侯艳军

中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0710109-01

一、引言

数字水印(digital watermarking)是近年来出现的数字产品版权保护技术。它是利用数字作品中普遍存在的冗余数据与随机性,向数字作品中加入不易察觉但可以判定区分的秘密信息水印,水印可以是一段文字、标识、ID序列号等,并携带有版权保护信息和认证信息,作为密码学的加密或置乱技术的补充,保护数字产品的合法拷贝和传播。数字水印技术是信息隐藏技术研究领域的重要分支,也是当今网络信息安全和数字媒体版权保护研究的热点。

二、数字水印的基本特征

数字水印技术除应具备信息隐藏技术的一般特点外,还有着其固有的特点。数字水印技术基本特征主要有:

1.隐蔽性:数字产品加入数字水印后,应不会引起数字作品的明显质降,并不易被接收者察觉。

2.安全可靠性:水印体制要商业应用,其算法必须公开。算法的安全性完全取决于密钥,而不是对算法进行保密。所以,密钥空间需足够大,而且分布比较均匀。另外,数字水印应能对抗非法的探测和解码,面对非法的攻击也能以极低的差错率识别作品的所有权,同时数字水印应很难为他人所复制和伪造。

3.鲁棒性:指不因多媒体文件的某种改动而导致隐藏信息丢失的能力。

4.计算复杂度:不同应用对水印嵌入算法和提取算法的计算复杂度有不同的要求。如:指纹水印要求嵌入算法速度要快,而对检测算法则不需要很快;其它的水印一般对嵌入的速度要求不高,但对检测的速度要求很快。

5.自恢复性:由于经过一些操作或变换后,可能会使原图产生较大的破坏,如果只从留下的片断数据仍能恢复隐藏信号,而且恢复过程不需要宿主信号,这就是所谓的自恢复性。

不同应用对嵌入信息的比率有不同的要求。一般来说,注释水印要求有较高的嵌入比率,鲁棒水印次之,而易损水印在这方面的要求不是重点。易损水印不需要冗余性,所以它通常可以含有大量的数据。而且因为判断数据的失真情况是易损水印的目的,所以易损水印不注重嵌入了多少数据,而注重在安全的前提下尽可能地报告失真情况。易损水印的算法需要有标示能力,即不仅能检测到水印,而且对于数据有失真的情况,检测算法要能指明失

真的区域,甚至指明频域上的失真情况、分析造成失真的原因等。

三、数字水印的应用前景

数字水印的提出是为了保护版权,然而随着数字水印技术的发展,人们已经发现了水印更多更广的应用。

1.数字作品的知识产权保护:数字作品的所有者可用密钥产生一个水印,并将其嵌入原始数据,然后公开发布其水印版本作品。当该作品被盗版或出现版权纠纷时,所有者即可从盗版作品或水印版作品中获取水印信号作为依据,从而保护所有者的权益。

2.商务交易中的票据防伪:美国、日本以及荷兰都已开始研究用于票据防伪的数字水印技术。麻省理工学院媒体实验室受美国财政部委托开始研究在彩色打印机、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。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。

3.标题与注释:医学、制图、多媒体索引和网络搜索等领域中,可以将一些作品的标题、注释等内容以水印形式嵌入该作品中作为隐式注释。这种隐式注释不需要额外的带宽且不易丢失。

4.篡改提示:由于现有的信号拼接和镶嵌技术可以做到移花接木而不为人知,基于数字水印的篡改提示是解决这一问题的理想技术途径,通过隐藏水印的状态可以判断声像信号是否被篡改。为实现该目的,通常可将原始图象分成多个独立块,再将每个块加入不同的水印。同时可通过检测每个数据块中的水印信号,来确定作品的完整性。与其它水印不同的是,这类水印必须是脆弱的,并且检测水印信号时,不需要原始数据。

5.防止非法复制及视频监控:在DVD防拷贝系统,即将水印信息加入DVD数据中,这样DVD播放机即可通过检测DVD数据中的水印信息而判断其合法性和可拷贝性。从而保护制造商的商业利益。在广播电视节目内容监控中,数字视频水印技术除了可以对各种节目版权进行保护追查外,还可以进行内容监控和跟踪。基于数字水印技术对节目内容的监控,可实现广播权利的精确管理,使版权拥有者能够了解其节目内容何时何地被第三方非法使用。

6.隐蔽通信:隐蔽通信采用数字水印技术作为稳健的隐蔽通道,是传统的数据隐藏技术在通信领域的发展。

7.数字指纹:向分发给不同用户的各个副本中嵌入不同的水印的一类应用称为数字指纹。这类应用可以用于识别内容购买者,类似于软件序列号。通过使用数字指纹,可以有效地跟踪未经授权的拷贝的来源,防止未授权的拷贝和分发。

8.可逆可见水印:IBM已经开发了一个水印方案,称为可逆可见水印。该水印系统中,IBM允许图像的自由拷贝,但在图像上加上可见水印,这些图像在没有去除可见水印前没有应用价值。水印图像作为样本发送给用户,如果用户想得到有价值图像版本,他们可以买付费去除程序,该程序可以去除图像上的水印而将图像恢复为原始质量。

数字水印技术是近年来国际学术界兴起的一个前沿研究领域。数字水印作为信息安全领域中的新生事物,具有很高的技术含量和很强的生命力,同时也孕育着巨大的商机。这门横跨信号处理、数字通信、密码学、计算机网络等多学科的新兴技术,应用前景广阔。

参考文献:

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