0105114數(shù)字水印和數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)保護(hù)

1、數(shù)字水印和數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)保護(hù)孔祥維大連理工大學(xué)信息學(xué)院,116023楊德禮胡祥培大連理工大學(xué)治理學(xué)院,116023摘要全球迅猛開展的Internet網(wǎng)絡(luò)給世界經(jīng)濟(jì)帶來了新的商機(jī),數(shù)字技術(shù)提供了與原作品同樣精美的復(fù)制品,但同時(shí)使得數(shù)字媒體的版權(quán)保護(hù)問題日益突由o本文介紹了最新的多媒體版權(quán)保護(hù)技術(shù)數(shù)字水印的概念,在闡述數(shù)字水印的分類和特性的根底上,提由了以數(shù)字水印為根底的數(shù)字作品版權(quán)保護(hù)系統(tǒng),并研究了數(shù)字水印系統(tǒng)的處理框架和數(shù)字水印算法.最后對(duì)數(shù)字水印技術(shù)進(jìn)行了展望.關(guān)鍵詞數(shù)字水印數(shù)字產(chǎn)品保護(hù)版權(quán)保護(hù)系統(tǒng)1引言隨著多媒體技術(shù)和數(shù)字傳輸?shù)难该烷_展,因特網(wǎng)和CD-ROM國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)工程7003

2、1020上的數(shù)字媒體應(yīng)用正在呈爆炸式的增長(zhǎng).數(shù)字信號(hào)處理和網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)可以對(duì)數(shù)字媒體數(shù)字聲音、文本、圖像和視頻的原版進(jìn)行無限制的任意編輯、修改、拷貝和散布,造成數(shù)字媒體作品的原創(chuàng)者巨大的經(jīng)濟(jì)損失,并對(duì)數(shù)字媒體的平安權(quán)限提出了挑戰(zhàn),促使數(shù)字媒體的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和信息平安問題日益突出,并已成為數(shù)字世界的一個(gè)非常重要和緊迫的議題.目前的信息平安技術(shù)根本上以密碼學(xué)理論為根底的,采用的傳統(tǒng)方法是將文件加密成密文的密鑰系統(tǒng)或公鑰系統(tǒng),提高加密、解密系統(tǒng)密級(jí)的方法是不斷增加密鑰的長(zhǎng)度.據(jù)報(bào)道：56bit長(zhǎng)密鑰的DES可在20多小時(shí)內(nèi)攻破,因而這種方法在實(shí)際中變得越來越不平安1.另外這種將文件加密成密文的方法,

3、在將密文解開后就失去了保密意義；加密的密文還容易引起許多好事者的興趣,觸發(fā)他們積極破譯的激情.數(shù)字簽名技術(shù)是一種較新的技術(shù).已用于檢驗(yàn)短信息的正式可靠性,雖然數(shù)字簽名的標(biāo)準(zhǔn)已被許多國(guó)家采納,可以通過私有密鑰對(duì)數(shù)字產(chǎn)品進(jìn)行簽名,檢測(cè)算法可用來檢測(cè)產(chǎn)品的內(nèi)容是否符合相應(yīng)的簽名,但因?qū)Χ嗝襟w中需要大量的簽名,因而對(duì)多媒體保護(hù)的不適用也不方便.由此可見目前的保密方法在當(dāng)今廣泛應(yīng)用的Internet多媒體信息平安中難以起到全面保證的作用.數(shù)字水印技術(shù)是九十年代中期信息平安領(lǐng)域的一個(gè)新方向.它是指用信號(hào)處理的方法在數(shù)字化的多媒體數(shù)據(jù)中嵌入隱蔽的水印標(biāo)記,并使人的感知系統(tǒng)發(fā)覺不出來,隱藏的水印標(biāo)記只有通過專

