賈曉華

(太原理工大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)部，山西 太原 030024)

數(shù)字水印技術(shù)在多媒體課件中的應(yīng)用

賈曉華

(太原理工大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)部，山西 太原 030024)

文章在對(duì)數(shù)字水印技術(shù)了解的基礎(chǔ)上，對(duì)多媒體課件中的視頻內(nèi)容進(jìn)行技術(shù)處理，來(lái)對(duì)多媒體資源進(jìn)行版權(quán)保護(hù)。

多媒體課件；數(shù)字水?。籋.264

在我們所處的這個(gè)時(shí)代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其他相關(guān)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，使得人與人之間的信息交流變得非常方便，人們正以前所未有的廣度和深度進(jìn)行多媒體信息的相互交流。但是，它在給我們?nèi)祟?lèi)帶來(lái)方便的同時(shí)，也帶來(lái)了新的嚴(yán)重問(wèn)題——如何保護(hù)網(wǎng)絡(luò)上的多媒體數(shù)據(jù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，維護(hù)作者的合法權(quán)益。

正是在這樣的背景下出現(xiàn)了一種新的技術(shù)——數(shù)字水印技術(shù)，它是Coarnni等[1]在1993年首次提出的。在保護(hù)多媒體數(shù)據(jù)版權(quán)方面，由于數(shù)字水印技術(shù)比加密技術(shù)有更高的優(yōu)越性，所以該技術(shù)已經(jīng)成為版權(quán)保護(hù)技術(shù)的研究熱點(diǎn)，關(guān)于數(shù)字水印領(lǐng)域的研究迅速在全世界展開(kāi)。

本文在現(xiàn)有的多媒體課件系統(tǒng)中引入數(shù)字水印技術(shù)，增強(qiáng)了對(duì)多媒體課件的版權(quán)保護(hù)，為今后對(duì)多媒體課件進(jìn)行完整、全面的版權(quán)保護(hù)打下一定基礎(chǔ)。

1 數(shù)字水印技術(shù)概述

數(shù)字水印(Digital Watermark)技術(shù)是將一些標(biāo)識(shí)信息(即數(shù)字水印)直接嵌入數(shù)字載體(包括多媒體、文檔、軟件等)當(dāng)中，但不影響原載體的使用價(jià)值，也不容易被人的知覺(jué)系統(tǒng)(如視覺(jué)或聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng))覺(jué)察或注意到。通過(guò)這些隱藏在載體中的信息，可以達(dá)到確認(rèn)內(nèi)容創(chuàng)建者、購(gòu)買(mǎi)者、傳送隱秘信息或者判斷載體是否被篡改等目的。

其中的水印信息可以是作者的序列號(hào)、公司標(biāo)志、有特殊意義的文本等，可以用來(lái)識(shí)別數(shù)字產(chǎn)品的所有權(quán)。通過(guò)這些隱藏在載體中的信息，可以達(dá)到確認(rèn)內(nèi)容創(chuàng)建者、購(gòu)買(mǎi)者、傳送隱秘信息或者判斷載體是否被篡改等目的。數(shù)字水印技術(shù)是多媒體信息安全研究領(lǐng)域的重點(diǎn)，也是信息隱藏技術(shù)的一個(gè)重要研究方向。

數(shù)字水印具有可驗(yàn)證性、透明性、穩(wěn)健性、安全性[2]、易恢復(fù)性這些特征。它的類(lèi)別可以按照載體、是否可見(jiàn)、檢測(cè)方式、抗攻擊能力、嵌入的位置、實(shí)現(xiàn)算法、提取方式等方法分類(lèi)。

2 多媒體課件的版權(quán)保護(hù)

