TW448412B - System for changing attribute of image by electronic watermark - Google Patents

Description

4484 12 五、發明說明（1) ~~-- 本發明係有關於一種可以利用電子水印改變影像屬柯 的系統，其中，該具有嵌入水印之影像屬性係藉由加入^ 他的電子水印而達到改變影像屬性的目的。 、 近來’預防影像資訊被翻印是相當重要的^因此，影 像資訊通常都伴隨著一些屬性，這些屬性都加入了 ，，梦衫 翻印”或是M只許翻印一次"的指令。 傳統影像資訊中加入影像屬性的技術已經被揭露，例 如：日本專利08275 1 27A 1996 (影像訊號處理裝置）/ 在這份文件中’影像偵測或是影像模糊偵測（VB j， video blanking identifier)被嵌入於垂直模糊週期中 以防止翻印。詳言之，VBI係被嵌入於第一範圍的第二十 個垂直模糊週期以及第二範圍的第3 8個垂直模糊週期。此 外’於水平同步訊號及彩色猝發訊號（c〇l or burst s i gna 1 s )之後的有效影像訊號區域，更嵌入2位元參考訊 號及20位元資訊訊號。前述之2〇位元資訊訊號中的2位元 是使用於防止影像資訊被翻印的"翻印產生管理系統” (CGMS ’copy generation management system)中。 VBI以及CGMS可以適用於51 2行的NTSC，62 5行的PAL以 及1 1 2 5行類比影像訊號之高精確度影像系統。 然而’因為VBI是被嵌入在固定的位置，VBI可以利用 濾波器的方式輕易的濾除’因此並無法完全預防不合法的 翻印。 因此，可見以及不可見的電子水印會交互出現。 在此所提到的可見電子水印在視覺上，可以使被顯現

第4頁 4 dR /J 1 ? 不·· ， f · 一1 五、發明說明（2) 出來的影像資訊不會被翻印以及盜用，是由於我們可以夢 由可見電子水印把規定的特性及圖形加至影像資訊中。" 舉例來說，吁見電子水印在1 9 9 6年係於曰本專利編號 0824 1 40 3 A (於影像中無色彩改變的數位水印）中被揭' 露。在這份文件中提到’只有圖形之亮度會改變，相當I 可見電子水印資枓中的不透明部份。而亮度則由—些^數 所決定，例如：彩色成分、隨機數量以及可見電子&印資 料中圖片的數量。 另一方面’在不會降低影像的品質前提下，因為不可 見電子水印是鑲嵌在影像資訊中’因此其於視覺中可被辨 識出來。 3 舉例來說，影像資訊的作者可能用不可見電子水印來 作確認，甚且，不巧'見電子水印可以告知使用者禁止翻印 影像資訊或是加強VTR中禁止翻印的機制。 不可見電子水印是可以被嵌入的，舉例來說，不可見 電子水印可以嵌入於圖片要素中的最低重要位元（LSB， least Signincant bit)，因為LSB對影像品質比較不會 造成太大的影響。然而，LSB可以簡單的藉由使用低通減 波器或是影像資訊壓縮加以消除，因此會變得很難去偵"測 經過低通濾波或是壓縮過後的不可見電子水印。 ' 另一種電子水印則揭露於Nikkei electronics 1996，4·22 ,Ν〇·660 ,13p這份文件中。在這份文件中， 影2資訊被轉換至頻域，而電子水印則鑲嵌在主要的頻率 成分中。因此，電子水印並不會輕易因濾波或影像壓縮=

