发布时间:2024-01-27 16:11:03
序言:作为思想的载体和知识的探索者,写作是一种独特的艺术,我们为您准备了不同风格的14篇数字媒体技术研究方向,期待它们能激发您的灵感。
中图分类号:TP37 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2016)28-0153-02
1 数字媒体技术专业VR虚拟现实方向建设背景
1.1 VR虚拟现实技术国内外发展背景及现状
《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》明确指出:提升新兴产业支撑作用,支持新一代信息技术、新能源汽车、生物技术、绿色低碳、高端装备与材料、数字创意等领域的产业发展壮大。大力推进先进半导体、机器人、增材制造、智能系统、新一代航空装备、空间技术综合服务系统、智能交通、精准医疗、高效储能与分布式能源系统、智能材料、高效节能环保、虚拟现实与互动影视等新兴前沿领域创新和产业化,形成一批新增长点。
2016年1月高盛的全球虚拟现实报告中指出,基于标准预期,到2025年,全球虚拟现实市场营收将达到800亿美元(其中硬件450亿,软件350亿);乐观预期下,2025年甚至将达到1820亿美元。由此看出,全球VR产业具有强势发展劲头,市场对其预期也是越来越高。
2015年中国虚拟现实市场的规模已经达到了15.8亿元,尚且属于起步阶段。2016年将迎来VR爆发之年。赛迪顾问预计2016年中国虚拟现实市场将达到68.2亿元,增长率达331.6%;到2020年,市场进入成熟期。
1.2 VR虚拟现实技术服务当地经济产业的背景及现状
在江西省委“发展升级、小康提速、绿色崛起、实干兴赣”十六字方针的指导下,通过前期发展来看,南昌市在虚拟现实产业所需的硬件制造产业关联的光学设备、精密仪器制造等方面具有明显优势。2015年,南昌成为全国首批国家小微企业创业创新基地示范城市,创业创新平台加快发展搭建。2016年6月,中国(南昌)虚拟现实VR产业基地启动。
2 对VR虚拟现实相关企业的调研分析
经过连续两个月时间的调研,总调研了VR虚拟现实技术相关企业共20家,其中调研地区分布为江西省4家、北京市4家、上海市3家、广东省3家、江苏省2家、河南省2家、陕西省1家、四川省1家;其中东部地区12家占60%,中西部地区共有8家占40%;其中岗位群情况VR虚拟现实技术数字三维设计研占50%、VR硬件与软件开发占30%,VR市场分析及管理占20%;人才需求排名VR数字三维设计师占35%,VR数字平面图形设计师占30%,交互设计师占15%。
3 VR虚拟现实的人才培养模式
3.1 应用型人才培养方向
数字媒体技术是新兴的本科专业,属于我校新申报本科专业,根据调研及论证,结合我校特点,我校提出了针对来自江西省内的主体生源,坚持需求导向,抓住新产业、新业态和新技术发展机遇,将学科专业体系紧密对接产业链、创新链。结合江西省特别是南昌地区支柱性经济产业发展需求,以整车集成关键技术、醇氢动力技术、红外成像技术、LED推广应用技术、BIM技术、VR技术、ERP财务业务一体化技术、人才测评技术以及景区旅游商品开发技术为重点,每个专业落实“几项技术、几手绝活”,着力培养为江西社会经济发展所需的特色人才这一目标。
根据学校这一重点发展目标,数字媒体技术专业重点发展VR虚拟现实方向,面向虚拟现实行业,掌握互动媒体设计制作方法、VR虚拟现实技术等基本理论、基本知识,具备计算机多媒体技术、数字化图形图像处理技能,理论到位、技术技能系统实在的高素质应用型人才。形成了计算机多媒体技术、数字化图形图像处理、互动媒体设计制作方法、VR虚拟现实技术技能这一实践教学路径。
3.2 课程体系设置
为掌握计算机多媒体技术技能,开设了先导基础理论课程《数字媒体技术导论》、进阶课程《计算机多媒体技术》、综合实训课程《新媒体交互界面技术》;为掌握数字化图形图像处理这一技术技能,开设先导课程《数字动画基本原理》、技术技能课程模块《动画素描造型基础 》、《数字图形图像处理》;为掌握互动媒体设计制作方法,开设先导基础理论课程《数字媒体技术导论》、技术技能模块实践课程《数据库原理及应用》、《数字音视频非线性编辑》、《新媒体交互界面技术》、《人机交互技术与开发》、《互动多媒体系统设计》;为掌握VR虚拟现实技术技能,开设《面向对象程序设计》、《游戏程序开发基础》、《虚拟现实与流媒体技术》、《商业多媒体制作》模块化实践课程。实践课程安排模块化既有进阶性,又能各自一体化,使得学生掌握“几项技能,几手绝活”。
面向上述人才培养目标,设计的数字媒体技术专业核心课程体系的结构和内容如图1所示。
课程体系采用矩阵式的结构,其特色是以专业课程群为知识结构单元,组织形式层次分明。在课程体系结构上分为思想政治课程群、身心健康课程群、理论知识课程群、技术技能课程群、综合实践课程群、素质拓展课程群几个模块,培养学生的专业基础知识和技术技能。课程体系注重宽厚的专业基础知识培养,以此实现“理论到位”的人才培养目标。在多种类型课程之间,设计了双维方式课程:《数字动画基本原理》、《影视编导基础》、《新媒体交互界面技术》、《虚拟现实与流媒体技术。》根据人才培养目标要求培养技术技能型人才,设置典型工作任务课程:《构成基础》、《数字图形图像处理》、《数字音视频非线性编辑》、《三维造型与建模》、《数字三维动画技术》、《新媒体交互界面技术》、《计算机多媒体技术》、《虚拟现实与流媒体技术》、《影视特效与合成》、《商业多媒体制作》。校企联盟课程有《数字图形图像处理》、《数字音视频非线性编辑》、《三维造型与建模》、《新媒体交互界面技术》、《虚拟现实与流媒体技术》、《商业多媒体制作》实现建立校校、校企、校地、校所以及国际合作的协同育人新机制,努力创建拔尖创新人才培养目标。在课程体系结构上,水平方向自左向右是以VR虚拟现实数字内容创建技术、计VR虚拟技术交互与集成为专业方向的循序渐进的课程群模块。学生在学习了专业基础课程和专业核心技术技能课程之后,过渡到专业方向课程,从而兼顾人才培养的共性和个性,实现“技术技能实在”的人才培养目标。
参考文献:
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>> 基于Netfilter框架和IP Queue机制的轻量级网络防火墙实现 基于linux防火墙netfilter的配电终端通信报文 Netfilter/Iptables防火墙的运行机制分析与性能优化 基于IP地址的子网划分算法研究 基于数字图像的信息隐藏技术研究 基于数据冗余的无损信息隐藏技术研究 基于MPLS的移动IP技术研究 基于DHCP的局域网地址绑定技术研究与应用 基于反向技术的IP地址复用方案设计与实施 基于源IP地址的策略路由的研究与实现 基于伙伴系统的IP 地址自动分配协议的研究 基于IP地址段的网站内容监控的研究 基于嵌入式的现场总线和TCP/IP协议转换的技术研究 基于图像的信息隐藏与隐写分析技术研究 基于单片机的TCP/IP技术研究及其应用分析 IP路由器基于业务流量的动态节能技术研究与测试 基于IP网络的多媒体视频通信技术研究 基于Netfilter架构自适应防火墙设计及实现 基于Packet Tracer的IP地址教学新探索 基于jsp的真实IP地址获取实现方法 常见问题解答 当前所在位置:l.
[10]郝慧珍,傅汝林.基于IP伪装的网络安全技术研究[J].成都理工学院学报,2002,29(3):315-319.
作者简介:
关键词:数字水印;数字媒体;版权保护
中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2011) 24-0000-02
The Introduction of Digital Watermarking Techniques
Li Yang
(Xi’an Vocational and Technical College,Xi'an710077,China)
Abstract:As an effective method to provide copyright protection for digital media,digital watermarking has received considerable attention all over the world in recent years.This paper introduces the background of the demand for and research significance of digital watermarking techniques,the basic communication model of watermarking,the classification of watermarking,applications of watermarking and last open issues and possible future research directions.
Keywords:Digital watermarking;Digital media;Copyright protection
一、数字水印技术的需求背景及研究意义
数字媒体和计算机网络的迅速发展为社会生活提供了巨大便利。与模拟媒体文件相比,数字媒体文件具有质量优、易于编辑、可实现对媒体信息的精确复制、方便进行网络传输的优点。然而数字媒体文件的这些优势,对传统的版权保护方法提出了严峻的挑战。如何对数字作品版权进行有效地保护,成为了当今版权保护中亟待解决的问题。
传统的加密方法只能在数据的传输过程中起保护作用。一旦数据被接收并被解密,对数据的复制和传播就无法检测和控制,难以满足版权保护的要求。而水印技术不是防止别人非法地读取数字信息,而是在非法用户成功地读取了这些信息后对其进行追踪,追究其法律责任。作为数字文件版权保护的一种有效办法,数字水印技术就是在这个背景下提出的。
数字水印技术作为一门新兴的学科交叉的应用技术,涉及了不同学科领域的思想和理论,如信号处理、图像处理、编码理论、密码学、数字通信、算法设计等,还包括公共策略和法律等问题。因此无论从理论角度还是应用角度来看,开展对数字水印技术的研究,不但具有重要的学术意义,还有极为重要的经济意义。
二、数字水印系统模型
数字水印技术的基本思想是将含有作者电子签名、日期、商标以及使用权限等的数字信息作为水印信号,嵌入到图像、文本、视频和音频等数字媒体中,并且在需要时,能够通过一定的技术检测方法提取出水印,以此作为判断媒体的版权归属和跟踪非法侵权的证据。
因此水印系统可分为嵌入和提取两个模块:定义[1]如下:
水印嵌入: 水印提取:
其中,I为原图像,W为水印,K为密钥, 为加入水印后的图像,也是待检测图像。1称为水印的非盲检测;2、3称为水印的盲检测。
Cox将数字水印看作通信问题,提出了一个数字水印系统的一般模型,如图1所示:
图1数字水印的一般模型
三、数字水印的分类
数字水印是指嵌入在载体数据中的,由版权所有者确定的版权信息,用以证明数据的所有权归属。从其表现形式上可以分为三大类,一类是有意义的字符,一类是伪随机序列,一类是可视的图片。
