【关键词】数字水印；隐蔽性；鲁棒性
随着信息时代的到来，特别是Internet的普及，信息的安全保护问题日益突出。当前的信息安全技术基本上都以密码学理论为基础，无论是采用传统的密钥系统还是公钥系统，其保护方式都是控制文件的存取，即将文件加密成密文，使非法用户不能解读。但随着计算机处理能力的快速提高，这种通过不断增加密钥长度来提高系统密级的方法变得越来越不安全。另一方面，多媒体技术已被广泛应用，需要进行加密、认证和版权保护的声像数据也越来越多。数字化的声像数据从本质上说就是数字信号，如果对这类数据也采用密码加密方式，则其本身的信号属性就被忽略了。最近几年，许多研究人员放弃了传统密码学的技术路线，尝试用各种信号处理方法对声像数据进行隐藏加密，并将该技术用于制作多媒体的“数字水印”。
一、数字时代的密写术———数字水印
数字水印（DigitalWatermark）技术是指用信号处理的方法在数字化的多媒体数据中嵌入隐蔽的标记，这种标记通常是不可见的，只有通过专用的检测器或阅读器才能提取。数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向。嵌入数字作品中的信息必须具有以下基本特性才能称为数字水印：
（一）隐蔽性
嵌入水印后的数据与原始数据相比，应感觉不到差别。嵌入水印后的数据不应该包括人们可以感觉到的失真而造成原始数据质量下降，这是一个具有主观性的属性，因而目前没有一个定量的标准来衡量。
（二）鲁棒性
所谓鲁棒性是指在经历多种无意或有意的信号处理过程后，数字水印仍能保持完整性或仍能被准确鉴别。嵌入水印后的数据经受对数据一些恶意的处理，譬如滤波、再量化、抖动等以及一些蓄意的攻击后，应该还能得到嵌入的数据。
（三）密钥的唯一性
即不同的密钥不应产生等同的水印。
（四）检测的可靠性
水印检测出错的概率应小于某一合适门限值。这一特性描述了水印检测算法必须具有一定的确信度。
二、数字水印的分类
数字水印技术可以从不同的角度进行划分。
（一）按特性划分
按水印的特性可以将数字水印分为鲁棒数字水印和脆弱数字水印两类。
（二）按水印所附载的媒体划分
按水印所附载的媒体，我们可以将数字水印划分为图像水印、音频水印、视频水印、文本水印以及用于三维网格模型的网格水印等。
（三）按检测过程划分
按水印的检测过程可以将数字水印划分为明文水印和盲水印。明文水印在检测过程中需要原始数据，而盲水印的检测只需要密钥，不需要原始数据。
（四）按内容划分
按数字水印的内容可以将水印划分为有意义水印和无意义水印。有意义水印是指水印本身也是某个数字图像或数字音频片段的编码；无意义水印则只对应于一个序列号。
（五）按用途划分
按水印的用途，我们可以将数字水印划分为票据防伪水印、版权保护水印、篡改提示水印和隐蔽标识水印。
（六）按水印隐藏的位置划分
按数字水印的隐藏位置，我们可以将其划分为时（空）域数字水印、频域数字水印、时/频域数字水印和时间/尺度域数字水印。
三、数字水印的应用
多媒体技术的飞速发展和Internet的普及带来了一系列政治、经济、军事和文化问题，产生了许多新的研究热点，以下几个引起普遍关注的问题构成了数字水印的研究背景。
（一）数字作品的知识产权保护
数字作品的版权保护是当前的热点问题。由于数字作品的拷贝、修改非常容易，而且可以做到与原作完全相同，所以原创者不得不采用一些严重损害作品质量的办法来加上版权标志，而这种明显可见的标志很容易被篡改。“数字水印”利用数据隐藏原理使版权标志不可见或不可听，既不损害原作品，又达到了版权保护的目的。然而实事求是地说，目前市场上的数字水印产品在技术上还不成熟，很容易被破坏或破解，距离真正的实用还有很长的路要走。（二）商务交易中的票据防伪
随着高质量图像输入输出设备的发展，特别是精度超过1200dpi的彩色喷墨、激光打印机和高精度彩色复印机的出现，使得货币、支票以及其他票据的伪造变得更加容易。另外，在从传统商务向电子商务转化的过程中，会出现大量过度性的电子文件，如各种纸质票据的扫描图像等。即使在网络安全技术成熟以后，各种电子票据也还需要一些非密码的认证方式。数字水印技术可以为各种票据提供不可见的认证标志，从而大大增加了伪造的难度。
（三）声像数据的隐藏标识和篡改提示
数据的标识信息往往比数据本身更具有保密价值。没有标识信息的数据有时甚至无法使用，但直接将这些重要信息标记在原始文件上又很危险。数字水印技术提供了一种隐藏标识的方法，标识信息在原始文件上是看不到的，只有通过特殊的阅读程序才可以读取。这种方法已经被国外一些公开的遥感图像数据库所采用。此外，数据的篡改提示也是一项很重要的工作。现有的信号拼接和镶嵌技术可以做到“移花接木”而不为人知，因此，如何防范对图像、录音、录像数据的篡改攻击是重要的研究课题。基于数字水印的篡改提示是解决这一问题的理想技术途径，通过隐藏水印的状态可以判断声像信号是否被篡改。
（四）隐蔽通信及其对抗
数字水印所依赖的信息隐藏技术不仅提供了非密码的安全途径，更引发了信息战尤其是网络情报战的革命，产生了一系列新颖的作战方式，引起了许多国家的重视。网络情报战是信息战的重要组成部分，其核心内容是利用公用网络进行保密数据传送。迄今为止，学术界在这方面的研究思路一直未能突破“文件加密”的思维模式，然而，经过加密的文件往往是混乱无序的，容易引起攻击者的注意。网络多媒体技术的广泛应用使得利用公用网络进行保密通信有了新的思路，利用数字化声像信号相对于人的视觉、听觉冗余，可以进行各种时（空）域和变换域的信息隐藏，从而实现隐蔽通信。
四、数字水印的未来
数字水印技术还有很多其它用途，并且其应用领域还在不断扩大。除了技术发展，市场营销和商业规划也极为重要，并且需要有深度的分析与战略计划。技术推广和普及也必不可少，以保证市场为接受数字水印技术做好准备。对此提出一些想法。
第一，如何利用水印算法，在网络环境中解决多媒体信息安全问题，成为了当前一个研究热点。多媒体信息的安全问题是：安全传递、访问控制和版权保护。通迃加密解密可以实现前两个目的，但是，解密后的数据可以随意在网络上分布、传播。在数字内容中嵌入唯一的标志（即数字水印），在出现争端纠纷时，根据提出的水印，可以证明真正的版权拥有者，或者找出非法传播的人。但是，这些应用只是被动的在争端发生时才体现出来，而且由于缺乏相应的法律支持，这些想法没有真正的实施。因此，有人提出数字水印，利用移动技术，在网络上自动搜寻非法或未授权的数字媒体内容，但是，其前提是主机需要安装相应的程序，因而带来了新的安全问题。我们提出在网络通信路上，如在路由器中加入水印检测算法（数字水印），在网路上检测非法传播，从而杜绝网络上数字媒体内容的非法传播。
第二，目前关于多播体系下嵌入水印的方案有人已经提出。但是，在此方案下的水印需要满足的具体特性，还没有详细的考察。传统的多播基于Internet首先要研究多播体系下的水印算法需要满足的特性，然后，针对特性设计相应的水印算法。
第三，数字影院的建设需要利用数字水印保护，通过嵌入不同版本的水印，跟踪非法泄漏。其中，对于小规模的应用，只要嵌入鲁棒水印，就可以很好地满足要求。对于大规模应用，则主要考虑共谋攻击。另外，还要结合数字影院的体系结构，如果采用多播，则要结合网络特性和压缩编码。
第四，提出activewatermark概念。首先，在媒体中嵌入不同等级的水印，决定用户的权限，在网络中检测提取水印，路由器根据这些水印的权限，决定是否转发，并且提供截获的详细报告。其次，在防火墙中嵌入水印模块，对出去的媒体内容，提取水印，根据水印判断是否为重要的内容，不能外泄，对局域网的多媒体内容提供有效保护；对传进来的多媒体内容，可以根据提取的水印判断员工是否有权使用，从而防止出现不必要的违法侵权行为。
【参考文献】
[1]周瑞辉，荆继武．信息安全的新兴领域--信息隐藏[J]．计算机应用研究，2001，(7)．
关键词：数字水印；MATLAB；DCT
1 引言
多媒体及网络的迅速发展使得多媒体信息的交流和传输变得更加简单和快捷，然而，这也使盗版者能以低廉的成本复制及传播未经授权的数字产品，这种对数字产品保护和信息安全的迫切需求，导致了数字水印技术成为多媒体信息安全领域的一个热点问题。数字水印技术是在不影响宿主媒体主观质量的情况下，在宿主媒体（文本、图像、视频、音频）中嵌入不易被人察觉的标识信息，用以证明原创作者对其作品的所有权，并作为鉴定、起诉非法侵权的证据。
