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数字水印基本概念 数字水印基本概念1、 信息安全：利用技术手段保护信息的一门学科，它是信息技术领域的内容。2、 信息安全又包括加密技术和信息隐藏技术。 加密技术一种保护信息的常用方法，它包含两个元素：密文和密钥。密文对信息进行加密，密钥对信息进行解密。密文和密钥相同的叫做对称加密，密文和密钥不同的叫做非对称加密。对称加密中，密文不能公开，只有合法的用户才可以知道密文进行解密（比如QQ的登入系统）；非对称加密中，密文可以公开，但是密钥必须保密（比如QQ空间的保密系统）。加密技术中，信息的存在性可以公开（信息的内容是隐藏的），可以很好的对信息进行保护，而且加密算法越复杂，信息的保护性越强。但是，一旦密文被其他用户所窃取或解密，将失去对信息的保护作用。 信息隐藏 信息隐藏又可分为隐写术和水印技术。隐写术是不让除接收者之外的任何人知道信息的存在性（而不止是信息的内容不被人所知）的一门技巧与学科，被传递的信息通常被作品伪装保护起来，更正式一点说，就是隐写的信息是难以探测的，需要被隐蔽的信息看起来对载体作品的影响可以忽略，从而使得第三方既觉察不到秘密信息的存在,也不知道存在秘密信息，如古代的“飞鸽传书”就可以当作隐写术的一个例子。隐写术中，被保护的信息可以是任意的，作品通常只是充当载体的作用。如果被隐藏的信息是与作品本身是相关的，例如版权、防伪等，那么这种信息隐藏可以称为水印技术。水印技术是指以某种算法向作品（如图像、视频、音频等）中嵌入某些信息以达到对作品的真伪辨别、版权保护等功能。水印又可分为可见水印和不可见水印。可见水印是指嵌入的水印的存在性是可以被感知的，不可见水印是指水印是隐藏在作品中的，不可被感知。水印与其他技术相比，有如下三个重要的方面：一、不可见水印是不可感知的，与条形码不同，这种水印不会影响作品的美观性；二、水印和其嵌入的作品是密不可分的，当作品被显示或转化成其他文件格式时，水印一般不会被消除；三、水印将经历与作品完全相同的变换，这意味着通过查看水印可以获悉有关变换的一些情况。3、 一般的水印系统模型如下：载体作品F 噪声/攻击n水印检测器水印嵌入器 Fm Fmn 水印信息m F(观察到的载体作品) m（检测到的水印信息）4、 特定的水印系统性能，可以基于一些特性进行评价，如鲁棒性、有效性、保真度等。这些特性中，哪一个相对比较重要取决于系统是为哪方面应用设计的。 鲁棒性：指的是载水印的作品经过常规信号处理后，仍能检测到水印的能力。例如，广播系统里的作品的水印，必须具有很好的鲁棒性，以对抗由该信道引起的信号的畸变。当然，在有的应用中，鲁棒性可以是无关紧要的，甚至是不希望有的，这就涉及到水印的另一个方面脆弱水印，这种水印的特点是，任何信号处理的应用都会引起水印的丢失，它主要用来认证作品是否收到过篡改或攻击。 有效性：指的是嵌入器的输出被水印化的概率，换句话说就是，作品中嵌入水印后紧接可以检测到水印的概率。这意味着水印系统的有效性可能低于百分之百。如果要使水印系统的有效性达到百分之百，会使系统其他方面的特性付出非常高的代价。例如，对于保真度非常高的图像中，如果将水印有效性做到百分之百，会使图像引入很多的失真，所以，这时候必须降低水印系统的有效性。 保真度：指的是原始作品和载水印后的作品在感觉上的相似性。水印嵌入到作品中后，或多或少会引起作品的失真，对于质量要求非常高的作品，必须提高水印系统的保真度。例如，NTSC广播标准传输水印视频时，由于这些广播技术的质量相对较低，所以原始作品和水印作品的区别可能不会被察觉。但是，对于HDTV视频，质量要求非常，所以需要保真度高得多的水印。5、 可逆水印也叫无损水印，是指将水印嵌入到作品中再提取出水印后，作品可以完全无失真的恢复。与不可逆水印性比，可逆水印不会对原始载体造成任何伤害，因此作品中嵌入水印后，对保真度的要求一般也不如不可逆水印高。可逆水印系统的一般模型如下：作品F 噪声/攻击n 水印检测器水印嵌入器 F=F Fm Fmn m=m 水印信息m6、 可逆水印的应用无损压缩 假如有一段音乐，我们可以将其长度分为两段，一段看作载体作品，一段看作水印信息，将水印信息以可逆水印的思想嵌入到载体作品中，解压后音乐是无损的。如果我们可以在有限长度的作品中尽可能多的嵌入水印信息，那么将可以取得更高的压缩比。这为我们进行无损压缩提供了一种很好的思路。认证 对于作品，有时候我们需要认证其是否受到过攻击，这时候我们可以利用可逆水印的思想。认证系统一般模型如下：提取F特征值h作品F h 水印嵌入器 噪声/攻击n水印检测器Fh Fhn 提取F特征值h F h2比较器 h1该系统的思想是先提取作品F的特征值h，然后将特征值h以可逆水印的方式嵌入到作品F本身中，再从嵌入水印的作品中提取出水印h1和作品F。假如未受到过攻击，作品应该无任何变化,即F= F,这时候再对F提取特征值h2，将h1与h2送入比较器进行比较，那么应该有h1=h2；假如受到过攻击，那么F与F不相同，从而比较器应该判断出h1不等于h2。注：目前还有一种认证称为被动式认证，即没有加入任何水印信息的认证，例如随便拿一件作品来判断其是否收到过攻击或篡改等，因此，又将加入水印信息后的认证称为主动式认证。主动式认证一般来说较被动式认证简单，目前有很大的发展空间；被动式认证因其无专门提取的特征值嵌入，因此其认证过程相当复杂，目前研究的人较少。但是，被动式认证也可以作为水印认证中的一种，因为一个作品，只要产生，总有其独有的特性，比如一段声音，我们可以将产生它的声源（如钢琴、麦克风等）的特性，以及传输它的介质（如电网等）的特性，还有它在信道中受到的干扰噪声的特性当作水印信息来对声音进行认证。容错功能对于作品，有时候我们希望它受到攻击后可以恢复。这时候，我们可以将作品中的信息分散嵌入在作品中的其它位置上，从而对作品攻击处的信息进行记