第一类是为了在作品中标注作品的所有者、创作日期、发行部门以及其他需要标注的信息,它们可以是明文字符,将这些字符串以比特流的形式嵌入数字作品中。在提取水印时,按照提取算法提取出这些比特流,转换成字符串,就可以得到需要的水印信息。这类水印直接明了,没有歧义,只要水印能够正确提取,就可以证明作品的版权,但健壮性较差,需要健壮性更强的水印嵌入算法来保证水印能够正确提取。
第二类数字水印克服了第一类水印的缺点,它不是直接将明文字符作为水印,而是将需要标识的信息与一个伪随机序列串对应起来。将伪随机数作为数字水印嵌入数字作品中。需要验证作品的所有权时,用相应的水印提取算法提取出数字水印,这时提取出的数字水印不需要与原来水印完全一致,通过相关性检测就可以判断有没有水印的存在。可以说利用相关性检测的水印是健壮性比较好的水印。因为它不要求精确的水印恢复,提取出的水印和原始水印在每一个样点上都可能是不同的,但是只要它们的相关值很大,就可以判断水印的存在。
第三类数字水印是一种可视图像,它可以是以二值图像(或灰度图像)的形式保存的一个人的手写签名、字符、徽标等。将这些二值图像(或灰度图像)变成比特串,作为数字水印嵌入作品中。水印提取时,也是提取这些比特串,并把它们复原成原图像,由于数字作品受到可能的信号处理的破坏,或恶意攻击,因此恢复出的比特串会有误码,但是在误码率不是很大的情况下,所组成的二值图像(或灰度图像)仍然能够通过人眼来识别出原来的手写签名、字符或徽标。这类水印主要是利用人眼的冗余性,它可以容忍较大的比特误码,只要仍然能够识别出原来的二值图像(或灰度图像)的样子,就可以判定有水印存在。因此这类水印从形式上来说,也是健壮性较好的水印。
四、数字水印技术的主要应用
目前,数字水印的应用大体上可以分为版权保护、数字指纹、使用控制、票据防伪、标题与注释、内容保护等几个方面。
(一)版权保护[2]:为了表明对数字产品内容的所有权,所有者A用私钥产生水印并将其插入原图像,如果B声称对公开的有水印的图像拥有所有权,那么A可以用原图像和私钥证明在B声称的图像中有A的水印,由于B无法得到原图像,B无法作同样的证明。
(二)数字指纹[2]:为了避免数字产品被非法复制和散发,作者可在每个产品拷贝中分别嵌入不同的水印。如果发现了未经授权的拷贝,则通过检索其指纹来追踪其来源。
(三)使用控制[3]:在特定的应用系统中,多媒体内容需要特殊的硬件来拷贝和使用,插入水印来标识允许的拷贝数,每拷贝一份,进行拷贝的硬件会修改水印的内容,将允许的拷贝数减一,以防止大规模的盗版,DVD就是这种应用的实例。
(四)票据防伪[4]: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。
(五)标题与注释[5]:将作品的标题、注释等内容(如,一张照片的拍摄时间和地点等)以水印形式嵌入该作品中,这种隐式注释不需要额外的带宽,且不易丢失。
五、数字水印技术存在问题和未来的研究方向
数字水印技术是一门相当复杂的新技术,还有许多未触及的研究课题,现有技术也需要改进和提高。根据水印的研究现状分析,数字水印技术存在的问题和未来的研究重点[6]总结如下:
(一)由于数字水印技术难以解决复杂的异步攻击问题,数字水印技术在版权保护及访问控制等方面的应用受到限制,该问题需要得到解决。
(二)基于DCT和DWT的方法将继续成为主流,同时压缩域方法也是重点研究方向。
(三)盲水印技术将成为应用的主流,高性能的盲水印算法需要进一步研究。
(四)音频水印的研究将继续成为研究热点。
(五)数字水印算法的性能分析需要更高标准的方法。
(六)数字水印的标准化研究。
(七)数字水印的网络应用研究。
参考文献:
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关键词:数字图像技术;应用;发展趋势
中图分类号:TP391.41
计算机的特点在于能够处理各种数据,数字图像能够经过增强、复原、分割等处理,随着计算机技术的不断发展和进步,现在的数字图像技术具有图像处理多样性、精度高、图像的再现性好、处理量大的优点,本文主要研究数字图像处理技术的发展现状和发展趋势。
1 数字图像处理技术研究现状
所谓图像处理是指利用计算机来处理图像的过程,主要是实现改善图像的视觉效果,研究的内容主要包括图像数字化、图像增强、图像还原以及图像分割等。数字图像处理最早来源于20世纪20年代的报纸业,到20世纪50年代,随着计算机的发展,数字图像处理技术得到人们的普遍关注,数字图像处理技术随着太空计划得到很大的发展,最具有典型的例子,是对月球照片的处理。
进入到20世纪70年代后,数字图像处理技术随着计算机断层扫面(CT)的出现得到发展,在以后的时间里,数字图像处理技术不断有新的研究成果,1975年EWI公司研究的CT装置获得诺贝尔奖,目前数字图像技术已广泛应用在各行各业中。
2 数字图像处理技术的应用
数字图像处理技术目前在各行各业中都得到了很大的进展。在遥感航空航天方面,不少国家都派出了侦查飞机对目标地区进行空中摄影,进而通过图像处理技术来分析照片,节省了人力、物理,也能够从图片中得到其他的有用信息。在20世纪60年代以来,美国以及其他的一些国家发射了资源遥感卫星,由于成像条件非常差,因此图像本身的质量也不高,需要采取数字图像处理技术处理,如采用多波段扫描器进行扫描成像,图像分辨率为30m,这些图像转变为数字信号传送下来,再经过处理。数字图像处理技术在各国的应用中已非常广泛,如用在森林调查、灾害监测、资源勘查以及城市规划中。
数字图像处理技术最早来源于医药方面,因此在生物医学工程方面,数字图像处理技术也发挥出了巨大作用,除了上文所讲述的CT之外,还有一些显微图像处理技术,主要是识别红细胞、白细胞以及染色体分析等,在医学诊治方面X光肺图像增强、心电图分析以及超声波图像处理技术等发挥出了重要作用。
在通信工程方面,目前通信主要的发展趋势为综合性的多媒体通信,也就是将电视、计算机以及电话联合在一起在数字通信网上传输,在传输的过程中最为复杂和困难的地方集中在图像的处理中,比如说,彩色电视信号速率为100Mbit/s以上,想要传输出去就需要压缩信息的比特量,因此技术成败的关键就在于编码压缩。目前国家正在大力研发的新的编码方法,如小波变换图像压缩编码以及自适应图像网络编码等。
在工业和工程方面,主要的应用集中在自动装置配线中检测零件的质量、弹性力学照片的应力分析以及邮政信件的自动分检等,另外在智能机器人中也有应用。在军事、公安方面,数字图像处理技术的应用主要集中在导弹的精确制导、侦查照片以及图像的传输和显示方面,在公安方面,主要应用在鉴别人脸、识别指纹以及图片复原方面。数字图像处理技术除了以上所讲述的应用领域之外,在电视图像的编辑、服装设计、发型设计以及文物资料复原等方面也有广泛的使用。
3 数字图像处理技术的发展趋势
目前数字图像技术随着科技的进步得到了很大的发展,随着低成本硬件相关技术的发展可以想象数字图像技术将会得到更加广泛的应用,目前国内的研究成果主要集中在一些诊断、图像压缩编码以及目标识别等方面,但是还没有广泛应用在实际生活中。数字图像处理技术将会向着高分辨率、立体化、超高速以及智能化等方面发展,下面具体讲述数字图像处理技术的发展趋势。
随着计算机、人工智能以及思维科学研究的不断发展,数字图像处理技术在计算机视觉方面将会进一步的发展,智能机器人的重要感觉器官是视觉,目前研究的开放话题集中在理解和识别三维应力,将会应用在军事勘察、危险环境作业以及家庭服务等方面,目前人们对于自身的视觉了解的还非常少,因此在计算机视觉方面还需要进一步的探索。
数字图像处理技术还会向着虚拟现实发展,所谓虚拟现实就是使用计算机构成一个虚拟的三维空间,这项技术的发展是在计算机硬件技术的提高方面提出的,人们应用机器人身上的摄像机能够真实的感受到所在的环境,进而操纵机器人的行为,另外网上虚拟现实也是未来的一个发展方向。人们在完成社会生产中往往习惯使用自身的认识和工具,将这些掌握在自身手中,因此目前时代的发展趋势就是将原来二维的东西向着三维发展,如三维重建技术在地图方面的使用,在军事方面能够使用电子沙盘实现任意角度的转化和计算,也能够真实的直观的反应两点之间的障碍物等,还能够实现模拟飞行路线,为作战指挥带来极大的便利。在计算机中进行三维重建目前的热点和难点问题主要是计算机视觉研究领域。在图像压缩、识别以及分割方面,目前已取得很大的研究进展,目前图像处理面临的新的问题主要是图像专业压缩算法、图像识别算法等。
4 结束语
综上所述,本文先分析了数字图像处理技术研究现状和主要的应用领域,进而研究数字图像技术的发展趋势。目前数字图像处理技术已广泛的应用在生活中,如在网络、手机等中的应用,数字图像处理技术的发展与人们的生活息息相关,随着技术的不断发展,数字图像处理技术还会不断得到进步,这些还需要更多的人努力去研究。
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关键词:嵌入式系统;远程监控系统;网络传输;图像采集
中图分类号:TP274.2
在日常的生活中,通常都是通过眼睛来传递信息,百分之九十以上的信息量都来自视觉。但人的眼睛要受到生理结构的一些限制,在很多方面受到距离和信息量的限制。新时代以来,通讯技术和半导体技术的广泛应用,电子在获取信息的方面的技术逐渐的成熟起来,电子设备被迅速地应用到获取图像信息的领域上来,这一技术的代表就是电子眼的广泛应用。电子眼能够代替人眼,并且能够克服很多不利的自然因素,高质量的获取图像资料,并且能够做到采集和传输的稳定性。
电子眼技术的迅速发展给人类带来了新的获取视觉信息的途径,具有很重要的现实意义。电子眼的使用中,可以利用远程的传输技术,克服人眼在距离上不利的因素,给人们的生活的带来了极大地改善和方便。人们可以在办公室实现远程的操控,并且能够准确及时的获取信息,随着现代网络和媒体技术的不断发展,远程传输技术也变得容易起来,图像的远程传输必将在未来获取信息方面占据重要地位,并且大大的减少人力资源的浪费,同时也能做到人力所不能做到的事情。
在远程图像采集和传输发展的过程中,嵌入式技术的出现和成熟,无疑是图像采集和传输的一场革命,在嵌入式技术的基础上,图像的采集和传输有了更强的稳定性,同时在成本上也大大的降低,以下就基于嵌入式技术的图像采集和传输做出研究,分析国内外现状,并系统的总结嵌入式技术的要点和关键技术。
1 图像信息的采集和传输发展现状
图像采集是伴随着监控系统发展而发展的,并在图像采集的历史中主要是在监控系统中的使用。视频监控系统已经历了三个阶段:
第一代是本地模拟视频监控。它采用全模拟视频信号,保存录像带形式来记录信息。模拟显示装置的技术落后,从而产生视频信号的传输距离受到限制、图像质量不佳等问题。点对点的方式监视现场,布线工作量非常的大。模拟视频信号的网络结构系统[1]的主要特点是单一的、单向的信息收集网络,不具备媒体特有的功能,所以即使这个系统现在已经发展到一个较高水平的,也没有太多潜力可挖,而且其局限性依然存在,不能以满足图像采集和传输的更高要求,因此数字化是必由之路。
第二代基于PC的远程视频监控出现在20世纪90年代后期。该系统是第一模拟音频麦克风和摄像机捕获的视频信号转换成数字信号[2],利用特殊的压缩卡将数字信号的压缩处理,通过网络向终端传输,用电脑控制端使用一个专用PC传输,解压提取数据卡后,遥控器就能够再现图像和声音。它具有传输距离远、图像质量好、节能和低成本的数据。然而,基于PC的多媒体监控系统,还存在体积大、功耗高、实时性不高、稳定性差,成本高、扩展性差等很多问题。
