数字水印技术范文

导语：如何才能写好一篇数字水印技术，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词:数字水印;系统模型;应用领域;数字水印算法

中国分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)35-10052-02

Discussion on the Digital Watermark Technology

ZHOU Liang

(Science and Technology Department, Jiujiang University, Jiujiang 332005, China)

Abstract: The digital watermark technology is the important method for the copyright protection. It has widespread application prospect in the multitudinous domains, including copyright protection, content authentication, duplication control, quality monitor, broadcast monitoring and so on. This article mainly introduces the concept, model and characteristic of the digital watermark and so on. It is a new kind of recent information camouflage technology and it is also the effective methods for solving the problems of copyright protection caused by the digital products.

Key words: digital watermark; system model; domain of application; digital watermark algorithm

近年来,随着计算机网络技术的飞速发展,人们获取信息和交流信息变得越来越方便。但是网络在给人们带来便利的同时也暴露了严重的安全问题:作品侵权更加容易,篡改也更加方便。现有的版权保护系统多采用密码认证技术(例如DVD光盘的安全密码),但仅采用密码并不能完全解决版权保护问题。

于是数字水印技术应运而生,数字水印技术是保障信息安全的一种普遍有效的技术手段。这些年来,数字水印技术得到了全世界学术界和商界的认可。国际上有许多机构纷纷开展对数字水印技术的研究。因此,数字水印技术成为当今网络信息安全和数字媒体版权保护研究的热点。

1 数字水印技术的概念和系统模型

1.1 数字水印技术的概念

数字水印技术(Digital watermarking)是往多媒体数据(如图像、声音、视频等信号)中添加某些数字信息(水印)而不影响原数据的视听效果,并且这些数字信息可以部分或全部从混合数据中恢复出来,以达到版权保护等作用。

1.2 数字水印技术的系统模型

数字水印的通用模型包括水印嵌入、水印检测或提取两方面。如图1所示的水印嵌入过程是将水印嵌入到作品中。图2所示为一般水印检测系统。输入端为加入水印的作品、密钥以及原始作品或原始水印。输出端则输出恢复的水印或检测恢复水印与原始水印相似程度的结果。

2 数字水印的特性

嵌入数字多媒体中的信息必须具有以下基本特性才可以称得上是数字水印。

1) 不可感知性:指向数字作品中嵌入的数字水印,是利用人类视觉或听觉系统的特征,经过一系列隐藏处理,嵌入的数字水印不会使得原始数据发生可感知的改变,也不能使得被嵌入的水印引起人的感知。

2) 安全性:数字水印中的信息应该是安全的,难以被伪造。数字水印系统使用一个或多个密钥来确保安全,防止修改和擦除水印。信息被隐藏在多媒体内容中,并不因文件格式转换而丢失,且未经授权者不能检测出水印。

3) 鲁棒性:鲁棒性也叫稳健性,是指在经历多种无意或有意的信号处理过程后,数字水印仍能保持完整性或仍能被准确鉴别。

4) 可证明性:数字水印技术能为受版权保护的信息产品的归属者提供完全可靠的证据。数字水印可以使已经注册用户的号码、产品标志或者有意义的文字等嵌入到被保护的对象中,在需要时候可以将其提取出来,判断数据是否收到保护,并能够监视被保护数据的传播以及非法复制,进行真伪鉴别等。这实际上也是发展水印技术的基本动力。

5) 不可检测性:指嵌入水印后的数据与原始载体数据具有一致的特性。使非法拦截者无法判断是否有隐藏信息。

6) 无歧义性:恢复出的水印或水印判决的结果能够为作品的所有者提供唯一可靠的法力依据,不会发生多重所有权的纠纷。

3 数字水印的典型算法

近年来,数字水印技术研究取得了很大的进步,人们提出了许多有效算法。

1) 最低有效位方法(Least Significant Bit):此算法首先把二维水印信号按象素点逐一插入到原始图像象素值的最低有效位(LSB),所以这种算法也被称为LSB算法。由于水印信号被安排在了最低位上,它是不可见的,但是基于同样的原因,它可以轻易地被移去,因此也是不稳健的。

2) Patchwork算法:此算法是一种基于统计的数字水印嵌入方法。在Patchwork算法中,一个密钥用来初始化一个伪随机数发生器,而这个伪随机数发生器将产生载体中放置水印的位置。该算法首先随机选取N对象素点,然后通过增加象素对中一个点的亮度值,而相应降低另一个点的亮度值的调整来隐藏信息。

3) 压缩域算法:基于JPEG、JPEG2000、MPEG-2、MPEG-4标准的压缩域数字水印系统不仅节省了大量的完全解码和重新编码过程,而且在数字电视广播及VOD(Video on Demand)中有很大的实用价值。相应地,水印检测与提取也可直接在压缩域数据中进行。

4) NEC算法:该算法由NEC实验室的COX等人提出,该算法在数字水印算法中占有重要地位,其实现方法是,首先以密钥为种子来产生伪随机序列,其次对图像做DCT变换,最后用伪随机高斯序列来调制(叠加)该图像除直流(DC)分量外的1000个最大的DCT系数。该算法具有较强的鲁棒性、安全性、透明性等。

5) 生理模型算法:这种算法主要是利用视觉模型与其它算法相结合,还有基于JPEG、MPEG标准的压缩域算法,不仅节省了大量的完全解码和重新编码过程,而且在数字电视广播及VOD(Video on Demand)中有很大的使用价值,不足之处是该算法人工实验花费高。

4 数字水印的主要应用领域

1) 版权保护:计算机技术的发展使得数字产品的拷贝非常容易,数字产品的版权保护是当前的热点问题。数字作品包括数字图像、图形、音乐、视频、计算机软件等。数字作品的所有者可用密钥产生一个水印,并将其嵌入原始数据,然后公开他的水印版本作品。

2) 隐藏标识和安全通信:数字水印用于隐藏标识时,水印本身携带标识信息,可在医学、制图、数字成像、数字图像监控、多媒体索引和基于内容的检索等领域得到应用。数字水印的安全不可见通信将在国防和情报部门得到广泛的应用。

3) 篡改提示:当数字作品被用于法庭、医学、新闻及商业时,常需要确定它们的内容是否被篡改、什么位置被篡改、篡改的强度如何、以及如何修复等。通常采用脆弱的水印来标定篡改的位置或强度,这样的水印必须是全局的,并且对一个地方的破坏不影响其他地方水印的提取。

4) 使用控制:在数字产品的商业体系中,大家都希望有一种拷贝保护体制,可以用水印保护来约束数据的拷贝。例如一个带有防拷贝功能的移动存储器,不能拷贝带有表示“禁止拷贝”涵义的水印的数字产品。

5 结束语

数字水印正处在蓬勃发展的过程中,掌握其发展方向对研究数字水印技术有着重要的意义,今后数字水印的技术研究将侧重于提高数字水印算法的稳健性、安全性、研究其在实际网络中的应用及作用。在信息化时代的今天,数字水印技术的研究具有重要的意义,数字水印技术将对保护各种形式的数字产品起到重要的作用。

参考文献:

[1] 邓英.数字水印算法分析[J].软件导刊,2008(4):61-64.

[2] 武兵.数字水印技术浅析[J].中国科技信息,2006(11).

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关键词：图像水印；几何攻击；图像分割

中图分类号：TP301.6文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)28-6971-03

Research of Digital Watermarking Algorithm Technology

QIU Jing,XU De-zhi

(School of Information Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)

Abstract: Digital image watermarking the research has made a lot of progress, but it is still difficult to resist geometric attacks, Based on rotation invariant and image normalization put forward a new kind of rotation and zooming constant image watermarking algorithm is proposed, the paper on some corresponding algorithm.

