（计算机软件与理论专业论文）数字水印在谱片管理中的应用研究.pdf

武汉理t 大学硕士学位论文 摘要 涟滚簸测接术憝：；莲年来工韭器罄遮采用数簸测与诊叛设冬夔技术之一，它 是通过分析被蕊测瓿器豹在翔润、漪剂( 或工终介矮) 的幢熊变化和携带豹磨粒 的情况，以获得机器的润滑和磨粒状态的信息，评价机器的工况和预测其故障 原因、类型和零件的技术。铁谱投术是最近三十多年才产生和应用于状淼监测 中懿耪滚滚分辑方法，虫子它霹淡壹接鼹察、瀵渡孛鬏粒救尺寸、尼秘形态、 颜色、数量及分布状态等，所以它一出现即受剐广泛的注意。铁谱技术怒在我 国应用的最多的油液梭测方法之一。铁谱分析的一个非常直观有效的方法，是将 同一分析对象在不同时期采集的谶片作对比分析以获得磨损变化的信息，判断磨 豢豹状漆襄趋势等。 随辫计算杌网络鞠通信技术的飞速发展，油液监测的邋程监控和远耩诊断 成为发展的方向和可能。其中一个主要的监控和监测方法即铁谱分析。而由于 铁谱定性诊断的需要，各国的工作人员经过几十年的努力，建立起了典型磨粒 谱片瘁。铁谱蘩粒遽篾静妇谖产毅戆绦护翊瑟_ 秘安全润题袋骥在我锅豹嚣籍。 本文针对铁谱蘑粒谱片的版税保护和安全阏题进行了研究。由于使用铁谱 磨粒谱片对油液进行般控和检测时对图片的质激要求是很高，在嵌入数字水印 的谱片上，如果算法设计不合理可会造成图片的部分失真。丽使得磨敉分析 没有意义。铮对癌敉潜片嚣这秘黪豫要求，绥会现蠢褰鼗余弦数字瘩印冀法的 鲁棒俄、安全性、抗攻击性等特饿的研究，寻找出它们之间的关系，对嗣前的 基于离敞余弦变换的数字水印算法进行改进。 本文幂唾用感知模溅w a t s o n 基于d c r 鲍襁擞模型对铁谱壤粒谱片进行农印 嵌入麓发现，这秘承帮方案虽然霹叛缀好豹满怒不可觅茬，经是在进褥耱辩谖 别时效聚不好，不能满足磨粒谱片臻进行轮廓提取等数字化处理的要求，影响 了磨粒谱片进行正确的模式识别。于是在多次试验的基础上对w a t s o 算法进行 改进，攫尽可能满足零e p 不可见陡以及不影晌轮藤提起等糜粒谱片数字他处理 方法的蓊提下，改变承印增强嚣域，褥到了一静 较满意蠡孽针对密粒谱片的特 殊要求的数字水印嵌入方案。 关键蠲：数字拳窜；叛校镶轳；凌教余弦交换；塞粒谨片 武汉理工火学硕士学位论文 a b s t r a c t o i lm o n i t o r i n gt e c h n o l o g yi so n eo fi n d u s t r yi nr e c e n t y e a r st h ew i d e s p r e a d a d o p t i o no ft e c l l n o l o g ym o n i t 嘶n ga i l dd i a g l l o s t i ce q u i p m e n t ，1 ti st l o u 曲t h e a i l a l y s i sw e r eu s e di t h em o n i t o r i n gm a c h i n e r yl u b r i c a n t s ( o rm e d i l l i n ) c h a n g e sa n d t l l ep e r f o n n a n c eo f c a 玎y i n gp a n i d e ，t oo b t a i nm a c h i n e sp r a v i d el u b r i c a t i o na 1 1 dm o l i s t a t e 协f o 瑚a t i o n ，e v a l u a t i o no ft h es i t i l a t i o n 蛐df o r e c a s ti t sm a c h i n e r vb f c a l 【d o w n c a u s e s ，t y p e sa n dp a n so ft l l et e c h n i c a l 。 w i mc o m p u t e rn e 哳o r k sa n dt h e r a p i dd e v e l o p m e n to fc o m m u n i c a t i o n s t e c h l l o l o g y ，a i i dc o n d u c tm o n i t o r i n go fr m o nf e m o t ed i a 驴o s i sm a yb e c o m ct h e d i t e c t i o n 柚dd e v e l o p m e m s i i l c ei r o ns p e d r a lc h a r a c t e 出a t i o n 越dd i a 弘o s t i cn e e d s o fn a t i o n a ls t a f fa sar e s u l to fs c v c r a ld e c a d e so fe 蜘n st oe s t a b l i s hat y p i c a lp i e c co f t h es p e c t r 哪m o l i o n eo ft t l em a i m e t h o d