随着近两年的远程监控系统中的多媒体监控系统要求各个领域越来越多地使用也越来越高,操作简单,实时,可靠,多功能发展,数字化,经济实用的多媒体监控系统和设计受到越来越多的关注者人们。应运而生的嵌入式远程监控系统基于多媒体技术。这是第三代基于多媒体的远程监控嵌入式技术。与基于PC的多媒体监控系统,基于嵌入式多媒体技术的远程监控系统具有体积小,安装方便。因此,基于嵌入式多媒体技术的远程监控系统,必然有应用和发展的良好前景,而不是目前广泛使用的基于PC的多媒体远程监控系统将成为必然趋势。
2 嵌入式开发和状态
进入20世纪90年代以来,嵌入式技术全面展开,目前的发展方向已经成为一种常见的通信和消费类产品。在通信领域,数字技术正在全面取代模拟技术。在广播电视领域,美国已经从模拟电视开始向数字电视过渡,欧洲的DVB(数字电视广播)技术已在全球大多数国家推广。数字音频广播已进入商用阶段。软件、集成电路和新型元器件在产业发展的越来越重要的作用。以上所有产品跟嵌入式系统技术是分不开的。在个人领域中,嵌入式产品将主要被用来作为个人移动的数据处理工具和通信软件。由于嵌入式设备具有自然的人机界面,多媒体界面给人很大的亲和力。在手写文字输入、语音拨号、发送和接收电子邮件和彩色图形图像方面已取得初步成效。
3 嵌入式系统
3.1 定义和嵌入式系统的分类
目前,各种嵌入式系统的存在的定义,但没有一个定义是全面的和非常准确的。下面给定的两个合理的定义比较:
从技术角度定义:被定义为中心以计算机技术、硬件和软件的可定制,以适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统;从的角度定义系统:一个嵌入式系统是设计用来执行复杂的硬件和软件功能,并紧密地耦合到计算机系统。这些条款体现嵌入式系统是一个比较完整的体系,由嵌入式系统已知的通常。嵌入式系统中可以同时存在多个嵌入式系统。在正常情况下,根据历史,性质,普遍性要求,嵌入式系统可以被定义为:“嵌入对象系统的专用计算机系统”“嵌入”,“特异性”和“计算机系统”是嵌入式系统的三个基本要素。
3.2 关键技术的嵌入式系统设计
(1)嵌入式操作系统
早期的许多嵌入式系统根本就没有操作系统,只不过有一个控制环而已。对很简单的嵌入系统来说,这可能已经足够。不过,随着嵌入式系统在复杂性上的增长,一个操作系统显得重要起来。没有操作系统的支持,将使软件复杂度大幅增加且变得极不合理。随着硬件的发展,嵌入式系统的应用领域日益扩大,提供的应用功能也越来越复杂,当初的控制程序被随之逐步加入了许多功能,而这些功能有很多是可以由操作系统来提供的。这很自然地会让人联想到应该为嵌入式系统做一个嵌入式操作系统。由于应用的需要和硬件条件的限制,嵌入式操作系统一般都注重占用空间小和效率高等特点。其实,嵌入式系统并不是一个新生的事物,从八十年代起,国际上就有一些组织、公司,开始进行商用嵌入式系统和专用操作系统的研发。在嵌入式系统的设计过程中,涉及许多技术的发展和方法是从通常的基于PC的软件开发方法的不同。这些不同的项目和计划,最终会影响到环境和塑造的最终产品。这些不同的关键技术主要表现在以下几个方面:
(2)嵌入系统内核的发展
这包括硬件和操作系统软件内核的选择。基于实用功能的嵌入式系统内核来实现内核的稳定性,以确保最大限度地提高系统的内核函数的工作效率,以减少冗余配置,让整个嵌入式系统设计趋于最优化。
(3)嵌入式系统的开发过程
由于嵌入式开发板的资源有限,不可能运行开发板开发和调试工具。因此,通常在嵌入式开发过程中,利用主机和目标机点的作用:在主机运行编译、连接、计算机处理过程,目标是在硬件平台上运行的嵌入式软件。该应用程序必须先转换到目标机器的二进制代码运行。这一过程包括三个步骤:编译、链接、定址。
(4)嵌入式平台移植软件
大多数嵌入式开发人员的软件开发模式的选择是在PC上编写软件,然后移植软件。如果在PC上编写软件,要注意软件的可移植性,选择具有高可移植性的编程语言(如C++),调用操作系统功能尽量少。
(5)嵌入式系统的高效存储
嵌入式系统下要实现高速数据存储,数据的高速传输是嵌入式系统最根本的特性,高速传输下对于数据的控制也是系统的关键。嵌入式系统的传送以CPU为控制中心,再提供源地址和目的地址的情况下实现对数据本质的判断,来实现数据的传送。在这种情况下,CPU在每个字节的数据传输中都要执行很多条命令,因此数据的存储就会变慢,在嵌入式Linux系统中,利用RAID技术[3]实现数据存储的分块实现存储的加快,这样就可以在CPU不介入的情况下完成数据的高速传送,大大的提高数据的传送速度,提高存储效率。
4 图像采集和传输的主要模式
基于远程系统建设模式的图像采集和B/S的传输,结合前面整个系统的模型的软件框架。在最初引进boa和CGI,移植的详细描述和C语言编写的编程语言来完成,以实现图像远程实时动态显示嵌入式服务器boa和CGI脚本突出的基础浏览器,最终完成了互动和浏览器的远程视频传输系统。
图像的基于GPRS无线远程传输系统是利用单片机组成的数据传输系统,通过GPRS网络完成远程数据的无线传输,即在传统的单片机数据采集系统中增加支持数据通信业务的GPRS模块,并为其分配一个独立的SIM卡,结合单片机系统通过串行通信接口,实现数据的远程无线传输。传输终端可以是PC机,也可以是移动电话或移动终端。近年来,随着无线网络的快速发展,尤其是在成熟的应用GPRS网络技术,实现了数据的无线远程通信,给图像传输带来了福音。
5 总结与展望
本文将嵌入式技术用于图像的远程采集传输之上,实现了基于嵌入式系统的图像采集。提出的两种传输方式经过改善都可以应用于多种环境场合,在监控等诸多领域都有重要的显示意义。随着社会的发展,越来越多的领域将涉及图像的远程采集,无论是基于有线还是无线的传输方式。同时,基于嵌入式Linux操作系统的应用有很多,图像远程采集系统的研究是比较有现实意义的方向。随着嵌入式处理器性能的提高和Linux操俸系统的逐步普及,相信这方面的研究会有更广阔的发展空闻。
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为了上网方便,不得不绞尽脑汁考虑如何在屋内走网线;
手机信号不好,常常发生“暂时无法接通”的情况……
从普通百姓生活中对通信的需求,到国家“新一代宽带无线通信网”重大专项的实施,都离不开一支支为无线通信事业默默奉献的科研团队。作为其中优秀的代表之一,清华大学以陆建华教授和吴佑寿院士为带头人的宽带无线通信技术与系统集成创新团队,以其鲜明的学术研究特色和影响深远的开发应用,既树立了我国建设创新型国家的团队范例,也向世人展示了并不遥远的数字时代图景一宽带无线就是未来。
理论创新:多域协同
围绕国际科技发展前沿和国家产业发展重大需求,瞄准基础领域进行创新性研究,一向是清华大学的传统。2003年,第一批五个国家实验室之一――清华信息科学与技术国家实验室(简称:清华信息国家实验室)筹建,正是基于清华大学的传统优势及我国“信息化带动工业化”的发展道路。建设伊始,“宽带无线通信理论与技术”成为重点研究方向之一。
在“985工程”和“211工程”计划,以及多项国家科技计划的支持下,该研究方向强化信息技术领域的基础理论研究、技术创新开发,重点学科建设和人才队伍培养,以宽带无线传输理论与技术研究为基础,通过原创性理论研究和技术创新,着力系列发明专利和标准提案,研制开发出高集成度的片上系统,并积极开拓重大产业应用,由此形成了“基础理论研究关键技术创新核心产业应用”的研究团队。
团队的研究目标是要通过理论和技术创新,从根本上提高无线频谱资源利用的有效性,即在满足服务质量的前提下,最大限度地提高频谱效率及资源共享系统容量。而传统的无线通信体系框架基于资源独立优化模式,系统容量受限,相应技术也受到“边界效应”的制约。
团队在国家自然科学基金重点项目“基于分布式天线的无线通信系统理论及关键技术研究”中,首次提出了分布式无线通信系统的体系架构(DWCS)。它实现了传统树形蜂窝结构的扁平化,为提高无线系统的传输质量与容量奠定了基础。同时,DWCS中的接入距离显著缩短,功率大大降低,成为解决宽带无线接入能耗问题、实现绿色网络与终端的关键手段。DWCS相关研究成果陆续在通信领域最具影响力的IEEE Communications Magazine等期刊上发表,成为新型无线通信体系框架研究的主流学术思想之一。
DWCS研究引发了许多基础性的科学问题。为从根本上提高无线频谱资源利用的有效性,系统解决现有技术的各种“边界效应”对提高频谱效率的制约,综合利用包括空间、频率,时间,信号,功率,终端、网络等资源,团队提出并研究多域协同宽带无线通信基础理论,得到国内外同行高度认同,成功获得“973”计划项目资助。
“多域协同”的核心在于协同。在古汉语中,“协”的写法为“”,右边表示齐心协力,左边的“十”是象形字,表示一种标尺。《说文解字》提到,“协,众之同和也。同,合会也。”因此,协同是指协调多个不同的资源或者个体,使它们一致地完成某一目标的过程或能力。多域协同之于宽带无线通信则是指包括不同无线系统之间,不同资源之间、不同终端设备之间等的协同,以期从根本上提高频谱资源利用的有效性。
多域协同宽带无线通信系统框架现已成为“异构、泛在、协同”无线网络的重要组成部分,其重要性、前瞻性已得到国内外同行高度认同。
学术链条:学以致用
团队在强化基础创新研究的同时,坚持学以致用,致力于成果产业化。近五年来,团队成员从各自专长出发,交叉参与。共同承担多项科研项目,逐步形成“基础理论研究技术发明国家行业标准核心片上系统应用系统开发”的学术链,初步体现了团队效应。
在杨知行教授、吴佑寿院士等的领导下,历时十年的数字电视传输技术的开发应用,堪称这一特色鲜明的学术链的充分体现。
以数字电视为代表的广播电视技术数字化,是全球信息革命不可阻挡的新浪潮。作为模拟彩电生产、消费的头号大国,这是我国变大国为强国的重大机遇。数字电视传输标准中,地面传输标准是最基本的,不仅技术含量最高,而且受众最多。更重要的是,地面无线传输关乎国家安全和民族利益,尤其是在遭遇战争、灾难等紧急情况时更是动员国民最直接、最可靠的政府喉舌。要保证“永不消逝的电波”和民族产业可持续发展,就必须研制出拥有自主知识产权的数字电视地面传输标准。
1999年7月,清华大学与凌讯科技公司联合,组建了数字电视传输技术研发中心。在学校“985工程”计划重点项目支持下,在一批前瞻性研究成果的基础上,借鉴现有国际标准,经过七年艰苦探索和创新研究,原创性地提出了时域同步的正交频分复用数字传输技术(TDS-OFDM)。这一技术的关键意义在于,它突破了国际上的C-OFDM技术壁垒,并在性能上更优越。国家知识产权局确认了该技术三项专利――用时一频域综合处理方式解决了同步和数据相互独立的问题;用PN序列填充技术取代循环前缀;用独特的循环PN序列设置取代了高功率同步导频。2005年,TDS-OFDM技术获得中国专利金奖,其相关研究成果陆续在无线传输领域最具影响力的IEEE Trans,Broadcasting和IEEE Trans Wireless Communications等期刊上发表。
以TDS-OFDM技术为基础,课题组成功研发了具有完整自主知识产权的地面数字多媒体/电视广播传输系统(DMB-T)。信息产业部和广电总局联合推荐该方案,并通报到国际电联,引起了热烈反响。这是我国首次在国际上宣示我国数字电视水平和参与国际竞争的信心。该技术主要性能指标优于国内外同类技术水平,获得2004年北京市科技进步一等奖、2005年国家技术发明二等奖。截止到2000年底,国内已有19个省市的31个城市采用DMB-T播出数字电视节目,取得了显著经济效益和重大社会效益。
