Necesitamos sus sugerencias sobre la aplicación de marcas de agua digitales. .

Las marcas de agua digitales se consideran la "última línea de defensa" contra la piratería multimedia. Por lo tanto, desde la perspectiva de la propia tecnología de marcas de agua, tiene amplias perspectivas de aplicación y un enorme valor económico.

El desarrollo de la sociedad actual ha mostrado dos características evidentes: la digitalización y el networking. La digitalización se refiere a la forma de almacenamiento de información, que se caracteriza por un gran almacenamiento de información y una fácil edición y copia en red, se refiere a la forma de transmisión de información, que tiene las ventajas de una velocidad rápida y una amplia distribución. Los últimos 10 años han visto un crecimiento explosivo en el uso y distribución de información de medios digitales. Las personas pueden obtener información digital y servicios en línea de forma rápida y cómoda a través de Internet. Pero al mismo tiempo, la piratería se ha vuelto más fácil y la gestión y protección de contenidos digitales se ha convertido en un problema urgente que la industria necesita resolver.

La información digital es esencialmente diferente de la información analógica, y las soluciones tradicionales para proteger la información analógica ya no son efectivas para la información digital. Junto con algunos procesadores de uso general, como las PC, las soluciones de protección de medios basadas en hardware se rompen fácilmente. La tecnología de cifrado comúnmente utilizada en realidad solo puede proteger el contenido de los medios durante la transmisión de información del remitente al destinatario. Una vez recibida la información, todos los datos son transparentes para el usuario durante el proceso de reutilización y ya no reciben ninguna protección. En esta situación, muchos académicos han favorecido la marca de agua digital, como una posible solución.

La idea básica de la marca de agua digital es ocultar información adicional con un cierto significado como marca en los datos del medio original, como audio, vídeo, imágenes, etc. Esta información está estrechamente integrada con la datos originales y se utilizan posteriormente. En el extremo receptor, la señal de la marca de agua se extrae a través de una computadora y se utiliza para diversos fines. Las posibles aplicaciones incluyen firmas digitales, huellas digitales, vigilancia de transmisiones, autenticación de contenido, control de copias y comunicaciones secretas. Las marcas de agua digitales se consideran la "última línea de defensa" contra la piratería multimedia. Por lo tanto, desde la perspectiva de la propia tecnología de marcas de agua, tiene amplias perspectivas de aplicación y un enorme valor económico.

Diagrama del marco general de la marca de agua digital

Marco básico de la marca de agua digital

Un sistema de marca de agua típico consta de un incrustador y un detector, como se muestra en la figura. El incrustador (fórmula (1)) genera una señal de marca de agua real basada en la información M que se transmitirá y la oculta en los datos del medio x para obtener una señal de marca de agua y. Por razones de seguridad, la generación de señales de marca de agua suele depender de la clave K.

y puede sufrir una cierta pérdida de información después de pasar a través de la red de transmisión, y se convierte en y′ cuando llega al detector. Este canal es incontrolable e incognoscible tanto para el incrustador como para el detector, y puede ser. llamado Es el canal de ataque. El detector es responsable de extraer información de y′, como la ecuación (2). Para la detección que no requiere una señal del host, la llamamos marca de agua ciega y lo contrario se llama marca de agua no ciega. Debido a los requisitos de la aplicación, la marca de agua ciega siempre ha sido la corriente principal de la investigación.

Características de la marca de agua digital

Aunque la idea de la marca de agua digital es simple, para lograr el propósito de la aplicación, debe cumplir con ciertos indicadores de desempeño, entre los que se encuentra el relativamente importante las características incluyen:

● Fidelidad: también conocida como invisibilidad, se refiere al grado en que la calidad de la señal del host cambia debido a la incrustación de marcas de agua. Dado que la señal del host es principalmente datos multimedia para que la gente los vea, la marca de agua debe tener alta fidelidad y al mismo tiempo aumentar la seguridad de la propia marca de agua.

