数字水印基本理论课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,数字水印基本理论,李同亮,数字水印基本理论,概述,信息隐藏,数字水印,文本数字水印,一、概述,现代的版权保护制度最突出的特点之一是出现了专门的版权保护技术。在版权保护方面，法律与技术之间存在着密切的互补关系，当法律的威慑力不足以制止侵权行为时，技术手段就用来弥补法律的不足。随着多媒体技术特别是声像数据压缩技术的发展，,CD,音乐、,VCD,影碟、电脑动画等数字化产品逐渐走进了人们的生活，,Intemet,的迅猛发展更为数字作品的广泛传播创造了条件。,一、概述,相对于其他版权保护对象而言，数字作品有一系列突出特点，如无失真复制、复制成本低等，这些特点使得它很难得到现有版权制度的保护。因此，,20,世纪,90,年代，人们对研究如何保护数字作品版权的兴趣空前高涨，数字水印技术也就开始成为学术界一个重要的热门研究方向。许多大学、公司和研究机构设立了专门的数字水印实验室开展相关研究，较著名的有剑桥大学、麻省理工学院、,Purdue,大学和,IBM,实验室、,NEC,研究院、贝尔实验室等。,一、概述,用于版权保护的数字水印一般称为稳健水印。利用这种水印技术在多媒体内容的数据中嵌入创建者或所有者的标识信息，或者嵌入购买者的标识,(,即序列号,),。用于版权保护的数字水印要求有很强的稳健性，除了要求在一般图像处理，如滤波、加噪声、部分替换、压缩等中能生存外，还需要能抵抗一些恶意攻击。,然而目前，尚无能十分有效用于实际版权保护的稳健水印算法。,二、信息隐藏,信息隐藏的提出,信息隐藏的定义,信息隐藏的模型,信息隐藏与数字水印的关系,2.1 信息隐藏的提出,信息隐藏学研究的是在信息中隐藏信息，它是一门既古老又年轻的学科，同时也是一门能体现人类高度智慧的信息安全斗争技术和艺术。,信息隐藏研究虽然可以追溯到古老的隐写术，但在国际上正式提出数字化信息隐藏研究则是在,1992,年。直到,1999,年,9,月在德国,Dresden,召开的第三届信息隐藏研讨会，信息隐藏理论才逐渐地成熟。,2.2 信息隐藏的定义,所谓信息隐藏就是将秘密信息隐藏到一般的非秘密的数字媒体文件,(,如图像、声音、文档文件,),中，从而不让对手发觉的一种方法。,信息之所以能够隐藏在多媒体数据中是因为：,1.,多媒体信息本身存在很大的冗余性。,2.,人眼或人耳的感知特性都有一定的掩蔽效应。,2.3 信息隐藏的模型,信息隐藏技术主要由下述两部分组成,:,1.,信息嵌入算法，它利用密钥来实现秘密信息的隐藏。,2.,隐蔽信息检测或提取算法,(,监测器,),，它利用密钥从隐蔽载体中检测或恢复出秘密信息。在密钥未知的前提下，第三者很难从隐秘载体中得到或删除、甚至发现秘密信息。,2.3 信息隐藏的模型,信息隐藏技术通用模型如图：,2.4 信息隐藏与数字水印的关系,信息隐藏应用领域划分如图所示：,2.4 信息隐藏与数字水印的关系,可见数字水印是信息隐藏技术的一个重要分支。与钞票水印相似，数字水印技术是将特制的标记，利用数字内嵌到数字图像、声音、文档、图书、视频等数字产品中，用以证明创作者对其作品的所有权，并作为鉴定、起诉非法侵权的证据，同时通过对水印的检测和分析，保证数字信息的完整可靠性，从而成为知识产权保护和数字多媒体防伪的有效手段。,三、数字水印,数字水印的分类,数字水印系统的基本原理,3.1 数字水印的分类,数字水印的分类方法有很多种，分类的出发点不同导致了分类的不同，它们之间是既有联系又有区别的。最常见的分类方法如下,:,1.,按特性划分,:,稳健水印和脆弱水印。,3.1 数字水印的分类,2.,按水印所附载的载体数据划分：,按水印所附载的载体数据，可以将数字水印划分为图像水印、音频水印、视频水印、文本水印以及用于三维网格模型的网格水印等。,3.1 数字水印的分类,3.,按检测过程划分：,按水印的检测过程可以将数字水印划分为非盲水印和盲水印。,非盲水印的检测过程中需要原始数据，而盲水印的检测只需要密钥，不需要原始数据。,3.1 数字水印的分类,4.,按内容划分,按数字水印的内容可以将水印划分为有意义水印和无意义水印。,有意义水印是指水印本身也是文本、数字图像,(,如商标图像,),或数字音频片段的编码,;,无意义水印则是一个随机序列。,3.1 数字水印的分类,5.,按用途划分,不同的应用需求造就了不同的水印技术。