机械-信息隐藏与数字水印技术(一)

多媒体数据的数字化为多媒体信息的存取提供了极大的便利，同时也极大地提高了信息表达的效率和准确性。随着因特网的日益普及，多媒体信息的交换已到达了史无前例的深度和广度，其发布情势也越发丰富了。人们如今也能够通过因特网发布自己的作品、重要信息和进行网络贸易等 ，但是随之而出现的问题也10分严重：如作品侵权更加容易，篡改也更加方便。因此如何既充分利用因特网的便利 ，又能有效地保护知识产权，已遭到人们的高度重视。这标志着1门新兴的交叉学科--信息隐藏学的正式诞生。如今信息隐藏学作为隐蔽通讯和知识产权保护等的主要手段，正得到广泛的研究与利用。1　信息隐藏1. 1　信息隐藏模型 信息隐藏 (Information Hiding)不同于传统的密码学技术。密码技术主要是研究如何将机密信息进行特殊的编码，以构成不可辨认的密码情势 (密文 )进行传递；而信息隐藏则主要研究如何将某1机密信息秘密隐藏于另外1公然的信息中，然后通过公然信息的传输来传递机密信息。对加密通讯而言，可能的监测者或非法拦截者可通过截取密文强拆违法行为标准，并对其进行破译，或将密文进行破坏后再发送，从而影响机密信息的安全；但对信息隐藏而言，可能的监测者或非法拦截者则难以从公然信息中判断机密信息是否是存在，难以截获机密信息，从而能保证机密信息的安全。多媒体技术的广泛利用，为信息隐藏技术的发展提供了更加广阔的领域。我们称待隐藏的信息为秘密信息 (secret message)，它可以是版权信息或秘密数据政府为企业用地征用土地能强行吗，也能够是1个序列号；而公然信息则称为载体信息 (cover message)，如视频、音频片断。这类信息隐藏进程1般由密钥 (Key)来控制，即通过嵌入算法(Embedding algorithm)将秘密信息隐藏于公然信息中，而隐蔽载体 (隐藏有秘密信息的公然信息 )则通过信道 (Communication channel)传递 ，然后检测器 (Detector)利用密钥从隐蔽载体中恢复 /检测出秘密信息 。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 /提取算法 (检测器 ) ，它利用密钥从隐蔽载体中检测 /恢复出秘密信息 。在密钥未知的条件下 ，第3者很难从隐蔽载体中得到或删除 ，乃至发现秘密信息 。1. 2　信息隐藏特点 信息隐藏不同于传统的加密 ，由于其目的不在于限制正常的资料存取 ，而在于保证隐藏数据不被侵犯和发现 。因此 ，信息隐藏技术必须考虑正常的信息操作所酿成的威胁 ，即要使机密资料对正常的数据操作技术具有免疫能力 。这类免疫力的关键是要使隐藏信息部分不容易被正常的数据操作 (如通常的信号变换操作或数据紧缩 )所破坏 。根据信息隐藏的目的和技术要求 ，该技术存在以下特性: 鲁棒性 (robustness)　指不因图象文件的某种改动而导致隐藏信息丢失的能力 。这里所谓"改动"包括传输进程中的信道噪音、滤波操作、重采样、有损编码紧缩、D/ A或 A/ D转换等 。 不可检测性 (undetectability)　指隐蔽载体与原始载体具有1致的特性 。如具有1致的统计噪声散布等 ，以便使非法拦截者没法判断是否是有隐蔽信息 。 透明性 (invisibility)　利用人类视觉系统或人类听觉系统属性 ，经过1系列隐藏处理 ，使目标数据没有明显的降质现象 ，而隐藏的数据却没法人为地看见或听见 。 安全性 (security)　指隐藏算法有较强的抗攻击能力 ，即它必须能够承受1定程度的人为攻击 ，而使隐藏信息不会被破坏 。 自恢复性　由于经过1些操作或变换后 ，可能会使原图产生较大的破坏 ，如果只从留下的片断数据 ，仍能恢复隐藏信号 ，而且恢复进程不需要宿主信号 ，这就是所谓的自恢复性 。信息隐藏学是1门新兴的交叉学科 ，在计算机、通讯、保密学等领域有着广阔的利用前景 。数字水印技术作为其在多媒体领域的重要利用 ，已遭到人们越来越多的重视 。2　数字水印2 .1　背景 随着数字技术和因特网的发展 ，各种情势的多媒体数字作品 (图象、视频、音频等 )纷纭以网络情势发表 ，其版权保护成为1个迫切需要解决的问题 。由于数字水印 (digital watermarking)是实现版权保护的有效办法 ，因此如今已成为多媒体信息安全研究领域的1个热门 ，也是信息隐藏技术研究领域的重要分支 。该技术即是通过在原始数据中嵌入秘密信息--水印 (watermark)来证实该数据的所有权 。这类被嵌入的水印可以是1段文字、标识、序列号等 ，而且这类水印通常是不可见或不可察的 ，它与原始数据 (如图象、音频、视频数据 )紧密结合并隐藏其中，并可以经历1些不破坏源数据使用价值或商用价值的操作而能保存下来 。数字水印技术除应具有信息隐藏技术的1般特点外 ，还有着其固有的特点和研究方法 。在数字水印系统中 ，隐藏信息的丢失 ，即意味着版权信息的丢失 ，从而也就失去了版权保护的功能 ，也就是说 ，这1系统就是失败的 。因此可知 ，数字水印技术必须具有较强的鲁棒性、安全性和透明性 。2. 2　典型数字水印系统模型 图 1为水印信号嵌入模型 ，其功能是完成将水印信号加入原始数据中；图 2为水印信号检测模型，用以判断某1数据中是否是含有指定的水印信号 。 2.3 数字水印主要利用领域 版权保护　即数字作品的所有者可用密钥产生1个水印，并将其嵌入原始数据，然后公然发布他的水印版本作品。当该作品被盗版或出现版权纠纷时，所有者即可利用图3或图4的方法从盗版作品或水印版作品中取得水印信号作为根据，从而保护所有者的权益。 加指纹　为避免未经授权的拷贝制作和发行，出品人可以将不同用户的ID或序列号作为不同的水印(指纹)嵌入作品的合法拷贝中。1旦发现未经授权的拷贝，就可以够根据此拷贝所恢复出的指纹来肯定它的来源。 标题与注释　即将作品的标题、注释等内容(如，1幅照片的拍摄时间和地点等)以水印情势嵌入该作品中，这类隐式注释不需要额外的带宽，且不容易丢失。 篡改提示　当数字作品被用于法庭、医学、新闻及商业时，常需肯定它们的内容是否是被修改、捏造或特殊处理过。为实现该目的，通常可将原始图象分成多个独立块，再将每个块加入不同的水印。同时可通过检测每个数据块中的水印信号，来肯定作品的完全性。与其他水印不同的是，这类水印必须是脆弱的，并且检测水印信号时，不需要原始数据。 使用控制　这类利用的1个典型的例子是DVD防拷贝系统，即将水印信息加入DVD数据中，这样DVD播放机即可通过检测DVD数据中的水印信息而判断其合法性和可拷贝性。从而保护制造商的商业利益。