3D网格模型隐写方法技术

本发明专利技术公开了一种3D网格模型隐写方法，它是一种高安全性能的3D网格模型隐蔽通信解决方案，其利用多比特平面作为载体，可以实现很高的嵌入容量，同时，在消息嵌入后可以保证高安全性和良好3D网格模型质量。该方案通过设计合理的失真函数并配合高效的隐写编码，从而形成安全的3D网格模型隐写方法，不仅可以避免互联网用户个人隐私数据遭到泄露，也是军事通信中保障国家信息安全的重要途径，具有重要的实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】
3D网格模型隐写方法
本专利技术涉及信息隐藏
，尤其涉及一种3D网格模型隐写方法。
技术介绍
3D网格模型已经成为当今互联网中最流行的媒体之一。3D模型逆向工程建模、工业测量、文化遗产保护和恢复、3D打印等都是近年来迅速发展起来的应用。3D网格模型由空间坐标点集合以及点之间的拓扑连线，坐标点像素值集合构成。较视频和图像相比，有多种载体可以进行秘密信息的嵌入。通过修改坐标点位置、调制坐标点间的拓扑结构、修改坐标点的像素值，多种信息表达形式中都可以进行消息的嵌入。由于修改坐标点相对其他方式具有更大的数据量容纳秘密信息，因此，以基于坐标点的3D网格为载体的隐写方法应运而生。为了抵抗检测攻击，安全的隐写方法需要最小化载体的嵌入失真。嵌入失真通常由符合给定载体特性的失真函数来衡量，通过采用一定的数据嵌入编码方法就可以在消息嵌入过程中最小化该失真。目前，用于最小化嵌入失真的编码方法已经趋于成熟，比如Fridrich等人提出的STC(Syndrome-trellisCodes)编码。而摆在眼前的关键问题是如何定义符合载体特性的失真函数来合理地反映嵌入影响。事实上，对于一种不合理的失真函数，即使采用当今最好的编码方法，也不一定能够保证隐写方法的安全性。近几年来，国内外涌现了很多针对空域图像和JPEG图像的隐写方法，通过合理的失真函数来反映嵌入影响，再通过编码方法完成数据嵌入，有效地提升了隐写方法的安全性。然而，针对3D网格模型隐写的失真函数研究尚处于初等阶段，值得进行更深入的研究和探索。3D模型的空间坐标序列由于是由32-bit小数表示，因此具备较大的容量用于信息嵌入。由于坐标值规定为7位小数，因此只有23层比特平面可用于消息的嵌入，其余8层为全零层，不适合嵌入信息(除去31个比特平面，另一比特平面代表坐标点的正负，也不用于信息的嵌入)。因此，空域图像和JPEG图像隐写方法无法直接应用于3D网格模型的隐写中。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种3D网格模型隐写方法，它是一种高安全性能的3D网格模型隐蔽通信解决方案，同时，在消息嵌入后可以保证高安全性和良好3D网格模型质量。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种3D网格模型隐写方法，包括：秘密消息嵌入阶段：将3D网格模型解码得到的坐标点集合按通道各自划分为L个比特平面；根据待嵌入消息的长度m来计算可嵌入比特平面数量l，同时使用预先设计的失真函数对各通道的可嵌入比特平面的第l层的元素进行嵌入失真定义；使用校验子格编码在各通道的可嵌入比特平面的第l层载体嵌入秘密消息，对于各通道的可嵌入比特平面的第1～第l-1层以最低有效位替换方式满嵌以进行消息嵌入，对上述两种方式得到的载密比特平面集合进行编码，得到载密3D网格模型；秘密消息提取阶段：对载密3D网格模型进行解码，得到对应于各通道的l个嵌入过消息的比特平面；对于各通道的第l层比特平面，利用校验子格编码校验矩阵提取秘密消息，对于各通道的第1～第l-1层比特平面直接提取最低有效位数据作为秘密消息，上述两种方式提取到的秘密消息的级联结果即为最终提取到的秘密消息。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，利用多比特平面作为载体，可以实现很高的嵌入容量。通过设计合理的失真函数并配合高效的隐写编码，从而形成安全的3D网格模型隐写方法，不仅可以避免互联网用户个人隐私数据遭到泄露，也是军事通信中保障国家信息安全的重要途径，具有重要的实际应用价值。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例提供的一种3D网格模型隐写方法的流程图；图2为本专利技术实施例提供的顶点v5的顶点法向量的示意图；图3为本专利技术实施例提供的固定嵌入率下，不同隐写分析特征对隐写前后的载体载密的分类结果；图4为本专利技术实施例提供的3D网格模型表面邻域坐标参数表示示意图；图5为本专利技术实施例提供的测试隐写方法性能的标准3D模型；图6为本专利技术实施例提供的不同隐写方法针对LFS64隐写分析方法的抗检测能力比较结果；图7为本专利技术实施例提供的不同隐写方法针对LFS76隐写分析方法的抗检测能力比较结果。