第十章 數(shù)字媒體管理與保護.ppt.Convertor.doc

許昌網(wǎng)站建設數(shù)字媒體技術導論華中師范大學清華大學出版社第十章 數(shù)字媒體管理與保護本章學習內(nèi)容10.1 數(shù)字媒體管理概述10.2 媒體存儲數(shù)據(jù)模型10.3 數(shù)字媒體版權(quán)保護概念框架10.4 數(shù)字媒體版權(quán)保護技術基礎10.5 數(shù)字媒體版權(quán)保護典型系統(tǒng)第十章 數(shù)字媒體管理與保護本章學習目標了解數(shù)字媒體存儲管理的基本方法。理解數(shù)字媒體存儲的基本數(shù)據(jù)模型。掌握數(shù)字媒體版權(quán)保護的基本方案及系統(tǒng)構(gòu)架。了解數(shù)字媒體版權(quán)保護的核心技術基礎。了解目前數(shù)字媒體版權(quán)保護的典型系統(tǒng)。10.1 數(shù)字媒體管理概述數(shù)據(jù)管理基本方法的發(fā)展人工管理（20世紀50年代以前）文件系統(tǒng)管理（20世紀50年代到60年代中期）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理（20世紀60年代后期至今）數(shù)字媒體數(shù)據(jù)的管理文件系統(tǒng)管理方式擴充關系數(shù)據(jù)庫的方式面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫超文本（或超媒體）10.1.1 數(shù)據(jù)管理基本方法的發(fā)展（續(xù)）早期人工管理早期計算機主要用于科學計算，沒有直接存取的存儲設備，沒有軟件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行管理，數(shù)據(jù)是面向應用的。缺點：無法互相利用，互相參照，所以程序與程序之間有大量的重復數(shù)據(jù)。文件系統(tǒng)管理20世紀50年代到60年代中期，計算機不僅用于科學計算，還有大量用于數(shù)據(jù)處理。存儲的硬件包括磁盤盒、磁鼓等，操作系統(tǒng)有了管理數(shù)據(jù)的軟件，一般采用文件系統(tǒng)。對數(shù)據(jù)文件的操作包括查詢、修改、插入和刪除等。10.1.1 數(shù)據(jù)管理基本方法的發(fā)展（續(xù)）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理20世紀60年代后期，計算機用于大規(guī)模的數(shù)據(jù)處理，其特點是：面向復雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；數(shù)據(jù)冗余度小、易擴充；具有較高的數(shù)據(jù)和程序的獨立性及統(tǒng)一的數(shù)據(jù)控制功能。由于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的出現(xiàn)，它使得信息系統(tǒng)的研制從圍繞數(shù)據(jù)加工的程序中心轉(zhuǎn)變到研制共享數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。這樣可以大大提高數(shù)據(jù)的利用率，提高作出決策的可靠性。 10.1.2 數(shù)字媒體數(shù)據(jù)管理數(shù)字媒體具有數(shù)據(jù)量大、結(jié)構(gòu)復雜、存儲具有分布式等特點，尚未有一種統(tǒng)一的方法用于數(shù)據(jù)的存儲和管理。目前常見的數(shù)據(jù)管理與存儲的方法包括： 文件系統(tǒng)管理方式擴充關系數(shù)據(jù)庫的方式面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫超文本（或超媒體）10.1.2 數(shù)字媒體數(shù)據(jù)管理（續(xù)）文件系統(tǒng)管理方式特點：存儲簡單。文件系統(tǒng)的樹型目錄的層次結(jié)構(gòu)能反映數(shù)據(jù)之間的部分邏輯關系。缺點演播的資料格式受到限制。文件系統(tǒng)管理方式一般只適用于小的項目管理或較特殊的數(shù)據(jù)對象，所表示的對象及相互之間邏輯關系比較簡單，如圖片、動畫等單一媒體信息。10.1.2 數(shù)字媒體數(shù)據(jù)管理（續(xù)）擴充關系數(shù)據(jù)庫的方式關系模型是由IBM公司的埃德加科德于1970年首先提出的。