時(shí)間：2023-04-17 17:22:25
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論文摘要：從信息論的角度，針對(duì)基于高斯噪聲信道的數(shù)字水印容量作了初步探索。在詳細(xì)闡述圖像數(shù)字水印基本原理和水印信道的構(gòu)造及生成方式的基礎(chǔ)上，針對(duì)高斯信源分布具有最大的不確定性、能夠在所有的二階隨機(jī)分布中提供最大信息熵的特點(diǎn)，重點(diǎn)分析了在高斯分布情況下的整個(gè)水印信道通信過(guò)程；并引入平均互信息理論，給出了基于高斯的水印信道容量的最大通信速率；同時(shí)分析了加性噪聲信道下的容量問(wèn)題，將高斯分布擴(kuò)展到了非高斯分布，給出并優(yōu)化了容量計(jì)算表達(dá)式，同時(shí)利用MATLAB軟件工具給出了非高斯信源水印容量與受限失真度的二維和三維關(guān)系仿真曲線(xiàn)；最后結(jié)合實(shí)際給出了結(jié)果分析。
論文關(guān)鍵詞：數(shù)字水?。恍诺廊萘?；高斯噪聲信道;攻擊信道；信息論；
0引言
數(shù)字水印可視為通信理論的一種應(yīng)用[2]。隨著對(duì)數(shù)字水印算法可靠性要求的提高，目前的數(shù)字水印不論在數(shù)學(xué)理論上和技術(shù)上均不成熟，對(duì)數(shù)字水印系統(tǒng)的公式描述仍然沒(méi)有統(tǒng)一的定論，在數(shù)字水印系統(tǒng)最終性能方面存在較多的不確定性[1,7,8]。這些均可以從信息論的角度上尋求解決出路。
數(shù)字水印系統(tǒng)分為水印嵌入編碼，攻擊信道，和水印譯碼三個(gè)模塊。這里，我們對(duì)一般數(shù)字水印模型提出了改進(jìn)，在水印嵌入之前加入待嵌入信號(hào)預(yù)處理，給出了對(duì)于水印通信模型的更加恰當(dāng)?shù)拿枋?，如圖1。
根據(jù)改進(jìn)系統(tǒng)框圖，數(shù)字水印的實(shí)施過(guò)程可分為如下步（只考慮圖像水?。?/p>
（1）密鑰生成：在進(jìn)行水印處理之前，隨機(jī)密鑰經(jīng)偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器生成，并在編碼和譯碼端可知；該密鑰與待嵌入消息M和原始載體信宿相互獨(dú)立。
（2）形成水印信號(hào)：通過(guò)一預(yù)處理器對(duì)消息M作壓縮或編碼預(yù)處理，同時(shí)還可利用原始載體信宿提供的邊信息進(jìn)行預(yù)編碼，保證水印的唯一性，改善誤碼率，提高通信容量。
（3）水印嵌入：待嵌入消息水印信號(hào)M通過(guò)某種算法，與密鑰進(jìn)行相關(guān)處理，被嵌入長(zhǎng)為N的載體序列中，生成的圖像水印可表示為，且。
（4）攻擊信道：該生成水印在傳輸過(guò)程中將會(huì)受到惡意攻擊導(dǎo)致其中的W信號(hào)被去除而生成被修改的信號(hào)。
（5）提取或檢測(cè)水?。航柚驾d體圖像（私有水印或非盲水?。?，或不依賴(lài)原是圖像（公開(kāi)水印或盲水?。?，利用相關(guān)接收機(jī)、匹配濾波器、最大后驗(yàn)概率譯碼規(guī)則（MAP）來(lái)提取或檢測(cè)水印。1、信道容量的數(shù)學(xué)分析
水印的信道容量是所有可達(dá)速率的上限。根據(jù)理論分析表明[1,7,8]，它由如下三個(gè)參量決定：嵌入失真,攻擊失真，以及載體信宿的概率分布函數(shù){PS}。
可以證明：當(dāng)原始載體信源的功率（方差）為，那么對(duì)于公開(kāi)水印和私有水印，其信道容量均不超過(guò)。其中：首先定義區(qū)間：
，(10)
通過(guò)計(jì)算，當(dāng)時(shí)，可以得到區(qū)間為空域。當(dāng)區(qū)域非空時(shí)，定義水印容量
＝(11)
特別的，當(dāng)載體信源S滿(mǎn)足零均值，方差為且獨(dú)立同分布的高斯分布時(shí)，公開(kāi)水印與私有水印具有相同的水印信道容量，且該容量正好等于上限。
2、信道容量計(jì)算公式的簡(jiǎn)化
上述容量計(jì)算公式過(guò)于復(fù)雜，可進(jìn)行如下化簡(jiǎn)，根據(jù)水印的信道容量公式(11)，我們有
＝
＝＝
=（12）
而前面(10)已經(jīng)定義區(qū)間：
，
根據(jù)上面的推導(dǎo)，可把暫看作常量，那么容量C決定于中間變量的取值，即根據(jù)適當(dāng)?shù)倪x取值得到最大化的C；但實(shí)際上由(10)式我們可以看到的取值范圍又由決定。經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)募s束和簡(jiǎn)化，最終我們可以得到
(13)
但考慮到，當(dāng)時(shí)，實(shí)際上這種攻擊對(duì)水印是完全無(wú)效的[5];因而攻擊者不會(huì)采用。所以進(jìn)一步給出攻擊失真的取值范。在小范圍失真下，即，有，所以可得到小范圍失真條件下的容量近似公式：
(14)
根據(jù)上式，我們可以看到在小范圍失真情況下，容量與載體信源的統(tǒng)計(jì)概率分布無(wú)關(guān)。當(dāng)時(shí)，根據(jù)上式，可以得到容量C=0.5bit/Symbol。
3、模型的約束性?xún)?yōu)化和擴(kuò)展
為了更好的理解水印系統(tǒng)，簡(jiǎn)化分析，可引入加性噪聲信道的概念。對(duì)比乘性信道，加性噪聲信道具有統(tǒng)計(jì)分布參數(shù)（如方差）簡(jiǎn)單加的特點(diǎn)，這對(duì)模型的分析十分有利。實(shí)際上，目前關(guān)于信息論的許多研究都從加性噪聲信道分析入手[1，5]。
可以將經(jīng)攻擊偽造后的消息Y寫(xiě)成如下形式：
其中，，。(15)
圖2數(shù)字水印博弈模型
根據(jù)上式，可將水印理解成一種帶有邊信息的通信博弈[2]。將理解為被傳輸?shù)男盘?hào)，同時(shí)受到加性噪聲S的破壞（這里將載體信源看作相對(duì)于的加性噪聲）；S在傳輸端可知。而可以理解成一種可加性干擾信號(hào)，該信號(hào)由決定。那么，當(dāng)失真測(cè)量為簡(jiǎn)單的差度量度時(shí)，該失真度由加在上的干擾限制決定。特別的，在本例中，因，系統(tǒng)失真由加在被傳輸?shù)纳系目偢蓴_功率決定，即功率受限。同樣的，如果，那么可加性干擾信號(hào)也是功率受限信號(hào)。
考慮信道的輸出為，其中輸入的功率受限為；S為任意的功率受限且各態(tài)歷經(jīng)的過(guò)程，并假設(shè)S僅在編碼的時(shí)候是可知的，而在解碼是是未知的。為一穩(wěn)態(tài)高斯過(guò)程，對(duì)編碼和譯碼均不可知。假設(shè)S和相互獨(dú)立，其聯(lián)合概率分布與獨(dú)立。
考慮S和均為滿(mǎn)足獨(dú)立等同概率分布的隨機(jī)變量；特別的，S任意分布（可以為非高斯分布），而滿(mǎn)足零均值，方差為的高斯分布。也為滿(mǎn)零均值，方差為的高斯分布，并且與S和的聯(lián)合概率獨(dú)立。同時(shí)設(shè)輔助隨機(jī)變量。那么，有
,(16)
可以證明，在條件下，隨機(jī)變量和不相關(guān)，且相互獨(dú)立。因和均為高斯分布，那么也滿(mǎn)足高斯分布。又因S和相互獨(dú)立，所以隨機(jī)變量與也相互獨(dú)立。這樣，可以推出如下結(jié)論：
(17)
同時(shí)，與獨(dú)立表明：
(18)
所以，綜合上述兩式，可以得出：
(19)
