CN104105011B - 水印处理装置和方法以及图像捕捉设备 - Google Patents
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Abstract
提供了一种水印处理装置和方法以及图像捕捉设备，所述水印处理装置和方法以及图像捕捉设备能够在将水印插入图像时减少处理时间和计算量。所述水印处理方法包括：通过将预定水印插入虚拟小波图像来创建水印图像；通过将输入图像与水印图像合成来创建合成图像。
Description
本申请要求于2013年4月10日在韩国知识产权局提交的10-2013-0039513号韩国专利申请的优先权，该申请的公开通过引用整体合并于此。
技术领域
与示例性实施例一致的设备和方法涉及一种能够在将水印插入图像时减少处理时间和计算量的水印处理装置和方法以及图像捕捉设备。
背景技术
由于互联网的快速发展，经由有线/无线网络传送和存储数字数据变得更容易并更快。然而，字数数据这么容易被复制和修改以至于难以区分原始数据与复制品。随着非法复制和发行的传播，知识产权作为重要的社会问题已出现了一段时间。为了解决这个问题，正在研究数字水印，并且将数字水印实际应用为一种基本地保护知识产权和要求版权的技术。在20世纪90年代初，将水印应用到数字图像开始被研究。随着早期主要在空间域中研究的水印如今被应用到频域，水印的研究域已在改变。虽然频域水印与空间域水印相比对于攻击具有鲁棒性，但是频域水印由于频率特性而难以精确地选择水印插入位置。然而，由于引入了具有频率特性和空间特性两者的小波域，水印插入变得更有效率。
使用小波变换的水印插入方法包括对图像执行3级小波变换，插入水印，并随后执行逆小波变换。可通过对具有水印的图像执行小波变换并从插入的级图像信息和参考水印计算相关系数来提取插入的水印。即使在恶劣的通信环境中和在编解码器压缩期间，水印插入/提取方法仍具有鲁棒性。难以去除水印。
为了实现通过使用小波变换的典型水印插入方法，图像被要求进行小波变换，并最后又进行逆小波变换。在这种情况下，由于通常采用两级小波变换，因此计算量变得更大。即使在将被插入的水印信息是固定值时，执行小波变换和随后将水印插入小波域中也需要花费长的处理时间。特别是，由于通过监控相机获得的图像的像素数量近来已增加到百万像素范围，因此由于计算量和处理时间的限制，难以将水印插入应用到低规格的监控相机。
发明内容
一个或多个示例性实施例提供了一种能够在创建水印图像时减少处理时间和计算量的水印处理装置及其方法以及图像捕捉设备。
根据示例性实施例的一方面，提供了一种水印处理方法，包括：通过将预定水印插入虚拟小波图像来创建水印图像；通过将输入图像与水印图像合成来创建合成图像。
创建水印图像的步骤可包括：通过至少一次的小波变换对虚拟图像进行小波变换来创建虚拟小波图像；将预定水印插入虚拟小波图像的低频子带图像；对插入有预定水印的虚拟小波图像进行逆小波变换来创建水印图像。
虚拟小波图像可具有至少一个0系数值。
创建合成图像的步骤可包括：通过将作为运动图像的输入图像的每一帧与水印图像合成来创建合成图像。
每当预定水印被改变时可执行创建水印图像的步骤。
所述水印处理方法还可包括：对合成图像进行压缩以发送压缩的合成图像。
根据另一示例性实施例的一方面，提供了一种记录有程序的非暂时性计算机可读介质，其中，当计算机执行所述程序时，所述程序执行上述水印处理方法。
根据另一示例性实施例的一方面，提供了一种水印处理装置，包括：水印图像创建单元，被配置为通过将预定水印插入虚拟小波图像来创建水印图像；合成单元，被配置为通过将输入图像与水印图像合成来创建合成图像。
水印图像创建单元可包括：小波变换单元，被配置为通过至少一次的小波变换对虚拟图像进行小波变换来创建虚拟小波图像；插入单元，被配置为将预定水印插入虚拟小波图像的低频子带图像；逆小波变换单元，被配置为对插入有预定水印的虚拟小波图像进行逆小波变换以创建水印图像。
