1、2022-1-201数字媒体技术导论数字媒体技术导论华中师范大学清华大学出版社22022-1-20第十章第十章 数字媒体管理与保护数字媒体管理与保护 10.1 数字媒体管理概述 10.2 媒体存储数据模型 10.3 数字媒体版权保护概念框架 10.4 数字媒体版权保护技术基础 10.5 数字媒体版权保护典型系统32022-1-20第十章第十章 数字媒体管理与保护数字媒体管理与保护 了解数字媒体存储管理的基本方法。 理解数字媒体存储的基本数据模型。 掌握数字媒体版权保护的基本方案及系统构架。 了解数字媒体版权保护的核心技术基础。 了解目前数字媒体版权保护的典型系统。42022-1-2010.1
2、10.1 数字媒体管理概述数字媒体管理概述 数据管理基本方法的发展 人工管理（20世纪50年代以前） 文件系统管理（20世纪50年代到60年代中期） 数据库系统管理（20世纪60年代后期至今） 数字媒体数据的管理 文件系统管理方式 扩充关系数据库的方式 面向对象数据库 超文本（或超媒体）52022-1-2010.1.1 10.1.1 数据管理基本方法的发展（续）数据管理基本方法的发展（续） 早期人工管理 早期计算机主要用于科学计算，没有直接存取的存储设备，没有软件系统对数据进行管理，数据是面向应用的。 缺点：无法互相利用，互相参照，所以程序与程序之间有大量的重复数据。 文件系统管理 20世纪5
3、0年代到60年代中期，计算机不仅用于科学计算，还有大量用于数据处理。 存储的硬件包括磁盘盒、磁鼓等，操作系统有了管理数据的软件，一般采用文件系统。 对数据文件的操作包括查询、修改、插入和删除等。62022-1-2010.1.1 10.1.1 数据管理基本方法的发展（续）数据管理基本方法的发展（续） 数据库系统管理 20世纪60年代后期，计算机用于大规模的数据处理， 其特点是：面向复杂的数据结构；数据冗余度小、易扩充；具有较高的数据和程序的独立性及统一的数据控制功能。 由于数据库管理系统的出现，它使得信息系统的研制从围绕数据加工的程序中心转变到研制共享数据的数据库管理系统。这样可以大大提高数据的
4、利用率，提高作出决策的可靠性。 72022-1-2010.1.2 10.1.2 数字媒体数据管理数字媒体数据管理 数字媒体具有数据量大、结构复杂、存储具有分布式等特点，尚未有一种统一的方法用于数据的存储和管理。 目前常见的数据管理与存储的方法包括： 文件系统管理方式 扩充关系数据库的方式 面向对象数据库 超文本（或超媒体）82022-1-2010.1.2 10.1.2 数字媒体数据管理（续）数字媒体数据管理（续） 文件系统管理方式 特点： 存储简单。 文件系统的树型目录的层次结构能反映数据之间的部分逻辑关系。 缺点 演播的资料格式受到限制。 文件系统管理方式一般只适用于小的项目管理或较特殊的数
5、据对象，所表示的对象及相互之间逻辑关系比较简单，如图片、动画等单一媒体信息。92022-1-2010.1.2 10.1.2 数字媒体数据管理（续）数字媒体数据管理（续） 扩充关系数据库的方式 关系模型是由IBM公司的埃德加科德于1970年首先提出的。 关系模型由关系数据结构、关系操作集合、关系完整性约束三部分组成。 关系数据库是建立在集合代数基础上，应用数学方法来处理数据库中的数据。 目前的主流关系数据库系统对数字媒体的支持有限，通常采用引入新的数据类型，以便存储数字媒体对象字段，大小可以达到GB字节，但不利于检索、查询和编辑。102022-1-2010.1.2 10.1.2 数字媒体数据管理
6、（续）数字媒体数据管理（续） 面向对象数据库 是指对象的集合、行为、状态和联系等以面向数据模型来定义的。适合于描述复杂对象。通过引入封装、继承、对象、类等概念，可以有效地描述各种对象及其内部结构和联系。 由于面向对象概念在各个领域中尚未有一个统一的标准，而且面向对象模型并非完全适合于多媒体数据库，所以用面向对象数据库直接管理多媒体资料尚未达到实用水平。112022-1-2010.1.2 10.1.2 数字媒体数据管理（续）数字媒体数据管理（续） 超媒体技术 超媒体技术是媒体技术与超文本结构化技术的融合，是以超文本的思想实现对媒体数据的存储、管理和检索等。 超媒体技术采用非线性的网状结构。这种非
