压缩域水印算法以及水印与压缩编码方法相结合的研究.doc

压缩域水印算法以及水印与压缩编码方法相结合的研究，它是许多纸币、票证中广泛应用了防伪技术。然而，随着高新科技和装备不断被造假者利用，使这种一般水印的防伪效果正逐步降落，况且对于诸如音像制品、电影拷贝、网络出版、电子图书版权等的防伪，这种水印的防伪就有些力不从心了。随着科技的提高，现在已研究成熟并在实用中推广应用的数字水印已充分显示出它骄人的效果。下面简略先容数字水印的特点及在名酒防伪中的应用。一、数字水印的特性数字水印就是用数码化技术将图像、音频、视频、文本、网络等目的直接隐藏在静止图像、运动图像或其他数码化传播媒体中的技术，实在质就是图像信息的隐藏或称为图像水印处理技术，因此也称为图像数码化水印处理技术。数字水印依据所嵌入的主媒体不同，主要可分为图像水印、音频水印、视频水印、文本水印和网络水印等。与传统加密系统不同的是，数字水印技术应用的主要目标并不是限制对媒体的拜访，而是确保媒体中水印不被改变或清除，从而为媒体提供必要的证明信息；此外，也可用于保密通信和隐含信息标注等。从视觉效果考虑，图像水印分为可见和不可见(隐形)两种。由于可见水印的应用规模和技术受到较大制约，因此应用范畴不太广泛；而隐形水印则是目前图像水印的主要研究内容。通过在原始图像中嵌入秘密信息(水印)来证实该数据的所有权归属或数据的完全性。水印可以是代表所有权的文字或ID、图形、图像、音频数据、随机序列等。从图像处理的角度看，嵌入水印可以视为在强背景(原始图像)下叠加一个弱信号(水印)。由于人的视觉系统分辨率受到一定的限制，只有叠加信号的幅度低于HVS的对照度门限，HVS就无法感觉到信号的存在。比较度门限受视觉系统的空间、时光和频率特性的影响。因此，通过对原始图像做一定的调整，有可能在不改变视觉效果的情况下嵌入一些信息。另一方面，从数码通信的角度看，水印编码(嵌入)可理解为在一个宽带信道(原始图像)上用扩频通信技术传输一个窄带信号(水印)。尽管水印信号具有一定的能量，但分布到信道中任一频率上的能量是难以检测到的。水印的译码(检测)是一个有噪信道中弱信号的检测问题。在一些应用场合下，水印的检测允许有原始图像的帮助；而在另外一些场合下，有可能无法得到原始图像。通常由于水印信号与原始图像信号相比要弱得多，不原始图像辅助的检测方法将更加难题。也就是说，借助原始图像，水印算法的抗噪声稳健性能更好一些。在几何变换和几何失真的情况下，水印分量的同步问题也将使检测更加复杂。随机序列作为水印，只能给出"Yes"或"No"的论断，换句话说，放进图像的秘密信息事实上仅为此1bit。在许多应用场合，要求嵌入图像的信息是可读或可视的，如有意义的文字串或者一个图像(商标、印鉴)等。如何在图像中嵌入有意义的信息将是极具实际价值的研究内容。不可见性和稳健性是对隐形数字水印的最基本要求，也是一对矛盾的两个因素。实现图像隐形水印的准则是，在保证不改变原始图像视觉感知效果(即不可见性)的条件下，实现水印具有较好的稳健性和抗攻击性。对数字水印来说，主要有5个基本要求。(1)不可见性。水印应该是视觉上不可见的，即它的存在不应该使原始图像视觉品质发生变更或影响原始图像的视觉效果；(2)稳健性。即水印图像经由一些常见的改变后，水印仍具有较好的可检测性。这些改变包括常见图像处理(如数据压缩、低通滤波、图像增强、二次抽样、二次量化、A/D和D/A转换等)、几何变换和几何失真(如裁剪、尺度拉伸、平移、旋转、扭曲等)、噪声烦扰、多重水印的重塑等。对不同的应用场合，要求有不同的稳健性。需要指出的是，存在另一种与稳健水印性质相反的水印，称为易损水印，它可用来证实原始媒体是否被改变过；(3)低复杂性。算法应容易实现，在某些应用场合(如视频水印)下，甚至要求水印算法的实现满意实时性的要求；(4)机密性。