防偽新技術(shù)：數(shù)字水印(上)
發(fā)布時間：2024-11-07 點擊：240
隨著數(shù)字技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(shù)在數(shù)據(jù)傳輸中又不能有效地防止偽造及侵權(quán)行為在這種形勢下，作為傳統(tǒng)加密技術(shù)的有效補充，數(shù)字水印技術(shù)(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(shù)含量且制作成本低的數(shù)字水印技術(shù)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(shù)，它是將特定的信息(如版權(quán)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(quán)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(nèi)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(nèi)，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(shè)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(guān)的字符串、圖標等信息經(jīng)過加密產(chǎn)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(shè)計一個相應于嵌入過程的檢測算法。檢測的結(jié)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(jié)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(shù)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(shù)分為私有水印技術(shù)、半私有水印技術(shù)和公開水印技術(shù)三類。
1，特殊要求
由于在印刷中必須對連續(xù)調(diào)圖像進行加網(wǎng)以得到離散的半色調(diào)圖像用改變印版上單位面積內(nèi)著墨量多少即網(wǎng)點數(shù)目來表示連續(xù)調(diào)圖像的層次和顏色的變化所以將數(shù)字水印技術(shù)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(shù)是基于半色調(diào)技術(shù)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(shè)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(zhì)量只有通過特定的檢測設(shè)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(zhuǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)換及常見的操作(旋轉(zhuǎn)、剪切，縮放等)。
③對印刷設(shè)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(shù)的原理與用于多媒體的數(shù)字水印技術(shù)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(zhuǎn)換過程。這就要求基于半色調(diào)的數(shù)字水印技術(shù)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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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(shù)含量且制作成本低的數(shù)字水印技術(shù)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(shù)，它是將特定的信息(如版權(quán)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(quán)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(nèi)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(nèi)，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(shè)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(guān)的字符串、圖標等信息經(jīng)過加密產(chǎn)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(shè)計一個相應于嵌入過程的檢測算法。檢測的結(jié)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(jié)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(shù)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(shù)分為私有水印技術(shù)、半私有水印技術(shù)和公開水印技術(shù)三類。
1，特殊要求
由于在印刷中必須對連續(xù)調(diào)圖像進行加網(wǎng)以得到離散的半色調(diào)圖像用改變印版上單位面積內(nèi)著墨量多少即網(wǎng)點數(shù)目來表示連續(xù)調(diào)圖像的層次和顏色的變化所以將數(shù)字水印技術(shù)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(shù)是基于半色調(diào)技術(shù)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(shè)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(zhì)量只有通過特定的檢測設(shè)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(zhuǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)換及常見的操作(旋轉(zhuǎn)、剪切，縮放等)。
③對印刷設(shè)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
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