（应用数学专业论文）抗打印扫描数字水印算法设计与研究.pdf

- j 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我 所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 申请学位 本人签名 处，本人承担一切相关责任。 日期：趔啤盥蛐一 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在 校攻读学位期问论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅：学校可以公布学位论文 的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。( 保 密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论文注释： 本学位论文不属 本人签名： 导师签名： 日期：2 鲥垒牟! 日! 垒叠 日期：掣妲军凹卫盟一 。_。_-_。_-。_-_-_-_-_。_-。_-_。_-。_-_o_o_一 | - 。蛋 ， 北京邮i 乜人学硕上学位论文 抗打印手i 描数水印算法设计与研究 抗打印扫描的数字水印算法设计与研究 摘要 随着网络的快速发展和多媒体数字作品的广泛使用，数字作品易于传播、 分发和高质量复制等特点，使得获取数字作品的高质量拷贝越发的容易。致 力于数字作品版权保护的数字水印技术作为一种数字权益保护的强有力手段 的同时，也迎来了不断的挑战。能够抵抗打印扫描的数字水印算法，应用于 打印扫描环境中，将能用于解决印刷作品的版权保护问题。 本文主要研究了数字图像作为原始作品，在经历打印过程后，如何对其 印刷作品进行版权保护的问题。设计能够抵抗打印和扫描的数字水印算法， 在数字作品印刷前进行嵌入水印信息，通过扫描其打印后的印刷作品，从中 提取水印信息，可以实现数字作品在印刷过程中的权益保护。 本文在介绍了数字水印研究的相关基础知识后，给出了本文研究的理论 意义和实际价值。在分析了数字图像在打印和扫描过程中经历的非线性失真 和几何失真的主要攻击后，以寻找图像打印扫描前后不变的数字特征为指导 思想实现水印信息的嵌入。 通过分析图像分块d c t 域系数在打印扫描前后的变化，得到了图像分块 d c t 系数的正负号关系的不变量。基于这个不变的数字特征，本文提出了一 种基于图像d c t 域的鲁棒性水印和脆弱性水印共存的双水印算法。该双水印 算法中的鲁棒性水印是通过修改同类d c t 域系数的正负系数数量的差值关系 实现信息的嵌入。实验证实，该鲁棒性水印具有较强的抵抗打印扫描攻击的 性能。双水印算法中脆弱性水印的嵌入，丰富了该水印算法的职能，使其可 以用于对鲁棒性要求较高和需要确定篡改定位的数字图像的网络传播中。 基于数字图像在打印扫描后其语义信息不变的事实，通过在其d w t 域的 低频部分中提取该特征的数字表示，消弱了打印扫描过程中几何攻击对数字 图像的影响。针对该不变的数字特征，提出了一种基于图像特征的抗打印扫 描数字水印方案，通过对图像的d w t 域低频系数进行分块聚类，再根据相邻 块的类别差异，获得能够表示图像特征的极性表。对于待嵌入的水印信息， 将其置乱后与图像的极性表异或得到密钥图像，实现水印信息的嵌入。嵌入 过程中水印的置乱参数和密钥图像等秘密参数决定了该水印方案的安全性。 实验结果表明，在保证一定嵌入量，已知嵌入过程的秘密参数的情况下，嵌 抗打印f 1 描数7 水印算法设计与研究 入的水印能够准确提取，且方案性能在安全性方面上优于相似方案，能够实 现对印刷作品的版权保护。 就鲁棒性数字水印算法整体性能的提升，本文给出了数字水印算法的鲁 棒性、不可感知性和水印容量三者之间性能最优化的解决思路，在满足一定 的不可感知性和水印容量要求的条件下，使数字水印具有更强的鲁棒性。 最后，在总结本文的主要解决问题和取得成果后，整理了抗打印扫描数 字水印研究中存在问题，并对其今后研究的方向和应用前景进行了展望。 关键字打印扫描鲁棒性非线性失真几何攻击不变数字特征不可感知性 咚 。