CN107578366B

CN107578366B - 一种水印信息的嵌入、检测方法及装置

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Publication number: CN107578366B
Application number: CN201710840179.5A
Authority: CN
Inventors: 周齐飞; 任娜; 朱长青; 刘子儀
Original assignee: Nanjing Normal University
Current assignee: Nanjing Normal University
Priority date: 2017-09-18
Filing date: 2017-09-18
Publication date: 2020-06-19
Anticipated expiration: 2037-09-18
Also published as: CN107578366A

Abstract

本发明公开一种水印信息的嵌入、检测方法及装置。所述方法及装置将水印信息的嵌入位置选在瓦片数据的调色板，通过调整调色版中颜色的排列顺序以及对应调整图像索引矩阵中的颜色的索引值实现水印信息嵌入。因为调整调色板中颜色的顺序以及相应地改变图像索引矩阵中颜色索引值不会改变图像的任一像素值，因此可以在图像像素值无损的条件下实现水印信息的嵌入和检测，从而也可以在无损条件下检测出瓦片数据的版权信息。

Description

一种水印信息的嵌入、检测方法及装置

技术领域

本发明涉及地理信息安全技术领域，特别是涉及一种水印信息的嵌入、检测方法及装置。

背景技术

随着电子地图服务在人们日常生活中的日益普及，瓦片数据的运用也越来越广泛。瓦片数据结构简单、形式规整、易于集中处理，解决了矢量数据渲染对硬件设备要求高的问题。

关于瓦片数据的版权保护，长久以来都是通过像素值的修改来实现水印信息的嵌入。例如《地理空间数据数字水印理论与方法》(朱长青等，北京科学出版社，2014)提出数字水印技术算法可以分为空间域算法、变换域算法、压缩域算法、NEC算法和生理模型算法等；《基于映射机制的遥感影像盲水印算法》(任娜等，测绘学报，2011)针对遥感影像数据，提出一种基于映射机制的抵抗几何攻击的强抗差性盲水印算法，该方法克服传统抗几何攻击时要求攻击后影像的大小和像素相对位置保持不变的局限，有效扩充水印容量，具有好的抗差性和不可见性，并能保持影像精度特征和统计特性；《一种瓦片地图水印算法》(任娜等，测绘通报，2014)提出的以改进映射机制的瓦片数据数字水印算法，在深入分析索引机制的瓦片数据特征及其对水印算法的要求基础上，结合实际需求，实现了适用于瓦片数据的版权保护系统；《瓦片数据版权保护方法及应用研究》(任娜等，地球信息科学学报，2012)针对瓦片地图水印的特征，提出了一种基于特征级的瓦片地图水印算法，该算法具有好的透明性和鲁棒性，能够有效满足瓦片地图的版权保护需求；《一种基于DCT变换的数字水印算法在“天地图·广东”中的应用》(方晓乐等，地理信息世界，2014)提出了一种具有高鲁棒性、基于离散余弦变换(DCT)的数字水印算法，算法基于JPEG图像解压缩后的像素矩阵进行DCT变换，然后把水印信息嵌入和提取，且对常见的图像处理方法和攻击有非常好的鲁棒性。

以上方法虽然一定程度上满足了瓦片地图的版权保护需求，并且各自具有鲁棒性较好、不可见性较好等方面的优势，但是上述的算法都存在一个共同的问题，即修改了瓦片数据的像素值。也就是说，在现有的算法中，无论是空间域的算法还是变换域的算法最终都是通过修改瓦片数据的像素值来实现水印信息的嵌入。但是一些特定的行业对瓦片数据的精度要求极高，甚至不允许有一丝一毫的修改，因此在人们对于无损水印算法需求极高的情况下，如何在瓦片数据无损的条件下实现水印信息的嵌入和检测是本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种水印信息的嵌入、检测方法及装置，以在瓦片数据像素值无损的条件下，实现水印信息的嵌入和检测。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种水印信息嵌入方法，所述方法包括：

