数字水印技术 (2008 年度畅销榜NO.4215 )

信息隐藏是一门新兴的学科，而数字水印是信息隐藏研究的一个重要方向，它在数字图像、音频、视频、文本等多媒体版权保护领域都具有广泛的应用价值。本书从信息隐藏技术的基本概念出发，以用于图像、音频、视频、文本等数字产品的知识产权保护的水印技术为主，详细介绍了水印的设计、产生、嵌入、检测、攻击技术以及相应的评价指标。由于数字水印技术本质上是信源编码在信息安全领域的应用，所以对现代信源编码也做了相应的阐述，并结合作者的研究成果给出了大量的实例，因此本书在理论上较为系统，在实践上提供了实用的图表和参数，可操作性强。 \r\n\r\n 全书共分八章，前三章介绍信息隐藏、数字水印、水印信号的设计与产生的基础知识；后五章介绍以图像、音频、视频、文本为载体的数字水印的产生、嵌入、提取、攻击及相应的评价指标和方法。每章后附有参考文献，供读者深入研究考证。书末附有英汉名词对照，供阅读外文资料时参考。 \r\n\r\n 本书可作为高等学校理工科通信和信息处理及相关专业的高年级本科生和（硕士、博士）研究生的教材或参考书，也可供从事网络通信安全和水印制作的工程技术人员、管理人员、法律工作者及从事隐密通信和反盗版的情报人员及技术人员参考。 \r\n\r\n \r\n\r\n\r\n\r\n 　\r\n\r\n\r\n\r\n 　\r\n\r\n \r\n\r\n \r\n\r\n\r\n\r\n \r\n\r\n \r\n\r\n \r\n\r\n \r\n\r\n\r\n\r\n\r\n
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第1章 信息隐藏技术概述 1 \r\n\r\n 1.1 信息隐藏技术的术语和模型 1 \r\n\r\n 1.2 信息隐藏技术的分类 2 \r\n\r\n 1.3 信息隐藏技术的应用 3 \r\n\r\n 1.4 研究现状 3 \r\n\r\n 1.5 研究课题 4 \r\n\r\n 1.6 小结 5 \r\n\r\n 参考文献 5 \r\n\r\n 第2章 数字水印技术概述 6 \r\n\r\n 2.1 研究背景 6 \r\n\r\n 2.2 数字水印基本框架 7 \r\n\r\n 2.3 数字水印的分类及特性 11 \r\n\r\n 2.4 数字水印的主要应用领域 13 \r\n\r\n 2.5 数字水印技术研究的历史 13 \r\n\r\n 2.6 小结 16 \r\n\r\n 参考文献 16 \r\n\r\n 第3章 水印信号的设计和产生 18 \r\n\r\n 3.1 无意义水印信号的设计和产生 18 \r\n\r\n 3.1.1 使用伪随机实数序列作为水印 18 \r\n\r\n 3.1.2 使用伪随机二值序列作为水印 18 \r\n\r\n 3.1.3 使用混沌序列产生水印信号 19 \r\n\r\n 3.2 有意义水印信号的预处理 21 \r\n\r\n 3.2.1 使用m序列对水印进行扩频 21 \r\n\r\n 3.2.3 对水印信号进行位分解 22 \r\n\r\n 3.2.3 利用图像的置乱对水印进行预处理 23 \r\n\r\n 3.2.4 用上述几种方法的结合 23 \r\n\r\n 3.3 小结 24 \r\n\r\n 参考文献 24 \r\n\r\n 第4章 以图像为载体的数字水印技术 26 \r\n\r\n 4.1 空域图像水印技术 28 \r\n\r\n 4.2 DCT域图像水印技术 33 \r\n\r\n 4.2.1 DCT域图像水印研究综述 33 \r\n\r\n 4.2.2 算法实例 36 \r\n\r\n 4.2.3 DCT域盲水印检测算法的改进研究 38 \r\n\r\n 4.2.4 DCT域水印算法中嵌入水印位置的研究 40 \r\n\r\n 4.3 小波域图像水印技术 44 \r\n\r\n 4.3.1 小波分析理论 44 \r\n\r\n 4.3.2 小波域图像水印 51 \r\n\r\n 4.3.3 一种基于小波变换的图像水印算法实例 55 \r\n\r\n 4.4 基于分形图像编码的数字水印技术 58 \r\n\r\n 4.4.1 分形简介 59 \r\n\r\n 4.4.2 基于分形图像编码的水印技术 63 \r\n\r\n 4.5 基于神经网络的图像水印技术 65 \r\n\r\n 4.5.1 神经网络概述 65 \r\n\r\n 4.5.2 神经网络应用于图像水印 71 \r\n\r\n 4.6 小结 77 \r\n\r\n 参考文献 77 \r\n\r\n 第5章 图像数字水印的性能评估和攻击 81 \r\n\r\n 5.1 图像数字水印的性能评估和基准 81 \r\n\r\n 5.1.1 影响水印稳健性的因素 81 \r\n\r\n 5.1.2 视觉质量的定量描述 82 \r\n\r\n 5.1.3 性能评估中所使用的攻击方法 85 \r\n\r\n 5.1.4 水印性能评估的描述 86 \r\n\r\n 5.1.5 基准测试图库 89 \r\n\r\n 5.1.6 性能评估和基准测试的一般步骤 90 \r\n\r\n 