Digital vandmærkning - Digital watermarking

Vandmærket billede ( Foto af ... )

Et digitalt vandmærke er en slags markør, der skjult er indlejret i et støjtolerant signal såsom lyd-, video- eller billeddata. Det bruges typisk til at identificere ejerskab af ophavsretten til et sådant signal. "Vandmærkning" er processen med at skjule digital information i et bæresignal ; den skjulte information skal, men behøver ikke, indeholde en relation til bæresignalet. Digitale vandmærker kan bruges til at kontrollere ægtheden eller integriteten af ​​bæresignalet eller for at vise identiteten på dets ejere. Det bruges fremtrædende til sporing af overtrædelser af ophavsret og til seddelgodkendelse .

Eksempel på et vandmærkeoverlay på et billede; logoet på Wikipedia kan ses i midten for at repræsentere ejeren af ​​det.

Ligesom traditionelle fysiske vandmærker er digitale vandmærker ofte kun mærkbare under visse betingelser, f.eks. Efter brug af en eller anden algoritme. Hvis et digitalt vandmærke forvrænger bæresignalet på en måde, så det let kan opfattes, kan det betragtes som mindre effektivt afhængigt af dets formål. Traditionelle vandmærker kan anvendes på synlige medier (som billeder eller video), mens signalet ved digital vandmærke kan være lyd, billeder, video, tekster eller 3D-modeller. Et signal kan bære flere forskellige vandmærker på samme tid. I modsætning til metadata , der føjes til bæresignalet, ændrer et digitalt vandmærke ikke størrelsen på bæresignalet.

De nødvendige egenskaber ved et digitalt vandmærke afhænger af det anvendelses tilfælde , hvor det anvendes. For at markere mediefiler med copyrightinformation skal et digitalt vandmærke være ret robust mod ændringer, der kan anvendes på bæresignalet. I stedet for, hvis integritet skal sikres, ville et skrøbeligt vandmærke blive anvendt.

Både steganografi og digital vandmærke anvender steganografiske teknikker til at integrere data skjult i støjende signaler. Mens steganografi sigter mod umærkelighed for menneskelige sanser, forsøger digital vandmærkning at kontrollere robustheden som topprioritet.

Da en digital kopi af data er den samme som originalen, er digital vandmærkning et passivt beskyttelsesværktøj. Det markerer bare data, men nedbryder det ikke eller styrer adgangen til dataene.

En anvendelse af digital vandmærkning er kildesporing . Et vandmærke er indlejret i et digitalt signal ved hvert distributionspunkt. Hvis der findes en kopi af værket senere, kan vandmærket muligvis hentes fra kopien, og distributionskilden er kendt. Denne teknik er angiveligt blevet brugt til at opdage kilden til ulovligt kopierede film.

Historie

Udtrykket "Digital vandmærke" blev opfundet af Andrew Tirkel og Charles Osborne i december 1992. Den første vellykkede indlejring og udvinding af et steganografisk spredt spektrum vandmærke blev demonstreret i 1993 af Andrew Tirkel, Charles Osborne og Gerard Rankin.

Vandmærker er identifikationsmærker, der produceres under papirfremstillingsprocessen. De første vandmærker dukkede op i Italien i det 13. århundrede, men deres anvendelse spredte sig hurtigt over hele Europa. De blev brugt som et middel til at identificere papirproducenten eller den handelsgilde, der fremstillede papiret. Mærkerne blev ofte skabt af en ledning syet på papirformen. Vandmærker bruges fortsat i dag som producentens mærker og for at forhindre forfalskning.

Ansøgninger

Digital vandmærkning kan bruges til en lang række applikationer, såsom:

Livscyklusfaser med digital vandmærke

Generelle digitale vandmærke-livscyklusfaser med indlejrings-, angrebs- og detekterings- og hentningsfunktioner

Oplysningerne, der skal integreres i et signal, kaldes et digitalt vandmærke, selvom udtrykket digital vandmærke i nogle sammenhænge betyder forskellen mellem det vandmærke signal og dækningssignalet. Signalet hvor vandmærket skal indlejres kaldes vært signalet. Et vandmærkesystem er normalt opdelt i tre forskellige trin, indlejring, angreb og påvisning. Ved indlejring accepterer en algoritme værten og de data, der skal integreres, og producerer et vandmærket signal.

