專利名稱：加水印的制作方法
背景技術(shù)：
加水印包括把信息嵌入數(shù)據(jù)，以致所述信息在數(shù)據(jù)的正常使用中是隱藏的。理論上，所述信息被嵌入以致(1)信息并不顯著地降低數(shù)據(jù)質(zhì)量，(2)所述信息能被重新獲得和(3)信息對(duì)于諸如可以在所述數(shù)據(jù)上完成的典型的處理操作之類的惡意的攻擊和無惡意的攻擊兩者來說都是強(qiáng)健的。因此，加水印包括水印所攜帶的信息的強(qiáng)健、容量和在數(shù)據(jù)質(zhì)量之中的平衡。
無惡意的攻擊包括在數(shù)據(jù)上完成的相對(duì)于所述數(shù)據(jù)有削弱水印信號(hào)的強(qiáng)度的副作用的多種操作。例如，如果所述數(shù)據(jù)是圖像數(shù)據(jù)，則所述數(shù)據(jù)可以被，例如壓縮、再次按規(guī)定尺寸制作、修剪、在模擬和數(shù)字格式之間轉(zhuǎn)換、或二次抽樣。
惡意的攻擊包括為削弱與嵌入所述數(shù)據(jù)中的水印有關(guān)的信號(hào)的強(qiáng)度而設(shè)計(jì)的多種攻擊，惡意的攻擊依次降低檢測(cè)水印的能力。例如，對(duì)一些有不同水印的同一的圖像的共同的惡意攻擊是共同計(jì)算它們的平均值以產(chǎn)生水印的強(qiáng)度大大減少的、新的、相同圖像。一些操作可以被看作是既有惡意又無惡意的攻擊。
例如，在電影的盜版中通常的活動(dòng)是使用便攜式攝像放像一體機(jī)記錄在電影院中放映的電影。然后，把所述電影轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)上并配銷給零售商。因此，任何嵌入電影圖像中的水印都受制于一些影響水印的操作轉(zhuǎn)變成膠片、投射在熒屏上、記錄在便攜式攝像放像一體機(jī)上、和很可能用的數(shù)字化和壓縮。這些操作全都有減少電影中的水印強(qiáng)度的作用并因此是攻擊的類型。

發(fā)明內(nèi)容
結(jié)構(gòu)化水印可以通過把結(jié)構(gòu)化水印定義的變量的不規(guī)則映射應(yīng)用于代表數(shù)據(jù)的頻域數(shù)值嵌入所述數(shù)據(jù)中。具體地說，所述數(shù)據(jù)的頻域表達(dá)包括有序的頻域數(shù)值組。結(jié)構(gòu)化水印被用來定義將要應(yīng)用于頻域數(shù)值的有序的變量組。每種變量都是用結(jié)構(gòu)化水印定義的數(shù)值。從所述有序的變量組中的位置到所述有序的頻域數(shù)值組中的位置的不規(guī)則映射被定義。所述不規(guī)則映射是一對(duì)一的而且是可逆的。把所述的不規(guī)則映射應(yīng)用于所述的變量組將產(chǎn)生在頻域和數(shù)據(jù)的信號(hào)域中都表現(xiàn)為噪聲的數(shù)值組。數(shù)據(jù)的信號(hào)域可以是n維的，而且可以是可以把其中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到頻域的空間的、時(shí)間的或其它的定義域。數(shù)據(jù)的信號(hào)域可以是連續(xù)的或離散的。每個(gè)頻域數(shù)值是通過用不規(guī)則映射把變量映射到頻域數(shù)值的位置修改的。頻域數(shù)值可以使用加法或乘法運(yùn)算進(jìn)行修改。使用加法嵌入，對(duì)頻域數(shù)值的修改可以在信號(hào)域中實(shí)現(xiàn)，不需要通過把將不規(guī)則映射應(yīng)用于所述的一組變量的結(jié)果轉(zhuǎn)換到信號(hào)域計(jì)算所述數(shù)據(jù)的頻域數(shù)值。
通過使用這樣的不規(guī)則映射，當(dāng)所述的結(jié)構(gòu)化水印被嵌入數(shù)據(jù)的時(shí)候是較少可能被察覺的。然而，水印可以通過在目標(biāo)數(shù)據(jù)的頻域表達(dá)上使用不規(guī)則映射的逆變換在所述目標(biāo)數(shù)據(jù)中被檢測(cè)出來。因?yàn)樗∈墙Y(jié)構(gòu)化的，所以它在用不規(guī)則映射的逆變換處理目標(biāo)數(shù)據(jù)之后可以是在目標(biāo)數(shù)據(jù)中可察覺的。諸如相關(guān)關(guān)系之類相似性的衡量標(biāo)準(zhǔn)也能用來檢測(cè)結(jié)構(gòu)化水印在經(jīng)過處理的目標(biāo)數(shù)據(jù)中存在。
作為例子，結(jié)構(gòu)化水印可以代表打算嵌入數(shù)據(jù)的多位信息。在這種情況下，頻域數(shù)值可以被分成與多位信息的位數(shù)相對(duì)應(yīng)的許多不相重疊的子集。選定頻域數(shù)值的位置作為每個(gè)子集的元素，以便在數(shù)據(jù)的有序的頻域表達(dá)內(nèi)有不規(guī)則的分布。每個(gè)位與頻域數(shù)值的一個(gè)不同子集相關(guān)聯(lián)并且定義將要應(yīng)用于與前述的每個(gè)位相關(guān)聯(lián)的子集中的數(shù)值的變量。每個(gè)位和每個(gè)頻域數(shù)值在每個(gè)頻域數(shù)值子集中的位置之間的這種關(guān)聯(lián)是不規(guī)則映射。在每個(gè)頻域數(shù)值子集中，所述子集中的數(shù)值是依照與所述子集相關(guān)聯(lián)的位所定義的變量修改的。
就圖像數(shù)據(jù)而言，一種定義頻域數(shù)值子集的方法是在有頻域數(shù)值時(shí)創(chuàng)建象素?cái)?shù)目較少的或相同的水印圖像。該水印圖像被分成多個(gè)尺寸相同的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域與信息位相關(guān)聯(lián)。每個(gè)區(qū)域中的象素都被設(shè)定成對(duì)應(yīng)于與該區(qū)域相關(guān)聯(lián)的位的二進(jìn)制數(shù)值。該二進(jìn)制數(shù)值可以被區(qū)別編碼。可仿效的區(qū)別編碼是用有序?qū)?1，-1)代表數(shù)值0和用有序?qū)?-1，1)代表數(shù)值1。換句話說，該數(shù)值子集的一半可以是通過一個(gè)數(shù)值(例如，1)變更的，而該數(shù)值子集的另一半可以通過所述數(shù)值的負(fù)數(shù)(例如，-1)變更。每個(gè)位的這種區(qū)別編碼保證全部頻域數(shù)值的平均值不被前述變更所改變，這將提高檢測(cè)水印的能力。作為用于圖像數(shù)據(jù)的另一個(gè)例子，結(jié)構(gòu)化水印可以是包括徽標(biāo)或其它圖像數(shù)據(jù)的水印圖像。每個(gè)象素代表將用來修改對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)頻域數(shù)值的變量。
水印圖像是使用不規(guī)則映射重新排序的。例如，這樣的不規(guī)則映射可以使用諸如離散的Baker映射之類的無序映射通過混錄水印圖像若干次來實(shí)現(xiàn)。合成水印圖像似乎是噪聲，但是原始的水印圖像能使用離散Baker映射的逆變換通過混錄合成水印圖像提取出來。作為這種混錄的結(jié)果，在合成圖像中的每個(gè)象素與頻域數(shù)值和信息位相關(guān)聯(lián)。
不規(guī)則映射也可以包括隨關(guān)鍵字改變的置換函數(shù)的應(yīng)用程序以便改變結(jié)構(gòu)化水印定義的所述有序變量。在使用無序映射的應(yīng)用程序作為部份的不規(guī)則映射時(shí)，這種置換是在嵌入期間的無序映射的應(yīng)用程序之前和在檢測(cè)期間的逆無序映射的應(yīng)用程序之后完成的。用于無序映射應(yīng)用程序的參數(shù)可以與定義置換的參數(shù)合并以便定義對(duì)關(guān)鍵字生成函數(shù)的輸入。關(guān)鍵字生成函數(shù)產(chǎn)生用來完成水印的編碼和檢測(cè)的水印關(guān)鍵字。例如，關(guān)鍵字生成函數(shù)可以是一維的無序映射。
