專(zhuān)利名稱(chēng)：數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備及其方法，該設(shè)備能有效地防止對(duì)通過(guò)諸如記錄媒質(zhì)提供的數(shù)字視頻信號(hào)所做的不正當(dāng)復(fù)制。
背景技術(shù)：
隨著諸如數(shù)字式VTR、DVD(數(shù)字多功能盤(pán)片)或其類(lèi)似物的用于記錄和重放數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的設(shè)備之普及，提供了大量可通過(guò)上述設(shè)備重放的數(shù)字移動(dòng)畫(huà)面。此外，多種多樣的數(shù)字移動(dòng)畫(huà)面正借助互聯(lián)網(wǎng)、廣播衛(wèi)星、通信衛(wèi)星等通過(guò)數(shù)字電視廣播進(jìn)行傳播，使用戶得以使用高品質(zhì)的數(shù)字移動(dòng)畫(huà)面。
對(duì)數(shù)字移動(dòng)畫(huà)面的高品質(zhì)復(fù)制可在數(shù)字信號(hào)層面上很容易地進(jìn)行。因此，若對(duì)這些數(shù)字移動(dòng)畫(huà)面既不實(shí)施復(fù)制禁止又不實(shí)施復(fù)制控制，則存在對(duì)其進(jìn)行無(wú)限制復(fù)制的危險(xiǎn)。為了防止數(shù)字移動(dòng)畫(huà)面的不正當(dāng)復(fù)制或控制正式用戶進(jìn)行復(fù)制的次數(shù)，故而設(shè)想出一種將復(fù)制控制信息加入數(shù)字移動(dòng)畫(huà)面并藉由該附加信息防止不正當(dāng)復(fù)制或限制復(fù)制的方法。
作為如上所述的一種將其他不同附加信息疊加在數(shù)字移動(dòng)畫(huà)面之上的技術(shù)，數(shù)字水印技術(shù)已為人們所公知。根據(jù)數(shù)字水印技術(shù)，諸如內(nèi)容(數(shù)字化聲音、音樂(lè)、移動(dòng)畫(huà)面、靜止畫(huà)面或其類(lèi)似物)版權(quán)所有者和內(nèi)容用戶的身份信息、版權(quán)所有者的權(quán)利信息、內(nèi)容的使用條件、使用該內(nèi)容需要的秘密信息、諸如上述復(fù)制控制的信息等多種信息(以下稱(chēng)作“水印信息”)嵌入在上述內(nèi)容之中，并在此后需要時(shí)通過(guò)從所述內(nèi)容中檢測(cè)出該水印信息來(lái)實(shí)現(xiàn)包括使用控制和復(fù)制控制的版權(quán)保護(hù)，或者促進(jìn)次級(jí)使用。
已設(shè)想出多種用作數(shù)字水印系統(tǒng)的方法。作為這些數(shù)字水印系統(tǒng)之一，應(yīng)用了擴(kuò)頻技術(shù)的一種系統(tǒng)為人們所公知。根據(jù)此系統(tǒng)，水印信息按照下面的過(guò)程嵌入到數(shù)字移動(dòng)畫(huà)面之中。
將圖像信號(hào)乘以PN(偽隨機(jī)噪聲)序列，進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制。
將經(jīng)過(guò)擴(kuò)頻調(diào)制的圖像信號(hào)進(jìn)行頻率變換(例如，DCT變換)。
通過(guò)改變特定頻率分量的值，嵌入水印信息。
進(jìn)行頻率逆變換(例如，IDCT變換)。
進(jìn)行逆擴(kuò)頻調(diào)制(將圖像信號(hào)乘以與步驟E1相同的PN序列)。
按照下面的過(guò)程，從如上所述嵌入了水印信息的數(shù)字移動(dòng)畫(huà)面中進(jìn)行水印信息的檢測(cè)。
將圖像信號(hào)乘以PN(偽隨機(jī)噪聲)序列(與步驟E1相同的PN序列)，進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制。
將經(jīng)過(guò)擴(kuò)頻調(diào)制的圖像信號(hào)進(jìn)行頻率變換(例如，DCT變換)。
注意特定頻率分量的值，采集所嵌入的水印信息。
作為一種對(duì)嵌入在移動(dòng)畫(huà)面之中的數(shù)字水印進(jìn)行檢測(cè)的方法，已設(shè)想出一種通過(guò)采集輸入圖像信號(hào)而得到的采集信號(hào)與嵌有水印的圖像之間的相關(guān)性(互相關(guān)性)來(lái)檢測(cè)水印信息的技術(shù)，其中，在上述移動(dòng)畫(huà)面中按照水印信息嵌有圖像信號(hào)。例如，專(zhuān)利文件1(JP-A-2002-325233的權(quán)利要求2、圖7)和專(zhuān)利文件2(JP-A-2002-218404的權(quán)利要求1、圖1)披露了此項(xiàng)技術(shù)。
當(dāng)數(shù)字水印用于防止非授權(quán)使用時(shí)，獲版權(quán)保護(hù)的數(shù)字作品需要具有這樣一種特性(魯棒性)，即水印信息不會(huì)因各種各樣的操作或假定的通常對(duì)獲版權(quán)保護(hù)的數(shù)字作品所做的蓄意攻擊而丟失或被偽造?？蓪D像的剪裁、縮放(放大/縮小)等可以視同為使水印信息不能由嵌有水印信息的數(shù)字圖像中檢測(cè)得出的攻擊。
根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)，當(dāng)輸入遭受這種攻擊的圖像時(shí)，在檢測(cè)水印信息時(shí)，首先對(duì)嵌入水印信息時(shí)步驟E1所用的PN序列進(jìn)行估測(cè)處理，并恢復(fù)PN序列的同步。接著，進(jìn)行步驟D1到D3的處理，以采集出所嵌入的水印信息。當(dāng)僅從圖像信號(hào)恢復(fù)PN序列同步時(shí)，需要進(jìn)行這樣一種搜尋操作，即使用多個(gè)備選項(xiàng)進(jìn)行嘗試，并挑選出一種使檢測(cè)得以實(shí)現(xiàn)的備選項(xiàng)作為水印信息。另外，這一方法的問(wèn)題是計(jì)算量和電路規(guī)模都增加了。此外，對(duì)于遭受攻擊的圖像而言，該圖像的水印信息被削弱，因此，即使在發(fā)覺(jué)出該圖像的剪裁或縮放并進(jìn)行適應(yīng)于該圖像剪裁或縮放的檢測(cè)時(shí)，仍可能檢測(cè)不出水印信息。
發(fā)明簡(jiǎn)述本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備及其方法，該設(shè)備能在不增加計(jì)算量和電路規(guī)模的條件下對(duì)被諸如圖像剪裁、縮放或類(lèi)似攻擊所削弱的水印信息進(jìn)行更精確的檢測(cè)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，當(dāng)對(duì)從嵌入目標(biāo)圖像中采集的特定頻率分量信號(hào)依照水印信息進(jìn)行變換，并生成了嵌有水印的圖像時(shí)，數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備用于從嵌有水印的圖像中檢測(cè)出水印信息，其中，在嵌有水印的圖像中，以電學(xué)方式嵌入了水印信息。上述數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備包括采集處理器單元，該單元以與數(shù)字水印嵌入設(shè)備相同的采集方法從嵌有水印的圖像中采集出特定頻率分量的采集信號(hào)；第一正交變換處理器單元，該單元計(jì)算出采集信號(hào)的正交變換圖像、嵌有水印的圖像的正交變換圖像；振幅調(diào)節(jié)處理器單元，該單元依照上述兩個(gè)正交變換圖像的振幅分量之差值，對(duì)上述兩個(gè)正交變換圖像之振幅或其中一個(gè)圖像之振幅進(jìn)行調(diào)節(jié)；合成處理器單元，該單元對(duì)以這樣的方式進(jìn)行振幅調(diào)節(jié)后的上述兩個(gè)正交變換圖像進(jìn)行合成，得到合成信號(hào)；第二正交變換器單元，該單元對(duì)合成信號(hào)進(jìn)行正交變換或正交逆變換，得到第二正交變換信號(hào)；水印信息估測(cè)處理器單元，該單元基于上述第二正交變換信號(hào)中出現(xiàn)的峰值，估測(cè)出水印信息。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在不增加計(jì)算量和電路規(guī)模的條件下，無(wú)論是否遭受諸如圖像剪裁、縮放或類(lèi)似的攻擊，可以精確地檢測(cè)出水印信息。


