矢量圖形版權圖像的嵌入和提取方法
2023-05-27 15:07:41
矢量圖形版權圖像的嵌入和提取方法
【專利摘要】本發明涉及一種矢量圖形版權圖像的嵌入和提取方法。目前的版權圖像嵌入方法，難以抵抗平移、旋轉、縮放及其組合的幾何攻擊，更難以抵抗針對圖元的添加、修改、刪除機器組合的幹擾攻擊。本發明按句柄值對矢量圖形做複數比例，將版權圖像嵌入到複數比例中，保證版權圖像對幾何攻擊的抵抗，嵌入到矢量圖形的版權圖像具有多組，使得本發明對幹擾攻擊具有魯棒性。
【專利說明】矢量圖形版權圖像的嵌入和提取方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及矢量圖形的版權加密保護技術，尤其涉及一種矢量圖形版權圖像的嵌入和提取方法。本發明方法能將代表版權資訊的版權圖像以不可見的方式嵌入到矢量圖形文件中，並能以特定的方式提取出版權圖像，以佐證圖形版權的所有者。
【背景技術】
[0002]矢量圖形是指利用諸如點、線、曲線、多邊形等基於數學表達的幾何圖元來表示計算機圖形。不同於位圖，由於矢量圖形是以數學特徵描繪的，其縮放後不會出現位圖式的馬賽克特徵。矢量圖形由於其不失真的縮放特性和精確性被廣泛應用於建築、機械、紡織、電氣、土木、藝術創作等領域。正是其廣泛運用的需要，矢量圖形作為智慧的結晶，創作人的心血，更是所有人資產的體現，其版權的保護課題一直備受關注。
[0003]密碼或數字證書的方式由於其所具有的不便利性，難以廣泛推廣。近年來，受多媒體文件嵌入不可見版權資訊技術的影響，採取嵌入不可見版權圖像的方式來保護矢量圖形的技術正真越來越受到人們的關注。一方面，嵌入的版權圖像不可見，文件的接收者或者擴散者不易察覺；另一方面，所有者發送給接收者的最終文件也不必要做額外的加密處理，閱讀圖形不需要經過解密步驟，由於這種版權保護技術帶來的隱蔽性和閱讀的便利性，使所有者和接受者都容易接受，越來越受歡迎。
[0004]但是，版權圖像嵌入技術的現狀不容樂觀，能很輕易被「塗抹」，難以起到佐證版權的作用。現有的矢量圖形版權版權圖像嵌入技術根據版權圖像嵌入方法工作域的不同，可以分為變換域方法和空間域方法。
[0005]在變換域裡，主要藉助小波變換、傅立葉變換等技術實現，該變換能夠抵抗全局的縮放、平移和旋轉等幾何操作，但不能抵抗增加、刪除和修改的攻擊。例如，對比文件I [康菁菁等.二維工程圖中基於分數傅立葉變換的盲水印算法.計算機應用.2009 (6)]提出一種基於分數傅立葉變換的水印算法，該方法提取矢量圖形中線段的相對坐標向量，構造一維複數信號，通過分數傅立葉變換得到複數信號的變換係數，對變換係數的幅值進行調整來嵌入水印，卻無法抵抗添加、刪除、修改等幹擾攻擊。
[0006]在空間域中，主要藉助於圖元的頂點坐標、半徑和角度等屬性嵌入版權圖像，根據依賴的圖元，主要分為兩類:第一類，提取工程圖中的直線(工程圖中一般含較多的直線)，修改直線的頂點坐標或將直線變換為多段線實現版權圖像的嵌入，但該方法並不能抵抗縮放的攻擊，更無法抵抗增加、刪除或修改等攻擊；第二類，提取工程圖中實體的所有頂點，藉助於頂點間距離比例的修改嵌入版權圖像碎片，卻無法抵抗增加和刪除圖元實體的攻擊，或進行極坐標變換得到幅值和相位抵抗旋轉和縮放攻擊，但不能抵抗多種幾何變換的組合攻擊。例如，對比文件2 [汪亞順等.基於二維工程圖的數字水印比例算法.南昌大學學報(工科版).2003 (4)]提出了一種通過修改工程圖中各實體頂點間距離的比例來嵌入水印的算法，但在增加或刪除圖元實體時，卻無法提取準確的水印序列，不能佐證版權所有者。
[0007]正如上述，目前的矢量圖形版權圖像嵌入技術難以抵抗對針對整個圖形的平移、旋轉、縮放的幾何攻擊，更難以抵抗增加或刪除圖元的幹擾攻擊。究其原因，主要是因為矢量圖形的固有特性決定的，這些特性包括:
(1)矢量圖形文件所佔用的字節數少；
(2)沒有一個相對穩定的變換域可供嵌入版權圖像使用；
(3)易於進行幾何操作而導致丟失版權圖像碎片；
