摘 要：本文介紹版權保護技術的概念和分類，重點介紹了數(shù)字水印的基本原理、嵌入過程提取和檢測過程，最后利用基于DCT變換域的數(shù)字水印算法給課件加入數(shù)字水印，實現(xiàn)基本的數(shù)字版權管理功能。

關鍵詞：多媒體課件；數(shù)字水??；版權保護

中圖分類號：TP309.7

隨著計算機的廣泛應用和網絡技術的日益完善，多媒體課件已在現(xiàn)代課堂中擔任了重要角色。為了保護制作人的合法權益，需要利用先進的技術對多媒體教學課件實施版權保護。

1 數(shù)字版權保護技術

數(shù)字版權保護（“Digital Rights Management”，簡稱DRM）是用來保護數(shù)字產品版權的一種技術手段。根據保護對象的不同，主要可以分為兩類：一類是多媒體保護，如加密電影、音樂、音視頻或流媒體文件；另外一類是加密文檔，如DOC、XLS、PPT和PDF等。事實上，一切形式上的數(shù)字化內容由于都有可能被非法復制和傳播，比如商業(yè)化的操作系統(tǒng)軟件、辦公軟件、數(shù)據庫軟件，軟件開發(fā)工具、文檔和圖紙等都有數(shù)字版權保護的必要。DRM主要是以一定的計算方法，從技術上鎖定和限制數(shù)字內容及其分發(fā)途徑，從而防止數(shù)字產品被無授權的復制。常用的技術主要有數(shù)字水印、數(shù)據加密、數(shù)字簽名和數(shù)字指紋等。

2 數(shù)字水印概述

數(shù)字水印通常是把某些不可見標志數(shù)據嵌入到數(shù)字內容中作為水印，使得水印在數(shù)字內容中不可感知和足夠安全，只有通過專用的檢測工具才能提取。為了保證數(shù)字內容失真而不被人的視覺或聽覺察覺到，必須應用某種顯性或者隱性的感知準則。數(shù)字水印算法要結合加密方法以提供其安全性，這些加密方法由數(shù)字標識、隨機數(shù)字序列、文本和圖像等多種模型構成。一般而言，數(shù)字水印算法包括數(shù)字水印嵌入和數(shù)字水印提取兩個過程。其中數(shù)字水印嵌入過程如圖1所示：

圖1 數(shù)字水印嵌入過程

數(shù)字水印嵌入算法可以分為兩大類：空間域算法和變換域算法。在這些算法中，最低有效位算法是由L.F.Turner和R.G.vanSchyndel等人提出的，是國際上最早的提出數(shù)字水印算法，它可以隱藏較多的信息，是一種典型的空間域算法，但如果遭到各種攻擊后，水印容易被移去。Patchwor這種數(shù)字水印算法是由麻省理工大學（Massachusetts Institute of Technology，MIT）多媒體實驗室Walter Bander等人提出的，目前主要用于打印票據的防偽。其缺點在于只能隱藏較少的數(shù)據量，抗攻擊能力較弱，敏感于仿射變換。而目前研究最多的算法是基于DCT（Discrete Cosine Transform，DCT）的頻域水印算法，它可以與MPEG、JPEG等壓縮標準的核心算法相結合，能較好的抵抗有損壓縮，具有魯棒性強、隱蔽性好等特點。數(shù)字水印的提取和檢測過程如圖2所示：

圖2 數(shù)字水印的提取與檢測過程

頻域法檢測水印的原理是將原始信號與待檢測信號同時進行變換域變換，比較兩者的區(qū)別，進行嵌入水印的逆運算，得出水印信息。如果是可讀的水印，那么就此結束，如果是不可讀水印，如高斯噪聲，就將得出的水印與已知水印作比較，由相關性判斷，待檢測信號含不含水印，故水印的檢測有兩個結束點。

3 數(shù)字水印技術在多媒體課件版權保護中的應用

3.1 基于DCT變換域的數(shù)字水印算法設計

本文采用基于DCT變換域水印嵌入技術實現(xiàn)版權保護，具體實現(xiàn)過程是：

先將表示載體圖像數(shù)據的矩陣進行DCT變換，得到相應的DCT系統(tǒng)矩陣，選擇待嵌入水印的系數(shù)，由于DCT系數(shù)反映了圖像的能量，從而實現(xiàn)嵌入水印的目的，然后再進行反DCT變換，取整即可得到嵌入水印后的載體圖像。其中水印嵌入過程為：