口 一 北京邮电人学硕上学位论文 抗打印亨l 描数水印算法设计与研究 t h e d e s i g na n dr e s e a r c ho f p r i n t - s c a nr e s i s t a n t w a t e r m a r k i n ga l g o r i t h m a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n t e r n e ta n dt h ew i d e s p r e a du s eo fm u l t i m e d i a d i g i t a lw o r k s ，t h ee a s y t o s p r e a d d i s t r i b u t i o na n dh i g h q u a l i t yr e p r o d u c t i o na n d o t h e rs p e c i a lf e a t u r e so fd i g i t a lw o r k s ，m a k i n ga c c e s st oh i g h q u a l i t yc o p i e so f d i g i t a lw o r k sb e c o m e si n c r e a s i n ge a s y t h et e c h n o l o g yo fd i g i t a lw a t e r m a r k i n g a i m i n g a tt h ep r o t e c t i o no fd i g i t a lw o r ki sap o w e r f u lm e a no fd i g i t a lr i g h t p r o t e c t i o n ，a l s og e t sc o n s i s t e n t l yc h a l l e n g e p r i n t s c a n r e s i s t a n t d i g i t a l w a t e r m a r k i n ga l g o r i t h m ，u s e di nt h ee n v i r o n m e n t o fp r i n ta n ds c a n ，w i l lb ea b l et o s o l v et h ei s s u eo f c o p y r i g h tp r o t e c t i o ni nt h ep r i n t e dw o r k s i nt h i sp a p e r , t h em a i nt a r g e ti st h a tt h ed i g i t a li m a g e sa st h eo r i g i n a lw o r k si n t h ee x p e r i e n c eo fp r i n t i n gp r o c e s s ，h o wt op r o t e c tt h ec o p y r i g h to fp r i n t e dw o r k s d e s i g n t h e p r i n t s c a n r e s i s t a n t d i g i t a lw a t e r m a r k i n ga l g o r i t h m ，e m b e d d i n g w a t e r m a r kb e f o r ep r i n t i n gd i g i t a lw o r k s ，b ys c a n n i n gt h ep r i n t e dw o r k st oe x t r a c t t h ew a t e r m a r ki n f o r m a t i o n ，s oa st or e a l i z et h er i g h t sp r o t e c t i o no fd i g i t a lw o r k si n t h ep r i n t i n gp r o c e s s a f t e rd e s c r i b i n gt h eb a s i ck n o w l e d g eo fd i g i t a lw a t e r m a r k i n g ，t h ep a p e r s h o w si t st h e o r e t i c a ls i g n i f i c a n c ea n dp r a c t i c a lv a l u e a f t e ra n a l y z i n gt h ed i g i t a l i m a g ei nt h ep r i n t i n ga n ds c a n n i n gp r o c e s st h r o u g ht h em a i na t t a c ko fn o n l i n e a r d i s t o r t i o na n dg e o m e t r i cd i s t o r t i o n ，g i v e st h ei d e ab ym o d i f y i n gt h ei n v a r i a n t m a t h e m a t i c a lf e a t u r et oa c h i e v et h ee m b e d d