一種基于空間冗余關系的電子海圖水印方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于地圖學及地理信息科學的信息處理領域，尤其涉及一種基于空間冗余 關系的電子海圖水印方法。
【背景技術】
[0002] 電子海圖作為數(shù)字地圖的一部分，是近年來逐步受到廣泛重視的一種重要的地圖 資源，特別是隨著各國日益重視海洋資源的開發(fā)與利用，此外，其具有更加重要的戰(zhàn)略價 值。對于如此重要的數(shù)字資源，與之相對的卻是版權保護和信息安全技術的研究較為落后。 "一種用于海圖版權標識的小波域數(shù)字水印技術"和"雙特征下的二維電子海圖水印技術研 究"是目前可檢索到的有關電子海圖版權保護的文獻。電子海圖本質(zhì)上也是一種二維數(shù)字 地圖，故具有一定的通用性。而學界對于電子海圖的信息安全技術專門研究較少的原因有 兩個：一是海圖的自身價值較高，且制作及流通受到嚴格管理，很多研究人員苦于缺乏足夠 的資源，而無法開展深入研究；另一方面，由于該領域部分應用技術的敏感性，很多成果并 沒有得到及時發(fā)表。值得一提的是，隨著近年來電子海圖在商業(yè)領域的迅速應用，如何確保 電子海圖的版權和對電子海圖進行真?zhèn)舞b別已經(jīng)成為亟待解決的技術問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種能保持電子海圖空間拓撲關系無損，并能有效抵抗非法 復制，維護用戶版權的，基于空間冗余關系的電子海圖水印方法。
[0004] 一種基于空間冗余關系的電子海圖水印方法，包括以下步驟，
[0005] 步驟一：讀取海圖文件，確定所有頂點的空間位置關系，頂點的空間位置關系為獨 立、在線上或者在面上；
[0006] 步驟二：對于在線上以及圍繞成環(huán)狀的頂點集合，將其按照連接關系存儲為鏈 表；
[0007] 步驟三：根據(jù)水印位圖信息，轉(zhuǎn)換為二進制的水印字符串；
[0008] 步驟四：讀取鏈表內(nèi)節(jié)點元素，并按照兩個相鄰節(jié)點為一組進行分組；
[0009] 步驟五：對于每一個比特的水印編碼，順序提取分組，獲得每個分組內(nèi)對象的數(shù)據(jù) 塊，進而獲得坐標值，采用向鏈表內(nèi)的分組嵌入冗余對象的方式嵌入水印信息，得到嵌入水 印信息的海圖文件；
[0010] 步驟六：構造可供水印提取的密鑰，根據(jù)每次水印嵌入的頂點和分組情況標記頂 點ID，構建二維矩陣作為提取密鑰；
[0011] 步驟七：根據(jù)提取密鑰，依次讀取二值水印序列；
[0012] 步驟八：根據(jù)讀取二值水印序列，得到檢測水印位圖，同原始水印位圖進行比較， 計算相似度，如果相似度大于閾值，將步驟五中得到的嵌入水印信息的海圖文件輸出，如果 相似度小于閾值，不輸出海圖文件。
[0013] 本發(fā)明一種基于空間冗余關系的電子海圖水印方法，還可以包括：
[0014] 1、對于在線上以及圍繞成環(huán)狀的頂點集合，將其按照連接關系存儲為鏈表結(jié)構的 方法為：
[0015] 對于任意節(jié)點Vi, '，若存在連接關系R，使得ViRVj成立，且vviRVj，則得到 鏈表Li=L七{vi,v』；
[0016] 對于描述區(qū)域的連接關系Q，存在ViQvi+1Q. . .vi+niQVhQv^，得到鏈表關系L;= L;U{vvi+1, . . . ,vi+n !,vn+1}；
[0017] 若在關系R下，Li門L.j辛①，且L;門L.j=vm，LpLk=vn，vmRvn成立，說明多條 路線之間存在公共頂點，貝lj定義新鏈表L' =1^(1 {vm，vn};
[0018] 若在Q關系下QnL 〇,說明區(qū)域之間存在公共重疊的線路，得到新鏈表的連 接關系L' =QnL
[0019] 2、采用向鏈表內(nèi)的分組嵌入冗余對象的方式嵌入水印信息的方法為：
[0020] 分組元素a,b的坐標值（xa,ya)，（xb,yb)，取得中點坐標為：
待嵌入的水印值為1，則在a,b之間增加一個冗余節(jié)點（x^y。）； 如果水印值為〇,不在a,b之間插入節(jié)點。
[0021] 3、根據(jù)提取密鑰，依次讀取二值水印序列的操作為：
[0022] 根據(jù)提取密鑰，得到關鍵頂點的鏈表，如果兩個相鄰頂點中存在一個中間節(jié)點，則 提取水印比特值為1，如果兩個相鄰頂點中無中間節(jié)點，則提取水印比特值為〇,得到二值 水印序列。
