3.3 MỘT SỐ ỨNG DỤNG KHÁC
3.3.2 Bảo vệ bản quyền bản đồ vectơ
3.3.2.1 Bản đồ số và vấn đề bảo vệ bản quyền
Các đối tƣợng bản đồ vector khi tồn tại dƣới dạng số đƣợc thể hiện và lƣu trữ trên các lớp thông tin khác nhau. Bản đồ vector là một chỉnh thể bao gồm nhiều lớp thông tin chồng xếp lên nhau để mô tả thế giới thực. Thông tin trên bản đồ vector đƣợc phân ra thành 4 loại cơ bản sau [V6, E47]:
Hình 3.17. các lớp bản đồ phân lớp đối tượng
+ Ðối tƣợng dạng điểm (point): thể hiện các đối tƣợng chiếm diện tích nhỏ nhƣng là thông tin rất quan trọng không thể thiếu nhƣ: trụ sở cơ quan, các công trình xây dựng, cầu cống,...
+ Ðối tƣợng dạng đƣờng (line): thể hiện các đối tƣợng không khép kín hình học, chúng có thể là các đƣờng thẳng, các đƣờng gấp khúc và các cung, ví dụ nhƣ đƣờng giao thông, sông, suối...
+ Ðối tƣợng dạng vùng (region): thể hiện các đối tƣợng khép kín hình học bao phủ một vùng diện tích nhất định, chúng có thể là các polygon, ellipse và hình chữ nhật, ví dụ lãnh thổ địa giới 1 xã, hồ nƣớc, khu rừng...
+ Ðối tƣợng dạng chữ (text): thể hiện các đối tƣợng không phải là địa lý của bản đồ nhƣ nhãn, tiêu đề, ghi chú,...
Trong mô hình vector các điểm, đoạn thẳng và các vùng đƣợc lƣu trữ dƣới dạng tập hợp toạ độ điểm. Sử dụng các đƣờng thẳng rời rạc hay các điểm để mô tả vị trí của đối tƣợng. Các điểm nối với nhau để tạo nên các đối tƣợng khác nhƣ đƣờng (line/polyline), vùng hay miền (polygon/area). Các đối tƣợng rời rạc (đƣờng biên hành chính, sông suối, đƣờng giao thông) đƣợc hình thành bằng cách nối các đoạn thẳng rời rạc. Vị trí một điểm đƣợc biểu diễn bởi một toạ độ điểm, đƣờng thẳng đƣợc biểu diễn bởi tập hợp toạ độ điểm, còn các vùng thì đƣợc lƣu nhƣ một vòng khép kín các cặp toạ độ. Các đối tƣợng điểm, đƣờng và miền đƣợc sử dụng để thể hiện các thực thể địa lý của thế giới thực. Mô hình vector đƣợc hình thành trên cơ sở quan sát đối tƣợng của thế giới thực.
Trong mô hình vectơ, các bệnh viện, trƣờng học… có vị trí là tọa độ thực trên bề mặt Trái đất và chúng đƣợc mô tả bởi điểm dữ liệu. Sông ngòi, đƣờng sá… đƣợc đơn giản hóa thành các đối tƣợng đƣờng gấp khúc (polyline). Các vùng địa lý nhƣ ao hồ, các đơn vị hành chính đƣợc trừu tƣợng hóa thành các lớp đƣờng biên hay tập hợp các đối tƣợng miền.
Cấu trúc mô hình vector hay đƣợc sử dụng dụng nhiều nhất để biểu diễn các thực thể địa lý thành các thực thể của cơ sở dữ liệu là “spaghetti” và “topology”.
Cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật trên nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong lĩnh vực đa phƣơng tiện (multimedia) nhƣ: hình ảnh, bản đồ vector, bản vẽ vector trở nên rất dễ dàng, đem lại những thuận lợi to lớn nhƣng đồng cũng phát sinh những vấn đề tiêu cực trong quản lý dữ liệu bản đồ số nhƣ bảo vệ bản quyền, chống truy cập trái phép, chống xuyên tạc, giả mạo thông tin… Đứng trƣớc tình hình đó vấn đề bảo vệ thông tin luôn nhận đƣợc sự quan tâm đặc biệt và đã có nhiều phƣơng pháp để bảo vệ thông tin. Một trong những phƣơng pháp dùng rất sớm để bảo vệ quyền sở hữu đối với dữ liệu bản đồ là phƣơng pháp thủy vân. Ý tƣởng của phƣơng pháp là ẩn thông tin bản quyền vào đối tƣợng bản đồ M hay bản vẽ vector V, sẽ thu đƣợc bản đồ M’ hay bản vẽ V’ hầu nhƣ không sai khác với dữ liệu ban đầu (khi nhìn bằng mắt thƣờng). Khi có vấn đề tranh chấp bản quyền, thì thông tin đƣợc giấu sẽ là bằng chứng chứng minh quyền sở hữu hợp pháp của chủ sở hữu.
