数字水印是指在图像、视频、音频、文本等数字信号中隐藏数据的技术。它具有版权保护、内容验证等功能。由于数字水印可能面临各种各样的攻击，如何保证算法的鲁棒性和安全性成为一个非常困难的问题。边际信息是指通信中可获得的附加信息，本论文将水印视为一个利用边际信息进行通信的过程，在此基础上重点研究了如何有效获取和利用有关的边际信息以提高水印的鲁棒性和安全性。论文主要工作包括： 一、在加性水印的嵌入和检测中，利用与攻击有关的边际信息，提出了一种信道自适应的LOD检测器，它在接收端利用从参考水印获取的边际信息，实现了检测器与信道状态的自适应；提出了一种水印面临不确定攻击时嵌入区域的优化策略；当压缩是最先遇到或必不可少的攻击时，提出了已知JPEG压缩参数时DCT域加性水印的嵌入和检测算法，消除了这种情况下JPEG压缩对水印的影响。 二、根据从同步模板获得边际信息以估计几何变换的思想，提出一种新的基于DCT域频分复用的复合水印算法，它克服了其它复合算法在对抗几何攻击上存在的弱点；结构灵活，适用于不同嵌入容量；可以在视频码流中实时嵌入的同时仍具备抗几何攻击能力。提出使用符号检测器进行与几何变换有关的边际信息提取。本论文的算法在1比特和64比特时具有目前最好的Stirmark软件测试结果。在频分复用的统一结构下，提出一种基于内容的水印算法，在有其它攻击时仍然能够检测出拷贝攻击，并且不需要额外嵌入水印，这一性能是其它算法所不具备的。 三、首次提出了自适应量化嵌入的思想，在发送端和接收端均利用信道不均衡的能量上限这一边际信息，实现量化水印的嵌入和检测；以此为基础的小波域分级算法在压缩下的鲁棒性优于其它算法。首次提出了随机亮度攻击(RLA)的概念及其抵抗方法，RLA对量化嵌入具有极大破坏性；LL_DCT域上的量化嵌入则对空间域的固定和随机亮度攻击均具有很好的抵抗能力。 四、提出了一种新的半易碎图像内容验证结构，通过定义一个明确的攻击集合，充分利用量化水印的信道特性和攻击方法等边际信息来指导内容验证中水印的设计。根据这一结构实现的半易碎内容验证算法具有定位功能，能够抵抗一定程度的压缩、裁剪、Holliman-Memon攻击，能够以较大概率检测出微小改变。目前没有算法能够同时具备这些性能。