虚拟小波图像可具有至少一个0系数值。
合成单元可将作为运动图像的输入图像的每一帧与预定水印图像合成。
每当水印被改变时，水印图像创建单元可创建水印图像。
所述水印处理装置还可包括：压缩单元，对合成图像进行压缩以发送压缩的合成图像。
根据另一示例性实施例的一方面，提供了一种图像捕捉设备，包括：捕捉单元，被配置为捕捉对象的输入图像；上述水印处理装置；压缩单元，被配置为对合成图像进行压缩；发送单元，被配置为发送压缩的图像。
所述水印处理装置可包括：水印图像创建单元，通过将预定水印插入虚拟小波图像来创建水印图像；合成单元，通过将捕捉图像与水印图像合成来创建合成图像。
水印图像创建单元可包括：小波变换单元，被配置为通过至少一次的小波变换对虚拟图像进行小波变换来创建虚拟小波图像；插入单元，被配置为将预定水印插入虚拟小波图像的低频子带图像；逆小波变换单元，被配置为对插入有预定水印的虚拟小波图像进行逆小波变换来创建水印图像。
虚拟小波图像可具有至少一个0系数值。
水印处理单元可将由捕捉单元捕捉的作为运动图像的输入图像的每一帧与水印图像合成。
每当水印被改变时，水印处理单元可创建水印图像。
附图说明
通过参照附图详细地描述示例性实施例，上述和其它方面将变得更明显，其中：
图1示出根据示例性实施例的水印处理装置的配置；
图2示出根据示例性实施例的图1中的水印图像创建处理；
图3示出根据示例性实施例的图1中的水印输入图像创建处理；
图4示出根据示例性实施例的在图像接收阶段中的水印提取；
图5是示出根据示例性实施例的水印处理方法的流程图；
图6是示出根据示例性实施例的图5中的水印图像创建方法的流程图；
图7是示出根据示例性实施例的图像捕捉设备的配置的框图。
具体实施方式
提供参照附图的以下描述以帮助对由权利要求及其等同物限定的本发明构思的示例性实施例的全面的理解。所述描述包括各种特定细节以帮助理解，但这些细节仅被视为是示例性的。因此，本领域的普通技术人员将认识到在不脱离本发明构思的范围和精神的情况下，可对描述于此的实施例进行各种改变和修改。此外，为了清楚和简洁，可省略对公知的功能和结构的描述。
此外，虽然像第一和第二的术语被用于描述各种实施例中的各种元件和/或部分，但是元件和/或部分不限于这些术语。这些术语仅被用于将一个成分或部分与另一个成分或部分进行区分。
在以下描述和权利要求中使用的术语和词语不限于字面意思，而是仅被发明者使用以使对本发明构思能够有清晰和一致的理解。因此，本领域技术人员应该清楚，提供示例性实施例的以下描述仅仅是为了说明性的目的，而不用于限制由权利要求及其等同物限定的本发明构思的目的。将理解，除非上下文明确指出，否则单数形式包括复数指代。在本公开中，应该理解，诸如“包括”或“具有”等的术语意于指示存在本公开中公开的特征、数量、步骤、动作、组件、部分或它们的组合，并不意于排除可存在或添加一个或多个其它特征、数量、步骤、动作、组件、部分或它们的组合的可能性。
可在功能块组件和各种处理步骤的方面来描述公开的实施例。可由任何数量的被配置以执行指定功能的硬件和/或软件组件来实现这样的功能块。例如，实施例可采用各种集成电路组件（例如，存储器元件、处理元件、逻辑元件、查找表等），所述各种集成电路组件可在一个或多个处理器或其它控制装置的控制下，执行各种功能。类似地，当使用软件编程或软件元件来实现实施例的元件时，可使用任何编程或脚本语言(如C、C++、Java、汇编等)，使用数据结构、对象、处理、程序或其它编程元件的任何组合，来实现实施例。可按照由一个或多个处理器执行的指令来实现各功能方面。此外，实施例可采用用于电子配置、信号处理、控制、数据处理等的任意数量的相关技术。词语“机制”和“元件”被广泛地使用并且不受限于机械或物理的实施例，而可包括与处理器等结合的软件程序。
现在将详细参照示例性实施例，其示例在附图中示出，其中，相同标号始终指示相同元件。
