CN1256579A - 记录和恢复签名图像的数字图像编码/解码装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种数字图像编码/解码装置和方法,使用水印在主图像上记录签名图像,恢复记录的签名图像。该装置包括:第一离散小波变换部分,接收主图像执行离散小波变换;第二离散小波变换部分,接收签名图像执行离散小波变换;伪随机数产生器,接收加密码产生伪随机数;系数替换部分,使用伪随机数选择N×N象素替换位置,用N×N小波系数替换选择的N×N象素位置的系数。部分签名图像系数叠加在主图像系数上发送,没有增加发送数据量。

Description

记录和恢复签名图像的 数字图像编码/解码装置和方法

本发明涉及数字图像编码装置和解码装置，并且尤其涉及用于使用水印记录签名图像的数字图像编码装置，和用于恢复记录的签名图像的解码装置。

并且本发明涉及用于使用水印记录和恢复签名图像的数字图像编解码器装置。

此外，本发明涉及用于使用水印记录签名图像的数字图像编码方法和用于恢复记录的签名图像的解码方法。

水印是这样一种技术，其中具有保密嵌入的签名图像的原始图像即主图像在发送时刻被发送，并且在接收的时候主图像是可见的，签名图像是不可见的。由特殊解密装置识别所述签名图像。所述水印技术用于提供安全和证明权。

图1是用于使用水印记录和恢复签名图像的传统数字图像编解码器装置的方框图。参照图1，将描述传统数字图像编解码器装置的操作。首先，在编码期间，对主图像和嵌入主图像中要保密发送的签名图像执行DCT(离散余弦变换)，由此提取各图像的DCT系数。由编码器对DCT系数编码。在此，由用于执行加密控制操作的分离的加密编码器对签名图像的DCT系数分量编码。用这种方式，能够发送编码后的主图像DCT系数和嵌入主图像DCT系数的签名图像DCT系数。对主图像DCT系数和嵌入主图像DCT系数的签名图像DCT系数执行IDCT(逆离散余弦变换)，由此获得其中仅主图像可见而没有签名图像显示的加水印的图像。

在用于恢复在主图像上加水印的签名图像的特殊解密装置中，对由IDCT加水印的图像执行DCT，由此提取加水印图像的DCT系数。接着，通过将原始主图像执行IDCT获得的加水印图像的所提取的DCT系数从加水印的图像的DCT系数中分离出来，由此提取签名图像的加密的DCT系数分量。然后，解码器对签名图像的加密的DCT系数分量解码。在此，加密解码器执行解密控制操作。由解密控制操作解码的签名图像DCT系数再次执行IDCT，由此恢复签名图像。

如上所述，在用于使用传统水印编码和解码签名图像的传统数字图像编解码器装置中，必须提供与用在发送侧相同的原始主图像，以便恢复签名图像。此外，由于插入主图像DCT系数的签名图像DCT系数与主图像DCT系数一起发送，相应于签名图像的数量的发送数据量增加。

本发明的第一目的是提供一种数字图像编码装置，该装置能够发送签名图像而不增加要发送的数据量。

本发明的第二目的是提供一种数字图像解码装置，该装置能够从由数字图像编码装置编码的数据中恢复签名图像而不需原始主图像。

本发明的第三目的是提供一种数字图像编解码器装置，该装置能够发送签名图像，而不增加要发送的数据量，并且能够恢复签名图像而不需原始主图像。

本发明的第四目的是提供由数字图像编码装置实现的数字图像编码方法。

本发明的第五目的时提供由数字图像解码装置实现的数字图像解码方法。

为了实现本发明的第一目的，提供了一种用于使用水印在主图像上记录签名图像的数字图像编码装置，该装置包括：第一离散小波变换部分，用于接收主图像并对其执行离散小波变换，由此输出M×M离散小波系数，其中M是预定正整数；第二离散小波变换部分，用于接收签名图像并对其执行离散小波变换，由此输出N×N离散小波系数，其中N是小于M的预定正整数；伪随机数产生器，用于接收用于产生伪随机数的确定预定规则的加密码，并且按照相应于加密码的预定规则产生伪随机数；系数替换部分，用于使用伪随机数选择N×N象素的替换位置，并且用N×N小波系数替换M×M离散小波系数中选择的N×N象素位置的系数，由此输出替换的M×M小波系数。