關系模型由關系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、關系操作集合、關系完整性約束三部分組成。關系數(shù)據(jù)庫是建立在集合代數(shù)基礎上，應用數(shù)學方法來處理數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。目前的主流關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對數(shù)字媒體的支持有限，通常采用引入新的數(shù)據(jù)類型，以便存儲數(shù)字媒體對象字段，大小可以達到GB字節(jié)，但不利于檢索、查詢和編輯。10.1.2 數(shù)字媒體數(shù)據(jù)管理（續(xù)）面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫是指對象的集合、行為、狀態(tài)和聯(lián)系等以面向數(shù)據(jù)模型來定義的。適合于描述復雜對象。通過引入封裝、繼承、對象、類等概念，可以有效地描述各種對象及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和聯(lián)系。由于面向?qū)ο蟾拍钤诟鱾€領域中尚未有一個統(tǒng)一的標準，而且面向?qū)ο竽Ｐ筒⒎峭耆m合于多媒體數(shù)據(jù)庫，所以用面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫直接管理多媒體資料尚未達到實用水平。10.1.2 數(shù)字媒體數(shù)據(jù)管理（續(xù)）超媒體技術超媒體技術是媒體技術與超文本結(jié)構(gòu)化技術的融合，是以超文本的思想實現(xiàn)對媒體數(shù)據(jù)的存儲、管理和檢索等。超媒體技術采用非線性的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這種非線性技術可以按照人腦的聯(lián)想思維方式把相關信息聯(lián)系起來。10.2 媒體存儲數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型通常由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和完整性約束3個部分組成，也稱數(shù)據(jù)模型三要素。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述，是所研究的對象類型的集合。 數(shù)據(jù)操作是對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)動態(tài)特性的描述。 數(shù)據(jù)的約束條件是實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫完整性規(guī)則的集合。常用的多媒體數(shù)據(jù)模型NF2數(shù)據(jù)模型面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型對象-關系模型10.2.1 NF2數(shù)據(jù)模型NF2模型是復雜對象模型的一種，復雜對象模型是一種帶有實驗性質(zhì)的數(shù)據(jù)模型，是對關系模型的一種擴展，其目的在于彌補關系模型在抽象能力上的缺陷。缺點：在定義抽象數(shù)據(jù)類型、反映多媒體數(shù)據(jù)各成分間的空間關系、時間關系和媒體對象的處理方法方面仍有困難，建模能力不強。10.2.2 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型基本概念抽象數(shù)據(jù)類型用來表示具有相同特征的對象所構(gòu)成的集合繼承是一種在某一類定義的基礎之上構(gòu)造新的類定義的手段。繼承使面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型具有了歸納限定的抽象能力。對象標識是一種使一個對象有別于其他對象的標記。利用對象標識的一個對象可以包含多個對象，同時，也能為多個其他對象所包含。多態(tài)是與繼承緊密相關的另一個重要的概念，可被用來表示對象在行為方式上的差異。 10.2.3 對象-關系模型基于對象-關系模型的多媒體數(shù)據(jù)庫的優(yōu)點：實現(xiàn)代價小。關系數(shù)據(jù)庫的內(nèi)核和成熟的關系理論，均可被多媒體數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)者使用。