数字水印技术及其应用前景*

2016-03-14杨永锋

甘肃科技 2016年20期

关键词：数字水印版权保护数字

杨永锋

（陇东学院信息工程学院，甘肃　庆阳 745000）

数字水印技术及其应用前景*

杨永锋

（陇东学院信息工程学院，甘肃庆阳 745000）

数字水印技术已经成熟，主要介绍数字水印算法、数字水印的应用，数字水印技术在版权保护、内容认证、票据防伪等领域应用广泛，同时随着网络的发展和电子商务的兴起，数字水印和电子商务结合，形成许多发展方向，发展前景广阔。

数字水印；版权保护；电子商务

1　概述

在网络上发布的图像很容易获取、复制、编辑、存储及分发，在给人们生活带来便利的同时也可能会损坏其所有者或创作者的合法权益。篡改、伪造、复制和非法发布原创作品所带来的负面效应，已经威胁到信息产业的健康持续发展，数字作品的版权保护成为当前迫切需要解决的一个重要问题。数字水印技术是版权保护和内容认证的有效技术，在图像这一载体的应用最为成熟。

数字水印技术是将代表版权的特定信息，按照某种方式嵌入到数字媒体中，在产生版权纠纷时通过相应的策略提取出这些特定的信息（称为数字水印），达到验证版权归属的目的，也可有效地防止恶意拷贝与未经授权的分发。这项技术可以在数字化的数据内容中嵌入水印。嵌入的水印信息隐藏于宿主文件中，不影响原始文件的可观性和完整性，但是通过一些算法可以被检测或者被提取。水印与源数据（如图像、音频、文本、网页、视频数据）紧密结合并隐藏其中，并可以经历一些不破坏源数据使用价值或商用价值的操作而存活下来。数字水印技术的本质是通过对数字对象微小的改动，这些区域的变动对数据值不会造成较大的影响，即不会影响作品的原始质量。

2　数字水印算法

数字水印技术尤其是图像数字水印算法已经成熟，图像数字水印算法主要分为空间域水印和频域水印。空间域算法是通过直接在图像数据上修改数据达到隐藏水印信息的目的。比较有代表性的算法就是最低有效位方法（LSB），该方法是利用原始数据的最低几位来隐藏信息，优点是隐藏的信息量较大，缺点是数字水印很脆弱，经受一些常见的数字图像处理（如图像压缩）数字水印就可能丢失。另外一个代表性的数字水印算法是 Patchwork方法。Patchwork是一种基于统计的数字水印，其嵌入方法是任意选择N对图像点，在增加一点亮度的同时，降低另一点的亮度值。该算法的隐藏性较好，并且对有损的JPEG压缩和滤波等操作具有抵抗能力，但是抗攻击的能力依然不强。

频域算法是利用变换域的技术隐藏水印信息，这些变换域的技术包括离散余弦变换（DCT）、小波变换（WT）、傅氏变换（FT或FFT）以及哈达马变换（Hadamardtransform）等，其中DCT和WT是最常用的变换。基于分块DCT的数字水印技术方案最具代表性，在这个方案中由一个密钥随机地选择图像的一些分块，每一分块先变换到频域上，在频域系数上进行微小变换以满足特定的关系（比如改变两个频域系数的大小）以隐藏二进制序列信息。在水印信息提取时，则选取相同的DCT系数，并根据系数之间的关系提取比特信息来回复水印。频域水印算法的抗攻击能力强，不可行性也大大提高。

3　数字水印的应用领域

数字水印技术要面向Internet上广为使用的各种数据对象，包括图像、视频、音频、动画、文本、网页等。数字水印技术的运用范围很广，其主要应用包含：

数字版权保护和版权跟踪：数字水印技术虽然不能阻止盗版活动发生，但这项技术可以判别对象是否受到保护，监视被保护数据的传播、非法拷贝，在遇到版权纠纷时为法庭提供证据。版权保护是水印最初的应用领域，其目的是嵌入数据的来源信息以及比较有代表性的版权所有者的信息，从而防止其它组织或个人对该数据宣称拥有版权。可以将数字产品原创者的姓名、身份证号、作品序列号、印章、指纹、创作日期等以数字水印的形式嵌入其中，表明版权所有，完善作品的著作权，如果发现被非法复制、下载或伪造，可以通过提取水印证明其合法的著作权，避免未经授权的拷贝制作和发行。这样就可以通过授权用户的信息来识别数据的发行拷贝，监控和跟踪使用过程中的非法拷贝。例如医院中有大量的医学影像图像，这些医学影像图像是医院所有，即医学图像是医院的自有知识产权，在医学图像中嵌入数字水印主要起到版权保护的作用。如果他人要使用患者影像必须得到医院的允许。医院在分发影像资料时嵌入带医院信息的水印，当版权被盗用时便可以以此为凭证。

内容认证：当数字作品被用于法庭、医学、新闻及商业时，常需确定它们的内容是否被修改、伪造或篡改。为实现该目的，通常可将原始图像分成多个独立块，再在每个块中加入不同的水印。在需要时通过检测隐藏水印的状态可以判断声像信号是否被篡改，起到篡改提示的作用，同时能够定位篡改位置。例如在医学图像、电子病历中嵌入数字水印也可以起到篡改检测的作用。嵌入水印的医学图像或电子病历可以通过提取水印认证出其原始性，如果被篡改，则水印提取会失效。

票据防伪：主要用于打印票据和电子票据的防伪。一方面，在彩色打印机、复印机输出的每幅图像中加入唯一的、不可见的数字水印，在需要时可以实时地从扫描票据中判断水印的有无，快速辨识真伪。另一方面，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。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。标题与注释：即将作品的标题、注释等内容以水印形式嵌入该作品中，这种隐式注释不需要额外的带宽，且不易丢失。数据的标识信息往往比数据本身更具有保密价值，如在遥感图像等信息中隐藏日期、经纬度等。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，只有通过提取程序才可以读取。

隐蔽通信：数字水印也被称为信息隐藏技术，可以利用公用网络进行保密数据传送，达到实现隐蔽通信的目的而不会引起他人的注意，在网络情报站中意义重大。

访问控制：将水印信息加入影片数据中，在播放影片时可通过影片数据中的水印信息而判断观看者是否有权欣赏电影的权利，从而保护制造商的合法权益。数据库中也存在一部分数据（如照片），通过修改这些数据嵌入访问者的合法用户的用户名或ID号。用户在访问数据库时要和数据库中存在的水印信息进行比对，如果相同就获取访问数据库的权利，否则就不得进入数据库。