數(shù)字水印理論與技術(shù)

前言

隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字多媒體信息的存儲、復(fù)制與傳播變得十分方便。人們可以盡情享受多媒體及數(shù)字傳輸技術(shù)帶來的愉悅，而且可以通過網(wǎng)絡(luò)和CDROM方便快捷地獲得多媒體信息，還可得到與原始數(shù)據(jù)完全相同的復(fù)制品。人們可以毫無限制地任意編輯、修改、復(fù)制和散布數(shù)字音樂和數(shù)字圖像，但這些數(shù)字媒體原創(chuàng)者的版權(quán)和經(jīng)濟利益如何得到保護，數(shù)字媒體是否安全、可信，由此引發(fā)的信息安全問題、盜版問題和版權(quán)紛爭問題已成為日益嚴(yán)重的社會問題。因此，對多媒體內(nèi)容的版權(quán)保護與內(nèi)容鑒別已成為亟待解決的問題。數(shù)字水印技術(shù)是近年來興起的前沿研究領(lǐng)域，在多媒體信息的版權(quán)保護和完整性認證方面得到迅猛發(fā)展，已成為多媒體信息安全研究領(lǐng)域的一個熱點。數(shù)字水印涉及信號與數(shù)字圖像處理、計算機科學(xué)、混沌、密碼學(xué)以及數(shù)據(jù)通信等領(lǐng)域，是一門交叉科學(xué)。雖然目前還沒有形成完整的理論體系，并存在很多亟待解決的難題，但數(shù)字水印技術(shù)已經(jīng)日新月異地發(fā)展起來了，已成為版權(quán)保護的重要工具。介紹數(shù)字水印技術(shù)的最新研究成果，反映當(dāng)今新的研究方向是本書的主要目標(biāo)。由于數(shù)字水印包含的內(nèi)容十分豐富，很多理論與技術(shù)尚處在不斷發(fā)展中，這使得本書內(nèi)容的選取十分困難。本書的著眼點是通過對數(shù)字水印各項關(guān)鍵技術(shù)的介紹，力圖使讀者能夠較全面地了解數(shù)字水印基本理論和基本技術(shù)的最新進展，為進一步了解和研究數(shù)字水印奠定基礎(chǔ)，同時又能夠涉及數(shù)字水印研究的一些前沿問題，以便為讀者將來的研究工作提供幫助，并推動國內(nèi)對數(shù)字水印技術(shù)的深入研究。本書對數(shù)字水印常用算法歸納出了較為詳細的基本計算步驟，列舉了大量的算法過程，并結(jié)合相關(guān)的研究成果給出了很多實例，希望這些內(nèi)容能對讀者了解和掌握數(shù)字水印技術(shù)有實質(zhì)性的幫助。本書共包含6章。第1章介紹了數(shù)字水印的概念和原理，魯棒性透明水印、真實性透明水印和不透明水印的特性及基本模型、數(shù)字水印攻擊與性能評估，并介紹了水印信號的設(shè)計與產(chǎn)生等基本問題。第2章介紹了數(shù)字水印嵌入強度的估計理論以及基于信道容量理論的水印嵌入規(guī)則的比較分析結(jié)果。第3章介紹了各種DCT變換域上的數(shù)字水印技術(shù)，主要內(nèi)容包括基于自恢復(fù)的雙重水印技術(shù)的基本原理、基本構(gòu)成、基本特點以及算法描述； 與SVD混合的DCT數(shù)字水印技術(shù)、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類和基于遺傳算法特征匹配的DCT數(shù)字水印技術(shù)的設(shè)計與實現(xiàn)等。第4章介紹DWT變換域上的數(shù)字水印技術(shù)，主要包括基于混沌加密的小波包盲與非盲水印技術(shù)，與SVD混合的DWT數(shù)字水印技術(shù)，基于人類視覺特性的DWT數(shù)字水印技術(shù)，DWT變換域上的半脆弱水印技術(shù)以及雙重水印技術(shù)的設(shè)計思想、實現(xiàn)技術(shù)以及算法描述等。第5章介紹了兩種新穎的空間域盲數(shù)字水印技術(shù)，一種是基于圖像投影序列理論，另一種是基于特征點匹配技術(shù)的，這兩種方法都對幾何攻擊具有一定的魯棒性。第6章介紹了兩種新的關(guān)系數(shù)據(jù)庫上的數(shù)字水印技術(shù)，一種利用了擴頻方法，另一種采用了密鑰分存技術(shù)，兩種方法都有令人滿意的性能。

