數(shù)字水印是永久鑲嵌在其他數(shù)據(jù)(宿主數(shù)據(jù)或載體數(shù)據(jù))中具有可鑒別性的數(shù)字信號(hào)或模式，而且并不影響宿主數(shù)據(jù)的可用性。

　　數(shù)字水印技術(shù)(Digital Watermarking)是一種信息隱藏技術(shù)，它的基本思想是在數(shù)字圖像、音頻、和視頻等數(shù)字產(chǎn)品中嵌入秘密信息，以便保護(hù)數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)、證明產(chǎn)品的真實(shí)可靠性、跟蹤盜版行為或者提供產(chǎn)品的附加信息。其中的秘密信息可以是版權(quán)標(biāo)志、用戶序列號(hào)或者是產(chǎn)品相關(guān)信息。一般它要經(jīng)過(guò)適當(dāng)變換再嵌入到數(shù)字產(chǎn)品中，通常稱變換后的秘密信息為數(shù)字水印(DigitalWatermark)。

　　作為保護(hù)版權(quán)用數(shù)字水印需要滿足以下四點(diǎn)基本要求：

　　1.魯棒性(Robustness)：數(shù)字水印必須難以(最好是不可能)被除去，試圖除去或破壞數(shù)字水印應(yīng)導(dǎo)致水印文本嚴(yán)重的降質(zhì)而不可用。

　　2.隱蔽性(Invisibility)：數(shù)字水印應(yīng)是不可見(jiàn)的，即水印的存在不應(yīng)明顯干擾被保護(hù)的數(shù)據(jù)，不影響被保護(hù)數(shù)據(jù)的正常使用。

　　3.安全性(Security)：數(shù)字水印中的信息應(yīng)是安全的，難以被篡改或偽造，只有授權(quán)方可以進(jìn)行水印的檢測(cè)。

　　4.盲檢測(cè)性(Blinddetection)：水印檢測(cè)過(guò)程不需要原始的、未嵌人水印的載體信息。這一方面簡(jiǎn)化了水印的檢測(cè)，另一方面則是為了加強(qiáng)水印的安全性。

　　(一)選擇水印技術(shù)

　　目前不可見(jiàn)水印主要研究魯棒性水印理論與算法。影響水印魯棒性的主要是水印構(gòu)造和內(nèi)嵌策略。構(gòu)造水印信號(hào)是水印算法的首要步驟，針對(duì)人類視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)紋理的極高敏感性，構(gòu)成水印的序列應(yīng)該具有不可預(yù)測(cè)的隨機(jī)性和與噪聲相同的特性。根據(jù)嵌入的水印是否有特定含義可分為無(wú)意義水印和有意義水印。無(wú)意義水印可采用高斯白噪聲序列和偽隨機(jī)序列。高斯白噪聲序列是一種滿足均值為、方差為的正態(tài)分布。偽隨機(jī)序列具有類似白噪聲的性質(zhì)——周期性和規(guī)律性，可以人為地加以生產(chǎn)和復(fù)制。選取具有特定含義的有意義水印信號(hào)，因其不是隨機(jī)信號(hào)，在載體中內(nèi)嵌水印信號(hào)前要先進(jìn)行預(yù)處理(如加密、置亂等)，使之成為具有良好隨機(jī)性的偽隨機(jī)信號(hào)。Cox等指出，由隨機(jī)序列構(gòu)成的無(wú)意義水印能夠達(dá)到很好的魯棒性。而用于版權(quán)保護(hù)的水印信號(hào)最好是二值圖像或灰度網(wǎng)像等有意義水印。

　　(二)嵌入水印技術(shù)

　　水印的嵌入是將水印信號(hào)嵌入到宿主圖像中得到的圖像。內(nèi)嵌水印的圖像與宿主圖像從視覺(jué)上不能有明顯差別。水印的嵌入是水印方案中的核心部分，它主要分為兩個(gè)方面：

　　1.選擇嵌入?yún)^(qū)域

　　根據(jù)水印信號(hào)嵌入圖像的方式，數(shù)字水印嵌入的區(qū)域分為空域技術(shù)和變換域技術(shù)。

　　空域技術(shù)是直接在信號(hào)空間上內(nèi)嵌水印信息。該算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但其嵌入的信息量少、魯棒性差，早期的水印采用這種算法，現(xiàn)在多和其他技術(shù)配合使用。

　　變換域技術(shù)是在內(nèi)嵌水印前先對(duì)圖像進(jìn)行某種可逆的數(shù)學(xué)變換，通過(guò)修改變換域的某些系數(shù)值來(lái)內(nèi)嵌水印，然后進(jìn)行逆變換得到內(nèi)嵌水印的圖像。研究人員普遍認(rèn)為在變換域中內(nèi)嵌水印有利于不可感知性，并且變換域水印比空域水印具有更好的穩(wěn)健性，因而近年來(lái)的數(shù)字水印算法多集中于變換域技術(shù)。

