基于小波变换图像数字水印算法与实现.doc

本科学生毕业论文

基于小波变换图像数字水印算法与实现

系部名称：T
专业班级： 网络打印 A4 6分/页 5分/面
学生姓名：全国手机话费自动充值返点最高
指导教师： 网络打印 A4 6分
职 称： 5分/面

黑 龙 江 工 程 学 院
二○○九年六月

The Graduation Thesis for Bachelor's Degree
Image Based on Wavelet Transform Digital Watermarking Algorithm and Implementation

系部名称：T
专业班级： 网络打印 A4 6分/页 5分/面
学生姓名：全国手机话费自动充值返点最高
指导教师： 网络打印 A4 6分
职 称： 5分/面

Heilongjiang Institute of Technology
2009-06·Harbin

T 网络打印 A4 6分/页 5分/面 全国手机话费 移动 联通 电信 自动充值返点最高

摘 要

本文对数字水印技术进行了全面的研究。 首先，介绍了数字水印的基本特征、原理以及目前国内外的研究现状，包括数字水印的分类以及应用特性和领域，归纳了数字水印系统的基本框架，分析了数字水印面临的问题，概括性介绍了目前常见的数字水印的典型算法。 其次，简要介绍了小波分析的背景，连续小波变换，离散小波变换，多分辨分析，以及Mallat算法。 然后，该文提出了一种基于小波分析水印的算法。利用小波变换对水印序列进行置乱，增强嵌入水印的安全性;再分别对原始图像和置乱后的水印进行离散小波变换，最后，提出了新的数字水印算法想法即利用Arnold 变换对水印序列进行置乱，增强嵌入水印的安全性;再分别对原始图像和置乱后的水印进行离散小波变换，在原始图像的中频子带图像中进行水印小波域的融合，避免高频和低频进行置乱所带来的不足。试验结果表明，该算法嵌入的水印具有比较好的透明性和鲁棒性。

关键词： 数字水印；小波变换；不可见性；鲁棒性

ABSTRACT

In this paper, digital watermarking technology for a comprehensive study. First of all, introduced the basic characteristics of digital watermarking, theory and research at home and abroad, including the classification of digital watermarking, as well as features and areas of application, a digital watermarking system into the basic framework for analysis of the problems faced by digital watermarking, a general introduction the current common typical digital watermarking algorithm. Second, briefly introduced the background of wavelet analysis, continuous wavelet transform, discrete wavelet transform, multire solution analysis, as well as the Mallat algorithm. Then, the paper presents a watermark based on wavelet analysis algorithms. Watermarking Using Wavelet Transform of the scrambling sequence, enhance the security of embedded watermark; respectively the original image and the watermark, after scrambling to discrete wavelet transform, and finally, a new digital watermarking algorithm using the idea of transformation of Arnold watermark scrambling sequence to enhance the security of embedded watermark sexual; respectively the original image and the watermark, after scrambling to discrete wavelet transform, the original image in the frequency sub-band image watermarking in wavelet domain for the fusion of high-frequency and low frequency to avoid scrambling the deficiencies brought about. Experimental results show that the watermark embedding algorithm has a better transparency and robustness.

Key words: Digital watermark；Wavelet；Transform；Invisibility；Robustness

II

黑龙江工程学院本科生毕业论文

目 录

摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2数字水印研究现状 3
1.3数字水印的主要应用领域 4
第2章 数字水印技术概述 6
2.1数字水印 6
2.1.1数字水印的定义 6
2.1.2 数字水印技术的基本原理 6
2.2数字水印的分类 9
2.3典型数字水印算法 10
2.4本章小结 13
第3章 小波分析理论基础 15
3.1小波变换 15
3.1.1 小波变换历史回顾 15
3.1.2小波变换 16
3.1.3 水印容量 17
3.2小波变换在图像处理中的应用 17
3.3小波变换在数字水印中的应用 18
3.4本章小结 18
第4章 数字图像水印算法的关键技术 20
4.1图像水印算法的关键技术 20
4.1.1可实现数字水印技术的高效实用工具——MATLAB 20
4.1.2 用MATLAB研究数字水印的优点 20
4.2图像水印算法 21
4.2.1 重复嵌入法 21
4.2.2 位平面分解嵌入法 21
4.2.3 序列数字水印嵌入方法 21
4.2.4 量化算法 21
4.2.5 细节分量嵌入算法 22
4.3数字水印检测技术 22
4.3.1非盲检测算法 23
4.3.2半盲检测算法 23
4.3.3盲检测算法 23
4.4一种基于小波变换的数字水印与MATLAB实现 24
4.4.1水印程序函数介绍 24
4.4.2水印嵌入算法 26
4.4.3水印提取算法 27
4.4.4实验结果及性能分析 29
4.5对于基于小波变换的数字水印的进一步想法 29
4.6本章小结 30
结论 30
参考文献 31
致谢 33
附录 34

