数字水印技术
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。
数字水印技术
数字水印技术目录一、数字水印技术发展 (2)二、数字水印技术特点 (2)1、隐蔽性 (2)2、鲁棒性 (2)3、抗篡改性 (3)4、水印容量 (3)5、安全性 (3)6、低错误率 (3)三、数字水印技术分类 (3)1、按特性划分 (3)2、按附载的媒体划分 (4)3、按检测过程划分 (4)4、按内容划分 (5)5、按用途划分 (5)6、按隐藏位置划分 (6)7、按透明性划分 (6)四、数字水印技术应用 (6)1、印刷数字水印 (6)2、打印数字水印 (7)3、屏幕数字水印 (8)4、多媒体数字水印 (8)一、数字水印技术发展数字水印（Digital Watermark）一种应用计算机算法嵌入载体文件的保护信息。
数字水印技术，是一种基于内容的、非密码机制的计算机信息隐藏技术。
它是将一些标识信息（即数字水印）直接嵌入数字载体当中（包括多媒体、文档、软件等）或是间接表示（修改特定区域的结构），且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。
通过这些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。
数字水印是保护信息安全、实现防伪溯源、版权保护的有效办法，是信息隐藏技术研究领域的重要分支和研究方向。
二、数字水印技术特点1、隐蔽性也称不可感知性，即对于不可见水印处理系统，水印嵌入算法不应产生可感知的数据修改，也就是水印在通常的视觉条件下应该是不可见的，水印的存在不会影响作品的视觉效果。
2、鲁棒性水印必须很难去掉(希望不可能去掉)，当然在理论上任何水印都可以去掉，只要对水印的嵌入过程有足够的了解，但是如果对水印的嵌入只是部分了解的话，任何破坏或消除水印的企图都应导致载体严重的降质而不可用。
3、抗篡改性与抗毁坏的鲁棒性不同，抗篡改性是指水印一旦嵌入到载体中，攻击者就很难改变或伪造。
鲁棒性要求高的应用，通常也需要很强的抗篡改性。
在版权保护中，要达到好的抗窜改性是比较困难的。
数字水印技术PPT课件
与现代光学技术相结合
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PART3 基于数字全息的水印技术
基于数字全息的水印技术
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gmark (x, y) g0 (x, y)=gmark (x, y) exp[i2(x, y)]
Gmark ( ,) g0 (x, y) exp[2 i( x y)]dxdy R(,) R0 exp[2i(a b)]
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数字水印技术（Digital Watermarking）
• 数字水印为计算机网络上的多媒体产品的版权保护等问题提供了有效 的解决方案。
• 它通过在原始数据中嵌入秘密信息(水印)来证实该数据的所有权。 • 被嵌入的水印可以是一段文字、标识、序列号等。
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特点
• 数字水印技术具有以下几个方面的特点：
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基于数字全息的水印技术
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g0(x, y)的傅里叶变换谱与参考光波R发生干涉，其光强分布可以表示为
H ( ,) Gmark ( ,) R( ,) 2
(4)
Gmark ( ,) 2 R( ,) 2 Gmark ( ,)R( ,)* Gmark ( ,)* R( ,)
(4)式中第一二项为傅里叶变换全息图的晕轮光和中心亮点，对再现像的质量影 响很大，应该去除，去除后变为：
盗版
5
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• 保护数字产品的知识产权和阻止盗版已经成为数字产 品和网络应用面临的严峻问题。
• 对数字图像、音频、视频等多媒体产品进行水印处理 已经成为近年来研究的热点领域之一
如何在网络环境中实施有效的版权
保护和信息安全？
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信息隐藏
• 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。
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
