侯艷軍

中圖分類號:TP3文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0710109-01

一、引言

數(shù)字水印(digital watermarking)是近年來出現(xiàn)的數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)技術(shù)。它是利用數(shù)字作品中普遍存在的冗余數(shù)據(jù)與隨機(jī)性,向數(shù)字作品中加入不易察覺但可以判定區(qū)分的秘密信息水印,水印可以是一段文字、標(biāo)識、ID序列號等,并攜帶有版權(quán)保護(hù)信息和認(rèn)證信息,作為密碼學(xué)的加密或置亂技術(shù)的補(bǔ)充,保護(hù)數(shù)字產(chǎn)品的合法拷貝和傳播。數(shù)字水印技術(shù)是信息隱藏技術(shù)研究領(lǐng)域的重要分支,也是當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)信息安全和數(shù)字媒體版權(quán)保護(hù)研究的熱點。

二、數(shù)字水印的基本特征

數(shù)字水印技術(shù)除應(yīng)具備信息隱藏技術(shù)的一般特點外,還有著其固有的特點。數(shù)字水印技術(shù)基本特征主要有:

1.隱蔽性:數(shù)字產(chǎn)品加入數(shù)字水印后,應(yīng)不會引起數(shù)字作品的明顯質(zhì)降,并不易被接收者察覺。

2.安全可靠性:水印體制要商業(yè)應(yīng)用,其算法必須公開。算法的安全性完全取決于密鑰,而不是對算法進(jìn)行保密。所以,密鑰空間需足夠大,而且分布比較均勻。另外,數(shù)字水印應(yīng)能對抗非法的探測和解碼,面對非法的攻擊也能以極低的差錯率識別作品的所有權(quán),同時數(shù)字水印應(yīng)很難為他人所復(fù)制和偽造。

3.魯棒性:指不因多媒體文件的某種改動而導(dǎo)致隱藏信息丟失的能力。

4.計算復(fù)雜度:不同應(yīng)用對水印嵌入算法和提取算法的計算復(fù)雜度有不同的要求。如:指紋水印要求嵌入算法速度要快,而對檢測算法則不需要很快;其它的水印一般對嵌入的速度要求不高,但對檢測的速度要求很快。

5.自恢復(fù)性:由于經(jīng)過一些操作或變換后,可能會使原圖產(chǎn)生較大的破壞,如果只從留下的片斷數(shù)據(jù)仍能恢復(fù)隱藏信號,而且恢復(fù)過程不需要宿主信號,這就是所謂的自恢復(fù)性。

不同應(yīng)用對嵌入信息的比率有不同的要求。一般來說,注釋水印要求有較高的嵌入比率,魯棒水印次之,而易損水印在這方面的要求不是重點。易損水印不需要冗余性,所以它通?？梢院写罅康臄?shù)據(jù)。而且因為判斷數(shù)據(jù)的失真情況是易損水印的目的,所以易損水印不注重嵌入了多少數(shù)據(jù),而注重在安全的前提下盡可能地報告失真情況。易損水印的算法需要有標(biāo)示能力,即不僅能檢測到水印,而且對于數(shù)據(jù)有失真的情況,檢測算法要能指明失

真的區(qū)域,甚至指明頻域上的失真情況、分析造成失真的原因等。

三、數(shù)字水印的應(yīng)用前景

數(shù)字水印的提出是為了保護(hù)版權(quán),然而隨著數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展,人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了水印更多更廣的應(yīng)用。

1.數(shù)字作品的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù):數(shù)字作品的所有者可用密鑰產(chǎn)生一個水印,并將其嵌入原始數(shù)據(jù),然后公開發(fā)布其水印版本作品。當(dāng)該作品被盜版或出現(xiàn)版權(quán)糾紛時,所有者即可從盜版作品或水印版作品中獲取水印信號作為依據(jù),從而保護(hù)所有者的權(quán)益。

2.商務(wù)交易中的票據(jù)防偽:美國、日本以及荷蘭都已開始研究用于票據(jù)防偽的數(shù)字水印技術(shù)。麻省理工學(xué)院媒體實驗室受美國財政部委托開始研究在彩色打印機(jī)、復(fù)印機(jī)輸出的每幅圖像中加入唯一的、不可見的數(shù)字水印,在需要時可以實時地從掃描票據(jù)中判斷水印的有無,快速辨識真?zhèn)?。?shù)字水印技術(shù)可以為各種票據(jù)提供不可見的認(rèn)證標(biāo)志,從而大大增加了偽造的難度。

