引言

隨著技術(shù)的發(fā)展，越來越多的影視作品以數(shù)字視頻的方式出現(xiàn)；而隨著寬帶的普及，通過網(wǎng)絡(luò)分發(fā)、獲取影視作品也日益普遍。如何維護(hù)影視作品的版權(quán)、維護(hù)影視作品內(nèi)容的安全成為大家關(guān)注的一個問題。數(shù)字水印技術(shù)是近年發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，它通過一定的算法把數(shù)字水印嵌入到作品的原始數(shù)據(jù)當(dāng)中，但是不會影響作品的使用和欣賞，通常也不會被使用者察覺。發(fā)行者把版權(quán)信息、序列號等內(nèi)容存儲在數(shù)字水印中，隨拷貝一起發(fā)行；在需要對拷貝進(jìn)行鑒定時，通過提取作品拷貝中的水印，就可以獲得發(fā)行者存儲在水印中的信息，對作品進(jìn)行識別。另外，數(shù)字水印還能用于作品的內(nèi)容認(rèn)證，拷貝保護(hù)等方面，在影視領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

數(shù)字水印概述

數(shù)字水印是永久鑲嵌在其他數(shù)據(jù)(宿主數(shù)據(jù))中具有可鑒別性的數(shù)字信號或模式，而且并不影響宿主數(shù)據(jù)的可用性。

數(shù)字水印具有以下一些基本特點(diǎn)：

(1)隱蔽性。在數(shù)字作品中嵌入水印后，不會產(chǎn)生可以感知的質(zhì)量下降。對于影視作品，嵌入水印后，作品的圖像和聲音不應(yīng)出現(xiàn)觀眾能夠感覺到的質(zhì)量變化。

(2)安全性。水印嵌入后，未授權(quán)用戶不能檢測到水印信息的存在；或者雖然可以檢測到水印的存在，但不能解讀水印的內(nèi)容。

(3)魯棒性。在水印嵌入后，如果對數(shù)字作品進(jìn)行有意或無意的處理，水印仍然能被檢測出并保持完整性，即水印能夠抵抗無意的數(shù)據(jù)處理和有意的攻擊。但是脆弱性水印除外，脆弱性水印用于鑒定原始數(shù)據(jù)是否被修改過，要求原始數(shù)據(jù)改變時，水印也隨之被破壞。

從不同的角度，數(shù)字水印有不同的分類方法，按照檢測過程可以把數(shù)字水印分為非盲水印和盲水印。非盲水印在檢測過程中需要使用原始數(shù)據(jù)，而盲水印在檢測時只需要密鑰，不需要原始數(shù)據(jù)。一般而言，非盲水印的魯棒性比較強(qiáng)，但是對存儲空間的要求也較大。目前的數(shù)字水印大多數(shù)是盲水印。

按照嵌入域的不同，數(shù)字水印可分為空間域水印和變換域水印?？臻g域水印是用待嵌入的信息替換載體信息的冗余部分。變換域水印是在原始信號的某個變換域嵌入水印。變換域水印通常比空間域水印有更好的魯棒性。目前，變換域水印尤其是小波變換的水印算法研究較多。

根據(jù)數(shù)字水印的視覺特征，可以把數(shù)字水印分為可見水印和不可見水印。電視節(jié)目中的臺標(biāo)就是一種可見水印，它通過一個視覺可見的標(biāo)志，標(biāo)識版權(quán)的所有者，防止未授權(quán)的使用。不可見水印的應(yīng)用更為廣泛，也是目前研究的主要內(nèi)容。

按照水印所附載的數(shù)字媒體的不同，數(shù)字水印可分為圖像數(shù)字水印、音頻數(shù)字水印、視頻數(shù)字水印、文本數(shù)字水印、關(guān)系數(shù)據(jù)庫數(shù)字水印、軟件數(shù)字水印以及三維網(wǎng)格數(shù)字水印等，在影視領(lǐng)域中應(yīng)用的主要是視頻數(shù)字水印。

