数字水印技术

9.1.4 数字水印的分类
（2）按感知特性划分：
不可感知水印（不可见水印）：人的感观不能感知 嵌入的水印，不影响作品的质量，具有较高的使用 价值 可感知水印（可见水印）：可觉察数字水印嵌入到 载体后会在媒体中留下明显的印记，主要用于标识 版权，防止非法使用，虽然降低了资料的商业价值， 却不妨碍使用者的使用，如电视台的台标等。
数字水印应具有如下的基本特征:

不可感知性 水印容量 鲁棒性


可证明性
安全性
数字水印的安全性与密码系统的安全性非常类似，即水印嵌入的算 法是公开的，安全性建立在密钥管理基础上，只有拥有密钥才能提 取水印。数字水印系统一般使用一个或多个密钥来确保水印安全。
9.1.3 数字水印系统的组成



可证明性 安全性
9.1.2 数字水印的基本特征
数字水印应具有如下的基本特征:

不可感知性 水印容量 鲁棒性 可证明性
数字水印算法能够正确识别出被嵌入到保护对象中的有关信息，例
如经过注册的用户编码、产品的标识或者其他任何有意义的文字等， 并且在需要时将其提取出来作为证据。

安全性
9.1.2 数字水印的基本特征
Playback control
Record control
Illegal copy
Non-compliant recorder
应用领域(4)——数字指纹
Distributed copies Digital fingerprints Users
Original image
应用领域(5)——内容验证
数字水印应具有如下的基本特征:

不可感知性
对不可感知的数字水印来说，是指加入数字水印后不会改变数字产 品的感知效果，即感知不到数字水印的存在。

水印容量


鲁棒性
可证明性
安全性
9.1.2 数字水印的基本特征
数字水印应具有如下的基本特征:

不可感知性 水印容量
也称嵌入率、加载率或者有效载荷，指的是在单位时间内或在一个 作品中最多可以嵌入水印的比特数。一般要求水印容量尽量大，必 须足以表示多媒体内容的创建者或所有者的标志信息或购买者的序 列号，这样有利于解决版权纠纷。
9.1.4 数字水印的分类
（5）按数字水印的内容划分：
有意义水印：指水印本身也是某个数字图像（如商 标图像）或数字音视频片段的编码。


无意义水印：无意义水印则只对应于一个序列号。 ID:20021988-7231
9.1.4 数字水印的分类
（6）按水印检测方式划分：
非盲（Non-blind）检测水印：水印的检测和提取 是在分析原始媒体数据与含水印媒体数据差别的基 础上进行的，检测和提取过程必须在原媒体的参与 下完成。 盲（Blind）检测水印：水印的检测和提取由含水 印的待测媒体本身确定，而不需要原始媒体的参与。 半盲（Semi-blind）检测水印：水印的检测无需原 始媒体数据，但是需要某些与原始媒体数据有关的 信息，这些信息可能是原始数据嵌入水印时的某些 参量，也可能是表征原始数据某些特征的信息。
信息隐藏技术
•信息隐藏技术与传统密码学不同，它利用数字 媒体内容普遍存在的冗余性，将秘密信息隐藏在 数字媒体产品中而不引起物理外观的显著变化， 使得人们觉察不到它的存在，即使截获者知道秘 密信息的存在，未经授权也难以将其提取出来， 从而保证了秘密信息的机密性和安全性。
• 信息隐藏基本思想起源于古代的隐写术 （ steganography）。

鲁棒性 可证明性 安全性
9.1.2 数字水印的基本特征
数字水印应具有如下的基本特征:


不可感知性
水印容量
鲁棒性（健壮性或抗攻击性）
指嵌入水印的作品在经历了各种信号处理或者各种攻击后，水印系统仍能 够检测或提取水印的能力。以图像载体为例，常见的操作包括空间滤波、
有损压缩、打印和扫描，以及几何失真（旋转、平移和图像缩放等）。
应用领域(1)——版权保护
•Proof of ownership
Alice
Original work Watermark embedder
Alice is owner! Watermark detector
Distributed copy
Bob
应用领域(2)——广播监控
•Broadcast monitoring

第9章 数字水印技术

9.1 数字水印概述
9.2 数字图像水印算法 9.3 数字视频水印的嵌入与提取方案 9.4 数字音频水印算法 9.5 MATALAB编程实例
9.2 数字图像水印算法

