【摘 要】近年來，數(shù)字水印技術(shù)開始廣泛應(yīng)用于數(shù)字圖像等多媒體產(chǎn)品的版權(quán)保護(hù)中。本文綜述了水印技術(shù)現(xiàn)狀、分類、水印性能的技術(shù)指標(biāo)及水印的應(yīng)用領(lǐng)域。同時(shí)，也綜述了水印檢測技術(shù)的分類、常用的一些水印檢測算法及相關(guān)性檢測算法中，檢測閾值的公式。指出了在水印檢測領(lǐng)域所面臨的缺少通用的檢測水印方案給水印技術(shù)的發(fā)展造成了一定的阻礙。并展望了水印檢測技術(shù)以后的發(fā)展方向。

【關(guān)健詞】數(shù)字水印 水印檢測 相關(guān)檢測 檢測閾值

一、引言

21世紀(jì)是一個(gè)數(shù)字化引領(lǐng)世界的時(shí)代，而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體信息處理技術(shù)便憑借自己的優(yōu)勢得以迅速的發(fā)展。其中一方面，世界各地的人民運(yùn)用因特網(wǎng)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大大方便了自己的交流。另外一方面，如一些音樂、圖片、電影電視視頻等人們利用數(shù)據(jù)壓縮以及多媒體技術(shù)便可以很快的經(jīng)過制作、加工、分發(fā)和傳送然后毫發(fā)無損的復(fù)制以及傳送這些信息，給我們帶來很大的方便。然而所有的事情都是一分為二的有利必有弊，網(wǎng)絡(luò)亦是如此。它雖然方便了我們的生活但是也不免遇到一些知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題和版權(quán)的侵害問題。因?yàn)橐纛l視頻等都可以通過網(wǎng)絡(luò)以數(shù)字化的方式獲得，所以好多人就會(huì)大規(guī)模非授權(quán)的拷貝信息，這就成了音樂、電影、書籍和軟件出版業(yè)最為頭疼的大事。國家的一些安全部門利用信息隱藏技術(shù)隱藏一些國家單位機(jī)密資料，防止別人竊取機(jī)密，人民國家利益受損，因而安全問題也是他們最為擔(dān)心重視的。我們的一些個(gè)人信息在網(wǎng)絡(luò)傳輸是必須加以保密而很多不法分子為了一絲利益惡意破壞竊取信息。那么信息隱藏和數(shù)字水印研究自然是安全研究領(lǐng)域中的重中之重。

信息隱藏（ Information-hiding）或更嚴(yán)格地稱為信息偽裝（Steganography：該詞來源于希臘意思便是一些重要的信息隱藏在別的信息中，使信息更為安全），是一種集是密碼學(xué)、軟件工程、算法設(shè)計(jì)和分析、程序設(shè)計(jì)等學(xué)科于一起專門來研究怎樣才能隱藏信息以及保證安全的技術(shù)。信息隱藏主要就是將機(jī)密的信息用公開的信息隱藏保護(hù)然后傳輸出去。這個(gè)隱藏技術(shù)一直備受人們關(guān)注，加上一些版權(quán)和安全問題，那么由其發(fā)展和演變而來的數(shù)字水印技術(shù)便演變當(dāng)前國際學(xué)術(shù)界研究的一個(gè)前沿方向和熱點(diǎn)。

數(shù)字水印是指嵌在數(shù)字產(chǎn)品中的數(shù)字信號(hào)，可以是圖像、文字、符號(hào)、數(shù)字等一切可以作為標(biāo)識(shí)和標(biāo)記的信息，其目的是進(jìn)行版權(quán)保護(hù)、所有權(quán)證明、指紋（追蹤發(fā)布多份拷貝）和完整性保護(hù)等，因此它的要求是魯棒性和不可感知性等。數(shù)字水印算法分為兩個(gè)部分：（1）水印信息嵌入；（2）水印信息提取、檢測。在嵌入水印信息后的載體圖像往往要經(jīng)過很多有意無意的處理和攻擊。在水印嵌入后對(duì)載體圖像影響不太大的情況下，水印信息應(yīng)該能可靠地被檢測出來。數(shù)字水印的檢測是一項(xiàng)復(fù)雜且難度較大的技術(shù)。