視頻數(shù)字水印

數(shù)字化的影視作品通常表現(xiàn)為數(shù)字視頻，因而視頻數(shù)字水印在影視領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。由于視頻播放本身的特點(diǎn)，使得視頻數(shù)字水印除具有數(shù)字水印的共同特點(diǎn)外，還有一些獨(dú)特的要求：

(1)實(shí)時性。為了保證視頻播放的流暢，視頻水印的嵌入和提取必須在要求的時間內(nèi)完成，這就要求視頻數(shù)字水印的算法要具有低復(fù)雜度。

(2)隨機(jī)檢測性。這是指可以在視頻的任何位置、在短時間內(nèi)檢測出水印，而不需要從視頻的開始隨著視頻的播放逐步檢測出水印。

(3)視頻速率的恒定性。為了保證視頻圖像和聲音的同步，視頻水印在嵌入后不能改變原始視頻流的碼率，要適合傳輸信道的帶寬。

(4)與視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合。由于視頻的數(shù)據(jù)量很大，通常需要進(jìn)行壓縮編碼。對于在未壓縮的原始視頻中嵌入的視頻數(shù)字水印，為了防止在編碼的過程中水印遭到破壞，保證水印的完整性，算法需要考慮視頻所采用的編碼標(biāo)準(zhǔn)。而對于在壓縮后的視頻碼流中嵌入的水印，顯然更需要結(jié)合視頻編碼的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)算法。

(5)盲水印。為保證水印檢測的實(shí)時性，視頻數(shù)字水印檢測時通常不能要求使用原始視頻進(jìn)行檢測，一般應(yīng)使用盲水印。另外，原始視頻所需要的大存儲空間，也限制了非盲水印在視頻中的應(yīng)用。

(6)水印容量。嵌入的水印需要含有足夠多的信息，為滿足實(shí)時性的需要，視頻數(shù)字水印算法需要有較高的嵌入水印速率。

視頻數(shù)字水印算法根據(jù)嵌入策略的不同可以分為在未壓縮的原始視頻中嵌入水印、在視頻編解碼器中嵌入水印、在壓縮后的視頻碼流中嵌入水印三種。

(1)在未壓縮的原始視頻中嵌入水印。這種方法先把水印嵌入到未經(jīng)過編碼的原始視頻數(shù)據(jù)中，再對含有水印信息的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼壓縮。優(yōu)點(diǎn)是可以充分利用已有的數(shù)字圖像水印技術(shù)，可選用的嵌入方法比較多。缺點(diǎn)是經(jīng)過壓縮編碼后水印可能被破壞增加視頻碼流的數(shù)據(jù)比特率，影響視頻速度的恒定性。而對于已經(jīng)壓縮好的視頻，這種方法需要先解碼恢復(fù)出原始視頻數(shù)據(jù)，嵌入水印后再重新編碼壓縮，增加了計(jì)算量。

(2)在視頻編解碼器中嵌入水印。在視頻編解碼器對原始視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼壓縮時嵌入水印。這種方法把水印的嵌入與視頻的編碼壓縮相結(jié)合，利用編碼的特性進(jìn)行水印的嵌入。優(yōu)點(diǎn)是水印的嵌入比較簡單；水印一般嵌入在變換域系數(shù)中，不會增加視頻流的數(shù)據(jù)比特率可以設(shè)計(jì)出抵抗多種攻擊的水印算法。缺點(diǎn)是需要對編解碼器進(jìn)行修改，存在GOP的誤差積累。

(3)在壓縮后的視頻碼流中嵌入水印。優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算復(fù)雜度較低，不需要再進(jìn)行解碼和編碼，不會影響視頻的質(zhì)量。缺點(diǎn)是水印的數(shù)據(jù)量受到壓縮比特率的限制，嵌入水印的強(qiáng)度受視頻解碼誤差的限制，嵌入策略也會受相應(yīng)視頻壓縮算法和編碼標(biāo)準(zhǔn)的限制。