在水印中将被最优先考虑的事情在于要求水印信息将不被去除，但在鲁棒环境中将被提取。在水印被直接插入运动图像，运动图像失真或外部噪声发生，或者运动图像被压缩的情况下，水印信息几乎消失。然而，当运动图像被小波变换，并且水印被插入经过小波变换的运动图像的低频子带中时，水印信息不消失；即使在运动图像失真或外部噪声发生时或者当运动图像被压缩时，水印信息仍保持。这是因为低频子带包括在对经过小波变换的图像进行压缩期间的第一压缩信息。当水印被插入该低频子带中时，尽管进行压缩，但是水印信息也不消失。特别是，如果水印被插入低频子带中，则随着小波变换级变高，水印信息量变少。然而，即使压缩率变高，水印信息也不消失。
为了插入水印，要求输入图像进行K级小波变换，其中，K等于或大于1。具体地说，当输入图像是运动图像时，运动图像的每一帧被小波变换，从而需要很大的计算量。然而，在包括低处理速度的处理器的图像捕捉设备（诸如监控相机或数码相机）中，不可能对百万像素的运动图像的每一帧进行小波变换。因此，根据本示例性实施例，可通过创建插入有水印的虚拟图像并将该虚拟图像与输入图像合成以允许在不对输入图像的每一帧执行小波变换的情况下输入水印，来减少处理时间和计算量。
图1是示出根据示例性实施例的水印处理装置的配置的框图。
参照图1，水印处理装置可包括水印图像创建单元100和合成单元200。
水印图像创建单元100创建插入有水印的水印图像。根据本实施例的水印图像创建单元100包括小波变换单元110、输入单元120和逆小波变换单元130。
小波变换单元110通过预定小波变换级对任意虚拟图像进行小波变换，并创建虚拟小波图像。这里，任意虚拟图像与由诸如监控相机的图像获得单元（在图1中未示出）捕捉并被输入到水印处理装置的输入图像不同。小波变换单元110将滤波器应用到虚拟图像以创建子图像。也就是说，小波变换单元110将低通滤波器和高通滤波器应用到虚拟图像的每一行，并执行下采样来创建低-低（LL）图像作为低频子带图像，并创建低-高（LH）图像、高-低（HL）图像、高-高（HH）图像作为高频子带图像。
这里，通过在水平方向和垂直方向上将低通滤波器应用到虚拟图像并且进行子采样，来创建低频子带（LL）图像。通过在垂直方向上将高通滤波器应用到虚拟图像来创建高频子带图像中的HL图像，HL图像包括垂直方向频率的误差分量。通过在水平方向上将高通滤波器应用到虚拟图像来创建高频子带图像中的LH图像，LH图像包括水平方向频率的误差分量。通过在水平方向和垂直方向上将高通滤波器应用于虚拟图像来创建高频子带图像中的HH图像。
小波变换单元110执行K级小波变换或K次小波变换（例如，1级小波变换、2级小波变换或3级小波变换）以创建虚拟小波图像。这里，所有低频子带和高频子带具有0系数值。小波变换单元110允许离散小波变换（DWT）。在K级小波变换期间，随着级变高，每一级的低频子带具有更多的图像DC分量。图2示出水印图像创建。通过执行2级小波变换来创建图2（a）中的虚拟小波图像。然而，本发明构思不限于此，还可允许3级或更多级小波变换。
插入单元120将任意水印插入虚拟小波图像的低频子带。这里，水印可以是能够证明内容所有者的版权的唯一标识（图像数据）或数据组合（二进制数据）。在图2（b）中示出二进制数据类型水印。水印不限于此，并且可被表现为图像数据。在图2（c）中示出将水印插入虚拟小波图像的低频子带的结果。将水印插入虚拟小波图像的低频子带的原因在于在图像压缩期间低频子带中的水印信息不被损坏。
逆小波变换单元130对插入有水印的虚拟小波图像进行逆小波变换，并创建水印图像。逆小波变换单元130通过将插入有水印的低频子带图像与高频子带图像进行组合来创建水印图像。图2（d）示出通过对插入有水印的虚拟小波图像进行逆小波变换而创建的水印图像。
