第一篇:數(shù)字水印技術(shù):概念、應(yīng)用及現(xiàn)狀
講述了數(shù)字水印技術(shù)的概念、產(chǎn)生背景、分類(lèi)、應(yīng)用狀況、研究動(dòng)態(tài)和現(xiàn)實(shí)案例。
一、引言
隨著信息時(shí)代的到來(lái),特別是Internet的普及,信息的安全保護(hù)問(wèn)題日益突出。當(dāng)前的信息安全技術(shù)基本上都以密碼學(xué)理論為基礎(chǔ),無(wú)論是采用傳統(tǒng)的密鑰系統(tǒng)還是公鑰系統(tǒng),其保護(hù)方式都是控制文件的存取,即將文件加密成密文,使非法用戶(hù)不能解讀。但隨著計(jì)算機(jī)處理能力的快速提高,這種通過(guò)不斷增加密鑰長(zhǎng)度來(lái)提高系統(tǒng)密級(jí)的方法變得越來(lái)越不安全。
另一方面,多媒體技術(shù)已被廣泛應(yīng)用,需要進(jìn)行加密、認(rèn)證和版權(quán)保護(hù)的聲像數(shù)據(jù)也越來(lái)越多。數(shù)字化的聲像數(shù)據(jù)從本質(zhì)上說(shuō)就是數(shù)字信號(hào),如果對(duì)這類(lèi)數(shù)據(jù)也采用密碼加密方式,則其本身的信號(hào)屬性就被忽略了。最近幾年,許多研究人員放棄了傳統(tǒng)密碼學(xué)的技術(shù)路線,嘗試用各種信號(hào)處理方法對(duì)聲像數(shù)據(jù)進(jìn)行隱藏加密,并將該技術(shù)用于制作多媒體的“數(shù)字水印”。
二、數(shù)字時(shí)代的密寫(xiě)術(shù) — 數(shù)字水印
數(shù)字水?。―igital Watermark)技術(shù)是指用信號(hào)處理的方法在數(shù)字化的多媒體數(shù)據(jù)中嵌入隱蔽的標(biāo)記,這種標(biāo)記通常是不可見(jiàn)的,只有通過(guò)專(zhuān)用的檢測(cè)器或閱讀器才能提取。數(shù)字水印是信息隱藏技術(shù)的一個(gè)重要研究方向。嵌入數(shù)字作品中的信息必須具有以下基本特性才能稱(chēng)為數(shù)字水?。?/p>
1.隱蔽性:在數(shù)字作品中嵌入數(shù)字水印不會(huì)引起明顯的降質(zhì),并且不易被察覺(jué)。
2.隱藏位置的安全性:水印信息隱藏于數(shù)據(jù)而非文件頭中,文件格式的變換不應(yīng)導(dǎo)致水印數(shù)據(jù)的丟失。
3.魯棒性:所謂魯棒性是指在經(jīng)歷多種無(wú)意或有意的信號(hào)處理過(guò)程后,數(shù)字水印仍能保持完整性或仍能被準(zhǔn)確鑒別。可能的信號(hào)處理過(guò)程包括信道噪聲、濾波、數(shù)/模與模/數(shù)轉(zhuǎn)換、重采樣、剪切、位移、尺度變化以及有損壓縮編碼等。在數(shù)字水印技術(shù)中,水印的數(shù)據(jù)量和魯棒性構(gòu)成了一對(duì)基本矛盾。從主觀上講,理想的水印算法應(yīng)該既能隱藏大量數(shù)據(jù),又可以抗各種信道噪聲和信號(hào)變形。然而在實(shí)際中,這兩個(gè)指標(biāo)往往不能同時(shí)實(shí)現(xiàn),不過(guò)這并不會(huì)影響數(shù)字水印技術(shù)的應(yīng)用,因?yàn)閷?shí)際應(yīng)用一般只偏重其中的一個(gè)方面。如果是為了隱蔽通信,數(shù)據(jù)量顯然是最重要的,由于通信方式極為隱蔽,遭遇敵方篡改攻擊的可能性很小,因而對(duì)魯棒性要求不高。但對(duì)保證數(shù)據(jù)安全來(lái)說(shuō),情況恰恰相反,各種保密的數(shù)據(jù)隨時(shí)面臨著被盜取和篡改的危險(xiǎn),所以魯棒性是十分重要的,此時(shí),隱藏?cái)?shù)據(jù)量的要求居于次要地位。
數(shù)字水印技術(shù)的基本思想源于古代的密寫(xiě)術(shù)。古希臘的斯巴達(dá)人曾將軍事情報(bào)刻在普通的木板上,用石蠟填平,收信的一方只要用火烤熱木板,融化石蠟后,就
可以看到密信。使用最廣泛的密寫(xiě)方法恐怕要算化學(xué)密寫(xiě)了,牛奶、白礬、果汁等都曾充當(dāng)過(guò)密寫(xiě)藥水的角色??梢哉f(shuō),人類(lèi)早期使用的保密通信手段大多數(shù)屬于密寫(xiě)而不是密碼。然而,與密碼技術(shù)相比,密寫(xiě)術(shù)始終沒(méi)有發(fā)展成為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科,究其原因,主要是因?yàn)槊軐?xiě)術(shù)缺乏必要的理論基礎(chǔ)。
如今,數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展為古老的密寫(xiě)術(shù)注入了新的活力,也帶來(lái)了新的機(jī)會(huì)。在研究數(shù)字水印的過(guò)程中,研究者大量借鑒了密寫(xiě)技術(shù)的思想。尤其是近年來(lái)信息隱藏技術(shù)理論框架研究的興起,更給密寫(xiě)術(shù)成為一門(mén)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)帶來(lái)了希望。毫無(wú)疑問(wèn),密寫(xiě)技術(shù)將在數(shù)字時(shí)代得以復(fù)興。
三、數(shù)字水印的分類(lèi)
數(shù)字水印技術(shù)可以從不同的角度進(jìn)行劃分。1.按特性劃分
按水印的特性可以將數(shù)字水印分為魯棒數(shù)字水印和脆弱數(shù)字水印兩類(lèi)。魯棒數(shù)字水印主要用于在數(shù)字作品中標(biāo)識(shí)著作權(quán)信息,如作者、作品序號(hào)等,它要求嵌入的水印能夠經(jīng)受各種常用的編輯處理;脆弱數(shù)字水印主要用于完整性保護(hù),與魯棒水印的要求相反,脆弱水印必須對(duì)信號(hào)的改動(dòng)很敏感,人們根據(jù)脆弱水印的狀態(tài)就可以判斷數(shù)據(jù)是否被篡改過(guò)。2.按水印所附載的媒體劃分
按水印所附載的媒體,我們可以將數(shù)字水印劃分為圖像水印、音頻水印、視頻水印、文本水印以及用于三維網(wǎng)格模型的網(wǎng)格水印等。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,會(huì)有更多種類(lèi)的數(shù)字媒體出現(xiàn),同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的水印技術(shù)。3.按檢測(cè)過(guò)程劃分
按水印的檢測(cè)過(guò)程可以將數(shù)字水印劃分為明文水印和盲水印。明文水印在檢測(cè)過(guò)程中需要原始數(shù)據(jù),而盲水印的檢測(cè)只需要密鑰,不需要原始數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō),明文水印的魯棒性比較強(qiáng),但其應(yīng)用受到存儲(chǔ)成本的限制。目前學(xué)術(shù)界研究的數(shù)字水印大多數(shù)是盲水印。4.按內(nèi)容劃分
按數(shù)字水印的內(nèi)容可以將水印劃分為有意義水印和無(wú)意義水印。有意義水印是指水印本身也是某個(gè)數(shù)字圖像(如商標(biāo)圖像)或數(shù)字音頻片段的編碼;無(wú)意義水印則只對(duì)應(yīng)于一個(gè)序列號(hào)。有意義水印的優(yōu)勢(shì)在于,如果由于受到攻擊或其他原因致使解碼后的水印破損,人們?nèi)匀豢梢酝ㄟ^(guò)視覺(jué)觀察確認(rèn)是否有水印。但對(duì)于無(wú)意義水印來(lái)說(shuō),如果解碼后的水印序列有若干碼元錯(cuò)誤,則只能通過(guò)統(tǒng)計(jì)決策來(lái)確定信號(hào)中是否含有水印。
5.按用途劃分
不同的應(yīng)用需求造就了不同的水印技術(shù)。按水印的用途,我們可以將數(shù)字水印劃分為票據(jù)防偽水印、版權(quán)保護(hù)水印、篡改提示水印和隱蔽標(biāo)識(shí)水印。
票據(jù)防偽水印是一類(lèi)比較特殊的水印,主要用于打印票據(jù)和電子票據(jù)的防偽。一般來(lái)說(shuō),偽幣的制造者不可能對(duì)票據(jù)圖像進(jìn)行過(guò)多的修改,所以,諸如尺度變換等信號(hào)編輯操作是不用考慮的。但另一方面,人們必須考慮票據(jù)破損、圖案模糊等情形,而且考慮到快速檢測(cè)的要求,用于票據(jù)防偽的數(shù)字水印算法不能太復(fù)雜。版權(quán)標(biāo)識(shí)水印是目前研究最多的一類(lèi)數(shù)字水印。數(shù)字作品既是商品又是知識(shí)作品,這種雙重性決定了版權(quán)標(biāo)識(shí)水印主要強(qiáng)調(diào)隱蔽性和魯棒性,而對(duì)數(shù)據(jù)量的要求相對(duì)較小。
篡改提示水印是一種脆弱水印,其目的是標(biāo)識(shí)宿主信號(hào)的完整性和真實(shí)性。隱蔽標(biāo)識(shí)水印的目的是將保密數(shù)據(jù)的重要標(biāo)注隱藏起來(lái),限制非法用戶(hù)對(duì)保密數(shù)據(jù)的使用。
6.按水印隱藏的位置劃分
按數(shù)字水印的隱藏位置,我們可以將其劃分為時(shí)(空)域數(shù)字水印、頻域數(shù)字水印、時(shí)/頻域數(shù)字水印和時(shí)間/尺度域數(shù)字水印。
時(shí)(空)域數(shù)字水印是直接在信號(hào)空間上疊加水印信息,而頻域數(shù)字水印、時(shí)/頻域數(shù)字水印和時(shí)間/尺度域數(shù)字水印則分別是在DCT變換域、時(shí)/ 頻變換域和小波變換域上隱藏水印。
隨著數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展,各種水印算法層出不窮,水印的隱藏位置也不再局限于上述四種。應(yīng)該說(shuō),只要構(gòu)成一種信號(hào)變換,就有可能在其變換空間上隱藏水印。
四、應(yīng)用前景
多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展和Internet的普及帶來(lái)了一系列政治、經(jīng)濟(jì)、軍事和文化問(wèn)題,產(chǎn)生了許多新的研究熱點(diǎn),以下幾個(gè)引起普遍關(guān)注的問(wèn)題構(gòu)成了數(shù)字水印的研究背景。
1.?dāng)?shù)字作品的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)
數(shù)字作品(如電腦美術(shù)、掃描圖像、數(shù)字音樂(lè)、視頻、三維動(dòng)畫(huà))的版權(quán)保護(hù)是當(dāng)前的熱點(diǎn)問(wèn)題。由于數(shù)字作品的拷貝、修改非常容易,而且可以做到與原作完全相同,所以原創(chuàng)者不得不采用一些嚴(yán)重?fù)p害作品質(zhì)量的辦法來(lái)加上版權(quán)標(biāo)志,而這種明顯可見(jiàn)的標(biāo)志很容易被篡改。
“數(shù)字水印”利用數(shù)據(jù)隱藏原理使版權(quán)標(biāo)志不可見(jiàn)或不可聽(tīng),既不損害原作品,又達(dá)到了版權(quán)保護(hù)的目的。目前,用于版權(quán)保護(hù)的數(shù)字水印技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了初步實(shí)用化階段,IBM公司在其“數(shù)字圖書(shū)館”軟件中就提供了數(shù)字水印功能,Adobe公司也在其著名的Photoshop軟件中集成了Digimarc公司的數(shù)字水印插件。然而實(shí)事求是地說(shuō),目前市場(chǎng)上的數(shù)字水印產(chǎn)品在技術(shù)上還不成熟,很容易被破壞或破解,距離真正的實(shí)用還有很長(zhǎng)的路要走。2.商務(wù)交易中的票據(jù)防偽
