防偽新技術：數(shù)字水印(上)
發(fā)布時間：2024-11-07 點擊：300
隨著數(shù)字技術和計算機網(wǎng)絡技術的迅速發(fā)展，數(shù)字化信息的傳播和獲取變得空前快捷和方便，促進了多媒體信息交流的發(fā)展。但是由于數(shù)字媒體易于存儲、復制和傳播的特點，使大量數(shù)字媒體在以合法形式進行傳播的同時，經(jīng)常遭遇非法復制與傳播。而一些傳統(tǒng)加密技術在數(shù)據(jù)傳輸中又不能有效地防止偽造及侵權行為在這種形勢下，作為傳統(tǒng)加密技術的有效補充，數(shù)字水印技術(digitalwatermarking)應運而生。
在數(shù)字媒體應用日益廣泛的同時，在相當長的一段時間，大部分的圖文信息還將以印刷方式存在和傳播。但是日益猖獗的假冒偽劣行為卻給印刷品的防偽帶來了新的挑戰(zhàn)在這種情況下將具有高技術含量且制作成本低的數(shù)字水印技術用于印刷品的防偽是目前一個新的課題和方向。
數(shù)字水印是一種新的數(shù)字媒體保護技術，它是將特定的信息(如版權信息、序列號、公司標志、有意義的文本等)嵌入到圖像、語音、視頻等各種數(shù)字媒體中，以達到版權保護等目的。同時，這種信息的嵌入不影響主媒體的使用價值，不容易被人的知覺系統(tǒng)覺察且通過特定的恢復方法，可提取出來原來嵌入的信息。通過提取這些隱藏的信息可以確認內容的創(chuàng)建者和購買者，檢測其真實性、完整性。常見的在圖像中嵌入數(shù)字水印可以視為在強背景(即原始圖像)下疊加一個視覺上看不到的弱信號(水印)。由于人的視覺系統(tǒng)(humanvisualsystem，hvs)分辨率受到一定的限制只要疊加信號的幅度低于hvs的對比度門限，hvs就無法感覺到信號的存在。因此在hvs的對比度門限范圍內，對原始圖像做一定的改動(加入水印)，就可達到在不改變視覺效果的情況下嵌入一些隱藏的信息。一般對數(shù)字水印有幾個基本要求：①不可感知性；②可證明性：③魯棒性：④安全性。
通用的數(shù)字水印模型包含兩個階段：水印的嵌入和水印的提取或檢測。嵌入階段的設計主要解決兩個問題：①數(shù)字水印的生成。可以是一串偽隨機數(shù)、數(shù)字標識、文本以及圖像等，也可以是與作者有關的字符串、圖標等信息經(jīng)過加密產生：②嵌入算法。嵌入方案的目標是使數(shù)字水印在不可感知性和魯棒性之間找到一個較好的折中。
檢測階段主要是設計一個相應于嵌入過程的檢測算法。檢測的結果是原水印(如字符串或圖標等)或是基于統(tǒng)計原理的檢驗結果以判斷水印存在與否，檢測方案的目標是使錯判與漏判的概率盡量小。為了增加去除水印的不可預測的難度，目前大多數(shù)水印制作方案都在加入、提取時采用了密鑰只有掌握密鑰的人才能讀出水印。
數(shù)字水印技術有多種方法，根據(jù)數(shù)字水印加載方法的不同，可將數(shù)字水印分為空間域數(shù)字水印和變換域數(shù)字水印兩大類。根據(jù)檢測水印是否需要原始圖像可將數(shù)字水印技術分為私有水印技術、半私有水印技術和公開水印技術三類。
1，特殊要求
由于在印刷中必須對連續(xù)調圖像進行加網(wǎng)以得到離散的半色調圖像用改變印版上單位面積內著墨量多少即網(wǎng)點數(shù)目來表示連續(xù)調圖像的層次和顏色的變化所以將數(shù)字水印技術應用于印刷品的防偽就必須考慮印刷中加網(wǎng)這一環(huán)節(jié)，即用于印刷品防偽的數(shù)字水印技術是基于半色調技術之上的。
除此之外，與在數(shù)字媒體中的應用相比，應用于印刷品防偽的數(shù)字水印除了以上提到的幾個基本要求外，還要滿足一些特殊的要求：
①視覺不可見性和機讀性。表現(xiàn)在采用打印或印刷設備時，在各種分辨率下加入的水印，不能因分辨率的高低而使水印顯現(xiàn)，同時它不影響原有印刷品的質量只有通過特定的檢測設備和計算機軟件才可識別。
②抵抗色彩變換、文件格式變換在a／d和d／a轉化過程中，數(shù)字水印算法需抵抗伽瑪矯正和色彩失真另外，圖像在流通過程中，由于印刷品的老化也會產生色彩失真。同時也要能抵抗經(jīng)常遇到圖像文件格式(如bmp、tiff、jpeg等)之間轉換及常見的操作(旋轉、剪切，縮放等)。
