CN1327673A - 图像和视频鉴别系统 - Google Patents

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Abstract

一种图像鉴别系统,它使用了数字图像标记的编码型式,并将该信息插入到图像的变换表示中。优选地从图像数据中提取一个数字图像标记。该标记被编码,使得不能直接识别该标记。该编码信息被插入到图像变换表示的高频系数中。然后,可以对接收或以后访问的信号的高频系数内容进行解密,并将其与直接从图像确定的标记进行比较,以便鉴别该信号的完整性。

Description

图像和视频鉴别系统
发明背景
发明领域
本发明通常涉及一种鉴别图像信号是否为静态图像或部分动画视频的系统和方法。按本发明设计的系统单值地给图像提供了一个数字标记，并将与该标记相对应的编码信息插入到图像的变换表示之中。
相关技术叙述
数字成像的使用频率越来越高。用于处理压缩的数字图像信息的两个标准包括JPEG和MPEG，前者被典型地用于静态图像，而后者则被典型地用于动画视频。
所述JPEG压缩标准曾在如下被引作参考的、由Gregory T.Wallace所著的文献中讲述过，“JPEG静态图像压缩标准”，ACM通信，1991.4，第34卷，第4号，页31～44。
所述MPEG标准通常被用于动画视频压缩。该MPEG曾在如下文献中讲述过，即由Phillip E.Mattison，John Wiley和Sons所著的“利用C编程实例的实用数字视频”，1994，第11章，页373～393，以及由Didier Le Gall所著的“MPEG：用于多媒体应用的视频压缩标准”，ACM通信，1991.4，第34卷，第4号，页47～58，这些文献的所有内容在此被引作参考。
由于数字成像的使用日渐增多，所以也需要增加新的方法来处理图像信息。有一个例子就是在以下境况中需要有图像鉴别，即此时图像信息被用于监视或用于其图像接收信号的完整性比较紧要的其它情况。倘若捕获图像并将其存储在存储器内以备以后观测，或者通过网络将其传输至中央单元进行实时观测，那么未授权的个人便有可能对所述存储的图像进行干扰操作，或对经网络传送的信号进行篡改。
已经作过一些尝试为图像信息提供增强处理，但都没有致力于安全鉴别系统的需要。譬如，已出版的申请GB 2,326,048曾讨论过一种用于把数字水印插入到压缩图像数据中的系统。但该数字水印只指示了版权或其它的作者识别信息。该文件的公开没有涉及足够的安全措施以鉴别图像信号的内容。
本领域的技术人员一直在尝试研究新的方法，以便保证传输信号的完整性。有一种优先技术是根据图像数据推导出图像的数字标记。本发明利用的是数字标记提取方法，并结合了把该数字标记信息插入到图像的变换表示之中。在接收位置处，可以对所述插入的信息进行解密，并将其同期望的图像标记进行比较，以便确认该接收信号的完整性。
发明概述
本发明被用于鉴别图像信号是否为静态图像或部分动画视频信号。本发明对压缩信号格式是极有利的，并提供一个编码标记以插入到与图像内容相对应的图像变换表示中，由此来验证图像的可靠性。
按本发明设计的系统对于鉴别图像信号是有用的。该系统包括生成图像变换表示的变换模块。所述变换表示包括有高频系数。由标记提取模块生成一个对于图像为单值的数字标记，因为该标记是基于图像数据的内容的。一种标记插入模块把一些新值分配给所述与数字标记相对应的高频系数。通过这种方法，所述数字标记的编码型式被插入到图像的变换表示之中。该数字标记的编码型式可以在接收位置处进行解密，并同基于图像数据的合适标记进行比较，由此来验证接收信号的可靠性。
