水印可以為受版權保護的產品提供有力的信息證明，產品所有者可以正常提取。 下面是學習啦小編整理的2017年數(shù)字水印技術論文，希望你能從中得到感悟!

　　2017年數(shù)字水印技術論文篇一

　　脆弱數(shù)字水印技術概述

　　【摘要】計算機網(wǎng)絡的開放共享使得盜版越來越容易，人們重視版權保護的意識越來越強，數(shù)字水印技術作為保護版權的有力工具也融入了到人們的生活中。本文首先介紹了脆弱數(shù)字水印的發(fā)展背景和基本概念，接著分析并描述了脆弱數(shù)字水印獨有的特性。最后從多媒體內容認證的角度出發(fā)，分析了現(xiàn)有脆弱數(shù)字水印方案以及技術路線的優(yōu)缺點。

　　【關鍵詞】脆弱數(shù)字水印;認證：算法

　　【中圖分類號】TP309.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158(2013)04-0204-02

　　一、脆弱數(shù)字水印的產生

　　隨著計算機網(wǎng)絡和多媒體信息處理技術的迅速發(fā)展，使得圖像、視頻和音頻等各種形式的多媒體數(shù)字作品的制作、編輯、復制和傳輸變得極其便利。然而，新技術必然會帶來一些新的問題，例如，軟件產品的盜版、數(shù)字文檔的非法拷貝、數(shù)字多媒體產品的版權保護等等;尤其，當數(shù)字多媒體作品被用于法庭、醫(yī)學、新聞和商業(yè)用途時，需要確定其內容是否曾被修改、偽造或者特殊處理過，必須保證數(shù)字多媒體作品內容的真實性和完整性。在開放的網(wǎng)絡環(huán)境下，人們對信息安全的要求越來越迫切，都希望能在信息傳播的過程中對自己的秘密信息加以保護。數(shù)字水印技術作為版權保護和安全認證的有力工具誕生于90年代初，并且在數(shù)字多媒體產品中的應用需求日益增加，呈現(xiàn)出巨大的商業(yè)潛力。

　　數(shù)字水印作為信息隱藏技術研究領域的一個重要分支，是一種可以在開放的網(wǎng)絡環(huán)境下，保護多媒體產品版權和認證來源及完整性的新型技術。數(shù)字水印技術通過將數(shù)字、序列號、文字和圖像標記等版權信息嵌入到多媒體當中，在嵌入過程中對多媒體載體進行盡量小的修改，以達到最強的魯棒性，當含有水印信息的多媒體受到攻擊后仍然可以恢復或者檢測出水印的存在，這也是實現(xiàn)多媒體產品版權保護的有效辦法。數(shù)字水印技術的誕生為多媒體產品的信息安全問題注入了新的生機與活力。數(shù)字水印技術是一個多學科交叉的新興研究領域，它涉及了信號處理、密碼學、通信理論、數(shù)理統(tǒng)計理論、編碼理論、數(shù)據(jù)壓縮和人類視，聽覺理論等多門學科。數(shù)字水印的提出是為了保護版權，然而隨著數(shù)字水印技術的發(fā)展，人們已經發(fā)現(xiàn)了數(shù)字水印技術更多更廣的應用。

　　第一種應用于圖像的水印技術是由Caronni等于1993年提出的“’。后來，數(shù)字水印技術的應用范圍逐漸擴展到其它數(shù)字媒體，如音頻、視頻等。數(shù)字水印技術的功能也逐漸由最基本的多媒體作品版權保護，發(fā)展到訪問控制、票據(jù)防偽、多媒體數(shù)據(jù)篡改提示、隱蔽通信等更多的應用需求方面。與圖像和視頻數(shù)字水印相比，由于人類聽覺系統(tǒng)HAS(Human Auditory System)比視覺系統(tǒng)HVS(Hman Visual System)具有更高的敏感度，對隨機噪聲相當敏感，使得可以嵌入的水印數(shù)據(jù)量非常有限，所以向音頻信號當中嵌入水印信息時，對水印的隱蔽性有著更高的要求，水印的隱藏也顯得更加困難，因此，國內外對音頻數(shù)字水印的研究并不多見。而且通常情況下，由于多媒體傳播環(huán)境的開放與復雜，多媒體編輯處理工具的廣泛開發(fā)，使得多媒體數(shù)據(jù)總是會受到有意或者無意的攻擊操作，于是，目前的研究大多集中于數(shù)字水印的魯棒性設計，希望多媒體產品無論受到何種變形操作，都能從中提取出水印來，但是，對用于真實性和完整性保護的脆弱數(shù)字水印的研究卻相對較少。