[0023]4、檢測水印位圖和原始水印位圖的相似度為：
[0026] 其中，W為原始水印，Wt為檢測出的水印，N為水印容量。
[0027] 有益效果：
[0028] 本發(fā)明實現(xiàn)了一種無損的水印嵌入方法，很好地保持了地圖空間位置關系的完整 性，適合電子海圖數(shù)據(jù)的分發(fā)使用。本發(fā)明提供一種能保持電子海圖空間拓撲關系無損，并 能有效抵抗非法復制，維護用戶版權的基于空間冗余關系的水印方法。根據(jù)水印生成規(guī)則， 轉(zhuǎn)換水印序列，并通過相似度計算，獲得與原始水印的相似數(shù)據(jù)，確定水印的完整性。
【附圖說明】
[0029] 圖1本發(fā)明方法的整體流程圖；
[0030] 圖2空間冗余的水印嵌入方法；
[0031] 圖3水印嵌入示意圖；
[0032] 圖4水印嵌入前后的情況對比；圖4(a)嵌入水印前的海圖；圖4(b)嵌入水印后的 海圖；
[0033] 圖5水印嵌入位置的部分解析；
[0034] 圖6嵌入的水印位圖。
【具體實施方式】
[0035] 下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0036] 1、本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：包括水印的嵌入和提取，其步驟包括：如圖1所示
[0037] (1)讀取海圖文件，確定所有頂點空間位置關系。
[0038] (2)對于線上以及環(huán)狀頂點集合，將其按照連接關系存儲為鏈表結(jié)構。
[0039] (3)將水印位圖轉(zhuǎn)換為二進制字符串。
[0040] (4)讀取鏈表內(nèi)節(jié)點元素，按照兩個節(jié)點為一組進行分組。
[0041] (5)對于每一個比特的水印編碼，順序提取分組對象的定義塊。
[0042] (6)當水印值為1時，向分組對象內(nèi)插入一新的元素，當水印值為0時，轉(zhuǎn)入下一步 驟。
[0043] (7)構造可供水印提取的密鑰，將水印序列依次寫入載體對象內(nèi)。
[0044] (8)根據(jù)提取密鑰，依次讀取二值水印序列。
[0045] (9)根據(jù)讀取的二值水印序列和水印位圖的大小，生成水印位圖，同原始水印，進 行比較和相似度計算。
[0046] 本發(fā)明還可以包括：
[0047] 2、所述的"讀取海圖文件，確定所有頂點空間位置關系"的步驟中，對于電子海圖 來說，也符合矢量數(shù)據(jù)結(jié)構的組織特點，故所有頂點的數(shù)據(jù)組織形式包括了對象定義信息、 對象屬性信息以及對象描述信息等內(nèi)容。對于任意頂點v來說，都需要通過確定頂點ID，獲 得對象定義信息，并間接讀取對象屬性信息內(nèi)的對象名稱和空間位置，所謂對象的空間位 置即頂點v的二維坐標（vx，vy)。
[0048] 3、所述的"對于線上以及環(huán)狀頂點集合，將其按照連接關系存儲為鏈表結(jié)構"步驟 中，規(guī)則如下：
[0049] 對于任意鏈表L;，其表內(nèi)元素應是{vdv2, . . .，'}，即順序連接的節(jié)點。
[0050] 對于海圖V來說，其可能包含陸地信息，但必包含海洋航行信息，故關鍵性地理節(jié) 點之間的連接可能是航路、島礁等關鍵信息。
[0051] 為此，對于任意節(jié)點Vi,Vj，若存在連接關系R，使得ViRVj成立，且vv貝lj LfLiU{v^Vj}，即所定義的鏈表。
[0052] 同理，對于一個描述區(qū)域的連接關系Q來說，必然存在ViQvi+1Q. . .vi+n 立，此時，Li=L;U{v;，vi+1,. . .，vi+nvn+1}，即所定義的鏈表關系。
[0053] 進一步地，如圖1所示，若在關系R下，Q門L.j乒〇，且L;門L.j=vm，Q門Lk= vn，vmRvn成立，說明多條路線之間存在公共頂點，則定義L' =L;fl{vm,vn}，即所定義的新 鏈表。
[0054] 同理，如圖2所示，若在Q關系下QnLj# 說明區(qū)域之間存在公共重疊的線 路，則定義L'iQnL,。L'代表了海圖內(nèi)性關鍵的連接關系。
[0055]關鍵頂點和關鍵路線共同組成了供水印嵌入的鏈表。
[0056] 5、所述的"將水印位圖轉(zhuǎn)換為二進制字符串"步驟中，對水印位圖進行逐行掃描， 得出一串二值水