第5頁 4 4 8 4 1 2 五、發明說明（3) 被消除，甚且，當亂數是在：如常態分佈下 不容易會互相干擾，也就不會影響影像品質 影像損壞。

電子水印就 也不容易使 接下來，參考第7圖至第Π圖 轉換方式的電子水印。 如第7圖所示’原始影像7 0 1經由離散餘弦轉換(DCT ’ discrete cosine transformation ) 703 轉換，有 "個資料……,/(«)為選擇各頻率中的最大振幅。 並且’假設相對於各頻率成分的電子水印 以解釋這種使用頻率 w〇),vv(2),，w(w) 為常態分佈’平均值為〇，變化量為1，則 電子水印鑲嵌裝置7〇4依照下式計算： ^') = /(0 + « -|/(0| w(0 其中為等級係數 接著，經由反離散餘弦轉換7 0 9，即可得到含有電子 水印的輸出影像710。 鑲嵌的電子水印可以藉由已知的原始影像資料以及 吨）’其中i = 來偵測。 如第8圖所示，目的影像802經由DCT 804轉換以獲得 其頻率即)，~)，.. .。同時，原始影像801也經由DCT 8 0 3轉換以得到其頻率成分/〇)，/⑵，.....，/(«) ，然後再計算 出水印資料W)。在這裡，妒(i)被定義為㈣)_/(¾¾ °接著 為内積 .(Ww)/ 統計相似性C定義為 ，這裡的(W.w) 阳及>^£)分別為iF及W 的絕對值。最後，統計相似

第6頁 五、發明說明（4) 性裝置8 I 0決定在C比規定的數值大時，電子水印要鑲嵌在 物體影像802中。 利用統計相似性的水印檢定需要原始影像。因此，原 始影像的作者就可以使用這個方法’但是，一般錄放裝置 的使用者’例如VTR，就無法使周這種方法。因此，接下 來的方法是依照國際標準認證（〖S 0，i n t e r n a t i ο n a 1 standardization organization)的協定，提供操作壓縮 動晝的動畫專家群組（MPEG，moving picture experts group )給一般的使用者。 如第9圖所示*前面所提到同在MPEG系統上的方法 中’電子水印是鑲嵌在由原始影像中劃分出來的8個像素 X 8個像素的影像區域中。 首先，原始影像經由DCT 903轉換以獲得 mf(2X ..，其中，/(ι)，/(2)，… 依序為經由轉換 Ϊ ΐ到的頻率成分之振幅，而/(1)為最小的。同樣的’俨 設電子水印為常態分配，其平均為〇 ’變化量為1，則鐘1 電子水印裝置905的計算方法為： '織砍 、這裡的為等級係數，為卿(/(〇)為|/(卜1)〖|/(丨)|,|乃+1)丨. =t ί ^ Μ下就把.仰以乃)）稱為部份平均，之後MPEG資料姑 可以經由量化及編碼得到。 政 攻個方法並不需要原始影像，只需要〆〇 中’ i為。 的資料 其

4484 12 五、發明說明（5) 如第1 0圖所示，MPEG資料在反量化之後， β(ι)/(2)，…/(«) 的選擇依序為所得到的頻率成分的振幅， 其中叩）為最小的。接著電子水印資料❿）定義(邱)） ，更將卵'(〇定義為在擴展MPEG影像1101中—個晝面中㈣） 的總和，接著統計相似性C定義為 /(WFL>.wn) ，其中 為内積，财'!)及wD 分別為师以及μ，的絕對值，最後，統計 相似性決定裝置11 09在c大於規定的數字時，決定電子水 印要被鑲嵌於擴展MPEG影像中。 如第11圖所示’電子水印也可以由擴展MPEG影像中情 測出來’當擴展的MPEG資料1 1 0 1經過DCT後， F(1)'F(2)>…』(《)依序為所得到頻率成分的振幅，其抑⑴為 最小的。接著電子水印資料酽(:）則定義為F(%vg(邱)），而 卵(0更疋義為在擴展jjpeg影像1101中一個晝面中叹的總 和’以及統計相似性C定義為（财，其中卿w) 為内積’卿刀及>^分別為卿以及w的絕對值，最後統計相 似性決定裝置1 1 0 9在C大於規定的數字時，決定電子水印 要被鑲嵌於擴展MPEG影像u 〇1中。 然而’當影像屬性需藉由DCT轉換而改變時，若相同

J^*· 〇 I 文饭轨<τ2次’則欲改變一個影像屬性的電路會變 得很大^ m f且’由於DCT會同時執行偵測並改變屬性的動作， 士匕右相同的程序被執行2次時，輸出影像的品質會降