　　與一般的數(shù)字水印一樣，脆弱數(shù)字水印也是在保證多媒體作品一定視覺或聽覺質量的前提下，將序列、文檔、或者圖像作為水印信息，以人類不可感知的方式嵌入到多媒體作品當中。但是與魯棒性數(shù)字水印不同的是，當嵌有脆弱數(shù)字水印的多媒體作品數(shù)據(jù)發(fā)生篡改時，通過對水印的檢測或者提取，可以對多媒體載體的真實性和完整性進行鑒定，并且能夠指出被篡改的位置，甚至是篡改的程度和篡改類型等等。介于魯棒性水印和脆弱性水印之間的是半脆弱數(shù)字水印，它對惡意篡改非常敏感，同時又對一些常規(guī)的信號處理操作(如添加噪聲、濾波、MP3壓縮等)有一定的魯棒性，主要用于選擇認證，保護一般的多媒體數(shù)據(jù)內容。而對一些要求極其精確的數(shù)字媒體，如文檔、醫(yī)學圖像、法律證據(jù)音頻錄音等，即使是非常輕微的修改都可能造成實質上完全不同的信息，脆弱數(shù)字水印正是針對這類應用而設計的，它能夠準確地檢測出對多媒體數(shù)據(jù)內容的任何修改并且能夠對修改的部分進行精確定位。無論從理論角度還是應用角度來看，開展對脆弱性數(shù)字水印技術的研究，不但具有重要的學術意義，還有極為重要的經濟意義。

　　二、脆弱數(shù)字水印的特點

　　脆弱數(shù)字水印技術就是在保證多媒體文件在一定聽覺/視覺質量的前提下，將序列號、文字、圖像標志等版權信息，以人類不可感知的方式，嵌入到多媒體文件的數(shù)據(jù)中。脆弱數(shù)字水印主要用于多媒體文件的內容及版權等關鍵信息的真實性鑒定，防止非法篡改和偽造，強調的是一種多媒體數(shù)據(jù)完整性和有效性的標注功能，以及對多媒體數(shù)據(jù)破壞和攻擊的定位分析能力。因此，脆弱數(shù)字水印是一類對常見信號處理操作都比較敏感的水印，只要含有水印的多媒體文件稍作修改，嵌入其中的水印就能反映出多媒體文件發(fā)生的輕微變化，只有這樣才能通過對水印信息的檢測或提取來鑒定多媒體文件的真?zhèn)我约氨淮鄹牡那闆r。

　　用于多媒體作品完整性和真實性認證的脆弱數(shù)字水印，除了具有數(shù)字水印的基本特征如不可感知性、安全性以外，還必須具有對惡意篡改的敏感性和脆弱性。在實際應用中，一個實用的脆弱數(shù)字水印應該具備以下特征：

　　(1)良好的透明性。對多媒體文件來說就是不可感知性，嵌入水印后的多媒體文件要讓人在視覺或聽覺范圍內，感覺不到任何變化，這樣才能保證原始多媒體文件的使用價值，保證文件內容的真實性，因此在水印的不可感知性要求上，對脆弱性數(shù)字水印的要求比魯棒性水印要更高些。

　　(2)盲檢測認證。在完整性認證階段不需要原始的多媒體文件，這對用于認證的脆弱數(shù)字水印來說是必須的，如果能確知原始的多媒體文件，就不存在真實性保護的問題了;另一方面，某些應用中根本就沒有原始數(shù)據(jù)，比如詢問證人的證詞錄音，為保證證詞的真實性，需要在錄音時自動嵌入水印，否則無法實現(xiàn)真實性的鑒別。 　　(3)良好的敏感性。要求多媒體文件中的脆弱水印能靈敏地被最普通的信號處理技術所改變。理論上，在檢測端作完整性認證時，應該能夠檢測到所有影響多媒體文件質量的惡意篡改，即對惡意篡改的檢測概率趨向于100%。

