技术领域

本发明涉及矢量图形数据等领域的数据版权保护方法。

数字技术的飞速发展以及互联网的普及给人们的工作和生活带 来了巨大便利。以数字媒介为载体的图形图像作品由于其获取容易、 复制简单和传播迅速等优点，极大地丰富了人们的生活。但是，利用 网络的开放性和共享性所进行的一些恶意的行为，诸如侵犯版权、信 息篡改等，严重地损害了数字作品的创作者和使用者的利益，数字作 品的所有者迫切需要解决知识产权保护问题。因此采用多种手段对数 字作品进行保护、对侵权者进行惩罚已经成为迫在眉睫的工作。

为了打击非法获取及传播活动，信息安全领域的一些技术手段被 应用于数字作品的版权保护，如加密技术，虽然在一定程度上增加了 盗版的难度，但是用户最终必须能够使用作品内容，否则产品对于合 法购买者来说毫无用处。一旦作品内容被获取，加密的方法就很难再 防止产品的拷贝和非法传播了。对此，国外许多学者提出了一系列新 的信息安全保护思想，特别是在知识产权保护、防篡改及信息内嵌式 注释等领域提出了崭新的防范与保护措施。信息隐藏、数字水印与数 字指纹技术就是新的数字产品保护措施之一。其中数字水印和数字指 纹统称为版权标识技术，它是将特定的信息（如版权信息、秘密消息 等）嵌入到图形、图像、语音、视频及文本文件等各种数字产品中， 以达到标识、注释及版权保护等目的。同时，这种信息对宿主载体的 影响不足以引起人们的注意且具有特定的恢复方法，此信息对非法接 受者应该是不可见、不可察觉的。两者的主要区别在于数字水印技术 仅能作用于数字产品的版权认证，但是还不能有效阻止数字产品的非 法复制；而数字指纹技术将认证信息（包括生产者信息、用户信息、 版本号等）隐藏在用户所购买的数字产品中，以此来维护该产品的版 权。数字指纹的目的是鉴别一个数据对象的原始购买者，即一次交易 中接收方的身份。在购买者无法抵赖其购买行为的前提下，由于每份 拷贝中引入的误差各不相同，从被非法再分发的拷贝中的误差可以跟 踪到数据对象的原始购买者，以达到保护发行者版权利益的目的。它 虽然不能防止对数字产品的非法拷贝，但却能对非法拷贝进行跟踪， 从而对非法拷贝起到威慑作用。

发明内容

为了克服现有的矢量地图数据容易被非法拷贝、被逆向破解和原 始数据无损恢复的不足，本发明提供一种能以有效解决矢量地图数据 被非法拷贝、被逆向破解和原始数据无损恢复问题的抗解释攻击的矢 量地图数据版权保护方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种椭圆型图形特征的数字指纹嵌入与检测方法，所述椭圆型图 形特征的数字指纹嵌入与检测方法包括以下步骤：

（1）、设计一组具有标识意义的虚拟椭圆形标识；

（1.1）、确定虚拟椭圆的基准长短轴长度a，b，0≤a，0≤b

（1.2）、定义一组具有指纹信息特征的椭圆组a_n，b_n；

（1.3）、定义虚拟椭圆的圆心坐标(X_n，Y_n)；

（1.4）、由椭圆心坐标(X_n，Y_n)、椭圆组长短半径a_n，b_n这一系列 变量，构成具有标识意义的特定虚拟椭圆组，此虚拟椭圆组中包含有 数字指纹信息；

（1.5）、所述虚拟椭圆数字指纹信息可以通过扩展覆盖矢量图全 图；

（2）、图形指纹特征点的嵌入策略

（2.1）、当虚拟椭圆与矢量地图坐标序列中的线段相切，那么切 点就作为特征点插入矢量地图坐标序列中；

（2.2）、当虚拟椭圆与矢量图坐标序列的线段相交，且有两个交 点时，我们只选取第一个交点，并按正常相交进行特征点的移位处理；

（2.3）、当虚拟椭圆与矢量地图坐标序列正常相交，且交点与线 段的端点重合时，那么就不需要做任何的处理，直接把端点作为图形 特征点；

（2.4）、当虚拟椭圆与矢量地图坐标序列正常相交，但交点与端 点之间距离小于一个限定的误差值d时，那么就删除原来最近的端点， 以新的交点代替端点作为图形特征点；

（2.5）、当虚拟椭圆与矢量地图坐标序列中的线段（X₁，Y₁）- （X₂，Y₂）正常相交，且只有一个交点时，作为特征点插入，还需要 消除三点共线因素，采用交点沿着椭圆左右移动一个限定的误差值d； 那么这两个点中，按特定原则选择那一个其中一个特征点作为图形特 征点插入矢量地图坐标串。

（3）、虚拟椭圆矢量地图数字指纹嵌入过程，对矢量地图数据中 具有2个顶点以上的坐标序列与一组虚拟椭圆图形的每一个虚拟椭圆 检测是否有交点，如果存在交点，把相关交点作为图形指纹特征点插 入到坐标序列中，具体如下：

