TWI546691B

TWI546691B - 拷貝影像重建系統

Info

Publication number: TWI546691B
Application number: TW103137469A
Authority: TW
Inventors: 林智揚
Original assignee: 亞洲大學
Priority date: 2014-10-29
Filing date: 2014-10-29
Publication date: 2016-08-21
Also published as: TW201616380A

Description

拷貝影像重建系統

本發明是有關於一種拷貝影像重建系統，特別是有關於一種不需藉由參考原始影像進行逆向影像重建並取得隱藏資訊的拷貝影像重建系統。

近來，由於多媒體科技及其傳播技術的迅速發展，人們得以在極短時間內獲得並提供極大數量的多媒體資訊。然而，正因如此，如何有效確保所傳送的多媒體資訊內容，不被有心人士進行未授權的拷貝及散佈，成為多媒體傳播業者及相關政府企業的重要課題。

到目前為止，已提出了多種用於多媒體安全的影像驗證與秘密傳輸的研究方法。舉例而言，為了確保資訊內容的秘密性，一般使用某種加密方法使多媒體的原始內容轉變成亂碼或無法辨識(unintelligible)的程度，僅有具授權的使用者才可成功地將其完整還原。另外，舉例而言，也有使用一種數位浮水印技術(digital watermarking)，可同時確保資訊內容的秘密性及封閉性。這種數位浮水印技術是在原始內容中嵌入隱藏的一對一授權碼或浮水印，只有經授權的使用者才可藉由官方提供的授權碼顯示出所隱藏的浮水印。

雖然前述的方法都可達成資料安全的秘密性、整合性及封閉性，但卻都忽略了已解密的多媒體資訊內容被非法傳播的可能性。舉例而言，有心人士可先利用具授權的使用者將加密的多媒體影像進行解密，再將已解密的多媒體影像進行非法的大量拷貝複製，並將非法的拷貝影像傳播給其他未授權的使用者，藉此獲取大量利益。這種行為已導致現今社會上盜版猖獗的結果。因此，如何追蹤到被利用之該具授權的使用者，並準確判斷其為進行非法拷貝的盜版製造商之技術，即被稱為叛徒追溯技術(traitor tracing)。

現今存在較佳的叛徒追溯技術的其中之一，即為數位指紋嵌入技術(digital fingerprint embedding)，這種技術是在具授權的使用者訂閱的原始影像中嵌入隱藏的一對一數位指紋。因此，當不同的具授權的使用者訂閱了相同的多媒體資訊時，他們會接收到隱藏有不同數位指紋，但卻顯示相同內容的具授權的拷貝影像。

但是，就目前習知之技術而言，當多媒體傳播業者的工程師要從隱藏有數位指紋的拷貝影像中取回當初所嵌入的數位指紋時，必須參考當初進行數位指紋嵌入所使用的原始影像，並藉由該原始影像重建多媒體資訊，才能夠進行數位指紋的擷取。也就是說，對於想要防範盜版製造商的多媒體傳播業者來說，若當初的原始資訊已不存在或已被刪除的話，工程師將會在數位指紋的擷取上遇到極大的技術困難。

因此，顯而易見相當重要地，目前極需要研發一種不需依賴當初進行數位指紋嵌入所使用的原始影像，即可進行數位指紋的擷取技術。也就是說，此技術可從隱藏有數位指紋的拷貝影像中直接進行逆向性的影像重建，並藉此擷取數位指紋，以利後續比對資料庫而快速追蹤到盜版製造商。另外，具有影像的可逆性還能夠使工程師輕易辨識出影像是否為非法複製或偽造的拷貝影像。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是提供一種拷貝影像重建系統，其包含：輸入裝置、主編碼簿、第一處理單元、狀態編碼簿、邏輯單元、以及第二處理單元。輸入裝置用於讀取拷貝影像；主編碼簿包含代表複數個原始區塊的複數個索引值；第一處理單元使用主編碼簿將拷貝影像之第1列和第1行的複數個拷貝區塊重建成代表原始影像之第1列和第1行的複數個原始區塊；藉由與拷貝影像之欲處理區塊之向量值最相近的複數個編碼字建立和拷貝影像之欲處理區塊相應的狀態編碼簿；邏輯單元使用狀態編碼簿進行欲處理區塊之判斷並根據結果輸出辨識位元；第二處理單元根據辨識位元的數值將欲處理區塊進行重建。

較佳地，對於本發明提供之拷貝影像重建系統來說，拷貝影像係由原始影像進行複製而得，且原始影像被分割成大小相等且互不重疊的複數個原始區塊，拷貝影像被分割成大小相等且互不重疊的複數個拷貝區塊。主編碼簿中的複數個索引值係分別對應複數個原始區塊的複數個向量值，且複數個索引值也分別對應複數個拷貝區塊的複數個向量值。根據相鄰拷貝影像之欲處理區塊的上方區塊在主編碼簿中之索引值以及相鄰拷貝影像之欲處理區塊的左方區塊在主編碼簿中之索引值，在主編碼簿中尋找與拷貝影像之欲處理區塊之向量值最相近的複數個編碼字，其中相鄰拷貝影像之欲處理區塊的上方區塊和左方區塊已藉由第一處理單元重建完成。邏輯單元使用和拷貝影像之欲處理區塊相應的狀態編碼簿，判斷拷貝影像之欲處理區塊是否位於和拷貝影像之欲處理區塊相應的狀態編碼簿中，以及判斷拷貝影像之欲處理區塊之向量值是否位於和拷貝影像之欲處理區塊相應的狀態編碼簿中的拷貝狀態編碼字，並根據結果輸出辨識位元。第二處理單元根據辨識位元的數值，將拷貝影像之欲處理區塊之向量值以和拷貝影像之欲處理區塊相應的狀態編碼簿中的拷貝狀態編碼字重建。