Key words: image watermarking; geometric attack; image segmentation

1 绪论

随着计算机和通信技术的发展，传统的媒体内容已经转向数字化存储和传播，并且数字化的媒体信息已经占据了电子商务市场的巨大份额，学者们尝试通过加密和数字签名技术来解决数字媒体内容存在的信息安全问题。数字水印技术的发展已经超过10多年的历史，并且取得了很大进展，但它尚未成为数字内容安全系统，越来越多的攻击有效部位数字水印技术仍然面临的问题。当前数字水印算法抵抗水印几何攻击的效果差，构成了难以衡量的威胁，极大地影响了数字水印技术的发展。

2 数字水印的研究现状

数字水印是一种信息隐藏技术，一般来说，它需要正确插入嵌入式数字化改造产品，通常转化为数字水印秘密信息。目前，数字水印算法已经变得更丰富和更成熟。数字水印包括图像处理，多媒体技术，模式识别，密码学，信息和通信等学科领域，需要综合利用这些不同领域的算法、思想和观点。随着数字水印在许多领域中具有巨大的潜在应用市场，一些著名的实验室、科研机构和企业都投入了大量的人力物力进行水印技术的研究与开发。如美国的麻省工学院、英国剑桥大学、哥伦比亚大学的ADVENT实验室、日内瓦大学的数字水印研究组、德国国家信息技术研究所、美国NEC研究所、日本NTT信息与通信系研究中心、普林斯顿大学等等在数字水印领域都有较成功的研究。

3 数字水印的应用领域

数字水印的主要应用之一是版权保护，由主要生产数字水印作品拥有者，并嵌入原始数据，然后添加一个水印出版作品。当该作品被盗版或者出现版权纠纷时，水印的提取和认证能够证明加水印作品的版权；其次数字水印技术可以对识别信息进行编码，从而替代动态监控技术。它利用自身嵌入在内容之中的特点，无需利用广播信号的某些特殊片段，因而能够完全兼容于所安装的模拟或数字的广播基础设备；其他的应用领域还有对所有者鉴别、所有权验证、操作跟踪、内容认证、拷贝控制。

4 数字水印算法研究

4.1 数字水印算法思想

本文提出了一种水印算法思想，首先，原始或者加水印的图像被分割成一些同质的区域，并提取出特征点。然后，定义圆形区域的水印嵌入和提取。基于图像归一化和方向分配，旋转、缩放和平移不变的区域可以被用于水印的嵌入和提取。分割后的图像采用混合广义高斯分布建模，将这个模型作为对水印处理过程的各方面进行数学分析的基础，比如发生错误的概率和嵌入强度的调节。其流程如图1所示。

4.2 水印嵌入算法

基于以上思想，首先，使用Harris和Laplace探测器提取主体图像中稳定的特征点；然后，根据特征尺度理论自适应地确定局部特征区域，并使用图像归一化技术进行归一化处理；最后，根据预矫正补偿理论，通过比较DFT的中频数值，将一些数字水印嵌入到不重叠的归一化的局部特征区域。

水印嵌入算法可以分为一下几个步骤：

1） 通过密钥K1产生一个随机序列（数字水印），L是序列的长度，序列的数值属于集合{0,1}。

2） 将Harris-Laplace探测器应用于主体图像，得到一个特征点的集合，作为局部特征区域的中心参考。

3） 对一组局部特征区域（圆形区域）进行重构。

4） 在每个特征区域进行零填充操作，将圆形区域映射到的尺寸的块（是圆形区域的半径）。然后，对每个尺寸的块进行归一化操作。

5） 将DFT变换应用于每个归一化之后的块，获得DFT频谱，振幅谱和相位谱。

选择和修正水印嵌入过程中DFT参数数值的过程如下：

首先，在Fk中选择半径r1和rL（r1＜rL），在半径r1和rL之间的环形区域覆盖了DFT变换域中的中频部分。令为在局部特征区域中围绕零频率部分的同心圆，这里。

然后，根据密钥K2，在Fk的第一象限中随机选择DFT的中间系数。

最后，从第一个点开始，间隔90°选择两个点，定位在DFT平面的上半区域。嵌入1比特水印的过程如下：

a） 计算之间原来幅度的差异

b） 修正DFT的中频数值：

如果水印的为1比特，且Δ大于α，则没有变化，否则

如果Δ小于，则没有变化，否则

这里和是旧数值，是在局部特征区域第i个同心圆上在和两点上的新数值。α是水印强度。α值增大也会增加水印算法的鲁棒性，但是α值较小时嵌入的水印才是不可见的。因此在鲁棒性和透明性之间也存在一个平衡问题。

另外，为了在DFT频谱修正之后产生一个实值图像，在DFT下半平面上的对称点也必须转换为完全相同的数值。

通过重复上述步骤，可以将L比特的水印嵌入到环形区域中。最后，可以通过IDFT变换获得水印归一化块。

6）在不同的归一化块和水印归一化块之间计算不同差异图像块。

7）在对差异图像块进行反向归一化之后，在空间域增加原始块，可以得到水印块。然后通过在每个水印块上进行零去除操作得到水印圆形区域。最后，用取代Ok。

通过在所有局部特征区域重复上述步骤（4）-（7）可以到水印图像。

4.3 水印探测算法

探测过程使用特征点提取结果，接着使用自同步水印。在水印探测过程中，如果两个嵌入的水印被探测到则说明水印存在。水印探测算法的步骤如下：

1） 原始水印是根据相同的密钥K1产生的。

2） 将Harris-Laplace探测器应用于接受到的图像，得到一系列特征点，可以作为局部特征区域的参考中心。

3） 重建一组局部特征区域。

4） 在每个局部特征区域上进行零填充操作，将圆形区域映射到的尺寸的块（是圆形区域的半径）。然后，对每个尺寸的块进行归一化操作。

5） 将DFT变换应用于每个归一化之后的块，获得DFT频谱，振幅谱。

和水印嵌入过程相似，第i个同心圆的DFT变换的中间系数是根据密钥在第一个象限随机选择的，然后选择两个点）。提取的水印比特数由以下决定：

这里上选择的系数值。

通过重复上述步骤，可以得到提取的水印。

6） 探测过程中有一定的误报率。为了估计这个错误，比较提取的水印和原始的水印是十分必要的。对一个没有水印的图像，提取的比特数被假设为独立随即变量，如果提取的比特数和嵌入的相同则称作成功提取，成功提取的概率为。假设。令r为在每个圆形区域成功提取的比特数，L为水印序列的大小。然后，基于伯努利试验的假设，r是独立于二项分布的随机变量。如果一个圆形区域中提取的比特数大于一个阈值则说明存在水印。这个阈值为T。因此，圆形区域的误报率就是r≥T的累计概率：

此外，至少有两个圆形区域成功提取水印才可以确定一幅图像中存在水印。在这种准则下，一幅图像的误报率为：

这里M是一幅图像中所有圆形区域的数量。如果确定了，则可以计算出T。

如果至少两个圆形区域成功提取水印，则说明提取成功，否则，提取失败。

5 小结

近年来，在理论上取得了水印的快速发展，但在实践中仍然有许多需要解决。将水印嵌入图像的部分区域后，基于特征点的算法可以用于抵抗裁剪攻击，与该技术结合可以抵抗更广泛的几何攻击，具有较好的效果。

参考文献：

[1] Wang J W,Gao X B,Zhong J J.A video watermarking based on 3-D complex wavelet[C].Proeeedings of IEEE International Conference on Image Processing,2007.

