基于后期光感技術(shù)的數(shù)字影像版權(quán)保護(hù)研究

畢 翔 唐存琛

（武漢大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 武漢 430072）

1 引言

進(jìn)入“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代后，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與數(shù)字媒體技術(shù)的結(jié)合發(fā)展，成為傳播信息資源的一種新潮手段。建立在便捷、高效、低成本的網(wǎng)絡(luò)通訊過程中的數(shù)字媒體信息發(fā)布遍布世界，各種機(jī)密的信息均通過網(wǎng)絡(luò)傳遞。在互聯(lián)網(wǎng)的開放環(huán)境下，傳輸機(jī)密信息意味著傳遞風(fēng)險(xiǎn)，因此國家針對(duì)涉密信息傳遞使用專網(wǎng)專線或信息加密編碼、防破解等措施予以管控和保密。存在于大眾媒體或公共網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)字媒體幾乎均以公開的方式存在，數(shù)字媒體侵權(quán)事件井噴式爆發(fā)。數(shù)字媒體的新興類型具有史無前例的突破性，如傳輸速度的高效、技術(shù)手段的便捷、軟件使用的智能等，都使得對(duì)數(shù)字媒體的版權(quán)保護(hù)極具難度。進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)“微”時(shí)代之后，自媒體平臺(tái)的傳播日益廣泛，網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)、在線直播、云端存儲(chǔ)等技術(shù)不斷革新，盜版技術(shù)的開發(fā)和使用更是到了肆無忌憚的地步，版權(quán)保護(hù)更加棘手。

針對(duì)上述問題各國科學(xué)家都對(duì)其展開了研究和防治。美國在這一領(lǐng)域的發(fā)展較早，20世紀(jì)90年代初率先研究并應(yīng)用信息隱藏技術(shù)，利用隱寫術(shù)和數(shù)字水印對(duì)數(shù)字媒體進(jìn)行版權(quán)保護(hù)，同時(shí)配合法律手段打擊侵權(quán)行為。英國使用數(shù)字媒體網(wǎng)絡(luò)許可證授權(quán)的形式，從網(wǎng)絡(luò)上傳、播放、下載等多個(gè)環(huán)節(jié)通過技術(shù)授權(quán)，管控版權(quán)。德國和意大利則頒布相關(guān)法律進(jìn)行版權(quán)保護(hù)。我國在1998年成立了中國版權(quán)保護(hù)中心，致力于版權(quán)保護(hù)、政策研究和技術(shù)應(yīng)用；2016年中國版權(quán)保護(hù)中心初步建立了自主創(chuàng)新的數(shù)字版權(quán)唯一標(biāo)識(shí)符（Digital Copyright Identifier，DCI）；2017年3月“數(shù)字版權(quán)保護(hù)與版權(quán)費(fèi)結(jié)算”高峰論壇在北京舉行，進(jìn)一步解決知識(shí)付費(fèi)時(shí)代的關(guān)鍵問題并著手完善版權(quán)技術(shù)服務(wù)生態(tài)版圖。

2 數(shù)字影像版權(quán)保護(hù)現(xiàn)狀綜述

數(shù)字影像作為數(shù)字媒體中最為重要、發(fā)展最為迅猛、應(yīng)用最為廣泛的形式，越來越多地被人們所使用。2017年4月發(fā)布的《2016年中國網(wǎng)絡(luò)版權(quán)保護(hù)年度報(bào)告》（以下簡稱報(bào)告）顯示，2016年，我國網(wǎng)民數(shù)量已達(dá)7.31億，網(wǎng)絡(luò)視音頻用戶規(guī)模超過5億、網(wǎng)絡(luò)直播用戶規(guī)模為3.44億（兩數(shù)據(jù)有重合用戶）[1]。報(bào)告還發(fā)布了2016年網(wǎng)絡(luò)版權(quán)侵權(quán)案件類型分布情況：網(wǎng)絡(luò)視頻、文學(xué)、音樂、圖片侵權(quán)案件的占比分別為37%、24%、12%、24%[2]。網(wǎng)絡(luò)視頻侵權(quán)，仍居各類版權(quán)侵權(quán)案件之首，不容小覷。其中一部分?jǐn)?shù)字影像的侵權(quán)案件還涉及其衍生產(chǎn)品的侵權(quán)，如利用網(wǎng)絡(luò)數(shù)字影像分割后產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)圖侵權(quán)、使用抽幀技術(shù)產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)表情包侵權(quán)等。這也暴露出我國目前在版權(quán)保護(hù)領(lǐng)域存在的法律問題和技術(shù)手段的管控亟待完善、提高和改進(jìn)。

