[发明专利]基于非冗余的Contourlet变换的半脆弱性数字水印系统

说明书

技术领域

本发明涉及数字水印技术领域，具体涉及一种基于非冗余的Contourlet变换的半脆弱性数字水印系统。 

背景技术

数字水印的一个重要应用即是实现数据内容的完整性及真实性的认证。人们广泛使用的Adobe Photoshop软件就能够轻松的对一幅图像进行修改。而如果这幅图像是一幅法政图像将作为呈堂证供，那么篡改将会引起很严重的问题，甚至会使得好人蒙冤坏人逍遥法外。音频和视频数据也存在同样的问题。在其他领域，诸如遥感应用，新闻报道，医学成果，图像内容的任意篡改都会引起严重的后果。 

解决此问题的一个手段之一就是由密码学派生出来的数字签名技术。数字签名技术是不对称加密算法的典型应用。数字签名的应用过程是数据源发送方使用一个Hash函数对该作品进行散列，得到该作品的报文摘要，然后使用自己的私钥对报文摘要进行加密处理，完成对数据的合法“签名”，之后将数字签名作为附加信息被附在作品之后并随同作品一起被储存和传送。Hash函数的选取和密钥的使用保证了报文摘要的唯一性和保密性。接收者如果怀疑该作品内容的真实性和完整性，可以利用对方的公钥来解读收到的“数字签名”，并将解读结果用于对数据完整性的检验，以确认签名的合法性。数字签名技术虽然可以验证数据的完整性和真实性，实现数据内容认证，但对多媒体数字作品来说，却有点力不从心。 

第一，附加在作品后并随作品一起传输，由于签名需要额外传输这势必 增加传输信道的负载。另外，签名与作品分离这也不符合信息隐藏中将信息直接嵌入原始数据中的要求。 

第二，由于传统的数字签名使用的Hash函数不允许作品有一点点改动，甚至是一个比特的改动，否则签名就会失效。但是随着轻微的信号处理操作，诸如JPEG压缩、滤波，被人们所接受和需求，数字签名就不太能满足实际应用的需要。 

第三，签名在随着作品传输的过程中，如果作品的格式有所变动，签名很容易丢失，从而作品不再被保护。 

第四，签名虽然能鉴别作品是否被篡改，但不能够对篡改部位进行定位，从而也不能知道篡改者的意图。而对于大多数情况而言，我们更需要知道作品中哪些部分被篡改了，哪些部分没被篡改，达到利用没有被篡改部分的目的。 

第五，签名没有自恢复的能力。作品被篡改后无法通过签名恢复篡改部位，这也大大限制了签名的应用。 

因此，急切需要一种技术对密码学进行有效的补充，它也该克服以上五个问题实现数据内容真实性和完整性的认证，定位和恢复。数字水印正是在这种背景下应运而生，它有希望成为密码学的补充技术，因为嵌入到载体中的数字水印能够在常规的信号处理操作中保存下来，甚至在经历解密，再加密，数模转化等操作下也能保持完好。数字水印弥补了密码技术的缺陷，它使得被解密的数据可以得到进一步的保护，同时它也弥补了数字签名的不足，它与传统的密码和数字签名技术相辅相成。 

数字水印是信息隐藏领域的重要分支，该技术即是通过在原始数据中嵌入秘密信息——水印来证实该数据的所有权和完整性。这种被嵌入的水印可以是一段文字、标识、序列号等，而且这种水印通常是不可见或不可察的，它与原 始数据(如图像、音频、视频数据)紧密结合并隐藏其中，并能够经历一些不破坏原数据使用价值或商用价值的操作而能保存下来。在需要的时候，使用专门的检测器提取水印，以获得版权信息或认证信息。数字水印技术除了应具备信息隐藏技术的一般特点外，还有着其固有的特点和研究方法。数字水印除了要求不可见性外，还多了一项新的要求，即要求有一定的鲁棒性以对抗潜在的某些攻击。对于不同的应用，其对鲁棒性的要求不同。版权保护应用中要求数字水印具有很强的鲁棒性，而认证系统则要求数字水印具有较弱的鲁棒性。 

脆弱性水印和半脆弱性水印被用于数据内容认证方面。脆弱性水印是数字水印的一种，除具备水印的基本特征：不可见性和安全性外，能够检测出任何对图像像素值改变的操作或对图像完整性破坏的操作，属于图像完全级认证。同时，脆弱性水印属于公开水印系统，水印应实现盲提取。但是在实际应用中，我们有时也常常强调保护图像内容所传递的信息，而不是图像内容的具体表达方式。因此，对于任何保持图像内容的操作，诸如格式转换，有损压缩，噪声，滤波都应视为非恶意操作，是可接受的改动，可通过认证。这类认证我们称为内容级认证，半脆弱水印属于这一类别，它更符合实际应用的需要。