上式最后一等號(hào)的成立是因?yàn)闈M(mǎn)足零均值，方差為的高斯分布；滿(mǎn)足零均值，方差為的高斯分布；同時(shí)考慮的是加性噪聲，因此兩個(gè)，聯(lián)合分布的方差即為兩者方差的簡(jiǎn)單和。根據(jù)高斯分布的熵公式[6]很容易得出上述結(jié)論。
引水樞紐工程主要建筑物包括：上游導(dǎo)流堤、泄洪閘、人工彎道、進(jìn)水閘、沖沙閘、曲線(xiàn)形懸臂式擋沙坎、消力池、引水渠道。在人工彎道進(jìn)口處，修建導(dǎo)流堤，并向上延伸與河道兩岸平緩的連接，以便束水導(dǎo)流，使水流平順的進(jìn)入引水彎道。設(shè)置泄洪閘用以泄洪排沙，減少泥沙進(jìn)入人工彎道，保證引水彎道有良好的進(jìn)水條件；在洪水季節(jié)，泄水排沙，平時(shí)可關(guān)閉壅水，保證下游工農(nóng)業(yè)用水，在寒冷季節(jié)還可將冰凌、漂浮物排向下游。在人工彎道設(shè)計(jì)時(shí)，要充分利用天然穩(wěn)定的河灣，加以整治，即可作為引水彎道；彎道設(shè)計(jì)流量要綜合考慮進(jìn)水閘的流量和含沙量較大季節(jié)河灣流量，使彎道內(nèi)產(chǎn)生較強(qiáng)的橫向環(huán)流作用，有利于排沙。進(jìn)水閘與沖沙閘設(shè)置在引水彎道末端，按正面引水側(cè)面排沙的原則布置，進(jìn)水閘與沖沙閘兩軸線(xiàn)的夾角以33度為宜，使沖沙閘各閘孔均勻排沙。進(jìn)水閘底板高程要高出原河床，這樣可以減少泥沙入渠，并可增大閘前泥沙淤積庫(kù)容，有利于定期沖沙。進(jìn)水閘前設(shè)置曲線(xiàn)形懸臂式擋沙坎，可增強(qiáng)橫向環(huán)流的作用，還可將泥沙導(dǎo)向沖沙閘，擋沙坎懸臂板末端加寬并延伸到?jīng)_沙閘邊孔，有利于引水防沙，引水面做成流線(xiàn)型，以免擾動(dòng)水流。沖沙閘底板高程也要高于原河床，可增大閘下沖沙水頭，有利于排沙。進(jìn)水閘下游消能建筑物，多采用底流型降低護(hù)坦式的消能方式，消力池緊接閘室布置，在池中利用水躍進(jìn)行消能，使水流在消力池中發(fā)生淹沒(méi)水躍，池中布置排水孔，下設(shè)砂石反濾層，保證下游引水渠道的安全運(yùn)行。下游引水渠道根據(jù)水力最佳斷面及經(jīng)濟(jì)實(shí)用斷面綜合確定，常采用梯形斷面渠道、混凝土板襯砌。
2引水樞紐主要設(shè)計(jì)內(nèi)容
樞紐工程總體布置：根據(jù)基本資料確定工程的等級(jí)、級(jí)別、洪水標(biāo)準(zhǔn)，可參考《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》、《水閘》、《取水工程》等文獻(xiàn)，并結(jié)合地形及方案比較，確定采用什么類(lèi)型引水樞紐，這里以人工彎道式引水樞紐為例，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式確定彎道的底寬、半徑、中心線(xiàn)長(zhǎng)度等參數(shù)，根據(jù)工程各主要建筑物的作用和設(shè)計(jì)原理，合理布置建筑物的位置。樞紐工程水力設(shè)計(jì)：首先，根據(jù)水力最佳斷面和經(jīng)濟(jì)實(shí)用斷面確定下游引水渠道的斷面尺寸，利用《水力學(xué)》中的迭代計(jì)算公式確定渠道正常水深；其次，根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》確定進(jìn)水閘、沖沙閘、泄洪閘的閘孔總凈寬及單孔凈寬，利用試算法確定進(jìn)水閘、沖沙閘、泄洪閘的設(shè)計(jì)洪水位及校核洪水位；最后，根據(jù)《水力學(xué)》進(jìn)行各閘的消能防沖計(jì)算。
樞紐工程防滲計(jì)算：根據(jù)工程的要求，需對(duì)進(jìn)水閘、沖沙閘、泄洪閘設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位都進(jìn)行防滲計(jì)算，計(jì)算過(guò)程相似；根據(jù)《水工建筑物》擬定各閘室的地下輪廓，采用改進(jìn)阻力系數(shù)法進(jìn)行滲流計(jì)算。首先進(jìn)行阻力系數(shù)的計(jì)算，確定滲透壓力，繪制滲壓水頭分布圖，最后計(jì)算閘底板水平段滲透坡降和滲流出口處坡降以及允許坡降并進(jìn)行比較，均要滿(mǎn)足閘基的抗?jié)B穩(wěn)定要求。閘室穩(wěn)定分析：首先，確定各閘室荷載，包括：閘底板、閘墩自重、工作橋自重、閘門(mén)自重、檢修橋自重、啟閉力、水自重、水平水壓力、揚(yáng)壓力；根據(jù)荷載和偏心受壓公式分別驗(yàn)算各閘室完建期、設(shè)計(jì)洪水位期、校核洪水位期的閘室基底應(yīng)力，結(jié)果均要滿(mǎn)足規(guī)范要求；根據(jù)《水閘》公式，驗(yàn)算各閘室的抗滑穩(wěn)定性，結(jié)果均要滿(mǎn)足閘室的抗滑穩(wěn)定要求。
關(guān)鍵詞：飲用水水處理納濾膜分離技術(shù)
前言
膜分離技術(shù)是物質(zhì)分離技術(shù)中的一個(gè)單元操作。膜法分離的最大特點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)力主要為壓力，不伴隨需要大量熱能的變化。因而有節(jié)能、可連續(xù)操作、便于自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。膜分離中的微濾（MF）、超濾（UF）不能脫除各種低分子物質(zhì)，故單獨(dú)使用時(shí)，出水質(zhì)量仍較差。反滲透膜（RO）有較強(qiáng)的去除率，但在去除有害物質(zhì)的同時(shí)也去除了水中大量有益的無(wú)機(jī)離子，出水呈酸性，不符合人體需要。而納濾膜（NF）分離技術(shù)在有效去除水中有害物質(zhì)的同時(shí)，還能保留大多數(shù)人體必須的無(wú)機(jī)離子，且出水pH值變化不大。這種水處理方法對(duì)于我國(guó)目前的飲食結(jié)構(gòu)而言，尤其是營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)單一的人員來(lái)說(shuō)，更易被接受，也更加合理。
為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和研究納濾膜，以便其更有效地應(yīng)用于水處理，我們安裝了兩種型號(hào)的納濾膜設(shè)備并進(jìn)行了比較研究，這兩種型號(hào)的納濾膜均由美國(guó)Trisep公司生產(chǎn)，材質(zhì)為PA，型號(hào)分別為NF1（NFTS40）和NF7（NFTS80）。
1、納濾膜的定義及分離原理
1.1納濾膜的定義、特點(diǎn)
NF膜早期被稱(chēng)為松散反滲透（LooseRO）膜，是80年代初繼典型的RO復(fù)合膜之后開(kāi)發(fā)出來(lái)的?？蛇@樣來(lái)論述“納濾”的概念：適宜于分離分子量在200g/mol以上，分子大小約為1nm的溶解組分的膜工藝。
納濾膜的一個(gè)特點(diǎn)是具有離子選擇性：具有一價(jià)陰離子的鹽可以大量滲過(guò)膜（但并不是無(wú)阻擋的），然而膜對(duì)具有多價(jià)陰離子的鹽（例如硫酸鹽和碳酸鹽）的截留率則高得多。因此，鹽的滲透性主要由陰離子的價(jià)態(tài)決定。
1.2納濾膜的分離原理
納濾過(guò)程之所以具有離子選擇性，是由于在膜上或者膜中有負(fù)的帶電基團(tuán)，它們通過(guò)靜電互相作用，阻礙多價(jià)離子的滲透。根據(jù)文獻(xiàn)［1］說(shuō)明，可能的荷電密度為0.5～2meq/g.