第1章 绪 论

1.1研究背景
随着信息化时代的到来， 信息的开放性在给人们带来前所未有的方便的同时，也给多媒体与图像的产权保护和敏感信息的保密工作带来了极大的困难和挑战。在这一情况下， 能够有效保护多媒体版权和内容安全的数字水印技术就应运而生了。数字水印是近年来出现的数字产品版权保护技术。可以标识作者、所有者、使用者等， 并携带有版权保护信息和认证信息，目的是鉴别出非法复制和盗用的数字产品， 作为密码学的加密和置乱技术的补充，保护数字产品的合法拷贝和传输。总体来说， 数字水印的研究是以计算机科学、密码学、通讯理论、算法设计和信号处理等领域的理论为基础的计算机通信技术，多媒体传输及存储技术的发展，数字产品的传输已经大面积的普及，然而，盗版现象也跟随进入了计算机领域。这样仅用低价的投入可以复制出未被授权的数字产品，由于技术的粗糙，造成了对消费者使用数字产品的不安全，也给正版的数字产品制造商带来了巨大的经济损失。数字产品的版权所有者迫切的需要一种维权的措施。为了达到保护版权的目的，信息隐藏技术在1995 年被正式提出。而数字水印技术就是信息隐藏技术的一个分支，也是数字版权保护技术的主要技术。它主要用于:阻止非法复制(间接的)、确定所有权(作者、发行人、分发商、合法的最终用户)、确定作品的真实性和完整性(是否伪造、被篡改)、证实收件人、不可否认的传送、法庭证据的验证、赝品甄别、识别文件来源与版本、Web 网络巡逻监视盗贼等。数字水印技术涉及到通信理论、编码理论、噪声理论、视听觉感知理论、扩频技术（Spread Spectrum）、信号处理(Signal Processing ) 技术、数字图像处理(Digital Image Processing)技术、多媒体(Multimedia)技术、模式识别(Pattern Reorganization)技术、算法设计(Algorithm Design)等理论，用到经典的DFT（Discrete Fourier Transform）、DCT(Discrete Cosine Transform)变换和近代最先进的数学工具----小波(Wavelet)。数字水印又是一个横跨计算机科学、生理学、密码学、数字、数字通信等多门学科，并与Internet的发展密切相关的交叉科学。数字水印的多学科性导致数字水印技术研究的难度和复杂性。所以，针对数字水印技术本身的跨学科特点，找出一种合适的编程工具，往往可以起到事半功倍的效果。
近年来，随着计算机多媒体技术的迅速发展，人们可以方便地利用数字设备制作、处理和存储图像、语音、视频等数据。在数字时代，歌曲或者图像的数字拷贝过程完全不损失原始作品的质量。与此同时，数字网络通信正在飞速发展，使得信息的发布和传播实现了数字化和网络化。自从1993年h锄et出现了Mosaic网页浏览器，越来越多的人们乐于在网上“冲浪”，利用网络进行图片、音乐和视频等信息的传输。由此引发出了网络信息的安全问题和数字作品的版权保护问题。如何保证数字环境下的信息安全和保护数字作品的版权，已经引起了国际学术界、企业界以及政府有关部门的广泛关注 [1] 。对于版权保护和信息安全问题，传统的加密方法并不能很好地解决，一方面是因为加密后的文件因其不可理解性而影响了信息的传播;另一方面是加密的信息一旦解密后其内容就完全透明了。数字水印技术正好弥补了加密技术的不足，是解决此类问题的一种有效手段，因此近年来一直受到国内外研究学者的广泛关注，是学术界的一个研究热点。
在现实生活中，以下几个引起普遍关注的问题构成了数字水印技术的研究背景：
(1)数字作品的知识产权保护：数字作品(如数字图像、音乐、视频、三维动画等)
的版权保护是当前的热点问题，而对数字作品的版权保护可能是水印最主要的应用。数字水印利用数据隐藏原理使版权标识不可见或者不可听，既不损害原始作品质量，又达到了版权保护的目的，这种应用要求数字水印具有较高的鲁棒性。目前，数字产品版权保护对数字水印技术提出了迫切的要求，但是数字水印产品在技术上还不够成熟，很容易被破坏或者篡改，离实用化还有一定的距离。
(2)多媒体数据的内容认证：是指将水印嵌入在多媒体数据中，通过检测水印信息来确保多媒体数据内容的完整性和真实性的一种技术。在从传统商务向电子商务转化的过程中，会出现大量的过渡性电子文件，如各种纸质票据的扫描图像等。数字水印技术可以为各种电子票据提供不可见的认证标志，从而大大增加了伪造的难度。
(3)声像数据的隐藏标识和篡改提示：在有些情况下，数据的标识信息往往比数据本身更具有保密价值，如遥感图像的拍摄日期、经，纬度等。没有标识信息的数据有时甚至无法使用，但是直接将这些重要信息标记在原始文件上又很危险。数字水印技术提供了一种隐藏标识的方法，标识信息在原文件上是看不到的，只有通过特殊的阅读程序(检测器)才可以读取。现有的信号拼接和镶嵌技术可以傲到“移花接木”而不为人知，因此数据的篡改提示也是一项很重要的工作。而如何防范对图像、录音、录像等数据的篡改攻击是一项重要的研究课题，基于数字水印的篡改提示是解决这一问题的理想技术途径。

