互聯網時代下數字化藝術品防偽系統的設計

王亞東　許憲東

摘 要：隨著互聯網的快速發展，藝術品的信息交流變得日益便捷，藝術品的數字化存儲、傳播成為現實，為應和數字化藝術品版權保護的需求以及應對未授權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，當前我國的數字化藝術品保護仍存在很多問題，嚴重阻礙我國數字化藝術品的發展與傳播。文章對我國數字化藝術品的現狀進行闡述，分析藝術品版權保護中存在的問題，并詳細設計了一套數字化藝術品保護軟件，實現了對數字化藝術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現的主要算法。

關鍵詞：數字化藝術品；版權；數字水印

中圖分類號：TP309 文獻標志碼：A 文章編號：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

在當今互聯網+時代，人們普遍可以用計算機進行圖像的處理和儲存以及一些音頻、文本信息的制作。因為這些信息會很容易被復制、處理、傳播，所以對于作者版權的保護就顯得極其重要。現如今，在防止數字產品（如電子出版物、音頻、圖像等）被侵權、盜版和任意改動的方式方法，已經變成了一個日益嚴重的問題。

現在的許多的藝術作品都是以數字圖像的方式保存的，而數字圖像非常容易被復制、修改，所以在是否侵權的問題上很容易引起爭端，現如今各國的版權法都規定，在受版權法保護內的作品必須具備的一個要求是：可以被一種有形的方法來復制，當一個數字藝術作品被轉化成了數字編碼的時候，也同樣屬于一種有形的方式，而且數字編碼的方式僅僅是把一個藝術作品數字化，也不會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，并不會影響到這個作品被保護的權利。

但是現在并沒有一些特別行之有效的方式，在這個維權困難的背景下，一個幫助數字化藝術作品確權的系統，就顯得十分有必要了。

2 系統的設計與實現

系統的總體設計目標是建立一個基于WEB的數字化藝術品版權鑒別系統，主要功能是可以在已知圖像中加入、提取一個透明的、不可見的數字水印。在嵌入水印的圖像上經過一些簡單的修改，不會影響水印的提取以及水印提取之后的質量。此系統可以為一些需要版權、防偽等功能的數字化藝術品文件提供了防偽、確權的能力。可用于數字化藝術品版權的保護。

2.1 設計思路

系統采用JSP+MYSQL技術，搭建基于WEB的數字化藝術品防偽檢測平臺，核心功能是透明數字水印技術，在已知的數字化藝術品圖像中嵌入一個預先設定好的數字簽名圖片來進行防偽認證、在版權糾紛時可提取數字化藝術品中的數字簽名水印來進行版權確認。并具有一定的魯棒性。

2.2 功能結構

系統采用B/S模式。主要功能包括用戶申請、用戶登錄、定制專屬水印圖像、提交作品、數字水印嵌入、數字水印提取（確權）、用戶管理等模塊。

2.3 關鍵技術

本系統采用的是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）這一項是M×N矩陣中坐標為（m，n）這個點上面的元素的原始值，F（u，v）這一項是這個點經過離散余弦變換之后所對應的那個值。

將經過變換的值逆變換為點的公式為：

從上面的公式里面可以看出變化的只是一個系數，也就是坐標點的原始的值，因為圖片上有很多很多的像素點，所以，具體的點在不知道的情況下，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制性。

如果對一張圖像進行上面操作，那么上述算法的工作量會特別特別大，所以，根據算法的一些特性，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、整數運算、使整個運算速度大大提高，滿足對圖像所要求的精度和速度，而且還比較容易實現。

圖像的魯棒性是指圖像在經歷了各種信號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，失真不是很嚴重，抗攻擊能力強。數字化藝術品在遭受面目全非的攻擊后，喪失了原數字化藝術品的全部或大部分特征，即不涉及侵權問題。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保護問題。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能力。

3 系統測試

在系統測試中，我們采用標準的Lena256*256的彩色圖像來代表數字化藝術品。用一個16*16的黑白位圖來代表防偽標記。

圖1是采用FDCT后加入數字水印后的效果。左側為原始圖片即標準的Lena256*256的彩色圖像、右側為加入水印后的效果。從視覺角度看幾乎沒有區別。

圖2是采用數字水印提取技術對含有水印圖片進行水印提取后的效果。左側為含有水印的效果圖、右側為提取后的防偽標記位圖。防偽標記位圖清晰明確。

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

4 結束語

數字化藝術品保護軟件的核心是通過FDCT快速離散余弦變化算法實現的，此算法處理過的圖片魯棒性非常好，圖片經過一些常見的處理之后可以相對完整的提取出隱藏的信息，并通過Struts2開源框架進行開發。可方便用戶對數字化藝術品進行數字簽名水印嵌入與確權，從技術上保證數字化藝術品的版權問題，具有一定的使用價值與現實意義。

參考文獻：

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