[2] Chao-Hung Lai,Jiunn-Lin Wu.Robust image watermarking against local geometric attacks using multiscale block matching method[J].Journal of Visual Communication and Image Representation,2009,20(6):377-388,

[3] Wei Lu,Fu-Lai Chung,Hongtao Lu,et al.Detecting fake images using watermarks and support vector machines[J].Computer Standards & Interfaces,2008,30(3): 132-136.

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关键词：数字水印；鲁棒性；分形压缩；IFS

中图分类号：TP309 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2012)36-8763-02

数字水印技术是数字产品版权保护的重要手段。通过将版权信息有效合理地嵌入到数字产品中，在版权认证时又能够及时将其提取出来，从而有力地保证了数字产品的版权。分形压缩[1]着眼于图像的自相似性（或局部自相似性），以IFS(迭代函数系统)和拼贴定理为基础，对原始图像进行分形编码，从而大大减少了表示图像的信息量。该文将数字水印技术与分形压缩技术紧密结合，使得水印的鲁棒性得到了很好的提高。

1 数字水印技术

对于一个静态图像，对其原始信号的频域空间（通过将原始信号进行频域变换），运用某种算法加入一个水印信号，或在一个宽信道上传送一个窄带信号[2] ，都可以看成是数字水印技术的应用体现。

如果用X表示数字产品的集合、W表示水印信号的集合、K 表示水印密钥、G表示水印信号生产算法、E表示水印信号加入算法、D表示水印信号检测算法，整个水印处理系统可用一个六元体（X，W，K，G，E，D）来描述。各个部分之间的关系可以理解成：G 利用K和X生成W，E再将W加入到X中，待到需要时，用D从已加入水印信号的X中提取出W，进而对数字产品的版权进行认证。

2 分形压缩技术

分形压缩技术主要是通过分形图像的自相似性（即图像的局部与整体具有某种相似性），进而对原始图像进行压缩编码与解码的过程。通常可分为图像分割、分割码本、等距变换、编码、参数量化、解码六个子过程（如下）：

3 分形压缩在数字水印中的应用

由于分形压缩可将一幅图像大幅压缩，比如一个256*256像素的灰度图像，需要65536B去存储，而经过分形压缩，仅需3954B存储空间即可。在数字图像中嵌入水印信号的时候，通过将原始水印信号分形压缩后，再将水印信号的分形码嵌入数字图像中，而非像原来那样嵌入水印原始信号，就可将水印信息成倍地嵌入。换句话说，原来数字图像中只有一个水印信号，而现在却有多个水印信号备份，即使有局部水印信号被篡改了，也可以通过其他备份信息来加以还原，因此水印的鲁棒性大大提高。

参考文献：

[1] 李水根,吴纪桃.分形与小波[M].北京:科学出版社,2002.

[2] 易开祥,石教英.一种自适应二维数字水印算法[C].中国第二次信息隐藏与数字水印学术论文,2000:108-112.

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 关键词：数字水印；隐蔽性；鲁棒性

     

      随着信息时代的到来，特别是Internet的普及，信息的安全保护问题日益突出。当前的信息安全技术基本上都以密码学理论为基础，无论是采用传统的密钥系统还是公钥系统，其保护方式都是控制文件的存取，即将文件加密成密文，使非法用户不能解读。但随着计算机处理能力的快速提高，这种通过不断增加密钥长度来提高系统密级的方法变得越来越不安全。另一方面，多媒体技术已被广泛应用，需要进行加密、认证和版权保护的声像数据也越来越多。数字化的声像数据从本质上说就是数字信号，如果对这类数据也采用密码加密方式，则其本身的信号属性就被忽略了。最近几年，许多研究人员放弃了传统密码学的技术路线，尝试用各种信号处理方法对声像数据进行隐藏加密，并将该技术用于制作多媒体的“数字水印”。

一、数字时代的密写术———数字水印

数字水印（Digital Watermark）技术是指用信号处理的方法在数字化的多媒体数据中嵌入隐蔽的标记，这种标记通常是不可见的，只有通过专用的检测器或阅读器才能提取。数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向。嵌入数字作品中的信息必须具有以下基本特性才能称为数字水印：

（一）隐蔽性

嵌入水印后的数据与原始数据相比，应感觉不到差别。嵌入水印后的数据不应该包括人们可以感觉到的失真而造成原始数据质量下降，这是一个具有主观性的属性，因而目前没有一个定量的标准来衡量。

（二）鲁棒性

所谓鲁棒性是指在经历多种无意或有意的信号处理过程后，数字水印仍能保持完整性或仍能被准确鉴别。嵌入水印后的数据经受对数据一些恶意的处理，譬如滤波、再量化、抖动等以及一些蓄意的攻击后，应该还能得到嵌入的数据。

（三）密钥的唯一性

即不同的密钥不应产生等同的水印。

（四）检测的可靠性

      水印检测出错的概率应小于某一合适门限值。这一特性描述了水印检测算法必须具有一定的确信度。

      二、数字水印的分类

数字水印技术可以从不同的角度进行划分。

      （一）按特性划分

按水印的特性可以将数字水印分为鲁棒数字水印和脆弱数字水印两类。

（二）按水印所附载的媒体划分

按水印所附载的媒体，我们可以将数字水印划分为图像水印、音频水印、视频水印、文本水印以及用于三维网格模型的网格水印等。

（三）按检测过程划分

按水印的检测过程可以将数字水印划分为明文水印和盲水印。明文水印在检测过程中需要原始数据，而盲水印的检测只需要密钥，不需要原始数据。

（四）按内容划分

按数字水印的内容可以将水印划分为有意义水印和无意义水印。有意义水印是指水印本身也是某个数字图像或数字音频片段的编码；无意义水印则只对应于一个序列号。

（五）按用途划分

按水印的用途，我们可以将数字水印划分为票据防伪水印、版权保护水印、篡改提示水印和隐蔽标识水印。

（六）按水印隐藏的位置划分

按数字水印的隐藏位置，我们可以将其划分为时（空）域数字水印、频域数字水印、时/频域数字水印和时间/尺度域数字水印。

三、数字水印的应用

多媒体技术的飞速发展和Internet的普及带来了一系列政治、经济、军事和文化问题，产生了许多新的研究热点，以下几个引起普遍关注的问题构成了数字水印的研究背景。

      （一）数字作品的知识产权保护

数字作品的版权保护是当前的热点问题。由于数字作品的拷贝、修改非常容易，而且可以做到与原作完全相同，所以原创者不得不采用一些严重损害作品质量的办法来加上版权标志，而这种明显可见的标志很容易被篡改。“数字水印”利用数据隐藏原理使版权标志不可见或不可听，既不损害原作品，又达到了版权保护的目的。然而实事求是地说，目前市场上的数字水印产品在技术上还不成熟，很容易被破坏或破解，距离真正的实用还有很长的路要走。（二）商务交易中的票据防伪

随着高质量图像输入输出设备的发展，特别是精度超过1200dpi的彩色喷墨、激光打印机和高精度彩色复印机的出现，使得货币、支票以及其他票据的伪造变得更加容易。另外，在从传统商务向电子商务转化的过程中，会出现大量过度性的电子文件，如各种纸质票据的扫描图像等。即使在网络安全技术成熟以后，各种电子票据也还需要一些非密码的认证方式。数字水印技术可以为各种票据提供不可见的认证标志，从而大大增加了伪造的难度。

