[发明专利]基于误差缩小的矢量地理空间数据全盲水印方法

说明书

技术领域

本发明属于地图学与地理信息科学技术领域，是一种变换域下的矢量地理空间数据全盲水印算法。

背景技术

矢量地理空间数据是国家重要的战略性信息资源，是经济、军事、国防建设和社会发展的基础数据，获取通常要借助于昂贵的专业设备和花费大量的人力、物力，所以，其版权保护至关重要。矢量地理空间数据以数字化的形式保存，在方便数据拷贝和传播的同时，也使盗版变得极其容易。目前，迫切需要可靠的技术保障地理空间数据的安全。

数字水印被认为是一种有效的数字地图版权保护方法，近年来随着对数字水印技术的研究，提出了许多算法，主要包括：空域算法和变换域算法。对于矢量地理空间数据来说，水印信息一般是嵌入空间数据的坐标上，这就会引起顶点坐标误差。一般的原则是水印所导致的顶点坐标误差不能超出地理空间数据精度的宽容度。在空域算法中，水印嵌入时直接修改坐标中的不重要比特位，因此，误差比较容易控制。但在变换域算法中，水印嵌入时，修改的是变换系数而不是坐标，因此难以直接控制水印嵌入引起的误差。但是就鲁棒性而言，变换域算法比空域算法鲁棒性高，是目前水印研究中的主要方向。

发明内容

针对上述情况，本发明的目的就是提出了“一种基于误差缩小的矢量地理空间数据全盲水印方法”，以解决和克服变换域水印中误差难以控制的问题，并且它又是一种全盲水印算法，因此这种水印算法的鲁棒性高、实用性强。

本发明方法包括：水印信息的嵌入和水印信息的提取。

水印信息的嵌入是指把水印信息嵌入到原始矢量地理空间数据中得到含水印信息的矢量地理空间数据。步骤如下：对加入的水印图像应用Logistic混沌系统进行置乱，并转换成一维序列；读取原始地理空间数据，按图形几何对象依次处理；对该几何对象中所有点坐标按序建立复数(x+yi)序列，对该序列实施快速傅里叶变换，水印信息通过量化嵌入变换后的幅度和相位系数中；水印如果直接嵌入变换后的系数中，会对原始数据造成较大的影响，特别是相位系数较小的改变就会导致原始数据较大的改变。由于FFT本身就是一种浮点运算，不管是浮点型的矢量空间数据还是整数型的矢量空间数据，通过FFT变换后，幅度系数和相位系数都会以浮点数表示，为了减小对空间数据数据的影响，水印信息嵌入变换后系数的小数部分。FFT变换中，浮点数采用double类型的数据，而double类型的数据有效位数为15~16位，因此，权衡水印的鲁棒性和对数据精度的影响，选择double类型数据小数点后8~10位部分，嵌入水印。具体实现步骤是对变换后的系数放大10万倍，水印信息通过量化嵌入放大后的幅度系数和相位系数中。缩小幅度系数和相位系数相同的倍数，再应用傅里叶逆变换，计算复数序列，提取实部、虚部，替换原来的x、y，保存地理空间数据。

水印信息的提取是水印嵌入过程的逆过程，读取含水印地理空间数据，按几何对象依次提取水印信息，水印被多次嵌入，采用投票原则，确定最终水印位，对提取的一维水印序列转换为二维图像，应用混沌系统解密水印图像，提取水印信息。

本发明方法先进、科学，水印鲁棒性高、不可见性好，同时能够保证嵌入水印信息后数据的可用性。通过实验表明，该方法对矢量地理空间数据的几何变换操作、增加对象、删除对象操作、数据对象顺序置乱和裁剪等攻击具有很好的鲁棒性，并且是一种全盲水印算法，具有较好的使用价值。

表1 数据精度影响统计表