3.3.2.2 Kỹ thuật thủy vân bảo vệ bản quyền bản đồ số
Để thực hiện thủy vân trên bản đồ vecto số cần chú ý tới các đặc điểm riêng có của loại dữ liệu này. Dữ liệu ảnh vecto là sự biểu diễn thông thƣờng không gian dữ liệu, tập hợp dữ liệu và thêm vào một vài dữ liệu đƣợc sử dụng nhƣ chỉ số, sự mô tả. Mô tả không gian dữ liệu, các vùng địa lý của bản đồ đối tƣợng mô tả đối tƣợng địa lý trong thế giới thực và luôn nắm lấy ba yếu tố địa lý cơ bản là điểm, đƣờng và đa giác. Tất cả đối tƣợng bản đồ này đều đƣợc định dạng bởi các đỉnh có thứ tự. Không gian dữ liệu là một chuỗi các tọa độ của những đỉnh cơ sở này trong một hệ thống địa lý.
Tập hợp dữ liệu mô tả thuộc tính của đối tƣợng bản đồ nhƣ tên, loại, và một vài thông tin khác. Hiển nhiên, những thông tin đƣợc ghi lại bởi tập hợp dữ liệu rất quan trọng và không thể thay đổi tùy tiện, tƣơng tự cho những dữ liệu đƣợc thêm vào đã kể ra ở trên. Không gian để thủy vân đƣợc quy định bởi không gian dữ liệu nhƣ tọa độ của các đỉnh. Một bản đồ vecto bất kỳ đều có một dung sai rõ ràng, chúng đƣa ra độ rộng tối đa cho sự làm méo tọa độ cho phép. Việc thay đổi giá trị tọa độ dứt khoát phải nhỏ hơn dung sai thì sẽ không làm suy giảm đi chất lƣợng của bản đồ [E46].
Có nhiều thuật toán thủy vân đã đƣợc đề xuất và ý tƣởng chung của thuật toán này là trích chọn tập dãy các đỉnh bản đồ vector, sau đó dãy này đƣợc biến đổi sang miền tần số bằng các phép biến đổi DCT, DFT… Thông thƣờng với bản đồ số biến đổi DFT thƣờng đƣợc sử dụng do tính bền vững của nó với các phép biến đổi hình học. Sau khi thực hiện biến đổi DFT. Thủy vân có thể thực hiện trên phổ pha DFT bằng cách chia các pha của DFT theo kích thƣớc bƣớc lƣợng tử hóa [E47]. Thủy vân cũng có thể thực hiện trên phổ biên độ DFT bằng cách chia dãy các hệ số L sau khi đã biến đổi DCT hay DFT thành các dãy con có kích thƣớc Li và với mỗi dãy con Li sẽ mang không quá một bít thông tin. Việc chọn các dãy con Li để mang tin phụ vào kích thƣớc của bản đồ và lƣợng thông tin thủy vân cần thiết sao cho lƣợng tin giấu dàn trải trên toàn bản đồ [ E48].
Ví dụ, nếu ta đọc tất cả các đối tƣợng là polyline, polygon đƣợc dãy L gồm 600 điểm và thủy vân là 5 ký tự mã ASCII. Nhƣ vậy file nhị phân thông tin thủy vân sẽ có kích thƣớc là 5x8= 40 bít vì mỗi ký tự mã ASCII biểu diễn qua một byte. Ta có thể thấy, chứa đƣợc hết thông tin thì cần ít nhất 40 dãy con, vậy thì ta nên chia dãy L thành các dãy con mang thông tin về thủy vân và giàn trải trên toàn bộ bản đồ. Vậy thì ta nên chọn dãy con Li có độ dài nhỏ hơn hoặc bằng 15.
Để nhúng thủy vân có thể sử dụng thuật toán cộng tính đơn giản đƣợc thực hiện bằng cách thay đổi hệ số sau khi đã biến đổi các vecto sang miền tần số. Ứng với bít 1, thì ta cộng thêm độ lệch nhỏ hơn sai số của bản đồ, vào bất kỳ một hệ số nào đó trong dãy Li. Ứng với bít 0, thì ta giữ nguyên các hệ số Li hoặc ngƣợc lại.
Hình 3.18 Mức độ thay đổi của bản đồ được thủy vân so với bản đồ gốc khi phóng đại với hệ số phóng đại rất lớn.
Để tăng tính bảo mật trong việc chèn thủy vân vào bản đồ, ta có thể sử dụng một “khoá” K cho phép sinh ra một dãy số ngẫu nhiên, giúp cho việc chèn thủy vân vào các đỉnh của polyline hoặc Polygon ngẫu nhiên, tăng tính bảo mật cho thủy vân. Và “khoá” K này cũng đƣợc sử dụng cho quá trình trích xuất thủy vân thủy vân [E47,48].
Chương 4
THỬ NGHIỆM THỦY VÂN TRÊN ẢNH SỐ