本文關(guān)鍵詞：數(shù)字檔案信息開發(fā)及應(yīng)用管理中的圖像水印保護(hù)技術(shù)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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朱學(xué)芳：數(shù)字檔案信息開發(fā)及應(yīng)用管理中的圖像水印保護(hù)技術(shù)

發(fā)布時(shí)間：2012.04.25 新聞來源：《檔案學(xué)通訊》 瀏覽次數(shù)：

　　數(shù)字檔案信息開發(fā)及應(yīng)用管理中的圖像水印保護(hù)技術(shù)

　　朱學(xué)芳

　　(國家信息資源管理南京基地、南京大學(xué)數(shù)字化信息集成實(shí)驗(yàn)室

　　南京大學(xué)信息管理系、多媒體信息處理研究所，南京 210093)

　　原載：《檔案學(xué)通訊》2010年第5期

　　[摘要] 數(shù)字檔案信息是一種新的、重要且有特色的數(shù)字信息資源，本文從數(shù)字信息資源開發(fā)、使用和保護(hù)角度簡要論述數(shù)字信息資源特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，著重討論述：檔案館信息資源開發(fā)、保護(hù)及使用中一種不可見水印技術(shù)即數(shù)字檔案信息格式中的水印嵌入保護(hù)技術(shù);數(shù)字圖像檔案信息資源的可見水印保護(hù)技術(shù);可逆可見水印在數(shù)字圖像檔案原始權(quán)威性保護(hù)中的應(yīng)用。這些技術(shù)可以保護(hù)數(shù)字檔案信息的原始權(quán)威性和長期的真實(shí)可用性，有助于促進(jìn)數(shù)字檔案信息資源開發(fā)、高效使用與保護(hù)矛盾的解決，對博物館、圖書館等館中數(shù)字信息資源的保護(hù)和合理高效使用也有一定的借鑒意義。

　　[關(guān)鍵詞] 圖像水印;數(shù)字檔案;信息資源;數(shù)字水印

　　[分類號] G203

　　Abstract: Digital archives are considered as one of important new and characteristic digital information resources. Their properties are simply described from point of view of their development, protection and application due to their special requirements for authority and integrity, creditability and longtime availability. In this paper, we present three different watermarking protection schemes for such archive resources, i.e., invisible watermark technique, visible watermark technique, and reversible watermark technique for the authority and integrity. These watermark protection techniques also ensure their creditability and longtime availability. In addition, these techniques are helpful to the digital information resource development, effective protection and use in the other fields such as digital library, museum and e-commerce, etc..

　　Keywords: Image Watermark; Digital archive; Information Resources; Digital Watermark

　　1 引言

　　傳統(tǒng)的檔案館館藏為多為紙質(zhì)檔案、照片、錄音、錄像帶、影片，底圖，磁帶、磁盤、光盤等實(shí)體，即主要以有形的實(shí)物為主，而數(shù)字檔案館所擁有的館藏含義應(yīng)為“數(shù)字信息資源”，具有紙質(zhì)檔案和其他實(shí)物檔案不可比擬的優(yōu)點(diǎn), 數(shù)字檔案信息檢索方便，傳遞速度快，不受時(shí)間限制，數(shù)字化檔案管理可以提高檔案工作的效率, 極大地節(jié)省了查閱者和檔案管理員的時(shí)間;另外，數(shù)字信息占有空間小，不僅可以加大檔案信息的傳遞量和服務(wù)對象的數(shù)量，還可以通過檔案管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)異地查閱檔案信息，同時(shí)利用者可不受時(shí)空、地域的限制，利用計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)主動(dòng)了解檔案信息，而不是被動(dòng)地等待[1]。