數(shù)字水印是由信息隱藏發(fā)展而來的，因此，信息隱藏的算法大部分都可以應(yīng)用到數(shù)字水印中，但數(shù)字水印和信息隱藏還是有區(qū)別的。信息隱藏要求能夠精確恢復(fù)隱藏的信息，因?yàn)樗鼈鬟f的就是這些秘密信息；而數(shù)字水印，在大多數(shù)情況下，只需要證明載體中存在某一個(gè)數(shù)字水印即可，它可以用一些相關(guān)度量等方法就可以實(shí)現(xiàn)，不需要精確恢復(fù)。另外，數(shù)字水印要求更高的健壯性，因?yàn)樵诎鏅?quán)保護(hù)中，盜版者會(huì)想方設(shè)法擦除作品中的原始版權(quán)信息，因此，數(shù)字水印算法要能夠抵抗各種可能的更強(qiáng)的攻擊。

二、 數(shù)字水印及其檢測現(xiàn)狀

數(shù)字水印技術(shù)是近年來發(fā)展的一項(xiàng)技術(shù)理論，這種技術(shù)雖然也得到各個(gè)國家的重視，并且應(yīng)用在一些相關(guān)的行業(yè)和領(lǐng)域，但是這種理論到目前為止并沒有完全的成熟，沒有實(shí)現(xiàn)完整的學(xué)科理論體系。目前已有歐美的一些著名的大學(xué)、企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)，致力于數(shù)字水印中，甚至展示了一些關(guān)于數(shù)字水印的應(yīng)用產(chǎn)品，雖然仍然不夠完美，但是在推動(dòng)數(shù)字水印技術(shù)領(lǐng)域起到了重要的推動(dòng)作用。數(shù)字水印在國外的高度發(fā)展和重視使我國業(yè)內(nèi)的一些有識(shí)之士開始對(duì)數(shù)字水印的關(guān)注，加入對(duì)數(shù)字水印的研究中，成為了我國數(shù)字水印的帶頭領(lǐng)軍人物，同時(shí)在國內(nèi)經(jīng)濟(jì)水平，互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展都迅速發(fā)展的今日，數(shù)字水印應(yīng)用的范圍也越來越廣泛，信息隱藏技術(shù)在我國數(shù)字領(lǐng)域中所起到的作用也越來越大，這就加大了我國對(duì)數(shù)字水印研究的力度，為數(shù)字水印技術(shù)研究技術(shù)起到了一定的推動(dòng)作用。而目前隨著重視程度的加大，數(shù)字水印技術(shù)在理論上取得了十分重大的成就，研究人員也不斷的以不同的形式展示這方面的研究成功，為數(shù)字水印技術(shù)的研究和發(fā)展提供了十分寶貴的建議和見解。

數(shù)字水印算法中已經(jīng)有了不少健壯的好的水印算法。但單個(gè)的數(shù)字水印檢測方面的技術(shù)還是很少有人研究。大多數(shù)水印檢測算法，都是根據(jù)其水印嵌入算法，而提出的水印檢測算法。一般情況下，水印檢測算法只是水印嵌入算法的一個(gè)逆操作。這樣將會(huì)阻礙水印的發(fā)展，例如：在一個(gè)數(shù)字作品中嵌入不可見版權(quán)水印信息，只有水印嵌入者才能提取檢測出這個(gè)水印信息，這樣會(huì)導(dǎo)致購買者無法鑒別此數(shù)字作品的真?zhèn)?。如果，讓購買者知道了該水印的檢測算法，而其檢測算法又是水印嵌入算法的一個(gè)逆操作。那么，購買者就可以提取出該水印，而嵌入其他水印信息，于是導(dǎo)致水印系統(tǒng)中的解釋攻擊，而無法保護(hù)版權(quán)所有者的合法利益。我認(rèn)為應(yīng)該有一種比較通用的水印檢測算法出現(xiàn)，這樣，在不知道水印嵌入算法的情況下，能有效地保護(hù)版權(quán)所有者的合法權(quán)益。

三、 數(shù)字水印的應(yīng)用領(lǐng)域

數(shù)字水印技術(shù)隨著起初單純的保護(hù)版權(quán)，到如今隨著數(shù)字水印技術(shù)的不斷的發(fā)展，使它應(yīng)用領(lǐng)域的不斷發(fā)掘和開展，加大了對(duì)數(shù)字水印的利用和運(yùn)用。其中數(shù)字水印的主要作用體現(xiàn)在：

（一）用于盜版跟蹤的數(shù)字指紋。

（二）標(biāo)題與注釋，即將作品的標(biāo)題、注釋等內(nèi)容

（三）篡改提示，當(dāng)數(shù)字作品被用于法庭、醫(yī)學(xué)、新聞及商業(yè)時(shí)，常需確定它們的內(nèi)容是否被修改、偽造或特殊處理過。