在DMB-T基础上,进一步融合国内多家方案的优点,2006年8月形成了中国强制性地面数字电视传输标准。国标DTMB相关技术非独家授权国内外11家企业生产,有力推动了地面数字电视标准的产业化进程,取得了重大经济效益和社会效益。在南美国家数字电视标准遴选的国际竞争的现场测试中,均以显著优势取胜欧、目标准。
高效多码率LDPC编译码器正交频分复用数字传输技术地面数字多媒体/电视广播传输系统数字电视专用芯片“中视一号”地面数字电视传输国家标准率领产业联盟推进国标“走出国门”,清华大学宽带无线通信技术与系统集成创新团队成功地从实验室的理论设想进入了数字电视芯片大规模产业化阶段,并最终推动数字电视行业进入国际市场,经济效益自不待言,更重要的是,它向世界展示了
中国科技人的自信与优秀,既是我国专利战略、标准战略的成功典型,也是标志着我国电视设备从“中国制造”迈向“中国创造”的一个里程碑。
数字电视芯片是团队在通信SOC领域取得的一项标志性成果。此外,基于片上系统设计完成的多业务传送SOC专用系列芯片,获得国家技术发明二等奖,应用于电信、网通、电力、公安,军队等领域,并销往俄罗斯、南非、印度等21国。十年磨一剑,清华大学宽带无线通信技术与系统集成创新团队在实践中形成的独具特色的学术研究链,正彰显了清华大学从国家民族根本利益出发、服务国民经济主战场的优良传统。
人才集成:1+1>2
国家实验室是我国科技界的全新事物,不仅要满足国家需求做出重大科技创新,还要探索一系列全新机制。原清华大学副校长、清华信息国家实验室主任,现天津大学校长龚克说“国家实验室是根据新世纪科技发展特点和科技创新需求做出的科技体制创新探索。清华信息国家实验室更加突出‘集成性’――学科集成,重大项目和科学问题集成,队伍、项目和平台的集成。”
宽带无线通信技术与系统集成创新团队特别注重人才集成,其成员都是相关研究方向优秀的专家:
陆建华教授是国家杰出青年科学基金获得者,“973”项目首席科学家:
吴佑寿教授是中国工程院院士,我国数字通信开拓者之一,何梁何利奖获得者;
杨知行教授是数字电视专家,两项国家技术发明二等奖获得者,荣获“当明家”称号;
王京教授是清华信息国家实验室副主任,重大专项专家,国家科技进步二等奖获得者;
杨华中教授是国家杰出青年科学基金获得者,集成电路专家;
宋健教授是数字电视传输技术专家;
周世东教授是国家“863”-FUTURE计划核心成员,教育部新世纪人才……
清华信息国家实验室的筹建,将这些优秀的专家集合在共同的目标下。根据“国家重大需求”、“科技发展前沿”和“清华优势特点”三结合的原则,团队成员结合自身特长和研究特点,经过合理配置,逐步形成了一个交叉融合、优势互补,共同创新的协作团体,在面向国家需求和国际前沿的平台上,取得了喜人的成绩――
近五年来,团队成员交叉合作承担“973”项目1项,“973”课题3项,自然科学基金重点/重大项目5项,“863”重点项目8项,教育部重大科研项目、发改委产业化专项,预研及企业合作项目近20项。
在国内外期刊和国际学术会议上280余篇,其中SCI论文80余篇,在IEEE Trans,CSVT、IEEE Trans Communications、IEEE Trans Wirelass Communications、IEEE Trans,Broadcasting等本学科最具影响力的期刊上发表;申请发明专利120余项,已获授权32项;出版专著6部;获国家奖励4项、部委奖励5项,等等。
还在探索中的人才集成模式,初步显示出巨大的创新能力和创造能力,这也是清华大学宽带无线通信技术与系统集成创新团队一个立足过去、开创未来的里程碑。
无线世界:无限世界
宽带无线传输技术将作为信息技术发展的重要前沿领域,对重大产业的升级换代(如数字电视)和形成新的产业生长点(如移动互联网)具有重要意义。事实上,小到寻常百姓家的手机、电视,网络,大到新一代信息网络、国家安全、航空航天,都离不开宽带无线通信技术的发展与保障。
在我国探月一期工程的相关技术研究中,清华大学宽带无线通信技术与系统集成创新团队成功设计了短码长,低译码门限的LDPC编译码器。经专家测试,该编译码器在同等条件下比传统的Viterbi译码器有2.5dB的增益,是探月一期工程的创新之一。
专为我国地面数字电视标准设计的高效多码率LDPC编译码器,也成功应用于无线图像助警应急系统,建立了北京、青岛等地的“公安无线视频传输网”。该技术实现了标准清晰度图像的无线双向传输,在雅典奥运火炬接力北京段监控、全国两会安全监控、长城3号反恐演习等国家重大项目中,得到了专家一致好评。
宽带无线通信技术研究成果的产业化,已经越来越多地应用到社会生活的各个领域,也显示出更加广阔的应用前景。
在我国“信息化带动工业化”的发展道路上,展现在清华大学宽带无线通信技术与系统集成创新团队成员面前的,是一步步将梦想变成现实的美景。虽然迈出每一步都要付出难以想象的艰辛,但执著的追求换来了梦想实现的快乐。
过往的成绩只是提供了继续创新的平台,团队成员早已勾勒出下一步努力的方向和目标――针对新一代宽带无线多媒体接入,高清数字电视广播、高速铁路信息化及空天地一体化网络等重大产业应用,发展高速大容量无线网络技术及系统集成,进一步突出发明创新,技术标准和芯片集成的研究特色,形成系列核心芯片与演示试验系统,完善“理论研究技术创新产业应用”的学术研究链,满足未来高速大容量高质量信息服务对宽带无线通信的需求。
……
心有多大,世界就有多大。
(赤峰学院 教育学院,内蒙古 赤峰 024000)
摘 要:教育技术专业曾是我校一个传统的优势专业,然而近年来由于各种原因导致该专业陷入发展困境,作为地方高校,我们该如何结合实际走出困境、促进专业发展已经迫在眉睫.文章总结了我校教育技术专业发展中取得的成就,剖析了目前面临的问题,并结合实际提出促进专业发展的思路与策略.
关键词 :教育技术;信息化;困境;数字媒体
中图分类号:G640文献标识码:A文章编号:1673-260X(2015)08-0203-03
基金项目:赤峰学院2014年双改项目“应用型人才培养模式下的教师教育专业人才培养策略研究与实践——以教育技术学专业为例”
1 我校教育技术专业发展中取得的优异成绩
经过15年的建设与发展,我校教育技术专业在学生考研、就业等方面均取得了辉煌成就,为赤峰地区基础教育信息化建设培养了一大批高级专门人才.
1.1 毕业生考研率比较乐观
自2004年我校招收第一届教育技术学专业以来,教育技术教研室都非常注重学生的学风建设,使学生逐渐形成严谨治学、积极进取的学习风气,学生专业基础扎实,连续多年保持较高的考研率.近5年来,多名学生考取东北师大、华东师大、上海师大、四川师大、大连理工大学、辽宁师大、陕西师大和内蒙古师范大学等国内著名高校的硕士研究生,曾多次在全校考研率评比中取得优异成绩.
1.2 毕业生就业率保持在97%以上
2015年1月27日,内蒙古高校毕业生就业指导中心公布了《2014年高校毕业生就业质量分析报告》,这也是自治区首个高校毕业生就业质量年度报告.报告显示,内蒙古地区就业率较高的本科专业为:工程管理、教育技术学、热能与动力工程、小学教育……这份报告有力地证明教育技术专业在全区范围内属于就业率较高的本科专业.
来自我校招生就业部门的统计数据也充分证实了这一点.近5年来,我校教育技术本科专业的就业率一直未低于97%,不仅与学校其他本科专业相比就业率排在前几位,而且能够名列前茅——我校的教育技术本科毕业生就业率在2012年曾获得就业率全校第一的优异成绩.
2 我校教育技术专业发展面临的问题
2000年以后,随着我国信息化程度的不断提升和高等教育规模的不断扩大,越来越多的高校开设了教育技术学专业.教育部相关高考信息平台公布的数据显示,2013年底,全国普通高校教育技术专业毕业生规模达9000-10000人;仅内蒙古地区就有6所高校开设教育技术学本科专业,这既为我校教育技术专业的发展提供了契机,同时也势必带来挑战和竞争.目前我校教育技术专业发展中面临的主要问题集中于以下方面:
2.1 生源严重不足
由于教育技术专业在国内的发展只有三十几年的历史,它本身尚属于教育领域中的一个新专业,还不能被广大高考考生,特别是经济欠发达地区的考生所熟知.而我们内蒙地区、尤其是农村牧区的考生对这个专业的了解更是少之又少,考生无法像学前教育、思想政治教育等专业一样仅从字面上就能大概了解专业,因此出现不敢报考陌生专业的情况.
另外一方面,自2013年开始我校实行学分制方案,新生入学后可二次选择专业,各个院系都会出现学生转专业的情况,这个过程中就会出现部分学生在不了解专业的前提下做出盲目跟风的选择.我校教育技术专业因2011年和2012年连续两年暂停招生,2013级新生入学后面临“断代”,便出现了严重的盲目转专业现象.2014级生源较上年稳定很多,不论是第一志愿报考的学生人数还是二次选择后的学生人数都大比例攀升.
任何一个专业的发展都离不开生源,除了做好招生宣传工作外,稳定的连续招生,是学分制模式下学生自主选择专业时一个重要的参考依据;对于教育技术专业而言,高年级学生更是新生获得初步专业认知的一个重要的途径,对于稳定生源有着重要的意义.
2.2 培养方案的更新跟不上专业发展的速度
教育技术专业在我国的发展源于上世纪八九十年代的电化教育,那是以常规电子媒体(幻灯、投影、广播、电视)作为主流媒介进行理论研究和实践探索的年代,因此普通物理、数字电路、模拟电路等学科知识是教育技术专业必备的基础知识.进入21世纪以后,计算机和网络媒体的教学作用日益凸显,2010年以后,移动媒体则成为是我们学习和工作中必不可少的工具,近两年微课、慕课更是教育领域研究与实践的热点,可以说一次次的媒体技术的进步带动着教育技术学专业的重心不断转移.然而,在我们的课程体系中,常规媒体时代的传统课程还依旧存在,而适合新媒体时代的课程迟迟不能充实进来.究其原因,有制度方面的,如开课计划必须严格依据培养方案,2012年还在执行2008制定的培养方案,而这四年中教育技术领域发生的翻天覆地变化却无法及时更新到本科专业培养方案中.
2.3 师资力量尚待加强
教育技术学专业是一门具有多学科背景的综合性很强的学科,它不仅要求教师要有丰富的教育学、心理学、传播学等理论的知识,还需要涉猎诸如课件制作、计算机编程、网站开发等计算机软件技术以及电视节目制作、非线性编辑等影视方面的知识.面对如此庞杂的课程体系,任何一个教师都不可能做到面面精通.教育技术专业的发展需要教师团队的合作来实现,目前我校教师技术专业的教师团队中,还不能保证每位教师主攻一个明确的研究方向,甚至部分当前主流的研究方向因无人能够胜任而开设不了相关课程.由于专业更新较快这种特殊性,给任课教师提出了更高的要求和挑战,这种现象在地方本科院校中尤为常见,也是值得我们思考的一个问题.教育技术专业要跟上时代的步伐,教师首先就要勇于尝试,不断创新,通过各种途径获取前沿信息,把握教育技术发展的最新动向.
2.4 教学主管部门重视程度不够
学校对专业建设的重视程度,直接影响到一个专业软硬件方面的建设.教育技术学专业的发展离不开学校的大力支持,特别是教育技术专业实验室的建设.我校的教育技术学专业目前仅有一个低配置的计算机机房,难以满足部分技术要求较高的课程教学,由于资源的匮乏,很多课程仅仅是理论上的讲授,很难有实践的机会,教学效果必然受到制约.
