一種拋物線圖形特征的數字指紋嵌入與檢測方法與流程
本發明涉及矢量圖形數據等領域的數據版權保護方法。
背景技術：
數字技術的飛速發展以及互聯網的普及給人們的工作和生活帶來了巨大便利。以數字媒介為載體的圖形圖像作品由于其獲取容易、復制簡單和傳播迅速等優點，極大地豐富了人們的生活。但是，利用網絡的開放性和共享性所進行的一些惡意的行為，諸如侵犯版權、信息篡改等，嚴重地損害了數字作品的創作者和使用者的利益，數字作品的所有者迫切需要解決知識產權保護問題。因此采用多種手段對數字作品進行保護、對侵權者進行懲罰已經成為迫在眉睫的工作。
為了打擊非法獲取及傳播活動，信息安全領域的一些技術手段被應用于數字作品的版權保護，如加密技術，雖然在一定程度上增加了盜版的難度，但是用戶最終必須能夠使用作品內容，否則產品對于合法購買者來說毫無用處。一旦作品內容被獲取，加密的方法就很難再防止產品的拷貝和非法傳播了。對此，國外許多學者提出了一系列新的信息安全保護思想，特別是在知識產權保護、防篡改及信息內嵌式注釋等領域提出了嶄新的防范與保護措施。信息隱藏、數字水印與數字指紋技術就是新的數字產品保護措施之一。其中數字水印和數字指紋統稱為版權標識技術，它是將特定的信息(如版權信息、秘密消息等)嵌入到圖形、圖像、語音、視頻及文本文件等各種數字產品中，以達到標識、注釋及版權保護等目的。同時，這種信息對宿主載體的影響不足以引起人們的注意且具有特定的恢復方法，此信息對非法接受者應該是不可見、不可察覺的。兩者的主要區別在于數字水印技術僅能作用于數字產品的版權認證，但是還不能有效阻止數字產品的非法復制；而數字指紋技術將認證信息(包括生產者信息、用戶信息、版本號等)隱藏在用戶所購買的數字產品中，以此來維護該產品的版權。數字指紋的目的是鑒別一個數據對象的原始購買者，即一次交易中接收方的身份。在購買者無法抵賴其購買行為的前提下，由于每份拷貝中引入的誤差各不相同，從被非法再分發的拷貝中的誤差可以跟蹤到數據對象的原始購買者，以達到保護發行者版權利益的目的。它雖然不能防止對數字產品的非法拷貝，但卻能對非法拷貝進行跟蹤，從而對非法拷貝起到威懾作用。
技術實現要素：
為了克服現有的矢量地圖數據容易被非法拷貝、被逆向破解和原始數據無損恢復的不足，本發明提供一種能以有效解決矢量地圖數據被非法拷貝、被逆向破解和原始數據無損恢復問題的抗解釋攻擊的矢量地圖數據版權保護方法。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：
一種拋物線圖形特征的數字指紋嵌入與檢測方法，所述一種拋物線圖形特征的數字指紋嵌入與檢測方法包括以下步驟：
(1)、設計一組具有標識意義的虛擬拋物線圖形標識；
(1.1)、根據拋物線方程y＝a(x-x0)2+y0，其中(x0，y0)為拋物線頂點坐標，a為拋物線參數；
(1.2)、定義一組具有指紋信息特征的拋物線組ai，其中i為指紋信息特征組編號；
(1.3)、定義虛擬拋物線矩形范圍，即長和寬(l，w)；
(1.4)、定義虛擬拋物線頂點坐標(x0i，y0i)；其中x0i＝ml，
(1.5)、由拋物線頂點坐標(x0i，y0i)、拋物線半徑ai這一系列變量，構成具有標識意義的特定虛擬拋物線組，此虛擬拋物線組中包含有數字指紋信息；
(1.6)、所述虛擬拋物線數字指紋信息可以通過擴展覆蓋矢量圖全圖；
(2)、拋物線圖形指紋特征點的嵌入策略