內(nèi)容概要

數(shù)字水印技術(shù)是近些年來國際學(xué)術(shù)界興起的一個前沿研究領(lǐng)域，與信息安全、信息隱藏、數(shù)據(jù)加密等均有密切的關(guān)系。本書主要內(nèi)容包括數(shù)字水印系統(tǒng)的基本模型及算法分析、用于版權(quán)保護的魯棒性透明水印、用于真實性保護的脆弱性透明水印、數(shù)字水印研究的若干理論問題、DCT和DWT變換域上的數(shù)字水印技術(shù)、空間域上的盲數(shù)字水印技術(shù)以及關(guān)系數(shù)據(jù)庫上的數(shù)字水印技術(shù)。本書也簡單介紹了不透明水印、水印信號的設(shè)計和產(chǎn)生。    本書取材廣泛，內(nèi)容新穎，有著很強的理論性與系統(tǒng)性，充分反映了近幾年來數(shù)字水印領(lǐng)域的最新研究成果。    本書可供從事數(shù)字水印、信息安全、版權(quán)保護、真?zhèn)舞b別與隱蔽通信、計算機網(wǎng)絡(luò)安全和防復(fù)制數(shù)字圖像、模式識別等領(lǐng)域的科技人員與教學(xué)人員閱讀與參考，也可以作為信息領(lǐng)域和相關(guān)領(lǐng)域高等院校研究生的教科書或教學(xué)輔導(dǎo)書。

作者簡介

金聰，教授，華中師范大學(xué)計算機科學(xué)系軟件教研室教師，碩士生導(dǎo)師。在哈爾濱工業(yè)大學(xué)獲得碩士學(xué)位，在華中科技大學(xué)圖像識別與人工智能研究所攻讀博士學(xué)位。主要從事圖像通信安全、人工智能與智能系統(tǒng)等方面的教學(xué)與研究。 金聰教授一直在計算機科學(xué)系任教，先后為本科生講授過數(shù)值分析、計算機圖形學(xué)、并行算法、算法設(shè)計與分析、模式識別、數(shù)字圖像處理、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、高級語言程序設(shè)計、數(shù)字壓縮技術(shù)等課程，為碩士生講授過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、演化計算、粗集理論與應(yīng)用、智能信息處理技術(shù)、計算機視覺、統(tǒng)計學(xué)習(xí)理論、圖像壓縮與編碼、信息隱藏技術(shù)等課程。所指導(dǎo)的碩士研究生已經(jīng)畢業(yè)10人，在系統(tǒng)分析與集成、計算機應(yīng)用技術(shù)兩個專業(yè)招收研究生，主要研究興趣包括信息安全、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊系統(tǒng)等，已獨立在《計算機學(xué)報》、《計算機研究與發(fā)展》、《自動化學(xué)報》、《Electronic Letters on Computer Vision and ImageAnalysis》、《Image and Vision Computing》等國內(nèi)外權(quán)威刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)論文50多篇，其論文曾獲湖北省及武漢市自然科學(xué)論文獎多次，已主持科研項目多項。