　　雖然數(shù)字檔案信息具有紙質(zhì)檔案不可比擬的優(yōu)點(diǎn),但隨著計(jì)算機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)的不斷延伸,所能鏈接的用于存貯和管理數(shù)字信息的服務(wù)器和存貯設(shè)備及服務(wù)對象的數(shù)量的加速增加，在數(shù)字檔案信息生成、保存和利用過程中因偶然和惡意的原因容易而遭到破壞、更改和泄露，為了確保其原始權(quán)威性和長期的真實(shí)可用性，并確保數(shù)字檔案信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連續(xù)正常運(yùn)行，林衛(wèi)華在其文章中提出了檔案管理平臺建設(shè)、檔案信息錄入、檔案信息系統(tǒng)的安全、檔案工作人員素質(zhì)[2]的四條數(shù)字檔案館建設(shè)措施。數(shù)字檔案屬于加密文檔，檔案管理中使用的計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)必須將安全、保密放在首位。當(dāng)然這離不開網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、系統(tǒng)硬件環(huán)境、檔案信息系統(tǒng)軟件、標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范建設(shè)，放置檔案信息系統(tǒng)設(shè)備館舍本身的安全保護(hù)，這些都有許多成熟的做法。而本文認(rèn)為：由于電子式的數(shù)字信息資源的容易產(chǎn)生和方便復(fù)制決定了其易改特性，為了保證數(shù)字檔案的原始權(quán)威性和長期的真實(shí)可用性，不僅需要人員素質(zhì)、相關(guān)責(zé)任制度、相應(yīng)管理平臺及系統(tǒng)方面的保證，還需要針對數(shù)字式電子信息資源和網(wǎng)絡(luò)傳播特點(diǎn)的為其提高，利用檔案館數(shù)字信息資源內(nèi)容本身特點(diǎn)提供其技術(shù)保障措施。作者曾經(jīng)指出，圖像信息技術(shù)涉及眾多學(xué)科，在社會(huì)發(fā)展、工程技術(shù)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，在2002年撰文，著重探討數(shù)字圖像處理在檔案保護(hù)管理中的應(yīng)用;圖像、形技術(shù)及圖像信息檢索技術(shù)在數(shù)字檔案館建設(shè)中的應(yīng)用等[3]。因?yàn)閿?shù)字化檔案的優(yōu)越性,既要提高檔案利用的效率, 促進(jìn)兩個(gè)文明建設(shè)，又維護(hù)和保障檔案部門的合法權(quán)益和檔案本身的原始權(quán)威性和長期的真實(shí)可用性,本文從數(shù)字信息資源開發(fā)、使用和保護(hù)管理角度，著重討論圖像水印技術(shù)在檔案館數(shù)字信息資源保護(hù)中的應(yīng)用。

　　2 數(shù)字檔案信息資源的特點(diǎn)

　　2.1 數(shù)字信息

　　信息用數(shù)字量或數(shù)字信號表示就是數(shù)字信息，它是與模擬量和模擬信號(模擬信息)相對而言; 在電子信息系統(tǒng)中，一類是數(shù)字信息本身就是以數(shù)字形式產(chǎn)生并保存的，其特點(diǎn)是：不僅離散時(shí)間信號,而且其狀態(tài)是有限可數(shù)的。另一類是從模擬信息轉(zhuǎn)換而來的，即利用現(xiàn)代信息技術(shù)對傳統(tǒng)介質(zhì)的圖像、文書等進(jìn)行光-電轉(zhuǎn)換、模擬—數(shù)字轉(zhuǎn)換、采樣、編碼、壓縮處理，信號的狀態(tài)離散化成以二進(jìn)制代碼為主的數(shù)字形式，然后通過計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行貯存，通過網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)進(jìn)行傳播、接收。數(shù)字化將使信息的利用達(dá)到空前豐富的程度，它將改變我們的檔案收集、保存、開發(fā)、應(yīng)用和管理方式[1]1。需要說明的是，在人們需要連續(xù)變化的復(fù)制輸出時(shí)，計(jì)算機(jī)或其他數(shù)字設(shè)備可以很方便地將數(shù)字信號輸出變換為相應(yīng)的拷貝輸出，如打印的圖像 [4]。

　　2.2 數(shù)字檔案館特點(diǎn)