目前的關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)產(chǎn)品多、應用面廣，新開發(fā)的多媒體數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)必須能以“引擎”的開放方式與現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)合，對象-關系型數(shù)據(jù)庫在這方面有得天獨厚的優(yōu)勢。對象-關系型數(shù)據(jù)庫支持面向?qū)ο筇匦?，支持復雜對象和復雜對象的復雜行為，幫助關系數(shù)據(jù)庫管理人員處理新型的多媒體數(shù)據(jù)類型，同時不犧牲關系模型的強大特性。10.2.3 對象-關系模型(續(xù))對象-關系模型支持多媒體數(shù)據(jù)庫主要體現(xiàn)在以下幾個方面大型對象用戶自定義類型和函數(shù)活性數(shù)據(jù)10.3 數(shù)字媒體版權(quán)保護基礎數(shù)字媒體版權(quán)保護的概念數(shù)字媒體版權(quán)保護基本方案數(shù)字媒體版權(quán)保護系統(tǒng)框架10.3.1 數(shù)字媒體版權(quán)保護的概念（1）數(shù)字版權(quán)保護的定義數(shù)字版權(quán)保護是對有形和無形資產(chǎn)版權(quán)和版權(quán)所有者關系的定義、辨別、交易、保護、監(jiān)控和跟蹤的手段。是指對數(shù)字化信息產(chǎn)品(如圖書、音樂、圖像、錄像、多媒體文件等)在網(wǎng)絡中交易、傳輸和利用時所涉及的各方權(quán)利進行定義、描述、保護和監(jiān)控的整體機制。通過對數(shù)字內(nèi)容進行加密和附加使用規(guī)則對數(shù)字內(nèi)容進行保護。10.3.1 數(shù)字媒體版權(quán)保護的概念（續(xù)）（2）DRM基本信息模型三個核心實體：用戶實體可以是權(quán)利擁有者，也可以是最終消費者；內(nèi)容實體可以是任何類型和聚合層次的；權(quán)利實體是用戶和內(nèi)容之間的許可，限制，義務，關系的表示方式。 10.3.2 數(shù)字媒體版權(quán)保護基本方案（1）DRM的核心概念DRM的一個核心概念是許可證，它是一個基于使用規(guī)則的數(shù)字文件。用于將一定的權(quán)利授予給購買相應權(quán)利的用戶。通常被保護的內(nèi)容和許可證是分開存儲的，這使得DRM系統(tǒng)的設計更靈活。（2）DRM的起源DRM起源于上世紀90年代中期歐洲委員會資助的Imprimatur項目（1995-1998）的部分成果，包括數(shù)字內(nèi)容傳播商業(yè)模式的開發(fā)和版權(quán)保護信息（Rights Management Information, RMI）以及水印的分析，最初應用于娛樂、音樂等商業(yè)領域。10.3.2 數(shù)字媒體版權(quán)保護基本方案（續(xù)）（3）基本方案目前，數(shù)字版權(quán)的保護和管理方案大多基于加密認證或數(shù)字水印技術。這兩種技術具有各自的特點和優(yōu)勢，加密認證技術與數(shù)字水印技術的比較如下：（3）應用領域市場上已經(jīng)存在眾多的DRM系統(tǒng)，根據(jù)保護的對象可以做如下的分類：針對網(wǎng)上音樂、視頻的下載和流媒體播放的DRM解決方案主要有Microsoft發(fā)布的Windows Media DRM、Real Networks發(fā)布的Helix DRM，Apple的iTunes以及IBM 的EMMS等。對于電子書的DRM技術國外有Microsoft DAS、 Adobe Content Server等，國內(nèi)的電子書DRM 系統(tǒng)有方正 Apabi 數(shù)字版權(quán)保護技術、書生的SEP技術、超星的PDG等。針對手機上內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)控制的DRM標準目前主要為OMA組織的OMA DRM標準。10.3.2 數(shù)字媒體版權(quán)保護基本方案（續(xù)）10.3.3 數(shù)字媒體版權(quán)保護系統(tǒng)框架（1）DRM總體框架DRM是一個系統(tǒng)概念，涉及商業(yè)運營模式、法律制度、社會文化習慣和技術機制等多方面內(nèi)容。10.3.3 數(shù)字媒體版權(quán)保護系統(tǒng)框架（續(xù)）（2）DRM系統(tǒng)分類DRM系統(tǒng)根據(jù)不同的標準可以劃分成不同的類別。