書籍目錄

第1章  緒論  1.1  數(shù)字水印研究的重要意義    1.1.1  數(shù)字多媒體信息的發(fā)展對信息安全帶來的困擾    1.1.2  數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展是社會發(fā)展的需要　1.2  數(shù)字水印系統(tǒng)的基本模型及算法分析    1.2.1　數(shù)字水印技術(shù)的特性    1.2.2　數(shù)字水印技術(shù)的分類及其特性　1.3　用于版權(quán)保護的魯棒性透明水印    1.3.1　魯棒性透明水印的特性    1.3.2　魯棒性透明水印技術(shù)的基本模型    1.3.3　典型算法及分析    1.3.4　魯棒性透明水印小結(jié)　1.4　用于真實性保護的脆弱性透明水印    1.4.1　脆弱性透明水印的特性    1.4.2　圖像認證方法概述    1.4.3　脆弱性透明水印的典型算法及分析    1.4.4　脆弱水印與魯棒水印的區(qū)別　1.5　不透明水印    1.5.1　空間域不透明水印    1.5.2　變換域不透明水印　1.6　數(shù)字水印攻擊及性能評估    1.6.1　數(shù)字水印攻擊    1.6.2　數(shù)字水印性能評估　1.7　水印信號的設(shè)計和產(chǎn)生    1.7.1　無意義水印信號的設(shè)計和產(chǎn)生    1.7.2　有意義水印信號的預(yù)處理　1.8　小結(jié)　1.9　參考文獻第2章  數(shù)字水印研究中的若干問題　2.1　數(shù)字水印嵌入強度的估計方法    2.1.1　概述    2.1.2　模型描述    2.1.3　嵌入強度的最優(yōu)估計及性能分析    2.1.4　嵌入強度的矩估計及性能分析    2.1.5　實驗結(jié)果　2.2　數(shù)字水印嵌入規(guī)則的比較研究    2.2.1　概述    2.2.2　水印信道模型描述及其統(tǒng)計特性    2.2.3　幾個參數(shù)的確定    2.2.4　實驗結(jié)果　2.3　小結(jié)　2.4　參考文獻第3章  DCT變換域上的數(shù)字水印技術(shù)　3.1　二維DCT　3.2　基于自恢復(fù)技術(shù)的DCT域雙重水印算法    3.2.1　雙重數(shù)字水印技術(shù)    3.2.2　數(shù)字水印自恢復(fù)技術(shù)的基本原理和特點    3.2.3　數(shù)字水印自恢復(fù)技術(shù)的基本構(gòu)成    3.2.4　糾錯碼編碼技術(shù)    3.2.5　基于自恢復(fù)技術(shù)的雙重水印算法框架　　3.2.6　第一重數(shù)字水印算法的構(gòu)成和描述    3.2.7　第二重數(shù)字水印算法的構(gòu)成和描述    3.2.8　數(shù)字水印自恢復(fù)技術(shù)    3.2.9　實驗結(jié)果　3.3　基于DCT?SVD的數(shù)字水印技術(shù)    3.3.1　SVD理論    3.3.2　水印的嵌入    3.3.3　水印的提取    3.3.4　實驗結(jié)果　3.4　基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類的魯棒數(shù)字水印技術(shù)    3.4.1　概述    3.4.2　紋理特征的選擇    3.4.3　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與訓(xùn)練    3.4.4　BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類方法的實現(xiàn)    3.4.5　水印的嵌入和檢測    3.4.6　實驗結(jié)果　3.5　基于遺傳算法的盲數(shù)字水印算法    3.5.1　遺傳算法簡介    3.5.2　水印算法框架    3.5.3　提取參考點集    3.5.4　計算特征橢圓    3.5.5　獲取特征橢圓的參考三元組    3.5.6　由遺傳算法實現(xiàn)點模式匹配    3.5.7　水印的設(shè)計    3.5.8　實驗結(jié)果    3.5.9　實驗結(jié)果分析　3.6　小結(jié)　3.7　參考文獻第4章  DWT變換域上的數(shù)字水印技術(shù)　4.1　離散DWT、小波包分析理論    離散DWT　4.2　小波包變換    4.2.1　小波包空間頻率分析    4.2.2　小波包定義    4.2.3　圖像小波包分解與重構(gòu)　4.3　基于混沌加密的小波包水印技術(shù)    4.3.1　水印嵌入過程    4.3.2　水印提取過程    4.3.3　實驗結(jié)果與分析　4.4　基于混沌和SVD?DWT混合的數(shù)字水印技術(shù)    4.4.1　水印嵌入過程    4.4.2　水印提取過程    4.4.3　實驗結(jié)果與分析　4.5　基于混沌加密的小波包盲水印技術(shù)    4.5.1　水印嵌入過程    4.5.2　水印提取過程    4.5.3　實驗結(jié)果　4.6　基于人類視覺系統(tǒng)特性的DWT域水印技術(shù)    4.6.1　人類視覺系統(tǒng)概述    4.6.2　水印置亂　　4.6.3　基于人類視覺系統(tǒng)的DWT域水印算法    4.6.4　實驗結(jié)果與分析  4.7　基于DWT變換域的半脆弱數(shù)字水印技術(shù)    4.7.1　半脆弱水印的基本概念    4.7.2　半脆弱水印的基本框架    4.7.3　半脆弱水印的特點    4.7.4　半脆弱水印的現(xiàn)有技術(shù)    4.7.5　“雞尾酒水印”思想    4.7.6　基于DWT域的半脆弱水印算法    4.7.7　實驗結(jié)果    