③對印刷設備沒有特殊要求，不改變印刷工藝流程，不增加印刷成本。
2，原理及算法
用于印刷品防偽的數(shù)字水印技術的原理與用于多媒體的數(shù)字水印技術的原理大致相同，只不過在水印的嵌入過程要考慮到加網(wǎng)，在水印的提取及檢測過程要對印刷品圖文信息進行掃描，在這個過程有一個模／數(shù)(a／d)轉換過程。這就要求基于半色調的數(shù)字水印技術的算法在相應的嵌入和檢測過程中必須考慮這些因素。其嵌入和檢測過程如圖1、2所示。
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數(shù)字水印是一種新的數(shù)字媒體保護技術，它是將特定的信息(如版權信息、序列號、公司標志、有意義的文本等)嵌入到圖像、語音、視頻等各種數(shù)字媒體中，以達到版權保護等目的。同時，這種信息的嵌入不影響主媒體的使用價值，不容易被人的知覺系統(tǒng)覺察且通過特定的恢復方法，可提取出來原來嵌入的信息。通過提取這些隱藏的信息可以確認內容的創(chuàng)建者和購買者，檢測其真實性、完整性。常見的在圖像中嵌入數(shù)字水印可以視為在強背景(即原始圖像)下疊加一個視覺上看不到的弱信號(水印)。由于人的視覺系統(tǒng)(humanvisualsystem，hvs)分辨率受到一定的限制只要疊加信號的幅度低于hvs的對比度門限，hvs就無法感覺到信號的存在。因此在hvs的對比度門限范圍內，對原始圖像做一定的改動(加入水印)，就可達到在不改變視覺效果的情況下嵌入一些隱藏的信息。一般對數(shù)字水印有幾個基本要求：①不可感知性；②可證明性：③魯棒性：④安全性。
通用的數(shù)字水印模型包含兩個階段：水印的嵌入和水印的提取或檢測。嵌入階段的設計主要解決兩個問題：①數(shù)字水印的生成。可以是一串偽隨機數(shù)、數(shù)字標識、文本以及圖像等，也可以是與作者有關的字符串、圖標等信息經(jīng)過加密產生：②嵌入算法。嵌入方案的目標是使數(shù)字水印在不可感知性和魯棒性之間找到一個較好的折中。
檢測階段主要是設計一個相應于嵌入過程的檢測算法。檢測的結果是原水印(如字符串或圖標等)或是基于統(tǒng)計原理的檢驗結果以判斷水印存在與否，檢測方案的目標是使錯判與漏判的概率盡量小。為了增加去除水印的不可預測的難度，目前大多數(shù)水印制作方案都在加入、提取時采用了密鑰只有掌握密鑰的人才能讀出水印。
數(shù)字水印技術有多種方法，根據(jù)數(shù)字水印加載方法的不同，可將數(shù)字水印分為空間域數(shù)字水印和變換域數(shù)字水印兩大類。根據(jù)檢測水印是否需要原始圖像可將數(shù)字水印技術分為私有水印技術、半私有水印技術和公開水印技術三類。
1，特殊要求
由于在印刷中必須對連續(xù)調圖像進行加網(wǎng)以得到離散的半色調圖像用改變印版上單位面積內著墨量多少即網(wǎng)點數(shù)目來表示連續(xù)調圖像的層次和顏色的變化所以將數(shù)字水印技術應用于印刷品的防偽就必須考慮印刷中加網(wǎng)這一環(huán)節(jié)，即用于印刷品防偽的數(shù)字水印技術是基于半色調技術之上的。
除此之外，與在數(shù)字媒體中的應用相比，應用于印刷品防偽的數(shù)字水印除了以上提到的幾個基本要求外，還要滿足一些特殊的要求：
①視覺不可見性和機讀性。表現(xiàn)在采用打印或印刷設備時，在各種分辨率下加入的水印，不能因分辨率的高低而使水印顯現(xiàn)，同時它不影響原有印刷品的質量只有通過特定的檢測設備和計算機軟件才可識別。
②抵抗色彩變換、文件格式變換在a／d和d／a轉化過程中，數(shù)字水印算法需抵抗伽瑪矯正和色彩失真另外，圖像在流通過程中，由于印刷品的老化也會產生色彩失真。同時也要能抵抗經(jīng)常遇到圖像文件格式(如bmp、tiff、jpeg等)之間轉換及常見的操作(旋轉、剪切，縮放等)。
③對印刷設備沒有特殊要求，不改變印刷工藝流程，不增加印刷成本。
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