基于数字水印的图像鉴定取证技术研究

何晶

摘 要：随着数码相机，数字打印扫描等电子设备的广泛应用，获取数字图像变得十分快捷；随着电子计算机的高速发展，图形图像处理软件功能的日益强大，使得伪造和篡改图像变得十分容易。如果不法分子将伪造和篡改的图像用于法庭证物，保险取证，新闻媒体，科学发现中，将会对社会安全稳定带来极大不良影响，因此对数字图像的鉴定取证技术受到相关人士的广泛关注，具有深远的科学意义和重要的政治价值。本文即针对基于数字谁赢的图像鉴定取证技术展开了研究，以期推动图像鉴定取证的进一步发展。

关键词：数字水印；图像；鉴定取证

中图分类号： TP391 文献标识码： A 文章编号：2095-2163（2015）04-

Research on Technology of Digital Watermarking based on Image Authentication

HE Jing

（Department of Information Engineering，Chongqing Youth Vocational & Technical College，Chongqing 400712， China）

Abstract： With digital cameras， digital print scan electronic devices widely used， obtaining digital images become very fast. With the rapid development of computer， graphic image processing software function more powerful makes it easy to forge and tamper images become very easy. If the criminals will be forged and tampered with the image for forensic evidence， evidence of insurance， news media， scientific discovery which could bring great adverse effects on socail safety and stability. So forensic techniques for the identification of digital image receive the extensive concern of the stakeholders， and has profound scientific significance and important political value. According to the aboved，the paper researches on the technology of digital watermarking based on image authentication，for promoting the further development of identification of evidence.

Keywords： Digital Watermarking； Image； Identification of Evidence

0 引 言

在时下的数字多媒体时代中，网络、电视随处可见各类数字图片，并且随着数码相机和电子计算机的日趋发达，以及图形图像处理软件功能的日益强大，使得获取，编辑和修改图像变得十分容易。但先进的技术往往是把“双刃剑”，在方便，娱乐人们的同时，也给不法分子可乘之机，对社会生活安全带来了严重不良影响。

基于此，即使人们对图像真实性的鉴定和取证问题产生了高度重视，越来越多的国内外技术专家投入到图像鉴定取证技术的研究且已获得初步的进展与。

1 图像鉴定取证技术

数字图像鉴定取证技术是计算机取证技术的一个分支，是使用逻辑推导、统计分析等方法对数字图像的某些特征进行识别、提取、收集、分析、验证、确认，以达到鉴定和认证数字图像是否发生了篡改操作的目的，并进一步用以确保数字图像内容的原始性、真实性和完整性的一种技术[1]，主要应用于信息安全、保险举证、版权保护等方面。

数字图像鉴定取证技术分为主动取证和被动取证两类[2]。其中，数字图像主动取证技术是指提前将验证信息嵌入到原始数字图像中，通过提取验证信息来验证数字图像是否篡改、并评估来源信息，主要包括用以保证信息保密传输、数据交换完整、交易身份确认的数字签名技术，用以保证数字图像版权、完整性的数字水印技术等；而数字图像被动取证技术（数字图像盲取证技术）则是当下的数字领域的前沿研究热点，应用范围更广，并不需要提前将验证信息嵌入到原始数字图像中，仅仅利用图像本身的统计特征变化来辨别真伪，主要包括图像篡改检测鉴定取证技术、图像隐秘分析鉴定取证技术、图像来源鉴定取证技术三个方面。

2 数字水印

数字水印是数字图像主动取证技术的重要代表，涵盖多媒体技术、图像信息处理、模式识别、密码学、数字通信等多学科领域，广泛应用于版权保护、隐蔽通信和篡改认证。这种技术利用数字作品中普遍存在的随机性和冗余数据，在不破坏图像显示效果的前提下，将作品的作者、版本号、出版单位等水印信息经过特定算法处理后预先嵌入到未经篡改过的原始数字图像中，需要对图像进行鉴别时，再通过逆算法提取水印，以判别对象是否受到保护，监视被保护数据的传播、真伪鉴别和非法拷贝、解决版权纠纷并为法庭提供证据。

根据识别篡改的能力和容忍图像被修改的程度，目前有三种水印类型：（1）鲁棒水印；（2）易碎水印；（3）半易碎水印。这三种类型的主要区别是数字图像经过裁切、润色、特效等多种技术处理后水印信号能否被完整检测和提取出来[3]。具体来说，鲁棒水印的目标就是在经过诸如噪音、滤波、JPEG压缩、重采样等各种信号处理之后，水印信息不被破坏，仍能被检测和提取出来。鲁棒水印抗干扰能力非常好，能够承受大量的、不同的物理和几何失真，主要应用于数字作品的版权保护；而易碎水印则对图像处理改动具有非常强的敏感性，不允许对数字作品进行修饰、增强、裁切等操作，一旦在图像中存在较小的变化就足以破坏加入的水印。易碎水印可以准确定位图像被篡改的区域，甚至可以恢复被篡改区域，主要应用于多媒体数据的精确认证；敏感性位于以上两者之间的即是半易碎水印，其中只有少数允许的处理操作不会改变水印信号的原貌，但对常见的图像篡改手段比如双 JPEG压缩、去噪处理以及图像格式的转换等非常不敏感，主要应用于信息的鲁棒性认证。