(2.1)、當虛擬拋物線與矢量地圖坐標序列中的線段相切，那么切點就作為特征點插入矢量地圖坐標序列中；
(2.2)、當虛擬拋物線與矢量圖坐標序列的線段相交，且有兩個交點時，我們只選取第一個交點，并按正常相交進行特征點的移位處理；
(2.3)、當虛擬拋物線與矢量地圖坐標序列正常相交，且交點與線段的端點重合時，那么就不需要做任何的處理，直接把端點作為圖形特征點；
(2.4)、當虛擬拋物線與矢量地圖坐標序列正常相交，但交點與端點之間距離小于一個限定的誤差值d時，那么就刪除原來最近的端點，以新的交點代替端點作為圖形特征點；
(2.5)、當虛擬拋物線與矢量地圖坐標序列中線段的兩個端點(x1，y1)－(x2，y2)正常相交，且只有一個交點時，作為特征點插入，還需要消除三點共線因素，采用交點沿著拋物線左右移動一個限定的誤差值d；那么這兩個點中，按特定原則選擇那一個其中一個特征點作為圖形特征點插入矢量地圖坐標串。
(3)、虛擬拋物線矢量地圖數字指紋嵌入過程，對矢量地圖數據中具有2個頂點以上的坐標序列與一組虛擬拋物線圖形的每一個虛擬拋物線檢測是否有交點，如果存在交點，把相關交點作為圖形指紋特征點插入到坐標序列中，具體如下：
(3.1)、讀取矢量地圖坐標序列數據；
(3.2)、輸入虛擬拋物線頂點坐標(x0i，y0i)；
(3.3)、輸入虛擬拋物線半徑ai；
(3.4)、對坐標序列數據中的相鄰兩點，判斷虛擬拋物線組中的虛擬拋物線y＝ai(x-x0i)2+y0i線段(x1，y1)-(x2，y2)之間是否有交點；
(3.5)、設交點為(x，y)，那么其一定是(x1，y1)-(x2，y2)線段上的一點，其(x，y)坐標可以由(x1，y1)-(x2，y2)兩點決定：
把公式(2)確定的交點(x，y)代入已知的虛擬拋物線方程y＝ai(y-xi)2+yi得μ一元二次方程aμ2+bμ+c＝0；
其中：
根據μ的一元二次方程中的求根判別式δ，當δ＝0時，線段與虛擬拋物線相切，當δ＞0時，線段與虛擬拋物線相交，且有兩個交點；當δ＜0時，線段與拋物線沒有交點。再把求得μ代入(2)式，即可求得交點(x，y)坐標的坐標值；
(3.6)、根據虛擬拋物線矩形范圍(ml，kw)確定指紋特征點是否在矩形范圍內，如果是，則依據指紋特征點嵌入策略，把圖形特征點插入到矢量地圖坐標序列中的(x1，y1)與(x2，y2)之間，得到具有虛擬拋物線圖形特征指紋特征點分布于整體的矢量地圖數據。
(4)基于虛擬拋物線圖形特征的數字指紋檢測方法，所述檢測方法步驟如下：
(4.1)、讀取矢量地圖坐標序列數據；
(4.2)、輸入具有密鑰的虛擬拋物線參數；
(4.3)、根據虛擬拋物線參數，對坐標序列數據中的相鄰兩點，判斷虛擬拋物線組中的虛擬拋物線y＝ai(x-x0i)2+y0i與線段(x1，y1)-(x2，y2)之間是否有交點。
(4.4)、設交點為(x，y)，那么其一定是(x1，y1)-(x2，y2)線段上的一點，其(x，y)坐標可以由(x1，y1)-(x2，y2)兩點決定：
把公式(3)確定的交點(x，y)代入已知的虛擬拋物線方程y＝ai(x-x0i)2+y0i求得μ一元二次方程；
根據μ的一元二次方程中的求根判別式δ，當δ＝0時，線段與虛擬拋物線相切，當δ＞0時，線段與虛擬拋物線相交，且有兩個交點；當δ＜0時，線段與虛擬拋物線沒有交變。再求得μ一元二次方程解代入(3)式，即求得交點(x，y)坐標的坐標值；
