专利名称：一种基于二维矢量数字地图特征的零水印方法
技术领域：
本发明属于多媒体信息安全技术领域，特别涉及一种针对地理空间数据的基于二 维矢量数字地图特征的零水印方法。
背景技术：
目前已经提出了许多数字水印方法，这些方法一般可以分为两类频域水印法和 空域水印法。这些嵌入数字水印的方法都对数据的空域信息或其频域信息做了一定的修改 来嵌入水印信息，为了不让人眼发觉人为修改的痕迹，很多方法采用了基于HVS (人类视觉 系统)的视觉掩膜。用加视觉掩膜的方法在一定程度上解决了水印可感知性和鲁棒性之间 的矛盾。但是加视觉掩膜使得水印的嵌入过程复杂化，消耗计算时间太长，不利于实际应 用，而且如果别有用心者了解加视觉掩膜的方法，不能排除有能力的人用方法篡改含有水 印信息的地图，同样使人眼难以发觉的细小的改动，从而导致水印信息检测失败。因此，这 就使得数字水印的安全性受到了限制。所以最好的办法是运用零水印来解决。所谓的零水 印就是不对原始图像或数据进行修改的一种新的数字水印技术。它是利用图像或者数据的 重要特征来构造水印信息，而不是来修改这些特征。所以零水印技术很好地解决了不可见 数字水印的可感知性和鲁棒性之间的矛盾。特别是针对矢量地图的数据要求，必须满足高 精度，信息的定位和计算要达到毫米级，因此零水印非常适用于矢量地图的安全保护，即不 修改原始地图的内容要能满足版权的保护。再者由于矢量的地理空间数据越来越被社会运 用，它是描述关于人类赖以生存的地球的重要信息，是国家基础性、公益性设施，是国家基 础设施建设和地球科学研究的支撑性成果，是国家经济、国防建设中不可缺少的资源，对社 会持续发展起着重要作用，因此零水印的应用会对于矢量地图数据的版权保护起到至关重 要的作用。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于二维矢量数字地图特征的零水印方法。本发明方法包括水印信息嵌入和水印信息检测。所述的水印信息嵌入是指提取原始矢量地图的零水印信息，保存入库，具体包括 以下步骤步骤(1)调制水印信息，二值水印图结合密钥和运用Arnold变换把水印信息置 乱，得到成二进制比特流w 设定水印图像为NXN的二值图，则水印信息长度为1 = NXN， 采用离散化的Arnold变换并结合密钥得到最终水印信息比特流w = (w1 w2, . . . , wt,..., Wl)，其中 Wi G {0,1},0 ^ i < 1 ；步骤(2)对矢量地图数据进行同心圆分块处理根据水印信息的长度，以矢量地 图的中心点作为圆心，把地图划成1个圆环区域，具体步骤为步骤a、计算矢量地图的空间范围，得到包含地图的外接矩形；
步骤b、划分圆环区域，以矩形中心作为圆心，以对角线长度为直径d，将此直径为 d的圆划分成1个圆环区域，相邻的圆环所对应的半径差为d/21 ；步骤c、统计落在每个圆环区域的顶点个数遍历每个顶点，计算该顶点与圆心的 距离，确定该顶点所属的圆环区域，并保存在数组M中；步骤(3)生成零水印信息把置乱后的水印信息二进制比特流w和数组M进行异 或操作，得到的数据就是零水印信息I ；步骤⑷保存零水印信息把生成的零水印信息I保存到水印信息库中，以备检测 时需要。所述的水印信息检测是指将待检测矢量地图中提取的零水印信息与水印信息库 中的水印信息操作得到最后水印信息，具体步骤如下步骤⑴根据待检测矢量地图数据，取出水印信息库中的水印信息；步骤(2)对待检测矢量地图数据进行同心圆分块处理根据零水印信息的长度， 同样以待检测矢量地图的中心点作为圆心，把该地图划成1’个圆环，具体步骤为步骤d、计算待检测矢量地图的空间范围，得到包含该地图的外接矩形；步骤e、划分圆环区域。以矩形中心作为圆心，以对角线长度为直径d’，将此直径 为d’的圆划分成1’个圆环区域，相邻的圆环所对应的半径差为d’ /21’ ；步骤f、统计落在每个圆环区域的顶点个数遍历每个顶点，计算该顶点与圆心的 距离，确定该顶点所属的圆环区域，并保存在数组M’中；步骤(3)生成水印信息把从水印信息库中取出的水印信息和数组M’进行异或， 得到二进制比特流w’ ；步骤(4)反置乱水印信息把二进制比特流w’结合密钥进行Arnold反变换提取 出最终的水印图像。本发明的有益效果为该发明不需要对原始矢量地图数据做任何修改，通过同心 圆的等块划分思想提取零水印信息。该水印方法，一方面避免把水印作为冗余信息嵌入在 地图数据中引起数据精度改变的缺点，具有较好的隐蔽性，可以很好地解决数字水印的不 可感知性和鲁棒性之间的矛盾，也可以克服可逆数字水印中存在的安全漏洞，是一种天然 的盲水印系统，有很大的实用价值；另一方面能够抵抗多种常见的攻击，比如缩放、平移、 旋转、裁剪以及删除或增加矢量地图的顶点数目，具有较强的抵抗力和稳健性。
具体实施例方式本发明方法包括水印信息嵌入和水印信息检测。水印信息嵌入是指提取原始矢量地图的零水印信息，保存入库，具体包括以下步 骤步骤(1)调制水印信息，二值水印图结合密钥和运用Arnold变换把水印信息置 乱，得到成二进制比特流w 设定水印图像为NXN的二值图，则水印信息长度为1 = NXN， 采用离散化的Arnold变换并结合密钥得到最终水印信息比特流w = (w1 w2, . . . , wt,..., Wl)，其中 Wi G {0,1},0 ^ i < 1 ；步骤(2)对矢量地图数据进行同心圆分块处理根据水印信息的长度，以矢量地 图的中心点作为圆心，把地图划成1个圆环区域；具体步骤为
