數字水印在下一代數字廣播電視網絡中的應用

摘要：目前，數字水印技術是信息安全領域的一個研究方向，是一種在開放的網絡環境下保護版權和認證來源及完整性的新型技術。隨著數字電視廣播的進一步發展，對網絡的監控和媒體的版權管理提出了更高的要求，在此方面，數字水印技術可以有效的發揮其作用。

關鍵字：數字水印 精確監控 版權管理

1、前言

2008年12月4日，科技部和國家廣電總局正式簽署了《國家高性能寬帶信息網暨中國下一代廣播電視網自主創新合作協議書》，根據要求廣電總局開始著手建設下一代廣播電視網（NGB），預計在十年左右的時間建成中國下一代廣播電視網。

2、數字水印技術

2.1數字水印的發展

數字水印技術是從信息隱藏技術發展而來的，是數字信號處理，圖像處理，密碼學應用，算法設計等學科的交叉領域。數字水印最早在1993年由Tirkel[2]等人提出，在國際學術會議上發表題為“Electronicwatermark”的第一篇有關水印的文章，提出了數字水印的概念及可能的應用，并針對灰度圖像提出了兩種向圖像最低有效位中嵌入水印的算法。1996年在英國劍橋牛頓研究所召開了第一屆國際信息隱藏學術研討會[3]，標志著信息隱藏學的誕生。

2.2數字水印基本原理和算法

一般的數字水印系統包含水印的嵌入和提取（或者是檢測）兩大部分，嵌入部分至少具有兩個輸入：原始的水印信息和載體作品。水印嵌入部分輸出的結果為含水印的載體作品，通常用于傳輸和轉錄。之后這件作品或另一件未經過這個嵌入器的作品可作為水印檢測器的輸入量。大多數檢測器試圖盡可能地判斷出水印存在與否，若存在，則輸出為所嵌入的水印信號。一般地，數字水印應具有如下的特性:

安全性:嵌入在載體作品中的水印是不可刪除的，且能夠提供完全可靠的版權證據。

隱蔽性:是指人類視覺或聽覺上的不可感知性，在數字作品中嵌入數字水印不會引起明顯的降質，并不易被察覺。

魯棒性:所謂魯棒性是指在經歷多種無意或有意的信號處理過程后，數字水印仍能保持完整性或仍能被準確鑒別。[6]

3、數字水印在NGB的應用

隨著數字電視的發展，數字水印在廣播電視網絡的監播，監測和版權方面有更多的應用。

3.1使用數字水印監測數字電視的播出

目前，國家正全力推進數字電視，按照國家廣電總局的部署，2003年全面啟動有線數字電視的數字化，2006年開始地而數字電視廣播試驗，并開展衛星直播電視業務，2008年全而推廣地而數字廣播。2015年停止模擬電視播出，實現數字廣播電視有線、衛星和無線的全國覆蓋。

在數字電視的監測工作中，利用水印進行檢測的有以下幾方面:

(1)非法信號的監測:在電視臺節目傳送過程中，經常會遭到各種空中干擾，造成廣播電視節目信號質量下降，我們將這類信號稱為非法信號。廣播電視信號監播就是要阻止非法信號的插播，保證正常節目的順利播出。

(2)輿情的監測：隨著互聯網的快速發展，網絡媒體作為一種新的信息傳播形式，已深入人們的日常生活。現在我們可以通過在網頁中插入水印的方式，對輿情實時監控，監測部門還可以提取水印中的信息，就可以方便地完成對信息的提取和關注度的統計，實現全面監測。

(3)廣電節目的監測:數字水印可以針對不同的節目添加不同的水印信息，可以在把播出機構信息、版權信息、制作機構信息、節日信息等加載水印信息中，提取出水印信息后，就可以知道當前正在播出節日的詳細內容，通過與計劃播出節日表進行對照，就可以監測節目的具體播出情況，判斷其是否錯播以及電視節目的播出是否完整。