1.2数字水印研究现状
目前数字水印算法主要是基于空域和变换域的。空域算法有很多种，其中最普遍的是首先把一个密钥输入一个m- 序列发生器来产生水印信号，然后排列成二维水印信号，按象素点逐一嵌入到原始图象最不重要的像素位最低位(LSB:least significant bits)。这可保证嵌入的水印是不可见的。但是由于使用了图像不重要的像素位，算法的鲁棒性差，水印信息很容易被滤波、图像量化、几何变形的操作破坏，因此不够强壮。而变换域算法最主要的一种是方法通过改变频域的一些系数的值，采用类似扩频图像的技术来隐藏数字水印信息。主要有离散余弦变换(DCT)、小波变换(WT)、付氏变换(FT 或FFT)以及哈达马变换(Hadmard Transform)等等。其中小波变换因其优良的多分辨率分析特性，使得它广泛应用于图像处理。特别是2000年新一代静止图像压缩编码标准JPEG2000(相对于JPEG，它放弃了JPEG 所采用的DCT，而采用DWT)公布并开始实行，使基于小波变换的水印算法越来越引人注目。 作为传统加密系统的有效补充办法，从1993年Caronni正式提出数字水印到现在短短几年里，无论是在国内还是在国外对数字水印的研究都引起了人们极大的关注。但数字水印技术的发展还很不成熟，应用也处于初级阶段。在我国，知识产权问题是一个敏感的话题，只有深入开展数字水印技术的研究，尽快制定我国的版权保护水印标准，才能使我们在未来可能的国际知识产权纠纷中取得主动权。
第一篇关于图像数字水印的文章发表于1990年，1995年前后，数字水印技术的研究逐渐成为热点，一些信息处理领域的国际会议上也都出现了关于数字水印技术的专题，同时也涌现了许多与数字水印关系密切的概念，如信息隐藏、信息伪装和数字指纹等。
1999年7月，正EE学报出版了关于多媒体信息隐藏的专辑。与此同时，一些组织开始考虑使用不同标准的水印技术：拷贝保护技术工作组(CPTwG)出于保护DVD视频的目的测试了水印系统;欧盟赞助的“VIVA”和“Talism孤”两个计划对广播水印进行了测试;国际标准化组织(ISO)则对水印技术用于高级MPEG标准设计的情况非常关注。20世纪90年代末，一些公司开始正式地销售水印产品，DigiInarc公司把水印的嵌入器和检测器与Adobe公司的Photoshop捆绑在一起。至今为止，在数字水印方面已经举办了七届国际信息隐藏学术研讨会和六届全国信息隐藏学术研讨会。自2000年起，章毓晋的“中国图象工程”年度文献综述中增加了数字水印这一类别，其中近年收录的文章数量很多。通过与目标检测、识别”这一传统领域进行比较，可以看出数字水印技术已经逐渐成为学术界的热门研究领域。
数字水印技术为解决版权保护与信息安全问题提供了一种途径，我们在研究数字水印技术的本身，也要关注相应的法律问题。韩国政府为了保护网络知识产权，已经于2005年建立了专门用于登记和确认著作权的网站，并主张使用网络实名技术，通过“网络水印来确定作品的版权。包括博客作者在内的网上写作者可以通过该网站，确定自己作品是否可以用于盈利”或“是否可以修改”等属性，经过网站验证后若出现有关版权的争端时，韩国政府以网站给予的认证为有效的法律依据。这一作法，为解决网上长期以来存在的著作权保护和“信息共享”这对矛盾提供了一个可行的方法。作为一项关系司法认证的技术，数字水印的标准化工作十分重要。从市场经济的角度看，水印技术标准化还意味着相应产品的垄断，谁的技术成为法律认可的标准，谁就理所当然地享有巨大的市场份额。正因如此，mM、NEc等信息产业巨头一直积极参与有关版权保护水印技术标准的制定工作。在我国，数字产品知识产权问题是一个敏感的话题，只有深入开展数字水印技术的研究，尽快制定我国的数字水印技术标准，才能使我们在未来可能的国际知识产权纠纷中取得主动权。
