摘要：隨著數(shù)字技術(shù)和計算機網(wǎng)絡的迅速發(fā)展，越來越多的數(shù)字媒體出現(xiàn)在日常生活中。圖像內(nèi)容認證數(shù)字水印技術(shù)得到了越來越多的關(guān)注。本文主要對目前的圖像內(nèi)容認證水印技術(shù)進行介紹，重點介紹了兩類算法。在本文的最后，對下一步的研究方向也進行了闡述。
　　關(guān)鍵詞：圖像內(nèi)容認證；數(shù)字水�。淮嗳跛���；半脆弱水印
　　近年來，隨著數(shù)字技術(shù)和計算機網(wǎng)絡的迅速發(fā)展，計算機網(wǎng)絡為我們提供的無限的資源。多媒體數(shù)據(jù)逐漸成為人們獲取信息的重要來源，并成為了人們生活的重要組成部分[1,7]。然而，數(shù)字媒體在帶給人們方便的同時，也引入了一些潛在的風險：敏感的信息可能輕易的被竊取、竄改、非法復制和傳播。以數(shù)字圖像為例，作為物證的照片如果被惡意地修改后就可能扭曲法律事件的真實面貌，使好人蒙冤而壞人卻逍遙法外[2]；對X光片的一個不經(jīng)意的修改可能會造成誤診等等[1,3,4]。在這些特定的場合下，需要明確地知道圖像是否被修改過，也就是說需要對圖像的真實性(完整性)進行驗證。因此在網(wǎng)絡環(huán)境對數(shù)字化信息實施有效的版權(quán)保護和信息安全顯得越來越重要。
　　1圖像內(nèi)容認證數(shù)字水印技術(shù)概述
　　數(shù)字圖像的安全問題是多媒體信息安全的重點，具有廣泛的代表性。數(shù)字圖像具有數(shù)據(jù)量大、冗余性高、對失真不敏感、保密性低、易編輯和修改且格式繁多等特點[5-6]，因此簡單的將密碼技術(shù)用于數(shù)字圖像的安全保護顯然是行不通的，而傳統(tǒng)的加密技術(shù)對信息的保護只局限在加密通信的信道中或其他加密狀態(tài)下，一旦解密將毫無保護可言[8-10]。數(shù)字圖像安全更偏重于版權(quán)保護與圖像內(nèi)容的完整性和可信性認證，為了認證數(shù)字圖像的可信性和完整性，往往需要建立有效的圖像認證系統(tǒng)。
　　2圖像內(nèi)容認證數(shù)字水印分類
　　數(shù)字圖像的真實性和完整性保護就是在保證數(shù)字媒體信息一定視覺質(zhì)量的前提下，將與媒體內(nèi)容相關(guān)或不相關(guān)的標志信息作為水印直接嵌入到媒體內(nèi)容中，當媒體內(nèi)容需要認證時，可將水印提出鑒定其是否真實完整。作為圖像真實性和完整性的保護，水印本身應對篡改具有一定的敏感性和脆弱性。一般情況下，根據(jù)水印識別篡改的能力可以將其歸納為以下兩種。
　　2.1完全脆弱性數(shù)字水印(FragileWatermark)
　　完全脆弱性數(shù)字水印(一般簡稱脆弱性數(shù)字水印)主要應用于精確認證。它最基本的任務是水印能夠檢測出任何對圖像象素值改變的操作或圖像完整性的破壞操作，即圖像中有一個比特的信息被改變，認證都將無法通過，如在醫(yī)學上，由于圖像的一點點改動都可能會影響最后的診斷結(jié)果，因此要求嵌入的水印就應當屬于完全脆弱性數(shù)字水印。
　　
　　2.2半脆弱性數(shù)字水印(Semi-fragileWatermark)
　　在開放的網(wǎng)絡環(huán)境下，如有損JPEG壓縮等圖像處理是不可避免的，同時具有脆弱水印和魯棒性水印兩種功能的半脆弱水印應運而生，它在容忍一定程度的常見信號處理操作的同時，還可把正常的信號處理與惡意篡改區(qū)別對待。篡改發(fā)生時，不僅可提供篡改的破壞發(fā)生位置，而且可幫助分析篡改類型。另外基于半脆弱水印的自嵌入水印還可恢復被篡改的部分。
