學(xué)術(shù).技術(shù)基于構(gòu)件技術(shù)的數(shù)字水印技術(shù)的實(shí)現(xiàn)張發(fā)強(qiáng)，陳榕(同濟(jì)大學(xué)電子與信息學(xué)院，上海201804)摘要:隨著網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)的興起，圖片的版權(quán)保護(hù)越來越成為一種迫切的需要。基于構(gòu)件技術(shù)的Elastos作為下一代嵌入式消費(fèi)類電子產(chǎn)品提供信息交換平臺(tái)，在其上實(shí)現(xiàn)數(shù)字多媒體的共享成為一種必然，探討了一種基于該平臺(tái)的數(shù)字水印技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法，分析了線性和非線性過濾，JPEG 壓縮對(duì)于數(shù)字水印的健壯性的影響。結(jié)果顯示，該數(shù)字水印技術(shù)能夠檢測(cè)出幾乎所有r的針對(duì)圖片的微小變化。關(guān)鍵詞:數(shù)字水印;隨機(jī)性檢測(cè);自相關(guān)性A Method Based on Watermark Technology for Image Property Protectionand Modifies DetectionZHANG Fa- -qiang, CHEN RongJ(ollesle of ectronic and iformation, Tongi Uiersit，, Shanghai 201804, China)Abstract: With the deloment of muti- media thologoy, the reurenet of image property prtection has become more and more urgent.Elastosis the next generation patfom for eletronic products which is based on the compoment asemly teholoyo. It is nessery to deiverdigital information on this pattorm. In this paper, we dscuses a dgtal watermark method which baed on elastos patform. And we dscussedethe Hiner and no-iner fiter, jpeg compression ‘s effect to the robust of watrmark. The resut shows that our technology can detect even verysmall changes to the image data.Key words: watermark ; Random check. ; self -relative1介紹2水印注入算法及防偽檢測(cè)5目前互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展極為迅速，隨之而來的網(wǎng)絡(luò)多媒首先我們來看一般的注入水印信息的流程，如圖I所點(diǎn)體技術(shù)也日趨成熟。隨著網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)的迅速興起，隨示。之而來的對(duì)于圖片及視頻等數(shù)字作品的產(chǎn)權(quán)保護(hù)及防止惡意篡改已經(jīng)成為- - 種日益迫切的需求。Elastos 通過自主! 嵌入掩碼I水印陽值創(chuàng)新的SOA實(shí)現(xiàn)了支持軟件零件自動(dòng)透明拼裝的運(yùn)行平臺(tái)。Elastos為下-代嵌入式消費(fèi)類電子產(chǎn)品提供信息交換平臺(tái)、設(shè)備接入平臺(tái)和軟件工廠平臺(tái)，在嵌入式消費(fèi)類電子產(chǎn)品上實(shí)現(xiàn)了隨需應(yīng)變、操作簡(jiǎn)易、與國(guó)際主流軟件技術(shù)同步并且兼容的軟件運(yùn)行環(huán)境。在本文中我們探討了困1注入水印信息的流程一種基于該平 臺(tái)的一種新的數(shù)字水印實(shí)現(xiàn)方式。這些數(shù)字一個(gè)n段的線性反饋?zhàn)儞Q序列可以模擬產(chǎn)生出一-個(gè)隨水印同樣可以用于對(duì)惡意篡改的監(jiān)測(cè)。到目前為止，人們機(jī)的二進(jìn)制序列，最大長(zhǎng)度為: 2"-1.已經(jīng)提出了多種數(shù)字水印技術(shù)。