1.3数字水印的主要应用领域
数字水印有着广阔的应用前景，一般而言，如果一个元数据有助于把一些附加信息与作品关联起来，那么它就可以作为水印嵌入到作品中。在数字作品版权保护领域已经出现了很多方法，例如把版权信息嵌入在数字作品的文件头部分，或者在图像上把它编码为可见的条形码，或者以音频的形式大声说出。与这些方法不同的是：首先，数字水印是不可感知的，与条形码不同，水印的存在不会降低一幅图像的美感;其次，水印和其嵌入作品密不可分，与嵌入文件头的方法不同，作品格式之间的转换不会消除水印;最后，水印将经历和作品完全相同的转换，通过查看检测到的水印可以获得有关作品在传输过程中所经受的一些变换情况。
由于数字水印的上述性质，使得数字水印在以下领域中有着广泛的应用：
(1)军事领域：在军事指挥和安全部门进行情报的传递过程中，通常需要将信息进行隐藏。若采用常规的加密方法，情报仍有可能被敌方破译。而利用数字水印技术，可以使得情报的传递具有更强的隐藏性。例如利用数字水印技术将遥感图像的拍摄日期、经／纬度等信息嵌入在图像数据中;将军事目标、战场态势、作战命令等机密信息转换成水印信号嵌入到载体图像中;直接将已经标绘好的军事地图嵌入普通的艺术作品中。
(2)广播监控：广告商希望他们从广播商处买到的广告时段能够按时全部播放。为了实现广播监控，一种方法是雇佣监控人员对广播内容进行监视和监听，但是这种方法不仅昂贵而且容易出错，而利用水印技术可以对监控信息进行编码，通过安装在广播设备中的水印检测器可以达到监控的目的。
(3)版权识别：常用的识别方法是进行版权的文本声明。但是该方法存在局限性：首先，文本在拷贝时很容易被去除;其次，文本声明可能会占据一部分图像空间，破坏原始图像的美感。而利用水印技术进行所有者识别，由于水印既不可见且与嵌入的作品不可分离，所以水印比文本声明更有利于所有者识别。
(4)所有权验证：水印的诱人之处在于它不仅能够进行版权识别，而且能够证明实际所有者，这是文本提示所不能够做到的。
(5)交易跟踪：利用水印可以记录作品的某个拷贝所经历的交易过程。例如作品的所有者可以在不同的拷贝中加入不同的水印，一旦作品被滥用(如透露给新闻界或者非法传播)，所有者可以找出应该负责的人。
(6)内容真伪鉴别：如今以难以察觉的方式对数字作品进行篡改已经变得越来越容易，内容真伪鉴别问题在密码学中已经有比较成熟的研究。数字签名(Digital Si舯an鹏)是最常用的加密方法，它实际上是加密的消息概要。如果将经过篡改的消息同原始签名相对照，便会发现签名不符，说明消息被篡改过。这些签名均为源数据，一旦遗失，作品便无法再进行真伪鉴别。使用水印技术将签名嵌入作品中可能是一种比较好的解决方法。
(7)拷贝控制：前面所述的绝大多数水印都只能在不合法行为发生之后起作用。例如，广播监控系统只能够在广播商没有播出客户付费广告的情况下才会被发现;而交易跟踪系统也只能够在攻击者散发非法拷贝作品后才能确定散发者的身份。显然，最好在非法行为发生前对其进行控制。通过拷贝控制，将水印嵌入作品内容中，与内容一同拷贝，在每个录制设备都装有一个水印检测器，设备就能够在检测到“禁止拷贝”水印的时候禁用拷贝操作，从而达到防止其他人对受版权保护的内容进行非法拷贝的目的，而且，这种方法不会影响媒体数据的观赏性。