較佳地，當邏輯單元判斷拷貝影像之欲處理區塊位於和拷貝影像之欲處理區塊相應的狀態編碼簿中，且判斷拷貝影像之欲處理區塊之向量值位於和拷貝影像之欲處理區塊相應的狀態編碼簿中的拷貝狀態編碼字時，邏輯單元輸出辨識位元之數值為0；當邏輯單元判斷拷貝影像之欲處理區塊位於和拷貝影像之欲處理區塊相應的狀態編碼簿中，但判斷拷貝影像之欲處理區塊之向量值不位於和拷貝影像之欲處理區塊相應的狀態編碼簿中的拷貝狀態編碼字時，邏輯單元輸出辨識位元之數值為1；以及當邏輯單元判斷拷貝影像之欲處理區塊不位於和拷貝影像之欲處理區塊相應的狀態編碼簿中時，邏輯單元不輸出辨識位元之數值。

較佳地，當辨識位元之數值為0時，第二處理單元輸出拷貝狀態編碼字，即拷貝影像之欲處理區塊之向量值保持不變；當辨識位元之數值為1時，第二處理單元輸出拷貝狀態編碼字，即以拷貝狀態編碼字取代拷貝影像之欲處理區塊之向量值；以及當未輸出辨識位元之數值時，第二處理單元直接輸出拷貝影像之欲處理區塊之向量值。

較佳地，將原始影像複製成拷貝影像之過程更包含：將原始影像藉由加密裝置進行加密處理以獲得加密影像；將加密影像藉由解密裝置進行解密處理以獲得母帶；以及將母帶進行複製以獲得拷貝影像。

較佳地，解密裝置在對加密影像進行解密處理以獲得母帶的同時，將對應解密裝置的序號嵌入母帶中。

較佳地，拷貝影像重建系統更包含儲存有序號的資料庫，使邏輯單元藉由下式比較拷貝影像之辨識位元組與資料庫中的序號，追溯與序號對應的解密裝置，其中序號可由複數個序號位元構成，且辨識位元組可由複數個辨識位元構成：其中，F _k表示序號；F _l表示辨識位元組；m表示辨識位元組的長度；f _i,k表示序號的第i個序號位元；f _i,l表示辨識位元組的第i個辨識位元。

較佳地，拷貝影像重建系統更包含有門檻值，使在邏輯單元在(F_k,F_l)的數值大於或等於門檻值時，判斷對應序號之解密裝置的用戶是原始影像的拷貝者；在(F_k,F_l)的數值小於門檻值時，判斷對應序號之解密裝置的用戶不是原始影像的拷貝者。

較佳地，加密裝置將原始影像進行加密處理之過程包含以下步驟：使用主編碼簿對原始影像O的第1列和第1行的複數個原始區塊進行量化編碼；根據相鄰原始影像之欲處理區塊的上方區塊在主編碼簿中之索引值以及相鄰原始影像之欲處理區塊的左方區塊在主編碼簿中之索引值，在主編碼簿中尋找與原始影像之欲處理區塊之向量值最相近的複數個編碼字，並以與原始影像之欲處理區塊之向量值最相近的複數個編碼字建立和原始影像之欲處理區塊相應的狀態編碼簿；根據所建立的和原始影像之欲處理區塊相應的狀態編碼簿，進行以下判斷處理：當原始影像之欲處理區塊位於和原始影像之欲處理區塊相應的狀態編碼簿中，且原始影像之欲處理區塊之向量值位於和原始影像之欲處理區塊相應的狀態編碼簿中的原始狀態編碼字時，原始影像之欲處理區塊之向量值保持不變、當原始影像之欲處理區塊位於和原始影像之欲處理區塊相應的狀態編碼簿中，但原始影像之欲處理區塊之向量值不位於和原始影像之欲處理區塊相應的狀態編碼簿中的原始狀態編碼字時，計算原始影像之欲處理區塊之向量值與原始狀態編碼字之間的距離，並進一步判斷：若原始影像之欲處理區塊之向量值與原始狀態編碼字之間的距離小於預設臨界值，以原始狀態編碼字取代原始影像之欲處理區塊之向量值；若原始影像之欲處理區塊之向量值與原始狀態編碼字之間的距離不小於預設臨界值，以在主編碼簿中與原始影像之欲處理區塊之向量值最相近的編碼字取代原始影像之欲處理區塊之向量值、或當原始影像之欲處理區塊不位於和原始影像之欲處理區塊相應的狀態編碼簿中時，原始影像之欲處理區塊之向量值保持不變；以及重複上述步驟，在所有原始影像之欲處理區塊之向量值都已處理完成後，藉由加密處理將所有原始影像之欲處理區塊之向量值進行加密以獲得加密影像。

