數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

1、數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用上海大學(xué) 計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù) 蔡聞怡 指導(dǎo)教師：丁友東1 引言信息媒體的數(shù)字化為信息的存取提供了極大的便利性，同時(shí)也顯著提高了信息表達(dá)的效率和準(zhǔn)確性。特別是隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)的交換和傳輸變成了一個(gè)相對(duì)簡單的過程，人們借助于計(jì)算機(jī)、數(shù)字掃描儀、打印機(jī)等電子設(shè)備可以方便、迅速地將數(shù)字信息傳輸?shù)剿谕牡胤健ｋS之而來的副作用是這些數(shù)字形式的數(shù)據(jù)文件或作品使有惡意的個(gè)人和團(tuán)體有可能在沒有得到作品所有者的許可下拷貝和傳播有版權(quán)的內(nèi)容，例如，現(xiàn)代盜版者僅需輕點(diǎn)幾下鼠標(biāo)就可以獲得與原版一樣的復(fù)制品，并以此獲取暴利；而一些具有特殊意義的信息，如涉及司法訴訟、政府機(jī)要等信息，

2、則會(huì)遭到惡意攻擊和篡改偽造等等。這一系列數(shù)字化技術(shù)本身的可復(fù)制和廣泛傳播的特性所帶來的負(fù)面效應(yīng)，已成為信息產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展的一大障礙，目前，數(shù)字媒體的信息安全、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和認(rèn)證問題變得日益突出，且已成為數(shù)字世界中一個(gè)非常重要和緊迫的議題。密碼技術(shù)是信息安全技術(shù)領(lǐng)域的主要傳統(tǒng)技術(shù)之一，它是基于香農(nóng)信息論及密碼學(xué)理論的技術(shù)，現(xiàn)有的數(shù)字內(nèi)容的保護(hù)多采用加密的方法來完成，即首先將多媒體數(shù)據(jù)文件加密成密文后發(fā)布，使得其在傳遞過程中出現(xiàn)的非法攻擊者無法從密文獲取機(jī)要信息，從而達(dá)到版權(quán)保護(hù)和信息安全的目的。但這并不能完全解決問題：一方面加密后的文件因其不可理解性而妨礙多媒體信息的傳播；另一方面多媒體信息經(jīng)

3、過加密后容易引起攻擊者的好奇和注意，并有被破解的可能性，而且當(dāng)信息被接收并進(jìn)行解密后，所有加密的文檔就與普通文檔一樣，將不再受到保護(hù)，無法幸免于盜版。換言之，密碼學(xué)只能保護(hù)傳輸中的內(nèi)容，而內(nèi)容一旦解密就不再有保護(hù)作用了。因此，迫切需要一種替代技術(shù)或是對(duì)密碼學(xué)進(jìn)行補(bǔ)充的技術(shù)，它應(yīng)該甚至在內(nèi)容被解密后也能夠繼續(xù)保護(hù)內(nèi)容。這樣，人們提出了新興的信息隱藏的概念數(shù)字水印(digital watermarking)。數(shù)字水印技術(shù)是目前信息安全技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)新方向，是一種可以在開放網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下保護(hù)版權(quán)和認(rèn)證來源及完整性的新型技術(shù)，創(chuàng)作者的創(chuàng)作信息和個(gè)人標(biāo)志通過數(shù)字水印系統(tǒng)以人所不可感知的水印形式嵌入在多媒體中

4、，人們無法從表面上感知水印，只有專用的檢測器或計(jì)算機(jī)軟件才可以檢測出隱藏的數(shù)字水印。在多媒體中加入數(shù)字水印可以確立版權(quán)所有者、認(rèn)證多媒體來源的真實(shí)性、識(shí)別購買者、提供關(guān)于數(shù)字內(nèi)容的其它附加信息、確認(rèn)所有權(quán)認(rèn)證和跟蹤侵權(quán)行為。它在篡改鑒定、數(shù)據(jù)的分級(jí)訪問、數(shù)據(jù)跟蹤和檢測、商業(yè)和視頻廣播、Internet數(shù)字媒體的服務(wù)付費(fèi)、電子商務(wù)認(rèn)證鑒定等方面具有十分廣闊的應(yīng)用前景。自1993年以來，該技術(shù)已經(jīng)引起工業(yè)界的濃厚興趣，并日益成為國際上非?；钴S的研究領(lǐng)域。最初提出數(shù)字水印的目的是為了保護(hù)版權(quán)，然而隨著數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)了更多更廣的應(yīng)用，有許多是當(dāng)初人們所沒有預(yù)料到的。下面列出了七種已提出的

5、或?qū)嶋H的水印應(yīng)用：廣播監(jiān)控、所有者鑒別、所有權(quán)驗(yàn)證、操作跟蹤、內(nèi)容認(rèn)證、拷貝控制和設(shè)備控制。（1）廣播監(jiān)控：通過識(shí)別嵌入到作品中的水印來鑒別作品是何時(shí)何地被廣播的。（2）所有者鑒別：嵌入代表作品版權(quán)所有者身份的水印。（3）所有權(quán)驗(yàn)證：在發(fā)生所有權(quán)糾紛時(shí)，用水印來提供證據(jù)。（4）操作跟蹤：用水印來鑒別合法獲得內(nèi)容但非法重新發(fā)送內(nèi)容的人。（5）內(nèi)容認(rèn)證：將簽名信息嵌入到內(nèi)容中以待日后檢查內(nèi)容是否被篡改。（6）拷貝控制：使用水印來告知錄制設(shè)備不能錄制什么內(nèi)容。（7）設(shè)備控制：使用水印來制造設(shè)備，比如Digimarc公司的MediaBridge系統(tǒng)。數(shù)字水印技術(shù)還處于發(fā)展之中，上述七個(gè)方面也不可能包含

6、其所有可能的應(yīng)用領(lǐng)域，但可以看出數(shù)字水印技術(shù)未來的應(yīng)用市場將會(huì)更加廣闊，畢竟，它還是個(gè)方興未艾的領(lǐng)域。2 數(shù)字水印的基本理論21 定義和基本特點(diǎn)所謂數(shù)字水印是向多媒體數(shù)據(jù)（如圖像、聲音、視頻信號(hào)等）中添加某些數(shù)字信息以達(dá)到文件真?zhèn)舞b別、版權(quán)保護(hù)等功能，嵌入的水印信息隱藏于宿主文件中，不影響原始文件的可觀性和完整性。數(shù)字水印過程就是向被保護(hù)的數(shù)字對(duì)象（如靜止圖像、視頻、音頻等）嵌入某些能證明版權(quán)歸屬或跟蹤侵權(quán)行為的信息，可以是作者的序列號(hào)、公司標(biāo)志、有意義的文本等等。與水印相近或關(guān)系密切的概念有很多，從目前出現(xiàn)的文獻(xiàn)中看，已經(jīng)有諸如信息隱藏、信息偽裝、數(shù)字水印和數(shù)字指紋等概念。不同的應(yīng)用對(duì)數(shù)字水

