CN103778356A - 基于几何隐写的矢量图形数据版权保护方法 - Google Patents

Abstract

基于几何隐写的矢量图形数据版权保护方法，包括以下步骤：设计一个具有版权保护信息的虚拟图形指纹；虚拟图形指纹特征的隐写嵌入策略；虚拟图形指纹特征的隐写嵌入方法。

Description

基于几何隐写的矢量图形数据版权保护方法

技术领域

本发明涉及矢量地图数据与矢量图形数据等领域的数据版权保护方法。

背景技术

随着计算机技术和互联网的发展与普及，以及多媒体数据存储和传输技术的进步，数字产品的传输和共享变得非常容易，也得数字产品的非法复制变得非常容易，随之带来了一系列有关版权的问题。为了保护版权所有者的利益，迫切需要找到一种有效的方法来保护数字产品的知识产权。

信息隐写技术则是把一个有意义的信息隐藏在另一个成为载体的信息(如普通图像)中得到隐秘载体，而非法者不知道这个普通信息中是否隐藏了其他的信息，而且即使知道，也难以提取或去除隐藏的信息。所用的载体可以是文字、图像、声音、及视频等具有冗余的信息。为增加攻击的难度，也可以把加密与隐写技术结合起来，即先对消息加密得到密文，再将密文隐藏到载体中，这样攻击者想要获得消息，首先要检测到消息的存在，并知道如何从隐秘载体中提取密文及如何对密文解密来恢复秘密消息。

矢量地图数据版权保护方法不同于传统的基于图像版权保护方法，这主要是由于地图数据不具有图像数据应用的普遍性等原因，同时还在于矢量地图数据在数据结构、存储形式、表现方式、应用环境、使用要求以及可能的攻击行为等方面与图像等多媒体数据都不一样，一般的水印保护算法还很难直接应用在矢量地图数据上。由此可见，数字隐写技术在矢量地图数据的版权保护上具有更加潜在的用途。由于地理空间数据是描述关于人类赖以生存的地球的重要信息，是国家基础性、公益性设施，是国家基础设施建设和地球科学研究的支撑性成果，是国家经济、国防建设中不可缺少的资源，对社会持续发展起着重要作用，因此，对于矢量地图数据的水印技术也具有非常好的使用前景。

发明内容

为了克服现有的矢量地图数据版权保护中容易被解释性攻击和原始数据无损恢复的不足的弱点，本发明提供一种能有效抵抗解释性攻击的基于几何隐写的矢量图形数据版权保护方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于几何隐写的矢量图形数据版权保护方法，包括以下步骤：

（1）、设计一个具有版权保护信息的虚拟图形指纹；

（1.1）、确定一个基于地图指北方向的网格基准方向，标识特征为网格的方向α，0≤α≤360；

（1.2）、定义一组水印信息嵌入网格线夹角β，0≤β≤360；

（1.3）、定义虚拟网格的间距Ⅰλ，0≤λ，网格的间距Ⅱμ，0≤μ；

（1.4）、针对方向α、β、λ、μ这四个变量，设计具有标识意义的特定网格，此虚拟网格中包含有指纹信息；

（1.5）、所述虚拟网格可以通过扩展，实现覆盖矢量数字地图全图；

（1.6）、设计一个网格间距λ和μ，其中，0≤λ，0≤μ；

（2）、虚拟图形指纹特征的隐写嵌入策略；

（2.1）、当虚拟图形指纹特征网格线与矢量地图坐标序列相交，且交点与线段的端点重合时，那么就不需要做任何的处理，直接使用端点；

（2.2）、当虚拟图形指纹特征网格线与矢量地图坐标序列相交，但交点与端点之间的距离小于一个限定的误差值d时，就删除原来最近的端点，以新的交点代替端点；

（2.3）、当虚拟图形指纹特征网格线与矢量地图坐标序列正常相交，形成的交点并非以上两种特殊情况，采用交点沿着网格线左右移动一个限定的误差值d，那么这两个点中，选择其中一个点插入坐标串；

（3）、虚拟图形指纹特征的隐写嵌入方法；

对矢量地图数据中具有2个顶点以上的坐标序列与虚拟图形指纹特征网格线中的每一条虚拟网格线检测是否有交点，如果存在交点，那么就根据虚拟图形指纹特征的隐写嵌入策略，把相关交点插入到坐标序列中，具体方法步骤如下：

（3.1）、对坐标序列数据中的相邻两点，判断虚拟网格直线Y=kX+b与线段(X₁，Y₁)-(X₂，Y₂)之间是否有交点，把(X₁，Y₁)和(X₂，Y₂)分别代入虚拟网格直线Y=kX+b得如下判别式：当(Y₂-kX₂-b)×(Y₁-kX₁-b)>0，则说明(X₁，Y₁)和(X₂，Y₂)在虚拟网格直线同一侧，因此不可能存在交点。当 $\left\{\begin{array}{c}{Y}_1=k{X}_1+b\\ Y_2=k{X}_2+b\end{array}\right.$ 同时成立，则说明线段(X₁，Y₁)-(X₂，Y₂)与虚拟网格直线Y=K×X+B相互重叠，有无数个交点，因此放弃此线段的求交；

