TW508544B

TW508544B - Electronic watermark inserting apparatus capable of inserting electronic watermark into TV image data in real time and electronic watermark inserting method

Info

Publication number: TW508544B
Application number: TW89104556A
Authority: TW
Inventors: Mitsuhiro Matsunaga
Original assignee: Nec Corp
Priority date: 1999-03-19
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2002-11-01
Also published as: EP1039414A2; EP1039414A3; JP2000270204A; CN1267999A

Description

五、發明說明（1) 本發明是提供一種電指一種能夠即時插入電印插入裝置以及方法，尤水印插入裝置以及方法。工7 17於輪入影像資料之電子式水印技術被大量用於士訊，以及影像的電子式處理二於聲音資訊、影音資資訊插入影像資料中次布貝科的著作權。將電子式水印於上方的影像資料的影像品看出來，因此不會損壞置舉例而言，習知水印祜兩 10^155151 〇裝置，用來將電子式走逑一種電子式水印插入括一電子式水g奸 °月曰中所提出的包資料處理裝置2〇包括、於的3像資料處理裝置之方塊圖。料，-分ίί= 電路21，用來輸入原始影像資真實空間區域（暫時= 轉換器22，用來將區域的原始影像資料，α ^ , 、戚二間頻率蔣左妨产^ . 以及一電子式水印混合器23，用來弋水印次=ί式水印記憶體24的隨機（arbitrary)電子 ^ 貝汛肷入轉換之後的影像的特別部分（featured 二ΓΓοη田資料處理裂置20另包括一反向分散式餘弦轉換 f 25，用來將嵌有電子式水印資訊的空間頻率區域的多貝料反向轉換（11^61^6-〇〇1^6『1^1^)為原始影像資料，以及一輸出電路26，用來輸出反向轉換之後的影像資料。資料處理裝置2 0會將構成數位影像資料的再產生資料貝 (reproduction data)從輸出電路26輸出。五、發明說明（2) 第6圖⑼7F t電子式水印資訊偵測裝置可以偵測電子 1水印是否已經插入隨機的影像資料中。電子式水印資訊 m -輸人電路3 i ’用來將影像資料輸入以進行、$，一分散式餘弦轉換器32，用來將所輸入的影像資料 =成㈣頻率區域的影像資料，—相對關係㈣器33，用來偵測空間頻率區域轉換《後的資料與存放在一水！記憶體34中的電子式水印資訊之間的關係，以及-顯不早元35，用來顯示偵測結果。一般而言，在包括一處理裝置中，原始的影像個方塊，每一方塊在縱向像素。原始影像資料經由的影像資料，相關於每一中’會產生對應於一信號子式水印插入裝置的隨機的原始影像資料的上方。電子式水印資訊置放於該編碼來進行編碼。而帶有像資料會被傳輸。電子式水印插入裝置的影像資料一顯示螢幕上分割成複數包括一預定數目的換成空間頻率區域在空間頻率區域資料在與侧面分散式分割的強度的電子式因此，影像的電子式方向上餘弦轉方塊。混合比水印資影像資上方，水印資例，而預存於一電訊會置放於所輸入料經由壓縮而使得而可以不同的長度訊的經過壓縮的影像資知電子式水印插入裝置中，暫時區域的影水岛“轉成空間頻率區域的影像資料，而隨機電子式上p ^讯會置放於轉換之後的空間頻率區域的影像資料成智=^間頻率區域上所置放的影像資料會反向轉換暫％區域的影像資料。為了將電子式水印資訊快速置放 508544 五、發明說明（3) ‘ ^入〜像，料上’因此需要分散式餘弦轉換電路與反二二政式餘弦轉換電路。因此，習知電子式水印插入會有電路尺寸太大的問題。曾，舉例來說，分散式餘弦轉換運算是相關於重複性的計 ^ i M致於結合了乘法與加法。執行一次分散式餘弦轉換 1 =頊進行方塊的總資料數目乘上1 〇g2總資料數目的平方 =% ί乘法。而執行一次反向分散式餘弦轉換運算同樣必 /、仃相似的運算。假設，一個方塊中在縱向與側面方向斤的像素數目都是8，那麼每一個脈衝就必須執行567 异。口丨一個使用NTSC電視系統的電視接收器的電 72。個像素乘上個像素所構成的，而一個方塊疋行由士上8列。因此，一個螢幕是由54〇〇個方塊組成。所以在例子中，將電子式水印資訊欲入NTSC電視系統的輸入二像貧料中，分散式餘弦轉換運算必須執行3, 11 〇,4〇〇次 =，4〇〇乘上576)。相似地，反向分散式餘弦轉換運算也必 j執行3，1 1 0,400次。在NTSC電視系統中，為了顯示影像的一個晝面（frame)，在16個百萬分之一秒中，必須執行 ::=的處理運算’因，匕，可以即時嵌入電子式水印資訊 :::尺寸就必須增加。在處理運算巾，必須執行上述的刀政式餘弦轉換/反向分散式餘弦轉換運算，並且計算处 :工率區域中信號的長[使得電子式水印資訊可。: 於輸入影像資料的上方。因此’本發明的主要目的在於提供—種簡單的電子式