（三）声像数据的隐藏标识和篡改提示

数据的标识信息往往比数据本身更具有保密价值。没有标识信息的数据有时甚至无法使用，但直接将这些重要信息标记在原始文件上又很危险。数字水印技术提供了一种隐藏标识的方法，标识信息在原始文件上是看不到的，只有通过特殊的阅读程序才可以读取。这种方法已经被国外一些公开的遥感图像数据库所采用。此外，数据的篡改提示也是一项很重要的工作。现有的信号拼接和镶嵌技术可以做到“移花接木”而不为人知，因此，如何防范对图像、录音、录像数据的篡改攻击是重要的研究课题。基于数字水印的篡改提示是解决这一问题的理想技术途径，通过隐藏水印的状态可以判断声像信号是否被篡改。

（四）隐蔽通信及其对抗

数字水印所依赖的信息隐藏技术不仅提供了非密码的安全途径，更引发了信息战尤其是网络情报战的革命，产生了一系列新颖的作战方式，引起了许多国家的重视。网络情报战是信息战的重要组成部分，其核心内容是利用公用网络进行保密数据传送。迄今为止，学术界在这方面的研究思路一直未能突破“文件加密”的思维模式，然而，经过加密的文件往往是混乱无序的，容易引起攻击者的注意。网络多媒体技术的广泛应用使得利用公用网络进行保密通信有了新的思路，利用数字化声像信号相对于人的视觉、听觉冗余，可以进行各种时（空）域和变换域的信息隐藏，从而实现隐蔽通信。

四、数字水印的未来

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关键词：电力系统；数字水印；信息安全

中图分类号：TB

文献标识码：A

doi：10.19311/ki.1672 3198.2016.22.090

1 引言

电力系统是指由发电、变电、输电、配电和用电环节组成的电能的生产、传输、分配和消费同时进行的系统。随着现代社会电力系统发展不断进入信息化、多媒体技术的飞速发展以及计算机网络技术的广泛应用，我国的电力通信网应运而生。由于地区与地区的交易日益频繁，电网需要将不同的地区联系起来，保证电力系统的安全稳定运行。现如今，越来越多的电力企业采用自动化办公，各种办公文件在电力系统中传输过程中很有可能被非法盗取和篡改，会造成很严重的后果。为了解决多媒体在传输过程中的信息安全问题，数字水印技术被应用于电力系统中。

2 数字水印技术

2.1 数字水印定义

数字水印技术根据嵌入载体的类型划分，可以分为图像水印、文本水印、音频水印以及视频水印。数字水印技术是指利用数字载体中普遍存在的冗余数据与随机性，在数据内容中根据一定的算法嵌入不明显的记号，不会影响到原来数据的内容以及使用，这些记号通过有效的检测方法可以被检测到以及被提取出。

2.2 数字水印的特点

2.2.1 真实性

对于已嵌入水印的图像，从视觉上来看和原始图像是没有差别的，也就是说，水印是不可见的，水印的加入不会影响到原始图像的质量以及作用。

2.2.2 鲁棒性

鲁棒性是指图像在、传输和使用的过程中遭受到了各种程度的攻击后，嵌入的水印信息依然是存在的，并且能被以一定的正确率检测出来。

2.2.3 安全性

安全性是指嵌入的算法具有很强的抵抗有意攻击与无意攻击的能力，隐藏的信息不会轻易地被破坏，水印信息可以顺利被提取出来。

2.2.4 不可检测性

不可检测性是指原始的图像与加入水印的图像具有一些一致的特性，这样非法拦截者在对数据进行拦截时候无法判断其是否具有隐蔽的信息。

3 在电力系统中的应用

在电力系统中，各个发电厂、变电站、调度中心等时时刻刻都在进行重要的信息的发送、接受以及转换，保护这些重要的信息在传输的过程中不发生差错十分必要，否则很容易引起大范围的停电事故或者一次系统震荡事故等严重危害。数字水印技术可以解决信息传输过程中的安全问题，保证电力系统传递数据的安全与可靠。对于电力系统的信息保护，主要体现在以下几个方面。

3.1 版权保护

在电力系统中，各个发电厂、变电站、调度中心产生的电信号都是非常重要的，一定要对它们进行保护，避免被非法盗用。对于电力系统中的重要文档资料，也一定要对文件进行版权保护，避免被恶意篡改造成不可估量的损失。为此，一般选择鲁棒性强的水印算法，抵挡可能收到的攻击，提高传递的可靠性。

3.2 隐蔽通信

电力系统中数据的传输的安全问题已经成了一个急需解决的问题。电力系统中一些电力设备的重要信息在传输的过程中需要保护其准确性以及安全性。例如若电价信息被竞争对手截获并且恶意篡改，那么将对电厂的经济效益造成重大的损失。通过数字水印技术，将电力系统中的重要信息进行隐藏处理，以便提高信息传输的可信度。

3.3 信息隐藏

电力设备的信息隐藏是指将电力系统中的重要信息作为水印信息嵌入到原有的数据中隐藏起来。通过水印检测技术才可以查找到目标设备。

4 结论

随着电力系统信息化不断发展，文本、图像、音频、视频文件成了电力系统中重要信息的传播媒介。在传输过程中若出现差错会严重影响电力系统的信息安全，数字水印技术具有很好的信息隐藏功能，将其运用在电力系统中，可以使得数据在传递过程中避免遭受各种各样的破坏，可以在发送和接收端用户之间建立可靠的信任关系，提高数据在传送过程中的安全性以及准确性。随着数字水印技术的不断发展，该技术将会具有更加广泛的应用前景。

参考文献

[1]聂晓波.基于H.264压缩域的视频水印算法研究[D].天津：河北工业大学，2014.

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关键词：数字水印技术；电子档案；档案保护

中图分类号：G273 文献标志码：A 文章编号：1673-291X（2013）17-0243-02

电子档案一般是指以文字、图像、视频等形式存在的具有保存价值的电子文件。电子档案与纸质档案和一般的电子文件相比较，其以磁盘、光盘等作为存储介质，并通过数字网络进行传输，这样就容易被篡改、复制、伪造而不易发现，从而造成其原始性、真实性、完整性和保密性不同程度的破坏，为其信息根本性数据埋下安全隐患。这就要求在电子档案的维护与应用方面必须采取相关安全技术。而数字水印是一种不同于密码学的信息隐藏安全技术，主要应用于版权领域，起到和数字签名相同的作用，即用于保护其内容的原始性、真实性和完整性。

一、电子档案的弱点

电子档案内容是以字节来表示和实现的，并通过比特形式产生和接收，其价值信息须借以数字读取工具实现视觉和听觉等感受，属非实际的事物，这方面异于传统的实体档案。

相比于传统类型的实体档案而言，电子档案有着自己的弱点：一是分离性。电子档案的真实性表现为字节信息，而非其容易改变的格式或依附的媒体。在各种数字信息转换中，电子档案字节信息若未变化，其真实性表面看仍为真实的。如此看来，以传统理念和方法来判断电子档案真实性就已经不相适应了。二是易复制性。被保护信息呈虚拟状态的电子档案，极易被修改、复制、粘贴和移动等，且一般不留任何痕迹，以致电子档案原始性、真实性和完整性遭到破坏。三是流动性。电子档案在数字平台支持下，其保存和利用无局限性，可通过数字及信息技术在任意终端进行访问、存取等，并为利用者提供有效服务。

二、数字水印技术及其分类

数字水印指采用信息处理的方法将隐蔽的数字信息嵌入在电子文件和电子档案中的文字、图像、符号、数字等标识性信息中，但隐蔽的数字信息一般是不可见的，只有借以专门的技术设备才能提取和检测[1]。