比如，利用將圖片數(shù)據(jù)M- -SEQUENCES算法可以達(dá)到這個(gè)最大值并且擁有的校驗(yàn)和嵌入到圖像上某些像素點(diǎn)的低字節(jié)位(LSB)上,良好的隨機(jī)性以及自相關(guān)性。為了產(chǎn)生數(shù)字水印，我們將一個(gè)最大長(zhǎng)度的線性變換記錄序列加入到圖像的像素?cái)?shù)將一個(gè)二進(jìn)制序列從{0,1} 映射到{-1,1}, 然后排列到據(jù)之中，然后利用計(jì)算這些序列和水印圖像的空間關(guān)聯(lián)函一個(gè)合適的數(shù)據(jù)塊中，最后再加到圖像的原始像素值中，數(shù)來鑒別水印信息。水印可以是圖片種類相關(guān)的，可以利這樣我們就已經(jīng)為這幅圖像加入了水印信息。這種數(shù)字水用不相關(guān)的可視通道，或者可以通過調(diào)整JPEG方程參數(shù)印技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括:來產(chǎn)生。這些水印信息被設(shè)計(jì)成不可見的，或者可以利用中國(guó)煤化工用戶知道了數(shù)字水和攝像機(jī)或者掃描儀等設(shè)備所產(chǎn)生的自然噪音相混合。可印信息圖像信息。視化的水印也是有的，IBM已經(jīng)研制出了一種可視的水FYHCNMH. GSECQUENCES位來印信息，以用于圖片信息的保護(hù)。交換像素信息，但他不能夠影響圖像的相關(guān)性。項(xiàng)目基金:國(guó)家科技部863計(jì)劃重大軟件專項(xiàng)、國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)部電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金、上海首批科教興市重大項(xiàng)目60計(jì)算聰博2010以萬數(shù)據(jù)學(xué)術(shù).技術(shù)(3)多重的水印信息可以相互疊加并且不會(huì)改變圖像3過濾的結(jié)果的亮度值。連續(xù)的數(shù)字水印會(huì)將上一次被加入了水印的圖有一個(gè)需要指明的問題是，我們到底需要多鍵壯的水片還原為原始的圖片，這樣可以用來追蹤-幅圖片所經(jīng)歷印加密呢?第一個(gè)實(shí)驗(yàn)我們將檢測(cè)中值檢測(cè)的防偽檢測(cè)過的保護(hù)和認(rèn)證的歷史。上的效果如何。我們的測(cè)試圖片是- -張768*512的灰度同樣，這種技術(shù)也存在如下缺點(diǎn):級(jí)圖片。水印數(shù)據(jù)塊的大小選擇256*256的。最后將會(huì)有(1)如果水印信息被加在了整個(gè)圖片上，攻擊者只需3*2個(gè)這樣的數(shù)據(jù)塊，它們正好能夠覆蓋整個(gè)圖片。我們要針對(duì)特定的像素就可以猜測(cè)出這幅圖片被增加了或者減將針對(duì)每一種過濾方法都用三種不同的窗口大小，然后將少了灰度級(jí)。它們應(yīng)用到圖片的兩個(gè)區(qū)域之中。這么做的目的是為了檢6(2)如果攻擊者知道了連續(xù)的2*位置，他將可能計(jì)算驗(yàn)水印能否被用于檢驗(yàn)針對(duì)圖片的修改。出整個(gè)的水印數(shù)據(jù)塊。水印防偽檢測(cè)能夠檢測(cè)出各種情況。如果極限值設(shè)置(3)這種方法不能夠保護(hù)被特定的數(shù)據(jù)塊所遮蓋住的的足夠低，那么幾乎每- -張圖片 都不會(huì)通過水印防偽檢測(cè)。像素的DC值。表1顯示了各種過濾方法是如何影響極限值的。過濾器在典型算法中，水印信息由長(zhǎng)度為512位的擴(kuò)展的大小有: 3*3, 6*6 和11*11。 區(qū)域1的大小是11*20, .M- SEQUENCES組成，他們被加入到圖像原始信息的每區(qū)域2的大小是81*160。從表中可以看出，極限值的浮J一行之中。擴(kuò)展的M-SEQUENCES是指在長(zhǎng)度為n的動(dòng)比重基本上和受過濾器所影響的數(shù)據(jù)塊的比重一致。這M- SEQUENCES的基礎(chǔ)上，將a0插入到n-1個(gè)0之后。表明水印信 息的損壞程度和被過濾掉的圖像數(shù)據(jù)塊是成正擴(kuò)展的M-SEQUENC ES的相位變換中就攜帶了水印的比例的。信息。防偽檢測(cè)的過程將會(huì)過濾掉那些可能是偽造的信息,表1過濾影響百分比水印信息行和擴(kuò)展的M-SEQUENCES.如果我們發(fā)現(xiàn)了過詫暴區(qū)城所占百分比區(qū)城2所占百分比一個(gè)相當(dāng)大的相互關(guān)聯(lián)峰值，那么我們就可以認(rèn)為這一-行3.30.31%_1140017.