图像数字水印技术研究综述纲要：从数字水印的系统模型下手，对多种数字水印算法的精华思想进行研究综述和对照剖析。

此中包含 LSB 算法、 Patchwork 算法等空间域数字水印算法， DCT 、 DFT 、DWT 及其各自衍生发展出的多种频次域数字水印算法，还有鉴于向量机的数字水印算法和鉴于跳频技术的数字水印算法。

指出了各样算法的特色和合用范围。

重点词：数字水印；图像；版权保护；空间域；频次域中图分类号： TP391 文件表记码： A 文章编号：1009-3044(2008)36-2742-03Summary on Image WatermarkingTechnology WANG Wen-juan(School of Information, Capital University of Economic and Business, Beijing 100026, China)Abstract: Start with Digital Watermarking system model, summary and analysis the essence of many digital watermarking methods. Including the space domain digital watermarking algorithm such as the LSB algorithm, and the Patchwork algorithms , frequency domain digital watermarking algorithm such as DCT, DFT, DWT and their derivatives. There are digital watermarking algorithm based on the vector machines anddigital watermarking algorithm based on frequency-hopping technology. At last point out the various featuresof the algorithm and its application.Key words: watermarking; image; copyright; space domain; frequency domain1前言数字水印是解决多媒体信息的版权保护难题的一种技术，它是指利用数字作品中广泛存在的冗余数据和随机性，把版权信息等内容的数据（水印）嵌人到数字作品中，经过从加了水印的数字作品中检测或提取水印（有关版权的信息），进而起到保护数字作品版权的一种技术。

1993 年，Caronni 初次提出了“数字水印”的观点，并用于图像保护。

数字水印技术与加密技术的不一样在于水印与宿主数据是紧密结归并隐蔽在此中的，水印是宿主数据不行分别的构成部分。

数字水印的应用领域特别宽泛，比方当前数字产品的盗版问题特别严重，数字水印就是解决盗版问题的有效手段。

数字水印还可用来考证数据的完好性，也就是考证数据在传输或储存过程中有没有被窜悔过。

数字水印能够经过加指纹来防止未经受权的拷贝制作和刊行，出品人能够将不一样用户的 ID 或序列号作为不一样的水印（指纹）嵌入作品的合法拷贝中，这样一旦发现未经受权的拷贝就能够依据拷贝中所恢复出的指纹来确立它的根源。

数字水印还能够对数字产品进行拷贝保护，比如在产品的数据中包含进一些拷贝信息，限制该产品的拷贝次数等，就能够防备产品被无穷拷贝。

数字水印还能够为作品加入说明信息，比方为一幅图片加入制作时间、地址和内容描绘等信息。

数字水印有多种分类方式，按水印检测时能否需要原数字产品的参加能够分为盲数字水印和非盲数字水印，盲数字水印的检测和提取不需要原始数字产品的参加，而非盲数字水印的检测和提取需要原始数字产品的参加；按数字水印的嵌入地点能够将其分为空间域水印和频次域（变换域）水印。

当前，研究静止图像的数字水印技术的人比许多，研究音频数字水印和视频数字水印的人比较少。

静止图像的数字水印算法主要分为两大类：空间域算法和频次域（变换域）算法。

2数字水印的系统模型数字水印的系统模型包含：数字水印的嵌入模型、数字水印的检测模型和数字水印的提取模型。

这三个模型分别如图 1 至图 3 所示。

图 1 是数字水印嵌入模型，将原始数据、数字水印和密钥经过特定的数字水印嵌入算法就能够获得嵌入了数字水印的数据。

图 2 是数字水印的检测模型，该模型能够检测某一数据中能否嵌入了数字水印，数字水印的检测能否需要原始数据的参加是由数字水印是不是盲数字水印而定；图 3 是数字水印的提取模型，该模型能够从某一数据中提拿出嵌入在此中的数字水印，数字水印的提取能否需要原始数据的参加也是由数字水印是不是盲数字水印而定。

3 现状综述3.1 空间域数字水印算法3.1.1 LSB （ List Significant Bits ）方法[1]LSB 方法是第一经过把一个密钥输入到一个m-序列（maximum-length random sequence ）发生器来产生水印信号，而后此 m-序列被从头摆列成 2 维水印信号，并按像素点逐个插入到原始图像像素值的最低位，以保证水印的不行见性，而对这种水印的检测则是经过计算m-序列和水印图像行的有关函数来判断的。

该算法的长处是简单易行、有较大的信息隐蔽量，但该算法本质上相当于在图像中增添一些高频噪声，因为其对图像的几何变形和信号办理，如滤波、压缩、加噪声等抵挡能力差，鲁棒性不好，所以不可以应用于本质的图像安全保护。

3.1.2 Patchwork 算法 [2]Patchwork 算法是经过改变图像数据的统计特征来将信息嵌入到像素的亮度值中。

该算法是先经过随机选用图像的N对像素点来进行水印嵌入，这些随机选用的两个像素点的差值呈以 0 为中心的高斯散布；而后经过增添此中一个点的亮度值，同时相应降低另一个点的亮度值来改变散布的中心，并且使得整个图像的均匀亮度保持不变；最后采纳统计的方法来对水印进行检测。

