近几年，随着数字产品的大量使用，版权保护问题变得愈来愈严峻。数字水印作为一种潜在的解决方案，备受青睐。本文重点研究了图像水印不可见性和鲁棒性之间的平衡，基于水印容量分析设计水印以及应用水印进行版权保护的系统方案，以期设计面向版权保护的更加实用的水印算法和系统。 版权保护要求水印具有不可见性和鲁棒性，然而，它们之间是相互矛盾的。要解决这个问题，必须采用合适的感知质量失真度量。我们引入了信噪比、峰值信噪比和由人眼视觉模型得到的恰好明显偏差，并在扩频水印的框架下从理论上分析了如何将他们应用于水印。最优的嵌入方案是在给定失真限制下通过最大化检测值获得的，同时也量化了水印的极限性能，也就是水印检测值的上限。所有的结果都是在一个图像块上导出的，因为小区域上感知质量失真度量能够更好地估计图像质量的失真量。我们还给出了每个图像块上嵌入强度的调整策略，通过这种调整能提升水印的不可见性和鲁棒性。理论分析和实验都表明所提出的算法具有更好的性能。 适于版权保护的水印需要嵌入多位信息，水印的容量分析为它的设计提供了必要的理论基础。本文总结了这方面的主要成果并介绍了一种可逼近水印容量的水印，标量Costa方案。以此为基础，本文提出了一种自暴露的水印。它利用标量Costa方案将有意义的水印信息以块重复方式嵌入到载体信号中，检测过程可剔除载体信号的干扰，只保留水印信息暴露于人眼前。每个块上采用不同的量化步长实现了水印的自适应嵌入。我们以局部信噪比为失真度量，得出了每个块上的最优量化步长并建立了量化步长空间，解决了水印检测需要已知量化步长的问题。相应的，新的码本加密方案能确保水印的安全。实验结果显示提升的标量Costa方案能有效抵抗几何攻击。 作为应用研究的一部分，水印的系统方案尤为重要。本文提出了两种基于水印的数字版权保护方案。一种是面向在线多媒体内容的。它利用了插件来增加当前播放器的版权保护功能，通过将插件与用户信息绑定以及以不同的密钥和水印处理媒体文件，能有效的阻止非法传播。另一种方案是利用水印来扩展OMADRM标准，以加强无线网络内的版权保护。当没有发生盗版时，媒体内容的管理由正常的OMADRM完成。相反，可通过水印的验证为处理版权纠纷提供可靠的证据。