Derefter transmitteres eller lagres det vandmærke digitale signal, normalt transmitteret til en anden person. Hvis denne person foretager en ændring, kaldes dette et angreb . Selvom modifikationen muligvis ikke er skadelig, stammer udtrykket angreb fra ophavsretsbeskyttelsesapplikationen, hvor tredjeparter kan forsøge at fjerne det digitale vandmærke gennem ændring. Der er mange mulige ændringer, for eksempel tabsfri komprimering af data (hvor opløsning er formindsket), beskæring af et billede eller en video eller bevidst tilføjelse af støj.

Detektion (ofte kaldet ekstraktion) er en algoritme, der anvendes på det angrebne signal for at forsøge at udtrække vandmærket fra det. Hvis signalet ikke blev ændret under transmission, er vandmærket stadig til stede, og det kan ekstraheres. I robuste digitale vandmærke-applikationer skal ekstraktionsalgoritmen kunne producere vandmærket korrekt, selvom ændringerne var stærke. Ved skrøbelig digital vandmærkning skal ekstraktionsalgoritmen mislykkes, hvis der foretages ændringer i signalet.

Klassifikation

Et digitalt vandmærke kaldes robust med hensyn til transformationer, hvis den integrerede information kan detekteres pålideligt fra det markerede signal, selvom det nedbrydes af et hvilket som helst antal transformationer. Typiske billedforringelser er JPEG-komprimering, rotation, beskæring, additiv støj og kvantisering . Til videoindhold føjes tidsmæssige ændringer og MPEG-komprimering ofte til denne liste. Et digitalt vandmærke kaldes umærkeligt, hvis det vandmærkeindhold er perceptuelt ækvivalent med det originale, ikke-vandede indhold. Generelt er det let at oprette enten robuste vandmærker - eller - umærkelige vandmærker, men oprettelsen af ​​både robuste - og - umærkelige vandmærker har vist sig at være ret udfordrende. Robuste umærkelige vandmærker er blevet foreslået som et værktøj til beskyttelse af digitalt indhold, for eksempel som et indlejret ikke-kopi-tilladt flag i professionelt videoindhold.

Digitale vandmærkningsteknikker kan klassificeres på flere måder.

Robusthed

Et digitalt vandmærke kaldes "skrøbeligt", hvis det ikke kan detekteres efter den mindste ændring. Skøre vandmærker bruges almindeligvis til sabotagesporing (integritetssikker). Ændringer af et originalt værk, der tydeligvis er synlige, kaldes ofte ikke vandmærker, men som generelle stregkoder .

Et digitalt vandmærke kaldes semi-skrøbeligt, hvis det modstår godartede transformationer, men mislykkes påvisning efter maligne transformationer. Semi-skrøbelige vandmærker bruges almindeligvis til at detektere ondartede transformationer.

Et digitalt vandmærke kaldes robust, hvis det modstår en bestemt transformationsklasse. Robuste vandmærker kan bruges i kopibeskyttelsesapplikationer til at bære kopi og ingen adgangskontroloplysninger.

Synlighed

Et digitalt vandmærke kaldes umærkeligt, hvis det originale dæksignal og det markerede signal ikke skelnes fra hinanden.

Et digitalt vandmærke kaldes synligt, hvis dets tilstedeværelse i det markerede signal er mærkbar (f.eks. Digital grafik på skærmen som et netværkslogo, indholdsfejl, koder, uigennemsigtige billeder). På videoer og billeder er nogle gjort gennemsigtige / gennemsigtige for at gøre det lettere for forbrugerne på grund af det faktum, at de blokerer en del af visningen; derfor nedværdigende det.

Dette bør ikke forveksles med perceptuel , dvs. vandmærkning, der bruger begrænsningerne i menneskelig opfattelse for at være umærkelig.

