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1、Y1 0“9 0 3弘幺密级：硕士学位论文所在学院一一让篡狃堂院1提交日期：2 Q Q Z 生墨月浙江大学硕士学位论文摘要起源于信息隐藏技术的数字水印技术，为实现有效的知识产权保护提供了条崭新的思路，近年来已成为多媒体信息安全研究领域的一个热点问题。纺织织物是日常必需的消费品，其品牌商标的保护更是有着重要的现实意义。本文在分析了提花织物的生产工艺和防伪要求的基础上，设计了最小化的编码方案，有针对性地提出了适用于单层提花织物面料的易损盲水印算法和适用于多层提花织物的易损非盲水印算法。这些算法不但解决了保持织物张力平衡的问题，也考虑到了裁剪对水印的影响。经过计算机模拟验证和实际生产现场的试验，并对
2、工艺可行性、外观影响、防伪成本进行了全面评估，证明该算法是有效可行的，对外观的影响也已经达到最小。该种方法将极大地增加仿冒者的难度和成本，可有效地保护提花织物的自有品牌。本文第一章介绍了数字水印技术的基本概念，包括原理、应用模型、分类及其应用等。并简单地介绍了纺织织物行业版权保护的现状和必要性。最后给出全文的组织结构。第二章介绍了这个针对纺织织物实现的水印防伪系统的框架结构和系统功能。并分析了提花织物的工艺特点以及加载水印的一些约束条件。第三章和第四章分别介绍了针对单层提花织物和多层提花织物的不同的数字水印算法。对水印的嵌入策略、编码方法进行了深入地研究，并分析了工艺的可行性和水印对外观的影响
3、度。第五章，结论和展望。分析了目前的数字水印算法存在的一些不足，并讨论了今后可能的研究方向。关键词知识产权，信息隐藏，数字水印，提花织物，人类视觉系统，单层组织，多层组织，小样图，张力平衡浙江大学硕士学位论文A b s【r a c tA b s t r a c tD i g i t a lw a：t e m l a r k i n g，w l l i c ho r i g i n a t e s 丘D ms t e g a n o g 船p h y，p r o“d e san o V e lw a yf o rt h ep r o t e c t i o no fi l l t c l l e
4、 c t I l a lp r o p 啷rr i g l l t s，a I l db e c o m e sah o ts p o ti I lt l l er c s e a r c hf i e l do f m l l l t i m e d i ad a t as e c l l r i 可i l lr e c e my e a r s F a 晡ci sak e yc o u m a b l ep r o d u c ti I lo l l rd a i l yl i f e ni si I I l p o n a mt of i n d 眦e 丘b c t i V ew a y
5、t 0p r o t e c t 胁o l l sb r 甜l d 1 1 1t l l ep a p e r，w ep r e s e m e dan e wd i g i t a lb l m dw a t e 咖a r ka l g 硎t h r nf o rs i n 百el a y c rs 仃u 曲u r ej a c q 删a n dan e wd i 百t a lw a t e n n 破a l g o r i t I l mf b rm 1 1 l m a y e rs 打u c t l l r ej a c q l l a f db 船e do nt h er e s e
6、羽c ht ot e c l l n i q u e s 锄dc o 喊i t ht h e s ea l g o r i t l l l l l s，as h o n e s tc o d i n gs c h e m ei sd e s i 印e d，t l l ep r o b l e mo ft e I l s i l 姆b a l a l l c ci ss o l v e d，a n dt l l ec h a l l e n g eo fc u tt 0w 蹴m a r ki sc o n s i d e r c d T h e s ea l g 耐t h l l l sa r
