数字图像处理与Python实现-课件 第九章-数字水印技术

数字图像处理2022-2023-2课程内容入门认识第8章图像压缩第7章图像分割基本操作应用第9章图像水印第10章指纹识别第11章深度学习综合案例第九章图像水印技术9.1数字水印概念9.2空域数字水印算法9.3频域数字水印技术9.4水印技术发展现状卡登格子隐藏法王先生：

来信收到，你的盛情真是难以报答，我已经在昨天抵达广州，秋雨连绵，每天需要备伞一把方能上街，苦矣，大约本月中旬我才能返回，届时再见。情报在雨把伞中芦花丛中一扁舟，俊杰俄从此地游。义士若能知此理，反躬难逃可无忧。藏头诗9.1.1信息隐藏技术1.概念9.1.1信息隐藏技术信息隐藏在多媒体数据中，有必要吗？9.1.1信息隐藏技术信息隐藏在多媒体数据中，有可能吗？9.1.1信息隐藏技术2.模型空(时)域变换域盲隐藏非盲隐藏隐写术数字水印文本图像声音视频密钥分类对称隐藏公钥隐藏嵌入域提取要求载体类型保护对象9.1.1信息隐藏技术3.分类9.1.1信息隐藏技术4.用途9.1.1信息隐藏技术被卫星收集的苏联战略轰炸机载体图像机密信息隐蔽分发9.1.1信息隐藏技术版权保护-跟踪9.1.1信息隐藏技术版权保护-认证和篡改检测公元前440年出现用头发掩盖信息的方法将信函隐藏在信使的鞋底、衣服皱褶，妇女头饰、首饰中在信函中改变字母笔画的高度，或在字母上（下）面挖非常小的孔17世纪的无形墨水：在特定的字母上制作非常小的斑点19世纪的微缩胶片化学方式实现的高级隐写术（用笔蘸淀粉水写纸上，喷上碘水后显字）艺术作品中隐写术（变形夸张的绘画作品，二战女钢琴家慰问演出等）5.发展9.1.1信息隐藏技术理论发展：1992年，国际上正式提出信息隐藏的概念；1994年，第一篇关于数字图像水印的文章发表；1996年，英国剑桥大学牛顿研究所召开了第一届信息隐藏学术会议（IH），标志着信息隐藏学的正式诞生。2001年，数字取证与数字水印顶级国际会议IWDW召开（第20届将于北京2021.11召开）2013年开始，IH和MMSec会议合并成IH&MMSec，并已举办9届（Online,2021.06）9.1.1信息隐藏技术信息隐藏引起了各国政府、大学和研究机构的重视。美国的麻省理工学院、普渡大学、英国的剑桥大学、NEC研究所、IBM研究所都进行了大量研究。在国内，许多高等院校和研究机构进行了深入的研究。从1999年到2019年，已召开15届全国信息隐藏研讨会（CIHW）。9.1.1信息隐藏技术应用技术和软件：

美国Digimarc公司1995年开发了水印制作技术，是当时唯一一家拥有这一技术的公司，并在Photoshop4.0和CoreDraw7.0中进行了应用。

日本电器公司、日立制作所、先锋、索尼和美国商用机器公司在1999年宣布联合开发统一标准的基于数字水印技术的DVD影碟防盗版技术。2000年，德国在数字水印保护和防止伪造电子照片的技术方面取得了突破。以制作个人身份证为例，一般要经过扫描照片和签名、输入制证机、打印和塑封等过程。9.1.1信息隐藏技术9.1.1信息隐藏技术信息隐藏按照保护对象的不同，可分为隐写术和数字水印。隐写术：对信息进行隐藏达到“瞒天过海”效果，

为了保护隐秘信息；数字水印：为保护数字媒体的版权、用途，确保使用者是合法使用数字媒体，最终为了保护载体。2013年8月，江苏抓获特大贩毒团伙95人9.1.2隐写术隐写术(steganography)：

一词来源于希腊词汇stegons和graphia,意即“隐藏”(cover)和“书写”(writing),是一种保密通信技术,解释为把秘密消息隐藏于其他信息当中。特点：不是无法解读消息内容，只是隐藏消息本身，即消息的存在形式。（注重隐藏信息的方法，消息内容本身容易解读。）瞒天过海9.1.2隐写术9.1.2隐写术图：信息隐写系统的一般模型秘密信息嵌入隐秘载体传输秘密信息提取“囚徒模型”9.1.3数字水印数字水印：

