专利名称：图像数据处理系统及其相关数据隐藏方法
技术领域：
本发明涉及一种数据隐藏技术，尤其涉及一种以计算复杂度适中，并且利用灰阶图像来隐藏数据的数据隐藏方法及其相关处理系统。
背景技术：
数字半色调技术为一种将灰阶图像以黑白两种颜色显示的技术。半色调技术主要用于打印数据，例如印刷的杂志、报纸以及书本等等，因为这些输出装置只可以以黑白形式输出。半色调技术主要是利用人类的眼睛敏锐性不高的特性，因此一块均勻的网点，我们可以控制其疏密程度，利用黑白像素来显示出原本所要表示出的灰阶效果。半色调技术主要可分成两大类单点处理法与邻近点处理法。对于单点处理法而言，半色调的输出通常是由原图像的每个像素经过与某个掩膜(Mask)比较而得，此种方法以颤抖法(DitherMethod) 为代表。近年来数字信息与网际网络的发展迅速，数字信息文件的传输机会大幅增加，使得数据在网际网络容易被下载、窜改与破坏，因此知识产权的保护变得更重要。大部分多媒体在储存空间或传送时间皆以压缩位串流的型式来储存，因此，信息隐藏议题就受到大众的重视。通过在多媒体的内容作一些处理，如加入数字浮水印、数字签章，可以保护数字信息的著作权及验证信息的正确性与所有权。一种常见的隐藏方式是将数据隐藏于灰阶图像中，将数据隐藏于灰阶图像还能达到压缩的效果。在此领域中，一种常见的编码演算法为区块截断编码法(Block Truncation coding,BTC)。区块截断编码法是将一张原始图像分割为数个不重叠的区块，并在每个分割的区块内，用区块内的最大值(maximumvalue)与最小值(minimum value)来取代区块内的所有的像素值，因此可以仅需传送每个区块的最大值、最小值与位图便可于接收端重建未编码前的原始图像，计算非常快速。然而，由于使用区块截断编码所产生的编码图像中的每个区块只有最大值与最小值，容易造成令人厌烦的假边与区块效应，而且区块分割愈大则区块效应愈明显，影响编码图像的品质。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种用于数据隐藏的数据处理系统以及其数据隐藏方法， 以将一机密信息藏入彩色或灰阶图像中，或由图像中解码出藏入的机密信息以及重建回原来的图像。本发明实施例提供一种图像数据处理系统，其包括一图像输入模块、一位图产生模块以及一编码模块。图像输入模块接收一图像以及一机密信息，并依据图像得到至少一灰阶图像。位图产生模块耦接至图像输入模块，以依据灰阶图像来产生一位像并且依据位像以及灰阶图像，而产生一有序抖动区块截断编码图像，其中位像中的每一像素为黑或白点。编码模块耦接至图像输入模块以及位图产生模块，以依据位像以及机密信息，来产生一编码灰阶图像。其中，编码模块将灰阶图像分为多个图像区块，并由图像区块中找出黑点与白点个数相近的候选区块，自所找出的候选区块中筛选出高频区块， 再将机密信息随机藏入至高频区块中，以产生藏有机密信息的编码灰阶图像。本发明实施例另提供一种数据隐藏方法，以将一机密信息数据隐藏于一图像中， 其适用于一系统，该系统包括至少一图像输入模块、一位图产生模块以及一编码模块。该方法包括下列步骤。首先，接收一图像以及机密信息，并依据图像来得到至少一灰阶图像。接着，位图模块依据灰阶图像以及一半色调阵列，来产生一有序抖动区块截断编码图像，并得到对应于该有序抖动区块截断编码图像的一位像。之后，编码模块会将位像分为多个图像区块，并由图像区块中找出黑点与白点个数相近的候选区块，由找出的候选区块中筛选出属于高频部分的高频区块。其次，编码模块会将机密信息随机藏入至高频区块，而得到一改变位像。最后，编码模块会得到灰阶图像中的每一区块的最大值与最小值，并利用每一区块的最大值与最小值，来代替改变位像的对应区块，以产生藏有机密信息的一编码灰阶图像。本发明实施例更提供一种数据隐藏方法，以由一包含一机密信息的输入编码灰阶图像中解码出机密信息，其适用于一系统，该系统包括至少一解码模块。该方法包括下列步骤。首先，解码模块会利用输入编码灰阶图像，来得到一位像。接着，该解码模块会将位像分为多个图像区块，并由图像区块中找出黑点与白点个数相近的候选区块，由找出的候选区块中筛选出属于高频部分的高频区块。之后，解码模块利用位像中的高频区块，以及对应输入编码灰阶图像的一平均灰阶图像，来决定出藏入高频区块的位值。最后， 解码模块利用决定出的藏入高频区块的位值，来得到机密信息。本发明上述方法可以透过程序码方式来收录于实体媒体中。