　　由于數(shù)字檔案館是一個(gè)：收藏品數(shù)字式光電化，操作電腦化、瀏覽桌面化、巨量的多媒體數(shù)據(jù)信息存儲、資源充分共享、網(wǎng)絡(luò)式結(jié)構(gòu)的多媒體信息集成應(yīng)用系統(tǒng)，它以計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫為手段，以INTERNET為平臺，能向網(wǎng)絡(luò)用戶提供無時(shí)空限制的豐富便捷的數(shù)字化檔案信息。

　　數(shù)字檔案館系統(tǒng)主要分為虛擬檔案館、實(shí)物數(shù)字化、虛擬游覽、動(dòng)態(tài)瀏覽及信息檢索等四部分。數(shù)字化檔案館核心就是一個(gè)能共享和處理檔案館基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并結(jié)合圖形、圖像、視頻等靜態(tài)和動(dòng)態(tài)信息來表達(dá)結(jié)果的信息系統(tǒng)。通過計(jì)算機(jī)及互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)使得游覽者/瀏覽者得到有內(nèi)在聯(lián)系、有視覺效果訪問�？梢哉J(rèn)為數(shù)字化檔案館是分布式的、以知識為基礎(chǔ)的工作環(huán)境，適合廣泛的用戶使用，對地區(qū)分布較廣的用戶更有實(shí)際意義。

　　新型的采用現(xiàn)代高新技術(shù)所支持的數(shù)字檔案信息系統(tǒng)，是新型的檔案信息的組織模式，代表的是一種信息環(huán)境和基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建，是超大規(guī)模的、便于使用的、沒有時(shí)空限制的知識信息中心。它的基本特征為：各種載體數(shù)字化;數(shù)據(jù)的接收、存儲和管理數(shù)字化;數(shù)字化信息在網(wǎng)上發(fā)布和傳送[1]。

　　檔案館館藏的數(shù)字資源有：用紙墨、照相等形成和傳遞的圖紙、圖形、縮微圖像、文獻(xiàn)資料等檔案資料，都可以用相應(yīng)的設(shè)備轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖形圖像、數(shù)字文獻(xiàn)等數(shù)字資料。除了實(shí)體檔案數(shù)字化加工以外，OA 系統(tǒng)或其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)中邏輯歸檔或物理歸檔直接形成的數(shù)字文件，歸檔后即形成數(shù)字檔案[5-6]。有了數(shù)字檔案館，利用者可獲得多種多樣的檔案信息，包括文字、聲音、圖形、圖像及數(shù)字視頻等各種多媒體檔案信息。

　　展示數(shù)字檔案館本身的可視性與時(shí)空延展性。其可視性主要表現(xiàn)為兩種類型：一是將抽象的過程可視化;二是將將遠(yuǎn)離現(xiàn)場的事物臨場化。圖形圖像學(xué)是實(shí)現(xiàn)其數(shù)字展示的重要手段，在展示數(shù)字檔案館場景中，用戶可以借助一定的技術(shù)手段來感受的與計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的三維世界進(jìn)行交互作用。

　　3 數(shù)字信息資源的形式及其數(shù)字水印的特點(diǎn)

　　數(shù)字檔案信息是一種有特色的重要的數(shù)字信息資源，但它仍然以一般數(shù)字信息的形式呈現(xiàn)，以數(shù)字方式保存的信息資源的形式及格式可包含[7]：

　　(1) 數(shù)字文本。存儲的格式主要有txt、doc、PDF、html等。

　　(2) 數(shù)字圖片。這是檔案館數(shù)字化過程中使用最多的數(shù)字資源形式，圖片在數(shù)字檔案館資源利用中發(fā)揮極其重要的作用。常用專業(yè)數(shù)碼相機(jī)、高精度大幅面平面掃描儀、高精度平面翻拍儀、三維掃描儀等設(shè)備，形成平面和立體圖片，存儲的格式主要有jpg、bmp、gif、tiff等。

