一种顾及曲线形状的矢量地理数据水印防伪方法
【专利摘要】本发明公开了一种顾及曲线形状的矢量地理数据水印防伪方法，包括以下步骤：（1）基于曲线形状特征建立水印载体模型；（2）基于曲线整体轮廓定义曲线标识ID；（3）基于变长量化步长调制水印信息；（4）提取水印信息；（5）验证水印信息。本发明基于地理数据的曲线形状特征，利用变长量化步长将水印信息嵌入到表征曲线形状的特征集合中，有效提高了水印的不可见性及鲁棒性，提升了算法的实用性和模型的保真度。
【专利说明】一种顾及曲线形状的矢量地理数据水印防伪方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种矢量地理数据水印防伪方法，更具体地说，涉及一种顾及曲线形 状的矢量地理数据水印防伪方法。
【背景技术】
[0002] 地理信息系统（GIS)应用已经发展到大众化的社会应用水平，要求承载地理信息 的空间数据相应广度的分发范围。在这样的背景下，解决空间数据的版权保护问题，保障地 理空间数据的安全分发，已经迫在眉睫。作为版权保护的首选解决方案，地理空间数据数字 水印已引起国内外不少学者的兴趣。
[0003] 从2000年开始，学术界对矢量数据数字水印的研究文献逐渐多了起来。Carlos最 早对矢量空间数据数字水印研究就技术、法律及版权保护相关问题进行了论述。有不少学 者通过在局部临域内移动数据节点，使之排列成特定的分布样式来暗示水印位的嵌入。很 多水印模型通过直接修改节点坐标的最低有效位来嵌入水印。闵连权根据数据顶点密集程 度的不同，采用不同的分类规则对顶点分类，然后分别修改每类顶点坐标来嵌入水印信息。 邵承永等通过修改数据集的统计特性来隐藏水印信息。为了抵抗图形几何变换对水印信息 的影响，许多水印模型构造了具备几何水印攻击不变性的水印载体，修改水印载体嵌入水 印信息。
[0004] 上述水印模型极大丰富了矢量空间数据数字水印研究的理论和方法内容。但现有 研究工作主要侧重于如何提高水印模型的鲁棒性，对数据保真度的考虑局限于数据顶点的 绝对误差，对地图对象的形状变形等考虑不够，从而影响水印的不可见性，降低水印算法的 实用性。
【发明内容】
[0005] 为了解决矢量地理数据水印防伪方法存在的上述技术问题，本发明提供一种能提 高水印的不可见性及鲁棒性，提升算法的实用性和模型保真度的顾及曲线形状的矢量地理 数据水印防伪方法。
[0006] 本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：
[0007] (1)基于曲线形状特征建立水印载体模型；
[0008] (2)基于曲线整体轮廓定义曲线标识ID ;
[0009] (3)基于变长量化步长调制水印信息；
[0010] ⑷提取水印信息；
[0011] (5)验证水印信息。
[0012] 所述步骤⑴的具体步骤为：通过选取曲线节点的道格拉斯距离作为嵌入水印的 特征域。
[0013] 所述曲线节点的道格拉斯距离序列提取过程的具体步骤为：
[0014] ①将几何对象Gi首尾两点间虚连一条线段，记长度为1，求出其余各点到该线段的 距离；
[0015] ②找出距离线段最远的点，记该点到线段的距离为d，令Cij-CVlj ;
[0016] ③基于最远点将曲线分成两部分，分别对这两部分迭代上述两个处理步骤，直至 所有节点处理完毕，得到Gi的道格拉斯距离序列{Cij}。
[0017] 所述步骤（2)的具体步骤为：
[0018] ①以地图对象为单位组织曲线；
[0019] ②将曲线首尾节点相连记为L ;
[0020] ③找到距离L最远的点记为D ;
[0021] 所述曲线标识ID为：ID = MSD (D/L)，MSD为取最高有效位函数。
[0022] 所述步骤（3)的具体步骤为：
[0023] ①计算对象的道格拉斯距离序列Icd，得到水印载体；
[0024] ②计算Cij对应的量化步长(Iij ;
[0025] ③基于对应量化步长c^_，将量化到相应区间，从而嵌入水印位。
[0026] 所述步骤（4)的具体步骤为：
[0027] ①恢复对象的道格拉斯距离序列Icd，得到水印载体；
[0028] ②恢复Cij对应的量化步长(Iij ;
[0029] ③基于对应量化步长(Iij,从Cij中提取出水印位。
[0030] 所述步骤（5)的具体步骤为：
[0031] ①对提取出的水印信息计算误判概率；
[0032] ②根据误判概率的高低来验证水印信息。
[0033] 本发明基于地理数据的曲线形状特征，利用变长量化步长将水印信息嵌入到表征 曲线形状的特征集合中，有效提高了水印的不可见性及鲁棒性，提升了算法的实用性和和 模型的保真度。
【专利附图】
【附图说明】
[0034] 图1为本发明的方法流程图；
[0035] 图2为本发明的水印载体及对象标识ID示意图。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
[0037] 曲线是矢量地图数据的主要成分，而曲线的形状是其最根本的特征，因此，可以考 虑选择一个能够有效表现曲线形状的特征集合作为水印的嵌入域，通过约束该特征集合的 数值变化幅度来控制曲线的形状变形。
