CN107423588A - 一种基于人类视觉特征的通用地图符号库版权保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于人类视觉特征的通用地图符号库版权保护方法,通过在地图符号库中嵌入含版权信息的水印实现其版权保护,包括水印嵌入：首先，基于最小视觉差JND确定水印信息嵌入位置；然后，对水印信息作保密处理；接着，根据水印信息的比特数将地图符号库分块；最后，将二进制水印信息嵌入到被选为载体的、符号图元的属性数据中。水印提取：首先，提取出水印信息并标记异常位；然后，根据水印大小对提取到的数据进行划分，对标记异常的信息位进行补偿处理；最后，对各水印信息块执行解密处理。本发明生成的水印能较好地抵抗符号移动、添加、删除、编辑等常规攻击方式，且具有较好的隐蔽性，可有效保护通用地图符号库中嵌入的水印信息。
Description
技术领域
本发明涉及地图数字水印技术领域，具体涉及一种基于人类视觉特征的通用地图符号库版权保护方法。
背景技术
地图符号库是地理信息系统和专用地图制图软件管理地图符号的主要形式。相关技术中，地图符号库版权保护方法主要采取了零水印技术；通过提取待保护数据的关键特征与水印信息组合，在待保护数据的外部生成零水印，而非在待保护数据中嵌入水印信息。可实现不修改原有的地图符号数据，能最大地保持数据的精度，但存在当待检数据与原始数据相似时容易被伪验证的缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种基于人类视觉系统存在诸如色彩感知、掩蔽效应等特征，使得人眼对处于一定阈值(JND)下的失真无法察觉到，利用这一阈值范围作为水印容量，以文本形式的版权信息为水印，在通用地图符号库中的地图符号数据中嵌入所述水印的保护方法。
为解决上述技术问题，本发明实施例采用的技术方案是，一种基于人类视觉特征的通用地图符号库版权保护方法，包括以下步骤：
(1)嵌入水印；首先确定水印信息嵌入位置，将所述水印信息转为二进制流并作保密处理后根据水印信息的比特数将地图符号分块，然后嵌入水印；
(2)对嵌入水印后的通用地图符号库进行水印提取以验证版权。
优选地，根据地图符号库的地图符号图元确定水印信息嵌入位置为栅格图元的大小属性、几何图形图元的线宽属性或颜色属性及TrueType图元的大小属性。
优选地，采用文本形式的版权水印，首先找出水印中每个字符的unicode编码，其为一个十六进制的四位数；然后将每组unicode编码转化为16位二进制，进行补齐处理构成一个K×K的数组；最后对该数组执行Arnold置乱，并转换为二进制流，保存Arnold置乱的次数C为密钥。
优选地，设所述二进制流长度为M bits，分别对地图符号库中的点、线、面符号进行分块处理：统计地图符号的图元个数，以达到M个图元的符号为一块；依次进行划分至最后，若余下符号的图元数不足M个，也记为一个分块，记录分块的情况。
优选地，设嵌入水印信息的组序列号为S，已嵌入的水印信息位为L(0≤L＜M)，当前符号中嵌入的水印信息位数为N(0≤N＜M)；并进行初始化：S＝1，L＝0，N＝0；水印嵌入的过程如下：
①取地图符号，并置N＝0，若L＝M，则L＝0，S＝1；
②若地图符号存在未遍历图元，取图元数据；否则，转⑤；
③判断图元类型：若为栅格图元，则在大小属性中嵌入水印信息；若为几何图形图元，则首选在线宽属性中嵌入水印信息，若无线宽属性则改在颜色属性中嵌入水印信息；若为TrueType图元，则在大小属性中嵌入水印信息；嵌入规则为：若水印信息位值为‘1’则对属性值末尾加1，N加1，L加1；若水印信息位值为‘0’则不对属性值进行修改；
④若L＝M，则转⑤，否则，转②；
⑤将符号类型、块号、符号ID、嵌入水印信息组序列号S、该符号嵌入水印信息位数N写入索引文件，S加1，转①。
优选地，根据索引文件，从待验证的地图符号库中提取出嵌入有所述水印信息的地图符号，并标记出符号提取失败而受影响的水印信息位；根据水印大小对提取到的水印信息进行划分，考察划分出的各个水印信息块的情况，对各分块中标记异常的信息位进行补偿处理。
优选地，用密钥C对各信息块解密，得到K×K的二值数组，转为二进制流，再以16bits为一组转为unicode编码，并根据unicode编码取得相应文字即为提取到的水印，并据此判断版权归属。
与相关技术相比，本发明的有益效果是在地图符号精度扰动范围许可的前提下能有效避免相似地图符号库间发生伪验证，构建的水印能较好地抵抗符号移动、添加、删除、编辑等常规攻击方式，有助于提高通用地图符号库保护版权水印的安全性。
附图说明
图1是本发明实施例的方法流程示意图；
