多媒体场景下的数字水印部署与检测
数字水印技术及多媒体信息安全
体 的知识产权保 护和信息安全问题 日益突 出 ， 已成为数字 并
世界 的一个非常 紧迫和重要的议题。 数字作 品拥 有者最早 使用的信息安全技 术是密码 学 ， 密
数字作 品 中标志著作版权信息 ， 需要嵌入 的水 印能够抵 抗常
见的编辑处理 、 图象处理 和 有损压缩 ， 在历 经有意 或无 意攻 击后水印不被破坏 ， 能检测 出来提供认 证 。后者 主要用于 仍 完整性保护 ， 判断多媒体 信号 是否 被篡 改 ， 于篡 改处 能 自 对 动标记 出来 ， 它需要 抵抗 常见 的有损 压缩 如 脚 和噪声等 。 ２ ２２ 按 载体 分 ．． 可分 为图像水 印 、 视频水 印、 频水 印 、 音 文本水 印和 图形 、 ２ ０ ０ｏ
ｔｅ ｉｉｌ ａ ｒ ｒｉ ． ｈ ｇａ ｗ ｔｍａ ｎ ｄ ｔ ｅ ｋｇ
Ｋｅｗ ｒｓ Ｄｇａ ｗ 衄删 ｇ Ｉｆｍ ｔｎｓｃｒｙ Ｃｐ ｓｔ ｒｅｔｎ Ｍ ｌｍ ｄ ｙ ｏｄ ｉｔ ａ ｉｌ ｎ ｔａ ｏ ｅｕｉ ｏ￣ｉ ｏ ｃｏ ｕｔ ｅｉ ｏ ｉ ｔ ｈｐ ｔ ｉ ｉ ａ
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维普资讯
僵Ｊ技术 与僵Ｊ亿 Ｉ 一
数 字 水 印技 术 及 多媒 体 信 息 安 全
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数字水印技术工作原理
数字水印技术工作原理
数字水印技术是一种将数字信息嵌入到数字媒体中并对其进行保护的技术。
其工作原理主要包括以下几个步骤：
1. 嵌入水印：选择一个合适的算法，将数字信息以特定的方式嵌入到原始的数字媒体中。
嵌入过程通常是通过修改数字媒体的像素值或频域系数来实现的。
2. 隐蔽性：嵌入的水印信息尽可能地与原始媒体混合，使其在一般观察下难以察觉。
水印的嵌入应该对原始媒体的感知质量影响较小，以保证媒体的可视品质。
3. 鲁棒性：在保证水印隐蔽性的同时，数字水印需要具有一定的抗攻击能力。
这意味着即使经过一些通常的信号处理、修改或攻击行为，数字水印依然能够被提取出来。
4. 提取水印：在需要对数字媒体进行验证或提取水印信息时，使用相应的算法对数字媒体进行处理，将嵌入的水印信息提取出来。
提取过程通常是通过检测和解码数字媒体中的特定模式或密钥来实现的。
5. 验证和认证：提取出的水印信息可以被用来进行验证和认证。
通过与预先存储的原始水印信息进行比对，可以确定数字媒体的真实性和完整性，从而进行溯源或防伪等操作。
数字水印技术广泛应用于版权保护、防伪溯源、信息认证等领
域。
它能够在不改变原始媒体内容的情况下嵌入和提取数字信息，为数字媒体的保护提供了一种有效的手段。
数字水印技术
数字水印技术(Digital Watermarking) ,其基本思想是将经过适当变换后的特殊信息(数字水印)利用数字嵌入的方法隐藏在载体对象(数字作品)中。
水印信息可以是ID序列号、签名、图章、商标、图片等权利人身份标识或其他具有特定意义的内容，用来标明作品的来源、版本、著作者、出版者、发行者、日期、权限等权利管理信息。
数字水印的发展方向主要体现在以下几个方面：(1)鲁棒性、安全性更好的数字水印算法，同时还要考虑水印的不可感知性、自适应性、数据容量等特性。