數(shù)字水印在影視領(lǐng)域中的應(yīng)用

數(shù)字水印的出現(xiàn)最初是為了保護(hù)數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)，但數(shù)字水印所具有的各種特點(diǎn)，使其得到了更廣泛的應(yīng)用。目前，數(shù)字水印在影視領(lǐng)域主要有以下一些應(yīng)用。

(1)版權(quán)保護(hù)。版權(quán)的所有者將含有版權(quán)信息的數(shù)字水印嵌入到影視作品的原始數(shù)據(jù)中，當(dāng)出現(xiàn)版權(quán)糾紛時，從數(shù)據(jù)中提取出水印，作為證明版權(quán)的依據(jù)，維護(hù)版權(quán)者的權(quán)益。在實(shí)際應(yīng)用時，版權(quán)所有者可以用密鑰對版權(quán)信息進(jìn)行加密。這可能是目前數(shù)字水印在影視領(lǐng)域中最主要的應(yīng)用。

(2)拷貝保護(hù)。版權(quán)所有者在發(fā)行拷貝時把視頻數(shù)字水印嵌入到視頻數(shù)據(jù)中，由播放視頻的硬件對水印信息進(jìn)行檢測，并判斷播放數(shù)據(jù)的合法性以及是否可以被復(fù)制。對于可以復(fù)制的拷貝，還可以在水印中存入允許的拷貝數(shù)。硬件在對視頻進(jìn)行復(fù)制時，同時對水印的內(nèi)容進(jìn)行修改，把可拷貝數(shù)減一，從而能對拷貝的數(shù)量進(jìn)行限制，防止未授權(quán)的大規(guī)模復(fù)制。

(3)內(nèi)容認(rèn)證。通過脆弱性水印對影視資料進(jìn)行內(nèi)容認(rèn)證和完整性檢查。由于數(shù)字化的影視作品容易被修改，為了防止未授權(quán)用戶對數(shù)據(jù)的修改，在原始數(shù)據(jù)中加入脆弱性水印。如果原始數(shù)據(jù)被修改，水印也會被破壞。由于這種認(rèn)證是同內(nèi)容密不可分的，因而簡化了處理過程。

(4)數(shù)字指紋。視頻發(fā)行時在各個拷貝中嵌入不同的數(shù)字水印作為數(shù)字指紋。當(dāng)發(fā)現(xiàn)未授權(quán)的拷貝時，通過未授權(quán)拷貝中的數(shù)字水印確定數(shù)據(jù)的來源。在視頻點(diǎn)播等實(shí)時應(yīng)用中，也可以應(yīng)用數(shù)字指紋。

(5)標(biāo)題和注釋。目前數(shù)字視頻的數(shù)量越來越多，而視頻內(nèi)容的檢索又相對困難，這嚴(yán)重影響了影視作品的利用率。把影視作品的作者、作品內(nèi)容介紹等相關(guān)信息用數(shù)字水印的形式加入到視頻數(shù)據(jù)中，搜索引擎可以利用水印的內(nèi)容自動搜索需要的視頻。

結(jié)束語

數(shù)字水印技術(shù)是20世紀(jì)90年代興起的一項(xiàng)新技術(shù)，它吸引了眾多學(xué)者的注意，各種新的算法不斷被提出，現(xiàn)在這項(xiàng)技術(shù)也還在快速發(fā)展中。雖然數(shù)字水印技術(shù)已經(jīng)取得了很多成果，但是還有一些問題沒有解決；而針對數(shù)字水印的各種攻擊方法，也對數(shù)字水印技術(shù)提出了更多的挑戰(zhàn)。隨著數(shù)字水印技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和完善，數(shù)字水印技術(shù)將在影視領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。

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