● Robustez: se refiere a la capacidad de supervivencia de las marcas de agua durante la edición y el procesamiento de datos multimedia. Diversas operaciones en datos multimedia pueden provocar la pérdida de información de la señal del host, destruyendo así la integridad de la marca de agua, como la compresión, el filtrado, la adición de ruido, el corte, el escalado y la rotación, etc., así como algunos ataques maliciosos.

● Capacidad de información (carga útil de datos): se refiere a la cantidad de información que puede transmitir una señal de marca de agua bajo una determinada fidelidad. Las aplicaciones prácticas requieren marcas de agua para transmitir múltiples bits de información.

● Seguridad: en las aplicaciones, siempre hay personas que quieren incrustar, detectar o eliminar marcas de agua, y se debe restringir a otros para que no realicen las mismas operaciones. Esta es la seguridad de las marcas de agua. Para lograr la seguridad, la información importante debe mantenerse en secreto, como las marcas de agua, generalmente mediante una clave.

● Tasa de falsas alarmas: se refiere a la probabilidad de detectar incorrectamente una marca de agua en una señal de host que no contiene una marca de agua. Obviamente, sólo cuando la tasa de falsas alarmas sea lo suficientemente baja se podrá utilizar el sistema de forma segura y fiable.

A la hora de diseñar una marca de agua, debes elegir la tecnología adecuada en función de los indicadores de rendimiento anteriores. Algunas propiedades son incompatibles entre sí, como la invisibilidad, la solidez y la capacidad de información, y se deben considerar compensaciones.

Las marcas de agua se dividen en marcas de agua visibles y marcas de agua invisibles según su fidelidad. Como su nombre lo indica, las marcas de agua visibles pueden ser detectadas por el ojo humano. Según la solidez de la marca de agua, se puede dividir en marca de agua robusta y marca de agua frágil. Las marcas de agua robustas pueden resistir un cierto grado de procesamiento de señales; mientras que las marcas de agua frágiles se caracterizan por cualquier cambio en la información del medio que destruirá la integridad de la marca de agua, haciéndola indetectable. Por lo tanto, las marcas de agua sólidas hacen todo lo posible para garantizar la integridad de la información de la marca de agua y las marcas de agua frágiles hacen todo lo posible para garantizar la integridad de la información de los medios. Cada una tiene sus propios usos. También existe un tipo de marca de agua entre las dos, llamada marca de agua semifrágil, que es robusta para algunas operaciones pero frágil para operaciones de modificación de características de datos importantes.

Progresos en la tecnología de marcas de agua digitales

Al principio, los diseñadores de marcas de agua se centraban en cómo ocultar información en medios digitales sin ser descubiertos. Con este fin, la información de la marca de agua se coloca en el bit más bajo de los datos binarios, y este tipo de esquema se denomina colectivamente modulación de bits menos significativos. Obviamente, la información contenida en los bits menos significativos se pierde fácilmente en el procesamiento de señales común y la marca de agua tiene poca solidez.

Posteriormente, apareció una gran cantidad de algoritmos de marcas de agua en el dominio espacial. La incrustación de marcas de agua ya no se trata de modificar un solo punto en el dominio espacial, sino las características de un conjunto de puntos o una región, como la media, la varianza, la paridad, etc. El patchwork es un representante típico de este tipo de enfoque. Selecciona aleatoriamente n pares de píxeles (ai, bi) en el espacio de la imagen, suma d al brillo del píxel ai y resta d del brillo de bi. Como resultado, se obtiene la diferencia de brillo promedio entre los dos grupos de píxeles. se modifica a 2d. La teoría de la prueba de hipótesis estadística y media puede determinar la presencia o ausencia de una marca de agua. Sin embargo, la cantidad de información que Patchwork puede incrustar es limitada y es sensible a las transformaciones geométricas. El problema fundamental del algoritmo de marcas de agua en el dominio espacial es su escasa solidez al procesamiento de imágenes.