（四）使用控制，這種應(yīng)用的一個(gè)典型的例子是DVD防拷貝系統(tǒng)，即將水印信息加入DVD資料中，這樣DVD播放機(jī)即可通過檢測DVD資料中的水印信息來判斷其合法性和可拷貝性。從而保護(hù)制造商的合法利益。

四、水印檢測的結(jié)果是二值的

數(shù)字水印最開始的作用就是保護(hù)版權(quán)問題，所以針對(duì)與數(shù)字私有水印檢測的方法，主要是根據(jù)數(shù)字水印的基本作用進(jìn)行進(jìn)行對(duì)比檢測，主要表現(xiàn)有：

（一）對(duì)以確定有水印存在的水印圖像，只需要確定水印存在的是否合理，確定是可以存在的，那么就證明這個(gè)水印圖像是沒有問題的。

（二）提取水印的基本信息，然后進(jìn)行追蹤，證實(shí)圖像的存在，對(duì)水印的信息進(jìn)行記錄，然后對(duì)比確認(rèn)的水印，確認(rèn)水印是否存在。

五、水印檢測方法

（一）水印檢測算法分類

根據(jù)檢測特征，基于圖像的信息隱藏檢測系統(tǒng)的檢測方法有2種[2]

1.基于簽名的檢測方法

2.基于統(tǒng)計(jì)的檢測方法

基于統(tǒng)計(jì)的檢測算法因具有較通用的檢測性能，在數(shù)字水印檢測算法中常常用到基于統(tǒng)計(jì)的相關(guān)性檢測算法。

（二）檢測算法性能優(yōu)劣的技術(shù)指

1.檢測的快速性

檢測的快速性，對(duì)于建立面向大型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的系統(tǒng)是非常重要的。如：檢測網(wǎng)絡(luò)中具有版權(quán)的圖片的非法復(fù)制，視頻作品的非法播放等。其檢測速度是一項(xiàng)重要的性能指標(biāo)。常采用分布式處理、并行計(jì)算、高效的體系結(jié)構(gòu)等手段來提高其檢測的快速性。

2.檢測的準(zhǔn)確性

漏警率和虛警率是評(píng)價(jià)檢測準(zhǔn)確性的兩個(gè)重要參數(shù)，一個(gè)好的檢測算法應(yīng)該使其漏警率和虛警率降到最低。而漏警率和虛警率又是相互矛盾的，通常情況下，當(dāng)漏警率高時(shí)，則虛警率低。所以在檢測算法中，常采用自適應(yīng)的過程，不斷調(diào)整檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的參數(shù)，采用多種算法互相融合，從而使漏警率和虛警率處于相對(duì)最優(yōu)狀態(tài)，來提高檢測的準(zhǔn)確性。

（三）常用數(shù)字水印檢測方案

所謂水印檢測算法其實(shí)大部分就是指水印嵌入算法的逆過程。一般是指在研究者預(yù)先給出水印算法之后再按照水印算法所給出的水印檢測然后提取算法。所以這些算法我們一般不采用沒普遍性。這里我所舉的水印檢測1.

1.感觀分析檢測法

我們一般將水印信息都隱藏較敏感的的載體區(qū)域，但是這樣在抵抗攻擊的同時(shí)往往也會(huì)因感觀痕跡暴露隱藏的信息。感觀分析是利用人類的感知和對(duì)噪聲的分辨力來分析檢測數(shù)字載體。這種感知的失真或模式在數(shù)字?jǐn)?shù)字載體的失真以及噪聲中是最容易被檢測到的時(shí)候。我們一般辨認(rèn)這種模式就是對(duì)較原始載體和含水印載體進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)他們的可見差異，而對(duì)于水印來說，他確是不可見的，所以這種方式的功效也不大。

所以我們要對(duì)原有的視覺檢測中的待測的水印圖像進(jìn)行處理加以改良。例如原始自然圖像中的平面特征不僅在重要以及非重要的地方都出現(xiàn)隨機(jī)紋理而且紋理的隨機(jī)度從最重要位到最不重要位逐漸增大，特征也將會(huì)因?yàn)樾畔⒌那度攵淖儭Ｎ覀兙涂梢愿鶕?jù)這些特征用位平面分解過濾器處理待測圖像。然后通過觀察相應(yīng)位平面所體現(xiàn)的特征得出待測圖像中是否含有水印信息。

2. 統(tǒng)計(jì)檢測算法

這種檢測檢測方法是將原始載體的理論期望頻率分布和從可能是含水印的圖像中檢測到的樣本分布進(jìn)行比較，從而得出是否含有結(jié)論的一種檢測方法。因?yàn)榍度氲乃⌒畔⒏淖兊氖窃驾d體數(shù)據(jù)的冗余部分，但卻不改變視覺效果，不會(huì)引起圖像的降質(zhì)，卻改變了原始載體數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性。于是，我們可以通過判定待測圖像的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)是否屬于正常情況，來判斷是否含有水印信息。

