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85500字论文范文栅格地理数据数字水印模型及算法研究

论文类型:论文范文
论文字数:85500字
论点:水印,栅格,数据
论文概述:

本文为地理教育论文,主要论述国内外研究现状总结, 栅格地理数据数字水印技术基础, 栅格地理数据水印技术特征分析,二值栅格地理数据水印算法,精度可控的栅格地理数据变换域水印模

论文正文:

第一章导言

 1.1 研究背景和意义随着测绘成果生产和应用进程的不断加快,测绘保障在国民经济、国防建设中地位的逐步提高,对地理空间数据的使用需求也快速增加,随之而来的是地理空间数据安全问题日益凸显。特别是近年来,计算机技术、数字网络通信技术和 WebGIS 的迅猛发展极大的促进了地理空间数据的“数字化”和“网络化”进程,使得地理空间数据在存储、访问、流通、复制、应用等方面变得更为便捷的同时,也导致地理空间数据的安全问题变得更加严峻,数据安全事故层出不穷,诸如数据泄密、非法使用、版权侵犯等现象屡禁不止。因此,如何有效管理地理空间数据的使用权限、标识其流向、保护其版权甚至跟踪其使用情况等问题,已经成为当前地理空间信息安全急需解决的重要问题。数据加密技术在数据安全领域内有着悠久的历史和底蕴,加密的起源可以追溯到罗马时代,但直到 1949 年,“Communication Theory of Secrecy System”的出现才使密码的研究从一门艺术变为一门科学。数据加密技术主要是通过控制数据文件的存取使得非法用户无法正常使用来达到保护数据的目的[4-5],它采用的是一种主动控制数据访问的机制。但是加密技术无法标识数据的版权归属,无法追踪数据的使用流向,同时随着计算机技术的飞速发展,加密技术受到了严重的挑战,各种加密算法的安全性已经受到质疑,加密技术一旦被破解,则数据信息就完全变成明文,将没有任何直接证据来证明和阻止数据的非法传播和使用。正是由于上述问题的存在,传统的数据加密技术已经远远满足不了地理空间数据安全保护的要求,因此,有必要寻求一种不同于传统技术的更有效的技术手段,以适应于地理空间数据安全的新需求。....... 1.2 国内外研究现状总结数字水印技术概念的提出最初要追溯到 Tirkel 等研究人员在上世纪九十年代中期发表的“ELECTRONIC WATERMARK”、“ADIGITAL WATERMARK”两篇文章[42-43],数字水印技术从诞生至今,虽然只有二十年的历史,但是由于其在数据安全领域有着广泛的应用前景,因此吸引了众多学者和研究人员的高度重视,越来越多的单位和个人投入到数字水印技术这一热点的研究中。如美国财政部、美国洛斯阿莫斯国家实验室、剑桥研究院、CA公司、东京大学、荷兰菲利浦公司、朗讯贝尔实验室等都在进行与数字水印技术相关的研究工作。国内一些研究单位也已逐步从技术跟踪转向深入系统研究,各大研究所和高校纷纷投入数字水印的研究,如中科院自动化所、解放军信息工程大学、南京师范大学、电子科大等。 1.2.1 图像水印技术研究现状作为地理空间数据的主要组成部分之一,栅格地理数据在存取方式、数据组织上与自然图像数据类似,都是以规则的像元阵列来表示对象的分布或特征,其阵列中的每个数据表示对象的属性特征。正是由于两者在诸多方面的相似性,目前许多关于栅格地理数据数字水印算法的研究、设计都是借鉴于自然图像数字水印技术,因此,有必要针对自然图像水印技术进行深入的归纳和总结。....... 第二章 栅格地理数据数字水印技术基础 2.1 数字水印技术基本理论自从 Tirkel 等人在 1993 年创造了新词“watermark”[42],数字水印首次出现于研究者的视野中,近二十年来,数字水印受到了越来越多的关注并得到了迅速的发展,关于数字水印技术的研究和相关成果如雨后春笋般涌现出来,更加使得数字水印技术成为当前信息科学前沿中一个新的研究热点。 2.1.1 数字水印的定义近年来,数字水印技术在研究的深度和应用的广度上得到了飞速的发展,形成了许多技术分支和应用分支,但是迄今为止,关于数字水印技术并没有一个合适、统一的官方定义。目前,关于数字水印技术的概念主要存在以下几种定义:定义 1:数字水印是永久镶嵌在数字产品中的具有可鉴别性的数字信号或模式,并且不影响数字产品的可用性。(钮心忻,2004);定义 2:数字水印技术是一种信息隐藏技术,它的基本思想是在数字图像、音频和视频等数字产品中嵌入秘密信息,以便保护数字产品的版权、证明产品的真实和可靠性、跟踪盗版行为或者提供产品的附加信息(孙圣和,2004);定义 3:数字水印技术是新兴的信息隐藏技术,通过将数字、序列号、文字、图像标志等版权信息嵌入到多媒体数据中,以起到版权跟踪及版权保护的作用。除此之外,数字水印还在真伪鉴别、隐蔽通信、标志隐含、电子身份认证等方面具有重要的应用价值(钟桦,2006);定义 4:数字水印技术是一种将特制的、不可见的标记,利用数字内嵌的方法隐藏在数字图像、声音、视频等数字作品中,由此来确定版权拥有者、认证数字内容来源的真实性、识别购买者、提供关于数字内容的其他附加信息、确认所有权认证和跟踪侵权行为(杨义先,2006)。虽然数字水印技术的概念并不统一,但是对以上文献中的定义分析可以发现,其在实现手段、技术目的等方面是高度一致的,都是将秘密信息与原始载体信息通过某种规则将其充分结合在一起,来达到对载体信息的版权保护、内容认证、使用流向跟踪等一系列目标。........ 2.2 栅格地理数据水印技术特征分析 2.2.1 栅格地理数据简介栅格地理数据是地理数据的主要表现形式之一,其数据组织采用的是栅格数据结构。