2维cad工程图小波域可逆水印

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1、万方数据．711theattackssuchastransformation，rotation。equalscalingetc．Keywords：reversiblewatermark；2DCADengineeringgraphic；quantizationindexmodulation；wavelettransform0引言由于数字水印的嵌入不可避免地会修改原始载体数据，因此如何平衡水印算法的不可见性、鲁棒性及水印容量之间的矛盾，保证水印载体的可用性是数字水印技术研究的一个重要内容。可逆水印技术允许在提取水

2、印后，将含水印载体完整恢复为原始载体数据，不影响原始载体的可用性，故特别适合某些不容许任何篡改或具有高精度要求的数字媒体，如医学影像、矢量地图、工程图形等。近年来，可逆数字水印技术的研究开始受到重视，已有一些可逆水印方法公开发表，但已有研究主要集中在栅格图像领域¨41，在矢量图形领域的研究相对较少。一些学者研究了3维模型[4-6]和矢量地图[7-9]的可逆水印算法，针对2维CAD工程图形的可逆水印算法极少¨0。。文献[10]提出一种基于改进量化索引调制的2维CAD工程图可逆水印方收稿日期：2010．06·09

3、；掺回日期：2010-07·21基金项目：湖南大学中央高校基本科研业务费专项资金项目。第一作者简介：髟飞(1977一)，男，剐教授。2006年于华南理工大学获电路与系统专业工学博士学位，主要研究方向为数字取证、数字水印。E·mail：eepengf@yahoo．corn．cn。万方数据第7期彭飞等：2维CAD工程图小波域可逆水印法(IQIM)，并提出两种应用算法：IQIM—A与IQIM-P。但是，IQIM—A算法的鲁棒性不高，无法抵抗均匀缩放操作；IQIM-P算法的不可见性相对较弱。为提高算法的综合性能，在I

4、QIM方法的基础上，结合小波域的能量集中性和平移不变性等特点，提出一种2维CAD工程图的小波域可逆水印算法，进一步提高算法的鲁棒性、不可见性与水印容量。1IQIM方法简介由于量化误差的影响，传统的量化索引调制方法无法直接应用于可逆水印。文献[10]对传统量化索引调制的嵌入和提取方法进行了改进，避免了量化误差的影响，从而使其可应用于可逆水印技术。该方法适用于任何以实型数据表示的载体(如矢量图形)。在量化索引调制方法中称载体中的一个待调制数据为一个量化系数。假设待量化系数为f，b为水印的嵌入强度，水印信息埘∈{0

5、，⋯，2“1}为由bbits的二值水印转换得到的十进制数，则水印的嵌入、提取以及数据恢复过程分别为：1)水印嵌入首先计算，的模数m和余数r：m=r=f—m26△(2)式中，△为量化步长。然后可计算嵌入水印后的量化系数为，’=m×2hA+埘△+三了(3)2)水印提取对于给定的含水印的量化系数，’，计算，’的模数m’和余数r’：m’=削(4)r’=f’一m’△(5)然后计算得到水印信息为彬=m’一l爹j×26(6)3)数据恢复在已知，’的前提下，恢复原始量化系数，=【-≥j删厶+2‘r，．(7)然而，由于计算机表

6、示数据的精度有限，上述计算过程中可能存在舍入误差，从而导致水印提取错误。为避免舍入误差的影响，算法要求水印载体数据须多存储rlg2‘]位精度。因此，对数据存储精度要求为p位的载体数据，在嵌入水印后，水印载体数据实际存储精度应为P+rlg26]位，其中b为嵌入强度。此外，量化步长△还应满足：厶>10～。文献[10]将上述IQIM方法应用于2维CAD工程图，并提出两种应用算法：IQIM．A与IQIM．P。这两种算法都基于极坐标映射变换，其不同之处在于：IQIM-A在极轴中嵌入水印信息；IQIM-P在极角中嵌入水印

7、信息。IQIM．A与IQIM-P算法的水印容量均约为每个顶点中可嵌入b比特水印信息；在鲁棒性方面，IQIM-A算法可抵抗旋转、平移攻击，而IQIM—P算法可抵抗旋转、缩放、平移攻击；另外，IQIM-A算法比IQIM—P算法具有更好的不可见性。2顶点LPM变换与顶点小波变换为提高2维CAD工程图可逆水印的鲁棒性、水印容量以及不可见性，引入对顶点LPM(109—polarmapping)变换与顶点小波变换对2维CAD工程图的顶点信息进行处理，以便选择合适的载体数据进行水印的嵌入。2．1顶点LPM变换2维CAD工程

8、图通常由点、直线、多段线、圆等多种类型的实体组成，每种实体都包含一个或多个顶点。对于一幅给定的2维CADq-程图G，首先提取G中所有实体的顶点信息，按照2维CAD工程图的读取顺序组成一个顶点集合V={K，％，⋯，K，⋯，n}，其中Vi=(比，K，)，k与t，分别为顶点K的横、纵坐标，n为G中顶点的数量。以密钥K作为种子，使用随机数发生器从顶点序列y中随机选取一个顶点作为参考点耽，计算其余顶点的相对坐