經常有文章把數字簽名和數字水印“傻傻分不清”，那今天就介紹一下數字水印。

一、數字水印技術原理

數字水印是一種信息隐藏技術，它利用人體感官的限制，将數字信号，如圖像、文字、符号、數字等一切可以作為标記、标識的信息與原始數據(如圖像、音頻、視頻數據)緊密結合并隐藏其中，并可以經曆一些不破壞源數據價值的操作而能保存下來。

一般地，數字水印應具有如下的基本特性：

（1）可證明性：水印應能為受到版權保護的信息産品的歸屬提供完全和可靠的證據。

（2）不可感知性：不可感知包含兩方面的意思，一個指視覺上的不可感知性（對聽覺也是同樣的要求），即因嵌入水印導緻圖像的變化對觀察者的視覺系統來講應該是不可察覺的，最理想的情況是水印圖像與原始圖像在視覺上一模一樣，這是絕大多數水印算法所應達到的要求；另一方面水印用統計方法也是不能恢複的，如對大量的用同樣方法和水印處理過的信息産品即使用統計方法也無法提取水印或确定水印的存在。

（3）魯棒性：魯棒性即健壯性，它對水印而言極為重要。一個魯棒性強的數字水印應該能夠承受大量的、不同的物理和幾何失真，包括有意的（如惡意攻擊）或無意的（如圖像壓縮、濾波、掃描與複印、噪聲污染、尺寸變化等等）。但易碎水印技術恰恰與之相反，其魯棒性很低，它所保護信息的微小變化都會引起水印被破壞。

二、一種使用易碎水印保護圖像的方法

基于易碎水印的基本原理，我們可以使用它來保護圖像，即當圖像被更改後，哪怕是一個像素，都會破壞水印本身，從而達到驗證保護的目的。

其基本思想是修改原圖像中的每一個像素點的值，使得修改後的圖像經過某一種算法的運算可以得到一個新的二值圖像或文本，即水印。基本步驟為：

1) 首先設定一個映射函數f，通過此函數可以将原圖像g的每一個像素值映射成一個二值L（0或1）：

2) 設要嵌入的水印為W，W可以是一個二值圖像，也可以是經過編碼的字符串，這裡面所使用水印為二值圖像。根據以下公式修改原圖像g的每一個像素值，使得修改後的g中每一個像素點的值通過f運算後都與W相同（要注意的是，修改幅度必須足夠小，使肉眼觀察不能察覺）：

這樣水印圖像就被嵌入到原圖像中了。

3) 提取、驗證水印。假設待提取水印的原圖像為g，驗證對照的水印圖像為W。通過f函數算出g每個像素的對應二值W’，即為提出的水印。

将提取出的水印圖像W’與W比較，就可以判斷原圖像g是否被更改過

下圖就展示了水印保護的效果示意，原圖像被修改後，對應的水印部分就會被破壞。

三、數字水印嵌入與提取

根據易碎水印保護圖像的基本原理，可以設計出以下使用流程。

1.在原圖像中的水印嵌入步驟

1）首先選擇一張8位二值BMP圖片作為水印圖像；

2）從原圖像的第一行第一列開始，逐個像素進行運算，

3）将當前像素的紅、綠、藍 三原色值取出，分别為R、G、B；

4）将R、G、B在映射表(Table)中所對應的映射結果(0或1)取出，并進行異或運算，得到運算結果P；

5）取出水印圖像對應位置像素的值，并除以255，得到結果W。因為水印為二值圖像，像素值為0或255，故除以255後變成0和1方可做下面比較；

6）若P=W，則跳回步驟2），進行下一像素的運算；

7）若P<>W，在R、G、B中随機選中一個，修改其數值。如果數值大于175，數值減去1，如果數值等于或小于175，則數值加1；

8）跳到步驟3）重新進行運算；

9）原圖像全部像素處理完畢，水印嵌入完成。

2.在圖像中提取水印嵌入步驟

1）從圖像的第一行第一列開始，逐個像素進行運算，

2）将當前像素的紅、綠、藍 三原色值取出，分别為R'、G'、B'；

3）将R'、G'、B'在映射表(Table)中所對應的映射結果(0或1)取出，并進行異或運算，得到運算結果P'；

4）将P'值乘以255，得到結果W'。即為水印圖案在此位置的像素值；

5）跳回步驟2），進行下一像素的運算；

7）最後得到水印圖像。

通過提取圖像中的數字水印，并與原水印對比，可以檢測圖像是否被篡改過。正是因為數字水印也可以用來檢測數據的完整性，所以出現了把數字簽名稱為數字水印的情況，通過上面的介紹就應該知道，數字簽名和數字水印是完全不同的技術。

四、強壯性數字水印的使用

上面提出了用易碎水印保護圖像完整性的方法。其實數字水印更多地被用于多媒體數據的版權保護。比如以前的畫家用印章或簽名标識作品的作者，那麼今天的藝術家可以通過數字水印将自己的名字添加到作品中來完成著作權的标識。同樣，影視音像公司也可以把公司的名字、标志等信息添加到出版的多媒體數字産品中。這樣通過跟蹤多媒體數據中的數字水印信息來保護多媒體數據的版權。這裡的水印都是魯棒性強的水印，也就是強壯性水印。因為隻有采用強壯性的水印，才能保證無論盜版者怎麼修改、壓縮、轉換數字作品，裡面的數字水印信息都能盡量的保留下來，以作為版權擁有者追究盜版行為的有利證據和武器。

除了在版權保護方面的應用，數字水印技術在文檔（印刷品、電子文檔等）的真僞認證上面也有很大的用途，将某些難以察覺的數字水印信息添加到文件中，大大增加了文件被僞造的難度。例如護照持有人的姓名在護照中被明顯印刷出來，也可以在頭像中将持有人姓名做為數字水印被隐藏起來，如果某人想通過更換頭像來僞造一份護照，那麼通過掃描護照就有可能檢測出隐藏在頭像中的水印信息與打印在護照上的姓名不符合，從而發現被僞造的護照。

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