图2是本发明实施例的版权文字信息构建的二维11×11数组示意图；
图3是本发明实施例的图2数组执行Arnold置乱2次的示意图；
图4a是本发明实施例的方法嵌入版权文字信息前原始符号的示意图；
图4b是本发明实施例的方法嵌入版权文字水印信息后的符号示意图；
图5a是本发明实施例从点符号中提取嵌入水印信息中的版权文字信息示意图；
图5b是本发明实施例从线符号中提取嵌入水印信息中的版权文字信息示意图；
图5c是本发明实施例从面符号中提取嵌入水印信息中的版权文字信息示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
实施例一
请参考图1，本发明的实施例提供了一种基于人类视觉特征的通用地图符号库版权保护方法，包括以下步骤：
(1)水印嵌入过程；首先确定水印信息嵌入位置，将所述水印信息转为二进制流并作保密处理后根据水印信息的比特数将地图符号分块，然后嵌入水印；
具体地，根据地图符号库的地图符号图元确定水印嵌入位置，嵌入位置为栅格图元的大小属性、几何图形图元的线宽属性或颜色属性或TrueType图元的大小属性位置；
进一步地，采用文本形式的版权水印，确定水印信息中每个字符的unicode编码，其为一个十六进制的四位数；然后将每组unicode编码转化为16位二进制，进行补齐处理构成一个K×K的数组；并对该数组执行Arnold置乱，并转换为二进制流，保存Arnold置乱的次数C为密钥；
进一步地，所述二进制流长度为M bits，分别对地图符号库中的点、线、面符号进行分块处理：统计地图符号的图元个数，以达到M个图元的符号为一块；依次进行划分至最后，若余下符号的图元数不足M个，也记为一个分块，记录分块的情况；对地图符号库的分块是为了提高水印的鲁棒性，实现在地图符号库中多次嵌入水印信息；
进一步地，设所述水印信息的组序列号为S，已嵌入的水印信息位为L(0≤L＜M)，当前符号中嵌入的水印信息位数为N(0≤N＜M)；并进行初始化：S＝1，L＝0，N＝0；嵌入步骤如下：
①取地图符号，并置N＝0，若L＝M，则L＝0，S＝1；
②若地图符号存在未遍历图元，取图元数据；否则，转⑤；
③判断图元类型：若为栅格图元，则在大小属性中嵌入水印；若为几何图形图元，则首选在线宽属性中嵌入水印，若无线宽属性则在颜色属性中嵌入水印；若为TrueType图元，则在大小属性中嵌入水印；
其嵌入规则为：若水印信息位值为‘1’则对属性值末尾加1，即N加1，L加1；若水印信息位值为‘0’则不对属性值进行修改；
④若L＝M，则转⑤，否则，转②；
⑤将符号类型、块号、符号ID、嵌入水印信息组序列号S、该符号嵌入水印信息位数N写入索引文件，S加1，转①；
(2)嵌入水印的验证/提取过程；对嵌入的水印进行信息验证后提取；
具体地，根据所述索引文件，从待验证的地图符号库中提取出嵌入有所述水印的地图符号，并标记出符号提取失败而受影响的水印信息位；根据水印嵌入规则，将这些符号与原地图符号库中的相应符号的对应图元属性值进行比较，提取出水印信息位：若对应符号图元数不等，则标记出该符号承载的水印信息位；若提取到的信息位值不为“1”或“0”，则标记出该水印信息位；
进一步地，根据水印大小对提取到的水印信息进行划分，考察划分出的各个水印信息块的情况，对各水印信息块中标记异常的信息位进行补偿处理；
进一步地，用密钥C对所述各水印信息块解密，得到K×K的二值数组，转为二进制流，再以16bits为一组转为unicode编码，并根据unicode编码取得相应文字即为提取到的水印，并据此判断版权归属。
本发明实施例的文本形式的水印信息嵌入水印的保护方法，基于人类视觉的色彩感知、掩蔽效应等特征，这些特征使得人眼对处于一定阈值(JND)下的失真无法察觉到，这一阈值范围作为水印容量，以文本形式的版权信息为水印，在地图符号数据中嵌入所述水印；地图符号精度扰动范围许可的前提下能有效避免相似地图符号库间发生伪验证，构建的水印能较好地抵抗符号移动、添加、删除、编辑等常规攻击方式，有助于提高地图符号库的中嵌入的文本形式的版权信息安全性。
实施例二
以地理信息系统软件MapGIS K9下的示例符号库“25w”为实施例对本发明实施例的方法进行进一步的详细说明。
符号库“25w”中共包含符号1074个，其中点符号752个、线符号256个、面符号66个；具体包括以下步骤：
(1)参照附图2、3，设置水印信息“地大信工25w”，并将所述水印信息构建为11×11的二维数组，则其中的K值为11，其Arnold置乱周期为5，将构建的11×11的二维数组置乱2次；
(2)对符号库分块，将所述点符号分为55块，线符号分为17块，面符号分为11块；表示点符号中可以嵌入完整的54次水印信息，线符号可以嵌入完整的16次水印信息，面符号可以嵌入完整的10次水印信息；
