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数码水印技术剖析(上)

2010/8/23 6:57:09 人评论

  何谓数码水印?
  数码水印(Digital Watermark)技术是目前信息安全技术领域的一个新研究应用方向,是指用信号处理的方法在数码化多媒体数据中嵌入隐蔽的标记,这种标记通常是不可见的,只有通过专用检测器或阅读器才能提取。其中的水印信息可以是作者的序列号、公司标志、有特殊意义的文本等,可用来识别文件、图象或音乐制品的来源、版本、原作者、发行人等对该产品的拥有权,监视被保护数据的传播、真伪鉴别和非法拷贝,解决版权纠纷并为法庭提供证据。
  数码水印与信息安全、数据加密等均关系密切,与数据隐藏不同的是数码水印有鲁棒性的要求。鲁棒性可说是水印一个非常重要的方面。不同的应用目的(如数据跟踪、数据监视和版权保护等)产生了不同的设计目的和水印算法。一些水印算法需要原始数据提取嵌入的水印信息,而另外一些则不需要。此外,在已经发布的一些水印算法可完全提取出水印,而有些则只是对水印是否存在作校验,需要指出的是,这两种方法本质上是一样的。水印提取可以转化为水印校验,反之亦然。尽管水印算法常常与静止图象、视频和音频相联系,但数码水印也可应用于文本、三维网格及人脸的动画中。
  数码水印技术中,水印的数据量和鲁棒性构成基本矛盾。理想的水印算法应该既能隐藏大量数据,又可抵抗各种信号变型。但实际上这两个指标往往不能同时实现,实际应用一般偏重其中一方。如果是为了隐蔽通信,数据量显然最重要。由于通信方式极为隐蔽,遭篡改攻击的可能性很小,故对鲁棒性要求不高,但对保证数码安全来说,情况恰恰相反。各种保密数据随时面临被盗取篡改危机,故隐藏数据量的要求反居次位。
  一般数码水印的通用模式包括嵌入及检测、提取两个阶段,数码水印的生成阶段,嵌入算法的嵌入方案,目标是使数码水印在不可见与鲁棒性之间找到较好折衷。检测阶段主要是设计一个相应于嵌入过程的检测算法。检测结果或是原水印(如字符串或图标等),或是基于统计原理的检验结果判断水印的存在。检测方案的目标是使错判与漏判的概率尽量小。
  数码水印的分类
  按数码水印的内容可划分为有意义及无意义水印。前者指水印本身也是某个数字图象(如商标图象)或数字音频片段的编码;后者则只对应于一个序列号。有意义水印优势在于,如果因受到攻击致使解码后的水印破损,人们仍可通过视觉观察确认是否有水印。但无意义水印如在解码后的水印序列有若干码元错误,则只能通过统计决策来确定信号中是否含有水印。
  按水印的用途,可将其划分为票据防伪、版权保护、篡改提示和隐蔽标识水印。票据防伪水印较为特殊,主要用于打印和电子票据的防伪。一般来说,伪币的制造者不可能对票据图象作过多修改,故诸如尺度变换等信号编辑操作不用考虑。但人们必须考虑票据破损、图案模糊等情形,且考虑到快速标测要求,用于票据防伪的数字水印算法不能太复杂。
  版权标识水印是目前研究最多的一类数码水印。数码作品既是商品又是知识作品,这种双重性决定版权标识水印主要强调隐蔽性和鲁棒性,对数据量要求相对较小。

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