7、线性技术可以按照人脑的联想思维方式把相关信息联系起来。122022-1-2010.2 10.2 媒体存储数据模型媒体存储数据模型 数据模型通常由数据结构、数据操作和完整性约束3个部分组成，也称数据模型三要素。 数据结构是数据库系统静态特性的描述，是所研究的对象类型的集合。 数据操作是对数据库系统动态特性的描述。 数据的约束条件是实现数据库完整性规则的集合。 常用的多媒体数据模型 NF2数据模型 面向对象数据模型 对象-关系模型132022-1-2010.2.1 NF210.2.1 NF2数据模型数据模型 NF2模型是复杂对象模型的一种，复杂对象模型是一种带有实验性质的数据模型，是对关系模型的一
8、种扩展，其目的在于弥补关系模型在抽象能力上的缺陷。 缺点：在定义抽象数据类型、反映多媒体数据各成分间的空间关系、时间关系和媒体对象的处理方法方面仍有困难，建模能力不强。142022-1-2010.2.2 10.2.2 面向对象数据模型面向对象数据模型 基本概念 抽象数据类型用来表示具有相同特征的对象所构成的集合 继承是一种在某一类定义的基础之上构造新的类定义的手段。 继承使面向对象数据模型具有了归纳限定的抽象能力。 对象标识是一种使一个对象有别于其他对象的标记。 利用对象标识的一个对象可以包含多个对象，同时，也能为多个其他对象所包含。 多态多态是与继承紧密相关的另一个重要的概念，可被用来表示对
9、象在行为方式上的差异。 152022-1-2010.2.3 10.2.3 对象对象- -关系模型关系模型 基于对象-关系模型的多媒体数据库的优点： 实现代价小。关系数据库的内核和成熟的关系理论，均可被多媒体数据库的实现者使用。 目前的关系数据库系统产品多、应用面广，新开发的多媒体数据库系统必须能以“引擎”的开放方式与现有数据库系统结合，对象-关系型数据库在这方面有得天独厚的优势。 对象-关系型数据库支持面向对象特性，支持复杂对象和复杂对象的复杂行为，帮助关系数据库管理人员处理新型的多媒体数据类型，同时不牺牲关系模型的强大特性。162022-1-2010.2.3 10.2.3 对象对象- -关系
10、模型关系模型( (续续) ) 对象-关系模型支持多媒体数据库主要体现在以下几个方面 大型对象 用户自定义类型和函数 活性数据172022-1-2010.3 10.3 数字媒体版权保护基础数字媒体版权保护基础 数字媒体版权保护的概念 数字媒体版权保护基本方案 数字媒体版权保护系统框架182022-1-2010.3.1 10.3.1 数字媒体版权保护的概念数字媒体版权保护的概念（1）数字版权保护的定义 数字版权保护是对有形和无形资产版权和版权所有者关系的定义、辨别、交易、保护、监控和跟踪的手段。 是指对数字化信息产品(如图书、音乐、图像、录像、多媒体文件等)在网络中交易、传输和利用时所涉及的各方权
11、利进行定义、描述、保护和监控的整体机制。 通过对数字内容进行加密和附加使用规则对数字内容进行保护。192022-1-2010.3.1 10.3.1 数字媒体版权保护的概念（续）数字媒体版权保护的概念（续）（2）DRM基本信息模型 三个核心实体：用户实体可以是权利拥有者，也可以是最终消费者；内容实体可以是任何类型和聚合层次的；权利实体是用户和内容之间的许可，限制，义务，关系的表示方式。 202022-1-2010.3.2 10.3.2 数字媒体版权保护基本方案数字媒体版权保护基本方案（1）DRM的核心概念 DRM的一个核心概念是许可证许可证，它是一个基于使用规则的数字文件。用于将一定的权利授予给
12、购买相应权利的用户。 通常被保护的内容和许可证是分开存储的，这使得DRM系统的设计更灵活。（2）DRM的起源 DRM起源于上世纪90年代中期欧洲委员会资助的Imprimatur项目（1995-1998）的部分成果，包括数字内容传播商业模式的开发和版权保护信息（Rights Management Information, RMI）以及水印的分析，最初应用于娱乐、音乐等商业领域。212022-1-2010.3.2 10.3.2 数字媒体版权保护基本方案（续）数字媒体版权保护基本方案（续）（3）基本方案 目前，数字版权的保护和管理方案大多基于加密认证或数字水印技术。这两种技术具有各自的特点和优势，加