使用上述技術(shù)，多樣的水印可以被嵌入同一數(shù)據(jù)之中。另外，多樣的編碼器可以使用不同的關(guān)鍵字把同一水印嵌入同一數(shù)據(jù)的不同例示之中。另外，一個(gè)編碼器可以使用相同的關(guān)鍵字或使用不同的關(guān)鍵字把不同的水印嵌入同一數(shù)據(jù)的不同例示之中。
為了檢測(cè)嵌入目標(biāo)數(shù)據(jù)中的結(jié)構(gòu)化水印，目標(biāo)數(shù)據(jù)首先被預(yù)處理以使目標(biāo)數(shù)據(jù)的樣本與原始數(shù)據(jù)對(duì)齊。所述對(duì)齊通常是以兩種方式完成的。首先，如果原始數(shù)據(jù)是可得的，各種不同的操作可以被完成以使目標(biāo)數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)一致。例如，就圖像而言，彎曲目標(biāo)數(shù)據(jù)以使目標(biāo)數(shù)據(jù)中的對(duì)象與原始數(shù)據(jù)中的對(duì)象對(duì)齊。其次，如果原始數(shù)據(jù)是得不到的，諸如圖像大小之類的關(guān)于圖像的信息可以是用關(guān)鍵字傳達(dá)而且被用于與目標(biāo)數(shù)據(jù)對(duì)齊。任何可得的關(guān)于原始數(shù)據(jù)的其它信息也可以被使用。如果原始數(shù)據(jù)是可得的，那么它也可以被從目標(biāo)數(shù)據(jù)中減去。這種經(jīng)過預(yù)處理的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換到頻域。然后，使用從在所述變量中的位置到所述頻域數(shù)值中的位置的不規(guī)則映射的逆變換將所述的頻域數(shù)值重新排序。于是，水印能在經(jīng)過處理的目標(biāo)數(shù)據(jù)的被重新排序的頻域數(shù)值中被檢測(cè)出來。檢測(cè)可以通過人類識(shí)別或感知水印的結(jié)構(gòu)得以完成。如果水印是已知的，或能從其它的信息再生，那么檢測(cè)可以通過測(cè)量水印和經(jīng)過處理的目標(biāo)數(shù)據(jù)的被重新排序的頻域數(shù)值之間的相似性得以完成。然后，相似性的度量與一個(gè)閾值進(jìn)行比較。相似性的簡(jiǎn)單度量包括線性的和標(biāo)準(zhǔn)化的相關(guān)關(guān)系。
如果被加水印的數(shù)據(jù)是圖像數(shù)據(jù)，預(yù)處理包括保證目標(biāo)數(shù)據(jù)有與原始數(shù)據(jù)相同的尺寸并且與之對(duì)齊。所述預(yù)處理可以包括諸如調(diào)整目標(biāo)圖像的大小、彎曲、平移或以其他方式修改目標(biāo)圖像之類的操作。
本發(fā)明的不同方面包括用來使用所述加水印完成圖像的編碼和用來使用所述加水印完成圖像的解碼的裝置、方法和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，以及包括加了水印的圖像在內(nèi)的數(shù)字信息產(chǎn)品。


圖1是用來把結(jié)構(gòu)化水印嵌入圖像之類的數(shù)據(jù)中和檢測(cè)所述數(shù)據(jù)中的結(jié)構(gòu)化水印的示范系統(tǒng)的方框圖。
圖2是把結(jié)構(gòu)化水印嵌入數(shù)據(jù)的頻域數(shù)值之中的示范系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程圖。
圖3是描述用來把結(jié)構(gòu)化水印嵌入數(shù)據(jù)的頻域數(shù)值之中的示范過程的流程圖。
圖4是檢測(cè)在數(shù)據(jù)的頻域數(shù)值中的結(jié)構(gòu)化水印的示范系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程圖。
圖5是描述用來檢測(cè)在數(shù)據(jù)的頻域數(shù)值中的結(jié)構(gòu)化水印的示范過程的流程圖。
圖6是定義區(qū)別編碼的多位信息的示范結(jié)構(gòu)化水印圖像的圖表。
本發(fā)明的詳細(xì)描述參照?qǐng)D1，用來把結(jié)構(gòu)化水印嵌入圖像之類的數(shù)據(jù)中和檢測(cè)所述數(shù)據(jù)中的結(jié)構(gòu)化水印的示范系統(tǒng)的方框圖被展示出來。結(jié)構(gòu)化水印是任何有可察覺結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)100是水印嵌入器102的輸入。將要嵌入數(shù)據(jù)100的結(jié)構(gòu)化水印104也是水印嵌入器102的輸入。結(jié)構(gòu)化水印104定義一組有序的變量，該組有序的變量被水印嵌入器102用來修改數(shù)據(jù)100，以在數(shù)據(jù)中嵌入結(jié)構(gòu)化水印。為了把結(jié)構(gòu)化水印嵌入數(shù)據(jù)中，從在變量所述的一組有序的變量中的位置到在代表數(shù)據(jù)的一組有序的頻域數(shù)值中的位置的不規(guī)則映射被應(yīng)用。不規(guī)則映射在被應(yīng)用于結(jié)構(gòu)化水印的時(shí)候?qū)е聸]有明顯結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。每個(gè)頻域數(shù)值是借助不規(guī)則映射通過把變量映射到頻域數(shù)值的位置修改的。水印編碼器在編碼過程中使用水印關(guān)鍵字116。水印關(guān)鍵字代表將要被水印嵌入器102用來修改數(shù)據(jù)，并依次被檢測(cè)器(下面予以描述)用來檢測(cè)結(jié)構(gòu)化水印的參數(shù)和其它數(shù)據(jù)。所述參數(shù)和其它數(shù)據(jù)包括但不限于關(guān)于原始數(shù)據(jù)的信息、描述該怎樣生成不規(guī)則映射的信息和描述該怎樣生成結(jié)構(gòu)化水印的信息。關(guān)鍵字可以用來生成作為給水印嵌入器的輸入的結(jié)構(gòu)化水印。
嵌入水印的數(shù)據(jù)通過通信信道110傳輸，正如108所指出的，所述通信信道110將以惡意攻擊和無惡意攻擊的形式在數(shù)據(jù)中引入噪聲。噪聲通信信道可以采取多種形式之中的任何一種形式并且事實(shí)上包括任何可以在它上面短暫地或永久地傳輸或儲(chǔ)存信息的媒體或媒體組合。
水印檢測(cè)器112接收來自通信信道的數(shù)據(jù)并且試圖檢測(cè)嵌入的水印是否出現(xiàn)在收到的數(shù)據(jù)中。為了檢測(cè)水印，水印檢測(cè)器接收水印嵌入器102所使用的水印關(guān)鍵字116，以致它可以生成不規(guī)則映射和結(jié)構(gòu)化水印。水印檢測(cè)器可以任選接收結(jié)構(gòu)化水印118而不是從水印關(guān)鍵字生成它。原始數(shù)據(jù)120如果是可得的也可以被使用。水印檢測(cè)器112處理收到的數(shù)據(jù)以允許與結(jié)構(gòu)化水印比較的形式放置它。水印檢測(cè)器112可以使用相似性衡量標(biāo)準(zhǔn)將處理后的數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)化水印進(jìn)行比較。相似性的度量與閾值進(jìn)行比較以便提供指示結(jié)構(gòu)化水印是否被檢測(cè)出來的檢測(cè)器輸出122。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2，示范水印嵌入器將被更詳細(xì)地描述。為了把結(jié)構(gòu)化水印嵌入數(shù)據(jù)，可以使用數(shù)據(jù)的頻域表達(dá)的格式。嵌入結(jié)構(gòu)化水印在數(shù)據(jù)的信號(hào)域表達(dá)中可能受影響，在這種情況下，數(shù)據(jù)的實(shí)際頻域表達(dá)不需要被計(jì)算出來。數(shù)據(jù)的頻域表達(dá)的格式包括在代表數(shù)據(jù)的一組有序的頻域數(shù)值中的位置。按照慣例，所述格式通常是依照用來生成頻域表達(dá)的變換定義。