Comparado con el dominio espacial, el espectro es un buen método de descripción de señales. El componente de baja frecuencia representa la parte suave de la señal y es la información principal; el componente de alta frecuencia representa la parte inestable de la señal y es la información del borde. El análisis y procesamiento de la señal son muy intuitivos y convenientes. La marca de agua de espectro extendido introduce la teoría de la comunicación de espectro extendido y es una idea de diseño de marca de agua muy popular en el dominio de la frecuencia. Trata los medios digitales como un canal, que normalmente tiene un ancho de banda más amplio, y la señal de marca de agua que se va a incrustar como la señal de transmisión, que tiene un ancho de banda más estrecho. La marca de agua se puede extender primero a múltiples puntos de frecuencia y luego superponerse con la señal multimedia. De esta manera, cada componente de frecuencia contiene solo una pequeña marca de agua de energía, lo que no solo garantiza la invisibilidad, sino que al mismo tiempo, para destruir la marca de agua, se debe superponer ruido de alta amplitud a cada frecuencia. Esta idea se aplicó primero al dominio DCT y luego se extendió al dominio de la transformada de Fourier y al dominio wavelet. Además, para tener en cuenta la fidelidad de la marca de agua, se utiliza el modelo de percepción humana para controlar la energía de la marca de agua en cada punto de frecuencia para que no destruya la calidad de la señal, formando así una especie de espectro ensanchado adaptativo. filigrana.

Otro modelo importante de marca de agua es considerar la marca de agua como una comunicación de información de banda lateral conocida. La información de banda lateral se refiere a información conocida por el incrustador, incluidos los datos de medios. El incrustador debe aprovechar al máximo la información de la banda lateral para maximizar la probabilidad de una detección correcta de la marca de agua. Esto tiene un importante significado guía para el diseño de marcas de agua. Indica que la señal del host que contiene marcas de agua debe seleccionarse en un área donde la marca de agua pueda detectarse garantizando al mismo tiempo una cierta fidelidad.

Actualmente, el punto importante en la investigación de marcas de agua es explorar la máxima cantidad de información que se puede incrustar y detectar de manera confiable en las señales de los medios. Aplica el modelo de comunicación de información de banda lateral conocida y el conocimiento de la teoría de la información. La investigación sobre algoritmos de marcas de agua se centra en el dominio de la compresión, es decir, estándares de compresión como JPEG y MPEG, porque la compresión es una tecnología que debe utilizarse en la transmisión de información.

Tecnología de ataque de marcas de agua digitales

Diversas ediciones y modificaciones de datos multimedia a menudo conducen a la pérdida de información y, debido a que las marcas de agua están estrechamente integradas con los datos multimedia, también afectarán la detección de marcas de agua. y extracción, colectivamente nos referimos a estas operaciones como ataques. La tecnología de ataque de marcas de agua se puede utilizar para probar el rendimiento de las marcas de agua, que es un aspecto importante del desarrollo de la tecnología de marcas de agua. Cómo mejorar la solidez de las marcas de agua y resistir los ataques es la cuestión más importante para los diseñadores de marcas de agua.

El sistema de evaluación del rendimiento de marcas de agua de primera generación, Stirmark, incluye una gran cantidad de operaciones de procesamiento de señales e imágenes, que se pueden dividir en:

● Ataque de eliminación de marcas de agua (ataque de eliminación): principalmente Incluye conversión A/D, D/A, eliminación de ruido, filtrado, modificación de histograma, cuantificación y compresión con pérdida, etc. Estas operaciones provocan pérdida de información en los datos multimedia, especialmente la compresión, que puede eliminar la mayor cantidad de redundancia posible y al mismo tiempo garantizar una cierta calidad de la información, de modo que se puedan eliminar las marcas de agua.