因此，在矢量圖形中嵌入版權圖像比在諸如位圖、視頻、音頻、網格等文件中嵌入版權圖像要困難得多，尤其是特性(3)加劇了版權圖像抵抗攻擊的難度的。
[0008]有鑑於此，本發明提出一種矢量圖形版權版權圖像的嵌入和提取方法，以彌補現有技術的不足。
【發明內容】
[0009]本發明的第一個目的在於:提供一種矢量圖形版權圖像的嵌入方法，該方法能夠抵抗幾何攻擊，對幹擾攻擊具有魯棒性。
[0010]本發明的第二個目的在於:提供一種矢量圖形版權圖像的提取方法，該方法能夠從遭受幹擾攻擊的矢量圖形文件中提取出版權圖像。
[0011]為了達成上述目的，本發明的技術方案如下:
矢量圖形版權圖像的嵌入和提取方法，包括以嵌入步驟和提取步驟，嵌入步驟包括:步驟1.1，構造版權圖像序列，將表示版權資訊的圖像對象離散化，並將離散圖像數據化，得圖像序列；將圖像序列分割為連續的片段，稱為「圖像碎片」，圖像碎片的個數即是圖像序列的長度，欲嵌入矢量圖形內包含的圖元個數即是該矢量圖形的長度，圖像碎片的長度短於矢量圖形的長度；
步驟1.2，為矢量圖形包含的圖元構建複數矢量算子；
步驟1.3，按照圖元的生成次序(句柄值)比較相鄰次序圖元對的複數矢量算子，獲得圖元對複數比例，本步驟比較結果稱為「前複數比例」；
步驟1.4，用圖像碎片替換步驟1.3的前複數比例中的一部分，獲得嵌入圖像碎片的新複數比例，稱為「中複數比例」；
步驟1.5，根據步驟1.4獲得的中複數比例修改圖元對，修改後該圖元對的複數比例稱為「後複數比例」，修改結果應使後複數比例等於中複數比例。
[0012]步驟1.6，依照圖元的生成次序(句柄值)遍歷步驟1.1至步驟1.5，將圖像碎片逐個嵌入到遍歷到的圖元對中；
提取步驟包括以下步驟:
步驟2.1，為矢量圖形包含的圖元構建複數矢量算子；
步驟2.2，按照圖元的生成次序(句柄值)比較相鄰次序圖元的複數矢量算子，獲得圖元對複數比例，稱作「提取複數比例」，從提取複數比例中讀取圖像碎片，;
步驟2.3，依照圖元對生成次序(句柄值)遍歷步驟2.1至步驟2.2，獲得圖像碎片組成的樣本；
步驟2.4，分析樣本，確定正確的圖像碎片和錯誤圖像碎片；
步驟2.5，將正確的圖像碎片還原成圖像。
[0013]針對嵌入步驟，優選地，矢量圖形的長度和圖像序列的長度之比大於等於2。
[0014]針對嵌入步驟，優選地，前複數比例和中複數比例以及後複數比例存儲為雙精度浮點數。
[0015]針對嵌入步驟，優選地，版權圖像或圖像碎片在嵌入之前做加密處理。
[0016]針對嵌入步驟，優選地，版權圖像替換前複數比例中的特定部位。
[0017]針對嵌入步驟,優選地,修改圖元對時,只修改圖元對中次序在先的圖元。
[0018]針對嵌入步驟,優選地,修改圖元對時,只修改圖元對中次序在後的圖元。
[0019]針對提取步驟，優選地，提取的遍歷方向和嵌入的遍歷方向相反。
[0020]針對提取步驟，優選地，分析樣本中各個圖像碎片出現的頻次，用閾值過濾錯誤圖像碎片，保留正確圖像碎片。
[0021]針對提取步驟，優選地，將樣本與正確的圖像碎片進行比較，將比較結果一致的圖像碎片作為正確圖像碎片。
[0022]本發明將圖像碎片嵌入到圖元對的複數比例中，而不是直接嵌入到圖元的數據結構中，通過修改圖元對的複數比例，使修改後的圖元對複數比例等於後複數比例，實現版權圖像碎片的嵌入。由於圖元對複數比例是矢量算子之間的比值，不隨縮放、平移、旋轉或者其組合的幾何變換而改變；確保本發明具有能夠抵抗幾何攻擊的有益效果。
[0023]本發明利用圖元的生成次序(句柄值)作為比較步驟的依據，是具有抵抗修改、添力口、刪除之類的幹擾攻擊的基礎。在創作矢量圖形的過程中，創作程序按照圖元創作的時間順序分配的句柄值具有唯一性和不可修改性，利用句柄值的生成次序作為圖像碎片添加和提取的遍歷參考，能保證遍歷的方向性。發生幹擾攻擊時，破壞的是幹擾點所處位置一定範圍內的圖元對的前後次序，不影響其它圖元對的次序，使本發明具備一定的抵抗幹擾攻擊的有益效果。