2.1 版權(quán)保護(hù)的問題分析

1982年，我國頒布了第一部針對(duì)影像作品著作權(quán)的保護(hù)條文——《錄音、錄像制品管理暫行規(guī)定》；1986年頒布的《民法通則》中，著作權(quán)被正式列為公民和法人所享有的權(quán)利之一；1990年頒布了《著作權(quán)法》，這標(biāo)志著影像作品的著作權(quán)正式以專門法的形式予以保護(hù)。1997年互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代在我國開啟之后，基于互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的數(shù)字影像信息傳播日趨強(qiáng)大，到2000年左右飛速發(fā)展，這一時(shí)期形成的影像技術(shù)對(duì)數(shù)字版權(quán)的保護(hù)產(chǎn)生了巨大沖擊。為適應(yīng)新形勢(shì)，2001年和2010年我國對(duì)《著作權(quán)法》進(jìn)行了兩次修訂，但仍未對(duì)數(shù)字多媒體產(chǎn)品的保護(hù)做出單獨(dú)詳盡的規(guī)定[3]。在同一時(shí)期出臺(tái)的《侵權(quán)責(zé)任法》雖明確了網(wǎng)絡(luò)用戶與網(wǎng)絡(luò)信息提供者的侵權(quán)責(zé)任、權(quán)利和義務(wù)以及侵權(quán)的判定標(biāo)準(zhǔn)，但規(guī)定籠統(tǒng)，針對(duì)性較差，實(shí)際應(yīng)用性不強(qiáng)，加之社會(huì)公眾價(jià)值觀失衡等因素，極大影響了數(shù)字影像版權(quán)的保護(hù)[4]。

2.1.1 版權(quán)保護(hù)的法律問題

侵權(quán)問題是版權(quán)保護(hù)的核心問題，也是最為突出、最為嚴(yán)重、最亟需解決的問題，更是導(dǎo)致數(shù)字影像產(chǎn)業(yè)總量大收益小的主要原因。

公共網(wǎng)絡(luò)，是指網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商建設(shè)，供公共用戶使用的通信網(wǎng)絡(luò)。公用網(wǎng)絡(luò)的通信線路是共享給公共用戶使用的。網(wǎng)絡(luò)資源存在于公共網(wǎng)絡(luò)之中，它具有兩個(gè)基本特征：一是資源共享性，二是資源提供者與接受者存在不確定性。這也就意味著，一個(gè)資源的使用者，只需要通過網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)入某些視頻平臺(tái)或資源平臺(tái)，即可根據(jù)需求下載或觀看平臺(tái)上的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字影像，平臺(tái)即以一種中介形式存在。由P2P網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中形成的BT技術(shù)也是公共網(wǎng)絡(luò)資源共享服務(wù)的一種形式，由于其采用了IPv6的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，使得資源的共享和傳輸速率都有了較大的提升。這一網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，許多數(shù)字影像作品從線下的有限存儲(chǔ)介質(zhì)（如DVD、閃存等）傳播變成了線上無限的資源共享，侵權(quán)情況必然產(chǎn)生。

緩存技術(shù)為用戶提供了流媒體影像觀看的便利，在緩存技術(shù)升級(jí)的同時(shí)，流媒體影像的版權(quán)出現(xiàn)了新的侵權(quán)現(xiàn)象。 當(dāng)流媒體文件完成本地緩存后，影像將存儲(chǔ)在本地計(jì)算機(jī)中，實(shí)質(zhì)是完成了對(duì)該流媒體影像的下載，用戶可以使用相關(guān)技術(shù)手段，提取下載內(nèi)容，合成出一個(gè)完整的影像作品。對(duì)于這一現(xiàn)象，多數(shù)提供流媒體影像的運(yùn)營商均以“僅供學(xué)習(xí)交流,嚴(yán)禁用于商業(yè)用途，如有緩存，請(qǐng)于24小時(shí)內(nèi)刪除”等字樣提醒使用者。這并不能作為法律免責(zé)的理由，必然為后期的版權(quán)侵權(quán)事件、責(zé)任界定以及版權(quán)認(rèn)定等問題埋下隱患。

版權(quán)侵權(quán)的另一個(gè)重要領(lǐng)域來自于“云”，即“云”存儲(chǔ)帶來的侵權(quán)現(xiàn)象。在云技術(shù)機(jī)構(gòu)為用戶免費(fèi)提供的云端平臺(tái)中，用戶可以通過搜索、保存、管理、下載、備份海量的數(shù)據(jù)資源，由于云端與本地之間是通過軟件和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行鏈接，因此與本地系統(tǒng)是相互隔離存在的，在云端上進(jìn)行點(diǎn)播或?yàn)g覽，對(duì)本地系統(tǒng)不造成任何的影響。用戶可以隨時(shí)隨地查看云端的文件備份，通過分享的方式自由分享云端的資源。這也給版權(quán)保護(hù)帶來了巨大的挑戰(zhàn)，不可避免地出現(xiàn)了用戶將數(shù)字影像上傳到云端，通過分享等方式提供給他人下載和觀看，從中謀取利益。這一侵權(quán)問題暫不談侵權(quán)責(zé)任，單是如何發(fā)現(xiàn)侵權(quán)都是較大的難題。如要確立侵權(quán)必須對(duì)用戶的個(gè)人資源從服務(wù)器源頭進(jìn)行監(jiān)管，而監(jiān)管過程中涉及用戶個(gè)人隱私，實(shí)質(zhì)審查必然觸及用戶隱私權(quán)，應(yīng)如何開展審查？審查中如何界定侵權(quán)源頭都是法律亟待解決的問題。