隨著高質(zhì)量圖像輸入輸出設(shè)備的發(fā)展,特別是精度超過(guò) 1200dpi的彩色噴墨、激光打印機(jī)和高精度彩色復(fù)印機(jī)的出現(xiàn),使得貨幣、支票以及其他票據(jù)的偽造變得更加容易。
據(jù)美國(guó)官方報(bào)道,僅在1997年截獲的價(jià)值4000萬(wàn)美元的假鈔中,用高精度彩色打印機(jī)制造的小面額假鈔就占19%,這個(gè)數(shù)字是1995年的9.05 倍。目前,美國(guó)、日本以及荷蘭都已開(kāi)始研究用于票據(jù)防偽的數(shù)字水印技術(shù)。其中麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室受美國(guó)財(cái)政部委托,已經(jīng)開(kāi)始研究在彩色打印機(jī)、復(fù)印機(jī)輸出的每幅圖像中加入唯一的、不可見(jiàn)的數(shù)字水印,在需要時(shí)可以實(shí)時(shí)地從掃描票據(jù)中判斷水印的有無(wú),快速辨識(shí)真?zhèn)巍?/p>
另一方面,在從傳統(tǒng)商務(wù)向電子商務(wù)轉(zhuǎn)化的過(guò)程中,會(huì)出現(xiàn)大量過(guò)度性的電子文件,如各種紙質(zhì)票據(jù)的掃描圖像等。即使在網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)成熟以后,各種電子票據(jù)也還需要一些非密碼的認(rèn)證方式。數(shù)字水印技術(shù)可以為各種票據(jù)提供不可見(jiàn)的認(rèn)證標(biāo)志,從而大大增加了偽造的難度。3.聲像數(shù)據(jù)的隱藏標(biāo)識(shí)和篡改提示
數(shù)據(jù)的標(biāo)識(shí)信息往往比數(shù)據(jù)本身更具有保密價(jià)值,如遙感圖像的拍攝日期、經(jīng)/緯度等。沒(méi)有標(biāo)識(shí)信息的數(shù)據(jù)有時(shí)甚至無(wú)法使用,但直接將這些重要信息標(biāo)記在原始文件上又很危險(xiǎn)。數(shù)字水印技術(shù)提供了一種隱藏標(biāo)識(shí)的方法,標(biāo)識(shí)信息在原始文件上是看不到的,只有通過(guò)特殊的閱讀程序才可以讀取。這種方法已經(jīng)被國(guó)外一些公開(kāi)的遙感圖像數(shù)據(jù)庫(kù)所采用。
此外,數(shù)據(jù)的篡改提示也是一項(xiàng)很重要的工作?,F(xiàn)有的信號(hào)拼接和鑲嵌技術(shù)可以做到“移花接木”而不為人知,因此,如何防范對(duì)圖像、錄音、錄像數(shù)據(jù)的篡改攻擊是重要的研究課題。基于數(shù)字水印的篡改提示是解決這一問(wèn)題的理想技術(shù)途徑,通過(guò)隱藏水印的狀態(tài)可以判斷聲像信號(hào)是否被篡改。4.隱蔽通信及其對(duì)抗
數(shù)字水印所依賴(lài)的信息隱藏技術(shù)不僅提供了非密碼的安全途徑,更引發(fā)了信息戰(zhàn)尤其是網(wǎng)絡(luò)情報(bào)戰(zhàn)的革命,產(chǎn)生了一系列新穎的作戰(zhàn)方式,引起了許多國(guó)家的重
視。
網(wǎng)絡(luò)情報(bào)戰(zhàn)是信息戰(zhàn)的重要組成部分,其核心內(nèi)容是利用公用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行保密數(shù)據(jù)傳送。迄今為止,學(xué)術(shù)界在這方面的研究思路一直未能突破“文件加密”的思維模式,然而,經(jīng)過(guò)加密的文件往往是混亂無(wú)序的,容易引起攻擊者的注意。網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)的廣泛應(yīng)用使得利用公用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行保密通信有了新的思路,利用數(shù)字化聲像信號(hào)相對(duì)于人的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)冗余,可以進(jìn)行各種時(shí)(空)域和變換域的信息隱藏,從而實(shí)現(xiàn)隱蔽通信。
五、研究動(dòng)態(tài)
從公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)看,國(guó)際上在數(shù)字水印方面的研究剛開(kāi)始不久,但由于有大公司的介入和美國(guó)軍方及財(cái)政部的支持,該技術(shù)研究的發(fā)展速度非常快。1998年以來(lái),《IEEE圖像處理》、《IEEE會(huì)報(bào)》、《IEEE通信選題》、《IEEE 消費(fèi)電子學(xué)》等許多國(guó)際重要期刊都組織了數(shù)字水印的技術(shù)專(zhuān)刊或?qū)n}新聞報(bào)道。----在美國(guó),以麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室為代表的一批研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)已經(jīng)申請(qǐng)了數(shù)字水印方面的專(zhuān)利。1998年,美國(guó)政府報(bào)告中出現(xiàn)了第一份有關(guān)圖像數(shù)據(jù)隱藏的AD報(bào)告。目前,已支持或開(kāi)展數(shù)字水印研究的機(jī)構(gòu)既有政府部門(mén),也有大學(xué)和知名企業(yè),它們包括美國(guó)財(cái)政部、美國(guó)版權(quán)工作組、美國(guó)空軍研究院、美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室、德國(guó)國(guó)家信息技術(shù)研究中心、日本NTT信息與通信系統(tǒng)研究中心、麻省理工學(xué)院、伊利諾斯大學(xué)、明尼蘇達(dá)大學(xué)、劍橋大學(xué)、瑞士洛桑聯(lián)邦工學(xué)院、西班牙Vigo 大學(xué)、IBM公司W(wǎng)atson研究中心、微軟公司劍橋研究院、朗訊公司貝爾實(shí)驗(yàn)室、CA公司、Sony公司、NEC研究所以及荷蘭菲利浦公司等。1996年5月30日~6月1日,在英國(guó)劍橋牛頓研究所召開(kāi)了第一屆國(guó)際信息隱藏學(xué)術(shù)研討會(huì),至今已舉辦了三屆。SPIE和IEEE的一些重要國(guó)際會(huì)議也開(kāi)辟了相關(guān)的專(zhuān)題。
我國(guó)學(xué)術(shù)界對(duì)數(shù)字水印技術(shù)的反應(yīng)也非??欤呀?jīng)有相當(dāng)一批有實(shí)力的科研機(jī)構(gòu)投入到這一領(lǐng)域的研究中來(lái)。為了促進(jìn)數(shù)字水印及其他信息隱藏技術(shù)的研究和應(yīng)用,1999年12月,我國(guó)信息安全領(lǐng)域的何德全院士、周仲義院士、蔡吉人院士與有關(guān)應(yīng)用研究單位聯(lián)合發(fā)起召開(kāi)了我國(guó)第一屆信息隱藏學(xué)術(shù)研討會(huì)。2000年1 月,由國(guó)家“863”智能機(jī)專(zhuān)家組和中科院自動(dòng)化所模式識(shí)別國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室組織召開(kāi)了數(shù)字水印學(xué)術(shù)研討會(huì),來(lái)自國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、國(guó)家信息安全測(cè)評(píng)認(rèn)證中心、中國(guó)科學(xué)院、北京郵電大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、清華大學(xué)、北方工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)、天津大學(xué)、中國(guó)科技大學(xué)、北京大學(xué)、北京理工大學(xué)、中山大學(xué)、北京電子技術(shù)應(yīng)用研究所等單位的專(zhuān)家學(xué)者和研究人員深入討論了數(shù)字水印的關(guān)鍵技術(shù),報(bào)告了各自的研究成果。
從這次會(huì)議反應(yīng)的情況上看,我國(guó)相關(guān)學(xué)術(shù)領(lǐng)域的研究與世界水平相差不遠(yuǎn),而且有自己獨(dú)特的研究思路。
目前,已支持或開(kāi)展數(shù)字水印研究的機(jī)構(gòu)既有政府部門(mén),也有大學(xué)和知名企業(yè),它們包括美國(guó)財(cái)政部、美國(guó)版權(quán)工作組、美國(guó)空軍研究院、美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室、德國(guó)國(guó)家信息技術(shù)研究中心、日本NTT信息與通信系統(tǒng)研究中心、麻省理工學(xué)院、伊利諾斯大學(xué)、明尼蘇達(dá)大學(xué)、劍橋大學(xué)、瑞士洛桑聯(lián)邦工學(xué)院、西班牙 Vigo大學(xué)、IBM公司W(wǎng)atson研究中心、微軟公司劍橋研究院、朗訊公司貝爾實(shí)驗(yàn)室、CA公司、Sony公司、NEC研究所以及荷蘭菲利浦公司等。
1996年5月30日~6月1日,在英國(guó)劍橋牛頓研究所召開(kāi)了第一屆國(guó)際信息隱藏學(xué)術(shù)研討會(huì),至今已舉辦了三屆。SPIE和IEEE的一些重要國(guó)際會(huì)議也開(kāi)辟了相關(guān)的專(zhuān)題。
我國(guó)學(xué)術(shù)界對(duì)數(shù)字水印技術(shù)的反應(yīng)也非???,已經(jīng)有相當(dāng)一批有實(shí)力的科研機(jī)構(gòu)投入到這一領(lǐng)域的研究中來(lái)。為了促進(jìn)數(shù)字水印及其他信息隱藏技術(shù)的研究和應(yīng)用,1999年12月,我國(guó)信息安全領(lǐng)域的何德全院士、周仲義院士、蔡吉人院士與有關(guān)應(yīng)用研究單位聯(lián)合發(fā)起召開(kāi)了我國(guó)第一屆信息隱藏學(xué)術(shù)研討會(huì)。2000年1 月,由國(guó)家“863”智能機(jī)專(zhuān)家組和中科院自動(dòng)化所模式識(shí)別國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室組織召開(kāi)了數(shù)字水印學(xué)術(shù)研討會(huì),來(lái)自國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、國(guó)家信息安全測(cè)評(píng)認(rèn)證中心、中國(guó)科學(xué)院、北京郵電大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、清華大學(xué)、北方工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)、天津大學(xué)、中國(guó)科技大學(xué)、北京大學(xué)、北京理工大學(xué)、中山大學(xué)、北京電子技術(shù)應(yīng)用研究所等單位的專(zhuān)家學(xué)者和研究人員深入討論了數(shù)字水印的關(guān)鍵技術(shù),報(bào)告了各自的研究成果。從這次會(huì)議反應(yīng)的情況上看,我國(guó)相關(guān)學(xué)術(shù)領(lǐng)域的研究與世界水平相差不遠(yuǎn),而且有自己獨(dú)特的研究思路。
第二篇:數(shù)字水印
隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,特別是因特網(wǎng)的普及,信息的安全保護(hù)問(wèn)題日益突出。此外,多媒體技術(shù)已被廣泛應(yīng)用,數(shù)字圖像、音頻和視頻等多媒體數(shù)字產(chǎn)品愈來(lái)愈需要一種有效的版權(quán)保護(hù)方法。最近幾年,許多研究人員放棄了傳統(tǒng)密碼學(xué)的技術(shù)路線,嘗試用各種信號(hào)處理方法對(duì)聲像數(shù)據(jù)進(jìn)行隱藏加密,并將該技術(shù)用于制作多媒體的“數(shù)字水印”。
二、數(shù)字水印特征及分類(lèi)
所謂數(shù)字水印技術(shù),就是在被保護(hù)的數(shù)字對(duì)象(如靜止圖像、視頻、音頻等)中嵌入某些能夠證明版權(quán)歸屬或跟蹤侵權(quán)行為的信息,這些信息可能是作者的序列號(hào)、公司標(biāo)志、有意義的文本等等。水印中的隱藏信息能夠抵抗各類(lèi)攻擊。即使水印算法是公開(kāi)的,攻擊者要?dú)У羲∪允掷щy。將某種不可感知的信息如數(shù)字、序列號(hào)、文字、圖像標(biāo)志等版權(quán)信息嵌入到多媒體數(shù)據(jù)中,以起到版權(quán)保護(hù)、秘密通信、數(shù)據(jù)文件的真?zhèn)舞b別和產(chǎn)品標(biāo)識(shí)等作用。在發(fā)生數(shù)字媒體侵權(quán)使用、版權(quán)爭(zhēng)議時(shí),通過(guò)檢測(cè)媒體內(nèi)容中的數(shù)字水印,獲得數(shù)字媒體的版權(quán)信息、授權(quán)信息等,從而起到媒體知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的目的。數(shù)字水印是信息隱藏技術(shù)的一個(gè)重要研究方向。
1.數(shù)字水印特征
嵌入數(shù)字作品中的信息必須具有以下基本特性才能稱(chēng)為數(shù)字水印:
(1)不可感知性:在數(shù)字作品中嵌入數(shù)字水印不會(huì)引起明顯的降質(zhì),并且不易被察覺(jué)。
(2)隱藏位置的安全性:水印信息隱藏于數(shù)據(jù)而非文件頭中,文件格式的變換不應(yīng)導(dǎo)致水印數(shù)據(jù)的丟失。
(3)魯棒性:所謂魯棒性是指在經(jīng)歷多種無(wú)意或有意的信號(hào)處理過(guò)程后,數(shù)字水印仍能保持完整性或仍能被準(zhǔn)確鑒別。可能的信號(hào)處理過(guò)程包括信道噪聲、濾波、數(shù)/模與模/數(shù)轉(zhuǎn)換、重采樣、剪切、位移、尺度變化以及有損壓縮編碼等。
(4)隱藏的信息量:嵌入的秘密信息必須能夠具有足夠多的信息。實(shí)際上,隱藏的信息與系統(tǒng)的魯棒性是矛盾的,即嵌入的秘密信息越多,魯棒性就越差。
2.數(shù)字水印分類(lèi)
按水印的特性可以將數(shù)字水印分為魯棒數(shù)字水印和脆弱數(shù)字水印兩類(lèi)。魯棒數(shù)字水印主要用于在數(shù)字作品中標(biāo)識(shí)著作權(quán)信息,如作者、作品序號(hào)等,它要求嵌入的水印能夠經(jīng)受各種常用的編輯處理;脆弱數(shù)字水印主要用于完整性保護(hù),與魯棒水印的要求相反,脆弱水印必須對(duì)信號(hào)的改動(dòng)很敏感,人們根據(jù)脆弱水印的狀態(tài)就可以判斷數(shù)據(jù)是否被篡改
過(guò)。
按水印所附載的媒體,我們可以將數(shù)字水印劃分為圖像水印、音頻水印、視頻水印、文本水印以及用于三維網(wǎng)格模型的網(wǎng)格水印等。
按水印的檢測(cè)過(guò)程可以將數(shù)字水印劃分為明文水印和盲水印。明文水印在檢測(cè)過(guò)程中需要原始數(shù)據(jù),而盲水印的檢測(cè)只需要密鑰,不需要原始數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō),明文水印的魯棒性比較強(qiáng),但其應(yīng)用受到存儲(chǔ)成本的限制。
按數(shù)字水印的內(nèi)容可以將水印劃分為有意義水印和無(wú)意義水印。有意義水印是指水印本身也是某個(gè)數(shù)字圖像(如商標(biāo)圖像)或數(shù)字音頻片段的編碼;無(wú)意義水印則只對(duì)應(yīng)于一個(gè)序列號(hào)。有意義水印的優(yōu)勢(shì)在于,如果由于受到攻擊或其他原因致使解碼后的水印破損,人們?nèi)匀豢梢酝ㄟ^(guò)視覺(jué)觀察確認(rèn)是否有水印。但對(duì)于無(wú)意義水印來(lái)說(shuō),如果解碼后的水印序列有若干碼元錯(cuò)誤,則只能通過(guò)統(tǒng)計(jì)決策來(lái)確定信號(hào)中是否含有水印。
按水印的用途,我們可以將數(shù)字水印劃分為票據(jù)防偽水印、版權(quán)保護(hù)水印、篡改提示水印和隱蔽標(biāo)識(shí)水印。
票據(jù)防偽水印是一類(lèi)比較特殊的水印,主要用于打印票據(jù)和電子票據(jù)的防偽。一般來(lái)說(shuō),偽幣的制造者不可能對(duì)票據(jù)圖像進(jìn)行過(guò)多的修改,所以,諸如尺度變換等信號(hào)編輯操作是不用考慮的。但另一方面,人們必須考慮票據(jù)破損、圖案模糊等情形,而且考慮到快速檢測(cè)的要求,用于票據(jù)防偽的數(shù)字水印算法不能太復(fù)雜。
版權(quán)標(biāo)識(shí)水印是目前研究最多的一類(lèi)數(shù)字水印。數(shù)字作品既是商品又是知識(shí)作品,這種雙重性決定了版權(quán)標(biāo)識(shí)水印主要強(qiáng)調(diào)隱蔽性和魯棒性,而對(duì)數(shù)據(jù)量的要求相對(duì)較小。
篡改提示水印是一種脆弱水印,其目的是標(biāo)識(shí)宿主信號(hào)的完整性和真實(shí)性。
隱蔽標(biāo)識(shí)水印的目的是將保密數(shù)據(jù)的重要標(biāo)注隱藏起來(lái),限制非法用戶(hù)對(duì)保密數(shù)據(jù)的使用。
三、數(shù)字水印的應(yīng)用領(lǐng)域
1.數(shù)字作品的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)
數(shù)字作品(如電腦美術(shù)、掃描圖像、數(shù)字音樂(lè)、視頻、三維動(dòng)畫(huà))的版權(quán)保護(hù)是當(dāng)前的熱點(diǎn)問(wèn)題。由于數(shù)字作品的拷貝、修改非常容易,而且可以做到與原作完全相同,所以原創(chuàng)者不得不采用一些嚴(yán)重?fù)p害作品質(zhì)量的辦法來(lái)加上版權(quán)標(biāo)志,而這種明顯可見(jiàn)的標(biāo)志很容易被篡改
“數(shù)字水印”利用數(shù)據(jù)隱藏原理使版權(quán)標(biāo)志不可見(jiàn)或不可聽(tīng),既不損害原作品,又達(dá)到了版
權(quán)保護(hù)的目的。目前,用于版權(quán)保護(hù)的數(shù)字水印技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了初步實(shí)用化階段,IBM公司在其“數(shù)字圖書(shū)館”軟件中就提供了數(shù)字水印功能,Adobe公司也在其著名的Photoshop軟件中集成了Digimarc公司的數(shù)字水印插件。然而實(shí)事求是地說(shuō),目前市場(chǎng)上的數(shù)字水印產(chǎn)品在技術(shù)上還不成熟,很容易被破壞或破解,距離真正的實(shí)用還有很長(zhǎng)的路要走。
2.商務(wù)交易中的票據(jù)防偽
隨著高質(zhì)量圖像輸入輸出設(shè)備的發(fā)展,特別是精度超過(guò) 1200dpi的彩色噴墨、激光打印機(jī)和高精度彩色復(fù)印機(jī)的出現(xiàn),使得貨幣、支票以及其他票據(jù)的偽造變得更加容易。
另一方面,在從傳統(tǒng)商務(wù)向電子商務(wù)轉(zhuǎn)化的過(guò)程中,會(huì)出現(xiàn)大量過(guò)度性的電子文件,如各種紙質(zhì)票據(jù)的掃描圖像等。即使在網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)成熟以后,各種電子票據(jù)也還需要一些非密碼的認(rèn)證方式。數(shù)字水印技術(shù)可以為各種票據(jù)提供不可見(jiàn)的認(rèn)證標(biāo)志,從而大大增加了偽造的難度。
3.證件真?zhèn)舞b別
信息隱藏技術(shù)可以應(yīng)用的范圍很廣,作為證件來(lái)講,每個(gè)人需要不只一個(gè)證件,證明個(gè)人身份的有:身份證、護(hù)照、駕駛證、出入證等;證明某種能力的有:各種學(xué)歷證書(shū)、資格證書(shū)等。
國(guó)內(nèi)目前在證件防偽領(lǐng)域面臨巨大的商機(jī),由于缺少有效的措施,使得“造假”、“買(mǎi)假”、“用假”成風(fēng),已經(jīng)嚴(yán)重地干擾了正常的經(jīng)濟(jì)秩序,對(duì)國(guó)家的形象也有不良影響。通過(guò)水印技術(shù)可以確認(rèn)該證件的真?zhèn)?,使得該證件無(wú)法仿制和復(fù)制。
4.聲像數(shù)據(jù)的隱藏標(biāo)識(shí)和篡改提示
數(shù)據(jù)的標(biāo)識(shí)信息往往比數(shù)據(jù)本身更具有保密價(jià)值,如遙感圖像的拍攝日期、經(jīng)/緯度等。沒(méi)有標(biāo)識(shí)信息的數(shù)據(jù)有時(shí)甚至無(wú)法使用,但直接將這些重要信息標(biāo)記在原始文件上又很危險(xiǎn)。數(shù)字水印技術(shù)提供了一種隱藏標(biāo)識(shí)的方法,標(biāo)識(shí)信息在原始文件上是看不到的,只有通過(guò)特殊的閱讀程序才可以讀取。這種方法已經(jīng)被國(guó)外一些公開(kāi)的遙感圖像數(shù)據(jù)庫(kù)所采用。
此外,數(shù)據(jù)的篡改提示也是一項(xiàng)很重要的工作。現(xiàn)有的信號(hào)拼接和鑲嵌技術(shù)可以做到“移花接木”而不為人知,因此,如何防范對(duì)圖像、錄音、錄像數(shù)據(jù)的篡改攻擊是重要的研究課題?;跀?shù)字水印的篡改提示是解決這一問(wèn)題的理想技術(shù)途徑,通過(guò)隱藏水印的狀態(tài)可以判斷聲像信號(hào)是否被篡改。
5.隱蔽通信及其對(duì)抗
數(shù)字水印所依賴(lài)的信息隱藏技術(shù)不僅提供了非密碼的安全途徑,更引發(fā)了信息戰(zhàn)尤其是網(wǎng)絡(luò)情報(bào)戰(zhàn)的革命,產(chǎn)生了一系列新穎的作戰(zhàn)方式,引起了許多國(guó)家的重視。
網(wǎng)絡(luò)情報(bào)戰(zhàn)是信息戰(zhàn)的重要組成部分,其核心內(nèi)容是利用公用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行保密數(shù)據(jù)傳送。迄今為止,學(xué)術(shù)界在這方面的研究思路一直未能突破“文件加密”的思維模式,然而,經(jīng)過(guò)加密的文件往往是混亂無(wú)序的,容易引起攻擊者的注意。網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)的廣泛應(yīng)用使得利用公用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行保密通信有了新的思路,利用數(shù)字化聲像信號(hào)相對(duì)于人的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)冗余,可以進(jìn)行各種時(shí)(空)域和變換域的信息隱藏,從而實(shí)現(xiàn)隱蔽通信。
四、數(shù)字水印的發(fā)展趨勢(shì)