i n go fw a t e r m a r ka st h eg u i d i n g i d e o l o g y t h ep a p e rf i n d st h a tt h es i g no ft h ed c tc o e f f i c i e n c e so fi m a g eb l o c ki s i n v a r i a n tb ya n a l y z i n gt h ec h a n g ea b o u tt h eb l o c kd c tc o e f f i c i e n c e sb e f o r ea n d a f t e r p r i n t - s c a n b a s e d o nt h i s ，t h ep a p e rp r o p o s e sad o u b l ew a t e r m a r k i n g a l g o r i t h mb a s e do nd c t d o m a i nt h a tt h ec o e x i s t e n c eo fr o b u s ta n df r a g i l ed i g i t a l w a t e r m a r k i n gc a nb ea c h i e v e d t h er o b u s tw a t e r m a r ki nt h ed o u b l ew a t e r m a r k i n g a l g o r i t h mu s et h ei n v a r i a n tf e a t u r ea f t e rp r i n t s c a n ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e n u m b e ro fp o s i t i v ea n dn e g a t i v ec o e f f i c i e n t so ft h es a m ed c te f f i c i e n c i e sc l a s s ， a c c o m p l i s h e s t h e e m b e d d i n g o fw a t e r m a r k b ym o d i f y i n g t h ed i f f e r e n c e 1 1 1 北京邮电人学硕l 学位论文 抗打印f 1 描数水印算法设计j 研究 r e l a t i o n s h i p e x p e r i m e n t sd e m o n s t r a t et h a t t h er o b u s tw a t e r m a r kc a nr e s i s tt h e p r i n t - s c a na t t a c k t h ef r a g i l ew a t e r m a r ki nt h ea l g o r i t h me n r i c h e st h ef u n c t i o no f t h ea l g o r i t h m ，m a k i n gi td ow e l li nt h ei n t e r n e te n v i r o n m e n tt h a tn e e d ss t r o n g r o b u s t n e s sa n dc a nd e t e r m i n e st h el o c a t i o no ft h ed i g i t a li m a g et a m p e r e dw i t ht h e n e t w o r kt r a n s m i s s i o n b a s e do nt h ef a c tt h a tt h eu n c h a n g e a b l es e m a n t i ci n f o r m a t i o na f t e rp r i n t s c a n ， t h ed i g i t a lp r e s e n t a t i o no ft h ef e a t u r ee x t r a c t e df r o mt h el o w - f r e q u e n c yp a r to ft h e i m a g e sd w td o m a i n ，c a nr e d u c et h ee f f e c to ft h eg e o m e t r i c a la t t a c kd u r i n g p r i n t - s c a np r o c e s s a c c o r d d i n gt ot h i s i n v a r i