CN110351279B - 一种矢量数据的传输方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种矢量数据的传输方法及系统。本发明提供的矢量数据的传输方法及系统，数据发送端对矢量数据进行频率域变换，对低频系数和中频系数运用加密算法进行加密，对高频系数进行水印嵌入处理，数据传输时，可按照从元信息、低频系数、中频系数到高频系数的顺序依次传输，数据接收端依次接收元信息和频域系数，并对低频系数和中频系数进行解密，对高频系数提取水印信息，逐层对接收到的系数进行频率域逆变换，实现矢量数据的渐进式的安全传输。本发明提供的矢量数据的传输方法及系统，在低安全性、低带宽的环境下能够保证矢量数据的安全传输和版权鉴定。

Description

一种矢量数据的传输方法及系统
技术领域
本发明涉及信息安全领域，特别是涉及一种矢量数据的传输方法及系统。
背景技术
矢量数据在计算机辅助制图、计算机视觉、地理信息系统等领域有众多应用，也是相关行业的重要数据来源和数据支撑。随着数据共享和分发的需求日益增加，矢量数据需要在局域网和广域网中进行端到端的传输。如何保障矢量数据在传输过程和传输结束后的安全，是需要解决的重要问题。
矢量数据在传输过程中遇到的安全问题，主要是受传输环境和传输条件的影响，在不安全的信道中传输，会导致数据易遭受到泄密和窃取的危险，因此需要保护矢量数据在传输过程中的安全。矢量数据在传输后遇到的安全问题，主要是矢量数据面临着分发后的版权保护和来源追溯需求。因此，如何全面保护矢量数据的安全，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种矢量数据的传输方法及系统，在低安全性、低带宽的环境下能够保证矢量数据的安全传输和版权鉴定。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种矢量数据的发送方法，所述发送方法包括：
获取待发送数据和所述待发送数据的元信息，所述待发送数据为矢量数据；
对所述待发送数据进行频率域变换，获得所述待发送数据的低频系数、中频系数和高频系数；
采用低频系数加密方法对所述低频系数进行加密处理，获得加密低频系数；
采用加水印方法将水印信息嵌入所述高频系数，获得水印高频系数；
发送所述元信息、所述加密低频系数、所述中频系数和所述水印高频系数至接收端。
可选的，所述采用低频系数加密方法对所述低频系数进行加密处理之前，还包括：
采用元信息加密方法对所述元信息进行加密处理，获得加密后的元信息；
所述采用加水印方法将水印信息嵌入所述高频系数之前，还包括：
采用中频系数加密方法对所述中频系数进行加密处理，获得加密后的中频系数。
一种矢量数据的发送系统，所述发送系统包括：
待发送数据获取模块，用于获取待发送数据和所述待发送数据的元信息，所述待发送数据为矢量数据；
频率域变换模块，用于对所述待发送数据进行频率域变换，获得所述待发送数据的低频系数、中频系数和高频系数；
低频系数加密模块，用于采用低频系数加密方法对所述低频系数进行加密处理，获得加密低频系数；
加水印模块，用于采用加水印方法将水印信息嵌入所述高频系数，获得水印高频系数；
发送模块，用于发送所述元信息、所述加密低频系数、所述中频系数和所述水印高频系数至接收端。
可选的，所述发送系统还包括：
元信息加密模块，用于采用元信息加密方法对所述元信息进行加密处理，获得加密后的元信息；
中频系数加密模块，用于采用中频系数加密方法对所述中频系数进行加密处理，获得加密后的中频系数。
一种矢量数据的接收方法所述接收方法用于所述的发送方法，所述接收方法包括：
获取发送端发送的元信息、加密低频系数、中频系数和水印高频系数；
采用与低频系数加密方法对应的低频系数解密方法对所述加密低频系数进行解密，获得解密低频系数；
采用频率域逆变换对所述解密低频系数进行处理，获得低频矢量数据；
将所述低频矢量数据、所述中频系数和所述水印高频系数合并后进行频率域逆变换，获得原始的矢量数据。
可选的，所述接收方法用于所述的发送方法，所述采用与低频系数加密方法对应的低频系数解密方法对所述加密低频系数进行解密之前，还包括：
采用与元信息加密方法对应的元信息解密方法对加密后的元信息进行解密，获得解密后的元信息；