雖然數(shù)字水印技術(shù)最初的開(kāi)發(fā)目的是為了解決數(shù)字媒體的版權(quán)保護(hù)問(wèn)題,然而在實(shí)際的研究中,數(shù)字水印的應(yīng)用領(lǐng)域遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了版權(quán)保護(hù)領(lǐng)域;同時(shí),由于目前數(shù)字水印技術(shù)難以解決的串謀攻擊、機(jī)會(huì)攻擊以及解釋攻擊問(wèn)題,使得數(shù)字水印在版權(quán)保護(hù)、訪問(wèn)與拷貝控制、數(shù)字指紋等方面的應(yīng)用受到了很大的限制。因此,許多研究者正致力于上述問(wèn)題的解決,如果這些問(wèn)題得到解決,數(shù)字水印則極有可能成為媒體安全領(lǐng)域的重要的技術(shù)基礎(chǔ)。但從目前的發(fā)展來(lái)看,利用數(shù)字水印技術(shù)進(jìn)行數(shù)字廣播監(jiān)聽(tīng)、媒體內(nèi)容認(rèn)證、小范圍內(nèi)媒體使用跟蹤等方面則更加實(shí)際可行,而且也是非常有意義的,并且在這些領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)始實(shí)際使用與測(cè)試。此外,數(shù)字水印技術(shù)還可以用于提供媒體增值業(yè)務(wù),如提供數(shù)字媒體相關(guān)內(nèi)容的因特網(wǎng)鏈接、隱藏水印信息在數(shù)字媒體中以降低媒體傳輸造成的錯(cuò)誤。
第三篇:數(shù)字化工廠技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展
作為數(shù)字化與智能化制造的關(guān)鍵技術(shù)之一,數(shù)字化工廠是現(xiàn)代工業(yè)化與信息化融合的應(yīng)用體現(xiàn),也是實(shí)現(xiàn)智能化制造的必經(jīng)之路。數(shù)字化工廠借助于信息化和數(shù)字化技術(shù),通過(guò)集成、仿真、分析、控制等手段,可為制造工廠的生產(chǎn)全過(guò)程提供全面管控的一種整體解決方案[2]。早在2000年前后,上汽、海爾、華為和成飛等制造企業(yè)均已開(kāi)始著手建立自己的數(shù)字化工廠。今年來(lái),隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇和我國(guó)制造業(yè)勞動(dòng)力成本的不斷上升,對(duì)設(shè)備效率、制造成本、產(chǎn)品質(zhì)量等環(huán)節(jié)的要求不斷提高,離散制造業(yè)中以汽車(chē)、工程機(jī)械、航空航天、造船為代表的大型企業(yè)已越來(lái)越重視數(shù)字化工廠的建設(shè)。
數(shù)字化工廠的若干關(guān)注點(diǎn)
根據(jù)在范圍、階段、視角上的關(guān)注點(diǎn)存在差異,對(duì)于數(shù)字化工廠也有不同提法,比如可視化工廠(Visual Factory)、智慧工廠(Smart Factory)、智能工廠(Intelligence Factory)、數(shù)字化制造(Digital Manufacturing)、虛擬工廠(Virtual Factory)等。各個(gè)概念在關(guān)注點(diǎn)上也存在不同程度的交集,如智能工廠和數(shù)字化制造的交集就是以智能裝備為核心的制造工藝過(guò)程智能化,特別是對(duì)制造裝備本身的智能化。而上述各種提法之間除明顯的交集之外也各有側(cè)重,比如可視化工廠側(cè)重于數(shù)字化工廠實(shí)現(xiàn)前期的數(shù)據(jù)采集和透明化,而智能工廠更側(cè)重于后階段的數(shù)據(jù)分析與決策。
上述提法中比較典型的有3類(lèi):基于三維模型的數(shù)字化協(xié)同研制,基于虛擬仿真技術(shù)的數(shù)字化模擬工廠和基于制造過(guò)程管控與優(yōu)化的數(shù)字化車(chē)間。從制造管理的層次和從設(shè)計(jì)到制造的過(guò)程2個(gè)維度來(lái)看
基于三維模型的數(shù)字化協(xié)同研制
在設(shè)計(jì)部分,三維CAD系統(tǒng)的應(yīng)用已相當(dāng)普及。1997年,美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)ASME就開(kāi)始了全三維設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究制定工作,并于2003年頒布了“Y14.41(Digital Product Definition Data Practices)”標(biāo)準(zhǔn),把三維模型和尺寸公差及制造要求統(tǒng)一在一個(gè)模型中表達(dá)。在生產(chǎn)部分,各類(lèi)數(shù)控設(shè)備在加工精度和智能控制水平上近年來(lái)都得到飛速發(fā)展?;谌S模型的單一數(shù)據(jù)源和數(shù)控設(shè)備的廣泛應(yīng)用使得從設(shè)計(jì)端到制造端的一體化成為可能。
基于三維模型的數(shù)字化協(xié)同研制應(yīng)用的嘗試始于航空航天制造領(lǐng)域。由于在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、材料成本、成型技術(shù)和制造精度方面具有相對(duì)更苛刻的要求,航空航天領(lǐng)域在加工和裝配制造工藝上整體領(lǐng)先于其他行業(yè),這為基于三維模型的數(shù)字化協(xié)同研制奠定了基礎(chǔ)。
當(dāng)前,世界先進(jìn)的飛機(jī)制造商已逐步利用數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)的“無(wú)紙化”設(shè)計(jì)和生產(chǎn),美國(guó)波音公司在波音777和洛克希德·馬丁公司在F35的研制過(guò)程中,基于三維模型的數(shù)字化協(xié)同研制和虛擬制造技術(shù),縮短了2/3的研制周期,降低研制成本50%。波音公司在研制X-32飛機(jī)時(shí)也是如此,借助于統(tǒng)一模型,輔助裝配系統(tǒng)能把裝配順序和裝配好的部件狀態(tài)投射到正在裝配部件的上方,讓工人方便直觀地進(jìn)行裝配工作,無(wú)需再細(xì)讀圖紙和翻閱工藝文件,使裝配周期縮短50%,成本降低30%~40%。在飛機(jī)總裝線上,在機(jī)身與機(jī)身還是機(jī)翼與機(jī)身都實(shí)現(xiàn)了高度自動(dòng)化的校準(zhǔn)和對(duì)接,波音和空客兩大航空制造公司生產(chǎn)的波音737/787、A320/A380系列飛機(jī)無(wú)一例外地采用全數(shù)字化樣機(jī)進(jìn)行協(xié)調(diào)和輔助裝配,如空客A380采用4臺(tái)Leica激光跟蹤儀可完成數(shù)字化裝配。數(shù)字化產(chǎn)品的數(shù)據(jù)從研制工作的上游暢通地向下游傳遞,還有助于大幅減少飛機(jī)裝配所需的標(biāo)準(zhǔn)工裝和生產(chǎn)工裝。借助于飛機(jī)的數(shù)字化模型,法國(guó)達(dá)索公司在裝配小型公務(wù)機(jī)Falcon時(shí),其傳統(tǒng)的工裝已減到零,對(duì)降低新機(jī)研制成本,縮短研制周期起到了難以估量的作用。該技術(shù)還能夠大幅度提高產(chǎn)品的裝配質(zhì)量,如波音747機(jī)翼裝配精度由原來(lái)的10.16mm提高到0.25mm。
在國(guó)內(nèi),中航工業(yè)第一飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院2000年在“飛豹”飛機(jī)研制中已全面采用了數(shù)字化設(shè)計(jì)、制造和管理技術(shù)。航天科技211廠通過(guò)普及基于單一數(shù)據(jù)源的三維模型,制定了“三維到工藝”、“三維到現(xiàn)場(chǎng)”、“三維到設(shè)備”的步驟發(fā)展策略,重點(diǎn)解決了基于三維模型的設(shè)計(jì)工藝協(xié)同工作模式和三維設(shè)計(jì)文件的信息傳遞、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)紙化和航天產(chǎn)品的加工、裝配、檢測(cè)等裝備的數(shù)控化問(wèn)題。新支線飛機(jī)ARJ21的研制100%采用三維數(shù)字化定義、數(shù)字化預(yù)裝配和數(shù)字化樣機(jī)。上海商飛公司利用數(shù)字化設(shè)計(jì)、分析、仿真等技術(shù)手段,實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、零件制造以及裝配一次成功。上述應(yīng)用目前已開(kāi)始推廣至工程機(jī)械、造船等其他領(lǐng)域。
基于虛擬仿真技術(shù)的數(shù)字化模擬工廠
數(shù)字化模擬工廠是數(shù)字化工廠技術(shù)在制造規(guī)劃層的一個(gè)獨(dú)特視角?;谔摂M仿真技術(shù)的數(shù)字化模擬工廠是以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),采用虛擬仿真技術(shù)對(duì)制造環(huán)節(jié)從工廠規(guī)劃、建設(shè)到運(yùn)行等不同環(huán)節(jié)進(jìn)行模擬、分析、評(píng)估、驗(yàn)證和優(yōu)化,指導(dǎo)工廠的規(guī)劃和現(xiàn)場(chǎng)改善。
由于仿真技術(shù)可以處理利用數(shù)學(xué)模型無(wú)法處理的復(fù)雜系統(tǒng),能夠準(zhǔn)確地描述現(xiàn)實(shí)情況,確定影響系統(tǒng)行為的關(guān)鍵因素,因此該技術(shù)在生產(chǎn)系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)和驗(yàn)證階段有著重要的作用。正因?yàn)槿绱?,?shù)字化模擬工廠在現(xiàn)代制造企業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用,典型應(yīng)用包括:
(1)加工仿真,如加工路徑規(guī)劃和驗(yàn)證、工藝規(guī)劃分析、切削余量驗(yàn)證等。
(2)裝配仿真,如人因工程校核、裝配節(jié)拍設(shè)計(jì)、空間干涉驗(yàn)證、裝配過(guò)程運(yùn)動(dòng)學(xué)分析等。
(3)物流仿真,如物流效率分析、物流設(shè)施容量、生產(chǎn)區(qū)物流路徑規(guī)劃等。
(4)工廠布局仿真,如新建廠房規(guī)劃、生產(chǎn)線規(guī)劃、倉(cāng)儲(chǔ)物流設(shè)施規(guī)劃和分析等。
通過(guò)基于仿真模型的“預(yù)演”,可以及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題,減少建造過(guò)程中設(shè)計(jì)方案的更改。韓國(guó)三星重工利用DELMIA軟件建立了完整的數(shù)字化造船系統(tǒng),建立了虛擬船廠,可在虛擬環(huán)境下模擬整個(gè)造船過(guò)程。這套系統(tǒng)預(yù)計(jì)每年為企業(yè)減少730萬(wàn)美元的開(kāi)支。通過(guò)模擬仿真技術(shù)能夠迅速發(fā)現(xiàn)在持續(xù)運(yùn)行的過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題,而如果想要在現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)這些問(wèn)題,需要長(zhǎng)期測(cè)試,花費(fèi)高昂的成本。南車(chē)青島四方機(jī)車(chē)采用虛擬仿真技術(shù)對(duì)高速列車(chē)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行了建模,并實(shí)現(xiàn)了建模裝配仿真及物流仿真,減少了因零件返工配送不足造成的停工現(xiàn)象,減少了因工藝欠佳導(dǎo)致的裝配干涉產(chǎn)品返工的問(wèn)題。三一重工開(kāi)發(fā)了OSG技術(shù)的三維工廠布局規(guī)劃平臺(tái)(VR Layout),在集團(tuán)內(nèi)部首次應(yīng)用于其寧鄉(xiāng)產(chǎn)業(yè)園的工廠布局規(guī)劃,縮短了工廠建設(shè)周期,并節(jié)省了因設(shè)計(jì)缺陷產(chǎn)生的成本,如圖2所示。2011年,國(guó)內(nèi)各工程設(shè)計(jì)院已逐步開(kāi)始采用數(shù)字化工程設(shè)計(jì)及規(guī)劃技術(shù)來(lái)輔助規(guī)劃和建設(shè)新工廠,降低工程設(shè)計(jì)與規(guī)劃風(fēng)險(xiǎn)。