合成单元200创建输入图像与图2（d）中示出的水印图像组合或合成的合成图像。这里，合成图像指示水印输入图像。输入图像可以是静止图像或运动图像。当输入图像是运动图像时，合成单元200创建运动图像的每一帧与图2（d）中示出的水印图像合成的合成图像。图3示出合成图像，即，水印输入图像的创建。图3（a）表示输入图像，图3（b）表示水印图像，图3（c）表示合成图像，即，水印输入图像。如上所述，由于水印图像和输入图像被合成，因此不必对输入图像进行小波变换。另外，由于仅当水印改变时水印图像创建单元100才重新操作来创建水印图像，因此处理时间和计算量可被减小。此后，合成图像可被压缩以被发送出去。
图4示出在图像接收阶段的水印的提取。参照图4，图4（a）表示接收到的合成图像，即，水印输入图像。图4（b）表示对水印输入图像进行2级小波变换的结果。图4（c）表示从小波变换图像提供的低频子带图像。图4（d）表示在图像接收阶段中存储的原始水印。相关系数计算单元300计算低频子带图像和原始水印的相关系数，从相关系数计算的结果输出图像捕捉信息。
图5是示出根据示例性实施例的水印处理方法的操作的流程图。以下，将省略关于图1至图4的重复描述。
水印图像创建单元100执行通过将预定水印插入虚拟小波图像来创建水印图像的操作S100。
图6示出创建小波图像的方法。参照图6，水印图像创建单元100执行通过预定小波变换级对任意虚拟图像进行小波变换来创建虚拟小波图像的操作S110。小波变换单元110通过对虚拟图像进行滤波来创建子图像。也就是说，小波变换单元110将低通滤波器和高通滤波器应用到虚拟图像的每一行，并执行下采样来创建低-低（LL）图像作为低频子带子图像，并创建低-高（LH）图像、高-低（HL）图像和高-高（HH）图像作为高频子带子图像。水印图像创建单元100执行K级小波变换（例如，2级小波变换或3级小波变换）来创建虚拟小波图像。这里，所有的低频子带和高频子带具有0系数值。
当虚拟小波图像创建已完成时，小波图像创建单元100执行将任意水印插入虚拟小波图像的低频子带的操作S120。这里，水印可以是能够证明内容所有者的版权的唯一标识（图像数据）或数据组合（二进制数据）。将水印插入虚拟水印图像的低频子带的原因在于在图像压缩期间低频子带中的水印信息不被损坏。
当将任意水印插入虚拟小波图像的低频子带已完成时，水印图像创建单元100执行通过对插入有水印的虚拟小波图像进行逆小波变换来创建水印图像的操作S130。
当水印图像创建已完成时，合成单元200创建输入图像与水印图像组合或合成的合成图像，这里，合成图像指示水印输入图像。这里，输入图像可以是静止图像或运动图像。当输入图像是运动图像时，合成单元200通过将运动图像的每一帧与水印图像进行合成来创建合成图像。此后，合成图像可被压缩并被发送出去。
图7是根据示例性实施例的包括水印处理装置的图像捕捉设备的框图。
参照图7，图像捕捉设备可包括镜头单元711、镜头驱动单元712、光圈713、光圈驱动单元714、成像装置715、成像装置控制器716、模拟信号处理单元720、程序存储单元730、数据存储单元740、水印处理单元750、图像发送单元760和数字信号处理（DSP）单元800。这里，镜头单元711、镜头驱动单元712、光圈713、光圈驱动单元714、成像装置715、成像装置控制器716和模拟信号处理单元720可被称为捕捉单元。
镜头单元711包括用于根据焦距控制视角变窄还是变宽的变焦镜头，以及对对象进行聚焦的对焦镜头。变焦镜头和对焦镜头可分别包括单个镜头或多个镜头的组合。光圈713调整其打开来调整输入光束量。
镜头驱动单元712和光圈驱动单元714从DSP单元800接收控制信号，并分别驱动镜头711和光圈713。镜头驱动单元712调整镜头单元711的位置以调整焦距，并执行自动对焦、变焦改变、焦点改变等。光圈驱动单元714调整光圈713的打开，特别是调整f数或光圈值以执行自动对焦、自动曝光校正、焦点改变、场深度调整等。通常，光圈713（作为用于调整光束量的装置）具有与快门（未示出）相同的结构，但是具有最小的打开半径，尽管最大限度地收缩以最小化其光圈以使恒定光量通过。