結(jié)構(gòu)化水印定義將要應(yīng)用于頻域數(shù)值的一組有序的變量202。每種變量是用結(jié)構(gòu)化水印定義的數(shù)值。定義從在所述有序的變量中的位置到在所述有序的頻域數(shù)值中的位置的不規(guī)則映射204。前述不規(guī)則映射是一對(duì)一的和可逆的。把不規(guī)則映射應(yīng)用于所述的一組變量將導(dǎo)致在頻域和信號(hào)域中可能似乎都是噪聲的一組數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)210的每個(gè)頻域數(shù)值是水印嵌入器212通過使用不規(guī)則映射把變量映射到頻域數(shù)值的位置修改的。因此修改后的數(shù)據(jù)214包括水印。
頻域數(shù)值可以使用加法或乘法運(yùn)算進(jìn)行修改，因此是頻域數(shù)值、將要應(yīng)用于頻域數(shù)值的變量和任何加權(quán)參數(shù)(在此叫做嵌入強(qiáng)度)的函數(shù)。使用加法嵌入，這樣的修改可以用水印嵌入器在信號(hào)域中計(jì)算出來，而不需要針對(duì)數(shù)據(jù)計(jì)算頻域數(shù)值。具體地說，使用不規(guī)則映射，所述的變量可以被映射到與它們的頻域數(shù)值相對(duì)應(yīng)的位置。這種映射的結(jié)果能被反變換成能為了嵌入水印加到數(shù)據(jù)上的對(duì)應(yīng)的信號(hào)域變量。
描述圖2所描述的系統(tǒng)的操作的流程圖是在圖3中提供的。將要應(yīng)用于頻域數(shù)值的一組有序的變量被接收(300)。每種變量是結(jié)構(gòu)化水印定義的數(shù)值。從在一組有序的變量中的位置到在一組有序的頻域數(shù)值中的位置的不規(guī)則映射也被定義(302)。不規(guī)則映射可以是使用水印關(guān)鍵字推演出來的。假定頻域數(shù)值在用于數(shù)據(jù)的所述有序的頻域數(shù)值中的位置是已知的。每個(gè)頻域數(shù)值依照映射到該頻域數(shù)值在所述有序的頻域數(shù)值中的位置的變量修改(304)。上述修改可能在數(shù)據(jù)的信號(hào)域表達(dá)或頻域表達(dá)中受到影響。
作為例子，結(jié)構(gòu)化水印可以代表將要嵌入數(shù)據(jù)的多位信息。在這種情況下，頻域數(shù)值可以被分成與多位信息的位數(shù)相對(duì)應(yīng)的許多不相重疊的子集。頻域數(shù)值的位置作為每個(gè)子集的元素是為了在數(shù)據(jù)的有序的頻域表達(dá)之內(nèi)有不規(guī)則的分布而選定的。每個(gè)位都與頻域數(shù)值的不同的子集相關(guān)聯(lián)并且定義一種將要在與它相關(guān)聯(lián)的子集中應(yīng)用于該數(shù)值的變量。在每個(gè)位和每個(gè)頻域數(shù)值在每個(gè)頻域數(shù)值子集中的位置之間的這種關(guān)聯(lián)是不規(guī)則映射。在每個(gè)頻域數(shù)值子集中，所述子集中的數(shù)值是依照與所述子集相關(guān)聯(lián)的位所定義的變量修改的。
現(xiàn)在將結(jié)合圖像數(shù)據(jù)描述這種加水印的例子。
圖像數(shù)據(jù)有通常包括DC數(shù)值和一組統(tǒng)稱為系數(shù)的頻域數(shù)值的頻域表達(dá)。用來獲得圖像的頻域表達(dá)的共同操作被稱為離散的余弦變換。在下面的例子中，離散的余弦變換被應(yīng)用于整幅圖像以便提供頻域數(shù)值。作為替代，離散的余弦變換可以被個(gè)別地應(yīng)用于圖像之內(nèi)不同的象素塊。其它的變換(包括但不限于傅立葉變換和拉普拉斯變換)也可以被使用。所述頻域數(shù)值被表達(dá)在計(jì)算機(jī)中的時(shí)候通常是依照普遍用于所述變換的慣例排序的。
就圖像而言，可以應(yīng)用于頻域數(shù)值的結(jié)構(gòu)化水印也是二維的，因此在此稱之為水印圖像。水印圖像有等于或小于頻域表達(dá)尺寸的尺寸。每個(gè)象素代表一種將要應(yīng)用于對(duì)應(yīng)的頻域數(shù)值的變量。與水印圖像中的象素相對(duì)應(yīng)的頻域數(shù)值取決于所用的不規(guī)則映射。
例如，水印圖像可能代表作為圖像的多位信息的編碼。在這種情況下，水印圖像被分成與頻域數(shù)值的子集數(shù)(和信息的位數(shù))相對(duì)應(yīng)的許多尺寸相同的區(qū)域。水印圖像的每個(gè)區(qū)域包括多個(gè)象素并且與信息相關(guān)聯(lián)。只要所有的區(qū)域都包含相同數(shù)目的象素，它們的形狀和位置就是不重要的。每個(gè)區(qū)域中的每個(gè)象素都有對(duì)應(yīng)于該信息位的數(shù)值與該區(qū)域相關(guān)聯(lián)。每個(gè)信息位都可以被區(qū)別地編碼。這樣的圖像被展示在圖6中。具體地說，在某個(gè)區(qū)域(例如，用“位3”指出的區(qū)域)內(nèi)，一半的象素可以有諸如+1(用陰影表示)之類的數(shù)值，而另一半象素有所述數(shù)值的負(fù)值，例如-1(用空格表示)，取決于所述編碼的位的數(shù)值。例如，為了表示數(shù)值為“1”的位，第一個(gè)半?yún)^(qū)被設(shè)定到“+1”，而第二個(gè)半?yún)^(qū)被設(shè)定到“-1”。為了表示數(shù)值為“0”的位，第一個(gè)半?yún)^(qū)被設(shè)定為“-1”，而第二個(gè)半?yún)^(qū)被設(shè)定到“+1”。這樣的區(qū)別編碼保證水印圖像有零平均數(shù)和固定的范數(shù)。
通過使用有零平均數(shù)的二進(jìn)制圖像的區(qū)別編碼，在使用加法嵌入的時(shí)候，嵌入的水印不影響頻域數(shù)值的分布。具體地說，有水印的數(shù)據(jù)的平均數(shù)與沒有水印的數(shù)據(jù)的平均數(shù)相同。然而，頻域數(shù)值在與某個(gè)信息位相關(guān)聯(lián)的每個(gè)區(qū)域的每半個(gè)中的分布被移動(dòng)。具體地說，每個(gè)區(qū)域的每半個(gè)的平均數(shù)被移動(dòng)±嵌入強(qiáng)度。加了水印的圖像的這種性質(zhì)可以用來檢測(cè)水印。
水印圖像也可以是徽標(biāo)或可以有某種結(jié)構(gòu)的其它圖像。水印圖像可以是少許灰度的圖像。每個(gè)象素代表一種將要應(yīng)用于對(duì)應(yīng)的頻域數(shù)值的變量。所述水印圖像可以通過減去它的平均值和依比例決定它的范圍創(chuàng)建有零平均數(shù)和固定范數(shù)的水印圖像被標(biāo)準(zhǔn)化。在水印圖像中數(shù)值的位置和在圖像的頻域表達(dá)中頻域數(shù)值的位置之間的不規(guī)則映射可以通過使用無序映射的離散執(zhí)行來提供。具體地說，無序映射在重復(fù)處理中被應(yīng)用于水印圖像若干次。每次重復(fù)都重新排列水印圖像的象素位置。在若干次重復(fù)之后水印圖像的象素變成重新分布的，而且由此產(chǎn)生的圖像可能在信號(hào)域和頻域中似乎都是噪聲。在重新排序后的水印圖像中的象素和頻域數(shù)值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系提供所需要的不規(guī)則映射。如果水印圖像實(shí)現(xiàn)多位信息的編碼，那么無序映射的應(yīng)用導(dǎo)致每位信息遍及頻域數(shù)值的不規(guī)則分布。
如果映射對(duì)初始條件是極為敏感的而且該映射的每次重復(fù)的象素軌跡是有界的，那么該映射是無序的。適合生成用來給數(shù)據(jù)加水印的不規(guī)則映射的無序映射有離散執(zhí)行，是可逆的，是分區(qū)保存的而且有適合大多數(shù)數(shù)據(jù)位置的長(zhǎng)軌道。適當(dāng)?shù)臒o序映射在被請(qǐng)求重復(fù)若干次的時(shí)候應(yīng)該導(dǎo)致一組可能在頻域和信號(hào)域中似乎都是噪聲的數(shù)據(jù)。