較佳地，解密裝置在對加密影像進行解密處理以獲得母帶的同時，將對應解密裝置的序號嵌入母帶中之過程包含以下步驟：將加密影像、對應加密處理的密鑰資訊、以及對應加密影像的主編碼簿傳輸到訂閱原始影像之用戶的解密裝置中；使用密鑰資訊將加密影像之第1列和第1行的複數個加密區塊轉變成對應原始影像之第1列和第1行的複數個原始區塊；使用密鑰資訊將加密影像之欲處理區塊的向量值轉變成對應原始影像之原始區塊之編碼字，接著，根據相鄰加密影像之欲處理區塊的上方區塊在對應加密影像的主編碼簿中之索引值以及相鄰加密影像之欲處理區塊的左方區塊在對應加密影像的主編碼簿中之索引值，在對應加密影像的主編碼簿中尋找與加密影像之欲處理區塊之向量值最相近的複數個編碼字，並以與加密影像之欲處理區塊之向量值最相近的複數個編碼字建立和加密影像之欲處理區塊相應的狀態編碼簿；當解密裝置判斷已轉變之加密影像之欲處理區塊之向量值位於和加密影像之欲處理區塊相應的狀態編碼簿中的加密狀態編碼字時，在和加密影像之欲處理區塊相應的狀態編碼簿中擷取與已轉變之加密影像之欲處理區塊之向量值最相近的相近編碼字；當對應解密裝置的序號中包含的序號位元之數值為0時，已轉變之加密影像之欲處理區塊之向量值保持不變、當對應解密裝置的序號中包含的序號位元之數值為1時，利用相近編碼字取代已轉變之加密影像之欲處理區塊之向量值；以及重複上述步驟，在所有加密影像之欲處理區塊之向量值都已藉由解密裝置進行處理後，即獲得母帶。

較佳地，從拷貝影像重建而獲得影像的峰值訊噪比(Peak signal-to-noise ratio,PSNR)與母帶的峰值訊噪比之間的誤差在18.48%以內。

承上所述，根據本發明之拷貝影像重建系統，其相較於習知技術，不需要依賴當初嵌入數位指紋所使用的原始影像，即可擷取數位指紋。也就是說，根據本發明之拷貝影像重建系統，可從隱藏有數位指紋的拷貝影像中直接逆向重建出原始影像，並擷取其數位指紋，後續再藉由比對資料庫等步驟迅速追蹤到盜版製造商。另外，由於本發明具有影像的可逆性，使能輕易辨識出處理影像是否為非法複製或偽造的拷貝影像。

{x _1,1 ,x _1,2 ,x _1,3 ,x _2,1 ...x _3,3}、{y _1,1 ,y _1,2 ,y _1,3 ,y _2,1 ...y _3,3}‧‧‧集合

CW₀、CW₁、CW₂~CW_N-1‧‧‧編碼字

F_l‧‧‧辨識位元組

sp ₀、sp ₁、sp ₂~sp _N-1‧‧‧超級編碼字

st ₀、st ₁、st ₂~st _M-1‧‧‧狀態編碼字

TH_SMVQ‧‧‧預設臨界值

u _3,1、u _3,2、u _3,3、l _1,3、l _2,3、l _3,3、x _1,1、x _1,2、x _1,3、x _2,1、x _3,1‧‧‧邊緣向量值

x _i,j‧‧‧向量值

Y_i‧‧‧左子密碼

‧‧‧母密碼

Y_i'‧‧‧右子密碼

k ₀、k ₁、k ₂~k _N-1‧‧‧索引值

1‧‧‧輸入裝置

10‧‧‧密鑰樹

100‧‧‧加密裝置

101‧‧‧拷貝影像重建系統

2‧‧‧記憶單元

200‧‧‧解密裝置

3‧‧‧第一處理單元

4‧‧‧第二處理單元

5‧‧‧邏輯單元

b‧‧‧原始區塊

C‧‧‧拷貝影像

CB‧‧‧主編碼簿

D(x,st ₀)‧‧‧歐幾里得距離

E‧‧‧加密影像

e1、e2、e3‧‧‧加密區塊

F_k‧‧‧序號

l‧‧‧左方區塊

M‧‧‧母帶

m1、m2、m3‧‧‧母帶區塊

O‧‧‧原始影像

Q‧‧‧密鑰資訊

SP‧‧‧超級編碼簿

ST‧‧‧狀態編碼簿

u‧‧‧上方區塊

x、x1、x2、x3、e、c‧‧‧欲處理區塊

請參考第1圖，係為根據本發明之例示性實施例而說明向量量化法之壓縮編碼方式的示意圖。

請參考第2圖，係為根據本發明之例示性實施例而說明對應欲處理區塊建立狀態編碼簿的示意圖。

請參考第3圖，係為根據本發明之例示性實施例而說明藉由狀態編碼簿將欲處理區塊進行壓縮編碼的流程圖。

請參考第4圖，係為根據本發明之例示性實施例而說明將已壓縮的欲處理區塊進行加密處理的示意圖。

請參考第5圖，係為根據本發明之例示性實施例而說明將加密區塊進行解密處理的示意圖。

請參考第6圖，係為根據本發明之例示性實施例而說明將加密影像進行解密處理的流程圖。

請參考第7圖，係為根據本發明之例示性實施例而說明以拷貝影像進行重建的流程圖。

請參考第8圖，係為根據本發明之例示性實施例而說明拷貝影像重建系統的方塊圖。

本發明將藉由下述之較佳實施例及其配合之圖式，做進一步之詳細說明。需注意的是，以下各實施例所揭示之各項數據，係為便於說明本案技術特徵及功效之態樣，並非用以限制可實施本發明之態樣者。

