专利名称：用于复色激光打印机的数据嵌入方案的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于彩色激光打印机的数据嵌入和恢复算法，更具体地说，涉及基于多色补片(patch)的编码方案。本发明可以以方法、指令程序(例如软件)和/或装置来实施。
背景技术：
通常，大多数打印机添加的水印当数据在CMYK域时已被插入。(“CMYK”表示由青(C)、品红(M)、黄(Y)和黑(K)组成的色彩空间)。对于设备驱动程序可完全访问输出点图案的喷墨打印机来说尤其是这样。然而，对于彩色激光打印机来说，如图1所示，CMYK域的水印需要直接访问位于打印机流水线深处的CMYK色彩空间。
对于复色激光打印机，对于普通纸打印应用色调减弱来减小渗色是很常见的。然而，这一步骤将负面影响在流水线的RGB域或CMYK域阶段添加的水印。使用色调减弱，经过加网后，甚至饱和像素也可能不出现在打印输出上。这使得谚语“一点是一点”不再是真的。反之，如果嵌入的水印数据要打印在文档的背面，那么渗色问题必须被克服。要考虑的额外约束是许多激光打印机电机制造商把他们自己的水印放到Y通道上。
发明内容
因此，考虑到上述约束，本发明的一个目的是提供克服现有技术的问题的数据嵌入算法。
本发明的另一个目的是用基于两色补片的编码方案的形式提供这样一种数据嵌入算法，其中两个颜色最好是青色和品红色。
按照本发明的一个方面，提供一种在打印介质中嵌入数据的方法。嵌入方法包括以下步骤(a)获得表示要打印到打印介质上的内容的RGB域中的第一数据；(b)用由数据空白围绕而形成数据单元的青色或品红色补片对要嵌入打印介质的第二数据的每个数字元素(例如单个位)编码；(c)按需要将数据单元组成一个或多个数据块，每个数据单元包含在数据块之一中，并且每个数据块包括多个数据单元；(d)按需要将数据块组成一个或多个版面区，每个数据块包含在版面区之一中，并且每个版面区包含多个数据块；(e)在打印介质上嵌入第二数据。
打印介质最好是双面的，并且步骤(e)还包括在打印介质的一面打印要打印的内容，其中第二数据被嵌入打印介质的另一面。第二数据最好嵌入打印内容的浅色调区域反面。
每个数据单元的补片尺寸最好是基于要打印内容的色调等级。
另一方面，本发明涉及一种用于恢复嵌入打印介质的数据的方法。这种恢复方法包括以下步骤将已打印介质转换成数字数据以恢复多个数据块，其中每个数据块包括多个数据单元，每个数据单元包含青色或品红色补片和围绕数据区的空白区；执行块匹配例程以找到每个数据块的最佳匹配位置；以及执行从每个数据单元中提取数字元素的代码恢复例程。代码恢复例程包括计算每个数据单元的青色信号估计量和品红信号估计量，并比较特定单元的青色信号和品红信号估计量以确定从该单元提取的特定数字元素。
本发明的另一方面涉及能将数据嵌入打印介质的打印机。打印机包括处理器；与处理器通信的存储器；配置成与处理器和存储器协同工作以实现上述嵌入的水印模块。
按照本发明的其他方面，上述方法或其中步骤的任一个都可以由指令程序(例如软件)指定，指令程序可以存储在或传送给计算机或其他处理器控制的装置以便执行。作为选择，指令程序可以嵌入硬件，或者可以以软件和硬件的组合来实现。
通过参照下面结合附图进行的描述和权利要求，本发明的其他目的和成就连同对本发明的较全面理解将变得显而易见。
在图中，相同的参考标记表示相同的部件，其中图1示出激光打印机处理流水线；图2是按照本发明实施例的激光打印机和它的处理流水线的框图；图3是说明按照本发明实施例的编码层次的简图；图4示出不同色调等级的示范性补片；图5是说明色调等级和补片尺寸之间关系的图解表示；图6(a)和(b)给出具有不同的数据区与空白区之比的两个示范性的数据单元安排；以及图7是说明按照本发明实施例的数据恢复算法的块匹配操作的简图。
具体实施例方式
