5.3视频信息隐藏与水印算法-数字水印基础教程
视频数字水印技术
视频数字水印技术
尹晓辉北京交通大学
１ 引言 随着计算机多媒体技术和数字网络通 信的迅猛发展，使得信息的发布和传输 实现了“数字化”和“网络化”，可 以方便的利用数字设备制作、处理和存 储图像、视频、文本和语音等信息媒 体。这就引发了数字信息传输的安全问 题和数字产品的版权保护问题。而大量 消费类数字视频产品的推出，如Ｖ Ｃ Ｄ （ｖｉｄｅｏ ｃｏｍｐａｃｔ ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ（ｄｉｇｉｔａｌ ｖｅｒｓａｔｉｌｅ ｄｉｓｋ），使得以视频数字水印为 重要组成部分的数字产品版权保护技术的 市场需求更为迫切。 ２、视频数字水印的基本特征和基 本原理 视频数字水印和数字图像水印有很多 相同的特点，例如不可见性、鲁棒性、 安全性、可靠性等。除此之外，视频数 字水印还有自己的特征： （１）实时处理性 （２）随机检测性 （３）与视频编码标准相结合 （４）盲水印方案 （５）进一步的鲁棒性 按照视频水印技术与数字视频编码系 统结合方式的不同来对视频水印技术进行 讨论，可分为基于原始视频方法和基于 压缩视频方法。如图２．１所示。图中的虚 线表示，在压缩视频中嵌入和提取水 印，既可以在视频编解码器中进行，也 可以作为单独的模块，直接在编码视频ｆ 流上进行。前者需要修改视频编解码过ｆ 程，在编解码器中加入水印嵌入和提取ｆ 的功能，适用于可以直接介入视频编码ｆ 过程的情况；后者不需要修改视频编码ｆ 器，但是需要对编码视频流进行分析， 在压缩码流中找出需要嵌入水印的数据并』 完成水印的嵌入，适用于不能直接介入Ｊ 视频编码过程，而只能得到编码视频流 的情况。 ３ 视频数字水印的典型算法 根据数字水印嵌入位置的不同可以： Ｊ 在原始视频中嵌入水印和在压缩视频流中Ｊ 嵌入水印，即原始视频水印和压缩视频Ｊ 水印。 ３．１原始视频水印 原始视频水印是直接对未压缩的视频 数据进行处理，与视频编码格式无关。 按照嵌入的域划分，可以分为在空间域 嵌入水印和在频率域嵌入水印，频率域 （变换域）水印是指在原始视频的某个ｌ 变换域中进行水印的嵌入和提取，常用ｆ 的变换域包括离散余弦变换（Ｄ Ｃ Ｔ）ｆ 域，离散傅立叶变换（Ｄ Ｆ Ｔ）域，离ｆ 散小波变换（Ｄ Ｗ Ｔ）域，分形域、哈ｆ 德码变换域等。我们这里主要介绍空间 域水印。
计算机安全信息隐藏与水印复习
计算机安全信息隐藏与水印复习
计算机安全信息隐藏与水印旨在通过对数据进行隐写处理，保护数据的安全性和完整性，防止信息被未经授权的人员访问或篡改。本文将对计算机安全信息隐藏与水印相关概念、原理以及技术进行复习。
一、计算机安全信息隐藏的概念
计算机安全信息隐藏是一种将敏感信息嵌入到特定的载体中，以达到隐藏和保护敏感信息不被非法获取的目的的技术。它与传统的加密技术有所不同，信息隐藏不是对信息进行加密，而是将信息隐藏在载体数据中，使得外界无法察觉到信息的存在。
二、计算机安全信息隐藏的原理
计算机安全信息隐藏的基本原理是将要隐藏的信息通过特定的算法加入到载体数据中，使得载体数据看起来没有发生变化，但隐藏的信息可以被提取出来。隐藏信息的方法包括各种隐写术，如文本隐藏、图像隐藏、音频隐藏等。
1. 文本隐藏：将隐藏信息以不影响正常文本阅读的方式嵌入到文本中。如通过在空格或字符的位置插入隐藏信息，或者通过改变字母的大小写或位移等方式隐藏信息。
2. 图像隐藏：将隐藏信息以不影响原图观感的方式嵌入到图像中。常见的方法有最低有效位法、复制法、奇偶校验法等。 3. 音频隐藏：将隐藏信息以不影响音频质量的方式嵌入到音频中。一般采用频率扩展、相位编码等方法来实现。
三、数字水印的概念