所述将所述低频矢量数据、所述中频系数和所述水印高频系数合并后进行频率域逆变换之前，还包括：
采用与中频系数加密方法对应的中频系数解密方法对加密后的中频系数进行解密，获得解密后的中频系数；
采用频率域逆变换对解密后的中频系数进行处理，获得原始的中频系数。
一种矢量数据的接收系统，所述接收系统用于所述的发送系统，所述接收系统包括：
数据接收模块，用于获取发送端发送的元信息、加密低频系数、中频系数和水印高频系数；
低频系数解密模块，用于采用与低频系数加密方法对应的低频系数解密方法对所述加密低频系数进行解密，获得解密低频系数；
低频频率域逆变换模块，用于采用频率域逆变换对所述解密低频系数进行处理，获得低频矢量数据；
原始数据确定模块，用于将所述低频矢量数据、所述中频系数和所述水印高频系数合并后进行频率域逆变换，获得原始的矢量数据。
可选的，所述接收系统用于所述的发送系统，所述接收系统还包括：
元信息解密模块，用于采用与元信息加密方法对应的元信息解密方法对加密后的元信息进行解密，获得解密后的元信息；
中频系数解密模块，用于采用与中频系数加密方法对应的中频系数解密方法对加密后的中频系数进行解密，获得解密后的中频系数；
中频频率域逆变换模块，用于采用频率域逆变换对解密后的中频系数进行处理，获得原始的中频系数。
一种矢量数据的传输方法，所述传输方法包括：
获取待传输数据，所述待传输数据为矢量数据；
发送端采用所述的一种矢量数据的发送方法将所述待传输数据发送至接收端；
接收端采用所述的一种矢量数据的接收方法接收发送端发送的数据。
一种矢量数据的传输系统，所述传输系统包括：
发送端，用于获取待传输数据，并采用所述的一种矢量数据的发送方法将所述待传输数据发送给接收端，所述待传输数据为矢量数据；
接收端，用于所述的一种矢量数据的接收方法接收发送端发送的数据。
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：
本发明提供的矢量数据的传输方法及系统，数据发送端对矢量数据进行频率域变换，对低频系数和中频系数运用加密算法进行加密，对高频系数进行水印嵌入处理，数据传输时，可按照从元信息、低频系数、中频系数到高频系数的顺序依次传输，数据接收端依次接收元信息和频域系数，并对低频系数和中频系数进行解密，对高频系数提取水印信息，逐层对接收到的系数进行频率域逆变换，实现矢量数据的渐进式的安全传输。本发明提供的矢量数据的传输方法及系统，在低安全性、低带宽的环境下能够保证矢量数据的安全传输和版权鉴定。
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1提供的一种矢量数据的发送方法的流程图；
图2为本发明实施例2提供的一种矢量数据的发送系统的结构框图；
图3为本发明实施例3提供的一种矢量数据的接收方法的流程图；
图4为本发明实施例4提供的一种矢量数据的接收系统的结构框图；
图5为本发明提供的一种矢量数据的传输方法的实施流程图；
图6为本发明提供的待传输矢量数据图；
图7为水印信息图；
图8为本发明提供的低频系数构成的矢量数据图；
图9为本发明提供的由低频系数和中频系数构成的矢量数据图；
图10为本发明提供的运用量化机制从含水印高频系数中提取的水印信息图；
图11为本发明提供的含水印的明文矢量数据图；
图12为本发明提供的进行版权鉴定时检测到的水印信息图。
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矢量数据的传输方法及系统，在低安全性、低带宽的环境下能够保证矢量数据的安全传输和版权鉴定。
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。
图1为本发明实施例1提供的一种矢量数据的发送方法的流程图。如图1所示，所述发送方法包括：
步骤101：获取待发送数据和所述待发送数据的元信息，所述待发送数据为矢量数据。所述元信息包含对矢量数据包的基本信息、特征、来源、使用途径等方面的描述，包括但不限于矢量数据的数据精度类型、数据组织方式、数据点个数、数据集名称、数据坐标范围、坐标系类型、坐标系原点、生产日期、生产者、分发单位和/或使用单位等。