本发明的另一方面为包括几个基本步骤的图像信号鉴别方法。生成图像的变换表示。优选地通过使用图像数据信息来确定一个对于图像为单值的数字标记。图像的该变换表示包括被识别的高频系数。然后给该高频系数分配一些与所述数字标记相对应的新值，以便把所述数字标记的编码型式插入到所述图像的变换表示中去。
本发明还有一个方面是提供一种计算机可读的介质，该介质具有许多计算机可执行的、用于鉴别图像信号的指令。所述按本发明设计的计算机可读的介质优选地包括有第一程序模块，由该程序模块指导计算机生成所述图像的变换表示。所述变换表示优选地包括有一些高频系数。由第二程序模块指导计算机确定一个对于图像为单值的、优选地基于所述图像数据内容的数字标记。由第三程序模块指导计算机把一些新值分配给所述变换表示中的高频系数。所述被分配给高频系数的值与所述的数字标记相对应。该在高频系数内分配的值为那些被插入到图像变换表示中的数字标记的编码型式，该编码型式可以在接收位置处进行解密，并与所述图像标记进行比较以便对接收信号实施鉴别。
通过对下面优选实施方案的详述，本领域技术人员将很容易明白本发明的各种特征和优点。
附图简述
图1简要示出了按本发明设计的系统。
图2为用于说明本发明方法的流程图。
图3简要示出了把标记信息插入到图像信号的变换表示中的优选方法。
优选实施方案详述
图1简要地示出了用于鉴别图像信号的系统20，该系统被用来鉴别所述图像是静态图或是部分动画视频信号。从数据源22提供图像数据。由变换模块24以部分数据压缩的形式处理该图像数据。在本优选实施方案中，使用了本领域已知的离散余弦变换。作为部分数据压缩方案而使用的各种变换算法在本领域中是已知的。所述变换模块24有效地生成所述图像的变换表示。
该变换表示被提供给标记提取模块26，由该标记提取模块为所述图像确定一个数字标记。所述数字标记优选地基于所述图像数据的内容，以便使其相对于所述图像为单值的。本发明的该优选实施方案包括通过从该图像中选择一组子图像或窗口来提取图像标记。该子图像或窗口譬如可以是诸如JPEG块或多块等图像数据的采样。所选的成对窗口或采样之间的关系便可用来构造一个标记。
譬如，一个图像被划分成32个窗口，并分成16对。如果希望有一个16比特的标记，那么给每一对分配所述标记中的一个比特。为每对数据采样计算出一个值。为所述图像的每个窗口应用一种评估函数，以便计算出该窗口的表示值。然后在比较中应用该表示值，该比较的结果被用来生成1比特值以作为该标记的一部分。譬如，如果某一对的第一窗口的值比第二窗口大，而且该差值超过一个选定的阈值，那么该标记中的相应比特被分配一个数字值0。可选地，如果第二窗口的值比第一窗口大出所述选定的阈值，则把所述标记的比特值置为1。可以利用诸如灰度值、边缘点、频率、灰度值变化等特性来确定所述窗口的值。该选定的特性可以根据特殊情况的需要进行变化。
在美国专利第5,915,038号中曾讲述过从图像数据中提取标记的该最优选方法的详细情况，该专利的理论在此被引作参考。可以根据特殊情况的需要而采用其它的标记提取方法或识别方法。通过本说明书，本领域的技术人员可以选择最适合其需要的标记提取策略。
数字标记被提取之后，它便与所述图像的变换表示一起被提供给标记插入模块28。优选地，以加密方式对该数字标记进行编码，并将其插入到所述图像的变换表示中。优选地，标记插入模块28访问该图像变换表示中的高频系数，并给那些与数字标记值相对应的系数分配一个新值。
在所述编码标记如期地被插入后，由信号处理器30根据特殊情况的需要对该图像信号进行处理。譬如，信号处理器30可以把该图像信息放入到存储器中，或譬如把它传输至别的位置。
需要注意的是，尽管图1为讨论的目的只示出了个别的模块，但本发明并不局限于具有该数目单独组件或器件的装置。根据本说明书可以知道，可以采用硬件、软件和两者的各种组合来实现所示模块执行的功能。
