抗等角投影變換矢量地圖數(shù)據(jù)數(shù)字水印方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及抗等角投影變換矢量地圖數(shù)據(jù)數(shù)字水印方法，可有效解決在原始投影信息未知的情況下，能夠完整檢測(cè)出水印版權(quán)標(biāo)識(shí)，提高水印檢測(cè)的執(zhí)行效率和準(zhǔn)確率的問(wèn)題，輸入含有版權(quán)標(biāo)識(shí)的二值圖像作為水印，加密處理，然后轉(zhuǎn)化為一維水印編碼序列；輸入待嵌入水印的矢量地圖數(shù)據(jù)，按照文件存儲(chǔ)順序，依次提取線狀要素；對(duì)水印進(jìn)行擴(kuò)頻處理；對(duì)線狀要素進(jìn)行折線正變換，將定位點(diǎn)用長(zhǎng)度變量和角度變量表示；對(duì)線狀要素定位點(diǎn)的角度變量嵌入水??；對(duì)線狀要素進(jìn)行折線逆變換，將線狀要素定位點(diǎn)還原到平面坐標(biāo)表示形式；對(duì)含有水印信息的矢量地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行水印檢測(cè)，本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，易操作，提高水印檢測(cè)效率，確保矢量地圖的安全應(yīng)用。
【專利說(shuō)明】抗等角投影變換矢量地圖數(shù)據(jù)數(shù)字水印方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地理信息科學(xué)、信息隱藏領(lǐng)域，特別是一種抗等角投影變換矢量地圖數(shù)據(jù)數(shù)字水印方法。
【背景技術(shù)】
[0002]矢量地圖數(shù)據(jù)是國(guó)家重要的基礎(chǔ)設(shè)施，網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展擴(kuò)大了矢量地圖數(shù)據(jù)的應(yīng)用范圍，但隨之而來(lái)的安全問(wèn)題嚴(yán)重限制了矢量地圖數(shù)據(jù)的應(yīng)用。矢量地圖數(shù)據(jù)的獲取過(guò)程十分復(fù)雜，需要消耗大量的人力、物力、財(cái)力，數(shù)據(jù)拷貝的便捷性給矢量地圖數(shù)據(jù)的版權(quán)帶來(lái)極大的威脅，因此數(shù)據(jù)版權(quán)保護(hù)成為擴(kuò)大矢量地圖數(shù)據(jù)應(yīng)用范圍的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。數(shù)字水印技術(shù)是保護(hù)數(shù)據(jù)版權(quán)的前沿技術(shù)，利用數(shù)據(jù)的冗余性，在保證數(shù)據(jù)可用性的條件下，將版權(quán)標(biāo)識(shí)信息嵌入到數(shù)據(jù)冗余部分。
[0003]用于版權(quán)保護(hù)的數(shù)字水印方法應(yīng)當(dāng)具有較高的魯棒性，確保在遭受各種常見(jiàn)攻擊的情況下，數(shù)據(jù)中的水印信息不被破壞。常見(jiàn)的攻擊方式包括惡意攻擊和善意攻擊:惡意攻擊是指數(shù)據(jù)非法發(fā)布者為了逃避版權(quán)責(zé)任，采用某種特殊處理將數(shù)據(jù)中的版權(quán)標(biāo)識(shí)水印去除或者破壞的操作；善意攻擊是指數(shù)據(jù)合法擁有者為了完成任務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行的某些合理的操作，包括裁減和拼接、數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)壓縮、格式轉(zhuǎn)換、投影變換等，這些合理的操作在一定程度上會(huì)對(duì)版權(quán)標(biāo)識(shí)水印造成破壞。
[0004]投影變換是矢量地圖數(shù)據(jù)的一種主要處理方式，投影變換后數(shù)據(jù)的絕對(duì)坐標(biāo)和相對(duì)坐標(biāo)都會(huì)發(fā)生較大變化，數(shù)據(jù)中的水印信息會(huì)遭受嚴(yán)重破壞?，F(xiàn)有的水印方法都不能夠直接從投影后的數(shù)據(jù)中檢測(cè)出水印標(biāo)識(shí)，通常的處理方式是將含水印數(shù)據(jù)反變換至嵌入水印時(shí)的投影下，然后再利用水印檢測(cè)方法對(duì)水印進(jìn)行檢測(cè)。
