目录摘要 (1)Abstract (1)1. 引言 (1)2. 数字水印的分类和基本特性 (2)2.1 数字水印的分类 (3)2.2 数字水印的基本特性 (4)3. 数字水印基本原理及其嵌入 (4)3.1 数字水印基本原理 (4)3.2 数字水印嵌入典型算法 (5)3.3 水印嵌入的主要处理步骤 (6)4. 基于数字水印的数字作品保护系统 (6)4.1 数字水印系统的基本框架 (6)4.2 数字产品的销售模型 (8)4.3 基于数字水印的数字作品保护模型 (8)5. 一个版权保护框架模型实例(基于PKI和数字水印技术) (9)6. 结束语 (13)参考文献 (13)用于版权保护的数字水印技术摘要：全球迅猛发展的Internet网络给世界经济带来了新的商机，数字技术提供了与原作品同样精美的复制品，但同时使得数字媒体的版权保护问题日益突出。
本文介绍了最新的多媒体版权保护技术－数字水印的概念，在阐述数字水印的分类和特性的基础上，提出了以数字水印为基础的数字作品版权保护系统，并研究了数字水印系统的处理框架和数字水印算法。
最后对数字水印技术进行了展望。
关键词：数字水印；数字产品保护；版权保护系统中图分类号：TP393Digital watermarking Techniques Used on Copyright Protection Abstract：New commercial opportunity is emerged with Internet expanding all over the world. With the development of the digital technology, copyright protection of the digital multimedia has to be solved. First, the watermarking technology, which is a new copyright protect technology for digital multimedia, is briefly introduced. And, based on the classification and features of watermarking, a general copyright protection system using watermarking techniques is presented. Finally, the framework of watermarking system is discussed.Key words：Digital watermarking；Digital products protection；Copyright protection system1. 引言自从1993年11月因特网上出现了Marc Andreessen的Mosaic网页浏览器，因特网对用户变得友好起来，很快人们便开始乐于从因特网上下载图片、音乐和视频[1]。
对数字媒体而言，因特网成了最出色的分发系统，因为它不但便宜，而且不需要仓库存储，又能实时发送。
因此数字媒体很容易借助因特网或CD-ROM 被复制、处理、传播和公开。
这样就引发出数字信息传输的安全问题和数字产品的版权保护问题。
如何在网络环境中实施有效的版权保护和信息安全手段，已经引起了国际学术界、企业界以及政府有关部门的广泛关注[2]。
其中，如何防止数字产品(如电子出版物、音频、视频、动画、图像产品等)被侵权、盗版和随意篡改，已经成为世界各国亟待解决的热门课题[3][4]。
目前的信息安全技术基本上以密码学理论为基础的，采用的传统方法是将文件加密成密文的密钥系统或公钥系统，提高加密、解密系统密级的方法是不断增加密钥的长度。
据报道：56 bit长密钥的DES可在20多小时内攻破，因而这种方法在实际中变得越来越不安全[5]。
另外这种将文件加密成密文的方法，在将密文解开后就失去了保密意义；加密的密文还容易引起许多好事者的兴趣，触发他们积极破译的激情。
数字签名技术是另一种较新的技术。
已用于检验短信息的正式可靠性，虽然数字签名的标准已被许多国家采纳，可以通过私有密钥对数字产品进行签名，检测算法可用来检测产品的内容是否符合相应的签名，但因对多媒体中需要大量的签名，因而对多媒体保护的不适用也不方便。
由此可见目前的保密方法在当今广泛应用的Internet多媒体信息安全中难以起到全面保障的作用。
因此，需要寻求一种不同于传统技术的更加有效的手段，来保障数字信息的安全传输和保护数字产品的版权。
数字水印技术是九十年代中期信息安全领域的一个新方向。
它有望成为加密技术的补充技术，用来弥补密码技术的缺陷。
因为它在数字产品中嵌入的信息不会被常规处理操作去除。
数字水印技术一方面可以为解密后的数据提供进一步的保护，另一方面也弥补了数字签名技术的缺陷，因为它可以在原始数据中一次性嵌入大量的秘密信息。
数字水印技术源于是在开放的网络环境下保护多媒体版权的新型技术，它可验证数字产品的版权拥有者、识别销售商、购买者或提供关于数字产品内容的其他附加信息，并将这些信息以人眼不可见的形式嵌入在数字图像或视频序列中，用于确认数字产品的所有权和跟踪侵权行为[6]。
