40000字硕士毕业论文工程图纸数据水印技术的设计与实现

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：40000字

论点：水印,算法,数字

论文概述：

网络技术的飞速发展不仅给人们带来了巨大的便捷，同样带来了诸多的安全隐患。工程图需要通过网络来传递，其安全性以及来源的真实性是急切需要关注的部分。数字水印技术是一种有效的解

论文正文：

第一章螺纹理论

1.1研究背景和意义
随着信息技术和网络的发展，图形、图像、音频、视频和文本等各种作品已经数字化，便于存储和传输。作品的数字化给人们带来了许多便利。它不仅成本低，而且可以快速复制和传播。然而，出现了许多安全问题，例如猖獗的盗版和非法使用。因此，有效保护数字作品是必要和紧迫的。密码技术是保护数字作品的手段之一。使用密码手段可以禁止非法用户阅读，但也给合法用户带来不便。用户使用前需要解密，解密后作品失去有效保护，无法保证解密后的修改、非法复制和再传播。作为密码学的补充，数字水印可以弥补密码学的不足。数字水印技术是信息隐藏技术的一个分支，它将能够识别作者或所有者的水印信息嵌入到数字作品中。由于水印信息量远小于作品中的原始信息量，因此采用相应的水印算法后，作品的使用通常不会受到影响。当需要验证时，可以提取水印信息来证明作品的版权所有。
目前，数字水印技术已成为研究热点，并广泛应用于版权识别、拷贝控制、内容认证等地方。指数字作品，如图像、音频、视频、文本等。工程图纸是表达作者设计意图、进行技术交流和指导生产的非常重要的技术文件。它是工程师的设计成果，体现了工程师的汗水和智慧。目前，大多数工程图纸都是由计算机绘图软件(如AutoCAD)绘制的二维矢量图，往往需要通过网络传输，因此有必要保护其版权。与密码学相比，数字水印是一种更有效的方法。工程图是一幅矢量图。与位图相比，它包含的信息少得多，给水印嵌入带来了困难。目前，工程图纸数字水印技术的研究还不多，现有算法普遍存在鲁棒性差、非盲检测、水印容量小、隐蔽性差等问题。常用的工程制图软件不支持数字水印技术，这说明数字水印技术还不完善，需要进一步研究和改进。

1.2研究现状及前景
目前，对数字水印的研究大多集中在图像[1-4]和音视频[5-6]上。然而，对矢量图的研究仍然有限，近年来受到越来越多的关注。矢量图形数字水印算法主要包括基于空域间的水印算法和基于变换域的水印算法。
1.2.1基于空域间
域间水印算法基于空域间水印算法通常不经变换提取图形本身的一些数据信息，并直接修改嵌入水印信息。颜色、宽度、方向、坐标点等。水印载体线的一部分。刘梁文等人[7]提出在工程图中嵌入二进制数字图像作为水印，并且通过修改工程图中每条直线和参考直线之间的比例关系来嵌入水印。陈永福等人[24]也提出水印信息间接加载在直线段的长度、圆弧的弧度和圆的半径上。引入比例因子λ后，它完全抵抗平移、旋转和缩放攻击。这种算法通常抵抗剪枝和部分删除攻击。王亚顺等人[8]提出通过修改直线的长度、固定直线的中心点不变、修改两个端点的坐标值以及将水印信息嵌入到直线连续长度的比例中来嵌入水印。当图形旋转、平移和均匀时，比例值不会改变，因此水印算法对几何攻击鲁棒性强，对剪切攻击鲁棒性差。
在此基础上，他们还提出了扩频算法[9]，将扩频水印序列嵌入工程图中，从而增强了算法抵抗删除攻击的能力。彭飞等人[10]提出了一种基于特征的二维工程图信息隐藏算法，该算法以工程图中线段的线型为载体，通过修改线型实现信息隐藏。该算法的鲁棒性不强。当图形一致时，隐藏的信息将被删除。文献[11-14]提出将图形分成矩形框架或层，并通过修改每个块或层中的顶点坐标来嵌入水印。但是，剪切一个块可能会影响其他块，导致水印丢失。文件[15-16]将曲线控制点的坐标作为水印信息载体。文献[15]提出将水印信息嵌入到B样条曲线控制点的坐标中。文件[16]提出将水印信息嵌入贝塞尔曲线控制点坐标。这种算法具有很好的隐蔽性和很强的鲁棒性，但也有局限性，不适合曲线较少的工程图。空域中的矢量图形水印算法通常对平移、缩放、旋转等几何攻击具有很强的抵抗力。，并且对裁剪和删除攻击不敏感。基于空域间水印算法嵌入水印容量大，鲁棒性相对较差。其中大多数是非盲检测。研究的重点是提高算法的鲁棒性和盲检测算法。
1.2.2基于变换域的水印算法
基于变换域的水印算法大多借鉴数字图像水印算法。水印信息不是通过直接修改顶点的坐标来嵌入的，而是通过从工程图中选择顶点的坐标，根据一定的规则对它们进行排序，然后对序列进行域变换以将水印嵌入到它们的变换系数中。变换域水印算法是当前研究的热点。常用的变换方法有离散小波变换、离散傅立叶变换、离散余弦变换等。文档[17-22]使用离散傅立叶变换提取图形中的顶点坐标以形成坐标序列，对坐标序列执行离散傅立叶变换，然后修改离散傅立叶变换系数以将水印信息嵌入到二维矢量数据中。该算法鲁棒性强，能够抵抗顶点重排、改变遍历起点或方向以及各种几何攻击，但水印容量小，需要大量的顶点坐标。黄萧声等人[23]提出了一种基于傅立叶描述符的二维工程图数字水印算法，该算法利用顶点坐标构造复值信号，然后进行傅立叶变换，调制傅立叶变换系数的幅度，嵌入伪随机水印序列。该算法能够抵抗一些实体的平移、旋转、添加和删除等攻击，但该算法是非盲检测。Min厉安全等人[25]提出使用DCT变换来提取图形数据的一些点坐标以形成特征图像，然后对特征图像进行离散余弦变换以在中低频系数上嵌入水印信息。

