鄧偉　鄧冠群　劉清堂

[摘要]數(shù)字教育資源的保護(hù)版權(quán)是教育信息化發(fā)展中出現(xiàn)的重要問(wèn)題。文章總結(jié)了數(shù)字版權(quán)保護(hù)的技術(shù)現(xiàn)狀，認(rèn)為數(shù)字水印必將成為教育資源版權(quán)保護(hù)的重要工具。文章分析了數(shù)字水印版權(quán)保護(hù)的技術(shù)現(xiàn)狀和數(shù)字教育資源的特點(diǎn)，提出基于數(shù)字水印的教育資源的版權(quán)保護(hù)方案，并將文本數(shù)字水印作為重點(diǎn)研究方向。

[關(guān)鍵詞]數(shù)字水印；教育資源；版權(quán)保護(hù)

[中圖分類號(hào)]G40-057 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [論文編號(hào)]1009-8097（2013）03-0091-04 [DOI]10.3969/j.issn.1009-8097.2013.03.018

一.數(shù)字版權(quán)保護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，越來(lái)越多的教育資源開(kāi)始以多媒體數(shù)據(jù)的形式表達(dá)，例如用數(shù)碼相機(jī)采集教學(xué)素材、用網(wǎng)上點(diǎn)播看教學(xué)視頻、用MP4播放器聽(tīng)英語(yǔ)等。這些教學(xué)活動(dòng)所涉及的多媒體數(shù)據(jù)蘊(yùn)含了大量?jī)r(jià)值不菲的信息。數(shù)字化技術(shù)精確、大規(guī)模的復(fù)制功能和Internet的全球傳播能力都極大地沖擊著現(xiàn)有版權(quán)制度，數(shù)字教育資源的版權(quán)管理和保護(hù)也是當(dāng)前的一個(gè)難題。

早在上個(gè)世紀(jì)90年代，人們就意識(shí)到在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行數(shù)字作品分發(fā)存在運(yùn)用技術(shù)手段進(jìn)行知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的必要。在學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域，Dartmouth大學(xué)的John S.Erickson在1997年的博士論文中提出了FIRM（一種互操作權(quán)限管理框架），它也是斯坦福數(shù)字圖書(shū)館項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)設(shè)施原型Infobus的協(xié)議之一，用來(lái)將因特網(wǎng)協(xié)議擴(kuò)展為更高層的信息管理協(xié)議。GeorgeMason大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院的Jaehong Park在2003年的博士論文中提出了一種統(tǒng)一的使用控制框架，從理論上探討了各種權(quán)限管理方式的統(tǒng)一建模問(wèn)題。中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所的譚建龍對(duì)Interent內(nèi)容的安全分發(fā)與版權(quán)保護(hù)問(wèn)題進(jìn)行了較為深入的研究，并做了一定的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。香港大學(xué)、西安交通大學(xué)等也在數(shù)字版權(quán)保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域做了不少研究工作。

第一代數(shù)字版權(quán)管理（DRM）技術(shù)主要以安全和加密技術(shù)為主，它對(duì)數(shù)字作品進(jìn)行加密并以對(duì)版權(quán)分配進(jìn)行控制的形式限制對(duì)內(nèi)容的使用，防止非授權(quán)拷貝。雖然成熟的密碼學(xué)可以解決安全傳遞和訪問(wèn)控制，但是一旦解密后，數(shù)字作品便可以隨意地被拷貝，這將給數(shù)字作品制造商帶來(lái)巨大的損失，從而制約著網(wǎng)絡(luò)數(shù)字媒體應(yīng)用的不斷深入。第二代數(shù)字版權(quán)管理技術(shù)變得更加豐富，包括對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)擁有者的有形和無(wú)形資產(chǎn)的全面管理，覆蓋了版權(quán)描述、身份鑒別、內(nèi)容交易、內(nèi)容保護(hù)、版權(quán)使用的監(jiān)控和跟蹤等各個(gè)方面。