光信号通过镜头单元711到达成像装置715的光接收表面，并形成对象的图像。成像装置715可使用将光信号转换为电信号的电荷耦合器件（CCD）、互补金属氧化物半导体图像传感器（CIS）或高速图像传感器。成像装置控制器716可调整成像装置715的灵敏度。成像装置控制器716可根据由实时输入的图像信号自动产生的控制信号或由用户操作手动输入的控制信号，来控制成像装置715。
模拟信号处理单元720执行降噪处理、增益控制、波形整形、模数转换处理等。
此外，图像捕捉设备包括用于存储操作系统或应用程序的程序存储单元730、以及用于存储包括图像信号的图像文件和程序所需的各条信息的数据存储单元740。
水印处理单元750通过合成水印图像与捕捉图像来创建合成图像，其中，通过将预定水印插入虚拟小波图像来创建所述水印图像。
水印处理单元750通过在水印图像的创建期间如图1所示通过预定小波变换级对任意虚拟图像进行小波变换，来创建虚拟小波图像。这里，低频子带和高频子带都具有0系数值。
当虚拟小波图像的创建已完成时，水印处理单元750将任意水印插入虚拟小波图像的低频子带。这里，水印可以是能够证明内容所有者的版权的唯一标识（图像数据）或数据组合（二进制数据）。将水印插入虚拟小波图像的低频子带的原因在于在图像压缩期间低频子带中的水印信息不被损坏。
当将任意水印插入虚拟小波图像的低频子带已完成时，水印处理单元750对插入有水印的虚拟小波图像进行逆小波变换以创建水印图像。
当水印图像的创建已完成时，水印处理单元750通过将输入图像和水印图像组合或合成来创建合成图像。这里，合成图像指示水印输入图像。输入图像可以是静止图像或运动图像。当输入图像是运动图像时，水印处理单元750通过将运动图像的每一帧与水印图像合成来创建合成图像。
另外，图像捕捉设备包括DSP单元800，DSP单元800用于处理输入图像信号并根据图像信号或外部输入信号来控制每个组件。
DSP单元800可降低输入图像数据的噪声，并执行图像信号处理以提高图像质量，诸如伽玛校正、滤色器阵列插值、彩色矩阵、色彩校正或色彩增强。
此外，DSP单元800可对通过提高图像质量的图像信号处理而创建的图像数据进行压缩，以创建图像文件，或者从图像文件恢复图像数据。图像压缩格式可以是可逆的或不可逆的。作为图像压缩格式的适当示例，联合图像专家组（JPEG）格式、JPEG2000格式或运动图像专家组（MPEG）格式是可能的。在本实施例中，DSP单元800可压缩合成图像，即，水印输入图像。
压缩的数据可被存储在数据存储单元740中或者通过图像发送单元760被发送出去。图像发送单元760可将根据本实施例的捕捉图像或压缩的小波输入图像通过网络发送到接收方。这里，当图像捕捉设备是监控相机时，接收方可以是以有线或无线方式连接到网络的网络视频录像机或数字视频录像机。
DSP单元800还可功能性地执行锐化处理、着色处理、模糊处理、边缘增强、图像插值处理、图像识别处理、图像效果处理等。作为图像识别处理，可执行面部识别、场景识别等。例如，还可处理亮度级调整、色彩校正、对比度调整、轮廓增强调整、屏幕分割处理、字符图像的创建和图像合成处理等。
另外，DSP单元800执行存储在程序存储单元730中的程序，包括单个模块，产生用于控制自动聚焦、变焦改变、焦点改变、自动曝光校正、快门驱动等的控制信号，以提供给镜头驱动单元712、光圈驱动单元714和成像装置控制器716，并且整体地控制包括在图像捕捉设备中的组件的操作。
根据上述示例性实施例，可通过将插入有水印的虚拟图像与输入图像合成来创建水印图像，以减少处理时间和计算量。
实施例还可在计算机可读记录介质上的计算机可读代码中实现。计算机可读记录介质是可存储可随后由计算机系统读取的数据的任何数据存储装置。