圖1為一框圖，其示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備之結(jié)構(gòu)；圖2為一框圖，其示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備之結(jié)構(gòu)；圖3為一流程圖，其示出根據(jù)上述第一實(shí)施例的數(shù)字水印檢測(cè)方法的步驟；圖4為一流程圖，其示出根據(jù)上述第二實(shí)施例的數(shù)字水印檢測(cè)方法的步驟；圖5為一框圖，其示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的數(shù)字水印檢測(cè)程序之結(jié)構(gòu)；圖6為一框圖，其示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的數(shù)字水印檢測(cè)程序之結(jié)構(gòu)；圖7為一框圖，其示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的數(shù)字水印嵌入設(shè)備之結(jié)構(gòu)；圖8為一框圖，其示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的數(shù)字水印嵌入設(shè)備之結(jié)構(gòu)；圖9為一圖表，其示出采集信號(hào)之相移；圖10為一圖表，其示出上述數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備中相關(guān)值峰值搜尋以及水印信息檢測(cè)之實(shí)例；圖11為一圖表，其示出相位限定相關(guān)法之概念；圖12為一圖表，其示出第七振幅調(diào)節(jié)方法；
圖13為一圖表，其示出第一振幅調(diào)節(jié)方法；圖14為一圖表，其示出第二振幅調(diào)節(jié)方法；圖15為一圖表，其示出第三振幅調(diào)節(jié)方法；圖16為一圖表，其示出第四振幅調(diào)節(jié)方法；圖17為一圖表，其示出第五振幅調(diào)節(jié)方法；圖18為一圖表，其示出第六振幅調(diào)節(jié)方法；圖19為一框圖，其示出根據(jù)上述第一和第二實(shí)施例的數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)。
發(fā)明詳述第一實(shí)施例將要介紹的是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的數(shù)字水印嵌入設(shè)備和數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備。
數(shù)字水印嵌入設(shè)備首先，參照?qǐng)D7和圖9，介紹根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的數(shù)字水印嵌入設(shè)備。
圖7為示出了上述數(shù)字水印嵌入設(shè)備之基本結(jié)構(gòu)的框圖。
作為應(yīng)在其中嵌入水印信息的圖像(以下稱(chēng)為“嵌入目標(biāo)圖像103”)，將移動(dòng)畫(huà)面或靜止畫(huà)面的數(shù)字化圖像信號(hào)輸入到數(shù)字水印嵌入設(shè)備。嵌入目標(biāo)圖像信號(hào)103可能既包含亮度信號(hào)又包含色差信號(hào)，但也可能僅包含亮度信號(hào)。嵌入目標(biāo)圖像信號(hào)被分路為三個(gè)部分，并輸入到特定頻率分量采集器20、特征量采集器21和水印信息疊加部分23。
特定頻率分量采集器20包括頻率范圍的數(shù)字濾波器，例如，截止頻率預(yù)先確定的低通濾波器或高通濾波器，或者帶通中心頻率預(yù)先確定的帶通濾波器。特征頻率分量采集器20從嵌入目標(biāo)圖像信號(hào)103中對(duì)特定頻率分量，例如，相對(duì)高頻分量，進(jìn)行采集。在下面的介紹中，特定頻率分量采集器20的輸出信號(hào)將稱(chēng)為“特定頻率分量信號(hào)”。
經(jīng)由相位和振幅變換器22，對(duì)來(lái)自特定頻率分量采集器20的特定頻率分量輸出進(jìn)行相位和振幅變換。在這種情況下，可以?xún)H變換相位或僅變換振幅。將水印信息102提供給相位和振幅變換器22，其中，上述的水印信息102對(duì)應(yīng)于將要嵌入到嵌入目標(biāo)圖像信號(hào)103之中的數(shù)字信息。
相位和振幅變換器22的設(shè)計(jì)使特定頻率分量信號(hào)得以進(jìn)行帶有預(yù)先確定之固有相位變換量的相位變換以及帶有預(yù)先確定之固有振幅變換量的振幅變換。具體而言，相位和振幅變換器22的相位變換藉由單重或多重?cái)?shù)字移相器來(lái)實(shí)現(xiàn)，且上述相位變換量等于該移相器的相移量。
圖9示出了藉由相位變換器112進(jìn)行移相的實(shí)施形態(tài)。在此實(shí)例中，特定頻率分量信號(hào)通過(guò)保持其波形來(lái)簡(jiǎn)單進(jìn)行移相。具體而言，相位和振幅變換器22的振幅變換藉由單重或多重異或電路或數(shù)字乘法器來(lái)實(shí)現(xiàn)，且上述振幅變換量即為與輸入的特定頻率分量信號(hào)相乘的系數(shù)。水印信息102輸入到該相位和振幅變換器22，且相位和振幅變換器22的相位變換量(相移量)以及振幅變換量(系數(shù))依照水印信息102進(jìn)行控制。
此外，藉由特征量采集器21采集上述嵌入目標(biāo)圖像信號(hào)103的特征量，例如代表圖像復(fù)雜程度的活度(activity)。特征量的信息輸入到相位和振幅變換器22。在相位和振幅變換器22中，相位變換量(相移量)以及振幅變換量(系數(shù))依照該輸入的特征量進(jìn)行控制。特征采集器21并非絕對(duì)必要，可以省去。
將經(jīng)由相位和振幅變換器22進(jìn)行相位變換和振幅變換后的特定頻率分量信號(hào)作為嵌入信號(hào)提供給包括數(shù)字加法器的水印信息疊加部分23，并疊加在嵌入目標(biāo)圖像信號(hào)103之上。也就是說(shuō)，特定頻率分量采集器20采集到的特定頻率分量信號(hào)經(jīng)由相位和振幅變換器22進(jìn)行數(shù)字水印嵌入設(shè)備所固有的相位變換和振幅變換，相位變換量和振幅變換量二者或其一由水印信息102控制。因此，水印信息疊加部分23生成了嵌有水印的圖像101，在上述嵌有水印的圖像101中，水印信息102嵌入在嵌入目標(biāo)圖像信號(hào)103之中。
經(jīng)由特定頻率分量采集器20采集并經(jīng)由相位和振幅變換器22進(jìn)行相位和振幅變換的特定頻率分量信號(hào)可能存在于多個(gè)信道。也就是說(shuō)，在這種情況下，水印信息疊加部分23中有多個(gè)信道的特定頻率分量信號(hào)疊加在嵌入目標(biāo)圖像信號(hào)103之上。
如上所述，其中嵌入了水印信息的圖像信號(hào)(下文稱(chēng)作“嵌有水印的圖像信號(hào)101”)通過(guò)諸如DVD系統(tǒng)或其類(lèi)似物的數(shù)字圖像記錄和重放設(shè)備記錄于記錄媒質(zhì)之中，或通過(guò)諸如互聯(lián)網(wǎng)、廣播衛(wèi)星、通信衛(wèi)星或其類(lèi)似物的傳播媒質(zhì)進(jìn)行傳播。
數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備參照附圖將介紹對(duì)上述嵌有水印的圖像信號(hào)101進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備的第一實(shí)施例。
根據(jù)第一實(shí)施例的數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備將參照?qǐng)D1、圖3、圖5以及圖9到圖19進(jìn)行介紹。
1 數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖1示出了根據(jù)第一實(shí)施例數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)。
將圖1中嵌有水印的圖像信號(hào)101通過(guò)記錄媒質(zhì)或傳播媒質(zhì)輸入，其中，在上述嵌有水印的圖像信號(hào)101中，特定頻率分量信號(hào)藉由上文介紹的數(shù)字水印嵌入設(shè)備依照水印信息102進(jìn)行控制并進(jìn)行嵌入。假設(shè)數(shù)字信號(hào)“1”或“0”作為水印信息嵌入。
