1背景

近年來，數字化技術和Internet的飛速發展，在最大限度地拓寬權利人利益範圍的同時，也帶來了版權保護的危機^[1]。由於影象、視訊、音訊和其它作品都能以數字形式獲得，製作其完美拷貝非常容易．從而可能會導致大規模非授權拷貝，而這極有可能會損害音樂、電影、書籍和軟體等出版業的發展。

現有的版權保護系統多采用密碼認證技術(例如DVD光碟的安全密碼)，但僅採用密碼並不能完全解決版權保護問題。對版權保護的這類關注引發了一個很有意義的研究方向：尋找將版權資訊和序列號隱藏到數字媒體中的方法，其目標是：通過序列號來幫助識別版權侵犯者，而版權資訊能用來檢舉和起訴盜版者^[1]。這就是近幾年國際上提出的數字資訊產品版權保護和資料安全維護的技術——數字水印技術。

2數字水印技術簡介

2.1數字水印技術的發展

我國傳統的用木刻印刷繪畫作品的方法，調和顏料用水，不用油質，跟一般彩印法不同，所以特稱為“水印”，也叫“水印木刻”。

現代的數字水印過程就是向被保護的數字物件（如靜止影象、視訊、音訊等）嵌入某些能證明版權歸屬或跟蹤侵權行為的資訊，可以是作者的序列號、公司標誌、有意義的文字等。與水印相近或關係密切的概念有很多，從目前出現的文獻中看，已經有諸如資訊隱藏（Information Hiding ）、資訊偽裝（Steganography ）、數字水印（Digital Watermarking ）和數字指紋（Fingerprinting ）等概念。

1994

我國學術界對數字水印技術的反應也非常快，已經有相當一批有實力的科研機構投入到這一領域的研究中來。為了促進數字水印及其他資訊隱藏技術的研究和應用，

數字水印（Digital Watermark）技術是將與多媒體內容相關或不相關的一些標示資訊直接嵌入多媒體內容當中，但不影響原內容的使用價值，並不容易被人的知覺系統覺察或注意到。通過這些隱藏在多媒體內容中的資訊，可以達到確認內容建立者、購買者，或者是否真實完整。數字水印是資訊隱藏技術的一個重要研究方向。

2.2數字水印基本特徵

數字水印技術基本上具有下面幾個方面的特點：

安全性：數字水印的資訊應是安全的，難以篡改或偽造，同時，應當有較低的誤檢測率，當原內容發生變化時，數字水印應當發生變化，從而可以檢測原始資料的變更；當然數字水印同樣對重複新增有很強的抵抗性。

隱蔽性：數字水印應是不可知覺的，而且應不影響被保護資料的正常使用；不會降質。

魯棒性：是指在經歷多種無意或有意的訊號處理過程後，數字水印仍能保持部分完整性並能被準確鑑別。可能的訊號處理過程包括通道噪聲、濾波、數/模、模/數轉換、重取樣、剪下、位移、尺度變化以及有失真壓縮編碼等^[1,3]。

水印容量：嵌入的水印資訊必須足以表示多媒體內容的建立者或所有者的標誌資訊，或購買者的序列號，這樣有利於解決版權糾紛，保護數字產權合法擁有者的利益。尤其是隱蔽通訊領域的特殊性，對水印的容量需求很大。

2.3數字水印的分類

1）按特性劃分

按水印的特性可以將數字水印分為魯棒數字水印和易損數字水印兩類。

魯棒數字水印主要用於在數字作品中標識著作權資訊，利用這種水印技術在多媒體內容的資料中嵌入建立者、所有者的標示資訊，或者嵌入購買者的標示（即序列號）。在發生版權糾紛時，建立者或所有者的資訊用於標示資料的版權所有者，而序列號用於追蹤違反協議而為盜版提供多媒體資料的使用者^[4]。用於版權保護的數字水印要求有很強的魯棒性和安全性，除了要求在一般圖象處理（如：濾波、加噪聲、替換、壓縮等）中生存外，還需能抵抗一些惡意攻擊。

