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数字媒体管理的意义及关键技术
2016-2017学年第2学期期末考试
论文
考试科目：
数字媒体管理
学院：
信息与通信工程学院
专业：
班级：
班内序号：
学号：
姓名：
任课教师：
北京邮电大学
时间：
2017年6月13日
当下数字媒体管理的意义及关键技术
王倩妮
（北京邮电大学信息与通信工程学院北京100876）
摘要：
随着信息技术突飞猛进的发展，数字媒体已经成为信息传播的重要组成部分。
数字媒体的发展也在逐渐以传播者为中心向以受众为中心转变。
数字媒体管理也变得非常重要，本文就数字媒体管理的意义、关键技术、DRM系统等展开阐述。
关键字：
数字媒体数字签名数字版权管理DRM系统
一．媒体管理的意义
1.数字媒体的内容及特点
数字媒体，也称为数字媒介，是一种通过计算机存储、处理和传播的信息媒体。
数字媒体管理，即将数字化的内容作品以现代网络为主要传播载体，通过完善的服务体系，分发到终端和用户进行消费的全过程。
计算机中的信息载体，都以1-0比特的二进制数的形式记录、处理、传播和获取。
它们包括数字化的文字、图形、图像、声音、视频影像和动画等感觉媒体，现如今大多数时候所提到的数字媒体即感觉媒体。
根据拉斯韦尔的“五W”模式，数字媒体的主要特点如下：
①传播者多样化：
由于数字方式不像模拟方式需要占用相当大的电磁频谱空间，传统模拟方式因频道“稀缺”导致的垄断将会被打破；②传播内容海量化；③传播渠道交互化；④受传者个性化；⑤传播效果智能化。
2.数字媒体与传统媒体
当今时代，数字媒体时时刻刻都充斥在我们生活中。
从学科角度来看，数字媒体学科包含众多艺术类基本元素，譬如美术、音乐、舞蹈、戏剧、雕塑、建筑等，除此外还包括了出版、影视、网络等大众传播媒介。
在此基础上，又运用了计算机和信息等工程技术，以上元素的搭配组合构成了数字媒体的学科体系。
数字化信息媒体改变了传统媒体的信源、信道、信众三个信息传递环节的传播过程，如谷歌、XX等搜索引擎让信源直接面对信众，省略了信道采集和发布信息的过程，播客让广大的“信众”成为了“信源”，实现了“所有人”对“所有人”的传播。
[1]数字化信息传播过程中，无论是文字图像、声音或视频，都为日常生活带来了极大的便利。
在数字媒体的冲击下，传统媒体的发展显得单一且乏味，也需要再追寻更好的方式，才能在互联网时代获得生机
。
3.数字媒体管理的意义
数字媒体管理主要为内容管理，包括存储管理，查询管理，目录、索引等等。
数字媒体携带的信息需要被表示出来，它的使用需要在管理阶段被规范。
只有加强数字媒体管理，才能充分了解用户对数字媒体不同内容的需求，才能使数字媒体产业获得可持续的发展。
内容是各种类型媒体资源发展的核心，通过加快内容管理系统的建设，可以集中各种资源及信息，形成数字媒体管理的规范化，为海量的数字媒体资源提供有效的保障。
同时，内容管理也使内容的查询、检索更加高效，可大大提升用户的使用体验。
当下互联网时代，用户体验逐渐成为众多互联网企业是否成功的首要指标，数字媒体管理显得极为必要和迫切。
二．数字媒体管理涉及的关键技术
1.超媒体技术
超媒体是纯技术的hypermedia超级媒体连接，还是传统媒体的超级网络化；是一种集搜索、电子邮件、即时通讯和博客等于一身的带有媒体色彩的超级网络利器。
超媒体技术是一种典型的数据管理技术，分为三个层面，即运行层、存储层及内部成员层。
它是一项基于数字媒体内容管理的技术，由称之为结点（node）和表示结点之间联系的链（link）组成的有向图（网络）。
用户可以将包括多媒体在内的各种信息的数据化、存储管理、查询和发布集成在一起，并将这些信息在网上传播。
超媒体技术是多媒体技术和超文本结构技术的结合，它既有超文本灵活、非线性的信息管理优势，又有多媒体生动、自然的表现特点。