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五、發明說明（6) 低。 因此，本發明的目的旱 性之後，就可以改變輪入影像二：像在經由㈣檢定屬 利用本發明電子水印來 定的嵌入資料於鑲嵌在影像中的電二印：系統是加入規 本發明所提供的屬性變更系 置，係輸入鑲嵌電子水印的影像 衫像輸入裝 置，係用以轉換影像f料：—測^署放餘弦轉換裝 與規定電子水印之間的相似：：？糸統計電子水印 SM ^ ^ W ^ ,〖生，一屬性祆測裝置，係基於 測疋k置之輸出而輪出影像資料 係儲存上述的嵌入資料；—遂煜往罢/複數個5己憶體， -嵌人資料暫存器，係選；；【料： t；ί^：Γ1Tess register) 中的亮度汛唬，一色彩差異暫存器（coior diffaence register)，係儲存影像資料中的色彩差異訊號；以及一 加法ϋ ’係將亮度暫存器及色彩差異暫存器的輸出相加。 依據本發明，因為本發明的系統可以變 性，輸入影像及輸出影像都具有電子水印，因供 本發明系統的一般型裝置’如VTR，就可以預防不合法的 影像翻印。 並且’由於本發明所提供的系統具有選擇裝置，因此 其屬性並非一定會改變的。更甚於此，由於嵌入資料成功 地被嵌入輸入影像中，因此可以即時得到輸出影像。 此外，電子水印也可以被嵌入或是被改變於類比混合

4 4B4 1 2 五、發明說明（7) 訊號的狀況。 懂，ΐϋΓ月之上述目的、特徵、和優點能更明顯易 如； 較佳實施例，並配合所附圖式，作样細說 圖示之簡單說明： 於本發明系統中屬性檢測裳置的方塊圖； ΙΞίί於本發明系統中屬性檢測裝置的方塊圖； 结4 HI怂ί於本發明糸統中屬性改變裝置的方塊圖； .'、…於本發明系統中另—種屬性改變裝置的方 塊圖， ^圖係為於本發明系、统中用以 作的時序圖； ι # 第6圖係為於本發明系統中再—種裝置 塊圖； 第7圖係為傳統偵測電子水印的偵測系統方塊圖； 第8圖係為傳統用來偵測電子水印的另一種偵測系統 方塊圖； 第9圖係為傳統用來偵測使用ί卯之評“協定鑲嵌在影 像壓縮中電子水印的偵測系統方塊圖： 第1 〇圖係為傳統在經過反DCT之後，用來偵測使用I s〇 之MPEG協定鑲喪在影像壓縮中電子水印的愤測系統方塊 圖；以及 第11圖係為傳統在完成擴充過程之後，用來備測使用 IS〇之MPEG協定鑲嵌在影像壓縮中電子水印的債測系統方

