入到 DCT变换域中 。 该水印算法对有损压缩 、低通滤波 等操作稳健性较好 。 先 将图像分割成 88 小块 ，并对每个 小 块做 DCT 变换，然后4 随机选择构造所有 小 块的一个子集，对子集的每一个 小 块，选择一组频率并嵌入二进制水印信息。 它不仅在于将通信中的扩频技术应用于水印嵌入中，还明确提出数字水印嵌入在载体图像的重要位置上才能有较好的稳健性。 3.4 、基于小波变换域算法 与传统的 DCT 变换相比， 小波变换 10是一种变分析率的，将时域与频域相联合的分析方法，时间窗的大小随频率自动进行调整，更加符合人眼视觉特性。
9、小波分析在时、频域同时具有良好的局部性，为传统的时域分析提供了良好的结合。 目前，小波分析 已经广泛应用于视频的压缩编码、计算机视觉、纹理特征识别等 相关 领域。 4.结论 图像数字水印技术从刚开始灰度图像、彩色图像再到现在的视频，在短短的几十年里得到了迅速的发展，在很多的领域发挥着举足轻重的作用，伴随着网络技术的发展和通讯安全的需要，数字水印技术也已经越来越受到学术界以及商界的关注。但到目前为止，该领域仍面临着重大考验： 1、数字水印的视觉评价仅仅是主观的概念，并没有具体的定量分析。在基于 HVS 的数字水印技术评价上，应建立一个明确的客观标准，便于以后基于 HVS 数字水印系统的研究和发展
10、。 2、数字水印 技术的评价与衡量标准不完善。虽然现有一些衡量标准，但还是存在一定的缺陷，很多方面还不是很全面。 3、对视频的水印的解决方法还不是很成熟。目前关于图片的数字水印研究比较成熟，而对于视频水印的研究要以现有的图像水印为基础。 依照目前数字水印的发展趋势，数字水印研究趋向于视频、软件方面发展，数字水印技术的发展也必定会越来越全面。数字水印技术作为数据安全领域中的新生事物，具有很高的技术含量，随着它的发展，水印应用范围逐渐扩展，同时也孕育了巨大的市场。然而，市场上的数字水印产品在技术上还不是很成熟，面临着很多恶意的攻 击。鉴于数字水印技术广泛的应用，无论从理论上还是从应用上，开展水印技
11、术的研究，不但具有学术意义，还具有极为重要的实用价值 11。 参考文献 ： 1田兴平 ,基于 HVS 和图像内容特征的图像水印算法 D.吉林大学， 2011,5. 2F.Y.Shin,S.Y.T.Wu. Combinational image watermarking in the special and domainsJ.Pattern 5 Recognition,2003,36(4):969-975. 3蒋铭 ,孙水发 ,郑胜 ,万钧力 .基于系数关系的 DCT 域数字图像水印 J.计算机工程与应用，2008,44(5):125-127,142. 4C.T.Hsu,J.L.Wu.Hidde
12、n digital watermarks in imagesJ.IEEE Trans Image Processing,1999,8(1):58-68. 5石红芹，谢昕 .数字水印及其发展研究 D.华东交通大学信息工程学院， 2005. 62003 年度科技型中小企业技术创新基金若干重点项目指南 .科学技术部编制： 24. 7L.Niansheng,G.Donghui.Transmission Method of Image Information Hiding Based on Chaotic EncryptionJ.Computer Engineering,2006,10(4):23-25
13、. 8W.Bender,D.Gruhl,N.Morimoto,and A.Lu,Techniques for Data HidingJ,IBM System Joumal,1996,35(3&4):313-336. 9Ingemar J.Cox,Joe Kilian,F.Thomson Leighton,and Talal Shamoon,Secure Spread Spectrum Watermarking for MultimediaJ,IEEE Transaction on Image Processing,1997, 6(12):1673-1687. 10 http:/ 11陈琦，王炳锡 .网络环境下的信息隐藏于数字水印技术 J.网络安全技术与应用 ， 2001（ 7）：19-22.