器6-62780.40%1250018.01%就通過了防偽檢測(cè)。1300119.786我們的水印信息用了一個(gè)非常長(zhǎng)的m- -sequence，他雖然這種水印基本上已經(jīng)滿足了需求，在下面章節(jié)我們將會(huì)一-行一行地插入到二維的數(shù)據(jù)塊之中。我們?cè)谡麄€(gè)們將討論一-種更為高級(jí)的數(shù)字水印技術(shù)。的M-SEQUENCES末位追加一個(gè)0，而不是用擴(kuò)展的m- sequence。我們會(huì) 將足夠多的數(shù)據(jù)塊彼此之間相互連4對(duì)上述水印技術(shù)的改進(jìn)接以將整個(gè)的圖片覆蓋。二維水印的一個(gè)好處是，它可以針對(duì)上述的數(shù)字水印技術(shù)，我們可以在安全性和對(duì)被更有效地定位出一幅圖之中哪個(gè)地方被修改了。我們的驗(yàn)篡改區(qū)域的定位上面做更進(jìn)-一步的改進(jìn)。數(shù)據(jù)塊我們選定證算法很簡(jiǎn)單，將水印數(shù)據(jù)塊和圖像數(shù)據(jù)塊相重疊，然后為8*8大小的，那么每-一個(gè)數(shù)據(jù)塊將由如下步驃產(chǎn)生:計(jì)算他們的內(nèi)積，然后和理想值相比較。如果差異值比我(1)我們先產(chǎn)生一個(gè)大防偽的M- SEQUENCES序列,g們定義的極限值大，那么我們就認(rèn)為該塊沒有通過驗(yàn)證測(cè)并且開始的128位直接跳過，我們將n設(shè)定為96。試。這種防偽檢測(cè)算法消除了霜要計(jì)算整個(gè)的關(guān)聯(lián)函數(shù)所(2)接下來的64位按照列對(duì)齊式插入到水印的第一個(gè)帶來的麻煩。下面詳細(xì)介紹這個(gè)過程。數(shù)據(jù)塊中，接下來的32位跳過。首先，我們必須在每個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)塊之中進(jìn)行- -些操作(3)剩下的數(shù)據(jù)塊重復(fù)上述的兩步操作直到將所有的來測(cè)試這個(gè)新水印。我們首先定義圖片X和圖片Y的空數(shù)據(jù)塊都做了同樣的處理。間關(guān)聯(lián)函數(shù):這些數(shù)據(jù)塊按行排列就組成了水印信息。總共64Rxr(a.β)= 22里, )v(1-a, rB)1)*96個(gè)水印信息塊正好覆蓋整個(gè)圖片。我們假定X是原始圖像信息塊，W是水印信息塊，Y是加入了水印信息的圖像數(shù)據(jù)塊，Z是可能被修改了的. 5隨機(jī)性檢測(cè)已經(jīng)加入水印信息的圖像信息塊。我們將此數(shù)據(jù)塊的統(tǒng)計(jì)下面我們給出針對(duì)上述水印注人算法的防偽檢測(cè)算法。量設(shè)定為:-幅圖片經(jīng)過了若干水印變換之后，有可能被惡意篡改,Rn(0, 0)- Rzw0,0)2)下屬算法能夠檢測(cè)出這種情況，從而達(dá)到驗(yàn)證一幅圖片在如果圖像數(shù)據(jù)沒有被偽造或篡改，那么δ=0請(qǐng)注意，經(jīng)過互中國(guó)煤化工渚所給出的圖片。不依賴于整個(gè)的關(guān)聯(lián)函數(shù)。如果比我們定義的極限值大, .|YHCNMHG水印信息。那么此塊就沒有通過驗(yàn)證。極限值可以根據(jù)水印數(shù)據(jù)塊中隨機(jī)選擇一個(gè)像素，它的亮度值可能會(huì)高或者低-的元素個(gè)數(shù)來定義。個(gè)位，這可能是由LSB轉(zhuǎn)換，也可能是由惡意篡改所致，20100周肝蜀洞全61學(xué)術(shù)，技術(shù)我們用Z來表示被篡改了的圖片信息。國(guó)第二屆信息隱藏與數(shù)字水印技術(shù)研討會(huì)論文集[M].北計(jì)算Z的平均8值。京,2000,6. 108-112.如果6值比理想值低，我們就認(rèn)為圖片新被篡改了。[4]R. G. van Schyndel, A. 2. Tirkel, N. R. A. Mee,至此就完成了防偽檢測(cè)。C. F.Osborne， “A digital watermark” ，Proceedings of theInternational Conference on Image Processing， November ，1994,Austin, Texas, vol. 2, pp. 86-90.6結(jié)論[5]B. R. Macq and 1. Pitas， “Special ise on water making"?:針對(duì)類似于圖片等數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)保護(hù)技術(shù)，到目前Signal Process, 1998. vol. 66, no. 3, pp. 281- 282.