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【摘要】本文首先介绍了数字水印技术的发展概况,又介绍了应用典型的LSB(least significant bit)算法实现数字水印的嵌入与提取的过程,即最不重要位方法是把图像的最低位面清空,逐个将二进制流的每一个数据放入图像已经清空的位面里面对信息进行隐藏。利用同样方法可以对图像的任意一个位面进行操作。
【关键词】信息隐藏 数字水印 LSB算法
【中图分类号】G201 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)11(a)-0228-01
数字技术和因特网的发展,各种形式的多媒体数字作品(图像、视频、音频等)纷纷以网络形式发表,其版权保护成为一个迫切需要解决的问题。由于数字水印(digitalwatermarking)是实现版权保护的有效办法,因此如今已成为多媒体信息安全研究领域的一个热点,也是信息隐藏技术研究领域的重要分支。该技术即是通过在原始数据中嵌入秘密信息--水印(watermark)来证实该数据的所有权。这种被嵌入的水印可以是一段文字、标识、序列号等,而且这种水印通常是不可见或不可察的,它与原始数据(如图像、音频、视频数据)紧密结合并隐藏其中,并可以经历一些不破坏源数据使用价值或商用价值的操作而能保存下来。数字水印技术除了应具备信息隐藏技术的一般特点外,还有着其固有的特点和研究方法。数字水印技术必须具有较强的鲁棒性、安全性和透明性。
图像信息隐藏是近年信息隐藏技术中新起的研究课题,它以数字图像为掩护媒体,将需要保密的信息按照某种算法嵌入数字图像中,并且要求:
(1)嵌入水印后的图像与原始图像相比,在人的视觉上没有什么区别。
(2)嵌入水印要不改变的载体图像数据量,即直接对载体图像的某些部分进行修改,而不增加载体图像的数据。
数字水印主要应用于以下领域:
版权保护:即数字作品的所有者可用密钥产生一个水印,并将其嵌入原始数据,然后公开发布他的水印版本作品。当该作品被盗版或出现版权纠纷时,所有者即可从盗版作品或水印版作品中获取水印信号作为依据,从而保护所有者的权益。
加指纹:为避免未经授权的拷贝制作和发行,出品人可以将不同用户的ID或序列号作为不同的水印(指纹)嵌入作品的合法拷贝中。一旦发现未经授权的拷贝,就可以根据此拷贝所恢复出的指纹来确定它的来源。
标题与注释:即将作品的标题、注释等内容(如一张照片的拍摄时间和地点等)以水印形式嵌入该作品中,这种隐式注释不需要额外的带宽且不易丢失。
篡改提示:当数字作品被用于法庭、医学、新闻及商业时,常需确定它们的内容是否被修改、伪造或特殊处理过。为实现该目的通常可将原始图像分成多个独立块,再将每个块加入不同的水印。同时可通过检测每个数据块中水印信号来确定作品的完整性。与其他水印不同的是,这类水印必须是脆弱的,并且检测水印信号时不需要原始数据。
使用控制:这种应用的一个典型的例子是DVD防拷贝系统,即将水印信息加入DVD数据中,这样DVD播放机即可通过检测DVD数据中的水印信息而判断其合法性和可拷贝性。从而保护制造商的商业利益。
近年来数字水印技术研究取得很大的进步,下面对典型的LSB算法进行了分析,该类算法是将信息嵌入到随机选择的图像点中最不重要的像素位上,这可保证嵌入水印是不可见的。
LSB算法的基本原理是通过调整原始数据的最低几位来隐藏信息,对图像而言,每幅图像都是由无数个像素点组成,每个像素点都有它自己的值,可以表示成八位二进制数值,可以按照此原理依次在图像像素的2～8位上进行信息隐藏,只要把载体图像的像素值的相应位取出,加以改变,换成写入隐藏信息后像素值,就可以实现秘密信息在图像上的隐藏。
首先以图像为载体嵌入并提取水印,将载体图像的最低位清空,接着把待隐藏的信息转换成二进制流,逐个将二进制流的每一个数据放入图像已经清空位面,达到嵌入的水印的效果。
以此类推利用LSB法的原理,可以把隐藏信息的位置推广到八个位面的任意一个位面。一幅8位TIF图像是由一系列的8位二进制数所组成,约定:将每个8位二进制数的同一位清空,然后把等待隐藏的信息转换成二进制流后逐位加到8位二进制数的清空位。
水印提取是把隐藏的信息从伪装媒体中读取出来,其过程和步骤正好与信息隐藏相反:首先要明确信息隐藏在某一位面N,然后利用A(i)=bitand(X(i),2^(N-1))指令取出隐藏的数据,再除以权值,得到二进制数据。每判断8个字节,便将输出的8位数组成一个二进制数(先输出的为高位)。经过上述处理得到一系列8位二进制数便是隐藏信息的代码,将代码转换成文本,或图像,或声音,就是隐藏的信息。
