时间：2023-02-11 13:37:17
关键词：变容量技术数码涡旋多联机节能
0前言
2004年9月16日，期待已久的空调能耗新标准终于公布，并于2005年3月1日实施。未来的空调产品能否达标，新标准为其划出一条底线——最佳能耗比2.6，即能耗比低于2.6的空调产品将不再允许在市面销售。空调系统的节能已经刻不容缓，而变容量技术一直以来都是空调节能的热点。本文将介绍一种新的变容量技术—数码涡旋技术及其应用。
自2002年数码涡旋压缩机开始供应中国市场以来，数码涡旋技术目前已经在家用中央空调系统、商用多联机系统、风管机系统、冷水机组、机房空调系统及北方地区热泵系统中得到广泛应用，其技术优点相当明显。
1数码涡旋压缩机变容量控制原理
艾默生环境优化技术事业部研发生产的数码涡旋压缩机利用“轴向柔性”技术，“轴向柔性”允许涡旋盘在轴向可以移动非常小的距离，确保涡旋盘始终以最佳的力进行工作。使得两个涡旋盘在任何运行环境下紧密结合在一起，保证涡旋压缩机有很高的能效比。数码涡旋的控制循环周期包括一段“负载期”和一段“卸载期”。负载期间，涡旋盘如图1（a）所示，压缩机像常规涡旋压缩机一样工作，传递全部容量，压缩机输出为100%。卸载期间，由于压缩机的柔性设计，使两个涡旋盘在轴向有一个微量分离（如图1（b）所示），因此不再有制冷剂通过压缩机，压缩机输出为0。这样，由负载期和卸载期的时间平均便确定了压缩机的总输出平均容量。
数码涡旋压缩机一个工作“周期时间”包括“负载状态”时间和“卸载状态”时间，这两个时间的不同组合决定压缩机的容量调节。通过改变这两个时间，就可调节压缩机的输出容量（10%～100%）。
所谓“周期时间”包括“负载状态”时间和“卸载状态”时间。这两个时间阶段的组合决定压缩机的容量调节。例如：在20s周期时间内，若负载状态时间为10s，卸载状态时间为10s，压缩机调节量为(10s×100％+10s×0％)／20=50％。若在相同的周期时间内负载状态时间为15s而卸载状态时间为5s，则压缩机调实量为75％，容量为负载状态和卸载状态时间平均的总和。通过改变负载状态时间和卸载状态时间，压缩机就可以实现任意大小的容量（10％～100％）。周期时间的概念如图2所示。
图2周期时间的概念
2数码涡旋技术的优点
2．1容量范围广、温控精确、调温快
数码涡旋压缩机的运行范围可以从10％到100％，并且在这一范围内的输出是连续的和无级的，与变频技术的分级输出容量相比是一大改进。提供无级的容量输出的同时保证了房问温度的控制精度可以大大提高（±0.5℃）。由于数码涡旋系统可通过改变负载和卸载周期时间迅速将容量从100％降到10％（反之亦然0，所以它能比别的系统快得多地对系统需求地变化作出反应。
2．2优良的季节能效比
数码涡旋压缩机的性能经过JIS和ARI的标准的评价，证明具有非常出色的SEER。大范围的容量调节可以提高压缩机的季节能效比。
2．3良好的回油控制
数码涡旋是唯一不需要油分离器或回油循环的系统。有两个因素使回油容易。第一，油只在负载周期内离开压缩机。所以，在低容量情况下，离开压缩机的油极少。第二，由于压缩机在负载周期内满负荷运行，负载周期内的气体速度足以使油回至压缩机。试验显示压缩机在最差的条件下，即100m配管长度，30m垂直落差且室内机、室外机位置可互换(有正常的回油弯)，负荷最低时都可以使油回到压缩机。
2．4卓越的除湿性能
除湿性的好坏也是保证用户舒适性的一个关键，尤其是在低负荷运行时。数码涡旋压缩机提供了非常好的除湿性，因为它与变频系统相比具有较低的吸气压力。在任一百分比容量调节，负载状态时压缩机全负荷运行，全负荷运行将导致较低的平均吸气压力，得到较低的显热比。
2．5电磁干扰非常小，无电磁污染问题
数码涡旋系统产生非常小的电磁干扰，因为涡旋盘的负载和卸载只是一个简单的机械操作。这一独特的性能不仅使数码涡旋系统不需要昂贵的电磁抑制电子装置，也增加其可靠性和简易性。
2．6无需制冷剂旁通
大多数现行技术选用热气旁通和液体旁通装置。因压缩机不能达到极低的容量。所以需要这些旁通管保护装置。数码涡旋系统能使容量低至10％，所以无需这些旁通管，因而节省了开支并使系统简化。
3数码涡旋技术在多联机中的应用及节能措施
据一项在上海及周边地区的调查分析，多联机、风管机、冷热水机组、单元式机组分别占到此类市场的70％、13％、12％、5％。2004年上海市场多联机市场容量在10亿元左右。可以很明显地看出，多联机已经明显占据主导地位。
目前，国际上单冷媒多联系统主要有变频多联系统和变容多联系统。变频多联系统起步较早，而变容多联系统是最新发展起来的高新技术，能够很好地解决容量调节等问题，成为了单冷媒多联系统的发展方向。
在室内机和室外机的外形方面，数码变容多联机和变频多联机没有太大的不同，但在容量调节方面，两者有本质的区别。变频多联机通过改变压缩机的频率来调节，而数码变容多联机则通过数码变容压缩机容量的改变来调节。数码变容多联机能够满足人们对空调任意调节、精确控制的要求，具有节能、舒适、噪声低、使用灵活等一系列优点。
数码多联中央空调集一拖多技术、智能控制技术、多重健康技术等多种高新技术于一身。在节能技术方面主要采用的数码变容涡旋压缩机技术、双压缩机技术、制冷剂直接输送技术、制冷剂的智能分配技术、风机调速技术等。
3．1数码涡旋压缩机技术
数码涡旋压缩机实现容量调节的内部结构及过程前面已经作了详细的介绍，这里不再说明。数码涡旋压缩机可以在10％和100％的范围内，输出任意大小的容量（无级输出)。
3．2双压缩机技术
对容量稍大的机组采用两个压缩机（一个数码变容涡旋压缩机，一个定容涡旋压缩机)。采用两台压缩机并联，有以下优点：（1）有效的容量控制，小于数码涡旋压缩机的容量时，只需启动数码涡旋压缩机，大于数码涡旋压缩机的容量时，启动定容涡旋压缩机和数码涡旋压缩机；（2）提高可靠性，较单台大压缩机停开次数减少；（3）启动负荷降低，单台压缩机的启动时间可以分别用时间延迟方法分开；（4）备用性，如果一台压缩机损坏，还有部分容量；（5）置换费用减少，如果一台压缩机损坏，可花较少的费用去更换压缩机。
直接输送制冷剂技术
系统直接以制冷剂作为传热介质。传送的热量几乎是水的10倍、空气的20倍，而且不需庞大的风管和水管系统，减少了输送耗能及冷媒输送中能量损失。表1是几种传热介质性能比较表。
种类利用热输送冷量kJ/kg输送100kW冷量时耗能
水显热20.1(t=5℃)4.05
空气显热10.1(t=10℃)6.38
制冷剂潜热2062.16
表1是几种传热介质性能比较表
由表1可知，同样输送100kW的冷量。以制冷剂作为输送介质，所需的输送系统耗能仅为室内风机所耗的2.16kW分别是以水和空气作为传热介质所需能耗的52.7%和33%由于采用制冷剂直接蒸发制冷，没有传统中央空调系统先把冷量传递结水，
再由冷水传给室内空气这一中间过程，减少了一个能量传递环节，从热量传递的网络图上看就是减少了一项传热热阻，当然也就减少了能量的损耗。
3．4制冷剂的智能分配技术
数码变容量压缩机加电子膨胀阀组成的制冷系统，可实现大范围内流量的调节，以适应整体负荷的变化。通过电子膨胀阀的制冷剂流量由以下两个因素决定：（1）蒸发器进口和出口的温差；（2）室内温度和空调设定温度的温差。室内电子膨胀阀是一个反馈元件。在使用电子膨胀阀进行流量调节时，一般有以下两种方法：一是控制蒸发器出口的真实过热度，用一只压力传感器和一只温度传感器置于出口处，分别检测蒸发器出口处的压力p2和温度t2，p2为蒸发压力pe，换算pe对应的制冷剂饱和温度即蒸发温度te，再计算温差t=t2-te，将其作为控制参数，见图4(a)；另一种情况是用两只温度传感器分别检测制冷剂在蒸发器进口和出口的温度t1和t2，计算温差t=t1-t2，并以其为控制参数，见图4(b)。t的数值决定了电子膨胀阀的开度，即控制过热度，通过电子膨胀阀的调节使蒸发器始终保持最佳状态。
图4电子膨胀阀控制过热
电子膨胀阀按理想方式分配各个房间的制冷剂流速，由模糊控制将舒适度调整至最佳，通过图5空调系统得到蒸发器进口和出口温差，再加上室温和设定温度的温差，计算出过热量和室温状态，然后启动阀门来控制制冷剂流量。通过对电子膨胀阀开度的控制可以实现制冷剂在各室内机蒸发器的智能分配。
图5电子膨胀阀对制冷剂流量的控制
3．5风机调速技术
数码多联机组可以实现能量10%～100%范围内的无级变换，随着室内负荷的降低，室外冷凝器的能力变得很大，为实现节能和系统的合理匹配，室外换热器的风机采用调速技术。
4节能效果分析
4．1能效比
数码多联机组由于采用了数码涡旋压缩机等新技术措施，系统具有很高的部分负荷能效比.三星某数码多联机组能效比的测试结果见图6，从图不同机组的能效比比较可以看出，在整个运行过程中三星DVM空调系统的能效比都要高于传统的整体空调系统。
4．2运行费用
数码多联机组具有高能效比和高季节能效比，系统运行时可以大幅度节约能源和运行能源费用。从表2可以看出，与冷水机组相比，数码多联机组可以节约费用21%，与整体系统相比，数码多联机组可以节约费用48%。表2的比较进一步说明了数码多联机组具有优良的节能潜力。
项目三星DVM系统冷水机组整体系统
能耗，kW44.2×0.8数码涡旋压缩机43×1.052.5×1.0
月能耗，kWh129061569519162
年能耗（一年运行6个月），kWh7743694170114972
一年费用，US￥557567808277
三年费用，US￥107262034024833
五年费用，US￥278773390041389
费用比较100％121％148％
表2运行费用比较
*热负荷：104.67kW
*总面积：750㎡
*运行时间：夏季和冬季各运行三个月
5结论
（1）数码多联机具有节能、舒适等一系列优点，是中央空调的一个很有潜力的发展方向。
（2）容量调节系统在市场上的需求正呈现出快速增长的势头，数码涡旋是这一领域内一个很好的选择。数码涡旋系统提供了独特的优点，低负荷时更好的除湿性能，宽容量调节范围，长连管也能保证正常回油，使用简单，系统元件少，没有电磁干扰问题，因此，谷轮数码涡旋技术能设计出可靠、节能、简单的空调系统。
（3）数码多联机采用了数码变容涡旋压缩机技术、双压缩机技术、制冷剂直接输送技术、制冷剂的智能分配技术、风机调速技术等多项节能技术，具有高能效比、节能的特点。与水系统比较，可节约运行费用20%与传统整体系统比较，可节约运行费用48%。
参考文献：
【1】吴业正,韩宝琦.制冷原理与设备[M].西安:西安交通大学出版社,1997.
【2】廖全平,李红旗.涡旋变频压缩机.流体机械,2002,30(2):35一37.
【3】张智力,吴喜平.VRV空调系统节能因素分析.能源技术,2002年23(2):59一61.