数字水印技术在对电子档案保护应用时，由于其本身的技术特点支持和处理，不会破坏电子档案原始数据的实际使用价值。这种技术的类型从外在层面上可简单地分为感知和不易感知两种。感知型数字水印，是指可用肉眼看到水印，就像插入或覆盖在图像上的特殊标识，一般呈较淡或半透明状，直观性强，当所有权发生争议时，可通过提取、检测嵌入信息来证实法律权限归属[2]。不易感知型数字水印是指隐藏在数字产品数字信息中，就像加密技术，没有特殊的密钥就不能将其打开并读取出有关水印信息，这种技术多用于音频等电子档案中[3]。

三、 数字水印技术实现电子档案保护

（一）数字水印技术保护电子档案原理

数字水印技术的原理是利用专门信息技术算法将一些标志性的信息数据嵌入到电子档案关键位置中，其不会影响原电子档案的真实内容及有效使用性，同时单从视觉效应上也不可觉察到嵌入数据信息的存在实际。需验证时，可通过专业的读取算法从电子档案中提取嵌入的水印进行验证。

（二）数字水印模型

数字水印的一般模型包括水印信息结构、水印加载和水印检测三个部分。设A为需技术保护的原始电子档案，W为数字水印信息，K为密钥。处理后的水印记为W′，其可以通过函数F（·）实现：W′=F（A，W，K）。水印加载：设嵌入算法为E、原始电子档案为A、水印为W′，那么加入了水印后的电子档案AW可表示为：AW=E（A，W′）。水印提取（检测）：设提取水印算法为D，那么输出可以是0—1逻辑判断，也可以是包含各种水印信息的水印数据流，如文本、图像等。要验证原始电子档案A和有争议的档案图像（通常加了水印）AW的一致性，只需计算：W″=D（AW，A，K），V（W，W″，K，ε）={1W 存在；0W不存在}。其中，W″为提取出的水印，K 为密钥，函数V·为检测算法，ε为判断的阈值。

图1 电子档案中加载和检测数字水印的过程

（三）数字水印技术对电子档案保护实例分析

数字水印技术在电子档案保护方面发挥着重要作用，扮演者重要角色。下面结合图2以电子档案重要内容之一电子印章为例分析。

图2 数字水印技术在电子印章中的应用

从图2中可看出，数字水印应用于电子印章的第三层中，通过编制好的代码令水印嵌入电子印章中。通过检测水印即可观察到电子档案的原始数据是否被篡改：数字水印被技术性嵌入后，会渗透至原始信息的不同空间中，任何变动即会破坏水印信息并能被发现，[4]从而体现数字防伪的有效性；通过水印完整性的提取也可验证图像数据是否完整：在图像数据信息中嵌入完整的水印信息，检测时提取该信息，而后与原始数据信息进行仔细对比，即可确定原始数据是否被修改过。

（四）数字水印处理后的电子档案特点

通过对数字水印技术处理后的电子档案的上述分析可以看出，它具有明显的防篡改和防伪造功能、不可抵赖功能、身份认证功能等较多优势。具体表现为以下特点。

1.安全性。通过技术性的专门算法嵌入在电子档案信息数据中的数字水印数据由于其具有较强的隐蔽性能，一般情况下是难以被觉察的，更不易被擦除、篡改和伪造。同时，由于其具备较低的误测率，数字水印会随着原始数据信息的变化而改变，从而在一定技术手段支持下，我们就会很容易的检测到原始数据变更与否。当然，数字水印同样对重复添加有着一般技术所缺乏的较强的抵抗性能。

2.隐蔽性。数字水印信息被技术性嵌入到电子档案中后是不可感知的，当然，被保护的电子档案原始性数据信息也不会受到正常的有效使用和利用。虽然上文提到的易感知水印技术，如图像水印等，在人的肉眼下是能被察觉和感知，但这种对水印信息的感知只是停留在对数据信息的表面而已，被嵌入的水印信息状况如何，是否被篡改，肉眼仍是不可以确定的，换句话说，就是只有靠专业性的技术手段才可以把隐蔽的信息读取出来。

3.鲁棒性。作为电子档案信息，不同于传统的实体档案，其利用的效率和方式显而易见。这就要求电子档案信息数据在传输、复制、粘贴、修改等多种形式的利用过程中，或者说不管经受任何形式的信号处理，电子档案本身的原始信息数据也不会被破坏，仍保持其原始性、真实性、完整性等特性。而数字水印技术正是实现这一功能的关键性技术。

4.可证明性。数字水印数据信息被技术性嵌入到电子档案当中，根据需要，可随时提取和验证，以判断电子档案有关存储信息是否有效、真实和完整，甚至可以用特殊的技术手段来控制被保护电子档案数据信息的传播以及非法复制、粘贴、伪造等。

参考文献：

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关键词：网络信息安全；数字水印技术；数字水印算法

中图分类号： TS872 文献标识码： A 文章编号：

1网络信息安全概述

网络信息安全是网络安全的核心。从广义上讲,凡是涉及到网络信息的保密性、完整性、可用性、真实性和可控性的相关技术和理论都是网络信息安全的研究领域,其主要技术包括监控、扫描、检测、加密、认证、防攻击、防病毒审计以及数字水印技术等等。

2数字水印的定义和基本特征

数字水印是指嵌入在数字作品中的图像、文字、符号、数字等标识性信息。它于1993年由Caronni最早提出,最初用于图像中,之后研究人员将其逐渐扩展到声音、视频等其他数字媒体。数字水印一般具有以下几个基本特征:

2.1不可感知性

数字水印的嵌入不会明显干扰原始数据,不影响原始数据的正常使用,对信息接受者来说这一点变化是不易察觉的。

2.2隐蔽性与安全性

嵌入的数字水印通过统计的方法是不可能被发现的。同时,数字水印中的信息难以被篡改或伪造,只有合法用户才能够检测、修改水印。

2.3鲁棒性(robust)

嵌入数字水印后的原始数据在经历一系列有意无意的数据处理(如: A/D和D/A转换、重采样、滤波、有失真压缩、图像旋转、剪切、缩放、平移等)后出现失真时,水印仍能保持完整性和准确的可鉴别性;如果只知道部分数字水印信息而又试图去除或破坏数字水印则会导致原始数据严重降质而不能被使用。数字水印的这一特征在版权保护方面具有重要作用。

3数字水印典型算法

3.1空域算法

(1) Schyndel算法:此算法首先把一个密钥输入一个m序列发生器来产生水印信号,然后排列成二维水印信号,按像素点逐一插入到原始图像像素值的最低位。由于水印信号被安排在最低位上,它是不可见的;基于同样的原因,它可以轻易地被移去,因此鲁棒性较差。

(2)文本水印算法:文本数据的水印算法主要是通过轻微改变字符间距、行间距或是增加、删除字符特征(如底纹线)等方法来嵌入水印。这些方法无法抵御攻击,攻击者通过把字符间距、行间距进行随机化处理而破坏水印。

(3) Patchwork算法:该算法首先随机选取N对像素众,然后通过增加像素对中一个点的亮度值,而相应降低另一个点亮度值的方法来隐藏信息。

3.2频域算法

(1)扩展频谱通信技术。扩展频谱通信(spread spectrum communication)技术原理为:先计算图像的离散余弦变换(DCT),然后将水印叠加到DCT域中幅值最大的前L个系数上(不包括直流分量),通常为图像的低频分量。该方法即使当水印图像经过一些通用的几何变形和信号处理操作而产生比较明显的变形后仍然能够提取出一个可信赖的水印。