通過(guò)采集器10，從嵌有水印的圖像信號(hào)101中僅采集特定的分量。采集器10為數(shù)字濾波器，其與上文描述的數(shù)字水印嵌入設(shè)備所用的特定頻率分量采集器有著相同的頻率范圍，例如，截止頻率預(yù)先確定的低通濾波器或高通濾波器，或者通帶中心頻率預(yù)先確定的帶通濾波器。采集器10從嵌有水印的圖像信號(hào)101中對(duì)特定頻率分量進(jìn)行采集，例如相對(duì)高頻分量。采集得到的信號(hào)將稱(chēng)為“采集信號(hào)”。
采集器10采集得到的采集信號(hào)藉由第一正交變換器11A進(jìn)行諸如正交變換或其類(lèi)似變換的正交變換處理，且嵌有水印的圖像信號(hào)101藉由第一正交變換器11B進(jìn)行諸如正交變換或其類(lèi)似變換的正交變換處理。也可以考慮這樣一種情況，即采集器采集了所有頻率分量。
通過(guò)振幅調(diào)節(jié)器12A，對(duì)第一正交變換器11A的振幅分量進(jìn)行振幅調(diào)節(jié)，使其與第一正交變換器11B的振幅分量之差值抑制在預(yù)先確定的一個(gè)范圍內(nèi)。類(lèi)似地，通過(guò)振幅調(diào)節(jié)器12B，對(duì)第一正交變換器11B的振幅分量進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其接近于第一正交變換器11A的振幅分量。
藉由合成器13，對(duì)上述經(jīng)振幅調(diào)節(jié)后的兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行復(fù)數(shù)合成。
藉由第二正交變換器14，對(duì)經(jīng)復(fù)數(shù)合成后的合成信號(hào)進(jìn)行正交變換或正交逆變換。要求在此情況下的正交變換與第一正交變換中的變換構(gòu)成一對(duì)，若第一正交變換采用傅里葉變換，則第二正交變換必須為傅里葉變換或傅里葉逆變換。
將經(jīng)第二正交變換后的合成信號(hào)輸入到估測(cè)器15。參照?qǐng)D9和圖10，將介紹估測(cè)器15從上述變換后的合成信號(hào)中估測(cè)出水印信息102的一種方法。假設(shè)如上所述數(shù)字信號(hào)“1”或“0”作為水印信息嵌入。
如圖9所示，計(jì)算變換后的合成信號(hào)經(jīng)移相后與未經(jīng)移相的原始合成信號(hào)之間的相關(guān)性。圖10示出了互相關(guān)值與相移量之間的關(guān)系。
如圖10所示，若觀察互相關(guān)值的變化，峰值出現(xiàn)在某個(gè)相移量的位置上，且峰值的極性表示水印信息102。例如，若嵌有水印的圖像信號(hào)101正遭受縮放攻擊，使得如此攻擊后特定頻率分量信號(hào)的相移量與在數(shù)字水印嵌入設(shè)備中提供給特定頻率分量信號(hào)的相移量不同。
因此，在本實(shí)施例中，藉由估測(cè)器15，連續(xù)或步進(jìn)式地控制相移量，搜尋與上述控制有關(guān)的互相關(guān)值輸出之峰值，在如此搜尋到的峰值極性的基礎(chǔ)上估測(cè)和檢測(cè)出水印信息?；ハ嚓P(guān)值的峰值依照水印信息的值取正值或負(fù)值。例如，在圖10所示實(shí)例中，若峰值為正值，判斷水印信息為“1”。若峰值取負(fù)值，判斷水印信息為“0”。如上所述，對(duì)遭受縮放攻擊的圖像，輸出藉由估測(cè)器15檢測(cè)到的水印信息102。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，采集信號(hào)由嵌有水印的圖像信號(hào)中采集，且在采集信號(hào)與嵌有水印的圖像信號(hào)之間的相位限定相關(guān)之互相關(guān)性結(jié)果的基礎(chǔ)上檢測(cè)出水印信息。在這種情況下，通過(guò)在改變相位的同時(shí)進(jìn)行相關(guān)性計(jì)算，可搜尋到相關(guān)值的峰值，因此，從遭受縮放攻擊的嵌入后的圖像信號(hào)中也能容易地檢測(cè)到水印信息。
2 相位限定相關(guān)法上述限定相位的相關(guān)性方法稱(chēng)為“相位限定相關(guān)法”，參照?qǐng)D11，下面介紹此方法。
相位限定相關(guān)POC(Phase only Correlation)是計(jì)算要被分配的輸入圖像31與原始的已配準(zhǔn)圖像(registered image)30之間相關(guān)性(相似度)的一種方法。
首先，藉由正交變換，將數(shù)字信號(hào)化的已配準(zhǔn)圖像30進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，分解為振幅32A(明暗數(shù)據(jù)(shading data))和相位33A(圖像的輪廓數(shù)據(jù))。另外，藉由正交變換，將數(shù)字信號(hào)化的輸入圖像31也進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，分解成為振幅32B(明暗數(shù)據(jù))和相位33B(圖像的輪廓數(shù)據(jù))。
第二，將分解后的已配準(zhǔn)圖像30的振幅33B進(jìn)行振幅壓縮，這是因?yàn)檫@一算法是一種用于使用輸入圖像31的相位33B進(jìn)行校對(duì)的算法，也就是說(shuō)，是一種僅使用相位信息而不使用振幅信息的對(duì)相關(guān)性的圖像處理算法，其中，上述兩種信息中不包括形狀信息。類(lèi)似地，對(duì)分解后的輸入圖像31的振幅32B也進(jìn)行振幅壓縮。通常所用的振幅壓縮方法是將振幅在所有頻率上固定為1的方法。
第三，由已配準(zhǔn)圖像30和輸入圖像31的兩個(gè)相位信息來(lái)形成合成圖像34，對(duì)該合成圖像進(jìn)行正交逆變換，由此得到相關(guān)圖像35。
上述相位限定相關(guān)完全不同于傳統(tǒng)的二維相關(guān)方法和傳統(tǒng)的采用振幅信息的特征采集方法，且具有這樣的特點(diǎn)，即對(duì)外部擾動(dòng)具有強(qiáng)抵抗力和不出現(xiàn)大的誤差。
2-1 傳統(tǒng)振幅壓縮方法在傳統(tǒng)的相位限定相關(guān)中，如上所述，將振幅在所有頻率上固定為1。
然而，當(dāng)假設(shè)有諸如圖像剪裁、旋轉(zhuǎn)或類(lèi)似的攻擊時(shí)，由于振幅固定為1，攻擊前后的振幅誤差(差值)被擴(kuò)大，故而可以估計(jì)其對(duì)攻擊的抵抗力不高。
因此，對(duì)相互關(guān)聯(lián)的兩個(gè)振幅值進(jìn)行調(diào)節(jié)，使二者彼此接近，以防止振幅誤差出現(xiàn)擴(kuò)大，由此可望提高對(duì)攻擊的抵抗力。
下面介紹振幅調(diào)節(jié)單元的實(shí)例。
2-2 本實(shí)施例中的振幅調(diào)節(jié)方法下面依次介紹本實(shí)施例用于調(diào)節(jié)采集信號(hào)的正交變換圖像之振幅和嵌有水印的圖像的正交變換圖像之振幅的振幅調(diào)節(jié)方法。
2-2-1 第一振幅調(diào)節(jié)方法參照?qǐng)D13，介紹用于調(diào)節(jié)采集信號(hào)的正交變換圖像之振幅和嵌有水印的圖像的正交變換圖像之振幅的第一振幅調(diào)節(jié)方法。
圖13為示出了振幅調(diào)節(jié)之實(shí)例的圖表，上述振幅調(diào)節(jié)中，對(duì)采集信號(hào)和嵌有水印的圖像信號(hào)在正交變換后的圖像之振幅分量間存在的幅度差值進(jìn)行抑制，將該差值抑制在預(yù)先確定的范圍內(nèi)，且藉由采集信號(hào)的振幅調(diào)節(jié)器12A調(diào)節(jié)振幅。
計(jì)算出輸入到振幅調(diào)節(jié)器12A的、采集信號(hào)經(jīng)正交變換后的圖像振幅(下文僅稱(chēng)作“采集信號(hào)振幅”)1A之大小，接著，與嵌有水印的圖像經(jīng)正交變換后的圖像振幅(下文僅稱(chēng)作“嵌有水印的圖像之振幅”)2A之大小進(jìn)行比較。如圖13所示，由于采集信號(hào)振幅1A大于嵌有水印的圖像之振幅2A，藉由振幅調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)采集信號(hào)振幅1A的大小，故將采集信號(hào)振幅1A與嵌有水印的圖像之振幅2A之間大小的差值抑制到預(yù)先確定的范圍。