1.3本文的主要工作和结构安排...................10-12
第二章相关理论介绍...................12-18
2.1数字水印技术概述...................12
2.2数据水印技术的特点...................12-13
2.3数字水印的分类...................13-14
2.4数字水印系统...................14-15
2.5数字水印性能评估标准...................15-16 [/BR/] 2.6工程图纸的特征...................16 [/BR/] 2.7工程图纸数字水印算法的基本要求...................16-18
第三章基于两阶段离散余弦变换的工程图数字水印算法...................18-33
3.1算法介绍...................18
3.2基础理论...................18-20
3.3两阶段离散余弦变换算法的基本思想...................20-24
3.4算法描述...................24-28
3.5算法实验结果及性能分析...................28-32
3.6概述...................32-33
第四章基于标记特征的比例平移数字水印算法...................33-40
4.1导言...................33
4.2工程图纸尺寸标注特征分析...................33-34 [/BR/] 4.3的设计...................基于标记特征水印算法的34-37 [/BR/] 4.4算法实验结果及性能分析...................37-39[/br/ ] 4.5概述...................39-40
第5章系统设计和实施...................40-52
5.1发展环境...................40
5.2 AutoCAD VBA简介...................40-42
5.3 VBA与Matlab集成...................42-43
5.4系统功能...................43-44
5.5系统实施...................44-51
5.6概述...................51-52

结论

网络技术的飞速发展不仅给人们带来了极大的便利，也带来了许多安全隐患。工程图纸需要通过网络传输。其来源的安全性和真实性是急需关注的部分。数字水印技术是一种有效的解决方案。为了满足工程图纸数字水印算法的鲁棒性、隐蔽性、水印容量、自动恢复等方面的要求，本文进行了相应的研究。主要特点和创新工作如下:
①提出了一种基于两阶段离散余弦变换的工程图数字水印算法。水印的嵌入是通过二次离散余弦变换实现的。与第一阶段离散余弦变换算法相比，水印容量在保证算法鲁棒性的前提下有所增加。
②提出了一种基于尺寸标注的尺度转换数字水印算法。利用工程图尺寸标注和标记对象之间的关系，通过移动尺寸标注嵌入水印。该算法不仅是一种盲检测算法，而且具有很强的鲁棒性。它可以将嵌入水印的工程图直接还原为原始工程图。
虽然工程图数字水印算法的研究已经取得了一些成果，但是本文所做的工作还远远不够。为了丰富和完善这一领域，还有许多工作要做。根据作者在该领域的研究经验，认为以下几个方面需要进一步研究:
①现有算法一般通过修改图元的坐标点来嵌入水印。嵌入式工程图纸与原工程图纸的精度差异在一定程度上影响了工程图纸的使用。尽管本文提出了一种自动恢复的工程图数字水印算法，但该算法需要大量的标签，且使用受限。因此，工程图纸可逆数字水印算法是未来研究的重点。
②现有算法一般能够抵抗几何攻击，对裁剪、删除等攻击也很鲁棒，但对图形格式转换攻击不鲁棒，因此更鲁棒的水印算法是努力的方向。

参考

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[10]彭飞，孙兴明。2D工程制图中基于特征的信息隐藏算法。计算机工程与应用，2007，43 (15): 54-55。