通常，如果映射的Jacobian矩陣的行列式是1，那么無序映射是分區(qū)保存的。因?yàn)榘l(fā)生混亂，表征該映射的數(shù)值(稱為L(zhǎng)yapunov指數(shù))必須大于1。所述數(shù)值代表該映射對(duì)初始條件的敏感性。
無序映射的離散執(zhí)行在被應(yīng)用于水印圖像的時(shí)候在兩種條件下是分區(qū)保存的。第一，每個(gè)象素的軌跡保持在原始水印圖像所定義的空間中。第二，沒有兩個(gè)象素被映射到同一位置。
軌道長(zhǎng)度是通過映射使數(shù)據(jù)返回到它的原始位置所必需的重復(fù)映射次數(shù)。就應(yīng)用于水印圖像的無序映射的離散執(zhí)行而言，軌道長(zhǎng)度是在象素回到它的原始位置之前的重復(fù)映射次數(shù)。為了適合在生成用于水印圖像的不規(guī)則映射時(shí)使用，無序映射應(yīng)該被選定，以致對(duì)于水印圖像中的大多數(shù)象素位置有長(zhǎng)軌道。例如，就720×480的圖像，數(shù)千或更多的軌道是優(yōu)選的。
滿足這些條件用于二維數(shù)據(jù)的無序映射被稱為Baker映射，這是一個(gè)二維的無序映射具有用等式1提供的連續(xù)定義。
x′y′=λa00α-1xy,y≤α]]> 等式1x′y′=λb00β-1xy+1-λb-αβ,y>α]]>β＝1-α，λa+λb≤1，x∈
，y∈
上述連續(xù)的定義有四個(gè)參數(shù)α、β、λα、λβ，其中每個(gè)都是常數(shù)而且都是被選定的，以致該映射滿足上述的判據(jù)。
(對(duì)于圖像尺寸是2的倍數(shù)而不是2的冪次的情況)適合混錄水印圖像的無序映射是所述Baker映射將所有的參數(shù)設(shè)定成0.5的離散執(zhí)行。前面的Baker映射的離散執(zhí)行是由等式2提供的。
y≤P/2 等式2 y＞P/2x∈
，y∈
對(duì)應(yīng)的反Baker映射的離散執(zhí)行是由等式3提供的。
x′＜Q/2， 等式3 x′≥Q/2x′∈
，y′∈
在等式2和等式3中，P和Q都代表圖像尺寸。所有的參數(shù)α、β、λα、λβ，在這個(gè)例子中都是等于0.5的常數(shù)。Baker映射中的所述離散執(zhí)行通過把1×2象素的局部鄰域轉(zhuǎn)變成2×1象素來避開分?jǐn)?shù)象素位置。
應(yīng)用所述離散的Baker映射的重復(fù)次數(shù)是足以使水印圖像似乎已經(jīng)失去其可察覺的結(jié)構(gòu)的任何數(shù)字。對(duì)于大多數(shù)自然圖像，重復(fù)次數(shù)通常大于20到25。該重復(fù)次數(shù)可能是從一系列數(shù)值(例如，30到100)中隨機(jī)選定的。
其它有長(zhǎng)軌道的分區(qū)保存的離散映射也可以使用。例如，下面的等式4(正向映射)和等式5(反向映射)也是離散映射的一種形式，其中n是整數(shù)，P和Q是n的倍數(shù)。在n為小數(shù)值(例如，2、3、4和5)的情況下，上述等式的使用提供與上述的離散Baker映射相當(dāng)?shù)慕Y(jié)果。
fori＝0...(n-1) 等式4 (i+1)*P/n＞y≥i*P/nx∈
，y∈
fori＝0....(n-1) 等式5 (i+1)*Q/n＞x′≥i*Q/nx′∈
，y′∈
使用水印圖像和無序映射給將要嵌入數(shù)據(jù)的信息編碼，水印關(guān)鍵字將包括映射被應(yīng)用于水印圖像的重復(fù)次數(shù)和混錄區(qū)域的尺寸和位置。將要用水印圖像編碼的位數(shù)和水印圖像的尺寸也可以被當(dāng)作關(guān)鍵字使用以便允許檢測(cè)器再生水印圖像。所述關(guān)鍵字保證每個(gè)水印只能由有權(quán)使用關(guān)鍵字的某人檢測(cè)。
因?yàn)榕c離散Baker映射混錄的重復(fù)次數(shù)不同的圖像是不相關(guān)的，所以采用不同的離散Baker映射重復(fù)次數(shù)就能把多樣的水印圖像應(yīng)用于同一圖像。
不規(guī)則映射也可以包括在混錄之前用無序映射置換水印圖像的隨關(guān)鍵字改變的置換函數(shù)的應(yīng)用程序。例如，任何把圖像分為若干塊(每塊的尺寸和位置取決于關(guān)鍵字)并且重新排列那些塊的函數(shù)都可以使用。例如，可以使用把數(shù)條圖像分為上半塊和下半塊并且交換它們的階梯函數(shù)。水印關(guān)鍵字也可以包括定義所述置換函數(shù)的參數(shù)。
借助不規(guī)則映射給出變量和頻域數(shù)值之間的關(guān)系，上述頻域數(shù)值將被修改。因此，結(jié)構(gòu)化水印被嵌入在數(shù)據(jù)的頻域中。具體地說，每個(gè)頻域數(shù)值都是通過與它相關(guān)聯(lián)的變量和稱為嵌入強(qiáng)度的參數(shù)的函數(shù)修改的。嵌入技術(shù)通常是加法或乘法。就圖像數(shù)據(jù)而言，混錄水印圖像的每個(gè)象素(如上所述)與頻域數(shù)值相關(guān)聯(lián)。每個(gè)頻域數(shù)值是依照在用嵌入強(qiáng)度加權(quán)的混錄水印圖像中對(duì)應(yīng)的象素更改的。
在數(shù)據(jù)中加法嵌入水印圖像包括把諸如離散余弦變換(DCT)之類的變換應(yīng)用于數(shù)據(jù)以獲得頻域數(shù)值，把加權(quán)、混錄的水印圖像加到頻域數(shù)值上和在結(jié)果上完成反變換。作為替代，如果頻域數(shù)值是用DCT之類的線性變換獲得的，那么混錄水印圖像的反變換可以在信號(hào)域中被加權(quán)和加到圖像上。后一種技術(shù)需要較少的計(jì)算。
乘法嵌入借助要在其中嵌入水印的數(shù)據(jù)的頻域數(shù)值的幅度來調(diào)制水印的嵌入強(qiáng)度。例如，來自混錄水印圖像的數(shù)值可以用嵌入強(qiáng)度和將要更改的頻域數(shù)值的絕對(duì)值兩次加權(quán)。然后，把結(jié)果加到該頻域數(shù)值上。
嵌入強(qiáng)度參數(shù)控制由此產(chǎn)生的圖像的峰值信噪比(PSNR)。因此，所述參數(shù)將改變，改變?nèi)Q于將要在其中嵌入水印的數(shù)據(jù)和標(biāo)志所需要的強(qiáng)健。因此，適當(dāng)?shù)那度霃?qiáng)度數(shù)值可以通過實(shí)驗(yàn)確定。為了把二進(jìn)制水印圖像(如同前面描述的那樣)加法嵌入到8位YUV 720×486自然圖像的亮度信道之中，大約1.0到3.2的嵌入強(qiáng)度可以提供大約35-50分貝PSNR。
使用所述技術(shù)，多樣的水印可以被嵌入在同一數(shù)據(jù)中。另外，多樣的編碼器可以使用不同的關(guān)鍵字把同一水印嵌入在同一數(shù)據(jù)的不同例示之中。另外，一個(gè)編碼器可以使用相同的關(guān)鍵字或使用不同的關(guān)鍵字把不同的水印嵌入同一數(shù)據(jù)的不同例示。
已經(jīng)描述了該如何把結(jié)構(gòu)化水印嵌入數(shù)據(jù)的頻域數(shù)值，現(xiàn)在將描述數(shù)據(jù)中這樣的水印的檢測(cè)。為了檢測(cè)水印的存在要處理的數(shù)據(jù)在此被稱為目標(biāo)數(shù)據(jù)。通常，檢測(cè)器的一種用途是確定目標(biāo)數(shù)據(jù)是否起源于加了水印的原始數(shù)據(jù)，以便確定違法的復(fù)制是否發(fā)生。
