可视与不可见水印技术用户选择系统的设计与开发

Sandeep辛格¹，拉凯什·辛格²

旁遮普大学工程学院，印度旁遮普帕提拉
印度旁遮普省帕提亚拉的旁遮普大学工程学院助理教授。

摘要

水印是将称为水印、标签或标签的数据嵌入到图像、视频或文本等多媒体对象中以保护其版权的过程。根据人的感知，数字水印可以是可见的，也可以是不可见的。可见水印是覆盖在主图像上的二级半透明图像，并在仔细检查时对观看者可见。隐形水印以这样一种方式嵌入，即对像素值所做的修改在感知上不会被注意到，并且只有通过适当的解码机制才能恢复。提出了一种新的基于离散小波变换的可见和不可见水印算法。该体系结构基于误码率、MSE和PSNR比较了可见水印和不可见水印的结果。

关键字

数字水印，MATLAB，误码率，MSE和PSNR，可见和不可见水印。

介绍

将水印嵌入数字数据的过程称为数字水印。它是一个将不起眼的标志或标签或信息数据或图案嵌入数字数据[1]的过程。嵌入的水印可以是可见的，也可以是不可见的。数字水印的概念是与隐写术相联系的。它被定义为覆盖文字，将重要信息隐藏在覆盖媒体中，而数字水印是一种隐藏秘密或个人信息的方式，以提供版权和数据完整性。数字图像水印是一种新的水印技术，适用于医疗、军事、档案等领域。嵌入的水印很难去除，通常难以察觉，可能是文本、图像、音频或视频的形式。在数字数据中嵌入秘密水印，无论它是多么不可见。然而，它会导致所得到的嵌入式数字数据的一些退化。为了克服这一问题，并实现对原始数据的检索，采用了可逆水印技术，这被认为是一种优于密码学的方法。

历史

数字水印是一种将数字签名插入到内容中，以便提取签名以用于所有权验证和/或身份验证的技术。水印(watermark)一词来源于德语wassermarke[2]，它类似于水在纸上的效果。最古老的水印是在1282年意大利法布里亚诺镇的一张纸上发现的。在纸张中引入水印有助于识别造纸行业之间的所有权[3]。在1887年的法国，两封带有水印的信件帮助侦破了一起起诉案件。英国人威廉·康格里夫(William Congreve)在生产纸张[2]时，发明了一种在纸张中间插入染色材料的纸张水印技术。另一位英国人威廉·亨利·史密斯发明了一种纸水印的方法，用一种浅浮雕雕塑[2]压在纸模上。纸

水印目前广泛应用于钞票和邮票上。1954年，Muzak公司的Emil Hembrooke设计了一种为音乐属性[2]水印的技术。1979年，Szepanski开发了一种用于防伪的水印图案，并在1980Ã¢Â′Â′s后期发展出了一个术语，称为数字水印，类似于纸质水印。1986年，Holt等人描述了一种音频信号[2]的水印方法。1988年，小松和汤明加在他们的作品中首次提出了数字水印一词。自1995年以来，数字水印得到了研究人员和一些不同组织的广泛关注，并且发展非常迅速。1996年，数字水印作为信息隐藏研讨会(Information Hiding Workshop, IHW)[2]的主要主题之一，首次获得全球认可。

水印类型

在数字水印中，根据水印的属性[4]可以将其分为多种类型。从可见性来看，数字水印可分为可见水印和不可见水印。不可见水印分为两类:脆弱水印和鲁棒水印，Cox等(2002)。脆弱水印是很容易修改的。有些数码相机有一些内置的应用程序。每个应用程序都允许用户在数码相机拍摄的照片中嵌入脆弱的水印。如果有人通过修改像素值来改变照片，那么这个脆弱的水印就被破坏了。然而，鲁棒水印由于不易被攻击而经常用于版权标志。例如，如果我们在整个图片中嵌入一个健壮的水印，图片的所有权可以通过这个版权标记得到保护，Perter(2002)和Petitcolas等人(1999)。通过使用不同的检测技术，水印也可以分为知情水印和盲水印。 Informed watermark can only be detected by comparing watermarked image and the original image. Blind watermark does not depend on original image. Therefore, blind watermarking is a technique that the original image is not needed in watermark extraction process. Internet digital information protection is achieved through blind watermarking because with watermarked information, message can be detected successfully without original data.

数字水印的特性

一个有效的数字水印算法必须具有多个属性。介绍数字水印算法的数属性。

不可感知性:数字水印的基本要求是使水印图像看起来与原始图像相似。这证实了原始图像没有太大的退化。这种特性被称为水印系统的不可感知性或透明性。嵌入的水印不应该是肉眼可见的。在计算不可测性时，通常使用峰值信噪比(PSNR)。

鲁棒性:水印对合法和非法攻击的生存能力称为鲁棒性。除了脆弱的水印系统外，所有的水印系统都需要抵抗任何合法和非法的攻击。对于原始数据的篡改识别，水印必须是脆弱的，以检测改变的媒体。鲁棒性取决于水印信息的容量、可见性和强度。一般来说，一个好的水印算法应该对滤波器处理、噪声添加、几何变换(如旋转、缩放、平移)和有损压缩(如JPEG压缩)具有鲁棒性。

安全性:水印系统应该是安全的，即黑客不应该在不了解嵌入算法的情况下提取水印。水印系统必须能够抵御不同的攻击。攻击试图删除，修改或嵌入(不需要的信息)水印。攻击主要分为被动攻击和主动攻击两种类型。被动攻击只检测水印信息，主动攻击则试图修改水印信息。