　　3圖像內(nèi)容認證數(shù)字水印的技術(shù)要求
　　認證水印的目的是檢測出圖像在傳輸、發(fā)布或其它有可能引起改變的過程中是否發(fā)生了非法的編輯、修改、破壞或惡意的篡改。認證水印技術(shù)主要研究：認證作品是否有過任何形式的修改；作品變化是否顯著；作品被修改部分的位置確定；被修改的作品能否恢復。
　　3.1檢測篡改能力
　　這是認證水印技術(shù)最基本的要求。一個合格的圖像認證水印系統(tǒng)應該能夠檢測到被保護圖像上的任何非法篡改，還要求能夠檢測出圖像被篡改的情況及篡改的位置，最好能夠糾正恢復被改動的內(nèi)容。圖像被篡改的情況也包括圖像被篡改處理所使用的方法，如高通濾波、低通濾波等。
　　3.2足夠大的密鑰空間
　　不同密鑰產(chǎn)生的水印信號應該是不相同的，檢測時必須擁有正確的密鑰才能正確檢測。由于作品的分發(fā)數(shù)量巨大、作品數(shù)目不限定性等，所以用于水印的密鑰數(shù)量非常大，即要求用于認證水印的密鑰空間必須足夠大。
　　4圖像內(nèi)容認證數(shù)字水印的性能評估
　　4.1主觀評價
　　主觀評價是從人類視覺的角度來考慮的。要進行公平合理的評估和比較，在評估過程中就要考慮水印的可感知性。當使用主觀測試包括兩個步驟。第一步：將失真的數(shù)據(jù)集按照從最好到最壞的次序排列；第二步：挑選的測試人員對每個數(shù)據(jù)集進行評定，描述所處理對象的可感知性。
　　這種評定可以基于ITU-RRec500質(zhì)量等級級別，表1列出了等級級別和相應的可感知性以及質(zhì)量。
　　表1ITU-RRec500從1到5范圍的質(zhì)量等級級別
　　　　4.2客觀評價
　　到目前為止，仍然沒有一個良好的客觀衡量手段來對數(shù)字水印算法做出合理的評估。一種數(shù)字水印算法的隱形性如何，受到攻擊的穩(wěn)健性、安全性如何，這種算法是否實用，所有這些問題都需要客觀的評價手段。這個問題有待進一步的研究。
　　5圖像內(nèi)容認證數(shù)字水印的一般框架
　　圖像魯棒性認證和內(nèi)容認證的半脆弱水印系統(tǒng)框架，包括水印嵌入和水印提取認證兩部分，圖1與圖2分別給出了水印的嵌入與圖像的完整性驗證框圖。
　　
　　圖1水印嵌入框架
　　由于脆弱和半脆弱性數(shù)字水印要檢測出篡改位置并進行定位，因此，通常嵌入的水印信息是與原始圖像內(nèi)容相關(guān)的信息，但也可以是不相關(guān)的。其嵌入過程是：首先對原始圖像進行特征提取，再將水印信息嵌入到原始圖像中就得到嵌入水印后的受保護圖像。
　　
　　圖2水印提取框架
　　圖像認證時，根據(jù)密鑰提取出受保護圖像中的水印信息。然后將提取出來的水印信息與原始水印信息相比較，若二者一致，則圖像未被更改；若二者不一致，則認為圖像已被更改，并給出有關(guān)圖像改動的詳細信息。如果嵌入的水印信息是與原始圖像內(nèi)容相關(guān)的信息，并確保水印的嵌入不會改變圖像的這些內(nèi)容特征，則圖像認證時，只需將提取出的水印信息與被測圖像的內(nèi)容特征進行比較。目前各種水印認證算法主要在水印信息的生成和嵌入兩個過程存在一定的差異。
　　6圖像內(nèi)容認證數(shù)字水印算法簡介與進一步研究方向介紹
　　6.1脆弱水印的研究
　　6.1.1脆弱水印算法簡介
　　脆弱性數(shù)字水印是水印能夠檢測出任何對圖像象素值的改變或?qū)�圖像完整性破壞的操作。根據(jù)水印信息的嵌入域不同，可將脆弱水印算法分為空間域方法和變換域方法兩類�？臻g域方法是使用各種可能的方法來直接修改圖像象素的值。早期的脆弱性水印技術(shù)大多由空間域LSB水印算法演變而來。變換域方法是先對圖像進個某種可逆的數(shù)學變換，然后對變換域的系數(shù)進行某種修改，再進行逆變換得到圖像。基于變換域的脆弱水印算法主要包括離散余弦變換(DCT)和離散小波變換(DWT)兩大類。