4.7.8　實驗結(jié)果分析　4.8　基于DWT變換域的雙重數(shù)字水印技術(shù)    4.8.1　水印的嵌入與檢測原理    4.8.2　仿真實驗結(jié)果    4.8.3　實驗結(jié)果分析　4.9　小結(jié)　4.10　參考文獻第5章  空間域上的盲數(shù)字水印技術(shù)　5.1　基于圖像投影序列的盲數(shù)字水印魯棒檢測技術(shù)    5.1.1　研究背景    5.1.2　理論基礎(chǔ)    5.1.3　水印方法描述    5.1.4　實驗結(jié)果分析　5.2　具有抗幾何攻擊能力的盲數(shù)字圖像水印算法    5.2.1　引言    5.2.2　形殊點的定義和性質(zhì)    5.2.3　特征點的提取和匹配    5.2.4　基于模擬退火技術(shù)的匹配算法    5.2.5　水印的設(shè)計    5.2.6　實驗結(jié)果    5.2.7　實驗結(jié)果分析　5.3　小結(jié)　5.4　參考文獻第6章  關(guān)系數(shù)據(jù)庫上的數(shù)字水印技術(shù)　6.1　關(guān)系數(shù)據(jù)庫    6.1.1　概述    6.1.2　SQL簡介　6.2　關(guān)系數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)與多媒體數(shù)據(jù)的差異　6.3　數(shù)據(jù)庫水印分析    6.3.1　數(shù)據(jù)庫對水印技術(shù)的要求    6.3.2　水印技術(shù)對數(shù)據(jù)庫的要求    6.3.3　數(shù)據(jù)庫水印應(yīng)解決的關(guān)鍵問題　6.4　關(guān)系數(shù)據(jù)庫中數(shù)字水印的攻擊　6.5　關(guān)系數(shù)據(jù)庫的幾種數(shù)字水印技術(shù)    6.5.1　R.Agrawal的關(guān)系數(shù)據(jù)庫水印算法    6.5.2　R.Sion的關(guān)系數(shù)據(jù)庫數(shù)字水印技術(shù)    6.5.3　牛夏牧關(guān)系數(shù)據(jù)庫數(shù)字水印技術(shù)  6.6　基于擴頻技術(shù)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫數(shù)字水印算法    6.6.1　擴頻水印技術(shù)    6.6.2　數(shù)據(jù)庫水印解決方案　　6.6.3　基于擴頻技術(shù)的數(shù)據(jù)庫水印嵌入算法    6.6.4　基于擴頻技術(shù)的數(shù)據(jù)庫水印的提取算法    6.6.5　仿真實驗分析    6.6.6　實驗結(jié)果　6.7　基于密鑰分存技術(shù)的數(shù)據(jù)庫水印方案    6.7.1　引言    6.7.2　算法的特色    6.7.3　水印分存體系    6.7.4　仿真實驗結(jié)果　6.8　小結(jié)　6.9　參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：第1章　緒論1.1 數(shù)字水印研究的重要意義1.1.1 數(shù)字多媒體信息的發(fā)展對信息安全帶來的困擾中國古代印刷術(shù)的發(fā)明第一次使文字作品的大規(guī)模復(fù)制成為可能，印刷技術(shù)在世界范圍內(nèi)的廣泛傳播最終導(dǎo)致了現(xiàn)代版權(quán)制度的建立?？v觀版權(quán)制度發(fā)展的歷史可以發(fā)現(xiàn)，版權(quán)制度與傳播技術(shù)之間總是存在著微妙的互動關(guān)系。一方面，傳播技術(shù)的革命和傳播方式的進步始終是推動版權(quán)制度發(fā)展的重要力量；另一方面，版權(quán)制度又對保護和促進傳播技術(shù)的推廣與發(fā)展起著不可估量的作用。一個世紀(jì)以來，無線電廣播、電視、錄像等新技術(shù)的產(chǎn)生，都曾經(jīng)在一定程度上造成過版權(quán)保護的困難，但最終多由于新的版權(quán)制度的產(chǎn)生而重新得到控制嘲。近年來，數(shù)字化技術(shù)和Internet的飛速發(fā)展，在最大限度地方便人類信息交流的同時，也帶來了版權(quán)保護的危機。數(shù)字化技術(shù)精確、廉價、大規(guī)模的復(fù)制功能和Internet的全球傳播能力給現(xiàn)有的版權(quán)制度帶來了前所未有的沖擊，數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)保護成為困擾各國政府、法律界、藝術(shù)界、商界和計算機科學(xué)家的難題。1.數(shù)字信息技術(shù)對已有的信息安全保護方案不利的幾個特點數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)保護問題如果解決不好，足以影響多媒體信息產(chǎn)業(yè)的前途。但是，數(shù)字產(chǎn)品作為科學(xué)發(fā)展的最新成果，有著以前的版權(quán)保護制度不能對其進行很好、有效保護的諸多特點：（1）低廉的復(fù)制代價繪畫、雕塑、書法等傳統(tǒng)藝術(shù)品的復(fù)制是一項專業(yè)性很強的技術(shù)，以至于一些贗品本身也具有相當(dāng)高的藝術(shù)價值。但對于數(shù)字作品來說，即使是大批量復(fù)制，也不過是舉手之勞。一幅辛辛苦苦創(chuàng)作出來的計算機繪畫作品，只要成為網(wǎng)頁的一部分，在短時間內(nèi)就會變成成千上萬份副本，以至于無法分清誰是創(chuàng)作者，誰是復(fù)制者。廉價的復(fù)制不僅導(dǎo)致了盜版的猖獗，也給追查侵權(quán)行為造成了困難。

