数字水印简介

夏文财

摘 要 数字水印技术是一门多学科交叉的应用技术，可用来保护版权和认证来源及其完整性。本文简要介绍了数字水印的基本模型、分类方法、应用领域。

关键词 数字水印 隐藏技术 信息安全

中图分类号：TP391.4 文献标识码：A

数字水印技术是信息隐藏技术（information hiding）的一个重要分支，其基本思想是通过某种算法将具有特定意义的信息隐藏到数字产品中，而且信息的嵌入不能影响数字产品的使用和价值，信息能从嵌入水印后的数字产品中提取出来，可达到保护数字产品的版权及内容认证的目的。其中，嵌入在数字产品中的具有特定意义的信息称为数字水印或水印信息，它既可是有意义的图片、序列等信息，也可是无意义的随机序列，根据水印的不同应用可决定嵌入到数字作品中的水印信息内容。

1数字水印系统模型

数字水印目前还没有标准的理论模型，但是所有水印系统基本上都是由水印嵌入系统和水印检测系统组成。

一般认为数字水印具有如下特性：

1.1不可感知性

不可感知性又称为不可见性。即在视觉或者听觉上，观察者都不能感知因嵌入水印引起的数字产品的变化，而数字作品的正常使用不会被嵌入的数字水印影响。

1.2鲁棒性

鲁棒性是指嵌入水印后的数字作品经过大量恶意和常规处理后，从含水印的数字作品中提取的水印信息仍有效。对图像进行压缩、剪切、旋转、打印、扫描与复印等操作均包含在对数字作品处理的范围内。

1.3可证明性

可证明性是指水印应具有能够提供可靠的证明数字作品的版权的功能。水印系统在数字作品中嵌入可以证明数字作品版权的信息，以便对数字作品进行版权保护。

1.4安全性

安全性是指攻击者利用若干手段对嵌入水印后的数字作品进行处理时，并不能发现水印的存在，或即使知道水印的存在，也无法去除水印。如果对嵌入水印后的数字作品进行去除水印操作，可使数字作品产生较大变化，影响数字作品的正常使用，从而达到了保护水印信息安全的目的。

1.5水印容量

水印容量是指数字作品中能够嵌入的水印信息量。在图像数字水印中，水印容量即是在一幅数字图像中嵌入的水印比特数。音频数字水印和视频数字水印的水印容量用嵌入到单位时间内的音频或视频中水印比特数来衡量。视频数字水印的水印容量也可按照每一帧中嵌入的水印比特数计算。

1.6盲检测和明检测

水印系统在检测时需要提供原始载体信息的检测方式称为明检测。检测时不需要提供原始载体信息的检测方式称为盲检测。判断水印是否适合某项应用，必须要考虑该水印的检测方式。

1.7虚检率

虚检是指在水印检测时发生的错误事件，即水印系统在对不含水印的作品进行检测时产生错误的判断，得出作品中含有水印的错误结论或是对含水印作品进行检测时没有发现作品中嵌入的水印。虚检率是指发生虚检事件的概率，可根据检测时的具体情况对虚检率进行计算。

2数字水印的分类

数字水印的分类有多种方法，按照不同标准将数字水印分为以下几类：

2.1按水印所依附的载体分类

即图像数字水印、视频数字水印、音频数字水印和文本数字水印等。图像数字水印技术是当前水印技术研究的重点之一，其研究成果也可应用到视频水印中。

2.2按水印的特性分类

即鲁棒水印、脆弱水印和半脆弱水印。一般而言，鲁棒水印的鲁棒性较强，能够抵抗各种攻击；脆弱水印的鲁棒性较弱，不能抵抗任何形式的攻击，对脆弱水印分析可判断出数字作品的完整性；半脆弱水印对无意攻击具有鲁棒性，对有意攻击具有脆弱性，通过分析半脆弱水印可以判断数字作品是否被恶意篡改。

2.3按水印的外观分类

即可见水印和不可见水印。对含水印和不含水印的数字作品进行比较，即可发现嵌入的可见水印。不可见水印在含水印的数字作品外观上是不可见的，通过观察无法判断水印的嵌入位置。

2.4按水印的检测方法分类

即非盲水印、半盲水印和盲水印。采用盲检测方法提取的水印，即认为该水印是盲水印，否则就属于非盲水印或半盲水印。半盲水印不需要原始数字作品和原始水印的完整信息，而非盲水印则需要完整的原始数字作品和原始水印的信息。

2.5按水印的隐藏位置分类

即空间域数字水印、变换域数字水印和压缩域数字水印。空间域数字水印直接在数字作品的空间域进行水印的嵌入和提取；变换域水印将数字作品进行某种可逆变换后，在数字作品的变换域进行水印的嵌入和提取；压缩域数字水印在对数字作品进行压缩时嵌入和提取水印。

3数字水印的应用

数字水印技术问世以来，经多方努力，发展迅速，其应用也非常广泛。主要体现在以下几个方面：

3.1版权保护

用于版权保护的水印大多数是鲁棒水印，一般而言，要求水印能够抵抗各种类型的攻击，提取的水印可以充分证明数字作品的版权。

3.2内容认证

即通过对从嵌入水印后的数字作品中提取的水印进行分析，判断数字作品的内容是否被篡改。

3.3票据防伪

即在支票、货币、电子票据等票据中嵌入水印信息，在使用时通过对水印进行检测可判断票据的真伪。

3.4拷贝控制

拷贝控制是指为防止作品的非法拷贝，水印检测器被集成在录制设备中，当检测到禁止拷贝的水印，则设备自动停止拷贝。其中，水印检测可通过特定的硬件或软件来实现。

3.5操作跟踪

在数字作品中加入用于操作跟踪的水印后，即可通过水印得到副本的操作记录，作品的所有者或创作者可在每份副本中加入不同水印，从而可记录不同的副本的去向，以达到对拷贝进行跟踪的目的。

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