易損水印（Fragile Watermarking），與魯棒水印的要求相反，易損數字水印主要用於完整性保護，這種水印同樣是在內容資料中嵌入不可見的資訊。當內容發生改變時，這些水印資訊會發生相應的改變，從而可以鑑定原始資料是否被篡改。易損水印應對一般圖象處理（如：濾波、加噪聲、替換、壓縮等）有較強的免疫能力（魯棒性），同時又要求有較強的敏感性，即：既允許一定程度的失真，又要能將失真情況探測出來。必須對訊號的改動很敏感，人們根據易損水印的狀態就可以判斷資料是否被篡改過。

2）按水印所附載的媒體劃分

按水印所附載的媒體，我們可以將數字水印劃分為影象水印、音訊水印、視訊水印、文字水印以及用於三維網格模型的網格水印等。隨著數字技術的發展，會有更多種類的數字媒體出現，同時也會產生相應的水印技術。

3）按檢測過程劃分

按水印的檢測過程可以將數字水印劃分為明文水印和盲水印。明文水印在檢測過程中需要原始資料，而盲水印的檢測只需要金鑰，不需要原始資料。一般來說，明文水印的魯棒性比較強，但其應用受到儲存成本的限制。目前學術界研究的數字水印大多數是盲水印。

4）按內容劃分

按數字水印的內容可以將水印劃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數字影象（如商標影象）或數字音訊片段的編碼；無意義水印則只對應於一個序列號。有意義水印的優勢在於，如果由於受到攻擊或其他原因致使解碼後的水印破損，人們仍然可以通過視覺觀察確認是否有水印。但對於無意義水印來說，如果解碼後的水印序列有若干碼元錯誤，則只能通過統計決策來確定訊號中是否含有水印。

5）按用途劃分

不同的應用需求造就了不同的水印技術。按水印的用途，我們可以將數字水印劃分為票證防偽水印、版權保護水印、篡改提示水印和隱蔽標識水印。

票證防偽水印是一類比較特殊的水印，主要用於列印票據和電子票據、各種證件的防偽。

版權標識水印是目前研究最多的一類數字水印。數字作品既是商品又是知識作品，這種雙重性決定了版權標識水印主要強調隱蔽性和魯棒性，而對資料量的要求相對較小。

篡改提示水印是一種脆弱水印，其目的是標識原檔案訊號的完整性和真實性。

隱蔽標識水印的目的是將保密資料的重要標註隱藏起來，限制非法使用者對保密資料的使用。

6）按水印隱藏的位置劃分

按數字水印的隱藏位置，我們可以將其劃分為時/空域數字水印、頻域數字水印、時/頻域數字水印和時間/尺度域數字水印。

時/空域數字水印是直接在訊號空間上疊加水印資訊，而頻域數字水印、時/頻域數字水印和時間/尺度域數字水印則分別是在DCT變換域、時/ 頻變換域和小波變換域上隱藏水印。

3數字水印應用領域

隨著數字水印技術的發展，數字水印的應用領域也得到了擴充套件，數字水印的基本應用領域是版權保護、隱藏標識、認證和安全不可見通訊。

當數字水印應用於版權保護時，潛在的應用市場在於電子商務、線上或離線地分發多媒體內容以及大規模的廣播服務。數字水印用於隱藏標識時，可在醫學、製圖、數字成像、數字影象監控、多媒體索引和基於內容的檢索等領域得到應用。數字水印的認證方面主要是ID卡、信用卡、ATM卡等，數字水印的安全不可見通訊將在國防和情報部門得到廣泛的應用。多媒體技術的飛速發展和Internet的普及帶來了一系列政治、經濟、軍事和文化問題，產生了許多新的研究熱點，

目前，數字水印技術主要應用於以下幾個方面：

1.數字作品的智慧財產權保護

數字作品（如電腦美術、掃描影象、數字音樂、視訊、三維動畫）的版權保護是當前的熱點問題。由於數字作品的拷貝、修改非常容易，而且可以做到與原作完全相同，所以原創者不得不採用一些嚴重損害作品質量的辦法來加上版權標誌，而這種明顯可見的標誌很容易被篡改^[4]。

