〔摘 要〕本文從數(shù)字圖書館版權(quán)保護(hù)的問題出發(fā)，介紹了可見水印技術(shù)基本原理、方法，并探討了可見水印技術(shù)在數(shù)字圖書館版權(quán)保護(hù)中的應(yīng)用，為數(shù)字圖書館版權(quán)保護(hù)問題提供了一種新的思路。

〔關(guān)鍵詞〕數(shù)字圖書館；版權(quán)保護(hù)；可見水印技術(shù)

〔中圖分類號〕D923.41 〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕A 〔文章編號〕1008-0821(2009)01-0098-03

Visible Watermarking for Copyright Protection in Digital Library

Jiang Mingfang

(Library，Hunan First Normal College，Changsha 410205，China)

〔Abstract〕First，the problem of copyright protection in digital library was introduced.Then，the basic principal，main methods were described.Finally，the application of visible watermarking scheme for copyright protection in digital library was explored，and a new solution to the problem of digital library copyright protection was presented.

〔Key words〕digital library；copyright protection；visible watermarking

自從上世紀(jì)90年代初美國科學(xué)家首次提出數(shù)字圖書館這一概念以來，數(shù)字圖書館已得到了飛速的發(fā)展。數(shù)字圖書館是將包括多媒體在內(nèi)的各種信息的數(shù)據(jù)化、存儲(chǔ)管理、查詢和發(fā)布集成在一起，使這些信息得以在網(wǎng)絡(luò)上傳播，從而最大限度地利用這些信息。使得網(wǎng)絡(luò)與用戶貼得更近，也使用戶對網(wǎng)上提供的信息資源的需求更為迫切。然而版權(quán)保護(hù)和信息真實(shí)性問題是數(shù)字圖書館建設(shè)中亟待解決的問題。數(shù)字圖書館建成后，讀者可在任何時(shí)候任意地方通過因特網(wǎng)進(jìn)入數(shù)字圖書館，達(dá)到真正的資源共享。但若任何讀者都能不受限制地使用數(shù)字圖書館中的信息，勢必會(huì)使著作權(quán)人的利益受到極大的損害。因此數(shù)字圖書館必須在其數(shù)據(jù)庫中采用一定的技術(shù)措施來控制信息(或媒體)的使用情況。加密技術(shù)已不能較好地解決這個(gè)問題，因?yàn)榧用芎蟪尸F(xiàn)的一種雜亂無章的信號容易引起攻擊者的懷疑；同時(shí)加密信息一旦被解密，則無法再對解密后的信息進(jìn)行保護(hù)。數(shù)字水印是一種解決數(shù)字圖書館中數(shù)字媒體版權(quán)保護(hù)問題的有效手段，近年來已有不少研究人員對此進(jìn)行了探討^[1-4]。本文利用可見水印技術(shù)，給出一種更為直觀、有效的數(shù)字圖書館版權(quán)保護(hù)解決方案，探討了各種可見水印技術(shù)在數(shù)字圖書館不同方面版權(quán)保護(hù)中的應(yīng)用。

下面我們首先介紹可見水印的基本原理、性質(zhì)與要求，然后重點(diǎn)討論可見水印技術(shù)如何應(yīng)用于數(shù)字圖書館中數(shù)字媒體的版權(quán)保護(hù)，最后對本文工作做出總結(jié)，并對將來研究工作進(jìn)行了展望。

1 可見水印技術(shù)

數(shù)字水印實(shí)質(zhì)上是在不影響原宿主媒體信息商用價(jià)值和使用價(jià)值的前提下，將某種包含創(chuàng)作者或版權(quán)所有者特征的信息(水印)直接嵌入到原始多媒體信息中，以對信息進(jìn)行保護(hù)，防止遺失或泄密，在信息的整個(gè)使用過程中都可保證信息使用的合法性。一個(gè)有效的數(shù)字水印必須具備不可見性(透明性)、魯棒性、安全性等基本特性。在數(shù)字水印中，人眼是不能察覺到水印在含水印圖像中的存在的(不可見性)，但可以通過計(jì)算機(jī)程序(水印提取算法)檢測到水印的存在，圖1以lena圖像為例給出了一個(gè)水印嵌入提取示例。而可見水印技術(shù)是以一種人眼可見的方式將水印信號嵌入到原始媒體中去，但又不能完全覆蓋原始媒體信息(即不能對原始媒體造成較大的視覺影響)，水印在媒體中應(yīng)是半透明的(見圖2)?？梢娝〖夹g(shù)不存在水印提取過程，可見水印半透明地浮現(xiàn)在原圖之上，起的是一種直觀的版權(quán)信息告示，其魯棒性分析主要集中在如何阻止攻擊者去除可見水印而又不損害原始圖像?？梢娝〖夹g(shù)應(yīng)滿足以下基本要求^[5]：

(1)可見水印在彩色圖像及其各顏色分量中均應(yīng)是可見的，故可見水印應(yīng)嵌入到圖像亮度分量中去；

(2)為阻止裁剪攻擊，可見水印應(yīng)分布在圖像中重要區(qū)域及大部分區(qū)域，這就意味著可見水印嵌入強(qiáng)度應(yīng)與原圖像和水印圖像特征相適應(yīng)；