在《红灯记》中，李铁梅有句著名的唱词 “我家的表叔数不清……”如今我们在看各类的摄影比赛中出现的众多数码影像时，不由得对这些与传统摄影远远近近的作品，发出同样的感慨。本期专题，我们就针对影赛中的大量的“数码作品”请各方人士发表自己的观点。我们选用的诸多作品都是提取了传统摄影的基因，用数字技术演绎出的新“族人”。
刚刚结束的第13届尼康奖影赛，共收到11139幅作品，初选后的作品数量位2716幅，其中数码世界类作品占初选总数的18.4%。本次专题中所选用的作品，绝大多数选自这次比赛的“数码世界类”参赛作品。经过一番梳理，我们将这些作品与传统意义上的，没有经过任何后期技术处理过的摄影作品相比较，得出了与其亲疏远近的关系，绘出由于数码的应用而形成的另类的“摄影族谱”。
之所以将数码图像以这样的形式（见下图）排列，只不过是为了相对形象地对这些作品进行讨论，并非严格意义上的分类。
数码动了摄影师的奶酪
数码技术在摄影中的应用，已经越来越普遍，这已经成为有目共睹的事实。数码相机的使用、照片的数码输出，以及利用图像软件对照片的后期再创作等无不为摄影插上了“数码的翅膀”。在新闻摄影的赛场上，数码相机以其快捷的传输方式已经将传统相机远远地抛在了后面；以今年的荷赛新闻摄影比赛为例，以数字方式参评的作品已经超过半数。而在一些大的新闻媒体的摄影部，暗房已经不复存在，数码相机的普及程度几乎为百分之百，甚至一些文字编辑都已经配备了小型的数码相机。在一些综合类的摄影比赛中，经过数码技术处理的摄影作品频频获奖，一些以电脑后期制作见长的摄影人已经逐渐成为摄影新秀，第五届金像奖获得者李怒舟令除了有过硬的摄影水准，电脑制作也为他的作品大添光彩；在广告和商业摄影领域，我们看到的优秀作品几乎都又数码技术应用的痕迹，数码技术更为摄影师得到了更多的订单……
那些手拿传统相机固守暗房的摄影师终于明白了：是数码动了摄影师的奶酪。
没有结论的讨论
尽管摄影师会努力寻找新的奶酪，但在寻找的过程中，还会有很多的 疑问以及不满。其中，最大的争议体现在参加摄影比赛中。“使用数码技术的照片是否要单独分类？分类的标准是什么？”“评判这类作品是否要有新的标准？”“数码技术与暗房技术哪个更具艺术价值？”“数码对图像的改动是否应该有个底线？”“如何看待数码照片的制作水准受地方经济发展制约？”……
针对“数码影像”这个题目的讨论，广大摄影人“有太多的话要说”。同时，各类的摄影比赛中针对参赛作品的分类与评判标准在一些摄影评论家中也引发了不同观点的争论。
如果将这些题目公开讨论的话，其观点的针锋相对让人感受到“大专辩论会”的气氛。本期专题的讨论，我们邀请了部分尼康影赛参赛作者参加，也采访了部分专家对数码影像的看法，同时，提供了一些相关的背景资料，但不管怎样，这都是一场没有结论的讨论，因为数码技术还在飞速发展，我们不可能通过一次讨论就能够得到绝对公正的分类方法，也不可用一种所谓的标准来要求这些作品。
我们希望通过这次讨论，能够听到更多的声音，这个讨论还将继续下去，无论什么样的观点，欢迎您加入我们的讨论中，本刊将继续关注这个话题，并会将一些信息反馈给读者。
注：本期专题中刊发的对数码影像的各种观点只代表作者本人。
2001年第九届国际影展分类
一、社会生活、新闻类。二、自然生态类。三、艺术风光类。四、广告、静物类。五、电脑、暗房技法类。六、人物肖像类。七、科教、文娱、体育类。
第13届尼康奖影赛分类
一、美好景象类，包括风光、建筑、静物、花卉。二、社会生活类，包括新闻、纪实报道、民俗风情。三、数码世界类，包括用数码相机拍摄和电脑后期制作的照片。
20届全国影展分类（计划）
一、记录摄影类
1、新闻报道摄影
2、社会文献摄影
二、艺术摄影类
1、艺术表现摄影
2、技术摄影（包括暗房技术加工影像和数字技术合成的具有特殊影像效果的作品）
3、现代艺术观念表现摄影
三、商业摄影
数码拍摄、数码输出――直系亲属？
添云加月，两底合成――未出“五服”？
浓墨重彩，模仿绘画――依然沾亲带故？
黑中有彩，彩中有黑――姻亲还是表亲？
关键词：卓越计划；密码技术；密码学；信息安全
作者简介：贺蕾（1980-），男，山西平遥人，郑州轻工业学院计算机与通信工程学院，讲师；吕欣美（1983-），女，河南郑州人，中州大学特殊教育学院，讲师。（河南 郑州 450000）
基金项目：本文系郑州轻工业学院青年教师教学改革项目的研究成果。
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）14-0030-02
当前社会已经进入信息时代，信息的安全性引起了人们极大的关注。密码技术作为保护信息安全的基础和核心技术具有非常重要的作用，这就要求信息安全类专业人才能够应用密码技术解决实际问题，满足用户的安全需求，保护企事业单位的信息资产。
2011年，教育部了《教育部关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见》，明确提出要培养适应经济社会发展需要的各类型工程技术人才。密码技术具有抽象难懂、与其他学科知识联系广泛和使用灵活等特点，使得计算机类专业学生感觉难以掌握和灵活运用。为培养具有较好应用能力和创新能力的工程技术人才，解决密码技术教学过程中遇到的这类问题，本文首先分析了“密码学”课程的主要教学内容和特点，以及在教学过程中所遇到的问题，然后提出了相应的改进策略，最后对教学效果进行了分析。
一、“密码学”课程主要的教学内容及特点
1.“密码学”课程主要的教学内容
“密码学”是一门讲授密码技术理论及应用的专业课程，其主要教学内容包括以下几个方面：[1，2]一是密码学基础。包括信息安全所面临的威胁、安全属性和密码学中的基本概念等内容。二是古典密码学。包括凯撒密码、仿射密码、Playfair密码等古典密码和针对古典密码技术的攻击等内容。三是对称密码体制，包括序列密码和分组密码两部分内容。序列密码中主要包括有限状态自动机、密钥流生成器和线性反馈移位寄存器等内容。分组密码中主要包括Feistel密码结构、DES算法、IDEA算法、AES算法和分组密码运行模式等内容。四是非对称密码体制。包括密码学数学基础、非对称密码体制基本概念和RSA算法等内容。五是密钥分配与管理。包括Diffie-Hellman密钥交换协议和秘密分割门限方案等内容。六是消息认证和Hash算法。包括消息认证码和Hash函数的基本概念、MD5算法和SHA算法等内容。七是数字签名。包括数字签名的基本概念、DSS标准和部分认证协议方面的内容。
2.“密码学”课程的特点
（1）教学内容抽象，理论性强，难度大。“密码学”课程的教学内容难度较大，[3]大多要使用复杂的数学计算或比特运算。在“对称密码体制”和“Hash函数”的教学内容中，所涉及到的密码算法大多采用了步骤繁琐复杂的比特运算，如替换和移位等。在“非对称密码体制”这一部分教学内容中，要讲授一些学生此前没有学习过的数论中的相关内容，学生在学习时感觉较为吃力，如扩展的欧几里得定理等。“密码学”课程教学内容所具有的较强的理论性、抽象性和复杂性，使得学生在学习时容易感觉枯燥，降低学习兴趣，影响学习效果。
（2）课程内容与其他课程联系广泛而紧密。密码学是一门涉及数论、统计学、网络通信、计算机应用、信息论、电子电路技术等多个研究领域的交叉学科。[4]在讲授针对古典密码的攻击方面的教学内容时，需要用到统计学方面的知识；在对称密码体制教学过程中，需要用到信息论和电子电路技术中的相关知识；在非对称密码体制和数字签名的教学内容中，需要用到数论中的相关知识；在密钥分配与管理的教学内容中，需要用到网络通信方面的知识。由此可以看出，“密码学”是一门与多个学科有着紧密联系的课程。
（3）对学生的实践能力要求较高。密码学是一门随着人类社会的不断发展而发展起来的学科，具有很强的实践性。密码技术的主要目的是保护通信双方的通信内容不被未经授权的第三方窃取、破坏、篡改，这就要求相关技术人员在需要对信息进行保护时能够灵活运用现有的密码技术，形成符合要求的安全保护方案，并根据实际情况的变化对其进行改进。
二、“密码学”课程教学过程中遇到的问题
经过多年的教学实践，发现学生在学习“密码学”课程时存在的问题主要表现在难以学以致用方面。密码技术是一门实践性很强的技术，在采用密码技术保护企事业单位信息资产安全时，由于不同的信息资产处于不同的运行环境中，所面临的安全风险也不相同，而且用户对于不同信息资产的安全要求也有所不同，这就要求学生能灵活地、创造性地运用所学知识，根据实际情况为企事业单位设计出满足用户安全需求的安全方案。但很多学生在学习之后仍然不知道该如何灵活地运用所学知识达到自己设定的安全目标。
三、改进教学策略
为了提高学生对于密码技术的应用能力，培养本领过硬的高素质信息安全专业人才，根据该领域岗位的任职要求，提出了相应的改进教学策略。
1.基于典型工作任务和场景提高学生的应用能力
在教学过程中，为加强学生对教学内容的掌握程度，可以为学生设计一些典型的工作任务和场景，指导学生在这些工作场景中灵活运用自己所学到的密码技术，对信息资产的安全性进行保护，达到学以致用的目的，提高学生的应用能力和实践能力。
（1）金融机构安全通信方案的设计。在开始设计方案之前，先要确定用户的安全需求。金融机构之间的通信不仅要保证通信的完整性和不可否认性，还要保护通信的机密性。确定了安全需求后，指导学生根据不同的需求使用不同的密码技术。如保护完整性可以使用Hash函数，保护认证性可以使用数字签名技术，保护机密性可以使用加解密技术。
（2）文件保护软件的设计与实现。在实际工作中，可能需要对一些数据或文件进行保护，使得只有授权用户才能访问这些数据或文件。要实现这一目标，可以使用加解密软件。然而，如果使用来源不明的加解密软件，加密效果难以保障，而且这些加解密软件本身也可能带有木马或病毒程序，窃取机密信息。为解决该问题，在实践教学过程中指导学生设计并实现一个文件加密器。该加密器不仅能够加密各种文档，还能加密各种格式的音频、视频、图形图像等文件。
2.加大各专业课之间的联系教学，充分挖掘课程之间的内在联系
在信息安全及其他相关专业的课程体系中，“密码学”是一门专业基础课，与其他专业课有着紧密的联系，如网络安全协议分析、服务器安全管理等。要提高学生应用密码技术的能力，可以在授课时引入其他专业课的内容，作为该密码技术的应用范例。例如，在讲授非对称密码体制时，可以引入“网络安全协议”课程中关于TLS协议的内容。通过把TLS协议流程和非对称密码算法联系起来，向学生讲授如何应用非对称密码算法来协商出共享密钥，可以加深学生对非对称密码算法的理解，提高学生对密码技术的应用能力。
四、教学效果分析
在“密码学”课程教学过程中，采取了基于典型工作任务和场景与加强课程之间联系的改进教学策略。通过在教学过程中的观察和考核结果发现，所采用的改进教学策略促进了学生对教学内容的掌握，提高了学生灵活应用密码技术的能力。
为学生提供典型工作任务，要求学生分析用户的安全需求，设计制定安全方案，加强了学生对各种密码技术的原理、优缺点、用途等特性的认识，包括对称密码算法、非对称密码算法、Hash算法、数字签名技术等。在掌握了这些密码技术特性的基础上才能够在实际工作中根据具体情况设计出符合要求的安全方案。
通过设计与实现文件加密器，学生对于如何实现安全方案有了初步了解，对于如何应用密码技术对信息资产进行保护有了更加直接的认识，掌握了如何实现一个加解密软件。同时，锻炼了学生的编程实践能力，并为后续的网络安全和服务器安全配置与使用方面的学习打下了基础。
通过加强“密码学”课程与其他相关课程的联系，可以加深学生对授课内容的印象，使学生了解到所学的密码技术如何与其他安全技术相互配合，进而达到安全目标。
五、结论
密码技术是保护信息安全的基础与核心技术，“密码学”是专门讲授密码技术理论及应用的一门专业课程。本文介绍了“密码学”课程中的教学内容，分析了“密码学”课程的特点。针对卓越工程师的培养要求和教学过程中所遇到的问题，提出了采用基于典型工作任务和场景与加强“密码学”课程与其他课程之间联系的改进教学策略，使学生能够扎实掌握密码学的理论知识，同时具有灵活地应用密码技术的能力，成为高素质的、具备较强实践能力的计算机类专业人才。经过两年来的教学实践，从课程最终的考核结果和学生的反馈意见来看，取得了较好的教学效果。今后要进一步优化和细化教学方法，以取得更好的教学效果。
参考文献：
[1]杨波.现代密码学[M].北京:清华大学出版社,2010.