获取待嵌入水印信息的瓦片数据的调色板矩阵中的颜色对；

根据所述调色板矩阵获得所述颜色对的像素值；

根据所述颜色对的像素值获得所述颜色对的水印嵌入位；

获取待嵌入的水印信息；

根据所述颜色对的像素值、所述待嵌入的水印信息和所述水印嵌入位调整所述调色板矩阵中所述颜色对的排列顺序；

获取所述待嵌入水印信息的瓦片数据的图像索引矩阵；

根据所述颜色对的排列顺序的变化调整所述图像索引矩阵中的颜色索引值，完成所述水印信息的嵌入。

可选的，所述获取待嵌入的水印信息具体包括：

获取原始水印信息，所述原始水印信息为一串二进制序列；

获取随机数种子，根据所述随机数种子生成二值伪随机序列；所述原始水印信息与所述二值伪随机序列的长度相同；

将所述原始水印信息与所述二值伪随机序列做异或运算，获得所述待嵌入的水印信息。

可选的，所述获取待嵌入水印信息的瓦片数据的调色板矩阵中的颜色对，具体包括：

获取所述待嵌入水印信息的瓦片数据的调色板矩阵；

获取所述调色板矩阵中各颜色的排列顺序；

将所述调色板矩阵中的颜色依次按奇偶顺序进行配对，获得所述颜色对；每对所述颜色对中包括两个颜色。

可选的，所述根据所述颜色对的像素值、所述待嵌入的水印信息和所述水印嵌入位调整所述调色板矩阵中所述颜色对的排列顺序，具体包括：

比较所述颜色对中两个颜色的像素值，获得比较结果；

获得所述待嵌入的水印信息在所述水印嵌入位上的水印值；

根据所述比较结果和所述水印值调整所述颜色对中的两个颜色在所述调色板矩阵中的顺序。

本发明还公开了一种水印信息检测方法，包括：

获取待检测瓦片数据的调色板矩阵中的颜色对；

根据所述调色板矩阵获得所述颜色对的像素值；

根据所述颜色对的像素值获得所述颜色对的水印嵌入位；

根据所述颜色对的像素值和所述水印嵌入位获得待转换的水印信息；

获取水印信息嵌入过程中使用的二值伪随机序列；

将所述待转换的水印信息与所述二值伪随机序列做异或运算，获得待检测瓦片数据的水印信息。

本发明还公开了一种版权信息检测方法，包括：

获取待检测瓦片数据的调色板矩阵中的颜色对；

根据所述调色板矩阵获得所述颜色对的像素值；

根据所述颜色对的像素值获得所述颜色对的水印嵌入位；

获取水印信息嵌入过程中使用的二值伪随机序列；

将所述待转换的水印信息与所述二值伪随机序列做异或运算，获得待检测瓦片数据的水印信息；

根据所述待检测瓦片数据的水印信息获得所述待检测瓦片数据的版权信息。

可选的，所述根据所述待检测瓦片数据的水印信息获得所述待检测瓦片数据的版权信息，具体包括：

获取水印信息嵌入过程中使用的待嵌入的水印信息；

获取水印信息嵌入过程中使用的原始水印信息和原始版权信息的映射表；

根据所述待嵌入的水印信息和所述待转换的水印信息计算所述待检测瓦片数据的水印信息与所述原始水印信息的相关性系数；

当所述相关性系数大于设定的阈值时，确定所述原始水印信息在所述映射表中对应的所述原始版权信息为所述待检测瓦片数据的版权信息。

本发明还公开了一种水印信息嵌入装置，包括：

第一颜色对获取模块，用于获取待嵌入水印信息的瓦片数据的调色板矩阵中的颜色对；

第一像素值获取模块，用于根据所述调色板矩阵获得所述颜色对的像素值；

第一水印嵌入位获取模块，用于根据所述颜色对的像素值获得所述颜色对的水印嵌入位；

第一水印信息获取模块，用于获取待嵌入的水印信息；

颜色对顺序调整模块，用于根据所述颜色对的像素值、所述待嵌入的水印信息和所述水印嵌入位调整所述调色板矩阵中所述颜色对的排列顺序；

图像索引矩阵获取模块，用于获取所述待嵌入水印信息的瓦片数据的图像索引矩阵；

颜色索引值调整模块，用于根据所述颜色对的排列顺序的变化调整所述图像索引矩阵中的颜色索引值，完成所述水印信息的嵌入。

本发明还公开了一种水印信息检测装置，包括：

第二颜色对获取模块，用于获取待检测瓦片数据的调色板矩阵中的颜色对；

第二像素值获取模块，用于根据所述调色板矩阵获得所述颜色对的像素值；

第二水印嵌入位获取模块，用于根据所述颜色对的像素值获得所述颜色对的水印嵌入位；

第一待转换水印信息获取模块，用于根据所述颜色对的像素值和所述水印嵌入位获得待转换的水印信息；

第一二值伪随机序列获取模块，用于获取水印信息嵌入过程中使用的二值伪随机序列；

第二水印信息获取模块，用于将所述待转换的水印信息与所述二值伪随机序列做异或运算，获得待检测瓦片数据的水印信息。

本发明还公开了一种版权信息检测装置，包括：

第三颜色对获取模块，用于获取待检测瓦片数据的调色板矩阵中的颜色对；

第三像素值获取模块，用于根据所述调色板矩阵获得所述颜色对的像素值；

第三水印嵌入位获取模块，用于根据所述颜色对的像素值获得所述颜色对的水印嵌入位；