按水印的用途可以将数字水印划分为票据防伪水印、版权保护水印、篡改提示水印和隐蔽标识水印。,3.1 数字水印的分类,6.,按水印隐藏的位置划分,按数字水印的隐藏位置，可以将其划分为时,(,空,),域数字水印、变换域数字水印。,时,(,空,),域数字水印是直接在信号空间上叠加水印信息，而变换域水印则包括在,DCT,域、,DFT,域和小波变换域上隐藏水印。,3.2 数字水印系统的基本原理,一个数字水印方案一般包括三个基本方面,:,水印的生成、水印的嵌入和水印的提取或检测。数字水印系统实际上是通过对水印载体媒质的分析、嵌入信息的预处理、信息嵌入点的选择、嵌入方式的设计、嵌入调制的控制等几个相关技术环节进行合理优化，寻求满足不可感知性、安全可靠性、稳健性等诸条件约束下的最优化设计问题。而作为水印信息的重要组成部分一一密钥，在信息预处理、嵌入点的选择和调制控制等不同环节完成嵌入。,3.2 数字水印系统的基本原理,水印生成,:W=E(I,，,K),水印生成的模型如图所示,:,3.2 数字水印系统的基本原理,水印嵌入：指将待嵌入的水印信息通过相应的水印嵌入算法(F)添加到开放的公共数据(C)中,其模型如图所示：,3.2 数字水印系统的基本原理,水印检测：用来判断某一数据中是否含有指定的水印，它是基于统计原理进行的，目的是使错判与漏判的概率尽量小。模型如图所示：,3.2 数字水印系统的基本原理,水印提取：嵌入过程的逆过程。其模型如图所示：,四、文本数字水印,文本文档的分类,文本文档的特点,文本数字水印的研究现状,文本数字水印基本理论,文本数字水印所用到的理论知识,研究方向,4.1 文本文档的分类,所谓文本文档就是文字信息的数字化表示所形成的电子文件。在对文字信息的数字化过程中，由于来源不同对文档内容描述方式不同。因而，文本文档的表现形式也不尽相同。,概括来说，文本文档分为两大类,:,一种是以,ASCll,码表示内容并包含格式的文档格式文件，其中汉字用双字节表示,;,另一种是以象素点阵的方式描述内容的文档图像表示文件。,4.1 文本文档的分类,文档格式文件的类型很多，文件格式也是多种多样，如,word,文档,(*.doc),、,web,页,(*.htm,和*,.html),、,RTF,格式,(*.rt,均、纯文本,(*.txt),等。这是因为针对不同的应用范围、不同的表述对象，具有不同的描述。,4.2 分本文档的特点,文本文档与图像、视频和音频等多媒体信息有着完全不同的特点,:,1.,文本文档的图像表示是用象素点阵列的方式来描述文档各页的内容,;,2.,文本文档一般由单词或汉字、句子和段落等有规律的结构组合而成,;,3.,非格式化文档不保存文档的格式信息，其文本信号中基本不存在冗余，文本的一个信息位变化，文本内容就可能发生错误,;,4.,格式化文档保存文档的格式信息，其版面布局信息，如字间距、行间距或格式化编排中，存在一定的冗余。,4.3 文本数字水印的研究现状,移位编码方法,同义词替换方法,特征编码方法,变换编码方法,其他方法,4.3 文本数字水印的研究现状,移位编码方法,移位编码方法是利用相邻文本,(,行或者词等,),的相对位置关系来隐藏信息的方法。主要有行间距编码和字间距编码两种。,4.3 文本数字水印的研究现状,同义词替换方法,同义词替换方法是通过对文本中的文件结构及句法特点的分析，挑出一些词语用其他一些与其意思十分相近的词语进行替换，从而实现秘密信息的隐藏。,4.3 文本数字水印的研究现状,特征编码方法,特征编码是通过改变文档中某个字母的某一特殊特征来嵌入标记。特征可以是字体，也可以是字,(,如,B,、,k),等中的垂直线，其长度可稍做修改以使一般人不易发觉，相对某种给定的字体可以改变其字符高度。,4.3 文本数字水印的研究现状,变换编码方法,变换编码方法是将文本先进行特定的变换后再隐藏信息的方法，如文本伪装算法。这种新的算法提出将不具有冗余度的文本信号经过变换后，得到具有冗余度的信号，再在冗余空间中进行文本的伪装。,4.3 文本数字水印的研究现状,其他方法,1.N.EMaxemchuk,等人提出了通过附加空格来加载秘密信息的文本数字水印方法。,2.Shingo Inoue,，,Kyoko Makin,，,Iehiro Murase,等人提出了基于,XML,文档的文本数字水印。,3.,湖南大学的国家自然科学基金“文本数字水印及文本信息安全的研究”项目实,验室提出了基于内容的文本数字水印算法。,