依據(jù)保護對象的不同可以分為針對軟件的DRM和針對電子書、流媒體等一般數(shù)字內(nèi)容的DRM；依據(jù)有無使用特殊硬件可以分為基于硬件的DRM和純軟件的DRM；依據(jù)采用的安全技術可以分為基于密碼技術的DRM、基于數(shù)字水印技術的DRM和密碼技術和數(shù)字水印技術相結(jié)合的DRM。（3）DRM的核心思想通過使用數(shù)字許可證來保護數(shù)字內(nèi)容的版權(quán)。10.3.3 數(shù)字媒體版權(quán)保護系統(tǒng)框架（續(xù)）（4）DRM的典型系統(tǒng)架構(gòu) 10.3.3 數(shù)字媒體版權(quán)保護系統(tǒng)框架（續(xù)）其中內(nèi)容服務器主要實現(xiàn)對數(shù)字內(nèi)容的加密、插入數(shù)字水印等處理并將處理結(jié)果和內(nèi)容標識元數(shù)據(jù)等信息一起打包成可分發(fā)銷售的數(shù)字內(nèi)容。許可證服務器主要用來生成并分發(fā)數(shù)字許可證，還可以實現(xiàn)用戶身份認證、觸發(fā)支付等金融交易事務?？蛻舳酥饕珼RM控制器和數(shù)字內(nèi)容使用工具。DRM控制器負責收集用戶身份標識等信息，控制數(shù)字內(nèi)容的使用。如果沒有許可證。DRM控制器還負責向許可證服務器申請許可證。數(shù)字內(nèi)容使用工具主要用來輔助用戶使用數(shù)字內(nèi)容。10.4 數(shù)字媒體版權(quán)保護技術加密認證技術數(shù)字水印技術權(quán)利描述語言10.4.1 加密認證技術（1）加密所謂加密是對可讀明文（plaintext）經(jīng)過一定的算法變換，使之在逆變換之前，無法以閱讀或其他方式進行使用的過程。 對數(shù)字化作品進行加密，是實施版權(quán)保護的基礎和起點。 數(shù)據(jù)的加密和解密過程10.4.1 加密認證技術（續(xù)）常用的密碼算法主要分為對稱密碼算法(也稱單鑰密碼算法、秘密密鑰密碼算法)非對稱密碼算法 (也稱公開密鑰密碼算法、雙鑰密碼算法)10.4.1 加密認證技術（續(xù)）（2）身份認證認證是計算機系統(tǒng)中對用戶、設備或其他實體進行確認、核實身份的過程。認證包括機器間認證和機器對人的認證，后者也稱用戶認證。目前多采用兩種認證形式，一種是第三方認證，另一種是直接認證。 身份認證可以通過3種基本途徑之一或它們的組合實現(xiàn)：所知（Knowledge）： 個人所掌握的密碼、口令；所有（Possesses）： 個人身份證、護照、信用卡、鑰匙；個人特征（Characteristics）：人的指紋、聲紋、筆跡、手型、臉型、血型、視網(wǎng)膜、虹膜、DNA，以及個人動作方面的特征；10.4.2 數(shù)字水印技術（1）什么是數(shù)字水?。繑?shù)字水?。―igital Watermarking）是用信號處理的方法在被保護的數(shù)字對象嵌入一段有意義的隱蔽的信息（這些信息通常是不可見的，只有通過專用的檢測器或閱讀器才能提?。?，這些信息將始終存在于數(shù)據(jù)中很難去除，可以用來證明版權(quán)歸屬或跟蹤侵權(quán)。它并沒有對數(shù)字內(nèi)容進行加密，用戶不需要解密內(nèi)容就可以查看。數(shù)字水印是信息隱藏技術的一個重要研究方向。10.4.2 數(shù)字水印技術（續(xù)）（2）數(shù)字水印技術的基本特性隱蔽性：在數(shù)字作品中嵌入數(shù)字水印不會引起明顯的降質(zhì)，并且不易被察覺。隱藏位置的安全性：水印信息隱藏于數(shù)據(jù)而非文件頭中，文件格式的變換不應導致水印數(shù)據(jù)的丟失。魯棒性：指在經(jīng)歷多種無意或有意的信號處理過程后，數(shù)字水印仍能保持完整性或仍能被準確鑒別?？赡艿男盘柼幚磉^程包括信道噪聲、濾波、數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換、重采樣、剪切、位移、尺度變化以及有損壓縮編碼等。