在本實(shí)例中，進(jìn)行振幅調(diào)節(jié)器12A的振幅調(diào)節(jié)。然而，可在振幅調(diào)節(jié)器12B上進(jìn)行相同的振幅調(diào)節(jié)。此外，可在某特定頻段上進(jìn)行相同的振幅調(diào)節(jié)。
2-2-2 第二振幅調(diào)節(jié)方法參照?qǐng)D14，介紹用于調(diào)節(jié)采集信號(hào)的正交變換圖像之振幅和嵌有水印的圖像的正交變換圖像之振幅的第二振幅調(diào)節(jié)方法。
圖14為示出了振幅調(diào)節(jié)之實(shí)例的圖表，上述振幅調(diào)節(jié)中，對(duì)正交變換后的兩個(gè)圖像之振幅分量間存在的在斜率上的差值進(jìn)行抑制，將該差值抑制在預(yù)先確定的范圍內(nèi)，且藉由采集信號(hào)的振幅調(diào)節(jié)器12A調(diào)節(jié)振幅。
由輸入到振幅調(diào)節(jié)器12A的采集信號(hào)來(lái)計(jì)算出振幅3A的斜率，并將該斜率與嵌有水印的圖像之振幅4A的斜率進(jìn)行比較。如圖14所示，由于采集信號(hào)振幅3A大于嵌有水印的圖像之振幅4A，藉由振幅調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)采集信號(hào)振幅3A的大小，將采集信號(hào)振幅3A和嵌有水印的圖像之振幅4A在斜率上的差值抑制在預(yù)先確定的范圍。
在本實(shí)例中，進(jìn)行振幅調(diào)節(jié)器12A的振幅調(diào)節(jié)。然而，可對(duì)振幅調(diào)節(jié)器12B進(jìn)行相同的振幅調(diào)節(jié)。此外，可在某特定頻段上進(jìn)行相同的振幅調(diào)節(jié)。
2-2-3 第三振幅調(diào)節(jié)方法參照?qǐng)D15，介紹用于調(diào)節(jié)采集信號(hào)的正交變換圖像之振幅和嵌有水印的圖像的正交變換圖像之振幅的第三振幅調(diào)節(jié)方法。
圖15為示出了振幅調(diào)節(jié)之實(shí)例的圖表，上述振幅調(diào)節(jié)中，若存在一頻率，在該頻率上采集信號(hào)經(jīng)正交變換后的圖像之振幅或嵌有水印的圖像經(jīng)正交變換后的圖像之振幅小于預(yù)先確定的閾值，則在該頻率上縮小上述兩振幅中的每一個(gè)使之小于預(yù)先確定的該閾值。在本實(shí)例中，藉由采集信號(hào)的振幅調(diào)節(jié)器12A調(diào)節(jié)振幅。
檢查是否存在任何這樣的頻率，在該頻率上采集信號(hào)振幅5A和嵌有水印的圖像之振幅6A中每一個(gè)的大小小于預(yù)先確定的閾值。在本實(shí)例中，發(fā)現(xiàn)在高頻上振幅6A小于該閾值。因此，藉由振幅調(diào)節(jié)，將該高頻上采集信號(hào)振幅5B縮小到小于該閾值。
在本實(shí)例中，進(jìn)行振幅調(diào)節(jié)器12A的振幅調(diào)節(jié)。然而，可在振幅調(diào)節(jié)器12B上進(jìn)行相同的振幅調(diào)節(jié)。此外，上述實(shí)例中，對(duì)高頻分量進(jìn)行振幅調(diào)節(jié)，不過(guò)，可在某特定頻段上進(jìn)行相同的振幅調(diào)節(jié)。
2-2-4 第四振幅調(diào)節(jié)方法參照?qǐng)D16，介紹用于調(diào)節(jié)采集信號(hào)的正交變換圖像之振幅和嵌有水印的圖像的正交變換圖像之振幅的第四振幅調(diào)節(jié)方法。
圖16為示出了振幅調(diào)節(jié)之實(shí)例的圖表，上述振幅調(diào)節(jié)中，將濾波器應(yīng)用于采集信號(hào)經(jīng)正交變換后的圖像之振幅或嵌有水印的圖像經(jīng)正交變換后的圖像之振幅，將二振幅之差值抑制到預(yù)先確定的范圍。在本實(shí)例中，藉由采集信號(hào)的振幅調(diào)節(jié)器12A調(diào)節(jié)振幅。
將與嵌有水印的圖像之振幅8A具有相同振幅特性的數(shù)字濾波器用于采集信號(hào)振幅7A，以進(jìn)行振幅調(diào)節(jié)，由此得到采集信號(hào)振幅7B。
在本實(shí)例中，進(jìn)行振幅調(diào)節(jié)器12A的振幅調(diào)節(jié)。然而，可在振幅調(diào)節(jié)器12B上進(jìn)行相同的振幅調(diào)節(jié)。此外，在上述實(shí)例中，在所有頻段上應(yīng)用濾波器來(lái)進(jìn)行振幅調(diào)節(jié)，不過(guò)，可在某一頻段上進(jìn)行相同的振幅調(diào)節(jié)。
2-2-5 第五振幅調(diào)節(jié)方法參照?qǐng)D17，介紹用于調(diào)節(jié)采集信號(hào)的正交變換圖像之振幅和嵌有水印的圖像的正交變換圖像之振幅的第五振幅調(diào)節(jié)方法。
圖17為示出了振幅調(diào)節(jié)之實(shí)例的圖表，上述振幅調(diào)節(jié)中，若采集信號(hào)經(jīng)正交變換后的圖像之振幅超出一特定閾值(以下稱(chēng)為“閾值1”)，將該振幅固定為上述閾值1；同樣，若嵌入水印信息后的圖像經(jīng)正交變換后的圖像之振幅超出一閾值(下文稱(chēng)為“閾值2”)，將該振幅固定為上述閾值2。閾值1與閾值2彼此不同。
將采集信號(hào)振幅9A與閾值1相比較，判斷振幅9A是否超出閾值1。若振幅9A超出閾值1，將振幅9A固定為閾值1。此外，將嵌有水印的圖像之振幅10A與閾值2相比較，若振幅10A被判斷為超出閾值2，將振幅10A固定為閾值2。因此得到采集信號(hào)振幅9B和嵌有水印的圖像之振幅10B。
閾值1與閾值2可設(shè)置為不同值或相同值。此外，在上述實(shí)例中，在所有頻段上對(duì)振幅與閾值進(jìn)行比較。不過(guò)，可在某特定頻段上進(jìn)行相同的振幅調(diào)節(jié)。
2-2-6 第六振幅調(diào)節(jié)方法參照?qǐng)D18，介紹用于調(diào)節(jié)采集信號(hào)的振幅和嵌有水印的圖像的振幅的第六振幅調(diào)節(jié)方法。
圖18為示出了振幅調(diào)節(jié)之實(shí)例的圖表，上述振幅調(diào)節(jié)中，將采集信號(hào)經(jīng)正交變換后的圖像之振幅或嵌有水印的圖像經(jīng)正交變換后的圖像之振幅進(jìn)行常數(shù)乘法或與常數(shù)相加，使得二振幅在平均值或功率上相等，且若二振幅超出同一特定閾值，將它們固定為該閾值。
將采集信號(hào)振幅11A的平均值與嵌有水印的圖像之振幅12A的平均值進(jìn)行比較，在嵌有水印的圖像之振幅12A上加上一常數(shù)，使得嵌有水印的圖像之振幅12A的平均值等于采集信號(hào)振幅11A的平均值。判斷采集信號(hào)振幅11A和嵌有水印的圖像之振幅12B中的每一個(gè)是否超出閾值3。若上述振幅超出閾值3，將該振幅固定為閾值3，故得到采集信號(hào)振幅11B和嵌有水印的圖像之振幅12C。
振幅之功率可用于代替振幅之平均值，常數(shù)乘法也可用于代替與常數(shù)相加。
此外，振幅是在全部波段上與閾值相比較的，不過(guò)，可在某特定頻段上進(jìn)行相同的振幅調(diào)節(jié)。
2-2-7 第七振幅調(diào)節(jié)方法參照?qǐng)D12，介紹用于調(diào)節(jié)采集信號(hào)的正交變換圖像之振幅和嵌有水印的圖像的正交變換圖像之振幅的第七振幅調(diào)節(jié)方法。
圖12為示出了上述振幅調(diào)節(jié)器12A之實(shí)例的圖表。
對(duì)于輸入到振幅調(diào)節(jié)器12A的采集信號(hào)，由攻擊估測(cè)器40估測(cè)嵌有水印的圖像遭受的攻擊。也就是說(shuō)，在振幅特性的基礎(chǔ)上，對(duì)施加到嵌有水印的圖像上的變動(dòng)進(jìn)行估測(cè)。藉由振幅調(diào)節(jié)器41，進(jìn)行與估測(cè)到的攻擊相一致的振幅調(diào)節(jié)，接著，由振幅調(diào)節(jié)器12A輸出。
如上所述，振幅的變化與每種假定攻擊相一致，由此增強(qiáng)了對(duì)每種攻擊的抵抗力。
在本實(shí)施例中，攻擊估測(cè)器包含在振幅調(diào)節(jié)器12A中，不過(guò)，攻擊估測(cè)器可以布置在振幅調(diào)節(jié)器12A之外。若限定為預(yù)想的攻擊，振幅調(diào)節(jié)可以在不對(duì)任何攻擊進(jìn)行預(yù)測(cè)的情況下進(jìn)行。