数字水印数字水印（Digital Watermark）技术是将与多媒体内容相关或不相关的一些标示信息直接嵌入多媒体内容当中，但不影响原内容的使用价值，并不容易被人的知觉系统觉察或注意到。
通过这些隐藏在多媒体内容中的信息，可以达到确认内容创建者、购买者，或者是否真完整。
数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向。
数字水印技术基本上具有下面几个方面的特点：安全性：数字水印的信息应是安全的，难以篡改或伪造，同时，应当有较低的误检测率，当原内容发生变化时，数字水印应当发生变化，从而可以检测原始数据的变更；当然数字水印同样对重复添加有有强的抵抗性隐蔽性：数字水印应是不可知觉的，而且应不影响被保护数据的正常使用；不会降质；鲁棒性：是指在经历多种无意或有意的信号处理过程后，数字水印仍能保持部分完整性并能被准确鉴别。
可能的信号处理过程包括信道噪声、滤波、数/模与模/数转换、重采样、剪切、位移、尺度变化以及有损压缩编码等。
主要用于版权保护的数字水印易损水印（Fragile Watermarking），主要用于完整性保护，这种水印同样是在内容数据中嵌入不可见的信息。
当内容发生改变时，这些水印信息会发生改变。
水印容量：嵌入的水印信息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。
数字水印应用领域随着数字水印技术的发展，数字水印的应用领域也得到了扩展，数字水印的基本应用领域是版权保护、隐藏标识、认证和安全不可见通信。
当数字水印应用于版权保护时，潜在的应用市场在于电子商务、在线或离线地分发多媒体内容以及大规模的广播服务。
数字水印用于隐藏标识时，可在医学、制图、数字成像、数字图像监控、多媒体索引和基于内容的检索等领域得到应用。
数字水印的认证方面主要ID 卡、信用卡、ATM卡等上面数字水印的安全不可见通信将在国防和情报部门得到广泛的应用。
多媒体技术的飞速发展和Internet的普及带来了一系列政治、经济和文化问题，产生了许多新的研究热点，以下几个引起普遍关注的问题构成了数字水印的研究背景。
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
余金蓉
数字水印（Digital Watermarking）技术
将一些标识信息（即数字水印）直接嵌入数字载体（包括 多媒体、文档、软件等）当中，但不影响原载体的使用价 值，也不容易被人的知觉系统（如视觉或听觉系统）觉察 或注意到。 通过这些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。 数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向。 属于信息隐藏（Information Hiding）技术的一种。
一般来说，目前学术界研究的数字水印大多数是盲水印。
数字水印的分类
按内容划分 › 有意义水印 有意义水印是指水印本身也是某个数字图像（如商标图像）或数字音 频片段的编码；
有意义水印的优势在于，如果由于受到攻击或其他原因致使解码后的 水印破损，人们仍然可以通过视觉观察确认是否有水印。 › 无意义水印 无意义水印只对应于一个序列号。
常用水印算法
空域数字水印 › 最低有效位算法(LSB)：通过修改表示数字图像的颜色或颜色分 量的位平面,调整数字图像中感知不重要的像素来表达水印的信息， 以达到嵌入水印的目的。 频域数字水印
› 扩展频谱算法：通过时频分析，根据扩展频谱特性，在数字图像
的频率域上选择那些对视觉最敏感的部分，使修改后的系数隐含
击等手段。
图像水印 音频水印
视频水印
文本水印 用于三维网格模型的网格水印等。 随着数字技术的发展，会有更多种类的数字媒体出现，同时 也会产生相应的水印技术。
数字水印的分类
按检测过程划分
› 明文水印 明文水印在检测过程中需要原始数据。明文水印的鲁棒性比 较强，但其应用受到存储成本的限制。 › 盲水印 盲水印的检测只需要密钥，不需要原始数据。
数字水印技术在图像版权保护中的应用
数字水印技术在图像版权保护中的应用随着数字时代的到来，图像的版权问题愈加突显。
为了解决这个问题，数字水印技术应运而生，成为一种非常有效的图像版权保护手段。
本文将从数字水印技术的基础概念、技术实现、应用场景及其发展前景四个方面，详细阐述数字水印技术在图像版权保护中的应用。
一、数字水印技术的基础概念数字水印（Digital Watermark）是一种不可见的、可嵌入到数字媒体中的信息。
数字水印不影响数字媒体的可视化质量，但可从中提取出被嵌入的信息。
数字水印技术应用广泛，除了在图像版权保护中，它还在音频、视频、文本等领域都有应用。
数字水印技术的基本原理是把需要嵌入的信息采用特定算法转变为一串数字序列，然后将其嵌入到数字媒体中。
数字水印必须满足一定的安全性、鲁棒性、透明性等特征。
