[发明专利]一种基于数据蒙板的GIS矢量数据数字水印嵌入及提取方法

说明书

技术领域

本发明属于地理信息版权保护领域，具体涉及一种基于数据蒙板的GIS矢量数 据数字水印嵌入方法及其提取方法。

背景技术

GIS矢量数据是国家重要的战略性信息资源，是经济与国防建设和社会发展的 基础数据信息，具有高生产成本和高精度等特点，其版权保护研究关乎到我国地理 信息数字产品版权保护系统的建设，地理信息的共享、交换及其服务的社会化，版 权保护立法草案的形成，国家信息安全建设以及地理信息相关产业的健康发展。版 权保护是版权标记基础上的版权认证、内容保密及访问控制。近年来，以数字水印 为代表的版权标记技术日趋成为目前版权保护研究与应用的重点。针对GIS矢量数 据产品的版权标记研究目前还相对较少，主要有基于几何数据变换域的方法、基于 拓扑关系图的拉普拉斯(Laplacian)频谱域的方法以及基于空间域的算法等。随 之出现的多种攻击方法，暴露了目前算法的如下弱点：a)嵌入在地理空间数据产 品中的版权标记---水印信息，易被其操纵软件--GIS软件的坐标变换、投影变换 等操作所擦除，算法的鲁棒性难以满足版权认证的需要；b)算法的鲁棒性要求尽 可能多地嵌入水印信息，而水印的嵌入会对数据精度造成一定的影响，甚至破坏了 所表达地理要素间的拓扑一致性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有GIS矢量数据数字水印技术的不足，根据GIS矢量 数据的存储特点、使用方式与攻击行为等，提出一种基于GIS矢量数据蒙板的数字 水印嵌入方法及其提取方法，要求对于投影操作、几何变换等仿射变换以及数据压 缩等诸多操作具有鲁棒性，并且不降低原始载体数据的精度。

本发明的基本思想是：基于关系的水印嵌入原理，通过修改载体数据对应蒙板， 使得载体数据要素顶点在蒙板内条带参考线的上方或下方来代表比特“1”或者“0”， 从而在检测时根据关系就可以得到相应的水印信息(图1所示)。该方法由于是修 改蒙板数据，而不是载体数据，从而不会对载体数据精度造成任何影响。并且，由 于蒙板数据可以与载体数据同步变换，本算法对于投影操作、几何变换以及数据压 缩等诸多操作具有较好的鲁棒性。

本发明基于数据蒙板的GIS矢量数据数字水印嵌入方法，其步骤如下：

(1)根据与用户相关的版权信息m生成水印编码w(二进制加密水印信息， 简称水印信息，也称二进制水印编码)。如果版权信息为汉字文本信息，则可通过汉 字内码转换、ASCII码转换、域值转换、加密处理对汉字文本信息处理，生成二进 制加密水印信息；如果版权信息为英文文本信息，则可通过ASCII码转换、域值转 换、加密处理进行信息处理，生成二进制加密水印信息；如果版权信息为数字信息， 则可通过域值转换、加密处理，生成二进制加密水印信息；如果版权信息为图像信 息，则可以通过图像压缩、基于Logistic映射的混沌置乱、除维处理、值域转化 对图像信息处理，生成二进制加密水印信息；

(2)读取待加载水印的GIS矢量数据x。GIS矢量数据的要素都以顶点(vertex) 构成，将所读取矢量数据中全部要素(点、线、面)的顶点提取出来，并将全部要 素(点、线、面)的顶点集(坐标点集)记为v；

(3)基于顶点集v建立与之相对应的数字水印蒙板图层mask。具体构建过程 如下：

1)根据原始矢量数据(待加载水印的GIS矢量数据x)的精度限差τ确定缓 冲区范围buf(buf＝τ/4)；

2)随机从顶点集v中选取一坐标点P，如果P点在buf为半径的圆内无v中 的其它坐标点，则满足要求，记为P₁，否则重新随机选取；

3)确定P₁后，则在v中开始搜索第二个点P₂，判断标准为基于P₂P₁连线的宽 度为2*buf的线状缓冲区中是否含v中的其它坐标点。若不存在其它点， 则记为P₂；若存在其它点，则该点不满足要求。向同一方向搜索范围扩 大一倍，继续在顶点集v中搜索；