a n tf e a t u r e ，t h ep a p e rp r o p o s e sa d i g i t a lw a t e r m a r k i n gs c h e m e t h a tb a s e do ni m a g ef e a t u r e i tc a l c u l a t e st h e l o w f r e q u e n c yw a v e l e tc o e f f i c i e n t so fi m a g e ，d i v i d e si tb yb l o c ka n dc l u s t e r s ，a n d a c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h ea d j a c e n tb l o c k s ，g e t st h ep o l a r i t yt a b l eo f t h ei m a g e a f t e rs c r a m b l i n gt h ew a t e r m a r ki m a g et ob ee m b e d d e d ，c o m b i n et h e p o l a r i t yt a b l ea n ds c r a m b l e dw a t e r m a r k t og e tak e yi m a g eb yu s i n gx o r o p e r a t o r , a c c o m p l i s h i n gt h ee m b e d d e dp r o c e s s t h es e c u r i t yo ft h es c h e m ei sd e p e n d e do n t h es c r a m b l i n gp a r a m e t e r sa n dt h ek e yi m a g e ，e t c e x p e r i m e n tr e s u l ts h o w st h a t ， w h e nc e r t i f y i n gs o m ea m o u n to ft h eb i t se m b e d d e d ，t h ew a t e r m a r kc a nb e e x t r a c t e da c c u r a t e l y , a n db e t t e rt h a no t h e rs i m i l a rs c h e m e ，d oi m p l e m e n tt h e c o p y r i g h tp r o t e c t i o no fp r i n t e dw o r k t h e n ，t h ep a p e rg i v e st h es o l u t i o ni d e ao fa c h i e v i n gt h eo p t i m u mp e r f o r m a n c e a m o n gr o b u s t n e s s ，i m p e r c e p t i b i l i t y a n d c a p a c i t y o f d i g i t a lw a t e r m a r k i n g a l g o r i t h m s w h e nm e e t i n gc e r t a i nr e q u i r e dc o n d i t i o n sa b o u tp e r c e p t i b i l i t ya n d w a t e r m a r k c a p a c i t y , d i g i t a lw a t e r m a r k c a nr e a c hs t r o n g e rr o b u s t n e s s f i n a l l y , a f t e rc o n c l u d i n g t h em a i ns o l v e dp r o b l e m sa n da c h i e v e m e n t ， s u m m a r i e st h er e m a i n e dp r o b l e mi nt h er e s e a r c ho fp r i n t s c a nr e s i s t a n td i g i t a l w a t e r m a r k i n g ，a n dp r o s p e c t st h ed i r e c t i o nf o rf u t u r er e s e a r c ha n da p p l i c a t i o n k e yw o r d