[2]张仕斌.《应用密码学》课程教学方法研究与实践[J].信息安全与通信保密,2012,(7):77-80.
密码技术作为一种保护通信秘密的手段和方法，已经有几千年的历史。自从人类文明诞生以来，密码的技术方法就随之而来。密码学不仅本身涉及到秘密性，就其本身的发展过程也说，也是非常神秘的。因为保密的需要，要隐蔽于秘密之中，它就是一门秘密的科学。第二次世界大战后，美、苏、英等几个密码大国的专业密码学家因为国家军事、政治的需要，不仅要隐姓埋名，而且发表著作时还要接受严格的审查，当时公开出版的文献更本无法全面反映这门科学的真实状况。
纵观密码技术的发展历程，大体可以将其分为三个阶段，即古典加密方法，古典密码体制和现代密码体制。
古典加密方法通常是指那些通过某些原始的约定，将需要表达的信息限制在一定范围内。比如古代的离合诗技术、倒读隐语、语言隐写技术，还有漏格方法和俚语黑话等。这些方法已经体现了密码编码学中代替和换位的基本思想。
古典密码体制是在有线与无线通信技术产生后逐步兴起的，特别在军事斗争中，秘密的无线通信就显得格外重要。古典密码体制的典型例子有CASER加密体制和PLAYFAIR加密体制，其主要方法就是利用文字的代替和换位，有时还运用某些简单的数学运算。随着高速、大容量和自动化保密通信的要求，出现了机械与电路相结合的转轮加密设备，古典密码体制也就退出了历史舞台。
二战以后，密码技术迅速与计算机技术密切结合，无论是其算法还是应用对象均与计算机、现代通信技术紧密结合。现代密码学不仅与计算机科学密不可分，还与统计学、组合数学、信息论、以及随机过程等各学科关系密切。特别是在1976年， Diffie和Hellman发表了《密码学的新方向》一文，开辟了公钥密码算法的崭新领域。从此，密码技术揭开了神秘的面纱，真正成为公开讨论的话题。密码技术的应用领域也逐步由政府和军事扩展到民间，在企业、新闻、商业、金融乃至社会生活的各个方面得到广泛应用。从此，密码技术的发展进入了一个空前繁荣的时代，各种加密思想和方法不断涌现。
Diffie和Hellman的《密码学的新方向》一文奠定了公钥密码算法的基础。公钥密码算法的概念在密码技术的发展史上具有划时代意义。公钥密码算法又称非对称密钥算法、双钥密码算法。在公钥密码算法中，公钥可以公开，密钥必须保密。加密算法和解密算法也都是公开的。虽然密钥是由公钥决定的，但却不能根据公钥计算出密钥。
公钥密码算法出现后，只有两种类型的公钥系统密码算法是安全实用的，即基于大整数困难分解问题的密码算法和基于离散对数困难问题的密码算法。基于大整数困难分解问题的公钥密码算法有RSA, Rabin，LUC算法及其推广，二次剩余算法等。
RSA体制最初是由美国麻理工的Riverst，Shamir和Adleman于1978年提出的。RSA算法能抵抗所有的密码攻击，但其理论基础非常简单。RSA算法基于一个十分简单的数论事实：将两个大素数相乘十分容易，但对其乘积进行因式分解却极其困难，因此可以将乘积公开作为加密公钥。RSA算法的安全性取决于素数乘积的安全，素数乘积被分解成功，该密码算法便被破译。即破译RSA的难度不超过大整数的分解，但我们不能证明破译RSA和分解大整数是等价的。作为对RSA算法制的一种修正，M.O.Rabin于1979年提出了一种变形的RSA算法，称之为Rabin算法，可证明它的安全性等价于大整数因子分解问题。目前，由于计算机分解大整数的能力越来增强，目前一般使用1024的模长，未来几年里可能要被迫选择2048的模长。但由此带来的问题是系统更复杂，计算速度更慢。
由于RSA体制比较简单和成熟，目前RSA体制已经作为一种标准被广泛使用，比如现流行的PGP就是将RSA作为传送会话密钥和数字签名的标准算法。
基于离散对数困难问题的密码体制主要包括基于有限域的乘法群上的离散对数问题的ElGamal体制和基于椭圆曲线离散对数的椭圆曲线密码体制（ECC），以及近来Lenstra等人提出的XTR群的离散对数问题的XTR公钥体制。
前文已经说过，为保证RSA算法的安全性，RSA的密钥长度需要一再增大，使得它的运算负担越来越大。相比之下，椭圆曲线密码体制（ECC）可用短得多密钥获得同样的安全性。该体制，由Koblitz和Miller于20世纪80年代中期分别提出。ECC的安全性只与椭圆曲线本身有关系，基于椭圆的离散对数问题比一般的基于整数的离散对数问题和整数分解问题更加困难。ECC由于其自身的安全性高，密钥量小，较好的灵活性，得以广泛应用。目前，ECC已经被IEEE公钥密码标准P1363采用。
近年来，我国在密码技术的理论和应用等方面已经取得了一些成绩，在一些领域已经达到世界先进水平。但研究的深度、广度和可持续发展性都与国际水平还有差距，新理论、新观点和新方法还不够多，在很多方面都有待于进一步加强。
新技术的应用和计算能力的提升必将对密码学带来巨大的挑战，密码技术的研究必须顺应时代的要求。综观全局，密码技术的发展呈现出以下四大趋势：
（1）密码的标准化趋势。密码标准是密码理论与技术发展的结晶和原动力，像AES、NESSE、eSTREAM和SHA3等计划都大大推动了密码学的研究。
（2）密码的公理化趋势。追求算法的可证明安全性是目前的时尚，密码协议的形式化分析方法、可证明安全性理论、安全多方计算理论和零知识证明协议等仍将是密码协议研究的主流方向。
（3）面向社会应用的实用化趋势。电子政务和电子商务的大力发展给密码技术的实际应用带来了机遇和挑战。生物特征密码技术是现在的一个研究热点，由于应用的需要，它也将是未来的一个发展方向。轻量级密码技术（适度安全的密码技术）的研究已成为当前很受关注的一个方向。
（4）面向新技术发展的适应性趋势。量子密码、DNA密码等可以应对新的计算能力和新的计算模式带来的巨大挑战；随着网络技术的广泛普及和深度应用，密码技术的研究也呈现出网络化、分布式发展趋势，并诱发新技术和应用模式的出现。
具体来讲，密码技术的发展趋势呈现出以下几个特点：
（1）后量子时代的密码或量子免疫的密码是公钥密码研究的一个重要方向。
（2）面向新兴应用、新型信息安全系统的密码系统芯片的设计是未来的方向。当前的研究重点是如何降低校验方法的复杂度、硬件开销和验算时间。
（3）数字签名的重点研究方向是新的数字签名的设计、安全性基础问题的挖掘和已有数字签名的安全性分析与证明。
（4）既可以进行形式化分析，又具有密码可靠性的方法是目前形式化方法研究的热点，也是未来的发展方向。可复合性问题是目前密码协议形式化分析的另一个热点问题。
（5）可证明安全性的发展将集中在如何为新的安全属性建立合适的模型，标准模型下可证明安全的密码协议设计等。另外，重置零知识、精确零知识也是密码协议的一个发展方向。
（6）密钥管理技术中，如何在各种应用环境中支持匿名性和隐私保护，以及适应具体应用的密钥管理新技术的研究都是目前的重要研究方向。PKI技术将向着跨域、无中心化、容侵容错、基于身份的结构和应用研究等方向发展。
传统艺术摄影是指数码相机诞生以前的艺术摄影，它以传统照相机和胶片为工具，以暗室冲印、放大加工处理为后期处理方式。传统艺术摄影是一个光化学过程，影像存储的介质是胶片，并以底片的形式存贮摄影影像。论文联盟
1988年富士与东芝共同研发了世界上第一台数码影像机nds一1p，此后艺术摄影就进入到了数码时代。数码艺术摄影是在数码照相机诞生后才有的艺术形式，他以数码相机为摄影工具，后期加工处理以计算机为主，作品成果可以通过打印设备输出，也可以通过专用的数码彩色扩印设备输出。相片能以计算机能识别的数码形式存储在各类存储介质上。数码艺术摄影通过光电转换把自然界中的各种色彩转换为特定的数字编码进行存储，存储的数码图像不会失真。
通过上面对传统艺术摄影和数码艺术摄影概念的认识，我们发现两者间存在着很大的差别，具体来说主要为以下几个方面：
一、成像差异
传统摄影的原理是自然物体反射光，反射光线通过相机镜头照到胶片，然后胶片上的感光乳剂感光后发生化学变化生成反像潜影，对潜影进行化学处理，再放大将负像转变为与实际一致的正像。
数码摄影以数码相机为器材，通过将其内部对光线敏感的ccd（光电藕合器）接受的电子信号转换为数字信号，并将信号集合以数码图片的形式保存在存储器上，完成摄影过程。数码摄影图像一般还需要运用计算机进行后期处理，才能完成摄影作品的创作。
数码摄影和传统摄影在光学部分是没有差别的，他们的差别主要在透镜产生图像时的感受方式和摄像后对影像的存储方式。
二、画面直接表现方面的差异
摄影图片画面的直接表现主要涉及画面解像力、画面宽容度、不同感光度等三个方面。
三、影像风格比较
一般将影像风格定义为摄影照片整体上具有代表性的独特面貌。由于有着较长的发展时间，传统摄影的影像风格已相对固定和成熟，比较典型的有反转片浓郁的色彩、传统胶片的颗粒感和黑白影调的纪实风格等，这些影像风格已经得到摄影艺术家和评论家门的广泛认可，并成为一种判断照片是否专业的行业标准。由于出现和发展历史短，当前数码摄影还没有形成成熟的影像风格，具有代表性的做法是通过数码图像的后期处理手段模拟传统影像风格。
当前数码摄影的前期影像效果虽然没有传统摄影完善，但随着数码处理技术的发展，其不足已得到了弥补，只要艺术摄影的从业者能熟练掌握数码图像后期处理技能，精通数码照片后期处理软件，也能够创作出与传统艺术摄影作品相类似的影像风格。今后，随着数码摄影技术的进一步发展和普及，人们会逐渐接受数码艺术摄影自身的影像风格，影像风格只要适合它所拍摄的内容和题材就可以了。
四、表现形式的区别
1.瞬间抓拍和瞬间形象重构
摄影中的瞬间性是一种重要的艺术特征，瞬间性也是摄影中区别于其他艺术的重要特征。瞬间是指事物的瞬间变化和动作的发展过程与空间分离的框架断面。面对生活中的瞬息万变的事物，摄影中的瞬间性就显的更加有意义，可以对正在发生的人和事进行瞬间形象的提取。由于数码摄影的一些特性，与传统单一僵化的摄影特点相比数码摄影具有多元化和多视角的特征。其放弃摄影习惯以一个瞬间概念出发，以固定瞬间概念进行审美分析和创作到转而制作一些形象性的概括瞬间的画面。
2.从记录性走向装饰性
在传统的摄影中大多数的摄影都是以记录事实为特点，这也是摄影艺术的基本特征，摄影技术的原理
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是运用光学的一些特征将事物变成影像显示在人们的眼前。所以我们可以认为记录性是摄影的天然属性。对于传统的摄影技术人们是通过不断的对光学设备进行改进来提高摄影技术，将细节更加真实的展现给人们，使画面更加丰富，所有这一切都是为了还原拍摄时的场景。随着摄影技术的发展，人们对单一的记录形式已经不论文联盟再满足，追求更加高层次的摄影艺术，目前摄影艺术已经和其他的艺术有机的结合到一起，给人们的生活添加了更多的色彩，例如在我们生活中常见的的陈列台、橱窗、彩绘玻等等，这些都是摄影师的杰作。摄影艺术与广告、版画等相结合，产生了一种全新的艺术类型，这种全新的艺术类型有待我们去研究并且对实用摄影具有重要的意义。
3.物质材料和媒体展示的多样化
摄影的展示长时间以来都仅仅局限于画面的形式。在摄影的过程中无非是拍摄、冲卷和放大这三步骤，摄影艺术所创造的艺术形象往往都是摄影家通过照相机、感光材料等化学和光学原理来完成。这种特定的创作方式，虽然具有优越性，但同时也限制了画面的内容。随着数码技术的发展，其在摄影领域越来越普遍，数码技术在很大程度上提高了艺术的表现能力，同时艺术的表现手法也具有多样性，给摄影艺术的发展提供了很大的发展空间。在国外，摄影艺术在很早就已经成为光、声、电三者相结合的影像形式，并且与一些装置相结合来展示。