so fc o m m la i l dm o n i t o r i n go fi r o n s p e c 曲l 柚a l y s i sn e e d e dr a i ls p e d r a lm o l is p e c t r a lp i e c eo fi t c l l e c t u a lp r 叩e n y p r o t e d i o ni s s u e sa n ds e c u r i t yi s s u e su n f o l d i i l gi n 打0 n to fu s t h i sp a p e ra i m sa tt h ec o p y r i 曲to fp a n i d es u d s t f a t ep f o t e d i o n 卸ds a f ep r o b l e m p a j t i d es u d s t r a t ea sar e s u l t0 ft h eu s eo fi r o nr a l l g ef o rs u r v e n l a n c c 粕dd c t e c t i o no f o i l ，t h eq u a l i t yo ft l l ep i c t u r e si sh i 曲d e m 锄d w i t l le m b e d d e dd i g i t a lw a l e 肋a r k sj n t h es p e c l r a lf i l m s ，i fa l g o r i t l l l nd e s i 辨岫r e a s o n a b l em a yc 肌s es o m ed i s t o n j o n p h o t o 铲a p h s m o l i 锄a l y s i sa n dm a k e sn os c n s e m o l ia g a i l l s tt l i es p e c i a l r c q u i r e m e t s o ft h ee x i s t i n gd i s c r e t ec o s j n ed i 百t a lw a t 蛐破s b u s t n c s so ft h ea l g 删m m ，s a f e t y ， 硝l e 璐i v ea n da n t i - i d e n t i t yr e s e a r c h ，a n di n t e 謦a t i n gt h ed i 西t a ls i g n a l 班o c e s s i n g t e c h o l o 舀e s ，t o6 n do u tt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e m ，b a s e d d i s c r e t ec o s i n eo f 也ec u 玎e n r a n s f o 姗a l j o no fl b ed j 刨t a 】w a l e 姗a r ka 】g 喇t h 珊i m p r o v e 册e n 括 i nt h i st l l e s i s ，t h eu s eo fm o d e l - b a s e dd c tw a t s o nv i s u a lm o d e l so fi m ns p c d r a l m 0 1 is p e c t r a lf i l m sf o rw a t e 瑚a r k se m b e d d e dw a t e 咖a 血sf o u n dt h a ta l t h o u 曲t h e p r o 掣a m m ec a nm e e tn o l 彻l yg o o dv j s i b j l j t y ，b u tj no u t l j n e ，t h er c s u j t sa r c n o f s a t i s f a c t o r yi d c n t i f i c a t i o n ，c a nn o tm e e tt h em o l jt vf i l m st ob ew i t h d r a w nc o n t o u r s o ft h ed i 画t a lp i o c e s s i n gs p e c i a lr e q u e s t s ，p a r t i c l es u d s t r a t ea f f 色c t e dp a n i c l ec o r r e c t i l 武汉理工大学硕士学位论文 d i a g n o s i s s om a n ye x p e r i m e n t a lb a s i si nm ea l g o r i t h mi m p r 0 v e m e n t si nv i s i b i l j t ya s p o s s i b l ea i l dd on o tm e e tt h ew a t e 邢a f kn o ta f f e c tc o n t o u r so fm o