sp r i n t s c a nr o b u s t n e s sn o n l i n e a rd i s t o r t i o n g e o m e t r ya t t a c k i n v a r i a n tf e a t u r e i m p e r c e p t i b i l i t y i v 卢 量4 北京邮电大学硕l 学位论文抗打印 i 描数字水印算法设计与研究 目录 第一章绪论1 1 1 数字水印的研究意义一1 1 2 数字水印的研究动态2 1 2 1 数字水印的标准化工作3 1 2 2 数字水印具体应用开发4 1 3 数字水印的研究难点及选题意义5 1 3 1 数字水印的研究难点5 1 3 2 选题意义6 1 4 本文的整体结构及解决问题6 第二章数字水印技术简介 2 1 数字水印的生命周期8 2 2 数字水印的性能要求9 2 3 数字水印的分类1 0 2 4 典型算法简介以及其性能分析一l l 2 4 1 空域l s b 算法1 1 2 4 2c o x 算法1 3 2 4 3d w t 域的量化指标算法：。1 5 2 4 4 算法性能总结1 8 2 5 小结2 0 第三章数字图像的打印扫描过程探析 3 1 打印过程对数字图像的影响2 1 3 2 扫描过程对数字图像的影响2 2 3 3 打印扫描攻击对策2 4 3 3 1 非线性像素数值失真的对策2 5 3 3 2 几何攻击的校正2 6 3 4 小结2 9 第四章抗打印扫描水印算法典型设计思路 4 1 抗打印扫描数字图像水印算法的研究状况3 0 v 北京邮电人学硕上学位论文 抗打印圭l 描数：水印算法设计j 研究 4 2 抗打印扫描过程的数学模型3 1 4 3 抗打印扫描前后的不变数字特征3 2 4 3 1d c t 域不变量的选取3 3 4 3 2 图像特征“不变量”的提取3 6 4 4 小结3 9 第五章基于d c t 域系数的双水印算法。 5 1 双数字水印方案的设计4 0 5 1 1 鲁棒性水印的嵌入和提取4 0 5 1 2 脆弱性水印的嵌入和提取4 2 5 2 试验结果及分析4 2 5 3d 、结。4 6 第六章基于图像特征的抗打印扫描数字水印方案4 7 6 1 基于图像特征的抗打印扫描水印方案的整体框架4 7 6 2 基于图像特征的抗打印扫描水印方案具体实现4 8 4 8 4 9 ! ；( 1 ! ；( ) 5 1 5 2 ! ；4 5 4 5 5 5 7 ! ；8 f ；l ( i ：i 6 4 北京邮电人学硕：l 学位论文 抗打印丰j 描数字水印算法设计与研究 参考文献：。 致 射 攻读学位期间发表的学术论文 6 6 7 0 v l l 北京邮电人学硕 = 学位论文 抗打印手| 描数7 - 水印算法设计与研究 符号说明 l d a 卜_ 离散余弦变换d i s c r e t ec o s i n et r a n s f o r m 的简写 2 d f l l 一离散傅里叶变换d i s c r e t ef o u r i e rt r a n s f o r m 的简写 3d w 卜离散小波变换d i s c r e t ew a v e l e tt r a n s f o r m 的简写 4l s 卜最低有效位l e a s ts i g n i f i c a n tb i t 的简写 5 s r c l m g 原始图像 6 w m l m g 含水印信息图像 7 m s g 待嵌入的水印信息比特序列 8d c 系数为直流系数，a c 系数为交流系数 9 f ( u ，v ) 坐标为 ，y ) 的d c t 系数类 1 0 儿f 级尺度小波变换分解的低频部分 l lp 反映图像特征的极性表( 或极性矩阵) 1 2l e n a 数字水印研究中所使用的一标准图像名称 1 3j p e e 1 0 i n tp h o t o g r a p h i ce x p e r t sg r o u p 的简写，常代表一种压缩标准 1 4s s i m 结构相似性指标度量s t r u c t u r a ls i m i l a r i t yi n d e xm e a s u r e m e n t 的简写 卜“刚能引起察觉的差异”j u s tn o t i c e a b l ed i f f e r e n c e 的简写 v i i i 北京邮电大学硕j ：学位论文抗打印fj 描数7 - 水印算法设计j 研究 第一章绪论弟一早珀下匕 随着开放式网络的飞速发展和多媒体数字作品的广泛使用，以及数字作品易于复制、 快速传播和容易修改等特点，使得获取原始数字作品的高质量副本变得越来越容易，大大 地损害了数字作品创作者的合法权益，严重打击了其创作积极性。为此，受纸币中含有真 伪标识“水印 等保护权益历史和经验的启发，在数字作品中嵌入标识信息的具有实现版 权保护，身份认证和数据完整性等功能的数字水印技术应运而生。