二维cad工程图的可逆水印方法、水印嵌入和水印提取方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及信息安全领域，特别是一种二维CAD工程图的可逆水印方法、水印嵌入 和水印提取方法。
【背景技术】
[0002] 随着信息技术的发展，图像、视频等数字多媒体作品的拷贝、修改、传播变得非常 容易，这给数字多媒体带来极大便利的同时，其内容保护和版权认证也成为亟待解决的问 题。数字水印技术作为一种版权保护和内容认证的手段，近年来在数字图像领域得到一定 的发展。传统的水印方法会使原始的图形数据永久的失真，然而，在很多特殊的应用场合， 如医学、司法、军事等，对数字媒体本身的完整性、真实性要求很高，任何因为水印嵌入引入 的数据精度的失真是不允许的。因此，可逆水印技术的出现很好地满足了这类应用的需求。 可逆水印技术又称为无损数据隐藏，是指能够完整恢复原始载体数据的水印算法。目前可 逆水印技术的研究主要集中在栅格图像领域，主要利用差值扩展，直方图变换和无损压缩 等方法改变图像的像素值嵌入水印信息。针对矢量数据的可逆水印方法研究则相对较少， 而已有的可逆水印算法大多针对数据相关性较高的图像载体，当图像数据相关性较低时， 水印容量和图像质量均无法保证。
[0003] 二维CAD工程图作为矢量图形的一种，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，这些工程图形的数据相关性较低，已有 的可逆水印方案大部分无法直接应用到二维CAD工程图领域，少数能用于二维CAD工程图的 方法，存在水印容量低、嵌入水印后图形质量不佳的问题。因此，寻找一种新型的独立于载 体相关性的可逆水印方案来进一步扩大可逆数字水印技术的应用范围，实现二维CAD工程 图的版权保护和内容认证功能，已成为目前研究工作的重点。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种二维CAD工程图的可 逆水印方法、水印嵌入和水印提取方法。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种二维CAD工程图虚拟坐标 迭代嵌入的大容量可逆水印方法，包括水印嵌入部分、水印提取部分；
[0006] 所述水印嵌入部分包括以下步骤：
[0007] 1)遍历二维工程图形G中所有实体的所有顶点坐标，得到一组二维顶点坐标集合V ={Vi，V2，…，Vi···，Vn};获取V中各顶点横坐标的最大值X·和最小值x min作为参考坐标点；i e [1，n]，n为二维工程图形G中所有实体的所有顶点总数；
[0008] 2)对参考坐标点外的任一坐标的横坐标Xi，根据水印嵌入位置调节该横坐标小数 点的位置，得到实际横坐标X' i = Xi X 1〇Ρ，P《Pmax ;计算X' i的左、右虚拟横坐标4、JC丨；其中 4 Sx丨<xf {^^表示坐标小数点后的最大有效位数;P为水印嵌入位置参数；
[0009] 3)将实际横坐标和虚拟横坐标构成的有序数据集作为水印载体，计算其均值 m -.m = (x\ +^ + ^)/3:
[0010] 4)根据均位所和待嵌入的水印信息^，修改实际横坐标A实现水印嵌入，嵌入水
;其中&表示水印嵌入的变形参数；；
[0011] 5)更新嵌入水印后的横坐标：/ 1(Τ ;
[0012] 6)重复上述步骤2~5)，得到参考坐标点外所有坐标嵌入水印后的横坐标；
[0013] 7)保存嵌入水印后的顶点坐标Vw，得到嵌入水印后的二维工程图形Gw;所述水印提 取部分包括以下步骤：
[0014] 1)遍历嵌入水印后二维工程图形Gw中所有实体的所有顶点坐标，得到一组二维顶 点坐标集合V w= {V，，V2W，…Viw，…Vnw};获取V w中各顶点横坐标的最大值.和最小值 作为参考坐标点；
[0015] 2)对除参考坐标点外的任一横坐标if，根据水印嵌入位置调节该横坐标小数点 的位置，得到实际横坐标:X厂=< X10P，p S
[0016] 3)计算均值历' ：/7Γ = (.τ;' +.Y,:W +<)/3 ;
[0017] 4)比较实际横坐标xf和均值if的大小，确定水印信息并恢复实际横坐标X' i:
[0020] 5)更新提取水印后的横坐标，恢复横坐标i/10P;
[0021] 6)保存提取水印后的顶点坐标V，即得到原始二维工程图形G;
[0022] 同理，采用同样的方法实现纵坐标的水印嵌入和水印提取。
[0023] 优选地，本发明的虚拟横坐标<、X；'的计算公式如下：
[0025]其中，0 < Uxi < Dx_l，Dx > 2 ; lt = (Xmax-XmirO/DxJ' min = XminX lO^X' i 关 X' ??η,Χ' i 关 X、ax;X、ax = XmaxX 10P; L」表示向下取整。该虚拟横坐标:Xi的计算公式简单，计算量小，容 易实现。
[0026 ]优选地，本发明的变形参数Q满足:Q'<Q<Q"；其中，Q'<min(Q(o)i|i = l，~n); Q" >max(Q(c)i | i = l，···η);
[0027] Q{ο). < min | (.r,f + /. - x') / 3, (x； + /. - x') / 3 ^
