[發明專利]基于歸一化的矢量空間數據盲水印方法

在審

• 申請號: 201410376222.3
• 申請日: 2014-08-03
• 公開（公告）號: CN104103031A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發明（設計）人: 張黎明;閆浩文;齊建勛;張永忠;李文德
• 申請（專利權）人: 蘭州交通大學
• 主分類號: G06T1/00
• 分類號: G06T1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于地圖學與地理信息科學技術領域，是一種基于歸一化方法的矢量地理空間數據盲水印算法。

背景技術

矢量地理空間數據是國家重要的戰略性信息資源，是經濟、軍事、國防建設和社會發展的基礎數據，獲取通常要借助于昂貴的專業設備和花費大量的人力、物力，所以，其版權保護至關重要。矢量地理空間數據以數字化的形式保存，在方便數據拷貝和傳播的同時，也使盜版變得極其容易。目前，迫切需要可靠的技術保障地理空間數據的安全。

隨著計算機及網絡技術的發展，數字產品版權保護引起人們廣泛的研究和關注。水印技術在數字內容安全、版權保護和認證方面，被認為是目前最有前景的技術。水印技術從最初的圖像水印發展到視頻水印、音頻水印、文本水印、數據庫水印、空間數據水印等。相對于其他水印技術，矢量空間數據水印技術的發展相對滯后。

一般來說，根據水印的嵌入位置，矢量空間數據水印算法可以分為：空域水印算法和頻域水印算法。然而，空間域算法通常算法簡單、易操作，水印嵌入量較大，能夠抵抗增加點、刪除點、裁剪及噪聲攻擊，但抵抗幾何攻擊方面效果較差；而頻域算法雖然能夠抵抗幾何攻擊，在頂點增加、刪除方面魯棒性差。所以，現有算法難以同時抵抗頂點攻擊和幾何攻擊。

發明內容

針對上述情況，本發明提出了一種“基于歸一化的矢量空間數據盲水印方法”，該算法在嵌入水印前將空間數據的坐標值進行歸一化處理，以實現對平移和縮放的不變性，通過修改頂點坐標數據的歸一化值來嵌入水印。水印被多次嵌入，實現了水印的盲提取；解決了矢量空間數據水印算法同時遭受幾何攻擊和頂點攻擊的問題，提高了水印算法的魯棒性。

本文選取矢量空間數據幾何圖形的頂點坐標嵌入水印。為了能夠使水印信息嵌入所有的矢量空間數據，以抵抗裁剪攻擊，水印信息應均勻嵌入矢量空間數據所有頂點的X、Y坐標，以保證水印的抗攻擊能力。在水印嵌入前，先對圖形對象頂點的坐標值進行歸一化處理，然后在歸一化值中嵌入水印信息。這樣，當含水印空間數據實施幾何變換后，不需要對幾何變換做校正，就可以提取水印。與此同時，為了消除水印圖像像素之間的相關性，增強水印的安全性，在水印圖像在嵌入之前，應用Logistic混沌算法置亂。混沌變換的初始值可以作為水印信息提取的密鑰。

本發明方法包括：水印信息的嵌入和水印信息的提取。

水印信息嵌入是指把水印信息嵌入到原始矢量地理空間數據中得到含水印信息的矢量地理空間數據。步驟如下：首先，讀取矢量空間數據，提取圖形對象的所有坐標點，構造出X₀，Y₀集合；其次，對X₀，Y₀分別進行數據歸一化并放大10ⁿ倍；其次，在放大后的坐標點中用量化方法嵌入水印；最后，對嵌入水印后的坐標點縮小10ⁿ倍，并反歸一化，之后把含有水印的空間數據保存輸出。

水印的提取過程是嵌入過程的逆過程。首先，讀取待測數據，對數據進行歸一化并放大10ⁿ倍，n取與同水印嵌入時相同的n值；其次，通過Hash()函數，計算出i(i是水印的位置)；其次，通過QIM量化方法提取水印位W(i)的值，R取水印嵌入時的量化值；最后，對提取到的一維水印序列，進行升維處理并反置亂，得到最終水印圖像。

附圖說明

圖1?是水印嵌入流程圖

圖2?是水印提取過程

圖3(a)?是原始水印

圖3(b)?是置亂后水印

圖4?是誤差分布直方圖

圖5(a)?是嵌入水印前后疊加

圖5(b)?是疊加后局部放大圖

圖6(a)?是裁剪后數據

圖6(b)?是提取到的水印

表1?是n值與最大誤差、RMSE關系

表2?是幾何攻擊的魯棒性

表3?是増、刪點及修改點攻擊的魯棒性

表4?是壓縮、要素刪除攻擊的魯棒性

具體實施方式

為了詳細說明本發明的技術內容、構造特征、所實現的目的及所達到的效果，以下結合具體實施方式詳細說明。

本發明的實施步驟可以概括為兩個部分：水印信息嵌入和水印信息提取。下面對各實施步驟進行進一步的闡述。

水印信息嵌入是指把水印信息嵌入到原始矢量地理空間數據中得到含水印信息的矢量地理空間數據。