　　(3) 數(shù)字音頻。檔案館在數(shù)字化過程中將珍貴的歷史錄音翻錄成的數(shù)字音頻文件等，存儲的格式主要有wav、mp3等。

　　(4) 數(shù)字視頻。視頻在數(shù)字檔案館資源利用中也發(fā)揮重要作用。館存歷史影像資料檔案的數(shù)字化轉(zhuǎn)換內(nèi)容，另外制作的大量電影、電視或其他錄像資料等也是以視頻形式存在的。存儲的格式主要有avi、asf、mpg等。

　　在使用中，數(shù)字信息資源相對于傳統(tǒng)信息資源，正是有傳輸快捷、任意的修改能力和獲取方便的特點(diǎn)，使得數(shù)字信息資源可以比較容易地、低成本地、快速地進(jìn)行非法復(fù)制和對原作品進(jìn)行非法的任意篡改，從而嚴(yán)重?fù)p害數(shù)字資源的原始性和所有者的利益。而數(shù)字檔案資源與傳統(tǒng)的檔案資源的基本特點(diǎn)即原始性、權(quán)威性、長期可用性等是不能改變的，這種復(fù)制和篡改對一般數(shù)字信息資源都應(yīng)該有所限制和防范，對數(shù)字檔案資源就更應(yīng)該采取各種有效措施進(jìn)行保護(hù)。本文接著論述結(jié)合數(shù)字信息資源本身特點(diǎn)的從技術(shù)角度的一種非法復(fù)制和篡改防范措施，著重討論圖像水印技術(shù)在檔案館中數(shù)字信息資源保護(hù)及使用中的應(yīng)用(而關(guān)于計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器的安全，不在本文的論述范圍內(nèi))。

　　現(xiàn)實(shí)生活中，人們對于信息的保護(hù)往往求助于密碼技術(shù)。密碼學(xué)的基本思想是對機(jī)密信息進(jìn)行偽裝，即用戶對需要進(jìn)行偽裝的機(jī)密信息進(jìn)行變換，得到面目全非的表示，除了秘密檔案保存和傳輸，一般供人們使用的檔案資源，以密碼方式保護(hù)是不能直接瀏覽、拷貝和使用的。如果檔案收藏者僅僅在數(shù)字檔案信息上嵌入一些數(shù)字水印，使用者不知道數(shù)字檔案信息中是否隱藏了數(shù)字水印，而且即使知道，也難以提取或去除隱藏的這一信息[8] ，這樣既根據(jù)要求進(jìn)行了有效保護(hù)，又方便用戶和管理人員能直接瀏覽、拷貝和使用。

　　近年來出現(xiàn)的數(shù)字水印技術(shù)是將一些標(biāo)識信息(即數(shù)字水印)直接嵌入數(shù)字載體(包括多媒體、文檔、軟件等)當(dāng)中，且不影響原載體的使用價(jià)值，有些不被人的知覺系統(tǒng)(如視覺或聽覺系統(tǒng))覺察或注意到，有些直接覺察或注意到。這些隱藏在載體中的信息，可以達(dá)到確認(rèn)內(nèi)容創(chuàng)建者、購買者、傳送隱秘信息或者判斷載體是否被篡改等目的。數(shù)字水印根據(jù)載體信號的類型可分為:文本水印、圖像水印、視頻水印和音頻水印。其中，圖像水印直觀性強(qiáng)，將版權(quán)信息或其他特定信息嵌入到圖像中,當(dāng)發(fā)生所有權(quán)爭議時(shí),通過提取、檢測嵌入信息來證實(shí)所有權(quán)。由于圖像水印利用了人類視覺系統(tǒng)的特點(diǎn),因而應(yīng)用最為廣泛。視頻是系列圖像的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)表現(xiàn)，但由于視頻水印的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)健性等一些特殊性質(zhì);音頻中可嵌入的水印信息量比可視媒體少,人類聽覺系統(tǒng)比視系統(tǒng)靈敏得多,并且數(shù)字音頻水印對信號的同步有較高的要求[6，9]，這兩類水印雖有研究，但應(yīng)用較少。