網(wǎng)上傳播的多媒體教學(xué)資源同樣存在大量的盜版和侵權(quán)問(wèn)題，如何保護(hù)多媒體教學(xué)資源的版權(quán)已成為近年來(lái)教育界、法律界及計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究中面臨的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題?，F(xiàn)代教育技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)實(shí)呼喚新的技術(shù)來(lái)保證現(xiàn)代教育資源的版權(quán)，從而保護(hù)廣大教師的勞動(dòng)成果，進(jìn)而保證現(xiàn)代教育與學(xué)術(shù)的良好發(fā)展。

二.數(shù)字水印的分類

數(shù)字水印是指嵌入在數(shù)字信息中有關(guān)擁有者或授權(quán)者并具有鑒別性但不影響該數(shù)字信息使用價(jià)值的數(shù)字信息（如文字、圖像、序列數(shù)等）。由于具有透明性，穩(wěn)健性和安全性的特點(diǎn)，數(shù)字水印技術(shù)在數(shù)字版權(quán)保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。數(shù)字水印算法能識(shí)別出被嵌入到所保護(hù)對(duì)象內(nèi)的所有者的相關(guān)信息（如注冊(cè)的用戶號(hào)碼、產(chǎn)品標(biāo)志或有意義的文字等）并能在需要的時(shí)候?qū)⑵涮崛〕鰜?lái)，用來(lái)判別對(duì)象是否受到攻擊，且能夠監(jiān)視被保護(hù)數(shù)據(jù)的傳播以及非法拷貝控制等。現(xiàn)有的基于數(shù)字水印的數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)基本上是面向數(shù)字資源本身的，如數(shù)字媒體內(nèi)容完整性認(rèn)定、數(shù)字媒體篡改及篡改位置的認(rèn)定等。J.cox曾在他的論文中談到，數(shù)字水印由于其良好的應(yīng)用性能必將繼續(xù)為企業(yè)界所使用，特別是在數(shù)字版權(quán)保護(hù)領(lǐng)域。

數(shù)字水印技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅速，到目前已有了大量不同的數(shù)字水印方法，按不同的角度，數(shù)字水印可作如下分類：

1.按特性劃分

數(shù)字水印按照特性可以分為魯棒數(shù)字水印和脆弱數(shù)字水印兩大類。魯棒數(shù)字水印主要用于在數(shù)字作品中標(biāo)識(shí)著作權(quán)信息，如作者、作品序號(hào)等，它要求嵌入的水印能夠經(jīng)受各種常用的編輯處理；脆弱數(shù)字水印主要用于完整性保護(hù)，與魯棒水印的要求相反，脆弱水印必須對(duì)信號(hào)的改動(dòng)很敏感，人們根據(jù)脆弱水印的狀態(tài)就可以判斷數(shù)據(jù)是否被篡改過(guò)。

2.按水印所附載的媒體劃分

按水印所附載的媒體，我們可以將數(shù)字水印劃分為圖像水印、音頻水印、視頻水印、文本水印以及用于三維網(wǎng)格模型的網(wǎng)格水印等。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，會(huì)有更多種類的數(shù)字媒體出現(xiàn)，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的水印技術(shù)。

3.按檢測(cè)過(guò)程劃分

按水印的檢測(cè)過(guò)程可以將數(shù)字水印劃分為明文水印和盲水印。明文水印在檢測(cè)過(guò)程中需要原始數(shù)據(jù)，而盲水印的檢測(cè)只需要密鑰，不需要原始數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，明文水印的魯棒性比較強(qiáng)，但其應(yīng)用受到存儲(chǔ)成本的限制。目前學(xué)術(shù)界研究的數(shù)字水印大多數(shù)是盲水印。