對於本發明所屬領域之通常知識者而言，為了能夠更好地理解本發明所運用之原理，從而確定本發明之具體實施性。以下將分別配合圖式說明向量量化法(vector quantization,VQ)、以及邊緣吻合向量量化法(side match vector quantization,SMVQ)的影像處理原理。

請參考第1圖，係為說明向量量化法之壓縮編碼方式的簡單示意圖。首先，將原始影像(original image)O分割成複數個原始區塊(original block)b，其中每個原始區塊b彼此大小相等且互不重疊。接著，對應一原始區塊b的相對位置，給予對應該相對位置的原始向量值，再利用主編碼簿(codebook)CB找到與該原始區塊b之原始向量值對應的索引值k，即可完成該原始區塊b之編碼。具體而言，是在主編碼簿CB中尋找與原始區塊b之原始向量值最接近的編碼字(codeword)CW，並以該編碼字CW對應的索引值k表示該原始區塊b。其中，主編碼簿可以例如LBG(Linde-Buzo-Gray)演算法建立，但本發明之實施例不應受限於此。

舉例而言，如第1圖所示，將原始影像O分割成16個尺寸為3×3的原始區塊b。接著，對於位在原始影像O之第2列第4行的原始區塊b(即位於最右上角區塊的下方)，在主編碼簿CB中找到與該原始區塊b之原始向量值最接近的編碼字CW₁，並以所需位元率較少的索引值k ₁表示該原始區塊b。其中，主編碼簿CB可以N個編碼字CW構成，N表示主編碼簿的大小，一般可例如等於256；索引值k ₀,k ₁,k ₂...k _N-1可分別代表編碼字CW₀,CW₁,CW₂...CW_N-1；編碼字CW₁可包含集合{x _1,1 ,x _1,2 ,x _1,3 ,x _2,1 ...x _3,3}。

另外，關於向量量化法的解壓縮方式，大致上是將在編碼端進行的步驟逆向操作，即完成影像的解壓縮。具體而言，依照壓縮區塊中的索引值，與主編碼簿CB中的索引值進行比對，即可找到與該壓縮區塊當初定義的原始向量值最相似的編碼字CW，並以該編碼字CW表示該壓縮區塊而重建出該原始區塊。

然而，使用向量量化法的影像壓縮編碼技術，在編碼端忽略了存在於一般原始影像中的相鄰原始區塊之間的高度相關性。這不僅造成位元率的浪費，解壓縮後的影像區塊更可能會因為主編碼簿的不良設計而造成影像品質的流失。因此，針對向量量化編碼的缺點，提出了以邊緣吻合向量量化法的壓縮編碼方式。

邊緣吻合向量量化法類似於上述之向量量化法，屬於向量量化法的延伸應用之一。此技術主要是利用相鄰區塊之間的相關性(correlation)或冗贅性(redundancy)來進行影像處理。具體而言，邊緣吻合向量量化法是以較少編碼字建立更有效率的狀態編碼簿(state codebook)，不僅可降低位元率，進一步提升原始影像的壓縮效率外，更可減少由於相鄰區塊之間因差異太大而造成視覺不連續的情況，不會對原始影像品質有太大的影響。

以下請一併參考第2圖及第3圖，以說明根據本發明之例示性實施例之邊緣吻合向量量化法的壓縮編碼方式。

請參考第2圖，係為說明對應欲處理區塊建立狀態編碼簿的簡單示意圖。首先，使用如上述之向量量化法，藉由主編瑪簿(以下稱為超級編碼簿(super codebook)SP)將原始影像的第1列和第1行之原始區塊進行編碼。而剩餘未編碼之一欲處理區塊x，則藉由相鄰的已編碼之上方區塊u和左方區塊l，建立對應該欲處理區塊x的狀態編碼簿ST。

舉例而言，如第2圖所示，將原始影像O分割成4個尺寸為3×3的原始區塊，其包含欲處理區塊x、上方區塊u、以及左方區塊l。接著，建立超級編碼簿SP，對原始影像O的第1列和第1行之原始區塊(包含上方區塊u和左方區塊l)進行量化編碼。其中，超級編碼簿SP可包含N個超級編碼字sp ₀ ,sp ₁ ,sp ₂ ...sp _N-1，N表示超級編碼簿SP的大小，一般可例如等於256；超級編碼字sp ₁可包含集合{y _1,1 ,y _1,2 ,y _1,3 ,y _2,1 ...y _3,3}。