五、摄影创作者在创作过程中的艺术心理历程差异
1.稳定性和重复性
数码技术所具有的稳定性和可重复性在摄影创作特别是商业摄影中具有重要的意义，传统的摄影很难达到这种效果。对于传统的摄影，摄影师往往要对一张照片反复冲洗几次才能得到一件满意的作品。对于现代的数码摄影来说，现在的数码摄影更加重视的拍摄和后期色彩的管理、打印输出一体化。另外如果摄影师要一起打印多张重复作品时，数码技术将会稳定的控制照片的质量。
2.预知性和控制性
传统的摄影艺术，是运用光学和化学原理来成像，照片的色彩不仅与拍摄的过程有密切的关系还与胶片本身的性能和冲洗的过程等程序有关，在冲洗的过程中，冲洗的药水和温度的稳定性对相片色彩的影响很大。在数码摄影技术中，将图片中的每一个点量化，在图片中每一个像素点的颜色是一个固定的数值，我们只要确保输出和显示设备合理，最后达到的效果就会很好。如果图像的色彩丰富但是属于过渡平缓的图像，数码摄影技术中的软件可以真实的计算过渡色，可以不是真的放大。数码摄影技术的稳定性很高，对图像具有可控性，摄影师通过数码技术可以充分表达内心的思想，但是这也许会成为艺术创作中的一个局限，在一定程度上限制了人们的创造性。
诚如钱钟书在其《围城》中写道：“围墙里的人想出去，围墙外的人想进来。”我们处在黑白胶片时代时，总是抱着“胶片贵而少，照片拍不够”的遗憾；然而，随着科技的迅猛发展，数码技术出现了，照片任意拍，却又萌发“值得珍惜的点滴被稀释”的感慨。但是，数码技术的时代，人生的可贵记忆不会被稀释，反而会加固、加深。
数码时代更能唤起珍贵的记忆的原因，是数码技术的发展，能够满足人们多样的照相需求，记录下生活中的每一个点点滴滴。柴静在《看见》中抒发过这样的感慨：“生命不是用来比较而是用来完成的。”但是，假如用黑白胶片时代的技术来记录下一个生命完成的历程，未免太过单薄，缺乏厚实感。而数码技术的出现，恰好弥补这个缺陷，让人随意地照相，不受时空之限制，唯需一台数码相机而已。人们记录下一个个生命的成长，从出生到幼儿学步，从幼儿园取得“好孩子”称号到中学获得荣誉时的留影纪念，数码时代下更能保留人们生活中的每一个瞬间，让人生变得更加厚实，更加充满韵味。
数码时代更能唤起珍贵的记忆的又一重要原因，便是它与网络的双向性，它能随时将照片上传至网络与人分享，在这一过程中收获情感的充盈，获得愉悦的享受。当我们把自己满意的照片上传至网络时，与朋友分享时，我们可能会收获他人的赞美，让自己倍感有所成就；抑或将我们至亲的人的照片上传至网络，我们可能会收获别人的祝福，让我们倍加珍惜彼此之间的感情。这样，我们的记忆也会随着幸福感而铭记在心，更容易保留彼此之间美好的印象与感觉，珍惜每一份来之不易的缘分，收获亲情、友情之美好。
或许，由于数码时代技术的飞速发展，我们的照片能够快速浏览和频繁更新，以致值得珍惜的点滴也被稀释了，怀念起黑白胶片时代。但是，由于数码技术具有黑白胶片技术的无可比拟的优越性，更能够摄影、保存、分享等，而且永不泛黄，永不模糊，因而它更能唤起人们珍贵的记忆。
数码技术的时代，同样能够唤起人们永不褪色的记忆。让我们用手中的数码相机，记录下生活中值得珍惜的点滴。
【素材还原】
素材还原现场一：
钱钟书先生的《围城》，以一个大众化的爱情故事表现了“围城”这种人性循环在婚姻上的表现。“被围困的城堡，城外的人想冲进去，城里的人想逃出来。”但若局限于婚姻而谈“围城”困境，显然不是钱钟书的本意，他所表达的意味是对于整个社会、整个人生，无论在婚姻、职场、学习、交往中，都存在这种“围城心理”。可以说，城里城外的人，都从不同的角度看到了人生的另一面，这也许正是“不识庐山真面目，只缘身在此山中”所阐述的意义在现实中的表现。
还原链接：引用类比，平添意趣。文章开宗明义，凸显中心：“数码时代的技术，更能唤起许多永不褪色的记忆。”而考生在第二段则引用道：“诚如钱钟书在其《围城》中写道：‘围墙里的人想出去，围墙外的人想进来。’”用钱钟书《围城》中的名言如此张扬地表达观点，既为全文论点张本，也给作者议理平添了意趣。
素材还原现场二：
沉入深海，才得见满眼星光。《看见》书名如其人，书如其人。于前者，可以看见柴静内心世界；于后者，从娓娓道来的故事或人生感悟中，透露出她对这个世界的关爱和对人性的剖析。于是，无论是关于人生的感悟还是对世界的觉悟，在《看见》里，都可以看见。在大量的新闻报道里，柴静只选择了留给她强烈生命印象的人，这些人，让我们本身存在的一些坚硬的成见和模式被一遍遍冲刷，摇摇欲坠，土崩瓦解。
还原链接：有实有虚，意在显旨。考生先引柴静《看见》中的语句：“生命不是用来比较而是用来完成的。”指出了柴静抒发的感慨，是实实在在的感受，此一层。“假如用黑白胶片时代的技术来记录下一个生命完成的历程，未免太过单薄，缺乏厚实感。而数码技术的出现，恰好弥补这个缺陷。”这是考生得出的观点看法，此一层。一实一虚，对照议论，凸显全文主旨。
■运用揭示
【 关键词 】 网络；信息安全；密码学；加密
1 引言
随着信息技术的不断发展，信息已成为重要的战略资源，在现代社会的进程中发挥着举足轻重的作用。但在信息快速发展的同时，信息安全问题也日益彰显，特别是在国计民生的社会领域，网络所存在的安全问题已日益突出，如病毒感染、黑客攻击等，对社会经济发展、人们生产生活造成较大影响。对于信息安全技术，其主要涉及计算机、密码知识、网络架构和安全技术等。旨在通过采取有效的安全策略，实现网络信息的安全可靠的保护。
当前，网络安全领域的相关技术。
（1）防火墙技术。防火墙作为安全网关，构建在Internet与内部网络之间，实现对内网的有效控制。其实，防火墙系统主要的防护机制是决定外界可以访问哪些内部资源，反过来，内部人员可以访问哪些外界资源。也就是说，防火墙通过对相关信息的过滤、授权，实现对网络的安全保护。
（2）入侵检测技术。该技术作为一种主动防御技术，主要针对用户系统行为的监视、系统漏洞的设计，及系统数据完整性评估等功能，也就是说，入侵检测系统可以有效地实现对系统监视、审计、评估等工作，实现了对网络系统的主动保护。
（4）加密技术。加密技术是最传统也是最有效的保护措施之一，主要针对信息加密。加密技术的特征非常突出，主要利用现代数据加密技术，实现对网络系统的安全保护。并且，加密数据的翻译，只有指定的用户、网络设备方可执行。
对于数据加密技术而言，其是网络安全的核心，承担着高安全性密码算法的寻找，以实现信息资源的加密。本文就针对网络安全中，两种典型加密算法进行研究。
2 相关理论
3 典型的密码体制
3.1 对称密码体制
在对称加密算法中，DES和AES算法使用广泛，具有典型的代表性，以下就这两种对称算法进行论述。
3.1.1 DES算法
DES算法采用了56位的密钥长度，并具有64位分组长度。对于该法，其主要将64位输入明文，并在一系列的运算处理下，得到64位的密文进行输出。在对密码解密时，采用同一密钥。其实，左右两边是在相互交换的机制下进行预输出。并且最后预输出的IP与相互作用，进而产生出密文（64位），在实际中，我们可以清楚地知道56位密钥的使用情况。密钥在相关置换作用之后，在循环和置换等操作下，获得一系列的子密钥。同时，在每次迭代置换的过程中，使用相同函数，且密钥的循环作用，使得子密钥之间是不相同的。
3.1.2 AES算法
对于AES算法，其具有高效加密和解密的突出优点。因为密钥的长度是128或192位，这样就可以在计算机的作用下，实现高速的处理。同时，该密码算法具有良好的安全性，在短时间内很难对其进行破译。
在AES算法中，以128位加密算法输入和输出。在输入分组中，是以字节为单位的矩阵来表示，且矩阵中的字节需要按照相关的规定进行排列，如从上之下，从左到右的方式排列。该分组复制到State数组后，在对进行加密或解密的过程中，都会对数组进行改变，直到State复制至输出矩阵。在对128位的密钥描述时，采用以字节为单位的矩阵。
3.2 非对称密码机制
3.2.1 非对称密码机制
在1976年，Hellman和Diffie首先引入非对称密码机制。在使用非对称密码机制时，用户需要选定以对密钥：一个密钥是可以公布的；另一个密钥则需要用户保密。所以，该密码体制又称之为公钥体制。其实，对于密码史而言，公钥体制的出现就是重要的里程碑。在公钥体制中，最著名的有AIGamal算法、McEliece密码和RSA系统等内容。
3.2.2 RSA算法
在非对称加密算法中，RSA比较具有代表性。就当前的公钥密码算法来看，RSA是最成功的公钥密码算法之一。该算法的安全机制主要依托于计算机复杂性理论和数论中的相关素数求算。在至今的数学领域，仍未多项式时间内破解RSA的最佳方案。
3.3 其他典型密码机制
目前，传统密码机制以逐渐完善，并广泛适用于网络安全构建中。对于传统密码，均只有计算安全性和一次一密的特性。也就是说，网络攻击者的计算功能无限强大，理论是可以对该些密码系统进行破译。随着信息技术的不断发展，新兴智能计算的涌现，对传统密码的破译提供了更加有效的新途径。同时，诸多的职能生物算法已用于传统密码的破译，并取得了实际效果，这就对加密技术提出了更高的要求。
在面对传统密码技术日益暴露出缺陷时，DNA加密计算法出现在人们视线。目前，DNA加密技术已成为密码学的前言领域，是新时期的密码。对于DNA密码而言，其具有突出的特点，特别是以DNA为信息的载体，依托于现代生物技术为工具，很大程度上利用了DNA的相关有点。这样一来，可以有效的实现加密、认证等一系列密码学功能。其中，其主要包括DNA隐写、DNA加密和认证等三个方面。从DNA密码的本质来看，其实是数学密码的有益补充，对于夯固网络信息安全保护具有重要的现实意义。
3.4 算法分析
对于对称密码体制而言，其可以用于加解的密钥是相同的或是从加密密钥中推解而出。其中，典型的AES和DES算法的密钥长度均较短，密钥的可靠性较弱，以至于安全性能较低。但是，算法简单、加密速度快，计算开销小。要想构建更安全的网络安全体系，需要以安全方式进行密钥交换。
对于非对称密码体制而言，其可以用于加密的公钥，但与私钥是不相同的。此外，相比较于传统密钥，公钥和私钥的长度较长，在安全性能上交优越。对保密信息进行多人形式下的传输，所需的密钥组和数量相对较小。但是，加密算法相对比较复杂，计算的工作量较大。所以，私有密钥加密比公开密钥加密在解密时的速度要快。
4 结束语
在网络信息时代，网络技术的不断发展，也突显出日益严重的网络安全问题。在网络安全技术中，主要通过相关的加密技术，对信息资源进行安全保护。
其实，网络安全是相对的，也就是说，安全性越高其实现就越复杂。面对快速发展的计算机网络技术，新的网络安全问题也不断闯入人们的视野。同时，一些新的密码体制也不断的研发，构建起网络安全的防护墙。所以，审视计算机网络技术的发展，网络安全形势依旧非常严峻，促使我们不断地创新技术，迎接新的网络安全问题。
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【关键词】抗干扰方案编码
