一種基于空間幾何特性的矢量地圖水印方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種基于空間幾何特性的矢量地圖水印方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)字水印技術(shù)是一種公認(rèn)的對(duì)數(shù)字產(chǎn)品進(jìn)行版權(quán)保護(hù)的手段。1996年在英國(guó)劍橋 牛頓研宄所召開了第一屆國(guó)際信息隱藏學(xué)術(shù)研討會(huì)，標(biāo)志著信息隱藏學(xué)的誕生，而作為信 息隱藏學(xué)主要分支之一的數(shù)字水印技術(shù)的研宄也得到了迅速的發(fā)展。
[0003] 目前，對(duì)矢量地圖的數(shù)字水印算法很少，主要包括兩類：即空間域和頻率域?？臻g 域算法主要是通過輕微修改坐標(biāo)值來嵌入水印，算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但魯棒性較差，對(duì)地圖內(nèi)容 損傷較大；頻率域算法通過離散余弦變換、傅立葉變換或小波變換等數(shù)學(xué)方法，通過調(diào)整頻 域系數(shù)來嵌入水印，該類算法較復(fù)雜。目前，衡量矢量地圖數(shù)字水印性能的重要指標(biāo)包括精 度有損情況以及抗矢量數(shù)據(jù)壓縮能力。多數(shù)基于空域和頻域的水印算法在應(yīng)用中對(duì)地圖精 度均存在著不同程度的損傷，對(duì)于數(shù)據(jù)壓縮攻擊的抵抗性能則始終未獲得明顯改善。概括 地說，主要原因在于缺乏一種優(yōu)化選擇策略指導(dǎo)嵌入對(duì)象的選取，使得攜帶水印的對(duì)象在 壓縮過程中被去除，從而引起水印失效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種能保證矢量地圖100%無損，并能有效抵抗多種組合 攻擊，具有高安全性以及不可見性的基于空間幾何特性的矢量地圖水印方法。
[0005] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 一種基于空間幾何特性的矢量地圖水印方法，包括如下步驟：
[0007] (1)讀取矢量地圖文件，簡(jiǎn)化地圖，移除顏色渲染圖層；
[0008] (2)依托點(diǎn)圖層，線圖層和區(qū)域圖層劃分三個(gè)子集，分別確定地圖對(duì)象的圖層歸 屬；
[0009] (3)按照拓?fù)潢P(guān)系定義，分別從各圖層內(nèi)獲得關(guān)鍵對(duì)象集合；
[0010] (4)利用基于距離的模糊聚類分析方法，確定最終的水印載體集合；
[0011] (5)對(duì)于每一個(gè)比特的水印編碼，從載體集合內(nèi)順序提取對(duì)象的定義塊；
[0012] (6)讀取對(duì)象定位坐標(biāo)值，采用0比特復(fù)合的方式串聯(lián)到坐標(biāo)值末尾；
[0013] (7)構(gòu)造可供水印提取的密鑰，將水印序列依次寫入載體對(duì)象內(nèi)；
[0014] (8)根據(jù)提取密鑰，依次讀取二值水印序列；
[0015] (9)根據(jù)讀取的二值水印序列和水印位圖的大小，生成水印位圖，同原始水印進(jìn)行 比較和相似度計(jì)算，判定版權(quán)或內(nèi)容完整性。
[0016] 通過分離圖層來濾除冗余的所述的顏色渲染圖層，獲得地圖的最有效核心圖層信 息。
[0017] 分離核心圖層，劃分為所述的點(diǎn)圖元、線圖元、面圖元三種基本圖層，獲取反映地 理空間的關(guān)鍵性拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)。
[0018] 根據(jù)水印編碼長(zhǎng)度和單位嵌入字節(jié)數(shù)，確定載體規(guī)模，通過基于距離的模糊聚類 分析方法，獲得所述最終的水印載體集合。
[0019] 開始嵌入水印信息，順序獲得載體集合內(nèi)的元素，讀取該對(duì)象所對(duì)應(yīng)的所述對(duì)象 的定義塊。
[0020] 根據(jù)對(duì)象定義數(shù)據(jù)塊，找到坐標(biāo)定義塊，按照水印編碼嵌入規(guī)則，采用0比特復(fù)合 的方式將所述的水印字節(jié)信息附加到該對(duì)象所述的坐標(biāo)值的末尾，具體包括：將二值水印 序列以每8個(gè)bit字節(jié)為一組，將其ASCII編碼的對(duì)應(yīng)字符嵌入name字段的冗余空間中， 水印嵌入后，結(jié)束符前面是節(jié)點(diǎn)實(shí)際名稱，結(jié)束符后面是水印信息。
[0021] 將每次嵌入的水印字節(jié)數(shù)和順序讀取對(duì)象的編碼信息組合為向量，并保存為所述 的水印提取的密鑰。
