[发明专利]GPS和北斗定位系统时空信息在IOS端数字影像中的保护方法

摘要

本发明公开了一种GPS和北斗定位系统时空信息在IOS端数字影像中的保护方法。针对IOS用户的数字影像在传播过程中时间信息与空间信息易丢失、易被篡改的问题，发挥了数字水印技术在图像认证，数据保护方面的优势。在水印信息嵌入时，对影像做分块DCT变换，根据水印信息长度，对图像进行划分，将水印信息嵌入到每块区域中，并在嵌入区域设置特征标识。最后在影像数据中嵌入脆弱水印；在影像检测时，检测数据是否含有脆弱水印判断影像是否被篡改。通过寻找特征标识快速定位含水印区域，对水印信息实现高效提取。本发明不仅可以提高影像的防篡改能力，增强数据的安全性。而且可以实现时空信息与数字影像数据本身紧密结合，为影像的准确定位以及有效认证提供了技术手段。

主权项

GPS和北斗定位系统时空信息在IOS端数字影像中的保护方法，其步骤如下：步骤一、时空信息的获取以及基于时空信息的水印信息生成步骤1.1：从IOS设备的GPS模块或者北斗定位系统应用中获取时间信息和经纬度信息，略去时间和经纬度符号，读取剩余的数字字符，数字字符的数量为L₁；步骤1.2：使用当前时钟作为随机数种子，运用线性同余函数，生成10组{0，1}二值化伪随机序列，分别表示数字0～9；每组{0，1}二值化伪随机序列，其长度为L₂，相互间相关系数小于阈值T₁，0＜T₁＜0.5；线性同余函数式如下：X_n+1＝(aX_n+c)mod(m)，n＝0，1，2，3......，L₂其中m、a、c和X₀分别为模数、乘数、增量和随机函数的初始值，mod为求余函数，X_n的值为以m、a、c和X_n‑1为参数时函数的值；{X_n}，n＝1，2，3......，L₂，为求得的伪随机序列；将{X_n}序列进行{0，1}二值化的方法如下：X_n′＝(int)X_nmod2，n＝1，2，3......，L₂其中：int为向下取整函数，{X_n′}为求得的{0，1}二值化伪随机序列；接着对生成的{X_n′}进行检验，若该组序列与其他各组已经生成的{0，1}二值化伪随机序列之间的相关系数小于T₁，则保留，否则进行删除并重新生成一组{0，1}二值化伪随机序列，继续检验，直到符合条件的{0，1}二值化伪随机序列达到10组。两组{0，1}二值化伪随机序列之间相关系数的计算公式如下：$r=\frac{n\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{X}_i{Y}_i-\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{X}_i\·\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{Y}_i}{\sqrt{n\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{X}_i^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{X}_i\right)}^2}\·\sqrt{n\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{Y}_i^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{Y}_i\right)}^2}}$其中X和Y表示两组{0，1}二值化伪随机序列，X_i和Y_i为两组序列相对应的变量，n为一组{0，1}二值化伪随机序列中变量的数量即L₂，r为求得的相关系数，其取值范围为‑1≤r≤1；然后，将读取到的L₁个数字字符转换成对应的{0，1}二值化伪随机序列，生成待嵌入的水印信息W＝{W_i，i＝0，1，…，L}，其中W_i＝{0，1}；水印信息W的长度L＝L₁×L₂；步骤二、水印信息的嵌入以及在嵌入区域设置特征标识步骤2.1：对尺寸大小为x×y的原始影像做8×8分块，并对每一个分块进行DCT变换；若影像行像素数x或列像素数y不能被8整除的情况，则将x/8与y/8的结果进行向下取整，不能分块的部分影像不做处理；步骤2.2：将整个影像划分成互不重叠的矩形子区域，每块区域长为(L₂+1)×8、宽为(L₁+1)×8；若x＜(L₂+1)×8或者y＜(L₁+1)×8则说明影像尺寸过小，无法完整嵌入一遍水印信息，退出嵌入过程；步骤2.3：在每一个区域的第一行和第一列的DCT块中，按照下述方法设置特征标识：选择中频系数[1,3]、[3,1]和[3,3]，将[1,3]和[3,1]的平均值赋值给[3,3]，使得[3,3]为该组中频系数的中位数；步骤2.4：从每个矩形区域的第二行第二列开始，按照从左至右、从上到下的顺序在每个DCT块中频系数[2,2]和[2,3]中依次嵌入水印信息，每块嵌入一位水印信息，嵌入的规则为：使得待嵌入的水印W_i为“1”时，[2,2]＞[2,3]；W_i为“0”时，[2,2]＜[2,3]；其中p为水印强度；步骤2.5：对影像的每个8×8分块进行DCT逆变换，得到含水印的数字影像；步骤三、脆弱水印的嵌入读取嵌入完水印的影像数据，选择一个标记码，在其所处数据流位置前插入冗余信息0xFF；步骤四、脆弱水印检测读取待检测的影像数据，在脆弱水印的嵌入位置进行检测，若脆弱水印已丢失,则说明影像数据已被篡改；反之，则说明影像数据未被篡改；步骤五、水印提取步骤5.1：读取影像像素信息，获取从坐标[i,j]到[i+(a+1)×8,j+(b+1)×8]的像素矩阵，初始化i＝0，j＝0，0＜i＜8，0＜j＜8；对该像素矩阵做8×8分块，并对每个分块进行DCT变换；步骤5.2：寻找一个DCT特征块[m,n]，假如与该特征块所有同行同列的DCT块中都有：[3,3]是[1,3]、[3,1]和[3,3]三个中频系数的中位数，则该特征块即为影像某个含水印矩形子区域的起始DCT块；步骤5.3：若不存在特征块则返回步骤5.1，使得i＝i+1，j＝j+1，直至i＝7,j＝7；若在遍历结束之后无法寻找到有效的特征块，则说明未嵌入水印信息或者水印信息已经被破坏，退出水印的检测提取过程；步骤5.4：通过特征块的定位，提取其所在矩形区域的水印信息；方法是：获取从[i+(m+1)×8,j+(n+1)×8]至[i+(m+a+1)×8,j+(n+b+1)×8]的像素矩阵，对该像素矩阵做8×8分块DCT变换，进行水印提取；提取规则为：若中频系数[2,2]＞[2,3]，则W_i＝1；若[2,2]＜[2,3]，则W_i＝0；步骤5.5：将提取的{0，1}序列以每L₂位为一组，与预设的10组表示数字字符的{0，1}二值化伪随机序列进行相关系数的计算，若归一化相关系数大于阈值1‑T₁则转换成相对应数字字符，将数字字符与时间和经纬度的格式符号进行字符拼接，得到嵌入的时空信息。