嵌入过程(嵌入方法和水印结构)是秘密的，水印是统计上不可检测的。对于通过改变水印图像来排除和破坏水印的打算，水印应该保持存在直到图像已重大失真而损失使用价值。对于原版媒体的证明，通过识别水印是否失真应能判定原版媒体是否被改变过；(5)准确解决所有权的逝世锁(不确定性)问题。即水印用来作为所有权证明时，应能给断定供给惟一性的证据。二、数字水印技术的研究稳健水印理论与算法是目前隐形数字水印的主要研究内容，影响数字水印的稳健性的两个要害的技术是水印的结构和水印的嵌入策略。为了使水印有较好的稳健性和抗攻击性能，大多数水印算法采用伪随机序列(Gaussian序列、平均分布序列、M进制序列)，有研究人员指出，利用Gaussian随机序列产生的水印拥有更好和稳健性。这是由于Gaussian分布的随机序列与其余分布的等长的随机序列相比，具备更大的自相关联数，因此，Gaussian分布的随机序列应存在最好的性能。须要留神的是，由Gaussian随机序列形成的水印当长度较长时，个别样值可能会过大，必须对其加以限度以满意不可见性的要求。根据实现的过程，水印算法主要可分为空域方法和变换域方法。(1)空域方法：通过直接改变主图像某些像素值来嵌入水印，研究人员利用一个扩大的m序列作为水印，并把它嵌入到图像每行像素的最低有效位(LSB)中，其主要毛病是抗JPEG压缩和稳健性不好，且由于所有像素的LSB都改变和利用m序列而易受攻击。尔后，又有人在此基础上做了改良，把m序列扩展成二维，并应用相干函数改进了检测过程，从而提高了稳健性。也有人把LSB方法应用于彩色图像，在LSB方法中，图像的LSB平面先被设置为0，而后根据要嵌入的水印转变为1或不变。改变LSB的做法的依据，是不重要数据的调剂对原始图像的视觉效果影响较小，然而，由于最低有效位的数据最有可能在常见的信号处理过程(如数据压缩和低通滤波)中丢掉，因此稳健性差。这种方法只实用于噪声(包括对嵌入水印的图像进行处理所引起的等效噪声)很弱的应用场所。又有一些研究职员提出了一个基于空域分块的方法。通过改变块均值来嵌入水印。也有人根据一个二进制伪随机序列，把图像中的所有像素分为两个子集，改变其中一个子集的像素值来嵌入水印。(2)变换域方法：这种算法是在变换域中实现的。在这种算法中，某些变换系数被改变以嵌入水印。有人采取与调整LSB相似的做法，把水印嵌入频域的高频系数中。又有人则提出了一个不同的观点，即水印应放在视觉上最重要的处所(主要对应于频域的低频系数)，这种提法的理由是感到上重要的分量是图像信号的主要成分，携带较多的信号能量，在图像有必定失真的情形下，仍能保存主要成分，作为水印载体，有利于提高水印的稳健性，其方法当初已成为一种典范的模式。有人把图像进行8×8DCT，然后将一个二进制序列作为水印放入DCT中频频带；又有人则盘算全部图像的DCT，把一个实数序列嵌入DCT的中频系数中。DCT域的方法计算量较小，且与国际数据压缩标准(JPEG、MPEG、H261/263)兼容，便于在压缩域中实现，因而目前用得比拟多。此外，也有人提出了两个DFT域的水印算法，一个把水印嵌入图像DFT系数的相位信息中，其算法的根据是：从图像的可懂得性角度，相位信息比振幅信息更重要；另一个算法实现了水印的平移、旋转和标准拉伸不变形，这对于图像在传输过程中发生几何失真的情况是非常有意义的。有人则提出一种在DWT域实现水印的方法，其优点是稳健性好和档次性的检测方法。有人利用时城小波变换和频率遮蔽特征相结合，实现了多辨别率视频水印。而一些方法令把信息融会的思维引入到DWT域水印的实现中，DWT域的方法因为DWT良好的空间-频率分解特性(更合乎HVS的特色)和行将成为新一代图像压缩标准的极大可能性，而有十分好的前景。变换域的方法应是水印算法未来趋势的主流。与空域方法比拟变换域方法主要有3个长处。