第三章 研究方法
3.2 研究設備及工具
本研究所使用之研究工具如下：
表 3-1 本研究所使用之設備及工具
設備
Pioneer A-12FXB1 DVD 光碟燒錄器 Yamaha CRW-F1 CD-R 燒錄器 DVD 空白可燒錄光碟片
Mitsubishi AZO 藍色染料 CD-R 光碟片 Nikon D100 數位單眼相機加近攝 Macro 鏡頭
工具
Nero 燒錄軟體含 DiscT@2 功能 Matlab 2007 a
Photoshop 7.0
設備部份本實驗 CD-R 的部分採用 YAMAHA 公司所生產的 CRW-F1 光碟 燒錄器(圖 3-2)，DVD 的部份則採用 Pioneer 公司所生產的 A-12FXB1 燒錄 器(圖 3-3)，此兩部燒錄器皆支援 YAMAHA 公司的 DiskT@2 燒錄技術，
搭配 Nero 燒錄軟體便可將影像燒錄於光碟片上(圖 3-4)(圖 3-5)。
圖 3-3 Pioneer A-12FXB1 燒錄器
圖 3-4 CD-R 燒錄工作視窗
圖 3-5 D
DVD 燒錄工工作視窗
3.3
由於本研究所欲燒錄的範圍包含所有可燒錄區域，因此我們設計圖形 時是以製作光碟標籤的方式製作，正因如此當我們以傳統方式進行加密時 發現會造成非常大的困擾，原因在於以往是針對一張數位影像進行加密，
加密後再燒錄於局部的範圍，取像時也僅針對影像之局部範圍進行取像，
因此在加密以及解密上不會有太大的問題，而本研究燒錄區域以及加密區 域涵蓋所有可燒錄範圍，但是數位影像的部份仍然為方形的，因此就圖形 設計上我們只取光碟標籤的部份，如果加密方式仍沿用之前的方式會造成 裁切的部份面積過大(圖 3-7)，將導致解密時無法順利將密碼解出，因此必 須思考其他的方式規劃加密之範圍。
為了避免這樣的問題，我們必須先區分整張設計稿可以加密的部份以 及不可以加密的部份，另外本研究所使用的區塊大小為 16 x 16(pixel)相當 於 真 實 尺 寸 為(1x1)mm2， 因 此 在 挑 選 可 加 密 區 域 時 還 須 避 開 非 16 x 16(pixel)之區塊，如此便可降低因裁切而產生的攻擊(attack)，再將挑選出 來可加密部分之中心點座標加以編號，並且紀錄下來，最後加密時便根據 所記錄下來之位置資訊進行加密的動作(圖 3-8)，就本範例而言總共區分出 9826 個可加密區塊，將這些區塊編號並且紀錄於一份編碼表中以供未來加 密以及解密之參考(表 3-2)。
圖 3-8 區分可加密部分及不可加密部分(局部放大)
9822 2025 1129 9823 2025 1145 9824 2025 1161 9825 2025 1177 9826 2025 1193
3.4 加密及燒錄光碟
在前一節中我們已經將欲加密的位置挑選出來，將這些位置加以編號 並且將這些位置的座標紀錄於參照表中，加密的方式仍沿用周振民等所使 用之改進的區塊加密法，首先有別於一般對灰階影像進行加密的方式，以 擬隨機亂數進行取點，不是直接對整張數位影像進行選取，而是依據參照 表中所記錄的座標資訊進行隨機選取，最後再依照參照表中所記錄之座標 資訊加入區塊，加入區塊時我們也可以透過修改區塊的強度以及高斯變化 區使塊呈現不同的風貌(圖 3-9)。
圖 3-9 不同的高斯曲線實際呈現出來的 patch 其樣貌也會有所不同
可以根據設計師所設計的主題樣式，再搭配適當的參數設定而產生合 適 的 區 塊 樣 貌 以 配 合 所 設 計 之 主 題 ， 最 後 可 將 設 計 完 成 的 數 位 稿 件 透 過 DiscT@2 進行燒錄(圖 3-10)。
圖 3-11 燒錄完成之成品
3.5
何 轉 換 關 係 矩 陣 ， 將 此 一 關 係 式 經 整 理 可 得
A
=U
(X
T)(XX
T)−1， 便 可 求 出 此一轉換關係矩陣，運用此一關係矩陣，我們便可以求得經數位相機取像 後之光碟片影像與原始影像之間的相對位置(圖 3-13)，如此便有利於未來 可以順利解出加密的資訊。