[0024]如上所述，採用本發明的技術方案後，添加進矢量圖形的圖像碎片能夠完全抵抗幾何攻擊；對幹擾攻擊具有魯棒性。下面將結合附圖以實施例的方式對本發明做進一步闡述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1是矢量圖形數據存組織構示意圖；
圖2是線段型圖元構建複數矢量算子示意圖；
圖3是多段線型圖元構建複數矢量算子示意圖；
圖4是樣條曲線型圖元構建複數矢量算子示意圖；
圖5是圓弧型圖元構建複數矢量算子示意圖；
圖6是圖像碎片嵌入到雙精度浮點數據結構中的示意圖；
圖7是修改樣條曲線圖元示意圖；
圖8是修改弧形圖元示意圖；
圖9是實施例一擬用矢量圖形修改前後對比示意圖；
圖10是實施例二擬用矢量圖形修改前後對比示意圖；
圖11是版權圖像離散化示意圖。
【具體實施方式】
[0026]由於字節的長度因計算機的作業平臺和硬體條件而可能不同，其長度根據具體的狀況可做調整，以下舉例涉及到數據長度的表述不能用於限制本發明之精神。
[0027]正如前述，矢量圖形是指利用諸如點、線、曲線、多邊形等基於數學表達的幾何圖元來表示計算機圖形。其具體的數據組織結構因為不同繪圖程序而異，但不脫離圖1所示的組織要素。圖1示意之組織結構是以dwg格式的通用存儲結構為原型，下面選用此原型作為闡述之實例，不能以dwg格式限制本發明之精神，dwg格式外的其它矢量圖形格式之實施例，參照本實施例即可實現。
[0028]實施例一一、嵌入步驟1.1
本實施例中，欲嵌入版權圖像的矢量圖形包含N個圖元，其長度即為N。以圖11離散化後的圖像表示版權所有者，離散化後的圖像包含42 X 42個像點，所有的像點構成得圖像序列。為了防止圖像序列被非法識別，對圖像序列做加密處理，優選現有加密算法(如Arnold變換)將圖像序列作為輸入，得加密圖像序列。本實施例中，加密圖像序列的長度不變，和加密一樣長，即由42 X 42個像點組成。將加密後的圖像序列等分力L個連續的數位片段，即圖像碎片e獲得包含61~01的圖像序列E,圖像碎片e的位數即是其長度t。出於安全考量，圖像碎片e還可作進一步的加密處理，本實施例中略去。計算矢量圖形的長度N與圖像序列長度L的比值,並向下取整得bV/￡j = G ;本實施例中，G ? 2 ,M表示本實施例中能有效嵌入G組圖像序列。
[0029]步驟1.2
悉知，矢量圖形的本質是數學函數圖象，不論是線段、多段線、樣條曲線、圓弧等等圖元，都是用必要的參數繪製而成的函數圖象，所以從函數的角度看，圖元類型可理解為函數類型，圖元的幾何特徵可理解為函數參數。
[0030]如圖1所示，句柄值由繪圖程序根據圖元生成的時間順序給定，按時間順序排列，具有唯一性，圖元屬性標記了該段數據所載圖元的類型(即函數類型)，包括但不限於線段、多段線、樣條曲線、圓弧、多邊形、橢圓、雲線等等。
[0031]如圖1中，圖元信息部分記載了對應圖元(函數類型)的幾何特徵(函數參數)，針對不同的圖元類型，圖元信息部分記載了該類型函數所固有的必要參數，例如起點、終點、中間點、節點、圓心、起始角度、終止角度、半徑、節點向量等等。
[0032]如圖1中，其它信息部分記載了對應圖元的線型、線寬、顏色、圖層等等非矢量函數幾何特徵的信息。
[0033]根據本發明的之精神，應對每一圖元構建複數矢量算子。現以圖2至圖5所示之圖元闡述矢量算子的構建實例。
[0034]如圖2所示，對於線段ab，取其起點a和終點b的坐標構建表徵矢量&如下，
= (Λ'π-%,νπ~ν&)，A3是a點指向b點的向量,為了便於讀圖，圖2特意將移出。
[0035]如圖3所示，對於多段線cdefgh，忽略中間點僅取其起點c和終點h坐標構建表徵矢量A2如下,42 = (Xc-Xkf)Hh)，A2是從c點指向h點的向量。
[0036]如圖4所示，對於樣條曲線ijklmno忽略中間點僅取起點i和終點ο構建表徵矢量<43如下，43 = (X1-X0f-V1-Jro)，A3是從i點指向ο點的向量。
