专利名称：以相位特征为基础的振幅相位移信息嵌入及检测方法
技术领域：
本发明涉及一种信息嵌入的方法，特别是指一种利用对影像中子频带(subband image)的离散余弦系数(DCT coefficient)的特征化运算，再加上对子频带的像素位移处理，将关键值(key)信息嵌入影像的方法。
背景技术：
随着数字化时代的来临，信息数字化已成为必然的趋势，然而由于数字数据(如图片、影像、音讯...)的传播性和易拷贝性，使得对于数字数据的保护不再如同传统著作般地容易，因此相关的知识产权问题也备受关注，而为了保障数字数据在传输上的安全，且避免有心人士恶意的窃取破坏，目前最广为被使用的即是「信息嵌入技术」。所谓的信息嵌入技术，是指在欲传递的数字数据中嵌入某些与原始数字数据无关的关键值(key)信息，使得未经授权(即未知关键值信息)的第三者无法发现嵌入信息的存在，借此一技术的运用来降低有心人士对于传递数字数据的刻意破坏与窃取的意图。一般常见的信息嵌入做法，即是在原始数字数据中隐藏信息来产生出另外的新数字数据，而所产生的新数字数据从人类视觉系统来看与原始数字数据无异，对于未经授权者来说很难进行辨识区分，但是对于合法授权者来说却能够以迅速、简单的方式将其中所隐藏的关键值信息给还原出来，对于著作者的无形资产的判定与保护具有一定的实质价值。
一般的信息嵌入技术，基本上必须具备有下列的特性(1)不易察觉及检测即关键值信息嵌入之后，不易通过一般影像处理的方法发现；或者在人类视觉系统中，不易对于影像微小的差异产生敏感；(2)不易破坏的强韧性即嵌入的关键值信息，能够抵挡各式各样的攻击，包括影像处理、放大、缩小、旋转、压缩及窜改...；(3)不需原始数字数据即在关键值信息的检测还原过程中，不需要另外储存一份原始数字数据即可进行。有了上述这些特性的存在，数字数据的信息嵌入才能够算是真正达到效果。
公知的信息嵌入技术大致上可分为频域(frequency domain)以及空间域(space domain)两种类型，然而单纯利用频域进行信息嵌入往往会面临到运算复杂且嵌入信息有限的问题；而单纯利用空间域进行信息嵌入又往往会遭遇到容易失真且容易遭到破坏的问题。因此，要如何充分结合频域及空间域信息嵌入技术的特性，开发一套可以应用在各种动态影音数据上的有效强韧信息嵌入技术，又可以提供使用者迅速简单进行信息检测的方法，应是目前数字数据嵌入检测技术的重要发展趋势及方向。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题而提出一种以相位特征为基础的振幅相位移信息嵌入及检测方法，其主要的目的是在于利用特征函式(equalization function)运算以及像素位移的方式，使影像中离散余弦系数(DCT coefficient)发生能量上的变化，进而产生具强韧性且不易察觉、检测的关键值信息嵌入影像。而对于嵌入关键值信息后的影像，本发明还可以在不需要原图的比对下，提供以简单的方式迅速精确还原出原来的关键值信息，达到对保护的影像判定的目的。
本发明的目的可通过如下措施来实现一种以相位特征为基础的振幅相位移信息嵌入方法，是利用对子频带的位移，使其产生能量变化，进而将信息内容嵌入影像中，该方法包含下列步骤设定至少一个关键值信息；进行一原始影像的一转换处理；执行各该矩阵系数的系数调整使其满足一特征函式；执行对该原始影像的一反转换处理；依照一相位移量进行对应各该矩阵系数的至少一个子频带的调整；及产生一嵌入信息影像。
上述方法中的该关键值信息包含一相位移系数、该相位移量及该特征函式。
