專利名稱：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)字水印的方法都對數(shù)據(jù)的空域信息或其頻域信息做了一定的修改 來嵌入水印信息，為了不讓人眼發(fā)覺人為修改的痕跡，很多方法采用了基于HVS (人類視覺 系統(tǒng))的視覺掩膜。用加視覺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。但是加視覺掩膜使得水印的嵌入過程復(fù)雜化，消耗計算時間太長，不利于實際應(yīng) 用，而且如果別有用心者了解加視覺掩膜的方法，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)覺的細(xì)小的改動，從而導(dǎo)致水印信息檢測失敗。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)用零水印來解決。所謂的零水 印就是不對原始圖像或數(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 重要特征來構(gòu)造水印信息，而不是來修改這些特征。所以零水印技術(shù)很好地解決了不可見 數(shù)字水印的可感知性和魯棒性之間的矛盾。特別是針對矢量地圖的數(shù)據(jù)要求，必須滿足高 精度，信息的定位和計算要達(dá)到毫米級，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)越來越被社會運(yùn) 用，它是描述關(guān)于人類賴以生存的地球的重要信息，是國家基礎(chǔ)性、公益性設(shè)施，是國家基 礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和地球科學(xué)研究的支撐性成果，是國家經(jīng)濟(jì)、國防建設(shè)中不可缺少的資源，對社 會持續(xù)發(fā)展起著重要作用，因此零水印的應(yīng)用會對于矢量地圖數(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。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，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)水印信息的長度，以矢量地 圖的中心點(diǎn)作為圓心，把地圖劃成1個圓環(huán)區(qū)域，具體步驟為步驟a、計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，以對角線長度為直徑d，將此直徑為 d的圓劃分成1個圓環(huán)區(qū)域，相鄰的圓環(huán)所對應(yīng)的半徑差為d/21 ；步驟c、統(tǒng)計落在每個圓環(huán)區(qū)域的頂點(diǎn)個數(shù)遍歷每個頂點(diǎn)，計算該頂點(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保存到水印信息庫中，以備檢測 時需要。所述的水印信息檢測是指將待檢測矢量地圖中提取的零水印信息與水印信息庫 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)待檢測矢量地圖數(shù)據(jù)，取出水印信息庫中的水印信息；步驟(2)對待檢測矢量地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行同心圓分塊處理根據(jù)零水印信息的長度， 同樣以待檢測矢量地圖的中心點(diǎn)作為圓心，把該地圖劃成1’個圓環(huán)，具體步驟為步驟d、計算待檢測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，以對角線長度為直徑d’，將此直徑 為d’的圓劃分成1’個圓環(huán)區(qū)域，相鄰的圓環(huán)所對應(yīng)的半徑差為d’ /21’ ；步驟f、統(tǒng)計落在每個圓環(huán)區(qū)域的頂點(diǎn)個數(shù)遍歷每個頂點(diǎn)，計算該頂點(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)明不需要對原始矢量地圖數(shù)據(jù)做任何修改，通過同心 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)，有很大的實用價值；另一方面能夠抵抗多種常見的攻擊，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。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，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)水印信息的長度，以矢量地 圖的中心點(diǎn)作為圓心，把地圖劃成1個圓環(huán)區(qū)域；具體步驟為
步驟a、計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，以對角線長度為直徑d，將此直徑為 d的圓劃分成1個圓環(huán)區(qū)域，相鄰的圓環(huán)所對應(yīng)的半徑差為d/21 ；步驟c、統(tǒng)計落在每個圓環(huán)區(qū)域的頂點(diǎn)個數(shù)遍歷每個頂點(diǎn)，計算該頂點(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保存到水印信息庫中，以備檢測 時需要。水印信息檢測是指將待檢測矢量地圖中提取的零水印信息與水印信息庫中的水 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)待檢測矢量地圖數(shù)據(jù)，取出水印信息庫中的水印信息；步驟(2)對待檢測矢量地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行同心圓分塊處理根據(jù)零水印信息的長度， 同樣以待檢測矢量地圖的中心點(diǎn)作為圓心，把該地圖劃成1’個圓環(huán)，具體步驟為步驟d、計算待檢測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，以對角線長度為直徑d’，將此直徑 為d’的圓劃分成1’個圓環(huán)區(qū)域，相鄰的圓環(huán)所對應(yīng)的半徑差為d’ /21’ ；步驟f、統(tǒng)計落在每個圓環(huán)區(qū)域的頂點(diǎn)個數(shù)遍歷每個頂點(diǎn)，計算該頂點(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；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，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)水印信息的長度，以矢量地圖的中心點(diǎn)作為圓心，把地圖劃成l個圓環(huán)區(qū)域，具體步驟為步驟a.計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，以對角線長度為直徑d，將此直徑為d的圓劃分成l個圓環(huán)區(qū)域，相鄰的圓環(huán)所對應(yīng)的半徑差為d/2l；步驟c.統(tǒng)計落在每個圓環(huán)區(qū)域的頂點(diǎn)個數(shù)遍歷每個頂點(diǎn)，計算該頂點(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保存到水印信息庫中，以備檢測時需要；所述的水印信息檢測是指將待檢測矢量地圖中提取的零水印信息與水印信息庫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)待檢測矢量地圖數(shù)據(jù)，取出水印信息庫中的水印信息；步驟(II)對待檢測矢量地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行同心圓分塊處理根據(jù)零水印信息的長度，同樣以待檢測矢量地圖的中心點(diǎn)作為圓心，把該地圖劃成l’個圓環(huán)，具體步驟為步驟d.計算待檢測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，以對角線長度為直徑d’，將此直徑為d’的圓劃分成l’個圓環(huán)區(qū)域，相鄰的圓環(huán)所對應(yīng)的半徑差為d’/2l’；步驟f.統(tǒng)計落在每個圓環(huán)區(qū)域的頂點(diǎn)個數(shù)遍歷每個頂點(diǎn)，計算該頂點(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。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，具體包括調(diào)制水印信息、對矢量地圖數(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。水印信息檢測是指將待檢測矢量地圖中提取的零水印信息與水印信息庫中的水印信息操作得到最后水印信息，具體包括根據(jù)待檢測矢量地圖數(shù)據(jù)，取出水印信息庫中的水印信息、對待檢測矢量地圖數(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G09B29/00GK101853482SQ20101015824
公開日2010年10月6日 申請日期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 申請人:浙江工商大學(xué)