第7頁、發明說明（4) 水印插入輪入影像ί Ϊ i能夠插入電子式水印資訊於電視接收器的〔圖式銪f /中’而其電路設計並不複雜。、間單說明〕示意^ \圖為本發明第一實施例之電子式水印插入裝置之 2 [ 、置執行雷*1 早為V第1圖所不之第一實施例的電子式水印插入裝式水印插入過程的操作流程圖。一群組的圖一所、第1圖所示之波段流通過濾器群組中的第、波段流通過濾器之增加特徵。二群m圖所不為第1圖所示之波段流通過濾器群組中的第鮮組的-波段流通過濾器之增加特徵。甲的弟理裝ί5之圖方為塊包圖括習知電子式水印插入裝置的影像資料處卜匕圖為習知電子式水印資訊偵測裝置之方塊圖。〔付唬說明〕 Μ g#1/〜，入電路；12〜方塊分割單元；13〜波段流通過濟二群組；14〜光譜測量單元；15〜放大測量電路1 比例決定單元；17〜電子式水印混合單元；18〜電二纪憶體；1 9〜輸出電路。大水印實施例一第1圖為本發明第一實施例之電子式水印插入裝不意圖。請參考第1圖。電子式水印插入裝置包括二電路（類比/數位轉換器)11 1來輸入類比輸入影像：入唬，以及將類比輸入影像信號轉換為數位影像資料；二〜方

508544 五、發明說明（5) ^分割單元1 2，用來輸入數位影像資料，以及將數位影像資料在顯示螢幕上分割成複數個像素方塊，而每_個像素方j包括8 (寬度）乘上8 (長度）個像素；以及一波段流通過濾器（band - pass f ilter，BpF)群組13，用來沿著縱向與侧面方向將像素方塊的數位影像資料中的複數個特定頻率過濾出來。電子式水印插入裝置另包括一光譜測量單元 14，用來測量每一個從過濾器群組13輸出的特定頻率的光 =度；-放大測量電路15,用來沿著縱向與侧面方向測 ϊ攸方塊分割單元丨2輸出的數位影像資料的放大幅度一 = = ，用來根據光譜測量單元14的光譜強 ^ ί以及放大測篁電路15的幅度輸㈣決定每一像 = ?電子式水印資訊之間的混合比 — ^ Ρ作匕合單元1 7，用來根據每一像素方输所決定的混合比例來將電子式水^ 之上；-電子式水印記憶體= =景:像資料子式水印混合單元! 7輸出的數像資)用來將從电號，以產生再產生資料（reprQductm換為類比信一般而吕，當電子式水印資會損壞原始的影像。當電子式水印作=〜像信號上時，具有固定頻率或低頻率的影像時，=2:=(n〇ise)嵌人出影像的損壞。當電子式水印資、艮目月可以輕易地看 (…―卜Uned ·)或弧(叫時= 而具有zig-zag形式，所以报 k二線會產生變化看出影像的損壞。因五、發明說明（6) 此，當將電子式水印資資料的特色，以調整影例，以防止影像的損壞訊嵌入影像資料時，必須偵測影像像資料與電子式水印資訊的混合比也子式水印插入過程的操作雷；^ ^為上㈤第一實施例的電子式水印插入裝置執行驟Q1 1 7 ρ插入過程的操作流程圖。如第2圖所示，在步鉍，輸入影像資料經由輸入電路11進行類比/數位的，換二接著，在步中，數位輸人影像資料被方塊分割早分割成複數個數位影像資料方塊。舉例而言，方塊 ^割單元12將資料分割成54〇〇個方塊，當電視影像資料在單一螢幕具有720*480個像素，而一個方塊包括8*8個像素。在步驟S3中，BPF群組13會過濾每一方塊的影像資料，以從每一方塊取出頻率元件。第3圖所示為BPF群組13所包括的第一群組的BPF(包括 LPF )增加特徵，用來沿著水平方向取出頻率。第4圖所示為BPF群組13所包括的第二群組的bpf增加特徵，用來沿著垂直方向取出頻率。在第3圖中，用來沿著水平方向取出頻率的第一群組的BPF相當於BPF1到BPF5，其是經由將13· 5MHz的MPEG系統的水平取樣頻率的二分之一當成參考頻率而取得。BPF5到BPF1的主要頻率分別為6. 75 MHz; 5. 06 ΜΗζ(3·375 + 1·69 MHz); 3·375 MHz; 1·69 MHz;以及〇 MHz。BPF5到BPF1的帶寬（bandwidth)分別為其主要頻率加減0.5 MHz。在苐4圖中’用來沿者垂直方向取出頻率的第二群組的BPF相當於BPF10到BPF6，其是經由將垂直方向上 508544

