互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下數(shù)字化藝術(shù)品防偽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王亞東　許憲東

摘 要：隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，藝術(shù)品的信息交流變得日益便捷，藝術(shù)品的數(shù)字化存儲(chǔ)、傳播成為現(xiàn)實(shí)，為應(yīng)和數(shù)字化藝術(shù)品版權(quán)保護(hù)的需求以及應(yīng)對(duì)未授權(quán)使用所面臨的困難提供了新的要求，并越來越被人們所重視。但是，當(dāng)前我國的數(shù)字化藝術(shù)品保護(hù)仍存在很多問題，嚴(yán)重阻礙我國數(shù)字化藝術(shù)品的發(fā)展與傳播。文章對(duì)我國數(shù)字化藝術(shù)品的現(xiàn)狀進(jìn)行闡述，分析藝術(shù)品版權(quán)保護(hù)中存在的問題，并詳細(xì)設(shè)計(jì)了一套數(shù)字化藝術(shù)品保護(hù)軟件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)字化藝術(shù)品的不可見水印的添加和提取的功能，采用FDCT離散余弦變換作為實(shí)現(xiàn)的主要算法。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化藝術(shù)品；版權(quán)；數(shù)字水印

中圖分類號(hào)：TP309 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）16-0089-02

Abstract： With the rapid development of the Internet， the information exchange of works of art becomes more and more convenient， and the digital storage and dissemination of works of art become a reality. In order to meet the needs of digital art copyright protection and to deal with the difficulties faced by unauthorized use of new requirements， and has been paid more and more attention. However， there are still many problems in the protection of digital works of art in our country， which seriously hinder the development and dissemination of digital works of art in our country. This paper expounds the present situation of digital works of art in China， analyzes the problems existing in the copyright protection of works of art， and designs a set of software for the protection of digital works of art in detail. The function of adding and extracting invisible watermark of digital art is realized， and the FDCT discrete cosine transform is used as the main algorithm.

Keywords： digital art； copyright； digital watermarking

1 概述

在當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代，人們普遍可以用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像的處理和儲(chǔ)存以及一些音頻、文本信息的制作。因?yàn)檫@些信息會(huì)很容易被復(fù)制、處理、傳播，所以對(duì)于作者版權(quán)的保護(hù)就顯得極其重要?，F(xiàn)如今，在防止數(shù)字產(chǎn)品（如電子出版物、音頻、圖像等）被侵權(quán)、盜版和任意改動(dòng)的方式方法，已經(jīng)變成了一個(gè)日益嚴(yán)重的問題。

現(xiàn)在的許多的藝術(shù)作品都是以數(shù)字圖像的方式保存的，而數(shù)字圖像非常容易被復(fù)制、修改，所以在是否侵權(quán)的問題上很容易引起爭端，現(xiàn)如今各國的版權(quán)法都規(guī)定，在受版權(quán)法保護(hù)內(nèi)的作品必須具備的一個(gè)要求是：可以被一種有形的方法來復(fù)制，當(dāng)一個(gè)數(shù)字藝術(shù)作品被轉(zhuǎn)化成了數(shù)字編碼的時(shí)候，也同樣屬于一種有形的方式，而且數(shù)字編碼的方式僅僅是把一個(gè)藝術(shù)作品數(shù)字化，也不會(huì)因此而喪失掉了其他的特性，只是換了一種保存的方式而已，所以，并不會(huì)影響到這個(gè)作品被保護(hù)的權(quán)利。

但是現(xiàn)在并沒有一些特別行之有效的方式，在這個(gè)維權(quán)困難的背景下，一個(gè)幫助數(shù)字化藝術(shù)作品確權(quán)的系統(tǒng)，就顯得十分有必要了。

2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)目標(biāo)是建立一個(gè)基于WEB的數(shù)字化藝術(shù)品版權(quán)鑒別系統(tǒng)，主要功能是可以在已知圖像中加入、提取一個(gè)透明的、不可見的數(shù)字水印。在嵌入水印的圖像上經(jīng)過一些簡單的修改，不會(huì)影響水印的提取以及水印提取之后的質(zhì)量。此系統(tǒng)可以為一些需要版權(quán)、防偽等功能的數(shù)字化藝術(shù)品文件提供了防偽、確權(quán)的能力。可用于數(shù)字化藝術(shù)品版權(quán)的保護(hù)。

