武汉工业学院 毕业设计（论文）外文参考文献译文本 2011届 原文出处 IBM SYSTEMS JOURNAL, VOL 35, NOS 3&4, 1996

毕业设计(论文)题目 音乐图像浏览器的设计与实现

院（系） 计算机与信息工程 专业名称 计算机科学与技术 学生姓名 郭谦 学生学号 070501103 指导教师 丰洪才 译文要求： 1、 译文内容须与课题（或专业）有联系； 2、 外文翻译不少于4000汉字。

隐藏数据技术研究 数据隐藏，是一种隐秘的数据加密形式，它将数据嵌入到数字媒体之中来达到鉴定，注释和版权保护的目的。 然而，这一应用却受到了一些限制：首先是需要隐藏的数据量，其次是在“主”讯号受到失真的条件影响之下，对于这些需隐藏数据的可靠性的需要。举例来说，就是有损压缩以及对有损压缩来说数据遇到被拦截，被修改或被第三方移除等操作的免疫程度。我们同时用传统的和新式技术来探究解决数据隐藏问题的方法并且对这些技术在以下三个方面的应用：版权保护，防止篡改，和增强型数据嵌入做出评估。 我们能非常方便地得到数字媒体并且潜在地改善了其可移植性，信息展现的效率，和信息呈现的准确度。便捷的数据访问所带来的负面效果包括以下两点：侵犯版权的几率增加或者是有篡改或修改其中内容的可能性增大。这项工作的目的在于研究知识产权保护条款、内容修改的相关指示和增加注解的方法。数据隐藏代表了一类用于插入数据的操作，例如版权信息，它利用“主”信号能够感知的最小变化量来进入到各种不同形式的媒体之内，比如图像、声音或本文。也就是说，嵌入的数据对人类观察者来说应该是既看不见也听不见的。值得注意的是，数据隐藏虽然与压缩很类似，但与加密解密技术却是截然不同的。它的目标不是限制或者管理对“主”信号的存取，而是保证被嵌入的数据依然未被破坏而且是可以恢复的。 数据隐藏在数字媒体中的两个重要应用就是提供版权信息的证明，和保证内容完整性。因此，即使主讯号遭受诸如过滤、重取样，截取或是有损压缩等破坏行为，数据也应该一直在“主”信号中保持被隐藏的特点。数据隐藏的其他应用比如增加被隐藏数据量，对于试图探测和移除隐藏数据仍能保持不变性的需要，这种形式的数据隐藏是由作者和内容购买商共同决定的。因此，数据隐藏技术是由被隐藏数据量和数据接收处理后仍保持不变性的需要所决定的。目前没有一种方法能达到所有的这些目标，我们需要的是一类能覆盖多种应用的程序。 数据隐藏技术所面临的挑战是巨大的。无论这种信号是用数据统计的还是感知出来的，任何“主”信号中用来填充数据的“容器“都有可能是有损信号压缩时要去除的对象。成功的数据隐藏关键在于找出那些不适合用来进行压缩算法的容器。更进一步的挑战则是将这些容器填满，使得“主”信号转换后他们依然没有变化。 功能和应用程序 数据隐藏技术应能在一个主信号中加入具有下列限制的数据： 1. 主信号应该是衰减很小并且嵌入的数据应该几乎不可察觉。（目的就是为了隐藏数据。任何魔术师都会告诉你，当它依然在你清楚可见的地方保持不变的时候，某些东西可能已经隐藏在他手中了，你却一直在盯着它看。我们将会使用隐藏着的，听不见的，察觉不到的和看不见的字符来意指观察者没有注意到数据的显示，即使这些数据是可察觉的。） 2. 嵌入的数据应该直接通过编码进入媒体之中，而不是放在头部或是封装起来，这样数据就能在各种不同数据文件格式间仍然保持不变。 3. 