数字水印技术因其技术 的先进性和易于实现，使其成为数字作品权益保护的可行选择。因此，常期以来，国内外 学者和工业界朋友不断地投入到数字水印的理论研究和实际应用中，取得了很大的成就， 成为信息安全研究领域中的重要分支。回顾过去，数字水印技术在数字图像、数字视频和 数字音频等多媒体数字作品的版权保护、交易跟踪、身份认证等方面，起到了关键作用， 保护了数字作品所有者的合法权益n 儿引。 但是，在数字水印技术发挥其安全职能的同时，针对数字水印的攻击也相应产生，使 得数字水印在解决权益保护问题中遇到种种难题和挑战。数字水印的攻击者，可认为是未 经授权的含水印作品的使用者，其尝试着进行删除、检测估计、写入或修改原始水印比特 信息的非法活动，使得数字水印不能很好的完成其相应的职能。另一方面，非法攻击者的 挑战和数字作品迫切的权益保护要求，促使和推动着数字水印技术的向前发展，激励着国 内外学者们的研究热情。 本章主要结合数字水印的研究意义、研究现状和研究难点出发，给出本文选题的理论 价值和应用价值，旨在读者对本文的研究意义、论文的整体布局和解决问题有一清晰的认 识。 1 1 数字水印的研究意义 数字水印是利用多媒体数字作品信息的冗余，嵌入水印信息，以实现版权保护、身份 识别等的技术，其可以标识作者、所有者、发行者、使用者等数字作品权益转移过程中的 参与者的相关信息，并可携带有版权保护信息和认证信息，保护数字产品的合法拷贝和传 播。当今社会的发展已经呈现两个明显的特征：数字化和网络化。数字化指的是信息的存 储形式，其特点是信息存储量大、便于编辑和复制；网络化指的是信息的传输形式，具有 速度快、分布广等优点。过去1 0 年，数字多媒体信息的使用和分布呈爆炸性的增长。人 们通过互联网可以快捷方便地获得数字信息和在线服务。但同时，盗版也变得更加容易， 对数字内容权益的管理和保护成为业界迫切需要解决的问题。本质上，数字信息不同于 北京邮电人学硕上学位论文 抗打印手1 描数，水印算法设计勺研究 模拟信息，传统的保护模拟信息的方案对数字信息已不再奏效。再加上一些具有通用目的 的处理器，如p c 机，使得那些基于硬件的媒体保护方案很容易被攻破。而通常采用的加 密技术事实上只能在信息从发送者到接收者的传输过程中保护媒体的内容，致力于解决语 义内容传递的安全性。在信息被接收到以后，再利用的过程中所有的数据对使用者都是透 明的，不再受到任何保护口1 。可见，数字水印可作为保护多媒体数字作品权益的“最后一 道防线 。在这一形势下，数字水印作为一种潜在的解决方案，得到了众多学者的青睐。 数字水印的基本思想是在原始媒体数据中，如音频、视频、图像等，隐藏具有一定意义的 附加信息作为标记，这些信息与原始数据紧密结合，并随之一起被传输。在接收端，通过 计算机将水印信号提取出来用于各种目的，其可能的应用包括数字签名、数字指纹、广播 监视、内容认证、拷贝控制和秘密通信等。因此，从数字水印技术自身来说，它具有广泛 的应用前景和巨大的经济价值。 1 2 数字水印的研究动态 多年来，由于人们对数字作品的版权保护问题给予极大关注，大量的国内外学者投身 于对数字水印技术及应用的研究。随着计算机多媒体技术的迅猛发展和社会需要，人们可 以方便地利用数字设备制作、处理和存储图像、文本、语音和视频等信息媒体。与此同时， 数字网络通信正在飞速发展，使得信息的发布和传输实现了“数字化”和“网络化”。在 模拟时代，人们把磁带作为记录设备，盗版拷贝相对于原始作品的质量严重下降，而盗版 作品的二次拷贝的质量更糟，甚至难以接受。而在数字时代，电影或歌曲等的数字拷贝过 程完全不损失作品质量。对数字媒体而言，i n t e r n e t 成了最出色的分发系统，其具有成本低， 无需仓库存储和实时发送等特点。因此，数字媒体很容易借助i n t e r n e t 被复制、处理、传 播和公开。这样就引发了数字信息传输的安全问题和数字产品的版权保护问题。在网络环 境中，如何实施有效的版权保护和信息安全等手段，已经引起了国际学术界、企业界以及 政府有关部门的广泛关注。 对数字产品版权保护的迫切需要正是数字水印技术研究的推动力。从公开发表的文献 看，国际上在数字水印方面的研究近于百家争鸣，且由于有大公司的介入和军方的支持， 该技术研究的发展速度非常快。第一篇关于图像数字水印的文章发表于1 9 9 0 年，1 9 9 5 年 以后，数字水印技术获得了广泛的关注并且得到了较快的发展，仅1 9 9 8 年就发表了1 0 0 篇左右有关数字水印技术的文章。1 9 9 8 年以来，正e e 图像处理、( i e e e 通信选题、正e e 会报等许多国际重要期刊都组织了信息隐藏的技术专刊或专题新闻报道。在美国，以麻 省理工学院多媒体实验室为代表的一批研究机构和企业早已申请了数字水印方面的专利。 