三維網(wǎng)絡(luò)模型可逆信息隱藏理論與方法研究.pdf

1、數(shù)字多媒體已成為人們分享和傳遞信息的重要載體。但近些年頻繁出現(xiàn)的隱私泄露事件，引起了人們對數(shù)字多媒體安全問題的高度關(guān)注。信息隱藏作為傳統(tǒng)加密技術(shù)的補充，提供了一種有效地解決數(shù)字多媒體安全問題的技術(shù)手段。相比于傳統(tǒng)的加密方法，信息隱藏技術(shù)既能對傳遞信息的內(nèi)容進(jìn)行保護，還能對傳遞信息的行為進(jìn)行保護，無聲無息之間實現(xiàn)了重要信息的安全傳遞。
　　可逆信息隱藏是信息隱藏技術(shù)的一個重要分支，它既要求嵌入的信息在接收端可以被精確地提取，又要求信

2、息提取后的多媒體載體可以被無損地恢復(fù)。正是這樣的可逆性特點，使得可逆信息隱藏技術(shù)可以適用于一些非常敏感的場景，比如醫(yī)療診治、軍事應(yīng)用和法庭審判。在這些場景下，原始多媒體信息的細(xì)小誤差都可能造成結(jié)果的巨大改變。近些年，研究者提出了大量的圖像可逆信息隱藏方法，在不同場景下對圖像的真實性和完整性進(jìn)行保護。然而，對于其他數(shù)字多媒體類型，相關(guān)的研究才處于起步階段。
　　隨著3D相關(guān)技術(shù)的普及與應(yīng)用，3D模型被廣泛應(yīng)用于各個不同的領(lǐng)域。在醫(yī)療

3、行業(yè)中使用它們制作人體器官模型;在軍事領(lǐng)域中使用它們構(gòu)建三維地質(zhì)模型;在科學(xué)領(lǐng)域中使用它們介紹化合物的結(jié)構(gòu)組成;在電影游戲中使用它們設(shè)計逼真的人物;在制造工業(yè)中使用它們打印真實的零部件;甚至在電子商務(wù)領(lǐng)域也開始通過它們更加真實地呈現(xiàn)線上銷售的商品?？梢哉f，3D模型作為繼圖像、音頻、視頻之后的第四代數(shù)字多媒體類型，出現(xiàn)在人類生活的各個方面。在這些復(fù)雜性高、敏感性強的應(yīng)用場景中，3D模型的微小改變都會導(dǎo)致其不滿足使用的需要。因此，面向3D模

4、型設(shè)計可逆信息隱藏方法，對3D模型的真實性和完整性進(jìn)行有效的保護，是具有理論價值和實用意義的。
　　論文選擇3D模型中最常見的網(wǎng)格模型作為載體，探索不同場景下的可逆信息隱藏方法，主要的研究工作及創(chuàng)新成果可以歸納如下:
　　1.提出了一種基于客觀質(zhì)量評價的3D可逆信息隱藏算法
　　論文根據(jù)三維網(wǎng)格模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與空間分布特點，提出了一種全新的預(yù)測方法，構(gòu)造了符合拉普拉斯分布的預(yù)測誤差直方圖。結(jié)合三維空間中頂點的屬性特征和

5、預(yù)測誤差之間的相關(guān)性，通過定義適用于三維模型的失真矩陣，引入映射函數(shù)，將遞歸編碼構(gòu)造理論應(yīng)用到三維場景中，實現(xiàn)了三維預(yù)測誤差直方圖的最優(yōu)變換，完成了秘密信息的可逆嵌入與提取。實驗結(jié)果表明，與已有的算法相比，論文中提出的算法在同等嵌入容量下平均有10dB的視覺質(zhì)量提升。同時，該算法在失真可接受的前提下，可以進(jìn)行多輪預(yù)測與嵌入的操作，以進(jìn)一步提高信息的嵌入容量，具有高靈活性的使用特點。
　　2.提出了一種基于人眼視覺感知的3D可逆信息

6、隱藏算法
　　目前已有的3D可逆信息隱藏方法都是基于客觀質(zhì)量評價的，在實際使用中有一定的局限性，因為客觀指標(biāo)（如信噪比）的大小無法與人眼看到的視覺效果完全一致。論文提出了人眼視覺感知下的3D可逆信息隱藏算法，該算法分析了三維模型的失真特點，通過離散高斯曲率的拉普拉斯算子定義了每個頂點的局部復(fù)雜度，并結(jié)合排序算法優(yōu)先選取隱蔽效果好的頂點進(jìn)行信息的嵌入，保證了人眼的視覺效果。同時，該算法中沿用了雙層交叉預(yù)測的方法，既提高了嵌入性能，又

7、保證了算法的可逆性。實驗結(jié)果表明，論文提出的基于內(nèi)容自適應(yīng)的3D可逆信息隱藏算法在同等嵌入容量下可以有效地減小人眼的視覺失真。
　　3.提出了一種密文域下的3D可逆信息隱藏算法
　　論文將3D可逆信息隱藏從明文域擴展到了密文域，既可以對三維網(wǎng)格模型的數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行保護，又可以對加密后的三維網(wǎng)格模型進(jìn)行管理，實現(xiàn)加密模型真實性和完整性認(rèn)證的功能。在嵌入端，首先是模型擁有者將三維模型的各頂點坐標(biāo)映射到整數(shù)，并使用流密碼進(jìn)行加密。然

8、后由信息嵌入者在加密的模型上計算出嵌入點集合，并對它們小數(shù)坐標(biāo)的后幾位最低有效位進(jìn)行異或操作以嵌入水印，實現(xiàn)加密模型管理與認(rèn)證的功能。在提取端，有權(quán)限的合法使用者先對加密模型進(jìn)行解密，再利用三維網(wǎng)格模型本身具有的相關(guān)性進(jìn)行消息的提取，最終恢復(fù)出原始的三維網(wǎng)格模型。論文選用了兩個公開的3D模型庫進(jìn)行實驗，實驗結(jié)果表明，提取消息的平均錯誤率僅為4.22％，如果引入糾錯編碼，錯誤率可以降為0。同時，該方法具有高嵌入容量和低運算復(fù)雜度的特點，且