許昌網站建設數字媒體技術導論華中師范大學清華大學出版社第十章 數字媒體管理與保護本章學習內容10.1 數字媒體管理概述10.2 媒體存儲數據模型10.3 數字媒體版權保護概念框架10.4 數字媒體版權保護技術基礎10.5 數字媒體版權保護典型系統第十章 數字媒體管理與保護本章學習目標了解數字媒體存儲管理的基本方法。理解數字媒體存儲的基本數據模型。掌握數字媒體版權保護的基本方案及系統構架。了解數字媒體版權保護的核心技術基礎。了解目前數字媒體版權保護的典型系統。10.1 數字媒體管理概述數據管理基本方法的發展人工管理（20世紀50年代以前）文件系統管理（20世紀50年代到60年代中期）數據庫系統管理（20世紀60年代后期至今）數字媒體數據的管理文件系統管理方式擴充關系數據庫的方式面向對象數據庫超文本（或超媒體）10.1.1 數據管理基本方法的發展（續）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，沒有軟件系統對數據進行管理，數據是面向應用的。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據。文件系統管理20世紀50年代到60年代中期，計算機不僅用于科學計算，還有大量用于數據處理。存儲的硬件包括磁盤盒、磁鼓等，操作系統有了管理數據的軟件，一般采用文件系統。對數據文件的操作包括查詢、修改、插入和刪除等。10.1.1 數據管理基本方法的發展（續）數據庫系統管理20世紀60年代后期，計算機用于大規模的數據處理，其特點是：面向復雜的數據結構；數據冗余度小、易擴充；具有較高的數據和程序的獨立性及統一的數據控制功能。由于數據庫管理系統的出現，它使得信息系統的研制從圍繞數據加工的程序中心轉變到研制共享數據的數據庫管理系統。這樣可以大大提高數據的利用率，提高作出決策的可靠性。 10.1.2 數字媒體數據管理數字媒體具有數據量大、結構復雜、存儲具有分布式等特點，尚未有一種統一的方法用于數據的存儲和管理。目前常見的數據管理與存儲的方法包括： 文件系統管理方式擴充關系數據庫的方式面向對象數據庫超文本（或超媒體）10.1.2 數字媒體數據管理（續）文件系統管理方式特點：存儲簡單。文件系統的樹型目錄的層次結構能反映數據之間的部分邏輯關系。缺點演播的資料格式受到限制。文件系統管理方式一般只適用于小的項目管理或較特殊的數據對象，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 數字媒體數據管理（續）擴充關系數據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。關系模型由關系數據結構、關系操作集合、關系完整性約束三部分組成。關系數據庫是建立在集合代數基礎上，應用數學方法來處理數據庫中的數據。目前的主流關系數據庫系統對數字媒體的支持有限，通常采用引入新的數據類型，以便存儲數字媒體對象字段，大小可以達到GB字節，但不利于檢索、查詢和編輯。10.1.2 數字媒體數據管理（續）面向對象數據庫是指對象的集合、行為、狀態和聯系等以面向數據模型來定義的。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部結構和聯系。由于面向對象概念在各個領域中尚未有一個統一的標準，而且面向對象模型并非完全適合于多媒體數據庫，所以用面向對象數據庫直接管理多媒體資料尚未達到實用水平。10.1.2 數字媒體數據管理（續）超媒體技術超媒體技術是媒體技術與超文本結構化技術的融合，是以超文本的思想實現對媒體數據的存儲、管理和檢索等。超媒體技術采用非線性的網狀結構。這種非線性技術可以按照人腦的聯想思維方式把相關信息聯系起來。10.2 媒體存儲數據模型數據模型通常由數據結構、數據操作和完整性約束3個部分組成，也稱數據模型三要素。數據結構是數據庫系統靜態特性的描述，是所研究的對象類型的集合。 數據操作是對數據庫系統動態特性的描述。 數據的約束條件是實現數據庫完整性規則的集合。常用的多媒體數據模型NF2數據模型面向對象數據模型對象-關系模型10.2.1 NF2數據模型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的數據模型，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：在定義抽象數據類型、反映多媒體數據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 面向對象數據模型基本概念抽象數據類型用來表示具有相同特征的對象所構成的集合繼承是一種在某一類定義的基礎之上構造新的類定義的手段。繼承使面向對象數據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據庫的優點：實現代價小。關系數據庫的內核和成熟的關系理論，均可被多媒體數據庫的實現者使用。