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    重庆时时彩预测走势图: 空域和频域相结合的矢量空间数据多重盲水印方法.pdf

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    空域 相结合 矢量 空间 数据 多重 水印 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201410376063.7

    申请日:

    2014.08.02

    公开号:

    CN104680472A

    公开日:

    2015.06.03

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G06T 1/00申请日:20140802|||公开
    IPC分类号: G06T1/00 主分类号: G06T1/00
    申请人: 兰州交通大学
    发明人: 闫浩文; 张黎明; 张永忠; 齐建勋; 张立峰
    地址: 730070甘肃省兰州市安宁西路88号兰州交通大学708信箱
    优先权:
    专利代理机构: 代理人:
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201410376063.7

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2017.09.29|||2015.07.01|||2015.06.03

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    数字水印被认为是一种有效的数字地图版权?;し椒?。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?;?。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,本发明构建了一种新的“空域和频域相结合的矢量空间数据多重盲水印放发”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。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  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。

    2.  空域水印嵌入算法:本算法以矢量图形对象为单位嵌入水印1;步骤如下,第一步,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;第二步,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;第三步,提取该坐标点需要嵌入的水印位w[i](1                                                );第四步,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,依次对该对象所有坐标点x、y嵌入水印。

    3.  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;步骤如下:第一步,读取空间数据坐标点,产生复数序列{ak};第二步,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};第三步,应用QIM量化方法,水印嵌入到幅度系数{|Al|}和相位系数{∠Al},计算得出嵌入水印后的系数,对{进行离散傅里叶逆变换,得到嵌入水印后的复数序列{a’k};第四步,根据序列{a’k}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。

    4.  空域水印提取过程如下:首先,提取空间数据坐标值;然后计算出水印的位置,用QIM量化方法提取水印位;再次,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。

    5.  DFT域水印提取过程如下: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??;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。