(2)基于数字水印技术、可适用于多种媒体类型的软件开发及系统集成，如数字版权保护管理系统等。
(3)数字水印在网络环境下的应用，特别是水印的网络快速自动验证。
利用移动代理技术，可在网络上自动追踪非法或未授权的数字媒体内容。
(4)数字水印技术的标准化，如制定具有通用性的水印算法标准、水印系统评估和测试标准等。
(5)数字水印技术与其他信息安全技术(如加密、数字签名等)相结合，构建完整的数字版权保护解决方案。
(6)数字水印技术与生物认证技术相结合，利用人类自身的生理特征(如指纹、虹膜、DNA等)或行为特征(如签名、语音、步态等)构造认证水印。
数字水印的概念：数字水印是通过一定的嵌入算法在多媒体数据(数字化的图像、文本、音频、视频、三维动画等)中隐藏的特殊信息(版权信息、认证信息、保密信息或其他有关信息)，可以通过相应的检测和提取算法对水印信息加以验证。
数字水印的基本特性：数字水印具有不可感知性、安全性、鲁棒性等基本特性。
不可感知性(imperceptibility)也称透明性。
从信号处理的角度看，嵌入载体作品的水印信号可以视为在强背景下叠加一个弱信号，只要叠加的水印信号强度低于人类视觉系统HVS的对比度门限或人类听觉系统HAS对声音的感知门限，HVS或HAS就无法感知到信号的存在。
由于HVS和HAS 受空间、时间和频率特性的限制，数字水印技术利用数字作品中普遍存在的冗余数据与随机性，对作品作一定的调整处理，可以在不被感知的情况下隐藏水印信息。
数字水印技术-变换域算法
数字水印与原始媒体数据紧密结 合，不易被察觉，同时可以在需 要时提取出来。
数字水印技术的应用场景
版权保护
通过数字水印技术，可以在数字 媒体中嵌入版权信息，以防止未 经授权的复制和传播。
内容认证
数字水印可以用于验证数字媒体 的完整性和真实性，以防止篡改 和伪造。
多媒体内容隐藏信
息
在数字媒体中隐藏一些不易察觉 的信息，如时间戳、标识等，以 实现一些特殊的应用需求。
VS
DWT将图像分解成不同尺度的小波 系数，每个尺度上的系数都对应于不 同的频率范围。基于DWT的数字水 印算法可以在不同尺度上嵌入水印信 息，以实现多分辨率的水印。提取和 检测水印时，需要利用小波逆变换将 图像重构到原始尺度。
基于FFT的提取与检测算法
基于快速傅里叶变换（FFT）的数字水印算法利用傅里叶变换的频域分析能力，能够实现高效的图像处理和信号处理。
优点
鲁棒性
变换域算法在数字水印技术中具有较好的鲁棒性，可以在经过多种 信号处理操作后仍能检测和提取出水印信息。
隐蔽性
通过在变换域内嵌入水印信息，可以有效地隐藏水印，使其不易被 察觉。
安全性
变换域算法可以利用加密技术对水印信息进行保护，提高水印的安 全性。
缺点
01
02
03
计算复杂度
变换域算法通常需要较大 的计算量和存储空间，这 可能会影响水印的实时处 理和嵌入速度。
傅里叶变换（FFT）
要点一
总结词
傅里叶变换是一种经典的信号处理技术，用于将信号从时 间域转换到频率域。
要点二
详细描述
傅里叶变换将图像的像素值表示为一系列复数系数的和， 这些系数表示图像在不同频率下的强度和相位信息。通过 修改这些系数，可以在不显著改变图像质量的情况下，嵌 入和提取水印信息。然而，傅里叶变换在处理图像时存在 一些局限性，例如无法处理局部区域的信息，因此在实际 应用中不如离散余弦变换和小波变换常用。
多媒体的数字嵌入及水印技术
１ 对 水印算 法 的需 求