● Ataque geométrico: Incluye principalmente diversas transformaciones geométricas, como rotación, traslación, transformación de escala, corte, eliminación de filas o columnas, transformación geométrica aleatoria, etc. Estas operaciones cambian la disposición espacial o temporal de los datos multimedia, haciendo que la marca de agua sea indetectable y, por lo tanto, también se denominan ataques asincrónicos.

● Ataque de piratería: el atacante utiliza múltiples copias con marcas de agua de la misma información multimedia y utiliza métodos estadísticos para construir datos multimedia sin marcas de agua.

● Ataque de incrustación repetido: el atacante incrusta su propia información de derechos de autor en datos multimedia que han sido incrustados con marcas de agua de otras personas, lo que genera disputas de derechos de autor.

El sistema de ataque de marca de agua de segunda generación fue propuesto por Voloshynovskiy. Su idea central es utilizar un modelo estadístico de datos de medios razonable y la probabilidad posterior máxima para estimar la marca de agua o la señal de medios original, eliminando así la marca de agua.

El análisis y la investigación sobre tecnologías de ataque han promovido la innovación de la tecnología de marcas de agua, pero también han planteado desafíos uno tras otro para las marcas de agua en sí. Actualmente, no existe ningún algoritmo que pueda resistir todos los ataques, especialmente los ataques geométricos, que son reconocidos como los problemas más difíciles en la comunidad académica, y actualmente no existe una solución madura.

Productos de marcas de agua digitales

A finales de la década de 1990, algunos productos de marcas de agua comenzaron a aparecer a nivel internacional. La empresa estadounidense Digimarc tomó la iniciativa en el lanzamiento del primer software de marca de agua digital para la protección de derechos de autor de imágenes fijas y luego integró el software en el software de procesamiento de imágenes Photoshop y Corel Draw de Adobe en forma de complementos. El software LavelIt lanzado por AlpVision puede ocultar varios caracteres en cualquier imagen escaneada para proteger y rastrear documentos. La tecnología de marca de agua SysCop de MediaSec protege el contenido multimedia para evitar la copia, difusión y edición ilegales.

El Grupo de Tecnología de Protección de Derechos de Autor de EE. UU. (CPTWG) estableció un Grupo de Ocultación de Datos (DHSG) dedicado a desarrollar estándares técnicos para las marcas de agua de protección de derechos de autor. Propusieron un sistema 5C para la protección de los derechos de autor de los DVD. IBM utiliza marcas de agua digitales en los sistemas de protección de derechos de autor de bibliotecas digitales. Muchos grupos empresariales de renombre internacional, como Samsung de Corea del Sur y NEC de Japón, también han establecido proyectos de desarrollo de tecnología DRM. Además, actualmente existen algunos requisitos potenciales de aplicación, como búsqueda de software y estadísticas de número de descargas, advertencias de seguridad web, protección de programas de televisión digital y prevención de pérdida de documentos confidenciales, etc.

Algunos estándares internacionales han incorporado marcas de agua digitales o reservado espacio para las mismas. El objetivo de SDMI es proporcionar un marco abierto para la reproducción, almacenamiento y distribución de música.

La especificación SDMI estipula una variedad de formatos de archivos de audio y combina tecnologías de cifrado y marcas de agua digitales para lograr la protección de los derechos de autor. El estándar internacional JPEG2000 que se ha promulgado ha reservado espacio para marcas de agua digitales. El próximo estándar de compresión de vídeo digital MPEG-4 (ISO/IEC 14496) proporciona una interfaz para la gestión y protección de la propiedad intelectual, permitiendo la combinación de tecnologías de protección de derechos de autor, incluidas las marcas de agua.

En China, el gobierno concede gran importancia al desarrollo de la industria de la seguridad de la información. La investigación sobre marcas de agua digitales ha sido financiada por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales y el programa "863". El Taller Académico sobre Ocultación de Información Nacional (CIHW) se ha celebrado con éxito cinco veces desde 1999, lo que ha promovido eficazmente la investigación y el desarrollo de la tecnología de marcas de agua. El año pasado, el gobierno promulgó la "Ley de Firma Electrónica de la República Popular China", que proporciona la base legal necesaria para la aplicación de la tecnología de marcas de agua.