2 数字水印的特征
一般认为数字水印应具有以下特征 ：
(1) 安全性
数字水印应该是安全、难以被篡改的。当数字作品发生变化时，数字水印应当也相应发生变化 ；同时，未经授权的个人不得修改水印，理论上是未经授权的用户不能检测到产品中是否含有水印。
(2) 鲁棒性
当被保护的数据在经过攻击后，嵌入的水印信息仍能保持好的完整性并能以一定的正确概率被检测到。这些可能的攻击包括噪声、滤波、剪切、旋转和编码等。
(3) 不可感知性
数字水印的嵌入不应使得原始作品发生可以感知的变化，也不能使得被保护数据在质量上发生可以感觉到的失真。
(4) 可证明性
在多媒体作品的实际应用过程中可能需要多次加入水印，这时水印系统必须能够允许水印被多次嵌入到被保护的数据，而且每个水印均能独立地被证明。
(5) 无歧义性
恢复出的水印或对水印判决结果能够表明版权的惟一，不会发生多重版权纠纷问题。
3 数字水印的基本原理
通用的水印技术包含两个方面：水印的嵌入和水印的提取或检测，如图1和图2所示。
图 1 水印信号嵌入
图 2 水印信号提取或检测
4 数字水印的研究现状
4.1 文本水印
文本水印就是将代表著作人身份的信息(水印)嵌入到电子出版物中，在产生版权纠纷时来验证版权的归属。其主要分为三大类：基于文档结构的水印方法、基于自然语言处理技术的水印方法、基于传统图像的水印方法。
基于文档结构的各种水印方法都只是提留在文本的表层，无法抵抗对于文本结构和格式的攻击，简单的重新录入攻击就能使之失效，因此这些水印方法普遍存在鲁棒性差的缺点。自然语言文本水印方法相对提高了抗攻击的能力，但普遍存在容量不足的问题。基于传统图像的文本水印普遍存在鲁棒性不高、操作复杂的缺点。
4.2 图像水印
根据水印的实现过程，图像水印算法可分为空域算法和变换域算法。空域算法是通过直接改变原始图像的像素值来嵌入水印，通常具有较快的速度，但鲁棒性差，且水印容量也会受到限制 ；变换域算法是通过改变某些变换系数来嵌入水印，通常具有很好的鲁棒性和不可见性。其实现一般是基于图像变换，如DCT、DFT、DWT等。重点介绍一下变换域算法。
4.2.1 离散傅里叶变换 (DFT)
该方法是利用图像的DFT来嵌入信息。通信理论中调相信号的抗干扰能力比调幅信号的抗干扰能力强，同样在图像中利用相位信息嵌入的水印也比用幅值信息嵌入的水印更稳健。实验表明该方法的抗压缩能力比较弱。
4.2.2 离散余弦变换 (DCT)
DCT能把空间域的图像转换到变换域上进行研究，从而能很容易了解到图像的各空间频域成分，进行相应处理。基于DCT的水印方法与基于DFT的水印方法相比有较好的鲁棒性，但是无法做到对图像信号内容的自适应，因此往往会造成对图像特征的明显损害，不可感知性不是最佳。
4.2.3 离散小波变换 (DWT)
DWT是一种时间---频率信号的多分辨率分析方法，在时频两域都具有表征信号局部特征的能力。实验表明，与DCT、DFT变换相比较，基于DWT的水印算法的鲁棒性最优，且与JPEG2000、MPEG4压缩标准兼容，利用DWT产生的水印具有良好的视觉效果和抵抗多种攻击的能力，且不可感知性最好。
4.3 音频水印
音频水印利用音频文件的冗余信息和人耳听觉系统的特点来嵌入水印，其可以保护声音数字产品不被随意复制和篡改，如CD唱片，广播电台的节目内容等。音频水印的三种基本方法 ：扩频嵌入方法、回声隐藏方法和相位编码方法。
4.4 视频水印
视频水印是通过对视频载体的时间和空间冗余来嵌入水印，其既不影响视频质量，又能达到保护节目制作者的合法权益和控制数字产品的复制。视频水印从算法要求上同图像水印有许多相似之处，但视频水印也有一些独特之处，如能够在压缩和未压缩的格式下实时完成水印的检测，对MPEG压缩、A/D和D/A转换等都有较好的稳健性。
数字水印技术涉及到通信理论、编码理论、噪声理论、视听觉感知理论、扩频技术、信号处理技术、数字图像处理技术、多媒体技术、模式识别技术、算法设计等理论，用到经典的DFT离散傅立叶变换、DCT离散余弦变换和近代最先进的数学工具——小波即DWT离散小波变换技术。而以上算法的计算量都非常大，用Visual C++或者其它语言编程实现这些变换和逆变换也需要很长的代码，由此造成研究人员把大量的时间和精力浪费在与水印算法研究无关的问题上，下面我们介绍基于MATLAB的快速水印嵌入编程技术。
5 实用工具MATLAB介绍
5.1 MATLAB简介
MATLAB是Mathworks公司发布的．是集数学计算、图形处理、结果可视化和程序语言设计于一体的著名数学软件，是以矩阵运算为基础的交互式程序语言。MATLAB的推出得到了各个领域专家、学者的广泛关注，其强大的扩展功能为各个领域的应用提供了基础。由各个专家学者相继推出了MATLAB工具箱，其中的信号处理、控制系统、神经网络、图像处理、鲁棒控制、非线性系统控制设计、系统辨识、最优化、模糊逻辑、小波、通信、统计等工具箱，这些工具箱给各个领域的研究和工程应用提供了有力的工具，借助于这些“巨人肩上的工具”，各个层次的研究人员可直观、方便地进行分析、计算及设计工作，从而大大地节省了时间。
5.2 DCT数字图像水印算法
选择二值图像作为水印信息，根据水印图像的二值性选择不同的 嵌入系数，并将载体图像进行8*8的分块，将数字水印的值直接植入到载体灰度图像的DCT变换域中，实现水印的嵌入。
具体方法如下：
（1）读取原始公开图像和黑白水印图像到二维数组I与W;
（2）将原始公开图像I分割为互不覆盖的图像块block(x,y),1
（3）取黑白水印图像中的一个元素W(p,q)嵌入原始公开图像块的低频系数中；
（4）对嵌入水印信息后的图像块block_dct(x,y)进行逆向DCT变换；
（5）合并图像块，得到嵌入黑白水印后的图像。
水印提取过程为上述加载水印算法的逆运算。
整个算法的MATLAB实现程序如下：
clear;close all
size=256;block=8;I_W=zeros(size);
I=imread('man.tif');
figure(1);imshow(I);
I=double(I)/256;
W=imread('zw.bmp');
关键词：数字水印；多媒体；版权保护
The Digital Watermarking Technology of Multimedia
XUE Jun-ling,ZHENG Qing-Qiu
(JinLing Institure of Technology, Nanjing 210038, China)
Abstracts: With the rapid development of Computer Network Technology ，digital multimedia such as: images, audio, video and text files in the application of human life more and more extensive. Because digital media is not only easy to spread in the network will likely be illegally copied, altered. Over the last 10 years, in order to protect digital multimedia, digital watermarking technology developed slowly. This paper focuses on the concept of digital watermarking, features, as well as basic principles of the multi-media and digital watermarking the protective effect of current state and prospects of development in areas such as in-depth studying and discussion.