2.1.2 版權(quán)保護(hù)的道德與倫理問題

版權(quán)保護(hù)除了來自法律的約束和技術(shù)的管控外，道德與倫理的規(guī)范也尤為重要。數(shù)字影像產(chǎn)品的極易復(fù)制性、網(wǎng)絡(luò)傳播性、版權(quán)價(jià)值昂貴等特點(diǎn)都導(dǎo)致了盜版產(chǎn)品層出不窮、屢禁不止。貪圖一時(shí)便利、喪失責(zé)任意識(shí)，對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)和知識(shí)創(chuàng)新失去尊重、自身能力低下無法實(shí)現(xiàn)需求效果，從而大量剽竊和抄襲他人的數(shù)字影像素材，嚴(yán)重影響了數(shù)字影像產(chǎn)品的良性循環(huán)和發(fā)展。如何引導(dǎo)用戶拒絕使用盜版，拒絕傳播和分享盜版資源成為當(dāng)下版權(quán)保護(hù)的重要議題。

2.2 版權(quán)保護(hù)的技術(shù)綜述

數(shù)字版權(quán)保護(hù)技術(shù)（Digital Rights Management，DRM）的探討由來已久。這是對(duì)各類數(shù)字出版產(chǎn)品的知識(shí)產(chǎn)權(quán)利用軟硬件方式進(jìn)行干預(yù)、保護(hù)，使其在一定時(shí)期內(nèi)不被盜用的技術(shù)手段和方式。針對(duì)數(shù)字影像產(chǎn)品，絕大多數(shù)利用軟件進(jìn)行版權(quán)保護(hù)，其目的有二：一是從根本上解決數(shù)字影像作品的內(nèi)容被盜用，并產(chǎn)生惡意衍生效果；二是在產(chǎn)生法律糾紛或侵權(quán)責(zé)任認(rèn)定的過程中，用技術(shù)手段顯現(xiàn)隱藏信息，還原明晰的侵權(quán)主體和責(zé)任，為法律的公正判決提供證據(jù)。

2.2.1 數(shù)字密碼和水印技術(shù)

所謂數(shù)字密碼技術(shù)就是針對(duì)付費(fèi)用戶，在購買數(shù)字影像作品后，為用戶提供一個(gè)數(shù)字密碼，使其能夠在相應(yīng)的權(quán)限下，完整查看數(shù)字影像內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)對(duì)觀看、瀏覽、下載和素材使用等多種方式的授權(quán)。盜版者即使獲得了加密后的數(shù)字影像作品，在未付費(fèi)的情況下無法獲得授權(quán)，產(chǎn)品也就無法使用。

數(shù)字水印分為顯性水印技術(shù)和隱藏水印技術(shù)。顯性水印技術(shù)是將半透明的文字或圖片直接覆蓋在數(shù)字影像作品表面，觀看過程中，水印一直處于畫面頂層，雖不影響觀看效果，但直接可以說明數(shù)字影像的版權(quán)為未授權(quán)狀態(tài)或無法作為素材使用狀態(tài)。如優(yōu)酷、土豆等網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)提供的在線觀看視頻角注水印。隱藏水印技術(shù)是利用數(shù)字水印處理技術(shù)在數(shù)字影像中嵌入隱藏版權(quán)信息。根據(jù)原始信息、密鑰、原始數(shù)字影像產(chǎn)品基于水印生成算法共同生成水印，然后嵌入數(shù)字影像中。含水印的數(shù)字影像產(chǎn)品在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中采用水印檢測(cè)算法檢驗(yàn)水印是否存在或者基于水印提取算法提取水印的有效信息，從而完成對(duì)數(shù)字影像作品版權(quán)真實(shí)性和歸屬性的界定。

2.2.2 信息隱藏與元數(shù)據(jù)技術(shù)

信息隱藏是將一個(gè)具有版權(quán)意義或其他能夠說明版權(quán)意義的信息隱藏到數(shù)字影像中，非法獲取者無法知道該數(shù)字影像中是否存在隱藏信息，即使知道也無法去提取或變更隱藏信息，使得數(shù)字影像產(chǎn)品的版權(quán)信息得以保護(hù)。元數(shù)據(jù)是描述信息資源或數(shù)據(jù)等對(duì)象的數(shù)據(jù)，DOI（Digital object Identifier）即數(shù)字對(duì)象標(biāo)識(shí)符技術(shù)[5]。在數(shù)字影像作品中，元數(shù)據(jù)包含了類型、數(shù)據(jù)量、制作時(shí)間、制作人、所有者以及使用的拍攝、制作軟硬件等內(nèi)容，既是用以說明作品存在的基本屬性內(nèi)容，也是用于版權(quán)保護(hù)的有效方式。近些年來，很多數(shù)字影像制作機(jī)構(gòu)均將元數(shù)據(jù)作為隱藏的關(guān)鍵內(nèi)容和版權(quán)信息增加到作品之中。