(4.5)、根據求得交點(x，y)坐標的坐標值，線段的端點坐標的(x1，y1)與(x2，y2)進行比較；限差在規定范圍內，即交點與端點非之間距離小于一個限定的誤差值d時，此端點作為虛擬圓上的水印特征點提取出來；
(4.6)、根據求得交點(x，y)坐標的坐標值，線段的端點坐標的(x1，y1)與(x2，y2)進行比較；限差在規定范圍內，即交點與端點非之間距離小于一個限定的誤差值d時，此端點作為虛擬拋物線上的指紋特征點提取出來；
(4.7)、根據提取出來的指紋特征點集，構建虛擬拋物線，確定基于虛擬拋物線圖形特征指紋的存在；
本發明技術核心思想是針對矢量地圖數字水印抵抗解釋攻擊的魯棒性能較差的特點，提出了一種拋物線圖形特征的數字指紋嵌入與檢測方法。本方法利用矢量地圖數據的整體幾何特點與應用特性，通過構造虛擬拋物線圖形特征信息，經過圖形集合運算，把虛擬拋物線圖形特征信息以矢量地圖數據特征點的形式嵌入到矢量圖形數據序列中，實現了虛擬拋物線圖形特征信息與矢量地圖數據的有機融合，圖形的集合運算具備版權的唯一性聲明條件，從而有效地解決了解釋攻擊造成的多版權聲明問題。
本發明的優點是：利用矢量地圖數據的圖形特性，實現拋物線圖形特征信息與矢量地圖數據的有機融合，有效地解決版權的唯一性聲明條件與解釋攻擊造成的多版權聲明問題。
附圖說明
圖1為拋物線圖形特證的數字指紋嵌入原理示意圖。
圖2為拋物線圖形特證的數字指紋檢測原理示意圖。
圖3為二進制版權信息到拋物線圖形空間信息轉換的示意圖。
圖4為未嵌入指紋信息的矢量地圖。
圖5為已嵌入拋物線圖形特征的指紋信息的矢量地圖，其中黑色圓點為嵌入的指紋特征信息。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步描述。
參照圖1～圖5，一種拋物線圖形特征的數字指紋嵌入與檢測方法，所述拋物線圖形特征的數字指紋嵌入與檢測方法包括以下步驟：
本實施例的具體工作過程為：
(1)、圖3是二進制版權信息到二維圖形空間信息轉換的示意圖，具體過程為依據二進制版權信息設計一組具有標識意義的虛擬拋物線圖形標識；
(1.1)、根據拋物線方程y＝a(x-x0)2+y0，其中(x0，y0)為拋物線頂點坐標，a為拋物線參數；
(1.2)、定義一組具有指紋信息特征的拋物線組ai，其中i為指紋信息特征組編號；
(1.3)、定義虛擬拋物線矩形范圍，即長和寬(l，w)；
(1.4)、定義虛擬拋物線頂點坐標(x0i，y0i)；其中x0i＝ml
(1.5)、由拋物線頂點坐標(x0i，y0i)、拋物線半徑ai這一系列變量，構成具有標識意義的特定虛擬拋物線組，此虛擬拋物線組中包含有數字指紋信息；
(1.6)、所述虛擬拋物線數字指紋信息可以通過擴展覆蓋矢量圖全圖；
(2)、拋物線圖形指紋特征點的嵌入策略
(2.1)、當虛擬拋物線與矢量地圖坐標序列中的線段相切，那么切點就作為特征點插入矢量地圖坐標序列中；
(2.2)、當虛擬拋物線與矢量圖坐標序列的線段相交，且有兩個交點時，我們只選取第一個交點，并按正常相交進行特征點的移位處理；
(2.3)、當虛擬拋物線與矢量地圖坐標序列正常相交，且交點與線段的端點重合時，那么就不需要做任何的處理，直接把端點作為圖形特征點；
(2.4)、當虛擬拋物線與矢量地圖坐標序列正常相交，但交點與端點之間距離小于一個限定的誤差值d時，那么就刪除原來最近的端點，以新的交點代替端點作為圖形特征點；