上述方法中的该相位移系数是指至少一个从8×8的离散余弦矩阵中以随机随机数方式产生的系数坐标。
上述方法中的该相位移量是指以随机随机数方式产生的一数值。
上述方法中的该特征函式是为平均法。
上述方法中的该特征函式是为排序法。
上述方法中的该转换处理是指离散余弦系数的顺向离散余弦转换。
上述方法中的该反转换处理是指离散余弦系数的逆向离散余弦转换。
一种以相位特征为基础的振幅相位移信息检测方法，是利用对子频带的反位移使其能量还原，进而检测影像嵌入信息内容，该方法包含下列步骤撷取至少一个关键值信息；利用一相位移量对一嵌入信息影像中一相位移系数所对应的复数个子频带进行反位移处理；对该嵌入信息影像进行一转换处理取得对应各该子频带的矩阵系数的第一验证值；依照一特征函式反计算各该矩阵系数的复数个第二验证值；进行对应该第一验证值及该第二验证值的逐一比对验证；比对验证结果符合；及确认该嵌入信息影像为该原始影像。
上述方法中的该关键值信息包含一相位移系数、该相位移量及该特征函式。
上述方法中的该相位移系数是指至少一个从8×8的离散余弦矩阵中以随机随机数方式产生的系数坐标。
上述方法中的该相位移量是指以随机随机数方式产生的一数值。
上述方法中的该特征函式是为一平均法。
上述方法中的该特征函式是为一排序法。
上述方法中的该转换处理是指离散余弦系数的顺向离散余弦转换。
本发明相比现有技术具有如下优点本发明的以相位特征为基础的振幅相位移信息嵌入方法，利用人类视觉上的特性，通过空间域像素位移的方式来造成影像中频域上离散余弦系数的改变，借此可以轻易产生不易被察觉且具有关键值信息嵌入的影像，并且通过特征函式的辅助运算，使得嵌入影像的关键值信息可以更加强韧不易被破坏，在检测还原的困难度上也提高了许多，借此可以更完整的保护原始影像。另外，本发明的以相位特征为基础之振幅相位移信息检测方法，仅需要掌握住关键值，即可轻易的在最短的时间内将信息给还原检测，具有相当的时效性。
图1是本发明所提的以相位特征为基础的振幅相位移信息嵌入及检测方法的信息嵌入流程图；图2是本发明所提的以相位特征为基础的振幅相位移信息嵌入及检测方法的信息检测流程图；图3是本发明所提的以相位特征为基础的振幅相位移信息嵌入及检测方法的单频影像处理结果示意图；图4是本发明所提的以相位特征为基础的振幅相位移信息嵌入及检测方法的空间位移矩阵系数变化示意图；图5是本发明所提的以相位特征为基础的振幅相位移信息嵌入及检测方法的平均值特征函式调整示意图；图6是本发明所提的以相位特征为基础的振幅相位移信息嵌入及检测方法的原始影像与嵌入信息影像示意图；图7是本发明所提的以相位特征为基础的振幅相位移信息嵌入及检测方法的抗压缩实验示意图；图8是本发明所提的以相位特征为基础的振幅相位移信息嵌入及检测方法的嵌入信息关键值实验示意图。
具体的实施方式本发明所提出的是一种以相位特征为基础的振幅相位移信息嵌入方法，主要是利用人类视觉的特性，对影像中选取的若干子频带的频域离散余弦系数，用一般特征函式加以运算后，当影像在被转换回到空间域时再利用像素位移的方式加以处理，使影像从视觉上并无法轻易察觉其差异性，但是却借此将离散余弦系数作了大幅的调整改变，来达到将关键值信息嵌入影像的方法。