Key Words: digital watermarking; multimedia; copyright protection
1 引言
传统的密码技术，一般采用将明文加密成密文的秘密密钥系统或公开密钥系统。但是，加密的密文容易引起许多好事者的兴趣，激发他们积极破译的热情；而数字签名可用于保护电子文件的真实性、完整性，防止伪造、抵赖、冒充和篡改。但由于在多媒体中需要的签名量会很大，因而对多媒体保护就显得并不完全适用、也不方便。这样，就容易产生了大量的盗版，这些所谓的盗版给音乐、影视、广播和软件行业造成极大的经济损失。由此可见，目前的保密方法在当今广泛应用的Internet多媒体信息安全中难以起到全面的保障作用，在多媒体行业，数字水印就成为研究信息安全和隐藏的一个新方向。
2 数字水印概述
数字水印是信息隐藏研究的一个重要分支。它是通过一定的算法将一些重要的、标志性信息直接嵌入到数字多媒体产品中，这些信息的嵌入不能影响产品的价值和质量，但是也不容易被人从表面感知到，只有通过特殊的检测器或相应的计算机软件才能检测到隐藏的数字水印。对多媒体采用了相关的数字水印技术后，大大提高了数字图像以及视频版权的安全性，有利于软件版权的保护，很好地遏制了非法分子对软件产品的剽窃和篡改。
嵌入数字媒体中的水印内容可以是作者的相关信息、公司的标志、有特殊意义的文本图像等等。需要指出的是，数字水印技术并不能阻止复制、盗版活动的发生，而是保护和追踪数字媒体，使其被合法地使用和传播；倘若发现多媒体作品在被非法传播时，可以通过提取出的水印代码追查非法散播者。这样，人们就既充分利用因特网的便利，又能有效地保护知识产权。
根据数字媒体的载体不同，可以将数字水印分为图像水印、音频水印、视频水印、文本水印、图形水印以及用于三维网格模型的网格水印等。图像水印指在静止图像中加入水印，主要用于网上图片等；视频水印主要是在视频流中加入数字水印，从而控制视频的应用，如DVD的控制存取，数字广播的控制等。文本水印指在PDF、DOC等文本文件中加入水印，防止对文本文件的修改；图形水印指在计算机生成的二维或三维图形中嵌入水印，从而达到版权保护的目的。
无论载体如何，嵌入到多媒体中的数字水印一般都具有如下的特征：
（1）隐蔽性：在数字媒体中嵌入水印信息不会引起明显的降质，并且不易被察觉。一般用户即使知道一个数字作品中藏有水印，但用一般的统计方法是无法检测出并且删除水印的。如果用户试图删除，将对数字产品的质量产生巨大的破坏。
（2）隐藏位置的安全性：水印信息隐藏于数据而非文件头中，文件格式的变换不应导致水印数据的丢失。
（3）鲁棒性：所谓鲁棒性是指在经历多种无意或有意的信号处理过程后，数字水印仍能保持完整性或仍能被准确鉴别。可能的信号处理过程包括信道噪声、滤波、数/模与模/数转换、重采样、剪切、位移、尺度变化以及有损压缩编码等。
（4）自相似性： 数字水印在多媒体作品经过较大的破坏后，仍能从原数据中恢复出隐藏的水印，而且在恢复过程中不需原图像，这需要水印算法本身具有自相似性。也可以认为是水印信息分布在载体数据的很多样本中，利用其中的小部分数据就可以恢复出水印。
（5）水印容量： 水印容量和鲁棒性之间是相互矛盾的。水印容量的增加会带来鲁棒性的下降，对隐蔽性也有影响。为抵抗各种变换，水印通常需要在数字媒体中按照一定的排列方式反复加入多次，当水印容量大时，这样做的结果会导致重复次数减少，而鲁棒性不好就会导致检测结果的不可靠。
3 数字水印的原理模型
通用的数字水印技术主要有两个基本的方面：水印信息的嵌入和水印信息的提取或检测。
目前的水印嵌入技术根据基于的域不同，其主要算法也相应地被分为时/空域、变换域和压缩域算法，其中变换域主要分为离散余弦变换域(DCT)、小波变换域(DWT)和快速傅立叶变换域(FFT)等算法。一般情况下，一个水印方案很难满足所有的应用要求，因此，数字水印算法往往是针对某类应用而设计的，因此要具体问题具体分析。在将水印嵌入到数字媒体之前，首先要对原始的数字媒体的特征加以分析，找到适合嵌入水印的区域，然后根据嵌入水印的目的和嵌入算法的特点，选择一种比较适合的方法。但无论哪一种方式，其嵌入原理都是相似的，如图1所示。
图1 水印的嵌入原理模型
对水印的检测，需要提供检测的密钥。在检测过程中，混沌置乱的密钥可以使用用户的私钥，也可以使用检测模型中的公钥。这两个密钥事实上可来源于密码学的一对密钥。对于水印信号的恢复以及重构，可由滤波器完成。水印信息的提取原理模型如图2所示。
图2水印的提取原理模型
4 数字水印技术的现状以及发展方向
近些年，虽然数字水印技术发展迅速，但是这仍是一个未成熟的新领域。特别是数字水印技术算法在原理上有许多雷同之处。但目前国内外的工作尚未能对这些有内在联系的不同算法中的共性问题进行高度提炼和深入的理论研究，因而缺乏对数字水印作进一步研究具有指导意义的理论结果。其理论基础依然非常薄弱，大多数水印算法还是经验性的。
在多媒体方面，特别是音频和视频水印的解决方案还不完善。大多数的视频水印算法实际上是将其图像水印的结果直接应用于视频领域中，而没有考虑视频应用中大数据量及近乎实时的特性。从未来的发展看，水印在包括dvd等数字产品在内的视频和音频领域将有极为广阔的应用前景。因此，如何设计成熟的、合乎国际规范的水印算法仍然悬而未决。
5 结束语
数字水印技术将在保护各种形式的数字媒体等方面发挥巨大的作用，并能产生可观的经济效益，从而促进学术界的研究热情。相信不久的将来，我们就会在多媒体或其他方面看到水印技术的广泛应用。
参考文献：
[1]高倩,周丽娟.图像及视频版权保护中的数字水印设计[J].科学技术与工程,2007,7(11):2677-2678.
[2]王丽娜,张焕国.信息隐藏技术与应用[M].武汉大学出版社,2003.25-30.
[3]徐生然,杨群生,伍绍佳,等.数字水印技术的研究现状及发展前景[J].肇庆学院学报, 2007,28(5):20-22.
[4]罗建禄,杨丹,杨娟.图像数字水印技术综述[J].重庆工商大学学报[J].2007,24(1):86-88.
[关键词]数字水印；教育资源；版权保护
[中图分类号]G40-057 [文献标识码]A [论文编号]1009-8097（2013）03-0091-04 [DOI]10.3969/j.issn.1009-8097.2013.03.018
一.数字版权保护技术现状
随着互联网的发展，越来越多的教育资源开始以多媒体数据的形式表达，例如用数码相机采集教学素材、用网上点播看教学视频、用MP4播放器听英语等。这些教学活动所涉及的多媒体数据蕴含了大量价值不菲的信息。数字化技术精确、大规模的复制功能和Internet的全球传播能力都极大地冲击着现有版权制度，数字教育资源的版权管理和保护也是当前的一个难题。
早在上个世纪90年代，人们就意识到在网络上进行数字作品分发存在运用技术手段进行知识产权保护的必要。在学术研究领域，Dartmouth大学的John S.Erickson在1997年的博士论文中提出了FIRM（一种互操作权限管理框架），它也是斯坦福数字图书馆项目开发的基础设施原型Infobus的协议之一，用来将因特网协议扩展为更高层的信息管理协议。GeorgeMason大学信息技术学院的Jaehong Park在2003年的博士论文中提出了一种统一的使用控制框架，从理论上探讨了各种权限管理方式的统一建模问题。中国科学院计算技术研究所的谭建龙对Interent内容的安全分发与版权保护问题进行了较为深入的研究，并做了一定的系统设计和实现。香港大学、西安交通大学等也在数字版权保护技术领域做了不少研究工作。
第一代数字版权管理（DRM）技术主要以安全和加密技术为主，它对数字作品进行加密并以对版权分配进行控制的形式限制对内容的使用，防止非授权拷贝。虽然成熟的密码学可以解决安全传递和访问控制，但是一旦解密后，数字作品便可以随意地被拷贝，这将给数字作品制造商带来巨大的损失，从而制约着网络数字媒体应用的不断深入。第二代数字版权管理技术变得更加丰富，包括对知识产权拥有者的有形和无形资产的全面管理，覆盖了版权描述、身份鉴别、内容交易、内容保护、版权使用的监控和跟踪等各个方面。
网上传播的多媒体教学资源同样存在大量的盗版和侵权问题，如何保护多媒体教学资源的版权已成为近年来教育界、法律界及计算机应用研究中面临的热点和难点问题。现代教育技术的应用现实呼唤新的技术来保证现代教育资源的版权，从而保护广大教师的劳动成果，进而保证现代教育与学术的良好发展。
二.数字水印的分类
数字水印是指嵌入在数字信息中有关拥有者或授权者并具有鉴别性但不影响该数字信息使用价值的数字信息（如文字、图像、序列数等）。由于具有透明性，稳健性和安全性的特点，数字水印技术在数字版权保护领域应用广泛。数字水印算法能识别出被嵌入到所保护对象内的所有者的相关信息（如注册的用户号码、产品标志或有意义的文字等）并能在需要的时候将其提取出来，用来判别对象是否受到攻击，且能够监视被保护数据的传播以及非法拷贝控制等。现有的基于数字水印的数字产品版权保护基本上是面向数字资源本身的，如数字媒体内容完整性认定、数字媒体篡改及篡改位置的认定等。J.cox曾在他的论文中谈到，数字水印由于其良好的应用性能必将继续为企业界所使用，特别是在数字版权保护领域。