[0038] 曲线节点的道格拉斯距离序列代表了曲线形状的最显著特征。本发明选取曲线节 点的道格拉斯距离作为隐藏水印信号的特征集合。为了控制曲线的形状变形，采用变长的 量化步长，基于量化索引调制思想（QIM)，将水印信息重复嵌入到该特征集合中，从而在保 障水印算法鲁棒性的同时，提高模型的保真度。
[0039] 如图1所示，一种顾及曲线形状的矢量地理数据水印防伪方法，包括：
[0040] Sll :基于曲线形状特征建立水印载体模型；
[0041] 步骤Sll具体为：
[0042] Slll :选取曲线节点的道格拉斯距离作为嵌入水印的特征域。
[0043] 曲线节点的道格拉斯距离序列提取过程如下：
[0044] 将几何对象Gi首尾两点间虚连一条线段，记长度为1 (如图2所示），求出其余各 点到该线段的距离；
[0045] 找出距离线段最远的点，记该点到线段的距离为d(如图2所示），令Cij-Cl jZlj ;
[0046] 基于最远点将曲线分成两部分，分别对这两部分迭代上述两个处理步骤，直至所 有节点处理完毕，得到Gi的道格拉斯距离序列{Cij}。
[0047] S12 :基于曲线整体轮廓定义曲线标识ID ;
[0048] 步骤S12具体为：
[0049] S121 :以地图对象为单位来组织曲线。首先将曲线首尾节点相连记为L ;然后找到 距离L最远的点记为D，对象标识ID定义如下：
[0050] ID = MSD (D/L)，
[0051] MSD为取最高有效位函数。
[0052] S13 :基于变长量化步长调制水印信息；
[0053] 步骤S13具体为：
[0054] S131 :将原始水印信息进行BCH(7, 3)编码；
[0055] Sl32 :计算每个对象的标识ID ;
[0056] S133 :计算对象的哈希值 value_hash，value_hash = HASH(k 〇 ID 〇 k)，k 为密钥；
[0057] S134 :对所有对象按value_hash进行排序，依序均分成若干子集subset [n]，n为 水印串长度，并保存所有子集的上下边界信息boundary [2] [n];
[0058] S135 :在每组子集中重复嵌入一个编码后的比特位，即将水印位基于Q頂思想，嵌 入子集中的每个对象的道格拉斯距离序列Icj中。
[0059] 基于QM在序列{Cij}中嵌入水印时，为了控制曲线的形状变形，采用变长的量化 步长，设量化步长d取值范围为[(Jmin, dmax]。
[0060] dmin通过对保真度与鲁棒性进行平衡来确定，d_的取值受数据自身特点及数据精 度要求的共同影响。
[0061] 为了使量化步长t在水印嵌入前后保持一致，只截取前面a位小数位参与步 长计算。a为满足以下不等式的非负整数：
【权利要求】
1. 一种顾及曲线形状的矢量地理数据水印防伪方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 基于曲线形状特征建立水印载体模型； (2) 基于曲线整体轮廓定义曲线标识ID ; (3) 基于变长量化步长调制水印信息； (4) 提取水印信息； (5) 验证水印信息。
2. 如权利要求1所述的顾及曲线形状的矢量地理数据水印防伪方法，其特征在于，所 述步骤（1)的具体步骤为：通过选取曲线节点的道格拉斯距离序列作为嵌入水印的特征 域。
3. 如权利要求2所述的顾及曲线形状的矢量地理数据水印防伪方法，其特征在于，所 述曲线节点的道格拉斯距离序列提取过程的具体步骤为： ① 将几何对象Gi首尾两点间虚连一条线段，记长度为1，求出其余各点到该线段的距 离； ② 找出距离线段最远的点，记该点到线段的距离为d，令Cij = d/lj ; ③ 基于最远点将曲线分成两部分，分别对这两部分迭代上述两个处理步骤，直至所有 节点处理完毕，得到h的道格拉斯距离序列{Cij}。
4. 如权利要求1所述的顾及曲线形状的矢量地理数据水印防伪方法，其特征在于，所 述步骤（2)的具体步骤为： ① 以地图对象为单位组织曲线； ② 将曲线首尾节点相连记为L; ③ 找到距离L最远的点记为D; 所述曲线标识ID为：ID = MSD(D/L)，MSD为取最高有效位函数。
5. 如权利要求1所述的顾及曲线形状的矢量地理数据水印防伪方法，其特征在于，所 述步骤（3)的具体步骤为： ① 计算对象的道格拉斯距离序列{(^}，得到水印载体； ② 计算eg对应的量化步长dij ; ③ 基于对应量化步长t，将量化到相应区间，从而嵌入水印位。
6. 如权利要求1所述的顾及曲线形状的矢量地理数据水印防伪方法，其特征在于，所 述步骤（4)的具体步骤为： ① 恢复对象的道格拉斯距离序列{cd，得到水印载体； ② 恢复eg对应的量化步长dij ; ③ 基于对应量化步长c^，从中提取出水印位。
7. 如权利要求1所述的顾及曲线形状的矢量地理数据水印防伪方法，其特征在于，所 述步骤（5)的具体步骤为： ① 对提取出的水印信息计算误判概率； ② 根据误判概率的高低来验证水印信息。
【文档编号】G06F21/10GK104408335SQ201410782186
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月16日 优先权日:2014年12月16日
【发明者】吴柏燕, 李朝奎, 王伟, 吴华意 申请人:湖南科技大学