Aunque las marcas de agua digitales se están desarrollando rápidamente, todavía queda mucho camino por recorrer antes de su aplicación práctica. Muchos proyectos e investigaciones aún se encuentran en sus etapas iniciales y experimentales, y los productos de marca de agua existentes no pueden satisfacer completamente las necesidades de uso. Hoy en día, la tecnología de marcas de agua se está desarrollando en profundidad y algunos problemas técnicos y legales básicos se están resolviendo uno por uno. Creo que en un futuro próximo la combinación de marcas de agua y otras tecnologías DRM solucionará por completo los problemas de gestión y protección de los contenidos digitales.

Pequeña información 2

Casos de aplicación de protección de derechos de autor digitales multimedia

Solución de protección de derechos de propiedad digital DMD lanzada por SafeNet, una empresa estadounidense con 20 años de historia de desarrollo en el campo de la seguridad Es un producto DRM que utiliza tecnología de cifrado. Chen Hong, vicepresidente de la región Asia-Pacífico de SafeNet, presentó varios casos de aplicaciones exitosas a pedido del periodista.

DMD se utiliza principalmente en descargas de música y tonos de llamada, VOD, servicios de distribución de contenidos multimedia y, recientemente, TV móvil. Básicamente, la selección de clientes se basa en los siguientes puntos: basado en el rendimiento de nivel de operador, puede manejar miles de usuarios al mismo tiempo; puede admitir simultáneamente múltiples tecnologías DRM y tiene altas capacidades de soporte para futuras tecnologías DRM; la alta interoperabilidad garantiza que; el servidor Comunicación segura y estable entre el cliente y las capacidades de autorización avanzadas, como la capacidad de controlar eficazmente el uso de una licencia para garantizar que la plataforma DRM no funcione de forma independiente y pueda integrarse fácilmente en el servidor; plataforma y sistema de carga, etc. combinados.

En términos de descargas de música, NPO es el cliente de SafeNet en Francia. Son los principales responsables de publicar música en CD y de poner la música publicada en la red FN@C para que la gente pague por descargarla. Después de que NPO realice el procesamiento DRM en el contenido musical, FN@C (que es un portal público) publicará el contenido y lo proporcionará a las personas para que lo descarguen pagando. Cuando el usuario final pague el dinero, FN@C cifrará parte de los datos de certificación y los enviará a la OSFL, quien generará la autorización para el usuario.

A nivel de aplicaciones VOD, la alemana Arcor es proveedor de ISP. A través de soluciones DRM, Arcor cifra contenido de audio y video y brinda a los clientes servicios pagos por usuario a través de Internet y Cable. El cliente pagó el dinero y Arcor quedó oficialmente autorizado por la solución DRM de SafeNet, permitiéndole disfrutar del servicio audiovisual.

En cuanto a aplicaciones 3G, la empresa británica BT LiftTime también utiliza la solución DMD de SafeNet. BT LifeTime compra contenido de televisión por cable (como programas deportivos o musicales, etc.) de proveedores de contenido, convierte este contenido al formato DAB, lo cifra con DMD y lo coloca en su plataforma, y ​​luego lo revende a operadores inalámbricos para brindar servicios móviles. dispositivos Los usuarios pagan directamente para descargar contenido. La licencia se proporciona a los clientes que pagan a través de SafeNet DMD.

