一、國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀

數(shù)字水印的思想源于古老的隱寫術(shù)，數(shù)字水印技術(shù)是一門信息安全技術(shù)屬于隱寫術(shù)的范疇，是密碼學的一個分支。20世紀90年代，VanSehyndel在ICIP-94會議上發(fā)表了第一篇被認為是具有歷史價值的關(guān)于數(shù)字水印的文章，這是一篇闡明了關(guān)于水印的重要概念的題為“Adigitalwatermark”的文章。自此之后，數(shù)字水印技術(shù)才真正步入研究階段。

國內(nèi)學術(shù)界研究數(shù)字水印技術(shù)的很多，先后已有中科院、清華大學、浙江大學、中山大學、國防科大、哈工大、電子科大、北京電子技術(shù)應用研究所等一批有實力的科研機構(gòu)投入到這一領(lǐng)域。為促進數(shù)字水印以及其他信息隱藏技術(shù)的研究和應用，我國于1999年12月召開了第一屆信息隱藏學術(shù)研討會。除了大學和工業(yè)界的研究外，以開發(fā)實用的數(shù)字水印技術(shù)為目標而開展的研究活動得到了歐洲共同體資助。TALISMAN打算用一個保護數(shù)字產(chǎn)品的標準版權(quán)機制來提供歐洲聯(lián)合服務，使其避免大規(guī)模的商業(yè)盜版和非法拷貝，期望得到一個通過數(shù)字標記和數(shù)字水印來保護視頻序列的系統(tǒng)。

數(shù)字水印技術(shù)橫跨計算機、生理學、密碼學、代數(shù)學等多個學科，涉及到圖像處理技術(shù)、多媒體技術(shù)、計算機編程、通信理論、編碼理論等多種技術(shù)，使得數(shù)字水印技術(shù)的研究十分復雜。雖然數(shù)字水印技術(shù)得到較快的發(fā)展和較好的完善，但此技術(shù)并未完全成熟和普遍推廣，仍有許多亟待解決的問題，數(shù)字水印技術(shù)的理論基礎仍然很弱，目前大多系統(tǒng)的設計只是探索性的。無論數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展歷程成功與否，它都值得我們?nèi)リP(guān)注，盡管這個問題至今仍不明朗。數(shù)字水印技術(shù)仍在發(fā)展，但針對水印的攻擊技術(shù)也在發(fā)展，在現(xiàn)實中，切實全面的系統(tǒng)設計對于成功的應用是至關(guān)重要的。

二、背景及意義

隨著因特網(wǎng)技術(shù)、計算機多媒體技術(shù)的迅速發(fā)展，人們可以方便存儲、交換和處理視頻、音頻、圖像和文本等多媒體信息。同時，也引發(fā)了多媒體信息的傳輸安全和數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)問題，為解決此類問題，提出了數(shù)據(jù)置亂、數(shù)字信息隱藏、數(shù)字信息分存、加密、數(shù)字水印等技術(shù)，其中人們最為關(guān)注的是數(shù)字水印技術(shù)。利用多媒體數(shù)據(jù)的冗余性，數(shù)字水印技術(shù)將某些信號作為隨機噪聲嵌入到多媒體數(shù)據(jù)中，只有在密鑰的控制下通過一定的提取方法，方能將嵌入的信號進行提取和還原。實際應用中，在不影響宿主媒體主觀質(zhì)量及使用價值的基礎上，將與多媒體內(nèi)容相關(guān)或不相關(guān)的一些標識信息直接嵌入到多媒體內(nèi)容中，且不容易被人的知覺系統(tǒng)覺察或注意。從而實現(xiàn)隱藏存儲、傳輸、標注、版權(quán)保護、身份識別等功能。數(shù)字水印技術(shù)有兩個方面的作用，第一，證明作者對作品的所有權(quán)。第二通過監(jiān)測和分析數(shù)字產(chǎn)品中所提取的水印，動態(tài)跟蹤數(shù)字產(chǎn)品來保證數(shù)字作品的可靠性和完整性。

總之，數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)保護問題和數(shù)字信息的傳輸安全問題是數(shù)字化時代人們亟待解決的問題，解決此類問題最有效、最具潛力的技術(shù)就是數(shù)字水印技術(shù)，數(shù)字水印是信息隱藏技術(shù)研究中的重要發(fā)展方向。隨著數(shù)字水印技術(shù)研究的深入，以及人們對數(shù)字水印作用的認識，不久的將來，數(shù)字水印技術(shù)必將廣泛應用于Internet網(wǎng)絡視頻、音頻、數(shù)字視頻點播系統(tǒng)、衛(wèi)星數(shù)字視頻傳輸、數(shù)字圖書館、數(shù)字知識產(chǎn)權(quán)保護、電子商務、數(shù)字新聞電視廣播、DVD版權(quán)保護、加密和安全通信、現(xiàn)代文化藝術(shù)和文化遺產(chǎn)的繼承、軍事命令的網(wǎng)絡發(fā)布、軍事地圖和軍事機密的網(wǎng)絡傳輸?shù)阮I(lǐng)域。