其中安全性是保证数字水印信息不被未授权的使用者破解和篡改。
鲁棒性是指数字水印信息在经过常见的攻击（如压缩、剪裁、旋转、增加噪声等）后，仍能被较好地提取出来。
透明性是指数字水印信息不影响原始数字媒体的质量，同时被嵌入到数字媒体中的数字水印信息对人眼来说也是不可见的。
二、数字水印技术的实现方式数字水印技术的实现方式有许多种，其中最常见的是频域和空域水印嵌入技术。
1. 频域数字水印技术频域数字水印技术是将水印嵌入到原始数字图像的频域（如离散余弦变换DCT）中。
通过将水印嵌入到频域中进行嵌入，不仅可以增加数字水印的鲁棒性，还可以避免数字水印对原图像的可视性影响。
2. 空域数字水印技术空域数字水印技术是将水印嵌入到原始数字图像的像素值中。
空域数字水印技术分为直接序列嵌入技术和感知模型嵌入技术。
其中，直接序列嵌入技术是将数字水印按照一定的规则嵌入到原始图像像素中，而感知模型嵌入技术则是通过建立感知模型来嵌入数字水印。
三、数字水印技术的应用场景数字水印技术的应用场景非常广泛，其中最常见的是版权保护。
数字水印技术可以很好地解决图像被盗用和篡改的问题。
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DWT
密 钥
嵌入可见 水印
IDWT
三色 合成
含水 印图 象
蓝色分量
DWT
密 钥
嵌入不可 见水印
IDWT
确定提取方案
可能的 攻击
含水印图象
三色分离
蓝色分量
DWT
原始图象
三色分离
蓝色分量
DWT 密钥
提取 水印
抽样反 置乱
相似度 分析
原水印
根据嵌入公式确定提取公式
嵌入公式：
提取公式：
反置乱算法的确定（1/2*2）
不可见水印； 加水印的图像经过普通的图像处理技术 后水印仍然保持在图像中 未经授权者很难检测出水印； 经授权者能很快地抽取出水印；
返回目录
数字水印提取算法的设计
确定提取策略 确定提取公式 确定反置乱算法
根据嵌入模型确定提取策略
红色分量
原始图象
三色分离
绿色分量
压缩比：80% 60% 50% 40% 30% 20% 返回目录 NC值：0.9540,0.9301, 0.5350,0.5123,0.4917,0.4678
小 结
实验结果表明，该算法对于常见的图象 处理操作具有较好的鲁棒性，提取出的 水印具有较好的分辨性。 同时，也可以看到可见水印也具有较强 的鲁棒性，通过以上的抗攻击实验中， 仍然能够存在
按列1/2抽样
按行1/2抽样
反置乱算法（1/2*2）
抽样置乱：A′=XAX 反置乱：A=X-1 A′X-1 ，即可恢复原图像 其中，X是经过单位方阵两行两列互换后的矩阵
一次、两次、三次置乱效果
一次、两次、三次反置乱效果 返回目录
相似度分析
对于提取出来的水印和原始水印，相似 到哪一种程度，需要客观的衡量方式， 而不能靠主观因素来衡量，在数字水印 方法中通常使用NC系数（Normalized Correlation）,即相似度，衡量提取出 来的水印与原水印的相似程度。 NC值越接近于1，说明提取出来的水印越 相近于原水印。
水印图像裁剪实验
NC=0.6392
NC=0.9970
NC=0.9970
NC=0.9970
JPEG压缩实验一
压缩比：80% 60% 55% 50%
NC值：0．9414
0．7605
0.7463
0.4706
JPEG压缩实验二
可以看出当压缩比为50%时，提取出来地水印 图像已经不清晰了，相似度为0.4706，一般情 况下，嵌入时，通过加大α 系数的值，来增强 水印的鲁棒性，下面实验把α 系数值增加的 0.5
相似性度量定义
W为原始水印图像， W′为提取出来的水印 图像。
返回目录
鲁棒性能实验和分析
我们选用256╳256的真彩色图像作为原 图像，可见、不可见水印分别选用64╳ 64、32╳32的灰度图象 可见水印：
不可见水印：
水印图像提取实验
原始图像 含不可见水印的图像 含可见与不可见水印的图像
原水印
返回目录
2.根据水印的嵌入策略，实现了水印相 应的提取算法。 4.实现了原水印和提取水印的相似度分 析。 5.对水印进行鲁棒性能实验，实验表明， 该算法具有较强的鲁棒性。
致谢
谢谢各位老师评审！
一种用于版权通知和保护的 多功能水印算法----水印提取算法
目
录
1 .两种水印应具备的特征 2 .不可见水印提取算法的设计与实现 3 .相似度分析 4 .鲁棒性能实验和分析 5 .小结 6 .结论
可见水印的特征
水印在图像中可见； 水印在图像中不太醒目； 水印很难被去除； 水印加在不同的图像中具有一致的视觉 突出效果；
提取的 水印 NC=0.9970
含水印图像涂抹实验
含水印的图像 涂抹后图像 原水印 提取的水印
NC=0.9263
水印图像salt噪声实验（0.02）
含水印的图像 加入salt噪声后 提取出来的水印
NC=0.8777
水印图像salt（0.02）噪声再滤波实验
加入salt噪声
滤波后
提取的水印
NC=0.5434