(Computer World, Número 44, B6, B7, 14 de noviembre de 2005)

Diseño e implementación de tecnología de marca de agua digital de vídeo MPEG-4

Universidad de Wuhan Laboratorio de procesamiento de información y señales (430079) Qiu Fengguang y Li Fuping

Con el rápido desarrollo de la tecnología de la información y las redes informáticas, las personas no sólo pueden obtener información multimedia de manera conveniente y rápida a través de Internet y CD-ROM, sino también Además, la obtención de copias que son exactamente iguales a los datos originales, los consiguientes problemas de piratería y disputas de derechos de autor se han convertido en un problema social cada vez más grave. Por lo tanto, la tecnología de procesamiento de marcas de agua para productos multimedia digitales se ha convertido en una de las áreas de investigación más candentes en los últimos años.

Aunque la tecnología de marcas de agua digitales ha logrado grandes avances en los últimos años, la dirección se centra principalmente en imágenes fijas. Dado que aún no se ha establecido completamente un modelo de visión humana más preciso, que incluya características como efectos de enmascaramiento temporal, el desarrollo de la tecnología de marcas de agua de video va a la zaga de la tecnología de marcas de agua de imágenes fijas. Por otro lado, debido a la aparición de formas especiales de ataque contra las marcas de agua de vídeo, se proponen algunos requisitos únicos para las marcas de agua de vídeo que son diferentes de las marcas de agua de imágenes fijas.

Este artículo analiza las características de la estructura de vídeo MPEG-4 y ejemplos de aplicación de soluciones de mejora de marcas de agua digitales de vídeo basadas en espectro ensanchado.

1 Introducción a la tecnología de marca de agua digital de vídeo

1.1 Introducción a la tecnología de marca de agua digital

La tecnología de marca de agua digital incorpora cierta información icónica directamente en el contenido multimedia a través de ciertos algoritmos, pero no afecta el valor y el uso del contenido original y no puede ser detectado ni notado por el sistema de percepción humana. A diferencia de la tecnología de cifrado tradicional, la tecnología de marcas de agua digitales no puede evitar que se produzcan actividades de piratería, pero puede determinar si el objeto está protegido, controlar la difusión de datos protegidos, identificar la autenticidad, resolver disputas de derechos de autor y proporcionar pruebas de certificación para los tribunales. Para que a los atacantes les resulte más difícil eliminar las marcas de agua, la mayoría de los esquemas actuales de producción de marcas de agua se refuerzan con sistemas de cifrado en criptografía. Una clave, o incluso varias claves, se utilizan en combinación al incrustar y extraer marcas de agua. El método general de incrustación y extracción de marcas de agua se muestra en la Figura 1.

1.2 Varios aspectos que se deben considerar en el diseño de marcas de agua digitales de vídeo

·Capacidad de la marca de agua: La información de la marca de agua incrustada debe ser suficiente para identificar al comprador o propietario del contenido multimedia.

·Imperceptibilidad: las marcas de agua digitales incrustadas en los datos de vídeo deben ser invisibles o imperceptibles.

·Robustez: Las marcas de agua son difíciles de eliminar sin reducir significativamente la calidad del vídeo.

·Detección ciega: El vídeo original no es necesario para la detección de marcas de agua, porque es casi imposible guardar todos los vídeos originales.

Recordatorio de manipulación: cuando el contenido multimedia cambia, el algoritmo de extracción de marcas de agua puede detectar con sensibilidad si los datos originales han sido manipulados.

1.3 Selección del esquema de marca de agua digital de video

Al analizar los sistemas de codificación y decodificación de video digital existentes, los esquemas actuales de incrustación y extracción de marcas de agua de video MPEG-4 se pueden dividir en las siguientes categorías: clase, como se muestra en la Figura 2.

(1) Solución 1 para incrustar marcas de agua de video: la marca de agua se incrusta directamente en la transmisión de video original. La ventaja de este tipo de solución es que existen muchos métodos para la incrustación de marcas de agua y, en principio, aquí se puede aplicar cualquier solución de marca de agua de imágenes digitales. Las desventajas son:

·Aumentará la velocidad de bits de datos de la transmisión de vídeo

·La marca de agua se perderá después de la compresión con pérdida MPEG-4