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五、發明說明（8) 塊圖。 實施例： 接下來，請參日3下而丨 如第i圖所示，俾為估圖 < ’以說明本發明之實施例。 屬性的系統方塊圖。此系使，本發明的電子水印變更影像 用以輸入含有電子水象f入裝置101 ’係 檢測輸入影像的屬性；^ί; 一屬性檢測裝置ι〇2，係 入與被檢測到的影像屬性變更裝置103，係使用輪 舉例來說，ί Air變被檢測到的屬性。 屬性f ，其中，屬性更'名a103將屬性t改變成新的 次’屬性π則表示禁止"翻印表示只允許輸入影像翻印-具體地解釋上述的例 像中的電子水印而擁有屬:入影像藉著鑲嵌在輸入影 輸入該輸入影像而抽出鑲 Α ，影像檢測裝置102藉著（ Τ與輸入影像是下一鑲;屬的上子 性變更褒置103是為了將生變更裝丑1 03的輸入’而屬 、、Β "。 皮輸入影像輸出，使其擁有屬性 屬性檢測裝置1〇2的士仏_ 裝置1〇1 ’使輪入影像轉換 係示於第1圖中；藉娜丁 1 °1,抽出在頻域子：r用電子水印檢測裝置 計已知電子水印盘抽出電子5印，科的判斷值’接著統 獲得輸入影像的檢水印貧料的相似性’如此便可 屬ί變更裝置1〇3的方塊圖係示於第3圖中；屬性變更 4484 1 2 五、發明說明（9) ---— 裝置103包括.一選擇裝置303 ; -嵌入資料暫存器306， 係儲存選㈣置303的輪出；—亮度暫存㈣4，係儲存被 輸入影像的亮度訊號；—色彩差異暫存器3〇5 ;以及一加 法器’係將色彩差異暫存器3〇5與嵌入資料暫存器3〇6的輸 出相加。在此所提的選擇裝置3 〇 3基於從屬性檢測裝置1 〇 2 的屬性輸入’從中選擇一個儲存在數個記憶體區域中5如 占己憶體3 0 1與記憶體3 〇 2之喪入資料。 接著，將加法器307與亮度暫存器304的輸出，一同輸 入至影像輸出裝置1 〇4以獲得輸出影像。 另一個屬性變更裝置103的方塊圖係示於第4圖中；此 屬性變更裝置103更包括一色彩差異輸出暫存器309，係輸 入加法器307的輸出：與一亮度輸出暫存器3〇8，係輸入亮 度暫存器3 0 4的輸出，以獲得輸出影像。 如第3圖和第4圖所示的記憶體全然只是一個範例，記 憶體的數目可能大於兩個以上。甚且，複數個記億體區域 可能被分配在單一的記憶體裝置中，如唯讀記憶體 (ROM ’read only memory)或隨機存取記憶體（RAM， random access memory ) ° 儲存在該些記憶體的嵌入資料是附加的資料，其變更 了該輸入影像之屬性。 上述之嵌入資料中，有可能是零資料（null data)， 例如’每一位元皆為零；該嵌入之資料係依據屬性檢測之 結果而由選擇器303所選出。舉例來說，當Μ "被檢測出 來時，記憶體30 1可能被選擇到；而，當被檢測出來

第12頁 五、發明說明（10) 時’儲存零資料（null data )的記憶體3〇2也有可能被選 擇到。 §資料儲存在亮度暫存器304與色彩差異暫存器3Q5中 時’於輸入影像的資料流時序必須與當嵌入資料儲存在嵌 入資料暫存器306的時序相同的。 加法器307係將儲存在色彩差異暫存器3〇5與嵌入資料 暫存器3 0 6的資料相加。因此，當儲存在嵌入資料暫存哭 3〇6的資料是零資料時，被檢測到的屬性依然未改變。^ 則’當輸入影像的屬性是其它而非1,,時，輸出影像的 屬性是不會被改變至，的。 加法器3 0 7本身是眾所皆知的，因此關於它的解釋就 此省略。 上述係解釋了本發明的結構。 接下來要解釋本發明的操作。 第5圖解釋了屬性變更裝置的操作時序圖。如第5 圖所示，當輸入亮度訊號與色彩差異訊號時，確定了記憶 ^30,1中的嵌入資料，而在記憶體3〇2的嵌入資料總是 1 。同時，屬性檢測的結果被輸入至選擇裝置3〇3，在 此，假設當檢測結果為、Μ々時，係選擇在記憶體3〇1的嵌 入資料；而當檢測結果為1 "時’則選擇在記憶體3〇2的 嵌入資料。 隨著時間的增加，在下一個時刻上，亮度暫存器3〇4 接收亮度訊號；色彩差異暫存器3〇5接收色彩差異訊號； 且嵌入資料暫存器306接收從選擇裝置3〇3來的嵌入資料^