(3)将所述置乱2次后的11×11的二维数组形式转换为1×121的二进制流形式载入水印中；
(4)参照附图4a、4b，将水印嵌入符号库中，水印嵌入后的符号人眼无法识别出明显修改痕迹；
(5)参照附图5a、5b、5c，分别对嵌入所述点符号、线符号和面符号中的水印进行提取，分为以下5种情形进行提取；
①直接提取点、线、面符号的水印；
②移动符号库中的点、线、面符号次序后再进行提取；
③添加点、线、面符号后进行提取；
④分别对符号库中的点、线、面符号执行编辑，在编辑符号分别占相应符号总数的10％、30％、50％、70％、90％的比例下进行提取；
⑤分别对符号库中的点、线、面符号执行均匀删除、随机删除和集中删除，在删除符号分别占相应符号总数的10％、30％、50％、70％、90％的比例下进行提取。
由图可知，以上5中情形提取的“地大信工25w”版权信息均为完整信息，在符号出现移动、添加、删除、编辑等情形时，仍能从嵌有水印的符号库中提取出稳定的版权信息，提高了采用通用地图符号库保护版权水印的安全性。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于人类视觉特征的通用地图符号库版权保护方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)嵌入水印；首先确定水印信息嵌入位置，将所述水印信息转为二进制流并作保密处理后根据水印信息的比特数将地图符号分块，然后嵌入所述水印信息；
(2)对嵌入水印后的通用地图符号库进行水印提取以验证版权。
2.根据权利要求1所述的一种基于人类视觉特征的通用地图符号库版权保护方法，其特征是：步骤(1)包括以下步骤：
(1-1)确定地图符号中水印信息的嵌入位置，根据地图符号库的地图符号图元确定所述水印信息嵌入位置为栅格图元的大小属性、几何图形图元的线宽属性或颜色属性及TrueType图元的大小属性；
(1-2)采用文本形式的版权水印，将所述水印转为二进制流并作保密处理，首先找出所述水印中每个字符的unicode编码，其为一个十六进制的四位数；然后将每组unicode编码转化为16位二进制，进行补齐处理构成一个K×K的数组；最后对该数组执行Arnold置乱，并转换为二进制流，保存Arnold置乱的次数C为密钥；
(1-3)设所述二进制流长度为M bits，分别对地图符号库中的点、线、面符号进行分块处理：统计地图符号的图元个数，以达到M个图元的符号为一块；依次进行划分至最后，若余下符号的图元数不足M个，也记为一个分块，记录分块的情况。
3.根据权利要求2所述的一种基于人类视觉特征的通用地图符号库版权保护方法，其特征是：步骤(1)中嵌入所述水印的过程为：
设嵌入水印信息的组序列号为S，已嵌入的水印信息位为L(0≤L＜M)，当前符号中嵌入的水印信息位数为N(0≤N＜M)；并进行初始化：S＝1，L＝0，N＝0；过程如下：
①取地图符号，并置N＝0，若L＝M，则L＝0，S＝1；
②若地图符号存在未遍历图元，取图元数据；否则，转⑤；
③判断图元类型：若为栅格图元，则在大小属性中嵌入水印信息；若为几何图形图元，则首选在线宽属性中嵌入水印信息，若无线宽属性则改在颜色属性中嵌入水印信息；若为TrueType图元，则在大小属性中嵌入水印信息；嵌入规则为：若水印信息位值为‘1’则对属性值末尾加1，N加1，L加1；若水印信息位值为‘0’则不对属性值进行修改；
④若L＝M，则转⑤，否则，转②；
⑤将符号类型、块号、符号ID、嵌入水印信息组序列号S、该符号嵌入水印信息位数N写入索引文件，S加1，转①。
4.根据权利要求3所述的一种基于人类视觉特征的通用地图符号库版权保护方法，其特征是：步骤(2)包括以下步骤：
(2-1)根据所述索引文件，从待验证的地图符号库中提取出嵌入有所述水印信息的地图符号，并标记出符号提取失败而受影响的水印信息位；
(2-2)根据水印大小对提取到的水印信息进行划分，考察划分出的各个水印信息块的情况，对各分块中标记异常的信息位进行补偿处理；
(2-3)用密钥C对各所述信息块解密，得到K×K的二值数组，转为二进制流，再以16bits为一组转为unicode编码，并根据unicode编码取得相应文字即为提取到的水印，并据此判断版权归属。
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20190816 Termination date: 20200724 |
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