接著，利用相鄰區塊之間的相關性，從已經藉由超級編碼簿SP量化的上方區塊u之邊緣向量值u _3,1 ,u _3,2 ,u _3,3、以及左方區塊l之邊緣向量值l _1,3 ,l _2,3 ,l _3,3，將欲處理區塊x之邊緣向量值x _1,1 ,x _1,2 ,x _1,3 ,x _2,1 ,x _3,1進行量化編碼。其中，；x _1,2=u _3,2；x _1,3=u _3,3；x _2,1=l _2,3；x _3,1=l _3,3。並依照這5個邊緣向量值與超級編碼簿SP中的各編碼字，計算出之間的歐幾里得距離(Euclidean distance)，從而在超級編碼簿SP中選擇最相近的M個超級編碼字，建立包含M個狀態編碼字的狀態編碼簿ST(或也可稱為子編碼簿(sub-codebook))。其中，M表示狀態編碼簿ST的大小，一般可例如等於16，且M小於N；索引值k ₀ ,k ₁ ,k ₂ ...k _M-1可分別代表狀態編碼字st ₀ ,st ₁ ,st ₂ ...st _M-1。歐幾里得距離的計算公式如下：其中，D(x_i,j,y_i,j)表表x _i,j與y _i,j之間的歐幾里得距離；x _i,j表示欲處理區塊x中第i列第j行之向量值；y _i,j表示超級編碼簿SP中對應x _i,j位置之超級編碼字的集合元素。

另外，由於狀態編碼簿ST的大小M係小於超級編碼簿SP的大小N，欲處理區塊之位元率從[log₂ N]減少成[log₂ M]，因此可大幅提升影像壓縮效率。

請參考第3圖，係為說明藉由對應欲處理區塊建立的狀態編碼簿，將欲處理區塊進行壓縮編碼的簡單流程圖。

根據本發明之例示性實施例，建立出對應欲處理區塊x的狀態編碼簿ST後，開始對欲處理區塊x進行壓縮編碼。首先，輸入包含向量值x _i,j的欲處理區塊x，並判斷欲處理區塊x是否位於狀態編碼簿ST中，其判斷步驟如下：當欲處理區塊x位於狀態編碼簿ST中，且欲處理區塊x之向量值x _i,j位於狀態編碼簿ST中的狀態編碼字st ₀時，輸出狀態編碼字st ₀。即欲處理區塊x之向量值x _i,j保持不變；當欲處理區塊x位於狀態編碼簿ST中，但欲處理區塊x之向量值x _i,j不位於狀態編碼簿ST中的狀態編碼字st ₀時，計算欲處理區塊x與狀態編碼字st ₀之間的歐幾里得距離D(x,st ₀)，並設定預設臨界值TH_SMVQ，以進行進一步的判斷處理。其中，預設臨界值TH_SMVQ是用來區分欲處理區塊x與狀態編碼字st ₀之間的接近程度，可例如設定TH_SMVQ=50。詳細而言，若D(x,st ₀)小於預設臨界值TH_SMVQ，表示欲處理區塊x與狀態編碼字st ₀之間的接近程度在可容許範圍內，因此輸出狀態編碼字st ₀。即以狀態編碼字st ₀之集合元素取代欲處理區塊x之向量值x _i,j。另外，若D(x,st ₀)不小於預設臨界值TH_SMVQ，表示欲處理區塊x與狀態編碼字st ₀之間的接近程度不在可容許範圍內，因此在超級編碼簿SP中尋找到與欲處理區塊x最接近的一超級編碼字sp _N後，輸出該超級編碼字sp _N。即以該超級編碼字sp _N之集合元素取代欲處理區塊x之向量值x _i,j；或當欲處理區塊x不位於狀態編碼簿ST中時，直接輸出欲處理區塊x。即欲處理區塊x之向量值x _i,j保持不變。

以上處理完成後，輸出端利用所接收到的欲處理區塊x的編碼值，在狀態編碼簿ST中進行比對，並利用對應索引值表示欲處理區塊x，以完成欲處理區塊x的壓縮編碼。綜上所述，在原始影像被分割成多個原始區塊，並使所有的原始區塊都具有與之對應的索引值後，結束原始影像的壓縮編碼。即從所輸入的原始影像，經過編碼壓縮處理後，可輸出壓縮影像。

請參考第4圖，係為說明將已壓縮的欲處理區塊進行加密處理的簡單示意圖。

根據本發明的例示性實施例，使用動態密鑰樹(dynamic key-trees)對已壓縮的欲處理區塊進行加密處理，以獲得加密區塊。動態密鑰樹是將多媒體資訊進行秘密傳輸所使用的資料加解密方法的其中之一。具體而言，動態密鑰樹是在多媒體資訊進行傳輸之前，在資料傳送端初步產生密鑰資訊，並利用該密鑰資訊對已壓縮的欲處理區塊進行加密處理，使已壓縮的欲處理區塊的內容轉變成與原始資料完全不同的加密資料。其中，密鑰資訊可包含對話密鑰(session key)和密鑰樹10。密鑰樹10可包含左子密碼Y_i、母密碼、以及右子密碼Y_i'。左子密碼Y_i表示原始資料，母密碼表示與原始資料完全不同的加密資料，右子密碼Y_i'表示與原始資料非常相近的相近資料。

如第4圖所示，藉由加密裝置100中包含的密鑰樹10，將3個已壓縮的欲處理區塊(x1,x2,x3)轉變成加密區塊(e1,e2,e3)。詳細而言，密鑰樹10中的左子密碼Y_i即為欲處理區塊x之索引值，密鑰樹10中的母密碼即為加密區塊的亂碼。因此，從所輸入的欲處理區塊(x1,x2,x3)=(213,213,213)，藉由加密裝置100進行的加密處理(即動態密鑰樹之密鑰資訊，其包含密鑰樹10)，可輸出加密區塊(e1,e2,e3)=(118,10,80)。