第二待转换水印信息获取模块，用于根据所述颜色对的像素值和所述水印嵌入位获得待转换的水印信息；

第二二值伪随机序列获取模块，用于获取水印信息嵌入过程中使用的二值伪随机序列；

第三水印信息获取模块，用于将所述待转换的水印信息与所述二值伪随机序列做异或运算，获得待检测瓦片数据的水印信息；

版权信息获取模块，用于根据所述待检测瓦片数据的水印信息获得所述待检测瓦片数据的版权信息。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种水印信息的嵌入、检测方法及装置。所述方法及装置将水印信息的嵌入位置选在瓦片数据的调色板，通过调整调色版中颜色的排列顺序以及对应调整图像索引矩阵中的颜色的索引值实现水印信息嵌入。因为调整调色板中颜色的顺序以及相应地改变图像索引矩阵中颜色索引值不会改变图像的任一像素值，因此可以在图像像素值无损的条件下实现水印信息的嵌入和检测，从而也可以在无损条件下检测出瓦片数据的版权信息。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种水印信息嵌入方法的方法流程图；

图2为本发明实施例一种水印信息检测方法的方法流程图；

图3为本发明实施例一种版权信息检测方法的方法流程图；

图4为本发明实施例一种水印信息嵌入装置的结构示意图；

图5为本发明实施例一种水印信息检测装置的结构示意图；

图6为本发明实施例一种版权信息检测装置的结构示意图；

图7为本发明实施例一种水印信息嵌入方法的实验数据；

图8为采用本发明实施例一种水印信息嵌入方法进行水印嵌入后的数据。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种水印信息的嵌入、检测方法及装置。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

瓦片数据是指将固定范围的某一比例尺下的地图按照指定的尺寸(通常为128×128像素或256×256像素)切成若干行与列的正方形栅格图片。这些正方形栅格图片就称为瓦片数据。瓦片数据具有自己独特的特征，它通常是索引图像，这主要是出于节约存储空间和减轻网络带宽压力的考虑。而索引图像主要由调色板和图像索引矩阵组成，调色板中存储该图像所用到的所有颜色，图像索引矩阵中则记录了对应位置的颜色在调色板中的索引值。例如MATLAB自带的woman信号构成的图像的像素索引矩阵和调色板矩阵。woman图像是一幅典型的索引图像。其图像矩阵大小为256×256，表示有65535个像素点构成。调色板大小为256×3，表示有256种颜色。我们看到图像索引矩阵的(1，1)单元的内容为125，也就是说这一点像素的颜色就是调色板矩阵的第125行所定义的颜色。可以看到调色板矩阵的第125行为[0.60536，0.60536，0.60536]，表示RGB三个分量的比重都比较重且在图像中的地位相同。

图像索引矩阵中的数值与调色板的关系依赖于图像矩阵的类型：如果图像矩阵是双精度类型的，那么数值1将指向调色板的第一行，数值2将指向调色板的第二行，依次类推；如果图像矩阵是uint8或uint16类型的，那么将产生一个偏移量：数值0表示调色板的第一行，数值1表示调色板的第二行，依次类推。而调色板中的颜色的排序没有实际意义，与图像索引矩阵没有空间位置上的相关性。调色板通常与图像索引矩阵存储在一起，装载图像时，调色板、图像索引矩阵和图像一同自动装载。

图1为本发明实施例一种水印信息嵌入方法的方法流程图。参见图1，一种水印信息嵌入方法，包括：

步骤101：获取待嵌入水印信息的瓦片数据的调色板矩阵中的颜色对。

所述步骤101具体包括：

步骤1011：获取所述待嵌入水印信息的瓦片数据的调色板矩阵。

调色板通常与索引图像存储在一起，装载图像时，调色板将和图像一同自动装载。提取时可直接从加载图像瓦片数据的软件中进行提取。

步骤1012：获取所述调色板矩阵中各颜色的排列顺序。

步骤1013：将所述调色板矩阵中的颜色依次按奇偶顺序进行配对，获得所述颜色对；每对所述颜色对中包括两个颜色。具体为：

将所述调色板矩阵中的颜色按照所述排列顺序从第一个开始依次按奇偶奇偶配对，即第一个颜色和第二个颜色配对，第三个颜色和第四个颜色配对...以此类推。设调色板中的颜色数量为cnt，颜色对的数量为m，若cnt为奇数，则最后一个未配对的颜色不做处理。所述颜色对的数量利用公式m＝floor(cnt/2)得出，其中floor表示向下取整函数。如此获得调色板矩阵中所有的颜色对Clrpair，Clrpair＝{clrpair_i|i＝1,2,...,m}。