13、密认证技术与数字水印技术的比较如下：222022-1-20（3）应用领域 市场上已经存在众多的DRM系统，根据保护的对象可以做如下的分类： 针对网上音乐、视频的下载和流媒体播放的DRM解决方案主要有Microsoft发布的Windows Media DRM、Real Networks发布的Helix DRM，Apple的iTunes以及IBM 的EMMS等。 对于电子书的DRM技术国外有Microsoft DAS、 Adobe Content Server等，国内的电子书DRM 系统有方正 Apabi 数字版权保护技术、书生的SEP技术、超星的PDG等。 针对手机上内容转发控制的DRM标准目前
14、主要为OMA组织的OMA DRM标准。10.3.2 10.3.2 数字媒体版权保护基本方案（续）数字媒体版权保护基本方案（续）232022-1-2010.3.3 10.3.3 数字媒体版权保护系统框架数字媒体版权保护系统框架（1）DRM总体框架 DRM是一个系统概念，涉及商业运营模式、法律制度、社会文化习惯和技术机制等多方面内容。242022-1-2010.3.3 10.3.3 数字媒体版权保护系统框架（续）数字媒体版权保护系统框架（续）（2）DRM系统分类 DRM系统根据不同的标准可以划分成不同的类别。 依据保护对象的不同可以分为针对软件的DRM和针对电子书、流媒体等一般数字内容的DRM；
15、依据有无使用特殊硬件可以分为基于硬件的DRM和纯软件的DRM； 依据采用的安全技术可以分为基于密码技术的DRM、基于数字水印技术的DRM和密码技术和数字水印技术相结合的DRM。（3）DRM的核心思想 通过使用数字许可证来保护数字内容的版权。252022-1-2010.3.3 10.3.3 数字媒体版权保护系统框架（续）数字媒体版权保护系统框架（续）（4）DRM的典型系统架构 262022-1-2010.3.3 10.3.3 数字媒体版权保护系统框架（续）数字媒体版权保护系统框架（续） 其中 内容服务器主要实现对数字内容的加密、插入数字水印等处理并将处理结果和内容标识元数据等信息一起打包成可分发
16、销售的数字内容。 许可证服务器主要用来生成并分发数字许可证，还可以实现用户身份认证、触发支付等金融交易事务。 客户端主要包含DRM控制器和数字内容使用工具。DRM控制器负责收集用户身份标识等信息，控制数字内容的使用。如果没有许可证。DRM控制器还负责向许可证服务器申请许可证。数字内容使用工具主要用来辅助用户使用数字内容。272022-1-2010.4 10.4 数字媒体版权保护技术数字媒体版权保护技术 加密认证技术 数字水印技术 权利描述语言282022-1-2010.4.1 10.4.1 加密认证技术加密认证技术（1）加密 所谓加密是对可读明文（plaintext）经过一定的算法变换，使之在
17、逆变换之前，无法以阅读或其他方式进行使用的过程。 对数字化作品进行加密，是实施版权保护的基础和起点。 数据的加密和解密过程292022-1-2010.4.1 10.4.1 加密认证技术（续）加密认证技术（续） 常用的密码算法主要分为 对称密码算法(也称单钥密码算法、秘密密钥密码算法) 非对称密码算法 (也称公开密钥密码算法、双钥密码算法)302022-1-2010.4.1 10.4.1 加密认证技术（续）加密认证技术（续）（2）身份认证 认证是计算机系统中对用户、设备或其他实体进行确认、核实身份的过程。认证包括机器间认证和机器对人的认证，后者也称用户认证。 目前多采用两种认证形式，一种是第三方