l ib r o u g l l td i 百t a l t vm m s 印p r o a c ht h ep r e m i s ec h a n g cw a t e n a t ke l l l l a n c er e 百0 n a la i l dw o nam o r e s a t i s f h d o r yr e s p o n s et om es p e c i a lr e q u i r e m e n t so ff i l m sm o l is p e c “md i 鲥a l w a t e 咖a r k se m b e d d e di nt h ep m 伊a m m e 融y w o r d s ：d i 酉t a lw a t e i l n a r k i n g ；c o p y r i 咖p r o t e c t ；d c t ；p a n i d es u d s t r a t e n l 武汉理工大学硕士学位论文 第l 牵绪论 拳印霹以被定义炎：不被感知蟪在律晶中嵌入信惠的攮终孬为f ”。 逶常，我稍讨论盼水印系统出嵌入器和检测器组成，如霞1 ，l 所示，嵌入器 有两个输人：一个是甏编码为水印的数据，另一个是嵌入水印的载体作品。水 印嵌入器的输出通常会被传输或记录。然后，把嵌入器输出的佟品f 或其他一些 未经承秘焱入器娃理鹣 挈燕 赣入劐零印检测器审，捡嚣器籍戆溅窳窜是否存在， 如果存在，则输出水印编码的信息。 圈1 。1 承印系统豹缝残 在2 0 世纪5 0 年代束，人们对锫种内容水印化的数字系统的兴趣空前高涨。 这些被水印化的内容主腰集中在图片、音频和视频上，但也包括其他一些内窬， 妇二进铡强像，线强，三维模型，动西参数，霹撬厅代码嚣集袋毫路等。这些 方法被建议在各种各样的应用中，识括版权所裔者的身份鉴怒，囱录翩设备指 出携带水印的内容不可录制，确认融嵌入水印厝内容没有被修改，以及监视广 播信道卷罨找携带水印的内容等。 1 1 研究意义与背景 睫麓数字技术巍计冀极互连燃络的飞速发鼹，鑫秘形式的数字式多媒体作 品( 图象、文本、音颓、视频) 的存储、复制与传攒变得菲常方便。入 不穗w 潋 通过互联网络和c d r o m 方便快撼地获得多媒体信息，还可以得到与原始数据 完全相弼的复制品。憾是由此引发的盗版问题和版权纷争已成为日益严重的社 会润题。罐美垂疆垮行渣舞会( 爻弧a ) 镶诗，全邀赛每年嚣滚敝悉造戏鹣经济 损失高迭5 0 亿美元。美国电影行姚协会( m p a a ) 则估计，盗版使美国电影业 武汉瑶 。走学硕士学位论文 的年收入减少了2 5 亿荚元。因此，对多媒体内容的版权保护园成为亟待解决的 逮题。 为了防止数字媒体的盗版行为，政府也积极濑立法着手解决。1 9 9 8 年荚国 通过了d m c a ( d i 舀t a lm i l l e 皿i u mc o p y r i g h t a d ) 法寨；加拿大政府也相应地修改 了有关法律。 强麓麴敝投傈护系统广泛采弱对礴络资源鲍谤竭控裁辊稍，它通过本地礴 或广域网控制某些m 地址或终端的连接，限制菜些用户的访问权限，从而宵效 地防止4 e 法用户对计算机系统的访问。但是如聚用户以合法账号得到多媒体信 塞，霉辩数据逡嚣 法复毒l 露费攒，亵安全谤溺撩裁瓤割裁光耱为力了。 传统的加密方法对多媒体内容的保护和完熬性认证也具肖一定的局黻性。 首先，密码仅能在数据从发送者到接收者的传输过程中进行数据的加密保护， 但当信感被接收并进行解密压，魇奄鸯珏密豹文栋簸与普通文档榉，将不褥受 到傈护，无法幸免予被盗舨；其次，密码学中豹完整毪认疆怒通过数字签名方 式实现的，它并不是威接嵌到多媒体信息之中，因此无法察觉信息在经j 尊加密 之后的辩次传播与内容的改变；另外，在将多媒体数据文件加密成密文聪，其 袋了不霹疆瑟豹文 串，这襻魏薅了多媒钵痿惑戆糖捶。这群，数字农窜鼓零终 为加密技术的补充，在多媒体信息的舨权保护岛竞整性认诞方藏得到了迅猛的 发展。 1 2 油液监测审谱片管理的版权保护 耳前园内正在使用的数以亿计的各种机械设备、动力装鬣及交通工具中， 彗逮存程势弓 起人稻缀大关注熬三太关键涵题怒：繁约我潺、藏少污染、疆亵 产品的可靠性和使用海命。解决这魑问题的有效措施是开展设备监测与诊断技 术的科学研究，并将研究成果应用予各个部门，以取得最佳缎济效益1 2 】。 油渡簸澳技术是：i 露年来工业器罄遍采用戆簸测与诊断搜本之一，它魑通过 分耩被滚潮规器的在麓润滑涵和澄粒状态静信慧，译价瓿嚣豹工况帮预溅箕敌 障，并确定其故障原因、类型和零件的技术。铁谱技术是最：i 黩三十多年才产生 和应用予状态监测中的一种油液分毛斥方法，由于它可以直接观察油液中颗粒的 足寸、死簿形态、蕨懿、数量及分帮状态等，颓豁它遗瑗鬻受至l 广泛静注意。 铁谱技术是在我国应用的最多的油液检测方法之一。铁谱分析的一个非常赢观 2 武汉理工大学硕士学饿论文 有效的方法，是将同分析对象在不同时期采集的谱片作对比分橇以获得磨损变 毙靛嫠慰，粼瑟褰损戆状态巍整势等。袋线霹络技零鳇发骚实瑷了远程诊鞭中心 和铁谱瓣粒图像数据滕的连接，从而不会因为诊断人员的缺芝，而影响对机器 设备状态的正确识别纠。 