数字水印技术的概念与特征

传统的水印防伪技术一般是指用于钞票、票据等防伪印刷产品的的水印纸，它是大多数人比较熟悉的一种防伪技术，由于它具有良好一线防伪效果，因此被广泛应用于许多纸币、票证之中。而数字水印技术不同于传统的水印纸，它是利用数字信号处理的相关技术，在媒体数据作品中嵌入微量数据（一般为数字、序列号、文字、图像标志等版权信息），水印技术嵌入后，原始的媒体数据并没有发生改变，也不影响原始数据的正常使用。数字水印是人们从产品表面无法感知的水印，只有专用的检测器或软件才可以检测出“隐藏”的水印。

1.数字水印技术的概念

随着对数字水印技术研究的不断深入，关于数字水印技术的概念也有不同的描述，不同的描述也反应了数字水印技术研究的不同侧重点，但其基本的内容是一致的。并且随着数字水印技术的不断发展，其概念的描述还会进一步丰富和发展。这里简要介绍以下三种关于数字水印技术概念的描述。

（1）数字水印技术就是将数字、序列号、文字、图像标志等版权信息嵌入到多媒体信息中，以起到版权保护、秘密通信、数据文件的真伪鉴别和产品标志等作用。

（2）数字水印技术是通过一定的算法将一些标志性信息直接嵌入到多媒体内容当中，但不影响原内容的价值和使用，并且不能被人的知觉系统觉察或注意到，只有通过专用的检测器或阅读器才能提取。其中的水印信息可以是作者的序列号、公司标志、有特殊意义的文本等，可用来识别文件、图像或音乐制品的来源、版本、原作者、拥有者、发行人、合法使用人对数字产品的拥有权。

（3）数字水印技术是用数字技术将图像、音频、视频、文本、网络等目标直接隐藏在静止图像、活动图像或其他数字化传播媒体中的技术。其实质就是图像信息的隐藏，或称为图像水印处理技术。

2.数字水印技术的基本特征

数字水印过程是向被保护的数字对象（如静止图像、视频、音频等）中嵌入某些能够证明版权归属或跟踪侵权行为的信息（如作者的序列号、公司标志、有意义的文本等）。与传统加密系统不同的是，数字水印技术应用的主要目的并不是限制对媒体的访问，而是确保媒体中水印不被改变或消除，从而可以判别对象是否受到保护，监视被保护数据的传播、真伪鉴别和非法拷贝、解决版权纠纷，并提供相应的证据。此外，也可用于保密通信和隐含信息标注等。(www.xing528.com)

依据所嵌入的主媒体不同，数字水印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。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，只要叠加的弱信号的幅度低于一定的值，人的视觉系统就无法感觉到信号的存在。因此，通过对原始图像做一定的调整，就有可能在不改变视觉效果的情况下嵌入一些信息。一般而言，数字水印应具有以下基本特征。

（1）可证明性和安全性。可证明性是指水印应能为受到版权保护的信息产品的归属提供完全和可靠的证据。安全性是指加入水印和检测水印的方法对没有授权的第三方是绝对保密而且不可轻易破解的（即使被黑客检测到了也不能读出），也就是说，数字水印信息应是安全的，难以篡改或伪造的，因此数字水印需要加密处理。

（2）不可感知性。即隐蔽性，是指数字水印应是不可知觉的，而且应不影响被保护数据的正常使用。不可感知性包含两个方面的含义：一是指视觉上的不可感知性，即嵌入水印导致的图像变化对观察者的视觉系统来讲是不可觉察的，普通人难以确定嵌入水印的位置（最理想的情况是加入水印后的图像与原来一模一样），水印的存在不应该使原始图像视觉质量发生变化或影响原始图像的视觉效果；二是指水印用统计的方法是无法恢复的，即对大量用同样的方法和水印处理过的信息产品使用统计的方法无法提取水印或确定水印的存在。

（3）鲁棒性。也称为稳健性，即水印图像经过一些常见的改变后，水印仍具有较好的可检测性，是指在经历多种无意（如图像压缩、低通滤波、图像增强、扫描与复印、噪声污染、尺寸变化等）或有意（恶意攻击等）的信号处理过程后，数字水印不被破坏（仍能保持部分完整性并能被准确鉴别）。可能的信号处理过程包括信道噪声、滤波、数/模与模/数转换、重采样、剪切、旋转、扭曲、位移、尺度变化以及有损压缩编码等。当然，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。

图7-8　数字水印嵌入示意图

上述几方面的特征是对数字水印的基本要求，其中不可感知性与鲁棒性（稳健性）是最基本的要求，也是一对矛盾的两个因素。一般而言，实现数字水印的原则是：在保证不改变原始图像视觉感知效果（不可感知性）的前提下，实现水印具有较好的稳健性和抗攻击性。