設原始圖像I大小為M×N，水印圖像J大小為P×Q，其中M、N分別是P、Q的偶數(shù)倍。要將水印圖像J加載到原始圖像I中，算法如下：

Step1分塊：將I分解為（M/8）×（N/8）個8×8大小的方塊BI（m，n）；亦將J分解為（M/8）×（N/8）個（8·P）/M×（8·Q）/N大小的方塊BJ（m，n），其中1≤m≤M/8，1≤n≤N/8。

Step2DCT變換：對每一個BI（m，n）實施DCT變換，即有DBI′（m，n）=DCT（BI（m，n））。

Step3加載水?。簩γ恳粋€DBI′（m，n）和BJ（m，n），xi為從DBI′（m，n）的中頻選出的加載的位置，1≤i≤（8·P）/M×（8·Q）/N，ri為水印BJ（m，n）的位置坐標，1≤i≤（8·P）/M×（8·Q）/N。DBI\"（m，n）（xi）=c×BJ（m，n）（ri），其中c是加權系數(shù)，用DBI\"（m，n）（xi）來代替DBI′（m，n）（xi）得到加載水印后的圖像DBI\"（m，n）。

Step4逆DCT變換.對每一個DBI\"（m，n）進行逆DCT變換，即IDBI（m，n）=IDCT（DBI\"（m，n））。并將各方塊IDBI（m，n）合并為一個整圖CI′，就得到加載了水印的新圖像TI。

數(shù)字水印提取過程為：

對加載了數(shù)字水印的載體圖像TI，要提取其中所加載的水印，其實質就是上述加載數(shù)字水印算法的逆運算：

Step1分塊將TI分解為（M/8）×（N/8）個8×8大小的方塊BTI（m，n），1≤m≤M/8，1≤n≤N/8。

Step2DCT變換對每一個BTI（m，n）進行二維DCT反變換：BTI′（m，n）=IDCT（BTI（m，n））。

Step3提取數(shù)據，對每一個BTI′（m，n），按照式BJ（m，n）（ri）=1/c×（xi）BTI′（m，n）得到BJ（m，n）。

Step4合并，將上面所有BJ（m，n）合并成一個整圖J。

DCT作為常用的一種編碼方法，并由于數(shù)字圖像JPEG壓縮標準也是建立在DCT變換基礎上，所以DCT是一種具有很好的去相關能力和能量壓縮能力的變換，越來越多的人利用它與其他算法結合進行版權保護，成目前數(shù)字水印領域的一個研究熱點。

如果在網絡上，多媒體教學課件的版權保護要求為：（1）先需要采用加密算法對課件內容進行加密，并根據需要將課件主題、版權聲明、權限許可證、版權人姓名、版本號、頒發(fā)服務網站地址等信息附加在加密文件頭部。（2）為了儲存和頒發(fā)權限許可證，實現(xiàn)權限管理器許可證服務，課件版權擁有者需要配置一個權限許可證頒發(fā)服務器。（3）借助互聯(lián)網或其他媒介，將加密包裝后的課件以Web站點、光盤、E—mail等形式發(fā)布。（4）用戶訪問加密包裝后的課件時，系統(tǒng)必須能夠讓他首先從權限許可證頒發(fā)服務器上獲得權限許可證，以便得到權限許可證中的密鑰，通過相應的解密算法對課件進行解密，并根據相關權限控制信息（如訪問次數(shù)、起始時問、終止時間等）進行驗證。驗證通過后，系統(tǒng)才能讓用戶根據權限許可證所規(guī)定的權限訪問課件。

3.2 應用實例

作為一款流行的工程設計和系統(tǒng)仿真軟件包，Matlab用于數(shù)字水印技術研究有著獨到的優(yōu)勢。啟動matlab軟件，按上述算法編制好應用程序，事先準備好一張取名為“xbmu.JPG”數(shù)字水印圖片，對多媒體課件中的“第一章”文件夾里的名為“12.jpg”的圖片，利用matlab程序把該圖片加入數(shù)字水印。具體實現(xiàn)結果如圖3所示。

圖3 數(shù)字水印圖像

4 結束語

近年來，數(shù)字水印技術發(fā)展很快，主要是通過對媒體數(shù)據進行時域或頻域的各種復雜變換，以增強嵌入信息的健壯性。數(shù)字水印技術雖然能檢測水印達到版權鑒別的目的，但是該技術只能在盜版發(fā)生后提供版權鑒定，并不能在真正意義上防止盜版。也就是說，數(shù)字水印技術只能做到“事后追蹤”，卻達不到“事前防范”的功能，需要在實際應用中結合其他技術實現(xiàn)版權保護。

參考文獻：

[1]馮明，唐宏，陳戈.數(shù)字版權管理技術原理與應用[M].北京：人民郵電出版社，2009，8.

[2]金聰.數(shù)字水印理論與技術[M].北京：清華大學出版社，2008，8.