3 区内外高等院校教育技术专业创新发展的经验
上世纪90年代末以来,全国高校纷纷扩招而带来的社会需求饱和给很多专业的就业造成压力,目前,教育技术专业同其他许多专业一样,在国内都面临着发展困境.现有的教育技术专业人才就业岗位数量很有限,但由于教育技术学学科自身的交叉性和教育信息化及社会信息化迅速向纵深发展,可以开拓的人才就业市场前景十分广阔.数字媒体技术产业就是当前教育技术学专业一个很好的开拓方向.目前已有很多高校教育技术专业在这方面做出改革创新:
3.1 区内高校教育技术专业数字媒体技术方向的发展
内蒙古师范大学是我区最早开始教育技术学专业的高校,在全国教育技术领域有着较高知名度,也是目前我区教育技术专业发展的领头羊.我校教育技术专业自开设以来,一直与内蒙古师范大学保持着良好的学术交流,可以说,内蒙古师范大学是为我校教育技术专业发展提供借鉴和帮助最多的一所区内高校.然而,近些年内蒙古师范大学的教育技术专业也面临着发展的困境,为此他们做了改革和创新,目前他们除了招收教育技术(信息技术教育)本科一批专业之外,还新增加教育技术(数字媒体技术)专业的本科三批招生计划,已经连续招生多年,生源较好.
此外,区内的呼伦贝尔学院,也是与我校联系比较密切的兄弟院校,他们在教育技术专业所属院系下,新开设数字媒体技术专业招生计划,招生情况也比较乐观.而其他几所高校虽然没有明确将“数字媒体技术”列在招生计划中,但也都在教育技术专业培养方案中增设数字媒体技术方向的课程,逐步向这一研究领域拓展.
3.2 区外高校教育技术专业数字媒体技术方向的发展
首都师范大学的教育技术专业在国内具有一定影响力,我校教育技术教研室多位教师曾在首都师范大学进修.虽然作为知名高校,但他们一样面临着专业发展的困境,为了适应社会对专业人才的需求,首都师范大学将教育技术学专业课程设置做了调整,除了原有的教育技术理论、教育软件工程两大分类外,新增了数字媒体技术方向,学生可以根据自己的爱好和意愿选择三个专业方向之一.
此外,还有许多高校也像内蒙古师范大学一样在本科招生计划中设有教育技术(数字媒体技术方向)招生计划,如南通大学,湛江师范学院、苏州大学、淮阴师范学院等等.
数字媒体产业是教育技术专业的一个新的开拓方向,并已经在上述诸多高校取得了成功,这些学校的改革和创新也可给我校教育技术专业的发展带来新的思路.
4 我校教育技术专业改革发展的思路
4.1 做好专业的宣传与推广,保持生源的稳定性
提高考生和家长对教育技术专业的认识程度是保证招生与发展的前提,因此我们应通过各种形式动员师生们参与招生的宣传工作,激发大家关心、参与招生宣传工作的热情,积极出谋献策,共同拓宽生源渠道.如利用专业优势制作各种形式的宣传册和海报,向考生和家长发放;利用各种手段向在校学生发出招生宣传信息;利用学院网站加大专业宣传力度等.另外,在新生入学后进行二次选择专业前,专业教师应加强对学生的身心关爱并对学生进行各种形式的专业介绍,让学生在感性上形成对专业的认同,稳定报到的生源.
除了在招生宣传季进行集中宣传外,我们还要充分利用一切可以利用的时机将教育技术专业介绍给可能的招生对象.如在学生暑期社会实践中,便可组织学生在社会活动中进行专业宣传,学生可发挥专业特长帮助当地学校进行教师信息技术培训,或与当地教师合作,开展多媒体教学方法、经验交流和实践活动等等.
如此通过各种途径对专业进行宣传,势必会提升教育技术专业的影响力,对于争取生源起到一定的促进作用.
4.2 结合社会需求重新制定人才培养方案
目前教育技术专业发展中一直存在争议的一个问题是,毕业生就业形势越来越严峻.这一方面是由于高等教育的连年扩招而造成的专业点设置在数量和规模上的超常规发展,使得昔日的热门专业成为今天的问题专业;另一方面,不可否认的是,教育技术本科专业自身存在的问题.以我校为例,自2008年版培养方案开始,教育技术专业将所有课程分为两个组:信息技术教育组和广播电视编导组,学生根据意愿选择自己的研究方向.而近年数字媒体产业的发展催生了教育技术研究的一个新领域——数字媒体技术,据教育部公布的2013年本专科专业就业状况显示,数字媒体技术专业就业率处于85%-90%,毕业生规模约在3000人-3500人,从区内多所高校招生经验来看,数字媒体技术专业生源与就业形势较好.因此,为了适应社会需求,同时也为实现教育技术专业的创新发展,我们对培养方案进行了修改,把原有的分组改为:信息技术教育组和数字媒体技术组,这两个方向都属于师范类,可以授予教育学或者理学学位证.另外,在专业课程的设置上,也本着从就业需求往回找的原则,根据社会对教育技术专业的需求,有针对性地开设相关课程,而把那些过时了的传统课程逐步替换掉,实现了培养方案的重新修订.
4.3 发挥专业优势,立足长远发展
2012年以来,全国掀起了慕课、微课、翻转课堂研究的热潮,且已对传统高校教学产生了巨大影响.目前国内诸多著名高校如清华、北大、浙大、上海交大等都已经开设了自己的慕课课程,而其他高校相对来说就冷清得多,究其原因,主要是国内高校还处于体制内管理,在学分认定等慕课发展的关键点受到了限制.
但是,近日教育部《教育部关于加强高等学校在线开放课程建设应用与管理的意见》中重点提到要建设在线开放课程公共服务平台.鼓励公共服务平台与国家开放大学教学平台开展合作,为终身教育提供优质课程,以及推进在线课程学分认定和管理制度创新……由此可以预见,学分认定等问题的解决,将带来国内高校慕课建设的,换句话说,慕课平台或将成为高校的标配.
作为一所经济欠发达地区的地方本科院校,虽然慕课与翻转课堂这股潮流还没有在我校掀起波澜,但我们不可否认,这是发展趋势.终究有一天,我校也将推出自己的慕课平台.而如何设计慕课,如何制作微课,如何进行翻转课堂教学正是教育技术专业研究的热点.因此,我们也需要看到自己专业的优势,立足长远发展,通过网络特别是已经推出的优秀慕课平台进行自学,将这些新的理念、新的方法传授给我们的学生.在条件成熟后,我们可以进一步开展一系列实践活动,如指导学生参加微课设计大赛、开展翻转课堂教学实践,甚至由教研室组织进行慕课的设计与开发等.
5 结语
创建一个专业不易,任何专业都有它存在的价值.在困境中求创新,在困境中求发展,而不是轻言放弃,这是全国多数高校教育技术专业的选择.更何况,我校的教育技术专业从起步到现在历经了15年的发展过程,经历过初建期的困难,也见证了专业发展的辉煌,到如今遇到困境,我们更愿意努力创新,适应社会的用人需求,符合学校应用型人才培养的宗旨,为专业的发展、学校的发展做出自己的贡献.
参考文献:
〔1〕杨方琦.新时期教育技术学本科专业发展的思考[J].电化教育研究,2012(2).
【关键词】信息隐藏;不可检测性;数字水印
1.信息隐藏简介
1.1基本概念
信息隐藏是一门具有渊源历史背景的新兴学科,涉及感知学、信息论及密码学等多个领域。它是利用人类感觉器官对数字信号的感觉冗余,将信息隐藏在普通信息中,隐藏后信息的外部表现的只是普通信息的外部特征,不改变普通信息的本质特征和使用价值。
1.2发展历史
信息隐藏的发展历史可以一直追溯到“匿形术(Steganography)”的使用。“匿形术”一词来源于古希腊文中“隐藏的”和“图形”两个词语的组合。虽然“匿形术”与“密码术(Cryptography)”都是致力于信息的保密技术,但是,两者的设计思想却完全不同。“密码术”主要通过设计加密技术,使保密信息不可读,但是对于非授权者来讲,虽然他无法获知保密信息的具体内容,却能意识到保密信息的存在。
2.信息隐藏要求
信息隐藏的目的不在于限制正常的资料存取,而在于保证隐藏数据不被侵犯和发现。因此,信息隐藏技术必须使机密信息对正常的数据操作具有免疫能力。成功的信息隐藏通常需要满足以下技术要求:
(1)透明性(Invisibility)或不可感知性(Imperceptibility):指载体在隐藏信息前后没有明显的差别,除非使用特殊手段,否则无法感知机密信息的存在。
(2)鲁棒性(Robustness):指隐藏对象抗拒常用的信号处理操作而带来的信息破坏能力。
(3)安全性(Security):指隐藏算法具有较强的抗恶意攻击能力,即它必须能够承受一定程度的人为攻击,而使嵌入对象不被破坏。
(4)不可检测性(Undetectability):指隐藏对象与载体对象需要有一致的特性。
(5)自恢复性:经过某些操作或变换后,可能会使隐藏对象产生较大的破坏。如果只从留下的片断数据,仍能恢复嵌入信号,而且恢复过程不需要载体信号,这就是所谓的自恢复性。
(6)嵌入强度(信息量):载体中应能隐藏尽可能多的信息。
3.1隐写术
隐写术是那些进行秘密通信技术的总称,通常把秘密信息嵌入或隐藏在其他不受怀疑的数据中。伪装方法通常依赖于第三方不知道隐蔽通信存在的假设,而且主要用于互相信任的双方点到点的秘密通信。
3.3隐蔽信道
在多级安全水平的系统环境中(比如,军事计算机系统),那些既不是专门设计的也不打算用来传输消息的通信路径称为隐蔽信道。
3.4匿名通信
匿名通信就是寻找各种途径来隐藏通信消息的主体,即消息的发送者和接收者。根据谁被“匿名”(发送者、接收者,或两者),匿名通信又分为几种不同的类型。
3.5阀下信道
阀下信道也叫潜信道,它是指在公开信道中所建立的一种实现隐蔽通信的信道。密码协议中的阀下信道是指被用来传输秘密消息的各种编码体制和密码协议中所采取的数学结构。
3.6低截获概率信道
低截获概率通信,顾名思义就是信号被截获的概率降低的通信技术,其载体对象是整个通信频带。它主要包括扩展频谱通信技术和流星猝发通信技术。
4.数据隐藏应用
信息隐藏技术在实际中的应用是多种多样的,最直接的应用就是机密通信。在信息隐藏的应用领域目前信息隐藏技术在信息安全的各个领域中所发挥的作用系统地总结为:
4.1用于数据保密
在网络上传输一些数据要防止非授权用户截获并使用,这是网络安全的一个重要内容。可以通过使用信息隐藏技术来保护在网上交流的信息。
4.2用于数字作品的版权保护
版权保护是信息隐藏技术中的数字水印要解决的一个重要问题。数字水印技术提供了解决这一问题的方案:服务提供商在向用户发放作品时,将双方的信息代码以水印的形式隐藏在作品中。
4.3用于数据的不可抵赖性
在网上交易中,交易的双方不能抵赖自己曾经做出的行为,也不能否认曾经接受到对方的信息。
4.4用于防伪和数据的完整性
在商务活动中,票据的防伪也是信息隐藏技术的应用之一在数字票据中隐藏的水印经过打印后仍然存在,可以通过再扫描回数字形式,提取防伪水印,以证明票据的真实性。
5.信息隐藏总述
总之,信息隐藏技术是多媒体通信和多媒体信号处理领域中近年来新兴的研究方向,它为信息安全提供了一种新的思路,为我们研究信息安全提供了一个新的方向。
信息隐藏是一项崭新的技术领域,也是多媒体技术、网络技术研究的前沿,应用前景十分广阔,必将吸引广大图像,语音、网络、人工智能等领域的研究者加入到这一行列,从而推动信息安全技术更快的发展。 [科]
【参考文献】
[1]王丽娜,郭迟.信息隐藏技术实验教程[M].武汉:武汉大学出版社,2004.
[2]刘振华,尹萍.信息隐藏技术及其应用[M].北京:科学出版社,2002.
[3]张仕斌.网络安全技术[M].北京:清华大学出版社,2004.