2.2.3 流媒體緩存與后期分割技術(shù)

流媒體緩存后，一些被緩存的文件會(huì)存在于本地一段時(shí)間，一些用戶利用這種緩存技術(shù)，提取流媒體文件，從而成功保存整個(gè)流媒體產(chǎn)品。一些網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)設(shè)定了流媒體緩存到本地的保存時(shí)長和緩存的內(nèi)容參數(shù)，即緩存到本地保存的時(shí)長不超過作品總時(shí)長的1.2—1.5倍，作品緩存數(shù)據(jù)為逐漸遞減式，在線播放完成后15分鐘即自動(dòng)刪除緩存內(nèi)容，并采用分段刪除的方式，以保證用戶在線觀看不受影響。

后期分割技術(shù)是基于流媒體緩存的一種技術(shù)手段。影像以緩存形式保存后，一些盜版者需要變更其時(shí)長、截取素材使用，為保證版權(quán)不被篡改，緩存形式做特殊編碼處理，無法生成視頻影像播放格式，即無法導(dǎo)入非線性編輯系統(tǒng)或軟件之中進(jìn)行解碼識(shí)別，避免了分割技術(shù)的濫用。

3 后期光感技術(shù)對(duì)數(shù)字影像版權(quán)保護(hù)的架構(gòu)與實(shí)現(xiàn)

數(shù)字影像作品的版權(quán)經(jīng)過一個(gè)時(shí)期的研究，版權(quán)保護(hù)的技術(shù)手段正在日臻完善，但多數(shù)基于信息技術(shù)手段或單純的信息隱藏手段。一些信息檢測(cè)技術(shù)的綜合運(yùn)用較為普遍地破解了信息隱藏和數(shù)字水印的算法。數(shù)字隱藏水印技術(shù)在數(shù)字影像壓縮后的損耗較大，且導(dǎo)致編碼、解碼易產(chǎn)生錯(cuò)誤。聚焦數(shù)字影像自身特征，旨在尋求一種通過數(shù)字影像固有信息，通過算法分析能夠解決數(shù)字影像版權(quán)意義隱藏和檢測(cè)的方法就顯得非常必要。

3.1 數(shù)字影像的光感技術(shù)原理

光，是數(shù)字影像之所以能被感知的主要原因，它通過直射或反射原理作用于被攝物體之上，從而產(chǎn)生了光感與層次之分，沒有光便沒有影像的存在。在我們?nèi)粘Ｉ钪兴姽獗唤y(tǒng)稱為“白光”，這一表述實(shí)際上是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?。“白光”?shí)質(zhì)上是日光通過棱鏡折射后，能得到分解出紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫7種波長不同的色光（圖1）。這7種色光又被人們歸納為紅、綠、藍(lán)三原色光（有些也稱三基色光）；三原色光等量混合就形成白光；變化三色量，就會(huì)形成豐富多彩、顏色各異的種種不同色光。彩色顯示器就是根據(jù)三原色光原理在屏幕上還原出景物的各種顏色。一部數(shù)字影像作品，不僅要真實(shí)地表現(xiàn)出人與物的外部輪廓特征、形態(tài)動(dòng)作表現(xiàn)形式，更應(yīng)通過對(duì)光線的處理展現(xiàn)物象的真實(shí)質(zhì)感，即通過視覺傳達(dá)出所拍攝物象的觸感或其他感覺特征。如表現(xiàn)人物皮膚的蒼老、玻璃的透明、玩偶的絨毛……這些質(zhì)感的表現(xiàn)，既可通過前期拍攝控制光影與色調(diào)，也可以在后期制作過程中對(duì)光影效果加以處理。

圖1 可見光譜圖[6]

3.1.1 前期光影與色調(diào)

前期光影與色調(diào)的控制主要是在拍攝過程中，通過對(duì)色溫的調(diào)整和對(duì)不同光線種類的運(yùn)用實(shí)現(xiàn)。色溫是光源光色的尺度、光源光譜質(zhì)量最通用的指標(biāo)，光的質(zhì)量是用色溫高低來表示的，色溫是以“完全輻射體”（一個(gè)不反射入射光的封閉的絕對(duì)黑體——碳?jí)K）的溫度來表示一個(gè)實(shí)際基準(zhǔn)，以K為符號(hào)。當(dāng)把這個(gè)絕對(duì)黑體在絕對(duì)零度逐漸加熱，其產(chǎn)生的變化，從黑到暗到紅，又從暗紅轉(zhuǎn)為黃白、最后變?yōu)榍喟?，所得到的一系列溫度?shù)即各種色光色溫?cái)?shù)[7]。它的主要作用是根據(jù)拍攝現(xiàn)場(chǎng)的情況改變光線的色差，在攝影機(jī)中還原被拍攝人或物的真實(shí)色彩，或是通過色溫改變拍攝環(huán)境的整體色度，調(diào)整到攝制者需要的色彩效果。

