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论文研究-基于内容扰动的电子海图可逆水印技术研究 .pdf 评分

基于内容扰动的电子海图可逆水印技术研究,孙建国,赖明珠,二维电子海图对于精度要求和内容完整性要求高,常规的水印嵌入策略经常会对电子海图的内容产生扰动,较难实现实用目标。为此,本��
国武技论文在线 对于海图数字水印研究,附属信息具有更加丰富的特祉,可以灵活地嵌入水印信息、。 在附属信息的要素较多,要素之间彼此独立。附属信息可表示为= ,要素 且 ∑ ,稳定参数 水印的嵌入对象和容量受稳定参数制约。 简化模型的另一个特点就是空间信息特征相对单一,包括图层、位置、坐标、拓扑结构 四类核心内容。空间信息维是数字矢量地图的关键特征,版权标识的嵌入主体应集中于维度 下的各种要素。 扰动参数设置 作为一种重要的地理信息工具,维电子海图的数据精度通常要保留到到之间, 为了确保维电子海图的数据无损要求,需要实时调控水印嵌入和提取等环节所可能引入的 误差,并制定误差的控制策略。 r-10x5100r+51wDr+10 r2=2(m+1 图电子海图内容扰动模型 为此,建立海图数据内容扰动模型,分析水印嵌入强度对海图原始数据精度的影响,控 制好误差,然后通过理论分析与实验验证,选择恰当的水印容量和嵌入参数,设误差系数, 地图原始精度为,水印嵌入强度为,单位嵌入系数值为Δ,则该地图的扰动区间 ,即若要达到数据无损的目标,必须确保水印嵌入系数值处于该区间内,条 △ 件为 ×△<× 在此调整范围,可确保海图数据精度到之间不会被改变,在具体实现时,可将 地理坐标信息转换为整数值,即扩大为原債的到之间,然后进行整数域的数据变换。 在只体实施时,我们将按照扰动区间规模以及可嵌入水印对象个数,将数字水印编码逐 比特嵌入到每个对象的定义块中。 可逆水印方案 如前所述,二维电子海图由属性信息、空间信息和附属信息三部分组成,这些内容以数 据文件的方式被存储。以主流的 应用环境为例,海图文件的核心组织结构为文 件。文件是标准的结构化组织模式,具体包括 )结构说明文件 定义电子海图的图层结构,包括基木图层、色彩渲染图层等 )属性描述文件:用来描述海图每个地物对象的属性信息 )对象索引文件:实现地物对象与其属性信息的··对应,又称为交叉索引文件 )空间描述文件:记录地物对象的空间特征,如几何数据以及关系数据等。 国武技论文在线 当水印信息嵌入到海图中后,通常会伴随结点存储到海图文件的属性描述或空间描述文 件之中。 由内容扰动模型可知,水印嵌入的最大幅度和海图内容可被改变的最大扰动区间 由海图文件的组织结构,可知扰动区间主要位于海图的空间特征文件,进 △ 步地,对象的坐标定义块内。 嵌入操作流程 输入:二维电子海图,二值水印图像(×);输出:含水印的电子海图。 拟嵌入水印的对象个数, △ 提示“水印过人,无法嵌入地图!” 中定义块总长度 计算信息位长度, 长度 水印提取流程 输入:含水印的二维电子海图;输出:水印。 块标记为的对象定义块块大小为字节, 被嵌入水印的对象个数 将 按递增插入序列,是排序后插入值所处位置 不是定义结束符 插入序列 根据调整序列 计算 国武技论文在线 水印相似度计算 为验证水印的提取效果,需计算原始水印与提取到的水印间的相似情况。对本文 方案,当载有水印信息的数字矢量对象被删除时,属性文件内该对象描述信息仍保留。因此 在计算机水印相似度时,只考虑内部数据发生改变对的影响,此时有 实验分析与验证 本文选择基于控件的 环境。如图所小,为实验用电」海图。 Cae perdi 测试用海图 测试用海图 图测试用电子海图 误码率:对于提取到的水卬信息编码,若发生错误的概率为 则 与原始水印完全一致的概率为-。