的15.75!^2掃描頻率的二分之一當成泉 BPF1〇到BPF6的主要頻率分別為7. 87 “二頻 ΚΗΖ(3·93 + 1.97 ΚΗΖ); 3·93 KHz; h97 KHz 〇以及〇 KHz。BPF1〇到肿1^6的帶寬（bandwidth)分別ζ為直H 加減0.66 KHz。過渡器群組13是用來分別沿著水平方向與垂直方向取出循序輸出的影像資料方塊的頻率元件。在：驟S4中，光譜測量單元14會依照每一頻率元件取出光譜量。換句話說，從步驟以取出

譜強度會被進行測量。领手兀仟J 始影像資料的在步驟S5中，放大測量電路15會偵測原放大幅度，以及改變特徵。 ” =者，在步驟S6中，會對所偵測到的放大幅度的大小進行確認。當放大幅度小時，也就是代表影像是暗色的 (dark)，而當放大幅度大時，也就是代表影像是亮色的 (light)。因此，電子式水印資訊幾乎無法被看到，而電子式水印資訊對影像資料的混合比例會設定為大值（在步驟S7中）。在步驟％中所判定的放大幅度大約為中間值，人的眼，可以輕易辨識出這個中間值。然而，由於混合比例會隨著電子式水印資訊的頻率元件的放大幅度而改變，因此’可以根據下列的頻率特徵來決定混合比例·· 在步驟S8中，混合比例決定單元丨6首先判斷每一分割方塊的影像資料沿著縱向與側面方向是否具有一峰值。 (peak)位於電子式水印資訊頻率附近的頻率。當每一分割方塊的衫像資料沿著縱向與侧面方向具有大的光譜強度接

近於電子' -4-' 影像資料式水印資訊頻率時，由於電子式水印資訊隱藏在為大值/下面’因此混合比例決定單元1 6會將混合比例設步驟S9)。在步驟S8中，當每一方塊的影像資料具元1 6备、，、电千式水印資訊的頻率特徵時，混合比例決定單 $曰"判斷每一方塊的影像資料在高頻率範圍部分的光譜 ^ ί否為大（步驟S1〇)。當方塊影像資料在高頻率範圍部 1 ^ Ϊ相對小的光譜量時，混合比例決定單元1 6會將混合 ^ ^ =為小值（步驟S11 )。相反的，當方塊影像資料在高 a 2範圍部分具有大的光譜量時，混合比例決定單元1 6會將此合比例設為中間值（步驟S1 2)。其後，電子式水印資 Λ會根據電子式水印混合單元丨7所決定的混合比例而置放於影像資料上。變化 ^ 一般而言’電子式水印的混合比例是設在〇與1之間的 I巳圍’相對於每一方塊的輸入影像資料丨〇〇。當影像資料的放大幅度為大時，也就代表影像是亮的，而當影像資料的放^幅度為小時，也就代表影像是暗的。由於，電子式水印資訊幾乎無法被看到，因此電子式水印資訊對影像資料的混合比例會設定為大值。然而，當影像資料的放大幅度為中間值時，人的眼睛可以輕易辨識出此影像資料，因此電子式水印資訊可以輕易被看到。結果，電子式水印資訊的混合比例會設定為小值。當影像資料的放大幅度為中間值而此影像資料包括少量的相同頻率元件，雖然電子式水印資訊可以輕易被看到，如果影像資料的頻率與電子式