一般地說，參照?qǐng)D4，為了檢測(cè)嵌入目標(biāo)數(shù)據(jù)中的結(jié)構(gòu)化水印，目標(biāo)數(shù)據(jù)402首先用預(yù)處理器400進(jìn)行預(yù)處理以使目標(biāo)數(shù)據(jù)的樣本與原始數(shù)據(jù)的樣本對(duì)齊。因此，預(yù)處理器400使用描述原始數(shù)據(jù)的信息404，該信息可以包括原始數(shù)據(jù)本身或一些可能來自規(guī)定原始數(shù)據(jù)尺寸的水印關(guān)鍵字的數(shù)據(jù)。如果原始數(shù)據(jù)是可得的，那么可以被用于完成對(duì)齊而且可以被從對(duì)齊的目標(biāo)數(shù)據(jù)中減去。經(jīng)過預(yù)處理的數(shù)據(jù)406借助變換408被轉(zhuǎn)換到頻域。然后，由此產(chǎn)生的頻域數(shù)值410被重新排序模塊412重新排序。重新排序使用逆變換414，該逆變換414從在所述變量中的位置到在所述頻域數(shù)值中的位置的不規(guī)則映射的用水印關(guān)鍵字中的信息提供或推演。例如，如果諸如離散的Baker映射之類的無序映射被水印嵌入器使用，所述的離散的Baker映射的逆變換就被用來給頻域數(shù)值重新排序。在多次重復(fù)離散的Baker映射之前的編碼期間，如果應(yīng)用隨關(guān)鍵字變量的置換函數(shù)，，那么在多次重復(fù)反離散Baker映射之后，應(yīng)用所述置換函數(shù)的反函數(shù)。于是，水印能在經(jīng)過處理的目標(biāo)數(shù)據(jù)的重新排序的頻域數(shù)值416中被檢測(cè)出來。檢測(cè)可以通過人類識(shí)別或察覺在重新排序的頻域數(shù)值中的水印結(jié)構(gòu)完成。如果水印是已知的或能從其它的信息再生(例如通過水印關(guān)鍵字)，檢測(cè)可以用測(cè)量水印和經(jīng)過處理的目標(biāo)數(shù)據(jù)的重新排序的頻域數(shù)值之間相似性的檢測(cè)器418完成。然后，相似性的度量與閾值進(jìn)行比較。相似性的簡(jiǎn)單度量包括線性的和標(biāo)準(zhǔn)化的相關(guān)關(guān)系。
描述圖4所描述的檢測(cè)器的操作的流程圖是在圖5中提供的。如果原始數(shù)據(jù)是可得的(500)，那么原始數(shù)據(jù)被用來使目標(biāo)數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)對(duì)齊。接下來，原始數(shù)據(jù)被從對(duì)齊的目標(biāo)數(shù)據(jù)中減去(504)。否則，目標(biāo)數(shù)據(jù)被預(yù)處理(506)以使它與原始數(shù)據(jù)尺寸對(duì)齊，原始數(shù)據(jù)尺寸以可獲得的描述原始數(shù)據(jù)的信息為基礎(chǔ)。經(jīng)過預(yù)處理的目標(biāo)數(shù)據(jù)被變換(508)成頻域數(shù)值。所述頻域數(shù)值依照嵌入水印時(shí)所使用的不規(guī)則映射的逆變換被重新排序(510)。然后，重新排序的數(shù)據(jù)可以與原始的結(jié)構(gòu)化水印進(jìn)行比較。
如果被加水印的數(shù)據(jù)是圖像數(shù)據(jù)，預(yù)處理包括保證目標(biāo)數(shù)據(jù)有與原始數(shù)據(jù)有相同的尺寸并且與之對(duì)齊。這樣的預(yù)處理可以包括諸如調(diào)整目標(biāo)圖像的大小、彎曲、平移或以別的方式修改目標(biāo)圖像之類的操作，以便提供這樣的對(duì)齊。
現(xiàn)在將描述供圖像數(shù)據(jù)使用的示范檢測(cè)器。這個(gè)例子以把多位信息作為二進(jìn)制圖像(例如，在圖6中)區(qū)別編碼并且是使用加法嵌入所嵌入的水印為基礎(chǔ)。在所述例子中，頻域數(shù)值的重新排序是通過用于混錄水印圖像的離散Baker映射的逆變換應(yīng)用和任何被應(yīng)用于水印圖像的隨關(guān)鍵字改變的置換的逆變換應(yīng)用完成，混錄水印圖像用于嵌入該水印圖像相同的重復(fù)次數(shù)。。所有頻域數(shù)值的平均數(shù)也被從每個(gè)頻域數(shù)值中減去。頻域數(shù)值的這種重新排序和減去平均數(shù)產(chǎn)生看起來與有噪聲的原始水印圖像一樣的圖像。在某些情況下，在所述圖像中原始水印圖像可能被人眼識(shí)別。因此，在顯示器上呈現(xiàn)的所述圖像可能足以完成水印的檢測(cè)。作為替代，這幅圖像可以通過使用相似性衡量標(biāo)準(zhǔn)與原始水印圖像進(jìn)行比較。下面的例子描述用來比較所述圖像與原始水印圖像的相關(guān)性檢測(cè)器。
在上述相關(guān)關(guān)系檢測(cè)器中，每個(gè)重新排序的頻域數(shù)值都與閾值z(mì)相比較。只有那些低于閾值的系數(shù)被保留用于余下的分析。標(biāo)準(zhǔn)化的相關(guān)關(guān)系C可以被計(jì)算出來，所述標(biāo)準(zhǔn)化的相關(guān)關(guān)系C介于幅度低于閾值z(mì)的重新排序的頻域數(shù)值v和具有對(duì)應(yīng)于所述幅度低于閾值z(mì)的重新排序的頻域數(shù)值v的位置的水印圖像w′中的象素之間。所述標(biāo)準(zhǔn)化的相關(guān)關(guān)系C可以作為針對(duì)水印圖像的N個(gè)區(qū)域之中的每個(gè)區(qū)域產(chǎn)生的等式6到等式8所代表的數(shù)值ci的標(biāo)準(zhǔn)化的總和被計(jì)算出來，其中M代表低于所述閾值z(mì)的區(qū)域的數(shù)值v的數(shù)目，r+i和r-i表示不同的半?yún)^(qū)(由于有不同的編碼)，而σv是數(shù)值v的標(biāo)準(zhǔn)差。
等式6v~=v||v||=vMσv,]]>w~=w′||w′||=w′M]]> 等式7C=v~·w~=v·w′Mσv=1MσvΣj=1N|cj|>T]]> 等式8cj=vj·w′j=Σi∈rj+vj,i-Σi∈rj-vj,i]]>
如果數(shù)值C超過閾值T，那么水印被看作是被檢測(cè)出來。如果水印被看作是被檢測(cè)出來，通過檢查用等式9針對(duì)每個(gè)區(qū)域中小于z的頻域數(shù)值產(chǎn)生的數(shù)值bj的符號(hào)讀出水印圖像中的信息的每個(gè)位也是可能的，在等式9中M1是在r+j中小于z的數(shù)值v的數(shù)目，而M2是在r-j中小于z的數(shù)值v的數(shù)目。
等式9bj=vj·w′j=1M1Σi∈rj+vj,i-1M2Σi∈rj-vj,i]]>采用上述的等式，檢測(cè)器使用閾值z(mì)和T。所述閾值可以是通過實(shí)驗(yàn)設(shè)定的。另外，在計(jì)算機(jī)程序中，所述數(shù)值可由使用者調(diào)整，例如通過諸如滑動(dòng)器或輸入框之類的圖形用戶接口裝置。
z和T的數(shù)值也可以如同下面介紹的那樣以適合圖像方式被自動(dòng)設(shè)定。檢測(cè)器輸出C是針對(duì)所述z值中的每個(gè)數(shù)值z(mì)計(jì)算的。一組可仿效的數(shù)值z(mì)的是序列[2、3、4、6、8、12、16、24、32、48、64、96、128、192、256、384、512]。閾值T可以使用Neyman-Pearson判據(jù)(該判據(jù)是Anthony D.Whalen在San DiegoAcademic Press，Inc.1971年出版的“Detection of Signals in Noise(噪聲中信號(hào)的檢測(cè))中描述的)針對(duì)所述z值中的每個(gè)數(shù)值z(mì)選定。如果算出的檢測(cè)器輸出C對(duì)于所述閾值z(mì)的某個(gè)鄰近的子范圍大于選定的閾值T，那么所述閾值z(mì)的數(shù)值被選定，對(duì)于該閾值，算出的檢測(cè)器輸出C和閾值T之差是最大的。水印中的每個(gè)位都可以使用等式9和選定的閾值z(mì)進(jìn)行檢測(cè)。