7、印的要求不盡相同，一般認(rèn)為數(shù)字水印應(yīng)具有如下特點(diǎn)：·可證明性：水印應(yīng)能為受到版權(quán)保護(hù)的信息產(chǎn)品的歸屬提供完全可靠的證據(jù)。水印算法能夠?qū)⑺姓叩挠嘘P(guān)信息（如注冊(cè)的用戶號(hào)碼、產(chǎn)品標(biāo)志或有意義的文字等）嵌入到被保護(hù)的對(duì)象中，并在需要的時(shí)候?qū)⑦@些信息提取出來。水印可以用來判別對(duì)象是否受到保護(hù)，并能夠監(jiān)視被保護(hù)數(shù)據(jù)的傳播、真?zhèn)舞b別以及非法拷貝控制等。這實(shí)際上也是發(fā)展水印技術(shù)的基本動(dòng)力。·不可感知性：不可感知性是指視覺或聽覺上的不可感知性，即指因嵌入水印導(dǎo)致載體數(shù)據(jù)的變換對(duì)于觀察者的視覺或聽覺系統(tǒng)來講應(yīng)該是不可察覺的，最理想的情況是水印與原始載體在視覺上是一模一樣的，這是絕大多數(shù)水印算

8、法所應(yīng)達(dá)到的要求。·魯棒性：魯棒性是指水印應(yīng)該能夠承受大量的物理和幾何失真，包括有意的（如惡意攻擊）或無意的（如圖像壓縮、濾波、打印、掃描與復(fù)印、噪聲污染、尺寸變換等等）。顯然在經(jīng)過這些操作后，魯棒性的水印算法應(yīng)仍能從水印載體中提取出嵌入的水印或證明水印的存在。一個(gè)魯棒的水印應(yīng)做到若攻擊者試圖刪除水印將會(huì)導(dǎo)致水印載體的徹底破壞。由于水印特性的要求對(duì)應(yīng)用的依賴型很強(qiáng)，恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)準(zhǔn)則和具體的應(yīng)用有關(guān)。許多文獻(xiàn)中討論的數(shù)字水印可能不具備上述特點(diǎn)，或者只具備部分上述特點(diǎn)，這里我們討論更廣泛意義上的水印。 22 數(shù)字水印的分類隨著數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展，水印算法的分類方法繁多：·按水印的

9、特性，可分為魯棒水印和脆弱水印。魯棒水印主要用于在數(shù)字作品中標(biāo)識(shí)著作權(quán)信息，如作者、作品序號(hào)等，它要求嵌入的水印能夠經(jīng)受各種常用的編輯處理；脆弱數(shù)字水印主要用于完整性保護(hù)，與魯棒水印的要求相反，脆弱水印必須對(duì)信號(hào)的改動(dòng)很敏感，人們根據(jù)脆弱水印的狀態(tài)就可以判斷數(shù)據(jù)是否被篡改過。·按水印所附載的媒體，可分為圖像水印、音頻水印、視頻水印、文本水印以及用于三維網(wǎng)格模型的網(wǎng)格水印等。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，會(huì)有更多種類的數(shù)字媒體出現(xiàn)，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的水印技術(shù)。·按水印的檢測過程，可分為明文水印和盲水印。明文水印在檢測過程中需要原始數(shù)據(jù)，而盲水印的檢測只需要密鑰，不需要原始數(shù)據(jù)。一般來說

10、，明文水印的魯棒性比較強(qiáng)，但其應(yīng)用受到存儲(chǔ)成本的限制。目前學(xué)術(shù)界研究的數(shù)字水印大多數(shù)是盲水印。·按水印的內(nèi)容，可分為有意義水印和無意義水印。有意義水印是指水印本身也是某個(gè)數(shù)字圖像（如商標(biāo)圖像）或數(shù)字音頻片段的編碼；無意義水印則只對(duì)應(yīng)于一個(gè)序列號(hào)。有意義水印的優(yōu)勢在于，如果由于受到攻擊或其他原因致使解碼后的水印破損，人們?nèi)匀豢梢酝ㄟ^視覺觀察確認(rèn)是否有水印。但對(duì)于無意義水印來說，如果解碼后的水印序列有若干碼元錯(cuò)誤，則只能通過統(tǒng)計(jì)決策來確定信號(hào)中是否含有水印。·按水印的用途，可分為票據(jù)防偽水印、版權(quán)保護(hù)水印、篡改提示水印和隱蔽標(biāo)識(shí)水印。票據(jù)防偽水印是一類比較特殊的水印，主要用于打

11、印票據(jù)和電子票據(jù)的防偽。一般來說，偽幣的制造者不可能對(duì)票據(jù)圖像進(jìn)行過多的修改，所以，諸如尺度變換等信號(hào)編輯操作是不用考慮的。但另一方面，人們必須考慮票據(jù)破損、圖案模糊等情形，而且考慮到快速檢測的要求，用于票據(jù)防偽的數(shù)字水印算法不能太復(fù)雜。版權(quán)標(biāo)識(shí)水印是目前研究最多的一類數(shù)字水印。數(shù)字作品既是商品又是知識(shí)作品，這種雙重性決定了版權(quán)標(biāo)識(shí)水印主要強(qiáng)調(diào)隱蔽性和魯棒性，而對(duì)數(shù)據(jù)量的要求相對(duì)較小。篡改提示水印是一種脆弱水印，其目的是標(biāo)識(shí)宿主信號(hào)的完整性和真實(shí)性。隱蔽標(biāo)識(shí)水印的目的是將保密數(shù)據(jù)的重要標(biāo)注隱藏起來，限制非法用戶對(duì)保密數(shù)據(jù)的使用。·按數(shù)字水印的隱藏位置，可分為時(shí)（空）域數(shù)字水印、頻域數(shù)