光線在拍攝中被分為自然光和人工光兩類，是根據(jù)光線的折射原理（直射和散射）和光線應(yīng)用產(chǎn)生的不同作用劃分的。利用自然界中太陽光線的直接照射和漫反射原理產(chǎn)生的光就是自然光；使用人造燈具，如回光燈、閃光燈、聚光燈等營造畫面氛圍或模擬自然光線效果的就是人工光。光線在塑造形象時(shí)，為烘托拍攝效果，會(huì)采用主光、輔光、背景光、逆光、側(cè)逆光、輪廓光等不同的光線表現(xiàn)手法，即為光線的應(yīng)用產(chǎn)生的不同作用。根據(jù)這些光線的種類，在拍攝過程中，通過調(diào)整光線的位置、強(qiáng)弱、光點(diǎn)的大小即可控制攝影機(jī)拍攝人、物的不同效果[8]。

3.1.2 后期光影處理

后期光影的處理主要通過非線性編輯系統(tǒng)和后期校色系統(tǒng)對(duì)已拍攝畫面進(jìn)行光線調(diào)整和色彩調(diào)節(jié)。后期對(duì)光影的處理可以較好地彌補(bǔ)前期拍攝過程中出現(xiàn)的畫面色度過強(qiáng)或過弱、現(xiàn)場(chǎng)氛圍營造不夠到位、整體畫面偏色等現(xiàn)象，還能針對(duì)由于客觀條件限制或拍攝者主觀失誤所產(chǎn)生的畫面偏色、色調(diào)、明度不夠統(tǒng)一進(jìn)行調(diào)整。

RGB（R:red紅色、G：Green綠色、B：Blue藍(lán)色）是從顏色發(fā)光的原理設(shè)定的。較之其他色彩空間模型（如CMYK、Lab等）其優(yōu)點(diǎn)在于采用數(shù)值變換調(diào)整的方式，根據(jù)信號(hào)點(diǎn)選擇色彩調(diào)整位置，對(duì)于色彩的判定更加精確、可靠。后期光影調(diào)整中，RGB三原色的數(shù)值各為0—255，制作者可以準(zhǔn)確地通過數(shù)值判斷調(diào)整前后畫面間、不同點(diǎn)位的色彩一致性[9]。RGB色彩空間模型是目前國內(nèi)外使用最為廣泛、最有效的后期校色模型。RGB的混合色彩數(shù)值可以在如下公式中進(jìn)行變換：

3.2 光感技術(shù)方案框架

由于前期光影與色調(diào)的處理和后期光影處理操作中都以RGB色彩空間模型為依據(jù)，按照動(dòng)態(tài)圖像光線的變化、結(jié)合RGB空間色彩模型數(shù)值，參照視覺特征對(duì)畫面效果進(jìn)行制作。后期制作過程中，由于素材、位置、畫面編輯方案、剪輯流程等相對(duì)固定在一臺(tái)或同一批次的編輯系統(tǒng)之中，在滿足畫面效果的同時(shí)，可以使用光感技術(shù)對(duì)數(shù)字影像進(jìn)行光感分析、嵌入密鑰，生成光感嵌入算法和光感檢測(cè)算法，實(shí)現(xiàn)版權(quán)意義的構(gòu)建，從而完成對(duì)數(shù)字影像版權(quán)的保護(hù)。

基于光感技術(shù)的數(shù)字影像版權(quán)保護(hù)是在建立RGB色彩空間模型和后期光影處理中完成的，運(yùn)用前期拍攝過程中攝影機(jī)的“點(diǎn)測(cè)光”原理，對(duì)畫面中的關(guān)鍵幀進(jìn)行測(cè)光分析，抽出相同畫面、相同數(shù)值的測(cè)光點(diǎn)，加入光感算法，實(shí)現(xiàn)光感加密，從而應(yīng)用到整個(gè)數(shù)字影像作品中；后期版權(quán)驗(yàn)證過程中，通過查詢關(guān)鍵幀的方式，定位加密后的任一關(guān)鍵幀圖像，以光感點(diǎn)還原為目標(biāo)，進(jìn)行光感檢測(cè)算法分析，實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證版權(quán)真?zhèn)蔚哪康??；诠飧屑夹g(shù)的數(shù)字影像版權(quán)保護(hù)主要由光感密鑰植入（兩次植入）、光感嵌入算法、光感檢測(cè)算法三個(gè)關(guān)鍵部分組成。其框架如圖2所示。