為此，我們可用道南效應(yīng)加以解釋?zhuān)?/p>
ηj=μj+zj.F.φ
式中ηj——電化學(xué)勢(shì)；
μj——化學(xué)勢(shì)；
zj——被考查組分的電荷數(shù)；
F——每摩爾簡(jiǎn)單荷電組分的電荷量（稱(chēng)為法拉第常數(shù)）；
φ——相的內(nèi)電位，并且具有電壓的量綱。
式中的電化學(xué)勢(shì)不同于熟知的化學(xué)勢(shì)，是由于附加了zj.F.φ項(xiàng)，該項(xiàng)包括了電場(chǎng)對(duì)滲透離子的影響。利用此式，可以推導(dǎo)出體系中的離子分布，以計(jì)算出納濾膜的分離性能。
2、納濾膜處理飲用水的應(yīng)用研究
2.1納濾膜處理飲用水的流程
為增強(qiáng)兩種型號(hào)膜組件的可比性，我們采用同一流程，即：
原水10μm保安過(guò)濾器活性炭過(guò)濾5μm保安過(guò)濾器NF7出水。
原水10μm保安過(guò)濾器活性炭過(guò)濾5μm保安過(guò)濾器NF1出水。
其中，10μm保安過(guò)濾器用來(lái)除去原水中的懸浮物；活性炭吸附可去除水中的部分有機(jī)物；5μm保安過(guò)濾器用以保證膜組件的安全正常使用。
2.2試驗(yàn)結(jié)果的分析討論
2.2.1TOC結(jié)果比較
為了研究NF1、NF7兩種膜對(duì)有機(jī)物的去除情況，在相同條件下取原水、活性炭出水及產(chǎn)水率為15%時(shí)的NF1、NF7出水水樣測(cè)定TOC，結(jié)果見(jiàn)圖1.
圖1TOC去除率比較
由圖1可知，在TOC的去除效果上，活性炭對(duì)TOC有一定的去除效果，但仍有一部分未能去除；納濾NF1對(duì)TOC的處理效果較好達(dá)到93.9%；而納濾NF7對(duì)TOC的處理效果不夠理想。
2.2.2色譜-質(zhì)譜聯(lián)機(jī)分析結(jié)果和討論
取原水，活性炭出水，NF1，NF7出水水樣各20L，經(jīng)吸附、洗脫、濃縮，用色譜-質(zhì)譜聯(lián)機(jī)分析。GC/MS結(jié)果見(jiàn)表1.
原水中檢出有機(jī)物26種，這些物質(zhì)中有毒有害物質(zhì)11種，占水中有機(jī)物總數(shù)量的42.3%，其中優(yōu)先控制污染物2種。原水經(jīng)過(guò)活性炭吸附后，有機(jī)物去除了17種，新增11種，對(duì)其中的9種無(wú)去除能力，說(shuō)明活性炭對(duì)有機(jī)物的去除效果不夠理想；經(jīng)過(guò)膜處理后，NF7出水檢出有機(jī)物11種，對(duì)致突變物的去除率為75%；NF1出水檢出3種有機(jī)物，致突變物的去除率為87.5%.說(shuō)明在三致物質(zhì)的去除效果上NF1優(yōu)于NF7.
造成以上結(jié)果的原因大體可這樣描述：在處理有機(jī)物中性組分時(shí)，電的相互影響消失了。對(duì)于這樣的物料，將根據(jù)其分子的大小進(jìn)行分離，分子量超過(guò)200g/mol的組分被完全截留，而摩爾質(zhì)量較低的小分子則可以滲透。對(duì)于有機(jī)物料體系來(lái)說(shuō)，以少量測(cè)量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的擴(kuò)散-溶解模型可以很好地描述納濾膜對(duì)有機(jī)物的分離特性。
2.2.3Ames試驗(yàn)結(jié)果討論
取原水、活性炭出水、NF7、NF1出水各100L進(jìn)行吸附、洗脫、濃縮后進(jìn)行Ames試驗(yàn)．
2.2.4脫鹽率比較
取NF1、NF7進(jìn)出水水樣對(duì)其電導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)定．
3、結(jié)論及建議
（1）NF1對(duì)TOC的處理效果較NF7及活性炭吸附的效果更為理想，達(dá)到93.9%.NF1對(duì)水中有機(jī)物及三致性的去除效率高，出水Ames試驗(yàn)結(jié)果為陰性。（2）NF1在去除水中有害物質(zhì)的同時(shí)，能夠保留較多的無(wú)機(jī)離子，更加符合我國(guó)目前的飲食結(jié)構(gòu)，滿(mǎn)足現(xiàn)有條件下人員的健康需要。（3）在應(yīng)用納濾膜分離技術(shù)處理飲用水時(shí)，建議使用NF1膜組件。（4）納濾膜的分離機(jī)理及相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型需進(jìn)一步探討。
參考文獻(xiàn)：
［1］JjitsuharaI,KimuraS.StructureandPropertiesofChargedUltrafiltrationMembranesofSulfonatedPolysulfone.JChemEng.Japan,1983,16（5）
［2］IkedaK,etal.NewCompositechargedReverseOsmosisMembrane.Desalination,1988,68：109～119
關(guān)鍵詞：數(shù)字水??；魯棒性；分形壓縮；IFS
中圖分類(lèi)號(hào)：TP309 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044(2012)36-8763-02
數(shù)字水印技術(shù)是數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)的重要手段。通過(guò)將版權(quán)信息有效合理地嵌入到數(shù)字產(chǎn)品中，在版權(quán)認(rèn)證時(shí)又能夠及時(shí)將其提取出來(lái)，從而有力地保證了數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)。分形壓縮[1]著眼于圖像的自相似性（或局部自相似性），以IFS(迭代函數(shù)系統(tǒng))和拼貼定理為基礎(chǔ)，對(duì)原始圖像進(jìn)行分形編碼，從而大大減少了表示圖像的信息量。該文將數(shù)字水印技術(shù)與分形壓縮技術(shù)緊密結(jié)合，使得水印的魯棒性得到了很好的提高。
1 數(shù)字水印技術(shù)
對(duì)于一個(gè)靜態(tài)圖像，對(duì)其原始信號(hào)的頻域空間（通過(guò)將原始信號(hào)進(jìn)行頻域變換），運(yùn)用某種算法加入一個(gè)水印信號(hào)，或在一個(gè)寬信道上傳送一個(gè)窄帶信號(hào)[2] ，都可以看成是數(shù)字水印技術(shù)的應(yīng)用體現(xiàn)。
如果用X表示數(shù)字產(chǎn)品的集合、W表示水印信號(hào)的集合、K 表示水印密鑰、G表示水印信號(hào)生產(chǎn)算法、E表示水印信號(hào)加入算法、D表示水印信號(hào)檢測(cè)算法，整個(gè)水印處理系統(tǒng)可用一個(gè)六元體（X，W，K，G，E，D）來(lái)描述。各個(gè)部分之間的關(guān)系可以理解成：G 利用K和X生成W，E再將W加入到X中，待到需要時(shí)，用D從已加入水印信號(hào)的X中提取出W，進(jìn)而對(duì)數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)進(jìn)行認(rèn)證。
2 分形壓縮技術(shù)
分形壓縮技術(shù)主要是通過(guò)分形圖像的自相似性（即圖像的局部與整體具有某種相似性），進(jìn)而對(duì)原始圖像進(jìn)行壓縮編碼與解碼的過(guò)程。通常可分為圖像分割、分割碼本、等距變換、編碼、參數(shù)量化、解碼六個(gè)子過(guò)程（如下）：
3 分形壓縮在數(shù)字水印中的應(yīng)用
由于分形壓縮可將一幅圖像大幅壓縮，比如一個(gè)256*256像素的灰度圖像，需要65536B去存儲(chǔ)，而經(jīng)過(guò)分形壓縮，僅需3954B存儲(chǔ)空間即可。在數(shù)字圖像中嵌入水印信號(hào)的時(shí)候，通過(guò)將原始水印信號(hào)分形壓縮后，再將水印信號(hào)的分形碼嵌入數(shù)字圖像中，而非像原來(lái)那樣嵌入水印原始信號(hào)，就可將水印信息成倍地嵌入。換句話(huà)說(shuō)，原來(lái)數(shù)字圖像中只有一個(gè)水印信號(hào)，而現(xiàn)在卻有多個(gè)水印信號(hào)備份，即使有局部水印信號(hào)被篡改了，也可以通過(guò)其他備份信息來(lái)加以還原，因此水印的魯棒性大大提高。