[0022] 基于地圖拓?fù)潢P(guān)系的不變性，重新提取到已嵌入水印的關(guān)鍵拓?fù)鋵?duì)象，基于所述 的密鑰，重新排列集合內(nèi)的元素位置，由各對(duì)象內(nèi)的定義塊提取到水印編碼，并連接為水印 序列。
[0023] 根據(jù)水印生成規(guī)則，轉(zhuǎn)換所述的水印序列，并通過相似度計(jì)算，獲得與原始水印的 相似數(shù)據(jù)。
[0024] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0025] (1)實(shí)現(xiàn)了完全無損的水印嵌入和提取。水印嵌入載體基于空間拓?fù)潢P(guān)系選取，對(duì) 于地圖的使用具有重要意義，不易被去除。
[0026] (2)不會(huì)增加地圖文件的大小。本方案通過增加微量的冗余數(shù)據(jù)嵌入水印，并不是 在文件中添加，因此不會(huì)增加地圖文件的大小。
[0027] (3)不會(huì)損壞原文件數(shù)據(jù)。水印嵌入的位置和方法復(fù)合地圖文件的組織特點(diǎn)，因此 不會(huì)影響地圖文件的格式轉(zhuǎn)換和應(yīng)用軟件的讀取處理。
[0028](4)較好的魯棒性。經(jīng)過測(cè)試，這種水印方法能抵抗多種攻擊，在不知道嵌入方法 的情況下，攻擊者很難大幅度提出水印信息。
[0029](5)較好的隱蔽性。本方案嵌入前后的地圖視覺和位置信息等沒有任何的變化，即 使用專業(yè)處理軟件也無法察覺到地圖是否含有水印，由于嵌入的位置極為隱蔽，攻擊者很 難對(duì)水印發(fā)起攻擊。
【附圖說明】
[0030] 圖1為水印相似度比較；
[0031] 圖2為矢量地圖簡(jiǎn)化流程；
[0032] 圖3為0比特復(fù)合的水印嵌入方法；
[0033] 圖4為實(shí)驗(yàn)程序界面；
[0034] 圖5為水印相似度計(jì)算程序界面；
[0035] 圖6為8種剪切攻擊的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面結(jié)合實(shí)驗(yàn)實(shí)例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述：
[0037] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：包括水印的嵌入和提取，其步驟包括：
[0038] (1)讀取矢量地圖文件，簡(jiǎn)化地圖，移除顏色等渲染圖層。
[0039] (2)依托點(diǎn)圖層，線圖層和區(qū)域圖層劃分三個(gè)子集，分別確定地圖對(duì)象的圖層歸 屬。
[0040] (3)按照拓?fù)潢P(guān)系定義，分別從各圖層內(nèi)獲得關(guān)鍵對(duì)象集合。
[0041] (4)利用基于距離的模糊聚類分析方法，確定最終的水印載體集合；
[0042] (5)對(duì)于每一個(gè)比特的水印編碼，從載體集合內(nèi)順序提取對(duì)象的定義塊；
[0043] (6)讀取對(duì)象定位坐標(biāo)值，采用0比特復(fù)合的方式串聯(lián)到坐標(biāo)值末尾。
[0044] (7)構(gòu)造可供水印提取的密鑰，將水印序列依次寫入載體對(duì)象內(nèi)。
[0045] (8)根據(jù)提取密鑰，依次讀取二值水印序列。
[0046] (9)根據(jù)讀取的二值水印序列和水印位圖的大小，生成水印位圖，同原始水印，進(jìn) 行比較和相似度計(jì)算，判定版權(quán)或內(nèi)容完整性。
[0047] 本發(fā)明還可以包括：
[0048] 2、所述的讀取矢量地圖文件并簡(jiǎn)化地圖的步驟中，對(duì)于矢量空間，若復(fù)合各種圖 形，圖像形式的渲染效果，其最終表現(xiàn)為可應(yīng)用的矢量地圖，基本定義如下：
[0049] 定義1 (離散度量空間）：設(shè)集合X為矢量地圖中N個(gè)獨(dú)立的矢量對(duì)象，兩個(gè)元素 的度量表示為任意兩個(gè)矢量對(duì)象的相關(guān)度。
[0050] 定義2 (拓?fù)淇臻g）：由度量空間性質(zhì)，對(duì)于包含若干矢量對(duì)象的集合Ai,A^JT，
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于空間幾何特性的矢量地圖水印方法，其特征在于，包括如下步驟： (1)讀取矢量地圖文件，簡(jiǎn)化地圖，移除顏色渲染圖層； ⑵依托點(diǎn)圖層，線圖層和區(qū)域圖層劃分三個(gè)子集，分別確定地圖對(duì)象的圖層歸屬； (3) 按照拓?fù)潢P(guān)系定義，分別從各圖層內(nèi)獲得關(guān)鍵對(duì)象集合； (4) 利用基于距離的模糊聚類分析方法，確定最終的水印載體集合； (5) 對(duì)于每一個(gè)比特的水印編碼，從載體集合內(nèi)順序提取對(duì)象的定義塊； (6) 讀取對(duì)象定位坐標(biāo)值，采用O比特復(fù)合的方式串聯(lián)到坐標(biāo)值末尾； (7) 構(gòu)造可供水印提取的密鑰，將水印序列依次寫入載體對(duì)象內(nèi)； (8) 根據(jù)提取密鑰，依次讀取二值水印序列； (9) 根據(jù)讀取的二值水印序列和水印位圖的大小，生成水印位圖，同原始水印進(jìn)行比較 和相似度計(jì)算，判定版權(quán)或內(nèi)容完整性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于空間幾何特性的矢量地圖水印方法，其特征在于： 通過分離圖層來濾除冗余的所述的顏色渲染圖層，獲得地圖的最有效核心圖層信息。