4、用的檢測(cè)器才能提取出來的一種最新的多媒體保密技術(shù).數(shù)字水印技術(shù)源于是在開放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下保護(hù)多媒體版權(quán)的新型技術(shù),它可驗(yàn)證數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)擁有者、識(shí)別銷售商、購(gòu)置者或提供關(guān)于數(shù)字產(chǎn)品內(nèi)容的其他附加信息,并將這些信息以人眼不可見的形式嵌入在數(shù)字圖像或視頻序列中,用于確認(rèn)數(shù)字產(chǎn)品的所有權(quán)和跟蹤侵權(quán)行為.除此之外,它在證據(jù)篡改鑒定,數(shù)據(jù)的分級(jí)訪問,數(shù)據(jù)產(chǎn)品的跟蹤和檢測(cè),商業(yè)視頻播送和因特網(wǎng)數(shù)字媒體的效勞付費(fèi),電子商務(wù)的認(rèn)證鑒定,商務(wù)活動(dòng)中的票據(jù)防偽等方面也具有十分廣闊的應(yīng)用前景.自93年尤其是95/96年以來引起工業(yè)界的濃厚興趣,已成為國(guó)際上非常活潑的研究領(lǐng)域234.2數(shù)字水印的分類和根本特性2.1 數(shù)

5、字水印技術(shù)從不同的角度分類(1) 按作用劃分：按作用可劃分為魯棒性水印和脆弱性水印.前者主要應(yīng)用于數(shù)字作品中標(biāo)志著作版權(quán)信息,需要嵌入的水印能夠反抗常見的編輯處理、圖象處理和有損壓縮,在歷經(jīng)有意或無意攻擊后水印不被破壞,仍能檢測(cè)出來提供認(rèn)證.后者主要用于完整性保護(hù),判斷多媒體信號(hào)是否被篡改,對(duì)于篡改處能自動(dòng)標(biāo)記出來,它需要反抗常見的有損壓縮如JPEGJPEG2000和噪聲等.(2) 按載體分：按水印的載體可將水印分為圖像水印、視頻水印、音頻水印、文本水印和圖形水印等.圖像水印指靜止圖像中參加水印,用于圖像數(shù)據(jù)庫(kù),網(wǎng)上圖片發(fā)布等.視頻水印主要在視頻流中參加數(shù)字水印,從而限制視頻的應(yīng)用,如DVD的

6、限制存取,數(shù)字播送的限制等.文本水印指在在PDFDOC等文本文件中參加水印,預(yù)防對(duì)文本文件的修改.圖形水印指在計(jì)算機(jī)生成的二維或三維圖形中嵌入水印,以說明版權(quán).(3) 按檢測(cè)分：在檢測(cè)過程中需原數(shù)據(jù)的技術(shù)稱為明水印,其魯棒性較強(qiáng),但實(shí)用中受到一定的限制.無須原數(shù)據(jù)的檢測(cè)技術(shù)稱為盲水印,此種水印技術(shù)應(yīng)用較廣,尤其針對(duì)無法獲得原圖象的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,但對(duì)水印技術(shù)的技術(shù)要求較高.(4) 按內(nèi)容分：有意義水印是指水印是可視圖象,可為二值圖像或灰度圖像,其特點(diǎn)為如水印經(jīng)過攻擊受損后人們?nèi)钥蓮囊曈X觀察判斷.無意義水印為隨機(jī)碼,通過統(tǒng)計(jì)決策來確定信號(hào)中是否有水印.(5) 按用途分：分為版權(quán)保護(hù)水印、篡改提示水印、

7、票據(jù)防偽水印、隱蔽標(biāo)識(shí)水印.版權(quán)保護(hù)水印是在圖像參加水印后,圖像的擁有者希望他人看到圖像水印的標(biāo)記,并進(jìn)行商業(yè)性的使用,在經(jīng)過各種有意攻擊與無意編輯處理后水印仍然存在,如果水印遭到破壞難以檢測(cè),那么版權(quán)保護(hù)失敗.篡改提示水印利用加在圖像中的水印來保護(hù)圖像內(nèi)容的完整性,對(duì)篡改的內(nèi)容進(jìn)行標(biāo)注提示,并且需要反抗有損壓縮等網(wǎng)上常見的傳輸格式.票據(jù)防偽水印是加在紙質(zhì)票據(jù)的數(shù)字生成過程中,歷經(jīng)印刷、打印、掃描過程后人能將水印檢測(cè)出來,需要防止的是復(fù)制后水印不再存在.隱蔽標(biāo)識(shí)水印是在圖像中參加注釋信息,對(duì)圖像進(jìn)行說明和作者簡(jiǎn)介等,不占帶寬,要求隱藏的數(shù)據(jù)量較大.2.2 數(shù)字水印的根本特性數(shù)字水印應(yīng)用在數(shù)字作