嵌入的数据对于各种修改，从有目的地尝试进行移除到各种能够预料到的问题，比如信道噪音，过滤，重取样，截取，编码，有损压缩，打印和扫描，数模转换，模数转换等都应该是能够防御的。 4.对嵌入的数据进行不对称编码是很理想的，这样就达到了数据隐藏在主信号之中，这样数据取出也显得并不困难。 5. 数据完整性应该通过纠错编码来保证。但也不可避免的造成当主信号被修改时，嵌入的数据也会有一些损耗。 6. 嵌入的数据应该能够实现自锁或可任意次重复读取。这样就能保证，当主信号仅有一些微弱信号的时候还能够把嵌入的数据恢复出来。举例来说，如果新闻采访的原生摘要从采访中被截取出来，在音频片段中隐藏的数据就能够被恢复。由于没有必要考虑最初的主信号，这种功能也促进了隐藏数据的自动解码，。 下面来看一下它们的实际应用。我们需要在隐藏的数据量的多少和对主信号修改的抵御能力强弱之间做出取舍。通过限制主信号的衰减强度，单一一种信息隐藏方法可以单独针对高数据隐藏率，或是单独针对信息修改的高抵御性，但是不能同时对两者进行兼顾。这种参数上升，另一种参数必然会下降。这种现象可以透过一些数据隐藏系统如扩展频谱的方法在数学上得以直观的展现出来，这一点对所有的信息隐藏系统似乎都是一样的。在任何系统中，你都可以为了增强程序强壮性采用增大冗余的办法来增加带宽。然而嵌入数据量和抵御修改强度因程序而异。所以，不同的应用程序使用了不同的技术。 我们将这一小节中讨论一些关于数据隐藏的可能应用。 一种应用就是仅仅需要少量嵌入数据的内置数字水印的方法。嵌入式数据被用来在主信号中放置一种所有权标识，作为作者签名或是公司图标的目的。由于这些信息具有这种关键特性，而且信号可能要面对企图破坏或者移除这种信息的情况，使用的编码技术必须对于大范围的修改有较强的抵御能力。 第二项数据隐藏的应用就是防止篡改。它用来指示主信号相对初始状态已经被修改。对嵌入数据的修改能够告诉我们主信号已经以某种方式被修改。 第三项应用就是功能定位，这需要更多的数据嵌入。在这种应用中，嵌入的数据被隐藏在一幅图像的特定位置。它使我们能够识别出个人内容，举例来说，在图像中正对右边的左边人物的姓名。一般来说，功能定位数据不会被有意去除。然而，人们很希望主信号能够对一定程度的修改，举例来说，图像通常会由于缩放，裁剪，和色调调整而被修改。所以基于功能定位的数据隐藏技术必须加强在主信号上进行几何学、非几何学的修改的抵御能力。 图像和声音的说明（或注释）可能需要大量的数据。注释通常单独地存在于主信号中，因此需要额外的信道和存储空间。如果文件格式被改变，储存在文件头或资源区段中的注释通常会丢失，举例来说，在标记图像文件格式（TIFF格式）中创建的注释在图像被转换为图形交换格式（GIF格式）时就有可能显示不出来。通过将注释直接嵌入到主信号的数据结构之中就能使这些问题得到解决。 在静止图像中隐藏数据 在静止图像中隐藏数据面临多种挑战，这些挑战主要是人类视觉系统（HVS）的工作方式和传统修改图片方式所造成的。此外，静止图像提供的是一个相对较小的主信号空间来隐藏数据。 典型情况是8比特大小的照片如果以200× 200的分辨率存储，则必须提供大约 40 千字节（kB）数据工作空间。这相当于只有5秒的电话语音音频信号，甚至比一帧NTSC制式的电视信号还少。同时，我们有理由设想能够对静止的图像进行一系列从仿射变换到非线性变换的操作，诸如裁剪，混杂，过滤，有损压缩等。实用的数据隐藏技术需要能够经受住各式各样尽可能多的操作。尽管存在着不少挑战，静止图像还是数据隐藏的可能的“候选技术”。