12、字水印、時(shí)/頻域數(shù)字水印和時(shí)間/尺度域數(shù)字水印。時(shí)（空）域數(shù)字水印是直接在信號(hào)空間上疊加水印信息，而頻域數(shù)字水印、時(shí)/頻域數(shù)字水印和時(shí)間/尺度域數(shù)字水印則分別是在DCT變換域、時(shí)/ 頻變換域和小波變換域上隱藏水印。23 基本理論框架一個(gè)數(shù)字水印方案一般包括三個(gè)基本方面：水印的生成、水印的嵌入和水印的提取或檢測。數(shù)字水印技術(shù)實(shí)際上是通過對(duì)水印載體媒質(zhì)的分析、嵌入信息的預(yù)處理、信息嵌入點(diǎn)的選擇、嵌入方式的設(shè)計(jì)、嵌入調(diào)制的控制等幾個(gè)相關(guān)技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行合理優(yōu)化，尋求滿足不可感知性、安全可靠性、穩(wěn)健性等諸條件約束下的準(zhǔn)最優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。而作為水印信息的重要組成部分密鑰，則是每個(gè)設(shè)計(jì)方案的一個(gè)重要特色所在。往

13、往可以在信息預(yù)處理、嵌入點(diǎn)的選擇和調(diào)制控制等不同環(huán)節(jié)入手完成密鑰的嵌入。數(shù)字水印一般過程基本框架示意圖如圖1和圖2所示。水印生成算法（G）水印信息（W）原始載體數(shù)據(jù)（I）水印嵌入算法（E）加入水印后的數(shù)據(jù)（）私鑰/公鑰（K）圖1 水印嵌入的一般過程基本框架圖1展示了水印的嵌入過程。該系統(tǒng)的輸入是水印信息、原始載體數(shù)據(jù)和一個(gè)可選的私鑰/公鑰。其中水印信息可以是任何形式的數(shù)據(jù)，如隨機(jī)序列或偽隨機(jī)序列；字符或柵格；二值圖像、灰度圖像或彩色圖像；3D圖像等等。水印生成算法應(yīng)保證水印的唯一性、有效性、不可逆性等屬性。水印信息可由偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器生成，另外基于混沌的水印生成方法也具有很好的保密特性。密鑰可用

14、來加強(qiáng)安全性，以避免未授權(quán)的恢復(fù)和修復(fù)水印。所有的實(shí)用系統(tǒng)必須使用一個(gè)密鑰，有的甚至使用幾個(gè)密鑰的組合。 水印的嵌入算法很多，從總的來看可以分為空間域算法和變換域算法。具體算法將在后面詳細(xì)介紹。由圖1可以定義水印嵌入過程的通用公式： （1）其中表示嵌入水印后的數(shù)據(jù)（即水印載體數(shù)據(jù)），表示原始載體數(shù)據(jù)，表示水印集合，表示密鑰集合。這里密鑰是可選項(xiàng)，一般用于水印信號(hào)的再生。數(shù)字水?。╓）/原始數(shù)據(jù)（I）待檢測數(shù)據(jù)（）水印檢測算法（D）估計(jì)水印（）/相似度檢測（Sim）私鑰/公鑰（K）圖2 水印檢測的一般過程基本框架圖2是水印的檢測過程。由圖2可以定義水印檢測過程的通用公式為 有原始載體數(shù)據(jù)時(shí)： （

15、2） 有原始水印時(shí)： （3） 沒有原始信息時(shí)： （4）其中，表示估計(jì)水印， 為水印檢測算法，表示在傳輸過程中受到攻擊后的水印載體數(shù)據(jù)。檢測水印的手段可以分為兩種：一是在有原始信息的情況下，可以做嵌入信號(hào)的提取或相關(guān)性驗(yàn)證；二是在沒有原始信息情況下，必須對(duì)嵌入信息做全搜索或分布假設(shè)檢驗(yàn)等。24 數(shù)字水印嵌入算法數(shù)字水印技術(shù)的學(xué)科特點(diǎn)在于它橫跨圖像處理、多媒體技術(shù)、模式識(shí)別、密碼學(xué)、數(shù)字通信等多學(xué)科領(lǐng)域，以這些領(lǐng)域的算法、思想和概念為基礎(chǔ)。一個(gè)數(shù)字水印方案一般總是綜合利用這些領(lǐng)域的最新進(jìn)展，各學(xué)科的學(xué)者們也提出了不盡相同的算法。針對(duì)靜態(tài)圖象壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG1，在離散余弦變換基礎(chǔ)上植入數(shù)字水印的研究

16、成為熱點(diǎn)；針對(duì)目前流行的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)MPEG2、H. 263，Dittmann等3提出了兩種適用于空域和頻域的算法；1995年，Cox等4在傳統(tǒng)通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出了擴(kuò)頻水印的概念。這種方法較好地利用了人類視覺系統(tǒng)的特性，水印信息經(jīng)過一定的調(diào)制過程隱藏于數(shù)字圖象感知比較重要的頻譜部分，從而可以抵抗有損壓縮和其它數(shù)字圖象處理操作；Xia等5、Zeng6,7等做了基于離散小波變換的數(shù)字水印技術(shù)研究；Zhu等8在DWT技術(shù)上，從編碼角度做了一些研究；Pitas等9在統(tǒng)計(jì)學(xué)和混沌的基礎(chǔ)上，提出了一種新穎的算法；Wolfgang等10、schyndel等11在其定義的m-序列基礎(chǔ)上，提出了可以有效抵抗

17、線性和非線性濾波以及JPEG有損壓縮的數(shù)字水印植入算法；Qu等12以圖形著色問題為基礎(chǔ)，提出了兩種有趣的數(shù)字水印技術(shù)；Kankanhalli等13研究了基于圖象內(nèi)容的數(shù)字水印技術(shù)，這與計(jì)算機(jī)視覺的發(fā)展是密不可分的。此外，很多學(xué)者還提出了一些對(duì)數(shù)字水印進(jìn)行攻擊的方法，非常有助于魯棒性要求很高的數(shù)字水印技術(shù)的研究。下面采用按嵌入域的分類方法來具體的介紹一下數(shù)字水印各種方法的嵌入和檢測過程。241 空間域數(shù)字水印 較早的數(shù)字水印算法都是空間域上的，空域水印處理使用各種各樣的方法直接修改圖像的象素，將數(shù)字水印直接加載在數(shù)據(jù)上，現(xiàn)已提出了如下幾種較典型的空域數(shù)字水印方法。2411 最低有效位方法（Lea

18、st Significant Bit） 這是一種典型的空間域數(shù)據(jù)隱藏方法，L. F. Turner與R. G. Van Schynde等先后利用此方法將特定的標(biāo)記隱藏于數(shù)字音頻和數(shù)字圖像內(nèi)。以圖像數(shù)據(jù)而言，一幅圖像的每個(gè)象素是以多比特的方式構(gòu)成的，在灰度圖像中，每個(gè)象素通常為8位；在真彩色圖像(RGB方式)中，每個(gè)象素為24比特，其中RGB三色各為8位，每一位的取值為0或1。在數(shù)字圖像中，每個(gè)象素的各個(gè)位對(duì)圖像的貢獻(xiàn)是不同的。對(duì)于8位的灰度圖像，每個(gè)象素的數(shù)字可用公式表示為： （6）其中代表象素的第幾位，表示第位的取值，。這樣，我們把整個(gè)圖像分解為8個(gè)位平面，從LSB（最低有效位0）到MSB（

