数字水印算法分析论文

摘要:数字水印技术是作为版权保护的重要手段,在众多领域有广泛的应用前景,包括版权保护、内容认证、复制控制、质量监测、播放监控等。该文主要介绍了数字水印技术的概念、模型、特性等内容。它是一种新的信息伪装技术,是解决数字产品版权保护问题的有效方法之一。今天小编为大家精心挑选了关于《数字水印算法分析论文 (精选3篇)》相关资料，欢迎阅读！

数字水印算法分析论文 篇1：

基于小波变换的数字水印算法分析

【摘 要】研究基于小波变换的数字水印算法是为维护产权人合法权益的有效途径之一。本文从简述数字水印和小波变换的相关概念入手，探讨数字水印在设计过程中需要考虑的要点，分析数字水印嵌入的各种方式和检测技术，为基于小波变换的数字水印算法的改进提供参考资料。

【关键词】数字水印 小波变换 嵌入技术 检测技术

一、引言

存储和传输数据信息的便捷，导致许多未经过产权人许可的数据信息内容出现在市场上。因此本文通过对数字水印设计考虑要点的总结，分析数字水印嵌入技术和检测技术，从而更好的保障声像数据版权所有者的合法权益。

二、小波变换的定义

小波变换指的是将某个基本的小波或者是母小波的函数进行位移到b點后，在不同的尺度a的情况下，和需要分析的信号作内积。其中基本的小波函数是满足基本条件的平方可积函数，。因此函数经过平移和伸缩之后可以得到函数公式，(a≠0)，其中a、b代表的实数，a表示的是伸缩性因子或者是尺度的因子，在实际的工程中尺度的因子不能小于0;b代表的是平移性因子，b的数值正负均可以。当在设置为有限能量的信号时，小波变换的定义为和小波函数之间的内积：，其中a、b代表的是连续性的变量。

根据S.Mallat塔式分解的算法，原始图像在经过小波分解处理之后，分割成了垂直方向、低频环节、对角线的方向和水平方向这四个频带，而低频环节还可以继续进行分解[1]。

三、数字水印在设计过程中要考虑的要点

数字水印在设计过程中要考虑：不可检测性、安全可靠性、自动恢复性、透明性、鲁棒性等要点。其中不可检测性指的是隐蔽的载体和原始的载体之间具备一致的统计估测噪音分布情况等特点;安全可靠性指的是隐蔽的算法的抗攻击能力强，保证所隐蔽的数字信息不被损坏;自动恢复性指的是在经过一定变换后，被损坏的数字信息可以利用残留的数据信息自行恢复隐藏的数字信号;透明性指的是经过隐藏后的数字信号不会存在降质问题;鲁棒性指的是受保护的数据信息通过修改之后抵抗影藏的信息数据丢失的能力。此外在数字水印设计中，需要考虑水印的容量[2]。

四、浅谈数字水印嵌入的各种方式

(一)图像水印嵌入法

图像水印嵌入算法结合图像小波变换之后的小波系数数据的特征，将a*a*c bit的图像当作水印数字信号嵌入到图像中，a指的是图像大小，k指的是颜色深度。图像水印的嵌入地理位置是在载体图像基于小波变换的低、高频的子带中。

1.低频的子带嵌入法。低频的子带嵌入算法是指在原始图像的小波分解后，在低频的子带系数中的一项嵌入水印技术。低频的子带代表的是图像的平坦部分，嵌入水印的鲁棒性能良好，对于有损压缩情况，有着良好的抵抗攻击性能。但是这种水印的嵌入容量较大，对图像的视觉效果产生直接的影响。

2.重复性嵌入法。重复性嵌入算法在低频的子带嵌入算法的前提条件下，利用低频重复型的嵌入方式来实现水印嵌入稳定性能的提升。先对原图进行分解，将所有细节的子图分割成不会重叠的子图，保证子图之间的大小和水印大小相等，再把水印数据信息和子图进行合理的分块组合，将经过计算处理的子图重新整合成小波的变换系数，然后进行逆小波变换处理，从而出现了图像水印嵌入。