請參考第5圖，係為說明將加密區塊進行解密處理的簡單示意圖。

根據本發明的例示性實施例，使用動態密鑰樹對加密區塊進行解密處理，以獲得已解密之母帶。其中，在進行解密的同時，更進一步將解密裝置的序號嵌入母帶，以完成數位指紋的嵌入處理。具體而言，動態密鑰樹是在多媒體資訊進行傳輸之後，在資料接收端使用與當初在資料傳送端進行加密處理相同的密鑰資訊(包含對話密鑰及密鑰樹10)，對加密區塊進行解密處理，並根據解密裝置所擁有的序號，使加密資料的內容轉變成原始資料、或轉變成與原始資料非常相近的相近資料。

如第5圖所示，藉由解密裝置200中包含的密鑰樹10，將3個加密區塊(e1,e2,e3)轉變成已解密之母帶區塊(m1,m2,m3)。具體而言，在資料接收端接收到加密區塊(e1,e2,e3)後，在擷取解密裝置的序號後，根據序號F_k中序號位元的數值，依序使用與當初進行加密處理所使用之相同的密鑰資訊(包含對話密鑰及密鑰樹10)進行解密。例如，由左至右的順序處理加密區塊(e1,e2,e3)=(118,10,80)。首先，處理加密區塊e1=118，與其對應的序號位元之數值為1，以與其對應的密鑰樹10之右子密碼Y_i'進行解密，即獲得母帶區塊m1=206。接著，處理加密區塊e2=10，與其對應的序號位元之數值為0，以與其對應的密鑰樹10 之左子密碼Y_i進行解密，即獲得母帶區塊m2=213。最後，處理加密區塊e3=80，與其對應的序號位元之數值為1，以與其對應的密鑰樹10之右子密碼Y_i'進行解密，即獲得母帶區塊m2=206。因此，可藉由解密裝置200，將加密區塊(e1,e2,e3)=(118,10,80)轉變成隱含有數位指紋資訊的母帶區塊(m1,m2,m3)=(206,213,206)。

請參考第6圖，係為說明將加密影像進行解密處理的簡單流程圖。

如第6圖所示，根據本發明之例示性實施例，利用上述之相同概念來處理包含有大量加密區塊的加密影像E。首先，使用密鑰資訊Q將加密影像E之第1列和第1行的複數個加密區塊轉變成對應原始影像O之第1列和第1行的複數個原始區塊。再使用密鑰資訊Q將加密影像E之欲處理區塊的向量值轉變成對應原始影像O之原始區塊之編碼字(以下針對如第6圖所示之向量值為118的欲處理區塊e)。

接著，根據相鄰欲處理區塊e的上方區塊在超級編碼簿SP中之索引值、以及相鄰欲處理區塊e的左方區塊在超級編碼簿SP中之索引值，在超級編碼簿SP中尋找與已轉變的欲處理區塊e之向量值最相近的複數個編碼字，以建立和欲處理區塊e相應的狀態編碼簿ST(詳細可參考第[0022]段之說明)。

當已轉變的欲處理區塊e之向量值位於狀態編碼簿ST中的狀態編碼字st ₀時，在狀態編碼簿ST中擷取與已轉變的欲處理區塊e之向量值最相近的相近編碼字(例如為st ₁)，並進行以下判斷：當序號F_k中的序號位元之數值為0時，使已轉變的欲處理區塊e之向量值保持不變；或當序號F_k中的序號位元之數值為1時，利用相近編碼字取代已轉變的欲處理區塊e之向量值。

重複上述步驟，在所有加密影像E之欲處理區塊之向量值都處理過之後，可輸出隱藏有序號F_k之資訊的母帶M。

請參考第7圖，係為說明以拷貝影像進行重建的簡單流程圖。其中，拷貝影像C是藉由母帶M進行複製而獲得。因此，拷貝影像C將包含當初隱藏在母帶M中的序號F _k。

如第7圖所示，根據本發明之例示性實施例，利用上述之相反概念來重建包含序號F _k的拷貝影像C。首先，使用超級編碼簿SP將拷貝影像C之第1列和第1行的複數個拷貝區塊重建成代表原始影像O之第1列和第1行的複數個原始區塊。再使用超級編碼簿SP將拷貝影像C之欲處理區塊的向量值重建成代表原始影像O之欲處理區塊的向量值(以下針對如第7圖所示之向量值為202的欲處理區塊c)。

接著，根據相鄰欲處理區塊c的上方區塊在超級編碼簿SP中之索引值、以及相鄰欲處理區塊c的左方區塊在超級編碼簿SP中之索引值，在超級編碼簿SP中尋找與已重建的欲處理區塊c之向量值最相近的複數個編碼字，以建立和欲處理區塊c相應的狀態編碼簿ST(詳細可參考第[0022]段之說明)。

