記錄和恢復籤名圖像的數字圖像編碼/解碼裝置和方法
2023-05-03 15:52:01
專利名稱：記錄和恢復籤名圖像的數字圖像編碼/解碼裝置和方法
技術領域：
本發明涉及數字圖像編碼裝置和解碼裝置，並且尤其涉及用於使用水印記錄籤名圖像的數字圖像編碼裝置，和用於恢復記錄的籤名圖像的解碼裝置。
並且本發明涉及用於使用水印記錄和恢復籤名圖像的數字圖像編解碼器裝置。
此外，本發明涉及用於使用水印記錄籤名圖像的數字圖像編碼方法和用於恢復記錄的籤名圖像的解碼方法。
水印是這樣一種技術，其中具有保密嵌入的籤名圖像的原始圖像即主圖像在發送時刻被發送，並且在接收的時候主圖像是可見的，籤名圖像是不可見的。由特殊解密裝置識別所述籤名圖像。所述水印技術用於提供安全和證明權。
圖1是用於使用水印記錄和恢復籤名圖像的傳統數字圖像編解碼器裝置的方框圖。參照圖1，將描述傳統數字圖像編解碼器裝置的操作。首先，在編碼期間，對主圖像和嵌入主圖像中要保密發送的籤名圖像執行DCT(離散餘弦變換)，由此提取各圖像的DCT係數。由編碼器對DCT係數編碼。在此，由用於執行加密控制操作的分離的加密編碼器對籤名圖像的DCT係數分量編碼。用這種方式，能夠發送編碼後的主圖像DCT係數和嵌入主圖像DCT係數的籤名圖像DCT係數。對主圖像DCT係數和嵌入主圖像DCT係數的籤名圖像DCT係數執行IDCT(逆離散餘弦變換)，由此獲得其中僅主圖像可見而沒有籤名圖像顯示的加水印的圖像。
在用於恢復在主圖像上加水印的籤名圖像的特殊解密裝置中，對由IDCT加水印的圖像執行DCT，由此提取加水印圖像的DCT係數。接著，通過將原始主圖像執行IDCT獲得的加水印圖像的所提取的DCT係數從加水印的圖像的DCT係數中分離出來，由此提取籤名圖像的加密的DCT係數分量。然後，解碼器對籤名圖像的加密的DCT係數分量解碼。在此，加密解碼器執行解密控制操作。由解密控制操作解碼的籤名圖像DCT係數再次執行IDCT，由此恢復籤名圖像。
如上所述，在用於使用傳統水印編碼和解碼籤名圖像的傳統數字圖像編解碼器裝置中，必須提供與用在發送側相同的原始主圖像，以便恢復籤名圖像。此外，由於插入主圖像DCT係數的籤名圖像DCT係數與主圖像DCT係數一起發送，相應於籤名圖像的數量的發送數據量增加。
本發明的第一目的是提供一種數字圖像編碼裝置，該裝置能夠發送籤名圖像而不增加要發送的數據量。
本發明的第二目的是提供一種數字圖像解碼裝置，該裝置能夠從由數字圖像編碼裝置編碼的數據中恢復籤名圖像而不需原始主圖像。
本發明的第三目的是提供一種數字圖像編解碼器裝置，該裝置能夠發送籤名圖像，而不增加要發送的數據量，並且能夠恢復籤名圖像而不需原始主圖像。
本發明的第四目的是提供由數字圖像編碼裝置實現的數字圖像編碼方法。
本發明的第五目的時提供由數字圖像解碼裝置實現的數字圖像解碼方法。
為了實現本發明的第一目的，提供了一種用於使用水印在主圖像上記錄籤名圖像的數字圖像編碼裝置，該裝置包括第一離散小波變換部分，用於接收主圖像並對其執行離散小波變換，由此輸出M×M離散小波係數，其中M是預定正整數；第二離散小波變換部分，用於接收籤名圖像並對其執行離散小波變換，由此輸出N×N離散小波係數，其中N是小於M的預定正整數；偽隨機數產生器，用於接收用於產生偽隨機數的確定預定規則的加密碼，並且按照相應於加密碼的預定規則產生偽隨機數；係數替換部分，用於使用偽隨機數選擇N×N象素的替換位置，並且用N×N小波係數替換M×M離散小波係數中選擇的N×N象素位置的係數，由此輸出替換的M×M小波係數。
