CN1147123C

CN1147123C - 通过电子水印改变图像属性的系统

Info

Publication number: CN1147123C
Application number: CNB991111508A
Authority: CN
Inventors: 桥本匡广
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Embedded Products Ltd
Priority date: 1998-07-29
Filing date: 1999-07-28
Publication date: 2004-04-21
Anticipated expiration: 2019-07-28
Also published as: EP0977434B1; JP2000050307A; US6826289B1; KR20000012053A; CN1243379A; KR100299000B1; JP3266569B2; DE69931856T2; EP0977434A2; DE69931856D1; TW448412B; EP0977434A3; DE69931856T8

Abstract

在本发明系统中的属性检测装置中，输入图像被DCT装置变换，以提取在频率空间被嵌入的电子水印数据的估计值。然后计算已知的电子水印和被提取的电子水印数据之间的统计相似性。本发明系统中的属性检测装置包括：选择器、插入数据寄存器、亮度寄存器、色差寄存器、以及将色差寄存器的输出和插入数据寄存器的输出相加的加法器。这里，选择器根据来自属性检测装置的属性，从存储在多个存储区域的插入数据中选择其中的一种。

Description

通过电子水印改变图像属性的系统

技术领域

本发明涉及通过电子水印改变图像属性的系统，其中，用加上另一个电子水印的方法，使带有插入水印的图像的属性改变。

背景技术

近来，防止图像信息复制已变得重要。所以，图像信息常带有某种类别的属性即一些标识符，以指示例如“禁止复制”或“只允许复制一次”的命令。

给图像信息附加以属性的常规技术之一，在例如JP 08275127A，1996(视频信号处理装置)中有所披露。参照这篇文献，视频标识符或视频消隐标识符(VBI)被插在垂直消隐周期中，以控制图像信息的复制。VBI被插在第一场的第20垂直消隐周期和第二场的第283垂直消隐周期。另外，在有效视频信号区域，水平同步信号和色同步信号的后面插有2位参考信号和20位信息信号，上述20位信息信号中有两位用于复制产生管理系统(CGMS)，它控制图像信息的复制。

VBI和CGMS可应用于525线的NTSC制，625线的PAL制和1125线的高清晰度视频系统的模拟视频信号中。

但是，VBI容易受滤波限制，因为VBI被插在固定的位置。所以，非法复制不能完全地被防止。

因此，可视的或不可视的电子水印变成一种替换方法。

这里，可视的电子水印有一种直观的效果，不复制和误用被显示的图像信息，因为规定的字符和图形是利用可视的电子水印被加到图像信息中的。

可视的电子水印在例如日本专利JP 08241403A，1996(图像中无色彩变化的数字水印)中公开。参照这篇文献，只有与可视的电子水印数据不透明部分相应的像素中的亮度才被改变。亮度取决于可视的水印数据的彩色分量、随机数和像素值。

另一方面，不可视的电子水印被直观地识别，因为它是被嵌在图像信息中的，而不有损于图像质量。

例如，通过不可视的电子水印可以识别图像信息的作者。另外，不可视的电子水印即可通知使用者图像信息禁止复制，或者在磁带录像机中执行复制禁止机制。

不可视的电子水印可以被插在例如像素的最低有效位(LSB)，因为最低有效位对图像质量没有多大的影响。但是，最低有效位容易受低通滤波器或图像信息压缩的限制。所以在这种情况下，检测被滤波的或被压缩的不可视电子水印变得困难。

另一种电子水印被披露在《日经电子学》，1996，4.22，No.660，13p中。参照这篇文献，图像信息在频率空间被变换，电子水印被嵌在主频率分量之中。所以，电子水印不易受滤波或图像压缩的限制。再有，当例如采用正态分布的随机数时，电子水印极少互相干扰，对图像质量没有多大影响，也不容易被破坏。

这里，参考图7至11，利用频率变换对电子水印进行解释。

如图7中所示，原始图像701被离散余弦变换(DCT)装置703变换。在幅度大的频率分量中选择“n”个数据f(1)，f(2)，…，f(n)。频率分量为w(1)，w(2)，…，w(n)的电子水印被假设为平均值为0、方差为1的正态分布。水印嵌入装置704对每个“i”进行计算：

F(i)＝f(i)+α·｜f(i)｜·w(i)