数字水印是一种在数字媒体中嵌入特定信息的技术，其主要目的是保护数字媒体的版权及完整性。数字水印一般分为可见水印和不可见水印两种形式。可见水印指的是人眼可以看到的文本或图像，而不可见水印则指嵌入到数字媒体中但不会对人眼产生明显影响的信息。
四、数字水印的原理
数字水印技术主要通过在原始媒体数据中嵌入特殊的信息，使得该信息对于一般用户是不可感知的。数字水印的嵌入过程包括两个主要步骤：嵌入和提取。在嵌入过程中，水印信息被嵌入到原始媒体数据中，而在提取过程中，通过特定的算法将嵌入的水印信息从载体媒体中提取出来。
1. 可见水印：可见水印一般通过改变图像或视频的像素值来实现。常见的方法有改变像素的颜色、位置或亮度等。
基于图像处理技术的数字水印算法设计与研究
基于图像处理技术的数字水印算法设计与研究
数字水印技术是一种保护图像版权和验证图像完整性的重要方法。它将一些隐蔽的信息嵌入到图像中，使其对于普通观察者来说是不可见的，但可以通过特定的算法进行提取和验证。在数字水印技术中，图像处理技术发挥着至关重要的作用，通过对图像进行处理和分析，实现对水印信息的嵌入和提取。本文将重点讨论基于图像处理技术的数字水印算法设计与研究。
首先，我们需要了解数字水印算法的基本原理。数字水印算法的基本思想是在图像的一些特定区域或者像素上嵌入一些隐蔽的信息，通过这些信息可以进行版权保护或者图像完整性验证。常用的数字水印算法包括空域算法、频域算法和小波域算法等。
在基于图像处理技术的数字水印算法设计中，我们可以采用空域算法。空域算法是利用原始图像的像素值进行水印信息的嵌入和提取。其中，最常见的算法是Least Significant Bit（LSB）算法。该算法将水印信息嵌入到图像的最低有效位中，由于改变最低有效位对图像的质量影响较小，水印较为隐蔽。在水印提取时，只需要提取最低有效位即可得到水印信息。虽然LSB算法容易实现和计算量较小，但是对于一些攻击手段，如图像压缩、裁剪等，容易使水印失效。
为了提高数字水印算法的鲁棒性，我们可以采用频域算法。频域算法是通过对图像进行离散傅里叶变换（DFT）或快速傅里叶变换（FFT）得到图像的频谱信息，然后将水印信息嵌入到频谱信息中。这样做的好处是，频谱信息对于一些图像处理操作具有较好的鲁棒性。常用的频域算法包括基于幅值谱的算法和基于相位谱的算法。基于幅值谱的算法将水印信息嵌入到图像频谱的幅度中，从而实现对图像的版权保护；基于相位谱的算法则将水印信息嵌入到图像频谱的相位中，用于图像的完整性验证。频域算法相较于空域算法更具有鲁棒性，但其计算量较大。
除了空域算法和频域算法，我们还可以采用小波域算法。小波域算法是将图像进行小波变换，然后将水印信息嵌入到小波系数中。小波域算法可以克服空域算法对于一些攻击手段的不鲁棒性，并且相较于频域算法，小波域算法具有更好的局部化特性。常用的小波域算法有离散小波变换（DWT）算法和离散小波包变换（DWP）算法等。小波域算法具有较好的鲁棒性和隐蔽性，但其计算量相对较大。
信息隐藏与数字水印技术考试试题
信息隐藏与数字水印技术考试试题
一、选择题（每题 5 分，共 30 分）
1、 以下哪种技术不属于信息隐藏的范畴？（ ）
A 隐写术
B 数字水印
C 加密技术
D 信息伪装
2、 数字水印的主要特点不包括（ ）
A 不可感知性
B 鲁棒性
C 安全性
D 可修改性
3、 在图像中嵌入数字水印时，通常利用了图像的哪种特性？（ ）
A 颜色
B 纹理
C 亮度 D 以上都是
4、 以下哪种攻击方式对数字水印的安全性威胁最大？（ ）
A 噪声攻击
B 几何攻击
C 压缩攻击
D 恶意篡改攻击
5、 信息隐藏技术的应用领域不包括（ ）
A 版权保护
B 数据加密
C 内容认证
D 隐蔽通信
6、 关于数字水印的提取，下列说法正确的是（ ）
A 提取水印不需要原始载体
B 提取水印必须使用相同的嵌入算法
C 提取水印的过程是不可逆的
D 提取水印的难度与水印的嵌入强度无关