【关键词】数字视频 文件格式 视频制作
1 数字视频基础
在传统教学过程中,通过电视机播放的教学视频几乎都是模拟信号,是通过摄像机的光敏元件将光信号转化为电信号储存在录像带上,然后通过播放器和电视机,把电信号还原成视觉信息。数字信号是使用A/D转换器将模拟信号其数字化,呈现在数字媒体上。一般来说,直接将模拟信号数字化后的视频是无法或者不建议直接使用的,因为视频信号数字化后的数据量很大,非常占用磁盘空间,给视频的使用带来储存和传播的障碍,效率较低,所以必须要对视频进行压缩。
2 数字视频的压缩与文件格式
2.1 MPEG与H.264
MPEG(Moving Pictures Experts Group)是动态图像专家组的英文缩写,是在ISO/IEC(国际标准化组织/国际电工委员会)联合指导下成立的,专门负责为CD建立视频和音频标准。MPEG是一个标准系列,包括MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4。MPEG-1压缩后的码率为1.5Mb/s,主要用于VCD的制作。MPEG-1中最著名的第三代音频协议被称为MPEG-1 Layer 3,简称MP3,成为广泛使用的音频压缩技术。MPEG-2制定于1994年,压缩后的速率有多种,应用较为广泛的是DVD制作,速率为5~15Mb/s。MPEG-4第一版在1998年10月通过,第二版在1999年12月通过。本标准制定了较低的传输速率情况下,获得较高的画面质量。压缩后的码率最低可达64Kb/s,为网络传输视频提供了强大的基础,因此主要用于虚拟现实、远程教育、网络直播、家庭摄像等。
H.26x系列数字视频编码标准是由国际电信联盟(ITU)提出的,其制定的标准有H.261、H.263、H.263+等。目前使用最广泛的H.264标准是国际电信联盟(ITU)联合国际标准化组织(ISO)共同提出的,是在MPEG-4技术基础上,发展的新一代数字视频压缩格式。H.264最大的优势是具有很高的数据压缩比,在同等画质下,H.264的压缩比是MPEG-2的2倍,是MPEG-4的1.5倍,在同等网络带宽情况下,可以传输更高质量的视频。因此,目前网络视频资源普遍都是使用H.264进行压缩。
2.2 常见的文件格式简介
我们在使用数字视频的时候,通常会发现视频有多种封装格式,每个封装格式都有其特点,在不同的使用环境,可选择不同的封装格式。
AVI格式是由微软、INTEL、IBM公司联合的用于windows的视频技术规范。本规范未限定压缩标准,也就是说可以使用多种压缩算法生成AVI文件,也必须使用相同的解压缩算法才能播放,兼容性较差,并且是采用软件辅助压缩的视频技术。视频文件比较大,不利于储存和传播。但是其视频画面质量好,通常对视频原始素材进行封装。
MP4文件格式是基于QuickTime容器格式定义的,是一个十分开放的容器,MP4文件中的媒体描述与媒体数据是分开的,并且媒体数据的组织也很自由,不一定要按照时间顺序排列,甚至媒体数据可以直接引用其他文件。同时也支持流媒体。因此,MP4封装格式目前被广泛应用,也是封装高清H.264视频和AAC音频典型格式。
MOV是美国苹果公司开发的基于MAC计算机的视频技术,如果要在PC机上播放,需要安装播放插件;RM/RMVB是REAL公司推出的视频压缩技术,可以把庞大的AVI格式文件压缩到原来的几十分之一,但是画面质量也较差,由于其文件较小,占用较少的网络带宽,曾被广泛的应用到网络视频;ASF是微软公司开发的流媒体格式文件,使用的是MPEG-4压缩技术,具有高压缩比和高质量,被广泛的应用。
3 视频制作常用工具简介
在制作视频资源过程中,通常会经历素材获取,素材编辑,生成成片三个环节。
视频的原始素材大多数是通过拍摄设备和软件制作而成。专业数字摄像机,单反相机,手机等都可以获取拍摄的素材。使用屏幕录制软件可以获取计算机操作过程的素材资源。屏幕录制软件Camtasia Studio由于操作简单,功能强大,性能较好,使用较为广泛。使用二维动画,三维动画软件可以制作动画素材。制作二维动画软件比较多,常用有Adobe Flash,Anime Studio。制作三维动画的软件一般使用3dMAX,Maya。
原始素材一般都需要经过编辑处理成为需要的视频资源。专业的视频剪辑软件有Windows Movie Maker,Adobe Premiere,EDIUS等,面向低端的有会声会影,Pinnacle Studio等,做视频特效的软件有After Effect。根据不同的素材和差异化的需求,选择不同的工具进行组合完成。
通过对元素素材的编辑过后,需要生成成片。这个过程一般分为两个步骤:首先生成没有压缩,或者高数据流压缩的成片,作为母片,然后再根据视频的需要,将母片压缩成为需要的格式的成片。这个压缩过程可以通过编辑软件完成,也可以使用格式工厂等转换软件完成。
4 视频资源的使用
教学视频一般都是上传至网络学习平台或者视频服务平台。免费的学习平台可以使用moodle平台,功能强大,操作简单。视频服务平台免费的可以使用优酷视频,但是视频内容会被投放广告。
总的来说,数字视频已经逐步深入到普通教师的教学过程中,希望通过以上的介绍使普通教师能够了解数字视频技术,熟悉数字视频的制作过程以及制作技能,能够合理的使用数字视频,为自己的教学工作带来更多的生机和活力。
参考文献
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作者简介
刘焱林(1981-),男,重庆市人。大学本科学历。初级职称,研究方向为数字化学习资源建设。
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一、多媒体数字技术让地方特色美术欣赏课程更直观,更形象
美术欣赏课程是为了培养学生的审美能力和人文素养,帮助学生拥有“一双发现美的眼睛”。美术是一种视觉艺术,在欣赏过程中,经过反复观赏品味,由表及里地感受艺术品的丰富内涵,画中美的动人的艺术形象专业提供专业写作论文的服务,欢迎光临dylw.net和色调,不仅能使观赏者得到视觉上的,而且可以从它的内容上体验到作品中体现的情绪和思想感情,使学生情感上产生了共鸣,并激发了学生的道德情感,加深了对社会生活美、艺术美的感受能力,唤起了创造美的意念。
随着数字技术的发展,将数字技术与地域特色美术资源进行整合,在美术欣赏课程中实施计算机多媒体课件教学,通过生动、直观的形象教学,为学生多角度、多方面的提供大量感性材料,诱发学生的求知欲望,激发学生学习的主动性。比如欣赏淮阳“泥泥狗”和浚县“泥咕咕”,教师利用数字技术收集到有关淮阳“泥泥狗”和浚县“泥咕咕”的图片、制作过程及其细部的纹饰色彩,所需画面可以根据实际需要进行局部的放大观察,使学生以更为细致和直观的方式感受中原民间艺术的神秘、厚重、原始、瑰丽及古拙的艺术形式。
二、图形软件为学生表达和反映自己的创意提供形象化的手段
通过对键盘、鼠标的熟练操作,学生的创意可以从构思开始。当学生熟练掌握各种图形软件后,通过不同的工具、材质、肌理等的表现,计算机屏幕会迅速做出反映,产生意想不到的画面效果,这些都将使学生获得创作上的启发。
在美术专业进行地域特色教学的研究,是为了使高校美术教育更快地走出一条特色之路,应用计算机图形软件,学生可以更快速地进行地域特色美术形象及色彩的创作实验,计算机是数字化、智能化的机器,它可专业提供专业写作论文的服务,欢迎光临dylw.net以帮助学生完成一些有规律的、复杂的创作任务。在最初的构思阶段,学生可以进行海阔天空的畅想,追求自我表达的思想,在这样的情况下,用电脑完成他们的艺术追求。通过利用数字化技术辅助传统美术教学,与传统的教学相比,节省了创作时间,扩大了学习范围,是学生能把更多的精力用在思维训练和造型训练上,正好与美术教育的宗旨不谋而合。
三、网络技术弥补传统学习模式的不足
我们要在高校美术教育改革中通过相应改革措施把内涵丰厚的地域文化特色资源应用到美术美术教学中去,从而促进美术教育的发展和文化的传承,但要全面而完整地进行展示是不可能的。那么学生要想获得相关的知识有没有相应便捷的途径呢?答案只能是利用网络技术。网络上有更为丰富的知识和信息,就地域文化而言,打开各地文化网址链接就会让学生大开眼界,它们皆可成为一种辅助的教学参考,帮助学生更深层次的理解本区域的特色文化。
总之,要培养新时期健康、全面发展的美术人才,就必须借助数字化技术进行辅助教学,更好地开展地域特色教学研究,就要在实际的教学中不断探索课程教学新模式,注重吸收现代教育手段的新成就,将现代教育理论研究成果纳入专业理论课程之中,使数字化资源整合成为美术课程体系中不可或缺的组成部分。同时,在培养美术专业学生的过程中,应在多媒体理性技术的学习中突出实验性,增加体验性,从而保持学生的敏感性,预防数字化技术对艺术类学生敏锐感性的冲击。
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法国的影视动画高等教育根植于欧洲文化沃土,与动画行业的发展联系紧密。进入数字媒体时代后,法国的影视动画高等教育也在自身发展的基础上,逐渐向其他领域渗透,跨学科多元化发展。对法国影视动画高等教育多元化发展的过程进行思考,对于我国的动画影视教育具有重要的借鉴意义。
一、传统二维与三维影视动画教学:创意、艺术和技术的融合
法国的影视动画高等教育的主流方向是影片创作。法国的动画行业发展没有以美国动画业的大工业化运作模式为主,所以在法国虽然有一些大型动画公司,但还是以小公司、工作室运作动画片居多。因此,法国的动画高等教育强调培养学生的综合素质和创作个性,重视学生的动画创意能力的培养,强调影片创作风格的艺术特点,注重传统动画的手绘基础训练,强调三维动画技术的教学。这类型教学单位以专业动画学院、电影学院动画系等院校为主,如葛培兰(Gobelins)动画学院、拉普德瑞耶(La Poudrière)动画学院、苏潘佛康姆(Supinfocom)动画学院、艾斯哈(ESRA)电影学院动画系等。教学重点以实践应用为导向,所以多数教学以本科和硕士阶段为主,强调训练学生的实际动手能力,以适应未来就业发展需要。
创意是动画的灵魂,法国影视动画院校把培养学生的创意能力作为教学重点,在剧本创作、画面特点、叙事风格、角色设定等方面,教师既引导教学又陪伴学生学习,在教学与实践上循循善诱,鼓励学生创新。创造性思维和惯性思维最大的一个不同点在于,创造性思维没有一个固定的套路或特定的方法标准,因此创意并非精密的数学公式,而是带有人性模糊的实践行为。比如剧本创作,剧本课教师会在理论讲解的基础上,分析很多影视作品的片段,逐步让学生明白剧本创作的原理。然后课堂作业会让学生以座谈的形式自由发挥,学生可以自由表述想法而不拘泥于剧本理论,故事不必完整也可以仅是零星的想法,教师会在轻松活跃的气氛中捕捉学生思想中闪光的部分并记录下来,适当引导学生把有创意的部分逐渐发展成故事和完整的剧本。再比如葛培兰动画学院的角色课堂作业是将两个等大的球体三维模型作为角色原型,再给学生放一段音乐,让学生根据音乐发挥想象,用这两个球体创作一段动画,通过动作和剧情创意为这两个球塑造角色特点。