伴隨著計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及多媒體技術(shù)的快速發(fā)展，以及教育信息化的深層次推進(jìn)，互聯(lián)網(wǎng)中的信息資源以指數(shù)方式增長(zhǎng)，各種形式的多媒體資源，如數(shù)字音頻、數(shù)字圖像、數(shù)字視頻等得到廣泛應(yīng)用。然而海量的網(wǎng)絡(luò)教育資源既為教育帶來(lái)了強(qiáng)大的服務(wù)功能，也為資源的建設(shè)與管理帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。教育資源具有媒體豐富、數(shù)據(jù)量大、形式多樣、針對(duì)性強(qiáng)、教育性強(qiáng)等諸多特點(diǎn)。但是，這些教學(xué)資源很容易被復(fù)制、修改和傳播，這樣會(huì)導(dǎo)致這些教學(xué)資源的創(chuàng)作者們的辛勤勞動(dòng)得不到法律保護(hù)，其合法利益受到了嚴(yán)重的損害。由此引發(fā)的版權(quán)糾紛，嚴(yán)重影響教師開(kāi)發(fā)并公布其作品的積極性。所以對(duì)于數(shù)字教學(xué)資源，也就是多媒體課件的版權(quán)保護(hù)問(wèn)題越來(lái)越重要。針對(duì)此問(wèn)題，我們提出可以把數(shù)字水印技術(shù)加入到多媒體課件制作系統(tǒng)的教學(xué)資源管理模塊中來(lái)。在教學(xué)資源入庫(kù)前，首先對(duì)提交上來(lái)的各種教學(xué)資源進(jìn)行整理審核，審核后，如果有一些資源需要版權(quán)申明，那么就對(duì)這些需要版權(quán)申明的教學(xué)資源選擇適當(dāng)?shù)乃∷惴?，在這些資源中嵌入版權(quán)或作者ID信息。這樣，如果以后發(fā)生版權(quán)問(wèn)題糾紛時(shí)，就可采用相應(yīng)的算法提取水印，從而達(dá)到保護(hù)著作者合法權(quán)益的目的。

3 視頻數(shù)字水印

如果將數(shù)字水印嵌入在多媒體信息中，這樣能夠認(rèn)證多媒體來(lái)源的真實(shí)性、確立版權(quán)所有者、識(shí)別購(gòu)買(mǎi)者、以及提供關(guān)于數(shù)字內(nèi)容的附加信息以及跟蹤侵權(quán)行為等。這種技術(shù)給信息版權(quán)保護(hù)的有效實(shí)現(xiàn)開(kāi)拓了一條嶄新的思路，因而也變成了當(dāng)今關(guān)于多媒體信息安全研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。雖然目前對(duì)此技術(shù)的研究現(xiàn)在只是處于初級(jí)的跟蹤階段，并且研究成果也不是很多，但是，由于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在我國(guó)的蓬勃發(fā)展，使得網(wǎng)上銀行、網(wǎng)上購(gòu)物以及電子貨幣業(yè)務(wù)的發(fā)展、電子商務(wù)的發(fā)展、電子出版物的版權(quán)保護(hù)的發(fā)展非常迅速，這些方面將必然對(duì)我國(guó)在該領(lǐng)域的技術(shù)研究產(chǎn)生深刻的影響。

3.1 視頻壓縮編碼技術(shù)H.264

H.264是一種高性能的視頻編解碼技術(shù)。目前國(guó)際上制定視頻編解碼技術(shù)的組織有兩個(gè)，一個(gè)是“國(guó)際電聯(lián)(ITU-T)”，它制定的標(biāo)準(zhǔn)有H.261、H.263、H.263+等，另一個(gè)是“國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)”它制定的標(biāo)準(zhǔn)有 MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等。而 H.264由ITU-T視頻編碼專(zhuān)家組(VCEG)和ISO/IEC動(dòng)態(tài)圖像專(zhuān)家組(MPEG)聯(lián)合組成的聯(lián)合視頻組(JVT，Joint Video Team)提出的高度壓縮數(shù)字視頻編解碼器標(biāo)準(zhǔn)，所以它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG-4的第10部分。

H.264和以前的標(biāo)準(zhǔn)一樣，也是DPCM加變換編碼的混合編碼模式。但它采用“回歸基本”的簡(jiǎn)潔設(shè)計(jì)，不用眾多的選項(xiàng)，獲得比H.263++好得多的壓縮性能；加強(qiáng)了對(duì)各種信道的適應(yīng)能力，采用“網(wǎng)絡(luò)友好”的結(jié)構(gòu)和語(yǔ)法，有利于對(duì)誤碼和丟包的處理；應(yīng)用目標(biāo)范圍較寬，以滿(mǎn)足不同速率、不同解析度以及不同傳輸(存儲(chǔ))場(chǎng)合的需求。

3.2 視頻水印設(shè)計(jì)