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术实施例提供一种3D网格模型隐写方法，如图1所示，其主要包括如下两个处理阶段：1、秘密消息嵌入阶段：将3D网格模型解码得到的坐标点集合按通道各自划分为L个比特平面；根据待嵌入消息的长度m来计算可嵌入比特平面数量l，同时使用预先设计的失真函数对各通道的可嵌入比特平面的第l层的元素进行嵌入失真定义；使用校验子格编码(Syndrome-trellisCodes，STC)在各通道的可嵌入比特平面的第l层载体嵌入秘密消息，对于各通道的可嵌入比特平面的第1～第l-1层以最低有效位替换(LeastSignificantBitReplacement，LSBR)的方式满嵌以进行消息嵌入，对上述两种方式得到的载密比特平面集合进行编码，得到载密3D网格模型；2、秘密消息提取阶段：对载密3D网格模型进行解码，得到对应于各通道的l个嵌入过消息的比特平面；对于各通道的第l层比特平面，利用STC编码校验矩阵提取秘密消息，对于各通道的第1～第l-1层比特平面直接提取LSB数据作为秘密消息，上述两种方式提取到的秘密消息的级联结果即为最终提取到的秘密消息。本专利技术实施例提供的上述方案，是一种高安全性能的3D网格模型隐蔽通信解决方案，其利用多比特平面作为载体，可以实现很高的嵌入容量，同时，在消息嵌入后可以保证高安全性和良好3D网格模型质量。该方案通过设计合理的失真函数并配合高效的隐写编码，从而形成安全的3D网格模型隐写方法，不仅可以避免互联网用户个人隐私数据遭到泄露，也是军事通信中保障国家信息安全的重要途径，具有重要的实际应用价值。为了便于理解，下面针对上述两个处理阶段的优选实施方式做详细的介绍。一、秘密消息嵌入阶段。1、对3D网格模型进行解码，并进行比特平面的划分。本专利技术实施例中，将3D网格模型解码，得到坐标点集合和面集合其中，坐标点集合中坐标点个数为N。本专利技术实施例中，将坐标点集合中x,y,z这三个通道各视为一维向量，各自划分为L个比特平面。由于每个坐标点的值由32比特数据进行存储，因此能够划分为32个比特平面，即可以设置L＝32；其中，最高比特平面表示的是坐标点的正负，后8比特平面全为0值，因此这9个比特平面不用于消息的嵌入。2、根据待嵌入消息的长度m来计算可嵌入比特平面数量l。计算公式为：3、使用预先设计的失真函数对各通道的可嵌入比特平面的第l层的元素进行嵌入失真定义。考虑到3D模型的特有性质，需要进行失真函数的设计。ρi是本专利技术设计的失真函数，它反映了坐标点(顶点)修改之后的嵌入影响，由坐标点法向量在拉普拉斯平滑前后的变化构成，坐标点v5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D网格模型隐写方法，其特征在于，包括：秘密消息嵌入阶段：将3D网格模型解码得到的坐标点集合按通道各自划分为L个比特平面；根据待嵌入消息的长度m来计算可嵌入比特平面数量l，同时使用预先设计的失真函数对各通道的可嵌入比特平面的第l层的元素进行嵌入失真定义；使用校验子格编码在各通道的可嵌入比特平面的第l层载体嵌入秘密消息，对于各通道的可嵌入比特平面的第1～第l‑1层以最低有效位替换方式满嵌以进行消息嵌入，对上述两种方式得到的载密比特平面集合进行编码，得到载密3D网格模型；秘密消息提取阶段：对载密3D网格模型进行解码，得到对应于各通道的l个嵌入过消息的比特平面；对于各通道的第l层比特平面，利用校验子格编码校验矩阵提取秘密消息，对于各通道的第1～第l‑1层比特平面直接提取最低有效位数据作为秘密消息，上述两种方式提取到的秘密消息的级联结果即为最终提取到的秘密消息。

【技术特征摘要】
1.一种3D网格模型隐写方法，其特征在于，包括：秘密消息嵌入阶段：将3D网格模型解码得到的坐标点集合按通道各自划分为L个比特平面；根据待嵌入消息的长度m来计算可嵌入比特平面数量l，同时使用预先设计的失真函数对各通道的可嵌入比特平面的第l层的元素进行嵌入失真定义；使用校验子格编码在各通道的可嵌入比特平面的第l层载体嵌入秘密消息，对于各通道的可嵌入比特平面的第1～第l-1层以最低有效位替换方式满嵌以进行消息嵌入，对上述两种方式得到的载密比特平面集合进行编码，得到载密3D网格模型；秘密消息提取阶段：对载密3D网格模型进行解码，得到对应于各通道的l个嵌入过消息的比特平面；对于各通道的第l层比特平面，利用校验子格编码校验矩阵提取秘密消息，对于各通道的第1～第l-1层比特平面直接提取最低有效位数据作为秘密消息，上述两种方式提取到的秘密消息的级联结果即为最终提取到的秘密消息。2.根据权利要求1所述的一种3D网格模型隐写方法，其特征在于，所述将3D网格模型解码得到的坐标点集合按通道各自划分为L个比特平面包括：将坐标点集合中x，y，z这三个通道各视为一维向量，各自划分为L个比特平面。3.根据权利要求1所述的一种3D网格模型隐写方法，其特征在于，将3D网格模型解码，得到坐标点集合和面集合其中，坐标点集合中坐标点个数为N。4.根据权利要求1或2或3所述的一种3D网格模型隐写方法，其特征在于，根据待嵌入消息的长度m来计算可嵌入比特平面数量l的公式为：其中，N为坐标点集合中坐标点个数。5.根据权利要求1或2或3所述的一种3D网格模型隐写方法，其特征在于，所述预先设计的失真函数ρi表示为：上式中，1≤i≤N，N为坐标点集合中坐标点个数；σ为一个不为0的偏置；表示坐标点vi的法向量；v′i表示坐标点集合经过拉普拉斯平滑操作后第i个的坐标点，与坐标点vi对应，是坐标点v′i的法向量；失真函数ρi反映了坐标点vi经过拉普拉斯平滑之后的法向量的变化情况；坐标点vi的法向量表示为：上式中，是包含坐标点vi的面集合，坐标点和坐标点是坐标点vi在面Fj中相连的两个顶点，分别对应的表示连接坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卫明，俞能海，周航，陈可江，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34