任何數(shù)字影像作品都需要經(jīng)歷從素材到成品的過程，因此無論是拍攝的素材還是使用其他素材都需要導(dǎo)入非線性編輯系統(tǒng)中使用插入或覆蓋的編輯手法，完成對(duì)整部作品的創(chuàng)作[10]。在素材導(dǎo)入中，可使用設(shè)定某些光感加密信息或版權(quán)意義的光感密鑰對(duì)自主拍攝的素材畫面實(shí)現(xiàn)加密處理；包含他人版權(quán)或借用他人素材，在創(chuàng)作過程中需特別說明，無需使用加密技術(shù)。素材進(jìn)入非線性編輯系統(tǒng)后，根據(jù)需要將零散素材導(dǎo)入故事板，進(jìn)行聲畫編輯或特效處理。由于素材進(jìn)入故事板這一過程一般為個(gè)性化選取后導(dǎo)入，每一段素材均需編輯者對(duì)素材內(nèi)容進(jìn)行選取，在選取的過程中，嵌入光感算法，對(duì)畫面中所包含的光線進(jìn)行分析，并根據(jù)算法植入代表版權(quán)意義的光感信息，分別對(duì)每一段故事板中的素材進(jìn)行算法嵌入以保證數(shù)字影像整體都能夠?qū)崿F(xiàn)利用光感的版權(quán)保護(hù)。素材編輯完成后，需將分段素材合并輸出為一段完整的數(shù)字影像作品，在進(jìn)入影像生成器合成的同時(shí)，第二次對(duì)素材進(jìn)行光感密鑰加密處理。同時(shí)借助密鑰驗(yàn)證光感嵌入算法的完整性和可靠性，輸出帶有光感加密的數(shù)字影像產(chǎn)品，進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)予以發(fā)布。在用戶下載使用該產(chǎn)品的同時(shí)需要通過光感檢測(cè)算法的驗(yàn)證，根據(jù)對(duì)不同用戶層級(jí)的授權(quán)，每一步驟驗(yàn)證成功方可實(shí)現(xiàn)如下載、觀看、生成可導(dǎo)入非線性編輯系統(tǒng)的視頻格式素材等操作，實(shí)現(xiàn)由光感加密數(shù)字影像到對(duì)該影像進(jìn)行解密使用的過程。

圖2 光感技術(shù)方案框架圖

3.3 錨點(diǎn)的確定與提取

光感技術(shù)是利用光線在畫面中存在的位置進(jìn)行判斷分析，結(jié)合RGB數(shù)值進(jìn)行定位的方法，RGB色彩空間模型是根據(jù)畫面分辨率的大小按照像素塊的排列順序進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。如對(duì)整個(gè)畫面的所有像素塊均進(jìn)行算法加密，運(yùn)算速度會(huì)大幅下降，影響后期制作和編輯速度，造成計(jì)算機(jī)硬件配置要求過高，編輯過程中設(shè)備停止工作等影響編輯進(jìn)程的事故發(fā)生。因此要通過光感技術(shù)對(duì)畫面進(jìn)行算法加密，實(shí)現(xiàn)版權(quán)保護(hù)，就必須要確定需要加密的關(guān)鍵像素塊，該像素塊既要普遍存在于整個(gè)故事板的編輯畫面之中，又要在加密算法嵌入后不影響整個(gè)畫面的視覺效果，同時(shí)，要能夠以此像素塊加密算法延展到周邊或同一畫面中的其他同數(shù)值或近似值像素塊中。

在網(wǎng)頁設(shè)計(jì)中，將用于迅速定位的網(wǎng)頁超鏈接稱為錨點(diǎn)；在平面圖形圖像設(shè)計(jì)中，將用于插入關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)或關(guān)鍵調(diào)整位置的點(diǎn)也稱為錨點(diǎn)。在光感技術(shù)中，是否也可以選取一個(gè)關(guān)鍵的光感技術(shù)核心點(diǎn)或光感錨點(diǎn)，從而延展出周邊的光感數(shù)值，嵌入光感算法進(jìn)行光感加密處理呢？答案是肯定的。那么如何確立光感錨點(diǎn)呢？圖3是幾幅同一圖形不同色度的畫面。從中不難看出，當(dāng)同一圖形出現(xiàn)了色彩近似的畫面時(shí)，人的視覺較難分辨和判斷，但如果選用RGB進(jìn)行數(shù)值判斷則較為簡單。

圖3 同一圖形不同色度對(duì)比

利用這一技術(shù)手段，我們可以在數(shù)字影像畫面中確定RGB近似值較高的畫面標(biāo)記為錨點(diǎn)，從而選取錨點(diǎn)附近或同畫面中與錨點(diǎn)數(shù)值相同或相似的像素塊，通過差值分析確定該影像的光感算法值，并應(yīng)用到整個(gè)故事板中，完成對(duì)數(shù)字影像產(chǎn)品錨點(diǎn)的加密。在用戶使用過程中，根據(jù)用戶下載時(shí)的授權(quán)驗(yàn)證，找到加密時(shí)的若干個(gè)錨點(diǎn)，根據(jù)差值分析增減數(shù)值，完成對(duì)產(chǎn)品的解密，使用戶按照需求進(jìn)行使用。圖4即為錨點(diǎn)數(shù)值確定的同一圖像中的近似點(diǎn)或相同點(diǎn)。