7、ee v a l 岫t e d0 nt e c l l l l i c a lp o s s i b i l i 劬印p c 蚴c c 砌u e n c e 锄d 弧r c a s e dc o s t1 h r 叩g hc o m p u t e fe x p e r i m e n ta n do n-s i t ec)【p 洳t ng h o w st h a tt l l e a 1 9 0 r i t h I n s 眦e 彘c d v e 缸d 诧嬲i b|e，a n d 坨a l g 谢t h m sI n i n i l I l i z e d 证峙d i s f i g u
8、r eo fd e s i 弘T h ea l g o r i t h m 谢1 1g a t l yi n c r e a s e 1 cc o s t 柚dd i 伍c u h yo fp e r S o n 舢D r s 强da c c o r d i n 酉yp r o t e c tt l l ef h m o l l sb r 锄do f j a c q u a r de 丘b c t i v e l y h lC h a p t e r1，w e 丘r s td e s c r i b et l l eb a S i cc o n 唧t sa l l df I l n(1 a I
9、 n 劬lp 咖c i p l e so fd i g i t a lw a t e r m a m n g，i n c l u d i n gt h ed e f i n i t i o n，c l 嬲s i f i c a 矗o n，a p p l i c a t i o n 衄dg e n e r a l五陷m e w o r k T h e I l，w ea n a l y z et h es t a t ea n dt h en e c e s s i 锣o f t h ec 删g h tp r o t e c t i o ni nm ef a b r i cp r o f c s
10、s i o n F i l l a l l y，w e 晰e n yi r 咖d u c eo l l rw o r ka I l do u t l i mm e 也e s i s h lC h a p t e r2，w ei n 劬d u c et h ew h o l e 加m eo f 也es e c l l r i t ys y s t e mo ff a b r i cw a t e r n l a r k 锄dt 1 1 em a i nf I l l l c t i o no f 也es y s t e m W 色a l s oa n a l y z ct h ec 珊c h a
11、 r a c t e r i s t i c so f j a c q u a r df a b r i c 锄d 也ee 删a p p e a r a n c e ss t i p l l l a t i o nc o n d i t i o nt o也ep r o f e s so f w a 陀n a r k i n g hC h 印t e r3 缸d4，w ei n 仃o d u c e 细Od i 虢r e n t 慨岫础a l g o 血h n l s，o n ea l g o r i m mi sad i g i t a lb l i n dw 砷e r I n a r ka 1
12、 9 0 r i 也mf b rs i n g l el a y e rg 虹1 l c n l r ej a c q u a r d，t l l eo t l l e ri san e wd i 西t a lw a t e m l a r ka l g o r i m mf o rm 1 1 1 t i l a y e rs 仉l c t u r e j a c q I l a r d hC h a p t c r5，w ec o n c i u d et h cm e s i s，t o g e t l l e r 埘ms o m ep o s s i b I er c s e a r c