步骤a、计算矢量地图的空间范围，得到包含地图的外接矩形；步骤b、划分圆环区域。以矩形中心作为圆心，以对角线长度为直径d，将此直径为 d的圆划分成1个圆环区域，相邻的圆环所对应的半径差为d/21 ；步骤c、统计落在每个圆环区域的顶点个数遍历每个顶点，计算该顶点与圆心的 距离，确定该顶点所属的圆环区域，并保存在数组M中；步骤(3)生成零水印信息把置乱后的水印信息二进制比特流w和数组M进行异 或操作，得到的数据就是零水印信息I ；步骤(4)保存零水印信息把生成的零水印信息I保存到水印信息库中，以备检测 时需要。水印信息检测是指将待检测矢量地图中提取的零水印信息与水印信息库中的水 印信息操作得到最后水印信息，具体步骤如下步骤(1)根据待检测矢量地图数据，取出水印信息库中的水印信息；步骤(2)对待检测矢量地图数据进行同心圆分块处理根据零水印信息的长度， 同样以待检测矢量地图的中心点作为圆心，把该地图划成1’个圆环，具体步骤为步骤d、计算待检测矢量地图的空间范围，得到包含该地图的外接矩形；步骤e、划分圆环区域。以矩形中心作为圆心，以对角线长度为直径d’，将此直径 为d’的圆划分成1’个圆环区域，相邻的圆环所对应的半径差为d’ /21’ ；步骤f、统计落在每个圆环区域的顶点个数遍历每个顶点，计算该顶点与圆心的 距离，确定该顶点所属的圆环区域，并保存在数组M’中；步骤(3)生成水印信息把从水印信息库中取出的水印信息和数组M’进行异或， 得到二进制比特流w’ ；步骤(4)反置乱水印信息把二进制比特流w’结合密钥进行Arnold反变换提取 出最终的水印图像。
权利要求
一种基于二维矢量数字地图特征的零水印方法，其特征在于该方法的包括水印信息嵌入和水印信息检测；所述的水印信息嵌入是指提取原始矢量地图的零水印信息，保存入库，具体包括以下步骤步骤(1)调制水印信息，二值水印图结合密钥和运用Arnold变换把水印信息置乱，得到成二进制比特流w设定水印图像为N×N的二值图，则水印信息长度为l＝N×N，采用离散化的Arnold变换并结合密钥得到最终水印信息比特流w＝(w1，w2，...，wi，...，wl)，其中wi∈{0，1}，0≤i＜l；步骤(2)对矢量地图数据进行同心圆分块处理根据水印信息的长度，以矢量地图的中心点作为圆心，把地图划成l个圆环区域，具体步骤为步骤a.计算矢量地图的空间范围，得到包含地图的外接矩形；步骤b.划分圆环区域，以矩形中心作为圆心，以对角线长度为直径d，将此直径为d的圆划分成l个圆环区域，相邻的圆环所对应的半径差为d/2l；步骤c.统计落在每个圆环区域的顶点个数遍历每个顶点，计算该顶点与圆心的距离，确定该顶点所属的圆环区域，并保存在数组M中；步骤(3)生成零水印信息把置乱后的水印信息二进制比特流w和数组M进行异或操作，得到的数据就是零水印信息I；步骤(4)保存零水印信息把生成的零水印信息I保存到水印信息库中，以备检测时需要；所述的水印信息检测是指将待检测矢量地图中提取的零水印信息与水印信息库中的水印信息操作得到最后水印信息，具体步骤如下步骤(I)根据待检测矢量地图数据，取出水印信息库中的水印信息；步骤(II)对待检测矢量地图数据进行同心圆分块处理根据零水印信息的长度，同样以待检测矢量地图的中心点作为圆心，把该地图划成l’个圆环，具体步骤为步骤d.计算待检测矢量地图的空间范围，得到包含该地图的外接矩形；步骤e.划分圆环区域以矩形中心作为圆心，以对角线长度为直径d’，将此直径为d’的圆划分成l’个圆环区域，相邻的圆环所对应的半径差为d’/2l’；步骤f.统计落在每个圆环区域的顶点个数遍历每个顶点，计算该顶点与圆心的距离，确定该顶点所属的圆环区域，并保存在数组M中；步骤(III)生成水印信息把从水印信息库中取出的水印信息和数组M进行异或，得到二进制比特流w；步骤(IV)反置乱水印信息把二进制比特流w’结合密钥进行Arnold反变换提取出最终的水印图像。
全文摘要
本发明公开了一种基于二维矢量数字地图特征的零水印方法。传统水印算法安全性差。本发明方法的水印信息嵌入和水印信息检测。水印信息嵌入是指提取原始矢量地图的零水印信息，保存入库，具体包括调制水印信息、对矢量地图数据进行同心圆分块处理、生成零水印信息和保存零水印信息。水印信息检测是指将待检测矢量地图中提取的零水印信息与水印信息库中的水印信息操作得到最后水印信息，具体包括根据待检测矢量地图数据，取出水印信息库中的水印信息、对待检测矢量地图数据进行同心圆分块处理、生成水印信息和反置乱水印信息。本发明方法具有较好的隐蔽性、抵抗力和稳健性。
文档编号G09B29/00GK101853482SQ20101015824
公开日2010年10月6日 申请日期2010年4月27日 优先权日2010年4月27日
发明者凌云, 王勋, 章志勇, 黄定军 申请人:浙江工商大学