數(shù)字水印算法的分析研究

戴曉東 侯小毛 馬凌

摘 要：本文就課題中對(duì)當(dāng)前數(shù)字水印相關(guān)的算法進(jìn)行分析研究，主要從數(shù)字水印的應(yīng)用領(lǐng)域、現(xiàn)有數(shù)字水印算法分析、典型數(shù)字水印算法等方面，進(jìn)行分析與研究，進(jìn)而對(duì)自恢復(fù)水印技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)做鋪墊。

關(guān)鍵詞：數(shù)字水??；水印算法；典型算法

互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代的來(lái)臨，與此同時(shí)也就來(lái)了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。特別是對(duì)于在數(shù)字媒體中的相關(guān)技術(shù)也必然提出新的需求，如對(duì)于這些數(shù)字媒體在數(shù)據(jù)安全方面，是否能通過(guò)相關(guān)的處理對(duì)其進(jìn)行更加安全的保護(hù)。數(shù)字水印相關(guān)技術(shù)也因此而產(chǎn)生了。

1 數(shù)字水印的應(yīng)用領(lǐng)域

1.1 版權(quán)信息跟蹤和保護(hù) 為了對(duì)多媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)，于是會(huì)通過(guò)將數(shù)字、序列號(hào)、文字、圖像標(biāo)志等版權(quán)信息對(duì)數(shù)字媒體進(jìn)行保護(hù)，而為了對(duì)這些版權(quán)信息進(jìn)行保護(hù)，要通過(guò)數(shù)字水印技術(shù)就可以完成版權(quán)信息的跟蹤和保護(hù)。

1.2 鑒定真假 檢測(cè)當(dāng)前信息的真假，使得信息不能夠輕易的被篡改或者是被改造，與此同時(shí)能夠正確的檢測(cè)到，相對(duì)而言，被誤檢的概率相對(duì)較低，當(dāng)本身的內(nèi)容發(fā)生更改時(shí)，數(shù)字水印信息也要隨機(jī)發(fā)生變動(dòng)。因此對(duì)當(dāng)前數(shù)字媒體信息的真假可以進(jìn)行鑒定。

1.3 信息隱蔽 對(duì)數(shù)字媒體信息進(jìn)行保護(hù)的同時(shí)，在不讓本身的媒體信息受到影響的前提下，又可以使得版權(quán)標(biāo)志信息可以很好的隱蔽在主信息中，這樣可以更好的對(duì)數(shù)據(jù)媒體信息進(jìn)行保護(hù)。

2 現(xiàn)有數(shù)字水印算法分析

從數(shù)字水印的相關(guān)特性上來(lái)說(shuō)，數(shù)字水印分為脆弱、半脆弱、魯棒性字水印。

2.1 魯棒數(shù)字水印 在著作權(quán)進(jìn)行保護(hù)的過(guò)程中，可以數(shù)字作品的版權(quán)的相關(guān)信息，后期可以進(jìn)行各種各樣的編輯處理，魯棒數(shù)字水印就可以針對(duì)這一問(wèn)題得到很好的解決。文獻(xiàn)中提出是基于二維超混沌序列能夠與離散小波變換進(jìn)行結(jié)合。①將圖像進(jìn)行加密，通過(guò)將上面二者結(jié)合起來(lái)；②彩用二維DWT對(duì)圖像在YIQ色彩空間中的Y分量進(jìn)行4級(jí)分解，主要是根據(jù)人眼的相關(guān)特性；③對(duì)水印圖像進(jìn)行加密的相關(guān)處理后，再嵌入到主圖像Y分理的DWT域m。這種算法具備了一定的魯棒性與不可見(jiàn)性，但是也存在一些不足，針對(duì)抵抗小信號(hào)的濾波魯棒性是比較差的。

2.2 脆弱數(shù)字水印 脆弱數(shù)字水印，在驗(yàn)證數(shù)字水印版權(quán)信息的可信度及完整性方面，通過(guò)對(duì)數(shù)字媒體作品和被破環(huán)的相關(guān)情況進(jìn)行跟蹤，定位到被篡改區(qū)域，對(duì)所修改的內(nèi)容具有一定的敏感性。

文獻(xiàn)中提出了一種基于混沌系統(tǒng)的脆弱性的水印算法。這個(gè)算法：①將圖像的LSB位平百乾地置零處理，再對(duì)圖像可以進(jìn)行不重疊分塊；②得到每一灰度圖像的平均值；③映射為二值序列，通過(guò)使用混沌系統(tǒng)；④嵌入水印信息，在LSB平面。