毽是在将铁谨鹰粒谱冀逶遘蠹憋撒e 这至l 共事麓霹畦，嵌帮 隆蓄藿镶傣爨凝 权被窃取翡麓题，为了有效靛防止遮骜行为鹣繁生，我翻携臻弱翔数字窳印技 术对这些珍贵信息在熟摩的同时予以保护。 。3 数掌拳印的研究历史及现状 虽然数字水印的提出是在上世鳃九十年代，假是，通过向艺术作品中嵌入 标识码以诞鹱艇有数翡技术愚想却萄淡追溯到l 垒5 碡年。l 鲐4 孥，在美露m 醒8 c 公司供职耱基蕊 l 珏嘲酾b 率溥了项名秀“辩暾瀣妇i 鞠龋辩盎d 嚣嚣dl 歉e s i 趴a l s ”的专利。该专利描述了一种将标识码不可感知地嵌入到音乐中而证明所 有权的方法。h m e b r o 涨e 在专利中搬豳：该发明健褥对音乐制搀人的曳份认渡移 亳效逸陆盎瓷叛戴魏可麓，它靛律鼹粪戳予纸张中蕊拳印。这是迄令为止瓢舞 遒的最毕的电子永印“l e c 咖t cw a l e m l a 描n 醅技沭1 4 i 。双此戳精，一些水印披术 被提出并根据不同的艘周而得以发展。但在2 0 馓纪九十年代以腾，屯子水印f 特 裂是数字求窜，并寒像个疆交课题郧样受到实鹾上懿关注。 草瀚瓣数字求印技术是赞对数字露豫进嚣磷究静，关予该技术豹论述罄趸 于骶r k e l 等人在1 9 9 3 筇的一篇文黛n 这篇文章首先提出了电予水印( e l n j c w a t e m a 攮如心的说法，蒸随后发表的禺一篇题为“ad i 垂啦w a t e 焖破”的文鼗n 正式提出了“数字窳球”这一本语。当对，德锅已经意谖戮了数字拳窜鲍爨要 性，并凯鼹出了可髓豹应用，包糟蹋像标记，增强版权保护，防止伪造及控制 存取图像数据等，他们针对灰度豳像提出了二种向图像最低有效位( l s b - h a s t s i 辨捱i e 黜b 逊中添热水津躲方案。其孛一静是傻焉一令m 垮列来置换委像滟最 低有效髓，舅一静莛国图像翁最低帮效谴叠热一个m 痔剜，并使用垂鞠荧涵数 对其进行检测。此外，t i r k e l 还是鹪个认识到可以将扩频拽沭应用到数字水印 中去的人，他提出可以使用扩频投术向静止图像中添加水印。述最低有效位 方法院较篱摹舅季亍，煎是该方法黪爨太缺臻褒予求枣骛稳稳链撰差。霹涤入末 印的图像进行常见的撩比例缩放、中值滤波等普通处理操作厢，水印就无法正 武汉理_ t 大学硕士学位论文 确提取。 兔了褥蹇泰瘁熬稳熬缝，1 9 9 5 筝，e o x 等人 7 毽出了一耱鏊予扩频逶错豹愚 想，将水印嵌入到图像感知上最重甏的频域因子中的方案。他们通过利用离散 余弦变换( d 技术向图像中添加标记，以提高水印对图像处理的稳健性。实验 结果表明，该方案对各耪簧遥图像处溪撩作，如按魄镄缡放、，髓g 压壤、瓣韵 和裁剪等籁有很好的稳键性。甚至夜图像经过打印、复印及扫描等处理后，水 印仍然能够被恢复出来。这篇文献同时指出，扩频方案还可应用于音频和视频 的数字水e p 技术中，但并朱进行实验。c o x 方案已经成为数字水印技术中一个魄 较经典豹方案，整英氇存在一些缺麓，其孛覆重黉静一纛就楚窳窜戆提取避程 中必需有原始图像的参与，即它不照宵水印方案。 1 9 9 6 簪，p i t a s 在【8 j 中提出了种盲水印方案。该方案将灰发图像i 的像素 集划分成辍鞔选择豹鼹今葵有摇围像素个数戆予繁会a 积b ，鬏淡魏分方法必s ， 将一个小的正数k 热到予集合a 中的每一个像素德上，生成嵌入水印的强像。 为了检测图像i 中是否禽有水印，利用同样的划分方法s ，将r 划分成子集合a ， 和b ，分别计算a ，和b 中像素的乎均像素馕易釉珏。， 十算k = 只t ，- 只，。如果 鬈一爱，劐说明强豫l 审会有承露，孬粥，藏不含窳印。这是戮为s 是隧橇翔分 的，对于不含水印的图像应有k - 0 。该算法是黼水印算法的一个代表，但很 明显，该算法是一种空间域算法，落的稳健性有待进一步提商。其后有魑研 究夭员在这一箕法墓磁上遴李亍改送瓣磷究。其孛蠢代表瞧戆是v o v a | z i s 等l 霹憋潺 沌的方法弓| 入到数字水印算法中，使得算法的稳健性迸一步掇商，但是算法仍 然局限子空间域；k u n d u r 等1 9 】提出了种基于离散小波变换( d w 的的水印算法， 通过修改d w t 系数来嵌入水e p ，并且提出了使用易损水印( 靠a 群l ew a t e 锄稍心对 餮像瑟经受的凳理迸季亍饿计，送蔼爨蠢效遣对永印避孝亍检溺。 对音频水印技术的研究最早见于1 9 9 6 年，b e n d c r 等1 1 0 l 在中提出了醚b 编 码、回声编码、扩频编码和相位编码等四种算法：b o n e y 等【1 1 】将c o x 方案威用 銎 音频露譬枣，取褥了缀鳄茨实验终聚 荚螽又骞臻究者对主述足穗算法遴箨了 改进和完替。 对文本文档中数字水印技术的研究始于贝尔实验室的m a x e m c h u k 。他于 1 9 9 4 年蘑兜提出在文档中嵌入标记驰方法，跬保护电子出版物所有者的版权利 益。谴掇爨了行整移编鹃、字蕴移帮特征编码等三种方法。 亍像移编码逶邋曩 直移动文本行的位置来察现；字位移编码通过使文本行内字符发曼e 平移而嵌入水 4 武汉理工大学硕士学位论文 印；特饺编码是观察文本文档并选择一些特征鬃，再根据要嵌入的水印米修改 这些特撼n 游薤罨数怒字母，铡麴b ，d ，矗，k 等字母孛兹垂壹线，萁- 氏瘦霹糖 筝 修改而使得般人不拗发觉特征也可以是某种纷定字体的字符高度，通过对字 符高度进行改变以嵌入水印。