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- Nachrichtentechnik DFG
fördert FAU-Projekt
Urheberschutz durch digitale Wasserzeichen
- Völlig unauffällig sollen sie
sein, gegen jeden Angriff gewappnet, für Unbefugte nicht
zu entschlüsseln und aufnahmefähig für alle notwendigen
Informationen: an Wasserzeichen in digitalen Dokumenten werden
höhere Ansprüche gestellt als an die eingeprägten
Muster im Papier von Geldscheinen, von denen sie den Namen übernommen
haben. Doch sind Robustheit, Unbemerkbarkeit, kryptologische
Sicherheit und ausreichend hoheKapazität für solche
digitalen Markierungen nicht vollständig miteinander vereinbar.
Am Laboratorium für Nachrichtentechnik der Universität
Erlangen-Nürnberg wird ein tragfähiger Kompromiß
gesucht, der digitale Dokumente zufriedenstellend absichert.
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- Die digitale Darstellung von Text-, Audio-,
Bild- und Videodokumenten hat sich in den vergangenen Jahren
mehr und mehr durchgesetzt. Der Erfolg der digitalen Technologie
ist vor allem auf die Möglichkeit zur effizienten Übertragung,
Speicherung und Vervielfältigung ohne Qualitätseinbußen
zurückzuführen. Allerdings bringt gerade die zuletzt
genannte Eigenschaft schwerwiegende Probleme mit sich, da illegales
Vervielfältigen von digitalen Dokumenten ebenso einfach
ist.
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- Ein Ansatz, diesem Problem zu begegnen, besteht
in dem Markieren der digitalen Dokumente, so daß Urheberrechte
nachgewiesen oder illegale Verteilungswege zurückverfolgt
werden können. Diese Markierung muß selbst nach Konvertierung
der Datenformate oder Analog/Digital- bzw. Digital-Analog-Umsetzung
noch nachweisbar sein.
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- Unmerkliche Veränderungen
- Die meisten digitalen Dokumente können
geringfügig verändert werden, ohne daß dies dem
menschlichen Betrachter auffallen würde. Solche Veränderungen
können die Formatierung von Testdokumenten, die Abtastwerte
von Audiosignalen oder die Helligkeits- und Farbinformation von
Bild- oder Videodaten betreffen. In Anlehnung an die Wasserzeichen
in Banknoten wurde für das Einbringen der unbemerkbaren
Veränderungen in digitale Dokumente der Begriff "Einbettung
digitaler Wasserzeichen" geprägt.
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- In einem DFG-Projekt des Laboratoriums für
Nachrichtentechnik sollen Verfahren zur Einbettung digitaler
Wasserzeichen entwickelt und daraufhin überprüft werden,
wie sie gegen Urheberrechtsverletzung bei digitalen Daten einsetzbar
sind. Vor allem am Beispiel von Bild- und Videodaten soll gezeigt
werden, daß diese Verfahren auch praktisch durchgeführt
werden können. Die Leistungsfähigkeit der Algorithmen
soll an der Unsichtbarkeit der Wasserzeichen, deren Robustheit
und der Menge einbettbarer Information gemessen werden. Vor allem
für die Einbettung von Wasserzeichen in Videodaten ist eine
vertretbare Komplexität der Algorithmen zu beachten. Das
Entwickeln von informationstheoretischen Grundlagen ist wichtig,
um fundamentale Grenzen digitaler Wasserzeichen aufzeigen zu
können.
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- In der Forschung führten Angriffe gegen
Wasserzeichen jeweils zum Entwurf von Gegenmaßnahmen, so
daß - vor allem seit 1995 - die Untersuchungsansätze
ständig weiterentwickelt wurden. Bisher ist jedoch kein
Verfahren bekannt, das alle wesentlichen Aspekte der digitalen
Einbettung von Wasserzeichen gleichermaßen berücksichtigen
kann. Die Qualität des Originals möglichst wenig zu
verändern, die Wasserzeichen robust gegen Signalmanipulationen
wie auch sicher im kryptologischen Sinne zu machen und die Informationskapazität
so hoch zu halten, daß der Urheber eindeutig zu identifizieren
und alle Kopien zu unterscheiden sind - diese Ziele erwiesen
sich als teilweise widersprüchlich.
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- Vom Video zum Bild
- Am Laboratorium für Nachrichtentechnik
wurde in den vergangenen Jahren verschiedenste Projekte zur Videoverarbeitung
durchgeführt. Die ersten Arbeiten zu digitalen Wasserzeichen
waren deshalb auf Videosequenzen beschränkt. Ein vollständiges
System zur Einbettung in MPEG-kodierte Videodaten wurde entwickelt
und untersucht.
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- Mit dem Ende der ersten und dem Beginn der
zweiten Projektphase ist der Schwerpunkt zu theoretischen Untersuchungen
verschoben worden, wobei deren Ergebnisse exemplarisch an Bilddaten
überprüft werden. Vor allem die Robustheit von Wasserzeichen
gegenüber Angriffen durch additives Rauschen, lineare Filterung
und skalare Quantisierung wurde bzw. wird eingehend untersucht.
In Zukunft sind Untersuchungen zur Robustheit gegenüber
nichtlinearen Schätzverfahren und Vektorquantisierungen
geplant.
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- Zudem ist es wünschenswert, Aussagen
über die maximal einbettbare Wasserzeicheninformation in
Abhängigkeit vom Originalsignal treffen zu können.
Es ist offensichtlich, daß unsichtbare, robuste Wasserzeichen
nicht in ein vollständig weißes Bild einzubetten sind.
Allgemein ist eine vergleichbare Aussage jedoch längst nicht
so einfach zu treffen. Aus diesem Grund untersucht die Gruppe
derzeit unter den Annahme statistischer Modelle für die
Originaldaten die maximal mögliche Informationsmenge, die
in digitale Wasserzeichen eingebracht werden kann.
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- Schließlich sind auch noch Systemaspekte
für verschiedene Anwendungen von digitalen Wasserzeichen
zu untersuchen. Dazu zählt unter anderem die Entwicklung
eines kryptologisch sicheren Protokolls zum Nachweis von Urheberrechten
mit Hilfe von digitalen Wasserzeichen.
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- Das Projekt wird von der DFG im Rahmen des
Schwerpunktprogramms "Verteilte Verarbeitung und Vermittlung
Digitaler Dokumente" gefördert. Innerhalb dieses Programms
bestehen Kooperationen mit dem Computer Chemie Center der Universität
Erlangen-Nürnberg und mit dem Lehrstuhl für Praktische
Informatik IV der Universität Mannheim. Die ersten Arbeiten
zu digitalen Wasserzeichen am Laboratorium für Nachrichtentechnik
führte Dr. Frank Hartung durch. Derzeit wird das Projekt
von Dipl.-Ing. Joachim Eggers und Dr. Jonathan Su bearbeitet.
Mit Beginn der zweiten Projektphase hat die Projektleitung von
Prof. Dr. Bernd Girod zu Prof. Dr. Johannes Huber gewechselt.
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- · Kontakt:
Dipl.-Ing. Joachim Eggers, Laboratorium für Nachrichtentechnik
Cauerstr. 7/NT, 91058 Erlangen
Tel.: 9131/85 -27103, Fax: 09131/85 -28919
E-Mail: eggers@LNT.de
Internet: http://www.LNT.de/~eggers/watermarking.html
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- Mediendienst FORSCHUNG Nr. 577 vom 13.7.2000
Sachgebiet Öffentlichkeitsarbeit (Pressestelle)
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Stand 13.7.2000