參考文獻(xiàn)：
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[關(guān)鍵詞]數(shù)字水??；教育資源；版權(quán)保護(hù)
[中圖分類(lèi)號(hào)]G40-057 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [論文編號(hào)]1009-8097（2013）03-0091-04 [DOI]10.3969/j.issn.1009-8097.2013.03.018
一.數(shù)字版權(quán)保護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀
隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，越來(lái)越多的教育資源開(kāi)始以多媒體數(shù)據(jù)的形式表達(dá)，例如用數(shù)碼相機(jī)采集教學(xué)素材、用網(wǎng)上點(diǎn)播看教學(xué)視頻、用MP4播放器聽(tīng)英語(yǔ)等。這些教學(xué)活動(dòng)所涉及的多媒體數(shù)據(jù)蘊(yùn)含了大量?jī)r(jià)值不菲的信息。數(shù)字化技術(shù)精確、大規(guī)模的復(fù)制功能和Internet的全球傳播能力都極大地沖擊著現(xiàn)有版權(quán)制度，數(shù)字教育資源的版權(quán)管理和保護(hù)也是當(dāng)前的一個(gè)難題。
早在上個(gè)世紀(jì)90年代，人們就意識(shí)到在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行數(shù)字作品分發(fā)存在運(yùn)用技術(shù)手段進(jìn)行知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的必要。在學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域，Dartmouth大學(xué)的John S.Erickson在1997年的博士論文中提出了FIRM（一種互操作權(quán)限管理框架），它也是斯坦福數(shù)字圖書(shū)館項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)設(shè)施原型Infobus的協(xié)議之一，用來(lái)將因特網(wǎng)協(xié)議擴(kuò)展為更高層的信息管理協(xié)議。GeorgeMason大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院的Jaehong Park在2003年的博士論文中提出了一種統(tǒng)一的使用控制框架，從理論上探討了各種權(quán)限管理方式的統(tǒng)一建模問(wèn)題。中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所的譚建龍對(duì)Interent內(nèi)容的安全分發(fā)與版權(quán)保護(hù)問(wèn)題進(jìn)行了較為深入的研究，并做了一定的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。香港大學(xué)、西安交通大學(xué)等也在數(shù)字版權(quán)保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域做了不少研究工作。
第一代數(shù)字版權(quán)管理（DRM）技術(shù)主要以安全和加密技術(shù)為主，它對(duì)數(shù)字作品進(jìn)行加密并以對(duì)版權(quán)分配進(jìn)行控制的形式限制對(duì)內(nèi)容的使用，防止非授權(quán)拷貝。雖然成熟的密碼學(xué)可以解決安全傳遞和訪(fǎng)問(wèn)控制，但是一旦解密后，數(shù)字作品便可以隨意地被拷貝，這將給數(shù)字作品制造商帶來(lái)巨大的損失，從而制約著網(wǎng)絡(luò)數(shù)字媒體應(yīng)用的不斷深入。第二代數(shù)字版權(quán)管理技術(shù)變得更加豐富，包括對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)擁有者的有形和無(wú)形資產(chǎn)的全面管理，覆蓋了版權(quán)描述、身份鑒別、內(nèi)容交易、內(nèi)容保護(hù)、版權(quán)使用的監(jiān)控和跟蹤等各個(gè)方面。
網(wǎng)上傳播的多媒體教學(xué)資源同樣存在大量的盜版和侵權(quán)問(wèn)題，如何保護(hù)多媒體教學(xué)資源的版權(quán)已成為近年來(lái)教育界、法律界及計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究中面臨的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題?，F(xiàn)代教育技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)實(shí)呼喚新的技術(shù)來(lái)保證現(xiàn)代教育資源的版權(quán)，從而保護(hù)廣大教師的勞動(dòng)成果，進(jìn)而保證現(xiàn)代教育與學(xué)術(shù)的良好發(fā)展。
二.數(shù)字水印的分類(lèi)
數(shù)字水印是指嵌入在數(shù)字信息中有關(guān)擁有者或授權(quán)者并具有鑒別性但不影響該數(shù)字信息使用價(jià)值的數(shù)字信息（如文字、圖像、序列數(shù)等）。由于具有透明性，穩(wěn)健性和安全性的特點(diǎn)，數(shù)字水印技術(shù)在數(shù)字版權(quán)保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。數(shù)字水印算法能識(shí)別出被嵌入到所保護(hù)對(duì)象內(nèi)的所有者的相關(guān)信息（如注冊(cè)的用戶(hù)號(hào)碼、產(chǎn)品標(biāo)志或有意義的文字等）并能在需要的時(shí)候?qū)⑵涮崛〕鰜?lái)，用來(lái)判別對(duì)象是否受到攻擊，且能夠監(jiān)視被保護(hù)數(shù)據(jù)的傳播以及非法拷貝控制等。現(xiàn)有的基于數(shù)字水印的數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)基本上是面向數(shù)字資源本身的，如數(shù)字媒體內(nèi)容完整性認(rèn)定、數(shù)字媒體篡改及篡改位置的認(rèn)定等。J.cox曾在他的論文中談到，數(shù)字水印由于其良好的應(yīng)用性能必將繼續(xù)為企業(yè)界所使用，特別是在數(shù)字版權(quán)保護(hù)領(lǐng)域。
數(shù)字水印技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅速，到目前已有了大量不同的數(shù)字水印方法，按不同的角度，數(shù)字水印可作如下分類(lèi)：
1.按特性劃分
數(shù)字水印按照特性可以分為魯棒數(shù)字水印和脆弱數(shù)字水印兩大類(lèi)。魯棒數(shù)字水印主要用于在數(shù)字作品中標(biāo)識(shí)著作權(quán)信息，如作者、作品序號(hào)等，它要求嵌入的水印能夠經(jīng)受各種常用的編輯處理；脆弱數(shù)字水印主要用于完整性保護(hù)，與魯棒水印的要求相反，脆弱水印必須對(duì)信號(hào)的改動(dòng)很敏感，人們根據(jù)脆弱水印的狀態(tài)就可以判斷數(shù)據(jù)是否被篡改過(guò)。
2.按水印所附載的媒體劃分
按水印所附載的媒體，我們可以將數(shù)字水印劃分為圖像水印、音頻水印、視頻水印、文本水印以及用于三維網(wǎng)格模型的網(wǎng)格水印等。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，會(huì)有更多種類(lèi)的數(shù)字媒體出現(xiàn)，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的水印技術(shù)。