法国是世界艺术大国,在动画创作教学上非常强调动画的艺术性,在画面风格、影视语言、创作观念等方面强调艺术的风格与创新。动画作为视听艺术,艺术性表现在多个方面,比如故事创作、编剧、叙事、镜头、画面、音乐等。但艺术探索漫长曲折,学院教师通常先以引导学生在创作中模拟某种艺术风格作为学习的开始。例如,镜头画面的艺术指导课,教师会在简述艺术史的基础上,根据学生的剧本和创作特点给出建议,让学生在画面风格上逐渐明确自己的特色。之后教师会指导学生按照自己的艺术风格方向寻找各种参照,参照内容的选取很自由,可以是绘画、雕塑,也可以是摄影、印刷品、建筑,通过各种参照逐渐确定创作的画面视觉特点,让学生在艺术风格上找到自己的定位。艺术参照的资料来源并不局限于影片或网络,教师和学生广泛利用法国丰富的文化资源寻找自己的艺术灵感。例如,当学生创作带有巴洛克风格画面的作品时,会去卢浮宫参观考察巴洛克艺术品,通过拍照或速写记录素材作为自己的创作参考资料。
动画技术教学是创作的基础,是影视动画高等教育的根基,法国高校对动画技术的训练强调传统绘制与三维技术的结合,依靠多年的人才、技术和经验积累,强化动画技术训练。法国传统电影动画发展时间较长,电影大师乔治·梅里爱1902年拍摄的科幻电影《月球之旅》就使用了大量动画技术。100多年来法国已经积累了几代动画师,其中有很多在院校任教职,为学生传授动画创作技术,延续传统动画。传统动画以手绘为主,强调解剖、比例、透视、动态的训练,尤其是解剖作为教学的基础训练要求非常严格,教师要求学生能够随时手绘任何动态的人体或动物解剖,以便学生理解角色动态变化的原理。动态是表现动画的生命,教师以绘制全动作动画的要求训练学生,要求精准生动地表现角色的每个动作和细节,严格按照动作完成时间的帧数绘制。
创意、艺术和技术的融合是法国传统二维与三维影视动画教学的重要特色,院校提倡个性化创作,鼓励学生创新动画艺术形式,依靠技术表现个人创意,三者相互融合、互为提高。动画艺术创新带有实验性,包括观念创新、表达方式创新、视觉效果创新等。例如,有学生以新闻报道的形式自导自演创作一部短片 “蓬皮杜之蛋”,采用三维虚拟技术将蓬皮杜艺术中心模拟成一个巨型“鸡蛋”形建筑,然后以“新闻记者”的身份采访专家、市民和游客对这个“怪物”的看法,这种带有法国黑色幽默的表达方式荒诞地表现了当代法国人面对新事物的矛盾心态。
二、影视动画制作数字技术的研发和教学:技术开发为动画创作服务
法国影视动画高等教育注重对制作技术,尤其数字技术的教学和研究开发,承担这些任务的主要是综合性大学和带有工科背景的图像学院,如巴黎第学的图像艺术与技术系,巴黎东马恩拉瓦雷大学图像、多媒体、视听和传媒学院等。
这个方向的教育定位在数字技术与图像艺术的交叉点,将数字技术教学和研发作为基础,以图像制作和呈现为主要发展方向,技术研发为图像应用和艺术创作服务。教学覆盖本科、硕士和博士阶段。本科重点在三维软件、算法语言、C++语言、虚拟现实、动态捕捉等技术的基础教学。硕士阶段为两年,第一年重点是完善三维技术和制作流程,课程有三维技术、动画、后期合成、实时技术、增强现实、自动识别技术等,第二年以项目开发主导教学,学生分组自己确定技术研究方向,一般是以项目实践为主,教师的上课内容围绕学生开发项目展开,部分学生可以选择较复杂的研究方向,为以后的博士研修做准备。博士阶段以图像技术、虚拟现实的技术研发和理论研究并重,博士生在导师指引下逐步完成自己的研究。
数字技术研发为图像创作和应用服务是法国影视动画技术高等教育的主要特点,重点突出技术的实用性,紧贴市场需求,前瞻未来行业发展。在图像制作方面,部分硕士和博士的研究方向是三维软件的二次开发,如设计插件、工具功能完善等,具体比如爆破、碰撞、毛发、液体等制作难度较大的三维技术,通过二次开发使三维图像的制作更加方便、智能和优化。图像的呈现技术也成为重要研究课题,部分研究生课题是虚拟现实和增强现实为主,在三维尤其实时三维呈现技术的基础上,学生和导师重点开发虚拟图像与现实的结合,在真实场景图像中呈现虚拟图像的解决办法,使三维图像的呈现更加多元化,以拓宽三维动画的应用范围。在研究过程中,导师会带领学生参加各种研讨会,主动联系市场与企业和用户沟通。学生不仅宣传自己的开发成果奠定未来市场基础,也借鉴专家建议和市场反馈信息不断完善技术产品开发,提高产品未来的服务能力。
三、运用影视动画语言表现当代艺术的教学:艺术观念与表达的创新
影视动画作为一种艺术语言,成为当代艺术的表达方式,是法国高等艺术教育的重要组成部分。视频艺术源于20世纪60年代,以动态影像和声音作为主要媒介,记录并表现艺术内容和思想。当代艺术表现形式多样,动画已被很多当代艺术家作为艺术表达语言,影视动画因此也作为表达当代艺术的“媒介”被很多法国的美术学院或大学艺术系引进作为教学内容。教学课程安排以当代艺术理论作为总体框架,影视动画创作流程为教学和实践的基础,综合多种艺术表现形式,创新艺术观念和表达。
当代艺术可以泛指这个时代正在实践的艺术风格,与后现代艺术联系紧密。当代艺术的理论教学是以现代与后现代艺术史为主干,向学生讲解不同艺术流派和风格,介绍作品的创作思想和背景。当代艺术与文化密切相连,因此美学、哲学、心理学甚至社会学等内容也被纳入教学,学生可以根据自己的研究方向选择学习。
熟悉影视动画的创作流程是学生完成创作实践的基础,巴黎高等装饰美术学院电影动画系的教师认为,电影动画教学是为了培养学生通过动态图像表达创新和创作的能力。所以虽然动画技术并非教学的关键,法国的美术学院还是把影视动画制作流程作为教学的基础内容,培养学生独立工作能力,从指导剧本、分镜设计、画面设计、美术设计,直到最终完成一部影片。
当代艺术门类繁多,艺术流派之间的跨界融合也很常见,影视动画教学因此重视与其他艺术形式的结合,以丰富学生的创作内容和形式。如行为艺术、装置艺术、大地艺术、虚拟艺术、网络艺术等,都在艺术史和理论教学中向学生介绍,启发他们拓展自己的艺术视野,丰富艺术创作语言。例如,有学生借鉴行为艺术和装置艺术思想,用三维小白鼠视频动画巧妙替换在盒子里的真实小白鼠,现场表演“超现实小白鼠实验”,表达作者对当代科技语境里“图像现实”的艺术思考。
因此,法国高等艺术教育可以为影视企业输送创意和艺术人才、为社会培养艺术家,通过影视动画与当代艺术的融合促进艺术形式的变化,不断创新艺术观念和表达。
结语
法国的影视动画拥有悠久的发展历史,在当代日益全球化的趋势下法国始终坚持自己的文化特色。伴随着数字技术的发展,法国动画教育将传统技艺与科技相结合,不但促进本国动画人才与全球影视行业发展相契合,同时也将蕴藏丰富的法兰西文化和艺术通过动画向全世界传播,不断巩固提升世界文化大国的形象。中国作为当今世界经济最具活力的地区之一,可以借鉴法国影视动画的教育经验,根据我国市场特点和文化发展战略优化动画人才培养,为影视动画产业不断输送优秀人才,使我国影视动画人才早日进入世界影视产业大市场,把中国文化注入到世界影视产品中去,在全球树立独特的中国文化形象,让古老的东方文明与世界文化积极互动。
【 关键词 】 信息隐藏;DES;载密
【 中图分类号 】 TN915.08 【 文献标识码 】 A
【 Abstract 】 This paper presents a kind of information hiding technology, first of all, through using DES encryption algorithm to encrypt files, and then through information hiding, encrypted file hidden in the BMP image, the encryption image is exactly the same with the original image, the protection of the data is implemented very well.
【 Keywords 】 information hiding; des; encryption image
1 引言
信息隐藏是上世纪90年代开始兴起的信息安全新技术,并成为信息安全技术研究的热点。传统通信领域为了保证传递的信息能够不被窃听或破坏,常采用密码来保护信息,即让窃听者无法看到或听懂,但是这种技术的缺点是告诉窃听者这就是秘密信息,特别是随着计算机技术的发展,密码的安全性受到很大挑战。而新的信息隐藏技术是将需要传递的秘密信息,隐藏在一个普通的非秘密消息当中,再进行传输,这样即使窃听者窃听了传输的信息,也只会将其当成普通的消息,而不会怀疑或者无法得知是否有秘密信息的存在。
BMP是目前最常见的一种图像格式,采用BMP图像作为隐藏消息的载体具有许多优点。首先,BMP图像格式是互联网上图像传输的事实标准,使用这一图像格式比起其它格式来更不会引起怀疑。其次,BMP压缩造成的和秘密消息嵌入带来的图像质量退化是肉眼很难分辨的。为了更好地保证信息的安全性,本文把文件密码加密和信息隐藏这两种技术结合起来:首先利用DES(Data Encryption Standard)把信息文件进行加密,然后把加密后的文件通过选定的BMP图像以特定算法进行隐藏。
2 信息隐藏算法
信息隐藏把前面的加密信息隐藏在无关紧要的载体BMP图片中,第三方并不知道秘密通信这个事实的存在,也就是将秘密信息本身的存在藏起来,即使得到了载密对象,也看不到存在的秘密信息。
隐藏算法通过对BMP图像中选定的DCT系数进行微小变换,以满足特定的关系来表示一个比特的信息。在提取隐藏的信息时,根据隐藏的逆过程抽取比特信息。其特点是隐藏的数据量较少,但是其抵抗几何变换等攻击的能力较强。
在BMP编码中,量化过程是多对一的映射,它是有损变换过程,如果在量化前嵌入秘密消息,会丢失一些信息,从而导致解码时不能正确的获得秘密信息。因此,BMP图像的隐写算法的基本原理必须在量化后进行。由前所述,人眼对亮度信号比对色差信号更敏感,因此本工作将秘密消息与量化后的Y分量的DCT系数的LSB联系起来,从而达到嵌入和提取秘密信息的目的。
隐藏流程如图1所示,具体分为三步骤。
(1)对BMP图像的压缩数据进行解码,得到量化后的DCT系数。
(2)按照隐写算法的嵌入规则对Y分量的DCT系数进行修改,将要隐藏的秘密消息嵌入到其中。
① 首先对载体图像按照8×8的分块方式进行分块。如果载体图像的行数和列数的像素个数不为8的倍数时,则要进行边界扩充处理,使得行数和列数的像素个数都是8的倍数。设载体图像的行数为ImgHeight,列数为ImgWidth,Y在行和列方向上的采样率分别为SampRate_Y_H和SampRate_Y_V,则整幅图像被分为MCUNum = ImgWidth * ImgHeight / (64 * SampRate_Y_H * SampRate_Y_V)个小块。
② 读入待隐信息文件,把其转换为二进制的位流。设待隐信息文件的长度为FileLength。为了以后提取待隐信息,需要传递文件长度,用2个字节表示,可表示的最大数为65535。这样总的需要隐藏的信息长度 TotalFileLength = FileLength + 2,单位是字节。
③ 对一个MCU,按照对Y分量的DCT系数最低位进行修改。查找预定义的矩阵MIDBAND,该矩阵由数值0,1组成,对其中数值为1的位置修改对应DCT的频率系数:如果当前待隐信息的二进制值为0,则把相应位置的频率系数值的最低为修改为0;如果当前待隐信息的二进制值为1,则把相应位置的频率系数值的最低为修改为1。
④ 对待隐信息文件的二进制流按照③的隐藏方案进行信息隐藏。如果待隐信息文件长度大于载体图片的最大隐藏量,则把待隐信息文件按照最大隐藏量进行分段,然后分批按照隐藏流程处理。
(3)对修改后的DCT系数进行编码,重新生成压缩数据,即载密BMP图像。对于上面分批隐藏的,生成系列载密图像如图2所示。