在仿真工具方面,工廠仿真領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)基本被國(guó)外產(chǎn)品壟斷,如達(dá)索公司的Delmia/Simulia、Siemens公司的Technomatix和PTC公司的Ployplan等。這些產(chǎn)品的特點(diǎn)在于與其同公司CAD/PLM系列產(chǎn)品的緊密集成。用于制造領(lǐng)域的仿真軟件還有很多,如用于裝配仿真的EM Assembly、DMU,用于公差分析的3DCS、eM-TolMate等,用于車(chē)間物流仿真的Plant Simulation、Quest、Flexsim、Witness、Automod等。目前相關(guān)產(chǎn)品都在向三維模型方向發(fā)展,使得這些仿真工具展現(xiàn)方式更加靈活,分析功能更加強(qiáng)大。
基于制造過(guò)程管控與優(yōu)化的數(shù)字化車(chē)間
在制造企業(yè),車(chē)間是將設(shè)計(jì)意圖轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。車(chē)間制造過(guò)程的數(shù)字化涵蓋了生產(chǎn)領(lǐng)域中車(chē)間、生產(chǎn)線、單元等不同層次上設(shè)備、過(guò)程的自動(dòng)化、數(shù)字化和智能化。其發(fā)展趨勢(shì)也分別體現(xiàn)在底層制造裝備智能化、中間層的制造過(guò)程優(yōu)化和頂層的制造績(jī)效可視化3個(gè)層次。
在底層制造裝備方面,數(shù)字化工廠主要解決制造能力自治的問(wèn)題。設(shè)備制造商不僅持續(xù)在提升設(shè)備本身高速、高精、高可靠等性能方面不斷取得進(jìn)展,同時(shí)也越來(lái)越重視設(shè)備的感知、分析、決策、控制功能,比如各種自適應(yīng)加工控制、智能化加工編程、自動(dòng)化加工檢測(cè)和實(shí)時(shí)化狀態(tài)監(jiān)控及自診斷/自恢復(fù)系統(tǒng)等技術(shù)在生產(chǎn)線工作中心及車(chē)間加工單元中得到普遍運(yùn)用。如日本Moriseiki的最新機(jī)床產(chǎn)品上安裝的操作系統(tǒng)MAPPS,該系統(tǒng)內(nèi)置了森精機(jī)的操作編程維修軟件,具有很高的開(kāi)放性,具有對(duì)話式編程,三維切削模擬和維修指導(dǎo)畫(huà)面,提供遠(yuǎn)程監(jiān)控功能方便維修服務(wù),并且可以直接進(jìn)行切削仿真。制造裝備的另一個(gè)趨勢(shì)是把機(jī)床設(shè)備和相關(guān)輔助裝置(如機(jī)械手)進(jìn)行集成,共同構(gòu)成柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元。也有不少?gòu)S商支持將多臺(tái)數(shù)控機(jī)床連成生產(chǎn)線,既可一人多機(jī)操縱,又可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化管理。上文提到的MAPPS系統(tǒng)就可以通過(guò)使用CAPS-NET網(wǎng)絡(luò)軟件建立基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò),從而可以對(duì)作業(yè)狀況和生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行一元化管理。MAZAK公司在單機(jī)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上,開(kāi)發(fā)了智能生產(chǎn)中心(CPC)管理軟件,一套軟件便可管理多達(dá)250臺(tái)的數(shù)控機(jī)床,使得生產(chǎn)的過(guò)程控制由車(chē)間級(jí)細(xì)化到每臺(tái)數(shù)控機(jī)床,為客戶(hù)的工廠實(shí)施數(shù)字化制造提供了前提。
在制造過(guò)程管理層次,隨著精細(xì)化生產(chǎn)的需求越來(lái)越突出,近年來(lái)MES/MOM逐漸被制造企業(yè)所接受。MES/MOM可分為車(chē)間生產(chǎn)計(jì)劃與管理和現(xiàn)場(chǎng)制造采集與控制兩部分。車(chē)間生產(chǎn)計(jì)劃與管理主要完成車(chē)間作業(yè)計(jì)劃的編排、平衡、分派,同時(shí)涉及到相關(guān)制造資源的分配和準(zhǔn)備。國(guó)內(nèi)外已有較多提供MES/MOM解決方案的產(chǎn)品提供商,如艾普工華在離散制造業(yè)特別是汽車(chē)及零部件、工程機(jī)械、航空等行業(yè),Camstar在太陽(yáng)能、電子行業(yè),寶信在鋼鐵行業(yè),石化盈科在石油化工行業(yè),西門(mén)子在制藥、煙草行業(yè)等,這些產(chǎn)品依托自身對(duì)制造業(yè)務(wù)的深刻理解,已確立了在這些行業(yè)的領(lǐng)先地位。Rockwell、Wonderware和GE依托在自動(dòng)化領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì),也已逐步向MES延伸。目前各廠商在研發(fā)高性能高可靠的系統(tǒng)平臺(tái)和模塊化產(chǎn)品方面投入巨大,上述平臺(tái)和產(chǎn)品提升了快速搭建MES/MOM解決方案的能力。
現(xiàn)場(chǎng)制造數(shù)據(jù)采集的一個(gè)明顯趨勢(shì)是以RFID、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)為核心的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被認(rèn)為是信息技術(shù)領(lǐng)域革命性的新技術(shù),借其可實(shí)現(xiàn)對(duì)于制造過(guò)程全流程的“泛在感知”,特別能夠是利用RFID無(wú)縫、不間斷地獲取和準(zhǔn)確、可靠地發(fā)送實(shí)時(shí)信息流。汽車(chē)行業(yè),比如自主品牌的江淮汽車(chē),在2006年前后就開(kāi)始應(yīng)用RFID技術(shù)對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的在制品進(jìn)行跟蹤。航空航天企業(yè)由于通常不允許在零部件上附加標(biāo)識(shí),因此通常采用以激光標(biāo)刻為代表的二維碼技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)WIP和關(guān)鍵零部件跟蹤。在更細(xì)分的領(lǐng)域,RFID技術(shù)在刀具、設(shè)備管理方面也有成功應(yīng)用,主流技術(shù)是利用刀柄上的預(yù)留空槽置入RFID標(biāo)簽,同時(shí)通過(guò)與機(jī)床刀庫(kù)和對(duì)刀儀的集成對(duì)刀具使用、維護(hù)等進(jìn)行全面管理。如Balluff的Fanuc miLink Tool ID系統(tǒng)就可以方便地連接Fanuc控制器控制的 CNC機(jī)床,自動(dòng)進(jìn)入CNC取得刀具跟蹤信息。值得一提的是,隨著基于泛在信息的智能制造系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展,裝備本身的智能化水平也得到了提升,這使得MES/MOM執(zhí)行管理系統(tǒng)不再被動(dòng)地獲取制造數(shù)據(jù),而是能夠主動(dòng)感知用戶(hù)場(chǎng)景的變化并進(jìn)行提供實(shí)時(shí)反饋。
隨著MES/MOM等軟件的應(yīng)用推廣,制造企業(yè)已逐步獲得了大量制造數(shù)據(jù)。如何充分利用這些實(shí)時(shí)和歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù),通過(guò)制造績(jī)效可視化提高對(duì)異常狀況的預(yù)知、響應(yīng)和判斷能力,也是近期發(fā)展趨勢(shì)之一。對(duì)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),主要解決的問(wèn)題是對(duì)制造異常事件的敏捷響應(yīng)以及對(duì)制造績(jī)效偏離的快速修復(fù)。自動(dòng)控制系統(tǒng)中常用的組態(tài)是一個(gè)典型的例子,但由于組態(tài)通常是桌面應(yīng)用并基于連續(xù)量的,對(duì)于多客戶(hù)端的分布式展示和多并發(fā)的并行數(shù)據(jù)流支持存在一定困難。目前的趨勢(shì)是利用基于B/S的可定制可縮放矢量圖形技術(shù)來(lái)動(dòng)態(tài)刷新來(lái)自服務(wù)端的數(shù)據(jù)推送。圖3是一個(gè)展現(xiàn)5條沖壓線生產(chǎn)實(shí)績(jī)的例子,所展示的生產(chǎn)績(jī)效可視化功能同時(shí)支持了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),能夠輔助分析出瓶頸環(huán)節(jié)。通過(guò)向管理者推送并共享全方位的實(shí)時(shí)制造狀態(tài)數(shù)據(jù),能夠有效消除信息的不對(duì)稱(chēng)問(wèn)題,有助于對(duì)突發(fā)問(wèn)題快速達(dá)成解決方案并作出快速響應(yīng)。
對(duì)于歷史數(shù)據(jù),主要解決的問(wèn)題是如何從中找出改善未來(lái)制造業(yè)務(wù)的依據(jù),特別是從質(zhì)量趨勢(shì)、物流瓶頸、計(jì)劃執(zhí)行情況、設(shè)備運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)可能影響未來(lái)生產(chǎn)過(guò)程的規(guī)律。這方面的技術(shù)基礎(chǔ)是商業(yè)智能分析,在ERP系統(tǒng)中已經(jīng)比較成熟,典型的代表是SAP的BO。由于MES/MOM實(shí)時(shí)性更強(qiáng)并且事務(wù)更頻繁,需要更針對(duì)性的進(jìn)行設(shè)計(jì),目前這方面的成熟解決方案尚不多,多數(shù)仍以基于通用分析軟件進(jìn)行定制為主。典型的通用分析軟件有Microstrategy、Information Builder、Tableau等。Gartner近年來(lái)每年都會(huì)針對(duì)支持通用業(yè)務(wù)的分析軟件產(chǎn)品發(fā)布被稱(chēng)作“魔力四象限(Magic Quadrants)”的調(diào)研報(bào)告,對(duì)這些軟件在集成、展現(xiàn)和分析方面的能力做綜合評(píng)估。另一方面,目前的計(jì)算技術(shù)和存儲(chǔ)技術(shù)對(duì)基于大數(shù)據(jù)的分析提供了強(qiáng)大的支撐,未來(lái)還會(huì)出現(xiàn)更豐富更專(zhuān)業(yè)的制造智能分析產(chǎn)品。
結(jié)論與展望