Kapacitet

Længden af ​​den integrerede besked bestemmer to forskellige hovedklasser af digitale vandmærkeordninger:

  • Meddelelsen er konceptuelt nul-bit lang, og systemet er designet til at detektere tilstedeværelsen eller fraværet af vandmærket i det markerede objekt. Denne form for vandmærkeordning kaldes normalt nul-bit eller tilstedeværelses vandmærkeordninger .
  • Beskeden er en n-bit-lang strøm med eller og er moduleret i vandmærket. Disse former for ordninger omtales normalt som multiple-bit vandmærke- eller ikke-nul-bit vandmærkeordninger.

Integreringsmetode

En digital vandmærkningsmetode kaldes spread-spectrum, hvis det markerede signal opnås ved en additiv modifikation. Spread spectrum vandmærker er kendt for at give beskedne robust, men også at have en informationskapacitet lav på grund af vært interferens .

En digital vandmærke metode siges at være af kvantiseringstype, hvis det markerede signal opnås ved kvantisering. Kvantiseringsvandmærker lider af lav robusthed, men har en høj informationskapacitet på grund af afvisning af værtsinterferens.

En digital vandmærkningsmetode betegnes som amplitudemodulation, hvis det markerede signal er indlejret ved additiv modifikation, der svarer til spread spectrum-metoden, men især er indlejret i det rumlige domæne.

Evaluering og benchmarking

Evalueringen af ​​digitale vandmærkeordninger kan give detaljeret information til en vandmærke-designer eller til slutbrugere, derfor findes der forskellige evalueringsstrategier. Ofte brugt af en vandmærke-designer er evalueringen af ​​enkelte egenskaber for f.eks. At vise en forbedring. For det meste er slutbrugere ikke interesseret i detaljerede oplysninger. De vil vide, om en given digital vandmærkealgoritme kan bruges til deres applikationsscenarie, og i bekræftende fald hvilke parametersæt der synes at være den bedste.

Kameraer

Epson og Kodak har produceret kameraer med sikkerhedsfunktioner såsom Epson PhotoPC 3000Z og Kodak DC-290. Begge kameraer tilføjede uudtagelige funktioner til billederne, der forvrængede det originale billede, hvilket gjorde dem uacceptable for nogle applikationer såsom retsmedicinsk bevis i retten. Ifølge Blythe og Fridrich kan "[n] begge kameraer give et ubestrideligt bevis for billedets oprindelse eller dets forfatter". Et sikkert digitalt kamera (SDC) blev foreslået af Saraju Mohanty, et al. i 2003 og offentliggjort i januar 2004. Det var ikke første gang, dette blev foreslået. Blythe og Fridrich har også arbejdet på SDC i 2004 for et digitalt kamera , der bruger tabsfri vandmærkning til at integrere en biometrisk identifikator sammen med en kryptografisk hash .

Reversibel dataskydning

Reversibel dataskydning er en teknik, der gør det muligt at autentificere billeder og derefter gendanne til deres oprindelige form ved at fjerne det digitale vandmærke og erstatte de billeddata, der var blevet overskrevet. Dette ville gøre billederne acceptable til juridiske formål. Den amerikanske hær er også interesseret i denne teknik til autentificering af rekognosceringsbilleder .

Vandmærke til relationsdatabaser

Digital vandmærkning til relationelle databaser er opstået som en kandidatløsning til at yde copyrightbeskyttelse, manipuleringsopdagelse, forræderesporing og opretholdelse af relationelle relationsdata. Mange vandmærkningsteknikker er blevet foreslået i litteraturen for at imødegå disse formål. En undersøgelse af den aktuelle tekniske status og en klassificering af de forskellige teknikker i henhold til deres hensigt, den måde, de udtrykker vandmærket, omslagstypen, granularitetsniveau og verificerbarhed på, blev offentliggjort i 2010 af Halder et al. i Journal of Universal Computer Science .

Se også

Referencer

Yderligere læsning

eksterne links