二、填空题（每题 5 分，共 30 分） 1、 信息隐藏的三要素是 、 和 。
2、 数字水印按照可见性可分为 和 。
3、 常见的信息隐藏算法有 、 等。
4、 数字水印的鲁棒性是指水印在经过 、 等操作后仍能保持完整并被正确检测或提取。
5、 信息隐藏的安全性主要体现在 和 两个方面。
6、 图像数字水印的嵌入位置可以是 、 等。
三、简答题（每题 10 分，共 20 分）
1、 简述信息隐藏与加密技术的区别。
2、 数字水印技术在版权保护中的作用有哪些？
四、论述题（20 分）
结合实际应用，论述数字水印技术面临的挑战和未来的发展趋势。
答案：
一、选择题
1、 C 加密技术主要是对信息进行变换，使其变得不可读，以达到保密的目的，不属于信息隐藏。
2、 D 数字水印应具有不可修改性，以保证其安全性和可靠性。 3、 D 在图像中嵌入数字水印时，可以利用图像的颜色、纹理、亮度等多种特性。
4、 D 恶意篡改攻击是有针对性地对水印进行破坏，对数字水印的安全性威胁最大。
题目信息隐藏和数字水印
一、 题目：信息隐藏和数字水印
给定一副图象和一段文字，请设计某种图象处理方法将这段文字隐藏下面的图片中
二、 完成时间：
三、 实验图像：
nju.bmp:
实验文字：
大哉一诚天下动，如鼎三足兮，曰知、曰仁、曰勇。
千圣会归兮，集成于孔。
下开万代旁万方兮，一趋兮同。
踵海西上兮，江东；
巍巍北极兮，金城之中。
天开教泽兮，吾道无穷；
吾愿无穷兮，如日方暾。
四、 基本原理和数学公式
1、 信息隐藏技术的基本原理：
考虑以一幅256色 ( 8 bit ) 灰度图像A（aaNM）作为掩体对象，嵌入对象可以是任何一种数据，这里以另外一幅256色灰度图像B（bbNM）为例。要利用A的冗余信息来隐藏B，一定要有aaNMbbNM。当然这是在要求B不经过压缩而被隐藏的情况下所需的条件。
基于最低有效位的图像信息隐藏技术，实际上是利用图像的视觉冗余。对于灰度图像，人眼不能分辨全部256个灰度等级，4个左右灰度等级的差异人眼是不能区别的。而当对比度比较小时，人眼的分辨能力更差。我们先看看8 bit数据的最后几位对图像的影响。下面四幅图是将lena 图像各像素的最后几位分别提取出来并转换成二值图像所得到的结果：
左上：原图；右上：低位第二位；左下，低位第三位；右下低位第四位
可以看到，数据的低位第二位看起来像噪声，在视觉上与原图像没有相关性，到低位第四位才能看出与原图的联系。
换一个角度考察，与上面的分析相对应，下面是将图像lena各像素最后几位数据分别经过随机化之后得到的结果：
左上：将各字节最后一位加入随机噪声的结果；
右上：将各字节最后两位加入随机噪声的结果；
左下：将各字节最后三位加入随机噪声的结果；
右下：将各字节最后四位加入随机噪声的结果。
可以看到如果改变每个像素8 bit中的最后两位甚至三位，人眼都是分辨不出有什么区别的。这样我们就可以将嵌入对象的数据存放到这几位中，从而达到隐藏信息的目的。
(完整word版)LSB数字水印算法
一． 数字水印
数字水印技术
数字水印技术(Digital Watermark):技术是将一些标识信息(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。目前主要有两类数字水印,一类是空间数字水印,另一类是频率数字水印。空间数字水印的典型代表是最低有效位(LSB)算法,其原理是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。频率数字水印的典型代表是扩展频谱算法,其原理是通过时频分析,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数字水印的信息。
可视密码技术