步骤102：根据所述调色板矩阵获得所述颜色对的像素值。

调色板矩阵中存储了各颜色的RGB值，可直接获取。

步骤103：根据所述颜色对的像素值获得所述颜色对的水印嵌入位。具体为：

每一个所述颜色对由两个颜色组成，设Clr1(r1,g1,b1)和Clr2(r2,g2,b2)为一个所述颜色对clrpair_i中的两个颜色，则该颜色对的水印嵌入位q_i由公式q_i＝[|sin(r1+r2+g1+g2+b1+b2)|(N-1)+1]来确定。其中，[]表示四舍五入求整运算。

步骤104：获取待嵌入的水印信息。

所述步骤104具体包括：

步骤1041：获取原始水印信息，所述原始水印信息为一串二进制序列。具体为：

生成一串二进制序列作为原始水印信息，记做C，其长度为N，即所述原始水印信息C＝{c_i|i＝1,2,...,N}。

将待嵌入的版权信息I与所述原始水印信息C建立映射表。所述待嵌入的版权信息I为文本数据，其中的每个文本与所述原始水印信息中的一个或多个二进制数形成唯一对应的映射关系。

例如所述待嵌入的版权信息I为“南京师范大学”，所述原始水印信息C＝{110110110110001010111110}，即二进制序列“1101”对应文本“南”，二进制序列“1011”对应文本“京”，二进制序列“0110”对应文本“师”，二进制序列“0010”对应文本“范”，二进制序列“1011”对应文本“大”，二进制序列“1110”对应文本“学”。

步骤1042：获取随机数种子，根据所述随机数种子生成二值伪随机序列；所述原始水印信息与所述二值伪随机序列的长度相同。具体为：

使用某一固定不变的密钥R₁作为随机数种子，其中0＜R₁＜1。根据公式

生成长度为N的序列R1，R1＝{R_i|i＝1,2,...,N}，其中R_i∈[0,1]。以0.5为阈值，根据公式

将R1二值化，获得长度为N的二值伪随机序列R＝{R_i|i＝1,2,...,N}。

步骤1043：将所述原始水印信息与所述二值伪随机序列做异或运算，获得所述待嵌入的水印信息。

为了提高所述原始水印信息的保密性，需要将所述原始水印信息进行置乱加密处理，具体为：

将所述原始水印信息C＝{c_i|i＝1,2,...,N}与所述二值伪随机序列R＝{R_i|i＝1,2,...,N}对应的索引位做异或运算，得到置乱后的所述待嵌入的水印信息W＝{w_i|i＝1,2,...,N}。其中，

w_i∈W,c_i∈C,R_i∈R。

步骤105：根据所述颜色对的像素值、所述待嵌入的水印信息和所述水印嵌入位调整所述调色板矩阵中所述颜色对的排列顺序。

所述步骤105具体包括：

步骤1051：比较所述颜色对中两个颜色的像素值，获得比较结果。具体为：

每一个所述颜色对由两个颜色组成，设Clr1(r1,g1,b1)和Clr2(r2,g2,b2)为一个所述颜色对clrpair_i中的两个颜色，根据所述颜色对中两个颜色的RGB值获得所述比较结果Rs，所述比较结果的计算公式如下：

Rs＝(r1*10⁶+g1*10³+b1)-(r2*10⁶+g2*10³+b2)。

由于调色板中不允许出现颜色值一样的颜色，所以Rs不会是零值。

步骤1052：获得所述待嵌入的水印信息在所述水印嵌入位上的水印值。具体为：

所述待嵌入的水印信息为W＝{w_i|i＝1,2,...,N}，所述颜色对的水印嵌入位q_i＝[|sin(r1+r2+g1+g2+b1+b2)|(N-1)+1]，获取所述待嵌入的水印信息W在所述水印嵌入位q_i上的水印值w_qi。例如当所述水印嵌入位q_i＝3时，取所述待嵌入的水印信息W中的w₃为所述待嵌入的水印信息在所述水印嵌入位上的水印值，w₃∈W。

步骤1053：根据所述比较结果和所述水印值调整所述颜色对中的两个颜色在所述调色板矩阵中的顺序。具体为：

当所述水印值w_qi为1且所述比较结果Rs为正时，不调整所述颜色对中Clr1和Clr2的顺序；当所述水印值w_qi为1且所述比较结果Rs为负时，调整Clr1和Clr2的顺序；当所述水印值w_qi为0且所述比较结果Rs为正时，调整Clr1和Clr2的顺序；当所述水印值w_qi为0且所述比较结果Rs为负时，不调整Clr1和Clr2的顺序。

