《信号处理》课件03.2 数字水印基本理论.pptx

1、数字水印的提出n水印n存在于纸张、纸币中，用于标识真伪n数字水印n对数字产品标识真伪n数字图书馆、网络音频和视频、数字地图等1数字水印系统三要素n数字水印n水印嵌入算法n水印检测算法 2数字水印构成方式n有意义水印n文本信息，例如：“微软版权所有”n图片信息，商标、徽标、标识等，例如：3数字水印构成方式n无意义水印n伪随机序列，随机噪声等4随机噪声作为水印伪随机序列作为水印数字水印嵌入和提取模型5密钥作品水印水印嵌入算法水印作品水印作品密钥水印提取算法水印作品水印嵌入模型水印提取模型水印嵌入模型n设 I 为作品，W 为水印，K 为密钥，处理后的水印为n水印嵌入过程：设水印嵌入函数 E，作品 I

2、 和水印 ，嵌入水印后的水印作品为6),(KWIFW W),(WIEIW水印提取模型n水印提取过程：设水印提取函数 D，水印提取的两种形式：n提取水印信息：如文字、徽标n0-1判决：判定水印存在与否7不存在，存在WWKWWC0,1),(),(KIIDWW水印算法性能指标n水印的应用一般认为在广播监视、版权标记、版权跟踪、内容认证、拷贝控制等方面，不同应用对水印算法性能有不同的要求。n根据应用的需求调整水印算法性能，使各个性能指标在调整的过程中获得妥协的平衡。n某个性能指标的改善，一般是通过牺牲其他特性的性能得到的。8水印算法性能指标n安全性n水印系统抵抗恶意攻击的能力。n稳健性（健壮性、鲁棒性

3、）n水印系统抵御常规处理的能力。n透明性（保真性、不可感知性）n算法对载体感官质量的影响程度，作品在被算法处理前后的相似程度越高，透明性越好。n容量n在作品中能够嵌入的最大有效载荷比特数。n计算量n嵌入算法与提取算法的计算成本。9水印算法性能指标安全性n水印算法/系统的安全性n假设攻击者知道系统部分知识，并对系统进行了恶意攻击。在这种情况下，若数字水印能够被准确提取和判断，并为版权保护或者完整性保护提供清晰的结论，则称系统是安全的。n水印攻击类型n非授权嵌入、非授权提取、非授权去除。10水印算法性能指标稳健性n稳健性n算法承受常规处理的能力。n常规处理n滤波、去噪、格式转换、打印-扫描、重采样

4、、有损压缩等等n几何失真n旋转、平移、缩放（RST：Rotation，Translation，Scaling）n抖动（随机去除若干行、列）11水印算法性能指标透明性n随着嵌入水印信息量的增加，水印作品的感官质量必然下降 n水印算法透明性的评价方法n主观n客观 12水印透明性的主观度量n以图像为例n观察者对图像进行观测，给出评价 nITU-R Rec.500图像质量度量13等级级别损 害质 量54321不可察觉可察觉，不让人厌烦轻微的让人厌烦让人厌烦非常让人厌烦优良中差极差水印透明性的客观度量14yxyxyxppXYAD,1yxyxyxppXYMSE,2,1pLppyxyxyxpppXYL1,1

5、yxyxyxyxyxpppLMSE,2,2,2,2,2/yxyxyxyxyxpppSNR,2,2,/yxyxyxyxyxpppXYPSNR,2,2,/max差分失真度量差分失真度量平均绝对差分均方误差范数拉普拉斯均方误差信噪比峰值信噪比水印透明性的客观度量15yxyxyxyxyxpppNC,2,/yxyxyxyxyxpppCQ,/相关失真度量相关失真度量归一化互相关相关质量水印透明性的客观度量1622/bbbbbGSSNR2,2,11byxbyxbpnpn块块 cfcfHSIIc2550 其它其它全局西格马信噪比其中，直方图相似性数字水印的分类n从作品类型上分类n从透明性上分类n从嵌入方式上分

6、类n从检测方法上分类n从稳健性上分类17从载体上分类n图像水印n图像是使用最多的一种多媒体数据，也是经常引起版权纠纷的一类载体。n彩色/灰度图像，卡通，设计图，二值图像（徽标、文字），等n视频水印n保护视频产品和节目制作者的合法利益。n音频水印n保护MP3、CD、广播电台的节目内容等。18从载体上分类n软件水印n是镶嵌在软件中的一些模块或数据，通过它们证明该软件的版权所有者和合法使用者等信息。n软件水印分为静态水印和动态水印两类n静态水印：不依赖于软件的运行状态，可以在软件编制时或编制完成后被直接加入。n动态水印：依赖于软件的运行状态，通常时在一类特殊的输入下才会产生，水印的验证也是在特定的时

7、机下才能完成。n文档水印n确定文档数据的所有者。19从透明性上分类n可见水印（可察觉水印）n如电视节目上的半透明标识，其目的在于明确标识版权，防止非法的使用，虽然降低了资料的商业价值，却无损于所有者的使用。n不可见水印（不可察觉水印）n水印在视觉上不可见，目的是为了将来起诉非法使用者。不可见水印往往用在商业用的高质量图像上，而且往往配合数据解密技术一同使用。20从透明性上分类n案例：可见和不可见水印从嵌入方式上分类n空间域水印nLSB方法n拼凑方法n文档结构微调方法 n变换域水印nDCT变换，小波变换，傅立叶变换，Fourier-Mellin变换或其它变换 22从嵌入方式上分类n案例：空域水印

8、示意从嵌入方式上分类n案例：变换域水印示意从检测方法上分类n非盲水印和盲水印n非盲水印（私有水印）：水印检测时需要原始载体n盲水印（公开水印）：水印检测时无需原始载体n私钥水印和公钥水印n私钥水印：水印加载和检测使用同一密钥 n公钥水印：水印加载和检测使用不同的密钥（同密码学中的公钥密码）25从稳健性上分类n健壮性数字水印n要求水印能够经受各种常用的操作。n只要载体信号没有被破坏到不可使用的程度，都应该能够检测出水印信息。n脆弱性数字水印（完全脆弱性/半脆弱性）n要求水印对载体的变化很敏感，根据水印的状态来判断数据是否被篡改过n特点：载体数据经过很微小的处理后，水印就会被改变或毁掉。n主要用于

9、完整性保护。n与稳健性水印的要求相反。26健壮性水印例27 放大和旋转后的含水印图像（size=280280,q=2度）提取的水印 健壮性水印例n水印仍能正确提取28 原始图像 嵌入水印后图像 打印扫描后的图像半脆弱水印例29 原始图像含水印图像受攻击水印图像篡改检测第一层篡改检测第二层数字水印的性能评价n水印容量、可感知性、健壮性三者之间的平衡30隐写术与数字水印的区别31隐写术数字水印用途用于保密通信用于版权标识前提一般不知有信息隐藏可以公布有水印存在主要攻击隐写分析对水印的非授权删除主要考核透明性稳健性安全性含义不显著改变载体对象统计特性能够抵抗恶意攻击载体（作品）和信息1、信息与载体无关2、载体可选1、水印与作品相关2、作品不可选