　　4 數(shù)字檔案信息資源的圖像水印保護(hù)技術(shù)

　　在水印技術(shù)研究中，研究人員對圖像水印技術(shù)的研究最多,其理論相對也最成熟,用圖像水印技術(shù)將數(shù)字檔案的版權(quán)等論證信息嵌入到其數(shù)字圖像信息源中，達(dá)到版權(quán)認(rèn)證、盜版追蹤、篡改發(fā)現(xiàn)等目的�？傮w上可分為空域水印和變換域水印。最低有效位編碼水印嵌入方法[10]、通過輕微修改采樣數(shù)據(jù)幅度嵌入水的方法屬于空域圖像水印算法。而應(yīng)用傅立葉變換后嵌入圖像水印的方法、利用人的視覺系統(tǒng)特性產(chǎn)生和嵌入水印的方法以及基于圖像子波變換的水印嵌入方法都屬于變換域圖像水印算法。許多強(qiáng)壯性圖像水印算法都是根據(jù)通信理論中的擴(kuò)展頻譜的原理而提出的,屬于變換域的水印算法[11]。

　　4.1數(shù)字檔案格式信息中的水印嵌入保護(hù)技術(shù)

　　數(shù)字圖像文件有多種存儲格式，每一種存貯格式，都有相應(yīng)的文件頭，在文件頭中主要有圖像文件的描述，如文件大小、數(shù)據(jù)起始偏移地址、圖像數(shù)據(jù)大小等關(guān)鍵信息，利用圖像文件的這種組織結(jié)構(gòu)特性，可以在圖像文件中隱藏秘密數(shù)據(jù)。例如，TIFF文件格式分為四個(gè)部分：文件頭、參數(shù)指針表、參數(shù)數(shù)據(jù)表和圖像數(shù)據(jù)。其中，文件頭長度為8B，包含字節(jié)順序、標(biāo)記號和指向第一個(gè)參數(shù)指針表的偏移量，參數(shù)指針表占12B，它包含了描述圖像的壓縮種類、長度、色彩數(shù)目以及掃描密度等參數(shù)，在參數(shù)指針表中列出了參數(shù)的偏移指針;實(shí)際參數(shù)數(shù)據(jù)放在參數(shù)數(shù)據(jù)表中;最后一部分是圖像數(shù)據(jù)，它們按照參數(shù)表中描述的形式按行排列�？梢栽谖募星度腚[藏相應(yīng)的水印數(shù)據(jù)，人們是不可感知性的，而且，其嵌入結(jié)果不會(huì)對載體本身的外觀造成任何影響;文件的拷貝不會(huì)對嵌入的水印信息造成破壞、文件存取等操作不可造成隱藏的水印數(shù)據(jù)的丟失。這種水印嵌入方法是不可見的圖像水印技術(shù)其中的一種。

　　需要說明的是，這種不可見水印嵌入技術(shù)，也適合用于數(shù)字音頻、視頻檔案信息保護(hù)中，其原理相同、過程類似。

　　4.2數(shù)字檔案信息資源的可見水印保護(hù)技術(shù)

　　姜明芳[12]探討了可見水印技術(shù)在數(shù)字圖書館版權(quán)保護(hù)中的應(yīng)用,為數(shù)字檔案版權(quán)保護(hù)問題提供了一種新的思路。實(shí)際使用中，人們還可以使用可見圖像水印技術(shù)，它是以一種人眼可見的方式將水印信號嵌入到原始媒體中去, 一般是將版權(quán)信息半透明地浮現(xiàn)在原始媒體之上,僅很少覆蓋原始媒體信息(即不對原始媒體造成較大的視覺影響)。

　　可見水印技術(shù)不存在水印提取過程,可見水印半透明地浮現(xiàn)在原圖之上,起的是一種直觀的版權(quán)信息告示,其魯棒性分析主要集中在如何阻止攻擊者去除可見水印而又不損害原始圖像。版權(quán)所有者或創(chuàng)作者需要利用可見水印技術(shù)。是一種直觀的版權(quán)信息告示�？梢娝〖夹g(shù)應(yīng)滿足以下基本要求:

