二维工程图的半脆弱可逆数字水印算法研究

摘要

随着数字技术、多媒体网络技术的迅速发展和应用，信息安全越来越受到人们的重视。在所有的安全机制中，信息隐藏技术广泛应用于产权保护、多媒体信息的认证及隐秘信息传输等领域。二维工程图因具有数据精度高、可无损缩放和易于存储等特点，在工程设计行业中得到了广泛应用。然而，随之而来的版权侵犯和非法篡改等问题也日益突出。数字水印技术作为一种版权保护和内容认证的手段，近年来已在矢量图领域得到一定的发展。传统的水印方案会对矢量数据造成永久的失真，因此不适用于对数字媒体本身的完整性、真实性要求很高的应用场合。可逆水印技术的出现很好地满足了这类应用的需求。此外，由于数字媒体易被编辑篡改，因此也需要脆弱水印对工程图的完整性进行验证。
　　本文系统介绍了可逆水印和脆弱水印的相关理论知识，包括水印嵌入和提取框架，水印特征和主要算法等，在总结分析当前二维CAD工程图形可逆水印和脆弱水印的国内外研究现状及存在的问题后，深入研究了面向工程图形的半脆弱和可逆水印技术，并提出了三种面向内容认证的可逆水印算法。论文的主要工作包括:
　　提出了一种具有精确篡改定位的半脆弱可逆水印算法。该算法首先提取二维工程图形中所有实体的顶点进行分组，并计算所有顶点到参考顶点的相对距离，然后在相对距离因子中嵌入分组编号信息。该算法不仅具有较大的水印容量和较好的不可见性，且对不改变图形完整性的平移、旋转和均匀缩放操作具有良好的鲁棒性。此外，该算法还能对修改、删除和增加实体等恶意篡改攻击进行精确的定位。
　　针对二维CAD工程图相邻顶点坐标和相位差值直方图的特点，提出了两种基于直方图平移的可逆水印算法。第一种算法HSC利用相邻坐标的相关性，获取坐标值的整数部分构建差值直方图，寻找峰值并嵌入水印信息。该算法能获取较高的水印容量和较好的不可见性。HS_P算法则以相位值整数部分作为载体数据，通过相邻相位差值直方图的平移隐藏信息。该算法对平移、旋转和均匀缩放操作均具有良好的鲁棒性。
　　设计并实现二维CAD工程图形的内容认证水印系统，验证了本文提出的水印算法的有效性。
　　本文提出的水印算法不仅能无损的恢复原始工程图形，还能在一定程度上验证图形内容的完整性，这些算法均能应用于数据精度要求较高的场合。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 矢量图形特征简介

1．2．1 矢量图形数据特征

1．2．2 矢量图形水印特点

1．3 二维矢量图可逆水印和脆弱水印研究现状

1．3．1 二维矢量图可逆水印研究现状

1．3．2 二维矢量图脆弱水印研究现状

1．4 论文主要工作和结构

1．4．1 论文主要工作

1．4．2 论文结构

第2章 可逆水印和脆弱水印技术基础

2．1 引言

2．2 可逆水印技术概述

2．2．1 可逆水印概念和框架

2．2．2 可逆水印的特征

2．2．3 可逆水印的分类

2．2．4 可逆水印经典算法

2．3 脆弱水印技术概述

2．3．1 脆弱水印概念和框架

2．3．2 脆弱水印的特征

2．3．3 脆弱水印的分类

2．4 小结

第3章 可篡改定位的二维工程图半脆弱可逆水印算法

3．1 引言

3．2 改进的差值扩展变换介绍

3．3 篡改定位水印算法实现

3．3．1 顶点数据预处理

3．3．2 水印生成

3．3．3 水印嵌入

3．3．4 水印提取与数据恢复

3．4 实验结果与性能分析

3．4．1 可逆性分析

3．4．2 不可见性分析

3．4．3 水印容量分析

3．4．4 半脆弱性分析

3．4．5 篡改定位分析

3．5 小结

第4章 基于直方图平移的二维工程图可逆水印算法

4．1 引言

4．2 直方图平移原理

4．3 HS_C和HS_P水印算法

4．3．1 数据预处理

4．3．2 水印嵌入

4．3．3 水印提取与数据恢复

4．4 实验结果与分析

4．4．1 可逆性分析

4．4．2 水印容量分析

4．4．3 不可见性分析

4．4．4 半脆弱性分析

4．4．5 内容认证能力分析

4．5 小结

第5章 半脆弱可逆水印系统的设计与实现

5．1 开发环境

5．2 功能分析与模块设计

5．3 水印系统实现

5．3．1 图形处理与编辑模块实现

5．3．2 水印生成模块

5．3．3 算法Ⅰ实现

5．3．4 算法Ⅱ实现

5．4 系统主要功能测试

5．5 小结

结论

参考文献

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B 攻读学位期间参与的项目

致谢