多媒体数字指纹若干关键技术研究

As a new technology for protecting copyright of multimedia data, digital fingerprinting achieves piracy tracing and copyright protection by embedding a unique serial number called fingerprint into each distributed multimedia copy secretly. Once an unauthorized content copy is discovered somewhere, the embedded fingerprint can uniquely identify the source of the pirated copy. When designing multimedia fingerprinting systems, three key problems should be considered. Firstly, how to resist the collusion attack launched by some malicious users. Secondly, how to distribute these different marked copies to different users efficiently. Thirdly, how to guarantee the security and fairness of both the content provider and users. This research combines coding theory, digital watermarking techology, image processing and cryptography theory to study the multimedia digital fingerprinting technology systematically. Firstly, on the basis of analysis and comparison of existing known fingerprinting encoding schemes, designing high performance anti-collusion fingerprinting codes to resist the collusion attack launched by some malicious customers. Secondly, designing a secure client side fingerprint embedding algorithm that the generation process of fingerprinted copy is moved from the content provider side to the client side to reduce the burden of content provider. Thirdly, designing an efficient content distribution scheme by utilizing multicast and peer-to-peer techology to reduce the bandwidth requirement. Fourthly, designing secure and efficient asymmetric digital fingerprinting schemes to protect the rights of both content provider and users.

作为一种新型的多媒体版权保护技术，数字指纹通过在每份多媒体拷贝中秘密地嵌入一个唯一的、称之为指纹的序列码来实现版权保护与盗版者追踪。当设计多媒体指纹系统时，有三个关键问题首先需要解决：(1)抵抗用户之间的合谋攻击；(2)把大量内容相同但嵌入了不同指纹的拷贝有效地分发给大量不同的用户；(3)同时保障内容提供商与用户的安全性与公平性。本项目结合编码理论、数字水印、图像处理以及密码学等相关理论对数字指纹的三个关键问题展开系统地研究：(1)在对现有指纹编码方案抗合谋性能进行分析的基础上，设计出高性能的抗合谋指纹编码方案，以抵抗多个用户之间的合谋攻击；(2)设计出安全客户端指纹嵌入算法，把指纹拷贝的生成过程从内容提供商移到客户端，以降低内容提供商的负担；(3)利用多播及点对点等网络技术设计出有效的指纹拷贝分发方案，以降低带宽需求；(4)设计出有效的非对称指纹方案，以保障内容提供商与用户双方的权益。

数字指纹技术通过在每份多媒体拷贝中秘密地嵌入一个唯一的、称之为指纹的序列码来实现版权保护与盗版者追踪。当设计多媒体数字指纹系统时，有一些关键问题需要考虑，如：如何抵抗用户之间的合谋攻击；如何有效地把不同的指纹信息嵌入到相同的拷贝并高效地分发给大量不同的用户；如何同时保障内容提供商与用户的安全性与公平性。本项目结合编码理论、数字水印、图像处理以及密码学等相关理论对数字指纹的一些关键问题展开较为系统地研究， 取得了一些有着一定理论和实用价值的研究成果。首先，我们对现有指纹编码方案的内在结构特征与性能进行了分析比较，并在此基础上设计出更优的指纹编码方案。探讨了把低密度奇偶校验码用于指纹编码设计的可能性，并提出了一种较高效率的多位反转译码算法。研究了数字水印嵌入技术，提出了一种基于优化统计的水印方案。因为数字签名技术在设计非对称指纹方案中有着非常重要的作用，我们对数字签名技术做了较为系统地研究，提出了一种基于层次身份的签名方案与一种可证明安全的、基于身份的代理聚合签名方案。为了提高嵌入指纹后的图像质量，我们研究了图像增强与去模糊技术，提出了一种基于神经网络的图像增强方案与一种基于稀疏表示的图像去模糊方案。