為了實現本發明的第二目的，提供了一種用於使用水印在主圖像上記錄籤名圖像的數字圖像編碼方法，該方法包括以下步驟接收主圖像並且對其執行離散小波變換，由此輸出M×M離散小波係數，其中M是預定正整數；接收籤名圖像並且對其執行離散小波變換，由此輸出N×N離散小波係數，其中N是小於M的預定正整數；接收用於產生偽隨機數的確定預定規則的加密碼，並且按照相應於加密碼的預定規則產生偽隨機數；使用偽隨機數選擇N×N象素的替換位置，並且用N×N小波係數替換M×M離散小波係數中所選擇的N×N象素位置的係數，由此輸出替換的M×M小波係數。
為實現本發明的第三目的，提供了一種用於恢復使用水印在主圖像上嵌入的籤名圖像的數字圖像解碼裝置，該裝置包括偽隨機數產生器，用於接收加密碼，並且按照相應於加密碼的預定規則產生偽隨機數；係數分離部分，用於使用偽隨機數設定N×N象素的分離位置，並且分離M×M小波係數中相應於N×N象素分離位置的小波係數，由此輸出分離的N×N小波係數；逆離散小波變換部分，用於使用分離的N×N小波係數執行逆離散小波變換，由此輸出恢復的籤名圖像。
為實現本發明的第四目的，提供了一種用於恢復使用水印在主圖像上嵌入籤名圖像的數字圖像解碼方法，該方法包括以下步驟接收加密碼圖像，並且按照相應於加密碼的預定規則產生偽隨機數；使用偽隨機數設定N×N象素的分離位置；分離M×M小波係數中相應於N×N象素分離位置的小波係數，由此輸出分離的N×N小波係數；使用分離的N×N小波係數執行逆離散小波變換，由此輸出恢復的籤名圖像。
為實現本發明的第五目的，提供了一種數字圖像編解碼器裝置，用於使用水印在主圖像上記錄籤名圖像，從具有嵌入了籤名圖像的加水印的圖像中恢復籤名圖像，該裝置包括第一離散小波變換部分，用於接收主圖像並且對其執行離散小波變換，由此輸出M×M離散小波係數，其中M是預定正整數；第二離散小波變換部分，用於接收籤名圖像並對其執行離散小波變換，由此輸出N×N離散小波係數，其中N是小於M的預定正整數；第一偽隨機數產生器，用於接收用於產生偽隨機數的確定預定規則的加密碼，並且按照相應於加密碼的預定規則產生偽隨機數；係數替換部分，用於使用偽隨機數選擇N×N象素的替換位置，並且用N×N小波係數替換M×M離散小波係數中選擇的N×N象素位置的係數，由此輸出替換的M×M小波係數第二偽隨機數產生器，用於接收加密碼，並且產生按照相應於加密碼的預定規則的偽隨機數；係數分離部分，用於使用偽隨機數設定N×N象素的分離位置，並且分離混合主圖像的M×M小波係數中相應於N×N象素分離位置的小波係數用於混合圖像，由此輸出籤名圖像的N×N小波係數；逆離散小波變換部分，用於使用分離的N×N小波係數執行逆離散小波變換，由此輸出恢復的籤名圖像。
通過參照附圖詳細描述本發明的優選實施例，本發明的上述目的和優點將變得更明顯，其中圖1是使用傳統水印的用於記錄和恢復籤名圖像的傳統數字圖像編解碼器裝置的方框圖；圖2是按照本發明的數字圖像編碼裝置和數字圖像解碼裝置的方框圖；圖3是按照本發明的數字圖像編碼方法的步驟的流程圖；和圖4是按照本發明的數字圖像解碼方法的步驟的流程圖。
圖2是按照本發明的數字圖像編碼裝置和數字圖像解碼裝置的方框圖。
參照圖2，數字圖像編碼裝置20包括第一離散小波變換部分202；第二離散小波變換部分204；偽隨機數產生器206；係數替換部分208；逆M×M離散小波變換部分210和壓縮部分212。
在數字圖像編碼裝置20的操作中，第一離散小波變換部分202接收主圖像並且對其執行離散小波變換部分。結果，第一離散小波變換部分202產生M×M離散小波係數，M是預定正整數。
第二離散小波變換部分204接收籤名圖像並且對其執行離散小波變換。正如水印相關技術中現有技術人員所理解的，籤名圖像的尺寸小於主圖像尺寸。於是，籤名圖像的小波係數的矩陣大小小於主圖像的小波係數的矩陣大小。例如，籤名圖像的小波係數的矩陣大小N最好小於主圖像的小波係數的矩陣大小M，即N＜0.5M。因此，第二離散小波變換部分204輸出N×N離散小波係數，假定N是小於M的預定正整數。