首先，在变换域中嵌入的水印信号能量可散布到空域的所有像素上，有利于保障不可见性；其次，在变换域，HVS的某些特征(如频率特性)能更便利地结合到水印编码进程中，提高稳健性能,所谓的热血之心灌篮高手-博文预览；第三，变换域方法可与国际数据压缩标准兼容，从而实现在压缩域内的水印算法。隐形水印与视觉系统严密相关，提高水印稳健性的有效道路是充分利用人眼的视觉特征，在知足不可见性的要求下，合理调配水印信号的能量，尽可能提高部分嵌入水印分量的强度。基于这一思惟的自适应水印算法已经开始受到人们的看重。有研究人员在DCT域和DWT域算法中应用了视觉系统的频率掩蔽特性。也有人应用JPEG算法中所采用的视觉模型，提出了基于图像自适应性的DCT和DWT水印算法,大学,谈一场什么样的恋爱-博文预览。并且，有良多研究人员都从不同侧面，提出了一些算法，这些自适应算法都在一定水平上改良了水印的稳健性。图像隐形水印实质上属于数据隐藏技术的范围，在多数算法探讨随机序列水印的同时，有意义水印的研究也引起了人们的注意。有关研究人员讨论了几种可能用于数据隐藏的技术并提出了两个实现数据隐藏的方法：统计的方法和视觉的方法，从方法分析看其抗失真性能不会太好。一些研究者探讨了图像容量问题，他们把数据隐藏等价为一个数码通信问题，并试图回答一定分辨率的图像答应嵌入多少数据，尽管这类研究十分有意义，但由于嵌入的数据量与许多因素(图像的纹理特征与尺寸、嵌入算法、噪声类型与强度等)有关，要正确回答这个问题是艰苦的。有人把数据隐藏和水印嵌入过程模型化为一通信系统，理论上分析隐蔽了数据的图像在受到加性噪声干扰、裁剪和线性滤波后所引起的误码率和水印作为所有权识别时的特性变化。也有人比较了水印嵌入和传统通信问题的相似性和不同点，得出了几种信号嵌入的特征。其他的研究则侧重在如何隐藏数据上。有人所提出的算法在一幅512×512的图像中隐藏了165bits的信息，其主要缺点是嵌入的数据量太少。也有人在512×512的图像中分别隐藏了32个字符的信息和64×64×8的灰度图像，隐藏的数据具有一定的抗噪声才能。有人在一个视频信号(主信号)中隐藏另一低分辩率的视频信号，但稳健性不好。个别说来，在不可见性的要求下，水印的稳健性和水印的数据量构成一对矛盾，在雷同的算法和一定的图像尺寸下，嵌入的数据量越大，稳健性越差。由于数据压缩在数码媒体的流传中起着十分重要的作用，嵌入水印的图像很有可能遭受数据压缩过程。实现压缩域内的数据把持，从而简化解压缩、再压缩的过程，降低处理庞杂性，是当前多媒体技术领域里很受注意的问题。有关研究人员研究了如何在MPEG压缩码流中嵌入水印，这项研究需要考虑的问题是坚持码流比特率基本不变以及实现不需要原始媒体的盲检测。有人将水印技术集成到小波编码系统中，在实现压缩的同时也实现了水印的嵌入。也有人开发了把水印和压缩技术相结合的算法。在大多数文章研究持重水印的同时，一些研究者也开端研究对水印的攻打办法跟水印作为所有权证明的有效性。这对进步水印的抗攻击机能是极为有意思的。有人研讨了水印算法的不确定性问题，他们结构了不确定性的实现方法，证实潜在的非法拷贝者有可能诱使水印检测器作出"Yes"的答复，在研究如何造成不断定性的机制的基本上，局部地提出了解决该问题的方式基于内容的水印。有人也提出懂得决不肯定性问题的双水印模式。一种观点以为，水印技术必需与相应的法规相配合，才可能终极解决版权争议问题。还应当否认，到目前为止，不存在任何一种水印算法可以确保水印在遭遇各种人为的袭击之后依然牢靠地存在。跟着学术界对图像水印理论和技术的研究，工业界也对图像水印的应用给予了足够的器重。IBM在其数码图书馆研究打算中采用了可见水印技术。该规划的研究结果已为美国国会图书馆等有名藏书楼所采用。NEC公司则研究如何把水印技术应用于DVD系统的拷贝维护机制中。与此同时，一些公司已逐渐推出了有关水印技术的商用软件系统(如DICE的专利技术、剑桥大学的Stirmark等)。