13、 hd i r e c t i o n si nt h e 矗l t m e K e y w o r d sh 毗l l e c n l a lP r o p e r t y融g l l 招(I P R)，D i g i t a ls t e g a n o 掣a p h y，D i g i t a lW a t e r m a r k，J a c q u a r dF a b r i c，H u I n a I l s 谢S y s t e m(H v S)，S i 哪el a y e rS 协】c t l】r e，M u l t i l a y e rS 仇l c t u r e，T e
14、x t l l r a lI I I l a g c，T c n s i l i 够B a l 锄c e浙江大学硕士学位论文图目录图目录图1 1 水印嵌入过程2图1-2 水印提取过程3图1 3 水印检测过程3图2 1 张力与“弯绕”1 l图2 2 领带面料裁剪示意图。图2 3 系统整体框架图图2-4 系统运行流程图1 4图2 5 系统运行界面图。1 5图2 6 单层组织提花织物嵌水印前后小样图对比1 5图2 7 多层组织提花织物嵌水印前后小样图对比1 6图3 1 领带的生产工艺流程。1 8图3 2 可反转点(a)和不可反转点(”2 0图3 30 1 编码方法2 1图3 4 单层组织织物剖切面示
15、意图2 2图3 5 单层组织织物加水印前后剖切面示意图的对比2 3图3 6 嵌入水印流程图2 3图3 7 提取水印流程图2 6图3 8 单层组织嵌入水印前后单周期小样图的比较2 7图4 1 多层织物加嵌水印技术与否的生产工艺流程对比图3 0图4-2 色彩变化交界位置的视觉敏感性图4 30 1 编码方法-3 3图4 4 嵌入水印流程图图4 5 寻找合适像素点的流程图图4 6 提取水印流程图图4 7 多层组织提花织物嵌入水印前后小样图的比较图5 1 单周期、多周期以及无周期性小样文件l l3 43 53 74 0浙江大学硕士学位论文表目录表目录表2 1 提花织物工艺术语1 0表3 1 小样文件扩展
16、比例1 9表3 2 抗攻击种类2 8表3 3 单层组织织物水印算法工艺上的综合评价2 8表4-l 抗攻击种类3 7表4 2 多层组织织物水印算法工艺上的综合评价。3 7I I I浙江大学硕士学位论文第l 章绪论第1 章绪论在当今这个信息时代，对于多媒体作品的创作者、发行者和版权持有者来说，知识产权的保护已成为一项紧迫的任务。起源于信息隐藏技术的数字水印技术，为实现有效的知识产权保护提供了一条崭新的思路，近年来已成为多媒体信息安全研究领域的一个热点问题。纺织织物是日常必需的消费品，其价值构成包括材料、花样、做工、品牌等多种因素。纺织织物的防伪，其中最重要的就是品牌保护。著名品牌在激烈的市场竞争中
17、有迫切的保护需求。但现阶段纺织行业中实际的品牌保护手段却非常有限，难点在于任何的防伪措施都不能做到既要对织物的外观没有任何可察觉的影响，又要不增加生产成本且符合现行的生产工艺。1 1 数字水印技术简介计算机网络技术和多媒体技术的飞速发展在许多方面改变了人类的生活，人们的很多创作与生产的成果都以数字的方式存贮和传输，这使得通过互联网发布和获取图像、语音、视频等电子数据更加便利。但数字作品经过网络被非法拷贝、传播日益盛行，传统意义的版权保护在数字作品中失去意义。为了有效地解决信息安全与产权保护等问题，近年来，提出了加解密、数字签名、数字指纹、数字水印等多种技术。其中数字水印是上世纪9 0 年代初提
18、出的一门崭新技术，它通过在数字作品中嵌入水印信息来确定数字作品的所有权或检验数字内容的原始性。它弥补了加解密技术对解密后的数据不能提供进一步保护的不足，弥补了数字签名不能在原始数据中一次嵌入大量信息的局限，弥补了数字指纹仅能给出数字版权破坏的不足【l J。1 1 1 数字水印基本原理数字水印(D i g i t a lw j t e 瑚a r k i n g)是实现版权保护的有效办法，成为多媒体信息安全研究领域的一个热点。它通过在原始数据中嵌入秘密信息一一水印州a t t 粕1 a r k)来证实该数据的所有权。被嵌入的水印可以是一段文字、标识、序列号等。水印通常是不可见或不可察，它与原始数据
19、(如图像、音频、视频数据)紧密结合并隐藏其中，成为源数据不可分离的一部分，并可以经历一些不破坏源数据使用价值或商用价值的操作而存活下来【2 J。浙江大学硕士学位论文第l 章绪论水印技术广泛应用于印刷品中，用作鉴别、防伪等。数字水印正是借用了传统水印的概念，将其在数字媒体中推广应用。一般认为，数字水印是镶嵌在数据中，具有抗检测、抗伪造和抗擦除特性，并不影响数据合法使用的具有可鉴别性的数据。数字图像水印技术正是利用现代信号处理的方法，在图像数据中嵌入了隐含的图像标记信息，是信息隐藏技术研究领域的重要分支。数字水印技术系统一般包括水印嵌入过程(或算法)和水印提取检测过程(算法)。数字图像水印技术的嵌