19、最高有效位7）。從位平面的分布來看，隨著位平面從低位到高位（即從位平面0到位平面7），位平面圖像的特征逐漸變得復(fù)雜，細(xì)節(jié)不斷增加。到了比較低的位平面時(shí)，單純從一幅位平面上已經(jīng)逐漸不能看出測試圖像的信息了。由于低位所代表的能量很少，改變低位對(duì)圖像的質(zhì)量沒有太大的影響。LSB方法正是利用這一點(diǎn)在圖像低位隱藏入水印信息。圖3圖11分別顯示了原始camera圖及其從高位到低位的八個(gè)位平面。在進(jìn)行數(shù)字圖像處理和圖像變換后，圖像的低位非常容易改變，攻擊者只需通過簡單地刪除圖像低位數(shù)據(jù)或者對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行某種簡單數(shù)學(xué)變換就可將空域LSB方法加入的水印信息濾除或破壞掉，因此同變換域的方法相比，這種水印算法的魯棒

20、性非常弱。盡管如此，由于LSB方法實(shí)現(xiàn)簡單，隱藏量比較大，以LSB思想為原型，產(chǎn)生了一些變形的LSB方法，目前互聯(lián)網(wǎng)上公開的圖像信息隱藏軟件大多使用這種方法。 圖3 原始camera圖（256級(jí)灰度） 圖4 位平面7 圖5 位平面6 圖6 位平面5 圖7 位平面4 圖8 位平面3 圖9 位平面2 圖10 位平面1 圖11 位平面02412 Patchwork方法及紋理塊映射編碼方法 這兩種方法都是Bender等人提出的。Patchwork法是一種基于統(tǒng)計(jì)的數(shù)字水印嵌入方法，這種算法不是像通常做法那樣把一個(gè)消息隱藏在偽裝載體中，而是簡單地回答下面的二元問題：“這個(gè)人是否知道在嵌入和提取一個(gè)水印時(shí)

21、所使用的密鑰？”在Patchwork算法中，一個(gè)密鑰用來初始化一個(gè)偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，而這個(gè)偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器將產(chǎn)生載體中放置水印的位置。Patchwork算法的基本思想是：在嵌入過程中，版權(quán)所有者根據(jù)密鑰偽隨機(jī)地選擇個(gè)象素對(duì)，然后通過下面的兩個(gè)公式更改這個(gè)象素對(duì)的亮度值： （7）這樣，版權(quán)所有者就對(duì)所有的加1和對(duì)所有的減1。在提取的過程中，也使用同樣的密鑰將在編碼過程中賦予水印的個(gè)象素對(duì)提取出來，并計(jì)算這樣一個(gè)和： （8）如果這個(gè)載體確實(shí)包含了一個(gè)水印，就可以預(yù)計(jì)這個(gè)和為，否則它將近似為零。這種提法是基于下面的統(tǒng)計(jì)假設(shè)的，如果我們?cè)谝粋€(gè)圖像里隨機(jī)地選取一些象素對(duì)，并且假設(shè)它們是獨(dú)立同分布的，那么有：

22、 （9）因此，只有知道這些修改位置的版權(quán)所有者才能夠得到一個(gè)近似值。Patchwork方法隱蔽性好，并且對(duì)JPEG壓縮、FIR濾波以及圖像剪切操作有一定的抵抗力，但該方法嵌入的信息量有限。為了嵌入更多的水印信息，可以將圖像分塊，然后對(duì)每一個(gè)圖像塊進(jìn)行嵌入操作。現(xiàn)在麻省理工學(xué)院的媒體實(shí)驗(yàn)室正在研究如何利用這種方法在彩色打印機(jī)、復(fù)印機(jī)輸出的圖像中加入水印，通過實(shí)時(shí)地從掃描票據(jù)中判斷水印的有無，快速辨識(shí)真?zhèn)巍?紋理塊映射編碼方法（Texture Block Coding）則是將數(shù)字信息隱藏于數(shù)字圖像的任意紋理部分，該算法對(duì)于濾波、壓縮和扭轉(zhuǎn)等操作具有抵抗能力，但僅適用于具有大量任意紋理區(qū)域的圖像，而

23、且尚不能完全自適應(yīng)。242 變換域數(shù)字水印 基于變換域的數(shù)字水印技術(shù)往往采用類似于擴(kuò)頻圖像的技術(shù)來隱藏水印信息。這類技術(shù)一般基于常用的圖像變換（基于局部或是全局的變換），這些變換包括離散余弦變換(DCT)、離散小波變換（DWT）、傅氏變換（DFT或FFT）、傅立葉梅林（Fourie-Mellin）變換以及哈達(dá)馬變換（Hadamard transform）等等。變換域水印算法就是利用相應(yīng)的變換方法（DCT、DWT、DFT等）將數(shù)字圖像的空間域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的頻域系數(shù)；其次，根據(jù)待隱藏的信息類型，對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)編碼或變形；再次，確定某種規(guī)則或算法，用待隱藏的信息的相應(yīng)數(shù)據(jù)去修改前面選定的頻域系數(shù)序列

24、；最后，將數(shù)字圖像的頻域系數(shù)經(jīng)相應(yīng)的反變換轉(zhuǎn)化為空間域數(shù)據(jù)。該類算法的隱藏和提取信息操作復(fù)雜，隱藏信息量不能很大，但抗攻擊能力強(qiáng)，很適合于數(shù)字作品版權(quán)保護(hù)的數(shù)字水印技術(shù)中。2421 DCT變換域方法基于分塊的DCT是常用的變換之一，在最早的基于分塊DCT的水印技術(shù)中，數(shù)字水印方案是由一個(gè)密鑰隨機(jī)地選擇圖像的一些分塊，在頻域的中頻上稍稍改變一個(gè)三元組以隱藏二進(jìn)制序列信息。選擇在中頻分量編碼是因?yàn)樵诟哳l編碼易于被各種信號(hào)處理方法所破壞，而在低頻編碼則由于人的視覺對(duì)低頻分量很敏感，對(duì)低頻分量的改變易于被察覺。該數(shù)字水印算法對(duì)有損壓縮和低通濾波是穩(wěn)健的。Cox等人提出了基于圖像全局變換的數(shù)字水印算法。