步骤106：获取所述待嵌入水印信息的瓦片数据的图像索引矩阵。

调色板通常与图像索引矩阵存储在一起，装载图像时，调色板、图像索引矩阵和图像一同自动装载。可在加载所述瓦片数据的软件中提取所述待嵌入水印信息的瓦片数据的调色板矩阵对应的图像索引矩阵。

步骤107：根据所述颜色对的排列顺序的变化调整所述图像索引矩阵中的颜色索引值，完成所述水印信息的嵌入。

例如，所述调色板矩阵中的一个颜色对中包括颜色A(颜色索引值为IA)和颜色B(颜色索引值为IB)。当所述步骤105中颜色A和B交换顺序时，则颜色A和B对应的颜色索引值也需要互换，那么就将所述图像索引矩阵中的所有IA都替换为IB，IB都替换为IA。当所述图像索引矩阵中的颜色索引值调整完成后，即完成了所述水印信息的嵌入。

瓦片数据所包含的颜色数量较少，通常无法满足有意义水印信息的嵌入，因此本发明的水印信息嵌入方法使用无意义水印信息。用一段无规则的数字与版权信息建立映射表，嵌入数据中的水印信息就是这段无规则的数字。水印信息的嵌入位置选在瓦片数据的调色板，通过调整调色板中颜色的排列顺序以及对应调整图像索引矩阵中的颜色的索引值实现水印信息嵌入。由于调色板中的颜色的排序没有实际意义，与图像索引矩阵没有空间位置上的相关性，因此调整调色板中颜色的顺序以及相应地改变图像索引矩阵中颜色索引值不会改变图像的任一像素值，因此可以在图像像素值无损的条件下实现水印信息的嵌入。

图2为本发明实施例一种水印信息检测方法的方法流程图。参见图2，一种水印信息检测方法，包括：

步骤201：获取待检测瓦片数据的调色板矩阵中的颜色对。

所述步骤201具体包括：

步骤2011：获取所述待检测瓦片数据的调色板矩阵。

步骤2012：获取所述调色板矩阵中各颜色的排列顺序。

步骤2013：将所述调色板矩阵中的颜色依次按奇偶顺序进行配对，获得所述颜色对；每对所述颜色对中包括两个颜色。具体为：

步骤202：根据所述调色板矩阵获得所述颜色对的像素值。

调色板矩阵中存储了各颜色的RGB值，可直接获取。

步骤203：根据所述颜色对的像素值获得所述颜色对的水印嵌入位。具体为：

步骤204：根据所述颜色对的像素值和所述水印嵌入位获得待转换的水印信息。具体为：

步骤2041：根据所述颜色对中两个颜色的RGB值获得比较结果Rs，所述比较结果的计算公式如下：

Rs＝(r1*10⁶+g1*10³+b1)-(r2*10⁶+g2*10³+b2)。

步骤2042：当所述比较结果Rs为正时，确定该颜色对在所述水印嵌入位q_i上的水印值w'_i＝1；当所述比较结果Rs为负时，确定该颜色对在所述水印嵌入位q_i上的水印值w'_i＝0。例如当所述颜色对的所述水印嵌入位q_i＝3且所述比较结果Rs为正时，确定该颜色对在所述水印嵌入位q_i上的水印值w'₃＝1；当所述颜色对的所述水印嵌入位q_i＝4且所述比较结果Rs为负时，确定该颜色对在所述水印嵌入位q_i上的水印值w'₄＝0。

于是根据所有的颜色对就可以计算出所述待转换的水印信息W'，所述W'＝{w'_i|i＝1,2,...,N}。

步骤205：获取水印信息嵌入过程中使用的二值伪随机序列。

在所述步骤1043中，为了提高所述原始水印信息的保密性，将所述原始水印信息C＝{c_i|i＝1,2,...,N}与所述二值伪随机序列R＝{R_i|i＝1,2,...,N}做异或运算来获得所述待嵌入的水印信息W＝{w_i|i＝1,2,...,N}，即将所述原始水印信息进行置乱加密处理后获得所述待嵌入的水印信息W。此步骤205中获取的即为所述步骤1042中根据所述随机数种子生成的所述二值伪随机序列R＝{R_i|i＝1,2,...,N}。