当程序码被一机器载入并执行时，该机器将会变成用以实行本发明的装置。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中图IA为显示一依据本发明实施例的用于数据隐藏的数据处理系统；图IB为显示一依据本发明实施例的位图产生模块的细部区块图；图2A为显示一依据本发明实施的半色调阵列的示意图；图2B为显示一示范的机密信息的示意图；图3为显示一依据本发明实施例的数据隐藏方法的流程图，用以将一机密信息隐藏于灰阶图像中；图4为显示一像素点B的周围邻近3X3区域的示意图；图5为显示另一依据本发明实施例的数据隐藏方法的流程图；图6为显示一依据本发明实施例的数据隐藏方法的流程图，用以从藏入机密信息的输入编码图像中，解码出其中所包含机密信息以及重建回灰阶图像；图7为显示另一依据本发明实施例的数据隐藏方法的流程图；图8A为显示一示范的原始灰阶图像；图8B为显示依据本发明实施例的数据隐藏方法，对图8A所产生的有序抖动区块截断编码图像；图8C为显示依据本发明实施例的数据隐藏方法，对图8B所产生的藏有机密信息的有序抖动区块截断编码图像；图8D为显示依据本发明实施例的数据隐藏方法，由图8C中所解码出的位像。附图标号100 系统；110 图像输入模块；120 位图产生模块；122 极值判断单元；124 半色调阵列查表单元；126 有序抖动区块截断编码单元；130 编码模块；132 高频区块分析单元；134 信息嵌入单元；140 解码模块；142 高频区块分析单元；144 信息还原单元；150 原始灰阶图像；160 机密信息；170 编码灰阶图像；180 解码图像；S310-S350 执行步骤；S610-S690 执行步骤。
具体实施例方式为使本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。本发明有关于一种用于数据隐藏的数据处理系统以及其数据隐藏方法，以将机密信息(例如半色调图像的一浮水印)藏入彩色或灰阶图像中，或是由图像中解码出所藏入的机密信息，以及重建灰阶或彩色图像。本发明所提出的方法是以数据隐匿以及编码技术，将数据嵌入(藏入)至灰阶图像中，在有序抖动区块截断编码(Ordered Dither Block Truncation Coding，以下简称ODBTC)图像的位平面可弹性嵌入不同的数据量，其中有序抖动用于抖动量化区块截断编码图像，来避免先前区块截断编码图像所造成的令人厌烦的假边与区块效应。相较于现有的区块法，在相同的图像品质效率下，本发明不仅可维持良好图像品质，也可使解码正确率高达100%。此外，依据本发明的数据隐藏方法所产生的藏入机密信息的图像，在人眼的观察之下无法看出差异，并且可利用解码重建回原始图像，并正确的解码出藏匿的机密信息以进行验证动作，因此可提供版权保护的一个良好机制。以下介绍本发明实施例的用于数据隐藏的数据处理系统。须提醒的是，为了方便说明，以下实施例中是以原始图像为一灰阶图像为主来进行说明，然而本发明并不限于此。换句话说，本发明的数据处理系统及数据隐藏方法亦可用于处理原始图像为一彩色图像的情形。举例来说，当原始图像为一彩色图像时，可先将彩色图像分别转换为不同的色平面， 例如可分别转换为R、G、B三个色平面，将每一个色平面所产生的分色图像视为一灰阶图像，再将本发明的数据隐藏方法，套用至每一个色平面所对应的灰阶图像即可达到相同的效果。类似地，当解码时，只要把个别色平面对应的编码灰阶图像分别解码再重叠组合起来，便可得到原图的彩色效果。例如，在一些实施例中，当原始图像为一彩色图像时，可分别采用本发明的数据隐藏方法，对每一个色平面所对应的灰阶图像藏入相同或不同的机密信息，因此可藏入更多的信息。举例来说，可对R、G、B三个色平面所对应的灰阶图像分别藏入三个不同的浮水印来进行数据隐藏，解码时再分别由三个色平面对应的编码灰阶图像解码出藏入的三个浮水印。图IA显示依据本发明实施例的用于数据隐藏的数据处理系统100。如图IA所示， 此系统100中至少包括一图像输入模块110、一位图产生模块120、一编码模块130以及一解码模块140。图像输入模块110用以接收一图像以及欲藏入的一机密信息160(例如一浮水印)，并依据接收的图像来得到至少一原始灰阶图像数据150。其中，图像可为一彩色图像或一灰阶图像。