参照图2，打印系统1O包括打印机11，最好是激光打印机。激光打印机11包括实现包含RGB到CMYK转换的高性能3D颜色匹配管理(CMM)的CMM模块12。激光打印机11还包括实现加网屏和脉宽调制(PWM)的网板模块13。水印模块14和15也位于打印机处理流水线中，一个在CMM和网板模块之间，另一个在网板模块之后。打印机11还典型地包括提供计算资源和控制打印机与外部主机(如果有的话)协调工作的处理器16。处理器16可以由微处理器或类似装置来实现。打印机11还包括可以是随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)形式的存储器17。在说明的实施例中，所有主要的系统组件与可表示不止一条物理总线的总线18相连。激光打印机11还典型地包括其他组件，但是由于它们与本发明不直接相干，所以为了不会不必要地混淆本发明而省略。
打印系统还包括打印处理流水线上游的二进制到RGB数据转换器21和RGB域水印模块22。
嵌入算法在本发明的主要为复色激光打印机设计的数据嵌入算法中，首先将二进制数据转换成RGB数据，然后按照本发明在RGB水印模块22中嵌入数据，即加水印，并馈入打印机流水线。水印模块22所使用的基本加水印算法是基于双色(青色和品红色)补片的编码方案。更具体地说，原始数据的每一位由被空白围绕的青色或品红色矩形补片来编码。如图3所示，矩形补片被称作“数据区”，空白被称作“空白区”，两个区的组合被称作“数据单元”。
通过实验得知，打印过程和扫描过程都将产生不均匀缩放失真。在大多数情况下，打印机非线性和扫描仪非线性的组合小于1％，为本发明的目的而假定就是这样。为了使之合乎比例，在600dpi扫描的信函大小的纸张上的整页图像的1％大约是67个像素，对其补偿通常可能十分困难。然而，为了容许缩放误差，按照本发明，在补片结构之上添加了一层块结构。更具体地说，将n×n个数据单元组成“数据块”。如图3所示，每页又由多个数据块组成，每个数据块包含多个数据单元。
这种嵌入数据最好打印在文档的背面，这样做是为了确保这种嵌入数据不渗色并且不妨碍打印在正面文档上的信息的正常阅读。为了避免渗色干扰，嵌入数据被放置在浅色调区域。为了进一步避免渗色，数据单元不是饱和色的实心补片。如上所述，对于复色激光打印机，应用色调减弱为普通纸打印降低渗色是很常见的。使用色调减弱，在经过加网后，甚至饱和像素也可能不出现在打印输出上。无论如何，在线网屏的情况下，网屏频率决定最小补片尺寸，如图4所示，其中示出三种不同色调等级的示范性补片。通过实验，选定5×5的最小补片尺寸。
有两个控制水印(即嵌入数据)可见度和其渗色的参数。如图5中所说明的，或者可保持色调等级而增大空白区，或者可保持补片尺寸等于或大于最小值而降低色调等级。要避免补片太小而色调等级又很低，因为那种条件得到不稳定的水印。在一个使用最小补片尺寸的实施例中，增大空白区来降低可见度。在那个实施例中，如图6(a)所示，对于在20×20像素空白区内编码5×5像素数据区，选定30％色调等级。在另一个实施例中，可增加补片尺寸(数据区)以允许甚至更低的色调等级。在该实施例中，如图6(b)所示，对于在20×20像素空白区内编码15×15像素数据区，选定10％色调等级。
恢复算法用于从所扫描的RGB位像中恢复编码数据的算法包括两个基本步骤寻找每个块的最佳匹配位置的块匹配；以及从每个数据单元中恢复单个位的代码恢复。块匹配例程通过平移和旋转每个块以使每个数据区内的青色/品红色像素的数目最大来找到块位置。代码恢复例程通过比较包括渗色的前景信号和用于青色和品红色通道中每一个的背景(仅有渗色)来估计青色和品红色数据信号中每一个。
恢复算法的输入是以600dpi扫描的RGB图像。假定工作环境是通常的办公室环境，其中输入数据的旋转小于5度并且输入数据的平移小于两英寸。在这些假定下，如图7中所说明的，块匹配例程用来通过平移和旋转每个块以寻找最佳匹配位置来找到块位置。
代码恢复例程从每个数据单元中恢复单个位。数据被嵌入文档的背面。取决于文档的内容，可能发生渗色；因此，恢复算法通过假定在给定的数据单元中任何渗色的色调是恒定的，将那个因素考虑在内。更具体地说，采用单个数据单元中的空白区的平均色调、即背景来估计渗色。青色的渗色值记为BGcyan，品红的渗色值记为BGmagenta。假定前景是加性的，因为它包括渗色。因此，使用单个数据单元中的数据区的平均色调来估计信号和渗色的和。青色前景信号加上青色渗色记作FGcyan，品红前景信号加上品红渗色记作FGmagenta。