3 基于数字水印的图像鉴定取证模型研究

3.1系统概述

系统采用 B/S（浏览器/服务器）结构，具有分布性强，功能扩展容易，维护简单方便，共享性高等特点；采用微软的.net平台，具有跨语言，跨平台，安全，以及对开放互联网标准和协议的支持等优点；选用普适性的C++语言，表现出有效性、灵活性、便于移植等诸多优点，同时又添加了面向对象编程的支持，提供具有强大的编程功能，可方便地构造出模拟现实问题的实体和操作；而且，选用高性能的Oracle数据库作为系统后台的数据库，因而又为系统添加了稳定性强，安全性能高，支持大量多媒体数据等出众优点。

基于数字水印的图像鉴定取证模型如图1所表示。该系统主要包括五个模块：用户管理模块，水印处理模块，版权认证模块，结果显示模块和数据库模块。在此，给出各个组成模块的功能解析，如下所示。

（1）用户管理模块控制账号信息，包括新用户注册、用户登录、用户信息设置和修改、密码修改等功能；

（2）水印处理模块利用算法将水印嵌入图像中或从待检测图像中提取水印；

（3）版权认证模块对提取水印进行认证，确定版权信息；

（4）结果显示模块，显示图像认证结果，如版权信息、作者信息、出版社信息等；

（5）数据库模块记录版权信息、编码信息和水印信息的对应关系，记录合法用户的信息。

图1 基于数字水印的图像鉴定取证模型

Fig.1 Image forensics model based on digital watermarking

3.2水印处理模块

系统中，水印处理模块的设计是整个系统的重点。在水印算法的选择上，对比了目前主流的多种水印算法，如基于 DCT（离散余弦变换）域的自适应数字水印算法、基于JPEG 压缩标准的数字水印算法和基于 DWT（离散小波变换）的数字水印算法等，由此可知DWT小波变换具有良好的时域和频域局部定位特性，能保证在JPEG的有损压缩下水印具有一定的鲁棒性，也能在一定压缩比的条件下检测出是否发生篡改并精确定位位置，克服了马赛克现象，克服了传统傅立叶变换和余弦变换无法很好表现图像时频特性的缺点，使得DWT离散小波变换域水印算法具有广阔的研究和应用前景。

3.2.1水印嵌入

水印嵌入步骤如图2所示。

图2 水印嵌入

Fig.2 Watermark embedding

（1）将彩色水印图像进行二值化处理，即将图像上的点的灰度置为0或255，也就是将整个图像呈现出明显的黑白效果；

（2）用DWT对宿主图实行二维小波变换；

（3）如果二值化后的水印图像对应像素值为 0，则在宿主图像小波变换后的对角高频相应位置嵌入信息，并用密钥标注嵌入位置；

（4）将二维 DWT 逆变换后即可得到已嵌入水印后的图像[4]。

3.3.2水印提取

水印提取步骤如图3所示。

图3 水印提取

Fig.3 Watermark extraction

（1） 用DWT对含有水印的图像实行二维小波变换，得到近似分量、对角细节分量、垂直细节分量、水平细节分量；

（2） 在分解后的对角细节分量中根据密钥提取水印信息；

（3） 将还原后的对角细节分量变维，利用函数实行小波逆变换，得到还原后的宿主图。

4 结束语

随着多媒体技术和网络技术的快速发展，数字图像广泛应用于人们生活、工作和娱乐中，并在新闻报道、医学研究、生物科学、法律取证等领域扮演越来越重要的角色。为了鉴定图像的真伪，保护图像的版权，越来越多的专家学者投入到图像鉴定取证技术的研究中，数字水印技术应运而生。本文对基于数字水印的图像鉴定取证模型进行研究，选取了主流的基于 DWT（离散小波变换）的数字水印算法，对水印嵌入和水印提取过程进行分析，以期推动图像鉴定取证的研究发展。

参考文献：

[1] 朱艳玲.数字图像取证的关键技术研究[D].北京：北京邮电大学，2011.

[2] 陈钳生.数字图像取证技术及其发展[J].硅谷，2011（10）：17，26.

[3] 赵兰普，刘成安.基于数字水印的图像认证技术[J].河南科学，2007，25（6）：984-987.

[4] 张秀英.基于小波变换的数字水印算法研究[D].成都：电子科技大学，2009.