20、入过程是首先对水印进行预处理，然后选择好某种数字水印技术结合密钥或公钥将其嵌入到原始图像之中，最后得到嵌入水印后的图像；数字图像水印技术的水印提取检测过程是使用原始水印结合所用的密钥或公钥，对待测图像按嵌入过程进行逆处理，最后得到恢复后的水印或检测结果【3 J。1 1 2 数字水印技术的通用模型从图像处理的角度看，嵌入水印信号可以视为在强背景下叠加一个弱信号，只要叠加的水印信号强度低于人眼视觉系统(H v s)的对比度门限，就无法感觉到信号的存在。对比度门限受视觉系统的空间、时间和频率特性的影响a 因此，通过对原始图像作一定的调整，有可能在不改变视觉效果的情况下嵌入一些信息。从数字通信的角度看
21、，水印嵌入可理解为在一个宽带信道(载体图像)上用扩频通信技术传输一个窄带信号(水印信号)。尽管水印信号具有一定的能量，但分布到信道中任一频率上的能量是难以提取检测到的。水印的译码(提取检测)则是一个有噪信道中弱信号的提取检测问题。设载体图像为L 水印信号为矾密钥为K，则水印嵌入可用如下公式来描述：1 w=F O，W，K)(1 1)该式中F 表示水印嵌入策略(算法)。水印的嵌入过程如图卜l 所示。图1 1 水印嵌入过程有两种常用的水印嵌入公式：2浙江大学硕士学位论文第1 章绪论v i”=v I+a w i(1 2)v j=v i(1+a W i)(1 _ 3)其中，v J，v。分别表示载体图像像
22、素和嵌入水印的图像像素；w，为水印信号分量；n 为强度因子。为了保证在不可见的前提下，尽可能提高嵌入水印强度，a的选择必须考虑图像的性质和视觉系统的特性。图卜2、图卜3 是水印提取与检测过程图。图卜2、图1 3 中的虚框部分表示在提取或检测水印信号时原始数据不是必要的。图1-2 水印提取过程图l-3 水印检测过程在某些水印系统中，水印可以被精确地抽取出来，这一过程被称作水印提取，见图卜2。比如在完整性确认应用中，必须能够精确地提取出插入的水印，并且通过水印的完整性来确认多媒体数据的完整性。如果提取出的水印发生了部分的变化，最好还能够通过发生变化的水印的位置来确定原始数据被篡改的位置。对于强壮水
23、印，通常不可能精确地提取出插入的原始水印，因为一个应用如果需要强壮水印，说明这个应用很可能遭受到各种恶意的攻击，水印数据历经这些操作后，提取出的水印通常已经面目全非。这时我们需要一个水印检测过程，见图卜3。通常水印检测的第一步是水印提取，然后是水印判决。水印判决的通行做法是相关性检测。选择一个相关性判决标准，计算提取出的水印与指定的水印的相关值，如果相关值足够高，则可以基本断定被检测数据含有指定的水印。浙江大学硕士学位论文第l 章绪论从以上论述可以看出，水印提取的任务是从嵌入水印的数据中提取水印信号，而水印检测的任务是判断某一数据内容中是否存在指定的水印信号。另外，水印检测的结果依赖于一个阈值
24、，当相关性检测的结果超过这个阈值时，给出含有指定水印的结论。这实际上是一个概率论中的假设检验问题。当提高相关性检测的阈值时，虚检概率降低，漏检概率升高；当降低相关性检测的阈值时，虚检概率升高，漏检概率降低。所谓虚检(脚s ep o s i t i v e)，就是将没有水印信号的数据误认为含有水印信号。所谓漏检(僦n e g a l i v e)，就是未能从含有水印信号的数据中检测到水印信号。在实际的水印应用中，更注重对虚检概率的控制。1 1 3 数字图像水印的主要特征数字图像水印具有一般数字水印的基本特点，还具有以下一些主要特征：(1)不可见性：即水印是不易察觉的，水印技术的首要条件是加入水印
25、的图像和原始图像基本上相同，图像的质量不因水印的加入有明显的改变，水印的存在不应明显干扰被保护的图像数据。(2)稳健性：也叫鲁棒性，水印必须难以被破坏或伪造。一般来说，对于不确定的或无目的的攻击，在不致破坏原图像而影响识别效果的情况下，水印应当具有：一般信号处理(噪声、平滑、增强等信号滤波，D A、A D 转换，有失真压缩等)下的稳健性，几何变换(平移、旋转、缩放、裁剪)下的稳健性，以及欺骗攻击(包括共谋攻击和伪造)下的稳健性。(3)确定性：即具有可证明性，水印所携带的信息能够被唯一确定地鉴别，能够为受到保护的信息产品的归属提供完全和可靠的证明。(4)安全性：水印信息隐藏于数据而非文件头中，文