4.按內(nèi)容劃分

按數(shù)字水印的內(nèi)容可以將水印劃分為有意義水印和無(wú)意義水印。有意義水印是指水印本身也是某個(gè)數(shù)字圖像（如商標(biāo)圖像）或數(shù)字音頻片段的編碼；無(wú)意義水印則只對(duì)應(yīng)于一個(gè)序列號(hào)。有意義水印的優(yōu)勢(shì)在于，如果由于受到攻擊或其他原因致使解碼后的水印破損，人們?nèi)匀豢梢酝ㄟ^(guò)視覺(jué)觀察確認(rèn)是否有水印。但對(duì)于無(wú)意義水印來(lái)說(shuō)，如果解碼后的水印序列有若干碼元錯(cuò)誤，則只能通過(guò)統(tǒng)計(jì)決策來(lái)確定信號(hào)中是否含有水印。

5.按水印隱藏的位置劃分

按數(shù)字水印的隱藏位置，我們可以將其劃分為時(shí)（空）域數(shù)字水印、頻域數(shù)字水印、時(shí)/頻域數(shù)字水印和時(shí)間/尺度域數(shù)字水印。時(shí)（空）域數(shù)字水印是直接在信號(hào)空間上疊加水印信息，而頻域數(shù)字水印、時(shí)/頻域數(shù)字水印和時(shí)間/尺度域數(shù)字水印則分別是在DCT變換域、時(shí)/頻變換域和小波變換域上隱藏水印。隨著數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展，各種水印算法層出不窮，水印的隱藏位置也不再局限于上述四種。應(yīng)該說(shuō)，只要構(gòu)成一種信號(hào)變換，就有可能在其變換空間上隱藏水印。

三.基于數(shù)字水印的教育資源版權(quán)保護(hù)分析

教育資源中存在大量的Word文檔，PPT課件，電子書(shū)，教學(xué)音視頻，教學(xué)游戲等數(shù)字產(chǎn)品，針對(duì)不同類型的資源使用不同的水印保護(hù)技術(shù)也是非常必要的。

1.文本教育資源

文本數(shù)字水印指在文本中加入水印，最常見(jiàn)的載體文件有TXT、DOC、PDF等格式。據(jù)統(tǒng)計(jì)，80%以上的信息是通過(guò)文字承載與傳播的。在人類的所有傳播媒介中，文字的地位最重要。無(wú)論傳播技術(shù)和媒體形式如何變遷，文字的作用在傳承人類文明、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的過(guò)程中都是處于核心地位的。在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下保護(hù)各種電子書(shū)籍、合同、證件、契約等文本數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)和信息安全的迫切性和重要性更為突出，與此同時(shí)，在教育資源中，存在大量的Word文檔，PPT課件，電子書(shū)等文本數(shù)字產(chǎn)品，這些文本資源版權(quán)的迫切性及重要性更為突出，因此，進(jìn)行文本數(shù)字水印的教育資源版權(quán)技術(shù)研究也是非常必要的。

2.圖像和視頻教育資源

視頻水印算法的研究幾乎與圖像水印算法同步，1996年FrankHartung等在SPIE會(huì)議上提出的視頻序列直接擴(kuò)頻的水印算法是視頻水印算法的早期代表工作，一般簡(jiǎn)稱F&G算法。同年，在英國(guó)劍橋大學(xué)召開(kāi)了首屆國(guó)際信息隱藏會(huì)議（IHW），在2002年首次專門召開(kāi)數(shù)字水印的會(huì)議（IWDW），以后每年定期舉行。此后發(fā)表的有關(guān)數(shù)字水印的文章呈爆發(fā)趨勢(shì)。2001年，F(xiàn)ridrich提出了無(wú)損認(rèn)證的思想，并實(shí)現(xiàn)了兩種脆弱的無(wú)損水印算法，這是水印認(rèn)證技術(shù)特殊應(yīng)用的早期代表。此后，De Vleeschouwe、Ni等人發(fā)展了半脆弱的無(wú)損認(rèn)證水印。在視頻水印算法研究領(lǐng)域，早期的算法均建立在擴(kuò)頻基礎(chǔ)之上，除F&G算法外，還有如Ton Kalker的JAWS算法、Cox的擴(kuò)頻算法以及Mobasseri的CDMA比特面算法等典型算法。