(3)水印應(yīng)是可見的，但又不能過多地模糊原始圖像細(xì)節(jié)信息；

(4)可見水印應(yīng)是很難去除掉的，去掉可見水印的花費(fèi)應(yīng)比直接購買產(chǎn)品的代價(jià)要大；

(5)算法復(fù)雜要低，水印嵌入應(yīng)有小的時(shí)間開銷與空間開銷，且不必過多的人工干預(yù)。圖1 數(shù)字水印嵌入提取示例

按水印嵌入原理可見水印嵌入算法主要可分為兩大類。一類嵌入水印時(shí)僅考慮到原始圖像視覺特性，而未考慮可見水印的屏蔽特性，這類算法生成的可見水印效果不是太好，水印清晰度不夠，其嵌入算法可用公式(1)表示如下：

另一類在嵌入可見水印時(shí)，同時(shí)考慮到原始圖像和可見水印圖像的人眼視覺屏蔽特性，生成的可見水印圖中可見水印的可見性較好，有較好的對比度與清晰度，其嵌入原理可表示為：

2 可見水印技術(shù)在數(shù)字圖書館版權(quán)保護(hù)中的應(yīng)用

可見水印算法按其功能可分為不可恢復(fù)可見水印、可擦除可見水印、可逆可見水印三大類，下面分別探討3種可見水印技術(shù)在數(shù)字圖書館版權(quán)保護(hù)中的應(yīng)用。

2.1 不可恢復(fù)可見水印在數(shù)字圖書館版權(quán)保護(hù)中的應(yīng)用 在數(shù)字圖書館中，數(shù)字文本或圖像、視頻等多媒體信息對學(xué)術(shù)研究應(yīng)當(dāng)是公開可獲得的；與此同時(shí)也得阻止對數(shù)字圖書館中多媒體信息的非授權(quán)的商業(yè)使用；另一方面，應(yīng)該鼓勵(lì)讀者去使用數(shù)字圖書館中的共享資源。為同時(shí)滿足這些要求，版權(quán)所有者或創(chuàng)作者需要利用可見水印技術(shù)。可見水印技術(shù)是將版權(quán)信息半透明地浮現(xiàn)在原始媒體之上，但又不損害原始媒體的使用，是一種直觀的版權(quán)信息告示。圖2為一可見水印嵌入示例，在圖2c含水印圖像中可見水印半透明地呈現(xiàn)在原圖像之上，但又不完全影響原圖像的瀏覽使用。

2.2 可擦除可見水印在數(shù)字圖書館版權(quán)保護(hù)中的應(yīng)用 IBM公司給出了可見水印的另一個(gè)潛在應(yīng)用^[6]——事先在將發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)上的圖像中嵌入可見水印，從而允許免費(fèi)使用或下載嵌入可見水印的圖像(含水印圖像)，而真正感興趣的買方可以去除可見水印，這就需要可擦除可見水印技術(shù)^[7]來實(shí)現(xiàn)這些功能。類似地，在數(shù)字圖書館中，使用可擦除可見水印，數(shù)字資源進(jìn)入數(shù)字圖書館之前，在其中嵌入可見水印以供讀者免費(fèi)閱讀和下載；但真正感興趣的讀者或研究人員可以通過密鑰將其中的可見水印去除，以實(shí)現(xiàn)正常的清晰的文獻(xiàn)閱讀，如圖3所示，圖3b即為用戶通過密鑰從圖3a中恢復(fù)出的一個(gè)原圖像近似版本。

2.3 可逆可見水印在數(shù)字圖書館版權(quán)保護(hù)中的應(yīng)用

對于數(shù)字圖書館中保存的孤本、某些珍貴的檔案材料、歷史資料等館藏資料的保護(hù)與訪問，采用可擦除可見水印技術(shù)已不能滿足讀者或研究人員的要求。為了研究需要，此時(shí)讀者或研究人員可能不僅是需要恢復(fù)出一個(gè)近似的原圖像版本，而是需要一個(gè)與原圖完全一致的版本。于是創(chuàng)作者或版權(quán)擁有者可通過在原圖像中嵌入可逆可見水印^[8]以直觀地告示版權(quán)，非法用戶無法正確去除水印，而合法用戶只需輸入用戶密碼就能完全恢復(fù)出原始圖像(而不是原圖像的近似版本)以進(jìn)行相關(guān)研究工作。圖4為可逆可見水印嵌入示例，圖4b即為用戶從圖4a中無損恢復(fù)出的原圖像版本。

3 結(jié)論與將來工作

針對數(shù)字圖書館版權(quán)保護(hù)問題，本文探討了幾類可見水印技術(shù)在數(shù)字圖書館不同方面版權(quán)保護(hù)中的應(yīng)用，對數(shù)字圖書館建設(shè)中出現(xiàn)的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)問題提供了一些行之有效的思路與方案，有助于推動(dòng)數(shù)字圖書館的建設(shè)。將來我們將進(jìn)一步探討可見水印技術(shù)在數(shù)字圖書館中二值文檔圖像版權(quán)保護(hù)中的應(yīng)用。

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注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文