三、概念和特點

數(shù)字水印技術(shù)是一種信息隱藏技術(shù)，其基本思想是通過一定的算法將一些標志性的信息如數(shù)字、序列號、文字、圖像等版權(quán)信息嵌入到多媒體內(nèi)容中，以起到產(chǎn)品標志驗證、數(shù)據(jù)的真?zhèn)舞b別和版權(quán)保護等作用。嵌入的水印可以是隨機序列、文字、標識、序列號等。一般來說，水印嵌入到數(shù)字產(chǎn)品之前需要經(jīng)過適當?shù)淖儞Q，我們稱變換后的信息為數(shù)字水印。

三、基本特性

因用途的不同對數(shù)字水印有不同的要求。因此，數(shù)字水印應該具有以下特征：

（1）魯棒性（Robustness）：可理解為強健性、堅固性、強壯性或穩(wěn)健性。數(shù)字水印的魯棒性指在經(jīng)過多種有意或無意的信號處理時嵌入不能輕易去掉、能準確識別的完整性信息。比如信道噪聲、傳輸、過濾、重新采樣、D/A和A/D轉(zhuǎn)換、剪切、尺度變化以及有損壓縮等。當他人故意運用不正當手段消除或修改嵌入的水印信息時，將引起水印信息的明顯變化，從而提醒合法的所有者及使用者，達到保護水印信息。不同的數(shù)字水印用途對魯棒性的要求不僅相同，通常情況下能抵抗普通的圖像處理。如果作為版權(quán)保護的數(shù)字水印則必須有更強的魯棒性，才能夠抵抗外來的惡意攻擊。

（2）隱蔽性（Imperceptibility）：可理解為難以覺察，感覺不到。隱蔽性是說多媒體產(chǎn)品中嵌入數(shù)字水印而不引起明顯的視覺效果變化，對魯棒和易損的不可見水印來說是一個基本的要求。信號處理的視角下，水印的隱蔽性和魯棒性是相互矛盾的一對特性要求，隱蔽性好了魯棒性就差，隱蔽性弱了魯棒性就強。所以要綜合考慮，在兩者之間進行折。雖然達到這種要求比較困難，但仍可以實現(xiàn)。所謂的不可感知并不是絕對的感覺不到，因為人類的感覺器官是相對而言的并不是特別精密的系統(tǒng)，我們就認為感覺器官所感受不到的細微變化是不可感知的。當兩方面需同時兼顧時，只要在保證“相對”隱蔽的情況下盡量提高水印的魯棒性即可。

（3）安全性（Security）：安全性指即使改變文件得格式水印數(shù)據(jù)也不應丟失，移栽性良好，水印信息不是隱藏于文件中而是數(shù)據(jù)中。

（4）可檢測性（Detectability）：可檢測性指數(shù)字水印信息是可檢測或提取的，如果數(shù)字水印不具備可檢測或提取性，那么數(shù)字水印技術(shù)也就失去了自身的意義。數(shù)字產(chǎn)品中的數(shù)字水印信息是確認版權(quán)歸屬問題上的重要依據(jù)。

（5）無歧義性（Unambiguity）：無歧義性指檢測或提取出的水印信息一定不發(fā)生多重所有權(quán)的現(xiàn)象，能強有力的證明所有權(quán)的歸屬。水印中嵌入相關(guān)的信息(如產(chǎn)品標志、注冊時用戶代碼或有意義的文字等)來保護對象，在必要的時候能夠提取出來此類信息，用以證明產(chǎn)品是否被非法拷貝盜用，鑒定產(chǎn)品是否得到保護，并能夠跟蹤被保護產(chǎn)品數(shù)據(jù)的傳播等。日前，社會上已出現(xiàn)很多算法，使得攻擊者有可能破壞產(chǎn)品中的水印信息而復制出原始圖像，這就導致產(chǎn)品持有者不能拿出有效證據(jù)來證明自己的所有權(quán)。所以，好的水印算法能夠提供無異議且完整的版權(quán)證明。

（6）通用性（Generality）：通用性在某種程度上意味著易用性。好的水印算法能適用于多種格式的數(shù)字產(chǎn)品。