[摘要]介绍数字水印技术的基本概念、基本特征和分类，数字水印技术广泛的应用领域，分析数字水印技术的应用前景。

[关键词]数字水印数据安全多媒体

一、引言

随着计算机和网络技术的飞速发展，特别是因特网的普及，信息的安全保护问题日益突出。此外，多媒体技术已被广泛应用，数字图像、音频和视频等多媒体数字产品愈来愈需要一种有效的版权保护方法。最近几年，许多研究人员放弃了传统密码学的技术路线，尝试用各种信号处理方法对声像数据进行隐藏加密，并将该技术用于制作多媒体的“数字水印”。

二、数字水印特征及分类

所谓数字水印技术，就是在被保护的数字对象（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，这些信息可能是作者的序列号、公司标志、有意义的文本等等。水印中的隐藏信息能够抵抗各类攻击。即使水印算法是公开的，攻击者要毁掉水印仍十分困难。将某种不可感知的信息如数字、序列号、文字、图像标志等版权信息嵌入到多媒体数据中，以起到版权保护、秘密通信、数据文件的真伪鉴别和产品标识等作用。在发生数字媒体侵权使用、版权争议时，通过检测媒体内容中的数字水印，获得数字媒体的版权信息、授权信息等，从而起到媒体知识产权保护的目的。数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向。

1.数字水印特征

嵌入数字作品中的信息必须具有以下基本特性才能称为数字水印：

（1)不可感知性:在数字作品中嵌入数字水印不会引起明显的降质，并且不易被察觉。

（2)隐藏位置的安全性:水印信息隐藏于数据而非文件头中，文件格式的变换不应导致水印数据的丢失。

（3)鲁棒性:所谓鲁棒性是指在经历多种无意或有意的信号处理过程后，数字水印仍能保持完整性或仍能被准确鉴别。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、位移、尺度变化以及有损压缩编码等。

（4)隐藏的信息量:嵌入的秘密信息必须能够具有足够多的信息。实际上，隐藏的信息与系统的鲁棒性是矛盾的，即嵌入的秘密信息越多，鲁棒性就越差。

2.数字水印分类

按水印的特性可以将数字水印分为鲁棒数字水印和脆弱数字水印两类。鲁棒数字水印主要用于在数字作品中标识著作权信息，如作者、作品序号等，它要求嵌入的水印能够经受各种常用的编辑处理；脆弱数字水印主要用于完整性保护，与鲁棒水印的要求相反，脆弱水印必须对信号的改动很敏感，人们根据脆弱水印的状态就可以判断数据是否被篡改过。

按水印所附载的媒体，我们可以将数字水印划分为图像水印、音频水印、视频水印、文本水印以及用于三维网格模型的网格水印等。

按水印的检测过程可以将数字水印划分为明文水印和盲水印。明文水印在检测过程中需要原始数据，而盲水印的检测只需要密钥，不需要原始数据。一般来说，明文水印的鲁棒性比较强，但其应用受到存储成本的限制。

按数字水印的内容可以将水印划分为有意义水印和无意义水印。有意义水印是指水印本身也是某个数字图像（如商标图像）或数字音频片段的编码;无意义水印则只对应于一个序列号。有意义水印的优势在于，如果由于受到攻击或其他原因致使解码后的水印破损，人们仍然可以通过视觉观察确认是否有水印。但对于无意义水印来说，如果解码后的水印序列有若干码元错误，则只能通过统计决策来确定信号中是否含有水印。

按水印的用途，我们可以将数字水印划分为票据防伪水印、版权保护水印、篡改提示水印和隐蔽标识水印。

票据防伪水印是一类比较特殊的水印，主要用于打印票据和电子票据的防伪。一般来说，伪币的制造者不可能对票据图像进行过多的修改，所以，诸如尺度变换等信号编辑操作是不用考虑的。但另一方面，人们必须考虑票据破损、图案模糊等情形，而且考虑到快速检测的要求，用于票据防伪的数字水印算法不能太复杂。

版权标识水印是目前研究最多的一类数字水印。数字作品既是商品又是知识作品，这种双重性决定了版权标识水印主要强调隐蔽性和鲁棒性，而对数据量的要求相对较小。

篡改提示水印是一种脆弱水印，其目的是标识宿主信号的完整性和真实性。

隐蔽标识水印的目的是将保密数据的重要标注隐藏起来，限制非法用户对保密数据的使用。

三、数字水印的应用领域

1.数字作品的知识产权保护

数字作品（如电脑美术、扫描图像、数字音乐、视频、三维动画）的版权保护是当前的热点问题。由于数字作品的拷贝、修改非常容易，而且可以做到与原作完全相同，所以原创者不得不采用一些严重损害作品质量的办法来加上版权标志，而这种明显可见的标志很容易被篡改。

