數字水印技術的開發與應用
（《電聲技術》2023年第7期）
1 引言
近年來，伴隨著網際網路使用者的急增，多**資訊的流通也時興起來了。由於用計算機來進行影象與聲音的回放／編輯都比較容易，故一般使用者有了自己的網頁以後就可進行多**資訊的傳送與接收。
可以說，這就預示著一種利用網際網路的新業務的可能性。另一方面，由於數字資訊的複製不會引起資訊質量的劣化，故非法複製及篡改等侵權問題也不時發生。作為解決這類侵權問題的手段，數字水印技術已備受關注。文中將主要介紹數字水印技術的開發現狀、標準制定及應用示例。
2何為數字水印技術
數字水印技術指的是一種利用影象及聲音等**的冗餘性、在資訊內容中讓人覺察不出地復用其它資訊的技術。也就是說，在影象及聲音等多**資訊中嵌入一點其它資訊，並使之隱藏起來。數字水印
技術的作用是在流通的資訊內容中嵌入版權資訊或使用者資訊，藉此來保護資訊內容的版權，但不削弱數字資訊的優點。
數字水印技術有三個特徵。其一為所嵌入的水印是去不掉的。即使在資訊內容被壓縮、濾波或其它處理以後，水印仍保留在資訊內容中。若某人想強行把它去掉，則資訊內容的質量必將劣化，以致不能應用。其二是普通人難以確定到底在資訊內容的何處嵌入了水印。當他們**影象或聆聽**時，他們很難發現水印。最後乙個特徵是資訊內容不會由於水印的新增而有所改變，這與尋常的加擾或加密是不
一樣的。數字水印技術的上述特徵很適合於資訊內容的版權保護，故使用數字水印的版權保護系統的開發就逐步興旺起來。
3版權保護的兩類方式
(1)嵌入版權資訊的方式
如果是用衛星或地面波來廣播資訊內容，或者是用cd及
***
(2)嵌入使用者資訊的方式
如果是在網際網路上傳送資訊內容，或者像點播電視
(vod)
那樣的服務，內容**商在接到使用者的要求以後就有可能一邊在資訊內容中嵌入使用者的
id、一邊傳送資訊內容。另外，即使在上述數字廣播及使用儲存介質的資訊內容**服務中，也可考慮在使用內容時嵌入使用者的接收機和回放機的序號(編號
)。這樣，即使發生盜版，也可追究其源頭，從而收到抑制非法複製的效果。 在表
1中列出了對上述版權保護系統的若干要求。
4數字水印技術的開發
數字水印技術的早期開發主要側重於靜止影象
(如**及計算機圖形)的版權保護。例如，美國的 digimarc corp．及英國的high water signum ltd．早已開發了此類用途的技術，並推出了相應的版權管理服務。digimarc提供的版權管理服務屬於前述的第一種方式，它利用數字水印技術在靜止影象中嵌入版權資訊。high water signum基本上也提供相同的服務。這些服務被用來將攝影師、出版商及業內其它單位聯結起來，作為專業人員之間資訊傳遞的手段，其目的是防止未授權的拷貝。
隨著網際網路的推廣與普及，也有專為在網際網路上處置影象資料而開發的版權管理軟體，如日本 nec及美國的fraunhofer計算機圖形研究中心 (crcg)所開發的軟體。前者使用原先由美國的 nec研究院開發的數字水印技術，而後者可以使用三種不同的id資訊以提高安全性。
上述靜止影象的版權保護服務實際上是由兩部分軟體所構成的；第一部分軟體將id資訊嵌入到有版權的數字作品中，而第二部分軟體則從該作品中檢出id資訊，除此以外，還需要乙個資料庫，用來管理被嵌入的id資訊、版權持有人的姓名及其它的版權資訊。為了建立乙個版權管理系統，應將這三個部分結合起來予以使用(見圖1)。