8、品的版權(quán)保護(hù)中必須滿足以下根本條件：(1) 圖像在參加水印后不能改變圖像的視覺效果,水印在通常的視覺條件下不可見.(2)加過水印的圖像通過普通的圖像處理技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)壓縮后水印仍保持在圖像之中并能被檢測(cè)由來.(3)未經(jīng)授權(quán)者不能偽造水印或檢測(cè)由水印.(4)水印的圖像在經(jīng)受印刷、打印、掃描等模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換后仍能檢測(cè)由水印.3基于數(shù)字水印的數(shù)字作品保護(hù)系統(tǒng)3.1數(shù)字產(chǎn)品的銷售模型在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代,數(shù)字作品的銷售過程也是相當(dāng)復(fù)雜的,我們僅將相關(guān)的過程簡(jiǎn)化為以下的模型,見圖1.作品的原創(chuàng)作署通過錯(cuò)售商經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(如Internet網(wǎng))向用戶進(jìn)行錯(cuò)售.在網(wǎng)絡(luò)傳送過程中,盜版者可以通過現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和圖像處理技術(shù)復(fù)

9、制與原作品同樣的拷貝,或者進(jìn)行篡改后發(fā)送給顧客,作為購(gòu)置者不能保證得到真實(shí)的原創(chuàng)作品,作為創(chuàng)作者和銷售商,他們將蒙受巨大的經(jīng)濟(jì)損失.版或篡改圖1數(shù)字產(chǎn)品的銷售模型3.2基于數(shù)字水印的數(shù)字作品版權(quán)保護(hù)模型我們針對(duì)數(shù)字作品的創(chuàng)作和銷售模型,考慮到從原創(chuàng)者、銷售商到購(gòu)置者之間的權(quán)益關(guān)系,以及預(yù)防盜版的各種途徑,提由基于數(shù)字水印的數(shù)字作品保護(hù)模型,見圖2Key1Key1+PIN1Key1+PIN2Key(WR)+PIN3圖2基于數(shù)字水印的數(shù)字作品版權(quán)保護(hù)系統(tǒng)設(shè)A為數(shù)字作品的創(chuàng)作者,WR為版權(quán)登記認(rèn)證中央,A創(chuàng)作出數(shù)字作品后,向WR進(jìn)行作品登記,然后選擇一個(gè)A個(gè)人用的私鑰K1向期望保護(hù)的數(shù)字作品AW嵌入

10、含有A標(biāo)志(PIN1)的第一個(gè)數(shù)字水E口watermarkingl,再將力口過水印的數(shù)字作品AW1傳一份備份給WR的數(shù)據(jù)庫(kù)中,K1由A的口令產(chǎn)生,具有唯一性.當(dāng)A決定將其數(shù)字作品授權(quán)給數(shù)字媒體銷售商MD,讓MD銷售其作品的復(fù)制品即拷貝時(shí),A需要將MD的標(biāo)志(如PIN2)結(jié)合私鑰keyl對(duì)數(shù)字作品嵌入第二個(gè)數(shù)字水印Watermarking2,以表示對(duì)MD的授權(quán)和認(rèn)可.MD得到加有兩個(gè)數(shù)字水印標(biāo)志的數(shù)字作品,并也可以用A的公鑰key2驗(yàn)證A確實(shí)在其作品的拷貝中參加了MD的標(biāo)志,即Watermarking2.MD作為A的作品銷售商,可以應(yīng)用檢測(cè)水印的軟件,驗(yàn)證第二個(gè)水印的內(nèi)容和第一個(gè)水印的內(nèi)容,但M