偽隨機數產生器206接收加密碼。加密碼用於確定產生偽隨機數的預定規則。於是，偽隨機數產生器206按照相應於加密碼的規則產生偽隨機數。
係數替換部分208使用偽隨機數選擇N×N象素的替換位置，並且用N×N小波係數替換M×M離散小波係數中所選擇的N×N象素位置的係數，由此輸出替換的M×M小波係數。
逆離散小波變換部分210使用替換的M×M小波係數執行逆離散小波變換，由此產生與籤名圖像混合的主圖像。在此，因為混合的主圖像中簽名圖像分布在整個主圖像中，並且鑑於小波變換的特性僅主圖像是可辨別的，能夠得出結論，在主圖像上已經加水印成功。
為了發送加水印的主圖像，考慮到有限的通道特性，需要執行壓縮。於是，壓縮部分212對於加水印的主圖像執行壓縮，由此輸出位流。在此實施例中，壓縮部分212也壓縮由偽隨機數產生器206使用的加密碼，以便確定產生的偽隨機數的條件。此外，在本實施例中，壓縮部分212基於DCT執行壓縮。如果對籤名圖像分布在整個主圖像中的加水印的圖像執行DCT，就突出了主圖像。然而，因為籤名圖像分布在整個主圖像中，它沒有形狀並且時間上不連續。此外，精細的籤名圖像分量進一步衰減。這些特性允許通過恢復壓縮的混合主圖像獲得的主圖像在後面將描述的解碼過程中原樣使用。
經上述編碼過程，通過經發送通道送出能夠發送具有混合的主圖像和壓縮於其中的加密碼的位流。為了經發送通道送出所述位流，需要分離的處理。然而，因為有很多種用於送出位流的處理，在本實施例中沒有示出執行送出位流處理的處理器。
參照圖2，按照本發明的數字圖像解碼裝置220包括解壓縮部分222；離散小波變換部分224；偽隨機數產生器226；係數分離部分228和逆離散小波變換部分230。
現在，將描述數字圖像解碼裝置220的操作。首先，解壓縮部分222接收具有混合主圖像和壓縮於其中的加密碼的位流，並且對其進行解壓縮，由此恢復加密碼和主圖像。
離散小波變換部分224對恢復的主圖像執行離散小波變換，然後輸出M×M小波係數。
偽隨機數產生器226接收從解壓縮部分222輸出的加密碼。加密碼與編碼期間在產生偽隨機數中使用的相同。這樣，偽隨機數產生器226按照與編碼中的相同規則產生偽隨機數。
係數分離部分228使用偽隨機數設定N×N象素的分離位置，並且分離用於混合主圖像M×M小波係數中相應於N×N象素分離位置的小波係數，然後輸出籤名圖像的N×N小波係數。
逆離散小波變換部分230使用分離的N×N小波係數執行逆離散小波變換，由此輸出恢復的籤名圖像。
在按照本發明的上述數字圖像編碼裝置中，一部分籤名圖像係數疊加在主圖像係數上進行發送。這樣，籤名圖像係數的加入不增加發送數據量。此外，數字圖像解碼裝置不需要與在發送側使用的相同的原始主圖像，以便恢復籤名圖像。
按情況需要通過一個單個的編解碼器裝置，可以實現上述編碼和解碼裝置。
圖3是按照本發明的數字圖像編碼方法的主要步驟流程圖。參照圖3，接收主圖像並對其執行離散小波變換，由此輸出M×M離散小波變換係數(M是預定正整數)。此外，接收籤名圖像，並對其執行離散小波變換，由此輸出N×N離散小波變換係數(N是小於M的預定正整數)(步驟302)。
接著，在M×M主圖像小波係數中，按照預定規則選擇任意N×N象素的位置(步驟304)。步驟304可包括下列子步驟接收用於產生偽隨機數的確定預定規則的加密碼，然後按照相應於加密碼的預定規則產生偽隨機數；使用偽隨機數選擇N×N象素的替換位置，由此輸出N×N象素的替換的位置數據。
然後，接收替換位置數據，並且用N×N籤名圖像小波係數替換N×N象素位置的係數(步驟306)。然後，能夠獲得替換的M×M主圖像小波係數。
接著，使用替換的M×M主圖像小波係數執行逆離散小波變換(步驟308)。然後，產生混合的主圖像。
然後，混合主圖像與加密碼壓縮(步驟310)。按照情況需要，壓縮數據可通過通信通道發送。