　　6.1.2脆弱水印的未來發(fā)展方向
　　脆弱水印認證系統(tǒng)作為認證系統(tǒng)的分類，廣泛應用于以媒體信息為主要交流方式的網(wǎng)絡業(yè)務系統(tǒng)中。但隨著數(shù)字媒體信息頻繁交互，信息管理權(quán)限分級的細化，如何保證信息不被越權(quán)接收和發(fā)布使用，如何保證接發(fā)雙方彼此信任，都是脆弱水印認證系統(tǒng)必須解決的問題。
　　脆弱水印認證系統(tǒng)還存在著一個潛在的嚴重缺陷：即使是以一種可控的方式，嵌入水印也必定或多或少的改變原作品。而在一些驗證原作是否改變的應用中，任何微小的改變都是不允許的，例如，用作法庭證據(jù)的文本信息改變幾個字符(僅涉及幾個比特)也會改變證據(jù)的性質(zhì)。因此在一定場合下脆弱水印必須以一種能完全去除的方式嵌入，且在認證過程中逐個比特地恢復出原作的原貌。這種可擦除的脆弱水印值得進一步探討。
　　6.2半脆弱水印的研究
　　6.2.1半脆弱水印算法簡介
　　半脆弱性數(shù)字水印比完全脆弱性數(shù)字水印的魯棒性稍微強一些，允許圖像一定的改變，是在一定程度上的完整性檢驗。按照實現(xiàn)方法的不同也可分為空間域方法和變換域方法兩類。
　　6.2.2半脆弱水印的未來發(fā)展方向
　　在實際應用中，由于數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)量十分龐大，當前在數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)上的圖像多以JPEG壓縮形式存儲和傳輸，JPEG壓縮本身為有損壓縮，且由質(zhì)量因子的不同，損失的信息也有差別，水印信息如何在保持其與圖像內(nèi)容之間良好相關(guān)性的同時兼容各種壓縮標準，是一個值得探討的問題。
　　隨著大量消費類數(shù)字視頻產(chǎn)品的推出，以半脆弱水印為重要組成部分的視頻與音頻真?zhèn)舞b別技術(shù)的市場需求更加迫切，因此可以預料在今后的幾年里，視頻與音頻的半脆弱水印技術(shù)研究將成為熱點。
　　7結(jié)論
　　本文主要對圖像內(nèi)容認證數(shù)字水印技術(shù)進行介紹。首先介紹了該技術(shù)的應用背景以及技術(shù)分類，然后介紹了該技術(shù)的要求以及性能評估標準。緊接著本文介紹了圖像內(nèi)容認證數(shù)字水印算法的一般框架。在本文的最后一部分對目前的主要的算法進行介紹，同時對下一步的研究方向進行了初步的闡述。
　　
　　參考文獻：
　　[1]王炳錫，陳琦，鄧峰森.數(shù)字水印技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學出版社，2003：6-7.
　　[2]宋玉杰，譚鐵牛.基于脆弱性數(shù)字水印的圖象完整性驗證研究[J].中國圖象圖形學報，2003，8A(1)：1-7.
　　[3]張永平，郭寶龍.認證水印技術(shù)的研究[J].計算機工程與應用，2004(1)：60-62.
　　[4]馮國柱，李超，多磊.變型的Rijndael及其差分和統(tǒng)計特性[J].電子學報，2002，30(10)：1544-1546.
　　[5]楊波,陳孝威.基于DCT系數(shù)量化的公開水印方案[J].桂林電子工業(yè)學院學報，2004，24(3):18-21.
　　[6]孫自廣,古天龍.一種基于代數(shù)決策圖的多值圖像無損壓縮方法[J].桂林電子工業(yè)學院學報，2006.26(2)