互联网时代下数字化艺术品防伪系统的设计

王亚东　许宪东

摘 要：随着互联网的快速发展，艺术品的信息交流变得日益便捷，艺术品的数字化存储、传播成为现实，为应和数字化艺术品版权保护的需求以及应对未授权使用所面临的困难提供了新的要求，并越来越被人们所重视。但是，当前我国的数字化艺术品保护仍存在很多问题，严重阻碍我国数字化艺术品的发展与传播。文章对我国数字化艺术品的现状进行阐述，分析艺术品版权保护中存在的问题，并详细设计了一套数字化艺术品保护软件，实现了对数字化艺术品的不可见水印的添加和提取的功能，采用FDCT离散余弦变换作为实现的主要算法。

关键词：数字化艺术品；版权；数字水印

中图分类号：TP309 文献标志码：A 文章编号：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

在当今互联网+时代，人们普遍可以用计算机进行图像的处理和储存以及一些音频、文本信息的制作。因为这些信息会很容易被复制、处理、传播，所以对于作者版权的保护就显得极其重要。现如今，在防止数字产品（如电子出版物、音频、图像等）被侵权、盗版和任意改动的方式方法，已经变成了一个日益严重的问题。

现在的许多的艺术作品都是以数字图像的方式保存的，而数字图像非常容易被复制、修改，所以在是否侵权的问题上很容易引起争端，现如今各国的版权法都规定，在受版权法保护内的作品必须具备的一个要求是：可以被一种有形的方法来复制，当一个数字艺术作品被转化成了数字编码的时候，也同样属于一种有形的方式，而且数字编码的方式仅仅是把一个艺术作品数字化，也不会因此而丧失掉了其他的特性，只是换了一种保存的方式而已，所以，并不会影响到这个作品被保护的权利。

但是现在并没有一些特别行之有效的方式，在这个维权困难的背景下，一个帮助数字化艺术作品确权的系统，就显得十分有必要了。

2 系统的设计与实现

系统的总体设计目标是建立一个基于WEB的数字化艺术品版权鉴别系统，主要功能是可以在已知图像中加入、提取一个透明的、不可见的数字水印。在嵌入水印的图像上经过一些简单的修改，不会影响水印的提取以及水印提取之后的质量。此系统可以为一些需要版权、防伪等功能的数字化艺术品文件提供了防伪、确权的能力。可用于数字化艺术品版权的保护。

2.1 设计思路

系统采用JSP+MYSQL技术，搭建基于WEB的数字化艺术品防伪检测平台，核心功能是透明数字水印技术，在已知的数字化艺术品图像中嵌入一个预先设定好的数字签名图片来进行防伪认证、在版权纠纷时可提取数字化艺术品中的数字签名水印来进行版权确认。并具有一定的鲁棒性。

2.2 功能结构

系统采用B/S模式。主要功能包括用户申请、用户登录、定制专属水印图像、提交作品、数字水印嵌入、数字水印提取（确权）、用户管理等模块。

2.3 关键技术

本系统采用的是FDCT变换法，采用DCT（Discrete Cosine Transform）变换。用二维离散余弦变换定义M×N矩阵的公式是：

在上面的公式里边，f（m，n）这一项是M×N矩阵中坐标为（m，n）这个点上面的元素的原始值，F（u，v）这一项是这个点经过离散余弦变换之后所对应的那个值。

将经过变换的值逆变换为点的公式为：

从上面的公式里面可以看出变化的只是一个系数，也就是坐标点的原始的值，因为图片上有很多很多的像素点，所以，具体的点在不知道的情況下，非常难以确定，可以保证算法的安全性，也就保证了水印也就是隐藏信息的安全性以及不可复制性。

如果对一张图像进行上面操作，那么上述算法的工作量会特别特别大，所以，根据算法的一些特性，采用一种快速的算法，即FDCT（快速离散余弦变换算法）。

快速离散余弦变换是通过线性变换、整数运算、使整个运算速度大大提高，满足对图像所要求的精度和速度，而且还比较容易实现。

图像的鲁棒性是指图像在经历了各种信号处理或者各种攻击后，依然具有一定的保真度。图像还是可以辨别，失真不是很严重，抗攻击能力强。数字化艺术品在遭受面目全非的攻击后，丧失了原数字化艺术品的全部或大部分特征，即不涉及侵权问题。只有在受到部分或微小的变形后，依然保持着原图片的绝大部分特征的情况下才涉及版权保护问题。快速离散余弦变换算法在这种情况下具有良好的鲁棒性，依然具有良好的确权能力。

3 系统测试

在系统测试中，我们采用标准的Lena256*256的彩色圖像来代表数字化艺术品。用一个16*16的黑白位图来代表防伪标记。

图1是采用FDCT后加入数字水印后的效果。左侧为原始图片即标准的Lena256*256的彩色图像、右侧为加入水印后的效果。从视觉角度看几乎没有区别。

图2是采用数字水印提取技术对含有水印图片进行水印提取后的效果。左侧为含有水印的效果图、右侧为提取后的防伪标记位图。防伪标记位图清晰明确。

图3是针对变形后的水印图形进行提取的效果图。左侧为含有水印的图像被恶意破坏后的效果图、右侧为提取后的防伪标记位图。可以看出防伪标记依然可识别。抗攻击的鲁棒性较好。

4 结束语

数字化艺术品保护软件的核心是通过FDCT快速离散余弦变化算法实现的，此算法处理过的图片鲁棒性非常好，图片经过一些常见的处理之后可以相对完整的提取出隐藏的信息，并通过Struts2开源框架进行开发。可方便用户对数字化艺术品进行数字签名水印嵌入与确权，从技术上保证数字化艺术品的版权问题，具有一定的使用价值与现实意义。

参考文献：

[1]孔宪君，许宪东，王亚东.低频水印算法的研究与应用[J].林业机械与木工设备，2007（2）.

[2]许宪东，王亚东.DCT中频与图像置乱的数字水印技术[J].黑龙江科技信息，2009（7）.

[3]许宪东.DCT水印中拉伸系数与嵌入位置的选择[J].计算机应用与软件，2006（9）.

[4]安波.DCT域图像水印技术[J].信息技术，2005（7）.

[5]王岩，于凤沛，金言，等.基于经验模态分解的数字水印技术研究[J].科技创新与应用，2013（32）：29-30.