数字水印软件的现状及发展
2004-11-18 01:09
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出处：——伯晓晨 沈林成 常文森
---- 数字水印技术的研究虽然只有短短几年时间，但其软件产业已经有相当的
规模。早在1995 年，数字水印技术的研究还刚刚开始不久，美国的Digimarc公司就率
先推出了世界上第一个商用数字水印软件，而后又以插件形式将该软件集成到Adobe
Photoshop 4.0和Corel Draw7.0中。数字水印技术的商品化速度如此之快，从一个侧面
反映出其迫切的市场需求。
市场前景
----数字化技术和Internet的发展正改变着文化传播的载体和方式，数字图书
馆、网上发行等新概念层出不穷，MIDI、CD、VCD、DVD、MP3 等数字化产品让人目不暇
接。仅靠密码技术是不能完成多媒体数据的加密、认证和保护的，数字水印技术在数据
安全中占有不可替代的地位。
----与军事、金融领域不同，数字视听产品是公开销售的，经销商们关心的是盗
版而不是盗用。版权就意味着利益，版权标识也因此而成为数字水印软件的最大市场。
仅以DVD为例，参与研究其版权保护水印的就有包括IBM、NEC、 Sony在内的数十家IT企
业。
----网络安全是近几年来的热门话题，保护网页不被篡改的水印产品已经开始崭
露头角，并且毫无疑问地将成为数字水印软件新的增长点。
----先进的技术往往首先应用于军事和国家安全领域，数字水印技术也不例外。
美国陆军实验室是最早进行数字水印研究的机构之一，各种军用影像数据的隐蔽标识与
篡改提示是已经公开了的数字水印应用研究项目。作为数字时代的密写技术，用于隐蔽
通信的大数据量信息隐藏技术也已引起各国情报部门的注意。数字水印一旦成为国防建
设的急需，就会带来巨大的商业利润。 除此之外，数字水印正在成为数字作品创作者
的宠儿，其作为个人消费软件的潜在市场也是不容忽视的。
软件分类
----从技术上讲，目前的数字水印软件可以分成两类：时（空）域水印软件和变
换域水印软件。
----1. 时（空）域数字水印软件
----所谓时（空）域数字水印是指将通过密钥产生的随机序列直接加入声音、图
像或视频信号中作为水印。由于嵌入信号的能量很低，所以不会被人的视觉和听觉所察
觉。
----常用的时（空）域数字水印技术有LSB和扩展频谱两种。 LSB方法是将水印
直接嵌入到原始信号表示数据的最低有效位中，是一种早期的数字水印技术。很显然，
LSB方法对于要加入水印的信号是有一定要求的。以图像为例，如果原图的调色板不连
续，则LSB方法会导致明显的色彩失真。所以，这类软件一般都建议用户使用具有连续
调色板的灰度或真彩色图像。对于索引色图像，一般要变换到真彩色空间中去隐藏水
印，因此要求原图的颜色种类不要太多，否则从真彩色空间变换回索引色时会丢失水印
信息。
----时空域上的扩频隐藏方法是通过扩频码将水印信息调制成类似噪声的信号，
这种信号的能量散布在整个频带上，难以通过频域滤波恢复。这种方法实际上就是扩谱
通信系统的软件实现。
----时空域数字水印技术的优点是隐藏的数据量大，而且可以根据信号的局部特
性进行自适应。其缺点是太脆弱，常用的信号处理过程，如信号的缩放、剪切等，都可
以破坏水印。此外，这类软件与具体的文件格式相关，经过这类软件处理的声像文件不
能进行有损压缩。
----2.变换域数字水印软件
----变换域水印软件首先将原始的图像或声音信号进行DCT 或小波变换，在变换
域上嵌入水印信息，然后经反变换输出。在检测水印时，也要首先对信号作相应的数学
变换，然后通过相关运算检测水印。
----DCT变换域上的数字水印具有很强的鲁棒性，可以抗各种信号变形。由于
JPEG、MPEG等数据压缩方法也是在DCT变换域上操作的，所以DCT 变换域数字水印具有
与生俱来的抗有损压缩能力。不过，DCT变换域水印方法不能作到对图像、声音等信号
内容的自适应，因此往往会造成对图像亮度等特征的明显损害。
----小波变换域上的数字水印方法兼具时空域方法和DCT变换域方法的优点，是
一种既有自适应功能，又有鲁棒性的技术，其缺点是计算量大。
发展趋势
----数字水印软件的发展速度非常快，起初仅仅作为图像处理软件的插件，而今
已经开始向大型商业化软件发展，呈现出面向Internet、多种技术集成的发展趋势，主
要发展方向体现在以下几方面：
a.. 结合智能体技术，开发水印Agent和自动追踪版权标志。
b.. 面向电子商务，提供服务器端的完整性保护和客户端的数据认证。
c.. 建立水印认证中心，提供各种网上服务。
d.. 开发基于数字水印技术的数字作品电子销售系统，提供完整的安全与版权
保护机制。
e.. 为各种付费点播服务，提供基于流技术的数字水印产品。
f.. 面向更广泛的数字媒体，如三维动画、数字地图等，开发基于数字水印的
安全保护产品。
g.. 与密码技术，尤其是数字签名技术相结合，构造综合的数据安全系统。
h.. 使用各种生物认证技术（如指纹、视网膜）构造专人标识水印。
----数字水印软件作为数据安全领域中的新生事物，具有很高的技术含量和很强
的生命力，同时也孕育着巨大的商机。我们有理由相信，会有越来越多的有识之士投入