18、认证，另一种是直接认证。 身份认证可以通过3种基本途径之一或它们的组合实现： 所知（Knowledge）： 个人所掌握的密码、口令； 所有（Possesses）： 个人身份证、护照、信用卡、钥匙； 个人特征（Characteristics）：人的指纹、声纹、笔迹、手型、脸型、血型、视网膜、虹膜、DNA，以及个人动作方面的特征；312022-1-2010.4.2 10.4.2 数字水印技术数字水印技术（1）什么是数字水印？ 数字水印（Digital Watermarking）是用信号处理的方法在被保护的数字对象嵌入一段有意义的隐蔽的信息（这些信息通常是不可见的，只有通过专用的检测器或阅读器才能提
19、取），这些信息将始终存在于数据中很难去除，可以用来证明版权归属或跟踪侵权。 它并没有对数字内容进行加密，用户不需要解密内容就可以查看。 数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向。322022-1-2010.4.2 10.4.2 数字水印技术（续）数字水印技术（续）（2）数字水印技术的基本特性1. 隐蔽性：在数字作品中嵌入数字水印不会引起明显的降质，并且不易被察觉。2. 隐藏位置的安全性：水印信息隐藏于数据而非文件头中，文件格式的变换不应导致水印数据的丢失。3. 鲁棒性：指在经历多种无意或有意的信号处理过程后，数字水印仍能保持完整性或仍能被准确鉴别。可能的信号处理过程包括信道噪声、滤波、数模与模
20、数转换、重采样、剪切、位移、尺度变化以及有损压缩编码等。332022-1-2010.4.2 10.4.2 数字水印技术（续）数字水印技术（续）（3）数字水印技术的分类按特性划分：鲁棒数字水印、脆弱数字水印 按水印所附载的媒体划分：图像水印、音频水印、视频水印、文本水印、用于三维网格模型的网格水印 按检测过程划分：明文水印、盲水印 按内容划分：有意义水印、无意义水印 按用途划分：票据防伪水印、版权保护水印、篡改提示水印、隐蔽标识水印 按水印隐藏的位置划分：时（空）域数字水印、频域数字水印、时/频域数字水印、时间/尺度域数字水印 342022-1-2010.4.2 10.4.2 数字水印技术（续）
21、数字水印技术（续）（4）数字水印技术的应用前景数字作品的知识产权保护 商务交易中的票据防伪 声像数据的隐藏标识和篡改提示 隐蔽通信及其对抗 352022-1-2010.4.3 10.4.3 权利描述语言权利描述语言 数字权利描述语言准确定义和描述了谁拥有什么数字信息产品的什么权利、按照什么协议和交易方式将哪些权利在什么范围授予给谁。 这些信息必须用标准的、开放的和计算机可识别的方式描述和标记，DRM系统才可能自动进行相应的记录、识别、解析和解释，并据此进行权利控制。 权利描述语言是权利拥有者和终端用户之间的文档、提案和协议，提供了许可、发布、访问和使用资源的权利。 它定义了用于权利履行的协议中
22、的参与各方和概念；表达了共享DRM的团体的潜在商业模型。 它采用数据字典和标准的语法来为权利事务提供可互操作的、逻辑一致的、语义精确的文档；它应该是人和机器均可理解的。362022-1-2010.4.3 10.4.3 权利描述语言（续）权利描述语言（续） 现在可称为DREL主要有 XrML（Extensible Rights Markup Language，可扩展权利标记语言） ODRL（Open Digital Right Language，开放的数字权利语言） MPEG-21 REL（MPEG-21的第五部分） OMA（Open Mobile Alliance）DRM-REL OeBF（O
23、pen e-Book Forum）REL372022-1-2010.4.3 10.4.3 权利描述语言（续）权利描述语言（续）（1） MPEG-21 REL MPEG-21 REL是从XrML派生出来的基于XML的权利描述语言。 MPEG-21 REL的设计目的是提供一种可扩展的、可互操作的机制来支持数字媒体的出版、发行和消费。 它在保护数字内容的同时也考虑到权利、条件和对数字内容所支付的费用。 MPEG-21 REL由三部分组成：核心集，标准扩展集和多媒体扩展集 382022-1-2010.4.3 10.4.3 权利描述语言（续）权利描述语言（续） MPEG 21 REL体系结构 核心部分规