3.分解位平面的嵌入法。分解位平面的嵌入算法在嵌入灰度的图像时，首先将灰度层的水印分解成多个二值的位图平面，根据有关方法技术将二值图像嵌入到原图中。

(二)序列数字的水印嵌入方式

1.量化的算法。量化的算法是在经过改动载体原图的同一个分辨率层内的三个方向不同细节分量的系数幅度的基础上，利用Daubechies 小波三级分解原图，嵌入二值水印。量化的算法在高频的子带中任意选取的水印嵌入位置上，每次在小波分解的每级三个高频的子带内选中三个系数。把选中的三个系数按照从小到大的方式排列，，量化中间的系数，而到之间的范围等分成2n-1份，每份宽度是，当n在不断减少时，水印的鲁邦性会不断改善，但是也造成失真问题。量化的公式：，在嵌入数字信息位数是0的情况下，t为偶数;在嵌入数字信息位数是1的情况下，t为奇数，将量化成的数值，然后。

2.细节分量的嵌入算法。小波变换的图像数据的布局结构均匀，多数的图像系数大约为0，少数部分位于纹理信息和图像边沿的图像系数的峰值较大，含有充足能量，水印的信息数据位于这些位置时，在进行有损压缩的过程中，会损失部分的水印。T(C，N)=max{|PNc(x，y)|}/2，第C层、方向是N的子带系数绝对值的最大值决定门限值T[3]。

五、浅谈数字水印检测技术

(一)非盲性水印检测法和半盲性检测法

非盲性检测法是对水印为数字的图像进行检查，水印提取的过程中，利用嵌入逆过程的方式。

水印提供公式：，P指的是原图点，P’代表的是需要检测的图像点。

非盲性检测法在水印检测过程中要利用原始图像。半盲性检测法需要部分的参考数据信息，需要利用阀值来选择嵌入水印的具体位置。

(二)盲性检测法

盲性检测法作为水印检测中的最高要求，不需要原始图片和参考数据信息，其灵活性强，算法过程复杂，常利用嵌入水印和提取水印的方式来计算。

计算系数的公式：

把系数sim和阀值T作比较，以此判断嵌入水印的情况。利用检测图像和水印计算： ，其中代表的是k层0位置上的图像。当T减少时，漏测的概率会下降，虚警的概率则会上升;反之，当T增加时，漏测的概率会上升，虚警的概率则会下降[4]。

六、结语

综上所述，小波变换的数字水印算法有低频的子带嵌入法、重复性嵌入法、分解位平面的嵌入法、序列数字的水印嵌入方式、非盲性水印检测法和半盲性检测法、盲性检测法

参考文献：

[1]张晓峰.基于小波变换的图像水印方法[J].计算机工程与应用，2010(11).

[3]张冉.一种基于小波变换的灰度数字水印嵌入技术[J].通信学报，2011(02).

[3]张军.数字图像的自适应公开水印技术[J].计算机学报，2012(01).

作者：曾琳玲

数字水印算法分析论文 篇2：

数字水印技术浅析

摘要:数字水印技术是作为版权保护的重要手段,在众多领域有广泛的应用前景,包括版权保护、内容认证、复制控制、质量监测、播放监控等。该文主要介绍了数字水印技术的概念、模型、特性等内容。它是一种新的信息伪装技术,是解决数字产品版权保护问题的有效方法之一。

关键词:数字水印;系统模型;应用领域;数字水印算法

中国分类号:TP391文献标识码:A

Discussion on the Digital Watermark Technology

ZHOU Liang

(Science and Technology Department, Jiujiang University, Jiujiang 332005, China)

Key words: digital watermark; system model; domain of application; digital watermark algorithm

近年来,随着计算机网络技术的飞速发展,人们获取信息和交流信息变得越来越方便。但是网络在给人们带来便利的同时也暴露了严重的安全问题:作品侵权更加容易,篡改也更加方便。现有的版权保护系统多采用密码认证技术(例如DVD光盘的安全密码),但仅采用密码并不能完全解决版权保护问题。

于是数字水印技术应运而生,数字水印技术是保障信息安全的一种普遍有效的技术手段。这些年来,数字水印技术得到了全世界学术界和商界的认可。国际上有许多机构纷纷开展对数字水印技术的研究。因此,数字水印技术成为当今网络信息安全和数字媒体版权保护研究的热点。