步骤102：对所述待发送数据进行频率域变换，获得所述待发送数据的低频系数、中频系数和高频系数。所述频率域变换的方式为完全的、准确的可逆变换，包括但不限于离散傅里叶变换、离散余弦变换或离散小波变换。传输过程中，低频系数的轻微改变会大幅影响矢量数据的内容，高频系数的轻微改变对矢量数据的内容影响极小，中频系数的性质介于低频系数和高频系数之间。
步骤103：采用低频系数加密方法对所述低频系数进行加密处理，获得加密低频系数。
步骤104：采用加水印方法将水印信息嵌入所述高频系数，获得水印高频系数。实际应用中，可采用任意的加水印方法，如最低有效位、加法规则、乘法规则、量化嵌入等机制将水印信息嵌入高频系数，同时，还可进一步采用上述的加水印方法将水印信息嵌入中频系数。
步骤105：发送所述元信息、所述加密低频系数、所述中频系数和所述水印高频系数至接收端。
作为一种优选方式，执行步骤103：采用低频系数加密方法对所述低频系数进行加密处理之前，还包括：
采用元信息加密方法对所述元信息进行加密处理，获得加密后的元信息。
作为另一种优选方式，执行步骤104：采用加水印方法将水印信息嵌入所述高频系数之前，还包括：
采用中频系数加密方法对所述中频系数进行加密处理，获得加密后的中频系数。
实际应用中，可根据实际应用需求选择具体的加密算法。在安全性要求较高的情况下，对元信息、低频系数和中频系数运用经典的、安全性高的加密算法进行加密，例如RSA加密算法、DES加密算法和AES加密算法等。在效率要求较高的情况下，对元信息、低频系数和中频系数运用效率较高的加密算法进行加密，例如Arnold置乱算法。在兼顾安全性和效率要求的情况下，对元信息、低频系数采用RSA加密算法、DES加密算法或AES加密算法等安全性高的加密算法进行加密。对中频系数运用高效率的加密算法进行加密，例如Arnold置乱算法。在安全性要求较低的情况下，只对低频系数进行加密，或者也可以对低频系数和元信息进行加密。
图2为本发明实施例2提供的一种矢量数据的发送系统的结构框图。如图2所示，所述发送系统包括：
待发送数据获取模块201，用于获取待发送数据和所述待发送数据的元信息，所述待发送数据为矢量数据。
频率域变换模块202，用于对所述待发送数据进行频率域变换，获得所述待发送数据的低频系数、中频系数和高频系数。
低频系数加密模块203，用于采用低频系数加密方法对所述低频系数进行加密处理，获得加密低频系数。
加水印模块204，用于采用加水印方法将水印信息嵌入所述高频系数，获得水印高频系数。
发送模块205，用于发送所述元信息、所述加密低频系数、所述中频系数和所述水印高频系数至接收端。
作为一种优选方式，所述发送系统还包括元信息加密模块和/或中频系数加密模块，其中，
元信息加密模块，用于采用元信息加密方法对所述元信息进行加密处理，获得加密后的元信息。
中频系数加密模块，用于采用中频系数加密方法对所述中频系数进行加密处理，获得加密后的中频系数。
图3为本发明实施例3提供的一种矢量数据的接收方法的流程图。如图3所示，所述接收方法用于实施例1所述的发送方法，所述接收方法包括：
步骤301：获取发送端发送的元信息、加密低频系数、中频系数和水印高频系数。
步骤302：采用与低频系数加密方法对应的低频系数解密方法对所述加密低频系数进行解密，获得解密低频系数。
步骤303：采用频率域逆变换对所述解密低频系数进行处理，获得低频矢量数据。
步骤304：将所述低频矢量数据、所述中频系数和所述水印高频系数合并后进行频率域逆变换，获得原始的矢量数据。
作为一种优选方法，执行步骤302：采用与低频系数加密方法对应的低频系数解密方法对所述加密低频系数进行解密之前，还包括：
采用与元信息加密方法对应的元信息解密方法对加密后的元信息进行解密，获得解密后的元信息。
执行步骤304：将所述低频矢量数据、所述中频系数和所述水印高频系数合并后进行频率域逆变换之前，还包括：
采用与中频系数加密方法对应的中频系数解密方法对加密后的中频系数进行解密，获得解密后的中频系数。
采用频率域逆变换对解密后的中频系数进行处理，获得原始的中频系数。
图4为本发明实施例4提供的一种矢量数据的接收系统的结构框图。如图4所示，所述接收系统包括：
数据接收模块401，用于获取发送端发送的元信息、加密低频系数、中频系数和水印高频系数。
低频系数解密模块402，用于采用与低频系数加密方法对应的低频系数解密方法对所述加密低频系数进行解密，获得解密低频系数。
