[发明专利]一种矢量地图可逆信息隐藏方法

说明书

本发明提供一种矢量地图可逆信息隐藏方法。包括如下步骤：获取顶点坐标；选择参照顶点；计算量化步长；嵌入水印；水印提取及无损恢复。本发明依据参照顶点和矢量地图的精度误差容限，设置嵌入参数并计算归一化量化步长，量化参照顶点和每个顶点所在的直线，通过改变每个顶点在其量化区间内的位置以嵌入水印，有效控制水印嵌入给矢量地图带来的扰动的同时，对旋转、均匀缩放和平移操作鲁棒；另一方面该算法在水印提取后，无损恢复矢量地图原始数据，能够有效确保矢量地图的精确使用。

技术领域

本发明涉及地理信息科学、信息隐藏领域，具体讲是一种旋转、均匀缩放、平移不变的矢量地图可逆信息隐藏方法。

背景技术

现今，矢量地图作为地理信息系统(Geographical Information System,GIS)的基础数据在军事、民用制图、城市规划、导航等领域得到了广泛的应用。获取矢量地图数据要耗费大量人力、物力，而借助网络和地理信息处理工具，这些具有巨大经济价值的数据很容易被非法复制、篡改和传播，使地理信息生产者和发布者蒙受重大损失。因此，如何有效地保护矢量地图数据的版权及其完整性已成为地理信息产业迫切需要解决的问题。

矢量地图信息隐藏技术是一种有效保护矢量地图版权和认证完整性的前沿技术，它是在不影响矢量地图可用性的前提下，将秘密信息即水印隐藏在其中，并在需要时利用一定的检测方法将其提取出来的方法。现有的大部分矢量地图信息隐藏方法通过修改顶点坐标嵌入水印，这会给矢量地图的精度带来一定的扰动。而这种扰动在一些对矢量地图精度有极其严格要求的高保真应用场景中是不容许的。为此，研究学者提出了水印提取后能够恢复矢量地图原始数据的可逆信息隐藏方法。

近年来，可逆信息隐藏技术已在图像、视频，音频以及文本数据领域取得了相当多的研究成果，但在矢量地图可逆信息隐藏技术方面，人们取得的成果还比较少。Voigt等人于2004年首先给出了一种用于二维矢量数据的可逆信息隐藏算法。该算法通过更改8个顶点的整数DCT系数完成水印信息的嵌入，并在提取水印信息的同时无损恢复原始矢量地图数据。这种方法能灵活调整隐藏容量以满足不同的应用需求。但是这种算法在变换域实现，不容易控制水印的嵌入给二维矢量数据带来的扰动，且嵌入容量不高。Wang等人基于Tian的差值扩大思想提出了两种二维矢量地图的可逆信息隐藏算法。一种算法通过直接改变相邻坐标的差值嵌入水印；另外一种方法则通过改变顶点间曼哈顿距离的差值嵌入水印。这两种方法简单易于实现，但由于嵌入水印时没有考虑矢量地图的形状特征，使得含水印矢量地图在放大的状态下具有不自然的外形特征。周璐等人提出了一种基于差值直方图的矢量地图可逆信息隐藏算法。此方案首先计算相邻顶点对的差值的直方图，然后优先选择绝对值小的差值嵌入水印。该方案能够较好地保持矢量地图形状特征，但嵌入容量不足。钟尚平等人提出一种采用复合整数变换差值扩大法的矢量地图可逆信息隐藏算法以提高水印信息的透明性和水印的嵌入容量。这种方法在嵌入水印时充分考虑矢量地图图元的形状特征，有较好的水印嵌入容量，但并不适用于点图元。Cao等人给出了通过改变中间值和平均值的关系迭代嵌入水印信息的方法。该方法的嵌入容量较高，但多次迭代嵌入水印后，含水印矢量地图质量可能不够高。基于虚拟坐标的思想，Wang等人提出了一种高嵌入容量的可逆信息隐藏方法。该方法能够有效控制水印嵌入给矢量地图带来的精度扰动。这些二维矢量地图可逆水印算法侧重于无损恢复原始数据、高嵌入容量和低精度扰动，不能容忍旋转、缩放和平移攻击。但在一些应用中，旋转、缩放和平移后的矢量地图仍具有使用价值。因此，一个好的矢量地图可逆信息隐藏算法应具有旋转、缩放和平移不变性，即能够容忍旋转、缩放和平移操作，对旋转、缩放和平移鲁棒。

综上所述，虽然人们目前提出了一些用于矢量地图可逆信息隐藏方法，试图解决在传递秘密信息的同时，恢复原始数据的问题，但这些方法在抵抗旋转、缩放和平移攻击方面还存在不足。