第13頁 448412 五、發明說明（u) 承接上述的時序’於接下來的一個時刻，亮度輪出暫 存器308接收亮度訊號’且色彩差異輸出暫存器309將色彩 差異訊號與嵌入資料相加並儲存之。 因此，具有屬性〃的輸入影像經處理過後，所輸 出之輸出影像具有屬性'"B 。然而，當選擇嵌入資料為 時，輸入影像的輸出影像將會是輸入影像本身。 本發明並不限定如上文所解釋的實施例型式。類比混 合訊號也可能被輸入。 於本發明系統中還有另一個屬性變更裝置的方塊圖， 如第6圖所示；類比虎合訊號被輸入至影像輪入装署，. ,i,aoo , ^ Λ 處理過程則如前所述。再者，藉由D/A轉換器6〇1，可獲得 類比混合之輸出，並且，D/A轉換器6〇1並不紈是需要的。 =發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 此項技藝者’ ☆不脫離本發明之精 二ij:申ΐ:=與揭飾，因此本發明之保護範圍 田視後附之申晴專利範圍所界定者為準。 符號說明 1 〇卜影像輸入装置 103~屬性變更裝置 20卜DCT裝置； 20 3 ~加法器； 2 〇 6〜統計相似性； 置； 置； 測裝置 1 〇 2〜屬性檢測裝 1 0 4〜影像輸出裝 202〜電子水印檢 204〜純量乘積； 3 〇卜記憶體；

2149-2699-PF.ptd 第14頁 4484 ί 2 五、發明說明（12) 3 0 2〜記憶體， 304〜亮度暫存器； 306〜嵌入資料暫存器； 308〜亮度輸出暫存器； 6 0 0〜A/D轉換器； 701〜原始影像； 704〜電子水印鑲嵌裝置； 8 0 2〜目的影像； 804-DCT ； 903-DCT ； 1 01 2〜統計相似性； 1 1 0 9〜統計相似性決定裝置。 30 3〜選擇裝置； 30 5〜色彩差異暫存器； 3 0 7〜加法器； 309〜色彩差異輸出暫存器； 60卜D/A轉換器； 70 3〜離散餘弦轉換； 8 0卜原始影像； 803-DCT ； 81 0〜統計相似性裝置； 905〜鑲嵌電子水印裝置； 11 0卜MPEG影像；

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Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 1. 一種使用電子水印變更影像屬性之系統，其中，一 規定的嵌入資料係加入至一鑲嵌於一影像中的電子水印， 包括： —影像輸入裝置，用以輸入該嵌入有該電子水印之影 像； 一離散餘弦轉換裝置，用以轉換該影像； 一測定裝置，用以統計該電子水印與規定電子水印之 間的相似性； 一屬性檢測裝置，係基於從該測定裝置的輸出，來輸 出該影像的屬性； 複數個記憶體，用以儲存該嵌入資料； 一選擇器，用以選擇該嵌入資料其中之一； 一嵌入資料暫存器，用以儲存該選擇器之輸出； 一亮度暫存器，用以儲存該影像的亮度訊號； 一色彩差異暫存器，用以儲存該影像的色彩差異訊 號；以及 一加法器，用以將該亮度暫存器與該色彩差異暫存器 的輸出相加。 2. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中，更包括 一影像輸出裝置，係藉由輸入該亮度暫存器與該加法器之 輸出，用以輸出與該嵌入資料之一重疊之該影像。 3. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中，更包 括： 一亮度輸出暫存器，用以輸入該加法器的輸出；

   2149-2699-PF.ptd 第16頁 4484 1 2 ^、申請專利範圍 一色彩差異輸出暫存器，用以輸入該色彩差異暫存器 的輸出；以及 一影像輸出裝置，藉由輸入該亮度暫存器與該色彩差 異輸出暫存器之輸出，用以輸出與該嵌入資料之一重疊之 該影像。 4. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中，更包括 —類比數位的轉換器，其由該影像輸入裝置輸入該影像， 並輸出該影像的亮度訊號至該亮度暫存器，以及輸出該影 像的色彩差異訊號至該色彩差異暫存器。 5. 如申請專利範圍第4項所述的系統，其中，更包 括： —數位類比的轉換器，用以轉換由該亮度輸出暫存器 與色彩差異輸出暫存器的輸出；以及 一影像輸出裝置，藉由輸入該數位類比轉換器來的輸 出，輸出與該嵌入資料之一重疊的影像。 6. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中，該嵌入 影像的位元數和其位元寬是相同的。 7. 如申請專利範圍第6項所述的系統，其中，該嵌入 資料其中之一是所有的位元皆為零的資料。

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