为了使水印有效， 水印算法应满足以下要 求［：
１ ）持 久 的透 明性 ， 它应 在统 计 上以及 时 间持 续上 是 不可 见 的 ， 据嵌 入 的结 果不 应该 被 人眼所 识 数
２０ ４
河北师范大学学报（ 自然科学版 ）
第２ ６卷
５ ）它应该能够 产 生许 多可相互 区别 的水 印信息． ２ 水 印技 术的分类 通常 ， 水印 方案按 水 印添加 的数 据状 态可 分为 ２类 ： 一类是把 水 印直接 嵌入 到 空 间域 中 ； 另一类 是 在 变换 域 内进行 操 作． 例如 ： 域． 频 空域 方法 即是将 水 印信息在 需保 护数据 的时 域 （ 或空 域 ） 直接 进行 某 种 幅值 调制 ， 这 种调 制过 程 不 明显影 响该 数据 的正常 使用． ｔ ｒ 使 用空 域方 法 ， 基于 测试 图 而 Ｋｕｔ ［就 ｅ２ 并 像邻 域平均 评估 了原 图像 数据 ， 同时探 索性 地估计 了测试 图像 的判决 门限． 所谓频 域方 法是 指水印 信息 嵌入 在原数据 经过某 种变 换后 的频域数 据 中． 由于 绝大多数 信息处理 操作 在频域具 有很好 的特性 ， 且前 期 的许 多好的视 觉模 型也 是在频 域 中研 究 的 ， Ｐ ｄｃｕ ０给 出的算法 ， 如 ｏｉｈｋ 因此 ， 频域 水 印方 案有很 大 的
可以通过 提取 算法随时捡测其 中的标识信息来证明所有权 ， 因此 ， 数字水 印 已经 被公 认为保护多媒体数据所 有权的良策． 主要讨论 了数字水 印的原理及一般算法 ， 出了数字水印的潦加 及提取 的一般模型． 给 关键调 数字水 印；信息隐藏 ； 数据嵌入 ； 水印折取 中国分类号 ： Ｐ ３ ９ Ｔ ０ 文献标识码 ： Ａ 文章 编号 ：０ ０５ ５ （ ０２ ０—２ ９０ １０－ ８４ ２ ０ ） ３０ ３ — ５
一种基于小波变换的多分辨率数字水印嵌入与检测新算法
解与 合成算法 ， 采用 塔 形分 解 、 成结 构 ， 合 其本 质 是 不 需要知道 尺度 函数 与 小波 函数 的具体 结 构， 由系 数 只 就可 以进行 的分解与 重构 的快速算法 。将 一幅原 始图
一ｗ ｉBiblioteka （ ＜Ｊ ｈｌ ｊ ） ｅ幅 图像 分 别 对 行 、 采 用 一 次 Ｍａａ 算 法 处 列 １ｔ １
理 ， 完成 了一次二维 小波 变换 ， 图像进行 ３次 小波 即 对
ｗ ｈ＝ ＾・ ＧＩ
“ ｈ ＝ ｈ。
变换 的结果 如图 ３ 。
这 样， 图像 被分 解 为不 同分 辨 率级 和 不 同方 向上 的多个子 图， 加符 合 人 眼 的视觉 特 性。 人 的视 觉 系 更 统对对 角分量 Ｄ３ 敏感。 不
１， Ｈ ， ｆ ＋ ｃ１ ： ｃ
，
＝ ０ １ Ａ， ，， Ｊ
（） １
ｌ Ｊ ｄ ＋ｌ ＝
【
像看作具 有 精 致 细 节 的初 始 信号 ， 分 解 成 低频 （ 并 模 糊） 和高 频（ 边缘 ） 两个 部分 。小波分解 、 构 的过程可 重
式中 Ｈ 和 Ｇ分 别为 低通滤 波器 和高通滤波 器［ 。 小波 分解 的过程如 图 １ 示。Ｓ Ｍａ ａ 在文 献【 所 ． １ｔ １
ｌ 引言
数字 水 印是 一种 将 特制 的 不 可 见的 标记 ． 用 数 利 字 内嵌 的方法 隐藏在数 字 图像 、 音、 声 文档 、 图书 、 频 视