本文描述的系統(tǒng)的各種不同的組成部分可以以多種形式實(shí)現(xiàn)。例如，水印嵌入器可以在數(shù)字硬件(例如，可現(xiàn)場(chǎng)編程的門電路陣列或有微處理器的嵌入系統(tǒng))中實(shí)現(xiàn)。這樣執(zhí)行可以在例如，照相機(jī)、數(shù)字影院放映機(jī)或其它用來捕獲、生成或再生數(shù)據(jù)的電子設(shè)備中使用，以便給輸入數(shù)據(jù)或所述設(shè)備的輸出數(shù)據(jù)加水印。所述系統(tǒng)也可以作為使用通用型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序予以實(shí)現(xiàn)。所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通常包括與把信息顯示給使用者的輸出裝置和接收使用者輸入的輸入裝置連接的主機(jī)。主機(jī)通常包括經(jīng)由互連機(jī)制與存儲(chǔ)器系統(tǒng)連接的處理器。輸入裝置和輸出裝置也經(jīng)由互連機(jī)制與該處理器和存儲(chǔ)器系統(tǒng)連接。
一個(gè)或多個(gè)輸出裝置可以與該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接。可仿效的輸出裝置包括但不限于陰極射線管顯示器、液晶顯示器和其它視頻輸出裝置、打印機(jī)、調(diào)制解調(diào)器之類的通信裝置和磁盤或磁帶之類的存儲(chǔ)裝置。一個(gè)或多個(gè)輸入裝置可以與該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接。可仿效的輸入裝置包括但不限于鍵盤、袖珍鍵盤、跟蹤球、鼠標(biāo)、光筆和書寫板、通信裝置和數(shù)據(jù)輸入裝置。本發(fā)明不限于與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或本文描述的設(shè)備結(jié)合使用的特定輸入或輸出裝置。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以是可用計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編程的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也可以是專門編程的專用硬件。在通用型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，處理器通常是市場(chǎng)上買得到的處理器。通用型計(jì)算機(jī)通常也有一個(gè)操作系統(tǒng)，所述操作系統(tǒng)控制其它計(jì)算機(jī)程序的執(zhí)行并且提供調(diào)度、糾錯(cuò)、輸入/輸出控制、計(jì)算、編譯、存儲(chǔ)區(qū)分配、數(shù)據(jù)管理和存儲(chǔ)器管理、通信控制和相關(guān)的服務(wù)。
存儲(chǔ)器系統(tǒng)通常包括計(jì)算機(jī)易讀的媒體。媒體可以是易失的或非易失的、可寫入的或不可寫入的、和/或可重寫的或不可重寫的。存儲(chǔ)器系統(tǒng)儲(chǔ)存通常呈二進(jìn)制形式的數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)可以定義將要由微處理器執(zhí)行的應(yīng)用程序，或儲(chǔ)存在在磁盤上的將要被應(yīng)用程序處理的信息。本發(fā)明不限于特定的存儲(chǔ)器系統(tǒng)。
本文描述的系統(tǒng)可以在軟件、硬件、固件或三者的組合中實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)的單獨(dú)或組合各種不同的元素可以作為一種或多種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品予以實(shí)現(xiàn)，其中計(jì)算機(jī)程序指令被儲(chǔ)存在用計(jì)算機(jī)處理的計(jì)算機(jī)易讀的媒體上。處理的各個(gè)步驟可以通過例如計(jì)算機(jī)程序指令的計(jì)算機(jī)處理來完成。該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以是多處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或者可以包括連接在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的多臺(tái)計(jì)算機(jī)。圖2和圖4所示的組成部分可以是計(jì)算機(jī)程序中分開的模塊，或者可以是可以在分開的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的分開的計(jì)算機(jī)程序。由所述組成部分產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以被儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器系統(tǒng)中或在多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間傳輸。
已經(jīng)描述了可仿效的實(shí)施方案，前面僅僅作為例子已提交的內(nèi)容只是說明性的而不是限制性的，這一點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員來說應(yīng)該是明顯的。對(duì)于前述實(shí)施方案的多種修改和其它的實(shí)施方案對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言都是顯而易見的并且將落在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種把由多個(gè)樣本定義的結(jié)構(gòu)化水印嵌入數(shù)據(jù)的方法，其中所述數(shù)據(jù)有用于由有序的多個(gè)頻域數(shù)值組成的數(shù)據(jù)組的頻域表達(dá)的格式，該方法包括定義將要應(yīng)用于頻域數(shù)值的有序的變量組，其中每種變量都有結(jié)構(gòu)化水印所定義的數(shù)值；定義從所述有序的變量組中的位置到在所述有序的頻域數(shù)值組中的位置的不規(guī)則映射；以及借助被不規(guī)則映射至所述有序的頻域數(shù)值組中的所述的頻域數(shù)值位置的變量修改每個(gè)頻域數(shù)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中把所述的不規(guī)則映射應(yīng)用于所述的變量組將產(chǎn)生在頻域和信號(hào)域兩者中都表現(xiàn)為噪聲的數(shù)據(jù)組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中定義所述的有序的變量組包括創(chuàng)建水印圖像，其中所述的水印圖像包括許多至少與一些數(shù)據(jù)的頻域數(shù)值相對(duì)應(yīng)的象素，而且其中每個(gè)象素代表一種變量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，進(jìn)一步包括依照隨關(guān)鍵字變量的置換函數(shù)改變水印圖像的排列順序。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述的不規(guī)則映射是使用無序映射的離散執(zhí)行通過混錄水印圖像提供的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述的無序映射是Baker映射。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，進(jìn)一步包括在混錄水印圖像之前依照隨關(guān)鍵字變量的置換函數(shù)改變水印圖像的排列順序。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，進(jìn)一步包括在混錄水印圖像之前依照隨關(guān)鍵字變量的置換函數(shù)改變水印圖像的排列順序。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的不規(guī)則映射是使用無序映射的離散執(zhí)行通過混錄所述的有序的變量組提供的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述的數(shù)據(jù)是二維數(shù)據(jù)，所述的有序的變量組是二維數(shù)據(jù)，而且所述的無序映射是Baker映射。
