溷沌数字水印技术的原理和发展状况

混沌数字水印技术的原理和发展状况 摘要 随着信息技术 特别是网络技术的发展与普及 信息的 传输 存储 发布等过程都面临着安全问题 版权保护问题和认证 问题等 而数字水印就是解决这些问题的一种有效的技术手段 关键词 数字水印 应用领域 发展前景 一 数字水印技术的概念 特性 一 数字水印技术的基本概念 数字水印技术是指用信号处理的方法 在数字化多媒体数据中 嵌人某些能证明版权归属或跟踪侵权行为的数字信息 如作者签名 日期 公司的商标或随机序列等 用以证明作者的版权 并可作为 解决版权冲突 起诉非法侵犯的证据 从而有效地保护作者的合法 利益 二 数字水印的特性 1 嵌人有效性 水印作品是输入到检测器后能检测出水印的作 品 根据此定义 水印系统的有效性是指嵌入器的输出被水印化的 概率 2 不可感知性 不可感知性是针对不可见水印而言的 该特性 要求经过嵌入算法加入水印处理后的产品 即使采用统计的方法也 不能提取或确定水印的存在 3 虚警率 虚警是指在实际不含水印的作品中检测出水印 虚 警率是指在给定的检测次数中 虚警发生的次数 4 鲁棒性 鲁棒性是指经过常规信号处理操作后 水印算法仍 1 能检测到水印的能力 5 安全性 安全性是指所采用水印的嵌入算法依赖于水印嵌入 时所使用的密钥 而不是依赖于对所采用算法的保密 6 易恢复性 这主要是针对一些实时性要求较强的用途 如视频 水印的验证等 提出的 只要拥有正确的水印算法和密钥 就能很容 易地从隐藏载体中提取出水印信息 而不必耗费大量时间做水印鉴 定 二 数字水印技术的数学原理 定义 1 对于矩阵有个标量 1 2 3 满足 NN N i iN 则称这一组为矩阵 唯一的特征值 0 i AI i A 定义 2 如果存在这样一个的向量 有 1N i V iii AVV 则称为 的与特征值对应的一个特征向量 一共有个特征向量 i VA i AN 定义 3 矩阵奇异值分解 矩阵的奇异值分解 Singular Value Decomposition 简称 SVD 是矩阵所固有的特征 设矩阵 m n AR 那么矩阵 的奇异值分解定义如下 rank Ar rn A 1 1212 1 00 00 r T T mnjjj j r m n AU D Vu uuv vvu v 其中 和是正交矩阵 其列 1 m n m UuuR 1 n n n VvvR 向量分别为和 U V 分别称为矩阵 A 的左奇异矩阵和右奇异矩 i u i v 阵 D 是对角阵 称作矩阵 的奇异值 此处是或 1 i ir A T AA 的特征值的正平方根 满足 T AA i 矩阵奇异值具有很好的稳 121 0 rrm 2 定性 当矩阵 A 有微小振动时 其奇异值的改变不会大于振动矩阵 的 2 范数 若矩阵奇异值经过归一化处理 则可实现奇异值的比 例不变性 另外 矩阵奇异值还具有旋转不变性 因此 奇异值能 有效地反映矩阵的特征 在图像处理中能表现图像的代数特性 矩 阵分解在一定程度上可以用来进行图像压缩 对于图像分解得到SVD 的奇异值矩阵 将其较小的一些对角元清为 0 再进行反变换 SVD 即可完成图像的有损压缩 方法的基本原理是将水印嵌入到图像矩阵的奇异值中 在水SVD 印的嵌人过程中对图像矩阵的奇异值分解 得到两个正交矩阵 m n A U 及一个对角阵 水印被叠加到矩阵上 对新产生的矩VS m n WR S 阵进行奇异值分解 得到 和 其中SW 1 U 1 S 1 V 11 1 T SWUSV 常数调节水印的叠加强度 然后将矩阵 和相乘 得0 U 1 S T V 到处理后的包含水印的图像 即如果矩阵 和分别表示原始图像A AW 矩阵和水印 那么通过以下的四个步骤得到水印图 V 1 将图像矩阵A进行奇异值分解 T AU SV 2 读取水印图像 将其迭加到对角阵上得到新矩阵WS SSW 3 将新矩阵进行奇异值分解 S 11 1 T SUSV 4 得到含水印的图像 1 T U SV A 在水印的检测过程中 如果给出矩阵 和可能损坏的水印图 1 US 1 V 像 那么通过简单的逆过程就可以提取出可能已经失真的水印 A 即 W 3 1 可能损坏的水印图像进行奇异值分解A 1 T AU SV 2 计算中间矩阵 11 1 T DUSV 3 获得水印图像 1 WDS 计算提取的水印与原水印的相似系数 作为二者的相似程度 相似 系数越接近 1 就越相似 三 数字水印技术的应用领域 数字水印技术作为一种有效的数字产品所有权保护技术 它有 着巨大的应用市场 数字水印技术主要应用于以下 5 个方面 1 数字作品的版权保护 2 电子商务的发展 3 商务交易中的票据防伪 4 音像数据的隐藏标识和篡改保护 5 数字指纹 五 数字水印技术的发展前景 数字水印的研究以计算机科学 密码学 通讯理论 算法设计 和信号处理等理论为基础 围绕数字水印技术需研究解决的关键问 题包括 具体应用中的水印选择与宿主容量估计 水印检测差错率 估计与快速检测算法 包含人眼视觉系统 人耳听觉系统特性利用 在内的水印系统模型等 如下几方面将可能成为未来数字水印技术 的主要发展方向 1 结合智能体技术 开发基于移动代理的数字水印追踪系统 2 面向电子商务 提供服务器端的完整性保护和客户端的数据 4 认证 3 建立水印认证中心 提供各种网上服务 4 开发基于数字水印技术的数字作品电子销售系统 提供完整 的安全与版权保护机制 5 为各种付费点播服务 提供基于流技术的数字水印产品 综上所述 数字水印技术将在未来的社会经济发展中发挥巨大 作用 并能产生可观的经济效益 目前的当务之急就是尽快发展自 主的核心软件和产品 使我国在加入 WTo 后 能够在相关技术的研 究 应用和产业化发展进程中立于不败之地 参考文献 1 陈青 王延平 数字水印 知识产权保护的新技术 j 中 国图像图形学报 1999 4 A 9 800 804 原始图像原始图像 水印水印 添加水印后的图像添加水印后的图像