数字水印在大学计算机基础中的应用

随着计算机和因特网的普及，大量的版权作品都是以计算机文件的形式存在，这些数字媒体信息很容易被未授权的用户恶意修改和复制，采用传统的加密技术不能完全解决这些问题。针对知识产权保护和内容完整性认证的需要，20世纪90年代中期有学者提出了数字水印技术。数字水印是利用人的感觉冗余特性，通过信号处理技术在要保护的数字产品中不可见地、稳健地嵌入版权信息的一种信息保护手段。

1.数字水印的概念和通用框架

数字水印是一种信息隐藏技术，它的基本思想是在数字图像、音频、视频、三维模型等数字产品中嵌入秘密信息，以便保护数字产品的版权、证明产品的真实可靠性、跟踪盗版行为或者提供产品的附加信息。其中的秘密信息可以是版权标志、用户序列号或者是产品相关信息。一般来讲，它需要经过适当变换后再嵌入到数字产品中，通常称变换后的秘密信息为数字水印。

一般的数字水印系统由嵌入器和检测器组成，嵌入器作为输入部分包括要编码为水印的信息和嵌入水印的载体作品，它的作用是将水印嵌入到载体中；检测器的作用是检测嵌入器输出的数据是否有水印存在，若存在，则输出水印编码的信息。

2.数字水印的技术特点

与加密技术不同，数字水印技术本身并不能阻止盗版活动的发生，但它可以判别对象是否受到保护，监视保护数据的传播，进行真伪鉴别、防止非法拷贝、解决版权纠纷并为法庭提供证据。

数字水印技术是作为用于版权保护的一种直观而有力的工具出现的，它除了应具有信息隐藏技术的一般特点外，还有着其固有的特点和研究方法。数字水印系统必须满足一些特定的条件才能使其在数字产品版权保护和完整性鉴定方面成为值得信赖的应用体系。不同的应用对数字水印的要求是不尽相同的，一般认为数字水印应具有如下特点。

·不可感知性（Imperceptibility），水印的存在不应明显干扰被保护的数据，不影响被保护数据的正常使用。大多数数字水印应用中，要求带水印的图像保持极高的品质，与原始图像之间在肉眼下几乎不可分辨。

·稳健性或鲁棒性（Robustness），数字水印必须难以（最好是不可能）被除去，除非对数字水印具有足够的经验知识，否则任何试图除去或破坏水印的企图都将导致数字媒体严重的降质而不可用。这就不仅要求嵌入水印的图像在经过合理处理（例如，图像压缩、滤波、噪声污染、D/A和A/D变换、再抽样、再量化和图像增强等）和常见的几何变换（例如，旋转、平移、缩放和纵横比改变等）后仍能可靠提取水印，而且要能有效对付各种恶意攻击。

·可证明性（Vindicability），水印所携带的所有者等信息能够被唯一的鉴别确定，而且在遭到攻击时，恢复出的水印或水印检测的结果能够明确地表明版权所有者的身份，从而不会导致发生所有权的纠纷。

·容量，要求水印算法能嵌入一定的水印信息量。在典型应用中，一般需要取60～100位的信息量。信息量太少不足以唯一地确定产品，常见的信息有多媒体内容的创建者或所有者的标志信息、购买者的序列号等。

·安全性，嵌入的水印信息必须只有授权的机构才能检测出，非法用户不能判断水印是否存在，或者，即使检测出水印，也不能获取或去除水印信息。(www.xing528.com)

·盲检测性，水印的检测和提取过程不需要未加水印的原始载体的具体信息。

3.数字水印的应用

虽然数字水印技术研究时间不长，但作为实现版权保护的有效办法，已成为多媒体信息安全研究领域的一个研究热点，随着研究的深人和该技术的发展，越来越多的领域开始用到了数字水印技术，并呈现逐渐上升的趋势。总地来说，数字水印技术有以下一些主要应用领域：

（1）版权保护，数字作品的所有者用密钥产生一个水印，并将其嵌入原始数据，然后公开发布他的水印版本作品。当该作品被盗版或者出现版权纠纷时，所有者可利用从盗版作品或水印作品中获取水印信号作为依据，从而保护所有者的权益。这要求水印作品必须有较好的稳健性、安全性、透明性和嵌入不可逆性。

（2）数字指纹，发行的每个拷贝中嵌入不同的水印，称为数字指纹。为避免未经授权的拷贝制作和发行，出品人可以将不同用户的ID或序列号作为不同的水印（指纹）嵌入作品的合法拷贝中。一旦发现未经授权的拷贝，就可以通过检索指纹来追踪其来源。此种水印是不可见的，应该能够抵抗恶意的擦除、伪造以及合谋攻击等。

（3）标题与注释，将作品的标题、注释等内容以水印形式嵌入该作品中。例如，一张照片的拍摄时间、地点等。这种隐式注释不需要额外的带宽，且不易丢失。

（4）篡改提示，当数字作品被用于法庭、医学、新闻及商业时，常需要确定它们的内容是否被修改、伪造或特殊处理过。为实现该目的，通常可将原始图像分成多个独立块，再将每个块嵌入不同的水印。通过检测每个数据块中的水印信号，达到确定作品的完整性。与其他水印不同的是，这类水印必须是脆弱的，并且检测水印信号时，不需要提供原始数据。

（5）使用控制，在多媒体发行体系中，人们希望有一种拷贝机制，即它不允许未授权的媒体拷贝。这种应用的一个典型的例子是DVD防拷贝系统，即将水印信息加入DVD数据中，这样DVD播放机即可通过检测DVD数据中的水印信息来判断其合法性和可拷贝性，从而保护制造商的商业利益；另一种水印通过计算使用次数和复制次数进行控制，从而避免用户无限制的复制使用。

（6）广播监控，在电视和广播领域中，节目的播出时间是很难精确统计的，这对于利用电视和广播打广告的广告商来说是不公平的。为了实现广播监控，可以使用数字水印技术来对播放广告的时间、地点等信息进行监控。由于水印是嵌入到内容之中的，所以能够完全兼容所安装的模拟或数字的广播基础设备。

另外，数字水印在电子商务交易中的票据防伪、数字签名、隐藏通信及其对抗中也有广泛的应用。