專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于二維矢量數(shù)字地圖特征的零水印方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多媒體信息安全技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種針對(duì)地理空間數(shù)據(jù)的基于二 維矢量數(shù)字地圖特征的零水印方法。
背景技術(shù)：
目前已經(jīng)提出了許多數(shù)字水印方法，這些方法一般可以分為兩類(lèi)頻域水印法和 空域水印法。這些嵌入數(shù)字水印的方法都對(duì)數(shù)據(jù)的空域信息或其頻域信息做了一定的修改 來(lái)嵌入水印信息，為了不讓人眼發(fā)覺(jué)人為修改的痕跡，很多方法采用了基于HVS (人類(lèi)視覺(jué) 系統(tǒng))的視覺(jué)掩膜。用加視覺(jué)掩膜的方法在一定程度上解決了水印可感知性和魯棒性之間 的矛盾。但是加視覺(jué)掩膜使得水印的嵌入過(guò)程復(fù)雜化，消耗計(jì)算時(shí)間太長(zhǎng)，不利于實(shí)際應(yīng) 用，而且如果別有用心者了解加視覺(jué)掩膜的方法，不能排除有能力的人用方法篡改含有水 印信息的地圖，同樣使人眼難以發(fā)覺(jué)的細(xì)小的改動(dòng)，從而導(dǎo)致水印信息檢測(cè)失敗。因此，這 就使得數(shù)字水印的安全性受到了限制。所以最好的辦法是運(yùn)用零水印來(lái)解決。所謂的零水 印就是不對(duì)原始圖像或數(shù)據(jù)進(jìn)行修改的一種新的數(shù)字水印技術(shù)。它是利用圖像或者數(shù)據(jù)的 重要特征來(lái)構(gòu)造水印信息，而不是來(lái)修改這些特征。所以零水印技術(shù)很好地解決了不可見(jiàn) 數(shù)字水印的可感知性和魯棒性之間的矛盾。特別是針對(duì)矢量地圖的數(shù)據(jù)要求，必須滿(mǎn)足高 精度，信息的定位和計(jì)算要達(dá)到毫米級(jí)，因此零水印非常適用于矢量地圖的安全保護(hù)，即不 修改原始地圖的內(nèi)容要能滿(mǎn)足版權(quán)的保護(hù)。再者由于矢量的地理空間數(shù)據(jù)越來(lái)越被社會(huì)運(yùn) 用，它是描述關(guān)于人類(lèi)賴(lài)以生存的地球的重要信息，是國(guó)家基礎(chǔ)性、公益性設(shè)施，是國(guó)家基 礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和地球科學(xué)研究的支撐性成果，是國(guó)家經(jīng)濟(jì)、國(guó)防建設(shè)中不可缺少的資源，對(duì)社 會(huì)持續(xù)發(fā)展起著重要作用，因此零水印的應(yīng)用會(huì)對(duì)于矢量地圖數(shù)據(jù)的版權(quán)保護(hù)起到至關(guān)重 要的作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于二維矢量數(shù)字地圖特征的零水印方法。本發(fā)明方法包括水印信息嵌入和水印信息檢測(cè)。所述的水印信息嵌入是指提取原始矢量地圖的零水印信息，保存入庫(kù)，具體包括 以下步驟步驟(1)調(diào)制水印信息，二值水印圖結(jié)合密鑰和運(yùn)用Arnold變換把水印信息置 亂，得到成二進(jìn)制比特流w 設(shè)定水印圖像為NXN的二值圖，則水印信息長(zhǎng)度為1 = NXN， 采用離散化的Arnold變換并結(jié)合密鑰得到最終水印信息比特流w = (w1 w2, . . . , wt,..., Wl)，其中 Wi G {0,1},0 ^ i < 1 ；步驟(2)對(duì)矢量地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行同心圓分塊處理根據(jù)水印信息的長(zhǎng)度，以矢量地 圖的中心點(diǎn)作為圓心，把地圖劃成1個(gè)圓環(huán)區(qū)域，具體步驟為步驟a、計(jì)算矢量地圖的空間范圍，得到包含地圖的外接矩形；