它按照人类联想思维的习惯进行网状的非线性的信息管理，其注重的是信息间的相互关系。
它突破了传统数据库技术的诸多限制。
改变了数据静态存储、顺序访问和用户界面定制的常规做法，较好地解决了图片、文本、声音、动画等媒体信息的存取和表现。
超媒体技术将多媒体档案在内的各种信息进行有效组织，数字化存储管理，建立档案信息内容的结构化、动态化、形象化表示和网络一体化应用的需要，使具有大容量、多媒体、实时交换、高度集成、形象利用特征的现代档案管理模式的实现成为可能。
2.密码学
2.1.加密与解密
密码技术是信息安全技术领域的主要传统技术之一，它是基于香农信息论及密码学理论的技术，现有的数字内容的保护多采用加密的方法来完成。
加密的过程中，首先将数字媒体数据文件加密成密文再进行发布，密文在传递过程中不会被非法攻击者获取机要信息，从而达到版权保护和信息安全的目的。
密码学理论是众多数据加密和防拷贝技术的基础，采用的传统方法是将文件加密成密文的密钥系统或公钥系统，只有授权用户才能得到解密的密钥，同时，密钥是与用户的硬件信息绑定的。
通过加密技术加上硬件绑定技术，防止了非法拷贝，其次，可不断地增加密钥的长度来达到提高加密、解密系统密级的目的。
但目前情况下，加密与解密变得越来越不安全。
在加密视频数据方面有缺陷：
一是密文脆弱，必须从头到尾无误的解密，如果密文被修改或传输丢失，那么解密过程即使使用正确的私钥也不能恢复出密文；另一个问题是加解密的计算费用，这在实时应用和低造价的消费电子设备中尤其重要．另外这种将文件加密成密文的方法，在将密文解开后就失去了保密意义；加密的密文还容易引起许多好事者的兴趣，触发他们积极破译的激情。
[2]
2.2.数字签名
数字签名是对电子形式的消息签名的一种方法，一个签名消息能在一个通信网络中传输。
基于公钥密码体制和私钥密码体制都可以获得数字签名，关于数字签名技术的研究，目前主要集中于基于公钥密码体制。
普通数字签名算法有：
RSA数字签名算法、ElGamal数字签名算法、Fiat-Shamir数字签名算法、Guillou-Quisquarter数字签名算法、Schnorr数字签名算法、Ong-Schnorr-Shamir数字签名算法等。
3.数字水印技术
数字水印技术是一种可以在开放网络环境下保护版权和认证来源及完整性的新型技术，创作者的创作信息和个人标志通过数字水印系统以人所不可感知的形式嵌入在多媒体中。
人们无法从表面上感知水印，只有专用的检测器或计算机软件才可以检测出隐藏的数字水印。
数字水印技术解决的是如何在数字媒体中设置认证标记的问题，目的是可确认版权所有者，鉴别出非法复制和盗用的数字产品。
作为密码学的加密或置乱技术的补充，数字水印技术对于数字多媒体产品的保护具有极其实用的研究价值。
从数字信息版权保护的角度来看，它并不能直接阻止拷贝行为，而是通过验证产品的所有权来揭露非法拷贝、传播行为，然后以法律的手段对其进行制裁，间接地打消盗版者非法复制的企图，从而起到保护知识产权的作用。
数字水印在DRM中的应用有：
广播监控、所有者鉴别、所有权验证、操作跟踪、内容认证、拷贝控制和设备控制等。
一般的数字水印具有以下几个特点：
（1）安今性：
数字水印中的信息应足安全的，难以被篡改或伪造，同时，有较低的误检测率；
（2）隐形性：
数字水印应是不可知觉的，即数字水印的存在不应明显干扰被保护的数据，不影响被保护数据的难常使用；
（3）稳健性：
数字水印必须难以甚至不可能被除去，如果只知道部分数字水印信息，那么试图除去或破坏数字水印应导致严重的降质而不可用。
数字水印应在下列情况中具有稳健性。
一般的信号处理下的稳健性：
有数字水印的数据即使经过了一些常用的信号处理，数字水印仍应能被检测到，包括A／D、D／A转换、重采样、重量化、滤波、平滑、有失真压缩等常用的信号处理方法；一般的几何变换（仅对图像和视频而言）下的稳健性：
