电子产品世界

1.1.2 使用半脆弱数字水印的必要性
数字水印是往多媒体数据（如图像、声音、视频信号等）中添加某些数字信息以达到版权保护等作用。如果没有鲁棒性的要求，水印与信息伪装技术上的处理本质上是完全一致的。在绝大多数情况下我们希望添加的信息是不可察觉的，并且希望攻击者在不破坏数据本身质量的情况下无法将水印去掉。发展数字水印技术的原动力就是为了提供多媒体数据的版权保护。按水印的特性可以将数字水印分为鲁棒数字水印和脆弱数字水印两类。鲁棒数字水印主要用于在数字作品中标识著作权信息，如作者、作品序号等，它要求嵌入的水印能够经受各种常用的编辑处理；脆弱数字水印主要用于完整性保护，与鲁棒水印的要求相反，脆弱水印必须对信号的改动很敏感，人们根据脆弱水印的状态就可以判断数据是否被篡改过。

图像认证的目的是确认作品没有受到恶意篡改，可用脆弱水印来实现认证。为了便于操作，脆弱水印对某些变换具有较低的鲁棒性，而对另外一些则更低。脆弱水印对图像的改变极为敏感，即使最微小的改变也会导致检测到改变。比如说，对一副图像进行很小的质量的JPEG(Joint Photographic Experts Group，联合图像专家组)压缩（1％），加入了脆弱水印的图像在检测时，给出的结论就是图像被篡改，即图像已不是原来的或者说可以接受的图像了。但是实际上，就HVS(Human Visual System，人类视觉系统)来说，1％的JPEG是完全可以接受的。这就是说，对于现在广泛使用的数字图像来说，少量的不在关键位上的改变是完全可以接受的，在视觉或者听觉上即HVS上是不会有很大的感觉的。此时，基于脆弱水印的精确认证就无法实现认证功能。

1.1.3使用半脆弱数字水印的优点
近年来，国内外有关认证水印的研究日益增加，根据识别能力的不同，又分为脆弱水印和半脆弱水印。脆弱水印不是本文要讨论的重点。由于实际应用上的不确定性，导致了简单的数字水印不能胜任，人们提出了半脆弱水印。比如说了法庭上的证据，图像的或音频的，简单的水印加入了，敌手可能破解水印，并加入有利于敌手的篡改水印，这样原始的水印就无法发挥作用。用了半脆弱水印的话，任何敌手的恶意篡改都可能被检测到，并由于算法的不同，而采取水印毁灭或是诸如水印以篡改的信息。这样，这种证据就不能被敌手应用了。另外，由于水印是半脆弱的，在非恶意攻击下，比如JPEG压缩后，检测系统给出的结论仍然会是通过认证。这就是因为半脆弱水印对善意攻击的鲁棒性而体现的优势。总的来说，即对恶意篡改的脆弱性和对善意改变的鲁棒性。

1.1.4 课题目标
研究的过程就是学习数字水印的相关知识的过程，并在一定的理解的前提下能提出自己的想法，并在仿真平台上实现。具体来说，就是了解数字水印的概念，发展，理解半脆弱数字水印的提出和意义，实现方法，现有算法，实现一个自己的能用于图像认证的半脆弱水印算法。具体针对本算法，要实现的四个部分如下：
（1） 水印预处理（Preprocessing） 嵌入水印前将要嵌入的水印进行某种处理，以达到加密的目的。本算法是使用海明码处理水印后再用高斯序列处理，才成为要嵌入的水印。
（2） 水印嵌入（Embedding） 采用分块植入方法，原图像分成8块，由图像的能量和方差决定分块，再给每块赋基准域值噪声。
（3） 水印检测（Detection） 从植入水印后的图像中提取水印信息，并把图像和原图像，水印和原水印进行比较。
（4） 攻击检测（Attack detecting） 对遭受攻击的图像进行水印提取和分析，从而判断图像是否遭受恶意篡改。

1.2半脆弱数字水印的研究现状
利用半脆弱性水印进行图像内容认证在保证数字媒体信息一定视(或听)觉质量的前提下，将与媒体内容相关或不相关的标志信息作为水印直接嵌入媒体内容中，当媒体内容需要认证时，可将水印提出鉴定其是否真实完整。由于半脆弱性水印本身在对篡改具有一定的敏感性和脆弱性的同时，仍然具备数字水印的一般特征，如不可见、安全性和对某些图像信号处理的稳健性，因此在图像内容认证中获得了广泛的使用。目前，半脆弱水印已应用于新闻图片、电子商务、法律案件、医学图像、工程设计等领域。

近年来，国内外有关认证水印的研究日益增加，根据识别能力的不同，又分为脆弱水印和半脆弱水印。脆弱水印不是本文要讨论的重点。早期的脆弱水印技术大多采用对图像重要性校验和将水印嵌入到LSB (Least Significant Bit,最低有效位)平面上的方法对媒体内容的完整性进行认证。改进后的脆弱水印算法有了新的特性，不仅可实现对篡改位置的定位，有的甚至可用于篡改部位的复原。但总的来说这些脆弱水印的鲁棒性较低，无论对恶意篡改还是对正常的图像处理都非常敏感，而事实上大多数图像内容认证的应用并不需要如此精确，因此完全脆弱性水印在实际应用中实用性不高。

为了提高脆弱性水印在实际应用中的实用性，同时具有脆弱水印和鲁棒性水印两种功能的半脆弱水印应运而生。半脆弱水印在容忍一定程度的常见信号处理操作的同时，还可把正常的信号处理与恶意篡改区别对待。篡改发生时，半脆弱水印认证系统不仅可提供篡改的破坏量位置，而且可帮助分析篡改类型。另外，基于半脆弱水印的自嵌入水印还可恢复被篡改的部分。半脆弱水印作为一项新型数字媒体认证技术，近年来得到长足发展，并且逐步从静止图像扩展到视频等领域。视频水印从实现算法上来说同静止图像水印并无太大差别，但对半脆弱水印算法的实时性要求是必要的，而且应能处理连续帧序列。由于实际应用上的不确定性，导致了简单的数字水印不能胜任，人们提出了半脆弱水印。比如说了法庭上的证据，图像的或音频的，简单的水印加入了，敌手可能破解水印，并加入有利于敌手的篡改水印，这样原始的水印就无法发挥作用。用了半脆弱水印的话，任何敌手的恶意篡改都可能被检测到，并由于算法的不同，而采取水印毁灭或是诸如水印以篡改的信息。这样，这种证据就不能被敌手应用了。另外，由于水印是半脆弱的，在非恶意攻击下，比如JPEG压缩后，检测系统给出的结论仍然会是通过认证。这就是因为半脆弱水印对善意攻击的鲁棒性而体现的优势。总的来说，即对恶意篡改的脆弱性和对善意攻击的鲁棒性。

脆弱水印因为在内容认证方面的重要性而受到日益广泛的关注。在恶意篡改和偶然攻击之间必须要有一个确定，所以半脆弱水印要对内容保护的操作要有一定的鲁棒性。一个半脆弱水印要具备以下三个要求：对恶意篡改的高度敏感性和对内容保护操作的鲁棒性、不可见性、安全性。半脆弱水印不但要对恶意的攻击特别敏感，还要对一些常规的图像操作具有一定的鲁棒性，据此区分偶然攻击和恶意篡改。因为JPEG压缩的普遍性，抗JPEG压缩一直是半脆弱水印研究的重点和难点[3-5]。国际上已有这方面的诸多论文问世。

1 2 3 4 5 6

关键词：图像认证半脆弱水印