水印檢測的第一步是用算子G產(chǎn)生水印，第二步是算子D檢測。為了檢測出水印，相似值或者相似量在通常的統(tǒng)計(jì)檢測方法中都被用到，既然預(yù)期的結(jié)果是二值的（是或不是）。我們就要以用某種閾值來判斷。如圖5所示，當(dāng)水印存在。其中，參數(shù)預(yù)先給定的檢測閾值，這個(gè)閾值通常用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法得到，有著復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)公式，也可以由經(jīng)驗(yàn)給出。其中的通常是可以計(jì)算出來的某個(gè)確定的相關(guān)值。檢測可能包含下列兩種錯(cuò)誤：（1）水印被檢測到，但實(shí)際中并不含有水??；（2）水印沒被檢測到，但實(shí)際產(chǎn)品中包含水印。在這兩種情況中，后一種情況的概率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于前一種情況，主要因?yàn)閮煞N情況的統(tǒng)計(jì)假設(shè)更多的是基于一些普通圖像的處理，如濾波、壓縮、剪切等等。這些操作通常稱為攻擊。這兩種錯(cuò)誤的概率記為虛警率和漏警率。設(shè)表示肯定檢測確定度，通常，當(dāng)虛警概率趨向于0（）時(shí)，水印的漏警概率將會(huì)趨向于1（）。閾值的選擇要同時(shí)考慮虛警概率和漏警概率。當(dāng)閾值偏小時(shí)，虛警概率降低而漏警概率將提高；若閾值增大時(shí)，虛警概率降低而漏警概提高，我們可以根據(jù)檢測水印的要求及考慮所受的攻擊調(diào)整其閾值。例如：在拷貝控制系統(tǒng)，對(duì)虛警率的要求嚴(yán)格，而且水印在經(jīng)過有意無意的攻擊后，漏警率要大于虛警率，這是由于網(wǎng)絡(luò)的有損傳輸或切割、縮放、有損壓縮等操作丟失了水印圖像的部分?jǐn)?shù)據(jù)，因而使相關(guān)值降低，為了提高其檢測的準(zhǔn)確性，相關(guān)檢測閾值應(yīng)相應(yīng)降低。

通常，為了測試水印檢測算法的性能，采用下述方法：首先在給定的閾值的情況下，對(duì)不含水印的圖像進(jìn)行攻擊，觀察虛警率和漏警率的大小；然后，對(duì)含有水印的圖像進(jìn)行攻擊，再觀察虛警率和漏警率的大小。根據(jù)虛警率和漏警率相對(duì)變化，可以測試水印檢測算法性能的好壞，也就是可以測試所給出的檢測閾值的合理程度。

六、數(shù)字水印檢測的發(fā)展方向

（一）盲水印檢測技術(shù)需要進(jìn)一步發(fā)展，為了水印技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，在檢測和提取水印時(shí)，如需原始圖像參與，則會(huì)阻礙水印技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。水印技術(shù)主要用于版權(quán)保護(hù)，盲水印檢測技術(shù)的發(fā)展，將方便人們?cè)诓恍枰驾d體情況下，測試出水印，這將有效地保護(hù)版權(quán)。

（二）數(shù)字水印要得到廣泛的實(shí)際性的應(yīng)用，必需建立一系列統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)不同，將導(dǎo)致一系列的水印嵌入檢測算法不兼容，顯然是不利于水印技術(shù)的推廣。水印檢測技術(shù)及一些測試標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一也是非常需要的。

在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日益發(fā)展的今天，水印技術(shù)的研究具有重要的意義，而與之配套的水印檢測技術(shù)也應(yīng)跟水印技術(shù)同步發(fā)展，我希望不久的將來，能有更好的實(shí)用性強(qiáng)的水印技術(shù)出現(xiàn)，同時(shí)，也希望能有一個(gè)相對(duì)的通用的水印檢測技術(shù)研制成功。

參考文獻(xiàn)：

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[2]劉瑞幀，譚鐵牛，數(shù)字水印研究綜述.通信學(xué)報(bào)，2000.21（8）：3949.

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[5]鈕心忻，信息隱藏與數(shù)字水印，北京郵電大學(xué)出版社

作者簡介：

姓名：周洪波出生年月：1977年1月性別：女籍貫 ：湖南衡陽最高學(xué)歷 ：理學(xué)碩士職稱：講師研究方向：數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)。