圖4是按照本發明的數字圖像解碼方法的步驟流程圖。參照圖4，具有壓縮加密碼和主圖像的位流被接收和解壓縮，由此恢復加密碼和主圖像(步驟402)。
接著，對恢復的主圖像執行離散小波變換(步驟404)，由此獲得M×M主圖像小波係數(步驟406)。
M×M主圖像小波係數中的N×N象素位置的係數按照預定規則設定到籤名圖像小波係數(步驟408)。步驟408可包括以下子步驟按照相應於在步驟402獲得的加密碼的預定規則，產生偽隨機數，使用偽隨機數設定N×N象素的分離位置，由此輸出N×N象素的分離位置數據，分離加水印的圖像小波係數的M×M小波係數中，相應於N×N象素分離位置數據的小波係數作為籤名圖像係數，由此獲得N×N小波係數，然後設定為籤名圖像小波係數。
接著，使用分離的N×N小波係數執行逆離散小波變換，由此獲得恢復的籤名圖像(步驟410)。
通過示於圖1的數字圖像編碼和解碼裝置可分別容易地實現數字圖像編碼和解碼方法。此外，按照本發明的數字圖像編碼和解碼方法能夠用電腦程式寫出。此外，它們能夠通過一般用途的數字計算機實現，該計算機用於運行採用計算機中使用的介質的程序。該介質包括磁記錄介質諸如軟盤或硬碟、光記錄介質諸如CD-ROM或DVD、廣播介質諸如網際網路。此外，這些功能程序、代碼、代碼段能夠由與本發明相關的領域中的程式設計師容易推斷出。
如上所述，在按照本發明的數字圖像編碼裝置中，一部分籤名圖像係數疊加在主圖像係數上進行發送。這樣，籤名圖像係數的加入並不增加發送數據量。此外，在按照本發明的數字圖像解碼裝置中，能夠恢復籤名圖像，而不使用與在發送側使用的相同的原始主圖像。
權利要求
1.一種數字圖像編碼裝置，用於利用水印在主圖像上記錄籤名圖像，它包括第一離散小波變換部分，用於接收主圖像並對其執行離散小波變換，由此輸出M×M離散小波係數，其中M是預定正整數；第二離散小波變換部分，用於接收籤名圖像並對其執行離散小波變換，由此輸出N×N離散小波係數，其中N是小於M的預定正整數；偽隨機數產生器，用於接收用於產生偽隨機數的確定預定規則的加密碼，並且按照相應於所述加密碼的預定規則產生偽隨機數；係數替換部分，用於使用所述偽隨機數選擇N×N象素的替換位置，並且用N×N小波係數替換M×M離散小波係數中所述選擇的N×N象素位置的係數，由此輸出替換的M×M小波係數。
2.如權利要求1所述的數字圖像編碼裝置，還包括逆離散小波變換部分，用於使用所述替換的M×M小波係數執行逆離散小波變換，以產生混合的主圖像。
3.如權利要求2所述的數字圖像編碼裝置，還包括逆離散小波變換部分，用於使用所述替換的M×M小波係數執行逆離散小波變換，以產生混合的主圖像。
4.一種數字圖像編碼方法，用於利用水印在主圖像上記錄籤名圖像，包括以下步驟接收主圖像並且對其執行離散小波變換，由此輸出M×M離散小波係數，其中M是預定正整數；接收籤名圖像並且對其執行離散小波變換，由此輸出N×N離散小波係數，其中N是小於M的預定正整數；接收用於產生偽隨機數的確定預定規則的加密碼，並且按照相應於所述加密碼的預定規則產生偽隨機數；使用所述偽隨機數選擇N×N象素的替換位置；和用N×N小波係數替換M×M離散小波係數中所述選擇的N×N象素位置的係數，由此輸出替換的M×M小波係數。
5.如權利要求4所述的數字圖像編碼方法，還包括步驟使用所述替換的M×M小波係數執行逆離散小波變換，以產生混合的主圖像。
6.如權利要求5所述的數字圖像編碼方法，還包括步驟接收並且將加密碼與混合主圖像壓縮。
7.一種數字圖像解碼裝置，用於恢復使用水印嵌入在主圖像上的籤名圖像，包括偽隨機數產生器，用於接收加密碼，並且按照相應於所述加密碼的預定規則產生偽隨機數；係數分離部分，用於使用所述偽隨機數設定N×N象素的分離位置，並且分離M×M小波係數中相應於所述N×N象素分離位置的小波係數，由此輸出分離的N×N小波係數；和逆離散小波變換部分，用於使用所述分離的N×N小波係數執行逆離散小波變換，由此輸出恢復的籤名圖像。