数字水印技术近年来发展迅速，到目前已有了大量不同的数字水印方法，按不同的角度，数字水印可作如下分类：
1.按特性划分
数字水印按照特性可以分为鲁棒数字水印和脆弱数字水印两大类。鲁棒数字水印主要用于在数字作品中标识著作权信息，如作者、作品序号等，它要求嵌入的水印能够经受各种常用的编辑处理；脆弱数字水印主要用于完整性保护，与鲁棒水印的要求相反，脆弱水印必须对信号的改动很敏感，人们根据脆弱水印的状态就可以判断数据是否被篡改过。
2.按水印所附载的媒体划分
按水印所附载的媒体，我们可以将数字水印划分为图像水印、音频水印、视频水印、文本水印以及用于三维网格模型的网格水印等。随着数字技术的发展，会有更多种类的数字媒体出现，同时也会产生相应的水印技术。
3.按检测过程划分
按水印的检测过程可以将数字水印划分为明文水印和盲水印。明文水印在检测过程中需要原始数据，而盲水印的检测只需要密钥，不需要原始数据。一般来说，明文水印的鲁棒性比较强，但其应用受到存储成本的限制。目前学术界研究的数字水印大多数是盲水印。
4.按内容划分
按数字水印的内容可以将水印划分为有意义水印和无意义水印。有意义水印是指水印本身也是某个数字图像（如商标图像）或数字音频片段的编码；无意义水印则只对应于一个序列号。有意义水印的优势在于，如果由于受到攻击或其他原因致使解码后的水印破损，人们仍然可以通过视觉观察确认是否有水印。但对于无意义水印来说，如果解码后的水印序列有若干码元错误，则只能通过统计决策来确定信号中是否含有水印。
5.按水印隐藏的位置划分
按数字水印的隐藏位置，我们可以将其划分为时（空）域数字水印、频域数字水印、时/频域数字水印和时间/尺度域数字水印。时（空）域数字水印是直接在信号空间上叠加水印信息，而频域数字水印、时/频域数字水印和时间/尺度域数字水印则分别是在DCT变换域、时/频变换域和小波变换域上隐藏水印。随着数字水印技术的发展，各种水印算法层出不穷，水印的隐藏位置也不再局限于上述四种。应该说，只要构成一种信号变换，就有可能在其变换空间上隐藏水印。
三.基于数字水印的教育资源版权保护分析
教育资源中存在大量的Word文档，PPT课件，电子书，教学音视频，教学游戏等数字产品，针对不同类型的资源使用不同的水印保护技术也是非常必要的。
1.文本教育资源
文本数字水印指在文本中加入水印，最常见的载体文件有TXT、DOC、PDF等格式。据统计，80%以上的信息是通过文字承载与传播的。在人类的所有传播媒介中，文字的地位最重要。无论传播技术和媒体形式如何变迁，文字的作用在传承人类文明、推动社会进步的过程中都是处于核心地位的。在互联网环境下保护各种电子书籍、合同、证件、契约等文本数字产品的版权和信息安全的迫切性和重要性更为突出，与此同时，在教育资源中，存在大量的Word文档，PPT课件，电子书等文本数字产品，这些文本资源版权的迫切性及重要性更为突出，因此，进行文本数字水印的教育资源版权技术研究也是非常必要的。
2.图像和视频教育资源
视频水印算法的研究几乎与图像水印算法同步，1996年FrankHartung等在SPIE会议上提出的视频序列直接扩频的水印算法是视频水印算法的早期代表工作，一般简称F&G算法。同年，在英国剑桥大学召开了首届国际信息隐藏会议（IHW），在2002年首次专门召开数字水印的会议（IWDW），以后每年定期举行。此后发表的有关数字水印的文章呈爆发趋势。2001年，Fridrich提出了无损认证的思想，并实现了两种脆弱的无损水印算法，这是水印认证技术特殊应用的早期代表。此后，De Vleeschouwe、Ni等人发展了半脆弱的无损认证水印。在视频水印算法研究领域，早期的算法均建立在扩频基础之上，除F&G算法外，还有如Ton Kalker的JAWS算法、Cox的扩频算法以及Mobasseri的CDMA比特面算法等典型算法。
3.音频教育资源
数字音频水印是将具有特定意义的水印信息嵌入到原始音频信号中，嵌入之后对音频信号的质量没有明显的影响。人的视觉和听觉特性差别较大，与图像水印相比，音频水印除了具有鲁棒性、不可检测性、透明性、安全性和自恢复性等特点外，还有自己的一些特点。早在1954年，美国Muzac公司申请了一项名为“Identification of sound and Like signals”的专利，将标识水印信息不可感知地嵌入到音乐中，从而证明所有权的方法。这是迄今为止所知道的最早的电子水印技术。2000年，钮心忻等提出了一种音频水印算法，利用小波变换对原始语音信号进行分解，保留小波分解的近似分量，并对小波分解的近似分量进行相关处理，以便嵌入水印。王让定等人提出了一种方法，在音频信息隐藏技术的基础上，可以实现语音保密通信，并且可以有效抵抗去同步攻击。陈荔聪等人提出一种基于奇偶量化的音频水印算法，算法在音频信号的时间域上检索满足条件的同步信号区，当含水印的音频信号受到裁剪攻击，可以取出正确的水印。目前，大多数的研究工作都是围绕图像和视频水印做的，对音频水印算法研究的文章和成果相对较少。
四.教育资源版权保护方案
1.教育资源版权保护整体方案
为实现版权保护，在使用数字教育资源前要对其进行处理，即将数字教育资源版权信息及作品信息进行封装，封装时针对不同类型的资源采用不同的水印封装技术。与此同时，权利描述机构根据数字教育资源的认证信息形成权利信息。当有用户需要使用文化遗产资源时，先由认定跟踪机构对其进行交互认定，顺利通过认定后，机构根据用户的申请形成用户申请权利信息。使用控制机构根据数字教育资源的固有权利信息与用户的申请权利信息做出使用权利决策，并将该权利赋予用户，使其在该权利范围内使用数字内容。在用户使用数字内容的整个过程中，认定跟踪机构都对其进行动态跟踪和行为认证，一旦发现有越权使用的情况认定跟踪机构就会及时地对该用户采取相应措施。用户使用完数字教育资源后需进一步对其进行行为认证，以确保数字版权未遭到破坏。图1是数字教育资源的数字权利认定和跟踪关键技术研究框架，包括数字媒体内容包装、数字权利动态描述、数字权利使用控制以及数字权利认定和动态跟踪等。
2.教育资源的水印封装
水印封装包括数字作品统一格式、水印信息的创建、数字作品内容摘要的提取、水印嵌入以及内容的安全加密等过程模块。其研究框架如图2：
水印封装分为7个基本步骤，具体为：
（1）从数字教育资源库中取出将要处理的数字作品，将其转换为规定的符合格式文档。
（2）从复合格栅文档中提取版权及作品的相关信息，包括作品ID以及作品创作者描述信息、作品描述信息等。
（3）提取统一格式文档的内容摘要，用于文档的完整性验证，且作为水印封装的部分水印信息。
（4）创建固有权利规则，指定用户可对该文档采取的操作，比如浏览、复制、编辑等。
（5）将版权信息、作品信息、固有权利规则和内容摘要进行编码，生成水印信息。
（6）在密钥的控制下，将生成的水印信息封装到数字作品中。
（7）在密钥Seed控制下生成密钥，对封装后的数字作品进行加密操作，形成最终用于的数字产品。将处理后的数字作品放入产品信息库，将水印封装过程中所涉及的密钥存入密钥信息库。
3.教育资源版权保护水印方案
多媒体教学课件包含着文档、图像（包括图形）、音频、视频（包括动画）等数字信息内容，而与这些内容形式的数字资源相对应，分别有文档水印、图像水印、音频水印、视频水印等。最典型的三分屏课件包括三个部分：教师讲课的音视频、PowerPoint（当然也可能是其他电子文档）和课程纲要，则其数字水印版权保护系统应该是包含语音，文本，图像，视频水印的综合应用系统，如图3。
对于需要进行版权保护的数字教学资源，根据数字信息类型选择相应的数字水印子系统进行水印的嵌入。这样，嵌入了数字水印的数字教学资源再进行必要的资源共享和开放。当发现自己的这些数字教学资源有被非法复制和使用时，就可以将此侵权行为诉诸法律，通过从包含水印的数字教学资源中提取出能代表自己个人信息的数字水印来保护自己的版权。
关键词 数字水印 信息安全
中图分类号：TP393 文献标识码：A
数字水印技术不仅在信息安全方面具有重要地位，而且还具有较好的经济前景。到目前为止，已经有一大批国内外的专家学者对数字水印技术进行了大量的研究和探索。1994年召开的图像处理国际会议最早提出了数字水印的概念，第一届国际信息隐藏学术研讨会于1996年5月在英国剑桥牛顿研究所召开，标志着信息隐藏学的正式诞生，同时数字水印技术得到了迅速发展。
1数字水印的发展现状
目前，国外许多大学、研究机构和公司非常重视对数字水印技术进行的研究，定期组织召开专门的国际学术研讨会进行学术交流。其中，具有代表性的有麻省理工学院、剑桥大学、伊利诺斯大学和明尼.苏达大学等院校；美国陆军研究实验室和空军研究所等实验室；IBM公司、微软公司、朗讯公司、CA公司、Sony公司和菲利浦公司等著名软件公司也对数字水印进行了大量的研究。从20世纪90年代末期开始，数字水印系列的相关产品相继出现在市场中。在图像数字水印方面，美国的Digimarc公司最先推出了一款商用水印软件，Adobe公司将该软件应用到Photoshop和CorelDraw图像处理软件中。AlpVision、Signum和MediaSec等公司随后也推出了自己的数字水印系列的相关产品。