到数字水印技术的研究和产业化进程中来。
---- 数字水印技术的研究虽然只有短短几年时间，但其软件产业已经有相当的
规模。早在1995 年，数字水印技术的研究还刚刚开始不久，美国的Digimarc公司就率
先推出了世界上第一个商用数字水印软件，而后又以插件形式将该软件集成到Adobe
Photoshop 4.0和Corel Draw7.0中。数字水印技术的商品化速度如此之快，从一个侧面
反映出其迫切的市场需求。
市场前景
----数字化技术和Internet的发展正改变着文化传播的载体和方式，数字图书
馆、网上发行等新概念层出不穷，MIDI、CD、VCD、DVD、MP3 等数字化产品让人目不暇
接。仅靠密码技术是不能完成多媒体数据的加密、认证和保护的，数字水印技术在数据
安全中占有不可替代的地位。
----与军事、金融领域不同，数字视听产品是公开销售的，经销商们关心的是盗
版而不是盗用。版权就意味着利益，版权标识也因此而成为数字水印软件的最大市场。
仅以DVD为例，参与研究其版权保护水印的就有包括IBM、NEC、 Sony在内的数十家IT企
业。
----网络安全是近几年来的热门话题，保护网页不被篡改的水印产品已经开始崭
露头角，并且毫无疑问地将成为数字水印软件新的增长点。
----先进的技术往往首先应用于军事和国家安全领域，数字水印技术也不例外。
美国陆军实验室是最早进行数字水印研究的机构之一，各种军用影像数据的隐蔽标识与
篡改提示是已经公开了的数字水印应用研究项目。作为数字时代的密写技术，用于隐蔽
通信的大数据量信息隐藏技术也已引起各国情报部门的注意。数字水印一旦成为国防建
设的急需，就会带来巨大的商业利润。 除此之外，数字水印正在成为数字作品创作者
的宠儿，其作为个人消费软件的潜在市场也是不容忽视的。
软件分类
----从技术上讲，目前的数字水印软件可以分成两类：时（空）域水印软件和变
换域水印软件。
----1. 时（空）域数字水印软件
----所谓时（空）域数字水印是指将通过密钥产生的随机序列直接加入声音、图
像或视频信号中作为水印。由于嵌入信号的能量很低，所以不会被人的视觉和听觉所察
觉。
----常用的时（空）域数字水印技术有LSB和扩展频谱两种。 LSB方法是将水印
直接嵌入到原始信号表示数据的最低有效位中，是一种早期的数字水印技术。很显然，
LSB方法对于要加入水印的信号是有一定要求的。以图像为例，如果原图的调色板不连
续，则LSB方法会导致明显的色彩失真。所以，这类软件一般都建议用户使用具有连续
调色板的灰度或真彩色图像。对于索引色图像，一般要变换到真彩色空间中去隐藏水
印，因此要求原图的颜色种类不要太多，否则从真彩色空间变换回索引色时会丢失水印
信息。
----时空域上的扩频隐藏方法是通过扩频码将水印信息调制成类似噪声的信号，
这种信号的能量散布在整个频带上，难以通过频域滤波恢复。这种方法实际上就是扩谱
通信系统的软件实现。
----时空域数字水印技术的优点是隐藏的数据量大，而且可以根据信号的局部特
性进行自适应。其缺点是太脆弱，常用的信号处理过程，如信号的缩放、剪切等，都可
以破坏水印。此外，这类软件与具体的文件格式相关，经过这类软件处理的声像文件不
能进行有损压缩。
----2.变换域数字水印软件
----变换域水印软件首先将原始的图像或声音信号进行DCT 或小波变换，在变换
域上嵌入水印信息，然后经反变换输出。在检测水印时，也要首先对信号作相应的数学
变换，然后通过相关运算检测水印。
----DCT变换域上的数字水印具有很强的鲁棒性，可以抗各种信号变形。由于
JPEG、MPEG等数据压缩方法也是在DCT变换域上操作的，所以DCT 变换域数字水印具有
与生俱来的抗有损压缩能力。不过，DCT变换域水印方法不能作到对图像、声音等信号
内容的自适应，因此往往会造成对图像亮度等特征的明显损害。
----小波变换域上的数字水印方法兼具时空域方法和DCT变换域方法的优点，是
一种既有自适应功能，又有鲁棒性的技术，其缺点是计算量大。
发展趋势
----数字水印软件的发展速度非常快，起初仅仅作为图像处理软件的插件，而今
已经开始向大型商业化软件发展，呈现出面向Internet、多种技术集成的发展趋势，主
要发展方向体现在以下几方面：
a.. 结合智能体技术，开发水印Agent和自动追踪版权标志。
b.. 面向电子商务，提供服务器端的完整性保护和客户端的数据认证。
c.. 建立水印认证中心，提供各种网上服务。
d.. 开发基于数字水印技术的数字作品电子销售系统，提供完整的安全与版权
保护机制。
e.. 为各种付费点播服务，提供基于流技术的数字水印产品。
f.. 面向更广泛的数字媒体，如三维动画、数字地图等，开发基于数字水印的
安全保护产品。
g.. 与密码技术，尤其是数字签名技术相结合，构造综合的数据安全系统。
h.. 使用各种生物认证技术（如指纹、视网膜）构造专人标识水印。
----数字水印软件作为数据安全领域中的新生事物，具有很高的技术含量和很强
的生命力，同时也孕育着巨大的商机。我们有理由相信，会有越来越多的有识之士投入
到数字水印技术的研究和产业化进程中来。
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