步骤206：将所述待转换的水印信息与所述二值伪随机序列做异或运算，获得待检测瓦片数据的水印信息。

在所述步骤1043中，为了提高所述原始水印信息的保密性，将所述原始水印信息进行置乱加密处理后获得所述待嵌入的水印信息。因此在本步骤206中，就需要对所述待转换的水印信息W'＝{w'_i|i＝1,2,...,N}进行反置乱处理。将所述待转换的水印信息W'与所述二值伪随机序列R＝{R_i|i＝1,2,...,N}的对应索引位做异或运算得到反置乱的所述待检测瓦片数据的水印信息C'，所述C'＝{C_i|i＝1,2,...,N}。其中，

w'_i∈W',C_i∈C',R_i∈R。

图3为本发明实施例一种版权信息检测方法的方法流程图。参见图3，一种版权信息检测方法，包括：

步骤301：获取待检测瓦片数据的调色板矩阵中的颜色对。

所述步骤301中获取待检测瓦片数据的调色板矩阵中的颜色对的方法与所述步骤201相同。

步骤302：根据所述调色板矩阵获得所述颜色对的像素值。

步骤303：根据所述颜色对的像素值获得所述颜色对的水印嵌入位。

所述步骤303中根据所述颜色对的像素值获得所述颜色对的水印嵌入位的方法与所述步骤203相同。

步骤304：根据所述颜色对的像素值和所述水印嵌入位获得待转换的水印信息。

所述步骤304中获得待转换的水印信息的方法与所述步骤204相同。

步骤305：获取水印信息嵌入过程中使用的二值伪随机序列。

步骤306：将所述待转换的水印信息与所述二值伪随机序列做异或运算，获得待检测瓦片数据的水印信息。

所述步骤306获得待检测瓦片数据的水印信息的方法与所述步骤206相同。

步骤307：根据所述待检测瓦片数据的水印信息获得所述待检测瓦片数据的版权信息。

所述步骤307具体包括：

步骤3071：获取水印信息嵌入过程中使用的待嵌入的水印信息。具体为：

获取所述步骤1043中使用的置乱后的所述待嵌入的水印信息W＝{w_i|i＝1,2,...,N}。

步骤3072：获取水印信息嵌入过程中使用的原始水印信息和原始版权信息的映射表。

瓦片数据所包含的颜色数量较少，通常无法满足有意义水印信息的嵌入，因此本发明的方法使用无意义水印信息，用一段无规则的数字与版权信息建立映射表，嵌入数据中的水印信息就是这段无规则的数字。

在所述步骤1041中，将所述待嵌入的版权信息I与所述原始水印信息C建立了所述映射表。所述待嵌入的版权信息I为文本数据，其中的每个文本与所述原始水印信息中的一个或多个二进制数形成唯一对应的映射关系。在本步骤3072中直接获取已经建立的所述映射表。

步骤3073：根据所述待嵌入的水印信息和所述待转换的水印信息计算所述待检测瓦片数据的水印信息与所述原始水印信息的相关性系数。具体为：

根据公式

计算所述待检测瓦片数据的水印信息C'＝{C_i|i＝1,2,...,N}与所述原始水印信息C＝{c_i|i＝1,2,...,N}的相关性系数α，其中w_i∈W，w'_i∈W'，^表示异或运算。求得的所述相关性系数α的取值范围为α∈[0,1]，α越接近1，则所述待检测瓦片数据的水印信息C'与所述原始水印信息C的相关性越高；α越接近0，则相关性越低。

步骤3074：当所述待检测瓦片数据的水印信息C'与所述原始水印信息C的所述相关性系数α大于设定的阈值时，即确定所述原始水印信息C在所述映射表中对应的所述原始版权信息I为所述待检测瓦片数据的版权信息。

所述阈值优选为0.65。即对于所述步骤1041中建立的所述映射表，当所述相关性系数α大于0.65时，便可以确定所述待检测瓦片数据的水印信息C'对应的所述待检测瓦片数据的版权信息I'即为所述原始水印信息C在所述映射表中对应的所述原始版权信息I“南京师范大学”。

本发明所述的水印信息嵌入方法的嵌入位置选在瓦片数据的调色板，通过调整调色版中颜色的排列顺序以及对应调整图像索引矩阵中的颜色的索引值实现水印信息嵌入。本发明所述的水印信息检测方法和所述版权信息检测方法是水印信息嵌入的逆过程，将提取出的无意义水印信息在映射表中找到最佳匹配，即可得到版权信息。因为调整调色板中颜色的顺序以及相应地改变图像索引矩阵中颜色索引值不会改变图像的任一像素值，因此可以在图像像素值无损的条件下实现水印信息的嵌入和检测，从而也可以在无损条件下检测出瓦片数据的版权信息。