3.2數字水印在媒體版權保護中的應用

強魯棒的不可見水印（RobustImperceptibleWatermarking）在嵌入媒體作品后是不可分離，故而在保護媒體的版權方面起著主要的作用。作者版權遭到侵犯時可以為第三方提供證據，從而獲知誰是真正的版權所有者。

數字水印技術可應用于開放環境下的數字廣播影視的數字版權管理(DRM)。許多節目是可以公共播出的，不能通過加密技術限制用戶收看。采用數字水印技術可以保護數字版權而又不影響用戶的合法傳播復制。水印標識具有一定的自我保護性，能夠抵抗視頻格式變換，編輯，標識插入和MPEG壓縮與解壓縮等操作，對于視頻質量不會有太大的影響。總的說水印標識具有自適應性，根據每幅圖像的形狀來對水印標識的不可見性和魯棒性進行優化，這一不可見的標識始終能被讀取，都可以找到它的源頭。從而大大降低內容被盜用及盜版的可能性，解決內容提供商前所未有的關注內容的安全性問題。[7]

4、數字水印應用于廣電領域必須滿足的條件

對于電視臺來說，要運用數字水印技術進行監測和版權管理，所嵌入的水印必須要滿足以下條件：

(1)首先要保證添加水印后的節目圖像質量不受影響，這就要求所嵌入的水印具有較高的掩蔽值，可以構建感知模型，歸納畫出掩蔽值函數曲線。尋找視頻信息中人眼關注度較低的部分嵌入水印，要保證水印信息的不可察覺性，不影響正常的收看。

(2)其次，所嵌入的水印必須能夠抵抗一定程度的信號處理和幾何攻擊，所謂的信號處理有信道噪音、濾波操作、重采樣、有損編碼壓縮、D/A或A/D轉換等，一般的幾何攻擊有旋轉、放縮、平移、剪裁、拼接等。所以，這也就要求嵌入的水印是強魯棒性水印。

(3)最后，要保證嵌入的水印信息具備一定的不可感知性、安全性和自恢復性。由于目前為止水印的同步問題沒有完全解決，對于給定的水印算法，水印檢測器是必須知道嵌入水印的位置的，若水印圖像經過RST（Rotation，scale，andtranslation）攻擊、裁剪攻擊、Stirmark攻擊等，水印的同步性遭到破壞，水印將無法正確提取。因此如果要將數字水印應用于廣電網中，必須尋找到視頻或圖像中更好的不變的特征，在這一特征基礎上研究出的水印算法將能更好抵抗幾何攻擊。

5、小結

總的來看，數字水印在廣播電視領域的前景十分廣闊。隨著下一代廣播電視網絡的進一步發展和推廣，相信數字水印在廣電監測和數字媒體版權保護方面有更加廣泛的應用。

參考文獻：

[1]國家廣電總局廣播電視規劃院，面向下一代網絡（NGB）電纜接入技術需求白皮書，2009.3

[2]TirkelA.Z.，RankinC.A.，R.M.vanSchyndel，HoW.J.，MeeN.R.A.，OsborneC.F..\"ElectronicWaterMark.\"DICTA-93.MacquarieUniversity，Sydney，Decmeber1993，pp.666-672

[3]RossJ.Anderson(ed.)，Proc.ofthe1stInternationalWorkshoponInformationHiding，LectureNotesonComputerScience，vol.1174，Cambridge，U.K.，May30-June1，1996.

[4]IngemarJ.Cox，MattL.Miller.Thefirst50yearsofelectronicwatermarking.JournalofAppliedSignalProcessing，2002，2:126-132.

[5]楊義先，鈕心忻.數字水印理論與技術.北京:高等教育出版社，2006.3.

[6]劉祥權.使用數字水印實現廣播電視節目的精確監測[J].廣播電視監制，2009（135-137）

[7]周建峰.數字水印在電視系統的應用[J].西部廣播電視，2006.2