ok 第2章 數(shù)字水印技術概述課件.ppt

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1、第2章數(shù)字水印技術概述2.1研究背景2.2數(shù)字水印基本框架2.3數(shù)字水印的分類及特性2.4數(shù)字水印的主要應用領域2.5數(shù)字水印技術研究的歷史2.6小結2.1研究背景1.數(shù)字作品的知識產(chǎn)權保護數(shù)字作品(如電腦美術、掃描圖像、數(shù)字音樂、視頻、三維動畫)的版權保護是當前的熱點問題，而對數(shù)字作品的版權保護可能是水印最主要的應用。由于數(shù)字作品的拷貝、修改非常容易，而且可以做到與原作完全相同，所以原創(chuàng)者不得不采用一些嚴重損害作品質(zhì)量的辦法來加上版權標志，而這種明顯可見的標志很容易被篡改。2.商務交易中的票據(jù)

2、防偽隨著高質(zhì)量圖像輸入/輸出設備的發(fā)展，特別是精度超過1200dpi的彩色噴墨、激光打印機和高精度彩色復印機的出現(xiàn)，使得貨幣、支票以及其他票據(jù)的偽造變得更加容易。據(jù)美國官方報道，僅在1997年截獲的價值4000萬美元的假鈔中，用高精度彩色打印機制造的小面額假鈔就占19％，這個數(shù)字是1995年的9.05倍。3.聲像數(shù)據(jù)的隱藏標識和篡改提示數(shù)據(jù)的標識信息往往比數(shù)據(jù)本身更具有保密價值，如遙感圖像的拍攝日期、經(jīng)/緯度等。2.2數(shù)字水印基本框架從信號處理的角度看，嵌入載體對象的水印信號可以視為在強背景下疊

3、加一個弱信號，只要疊加的水印信號強度低于人視覺系統(tǒng)(HVS)對比度門限或聽覺系統(tǒng)(HAS)對聲音的感知門限，HVS或HAS就無法感知到信號的存在。盡管數(shù)字水印有各種形式，通常我們可以定義水印為如下的信號W(2-1)水印處理系統(tǒng)的基本框架可以定義為六元體(X,W,K,G,E,D),其中：(1)X代表所要保護的數(shù)字產(chǎn)品X的集合。(2)W代表所有可能水印信號W的集合。(3)K是標識碼(也稱為水印密鑰)的集合。(4)G表示利用密鑰K和待嵌入水印的X共同生成水印的算法，即G:X×K→W,W=G(X,K)(

4、2-2)(5)E表示將水印W嵌入數(shù)字產(chǎn)品X0中的嵌入算法，即E:X×W→X,Xw=E(X0,W)(2-3)(6)D表示水印檢測算法，即D:X×K→{0,1}(2-4)D(X,K)=1,如果X中存在W(H1)0,如果X中不存在W(H0)(2-5)(1)感知相似性：設數(shù)字產(chǎn)品X,Y∈X,則符號X~Y表示X和Y具有相同的感知形式。(2)水印等價性：若水印W1和W2滿足D(X，W1)=1D(X,W2)=1(2-6)水印處理系統(tǒng)的基本框架必須滿足一些特定的條件,以便形成一套適用于版權保護和產(chǎn)品內(nèi)容鑒定的

5、值得信賴的根據(jù)，這些基本條件是：(1)不可感知性：對于不可見水印處理系統(tǒng)，水印嵌入算法不應產(chǎn)生可感知的數(shù)據(jù)修改，也就是加水印后的產(chǎn)品必須相似于原始產(chǎn)品，即X0~Xw。(2)密鑰惟一性：不同密鑰應產(chǎn)生不等價的水印，即對于任何產(chǎn)品X∈X和Wi=G(X,Ki)，i=1,2，滿足K1≠K2W1≠W2。(3)水印有效性：在水印處理算法中只采用有效的水印。對于特定的產(chǎn)品X∈X，當且僅當存在K∈K使得G(X,K)=W，則稱水印W是有效的。(4)不可逆性：函數(shù)W=G(X,K)應該是不可逆的，即K不能根據(jù)W和函

6、數(shù)G逆推出來。(5)產(chǎn)品依賴性：在相同的密鑰條件下，當水印算子G用在不同的產(chǎn)品時，應該產(chǎn)生不同的水印信號。(6)多重水?。和ǔσ亚度胨⌒盘柕漠a(chǎn)品用另一個不同的密鑰再作水印嵌入是可能的。(7)檢測可靠性：肯定檢測的輸出必須有一個合適的最小的置信度。(8)穩(wěn)健性：設X0是原始的產(chǎn)品，而Xw是加水印的產(chǎn)品，并且D(Xw,W)=1，M是一個多媒體數(shù)據(jù)處理操作算法，則對于任何Y~Xw，Y=M(Xw)滿足D(Y,W)=1,而且對于任何Z=M(X0)，滿足D(Z,W)=0。(9)計算有效性：水印處理算法應

7、該比較容易用軟件或硬件實現(xiàn)。1)水印生成水印信號的產(chǎn)生通常基于偽隨機數(shù)發(fā)生器或混沌系統(tǒng)。產(chǎn)生的水印信號W往往需要進一步的變換以適應水印嵌入算法。為了分析方便，我們把算子G分解為算法R和算法T兩個部分：(2-7)子算法T對原始水印進行修改以獲得最后的依賴于產(chǎn)品的水印W。T應滿足：(2-8)2)水印嵌入水印的嵌入過程如圖2-1所示。水印嵌入就是把水印信號W={w(k)}嵌入到原始產(chǎn)品X0={x0(k)}中，一般的水印嵌入規(guī)則可描述為xw(k)=x0(k)h(k)w(k)(2-9)圖2-1水印嵌入框

8、圖其中為某種疊加操作，也可能包括合適的截斷操作或量化操作。H={h(k)}稱為d維(聲音1維，圖像2維，視頻3維)的水印嵌入掩碼。最常用的嵌入準則如下：xw(k)=x0(k)+αw(k)，加法準則(2-10)xw(k)=x0(k)(1+αw(k))，乘法準則(2-11)3)水印的提取和檢測水印的提取和檢測可以作用于任何產(chǎn)品，提取和檢測時可以需要原始產(chǎn)品的參與，也可不需要原始產(chǎn)品的參與。但將水印技術用于產(chǎn)品的網(wǎng)絡發(fā)布和傳播時，在檢測時使用原始產(chǎn)品則是個缺陷，因此當前大多數(shù)的水印檢測算法不需要原始