近年來，隨著數(shù)字技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，越來越多的數(shù)字媒體，包括聲音、文字、圖像、視頻等得以廣泛傳播。數(shù)字媒體易于存儲(chǔ)、復(fù)制和傳播，使得大量的數(shù)字媒體在以合法的形式傳播的同時(shí)，也在以非法的途徑廣泛傳播。傳統(tǒng)的一些加密技術(shù)，雖然在數(shù)據(jù)的傳輸?shù)倪^程中雖具有保護(hù)作用，但卻沒有很好的解決非版權(quán)人的傳播和復(fù)制問題，作為傳統(tǒng)加密技術(shù)的有效補(bǔ)充，數(shù)字水印技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
1、數(shù)字水印技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r
數(shù)字水印技術(shù)屬于隱藏技術(shù)的一個(gè)分支，也是解決數(shù)字媒體的版權(quán)保護(hù)和身份鑒定的有效補(bǔ)充辦法。其基本原理是將特制的不可見標(biāo)記，利用數(shù)字內(nèi)嵌的方法隱藏在數(shù)字圖像、聲音、文檔、圖書、視頻等數(shù)字產(chǎn)品中，用以證明原創(chuàng)作者對(duì)其作品的所有權(quán)，并作為鑒定、起訴非法侵權(quán)的證據(jù)，同時(shí)通過對(duì)水印的探測和分析保證數(shù)字信息的完整可靠性，從而成為知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和數(shù)字多媒體防偽的有效手段。數(shù)字水印的基本特性包括以下幾個(gè)方面：
·魯棒性：圖像在經(jīng)過一些常見的信號(hào)處理（如濾波、剪切、A/D、D/A轉(zhuǎn)換等操作）、幾何變換和幾何失真（如平移，旋轉(zhuǎn)、尺度拉伸等）后，圖像視覺效果保持不變且不影響水印的可提取性。
·不可見性：嵌入到數(shù)字圖像中的水印在人眼視覺系統(tǒng)正常觀測條件下不能有任何可見的痕跡。
·具有水印的圖像和原始圖像在統(tǒng)計(jì)特性上的一致。
可以說自從有了人類文化，人類就有了保護(hù)信息的想法，而首先應(yīng)用的技術(shù)和術(shù)語是密碼學(xué)和隱秘術(shù)。相對(duì)而言，圖像數(shù)字水印技術(shù)應(yīng)用的較晚，它是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的，第一篇關(guān)于圖像數(shù)字水印的文章發(fā)表于1990年，1995年以后，數(shù)字水印技術(shù)獲得了廣泛的關(guān)注并且得到了較快的發(fā)展，對(duì)水印技術(shù)的研究也成為當(dāng)今學(xué)術(shù)界的焦點(diǎn)，總結(jié)前人的研究成果，從嵌入點(diǎn)來看所提出的方法大體上可以分為兩種：空間域調(diào)制和頻率域調(diào)制。
下面是幾個(gè)具有代表性的算法：
①、最底有效位方法。L.F.Turner與R.G.van Schyndel 等人先后利用該算法將特定標(biāo)記隱藏于數(shù)字音頻和數(shù)字圖像內(nèi)，該方法通過調(diào)整原始圖像像素的最底幾位來隱藏水印，使一般用戶對(duì)于隱藏信息，在視覺和聽覺上很難覺察。該方法具有算法簡單，容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，但這種水印很脆弱且容易被擦除和繞過。雖然這種算法有較大的信息嵌入量，但作為數(shù)字水印算法，因其基本原理限制，所隱藏的數(shù)字水印信息是極為脆弱的，無法經(jīng)受一些常用有損信號(hào)處理。
②、文檔結(jié)構(gòu)微調(diào)法。Brassil等人提出了三種在通用文檔圖像(PostScript)隱藏特定二進(jìn)制信息的技術(shù)，數(shù)字信息通過輕微調(diào)整文檔中的以下結(jié)構(gòu)來完成編碼：垂直移動(dòng)行距；水平調(diào)整文字距；調(diào)整文字特性（如字體）。該算法可以抵抗一些標(biāo)準(zhǔn)的文檔操作，如照相復(fù)制和掃描復(fù)制，但該技術(shù)也極易被經(jīng)驗(yàn)豐富的攻擊者破壞，而且僅適用于文檔圖像類。
?、?、量化噪聲發(fā)。Tanaka等人通過研究將內(nèi)嵌數(shù)字水印設(shè)計(jì)的與量化噪聲相似，這是由于通常數(shù)字信號(hào)中的量化噪聲很難被觀察者發(fā)現(xiàn)。他們通過控制預(yù)測量化器的量化等級(jí)的選擇來嵌入數(shù)字水印，引入其中的特定數(shù)據(jù)對(duì)于圖像而言近似一種量化噪聲；對(duì)于抖動(dòng)圖像，則將水印設(shè)計(jì)成一種抖動(dòng)矩陣的形式。
?、?、Patchwork方法。這是Bander 等人提出的一種基于統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)水印嵌入方案。Patchwork任意選擇N對(duì)圖像點(diǎn)，在增加一點(diǎn)亮度的同時(shí)，相應(yīng)降低另一點(diǎn)的亮度值。通過這一調(diào)整過程完成水印的嵌入。該算法具有不易察覺性，并且對(duì)于有損壓縮編碼(JPEG)和一些惡意攻擊具有抵抗力。
