2017年數(shù)字水印技術(shù)論文

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

　　2017年數(shù)字水印技術(shù)論文篇一

　　脆弱數(shù)字水印技術(shù)概述

　　【摘要】計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)放共享使得盜版越來(lái)越容易，人們重視版權(quán)保護(hù)的意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)，數(shù)字水印技術(shù)作為保護(hù)版權(quán)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(dú)有的特性。最后從多媒體內(nèi)容認(rèn)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(shù)路線(xiàn)的優(yōu)缺點(diǎn)。

　　【關(guān)鍵詞】脆弱數(shù)字水印;認(rèn)證：算法

　　【中圖分類(lèi)號(hào)】TP309.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1672-5158(2013)04-0204-02

　　一、脆弱數(shù)字水印的產(chǎn)生

　　隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和多媒體信息處理技術(shù)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(fù)制和傳輸變得極其便利。然而，新技術(shù)必然會(huì)帶來(lái)一些新的問(wèn)題，例如，軟件產(chǎn)品的盜版、數(shù)字文檔的非法拷貝、數(shù)字多媒體產(chǎn)品的版權(quán)保護(hù)等等;尤其，當(dāng)數(shù)字多媒體作品被用于法庭、醫(yī)學(xué)、新聞和商業(yè)用途時(shí)，需要確定其內(nèi)容是否曾被修改、偽造或者特殊處理過(guò)，必須保證數(shù)字多媒體作品內(nèi)容的真實(shí)性和完整性。在開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，人們對(duì)信息安全的要求越來(lái)越迫切，都希望能在信息傳播的過(guò)程中對(duì)自己的秘密信息加以保護(hù)。數(shù)字水印技術(shù)作為版權(quán)保護(hù)和安全認(rèn)證的有力工具誕生于90年代初，并且在數(shù)字多媒體產(chǎn)品中的應(yīng)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(shù)研究領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，是一種可以在開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，保護(hù)多媒體產(chǎn)品版權(quán)和認(rèn)證來(lái)源及完整性的新型技術(shù)。數(shù)字水印技術(shù)通過(guò)將數(shù)字、序列號(hào)、文字和圖像標(biāo)記等版權(quán)信息嵌入到多媒體當(dāng)中，在嵌入過(guò)程中對(duì)多媒體載體進(jìn)行盡量小的修改，以達(dá)到最強(qiáng)的魯棒性，當(dāng)含有水印信息的多媒體受到攻擊后仍然可以恢復(fù)或者檢測(cè)出水印的存在，這也是實(shí)現(xiàn)多媒體產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)的有效辦法。數(shù)字水印技術(shù)的誕生為多媒體產(chǎn)品的信息安全問(wèn)題注入了新的生機(jī)與活力。數(shù)字水印技術(shù)是一個(gè)多學(xué)科交叉的新興研究領(lǐng)域，它涉及了信號(hào)處理、密碼學(xué)、通信理論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論、編碼理論、數(shù)據(jù)壓縮和人類(lèi)視，聽(tīng)覺(jué)理論等多門(mén)學(xué)科。數(shù)字水印的提出是為了保護(hù)版權(quán)，然而隨著數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)字水印技術(shù)更多更廣的應(yīng)用。