第2章 数字水印技术概述

2.1数字水印
2.1.1数字水印的定义
综合众多学者的定义和分析已有的数字水印方案，现给出数字水印的定义：数字水印是永久镶嵌在其它数据（宿主数据）中具有可鉴别性的数字信号或模式，而且并不影响宿主数据的可用性。作为数字水印技术基本上应当满足下面几个方面的要求：（1）安全性：数字水印的信息应是安全的，难以篡改或伪造，同时，应当有较低的误检测率，当宿主内容发生变法时，数字水印应当发生变化，从而可以检测原始数据的变更;（2）隐蔽性：数字水印应是不可知觉的，而且应不影响被保护数据的正常使用;（3）稳健性：数字水印必须难以被除去，如果只知道部分数字水印信息，那么试图除去或破坏数字水印将导致严重降质或不可用。同时，数字水印在一般信号处理和几何变换中应具有稳健性;（4）水印容量：嵌入的水印信息必须足以表示多媒体内容的创建者或所有者的标志信息，或购买者的序列号，这样有利于解决版权纠纷，保护数字产权合法拥有者的利益。
2.1.2 数字水印技术的基本原理
一提到水印，人们通常会想到钞票中的水印，手持一张100元人民币的钞票，如果在灯光下观察钞票，就会看到毛主席肖像的水印。这个水印是在钞票制作过程中直接嵌入到纸币中的，因此人们很难伪造。一般来说，钞票水印应该具有如下特性：首先，水印在通常情况下是不可见的，只有在特殊的观察条件下才可显现(如放在光底下);其次，水印信息必须与载体对象相关(如表示纸币的真实性)。与钞票水印相似，数字水印一般应具有以下特性：
(1)不可见性：嵌入的水印所引起的图像变化对于观察者来说是不可察觉的，即水印的存在不影响被保护数据的正常使用；
(2)鲁棒性：也称为稳健性，主要是指水印抵抗各种图像处理攻击(如图像压缩、滤波、剪切、缩放、扫描与复印等)的能力；
(3)确定性：水印信息能够被唯一确定地鉴别，并能够为受到版权保护的作品归属提供完全和可靠的证据。
数字水印是通过一定算法嵌入在多媒体数据中的一种不可见的、具有版权保护和内容认证等作用的特定信息。这些被隐藏的信息可以是作品的序列号、公司标志、有意义的文本等。以图像为载体的数字水印技术是当前水印技术研究的一个重要内容，研究者对该领域的关注要远大于音频和视频等信号为载体的水印，本文即主要研究图像数字水印技。
我们可以从图像处理和数字通信两个角度来分析一下数字水印技术的原理(1) 从图像处理角度看， 嵌入水印可视为在强背景( 原始图像) 下叠加一个弱信号( 水印) 。由于人的视觉系统(Human VisualSystem， HVS) 分辨率受到一定的限制， 只要叠加信号的幅度低于HVS 的对比度门限， 就感觉不到信号的存在。对比度门限受视觉，系统的空间、时间和频率等特性的影响。因此， 通过对原始图像做一定的分析， 有可能在不改变视觉效果的情况下嵌入一些信息。
( 2) 从数字通信的角度看， 水印编码( 嵌入) 可以理解为在一个宽信道( 原始图像) 上用扩频技术传送一个窄带信号( 水印) 。尽管水印信号具有一定的能量， 但分布到信道中任一频率上的能量是难以检测的。水印译码( 检测) 则是在一个有噪声信道中检测弱信号的问题。目前， 水印处理的系统框架一般定义为六元体(X，W， K， G，E， D) 。
(1)X 代表所要保护的数字产品的集合
(2)W代表所有可能水印信号的集合
(3)K 是标识码( 也称为水印密钥) 的集合
(4)G 是利用密钥K 和待加入水印的数字产品X 来生成水印
W的算法：
G: X×K→W，W=G(X，K)
(5)E 表示将水印W嵌入到数字产品X0 中的算法:
E: X×W→X，Xw=E(X0，W)
在这里， X0 表示原始的数字产品， Xw 表示嵌入水印后的数