目前，信道编码和交织技术已被成功地应用于第二代移动通信系统中，但第二代移动通信系统只提供话音业务和低速数据业务，因而导致相应的信道编码单一。相比较之下，第三代移动通信系统能提供更为丰富的业务种类，并且能改善原由第二代业务的质量，这就对通信系统提出了更高的要求。
一、背景
本论文主要以第三代以及未来移动通信系统需求为背景，介绍当前以及未来移动通信普遍关注的高效信道编码译码技术，其中包括已被3GPP采用的Turbo码技术和目前受到普遍关注的Turbo乘积码（TPC）和低密度校验码（LDPC）码技术。
二、高效信道编码技术
信道编码技术是移动通信中提高系统传输数据可靠性的有效方法，使接收机能够检测和纠正传输媒介带来的信号误差。在第二代移动通信系统中应用卷积码和交织，对保证话音和低速数据业务的业务质量取得了很好的效果。第三代系统与第二代相比，需要提供的业务种类大大增加，对信道编码有更高的要求。
在第三代移动通信系统中，GSM与IS-95中主要采用卷积码，Fire码以及卷积与RS的级联码。在第三代移动通信系统中，采用的信道编码类型主要有两种：卷积码，Turbo码。
在未来移动通信系统中，卷积编码仍可以作为实时话音业务的一种侯选方案，而Turbo码仍可以作为非实时高速数据业务的一种侯选方案。研究表明，在非规则图上构造的基于GF（q）域上的LDPC码性能要好于Turbo码。LDPC码可以通过增加码字长度，同时采用优化的译码实现，所以它也是可能应用与未来移动通信系统的非实时高速数据业务的信道编码侯选方案。
Turbo码，又称并行级联卷积码（PCCC），是由C.Berrou等在ICC’93会议上提出的。它巧妙地将卷积码和随机交织器结合在一起，实现了随机编码的思想。同时，采用软输出迭代译码来逼近最大似然译码。Turbo码的发现，标志着信道编码理论与技术的研究进入了一个崭新的阶段，结束了长期将信道截止速率作为实际容量的历史。
LDPC码是Low-Density Parity-Check Codes的简称，中文译名为低密度校验码。它是Gallager于1963年提出的，所以也叫Gallager码。近几年，人们认识到LDPC码所具有的优越性能及其巨大的实用价值，所以继Turbo码之后，LDPC码成为近年来编码理论界的又一研究热点。研究表明，利用置信传播算法，LDPC码能够以较低的硬件复杂度实现近香农限的译码性能。
Turbo码是应用在UMTS系统中的新的纠错编码技术。其纠错性能优于卷积编码，但是解码复杂度较高，而且编码时延较大，适用于对时延要求不高但速率较高的数据业务。另外，Turbo码的理论分析困难。至今尚未有对Turbo码译码器误码率的完整理论分析和估计，一般是通过仿真模拟其性能。
LDPC码相对于Turbo码来说，有以下优点：（1）LDPC码的译码复杂度较Turbo码低；并且由于LDPC码译码算法中一次译码迭代的计算复杂度远比Turbo码译码算法中一次译码迭代的计算复杂度低，因此可以通过改变最大迭代次数来获得“复杂度-性能”的最家折衷。此外，LDPC码置信传播（BP）译码算法可以高度并行操作，也存在更低复杂度的性能近似置信传播译码算法的其他译码算法。（2）LDPC码的最小距离随着码块长度增大依逼近于1的概率线性增大。（3）可以根据任意码块长度和任意码率很容易的设计出性能优异的LDPC码。（4）LDPC码无“错误地板”现象，这使其可以应用于短帧业务。（5）由于校验矩阵是随机生成的，从而已经对编码比特进行了有效的交织，所以无需额外的交织器。（6）在LDPC码译码过程中，可以得知译码是否正确。因为若，则说明译码正确，其中H为LDPC码奇偶校验矩阵，为译出的码字。
但是，LDPC码却具有较高的编码复杂度，这是其经常遭受抨击的一个最主要原因。Turbo码具有线性编码复杂度，而直接实现LDPC码编码器的复杂度却与码块长度的平方成正比。不过，目前已经存在相应的解决办法，如可以改进LDPC码的奇偶校验矩阵构造方法，或者采用降低复杂度的LDPC码编码算法。
三、移动通信中的调制技术
数字调制，解调技术是从最基本，最简单的二进制数字调制2ASK，2FSK和2PSK的基础上发展起来的。基于2ASK由二进制向多进制发展，产生了正交幅度调制QAM，MQAM；基于2FSK向多进制发展，产生了MFSK调制；基于2PSK向多进制发展，产生了QPSK，OQPSK，MPSK等。为了进一步改善移相中相位跃变带来的频谱扩展与幅度上的变化，又引入了连续相位调制。其中，最为典型的是最小频移键控MSK，高斯型最小频移键控GMSK，平滑调频TFM。
目前数字移动通信系统的调制技术主要有两大类：一类是以GSM为代表的，采用非线性连续相位调制CPM中高斯滤波的最小频移键控GMSK，它避开了线性要求，可使用高效率的C类功率放大器，大大降低了放大器的成本，但是实现复杂；另一类属于移相键控PSK，它包括IS-95中以及IMT-2000中采用的BPSK，QPSK，OQPSK，平衡四相扩频调制BQM以及复数四相扩频调制CQM等。这类调制在码元转换时刻会产生相位跃变，并带来频谱扩展，当频带受限后幅度上会出现波动，且对线性度要求较高，高功放，需使用价格高昂的A类放大器，但是实现简单。
为提高系统的频谱效率，数字通信系统常常采用多进制数字调制。多进制数字调制是利用多进制数字基带信号调制载波的幅度，频率或相位。由于多进制数字已调信号的被调参数在一个码元间隔内有多个可能取值，因此，与二进制数字调制相比，在系统带宽一定的条件下，多进制调制的信息传输速率较高。在相同的信息速率下，多进制信号码元的持续时间要长。增大码元宽度，就会增加码元的能量，并能减小由于信道特性引起的码间干扰的影响。正是基于这些特点，多进制调制方式获得了广泛的应用。
但是，多进制数字调制系统频带利用率的提高是通过牺牲功率利用率来换取的。随着M值的增加，在信号空间中各信号点间的最小距离减小，相应的信号判决区域也随着减小。因此，当信号受到噪声和干扰的损害时，接收信号的错误概率也将随之增大。幅度相位联合键控（APK）方式就是为克服上述问题而提出来的。当前研究较多，并被建议用于数字通信中的APK信号，是正交幅度调制信号。尤其是矩形QAM信号，具有容易产生的独特优点，也容易解调，从而得到广泛的应用。
由於在现今资讯流通普遍的社会中，影像的需求量越来越大，影像的数位化是必然的趋势。然而在数位化过的影像所占的资料量又相当庞大，在传输与处理上皆有所不便。将资料压缩是最好的方法。如今有一新的模式，在压缩率及还原度皆有不错的表现，为其尚未有一标准的格式，故在应用上尚未普及。但在不久的未来，其潜力不可限量。而影像之於印刷有密不可分的关系。故以此篇文章介绍小波（WAVELET）转换的历史渊源。小波转换的基础原理。现今的发展对印刷业界的冲击。影像压缩的未来的发展。
壹、前言
由於科技日新月异，印刷已由传统印刷走向数位印刷。在数位化的过程中，影像的资料一直有档案过大的问题，占用记忆体过多，使资料在传输上、处理上都相当的费时，现今个人拥有TrueColor的视讯卡、24-bit的全彩印表机与扫描器已不再是天方夜谭了，而使用者对影像图形的要求，不仅要色彩繁多、真实自然，更要搭配多媒体或动画。但是相对的高画质视觉享受，所要付出的代价是大量的储存空间，使用者往往只能眼睁睁地看着体积庞大的图档占掉硬碟、磁带和光碟片的空间；美丽的图档在亲朋好友之间互通有无，是天经地义的事，但是用网路传个640X480TrueColor图形得花3分多钟，常使人哈欠连连，大家不禁心生疑虑，难道图档不能压缩得更小些吗？如此报业在传版时也可更快速。所以一种好的压缩格式是不可或缺的，可以使影像所占的记忆体更小、更容易处理。但是目前市场上所用的压缩模式，在压缩的比率上并不理想，失去压缩的意义。不然就是压缩比例过大而造成影像失真，即使数学家与资讯理论学者日以继夜，卯尽全力地为lossless编码法找出更快速、更精彩的演算法，都无可避免一个尴尬的事实：压缩率还是不够好。再说用来印刷的话就造成影像模糊不清，或是影像出现锯齿状的现象。皆会造成印刷输出的问题。影像压缩技术是否真的穷途末路？请相信人类解决难题的潜力是无限的。既然旧有编码法不够管用，山不转路转，科学家便将注意力移转到WAVELET转换法，结果不但发现了满意的解答，还开拓出一条光明的坦途。小波分析是近几年来才发展出来的数学理论。小波分析，无论是作为数学理论的连续小波变换，还是作为分析工具和方法的离散小波变换，仍有许多可被研究的地方，它是近几年来在工具及方法上的重大突破。小波分析是傅利叶（Fourier）分析的重要发展，他保留了傅氏理论的优点，又能克服其不足之处。可达到完全不失真，压缩的比率也令人可以接受。由於其数学理论早在1960年代中叶就有人提出了，而到现在才有人将其应用於实际上，其理论仍有相当大的发展空间，而其实际运用也属刚起步，其後续发展可说是不可限量。故研究的动机便由此而生。
贰、WAVELET的历史起源
WAVELET源起於JosephFourier的热力学公式。傅利叶方程式在十九世纪初期由JosephFourier(1768-1830)所提出，为现代信号分析奠定了基础。在十九到二十世纪的基础数学研究领域也占了极重要的地位。Fourier提出了任一方程式，甚至是画出不连续图形的方程式，都可以有一单纯的分析式来表示。小波分析是近几年来才发展出来的数学理论为傅利叶方程式的延伸。
小波分析方法的提出可追溯到1910年Haar提出的小波规范正交基。其後1984年，法国地球物理学J.Morlet在分析地震波的局部性质时，发现传统的傅利叶转换，难以达到其要求，因此引进小波概念於信号分析中，对信号进行分解。随後理论物理学家A.Grossman对Morlet的这种信号根据一个确定函数的伸缩，平移系{a-1/2Ψ[(x-b)/a]；a,b?R,a≠0}展开的可行性进行了研究，为小波分析的形成开了先河。
1986年，Y.Meyer建构出具有一定衰减性的光滑函数Ψj,k(x)，其二进制伸缩与平移系{Ψj,k(x)=√2jΨ(2jx-k)；j,k?Z}构成L2（R）的规范正交基。1987年，Mallat巧妙的将多分辨分析的思想引入到小波分析中，建构了小波函数的构造及信号按小波转换的分解及重构。1988年Daubechies建构了具有正交性（Orthonormal）及紧支集（CompactlySupported）；及只有在一有限区域中是非零的小波，如此，小波分析的系统理论得到了初步建立。
三、WAVELET影像压缩简介及基础理论介绍
一、WAVELET的压缩概念
WAVELET架在三个主要的基础理论之上，分别是阶层式边码(pyramidcoding)、滤波器组理论(filterbanktheory)、以及次旁带编码(subbandcoding)，可以说wavelettransform统合了此三项技术。小波转换能将各种交织在一起的不同频率组成的信号，分解成不相同频率的信号，因此能有效的应用於编码、解码、检测边缘、压缩数据，及将非线性问题线性化。良好的分析局部的时间区域与频率区域的信号，弥补傅利叶转换中的缺失，也因此小波转换被誉为数学显微镜。
WAVELET并不会保留所有的原始资料，而是选择性的保留了必要的部份，以便经由数学公式推算出其原始资料，可能不是非常完整，但是可以非常接近原始资料。至於影像中什度要保留，什麽要舍弃，端看能量的大小储存（跟波长与频率有关）。以较少的资料代替原来的资料，达到压缩资料的目的，这种经由取舍资料而达到压缩目地的作法，是近代数位影像编码技术的一项突破。即是WAVELET的概念引入编码技术中。