圖 3-13 幾何轉換製作流程
第四章 實驗結果與討論
4.1 數位浮水印解密
前一章節已經完成取像及幾何轉換的動作接下來就要開始進行數位浮 水印的解密，解密時主要是計算出不同 Key 直的 Sn’值，由下表可以發現 不同的 key 值都代表一組被加密的點，實驗時我們是以 key 為 8 進行區塊 加 密 ， 因 此 解 密 時 所 計 算 出 原 始 數 位 影 像 以 及 光 碟 拍 攝 後 影 像 其 Sn’在 key=8 時有最大值分別為 12910666 及 516982 如(表 4-1)所示。
表 4-1 不同 key 值之 Sn’
原 始數 位影像 光 碟拍 攝後影 像
key Sn’ key Sn’ key Sn’ key Sn’
1 143260 11 311362 1 165718 11 -74288 2 -81940 12 -279700 2 15906 12 -104828
3 536522 13 -37444 3 54402 13 142394 4 396994 14 -270794 4 126220 14 115570 5 197194 15 -91836 5 138846 15 40142 6 44694 16 -99632 6 -155126 16 52578 7 410324 17 -59452 7 -42692 17 -277716
8 12910666 18 5420 8 516982 18 -128272 9 -236300 19 201728 9 -82300 19 41806
4.2 防偽效果
本章節主要探討全像光碟的防偽效果，經燒錄器材燒錄於光碟片上之 影像無法經由光碟對拷的方式進行複製如(圖 4-2)，因此全像光碟不但美觀 更具有防偽的功能。另外本實驗透過區塊加密的方式將數位浮水印加入光 碟影像中，即使有人能夠取得具有相同功能之燒錄器材，並且重新繪製類 似的影像，仍然無法複製本實驗所藏入之浮水印，使得全像光碟更多了一 層保障。
圖 4-2 左為本研究所製作之全像影像光碟片，右為經由光碟對拷 (disk-to-disk copy)所得之光碟片
4.3
圖 4-4 光碟片設計
「師大大師」(圖 4-5)為書法大師董陽孜手書其意涵為，「昔日師大培 育老師，今日師大培育大師」，因此本研究將「師大大」師整合至光碟設 計圖像的底紋(圖 4-6)，並且依照不同的人物及主題設計出個性化的紀念品 光碟(圖 4-7)
圖 4-6 將「師大大師」整合至個性化圖像底紋
圖 4-7 個性化紀念品光碟
圖 4-8 為中華郵政所發行古物郵票其中的一張漢代玉壁郵票，在 第二章中曾提到玉壁在中國人的心中一直佔有舉足輕重的地位，由於 光碟的形狀酷似玉壁，因此本研究便參考玉壁的造型設計成如(圖 4-9) 較具現代感的「數位壁」紀念品。
圖 4-8 漢代古玉璧[20]
圖 4-9 現代數位璧
4.4 光碟導表設計
由於光碟片導溝呈現螺旋狀排列，因此光線會沿著導溝的方向堆積，
導致觀看光碟片時有些部份會顯得較為黯淡，有些部份會因為光線的堆積 而產生亮線 (圖 4-10)。
在以往的研究中對於這樣的現象並沒有進行較多的探討與分析，原因 在於如周振民等之研究其加密的區域僅在光碟片的局部範圍，故取像時可 輕易的避過此效應所產生之影響，本研究加密的區域為整張光碟片，因此 這樣的效應對於本研究加密資訊的影像更甚以往，除了討論此效應對於光 碟片加密資訊的影響外，在實作過程中也期望賦予科技產品具有觀賞以及
圖 4-10 光線沿光碟導溝堆積的效應
較暗淡的區域
光線沿導溝堆積所產生的亮
線
藝術的價值，因此使用者在設計影像時會發現數位檔與實際燒錄出來之影 像在視覺上有極大的差異，往往會造成設計上的困擾，例如區塊的強度該 設 定 多 少 ？ 灰 階 的 強 度 該 設 定 多 少 ？ 能 夠 在 燒 錄 出 來 以 後 有 預 期 的 影 像 表現如(圖 4-11)。