我们再以声音为载体嵌入并提取水印,读入*.wav格式的声音载体文件,用plot函数将载体文件用图像形式表示出来,以便于和嵌入水印后的情况作比较。声音载体文件大小为a,水印图像大小为256×256(灰度图像),用该式a1=a*1000+1000把声音载体文件大小转换到整数范围,再用a2=round(a1)取整。注意水印文件是*.bmp格式,由于使用的水印图像文件是二维的二值图像,要将它嵌入一维的声音文件中必须先做降维处理。
然后测水印文件的数据长度length,并且给length附值为len 1,通过循环语句for i=1:len1;if b1(i)==1;a3(i)=a3(i)+1;把水印文件的数据加在声音载体文件中。一般情况下水印文件比较适合嵌入在低位,但是嵌入位数越高水印信息的容量就越大。综合上面两方面水印信号嵌入在第2,3位能够较好地兼顾音质,容量及鲁棒性。提取水印时用与嵌入水印相反的方法,把水印文件的数据从隐藏的位里提取出来,然后对水印信号做升维处理,即把水印信号从一维转化成二维图像。
LSB算法的特点是隐藏量较大,隐藏的信息量与图像的大小成正比,当使用的图像比较大时,隐藏的数据量也较大。对于隐藏在第N位的信息,载体图像每一个点的值改变最大就是2^(N-1),根据这个数据的大小能够判断载体图像失真情况。如果隐藏信息只包含西文,那么隐藏的最大容量是载体图像大小的八分之一,如果隐藏信息包含中文,那么隐藏的最大容量是载体图像大小的十六分之一,如果隐藏信息只是非彩色图像,那么隐藏的最大容量是载体图像大小的二分之一。
本文主要研究了信息隐藏的空域算法在数字水印技术中的应用,实现了最低有效位(LSB)算法。信息隐藏及数字水印技术是近几年来国际学术界兴起的一个前沿研究它与信息安全、信息隐藏、数据加密等均有密切的关系。特别是在网络技术和应用迅速发展的今天,水印技术的研究更具现实意义。今后水印技术的研究仍将着重于顽健性、真伪鉴别、版权证明、网络快速自动验证以及声频和视频水印等方面,并将与数据加密技术紧密结合,特别是顽健性和可证明性的研究。如何寻找更加顽健的水印算法仍是一个急需解决的问题。另外当前的水印算法在提供可靠的版权证明方面或多或少有一定的不完善性,因此寻找能提供完全版权保护的数字水印算法也是一个重要的研究方向。
参考文献
[1] 龚声蓉.数字图像处理与分析.清华大学出版社.2006.
[2] 佚名.一种DWT域基于IFS的数字水印算法.中国教育站.2008.
【关键词】信息隐藏 数字水印 LSB算法
【中图分类号】G201 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)11(a)-0228-01
数字技术和因特网的发展,各种形式的多媒体数字作品(图像、视频、音频等)纷纷以网络形式发表,其版权保护成为一个迫切需要解决的问题。由于数字水印(digitalwatermarking)是实现版权保护的有效办法,因此如今已成为多媒体信息安全研究领域的一个热点,也是信息隐藏技术研究领域的重要分支。该技术即是通过在原始数据中嵌入秘密信息--水印(watermark)来证实该数据的所有权。这种被嵌入的水印可以是一段文字、标识、序列号等,而且这种水印通常是不可见或不可察的,它与原始数据(如图像、音频、视频数据)紧密结合并隐藏其中,并可以经历一些不破坏源数据使用价值或商用价值的操作而能保存下来。数字水印技术除了应具备信息隐藏技术的一般特点外,还有着其固有的特点和研究方法。数字水印技术必须具有较强的鲁棒性、安全性和透明性。
图像信息隐藏是近年信息隐藏技术中新起的研究课题,它以数字图像为掩护媒体,将需要保密的信息按照某种算法嵌入数字图像中,并且要求:
(1)嵌入水印后的图像与原始图像相比,在人的视觉上没有什么区别。
(2)嵌入水印要不改变的载体图像数据量,即直接对载体图像的某些部分进行修改,而不增加载体图像的数据。
数字水印主要应用于以下领域:
版权保护:即数字作品的所有者可用密钥产生一个水印,并将其嵌入原始数据,然后公开发布他的水印版本作品。当该作品被盗版或出现版权纠纷时,所有者即可从盗版作品或水印版作品中获取水印信号作为依据,从而保护所有者的权益。
加指纹:为避免未经授权的拷贝制作和发行,出品人可以将不同用户的ID或序列号作为不同的水印(指纹)嵌入作品的合法拷贝中。一旦发现未经授权的拷贝,就可以根据此拷贝所恢复出的指纹来确定它的来源。
标题与注释:即将作品的标题、注释等内容(如一张照片的拍摄时间和地点等)以水印形式嵌入该作品中,这种隐式注释不需要额外的带宽且不易丢失。