25、他們的重要貢獻(xiàn)是明確提出加載在圖像的視覺敏感部分的數(shù)字水印才能有較強(qiáng)的穩(wěn)健性。他們的水印方案是先對(duì)整個(gè)圖像進(jìn)行DCT，然后將水印加載到DCT域中幅值最大的前k個(gè)系數(shù)上（除去直流分量），通常為圖像的低頻分量。若DCT系數(shù)的前k個(gè)最大分量表示為，水印是服從高斯分布的隨機(jī)實(shí)數(shù)序列，那么水印的嵌入算法為，其中常數(shù)為尺度因子，用來控制水印添加的強(qiáng)度。然后用新的系數(shù)做反變換得到水印圖像。水印檢測函數(shù)則是分別計(jì)算原始載體圖像和水印載體圖像的離散余弦變換，并提取嵌入的水印，再做相關(guān)檢測，以確定水印的存在與否。該算法不僅在視覺上具有數(shù)字水印的不可察覺性，而且穩(wěn)健性非常好，可經(jīng)受有損JPEG壓縮、濾波、D/A和A

26、/D轉(zhuǎn)換及重量化等信號(hào)處理，也可經(jīng)受一般的幾何變換如剪切、縮放、平移及旋轉(zhuǎn)等操作。2422 DWT變換域方法DWT是一種時(shí)間尺度（時(shí)間頻率）信號(hào)的多分辨率分析方法，在時(shí)頻兩域都具有表征信號(hào)局部特征的能力。根據(jù)人類視覺系統(tǒng)的照度掩蔽特性和紋理掩蔽特性，將水印嵌入到圖像的紋理和邊緣等不易覺被察覺。相應(yīng)于圖象的小波變換域，圖像的紋理、邊緣等信息主要表現(xiàn)在HH、HL和LH細(xì)節(jié)子圖中一些有較大值的小波系數(shù)上。這樣我們可以通過修改這些細(xì)節(jié)子圖上的某些小波系數(shù)來嵌入水印信息。Deepa Kundur等提出了一種基于小波變換的私有水印和公開水印算法。前者將圖像和要嵌入的水印信息分別做小波分解，根據(jù)視覺特性進(jìn)行

27、數(shù)據(jù)融合，此方法在提取水印時(shí)需要原始圖像；后者對(duì)小波系數(shù)做特殊的量化后嵌入信息，此方法提取水印不需要原始圖像。牛夏牧、陸哲明、孫圣和提出一種基于多分辨率分解的數(shù)字水印技術(shù)。利用多分辨率分解技術(shù)，相同分辨率層次的灰度級(jí)數(shù)字水印嵌入到對(duì)應(yīng)的相同分辨率層次的原始靜態(tài)圖像之中，使水印對(duì)原始圖像具有自適應(yīng)性。由于水印的嵌入過程是基于原始圖像的不同分辨率層次之間的關(guān)系，所以水印的提取過程不需要原始圖像。該方法具有很強(qiáng)的魯棒性。劉九芬等人研究了水印算法中小波基的選擇和正交小波基的性質(zhì)與穩(wěn)健性的關(guān)系，研究結(jié)果表明正交小波基的正則性、消失矩階數(shù)、支撐長度以及小波圖像能量在低頻帶的集中程度對(duì)水印穩(wěn)健性的影響極小，

28、同時(shí)得到一個(gè)有意義的結(jié)論：Haar小波比較適合于圖像水印，這對(duì)于在DWT域嵌入水印對(duì)小波基的選擇有重要意義，因?yàn)檫x擇不同的小波基對(duì)嵌入水印的性能有很大影響。離散小波變換不僅可以較好的匹配HVS（Human Visual System）的特性，而且與即將出現(xiàn)的JPEG2000、MPEG4壓縮標(biāo)準(zhǔn)兼容，利用小波變換產(chǎn)生的水印具有良好的視覺效果和抵抗多種攻擊的能力，因此基于DWT域的數(shù)字水印技術(shù)是目前主要的研究方向，正逐漸代替DCT成為變換域數(shù)字水印算法的主要工具。2423 DFT變換域方法DFT方法是利用圖像的DFT的相位嵌入信息的方法。因?yàn)镠ayes研究證明一幅圖像的DFT的相位信息比幅值信息更

29、為重要。通信理論中調(diào)相信號(hào)的抗干擾能力比調(diào)幅信號(hào)抗干擾的能力強(qiáng)，同樣在圖像中利用相位信息嵌入的水印也比用幅值信息嵌入的水印更穩(wěn)健，而且根據(jù)幅值對(duì)RST（旋轉(zhuǎn)（rotation）、比例縮放（scale）、平移（translation）操作的不變性，所嵌入的水印能抵抗圖像的RST操作。這是針對(duì)幾何攻擊提出的方法。DFT方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以把信號(hào)分解為相位信息和幅值信息，具有更豐富的細(xì)節(jié)信息。但是DFT方法在水印算法中的抗壓縮的能力還比較弱。目前基于DFT的水印算法也相對(duì)較少。25 數(shù)字水印的攻擊方法和對(duì)策從數(shù)字水印的應(yīng)用中我們可以看出，數(shù)字水印在認(rèn)證、防盜版方面有重要的應(yīng)用。然而，水印技術(shù)與密碼術(shù)一

30、樣，是在不斷的“攻”與“防”中不斷發(fā)展的，因此，研究數(shù)字水印的攻擊方法對(duì)于數(shù)字水印的發(fā)展有著重要的作用。對(duì)數(shù)字水印的攻擊一般是針對(duì)水印的穩(wěn)健性提出的要求，在前面已介紹過數(shù)字水印的穩(wěn)健性是指水印信號(hào)在經(jīng)歷多種無意或有意的信號(hào)處理后，仍能保持完整性或仍能被準(zhǔn)確鑒別的特征。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理是指數(shù)據(jù)（特別是數(shù)字作品）經(jīng)過數(shù)據(jù)發(fā)布渠道，如編輯、打印、增強(qiáng)、格式轉(zhuǎn)換等的過程。攻擊是指那些帶有損害性、毀壞性的，或者試圖移去水印信號(hào)的處理過程。穩(wěn)健性好的水印應(yīng)該能夠抵抗各種水印攻擊行為。在這里我們只考慮那些并不嚴(yán)重導(dǎo)致載體數(shù)據(jù)失真的攻擊方法。按照攻擊后的水印作品具有的商業(yè)價(jià)值可以將攻擊分類為：成功的攻擊和毀壞性的

