曹源

【摘要】 在信息時代，為了保護數字媒體的信息安全與知識產權認證，融合了圖像認證方法的數字水印技術就應運而生，它是針對傳統(tǒng)加密方法的科技化補充，實現了在開放環(huán)境下也能保護版權認證來源性及完整性的新興技術。本文探討了數字水印技術的特點、應用和基于數字圖像的幾種水印算法。

【關鍵詞】 數字水印 圖像認證 聲像數據 數字圖像水印算法

數字水?。―igital Watermarking）是一種信息隱藏技術，它的技術應用范圍非常廣泛，例如對知識版權的完整性認證、數字指紋、拷貝控制以及廣播監(jiān)測等等。雖然數字化信息傳輸效率高但高風險性也同樣并存，因此基于圖像系統(tǒng)的認證水印技術就可以利用人類知覺系統(tǒng)的冗余，將水印隱藏嵌入媒體內容當中，當其需要認證時，根據水印信息來判斷它的合法性與真實性。

一、數字水印技術的特點

1、不可見性。首先，基于圖像認證的數字水印是嵌入到媒體內容之中的，它的變化在人眼視覺范圍內不可被感知。所以這也是數字水印技術的研究前提，即在不影響各種媒體內容的美觀性與完整性的前提下實現技術功能。2、脆弱性。目前脆弱水印的定位技術主要有兩種：像素級別的定位能力，它被叫做單像素認證，它可以根據篡改檢測與定位的功能分離實現對脆弱水印的重新計算，進而抵御各種攻擊，即將脆弱水印中的篡改精確定位精確到某一個像素；再有就是分塊級的定位，也叫分塊認證。3、安全性。水印認證系統(tǒng)的安全性主要依賴于密鑰，密鑰的特點就是空間足夠大，這很大程度上增加了水印認證的安全性。有了密鑰，數字水印就會變得難以篡改和偽造，而且是對傳統(tǒng)水印較低的誤檢測率與抵抗性的一種提升。4、魯棒性。魯棒性就是指數字水印在經過多次信號認證及處理過程后，依然可以保持水印的完整性與檢測的準確性，即它可以多次重復使用[1]。

二、數字水印技術的應用

1、加指紋。指紋識別是將輸入的指紋圖與數據庫中的存儲模板相匹配，并按照二者的共同特征進行比對實現，也被叫做指紋圖像匹配。在美國的國家標準局（NIST）就提出了加入了指紋識別的數字水印技術應用，它共有四種特征：脊末梢、分岔點、復合特征與未定義特征。這四種特征都可以用于對指紋的細節(jié)特征識別上，特別是脊末梢與分岔點可以有效利用于媒體出版物以及各個門禁中的數字水印指紋識別鑒定[2]。2、標題與注釋。標題與注釋這種應用主要是對需要加入數字水印的作品的標題與內容進行注釋。比如說對一幅照片加入時間和地點，而且它是隱藏在照片之中的，不需要額外帶寬，也不容易丟失。3、聲像數據的隱藏標識和篡改提示。通常講，數據的標識信息都會比數據本身更具有保密價值，比如說對遙感圖像拍攝日期以及經緯度的標識等等。另外，數據篡改提示也是一項非常關鍵的工作，它利用現有的信號拼接與鑲嵌技術達到了“移花接木”的效果，且并不為人所知。

三、數字圖像水印算法

1、空域算法?？沼蛩惴ò薙chyndel、Patchwork以及LSB算法，其中LSB（least significant bits）算法直接將信息嵌入到被隨機選擇的圖像點中最不重要的像素位，這樣高度保證了嵌入水印的不可見性。但是由于所鑲嵌的圖像像素位并不重要，其算法的魯棒性就會變差，導致水印信息很容易被濾波、圖像量化與幾何變形的操作而破壞。所以也可以采用Schyndel這種空域算法來彌補LSB中魯棒水印保持較差的缺陷。這種算法通過密鑰輸入m-序列發(fā)生器來產生相應的水印信號，通過序列產生二維水印信號，使得像素點被逐一插入到原始圖像像素值的最低位，這同樣保證了數字水印的不可見性，而且不容易被移除，所以這兩種方法在技術上有互補之處，可以根據實際情況酌情應用。

2、變換域算法。變換域算法的主要表達方式就是頻率域制作水印算法，它利用一個信號來掩蓋另一個較弱的信號，從而能夠有效呼應對數字水印的圖像認證檢測。由于采用了跳頻（frequency hopping）技術，所以它的透明性好且數據改變幅度小，但是由于頻域水印制作在逆變換時容易散布于圖像空間中，所以最好用原作品中含有重要信息的敏感頻率來制作頻域水印，這樣能保證水印的自我恢復性。

3、壓縮域算法。壓縮域算法就是將媒體內容壓縮為標準的JPEG、MPEG等格式，實現對數據的完全解碼或重新編碼過程，所以壓縮域算法在數字廣播電視內容中具有較大的實用價值。壓縮域算法要求將水印信號塊中的變化系數相疊加，得到水印迭加的DCT系數，再重新進行相應的量化Huffman編碼，最后實現Huffman碼字的位數n1與原有無水印系數碼字n0的對應比較。當n1≤n0時，才能夠傳輸水印碼字。

總結：就目前來看，基于圖像認證的數字水印技術已經被推廣到相當廣泛的領域，它實現了對重要媒體內容的多視點與自由視點檢測，保證了媒體內容的知識版權安全性，而且也豐富了數字水印技術的多層次化。

參 考 文 獻

[1] 周武杰.立體圖像數字水印技術及其應用研究[D].寧波大學，2014.11-20.

[2] 高正男.基于數字水印的指紋圖像安全性研究[D].浙江工業(yè)大學，2005.22-25.

[3] 葉廣源.圖像認證的數字水印技術研究[D].華東師范大學，2006.33-35.