(2) NEC算法。NEC算法由NEC实验室的Cox等人提出,在数字水印算法中占有重要地位。其工作原理是:首先由作者的标识码和图像的Hash值等组成密钥,以该密钥为种子来产生伪随机序列,该序列具有高斯N (0, 1)分布;再对图像作DCT变换,用该伪随机高斯序列来调制(叠加)图像除直流(DC)分量外的1000个最大的DCT系数。该算法具有较强的鲁棒性、安全性、透明性等。由于采用特殊的密钥和不可逆的水印生成方法,因此可以有效防止IBM攻击。

(3)生理模型算法。人的生理模型包括人类视觉系统HVS和人类听觉系统HAS。利用生理模型的基本思想均是利用从视觉或听觉模型导出JND (just noticeable difference)描述来确定在图像或声音的各个部分所能容忍的数字水印信号的最大强度,从而能够避免破坏视觉或者听觉的质量。也就是说,利用生理模型来确定与数据相关的调制掩模,然后再利用其来嵌入水印,这一方法同时具有好的透明性和鲁棒性。

3.3网络水印算法

尹康康等人针对计算机图形学中常用的三角形网络模型,提出了一种网格水印算法方案。这个方案与I-Guskov的多分辨网格处理工具箱集成,不需要建立额外的数据结构和进行额外的复杂计算,而是直接在网格低频成分中嵌入水印,并且在利用网格处理工具箱进行网格处理时,可以较好地保留水印,所使用的网格重采样算法简单高效,使简化网格和拓扑结构已改变的网格的水印枪测成为可能。

4数字水印技术的应用领域与前景展望

4.1用于数字产品的版权保护

目前,版权保护是数字水印技术的最为主要的应用。对于数字作品,原创者如果加上明显可见的标志,不仅有损作品的质量,而且很容易被拷贝和篡改。数字水印则利用密钥产生水印,嵌入原始数据,与原始数据合为一体,不可见或不可听,对于作品外观或质量没有明显的改变,而且不易被篡改。当团体或者个人侵犯作品的版权时,所有者可以从盗版作品和水印版作品中提取水印作为依据,有效捍卫自己的权益。IBM公司在其“数字图书馆”的软件中就为用户提供了数字水印的功能, Adobe公司也在Photoshop软件中集成了Digimarc公司的数字水印插件,这些都是数字水印技术在版权保护领域里面的典型应用的例子。

4.2声像数据的隐藏标识和篡改提示

数据的标识信息往往比数据本身更具有保密价值,如遥感图像的拍摄日期、经度、纬度等。没有标识信息的数据有时甚至无法使用,但直接将这些重要信息标记在原始文件上又很危险。数字水印技术提供了一种隐藏标识的方法,标识信息在原始文件上是看不到的,只有通过特殊的阅读程序才可以读取。这种方法已经被国外一些公开的遥感图像数据库所用。此外,数据的篡改提示也是一项很重要的工作。现有的信号拼接和镶嵌技术可以做到“移花接木”而不为人知,因此,如何防范对图像、录音、录像数据的篡改攻击是重要的研究课题。基于数字水印的篡改提示是解决这一问题的理想技术途径,通过隐藏水印的状态可以判断声像信号是否被篡改。

4.3隐蔽通信及其对抗

数字水印所依赖的信息隐藏技术不仅提供了非密码的安全途径,更引发了信息战尤其是网络情报战的革命,产生了一系列新颖的作战方式,引起了许多国家的重视,网络情报战是信息战的重要组成部分,其核心内容是利用公用网络进行保密数据传送。

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关键词：电子印章；数字水印；数字签名；PKI

中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)28-6957-02

Electric Seal System Based on Digital Watermark

ZHANG Chen-cheng1, LI Liang1, ZHOU Na1, NING Zi-lan2(Communication author)

(1.Hunan Agricultural Uniyersity East Science and Technology Academy, Changsha 410128, China; 2.Hunan Agricultural Uniyersity College of Science, Changsha 410128, China)

Abstract: To meet the security requirements of digital doucuments, a electric seal system combing PKI, digital signature and digital watermark was propose. In order to avoid forgery problem used in the traditional seal the electric seal embedded with digital signature and digital watermark are brought forward, and it prevent the secret document from the illegal modification and the function of identity authentication and non-repudiation is realized.

Key words: electric seal; digital watermark; digital signature; PKI

随着网络和电子政务的发展，传统手工印章和纸质文档已经不能满足现代网络办公的需要。由此一种新型的可行性解决方案――电子印章被提出来。这种新型印章具有可靠性、保密性、不可抵赖性、防篡改的特点。能够实现网络环境下各种组织和个人身份印章的不可复制性、真实性、合法性，保证信息传输过程中的保密性，数据的完整性和行为的不可否认性。电子印章使传统手工方式与现代化信息手段相融合，真正实现电子印章的网络化安全应用。

1 电子印章系统

从总体来讲，电子印章系统可分为两个模块：印章制作模块和印章管理模块。印章制作模块主要包括用户信息的管理，印章图像的制作等功能；印章管理模块主要包括对文档盖章即对盖章文档的验证等功能。系统总体框架如图1。

印章和签名都保存在Ukey（智能密码钥匙）中，盖章需要提供Ukey并输入正确的密码。只有持有Ukey并能正确输入密码的人才可以对印章和盖章后的文档进行合法性验证。

本系统结合PKI、数字签名、数字水印等安全保障机制，可以具备以下特点：

1）安全性。系统使用数字签名和数字水印实现对电子文档和印章的保护，通过Ukey保证运算过程中的安全性，实现对印章的安全性保护。

2）稳定性。系统使用组件技术是盖章程序完成嵌入文档环境中，盖章后的电子印章和文档合为一体。

3）方便性。通过Ukey存放数字证书，密钥，使用方便，便于携带。

4）直观性。嵌入到文档中的印章可以达到纸质盖章同样的效果。

2 关键技术

2.1 PKI

PKI（public Key Infranstructure），即公钥基础设施。PKI是一种基于公开密钥理论和技术建立起来的安全体系，提供一个安全框架，主要是解决网络中的信任问题。[1]PKI通过可信任第三方机构认证中心在统一的安全认证标准和规范基础上提供身份认证，为网络信息建立一个安全的运行环境。本系统用户身份认证的凭证由CA发放数字证书。PKI的数字证书将使用者的身份及其公钥信息绑定在一起，从而为使用者的身份提供权威保证。证书信息包括：证书版本号、证书序号、证书颁发者、有效起始时间、有效终止时间、证书主题信息。用户将获得的数字证书以及签名用的密钥存放在Ukey（智能密码钥匙）中。

2.2 数字签名技术

数字签名在ISO07498―2标准中定义为：“附加在数据单元上的一些数据，或是对数据单元所作的密码变化，这种数据和变换允许数据单元的接受者用以确定数据单元来源和数据单元的完整性，并保护数据，防止被人进行伪造”。文档的完整性和不可抵赖性由数字签名来保证。系统将数字签名后的盖章文档信息与印章信息制作成水印嵌入印章图片中，同时对盖章后的文档进行加密，实现对盖章后的文档和印章的保护。本系统采用SHA―1单向散列函数对文档进行数字签名，该算法比MD5算法具有更好的抵抗穷举攻击。

2.3 数字水印技术

数字水印技术（Digital Watermarking）是信息隐藏学的一个分支。它通过一定的算法将一些标志性信息直接嵌入到信息载体中，但不影响原内容的价值和使用，并且不能被人的知觉系统察觉或注意到，只有通过专门的读取手段才能提取。[2]

目前大多数水印制作方案都采用密码学中的加密（包括公开密钥、私有密钥）体系来加强，在水印的嵌入、提取时采用一种密钥，甚至几种密钥联合使用，这样即使信息的窃取者掌握了水印的提取方法也无法对水印进行篡改。由此可见将数字水印技术与密码学结合起来是实现电子印章的很好一个途径。

