格式化文本数字水印研究

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3.0 牛悦 2024-11-19 5 4 1.97MB 70 页 15积分

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摘要

近年来，随着计算机技术和网络技术的发展，文本、图像、视频、音频等

多媒体的获取、传输和使用方式发生了巨大的变化。这些变化给人们生活带来

巨大便利的同时，也带来许多新的问题，如版权保护、多媒体信息安全等。在

这种情况下，一种新的多媒体信息安全保护技术——数字水印技术得到了发展。

数字水印技术已经成为当前学术界研究的热点之一。

目前，数字水印技术在图像、视频、音频方面的研究相对较多，技术也较

为成熟，有关文本数字水印的研究较少，这与文本数字水印应该处于的重要地

位形成了巨大的反差。已有的研究提出了不少文本数字水印的嵌入方案，但是

还存在一些问题，如隐蔽性较差、容量较小、鲁棒性不强等问题。

针对不允许修改内容的电子文档，基于数字水印基本理论提出了一种新的

基于中文文本字间距的水印算法。本算法利用字间距的不同变化来嵌入水印信

息，并基于人类视觉模型的感知冗余理论，提出了改进水印隐蔽性的方法。利

用密码学原理和纠错编码理论，对水印信息进行预处理，实现对水印信息的加

密和保护，提高水印的安全性。

为了验证本文提出的算法的可行性，本文基于 Windows XP 操作系统，

Visual Basic 编程环境对本文的文本数字水印算法进行了实验。为了测试水印算

法的隐蔽性、容量以及抗攻击性这三个性能，进行了大量的水印嵌入、提取和

攻击实验。实验证明本算法具有较好的隐蔽性、较大的水印容量和一定的抗攻

击性能，对内容的攻击能够实现篡改定位。

本文提出的文本水印算法，对当前算法中存在的一些不足进行了有益的尝

试，对文本数字水印领域的研究和发展有着一定的意义。

关键词：信息隐藏文本数字水印字间距编码

ABSTRACT

In recent years,with the development of computer and network technology, the

aquirement,transmission and application means of different multimedia such as text,

image,video and audio have changed a lot.On one hand,those changes bring us so

many conveniences,on the other hand, the changes also make us a great deal of new

troubles, like copyright protection, security of multimedia information etc.In this case,

a new kind of multimedia information security preservation technology--digital

watermarking technology comes into being. The digital watermarking technology has

already become one of the hot-pots of current academic circle studies.

At present, the research of digital watermarking in image, video is relatively much

more, and the technology is also maturer. The research of text watermarking is not so

much. This situation contracts clearly with the importance of text watermarking. There

are many problems of the existing text digital watermarking algorithm, such as low

capacity, weak invisibility and lack of robust.

Basing on the theory of digital watermarking, a new text watermarking algorithm

based on Chinese words spacing is presented in this paper. The algorithm uses

different change of word spacing to insert watermark information. A modified method

is proposed to improve the invisibility of watermark based on human vision model.

Before embedding the information, cryptology principle and the error correction

coding theory is used as a pre-progress of watermark, which can encrypt and protect

the watermark information and enhances the security of the watermark.

In order to verify the feasibility of the text watermarking algorithm presented by

this paper, a text watermarking program based on the Windows XP is designed and

developed using Visual Basic programming environment. A large number of

watermark embedding, extraction and attack experiments have been carried out to test

the invisibility, capacity and anti-attack properties of the watermark algorithm. The

new digital watermarking algorithm was verified that it has excellent invisibility, large

capacity, and certain anti-attack performance, and it can locate the tamper of the attack

on the content of the document.

The text watermarking algorithm proposed in this paper carried on a useful

attempt of the disadvantages of the present algorithms. It is useful in researching

algorithm of digital watermarking, and it’s helpful for developments of document

watermarking.

Key Word: Information Hiding, Document Watermarking, Word

Spacing Coding

摘要 .................................................................................................................................1

ABSTRACT ......................................................................................................................2

第一章绪论 ................................................................................................................. 1

§1.1 课题来源 ........................................................................................................1

§1.2 选题背景 ........................................................................................................1

§1.3 研究现状 ........................................................................................................2

§1.4 论文主要工作 ................................................................................................4

§1.5 论文结构 ........................................................................................................4

第二章文本数字水印技术综述 ................................................................................. 6

§2.1 概述 .................................................................................................................6

§2.2 信息隐藏与数字水印 .....................................................................................6

§2.2.1 信息隐藏的起源 ..................................................................................6

§2.2.2 信息隐藏的原理与模型 ......................................................................7

§2.2.3 信息隐藏与数字水印技术 ....................................................................8

§2.3 数字水印技术综述 .........................................................................................9

§2.3.1 数字水印技术的起源与发展 ............................................................10

§2.3.2 数字水印的基本原理和框架 ............................................................11

§2.3.3 数字水印的特性 ................................................................................13

§2.3.4 数字水印评价 ....................................................................................14

§2.3.5 数字水印的分类 ................................................................................15

§2.4 文本数字水印技术概述 ...............................................................................16

§2.4.1 文本数字水印研究动态 ....................................................................17

§2.4.2 文本数字水印的应用 ........................................................................18

§2.5 主要的文本数字水印算法 ...........................................................................19

§2.5.1 基于格式编码的文本数字水印方法 ................................................19

§2.5.2 基于文本内容的文本数字水印方法[40][41] ....................................... 21

§2.5.3 基于自然语言的文本数字水印方法[42][43][44] ...................................21

§2.5.4 基于汉字表达式的文本水印方法[30][31][33] .......................................22

§2.5.5 基于图像水印技术的方法 ................................................................22

