淺談數字水印技術在教學資源版權保護中的應用

【摘要】數字水印技術作為版權保護和安全認證的有力工具，已得到了廣泛的關注和發展。本文結合目前教學資源保護措施和教學資源管理系統的結構，簡要介紹了數字水印技術的原理，并提出通過在視頻教學資源中加水印的方法實現對視頻教學資源的版權保護，同時對教學資源管理系統中引入數字視頻水印系統和算法提出建議。

【關鍵詞】數字水印;視頻教學資源版權保護

【中圖分類號】G642【文獻標識碼】B【文章編號】1005-1074(2008)07-0117-02

1概述

當今社會的發展已經呈現兩個明顯的特征：數字化和網絡化。數字化指的是信息的存儲形式，特點是信息存儲量大、便于編輯和復制；網絡化指的是信息的傳輸形式，具有速度快、分布廣的優點。過去10年，數字媒體信息的使用和分布呈爆炸性的增長。人們通過互聯網可以快捷方便地獲得數字信息和在線服務。但同時，盜版也變得更加容易，對數字內容的管理和保護成為業界迫切需要解決的問題。對此，本文提出了可以在將視頻教學資源入庫時，通過對那些會引起版權問題的視頻教學資源加水印，發生版權糾紛時，通過提取的水印來判定作品的歸屬。

2教學資源版權保護的目前現狀

教學資源管理系統必須采用一定的技術措施來控制作品的非法訪問和拷貝，目前所采用的教

學資源保護措施有：

2.1服務范圍加協議控制將服務范圍限制在校園網中，用IP地址控制，此校園網外的IP無法訪問本教學資源管理系統，合法IP地址用戶在注冊時簽署不得將所獲取資料擴散的協議。

2.2設置口令采用權限設置，結合用戶權限和口令，保護合法用戶使用授權范圍內的信息。

2.3應用防火墻技術防火墻是為了確保信息安全而采取的一種技術手段，避免對網絡的威脅和攻擊，防止對網絡資源的不正當獲取。

2.4加密技術與數字簽名技術用密碼術對網絡傳輸的信息進行加密，使得信息服務更加安全可靠，保證了信息的完整性和統一性。同時，用戶也可以采用數字簽名技術來確認網絡傳輸信息的確實可靠性，防止信息在網絡傳輸中被竊取或篡改。

2.5使用客戶認證技術(CA)用戶通過版權控制申請獲得CA認證，如果該用戶利用CA進行非法復制，CA機構將在計算機范疇外進行調查和起訴。

上述幾種方法重在限制非法訪問和拷貝，一旦作品被合法用戶拷貝并散播，甚至被應用于其他目的而引起版權糾紛時，無法對侵權者追蹤，不能真正實現打擊侵權和盜版。數字水印技術不但能限制非法拷貝，還可以在作品被修改，盜版時證明誰是作品的真正所有者。

3數字視頻水印

3.1數字視頻水印的定義數字水印技術（Digital Watermarking）是將標志產品的作者、所有者、出品時間等信息按一定的算法嵌入載體信號中。嵌入的水印不能影響載體的商用價值，并且可從含水印的載體數據中檢測或提取出來。應用數字水印的目的不是制止非法復制，而是鑒別哪些產品是非法復制品。有些數字水印系統將使用者的信息作為水印，稱為數字指紋。當發現非法復制品時，可根據非法復制品中的數字指紋確定是哪一個使用者對數字媒體進行了非法復制，以便追究其法律責任。數字視頻水印就是以視頻為載體嵌入水印(版權標志)信息。

3.2數字視頻水印系統實現原理數字視頻水印系統的處理過程包括水印的生成、嵌入、檢測和提取。水印的嵌入算法為：通過密鑰1對版權信息加密得到要嵌入的水印信號。用密鑰2對得到的水印信號和原始視頻載體加密，實現把水印嵌入到原始載體信息中，得到隱秘載體。其中，密鑰可以為對稱密鑰或公開密鑰。水印檢測、提取算法利用相應的密鑰從隱蔽載體中檢測或恢復出水印，得到版權信息。沒有解密密鑰，攻擊者很難從隱秘載體中發現和修改水印。水印的嵌入和提取框圖如圖１所示。

3.3數字水印的特性數字水印的思想雖然簡單，但是要達到應用的目的，就必須滿足一定的性能指標，其中相對重要的特性包括：

3.3.1保真性（fidelity）又常稱為不可見性，指的是水印嵌入導致宿主信號質量變化的程度。鑒于宿主信號多是多媒體數據供人們觀賞，水印應具有很高的保真性，同時又增加了水印自身的安全。

3.3.2魯棒性（robustness）是指水印在媒體數據編輯、處理過程中的生存能力。媒體數據的各種操作會導致宿主信號信息損失，從而破壞水印完整性，像壓縮、濾波、加噪、剪切、縮放和旋轉等，也包括一些惡意的攻擊。

