基于數(shù)字水印網(wǎng)絡(luò)作品保護(hù)的研究

摘要：文中基于數(shù)字水印技術(shù)，探討了其在網(wǎng)絡(luò)作品保護(hù)應(yīng)用，在完成設(shè)計(jì)算法后，通過(guò)使用一張靜態(tài)灰度圖像進(jìn)行離散小波變換的水印信息嵌入和提取算法等，最后圖像攻擊來(lái)檢測(cè)這種水印技術(shù)的不可見(jiàn)性和魯棒性等性能，結(jié)果表明設(shè)計(jì)的達(dá)到了要求的水平，這對(duì)于網(wǎng)絡(luò)作品具有一定的意義。

關(guān)鍵詞：數(shù)字水印技術(shù)；信息嵌入；提取算法；不可見(jiàn)性；魯棒性

中圖分類(lèi)號(hào)：D923.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 （2012） 23-0000-02

隨著今年來(lái)，計(jì)算機(jī)計(jì)算的不斷發(fā)展，作品侵權(quán)、篡改現(xiàn)象也愈發(fā)嚴(yán)重，如何保護(hù)數(shù)字內(nèi)容的版權(quán)安全成為了當(dāng)前研究的重點(diǎn)課題。研究人員隨著提出了了加密-解密、數(shù)字簽名、數(shù)字標(biāo)簽、數(shù)字指紋、數(shù)字水印等多種技術(shù)，本文基于其中的數(shù)字水印技術(shù)，探討了其在網(wǎng)絡(luò)作品保護(hù)應(yīng)用，這一研究對(duì)于推廣相關(guān)技術(shù)具有一定的意義。

1 數(shù)字水印面臨的攻擊

水印受到被動(dòng)與主動(dòng)兩種攻擊因素。被動(dòng)因素是對(duì)于算法的破解，主動(dòng)因素是對(duì)于水印的破壞。常見(jiàn)的攻擊類(lèi)型：對(duì)于圖片中的水印進(jìn)行操作，從而將圖片中的水印信息進(jìn)行刪除或者損壞，從而使得圖片水印信息不能夠被識(shí)別；迷惑攻擊：迷惑攻擊是對(duì)于圖片中的水印進(jìn)行修改或者偽裝，使得觀者不能夠?qū)τ趫D片的版權(quán)進(jìn)行分析，這種方式在其預(yù)防的辦法中主要是通過(guò)對(duì)于圖像嵌入不可逆水印信息而保護(hù)；StirMark攻擊：StirMark是一種專(zhuān)門(mén)對(duì)于圖像或者其他數(shù)字產(chǎn)品的魯棒性進(jìn)行攻擊的通用軟件；抖動(dòng)攻擊：這種方式是通過(guò)抖動(dòng)將圖片進(jìn)行分解，然后在分解的每一個(gè)碎片中都刪除或者修改水印信息；馬賽克攻擊：在普遍的水印算法中，一般對(duì)于圖像的最小值有著明確的規(guī)定，但是這種攻擊方法能夠?qū)D像分割為若干個(gè)小的圖像，再通過(guò)拼接的方式將圖像整合，其視覺(jué)效果和水印嵌入的原始圖像非常接近；多文檔攻擊：這種方法通過(guò)將原始的水印圖像等的不同版本進(jìn)行有效的拼合，從而使得生成的圖像非常接近于原始圖像，但是這種方法生成的圖像并不能夠進(jìn)行水印的提??；跳躍攻擊：這種方法主要是在含有水印的音頻信號(hào)中進(jìn)行攻擊，其通過(guò)在音頻信號(hào)中對(duì)于跳躍信號(hào)的加減，然后在將修改后的音頻信號(hào)進(jìn)行組合；協(xié)議攻擊：這種方式和上述的幾種方式都不相同，其針對(duì)的并不是算法，也不是數(shù)字水印，而是根據(jù)數(shù)字水印應(yīng)用的場(chǎng)合不同，對(duì)于其框架進(jìn)行攻擊。

2 數(shù)字圖像水印算法設(shè)計(jì)

2.1 水印嵌入位置的選擇

通過(guò)對(duì)于小波分解系數(shù)特點(diǎn)的綜合考慮以及分析，本文在數(shù)字水印的算法中，經(jīng)過(guò)小波分解而將水印信息嵌入到圖像的子帶中。如圖1所示陰影部分

