[发明专利]空域和频域相结合的矢量空间数据多重盲水印方法

摘要

数字水印被认为是一种有效的数字地图版权保护方法。如果在某一方面鲁棒性不高的水印，就会导致水印被破坏或删除，那么数据将失去保护。目前，就矢量空间数据水印而言，根据水印的嵌入位置，矢量空间数据水印算法可以分为空域水印算法和频域水印算法。但是，这些水印算法大多采用单一水印技术，每一种水印技术都是基于一种算法程序来实现。矢量空间数据采用单一的一种数字水印技术，往往不能抵抗多种不同类型的攻击。针对单一水印算法难以抵抗多种水印攻击的问题，本专利构建了一种新的“空域和频域相结合的矢量空间数据多重盲水印方法”该算法通过混沌置乱水印图像，建立水印与载体数据之间的Hash单向映射函数，使用两种不同的嵌入方法，先后嵌入水印到空域和DFT域。水印被多次嵌入，实现了水印的盲提取。

主权项

空域和频域相结合的矢量空间数据多重盲水印方法，其特征包括以下步骤：首先应用空域算法加入水印1，然后在含水印数据中应用DFT域算法加入水印2，具体包括：（1）空域水印嵌入算法以矢量图形对象为单位嵌入水印1，具体嵌入算法流程如下：读取矢量地理空间数据，提取坐标点的X，Y值，提取空间数据坐标值中高位有效位部分，记为ix，iy；计算Hash(ix)和Hash(iy)的值i，Hash()函数为坐标点与水印比特之间的哈希映射函数；提取该坐标点将嵌入的水印位w(i)(1≤i≤M)，w为置乱后的水印，M为水印的长度；通过QIM方法，在坐标点中嵌入水印，取量化值R=100，以X坐标为例：此时分两种情况进行讨论：(a)如果W(i)=0并且MOD(x,R)>R/2，则x=x‑R/2；(b)如果W(i)=1并且MOD(x,R)<=R/2，则x=x+R/2；依次对该对象所有坐标点x、y嵌入水印，其中MOD为模运算；（2）DFT域水印嵌入算法在空域水印嵌入完成后，以含水印1的空间数据为载体，同样以矢量图形对象为单位，再次嵌入水印2；具体嵌入算法流程如下：读取空间数据坐标点，根据式(1)产生复数序列{ak}；ak=xk+iyk(k=1,…,N)    (1)其中xk,yk为顶点坐标值，N为图形对象顶点数目；对序列{ak}进行DFT变换，变换后的DFT系数{al}；该序列包括幅度系数{|Al|}和相位系数{∠Al}；应用QIM量化方法，水印嵌入到幅度系数{|Al|}和相位系数{∠Al}；分两种情况进行讨论：(c)如果W(i)=0并且MOD(Al,R)>R/2，则Al = Al ‑R/2；(d)如果W(i)=1并且MOD(Al,R)<=R/2，则Al = Al +R/2；其中R为量化值；在量化嵌入过程中，分别对{|Al|}和{∠Al}系数放大10n倍；对嵌入水印后的{ al’}进行离散傅里叶逆变换，得到嵌入水印后的复数序列{ak’}；根据序列{ak’}修改相应顶点坐标，得到嵌入水印后的矢量数据，输出保存含水印矢量空间数据；水印提取是水印嵌入的逆过程；由于采用不同的算法嵌入了不同的水印，因此两个水印应分别提取；（3）空域水印提取过程如下：读取待测数据，提取坐标点的X，Y值，提取空间数据坐标值中高位有效位部分记为ix，iy；通过Hash()函数，计算出i，i是水印比特在整个水印中的位置；通过QIM量化方法提取水印位W(i)的值，R取嵌入水印时的量化值；对提取到的一维水印序列，进行升维处理并反置乱，得到最终水印图像；（4）DFT域水印提取过程如下：读取待测数据，读取空间数据坐标点，根据式(1)产生复数序列{ak’}；对序列{ak’}进行DFT变换，得到离散傅里叶系数{ al’}；对{ al’}幅度系数和相位系数分别放大10n倍，采用嵌入水印时的量化值R，计算出系数所在的量化区间，各自提取出幅度系数水印和相位系数水印；对提取到的两个一维水印序列，变换为二维图像并反置乱，得到最终水印图像；在两个水印算法中，每一个水印都被多次嵌入，因此采用投票原则来确定水印信息；计算方法是：定义一个与水印序列等长的整数序列{B(i)=0,i=1,…,M}，M为水印长度；单个水印位b(i)={1,‑1}，相同水印位提取过程中，使用公式B(i)=B(i)+b(i) 来统计出水印信息值‑1和1的多数，如“1”为多数，则B(i)>0；“‑1”为多数，则B(i)<0，根据B(i)重构出二值水印图像。