24、定了MPEG-21 REL中一些基本元素的语义，定义了授权时所需要的模式机制、变量机制以及授权算法。 标准扩展部分则定义了对所有数字资源都师友的权利、条款、条件或约束。 多媒体扩展则定义了多媒体特定的一些权利、条款、条件或约束。扩展增强了核心功能与适用性。 第三方组织可以在MPEG-21 REL之外再定义使用与自己领域的扩展。392022-1-2010.4.3 10.4.3 权利描述语言（续）权利描述语言（续）一个许可证的权利模型一个许可证的权利模型主体：授予或行使某种权利相关的实体标识的封装。资源：主体可在其上授予权利的对象。资源可能是数字作品、服务或是主体所拥用的一段信息。权利：在REL中
25、，它是 动词，使得主体在某种条件下对资源进行操作。条件：为了行使一种权利（right）必须存在或完成的某种事情。402022-1-2010.4.3 10.4.3 权利描述语言（续）权利描述语言（续）（2）ODRL 开放数字权利语言（Open Digital Rights Language，ODRL）是由国际 ODRL Initiative 研制的 XML 格式的权利表示语言。 ODRL是DRM研究领域描述针对内容权利的语言，它以XML作为基本语法。ODRL也是DRM 研究领域针对内容权利的语言，它旨在提供灵活的、可互操作的机制，以支持在出版、发行和消费电子出版物、数字媒体、音频、电影、学习对象
26、、计算机软件和其他以数字形式存在的资源，实现无障碍的和创新的使用。 它以XML作为语法，包括一组核心语法，这组核心语法包括权利持有者和对资源进行许可使用的表示。 ODRL侧重于权利描述语言的语义和数据字典元素的定义。412022-1-2010.4.3 10.4.3 权利描述语言（续）权利描述语言（续） ODRL基本模型 422022-1-2010.5 10.5 数字媒体版权保护典型系统数字媒体版权保护典型系统 面向电子文档的DRM系统 面向电子图书的DRM系统 面向电子图像的DRM系统 面向流媒体的DRM系统 面向移动媒体的DRM系统432022-1-2010.5.1 10.5.1 面向电子文
27、档的面向电子文档的DRMDRM系统系统 面向电子文档的DRM系统包括 微软的RMS系统、 Sealed Media Enterprise License Server Authentica Active Rights Management 国内的书生SEP系统、方正的CEB 系统442022-1-2010.5.2 10.5.2 面向电子图书的面向电子图书的DRMDRM系统系统 典型的电子书的DRM系统包括 微软DAS Adobe Content Server 国内的方正 Apabi、书生的SEP、超星的PDG452022-1-2010.5.3 10.5.3 面向电子图像的面向电子图像的DRMD
28、RM系统系统 目前已有的保护图像的方法是数字水印技术。 数字水印技术通过一些算法，把重要的信息隐藏在图像中，同时使图像基本保持原状。 把版权信息通过数字水印技术加入图像后，如果发现有人未经许可而使用该图像，可以通过软件检测图像中隐藏的版权信息，来证明该图像的版权。462022-1-2010.5.4 10.5.4 面向流媒体的面向流媒体的DRMDRM系统系统 面向流媒体的DRM系统主要有 IBM 的EMMS Microsoft Windows Media DRM472022-1-2010.5.5 10.5.5 面向移动设备的面向移动设备的DRMDRM系统系统 将DRM技术引入移动增值业务，可以确保数字内容在移动网内传播，保证内容提供商的利益。 移动DRM已成为目前全球范围内移动业务研究的热点之一。482022-1-20练习与思考 1数据管理经历了哪几个阶段？ 2目前数字媒体数据的管理方式有哪些？ 3简要介绍几种主要的多媒体数据模型。 4说明数字媒体版权保护的概念，基本方案及系统框架。 5目前主要的加密算法有哪些？试说明其特点。 6数字水印必须具有哪些条件？ 7典型的数据版权保护系统有哪些？ 8描述Microsoft Windows Media DRM数字版权保护技术的工作流程