另外，相同的功能可以不僅提供給振幅調(diào)節(jié)器12A，還提供給振幅調(diào)節(jié)器12B。
此外，還可提供多個(gè)振幅調(diào)節(jié)器，且可根據(jù)假定的攻擊類(lèi)型，改變從這些振幅調(diào)節(jié)器中選出的振幅調(diào)節(jié)器?？晒┻x擇的振幅調(diào)節(jié)器的個(gè)數(shù)沒(méi)有限制，個(gè)數(shù)的設(shè)置可與假定攻擊類(lèi)型一致。
2-2-8 第八振幅調(diào)節(jié)方法上述七種調(diào)節(jié)方法可以接連應(yīng)用于嵌有水印的圖像，并在其后可應(yīng)用具有最高相關(guān)性的相位調(diào)節(jié)方法。
2-2-9 其他振幅調(diào)節(jié)方法上面介紹了振幅調(diào)節(jié)方法的八個(gè)實(shí)例，可以借助這些實(shí)例的任意組合進(jìn)行振幅調(diào)節(jié)。
3 正交變換的計(jì)算量這里，介紹將FFT(快速傅里葉變換)用作本實(shí)施例正交變換時(shí)正交變換中的計(jì)算量。假設(shè)輸入圖像由N行M列構(gòu)成。
二維FFT的計(jì)算量如下所示。
公式一12×N×M×(logM+logN)]]>此外，在本實(shí)施例中，由于使用三次正交變換(兩個(gè)圖像的第一正交變換/第二正交變換)，需要如下所示的計(jì)算量。
公式二32×N×M×(logM+logN)]]>4 數(shù)字水印檢測(cè)方法的步驟下面，參照?qǐng)D3的流程圖，介紹根據(jù)本實(shí)施例的數(shù)字水印檢測(cè)方法之步驟。
在采集步驟S10中，從嵌有水印的圖像信號(hào)101中僅采集特定頻率的分量。本步驟對(duì)應(yīng)于數(shù)字濾波器，且該數(shù)字濾波器與上文所述數(shù)字水印嵌入步驟中所用的待配對(duì)的特定頻率分量采集器具有相同的頻率范圍。
在第一正交變換步驟S11B中，對(duì)采集步驟S10采集的信號(hào)進(jìn)行諸如傅里葉變換或類(lèi)似變換的正交變換處理。在第一正交變換步驟S11A中，對(duì)嵌有水印的圖像信號(hào)101進(jìn)行諸如傅里葉變換或類(lèi)似變換的正交變換處理。
在振幅調(diào)節(jié)步驟S12A中，對(duì)第一正交變換步驟S11A的振幅分量在振幅上進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其接近于第一正交變換步驟S11B的振幅分量。類(lèi)似地，在振幅調(diào)節(jié)步驟S12B中，對(duì)第一正交變換步驟S11B的振幅分量在振幅上進(jìn)行調(diào)節(jié)，將其與第一正交變換步驟S11A的振幅分量之差值抑制在預(yù)先確定的范圍內(nèi)。
在合成步驟S13中，對(duì)經(jīng)過(guò)振幅調(diào)節(jié)后的兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行復(fù)數(shù)合成。
在第二正交變換步驟S14中，對(duì)復(fù)數(shù)合成后的信號(hào)進(jìn)行正交變換或正交逆變換。要求此情況下的正交變換與第一正交變換中的變換構(gòu)成一對(duì)。若將傅里葉變換用作第一正交變換，第二正交變換采用傅里葉變換或傅里葉逆變換。
將第二正交變換后的數(shù)據(jù)提供到估測(cè)步驟S15的輸入端。在水印信息估測(cè)步驟S15中，如圖9、圖10所示，在進(jìn)行移相的同時(shí)搜尋互相關(guān)值的峰值，由之估測(cè)和檢測(cè)出水印信息。觀察到相關(guān)值的變化時(shí)，峰值在某個(gè)相移量位置出現(xiàn)，且峰值的極性表示水印信息102。
5 數(shù)字水印檢測(cè)程序的結(jié)構(gòu)下面，參照?qǐng)D5，介紹根據(jù)本實(shí)施例的數(shù)字水印檢測(cè)程序之結(jié)構(gòu)。
藉由采集功能F10，從嵌有水印的圖像信號(hào)101中僅采集特定頻率的分量。采集功能為數(shù)字濾波器，該數(shù)字濾波器具有與數(shù)字水印嵌入操作中所用的特定頻率分量采集功能相同的頻帶，數(shù)字水印嵌入操作中所用的特定頻率分量采集功能與該采集功能構(gòu)成一對(duì)。
藉由第一正交變換功能F11B，對(duì)采集功能F10采集到的采集信號(hào)進(jìn)行諸如傅里葉變換的正交變換處理。藉由第一正交變換功能F11A，對(duì)嵌有水印的圖像信號(hào)101進(jìn)行諸如傅里葉變換的正交變換處理。
藉由振幅調(diào)節(jié)功能F12A，對(duì)第一正交變換功能F11A的振幅分量在振幅上進(jìn)行調(diào)節(jié)，將其與第一正交變換功能F11B的振幅分量之差值抑制在預(yù)先確定的范圍內(nèi)。類(lèi)似地，藉由振幅調(diào)節(jié)功能F12B，對(duì)第一正交變換功能F11B的振幅分量在振幅上進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其接近于第一正交變換功能F11A的振幅分量。
藉由合成功能F13，對(duì)經(jīng)過(guò)振幅調(diào)節(jié)后的兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行復(fù)數(shù)合成。
藉由第二正交變換功能F14，對(duì)復(fù)數(shù)合成后的信號(hào)進(jìn)行正交變換或正交逆變換。要求此時(shí)的正交變換與第一正交變換中的變換構(gòu)成一對(duì)。若以傅里葉變換用作第一正交變換，第二正交變換采用傅里葉變換或傅里葉逆變換。
將第二正交變換后的數(shù)據(jù)提供到估測(cè)功能F15的輸入端。如圖9、圖10所示，通過(guò)在進(jìn)行移相的同時(shí)搜尋互相關(guān)值的峰值，水印信息估測(cè)功能F15估測(cè)和檢測(cè)出水印信息。當(dāng)觀察到相關(guān)值的變化時(shí)，峰值在某個(gè)相移量位置出現(xiàn)，且峰值的極性表示水印信息102。
6 數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)通過(guò)將圖19所示的通用計(jì)算機(jī)設(shè)備1用作基本硬件，也可實(shí)施數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備。
令安裝在該計(jì)算機(jī)設(shè)備中的處理器2執(zhí)行程序，可實(shí)施采集功能、第一正交變換功能、振幅調(diào)節(jié)功能、合成功能、第二正交變換功能以及估測(cè)功能。
此時(shí)，通過(guò)將上述程序預(yù)先安裝在存儲(chǔ)設(shè)備3上，或在記錄媒質(zhì)5中存儲(chǔ)并通過(guò)存儲(chǔ)媒質(zhì)讀取設(shè)備4獲取該程序，或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳播并從通信設(shè)備6中將該程序正確安裝到計(jì)算機(jī)設(shè)備上，可實(shí)施上述數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備，其中，存儲(chǔ)設(shè)備3為諸如計(jì)算機(jī)設(shè)備之存儲(chǔ)器、硬盤(pán)或其類(lèi)似物，記錄媒質(zhì)5為諸如CD-ROM或其類(lèi)似物。
此外，嵌有水印的圖像信號(hào)可以通過(guò)適當(dāng)運(yùn)用存儲(chǔ)設(shè)備3或存儲(chǔ)媒質(zhì)5來(lái)獲取，其中，存儲(chǔ)設(shè)備3為諸如安裝在計(jì)算機(jī)設(shè)備1內(nèi)或在計(jì)算機(jī)設(shè)備1外部提供的存儲(chǔ)器、硬盤(pán)，存儲(chǔ)媒質(zhì)5為諸如CD-R、CD-RW、DVD-RAM、DVD-R或其類(lèi)似物。另外，嵌有水印的圖像信號(hào)可通過(guò)通信設(shè)備6由連接到網(wǎng)絡(luò)的其他設(shè)備(例如計(jì)算機(jī)、服務(wù)器等)來(lái)獲取。
第二實(shí)施例將要介紹的是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的數(shù)字水印嵌入設(shè)備和數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備。
