数字水印在防伪印刷中的应用.docx
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数字水印在防伪印刷中的应用
本科生毕业论文(设计)
题 目
数字水印在防伪印刷中的应用
姓 名
学号
院 系
印刷学院
专 业
印刷工程
指导教师
职称讲师
2014年5月31日
曲阜师范大学教务处制
数字水印在防伪印刷中的应用
印刷工程苑蒙
指导教师焦春燕
摘要:
通过对印刷品防伪应用现状的分析,简单介绍了印刷品防伪分类及方法。
与其它印刷品防伪技术相比较,数字水印技术应用于印刷品防伪方面成本低、实现简单,是一项对传统印刷品防伪技术的有意义的发展和改进。
因此此篇论文主要从数字水印技术的防伪原理、一般模型和分类等方面研究了数字水印技术,给出了印刷品防伪中数字水印的嵌入、检测和提取模型。
并结合印刷的防伪要求提出了几种应用于印刷防伪的数字水印防伪技术实例。
最后分析了印刷中数字水印防伪存在的问题,并对其应用前景做出展望。
关键词:
数字水印印刷防伪水印算法
ImplicationsofWatermarkTechnologyintheFieldof
Print-materialsSecurity
StudentMajoringinGraphicArtsYuanMeng
TutorJiaoChunyan
Abstract:
Throughanalyzingthecurrentsituationofprintinganti-counterfeitingapplication,simpleintroducesthetraditionalprintanti-fakemethod,Comparedtootherfrogerypreventiontechniques,theporposedtechniquescandecreasethecostofproductionandbecompletedeasily.Itisasignificativetrytointroducedigitalwatermarktechniqueinpressworkforgerypreventionfield.Mainlyfromthesecurityprinciples,generalmodelandclassificationofdigitalwatermarkingtechnologystudyingandgivingdigitalwatermarkembedding,detectingandextractingmodelintheanti-counterfeiting.Combiningwiththeanti-counterfeitingprintingrequirementsputforwardseveralexamplesofdigitalwatermarkappliedtoanti-counterfeitingprinting,andanalyzedtheproblemsexistinginthedigitalwatermarkappliedtoanti-counterfeitingprinting,andprospectsofitsapplicationtomakepaper.
Keywords:
digitalwatermarking;anti-counterfeitingprinting;watermarkingalgorithms
引言近年来,信息技术发展越来越迅速,高性能的扫描仪和高精度激光打印机已得到广泛的应用,票据、证件、货币以及产品外包装等印刷品的篡改和伪造变得非常容易。
我国市场上假冒伪劣商品泛滥,严重侵害了生产者和消费者的利益。
据中国防伪技术协会预测,在未来几年,防伪产品的市场每年会超过300亿元[1]。
印刷品防伪问题的重要性不言而喻。
传统的印刷防伪技术容易被伪造者掌握,而且成本高。
数字水印作为一种优越性的技术迎合了时代的需要,在解决数字产品的侵权问题方面提供了一种有效的解决途径,已成为一个热门的研究课题。
1数字水印技术
数字水印是指用信号处理的方式在数字载体中嵌入一个可感知或不可感知的难以去除的标识信息或是通过修改特定的区域、结构等位置进行间接表示,在不影响原有对象可用性,不容易被察觉的前提下来确定数字产品的所有权或检验数字内容的原始性。
迄今为止是惟一可以跨媒体应用的信息安全与防伪技术嵌入的水印信息要通过专门的软件和设备提取检测出来[2]。
它充分弥补了数字标签技术、数字签名技术以及加密-解密技术等技术的不足。
成为当今解决数字产品知识产权问题的最有效和最有潜力的技术,解决了许多的法律纠纷。
1.1数字水印的基本模型
典型的数字水印模型由两个主要的过程组成:
一是水印的嵌入过程,二是水印的提取或检测过程。
1.水印信号嵌入
其功能是完成将数字水印信号加入原始载体数据中。
该系统模型输入的是水印信息、原始载体作品和密钥,密钥用来增加安全性,避免未授权方恢复和修改水印[3]。
经过嵌入算法的处理后,相应的水印信息就被嵌入到载体中,输出的是经过水印嵌入算法生成的含水印的载体(如图2)。
其中水印信息即图1中生成的待嵌入水印,它可以是任何形式的数据。
图1水印的生成
图2水印信息的嵌入
2.水印的检测与提取
水印检测,是利用检测密钥通过一定的算法判断可疑作品中是否含有指定的水印。
见图3
图3水印信息的检测
水印提取,是利用提取密钥通过定算法(往往是嵌入算法的逆过程)提取可疑作品中的每个印记图,在水印的提取之前一般要进行水印的检测确保水印的存在。
见图4
图4水印信息的提取
1.2数字水印的分类
根据水印的应用范围、主要技术和使用目的的不同,数字水印技术可以分为以下种类:
1.按照水印算法嵌入域的范围