通過(guò)圖像置亂算法的相關(guān)處理，使得系統(tǒng)的字全性也就相對(duì)提高了。

文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于敏感性加強(qiáng)，在確定被篡改的位置得到比較大的提高，但是在整個(gè)系統(tǒng)中，用戶的關(guān)鍵密鑰KEY成了依賴?；煦缧蛄幸玫街貥?gòu)也將會(huì)非常的困難，因此，具備了一定的安全性。

2.3 半脆弱數(shù)字水印 基于之前兩種數(shù)字水印算法，可以允許數(shù)字水印在一定程度上可以失真，而且可以取得被篡改、被篡改的程序、類型進(jìn)行鑒定，定位，較強(qiáng)的敏感性是基本需求。而且可以對(duì)被修改的部分進(jìn)行恢復(fù)，在應(yīng)用方面相對(duì)會(huì)更加的廣泛。

3 典型數(shù)字水印算法

下面是對(duì)一些典型的數(shù)字水印算法進(jìn)行分析，有部分算法也可以應(yīng)用在音頻與視頻數(shù)字媒體之中。

3.1 空域算法 此算法，主要是選取了圖像中像素點(diǎn)中最不起眼的像素位置，LSB，least significant bits，將信息嵌入到隨機(jī)選擇的圖像的這個(gè)位置上。然而也有一定的不足，當(dāng)圖像進(jìn)行攻擊之后，此位置是不重要的，此算法的魯棒性也就會(huì)相對(duì)而言弱一些的。因此，還有一種較常用的算法，則是在像素的高度值中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將水印信息進(jìn)行嵌入。

3.2 Patchwork算法 Patchwork算法，隨機(jī)選取M對(duì)像素點(diǎn)（xi，bi），分別將ai，bi的亮度值增、減1，對(duì)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。因此，對(duì)圖像進(jìn)行裁剪等相關(guān)操作，適當(dāng)調(diào)整一下參數(shù)，可進(jìn)行JPEG壓縮、FIR濾波處理。不足之處是，對(duì)所能嵌入的圖像信息量，有一定的限制，解決這一問(wèn)題，則可以對(duì)圖像進(jìn)行分塊操作，然后再將每一塊的圖像信息作為水印信息進(jìn)行嵌入操作，這樣在一定的層度上，也就增長(zhǎng)了能嵌入的水印的信息量。

3.3 變換域算法 變換域相關(guān)算法，主要是首先對(duì)圖像離散余弦DCT變換；再在圖像的低頻分量上找到幅值系統(tǒng)K，圖像在DCT域中。主要是體現(xiàn)在數(shù)字作品的版權(quán)保護(hù)方面，有較強(qiáng)的抗攻擊的能力，但數(shù)據(jù)量是比較小。用離散小波變換（DWT）轉(zhuǎn)化或者是離散傅里葉變換（DFT）對(duì)數(shù)字圖片的空間域向頻域系數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。然后再編碼，主要是由類型確定。再選擇高、中、低頻系統(tǒng)序列。再對(duì)選好的頻域系列的序列進(jìn)行修改。最后，通過(guò)數(shù)字圖像的頻域系數(shù)對(duì)得到的空間域數(shù)據(jù)進(jìn)行反變換。

3.4 壓縮域算法 此算法在數(shù)字電視廣播及VOD有較好的應(yīng)用。用漂移補(bǔ)償方案，對(duì)因?yàn)樗⌒畔⑻?hào)的引入所導(dǎo)致的視覺(jué)變形抵消。

3.5 NEC算法該算法 由NEC實(shí)驗(yàn)室的Cox等人提出，針對(duì)人感覺(jué)最重要的部分進(jìn)行嵌入，因此它增強(qiáng)了水印魯棒性和高攻擊性。

3.6 生理模型算法 生理模型算法優(yōu)點(diǎn)是具有好的透明性和強(qiáng)健性，主要是在人的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)，用于壓縮多媒體數(shù)據(jù)以及數(shù)字水印。

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項(xiàng)目基金：

項(xiàng)目名稱：自恢復(fù)水印技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)（編號(hào)：XXY012ZD02）。

作者簡(jiǎn)介：

戴曉東（1984-），女，碩士，講師，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)技術(shù)研究。