等 数字产 品中， 用以证 明原创 造者 对作品的所 有权 ， 并 作 为鉴定 、 起诉 非法侵权 的证据 ． 同时通过对水 印 的探
多媒体数字水印技术综述
0.引言伴随着信息安全在技术上的需求，数字水印技术的出现是为了保护数字内容的产权。
数字水印技术[1]是一种将特制的、不可见的标记，利用数字内嵌的方法隐藏在数字图像、声音视频等数字内容中，由此来确定版权拥有者、认证数字内容来源的真实性、识别购买者、提供关于数字内容的其他附加信息、确认所有权认证和跟踪侵权行为的技术。
数字水印从近十年诞生到现在，已经遍布信息安全、密码学、信息与计算科学、通信与信息系统、信号与信息处理、应用数学、控制理论与控制技术、模式识别与智能系统、计算机系统结构、计算机软件与理论、计算机应用技术、军事通信学、软件工程、数字内容、数字媒体设计等领域。
因此数字水印技术有着广阔的应用前景。
本文专门针对多媒体中的数字水印技术进行详尽的综述。
1.多媒体数据[2]多媒体代表数字控制和数字媒体的汇合，多媒体技术是一种把文本、图形、图像、动画和声音等多种信息类型综合在一起，并通过计算机进行综合处理和控制，能支持完成一系列交互式操作的信息技术。
多媒体信息是采用多种多媒体传递的信息。
多媒体数据是计算机可读的多媒体类型。
它主要有以下特征：(1)数据量庞大，例如音频和视频；(2)音频和视频都具有时间维；(3)数字音频、图像和视频都是用一系列单个样本采样值表示的，不具备计算机能够自动识别其内容中明显的语义结构；(4)多媒体数据的信息非常丰富，需要许多参数来表达其内容。
2.数字水印技术数字水印从本质上说是一种通信方式（从水印嵌入器向水印接收器传输信息，将水印系统看做信道）。
下面是基于通信的水印模型：图1水印作为发送端带边信息的通信嵌入水印的过程包括两个步骤：首先将水印信息进行编码得到Wa，它和载体作品Co的类型一致，维度相等；例如给语音添加水印时，水印编码器回产生一个音频信号；然后把Wa加到载体作品Co上便产生了包含水印的作品Cwn；水印信息可以和载体作品的内容有关，也可以无关；图示的水印信息和载体作品内容有关，这样可以抵抗拷贝攻击；在嵌入了水印信息后，假设Cw还经过一些处理；Wa依赖于Co，然后从接受到的作品Cwn通过水印解码器使用水印密钥进行解码。
数字水印技术及其在网络电视中的应用
图 ４ 数字水印检测过程
３ 水 印技 术 网络 电视 中 的应 用
从 总体上讲 ， 网Ｃ平 台 、 Ｔ Ｖ（ 机顶盒 ） 平 台 和手 机 平
台（ 移 动 网络 ） Ｉ ５ １ 。通过 Ｐ Ｃ机收 看 网络 电视 是 当前 网 络 电视 收视最 主要 的方 式 ， 因为互 联 网和计算 机 之间 的关 系最 为紧密 。目前 已经商业 化运 营 的系统基本 上
部 分 的输入 还需 要包括 原始 载体 。 另外在 提取 部分一 般 有 两个 操 作 ， 一 个 是 水 印 的检测 ， 它用 来 判 断 水 印 是 否存 在 ， 另一 个 则 是水 印 的提取 ， 它用 于 从 含有 水 印信息 的载体 中提取 出相应 的水 印信息 。
数 字水 印系 统 的基 本框 图如 图 １ 所示 。
而不是 非 法盗 版产 品 ， 也 可 以跟 踪盗 版或 者提 供产 品
随 着计 算机 网络和通 信 技术 的 飞速发 展 ， 数字 媒 体（ 数 字 图像 、 数 字 视频 、 数字 音 频 ） 已得 到 了广 泛 的
一