栅格数据结构是以规则的像元阵列来表示空间地物或现象的分布的数据结构,其阵列中的每个数据表示地物或现象的属性特征。换句话说,栅格数据的结构就是像元阵列,用每个像元的行列号来确定空间位置,用每个像元的值表示实体的类型、等级等的属性编码[129]。栅格地理数据的阵列方式很容易为计算机存储和操作,不仅很直观,而且易于维护和修改。由于栅格地理数据的数据结构很简单,定位存取性能好,可以与影像和 DEM 数据进行联合空间分析,数据共享容易实现,对栅格地理数据的操作比较容易。但是栅格地理数据的数据量与格网间距的平方成反比,因此较高的几何精度的代价是数据量的极大增加,另一方面,由于其地理位置是通过行列号来标记的,故难以获取空间实体的拓扑信息,难以进行网络分析等操作[129]。栅格地理数据来源很广泛,其数据获取方式通常有以下几种[129]:(1) 来自于遥感影像。通过遥感传感器在某个特定时间、对一个区域地面景象的符合和反射能量的扫描抽样,并按照不同的光谱段分光并量化后,以数字形式记录下来的像素值序列。根据其获取方式的不同,遥感影像大致可以分为摄影成像、扫描成像和雷达成像;(2) 来自于对纸质栅格地图的扫描。通过扫描仪对地图或其他图件的扫描,可以把纸质地图转化为栅格形式的地理数据,这里主要是指数字栅格地图;(3)由矢量地理数据转化而来。通过运用矢量数据栅格化技术,把矢量地理数据转换为栅格地理数据。这种情况通常是为了有利于 GIS 中的某些操作,或是为了有利于输出;(4) 由手工方法获取。在专题图上均匀划分网格,逐个网格地确定其属性代码,最后形成栅格地理数据文件。确定属性代码的方法多样,如中心归属法、长度占优法、面积占优法、重要性法等。....... 第三章 二值栅格地理数据水印算法................ 243.1 二值栅格地理数据水印特性分析.....................243.2 基于游程长度的二值栅格地理数据水印算法 ..............263.3 二值栅格地理数据几何变换特征分析......................343.4 抗几何变换的二值栅格地理数据盲水印算法 ................383.5 本章小结...................46第四章 精度可控的栅格地理数据变换域水印模型....................... 474.1 变换域水印算法的优势分析 ........................474.2 现有水印模型适用性分析.............................494.3 栅格地理数据变换域水印嵌入模型...................514.4 栅格地理数据变换域水印提取/检测模型.................554.5 基于 DWT 的栅格地理数据盲水印算法...................564.6 本章小结................69 第八章 栅格地理数据水印原型系统的设计与实现 8.1 系统框架设计数据访问层将直接操作栅格地理数据,考虑到栅格地理数据格式的多样,数据访问层需要有良好的可扩充性,即需要涵盖现今主流的栅格地理数据格式,还需要对以后可能需要处理的数据格式做好准备。系统逻辑层主要完成系统的相关水印功能和其他业务逻辑,包括水印嵌入算法库、水印检测算法库、算法调度逻辑和数据批处理/单幅处理的逻辑等。在这里需要建立水印算法库,水印算法库的建立将选用本论文所提出的较优水印算法。在实际应用中,根据数据类型、应用需求的不同,从水印算法库中选择调度合适的水印算法来完成批量或单幅栅格地理数据的水印嵌入/检测。在这里需要强调的是,在水印算法库建立的时候,将分为粗粒度、细粒度两方面来进行。粗粒度是指在水印算法建库时,将采用统一的接口标准,这样便于用户的使用;细粒度是指在统一的接口标准下以单个水印算法为单位进行建库,在算法调度时,对于不同的数据类型和应用需求,将调度不同的算法进行相应处理。这样做即有利于水印算法的封装,又方便后续的系统更新。表现层主要是指系统的界面,以可视化的方式展现给用户,具体包括水印嵌入界面、水印提取与检测界面、数据可视化界面等。....... 第九章 总结与展望 9.1 工作总结论文结合数字水印技术,对栅格地理数据水印特征进行了深入的归纳和分析,在此基础上,以数字栅格地图和遥感影像数据为主要研究对象,运用相关数学工具,对栅格地理数据数字水印技术进行了深入的研究。总结起来,论文主要完成了以下方面的工作:一、研究实现了二值栅格地理数据水印算法分析了二值栅格地理数据与二值自然图像、灰度级或彩色级栅格地理数据在水印嵌入方面的异同,在此基础上,对二值栅格地理数据水印算法进行了系统的研究,解决了目前二值栅格地理数据水印算法中存在的水印容量低和算法鲁棒性较差等问题。具体包括:1、基于游程长度的二值栅格地理数据水印算法。顾及二值栅格地理数据水印嵌入特征,引入游程长度编码思想,提出了一种基于游程长度的二值栅格地理数据水印算法,同时对所提出算法的不可见性、水印鲁棒性等进行了实验及分析。实验结果表明,该算法的水印容量较大,且能有效抵抗常规攻击,但算法对于几何变换攻击并不具备抵抗能力;2、抗几何变换的二值栅格地理数据水印算法。深入剖析了分块栅格地理数据在几何变换过程中的数据变化特征,在此基础上构建了稳定的待嵌入二值分块数据与水印信息位之间的对应关系,进而实现了一种抗几何变换的二值栅格地理数据水印算法。在实验中,采用不同的分块方式对算法的性能进行了测试与分析,结果表明所提出的算法具有较好的鲁棒性。参考文献(略)