31、攻擊。一種成功的攻擊可以為攻擊者創(chuàng)造商業(yè)價(jià)值。它能夠把水印削弱到無法恢復(fù)和提取的地步，同時(shí)攻擊后的載體數(shù)據(jù)只有一些少許的變動(dòng)，不影響載體數(shù)據(jù)的商業(yè)價(jià)值。這是實(shí)際應(yīng)用中最需要考慮進(jìn)行對(duì)抗的攻擊。而毀壞性攻擊無法為攻擊者創(chuàng)造良好的商業(yè)價(jià)值，但是它可以起到破壞的作用，影響數(shù)字水印的實(shí)際應(yīng)用。它在某些情況下也需要考慮。按照攻擊原理可以將攻擊分為四類：簡單攻擊、同步攻擊、削去攻擊和混淆攻擊。251 簡單攻擊（simple attacks）及對(duì)策簡單攻擊是試圖對(duì)整個(gè)水印化數(shù)據(jù)（嵌入水印后的載體數(shù)據(jù)）進(jìn)行操作來削弱嵌入的水印的幅度（而不是試圖識(shí)別水印或分離水?。?，導(dǎo)致數(shù)字水印提取發(fā)生錯(cuò)誤，甚至根本提取不出水

32、印信號(hào)。常見的操作有線性濾波、通用非線性濾波、壓縮（JPEG、MPEG）、添加噪聲、漂移、象素域量化、數(shù)模轉(zhuǎn)換、gamma修正等。簡單攻擊中的操作會(huì)給水印化數(shù)據(jù)造成類噪聲失真，在水印提取和校驗(yàn)過程中將得到一個(gè)失真、變形的水印信號(hào)?？梢圆捎脙煞N方法抵抗這種類噪聲失真：增加嵌入水印的幅度和冗余嵌入。通過增加嵌入水印幅度的方法，可以大大地降低攻擊產(chǎn)生的類噪聲失真現(xiàn)象，在多數(shù)應(yīng)用中是有效的。嵌入的最大容許幅度應(yīng)該根據(jù)人類視覺特性決定，不能影響水印的不可感知性。冗余嵌入是一種更有效的對(duì)抗方法。在空間域上可以將一個(gè)水印信號(hào)多次嵌入，采用大多數(shù)投票制度實(shí)現(xiàn)水印提取。另外，采用錯(cuò)誤校驗(yàn)碼技術(shù)進(jìn)行校驗(yàn)，可以更有

33、效地根除攻擊者產(chǎn)生的類噪聲失真。冗余嵌入可能會(huì)影響水印數(shù)據(jù)嵌入的比特，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該折中這種魯棒性和增加水印數(shù)據(jù)嵌入比率兩者之間的矛盾。252 同步攻擊（synchronization attacks）及對(duì)策同步攻擊是試圖破壞載體數(shù)據(jù)和水印的同步性，即試圖使水印的相關(guān)檢測失效或使恢復(fù)嵌入的水印成為不可能。被攻擊的數(shù)字作品中水印仍然存在，而且幅度沒有變化，但是水印信號(hào)已經(jīng)錯(cuò)位，不能維持正常水印提取過程所需要的同步性。這樣，水印提取器就不可能、或者無法實(shí)行對(duì)水印的恢復(fù)和提取。同步攻擊通常采用幾何變換方法，如縮放、空間方向的平移、時(shí)間方向的平移（視頻數(shù)字作品）、旋轉(zhuǎn)、剪切、象素置換、二次抽樣化、象素

34、或者象素簇的插入或抽取等。同步攻擊比簡單攻擊更加難以防御。因?yàn)橥焦羝茐乃』瘮?shù)據(jù)中的同步性，使得水印嵌入和水印提取這兩個(gè)過程不對(duì)稱。而對(duì)于大多數(shù)水印技術(shù)，水印提取器都需要事先知道嵌入水印的確切位置。這樣，經(jīng)過同步攻擊后，水印將很難被提取出來。因此，在對(duì)抗同步攻擊的策略中，應(yīng)該設(shè)法使得水印的提取過程變得簡單。同步攻擊可能只使用一種簡單的幾何變換，例如剪切、平移等。在有源提取的情況下，可以將源載體數(shù)據(jù)和水印化數(shù)據(jù)相比較，得到水印化數(shù)據(jù)遭受的幾何變換的種類和區(qū)域，進(jìn)而可以消除和同化幾何學(xué)上的失真。在無源提取的情況下，只能采用窮舉的方法，嘗試使用所有可能的處理，將被攻擊的數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)過來。這種窮舉的方

35、法在遇到復(fù)雜的同步攻擊的情況下，計(jì)算將成為不可能。比較可取的對(duì)抗同步攻擊的對(duì)策是在載體數(shù)據(jù)中嵌入一個(gè)參照物。在提取水印時(shí)，先對(duì)參照物進(jìn)行提取，得到載體數(shù)據(jù)所有經(jīng)歷的攻擊的明確判斷，然后對(duì)載體數(shù)據(jù)依次進(jìn)行反轉(zhuǎn)處理。這樣可以消除所有同步攻擊的影響。到目前為止，最復(fù)雜的同步攻擊是基于Jittering的，它也常常被用來衡量一個(gè)水印技術(shù)是否真正實(shí)用。Jittering攻擊將數(shù)據(jù)切割、除去、復(fù)制和組合，那么，攻擊后的數(shù)字作品將只有很細(xì)微的改變，甚至沒有改變。已有實(shí)驗(yàn)證明，這種能非常有效的破壞大多數(shù)水印算法中正常的水印提取過程。例如，Jittering攻擊主要用于對(duì)音頻信號(hào)數(shù)字水印系統(tǒng)的攻擊，一般實(shí)現(xiàn)方法

36、是，首先將信號(hào)數(shù)據(jù)分成500個(gè)采樣點(diǎn)為一個(gè)單位的數(shù)據(jù)塊，然后在每一個(gè)數(shù)據(jù)塊中隨機(jī)復(fù)制或刪除一個(gè)采樣點(diǎn)，來得到499或501個(gè)采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)塊，接著再將數(shù)據(jù)塊按原來順序重新組合起來，這種改變即使對(duì)古典音樂信號(hào)數(shù)據(jù)也幾乎感覺不到，但是卻可以非常有效地阻止水印信號(hào)的檢測定位，以達(dá)到難以提取水印信號(hào)的目的。類似的方法也可以用來攻擊圖像數(shù)據(jù)的數(shù)字水印，其實(shí)現(xiàn)方法也非常簡單，即只要隨機(jī)地刪除一定數(shù)量的象素列，然后用另外的象素列補(bǔ)齊即可，該方法雖然簡單，但是仍能有效破壞水印信號(hào)存在的檢驗(yàn)。針對(duì)這種特殊攻擊的對(duì)策是存在的。對(duì)于部分水印算法，在水印提取過程前，對(duì)攻擊后的數(shù)字作品進(jìn)行適當(dāng)?shù)牡皖l過濾，可以消除Jitt