请先参阅图3的部分，其中(a)为原图影像；(b)为原图位移；(c)为原图增加对比；(d)为原图缩小处理；(e)为原图增加噪声。由于人类视觉特性的缘故，自然会对于纹理产生有组织性的辨认性，所以当原图利用如(c)、(d)及(e)图的方式处理时便很容易一眼就会被辨认出来，因而导致嵌入信息曝光的情况；反之，(b)图从人类视觉上来看的话，却反而最不容易被察觉，因此透过像素位移方式对原图作处理，将可以使原图具有一定程度的不易察觉性。如上所述，经过像素位移的影像与原图在视觉上虽然并不会产生极大的差异性，但是其反映在影像的频域中时，每个被经过位移处理的子频带在其频域上的离散余弦系数都会产生极大的变化，如图4中即具体揭露上述的实验结果。其中，(a)为空间域上某一子频带的离散余弦系数取样值；而(b)、(c)及(d)则分别为对(a)进行1、2及3像素的位移后，其离散余弦系数的对应值，分别产生下降30、100及170左右的变化量，因此可以利用此一特性来进行关键值信息的嵌入。而为了增加嵌入关键值信息的强韧性，减少被未经授权的第三者检测的机会，因此在进行像素位移处理前可以利用一般的特征函式来针对其离散余弦系数作预先的运算处理，举例来说，可以利用「平均法」的方式来运算出即将被用来进行像素位移处理的子频带其初始离散余弦系数的值，如图5所示，区块(2，2)的初始离散余弦系数值可由周遭其它八个区块的平均值求得，或者利用「排序法」或是其它一般的特征函式都可以达到强化嵌入关键值信息的目的。
接着进入本发明所提出的以相位特征为基础的振幅相位移信息嵌入方法的流程说明。请参阅图1的部分，首先必须先设定好欲嵌入的关键值信息(步骤100)，包括有相位移系数(shifted coefficients)、相位移量(shiftedvalue)及特征函式三部份，其中相位移系数是指将用来嵌入信息的离散余弦系数的坐标，一般可以通过随机随机数的方式自子频带的8×8的离散余弦矩阵(DCT matrix)中任意选取设定，相位移量则是指欲使用的位移量，通常亦通过随机随机数的方式来产生，至于特征函式则是指用来进行离散余弦系数运算的表达式；接着对原始影像进行转换处理的动作(步骤110)，所谓的转换处理如公式F(u,v)=4C(u)C(v)N2Σi=0N-1Σj=0N-1f(i,j)cos[(2i+1)2Nuπ]cos[(2j+1)2Nvπ]---(A)]]>所示，式中F(u，v)表示在频域位置(u，v)处的离散余弦系数值，即是指利用顺向离散余弦转换(Forward Discrete Cosine Transform，FDCT)函式，将影像自空间域转换为频域；然后便根据先前所设定出的相位移系数，利用特征函式逐一进行运算，使每个被选取的离散余弦系数都能够满足特征函式(步骤120)，若以「平均法」为例，则每个被选取的离散余弦系数的值必须满足图5的函式运算结果；接着再将影像进行反转换处理的动作(步骤130)，所谓的反转换处理如公式f(i,j)=Σu=0N-1Σv=0N-1C(u)C(v)F(u,v)cos[(2i+1)2Nuπ]cos[(2j+1)2Nvπ]---(B)]]>中所示，f(i，j)表示在空间域位置(i，j)处的像素值，即是指利用逆向离散余弦转换(Inverse DiscreteCosine Transform，IDCT)函式，将影像自频域转换为空间域；然后以选定的相位移量进行对应各个离散余弦系数的子频带的位移调整(步骤140)最后产生具关键值信息嵌入的影像(步骤150)。
图2的部分则说明本发明所提出的以相位特征为基础的振幅相位移信息检测方法。由于整个信息检测过程都必须要搭配上适当的关键值信息才能够顺利完成，因此首先必须要先取得当初所使用的关键值信息(步骤200)，同样包括相位移系数、相位移量及特征函式三部份，且三者均必须与进行关键值信息嵌入时所使用的相同；接着依照相位移系数所对应的子频带进行反位移的动作(步骤210)；此时再对已嵌入信息影像进行顺向离散余弦转换处理(步骤220)，如此便可以知悉每个对应各子频带的离散余弦系数的值，即第一验证值；接着根据特征函式计算出所有对应子频带的离散余弦系数的值，即第二验证值(步骤230)；然后便对所有的第一验证值和第二验证值进行逐一的比对和验证(步骤240)；判断两验证值是否均符合？(相同或在可接受的误差范围内)(步骤250)如果不符合则可判定检测的影像非原始影像(步骤260)；否则则判定检测的影像为原始影像(步骤270)。
