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摘要：信息隐藏是计算机多媒体领域的一个重要应用，数字水印技术使得人们能够在多媒体信息中嵌入不可见的信息，并且在多媒体信息经过一定程度的处理之后，嵌入的水印信息不会丢失，从而解决版权等问题。
关键词：数字水印；嵌入；提取
中图分类号：TP391 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 11-0000-01
Design and Implementation of Digital Algorithm in Image Watermarking
He Yong,Fu Wei,Jiang Mingfu
(Xinyang Agricultural College,Xinyang464000,China)
Abstract:Information hiding is an important area of computer multimedia applications.People embedded the invisible information into the multimedia information,since it makes possible to identify the author,owner,distributor or authorized consumer of a multimedia data.
Keywords:Digital watermark;Embedding;Extraction
一、数字水印概述
数字水印技术的概述所谓数字水印技术就是将数字、序列号、文字、图像标志等版权信息嵌入到多媒体数据中，以起到版权跟踪及版权保护的作用。国内数字水印研究具有代表性的是上海阿须数码技术有限公司，公司现从事数字水印与信息隐藏，多媒体数据版权保护，电子文本（电子公文）、纸质文本、印刷材料的真伪鉴别与认证，模式识别和图像处理的等业务。
二、数字水印基本概念和水印实现方案
数字水印[1]是在数字媒体信息（如图像、声音、视频等）中添加某些数字标识，用于声明该数字媒体信息的版权，跟踪盗版以证明产品的真实性，提供产品的相关信息。一个数字水印实现方案包括4个步骤：生成水印、嵌入水印和提取或检测水印、检测和提取评价水印。
（一）生成数字水印。生成的水印要保证唯一性，有效性以及不可逆性。所以数字水印可以用伪随机序列、商标图像、混沌序列、以及由一些对象组成的散列数值。
（二）嵌入水印。水印技术核心就是嵌入水印，要保证水印嵌入的鲁棒性，还要考虑嵌入水印的安全性。嵌入水印的算法有很多，主要分为空间域算法和变换域算法。水印嵌入公式（2.1）如下： （2.1）
其中： 表示水印嵌入时使用的算法，H表示载体图像， 表示嵌入水印后图像，F表示水印信息， 表示嵌入强度。
（三）检测和提取水印。按水印检测过程将数字水印分为盲水印和明文水印。1.盲水印：在检测过程中只需要密钥，不需要原始数据。2.明文水印：在检测过程中需要原始水印数据。明文水印鲁棒性好，不易损坏，但其受到存储成本的限制。目前用于学术研究的大多是盲水印。
水印提取过程是嵌入水印的逆过程。水印提取算法的公式如下： （2.2）
其中： 表示水印提取算法，H表示载体图像， 表示含水印的图像， 表示提取到的水印信息， 表示嵌入强度。
（四）检测和提取评价水印。正常水印应该能够顺利提取，总会出现下列两种情形。1.数据中不存在水印，但是检测结果是存在水印（表示为正向错误），这种情况发生的概率称为是虚警概率。2.数据中存在水印，但是检测结果是不存在水印（表示为负向错误），这种情况发生的概率称为是漏报概率。
三、图像水印的算法
目前的数字水印算法可以分成两类[2]：时（空）域水印算法和变换域水印算法。
-（一）时（空）域数字水印算法。时（空）域数字水印算法是将通过密钥产生的随机序列直接加入图像、声音或视频信号中作为数字水印。媒体嵌入信号的能量比较低，所以不会被人的听觉或视觉察觉。