1 数字水印技术的概念和系统模型

1.1 数字水印技术的概念

数字水印技术(Digital watermarking)是往多媒体数据(如图像、声音、视频等信号)中添加某些数字信息(水印)而不影响原数据的视听效果,并且这些数字信息可以部分或全部从混合数据中恢复出来,以达到版权保护等作用。

1.2 数字水印技术的系统模型

数字水印的通用模型包括水印嵌入、水印检测或提取两方面。如图1所示的水印嵌入过程是将水印嵌入到作品中。图2所示为一般水印检测系统。输入端为加入水印的作品、密钥以及原始作品或原始水印。输出端则输出恢复的水印或检测恢复水印与原始水印相似程度的结果。

2 数字水印的特性

嵌入数字多媒体中的信息必须具有以下基本特性才可以称得上是数字水印。

1) 不可感知性:指向数字作品中嵌入的数字水印,是利用人类视觉或听觉系统的特征,经过一系列隐藏处理,嵌入的数字水印不会使得原始数据发生可感知的改变,也不能使得被嵌入的水印引起人的感知。

2) 安全性:数字水印中的信息应该是安全的,难以被伪造。数字水印系统使用一个或多个密钥来确保安全,防止修改和擦除水印。信息被隐藏在多媒体内容中,并不因文件格式转换而丢失,且未经授权者不能检测出水印。

3) 鲁棒性:鲁棒性也叫稳健性,是指在经历多种无意或有意的信号处理过程后,数字水印仍能保持完整性或仍能被准确鉴别。

4) 可证明性:数字水印技术能为受版权保护的信息产品的归属者提供完全可靠的证据。数字水印可以使已经注册用户的号码、产品标志或者有意义的文字等嵌入到被保护的对象中,在需要时候可以将其提取出来,判断数据是否收到保护,并能够监视被保护数据的传播以及非法复制,进行真伪鉴别等。这实际上也是发展水印技术的基本动力。

5) 不可检测性:指嵌入水印后的数据与原始载体数据具有一致的特性。使非法拦截者无法判断是否有隐藏信息。

6) 无歧义性:恢复出的水印或水印判决的结果能够为作品的所有者提供唯一可靠的法力依据,不会发生多重所有权的纠纷。

3 数字水印的典型算法

近年来,数字水印技术研究取得了很大的进步,人们提出了许多有效算法。

1) 最低有效位方法(Least Significant Bit):此算法首先把二维水印信号按象素点逐一插入到原始图像象素值的最低有效位(LSB),所以这种算法也被称为LSB算法。由于水印信号被安排在了最低位上,它是不可见的,但是基于同样的原因,它可以轻易地被移去,因此也是不稳健的。

2) Patchwork算法:此算法是一种基于统计的数字水印嵌入方法。在Patchwork算法中,一个密钥用来初始化一个伪随机数发生器,而这个伪随机数发生器将产生载体中放置水印的位置。该算法首先随机选取N对象素点,然后通过增加象素对中一个点的亮度值,而相应降低另一个点的亮度值的调整来隐藏信息。

3) 压缩域算法:基于JPEG、JPEG2000、MPEG-2、MPEG-4标准的压缩域数字水印系统不仅节省了大量的完全解码和重新编码过程,而且在数字电视广播及VOD(Video on Demand)中有很大的实用价值。相应地,水印检测与提取也可直接在压缩域数据中进行。

4) NEC算法:该算法由NEC实验室的COX等人提出,该算法在数字水印算法中占有重要地位,其实现方法是,首先以密钥为种子来产生伪随机序列,其次对图像做DCT变换,最后用伪随机高斯序列来调制(叠加)该图像除直流(DC)分量外的1000个最大的DCT系数。该算法具有较强的鲁棒性、安全性、透明性等。

5) 生理模型算法:这种算法主要是利用视觉模型与其它算法相结合,还有基于JPEG、MPEG标准的压缩域算法,不仅节省了大量的完全解码和重新编码过程,而且在数字电视广播及VOD(Video on Demand)中有很大的使用价值,不足之处是该算法人工实验花费高。

4 数字水印的主要应用领域

1) 版权保护:计算机技术的发展使得数字产品的拷贝非常容易,数字产品的版权保护是当前的热点问题。数字作品包括数字图像、图形、音乐、视频、计算机软件等。数字作品的所有者可用密钥产生一个水印,并将其嵌入原始数据,然后公开发布他的水印版本作品。