10.4.2 數(shù)字水印技術（續(xù)）（3）數(shù)字水印技術的分類按特性劃分：魯棒數(shù)字水印、脆弱數(shù)字水印 按水印所附載的媒體劃分：圖像水印、音頻水印、視頻水印、文本水印、用于三維網(wǎng)格模型的網(wǎng)格水印 按檢測過程劃分：明文水印、盲水印 按內(nèi)容劃分：有意義水印、無意義水印 按用途劃分：票據(jù)防偽水印、版權(quán)保護水印、篡改提示水印、隱蔽標識水印 按水印隱藏的位置劃分：時（空）域數(shù)字水印、頻域數(shù)字水印、時/頻域數(shù)字水印、時間/尺度域數(shù)字水印 10.4.2 數(shù)字水印技術（續(xù)）（4）數(shù)字水印技術的應用前景數(shù)字作品的知識產(chǎn)權(quán)保護 商務交易中的票據(jù)防偽 聲像數(shù)據(jù)的隱藏標識和篡改提示 隱蔽通信及其對抗 10.4.3 權(quán)利描述語言數(shù)字權(quán)利描述語言準確定義和描述了誰擁有什么數(shù)字信息產(chǎn)品的什么權(quán)利、按照什么協(xié)議和交易方式將哪些權(quán)利在什么范圍授予給誰。這些信息必須用標準的、開放的和計算機可識別的方式描述和標記，DRM系統(tǒng)才可能自動進行相應的記錄、識別、解析和解釋，并據(jù)此進行權(quán)利控制。權(quán)利描述語言是權(quán)利擁有者和終端用戶之間的文檔、提案和協(xié)議，提供了許可、發(fā)布、訪問和使用資源的權(quán)利。它定義了用于權(quán)利履行的協(xié)議中的參與各方和概念；表達了共享DRM的團體的潛在商業(yè)模型。它采用數(shù)據(jù)字典和標準的語法來為權(quán)利事務提供可互操作的、邏輯一致的、語義精確的文檔；它應該是人和機器均可理解的。10.4.3 權(quán)利描述語言（續(xù)）現(xiàn)在可稱為DREL主要有XrML（Extensible Rights Markup Language，可擴展權(quán)利標記語言）ODRL（Open Digital Right Language，開放的數(shù)字權(quán)利語言）MPEG-21 REL（MPEG-21的第五部分）OMA（Open Mobile Alliance）DRM-RELOeBF（Open e-Book Forum）REL10.4.3 權(quán)利描述語言（續(xù)）（1） MPEG-21 RELMPEG-21 REL是從XrML派生出來的基于XML的權(quán)利描述語言。MPEG-21 REL的設計目的是提供一種可擴展的、可互操作的機制來支持數(shù)字媒體的出版、發(fā)行和消費。它在保護數(shù)字內(nèi)容的同時也考慮到權(quán)利、條件和對數(shù)字內(nèi)容所支付的費用。 MPEG-21 REL由三部分組成：核心集，標準擴展集和多媒體擴展集 10.4.3 權(quán)利描述語言（續(xù)）MPEG 21 REL體系結(jié)構(gòu)核心部分規(guī)定了MPEG-21 REL中一些基本元素的語義，定義了授權(quán)時所需要的模式機制、變量機制以及授權(quán)算法。標準擴展部分則定義了對所有數(shù)字資源都師友的權(quán)利、條款、條件或約束。多媒體擴展則定義了多媒體特定的一些權(quán)利、條款、條件或約束。擴展增強了核心功能與適用性。第三方組織可以在MPEG-21 REL之外再定義使用與自己領域的擴展。10.4.3 權(quán)利描述語言（續(xù)）一個許可證的權(quán)利模型主體：授予或行使某種權(quán)利相關的實體標識的封裝。資源：主體可在其上授予權(quán)利的對象。資源可能是數(shù)字作品、服務或是主體所擁用的一段信息。權(quán)利：在REL中，它是 動詞，使得主體在某種條件下對資源進行操作。條件：為了行使一種權(quán)利（right）必須存在或完成的某種事情。10.4.3 權(quán)利描述語言（續(xù)）（2）ODRL開放數(shù)字權(quán)利語言（Open Digital Rights Language，ODRL）是由國際 ODRL Initiative 研制的 XML 格式的權(quán)利表示語言。 ODRL是DRM研究領域描述針對內(nèi)容權(quán)利的語言，它以XML作為基本語法。ODRL也是DRM 研究領域針對內(nèi)容權(quán)利的語言，它旨在提供靈活的、可互操作的機制，以支持在出版、發(fā)行和消費電子出版物、數(shù)字媒體、音頻、電影、學習對象、計算機軟件和其他以數(shù)字形式存在的資源，實現(xiàn)無障礙的和創(chuàng)新的使用。它以XML作為語法，包括一組核心語法，這組核心語法包括權(quán)利持有者和對資源進行許可使用的表示。ODRL側(cè)重于權(quán)利描述語言的語義和數(shù)據(jù)字典元素的定義。10.4.3 權(quán)利描述語言（續(xù)）ODRL基本模型 10.5 數(shù)字媒體版權(quán)保護典型系統(tǒng)面向電子文檔的DRM系統(tǒng)面向電子圖書的DRM系統(tǒng)面向電子圖像的DRM系統(tǒng)面向流媒體