秘密消息的提取过程是嵌入过程的逆过程,提取算法要和隐写算法相对应。
3 结束语
在网络飞速发展的今天,信息隐藏技术的研究具有现实意义。本文将DES加密技术与信息隐藏技术相融合,将加密后的信息隐藏到最常见的BMP图片中,使整个信息隐藏过程达到比较高的安全级别。信息隐藏技术在商业中的广泛应用,是一个跨多领域、多学科(数字信号处理、图像处理、模式识别、数字通信、多媒体技术、密码学、语音处理等)的技术体系,由于它与具体的应用密切相关,这也决定了信息隐藏技术研究成果的多样性以及信息隐藏技术研究的不完善性,仍有许多技术问题需要解决。但可以相信,随着科学技术越来越发达,信息隐藏将有更加广阔的发展空间。
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关键词:3S技术集成;精准农业;应用;研究进展
一、前言
“3S”技术是以遥感技术(RS)、地理信息系统(GlS)、全球定位系统(GPS)为基础,将RS、GlS、GPS三种独立技术领域中的有关部分与其它高技术领域(如网络技术、通讯技术等)有机地构成一个整体而形成的一项新的综合技术。它集信息获取、信息处理、信息应用于一身,突出表现在信息获取与处理的高速、实时与应用的高精度、可定量化方面。
在信息社会,精准农业代表着农业发展的方向,精准农业的诞生和发展受到3S单项技术的推动,目前国内外关于精准农业的研究,主要内容仍然集中在3S技术利用上。
近年来,随着电子计算机技术、无线电通讯技术、空间技术及地球科学的迅猛发展,3S技术已从各自独立发展进入相互融合、共同发展的阶段,并且在农业生命科学、交通网络、环境监测、资源调查、区域管理、城市规划等诸多领域里得到了迅速广泛的应用。3S技术的集成为精准农业的发展提供了科学而适用的技术方法和手段,它不仅可为精准农业工作提供及时、可靠的基础信息,而且还可对所获取的信息进行综合分析、处理,其应用前
景非常广阔。
二、3S技术及其集成
(一)遥感技术(RS)
遥感(Remote Sensing,RS)是指从远距离高空以及外层空间的各种平台上利用可见光、红外光、微波等电磁波探测仪器,通过摄影、扫描及信息感应、传输、处理,从而研究地面物体的形状、大小、位置及其环境的相互关系的现代科学技术。现代遥感技术将向集多种传感器、多级分辨率、多光谱段和多时相为一体的方向发展,并将与GPS、INS、CCD等技术结合,从而以更快的速度、更高的精度和更大的信息量来获取对地观测数据。
(二)全球定位系统(GPS)
全球定位系统(Global Positioning System,GPS)是美军自70年代初期开始研制的新一代卫星导航和定位系统。
其基本工作原理是通过GPS接收机接收GPS卫星发射的导航电文,获得必要的导航信息及观测量,再经数据处理,从而完成导航和定位工作。目前,GPS可满足高精度实时数据采集的精度要求。
(三)地理信息系统(GIS)
地理信息系统(Geographic Information System,GIS)是处理地理数据的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策的计算机系统。GIS有两个显著特征:一是它不仅可以像传统的数据库管理系统(DBMS)那样管理数字和文字信息(属性信息),而且可以管理空间信息(图形信息);二是它可以利用各种空间分析的方法,对多种不同的信息进行综合分析,寻求空间实体间的相互关系,分析和处理在一定区域内分布的现象和过程。
目前,GIS正向多功能、高精度、现势性强的时态GIS(TemporalGIS,TGIS)方向发展。
(四)RS、GPS、GIS技术集成
GPS提供适时而准确的定位信息,对于空间数据的确定有特殊的意义;RS技术利用某些仪器设备在不与被研究对象直接接触的情况下收集数据,通过处理分析最后提取和应用有关对象信息,是一种高效的信息采集手段,具有极高的空间、时间分辨率;GIS是利用现代计算机图形和数据库技术来输入、存储、编辑、查询、分析、决策和输出空间图形及属性数据的计算机系统,即RS发现变化、GPS测量变化区域、GIS统一管理数据,形成“一个大脑,两只眼睛”的框架。
以GIS为核心的3S技术集成,构成了对空间数据适时进行采集、更新、处理、分析及为各种实际应用提供科学决策的强大技术体系。
三、精准农业及其产生背景和国内外发展现状
(一)精准农业的概念
“精准农业”也被称为因地制宜农业(Site Specific Farming)、处方农业(Prescription Farming)。精准农业的含义是按照田间每一操作单元的环境条件和作物产量的时空间差异性(Temporal and Spatial Variability),精细准确地调整各种农艺措施,最大限度地优化各种投入(水、肥、种子、农药等)的量、质和时机,以期获得最高产量和最大经济效益,同时保护农业生态环境,保护土地等农业自然资源。
精准农业要求实时获取地块中每个小区(每1m2到每10Om2)土壤、水、农作物、光、热等信息,诊断作物长势和产量在空间上差异的原因,并按每一个小区做出决策,精确地在每一个小区进行施肥、灌溉、杀虫、除草、播种、耕作、收获等。
精准农业要求实现三个精确:一是定位的精确,精确确定灌溉、施肥、杀虫等的地点;二是定量的精确,精确确定水、肥、药、种子等的施用量:三是定时的精确,精确确定各种农艺措施实施的时间。
(二)精准农业的产生背景和国内外发展现状
1、产生背景。传统农业把耕地看作是具有作物均匀生长条件的对象进行管理,采用统一的耕作、播种、灌溉、施肥、喷药等农艺措施。传统农业一直忽视作物和资源环境的时空差异性,实行大田均匀施肥、均匀灌溉、均匀喷药等统一的农艺措施。为了从根本上解决传统农业存在的问题,随着信息技术、人工智能化技术、计算机网络技术和自动化技术的发展和应用普及,美国农业工作者于20世纪90年代初倡导并实施了精准农业。
2、国内外发展现状。精准农业目前在发达国家发展十分迅速,美国国家研究委员会1997年已建议将PA的研究与发展纳入国家发展战略。日本政府专门启动了“2l世纪农业机械开发课题”,也将PA的相关技术研究列入计划。我国精准农业的研究和应用尚处在起步阶段,但已引起各方面的重视。2O02年国家科技部批准在北京农业科学院成立了“国家农业信息化工程技术研究中心”,中国农业大学成立了“精确农业研究中心”。“十五”期间,现代农业信息技术与精准农业列入了国家高技术研究计划(“863”计划)。
四、3S技术集成与精准农业
精准农业是基于作物和资源环境的时空差异性,以最小投入、最大收益和最小环境危害为目标,以管理信息系统(MIS)、计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础,以3S技术为核心,以宽带网络为纽带,运用海量农业信息对农业生产实行处方作业的一种全新农业发展模式。
(一)作为精准农业的核心技术的GIS在精准农业中的具体应用表现
1、对GPS和传感器采集的各种离散性空间数据进行空间差值运算,形成田间状态图,如土壤养分分布图、土壤水分分布图、作物产量分布图等。
2、对点、线、面不同类型的空间数据进行复合叠置,为决策者提供数字化和可视化分析依据。例如,不同作物由于其不同的生物特性对土壤类型、土壤养分、耕作层深度、水分条件、光热条件、有效积温等均有不同的要求,在进行作物种植规划和布局时,只需将上述各专题图层利用GIS的叠加功能,就可以快速、准确地确定出各种作物的最佳生物布局,如果再将市场、运输等社会经济条件专题图与最佳生物布局图叠加,就可进一步规划出作物的最佳经济布局。
3、利用GIS的缓冲区分析功能,能直观地显示分析灌排系统的控制范围、水肥的有效渗透区域、病虫害的扩散范围以及周围环境对作物生长的影响范围等。
4、利用GIS的路径分析功能,能够快捷地确定出农道、水系、机井等各种农业基础设施的最佳空间布局和机械喷施农药、化肥以及收获作物的最佳作业路线。
5、与专家系统和决策支持系统相结合,生成作物不同生育阶段生长状况“诊断图”(Diagnosis Maps)和播种、施肥、除草、中耕、灌溉、收获等管理措施的“实施计划”(Action Plan)。
6、利用GIS的数字高程模型(DEM),计算作业区的面积、周长、坡度、坡向、通视性等空间属性数值。
(二)精准农业的关键技术需要GPS
精准农业的关键技术之一是实时动态地确定作业对象和作业机械的空间位置,并将此信息转变为地理信息系统能够贮存、管理和分析的数据格式,这就需要采用GPS。
GPS在精准农业中的主要作用有:精确定位水、肥、土等作物生长环境的空间分布;精确定位作物长势和病、虫、草害的空间分布;精确绘制作物产量分布图;自动导航田间作业机械,实现变量施肥、灌溉、喷药等作业。为实现上述功能,需要将GPS接收机和田间变量信息采集仪器、传感器以及农业机械有机的结合起来。安装有GPS接收机的农田机械及田间变量信息采集仪器,除能够不问断地获取土壤含水量、土壤养分、土壤压实、耕作层深度和作物病、虫、草害以及苗情等属性信息,与此同时还同步记录了与这些变量相伴而生的空间位置信息,从而为进一步生成GIS图层和专家决策提供了基础数据。
(三)卫星遥感是精准农业农田信息采集的主要数据源
卫星遥感具有覆盖面大、周期性强、波谱范围广、空间分辨率高等优点,是精准农业农田信息采集的主要数据源。
遥感技术在精准农业中的作用主要表现在以下几个方面:
1、农作物长势监测和产量估算。作物在生长发育的不同阶段,其内部成分、结构和外部形态特征等都会存在一系列的变化。叶面积指数(LAI)是综合反映作物长势的个体特征与群体特征的综合指数。遥感具有周期性获取目标电磁波谱的特点,因此通过建立遥感植被指数(VI)和叶面积指数(LAI)的数学模型,就能够监测作物长势和估测作物产量。
2、土壤水分含量和分布监测。在植被条件和非植被条件下,热红外波段都对水分反映非常敏感,所以利用热红外波段遥感监测土壤和植被水分十分有效。
3、作物水分亏缺监测。干旱时,作物供水不足,一方面作物的生长受到影响,植被指数降低,另一方面由于缺水,没有足够的水分供给植物蒸腾蒸发,迫使叶片关闭部分气孔,导致植物冠层温度升高,因此通过遥感植被指数和作物冠层间数学模型的建立,能够监测作物水分的亏缺。
4、作物养分监测。作物养分供给的盈亏对叶片叶绿素含量有明显的影响,通过遥感植被指数与不同营养素(N、P、K、Ca、Mg等)数学模型的建立,能估测作物营养素供给状态。研究表明,遥感监测作物氮素营养水平的精度比监测其他营养素的精度高。
5、农作物病虫害监测。应用遥感手段能够探测病虫害对作物生长的影响,跟踪其发生演变状况,分析估算灾情损失,同时还能监测虫源的分布和活动习性。
(四)3S技术集成优势
GPS的优势是精确定位,GIS的优势是管理与分析,RS的优势是快速提供各种作物生长与农业生态环境在地表的分布信息,它们可以做到优势互补,促进精准农业的发展。如GPS和GIS结合提供了科学种田需要的定位和定量进行田间操作与田间管理的技术手段。RS与GIS结合提供了多种数据源,为建立农田基础数据库奠定了基础。
五、结论
3S技术集成为精准农业的发展提供了科学适用的技术方法和手段,其应用前景非常广阔。与此同时,3S技术集成在精准农业应用中也存在许多亟待解决的问题,需要通过深入开展遥感机理和农业遥感图像解译机理研究、进一步提高农田作业定位精度、加强农田基础数据库自动更新研究、更加重视新型农田机械与3S技术集成的整合等方法与途径来解决。
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