图4为本发明实施例一种水印信息嵌入装置的结构示意图。参见图4，一种水印信息嵌入装置，包括：

第一颜色对获取模块401，用于获取待嵌入水印信息的瓦片数据的调色板矩阵中的颜色对。

所述第一颜色对获取模块401具体包括：

第一调色板矩阵获取单元，用于获取所述待嵌入水印信息的瓦片数据的调色板矩阵。

第一排列顺序获取单元，用于获取所述调色板矩阵中各颜色的排列顺序。

第一颜色对获取单元，用于将所述调色板矩阵中的颜色依次按奇偶顺序进行配对，获得所述颜色对；每对所述颜色对中包括两个颜色。具体为：

第一像素值获取模块402，用于根据所述调色板矩阵获得所述颜色对的像素值。

第一水印嵌入位获取模块403，用于根据所述颜色对的像素值获得所述颜色对的水印嵌入位。具体包括：

第一水印信息获取模块404，用于获取待嵌入的水印信息。

所述第一水印信息获取模块404具体包括：

原始水印信息生成单元，用于生成一串二进制序列作为原始水印信息，记做C，其长度为N，即所述原始水印信息C＝{c_i|i＝1,2,...,N}。

映射表建立单元，用于将待嵌入的版权信息I与所述原始水印信息C建立映射表。所述待嵌入的版权信息I为文本数据，其中的每个文本与所述原始水印信息中的一个或多个二进制数形成唯一对应的映射关系。

二值伪随机序列获取单元，用于获取某一固定不变的密钥R₁作为随机数种子，其中0＜R₁＜1。并根据公式

生成长度为N的序列R1，R1＝{R_i|i＝1,2,...,N}，其中R_i∈[0,1]。还用于以0.5为阈值，根据公式

第一待嵌入水印信息获取单元，用于将所述原始水印信息C＝{c_i|i＝1,2,...,N}与所述二值伪随机序列R＝{R_i|i＝1,2,...,N}对应的索引位做异或运算，得到置乱后的所述待嵌入的水印信息W＝{w_i|i＝1,2,...,N}。其中，

w_i∈W,c_i∈C,R_i∈R。

颜色对顺序调整模块405，用于根据所述颜色对的像素值、所述待嵌入的水印信息和所述水印嵌入位调整所述调色板矩阵中所述颜色对的排列顺序。

所述颜色对顺序调整模块405具体包括：

第一比较结果获取单元，用于比较所述颜色对中两个颜色的像素值，获得比较结果。具体为：

Rs＝(r1*10⁶+g1*10³+b1)-(r2*10⁶+g2*10³+b2)。

第一水印值获取单元，用于获得所述待嵌入的水印信息在所述水印嵌入位上的水印值。具体为：

颜色顺序调整单元，用于根据所述比较结果和所述水印值调整所述颜色对中的两个颜色在所述调色板矩阵中的顺序。具体为：

图像索引矩阵获取模块406，用于获取所述待嵌入水印信息的瓦片数据的图像索引矩阵。

颜色索引值调整模块407，用于根据所述颜色对的排列顺序的变化调整所述图像索引矩阵中的颜色索引值，完成所述水印信息的嵌入。

图5为本发明实施例一种水印信息检测装置的结构示意图。参见图5，一种水印信息检测装置，包括：

第二颜色对获取模块501，用于获取待检测瓦片数据的调色板矩阵中的颜色对。

所述第二颜色对获取模块501具体包括：

第二调色板矩阵获取单元，用于获取所述待检测瓦片数据的调色板矩阵。

第二颜色排列顺序获取单元，用于获取所述调色板矩阵中各颜色的排列顺序。

第二颜色对获取单元，用于将所述调色板矩阵中的颜色依次按奇偶顺序进行配对，获得所述颜色对；每对所述颜色对中包括两个颜色。具体为：

第二像素值获取模块502，用于根据所述调色板矩阵获得所述颜色对的像素值。

第二水印嵌入位获取模块503，用于根据所述颜色对的像素值获得所述颜色对的水印嵌入位。具体为：

第一待转换水印信息获取模块504，用于根据所述颜色对的像素值和所述水印嵌入位获得待转换的水印信息。

所述第一待转换水印信息获取模块504具体包括：

第二比较结果获取单元，用于根据所述颜色对中两个颜色的RGB值获得比较结果Rs，所述比较结果的计算公式如下：

Rs＝(r1*10⁶+g1*10³+b1)-(r2*10⁶+g2*10³+b2)。

第二水印值获取单元，用于当所述比较结果Rs为正时，确定该颜色对在所述水印嵌入位q_i上的水印值w'_i＝1；当所述比较结果Rs为负时，确定该颜色对在所述水印嵌入位q_i上的水印值w'_i＝0。