（3.1）、读取矢量地图坐标序列数据；

（3.2）、输入虚拟椭圆组的圆心坐标（X_n，Y_n）；

（3.3）、输入虚拟椭圆组的长短轴半径（a_n，b_n）；

（3.4）、对坐标序列数据中的相邻两点，判断虚拟椭圆组中的虚 拟椭圆与线段（X₁，Y₁）-（X₂，Y₂）之间是否有 交点；

（3.5）、则设交点为（X，Y），那么其一定是（X₁，Y₁）-（X₂，Y₂）线 段上的一点，其（X，Y）坐标可以由（X₁，Y₁）-（X₂，Y₂）两点决 定：

把公式（2）确定的交点（X，Y）代入已知的虚拟椭圆方程 得μ一元二次方程Aμ²+Bμ+C＝0；

其中：

根据μ的一元二次方程中的求根判别式Δ，当Δ＝0时，线段与虚 拟椭圆相切，当Δ＞0时，线段与虚拟椭圆相交，且有两个交点；当Δ＜0 时，线段与椭圆没有交点。再把求得μ代入（2）式，即可求得交点（X，Y） 坐标的坐标值；

（3.6）、最后根据虚拟椭圆指纹特征点嵌入策略，把图形特征点 插入到矢量地图坐标序列中的（X₁，Y₁）与（X₂，Y₂）之间，得到具 有虚拟椭圆图形特征指纹特征点分布于整体的矢量地图数据。

(4)虚拟椭圆图形特征的数字指纹检测方法，所述检测方法步骤如 下：

（4.1）、读取矢量地图坐标序列数据；

（4.2）、把二进制版权信息转换成二维图形空间信息；

（4.3）输入具有含有指纹特征的图形参数；

（4.4）、对坐标序列数据中的相邻两点，判断虚拟椭圆组中的虚 拟椭圆与线段（X₁，Y₁）-（X₂，Y₂）之间是否有 交点；

（4.5）、则设交点为（X，Y），那么其一定是（X₁，Y₁）-（X₂，Y₂）线 段上的一点，其（X，Y）坐标可以由（X₁，Y₁）-（X₂，Y₂）两点决 定：

把公式（3）确定的交点（X，Y）代入已知的虚拟椭圆方程 得μ一元二次方程Aμ²+Bμ+C＝0；

其中：

根据μ的一元二次方程中的求根判别式Δ，当Δ＝0时，线段与虚 拟椭圆相切，当Δ＞0时，线段与虚拟椭圆相交，且有两个交点；当Δ＜0 时，线段与椭圆没有交点。再把求得μ代入（3）式，即可求得交点（X，Y） 坐标的坐标值；

（4.6）、根据求得交点（X，Y）坐标的坐标值，线段的端点坐标 的（X₁，Y₁）与（X₂，Y₂）进行比较；限差在规定范围内，即交点与 端点非之间距离小于一个限定的误差值d时，此端点作为虚拟椭圆图形 特征信息提取出来；

（4.6）、通过对指纹特征信息与非指纹特征信息进行统计分析， 判定指纹特征信息的存在性。

本发明技术核心思想是利用矢量地图数据的整体几何特点与应用 特性，通过构造虚拟椭圆型图形特征信息，经过图形集合运算，把虚 拟椭圆型图形特征信息以矢量地图数据特征点的形式嵌入到矢量图形 数据序列中，实现了虚拟椭圆型图形特征信息与矢量地图数据的有机 融合，图形的集合运算具备版权的唯一性声明条件，从而有效地解决 了解释攻击造成的多版权声明问题。

本发明的优点是：有效地解决了矢量地图数据被非法拷贝、被逆 向破解和原始数据无损恢复的问题。

附图说明

图1为本发明的椭圆型图形特征的数字指纹嵌入原理示意图。

图2为本发明的椭圆型图形特征的数字指纹检测原理示意图。

图3为二进制版权信息到椭圆图形空间信息转换的示意图。

图4为未嵌入指纹信息的矢量地图。

图5为已嵌入指纹信息的矢量地图，其中黑色圆点为嵌入的指纹 特征信息。

图6为已有指纹信息矢量地图的指纹信息检测示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图6，一种椭圆型图形特征的数字指纹嵌入与检测方法， 所述椭圆型图形特征的数字指纹嵌入与检测方法包括以下步骤：