这里，α是比例系数

然后，经过反向DCT(离散余弦变换)装置709，获得带有水印的输出图像710。

被嵌入的水印被根据已知的原始图像数据和已知的w(i)(i＝1至n)进行检测。

如图8中所示，带有w(i)的目标图像802被DCT 804变换，得到它的频率分量F(1)，F(2)，…，F(N)。同时原始图像801被DCT 803变换，得到它的频率分量f(1)，f(2)，…，f(N)。然后，水印数据W(i)被计算。这里，W(i)被定义为(F(i)-f(i))/f(i)。另外，统计相似性C被定义为(W·w)/(WD·wD)，这里，(W·w)是一个标量积，WD和wD分别是W和w的绝对值。最后，当C大于一个确定值时，统计相似性确定装置810确定电子水印被嵌入目标图像802。

用统计相似性检测水印要求原始图像。所以，原始图像的作者可以使用这种方法。但是，重放装置例如VTR的一般使用者不能使用这种方法。因此，对MPEG(运动图像专家组)系统的一般使用者提出下面的方法，它根据ISO(国际标准化组织)协议处理被压缩的运动图像。

如图9中所示，在上述用于MPEG系统的方法中，电子水印被嵌入许多方块，它们是从原始图像划分出来的8像素×8像素区域。

首先，原始图像被DCT 903变换，得到f(1)，f(2)，…，f(n)，这里，f(1)，f(2)，…，f(n)是从所得到的频率分量中按幅度大小依次选出的，f(1)为最小。再有，电子水印被假设为平均值为0、方差为1的正态分布。然后，电子水印嵌入装置905对每个“i”进行计算：

F(i)＝f(i)+α·avg(f(i))·w(i)

这里，α是比例系数，avg(f(i))是｜f(i-1)｜，｜f(i)｜，和｜f(i+1)｜的平均值。以下，avg(f(i))被称为部分平均。然后，经过量化和编码，获得MPEG数据。

原始图像数据不被要求。所要求的仅是数据w(i)，这里“i”是1至n。

如图10中所示，在MPEG数据反量化以后，从所得到的频率分量中按幅度大小依次选出F(1)，F(2)，…，F(n)，这里F(1)为最小。然后，被定义为F(i)/avg(F(i))的电子水印数据W(i)被按每个“i”计算。另外，被定义为原始图像1101的一帧(一个画面)上W(i)的总和的WF(i)被按每个“i”计算。其次，统计相以性C被定义为(WF·w)/(WFD·wD)，这里，(WF·w)是一个标量积，WFD和wD分别是WF和w的绝对值。最后，当C大于一个规定值时，统计相似性确定装置1109确定电子水印被嵌入扩展了的MPEG数据。

如图11中所示，电子水印也可以从被扩展的MPEG图像中被检测。被扩展的MPEG数据1101经DCT以后，从所得到的图像数据1101的频率分量中按幅度大小依次选出F(1)，F(2)，…，F(n)，这里F(1)为最小。然后，被定义为F(i)/avg(F(i))的电子水印数据W(i)被按每个“i”计算。另外，被定义为原始图像1101的一帧(一个画面)上W(i)的总和的WF(i)被按每个“i”计算。其次，统计相以性C被定义为(WF·w)/(WFD·wD)，这里，(WF·w)是一个标量积，WFD和wD分别是WF和w的绝对值。最后，当C大于一个规定值时，统计相似性确定装置1109确定电子水印被嵌入扩展了的MPEG数据1101。

但是，当由DCT变换时的图像的属性应该被改变时，如果同样的过程被执行两次，改变图像属性的电路规模就太大了。

再有，如果同样的过程被执行两次，图像的质量会被恶化。这是因为DCT被用于属性检测和属性改变两个方面。

发明内容

所以，本发明的目的是在输入图像的属性经过执行DCT进行检测后，改变输入图像的属性。

本发明的属性改变系统包括：图像输入装置，用于输入已嵌入所述电子水印的所述图像；一个属性检测装置，包括：离散余弦变换装置，用于变换所述图像，和确定装置，用于计算电子水印和规定的电子水印之间的统计相似性，所述属性检测装置输出来自所述确定装置的输出作为所述图像的属性，所述电子水印是通过提取由所述离散余弦变换装置变换的图像获得的电子水印数据的估算值；多个存储器，用于存储插入数据；选择器，用于选择所述插入数据中的一种；插入数据寄存器，用于存储所述选择器的输出；亮度寄存器，用于存储所述图像的亮度信号；色差寄存器，用于存储所述图像的色差信号；以及加法器，用于将所述插入数据寄存器的输出和所述色差寄存器的输出相加，其中所述插入数据寄存器的输出和所述色差寄存器的输出同步提供给所述加法器。