    说明书

    说明书空域和频域相结合的矢量空间数据多重盲水印方法
    技术领域
    本发明属于地图学与地理信息科学技术领域,是一种空域和变换域结合的矢量地理空间数据盲水印算法。
    背景技术
    矢量地理空间数据是国家重要的战略性信息资源,是经济、军事、国防建设和社会发展的基础数据,获取通常要借助于昂贵的专业设备和花费大量的人力、物力,所以,其版权?;ぶ凉刂匾?。矢量地理空间数据以数字化的形式保存,在方便数据拷贝和传播的同时,也使盗版变得极其容易。目前,迫切需要可靠的技术保障地理空间数据的安全,数字水印被认为是一种有效的数字地图版权?;し椒?。
    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??沼蛩∈侵苯釉诳占涫萆锨度胨?,具有水印容量大、算法简单、不可见性好等特点;频域水印算法是首先从空间数据中选取顶点坐标,并按一定的规则进行组织,然后进行某种数学变换,将水印嵌入到它们的变换系数中,最后再经反变换输出含水印信息的载体数据。一般而言,频域算法鲁棒性较好,是目前研究的重点。
    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。目前为止,没有哪一种水印技术可以抵抗所有的水印攻击。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?;?。因此,基于多种水印方法的组合,采取不同的水印技术手段,取长补短,进行有效的组合,来防范不同的水印攻击,是行之有效的数字水印研究方向之一。
    发明内容
    针对上述情况,本发明提出“空域和频域相结合的矢量空间数据多重盲水印方法”。多重水印是指在同一个载体中以多种方式嵌入多个水印的技术,它将多个水印标识通过多种方式嵌入到载体中,从不同方面提高了水印的鲁棒性和安全性。
    本发明方法包括:空域水印嵌入算法、DFT域水印嵌入算法和水印提取算法。
    整个多重水印嵌入流程如图1所示。算法中嵌入两个不同的水印图像如图2。为了消除水印图像像素之间的相关性,同时增强水印的安全性,水印图像在嵌入之前,应用Logistic混沌算法置乱?;煦绫浠坏某跏贾悼梢宰魑⌒畔⑻崛〉拿茉?。
    空域水印嵌入算法:本算法以矢量图形对象为单位嵌入水印1。步骤如下,第一步,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;第二步,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;第三步,提取该坐标点需要嵌入的水印位w[i](1                                               );第四步,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,依次对该对象所有坐标点x、y嵌入水印。
    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。步骤如下:第一步,读取空间数据坐标点,产生复数序列{ak};第二步,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};第三步,应用QIM量化方法,水印嵌入到幅度系数{|Al|}和相位系数{∠Al},计算得出嵌入水印后的系数。对{进行离散傅里叶逆变换,得到嵌入水印后的复数序列{a’k};第四步,根据序列{a’k}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。
    空域水印提取过程如下:
    首先,提取空间数据坐标值;然后计算出水印的位置,用QIM量化方法提取水印位;再次,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。
    DFT域水印提取过程如下:
    采用嵌入水印时的量化值R,计算出DFT变换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??;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。
    本发明方法先进、科学,克服了单重水印抗攻击能力弱的缺点,提高了水印的整体抗攻击能力??沼蛩《远サ阍黾?、压缩、顶点修改、噪声等攻击优势明显;DFT域水印具有很好的抵抗几何攻击的能力。同时两种算法对裁剪、要素删除、乱序、数据格式转换抗攻击能力强。试验分析表明,该算法具有很好的不可见性,水印嵌入误差小。两种水印都采用盲水印,具有很好的实用性。
    附图说明
    图1 是多重水印嵌入流程图
    图2(a) 是水印1
    图2(b) 是水印2
    图2(c) 是置乱后水印1
    图3(a) 是嵌入水印前后叠加对比图
    图3(b) 是叠加后局部放大图
    表1 是均方根误差和最大误差统计表
    数据点数 最大误差 均方根误差 误差小于6E-4 20292 8.8616E-4 5.0154E-4 占75%
    表2 是増、删点及裁剪攻击的鲁棒性
    攻击类型 增点54272 修改10%点 修改50%点 裁剪剩1/2 裁剪剩1/4 水印 NC 0.99 1 0.99 1          1 0.979       0.984
    表3是压缩、要素删除攻击的鲁棒性
    攻击类型 压缩至9239个点 删除10%要素 删除20%要素 删除50%要素 水印 NC 0.997  1         1 1         1 1         1
    表4 是几何攻击的鲁棒性
    攻击类型 X,Y平移5 旋转5o 平移5旋转5o 放大2倍 缩小0.5倍 水印 NC 1 1 1 1 1
    具体实施方式
    为了详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现的目的及所达到的效果,以下结合具体实施方式详细说明。
    空域水印嵌入算法
    本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:
    (1)   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;
    (2)   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;
    (3)   提取该坐标点需要嵌入的水印位w[i](1),w为置乱后的水印,M为水印的长度;
    (4)   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
              x=x-R/2;
    (b)  如果 W(i)=1 并且 MOD(x,R)<=R/2
              x=x+R/2;
    (5)   依次对该对象所有坐标点x、y嵌入水印。
    在水印嵌入中,可以根据空间数据的单位及大小,合理提取高位有效位,使得Hash函数的值均匀介于1~M之间。通过QIM量化方法嵌入水印时,如果直接量化嵌入,则水印就会嵌入坐标值的整数位部分,会导致数据误差太大。在水印嵌入之前,通过放大坐标值,然后量化嵌入,再缩小数据。这样就会使水印嵌入到坐标值的小数位部分。大大减小水印嵌入引起的误差。
    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:
    1)      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。
    2) 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};
    3) 应用QIM量化方法,水印嵌入到幅度系数{|Al|}和相位系数{∠Al}。通过式(2)计算得出嵌入水印后的系数;
      (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,原因在于水印应嵌入变换系数的小数位部分,以减小水印嵌入引起的误差。水印嵌入完成后再缩小系数。n的值可以根据变换系数的大小及嵌入水印的强度来确定。
    4) 对{进行离散傅里叶逆变换,得到嵌入水印后的复数序列{a’k};
    5) 根据序列{a’k}修改相应顶点坐标,得到嵌入水印后的矢量数据;
    6) 输出保存含水印矢量空间数据。
    水印提取算法
    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。
    空域水印提取过程如下:
    1)      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;
    2)      通过Hash()函数,计算出i(i是水印的位置);
    3)      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;
    4)      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。
    DFT域水印提取过程如下:
    1)      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{a’k};
    2)      对序列{a’k}进行DFT变换,得到离散傅里叶系数{;
    3)      对{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??;
    4)      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={1,-1},相同水印位提取过程中,使用公式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;然后根据公式(3)来重构出二值水印图像。
                 (3)

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    本文标题:空域和频域相结合的矢量空间数据多重盲水印方法.pdf
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