26、件格式的变换不能导致水印数据的丢失。非授权用户无法检测和破坏水印，主要针对获知水印算法或相关知识情况下的有目的攻击。(5)数据容量：水印应该能够包含相当的数据容量，以满足多样化的需要。一般而言，这些特点之间是相互竞争和矛盾的，实际应用中不可能使他们同时达到最佳，只能根据需要在不同特点之间取得折衷或者设定可调范围。1 1 4 数字水印的分类和攻击数字水印可以从不同的角度来进行区分：第一，按水印对各种攻击操作的稳健性程度可分为易碎水印和稳健水印；第二，按水印的可见性划分可分为可见水印和不可见水印；第三，按水印所附载的媒体划分可分为图像水印、音频水印、4浙江大学硕士学位论文第l 章绪论视频水印、文本
27、水印以及用于三维网格模型的网格水印等；第四，按水印的嵌入位置划分可分为空间域水印和变换域水印；第五，按水印嵌入与提取(或检测)所使用的密钥划分为对称水印和非对称水印；第六，按水印内容划分为有意义水印和无意义水印：第七，按水印用途划分为版权保护水印、票据防伪水印、篡改提示水印和隐蔽标识水印。版权标识水印是目前研究最多的一类水印。水印的用途决定了有水印，则必有水印攻击。水印攻击同样也是非常重要和必要的。综观现有的一些攻击方法，可把它分成4 类：移去攻击、几何攻击、密码攻击和协议攻击。1 1 5 数字水印的主要应用领域数字水印产品虽然是近几年才出现，但其应用前景和应用领域将是巨大的。总的来说，数字水
28、印技术有以下一些主要应用领域【4 j。(1)版权保护。目前版权保护可能是水印最主要的应用领域。其目的是嵌入数据的来源信息以及比较有代表性的版权所有者的信息，从而防止其他团体对该数据宣称拥有版权。这样水印就可以用来公正地解决所有权问题，但这种应用要求非常高的鲁棒性。(2)盗版跟踪。为了防止非授权的拷贝制作和发行，出品人可在每个合法拷贝中加入不同的I D 或序列号即数字指纹(F i n g e rp r m t i l l g)。一旦发现非授权的拷贝，就可根据此拷贝所恢复出来的指纹来确定它的来源。对这种应用领域来说，水印不仅需要很强的鲁棒性，而且还要能抵抗共谋攻击。(3)拷贝保护。这种应用的个典型
29、例子是D V D 系统。在该系统中，数据中的水印含有拷贝信息。一个符合要求的D v D 播放器不允许重放或拷贝带有“禁止拷贝”水印的数据，而带有“一次拷贝”水印的数据可以被拷贝，但不允许从该拷贝再进一步制作拷贝。(4)图像认证。在鉴定应用中，使用水印的目标是对数据的修改进行检测。通常可用易碎水印来实现图像认证。认证水印与其他水印相比，对鲁棒性要求最低。(5)票据防伪。为了在需要时能够追踪伪造票据的打印机，可以在每个打印机输出图像中嵌入能够标识打印机的序列号，作为伪造追踪的线索。1 2 纺织织物版权保护的现状及必要性在当今的纺织品国际市场上，图案设计、花色创新已成为市场竞争的主要手浙江大学硕士学
30、位论文第l 章绪论段。中国是一个纺织品出口的大国，中国的产品要打入国际市场，参与国际竞争，花色、图案上的投资就要不断加大。创新成为纺织企业间实力和潜力的真正较量。但是最大的威胁不是正常的竞争者，而是专以侵权、仿冒手段从事经营的“剽窃者”。这些人毁坏了纺织品，也毁坏了企业的声誉。特别是当国际合作方是以企业是否有能力保护自身的权益为合作的前提时，所造成的伤害是显而易见的。纺织品的市场发展快，花色图案的要求高，各类品种的需求量大，如果说智力的投入和创新得不到有效的保护，那么企业的生命力就会枯竭，市场的竞争就会走样，因此对版权保护的要求变得十分迫切p j。1 2 1 版权保护的必要性纺织织物外观设计可
31、以分为两种：一种是创作者出于个人爱好而创作的艺术品，它是以个人收藏或赠送他人等不涉及商业利益的目的存在的；另一种则是专门为商业贸易的纺织品而设计的、用于工业上批量生产的外观设计，属于工业品外观设计。本文所作的工作主要是针对后者的。工业品外观设计的知识产权保护之必要性主要体现在以下几个方面。其一，填补了现有知识产权体系的空白。外观设计涵盖了传统知识产权体系难以适用的宽广范畴，这个范畴包括了日用品、工艺品、装饰品、纺织品、玩具、家用电器、自行车、汽车，乃至机器设备等一切工业制品的外观设计。仅就纺织品而言，不同厂商在同类产品上的竞争愈演愈烈。市场上的纺织品可谓千姿百态、样式各异，要想让消费者在几十种