数字水印从不同的角度可以进行不同的分类。按水印的特性可以分为鲁棒性数字水印和脆弱性数字水印两类。鲁棒性数字水印有很强的抗扰能力，且难以被去除，还能够抵抗多种有意或偶然的攻击或者失真，主要用于版权保护。而脆弱数字水印主要用于完整性保护，与鲁棒性的要求相反，脆弱水印必须对信号的改动很敏感，这种水印被加到宿主中，是为了使所有对于宿主信息的变化和处理都反映到恢复出来的数字水印上。人们根据恢复出的脆弱水印的状态就可以判断数据是否被篡改过，并可以借此判断一些攻击的过程和属性。按数字水印的隐藏位置，可以将其划分为空域数字水印和频率域数字水印。空域数字水印是直接在信号空间叠加水印信息，而频率域数字水印是在变换域上隐藏水印。

一个可靠的电子印章系统必须保证电子印章的不可复制、不可删除，签章过程的不可抵赖及已签文档内容的真实性，为此我们在系统中采用脆弱性水印。我们将印章ID，有效期制作成脆弱性水印嵌入空间域内的最低有效位，这样在检测和提取水印时可以检测出受损程度。水印嵌入过程如图2所示。

在公文盖章过程中，将文档的数字签名使用具有脆弱性的频域算法嵌入印章中。用户收到盖章后的电子文档，可以使用数字水印提取算法，验证电子文档和印章的合法性。

为验证电子文档的合法性，可以提取印章中的数字签名水印，然后用印章持有者公钥验证数字签名。若一致，表明电子文档未被篡改。

若要验证印章的真实性，可以从印章中提出水印，用印章制作者公钥解密，将得到的数据与数据库中保存的数据比较，验证印章是否被修改。

3 结束语

电子印章系统采用Ukey，数字签名，数字水印技术，PKI技术为电子文档在网络的安全传输提供保障。随着信息化的发展，人们对信息安全的重视程度不断提高，电子印章的应用一定会越来越广泛。

参考文献：

[1] [美]wiliam Stallings.密码编码与网络安全:原理与实践[M].杨明,光辉,译.北京:电子工业出版社,2001.

[2] 孙圣和,陆哲明,刘夏牧.数字水印技术及应用[M].北京:科学出版社,2004.

篇9

关键词：DCT；数字图像水印；离散余弦；鲁棒性

中图分类号：TP309

1 数字水印技术研究的意义

由于科学技术的发展，很多的数字化产品易于加工，非法的复制和拷贝也比较容易，这样严重损坏了数字产品的完整性以及数字产品作者的版权。为了解决这一问题，因而提出了数字水印技术。

数字水印技术，从1993年Caronni正式提出数字水印到现在，无论国内还是国外对数字水印的研究都引起了人们的关注。在国外方面，由于有大公司的介入和美国军方及财政部的支持，虽然在数字水印方面的研究刚起步不久，但该技术研究的发展速度非常快。1998年以来，《IEEE图像处理》、《IEEE会报》、《IEEE通信选题》、《IEEE消费电子学》等许多国际重要期刊都组织了数字水印的技术专刊或专题新闻报道，SPIE和IEEE的一些重要国际会议也开辟了相关的专题。IBM公司、日立公司、NEC公司、Pioneer电子公司和Sony公司等五家公司还宣布联合研究基于信息隐藏的电子水印。国内方面，我国的数字水印技术，也已经取得了一定的研究成果，而且从学术领域的研究成果来看，我国的研究与世界水平相差的并不远，并且有自己的独特研究思路。

数字水印的主要用途可以分为以下几类：（1）版权标识水印。数字水印将各种信息放在各种需要保护的数字产品中，即使经过噪声干扰、滤波、剪切、压缩、旋转等攻击，水印仍可以继续存在。例如Adobe公司在其著名的PS软件Corel Draw图像处理软件中集成了Digimarc公司的数字水印插件。（2）篡改提示水印。检测数字产品是否被修改、伪造等的处理的过程。（3）隐蔽标识水印。在一些数字产品中，可以将数字水印嵌入作一些隐式注释。（4）票据防伪水印。随着现代各种先进输出设备的发展，使得各种票据的伪造变得更加容易，数字水印技术可以增加伪造的难度。因此，研究数字技术非常有必要性。

2 基于DCT数字图像水印技术的研究

2.1 数字水印的概念

数字水印技术是指用信号处理的方法在多媒体数据中嵌入某些能证明版权归属或跟踪侵权行为的隐蔽的信息，这些信息通常是不可见的，不容易被人的知觉系统觉察或注意到，这些隐藏在多媒体内容中的信息只有通过专用的监测器或阅读器才能提取。通过这些隐藏在多媒体内容中的信息，可以达到确认内容创建者，购买者或判断内容是否真实完整的目的。水印系统所隐藏的信息总是与被保护的数字对象或它的所有者有关。

2.2 DCT数字图像水印的基本理论

其中图像二维DCT变换（M取8或16）有许多优点：

图像信号经过变换后，变换系数几乎不相关，经过反变换重构图像信道误差和量化误差将像随机噪声一样分散到块中的各个像素中去，不会造成误差累积，并且变换能将数据块中的能量压缩到为数不多的部分低频系数中去（即DCT矩阵的左上角）。对于给定图像f（m，n）存在两种DCT变换方法：一种是把图像f（m，n）看成一个二维矩阵直接对其进行DCT变换，然后嵌入水印，Cox[3]采用此种方法；另一种方法是与JPEG压缩标准相统一，先把图像分成8*8的不同小块，再分别对每一块进行DCT变换，进而嵌入水印，本文采用后一种方法嵌入水印。

一般数字水印应具有如下的特征：无论经过怎样复杂的操作处理，通过水印算法仍能检测到数字水印作品中的水印能力。即所谓的稳健性；通过水印算法，嵌入水印后不能最终导致图像的质量在视觉上发生明显变化，即视觉的不可感知性；通过数字水印算法能够抵御非授权人的攻击，同时检测可以检测到水印的概率，具有较高的安全性及有效性。

3 基于DCT的数字图像水印算法系统的设计与实现

3.1 MATLAB软件的介绍

MATLAB是目前最强大的编程工具之一，本文将利用MATLAB7.0软件进行基于DCT的数字水印算法的系统的设计和实现。

MATLAB语言简洁紧凑，库函数丰富，程序书写形式自由，运算符丰富，使用方便灵活。MATLAB具有结构化的面向对象编程的特性，可移植性好，且具有较强的图形编辑界面和功能强大的工具箱。同时，MATLAB中的源程序具有开放性，可以通过对其的修改使其变成新的程序。不足之处是，MATLAB的程序执行速度较慢。利用MATLAB研究数字水印技术集成了DCT等函数，方便了研究人员编写源程序，易实现。使用了MATLAB中很多的工具箱。

3.2 基于DCT的数字图像水印算法系统的设计与实现

3.2.1 需求分析

离散余弦变换（Discrete Cosine Transform）简称DCT，基于DCT域的数字水印算法，可以分为两大类，一类是直接对整幅图像进行DCT整体计算，然后嵌入水印。另一类是先将整幅图像分成块，对每一块分别进行DCT计算，最后再嵌入水印。由于分块DCT计算速度比整体DCT计算速度快得多，因此目前DCT域的水印方法大多数是采用的分块DCT方法。

基于DCT的数字图像水印算法系统的设计与实现，可以提供用户一个良好的交互手段，用户可以利用本系统进行水印的嵌入、提取、攻击等，本系统的可交互的，可视化的特点为用户研究基于DCT的数字图像水印算法提供了方便。

