[发明专利]一种基于空间几何特性的矢量地图水印方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种基于空间几何特性的矢量地图水印方法。

背景技术

数字水印技术是一种公认的对数字产品进行版权保护的手段。1996年在英国剑桥牛顿研究所召开了第一届国际信息隐藏学术研讨会，标志着信息隐藏学的诞生，而作为信息隐藏学主要分支之一的数字水印技术的研究也得到了迅速的发展。

目前，对矢量地图的数字水印算法很少，主要包括两类：即空间域和频率域。空间域算法主要是通过轻微修改坐标值来嵌入水印，算法实现简单，但鲁棒性较差，对地图内容损伤较大；频率域算法通过离散余弦变换、傅立叶变换或小波变换等数学方法，通过调整频域系数来嵌入水印，该类算法较复杂。目前，衡量矢量地图数字水印性能的重要指标包括精度有损情况以及抗矢量数据压缩能力。多数基于空域和频域的水印算法在应用中对地图精度均存在着不同程度的损伤，对于数据压缩攻击的抵抗性能则始终未获得明显改善。概括地说，主要原因在于缺乏一种优化选择策略指导嵌入对象的选取，使得携带水印的对象在压缩过程中被去除，从而引起水印失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能保证矢量地图100％无损，并能有效抵抗多种组合攻击，具有高安全性以及不可见性的基于空间几何特性的矢量地图水印方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于空间几何特性的矢量地图水印方法，包括如下步骤：

(1)读取矢量地图文件，简化地图，移除颜色渲染图层；

(2)依托点图层，线图层和区域图层划分三个子集，分别确定地图对象的图层归属；

(3)按照拓扑关系定义，分别从各图层内获得关键对象集合；

(4)利用基于距离的模糊聚类分析方法，确定最终的水印载体集合；

(5)对于每一个比特的水印编码，从载体集合内顺序提取对象的定义块；

(6)读取对象定位坐标值，采用0比特复合的方式串联到坐标值末尾；

(7)构造可供水印提取的密钥，将水印序列依次写入载体对象内；

(8)根据提取密钥，依次读取二值水印序列；

(9)根据读取的二值水印序列和水印位图的大小，生成水印位图，同原始水印进行比较和相似度计算，判定版权或内容完整性。

通过分离图层来滤除冗余的所述的颜色渲染图层，获得地图的最有效核心图层信息。

分离核心图层，划分为所述的点图元、线图元、面图元三种基本图层，获取反映地理空间的关键性拓扑关系数据。

根据水印编码长度和单位嵌入字节数，确定载体规模，通过基于距离的模糊聚类分析方法，获得所述最终的水印载体集合。

开始嵌入水印信息，顺序获得载体集合内的元素，读取该对象所对应的所述对象的定义块。

根据对象定义数据块，找到坐标定义块，按照水印编码嵌入规则，采用0比特复合的方式将所述的水印字节信息附加到该对象所述的坐标值的末尾，具体包括：将二值水印序列以每8个bit字节为一组，将其ASCII编码的对应字符嵌入name字段的冗余空间中，水印嵌入后，结束符前面是节点实际名称，结束符后面是水印信息。

将每次嵌入的水印字节数和顺序读取对象的编码信息组合为向量，并保存为所述的水印提取的密钥。

基于地图拓扑关系的不变性，重新提取到已嵌入水印的关键拓扑对象，基于所述的密钥，重新排列集合内的元素位置，由各对象内的定义块提取到水印编码，并连接为水印序列。

根据水印生成规则，转换所述的水印序列，并通过相似度计算，获得与原始水印的相似数据。

本发明的有益效果在于：

(1)实现了完全无损的水印嵌入和提取。水印嵌入载体基于空间拓扑关系选取，对于地图的使用具有重要意义，不易被去除。

(2)不会增加地图文件的大小。本方案通过增加微量的冗余数据嵌入水印，并不是在文件中添加，因此不会增加地图文件的大小。

(3)不会损坏原文件数据。水印嵌入的位置和方法复合地图文件的组织特点，因此不会影响地图文件的格式转换和应用软件的读取处理。

(4)较好的鲁棒性。经过测试，这种水印方法能抵抗多种攻击，在不知道嵌入方法的情况下，攻击者很难大幅度提出水印信息。

(5)较好的隐蔽性。本方案嵌入前后的地图视觉和位置信息等没有任何的变化，即使用专业处理软件也无法察觉到地图是否含有水印，由于嵌入的位置极为隐蔽，攻击者很难对水印发起攻击。

附图说明

图1为水印相似度比较；

图2为矢量地图简化流程；