32、，甚至几百种同类产品中挑选出自己喜爱的产品，除了产品具有优秀的内在质量之外，还必须具有独特的包装和外观。而富有创造力并能引起人们注意的外观设计，能增加产品的商业价值，并能提高其销售量。所以，厂商花费大量人力、物力设计出一种产品的新型外观，自然不愿被别人“拿走”。对于设计师来说，他们是智力成果的创作者，是最需要法律保护的人才，却很难得到应有的保护。其二，有利于增强我国企业的国际竞争力和中国文化走向世界。设立外观设计保护制度，可以激励工业、镱4 造业以及传统艺术、手工艺从业人员、设计者的创造精神，从而促进我国市场经济的发展，有利于扩大商务活动和产品出口。尤其是在纺织领域，我国虽是纺织大国，是世界上
33、最大的纺织品生产国、出口国，在纺织行业具备许多传统的优势，但出口的多是面料等一些原材料，真正的品牌服装却缺乏竞争力。中国纺织业跟不上国际先进水平，其主要原因是缺乏高水平设计，缺乏名牌产品。6浙江大学硕士学位论文第l 章绪论其三，可以加大对外观设计的保护力度，并免去申请专利的繁琐程序。对于国内企业来讲，之所以有仿制现象，从侵权者角度看，主要是由于一些小企业自身没有具有创作实力的设计师。服装生产和经营行业的准入门槛相对较低，对于服装企业甚至懂服装技术的个人来说，仿制一个款式都是轻而易举的事，这种低投入、高收益的“生意”，自然受到侵权者的“青睐”。在市场调查中，发现这方面存在的问题比较严重，有关部门
34、往往束手无策。最典型的就是纺织品外观设计，尤其是服装设计，它具有更新快、可复制性强，且复制速度快等特点。一款设计往往流行不到一年就会被新设计所取代，甚至有的只流行一个季度就结束了。现代商业社会瞬息万变，需要高效的决策、快速的生产。对于企业及设计者来说，最重要的是要抓住时机，在别人没意识到的情况下，把产品推向市场，占领市场，引导潮流，得到最大的那块利润蛋糕州。1 3 论文大纲本文主要探讨纺织织物领域内针对提花织物的数字水印技术，包括算法的研究和应用模型。第一章，绪论，首先简单介绍了数字水印技术的原理、应用模型、分类及其应用等等，然后介绍了纺织织物行业版权保护的现状和必要性。最后给出全文的组织结构
35、。第二章介绍了这个针对纺织织物实现的水印防伪系统的框架结构和系统功能。并分析了提花织物的工艺特点以及加载水印的一些约束条件。第三章和第四章分别介绍了针对单层提花织物和多层提花织物的不同的数字水印算法。对水印的嵌入策略、编码方法进行了深入的研究，并分析了工艺的可行性和水印对外观的影响度。第五章，结论和展望。分析了目前的数字水印算法存在的一些不足，并讨论了今后可能的研究方向。7浙江大学硕士学位论文第2 章织物水印系统的框架第2 章织物水印系统的框架本章首先就织物水印系统的项目可行性作简单的分析。由于该系统是应用于纺织行业中的，水印算法的设计涉及到较多的纺织行业的专业知识，故本章还就织物生产的相关工
36、艺作了简单介绍，以帮助读者更好地理解下文的水印算法。最后还给出了该织物水印系统的实现流程、主要功能和实验结果。2 1 项目背景纺织织物是日常必需的消费品，其价值构成包括材料、花样、做工、品牌等多种因素。纺织织物的防伪，其中最重要的就是品牌保护。著名品牌在激烈的市场竞争中有迫切的保护需求。但现阶段纺织行业中实际的品牌保护手段却非常有限，其原因主要在于保护措施受到各种前提条件的苛刻制约。这些制约包括了织物图案外观的限制、成本的限制及各种生产工艺的限制。目前，电子技术、计算机技术已在纺织领域得到广泛的应用，如电子提花笼头和电脑织机就是典型的应用，而计算机辅助组织设计则是利用软件来设计织物组织、选择色
37、纱排列，进而模拟织物外观【7】。这些技术在促进生产力大幅提高的同时，也使得品牌织物产品的假冒变得更加容易。所以说，正是这些技术提供了数字水印技术应用于纺织织物生产现场的客观条件。数字水印技术是近年兴起的进行版权保护的有效技术手段。其特点是隐蔽性好、水印与原作品成为一个有机的整体。目前的水印算法有很多，按照水印生成技术，可分为扩频水印、基于分解的水印、基于变换的水印等；根据水印的嵌入位置，可以分为空域算法、D c T 变换域算法、D F T 变换域算法、D w T 变换域算法等；根据载体类型，可分为图像水印算法、视频水印、音频水印、三维网格水印等；根据应用不同，可分为强壮水印算法和易损水印算法等