图2为说明本发明优选方法的流程图40。在42中，执行一个优选地基于块的变换过程，以便生成包括有高频系数的图像变换表示。在44中，基于图像数据提取所述的图像标记。在46中，对所述变换表示内的高频系数进行识别。在48中，将一些新系数分配给那些与所述数字标记的编码型式相对应的高频系数。譬如，图2所示的各个步骤优选地在发送位置处执行。在接收位置处，从所述高频系数中访问或提取所述被插入的编码标记信息，并对其解密以确定接收图像的插入数字标记。将该标记与直接从图像确定的标记进行比较。如果两个标记匹配，则接收信号合格，并认为图像内容是可靠的。
图3简略地示出了插入编码标记信息的优选方法。所示的数字标记50具有8比特，并为二进制的形式，这样每个比特的值为0或1。所示的图像52具有许多块A～H。每个块均至少包括一个高频系数，如图中的54、56、58、60、62、64、66和68所示。当然，图3的简要图示大大地简化了本领域内已知的图像变换表示。
优选地，利用一种编码将信息插入到与所述数字标记相对应的图像变换表示中。在一种实施例中，双数值的数被插入到块的高频系数中以对应所述标记50中的0比特值。类似地，单数值的数被分配给与标记中值为1的比特相对应的高频系数。如图3所示，标记50的第一个比特为0，且高频系数54被分配了一个双数值。所示的每个高频系数都对应于标记中的一个比特。接下来，按照上述的策略，高频系数56具有一个双数值，且高频系数60和64也是一样。与标记中值为1的比特相对应的每个高频系数被分配了一个单数值。因此，高频系数58、62、66和68均具有单数值。
通过在图像的变换表示中使用所述的高频系数，可以提供一个方便的地方来插入编码标记信息。典型地，该高频系数与图像信号中的高频成分有关，而该高频成分是被典型考虑的噪声，且不会影响图像信号的视觉显示。因此应当相信，在变化所述高频系数的内容来含盖编码的标记信息时，并不会对最终的图像显示质量产生任何可察觉的影响。
在图3所示的实施例中，每个块使用了一个比特来插入编码的标记信息。优选地，每个块至少使用一个比特。每个块也可以使用高达64个比特(也即系数)。重要的是，不能改变所述图像变换表示的DC值。因此，最小为1而最大为64的高频系数可优选地用来插入所述的编码标记信息。
也可以选择采取其它的编码。譬如，可以组合采用多个数值来对应于所述数字标记中的每个比特。另外，如果譬如数字标记所包含的比特少于标记中的块，则可以重复该数字标记。通过使编码标记重复地充满整个图像，便可以得到更为可靠的装置，这使得未授权的个人很难改变该图像信号。
利用本说明，本领域技术人员可以研制必要的软件编码来对计算机或微控制器进行编程，或研制专用电路来执行上述功能。同样，那些受益于本说明书的人也可以从一些商用元件进行选择，以便研制按本发明进行工作的系统。
显然，以上说明只是示例性的，而非任何限制。对本领域的技术人员来说，对所述公开的实施方案的变化和改进都不应脱离本发明的精神和基础。本发明的法律保护范围只由权利要求书给出。

Claims (20)

1.用于鉴别图像信号的方法，包括步骤：
(A)生成(42)图像的变换表示(52)；
(B)确定(44)对于所述图像为单值的数字标记(50)；
(C)识别(46)所述变换表示内的高频系数(54，56)；以及
(D)给与所述数字标记相对应的高频系数分配(48)一些值。
2.权利要求1的方法，其中步骤(D)包括使用预先选定型式的系数值，而该型式表示了所述数字标记(50)中的对应值。
3.权利要求2的方法，其中所述的数字标记(50)为具有许多数字的二进制数，其中每个数字的值为1或0，以及其中所述预先选定的型式包括把第一种数值分配给与值为1的标记数字相对应的系数，而且把第二种数值分配给与值为0的标记数字相对应的系数。
4.权利要求3的方法，其中所述第一种数值为双数值，而所述第二种数值为单数值。