本实施例的具体工作过程为：

（1）、图3是二进制版权信息到二维图形空间信息转换的示意图， 具体过程为依据二进制版权信息设计一组具有标识意义的虚拟椭圆形 标识；

（1.1）、确定虚拟椭圆的基准长短轴长度a，b，0≤a，0≤b

（1.2）、定义一组具有指纹信息特征的椭圆组a_n，b_n；

（1.3）、定义虚拟椭圆的圆心坐标(X_n，Y_n)；

（1.4）、由椭圆心坐标(X_n，Y_n)、椭圆组长短半径a_n，b_n这一系列 变量，构成具有标识意义的特定虚拟椭圆组，此虚拟椭圆组中包含有 数字指纹信息；

（1.5）、所述虚拟椭圆数字指纹信息可以通过扩展覆盖矢量图全 图；

（2）、图形指纹特征点的嵌入策略

（2.1）、当虚拟椭圆与矢量地图坐标序列中的线段相切，那么切 点就作为特征点插入矢量地图坐标序列中；

（2.2）、当虚拟椭圆与矢量图坐标序列的线段相交，且有两个交 点时，我们只选取第一个交点，并按正常相交进行特征点的移位处理；

（2.3）、当虚拟椭圆与矢量地图坐标序列正常相交，且交点与线 段的端点重合时，那么就不需要做任何的处理，直接把端点作为图形 特征点；

（2.4）、当虚拟椭圆与矢量地图坐标序列正常相交，但交点与端 点之间距离小于一个限定的误差值d时，那么就删除原来最近的端点， 以新的交点代替端点作为图形特征点；

（2.5）、当虚拟椭圆与矢量地图坐标序列中的线段（X₁，Y₁）- （X₂，Y₂）正常相交，且只有一个交点时，作为特征点插入，还需要 消除三点共线因素，采用交点沿着椭圆左右移动一个限定的误差值d； 那么这两个点中，按特定原则选择那一个其中一个特征点作为图形特 征点插入矢量地图坐标串。

（3）、图5为已嵌入指纹信息的矢量地图，其中黑色圆点为嵌入的 指纹特征信息，其虚拟椭圆矢量地图数字指纹嵌入过程为，对矢量地 图数据中具有2个顶点以上的坐标序列与一组虚拟椭圆图形的每一个 虚拟椭圆检测是否有交点，如果存在交点，把相关交点作为图形指纹 特征点插入到坐标序列中，具体如下：

（3.1）、读取矢量地图坐标序列数据；

（3.2）、输入虚拟椭圆组的圆心坐标（X_n，Y_n）；

（3.3）、输入虚拟椭圆组的长短轴半径（a_n，b_n）；

（3.4）、对坐标序列数据中的相邻两点，判断虚拟椭圆组中的虚 拟椭圆与线段（X₁，Y₁）-（X₂，Y₂）之间是否有 交点；

（3.5）、则设交点为（X，Y），那么其一定是（X₁，Y₁）-（X₂，Y₂）线 段上的一点，其（X，Y）坐标可以由（X₁，Y₁）-（X₂，Y₂）两点决 定：

把公式（2）确定的交点（X，Y）代入已知的虚拟椭圆方程 得μ一元二次方程Aμ²+Bμ+C＝0；

其中：

根据μ的一元二次方程中的求根判别式Δ，当Δ＝0时，线段与虚 拟椭圆相切，当Δ＞0时，线段与虚拟椭圆相交，且有两个交点；当Δ＜0 时，线段与椭圆没有交点。再把求得μ代入（2）式，即可求得交点（X，Y） 坐标的坐标值；

（3.6）、最后根据虚拟椭圆指纹特征点嵌入策略，把图形特征点 插入到矢量地图坐标序列中的（X₁，Y₁）与（X₂，Y₂）之间，得到具 有虚拟椭圆图形特征指纹特征点分布于整体的矢量地图数据。

(4)图6为虚拟椭圆图形特征的数字指纹检测过程，所述检测方法 步骤如下：

（4.1）、读取矢量地图坐标序列数据；

（4.2）、把二进制版权信息转换成二维图形空间信息；

（4.3）输入具有含有指纹特征的图形参数；

（4.4）、对坐标序列数据中的相邻两点，判断虚拟椭圆组中的虚 拟椭圆与线段（X₁，Y₁）-（X₂，Y₂）之间是否有 交点；

（4.5）、则设交点为（X，Y），那么其一定是（X₁，Y₁）-（X₂，Y₂）线 段上的一点，其（X，Y）坐标可以由（X₁，Y₁）-（X₂，Y₂）两点决 定：

把公式（3）确定的交点（X，Y）代入已知的虚拟椭圆方程 得μ一元二次方程Aμ²+Bμ+C＝0；

其中：

根据μ的一元二次方程中的求根判别式Δ，当Δ＝0时，线段与虚 拟椭圆相切，当Δ＞0时，线段与虚拟椭圆相交，且有两个交点；当Δ＜0 时，线段与椭圆没有交点。再把求得μ代入（3）式，即可求得交点（X，Y） 坐标的坐标值；

（4.6）、根据求得交点（X，Y）坐标的坐标值，线段的端点坐标 的（X₁，Y₁）与（X₂，Y₂）进行比较；限差在规定范围内，即交点与 端点非之间距离小于一个限定的误差值d时，此端点作为虚拟椭圆图形 特征信息提取出来；

（4.6）、通过对指纹特征信息与非指纹特征信息进行统计分析， 判定指纹特征信息的存在性。