包括旋转、平移、缩放及分割等操作。
[3]
（4）确定性:
水印应能为受到保护的数字作品的真伪或归属提供可靠、唯一且确定的证据，同时是具有法律效力的证据，这实际上是发展水印技术的基本动力。
数字水印算法一般包括两个基本方面:
水印的嵌入和水印的提取（或检测）。
下图中，图1为一般性的水印嵌入框架，功能是将原始水印W嵌入原始作品I中。
图2是一般性的水印提取/检测框架，功能是提取出水印W*或检测水印存在与否（图中的虚线框代表相应内容为可选项）：
图1图2
所有的数字水印算法都包含两个基本的构造模块:
数字水印嵌入系统和数字水印恢复系统。
4.InterTrust的Digmox技术
DigiBox的结构是一种安全的内容封装方案，一个DigiBox能够拥有一个或多个可任意使用的内容，权限描述能在一个DigiBox中传送，也能在不同的DigiBox中传送。
DigiBox技术当前处于领先地位，在DigiBox中，例如头信息和总体信息这些高层元素用一个传输密钥加密；如果需要，内容能被其他的密钥加密。
在DigiBox中的部分用公开密钥算法加密，优点是防止任意两个密钥之间的互相可计算；缺点是要求在不同的参入方中分配密钥（密钥管理），进一步要求每个主机有一个称为InterRight点的安全存储，加密算法用三重DES和RSA，完整性认证要使用加密的哈希函数．一旦DigiBox打开，按照掌管控制的原则，有两种不同的信息流会发生，一方面是计费的目的；另一方面是会根据DigiBox的控制集要求收集返回的用户使用信息。
三．国内外主要数字媒体管理系统
本文所述两种数字媒体管理系统皆为数字版权管理（DRM，DigitalRightsManagement）系统。
DRM系统利用加解密技术、数字签名技术和授权管理技术等，实现对数字电视、数字电影、数字杂志等数字媒体数字内容的可控、可管理的消费。
DRM系统主要功能包括数字内容的加密和解密、服务许可证的生成和发放、DRM客户端等。
数字媒体产业健康发展的基本前提是保证数字媒体数字内容的版权不受侵犯。
数字媒体的健康发展有赖于DRM提供一个安全可靠的数字内容交易基础设施，而DRM技术的持续演进也将为数字媒体产业带来新的发展动力。
DRM技术不仅为数字媒体的安全交易提供了技术保障，同时通过DRM技术可以为数字媒体产业创造各种精细化的、新型的业务模式，为最终用户提供更好的个性化服务。
对DRM而言，产业链各方的协同共生固然重要，最终用户的选择同样不可忽视。
数字版权管理三要素关系如下所示：
DRM基本结构如下所示：
1.流媒体数字版权管理系统：
1.1系统功能
流媒体是一种可以使音频、视频和其它多媒体能在Internet上以实时的、无需下载等待的方式进行播放的技术。
又叫流式媒体，是边传边播的媒体，是多媒体的一种。
流式传输方式是将动画、视音频等多媒体文件经过特殊的压缩方式分成一个个压缩包
，由视频服务器向用户计算机连续、实时传送。
流媒体DRM系统可保证流媒体的实时性，适应复杂多变的网络状况以及服务器的传输控制策略，同时保证流媒体的安全性，数字版权的描述、用户身份的认证和管理、流媒体内容的安全分发等等方面。
1.2系统特点
流媒体系统与传统数字媒体相比有以下特点：
①延时大幅度地缩短：
传统数字媒体中，用户必须在下载整个文件后才可以观看相关内容，而流媒体系统中，用户在经过数十秒或数分钟的启动即可观看。
播放器或其它的硬件、软件对压缩的动画、视音频等流式多媒体文件解压后进行播放和观看，多媒体文件的剩余部分将从流媒体服务器继续下载。
②系统缓存容量的需求大大降低：
由于Internet是以包传输为基础进行断续的异步传输，数据被分解为许多包进行传输，动态变化的网络使各个包可能选择不同的路由，故到达用户计算机的时间延迟也就不同。
由于不需要把所有的动画、视音频内容都下载到缓存中，因此对缓存的要求降低。