人类视觉系统中有不少属性都具有将之应用于数据隐藏系统的潜力，包括我们多变的灵敏度用来当做空间频率和触发掩蔽效应的边缘功能（都存在于亮度和色度中）。人类视觉系统在亮度方面对于微小的改变具有很强的感应度，能够感觉出一个区域多达30种随机模式的变化来。 不仅如此，在一个图像的统一区域，人类视觉系统对亮度的变化更加敏感，大约一个部分能有240种颜色。一台典型的阴极射线管（电子射线管）显示装置或打印机有一个有限的变化范围。一个图像在一个区域有256种颜色,举例来说，如果采用8位的灰度级，那么正如伪随机变换对图像亮度影响一样，就有潜在的空间来隐藏数据。另外一个人类视觉系统“容器”对非常低的空间频率变化的感知能力，好比一张图像上持续不断的亮度变化，也就是渐晕。 利用静止图像工作的另一个优点就是他们之间是无关联的。 数据隐藏技术能对任何像素或像素的区块进行随机存取。 利用这些观测数据，我们已经发展了多种将数据隐藏在静止图像中的技术。一些技术适合处理少量数据，还有一些技术则适合处理大量数据。有些技术对几何变换能够有较好的解决办法，还有些技术则对非几何变换有较好的解决办法。 音频中隐藏数据 因为人类听觉系统（HAS）工作在一个较宽的动态范围之内，所以音频信号的数据隐藏尤其具有挑战性。人类听觉系统感知能量单位低至十亿分之一的范围，频率则大于千分之一。人类对于散乱杂音的灵敏度对也是很高的。一个声音文件中的细小扰动即使低至千万分之一（背景噪音 80分贝）也是能被察觉的。然而，这其中仍然有一些“容器”能够被使用。尽管人类听觉系统有非常大的动态范围，它还是有一个非常小差别的范围。这样，较大的声音会使较小的声音出不来。此外，人类听觉系统察觉不出来绝对相位，只对相对相位有感觉。最终，在大多数情况下一些环境的失真非常常见以至于听者忽略了。 我们在下面将要探讨的方法中利用了不少上面的线索，请大家记住人类听觉系统的极端敏感性。 声音环境 当为音频信号发展一种隐藏数据的方法时，首先要考虑的是在编码和解码之中音频信号要传播的可能环境。有两个我们要考虑的主要修改区域，首先是储存环境或将会被使用的数字信号表示法，其次就是信号可能的传播路径。 对大部分数字音频表示法有两个非常重要的参数：采样量化的方法和实时采样率。 表现高质量数字音频样本的最常用的方式是 16位线性量化，如Windows音频格式（WAV）、音频交换文件格式 （AIFF）。另外一种处理低质量音频的常用格式就是8位对数μ法。这些量化方法引入了一些信号失真，对于8位μ法某种程度上则是更加明显。 音频常用的采样率包括 8 千赫兹、 9.6千赫兹、 10千赫兹、 12千赫兹、 16千赫兹、 22.05千赫兹和 44.1千赫兹。采样率通过为频谱的可用部分设定最大值来影响数据隐藏的参数（如果某个信号的采样率为8千赫兹，你不能够修改频率在4千赫兹以上部分）。 对已经发展起来的绝大多数信息隐藏技术而言，可使用的数据空间以随着采样率的增加而线性增长。 我们要说的最后一种方法就是有损压缩算法，像是国际标准组织运动图画——音频专家组（ISO MPEG-AUDIO）的编码标准。这些表示法大幅度的改变了信号的数据；他们仅仅保留了该声音能被听者听到的特性（也就是说，就算信号已经跟原来相比面目全非，但对听着来说他们听上去还是很相似的）。 一个信号在编码和解码的过程中可能会经历许多不同的传输环境。 我们为说明相关情况考虑以下四个类别的环境。（见图 11)