二． 可视密码技术:可视密码技术是Naor和Shamir于1994年首次提出的,其主要特点是恢复秘密图像时不需要任何复杂的密码学计算,而是以人的视觉即可将秘密图像辨别出来。其做法是产生n张不具有任何意义的胶片,任取其中t张胶片叠合在一起即可还原出隐藏在其中的秘密信息。其后,人们又对该方案进行了改进和发展。主要的改进办法办法有：使产生的n张胶片都有一定的意义,这样做更具有迷惑性;改进了相关集合的造方法;将针对黑白图像的可视秘密共享扩展到基于灰度和彩色图像的可视秘密共享。
三．
数字水印（Digital Watermark或称Steganography）技术是指用信号处理的方法在数字化的多媒体数据中嵌入隐蔽的标记，这种标记通常是不可见的，只有通过专用的检测器或阅读器才能提取。数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向。
数字水印技术源于开放的网络环境下保护多媒体版权的新型技术，它可验证数字产品的版权拥有者、识别销售商、购买者或提供关于数字产品内容的其他附加信息，并将这些信息以人眼不可见的形式嵌入在数字图像或视频序列中，用于确认数字产品的所有权和跟踪侵权行为。除此之外，它在证据篡改鉴定，数字的分级访问，数据产品的跟踪和检测，商业视频广播和因特网数字媒体的服务付费，电子商务的认证鉴定，商务活动中的杜撰防伪等方面也具有十分广阔的应用前景。自1993年以来引起工业界的深厚兴趣，已成为国际上非常活跃的研究领域。
00 数字水印概述
1 教案首页
第（1）次课 授课时间（90分钟）
教学章节 第1章 数字水印技术概述 学时 2学时
教材
和参考书 数字水印技术及应用
教学目的与要求（教学重点、难点）：
1. 信息隐藏产生的背景，概念和分类
2. 掌握数字水印技术的概念、特性，了解主要的信息隐藏算法。
3. 了解数字水印技术的应用场合。
教学内容与时间安排；教学方法；手段；
教学内容：
1.信息隐藏
2.数字水印技术概念
3.数字水印技术的应用
教学方法：讲授＋演示
教学手段：多媒体＋板书 2 授课内容
基本内容 备注
第一讲 数字水印技术概述
一、信息隐藏
1、引言
近年来，随着数字多媒体技术的迅猛发展，人们可以方便地利用数字设备制作、处理和存储文本、图像、语音和视频等信息媒体。与此同时，网络通信技术的发展，使得信息的发布和传输变得更加便利。自从1993年第一个网页浏览器，Internet对用户变得友好起来，很快人们便开始乐于从Internet上下载图片、音乐和视频。现今我们的日常工作、生活越来越数字化，我们的世界正在成为一个数字的世界。但随之而来的是各种，由数字化而带来的问题。如非法拷贝：在模拟时代，人们把磁带作为记录设备，盗版拷贝通常要比原始拷贝的质量低、而盗版拷贝的二次拷贝的质量更糟糕。而在数字时代，歌曲或电影的数字拷贝过程完全不损失作品质量，因为数字产品被无差别地大量复制是轻而易举的事情。还有作品伪造、现在的信号拼接和镶嵌技术，可以做到移花接木而不为人所知。
人们首先想到信息安全的核心技术----密码术来保护数字产品的知识产权，打击盗版。数据加密、数字签名等一系列密码术确实发挥了重要的作用。但是随着数字产品的运用越来越广泛，人们在使用密码术保护数字产品时，发现它有以下一些缺点：
1）、它明确地提示攻击者哪些是重要信息，容易引起攻击者的好奇和注意，并有被破解的可能性；一旦加密文件经过破解后其内容就完全透明了 ，可以毫无限制的进行拷贝传播。
数字水印技术
第 1 页 共 9 页 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
图像处理中的数字水印算法综述
图像处理中的数字水印算法综述
数字水印是一种通过在数字媒体中嵌入特定信息进行认证、保护和传播的技术。在图像处理领域，数字水印算法广泛应用于版权保护、信息隐藏、内容认证以及图像溯源等方面。本文将综述图像处理中的数字水印算法及其应用，并重点介绍几种常用的数字水印算法。