37、ering攻擊帶來的影響。253 削去攻擊（removal attacks）及對(duì)策削去攻擊試圖通過分析水印化數(shù)據(jù)，估計(jì)圖像中的水印，將水印化數(shù)據(jù)分離成為載體數(shù)據(jù)和水印信號(hào)，然后拋棄水印，得到?jīng)]有水印的載體數(shù)據(jù)，達(dá)到非法盜用的目的。常見的方法有：合謀攻擊（collusion attacks）、去噪、確定的非線性濾波、采用圖像綜合模型的壓縮（如紋理模型或者3-D模型等）。針對(duì)特定的加密算法在理論上的缺陷，也可以構(gòu)造出對(duì)應(yīng)的削去攻擊。合謀攻擊，通常采用一個(gè)數(shù)字作品的多個(gè)不同的水印化拷貝實(shí)現(xiàn)16。數(shù)字作品的一個(gè)水印化拷貝成為一個(gè)檢測體。Cox提出的一個(gè)聯(lián)合攻擊，利用多個(gè)檢測體進(jìn)行多次平均統(tǒng)計(jì)操作，最后

38、得到一個(gè)成功削去水印的載體數(shù)據(jù)。在另一個(gè)聯(lián)合攻擊中，從每個(gè)檢測體中提取不同位置的一小部分?jǐn)?shù)據(jù)，重新合并成一個(gè)新的載體數(shù)據(jù)，而這個(gè)載體數(shù)據(jù)中的水印基本上已經(jīng)不存在了。針對(duì)這種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的聯(lián)合攻擊的對(duì)策是考慮如何限制水印化拷貝的數(shù)量。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)水印化拷貝的數(shù)量少于四個(gè)的時(shí)候，基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的聯(lián)合攻擊將不成功，或者不可實(shí)現(xiàn)。針對(duì)特定的水印技術(shù)采用確定的信號(hào)過濾處理，可以直接從水印化數(shù)據(jù)中削去水印。另外，在知道水印嵌入程序和水印化數(shù)據(jù)的情況下，還存在著一種基于偽隨機(jī)化的削去攻擊。其原理是，首先根據(jù)水印嵌入程序和水印化數(shù)據(jù)得到近似的源數(shù)據(jù)，利用水印化數(shù)據(jù)和近似的源數(shù)據(jù)之間的差異，將近似的源數(shù)據(jù)進(jìn)行偽隨機(jī)化

39、操作，最后可以得到不包含水印的源數(shù)據(jù)。為了對(duì)抗這種攻擊，必須在水印信號(hào)生成過程中采用隨機(jī)密鑰加密的方法。采用隨機(jī)密鑰的加密，對(duì)于水印的提取過程沒有影響，但是基于偽隨機(jī)化的削去攻擊將無法成功。因?yàn)槊看吻度氲乃《疾煌?，水印嵌入器將不能確定出近似的源數(shù)據(jù)來。254 混淆攻擊（ambiguity attacks）及對(duì)策混淆攻擊是試圖生成一個(gè)偽源數(shù)據(jù)、偽水印化數(shù)據(jù)來混淆含有真正水印的數(shù)字作品的版權(quán)，由于最早由IBM的Craver等人提出，也稱IBM攻擊。一個(gè)例子是倒置攻擊，雖然載體數(shù)據(jù)是真實(shí)的，水印信號(hào)也存在，但是由于嵌入了一個(gè)或多個(gè)偽造的水印，混淆了第一個(gè)含有主權(quán)信息的水印，失去了唯一性。這種攻擊實(shí)

40、際上使數(shù)字水印的版權(quán)保護(hù)功能受到了挑戰(zhàn)，如何有效地解決這個(gè)問題正引起研究人員的極大興趣。在混淆攻擊中，同時(shí)存在偽水印、偽源數(shù)據(jù)、偽水印化數(shù)據(jù)和真實(shí)水印、真實(shí)源數(shù)據(jù)、真實(shí)水印化數(shù)據(jù)。要解決數(shù)字作品正確的所有權(quán)，必須在一個(gè)數(shù)據(jù)載體的幾個(gè)水印中判斷出具有真正主權(quán)的水印。一種對(duì)策是采用時(shí)間戳（timestamps）技術(shù)。時(shí)間戳由可信的第三方提供，可以正確判斷誰第一個(gè)為載體數(shù)據(jù)加了水印。這樣就可以判斷水印的真實(shí)性。另一種對(duì)策是采用不可逆水?。╪oninvertible watermarking）技術(shù)。構(gòu)造不可逆的水印技術(shù)的方法是使水印編碼互相依賴。如使用單向哈希函數(shù)（one-way hash funct

41、ion）。3 數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展研究動(dòng)態(tài)從公開發(fā)表的文獻(xiàn)看，國際上在數(shù)字水印方面的研究剛開始不久，但由于有大公司的介入和美國軍方及財(cái)政部的支持，該技術(shù)研究的發(fā)展速度非常快。1998年以來，IEEE圖像處理、IEEE會(huì)報(bào)、IEEE通信選題、IEEE 消費(fèi)電子學(xué)等許多國際重要期刊都組織了數(shù)字水印的技術(shù)?？?qū)ｎ}新聞報(bào)道。在美國，以麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室為代表的一批研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)已經(jīng)申請(qǐng)了數(shù)字水印方面的專利。1998年，美國政府報(bào)告中出現(xiàn)了第一份有關(guān)圖像數(shù)據(jù)隱藏的AD報(bào)告。目前，已支持或開展數(shù)字水印研究的機(jī)構(gòu)既有政府部門，也有大學(xué)和知名企業(yè)，它們包括美國財(cái)政部、美國版權(quán)工作組、美國空軍研究院、美國陸

42、軍研究實(shí)驗(yàn)室、德國國家信息技術(shù)研究中心、日本NTT信息與通信系統(tǒng)研究中心、麻省理工學(xué)院、伊利諾斯大學(xué)、明尼蘇達(dá)大學(xué)、劍橋大學(xué)、瑞士洛桑聯(lián)邦工學(xué)院、西班牙Vigo 大學(xué)、IBM公司W(wǎng)atson研究中心、微軟公司劍橋研究院、朗訊公司貝爾實(shí)驗(yàn)室、CA公司、Sony公司、NEC研究所以及荷蘭菲利浦公司等。我國在該領(lǐng)域的研究這些年也從跟蹤逐步轉(zhuǎn)向自主研究，許多大學(xué)和研究所等科研機(jī)構(gòu)紛紛致力于水印技術(shù)的研究，并在國內(nèi)也開辦了生產(chǎn)水印產(chǎn)品的公司。但水印在我國還是剛剛起步的一個(gè)新領(lǐng)域，還有很多不完善的地方。隨著數(shù)字化產(chǎn)品在中國的普及，特別是Internet用戶的成倍增長以及電子商務(wù)的加速發(fā)展，在網(wǎng)絡(luò)上直接銷售