　　(4)防止“偽認證”攻擊的能力。意思就是防止多媒體數(shù)據(jù)被篡改后仍能通過認證。對脆弱數(shù)字水印來說，不必強調其對惡意攻擊的抵抗能力，因為對脆弱數(shù)字水印的攻擊不是將水印信息除去或者使其不能被檢測到，而是設法篡改多媒體的內容數(shù)據(jù)且不損壞水印信息，即使多媒體文件的內容發(fā)生了改變，但仍能通過認證。在圖像應用中有例為證，Kundur基于小波的脆弱數(shù)字水印算法，當不采用“量化密鑰”時，根據(jù)一個已嵌入脆弱水印的圖像數(shù)據(jù)，可使任意一個與其相同尺寸的圖像完全通過認證。音頻應用中也存在這樣的可能性。

　　(5)對篡改攻擊部分進行定位。當含有水印信息的多媒體文件被惡意修改時，檢測算法能指明文件內容被篡改的位置，這些信息可以用來推斷篡改動機和篡改的嚴重程度。

　　如果在實際問題中有更高的要求，往往還需具備以下特征：

　　(6)對篡改的部分進行恢復。在篡改定位的基礎之上，進一步恢復出多媒體文件被篡改前的真實內容，并且能夠根據(jù)恢復的內容推斷出篡改的方式以及篡改的類型，以提供篡改的證據(jù)。

　　(7)能與魯棒性數(shù)字水印很好地共存。有時候單單依靠脆弱數(shù)字水印并不能同時滿足多種用途，需要同時嵌入多個水印，不同的水印擔負不同的使命，這樣多媒體文件才能夠更好地適應復雜多變的環(huán)境，滿足不同應用場合的需求，同時實現(xiàn)多媒體文件版權保護和內容認證的功能。

　　三、脆弱數(shù)字水印算法概述

　　從1993年開始就有研究者從事脆弱數(shù)字水印算法的研究，初期的研究大多都是借用密碼學的觀點和方法，研究者常常使用密碼學中的哈希(Hash)函數(shù)作為脆弱水印完整性認證的方法。Friedman利用密碼學中的哈希函數(shù)，通過保存經過Hash后的圖像數(shù)據(jù)，從而達到認證的目的，但是這樣需要保存額外的認證數(shù)據(jù)――Hash值，并且認證得到的結果只有兩種：“是”或“否”，并不能報告圖像數(shù)據(jù)失真的具體位置。

　　Schneider和chang提出基于圖像內容的方法，利用圖像特征(如亮度直方圖、DCT系數(shù)、邊緣信息等)，通過哈希函數(shù)得到用于認證的消息，因為圖像本身的特征具有一定的穩(wěn)定性，如果圖像內容發(fā)生改變，則圖像特征也會有所改變，這樣可以保護圖像數(shù)據(jù)中的每一個像素都不能改變。但是，它仍然需要保存額外的數(shù)據(jù)，不過提取圖像特征的方法值得借鑒。

　　張和王在Yeung和PingWah的研究基礎上提出了一種利用查找表和哈希函數(shù)的小波域脆弱水印算法。首先利用小波變換的時頻特性，在圖像的LL子帶用查找表的方法嵌入一個標識水印，用于檢測和定位篡改;再選取HL子帶或LH子帶的哈希值作為水印嵌入到HH子帶中，用于抵抗各種偽認證攻擊。該算法既提高了基于分塊的脆弱水印算法的安全性，又保持了良好的局部修改檢測性能。

　　李和侯提出了一種新的混沌脆弱數(shù)字水印算法，該算法利用混沌系統(tǒng)對初值的極端敏感性和塊不相關水印技術，將圖像DCT次高頻系數(shù)和水印密鑰合成為Logistic混沌映射的初值，從而生成水印，再將水印嵌入到圖像DCT的高頻系數(shù)中，利用圖像DCT系數(shù)之間的關系，實現(xiàn)了水印的嵌入和盲檢測。該算法計算簡單，具有較高的峰值信噪比和良好的篡改定位能力。

　　脆弱數(shù)字水印技術在圖像領域中的研究應用得到了很好的發(fā)展，隨著多媒體介質類型的增加，音頻、視頻在網(wǎng)絡上的應用需求逐漸增大，研究學者們逐漸將研究方向轉向到音頻領域，很多良好的算法也從圖像領域移植到了音頻領域。