　　目前數(shù)字水印研究領(lǐng)域中技術(shù)還有擴(kuò)頻和量化，很多數(shù)字水印的研究都基于這兩種技術(shù)。同時(shí)生理模型也是數(shù)字水印研究領(lǐng)域中的主要技術(shù)。根據(jù)人類的感知系統(tǒng)特征，生理模型包括人類視覺(jué)系統(tǒng)模型(HVM)和人類聽覺(jué)系統(tǒng)模型(HAM)。利用生理模型可以確定在圖像或聲音等原始數(shù)據(jù)的各部分所能嵌入的最大水印強(qiáng)度，在此強(qiáng)度下水印信號(hào)不能被視覺(jué)系統(tǒng)或聽覺(jué)系統(tǒng)感知。如依據(jù)人類視覺(jué)系統(tǒng)的研究，背景的亮度越高，紋理越復(fù)雜，人類視覺(jué)對(duì)其輕微的變化就越不敏感。應(yīng)該盡可能地將水印嵌入到圖像中人類視覺(jué)不敏感的部位。生理模型的引入提高了水印算法的透明性和魯棒性，在研究魯棒性水印中很有發(fā)展前景。

　　2.選擇嵌入模型

　　在變換域中內(nèi)嵌水印的效果要比空間域好，目前大多數(shù)數(shù)字水印嵌入模型多采用x’=x+αw(加法準(zhǔn)則)和x’=x(1+αw)(乘法準(zhǔn)則)。用這兩種方式內(nèi)嵌水印，提取水印時(shí)不能用盲檢測(cè)技術(shù)。盲檢測(cè)技術(shù)能夠快速、自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用廣泛。要采用盲檢測(cè)技術(shù)，可根據(jù)典型的算法構(gòu)造嵌入模型。

　　(三)提取水印技術(shù)

　　水印提取是水印框架中最重要的部分，無(wú)論是水印生成算法，還是水印嵌入算法，最終要以能否正確可靠地提取水印為依據(jù)。根據(jù)數(shù)字水印提取時(shí)輸入和輸出的不同劃分為非盲水印、半盲水印和盲水印。非盲水印在檢測(cè)時(shí)至少需要原始圖像(有時(shí)還需要原始水印)，非盲檢測(cè)可以從待檢測(cè)圖像中提取水印，也可以利用概率統(tǒng)計(jì)的方法判斷水印是否存在；半盲水印在檢測(cè)時(shí)不需要原始圖像，但需要原始水印，一般是利用概率統(tǒng)計(jì)的方法判斷水印是否存在；盲水印在檢測(cè)時(shí)不需要原始圖像和原始水印，它是從內(nèi)嵌水印的圖像中提取水印。非盲檢測(cè)技術(shù)和半盲檢測(cè)技術(shù)需要原始圖像或原始水印的參與，給檢測(cè)帶來(lái)了不便，同時(shí)不能抵制IBM攻擊；而盲檢測(cè)技術(shù)，南于不需要原始圖像和原始水印的參與，是現(xiàn)在水印研究的熱點(diǎn)。

　　(四)檢測(cè)水印技術(shù)

　　水印檢測(cè)是數(shù)字水印技術(shù)中最為關(guān)鍵也最為復(fù)雜的技術(shù)之一，其檢測(cè)方法一般分為兩種：

　　1.提取并重建水印

　　這種方法只適用于圖像水印信號(hào)。因?yàn)閳D像水印在提取后可直觀地表達(dá)版權(quán)信息，從而直接判斷版權(quán)的歸屬。

　　2.用概率統(tǒng)計(jì)的方法檢測(cè)

　　偽隨機(jī)信號(hào)不能直觀表達(dá)版權(quán)信息，只能通過(guò)慨率統(tǒng)計(jì)的方法檢測(cè)水印。概率統(tǒng)計(jì)適蹦于偽隨機(jī)信號(hào)，也適用于圖像水印。包括兩種方法：

　　一種是利用假設(shè)檢驗(yàn)判斷是否存在水印。利用統(tǒng)計(jì)學(xué)中的假設(shè)檢測(cè)，構(gòu)造假設(shè)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，通過(guò)計(jì)算該統(tǒng)計(jì)量的值得到是否存在水印的判斷，比較典型的有patchwork算法。

　　另一種利用相關(guān)檢驗(yàn)(相似性檢測(cè))判斷是否存在水印，它是目前水印檢測(cè)中最常用的方法。將提取的水印信號(hào)和原始水印信號(hào)作相關(guān)運(yùn)算，或直接使用原始水印信號(hào)與待檢驗(yàn)圖像進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，判斷待檢測(cè)圖像中是否存在參與運(yùn)算的原始水印。其中包含種檢驗(yàn)方法：第一種方法是提取信號(hào)和原始水印作相關(guān)運(yùn)算(或使用待檢測(cè)圖像與原始水印作相關(guān)運(yùn)算)。先設(shè)定一檢測(cè)閾值，此值可通過(guò)理論分析或?qū)嶒?yàn)確定，若相關(guān)檢測(cè)值大于閾值，則待測(cè)圖像中存在此水印，否則不存在。第二種方法是利用檢測(cè)響應(yīng)圖判斷水印信號(hào)是否存在。選擇包括正確信號(hào)在內(nèi)的若干個(gè)(一般為1000以上)獨(dú)立的隨機(jī)信號(hào)，作相關(guān)檢驗(yàn)，正確信號(hào)的響應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其余信號(hào)的響應(yīng)，從而判斷水印信號(hào)是否存在。第i種方法是采用位錯(cuò)誤率度量方法。在檢測(cè)有含義的二值水印圖像時(shí)，多采用位錯(cuò)誤率的度量方法，若提取的水印與原始水印對(duì)應(yīng)位置的值相同，則結(jié)果為1，否則為0。即用正確比特?cái)?shù)占總比特?cái)?shù)的百分率來(lái)考量。百分率越大，則表明提取的水印與原始水印越相似。