字产品。水印信号的形式是多样的。通常，可将水印信号W定义为
如下形式：
W={ω(k)|ω(k)∈U，k ∈W" d}
这里的W" d 表示维数为d 的水印信号域，d=1，2，3 分别表示声
音、静止图像和视频图像。水印信号可以是二值形式(U={0，1}或
U={- 1，1}) ， 或者是高斯噪声形式。有时称W为“原始水印”， 以便
把它和变换域水印形式F(W)( 往往在许多水印嵌入和检测算法中
出现) 区分开来。
(6)D 表示水印检测算法:
D: X×K→{0，1}
D(X， K)=
1， 如果X 中存在W(H1)
0， 如果X 中不存在W(H0 # )
( 这里， H1 和H0 代表二值假设， 分别表示水印的有无)Tanaka 等人[1]在1990 年、Caronni与Tirkel等人在1993年先后发表了第一批研究数字水印技术的文章， 1995 年正式提出了“水印(Watermarking) ”这一术语。
2.2数字水印的分类
数字水印的分类方法有很多种，不同的出发点可以导致不同的分类。
(1)按水印是否可见划分
数字水印是在数字图像(音频或视频)中嵌入的信号，这个信号能够提供作品的版权信息或者其它有关作品的额外信息。按嵌入的水印是否可见，可以将水印划分为可见水印与不可见水印两大类。由于可见水印在一定程度上会影响原始作品的质量，而且容易被攻击者删除或者篡改，因此，目前学术界研究的重点是不可见水印。不可见水印又可划分为易碎水印(脆弱性水印)和鲁棒水印两种。
易碎水印：易碎水印(Fmgile watennark)是指通过轻微的信号处理操作都可以将其改变的水印。利用该水印技术可以对载体是否被修改或者经历了何种修改进行初步判定。
鲁棒水印：鲁棒水印(Robustwatemlark)是指具有抵抗常规的(非恶意)信号处理操作以及一些恶意攻击(如加噪、剪切、合谋攻击等)操作能力的水印。嵌入鲁棒水印的载体数据经过普通的信号处理或者恶意攻击后，水印仍然保持在载体中，未经授权者很难检测出水印，而授权者可以很容易地检测出该水印。
(2)按水印嵌入的载体划分
按水印所嵌入的载体数据，可以将水印划分为图像水印、音频水印、视频水印、文本水印、软件水印以及用于三维网格模型的网格水印等。随着数字技术的不断发展，会有更多种类型的数字媒体出现，因此也会产生更多的相应载体水印技术。
(3)按水印生成时是否依赖于原始载体划分
按水印生成时是否依赖于原始载体，可以将水印划分为非自适应水印(独立于原始载体的水印)和自适应水印。非自适应水印可以是随机产生的、用算法生成的、也可以是事先给定的;而自适应水印是考虑原始载体的特性而生成的水印。
(4)按水印检测时是否依赖于原始载体划分
按水印检测时是否依赖于原始载体，可以将水印划分为非盲水印、半盲水印和盲水印。它们的主要区别是：
非盲水印：是指在检测过程中需要原始数据和原始水印参与的水印。
半盲水印：是指在检测过程中不需要原始数据而需要原始水印参与的水印。
盲水印：是指在检测过程中既不需要原始数据也不需要原始水印参与的水印。
(5)按水印内容划分
按水印的内容可以将水印划分为有意义水印和无意义水印。有意义水印是指水印本身是某个数字图像(如商标图像)或者数字音频片段的水印;无意义水印则只对应于一个序列号或一段随机数。对于有意义水印来说，当嵌入该水印的载体受到攻击而导致解码后的水印破损时，人们仍然能够通过对破损水印的分析来确定该水印的含义：对于无意义水印来说，如果解码后的水印序列有若干码元错误，则只能通过统计决策来确定信号中是否含有水印。
(6)按水印用途划分
不同的应用需求造就了不同的水印技术。按水印的用途，可以将水印划分为版权保护水印、票据防伪水印、篡改提示水印和隐蔽标识水印。
