数字水印框架之我见

徐其江

摘 要 所谓数字水印，就是在数字媒体信息中添加某些数字信息，来保护数字媒体的版权，同时达到证明产品的真实可靠性和跟踪盗版或者提供产品的附件信息的功能。同时数字水印要求水印信息嵌入在载体中，不影响原始文件的可观性和完整性。

关键词 数字水印 框架 版权

中图分类号：TP309 文献标识码：A

数字水印可以从多方面进行解释。从通信角度来说，数字水印的嵌入过程类似于利用扩频通信技术在一个宽带信道上传输一个窄带信号。数字水印的提取过程类似于从一个有燥信道中提取出弱信號。

因为水印及载体对象都具有一定能量，因此水印分布到载体任一频率上的能量是不确定的。但是，一般而言，数字水印系统都包含水印嵌入器和水印检测器。

水印嵌入器有两个输入量：

（1）载体信息。

（2）原始水印信息。

载体信息的作用是嵌入水印，而原始水印信息经过处理后成为待嵌入水印，如图1所示。

检测器的输入至少有一个量，即经过传输之后的水印作品。在检测器端一般有两个操作：

（1）水印检测，它用于判断水印的存在与否；

（2）水印提取，它用于从含水印的载体中提取水印信息，如图2所示。

水印系统的基本框架可以定义为六元体（X，W，K，G，E，D），其中

（1）X表示所要保护的数字产品的集合。

（2）W代表所有可能水印信号的集合。

（3）K是标识码，即水印密钥的集合。

（4）G表示利用密钥和待嵌入水印的共同生产水印的算法，即

（5）E表示将水印W嵌入数字产品X0中的嵌入算法，即

（6）D表示水印检测算法，即

式中：H1和H2代表二值假设，分别表示水印的有无。

在实际应用过程中，一套完整的水印系统包括水印的生成、水印的嵌入、水印的提取与检测三个过程。

（1）水印的生成

通常基于混沌系统或伪随机数产生水印信号。所产生的随机信号W一般需要经过处理才能嵌入到载体信号中。

（2）水印的嵌入

水印嵌入就是把水印信号W={w（k）}嵌入到原始产品中X0={x0（k）}中，一般的水印嵌入规则可描述为xw（k）=x0（k）h（k）w（k），其中为某种叠加操作，也可能包括合适的截断操作或量化操作。H={h（k）}称为d维的水印嵌入掩码。其中声音为1维，图像为2维，视频为3维，如图3所示。

（3）水印的提取和检测

水印的提取和检测可以作用于任何产品，提取和检测时可以需要原始产品的参与（即明水印），也可以不需要原始产品的参与（即盲水印）。

图4表示水印的提取流程，其中虚框部分表示在水印的判断或提取过程中原始载体不是必须的。在脆弱性水印系统中，水印的作用是用来判定多媒体数据的完整性。在这种系统中，水印必须能够精确的提取出来，然后通过与原始水印进行完整性认证来判定载体信息的损坏程度，并根据所提取出的水印损坏位置来修复载体信息的损坏位置。

图5表示水印的检测流程，这主要应用在鲁棒性水印中。鲁棒性水印主要应用在版权保护方面，因此载体信息会受到各种形式的恶意攻击，同时原始水印也会遭到一定程度的破坏，这就需要对载体信息进行水印检测来判定版权。

以上即为对数字水印框架的综合描述，通过对框架的研究，来达到版权保护的目的。endprint