8.如權利要求7所述的數字圖像解碼裝置，其中所述偽隨機數產生器包括在所述係數分離部分中。
9.如權利要求7所述的數字圖像解碼裝置，還包括解壓縮部分，用於接收具有所述混合主圖像和被壓縮在其中的加密碼的位流，並且對所述位流解壓縮，以恢復所述加密碼和主圖像；和離散小波變換部分，用於對恢復的主圖像執行離散小波變換，由此輸出M×M小波係數。
10.如權利要求8所述的數字圖像解碼裝置，還包括解壓縮部分，用於接收具有所述混合主圖像和被壓縮在其中的加密碼的位流，並且對所述位流解壓縮，以恢復所述加密碼和主圖像；和離散小波變換部分，用於對恢復的主圖像執行離散小波變換，由此輸出M×M小波係數。
11.一種數字圖像解碼方法，用於恢復使用水印嵌入在主圖像上的籤名圖像，包括以下步驟接收加密碼，並且按照相應於所述加密碼的預定規則產生偽隨機數；使用所述偽隨機數設定N×N象素的分離位置；分離M×M小波係數中相應於所述N×N象素分離位置的小波係數，由此輸出分離的N×N小波係數；和使用所述分離的N×N小波係數執行逆離散小波變換，由此輸出恢復的籤名圖像。
12.如權利要求11所述的數字圖像解碼方法，還包括以下步驟接收具有所述混合主圖像和被壓縮在其中的加密碼的位流，並且對所述位流解壓縮，以恢復所述加密碼和主圖像；和對恢復的主圖像執行離散小波變換，由此輸出M×M小波係數。
13.一種數字圖像編解碼器裝置，用於使用水印在主圖像上記錄籤名圖像，並且從具有嵌入其上的籤名圖像的加水印的圖像中恢復所述籤名圖像，包括第一離散小波變換部分，用於接收主圖像並對其執行離散小波變換，由此輸出M×M離散小波係數，其中M是預定正整數；第二離散小波變換部分，用於接收籤名圖像並對其執行離散小波變換，由此輸出N×N離散小波係數，其中N是小於M的預定正整數；第一偽隨機數產生器，用於接收用於產生偽隨機數的確定預定規則的加密碼，並且按照相應於所述加密碼的預定規則產生偽隨機數；係數替換部分，用於使用所述偽隨機數選擇N×N象素的替換位置，並且用N×N小波係數替換M×M離散小波係數中所述選擇的N×N象素位置的係數，由此輸出替換的M×M小波係數。第二偽隨機數產生器，用於接收加密碼，並且按照相應於所述加密碼的預定規則產生偽隨機數；係數分離部分，用於使用所述偽隨機數設定N×N象素的分離位置，並且分離所述混合的主圖像的M×M小波係數中相應於所述N×N象素分離位置的小波係數，由此輸出籤名圖像的N×N小波係數；和逆離散小波變換部分，用於使用分離的N×N小波係數執行逆離散小波變換，由此輸出恢復的籤名圖像。
14.如權利要求13所述的數字圖像編解碼器裝置，還包括逆離散小波變換部分，用於使用所述替換的M×M小波係數執行逆離散小波變換，以產生混合的主圖像；解壓縮部分，用於接收具有所述混合主圖像和被壓縮在其中的加密碼的位流，並且對所述位流解壓縮，以恢復所述加密碼和主圖像；和離散小波變換部分，用於對所述恢復的主圖像執行離散小波變換，由此輸出M×M小波係數。
全文摘要
一種數字圖像編碼/解碼裝置和方法,使用水印在主圖像上記錄籤名圖像,恢復記錄的籤名圖像。該裝置包括:第一離散小波變換部分,接收主圖像執行離散小波變換;第二離散小波變換部分,接收籤名圖像執行離散小波變換;偽隨機數產生器,接收加密碼產生偽隨機數;係數替換部分,使用偽隨機數選擇N×N象素替換位置,用N×N小波係數替換選擇的N×N象素位置的係數。部分籤名圖像係數疊加在主圖像係數上發送,沒有增加發送數據量。
文檔編號H04N1/387GK1256579SQ9910893
公開日2000年6月14日 申請日期1999年7月1日 優先權日1998年7月1日
發明者申鉉枓 申請人:三星電子株式會社