(2.5)、當虛擬拋物線與矢量地圖坐標序列中線段的兩個端點(x1，y1)－(x2，y2)正常相交，且只有一個交點時，作為特征點插入，還需要消除三點共線因素，采用交點沿著拋物線左右移動一個限定的誤差值d；那么這兩個點中，按特定原則選擇那一個其中一個特征點作為圖形特征點插入矢量地圖坐標串。
(3)、虛擬拋物線矢量地圖數字指紋嵌入過程，對矢量地圖數據中具有2個頂點以上的坐標序列與一組虛擬拋物線圖形的每一個虛擬拋物線檢測是否有交點，如果存在交點，把相關交點作為圖形指紋特征點插入到坐標序列中，具體如下：
(3.1)、讀取矢量地圖坐標序列數據；
(3.2)、輸入虛擬拋物線頂點坐標(x0i，y0i)；
(3.3)、輸入虛擬拋物線半徑ai；
(3.4)、對坐標序列數據中的相鄰兩點，判斷虛擬拋物線組中的虛擬拋物線y＝ai(x-x0i)2+y0i線段(x1，y1)-(x2，y2)之間是否有交點；
(3.5)、設交點為(x，y)，那么其一定是(x1，y1)-(x2，y2)線段上的一點，其(x，y)坐標可以由(x1，y1)-(x2，y2)兩點決定：
把公式(2)確定的交點(x，y)代入已知的虛擬拋物線方程y＝ai(y-xi)2+yi得μ一元二次方程aμ2+bμ+c＝0；
其中：
根據μ的一元二次方程中的求根判別式δ，當δ＝0時，線段與虛擬拋物線相切，當δ＞0時，線段與虛擬拋物線相交，且有兩個交點；當δ＜0時，線段與拋物線沒有交點。再把求得μ代入(2)式，即可求得交點(x，y)坐標的坐標值；
(3.6)、根據虛擬拋物線矩形范圍(ml，kw)確定指紋特征點是否在矩形范圍內，如果是，則依據指紋特征點嵌入策略，把圖形特征點插入到矢量地圖坐標序列中的(x1，y1)與(x2，y2)之間，得到具有虛擬拋物線圖形特征指紋特征點分布于整體的矢量地圖數據。
(4)基于虛擬拋物線圖形特征的數字指紋檢測方法，所述檢測方法步驟如下：
(4.1)、讀取矢量地圖坐標序列數據；
(4.2)、輸入具有密鑰的虛擬拋物線參數；
(4.3)、根據虛擬拋物線參數，對坐標序列數據中的相鄰兩點，判斷虛擬拋物線組中的虛擬拋物線y＝ai(x-x0i)2+y0i與線段(x1，y1)-(x2，y2)之間是否有交點。
(4.4)、設交點為(x，y)，那么其一定是(x1，y1)-(x2，y2)線段上的一點，其(x，y)坐標可以由(x1，y1)-(x2，y2)兩點決定：
把公式(3)確定的交點(x，y)代入已知的虛擬拋物線方程y＝ai(x-x0i)2+y0i求得μ一元二次方程；
根據μ的一元二次方程中的求根判別式δ，當δ＝0時，線段與虛擬拋物線相切，當δ＞0時，線段與虛擬拋物線相交，且有兩個交點；當δ＜0時，線段與虛擬拋物線沒有交變。再求得μ一元二次方程解代入(3)式，即求得交點(x，y)坐標的坐標值；
(4.5)、根據求得交點(x，y)坐標的坐標值，線段的端點坐標的(x1，y1)與(x2，y2)進行比較；限差在規定范圍內，即交點與端點非之間距離小于一個限定的誤差值d時，此端點作為虛擬圓上的水印特征點提取出來；
(4.6)、根據求得交點(x，y)坐標的坐標值，線段的端點坐標的(x1，y1)與(x2，y2)進行比較；限差在規定范圍內，即交點與端點非之間距離小于一個限定的誤差值d時，此端點作為虛擬拋物線上的指紋特征點提取出來；
(4.7)、根據提取出來的指紋特征點集，構建虛擬拋物線，確定基于虛擬拋物線圖形特征指紋的存在。
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