　　第一種應(yīng)用于圖像的水印技術(shù)是由Caronni等于1993年提出的“’。后來(lái)，數(shù)字水印技術(shù)的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)展到其它數(shù)字媒體，如音頻、視頻等。數(shù)字水印技術(shù)的功能也逐漸由最基本的多媒體作品版權(quán)保護(hù)，發(fā)展到訪(fǎng)問(wèn)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(yīng)用需求方面。與圖像和視頻數(shù)字水印相比，由于人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)HAS(Human Auditory System)比視覺(jué)系統(tǒng)HVS(Hman Visual System)具有更高的敏感度，對(duì)隨機(jī)噪聲相當(dāng)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(hào)當(dāng)中嵌入水印信息時(shí)，對(duì)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(guó)內(nèi)外對(duì)音頻數(shù)字水印的研究并不多見(jiàn)。而且通常情況下，由于多媒體傳播環(huán)境的開(kāi)放與復(fù)雜，多媒體編輯處理工具的廣泛開(kāi)發(fā)，使得多媒體數(shù)據(jù)總是會(huì)受到有意或者無(wú)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(shè)計(jì)，希望多媒體產(chǎn)品無(wú)論受到何種變形操作，都能從中提取出水印來(lái)，但是，對(duì)用于真實(shí)性和完整性保護(hù)的脆弱數(shù)字水印的研究卻相對(duì)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(jué)或聽(tīng)覺(jué)質(zhì)量的前提下，將序列、文檔、或者圖像作為水印信息，以人類(lèi)不可感知的方式嵌入到多媒體作品當(dāng)中。但是與魯棒性數(shù)字水印不同的是，當(dāng)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(shí)，通過(guò)對(duì)水印的檢測(cè)或者提取，可以對(duì)多媒體載體的真實(shí)性和完整性進(jìn)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(lèi)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(duì)惡意篡改非常敏感，同時(shí)又對(duì)一些常規(guī)的信號(hào)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(rèn)證，保護(hù)一般的多媒體數(shù)據(jù)內(nèi)容。而對(duì)一些要求極其精確的數(shù)字媒體，如文檔、醫(yī)學(xué)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(shí)質(zhì)上完全不同的信息，脆弱數(shù)字水印正是針對(duì)這類(lèi)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，它能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)出對(duì)多媒體數(shù)據(jù)內(nèi)容的任何修改并且能夠?qū)π薷牡牟糠诌M(jìn)行精確定位。無(wú)論從理論角度還是應(yīng)用角度來(lái)看，開(kāi)展對(duì)脆弱性數(shù)字水印技術(shù)的研究，不但具有重要的學(xué)術(shù)意義，還有極為重要的經(jīng)濟(jì)意義。

　　二、脆弱數(shù)字水印的特點(diǎn)

　　脆弱數(shù)字水印技術(shù)就是在保證多媒體文件在一定聽(tīng)覺(jué)/視覺(jué)質(zhì)量的前提下，將序列號(hào)、文字、圖像標(biāo)志等版權(quán)信息，以人類(lèi)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(nèi)容及版權(quán)等關(guān)鍵信息的真實(shí)性鑒定，防止非法篡改和偽造，強(qiáng)調(diào)的是一種多媒體數(shù)據(jù)完整性和有效性的標(biāo)注功能，以及對(duì)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(lèi)對(duì)常見(jiàn)信號(hào)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(guò)對(duì)水印信息的檢測(cè)或提取來(lái)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(shí)性認(rèn)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(duì)惡意篡改的敏感性和脆弱性。在實(shí)際應(yīng)用中，一個(gè)實(shí)用的脆弱數(shù)字水印應(yīng)該具備以下特征：

　　(1)良好的透明性。對(duì)多媒體文件來(lái)說(shuō)就是不可感知性，嵌入水印后的多媒體文件要讓人在視覺(jué)或聽(tīng)覺(jué)范圍內(nèi)，感覺(jué)不到任何變化，這樣才能保證原始多媒體文件的使用價(jià)值，保證文件內(nèi)容的真實(shí)性，因此在水印的不可感知性要求上，對(duì)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(cè)認(rèn)證。在完整性認(rèn)證階段不需要原始的多媒體文件，這對(duì)用于認(rèn)證的脆弱數(shù)字水印來(lái)說(shuō)是必須的，如果能確知原始的多媒體文件，就不存在真實(shí)性保護(hù)的問(wèn)題了;另一方面，某些應(yīng)用中根本就沒(méi)有原始數(shù)據(jù)，比如詢(xún)問(wèn)證人的證詞錄音，為保證證詞的真實(shí)性，需要在錄音時(shí)自動(dòng)嵌入水印，否則無(wú)法實(shí)現(xiàn)真實(shí)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(hào)處理技術(shù)所改變。理論上，在檢測(cè)端作完整性認(rèn)證時(shí)，應(yīng)該能夠檢測(cè)到所有影響多媒體文件質(zhì)量的惡意篡改，即對(duì)惡意篡改的檢測(cè)概率趨向于100%。

