第四章 數(shù)字水印技術(shù)

第七章數(shù)字水印技術(shù)目錄5.1發(fā)展史及現(xiàn)狀5.2基本原理5.3數(shù)字水印嵌入方法5.4各種數(shù)字作品的水印5.5基于數(shù)字水印的版權(quán)保護(hù)協(xié)議

5.1發(fā)展史及現(xiàn)狀起源于古老的水印技術(shù)，如鈔票水印等1954年，Muzak公司的EmilyHembrooke為帶有水印的音樂作品申請(qǐng)了一項(xiàng)專利，空間域水印產(chǎn)生。1993年A.Z.Tirkel等所撰寫的“Electronicwatermark”一文中首次使用了“watermark”這一術(shù)語，標(biāo)志著數(shù)字水印作為一門正式研究學(xué)科的誕生。

開始出現(xiàn)頻域水印，5.1發(fā)展史及現(xiàn)狀國際信息隱藏學(xué)術(shù)討論會(huì)(InternationalInformationHidingWorkshop,IHW)，1996MartinKutter創(chuàng)建WatermarkingWorld數(shù)字水印網(wǎng)上論壇

全國信息隱藏學(xué)術(shù)研討會(huì)

CIHW，1999

主要企業(yè)產(chǎn)品Digimarc最早的商用數(shù)字水印企業(yè)，上市公司。有200多個(gè)地方和國家政府已經(jīng)計(jì)劃在超過20個(gè)國家中承認(rèn)Digimarc的駕駛執(zhí)照和安全身份證件。Digimarc每年生產(chǎn)的證件數(shù)量都超過六千萬。

英國ignum公司，SureSign數(shù)字圖像水印AlpVision公司，數(shù)字圖像水印上海阿須數(shù)碼技術(shù)有限公司四川成都宇飛信息工程有限公司

典型產(chǎn)品Digimarc產(chǎn)品——photoshop集成圖片質(zhì)量差5.2基本原理5.2基本原理分類：魯棒型水?。≧obustWatermark）脆弱型水?。‵ragileWatermark）

5.2基本原理空間域變換域離散余弦變換(DCT)、離散小波變換（DWT）、傅氏變換（DFT或FFT）、傅立葉－梅林（Fourie-Mellin）變換以及哈達(dá)馬變換（Hadamardtransform）等等

5.2基本原理數(shù)字水印的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)：不可見性,透明性，MOS值，峰值信噪比DB（客觀）穩(wěn)健性：穩(wěn)健性是指水印應(yīng)該能夠承受大量的物理和幾何失真，包括有意的（如惡意攻擊）或無意的（如圖像壓縮、濾波、打印、掃描與復(fù)印、噪聲污染、尺寸變換等等）容量5.2基本原理水印攻擊方法簡單攻擊同步攻擊削去攻擊混淆攻擊（IBM攻擊）：試圖生成一個(gè)偽源數(shù)據(jù)、偽水印化數(shù)據(jù)來混淆含有真正水印的數(shù)字作品的版權(quán)

水印技術(shù)的難點(diǎn)魯棒性難點(diǎn)印刷和掃描攻擊強(qiáng)度大（1）A/D，D/A變換失真（2）幾何失真：縮放、平移、畸變（3）象素失真：模糊、失點(diǎn)防止復(fù)印難度大本質(zhì)上復(fù)印、印刷、掃描一樣，相當(dāng)于二次A/D、D/A變換圖像的像素值分布的直方圖