5.权利要求2的方法，其中所述的数字标记(50)为具有许多数字的二进制数，其中每个数字的值为1或0，以及其中所述预先选定的型式包括把第一种选定的数值分配给共同与值为1的标记数字相对应的多个系数，而且把第二种选定的数值分配给共同与值为0的标记数字相对应的多个系数。
6.权利要求5的方法，其中所述第一种选定的数值为双数值，而所述第二种选定的数值为单数值。
7.权利要求1的方法，其中所述的数字标记(50)具有许多数字，所述图像的变换表示(52)包括均具有至少一个高频系数(54，56)的许多块(A，B)，而且步骤(D)包括将一个值分配给每个块中与所述标记的一个数字相对应的系数。
8.权利要求7的方法，其中所述图像表示(52)中的块(A，B)数目比所述标记(50)中的数字多，而且步骤(D)包括多次重复与所述标记相对应的系数值，以便每个块都包含一个其值与标记数字相对应的系数。
9.用于鉴别图像信号的系统(20)，包括：
一种变换模块(24)，它生成包括有高频系数(54，56)的图像变换表示(52)；
一种标记提取模块(26)，它生成对于所述图像为单值的数字标记(50)；以及
一种标记插入模块(28)，它给与所述数字标记(50)相对应的高频系数(54，56)分配一些值。
10.权利要求9的系统，其中每个模块都是在计算机内实施的。
11.权利要求10的系统，其中每个模块都包含有软件。
12.权利要求9的系统，其中所述的标记插入模块(28)使用预先选定型式的系数值，而该型式表示了所述数字标记(50)中的对应值。
13.权利要求12的系统，其中所述的数字标记(50)为具有许多数字的二进制数，其中每个数字的值为1或0，以及其中所述预先选定的型式包括第一种数值，以用于与值为1的标记数字相对应的系数，而且包括第二种数值，以用于与值为0的标记数字相对应的系数。
14.权利要求13的系统，其中所述第一种数值为双数值，而所述第二种数值为单数值。
15.权利要求12的系统，其中所述的数字标记(50)为具有许多数字的二进制数，其中每个数字的值为1或0，以及其中所述预先选定的型式包括第一种选定的数值，它被分配给共同与值为1的标记数字相对应的多个系数，而且还包括第二种选定的数值，它被分配给共同与值为0的标记数字相对应的多个系数。
16.权利要求15的系统，其中所述第一种选定的数值为双数值，而所述第二种选定的数值为单数值。
17.权利要求12的系统，其中所述的数字标记(50)具有许多数字，所述图像的变换表示(52)包括均具有至少一个高频系数(54，56)的许多块(A，B)，而且所述的标记插入模块将一个值分配给每个块中与所述标记的一个数字相对应的系数。
18.权利要求17的系统，其中所述图像表示(52)中的块(A，B)数目比所述标记(50)中的数字多，而且所述的标记插入模块(28)多次地重复与所述标记相对应的系数值，以便每个块都包含一个其值与标记数字相对应的系数。
19.一种计算机可读的介质，它具有许多计算机可执行的、用于鉴别图像信号的指令，该介质包括：
第一程序模块(24)，由该程序模块指导计算机生成所述图像的变换表示(52)，而且所述变换表示包括有一些高频系数(54，56)；
第二程序模块(26)，由该第二程序模块指导计算机确定一个对于图像为单值的数字标记(50)；以及
第三程序模块(28)，由该第三程序模块指导计算机把一些值分配给与所述数字标记相对应的高频系数。
20.权利要求19的计算机可读的介质，其中所述第三程序模块(28)将一些值分配给遵照预先选定型式的所述高频系数(54，56)，使得所述被分配给高频系数的值可被解密以指示所述的图像标记(50)。
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