步驟b、劃分圓環(huán)區(qū)域，以矩形中心作為圓心，以對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度為直徑d，將此直徑為 d的圓劃分成1個(gè)圓環(huán)區(qū)域，相鄰的圓環(huán)所對(duì)應(yīng)的半徑差為d/21 ；步驟c、統(tǒng)計(jì)落在每個(gè)圓環(huán)區(qū)域的頂點(diǎn)個(gè)數(shù)遍歷每個(gè)頂點(diǎn)，計(jì)算該頂點(diǎn)與圓心的 距離，確定該頂點(diǎn)所屬的圓環(huán)區(qū)域，并保存在數(shù)組M中；步驟(3)生成零水印信息把置亂后的水印信息二進(jìn)制比特流w和數(shù)組M進(jìn)行異 或操作，得到的數(shù)據(jù)就是零水印信息I ；步驟⑷保存零水印信息把生成的零水印信息I保存到水印信息庫(kù)中，以備檢測(cè) 時(shí)需要。所述的水印信息檢測(cè)是指將待檢測(cè)矢量地圖中提取的零水印信息與水印信息庫(kù) 中的水印信息操作得到最后水印信息，具體步驟如下步驟⑴根據(jù)待檢測(cè)矢量地圖數(shù)據(jù)，取出水印信息庫(kù)中的水印信息；步驟(2)對(duì)待檢測(cè)矢量地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行同心圓分塊處理根據(jù)零水印信息的長(zhǎng)度， 同樣以待檢測(cè)矢量地圖的中心點(diǎn)作為圓心，把該地圖劃成1’個(gè)圓環(huán)，具體步驟為步驟d、計(jì)算待檢測(cè)矢量地圖的空間范圍，得到包含該地圖的外接矩形；步驟e、劃分圓環(huán)區(qū)域。以矩形中心作為圓心，以對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度為直徑d’，將此直徑 為d’的圓劃分成1’個(gè)圓環(huán)區(qū)域，相鄰的圓環(huán)所對(duì)應(yīng)的半徑差為d’ /21’ ；步驟f、統(tǒng)計(jì)落在每個(gè)圓環(huán)區(qū)域的頂點(diǎn)個(gè)數(shù)遍歷每個(gè)頂點(diǎn)，計(jì)算該頂點(diǎn)與圓心的 距離，確定該頂點(diǎn)所屬的圓環(huán)區(qū)域，并保存在數(shù)組M’中；步驟(3)生成水印信息把從水印信息庫(kù)中取出的水印信息和數(shù)組M’進(jìn)行異或， 得到二進(jìn)制比特流w’ ；步驟(4)反置亂水印信息把二進(jìn)制比特流w’結(jié)合密鑰進(jìn)行Arnold反變換提取 出最終的水印圖像。本發(fā)明的有益效果為該發(fā)明不需要對(duì)原始矢量地圖數(shù)據(jù)做任何修改，通過(guò)同心 圓的等塊劃分思想提取零水印信息。該水印方法，一方面避免把水印作為冗余信息嵌入在 地圖數(shù)據(jù)中引起數(shù)據(jù)精度改變的缺點(diǎn)，具有較好的隱蔽性，可以很好地解決數(shù)字水印的不 可感知性和魯棒性之間的矛盾，也可以克服可逆數(shù)字水印中存在的安全漏洞，是一種天然 的盲水印系統(tǒng)，有很大的實(shí)用價(jià)值；另一方面能夠抵抗多種常見(jiàn)的攻擊，比如縮放、平移、 旋轉(zhuǎn)、裁剪以及刪除或增加矢量地圖的頂點(diǎn)數(shù)目，具有較強(qiáng)的抵抗力和穩(wěn)健性。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明方法包括水印信息嵌入和水印信息檢測(cè)。水印信息嵌入是指提取原始矢量地圖的零水印信息，保存入庫(kù)，具體包括以下步 驟步驟(1)調(diào)制水印信息，二值水印圖結(jié)合密鑰和運(yùn)用Arnold變換把水印信息置 亂，得到成二進(jìn)制比特流w 設(shè)定水印圖像為NXN的二值圖，則水印信息長(zhǎng)度為1 = NXN， 采用離散化的Arnold變換并結(jié)合密鑰得到最終水印信息比特流w = (w1 w2, . . . , wt,..., Wl)，其中 Wi G {0,1},0 ^ i < 1 ；步驟(2)對(duì)矢量地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行同心圓分塊處理根據(jù)水印信息的長(zhǎng)度，以矢量地 圖的中心點(diǎn)作為圓心，把地圖劃成1個(gè)圓環(huán)區(qū)域；具體步驟為