圖4 以錨點(diǎn)數(shù)值確定的圖像近似點(diǎn)

3.4 基于數(shù)值判斷的位置選擇與嵌入

初始錨點(diǎn)確定之后，即可計(jì)算出錨點(diǎn)所在的圖像坐標(biāo)，通過圖像坐標(biāo)值可以確定圖中不同位置與初始錨點(diǎn)相同或相似RGB值的其他錨點(diǎn)坐標(biāo)。為了保證不同錨點(diǎn)之間數(shù)值的相似度，方便在不同錨點(diǎn)之間完成光感算法的驗(yàn)證，錨點(diǎn)與錨點(diǎn)的相似值設(shè)定應(yīng)控制在每個(gè)RGB數(shù)值的±5以內(nèi)，從而不影響后期光感檢測(cè)算法的判定。

判定初始錨點(diǎn)的位置還應(yīng)先確定畫面中色溫的高低，簡單判定色溫的方式是以5 500k為標(biāo)準(zhǔn)白色，高于5 500k的畫面呈現(xiàn)偏紅或偏暖色調(diào)，低于5 500k則偏藍(lán)或偏冷。之后，根據(jù)RGB色值表，高色溫較為常用或在影像作品中出現(xiàn)次數(shù)較多的數(shù)值一般為R:94—255、G：97—255、B：0—132區(qū)間范圍內(nèi)的色彩；低色溫較為常用或在影像作品中出現(xiàn)次數(shù)較多的數(shù)值一般為R：0—176、G：90—244、B：112—230區(qū)間范圍內(nèi)的色彩。按照畫面拍攝的中間色調(diào)原則，RGB的理想值應(yīng)為 R：170—200、G：128—160、B：105—156之間。初始錨點(diǎn)位置的選擇應(yīng)根據(jù)RGB數(shù)值在這一區(qū)間與色溫偏色的RGB值取交集后確定。

圖5 通過RGB數(shù)值光感技術(shù)確定的錨點(diǎn)

圖5（a）是根據(jù)一部數(shù)字影像作品判斷后選取的初始錨點(diǎn)；圖5（b）是由初始錨點(diǎn)確定的數(shù)值延展出的可供光感技術(shù)提取的其他錨點(diǎn)。這部作品的色溫為6 100k，是一部典型的高色溫畫面，初始錨點(diǎn)的RGB數(shù)值分別為176、157、146，符合上文所述的RGB數(shù)值交集區(qū)間，選取的初始錨點(diǎn)可判定為有效錨點(diǎn)。

根據(jù)初始錨點(diǎn)的數(shù)值，在該畫面范圍內(nèi)尋找±5以內(nèi)的其他RGB數(shù)值，共選中了113個(gè)有效錨點(diǎn)。為保證算法分析過程中不占用較多的計(jì)算機(jī)運(yùn)算和存儲(chǔ)，錨點(diǎn)需要進(jìn)行篩選，篩選的原則是保留遠(yuǎn)距離、合并近范圍的錨點(diǎn)，將確定10—15個(gè)延展點(diǎn)及其坐標(biāo)位置，為進(jìn)一步差值分析提供準(zhǔn)確定位。圖6為確定了10個(gè)最終坐標(biāo)錨點(diǎn)的畫面。

圖6 最終坐標(biāo)錨點(diǎn)的畫面

3.5 光感提取與版權(quán)認(rèn)證

在標(biāo)記10個(gè)錨點(diǎn)之后，通過光感技術(shù)分析每個(gè)錨點(diǎn)的RGB數(shù)值，進(jìn)而對(duì)數(shù)值進(jìn)行分類運(yùn)算和疊加處理，10個(gè)RGB數(shù)值均近似于176、157、146，根據(jù)RGB最大取值為255的規(guī)則，對(duì)相應(yīng)錨點(diǎn)分別疊加25，數(shù)值變?yōu)?96、177、166。當(dāng)RGB數(shù)值呈等值疊加，其色調(diào)將不會(huì)產(chǎn)生變化，色相飽和度和可變顏色將發(fā)生相應(yīng)的變更。由于錨點(diǎn)以像素塊形式確定坐標(biāo)并選擇，單個(gè)像素塊產(chǎn)生的色彩變化將不會(huì)影響整個(gè)畫面的視覺效果。圖7為運(yùn)用光感嵌入算法變更RGB數(shù)值后獲得的新圖像，與圖6對(duì)照后，未發(fā)現(xiàn)不同。

圖7 光感嵌入算法變更RGB數(shù)值后的新圖像

按照上述方式，將對(duì)應(yīng)錨點(diǎn)變換數(shù)值分別疊加10、40、60以及錨點(diǎn)數(shù)據(jù)中的極限值79后，得到RGB的四組數(shù)值分別為186、167、156, 216、197、186，236、217、206，255、236、225。四組數(shù)據(jù)變換后的取值如圖8所示（圖中由左至右為RGB數(shù)值從小到大排序）。從圖中可以看出當(dāng)RGB同時(shí)以相同數(shù)值增加，取值點(diǎn)向右側(cè)移動(dòng)，色彩相應(yīng)減淡。圖9直觀反映了數(shù)值增減的變化與色調(diào)之間的關(guān)系。