在国外数字水印技术发展的同时，国内一些研究单位和高校也纷纷投入到数字水印的研究中，其中北京邮电大学的杨义先、钮心忻等，哈尔滨工业大学的孙圣和、牛夏牧、陆哲明等，天津大学的张春田、苏育挺等，中国科学院自动化研究所的刘瑞祯、谭铁牛等都在该领域做了一些开拓性的研究工作。2013年10月，在西安武警工程大学举办的信息[藏技术暨多媒体信息安全研讨会是国家举办的第11届信息隐藏技术研讨会（CIHW），重点讨论了如何促进数字水印技术的发展和在各个领域的应用。会议的召开促进了学科间的交流及水印技术的研究。国家自然科学基金，“863计划（国家高技术研究发展计划）”，“973项目（国家重点基础研究发展规划）”等项目都将数字水印技术纳入其中。国内已经有一些公司加入到生产水印产品的行列中，其中，上海阿须数码有限公司和宇飞信息工程有限公司在水印产品的生产中业绩突出。尽管这些公司开发的水印软件还存在一些问题，不够完善，但水印公司的创办标志着数字水印技术在国内的研究已开发、应用到实际工作中，推动了国内水印技术的进步。如今，国际间的文化交流与技术合作促进了国内数字水印技术的发展，可以说结合国情，国内数字水印技术的研究已形成了自己特有的思路。
尽管在数字水印研究方面做了大量工作，取得了丰硕的研究成果。但是，纵观数字水印技术领域，许多问题并未得到较好的解决，主要表现在以下几个方面：
（1）数字水印的理论体系不完善。对基础理论的研究不够深入，未形成完整的理论体系和标准化的基本原理和基本方法。
（2）水印系统的评价方法不规范。在对水印系统进行评价时，仍未具有公认的水印评价标准，无法对水印系统进行合理的评价和公正的比较。
（3）水印系统的抗攻击能力有待提高。随着水印技术的发展，水印的攻击方法也各式各样，如果数字水印的产品在应用中存在缺陷，攻击者就能轻易地破解水印算法或破坏水印，达不到设计水印系统时的预期效果。
（4）水印距实际应用仍有差距。在水印技术与其它技术相结合的基础上，加快水印的研究与开发，使之较好地应用到实际工作中。
随着水印研究的不断深入，水印系统存在的问题也会随之出现，而且随着水印系统的不断完善，对水印系统的攻击方式也可能有多种变换，为应对各种攻击手段，水印系统需要不断改进。相信随着研究的深入，数字水印技术一定能在更广阔的领域得到应用。
2数字图像水印技术在生产生活中的应用
随着电子商务的兴起和互联网技术的发展，通信网络中数字信息的传输安全和真伪鉴别正面临严峻的挑战。将数字图像水印技术应用于商务通信网络，能有效保证重要信息的安全。数字图像水印在电子商务中应用主要有以下几方面：
2.1版权保护
在数字图像中加入用于识别版权的信息，能有效证明数字图像的版权所有，避免产生版权纠纷。加入的版权信息也能让收到图像的一方确认图像的来源和安全性，对图像进行真伪鉴别，判断图像的真实性。
2.2内容认证
在数字图像中加入用于内容认证的数字水印，以便在使用时对该图像进行内容认证，确认图像的内容是否完整。若发现图像已被篡改，则根据数字水印的特性对篡改进行定位或恢复，并判断被篡改的图像是否影响图像的使用。
2.3操作跟踪
在图像中加入可以用来记录操作的水印，以便查找图像的操作过程中是否存在违规行为，水印可将图像从创建开始的所有操作一一列出。
2.4拷贝控制
在图像中加入用来拷贝控制的水印，以便在图像拷贝时，先确定该图像是否能够被拷贝，再确定拷贝设备是否具有拷贝该图像的权限。当全部符合条件时才能拷贝，严格控制数字图像的拷贝，可防止图像的任意传播。
2.5隐蔽通信
将秘密信息嵌入到公开的数字图像中，并在公共网络上进行传输，利用数字水印的不可见性，使嵌入秘密信息的数字图像在视觉上不会有明显的差异，以便攻击者不易发现嵌入在数字图像中的秘密信息，若对信息进行加密，即使秘密信息被恶意第三方发现，也不能轻易地被检测和破译。
参考文献
[1] Cox I J， Matt L Miller. A review of watermarking and the importance of perceptual modeling[J]. In：SPIE Proceeding on Human Vision and Electronic Imaging， 1997， 3016： 92-99.
关键词：QR码；模拟退火算法；链码；水印
1 二维码水印加密背景及目前加密解密现状
1.1 QR二维码的应用背景
随着中国3G技术的普及，以及手机本身性能的提高，二维码作为一种全新的信息存储、传递和识别技术迅速地融入到了社会生活当中，其保密和安全问题也越来越有研究价值，2012年铁道部出现了用户隐私资料信息被二维码泄密的问题，病毒也开始通过二维码传播。目前国内针对二维码数字加密的技术的论述并不多，在当前期刊网上有关二维码讨论的258篇论文也主要集中于二维码自身的编码解码规则，只有16篇是讨论二维码数字手段加密的。其中加密采取的主要手段是通过复杂昂贵的隐形印刷技术。而讨论数字加密的只是对一般图像都通用的结合水印加密，未能很好的结合QR二维码自身的编码规则，所能负载的加密信息量也极少[3]。
1.2 国内外二维码加密研究现状
目前，国内外关于二维码信息隐藏技术的文献不是很多，研究对象主要是四一七条码（Portable Data File417，PDF417码）和QR码。在国内，针对PDF417码的研究较多且以空域水印为主，在国外，以研究QR码居多，以频域水印为主。牛夏牧[7]等利用变形技术对PDF417码中的各组成单元宽度加以适量的变动，采用误差累积的方式实现隐藏信息的嵌入和提取。陈峥等[3]针对PDF417码，提出了基于边界移位的隐藏信息嵌入算法。赵博等[4]提出一种基于结构微调法的水印算法，对PDF417码的组成条空进行适量的微调，将信息隐藏进二维码中。晁玉海等[5]提出一种对隐藏信息进行扩频和映射处理，根据PDF417码自身结构特点，通过微调条码中的条和空将信息隐藏的方法。Ming Sun等[6]提出两种基于离散小波变换（Discrete Wavelet Transform，DWT）变换的QR码数字水印，分别可以嵌入随机序列和图片。Jau-Ji Shen等[7]针对PDF417码提出一种称作关联水印的盲水印算法，该算法可以提高水印的嵌入容量并可将PDF417码用于数据认证。
⑴二维码图和传统防伪制作技术（主要是印刷）相结合，避免码图被直接影印、拍照，比如采用隐形印刷等等；
⑵掌握二维码编码技术，对二维码码图本身做特殊处理（如加密、复合、变形等），这种方法的目的有二，一是可以让别人的识读软件无法识别码图，二是可以在这些码图中编入特别信息，以作防伪校验之用。
简而言之，一个采用特殊印刷技术，一个采用特殊编码，从而提高技术门槛也就提高了造假的成本与难度。本文研究算法基于第二种方式，对二维码码图进行特殊处理，达到嵌入 信息进行防伪校验目的。
2 适用于QR的数字水印算法
2.1 水印的嵌入算法
2.1.1 水印嵌入位置及表示方案
链码和QR二维码水印信息的位置选择和像素值改变方案，根据链码、改进的LSB算法和二维码的基本理论，本文结合处如下表示方案。QR码图像是由N*N个深色或者浅色的模块图形组成，实验中是黑色和白色模块。考虑水印需要的隐蔽性，我们选取黑色的正方形作为水印嵌入单元。假设QR码的一个模块图形的大小为M*M，其中M为模块的长度（高度），单位是像素。条码矩阵的大小为N*N。每个正方形基元占用的像素点为M/N。
如图2.1所示：跟四链码的结合方式为将正方形基元平分成四等份，每一块的大小为M/2N，选择其中的一块，按统一水印规则改变整个选中块的像素值，嵌入水印信息，按照链码方向的规则给四个方向的小矩阵编码为0，1，2，3，四幅图中的红色区域分别对应着0，1，2，3。这样每个黑色QR码的正方形基元便可以承载一位四进制的数。当图像格式为RGB三色图时，结合第一章所介绍的改进的LSB编码规则，每一块像素值按规则改变后又可表示为00，01，10，11的四进制，跟位置的编码规则相结合，每个正方形模块就可以表示一位十六进制的数，也就是4bit的信息。
2.1.2 水.印嵌入流程
如图2.2 水印算法的整体嵌入步骤：
第一步：根据基本信息编码出未加密的二维码举证，自左向右，自上而下，统计N*N黑色和白色模块的QR二维码可用来嵌入水印的黑色模块的个数，记为C，并记录下各个可用的黑色模块在二维码的二维矩阵中的位置。
第二步：依据伪指纹特征随机密钥生成技术，随机生成三个指纹特征数据记为T1、T2、T3，并将T1、T2、T3转码成和水印嵌入方式所采用的编码进制（八进制、十六进制等）相同的编码进制，统计出T1，T2，T3所需要的占用编码位数记为n1，n2，n3。
第三步：如果n1+n2+n3>c，则说明水印嵌入位置不足以嵌入所有的指纹特征数据，当嵌入位置不足时采用基于模拟退火算法竞争机制，解决各个特征信息之间采样数竞争问题，模拟退火的优势能保证了嵌入位置的随机性，和各个特征信息的均衡性。
第四步：依照模拟退火算法竞争机制产生的二维指纹矩阵加密位置对应表，对QR二维码图形进行加密。
2.2 水印的提取算法
如图2.3：首先，从加密的二维码图片中解码出二维码的基本信息。
将加密后的二维码图片记为map1和未水印加密的二维图片记为map2，导入解码程序中。