将一些标识信息(即数字水印)直接嵌入数字载体当中(包括多媒体、文档、软件等)或是间接表示(修改特定区域的结构)，

不影响原载体的使用价值，也不容易被探知和再次修改。目的：进行版权保护、所有权证明、指纹（追踪发布多份拷贝）和完整性保护等。主要要求：鲁棒性和不可感知性第九章图像水印技术9.1数字水印概念9.2空域数字水印算法最不重要位替换（leastsignificantbit，LSB）9.3频域数字水印技术9.4水印技术发展现状9.2.1数字水印空域嵌入补充概念：【位平面】将图像灰度值转为二进制灰度值：（假设有8位，则灰度值0-255）我们就可以将一幅图像分解开来，形成8幅图像，即8个位平面。170=9.2.1数字水印空域嵌入补充概念：【位平面】•位平面越高，对灰度值的贡献越大•最低位平面类似随机噪声9.2.1数字水印空域嵌入(1)算法2.1LSB的嵌入过程9.2.1数字水印空域嵌入（1）图像预处理：将十进制灰度值转化为二进制灰度值，LSB位置零9.2.1数字水印空域嵌入（2）嵌入过程：在LSB位置换秘密信息9.2.1数字水印空域嵌入（3）嵌入效果9.2.2数字水印空域提取第九章图像水印技术9.1数字水印概念9.2空域数字水印算法9.3频域数字水印技术9.4水印技术发展现状图像为什么要变到频率域表示？DCT本质：DCT变换之后，信息集中在低频，高频系数置零，得到图像稀疏表示。利于压缩：稀疏表示的系数数量远小于图像的像素点数量，适合用于压缩。9.3.1数字水印频域嵌入常用变换域：

离散余弦变换（DCT）

离散傅里叶变换（DFT）离散小波变换（DWT）优点：更好地抵抗各种信号处理（鲁棒性）；

保持了人眼的不可察觉性（透明性）。9.3.1数字水印频域位置为了保证图像质量，一般不用DC分量作为嵌入位置；兼顾不可感知性和鲁棒性，中低频带可以作为嵌入秘密信息的理想位置；保密通信：更多考虑嵌入容量和不可感知性，宜嵌入中低频带，系数3-12；数字水印：更多考虑鲁棒性，宜嵌入低频带。频域中流行的方法:

在一个图像块中调整两个(或多个)DCT系数的相对大小。9.3.2数字水印频域嵌入（1）将原始图像分为8*8的小块,每块进行DCT变换，

DCT

DCT9.3.2数字水印频域嵌入01234567比如：位置（4，1）和（3，2）或者：位置（1，2）和（3，0）01234567（2）选择位置：每个图像块中两个中频DCT系数确保信息保存在信号的重要部位，使嵌入信息不容易因JPEG压缩而完全丢失。为什么选择中频的系数？9.3.2数字水印频域嵌入比如：位置（4，1）和（3，2）或者：位置（1，2）和（3，0）01234567（2）选择位置：每个图像块中两个低频DCT系数记为：

9.3.3数字水印频域提取0123456701234567第九章图像水印技术9.1数字水印概念9.2空域数字水印算法9.3频域数字水印技术9.4版权保护技术发展现状版权产业大版权时代---即将到来长期受确权繁琐、盗版及侵权索赔难度高等因素制约，尤其图片、短视频、网络文学等产业版权保护亟待改善。政策支持力度加强，区块链技术推广，

未来版权确权、盗版追踪、侵权索赔等机制逐步完善，

版权市场红利充分释放。(1)时代背景9.4.1大版权时代9.4.1时代背景2010年，中国版权保护中心首创提出了自主知识产权的DCI（DigitalCopyrightIdentifier）数字版权唯一标识符体系，也是国家互联网版权基础设施。核心技术：DCI标识、验证、特征提取、监测取证和区块链等先进技术基本功能：数字作品版权登记、版权费结算认证、监测取证快速维权。服务定位：包括版权确权、授权、维权在内的全流程版权综合服务体系，

与互联网版权运营平台嵌入对接，以嵌入式服务实现一体化服务。​确权内容数据预登记，获得DCI标、DCI码以及区块链相关的数据授权用户希望得到授权时，通过点击相应的DCI标识发起在线授权请求，实现跨平台全网的授权维权全网监测，在线举证对侵权的证据进行取证，取证后通过确权授权的数据以及取得的侵权证据形成标准化的证据，发起快速维权。DCI三大核心功能示意图9.4.1时代背景2019年，中国数字版权唯一标识（DCI）标准联盟链正式落地。DCI标准联盟链：由中国版权保护中心牵头发起，联合国内多家头部互联网平台和核心机构，以共生共治共享理念打造的、以符合DCI标准为准入的区块链联盟机制，也是唯一以国家版权登记为支撑的版权领域权威公信的标准联盟链。9.4.2大版权时代2020年9月9日，中国版权保护中心将与华为合作构建我国自主创新的DCI体系，打造基于区块链技术的互联网版权产业新生态；2020年9月11日，新华社中国图片集团表示，将与DCI体系携手，共同探