進行以下判斷，並根據結果輸出辨識位元：當欲處理區塊c位於狀態編碼簿ST中，且欲處理區塊c之向量值位於狀態編碼簿ST中的狀態編碼字st ₀時，輸出辨識位元之數值為0；當欲處理區塊c位於狀態編碼簿ST中，但欲處理區塊c之向量值不位於狀態編碼簿ST中的狀態編碼字st ₀時，輸出辨識位元之數值為1。舉例來說，如第7圖所示，欲處理區塊c之向量值為202，不位於狀態編碼字st ₀=213，因此輸出辨識位元之數值為1；或當欲處理區塊c不位於狀態編碼簿ST中時，不輸出辨識位元之數值。

接著，根據辨識位元的數值，將欲處理區塊c之向量值以狀態編碼簿ST中的狀態編碼字st ₀重建，其步驟如下：當辨識位元之數值為0時，輸出狀態編碼字st ₀。簡單來說，由於欲處理區塊c之向量值位於狀態編碼簿ST中的狀態編碼字st ₀，因此使欲處理區塊c之向量值保持不變；當辨識位元之數值為1時，輸出狀態編碼字st ₀。簡單來說，雖然欲處理區塊c位於狀態編碼簿ST中，但由於欲處理區塊c之向量值不位於狀態編碼簿ST中的狀態編碼字st ₀，因此以狀態編碼字st ₀取代欲處理區塊c之向量值。舉例來說，如第7圖所示，以狀態編碼字st ₀=213取代欲處理區塊c之向量值；或當未輸出辨識位元之數值時，直接輸出欲處理區塊c之向量值。

最後，重複上述步驟並依序將辨識位元重組，可獲得與當初壓縮影像相同的重建影像R、以及當初隱藏在母帶M中的序號F_k之相關資訊(即辨識位元組F_l)。

根據本發明之例示性實施例，多媒體傳播業者可利用儲存有對應解密裝置之序號F_k的資料庫，藉由下式比較辨識位元組F_l與資料庫中的所有序號，以追溯與序號F_k對應的解密裝置：

其中，F_k表示序號；F_l表示辨識位元組；m表示辨識位元組的長度；f_i,k表示序號F_k的第i個序號位元；f_i,l表示辨識位元組F_l的第i個辨識位元。

以上所述之比較，係藉由提供門檻值而決定。詳細而言，當(F_k,F_l)的數值大於或等於門檻值時，可判斷對應序號F_k之解密裝置的用戶是原始影像的拷貝者；或當(F_k,F_l)的數值小於門檻值時，可判斷對應序號F_k之解密裝置的用戶不是原始影像的拷貝者。

請參考第8圖，係為說明拷貝影像重建系統的方塊圖。

根據以上說明之例示性實施例，本發明可提供拷貝影像重建系統101包含：輸入裝置1、記憶單元2、第一處理單元3、第二處理單元4、以及邏輯單元5。

其中，輸入裝置1可用於讀取拷貝影像；記憶單元2用於儲存主編碼簿SP和狀態編碼簿ST；第一處理單元3可使用主編碼簿SP，將拷貝影像之第1列和第1行的複數個拷貝區塊重建成代表原始影像之第1列和第1行的複數個原始區塊；邏輯單元5可使用狀態編碼簿ST，判斷拷貝影像之欲處理區塊是否位於狀態編碼簿ST中，以及判斷拷貝影像之欲處理區塊之向量值是否位於狀態編碼簿ST中的拷貝狀態編碼字，並根據結果輸出辨識位元；以及第二處理單元4，根據辨識位元的數值，將拷貝影像之欲處理區塊之向量值以拷貝狀態編碼字重建。

整合以上所闡述之實施說明，將本發明所進行的處理階段分類為：欲處理階段、加密處理、同時解密及嵌入指紋處理、以及叛徒追蹤。其詳細說明將於下文闡述。

預處理階段：

步驟1：對第1列和第1行之原始區塊的向量值，使用向量量化法進行量化。詳細而言，即依序在主編碼簿中尋找與第1列和第1行最接近的編碼字，並將這些編碼字在主編碼簿中所對應的索引值紀錄下來。

步驟2：擷取目前欲處理區塊的向量值，並利用已完成編碼的上方和左方之相鄰區塊的向量值，建構與目前欲處理區塊對應的狀態編碼簿。

步驟3：比較目前欲處理區塊的向量值與其狀態編碼簿中的編碼字之間的距離，以判斷欲處理區塊是否在狀態編碼簿中。若欲處理區塊是在狀態編碼簿中，且欲處理區塊的向量值位於k₀，則欲處理區塊的向量值保持不變。

步驟4：若欲處理區塊是在狀態編碼簿中，但欲處理區塊的向量值不位於k₀，則計算欲處理區塊和k₀之間的距離。當欲處理區塊和k₀之間的距離小於或等於預設臨界值時，以k₀取代欲處理區塊的向量值；當欲處理區塊和k₀之間的距離大於預設臨界值時，從主編碼簿中尋找在狀態編碼簿以外的最接近編碼字，並用之取代欲處理區塊的向量值。

步驟5：若欲處理區塊不是在狀態編碼簿中，則欲處理區塊的向量值保持不變。

步驟6：重複步驟2~5，直到所有的區塊皆處理完成，以產生壓縮影像。也就是說，在欲處理階段完成後，每個區塊皆具有代表其數值的編碼字、以及與每個區塊對應的狀態編碼簿。