2) 隐藏标识和安全通信:数字水印用于隐藏标识时,水印本身携带标识信息,可在医学、制图、数字成像、数字图像监控、多媒体索引和基于内容的检索等领域得到应用。数字水印的安全不可见通信将在国防和情报部门得到广泛的应用。

3) 篡改提示:当数字作品被用于法庭、医学、新闻及商业时,常需要确定它们的内容是否被篡改、什么位置被篡改、篡改的强度如何、以及如何修复等。通常采用脆弱的水印来标定篡改的位置或强度,这样的水印必须是全局的,并且对一个地方的破坏不影响其他地方水印的提取。

4) 使用控制:在数字产品的商业体系中,大家都希望有一种拷贝保护体制,可以用水印保护来约束数据的拷贝。例如一个带有防拷贝功能的移动存储器,不能拷贝带有表示“禁止拷贝”涵义的水印的数字产品。

5 结束语

数字水印正处在蓬勃发展的过程中,掌握其发展方向对研究数字水印技术有着重要的意义,今后数字水印的技术研究将侧重于提高数字水印算法的稳健性、安全性、研究其在实际网络中的应用及作用。在信息化时代的今天,数字水印技术的研究具有重要的意义,数字水印技术将对保护各种形式的数字产品起到重要的作用。

参考文献:

[1] 邓英.数字水印算法分析[J].软件导刊,2008(4):61-64.

[2] 武兵.数字水印技术浅析[J].中国科技信息,2006(11).

[3] 祁明,刘迎风.信息隐藏与数字水印技术及其应用[J].通信技术,2001(6):6-9.

[4] 孙圣和,陆哲明.数字水印技术及应用[M].北京:科学出版社,2004.

作者：周 亮

数字水印算法分析论文 篇3：

现代数字水印技术的发展与应用研究

摘要 对数字水印技术的基本原理、实现方法及其发展与应用进行阐述，同时对数字水印的各种算法进行综述，最后指出数字水印在今后的发展动向与研究方向。

关键词 信息安全;数字水印;发展应用

1 引言

随着现代数字技术和因特网的飞速发展，数字媒体(包括图像、音频、视频)得到了广泛的应用与传播，信息媒体的数字化为信息的存取与传输提供了极大的方便，但同时也使得信息传播中的信息安全问题和数字产品的版权保护问题越来越成为一个需要解决的重要问题。数字水印( Digital Watermark)技术作为信息隐藏技术研究领域的重要分支，是实现多媒体版权保护与信息完整性保证的有效方法，目前也正成为信息领域的一个研究热点。

2 数字水印技术概述

2.1 数字水印基本概念数字水印技术是将与多媒体内容相关或不相关的一些标示信息直接嵌入多媒体内容当中，但不影响原内容的使用价值，并不容易被人的知觉系统觉察或注意到的一种数字媒体安全技术。通过这些隐藏在多媒体内容中的信息，可以达到确认内容创建者、购买者，或者是否真实完整的目的。

2.2 数字水印的基本原理数字水印算法主要包含两个方面，水印的嵌入(图1)和水印的提取或检测(图2)。设原始信息为I，水印为W，密钥为K，处理后的水印为W′，由函数F决定：W′=F( I，W，K)。一般函数F是非可逆的。在水印嵌入过程中，设有编码函数E，隐藏水印的信息I′，那么I′可以表示为：I′=( I，W′)。

若将水印提取过程定义为解码D过程，则输出是一个判断水印是否存在的0-1决策，或是包含各种信息的数据流(如文本、图像等)。设已知原始信息为I，有版权疑问的带检测信息I″，则有：W*=D(I″，I)或者：，其中W*为提取出的数字水印，K为密钥，函数C为相关检测，σ为决策阀值[1]。

2.3 数字水印的基本算法

1)空域算法。该类算法中典型的水印算法是将信息嵌入到随机选择的图像点中最不重要的像素位 (LSB，least significant bits)上。

2)Patchwork算法。方法是随机选择N对像素点(ai，bi)，然后将每个ai点的亮度值加1，每个bi点的亮度值减1，这样整个图像的平均亮度保持不变。适当地调整参数，Patchwork方法对JPEG压缩、FIR滤波以及图像裁剪有一定的抵抗力，但该方法嵌入的信息量有限。

