[发明专利]空域和频域相结合的矢量空间数据多重盲水印方法

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，是一种空域和变换域结合的矢量地理空间数据盲水印算法。

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。

根据水印的嵌入位置，矢量空间数据水印算法可以分为：空域水印算法和频域水印算法。空域水印是直接在空间数据上嵌入水印，具有水印容量大、算法简单、不可见性好等特点；频域水印算法是首先从空间数据中选取顶点坐标，并按一定的规则进行组织，然后进行某种数学变换，将水印嵌入到它们的变换系数中，最后再经反变换输出含水印信息的载体数据。一般而言，频域算法鲁棒性较好，是目前研究的重点。

但是，这些水印算法大多采用单一水印技术，每一种水印技术都是基于一种算法程序来实现。矢量空间数据采用单一的一种数字水印技术，往往不能抵抗多种不同类型的攻击。目前为止，没有哪一种水印技术可以抵抗所有的水印攻击。如果在某一方面鲁棒性不高的水印，就会导致水印被破坏或删除，那么数据将失去保护。因此，基于多种水印方法的组合，采取不同的水印技术手段，取长补短，进行有效的组合，来防范不同的水印攻击，是行之有效的数字水印研究方向之一。

发明内容

针对上述情况，本发明提出“空域和频域相结合的矢量空间数据多重盲水印方法”。多重水印是指在同一个载体中以多种方式嵌入多个水印的技术，它将多个水印标识通过多种方式嵌入到载体中，从不同方面提高了水印的鲁棒性和安全性。

本发明方法包括：空域水印嵌入算法、DFT域水印嵌入算法和水印提取算法。

整个多重水印嵌入流程如图1所示。算法中嵌入两个不同的水印图像如图2。为了消除水印图像像素之间的相关性，同时增强水印的安全性，水印图像在嵌入之前，应用Logistic混沌算法置乱。混沌变换的初始值可以作为水印信息提取的密钥。

空域水印嵌入算法：本算法以矢量图形对象为单位嵌入水印1。步骤如下，第一步，读取矢量地理空间数据，提取坐标点的X，Y值，提取空间数据坐标值中高位有效位部分，记为i_x，i_y；第二步，计算Hash(i_x)和Hash(i_y)的值i，Hash()函数为坐标点与水印比特之间的哈希映射函数；第三步，提取该坐标点需要嵌入的水印位w[i](1)；第四步，通过QIM方法，在坐标点中嵌入水印，取量化值R=100，以X坐标为例，依次对该对象所有坐标点x、y嵌入水印。

DFT域水印嵌入算法：在空域水印嵌入完成后，以含水印1的空间数据为载体，同样以矢量图形对象为单位，再次嵌入水印2。步骤如下：第一步，读取空间数据坐标点，产生复数序列{a_k}；第二步，对序列{a_k}进行DFT变换，变换后的DFT系数{a_l}，该序列包括幅度系数{|A_l|}和相位系数{∠A_l}；第三步，应用QIM量化方法，水印嵌入到幅度系数{|A_l|}和相位系数{∠A_l}，计算得出嵌入水印后的系数。对{进行离散傅里叶逆变换，得到嵌入水印后的复数序列{a’_k}；第四步，根据序列{a’_k}修改相应顶点坐标，得到嵌入水印后的矢量数据。输出保存含水印矢量空间数据。

水印提取是水印嵌入的逆过程。由于采用不同的算法嵌入了不同的水印，因此两个水印应分别提取。

空域水印提取过程如下：

首先，提取空间数据坐标值；然后计算出水印的位置，用QIM量化方法提取水印位；再次，对提取到的一维水印序列，进行升维处理并反置乱，得到最终水印图像。

DFT域水印提取过程如下：

采用嵌入水印时的量化值R，计算出DFT变换系数所在的量化区间，各自提取出幅度系数水印和相位系数水印；对提取到的两个一维水印序列，变换为二维图像并反置乱，得到最终水印图像。