　　(4)防止“偽認(rèn)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(guò)認(rèn)證。對(duì)脆弱數(shù)字水印來(lái)說(shuō)，不必強(qiáng)調(diào)其對(duì)惡意攻擊的抵抗能力，因?yàn)閷?duì)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(cè)到，而是設(shè)法篡改多媒體的內(nèi)容數(shù)據(jù)且不損壞水印信息，即使多媒體文件的內(nèi)容發(fā)生了改變，但仍能通過(guò)認(rèn)證。在圖像應(yīng)用中有例為證，Kundur基于小波的脆弱數(shù)字水印算法，當(dāng)不采用“量化密鑰”時(shí)，根據(jù)一個(gè)已嵌入脆弱水印的圖像數(shù)據(jù)，可使任意一個(gè)與其相同尺寸的圖像完全通過(guò)認(rèn)證。音頻應(yīng)用中也存在這樣的可能性。

　　(5)對(duì)篡改攻擊部分進(jìn)行定位。當(dāng)含有水印信息的多媒體文件被惡意修改時(shí)，檢測(cè)算法能指明文件內(nèi)容被篡改的位置，這些信息可以用來(lái)推斷篡改動(dòng)機(jī)和篡改的嚴(yán)重程度。

　　如果在實(shí)際問(wèn)題中有更高的要求，往往還需具備以下特征：

　　(6)對(duì)篡改的部分進(jìn)行恢復(fù)。在篡改定位的基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步恢復(fù)出多媒體文件被篡改前的真實(shí)內(nèi)容，并且能夠根據(jù)恢復(fù)的內(nèi)容推斷出篡改的方式以及篡改的類(lèi)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(shí)候單單依靠脆弱數(shù)字水印并不能同時(shí)滿(mǎn)足多種用途，需要同時(shí)嵌入多個(gè)水印，不同的水印擔(dān)負(fù)不同的使命，這樣多媒體文件才能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜多變的環(huán)境，滿(mǎn)足不同應(yīng)用場(chǎng)合的需求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多媒體文件版權(quán)保護(hù)和內(nèi)容認(rèn)證的功能。

　　三、脆弱數(shù)字水印算法概述

　　從1993年開(kāi)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(xué)的觀(guān)點(diǎn)和方法，研究者常常使用密碼學(xué)中的哈希(Hash)函數(shù)作為脆弱水印完整性認(rèn)證的方法。Friedman利用密碼學(xué)中的哈希函數(shù)，通過(guò)保存經(jīng)過(guò)Hash后的圖像數(shù)據(jù)，從而達(dá)到認(rèn)證的目的，但是這樣需要保存額外的認(rèn)證數(shù)據(jù)――Hash值，并且認(rèn)證得到的結(jié)果只有兩種：“是”或“否”，并不能報(bào)告圖像數(shù)據(jù)失真的具體位置。

　　Schneider和chang提出基于圖像內(nèi)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(guò)哈希函數(shù)得到用于認(rèn)證的消息，因?yàn)閳D像本身的特征具有一定的穩(wěn)定性，如果圖像內(nèi)容發(fā)生改變，則圖像特征也會(huì)有所改變，這樣可以保護(hù)圖像數(shù)據(jù)中的每一個(gè)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(guò)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(chǔ)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(shí)頻特性，在圖像的LL子帶用查找表的方法嵌入一個(gè)標(biāo)識(shí)水印，用于檢測(cè)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(rèn)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(cè)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(duì)初值的極端敏感性和塊不相關(guān)水印技術(shù)，將圖像DCT次高頻系數(shù)和水印密鑰合成為L(zhǎng)ogistic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(guān)系，實(shí)現(xiàn)了水印的嵌入和盲檢測(cè)。該算法計(jì)算簡(jiǎn)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(shù)在圖像領(lǐng)域中的研究應(yīng)用得到了很好的發(fā)展，隨著多媒體介質(zhì)類(lèi)型的增加，音頻、視頻在網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用需求逐漸增大，研究學(xué)者們逐漸將研究方向轉(zhuǎn)向到音頻領(lǐng)域，很多良好的算法也從圖像領(lǐng)域移植到了音頻領(lǐng)域。