系數(shù)變化圖

水印技術(shù)的難點(diǎn)圖像質(zhì)量難點(diǎn)強(qiáng)魯棒性水印一般圖像質(zhì)量較差安全性差數(shù)字水印本身的安全性有限，通過結(jié)合密碼技術(shù)后可將安全強(qiáng)度提高到與AES等密碼算法相同。5.3數(shù)字水印嵌入方法5.3.1格式嵌入技術(shù)5.3數(shù)字水印嵌入方法5.3.2空間域技術(shù)5.3數(shù)字水印嵌入方法5.3.2空間域技術(shù)5.3數(shù)字水印嵌入方法5.3.2空間域技術(shù)5.3數(shù)字水印嵌入方法5.3.2空間域技術(shù)5.3數(shù)字水印嵌入方法5.3.2空間域技術(shù)5.3數(shù)字水印嵌入方法5.3.3變換域技術(shù)5.3數(shù)字水印嵌入方法5.3.4量化編碼技術(shù)5.3.5擴(kuò)頻技術(shù)5.3.6回聲技術(shù)5.4各種數(shù)字作品的水印5.4.1圖像水印人類視覺系統(tǒng)（HVS）為了提高含水印圖像質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)針對(duì)不同的圖像區(qū)域調(diào)整水印嵌入強(qiáng)度。HVS對(duì)低信息量區(qū)域和隨機(jī)紋理區(qū)域不敏感，可以增加水印嵌入強(qiáng)度，而HVS對(duì)關(guān)鍵區(qū)域最敏感，水印嵌入強(qiáng)度必須減弱。在嵌入水印之前，需要對(duì)圖像塊進(jìn)行分類。5.4各種數(shù)字作品的水印5.4.1音頻水印人耳聽覺系統(tǒng)（HAS）屏蔽特性：弱音被強(qiáng)音所淹沒而不被人耳感知。HAS對(duì)音頻信號(hào)的絕對(duì)相位不敏感，只對(duì)相對(duì)相位敏感。對(duì)2kHz—4kHz范圍內(nèi)的信號(hào)最為敏感回聲算法：后屏蔽特性音頻壓縮域方法5.4各種數(shù)字作品的水印5.4.1視頻水印視頻水印和靜止圖像水印又有一些重要差異：視頻水印容量可以很大。針對(duì)視頻的精確人眼視覺模型尚未完全建立，在某些情況下不能象靜止圖像那樣充分利于基于HVS的模型。同時(shí)由于MPEG視頻編碼器和譯碼器中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償模式，在嵌入I幀時(shí)導(dǎo)致的一些失真也會(huì)破壞相鄰的P和B幀。所以因嵌入水印而導(dǎo)致的視覺失真更難以控制。存在針對(duì)視頻的圖像序列的特殊攻擊，如幀平均、幀剪切、幀重組、掉幀等，視頻水印算法應(yīng)該能夠抵抗這些攻擊。視頻信息量大，但應(yīng)該能從一個(gè)短幀序列中提取完整的水印信息。視頻水印實(shí)時(shí)性要求高，尤其是流媒體水印更應(yīng)該符合流媒體邊下載邊播放的特點(diǎn)。水印算法必須適應(yīng)現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)視頻編碼格式。5.4各種數(shù)字作品的水印5.4.1視頻水印5.4各種數(shù)字作品的水印5.4.1文本水印基于文檔結(jié)構(gòu)基于自然語言處理技術(shù)文本圖像法5.4各種數(shù)字作品的水印5.4.1軟件水印代碼水印水印隱藏在程序的指令部分中數(shù)據(jù)水印水印隱藏在包括頭文件、字符串和調(diào)試信息等數(shù)據(jù)中靜態(tài)水印水印存儲(chǔ)在可執(zhí)行程序代碼中動(dòng)態(tài)水印水印是保存在程序的執(zhí)行狀態(tài)中，而不是程序源代碼本身。EasterEgg水印、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)水印和執(zhí)行狀態(tài)水印5.4各種數(shù)字作品的水印5.4.1軟件水印EasterEgg水印比如輸入一個(gè)字符串，然后屏幕上就顯示出版權(quán)信息或一幅圖像。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)水印輸入特定信息激發(fā)程序把水印信息隱藏在堆、棧或者全局變量域等程序狀態(tài)中。當(dāng)所有信息都輸完之后，通過檢測(cè)程序變量的當(dāng)前值來進(jìn)行水印提取?？梢园才乓粋€(gè)提取水印信息的進(jìn)程或者是在調(diào)試器下運(yùn)行程序查看變量取值。執(zhí)行狀態(tài)水印程序在特定的輸入下運(yùn)行時(shí)，