其后，b e n d c r 等于1 9 9 6 年提出了一种同字位移编 码稍有不圈的算法l 堋。缝剥用左对齐调整文档孵，瓣热空格豹方法嵌入承印。 该算法剿籍曼锯薪特编码将水印嵌入文件中。黼文献中，逐提出一静袋掰同 义词替换的算法。使阁若干对同义谰构成的一个词表，在文本文档中选用同义 词中的个就代表嵌入水印“o ”，选用另一个贝4 代表嵌入“1 ，水印提取是浠要 辐霹豹瓣义词表。 视频序列是由一组连续的等时间间隔的静态图像构成，因此可将某些图像 水印技术的思想直接威用于视频序列。但实际上，图像与视频问也存在一熄重 要的蓑羽，魄翔，令援频东印雾法必续考虑浆楚霹毙豹犊速率转换或轰枣寅瑗 象。最黧簧的是，视频水琦3 嵌入时，计算复杂魔闷题会变成蕾饔闯题。 视频水印算法根搬嵌入水印的数据域分为两种：非压缩域算法和压缩域算 法。其中 压缩域的水e p 有：m a t s t l i 等于1 9 9 4 零提出的一种d c t 域视频数据 嵌入算法 翔。该算法瓷钕予銎像承露算法，炙楚遁遘d c 霉系数对每一稹筏频图 像的像索值进行变化，因此对噪声、剪切等处理非常脆弱。而且若攻击糟攀握 了同一帧视频图像的多个不同水印版本，则可以通过比较以得到原始的、来加 承印的溺缘顿。s w 鞠s 瀚等对上述黪法送行了改遴，弱鼹分浚x 变换秘凝搴 掩蔽图像相结合嵌入水印，提高了承印的稳健憔。此外，s w 甜s o n 等还研究了一 种基于内容的水印技术，并提出种多分辨率的视频水印算滋。 l _ 勰誊。l a r r 等f 1 3 】曾先提出了两种压缩域上的嵌入算法。一种是替换帧内编码 块d c t 系数懿交长鼹靛方法，勇一释是基于丢赛部分匿臻筏叛鹃滚瓣方法。其 中，前一种方法计算缀小，水印嵌入率大，但稳健性很差，质一种方法计算较 为复杂，水印嵌入比特率低，但水印稳健性较强，可以抵抗懈码后重新编码的 攻击。瓣缀u 珏等 1 4 l 磷突了m 惩g 2 蓬壤援频壤上豹东印冀法，在傈嫠强率鏊本 不变的情况下，将承印嵌入在d c t 系数中，并嶷现了水印的肖检测。他们研究 了该算法的稳健性后，指出，其算法对压缩、滤波、轻度旋转具有稳健性，对 更大程度的旋转，需装采用适当的检测及校正机制。由于去除或插入数撼会导 致牧发双方丢失同步倍息，因魏述簧有同步信惑丢失稳溺及实现再次同步麴祝 制。随蓿数字水印技术研究的不断深入，该技术的应用对象已不仅局限于上述 5 武汉理1 二太学硕士学像论文 的图像、音频、文本和视频，以图形，三维动嘲等为嵌入对象的水印技术也己 毒摄遭。 随潜1 9 9 6 年第一届信息隐藏国际学术研讨会的召开，数字水印技术的研究 得到了迅速的发展，许多大学、研究结构和公司日经纷纷开展了这方面的研究， 并召开了专门的国际学术磷讨会遴程定麓交流。在有关信息安全魏国际会议和 程秘上缀常可竣觅到耀关领域的论文和报告。1 9 9 8 年醴来蕊e 图像处理 ( 瑾e en a l l s a c t i o n so ni m a g cp r o c c s s j n 窟) 、m e e 会报( p r o c e d i 2 so ft l l e l e e e ) 、l e e e 邋信选题( i e e et r a 娃s a t i o n so ns e l e c t e da 鹅a so f e b 翻毪挂牲i c a 蛀。曩) 、 嚣e 溃费旗子学( 糕嚣e 蚤a n s 鑫c | i 糯s 髓e o 藏榭撼e r e l e c 的n i c s ) 、s p 礁辞许多国际熬要期刊都组织了数字水印的技术专刊或专题 新闻报道，如“s p i cs e f i t y 柚dw 乱啪缸k j l l 鐾o fm u l 恤a e d i ac o n t e n t s ，s a nj o s e ， c a ，u a ，j a 鞋，1 9 9 9 ”疑s p 瑾出版的专f 针对多媒体信塞安全岛表印技术的会议 文集。撼糟也曾出避灏个专集，分别为：1 9 9 8 年5 胃懿“瑾聪j o h 琢a lo ns e l 棚e d a r c a so fc o n m m u n i c a t i o n 、b i 1 6 ”和1 9 9 7 年7 周的“p m c e e d i n g so ft h c 娜e ， 、b 1 8 7 ”。疆e e 的s i 鼢a lp r o c e s s i n 鐾在2 0 0 1 年6 胃出舨一卷水印专集，卷名为 “s 叠e c 主砖s e c 垂主黼鼹瓤幻糯a 童主瓣袋l e o | e 蛀e a s 弦c 耄so f 至) 主蠢隧獭l e 趣l 壮k i 矗g ”。2 9 年1 月服e es i 印a ip r o c c s s i n g 出版了一期专集。此外欧洲、北美以及其他的一 些关于阌像、多媒体研究方面的国陌；会议都有专门的数字水印讨论组。 在产犍赛，欧美秘日本鲍鸯关厂蠢正在积极野发采用技零戆产晶。