（3.2）、如果存在交点，则设交点为(X,Y)，那么其一定是(X₁，Y₁)-(X₂，Y₂)线段上的一点，其(X,Y)坐标可以由(X₁，Y₁)-(X₂，Y₂)两点决定：

$\left\{\begin{array}{c}X=\frac{X_1+\mathrm{\μ}{X}_2}{1+\mathrm{\μ}}\\ Y=\frac{Y_1+\mathrm{\μ}{Y}_2}{1+\mathrm{\μ}}\end{array}\right.---\left(2\right)$

把公式（2）确定的交点(X,Y)代入已知的直线方程Y=K×X+B求得μ：

$\mathrm{\μ}=-\frac{(Y_1-k{X}_1-b)}{(Y_2-k{X}_2-b)}---\left(3\right)$

再把由（3）求得的μ代入（2）式，即可求得(X,Y)坐标的坐标值。

（3.3）、最后完成把虚拟图形指纹特征嵌入到坐标序列中的(X₁，Y₁)与(X₂，Y₂)之间，得到虚拟图形指纹特征分布整体的矢量地图数据。

本发明技术核心思想是通过对版权保护方法中解释攻击进行分析，提出了基于几何隐写的矢量图形数据版权保护方法，主要特征是通过几何隐写技术在矢量地图数据中加入数字指纹特征，几何隐写技术在矢量图形数据隐写嵌入过程中具有不可见性和唯一性的特点，使得该保护方法能够抵抗矢量图形版权保护的抵抗解释性攻击能力。隐写嵌入方法对矢量地图数据造成的精度误差是可控的，以及虚拟图形指纹信息可以被精确提取出来，且摆脱了现有矢量地图数字水印的对矢量地图数据组织形式的依赖，具有很好的抗几何攻击性能。能够为地理信息系统矢量地图数据的生产、传播与应用提供有效的版权保护。

附图说明

图1为基于几何隐写的矢量图形数据版权信息嵌入方法的原理示意图。

图2为基于几何隐写的矢量图形数据版权信息检测方法的原理示意图。

图3为虚拟图形特征信息示意图。

图4-图10为几何隐写策略示意图。

图11为矢量图形数据原始图。

图12为嵌入版权保护信息的矢量图形数据示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

基于几何隐写的矢量图形数据版权保护方法，包括以下步骤：

（1）、设计一个具有版权保护信息的虚拟图形指纹；

（1.1）、确定一个基于地图指北方向的网格基准方向，标识特征为网格的方向α，0≤α≤360；

（1.2）、定义一组水印信息嵌入网格线夹角β，0≤β≤360；

（1.3）、定义虚拟网格的间距Ⅰλ，0≤λ，网格的间距Ⅱμ，0≤μ；

（1.4）、针对方向α、β、λ、μ这四个变量，设计具有标识意义的特定网格，此虚拟网格中包含有指纹信息；

（1.5）、所述虚拟网格可以通过扩展，实现覆盖矢量数字地图全图；

（1.6）、设计一个网格间距λ和μ，其中，0≤λ，0≤μ；

（2）、图4-图10是虚拟图形指纹特征的隐写嵌入策略

（2.1）、当虚拟图形指纹特征网格线与矢量地图坐标序列相交，且交点与线段的端点重合时，那么就不需要做任何的处理，直接使用端点；

（2.2）、当虚拟图形指纹特征网格线与矢量地图坐标序列相交，但交点与端点之间的距离小于一个限定的误差值d时，就删除原来最近的端点，以新的交点代替端点；

（2.3）、当虚拟图形指纹特征网格线与矢量地图坐标序列正常相交，形成的交点并非以上两种特殊情况，采用交点沿着网格线左右移动一个限定的误差值d，那么这两个点中，选择其中一个点插入坐标串；

（3）、图12是虚拟图形指纹特征的隐写嵌入方法示意图

对矢量地图数据中具有2个顶点以上的坐标序列与虚拟图形指纹特征网格线中的每一条虚拟网格线检测是否有交点，如果存在交点，那么就根据虚拟图形指纹特征的隐写嵌入策略，把相关交点插入到坐标序列中，具体方法步骤如下：

（3.1）、对坐标序列数据中的相邻两点，判断虚拟网格直线Y=kX+b与线段(X₁，Y₁)-(X₂，Y₂)之间是否有交点，把(X₁，Y₁)和(X₂，Y₂)分别代入虚拟网格直线Y=kX+b得如下判别式：当(Y₂-kX₂-b)×(Y₁-kX₁-b)>0，则说明(X₁，Y₁)和(X₂，Y₂)在虚拟网格直线同一侧，因此不可能存在交点。当 $\left\{\begin{array}{c}{Y}_1=k{X}_1+b\\ Y_2=k{X}_2+b\end{array}\right.$ 同时成立，则说明线段(X₁，Y₁)-(X₂，Y₂)与虚拟网格直线Y=K×X+B相互重叠，有无数个交点，因此放弃此线段的求交；