5.1.7 标准的和未来的测试基准 91 \r\n\r\n 5.2 图像中的数据隐藏容量分析 92 \r\n\r\n 5.2.1 信息隐藏与通信传输的关系 92 \r\n\r\n 5.2.2 信息隐藏的数学模型 92 \r\n\r\n 5.2.3 数值分析 94 \r\n\r\n 5.3 图像数字水印的攻击 95 \r\n\r\n 5.3.1 水印移去攻击 96 \r\n\r\n 5.3.2 几何变形攻击 98 \r\n\r\n 5.3.3 密码学攻击 99 \r\n\r\n 5.3.4 协议攻击 100 \r\n\r\n 5.4 小结 104 \r\n\r\n 参考文献 105 \r\n\r\n 第6章 音频数字水印技术 106 \r\n\r\n 6.1 概述 106 \r\n\r\n 6.1.1 音频信号的数字化 106 \r\n\r\n 6.1.2 音频信号传送环境 106 \r\n\r\n 6.1.3 对音频数字水印的要求 107 \r\n\r\n 6.1.4 数字音频水印系统的典型应用 107 \r\n\r\n 6.2 人类听觉特性 107 \r\n\r\n 6.3 时域音频水印算法 110 \r\n\r\n 6.3.1 最不重要位方法 110 \r\n\r\n 6.3.2 基于回声的水印算法 111 \r\n\r\n 6.3.3 其他的时域水印方法 114 \r\n\r\n 6.4 变换域音频水印算法 116 \r\n\r\n 6.4.1 相位水印算法 116 \r\n\r\n 6.4.2 扩频水印 117 \r\n\r\n 6.4.3 离散傅里叶变换域(DFT)方法 118 \r\n\r\n 6.4.4 离散余弦变换域(DCT)方法 118 \r\n\r\n 6.4.5 离散小波变换域(DWT)方法 121 \r\n\r\n 6.5 其他类型的水印算法 122 \r\n\r\n 6.5.1 比特流水印 122 \r\n\r\n 6.5.2 压缩水印 123 \r\n\r\n 6.5.3 扰动调制水印 125 \r\n\r\n 6.6 音频水印的评估标准和攻击 127 \r\n\r\n 6.6.1 IFPI水印稳健性标准 127 \r\n\r\n 6.6.2 StirMark标准音频水印攻击 128 \r\n\r\n 6.6.3 针对回声音频水印算法的攻击 132 \r\n\r\n 6.7 小结 134 \r\n\r\n 参考文献 134 \r\n\r\n 第7章 视频图像水印技术 137 \r\n\r\n 7.1 视频水印的介绍 137 \r\n\r\n 7.2 视频水印技术的发展与应用 138 \r\n\r\n 7.3 视频水印的主要特征 139 \r\n\r\n 7.4 视频水印的模型 139 \r\n\r\n 7.5 视频水印的分类 140 \r\n\r\n 7.6 MPEG压缩视频标准简要介绍 141 \r\n\r\n 7.7 视频水印的嵌入和提取 144 \r\n\r\n 7.7.1 基于扩频思想的视频水印技术 144 \r\n\r\n 7.7.2 基于参数替换的视频水印技术 149 \r\n\r\n 7.8 小结 156 \r\n\r\n 参考文献 156 \r\n\r\n 第8章 文本水印技术 158 \r\n\r\n 8.1 文本水印介绍 158 \r\n\r\n 8.2 文本水印的嵌入方法 158 \r\n\r\n 8.2.1 行间距编码 159 \r\n\r\n 8.2.2 字间距编码 160 \r\n\r\n 8.2.3 特征编码 161 \r\n\r\n 8.3 文本水印检测和失真补偿 161 \r\n\r\n 8.3.1 预处理 161 \r\n\r\n 8.3.2 水印检测和提取 162 \r\n\r\n 8.4 中文的文本数字水印技术需要研究的几个问题 164 \r\n\r\n 8.5 小结 165 \r\n\r\n 参考文献 165 \r\n\r\n 附录A 英汉名词对照 166 \r\n\r\n 附录B 名词概述 178 \r\n\r\n 附录C Matlab语言算法程序 183 \r\n\r\n 附录D 信息隐藏的软件与产品 200 \r\n
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信息隐藏技术是一个多学科交叉的现代高科技产物. 由于多媒体技术的发展, 信息隐藏技术一出现立即就得到商业应用. 目前信息隐藏技术在图像. 音频. 视频. 文本. 网络通信中的隐蔽通信. 复合传输. 版权保护等方面已有较多的使用. 但作为一门技术, 它仍有大量的实际问题需要研究, 仍有大量的理论问题需要探讨. 在我们的学习和研究过程中, 认为以下几个课题是急需解决的： ① 信息载体的信息容量问题, ② 秘密信息的安全嵌入问题, ③ 对隐藏信息的检测. 提取. 攻击问题, ④ 信息安全的认证问题. 当然, 信息隐藏技术是多学科交叉应用的产物, 那么信息隐藏技术的理论研究也应当是以多学科的知识作支撑, 我们认为至少应从信息论. 密码学. 数字信号处理. 通信原理. 计算机网络等几个学科入手.