根据本发明，输入的图像和输出的图像两者都具有电子水印，因为本发明的系统能改变图像的属性。因此，通过为一般通用的装置例如VTR配备本发明的系统，可以防止图像的非法复制。

另外，属性不是常常被改变的，因为本发明的系统配置了选择器。还有，输出图像是以实时为基础得到的，因为插入数据是顺序被插在输入的图像中的。

附图说明

另外，在模拟混合信号的情况下，电子水印能被插入并能被改变。

图1是本发明系统中的属性检测装置的方块图。

图2是本发明系统中的属性检测装置的方块图。

图3是本发明系统中的属性改变装置的方块图。

图4是本发明系统中的另一个属性改变装置的方块图。

图5是说明本发明系统中的属性改变装置操作的时序图。

图6也是本发明系统中的另一个属性改变装置的方块图。

图7是检测电子水印的常规检测系统的方块图。

图8是检测电子水印的常规检测系统的又一个方块图。

图9是用于检测按ISO的MPEG协议嵌入压缩图像中的水印的常规检测系统的方块图。

图10是用于检测按ISO的MPEG协议嵌入压缩图像中的水印的常规检测系统的方块图。在逆DCT之后。

图11是用于检测按ISO的MPEG协议嵌入压缩图像中的水印的常规检测系统的方块图。在完成扩展处理之后。

具体实施方式

下面，参考附图对本发明实施例的模式进行说明。

图1表示利用本发明电子水印改变图像属性的系统的方块图。这个系统包括：图像输入装置101，用于输入带有电子水印的图像；属性检测装置102，用于检测所输入图像的属性；以及属性改变装置103，利用输入的图像和所检测的图像属性，改变所检测属性。

例如，属性改变装置103，将属性“A”改变为新的属性“B”，其中，属性“A”意指输入图像只允许复制一次，而属性“B”意指禁止复制。

现在具体地解释上述示例，根据嵌入输入图像的电子水印，输入图像具有属性“A”。属性检测装置102通过输入输入图像，提取嵌入的电子水印“A”。检测的水印“A”和输入的图像进一步被输入到属性改变装置103，以便输出带有属性“B”的输入图像。

图2表示属性检测装置102的方块图。输入图像通过DCT装置201进行变换，利用电子水印检测装置202提取嵌入频率空间的电子水印的估计值。然后计算已知的电子水印和被提取的电子水印数据之间的统计相似性。由此得到输入图像的属性检测结果103。

图3表示属性改变装置103的方块图。属性改变装置103包括：选择器303，存储选择器303输出的插入数据寄存器306，存储输入图像亮度信号的亮度寄存器304，色差寄存器305，以及将色差寄存器305的输出与插入数据寄存器306的输出相加的加法器。在这里，选择器303根据从属性检测装置102输入的属性，从存储在多个存储区例如存储器301和存储器302的插入数据中选择一种插入数据。

加法器307的输出和亮度寄存器304的输出被输送到图像输出装置104，以获得输出图像。

图4表示另一个属性改变装置103的方块图。这个属性改变装置103还包括色差输出寄存器309，其输入为加法器307的输出，以及亮度输出寄存器308，其输入为亮度寄存器304的输出，最后获得输出图像。

图3和4所示的存储器仅仅是一个例子。存储器的数目可大于两个。而且，多个存储区可以在单个存储器件，例如只读存储器(ROM)或随机存储器(RAM)中旨定。

存储在那些存储器的插入数据是改变输入图像属性的可相加数据。

上述插入数据中的一种可以是空白数据，在这里，每一位例如是零。插入数据根据属性检测的结果由选择器303进行选择。例如，当检测是1(“1”表示比特信息)时，存储器301被选择，而当检测是0(“0”表示比特信息)时，存储空白数据的存储器302被选择。

当数据是存储在亮度寄存器304和色差寄存器305的数据时，它的输入图像数据流的时序必须与插入数据存储到插入数据寄存器306的时序相同。

加法器将存储在色差寄存器305的数据与存储在插入数据寄存器306的数据相加。因此，当存储在插入数据寄存器306的数据是空白数据时，被检测的属性保持不变。就是说，当输入图像的属性是除了属性“A”之外的其它属性时，输出图像的属性不改变为“B”。

