第四章 数字水印技术

第七章数字水印技术目录5.1发展史及现状5.2基本原理5.3数字水印嵌入方法5.4各种数字作品的水印5.5基于数字水印的版权保护协议

5.1发展史及现状起源于古老的水印技术，如钞票水印等1954年，Muzak公司的EmilyHembrooke为带有水印的音乐作品申请了一项专利，空间域水印产生。1993年A.Z.Tirkel等所撰写的“Electronicwatermark”一文中首次使用了“watermark”这一术语，标志着数字水印作为一门正式研究学科的诞生。

开始出现频域水印，5.1发展史及现状国际信息隐藏学术讨论会(InternationalInformationHidingWorkshop,IHW)，1996MartinKutter创建WatermarkingWorld数字水印网上论坛

全国信息隐藏学术研讨会

CIHW，1999

主要企业产品Digimarc最早的商用数字水印企业，上市公司。有200多个地方和国家政府已经计划在超过20个国家中承认Digimarc的驾驶执照和安全身份证件。Digimarc每年生产的证件数量都超过六千万。

英国ignum公司，SureSign数字图像水印AlpVision公司，数字图像水印上海阿须数码技术有限公司四川成都宇飞信息工程有限公司

典型产品Digimarc产品——photoshop集成图片质量差5.2基本原理5.2基本原理分类：鲁棒型水印（RobustWatermark）脆弱型水印（FragileWatermark）

5.2基本原理空间域变换域离散余弦变换(DCT)、离散小波变换（DWT）、傅氏变换（DFT或FFT）、傅立叶－梅林（Fourie-Mellin）变换以及哈达马变换（Hadamardtransform）等等

5.2基本原理数字水印的性能评价指标：不可见性,透明性，MOS值，峰值信噪比DB（客观）稳健性：稳健性是指水印应该能够承受大量的物理和几何失真，包括有意的（如恶意攻击）或无意的（如图像压缩、滤波、打印、扫描与复印、噪声污染、尺寸变换等等）容量5.2基本原理水印攻击方法简单攻击同步攻击削去攻击混淆攻击（IBM攻击）：试图生成一个伪源数据、伪水印化数据来混淆含有真正水印的数字作品的版权

水印技术的难点鲁棒性难点印刷和扫描攻击强度大（1）A/D，D/A变换失真（2）几何失真：缩放、平移、畸变（3）象素失真：模糊、失点防止复印难度大本质上复印、印刷、扫描一样，相当于二次A/D、D/A变换图像的像素值分布的直方图

系数变化图

水印技术的难点图像质量难点强鲁棒性水印一般图像质量较差安全性差数字水印本身的安全性有限，通过结合密码技术后可将安全强度提高到与AES等密码算法相同。5.3数字水印嵌入方法5.3.1格式嵌入技术5.3数字水印嵌入方法5.3.2空间域技术5.3数字水印嵌入方法5.3.2空间域技术5.3数字水印嵌入方法5.3.2空间域技术5.3数字水印嵌入方法5.3.2空间域技术5.3数字水印嵌入方法5.3.2空间域技术5.3数字水印嵌入方法5.3.3变换域技术5.3数字水印嵌入方法5.3.4量化编码技术5.3.5扩频技术5.3.6回声技术5.4各种数字作品的水印5.4.1图像水印人类视觉系统（HVS）为了提高含水印图像质量，应当针对不同的图像区域调整水印嵌入强度。HVS对低信息量区域和随机纹理区域不敏感，可以增加水印嵌入强度，而HVS对关键区域最敏感，水印嵌入强度必须减弱。在嵌入水印之前，需要对图像块进行分类。5.4各种数字作品的水印5.4.1音频水印人耳听觉系统（HAS）屏蔽特性：弱音被强音所淹没而不被人耳感知。HAS对音频信号的绝对相位不敏感，只对相对相位敏感。对2kHz—4kHz范围内的信号最为敏感回声算法：后屏蔽特性音频压缩域方法5.4各种数字作品的水印5.4.1视频水印视频水印和静止图像水印又有一些重要差异：视频水印容量可以很大。针对视频的精确人眼视觉模型尚未完全建立，在某些情况下不能象静止图像那样充分利于基于HVS的模型。同时由于MPEG视频编码器和译码器中的运动补偿模式，在嵌入I帧时导致的一些失真也会破坏相邻的P和B帧。所以因嵌入水印而导致的视觉失真更难以控制。存在针对视频的图像序列的特殊攻击，如帧平均、帧剪切、帧重组、掉帧等，视频水印算法应该能够抵抗这些攻击。视频信息量大，但应该能从一个短帧序列中提取完整的水印信息。视频水印实时性要求高，尤其是流媒体水印更应该符合流媒体边下载边播放的特点。水印算法必须适应现有的标准视频编码格式。5.4各种数字作品的水印5.4.1视频水印5.4各种数字作品的水印5.4.1文本水印基于文档结构基于自然语言处理技术文本图像法5.4各种数字作品的水印5.4.1软件水印代码水印水印隐藏在程序的指令部分中数据水印水印隐藏在包括头文件、字符串和调试信息等数据中静态水印水印存储在可执行程序代码中动态水印水印是保存在程序的执行状态中，而不是程序源代码本身。EasterEgg水印、数据结构水印和执行状态水印5.4各种数字作品的水印5.4.1软件水印EasterEgg水印比如输入一个字符串，然后屏幕上就显示出版权信息或一幅图像。数据结构水印输入特定信息激发程序把水印信息隐藏在堆、栈或者全局变量域等程序状态中。当所有信息都输完之后，通过检测程序变量的当前值来进行水印提取。可以安排一个提取水印信息的进程或者是在调试器下运行程序查看变量取值。执行状态水印程序在特定的输入下运行时，