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于空間幾何特性的矢量地圖水印方法，其特征在于： 分離核心圖層，劃分為所述的點(diǎn)圖元、線圖元、面圖元三種基本圖層，獲取反映地理空間的 關(guān)鍵性拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于空間幾何特性的矢量地圖水印方法，其特征在于： 根據(jù)水印編碼長(zhǎng)度和單位嵌入字節(jié)數(shù)，確定載體規(guī)模，通過基于距離的模糊聚類分析方法， 獲得所述最終的水印載體集合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于空間幾何特性的矢量地圖水印方法，其特征是：開 始嵌入水印信息，順序獲得載體集合內(nèi)的元素，讀取該對(duì)象所對(duì)應(yīng)的所述對(duì)象的定義塊。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于空間幾何特性的矢量地圖水印方法，其特征在于： 根據(jù)對(duì)象定義數(shù)據(jù)塊，找到坐標(biāo)定義塊，按照水印編碼嵌入規(guī)則，采用〇比特復(fù)合的方式將 所述的水印字節(jié)信息附加到該對(duì)象所述的坐標(biāo)值的末尾，具體包括：將二值水印序列以每 8個(gè)bit字節(jié)為一組，將其ASCII編碼的對(duì)應(yīng)字符嵌入name字段的冗余空間中，水印嵌入 后，結(jié)束符前面是節(jié)點(diǎn)實(shí)際名稱，結(jié)束符后面是水印信息。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于空間幾何特性的矢量地圖水印方法，其特征在于： 將每次嵌入的水印字節(jié)數(shù)和順序讀取對(duì)象的編碼信息組合為向量，并保存為所述的水印提 取的密鑰。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于空間幾何特性的矢量地圖水印方法，其特征在于： 基于地圖拓?fù)潢P(guān)系的不變性，重新提取到已嵌入水印的關(guān)鍵拓?fù)鋵?duì)象，基于所述的密鑰，重 新排列集合內(nèi)的元素位置，由各對(duì)象內(nèi)的定義塊提取到水印編碼，并連接為水印序列。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于空間幾何特性的矢量地圖水印方法，其特征在于： 根據(jù)水印生成規(guī)則，轉(zhuǎn)換所述的水印序列，并通過相似度計(jì)算，獲得與原始水印的相似數(shù) 據(jù)。
【專利摘要】本發(fā)明提出的是一種基于空間幾何特性的矢量地圖水印方法。讀取矢量地圖文件，濾除冗余渲染信息；按照點(diǎn)、線、區(qū)域三種基本圖層，讀取矢量地圖對(duì)象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；掃描水印位圖并將其轉(zhuǎn)換為二值序列，確定單位對(duì)象的嵌入長(zhǎng)度，確定水印載體集合規(guī)模；優(yōu)化圖層對(duì)象集合；依次讀取設(shè)定的水印編碼順序?qū)懭攵ㄎ恍畔⒛┪玻焕妹荑€，提取空間關(guān)系對(duì)象內(nèi)的水印編碼；根據(jù)二值水印序列和水印位圖的大小，生成水印位圖。計(jì)算檢測(cè)水印與原始水印的相似程度，為版權(quán)歸屬及地圖內(nèi)容完整性提供判據(jù)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了完全無損的水印嵌入與提取，不對(duì)地圖文件造成任何損壞，在保證地圖內(nèi)容完整性的基礎(chǔ)上，算法達(dá)到了精度零損失，抗矢量數(shù)據(jù)壓縮，以及低誤碼率。
【IPC分類】G06T1-00
【公開號(hào)】CN104794677
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510223958
【發(fā)明人】孫建國(guó), 李佳楠, 李博權(quán)
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年5月5日