　　1.數(shù)字作品的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)。數(shù)字作品(如電腦美術(shù)、掃描圖像、數(shù)字音樂(lè)、視頻、三維動(dòng)畫)的版權(quán)保護(hù)是當(dāng)前的熱點(diǎn)問(wèn)題。由于數(shù)字作品的拷貝、修改非常容易，而且可以做到與原作完全相同，所以原創(chuàng)者不得不采用一些嚴(yán)重?fù)p害作品質(zhì)量的辦法來(lái)加上版權(quán)標(biāo)志，而這種明顯可見(jiàn)的標(biāo)志很容易被篡改。“數(shù)字水印”利用數(shù)據(jù)隱藏原理使版權(quán)標(biāo)志不可見(jiàn)或不可聽，既不損害原作晶，又達(dá)到了版權(quán)保護(hù)的目的。目前，用于版權(quán)保護(hù)的數(shù)字水印技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了初步實(shí)用化階段，IBM公司在其“數(shù)字圖書館”軟件中就提供了數(shù)字水印功能，Adobe公司也在其著名的Photoshop軟件中集成了Digimarc公司的數(shù)字水印插件。然麗實(shí)事求是地說(shuō)，目前市場(chǎng)上的數(shù)字水印產(chǎn)品在技術(shù)上還不成熟，很容易被破壞或破解，距離真正的實(shí)用還有很長(zhǎng)的路要走。

　　2.商務(wù)交易中的票據(jù)防偽。隨著高質(zhì)量圖像輸入輸出設(shè)備的發(fā)展，特別是精度超過(guò)1200dpi的彩色噴墨、激光打印機(jī)和高精度彩色復(fù)印機(jī)的出現(xiàn)，使得貨幣、支票以及其他票據(jù)的偽造變得更加容易。另一方面，在從傳統(tǒng)商務(wù)向電子商務(wù)轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)大量過(guò)度性的電子文件，如各種紙質(zhì)票據(jù)的掃描圖像等。即使在網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)成熟以后，各種電子票據(jù)也還需要一些非密碼的認(rèn)證方式。數(shù)字水印技術(shù)可以為各種票據(jù)提供不可見(jiàn)的認(rèn)證標(biāo)志，從而大大增加了偽造的難度。

　　3.證件真?zhèn)舞b別信副急藏技術(shù)可以應(yīng)用的范圍很廣，作為證件來(lái)講，每個(gè)人需要不只一個(gè)證件，證明個(gè)人身份的有：身份證、護(hù)照、駕駛證、出入證等證明某種能力的有：各種學(xué)歷證書、資格證書等。國(guó)內(nèi)目前在證件防偽領(lǐng)域面臨巨大的商機(jī)，由于缺少有效的措施，使得“造假”、“買假”、“用假”成風(fēng)，已經(jīng)嚴(yán)重地干擾了正常的經(jīng)濟(jì)秩序，對(duì)國(guó)家的形象也有不良影響。通過(guò)水印技術(shù)可以確認(rèn)該證件的真?zhèn)?，使得該證件無(wú)法仿制和復(fù)制。

　　4.聲像數(shù)據(jù)的隱藏標(biāo)識(shí)和篡改提示數(shù)據(jù)的標(biāo)識(shí)信息往往比數(shù)據(jù)本身更具有保密價(jià)值，如遙感圖像的拍攝日期、經(jīng)／緯度等。沒(méi)有標(biāo)識(shí)信息的數(shù)據(jù)有時(shí)甚至無(wú)法使用，但直接將這些重要信息標(biāo)記在原始文件上又很危險(xiǎn)。數(shù)字水印技術(shù)提供了一種隱藏標(biāo)識(shí)的方法，標(biāo)識(shí)信息在原始文件上是看不到的，只有通過(guò)特殊的閱讀程序才可以讀取。這種方法已經(jīng)被國(guó)外一些公開的遙感圖像數(shù)據(jù)庫(kù)所采用。此外，數(shù)據(jù)的篡改提示也是一項(xiàng)很重要的工作?，F(xiàn)有的信號(hào)拼接和鑲嵌技術(shù)可以做到“移花接木”而不為人知，因此，如何防范對(duì)圖像、錄音、錄像數(shù)據(jù)的篡改攻擊是重要的研究課題?；跀?shù)字水印的篡改提示是解決這一問(wèn)題的理想技術(shù)途徑，通過(guò)隱藏水印的狀態(tài)可以判斷聲像信號(hào)是否被篡改。