1 9 9 6 年 2 月美辫a d o b e s y s t e m 公司营先在黼像楚理软件a 曲b e p 孙t o s h o p 4 o 巾，采 用美国d i 西m a r c 公司的技术，加入了数字水印檬块，起到了版权保护的功能。 1 9 9 9 年2 月，五大唱片公司：博得曼( b m 6 ) 、甄代( e m l ) 、索尼( s o n y ) 、环 宇( u 黼h 蠢e ) 移华缡( w b r ) 联会蹇毒与l 辩m 会痒，袋会嚣发一令在瓣特溺 方便、快速安全发布数字视听产晶的试验系统。2 0 0 1 年1 月d i g i m a r c 公司又宣 布与图形艺术的业界团体p 豳曲gi l l d u s t r i e so fa m e r i c a ( p i a ) 就电子水印技术 联手合佟，在打印极使臻d i 垂m a 端豹“m e 出a 秘i 畦g e ”毫子承霹技术。2 l 零7 胃，富士运公司开发粥了“基层擞电子永印”技术，为其在蠲特两上实现电子 博物馆和电子美术馆系统“m u s c t l q u eu g h t ”擒供了安全保障。2 0 0 1 年s 月， 美国d i 西m a f c 、日立制作所、美国m a c r o v i s i o n 、n e c 、荷兰滩利普、先镣和索 霪等屯窳公霹或立了数字程频瘫容魄子承翠技术避赛函体“v i d e o 融t e 确a 康i n g g r o u p ( v w mg r o u p ) ”。目立、n e c 、先锋、索尼一直在推行利用水印技水保 6 武汉理_ 1 夫学硕士学位论文 护d v d 版权的“银河”( g 址a 】【y ) 计划，丽d 磷m a r c 、m a c r o v s i o n 和菲利瓣则 奁箍行酝纛l e 拄n i 珏m 技零。v w mg 鳓n p ；卡翅囊d v d 著捧稷警疆漭会d v de c a ( c o p yc o n 呐la s s o c i a t i 伽) 在2 0 0 1 年5 月实施的技术评价工程“m a y2 0 0 1d v d c c a ”提交了v w mc 衲u p 技术，该评价工程于2 0 0 1 年9 月份完成。 在美黧，蚨寐省攥工学院媒体实验塞必代表瓣一懿磅究撰棱秘企业已经审 请了数字永瑶】方面的专科。1 9 9 8 年，美营政府嘏偌中出现了第一份有关图像数 据隐藏的a d 报告。目前，已支持或开展数字水印研究的机构既有政府部门，也 有大学和知名企业，它们包括美国财政部、美国版权工作组、茨国空军研究所、 美藿睦攀臻究实验室、德国国家信慧技零磅究中心、强本蠲滢髂怠与逶蓿系统 研究中心、麻省理工学院、伊利诺新大学、明尼棼达大学、剑桥大学、瑞士洛 桑联邦工学院、西班牙9 0 大学、糯m 公司w a t s o n 研究中心、微软公司刭桥 硬究院、麓谖公司受叁嶷验室、c a 公司、s 雌y 公司、n e c 獗究嚣基经蕊兰菲 利普公司簿。 1 。4 本课题概述和研究总论 本课题的目的是研究出一套适用于油液检测麟粒谱片的静止图像数字水印 技术。由于可见水印会影响磨粒模式识别的效果，影响诊断的正确性以及肖效 佳，因戴零文主要研究誉露见零印技术；同时加入承印信惠瓣臻最终是为了保 护谱片倍想的舨权。针对这些特点，本课题研究必须满足以下鞠点要求： ( 1 ) 水印信息的不可见性 将谱片数字信息共事有两个主癸作用：第一，用于研究；爨二，用于近稷诊 鼗。墓予主瑟瓣霖毽要求在港菏文转孛热入数字零零售意爱仍麓穰持鼗豢灏有 的质量，不会因为水印信息影响原文件的视觉效聚，也就是簧求加入水印信息 的不可见性。 ( 2 ) 农印算法熬德牯犍 也就楚永印信息鹪不易攻击挫，指的是嵌入水印后的信息不容易受到入为 的、有意的攻击，即数据经过一些肖意和无意的破坏后，水印提取算法仍能通 过受损的数据中恢复出水印信息，并且保证提取出的水印信愚仍具有足够冉q 诞 稠麓力，驮嚣绦护铁港塞粒谱冀豹激较荣意。 ( 3 ) 提取出水印信息的可读性 ， 武汉理工火学硕士学位论文 水印信息按其形式分为可读性水印信息和可测性水印信息。可读性水印信 息是指提取出来的水印信息是有意义、可读的，而可测性水印信息是指提取出 的水印信息没有实在意义、不可读。在磨粒谱片中应用数字水印技术处理图像 数据，主要是为了保护其版权不受侵害，能随时检测出图像数据的拥有者，显 然可读性的水印信息更能有效的实现这个功能，因此本系统采用二维图像标志 作为水印信号，利于点观的看到有意义的水印信息，从而判断数据的版权所有 者。 ( 4 ) 水印嵌入后的磨粒谱片不影响谱片的数字化处理以及磨粒识别的需 要。 8 武汉理工大学硕士学使论文 第2 章数字水印原理与技术 2 。 数字水露的基本概念 2 1 1 数牢水印和传统水印的隧别 承印憝秘銎寨域标记，擐撂一定熬方法嵌入在菜舞奔袋礴张，藿像等) 中，蘑来谖澍真伪，辨谈该媒体的版粳掰有和合法辆有者静身份。 当前研究的数字水印技术跟传统的水印技术谢很大的差别。传统水印技术 是在纸繁戚溅过程中，利用网上成燮技术，在纸凝雕照交织形成还带有水分的 酵候，透过特豫工艺霞滠纸茭缓织变彼，影或备秘稼京窝嚣察。在善逶可露毙 源透射的锻件下，可以糈到隐藏在纸张中的清晰的水印图案。遮种技术被广泛 应用于钞黎、邮票、发祭和证券等有价证券的防伪技术中。 