[發(fā)明專利]一種基于字節(jié)流的地理空間數(shù)據(jù)水印方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210119913.6
• 申請日: 2012-04-23
• 公開（公告）號: CN103377458B
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱長青;符浩軍;曹曲
• 申請（專利權(quán)）人: 常熟南師大發(fā)展研究院有限公司
• 主分類號: G06T1/00
• 分類號: G06T1/00
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所32207
• 代理人: 汪旭東

1.一種基于字節(jié)流的地理空間數(shù)據(jù)水印方法，其特征在于：所述方法基于地理空間數(shù)據(jù)在計算機載體存取和流通過程中都是以字節(jié)流為單位進行組織的特性，將數(shù)據(jù)加密思想引入到水印方法的設(shè)計中，采用數(shù)學(xué)映射思想，構(gòu)建水印映射函數(shù)，即建立根據(jù)字節(jié)本身定位水印信息位的函數(shù)，使得字節(jié)與水印信息位保持多對一映射關(guān)系，通過建立的映射關(guān)系來確定水印信息位的嵌入位置，而后將水印信息通過量化的方式嵌入數(shù)據(jù)字節(jié)中，由水印信息生成、水印嵌入過程、水印信息檢測與移除、水印信息的判別組成，包括如下步驟：

步驟1：水印信息生成；

步驟1-1：生成一個隨機數(shù)，此隨機數(shù)具有唯一性，與每個用戶形成一對一的關(guān)系；

步驟1-2：基于此隨機數(shù)，運用隨機序列生成器生成一個偽隨機二值序列，把該偽隨機二值序列轉(zhuǎn)化成由-1和1組成的待嵌入水印信息；

步驟1-3：把此隨機數(shù)與有意義的版權(quán)信息，即數(shù)據(jù)所有權(quán)、流通方向的信息關(guān)聯(lián)起來，建立水印關(guān)系映射表，供水印檢測和水印信息合法移除時使用；

步驟2：水印嵌入過程；

步驟2-1：數(shù)據(jù)的讀取；對地理空間數(shù)據(jù)按照字節(jié)流的形式進行讀取，將地理空間數(shù)據(jù)字節(jié)流中所有字節(jié)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)值；

步驟2-2：預(yù)處理；將字節(jié)流中的字節(jié)進行位取反、置亂處理；

步驟2-3：確定水印信息位在字節(jié)流中的嵌入位置；假設(shè)水印信息長度為N，采用多對一映射的思想，按照字節(jié)所對應(yīng)的數(shù)值映射到[1,N]上，形成多個字節(jié)對應(yīng)某個水印信息位的關(guān)系，令映射函數(shù)為f(x)，x為字節(jié)本身所對應(yīng)的數(shù)值，水印信息為W＝{w[i],i＝0,1,…,N-1}，即要求1≤f(x)≤N；

為建立多對一的映射關(guān)系，水印信息位采用重復(fù)嵌入字節(jié)所對應(yīng)數(shù)值的方式進行；考慮到本水印方法的魯棒性，f(x)應(yīng)盡量均勻的把x映射到[1,N]上；x嵌入水印后所引起的變化不會顯著影響到水印信息位所對應(yīng)的字節(jié)個數(shù)，從而保證水印嵌入后不會影響到字節(jié)數(shù)值所對應(yīng)的水印信息位，基于此，構(gòu)建的映射函數(shù)如下所示：

f(x)=xmax-xmin3×L×N]]>

其中x_max、x_min為字節(jié)的最大值、最小值，L為映射步長；

步驟2-4：水印信息嵌入規(guī)則的確定；基于空間域，采用加性法則，將水印信息以量化的方式嵌入字節(jié)流中，當(dāng)水印信息位為-1時，其所對應(yīng)的字節(jié)量化規(guī)則為：

其中x_i表示字節(jié)值，L表示映射步長；

步驟2-5：當(dāng)水印信息位為1時，按照如下量化規(guī)則進行水印信息的嵌入：

其中x_i表示字節(jié)值，L表示映射步長；

步驟2-6：保存嵌入水印信息后的地理空間數(shù)據(jù)；

步驟3：水印信息檢測與移除；

步驟3-1：數(shù)據(jù)的讀取；按照字節(jié)流的形式讀取含水印信息的地理空間數(shù)據(jù)，并將地理空間數(shù)據(jù)字節(jié)流中所有字節(jié)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)值；

步驟3-2：數(shù)據(jù)預(yù)處理；對將字節(jié)流中的字節(jié)進行逆位取反、逆置亂處理；

步驟3-3：水印信息的提取；按照映射函數(shù)找到每個字節(jié)所對應(yīng)的水印信息位，水印信息的提取參考量化規(guī)則進行水印信息位的判斷，具體判別規(guī)則為：

由于水印信息的嵌入采用多對一的映射關(guān)系，因此同一個水印信息位有多次提取；

步驟3-4：水印信息的判別；對提取的水印信息根據(jù)模糊模式識別的最大隸屬度原則進行判別，定義水印檢測序列W′＝{w′[i][j]＝0}，其中1≤i≤N，1≤j≤M，N為水印信息長度，M為單個水印信息位所提取的次數(shù)；對含水印地理空間數(shù)據(jù)按照字節(jié)為單位取出并轉(zhuǎn)換為其對應(yīng)數(shù)值x，令：

w′(f(x),j)＝2*h(x)-1

依據(jù)最大隸屬度原則獲取水印信息W＝{w₁′,w₂′,…,w′_N}，其中w_i'是指根據(jù)最大隸屬度獲取的第i位水印信息；h(·)表示水印信息的檢測法則，h(·)∈{0,1}，因此(2*h(·)-1)∈{-1,1}，然后定義第i位水印信息w_i'在空間上對1的隸屬度為：w′(i,j)中1的個數(shù)/M；第i位水印信息w_i'在空間上對-1隸屬度為：w′(i,j)中-1的個數(shù)/M，根據(jù)最大隸屬度原則，來確定第i位水印信息w_i'是1還是-1，而后對提取出的水印信息進行如下處理：

w′[i]=(w′[i]|w′[i]|+1)/2]]>

如此則提取出水印信息，w'[i]是指提取出的水印信息；

步驟3-5：水印信息的檢測；將獲取的二值水印信息與水印關(guān)系映射表中保存的隨機數(shù)所對應(yīng)的原始二值水印信息進行相關(guān)檢測，根據(jù)相關(guān)系數(shù)判斷待測數(shù)據(jù)中是否含有水印信息；

步驟3-6：當(dāng)檢測到地理空間數(shù)據(jù)含有水印信息時，如果是數(shù)據(jù)授權(quán)用戶，說明用戶有權(quán)使用該地理空間數(shù)據(jù)，則移除此水印信息，對數(shù)據(jù)進行還原操作，用戶獲取正確的地理空間數(shù)據(jù)，移除水印信息的過程為水印信息嵌入的逆過程；否則，說明用戶非法獲取了該地理空間數(shù)據(jù)，無法使用正確的地理空間數(shù)據(jù)；

步驟3-7：根據(jù)所提取的水印信息獲取有意義的版權(quán)信息，即數(shù)據(jù)所有權(quán)、流通方向的信息，從而保護數(shù)據(jù)的版權(quán)、追蹤數(shù)據(jù)非法的流出源頭；

所述方法基于地理空間數(shù)據(jù)的流通特性，將數(shù)據(jù)加密引入到水印方法的設(shè)計中，通過映射將水印信息以量化方式嵌入到數(shù)據(jù)字節(jié)中。