五、發明說明（9) 的！；可：區崎’電子式水印資訊就幾乎無撕料。=何‘㈡水：Γ:;:在某些範圍内插入 :到時，都可以根據放：幅；==:===被在」：ί Γ :式水印記憶體18的電子式水印資訊、顯示式水印資訊，或者顯示在-預定發幕 1:丄式印資訊都可以被加以使用。此外，電子 ^ I貝汛可以用於插入一個影像資料方塊，該影像方塊在、疋頻率中具有等於或大於一預先選定的放大幅度水平的放大幅度。在上述的實施例中，步驟S6判斷出影像資料的放大幅度之後’在步驟S8中，混合比例決定單元丨6會偵測是否有相同的頻率元件為大值。可選擇地，步驟S6與步驟S8的執行順序可以相反。在上述的實施例中，其混合比例是根據影像資料的頻率特徵與放大幅度來決定，但是本發明並不在此限。可選擇地，不根據頻率特徵，混合比例也可以藉由偵測頻率特徵的變化特徵來決定，也就是藉由確認光譜量沿著縱向或是侧面方向的變化來決定。在可選擇的情況下，如果頻率的改變變大，電子式水印資訊就幾乎無法看見。結果，混合比例會被設定為大值。可選擇性地，混合比例可以根據放大幅度以及/或是放大幅度的變化來決定。此外，混合比例可以只根據頻率

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五、發明說明（ίο) 特徵來決定。關於用來測量影像資料的頻率特徵的頻率特徵路，其具有第一過濾器群組與第二過濾器群組。第= 器群組會沿著水平方向測量像素方塊的頻率特徵，而== 過濾器群組會沿著垂直方向測量像素方塊的頻率特徵。二一過濾、器群組與第二過遽器群組都是由波段流通過濾器5 組成’而波段流通過濾器具有位於相關於水平方向上樣頻率與垂直方向上的取樣頻率的頻率的主要頻率。波段流通過濾器包括乘法元件、加法元件，以及延元件。當波段流通過濾器的切斷（cut-off)頻率特徵非常明顯時’元件的總數就會增加。然而，數位過濾電路可以藉由執行位元位移（bit shi ft)而非乘法來達成'如果 1/2，1/4，1/8，而藉由將這些數值乘上一整數而獲得的數字可以當作乘法電路的乘數。在此情況下，由於位元位移是僅僅藉由位移電線的連接來完成，因此不再需要複雜的乘法電路。因此，數位過濾電路可由一位元位移電路二加法電路，以及延遲元件來組成。因此，雖然、資料計算的總次數相同，波段流通過濾器的電路尺寸可以大大地減小0 以上所述僅為本發明之最佳實施例，本發明之電子式水印插入方法與裝置的應用範圍不在此限，而可以有所修改、變化，與替代，而不會背離本發明之技術精神與範圍。在本發明之電子式水印插入裝置中，輸入影像資料被

五、發明說明（11) 分害！/為各個方塊，而當纟金徵或是放大幅度，而在μ女暫^區域時，可以獲得頻率特的情況下，可以決定雷二有改變空間頻率區域的影像資料例。因此，電子式欢如4子式水印資訊對影像資料的混合比無須複雜的分散ί 裝置與插入方法可以簡單而換。政式餘弦轉換以及複雜的反向分散U弦：