(a) 原始設計檔
(b)燒錄出來的結果
本研究嘗試找出數位影像與實際燒製出的光碟影像間視覺上的差異關 係並提供設計者一套參考的標準，因此設計了一張導表如(圖 4-12)，設計 上 主 要 包 含 了 20 個灰階區塊(12.8~255)以及 10 個不同強度的加密區塊 (10~100)，內側環狀區域灰階設定為 128，並且希望透過導表分析光線對 於觀看光碟時所產生的效應，找出其中的關係並且提供設計者預覽燒製出 來的情況，使設計者更容易設計出理想的效果。
圖 4-12 導表設計稿
4.5 數位設計稿與拍攝影像之轉換
我們將設計好的導表實際燒錄成光碟片，並且以數位像機取像後可以 得到如(圖 4-13、圖 4-15)的影像，接著對此影像進行幾何轉換並且轉換為 灰階接著取出 20 個灰階區塊的灰階值如 (圖 4-14、圖 4-16)小點部分為取 出灰階值之位置。
圖 4-13 DVD 數位相機取像之導表
4-14 DVD 經幾何轉換並轉灰階之導表
圖 4-15 CD-R 數位相機取像之導表
圖 4-16 CD-R 經幾何轉換並轉灰階之導表
以順時針方式取出以上20 個區塊的灰階值後接著繪製了一張曲線圖，
藉以觀察燒錄並且取像後的灰階變化與原始設計稿的灰階變化如(圖 4-17、
圖 4-18、圖 4-19)，
圖 4-17 原始設計稿及灰階分佈曲線
圖 4-18 DVD 原始設計稿及灰階分佈曲線
圖 4-19 CD-R 拍攝後之影像及灰階曲線分佈圖
由上面的圖表可以觀察到一些現象；一般來說燒錄出來的影像因為經過燒 錄器材以及取像的過程其灰階分佈應該會受到壓縮，但即使如此仍然會呈 現線性分佈，但是實際繪製出來的圖表呈現的並不是線性分佈，主要原因 是先前所提到的光線堆積的現象所造成，因此必須設法修正此效應方能找 出實際的對應關係，於是如前一節所述，導表設計時我們保留了最內側的 環狀區域其灰階訂為 128，先前我們在 20 個灰階區塊中取了 20 個點的灰 階值，如今我們在這 20 個灰階值的同一個軸線上灰 128 的區域在取一組 點去跟原先的點做平均如此便可以去除因光線所產生的效應，藉以找出正 確的轉換關係，圖 4-20 及圖 4-21 分別為 CD-R 與 DVD 經上述方式進行修 正後的示意圖，由於其曲線仍然不是呈現線性的分佈，因此本實驗嘗試利 用內插以及線性迴歸兩種方式對影像進行轉換，最後我們將求得之轉換關 係代入數位設計稿中，便可以事先預覽光碟片燒錄出來的視覺效果，藉以 提 供 設 計 者 設 計 時 對 於 灰 階 強 度 以 及 區 塊 加 密 時 所 使 用 之 區 塊 強 度 準 確 的參考(圖 4-22~4-29)，可以節省因反覆測試所造成之時間以及光碟片耗損 之成本。
圖 4-20 藍色線段為 CD-R 校正後的曲線，紅色虛線為拍攝影像曲線
圖 4-21 藍色線段為 DVD 校正後的曲線，紅色虛線為拍攝影像曲線
圖 4-22 藍色線段為校正曲線，綠色線段 CD-R 內插法曲線
圖 4-23 內插法模擬 CD-R 之數位影像
圖 4-24 藍色線段為校正曲線，綠色線段
DVD 內插法曲線
圖 4-25 內插法模擬 DVD 之數位影像
圖 4-26 藍色線段為校正曲線，綠色線段
CD-R 線性回歸曲線
圖4-27 線性迴歸模擬 CD-R 之數位影像
圖 4-28 藍色線段為校正曲線，紅色線段 DVD 線性回歸曲線
圖 4-29 線性迴歸模擬 DVD 之數位影像
第五章 結論與未來工作
5.1 結論
本研究延續先前周振民等(2006)之研究並加以延伸，在此提出以下 結論：
1. 使得原先僅能燒錄於光碟片局部區域之加密影像擴展到整張光碟可 燒錄的範圍，並且突破許多解密上的困難，而成功地還原所加入之 數位浮水印。
1. 使得原先僅能燒錄於光碟片局部區域之加密影像擴展到整張光碟可 燒錄的範圍，並且突破許多解密上的困難，而成功地還原所加入之 數位浮水印。