1 9 9 8 年，美国政府报告中出现了第一份有关图像数据隐藏的报告。目前，已支持或开展信 2 北京邮l 乜人学硕：l 学位论文 抗打印扫描数字水印算法设计与研究 息隐藏研究的机构既有政府部门，也有大学和知名企业。在1 9 9 4 年的i e e e 国际图像处理 会议( i c i p 9 4 ) ，r g s c h y n d e l 等人第一次明确提出了“数字水印 的概念，从此掀起了 现代信息隐藏技术研究的高潮。仅仅过了两年，在i c i p 9 6 上，已经出现了以信息隐藏领 域中的水印技术、版权保护和多媒体服务的存取控制为主要内容的研讨专题。同年在英国 剑桥牛顿研究所召开了第一届国际信息隐藏学术研讨会，涉及内容包括数字水印、数据隐 藏、保密通信、密码学等相关学科领域。这标志者信息隐藏作为一个新的科学学科的诞生。 至今，国际信息隐藏学术研讨会以成功地举办了1 1 届，已成为是数字水印领域学者交流和 学习的盛会。除此之外，在有关密码学和信息安全的国际会议和刊物上也经常可以见到数 字水印技术相关的论文和报告。这些专题研讨会的召开，极大的促进了各研究团体在这一 领域内的交流与合作，也吸引了越来越多的人投身信息隐藏技术的研究h 1 。 对我国而言，学术界对数字水印技术的研究关注及时，已经有相当一批有实力的科研 机构投入到该领域的研究中来，与国外研究的水平差距并不很大，并且有自己独特的研 究思路。为促进数字水印及其他信息隐藏技术的研究和应用，1 9 9 9 年1 2 月，我国举办了 第一届全国信息隐藏学术研讨会。2 0 0 0 年1 月，由国家“8 6 3 计划智能计算机系统专家 组和中科院自动化所模式识别国家重点实验室组织召开了数字水印学术研讨会，来自全国 的专家学者和研究人员深入讨论了数字水印的关键技术，报告了各自的研究成果。2 0 0 0 年 6 月，在北京召开了第二届全国信息隐藏学术研讨会，参加研讨会的学者来自全国各地从 事信息隐藏研究的二十四个高等院校或科研机构。接着2 0 0 1 年在西安召开了全国第三届 信息隐藏学术研讨会，会议规模有了很大的扩大，在会议上大家对一些术语及有关问题进 行了广泛的探讨，取得了一些共识，对一些有争议的问题也发表了各自的意见，从这次会 议来看，我国的研究不仅在理论上继续保持良好的发展势头，而且许多院校还在开发相应 的实际应用产品，实现了从理论研究到实际应用的转化h 1 。接下来的几届信息隐藏学术研 讨会上，多位专家做了报告指出了信息隐藏技术的巨大市场潜力及应用研究方向。第九届 全国信息隐藏学术研讨会( c i h w 2 0 1 0 ) 将于2 0 1 0 年9 月在成都召开。应当看到，数字水 印技术还不成熟，尚缺乏系统性的理论基础和公平统一的性能测试与评价体系。数字水印 技术的广泛应用有赖于不断的探索与实践。 从有关文献来看，目前国内外的理论研究方向十分广泛。但从公开的文献报道来看， 应用研究主要集中在数字水印在版权保护方面的工作，具体包括数字水印的标准化工作和 数字水印具体应用开发。 1 2 1 数字水印的标准化工作 数字水印技术关系到数字作品的权益，其可作为标识数字内容管理信息的手段，因此， 3 北京邮i 乜人学硕1 ：学位论文 抗打印丰i 描数水印算法设计与研究 其标准化工作十分重要。从市场经济的角度看，数字水印技术标准化还意味着相应产品的 垄断，谁的技术成为法律认可的标准，谁就理所当然地享有巨大的市场份额。正因如此， i b m 、n e c 等信息产业巨头一直在积极参与有关版权保护水印技术标准的制定工作。 1 9 9 8 年，美国版权保护技术组织( c p t w g ) 成立了数据隐藏小组( d h s g ) ，着手制 定版权保护水印的技术标准。在收集到的来自各大公司的7 份技术方案中，d h s g 确定了 其中三个作为候选标准。这三个方案是( 1 ) i b m 与n e c 共同制定的技术方案；( 3 ) h i t a c h i ， p i o n e e r 和s o n y 共同制定的方案；o ) m a c r o v i s i o n ，d i g i m a r c 和p h i l i p s 联合制定的方案。另 外，设在伦敦的国际摄影行业联盟( i f p i ) 和数字视听委员会( d a v l c ) 也致力于数字水 印标准的制定。 即便如此，至今还没有形成数字水印的最终技术标准，但d h s g 已经建设性地明确了 用于版权保护的数字水印必须满足的一些基本条件，包括( 1 ) 隐藏于数字作品中且不可感 知；( 2 ) 可以被专用的数字电路识别；( 3 ) 不必获取完整数据，仅从数据流中即可检测到数字 水印；( 4 ) 可以标记“未曾复制、“只可复制一次”和“不能再复制 等复制信息；( 5 ) 漏检 概率低，对于常用的信号处理过程具有鲁棒性；( 6 ) 水印内容( 字段) 的设计必须合理；( 7 ) 必须使用成熟的技术嵌入或检测水印。 