數(shù)字水印嵌入設(shè)備首先，參照?qǐng)D8和圖9介紹根據(jù)第二實(shí)施例的數(shù)字水印嵌入設(shè)備。
圖8為示出了上述數(shù)字水印嵌入設(shè)備之基本結(jié)構(gòu)的框圖。
作為嵌入目標(biāo)圖像103，即應(yīng)在其中嵌入水印信息的圖像，將移動(dòng)畫(huà)面或靜止畫(huà)面的數(shù)字化圖像信號(hào)輸入到數(shù)字水印嵌入設(shè)備。嵌入目標(biāo)圖像信號(hào)103可能既包含亮度信號(hào)又包含色差信號(hào)，也可能僅包含亮度信號(hào)。嵌入目標(biāo)圖像信號(hào)103被分路為三個(gè)部分，輸入到放大/縮小單元16、特征量采集器21和水印信息疊加部分23。
放大/縮小單元16包括某頻段的數(shù)字濾波器，并生成具有某一特定縮放比率的放大/縮小分量，例如，對(duì)嵌入目標(biāo)圖像信號(hào)103的0.5的放大率。在下面的介紹中，將把放大/縮小單元16的輸出信號(hào)稱(chēng)為“放大/縮小信號(hào)”。來(lái)自放大/縮小單元16的放大/縮小信號(hào)輸入到特定頻率分量采集器20。
特定頻率分量采集器20包括某頻段的數(shù)字濾波器，例如，截止頻率預(yù)先確定的低通濾波器或高通濾波器，或者通帶中心頻率預(yù)先確定的帶通濾波器。特征頻率分量采集器20對(duì)嵌入目標(biāo)圖像信號(hào)103中的特定頻率分量進(jìn)行采集，例如，相對(duì)高頻分量。在下面的介紹中，特定頻率分量采集器20的輸出信號(hào)將稱(chēng)為“特定頻率分量信號(hào)”。
經(jīng)由相位和振幅變換器22，對(duì)來(lái)自特定頻率分量采集器20的特定頻率分量輸出進(jìn)行相位和振幅變換。這里，可以?xún)H變換相位或僅變換振幅。將水印信息102提供給相位和振幅變換器22，其中，上述水印信息102對(duì)應(yīng)于將要嵌入在嵌入目標(biāo)圖像信號(hào)103中的數(shù)字信息。
相位和振幅變換器22的設(shè)計(jì)使特定頻率分量信號(hào)得以進(jìn)行預(yù)先確定的固有相位變換量的相位變換，以及預(yù)先確定的固有振幅變換量的振幅變換。具體而言，相位和振幅變換器22的相位變換藉由單重或多重?cái)?shù)字移相器來(lái)實(shí)現(xiàn)，且上述相位變換量對(duì)應(yīng)于所述移相器的相移量。圖9示出了藉由相位變換器112進(jìn)行移相的實(shí)施形態(tài)。在此實(shí)例中，特定頻率分量信號(hào)只進(jìn)行移相，同時(shí)保持其波形。具體而言，相位和振幅變換器22的振幅變換藉由單重或多重異或電路或數(shù)字乘法器來(lái)實(shí)現(xiàn)，且上述振幅變換量即為與要輸入的特定頻率分量信號(hào)相乘的系數(shù)。水印信息102輸入到該相位和振幅變換器22，且相位和振幅變換器22的相位變換量(相移量)以及振幅變換量(系數(shù))依照水印信息102進(jìn)行控制。
此外，藉由特征量采集器21采集上述嵌入目標(biāo)圖像信號(hào)103的特征量，例如代表圖像復(fù)雜程度的活度(activity)。特征量的信息輸入到相位和振幅變換器22。在相位和振幅變換器22中，相位變換量(相移量)以及振幅變換量(系數(shù))依照如此輸入的該特征量進(jìn)行控制。特征采集器21并非絕對(duì)必要，可以省去。
將經(jīng)由相位和振幅變換器22進(jìn)行相位變換和振幅變換后的特定頻率分量信號(hào)作為嵌入信號(hào)，提供給包括數(shù)字加法器的水印信息疊加部分23，并疊加在嵌入目標(biāo)圖像信號(hào)103之上。也就是說(shuō)，放大/縮小單元16/特定頻率分量采集器20采集到的特定頻率分量信號(hào)經(jīng)由相位和振幅變換器22進(jìn)行數(shù)字水印嵌入設(shè)備所固有的相位變換和振幅變換，相位變換量和振幅變換量二者或其一由水印信息102控制，因此，在水印信息疊加部分23生成了嵌有水印的圖像101，在上述嵌有水印的圖像101中，水印信息102嵌入在嵌入目標(biāo)圖像信號(hào)103之中。
經(jīng)由特定頻率分量采集器20采集、并經(jīng)由相位和振幅變換器22進(jìn)行相位和振幅變換的特定頻率分量信號(hào)可能存在于多個(gè)信道。在這種情況下，水印信息疊加部分23中有多個(gè)信道的特定頻率分量信號(hào)疊加在嵌入目標(biāo)圖像信號(hào)103之上。
對(duì)應(yīng)于如上所述嵌入了水印信息的圖像信號(hào)的嵌有水印的圖像信號(hào)101，通過(guò)諸如DVD系統(tǒng)或其類(lèi)似物的數(shù)字圖像記錄和重放設(shè)備被記錄下來(lái)，或通過(guò)諸如互聯(lián)網(wǎng)、廣播衛(wèi)星、通信衛(wèi)星或其類(lèi)似物的傳播媒質(zhì)進(jìn)行傳播。
數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備參照附圖，下面介紹對(duì)上述嵌有水印的圖像信號(hào)101進(jìn)行檢測(cè)時(shí)數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備的實(shí)施例。
根據(jù)第二實(shí)施例的數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備將參照?qǐng)D2、圖4、圖6、圖9到圖11以及圖19進(jìn)行介紹。
1 數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖2示出了根據(jù)本實(shí)施例數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)。
通過(guò)記錄媒質(zhì)或傳播媒質(zhì)，將嵌有水印的圖像信號(hào)101輸入到圖2中的數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備，其中，在上述嵌有水印的圖像信號(hào)101中，特定頻率分量信號(hào)藉由所述數(shù)字水印嵌入設(shè)備依照水印信息102進(jìn)行控制并進(jìn)行嵌入。假設(shè)數(shù)字信號(hào)“1”或“0”作為水印信息嵌入。
藉由放大/縮小單元16，以與上面介紹的數(shù)字水印嵌入設(shè)備所用縮放比率相同的比率，對(duì)嵌有水印的圖像信號(hào)101進(jìn)行放大/縮小。藉由采集器10，從該放大/縮小后的信號(hào)中僅采集特定的分量。該采集器包括數(shù)字濾波器，且該數(shù)字濾波器的頻率范圍與數(shù)字水印嵌入設(shè)備所用的特定頻率分量采集器之頻率范圍相同，例如，截止頻率預(yù)先確定的低通濾波器或高通濾波器，或者通帶中心頻率預(yù)先確定的帶通濾波器。采集器10對(duì)嵌有水印的圖像信號(hào)101中的特定頻率分量進(jìn)行采集，例如，相對(duì)高頻分量。
采集器10采集得到的采集信號(hào)藉由第一正交變換器11A進(jìn)行諸如正交變換或其類(lèi)似變換的正交變換處理，且嵌有水印的圖像信號(hào)101藉由第一正交變換器11B進(jìn)行諸如正交變換或其類(lèi)似變換的正交變換處理。也可考慮這樣一種情況，即采集器采集了所有頻率分量。
通過(guò)振幅調(diào)節(jié)器12A調(diào)節(jié)第一正交變換器11A的振幅分量，使其與第一正交變換器11B中振幅分量之差值抑制在預(yù)先確定的一個(gè)范圍內(nèi)。類(lèi)似地，通過(guò)振幅調(diào)節(jié)器12B調(diào)節(jié)第一正交變換器11B中的振幅分量，使其接近于第一正交變換器11A中的振幅分量。
藉由合成器13，對(duì)上述經(jīng)振幅調(diào)節(jié)后的兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行復(fù)數(shù)合成。
藉由第二正交變換器14，對(duì)經(jīng)復(fù)數(shù)合成后的合成信號(hào)進(jìn)行正交變換或正交逆變換。要求這個(gè)情況下的正交變換與第一正交變換中的變換構(gòu)成一對(duì)，若第一正交變換采用傅里葉變換，則第二正交變換為傅里葉變換或傅里葉逆變換。