Claims

申請專利範圍 1 · 一種電子式水印插入装置，印資訊嵌入一靜態或動態圖二用來將隨機的電子式水 -方塊分割電路，用來在象顯割成複數個像素方塊，而每_ 資秦上將輸入影像資料側面方向上具有一預定數目：：：方塊在該營幕的縱向一放大測量電路，用來測量二伪料的放大幅度；彳冢素方塊的輸入影像一混合比例決定電路，用的放大幅度值之間的關俜炎4 A氏媒母一像素方塊所測得資料與電子式水印資=的像素方塊的輸入影像 -混合装置，用來dr以及例來將輸入影像資料盥雷早，方塊所決定的混合比 2. -種電子式水印資訊加以混合。印資訊嵌入一靜止或動態的圖像;=來將隨機的電子式水一方塊分割電路，用來將顯示S 2: 一分割成複數個像素方塊，而、幕的輸入影像資料或侧面方向上具有一葙定叙母像素方塊在該螢幕的縱向匁頂疋數目的像夸· 一頻率特徵測量電路，二仏特徵；用木測1輸入影像資料的頻率 -混合比例決定電路，的頻率特徵來決定每一像夸=ί根據母一像素方塊所測得水印資訊之間的混合比例2的輪入影像資料與電子式 -混合裝置，用來根據.一例來將輸人影像資料與電二=二f素方塊所決定的混合比 a水印資訊加以混合。 508544

六、申請專利範圍 3 ·如申請專利範圍第2項之電子式水印插入梦置，另包括一放大測量電路，用來測量每一像素方塊的輸入影像資料的放大幅度，其中該混合比例決定電路會根據每:像素方塊的頻率特徵以及所測得的放大幅度與/或包括& & 大幅度中的變化來決定混合比例。 4·如申請專利範圍第2項之電子式水印插入裝置，其該頻率特徵測量電路包括··一第一過濾器群組，用來沿著水平方向測量像素方塊的頻岸特徵；以及一第二過请、器群組，用來沿著垂直方向測量像素方塊的頻率特徵Y = 及 $ > 該第一過濾器群組與該第二過濾器群組均包括一波段流通（band-pass)過濾器，其具有一主要頻率，該主要頻又率是位於分別相關於水平方向上的取樣頻率以及垂直方向上的取樣頻率的頻率上。中5 ·如申請專利範圍第3項之電子式水印插入裝置，其 I#該頻率特徵測量電路包括··一第一過濾器群組，用來沿ΐ水平方向來測量像素方塊的頻率特徵；以及一第二過濾器群組，用來沿著垂直方向來測量像素方塊的頻徵；以及 # 、☆該第一過濾器群組與該第二過濾器群組均包括一波段 =，（band-pass)過濾器，其具有一主要頻率，該主要頻x ^疋位於分別相關於水平方向上的取樣頻率以及垂直方向

第17頁 M38544 六、申請專利範圍 ' 上的取樣頻率的頻率上。 6 · —種電子式水印插入方法，用來將隨機的電子式水印資訊後入一靜態或動態圖像，包括：將顯示螢幕上的輸入影像資料分割成複數個像素方塊’而每一像素方塊在該螢幕的縱向或侧面方向上具有— 預定數目的像素；測篁每一像素方塊的輸入影像資料的放大幅度；、 f據每一像素方塊所測得的放大幅度值之間的關係來決定每一像素方塊的輸入影像資料與電子式水印資％之、的混合比例；以及、又間根據每一

"比例來將輪入影像資根據母一

如申請專利範圍第7項之電子式水印插入方法，另六、申請糊 —一 ' ------ ΪΪΓΓ量步驟，以測量每一像素方塊的輸人影像資料的的ϊίί，其中該混合比例決定步驟會根據每-像素方塊以及所測得的放大幅度與/或包括在放大幅度甲的父化來決定混合比例。中：頻ΐ:請專利範圍第7項之電子式水印插入方法，其頻率:來量步驟會根據對應於水平方向取樣頻率的測量像素方塊的頻率特徵；以及根據方塊的頻率特徵。+的頻羊來耆水平方向測量像素中該^率如特申二 =來沿著水平方向測量像素方：的頻取：2的取樣頻率的頻率來沿著水=向測ί;;

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