第二步：将相应的两幅图像做减法代数运算，提取图像中目标区域，给定阈值大小为水印差值的一半，将低于阈值的像素点看作相同像素点，差值取绝对值选取为了实现精确定位，因为两幅图像编码格式一致，除了不通目标区域以外，其他区域完全相同，包括图像大小等。
第三部：使用数学形态学方法，实现断线的连接，主要目的是保持目标区域边缘连续，为孤立点的去除做准备。第三步：使用改进中值滤波去除图像中孤立异常点，如果除了目标区域以外，其他区域完全相同，那么基本不需要去处异常点，在做加入噪声干扰实验时去除边缘毛边是一个需要除了的问题。
第四步：采用曲线全向跟踪技术，寻找目标区域的边缘轮廓，探查到所有目标区域边缘。
第五步：将图像按照二维码自身的编码规则分成N*N块，根据上图中提取去的各个嵌入水印的矩形区域的位置，并将区域大小经过阈值判断，去掉干扰点，定位出各个区域对应得编码值，返回二维矩阵各个嵌入水印值位置对应得值。和加密时候保存的加密二维矩阵值进行对比，进行水印验证。
3 实验
含有水印的QR码的识别和提取实验
算法稳定性实验，流程如下：
（1）产生一段随机长度和随机内容的文本T1。
（2）将文本T1编码为QR码图形Q1。
（3）计算Q1的水印容量大小。
（4）通过通过随机指纹发生器和模拟退火竞争机制产生水印信息W。
（5）向Q1中嵌入水印信息W得到含有水印的QR码图形Q2。
（6）识读Q2得到T2，并与原始编码内容T1对比，记录对比结果。
（7）从含有水印的QR码图形Q2中提取水印信息WR。
（8）比较W和WR，记录对比结果。
（9）重复1000次步骤（1）～（8）的试验，并计算QR码的识别正确率和水印嵌入和提取的正确率。
随机文本T包含英文字母、数字和常用标点符号。重复试验的次数为100次，最后记录实验结果并计算正确率。实验最终得到的数据是QR码的识别正确率为97%，嵌入和提取水印的正确率为95%。该实验表明，水印算法非常稳定，嵌入的水印不会影响到QR码的正确识别，并且水印信息的嵌入和提取不受水印内容和QR码载体图像的影响。
4 结论
提出了一种适用于QR码的鲁棒性和嵌入信息量都适中的水印算法，该算法用链码的方向编码和改进的LSB算法嵌入水印信息，保证水印信息不会改变QR码的图形结构，并确保嵌入的水印信息不会影响到QR码的正确识别。与现有的利用误差特性进行信息隐藏的算法相比，该算法极大程度增强了数字水印的隐蔽性，提高了水印信息的嵌入量。同时算法不会受到QR码的容量限制，并且适合电子保存和打印等多种形式，具有提取水印速度快，抗干扰能力强等优势。并且提出了由多种生物特征提取出的信息组成水印信息的方式，将二维码与用户绑定，实现了人码一体的认证功能。
[参考文献]
[l]何叶.基于二维条码的数字水印技术研究.长沙理工大学硕士学位论文.（2009）.
[2]赵博.二维条码研究.西安电子科技大学硕士学位论文.（2007）.
[3]纪兴中.基于二维条码技术的数字水印系统研究.浙江工业大学硕士学位论文.（2007）.
[4]陈哲，张永林.数字水印技术在二维条码证件防伪中的应用.计算机工程与科学.28（4）.42-44.（2006）.
[5].二维条码技术应用及标准化状况介绍.中国标准化.5.26-42.（2006）.
关键词 数字化印刷 印刷图文信息处理 教学创新
中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2017.03.050
Exploration on the Teaching of Printing and Graphic Information
Processing under the Background of Digital Printing
LI Jing
（Yuncheng Polytechnic College， Yuncheng， Shanxi 044000）
Abstract With the continuous development of computer technology and information technology and application， digital products gradually occupy more market share， especially in recent years， the printing industry， digital printing technology has been developed rapidly in a short period of time， under this background， information processing and professional education should be combined with the development of the market environment and technical level， teachers should strive to improve their professional literacy， students should try their best to seek the opportunity of social practice， the theory of classroom knowledge into practical use. Based on this， the author will combine many years of work experience， in the context of digital printing technology， printing and graphic information processing teaching innovation analysis， hoping to help to improve the quality and efficiency of higher education.
Keywords digital printing； graphic information processing； teaching innovation
印刷g在我国拥有悠久的发展史，随着技术水平不断提高，数字化成为当今印刷技术发展的基础，数字化是印刷产业的关键性技术，但是在我国高等教育活动中，传统教学模式下的印刷图文信息处理专业出现很多问题，尤其是在数字化成为主流技术的背景下，其教学弊端越发明显，因此应该就这些问题加以探讨，并提出相应的改革创新措施。
1 印刷图文信息处理专业教学中存在的问题
1.1硬件教学设施不完善
用于印刷产业运行的设备都是非常专业的大型机器，由于高等院校教育经费紧张，不少高校实验室中根本没有为印刷专业的学生购置完善的教学设备，导致学生在学校接受教育过程中过度依赖理论教学，负责任的教师会利用多媒体教学工具为学生展示与印刷产业有关的设备机械图，但是这对于学生来说只能满足他们对机械设备的感性认识，而不能让他们近距离地接触和感受与印刷行业有关的运行和操作流程。在一定程度上来说，这对于培养学生实践操作和动手工作能力有着不良影响，使得教育和实践相脱节，这也是印刷图文信息处理专业毕业生在求职过程中遭遇诸多不顺的原因之一。
1.2教师普遍缺乏实践经验
高等院校印刷图文信息处理专业的教师在理论领域都拥有扎实的基础知识，却普遍缺乏实践经验，教师难以在教学活动中传授学生更多的实践经验，只能在理论研究领域为学生解决困惑。教师缺乏实践经验与他们自身经历有着不可分割的关系，首先高等院校在招聘教师的过程中过分注重学历要求，一般情况下都是聘请硕士研究生学历以上的人才作为学校的教师，但是这样的人才往往由于将时间和精力主要放在学术研究上而忽视了实践经验积累。另外，由于教师常年在学校开展教学活动，很少有时间到社会中积累实践经验，综合以上各种因素，导致如今很多教师缺乏实践经验。
1.3学校实践氛围不佳
在实践活动组织事项上，不少高校处于一种消极的状态，导致整个校园实践活动氛围不佳。学生在接受教育过程中，过度依赖理论知识学习，而忽视实践能力培养，在这种状态下培养出来的人基本上不能满足社会需求。由于他们缺乏工作经验，导致他们在求职过程中屡屡碰壁，有的学生即使能够找到工作，由于自身实践能力不强，导致企业对其失去培养兴趣，进而对其所在学校的教育品质产生质疑，无论是对于学生个人还是其所在学校，都会产生不良影响，对于学生自身而言可能会失去这个工作机会，对于学校而言可能在社会上形成不良声誉，对学校的健康可持续发展造成不利影响。
2 教学创新措施
2.1建立全新教学课程体系
目前，我国印刷图文信息处理专业的主要课程包括电工电子技术、机械制图、图像处理软件、印刷色彩学、印刷材料学、平版印刷原理与工艺、印刷概论、平板晒版原理与工艺、印后加工技术、印刷机械、柔性版印刷、丝网印刷、广告包装设计以及数字印刷与数字化工作流程等，主要偏向培养掌握印刷图文信息计算机处理理论与技术及现代印刷工艺等综合技能的高级应用型技术人才。但是从上述培养课程和目标来看，在实际教学活动中还是比较偏向理论教学，学生能够切身感受这个行业的机会很少，甚至于在印刷色彩培养上近乎完全是理论传授，所能够达到的教学效果非常有限。因此在教学创新改革过程中，我们要建立全新的教学课程体系，让学生在学习理论知识的同时能够积累丰富的实践经验，提高本专业毕业生的就业实力。
