數(shù)字水印系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)及算法策略

徐其江　劉志雯　劉存桓

摘 要 本文介紹了兩種與水印相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，一種是本文提出的N點均值技術(shù)，它是本文水印算法的核心，用來實現(xiàn)數(shù)字水印的嵌入、提取和數(shù)據(jù)的無損恢復(fù)，一種是數(shù)字水印預(yù)處理技術(shù)，用來加強水印系統(tǒng)的安全性。最后，本文概述了本文提出的水印算法策略。

關(guān)鍵詞 數(shù)字 水印 算法

中圖分類號：TP309.7 文獻標識碼：A

1數(shù)字水印系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)

1.1 數(shù)字水印預(yù)處理技術(shù)

現(xiàn)在大多數(shù)的文獻都選一幅小的有意義的圖像作為數(shù)字水印，顯然這樣的水印相對其它水印更直觀，可是攻擊者一旦獲得了此有意義的圖像水印，就可以直接地了解到水印的內(nèi)容。因此，有必要提高圖像水印的安全性和穩(wěn)健性。以下是幾種常用的對有意義水印信號進行預(yù)期處理的方法。

（1）數(shù)字圖像置亂

置亂技術(shù)是隨著信息的安全與保密被重視而發(fā)展起來的圖像加密技術(shù)。數(shù)字圖像置亂是一種加密方法，合法使用者可以自由控制算法的選擇、參數(shù)的選擇以及使用隨機數(shù)技術(shù)，以達到非法使用者無法破解圖像內(nèi)容的目的。

（2）加密

在實際應(yīng)用中，如果已嵌入到產(chǎn)品中的水印能夠直觀地表達其版權(quán)信息，那么攻擊者一旦提取了從此產(chǎn)品提取到水印信息，就可以很輕松地掌握水印的實際內(nèi)容。為了盡最大限度地解決這一問題，可以選擇合適的加密算法對水印進行加密，即在水印嵌入產(chǎn)品之前，先對其作加密運算，使之變換為沒有任何意義的偽隨機序列信息，然后再將它嵌入到產(chǎn)品中。因此，將加密技術(shù)和數(shù)字水印相結(jié)合可更進一步提高水印系統(tǒng)的安全性。

一般在水印在嵌入產(chǎn)品前都要對之進行預(yù)期處理，這樣大大增加了攻擊者在窮舉猜測攻擊中的難度。水印預(yù)處理在數(shù)字水印系統(tǒng)安全性方面具有極其重要的作用。

1.2 水印算法策略

1.2.1 水印算法的性能要求

一個數(shù)字水印算法的性能要求可以是多方面的，不同的應(yīng)用的水印有不同的性質(zhì)要求。通?？梢詮囊韵聨讉€方面來考察：

（1）嵌入容量

嵌入容量是指可以在載體中嵌入多少的水印信息量。一般地，數(shù)字產(chǎn)品必須嵌入一定的信息量。信息量太少不足以唯一地確定產(chǎn)品的版權(quán)，信息量太多又會增加數(shù)據(jù)的冗余，降低水印的不可覺察性。

（2）魯棒性

為了滿足數(shù)字水印技術(shù)在各種應(yīng)用中的安全需要，提高水印的魯棒性顯得尤為重要。數(shù)字水印的魯棒性是指它抵抗水印攻擊的能力，即水印能夠經(jīng)受各種信號處理的能力。一個數(shù)字水印應(yīng)該能夠承受大量的、不同的物理和幾何失真，包括有意的或無意的。

（3）保真性

一般地，數(shù)字水印系統(tǒng)的保真性指的是待嵌水印載體數(shù)據(jù)在水印嵌入前后的數(shù)據(jù)相似度。在水印系統(tǒng)中，保真性和魯棒性以及水印容量之間一般要作折衷的處理。

（4）誤檢率

誤檢率是指從沒有嵌入水印的產(chǎn)品中提取出水印的概率。不同的應(yīng)用場合要求水印的誤檢率不同。

（5）確定性

數(shù)字水印的確定性是指含水印數(shù)字產(chǎn)品中所含的水印能夠被唯一的鑒別，即使所含水印的數(shù)字產(chǎn)品遭受到一定程度的破壞，提取出的水印仍具有可唯一鑒別性。

一個好的數(shù)字水印系統(tǒng)應(yīng)具備以上五個方面的幾個或全部。

1.2.2 基于N點均值的矢量地圖水印算法

以前的矢量地圖可逆水印算法雖然實現(xiàn)了數(shù)據(jù)無損修復(fù)，但是算法的嵌入容量低、對地圖的保真度差。為了尋求以上兩個問題的解決方案，本文提出了一種基于N點均值技術(shù)的矢量地圖水印算法，該算法可以使得矢量地圖的水印嵌入容量有較大提高，也降低了嵌入水印后地圖圖元的擾動。

本文采用的N點均值技術(shù)的實施載體是一組具有連續(xù)高相似性的實數(shù)序列。

（1）本文的水印嵌入算法步驟如下：

①對待加入水印的矢量地圖進行多邊曲線的提?。?/p>

②對提取的每條多邊曲線分別進行頂點坐標提?。?/p>

③對每條多邊曲線的頂點坐標序列分組；

④為防止嵌入水印信息后引起地圖曲線的較大擾動，對步驟（1）中每條多邊曲線中的分組進行分類（可嵌入水印分組和不可嵌入水印分組）；

⑤采用N點均值技術(shù)對每條多邊曲線的每個可嵌入水印分組進行水印嵌入，并且在保證擾動很小的情況下可以對該分組遞歸多次（可無限次）嵌入；

⑥對每條多邊曲線的每個分組重復(fù)步驟（5），將水印信息完全嵌入其中。

（2）水印提取前首先需對水印地圖做一系列預(yù)處理，去除幾何變換、插入和刪除頂點等操作的影響。水印提取過程為：

①按照水印嵌入算法第（1）步對含水印的矢量地圖進行多邊曲線的提取；

②按照水印嵌入算法第（2）步對提取的每條多邊曲線分別進行頂點坐標提??；

③按照水印嵌入算法第（1）步對矢量地圖中每條多邊曲線進行數(shù)據(jù)分組劃分。

④按照水印嵌入算法第（4）步對每條多邊曲線中的分組進行分類；

⑤對篩選出的每條多邊曲線中的含水印分組采用N點均值技術(shù)，通過比較分組中間點坐標值和分組坐標均值大小進行水印提?。?/p>

⑥對每條多邊曲線的同一個分組重復(fù)步驟⑤，將水印信息完全提取出來，并在每一次提取水印的過程中利用N點均值技術(shù)的可修復(fù)性將數(shù)據(jù)修復(fù)。

2本文小結(jié)

本文主要對矢量地圖數(shù)字水印的相關(guān)技術(shù)進行了介紹，給出了本文提出的N點均值公式，并對水印預(yù)處理技術(shù)進行了詳細闡述。本文還指出了目前矢量地圖可逆水印算法中存在的不足，并提出了一種新的可逆水印方案。