为了实现本发明的第二目的，提供了一种用于使用水印在主图像上记录签名图像的数字图像编码方法，该方法包括以下步骤：接收主图像并且对其执行离散小波变换，由此输出M×M离散小波系数，其中M是预定正整数；接收签名图像并且对其执行离散小波变换，由此输出N×N离散小波系数，其中N是小于M的预定正整数；接收用于产生伪随机数的确定预定规则的加密码，并且按照相应于加密码的预定规则产生伪随机数；使用伪随机数选择N×N象素的替换位置，并且用N×N小波系数替换M×M离散小波系数中所选择的N×N象素位置的系数，由此输出替换的M×M小波系数。

为实现本发明的第三目的，提供了一种用于恢复使用水印在主图像上嵌入的签名图像的数字图像解码装置，该装置包括：伪随机数产生器，用于接收加密码，并且按照相应于加密码的预定规则产生伪随机数；系数分离部分，用于使用伪随机数设定N×N象素的分离位置，并且分离M×M小波系数中相应于N×N象素分离位置的小波系数，由此输出分离的N×N小波系数；逆离散小波变换部分，用于使用分离的N×N小波系数执行逆离散小波变换，由此输出恢复的签名图像。

为实现本发明的第四目的，提供了一种用于恢复使用水印在主图像上嵌入签名图像的数字图像解码方法，该方法包括以下步骤：接收加密码图像，并且按照相应于加密码的预定规则产生伪随机数；使用伪随机数设定N×N象素的分离位置；分离M×M小波系数中相应于N×N象素分离位置的小波系数，由此输出分离的N×N小波系数；使用分离的N×N小波系数执行逆离散小波变换，由此输出恢复的签名图像。

为实现本发明的第五目的，提供了一种数字图像编解码器装置，用于使用水印在主图像上记录签名图像，从具有嵌入了签名图像的加水印的图像中恢复签名图像，该装置包括：第一离散小波变换部分，用于接收主图像并且对其执行离散小波变换，由此输出M×M离散小波系数，其中M是预定正整数；第二离散小波变换部分，用于接收签名图像并对其执行离散小波变换，由此输出N×N离散小波系数，其中N是小于M的预定正整数；第一伪随机数产生器，用于接收用于产生伪随机数的确定预定规则的加密码，并且按照相应于加密码的预定规则产生伪随机数；系数替换部分，用于使用伪随机数选择N×N象素的替换位置，并且用N×N小波系数替换M×M离散小波系数中选择的N×N象素位置的系数，由此输出替换的M×M小波系数第二伪随机数产生器，用于接收加密码，并且产生按照相应于加密码的预定规则的伪随机数；系数分离部分，用于使用伪随机数设定N×N象素的分离位置，并且分离混合主图像的M×M小波系数中相应于N×N象素分离位置的小波系数用于混合图像，由此输出签名图像的N×N小波系数；逆离散小波变换部分，用于使用分离的N×N小波系数执行逆离散小波变换，由此输出恢复的签名图像。

通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，本发明的上述目的和优点将变得更明显，其中：

图1是使用传统水印的用于记录和恢复签名图像的传统数字图像编解码器装置的方框图；

图2是按照本发明的数字图像编码装置和数字图像解码装置的方框图；

图3是按照本发明的数字图像编码方法的步骤的流程图；和

图4是按照本发明的数字图像解码方法的步骤的流程图。

图2是按照本发明的数字图像编码装置和数字图像解码装置的方框图。

参照图2，数字图像编码装置20包括：第一离散小波变换部分202；第二离散小波变换部分204；伪随机数产生器206；系数替换部分208；逆M×M离散小波变换部分210和压缩部分212。

在数字图像编码装置20的操作中，第一离散小波变换部分202接收主图像并且对其执行离散小波变换部分。结果，第一离散小波变换部分202产生M×M离散小波系数，M是预定正整数。