在建立新的课程体系之前，应该事先针对市场印刷企业运行现状进行调研，充分了解市场行情，才能制定出符合市场发展规律的课程体系，担任制定课程体系的相关人员最好要与企业一线技术人员进行深度访谈，才能全面了解本专业在工作岗位最需要掌握的技能和必备理论知识，这样才能培养出符合岗位要求的应用型人才。全新的课程体系包括素质结构、知识结构、能力结构以及职业证书要求四大方面，其中素质结构包括思想政治素质，即要求本专业毕业的学生都要具备良好的思想政治素质和职业道德素养，要懂得遵纪守法、要具备事业心、进取心以及创新精神；具备良好的身体素质，即能够在实际工作中承受强调的工作压力，能够胜任企业生产、服务和管理第一线的工作等；文化素质，即要求毕业生具备一定的文化修养，文字组织能力和语言表达能力，并且具备基本英语和计算机应用能力等；职业素养，即培养学生良好的职业道德素质、增强他们的职业工作能力和创新精神等。知识结构包括培养学生专业必需的基础理论知识；培养学生扎实的英语语言基础知识，要求学生英语水平能够达到英语应用能力B级以上，能够较为熟练地阅读本专业技术资料并且要能够达到基本会说会听的水平；要求学生熟练掌握计算机操作及应用，并要通过全国高等学校非计算机专业计算机水平以及以上考试，这样才能保证学生在数字化印刷技术运用中的基本技能水平；要求学生掌握图文信息处理的基础理论知识，要对整个印刷流程非常熟悉；要求学生掌握应用文写作知识，能够自主创新和书写相关论文等。能力结构包括要求学生具有基本色彩图形处理能力、文字和多媒体信息处理能力等；要求学生具有从事制版、印刷、印后加工等技术能力；要求学生具有一定印刷工艺方案设计和创新能力等；要求学生具备一定检验印刷材料质量以及印刷品质量的检测能力，并具有一定的印刷市场营销能力等。在职业证书要求上，主要是针对电子图像处理工和制版工，两者都需要持证上岗。教师要引导学生明确学校制定全新课程体系的原委，要让学生重视自身综合能力培养和提高，提高学生主动学习的积极性，要让他们养成良好的自主学习习惯。
2.2加大知识结构调整力度
印刷图文信息处理专业的知识结构是由基础知识、理论知识以及专业技能三大部分组成，每一个部分都是专业教学中应该注重培养的知识模块，从目前市场发展需求和前景来看，应该针对学生在印刷色彩、设计以及操作水平上进行大力调整，在注重理论知识传授的同时加强实践活动组织开展，帮助学生接触更多生产实践，帮助学生积累丰富的实践经验从而更加贴近生产实际。另外还应该针对学生的创新精神和创造能力进行培养和提升，不断提高本专业学生的专业技能，为数字化印刷技术发展奠定坚实的基础。
2.3根据市场需求，优化课程内容
一方面，教师要根据印刷图文信息处理专业指定教材开展教学活动，另一方面教师也要根据市场需求情况变化，及时调整课程内容，使得教学质量和效果发挥最大优势。为了最大程度保证本专业毕业生能够顺利就业，学校应该多安排和组织实践课程，比如说与企业建立长期人才培养合作计划，企业给本院校学生提供实践实习的机会，学校按照企业对人才的要求制定培养计划，目前一般采用订单式的人才培养模式，这样能够培养出更多符合企业要求的应用型人才。
2.4改革教学模式和方法
学校应该树立先进的教学观念，教师应该积极改革创新教学模式和方法，目前比较流行的人才培养方式主要有订单式、实训式、基地式，为学生提供多途径学习渠道，让学生在学习过程中逐渐培养创新精神和创造能力，通过实习和实践活动，逐渐提升学生的动手操作水平，激发的学生学习兴趣和热情。通过订单式的人才培养途径，不仅能够解决学生实践能力发展问题，同时还能够在一定程度上解决学生就业问题，帮助学生尽早适应社会工作环境，全面提升大学生的能力和素质。
2.5加强师资建设
优秀专业的教师团队是培养人才的基础，学校应该注重引进全方位教师资源，不仅要有学术理论知识扎实的教师，还要聘请拥有丰富实践经验的企业家充当学生的技g指导教师，基本上可以保证学生在学习理论知识的同时能够接触到实际生产经验，以促进学生综合能力发展。
3 结语
数字化印刷技术应用已经成为主流趋势，数字化印刷技术给当代印刷产业提供更加广阔的发展空间，为了适应市场发展需求，高等院校开设的印刷图文信息处理专业要不断进行创新改革，不断寻求进步和调整，才能培养出专业素质高、应用技能强的高素质人才，才能促进我国印刷产业的健康发展。
参考文献
[1] 范丽娟. 印刷图文信息处理专业人才培养中校企合作模式探讨[J]. 印刷质量与标准化，2012.5：21-23.
[2] 范丽娟. 印刷图文信息处理专业人才培养中校企合作模式探讨[J]. 出版与印刷，2012.2：40-42.
[3] 吴伟. 印刷电子学发展背景下印刷工程专业教学改革[J]. 包装学报，2014.4：88-92.
关键词：图像认证；水印；鲁棒性；脆弱性
中图分类号：TP309 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 02-0065-01
一、前言
数字技术的快速增长和迅速发展的互联网，数字图像处理变得简单易行。在全球通过网络可以发送和接收数字图像信息。这种趋势有几个优点，包括灵活性，成本低廉等优点，但同时也有一些严重的缺点。它很容易被黑客非法访问、操纵、复制数据。数字水印的嵌入和提取设备用程序插入水印，媒体和提取的水印嵌入的水印数据。其中检测是用来检测一个给定的媒体是否包含特定水印是很重要的过程。
二、图像认证水印技术的分类
典型的图像认证水印技术一般分为鲁棒性水印技术和脆弱性水印技术。
鲁棒性水印技术能承受包括无意的（如图像压缩，滤波，噪声污染，尺寸变化）或有意的（如恶意攻击）的篡改，通常使用在保护版权上。而往往在防止原始信息的任何篡改方面使用的是脆弱性水印技术，这种技术还可以定位篡改的图像位置。
水印嵌入是通过量化小波系数来实现的，但是无法区分恶意篡改和偶然失真，所以说水印嵌入是特别脆弱的。实现图像认证及篡改定位基于小波变换技术。基于频谱分析的网格模型，可以实现恶意攻击位置可视化，位置定位标记，通常使用的是内容认证的半脆弱水印算法。综上所述，本文提出了一种自适应图像认证的半脆弱数字水印算法，具有智能性。
三、半脆弱数字水印和图像认证系统模型
（一）半脆弱数字水印特征基本。半脆弱数字水印算法具备的3个特性：
（1）隐形性水印的隐形性含义有两个层面：一是水印嵌入后会在人类的可视范围不可察觉性的同时也不会影响宿主可视化功能特征；二是不影响宿主信息的固有特征的同时还可以对宿主信息进行相应处理。
（2）鲁棒性在经过常规信号处理操作后（如空间滤波、几何变形、有损压缩等），嵌入水印的图像内容不会被更改。水印控制系统在一定的参数摄动下，维持图像内容的基本特性。但会对剪切、替换等恶意的篡改攻击敏感。当图像内容受到恶意篡改攻击时，水印就起着定位篡改的图像位置和防止信息篡改的能力。
（3）稳定性嵌入水印的信息即伪造不，也篡改不了。如果要使原始图像不再对水印提取和图像的身份验证有着决定性的作用，那就要使用数字水印应用，且是基于半脆弱的水印。我们日常生活中使用数码相机捕获图像时不能获取原始图像，因为这种情况自动嵌入水印的。
（二）基于半脆弱水印的图像系统模型。基于半脆弱水印的图像系统模型的算法：第一、原始图像功能的信息，从中提取和使用的随机序列或密钥进行加密、水印信息对应的生成；第二、要选择适当的嵌入的水印被嵌入到相对应的区域。水印提取算法的数字水印检测、水印嵌入在逆算法，然后生成算法来生成一个水印，比较这两个图像之间的差异。如果比较结果是这两个图像不相等，则图像意味着已被篡改。
四、半脆弱图像水印攻击方法的研究
半脆弱图像水印技术主要用来验证图像内容的完整性和可靠性，所以半脆弱水印系统的攻击不会损坏水印信息“虚假认证”水印信息和试图篡改的图像内容的攻击。总结起来，主要有以下几种方法：
（一）重嵌入数字水印攻击。此攻击有两种实施方法：其中一种是软重嵌入，即嵌入水印的方案可以被攻击者轻意破解，然后再次嵌入水印于修改后的图像中。还有一种是硬重嵌入，即通过特定设备的使用来嵌入水印。
（二）强行搜索攻击。此类攻击的目的是要使用不变的密钥在不同的图像水印算法用于嵌入水印相同的信息，攻击者强行通过水印的图像进行批量搜索，找到密钥要基于相应的算法，然后图像篡改。
（三）块操作的攻击。此类型的攻击是主要通过半脆弱水印算法块操作，使用相同的水印嵌入程序多个图像块是一个先决条件，水印嵌入在图像块中独立相互之间没有干预。
五、半脆弱图像水印的数字水印技术的未来展望
半脆弱图像水印的数字水印技术作为图像认证重要的分支，要进一步解决的许多问题。本人从以下几个方面进行探讨和研究：
（一）建立的理论体系。半脆弱水印技术作为重要分支的数字水印技术，仍然需要强有力的理论支持，深入进一步的研究，应建立一个科学的理论体系。
（二）水印评价标准的建立。在未来，半脆弱图像水印技术将得到广泛的应用，它必须建立一套完善的标准，同的算法应该包含可靠性、失真度、效率性和其他统一的评估机制，以适应不同的半脆弱数字水印。
（三）结合图像压缩编码算法。经过网络、传输数字图像的主要问题是压缩编码（如JPEG），研究半脆弱图像水印图像压缩算法具有深远意义。
（四）安全问题。半脆弱数字水印技术的关键始终是如何解决的安全问题。私钥加密方案基于现有算法，然后管理密钥，释放到潜在的安全问题的大量信息。因此，半脆弱水印方法、加密算法和密钥安全、可靠组合的水印设计必然是一个重要的研究方向。