步驟a、計(jì)算矢量地圖的空間范圍，得到包含地圖的外接矩形；步驟b、劃分圓環(huán)區(qū)域。以矩形中心作為圓心，以對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度為直徑d，將此直徑為 d的圓劃分成1個(gè)圓環(huán)區(qū)域，相鄰的圓環(huán)所對(duì)應(yīng)的半徑差為d/21 ；步驟c、統(tǒng)計(jì)落在每個(gè)圓環(huán)區(qū)域的頂點(diǎn)個(gè)數(shù)遍歷每個(gè)頂點(diǎn)，計(jì)算該頂點(diǎn)與圓心的 距離，確定該頂點(diǎn)所屬的圓環(huán)區(qū)域，并保存在數(shù)組M中；步驟(3)生成零水印信息把置亂后的水印信息二進(jìn)制比特流w和數(shù)組M進(jìn)行異 或操作，得到的數(shù)據(jù)就是零水印信息I ；步驟(4)保存零水印信息把生成的零水印信息I保存到水印信息庫(kù)中，以備檢測(cè) 時(shí)需要。水印信息檢測(cè)是指將待檢測(cè)矢量地圖中提取的零水印信息與水印信息庫(kù)中的水 印信息操作得到最后水印信息，具體步驟如下步驟(1)根據(jù)待檢測(cè)矢量地圖數(shù)據(jù)，取出水印信息庫(kù)中的水印信息；步驟(2)對(duì)待檢測(cè)矢量地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行同心圓分塊處理根據(jù)零水印信息的長(zhǎng)度， 同樣以待檢測(cè)矢量地圖的中心點(diǎn)作為圓心，把該地圖劃成1’個(gè)圓環(huán)，具體步驟為步驟d、計(jì)算待檢測(cè)矢量地圖的空間范圍，得到包含該地圖的外接矩形；步驟e、劃分圓環(huán)區(qū)域。以矩形中心作為圓心，以對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度為直徑d’，將此直徑 為d’的圓劃分成1’個(gè)圓環(huán)區(qū)域，相鄰的圓環(huán)所對(duì)應(yīng)的半徑差為d’ /21’ ；步驟f、統(tǒng)計(jì)落在每個(gè)圓環(huán)區(qū)域的頂點(diǎn)個(gè)數(shù)遍歷每個(gè)頂點(diǎn)，計(jì)算該頂點(diǎn)與圓心的 距離，確定該頂點(diǎn)所屬的圓環(huán)區(qū)域，并保存在數(shù)組M’中；步驟(3)生成水印信息把從水印信息庫(kù)中取出的水印信息和數(shù)組M’進(jìn)行異或， 得到二進(jìn)制比特流w’ ；步驟(4)反置亂水印信息把二進(jìn)制比特流w’結(jié)合密鑰進(jìn)行Arnold反變換提取 出最終的水印圖像。
權(quán)利要求
一種基于二維矢量數(shù)字地圖特征的零水印方法，其特征在于該方法的包括水印信息嵌入和水印信息檢測(cè)；所述的水印信息嵌入是指提取原始矢量地圖的零水印信息，保存入庫(kù)，具體包括以下步驟步驟(1)調(diào)制水印信息，二值水印圖結(jié)合密鑰和運(yùn)用Arnold變換把水印信息置亂，得到成二進(jìn)制比特流w設(shè)定水印圖像為N×N的二值圖，則水印信息長(zhǎng)度為l＝N×N，采用離散化的Arnold變換并結(jié)合密鑰得到最終水印信息比特流w＝(w1，w2，...，wi，...，wl)，其中wi∈{0，1}，0≤i＜l；步驟(2)對(duì)矢量地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行同心圓分塊處理根據(jù)水印信息的長(zhǎng)度，以矢量地圖的中心點(diǎn)作為圓心，把地圖劃成l個(gè)圓環(huán)區(qū)域，具體步驟為步驟a.