38、【s“。但是根据文献查阅，还没有公开发表的针对结构化图像的特定水印算法，也没有查到在纺织织物上进行数字水印的相关研究。而相关技术在织物组织分析、辅助设计方面的研究文献却有不少。如R a v a n d i【l o】等将傅立叶变换方法用于平纹棉织物图像的分析，得到纹路走向、纱线密度与间隔等表面参数。x u【I l】运用快速傅立叶变换得到二维频谱图像，通过选取合适的峰值来重构织物图，识别出组织结构、支数、纱线斜度等结构参数。李艳梅等1 1 2】分别运用功率谱分析和自相关分析，确定经纬纱密度和组织循环纱线数。以上这些文献都是以织物表面图像的灰度图作为分析对象，且只浙江大学硕士学位论文第2 章织物水印
39、系统的框架能识别一些规则的单组织，对复杂组织，如重组织、双层组织等，都未有涉及。S h i n o h a r a【1 习等摄取织物表面及断面的c T 图像，通过追踪每根纱线的走向获得纱线位置信息，用三维造型的方法重构出多层组织织物样本，该方法硬件设备昂贵，算法复杂。这些文献说明，采用现有组织自动识别技术难以识别、重构水印信息。综上所述，要在提花织物中，利用水印技术来进行品牌保护有现实的条件和技术基础。2 2 提花织物生产相关工艺介绍提花织物分为大提花和小提花两大类。小提花织物图案简单规整，人类视觉对图案变化敏感。大提花织物图案复杂，信息量多，对水印算法的限制相对较少。小提花织物是由基本的组织
40、图单元经过重复铺排得到。组织图是提花花样设计师根据织造工艺设计的，它符合织物工艺的许多限制条件和特殊要求。而水印信息的引入就有可能破坏这些限制条件和特殊要求，所以在设计水印算法时，必须考虑满足这些制约条件或者能够解决因破坏这些制约条件所带来的连锁问题。这些制约条件中主要包括工艺参数，张力平衡、裁剪条件等。2 2 1 织造工艺术语提花织物织造过程的实质是经线和纬线位置关系变化的过程。对于单层组织来说实际上只有两种组织点类型：即或者是经线在纬线之上，或者是纬线在经线之上。所以，如果分别用0 和1 来表示这两种状态，那么单层组织的提花织物的小样图就可以转化为一个0 1 二值图像。而对于多层组织来说，
41、其组织结构是一种重围结构，在纬线方向上并不是只有一组纬线。由织机参数可知，同一纬线方向上，最多可以允许达到八组纬线，也就是说同一纬线方向上可以出现多达九种的不同颜色。如果用阿拉伯数字0 1 2 3 4 5 6 7 8 来标识织物最表层显现的不同的颜色信息的话，那么这种多层组织结构的提花织物小样图就可以看成是一幅多值图像。但无论是O 一1 二值还是多值，这个图像的长度和宽度值与织机参数之间都存在对应关系。表2 1 是本文中涉及到的提花织物的一些相关专业术语。可以看出，表中的几个概念之间其实是存在相互联系的，如小样图是由组织图铺排得到的，纹板文件又是由小样图铺排得到，所以这些图和文件的大小之间应该
42、存在着某种周期性的关系。对于这个周期性的理解和运用关系到我们水印算法的设计和与最终的实现。9浙江大学硕士学位论文第2 章织物水印系统的框架表2 1 提花织物工艺术语工艺术语含义经密单位长度内经线的根数，一般是根c m。纬密单位长度内纬线的根数，一般是根c m。组织点经线和纬线的相交点。最小的花样基本单元，一个或者若干个组织图(可以组织图有重复)构成一个小样图。又叫纹板周期，它构成一个最小的完整的花样图案。小样图小样图经过铺排构成纹板文件。供织机使用，织机根据纹板文件进行动作，织出不同纹板文件花样的面料。由工艺单设定，比如，纬线的色系，并没有包含在纹织机参数板文件中。飞数经线(纬线)连续跨越纬线
43、(经线)的最大条数2 2 2 张力张力，指各条经线或者纬线所受的力，所以又分为经向张力和纬向张力。张力的计算公式如下：只啤(2 1)其中，置表示弹性系数，C 表示纱线的“弯拐”次数，上表示纱线的长度。由此可知，当三是固定的时候，只主要取决于c，的大小。换句话说，也就是张力产生的直接原因是纱线在编织过程中的“弯拐”穿插。“弯拐”越多，纱线绷得越紧，所受的张力也就越大。织物在织造过程中，各条经线上或者各条纬线上的受力应该是均衡的，这一点也是面料表面平整的基本条件，所以可以肯定按原始组织图织出来的织物的所有纱线的受力都必定是平衡的。但当我们引入了水印信息，也就是引入一些水印“瑕疵点”后，就有可能会破
44、坏这一普遍的平衡性规则。可以想象，纬线由于其长度有限，所以个别组织点的改变也许还不会带来严重的张力失衡问题，但是经线则不然，对于一匹布料来说，经线的长度可以达到4 0 m 或l o o m 之长，小样图浙江大学硕士学位论文第2 章织物水印系统的框架中局部的经线上受力不均衡经过累积后就可能变得相当的可观，其直接的后果是导致面料的褶皱、不平整，而严重的情况甚至会导致纺织织机的停机。这样的水印算法在工艺上就是不可行的。所以说，水印算法在考虑引入水印点的时候，就必须首先考虑到如何保持好各条经线的张力平衡问题。图2 1 是单层组织组织图的剖切面示意图，对比左右两组经线可以看出，对于左面这组经线，我们的“
