用于图像认证的半脆弱水印算法研究

5. 按水印隐藏的位置划分
按数字水印的隐藏位置划分为时域数字水印、频域数字水印、时/频域数字水印和时间/尺度域数字水印。时域数字水印是直接在信号空间上叠加水印信息，而频域数字水印、时/频域数字水印和时间/尺度域数字水印则分别是在DCT变换域、时/频变换域和小波变换域上隐藏水印。随着数字水印技术的发展，各种水印算法层出不穷，水印的隐藏位置也不再局限于上述四种。实际上只要构成一种信号变换，就有可能在其变换空间上隐藏水印。

6. 按用途划分
不同的应用需求造就了不同的水印技术。而这又可分为6种不同的水印技术。
（1）数字作品的知识产权保护
版权标识水印是目前研究最多的一类数字水印由于数字作品的拷贝、修改非常容易,而且可以做到与原作完全相同，所以原创者不得不采用一些严重损害作品质量的办法来加上版权标志，而这种明显可见的标志很容易被篡改。数字作品的所有者可用密钥产生一个水印，并将其嵌入原始数据，然后公开发布其水印版本作品。当该作品被盗版或出现版权纠纷时，所有者即可从盗版作品或水印版作品中获取水印信号作为依据，从而保护所有者的权益。
目前用于版权保护的数字水印技术已经进入了初步实用化阶，IBM（International Business Machines Corporation，国际商用机器公司）公司在其”数字图书馆”软件中就提供了数字水印功能，Adobe公司也在其著名的Photoshop软件中集成了Digimarc公司的数字水印插件。

（2）商务交易中的票据防伪
随着高质量图像输入输出设备的发展，特别是高精度彩色喷墨、激光打印机和高精度彩色复印机的出现，使得货币、支票以及其他票据的伪造变得更加容易。
据报道，美国、日本以及荷兰都已开始研究用于票据防伪的数字水印技术。麻省理工学院媒体实验室受美国财政部委托，已经开始研究在彩色打印机、复印机输出的每幅图像中加入唯一的、不可见的数字水印，在需要时可以实时地从扫描票据中判断水印的有无，快速辨识真伪。

此外在电子商务中会出现大量过度性的电子文件，如各种纸质票据的扫描图像等。即使在网络安全技术成熟以后，各种电子票据也还需要一些非密码的认证方式。数字水印技术可以为各种票据提供不可见的认证标志，从而大大增加了伪造的难度。

（3）标题与注释
即将作品的标题、注释等内容（如照片的拍摄时间和地点等）以水印形式嵌入到作品中，这种隐式注释不需要额外的带宽，且不易丢失．

（4）篡改提示
由于现有的信号拼接和镶嵌技术可以做到移花接木而不为人知，基于数字水印的篡改提示是解决这一问题的理想技术途径，通过隐藏水印的状态可以判断声像信号是否被篡改。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，来确定作品的完整性。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。

（5）使用控制
这种应用的一个典型的例子是DVD（Digital Video Disk， 数字化视频光盘）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。

（6）隐蔽通信及其对抗
数字水印所依赖的信息隐藏技术不仅提供了非密码的安全途径，可以实现网络情报战的革命。网络情报战是信息战的重要组成部分，其核心内容是利用公用网络进行保密数据传送。由于经过加密的文件往往是混乱无序的，容易引起攻击者的注意。网络多媒体技术的广泛应用使得利用公用网络进行保密通信有了新的思路，利用数字化声像信号相对于人的视觉、听觉冗余，可以进行各种信息隐藏，从而实现隐蔽通信〔4〕。

2.1.2 半脆弱数字水印的基本概念
按照水印特性，即水印抵抗攻击噪声能力可分为鲁棒水印和脆弱水印，而半脆弱水印是介于两者之间的水印技术。

鲁棒水印是指经受攻击后仍然能够提取出的水印，它能够抵制任何企图破坏或去除水印的操作，任何企图移动和破坏水印的操作都将导致媒体质量的严重损害。这个特性使得它主要用在版权保护和内容跟踪上。透明性(不可见性)和鲁棒性是其最重要的两个特征。

为了取得理想的鲁棒性，提出了许多水印技术。如利用扩频的方法，将水印作为一个窄带的信号通过宽带的信道(载体图像)进行传输，各种有意无意的干扰被视作噪声。还有基于图像特征的自适应水印方案，动态地改变水印嵌入参数来降低嵌入过程带来的干扰，增强水印的鲁棒性。脆弱水印极容易破坏，一般用于图像的认证。任何对嵌入水印图像的操作都会破坏嵌入其中的水印，许多的水印技术还能定位出被篡改部分的位置。但是，脆弱水印对图像某些正常的操作鲁棒性太差，比如正常的JPEG压缩及图像的增强。实际应用中我们希望嵌入的水印对这些正常的操作具有一定的鲁棒性同时又能够检测到对图像恶意修改(比如添加、移动、扭曲图像中的物体)。由此，就产生了所谓的半脆弱水印。