數(shù)字水印技術(shù)

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1、數(shù)字水印1引言數(shù)字媒體的增殖給版權(quán)保護(hù)帶來了壓力。傳統(tǒng)的加密系統(tǒng)容許合法用戶訪問加密內(nèi)容，一旦數(shù)字媒體被破解，就無法追蹤非法媒體的復(fù)制和發(fā)行。數(shù)字水印可以補(bǔ)充加密的不足，數(shù)字水印永久的植入到媒體數(shù)據(jù)中，可以追蹤非法媒體的發(fā)行。數(shù)字水印需要滿足以下幾點：1．?dāng)?shù)字水印是無形的，不能干擾數(shù)字內(nèi)容。2．?dāng)?shù)字水印很難去處。數(shù)字水印能夠抵抗某些變換（信號處理，幾何變換，攻擊）。3．?dāng)?shù)字水印要有普遍性，數(shù)字水印算法能夠應(yīng)用于音頻、視頻和圖片。本文介紹數(shù)字水印中的一些方法。2擴(kuò)頻水印擴(kuò)頻水印借鑒了擴(kuò)頻通信原理。擴(kuò)頻通信所謂擴(kuò)頻通信，是擴(kuò)展頻譜通信的簡稱。它是指用來傳輸信息的射頻帶

2、寬遠(yuǎn)大于信息本身帶寬的一種通信方式。根據(jù)仙農(nóng)(C.E.Shannon)在信息論研究中總結(jié)出的信道容量公式，即仙農(nóng)公式：　　C=W×Log2(1+S/N)　　式中：C--信息的傳輸速率S--有用信號功率W--頻帶寬度N--噪聲功率由式中可以看出：　　為了提高信息的傳輸速率C，可以從兩種途徑實現(xiàn)，既加大帶寬W或提高信噪比S/N。換句話說，當(dāng)信號的傳輸速率C一定時，信號帶寬W和信噪比S/N是可以互換的，即增加信號帶寬可以降低對信噪比的要求，當(dāng)帶寬增加到一定程度，允許信噪比進(jìn)一步降低，有用信號功率接近噪聲功率甚至淹沒在噪聲之下也是可能的。擴(kuò)頻通信就是用寬帶傳輸技術(shù)來換取信

3、噪比上的好處，這就是擴(kuò)頻通信的基本思想和理論依據(jù)。擴(kuò)頻水印有兩個特點：1．水印結(jié)構(gòu)。插入的水印是互相獨立的，且符合N(0,1)高斯分布。2．插入策略。水印插入在頻域中，對圖像影響比較大的那些點。圖像處理過程1．有損壓縮，有損壓縮去除（一般在頻域中）了對視覺影響較小的部分（通常是高頻部分）。2．幾何變換。幾何變換指旋轉(zhuǎn)、縮放和剪切等。其中縮放變換濾除了圖像中的高頻成分，旋轉(zhuǎn)操作可以通過和原始圖像比較來恢復(fù)，剪切變換導(dǎo)致圖像的損失。由于擴(kuò)頻水印是加在頻域部分，因此這些影響比較小。3．信號處理，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換和信號增強(qiáng)等，這些變換都是非線性的，可以利用原始圖像來

4、恢復(fù)。擴(kuò)頻水印編碼在圖像處理中經(jīng)常會濾除不重要的部分（高頻部分），如果空域或者高頻部分加水印，加入的水印會在圖像處理中被濾除。為了改變這點，擴(kuò)頻水印在圖像中頻譜的重要部分（一般指低頻部分）加入水印，且分布在各個頻譜點上的水印的能量足夠小，這樣既保證了水印的魯棒性，又保證水印對圖像質(zhì)量的影響可以很小。在本文中，加入長度為n的水印時，先對圖像的N*N點做DCT變換，將水印分別加入幅度最大的n個頻譜點上。水印結(jié)構(gòu)擴(kuò)頻水印中的水印X是一個序列，既，其中獨立且服從N（0，1）的正態(tài)分布（其它分布也可以，例如獨立且在{0,1}、{-1,1}或[0,1]中服從均勻分布）。有關(guān)水

5、印的操作如下：1．加入水印。從圖像數(shù)據(jù)（頻譜中幅度最大的前n個點）中抽取出序列V＝，將水印X加入到V中生成，用V’替換D中的V得到，既加入水印的圖像。2．攻擊水印。攻擊者改變，生成D*。3．檢測水印。在檢測受攻擊的內(nèi)容D*中的水印時，從D*中提取出水印下面分別介紹擴(kuò)頻水印的加入、檢測，并分析擴(kuò)頻水印的抗攻擊性。加入水印將水印X加入到內(nèi)容V時需要一個縮放因子，以下公式表示3種不同的加入方法。其中公式（1）不適合V變化大的情況，例如，當(dāng)時，加入水印100顯得微不足道，當(dāng)時，加入水印100又顯得過大。公式（2）（3）的適應(yīng)性比較好。水印檢測檢測水印時，先從V*中取出水印

6、X*，對照加入的水印X，計算：如果大于闕值T，表示V*中存在水印X。試驗數(shù)據(jù)1．水印的唯一性。2．圖像縮放。1．JPEG編碼。2．抖動。Dithering（抖動）是Gif壓縮中一項十分有用的技術(shù)。由于GIF和PNG只有256種顏色，因此，在表現(xiàn)一些含有豐富色彩信息的照片圖像或含有平緩過度色的圖像時，就會出現(xiàn)梯田狀的條形色塊，這時，我們就需要用到Dithering（抖動）功能，Dithering可以模仿一些在調(diào)色板無法找到的顏色，從而使得整個圖像顏色與顏色之間的過渡更為自然，不過，Dithering同樣會使圖像Size變大,因此，我們更多的將這項技術(shù)應(yīng)用于區(qū)域壓縮。

7、按下按鈕可以清除Dithering的值。3．剪切。4．打?。瓘?fù)印－掃描。5．水印攻擊。6．共謀攻擊。