篡改提示:当数字作品被用于法庭、医学、新闻及商业时,常需确定它们的内容是否被修改、伪造或特殊处理过。为实现该目的通常可将原始图像分成多个独立块,再将每个块加入不同的水印。同时可通过检测每个数据块中水印信号来确定作品的完整性。与其他水印不同的是,这类水印必须是脆弱的,并且检测水印信号时不需要原始数据。
使用控制:这种应用的一个典型的例子是DVD防拷贝系统,即将水印信息加入DVD数据中,这样DVD播放机即可通过检测DVD数据中的水印信息而判断其合法性和可拷贝性。从而保护制造商的商业利益。
近年来数字水印技术研究取得很大的进步,下面对典型的LSB算法进行了分析,该类算法是将信息嵌入到随机选择的图像点中最不重要的像素位上,这可保证嵌入水印是不可见的。
LSB算法的基本原理是通过调整原始数据的最低几位来隐藏信息,对图像而言,每幅图像都是由无数个像素点组成,每个像素点都有它自己的值,可以表示成八位二进制数值,可以按照此原理依次在图像像素的2～8位上进行信息隐藏,只要把载体图像的像素值的相应位取出,加以改变,换成写入隐藏信息后像素值,就可以实现秘密信息在图像上的隐藏。
首先以图像为载体嵌入并提取水印,将载体图像的最低位清空,接着把待隐藏的信息转换成二进制流,逐个将二进制流的每一个数据放入图像已经清空位面,达到嵌入的水印的效果。
以此类推利用LSB法的原理,可以把隐藏信息的位置推广到八个位面的任意一个位面。一幅8位TIF图像是由一系列的8位二进制数所组成,约定:将每个8位二进制数的同一位清空,然后把等待隐藏的信息转换成二进制流后逐位加到8位二进制数的清空位。
水印提取是把隐藏的信息从伪装媒体中读取出来,其过程和步骤正好与信息隐藏相反:首先要明确信息隐藏在某一位面N,然后利用A(i)=bitand(X(i),2^(N-1))指令取出隐藏的数据,再除以权值,得到二进制数据。每判断8个字节,便将输出的8位数组成一个二进制数(先输出的为高位)。经过上述处理得到一系列8位二进制数便是隐藏信息的代码,将代码转换成文本,或图像,或声音,就是隐藏的信息。
我们再以声音为载体嵌入并提取水印,读入*.wav格式的声音载体文件,用plot函数将载体文件用图像形式表示出来,以便于和嵌入水印后的情况作比较。声音载体文件大小为a,水印图像大小为256×256(灰度图像),用该式a1=a*1000+1000把声音载体文件大小转换到整数范围,再用a2=round(a1)取整。注意水印文件是*.bmp格式,由于使用的水印图像文件是二维的二值图像,要将它嵌入一维的声音文件中必须先做降维处理。
然后测水印文件的数据长度length,并且给length附值为len 1,通过循环语句for i=1:len1;if b1(i)==1;a3(i)=a3(i)+1;把水印文件的数据加在声音载体文件中。一般情况下水印文件比较适合嵌入在低位,但是嵌入位数越高水印信息的容量就越大。综合上面两方面水印信号嵌入在第2,3位能够较好地兼顾音质,容量及鲁棒性。提取水印时用与嵌入水印相反的方法,把水印文件的数据从隐藏的位里提取出来,然后对水印信号做升维处理,即把水印信号从一维转化成二维图像。
LSB算法的特点是隐藏量较大,隐藏的信息量与图像的大小成正比,当使用的图像比较大时,隐藏的数据量也较大。对于隐藏在第N位的信息,载体图像每一个点的值改变最大就是2^(N-1),根据这个数据的大小能够判断载体图像失真情况。如果隐藏信息只包含西文,那么隐藏的最大容量是载体图像大小的八分之一,如果隐藏信息包含中文,那么隐藏的最大容量是载体图像大小的十六分之一,如果隐藏信息只是非彩色图像,那么隐藏的最大容量是载体图像大小的二分之一。
本文主要研究了信息隐藏的空域算法在数字水印技术中的应用,实现了最低有效位(LSB)算法。信息隐藏及数字水印技术是近几年来国际学术界兴起的一个前沿研究它与信息安全、信息隐藏、数据加密等均有密切的关系。特别是在网络技术和应用迅速发展的今天,水印技术的研究更具现实意义。今后水印技术的研究仍将着重于顽健性、真伪鉴别、版权证明、网络快速自动验证以及声频和视频水印等方面,并将与数据加密技术紧密结合,特别是顽健性和可证明性的研究。如何寻找更加顽健的水印算法仍是一个急需解决的问题。另外当前的水印算法在提供可靠的版权证明方面或多或少有一定的不完善性,因此寻找能提供完全版权保护的数字水印算法也是一个重要的研究方向。
参考文献
[1] 龚声蓉.数字图像处理与分析.清华大学出版社.2006.
[2] 佚名.一种DWT域基于IFS的数字水印算法.中国教育站.2008.