须提醒的是，在本实施例中，图像输入模块110可直接读取一灰阶图像以作为原始灰阶图像数据150，而在另一实施例中，图像输入模块110可读取一彩色图像， 以将所读取的彩色图像分别转换为R、G、B三个色平面，并分别以其中一色平面所对应的分色图像，作为原始灰阶图像数据150。其中，机密信息160为一半色调图像。一般而言， 机密信息160的大小取决于原始灰阶图像150的大小。例如，若原始灰阶图像150大小为 1024X1024且每一个分割区块大小为8X8，则机密信息必须为U8X 128，如图2B所示。位图产生模块120耦接至图像输入模块110，其会接收原始灰阶图像数据150以及机密信息 160，并对原始灰阶图像150执行本发明的ODBTC编码，以产生ODBTC编码为主的位图。其中，ODBTC编码为有序抖动(OD)与区块截断编码(BTC)的混合技术，其中位图的每一点所对应的值的计算方式如下列方程式(1)所示。请参照图1B，其为显示一依据本发明实施例的位图产生模块120的细部区块图。 如图IB所示，位图产生模块120可更包含一极值判断单元122、一半色调阵列查表单元IM 以及一有序抖动区块截断编码(ODBTC)单元126。其中，极值判断单元122会将所接收到的原始灰阶图像150分割成多个区块，并对每一分割的区块中找出其最大值与最小值，再将找出的最大值Xmax与最小值Xmin传送至ODBTC单元126。ODBTC单元126会接收极值判断单元122所找到的最大值Xmax与最小值Xmin，并利用一半色调阵列(如图2A所示)来将原始灰阶图像150转换为一半色调图像150’(亦即其像素值不是黑(0)就是白(25幻)，再对半色调图像150’所切割出来的每一区块内的黑点或白点，以原始灰阶图像150中所对应的区块内的最大值Xmax与最小值Xmin来取代，若为黑点则取代为最小值Xmin，反之，若为白点则取代为最大值Xmax，并据此产生一 ODBTC编码图像。在本发明中，其采用有序抖动法(Order dithering)来将灰阶图像转换为一半色调图像。关于如何将灰阶图像利用有序抖动法转换为一半色调图像的相关计算系为现有的技术，以下仅列出其结果，细节在此省略。在此实施例中，首先，极值判断单元122会将图像区块大小为MXN的原始灰阶图像分割为以nXn为区块大小的多个子区块。假设Xi表示此区块内像素的灰阶值单位，计算每一区块的一阶动差、二阶动差及变异数，接着再利用计算出的一阶动差、二阶动差及变异数将区块里的像素值用最大值(highmean)与最小值(low mean)以及位图表示。
若在BTC的区块里找到最大值及最小值分别以表示，此半色调阵列的大小与BTC切割区块大小相同，则有序抖动区块截断编码(ODBTC)单元1 可以下列方程式产生ODBTC图像
权利要求
1.一种图像数据处理系统，其特征在于，所述的图像数据处理系统包括一图像输入模块，接收一图像以及一机密信息，并依据所述图像得到至少一灰阶图像；一位图产生模块，耦接所述图像输入模块，用以依据所述灰阶图像，产生一位像并且依据所述位像以及所述灰阶图像，产生一有序抖动区块截断编码图像，其中所述位像中的每一像素为黑或白点；以及一编码模块，耦接至所述图像输入模块以及所述位图产生模块，依据所述位像以及所述机密信息，产生一编码灰阶图像，其中所述编码模块将所述灰阶图像分为多个图像区块，并由所述图像区块中找出黑点与白点个数相近的候选区块，由找出的所述候选区块中筛选出高频区块，再将所述机密信息随机藏入至所述高频区块中，以产生藏有所述机密信息的所述编码灰阶图像。
2.如权利要求1所述的图像数据处理系统，其特征在于，所述编码模块包括一高频区块分析单元，所述高频分析单元更判断所述图像区块中的每一者是否满足下列方程式，以由所述图像区块中找出黑点与白点个数相近的候选区块|#black pixel_#white pixel < Bfflh,其中#black pixel表示区块内黑点的总个数，#white pixel表示区块内白点的总个数，而BWTh为可调整的门槛参数。
3.如权利要求1所述的图像数据处理系统，其特征在于，所述编码模块更包括一数据嵌入单元，用以在欲藏入的所述机密信息的位值为1时，将所述欲藏入的高频区块内的所有像素的位值反转，以产生所述改变位像中的一对应区块，以及在欲藏入的机密信息的位值为0时，将所述欲藏入区块内的所有像素的位值保持相同以产生该改变位像中的一对应区块，以将所述机密信息随机藏入至所述高频区块。
4.如权利要求1所述的图像数据处理系统，其特征在于，所述图像数据处理系统更包括一解码模块，用以由藏有所述机密信息的所述编码灰阶图像解码出所述机密信息以及重建回所述灰阶图像。