由於影像及**作品將為數字水印技術開闢更大的市場，故近年來對這類數字水印技術的開發正在加速進行。例如，由歐洲11家通訊廣播公司、研究所及大學參加的歐洲產學研協作專案「talis- man"開發了使用數字水印的、影像軟體非法拷貝的監視系統，以防止數字電視廣播公司進行的非法拷貝。該系統的特徵是使用兩種id資訊，以便進行雙重保護。其一是版權持有人與廣播公司的id編號，使用數字水印(每幀64bit)將它們嵌入活**像資料中；另一是版權碼，它類似於出版界所用的國際標準圖書編碼isbn，經加密以後插入活**像資料的標題(header)部分。該專案共開發了以下三個分系統：①數字水印嵌入分系統，②版權碼插入分系統及③非法拷貝監視分系統(圖2)。
其中①與②是由影像作品製作者(版權持有人)來使用的，而③是由廣播公司等組織的第三方機構來使用，它監視廣播公司，檢查廣播公司是否廣播非法拷貝影像。
在將數字水印用於**作品方面，美國的 dice公司早就宣布了它的版權管理軟體argent，它可使用三種嵌人的1d資訊：①版權持有人的id；②數字發行人的id及③資料使用人的id。另外，美國的blue spike inc．的giovanni數字水印技術也可用於**作品。最近，國際錄音行業聯盟(ifpi)正在組織乙個"muse"專案。據說，從該項目的進展來看，它將成為未來的**作品版權保護系統的「極其重要的組成部分」。
5 數字水印技術的標準制定
數字水印技術的標準化工作在近1~2年取得了很大的進展，進行該工作的主要是著名的拷貝防止技術工作組(cptwg)，這也許是由於***產品的迫切需要所致。cptwg最初是為了制定***格式所需的版權保護措施而成立的。在完成了影像資料的加密方式css的標準化工作以後，它於2023年2月又建立了用於"ieee-1394"串聯介面的非法拷貝防止技術。
數字水印技術的標準化工作是在cptwg的下屬機構——資料隱藏分組(dhsg)中進行的，它曾於2023年6月公開徵求有關數字水印技術的提案。美國的digimarc corp.，macrovision corp.，ibm corp．，荷蘭的philips ce b．v．及日本的日立製作所，nec，先鋒與索尼等8家公司提出了7種方案。經過兩輪技術評價以後，這7種方案從去年7月開始合併成3種。ibm corp與nec首先宣布，它們將合併它們的方案。然後，macrovision／ digimarc方案與philips方案也合併了起來。與此同時，索尼、日立及先鋒也向dhsg提出了乙個合併建議。
迄今為止，在數字水印的商業應用方面，較為普遍的領域恐怕還是靜止影象。這裡，除了fraun- hofer crcg推出的syscop軟體以外，還有多家公司或研究所推出了用於靜止影象的版權管理軟體，如digimarc公司的picture marc，hish water signum公司的fbi pro及nec的tiger marc image data blade等等。
在音訊領域，由於**作品的網際網路流通的出現，數字水印的應用估計也會日益增多。日本電信**(ntt)及神戶製鋼所即將正式推出的服務專案就是乙個很好的例子。
從上述例子可見，數字水印的應用多半是為了進一步加強非法拷貝防止技術。可以相信，隨著多**資訊的網路流通的普及，數字水印技術也將進一步與ieee 1394的拷貝防止技術結合起來予以使用。也許正是由於這種趨勢，上述三大行業最近已經同意，拷貝防止顧問委員會將不僅最終決定數字水印技術的標準，而且還將決定下列技術的標準：ieee 1394的拷貝防止技術、軟體篡改的自檢技術及模擬rgb輸出的保護技術等等。
7 結束語
儘管人們或許早就從偵探**等方面對水印技術已有所了解，但數字水印技術畢竟還是乙個比較新的概念。它既繼承了原來的水印技術的本質，又採用了當今的數字技術的工具。可以說是舊貌換新顏。毫無疑問，推動其發展的驅動力當屬市場的需求。因此，隨著資訊內容流通量的不斷增加，數字水印技術的應用也必將進一步普及。
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