主要的时（空）域数字水印算法有LSB和扩展频谱2种。LSB方法是将水印直接嵌入到原始信号表示数据的最低有效位中，是一种早期的数字水印技术。LSB方法对要加入水印的信号有一定要求。对于图像，若原图的调色板不连续，则LSB方法会导致明显的色彩失真。对于索引色图像，通常需变换到真彩色空间去隐藏水印，要求原图的颜色种类不能太多，否则从真彩色空间变换回索引色时会丢失水印信息。时空域数字水印技术的优点是隐藏的数据量大。其缺点是太脆弱，常用的信号处理过程，如信号的缩小放大、剪切等，可能破坏水印。
（二）-变换域数字水印算法。变换域水印算法首先将原始的图像或声音信号进行DCT或小波变换，在变换域上嵌入水印信息，然后经反变换输出。在检测水印时，也要首先对信号作相应的数学变换，然后通过相关运算检测水印。DCT变换域上的数字水印具有很强的鲁棒性，可以抵抗各种信号的变形。DCT变换域数字水印具有抵抗有损压缩的能力。小波变换域上的数字水印方法兼具时空域方法和DCT变换域方法的优点，此种算法有自适应功能，又有鲁棒性，其缺点是计算量较大[3]。
实验：以512×512的hua.bmp做宿主图像，原始水印是一副67×40的图像，分别如图3.1（a）、（b）所示。用LSB算法嵌入水印后的图像如图3.2（a）所示，提取水印，得到如图3.2（b）所示的水印图像。
（a）原始hua图像（b）原始水印图像
图3.1实验原图像及水印图形
（a）DCT算法嵌入水印后的图像 （b）提取的水印图像
图3.2DCT算法嵌入和提取水印的图像
四、总结
数字水印技术是一种新型的信息隐藏技术，它的主要思想是在数字图像、音频和视频等产品中加入保护数字产品版权或证明产品的真实可靠性的数字水印。它一方面弥补了密码技术的缺陷，另一方面弥补了数字签名技术的缺陷。数字水印技术许多问题还处在初级阶段：大多数算法尚未很好地利用视觉系统的特性。很多算法和技术需要进一步改进。
参考文献：
[1]钟桦,张小华,焦李成.数字水印与图像认证——算法及应用[M].西安电子科技大学出版社,2006
[2]姚敏.数字图像处理[M].机械工业出版社,2006
[3]Ingemar J.Cox,Matthew L.Miller,and Jeffrey A.Bloom,王颖,黄志蓓.数字水印[M].电子工业出版社,2003,7:1
关键词：数字水印；嵌入；提取
中图分类号：TP391 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 11-0000-01
Design and Implementation of Digital Algorithm in Image Watermarking
He Yong,Fu Wei,Jiang Mingfu
(Xinyang Agricultural College,Xinyang464000,China)
Abstract:Information hiding is an important area of computer multimedia applications.People embedded the invisible information into the multimedia information,since it makes possible to identify the author,owner,distributor or authorized consumer of a multimedia data.
Keywords:Digital watermark;Embedding;Extraction
一、数字水印概述
数字水印技术的概述所谓数字水印技术就是将数字、序列号、文字、图像标志等版权信息嵌入到多媒体数据中，以起到版权跟踪及版权保护的作用。国内数字水印研究具有代表性的是上海阿须数码技术有限公司，公司现从事数字水印与信息隐藏，多媒体数据版权保护，电子文本（电子公文）、纸质文本、印刷材料的真伪鉴别与认证，模式识别和图像处理的等业务。
二、数字水印基本概念和水印实现方案