數(shù)字化工廠技術(shù)技術(shù)已在航空航天、汽車(chē)、造船以及電子等行業(yè)得到了較為廣泛的應(yīng)用,特別是在復(fù)雜產(chǎn)品制造企業(yè)取得了良好的效益,據(jù)統(tǒng)計(jì),采用數(shù)字化工廠技術(shù)后,企業(yè)能夠減少30%產(chǎn)品上市時(shí)間;減少65%的設(shè)計(jì)修改;減少40%的生產(chǎn)工藝規(guī)劃時(shí)間;提高15%生產(chǎn)產(chǎn)能;降低13%生產(chǎn)費(fèi)用。另一方面,本文所述的3個(gè)層次數(shù)字化是緊密相關(guān)的。毫無(wú)疑問(wèn),設(shè)計(jì)層發(fā)布的三維模型是后續(xù)仿真規(guī)劃分析的基礎(chǔ),而車(chē)間生產(chǎn)狀態(tài)又可以反過(guò)來(lái)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)模型,作為分析工廠運(yùn)作的數(shù)據(jù)源;數(shù)字化車(chē)間需要智能裝備的支撐,而要想最大限度地發(fā)揮智能裝備的效益,則需要數(shù)字化車(chē)間提供全局的信息和基于全局信息的決策。
在我國(guó),面對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、工業(yè)與信息化融合的戰(zhàn)略發(fā)展要求,大力開(kāi)展對(duì)于數(shù)字化車(chē)間技術(shù)系統(tǒng)的研究、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用,有利于推動(dòng)實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的自動(dòng)化和智能化,并可望有效帶動(dòng)整體智能裝備水平的提升。
第四篇:數(shù)字城管概念
云南香農(nóng)信息技術(shù)有限公司
數(shù)字城管概念
數(shù)字城管又叫“數(shù)字化城市管理”就是指用信息化手段和移動(dòng)通信技術(shù)手段來(lái)處理、分析和管理整個(gè)城市的所有城管部件和城管事件信息,促進(jìn)城市管理的現(xiàn)代化的信息化措施。數(shù)字城管把像井蓋、路燈、郵筒、果皮箱、停車(chē)場(chǎng)、電話亭等城市元素都納入城市信息化管理的范疇,給每樣公物配上一個(gè)“身份證”,如果街道上的井蓋壞了,家門(mén)口的路燈不亮了,不用打投訴電話,在執(zhí)法人員利用移動(dòng)執(zhí)法終端記錄事件并通過(guò)GPS定位系統(tǒng)定位事件地點(diǎn),發(fā)回指揮中心,有關(guān)部門(mén)就會(huì)在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并把問(wèn)題解決掉。數(shù)字城管已經(jīng)經(jīng)歷了三代。
以短訊為基礎(chǔ)的第一代移動(dòng)辦公訪問(wèn)技術(shù)存在著實(shí)時(shí)性較差,查詢(xún)請(qǐng)求不會(huì)立即得到回答。此外,由于短訊信息長(zhǎng)度的限制也使得一些查詢(xún)無(wú)法得到一個(gè)完整的答案。這些令用戶(hù)無(wú)法忍受的嚴(yán)重問(wèn)題也導(dǎo)致了一些早期使用基于短訊的數(shù)字城管執(zhí)法系統(tǒng)的部門(mén)紛紛要求升級(jí)和改造現(xiàn)有的系統(tǒng)。
數(shù)字城管的發(fā)展
第二代數(shù)字城管采用了基于WAP技術(shù)的方式,手機(jī)主要通過(guò)瀏覽器的方式來(lái)訪問(wèn)WAP網(wǎng)頁(yè),以 實(shí)現(xiàn)信息的查詢(xún),部分地解決了第一代移動(dòng)訪問(wèn)技術(shù)的問(wèn)題。第二代的移動(dòng)訪問(wèn)技術(shù)的缺陷主要表現(xiàn)在WAP網(wǎng)頁(yè)訪問(wèn)的交互能力極差,因此極大地限制了移動(dòng)辦公 系統(tǒng)的靈活性和方便性。此外,WAP網(wǎng)頁(yè)訪問(wèn)的安全問(wèn)題對(duì)于安全性要求極為嚴(yán)格的政務(wù)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)也是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。這些問(wèn)題也使得第二代訪問(wèn)技術(shù)難以滿(mǎn)足用戶(hù)的要求。
第三代數(shù)字城管采用了基于SOA架構(gòu)的webservice和移動(dòng)VPN技術(shù)相結(jié)合的第三代移動(dòng) 訪問(wèn)技術(shù),使得系統(tǒng)的安全性和交互能力有了極大的提高。該系統(tǒng)同時(shí)融合了無(wú)線通訊、數(shù)字對(duì)講、GPS定位、CA認(rèn)證及網(wǎng)絡(luò)安全隔離網(wǎng)閘等多種移動(dòng)通訊、信息處理和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的最新的前沿技術(shù),以專(zhuān)網(wǎng)和無(wú)線通訊技術(shù)為依托,為一線值勤城管執(zhí)法人員提供了一種跨業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)、跨地理阻隔的現(xiàn)代化移動(dòng)辦公機(jī)制。
通過(guò)數(shù)字城管執(zhí)法系統(tǒng),城管執(zhí)法人員可以對(duì)城管重點(diǎn)單位信息、銷(xiāo)售攤點(diǎn)信息、非法建筑信息、違規(guī)人員信息和法律法規(guī)等進(jìn)行迅速地查詢(xún),云南香農(nóng)信息技術(shù)有限公司
隨時(shí)隨地獲得城管業(yè)務(wù)信息的支持,特別是照片和相關(guān)圖片的傳輸應(yīng)用,不但可以解決協(xié)查、堵截、搜查等一線城管人員現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法問(wèn)題,而且通過(guò)GIS系統(tǒng)為一線提供區(qū)域向?qū)D,使執(zhí)法人員可以迅速的對(duì)區(qū)域內(nèi)的現(xiàn)狀做出判斷、減少失誤,提高工作效率。
目前已有城市采用數(shù)字城管系統(tǒng),在水道的井蓋遭竊后,負(fù)責(zé)區(qū)域的城管就用專(zhuān)用配備的數(shù)字城管手機(jī)拍下,在此同時(shí),信息被上傳回指揮大廳的數(shù)字城管后臺(tái)系統(tǒng),系統(tǒng)根據(jù)井蓋所在的經(jīng)緯度對(duì)其定位,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)指令相關(guān)人員前去處理。
“數(shù)字城管”最早由北京東城區(qū)創(chuàng)建,是實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理和大城管高效、協(xié)調(diào)管理的一種手段。它是應(yīng)用和整合計(jì)算機(jī)技術(shù)、移動(dòng)通訊技術(shù)、地理信息技術(shù)、遙感技術(shù)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)等十幾項(xiàng)現(xiàn)代數(shù)字技術(shù),采用萬(wàn)米單元網(wǎng)格管理法和城市部件管理法相結(jié)合的方式,創(chuàng)建城市管理監(jiān)督和指揮兩個(gè)軸心的管理體制,再造城市管理流程,實(shí)現(xiàn)城市管理的信息化、標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化、動(dòng)態(tài)化,保證城市運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題能夠及時(shí)性發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理、及時(shí)解決,逐步建立溝通快捷、分工明確、責(zé)任到位、反應(yīng)快速、處置及時(shí)、運(yùn)轉(zhuǎn)高效的城市管理新模式。
核心應(yīng)用系統(tǒng):
1)監(jiān)管數(shù)據(jù)無(wú)線采集子系統(tǒng):供監(jiān)督員使用,實(shí)現(xiàn)通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集、報(bào)送問(wèn)題信息,接收監(jiān)督中心分配的核實(shí)、核查任務(wù)等功能。
2)監(jiān)督中心受理子系統(tǒng):使用人員為監(jiān)督中心接線員。通過(guò)信息傳遞服務(wù)引擎將監(jiān)督員報(bào)送的問(wèn)題信息傳遞到接線員的工作平臺(tái),接線員通過(guò)系統(tǒng)對(duì)各類(lèi)問(wèn)題消息接收、處理和反饋,完成信息收集、處理和立案操作,為“協(xié)同工作子系統(tǒng)”提供城管問(wèn)題的采集和立案服務(wù),保證問(wèn)題信息能及時(shí)準(zhǔn)確地受理并傳遞到處置中心。
3)協(xié)同工作子系統(tǒng):提供給監(jiān)督中心、指揮中心、各個(gè)專(zhuān)業(yè)部門(mén)及各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)使用,系統(tǒng)提供了基于工作流的面向GIS的協(xié)同管理、工作處理、云南香農(nóng)信息技術(shù)有限公司
督察督辦等方面的應(yīng)用,對(duì)城市管理實(shí)現(xiàn)圖、文、表、業(yè)務(wù)管理一體化管理。
4)監(jiān)督指揮子系統(tǒng):為監(jiān)督中心和處置中心服務(wù),該系統(tǒng)通過(guò)大屏幕能夠直觀顯示城市管理相關(guān)地圖信息、案卷信息和相關(guān)詳細(xì)信息等全局情況,并可以直觀查詢(xún)顯示每個(gè)社區(qū)、監(jiān)督員、部件等個(gè)體的情況,實(shí)現(xiàn)對(duì)城市管理全局情況的總體把握。
5)綜合評(píng)價(jià)子系統(tǒng):通過(guò)一整套科學(xué)完善的監(jiān)督評(píng)價(jià)體系,對(duì)城市管理的各方面進(jìn)行考核評(píng)價(jià),既能監(jiān)督城市管理中發(fā)生的具體問(wèn)題,又能監(jiān)督管理和執(zhí)法質(zhì)量。
6)地理編碼子系統(tǒng):為無(wú)線數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、協(xié)同工作子系統(tǒng)、監(jiān)督指揮子系統(tǒng)等提供地理編碼服務(wù),實(shí)現(xiàn)地址描述、地址查詢(xún)、地址匹配等功能。
7)應(yīng)用維護(hù)子系統(tǒng):負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的配置、維護(hù)和管理工作。該系統(tǒng)采用工具化思想,實(shí)現(xiàn)組織機(jī)構(gòu)、工作流、輸入表格、輸出表格、地圖使用、查詢(xún)統(tǒng)計(jì)等城市管理相關(guān)信息的靈活配置,使用系統(tǒng)提供的各種工具和組件,可以配置形成相應(yīng)的資源信息、業(yè)務(wù)規(guī)則和數(shù)據(jù)操作定義。
8)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源管理子系統(tǒng):實(shí)現(xiàn)對(duì)空間數(shù)據(jù)資源的管理、維護(hù)和擴(kuò)展功能,并對(duì)空間數(shù)據(jù)的顯示、查詢(xún)、編輯和統(tǒng)計(jì)功能進(jìn)行配置。
9)數(shù)據(jù)交換子系統(tǒng):建立全市統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)交換子系統(tǒng),建設(shè)統(tǒng)一規(guī)范的市區(qū)兩級(jí)交換標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,使得市級(jí)平臺(tái)實(shí)時(shí)獲得區(qū)級(jí)平臺(tái)的包括問(wèn)題信息、多媒體信息、業(yè)務(wù)辦理信息在內(nèi)的全面的城市管理信息。
