矢量地理數據動態多重數字水印算法研究

王瑩瑩

1. 金陵科技學院智能科學與控制工程學院，江蘇 南京 211169； 2. 南京師范大學地理科學學院，江蘇 南京 210000

矢量地理數據是國家重要的數據資源，在國民經濟和國家建設中發揮著極其重要的作用，其安全問題涉及國家安全、國防安全和版權保護等多個方面。在信息化高度發達的今天，矢量地理數據的獲取、傳輸與分發都更加便捷，而安全問題日益突出。矢量地理數據的多級分發引起的多用戶、多版權安全保護需求日益迫切，如何有效實現矢量地理數據多版權保護和多用戶使用跟蹤，特別是多用戶動態使用跟蹤，是當前急需解決的問題。

多重數字水印技術是在載體數據中嵌入多個數字水印信息，可以用于數據多級分發流轉過程中的“多用戶”版權安全保護和數據全過程使用追蹤，為解決以上問題提供了可行的技術手段。

論文在分析矢量地理數據特征和多重數字水印技術特征的基礎上，對矢量地理數據動態多重數字水印算法進行研究，主要研究工作和結論如下：

(1) 基于矢量地理數據和多重數字水印技術特征，總結歸納了矢量地理數據多重數字水印算法的技術特征，闡述了矢量地理數據多重數字水印攻擊方式和矢量地理數據多重數字水印算法的應用方式。根據水印信息位和水印嵌入數據單元之間不同的映射關系，提出了“一對一”和“多對一”兩種不同模式的矢量地理數據多重水印嵌入模型，為矢量地理數據多重水印算法的設計奠定了模型基礎。

(2) 基于“一對一”映射模型，以解決簡單分塊多重水印算法不能抵抗數據裁剪攻擊的問題為目標，對基于分域機制的矢量地理數據多重水印算法進行了研究。通過將水印信息嵌入到映射剖分后的邏輯區域分塊中，提出并實現了一種基于映射分塊機制的矢量地理數據多重水印算法，算法具有較好的抗裁剪攻擊能力；將多個水印信息隨機的嵌入到載體數據中，通過相關檢測和判別分析實現對已有水印信息的有效檢測，設計并實現了一種基于相關檢測和判別分析的矢量地理數據多重水印算法，算法易于實現，且具有較好的穩健性和兼容性。

(3) 基于“多對一”映射模型，以解決同一水印嵌入單元中多個水印信息位之間相互干擾問題為目標，研究了基于疊加機制的矢量地理數據多重水印算法。利用加性嵌入規則和相關檢測技術，設計并實現了一種矢量地理數據多重水印算法，算法能有效應用于小數據量數據；對數據進行多重量化，將多個水印信息位嵌入到不同的量化區間，提出并實現了一種基于多重量化機制的矢量地理數據多重水印算法，算法具有穩健性好、水印容量大和精度可控的優點。

(4) 以解決矢量地理數據動態多重水印技術中的“動態性”問題為出發點，對矢量地理數據多重水印自檢測算法進行了研究。在構建單個水印信息位檢測模型基礎上，設計并實現了一種基于統計特性的矢量地理數據水印自檢測算法，完成了水印信息盲檢測，算法具有較好的穩健性；綜合考慮提取的水印信息的統計特性，構建一種檢測統計量，提出了一種穩健性矢量地理數據水印自檢測算法，算法穩健性較好，且能適應較小的數據量，為矢量地理數據多重水印算法的動態嵌入提供了理論依據和技術途徑。