3.按檢測(cè)過(guò)程劃分
按水印的檢測(cè)過(guò)程可以將數(shù)字水印劃分為明文水印和盲水印。明文水印在檢測(cè)過(guò)程中需要原始數(shù)據(jù)，而盲水印的檢測(cè)只需要密鑰，不需要原始數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，明文水印的魯棒性比較強(qiáng)，但其應(yīng)用受到存儲(chǔ)成本的限制。目前學(xué)術(shù)界研究的數(shù)字水印大多數(shù)是盲水印。
4.按內(nèi)容劃分
按數(shù)字水印的內(nèi)容可以將水印劃分為有意義水印和無(wú)意義水印。有意義水印是指水印本身也是某個(gè)數(shù)字圖像（如商標(biāo)圖像）或數(shù)字音頻片段的編碼；無(wú)意義水印則只對(duì)應(yīng)于一個(gè)序列號(hào)。有意義水印的優(yōu)勢(shì)在于，如果由于受到攻擊或其他原因致使解碼后的水印破損，人們?nèi)匀豢梢酝ㄟ^(guò)視覺(jué)觀察確認(rèn)是否有水印。但對(duì)于無(wú)意義水印來(lái)說(shuō)，如果解碼后的水印序列有若干碼元錯(cuò)誤，則只能通過(guò)統(tǒng)計(jì)決策來(lái)確定信號(hào)中是否含有水印。
5.按水印隱藏的位置劃分
按數(shù)字水印的隱藏位置，我們可以將其劃分為時(shí)（空）域數(shù)字水印、頻域數(shù)字水印、時(shí)/頻域數(shù)字水印和時(shí)間/尺度域數(shù)字水印。時(shí)（空）域數(shù)字水印是直接在信號(hào)空間上疊加水印信息，而頻域數(shù)字水印、時(shí)/頻域數(shù)字水印和時(shí)間/尺度域數(shù)字水印則分別是在DCT變換域、時(shí)/頻變換域和小波變換域上隱藏水印。隨著數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展，各種水印算法層出不窮，水印的隱藏位置也不再局限于上述四種。應(yīng)該說(shuō)，只要構(gòu)成一種信號(hào)變換，就有可能在其變換空間上隱藏水印。
三.基于數(shù)字水印的教育資源版權(quán)保護(hù)分析
教育資源中存在大量的Word文檔，PPT課件，電子書(shū)，教學(xué)音視頻，教學(xué)游戲等數(shù)字產(chǎn)品，針對(duì)不同類(lèi)型的資源使用不同的水印保護(hù)技術(shù)也是非常必要的。
1.文本教育資源
文本數(shù)字水印指在文本中加入水印，最常見(jiàn)的載體文件有TXT、DOC、PDF等格式。據(jù)統(tǒng)計(jì)，80%以上的信息是通過(guò)文字承載與傳播的。在人類(lèi)的所有傳播媒介中，文字的地位最重要。無(wú)論傳播技術(shù)和媒體形式如何變遷，文字的作用在傳承人類(lèi)文明、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的過(guò)程中都是處于核心地位的。在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下保護(hù)各種電子書(shū)籍、合同、證件、契約等文本數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)和信息安全的迫切性和重要性更為突出，與此同時(shí)，在教育資源中，存在大量的Word文檔，PPT課件，電子書(shū)等文本數(shù)字產(chǎn)品，這些文本資源版權(quán)的迫切性及重要性更為突出，因此，進(jìn)行文本數(shù)字水印的教育資源版權(quán)技術(shù)研究也是非常必要的。
2.圖像和視頻教育資源
視頻水印算法的研究幾乎與圖像水印算法同步，1996年FrankHartung等在SPIE會(huì)議上提出的視頻序列直接擴(kuò)頻的水印算法是視頻水印算法的早期代表工作，一般簡(jiǎn)稱(chēng)F&G算法。同年，在英國(guó)劍橋大學(xué)召開(kāi)了首屆國(guó)際信息隱藏會(huì)議（IHW），在2002年首次專(zhuān)門(mén)召開(kāi)數(shù)字水印的會(huì)議（IWDW），以后每年定期舉行。此后發(fā)表的有關(guān)數(shù)字水印的文章呈爆發(fā)趨勢(shì)。2001年，F(xiàn)ridrich提出了無(wú)損認(rèn)證的思想，并實(shí)現(xiàn)了兩種脆弱的無(wú)損水印算法，這是水印認(rèn)證技術(shù)特殊應(yīng)用的早期代表。此后，De Vleeschouwe、Ni等人發(fā)展了半脆弱的無(wú)損認(rèn)證水印。在視頻水印算法研究領(lǐng)域，早期的算法均建立在擴(kuò)頻基礎(chǔ)之上，除F&G算法外，還有如Ton Kalker的JAWS算法、Cox的擴(kuò)頻算法以及Mobasseri的CDMA比特面算法等典型算法。
3.音頻教育資源
數(shù)字音頻水印是將具有特定意義的水印信息嵌入到原始音頻信號(hào)中，嵌入之后對(duì)音頻信號(hào)的質(zhì)量沒(méi)有明顯的影響。人的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)特性差別較大，與圖像水印相比，音頻水印除了具有魯棒性、不可檢測(cè)性、透明性、安全性和自恢復(fù)性等特點(diǎn)外，還有自己的一些特點(diǎn)。早在1954年，美國(guó)Muzac公司申請(qǐng)了一項(xiàng)名為“Identification of sound and Like signals”的專(zhuān)利，將標(biāo)識(shí)水印信息不可感知地嵌入到音樂(lè)中，從而證明所有權(quán)的方法。這是迄今為止所知道的最早的電子水印技術(shù)。2000年，鈕心忻等提出了一種音頻水印算法，利用小波變換對(duì)原始語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行分解，保留小波分解的近似分量，并對(duì)小波分解的近似分量進(jìn)行相關(guān)處理，以便嵌入水印。王讓定等人提出了一種方法，在音頻信息隱藏技術(shù)的基礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音保密通信，并且可以有效抵抗去同步攻擊。陳荔聰?shù)热颂岢鲆环N基于奇偶量化的音頻水印算法，算法在音頻信號(hào)的時(shí)間域上檢索滿(mǎn)足條件的同步信號(hào)區(qū)，當(dāng)含水印的音頻信號(hào)受到裁剪攻擊，可以取出正確的水印。目前，大多數(shù)的研究工作都是圍繞圖像和視頻水印做的，對(duì)音頻水印算法研究的文章和成果相對(duì)較少。
四.教育資源版權(quán)保護(hù)方案
1.教育資源版權(quán)保護(hù)整體方案
為實(shí)現(xiàn)版權(quán)保護(hù)，在使用數(shù)字教育資源前要對(duì)其進(jìn)行處理，即將數(shù)字教育資源版權(quán)信息及作品信息進(jìn)行封裝，封裝時(shí)針對(duì)不同類(lèi)型的資源采用不同的水印封裝技術(shù)。與此同時(shí)，權(quán)利描述機(jī)構(gòu)根據(jù)數(shù)字教育資源的認(rèn)證信息形成權(quán)利信息。當(dāng)有用戶(hù)需要使用文化遺產(chǎn)資源時(shí)，先由認(rèn)定跟蹤機(jī)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行交互認(rèn)定，順利通過(guò)認(rèn)定后，機(jī)構(gòu)根據(jù)用戶(hù)的申請(qǐng)形成用戶(hù)申請(qǐng)權(quán)利信息。使用控制機(jī)構(gòu)根據(jù)數(shù)字教育資源的固有權(quán)利信息與用戶(hù)的申請(qǐng)權(quán)利信息做出使用權(quán)利決策，并將該權(quán)利賦予用戶(hù)，使其在該權(quán)利范圍內(nèi)使用數(shù)字內(nèi)容。在用戶(hù)使用數(shù)字內(nèi)容的整個(gè)過(guò)程中，認(rèn)定跟蹤機(jī)構(gòu)都對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤和行為認(rèn)證，一旦發(fā)現(xiàn)有越權(quán)使用的情況認(rèn)定跟蹤機(jī)構(gòu)就會(huì)及時(shí)地對(duì)該用戶(hù)采取相應(yīng)措施。用戶(hù)使用完數(shù)字教育資源后需進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行行為認(rèn)證，以確保數(shù)字版權(quán)未遭到破壞。圖1是數(shù)字教育資源的數(shù)字權(quán)利認(rèn)定和跟蹤關(guān)鍵技術(shù)研究框架，包括數(shù)字媒體內(nèi)容包裝、數(shù)字權(quán)利動(dòng)態(tài)描述、數(shù)字權(quán)利使用控制以及數(shù)字權(quán)利認(rèn)定和動(dòng)態(tài)跟蹤等。
