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3、数字水印基本原理 信息隐藏与数字水印的关系 数字水印是广义信息隐藏的一个分支 实现数字版权管理（DRM） 数字水印的提出 水印 存在于纸张、纸币中，用于标识真伪 数字水印 对数字产品标识真伪 数字图书馆、网络音频和视频、数字地图等 数字水印的定义 数字水印是永久镶嵌在其他数据（宿主数据）中具有可鉴别性的数字信号或模式，并且不影响宿主数据的可用性 数字水印的特点 安全性 数字水印难以被发现、擦除、篡改或伪造，同时，要有较低的虚警率 可证明性 数字水印应能为宿主数据的产品归属问题提供完全和可靠的证据 数字水印的特点 不可感知性 从感观上和统计上都不可感知 稳健性 数字水印应该难以被擦除，任何试图完全破坏水印的努力将对载体的质量产生严重破坏 好的水印算法应该对信号处理、几何变形、恶意攻击等具有稳健性 脆弱性（完全脆弱性，半脆弱性） 数字水印三要素 水印本身的结构 版权所有者、合法使用者等具体信息 伪随机序列 图标 水印嵌入算法 水印检测算法 数字水印加载和检测流程 水印加载模型 设 I 为数字图象，W 为水印信号，K 为密钥，处理后的水印为 水印嵌入过程：设水印嵌入函数 E ，原始图象 I 和水印 ，嵌入水印后的图象为 水印提取模型 水印提取过程：设水印提取函数 D ，水印提取的两种形式： 提取原始水印：如文字、徽标 0-1判决：判定水印存在与否 数字水印的分类 从载体上分类 从外观上分类 从加载方式上分类 从检测方法上分类 从水印特性上分类 从使用目的上分类 从载体上分类 图像水印 图像是使用最多的一种多媒体数据，也是经常引起版权纠纷的一类载体 彩色/灰度图像，卡通，设计图，二值图像（徽标、文字），等 视频水印 保护视频产品和节目制作者的合法利益 音频水印 保护MP3、CD、广播电台的节目内容等 从载体上分类 软件水印 是镶嵌在软件中的一些模块或数据，通过它们证明该软件的版权所有者和合法使用者等信息 软件水印分为静态水印和动态水印两类 静态水印：不依赖于软件的运行状态，可以在软件编制时或编制完成后被直接加入 动态水印：依赖于软件的运行状态，通常时在一类特殊的输入下才会产生，水印的验证也是在特定的时机下才能完成 文档水印 确定文档数据的所有者 从外观上分类 可见水印（可察觉水印） 如电视节目上的半透明标识，其目的在于明确标识版权，防止非法的使用，虽然降低了资料的商业价值，却无损于所有者的使用 不可见水印（不可察觉水印） 水印在视觉上不可见，目的是为了将来起诉非法使用者。不可见水印往往用在商业用的高质量图象上，而且往往配合数据解密技术一同使用 从加载方式上分类 空间域水印 LSB方法 拼凑方法 文档结构微调方法 变换域水印 DCT变换，小波变换，傅立叶变换，Fourier-Mellin变换或其它变换 从检测方法上分类 私有水印和公开水印 私有水印（非盲水印）：水印检测时需要原始载体 公开水印（盲水印）：水印检测时无需原始载体 私钥水印和公钥水印 私钥水印：水印加载和检测使用同一密钥 公钥水印：水印加载和检测使用不同的密钥（同密码学中的公钥密码） 从水印特性上分类 健壮性数字水印 要求水印能够经受各种常用的操作，包括无意的或恶意的处理 只要载体信号没有被破坏到不可使用的程度，都应该能够检测出水印信息 脆弱性数字水印（完全脆弱性/半脆弱性） 要求水印对载体的变化很敏感，根据水印的状态来判断数据是否被篡改过 特点：载体数据经过很微小的处理后，水印就会被改变或毁掉 主要用于完整性保护 与稳健性水印的要求相反 从使用目的上分类 版权标识水印 基于数据源的水印 水印信息标识作者、所有者、发行者、使用者等，并携带有版权保护信息和认证信息，用于发生版权纠纷时的版权认证，还可用于隐藏标识、防拷贝 数字指纹水印 基于数据目的的水印 包含关于本件产品的版权信息，以及购买者的个人信息，可以用于防止数字产品的非法拷贝和非法传播 数字水印的性能评价 不可感知性 对载体的破坏程度 主观评价 客观评价 水印容量、可感知性、健壮性三者之间的平衡 ITU-R Rec.500图像质量度量 客观失真度量 客观失真度量 客观失真度量 数字水印的应用 版权保护、数字指纹、认证和完整性校验、内容标识和隐藏标识、使用控制、内容保护、安全不可见通信等 数字水印的应用 版权保护：表明对数字产品的所有权 数字指纹：用于防止数字产品被非法复制和散发 认证和完整性校验：验证数字内容未被修改或假冒 内容标识和隐藏标识：多媒体内容检索 使用控制：控制复制次数 内容保护：保护内容不被滥用 数字水印的研究方向 理论 数字水印模型、隐藏容量、抗攻击性能等 算法 研究具有更高性能的水印算法 标准 真正起到数字版权管理的作用，还需要完善一系列的