拓展應(yīng)用系統(tǒng)
1)專(zhuān)項(xiàng)普查子系統(tǒng):專(zhuān)為政府利用監(jiān)督員進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)普查提供全方位手段。借助無(wú)線采集器、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸和專(zhuān)項(xiàng)定義工具、專(zhuān)項(xiàng)分析工具等實(shí)現(xiàn)專(zhuān)項(xiàng)普查的快速實(shí)施和普查數(shù)據(jù)的快速分析。云南香農(nóng)信息技術(shù)有限公司
2)視頻監(jiān)控子系統(tǒng):充分整合城市視頻資源,結(jié)合城管問(wèn)題位置信息,實(shí)現(xiàn)城市管理全天候,全時(shí)段的動(dòng)態(tài)追蹤。
3)GPS監(jiān)控指揮子系統(tǒng):通過(guò)GPS技術(shù)實(shí)現(xiàn)城管車(chē)輛、環(huán)衛(wèi)車(chē)輛、運(yùn)渣車(chē)輛的監(jiān)控;實(shí)時(shí)掌握監(jiān)督員、各種城管資源的分布情況,實(shí)現(xiàn)高效的指揮調(diào)度。
4)移動(dòng)執(zhí)法子系統(tǒng):圖文一體化的城市管理移動(dòng)執(zhí)法系統(tǒng)是給專(zhuān)業(yè)部門(mén)研發(fā)的專(zhuān)用移動(dòng)辦公工具,可以通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)辦公。
5)移動(dòng)督辦子系統(tǒng):專(zhuān)為領(lǐng)導(dǎo)研發(fā)的專(zhuān)用移動(dòng)辦公工具。使用移動(dòng)辦公系統(tǒng),領(lǐng)導(dǎo)可以隨時(shí)隨地查閱城市管理的宏觀狀態(tài)、處理城市管理中的緊急事件。
6)業(yè)務(wù)短信子系統(tǒng):通過(guò)業(yè)務(wù)短信功能與協(xié)同辦公系統(tǒng)的緊密結(jié)合,實(shí)現(xiàn)案卷到達(dá)提醒、催辦短信提醒、超時(shí)短信提醒等。
7)公眾信息發(fā)布子系統(tǒng):向公眾用戶(hù)實(shí)時(shí)發(fā)布城市管理相關(guān)信息,主要發(fā)布問(wèn)題處理狀態(tài)及結(jié)果反饋信息;提供在線投票功能,對(duì)投票信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析,生成綜合評(píng)價(jià)所需的數(shù)據(jù)。
核心技術(shù)
1、利用無(wú)線通訊技術(shù)、定位技術(shù)和嵌入式地理信息引擎技術(shù),創(chuàng)新信息實(shí)時(shí)傳遞手段,實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)式的數(shù)字化城市業(yè)務(wù)管理和數(shù)據(jù)管理。系統(tǒng)具備良好的可擴(kuò)展性;自主研發(fā)的嵌入式地理信息引擎,提供了基于手機(jī)終端的地圖瀏覽、查詢(xún)和定位功能,是實(shí)現(xiàn)全方位的城市管理的先進(jìn)終端平臺(tái)。
2、利用GIS和地理編碼技術(shù),實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)格地圖的精細(xì)化城市管理。云南香農(nóng)信息技術(shù)有限公司
基于GIS應(yīng)用,整合包括地形圖、正射影像圖在內(nèi)的各類(lèi)基礎(chǔ)數(shù)據(jù),對(duì)城市管理區(qū)域網(wǎng)格進(jìn)行精細(xì)劃分,實(shí)現(xiàn)了圖文一體化的協(xié)同工作環(huán)境;同時(shí),利用地理編碼技術(shù),實(shí)現(xiàn)了城市管理對(duì)象在管理區(qū)域中的精確定位。
3、基于MIS、GIS、OA一體化技術(shù)建立政府職能部門(mén)間的信息共享協(xié)同工作環(huán)境。
給政府各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)、城市管理監(jiān)督中心、指揮中心、專(zhuān)業(yè)部門(mén)提供協(xié)同工作、協(xié)同督辦的智能化終端平臺(tái)。不僅可以根據(jù)權(quán)限查閱某個(gè)事件辦理情況、相關(guān)信息,通過(guò)紅綠燈顯示該事件的辦理時(shí)間是否超時(shí),而且還提供了相應(yīng)的監(jiān)控工具,向有關(guān)部門(mén)和人員發(fā)送督辦意見(jiàn)。
4、強(qiáng)化空間信息管理和利用,為綜合評(píng)價(jià)提供可靠依據(jù)
提供強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的查詢(xún)統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)分析功能。業(yè)務(wù)人員可通過(guò)多種查詢(xún)方式進(jìn)行事件和案卷的查詢(xún)和統(tǒng)計(jì);系統(tǒng)具有空間數(shù)據(jù)綜合分析評(píng)價(jià)功能,通過(guò)該功能,可以有效利用系統(tǒng)的信息資源,為城市管理的決策分析提供幫助。
第五篇:《數(shù)字傳播技術(shù)應(yīng)用》復(fù)習(xí)思考題
《數(shù)字傳播技術(shù)應(yīng)用》復(fù)習(xí)思考題
1.結(jié)合實(shí)際,簡(jiǎn)要分析數(shù)字技術(shù)(如3D技術(shù)、電子報(bào)紙、電子閱讀器)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(如
RSS、Widget、SNS、博客、微博客等)對(duì)信息傳播的影響。
2.從信息的采集、合成與發(fā)布模式等幾方面預(yù)測(cè)在媒體融合時(shí)代多媒體報(bào)道的發(fā)展。
3.信息接收終端及技術(shù)的發(fā)展將對(duì)未來(lái)的互聯(lián)網(wǎng)及傳媒業(yè)帶來(lái)什么樣的影響?
三網(wǎng)融合4.結(jié)合實(shí)例從選題、內(nèi)容策劃、信息采集、表現(xiàn)方式等方面說(shuō)明如何進(jìn)行多媒體新聞的策
劃。
《獨(dú)到》
集中民智分工協(xié)作,交叉交流,集中討論,分頭采集,統(tǒng)一制作。
5.試結(jié)合具體的案例分析多媒體新聞中每一種信息手段(文字、圖片、聲音、視頻、互動(dòng)
等)的作用。
騰訊《至少還有你》
6.結(jié)合自己的作業(yè)說(shuō)明Flash新聞報(bào)道的優(yōu)勢(shì)與局限,以及在信息采集和制作時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題。
二:
信息的采集:一:技術(shù)發(fā)展,信息的爆炸加速,人們淹沒(méi)在信息的海洋。信息的采集過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒌倪x擇核實(shí)過(guò)程。人們不乏信息,但缺乏專(zhuān)業(yè)的真實(shí)的非商業(yè)公關(guān)的信息。這恐怕是未來(lái)多媒體報(bào)道記者的一種發(fā)展方向。從各個(gè)角度選取并核實(shí)信息,再融合成多媒體形式。這是記者。二,公民記者的崛起。公民記者水平和素質(zhì)參差不齊。
信息的合成:信息的合成是建立在技術(shù)之上的。未來(lái)技術(shù)的發(fā)展,信息的合成環(huán)節(jié)會(huì)被逐步壓縮,新聞工作者和普通民眾更多考慮的只是信息的誕生過(guò)程或者采集,而把合成交給電腦。
發(fā)布:流媒體時(shí)代,用戶(hù)不必等待把全部文件下載完畢,就可以讀到該文件,這種傳放同步的特征在未來(lái)將日益明顯。受眾甚至可以更為主動(dòng),把“觸角”延伸到信息的采集過(guò)程,就如去年美國(guó)擊斃本拉登時(shí),奧巴馬其實(shí)是一個(gè)媒體融合時(shí)代的先驅(qū),他利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),全面的跟蹤了整個(gè)“拉登被擊斃”新聞的采集合成和發(fā)布。這種發(fā)布和合成的過(guò)程被日益壓縮,而將新聞傳播更多的轉(zhuǎn)移到新聞的采集過(guò)程,是一種越來(lái)越明顯的趨勢(shì)。
三:三屏融合。三屏融合,就是指電視、電腦、手機(jī)三塊屏幕融合為一。由于“三屏”分別對(duì)應(yīng)著有線電視網(wǎng)、寬帶網(wǎng)和電信網(wǎng),因此三網(wǎng)融合后,必然帶來(lái)終端設(shè)備的三屏合一。用戶(hù)在不遠(yuǎn)的將來(lái),可以通過(guò)一個(gè)終端屏幕將電視、電腦和手機(jī)的功能融合為一,既可以觀看電視節(jié)目,也可以登陸互聯(lián)網(wǎng),還可以進(jìn)行可視通話。用戶(hù)的使用習(xí)慣將迫使終端設(shè)備商進(jìn)行新產(chǎn)品的研發(fā)。目前主打三屏合一功能為賣(mài)點(diǎn)的產(chǎn)品包括電子書(shū)、平板電腦、智能手機(jī)等。例如,繼蘋(píng)果宣布推出引領(lǐng)一代潮流的平板電腦iPad、搶占三屏融合先機(jī)之后,惠普、微軟、諾基亞等都宣布著手研發(fā)三屏融合產(chǎn)品,國(guó)內(nèi)廠商聯(lián)想、萬(wàn)事通等也發(fā)布了類(lèi)似產(chǎn)品。除了終端設(shè)備的功能合一,三屏融合還為內(nèi)容提供商和平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)契機(jī)。當(dāng)電視、電腦和手機(jī)還只能分別在不同的屏幕上展現(xiàn)時(shí),各種內(nèi)容間存在著格式的鴻溝,無(wú)法實(shí)現(xiàn)互通與共享,而當(dāng)政策推動(dòng)鴻溝
愈合之后,必然要求內(nèi)容供應(yīng)商提供可以共通的內(nèi)容格式。
六:Flash整合的多媒體新聞報(bào)道單元是網(wǎng)絡(luò)中特有的新聞報(bào)道形式。它利用Flash技術(shù),將各種形式的信息有機(jī)結(jié)合在一起。在現(xiàn)階段美國(guó)的網(wǎng)絡(luò)新聞傳播實(shí)踐中,F(xiàn)lash新聞已經(jīng)成為一種備受關(guān)注的多媒體新聞形式。不同網(wǎng)站所做的探索,揭示了Flash在整合信息、完成多媒體報(bào)道方面所蘊(yùn)含的種種可能性。
目前,F(xiàn)lash整合的多媒體報(bào)道單元主要適應(yīng)于以下對(duì)象:
1.以圖片為主的整合性報(bào)道
在網(wǎng)絡(luò)中,圖片的整合有多種形式,其中,利用Flash整合圖片的做法越來(lái)越普遍。這主要包括,同主題的圖片整合、同類(lèi)圖片整合(如體育新聞圖片)、同時(shí)間段的圖片整合(如一周圖片、最佳圖片)等。
2.重大題材的跟進(jìn)報(bào)道
重大新聞事件的報(bào)道,需要一定的氣勢(shì),這種氣勢(shì)不僅體現(xiàn)為報(bào)道的數(shù)量與頻率,也表現(xiàn)為報(bào)道手段的豐富性。在這種情況下,可以考慮采用Flash新聞。通過(guò)這一手段,可以形象而簡(jiǎn)潔地描繪新聞的主要線索與輪廓,展示典型人物、典型場(chǎng)景、典型時(shí)刻,給受眾帶來(lái)另一種觀察事物的視角與感受。
3.需要深入挖掘的老題材
不少新聞?lì)}材已經(jīng)不新鮮,也被報(bào)道過(guò)很多次,但由于某種原因需要再次報(bào)道,需要對(duì)相關(guān)事件進(jìn)行回顧,如一些重要事件、重大活動(dòng)的紀(jì)念日,等等。這時(shí),利用Flash形式,可以用新的視角、新的素材組合方式來(lái)重新詮釋人們熟悉的題材。