“數字水印”利用資料隱藏原理使版權標誌不可見或不可聽，既不損害原作品，又達到了版權保護的目的。目前，用於版權保護的數字水印技術已經進入了初步實用化階段，IBM公司在其“數字圖書館”軟體中就提供了數字水印功能，Adobe公司也在其著名的Photoshop軟體中集成了Digimarc公司的數字水印外掛。然而實事求是地說，目前市場上的數字水印產品在技術上還不成熟，很容易被破壞或破解，距離真正的實用還有很長的路要走。

2.商務交易中的票據防偽

隨著高質量影象輸入輸出裝置的發展，特別是精度超過 1200dpi的彩色噴墨、鐳射印表機和高精度彩色影印機的出現，使得貨幣、支票以及其他票據的偽造變得更加容易。

另一方面，在從傳統商務向電子商務轉化的過程中，會出現大量過度性的電子檔案，如各種紙質票據的掃描影象等。即使在網路安全技術成熟以後，各種電子票據也還需要一些非密碼的認證方式。數字水印技術可以為各種票據提供不可見的認證標誌，從而大大增加了偽造的難度。

3.證件真偽鑑別

資訊隱藏技術可以應用的範圍很廣，作為證件來講，每個人需要不只一個證件，證明個人身份的有：身份證、護照、駕駛證、出入證等；證明某種能力的有：各種學歷證書、資格證書等。

國內目前在證件防偽領域面臨巨大的商機，由於缺少有效的措施，使得“造假”、“買假”、“用假”成風，已經嚴重地干擾了正常的經濟秩序，對國家的形象也有不良影響。通過水印技術可以確認該證件的真偽，使得該證件無法仿製和複製。

4.聲像資料的隱藏標識和篡改提示

資料的標識資訊往往比資料本身更具有保密價值，如遙感影象的拍攝日期、經/緯度等。沒有標識資訊的資料有時甚至無法使用，但直接將這些重要資訊標記在原始檔案上又很危險^[1,4]。數字水印技術提供了一種隱藏標識的方法，標識資訊在原始檔案上是看不到的，只有通過特殊的閱讀程式才可以讀取。這種方法已經被國外一些公開的遙感影象資料庫所採用。

此外，資料的篡改提示也是一項很重要的工作。現有的訊號拼接和鑲嵌技術可以做到“移花接木”而不為人知，因此，如何防範對影象、錄音、錄影資料的篡改攻擊是重要的研究課題。基於數字水印的篡改提示是解決這一問題的理想技術途徑，通過隱藏水印的狀態可以判斷聲像訊號是否被篡改。

5.隱蔽通訊及其對抗

數字水印所依賴的資訊隱藏技術不僅提供了非密碼的安全途徑，更引發了資訊戰尤其是網路情報戰的革命，產生了一系列新穎的作戰方式，引起了許多國家的重視。

網路情報戰是資訊戰的重要組成部分，其核心內容是利用公用網路進行保密資料傳送。迄今為止，學術界在這方面的研究思路一直未能突破“檔案加密”的思維模式，然而，經過加密的檔案往往是混亂無序的，容易引起攻擊者的注意。網路多媒體技術的廣泛應用使得利用公用網路進行保密通訊有了新的思路，利用數字化聲像訊號相對於人的視覺、聽覺冗餘，可以進行各種時（空）域和變換域的資訊隱藏，從而實現隱蔽通訊。

4結束語

儘管人們都在努力發展和完善數字水印技術，但水印技術仍然沒有完全成熟和廣為人們理解，而且還有很多問題沒有得到解決^[1]。儘管水印技術很難在短期內取得大的突破，但是鑑於水印技術廣泛的應用價值，有必要對水印技術作一番深入研究。相信隨著科學技術的不斷進步和人們產權資訊保安意識的不斷提高，數字水印技術會有很大的應用前景。

參考文獻

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