目前的關系數據庫系統產品多、應用面廣，新開發的多媒體數據庫系統必須能以“引擎”的開放方式與現有數據庫系統結合，對象-關系型數據庫在這方面有得天獨厚的優勢。對象-關系型數據庫支持面向對象特性，支持復雜對象和復雜對象的復雜行為，幫助關系數據庫管理人員處理新型的多媒體數據類型，同時不犧牲關系模型的強大特性。10.2.3 對象-關系模型(續)對象-關系模型支持多媒體數據庫主要體現在以下幾個方面大型對象用戶自定義類型和函數活性數據10.3 數字媒體版權保護基礎數字媒體版權保護的概念數字媒體版權保護基本方案數字媒體版權保護系統框架10.3.1 數字媒體版權保護的概念（1）數字版權保護的定義數字版權保護是對有形和無形資產版權和版權所有者關系的定義、辨別、交易、保護、監控和跟蹤的手段。是指對數字化信息產品(如圖書、音樂、圖像、錄像、多媒體文件等)在網絡中交易、傳輸和利用時所涉及的各方權利進行定義、描述、保護和監控的整體機制。通過對數字內容進行加密和附加使用規則對數字內容進行保護。10.3.1 數字媒體版權保護的概念（續）（2）DRM基本信息模型三個核心實體：用戶實體可以是權利擁有者，也可以是最終消費者；內容實體可以是任何類型和聚合層次的；權利實體是用戶和內容之間的許可，限制，義務，關系的表示方式。 10.3.2 數字媒體版權保護基本方案（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則的數字文件。用于將一定的權利授予給購買相應權利的用戶。通常被保護的內容和許可證是分開存儲的，這使得DRM系統的設計更靈活。（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，包括數字內容傳播商業模式的開發和版權保護信息（Rights Management Information, RMI）以及水印的分析，最初應用于娛樂、音樂等商業領域。10.3.2 數字媒體版權保護基本方案（續）（3）基本方案目前，數字版權的保護和管理方案大多基于加密認證或數字水印技術。這兩種技術具有各自的特點和優勢，加密認證技術與數字水印技術的比較如下：（3）應用領域市場上已經存在眾多的DRM系統，根據保護的對象可以做如下的分類：針對網上音樂、視頻的下載和流媒體播放的DRM解決方案主要有Microsoft發布的Windows Media DRM、Real Networks發布的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，國內的電子書DRM 系統有方正 Apabi 數字版權保護技術、書生的SEP技術、超星的PDG等。針對手機上內容轉發控制的DRM標準目前主要為OMA組織的OMA DRM標準。10.3.2 數字媒體版權保護基本方案（續）10.3.3 數字媒體版權保護系統框架（1）DRM總體框架DRM是一個系統概念，涉及商業運營模式、法律制度、社會文化習慣和技術機制等多方面內容。10.3.3 數字媒體版權保護系統框架（續）（2）DRM系統分類DRM系統根據不同的標準可以劃分成不同的類別。依據保護對象的不同可以分為針對軟件的DRM和針對電子書、流媒體等一般數字內容的DRM；依據有無使用特殊硬件可以分為基于硬件的DRM和純軟件的DRM；依據采用的安全技術可以分為基于密碼技術的DRM、基于數字水印技術的DRM和密碼技術和數字水印技術相結合的DRM。（3）DRM的核心思想通過使用數字許可證來保護數字內容的版權。10.3.3 數字媒體版權保護系統框架（續）（4）DRM的典型系統架構 10.3.3 數字媒體版權保護系統框架（續）其中內容服務器主要實現對數字內容的加密、插入數字水印等處理并將處理結果和內容標識元數據等信息一起打包成可分發銷售的數字內容。許可證服務器主要用來生成并分發數字許可證，還可以實現用戶身份認證、觸發支付等金融交易事務。客戶端主要包含DRM控制器和數字內容使用工具。DRM控制器負責收集用戶身份標識等信息，控制數字內容的使用。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。數字內容使用工具主要用來輔助用戶使用數字內容。10.4 數字媒體版權保護技術加密認證技術數字水印技術權利描述語言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。 對數字化作品進行加密，是實施版權保護的基礎和起點。 數據的加密和解密過程10.4.1 加密認證技術（續）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）（2）身份認證認證是計算機系統中對用戶、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：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、視網膜、虹膜、DNA，以及個人動作方面的特征；10.4.2 數字水印技術（1）什么是數字水印？