[0028] G(c}'> max!(2.r;-xi -<)/6,(彳+.r; -2x)/6丨。本发明变形参数的选择方法可 以有效防止水印嵌入过程中的数据溢出和水印提取过程中的数据溢出，能最大程度地减少 水印嵌入后图像的失真，同时能有效保证水印的正确提取。
[0029]本发明中，P的取值为3或4,确保水印嵌入有较好的不可见性。
[0030] 本发明的二维CAD工程图虚拟坐标迭代嵌入的大容量水印嵌入方法包括以下步 骤：
[0031] 1)遍历二维工程图形G中所有实体的所有顶点坐标，得到一组二维顶点坐标集合V ={V!，V2，…，Vi···，Vn};获取V中各顶点横坐标的最大值X·和最小值x min作为参考坐标点；i e [1，n]，n为二维工程图形G中所有实体的所有顶点总数；
[0032] 2)对参考坐标点外的任一坐标的横坐标Xi，根据水印嵌入位置调节该横坐标小数 点的位置，得到实际横坐标X' i = xi X 1〇Ρ，P《Pmax;计算X' i的左、右虚拟横坐标乂、<,;其中 xi 丨示坐标小数点后的最大有效位数;P为水印嵌入位置参数；
[0033] 3)将实际横坐标Vi和虚拟横坐标构成的有序数据集作为水印载体，计算其均值 Μ ； m ^ (x' + x' + x；') / 3 ；
[0034] 4)根据均值兩和待嵌入的水印信息Wl，修改实际横坐标实现水印嵌入，嵌入水
[0035] 5)更新嵌入水印后的横坐标：<
[0036] 6)重复上述步骤2~5)，得到参考坐标点外所有坐标嵌入水印后的横坐标；
[0037] 7)保存嵌入水印后的顶点坐标Vw，得到嵌入水印后的二维工程图形Gw。相应地，本 发明的二维CAD工程图虚拟坐标迭代嵌入的大容量水印提取方法包括以下步骤：
[0038] 1)遍历上述嵌入水印后的二维工程图形Gw中所有实体的所有顶点坐标，得到一组 二维顶点坐标集合Vw= {V，，V2W，…Viw，…Vnw};获取V w中各顶点横坐标的最大值Χ:χ和最小 值·^^作为参考坐标点；
[0039] 2)对除参考坐标点外的任一横坐标根据水印嵌入位置调节该横坐标小数点 的位置，得到实际横坐标：矿=彳xKf，# ;
[0040] 3)计算均值m': = (.< +.<' +.Y:"）/3 :
[0041 ] 4)比较实际横坐标和均值的大小，确定水印信息并恢复实际横坐标X' i:
[0044] 5)更新提取水印后的横坐标，恢复横坐标i/10P;
[0045] 6)保存水印提取后的顶点坐标V，即得到原始二维工程图形G;
[0046] 同理，采用同样的方法实现纵坐标的水印嵌入和水印提取。
[0047] 与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为:本发明通过对工程图顶点坐标构 造虚拟坐标点提高数据间的相关性，保证嵌入水印和提取水印后，原始图形变化较小;参考 坐标点外的任一坐标点都能作为水印载体，并且在多层嵌入水印的情况下引入的失真仍能 控制在有限的范围内。理论分析和实验结果均表明该方法有效地解决了二维工程图水印容 量低、嵌入水印后图形质量不佳的问题，适用于对数据精度要求较高的二维CAD工程图形的 水印嵌入和提取。
【附图说明】
[0048]图1为本发明方法流程图；
[0049]图2(a)~图2(c)分别为工程图形G1的原始图形、嵌入水印图形、提取水印后的图 形；
[0050] 图3为本发明不可见性与嵌入位置关系图；
[0051] 图4(a)~图4(c)分别为工程图形G2在迭代次数分别为1=13 = 23 = 3时图形的 不可见性；
[0052] 图5为本发明不可见性与迭代次数关系图。
【具体实施方式】
[0053] 本发明具体实现过程包括:构造虚拟坐标点、水印嵌入、水印提取，其流程图如图1 所示。
[0054] 构造虚拟坐标点：
[0055]步骤1:遍历二维CAD工程图所有实体的所有顶点坐标值，分别选取X轴上坐标的最 小值Xmin和最大值Xmx作为参考坐标点；
[0056] 步骤2:将Xmin、Xmax在坐标轴上的距离划分为D X(DX2 2)个相等的区间段，定义每个 区间段的长度It:
[0057] lt= (Xmax-Xmin)/Dx
[0058] 步骤3:根据水印嵌入位置，调节各坐标的小数点位置：
[0059] X7 i = Xi X 10p,P < Pmax
[0060] 其中P表示水印嵌入的位置参数，?〇1￡?表示坐标小数点后的最大有效位数。
[0061 ]步骤4:计算虚拟坐标点。对于X坐标轴上的任一横坐标X' i(i e [1，η] ,χ' i矣X' min, x\#x\ax)，确定该横坐标所在的区间段uxi(0 < uxi < Dx_l)及其左右虚拟坐标点<、.x/' ;
[0063] 水印嵌入：
[0064] 步骤1:遍历二维工程图形G中所有实体(例如线、弧、圆等）的所有顶点坐标，得到 一组二维顶点坐标集合V = {Vi，V2，…，Vi…，Vn}，获取V中各顶点横坐标的最大值Xmax和最小 值Xmin作为参考坐标点；
[0065]步骤2:对实际横坐标Y i，按上述虚拟坐标点的构造原则计算其左右虚拟坐标点； [0066]步骤3:将实际横坐标和虚拟横坐标构成的一组有序数据集(< S X/ <<)作为水印 载体，计算其均值历：
[0067] M = +x+x)/3 V l l ' - l /
[0068] 步骤4:依据均值兩:和待嵌入的水印信息Wi修改实际坐标实现水印嵌入。嵌入水印 后的坐标用χ, πι'表示。