[0037]如圖5所示，對於圓弧pqr，忽略圓心僅取起始角S1、終止角§2、半徑R構建表徵矢量如下，Λ4 =, β sin, Λ是從圓心ρ點指向外，且相位角為的向量。
[0038]對於圓，可以將其視為起始角為O ,終止角為211的特殊圓弧，其表徵矢量的構建參照圓弧。
[0039]如上所述，表徵矢量可以用下面兩個通式表達
= (xIcl — ^k2.-Vfel — h2)………』 ? ，
A = (? cos,Rk SitIh'-.."......φ ，
公式(D適用於僅取坐標點構建表徵矢量的情況，公式CD適用於提取角度和半徑構建表徵矢量的情況，至於利用其它幾何特徵(函數參數)構建表徵矢量的情況在此無需枚舉，本領域普通技術人員能夠從上述公示中引申而得。
[0040]上述公式(B和公式(D可以合寫為
4 = (xfe, ………■ (D,由公式(D可作其複數形式
Ck = Xk + 1:、vk…11…-④』公式④即是複數矢量算子。如此，有Ck
【權利要求】
1.矢量圖形版權圖像的嵌入和提取方法，其特徵在於包括以嵌入步驟和提取步驟，嵌入步驟包括: 步驟1.1，構造版權圖像序列，將表示版權資訊的圖像對象離散化，並將離散圖像數據化，得圖像序列；將圖像序列分割為連續的片段，稱為「圖像碎片」，圖像碎片的個數即是圖像序列的長度，欲嵌入矢量圖形內包含的圖元個數即是該矢量圖形的長度，圖像碎片的長度短於矢量圖形的長度； 步驟1.2，為矢量圖形包含的圖元構建複數矢量算子； 步驟1.3，按照圖元的生成次序(句柄值)比較相鄰次序圖元對的複數矢量算子，獲得圖元對複數比例，本步驟比較結果稱為「前複數比例」； 步驟1.4，用圖像碎片替換步驟1.3的前複數比例中的一部分，獲得嵌入圖像碎片的新複數比例，稱為「中複數比例」； 步驟1.5，根據步驟1.4獲得的中複數比例修改圖元對，修改後該圖元對的複數比例稱為「後複數比例」，修改結果應使後複數比例等於中複數比例； 步驟1.6，依照圖元的生成次序(句柄值)遍歷步驟1.1至步驟1.5，將圖像碎片逐個嵌入到遍歷到的圖元對中； 提取步驟包括以下步驟: 步驟2.1，為矢量圖形包含的圖元構建複數矢量算子； 步驟2.2，按照圖元的生成次序(句柄值)比較相鄰次序圖元的複數矢量算子，獲得圖元對複數比例，稱作「提取複數比例」，從提取複數比例中讀取圖像碎片，; 步驟2.3，依照圖元對生成次序(句柄值)遍歷步驟2.1至步驟2.2，獲得圖像碎片組成的樣本； 步驟2.4，分析樣本，確定正確的圖像碎片和錯誤圖像碎片； 步驟2.5，將正確的圖像碎片還原成圖像。
2.權利要求1的方法，其特徵在於嵌入步驟中版權圖像或圖像碎片在嵌入之前做加密處理。
3.權利要求1的方法，其特徵在於嵌入步驟中版權圖像替換前複數比例中的特定部位。
4.權利要求1的方法，其特徵在於嵌入步驟中修改圖元對時，只修改圖元對中次序在先的圖元。
5.權利要求1的方法，其特徵在於嵌入步驟中修改圖元對時，只修改圖元對中次序在後的圖兀。
6.權利要求1至5任一項的方法，其特徵在於嵌入步驟中矢量圖形的長度和圖像序列的長度之比大於等於2。
7.權利要求6的方法，其特徵在於嵌入步驟中前複數比例和中複數比例以及後複數比例存儲為雙精度浮點數。
8.權利要求1的方法，其特徵在於提取步驟中提取的遍歷方向和嵌入的遍歷方向相反。
9.權利要求1或8的方法，其特徵在於提取步驟中分析樣本中各個圖像碎片出現的頻次，用閾值過濾錯誤圖像碎片，保留正確圖像碎片。
10.權利要求1或8的方法，其特徵在於提取步驟中將樣本與正確的圖像碎片進行比較，將比較結果一致的圖像碎片作為正確圖像碎片。
【文檔編號】G06F21/10GK104166957SQ201410258893
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年6月12日 優先權日:2014年6月12日
【發明者】杜偉軍 申請人:廈門合道工程設計集團有限公司