數字水印（Digital Watermarking）是用信號處理的方法在被保護的數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取），這些信息將始終存在于數據中很難去除，可以用來證明版權歸屬或跟蹤侵權。它并沒有對數字內容進行加密，用戶不需要解密內容就可以查看。數字水印是信息隱藏技術的一個重要研究方向。10.4.2 數字水印技術（續）（2）數字水印技術的基本特性隱蔽性：在數字作品中嵌入數字水印不會引起明顯的降質，并且不易被察覺。隱藏位置的安全性：水印信息隱藏于數據而非文件頭中，文件格式的變換不應導致水印數據的丟失。魯棒性：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。可能的信號處理過程包括信道噪聲、濾波、數模與模數轉換、重采樣、剪切、位移、尺度變化以及有損壓縮編碼等。10.4.2 數字水印技術（續）（3）數字水印技術的分類按特性劃分：魯棒數字水印、脆弱數字水印 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、用于三維網格模型的網格水印 按檢測過程劃分：明文水印、盲水印 按內容劃分：有意義水印、無意義水印 按用途劃分：票據防偽水印、版權保護水印、篡改提示水印、隱蔽標識水印 按水印隱藏的位置劃分：時（空）域數字水印、頻域數字水印、時/頻域數字水印、時間/尺度域數字水印 10.4.2 數字水印技術（續）（4）數字水印技術的應用前景數字作品的知識產權保護 商務交易中的票據防偽 聲像數據的隱藏標識和篡改提示 隱蔽通信及其對抗 10.4.3 權利描述語言數字權利描述語言準確定義和描述了誰擁有什么數字信息產品的什么權利、按照什么協議和交易方式將哪些權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系統才可能自動進行相應的記錄、識別、解析和解釋，并據此進行權利控制。權利描述語言是權利擁有者和終端用戶之間的文檔、提案和協議，提供了許可、發布、訪問和使用資源的權利。它定義了用于權利履行的協議中的參與各方和概念；表達了共享DRM的團體的潛在商業模型。它采用數據字典和標準的語法來為權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 權利描述語言（續）現在可稱為DREL主要有XrML（Extensible Rights Markup Language，可擴展權利標記語言）ODRL（Open Digital Right Language，開放的數字權利語言）MPEG-21 REL（MPEG-21的第五部分）OMA（Open Mobile Alliance）DRM-RELOeBF（Open e-Book Forum）REL10.4.3 權利描述語言（續）（1） MPEG-21 RELMPEG-21 REL是從XrML派生出來的基于XML的權利描述語言。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字媒體的出版、發行和消費。它在保護數字內容的同時也考慮到權利、條件和對數字內容所支付的費用。 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 權利描述語言（續）MPEG 21 REL體系結構核心部分規定了MPEG-21 REL中一些基本元素的語義，定義了授權時所需要的模式機制、變量機制以及授權算法。標準擴展部分則定義了對所有數字資源都師友的權利、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 權利描述語言（續）一個許可證的權利模型主體：授予或行使某種權利相關的實體標識的封裝。資源：主體可在其上授予權利的對象。資源可能是數字作品、服務或是主體所擁用的一段信息。權利：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：為了行使一種權利（right）必須存在或完成的某種事情。10.4.3 權利描述語言（續）（2）ODRL開放數字權利語言（Open Digital Rights Language，ODRL）是由國際 ODRL Initiative 研制的 XML 格式的權利表示語言。 ODRL是DRM研究領域描述針對內容權利的語言，它以XML作為基本語法。ODRL也是DRM 研究領域針對內容權利的語言，它旨在提供靈活的、可互操作的機制，以支持在出版、發行和消費電子出版物、數字媒體、音頻、電影、學習對象、計算機軟件和其他以數字形式存在的資源，實現無障礙的和創新的使用。它以XML作為語法，包括一組核心語法，這組核心語法包括權利持有者和對資源進行許可使用的表示。ODRL側重于權利描述語言的語義和數據字典元素的定義。10.4.3 權利描述語言（續）ODRL基本模型 10.5 數字媒體版權保護典型系統面向電子文檔的DRM系統面向電子圖書的DRM系統面向電子圖像的DRM系統面向流媒體