一、数字水印的概念与分类
数字水印是在数字媒体中嵌入的一段特定的信息，不可感知地存储于原始图像中。数字水印按照水印的类型可以分为可见水印和不可见水印。可见水印是在原始图像中直观可见的标识，常用于版权保护和身份认证。而不可见水印则是在原始图像中隐藏的隐蔽信息，常用于图像溯源与内容认证。
二、数字水印算法的综述
1. 空域水印算法
空域水印算法是将水印嵌入到原始图像的像素值中。其中，最简单的一种方法是最低有效位（LSB）算法，它将水印信息嵌入到原始图像中的最低比特位中，对图像的质量影响较小。此外，还有基于差值扩展和扩频技术的空域水印算法，能够提高水印嵌入的容量和鲁棒性。
2. 变换域水印算法
变换域水印算法是将水印嵌入到原始图像的变换域中，如离散余弦变换（DCT）和离散小波变换（DWT）。其中，基于DCT的数字水印算法通过选择合适的频域系数进行嵌入操作，提高了水印的鲁棒性和不可感知性。基于DWT的数字水印算法则通过将水印嵌入到图像的高频细节中，提高了水印的抗压缩性能。
3. 频域水印算法
频域水印算法是将水印嵌入到原始图像的频域中，如离散傅里叶变换（DFT）和离散小波变换（DWT）。这些算法通过在频域对图像进行分析，选择合适的频域系数进行水印嵌入，以提高水印的鲁棒性和不可感知性。
4. 扩频水印算法 扩频水印算法是一种基于码片序列的数字水印算法，其原理是将水印信息通过扩频技术嵌入到原始图像中。这种算法具有较好的鲁棒性和抗攻击性能，常用于版权保护和内容认证。
三、数字水印算法的应用
1. 版权保护
数字水印技术提供了一种有效的版权保护手段。通过将版权信息嵌入到数字媒体中，可以在未经授权的情况下追踪盗版行为，并为原始创作者提供法律保护。
数据安全技术 数字水印技术实现指南-最新国标
数据安全技术 数字水印技术实现指南
1 范围
本文件提出了数字水印技术的实现框架、功能、流程、水印算法选择、水印服务封装形式选择等方面的建议，并给出了常见数字水印算法、典型安全场景等相关信息。
本文件适用于数字水印技术的设计、开发、应用和测试。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，
仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 25069 信息安全技术 术语
3 术语和定义
GB/T 25069中界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1 数字水印技术 digital watermarking technology
一种通过在数字内容中嵌入不易察觉的特定信息，用于标识或保护数字媒体的版权、来源或内容的信息安全技术。
注：简称数字水印，本文件所称“数字水印”是指隐式水印（也称“暗水印”、“隐形水印”、“隐性水印”、“不可见水印”），其所嵌入的信息对数据使用者是隐蔽且不可辨识的。
3.2
水印信息 watermark information
通过数字水印技术（3.1）在数字媒体中嵌入的特定信息。
注：常见水印信息包括但不限于版权信息、溯源信息、链路信息、机构/员工ID等。
3.3
水印载体 watermark carrier
用于嵌入或携带水印信息（3.2）的文档、图像、音频、视频、网页、数据库等数字内容。
注：简称载体。
3.4
水印编码 watermark encoding
将水印信息（3.2）转换为适合嵌入到水印载体（3.3）的形式或格式的过程。
3.5 水印解码 watermark decoding
将从水印载体（3.3）中提取出的水印信息（3.2）复原为其原始形式或格式的过程。
3.6
水印嵌入 watermark embedding
将水印信息（3.2）嵌入到水印载体（3.3）中的过程。