基于B-Rep的CAD模型数字水印研究

摘要

数字水印是对数字媒体文件版权保护的重要手段。本文针对CAD系统中通用的B-Rep格式模型，研究了CAD模型的数字水印版权保护技术。与基于三角网格模型数字水印的研究不同，CAD模型由于其表达精确性的要求，使现有的针对网格模型的数字水印技术无法直接应用到CAD模型上。本文就以下几方面开展研究：
　　 (1)原始版权水印预处理。为了提高水印的稳定性，以及增强其抵抗攻击的能力，需要对水印明文进行一系列诸如加密、分组的操作，需要将原始的版权信息转化成“杂乱无序”的水印密文。本文首先利用改进的Logistic映射生成伪随机序列K:并用伪随机序列K对原始水印加密，就会得到“杂乱无序”的水印密文。实验证明文中水印密文的嵌入同直接嵌入原始信息相比，可以抵抗非法者更多的攻击和噪声，并且大大增强了水印的鲁棒性。
　　 (2)将分段的水印密文顺序嵌入模型的多个目标载体。进行水印嵌入时，同样需要一系列的预处理。本文首先对模型进行遍历，得到所有能嵌入水印的面；然后对这些目标载体进行排序和选择，以此保证嵌入、提取水印过程中的有序性和明确性；最后依据嵌入水印原则，利用相邻节点插入法向模型中添加水印。
　　 (3)针对以往的数字水印算法在提取水印时需要提供原始模型和原始水印消息的缺点，本文提出了新的数字水印算法，在提取过程中既不需要原始模型，也不需要原始水印，这就大大加快了进程的执行，提高了算法的速度。同时本文主要研究了删除面的攻击，当包含有水印的面被攻击者删除时，其中的水印并不会随着面的删除而消失，而是转移到了相邻面中。实验结果表明本文算法具有很强的鲁棒性，而且能抵抗各种噪声和攻击操作，并且极大地提高了算法的效率。
　　 本文研究工作的主要创新点包括：
　　 (1)混沌映射中对初始值的处理。每个字符对应一个初始值，这种分开处理同利用整体水印只生成一个初始值方法（简称为整体水印法）相比，优点在于水印中前面的字符被篡改并不会影响后面字符水印密文的正确生成，即使少量的字符被非法者篡改，也能正确验证模型的初始拥有者，这就从很大程度上增强了算法的有效性，使嵌入其中的水印可以抵抗更多的攻击和噪声。
　　 (2)对多个目标载体进行排序则会保证提取水印片段的规律性，而不会因为水印的分组造成提取“混乱”，根据模型的复杂程度来动态选择每个基元容纳的最多水印位数，既不会造成每个基元的浪费，也避免其发生过度膨胀；将模型中占多数的二次曲面转化为可以嵌入水印的NURBS曲面，则极大地扩充了原始CAD模型可以容纳的水印容量。
　　 (3)非法者删除模型中的某个面时，它所包含的水印片段则会转移到其它面中，而不是随着宿主载体的删除而消失。这种“转移”策略有效弥补了对小规模曲线、曲面的“抛弃”攻击。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 数字水印研究动态

1.2.1 国外数字水印技术发展状况

1.2.2 国内数字水印技术发展历程

1.3 论文研究内容及目标

1.4 论文结构

1.5 本章小结

第2章 数字水印的相关理论

2.1 数字水印的特征

2.2 数字水印的分类

2.2.1 鲁棒水印与脆弱性水印

2.2.2 非盲水印

2.2.3 半盲水印

2.2.4 盲水印

2.2.5 频域水印和空域水印

2.3 CAD模型

2.3.1 B-Rep表达的CAD模型

2.3.2 NURBS曲线与曲面

2.3.3 非NURBS曲面的转化

2.4 CAD模型数字水印的研究

2.5 本章小结

第3章 数字水印的生成

3.1 引言

3.2 数字水印预处理

3.2.1 改进的Logistic映射

3.2.2 数字水印加密

3.2.3 数字水印分组

3.3 数字水印生成

3.4 算法比较

3.5 本章小结

第4章 数字水印的嵌入

4.1 选择目标载体

4.1.1 重要的目标载体

4.1.2 排列目标载体

4.2 数字水印的嵌入原则

4.3 相邻节点插入法

4.4 嵌入数字水印

4.5 本章小结

第5章 数字水印的提取与结果分析

5.1 引言

5.2 数字水印的提取与检测

5.3 验证系统的具体实现

5.3.1 嵌入模块

5.3.2 提取模块

5.3.3 提取模块系统的交互界面

5.4 实验结果分析

5.4.1 盲水印

5.4.2 数字水印容量

5.4.3 删除面攻击

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