[发明专利]一种保持方向关系的矢量地图可逆信息隐藏方法

说明书

本发明提供一种保持方向关系的矢量地图可逆信息隐藏方法。包括如下步骤：获取顶点坐标；顶点坐标排序；有序序列坐标分段；计算段的边界；获取段的扩展坐标序列，嵌入水印；获取有序含水印坐标序列；获取含水印坐标；水印提取及无损恢复。本发明对各坐标轴顶点坐标排序并分段，利用段的边界坐标扩大嵌入容量，依据矢量地图的精度误差容限设置嵌入参数，通过设定水印嵌入条件，使水印嵌入过程不改变各坐标轴的顶点坐标相对位置，保持矢量地图图元方向关系的同时，具有较好不可见性；另一方面该算法在水印提取后，无损恢复矢量地图原始数据，能够有效确保矢量地图的精确使用。

技术领域

本发明涉及地理信息科学、信息隐藏领域，具体是一种保持方向关系的矢量地图可逆信息隐藏方法。

背景技术

随着因特网和地理信息处理软件的出现，人们能够更快捷、方便的传播和编辑空间信息。同时，这也使得矢量地图面临版权保护、来源跟踪、篡改鉴别等一系列数据安全问题。矢量地图信息隐藏技术是一种有效保护矢量地图数据安全的前沿技术，它是在不影响矢量地图可用性的前提下，将秘密信息即水印隐藏在其中，并在需要时利用一定的检测方法将其提取出来的方法。可逆信息隐藏技术具有在精确提取秘密信息的同时，无失真地恢复原始数据的特性。这种特性对精确描述地理信息的矢量地图具有很高的适用性。

近年来，信息隐藏技术已在图像、视频，音频以及文本数据领域取得了相当多的研究成果。对矢量地图信息隐藏技术的研究逐步趋于成熟，但在矢量地图可逆信息隐藏技术方面，人们取得的成果还比较少。Voigt等人于2004年首先给出了一种用于二维矢量数据的可逆水印算法。该算法通过更改8个顶点的整数DCT系数完成水印信息的嵌入，并在提取水印信息的同时无损恢复原始矢量地图数据。这种方法能灵活调整隐藏容量以满足不同的应用需求。但是这种算法在变换域实现，不容易控制水印的嵌入给二维矢量数据带来的扰动。Wang等人基于Tian的差值扩大思想提出了两种二维矢量地图的可逆水印算法。一种算法通过直接改变相邻坐标的差值嵌入水印；另外一种方法通过改变顶点间曼哈顿距离的差值嵌入水印。这两种方法简单易于实现，但由于嵌入水印时没有考虑矢量地图的形状特征，使得含水印矢量地图在放大的状态下具有不自然的外形特征。周璐等人提出了一种基于差值直方图的矢量地图可逆水印算法。该方案能够较好地保持矢量地图形状特征，但嵌入容量不足。钟尚平等人提出一种采用复合整数变换差值扩大法以提高水印信息的透明性和水印嵌入容量的矢量地图可逆水印算法。这种方法在嵌入水印时充分考虑矢量地图图元的形状特征，有较好的水印嵌入容量，但并不适用于点图元。Cao等人给出了通过改变中间值和平均值的关系迭代嵌入水印信息的方法。该方法的嵌入容量较高，但多次迭代嵌入水印后，含水印矢量地图质量可能不够高。Wang等人提出一种通过量化坐标的两个虚拟坐标之间的距离嵌入水印的方法。该方案具有较高的嵌入容量和较好的不可见性，但由于向一个顶点嵌入水印时，并没有考虑该顶点和其他顶点间的方向关系，该方案无法保持图元的方向关系。这也是上述矢量地图可逆信息隐藏方法的共同缺点。例如，水印嵌入之前，图元A位于图元B的正南方，但嵌入水印后，图元A位于图元B的西南方。这种图元间方向关系的改变可能会引起第三方的注意，最终导致隐藏信息的破坏或者非法获取。

综上所述，虽然人们目前提出了一些用于矢量地图可逆信息隐藏方法，试图在传递秘密信息的同时，恢复原始数据，保证矢量地图原始数据的精确使用，但这些方法在保持图元方向关系、实现信息安全传输方面还存在不足。另外，专利申请号2013102366569，名称为“一种基于LSD平面的矢量地图可逆信息隐藏方法”；专利授权公告号CN102110281B，名称为“一种针对shape点图层数据的差值扩展水印嵌入与提取方法”；专利授权公告号CN101604440B，名称为“基于空间特征的矢量地图可逆水印处理方法”的中国专利文件中也涉及矢量地图的可逆信息隐藏问题，但本专利申请采用方法不同，都不能保持图元间的方向关系。

美国专利库中的“Reversible watermarking using expansion,rate controland iterative embedding”，与本专利申请针对内容不同，具体方法也不同。

发明内容