计算机可读记录介质的示例包括只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储装置。计算机可读记录介质还可分布在联网的计算机系统上，从而计算机可读代码可以以分布式方式被存储和执行。此外，实施例所属领域的技术程序员将容易解释用于实现实施例的功能性程序、代码和代码段。
虽然已参照本发明构思的示例性实施例具体示出和描述了本发明构思，但是本领域的普通技术人员将理解，在不脱离由权利要求限定的本发明构思的精神和范围的情况下，可对本发明构思的示例性实施例进行形式和细节上的各种改变。
Claims (17)
1.一种水印处理方法，包括：
通过将预定水印插入虚拟小波图像来创建水印图像；
通过将输入图像与水印图像合成来创建合成图像，
其中，通过对虚拟图像进行小波变换来创建虚拟小波图像，其中，虚拟图像是与输入图像不同的任意虚拟图像。
2.如权利要求1所述的水印处理方法，其中，创建水印图像的步骤包括：
通过至少一次的小波变换对虚拟图像进行小波变换来创建虚拟小波图像；
将预定水印插入虚拟小波图像的低频子带图像；
对插入有预定水印的虚拟小波图像进行逆小波变换以创建水印图像。
3.如权利要求2所述的水印处理方法，其中，虚拟小波图像具有至少一个0系数值。
4.如权利要求1所述的水印处理方法，其中，创建合成图像的步骤包括：通过将作为运动图像的输入图像的每一帧与水印图像合成来创建合成图像。
5.如权利要求1所述的水印处理方法，其中，每当预定水印被改变时执行创建水印图像的步骤。
6.如权利要求1所述的水印处理方法，还包括：对合成图像进行压缩以发送压缩的合成图像。
7.一种水印处理装置，包括：
水印图像创建单元，被配置为通过将预定水印插入虚拟小波图像来创建水印图像；
合成单元，被配置为通过将输入图像与水印图像合成来创建合成图像，其中，通过对虚拟图像进行小波变换来创建虚拟小波图像，其中，虚拟图像是与输入图像不同的任意虚拟图像。
8.如权利要求7所述的水印处理装置，其中，水印图像创建单元包括：
小波变换单元，被配置为通过至少一次的小波变换对虚拟图像进行小波变换来创建虚拟小波图像；
插入单元，被配置为将预定水印插入虚拟小波图像的低频子带图像；
逆小波变换单元，被配置为对插入有预定水印的虚拟小波图像进行逆小波变换来创建水印图像。
9.如权利要求8所述的水印处理装置，其中，虚拟小波图像具有至少一个0系数值。
10.如权利要求7所述的水印处理装置，其中，合成单元被配置为将作为运动图像的输入图像的每一帧与水印图像合成。
11.如权利要求7所述的水印处理装置，其中，水印图像创建单元被配置为每当预定水印被改变时创建水印图像。
12.如权利要求7所述的水印处理装置，还包括：压缩单元，被配置为对合成图像进行压缩以发送压缩的合成图像。
13.一种图像捕捉设备，包括：
捕捉单元，被配置为捕捉对象的输入图像；
权利要求7的水印处理装置；
压缩单元，被配置为对合成图像进行压缩；
发送单元，被配置为发送压缩的图像，
其中，通过对虚拟图像进行小波变换来创建虚拟小波图像，其中，虚拟图像是与输入图像不同的任意虚拟图像。
14.如权利要求13所述的图像捕捉设备，其中，水印图像创建单元包括：
小波变换单元，被配置为通过至少一次的小波变换对虚拟图像进行小波变换来创建虚拟小波图像；
插入单元，被配置为将预定水印插入虚拟小波图像的低频子带图像；
逆小波变换单元，被配置为对插入有预定水印的虚拟小波图像进行逆小波变换来创建水印图像。
15.如权利要求14所述的图像捕捉设备，其中，虚拟小波图像具有至少一个0系数值。
16.如权利要求13所述的图像捕捉设备，其中，合成单元被配置为将由捕捉单元捕捉的作为运动图像的输入图像的每一帧与水印图像合成。
17.如权利要求13所述的图像捕捉设备，其中，水印图像创建单元被配置为每当预定水印被改变时创建水印图像。
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