9.2.1 最低有效位方法 9.2.2 基于DCT域的方法
9.2.1 最低有效位方法
Original content
Watermark embedder
Broadcasting system Watermark detector
Content was broadcast!
应用领域(3)——防止非法拷贝
•Copy Control
Legal copy
Compliant player Compliant recorder
信息隐藏与加密技术的区别
信息隐藏
隐蔽性 保护程度 不易被发现已经隐藏 了信息 保护存在于整个生命 周期过程
加密技术
容易被发现进行了加密 存储与传输过程保护， 解密后不具有保护作用
对可用性的 不影响宿主的可用性 影响 成熟程度 正处于发展完善中
解密后才可用
相当成熟
……
数字水印定义
•数字水印是永久镶嵌在其他数据(宿主数据) 中具有可鉴别性的的数字信号或模式，而且 并不影响宿主数据的可用性。
9.1 数字水印概述

9.1.1 数字水印技术的产生背景和应用 9.1.2 数字水印的基本特征 9.1.3 数字水印系统的组成 9.1.4 数字水印的分类
9.1.1 数字水印技术的产生背景和应用
•互联网上的数字媒体应用正在呈爆炸式的增长， 越来越多的数字产品以电子版的方式在网上传播。

9.1.4 数字水印的分类
（3）按水印的抗攻击能力划分：
鲁棒（Robust）水印：要求嵌入的水印能够有效抵 抗各种有意或无意的攻击，主要用于解决数字版权 保护问题。 脆弱（Fragile）水印：对信号的改动很敏感， 根据脆弱水印的状态就可以判断数据是否被 篡改过，主要用于完整性验证 。 半脆弱（Semi-Fragile）水印：结合了鲁棒水印和 脆弱水印和的特点。和鲁棒水印一样，半脆弱水印 能够容忍一定程度的信息处理失真（不是恶意的攻 击），例如有损压缩引起的量化噪声；同时又具备 脆弱水印的特性，能够判断出图像是否被篡改，并 对图像的篡改区域进行定位。

数字水印技术包括水印的嵌入和水印检测/提取 两个过程。 嵌入阶段的设计主要解决两个问题：一是数字水 印的生成，可以是一串伪随机数，也可以是与作 者有关的字符串、图标等信息经过加密产生；二 是嵌入算法，嵌入方案的目标是使数字水印在不 可见性和鲁棒性之间找到一个较好的折中 检测阶段主要是设计一个相应于嵌入过程的检测 算法。检测的结果或是原水印（如字符串或图标 等），或是基于统计原理的检验结果以判断水印 存在与否。检测方案的目标是使错判与漏判的概 率尽量小。

从水印不可见性考虑

将水印嵌入DCT变换域的AC高频系数
将水印嵌入DCT变换域的DC系数或AC低频系数

从水印鲁棒性考虑

第9章 数字水印技术

9.1 数字水印概述
9.2 数字图像水印算法 9.3 数字视频水印的嵌入与提取方案 9.4 数字音频水印算法 9.5 MATALAB编程实例
•Content authentication
Watermark embedder Watermark detector
应用领域(6)——叛逆者追踪
2018/11/7
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9.1.2 数字水印的基本特征
数字水印应具有如下的基本特征:


不可感知性
水印容量
鲁棒性
可证明性 安全性
9.1.2 数字水印的基本特征
第9章 数字水印技术

9.1 数字水印概述
9.2 数字图像水印算法 9.3 数字视频水印的嵌入与提取方案 9.4 数字音频水印算法 9.5 MATALAB编程实例
本章学习目标





了解数字水印的基本特征、分类和应用。 掌握水印数字系统的组成，数字水印的嵌入和提取 的基本原理。 掌握最低有效位（LSB）法、基于DCT的数字图像 水印嵌入和提取算法。 了解数字视频水印的嵌入和提取方案。 了解最低有效位（LSB）法、回声隐藏法等数字音 频水印嵌入和提取算法。 了解水印的攻击方法和对策。

9.1.4 数字水印的分类
（4）按水印的嵌入域划分：
时/空间域水印：通过直接修改媒体数据采样值的 强度实现水印嵌入的。

变换域（频率域）水印：先对原媒体进行某 种形式的正交变换，在变换得到的系数上嵌 入水印，再经过相应的逆变换得到含水印的 媒体。常用的变换包括离散傅里叶变换 （DFT）、离散余弦变换（DCT）、离散小 波变换（DWT）等。
最低有效位（Least Significant Bit，LSB）方法： 将水印直接嵌入到原始信号表示数据的最不重要 的位置（最低有效位）中。
9.2.1 最低有效位方法
Lena原图：8-bit灰度 基于DCT域的方法
在DCT变换域嵌入水印 考查DCT变换域中什么位置适合嵌入水印？
9.1.3 数字水印系统的组成
水印的嵌入: 使用嵌入算法E把水印信号W