　　Radhakfishnan和Memon根據(jù)聽(tīng)覺(jué)質(zhì)量相似的兩個(gè)音頻之間的掩蔽曲線(xiàn)必定一樣的原理，提出了一種基于特征的音頻內(nèi)容認(rèn)證技術(shù)。首先計(jì)算音頻掩蔽曲線(xiàn)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(hào)當(dāng)中。檢測(cè)時(shí)，將水印信息提取出來(lái)與之前計(jì)算的Hash值進(jìn)行比較，計(jì)算其相關(guān)系數(shù)，再與事先設(shè)定的相關(guān)系數(shù)門(mén)限值進(jìn)行比較，判斷內(nèi)容是否被篡改。檢測(cè)算法可以將常規(guī)的音頻信號(hào)處理與惡意篡改操作區(qū)分開(kāi)來(lái)。

　　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(guò)等概率隨機(jī)量化音頻信號(hào)不同子帶的小波系數(shù)，并將視覺(jué)可辨別的有意義的二值圖像作為水印嵌入其中，該算法對(duì)濾波、有損壓縮、重采樣等攻擊具有很強(qiáng)的敏感性，通過(guò)比較提取出的水印和原始水印的歸一化相關(guān)系數(shù)，可以很容易對(duì)音頻信號(hào)是否被篡改做出結(jié)論。

　　全和張以改進(jìn)的心理聲學(xué)模型為基礎(chǔ)，提出了一種小波包域的脆弱音頻水印算法。該算法將改進(jìn)后的心理聲學(xué)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(jì)算復(fù)雜度，自適應(yīng)地選擇最好小波包基函數(shù)，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)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(yīng)地嵌入二值圖像水印信號(hào)。檢測(cè)算法不僅能夠認(rèn)證音頻的完整性，而且能夠在時(shí)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(nèi)容認(rèn)證系統(tǒng)。該算法通過(guò)計(jì)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(diào)制后，嵌入到原始音頻的離散小波域中。采用相關(guān)檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)音頻內(nèi)容的認(rèn)證，并通過(guò)提取出的位置序列，找到被篡改幀的最相似幀，進(jìn)行篡改內(nèi)容的近似恢復(fù)。該算法在抵抗中等強(qiáng)度的MP3壓縮、上下行采樣等保持內(nèi)容的音頻信號(hào)處理的同時(shí)，能夠檢測(cè)出篡改、剪切等惡意攻擊操作，能夠?qū)Υ鄹奈恢眠M(jìn)行精確定位對(duì)被篡改的音頻片段進(jìn)行近似恢復(fù)。

　　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(nèi)容認(rèn)證與恢復(fù)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(jīng)過(guò)量化和加密生成水印，再將水印嵌入到另一個(gè)音頻段的最低比特位中。該算法不僅能檢測(cè)和定位對(duì)音頻內(nèi)容的篡改，而且能夠?qū)Υ鄹牡囊纛l段進(jìn)行近似的恢復(fù)，保持較好的復(fù)原質(zhì)量。

　　四、總結(jié)

　　正是因?yàn)榇嗳鯏?shù)字水印對(duì)修改的敏感性，它常常被應(yīng)用在對(duì)完整性要求很高的領(lǐng)域中，用于多媒體文件的內(nèi)容認(rèn)證，有時(shí)，脆弱數(shù)字水印也被稱(chēng)之為數(shù)字認(rèn)證水印。

　　目前，脆弱數(shù)字水印已廣泛應(yīng)用于電子政務(wù)、電子商務(wù)、國(guó)家安全、科學(xué)研究、法律案件、新聞圖片、醫(yī)學(xué)圖像、工程設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，人們對(duì)脆弱數(shù)字水印技術(shù)的認(rèn)知度也在逐漸提高，越來(lái)越多的脆弱水印應(yīng)用將更快地被挖掘出來(lái)。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(duì)多媒體作品被篡改位置的定位，可見(jiàn)人們對(duì)真實(shí)性和完整性認(rèn)證的要求正在逐漸提高，這也推動(dòng)著脆弱數(shù)字水印算法的不斷改進(jìn)與創(chuàng)新。脆弱數(shù)字水印技術(shù)是一個(gè)多學(xué)科交叉的新興研究領(lǐng)域，必須與密碼學(xué)、多媒體技術(shù)、通信理論、編碼理論、心理聲學(xué)、信號(hào)處理、模式識(shí)別等多個(gè)學(xué)科有效結(jié)合，才能產(chǎn)生新的思路并實(shí)現(xiàn)可實(shí)際應(yīng)用的脆弱數(shù)字水印系統(tǒng)。

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