1 2 2 数字水印具体应用开发 利用数字水印技术所具有的特点可实现多媒体数字作品的权益的保护。因此，欧美有 关厂商常期积极开发采用该技术的数字作品权益保护系统，将数字水印的研究推向实际应 用。例如，1 9 9 6 年1 2 月，美国a d o b es y s t e m s 公司在图像编辑软件“a d o b ep h o t o s h o p4 0 中，标准安装了由美国d i g i m a r c 公司开发的数字水印插件。另外，美国n e cr e s e a r c h i n s t i t u t e 开发了可在图像数据中嵌入数字水印的软件“t i g e r m a r kd a t a b l a d e ”。美国i n f o r m i x s o f t w a r e 公司开发的数据库管理系统“i n f o r m i x u n i v e r s a ls e r v e r 也具有嵌入数字水印 的功能。另外欧洲产学界也在协作开发数字水印技术，例如，影儿i s m a n ( t r a c i n g a u t h o r s r i g h t sb yl a b e l i n gi m a g es e r v i c e sa n dm o n i t o r i n ga c c e s sn e t w o r k s ) 计划。t a l i s m a n 的目 标是为欧盟成员国的服务提供者提供一个标准版权保护机制，以保护数字化产品，防止大 规模商业盗版和非法拷贝。t a l i s m a n 与其产品是通过标记和水印方法得到一个视频序列 保护系统。o c t a l i s 的主要目标是建立一个全球范围的解决方法，通过它能够公平的进行 数据存取控制和进行有效的版权保护，并能在大规模试验系统( 如i n t e m e t 和e b u ( 欧洲 广播联盟) 网络等) 上证明其有效性。欧盟期望能使其成员国在数字作品电子交易方面达 成协议。其中的数字水印系统可对数字作品的复制品进行探测追踪，在数字作品转让之前， 作品创作者可以嵌入创作标识水印信息；作品转让后，媒体发行者对存储在服务器中的作 4 北京邮电人学硕一l ：学位论文抗打印手j 描数字水印算法设计j 研究 品可加入发行者标志；出售作品拷贝时还要加入销售标志。而具体提供商品化数字水印软 件的公司的主要有：( 1 ) d i g i m a r c 公司( h t t p 1 w w w d i g i m a r c c o m ) ；( 2 ) a l i r o o 有限公司( h t t p ： w w w a l i r o o c o m ) ；( 3 ) s i g n u m 技术公司( h t t p ：w w w s i g n u m t e c h t o n i ) ；( 4 ) m e d i a s e c 技术 公司( h t t p ：w w w m e d i a s e c c o r n ) ( 5 ) a l p h a 技术公司( h t t p ：w w w g e n e r a t i o n n e t ) 。将数 字水印技术应用于数字印刷作品的研究中也就有广泛的应用前景，也得到了国内外学者和 相关领域的广泛关注。上海阿须数码公司、四川联讯科技有限公司和北大方正集团印艺中 心等都是国内长期致力于将数字水印技术应用于实际的自主创新发展的公司。 1 3 数字水印的研究难点及选题意义 1 3 1 数字水印的研究难点 目前，数字水印技术的研究主要包括以下方面：数字水印隐藏容量分析的研究；设计 具有较好脆弱性的数字水印算法；数字水印的标准化研究；数字水印技术与其他信息安全 技术的集成应用研究，设计具有多种职能的多水印方案以及设计具有强鲁棒性的数字水印 算法并将其实用化等。 数字水印的容量分析的理论研究主要是解决在失真度量一定的情况下，计算特定数字 作品能嵌入信息的最大量，即理论上能嵌入信息量的最大值。设计具有较好性能的脆弱性 水印算法，在数字作品的完整性验证方面具有重大的意义。在数字作品中嵌入脆弱水印， 一旦数字作品被分发修改时，就能对数字作品是否被恶意修改准确判断和修改位置进行精 确地定位。数字水印的标准化问题，是数字水印实用化和市场化的关键基础。而目前，虽 有不同机构致力于数字水印标准化的研究，但尚无权威组织和机构提出和选定能被业界广 泛认可的数字水印标准。数字水印技术与其他安全技术的集成应用也是目前数字水印研究 的热点。由于数字水印在版权保护中的显著特征，将其应用现有的信息安全应用体系，例 如p k i ，d r m 等中，将进一步改善现有的信息安全应用，最终更好地实现信息安全职能。 强鲁棒性的数字水印算法的研究