（3.2）、如果存在交点，则设交点为(X,Y)，那么其一定是(X₁，Y₁)-(X₂，Y₂)线段上的一点，其(X,Y)坐标可以由（(X₁，Y₁)-(X₂，Y₂)两点决定：

$\left\{\begin{array}{c}X=\frac{X_1+\mathrm{\μ}{X}_2}{1+\mathrm{\μ}}\\ Y=\frac{Y_1+\mathrm{\μ}{Y}_2}{1+\mathrm{\μ}}\end{array}\right.---\left(2\right)$

把公式（2）确定的交点(X,Y)代入已知的直线方程Y=K×X+B求得μ：

$\mathrm{\μ}=-\frac{(Y_1-k{X}_1-b)}{(Y_2-k{X}_2-b)}---\left(3\right)$

再把由（3）求得的μ代入（2）式，即可求得(X,Y)坐标的坐标值；（3.3）、最后完成把虚拟图形指纹特征嵌入到坐标序列中的(X₁，Y₁)与(X₂，Y₂)之间，得到虚拟图形指纹特征分布整体的矢量地图数据。

Claims (1)

1.基于几何隐写的矢量图形数据版权保护方法，包括以下步骤：

（1）、设计一个具有版权保护信息的虚拟图形指纹；

（1.1）、确定一个基于地图指北方向的网格基准方向，标识特征为网格的方向α，0≤α≤360；

（1.2）、定义一组水印信息嵌入网格线夹角β，0≤β≤360；

（1.3）、定义虚拟网格的间距Ⅰλ，0≤λ，网格的间距Ⅱμ，0≤μ；

（1.4）、针对方向α、β、λ、μ这四个变量，设计具有标识意义的特定网格，此虚拟网格中包含有指纹信息；

（1.5）、所述虚拟网格可以通过扩展，实现覆盖矢量数字地图全图；

（1.6）、设计一个网格间距λ和μ，其中，0≤λ，0≤μ；

（2）、虚拟图形指纹特征的隐写嵌入策略；

（2.1）、当虚拟图形指纹特征网格线与矢量地图坐标序列相交，且交点与线段的端点重合时，那么就不需要做任何的处理，直接使用端点；

（2.2）、当虚拟图形指纹特征网格线与矢量地图坐标序列相交，但交点与端点之间的距离小于一个限定的误差值d时，就删除原来最近的端点，以新的交点代替端点；

（2.3）、当虚拟图形指纹特征网格线与矢量地图坐标序列正常相交，形成的交点并非以上两种特殊情况，采用交点沿着网格线左右移动一个限定的误差值d，那么这两个点中，选择其中一个点插入坐标串；

（3）、虚拟图形指纹特征的隐写嵌入方法；

对矢量地图数据中具有2个顶点以上的坐标序列与虚拟图形指纹特征网格线中的每一条虚拟网格线检测是否有交点，如果存在交点，那么就根据虚拟图形指纹特征的隐写嵌入策略，把相关交点插入到坐标序列中，具体方法步骤如下：

（3.1）、对坐标序列数据中的相邻两点，判断虚拟网格直线Y=kX+b与线段(X₁，Y₁)-(X₂，Y₂)之间是否有交点，把(X₁，Y₁)和(X₂，Y₂)分别代入虚拟网格直线Y=kX+b得如下判别式：当(Y₂-kX₂-b)×(Y₁-kX₁-b)>0，则说明(X₁，Y₁)和(X₂，Y₂)在虚拟网格直线同一侧，因此不可能存在交点。当 $\left\{\begin{array}{c}{Y}_1=k{X}_1+b\\ Y_2=k{X}_2+b\end{array}\right.$ 同时成立，则说明线段(X₁，Y₁)-(X₂，Y₂)与虚拟网格直线Y=K×X+B相互重叠，有无数个交点，因此放弃此线段的求交；

（3.2）、如果存在交点，则设交点为(X,Y)，那么其一定是(X₁，Y₁)-(X₂，Y₂)线段上的一点，其(X,Y)坐标可以由（(X₁，Y₁)-(X₂，Y₂)两点决定：

$\left\{\begin{array}{c}X=\frac{X_1+\mathrm{\μ}{X}_2}{1+\mathrm{\μ}}\\ Y=\frac{Y_1+\mathrm{\μ}{Y}_2}{1+\mathrm{\μ}}\end{array}\right.---\left(2\right)$

把公式（2）确定的交点(X,Y)代入已知的直线方程Y=K×X+B求得μ：

$\mathrm{\μ}=-\frac{(Y_1-k{X}_1-b)}{(Y_2-k{X}_2-b)}---\left(3\right)$

再把由（3）求得的μ代入（2）式，即可求得(X,Y)坐标的坐标值；

（3.3）、最后完成把虚拟图形指纹特征嵌入到坐标序列中的(X₁，Y₁)与(X₂，Y₂)之间，得到虚拟图形指纹特征分布整体的矢量地图数据。

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