2.1 設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)采用JSP+MYSQL技術(shù)，搭建基于WEB的數(shù)字化藝術(shù)品防偽檢測平臺(tái)，核心功能是透明數(shù)字水印技術(shù)，在已知的數(shù)字化藝術(shù)品圖像中嵌入一個(gè)預(yù)先設(shè)定好的數(shù)字簽名圖片來進(jìn)行防偽認(rèn)證、在版權(quán)糾紛時(shí)可提取數(shù)字化藝術(shù)品中的數(shù)字簽名水印來進(jìn)行版權(quán)確認(rèn)。并具有一定的魯棒性。

2.2 功能結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用B/S模式。主要功能包括用戶申請(qǐng)、用戶登錄、定制專屬水印圖像、提交作品、數(shù)字水印嵌入、數(shù)字水印提?。ù_權(quán)）、用戶管理等模塊。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

本系統(tǒng)采用的是FDCT變換法，采用DCT（Discrete Cosine Transform）變換。用二維離散余弦變換定義M×N矩陣的公式是：

在上面的公式里邊，f（m，n）這一項(xiàng)是M×N矩陣中坐標(biāo)為（m，n）這個(gè)點(diǎn)上面的元素的原始值，F(xiàn)（u，v）這一項(xiàng)是這個(gè)點(diǎn)經(jīng)過離散余弦變換之后所對(duì)應(yīng)的那個(gè)值。

將經(jīng)過變換的值逆變換為點(diǎn)的公式為：

從上面的公式里面可以看出變化的只是一個(gè)系數(shù)，也就是坐標(biāo)點(diǎn)的原始的值，因?yàn)閳D片上有很多很多的像素點(diǎn)，所以，具體的點(diǎn)在不知道的情況下，非常難以確定，可以保證算法的安全性，也就保證了水印也就是隱藏信息的安全性以及不可復(fù)制性。

如果對(duì)一張圖像進(jìn)行上面操作，那么上述算法的工作量會(huì)特別特別大，所以，根據(jù)算法的一些特性，采用一種快速的算法，即FDCT（快速離散余弦變換算法）。

快速離散余弦變換是通過線性變換、整數(shù)運(yùn)算、使整個(gè)運(yùn)算速度大大提高，滿足對(duì)圖像所要求的精度和速度，而且還比較容易實(shí)現(xiàn)。

圖像的魯棒性是指圖像在經(jīng)歷了各種信號(hào)處理或者各種攻擊后，依然具有一定的保真度。圖像還是可以辨別，失真不是很嚴(yán)重，抗攻擊能力強(qiáng)。數(shù)字化藝術(shù)品在遭受面目全非的攻擊后，喪失了原數(shù)字化藝術(shù)品的全部或大部分特征，即不涉及侵權(quán)問題。只有在受到部分或微小的變形后，依然保持著原圖片的絕大部分特征的情況下才涉及版權(quán)保護(hù)問題。快速離散余弦變換算法在這種情況下具有良好的魯棒性，依然具有良好的確權(quán)能力。

3 系統(tǒng)測試

在系統(tǒng)測試中，我們采用標(biāo)準(zhǔn)的Lena256*256的彩色圖像來代表數(shù)字化藝術(shù)品。用一個(gè)16*16的黑白位圖來代表防偽標(biāo)記。

圖1是采用FDCT后加入數(shù)字水印后的效果。左側(cè)為原始圖片即標(biāo)準(zhǔn)的Lena256*256的彩色圖像、右側(cè)為加入水印后的效果。從視覺角度看幾乎沒有區(qū)別。

圖2是采用數(shù)字水印提取技術(shù)對(duì)含有水印圖片進(jìn)行水印提取后的效果。左側(cè)為含有水印的效果圖、右側(cè)為提取后的防偽標(biāo)記位圖。防偽標(biāo)記位圖清晰明確。

圖3是針對(duì)變形后的水印圖形進(jìn)行提取的效果圖。左側(cè)為含有水印的圖像被惡意破壞后的效果圖、右側(cè)為提取后的防偽標(biāo)記位圖。可以看出防偽標(biāo)記依然可識(shí)別。抗攻擊的魯棒性較好。

4 結(jié)束語

數(shù)字化藝術(shù)品保護(hù)軟件的核心是通過FDCT快速離散余弦變化算法實(shí)現(xiàn)的，此算法處理過的圖片魯棒性非常好，圖片經(jīng)過一些常見的處理之后可以相對(duì)完整的提取出隱藏的信息，并通過Struts2開源框架進(jìn)行開發(fā)?？煞奖阌脩魧?duì)數(shù)字化藝術(shù)品進(jìn)行數(shù)字簽名水印嵌入與確權(quán)，從技術(shù)上保證數(shù)字化藝術(shù)品的版權(quán)問題，具有一定的使用價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義。

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