应当说信息隐藏技术从有隐密通信就已开始研究, 但由于其特殊的用途, 一直被限制在军事和安全部门一个很小的范围内. 随着多媒体技术的发展, 网络通信逐步成为人们交流信息的方式之一, 使得电子政务. 电子商务. 远程教育. 数字图书馆. 电子音像作品发行等的认证. 防伪. 抗攻击的社会需求越来越迫切. 对信息隐藏技术大范围深入研究应该是在1996年英国剑桥举行的“第一届信息隐藏学术研讨会”之后. 目前的研究思路基本上是把载体当作信道, 把隐藏的信息用密钥扰乱, 用各种算法嵌入载体. 要求载体的变化不被感知, 隐藏的信息经过传输仍然安全, 由此衍生出来隐藏信息的发现. 检测. 攻击等技术. 正像盾与矛一样, 隐藏与攻击在斗争中发展, 在斗争中创新. 由于市场需求的牵引, 信息隐藏吸纳了各种现代技术, 因而发展十分迅猛, 但其基础理论的研究仍然是一个薄弱环节.

数字水印是信息隐藏技术之一, 是信息隐藏技术形象生动的应用. 数字水印在声像艺术品的版权保护中已有应用, 而在商标. 票据. 证书. 标牌. 专利等的电子制作中, 水印技术的应用仍是一个技术难题, 如电子水印是否能印刷在纸上, 印刷后的水印是否能被检测出来, 是否具有抗扭曲. 剪切. 扫描等几何形变的鲁棒性, 也就是抗攻击能力. 这些问题的提出只是一家之见, 定有偏颇狭隘之处, 希望能与学术界同行探讨, 集大家之智慧, 把信息隐藏技术推向更高的层次. 这也是我们编著本书的目的之一. 好在国际上已有公开的网站, 如向水印研究者提供交流的论坛：http: //www.watermarkingworld.org/, 以及一些由水印研究单位和学者维护的主页, 如http://wwwnt.etechnik.unierlangen.de/~hartung/watermarkinglinks.html. http: /~piva/Watermarking/watermark.html等. 这些网站和主页为研究者提供了各种方便, 大家可以相互学习和讨论, 各抒己见, 相信不用太多的时间, 信息隐藏技术会产生一个质的飞跃.

适时地理清学习. 研究工作的头绪, 总结阶段性的进展和教训, 吸纳众家之成果, 为更深入地研究在方向上和方法上定位, 则是我们编著本书的目的之二.

鉴于数字水印技术是一门新技术, 涉及到多门学科和多种技术, 各种文献资料使用符号繁杂, 不便于交流, 本书用W表示水印, 用掩体对象符号上加波纹表示嵌入了水印, 如图像I嵌入水印后用I~表示. 我们认为这样表示清晰. 形象, 便于对数字水印技术的学习和研究. 欢迎学术界同仁对这种表示方法进行指正.

本书共分 8章, 第1章简要介绍了信息隐藏技术的概念. 术语. 主要原理, 第2章介绍了数字水印技术, 第3章给出了水印信息的产生方法, 其后各章对不同类型的数字水印技术以及攻击方法进行了详细说明. 前 4章和第6章由王炳锡和陈琦编写, 第5章由陈琦和邓峰森编写, 第7. 8章由邓峰森编写. 全书由王炳锡统稿. 本书的特点是注意基本概念和基础理论的阐述, 侧重于水印技术的研究和总结, 而且紧密结合自己的研究成果, 吸纳最新的有创见的思想方法, 此外本书较为系统, 条理清楚, 逻辑性强, 语言流畅, 易读实用. 书后附有“英汉名词对照”. “名词概述”. “Matlab语言典型算法程序”和“信息隐藏的软件与产品”. 本书可作为大学高年级本科生及硕士生的选修教材或参考书, 也可作为科研人员的参考资料.

本书的编著得到了解放军信息工程大学各级领导的关心和支持, 并得到了国内广大学者的支持和帮助, 尤其是课题组同志和研究生们的研究成果充实. 完善了本书的内容, 增强了本书的可读性和可操作性. 书中引用了大量的文献资料, 在此向原作者表示深深的谢意. 因本人的研究水平和阅历有限, 书中错漏之处在所难免, 恳切希望读者不吝赐教, 在此表示衷心感谢. 请与作者联系, 共同研讨问题, 联系地址为河南省郑州市1001信箱837号（邮编450002）.

王炳锡

2003年8月

于解放军信息工程大学

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