11.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述的水印圖像有許多尺寸相同的不相重疊的區(qū)域，其中每個(gè)區(qū)域包括多個(gè)象素而且與將要應(yīng)用于所述頻域數(shù)值的變量相關(guān)聯(lián)，而且每個(gè)區(qū)域中的每個(gè)象素都有對(duì)應(yīng)于與該區(qū)域相關(guān)聯(lián)的變量的數(shù)值，其中所述的與某個(gè)區(qū)域相關(guān)聯(lián)的變量代表信息位。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中每種變量代表在水印圖像中有不同編碼的信息位。
13.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述的水印圖像有零平均數(shù)和固定的范數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述的創(chuàng)建水印圖像包括使水印圖像標(biāo)準(zhǔn)化。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述的使水印圖像標(biāo)準(zhǔn)化包括從所述的水印圖像中減去所述水印圖像的平均值；以及按比例縮小所述水印圖像的范圍。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的修改每個(gè)頻域數(shù)值包括把變換應(yīng)用于所述數(shù)據(jù)以產(chǎn)生所述的頻域數(shù)值；依照與所述的頻域數(shù)值相關(guān)聯(lián)的變量借助所述的不規(guī)則映射修改每個(gè)頻域數(shù)值；以及把逆變換應(yīng)用于修改后的頻域數(shù)值。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的修改每個(gè)頻域數(shù)值包括把所述的不規(guī)則映射應(yīng)用于所述的一組有序的變量；把逆變換應(yīng)用于所映射的變量組以產(chǎn)生所述的所映射的變量組的信號(hào)域表達(dá)；以及依照所述所映射的變量組的信號(hào)域表達(dá)修改所述的數(shù)據(jù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的定義不規(guī)則映射包括使每個(gè)信息位與所述頻域數(shù)值的對(duì)應(yīng)子集相關(guān)聯(lián)，其中所述的頻域數(shù)值被分為許多不相交子集，該許多不相交的子集與許多的定義所述信息的位相對(duì)應(yīng)的，其中作為每個(gè)子集的元素的所述頻域數(shù)值的位置在所述數(shù)據(jù)的所述頻域表達(dá)之內(nèi)有不規(guī)則的分布；以及在每個(gè)子集中，依照與所述子集相關(guān)聯(lián)的信息位修改所述子集的頻域數(shù)值。
19.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中包括計(jì)算機(jī)易讀媒體；在計(jì)算機(jī)易讀媒體上的計(jì)算機(jī)程序指令，所述指令被計(jì)算機(jī)處理之時(shí)指示計(jì)算機(jī)完成用來把用多個(gè)樣本定義的結(jié)構(gòu)化水印嵌入數(shù)據(jù)的處理，其中所述數(shù)據(jù)有用于所述數(shù)據(jù)的由多個(gè)有序的頻域數(shù)值組所組成的頻域表達(dá)的格式，所述的處理包括定義將要應(yīng)用于所述的頻域數(shù)值的有序的變量組，其中每種變量都有用結(jié)構(gòu)化水印定義的數(shù)值；定義從所述有序的變量組中的位置到在所述有序的頻域數(shù)值組中的位置的不規(guī)則映射；以及借助被不規(guī)則映射到所述有序的頻域數(shù)值組中的所述頻域數(shù)值位置的變量修改每個(gè)頻域數(shù)值。
20.一種用來把用多個(gè)樣本定義的結(jié)構(gòu)化水印嵌入數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)具有由有序的多個(gè)頻域數(shù)值組所組成的所述數(shù)據(jù)的頻域表達(dá)的格式，該系統(tǒng)包括用來提供將要應(yīng)用于頻域數(shù)值組的有序的變量的裝置，其中每種變量都有所述的結(jié)構(gòu)化水印所定義的數(shù)值；用來提供從所述有序的變量組中的位置到所述有序的頻域數(shù)值組中的位置的不規(guī)則映射的裝置；以及借助被不規(guī)則映射到在所述有序的頻域數(shù)值組中的所述頻域數(shù)值位置的變量來修改每個(gè)頻域數(shù)值的裝置。
21.用來把用多個(gè)樣本定義的結(jié)構(gòu)化水印嵌入數(shù)據(jù)的裝置，其中所述的數(shù)據(jù)有用于由有序的多個(gè)頻域數(shù)值組所組成的所述數(shù)據(jù)的頻域表達(dá)的格式，該裝置包括輸入，輸入接收將要應(yīng)用于頻域數(shù)值組的有序的變量，其中每種變量都有結(jié)構(gòu)化水印所定義的數(shù)值和從所述有序的變量組中的位置到所述有序的頻域數(shù)值組中的位置的不規(guī)則映射的變量；以及處理器，處理器用來訪問所述有序的變量組和所述的不規(guī)則映射，并且處理器提供包括有結(jié)構(gòu)化水印嵌在其中的數(shù)據(jù)的輸出，所述訪問通過被不規(guī)則映射到在所述有序的頻域數(shù)值組中的所述頻域數(shù)值位置的變量來修改所述數(shù)據(jù)的每個(gè)頻域數(shù)值。
22.一種信息產(chǎn)品，其中包括媒體；媒體上的加水印的數(shù)據(jù)，包括嵌在數(shù)據(jù)中的結(jié)構(gòu)化水印，其中所述數(shù)據(jù)有用于由有序的多個(gè)頻域數(shù)值組所組成的頻域表達(dá)的格式，而且其中所述的結(jié)構(gòu)化水印定義有序的變量組，所述有序的變量組具有從所述有序的變量組中的位置到所述有序的頻域數(shù)值組中的位置的不規(guī)則映射，而且其中所述數(shù)據(jù)的每個(gè)頻域數(shù)值都借助使被不規(guī)則映射到所述有序的頻域數(shù)值組中的所述頻域數(shù)值位置的變量而被修改。
23.在用來檢測(cè)結(jié)構(gòu)化水印是否被嵌入在輸入數(shù)據(jù)中的方法，其中所述輸入數(shù)據(jù)可源于有結(jié)構(gòu)化水印嵌入其中的原始數(shù)據(jù)，該方法包括保證所述的輸入數(shù)據(jù)與所述的原始數(shù)據(jù)對(duì)齊；把對(duì)齊的輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成包括一組有序的頻域數(shù)值的頻域表達(dá)；以及依照從結(jié)構(gòu)化水印所定義的有序的變量組中的位置到所述有序的頻域數(shù)值組中的位置的不規(guī)則映射的逆變換，將所述的頻域數(shù)值重新排序，其中所述的不規(guī)則映射被用來把所述的結(jié)構(gòu)化水印嵌入原始數(shù)據(jù)中。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，進(jìn)一步包括提供重新排序后的頻域數(shù)值與結(jié)構(gòu)化水印進(jìn)行比較。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，進(jìn)一步包括呈現(xiàn)重新排序后的頻域數(shù)值以允許確認(rèn)所述的結(jié)構(gòu)化水印。