45、水印点”选择在了“弯绕”发生的转折位置上，这种情况我们可以认为在嵌入“水印点”的前后是不会破坏这条经线上的张力平衡的，而右面这组经线，“水印点”选择在了原本平直的组织点位置，这样就多出了一组“弯绕”，根据前面所述的张力的计算公式，我们可以确定在嵌入“水印点”的前后，这条经线的张力是发生了变化的。这种张力平衡的破坏是工艺上是绝不允许的。、4Cpr吾譬群随：l 一：l+：碧0 型品迄；毽，辫蹲：；l0；l冀：f：；：I嚣，弧_。蚤i F I j 禹罱”I，l图2 1 张力与“弯绕”2 2 3 裁剪对于成衣品牌来说，所有织物都存在一个裁剪的问题。而裁剪的过程就有可能会导致我们嵌入其中的“水印信息”的
46、破损。对领带面料的裁剪几乎是所有的裁剪方式中最特殊的，其连续面料的面积可以很小，而且根据幅面可以有不同的斜向裁剪方式。具体的说，领带大头的宽度不超过1 0 5 c m，即使考虑背面反折的面料，宽度也不超过2 0 c m。这样苛刻的裁剪条件也就限制了我们水印算法中整个“水印信息”选择嵌入的范围不能够太大，要确保在一块可得的连续的面料中至少能找到一个完整的“水印信息”。也就是说水印算法的设计要符合公式(2 2)的要求。浙江大学硕士学位论文第2 章织物水印系统的框架4 却俐琵i 乏茎量：、其中，爿。表示水印信息的分布面积，s。表示垂直(经线)方向上的水印分布的尺寸大小，S 岫表示水平(纬线)方向上的
47、水印分布的尺寸大小，。、。分别表示为垂直(经线)方向最小和最大的裁剪尺寸，繇。、删，分别表示为水平(纬线)方向最小和最大的裁剪尺寸。图2 2 给出了领带面料的裁剪示意图。图2 2 领带面料裁剪示意图2 2 4 外观限制水印算法的实质是在正常的二值或多值水印图像中引入“噪声”，这必然会影响到织物的外观，因此可以把“水印点”看作是织造过程中的“瑕疵点”。由于“水印点”对外观存在的影响，对于这种“瑕疵点”的数量我们需要考虑到以下几个方面：一是正品和假冒品在质量上会存在多少差异，一般的假冒品的“瑕疵点”数量会达到多少；二是专业设计人士能否接受这个数量的“瑕疵点”；三是普通顾客能否接受这个数量的“瑕疵点
48、”。一般而言，设计师对外观的要求更严格、更专业。专业人士总是比一般人更敏感、更容易地发现“瑕疵点”的存在。而且在颜色对比明显的经纬色系搭配中，对水印算法的“挑战”就更加明显。所以说，织物外观限制是水印算法设计时最重要的考虑因素，如果最终水印“瑕疵点”的存在数量是无法接受的，那么水印算法的设计就失去了存在的意义。本文所提出的水印算法都充分地考虑到了织物外观的问题，能够很好地满足外观上的限制条件。所加入的这些极少量的看似无规律的“瑕疵点”正是算法中选择出的浙江大学硕士学位论文第2 章织物水印系统的框架最佳的嵌入水印位置。本文所提出的水印算法是针对提花织物进行品牌保护的易损水印算法。所谓“易损”，就
49、是说“水印信息”比较容易被破坏，它随着对象的修改而破坏，哪怕是细小的影响也会影响到“水印信息”的提取或者检测。这一点正好是进行品牌保护所需要的。对于假冒者而言，因为不知内情，可能就会纠正这些“瑕疵点”，或者是不能够完全地假冒出所有的“瑕疵点”，所以假冒者在假冒时就会不自觉地丢失其中的“水印信息”。而且要完整地分析得到水印“瑕疵点”会增加很多的投入和开销，这是假冒者所不愿意承受的，所以在无形中也增加了假冒的难度。所以，可以认为所设计得到的提花织物的水印算法都是可以达到进行品牌保护的设计目的的。从另外一个角度来分析，是不是说实际的织物正品因为多了“瑕疵点”，在质量上反而不及假冒者了呢?答案当然是否
50、定的。假冒者往往受材料、做工、成本、工艺的限制，一般都不能做到和正品完全一致，因此所提出的水印算法的实验结果只要能够满足刚刚说到的在外观上是可以被普通消费者和设计师所接受的要求，那么就可以认为这个算法具有了实际的可操作性。这里我们也给出了一个衡量水印瑕疵点密集度的公式：户=争=兰D，见(2 3)其中，p 代表含完整水印信息的小样图单元中的水印分布密集度，k 代表整个水印信息的长度，P 代表含完整水印信息的小样图单元中组织点的总数量，s 0和S“分别代表了垂直和水平(经线和纬线)方向上水印的分布尺寸，皿和协分别代表单根经线和纬线的尺寸，p。代表了所允许的水印“瑕疵点”的最大密集度。这个p。是由前