3.音頻教育資源

數(shù)字音頻水印是將具有特定意義的水印信息嵌入到原始音頻信號(hào)中，嵌入之后對(duì)音頻信號(hào)的質(zhì)量沒(méi)有明顯的影響。人的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)特性差別較大，與圖像水印相比，音頻水印除了具有魯棒性、不可檢測(cè)性、透明性、安全性和自恢復(fù)性等特點(diǎn)外，還有自己的一些特點(diǎn)。早在1954年，美國(guó)Muzac公司申請(qǐng)了一項(xiàng)名為“Identification of sound and Like signals”的專利，將標(biāo)識(shí)水印信息不可感知地嵌入到音樂(lè)中，從而證明所有權(quán)的方法。這是迄今為止所知道的最早的電子水印技術(shù)。2000年，鈕心忻等提出了一種音頻水印算法，利用小波變換對(duì)原始語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行分解，保留小波分解的近似分量，并對(duì)小波分解的近似分量進(jìn)行相關(guān)處理，以便嵌入水印。王讓定等人提出了一種方法，在音頻信息隱藏技術(shù)的基礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音保密通信，并且可以有效抵抗去同步攻擊。陳荔聰?shù)热颂岢鲆环N基于奇偶量化的音頻水印算法，算法在音頻信號(hào)的時(shí)間域上檢索滿足條件的同步信號(hào)區(qū)，當(dāng)含水印的音頻信號(hào)受到裁剪攻擊，可以取出正確的水印。目前，大多數(shù)的研究工作都是圍繞圖像和視頻水印做的，對(duì)音頻水印算法研究的文章和成果相對(duì)較少。

四.教育資源版權(quán)保護(hù)方案

1.教育資源版權(quán)保護(hù)整體方案

為實(shí)現(xiàn)版權(quán)保護(hù)，在使用數(shù)字教育資源前要對(duì)其進(jìn)行處理，即將數(shù)字教育資源版權(quán)信息及作品信息進(jìn)行封裝，封裝時(shí)針對(duì)不同類型的資源采用不同的水印封裝技術(shù)。與此同時(shí)，權(quán)利描述機(jī)構(gòu)根據(jù)數(shù)字教育資源的認(rèn)證信息形成權(quán)利信息。當(dāng)有用戶需要使用文化遺產(chǎn)資源時(shí)，先由認(rèn)定跟蹤機(jī)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行交互認(rèn)定，順利通過(guò)認(rèn)定后，機(jī)構(gòu)根據(jù)用戶的申請(qǐng)形成用戶申請(qǐng)權(quán)利信息。使用控制機(jī)構(gòu)根據(jù)數(shù)字教育資源的固有權(quán)利信息與用戶的申請(qǐng)權(quán)利信息做出使用權(quán)利決策，并將該權(quán)利賦予用戶，使其在該權(quán)利范圍內(nèi)使用數(shù)字內(nèi)容。在用戶使用數(shù)字內(nèi)容的整個(gè)過(guò)程中，認(rèn)定跟蹤機(jī)構(gòu)都對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤和行為認(rèn)證，一旦發(fā)現(xiàn)有越權(quán)使用的情況認(rèn)定跟蹤機(jī)構(gòu)就會(huì)及時(shí)地對(duì)該用戶采取相應(yīng)措施。用戶使用完數(shù)字教育資源后需進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行行為認(rèn)證，以確保數(shù)字版權(quán)未遭到破壞。圖1是數(shù)字教育資源的數(shù)字權(quán)利認(rèn)定和跟蹤關(guān)鍵技術(shù)研究框架，包括數(shù)字媒體內(nèi)容包裝、數(shù)字權(quán)利動(dòng)態(tài)描述、數(shù)字權(quán)利使用控制以及數(shù)字權(quán)利認(rèn)定和動(dòng)態(tài)跟蹤等。

2.教育資源的水印封裝

水印封裝包括數(shù)字作品統(tǒng)一格式、水印信息的創(chuàng)建、數(shù)字作品內(nèi)容摘要的提取、水印嵌入以及內(nèi)容的安全加密等過(guò)程模塊。其研究框架如圖2：