第二离散小波变换部分204接收签名图像并且对其执行离散小波变换。正如水印相关技术中现有技术人员所理解的，签名图像的尺寸小于主图像尺寸。于是，签名图像的小波系数的矩阵大小小于主图像的小波系数的矩阵大小。例如，签名图像的小波系数的矩阵大小N最好小于主图像的小波系数的矩阵大小M，即N＜0.5M。因此，第二离散小波变换部分204输出N×N离散小波系数，假定N是小于M的预定正整数。

伪随机数产生器206接收加密码。加密码用于确定产生伪随机数的预定规则。于是，伪随机数产生器206按照相应于加密码的规则产生伪随机数。

系数替换部分208使用伪随机数选择N×N象素的替换位置，并且用N×N小波系数替换M×M离散小波系数中所选择的N×N象素位置的系数，由此输出替换的M×M小波系数。

逆离散小波变换部分210使用替换的M×M小波系数执行逆离散小波变换，由此产生与签名图像混合的主图像。在此，因为混合的主图像中签名图像分布在整个主图像中，并且鉴于小波变换的特性仅主图像是可辨别的，能够得出结论，在主图像上已经加水印成功。

为了发送加水印的主图像，考虑到有限的通道特性，需要执行压缩。于是，压缩部分212对于加水印的主图像执行压缩，由此输出位流。在此实施例中，压缩部分212也压缩由伪随机数产生器206使用的加密码，以便确定产生的伪随机数的条件。此外，在本实施例中，压缩部分212基于DCT执行压缩。如果对签名图像分布在整个主图像中的加水印的图像执行DCT，就突出了主图像。然而，因为签名图像分布在整个主图像中，它没有形状并且时间上不连续。此外，精细的签名图像分量进一步衰减。这些特性允许通过恢复压缩的混合主图像获得的主图像在后面将描述的解码过程中原样使用。

经上述编码过程，通过经发送通道送出能够发送具有混合的主图像和压缩于其中的加密码的位流。为了经发送通道送出所述位流，需要分离的处理。然而，因为有很多种用于送出位流的处理，在本实施例中没有示出执行送出位流处理的处理器。

参照图2，按照本发明的数字图像解码装置220包括：解压缩部分222；离散小波变换部分224；伪随机数产生器226；系数分离部分228和逆离散小波变换部分230。

现在，将描述数字图像解码装置220的操作。首先，解压缩部分222接收具有混合主图像和压缩于其中的加密码的位流，并且对其进行解压缩，由此恢复加密码和主图像。

离散小波变换部分224对恢复的主图像执行离散小波变换，然后输出M×M小波系数。

伪随机数产生器226接收从解压缩部分222输出的加密码。加密码与编码期间在产生伪随机数中使用的相同。这样，伪随机数产生器226按照与编码中的相同规则产生伪随机数。

系数分离部分228使用伪随机数设定N×N象素的分离位置，并且分离用于混合主图像M×M小波系数中相应于N×N象素分离位置的小波系数，然后输出签名图像的N×N小波系数。

逆离散小波变换部分230使用分离的N×N小波系数执行逆离散小波变换，由此输出恢复的签名图像。

在按照本发明的上述数字图像编码装置中，一部分签名图像系数叠加在主图像系数上进行发送。这样，签名图像系数的加入不增加发送数据量。此外，数字图像解码装置不需要与在发送侧使用的相同的原始主图像，以便恢复签名图像。

按情况需要通过一个单个的编解码器装置，可以实现上述编码和解码装置。

图3是按照本发明的数字图像编码方法的主要步骤流程图。参照图3，接收主图像并对其执行离散小波变换，由此输出M×M离散小波变换系数(M是预定正整数)。此外，接收签名图像，并对其执行离散小波变换，由此输出N×N离散小波变换系数(N是小于M的预定正整数)(步骤302)。

接着，在M×M主图像小波系数中，按照预定规则选择任意N×N象素的位置(步骤304)。步骤304可包括下列子步骤：接收用于产生伪随机数的确定预定规则的加密码，然后按照相应于加密码的预定规则产生伪随机数；使用伪随机数选择N×N象素的替换位置，由此输出N×N象素的替换的位置数据。