加密處理：

在資料傳送端中，使用動態密鑰樹對壓縮影像進行加密。也就是說，使用母密碼來取代左子密碼Y_i，從而獲得加密影像。動態密鑰樹將產生不相近對()，Y_i代表輸入區塊的編碼字、代表與輸入區塊不相近的編碼字，且k是藉由對話密鑰(session key)而決定。以下方程式可說明k與對話密鑰的關係：k=H_sk(i)mod(L/4)其中H_sk(．)是以對話密鑰形成的散列函數(Hash Function)。接著，可將以母密碼形式完成加密的加密影像和對話密鑰，經由傳輸通道傳送給資料接收端。並在資料接收端接收到加密影像和對話密鑰後，進行同時解密及嵌入指紋處理。

同時解密及嵌入指紋處理：

步驟1：對加密影像之第1列和第1行的區塊中的加密資料，使用對話密鑰將其中的母密碼轉換成左子密碼Y_i。

步驟2：擷取欲處理區塊中的母密碼，利用對話密鑰將其轉換成左子密碼Y_i。接著，擷取欲處理區塊之上方和左方的相鄰區塊的向量值，以建構對應於目前欲處理區塊的狀態編碼簿。

步驟3：比較欲處理區塊之從母密碼轉換而來的編碼字Y_i與狀態編碼簿中的編碼字之間的距離。若從母密碼轉換而來的編碼字Y_i等於k₀，在狀態編碼簿K中選擇與欲處理區塊之左子密碼Y_i最相近的右子密碼Y_i'。

步驟4：將儲存於資料接收端之序號嵌入欲解密之區塊中。舉例而言，當序號的數值為0時，將母密碼轉換成左子密碼Y_i；當序號的數值為1時，將母密碼轉換成右子密碼Y_i'。

步驟5：重複步驟2~4，直到加密影像中的所有區塊皆處理完成，以產生完整的輸出影像。也就是說，輸出影像中的所有區塊皆完成解密，且每個區塊都具有從資料接收端嵌入的序號。

假設已解密之輸出影像遭到非法拷貝或散佈，可利用叛徒追蹤技術尋找被拷貝或散佈的輸出影像所具有的數位指紋，並與每個資料接收端具有的數位指紋進行比對後，過濾出將輸出影像進行拷貝或散佈的資料接收端之用戶，即為非法拷貝或散佈影像者。

叛徒追蹤：

步驟1：輸入拷貝影像，並使用主編碼簿以重建拷貝影像之第1列和第1行區塊的編碼字。

步驟2：擷取欲處理區塊的向量值，和依照前一步驟中所重建之欲處理區塊的上方和左方的相鄰區塊，產生與欲處理區塊的向量值對應的狀態編碼簿。

步驟3：比較欲處理區塊的向量值與其狀態編碼簿之間的距離。若欲處理區塊的向量值位於狀態編碼簿中且等於k₀，將辨識位元設為0，並使欲處理區塊保持不變。

步驟4：若欲處理區塊的向量值位於狀態編碼簿中但不等於k₀，則將辨識位元設為1，並以k₀取代欲處理區塊。

步驟5：若欲處理區塊的向量值不位於狀態編碼簿中，則不產生辨識位元並使欲處理區塊保持不變。

步驟6：重複步驟2~5，直到拷貝影像中的所有區塊都已擷取辨識位元。

在所有的辨識位元都擷取完成後，可在資料庫中比對當初分配給資料接收端之序號F_k與所擷取的辨識位元組F_l。其中，對辨識位元組F_l和序號F_k的相關度(F_k,F_l)可藉由下式定義：其中，F_k表示序號；F_l表示辨識位元組；m表示辨識位元組的長度；f_i,k表示序號的第i個序號位元；f_i,l表示辨識位元組的第i個辨識位元。

若相關度(F_k,F_l)大於或等於所設定的門檻值T，則判斷序號F_k所屬的資料接收端之用戶為拷貝者；若相關度(F_k,F_l)小於所設定的門檻值T，則判斷序號F_k所屬的資料接收端之用戶不為拷貝者。

根據本發明之例示性實施例，使用峰值訊噪比(Peak signal-to-noise ratio,PSNR)來測量影像壓縮前後的影像辨識度。PSNR是用以表示影像訊號之最大可能功率和影響影像訊號的辨識度之破壞性雜訊功率的比值。由於許多影像訊號都有非常寬的動態範圍，在此使用分貝(dB)來表示PSNR的單位。

PSNR是藉由下式進行定義：其中，MSE表示均方誤差(mean square error)。

因此，根據本發明之例示性實施例，當預設臨界值TH_SMVQ=50時，對應不同的狀態編碼簿的大小M會具有不同的重建影像之PSNR。舉例而言，使用原始PSNR=28.25的不同壓縮影像(Lena、Jet、Baboon)進行重建處理，其結果如下表所示：

根據上表可知，在使用壓縮影像Baboon且M=256時，重建影像之PSNR=23.03，與壓縮影像之原始PSNR=28.25之間具有最大誤差值約為18.48%。

因此，不需要原始影像的相關資訊，即可直接使用本發明所提出的系統及方法，從拷貝影像擷取出隱藏其中的序號。並且，還可進一步將拷貝影像回復到與壓縮影像相近的辨識度。

以上所述之實驗數據和環境條件僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。