低频频率域逆变换模块403，用于采用频率域逆变换对所述解密低频系数进行处理，获得低频矢量数据。
原始数据确定模块404，用于将所述低频矢量数据、所述中频系数和所述水印高频系数合并后进行频率域逆变换，获得原始的矢量数据。
作为一种优选方式，述接收系统还包括：
元信息解密模块，用于采用与元信息加密方法对应的元信息解密方法对加密后的元信息进行解密，获得解密后的元信息。
中频系数解密模块，用于采用与中频系数加密方法对应的中频系数解密方法对加密后的中频系数进行解密，获得解密后的中频系数。
中频频率域逆变换模块，用于采用频率域逆变换对解密后的中频系数进行处理，获得原始的中频系数。
本发明提供的一种矢量数据的传输方法包括：
获取待传输数据，所述待传输数据为矢量数据。
发送端采用实施例1所述的一种矢量数据的发送方法将所述待传输数据发送至接收端。作为一种实施方式，数据发送端发送数据的优先级从高到低的顺序为：元信息、低频系数、中频系数和高频系数。但是，上述传输优先级并非绝对，在获取元信息的前提下，低频系数、中频系数和高频系数的传输顺序可根据传输条件、传输环境等因素进行调整。
接收端采用实施例3所述的一种矢量数据的接收方法接收发送端发送的数据。数据接收端按发送顺序接收元信息、低频系数、中频系数和高频系数。数据接收端每次接收到加密后的密文系数时，首先对其进行解密，获得明文系数，同时合并所有已接收的明文系数，运用频率域逆变换将其转换为原始矢量数据的形态，对其进行渲染、显示等处理，并继续等待接收后续数据。数据接收端每次接收到含水印的明文系数时，运用水印嵌入方法的逆向规则，提取出水印信息并显示版权标识，并继续等待接收后续数据，直至所有待传输的数据接收完毕。
本发明提供的一种矢量数据的传输系统包括：
发送端，用于获取待传输数据，并采用实施例1所述的一种矢量数据的发送方法将所述待传输数据发送给接收端，所述待传输数据为矢量数据。
接收端，用于采用实施例3所述的一种矢量数据的接收方法接收发送端发送的数据。
图5为本发明提供的一种矢量数据的传输方法的实施流程图。如图5所示，采用本发明提供的一种矢量数据的传输方法对图6所示的矢量数据进行传输，如图6所示，所述矢量数据包括256个坐标点，具体实施流程如下：
(1)读取待传输的矢量数据。
(2)对矢量数据进行小波变换，获得低频系数即LL系数、中频系数包括HL系数和LH系数、高频系数即HH系数。
(3)运用AES加密方法对低频系数进行加密。
(4)运用Arnold置乱算法加密中频系数。
(5)运用量化机制将图7所示的水印信息嵌入至高频系数。
(6)依次传输矢量数据的元信息、加密后的低频系数、加密后的中频系数和嵌入水印的高频系数。
(7)接收端在接收到元信息和加密低频系数后，采用AES算法解密对应的低频系数后，采用小波逆变换对解密后的低频系数进行处理，低频系数构成的矢量数据如图8所示。
(8)接收端接收到加密中频系数后，运用Arnold置乱算法进行解密，与低频系数合并后运用小波逆变换，获得的由低频系数和中频系数构成的矢量数据如图9所示。
(9)接收端接收到含水印高频系数后，运用量化机制提取水印信息，获得的水印信息如图10所示，可见，能够准确识别水印信息。
(10)接收端合并所有的明文系数，包括解密后的低频系数、中频系数及含水印的高频系数，并运用小波逆变换进行处理后，数据变为图11所示的含水印的明文矢量数据，至此完成矢量数据的传输。
(11)需要对传输后的矢量数据进行版权鉴定时，运用小波逆变换和量化机制检测高频系数，检测到的水印信息如图12所示，可见，水印信息仍然能够被准确识别。
本发明公开了一种面向矢量数据传输的加密水印方法，数据发送端对矢量数据进行频率域变换，对低频系数和中频系数运用加密算法进行加密，对高频系数进行水印嵌入，数据传输时，按照从元信息、低频系数、中频系数到高频系数的顺序依次传输，数据接收端依次接收元信息和频域系数，并对低频系数和中频系数进行解密，对高频系数提取水印信息，逐层对接收到的系数进行逆变换，实现矢量数据的渐进式的安全传输。本发明提供的矢量数据的传输方法及系统，在低安全性、低带宽的环境下能够保证矢量数据的安全传输和版权鉴定，实现了加密与水印的共同作用，且渐进式的加解密方式能够适应当今网络传输的快速显示和人机交互等应用需求。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