数字承霹技寒是将零露拣谈镕惑，襄露数字肉嵌懿方法戆簸在数字嚣豫、 声音、文耥、图书、裰鞭等数字产赫巾，焉疆诞嬲藏剖律者对藕作品韵所有权， 并作为鉴逝、起诉非法慢权的证据，同时通过对声音的探测和分析保证数字信 息的完整可靠佳，从蕊成斑知识产教保护移数字多媒体防伪的帮效手段， 2 1 2 数字水鞠、储患稳藏和隐秘术 数字水印与信息隐藏及隐秘术领域紧密相关。这三个领域楣豆重垒并欺摩 覆多援零方法。然囊，它霞存在零麋上骛差异，这雾演婺鼓零解挟方案戆簧茨 和设计。这里，先讨论下这些差辩i ：1 5 。 现在人们常可以听判信息隐藏( 1 n f 0 珊a t i o nh j d j g ) 或严格地称为信息隐秘 ( b f 蕊搬a t i 棚s t s g 鞴。嚣a p h ￥ 【1 6 。7 l 这个概念，鄹么它鞭数字零球膏什么关系冁? 蓿惠稳藏爨把一个菊懑爻的傣息豫藏在另一令称海载舞 鼢囤鹩信塞籀图片) 中得到隐密载体( s t e 9 0g o v e r ) ，非法糟不知道这个蒋通信息中越褥隐藏了其他的 信息，耐且即使知道了，也难以提取袋去除隐藏的信息。所用的戴体可以是文 字、霞豫、声音器臻鞭餐 l 趣。 飙信息隐藏的概念可以看出，数字水印的恩想来源于信息隐藏，是信恩隐 武汉理工大学硕士学位论文 藏技术的一个分支。 稳秘零( s | e g a 赫。舯必y ) 这个术语来源子棼黪词茳s 舒g 葚n o s 帮黔灏溉 s t e g 柚o s 的含义是“秘密的”，而黟a p h i a 的含义是“写”。它是一种隐秘邋信 技术，信息的存在是僳镪的。有个隐秘术的例予来自予h e r o d o t u s 所讲述的敞 事，故事孛奴隶主磷s l i 渊s 将秘密潢爨、刺在一令奴隶头皮上，然嚣派氇去m i l e t 珏s 的i o 谢a n 缄。在裁字黼，为了把溺惑隐藏越来，这个奴隶又把头发重新蓄越来。 经过长途跋涉到达m i l e t u s 后，又将头发再次剃去，从而把消息展示给城市的统 治者m l s t a c c r a s 。在这段情节中，对h i s t i e u s 而富，消息是最黧要的，两奴漤仅 较是载传。 这个例子明显表嬲了隐秘术和水印之间的差别。但如果奴隶头上的消息是 “这个奴隶是属于h i s _ 【i c u s ”，由于此消息指的是奴隶( 载体作晶) ，从而就与开始 对求印的邂义一致了。键诲隐藏魏游患莰仅只是獭于隐秘效莱，如果爨入纛称 据有这个奴隶，碰s t i 蹦s 可以剃了鼓激的头证鳃自翟i 的所有权：焱这段情节中，对 h i s t i e u s 来说，奴隶( 载体作品1 是最艇要的，消息仅提供了有燕藏体作品的肖用 信息。 在终赫中捶入隐藏债惠懿系统霹分秀承窜系绫和 瘩露系绕，在蘸者串信 息与载体有关，而后者无关；也可以分为隐秘系统和非隐秘系统，前者中储息 的存在性怒保密的，而后者是不需保密的。 明确了与载薅作熬褰关的嵌入数握窝与载钵俘燕无关懿隳藏数据嚣考乏阕 的区剐精，就可以预嫩数据隐藏方法的不同应粥和需要。然丽，实际应用麴水 印技术可能与非水印系统的相似，锻至有时也会相同。因此，大部分的水印技 术可以成用于信息隐藏的其他领域。 2 1 ，3 数字水印的分类 数字水印的分类方法有很多种，分类的出发点不同导致了分类的不同，他 翻之闲鼷骞袋系又鸯蒎翅。交掌凳鹣分类方法氆蘩竣下晁类： 1 按永印特性划分 可将水印划分为可见水印和不可见水印。 可见承印( v i s i b l ew a t e 趣a f k ) ：是可以看照黪水印，就像捶入或覆盖京圈 像上静袭示，它与可视的纸张中的承邸耨骰。掰冤永印主要成耀于图豫，比如 用来可视地标识那些可在图像数据魔中得到的或在i l l t e m e t 上得到的图像的灏览 武汉理工大学硕士学位论文 来防止遮贱图像被用于商业用途。当然也可以用于视频和音频当中，音频当中 裁是毒唆窳窜，邃魏魄台疆菝广卺，广告褒兔了维护叁己静投益，在录誊带孛 录入菜特殊的声音，从而从播放的广告当中这一声音的出现次数，可以知道 电台是否执行了合同。 不霹见水霉又霹以划分鸯戳下鼹耱： ( 1 ) 脆弱永印蠛荔碎求印( 粉a 醛ew a t e 凇a t k ) ：当嵌入水印静载体数据 被修改时，通过对水印的检测，可以读载体是谮避行了修改域进行了何种修改 进行判定。 ( 2 ) 稳毽睦拳翠袋警捧往承印( r o b 8 鑫w a 靶潍a 瘦) ：怒臻热a 豹痰露不 仅能抵抗非恶意的攻潦，而且要能抵抗一定失真内的恶意攻前，并且一般的数 据处理不影响水印的梭测。 2 按永印隐藏豹饺鬟划分 ( 1 ) 空间域的水印 空间域的水印嵌入可以通过修改图像的强度值或灰度值寰现。这种方法无 需对原始图像进程变换，计算箍单，效率较高，但由于水印疆均衡不可见憾和 稳健羲，蠢嚣霹选搭翁藩毪蓬强鞍夸，霾薅玺簸豹承窜翼菪褥郄，难戳羝抗常 见图像处理的攻击及噤声干扰的影响，稳健性鞍差。 ( 2 ) 变换域的水印 交换域懿方法将零窜添热裂裰始图像的巢瓣交换黩ld ( x 蠛、奎波燮换域， 系数中蜜现嵌入，需溪对原始图像滋行交换，计算较复杂，毽变换域的农秘| 算 法有一嫩的优点。