[0005]雖然上述方法在一定程度上能夠檢測(cè)出水印標(biāo)識(shí)，但是由于投影模型、參數(shù)選取的不同，多次投影會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)精度造成損失，在一定程度上會(huì)影響水印檢測(cè)；將數(shù)據(jù)反變換至原投影下，會(huì)大大降低水印檢測(cè)的執(zhí)行效率；另外，大多數(shù)情況下，水印檢測(cè)者無(wú)法獲取原始投影信息，也就無(wú)法從投影變換后的數(shù)據(jù)中檢測(cè)出水印，執(zhí)行效率低，準(zhǔn)確率低。因此設(shè)計(jì)一種能夠在原始投影信息未知情況下，仍然能夠正確檢測(cè)水印的水印方法成為目前的迫切需要解決的技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本發(fā)明之目的就是提供一種抗等角投影變換矢量地圖數(shù)據(jù)數(shù)字水印方法(或稱:抗矢量地圖數(shù)據(jù)投影變換攻擊的魯棒水印方法)，可有效解決，在原始投影信息未知的情況下，能夠完整檢測(cè)出水印版權(quán)標(biāo)識(shí)；檢測(cè)水印時(shí)不需要做反投影變換，從而提高水印檢測(cè)的執(zhí)行效率和準(zhǔn)確率的問(wèn)題。
[0007]本發(fā)明解決的技術(shù)方案是，包括以下步驟:
[0008](I)輸入含有版權(quán)標(biāo)識(shí)的二值圖像作為水印，進(jìn)行加密處理，將加密后的圖像轉(zhuǎn)化為一維水印編碼序列；[0009](2)輸入待嵌入水印的矢量地圖數(shù)據(jù)，按照文件存儲(chǔ)順序，依次提取線狀要素；
[0010](3)對(duì)水印進(jìn)行擴(kuò)頻處理；
[0011](4)對(duì)每條線狀要素進(jìn)行折線正變換，將定位點(diǎn)用長(zhǎng)度變量和角度變量表示；
[0012](5)采用條帶調(diào)制方案對(duì)線狀要素定位點(diǎn)的角度變量嵌入水?。?br> [0013](6)對(duì)線狀要素進(jìn)行折線逆變換，將線狀要素定位點(diǎn)還原到平面坐標(biāo)表示形式；
[0014](7)重復(fù)步驟(4)-(6)完成對(duì)所有線狀要素的水印嵌入；
[0015](8)利用水印檢測(cè)方法，對(duì)含有水印信息的矢量地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行水印檢測(cè)。
[0016]本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，易操作，能夠有效抵抗等角投影變換攻擊，提高水印檢測(cè)效率，在原始投影信息未知的情況下完整檢測(cè)出水印信息，確保矢量地圖的安全應(yīng)用，有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明的框示流程圖。 [0018]圖2為本發(fā)明的水印嵌入框示流程圖。
[0019]圖3為本發(fā)明的水印提取框示流程圖。
[0020]圖4為本發(fā)明的折線變換原理圖。
[0021]圖5為本發(fā)明延拓方式的水印擴(kuò)頻示意圖。
[0022]圖6為本發(fā)明的嵌入水印后坐標(biāo)改變量分布圖,其中:圖6(a)是χ坐標(biāo)改變量分布，圖6 (b)是y坐標(biāo)改變量分布。
[0023]圖7為本發(fā)明的原始水印圖像和遭受攻擊后提取的水印效果圖，其中:圖7(a)是原始水印圖像，其中:圖7(b)、(c)、(d)和(e)分別為水印數(shù)據(jù)遭受Lambert投影變換攻擊、墨卡托投影變換攻擊、旋轉(zhuǎn)攻擊和平移攻擊后提取的水印效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)描述。
[0025]由圖1-圖3給出，本發(fā)明是一種抗等角投影變換矢量數(shù)據(jù)數(shù)字水印方法，該方法總體分為兩個(gè)方面:A.矢量地圖數(shù)據(jù)水印的嵌入；B.矢量地圖數(shù)據(jù)水印的檢測(cè)，其中:
[0026]A、矢量地圖數(shù)據(jù)水印嵌入方法，步驟如下:
[0027](I)輸入含有版權(quán)標(biāo)識(shí)的二值圖像作為水印信息，對(duì)水印圖像進(jìn)行加密處理，采用Arnold變換的加密方法，進(jìn)行加密處理:
[0028]①原始水印信息為長(zhǎng)寬大小均為J的二值圖像，首先根據(jù)J的大小計(jì)算出Arnold變換的最佳變換次數(shù)I及變換周期R，將Ic1 =】和k2 = R-1作為密鑰保存，在檢測(cè)水印時(shí)作為檢測(cè)密鑰；
[0029]②對(duì)二值圖像做I次Arnold變換；
[0030]③按行提取變換后的二值圖像的像素值，生成一維水印編碼序列WO ；
[0031](2)輸入待嵌入水印的矢量地圖數(shù)據(jù)線狀要素圖層，依次提取線狀要素L1, L2,...，Ln, η為線狀要素的數(shù)量；
[0032](3)對(duì)水印編碼序列采用延拓的方式進(jìn)行擴(kuò)頻處理，如圖4所示，得到擴(kuò)頻后的水







η
印數(shù)組W{w[i] I i = 1，2，3，...，Μ}，M為擴(kuò)頻后水印序列長(zhǎng)度，且1 = Σ"ζ/ —，η為線狀







/=1要素的數(shù)量，Ini是第i個(gè)線狀要素上定位點(diǎn)個(gè)數(shù),將k3 = M保存為密鑰；
[0033](4)選擇第i個(gè)線狀要素LiKxijJij) |j = 1，2，...，!^}，對(duì)1^進(jìn)行折線正變換，將線狀要素的表達(dá)方式由平面直角坐標(biāo)形式轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)度變量和角度變量的表達(dá)形式LiKlenij, Θ Jj) I j = 1，2，...，mj ,其中(Xij, Yij)是指第i個(gè)線狀要素上第j個(gè)定位點(diǎn)的平面直角坐標(biāo)，(Ienij, θ υ)是Li上第j個(gè)定位點(diǎn)的長(zhǎng)度和角度表達(dá)形式，Ini是Li上定位點(diǎn)個(gè)數(shù)；
[0034]如圖3所示，折線正變換的方法是:
[0035]①提取第i個(gè)線狀要素Li上的第j個(gè)定位點(diǎn)Pij (Xij, Yij)，Xij和yu分別是第j個(gè)定位點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)；
[0036]②計(jì)算Pu點(diǎn)對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度變量lenu，計(jì)算公式入下:
【權(quán)利要求】
1.一種抗等角投影變換矢量地圖數(shù)據(jù)數(shù)字水印方法，其特征在于，包括矢量地圖數(shù)據(jù)水印的嵌入和矢量地圖數(shù)據(jù)水印的檢測(cè)，步驟如下: (1)輸入含有版權(quán)標(biāo)識(shí)的二值圖像作為水印，進(jìn)行加密處理，將加密后的圖像轉(zhuǎn)化為一維水印編碼序列； (2)輸入待嵌入水印的矢量地圖數(shù)據(jù)，按照文件存儲(chǔ)順序，依次提取線狀要素； (3)對(duì)水印進(jìn)行擴(kuò)頻處理； (4)對(duì)每條線狀要素進(jìn)行折線正變換，將定位點(diǎn)用長(zhǎng)度變量和角度變量表示； (5)采用條帶調(diào)制方案對(duì)線狀要素定位點(diǎn)的角度變量嵌入水??； (6)對(duì)線狀要素進(jìn)行折線逆變換，將線狀要素定位點(diǎn)還原到平面坐標(biāo)表示形式； (7)重復(fù)步驟(4)~(6)完成對(duì)所有線狀要素的水印嵌入； (8)利用水印檢測(cè)方法，對(duì)含有水印信息的矢量地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行水印檢測(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗等角投影變換矢量地圖數(shù)據(jù)數(shù)字水印方法，其特征在于:所述的步驟(1)中的加密處理，方法是: ①原始水印信息為長(zhǎng)寬大小均為J的二值圖像，首先根據(jù)J的大小計(jì)算出Arnold變換的最佳變換次數(shù)I及變換周期R，將Ic1 = J和k2 = R-1作為密鑰保存，在檢測(cè)水印時(shí)作為檢測(cè)密鑰； ②對(duì)二值圖像做I次Arnold變換； ③按行提取變換后的二值圖像的像素值，生成一維水印編碼序列W0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗等角投影變換矢量地圖數(shù)據(jù)數(shù)字水印方法，其特征在于:所述的步驟(3)中的擴(kuò)頻處理，方法是，對(duì)水印編碼序列采用延拓的方式進(jìn)行擴(kuò)頻處理，得到擴(kuò)頻后的水印數(shù)組W{w[i] |i = 1,2, 3，...，M}，M為擴(kuò)頻后水印序列長(zhǎng)度，且
