[发明专利]一种针对shape点图层数据的差值扩展水印嵌入与提取方法

摘要

本发明公开一种针对shape点图层数据采用差值扩展技术嵌入与提取水印的数字水印方法。本发明水印嵌入的过程如下：首先分析shape载体数据中的所有点确定投影轴；然后根据此投影轴对所有点进行排序；由此形成一个连续且值唯一的点序列；再将此点序列数据依次两两配对，以GIS矢量数据相应的数据精度要求为判别条件判别此组点是否适于采用差值扩大技术嵌入水印，若适合，则修改相关点的坐标差值来嵌入水印信息，若不适合，则以LSB替换法来嵌入水印信息；同时记录下此过程中的嵌入信息。本发明的方法能将差值扩大技术应用于GIS点图层数据的可逆水印嵌入与提取中，可用在GIS矢量点图层数据的篡改鉴别、版权保护以及基于GIS矢量点图层数据的隐藏通信等。

主权项

1.一种针对shape点图层数据的差值扩展水印嵌入与提取方法，主要包括以下过程：(1)水印嵌入过程：步骤一：读取GIS点图层数据，配置嵌入算法的参数，主要有精度误差容限、坐标扩大倍数和密钥文件存放路径，然后检查输入数据及配置参数的合法性；步骤二：分析上述点数据，依据以下公式确定嵌入过程采用的投影轴：Y＝Ymax-(Ymax-Ymin)×1/2其中Y表示横向投影轴，Ymax是数据点中最大纵坐标，Ymin是数据点中最小纵坐标；再按照数据点在该投影轴上的坐标值从小到大进行排序，对于坐标相同的重叠点，则选取投影之前垂直距离该投影轴最近的点作为水印嵌入的点；由此，形成投影轴方向上的一个坐标唯一且连续的点序列；步骤三：把上述点序列作为水印嵌入的载体利用差值扩展技术嵌入可逆水印，具体采用差值扩大一倍的方式进行，即二进制形式的坐标差值左移一位；(a)首先将步骤二中的数据依次两两配对，将原本是小数的坐标x_0i变成整数x_i，公式如下：其中，表示向下取整，K是步骤一中的坐标扩大倍数，N是待嵌入水印数据点的个数；(b)然后计算每两个配对点坐标值的差值d和整数平均值m；(c)再以GIS矢量数据相应的数据精度要求为判别条件，将d代入以下公式来判断该组点是否适于采用差值扩展方式嵌入水印：-2×R+1≤d≤2×R-2其中，R是精度误差容限，x_front和x_back是此点对x_i和x_i+1的前后点坐标；如果d不满足上述三项中的任何一项，则为了增加嵌入容量，采用替换最低有效位的方式嵌入水印；否则，采用差值扩展方式嵌入水印；同时在嵌入过程中记录相关信息以便恢复原始数据；步骤四：保存嵌入水印之后的点数据，将嵌入过程中产生的相关信息保存为密钥文件；(2)提取水印及原始数据恢复过程：步骤一：读取待提取水印的GIS点图层数据，从密钥文件中读取嵌入相关参数，检查参数的合法性；步骤二：根据读取的参数确定水印提取过程采用的投影轴，再按照点在该投影轴上的坐标值从小到大进行排序，对于坐标相同的重叠点，则选取投影之前垂直距离该投影轴最近的点作为提取水印的点；由此，形成投影轴方向上的一个坐标唯一且连续的点序列，即为提取水印的载体；步骤三：利用上述水印嵌入过程步骤三中的方法，对点序列先进行两两配对分组，坐标经过扩大之后分别计算每两个配对点坐标值的差值和整数平均值；然后依次提取每个点对坐标差值的最低比特位，即得到嵌入的水印；再分别对每个点对计算原始差值：最后根据坐标差值和整数均值计算恢复之后的坐标数据；步骤四：保存恢复之后的原始数据，输出提取出的水印。