（五）图像修复能力。如何还原在可能的范围内所需的原始图像中嵌入的信息，尽可能多的恢复原始的图像质量是我们下一步研究的重点了。
六、总结
目前，数字水印技术研究的重点与热点就是半脆弱水印技术。该技术嵌入式信息包括认证，这是用来确定恶意攻击的位置，和恢复的原始图像。本文主要是研究了图像半脆弱数字水印的特征，分析了半脆弱数字水印的几种典型攻击方法，最后给出的半脆弱数字水印技术发展方向前景。
参考文献：
关键词：水印，信息隐藏，空域算法，变换域算法
1. 引言
互联网的迅速发展，给人们的生活带来极大的方便，人们可以利用互联网查找信息、下载资料，但是，网络的快速传播和多媒体资料所具有的复制功能容易被一些别有用心的人所利用，这样所带来的负面影响是难以估量的。因此，如何保证人们在享受网络给人们带来方便的同时，又能很好地防止数字产品被侵权，已成为亟待解决的热门话题，这个问题的解决具有很强的实际意义。
2. 传统加密技术及其缺点
传统保护数字产品的方法是加密，但是这种方法有很大的缺陷[1]，具体表现在：⑴一旦加密文件被破解，其内容就完全透明了；⑵它明确地提示攻击者哪些信息是重要信息，很容易引起攻击者的好奇和注意，因此就有被破解的可能性；⑶很致命的一点就是攻击者可以在破译失败的情况下将文件信息破坏，使得即使是合法者收到信息，也无法阅读信息的内容。
3. 数字水印技术
数字水印技术就是在这种背景下应运而生的。一方面，弥补了加密技术的缺陷，因为数字水印技术可以在文件被解密后提供进一步的保护；另一方面，弥补了数字签名技术的缺陷，因为数字水印技术可以在载体信息中一次性地嵌入大量的信息，这对于作品的版权可以起到很好地保护作用。
数字水印技术[2]是一种信息隐藏技术，它的基本思想是在数字图像、音频、视频等数字产品中嵌入秘密信息，以保护数字产品的版权，证明产品的真实可靠性，跟踪盗版行为或者提供产品的附加信息。其中秘密信息一般为特定的有用信息，它可以是用户的序列号或者是一幅图像、一段音频等。一般来说，它需要经过适当变换后再嵌入到数字产品中，通常称变换后的信息为数字水印。
3.1数字水印技术通信模型
由于数字水印处理在本质上是一种通信，即在它们之间传递着一条消息，可以用以下基本的通信模型来表示整个水印的处理过程。
图1-1 明检测数字水印系统映射成通信模型
图1-2盲检测数字水印系统映射成通信模型
图1-1和图1-2为两种最基本的数字水印系统通信模型。其中：图1-1为明检测，它需要原始载体产品的参与；图1-2为盲检测，它不需要原始产品的参与。它们之间最主要的区别在于是否需要原始载体产品的参与。
3.2数字水印的基本特性
数字水印可以由一些特性来进行描述，一般来说，水印系统每一个特性的重要性又取决于实际应用的需求和水印的作用。与水印嵌入有关的特性包括有效性、逼真度、数据容量；与水印检测有关的特性包括盲检测和明检测、虚检行为和鲁棒性等。
有效性
有效性是指嵌入器的输出被水印化的概率，也就是指对嵌入水印后的作品紧接着可以检测到水印的概率。在实际的应用中，为了获得其他方面更好的特性，人们宁愿牺牲一些有效性。
逼真度
逼真度是指原始载体作品与嵌入水印后的作品之间在感觉上的相似程度。也可以用另外一种定义对其进行描述，即不带水印的作品和带水印的作品在呈现给顾客时，它们之间感觉上的相似程度[3]。
数据容量
数据容量，也常称为数据有效载荷，是指在单位时间内或在一幅作品中水印编码的比特数。不同的应用可能对数据容量的要求也就不同，例如，对于拷贝控制应用，它要求音乐每10秒钟接收4 ~ 8比特的信息，而要求视频大约5分钟接收4 ~ 8比特的信息。
盲检测与明检测
盲检测是指在水印检测的过程中，不需要原始作品的参与；而明检测则需要原始作品的参与。在决定应用范围时，水印系统是采用盲检测还是明检测就显得十分的重要，盲检测只能用于那些可以获得原始作品的应用中，因此，它的应用会受到很大的限制；而明检测就不受此限制。
虚检率
虚检就是指在实际不含有水印的作品中检测出水印或者在含有水印的作品中没有检测到水印。对虚检率的要求是由实际的应用所决定的，例如，在拷贝控制过程中，成千上万的水印检测器作用于数以百万计的作品上，这就要求虚检率无穷的小，否则就会产生严重的问题。
鲁棒性
鲁棒性是指在经过常规信号处理操作后，仍能检测到水印的能力，在这里，常规信号处理操作包括：空间滤波、有损压缩、几何失真等。但并不是所有的水印应用都要求对可能的信号处理操作具有鲁棒性，相反，水印只需要在介于嵌入和检测之间可能的信号处理操作中存活就可以了。例如，在电视和无线电广播监视中，水印只需要在传输过程中存活。
3.3数字水印技术算法研究
近年来，对数字水印技术的研究已经取得了很大的进步。论文参考。下面对一些典型的算法进行分析，可以说，每种方法都有其存在的必要性，它们有着各自的优缺点，这就要求在具体的实践中，根据具体需要，选择最适合的方法。论文参考。
3.3.1 空域算法
空域算法是相对于变换域算法而言的。简而言之，不对信号做任何频率变换而得到的信号域就是时空域[4]。在该类算法中，比较典型的水印算法有LSB和MSB。其中，LSB是将信息嵌入图像点中最不重要的像素位，这可保证嵌入的水印是不可见的；而MSB是将信息嵌入到图像点中最重要位，即最高位。论文参考。但是LSB和MSB都有其共同的缺点，这也是时空域算法普遍存在的缺点：算法的鲁棒性差，并且水印信息很容易为滤波、图像量化和几何变形等操作所破坏。另外一个比较常用方法是利用像素的统计特征将信息嵌入像素的亮度值中，该算法与LSB和MSB不同的是，它利用的是像素的统计特征。典型的有Patch-work算法方法[5]，它是随机选择N对像素点(a，b)，然后将每个a点的亮度值加1，每个b点的亮度值减1，这样整个图像的平均亮度保持不变。
对于Windows系统中8位的bmp图像，只存在一个分量，并且该分量的像素值范围是0 ~ 255。因此，在计算机中，每个像素值只需要一个字节就可以进行表示，而每个字节代表8位0或1，所以每个像素值实际上是由8个0或1的整数组成。
例如：像素值100在计算机中的存储为：0110 0100
在水印图像中，先把水印图像的像素值转换成8位的二进制形式，然后依次将其替换到载体图像的最后一位，即最低有效位，这样就完成了水印图像的嵌入。该算法的特点是顺序地选取像素点进行信息的隐藏，缺点是造成图像各个部分统计特性不一致，这样带来的问题就是安全性大大降低。
3.3.2 变换域算法
由于时空域算法存在固有的缺点，因此，近年来对数字水印技术的研究主要集中在变换域或频域，其基本思想是通过离散傅里叶变换（DFT）、离散余弦变换（DCT）或离散小波变换（DWT）[6]等将数字图像的数据转化为相应频域的系数，从而来实现对水印的嵌入。在变换域算法中，一般首先会对载体进行一种特定的正交变换，而嵌入空间是载体的某一个或一些频带，并且这些频带对应的变换系数要遵循一定的规则进行修改。载体的低频系数反映了载体的主要轮廓，是载体的主要信息，集中了载体的绝大部分能量；而载体的高频系数反映了载体的细节，它不易被人眼所发现。
相对于时空域算法，变换域算法有以下优点：⑴可以充分利用人类的感觉特性；⑵水印的不可见性和稳健性好；⑶物理意义清晰；⑷与压缩标准相兼容，可直接在压缩域中进行处理，便于实现。
3.3.3 基于分形图象编码方法
相对于前面两种方法而言，利用分形图象编码方法也可以很好地实现水印的嵌入与提取。1987年，美国乔治亚洲工学院的数学家M. F. Barnsley在论文中提出了分形图象编码的概念，次年又首次将迭代函数系统理论应用到图象编码中，得到了很好的效果。将分形运用到图象压缩的思想非常新颖、有效，随着分形压缩技术的不断完善，它在图象压缩中的运用也必然会受到越来越多的重视。
4. 数字水印技术的应用及前景
随着网络信息技术的迅速发展，数字水印的应用也得到了扩展，其主要应用领域包括版权保护、隐藏标识、证件真伪鉴别和安全不可见通信。例如，利用数字水印技术中数据隐藏原理可以使版权标志不可见或不可听，既不损害原作品，又达到了版权保护的目的。
由于数字水印技术的可实现性，它将具有广阔的市场前景，对于保护各种形式的数字产品起到重要的作用，可以配合密码学技术、数字认证及数字签名等技术来抵抗各种攻击，构成完整的数字产品版权保护解决方案。
[1]孙圣和，陆哲明，牛夏牧．数字水印技术及应用．北京：科学出版社，2004
[2]杨义先，钮心忻．数字水印理论与技术．北京：高等教育出版社，2006
[3]INGENMAR J. Cox，MATTHEW L. MILLER，JEFFREY A. BLOOM著，王颖、黄志蓓等译．数字水印．北京：电子工业出版社，2003
[4]王丽娜，郭迟，李鹏．信息隐藏技术实验教程．湖北：武汉大学出版社，2004
[5]Patchwork K. How toSecretly Embed a Signature in a Picture. Journal of the Interactive MultimediaAssociation Intellectual Property Project，1996, 1
[6]黄初霜，一种基于DWT的数字隐形水印算法，科学技术与工程，2007，8（16）