2.教育資源的水印封裝
水印封裝包括數(shù)字作品統(tǒng)一格式、水印信息的創(chuàng)建、數(shù)字作品內(nèi)容摘要的提取、水印嵌入以及內(nèi)容的安全加密等過(guò)程模塊。其研究框架如圖2：
水印封裝分為7個(gè)基本步驟，具體為：
（1）從數(shù)字教育資源庫(kù)中取出將要處理的數(shù)字作品，將其轉(zhuǎn)換為規(guī)定的符合格式文檔。
（2）從復(fù)合格柵文檔中提取版權(quán)及作品的相關(guān)信息，包括作品ID以及作品創(chuàng)作者描述信息、作品描述信息等。
（3）提取統(tǒng)一格式文檔的內(nèi)容摘要，用于文檔的完整性驗(yàn)證，且作為水印封裝的部分水印信息。
（4）創(chuàng)建固有權(quán)利規(guī)則，指定用戶(hù)可對(duì)該文檔采取的操作，比如瀏覽、復(fù)制、編輯等。
（5）將版權(quán)信息、作品信息、固有權(quán)利規(guī)則和內(nèi)容摘要進(jìn)行編碼，生成水印信息。
（6）在密鑰的控制下，將生成的水印信息封裝到數(shù)字作品中。
（7）在密鑰Seed控制下生成密鑰，對(duì)封裝后的數(shù)字作品進(jìn)行加密操作，形成最終用于的數(shù)字產(chǎn)品。將處理后的數(shù)字作品放入產(chǎn)品信息庫(kù)，將水印封裝過(guò)程中所涉及的密鑰存入密鑰信息庫(kù)。
3.教育資源版權(quán)保護(hù)水印方案
多媒體教學(xué)課件包含著文檔、圖像（包括圖形）、音頻、視頻（包括動(dòng)畫(huà)）等數(shù)字信息內(nèi)容，而與這些內(nèi)容形式的數(shù)字資源相對(duì)應(yīng)，分別有文檔水印、圖像水印、音頻水印、視頻水印等。最典型的三分屏課件包括三個(gè)部分：教師講課的音視頻、PowerPoint（當(dāng)然也可能是其他電子文檔）和課程綱要，則其數(shù)字水印版權(quán)保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)該是包含語(yǔ)音，文本，圖像，視頻水印的綜合應(yīng)用系統(tǒng)，如圖3。
對(duì)于需要進(jìn)行版權(quán)保護(hù)的數(shù)字教學(xué)資源，根據(jù)數(shù)字信息類(lèi)型選擇相應(yīng)的數(shù)字水印子系統(tǒng)進(jìn)行水印的嵌入。這樣，嵌入了數(shù)字水印的數(shù)字教學(xué)資源再進(jìn)行必要的資源共享和開(kāi)放。當(dāng)發(fā)現(xiàn)自己的這些數(shù)字教學(xué)資源有被非法復(fù)制和使用時(shí)，就可以將此侵權(quán)行為訴諸法律，通過(guò)從包含水印的數(shù)字教學(xué)資源中提取出能代表自己個(gè)人信息的數(shù)字水印來(lái)保護(hù)自己的版權(quán)。
【關(guān)鍵詞】 混沌序列 圖像水印 嵌入算法
一、前言
作為多媒體數(shù)據(jù)的內(nèi)容認(rèn)證與版權(quán)保護(hù)技術(shù)，數(shù)字水印得到了大量研究和應(yīng)用。這種保密方案主要使用到電子產(chǎn)品版權(quán)的保護(hù)中，因此具有了魯棒性、不可感知性以及安全性等各種特征，這些特征也正是確保圖像傳輸安全性所需。因此，研究該技術(shù)必然具有現(xiàn)實(shí)意義。
二、混沌序列理論
2.1 混沌映射
經(jīng)過(guò)函數(shù)映射，就能夠得到良好的一維非線(xiàn)性映射，該映射具有隨機(jī)統(tǒng)計(jì)特征。因其生產(chǎn)出來(lái)的混沌序列屬于某區(qū)域中的混沌序列，而且該序列為整數(shù)值，具有隨機(jī)性，對(duì)初值非常敏感。定義如下所示：
其中第一個(gè)式子表示不大于符號(hào)內(nèi)值的最大整數(shù)，第二式子表示不小于符號(hào)內(nèi)值的最小整數(shù)。而xk∈{1，2，...m}，參數(shù)為a∈{1，2，...m}。
2.2 生成混沌序列
上式混沌映射經(jīng)過(guò)了n次迭代之后就形成了新的混沌映射，也就是本論文所要使用的映射，當(dāng)然所得的混沌映射式同樣具備混沌特征，也就是具有xk+1= f na（ xk）；假如給定了初始值x0，其參數(shù)a，m獲得值與迭代次數(shù)n值就已經(jīng)被確定了，自然也就生成了混沌序列是：{xk；k=0，1，2，3，...}，這個(gè)序列同樣具備了混沌特征，自然也就對(duì)初始的條件x0非常敏感。
三、計(jì)算圖像水印嵌入的強(qiáng)度因子
按照HVS（人眼視覺(jué)系統(tǒng)）的特征，嵌入的水印強(qiáng)度比某門(mén)限低時(shí)，人眼感知圖像的質(zhì)量相同，就不能夠看見(jiàn)嵌入的水印，該門(mén)限值也就是臨界不可見(jiàn)門(mén)限。所以所選水印嵌入強(qiáng)度因子是不是適當(dāng)是水印算法的關(guān)鍵之處。
要確定水印強(qiáng)度因子，就必須要滿(mǎn)足人類(lèi)的視覺(jué)系統(tǒng)特征，同時(shí)要依據(jù)原來(lái)圖像內(nèi)容合理的進(jìn)行調(diào)整，水印嵌入的次數(shù)不能夠太多，如果太多必然會(huì)因多次水印相加的平均積累引入誤差。所以應(yīng)用這個(gè)算法過(guò)程中，僅僅有兩次水印能夠自動(dòng)滿(mǎn)足嵌入所需，一次就是將水印低頻嵌入到子圖Hn0中，另一次就是把水印嵌入三個(gè)細(xì)節(jié)子圖Hn1，Hn2及Hn3中數(shù)值較大的小波系數(shù)之中。
四、算法設(shè)計(jì)
從上面的具體分析來(lái)看，實(shí)施嵌入算法的步驟如下所示：
其一對(duì)水印反色進(jìn)行預(yù)處理；設(shè)定水印選擇了256級(jí)的灰度圖像，如果水印的像素平均值超過(guò)了127，就要反色處理，確保水印的高平均像素具有不可見(jiàn)性。其二完成反色預(yù)處理后，就必須要對(duì)水印實(shí)施混沌映射處理，把完成置亂的各個(gè)像素按照掃描順序形成一維序列。其三把H（原始圖像）經(jīng)過(guò)n級(jí)的小波變化，讓低頻子圖大小和水印大小二者非常相同，對(duì)原始圖像進(jìn)行變換后形成最后一級(jí)的小波變換，就能夠獲得四個(gè)子圖，分別為Hn0、Hn1、Hn2、Hn3。其四水印嵌入；在水印的嵌入過(guò)程中，就要依據(jù)圖像的小波子圖分塊不同計(jì)算出嵌入強(qiáng)度因子。低頻子圖Hn0所得嵌入強(qiáng)度因子即為a1；可以通過(guò)計(jì)算所得。而嵌入水印氛圍了兩個(gè)步驟，首先要把水印的一維序列嵌入到低頻子圖的各分塊中，可得嵌入強(qiáng)度的因子是a1；之后依據(jù)水印序列值個(gè)數(shù)就能夠獲取三個(gè)細(xì)節(jié)所得各個(gè)子圖，并從子圖中獲取個(gè)數(shù)相同的大系數(shù)值，一般都是按照絕對(duì)值的大小取，并對(duì)該系數(shù)值水印嵌入。就能夠獲取嵌入的強(qiáng)子因素是a2.其五通過(guò)n級(jí)的小波反變換，就能夠獲得反應(yīng)后圖像Hw。事實(shí)上，提取水印算法就是嵌入逆過(guò)程，而提取水印過(guò)程中就必須要合理利用原始圖像。
五、結(jié)束語(yǔ)