版权保护水印：是指用于确认数字作品版权的水印。该水印是目前研究最多的一类数字水印，这类水印主要强调隐蔽性和鲁棒性，其对水印数据量的要求相对较小。
票据防伪水印：是一类比较特殊的水印，主要用于打印票据和电子票据的防伪。
篡改提示水印：是一种脆弱水印，其目的是标识载体信号的完整性和真实性。
隐蔽标识水印：是指将重要的保密数据隐藏起来的水印，该水印可以达到限制非
法用户对保密数据使用的目的。
(7)按水印的隐藏位置划分
按水印的嵌入(隐藏)位置，可以将其划分为空间域水印和变换域水印。
空间域水印：是指直接将水印按照某种算法叠加在图像的空间域上的水印，如直
接修改图像像素灰度值的最低位。
变换域水印：是指先对图像做某种变换(通常是正交变换)，然后把水印嵌入到图
像的变换域中的水印。比较常见的变换方法有离散余弦变换(DCT)，离散傅里叶变换(DFT)，离散小波变换 (Discrete Wavelet Trallsfo加—DWT)等。
一般来说，空间域水印算法速度较快，利用该算法提取或者检测水印时通常不需要原始图像的参与，但是，空间域水印算法的鲁棒性不高，常用的图像处理操作很容易将水印删除，而且空间域水印算法嵌入的水印信息量比较有限。相比之下，变换域水印算法具有更好的鲁棒性，是目前研究的重点。
2.3典型数字水印算法
水印技术发展至今可分为如下几类：
空域算法
该类算法主要是以直接改变象素的亮度、彩色光带、或者在这两者之上叠加一个调制信号的方式来嵌入水印， 这种算法一般是早期的水印算法。比较有代表性的算法有: 最低有效位算法( LSB 算法) 、Patchwork 算法、纹理块映射方法( Texture Block Coding)、文档结构微调法、量化法。
变换域算法
在变换域中可以嵌入大量比特数据而不会破坏宿主数据的使用价值， 以往采用类似扩频图像的技术在变换域中隐藏数字水
印信息。变换域水印因其具有以下几个优点而成为数字水印算法的发展主流:
a.在变换域中嵌入的水印信号能量可以分布到空域的所有象素上， 有利于保证数字水印的不可见性。
b.基于变换域的数字水印方案中， HVS 的某些特性( 如频率特性) 可以更方便的结合到水印编码过程中。
c. 变换域的数字水印方案可以和国际数据压缩标准相兼容，从而实现在压缩域( compression domain) 的水印算法。变换域数字水印技术一般基于常用的图像变换， 可以是基于局部变换或全局的变换， 如离散余弦变换(DCT) 、小波变换(DWT) 、傅氏变换(DFT) 等：
( 1)DCT 域数字水印
对原始信号做DCT的算法：Cox和Piva等人提出的DCT技术的经典之作。Cox利用随机数发生器产生标准正态序列作为水印信息对图像进行整体DCT变换后，选取除去DC系数之外部分较低频率系数叠加水印信息；Piva则修改整幅图像的中频部分。对原始信号分块后，再作DCT的算法：Hsu和Wu把图像进行8*8分块，将一个二进制序列作为水印放入DCT的中频区;有些学者则计算整个图像的DCT，把一个实数序列嵌入DCT的中频系数上。选择中频区的好处是一方面尽量减少嵌入信息对图像主观视觉的影响；同时，尽量避免有损压缩对水印信息可能带来的损失。还有一种DCT方法就是把水印信息嵌入到高频系数上，但是采用这种方法，抗压缩性非常差。