3.2.2 系统功能模块设计

（1）水印生成。通常是通过伪随机数发生器或混沌系统来产生水印信号，通常需要对水印进行预处理来适应水印嵌入算法。

（2）水印嵌入。水印嵌入的准则常用的有三种，分别为加法准则、乘法准则、加法乘法混合准则，混合准则近年来引起了人们的广泛关注。

（3）水印提取。指水印被提取出来的过程。

（4）水印检测。水印检测是指判断数字产品中是否存在水印的过程。

3.2.3 系统实现

一个完整水印系统的设计通常包括水印的生成、嵌入、提取和检测四个部分。

通过选取实验图片，点击导入图片，然后进行水印的嵌入，再对嵌入水印的图片进行高斯噪声、滤波、剪切、旋转等攻击实验后，可以继续提取水印，进行水印信号的检测。

（1）嵌入水印的过程。论文采用的是分块DCT算法，水印嵌入步骤如下：

1）将灰度宿主图像分成互不覆盖的8×8的块，然后对每一块都进行DCT变换，得到与宿主图像相同尺寸的DCT域；

2）我们用密钥生成长度为NW的Gaussian白噪声作为水印信号：W～N（0，1）；

3）将每个8×8的DCT系数矩阵从每一块的中频段取出（（64×Nw）/（M×N））个系数CK（i，j），k=1，2，…Bnum；

4）根据公式W′=W（1+alfa*mark）嵌入水印，其中alfa为尺度因子，mark为水印信息，W为原图象的分块DCT系数。

5）用得到的新的DCT系数对原来位置的DCT系数进行置换。

6）对新的DCT系数矩阵进行DCT反变换，得到了嵌入水印信号后的图像。

4 结束语

本论文是在应用了MATLAB7.0软件，设计和实现了完整的数字图像水印处理系统，包括水印的嵌入、提取与验证过程。所提出的方案均在该系统中进行了验证。

数字水印技术的发展时间虽然不长，但其在版权保护、内容的完整性以及认证方面都做出了一定的贡献。未来，数字水印在知识产权的保护、内容认证等方面会有一个更好的应用前景。我们应该抓住信息时代对于数字版权保护的迫切需求，开发出自己的水印产品。

参考文献：

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篇10

关键词：视频水印；隐密通信；重同步标识;噪声攻击

中图分类号：TP391 文献标识码：B

文章编号：1004-373X(2008)11-078-03オ

Secret Communication System Based on the Video Watermarking

ZHANG Yiwu

(Hunan National Vocational College,Yueyang,414000,China)

オ

Abstract：Traditional encryption communications easily be monitored and deciphered,a novel video-based digital watermarking technology secret communications system is designed.The secret data is encrypted and replaced according to BCH at first.And then,the coded data and resynchronization markers are embedded into the middle frequency coefficients in DCT domain.The experiment shows that:the system has performed well in anti-noise,video compression,and can achieve reliable data secret communication.

Keywords：video watermarking;secret communication;resynchronization marker;noise attracking

1 引 言

随着网络时代的到来，网络信息安全日益突出，通信系统在网络环境下的信息安全问题也日益显露出来。因此，如何在网络环境中实施有效的信息安全手段成为一个亟待解决的现实问题。传统的通信安全是以密码学为基础的，即把相关数据加密成密文后进行传输，以使非法攻击者无法从密文中获得真实信息，从而达到有效保护信息的目的[1,2]。但该方法也存在着很大的局限性：一方面，加密后的数据因其不可理解性，从而不利于信息的传播；另一方面，信息经过加密后容易引起攻击者的好奇和注意，并有被破解的可能性，即使密码的强度非常高而使破译的成本非常高，但是攻击者仍有足够的手段进行破坏。这里，可利用生理学模型，通过适当的策略将隐密信息嵌入到视听不敏感区域，则嵌入水印的宿主媒体便不会引起不良的视听效果[3]。本文正是利用此特性，以实时传输的视频流为平台，将要隐密传输的信息以数字水印方式嵌入视频流中传输，用以提高通信的安全性。实验证明该系统的伪装性是传统加密通信无法比拟的，且攻击者很难获取隐藏信息。

2 系统基本架构

基于视频水印的隐密通信系统的基本模型如图1所示，其中隐密信息是以数字水印方式嵌入到实时视频中并进行传输的。选择视频作为水印信息的载体是由于视频可描述为时间的一维函数，在嵌入水印时可以减少运算量和时间复杂度。另外,视频节目数据量很大，通常可以嵌入较多的水印信息。同时，人们日常使用的视频通信软件很大部分是双向的，这使隐密信息的交互性成为可能。

图1 视频隐密通信系统的基本模型

3 水印的嵌入与提取算法

对于该隐密通信系统，其中隐藏的水印数据在通信过程中难免会遭到攻击或破坏,而当传输的数据遭到攻击或破坏时，则会导致同步丢失和字节的位漂移。这时，即使提取的水印信息从比特意义上来说是正确的，当将这些提取的比特组成字节时，则可能会是一串无意义的乱码。对此，本文设计了一种快速的可随机检测的稳健视频水印算法。

3.1 隐密数据的BCH编码和置换

由于隐藏在视频流中的水印数据在通信过程中会遭到有意和无意的攻击，这里，在嵌入前，先将隐藏的信息进行信道编码[4]，以提高其稳健性。考虑到隐藏信息是可以字节的形式表示和存储的[5]，为此文中为待嵌入和检测的水印信息设计了一种(24，9)形式的BCH 码，该BCH的生成多项式可用式(1)来表示：

И

g(x)=x15+x14+x13+x12+x10+x8+

x7+x6+x5+x4+1

(1)

И

其中，该BCH码共有29个码字，其汉明距为8，其可纠正不大于3比特的随机误码。

接下来，将需要嵌入的隐密通信数据按式(2)进行BCH编码并置换：

И

Bj=f(key,Wi),0≤i

(2)

И

其中，Wi表示待嵌入的水印数据,BjП硎BCH码中的一个码字，key为变换密钥。

3.2 重同步标识的选取和检测

为了在出现视频跳转或视频丢帧等情况时，能快速地检测到正确的隐密信息，本文将会在嵌入水印数据的过程中，同时定期地嵌入一些重同步标识(Resynchronization Marker,RM)。其中，重同步标识是一个惟一的码字，且不会是前面所选用的BCH码的任何一个码字重复。同时，也是判别视频中是否嵌入了隐密和进行重同步的标志码。即当进行水印检测时，需先检测重同步标识以获取水印嵌入的正确位置，才能正确地提取有意义的隐密信息。

为了提高重同步标识的搜索效率和隐密信息的不可感知性。本文根据实验选取N(N=24)位的伪随机序列作为重同步标识，该码以十六进制表示为：“0xF65A50”。它与前面所选的BCH信号集中的所有码字的码距都不小于9，即该重同步标识发生不大于4比特的数据错误时，都不会与所选的BCH信号集中的任何一个码字相混淆，从而具有较强的鲁棒性。

同时，搜索重同步标识是正确提取隐密信息的前提,但重同步标识在传输过程中也可能会遭受攻击而出错。对此，本文使用相似函数(式(3),式(4))来判断是否检测到了重同步标识[5]。

И

MaxDiff(rm,rm′)=∑Ni=1|rm(i)－rm′(i)|

(3)

sync(rm,rm′)=1(检测到重同步标识),

MaxDiff(rm,rm′)≤Trm

0(未检测到重同步标码),

MaxDiff(rm,rm′)>Trm

(4)

И