事實(shí)上，這種算法的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了傳統(tǒng)加密算法，而且加密比較好，且不易破解。嵌入算法加密效果好、加密速度快，而且抗攻擊性強(qiáng)及初始值敏感等各種特征，具有較好的抗干擾性與魯棒性，因此具有實(shí)用價(jià)值。
參 考 文 獻(xiàn)
[1]王宏霞，何晨，丁科.基于混沌映射的魯棒性公開(kāi)水印[J].軟件學(xué)報(bào)，2004，15（08）：1245-1246.
關(guān)鍵詞：關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)；數(shù)字水?。籬ash函數(shù)
1.引言
數(shù)據(jù)庫(kù)水印就是在數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)中嵌入水印達(dá)到保護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)所有權(quán)的一種技術(shù)，是近年來(lái)數(shù)據(jù)庫(kù)安全領(lǐng)域快速發(fā)展的一個(gè)重要分支。它可以借鑒多媒體數(shù)字水印技術(shù)的原理和思想，但與多媒體數(shù)據(jù)相比較，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)字水印技術(shù)要困難很多，因?yàn)殛P(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)還有許多特點(diǎn)：
1） 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)由若干獨(dú)立元組組成，每個(gè)元組的各個(gè)字段的值是確定的，冗余很小；
2） 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)行和列的順序是無(wú)序的；
3） 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)經(jīng)常要進(jìn)行增加、刪除、修改。
由于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)有其自己的特殊性，這些都使數(shù)字水印的嵌入和提取成為難題。因此，數(shù)據(jù)庫(kù)水印的算法考慮如下：
( 1) 魯棒性，數(shù)據(jù)庫(kù)水印能夠經(jīng)受住數(shù)據(jù)更新和攻擊；
( 2) 透明性，數(shù)字水印不能被用戶(hù)察覺(jué)，不會(huì)因?yàn)榧恿怂《绊戧P(guān)系數(shù)據(jù)的使用。
2.數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)字水印模型
一般數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)字水印模型主要包括3個(gè)算法：數(shù)字水印生成算法、數(shù)字水印嵌入算法和數(shù)字水印提取算法。
2.1數(shù)字水印生成模型
數(shù)字水印可以是文本、圖像等，想把水印嵌入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，必須要對(duì)水印進(jìn)行預(yù)處理，把它轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制流。水印生成模型如圖1所示：
圖1 數(shù)字水印生成模型
2.2數(shù)字水印嵌入模型
數(shù)字水印的嵌入通常是把處理好的二進(jìn)制水印通過(guò)數(shù)字水印嵌入算法隱藏到數(shù)據(jù)庫(kù)的某些數(shù)據(jù)中，而不影響數(shù)據(jù)庫(kù)的使用。水印嵌入模型如圖2所示：
圖2 數(shù)字水印嵌入模型
2.3數(shù)字水印提取模型
數(shù)字水印的提取通常是利用密鑰，通過(guò)水印提取算法從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取出水印信號(hào)，解預(yù)處理后，再恢復(fù)為原有的數(shù)字水印信號(hào)。
圖3 數(shù)字水印提取模型
3.關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)字水印算法
關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的行被稱(chēng)為“元組”，列被稱(chēng)為“字段”。元組是字段的集合，字段有不同的類(lèi)型和取值，考慮到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)和不破壞數(shù)據(jù)庫(kù)的使用價(jià)值，針對(duì)數(shù)值型字段值進(jìn)行數(shù)字水印。在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)里，數(shù)值型字段有1個(gè)或多個(gè)，他們的有效位數(shù)是不同的，有的有效位數(shù)多，有的有效位數(shù)少，本文采取了對(duì)數(shù)值型字段的最低有效位進(jìn)行數(shù)字水印的嵌入算法。
3.1算法描述
（1）水印預(yù)處理：將文本水印轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制并進(jìn)行糾錯(cuò)編碼處理；
（2）水印的嵌入：通過(guò)單向哈希函數(shù)HASH確定數(shù)字水印的嵌入位置，然后把二進(jìn)制水印按順序嵌入到選定元組的數(shù)值型數(shù)據(jù)的最低有效位上；
（3）水印的提?。簩?duì)水印數(shù)據(jù)庫(kù)庫(kù)中的數(shù)值型字段計(jì)算函數(shù)HASH值，然后順序提取各嵌入位0、1序列，最后再恢復(fù)成水印信息。
3.2數(shù)字水印預(yù)處理
本文采用的是文本水印W，可以由各種字符組成，按照ASCII碼表將每個(gè)字符用一個(gè)字節(jié)表示，然后順序排列，得到了二進(jìn)制比特流，然后分成4組，不足的添0補(bǔ)齊。最后用海明碼對(duì)水印信息進(jìn)行糾錯(cuò)編碼。
有效的糾錯(cuò)編碼方法有很多種，最簡(jiǎn)單也是最早的方法之一是海明碼，它保證了任意兩個(gè)編碼信息至少有3個(gè)比特不同，并可以對(duì)單個(gè)比特錯(cuò)誤進(jìn)行修正。復(fù)雜一點(diǎn)的編碼有BCH和網(wǎng)格碼，可以糾正更多錯(cuò)誤。這些編碼經(jīng)常根據(jù)符號(hào)糾錯(cuò)的方法來(lái)描述，不同編碼適合不同的錯(cuò)誤類(lèi)型。例如，海明編碼處理隨機(jī)錯(cuò)誤效果較好，而B(niǎo)CH編碼處理突發(fā)錯(cuò)誤（連續(xù)符號(hào)群發(fā)錯(cuò)誤）效果較好。
3.3數(shù)字水印嵌入位置
數(shù)據(jù)庫(kù)的容量是巨大的，而水印信號(hào)是有限的，要嵌入水印信號(hào)的元組數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于數(shù)據(jù)庫(kù)包含的元組，因此要選擇一定數(shù)量的元組進(jìn)行水印的嵌入，以減少工作量和避免對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的大量修改。數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)經(jīng)常變動(dòng)，所以要在不同情況下找到嵌入水印的元組就要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中元組進(jìn)行標(biāo)記．同時(shí)在提取水印時(shí)，使用一樣的標(biāo)記可以找到這個(gè)元組．
3.4數(shù)字水印嵌入算法
1 )將文本水印信息轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制形式；