的附加属性信息 ，水印信息在嵌入 到载体媒体 中后 ， 般不 影 响原始 媒体 的可 观性和 完整性 。
现信息隐藏的功能。
图 １ 数字水印系统基本框 图
２ 数 字 水 印 技 术
数字水 印技术就是在数字媒体信息（ 如图像 、 音 频、 视频等 ） 中添加某些特定的数字水印信息 ， 用来保
其中： ｍ为原 始 的数字水 印信息 ；
ｃ 。 为原始载体作品；
Ｋ为 嵌入 水 印和提 取水 印时 的密钥 ；
一
应用 ， 随之而来 的数字媒体 的信息安全 、 知识产权保 护 和认 证等 问题 也变 得 日益 突 出ｆ １ ］ 。数字 水 印是一 种
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多媒体场景下的数字水印部署与检测
随着数字媒体的激增，数字水印的使用越来越广泛，它不仅用于保护数字内容的完整性，还可以用来识别和追踪侵权行为。
数字水印技术可以在图片、音频和视频等多媒体文件中嵌入一些不可见的信息，这些信息不会影响到原始内容的观感和质量，但可以通过特定的算法进行提取和识别。
1.数字水印的部署
数字水印部署是将水印信息嵌入到原始多媒体文件中的过程。
数字水印技术包括两种类型：可见水印和不可见水印。
可见水印是添加在图像、音频或视频等数字媒体文件中的明显信息，可以通过肉眼识别，如电影中的制片公司标识；而不可见水印是嵌入到信息载体中的不可见的信息，只有特定算法才能从中提取出来。
数字水印包括两个部分：载体和信息。
载体可以是图像、音频或视频等多媒体文件，信息是嵌入到载体中的不可见的信息。
在数字水印的部署过程中，选择合适的载体和水印算法至关重要。
优秀的水印算法应该具备抗攻击能力，即使被攻击也能被正确识别出来。
数字水印算法主要分为两类，基于时域的水印算法和基于变换域的水印算法。
基于时域的水印算法直接对载体进行修改，将信息嵌入到时域信号中；而基于变换域的水印算法则对载体进行变换，将信息嵌入到变换之后的域中。
基于变换域的水印算法通常比基于时域的算法更抗攻击，但也更加复杂。
2.数字水印的检测
数字水印的检测是指从数字媒体文件中提取出嵌入的水印信息的过程。
数字水印装置将数字水印数据嵌入到数字多媒体数据流中之后，数字水印检测器可以通过提取数字水印数据并与原始的水印进行比较来进行数字水印校验。
数字水印的检测有两个方面，一个是鲁棒性，即数字水印能否在不同的攻击下仍能被提取出来；另一个是准确性，即数字水印的提取是否能够准确地反映原始水印的信息。
数字水印的检测需要根据不同的应用场景进行不同的技术选择和优化。
例如视频监控领域，数字水印需要具备实时性和高鲁棒性，能够快速且正确地识别出对视频进行干扰的恶意攻击行为。
而在音频版权保护领域，数字水印需要具备高准确性和低误差率，能够准确地检测出未经授权的音频副本。
3.数字水印的应用
数字水印的应用已经远远超出了版权保护领域。
在数字媒体数据的传输、发布和管理过程中，数字水印可以通过识别和追踪侵权行为，更好地保护数字媒体内容的完整性和版权。
数字水印在其他领域也有广泛的应用。
例如，数字水印可以用于检测物品的真伪，保障消费者的权益。
另外，数字水印还可以用于身份认证、金融交易中的防伪验证以及数据安全等方面。
总之，数字水印技术在现今数字化时代中，扮演着越来越重要的角色。
通过数字水印技术，可以有效地保护数字媒体内容的版权和安全，确保数字媒体内容的完整性和可信度。