加法器307本身是众所周知的，所以，对它的解释被省略。

如上所述，对本发明的结构做了解释。

下面，对本发明的操作进行解释。

图5表示的是属性改变装置103操作的时序图。如图5所示，当亮度信号和色差信号已输入时，存储器301的插入数据被确定。存储器302中的插入数据总是“0”。在与上述相同的时刻，属性检测的结果被输入至选择器303。这里假定，当检测结果为“1”时，选择存储器301中的插入数据，而当检测结果是“0”时，选择存储器302中的插入数据。

在下一个时钟上升时的下一时刻，亮度寄存器304接受亮度信号，色差寄存器305接受色差信号，插入数据寄存器306接受来自选择器303的插入数据。

在上述“下一时刻”的下一时刻，亮度检出寄存器308接受亮度信号，色差输出寄存器309将色差信号的插入数据相加并存储。

因此，带有属性“A”的输入图像被处理，并被输出为带有属性“B”的输出图像。但是，当插入数据“0”被选择时，输入图像被按其原样输出。

尽管本发明已就其最好的实施例模式进行了表示和说明，应当了解，对那些熟悉技术的人来说，不偏离本发明精神和范围，可在形式和细节上对上述进行各种不同的改变、省略和添加。

本发明不限于如上解释的实施例的模式。模拟的混合信号也可以输入。

图6表示本发明系统的另一个属性改变装置的方块图。模拟的混合信号输入至图像输入装置，由A/D变换器600变换为数字信号，并进行如上所述的处理。再经过D/A变换器601而得到模拟的混合信号。另外，D/A变换器601并不总是必要的。

Claims

1.一种通过电子水印改变图像属性的系统，该系统包括：

图像输入装置，用于输入已嵌入所述电子水印的所述图像；

一个属性检测装置，包括：

离散余弦变换装置，用于变换所述图像，和

确定装置，用于计算电子水印和规定的电子水印之间的统计相似性，所述属性检测装置输出来自所述确定装置的输出作为所述图像的属性，所述电子水印是通过提取由所述离散余弦变换装置变换的图像获得的电子水印数据的估算值；

多个存储器，用于存储插入数据；

选择器，用于选择所述插入数据中的一种；

插入数据寄存器，用于存储所述选择器的输出；

亮度寄存器，用于存储所述图像的亮度信号；

色差寄存器，用于存储所述图像的色差信号；以及

加法器，用于将所述插入数据寄存器的输出和所述色差寄存器的输出相，

其中所述插入数据寄存器的输出和所述色差寄存器的输出同步提供给所述加法器。

2.根据权利要求1所述的通过电子水印改变图像属性的系统，其特征在于，其中还包括一图像输出装置，用于输出所述图像，通过输入来自所述亮度寄存器的输出和所述加法器的输出，所述图像被添加所述插入数据中的一种。

3.根据权利要求1所述的通过电子水印改变图像属性的系统，其特征在于，其中还包括：

亮度输出寄存器，用于输入所述亮度寄存器的输出；

色差输出寄存器，用于输入所述加法器的输出；和

图像输出装置，用于输出所述图像，通过输入所述亮度寄存器的输出和所述色差输出寄存器的输出，所述图像被添加所述插入数据中的一种。

4.根据权利要求1所述的通过电子水印改变图像属性的系统，其特征在于，其中还包括一模数变换器，所述模数变换器从所述图像输入装置输入所述图像，向所述亮度寄存器输出所述图像的亮度信号，向所述色差寄存器输出所述图像的色差信号。

5.根据权利要求4所述的通过电子水印改变图像属性的系统，其特征在于，进一步包括：

数模变换器，对从所述亮度输出寄存器来的输出和从所述色差输出寄存器来的输出，进行变换；以及

图像输出装置，用于输出所述图像，通过输入所述数据变换器的输出，所述图像被添加所述插入数据中的一种。

6.根据权利要求1所述的通过电子水印改变图像属性的系统，其特征在于，其中所述插入数据的位的数目以及所述插入数据的位的位宽是彼此相同的。

7.根据权利要求6所述的通过电子水印改变图像属性的系统，其特征在于，其中所述插入数据是一个所有位都为零的数据。