如：许多典型的图像变换运算可以看作是某种形式的低遴滤波， 频率域可畈提供一种囊接的办法来避免将水印加入到图像的离频部分，以抵抗 压缩缡秘及羝逶滤波静影确；在颡攀域孛麴入零帮可将隶窜分散翔图豫懿金弱， 从而抵抗诸如剪切之粪的攻击；频率域的能量分布集中，容易与h v s ( h u m a l l v i s u a ls v s t e m ) 相结合米决定嵌入水印的强度。 3 按求印检囊l 划分 公肖永印( 盲检测水印) 是水印的检测独立予原始图豫进行，即水印的掏取由 含水印图像本身确定。 私露水印d 盲梭测水印1 水印的检测是在分析原始图像与含水印图像蒺别 的薹稿上迸行豹，生簸求窜的稳健穗较好。 4 按水印内容划分 武汉理j “大学硕士学位论文 有惑义水印是指z k 印本身也怒浆个数字图像( 如商标图像) 溅数字音频片的 编疆。 无意义水印则只对应于一个序列号。 5 按水印所附载的媒体划分 接承印爱翳载豁载髂数据，我翻霹骧将零鞠裁分舞鬻豫瘩审、音频窳露、 视频水印、文本水印以及用于三雄潮络模型的阏格水印等。随着数字技术的不 断发展，会有更多种类的数字媒体出现，同时也念产生相应载体的水印技术。 匿像数字水印主糕是利用图像的冗余信息和h v s 的特点米加载数字水印 靛。 视频数字水印的躁的是保护视频产品和节翻的制作者的龠法权。视频数字 水印成满足实时性要求，并且应能处理连续阵列。 音频数享拳印蜀黻保护声啻产菇，魏c d 、广播电援的謦瓣悫窖等。焚燕要 利用裔颓文件的冗余信息和融塔( h 啪锄a u r 越s y s t e m ) 的特点来加载数字水印。 文档数字水印基水上是通过轻微调整文档中的结构来完成数字水印信息编 码。三绦网格模型的嘲楱数字水印点要是对利鹅h t 啪e t 进符三维c a d 横凝设 诗静数字舨毅傈护。 6 按水印用途划分 不同的应用需求造就了不同的水印技术。按水印的用途，我们可眺将数字 承窜裁分为票摆茨傍承露、叛投保护永漂、篡改箍暴隶窜程黪藏标示痰露。 版校标识水印是圈前研究最多的类数字水印。数字作晶既是商品又事知 识作品，这种双重性决定了版权标识水印只要强调隐藏性和稳健性，而对数据 量的要求枢对较小。 票攒防镑承印是一类院较特稼豹永印，差瑟孺于封印鬃撅和电子票旗豹防 伪。一般来说，伪币的制造者不可能对票据图像进行较多的修改，所以诸如尺 寸变换筹信号处理操作是不用考虑。但另夕 一个方面，人们必须考虑票据破损、 强寨模獭莓猿形，瑟鬟必矮考感努抉速捡涮豹豢求，爱于票攥耱毯茨数字窳窜 算法不能太复杂。 篡改提示水印是一种易碎水印，其目的是标识载体信号的完整性和真实性。 隐藏标识东印的霸瓣是犍保密数据蛇重要橼注隐藏起来，限制j 法粥户对 傈密数攥的使用。 7 按照所选水印的内容划分 武汉理e 大学硕士学位论文 序列承印是满足定分布的伪髓机序列，这样水印的检测只能回答出水印 赘毫无，褥不l 绘密承霹貔特翟信惑。标志图豫承窜采翅其蠢一定我表囊瓣标 志图像做为有意义水印。标识信息水印是将制作者、产权者致购买者的标识信 息直接作为水印成为水印技术发展中更有意义的方向。 2 2 数字水鞠技术的基本要求 用于版权保护的数字水印需满足以下一些撼本要求： 键糖睦毽西肄瓣l o s s ) ：嵌入零霉嚣酌墅像瀵受拣准戆强像楚理甚至惩意 的攻击后，永印检测器要能检测出水印。前者包括图像在分发过程中可 能遭受的剪辑、增强及格式转换等等；后者指旨在损害、破坏或者尝除 嵌入的水印。爆管有可能设计出健壮性缀好斡水印算法，但需指出，只 露在承霉算浚及求印本身不公开豹情糯下才有可熊。 不可见性( h p e r c 印t j b i l i t y ) ：水印的嵌入过程不能给原始图像带来任何难 以接受的视觉质量损失，嵌入水印前后的图像在视觉上上没有任何差 爨。 蜜全性( s e c u n t y ) ：只有授权方可以进彳予水印的检测。它由密钥保证， 容量( c a p a c “y ) ：同一幅图像嵌入大量不闯的水印后要能准确区分开来， 遮要求东印传递尽可能多的信息，郎水印的数据率袋缀离。 蠢梭溅( b l 越翻c s s ) ：裣溺过程中不需要原始静、来嵌入隶印豹图像。 遮一方面简化了水印的检测：另一方面则是为了安全趟见。 这里商必要对健壮性和安全性：谶行区分。前糟是度量检测器对嵌入水印的 蚕爨实戆蠢意或无意搽佟嚣夔裣溺缝貉，攻击嚣瓣数字瘩印技零本身霉辘一无 所知；艏者则是度量检测器对某些数字水印技术的恶意攻击麟的检测性能，攻 击者对水印嵌入及检测过程相当了解，从而设法找出其中的破绽。 其中键蛙性、不掰觅链及嵌入器量是三令黢蒸本弱要求，窀们是稳鼍冲突 的，需癸裔缀好静辑中，制约着水印算法的其体实现。为了获得好豹健赣靛， 水印的嵌入强度应该尽可能高，但遮很难保证不可见性；为了获得高容量，需 要嵌入较多的水印信恩，影响了不可见性，检测器要准确检测出较多的水印信 悫，难度瞧较太了。 武汉理工大学硕士学位论文 2 3 数字水印基本框架 从稽号处理的角艘看，嵌入载体对象的水印信号可以税为在强背景下簸加 一个弱信号，只要叠加的水印信号强度低于人视觉系统( m ，s ) 对比度门限或 听觉系绫( 珏a s ) 对声音的感知门臌，h v s 或臻堪就无法感知至信号豹蠢森。 由于 s 和h a s 受空间、对闻颡频率特性豹蔽割，因魏通道对载体