[发明专利]基于空间特征的矢量地图可逆水印处理方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及地理信息科学、信息安全、可逆水印，具体讲是一种基于空间特性的矢量地图可逆水印处理方法。

(二)背景技术

数字矢量地图是构成地理信息系统(GIS)的核心数据，它具有精度高、支持高质量缩放等诸多优良性能。GIS技术的发展使得矢量地图在很多领域都拥有广泛的应用前景，在国家经济、国防建设中占有十分重要的地位，其安全性涉及到国家安全、科技协作和知识产权等。因此矢量地图与其他数字媒体一样，面临着一系列数据安全问题，包括版权保护、来源跟踪、篡改鉴别。

数字水印技术是随着数字化的进程而发展起来的保护数据安全的前沿技术，它是在不影响原数据可用性的前提下，将秘密信息-水印与原数据结合并隐藏其中，成为不可分离的一部分，由此来证实数据所有权。可逆水印技术又称为无损数据隐藏，是指能够完整恢复原始载体数据的水印算法。由于矢量地图的应用环境比较严格，通常希望避免对原始地图数据的任何改动，而可逆水印技术最终能将嵌入水印的矢量地图完好无损地恢复，因此可逆方案是最好的解决方法。

目前可逆水印技术的研究主要集中在栅格图像领域，主要方法包括利用可逆模加、无损压缩、改变直方图、和差值扩大来实现算法的可逆性。按照具体的实现方式可以分为两类：空域法和变换域法。基于空域的数据隐藏方法有：1、Fridrich的方法，该方法先将原始图像分成互不交叠的由相邻象素构成的块，设定一个判别函数对块的平滑度进行设定，定义一个可逆变换对象素的最低位进行反转。2、Celik的G-LSB方法，首先对图像中的各点数据进行量化，然后用图像中各点的灰度值减去这个量化值，从而得到剩余量，对剩余量进行压缩，然后将其与需要嵌入的信息合并成为一组新的数据流嵌入到图像各点数据量化值中。3、Ni van Leest的方法，该文献提出一种先对图像分块，然后引入一个压缩函数作用于直方图，使得直方图峰值旁出现空位，若嵌入数据的值为0，则保持该点的灰度值数据不变；若嵌入的数据的值为1，则将该点的灰度值变为空位。4、zhicheng 的方法，首先找出图像中直方图中出现的峰值点，然后找到图像中不存在的灰度值，再通过增加或减少图像中所有灰度值不是直方图峰值的点，来使直方图中的峰值旁出现空位，然后利用图像中是峰值的各点来嵌入数据。基于变化域的图像无损数据隐藏方法有：1、宣国荣的方法，提出一种基于整数小波变换域的方法，先对图像进行直方图调整以避免因信息的嵌入而超过原始图像中的范围，然后在频域系数上进行水印嵌入的可逆水印算法。2、Jun Tian的方法，该方法结合压缩技术，在对图像中的各点进行整数Haar小波变换的基础上进行无损数据隐藏。3、Yang Bian的方法是利用整数DCT系数分布近似Laplacian分布的特点，结合比特移位的方法实现图像可逆水印算法，在2004年SPIE信息安全分会上提出来。矢量地图可逆水印算法研究则刚刚起步。2004年Michael Voigt提出一种基于离散余弦变换的二维矢量数据可逆水印算法：“Reversible Watermarking of2D-Vector Data”(Proceedings of the 2004multimedia and security workshop onMultimedia and security).2007年邵承永，王孝通等人基于差值扩大的思想，提出应用于矢量地图的无损数据隐藏算法：“Reversible Data-Hiding Scheme for 2-DVector Maps Based on Difference Expansion”(IEEE Transactions on informationforensics and security)；“矢量地图的无损数据隐藏算法研究”(中国图象图形学报)。这是目前见到的仅有的三篇关于矢量地图无损数据隐藏的文章。但是目前矢量地图无损数据隐藏的研究，在矢量地图自身特点的考虑、水印算法的鲁棒性以及水印嵌入后矢量地图的数据精度等方面还存在不足。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种可以无损恢复原始矢量数据，严格可逆，具有较好的隐蔽性的基于空间特征的矢量地图可逆水印处理方法。

本发明的目的是这样实现的：

包括如下步骤：

(1)依据道格拉斯-普克法(简化参数门限D在0m～1m之间)对矢量地图元素(多边曲线、多边形)进行特征点提取；

(2)依据种子密钥生成一个随机数序列b_i，该序列是一个最大值不超过S_max随机数序列，该序列将作为特征点夹角的偏移序列；