　　Radhakfishnan和Memon根據(jù)聽覺質量相似的兩個音頻之間的掩蔽曲線必定一樣的原理，提出了一種基于特征的音頻內容認證技術。首先計算音頻掩蔽曲線的Hash值，然后采用已知的數(shù)據(jù)隱藏方法將Hash值作為水印信息嵌入到音頻信號當中。檢測時，將水印信息提取出來與之前計算的Hash值進行比較，計算其相關系數(shù)，再與事先設定的相關系數(shù)門限值進行比較，判斷內容是否被篡改。檢測算法可以將常規(guī)的音頻信號處理與惡意篡改操作區(qū)分開來。

　　王等利用離散小波變換的多分辨率特性，提出了一種小波域脆弱音頻水印算法，通過等概率隨機量化音頻信號不同子帶的小波系數(shù)，并將視覺可辨別的有意義的二值圖像作為水印嵌入其中，該算法對濾波、有損壓縮、重采樣等攻擊具有很強的敏感性，通過比較提取出的水印和原始水印的歸一化相關系數(shù)，可以很容易對音頻信號是否被篡改做出結論。

　　全和張以改進的心理聲學模型為基礎，提出了一種小波包域的脆弱音頻水印算法。該算法將改進后的心理聲學模型用于比小波域靈活性更大的小波包域中，首先根據(jù)子帶掩蔽閾值，水印嵌入和提取端要求的計算復雜度，自適應地選擇最好小波包基函數(shù)，對音頻信號進行接近于臨界頻帶的分解，然后采用量化小波包系數(shù)的方法自適應地嵌入二值圖像水印信號。檢測算法不僅能夠認證音頻的完整性，而且能夠在時域和頻域中定位被篡改區(qū)域，可用于衡量法庭證據(jù)及新聞廣播等的可信度。

　　袁等提出了一種音頻內容認證系統(tǒng)。該算法通過計算音頻幀之間的相似性，得到基于音頻特征的位置序列，將其置亂和調制后，嵌入到原始音頻的離散小波域中。采用相關檢測來實現(xiàn)對音頻內容的認證，并通過提取出的位置序列，找到被篡改幀的最相似幀，進行篡改內容的近似恢復。該算法在抵抗中等強度的MP3壓縮、上下行采樣等保持內容的音頻信號處理的同時，能夠檢測出篡改、剪切等惡意攻擊操作，能夠對篡改位置進行精確定位對被篡改的音頻片段進行近似恢復。

　　馮等利用音頻特征生成數(shù)字水印，提出了一種用于音頻內容認證與恢復的數(shù)字水印算法。該算法將音頻分段后的每段主要DCT系數(shù)及其位置信息作為主要特征，經過量化和加密生成水印，再將水印嵌入到另一個音頻段的最低比特位中。該算法不僅能檢測和定位對音頻內容的篡改，而且能夠對篡改的音頻段進行近似的恢復，保持較好的復原質量。

　　四、總結

　　正是因為脆弱數(shù)字水印對修改的敏感性，它常常被應用在對完整性要求很高的領域中，用于多媒體文件的內容認證，有時，脆弱數(shù)字水印也被稱之為數(shù)字認證水印。

　　目前，脆弱數(shù)字水印已廣泛應用于電子政務、電子商務、國家安全、科學研究、法律案件、新聞圖片、醫(yī)學圖像、工程設計等領域，人們對脆弱數(shù)字水印技術的認知度也在逐漸提高，越來越多的脆弱水印應用將更快地被挖掘出來。脆弱數(shù)字水印由最初的僅僅判斷多媒體作品是否被篡改，到現(xiàn)在對多媒體作品被篡改位置的定位，可見人們對真實性和完整性認證的要求正在逐漸提高，這也推動著脆弱數(shù)字水印算法的不斷改進與創(chuàng)新。脆弱數(shù)字水印技術是一個多學科交叉的新興研究領域，必須與密碼學、多媒體技術、通信理論、編碼理論、心理聲學、信號處理、模式識別等多個學科有效結合，才能產生新的思路并實現(xiàn)可實際應用的脆弱數(shù)字水印系統(tǒng)。

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