WAVELET转换在数位影像转换技术上算是新秀，然而在太空科技早已行之有年，像探测卫星和哈柏望远镜传输影像回地球，和医学上的光纤影像，早就开始用WAVELET的原理压缩/还原影像资料，而且有压缩率极佳与原影重现的效果。
以往lossless的编码法只着重压缩演算法的表现，将数位化的影像资料一丝不漏的送去压缩，所以还原回来的资料和原始资料分毫无差，但是此种压缩法的压缩率不佳。将数位化的影像资料转换成利於编码的资料型态，控制解码後影像的品质，选择适当的编码法，而且还在撷取图形资料时，先帮资料「减肥。如此才是WAVELET编码法主要的观念。
二、影像压缩过程
原始图形资料色彩模式转换DCT转换量化器编码器编码结束
三、编码的基本要素有三点
（一）一种压缩/还原的转换可表现在影像上的。
（二）其转换的系数是可以量化的。
（三）其量化的系数是可以用函数编码的。
四、现有WAVELET影像压缩工具主要的部份
（一）WaveletTransform（WAVELET转换）：将图形均衡的分割成任何大小，最少压缩二分之一。
（二）Filters（滤镜）：这部份包含WaveletTransform，和一些着名的压缩方法。
（三）Quantizers（量化器）：包含两种格式的量化，一种是平均量化，一种是内插量化，对编码的架构有一定的影响。
（四）EntropyCoding（熵编码器）：有两种格式，一种是使其减少，一种为内插。
（五）ArithmeticCoder（数学公式）：这是建立在AlistairMoffatslineartimecodinghistogram的基础上。
（六）BitAllocation（资料分布）：这个过程是用整除法有效率的分配任何一种量化。
肆、WAVELET影像压缩未来的发展趋势
一、在其结构上加强完备性。
二、修改程式，使其可以处理不同模式比率的影像。
三、支援更多的色彩。可以处理RGB的色彩，像是YIQ、HUV的色彩定义都可以分别的处理。
四、加强运算的能力，使其可支援更多的影像格式。
五、使用WAVELET转换藉由消除高频率资料增加速率。
六、增加多种的WAVELET。如：离散、零元树等。
七、修改其数学编码器，使资料能在数学公式和电脑的位元之间转换。
八、增加8X8格的DCT模式，使其能做JPEG的压缩。
九、增加8X8格的DCT模式，使其能重叠。
十、增加trelliscoding。
十一、增加零元树。
现今已有由中研院委托国内学术单位研究，也有不少的研究所的硕士。国外更是如火如荼的展开研究。相信实际应用於实务上的日子指日可待。
伍、影像压缩研究的方向
1.输入装置如何捕捉真实的影像而将其数位化。
2.如何将数位化的影像资料转换成利於编码的资料型态。
3.如何控制解码影像的品质。
4.如何选择适当的编码法。
5.人的视觉系统对影像的反应机制。
小波分析，无论是作为数学理论的连续小波变换，还是作为分析工具和方法的离散小波变换，仍有许多可被研究的地方，它是近几年来在工具及方法上的重大突破。小波分析是傅利叶（Fourier）分析的重要发展，他保留了傅氏理论的优点，又能克服其不足之处。
陆、在印刷输出的应用
WAVELET影像压缩格式尚未成熟的情况下，作为印刷输出还嫌太早。但是後续发展潜力无穷，尤其在网路出版方面，其利用价值更高，WAVELET的出现就犹如当时的JPEG出现，在影像的领域中掀起一股旋风，但是WAVELET却有JPEG没有的优点，JPEG乃是失真压缩，且解码後复原程度有限，能在网路应用，乃是由於电脑的解析度并不需要太高，就可辨识其图形。而印刷所需的解析度却需一定的程度。WAVELET虽然也是失真压缩，但是解码後却可以还原资料到几乎完整还原，如此的压缩才有存在的价值。
有一点必须要提出的就是，并不是只要资料还原就可以用在印刷上，还需要有解读其档案的RIP，才能用於数位印刷上。等到WAVELET的应用成熟，再发展其适用的RIP，又是一段时间以後的事了。
在网路出版上已经有浏览器可以外挂读取WAVELET档案的软体了，不过还是测试版，可是以後会在网路上大量使用，应该是未来的趋势。对於网路出版应该是一阵不小的冲击。
图像压缩的好处是在於资料传输快速，减少网路的使用费用，增加企业的利润，由於传版的时间减少，也使印刷品在当地印刷的可能性增高，减少运费，减少开支，提高时效性，创造新的商机。
柒、结论
WAVELET的理论并不是相当完备，但是据现有的研究报告显现，到普及应用的阶段，还有一段距离。但小波分析在信号处理、影像处理、量子物理及非线性科学领域上，均有其应用价值。国内已有正式论文研究此一压缩模式。但有许多名词尚未有正式的翻译，各自有各自的翻译，故研究起来倍感辛苦。但相信不久即会有正式的定名出现。这也显示国内的研究速度，远落在外国的後面，国外已成立不少相关的网站，国内仅有少数的相关论文。如此一来国内要使这种压缩模式普及还有的等。正式使用於印刷业更是要相当时间。不过对於网路出版仍是有相当大的契机，国内仍是可以朝这一方面发展的。站在一个使用其成果的角度，印刷业界也许并不需要去了解其高深的数理理论。但是在运用上，为了要使用方便，和预估其发展趋势，影像压缩的基本概念却不能没有。本篇文章单纯的介绍其中的一种影像压缩模式，目的在为了使後进者有一参考的依据，也许在不久的将来此一模式会成为主流，到时才不会手足无措。
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附录：
嵌入式零元树小波转换、阶层式嵌入式零元树小波转换、阶层式影像传送及渐进式影像传送
目前网路最常用的静态影像压缩模式为JPEG格式或是GIF格式等。但是利用这些格式编码完成的影像，其资料量是不变的，其接受端必须完整地接受所有的资料量後才可以显示出编码端所传送的完整影像。这个现象最常发生在利用网路连结WWW网站时，我们常常都是先接收到文字後，其网页上的图形才，慢慢的一小部份一小部份显示出来，有时网路严重塞车，图形只显示一点点後就要再等非常久的时间才再有一点点显示出来，甚至可能断线了，使得使用者完全不知道在接收什麽图案的图形，无形中造成网路资源的浪费。此缺点之改善，可以使用嵌入式零元树小波转换(EZW)来完成。
阶层式影像传送系统的主要功能为允许不同规格之显示装置或解码器可以从同一编码器中获得符合其要求之讯号，如此不需要对於不同的解码器设计不同的编码器配合利用之，进而增加了其应用的范围，及减低了所架设系统的复杂度，也可以节省更多的设备费用。利用Shapiro所提出的嵌入式零元树小波转换(EZW)技术来设计阶层式影像传送系统时，其编码的效果不是很好。主要的原因是，利用(EZW)技术所设计的编码器是根据影像的全解析度来加以编码的，这使得拥有不同解析度与码率要求的解码器，无法同时分享由编码器所送出来的位元流。虽然可以利用同时播放(Simulcast)技术来加以克服之，但是该技术对於同一影像以不同解析度独立编码时，将使得共同的低通次频带(LowpassSubband)被重复的编码与传送，而产生了相当高的累赘(Redundancy)。
基於上述情况，有人将嵌入式零元树小波转换(EZW)技术加以修改之，完成了一个新式的阶层式影像传送系统。该技术为阶层式嵌入的零元树小波转换(LayeredEmbeddedZerotreeWavelet，简称LEZW技术。这个技术使我们所设计出来的阶层式影像传送系统，可以在编码传送前预先指定图层数目、每层影像的解析度与码率。
LEZW技术是将EZW技术中的连续近似量化(SAQ)加以延伸应用之，而EZW传统的做法是将SAQ应用於全部的小波转换系数上。然而在LEZW技术中，从基层(BaseLayer)开始SAQ一次仅用於一个图层(Layer)的编码，直到最高阶析度的图层为止。当编码的那一图层码率利用完时，即表示该图层编码完毕可以再往下一图层编码之。为了改善LEZW的效率，在较低图层的SAQ结果应用於较高图层的SAQ过程中，基於这种编码的程序，LEZW演算法则可以在每一图层平均码率的限制下，重建出不同解析度的影像。因此，LEZW非常适合用於设计阶层式影像传送系统。
LEZW技术也可以应用於渐进式传送，对於一个渐进式影像传送系统而言，控制其解析度将可以改善重建影像的视觉品质。而常用的渐进式传送方法有使用向量量化器或零元树资料结构编码演算法则。但是向量量化器需要较大的记忆体及对与传送中的错误敏威，而利用EZW技术所设计的渐进式影像传送系统，可以改善这些缺点，所以享有较好的效能。但是它也有缺点就是，应用於渐进式传送时是根据全解析度来做编码及传送，因此在低码率的限制之下时，若用全解析度来显示影像将使得影像模糊不清。所以在低码率传送时的影像以较低的解析度来显示时，则可以使影像的清晰度有所改善。
关键词：视频压缩；编码标准；发展现状；视频应用
中图分类号：TP37 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）24-5532-03
在通信技术飞速发展的今天，多媒体已经融入到了人们的生活工作当中。随着视频从模拟到数字化的转变，同时人们也对视频质量的清晰度、流畅度、实时度的要求越来越高，视频压缩技术成为解决此问题的一个重要环节。数字化的视频信息数据量巨大，且会占用极大的存储空间和信道带宽，制约视频通信行业的扩展。在带宽受限的信道中，采用压缩编码技术减少传输数据量，是提高通信速度的重要手段。从目前多媒体通信的现状、未来的发展趋势来看，接下来在相当长的时间内，以压缩形式存储和传输数字化的视频信息仍将是唯一的途径。
1 视频压缩编码的基本原理
1948年，Oliver提出了第一个编码理论——脉冲编码调制（Pulse Coding Modulation，PCM）；同年，香农在其经典论文“通信的数学原理”中首次提出并建立了信息率失真函数概念；1959年，香农进一步确立了码率失真理论[1]。这些概念的出现奠定了信息编码的理论基础。
数据压缩编码的基本思想是在保证视觉效果的前提下，尽可能的减少视频数据的相关性，也就是说去除冗余信息。所谓的视频数据冗余信息主要是针对空间、时间以及视觉上的冗余，视频压缩实质上就是减少这些冗余量，从而以最小的码元包含最大的信息。对原始数据变换、量化、熵编码，消除视频数据的冗余，达到压缩的目的，图1所示为视频编码原理图。
2 视频压缩方法分类
2.1 根据是否产生失真分为无损压缩和有损压缩
无损压缩，顾名思义就是压缩后的数据在解压后与原始数据完全一致，是一种可逆压缩。根据目前的压缩技术水平，无损压缩可以将数据信息压缩到原来数据的1/2～1/4。常用的无损压缩算法有游程编码（Run-Length Encoding，RLE）算法、哈夫曼（Huffman）算法以及LZW（Lenpel-Ziv-Welsh）算法。
有损压缩是指解压后的数据与压缩前的数据不完全一致，意味着在压缩过程中丢失了一些人眼不敏感的信息，是不可逆的。压缩比越高，丢失的信息就越多。目前，几乎所有的高速压缩算法都是采用的有损压缩来降低数据率。
2.2 根据压缩原理分为预测编码、变换编码、统计编码、分析—合成编码、混合编码等
分析—合成编码主要是根据基元以及特征参数进行编码，而混合编码则是利用各种编码的压缩特性混合编码，在压缩效率、压缩比以及保真度之间寻求最佳平衡。预测编码、变换编码、统计编码如表1所示。