其中基于分块DCT 变换是最常见的变换之一， 现在所采用的静止图像压缩标准JPEG 也是基于分块DCT 变换的。最早的基于分块DCT 数字水印技术方案之一可见文献[1]。他们的数字水印方案是由一个密钥随机地选择图像的一些分块， 在频域的中频上稍稍改变一个三元组以隐藏二进制序列信息。该数字水印算法对有损压缩和低通滤波是稳健的。Hsu 和Wub[1]把图像进行8*8 的DCT(Discrete Cosine Transform) 变换， 然后， 将一个二进制序列作为水印嵌入到DCT 的中频频带系数中。Bami 等人[6]则计算整个图像的DCT 变换， 然后， 将一个实数序列嵌入到DCT 的中频系数中。类似的算法还有很多。Tas 和Dickinson 给出了一种自适应DCT 域水印算法，Piva 等人描述了另一种DCT 域水印算法， 此算法利用了人类视觉掩蔽特征。Cox 等人提出基于图像全局变换的数字水印算法。他们的重要贡献在于： 明确的提出加载在图像的视觉敏感部分的数字水印才具有较强稳健性。该算法不仅在视觉上具有数字水印的不可见性， 而且稳健性非常好， 可以经受有损JPEG 压缩、滤波、D/A 和A/D 转换及重量化等信号处理， 也可以经受一般的几何变形如剪切、缩放、平移及旋转等操作， 对照相复印和扫描复印等处理也具有较强的稳健性。
( 2)DWT 域数字水印
DWT 域方法由于DWT 良好的空间- 频率分解特性( 更符合HVS 的特点) 和成为新一代的图像压缩标准的极大可能性而有十分良好的前景。Xia 等提出了一种在DWT(Discrete Wavelet Transform) 域实现的数字水印方法， 其优点是稳健性好和具有层次性的检测方法; Swanson 等利用时域小波变换和频域掩蔽性相结合， 实现了多分辨率视频水印; Kundur 和Hatzinakos 的方法则把信息融合的思想引入到DWT 域水印的实现中， 并对签名矩阵做小波变换， 然后叠加到原始图像的小波变换系数上;Wang 等提出了基于小波变换的盲水印算法， 通过搜索图像中的感知性强的系数所对应的小波系数来嵌入水印。
( 3)DFT 域数字水印
目前最具代表性的DFT(Discrete Fourier Transform) 域的水印算法是由Ruanaidh 等人提出的两个水印算法: 一个算法是把水印嵌入到图像的DFT 系数的相位信息中， 其算法的依据是Hayes 的结论：从图像的可理解性角度， 相位信比振幅信息更重要。文献[1] 对图像DFT 的幅值和相位成分的相对重要性以及它们对图像的影响进行了研究， 结果表明相位成分比幅值成分更重要，因此考虑将水印放在图像DFT 的相位成分中。在图像DFT 相位成分中嵌入水印，这有两个好处：(1)对图像篡改具有很好的鲁棒性。因为水印中包含的核心信息的编码几乎总是高度冗余的，若要蓄意攻击破坏水印， 则蓄意攻击造成的背景混乱和相位失真必须充分大，这必然会引起不可接受的图像质量下降， 影响图像的使用价值；(2)从通信理论角度来看，相位调制比幅度调制具有更好的抗噪声特性；另一个算法，即将数字水印嵌入到图像DFT 系数的振幅信息中，其算法的理论基础是：(1)图像的DFT 振幅系数包含很少图像信息，信息大部分包含在DFT 的相位系数中，对包含很少图像信息的DFT 振幅系数进行变换得到很小的熵值，从而产生很小的自身噪声。因此，忽略DFT 变换的相位系数，可以大大减少图像变换而产生的自身噪声。(2)因为DFT 变换的振幅系数对于一幅图像的视图效果有很小的重要性，所以，可以期望好的压缩算法来保存好DFT 的相位系数， 而对DFT 的振幅系数就显得不很重要了( 在所有的压缩方案中，同时保存了DFT 的相位和振幅系数) 。利用此结论可能得到更高的信噪比。(3)嵌入到DFT 系数的振幅中的一些水印算法实现了水印的平移、旋转和尺度拉伸不变性。
NEC 算法
NEC 实验室的COX 等人提出的基于扩展频谱的水印算法在数字水印算法中占有重要地位。
生理模型算法
该类算法的基本思想是利用从人的视觉模型导出的JND( Just N