3.3.3信息容量（data payload）是指在一定保真度下，水印信號可傳遞的信息量。實際應用要求水印可傳送多位信息。

3.3.4安全性在應用中總有人要嵌入、檢測或剔除水印，而必須限制其他人做同樣的操作，這就是水印的安全性。要實現安全，必須保密重要信息，比如通常使用密鑰產生水印。

3.3.5錯警率是指在不含水印的宿主信號中，錯誤地檢測出水印的概率。很顯然，只有錯警率足夠低，系統才能安全可靠地使用。

3.4數字水印的典型算法

3.4.1空域水印算法該水印算法多采用替換法。最為典型的算法是最不重要位(LSB)插入。這種水印算法常見且易于實現，但其抵抗攻擊的能力較差。

3.4.2變換域水印算法成為水印算法的研究重點。對攻擊的健壯性更強，隱藏的信息量也更大。目前主要集中在DCT域、小波變換域、其他正交域的信息隱藏。在DCT和小波變換域處理水印算法很多。基本原理是通過對信息或圖像進行DCT或DWT變換。根據所嵌入的水印信息調整DCT或DWT系數，再用 IDC或 IDWT映像到空域，接收方通過相應的 DCT變換來恢復或檢測水印。小波理論多分辨分析以其好的時頻特性，在小波域研究數字水印也越來越廣泛。

3.4.3擴頻水印算法通常擴頻技術用于通信中，主要提供低檢測率、抗干擾的通信系統。Trinkel將擴頻技術引入信息隱藏以后，擴頻技術在信息隱藏領域逐漸發展成一個重要的領域。擴頻信息隱藏算法通常使用直接序列和跳頻序列擴頻方法。基本原理是將秘密信息用片率進行直擴，用偽隨機信號進行調制，加入到隱秘載體中。

3.4.4生理模型算法主要利用人的視覺系統 HVS和人的聽覺系統 HAS對信息變化的掩蔽效應，結合其他算法例如空域、分項DCT和小波分解框架來實現的數字水印系統進行信息隱藏和數字水印。

3.4.5壓縮域算法為了節省資源，目前多媒體信息大多采用壓縮算法進行存儲和傳輸，如圖像JPEG、視頻 MPEG等。因此針對這些壓縮媒體的數字水印的研究有很重大實際價值和意義。

3.5視頻水印所面臨的攻擊：

3.5.1無意攻擊采用各種壓縮編碼標準(MPEG-4)如對視頻進行編碼時或者在電影標準格式轉換時等所引起的水印檢測不到。

3.5.2有意攻擊包括通過對視頻處理達到檢測不到水印目的的去除攻擊，將水印從一件作品拷貝到另一件作品的拷貝攻擊等。

4具有數字視頻水印功能的教學資源管理系統的設計

4.1教學資源管理系統結構目前網絡教育是教育信息化發展的趨勢，為了使師生能充分利用各種媒體資源，各個教學機構都在建立自己的教學資源管理系統。各種教學資源管理系統也應運而生，盡管設計實現的側重點不同，但是幾乎所有的教學資源管理系統都如圖3所示，包括以下功能模塊：

4.1.1資源管理模塊該模塊分別向用戶提供各種媒體教學資源的添加，刪除，修改，入庫，檢索和瀏覽等功能。

4.1.2用戶管理模塊包括用戶登陸和用戶信息管理模塊。以保證進入系統的用戶的合法性.管理有權使用該系統的用戶信息，可以向用戶分配權限。

4.1.3系統管理模塊保證教學資源管理系統的數據安全和完整性，實現數據備份和恢復功能，保證系統性能和維護系統安全。

4.1.4網絡連接模塊該模塊的功能主要是使客戶端與遠程服務器中的資源庫建立連接。

4.2數字視頻水印系統的引入和算法要求基于以上的分析，可以考慮在教學資源管理系統四大模塊中的資源管理模塊中引入視頻數字水印系統，在教學資源入庫前對視頻教學資源整理審核，對那些需要申明版權的視頻教學資料選擇適當的水印算法，對其嵌入版權或作者ID信息。當發生版權糾紛時，采用相應的算法提取水印。將數字視頻水印技術應用于教學資源管理系統的目的是為了實現版權保護，因此要求水印算法必須是具有魯棒性。為證明他人盜用了自己的視頻資料甚至是某個片斷，就是說在視頻碎片中能提取水印。那就要求所采用的算法水印嵌入的最小片斷要盡量小，否則在視頻碎片中無法提取水印。還可以將數字簽名作為水印嵌入，可以達到抵抗拷貝攻擊的效果。

本文討論了并總結了目前普遍使用的教學資源保護措施及教學資源管理系統功能模塊。在討論數字視頻水印的概念，原理及常用算法基礎上提出了在教學資源管理系統中引入視頻水印系統，通過加水印的方式實現視頻教學資源版權保護，并就此提出了建議。

5參考文獻

1易開祥，石教英，孫鑫.數字水印技術研究進展[J].中國圖像圖形學報，2000，2

2李炳法.數字水印技術及其在數字化多媒體版權保護中的應用[J].中國防偽報道， 2003，05

3杭中文，張志浩．視頻水印技術研究[J]．計算機工程與科學，2004，9