3 视频编码标准的发展现状
现今世界上的视频编解码标准主要来源于两个国际组织：国际电信联合会（International Telecommunications Union，ITU，简称国际电联）和国际标准化组织（ISO）。视频传输中最为重要的编码标准有两套：MPEG制定的MPEG-1、MPEG-2、（MPEG-3）、MPEG-4、MPEG-7、MPEG-21等系列音/视频编码标准，统称为MPEG-X标准，主要应用于广播电视、视频存储、Internet或无线网上的流媒体等。ITU-T制定的H.261、H.262、H.263、H.264标准，统称为H.26X标准，主要应用于实时视频通信领域，如可视电话、视频会议、多媒体网络等。
时至今日，视频编码标准的发展可以分为三个阶段：第一代视频编码标准，主要有H.261、H.262、MPEG-1、MPEG-2，能够把原来的视频数据压缩到1/75；新一代视频编码标准，主要有H.264、MPEG-4、AVS，能够把原来的视频压缩到1/150；下一代视频编码标准——H.265/HEVC，大概能把数据压缩到1/300。如图2所示为视频编码标准的一个简要发展历程。
目前，在视频行业广泛采用的压缩和传输标准是2003年推出的H.264，在视频编码标准朝着高清晰度、低码率的方向发展进程中，H.264在过去的九年中占据着统帅的地位，但是，在未来的五年甚至是十年内，H.265将会掀起引领超高清时代的潮流，它的出现是时代的召唤。
2012年8月刚刚通过草案的H.265，于2013年1月25日就获得了国际电联的批准，H.265不仅在码流、算法、编码质量上进行了改善及优化，而且同时支持4K（4096×2160）和8K（8192×4320）超高清视频。
2013年3月30日，新版本迅雷看看（4.9.7.1511及以上版本）独家首发H.265标准的高清视频内容，如图3所示，提供了近十余部的H.264和H.265片段体验，成为了目前市场上视频画面质量最高清的平台。如图4所示，为电影《变形金刚3》H.264和H.265片段体验效果对比图，可以看出，H265标准下的画面效果更流畅、更高清。此次高清视频内容体验，势必会对整个视频行业在互联网应用中以及视频压缩编码技术上引起一场巨大的变革。
4 我国视频压缩编码标准的发展现状
AVS标准是具有我国自主知识产权的编码标准，是一套包含系统、视频、音频、媒体版权管理在内的完整标准体系。其编码效率比MPEG-2高2～3倍，与H.264相当，但其算法复杂度比H.264低30%，达到了新一代编码标准的最高水平，主要面向高清晰度电视广播和数字存储媒体。2013年6月，AVS视频编码标准已经成为了IEEE标准，标准号为IEEE 1857。AVS标准的逐步完善与发展应用，成为了标志着我国在视频压缩编码领域从跟踪国际到自主创新再到国际推广的里程碑。
2012年7月10日，原国家广电总局正式颁布了AVS+行业标准，满足了公众对高清电视、3D电视等广播文化的新需求。2013年3月18日，具有我国自主产权AVS+标准的3D节目已经上星试播，带给用户更好的3D视觉体验，如图5所示。
2013年被定义为“AVS大规模产业化的元年”。在今后推出的3D频道将会采用AVS+标准制作所有3D电视节目。随着时间的推移，我国卫星传输高清频道与地面高清频道将全部采用AVS+。AVS+的下一代编码标准AVS2将于年底12月定稿。AVS标准的发展，意味着我国视频编码标准的逐步数显规模化与完善化，朝着由“中国制造”到“中国创造”再到“中国模式”的方向发展。
5 总结
视频压缩编码技术的产生与日趋完善是近10的结晶，在信息时代的发展下，两大编码标准技术逐步趋向于融合，共同推动视频监控日益数字化、网络化。同时，由于各种终端处理能力以及互联网的崛起、三网融合趋势的加强，人们的生存环境变得越来越数字化，对视频应用的要求不断集中于向高清晰度、高帧率、高压缩率的方向发展，使得高清、3D、无线移动已经成为视频应用的主流趋势。我国在面对这飞速发展的时代时，具有自主知识产权的编码标准的制定，标志着我国视频应用必将会走向3D、高清、超高清时代，为人类呈现更丰富的视觉盛宴。
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关键词：4G通信；关键技术；智能天线；特点
1 4G通信的简述
1.1 4G通信的定义
4G是第四代通讯技术的简称，G是generation（一代）的简称。4G系统能够以100Mbps的速度下载，比目前的拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。而在用户最为关注的价格方面，4G与固定宽带网络在价格方面不相上下，而且计费方式更加灵活机动，用户完全可以根据自身的需求确定所需的服务。
1.2 4G通信的特点
（1）传输速率更快。4G系统的目标速率对于大范围高速移动用户（250km/11）数据速率为2Mbi“s，对于中速移动用户（60 knl，}1）数据速率为20Mbi魄，对于低速移动用户（室内或步行者）数据速率为100Mbi洮；
（2）信道带宽更宽。研究未来4G信道的带宽将达到100MHz或更高，而3G网络的带宽在5～20MHz之间；
（3）系统容量更大。将采用新的网络技术（如空分多址技术等）来极大地提高系统的容量，以满足未来大信息量的需求；
（4）智能性更高。4G系统的智能性更高，它将能自适应地进行资源分配，处理变化的业务流和适应不同的信道环境，使得系统兼容性更高，4G网络中的智能处理器将能够处理节点故障或基站超载，4G通信终端设备的设计和操作也将智能化；
（5）实现更高质量的多媒体通信。4G系统能提供包括语音、数据、影像等无线多媒体通信服务，大量信息透过宽频信道传输，让用户可以在任何时间、任何地点接入到系统中；
（6）业务的多样性。在未来的全球通信中，人们所需的是多媒体通信，因此个人通信、信息系统、广播和娱乐等各行业将会结合成一个整体，提供给用户更广泛的服务与应用。
2 4G移动通信技术的关键技术
2.1 OFDM
OFDM即正交频分复用技术，实际上OFDM是MCM Mullti-CarrierModulation，多载波调制的一种，OFDM技术有很多优点：可以消除或减小信号波形间的干扰，对多径衰落和多普勒频移不敏感，提高了频谱利用率；适合高速数据传输；抗衰落能力强；抗码间干扰（ISl）能力强。
2.2 智能天线（SA）与多人多出天线（MIMO）技术
智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能，被认为是未来移动通信的关键技术，智能天线成形波束能在空间域内抑制交互干扰，增强特殊范围内想要的信号，这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量，其基本原理是在无线基站端使用天线阵和相干无线收发信机来实现射频信号的接收和发射，同时通过基带数字信号处理器，对各个天线链路上接收到的信号按一定算法进行合并，实现上行波束赋形，目前智能天线的工作方式主要有两种：全自适应方式和基于预多波束的波束切换方式。
2.3 编码调制技术
LTE上行调制方式主要采用位移BPSK（π/2-shift BPSK），QPSK和16QAM，下行主要采用QPSK，16QAM和64QAM，上行采用位移BPSK技术可以进一步降低DFT-S-OFDM的峰均比，此外，可以通过频域滤波、选择性映射（SLM）、部分传输序列（PTS）等技术进一步降低系统峰均比，在信道编码方面，LTE采用Turbo码，Turbo码采用了一种并行级联的结构，将卷积码和随机交织器巧妙地结合在一起，实现了随机编码的思想，译码采用软输入软输出（SISO）迭带译码算法，每个分量译码器都有三种不同类型的软输人：信息比特、校验信息、先验信息，各分量译码器之间插入交织器，构成迭代译码结构，使得译码器的输出比特逼近最大似然。
2.4 软件无线电技术
软件无线电就是采用数字信号处理技术，在可编程控制的通用硬件平台上，利用软件来定义实现无线电台的各部分功能：包括前端接收、中频处理以及信号的基带处理等等，即整个无线电台从高频、中频、基带直到控制协议部分全部由软件编程来完成，软件无线电的核心技术是用宽频带的无线接收机来代替原来的窄带接收机，将宽带模数变换器（A，D）及数模变换器（D，A）尽可能地靠近射频天线，建立一个具有“A/D―DSP_D，A”模型的开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，从而使无线电的各种功能模块尽可能多的采用可编程软件来实现，以研制出具有高度灵活性、开放性的新一代无线通信系统。总之，软件无线电是一种以现代通信理论为基础、以数字信号处理为核心、以微电子技术为支持的基于数字信号处理（DSP）芯片，以软件为核心的崭新的无线通信体系结构，在4G众多关键技术中，软件无线电技术是通向未来4G的桥梁，它不仅能降低开发风险，还更易于开发系列型产品，此外，它还减少了硅芯片的使用量，从而降低了运算器件的价格，其开放的结构也会允许多方运营的介入。
3 结论
随着科学技术的不断发展，现代通信时代已经步入4G时代，而且我国也已经颁发了4G牌照，因此，必须重视4G通信的中的关键技术，使其能够更好地为人民服务。
[参考文献]
关键词：网络；信息安全；加密；DES；AES；RSA；DNA密码
中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)28-6880-04
The Research and Rrealization of the Encryption Algorithms for the Network Information Security
YAO Ming-xu, ZHOU Xu, ZHU Kai-Le, LUO Jian
(College of Mathematics and Information Engineering, Jiaxing University, Jiaxing 314001, China)
Abstract: With the development of the computer network technology, the size of the network is increasing and the new attract format is emerging; the security of network information is facing serious challenges. In this paper, the key technology used in the network information security was introduced firstly; then described the main encryption algorithms used in network; and finally realized some typical encryption algorithms which are AES,DES,RSA and gave the comparative analysis of operating results.