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。

Claims (6)

1.一种矢量数据的发送方法，其特征在于，所述发送方法包括：
获取待发送数据和所述待发送数据的元信息，所述待发送数据为矢量数据；
对所述待发送数据进行频率域变换，获得所述待发送数据的低频系数、中频系数和高频系数；
采用元信息加密方法对所述元信息进行加密处理，获得加密后的元信息；
采用低频系数加密方法对所述低频系数进行加密处理，获得加密低频系数；
采用中频系数加密方法对所述中频系数进行加密处理，获得加密后的中频系数；
采用加水印方法将水印信息嵌入所述高频系数，获得水印高频系数；
发送所述元信息、所述加密低频系数、所述中频系数和所述水印高频系数至接收端；
按照从所述元信息、所述加密低频系数、所述中频系数和所述水印高频系数的顺序依次传输。
2.一种矢量数据的发送系统，其特征在于，所述发送系统包括：
待发送数据获取模块，用于获取待发送数据和所述待发送数据的元信息，所述待发送数据为矢量数据；
频率域变换模块，用于对所述待发送数据进行频率域变换，获得所述待发送数据的低频系数、中频系数和高频系数；
元信息加密模块，用于采用元信息加密方法对所述元信息进行加密处理，获得加密后的元信息；
低频系数加密模块，用于采用低频系数加密方法对所述低频系数进行加密处理，获得加密低频系数；
中频系数加密模块，用于采用中频系数加密方法对所述中频系数进行加密处理，获得加密后的中频系数；
加水印模块，用于采用加水印方法将水印信息嵌入所述高频系数，获得水印高频系数；
发送模块，用于发送所述元信息、所述加密低频系数、所述中频系数和所述水印高频系数至接收端；按照从所述元信息、所述加密低频系数、所述中频系数和所述水印高频系数的顺序依次传输。
3.一种矢量数据的接收方法，其特征在于，所述接收方法用于权利要求1所述的发送方法，所述接收方法包括：
获取发送端发送的元信息、加密低频系数、中频系数和水印高频系数；
采用与元信息加密方法对应的元信息解密方法对加密后的元信息进行解密，获得解密后的元信息；
采用与低频系数加密方法对应的低频系数解密方法对所述加密低频系数进行解密，获得解密低频系数；
采用频率域逆变换对所述解密低频系数进行处理，获得低频矢量数据；
采用与中频系数加密方法对应的中频系数解密方法对加密后的中频系数进行解密，获得解密后的中频系数；
采用频率域逆变换对解密后的中频系数进行处理，获得原始的中频系数；
将所述低频矢量数据、所述中频系数和所述水印高频系数合并后进行频率域逆变换，获得原始的矢量数据。
4.一种矢量数据的接收系统，其特征在于，所述接收系统用于权利要求2所述的发送系统，所述接收系统包括：
数据接收模块，用于获取发送端发送的元信息、加密低频系数、中频系数和水印高频系数；
低频系数解密模块，用于采用与低频系数加密方法对应的低频系数解密方法对所述加密低频系数进行解密，获得解密低频系数；
元信息解密模块，用于采用与元信息加密方法对应的元信息解密方法对加密后的元信息进行解密，获得解密后的元信息；
低频频率域逆变换模块，用于采用频率域逆变换对所述解密低频系数进行处理，获得低频矢量数据；
中频系数解密模块，用于采用与中频系数加密方法对应的中频系数解密方法对加密后的中频系数进行解密，获得解密后的中频系数；
中频频率域逆变换模块，用于采用频率域逆变换对解密后的中频系数进行处理，获得原始的中频系数；
原始数据确定模块，用于将所述低频矢量数据、所述中频系数和所述水印高频系数合并后进行频率域逆变换，获得原始的矢量数据。
5.一种矢量数据的传输方法，其特征在于，所述传输方法包括：
获取待传输数据，所述待传输数据为矢量数据；
发送端采用权利要求1所述的一种矢量数据的发送方法将所述待传输数据发送至接收端；
接收端采用权利要求3所述的一种矢量数据的接收方法接收发送端发送的数据。
6.一种矢量数据的传输系统，其特征在于，所述传输系统包括：
发送端，用于获取待传输数据，并采用权利要求1所述的一种矢量数据的发送方法将所述待传输数据发送给接收端，所述待传输数据为矢量数据；
接收端，用于采用权利要求3所述的一种矢量数据的接收方法接收发送端发送的数据。
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