③多媒体传输的实时性和稳定性提高：
在流媒体数字管理系统中，一方面使用先进高效的压缩算法对视频等多媒体文件数据进行压缩处理，在保证回放质量的同时将数据量大大降低，从而减小网络传输的压力；另一方面，使用专门的流媒体传输协议，针对网络多媒体传输的特点采用更好的数据传输和控制机制，大大提高流媒体传输和播放的实时性和稳定性。
1.3系统应用现状及发展趋势
微软公司的WindowsMediaDRM是目前市场上一个领先的解决方案。
它提供了完整的DRM解决方案，包括实现DRM的体系结构和实现二次开发的SDK。
微软的DRM方案中采用CR4、DES、3DES等对称加密算法加密数字内容，采用RSA、ECC等非对称算法进行身份验证和加密密钥。
RealNetworks公司的HelixDRM是一个综合、灵活的平台，确保标准格式和Internet格式，如RealAudio，RealVideo，MP3，MPEG-4，AAC，Sony的ATRAC3和H.263等格式媒体的安全传输。
使用HelixDRM，不仅能将这些格式媒体传至PC，还能传至包括移动设备和家用电器在内的多种非PC设备。
在未来，基于流媒体的数字管理系统将面临更广泛的应用于需求，也会突破更多的瓶颈，迎来一个新的互联网多媒体时代。
1.4关键技术
流媒体数字管理系统由流媒体子系统和License服务器实现。
模型设计如下图。
其中，流媒体子系统又包括流媒体打包器、流媒体服务器和安全播放器。
License服务器主要包括身份认证模块和权限表达模块。
流媒体打包器使用约定的加密算法对流媒体文件进行加密处理，并将加密后的文件存储在流媒体服务器上，将密钥存储在License服务器上。
一旦有发送请求，流媒体服务器向客户端发送经过加密的流媒体文件，客户端通过License服务器获得密钥，用约定好的算法对流媒体文件解密并播放。
采用对称密码算法比较适合。
对称密码算法有两种基本类型:
分组密码和流密码。
由于MPEG-4标准视频和音频每一帧的长度是不固定的，所以不适合采用分组密码算法。
流密码的优点是错误扩展小、速度快、利于同步、安全程度高，是一种更适合流媒体的加密方法。
系统选择了RC4流密码算法作为流媒体文件的加密算法，它的特点是算法快，对实时性的影响小，且算法简单易实现，符合我们的基本要求。
RC4本质上是一个伪随机数生成器，生成算法的输出与数据流进行异或运算。
该算法以输出反馈模式工作：
密钥序列与明文相互独立。
它有一个8*8的S盒。
S盒实际上就是一个256字节的数组，数组中的每一项都是8位的数据，因此所有项都是0到255的置换，并且这个置换是一个可变长度密钥的函数。
它有两个计数器:
i和j，初值为0。
系统中对于每一个片源，使用128bits的随机数作为密钥。
在初始化S盒的时候需要重复使用128bits的密钥填充256bytes的数组。
初始化之后就能够不断地产生伪随机数。
用这些产生的伪随机数和明文（视频音频数据）进行异或运算，这样就得到了密文，完成了MPEG-4文件的加密工作。
解密时
，用同样的密钥初始化伪随机数发生器，将产生与加密时相同的伪随机数，用这些伪随机数与密文进行异或运算就可以恢复明文，完成解密工作。
这样，经过加密的MPEG-4媒体文件就可以顺利播放了。
流媒体数字管理系统设计了几种身份认证的方法，现以智能卡认证方法为例，
阐述系统身份认证的过程。
智能卡身份认证方式的优势是更加安全和易于使用，用户只需记住智能卡的用户PIN码就可利用智能卡自动进行安全身份认证。
ePass2000是结合了USB接口技术和智能卡技术的新型数据安全设备。
它通过USB接口与计算机相连。
它的特点是:
无需专用的读写设备;验证过程中，密钥不在网络中传播，安全可靠并且携带方便。
系统通过使用ePass2000智能卡进行用户身份的认证。