“数字水印”利用数据隐藏原理使版权标志不可见或不可听，既不损害原作品，又达到了版权保护的目的。目前，用于版权保护的数字水印技术已经进入了初步实用化阶段，IBM公司在其“数字图书馆”软件中就提供了数字水印功能，Adobe公司也在其著名的Photoshop软件中集成了Digimarc公司的数字水印插件。然而实事求是地说，目前市场上的数字水印产品在技术上还不成熟，很容易被破坏或破解，距离真正的实用还有很长的路要走。

2.商务交易中的票据防伪

随着高质量图像输入输出设备的发展，特别是精度超过1200dpi的彩色喷墨、激光打印机和高精度彩色复印机的出现，使得货币、支票以及其他票据的伪造变得更加容易。

另一方面，在从传统商务向电子商务转化的过程中，会出现大量过度性的电子文件，如各种纸质票据的扫描图像等。即使在网络安全技术成熟以后，各种电子票据也还需要一些非密码的认证方式。数字水印技术可以为各种票据提供不可见的认证标志，从而大大增加了伪造的难度。

3.证件真伪鉴别

信息隐藏技术可以应用的范围很广，作为证件来讲，每个人需要不只一个证件，证明个人身份的有：身份证、护照、驾驶证、出入证等；证明某种能力的有：各种学历证书、资格证书等。

国内目前在证件防伪领域面临巨大的商机，由于缺少有效的措施，使得“造假”、“买假”、“用假”成风，已经严重地干扰了正常的经济秩序，对国家的形象也有不良影响。通过水印技术可以确认该证件的真伪，使得该证件无法仿制和复制。

4.声像数据的隐藏标识和篡改提示

数据的标识信息往往比数据本身更具有保密价值，如遥感图像的拍摄日期、经/纬度等。没有标识信息的数据有时甚至无法使用，但直接将这些重要信息标记在原始文件上又很危险。数字水印技术提供了一种隐藏标识的方法，标识信息在原始文件上是看不到的，只有通过特殊的阅读程序才可以读取。这种方法已经被国外一些公开的遥感图像数据库所采用。

此外，数据的篡改提示也是一项很重要的工作。现有的信号拼接和镶嵌技术可以做到“移花接木”而不为人知，因此，如何防范对图像、录音、录像数据的篡改攻击是重要的研究课题。基于数字水印的篡改提示是解决这一问题的理想技术途径，通过隐藏水印的状态可以判断声像信号是否被篡改。

5.隐蔽通信及其对抗

数字水印所依赖的信息隐藏技术不仅提供了非密码的安全途径，更引发了信息战尤其是网络情报战的革命，产生了一系列新颖的作战方式，引起了许多国家的重视。

网络情报战是信息战的重要组成部分，其核心内容是利用公用网络进行保密数据传送。迄今为止，学术界在这方面的研究思路一直未能突破“文件加密”的思维模式，然而，经过加密的文件往往是混乱无序的，容易引起攻击者的注意。网络多媒体技术的广泛应用使得利用公用网络进行保密通信有了新的思路，利用数字化声像信号相对于人的视觉、听觉冗余，可以进行各种时（空）域和变换域的信息隐藏，从而实现隐蔽通信。

四、数字水印的发展趋势

虽然数字水印技术最初的开发目的是为了解决数字媒体的版权保护问题，然而在实际的研究中，数字水印的应用领域远远超出了版权保护领域；同时，由于目前数字水印技术难以解决的串谋攻击、机会攻击以及解释攻击问题，使得数字水印在版权保护、访问与拷贝控制、数字指纹等方面的应用受到了很大的限制。因此，许多研究者正致力于上述问题的解决，如果这些问题得到解决，数字水印则极有可能成为媒体安全领域的重要的技术基础。但从目前的发展来看，利用数字水印技术进行数字广播监听、媒体内容认证、小范围内媒体使用跟踪等方面则更加实际可行，而且也是非常有意义的，并且在这些领域已经开始实际使用与测试。此外，数字水印技术还可以用于提供媒体增值业务，如提供数字媒体相关内容的因特网链接、隐藏水印信息在数字媒体中以降低媒体传输造成的错误。

参考文献:

[1]戴元军:信息隐藏与数字水印技术.安全文摘,2002

[2]王道顺:数字图象可视隐藏、加密和数字水印技术若干理论及应用研究.四川大学理学院,2001