基于DFT的矢量地理空间数据数字水印模型研究

论文摘要

矢量地理空间数据是国家基础设施建设和地球科学研究的支撑性成果之一,在国家经济、国防建设中占有十分重要的地位,其安全性涉及到科技协作、知识产权、国家安全等。目前,传统的加密技术已不能满足矢量地理空间数据安全的需求,迫切需要可靠的技术来保障矢量地理空间数据的安全。数字水印是随着数字化的进程而发展起来的一种信息安全前沿技术,研究矢量地理空间数据数字水印技术对于保障矢量地理空间数据的安全具有极其重要的理论意义和应用价值。本文以离散傅里叶变换(DFT)理论为基础,结合矢量地理空间数据的特点,对基于DFT的矢量地理空间数据数字水印理论、模型和应用进行了深入的研究与实践,主要研究内容如下:1.分析了矢量地理空间数据数字水印的国内外研究背景和现状,对数字水印的概念、分类、算法、应用领域和攻击方法进行了概述,介绍了DFT应用于矢量地理空间数据数字水印的优势,确定本文的研究内容。2.提出了基于DFT幅度的矢量地理空间数据数字水印模型。阐述了水印生成、矢量空间数据的离散傅立叶变换、水印嵌入和提取过程,通过实验验证了模型具有较好的可用性、不可见性和稳健性,同时对不同读取数据的方式所提取的水印效果做了对比,证明所有点一次参与变换后嵌入水印比各线段独立做变换后嵌入水印的效果要好。3.提出了基于DFT相位的矢量地理空间数据数字水印模型。并从水印嵌入、提取以及嵌入水印后载体数据的可用性、不可见性和稳健性方面与幅度模型进行了对比分析,指出两种方法的优点与缺点。4.提出了一种基于DFT的矢量地理空间数据综合水印模型。该模型将水印同时嵌入DFT系数的幅度和相位中,弥补了将水印单独嵌入DFT幅度和DFT相位时在稳键性方面的不足,水印容量更大,能够抵抗更多种类的攻击。5.研究了基于自相关的数字水印检测方法,通过自相关检测辅助水印信息的判定,使水印在检测恢复时不只依靠主观判断,而是用一种更为客观的方法来比较提取出的水印的效果。6.对比研究了针对浮点型数据与整数型数据的DFT幅度水印、相位水印以及综合水印的提取效果。实验表明,DFT相位水印模型针对浮点型数据的效果大大优于整数型数据,而DFT幅度水印模型相对差别不大,综合数字水印的模型浮点型数据比整数型数据的效果要好。7.提出了一种基于量化思想DFT的矢量地理空间数据水印的一种盲检测模型。通过可变的量化参数、不同的量化步长,对DFT幅度进行水印信息的量化嵌入。实验表明,提出的模型具有好的盲检测特性,能够较好地提取出水印信息。8.开发了基于DFT的矢量地理空间数据数字水印实验系统,论述了系统的总体设计和主要功能。最后,总结了本文的研究工作,讨论了将来可能继续的研究方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 研究目的和意义
• 1.2 课题研究现状
• 1.2.1 数字水印研究现状
• 1.2.2 矢量地理空间数据数字水印研究现状
• 1.3 研究内容与论文组织
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 论文组织
• 第二章 矢量地理空间数据数字水印
• 2.1 密码学与信息隐藏
• 2.2 数字水印技术基本概念
• 2.2.1 数字水印定义和特征
• 2.2.2 数字水印基本原理和通用模型
• 2.2.3 数字水印的分类
• 2.2.4 数字水印算法
• 2.2.5 数字水印应用领域
• 2.2.6 数字水印攻击
• 2.3 地理空间数据概述
• 2.3.1 地理空间数据获取
• 2.3.2 地理空间数据特征
• 2.3.3 地理空间数据的数据模型
• 2.3.4 矢量地理空间数据组织
• 2.4 矢量地理空间数据数字水印可行性
• 2.4.1 矢量地理空间数据冗余