每当客户端有一次服务申请时，服务器先产生一个随机数给客户端，客户端的ePass2000用此随机数作运算.的输入返回一个运算结果给服务器，服务器端作相同的运算，并把运算结果与客户端返回的结果相比较，全过程可简单由以下关系式来表示:
ePass2000（S，K）=Server（S，K）
其中S代表由服务器提供的随机数，而K则代表密钥，ePass2000（S，K）代表插在客户端的ePass2000所进行的运算，Server（S，K）代表服务器程序的运算。
而等式两端的K并不在客户端出现，也未直接在网上发送，这就保证了此认证方案的可行性和安全性。
2.基于代理签名机制的DRM系统：
2.1系统功能
代理签名（proxysignature）即原始签名人（originalsigner）授权他的签名权给代理签名人（proxysigner），然后让代理签名人代表原始签名人生成有效的签名。
它包含有以下几部分：
1、初始化过程；（签名体制的参数、用户的密钥等）；2、权力委托过程；3、代理签名的生成过程；4、代理签名的验证过程。
基于代理签名机制的DRM系统，通过增加相关许可协议，既可以提高效率，达到最大限度地防止瓶颈出现的效果，又可以尽量保证系统的安全性没有因增加了代理签名服务器而降低．
2.2系统特点
（1）不可伪造性：
只有代理人可以产生代表授权人的合法代理签名，而授权人和其他人都不能产生一个合法的代理签名;
（2）可验证性：
验证者可以验证代理签名，一旦验证通过，则相信此签名确实是经过授权的合法代理签名;
（3）可鉴别性：
任何人可以由一个代理签名鉴别出代理人;
（4）不可否认性：
一旦代理人代理授权人产生了一个合法的代理签名，他不能否认该签名;
（5）可区别性：
任何人都可区别代理人产生的代理签名和正常签名;
（6）代理签名的差异：
代理签名者不可能制造一个合法代理签名，而且不被检查出来其是一个代理签名。
[4]
2.3系统现状介绍
根据数字签名权力的委托过程的不同方式，代理签名体制可以大致分为以下几种基本类型：
（1）完全委托型：
在这种类型的代理签名体制中，原始签名人将他的密钥秘密地交给代理签名人，使得代理签名人拥有他的全部数字签名权力。
（2）部分委托型：
在这种类型的代理签名体制中，原始签名人用他的密钥计算出一个新的密钥，并把这个新密钥秘密地交给代理签名人，使得代理签名人不能根据这个新密钥计算出原始签名人真正的秘密密钥，能利用新密钥生成代理签名，验证代理签名时，必须用到原始签名人的公开密钥。
（3）带委托的委托型：
在这种类型的代理签名体制中，使用一个称为委任状的文件来实现数字签名权力的委托这种类型的代理签名体制又可以进一步分为两种类型：
代表委托型与载体委托型：
2.4发展趋势
满足代理签名体制的安全性，还满足自身安全性的需要。
在目前互联网的大背景下，这些特殊用途的代理签名体制，将会在电子商务、电子政务、电子选举以及网络安全传输方面都有广泛的应用前景。
2.5关键技术
基于代理签名机制的DRM系统架构如下图所示．为了解决许可授权时导致的瓶颈问题，系统中添加了n个代理CH服务器，这n个代理CH服务器对用户的证书进行签名时，使用代理签名的机制，该签名机制中签名过程的完成不需要用到主CH服务器的私钥，其私钥仅仅是由主CH服务器授予的一个代理私钥．因此，即使其中一个代理CH服务器被攻击且私钥被盗取，也不会影响到全局，即其他代理CH服务器依然能正常运转，这就保证了系统的安全性不被完全破坏，并且在许可授权时能有效地分担系统的负载．
[5]
四．学习心得及建议
参考文献：
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55-58.DOI:
10.3321/j.issn:
1000-565X.2008.09.012.
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