除此之外，它在证据篡改鉴定，数据的分级访问，数据产品的跟踪和检测，商业视频广播和因特网数字媒体的服务付费，电子商务的认证鉴定，商务活动中的票据防伪等方面也具有十分广阔的应用前景[7]。
自93年尤其是95/96年以来引起工业界的浓厚兴趣，已成为国际上非常活跃的研究领域[8]。
2. 数字水印的分类和基本特性所谓数字水印(Digital Watermark)技术是指用信号处理的方法在数字化的多媒体数据中嵌入隐蔽的标记，这种标记通常是不可见的，只有通过专用的检测器或阅读器才能提取。
数字水印中包含音像作品的版本、创作者、拥有者、发行人等信息，数据量并不大，一般控制在100位以内，与动辄上兆字节的音乐、影视文件相比犹如藏在草堆中的一根针。
2.1 数字水印的分类数字水印技术从不同的角度有下面的一些划分方法。
(1) 按作用划分：按作用可划分为鲁棒性水印和脆弱性水印。
前者主要应用于数字作品中标志著作版权信息，需要嵌入的水印能够抵抗常见的编辑处理、图象处理和有损压缩，在历经有意或无意攻击后水印不被破坏，仍能检测出来提供认证。
后者主要用于完整性保护，判断多媒体信号是否被篡改，对于篡改处能自动标记出来，它需要抵抗常见的有损压缩如JPEG、JPEG2000和噪声等。
(2) 按载体分：按水印的载体可将水印分为图像水印、视频水印、音频水印、文本水印和图形水印等。
图像水印指静止图像中加入水印，用于图像数据库，网上图片发布等。
视频水印主要在视频流中加入数字水印，从而控制视频的应用，如DVD的控制存取，数字广播的控制等。
文本水印指在在PDF、DOC等文本文件中加入水印，防止对文本文件的修改。
图形水印指在计算机生成的二维或三维图形中嵌入水印，以表明版权。
(3) 按检测分：在检测过程中需原数据的技术称为明水印，其鲁棒性较强，但实用中受到一定的限制。
无须原数据的检测技术称为盲水印，此种水印技术应用较广，尤其针对无法获得原图象的网络应用，但对水印技术的技术要求较高。
(4) 按内容分：有意义水印是指水印是可视图象，可为二值图像或灰度图像，其特点为如水印经过攻击受损后人们仍可从视觉观察判断。
无意义水印为随机码，通过统计决策来确定信号中是否有水印。
(5) 按用途分：分为版权保护水印、篡改提示水印、票据防伪水印、隐蔽标识水印。
版权保护水印是在图像加入水印后，图像的拥有者希望他人看到图像水印的标记，并进行商业性的使用，在经过各种有意攻击与无意编辑处理后水印仍然存在，如果水印遭到破坏难以检测，则版权保护失败。
篡改提示水印利用加在图像中的水印来保护图像内容的完整性，对篡改的内容进行标注提示，并且需要抵抗有损压缩等网上常见的传输格式。
票据防伪水印是加在纸质票据的数字生成过程中，历经印刷、打印、扫描过程后人能将水印检测出来，需要防止的是复制后水印不再存在。
隐蔽标识水印是在图像中加入注释信息，对图像进行说明和作者简介等，不占带宽，要求隐藏的数据量较大。
2.2 数字水印的基本特性嵌入数字作品中的信息必须具有以下基本特性才能称为数字水印：(1) 透明性(invisibility)：利用人类视觉和听觉的特性，使带水印的作品欣赏起来无异于原先的作品。
(2) 不可检测性(undetectability)：水印作品和普通作品在统计噪音分布上不存在区别，攻击者无法用统计学方法确定水印的位置。
(3) 鲁棒性(robustness)：经过一些处理(可能的处理包括：a、几何变形——对图像进行尺寸缩放、剪裁、扭转等。
b、有损压缩——常用的图形文件格式JPEG 就属有损压缩。
它先将图像用DCT函数转换到频率域，然后对其量化，在量化过程中忽略掉一些感知上不重要的成份，以达到压缩文件尺寸的目的。
虽然肉眼看不出来，但经过压缩后的图像其精度肯定有所降低。
c、信号处理——如调整图像和视频的对比度、亮度、色度，以及模／数转换、数／模转换等)，多媒体数据发生一定程度的变化后，版权所有者仍然可以证明水印的存在。
(4) 安全性(security)：具有较强的抗攻击能力，能够承受一定程度的人为攻击，而暗藏的水印不被破坏。
3. 数字水印基本原理及其嵌入3.1 数字水印基本原理水印的基本原理是嵌入某些标识数据到宿主数据中作为水印，使得水印在宿主数据中不可感知和足够安全。
为了保证由于水印的嵌入而导致的宿主数据失真不被觉察到，必须应用到某种感知准则。
不管是隐性还是显性，但是必须的。
因而作为不可觉察性的要求，宿主数据上的每个采样点的值(空间域或频率域)的改变程度与其自身相比应该相对比较小。
为了保证水印算法的鲁棒性，水印信息在宿主数据上通常有很大的冗余度。
这意味着水印信息可以从其部分数据中恢复出来。
但如果在恢复过程中能提供更多的数据那么恢复的鲁棒性则更强。
正如前面所说，水印算法还要结合加密方法以提供其安全性。
因此我们下面给出一个通用意义下的水印算法。
通用的数字水印算法包含两个基本方面：水印的嵌入和水印的提取或检测。
水印可由多种模型构成，如随机数字序列、数字标识、文本以及图像等。
从鲁棒性和安全性考虑，常常需要对水印进行随机化以及加密处理。
数字水印技术的基本原理如图1所示。
原始水印信息010*******原始图像检测到的水印信息相同的水印图像图1 数字水印技术的基本原理图2表示了一个通用水印的嵌入过程。
给定一幅图象，一个标志 ，以及一个密钥 (通常是一个随机数发生器的种子)，植入过程可以被定义为如下形式的映射，并且这适用于所有的水印植入方法。