5.如权利要求1所述的图像数据处理系统，其特征在于，所述图像包括一彩色图像， 所述彩色图像具有至少一色平面，并且所述图像输入模块依据所述色平面得到所述灰阶图像。
6.一种数据隐藏方法，其特征在于，所述数据隐藏方法用以将一机密信息隐藏于一图像中，适用于一系统，所述系统包括至少一位图产生模块以及一编码模块，包括下列步骤接收一图像以及所述机密信息并依据所述图像得到至少一灰阶图像； 所述位图模块依据所述灰阶图像以及一半色调阵列，产生一有序抖动区块截断编码图像，并得到对应所述有序抖动区块截断编码图像的一位像；所述编码模块将所述位像分为多个图像区块，并由所述图像区块中找出黑点与白点个数相近的候选区块；所述编码模块由找出的所述候选区块中筛选出属于高频部分的高频区块； 所述编码模块将所述机密信息随机藏入至所述高频区块，得到一改变位像，其中若欲藏入的所述机密信息的位值为1时，将所述欲藏入的高频区块内的所有像素的位值反转，以产生所述改变位像中的一对应区块，而若欲藏入的机密信息的位值为0时，将所述欲藏入区块内的所有像素的位值保持相同以产生所述改变位像中的一对应区块；以及所述编码模块得到所述灰阶图像中的每一区块的最大值与最小值，并利用每一区块的最大值与最小值代替所述改变位像的对应区块，以产生藏有所述机密信息的一编码灰阶图像。
7.如权利要求6所述的数据隐藏方法，其特征在于，所述编码模块将所述机密信息随机藏入至所述高频区块的步骤是利用一随机金钥将所述机密信息随机打散后再藏入至所述高频区块。
8.一种数据隐藏方法，其特征在于，所述数据隐藏方法用以由一包含一机密信息的输入编码灰阶图像中解码出所述机密信息，适用于一系统，所述系统包括至少一解码模块，包括下列步骤所述解码模块利用所述输入编码灰阶图像，得到一位像； 所述解码模块将所述位像分为多个图像区块，并由所述图像区块中找出黑点与白点个数相近的候选区块；所述解码模块由找出的所述候选区块中筛选出属于高频部分的高频区块； 所述解码模块利用所述位像中的所述高频区块以及对应所述输入编码灰阶图像的一平均灰阶图像，决定出藏入所述高频区块的位值；以及所述解码模块利用所述决定出的藏入所述高频区块的位值，得到所述机密信息， 其中所述解码模块由所述图像区块中找出黑点与白点个数相近的候选区块的步骤是判断所述图像区块中的每一者是否满足下列方程式 |#black pixel_#white pixel < Bfflh,其中#black pixel表示区块内黑点的总个数，#white pixel表示区块内白点的总个数，而BWTh为可调整的门槛参数。
9.如权利要求8所述的数据隐藏方法，其特征在于，所述的数据隐藏方法更包括 所述解码模块利用所述决定出的藏入所述高频区块的位值以及所述输入编码灰阶图像，重建回一灰阶图像，其中当所述决定出的藏入所述高频区块的其中一区块的位值为1时，将所述输入编码灰阶图像中对应于所述区块的一区块中的像素值反转，以产生所述灰阶图像。
10.如权利要求8所述的数据隐藏方法，其特征在于，所述解码模块利用所述位像中的所述高频区块以及对应所述输入编码灰阶图像的一平均灰阶图像，决定出藏入所述高频区块的位值的步骤更包括依据所述平均灰阶图像，得到一对应位像；计算每一所述高频区块以及所述对应位像的对应区块之间的一汉明距离； 若所述汉明距离大于等于一区块的所有像素个数的一半时，决定出藏入所述高频区块的位值为1 ；以及若所述汉明距离小于一区块的所有像素个数的一半时，决定出藏入所述高频区块的位值为0。
全文摘要
本发明公开了一种图像数据处理系统，包括一图像输入模块、一位图产生模块以及一编码模块。图像输入模块接收一图像以及一机密信息，并依据图像得到至少一灰阶图像。位图产生模块耦接至图像输入模块，用以依据灰阶图像来产生一位像并依据位像以及灰阶图像，来产生一有序抖动区块截断编码图像，其中位像中的每一像素为黑或白点。编码模块耦接至图像输入模块以及位图产生模块，以依据位像以及机密信息，来产生一编码灰阶图像。其中，编码模块将灰阶图像分为多个图像区块，并由图像区块中找出黑点与白点个数相近的候选区块，由找出的候选区块中筛选出高频区块，再将机密信息随机藏入至高频区块中，以产生藏有机密信息的编码灰阶图像。
文档编号G06T1/00GK102263879SQ20101019339
公开日2011年11月30日 申请日期2010年5月27日 优先权日2010年5月27日
发明者蔡嘉晋, 郭景明 申请人:郭景明