随着图像水印技术应用的推广，其标准化工作也开始受到重视。IBM、Sony、Hitachi、NEC和Pioneer等五家至公司在1999年2月结合发布了一个掩护数码视频和数码片子的水印标准协定，标志着水印标准化已逐步迈向正轨。近年来，我国学术界对此前沿领域也倾泻了极大的热忱，众多的科研机构和高级院校发展了该方向的研究工作。2000年1月，由国度"863方案"智能计算机系统专家组主办模式识别国家重点试验室等单位承办的我国首次数字水印技术学术研究会在北京举办，表明我国数字水印研究步队已初具范围。三、数字水印在名酒防伪中的应用目前我国酒类制作企业使用的防伪技术大抵分为：包装防伪、电子防伪。这些防伪技术各自都有其优缺陷，公道抉择搭配使用能起到一定的防伪作用。在名酒包装防伪中，最新研发的数字水印防伪技术是名酒产品防伪的高新技术，例如，由成都宇飞公司推出的数字水印防伪技术，它在产品的外包装恰当地位上分离制造可见和不可见的数字水印防伪(背景)图案及信息,盘龙，嵌入的水印信息包括文字、图像、标识、个人签名、指纹等。在产品的瓶口、外包装封口处使用防揭纸增添不可见的数字水印作为封口贴标，开启后即被损坏，无奈还原，从而有效地预防回收空瓶和外包装等制假行动；假如以不可见数字水印的情势在标贴上增加销售区域代码或标识,还可避免和监视区域窜货情况的产生。此外，将数字水印与动态组码防伪技术相联合，就能加强防伪后果。例如，个性化子母标技术，就是以动态组码为依靠，以个性化彩色可变数据印刷为手腕的工艺壁垒防复制技术。这种标签集成了可查问动态虎符技术、可查询随机图形排列矩阵技术印刷技巧、动态数字水印技术、隐形二维编码印刷技术为一体。在应用中，子标贴在商品包装盒上，母标贴在酒瓶上，子母标宰割处印有能够查验的动态虎符图，一旦子、母任何一半损毁或离开，残余的半片标签即告生效。四、数字水印的完善和发展前景图像数字水印技术的研究是与数码媒体的版权保护紧密相关的，其研究成果主要应用于以下几个方面。(1)媒体所有权的认定和版权保护。应用数字水印技术，可以识别媒体所有权信息、媒体正当用户信息，对媒体的传播进行跟踪。对于媒体创作者，可在媒体传播前嵌入水印，例如，把水印技术实现在数码照相机中，可以使照片带上摄影师的信息。有了原始图像、原始水印以及嵌入算法，可在任何情况下对可疑的、有争议的图像进行测试，证实该图像的所有权归属，从而对媒体的传播进行跟踪。对子媒体用户，则需要确认媒体的合法起源，在这种情况下，可采用类似于密码学中的"公开密匙"方法，用户根据密匙对媒作进行测验，后者也称为数码签名。(2)非法拷贝防护。在媒体的录/放设备的设计中应用图像水印技术，当录放设备工作时，检测媒体上是否有水印存在，以决议该媒体应不应该被录/放，从而谢绝非法拷贝媒体的风行和使用。同样的原理也可用于广播、电视、计算机网络在线多媒体服务中的听、看、访问权限的掌握。例如，在播送、电视接受机和计算机网络的阅读器中应用水印技术,盘龙，就可以把持音、视媒体的听、看权限。(3)媒体的真伪辨别,超短篇恐怖鬼故事-博文预览。与名画家的作品类似，随着时间的推移，某些数码媒体作品也将显示出其昂贵的价值。类似于名画正品和假货的鉴别也将在数码媒体中呈现，应用水印技术，这一工作将变得比较简单。(4)保密通信。可以把需要传递的秘密信息嵌入可以公然的图像中，由于嵌入秘密信息的图像在主观视觉上并未发生变化，觉察到秘密信息的存在是不大可能的。从这个意义上讲，传输秘密信息的信道也是秘密的，这将有效地减少遭受攻击的可能性。同时，由于信息的嵌入方法是秘密的，如果再结合密码学的方法，即便他方晓得秘密信息的存在，要提取和破译该信息也是十分困难的。(5)多语言电影系统和电影分级。利用图像隐形水印技术，可以把电影的多种语言配音和字幕嵌入到视频图像中携带，在保证图像视觉质量不受影响的情况下节俭了声音的传输信道。