M = ∑h -2" η為線狀要素的數(shù)量，Hii是第i個(gè)線狀要素上定位點(diǎn)個(gè)數(shù),將k3 = M保存為密鑰。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗等角投影變換矢量地圖數(shù)據(jù)數(shù)字水印方法，其特征在于:所述的步驟(4)中的折線正變換，方法是: ①提取第i個(gè)線狀要素Li上的第j個(gè)定位點(diǎn)Pu(XiJ, Yij)，Xij和分別是第j個(gè)定位點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)； ②計(jì)算Pu點(diǎn)對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度變量lenu，計(jì)算公式為:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗等角投影變換矢量地圖數(shù)據(jù)數(shù)字水印方法，其特征在于:所述的步驟(6)中的折線逆變換，方法是: ①提取第i個(gè)線狀要素上的第j個(gè)定位點(diǎn)Pijdenij,Θ，tj)，Ienij和Θ，^分別是第j個(gè)定位點(diǎn)的長(zhǎng)度變量和角度變量； ②計(jì)算Pu的方向角度σ' u，計(jì)算公式為:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗等角投影變換矢量地圖數(shù)據(jù)數(shù)字水印方法，其特征在于:所述的步驟(5)中的條帶調(diào)制方案嵌入水印方法為: 水印嵌入從線狀要素的第三個(gè)定位點(diǎn)開始執(zhí)行，每個(gè)定位點(diǎn)依次嵌入一個(gè)水印位，將水印其納入到定位點(diǎn)的角度變量中:當(dāng)定位APu嵌入水印值為I時(shí)，修改定位點(diǎn)Pu的角度變量Θ ,j,使修改后的角度變量Θ ' ^滿足Θ ' ijmod δ = 3 δ /4 ;當(dāng)嵌入水印值為O時(shí)，修改定位點(diǎn)度變量Qu，使修改后的角度變量Θ ' u滿足Θ ' ijmod δ = δ/4，δ是水印嵌入強(qiáng)度； 為減小角度的修改量，要控制水印嵌入導(dǎo)致的誤差累積，且滿足水印嵌入后對(duì)尾部數(shù)據(jù)分布的要求，按公式修改定位點(diǎn)Pu的角度變量Θ ,j尾部數(shù)據(jù):
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗等角投影變換矢量地圖數(shù)據(jù)數(shù)字水印方法，其特征在于:包括A.矢量地圖數(shù)據(jù)水印的嵌入；B.矢量地圖數(shù)據(jù)水印的檢測(cè)，其中: A、矢量地圖數(shù)據(jù)水印嵌入方法，步驟如下: (1)輸入含有版權(quán)標(biāo)識(shí)的二值圖像作為水印信息，對(duì)水印圖像進(jìn)行加密處理，采用Arnold變換的加密方法，進(jìn)行加密處理: ①原始水印信息為長(zhǎng)寬大小均為J的二值圖像，首先根據(jù)J的大小計(jì)算出Arnold變換的最佳變換次數(shù)I及變換周期R，將Ic1 = J和k2 = R-1作為密鑰保存，在檢測(cè)水印時(shí)作為檢測(cè)密鑰； ②對(duì)二值圖像做I次Arnold變換； ③按行提取變換后的二值圖像的像素值，生成一維水印編碼序列WO； (2)輸入待嵌入水印的矢量地圖數(shù)據(jù)線狀要素圖層，依次提取線狀要素L1,L2,, Ln,η為線狀要素的數(shù)量； (3)對(duì)水印編碼序列采用延拓的方式進(jìn)行擴(kuò)頻處理，如圖4所示，得到擴(kuò)頻后的水印數(shù)






組W{w[i] |i = I, 2, 3,...,M}, M為擴(kuò)頻后水印序列長(zhǎng)度,且
【文檔編號(hào)】G06T1/00GK103985080SQ201410230657
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】楊輝, 閔連權(quán), 侯翔 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍信息工程大學(xué)