§2.6 小结 ...............................................................................................................23

第三章基于字间距的文本数字水印算法设计 ...........................................................24

§3.1 引言 ...............................................................................................................24

§3.2 算法设计思想以及相关理论 .......................................................................24

§3.2.1 数字水印系统与通信模型 ................................................................24

§3.2.2 水印信息的设计 ................................................................................25

§3.2.3 水印的隐蔽性 ....................................................................................26

§3.2.4 水印的安全性 ....................................................................................28

§3.2.5 差错控制 ............................................................................................29

§3.3 水印算法描述 ...............................................................................................32

§3.3.1 水印的生成与预处理 ........................................................................32

§3.3.2 水印的嵌入 ..........................................................................................33

§3.3.3 水印的提取 ........................................................................................33

§3.4 小结 ...............................................................................................................34

第四章水印程序实现与实验结果分析 ................................................................... 36

§4.1 引言 ...............................................................................................................36

§4.2 利用 OLE Automation 技术操作 WORD 文档 ...............................................36

§4.2.1 OLE 自动化技术 ................................................................................36

§4.2.2 Word 与其他程序的接口 VBA ...........................................................37

§4.2.3 在 VB 中调用 Word 的方法 ................................................................38

§4.3 水印程序流程图 ...........................................................................................39

§4.3.1 水印嵌入模块流程图 ........................................................................39

§4.3.2 水印提取模块流程图 ..........................................................................39

§4.4 水印功能实现的测试 ....................................................................................40

§4.4.1 程序界面 ..............................................................................................40

§4.4.2 水印嵌入和提取功能的实现 ................................................................41

§4.5 水印隐蔽性测试 ...........................................................................................46

§4.6 水印容量测试 ...............................................................................................48

§4.6.1 算法水印容量的分析测试 ................................................................48

§4.6.2 基于水印容量的改进算法 ................................................................49

§4.7 水印攻击测试 ...............................................................................................50

§4.7.1 基于格式的攻击 ................................................................................50

§4.7.2 对文本内容的攻击 ............................................................................54

§4.7.3 篡改定位 ............................................................................................58

§4.8 小结 ...............................................................................................................59

第五章结论与展望 ................................................................................................... 60

§5.1 结论 ...............................................................................................................60

§5.2 展望 ...............................................................................................................61

参考文献 .........................................................................................................................62

在读期间公开发表的论文 .............................................................................................65

致谢 ...............................................................................................................................66

第一章绪论

§1.1 课题来源

本课题来源于教育部留学回国人员科研启动基金资助项目“数字水印与 JPEG

2000 的交互与联合设计”，上海市教育委员会“085”知识创新工程建设项目“印

刷光学防伪技术重点实验室”的部分研究内容。

§1.2 选题背景

近些年来，随着计算机技术和网络技术的迅猛发展以及信息化建设步伐的加

快，人们广泛地使用数字设备来制作、处理、传输和存储各种多媒体数字作品（比

如图像、文本、音频和视频等内容）。随着数字时代的到来，多媒体存在的形式逐

渐由模拟向数字转变[1]，与模拟内容相比，数字内容有着内容与介质无关，更易复

制等特点。

数字技术使多媒体信息（图像、文本、音频和视频等）以数字化的方式存在，

数字化的多媒体的存储、复制与传播变得更加方便。数字技术还提供了更加精确、

廉价的复制功能，使大规模的复制成为可能，人们甚至可以通过数字技术得到与

原始多媒体数据一模一样的副本，而且这些数据易于编辑修改。同时，这些多媒

体数据在互联网上发布并通过网络传播，随着网络技术的飞速发展，人们几乎付

出“零代价”就可以在网上获取到大量的多媒体信息资源。

信息技术发展带来的变化给人们带来诸多好处，如人们可以越来越方便的获

取更多的信息资源，付出非常小的代价甚至是零代价来使用这些信息资源。然而，

多媒体数字资源的易于复制、修改，便于传播的特性具有两面性，一方面其快速

地促进信息的传递与使用，另一方面它也带来很多新的问题，如版权保护问题，

多媒体信息安全问题等。作者精心创造或者花重金购买的多媒体数字产品，如果

通过互联网发布，非法者可以利用数字拷贝技术很容易地得到与原作品完全相同

的复制品，而且可以对原作品进行伪造和任意的篡改，这种情况下，原所有者却

很难找到证据来证明自己的所有权，更无法确切的知道被伪造和篡改的程度和位

置，也就无法使用法律武器来维护自己的合法权益。

数据加密技术是一种传统的实现版权保护和多媒体信息安全维护的方法，它

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摘要：

摘要近年来，随着计算机技术和网络技术的发展，文本、图像、视频、音频等多媒体的获取、传输和使用方式发生了巨大的变化。这些变化给人们生活带来巨大便利的同时，也带来许多新的问题，如版权保护、多媒体信息安全等。在这种情况下，一种新的多媒体信息安全保护技术——数字水印技术得到了发展。数字水印技术已经成为当前学术界研究的热点之一。目前，数字水印技术在图像、视频、音频方面的研究相对较多，技术也较为成熟，有关文本数字水印的研究较少，这与文本数字水印应该处于的重要地位形成了巨大的反差。已有的研究提出了不少文本数字水印的嵌入方案，但是还存在一些问题，如隐蔽性较差、容量较小、鲁棒性不强等问题。针对不允许修改内容的电...

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