数字图像水印研究综述刘瑞祯,谭铁牛(中国科学院自动化所模式识别国家重点实验室,北京100080)摘要:本文对当前数字图像水印技术的背景、现有方法、发展应用和存在的问题做了一个综述,以期进一步推动我国在此前沿领域的研究工作。关键词:数字水印;信息隐藏;信息伪装;版权保护中图分类号:TP14;TP387文献标识码:A文章编号:1000-436X(2000)08-0039-10SurveyofwatermarkingfordigitalimagesLIURui2zhen,TANTie2niu(NationalLaboratoryofPatternRecognitionAbstract:Inthispaper,wegiveanoverviewofdigitalwatermarking;includingthebackground,currentalgo2rithms,applicationsandresearchtopics,intheefforttomotivatetheresearchworksonthisfieldinourcountry1引言1信息媒体的数字化为信息的存取提供了极大的便利性,同时也显著地提高了信息表达的效率和准确度。特别是随着计算机网络通讯技术的发展,数据的交换和传输变成了一个相对简单的过程。人们借助于计算机、数字扫描仪、打印机等电子设备可以方便、迅捷地将数字信息传达到世界各地。随之而来的副作用是通过网络传输数据文件或作品使有恶意的个人或团体有可能在没有得到作品所有者的许可下拷贝和传播有版权的内容[1,2],因此如何在网络环境中实施有效的版权保护(copyrightprotection)和信息安全(informationsecurity)手段成为一个迫在眉睫的现实问题3。人们常常认为通信安全的实现可以通过加密(cryptography)来完成。即首先将多媒体数据文件加密成密文后发布,使得网络传递过程中出现的非法攻击者无法从密文获得机密信息,从而达到版权保护和信息安全的目的,但这并不能完全解决问题。一方面加密后的文件因其不可理解性妨碍多媒体信息的传播;另一方面多媒体信息经过加密后容易引起攻击者的好奇和注意,并有被破解的可能性,而且一旦加密文件经过破解后其内容就完全透明了。密码学收稿日期:1999-11-15;修订日期:2000-03-25基金项目:国家杰出青年基金资助项目(59825105);中国科学院百人计划基金资助项目综述通信学报2000年·40·护的证据,这称为信息隐藏(informationhiding)或更严格地称为信息伪装(steganography)4,5。单词steganography来源于古希腊,意思是将有用或重要的信息隐藏于其他信息里面以掩饰其存在。事实上自古以来信息伪装就一直被人们所应用,而目前信息伪装再次受到人们的重视,其动力则来自计算机和因特网的发展6～9。数字形式的多媒体产品由于可以方便地完全复制并在网络环境下广泛散发,大范围的侵权拷贝行为受到了音像、出版、影视和软件等行业的高度关注。数字水印(digitalwatermarking)是目前国际学术界研究的一个前沿热门方向,见表1,可为版权保护等问题提供一个潜在的有效解决方法10～14。数字水印(digitalwatermarking)是往多媒体数据(如图像、声音、视频信号等)中添加某些数学信息以达到版权保护等作用。如果没有顽健性(robustness)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(imperceptible)或不可见的(invisible)———某些使用可见数字水印的特定场合,版权保护标志不要求被隐藏15———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是为了提供多媒体数据的版权保护,但人们发现数字水印还具有一些其他的重要应用,如数字文件真伪鉴别(documentauthentication)、网络的秘密通信(secreteandinvisiblecommunication)和隐含标注(hiddenannotation)等16,17。近年出现的有关信息隐藏和数字水印的文献[18]表1本文将主要介绍静止图像的水印算法(但其基本原理可以容易地推广到数字音频19,20和数字视频21～23产品的保护)、顽健性研究、水印攻击方法等内容。在下面的讨论中,我们首先介绍数字图像水印技术的基本特征,然后叙述目前已有文献提出的一些主要算法。第四节着重讨论顽健性问题和对现有水印技术的各种攻击方法,最后我们试图说明当前数字水印技术所存在的问题和今后的发展方向。数字水印的基本特征水印就是向被保护的数字对象(如静止图像、视频、音频等)嵌入某些能证明版权归属或跟踪侵权行为的信息,可以是作者的序列号...