一种基于字节流的地理空间数据水印方法

摘要

本发明涉及一种基于字节流的地理空间数据水印方法，该方法基于地理空间数据在计算机载体存取和流通过程中都是以字节流为单位进行组织的特性，将数据加密思想引入到水印算法的设计中，采用数学映射思想，构建水印映射函数，即建立根据字节本身定位水印信息位的函数，使得字节与水印信息位保持多对一映射关系，通过建立的映射关系来确定水印信息位的嵌入位置，而后将水印信息通过量化的方式嵌入数据字节中。在水印检测时，根据最大隶属度原则以还原出最优水印信息。该方法既能有效控制地理空间数据的质量和精度，降低地理空间数据的可用性，又能有效保护处于流通过程中的地理空间数据版权，并起到追踪数据流出源头的作用。

主权项

1.一种基于字节流的地理空间数据水印方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）、水印信息生成；步骤一：生成一个随机数，此随机数具有唯一性，与每个用户形成一对一的关系；步骤二：基于此随机数，运用随机序列生成器生成一个伪随机二值序列，把该伪随机二值序列转化成由-1和1组成的待嵌入水印信息；步骤三：把此随机数与有意义的版权信息如数据所有权、流通方向相关信息关联起来，建立水印关系映射表，供水印检测和水印信息合法移除时使用；（2）、水印嵌入过程；步骤一：数据的读取；对地理空间数据按照字节流的形式进行读取，将地理空间数据字节流中所有字节转化为相应的数值；步骤二：预处理；将字节流中的字节进行位取反、置乱处理；步骤三：确定水印信息位在字节流中的嵌入位置；假设水印信息长度为，采用多对一映射的思想，按照字节所对应的数值映射到上，形成多个字节对应某个水印信息位的关系，令映射函数为，为字节本身所对应的数值，水印信息为，即要求；为建立多对一的映射关系，水印信息位采用重复嵌入字节所对应数值的方式进行；考虑到本水印方法的鲁棒性，应尽量均匀的把映射到上；嵌入水印后所引起的变化不会显著影响到水印信息位所对应的字节个数，从而保证水印嵌入后不会影响到字节数值所对应的水印信息位，基于此，构建的映射函数如下所示：其中、为字节的最大值、最小值，为映射步长；步骤四：水印信息嵌入规则的确定；基于空间域，采用加性法则，将水印信息以量化的方式嵌入字节流中，当水印信息位为-1时，其所对应的字节量化规则为：其中表示字节值，表示映射步长；步骤五：当水印信息位为1时，按照如下量化规则进行水印信息的嵌入：其中表示字节值，表示映射步长；步骤六：保存嵌入水印信息后的地理空间数据；（3）、水印信息检测与移除；步骤一：数据的读取；按照字节流的形式读取含水印信息的地理空间数据，并将地理空间数据字节流中所有字节转化为相应的数值；步骤二：数据预处理；对将字节流中的字节进行逆位取反、逆置乱处理；步骤三：水印信息的提取；按照映射函数找到每个字节所对应的水印信息位，水印信息的提取参考量化规则进行水印信息位的判断，具体判别规则为：由于水印信息的嵌入采用多对一的映射关系，因此同一个水印信息位有多次提取；步骤四：水印信息的判别；对提取的水印信息根据模糊模式识别的最大隶属度原则进行判别，定义水印检测序列，其中，，为水印信息长度，为单个水印信息位所提取的次数；对含水印地理空间数据按照字节为单位取出并转换为其对应数值，令：其中表示水印信息的检测法则，，因此，然后依据最大隶属度原则获取水印信息，定义第位水印信息在空间上对1的隶属度为：;第位水印信息在空间上对-1隶属度为：，根据最大隶属度原则，来确定第位水印信息是还是，而后对提取出的水印信息进行如下处理：如此则提取出水印信息；步骤五：水印信息的检测；将获取的二值水印信息与水印关系映射表中保存的随机数所对应的原始二值水印信息进行相关检测，根据相关系数判断待测数据中是否含有水印信息； 步骤六：当检测到地理空间数据含有水印信息时，如果是数据授权用户，说明用户有权使用该地理空间数据，则移除此水印信息，对数据进行还原操作，用户获取正确的地理空间数据，移除水印信息的过程为水印信息嵌入的逆过程；否则，说明用户非法获取了该地理空间数据，无法使用正确的地理空间数据；步骤七：根据所提取的水印信息获取数据流向、版权相关信息，从而保护数据的版权、追踪数据非法的流出源头。