　　(1)嵌入到圖像亮度分量中去的強(qiáng)度要把握好，要有一定的控制、計(jì)算依據(jù)，使得水印既可見,但又不能過多地模糊原始圖像信息，尤其是重要的細(xì)節(jié)信息;

　　(2)為防止因裁剪而丟失水印信息,可見水印應(yīng)分布在圖像中重要區(qū)域及大部分區(qū)域，最好是都能有效覆蓋，這就意味著可見水印嵌入應(yīng)與原圖像和水印圖案特征相適應(yīng);

　　(3)可見水印應(yīng)是很難去除掉的;

　　(4)嵌入方法復(fù)雜要低, 水印嵌入過程中，人工干預(yù)很少，幾乎不占用額外的空間。

　　4.3 可逆可見水印在數(shù)字檔案原始權(quán)威性保護(hù)中的應(yīng)用

　　對于數(shù)字檔案館中保存的孤本、某些珍貴的檔案材料、歷史資料等館藏資料的保護(hù)與訪問，因?yàn)榭梢娝〖夹g(shù)可擦除水印圖像內(nèi)容而得到原始圖像的近似版本，采用它已不能滿足讀者或研究人員的對原始性和完整性需求，此時(shí)讀者或研究人員往往不滿足于恢復(fù)出一個(gè)近似的原圖像版本，而是需要一個(gè)與原圖完全一致的版本。這種檔案數(shù)字化圖像形成過程中，可通過在其中嵌入可逆可見水印以直觀地告示版權(quán),非法用戶無法正確去除水印,而合法用戶只需輸入用戶密碼就能完全恢復(fù)出原始圖像(而不是原圖像的近似版本)以進(jìn)行相關(guān)研究工作。將提取出的水印圖像與原始水印圖像進(jìn)行比較，即可檢測出可疑圖像是否存在原始權(quán)爭議，是否為山寨版圖像。

　　更進(jìn)一步的水印技術(shù)應(yīng)用方面的信息可參考相關(guān)數(shù)字水印的技術(shù)實(shí)現(xiàn)文獻(xiàn)[9-11,13-15]。

　　5 結(jié)束語

　　本文主要論述圖像水印技術(shù)在數(shù)字檔案館中的應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)的是基于數(shù)字信息資源本身特點(diǎn)的數(shù)字信息資源的有效保護(hù)。數(shù)字檔案網(wǎng)絡(luò)傳播及管理應(yīng)用的圖像水印保護(hù)技術(shù)，可以幫助數(shù)字檔案館網(wǎng)站規(guī)范運(yùn)作，提高其信息資源服務(wù)效率，也有助于規(guī)范用戶行為，有效地保護(hù)數(shù)字檔案的原始權(quán)威性和長期的真實(shí)可用性，對博物館、圖書館等館中數(shù)字信息資源的進(jìn)一步開發(fā)、保護(hù)和合理高效使用也有一定的借鑒意義。從本文的研究也可以看出，檔案工作信息化建設(shè)員工應(yīng)用計(jì)算機(jī)的技能提高是其數(shù)字信息資源開發(fā)建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)傳播及應(yīng)用、保護(hù)的一項(xiàng)重要任務(wù) [16]。

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　　作者簡介：朱學(xué)芳，男，1962年生，1994年北京大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院博士畢業(yè)，南京大學(xué)信息管理系教授、信息資源管理和情報(bào)學(xué)博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)槎嗝襟w信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、數(shù)字信息資源管理等。

　　*本文系教育部人文社會(huì)科學(xué)項(xiàng)目“我國圖像信息資源應(yīng)用現(xiàn)狀調(diào)查及發(fā)展對策研究”(項(xiàng)目編號：08JA870009)的研究成果之一

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  本文關(guān)鍵詞：數(shù)字檔案信息開發(fā)及應(yīng)用管理中的圖像水印保護(hù)技術(shù)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。