• 2.4.2 人类视觉感知局限
• 2.5 矢量地理空间数据数字水印特征
• 2.5.1 可用性
• 2.5.2 不可见性
• 2.5.3 稳健性
• 2.5.4 安全性
• 2.5.5 可证明性
• 2.5.6 容量
• 2.6 矢量地理空间数据数字水印攻击
• 2.6.1 数据处理
• 3.6.2 投影变换
• 2.6.3 坐标变换
• 2.6.4 格式变换
• 2.6.5 数据结构转换
• 2.6.6 数据编辑
• 2.6.7 数据压缩
• 2.6.8 数据排序
• 2.6.9 数据融合
• 2.7 本章小结
• 第三章 基于DFT的矢量空间数据数字水印嵌入模型
• 3.1 离散傅立叶变换基础理论
• 3.1.1 离散傅立叶变换的基本概念
• 3.1.2 离散傅立叶变换的性质
• 3.1.3 离散傅立叶变换的重要几何性质
• 3.1.4 快速离散傅立叶变换
• 3.2 水印数据预处理
• 3.2.1 原始水印数据选取
• 3.2.2 水印数据生成
• 3.3 矢量地理空间数据变换
• 3.4 基于DFT的矢量数据数字水印嵌入模型
• 3.4.1 基于DFT的矢量数据数字水印嵌入规则
• 3.4.2 基于DFT幅度的矢量空间数据数字水印嵌入模型
• 3.4.3 基于DFT相位的矢量空间数据数字水印嵌入模型
• 3.4.4 基于DFT的综合矢量空间数据数字水印嵌入模型
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于DFF的矢量空间数据数字水印提取模型
• 4.1 几何攻击后水印提取处理问题
• 4.2 自相关检测
• 4.2.1 虚警率与漏警率
• 4.2.2 线性相关检测分析
• 4.2.3 归一化相关检测分析
• 4.2.4 相关系数检测分析
• 4.3 基于DFT的矢量空间数据数字水印提取模型
• 4.3.1 基于DFT幅度的矢量空间数据数字水印提取模型
• 4.3.2 基于DFT相位的矢量空间数据数字水印提取模型
• 4.3.3 基于DFT的综合矢量空间数据数字水印提取模型
• 4.4 试验仿真
• 4.4.1 基于DFT幅度的矢量地理空间数据数字水印实验结果
• 4.4.2 基于DFT相位的矢量地理空间数据数字水印实验结果
• 4.4.3 基于DFT的综合矢量地理空间数据数字水印实验结果
• 4.4.4 实验结论
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于DFT的不同类型矢量空间数据数字水印分析
• 5.1 数据的误差分析
• 5.2 数据类型对实验结果的影响
• 5.2.1 浮点型数据和整数型数据的DFT幅度的水印模型比较
• 5.2.2 浮点型数据和整数型数据的DFT相位的水印模型比较
• 5.2.3 浮点型数据和整数型数据的DFT的综合水印模型比较
• 5.2.4 实验结论
• 5.3 本章小结
• 第六章 基于DFT的矢量空间数据盲水印模型
• 6.1 盲水印基本概念
• 6.1.1 盲水印概念
• 6.1.2 盲水印算法
• 6.1.3 盲水印的分析过程
• 6.2 QIM量化思想
• 6.3 基于量化的DFT的矢量空间数据盲水印模型
• 6.3.1 嵌入模型
• 6.3.2 提取模型
• 6.4 实验及结论分析
• 6.4.1 试验结果
• 6.4.2 试验结论
• 6.5 本章小结
• 第七章 系统设计
• 7.1 系统结构设计
• 7.2 系统功能设计
• 7.2.1 菜单项设置
• 7.2.2 数字水印模型实现
• 第八章 总结与展望
• 8.1 总结
• 8.1.1 研究内容
• 8.1.2 创新点
• 8.2 进一步的研究工作
• 参考文献
• 作者简历 攻读博士学位期间完成的主要工作
• 致谢