圖8 數(shù)值變換取值圖

圖9 數(shù)值增加與色調(diào)關(guān)系圖

按照這一原則和光感嵌入算法，可以以初始錨點(diǎn)數(shù)值為原點(diǎn)，在整個(gè)素材庫中對(duì)該部作品所用素材進(jìn)行完整搜索，確定每個(gè)素材中與初始錨點(diǎn)相似或相同的標(biāo)記錨點(diǎn)，進(jìn)行定位后按照初始錨點(diǎn)變更的數(shù)值進(jìn)行算法分析和RGB數(shù)值變換，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)故事板畫面版權(quán)意義的光感技術(shù)加密。

加密后的RGB結(jié)果數(shù)值、原始RGB數(shù)值和差值將以數(shù)據(jù)包的形式被存儲(chǔ)在數(shù)字影像中，根據(jù)數(shù)字影像作品的不同，分別占用存儲(chǔ)空間。用戶在下載和使用過程中，調(diào)用存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)字影像內(nèi)容進(jìn)行檢測(cè)分析。具體步驟如下：

步驟1：利用平臺(tái)檢測(cè)數(shù)字影像產(chǎn)品的加密內(nèi)容；

步驟2：查詢加密內(nèi)容中的標(biāo)記錨點(diǎn)數(shù)量和錨點(diǎn)坐標(biāo)，然后提取每一個(gè)被標(biāo)記的錨點(diǎn)數(shù)值；

步驟3：依據(jù)錨點(diǎn)數(shù)值與嵌入的光感算法技術(shù)數(shù)據(jù)計(jì)算差值d和RGB閾值t，與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)中的差值D和RGB初始閾值T進(jìn)行比對(duì)：①若d=D，且t-d=T±5，則用戶為合法用戶，提取數(shù)字影像產(chǎn)品成功，可以播放或以正常視頻格式下載使用；②若d≠D或t-d≠T±5，則用戶為非法使用者，提取失敗。

4 結(jié)語

光作為數(shù)字影像處理中必不可少的一部分已經(jīng)被廣泛運(yùn)用于影視的前期和后期，但在信息安全領(lǐng)域的運(yùn)用尚制作少。隨著數(shù)字影像產(chǎn)品在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的不斷傳播，其安全性和可靠性令人擔(dān)憂，版權(quán)管理的重要性日益凸顯，特別是對(duì)原創(chuàng)數(shù)字影像的保護(hù)越來越受到關(guān)注[11]。影像技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展與普及，數(shù)字影像的盜版、侵權(quán)案件時(shí)有發(fā)生，都急切期盼著加強(qiáng)對(duì)數(shù)字影像版權(quán)的保護(hù)。后期光感技術(shù)的數(shù)字影像版權(quán)保護(hù)憑借其不可感知性、安全性、準(zhǔn)確定位性必將能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字影像產(chǎn)品的內(nèi)容認(rèn)證和版權(quán)保護(hù)，也將能夠成為信息安全領(lǐng)域的一個(gè)重要分支[12]。

本文以由光形成的數(shù)字影像為研究對(duì)象，利用光線在影視設(shè)備中的傳播原理和成像手段，結(jié)合數(shù)字影像的色彩空間模型分析了光感技術(shù)嵌入算法加密的實(shí)現(xiàn)和光感檢測(cè)算法解密的研究過程。針對(duì)光線與技術(shù)成像的原理，提出了用光感技術(shù)代替水印技術(shù)、元數(shù)據(jù)技術(shù)、流媒體緩存監(jiān)管技術(shù)等解決數(shù)字影像版權(quán)保護(hù)的系統(tǒng)方案，構(gòu)建了相對(duì)完整的數(shù)字影像光感技術(shù)方案。

目前數(shù)字影像技術(shù)飛速發(fā)展，數(shù)字影像的網(wǎng)絡(luò)安全研究卻較少，導(dǎo)致數(shù)字影像在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可以自由傳播、下載，甚至毫無版權(quán)可言的亂象。除了利用本文中所述的這些技術(shù)手段，是否還有更加有效、更加便捷的方式能夠解決這一問題，深入研究和解決這一問題必將創(chuàng)造一定的社會(huì)價(jià)值。隨著數(shù)字影像在各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域的不斷深入，影像的信息安全更需引起足夠的重視。光感技術(shù)作為數(shù)字影像中必不可缺的影像技術(shù)手段，已經(jīng)引起了數(shù)字影像制作和影像安全研究的關(guān)注，在其他領(lǐng)域，如人工智能、信息檢索與識(shí)別等方面也應(yīng)有較大的研究和應(yīng)用空間。