与此类似，把电影分级信息嵌入到图像中，可以实现画面放映的节制，从而实现电影的分级播放。(6)数码媒体附加描述和参考信息的携带。例如可以把感兴致的图像特征(或区域)的位置和识别信息直接嵌入图像中，实现特征的定位和识别。依据水印的研究现状剖析，如下多少方面将可能成为将来图像水印技术研究和应用的重要方向：(1)水印基础理论的研究。包含水印构造、水印嵌入对策、水印检测方法、水印性能评估尺度、水印的标准化等。(2)基于视觉体系的自适应水印算法的研究。包括视觉特征的研究和应用这些特点的水印算法、稳重性仍然是最重要的请求。因为DCT和DWT在图像处理和数据压缩范畴中的特别位置，基于DCT和DWT的方法将持续成为主流。(3)数据暗藏实践与方法的研究。其研究重点是解决在不可见性要求下，嵌入数据量与稳健性的抵触以及如何下降在失真的水印图像中检测数据的过错概率。(4)水印有效性和抗攻击性的研究。研究对水印实行攻击以打消水印以及水印抗衡攻击的方法，水印在解决所有权证明方面的作用和不足。(5)紧缩域水印算法以及水印与压缩编码方法相结合的研究。(6)水印与密码学的结合。解决信息保险的某些问题。(7)现有的文献材料表明，图像水印处理技术研究的实用对象大多是电子数码媒体。对有价证券、印刷品、照片、印花品、艺术品、游览留念品等(什物产品)大批复制品的水印处理技术的研究又是一个新的主要技术领域，其运用远景十分普遍。在这方面利用水印毕竟是可见水印，仍是不可见水印，也值得斟酌。(8)彩色图像水印处理。彩色图像水印处理是水印处理技术走向适用化阶段的一个重要标记。用于电子传布的数码媒体，只要在RGB色域分为R、G、B三个色彩通道，分辨处理后再进行合成。而以实物为介质的彩色复制品应该考虑进步行分色(即在滤色片存在下，应用减色法原理将图像分解为C、M、Y、K)，在CMYK色域进行加水印处置，输出胶片，晒版、制版和印刷复制，得到加水印的印刷复制品。图像隐形水印是多媒体通讯和多媒体信号处理领域近年来新的研究方向，但至今还有一些问题的研究尚处于低级阶段，这些问题都有待于未来的继续研究和完美。例如：(1)大多数算法尚未很好天时用视觉系统的特性，对视觉特性应用的定性/定量描写尚未见到，事实上对视觉系统的研究也还是一项长期的工作。(2)水印的不可见性只是一个十分含混的主观视觉概念，为了权衡算法的性能，有必要建破一种与视觉特性相匹配的客观标准。然而，与图像压缩的情况类似，树立这样一种标准并不是件轻易的工作。(3)一些必要的基础理论和根本方法尚未得到充足研究，例如，在水印算法性能比较上的研究还不够深入，只管已有StirMark等测试水印稳健性的软件，但要迷信地比较算法的优劣还需要做无比深入地研究。另外，在许多问题(如嵌入对策、水印结构等)上还存在完整不同的观点和做法。(4)水印作为所有权辨认的不确定性问题尚未得到很好解决，不确定性的各种情况以及如何战胜需进一步更深刻地研究。(5)有意义水印的研究还不够，目前的绝大多数水印均由随机序列组成，很多应用处合将逐步提出嵌入有意义信息的要求且继承保留随机序列水印保密性好的特点。由于有意义的信息不容许有大的检测毛病概率(甚至不许可有任何错误)，当嵌入数据量较大时，水印编码和检测将存在较大的难度。(6)目前绝大多数水印算法是针对静止黑白图像的，只有少数涉及到视频信号，波及彩色的更少。尽管针对静止黑白图像的水印算法也可以推广到视频信号或彩色图像上，但视频信号和彩色图像有其自身特点，视觉系统对它们也具有某些独占的视觉特性。总之，随着科学技术的一直发展，数字水印将会在电子图书、网络出版、电子音像出版等领域的防伪中施展出重大的作用,盘龙。特别声明：1：资料来源于互联网，版权归属原作者2：资料内容属于网络意见，与本账号立场无关3：如有侵权，请告知，立即删除。124413124857