然后，接收替换位置数据，并且用N×N签名图像小波系数替换N×N象素位置的系数(步骤306)。然后，能够获得替换的M×M主图像小波系数。

接着，使用替换的M×M主图像小波系数执行逆离散小波变换(步骤308)。然后，产生混合的主图像。

然后，混合主图像与加密码压缩(步骤310)。按照情况需要，压缩数据可通过通信通道发送。

图4是按照本发明的数字图像解码方法的步骤流程图。参照图4，具有压缩加密码和主图像的位流被接收和解压缩，由此恢复加密码和主图像(步骤402)。

接着，对恢复的主图像执行离散小波变换(步骤404)，由此获得M×M主图像小波系数(步骤406)。

M×M主图像小波系数中的N×N象素位置的系数按照预定规则设定到签名图像小波系数(步骤408)。步骤408可包括以下子步骤：按照相应于在步骤402获得的加密码的预定规则，产生伪随机数，使用伪随机数设定N×N象素的分离位置，由此输出N×N象素的分离位置数据，分离加水印的图像小波系数的M×M小波系数中，相应于N×N象素分离位置数据的小波系数作为签名图像系数，由此获得N×N小波系数，然后设定为签名图像小波系数。

接着，使用分离的N×N小波系数执行逆离散小波变换，由此获得恢复的签名图像(步骤410)。

通过示于图1的数字图像编码和解码装置可分别容易地实现数字图像编码和解码方法。此外，按照本发明的数字图像编码和解码方法能够用计算机程序写出。此外，它们能够通过一般用途的数字计算机实现，该计算机用于运行采用计算机中使用的介质的程序。该介质包括磁记录介质诸如软盘或硬盘、光记录介质诸如CD-ROM或DVD、广播介质诸如因特网。此外，这些功能程序、代码、代码段能够由与本发明相关的领域中的程序员容易推断出。

如上所述，在按照本发明的数字图像编码装置中，一部分签名图像系数叠加在主图像系数上进行发送。这样，签名图像系数的加入并不增加发送数据量。此外，在按照本发明的数字图像解码装置中，能够恢复签名图像，而不使用与在发送侧使用的相同的原始主图像。

Claims (14)

1、一种数字图像编码装置，用于利用水印在主图像上记录签名图像，它包括：

第一离散小波变换部分，用于接收主图像并对其执行离散小波变换，由此输出M×M离散小波系数，其中M是预定正整数；

第二离散小波变换部分，用于接收签名图像并对其执行离散小波变换，由此输出N×N离散小波系数，其中N是小于M的预定正整数；

伪随机数产生器，用于接收用于产生伪随机数的确定预定规则的加密码，并且按照相应于所述加密码的预定规则产生伪随机数；

系数替换部分，用于使用所述伪随机数选择N×N象素的替换位置，并且用N×N小波系数替换M×M离散小波系数中所述选择的N×N象素位置的系数，由此输出替换的M×M小波系数。

