2020年国家自然科学奖项目提名公示内容

 

一、项目名称：多媒体内容保护的理论与方法

二、提名单位：北京市

三、提名单位意见：

 

随着计算机科学和网络技术的飞速发展，以图像、视频为代表的多媒体应用和传播极其广泛。多媒体内容一方面带给人们更多的信息和娱乐享受；另一方面，也引发了盗版产品泛滥、机密信息泄露、内容真伪莫辨等诸多问题。多媒体内容保护机制及关键技术的研究，将有助于数字内容产业的发展，保护多媒体内容的真实性和可靠性，促进国家安全与社会稳定。

针对多媒体内容保护技术，该项目和研究团队持续开展了十余年的研究，发现了数字水印嵌入的可逆性条件及通用嵌入提取框架，给出了数据嵌入率-载体失真-隐写安全性之间的理论制约关系，构建了多媒体内容修改的统计变化模型。提出了基于高维直方图的数字水印方法、基于矢量编码以及自适应嵌入的隐写方法、基于异构位置矢量聚类的被动取证、基于像素对差值整数变换的主动取证方法，有效提升了多媒体版权保护和真伪鉴别的性能。相关成果发表在IEEE Transactions系列等国际主流期刊上，8篇代表性论文他引2232次，部分成果在相关部门得到应用。

北京市科委认真审阅了该项目提名书及附件材料，确认全部材料真实有效，相关栏目均符合国家科学技术奖励工作办公室的填写要求。

 

 

提名该项目为国家自然科学奖 二 等奖。

 

四、项目简介（不超过1页）：

多媒体具有的完美复制、容易修改等特点带来了盗版产品泛滥、机密信息泄露、内容真伪莫辨等难题，不仅严重制约了数字内容产业的发展，更影响到国家安全与社会稳定。多媒体的版权保护、隐蔽通信、内容认证是多媒体内容保护领域的研究热点。近年来，基于数据嵌入的主动保护（如，数字水印、信息隐写、主动取证）和基于特征分析的被动保护（如，被动取证）成为了多媒体内容保护的主要技术手段。但是，现有技术的理论框架缺失、嵌入机理不明、分析模型无序，如何解决这些科学问题极具挑战性。

在国家杰出青年基金等课题的持续支持下，本项目围绕上述关键科学问题，开展了深入的研究工作，发现了数字水印嵌入的可逆性条件及通用嵌入提取框架，提出了高保真的数字水印方法、高安全的信息隐写方法以及高可信的数字取证方法，解决了多媒体数据确权难、伪装难、取证难的问题，实现了对多媒体内容从生成、传输、到使用的全生命周期的安全保护。主要科学发现如下：

1、版权保护方面，发现了数字水印嵌入的可逆性条件，提出了“直方图构建-可逆映射生成-离散优化求解”通用嵌入提取框架，为数字水印提供了系统级的理论依据。在此理论指导下，提出了高维直方图和高维可逆映射的构建方案，突破了数字水印使用一维直方图的传统观念，充分利用了多媒体数据的高阶相关性，显著提升了含水印数据的保真度，实现了多媒体数据在生成阶段的保护。

2、隐蔽通信方面，发现了隐写安全保障新机理，根据载体数据的整体特性动态选择嵌入方式。在此理论指导下，提出了矢量编码方案以及自适应嵌入方法，完成了由标量嵌入到矢量嵌入、由静态嵌入到动态嵌入的突破，从失真控制和容量提升两方面提升了隐写安全性，实现了多媒体数据在传输阶段的保护。

3、内容认证方面，发现了多媒体内容修改所引起的零谷效应理论模型。在此理论指导下，提出了基于异构位置矢量聚类的被动取证、基于像素对差值整数变换的主动取证方法，解决了低质JPEG篡改图像无法检测、认证信息无法嵌入的问题，保证了认证方法的可信性，实现了多媒体数据在使用阶段的保护。

8篇代表性论文均发表在信号处理领域的权威期刊上，他引2232次，单篇最高他引577次，4篇入选ESI高被引，1篇入选Top downloads in IEEE Xplore。引用者包括中国两院院士、加拿大工程院院士、IEEE副主席、IEEE Fellow、IEEE TIFS主编等，相关成果被同行评价为“最好的（the best）”、“最先进的（state-of-the-art）”、“令人惊叹的（impressive）”等。相关成果获2007和2015年教育部自然科学二等奖、2009年北京市科学技术一等奖以及2012年上海市自然科学二等奖。相关博士论文获2010年北京市优博论文奖。第一完成人入选教育部长江学者特聘教授、国家杰青、“万人计划”科技创新领军人才、受邀在香山会议上发言，第二完成人入选国家杰青、2014-2018连续五年入选中国高被引学者榜单，所在团队入选教育部创新团队和科技部重点领域创新团队，部分成果在相关部门得到应用。

 

五、代表性论文（专著）目录（不超过8篇）：

 

六、主要完成人情况（一、二等奖不超过5人）：