2.2 水印的嵌入

水印按如下方法嵌入：

這個(gè)公式是對(duì)于人的視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行屏蔽，同時(shí)將小波系數(shù)的幅值和水印嵌入的量成比例進(jìn)行嵌入。其中，小波系數(shù)在原始圖像中表現(xiàn)為C，數(shù)字水印的嵌入強(qiáng)度用a表示，在對(duì)于a的賦值過(guò)程中，應(yīng)該同時(shí)保證水印不能被發(fā)現(xiàn)，同時(shí)要求有較高的魯棒性。a的值越大，則表明魯棒性和水印嵌入量越大，此時(shí)的圖像質(zhì)量就會(huì)受到影響。反之亦然。通過(guò)試驗(yàn)，最終在本文的設(shè)計(jì)中為a賦值為1.5，其中嵌入的水印為W，水印嵌入之后，小波系數(shù)在公式中表示為 。

2.3 水印的提取和檢測(cè)

水印提取時(shí)，對(duì)嵌入水印宿主圖像和原始圖像進(jìn)行小波多分辨率分解，然后根據(jù)水印嵌入公式的逆過(guò)程，即： 計(jì)算得出水印序列。

采用如下公式檢測(cè)水印存在與否：

當(dāng)提取出的水印 與原水印 的相關(guān)值大于某一門(mén)限時(shí)，檢測(cè)到水印的存在。

3 設(shè)計(jì)應(yīng)用的結(jié)構(gòu)分析

3.1 MTALAB驗(yàn)證

在本文的設(shè)計(jì)中，通過(guò)MTALAB7.0進(jìn)行。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用的圖像為256*256的lena的灰度圖像，并且水印圖像的二值圖像為32*32，在圖2中顯示，為了對(duì)于原始水印和水印的相似性進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)中采用歸一化互聯(lián)函數(shù)進(jìn)行表示。同時(shí)峰值信噪比（PSNR）是本設(shè)計(jì)中水印圖像與原始圖像之間的差別評(píng)價(jià)。

（1）JPEG攻擊

JPEG圖像壓縮方法是最容易使得水印圖像受到攻擊的方式，在目前，這種圖像壓縮格式是最主流的格式，所以水印在對(duì)于這種壓縮方式的使用中必須要有著很好的魯棒性。是否能在圖像被壓縮之后提取到完整的水印，是水印算是否有效的重要標(biāo)準(zhǔn)，所以，在本實(shí)驗(yàn)中我們通過(guò)JPEG壓縮方法對(duì)于圖像進(jìn)行壓縮，然后再對(duì)于其水印進(jìn)行提取，其結(jié)果如圖3所示：

（2）噪聲攻擊

在圖像的傳播過(guò)程中，往往容易受到各種干擾而使得圖像失真，本次設(shè)計(jì)中我們分別對(duì)于密度為0.02的椒鹽噪聲與10%的高斯噪聲的干擾進(jìn)行試驗(yàn)，從而分析該水印算法的魯棒性。

加入一定的椒鹽噪聲后，宿主圖像的峰值信噪比為21.72dB，

3.3 結(jié)果分析

通過(guò)將水印嵌入原始圖像中，然后對(duì)于水印圖像進(jìn)行攻擊，最后再測(cè)試是否能夠從被攻擊的圖像中提取到完整的水印。本文對(duì)于水印加入圖像的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行了完整的安排。水印嵌入的小波系數(shù)在水印的魯棒性提高的問(wèn)題上必須要有兩種條件的滿足，其一，小波系數(shù)在圖像中的子帶中應(yīng)該有著較大的均方根值；其二小波系數(shù)的穩(wěn)定性好，不會(huì)對(duì)于其處理中造成變化。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，這種算法能夠有著較強(qiáng)的魯棒性和不可見(jiàn)性。

4 小結(jié)

本文設(shè)計(jì)靜態(tài)圖像數(shù)字水印算法，通過(guò)使用一張靜態(tài)灰度圖像進(jìn)行離散小波變換的水印信息嵌入和提取算法過(guò)程，用原始圖像和水印圖像進(jìn)行比較，分析了數(shù)字圖像水印技術(shù)，并通過(guò)一系列圖像攻擊來(lái)檢測(cè)這種水印技術(shù)的不可見(jiàn)性和魯棒性等性能，結(jié)果表明設(shè)計(jì)的達(dá)到了要求的水平，這對(duì)于網(wǎng)絡(luò)作品保護(hù)顯然是有意義的。

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