第一二值伪随机序列获取模块505，用于获取水印信息嵌入过程中使用的二值伪随机序列。

第二水印信息获取模块506，用于将所述待转换的水印信息与所述二值伪随机序列做异或运算，获得待检测瓦片数据的水印信息。具体为：

将所述待转换的水印信息W'与所述二值伪随机序列R＝{R_i|i＝1,2,...,N}的对应索引位做异或运算得到反置乱的所述待检测瓦片数据的水印信息C'，所述C'＝{C_i|i＝1,2,...,N}。其中，

w'_i∈W',C_i∈C',R_i∈R。

图6为本发明实施例一种版权信息检测装置的结构示意图。参见图6，一种版权信息检测装置，包括：

第三颜色对获取模块601，用于获取待检测瓦片数据的调色板矩阵中的颜色对。

所述第三颜色对获取模块601与所述第二颜色对获取模块501功能相同。

第三像素值获取模块602，用于根据所述调色板矩阵获得所述颜色对的像素值。

所述第三像素值获取模块602与所述第二像素值获取模块502功能相同。

第三水印嵌入位获取模块603，用于根据所述颜色对的像素值获得所述颜色对的水印嵌入位。

所述第三水印嵌入位获取模块603与所述第二水印嵌入位获取模块503功能相同。

第二待转换水印信息获取模块604，用于根据所述颜色对的像素值和所述水印嵌入位获得待转换的水印信息。

所述第二待转换水印信息获取模块604与所述第一待转换水印信息获取模块504功能相同。

第二二值伪随机序列获取模块605，用于获取水印信息嵌入过程中使用的二值伪随机序列。

所述第二二值伪随机序列获取模块605与所述第一二值伪随机序列获取模块505功能相同。

第三水印信息获取模块606，用于将所述待转换的水印信息与所述二值伪随机序列做异或运算，获得待检测瓦片数据的水印信息。

所述第三水印信息获取模块606与所述第二水印信息获取模块506功能相同。

版权信息获取模块607，用于根据所述待检测瓦片数据的水印信息获得所述待检测瓦片数据的版权信息。

所述版权信息获取模块607具体包括：

第二待嵌入水印信息获取单元，用于获取水印信息嵌入过程中使用的待嵌入的水印信息。

映射表获取单元，用于获取水印信息嵌入过程中使用的原始水印信息和原始版权信息的映射表。

相关性系数计算单元，用于根据所述待嵌入的水印信息和所述待转换的水印信息计算所述待检测瓦片数据的水印信息与所述原始水印信息的相关性系数。具体为：

根据公式

计算所述待检测瓦片数据的水印信息C'＝{C_i|i＝1,2,...,N}与所述原始水印信息C＝{c_i|i＝1,2,...,N}的相关性系数α，其中w_i∈W，w'_i∈W'，^表示异或运算。求得的所述相关性系数α的取值范围为α∈[0,1]，若α越接近1，则所述待检测瓦片数据的水印信息C'与所述原始水印信息C的相关性越高；若α越接近0，则相关性越低。

版权信息获取单元，用于当所述待检测瓦片数据的水印信息C'与所述原始水印信息C的所述相关性系数α大于设定的阈值时，确定所述原始水印信息C在所述映射表中对应的所述原始版权信息I为所述待检测瓦片数据的版权信息。

所述阈值优选为0.65。

本发明所述的方法和装置根据瓦片数据的索引存储机制以及特定行业对瓦片数据无损的要求，并与数字水印技术相结合，在瓦片数据的像素值无损的条件下实现了水印的嵌入和检测。采用本发明的方法和装置可以在图像精度无损条件下对瓦片数据进行水印信息的嵌入和检测，以及进行版权信息的检测。

图7为本发明实施例一种水印信息嵌入方法的实验数据。图8为采用本发明实施例一种水印信息嵌入方法进行水印嵌入后的数据。参见图7和图8，从主观视觉上看，很难看出实验数据和采用本发明实施例一种水印信息嵌入方法进行水印嵌入后的数据之间的区别，因此可以证明本发明所述水印信息嵌入方法的不可见性比较好。

本实施例中，还对所述水印信息的嵌入、检测方法及装置进行了测试。待嵌入的版权信息为“南京师范大学”，对嵌入水印后的瓦片数据进行剪切、旋转、拼接、加噪处理，此处的剪切攻击是任意位置和任意尺寸剪切，拼接也指的是任意的拼接，其包含了嵌入同一份水印后的2个瓦片的拼接，也包含了嵌入水印后瓦片与未嵌入水印瓦片的拼接。然后采用所述水印信息检测方法和装置对嵌入水印后的瓦片数据进行水印检测，检测到版权信息为“南京师范大学”。实验结果表明，经过这些攻击后，采用本发明所述的方法和装置仍然可以正确提取瓦片数据中的版权信息，具有较好的鲁棒性。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。