水印封裝分為7個(gè)基本步驟，具體為：

（1）從數(shù)字教育資源庫(kù)中取出將要處理的數(shù)字作品，將其轉(zhuǎn)換為規(guī)定的符合格式文檔。

（2）從復(fù)合格柵文檔中提取版權(quán)及作品的相關(guān)信息，包括作品ID以及作品創(chuàng)作者描述信息、作品描述信息等。

（3）提取統(tǒng)一格式文檔的內(nèi)容摘要，用于文檔的完整性驗(yàn)證，且作為水印封裝的部分水印信息。

（4）創(chuàng)建固有權(quán)利規(guī)則，指定用戶可對(duì)該文檔采取的操作，比如瀏覽、復(fù)制、編輯等。

（5）將版權(quán)信息、作品信息、固有權(quán)利規(guī)則和內(nèi)容摘要進(jìn)行編碼，生成水印信息。

（6）在密鑰的控制下，將生成的水印信息封裝到數(shù)字作品中。

（7）在密鑰Seed控制下生成密鑰，對(duì)封裝后的數(shù)字作品進(jìn)行加密操作，形成最終用于發(fā)布的數(shù)字產(chǎn)品。將處理后的數(shù)字作品放入產(chǎn)品信息庫(kù)，將水印封裝過(guò)程中所涉及的密鑰存入密鑰信息庫(kù)。

3.教育資源版權(quán)保護(hù)水印方案

多媒體教學(xué)課件包含著文檔、圖像（包括圖形）、音頻、視頻（包括動(dòng)畫(huà)）等數(shù)字信息內(nèi)容，而與這些內(nèi)容形式的數(shù)字資源相對(duì)應(yīng)，分別有文檔水印、圖像水印、音頻水印、視頻水印等。最典型的三分屏課件包括三個(gè)部分：教師講課的音視頻、PowerPoint（當(dāng)然也可能是其他電子文檔）和課程綱要，則其數(shù)字水印版權(quán)保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)該是包含語(yǔ)音，文本，圖像，視頻水印的綜合應(yīng)用系統(tǒng)，如圖3。

對(duì)于需要進(jìn)行版權(quán)保護(hù)的數(shù)字教學(xué)資源，根據(jù)數(shù)字信息類型選擇相應(yīng)的數(shù)字水印子系統(tǒng)進(jìn)行水印的嵌入。這樣，嵌入了數(shù)字水印的數(shù)字教學(xué)資源再進(jìn)行必要的資源共享和開(kāi)放。當(dāng)發(fā)現(xiàn)自己的這些數(shù)字教學(xué)資源有被非法復(fù)制和使用時(shí)，就可以將此侵權(quán)行為訴諸法律，通過(guò)從包含水印的數(shù)字教學(xué)資源中提取出能代表自己個(gè)人信息的數(shù)字水印來(lái)保護(hù)自己的版權(quán)。

五.結(jié)束語(yǔ)

水印技術(shù)作為信息安全領(lǐng)域的一個(gè)分支，必定會(huì)成為各專家和學(xué)者研究的重點(diǎn)。目前，數(shù)字水印技術(shù)在理論和實(shí)際應(yīng)用之間還有許多問(wèn)題亟待解決，但它仍然不失為是解決數(shù)字版權(quán)糾紛的一條好的途徑。本文分析了現(xiàn)代數(shù)字版權(quán)管理的技術(shù)現(xiàn)狀，提出數(shù)字水印技術(shù)是數(shù)字教學(xué)資源的版權(quán)保護(hù)的研究重點(diǎn)，給出了多媒體教學(xué)課件的數(shù)字水印版權(quán)保護(hù)方案。由于在教育資源中，存在大量的Word文檔，PPT課件，電子書(shū)等文本內(nèi)容數(shù)字產(chǎn)品，這些文本資源版權(quán)管理的迫切性及重要性更為突出，因此我們下一步將著重于文本數(shù)字水印的技術(shù)研究。

編輯：小西