为了抵挡诸若有损压缩以及滤波办理对水印的攻击，该算法先将像素点对扩展成小块的像素地区（ patch），并增添一个patch 中的全部像素点的亮度值，同时减少对应此外一个patch 中全部像素点的亮度值。

这种算法对抵抗有损压缩编码和剪裁攻击特别有效，但因为嵌入的水印信息少，且对仿射变换敏感，所以对多拷贝联合攻击的抵挡力比较柔弱。

3.2 频次域（变换域）数字水印算法3.2.1 DCT 数字水印算法Cox 的扩频水印算法 [3] 第一用 DCT 变换将图像变换为频域表示。

从变换后数据D 的DCT 系数中选用n 个最重要的频次重量，构成序列V=v1,v2, vn 以提升对JPEG 压缩的鲁棒性。

而后，以密钥为种子产生伪随机序列，即水印序列 X=x1,x2,xn，此中 xi 是知足高斯散布N（ 0， 1）的随机数，再用伪随机高斯序列来调制（叠加）选定的DCT 系数，产生带水印的序列 V ’=v ’1,v’2, v’ n。

最后再将 V ’变换为 D’，再反变换为含有水印的图像。

鉴于DCT 变换的数字水印分块算法[4] 描绘以下：1) 将原始图像切割为互不重叠的K 个图像块fk(x ’,y’),0 ≤x’,y’ ?8,K=0,1K-1 ，而后对 fk(x ’,y’)进行 DCT 变换，获得 Fk(u ’ ,v’ )。

2)将水印 W={xi|xi ∈ {0,1},0 ≤ i≤ L-1} 按公式 1 嵌入图像块的 DCT 系数中3)对 F’k(u’ ,v’)进行 DCT 反变换，获得包含水印的图像为：彭川在 2006 年第 10 期的《计算机时代》[5] 中提出了一种鉴于 DCT 变换的盲数字图像水印算法，该算法在将原始图像分红 8×8 的子块后，利用了人眼的视觉特征对分块进行分类，包含 HVS 特征和图像的照明遮蔽特征以及纹理遮蔽特征，而后按分类将不一样强度的数字水印数据嵌入到原始图像中。

2007 年李诺和闫德勤在《计算机工程与应用》中提出了一种二维 DCT 彩色图像数字水印的新算法 [6] ，该算法考虑到了人类视觉的特色，先将 RGB 格式变换为 YIQ 色彩空间，拿出此中的 Y 重量，对其进行 8×8 分块，将灰度图像水印数据自适应嵌入载体的亮度重量 Y 的 DCT 系数中，并且依据人类视觉遮蔽特征，在较复杂的块增添嵌入量，在相对不复杂的块中嵌入量少一些，而后采纳 Amold 变换将水印图像进行置乱，除去像素之间的空间有关性，加强了该算法的抗攻击能力，很好的实现了鲁棒性和不行见性的折中。

张秋余等学者在2006 年 6 月的《兰州理工大学学报》上提出了一种DTC 域两重图像数字水印算法[7] 。

一般的DCT 域数字水印算法都是在低频或许中频系数上嵌入水印。

因为低频水印对低通特征的图像办理攻击（如低通滤波，有损压缩）鲁棒性较好；而中频水印则对噪声攻击等的抵挡能力较强，所以考虑经过两重水印的方法将这两种水印联合在一同。

二者在频次地点上互不重叠，不会发生互相扰乱，并能够把它们的长处联合在一同，实现鲁棒性的互补。

在低频部分借鉴 Cox 的经典水印算法设计了一个单向的低频水印，在中频部分经过Watson 的视觉感知模型对DCT 分块进行复杂度剖析，选择合适嵌入水印的分块，用每块中中频系数的大小关系来编码一位水印信息，依据HVS 的对照度特征，在较亮，纹理较复杂的地区嵌入水印。

当前关于二值图像水印和灰度图像水印的研究比许多，上边的那些方法都是鉴于二值图像水印和灰度图像水印提出的，杜青在2006 年 2 月的苏州大学学报上提出了一种基于 DCT 和量化的彩色图像数字水印算法 [8] 。

此方法第一要对水印进行预办理――幻方置乱，目的是打破水印数据间的有关性，分别水印在传输和提取过程中可能惹起的错误，以后要对水印进行混沌调制，加强水印的安全性，而后进行位扩展增添必定的冗余，进而提升水印的抗基本攻击能力。

在水印嵌入时先将原始图像的 RGB 三个重量分别作 DCT 变换，选用变换后的低频系数作为嵌入系数，而后量化嵌入水印，以后再进行失散余弦反变换重构嵌入水印后的图像。

这种算法拥有较强的透明性，鲁棒性和安全性。

特别是对JPEG 压缩拥有很好的抵挡性。

3.2.2 DFT 数字水印算法何泉等学者在 2006 年 3 月的北京石油化工学院学报上提出了一种傅立叶域图像数字水印方案 [9] 。

此方法是鉴于迅速傅立叶变换提出的，第一对原始图像和水印图像分别作傅立叶变换，并将水印变换频谱降为一维的序列，嵌入到傅立叶频谱的合适地点上，最后再经过迅速傅立叶变换获得嵌入水印后的图像。