計(jì)算矢量地圖的空間范圍，得到包含地圖的外接矩形；步驟b.劃分圓環(huán)區(qū)域，以矩形中心作為圓心，以對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度為直徑d，將此直徑為d的圓劃分成l個(gè)圓環(huán)區(qū)域，相鄰的圓環(huán)所對(duì)應(yīng)的半徑差為d/2l；步驟c.統(tǒng)計(jì)落在每個(gè)圓環(huán)區(qū)域的頂點(diǎn)個(gè)數(shù)遍歷每個(gè)頂點(diǎn)，計(jì)算該頂點(diǎn)與圓心的距離，確定該頂點(diǎn)所屬的圓環(huán)區(qū)域，并保存在數(shù)組M中；步驟(3)生成零水印信息把置亂后的水印信息二進(jìn)制比特流w和數(shù)組M進(jìn)行異或操作，得到的數(shù)據(jù)就是零水印信息I；步驟(4)保存零水印信息把生成的零水印信息I保存到水印信息庫(kù)中，以備檢測(cè)時(shí)需要；所述的水印信息檢測(cè)是指將待檢測(cè)矢量地圖中提取的零水印信息與水印信息庫(kù)中的水印信息操作得到最后水印信息，具體步驟如下步驟(I)根據(jù)待檢測(cè)矢量地圖數(shù)據(jù)，取出水印信息庫(kù)中的水印信息；步驟(II)對(duì)待檢測(cè)矢量地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行同心圓分塊處理根據(jù)零水印信息的長(zhǎng)度，同樣以待檢測(cè)矢量地圖的中心點(diǎn)作為圓心，把該地圖劃成l’個(gè)圓環(huán)，具體步驟為步驟d.計(jì)算待檢測(cè)矢量地圖的空間范圍，得到包含該地圖的外接矩形；步驟e.劃分圓環(huán)區(qū)域以矩形中心作為圓心，以對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度為直徑d’，將此直徑為d’的圓劃分成l’個(gè)圓環(huán)區(qū)域，相鄰的圓環(huán)所對(duì)應(yīng)的半徑差為d’/2l’；步驟f.統(tǒng)計(jì)落在每個(gè)圓環(huán)區(qū)域的頂點(diǎn)個(gè)數(shù)遍歷每個(gè)頂點(diǎn)，計(jì)算該頂點(diǎn)與圓心的距離，確定該頂點(diǎn)所屬的圓環(huán)區(qū)域，并保存在數(shù)組M中；步驟(III)生成水印信息把從水印信息庫(kù)中取出的水印信息和數(shù)組M進(jìn)行異或，得到二進(jìn)制比特流w；步驟(IV)反置亂水印信息把二進(jìn)制比特流w’結(jié)合密鑰進(jìn)行Arnold反變換提取出最終的水印圖像。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于二維矢量數(shù)字地圖特征的零水印方法。傳統(tǒng)水印算法安全性差。本發(fā)明方法的水印信息嵌入和水印信息檢測(cè)。水印信息嵌入是指提取原始矢量地圖的零水印信息，保存入庫(kù)，具體包括調(diào)制水印信息、對(duì)矢量地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行同心圓分塊處理、生成零水印信息和保存零水印信息。水印信息檢測(cè)是指將待檢測(cè)矢量地圖中提取的零水印信息與水印信息庫(kù)中的水印信息操作得到最后水印信息，具體包括根據(jù)待檢測(cè)矢量地圖數(shù)據(jù)，取出水印信息庫(kù)中的水印信息、對(duì)待檢測(cè)矢量地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行同心圓分塊處理、生成水印信息和反置亂水印信息。本發(fā)明方法具有較好的隱蔽性、抵抗力和穩(wěn)健性。
文檔編號(hào)G09B29/00GK101853482SQ20101015824
公開(kāi)日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月27日
發(fā)明者凌云, 王勛, 章志勇, 黃定軍 申請(qǐng)人:浙江工商大學(xué)