数字水印[1]是在数字媒体信息（如图像、声音、视频等）中添加某些数字标识，用于声明该数字媒体信息的版权，跟踪盗版以证明产品的真实性，提供产品的相关信息。一个数字水印实现方案包括4个步骤：生成水印、嵌入水印和提取或检测水印、检测和提取评价水印。
（一）生成数字水印。生成的水印要保证唯一性，有效性以及不可逆性。所以数字水印可以用伪随机序列、商标图像、混沌序列、以及由一些对象组成的散列数值。
（二）嵌入水印。水印技术核心就是嵌入水印，要保证水印嵌入的鲁棒性，还要考虑嵌入水印的安全性。嵌入水印的算法有很多，主要分为空间域算法和变换域算法。水印嵌入公式（2.1）如下： （2.1）
其中： 表示水印嵌入时使用的算法，H表示载体图像， 表示嵌入水印后图像，F表示水印信息， 表示嵌入强度。
（三）检测和提取水印。按水印检测过程将数字水印分为盲水印和明文水印。1.盲水印：在检测过程中只需要密钥，不需要原始数据。2.明文水印：在检测过程中需要原始水印数据。明文水印鲁棒性好，不易损坏，但其受到存储成本的限制。目前用于学术研究的大多是盲水印。
水印提取过程是嵌入水印的逆过程。水印提取算法的公式如下： （2.2）
其中： 表示水印提取算法，H表示载体图像， 表示含水印的图像， 表示提取到的水印信息， 表示嵌入强度。
（四）检测和提取评价水印。正常水印应该能够顺利提取，总会出现下列两种情形。1.数据中不存在水印，但是检测结果是存在水印（表示为正向错误），这种情况发生的概率称为是虚警概率。2.数据中存在水印，但是检测结果是不存在水印（表示为负向错误），这种情况发生的概率称为是漏报概率。
三、图像水印的算法
目前的数字水印算法可以分成两类[2]：时（空）域水印算法和变换域水印算法。
-（一）时（空）域数字水印算法。时（空）域数字水印算法是将通过密钥产生的随机序列直接加入图像、声音或视频信号中作为数字水印。媒体嵌入信号的能量比较低，所以不会被人的听觉或视觉察觉。
主要的时（空）域数字水印算法有LSB和扩展频谱2种。LSB方法是将水印直接嵌入到原始信号表示数据的最低有效位中，是一种早期的数字水印技术。LSB方法对要加入水印的信号有一定要求。对于图像，若原图的调色板不连续，则LSB方法会导致明显的色彩失真。对于索引色图像，通常需变换到真彩色空间去隐藏水印，要求原图的颜色种类不能太多，否则从真彩色空间变换回索引色时会丢失水印信息。时空域数字水印技术的优点是隐藏的数据量大。其缺点是太脆弱，常用的信号处理过程，如信号的缩小放大、剪切等，可能破坏水印。
（二）-变换域数字水印算法。变换域水印算法首先将原始的图像或声音信号进行DCT或小波变换，在变换域上嵌入水印信息，然后经反变换输出。在检测水印时，也要首先对信号作相应的数学变换，然后通过相关运算检测水印。DCT变换域上的数字水印具有很强的鲁棒性，可以抵抗各种信号的变形。DCT变换域数字水印具有抵抗有损压缩的能力。小波变换域上的数字水印方法兼具时空域方法和DCT变换域方法的优点，此种算法有自适应功能，又有鲁棒性，其缺点是计算量较大[3]。
实验：以512×512的hua.bmp做宿主图像，原始水印是一副67×40的图像，分别如图3.1（a）、（b）所示。用LSB算法嵌入水印后的图像如图3.2（a）所示，提取水印，得到如图3.2（b）所示的水印图像。
（a）原始hua图像（b）原始水印图像
图3.1实验原图像及水印图形
（a）DCT算法嵌入水印后的图像 （b）提取的水印图像
图3.2DCT算法嵌入和提取水印的图像
四、总结
数字水印技术是一种新型的信息隐藏技术，它的主要思想是在数字图像、音频和视频等产品中加入保护数字产品版权或证明产品的真实可靠性的数字水印。它一方面弥补了密码技术的缺陷，另一方面弥补了数字签名技术的缺陷。数字水印技术许多问题还处在初级阶段：大多数算法尚未很好地利用视觉系统的特性。很多算法和技术需要进一步改进。
参考文献：
[1]钟桦,张小华,焦李成.数字水印与图像认证——算法及应用[M].西安电子科技大学出版社,2006
[2]姚敏.数字图像处理[M].机械工业出版社,2006
[3]Ingemar J.Cox,Matthew L.Miller,and Jeffrey A.Bloom,王颖,黄志蓓.数字水印[M].电子工业出版社,2003,7:1