43、數(shù)字化產(chǎn)品將給商家?guī)順O大的利益，也是中國產(chǎn)品走向世界的極佳途徑，我們應(yīng)該抓住此機(jī)遇，研制出自己的數(shù)字水印產(chǎn)品，以適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展。4 數(shù)字水印技術(shù)的應(yīng)用前景多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展和Internet的普及帶來了一系列政治、經(jīng)濟(jì)、軍事和文化問題，產(chǎn)生了許多新的研究熱點(diǎn)，以下幾個(gè)引起普遍關(guān)注的問題構(gòu)成了數(shù)字水印的應(yīng)用前景。（一） 數(shù)字作品的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)數(shù)字作品（如電腦美術(shù)、掃描圖像、數(shù)字音樂、視頻、三維動(dòng)畫）的版權(quán)保護(hù)是當(dāng)前的熱點(diǎn)問題。由于數(shù)字作品的拷貝、修改非常容易，而且可以做到與原作完全相同，所以原創(chuàng)者不得不采用一些嚴(yán)重?fù)p害作品質(zhì)量的辦法來加上版權(quán)標(biāo)志，而這種明顯可見的標(biāo)志很容易被篡改。數(shù)字水印

44、利用數(shù)據(jù)隱藏原理使版權(quán)標(biāo)志不可見或不可聽，既不損害原作品，又達(dá)到了版權(quán)保護(hù)的目的。目前，用于版權(quán)保護(hù)的數(shù)字水印技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了初步實(shí)用化階段，IBM公司在其“數(shù)字圖書館”軟件中就提供了數(shù)字水印功能，Adobe公司也在其著名的Photoshop軟件中集成了Digimarc公司的數(shù)字水印插件。然而實(shí)事求是地說，目前市場上的數(shù)字水印產(chǎn)品在技術(shù)上還不成熟，很容易被破壞或破解，距離真正的實(shí)用還有很長的路要走。（二） 商務(wù)交易中的票據(jù)防偽隨著高質(zhì)量圖像輸入輸出設(shè)備的發(fā)展，特別是精度超過 1200dpi的彩色噴墨、激光打印機(jī)和高精度彩色復(fù)印機(jī)的出現(xiàn)，使得貨幣、支票以及其他票據(jù)的偽造變得更加容易。據(jù)美國官方報(bào)道

45、，僅在1997年截獲的價(jià)值4000萬美元的假鈔中，用高精度彩色打印機(jī)制造的小面額假鈔就占19，這個(gè)數(shù)字是1995年的9.05 倍。目前，美國、日本以及荷蘭都已開始研究用于票據(jù)防偽的數(shù)字水印技術(shù)。其中麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室受美國財(cái)政部委托，已經(jīng)開始研究在彩色打印機(jī)、復(fù)印機(jī)輸出的每幅圖像中加入唯一的、不可見的數(shù)字水印，在需要時(shí)可以實(shí)時(shí)地從掃描票據(jù)中判斷水印的有無，快速辨識(shí)真?zhèn)?。另一方面，在從傳統(tǒng)商務(wù)向電子商務(wù)轉(zhuǎn)化的過程中，會(huì)出現(xiàn)大量過度性的電子文件，如各種紙質(zhì)票據(jù)的掃描圖像等。即使在網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)成熟以后，各種電子票據(jù)也還需要一些非密碼的認(rèn)證方式。數(shù)字水印技術(shù)可以為各種票據(jù)提供不可見的認(rèn)證標(biāo)志，從而

46、大大增加了偽造的難度。（三） 聲像數(shù)據(jù)的隱藏標(biāo)識(shí)和篡改提示數(shù)據(jù)的標(biāo)識(shí)信息往往比數(shù)據(jù)本身更具有保密價(jià)值，如遙感圖像的拍攝日期、經(jīng)/緯度等。沒有標(biāo)識(shí)信息的數(shù)據(jù)有時(shí)甚至無法使用，但直接將這些重要信息標(biāo)記在原始文件上又很危險(xiǎn)。數(shù)字水印技術(shù)提供了一種隱藏標(biāo)識(shí)的方法，標(biāo)識(shí)信息在原始文件上是看不到的，只有通過特殊的閱讀程序才可以讀取。這種方法已經(jīng)被國外一些公開的遙感圖像數(shù)據(jù)庫所采用。此外，數(shù)據(jù)的篡改提示也是一項(xiàng)很重要的工作?，F(xiàn)有的信號(hào)拼接和鑲嵌技術(shù)可以做到“移花接木”而不為人知，因此，如何防范對(duì)圖像、錄音、錄像數(shù)據(jù)的篡改攻擊是重要的研究課題?；跀?shù)字水印的篡改提示是解決這一問題的理想技術(shù)途徑，通過隱藏水印的

47、狀態(tài)可以判斷聲像信號(hào)是否被篡改。（四） 隱蔽通信及其對(duì)抗數(shù)字水印所依賴的信息隱藏技術(shù)不僅提供了非密碼的安全途徑，更引發(fā)了信息戰(zhàn)尤其是網(wǎng)絡(luò)情報(bào)戰(zhàn)的革命，產(chǎn)生了一系列新穎的作戰(zhàn)方式，引起了許多國家的重視。網(wǎng)絡(luò)情報(bào)戰(zhàn)是信息戰(zhàn)的重要組成部分，其核心內(nèi)容是利用公用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行保密數(shù)據(jù)傳送。迄今為止，學(xué)術(shù)界在這方面的研究思路一直未能突破“文件加密”的思維模式，然而，經(jīng)過加密的文件往往是混亂無序的，容易引起攻擊者的注意。網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)的廣泛應(yīng)用使得利用公用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行保密通信有了新的思路，利用數(shù)字化聲像信號(hào)相對(duì)于人的視覺、聽覺冗余，可以進(jìn)行各種時(shí)（空）域和變換域的信息隱藏，從而實(shí)現(xiàn)隱蔽通信。總之，數(shù)字水印技術(shù)作為一種新興的應(yīng)用技術(shù)，一個(gè)尚未完善的科學(xué)領(lǐng)域，在對(duì)研究學(xué)者提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)的同時(shí)，也帶來了難得的機(jī)遇