[发明专利]基于网格的矢量空间数据数字水印方法

说明书

技术领域

本发明属于版权保护技术领域，特别是涉及一种基于网格的矢量空间数据数字水印方法。

背景技术

在信息化社会的今天，特别是伴随着计算机网络技术、通信技术和多媒体技术的迅速发展，以及Internet的普及，基于计算机和网络的多媒体信息交换为数字作品的使用、传播提供了便利的途径。尤其是最近几年，伴随着因特网的盛行，网络带宽的不断增加，在全球范围内，交换数字媒体已成为广泛的现象，人们对数字媒体的需求正以令人吃惊的速度增长，操作数字媒体的工具亦迅猛增加。然而数字作品(如电子出版物、数字图像、数字音乐、视频节目、电子票据、网页等)极易被非法拷贝和复制的特性使得网络信息的版权保护问题日益突出。不法分子的随意拷贝、任意发布，甚至以出售盗版来牟取暴利的行为，对作者的权益造成极大的伤害。保护数字作品的知识产权，仅仅靠注册其所有权已无法有效保护作者的合法权益。所以数字媒体的版权保护和来源认证成为在开放的网络环境下迫切需要解决的问题之一。

到目前为止，数字水印从研究对象上看主要涉及图像水印、视频水印、音频水印、文本水印和三维网格数据水印等几个方面，其中大部分的水印研究和论文都集中在图像研究上，其原因在于图像是最基本的多媒体数据，且互联网的发展为图像水印的应用提供了直接大量的应用需求。然而，随着信息技术的不断发展和国家建设的需要，空间数据产品的应用范围不断扩大，产品的数量高速增长。因为空间数据产品内含的数据量庞大，一般是采用数据库技术管理存储空间数据，即为矢量空间数据库。空间数据的获取需要消耗大量的人力物力以及时间，因此空间数据是数据生产者的宝贵财富。但是由于数据的复制非常容易，一旦空间数据产品被出售，非法拷贝的出现就会难以避免。如果不对此加以保护将会给数据生产者带来巨大的损失。矢量空间数据包括点、线、多边形和复合对象等，它们是描述对象空间位置的几何数据，普通图像水印技术容易破坏其所含空间信息。如何验证某种空间数据产品的生产部门以及如何证明其版权归属，已经成为当前数字测绘生产中的一项迫切需要的技术。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提出一种能够保护矢量空间数据版权的数字水印方法。

本发明的技术方案为：包括有水印信息嵌入过程和水印信息提取过程；

所述水印信息嵌入过程包括以下步骤：

步骤一，生成用于嵌入的水印信息，即采用黑白二值图像作为原始水印图像，读出黑白二值图像的数据部分后对其进行置乱操作，置乱后获取的数值作为用于嵌入的水印信息；

步骤二，将数据库内所存储的待加水印矢量空间数据以坐标点的形式读出，对所有的坐标点进行网格化处理以获得网格矩阵M；

所述网格化处理的具体方式是：确定一个二维网格，根据矢量空间数据的特点，对所有坐标点进行预处理，提取其中的非关键的坐标点，然后将非关键的坐标点按照坐标值分配到网格的各单元中，统计网格各个单元中坐标点的个数，从而得到相应网格矩阵M。

步骤三，对网格矩阵M进行DCT变换得到系数矩阵G，选择系数矩阵G的中频部分，对中频部分的每个系数分别嵌入水印信息中的一个水印信息位得到新的系数矩阵G’，对系数矩阵G’进行逆DCT变换得到网格矩阵M’；

步骤四，将网格矩阵M’跟步骤二所得网格矩阵M进行对应比较，如果其中某个网格单元在网格矩阵M和网格矩阵M’的相应权值发生了变化，则按照网格矩阵M’中的相应权值对矢量空间数据库中处于这个网格的坐标点个数进行调整，从而生成带水印矢量空间数据；

所述水印信息提取过程为，对矢量空间数据库内所存储的带水印矢量空间数据进行网格化，对所得网格数据进行DCT变换，从DCT变换结果中提取出隐藏的水印信息位，将其作为图像的数据部分构建一个黑白二值图像，然后对该黑白二值图像进行置乱恢复操作从而提取出作为水印信息的原始水印图像。

而且，步骤一中，对黑白二值图像的数据部分进行置乱操作采用Arnold变换实现。

而且，步骤二中，确定二维网格时，网格大小取值为矢量空间数据的地图精度大小的一半以下；对坐标点进行分类时，将所有点划分为关键点和非关键点；统计各个网格中坐标点的数目时，对于网格边界上的坐标点优先划分到右边和下面的网格中。

而且，步骤二中，将确定二维网格时的网格大小取值作为密钥，水印信息提取过程中使用该密钥进行网格化。

而且，步骤四的具体实现方式为：

设M_ij为网格矩阵M中位于第i行和第j列的元素、M’_ij为网格矩阵M’中位于第i行和第j列的元素，网格矩阵M和网格矩阵M’大小为P×Q，其中1≤i≤P，1≤j≤Q；