編輯推薦

《數(shù)字水印理論與技術(shù)》共包含6章。第1章介紹了數(shù)字水印的概念和原理，魯棒性透明水印、真實性透明水印和不透明水印的特性及基本模型、數(shù)字水印攻擊與性能評估，并介紹了水印信號的設(shè)計與產(chǎn)生等基本問題。第2章介紹了數(shù)字水印嵌入強度的估計理論以及基于信道容量理論的水印嵌入規(guī)則的比較分析結(jié)果。第3章介紹了各種DCT變換域上的數(shù)字水印技術(shù)，主要內(nèi)容包括基于自恢復(fù)的雙重水印技術(shù)的基本原理、基本構(gòu)成、基本特點以及算法描述； 與SVD混合的DCT數(shù)字水印技術(shù)、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類和基于遺傳算法特征匹配的DCT數(shù)字水印技術(shù)的設(shè)計與實現(xiàn)等。第4章介紹DWT變換域上的數(shù)字水印技術(shù)，主要包括基于混沌加密的小波包盲與非盲水印技術(shù)，與SVD混合的DWT數(shù)字水印技術(shù)，基于人類視覺特性的DWT數(shù)字水印技術(shù)，DWT變換域上的半脆弱水印技術(shù)以及雙重水印技術(shù)的設(shè)計思想、實現(xiàn)技術(shù)以及算法描述等。第5章介紹了兩種新穎的空間域盲數(shù)字水印技術(shù)，一種是基于圖像投影序列理論，另一種是基于特征點匹配技術(shù)的，這兩種方法都對幾何攻擊具有一定的魯棒性。第6章介紹了兩種新的關(guān)系數(shù)據(jù)庫上的數(shù)字水印技術(shù)，一種利用了擴頻方法，另一種采用了密鑰分存技術(shù)，兩種方法都有令人滿意的性能。

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