2 )利用海明碼對(duì)二進(jìn)制水印進(jìn)行糾錯(cuò)編碼；
3 )計(jì)算HASH值ID和控制因子C，確定數(shù)字水印的嵌入位置T；
4 )根據(jù)T的值，按照水印二進(jìn)制流的順序，將0、1代碼依次嵌入各數(shù)值型字段的最低比特位。
3.5數(shù)字水印提取算法
1 )針對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)值型字段，計(jì)算HASH函數(shù)的值，再通過(guò)控制因子C找到嵌入水印的位置；
2 )根據(jù)水印嵌入的位置， 順序提取各嵌入位的0、1序列；
3 )根據(jù)0、1序列恢復(fù)成水印信息。
4.總結(jié)
數(shù)據(jù)庫(kù)水印技術(shù)是數(shù)據(jù)庫(kù)安全領(lǐng)域的新生事物，雖然數(shù)據(jù)庫(kù)水印技術(shù)困難很大，研究進(jìn)展緩慢，但數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)字水印技術(shù)的研究具有很重要的理論意義和廣闊的應(yīng)用前景。本文闡述了數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)字水印的基本原理和通用模型，并具體介紹了一種基于數(shù)值型字段的數(shù)字水印算法，該算法經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明具有較強(qiáng)的魯棒性和健壯性。
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關(guān)鍵詞：原型技術(shù)，總體框架設(shè)計(jì)建模技術(shù)，模塊設(shè)計(jì)，軟件水印
原型技術(shù)是過(guò)程建模新技術(shù)，它可在運(yùn)行中被檢查、測(cè)試、修改，直到它的性能達(dá)到用戶(hù)需求為止,因而這個(gè)工作模型很快就能轉(zhuǎn)換成原樣的目標(biāo)系統(tǒng)。如圖所示，try{showAd(3,0,1);}catch(ex){}基于指令分布的軟件水印原型系統(tǒng)采用中央控制架構(gòu)，由Core Manager組件統(tǒng)一控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，系統(tǒng)分成四個(gè)部分：
第一部分用于和用戶(hù)進(jìn)行交互，采集用戶(hù)的需求信息，并且進(jìn)行存儲(chǔ)。。這個(gè)部分由User Interface Manager組件在CoreManager控制下進(jìn)行管理。
第二部分是文件處理部分，用于根據(jù)用戶(hù)的要求從硬盤(pán)讀取文件，并且進(jìn)行格式檢查，反匯編等操作，然后存儲(chǔ)相應(yīng)結(jié)果。這部分由File Manager組件組成，F(xiàn)ileManager組件在Core Manager控制和協(xié)調(diào)下進(jìn)行管理，包括硬盤(pán)文件和File Manager組件。
第三部分是CoreManager根據(jù)用戶(hù)的要求和各種保護(hù)插件的要求，選擇適合的保護(hù)插件進(jìn)行對(duì)目標(biāo)軟件的代碼的修改的過(guò)程。此部分主要由ILProcess組件組成，由CoreManager根據(jù)用戶(hù)要求調(diào)用ILProcess組件中相應(yīng)的處理函數(shù)。
第四部分是代碼本的管理，由類(lèi)Codebook組成，這部分相對(duì)獨(dú)立于前面三個(gè)部分，由Core Manager根據(jù)用戶(hù)要求通過(guò)類(lèi)Codebook調(diào)用代碼本中選取的指令對(duì)目標(biāo)程序進(jìn)行嵌入/提取水印等。由于水印信息是由代碼本中的指令表示的，所以此部分必須相對(duì)獨(dú)立，User Interface Manager組件跟類(lèi)Codebook沒(méi)有直接聯(lián)系。。
系統(tǒng)總體構(gòu)架圖
其中，圖中的中空箭頭表示數(shù)據(jù)流，實(shí)線(xiàn)箭頭表示控制流。六邊型表示最高級(jí)的控制組件，棱臺(tái)表示各個(gè)部分的控制組件，圓柱表示存儲(chǔ)信息的組件，笑臉表示用戶(hù)。
一、用戶(hù)要求管理模塊的設(shè)計(jì)
用戶(hù)需求管理模塊負(fù)責(zé)與用戶(hù)進(jìn)行交互，把用戶(hù)的要求(如：要進(jìn)行保護(hù)的目標(biāo)軟件的路徑，需要嵌入的水印信息，用戶(hù)的密鑰等)保存在一個(gè)類(lèi)中。對(duì)于本部分，可以在Visual Studio.net平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)一個(gè)圖形用戶(hù)接口(Graph User Interface)。用戶(hù)的要求通過(guò)User Interface Manager存儲(chǔ)在UserRequirement類(lèi)中，而Core Manager根據(jù)UserRequirement類(lèi)中存儲(chǔ)的信息來(lái)作出相應(yīng)的決定(如：調(diào)用什么插件，做什么樣的操作，是嵌入水印還是提取水印等)。
二、文件控制分析模塊設(shè)計(jì)
通過(guò)核心組件CoreManger控制文件控制分析模塊完成文件控制以及反匯編功能。.NET平臺(tái)的程序雖然是合法的PE文件，但是由于metadata的存在使得可執(zhí)行文件的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，對(duì)于小型的程序，metadata可以占據(jù)整個(gè)程序文件大小的80%，所以必須有一個(gè)組件負(fù)責(zé)文件的物理結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)間的轉(zhuǎn)換，由File Manager負(fù)責(zé)該工作。
三、代碼本類(lèi)codebook設(shè)計(jì)
在算法中，代碼本V是保密的，V的選取決定了此算法抗攻擊的類(lèi)型與強(qiáng)健性。Stern等人提出的基于指令分布的軟件水印算法中選取使用頻率高的n條指令構(gòu)成代碼本，只考慮了算法本身，沒(méi)有考慮具體實(shí)現(xiàn)時(shí)的限制因素。在實(shí)際算法中，根據(jù)MSIL指令集特點(diǎn)，被選取的指令組必須同時(shí)滿(mǎn)足如下四個(gè)條件：
1.只在基本指令和對(duì)象操作指令中選取V的成員。
2.選取那些能夠經(jīng)受各種常用代碼攻擊的指令組作為V中的成員。
3.選取編譯器輸出的代碼中經(jīng)常出現(xiàn)的指令組。
4.選取的指令組必須相互獨(dú)立。。
四、目標(biāo)代碼保護(hù)插件設(shè)計(jì)
該模塊使用插件對(duì)目標(biāo)代碼進(jìn)行保護(hù)，插件架構(gòu)是本文所做工作的一個(gè)特點(diǎn)。由于軟件水印技術(shù)是軟件保護(hù)是一個(gè)新興的學(xué)術(shù)分支，并且當(dāng)前有很多種軟件水印算法（如靜態(tài)軟件水印和動(dòng)態(tài)軟件水印等等），各種新技術(shù)不斷出現(xiàn)，為了保證本系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，所以決定使用插件來(lái)進(jìn)行真正的保護(hù)工作。在本原型系統(tǒng)中，首先通過(guò)核心組件Core Manager讀取UserRequirement對(duì)象中的用戶(hù)要求信息，并根據(jù)用戶(hù)要求信息調(diào)用保護(hù)插件，在本文中Core Manager通過(guò)Plug InWatermarking(SWM)調(diào)用實(shí)現(xiàn)本文算法的插件SWM，插件SWM根據(jù)用戶(hù)輸入的水印信息和代碼本類(lèi)codebook對(duì)il臨時(shí)文件進(jìn)行嵌入水印。
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