[发明专利]基于虚拟格网区间映射的矢量地图可逆水印算法

说明书

本发明公开了一种基于虚拟格网区间映射的矢量地图可逆水印算法，包括水印嵌入和水印提取，水印嵌入包括构成虚拟格网，以矢量地图的数据精度和容差确定虚拟格网的步长，以图层空间域的最值作为区间边界范围的最值得到待嵌入水印的区间，采用基于区间状态值映射的水印算法在虚拟格网内嵌入水印；水印提取包括获取水印嵌入时数据区间的横、纵向最值，将坐标值区间等分成子区间计算长度，通过长度寻找与嵌入水印的坐标点对应的虚拟坐标，利用基于区间状态值映射的水印算法提取水印。本发明通过使用图层空间域的最值和虚拟格网，提升水印容量与鲁棒性；通过将数据精度和容差作为约束条件提升安全性和数据的可用性，适用于二维矢量图。

技术领域

本发明涉及信息安全技术领域，具体涉及一种基于虚拟格网区间映射的矢量地图可逆水印算法。

背景技术

矢量地图是重要的国家战略信息资源，具有生产成本高、定位精度高、冗余度低、使用范围广等特点，其安全保护不仅影响着地理信息市场的健康发展，更涉及到国家安全及国防建设。伴随大数据时代的到来，信息复制、扩散及编辑变得越来越容易，针对矢量地图的非法传播、倒卖与恶意篡改等行为越发频繁，给数据生产方或合法拥有方造成难以估量的损失。除了制定严格、完善的法律法规，更需要将对技术手段的研究改进作为规范地理信息市场的有力支撑。数字水印是将特定的数字信号嵌入数字产品中以保护数字产品版权或完整性的一种技术，数字水印作为信息安全领域的前沿技术得到了广泛关注，因此，对矢量地图中数字水印的研究也得到了越来越多的关注。

目前，矢量地图水印算法的研究成果已经比较丰富。但是，当前主流的算法大都是通过直接或间接修改坐标值的方式实现水印的嵌入，这种方式使得水印信息的嵌入势必会对矢量地图中的坐标点造成扰动，且水印方案大都没有设置精度控制措施，水印信息的嵌入还会导致矢量地图拓扑关系错误和几何形态扭曲，从而在不同程度上降低数据保真度，影响含水印矢量地图的使用价值。针对这一问题，可逆水印技术受到越来越多的关注。可逆水印算法可以在正确提取水印的基础上恢复原始数据，达到版权保护及内容完整性认证的目的。但是，当前针对矢量地图的可逆水印研究中，研究的重点主要集中在可逆性和水印容量方面，往往缺少可靠的误差控制措施来提升水印方案的安全性与不可见性。在这种情况下，如果存在较大变形，即便水印算法可逆也仍然有可能会被非法方识别并恶意破坏。

Wang^[1]针对三维点云模型提出的一种基于区间状态值映射的水印算法，可以实现在较小数据量里面嵌入较大容量的水印信息，但在水印嵌入过程中并有没给出合理的坐标点移动范围，忽略了对数据的精度控制，因此该算法并不适用二维矢量地图。此外，基于区间状态值映射的水印算法中，在设置坐标点状态轴的最小值和最大值时直接取数据的坐标点的最值，即X轴中的X_max和X_min直接取坐标点的x_max和x_min，会导致这两个点不能携带水印信息，虽然水印可以实现全盲检测，但是对常规的数据编辑鲁棒性较差；并且，如果发生数据拼接和数据删减操作，会使载体数据的最大值和最小值发生改变，无法正确提取水印，因此会限制该水印算法在二维矢量地图中的使用。

参考文献：

[1]Wang P,Wang C.Reversible data hiding for point-sampled geometry

[J].Journal of information science and engineering,2007,23(6):1889-1900.

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中的不足，设计一种嵌入水印时扰动程度可控的、适用于二维矢量地图的基于虚拟格网区间映射的矢量地图可逆水印算法，该算法基于虚拟格网区间映射实现水印嵌入与可逆提取，不仅可以确保水印算法可逆、数据可恢复，而且可以控制误差、提高水印不可见性，符合矢量地图的实际应用需求，推进数字水印在矢量地图版权保护中的落地。