3)变换域算法。该类算法中，大部分水印算法采用扩展频谱通信技术。

4)压缩域算法。基于JPEG、MPEG标准的压缩域数字水印系统不仅节省了大量的完全解码和重新编码过程，而且在数字电视广播及VOD(Video on Demand)中有很大的实用价值。

5)NEC算法。首先以密钥为种子来产生伪随机序列，其次对图像做DCT变换，最后用伪随机高斯序列来调制(叠加)该图像除直流(DC)分量外的1 000个最大的DCT系数。

6)生理模型算法。该模型不仅被多媒体数据压缩系统利用，同样可以供数字水印系统利用[2]。

3 数字水印的应用

随着数字水印技术的发展，数字水印的应用领域也得到扩展。数字水印的基本应用领域是版权保护、隐藏标识、认证和安全不可见通信，以下几个引起普遍关注的问题构成数字水印的研究背景[3]。

3.1 数字作品的知识产权保护由于数字作品的拷贝、修改非常容易，而且可以做到与原作完全相同，所以原创者不得不采用一些严重损害作品质量的办法来加上版权标志，而这种明显可见的标志很容易被篡改。“数字水印”利用数据隐藏原理使版权标志不可见或不可听，既不损害原作品，又可以达到版权保护的目的。

3.2 商务交易中的票据防伪数字水印技术可以为各种票据提供不可见的认证标志，从而大大增加伪造的难度。

3.3 证件真伪鉴别信息隐藏技术可以应用的范围很广，作为证件来讲，每个人需要不只一个证件，证明个人身份的有身份证、护照、驾驶证、出入证等;证明某种能力的有各种学历证书、资格证书等。

3.4 声像数据的隐藏标识和篡改提示数字水印技术提供了一种隐藏标识的方法，标识信息在原始文件上是看不到的，只有通过特殊的阅读程序才可以读取。基于数字水印的篡改提示是解决这一问题的理想技术途径，通过隐藏水印的状态可以判断声像信号是否被篡改。

3.5 隐蔽通信及其对抗数字水印所依赖的信息隐藏技术不仅提供了非密码的安全途径，更引发了信息战尤其是网络情报战的革命，产生了一系列新颖的作战方式，引起许多国家的重视[4]。

4 数字水印的发展

数字水印的提出是在20世纪90年代，随着计算机和网络技术的飞速发展，该技术已得到长足的成长，并将继续进一步深入发展。数字水印今后的主要研究方向是以下几个方面：水印基本原理和评价方法的研究、现有水印算法分析、基于特征的数字水印技术、公钥数字水印系统及数字水印代理。

目前，其他的数字水印技术研究得比较少，如对基于图形、矢量图和动画等媒体的数字水印技术。

5 结论

数字化和网络化技术的迅速发展，一方面为实现信息高速无失真的传播和灵活的编辑、修改提供了便利的手段;另一方面也对数字化产品的版权保护和多媒体数据库的安全管理提出严峻的挑战[5]。作为信息隐藏领域的一个重要分支——数字水印技术，为多媒体信息安全、版权保护和产品防伪无疑提供了一种有效的手段和强大的、潜在的应用市场。相信随着数字水印技术的提高，数字水印一定会在知识产权的保护及信息安全等方面发挥更大的作用。

参考文献

[1]王朔中,张新鹏,张开文.数字密写和密写分析[M].北京:清华大学出版社,2005:223-235

[2]Katzenbeisser S, Petitcolas A P F.信息隐藏技术——隐写术与数字水印[M].北京:人民邮电出版社,2001:145-148

[3]孙圣和,陆哲明,牛夏牧,等.数字水印技术及应用[M].北京:科学出版社,2004:578

[4]Wayner P.Disappearing Cryptography Information Hiding：Steganography & Watermarking[M].北京:电子工业出版社,2003:23-35

[5]G1 Voyatzis, I1 Pitas1.The use of watermarks in the protection of digital multimedia products[C]Proceedings of the IEEE,1999,87(7):1 197-1 207

作者：路　毅　李　谦　刘本鲁　刘欣欣　刘　芳