將經(jīng)第二正交變換后的合成信號(hào)輸入到估測(cè)器15。參照?qǐng)D9和圖10，將介紹估測(cè)器15從上述正交變換后的合成信號(hào)中估測(cè)水印信息102的一種方法。如上所述，假設(shè)數(shù)字信號(hào)“1”或“0”作為水印信息嵌入。
如圖9所示，計(jì)算變換后的合成信號(hào)經(jīng)移相后與變換后的未經(jīng)移相的原始合成信號(hào)之間的相關(guān)性。圖10示出了互相關(guān)值與相移量之間的關(guān)系。
如圖10所示，若觀察互相關(guān)值的變化，峰值出現(xiàn)在某個(gè)相移量的位置上，且峰值的極性表示水印信息102。例如，若嵌有水印的圖像信號(hào)101正遭受縮放攻擊，使得如此攻擊后特定頻率分量信號(hào)的相移量與在數(shù)字水印嵌入設(shè)備中提供給該特定頻率分量信號(hào)的相移量不同。
因此，在本實(shí)施例中，藉由估測(cè)器15，連續(xù)或步進(jìn)式控制相移量，搜尋與上述控制有關(guān)的互相關(guān)值輸出之峰值，則在如此搜尋到的峰值極性的基礎(chǔ)上估測(cè)和檢測(cè)出水印信息。互相關(guān)值的峰值依照水印信息的值取正值或負(fù)值。例如，在圖10所示實(shí)例中，若峰值為正值，判斷水印信息為“1”。若峰值取負(fù)值，判斷水印信息為“0”。如上所述，對(duì)遭受縮放攻擊的圖像，輸出藉由估測(cè)器15檢測(cè)到的水印信息102。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，對(duì)嵌有水印的圖像信號(hào)進(jìn)行放大/縮小，從獲得的信號(hào)中采集得到采集信號(hào)，并通過(guò)互相關(guān)計(jì)算，在該采集信號(hào)與嵌有水印的圖像信號(hào)之間相位限定相關(guān)的相關(guān)性結(jié)果的基礎(chǔ)上檢測(cè)出水印信息。在這種情況下，在改變相位并進(jìn)行相關(guān)性計(jì)算，可搜尋到相關(guān)值的峰值，因此，從遭受縮放攻擊的嵌入后的圖像信號(hào)中也能容易地檢測(cè)到水印信息。
這里，可用與上文介紹的關(guān)于第一實(shí)施例的振幅調(diào)節(jié)方法相同的方法作為相位限定相關(guān)的振幅調(diào)節(jié)單元。
2 數(shù)字水印檢測(cè)方法的步驟下面，參照?qǐng)D4的流程圖，介紹根據(jù)本實(shí)施例數(shù)字水印檢測(cè)方法的步驟。
在縮放步驟S16中，以與上面介紹的數(shù)字水印嵌入設(shè)備所用縮放比率相同的比率，對(duì)嵌有水印的圖像信號(hào)101進(jìn)行放大/縮小。在采集步驟S10中，從該放大/縮小的圖像信號(hào)中僅采集特定頻率的分量。本采集步驟為一數(shù)字濾波器，該數(shù)字濾波器與上文所述數(shù)字水印嵌入操作中所用的與本采集步驟成為一對(duì)的特定頻率分量采集器具有相同的頻率范圍。
在第一正交變換步驟S11B中，對(duì)采集步驟S10采集到的采集信號(hào)進(jìn)行諸如傅里葉變換或類(lèi)似變換的正交變換處理。在第一正交變換步驟S11A中，對(duì)嵌有水印的圖像信號(hào)101進(jìn)行諸如傅里葉變換或類(lèi)似變換的正交變換處理。在振幅調(diào)節(jié)步驟S12A中，對(duì)第一正交變換步驟S11A的振幅分量在振幅上進(jìn)行調(diào)節(jié)，將其與第一正交變換步驟S11B的振幅分量之差值抑制在預(yù)先確定的范圍內(nèi)，類(lèi)似地，在振幅調(diào)節(jié)步驟S12B中，對(duì)第一正交變換步驟S11B的振幅分量在振幅上進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其接近于第一正交變換步驟S11A的振幅分量。
在合成步驟S13中，對(duì)經(jīng)過(guò)振幅調(diào)節(jié)后的兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行復(fù)數(shù)合成。
在第二正交變換步驟S14中，對(duì)復(fù)數(shù)合成后的信號(hào)進(jìn)行正交變換或正交逆變換。要求此情況下的正交變換與第一正交變換中的變換構(gòu)成一對(duì)。若將傅里葉變換用作第一正交變換，則第二正交變換采用傅里葉變換或傅里葉逆變換。
將第二正交變換后的數(shù)據(jù)提供到估測(cè)步驟S15的輸入端。在水印信息的估測(cè)步驟S15中，如圖9、圖10所示，在進(jìn)行移相的同時(shí)搜尋互相關(guān)值的峰值，由之估測(cè)和檢測(cè)出水印信息。當(dāng)觀察到相關(guān)值的變化時(shí)，峰值在某個(gè)相移量上出現(xiàn)，且峰值的極性表示水印信息102。
3 數(shù)字水印檢測(cè)程序的結(jié)構(gòu)下面，參照?qǐng)D6，介紹根據(jù)本實(shí)施例的數(shù)字水印檢測(cè)程序的結(jié)構(gòu)。
藉由縮放功能F16，以與上面介紹的數(shù)字水印嵌入設(shè)備所用縮放比率相同的比率，對(duì)嵌有水印的圖像信號(hào)101進(jìn)行放大/縮小。藉由采集功能F10，從該放大/縮小的信號(hào)中僅采集特定頻率的分量。該采集功能為數(shù)字濾波器，該數(shù)字濾波器具有與所述數(shù)字水印嵌入操作中所用的與本采集功能構(gòu)成一對(duì)的特定頻率分量采集功能相同的頻帶。
藉由第一正交變換功能F11B，對(duì)采集功能F10采集到的采集信號(hào)進(jìn)行諸如傅里葉變換或類(lèi)似變換的正交變換處理。藉由第一正交變換功能F11A，對(duì)嵌有水印的圖像信號(hào)101進(jìn)行諸如傅里葉變換或類(lèi)似變換的正交變換處理。
藉由振幅調(diào)節(jié)功能F12A，對(duì)第一正交變換功能F11A的振幅分量在振幅上進(jìn)行調(diào)節(jié)，將其與第一正交變換功能F11B的振幅分量之差值抑制在預(yù)先確定的范圍內(nèi)，類(lèi)似地，藉由振幅調(diào)節(jié)功能F12B，對(duì)第一正交變換功能F11B的振幅分量在振幅上進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其接近于第一正交變換功能F11A的振幅分量。
藉由合成功能F13，對(duì)經(jīng)過(guò)振幅調(diào)節(jié)后的兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行復(fù)數(shù)合成。
藉由第二正交變換功能F14，對(duì)復(fù)數(shù)合成后的信號(hào)進(jìn)行正交變換或正交逆變換。要求此時(shí)的正交變換與第一正交變換中的變換構(gòu)成一對(duì)。若以傅里葉變換用作第一正交變換，第二正交變換采用傅里葉變換或傅里葉逆變換。
將第二正交變換后的數(shù)據(jù)提供到估測(cè)功能F15的輸入端。如圖9、圖10所示，通過(guò)在進(jìn)行移相的同時(shí)搜尋互相關(guān)值的峰值，水印信息估測(cè)功能F15估測(cè)和檢測(cè)出水印信息。當(dāng)觀察相關(guān)值的變化時(shí)，峰值在某個(gè)相移量上出現(xiàn)，且這一峰值的極性表示水印信息102。
6 數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)像第一實(shí)施例的情形一樣，通過(guò)將圖19所示的通用計(jì)算機(jī)設(shè)備1用作基本硬件，可實(shí)施本實(shí)施例的數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備。