26.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，進(jìn)一步包括測(cè)定重新排序后的頻域數(shù)值和用結(jié)構(gòu)化水印定義的所述有序的變量之間的相似性；以及將實(shí)測(cè)的相似性與閾值進(jìn)行比較。
27.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，進(jìn)一步包括在轉(zhuǎn)換對(duì)齊的輸入數(shù)據(jù)之前從對(duì)齊的輸入數(shù)據(jù)中減去原始數(shù)據(jù)。
28.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中所述的不規(guī)則映射包括應(yīng)用無序映射的離散執(zhí)行的復(fù)式重復(fù)。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中所述的不規(guī)則映射包括在應(yīng)用無序映射的離散執(zhí)行的復(fù)式重復(fù)之前應(yīng)用的隨關(guān)鍵字改變的置換函數(shù)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中所述的無序映射是Baker映射。
31.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中所述的無序映射是Baker映射。
32.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中所述的不規(guī)則映射包括隨關(guān)鍵字改變的置換函數(shù)。
33.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中測(cè)定相似性包括計(jì)算在重新排序后的頻域數(shù)值和用所述的結(jié)構(gòu)化水印定義的所述有序的變量之間的相關(guān)關(guān)系。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中計(jì)算相關(guān)關(guān)系包括計(jì)算在重新排序后幅度在閾值z(mì)以下的頻域數(shù)值和在所述有序的變量組中的位置與所述重新排序后幅度在閾值z(mì)以下的頻域數(shù)值的位置相對(duì)應(yīng)的變量之間的相關(guān)關(guān)系。
35.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中計(jì)算相關(guān)關(guān)系包括針對(duì)用于閾值z(mì)的數(shù)值組中的每個(gè)閾值z(mì)，計(jì)算在重新排序后幅度在閾值z(mì)以下的頻域數(shù)值和在所述有序的變量組中的位置與所述重新排序后幅度在閾值z(mì)以下的頻域數(shù)值的位置相對(duì)應(yīng)的變量之間的相關(guān)關(guān)系；針對(duì)用于閾值z(mì)的數(shù)值組中的每個(gè)閾值z(mì)，選擇閾值T；如果對(duì)于所述閾值z(mì)鄰近的子范圍，算出的相關(guān)關(guān)系大于選定的閾值T，則選擇閾值z(mì)，以致在針對(duì)閾值z(mì)算出的相關(guān)關(guān)系和為閾值z(mì)選定的閾值T之間的差是最大的；以及使用與為閾值z(mì)選定的數(shù)值相對(duì)應(yīng)的算出的相關(guān)關(guān)系和選定的閾值T來檢測(cè)水印。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的方法，其中選擇閾值T使用Neyman-Pearson判據(jù)。
37.根據(jù)權(quán)利要求35的方法，進(jìn)一步包括使用選定的閾值T和選定的閾值z(mì)來檢測(cè)用結(jié)構(gòu)化水印編碼的多位信息中的每一位。
38.根據(jù)權(quán)利要求35的方法，其中所述的結(jié)構(gòu)化水印是有許多尺寸相同的不相重疊的區(qū)域的水印圖像，其中每個(gè)區(qū)域包括多個(gè)象素，而且每個(gè)區(qū)域中的每個(gè)象素都有對(duì)應(yīng)于與所述區(qū)域相關(guān)聯(lián)的變量的數(shù)值，而且其中所述的與每個(gè)區(qū)域相關(guān)聯(lián)的變量代表信息位，進(jìn)一步的包括使用選定的閾值T和選定的閾值z(mì)使每個(gè)重新排序后幅度小于閾值z(mì)，并且在所述的水印圖像中與某個(gè)區(qū)域相對(duì)應(yīng)的位置的頻率系數(shù)和與該區(qū)域相關(guān)聯(lián)的變量相關(guān)以便檢測(cè)用該區(qū)域代表的信息位。
39.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中測(cè)定相似性包括測(cè)定在重新排序后幅度在閾值z(mì)以下的頻域數(shù)值和在所述有序的變量中的位置對(duì)應(yīng)于重新排序后幅度在閾值z(mì)以下的頻域數(shù)值的位置的變量之間的相似性。
全文摘要
結(jié)構(gòu)化水印可以通過把結(jié)構(gòu)化水印所定義的變量的不規(guī)則映射應(yīng)用于代表數(shù)據(jù)的頻域數(shù)值而嵌入數(shù)據(jù)中。具體地說，數(shù)據(jù)的頻域表達(dá)包括有序的頻域數(shù)值組。結(jié)構(gòu)化水印被用來定義被應(yīng)用于該頻域數(shù)值的有序的變量組。每種變量是用結(jié)構(gòu)化水印定義的數(shù)值。從有序的變量組中的位置到在有序的頻域數(shù)值組中的位置的不規(guī)則映射都被定義。前述不規(guī)則映射是一對(duì)一的而且是可逆的。對(duì)所述變量組的不規(guī)則映射的應(yīng)用將產(chǎn)生可在頻域和數(shù)據(jù)信號(hào)域兩者中表現(xiàn)為噪聲的數(shù)值組。所述數(shù)據(jù)的信號(hào)域可能是n維的，而且可能是可以將其中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到頻域的空間的、時(shí)間的或其它的定義域。數(shù)據(jù)信號(hào)域可以是連續(xù)的或離散的。每個(gè)頻域數(shù)值是借助所述的不規(guī)則映射把所述變量映射到所述頻域數(shù)值的所述位置進(jìn)行修改的。頻域數(shù)值可以使用加法或乘法運(yùn)算進(jìn)行修改。使用加法嵌入，針對(duì)頻域數(shù)值的修改可以在信號(hào)域中實(shí)現(xiàn)，而不需要通過把將所述的變量組應(yīng)用不規(guī)則映射的結(jié)果轉(zhuǎn)換到所述的信號(hào)域來計(jì)算數(shù)據(jù)的頻域數(shù)值。水印可以通過使用不規(guī)則映射在目標(biāo)數(shù)據(jù)的頻域表達(dá)上的逆變換在目標(biāo)數(shù)據(jù)中被檢測(cè)。因?yàn)樗∈墙Y(jié)構(gòu)化的，所以它可以在用不規(guī)則映射的逆變換處理目標(biāo)數(shù)據(jù)之后在目標(biāo)數(shù)據(jù)中被察覺。諸如相關(guān)關(guān)系之類的衡量標(biāo)準(zhǔn)也能用來檢測(cè)出現(xiàn)在經(jīng)過處理的目標(biāo)數(shù)據(jù)中的結(jié)構(gòu)化水印。
文檔編號(hào)G06K9/00GK1802665SQ200480015861
公開日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2004年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月9日
發(fā)明者凱瑟琳·H·科諾格, 米特拉吉特·達(dá)塔 申請(qǐng)人:阿衛(wèi)德技術(shù)公司, 新罕布什爾大學(xué)