复杂性:嵌入和检索水印信息所需要的时间和精力被称为水印系统的复杂性。水印系统中复杂的算法需要更多的软硬件资源来实现，这增加了算法的计算成本。为了降低水印系统的计算成本，应降低系统的复杂度。例如在远程医疗领域，为了降低医疗数据传输过程中带宽消耗的成本，实现了不太复杂的水印算法。

容量:水印系统的容量描述嵌入最大数量的水印信息，即在单个数据中嵌入多个水印。通过降低算法的不可感知性和鲁棒性，可以获得更高的数据嵌入能力。

可逆性:数字水印系统的这一特性描述了在水印提取过程中产生原始数据的可能性。

验证:此属性定义了验证的过程，即私钥验证和公钥验证，取决于各自的算法。

水印的应用

在过去的几十年里，对水印的研究越来越多，主要是由于其在版权管理和保护方面的应用。数字水印技术非常适用于医疗、军事和档案等领域。

广播监控是众所周知的水印技术的应用，它可以帮助广告公司跟踪电视频道或电视台播放的特定视频。嵌入水印视频到主机视频将为您提供更简单的方法来跟踪和监视广播。

另一个众所周知的应用是复制控制，它有助于防止非法复制歌曲或电影等图像。在歌曲或电影图像中嵌入水印将指示带有水印的DVD或CD编写器不要编写歌曲或电影，因为它是非法拷贝。

在数字作品中，交易跟踪可以通过将交易细节记录在副本的历史记录中来实现。例如，通过嵌入水印(不同的收件人不同的水印)向每个收件人分发电影的合法副本，将有助于跟踪电影泄露到互联网的泄漏源。

医学图像水印是水印技术的重要应用之一。利用水印技术可以实现既能对医学图像进行认证又能秘密传递辅助信息的医学图像认证系统。因此，只有医院授权的人员才能修改医学图像的内容。

水印攻击

去除攻击:去除攻击在不破坏水印算法安全性的情况下，实现从水印数据中完全去除水印信息。这一类包括去噪、量化、重构、平均和共谋攻击。这些方法并非都能完全去除水印，但都可能严重破坏水印信息。

几何攻击:几何攻击并不去除嵌入的水印本身，而是意图扭曲与嵌入信息同步的水印检测器。这类攻击还包括裁剪、翻转、旋转和同步删除攻击。[4]几何攻击实际上并不移除嵌入的水印本身，而是意图扭曲水印检测器与嵌入信息的同步。

裁剪:这是一种非常常见的攻击，因为在许多情况下，攻击者只对带有水印的对象的一小部分感兴趣，例如某些图片的部分或视频序列的帧。考虑到这一点，为了生存，水印需要分布在发生攻击的维度上。

翻转:许多图像可以翻转而不损失质量。虽然易于实现对翻转的弹性，但很少有水印能够在翻转中幸存。

密码攻击:密码攻击的目的是破解水印方案中的安全方法，从而找到方法去除嵌入的水印信息或嵌入误导性的水印。其中一种技术是暴力搜索嵌入的秘密信息。在实际应用中，这些攻击的计算复杂度很高，限制了它们的应用。

协议攻击:协议攻击旨在攻击整个概念的水印应用程序。一种协议攻击是复制攻击。复制攻击的主要思想是将水印从一个图像复制到另一个图像，而不知道用于水印嵌入的密钥，从而对数据[5]的实际所有权产生模糊性。协议攻击旨在攻击整个概念的水印应用程序。一种协议攻击是基于可逆水印的概念。协议攻击旨在攻击整个概念的水印应用程序。

建议的水印方法

在我们的工作中，可见和不可见水印是借助DWT(离散小波变换)技术来实现的。在不可见水印中，水印图像也可以提取出来。在MSE、BER和PSNR的基础上比较了可见和不可见水印的结果。这是三个框图。第一个方框图是供用户选择水印的，无论是可见的还是不可见的。第二图和第三图分别是可视水印和不可见水印。

算法:

首先，用户应该选择水印的类型，可以是可见的，也可以是不可见的。

步骤2选择水印类型后，根据选择的类型开始水印处理。

可见水印

不可见的水印

结论

本文提出了一种利用离散小波变换技术进行可见和不可见水印的新方法。利用该技术将水印图像块嵌入到原始图像上。基于mse(均方误差)、ber(误码率)和psnr(峰值信噪比)对该过程进行了分析。较高的psnr描述了较好的水印效果。在可见水印技术中，水印图像在原始图像上是可见的，而在不可见水印技术中，水印图像隐藏在原始图像的后面。在不可见水印中提取水印图像。通过这种技术，图像的质量没有太大的降低。该方法提高了系统的安全性和鲁棒性。因此，对可见水印和不可见水印的结果进行了比较。

参考文献

FromWikipediahttp: / / en.wikipedia.org/wiki/Digital_watermarking。
J. J. Cox, M. L. Miller, J. A. Bloom, J. K. Fridrich和T. Kalker，数字水印和隐写术，Morgan Kaufmann出版社，第2版，2003年。
S. Katzenbeisser和F. A. P. Petitcolas，隐写术和数字水印的信息隐藏技术，
Artech House，波士顿，美国，2000。
Jahnvi Sen et al /印度计算机科学与工程杂志(IJCSE)
Murali Subbarao博士/ ESE558数字图像处理。