11、D并不感興趣破壞水印的內(nèi)容,由于這將破壞他的利益.授權(quán)的MD將作品售給授權(quán)用戶AC,為證實(shí)AC經(jīng)過授權(quán),為正版用戶,MD用WR的私鑰KEY(WR)和AC的標(biāo)志(PIN3)對(duì)作品嵌入第三個(gè)水印Watermarking3,并將此信息通知WR,WR發(fā)給MD一個(gè)證書,給A增加一份收益.在此過程中WR充當(dāng)認(rèn)證中央的作用.由此模型可以看出,其中涉及到的水印處理系統(tǒng)有三個(gè),前兩個(gè)系統(tǒng)為私鑰加密,公鑰解密,是非對(duì)稱的水印處理系統(tǒng).作后一個(gè)系統(tǒng)是對(duì)稱水印處理系統(tǒng),只有WR才可以驗(yàn)證其內(nèi)容.4數(shù)字水印系統(tǒng)的處理框架數(shù)字水印處理系統(tǒng)可用以下的函數(shù)來表示W(wǎng)S(A,W,K,E,D)其中A表示要保護(hù)的多媒體作品；K表示水

12、印密鑰；W表示水印,數(shù)字水印的產(chǎn)生一般為偽隨機(jī)數(shù)等,W=W(K,A)；E表示水印的嵌入算法,水印嵌入即為將水印嵌入到原始數(shù)字作品中,通式表示：E：W'=E(A,W)Iw'I(i)(i)W加法原那么Iw'I(i)(1(i)W(i)乘法原那么通常的算法為：I表示數(shù)字媒體幅值或變換系數(shù),W(i)為水印,a為強(qiáng)度系數(shù).D表示數(shù)字水印的檢測(cè)算法.D:H(D(K,W),W'為嵌入水印后的圖像,檢測(cè)算法通常為相關(guān)檢測(cè),H表示經(jīng)過檢測(cè)算法后的決策結(jié)果,如H為1那么表示有水印,如H為0,那么表示無水印.我們結(jié)合實(shí)際應(yīng)用及水印攻擊模型已經(jīng)提出了幾種數(shù)字水印算法.針對(duì)靜止圖像的水印方

13、法可針對(duì)灰度圖像、彩色圖像嵌入可視圖像水印并可以反抗普通的圖象處理操作；視頻水印方面研究了針對(duì)基于幀的MPEG2解碼或碼流進(jìn)行水印的參加和檢測(cè)；并研究了基于對(duì)象的MPEG4視頻流水印算法；音頻方面研究了MP3的水印算法.5結(jié)論數(shù)字水印是一個(gè)相當(dāng)新的技術(shù),隨著電子商務(wù)的加速開展和網(wǎng)絡(luò)用戶的直線增長(zhǎng),媒體的保護(hù)要求將更加迫切.近年國(guó)際上已有一些數(shù)字水印算法提由.此文章中我們結(jié)合數(shù)字作品的銷售模型,提由了基于數(shù)字水印的數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)保護(hù)系統(tǒng),該系統(tǒng)綜合考慮了數(shù)字水印技術(shù)的特點(diǎn)和加密的對(duì)稱和不對(duì)稱原那么,能充分保護(hù)原創(chuàng)者和授權(quán)銷售商的正當(dāng)權(quán)益,并能對(duì)購(gòu)置者進(jìn)行版權(quán)追蹤和監(jiān)督.系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)取決于可靠的數(shù)字

14、水印技術(shù)和值得信任的版權(quán)登記認(rèn)證中央.而水印技術(shù)的抗聯(lián)合攻擊的魯棒性還有待于進(jìn)一步提升.參考文獻(xiàn)1 MacqB,QuisqauterJJ.CryptologyfordigitalTVbroadcast.ProceedingoftheIEEE1995,83(6):9449572 F.Hartung,M.Kutter.Multimediawatermarkingtechniques.Proc.ofIEEE,1999,87(7):1079-11073 M.Kutter,S.K.Bhattacharjee,T.Ebrahimi.Towardssecondgenerationwatermarkingsc

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16、chnology,116023)YangDeliHuXiangpei(Managementschool,DalianUniversityofTechnology,116023)AbstractNewcommercialopportunityisemergedwithInternetexpandingallovertheworld.Withthedevelopmentofthedigitaltechnology,copyrightprotectionofthedigitalmultimediahastobesolved.First,thewatermarkingtechnology,whichisanewcopyrightprotecttechnologyfordigitalmultimedia,isbrieflyint