Key words: internet; information security; encryption; DES; AES; RSA; DNA encryption
随着政府、银行等重要部门信息化水平的不断提高,采用先进的信息技术对传统产业进行改造已经势在必行。信息系统及网络在信息化改造过程中发挥着重要作用,信息网络技术的应用和普及,对包括经济、政治、军事等社会各领域产生深刻且广泛的影响。如今，信息技术已经融入了人们生活与工作当中,成为了一个重要的经济增长点,信息化社会逐渐成为全球发展的核心和潮流[1-3]。
信息作为一种重要的战略资源,在社会中发挥着越来越重要的地位和作用。同时，信息安全问题也逐渐呈现出来。在关系国计民生的社会各领域信息化程度不断提高的同时,网络中所存在的信息安全问题已越来越突出,譬如网络攻击、病毒感染等事件一旦处理不当就有可能对经济发展和社会稳定产生一定的影响。信息安全技术的核心思想是, 采用计算机、网络架构、密码知识以及安全技术, 保护信息在公用网络系统中传输、交换以及存储过程中的的真实性、完整性、可用性、可靠性、保密性、不可抵赖性等特性。也即是通过采取一定的安全策略,使网络环境中信息的可用性、完整性及保密性等受到很好的保护[2]。
网络安全领域中已有的主要技术有：
1) 防火墙技术。防火墙在内部网络与Internet之间建立起一个安全网关，实现内外网的隔离和访问控制。防火墙系统决定了外界可以访问哪些内部的服务及内部的服务和数据，内部人员可以访问外部的哪些舒服和数据。防火墙通过对内外消息的检查和过滤，只允许授权的数据能够通过防火墙，从而为网路的安全提供保障。
2) 入侵检测技术。入侵检测技术是一种主动保护自己免受黑客攻击的网络安全技术，它具有监视分析用户和系统的行为、审计系统配置和漏洞、评估敏感系统和数据的完整性、识别攻击行为、对异常行为进行统计、自动收集和系统相关的补丁、进行审计跟踪识别违反安全法规的行为等功能，使系统管理员可以有效地监视、审计、评估自己的系统。
3) 漏洞扫描技术。漏洞扫描是自动检测远端或本地主机安全脆弱点的技术。它查询TCP/IP端口并纪录目标的响应，收集关于某些特定项目的有用信息。这项技术具体是由安全扫描程序实现的。安全扫描程序能够对一个系统的代码进行反复获取、编译和运行，并对上述检测所获得的大量数据进行分析，从而可以快速地在较大范围内发现系统的脆弱点。
4) 加密技术。采用密码加密技术对信息加密，是最常用的安全保护措施。该技术的特征是利用现代的数据加密技术来保护网络系统中包括用户数据在内的所有数据流。只有指定的用户或网络设备才能够解译加密数据。
而数据加密技术是网络安全的核心，其主要任务是寻找具有高安全性的密码算法或协议，从而实现对信息进行加密或认证[2]。本文主要研究用于网络安全中经典的对称及非对称加密算法。
本文第2节介绍了传统通信保密系统模型以及相关的理论知识，第3节介绍了典型的密码体制和相关密码算法；第4节对第3节中介绍的几种密码算法进行了实现和比较；最后是本文的总结。
1 相关理论
传统的信息保密通信系统如图1所示[4]。
该网络系统根据通信行为不同可分为发送方和接收方，图1中所对应的定义如下[3]:
1) 发送方：又名信息源，是信息的发送者。
2) 接收方：信息所要传送的预定对象。
3) 明文：是原始的可理解的数据或消息，通常作为加密算法的输入。
4) 密文：经过加密看起来杂乱且随机消息，通常作为加密算法的输出。它的结果通过明文和密钥产生。不同的密钥用于同一信息，将会产生不同的密文输出。密文是随机流数据，意义通常难以直接理解。
5) 密钥：在加密与解密过程中控制数据的处理，包括加密密钥以及解密密钥。
6) 加密算法：在发送方加密明文所采用的规则集。
7) 解密算法：在接收方解密密文时所采用的规则集。
8) 截收者：在信息传输以及处理过程中，通过电磁窃听、搭线窃听等方式来窃取信息的非受权者。
9) 密码分析：是指截收者试图从截取的密文中分析出信息的明文或者密钥。
10) 密码分析员：专门从事密码分析工作的人。
2 典型的密码体制
目前，密码体制主要可以分为对称和非对称两种密码体制[4-6]。
2.1 对称密码体制[5]
在上世纪七十年代之前，公钥密码还未产生，那时唯一的加密方法就是对称加密。甚至在今天,对称加密依旧是一种应用最为广泛的加密方法。对称加密体制如图2所示，包括明文、密文、密钥、加密算法和解密算法五个基本组成部分。
对称密码体制的最大特征是加密和解密具有相同的密钥。这种单一密钥体制的保密性主要依赖于密钥的保密性,而跟加密算法的保密性无关,也就是说，在只知道密文以及加密算法的情况下无法得到明文.
DES和AES算法是具有代表性的两种对称加密算法,以下对这两种算法进行详细描述。
2.1.1 DES算法[5]
DES算法在1997年被NIST (National Institute of Standards and Technology , 美国国家标准和技术协会)吸收为联邦信息处理标准FIPS PUB46。DES算法采用64位的分组长度以及56位的密钥长度。该算法将64位的输入明文通过一系列运算处理得到64位的密文输出，而解密过程则采用同一密钥，解密步骤类似。如图3所示，图中左半部分与右半部分互换从而产生预输出。最后的预输出通过与初始置换（IP）互逆的置换（IP-1）相作用，从而产生64位的密文。图中右半部分给出了56位密钥的使用过程。密钥在初始置换之后,经过循环左移和置换等操作得到子密钥Ki，将其用做每一轮的迭代。在每轮的置换过程中所使用的函数相同,但通过密钥的循环移位而使得子密钥之间互不相同。
2.1.2 AES算法[5]
NIST在1997年公开征集新的高级加密标准(Advanced Encryption Standard，AES),要求该标准的安全性能不低于3DES，并且需要具有更好的执行性能。除了这些要求之外,NIST特别强调了高级加密标准必须是128位分组长度的对称分组密码,能够支持128位、192位、256位不同长度的密钥。NIST最终选择了Rijndael算法，也即现在所说的AES算法。
AES具有高效加密和解密的优点。由于密钥长度为128,192或256位,可以运用计算机进行高速处理。并且具有较好的安全性,难以在短时间内破译。
AES算法中加密算法输入以及解密算法的输出分组都是128位。输入分组采用字节为单位的正方形矩阵来表示，矩阵中字节是按照从上到下和从左到右方式排列的。该分组被复制到State数组,加密或解密的每个阶段都会改变该数组，直到最后阶段将State复制到输出矩阵。128位的密钥同样采用字节为单位的矩阵进行描述。然后被扩展为一个以字为单位的密钥序列数组；每个字都是由四个字节构成,128位的密钥最后扩展成为一个44字的序列。对于加密算法中的每个128位分组输入，它的前4个字节按照先后顺序依次放入in矩阵的第1列,接下来的4个字节放入第2列,……。类似的,扩展密钥的前4个字节（也即一个字）放入w矩阵的第1列。
2.2 非对称密码体制
2.2.1 非对称密码体制[6]
非对称体制是1976年由Diffie和Hellman首先引入的。使用该密钥体制的每个用户都选定一对的密钥:一个是可以公布的，而另一个则保密。该密钥体制又叫做公钥体制。公钥密码体制的出现是密码史上非常重要的里程碑。公钥密码体制的算法中最著名的代表是RSA系统，背包密码、McEliece密码、Diffe_Hellman、Rabin、零知识证明、椭圆曲线、EIGamal算法等。
公钥密码学跟先前的密码学有本质区别。首先,公钥算法不是基于替换与置换，而是是基于数学函数，另外，也是其本质区别是，公钥密码使用是非对称的两个独立的密钥，而对称传统密码只需要一个密钥。公钥密码体制包括明文、密文、公钥、私钥、加密算法和解密算法6个部分组成。其中公钥用于加密,私钥用于解密。加密算法依赖于公钥或者私钥。
2.2.2 RSA算法[5-6]
比较有代表性的非对称加密算法是RSA算法。RSA算法是迄今为止最成功的公钥密码算法之一。其安全性主要依赖于数论及计算复杂性理论中的分解两个大素数成绩求出素因子的计算难解性。在数学上任然未发现能够在多项式时间内利用计算机破解RSA的最佳方案。
该算法中以分组为单位对明文进行加密,每个分组位数不超过logn，从而其的二进制值小于n。对于明文分组M以及密文分组C,RSA算法的加密与解密过程如下:
C =Me mod n
M =Cd mod n =( Me)d mod n = Med mod n
在实际应用中,收方和发方都已知n,发送方已知e,而d只有接收方知道,从而公钥加密算法中的公钥就是PU={e,n},私钥是PR={d,n}.该算法用做加密,必须满足以下3个条件:
1) 能够找到e,d和n,使得对于所有的M
2) 对于所有的M
3) 通过e和n来确定d是不太可行的。
图6给出了RSA算法密钥产生过程以及对应的加解密算法。下面采用一个具体的实例来说明算法执行过程。具体过程如下:
1) 选择出两个素数,p=17,q=11。
2) 计算n=p*q=17*11=187。
3) 计算?准(n)=(p-1)(q-1)=16*10=160。
4) 选择一个e，使其与?准(n)=160互素且小于?准(n),这里选择e=7。
5) 确定d，满足de1(mod 160)且d
当输入的明文M=88时，加密为C=887mod187=11。解密为M=1123mod187=88。
现今除了RSA公钥密码体制，还出现了新的需要大素数的ElGamal,椭圆曲线密码体制等。
2.3 其它典型的密码体制
传统密码(对称及非对称密码)已经基本建立了比较完善的理论体系, 目前实际使用的密码都可以算是传统的密码.传统的密码（如RSA、椭圆曲线密码等）除了一次一密以外, 都只具有计算安全性. 也就是说, 如果攻击者有无限的计算能力, 理论上就可以破译这些密码系统。新兴智能计算的出现为传统密码的破译提供了一种有效的途径，众多用于破译传统密码的智能生物算法也不断被提出。
为了克服传统密码技术存在的缺点，基于DNA计算的加密方法逐渐引起了科学家们的关注。DNA密码已成为国际密码学研究的前沿领域，它是新生的密码，其特点是以DNA为信息载体，以现代生物学技术为实现工具，挖掘DNA固有的高存储密度和高并行性等优点，实现加密、认证、签名等密码学功能，它包括DNA加密、DNA隐写和DNA认证三个方向的研究。DNA密码是数学密码的有益补充，对信息安全中的DNA加密技术进行研究具有十分重要的意义[8-10]。
3 算法实现与分析
3.1 算法实现
为对算法进行有效性验证,本文用编程语言实现了三种加密算法。具体实验环境为:Windows操作系统；Intel Pentium 3.20GHz处理器，2GB内存；Eclipse编程环境； JAVA编程语言。实验运行结果如下：
1) DES算法运行结果如图7。其中明文:DES; 密钥为N6jHuYmSc14。(密钥的构建主要需要密钥生成器（KeyGenerator）完成生成操作，得到密钥对象后，就可以对数据做加密/解密处理。)；经过加密算法后得到密文为：LXrbFs/eniI；最后通过解密算法后得到明文信息为DES。DES算法中用于加解密的密钥相同,此实例中均为N6jHuYmSc14。
2) AES算法运行结果如图8。AES算法的密钥生成和加密/解密操作与DES算法类似。图8中明文:AES；用于加解密的密钥均为I+ZSIs2IIFNDTAOdJqDsrQ==;明文通过加密算法加密后得到密文为:DY9QEUDXfIXRJL2O0/z8fA==;最后解密后得到的明文为AES。
3) RSA算法公钥长度远小于私钥长度,并遵循“公钥加密,私钥解密”和“私钥加密,公钥解密”这两项加密/解密原则。RSA算法实现易于理解,对于RSA算法的测试只需要注意经公钥加密的数据是否可以通过私钥将其解密,反之,经私钥加密的数据是否可以通过公钥将其解密。如图9,RSA算法中首先通过密钥生成器生成用于加密的公钥和用于解密的私钥。RSA算法运行图中，明文:RAS加密算法；通过私钥加密后得到的密文为:md/8Phi6wrTq+b121B7dgGZYPqd3LIQrJezlKRpsP9suon8ul3uE3vhkcidEO5cyvz3aenYweEmwJuNUr519Eg==；最后通过私钥解密后得到明文为:RAS加密算法。
3.2 算法分析
从以上各算法的运行结果发现:
1) 对称密码体制中用于加解密的密钥相同或可以从加密密钥推出解密密钥。其中典型的DES、AES的密钥长度相对比较短，密钥比较弱，安全性比较低。计算开销小，算法简单，加密速度快，进行安全通信前需要以安全方式进行密钥交换。
2) 非对称密码体制用于加密的公钥和解密的私钥互不相同，另外加解密的公钥和私钥的长度相对较长，安全性比对称密码体制好。在多人之间进行保密信息传输所需的密钥组和数量很小；但是密钥和加解密算法相对复杂，计算工作量比对称密码体制大。公开密钥加密比私有密钥加密在加密/解密时的速度慢。
4 总结
随着网络技术的不断进步，网络安全问题亦日益突出。而网络安全技术中主要基于数据加密技术来保证信息安全。本文分别从对称加密和非对称加密两个方面进行介绍。对称加密部分详细介绍了数据加密标准(DES)和高级加密标准(AES)；非对称加密详细介绍了RSA。最后给出了三种加密算法的实验运行结果。
网络安全其实是一种相对安全，安全性越高也就意味着其实现更为复杂。随着计算机网络技术的飞速发展,新的安全问题也将不断的涌现, 新的密码密码体制也不断涌现，如NTRU量子密码体制及DNA密码等。网络安全形式的严峻性也促使我们使用新的技术和手段来为网络信息安全提供更好的保障。
参考文献：
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