基于水印技术的防伪花纸制作技术框架研究

王俊祥 杨波 朱永红

(景德镇陶瓷学院机电学院，江西景德镇333403)

基于水印技术的防伪花纸制作技术框架研究

王俊祥 杨波 朱永红

(景德镇陶瓷学院机电学院，江西景德镇333403)

借鉴针对数字多媒体的版权论证方法--数字水印技术，提出一种防伪花纸制作的技术框架，同时给出其可行性分析。本文提出的技术方案将从技术上解决景德镇陶瓷的版权保护问题。

数字水印，版权论证，花纸制作，陶瓷防伪

1 前言

景德镇，一个与“中国”同名的城市，以其千年的制瓷文化蜚声海内外。然而，近年来受到利益的驱使，“景德镇”等诸多品牌名瓷，特别是由美术大师创作的艺术名瓷被大肆地盗用和冒仿，这不仅损害了美术大师们的名誉和创作热情，而且损害了“景德镇”这块千年金字招牌在世人面前的形象，最终给景德镇的经济发展带来了负面的影响。

因此，如何加强对景德镇陶瓷品牌特别是景德镇名人名作的版权保护显得至关重要。为此，政府部门以及有关媒体和学者给出了相应的关注和建议。其中论文[1,2]是针对2004年景德镇原产地保护申请的几点分析和建议，论文[3-7]研究了景德镇陶瓷行业的知识产权问题，分析了当下存在的各种盗用、仿冒现象，给出了陶瓷行业特别是名人名作的界定标准，同时就各种侵权行为给予定性分析并最终提出相应的积极措施，以在法律层面上有效的遏制侵权行为的发生同时强化知识产权保护意识。

然而，目前绝大部分的研究措施均是从法律和行政层面探讨版权保护的方式，未能在技术上有效地遏制景德镇名瓷的仿制，掐断仿制的源头。为此，本文提出“基于水印技术的防伪花纸制作技术框架”，并给出相应的可行性分析，为日后应用提供理论依据。

数字水印技术作为版权保护的一种主流技术，在近十几年内发展十分迅速，众多学者们己经给出了一些较有影响的算法：Tirkel[8]提出了一种典型空间数据隐藏算法(最低有效位算法LSB)。Schyndel[9]提出的LSB算法利用了一个扩展m序列作为水印。Wolfgang[10]把m序列扩展成二维，并应用互相关函数改进了检测过程。Pitas[11]提出了Patchwork算法。Brassil[12]提出了在通用文档图像中隐藏特定二进制信息的技术。然而，绝大部分水印技术都是针对文本、图像、视频等数字媒体数据设计的，没有针对陶瓷这种特殊载体的水印技术。

本论文通过花纸载体将水印附着到陶瓷载体之上以实施版权保护。以下部分将分别给出整体的技术框架和可行性分析。

2 技术框架

借鉴数字水印技术实现对名人艺术瓷的版权保护，将版权信息(例如：作者的名称、作品的序列号等信息)作为水印，以一种特殊的方式嵌入到需要保护的作品之中以实现对其版权的保护作用。当出现纠纷时，只需将该名人作品通过特殊的方式扫描到计算机中，然后根据设计的水印提取算法判断是否可以从陶瓷扫描图片中提取出应有的版权信息即可判断此陶瓷作品是否为赝品。整体技术框架分为三大模块：(1)版权信息的制备--水印制备；(2)版权保护--水印信息的嵌入；(3)版权鉴别--水印信息的提取和识别。以下给出每个模块的说明：

(1)水印制备：

水印信息的内容可以根据作者的意图任意设计，如作者姓名、签名、陶瓷编号等，其主要目的是证明作品的版权所属；该信息将在水印提取后的版权鉴别中起作用。水印生成过程如图1所示：

(2)水印嵌入：

天然气水合物识别标志主要有直接标志和间接标志。直接标志主要是通过对海洋沉积物原地钻探取样分析，判断天然气水合物晶体的存在；或通过载人或自制潜艇下水直接勘察，看海底表层是否有水合物。间接标志是通过地球物理、地质、地球化学等方法，判断是否有天然气水合物所能造成的异常存在，进而间接推测地层中是否富含天然气水合物；其中，地球物理是最重要的识别标志，是天然气水合物勘探的主要手段[12-13]。目前在巴伦支海还未开展直接标志相关工作，但综合分析目前各种间接标志，可推测巴伦支海海底蕴含丰富的天然气水合物。

水印嵌入是将水印信息作为调制信息，载体信息作为载波信息，根据水印的内容对载体内容进行微量的修改调制以达到将水印信息嵌入载体之中的目的。

嵌入过程必须满足两大技术指标：a)调制强度足够小；目的是保证在视觉上分辨不出载体是否含有水印，以保证水印的嵌入不影响陶瓷的整体艺术价值。b)水印鲁棒性较强；保证陶瓷载体在经过烧制，扫描等操作后版权水印信息依然存在于载体之中。

本文技术将水印信息嵌入过程与花纸的生产过程很好的整合起来，以生成带有版权保护功能的花纸，然后利用含水印的花纸来修饰陶瓷载体以达到将水印嵌入陶瓷并实施版权保护的目的，其技术框架如图2所示：

(3)水印提取及识别：

水印提取是对含水印的载体实施与嵌入算法相对应的水印检测和提取工作。本文对经过版权保护的陶瓷作品进行相应的信息获取操作，为后续版权信息的论证提供数据，其中信息获取可以利用激光扫描仪等设备进行，其技术框架如图3所示：