4.互動(dòng)性要求高的題材
與其他形式的新聞不同,互動(dòng)性在Flash新聞中實(shí)現(xiàn)較為方便,方式靈活,效果也直接。一些新聞?lì)}材需要受眾參與才能實(shí)現(xiàn)較好的傳播效果,它們也就成為Flash新聞的另一塊陣地。
網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的多媒體新聞報(bào)道已成為人們生活中越來(lái)越不可或缺的信息源,它不再局限于文字與圖片的結(jié)合這一種形式,而簡(jiǎn)潔明快、視覺(jué)沖擊力強(qiáng)的多媒體,無(wú)論是在電視新聞還是網(wǎng)絡(luò)新聞中更受到民眾的關(guān)注和青睞。然而多媒體新聞需要一種有效的手段整合,或者說(shuō)需要一個(gè)包裝盒,F(xiàn)lash就是這樣一種包裝工具,它可將各種媒體信息集成在一起,構(gòu)成連續(xù)影像的效果即幻燈片,并可使用菜單形式組成一個(gè)可以連續(xù)播放的網(wǎng)絡(luò)信息單元,因此,比起單純的視頻影片的表現(xiàn)方式更為靈活,并且具有更多的交互性。①多媒體新聞報(bào)道是近些年來(lái)興起的傳媒形式,收到了較好的視覺(jué)效果。2008年5月12日汶川大地震發(fā)生后,中國(guó)網(wǎng)絡(luò)電視臺(tái)(簡(jiǎn)稱(chēng)CNTV),在當(dāng)天15時(shí)許就播發(fā)了第一條與災(zāi)情相關(guān)的新聞,并進(jìn)行24小時(shí)無(wú)間斷直播。特別是在圖片新聞報(bào)道中,充分地運(yùn)用電影與電視化的思維與手段,進(jìn)行圖像畫(huà)面景別的處理,將靜態(tài)畫(huà)面的節(jié)奏演繹得栩栩如生。鄭州大學(xué)教育技術(shù)中心也在第一時(shí)間制作出《生死不離》這一反映全國(guó)人民團(tuán)結(jié)一心抗震救災(zāi)的多媒體新聞專(zhuān)題報(bào)道。此報(bào)道運(yùn)用現(xiàn)有的多媒體技術(shù)和Flash技術(shù)制作成幻燈片,該幻燈片分成6個(gè)片斷,每個(gè)片斷之間的組織是利用菜單,可以獨(dú)立點(diǎn)播,也可以連續(xù)播放。特別是在“領(lǐng)導(dǎo)人一線指揮抗震救災(zāi)”和“鄭州大學(xué)醫(yī)療救援隊(duì)”兩個(gè)片斷中運(yùn)用了聲音效果的配合、靜態(tài)圖像的處理。
畫(huà)面的節(jié)奏與景別的處理。用圖片的形式報(bào)道新聞,可以讓民眾更直觀地了解當(dāng)時(shí)發(fā)生的事件,在某種程度上可以增加整體美感和可信度。多媒體新聞同其他新聞一樣需要節(jié)奏的控制,它是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,不但要求報(bào)道者要有很強(qiáng)的文字功底,還要有統(tǒng)籌能力和把握受眾心理變化的能力。在網(wǎng)絡(luò)新聞報(bào)道中,可以使不同景別的圖片組合,也可將一幅圖片推拉出不同的場(chǎng)景,這樣不但能活躍視覺(jué)效果,也能給受眾帶來(lái)更多的觀察角度,提供更為豐富的信息。例如CNTV對(duì)“5·12”大地震的報(bào)道,采用的是從衛(wèi)星拍攝到的汶川地區(qū)三維立體地圖,以汶川為中心點(diǎn),用中速為3秒的時(shí)間將圖片由遠(yuǎn)及近地推出進(jìn)行放大,這一局部采用放大再現(xiàn)的手法,使鏡頭好像被拉近,由整個(gè)三維圖的遠(yuǎn)景將汶川從崇山峻嶺當(dāng)中拉入視覺(jué)的眼簾,靜止為2秒后在汶川縣的位置上制作出不斷放射出的環(huán)形動(dòng)畫(huà)加以覆蓋。此畫(huà)面長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)決定了圖片新聞的整體節(jié)奏,它迅速地告訴全體國(guó)人,中國(guó)發(fā)生了震撼世界的大地震,而且地震的震中是在汶川這樣一個(gè)信息,頓時(shí)汶川成為全世界最關(guān)注之地,使全球目光迅速地凝聚在這里。這樣一個(gè)短暫的遠(yuǎn)景到近景的景別處理便交代了本報(bào)道的緊迫節(jié)奏,此處理方法是為了讓受眾順利地接收不同景別的信息。文字的運(yùn)用在這里是很有節(jié)制的,由于過(guò)長(zhǎng)的文字會(huì)改變整個(gè)幻燈的節(jié)奏,使原來(lái)一氣呵成的報(bào)道變得拖沓,所以在這一段落,創(chuàng)作者充分利用圖片與動(dòng)畫(huà)的各自特長(zhǎng),并擺正了圖片與動(dòng)畫(huà)的位置與序次,讓圖片與動(dòng)畫(huà)相得益彰。整個(gè)幻燈片節(jié)奏分明,情節(jié)交代簡(jiǎn)潔而又清晰,并且具有強(qiáng)烈的震撼力,使之最好地滿(mǎn)足了信息傳達(dá)、情緒渲染等目的。
圖片與同期聲的配合。多媒體時(shí)代的到來(lái),使得單一的具有新聞性、形象性、時(shí)效性的圖片遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿(mǎn)足受眾的要求。同期聲作為新聞節(jié)目事實(shí)的一部分,不僅能加大說(shuō)服力度,更能客觀地表現(xiàn)事件本身,比單純的畫(huà)面、解說(shuō)更具有說(shuō)服力和感染力。目前,隨著網(wǎng)絡(luò)新聞的不斷更新和發(fā)展,在Flash新聞中,聲音的力量是不可低估的,特別是同期聲在新聞報(bào)道中的作用越來(lái)越重要。在制作多媒體新聞事實(shí)過(guò)程、揭示新聞人物心理方面,要盡可能地考慮運(yùn)用同期聲,這樣,可以發(fā)揮新聞宣傳的優(yōu)勢(shì),并能增強(qiáng)新聞的說(shuō)服力和感染力而使其更具可信性。如論文聯(lián)盟www.004km.cn整理“5·12”大地震中,多媒體新聞專(zhuān)題報(bào)道《生死不離》充分地運(yùn)用了聲音的力量與靜態(tài)圖片的配合,除了加入背景音樂(lè)外,還運(yùn)用了大量的原始聲響,如直升飛機(jī)超低空飛行時(shí)產(chǎn)生的刺耳聲音、電視記者的解說(shuō)聲、現(xiàn)場(chǎng)的混亂人聲、目擊者驚恐的訴說(shuō)等。在“領(lǐng)導(dǎo)人一線指揮抗震救災(zāi)”的片斷中,更加注重應(yīng)用同期聲:地震當(dāng)晚8點(diǎn)溫家寶總理立即飛往災(zāi)區(qū),慰問(wèn)幸存者,表達(dá)了全國(guó)人民的悲傷,當(dāng)他老人家雙手抱拳上舉的現(xiàn)場(chǎng)照由遠(yuǎn)及近地推出,在圖片停留的同時(shí),把總理在現(xiàn)場(chǎng)的講話加入進(jìn)去:“同胞們,在災(zāi)害面前,全國(guó)軍民團(tuán)結(jié)一致,眾志成城??”這個(gè)同期聲的加入使圖片更富感染力,特別是總理在前面用的稱(chēng)謂是“同胞們”,這是我們?nèi)绱耸煜さ娜齻€(gè)字,在災(zāi)難面前再一次從總理口中說(shuō)出時(shí),其分量和內(nèi)涵已非簡(jiǎn)單的文字所能概括。雖然整個(gè)幻燈片是靜態(tài)畫(huà)面的組合,但同期聲的配合,不但對(duì)圖像信息進(jìn)行了補(bǔ)充,強(qiáng)化了網(wǎng)絡(luò)新聞報(bào)道的真實(shí)性,更增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)新聞報(bào)道的現(xiàn)場(chǎng)感和權(quán)威性。所以在制作新聞時(shí),不但要有更準(zhǔn)確、更生動(dòng)的文字和圖片,還要有充分的事實(shí)依據(jù)和同期聲,共同組成一個(gè)小的集合,通過(guò)它們的相互補(bǔ)充、相互配合,以求達(dá)到更好的新聞傳播效果,引導(dǎo)受眾正確理解圖像信息的真正含義。
靜態(tài)圖像的處理。多媒體新聞報(bào)道中圖片發(fā)揮著舉足輕重的作用,是不可或缺的組成元素。圖片的選擇與使用不但體現(xiàn)著網(wǎng)絡(luò)新聞報(bào)道的風(fēng)格,同時(shí)也醒目地傳遞出采編的策劃能力、審美趣味和人文關(guān)懷的深度及其快速反應(yīng)的能力。特別是對(duì)民眾感興趣的新聞,要有意識(shí)地反復(fù)強(qiáng)化該內(nèi)容畫(huà)面來(lái)提高其在公眾心目中的重要地位。使用Flash制作幻燈片時(shí),對(duì)圖片的修飾和鏡頭的切換應(yīng)具有類(lèi)似視頻的效果。汶川地震災(zāi)情發(fā)生后,由于災(zāi)區(qū)天氣情況始終惡劣,通往汶川的公路兩邊都是崇山峻嶺,要打通到汶川的公路線非常困難。但是在峽谷、在天空,到處可以看到人民子弟兵以及救援隊(duì)伍,他們不懼艱險(xiǎn)從天而降、越嶺而來(lái)、驅(qū)車(chē)而至,直入災(zāi)區(qū)。重大災(zāi)情時(shí)刻,鄭州大學(xué)醫(yī)療隊(duì)員隨河南省衛(wèi)生廳的賑災(zāi)救援隊(duì)乘飛機(jī)到達(dá)四川地震前線。專(zhuān)題報(bào)道《生死不離》的“鄭州大學(xué)醫(yī)療救援隊(duì)”片段中,充分地利用了現(xiàn)場(chǎng)發(fā)回的圖片素材,將載有軍人和醫(yī)療隊(duì)員的直升機(jī)、峽谷中抬擔(dān)架的戰(zhàn)士等圖片在連續(xù)播放中進(jìn)行了效果處理。由于得到的都是瞬間靜止的圖片,飛機(jī)動(dòng)感表現(xiàn)得不是十分顯著,經(jīng)過(guò)Photoshop軟件將其進(jìn)行效果的修飾后,使得圖片出現(xiàn)滯后的長(zhǎng)影,以顯示直升機(jī)從上而下的運(yùn)動(dòng)效果,與整體氛圍非常吻合。并在創(chuàng)作中運(yùn)用了Flash轉(zhuǎn)場(chǎng)的手法,將有關(guān)戰(zhàn)士、醫(yī)療隊(duì)員接送災(zāi)民、傷員上飛機(jī)的主題畫(huà)面相隔2秒銜接,其效果形成一個(gè)連貫的動(dòng)畫(huà),使救援信息更豐厚翔實(shí),人物更生動(dòng),加之飛機(jī)的效果聲的運(yùn)用,從視覺(jué)與聽(tīng)覺(jué)的表現(xiàn)方式上更好地交代了當(dāng)時(shí)搶救災(zāi)民的緊急、迫切環(huán)境與氣氛。所以在Flash幻燈片中,對(duì)于靜止圖像間的關(guān)系要利用電影化的思維,去考慮每一個(gè)畫(huà)面的長(zhǎng)度、畫(huà)面轉(zhuǎn)換與展示的方式,將本來(lái)靜態(tài)而獨(dú)立的圖片按照一定的意圖連接起來(lái),形成“蒙太奇”效果,可以大大提高圖片的表現(xiàn)力與說(shuō)服力,使圖片之間的聯(lián)系得到深入的挖掘,也能更好地發(fā)揮靜態(tài)畫(huà)面所具有的潛能。
目前視頻新聞在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸還受到帶寬等條件的限制,而Flash幻燈片作為網(wǎng)絡(luò)多媒體報(bào)道的一種樣式,它的地位在日益上升,已經(jīng)承擔(dān)起了整合多媒體報(bào)道的重任。雖然使用的畫(huà)面大多是靜態(tài)圖像,但與視頻相比,它在采集上更方便,而且一些具有強(qiáng)烈視覺(jué)沖擊力的圖片更善于傳達(dá)瞬間的效果,在目前的帶寬下,也更易于傳輸。所以我們應(yīng)該用全新的思維方式來(lái)進(jìn)行多媒體手段的整合,獨(dú)辟蹊徑,把多媒體新聞報(bào)道做得更好。
專(zhuān)題:騰訊評(píng)論“至少還有你” 2011收尾作
羅永浩維權(quán);彭宇案件,碰瓷,陳賢妹;打假,秦暉,方舟子;電影,郝杰;不作為,陸群;邱永崢,戰(zhàn)區(qū)記者;網(wǎng)友渴望評(píng)論;
音樂(lè):雷諾兒,輕音樂(lè),唯美,動(dòng)人
背景:發(fā)黃的膠片
圖片呈現(xiàn);膠片式
文字:簡(jiǎn)略
互動(dòng):音樂(lè)的開(kāi)閉