為止已經(jīng)提出很多了，本文給出了一種通過插人不可見的[6]Fred Mintzer, Albert Cazes, Francis Giordano, Jack Lee, Karen水印信息，從而達(dá)到數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)保護(hù)以及防偽檢測(cè)。Magerein and Fabio Scitarella, "Capturing and prearing images此技術(shù)能夠檢測(cè)出每-一個(gè)被修改了的像素并且能夠定位出of Vatican library manuscripts for access via internet, ”Proceedings是哪里被修改了。此算法適用于彩色圖片，同樣也適用于of IS&T's 48th Annual Conference， May， 1995， Washington,JPEG壓縮。未來可針對(duì)數(shù)字視頻等進(jìn)行同類的研究。臺(tái)DC，pp. 74 - 77.^參考文獻(xiàn):作者簡(jiǎn)介:張發(fā)強(qiáng)(1982-) 男。碩士研究生，研究方向:軟[1]楊菠/(增值電信),智能手機(jī)開發(fā)平臺(tái)與操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介[U].件與理論，分布式計(jì)算，智能嵌入式操作系統(tǒng);陳榕，教通信世界網(wǎng)，2003 1-10愛，碩士生導(dǎo)師，美國(guó)留學(xué)歸國(guó)操作系統(tǒng)專家,主要研究:[2]夏明波. ASAS集群及其智能控制策略研究[D].長(zhǎng)沙:國(guó)智能嵌入式操作系統(tǒng)。防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，2006.收稿日期: 2009-08-06{3]易開祥，石教英。一種自適應(yīng)二維數(shù)字水印算法。全.(上接第59頁(yè))(1)水印嵌入和提取(結(jié)果如圖5所示)(5)濾波(結(jié)果如圖9所示)進(jìn)邊處理后的水印提取中國(guó)建建(201) 內(nèi)值建進(jìn)( 3))圖5水印嵌入和提取結(jié)果提取結(jié)果:(2)剪切攻擊(結(jié)果如圖6所示)日?qǐng)D9濾波后結(jié)果2.7實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析從實(shí)驗(yàn)來看與預(yù)期基本相符。水印算法對(duì)剪切攻擊、濾波、特別是對(duì)JPEG壓縮有較好的穩(wěn)健性。?圖6剪切攻擊結(jié)果[1]Barni Metal. A DCT-domain System for Robust mage(3)JPEG壓縮(結(jié)果如圖7所示)Watermarking, Signal Poessng, 1998 .66:352"372.[2]Voyatis G,Pitas 1. Embedding robust watermarks by chaotic”出mixing[A]. 13th International Conference on Digital SignalProcesig,1997,1: 213~ 216.[2]J Cox， 」Kilin, FT Leighton, T Shamo. Seure SoreadSpectrum Watermarking for Multimedia. IEEE Transaction on image困7 JPGE 壓縮結(jié)果Processing, 1997, 6(12) . pp: 1 673~1 687.(4)加噪聲(結(jié)果如圖8所示)[3]Koch E, Zhao J. Towards Robust and Hidden Image Copyright龍網(wǎng)聲后木印提職Labelling，In: proc of IEEE Workshop on Nonlinear SignaPocessing, 1995, 452*455.4J黃中國(guó)煤化工團(tuán)像水印:嵌入對(duì)策和算-6~389[6] 王:TYHCNMHG換的數(shù)字水印技術(shù)[I.移計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2002， 38 (6): 105~106.圖8加噪聲后結(jié)果收稿日期: 2009-07-26622秀數(shù)轄2010%k