?、?、紋理塊映射編碼方法。該算法也是Bander等人提出的，它將數(shù)字信息隱藏于數(shù)字圖像的任意紋理部分。該算法對(duì)于濾波，壓縮和扭轉(zhuǎn)等操作具有抵抗能力，但僅適于具有大量任意紋理區(qū)域的圖像，而且尚不能完全自動(dòng)完成。
?、?、頻率域數(shù)字水印方法。Cox等人較早提出了基于圖像全局變換的數(shù)字水印方法，他的主要貢獻(xiàn)在于明確提出加載在圖像的視覺敏感部分的數(shù)字水印才能有較強(qiáng)的穩(wěn)健性。這是一種用類似擴(kuò)頻通信的技術(shù)來隱藏?cái)?shù)據(jù)的方法。該技術(shù)將隱藏信息經(jīng)過一定的頻率域調(diào)制隱藏于數(shù)字媒體的感知最重要的頻譜成分中。該技術(shù)可以抗擊有損壓縮編碼和其它一些具有信號(hào)失真的數(shù)據(jù)處理過程。
除上述有代表性的算法外，還有一些變換域數(shù)字水印算法，它們中相當(dāng)一部分都是上述算法的改進(jìn)及發(fā)展，其中有代表性的算法是I.Podichuk 和Zeng Wen-jun提出的算法。在實(shí)際應(yīng)用中，由于基于變換域的技術(shù)可以嵌入大量比特?cái)?shù)據(jù)而不會(huì)導(dǎo)致可察覺的缺陷，且對(duì)于常見信號(hào)處理和幾何變換魯棒性很強(qiáng)，應(yīng)用范圍較空域法更為廣泛，所以目前決大多數(shù)數(shù)字水印算法都是基于變換域的，這些變換包括離散余弦變換(DCT)、小波變換(WT)、付氏變換(FT或 FFT)以及哈達(dá)馬變換(Hada mard transform)等等。其中基于分塊的DCT是最常用的變換之一，現(xiàn)在國際上所采用的靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)JEPG也是基于分塊DCT的。
2、數(shù)字水印技術(shù)在印刷圖文防偽中的應(yīng)用
要想在印刷圖文中隱含信息，就必須了解圖文在打印、掃描一系列過程中的變化。眾所周知，在我們把印刷圖文用掃描儀掃進(jìn)電腦中后，往往會(huì)看到圖文有變化，分析其中的原因不難得知，造成圖文和原圖在對(duì)比度、色調(diào)和飽和度等方面有出入的原因主要有兩個(gè)環(huán)節(jié)：打印和掃描。
（1）打印過程對(duì)圖像失真影響
數(shù)字圖像大都是由激光打印機(jī)或噴墨打印機(jī)輸出，激光打印機(jī)屬于點(diǎn)陣打印機(jī)，目前激光打印機(jī)多采用的半色調(diào)技術(shù)是抖動(dòng)法，其工作原理為，圖像都具有一定的紋理，在圖像的任何一個(gè)小局部，紋理在很大程度上是相似的，像素灰度值也是相近的，而人眼視覺系統(tǒng)又具有空間的低通特性，抖動(dòng)法正是利用這些特點(diǎn)，用一組打印點(diǎn)代表相同個(gè)數(shù)的一組像素，并通過這組打印點(diǎn)綜合出這些像素的整體灰度效果。一般來說，抖動(dòng)法輸出的圖像在局部細(xì)節(jié)上往往有失真，常見的情況是在圖像上出現(xiàn)高頻抖動(dòng)的紋理。另一方面，由半色調(diào)復(fù)合點(diǎn)的形狀、激光束的擴(kuò)散、紙張的吸水特性和光滑度等因素造成的半色調(diào)復(fù)合點(diǎn)變化（包括復(fù)合點(diǎn)增益和曝光），也常會(huì)導(dǎo)致輸出圖文變得模糊。打印機(jī)的分辨率DPI決定圖文每英寸上的打印點(diǎn)數(shù)，通常DPI越高，輸出圖文質(zhì)量越好。
（2）掃描過程對(duì)圖文失真造成的影響
目前市場上的掃描儀都不同程度地存在以下幾個(gè)方面的問題：整體反差失真、影像偏色、網(wǎng)紋、聚焦不準(zhǔn)等。此外，掃描儀的質(zhì)量還取決于掃描儀中傳感器的性能、A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)傳感器輸出電壓的采樣能力及掃描分辨率，這些因素對(duì)輸出圖像的質(zhì)量都有很大的影響。掃描儀分辨率DPI決定掃描儀在圖像每英寸上的采樣點(diǎn)數(shù)，對(duì)給定的一幅圖像，掃描分辨率應(yīng)適當(dāng)，分辨率過低不但會(huì)導(dǎo)致圖像細(xì)節(jié)丟失，而且可能使掃描輸入的圖像出現(xiàn)混疊和麻點(diǎn)；過高的分辨率不但對(duì)輸出圖像幫助不大，反而會(huì)使圖像的像素成幾何級(jí)數(shù)的增加。從掃描的整個(gè)過程看，除了儀器的質(zhì)量因素外，人為因素也很重要，例如，假使打印圖像在掃描平板上放置時(shí)發(fā)生偏斜，則最后經(jīng)掃描得到的圖像可看作是打印圖像經(jīng)過旋轉(zhuǎn)、縮放和剪切（或平移）這一系列幾何變換后并且含有掃描噪聲的失真版本。因此，不當(dāng)?shù)膱D像掃描對(duì)信息隱含是很不利的。
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