那么,与存在编码差异的概率是 称为误码率 对于水印标识采用统一的水印标记信息,如图所示。 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University 图测试用数字水印 鲁棒性测试与分析 为验证水印方案的鲁棒性,我们在对电了海图进行空间简化和数据压缩测试条件下进行 检测,表、分别给出了攻击后的误码率。同时,本文选去了另一个种空间特征算法进行 对比测试 表算法对地图简化攻击的鲁棒性 误码率 本文算法 文献 简化國值 国武技论文在线 本文采用的简化算法为道格拉斯普克法,简化阈值在 ,由表可知,本文算 法与文献算法具有相当的抗简化攻击能力。 表算法对压缩攻击的鲁棒性 误码率 本文算法 文献 压缩算法 文献,压缩比例 文献,压缩比例 文献,压缩比例 文,压缩比例 本文采用文献的数据压缩算法,海图最高压缩比例达到 随着压缩比例的提 高,可以看到本文的误码率优于文献算法,这主要是由于本文水印嵌入方法考虑到最人 扰动区间和合理嵌入顺序,消除∫随杋性和嵌入不当造成的水印去除问题。 海图常规操作测试 通过前述实验可知本方案对海图简化、压缩攻击都有较好的鲁棒性,而面对常规的海 图编辑操作,本文方案依然有效,表分别给出了多种操作情况下水印检测的误码率。 表算法对常规操作的鲁棒性 误码率 文献 本文算法 攻击类型 平移操作 旋转操作 缩放操作 格式转换 剪切 剪切 剪切 由于电子海图本身具有无损缩放、平移和旋转的特性,在对象的相对空间特征不变情 况卜,误码率为。对」格式转换攻击,是指海图在不同应用软件和应用背景卜,所进行 的数据存储模式的改变,会造成数据精度、数据长度、关联关系的改变,会对数据造成 定的差异。由于格式转换属于一种数据扰动,故纳入内容扰动模型之内考虑。此外,基于 文件组织结枃以及空间特征的水印嵌入对象焦合的选区也规避∫格式转换后水印信息丟失 的部分风险。 对于剪切攻击是多种水印算法都无法鲁棒的,主要是由于剪切操作的随机性,以及水印 信息依赖于海图内容存在的本质特性,但本文相对文献仍然具有较好的鲁棒性。 水印容量测试 鉴于本文引入的内容扰动模型,为了测试模型对于内容扰动幅度的判断能力,本文从 保持视觉系统无法检测水印嵌入的前提下,对水印容量进行了测试。 由于文献的零水印方案缺少可比性,故选取了文献和所述的水印方法,分别 是基于空间特征和属性特征的可逆水印算法。 国武技论文在线 表水印容量测试 水印容量 本文算法 文献 文献 强度 盲检测 原始数捱参照检测 嵌入方法告知检测 如表所小,检测分三个阶段,即盲检测;提供原始海图文件参老检测:告知水 印嵌入方法后的视觉检测。从图中可以看出,本文算法引入内容扰动模型后,水印嵌入对海 图内容改变极其轻微,在保持理想水卬容量前提下,获得一个均衡的鲁棒性能。 结论 本文提出一和基于二维电子海图内容扰动模型的可逆水印算法,通过内容特征模型构建 数据扰动区间,并结合海图文件组织结构以及空间特征,构建了小印方案。实验验证该方法 具有较好的鲁棒性,并且整个过程中保持较好的水卬容量,因此适用」公廾传播坯境卜的二 维电子海图的版权保护。 参考文献 曹刘婿门朝光孙建国二维矢量地图双重零水印算法唷哈尔滨工程大学学报 李青元,刘晓东,曹代勇 矢量空间数据压缩方法探讨[中国图形图像学报, 李琦,杨超伟,陈爱军 屮的地坦关系数据库模型研究「]中国图象图形学报, 曹刘娟门朝光孙建国基于空间特征的二维矢量地图可逆水印算法原理测绘学报 孙建国门朝光基于二维矢量地图属性特征的数字水印算沄高技术通讯

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