按水印算法嵌入域的不同,数字水印分为空域数字水印和频域数字水印。
空域数字水印技术是直接将水印信息隐藏到图像的不重要的像素中,也就是最低有效位(LeastSignificantBits简称LSB)中,在该位置嵌入的水印可以很好的保证水印的隐蔽性[3]。
但LSB方法利用的是将水印信息嵌入到原始图像中的最低几位,所以水印很容易受到例如滤波、图像量化、几何变形等操作的攻击而被破坏,所以这种数字水印技术鲁棒性差,比较容易攻击是很脆弱的,水印信息无法经受一些无损和有损的攻击,应用场合比较窄。
频域数字水印是将图像通过一定的频域变换规则对图像进行变换,然后在相应的频域系数中嵌入水印信息[4]。
常用的图像变换域算法有离散余弦变换、离散小波变换等算法。
变换域算法相对于空间域算法能够容纳更多的水印信息,同时水印的鲁棒性要大大优于空域嵌入的水印具有很高的安全性。
目前大多数的数字水印技术都是基于频域的数字水印技术。
2.按照水印的特性
按水印的特性不同,数字水印分为脆弱性数字水印、半脆弱性数字水印和鲁棒性数字水印。
脆弱性数字水印,这种水印技术主要用于保护媒体完整性和证件防伪,水印信息在受到攻击容易改变,从而无法提取水印信息。
受到攻击时,嵌入数字水印信息会发生相应的变化,根据数字水印的变化情况还可以判断哪些地方受到何种攻击。
鲁棒性数字水印受到恶意攻击之后仍能够被有效的检测出来,该数字水印技术要求有很强的鲁棒性和安全性,不但能够抵抗普通的无意图像攻击(如各种剪切滤波、压缩、噪声等),而且还可以抵抗某些恶意的攻击。
这种水印技术主要用在数字作品中版权信息的标识,从而达到保护版权的目的。
半脆弱性数字水印介于脆弱性数字水印和鲁棒性数字水印之间,它对某些允许的数字信号处理方法稳定,对于某些恶意的修改敏感,能够记录下恶意修改的位置等信息。
3.按照水印嵌入的载体
按水印嵌入的载体不同,数字水印可分为文本水印、图像水印、音频水印、视频水印等。
4.按照水印的检测过程
根据数字水印的检测过程是否依赖原始信息又可以分为:
盲水印和明文水印。
盲水印在水印提取检测时不需要原始载体,只需要密钥便可以得到水印信息。
目前盲水印应用较为广范;明文水印在水印的提取过程中,必须通过与原始载体比较才能够提取水印信息,因此这种水印嵌入方法受到很多限制应用范围很窄。
5.按照水印的包含信息内容
按照水印的包含信息内容不同又可以分为有意义水印和无意义水印。
有意义水印技术将某种有意义的版权标识信息,如文字和编码、文本、特定的图像、准备好的音频或视频信息等嵌入到媒体中[5]。
这种水印提取后,可以直接通过视觉、听觉来判断载体中是否含有水印信息;无意义水印指嵌入媒体中的水印信息是随机序列,其本身没有什么特别的意义。
水印信息提取后,通过某种统计决策分析判断数字水印是否存在。
1.3数字水印特征
1.鲁棒性
是指载体数据在经过各种信号处理或恶意攻击后,水印仍然能保持在载体数据中并且不影响水印的检测[6],而XX者很难检测出水印。
2.不可见性
是指水印的嵌入不应使得载体数据发生可感知的变化,即表面上是不可见的,但当发生版权纠纷时,所有者可以从中提取出水印从而证实自己的所有权。
3.安全性
是指水印难以被XX者伪造、阅读和修改。
1.4数字水印的应用领域
1.数字作品的版权保护
版权保护水印是目前研究最多的一类数字水印。
数字作品包括数字图像和图形、音乐、视频、计算机软件等。
由于计算机应用技术的快速发展,数字作品的拷贝、修改变得非常容易,很容易做到与原作品完全相同。
数字水印利用数据隐藏原理,加入不可见或不可听版权标志,既不损害原作品,又达到了版权保护的目的[7]。
2.操作跟踪
为了避免数字产品被非法复制和散发,可在其每个产品拷贝中分别嵌入独一无二的数字标识序列。
如果发现了XX的拷贝,则通过追踪其来源,查明应由谁负责,以确定盗版者。
3.内容标识
在此类应用中,嵌入的水印信息只是构成对作品的一个注释,提供有关数字产品内容的进一步的信息,包括媒体在创建时的有关信息,如时间、所用设备、所有者等相关信息,往往比数据本身更具有保密价值。
该类数字水印可在医学、制图、多媒体索引和基于内容的检索等领域得到应用。
4.隐蔽通信及其对抗
网络情报战是信息战的重要组成部分,其核心内容是利用公用网络进行保密数据传送。
利用数字化声像信号相对于人类的视觉、听觉冗余,可以进行各种信息隐藏,从而实现隐蔽通信。
5.防伪技术
在从传统商务向电子商务转化的过程中,会出现大量过度性的电子文件,如纸质票据的扫描图像等[7]。
即使在网络安全技术成熟以后,各种电子票据也还需要一些非密码的认证方式。
再者,随着高质量图像输入输出设备的发展,证件、支票以及其它商务交易中的票据的伪造变得更加容易。
数字水印技术可以为各种票据提供不可见的认证标志,从而大大增加了伪造的难度。
2防伪印刷
2.1防伪印刷技术
随着市场经济的深入发展,人们的物质生活得到了极大地改善。
但是当人们在充分享受生活的同时也被大量充斥市场的假冒伪劣商品所困惑,于是为了保护消费者的权益和商家的利益,各种防伪方式和产品应运而生。
防伪印刷是众多产品防伪技术方法的核心技术之一[8]。
防伪印刷技术最初主要应用于钞票、支票、债券、股票等有价证券的印刷,现在已广泛应用于商品的包装和商标的印刷。
实际上,早在3000年前,商代就用了有效的防伪手段,封泥和符印就是其典型的代表。
到了春秋战国、秦、汉时期,这种技术更加流行,比较典型的就是调发军队的信物――虎符。
到了金代,防伪技术不仅在货币防伪上得到应用,而且出现了多种防伪方法的综合防伪技术。
例如,在纸币的骑缝边上加盖指定兑现地点的
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