圖像置亂技術(shù)[3]是一種水印預(yù)處理算法，它的目的是將圖像中像素的位置或者像素的顏色“搞亂”，把原始的圖像轉(zhuǎn)換成一個(gè)雜亂無(wú)章的看起來(lái)沒(méi)有意義的新圖像，這是一種可逆的變換。在水印的預(yù)處理上使用這種技術(shù)有兩點(diǎn)好處，其一，能夠加強(qiáng)水印圖像對(duì)剪切等處理的抵抗性；其二，它可以使水印的保密性更強(qiáng)，這樣，即使盜版者把水印提取出來(lái)，也由于不知道具體的圖像置亂算法而不能夠恢復(fù)，從而起到保護(hù)的作用。

Arnold變換是一種圖像置亂技術(shù)，Arnold變換的定義如下：

對(duì)任意N*N矩陣(所有元素都相同的矩陣除外)，設(shè)i，j為矩陣元素原始下標(biāo)，為i'、j',且滿(mǎn)足下式：

Arnold變換具有周期性，即經(jīng)過(guò)若干次變換后，矩陣回到最初狀態(tài)，且周期T沒(méi)找到，但可以用程序來(lái)進(jìn)行計(jì)算，可以設(shè)i，j從一個(gè)點(diǎn)出發(fā)，不斷使用以上變換，經(jīng)歷的變換次數(shù)就是周期。

我們?cè)诒驹囼?yàn)中使用的圖像是一幅有意義的二值水印圖像，采用下面的公式對(duì)這幅圖像中的每一個(gè)像素點(diǎn)的值進(jìn)行Arnold變換。

我們可以對(duì)該水印圖像迭代地使用上面的變換公式，其操作過(guò)程就是將左邊的輸出當(dāng)作下一次變換的輸入，然后將這個(gè)過(guò)程一直重復(fù)作下去，直到出現(xiàn)的圖像符合了我們對(duì)圖像的“雜亂無(wú)章”標(biāo)準(zhǔn)的要求，這就是一幅被置亂了的圖像，這幅圖像就是我們要嵌入到視頻媒體中的水印圖像，見(jiàn)圖1。

圖1 水印嵌入過(guò)程

4 結(jié)束語(yǔ)

本文只是初步對(duì)應(yīng)用數(shù)字水印技術(shù)對(duì)多媒體課件的視頻素材進(jìn)行版權(quán)的管理和保護(hù)，文中的實(shí)驗(yàn)只是一個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)而不是具體的實(shí)現(xiàn)。以后更深一步的工作包括：

(1)在制作多媒體課件的過(guò)程中，要采用很多資料，其中使用頻率最高的是視頻，除此之外還包括其他素材，如文本、音頻、圖像等，在此文中主要做的是關(guān)于視頻資料的數(shù)字版權(quán)的管理和保護(hù)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，對(duì)于多媒體課件中使用的其他素材，尤其是其中的文本資料，怎樣進(jìn)行有效的版權(quán)管理和保護(hù)是下一步需要繼續(xù)研究的地方。

(2)本文中使用了H.264壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，在H.264壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，將數(shù)字水印嵌入到多媒體視頻中來(lái)對(duì)其進(jìn)行版權(quán)保護(hù)的方法目前還只是處于仿真實(shí)驗(yàn)的階段，接下來(lái)更深一步的工作需要從視頻采集開(kāi)始，這樣才能把本文中使用的方法運(yùn)用到實(shí)際應(yīng)用中去。

[1]R.G van Sehnydel，A.Z.Tikrel，C.F.Osborne，A Digiatl W artem rark，IEEE International Conference of Image Processing，1994，2:86一 90.

[2]呂慧.淺談數(shù)字水印技術(shù)[J].硅谷，2009年9月，120.

[3]張華熊，仇佩亮.置亂技術(shù)在數(shù)字水印中的應(yīng)用.電路與系統(tǒng)學(xué)報(bào)，2001，Vol.6，No.3.

The Application of DigitalW atermark in M ultimedia Courseware

Jia Xiaohua

Based on the research of digitalwatermark，this paper processes the video content of themultimedia courseware to the copyrightprotection ofmultimedia resources.

multimedia courseware；digitalwatermark；H.264

TP391

A

1000-8136(2011)29-0032-02

賈曉華，女，1980年出生，山西原平人，2003年7月畢業(yè)于太原理工大學(xué)，講師。