代码恢复例程然后通过首先按照以下等式计算特定单元的青色和品红信号估计量(分别是Xcyan和XMagenta)，估计那个特定单元的嵌入数据信号XCyan=(FGCyan-BGCyan)BGCyan]]>XMagenta=(FGMagenta-BGMagenta)BGMagenta]]>注意，在这个例子中，Xcyan和XMagenta中每一个被定义为那个颜色的差估计量和背景估计量的反差比。使用这个反差比，可以有效地减轻颜色再现问题。然后比较两个信号估计量以确定在特定单元中是1还是0。在一个实施例中，使用Xcyan与XMagenta之差来计算单元中的位值(1或0)。因此，对于给定的判决阈值T，如果(Xcyan/XMagenta)＞T，该位是1(或0)，否则如果(XMagenta/Xcyan)＞T，该位是0(或1)，否则认为单元中的位被噪声破坏。
代替比值测试，可以使用下面形式的距离测试。
如果|Xcyan-XMagenta|＜T，则表明该位被破坏，否则如果Xcyan＞XMagenta，则该位是1(或0)，否则该位是0(或1)。
通过比较两个颜色通道上的信号，在不增加单个通道的信噪比的情况下降低了错误肯定频率。
如前面描述所阐明的，本发明提供一种数据嵌入技术，其中数据单元形式的水印在RGB域中插入所打印文档。与CMY(K)阶段相比，在这个阶段加入水印是有利的，因为它较小地干扰整个打印机流水线设计并且RGB域水印较少依赖于设备。此外，如果需要，该结果可无需修改地移入CMY(K)域。此外，有利地设计各个数据单元并以这种方式将其插入打印介质以便限制渗色，而且即使在发生渗色的情况下，本发明也能够对其进行补偿。还有利地设计了本发明的数据嵌入技术，以避免对于在黄色(Y)通道上加入自己的水印的激光打印机的干扰。
从前面的描述可以理解，本发明的数据嵌入技术可以结合在打印机、特别是彩色激光打印机中。同样地，描述了嵌入算法并结合彩色激光打印机进行了说明。然而，嵌入算法不局限于打印机；它可以由能够执行必要处理、然后将加水印的数据传送到打印机用于打印的其他装置来实现。此外，打印机可以是还包括其他能力的多功能装置，例如扫描、复印等。知道了这些实现备选方案，可以理解框图和流程图表明某种指定功能的执行及其关系。为了描述的方便，这里任意定义了这些功能块的界限。可以定义改变的界限，只要执行指定的功能并且它们之间的关系适当地保持。简图和相应的描述提供了本领域的技术人员构造电路或写出软件代码以执行所需处理所需要的功能信息。
尽管本发明是结合几个特定实施例来描述的，但是根据前面的描述，许多其他备选方案、修改、变化和应用对本领域技术人员来说是显而易见的。这样，这里所描述的发明旨在包含所有可以落在所附权利要求的实质和范围内的这些备选方案、修改、变化和应用。
权利要求
1.一种用于在打印介质中嵌入数据的方法，包括以下步骤(a)获得表示要打印到所述打印介质上的内容的RGB域中的第一数据；(b)用被数据空白围绕以形成数据单元的青色或品红色补片对要嵌入所述打印介质的第二数据的每个数字元素编码；(c)将所述数据单元按需要组成一个或多个数据块，每个数据单元包含在所述数据块之一中，并且每个数据块包含多个数据单元；(d)按需要将所述数据块组成一个或多个版面区，每个数据块包含在所述版面区之一中，每个版面区包含多个数据块；以及(e)将所述第二数据嵌入所述打印介质。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述打印介质是双面的，并且步骤(e)还包括在所述打印介质的一面上打印要打印的内容，所述第二数据被嵌入所述打印介质的另一面。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述第二数据嵌入所打印内容的浅色调区域反面。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个数据单元的补片尺寸是基于要打印的内容的色调等级。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个数字元素是单个位。