3 技术难点及可行性分析

3.1 技术难点

由于本框架首次将水印技术应用在陶瓷载体之上，故其可能存在以下难点：

(1)由于嵌入算法实际上是对载体的轻微调制，所以载体本身内容须具有可修改的特征。普通的多媒体数字载体(音频、图像、视频等)可借助计算机进行快速的修改，而陶瓷这种特殊载体是已经制作完成的艺术品，可修改性不强。

(2)水印嵌入的强度需得到有效的控制以保证含水印的花纸与不含水印花纸在视觉上是不可分辨的，即在不影响陶瓷艺术品的观赏价值和收藏价值的前提下，实现有效的版权保护。

(3)本框架中的嵌入水印起到版权保护的目的需满足一定的鲁棒性要求，即含水印的花纸在经过花纸制作、激光扫描等工艺后水印仍存在于花纸之中。由于水印的嵌入是花纸制作的第一步，如图2，所以水印必定会经过花纸制作、激光扫描信息提取等一些操作步骤，是否能够有效的保证水印的存活对于后续的版权论证至关重要。

(4)陶瓷烧制以保证花纸图案能够有效地附着在陶瓷之上是陶瓷载体特殊的工艺，如图2。在此步骤中，花纸烧制可能存在图案变色的现象，而此过程可能导致花纸中水印信息受到破坏，如何抵抗烧制过程的攻击成为一大难点。

3.2 可行性分析

针对以上提出的四大技术难点以下给出相关的可行性分析：

(1)本文分析了花纸制作的整个工艺流程，并创新地提出将水印嵌入过程整合到花纸的前期画稿设计阶段，如图2。如今绝大部分的花纸设计都是借助电脑完成，因而可以方便地修改其电子版以实施水印信息的嵌入，同时又能通过后续的工艺将此水印整合到陶瓷制品中。

(2)现有的水印技术基本都能保证难点(2)的视觉要求，如文献[8-12]。利用数字图像本身的空间冗余将水印信息嵌入视觉敏感度较低的区域以保证视觉效果的不变。

(3)花纸制作普遍使用丝网印刷技术，其基本单元是网格信息，其原理类似于打印机的原理，而激光扫描则同样类似于扫描仪的工作原理，所以有效的设计出能够抵抗打印--扫描攻击的水印嵌入算法和提取算法至关重要。文献[13]分析了打印扫描的整体过程并给出了基于图像二值化的逆半色调化技术。该技术为打印扫描过程建立了标准的工程模型，并为本文提出相应的抗攻击技术提供了技术保障。

(4)陶瓷烧制可能导致花纸颜色变色是将水印技术应用到陶瓷载体必然会碰到的问题。花纸的变色等相关知识是先验的，即在嵌入水印之前即可知何种颜色在何种温度下会变色，且变色的程度如何。利用此先验知识，可以选择最不易变色的颜料作为花纸的底色是一种简单有效的解决方式。此外，根据变色先验知识，在水印嵌入过程中利用变色补偿算法可以抵消变色的效果。

综上所述，本文提出的技术框架具有较好的可行性。

4 结论

针对目前陶瓷版权论证技术方面的空白，本文提出一种全新的技术框架。本文将水印技术融入陶瓷制作的工艺流程之中，通过将水印嵌入安排在花纸的画稿设计阶段，有效地解决了陶瓷载体不易修改的特点，实现了特殊载体的版权论证。后期工作将分成两大部分：基于抗打印--扫描的水印嵌入、提取算法研究和抗烧制变色的补偿算法研究。

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4吴白云,鄢涛,王影.景德镇陶瓷名人名作的知识产权法律保护研究.商场现代化,2008(26):272～273

5鄢涛,吴年进.景德镇陶瓷知识产权侵权行为及保护模式研究.中国陶瓷,2008,44(11):36～39

6鄢涛,吴白云.论景德镇陶瓷的知识产权保护.江西社会科学,2006，(12):175～177

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8 Tirkel A,Rankin G,Van Schyndel R,et al.Electronic watermark.Proceedings DICTA,1993,12(5):666～672

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10 Wolfgang R B,Delp E J.Overview of image security techniques with applications in multimedia system. Proceeding of the SPIE Conference on Multimedia Networks: Security,Displays,Terminals and Gateways,1997,3228(7): 297～308

11 Pitas I.A method for signature casting on digital images. Proceedings of IEEE International Conference on Image Processing,1996,3(5):215～218

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13 Kite T D,Venkata N D,Evans B L.A fast high-quality inverse halftoning algorithm for error diffused halftones.IEEE Transactions on Image Processing,2000,9(9):1583～1592

Abstract

Copyright protection of ceramics in Jingdezhen has affected economic development.By now,no effective technique could prevent the counterfeiting of ceramics and thus protect the property ownership,except several legal restrictions. Therefore,this paper proposed a novel anti-counterfeiting framework based on the watermarking scheme,and also gave the corresponding feasibility analysis for the framework.The framework would effectively solve the ceramic counterfeiting from a technical aspect.

Keywords digital watermark,copyright verification,decal making,ceramic anti-counterfeiting

STUDY ON ANTI-COUNTERFEITING DECAL MAKING TECHNIQUE BASED ON WATERMARKING ALGORITHM

Wang Junxiang Yang Bo Zhu Yonghong
(School of Mechanical&Electronic Engineering,Jingdezhen Ceramic Institute,Jingdezhen Jiangxi 333403,China)

TQ174.6+4

A

1000-2278（2011）01-0087-04

2010-11-09

王俊祥，E-mail:wjx851113851113@yahoo.cn