3.標(biāo)題與注釋:醫(yī)學(xué)、制圖、多媒體索引和網(wǎng)絡(luò)搜索等領(lǐng)域中,可以將一些作品的標(biāo)題、注釋等內(nèi)容以水印形式嵌入該作品中作為隱式注釋。這種隱式注釋不需要額外的帶寬且不易丟失。

4.篡改提示:由于現(xiàn)有的信號拼接和鑲嵌技術(shù)可以做到移花接木而不為人知,基于數(shù)字水印的篡改提示是解決這一問題的理想技術(shù)途徑,通過隱藏水印的狀態(tài)可以判斷聲像信號是否被篡改。為實現(xiàn)該目的,通?？蓪⒃紙D象分成多個獨立塊,再將每個塊加入不同的水印。同時可通過檢測每個數(shù)據(jù)塊中的水印信號,來確定作品的完整性。與其它水印不同的是,這類水印必須是脆弱的,并且檢測水印信號時,不需要原始數(shù)據(jù)。

5.防止非法復(fù)制及視頻監(jiān)控:在DVD防拷貝系統(tǒng),即將水印信息加入DVD數(shù)據(jù)中,這樣DVD播放機(jī)即可通過檢測DVD數(shù)據(jù)中的水印信息而判斷其合法性和可拷貝性。從而保護(hù)制造商的商業(yè)利益。在廣播電視節(jié)目內(nèi)容監(jiān)控中,數(shù)字視頻水印技術(shù)除了可以對各種節(jié)目版權(quán)進(jìn)行保護(hù)追查外,還可以進(jìn)行內(nèi)容監(jiān)控和跟蹤?；跀?shù)字水印技術(shù)對節(jié)目內(nèi)容的監(jiān)控,可實現(xiàn)廣播權(quán)利的精確管理,使版權(quán)擁有者能夠了解其節(jié)目內(nèi)容何時何地被第三方非法使用。

6.隱蔽通信:隱蔽通信采用數(shù)字水印技術(shù)作為穩(wěn)健的隱蔽通道,是傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)隱藏技術(shù)在通信領(lǐng)域的發(fā)展。

7.數(shù)字指紋:向分發(fā)給不同用戶的各個副本中嵌入不同的水印的一類應(yīng)用稱為數(shù)字指紋。這類應(yīng)用可以用于識別內(nèi)容購買者,類似于軟件序列號。通過使用數(shù)字指紋,可以有效地跟蹤未經(jīng)授權(quán)的拷貝的來源,防止未授權(quán)的拷貝和分發(fā)。

8.可逆可見水印:IBM已經(jīng)開發(fā)了一個水印方案,稱為可逆可見水印。該水印系統(tǒng)中,IBM允許圖像的自由拷貝,但在圖像上加上可見水印,這些圖像在沒有去除可見水印前沒有應(yīng)用價值。水印圖像作為樣本發(fā)送給用戶,如果用戶想得到有價值圖像版本,他們可以買付費去除程序,該程序可以去除圖像上的水印而將圖像恢復(fù)為原始質(zhì)量。

數(shù)字水印技術(shù)是近年來國際學(xué)術(shù)界興起的一個前沿研究領(lǐng)域。數(shù)字水印作為信息安全領(lǐng)域中的新生事物,具有很高的技術(shù)含量和很強(qiáng)的生命力,同時也孕育著巨大的商機(jī)。這門橫跨信號處理、數(shù)字通信、密碼學(xué)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科的新興技術(shù),應(yīng)用前景廣闊。

參考文獻(xiàn):

[1]易開祥、石教英,數(shù)字水印技術(shù)研究進(jìn)展[J].中國圖象圖形學(xué)報,2001,6(2):111-117.

[2]馮雪、朱新山、湯幟,多媒體數(shù)字水印技術(shù)研究進(jìn)展[J].計算機(jī)工程與應(yīng)用,2007,43(13):1-6.

[3]尹浩、林闖、邱鋒等,數(shù)字水印技術(shù)綜述[J].計算機(jī)研究與發(fā)展,2005,42(7):1093-1099.

[4]張勇、趙東寧、李德毅,數(shù)字水印技術(shù)及進(jìn)展[J].解放軍理工大學(xué)學(xué)報,2003,4(3):1-5.