6.一种用于恢复嵌入打印介质的数据的方法，包括以下步骤(a)将已打印介质转换成数字数据以恢复多个数据块，每个数据块包括多个数据单元，每个数据单元包含青色或品红色补片和围绕数据区的空白区；(b)执行块匹配例程以找到每个数据块的最佳匹配位置；以及(c)执行从每个数据单元中提取数字元素的代码恢复例程，代码恢复例程包括计算每个数据单元的青色信号估计量和品红信号估计量，并且比较特定单元的青色信号和品红信号估计量以确定从那个单元提取的特定数字元素。
7.一种能够将数据嵌入打印介质的打印机，所述打印机包括处理器；与所述处理器通信的存储器；以及水印模块，配置成与所述处理器和所述存储器协同工作，从而接收表示要打印在所述打印介质上的内容的RGB域中的第一数据，用被数据空白围绕以形成数据单元的青色或品红色补片对要嵌入所述打印介质的第二数据的每个数字元素编码，按需要将所述数据单元组成一个或多个数据块，每个数据单元包括在所述数据块之一中，并且每个数据块包括多个数据单元，按需要将所述数据块组成一个或多个版页区，每个数据块包含在所述版面区之一中，并且每个版面区包含多个数据块，以及将所述第二数据嵌入所述打印介质。
8.如权利要求7所述的打印机，其特征在于，所述打印机是彩色激光打印机。
9.一种设备可读介质，包含用于使设备执行在打印介质中嵌入数据的方法的指令程序，所述指令程序包括(a)用于接收表示要打印在所述打印介质上的内容的RGB域中第一数据的指令；(b)用于用被数据空白围绕以形成数据单元的青色或品红色补片对要嵌入所述打印介质的第二数据的每个数字元素编码的指令；(c)用于按需要将所述数据单元组成一个或多个数据块的指令，每个数据单元包含在所述数据块之一中，每个数据块包括多个数据单元；(d)用于按需要将所述数据块组成一个或多个版面区的指令，每个数据块包含在所述版面区之一中，每个版面区包含多个数据块；以及(e)用于将所述第二数据嵌入所述打印介质的指令。
10.如权利要求9所述的设备可读介质，其特征在于，所述打印介质是双面的，而且指令(e)还包括用于在所述打印介质的一面上打印要打印的内容的指令，所述第二数据被嵌入所述打印介质的另一面。
11.如权利要求10所述的设备可读介质，其特征在于，所述第二数据被嵌入所打印内容的浅色调区域反面。
12.如权利要求9所述的设备可读介质，其特征在于，每个数据单元的补片尺寸是基于要打印的内容的色调等级。
13.如权利要求9所述的设备可读介质，其特征在于，每个数字元素是单个位。
14.一种设备可读介质，包含用于使设备执行恢复嵌入打印介质的数据的方法的指令程序，所述指令程序包括(a)用于将已打印介质转换成数字数据以恢复多个数据块的指令，每个数据块包括多个数据单元，每个数据单元包含青色或品红色补片和围绕数据区的空白区；(b)用于执行块匹配例程以找到每个数据块的最佳匹配位置的指令；以及(c)用于执行从每个数据单元提取数字元素的代码恢复例程的指令，所述代码恢复例程包括计算每个数据单元的青色信号估计量和品红信号估计量，并比较特定单元的青色信号和品红信号估计量以确定从那个单元提取的特定数字元素。
全文摘要
一种在复色激光打印机中在RGB域中添加嵌入数据形式的水印的数据嵌入技术。数据嵌入算法使用基于双色(青色和品红色)补片的编码方案。用由空白(“空白区”)围绕的青色或品红色的矩形补片(“数据区”)来编码原始数据的每一位。单个数据区和相应的空白区的组合是“数据单元”。
文档编号H04N1/32GK1767587SQ20051011648
公开日2006年5月3日 申请日期2005年10月21日 优先权日2004年10月21日
发明者J·-Y·陈 申请人:精工爱普生株式会社