變體本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明之主題的條件下，可做出多種變體和其他選擇。此外，可通過(guò)對(duì)上述實(shí)施例中所披露的多個(gè)構(gòu)成要素進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合來(lái)實(shí)施本發(fā)明。例如，某些構(gòu)成要素可從上述實(shí)施例中披露的全部構(gòu)成要素中刪除。另外，不同實(shí)施例的構(gòu)成要素可適當(dāng)進(jìn)行組合。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備，該設(shè)備從嵌有水印的圖像中檢測(cè)出以電學(xué)方式嵌入于其中的水印信息，該水印信息用于對(duì)從嵌入目標(biāo)圖像中采集的特定頻率分量信號(hào)進(jìn)行變換，該數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備包括采集處理器，其配置為通過(guò)與數(shù)字水印嵌入設(shè)備所用方法相同的采集方法，從所述嵌有水印的圖像中采集出所述特定頻率分量的采集信號(hào)；第一正交變換處理器，其配置為通過(guò)對(duì)所述采集信號(hào)進(jìn)行正交變換來(lái)計(jì)算出主要正交變換圖像，且通過(guò)對(duì)所述嵌有水印的圖像進(jìn)行正交變換來(lái)計(jì)算出附屬正交變換圖像；振幅調(diào)節(jié)處理器，其配置為根據(jù)所述主要正交變換圖像與所述附屬正交變換圖像的振幅分量之差值，調(diào)節(jié)所述主要正交變換圖像與所述附屬正交變換圖像中每一個(gè)或任一個(gè)的振幅；合成處理器，其配置為對(duì)進(jìn)行如上所述振幅調(diào)節(jié)后的所述主要正交變換圖像和所述附屬正交變換圖像進(jìn)行合成，以獲得合成信號(hào)；第二正交變換處理器，其配置為對(duì)所述合成信號(hào)進(jìn)行正交變換或正交逆變換，以獲得第二正交變換信號(hào)；以及水印信息估測(cè)處理器，其配置為在所述第二正交變換信號(hào)中出現(xiàn)的峰值的基礎(chǔ)上，估測(cè)出所述水印信息。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備，該設(shè)備還包括放大/縮小處理器，該放大/縮小處理器配置為進(jìn)行與所述數(shù)字水印嵌入設(shè)備所用放大/縮小處理相同的放大/縮小處理以由所述嵌有水印的圖像獲取放大/縮小信號(hào)；因此，從所述嵌入目標(biāo)圖像的放大/縮小后的分量采集得到所述特定頻率分量信號(hào)，且所述采集處理器采用與前述數(shù)字水印嵌入設(shè)備所用方法相同的采集方法，從所述放大/縮小信號(hào)中采集出所述采集信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備，其中，所述正交變換為傅里葉變換。
4.如權(quán)利要求1中至少一項(xiàng)所述的數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備，其中，所述振幅調(diào)節(jié)處理器將所述主要正交變換圖像與所述附屬正交變換圖像之間的所述振幅差值抑制在預(yù)先確定的范圍中。
5.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備，其中，所述振幅調(diào)節(jié)處理器單元將所述兩個(gè)正交變換圖像的所述振幅的斜率差值抑制在預(yù)先確定的范圍中。
6.如權(quán)利要求1中至少一項(xiàng)所述的數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備，其中，若特定頻率上所述主要正交變換圖像的所述振幅或所述附屬正交變換圖像的所述振幅之大小小于第一閾值，所述振幅調(diào)節(jié)處理器使得在上述特定頻率上、所述主要正交變換圖像與所述附屬正交變換圖像中每個(gè)圖像的所述振幅之大小小于第二閾值。
7.如權(quán)利要求4所述的數(shù)字水印檢測(cè)裝置，其中，所述振幅調(diào)節(jié)處理器對(duì)所述主要正交變換圖像之振幅分量或所述附屬正交變換圖像之振幅分量進(jìn)行濾波。
8.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字水印檢測(cè)裝置，其中，若所述附屬正交變換圖像的所述振幅超出第一閾值，所述振幅調(diào)節(jié)處理器將所述附屬正交變換圖像的所述振幅固定為第一閾值；且若所述主要正交變換圖像的所述振幅超出與所述第一閾值不同的第二閾值，所述振幅調(diào)節(jié)處理器將所述主要正交變換圖像的所述振幅固定為第二閾值。
9.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字水印檢測(cè)裝置，其中，對(duì)所述主要正交變換圖像的所述振幅或所述附屬正交變換圖像的所述振幅進(jìn)行常數(shù)乘法或與常數(shù)相加，將所述主要正交變換圖像的所述振幅與所述附屬正交變換圖像的所述振幅設(shè)置得在平均值或功率上彼此相等；且若如此設(shè)置得相等的所述主要正交變換圖像的所述振幅和所述附屬正交變換圖像的所述振幅有超出共有的特定閾值的部分，將該有關(guān)超出部分的所述振幅固定為該共有特定閾值。
10.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字水印檢測(cè)裝置，該設(shè)備還包括攻擊估測(cè)處理器，該攻擊估測(cè)處理器配置為在所述嵌有水印的圖像之振幅特性的基礎(chǔ)上，估測(cè)出施加于所述嵌有水印的圖像的改變；因此，所述振幅調(diào)節(jié)處理器對(duì)所述主要正交變換圖像與所述附屬正交變換圖像中每一個(gè)或任一個(gè)圖像的振幅進(jìn)行與如此估測(cè)的所述改變相一致的調(diào)節(jié)。
11.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字水印檢測(cè)裝置，其中，在用于這種調(diào)節(jié)的多種振幅調(diào)節(jié)方法基礎(chǔ)上，所述振幅調(diào)節(jié)處理器對(duì)所述主要正交變換圖像與所述附屬正交變換圖像中每一個(gè)或任一個(gè)圖像的振幅進(jìn)行調(diào)節(jié)，并從所述多種振幅調(diào)節(jié)方法中選擇出在所述第二正交變換信號(hào)中提供最高的峰值的振幅調(diào)節(jié)方法。
12.一種數(shù)字水印檢測(cè)方法，該方法從嵌有水印的圖像中檢測(cè)出以電學(xué)方式嵌入于其中的水印信息，該水印信息用于對(duì)從嵌入目標(biāo)圖像中采集的特定頻率分量信號(hào)進(jìn)行變換，該數(shù)字水印檢測(cè)方法包括通過(guò)與數(shù)字水印嵌入設(shè)備所用方法相同的采集方法，從所述嵌有水印的圖像中采集出所述特定頻率分量的采集信號(hào)；由所述采集信號(hào)計(jì)算出主要正交變換圖像，且由所述嵌有水印的圖像計(jì)算出附屬正交變換圖像；根據(jù)所述主要正交變換圖像與所述附屬正交變換圖像二者振幅分量之差值，調(diào)節(jié)所述主要正交變換圖像與所述附屬正交變換圖像中每一個(gè)或任一個(gè)的振幅；對(duì)進(jìn)行如上所述振幅調(diào)節(jié)后的所述主要正交變換圖像和所述附屬正交變換圖像進(jìn)行合成，獲得合成信號(hào)；對(duì)所述合成信號(hào)進(jìn)行正交變換或正交逆變換，獲得第二正交變換信號(hào)；以及在所述第二正交變換信號(hào)中出現(xiàn)的峰值的基礎(chǔ)上，估測(cè)出所述水印信息。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種數(shù)字水印檢測(cè)裝置，該裝置能在不增加計(jì)算量和電路規(guī)模的情況下精確檢測(cè)出被諸如圖像剪裁、縮放等類(lèi)似攻擊所削弱的水印信息。該數(shù)字水印檢測(cè)設(shè)備包括用于從嵌有水印的圖像中采集特定頻率分量信號(hào)的采集器10、用于計(jì)算采集信號(hào)的正交變換圖像以及嵌有水印的圖像的正交變換圖像的第一正交變換器11A及11B、用于根據(jù)兩個(gè)正交變換圖像之振幅差值對(duì)兩個(gè)正交變換圖像之振幅進(jìn)行振幅調(diào)節(jié)的振幅調(diào)節(jié)器12A及12B、用于對(duì)兩個(gè)振幅變換后的正交變換圖像進(jìn)行合成的合成器13、用于對(duì)合成信號(hào)進(jìn)行正交變換以獲得第二正交變換信號(hào)的第二正交變換器14以及用于在第二正交變換信號(hào)中出現(xiàn)的峰值的基礎(chǔ)上估測(cè)出水印信息的估測(cè)器15。
文檔編號(hào)G06T1/00GK1832558SQ20061005850
公開(kāi)日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2006年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月11日
發(fā)明者小暮央, 山影朋夫 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