2、如权利要求1所述的数字图像编码装置，还包括逆离散小波变换部分，用于使用所述替换的M×M小波系数执行逆离散小波变换，以产生混合的主图像。

3、如权利要求2所述的数字图像编码装置，还包括逆离散小波变换部分，用于使用所述替换的M×M小波系数执行逆离散小波变换，以产生混合的主图像。

4、一种数字图像编码方法，用于利用水印在主图像上记录签名图像，包括以下步骤：

接收主图像并且对其执行离散小波变换，由此输出M×M离散小波系数，其中M是预定正整数；

接收签名图像并且对其执行离散小波变换，由此输出N×N离散小波系数，其中N是小于M的预定正整数；

接收用于产生伪随机数的确定预定规则的加密码，并且按照相应于所述加密码的预定规则产生伪随机数；

使用所述伪随机数选择N×N象素的替换位置；和

用N×N小波系数替换M×M离散小波系数中所述选择的N×N象素位置的系数，由此输出替换的M×M小波系数。

5、如权利要求4所述的数字图像编码方法，还包括步骤：使用所述替换的M×M小波系数执行逆离散小波变换，以产生混合的主图像。

6、如权利要求5所述的数字图像编码方法，还包括步骤：接收并且将加密码与混合主图像压缩。

7、一种数字图像解码装置，用于恢复使用水印嵌入在主图像上的签名图像，包括：

伪随机数产生器，用于接收加密码，并且按照相应于所述加密码的预定规则产生伪随机数；

系数分离部分，用于使用所述伪随机数设定N×N象素的分离位置，并且分离M×M小波系数中相应于所述N×N象素分离位置的小波系数，由此输出分离的N×N小波系数；和

逆离散小波变换部分，用于使用所述分离的N×N小波系数执行逆离散小波变换，由此输出恢复的签名图像。

8、如权利要求7所述的数字图像解码装置，其中所述伪随机数产生器包括在所述系数分离部分中。

9、如权利要求7所述的数字图像解码装置，还包括：

解压缩部分，用于接收具有所述混合主图像和被压缩在其中的加密码的位流，并且对所述位流解压缩，以恢复所述加密码和主图像；和

离散小波变换部分，用于对恢复的主图像执行离散小波变换，由此输出M×M小波系数。

10、如权利要求8所述的数字图像解码装置，还包括：

解压缩部分，用于接收具有所述混合主图像和被压缩在其中的加密码的位流，并且对所述位流解压缩，以恢复所述加密码和主图像；和

离散小波变换部分，用于对恢复的主图像执行离散小波变换，由此输出M×M小波系数。

11、一种数字图像解码方法，用于恢复使用水印嵌入在主图像上的签名图像，包括以下步骤：

接收加密码，并且按照相应于所述加密码的预定规则产生伪随机数；

使用所述伪随机数设定N×N象素的分离位置；

分离M×M小波系数中相应于所述N×N象素分离位置的小波系数，由此输出分离的N×N小波系数；和

使用所述分离的N×N小波系数执行逆离散小波变换，由此输出恢复的签名图像。

12、如权利要求11所述的数字图像解码方法，还包括以下步骤：

接收具有所述混合主图像和被压缩在其中的加密码的位流，并且对所述位流解压缩，以恢复所述加密码和主图像；和

对恢复的主图像执行离散小波变换，由此输出M×M小波系数。

13、一种数字图像编解码器装置，用于使用水印在主图像上记录签名图像，并且从具有嵌入其上的签名图像的加水印的图像中恢复所述签名图像，包括：

第一离散小波变换部分，用于接收主图像并对其执行离散小波变换，由此输出M×M离散小波系数，其中M是预定正整数；

第二离散小波变换部分，用于接收签名图像并对其执行离散小波变换，由此输出N×N离散小波系数，其中N是小于M的预定正整数；

第一伪随机数产生器，用于接收用于产生伪随机数的确定预定规则的加密码，并且按照相应于所述加密码的预定规则产生伪随机数；

系数替换部分，用于使用所述伪随机数选择N×N象素的替换位置，并且用N×N小波系数替换M×M离散小波系数中所述选择的N×N象素位置的系数，由此输出替换的M×M小波系数。

第二伪随机数产生器，用于接收加密码，并且按照相应于所述加密码的预定规则产生伪随机数；

系数分离部分，用于使用所述伪随机数设定N×N象素的分离位置，并且分离所述混合的主图像的M×M小波系数中相应于所述N×N象素分离位置的小波系数，由此输出签名图像的N×N小波系数；和

逆离散小波变换部分，用于使用分离的N×N小波系数执行逆离散小波变换，由此输出恢复的签名图像。

14、如权利要求13所述的数字图像编解码器装置，还包括：

逆离散小波变换部分，用于使用所述替换的M×M小波系数执行逆离散小波变换，以产生混合的主图像；

解压缩部分，用于接收具有所述混合主图像和被压缩在其中的加密码的位流，并且对所述位流解压缩，以恢复所述加密码和主图像；和

离散小波变换部分，用于对所述恢复的主图像执行离散小波变换，由此输出M×M小波系数。

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