数字水印技术分析

摘要:信息隐藏是把机密信息隐藏在大量信息中不让对手发觉的一种方法。信息隐藏的方法主要有隐写术、数字水印技术、可视密码、潜信道、隐匿协议等。其中,数字水印是指在原始的数字媒体中嵌入水印信号,嵌入水印前后的媒体在视觉或听觉感受上没有任何明显的差别。

关键词:数字水印;数字签名;信息隐藏

Analysis of Digital Watermarking Technology

Wang Xubiao

(Puyang Vocational&Technical College,Puyang457000,China)

Abstract:The information hiding is the confidential information hidden in large amounts of information in a way not to find opponents.Main methods of information hiding steganography,digital watermarking technology,visual cryptography,subliminal channel,hidden agreements.

Among them,the digital watermark refers to the original watermark signal embedded in digital media,before and after watermark embedding media in the visual or auditory experience does not have any significant differences.

Keywords:Digital watermarking;Digital signature;Information hiding

数字水印技术是近年来兴起的一个前沿研究领域,与信息安全、信息隐藏、数据加密有密切的关系。它将一些标识信息直接嵌入诸如多媒体、文档、软件等数字载体当中,或者是间接表示,不影响原载体的使用价值,也不容易被探知和再次修改,但可以被生产方识别和辨认,通过隐藏在载体中的信息,可以达到确认内容创建者、购买者、传送隐秘信息或者判断载体是否被篡改等目的。

数字水印与数字签名技术极易发生混淆,所谓数字签名就是附加在数据单元上的一些数据,或是对数据单元所作的密码变换。这种数据或变换允许数据单元的接收者用以确认数据单元的来源和数据单元的完整性并保护数据,防止被人伪造。它是对电子形式的消息进行签名的一种方法,一个签名消息能在一个通信网络中传输。数字签名主要的功能是保证信息传输的完整性、发送者的身份认证、防止交易中的抵赖发生。而数字水印是将标识信息直接嵌入数字载体当中,而不影响原载体的使用价值,也不容易被人的知觉系统觉察或注意到。数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向。

数字水印技术在下面一些领域中得到应用:

版权保护――通过在媒体中嵌入标示版权信息的水印,在发生版权争端时,通过提取水印以证实媒体所有者的所有权。他并不能阻止对媒体的非法拷贝,但可以确认对媒体的所有权。

数字签名――水印识别媒体所有者,潜在用户用以获得对媒体的合法拷贝或出版,从而可以用来解决版权纠纷。

指纹识别――水印也可以识别媒体合法使用者,这可以用来追踪非法拷贝源。他已经应用在DIVX数字视频播放器中,播放器在每个播放过的电影拷贝中加入一个独一无二的水印信号。

广播、出版监测――电视广播自动监测系统、计算机网络及其他分发通道检测以跟踪媒体内容何时在何地出现。这对确保媒体内容没有被非法分发或想决定媒体版权付费的媒体所有者来说是很好的监测手段,对广告客户确保他们的商品广告在付过费。

目前在数字版权管理方面主要有两类技术,即密码技术和数字水印技术。密码技术是传统的早期的技术,一旦加密数据被合法用户解密,就无法控制其非法复制传播等行为。数字水印技术侧重于对数字内容的真伪鉴别和对盗版数字内容的来源追踪,正好弥补了加密技术的不足之处。因此数字水印技术越来越受到信息安全领域专家学者的重视,数字水印与密码技术相结合是实现数字版权管理的有效手段和研究方向。

图像数字水印算法从实现过程来看分为两类:空域方法和变换域方法。空域方法是将水印信息直接嵌入到宿主图像中,而变换域方法是将水印信息嵌入到宿主图像的变换域中。空间域水印的问题是健壮性较差,抗干扰能力较弱。因此,目前研究最多的是在变换域上的数字水印嵌入技术。常见的有离散余弦变换(DCT)、小波变换(DWT)、离散傅立叶变换(DFT)。基于DCT的算法的主要思路是,在DCT变换的中频系数中嵌入水印,既保证了水印的不可见性,又保证了水印的健壮性,达到了一个平衡。基于小波变换的水印方法是将空间和时间的信号在多个不同的分辨率尺度下进行分解,因此可以针对信号的不同分尺度对信号进行处理。

数字水印的研究也存在一些问题,表现在:1.如何兼顾隐藏性、鲁棒性和安全性的平衡问题,仍未完全得到解决,在具体应用层面上,阻碍了工程转化;2.用于版权认证和保护的水印技术一般分为脆弱水印和鲁棒水印两类,前者重在对内容的完整性保护,而后者的技术要求更高,它要求算法具有较高的稳健性,既要求能经受一般的压缩、滤波、加噪等常见的图像处理操作,还要具有经受恶意攻击和篡改的能力;3.通常用于版权认证的水印算法多以黑白二值图像、较小分辨率图像、简易文字图像(如签名)、序列号等构成,缺乏水印安全有效的应用框架。故迄今为止,一个良好的数字水印算法总体上仍是从多角度研究图像载体数据的特性,力求在水印的顽健性、鲁棒性、隐藏性等诸多方面寻找平衡。此外,除追求水印的最大嵌入量外,水印的可测性及水印的代换能力也影响着水印算法的工程转化,总体上对数字水印问题的研究还不够全面和深入,虽然以DCR和DWT变换域作为研究对象的成果较多,但因筛选不同的系数和块,水印的嵌入强度和抵抗压缩及各类变换的能力差异较大,基于内容特征的水印、多水印、非对称的水印等被称之为第二代水印的问题,以及安全有效的应用框架等,都还没有得到完全和系统地解决。因而,仅就数字化作品版权认证的应用而言,还有许多课题需要研究和解决。

参考文献:

[1]金聪.数字水印理论与技术.清华大学出版社,2008,8

[2]钮心忻.信息隐藏与数字水印.北京邮电大学出版社,2004,6

[3]钟桦.数字水印与图像认证:算法及应用.西安电子科技大学出版社,2006,8