在经过本发明所提的以相位特征为基础的振幅相位移信息嵌入方法，可由图6中(A)及(B)来作一比较，可发现原始影像与嵌入信息后的影像在视觉上并无明显的差异，所以具有不易被察觉的特性；另外，通过「图7」的抗压缩实验，更可发现本发明在经过某种程度的破坏后依然可以检测到正确的关键值信息，足可证明本发明信息嵌入方法的强韧性；最后，通过图8的实验亦可证明，惟有完全使用正确的关键值信息，才能够真正检测出嵌入在影像中的信息，亦可以显示出本发明的安全性。
权利要求
1.一种以相位特征为基础的振幅相位移信息嵌入方法，是利用对子频带的位移，使其产生能量变化，进而将信息内容嵌入影像中，该方法包含下列步骤设定至少一个关键值信息；进行一原始影像的一转换处理；执行各该矩阵系数的系数调整使其满足一特征函式；执行对该原始影像的一反转换处理；依照一相位移量进行对应各该矩阵系数的至少一个子频带的调整；及产生一嵌入信息影像。
2.如权利要求1所述的以相位特征为基础的振幅相位移信息嵌入方法，其特征在于该关氏键值信息包含一相位移系数、该相位移量及该俄特征函式。
3.如权利要求2所述的以相位特征为基础的振幅相位移信息嵌入方法，其特征在于该相位移系数是指至少一个从8×8的离散余弦矩阵中以随机随机数方式产生的系数坐标。
4.如权利要求2所述的以相位特征为基础的振幅相位移信息嵌入方法，其特征在于该相位移量是指以随机随机数方式产生的一数值。
5.如权利要求2所述的以相位特征为基础的振幅相位移信息嵌入方法，其特征在于该特征函式是为平均法。
6.如权利要求2所述的以相位特征为基础的振幅相位移信息嵌入方法，其特征在于该特征函式是为排序法。
7.如权利要求1所述的以相位特征为基础的振幅相位移信息嵌入方法，其特征在于该转换处理是指离散余弦系数的顺向离散余弦转换。
8.如权利要求1所述的以相位特征为基础的振幅相位移信息嵌入方法，其特征在于该反转换处理是指离散余弦系数的逆向离散余弦转换。
9.一种以相位特征为基础的振幅相位移信息检测方法，是利用对子频带的反位移使其能量还原，进而检测影像嵌入信息内容，该方法包含下列步骤撷取至少一个关键值信息；利用一相位移量对一嵌入信息影像中一相位移系数所对应的复数个子频带进行反位移处理；对该嵌入信息影像进行一转换处理取得对应各该子频带的矩阵系数的第一验证值；依照一特征函式反计算各该矩阵系数的至少一个第二验证值；进行对应该第一验证值及该第二验证值的逐一比对验证；比对验证结果符合；及确认该嵌入信息影像为该原始影像。
10.如权利要求9所述的以相位特征为基础的振幅相位移信息检测方法，其特征在于该关键值信息包含一相位移系数、该相位移量及该特征函式。
11.如权利要求10所述的以相位特征为基础的振幅相位移信息检测方法，其特征在于该相位移系数是指至少一个从8×8的离散余弦矩阵中以随机随机数方式产生的系数坐标。
12.如权利要求10所述的以相位特征为基础的振幅相位移信息检测方法，其特征在于该相位移量是指以随机随机数方式产生的一数值。
13.如权利要求10所述的以相位特征为基础的振幅相位移信息检测方法，其特征在于该特征函式是为一平均法。
14.如权利要求10所述的以相位特征为基础的振幅相位移信息检测方法，其特征在于该特征函式是为一排序法。
15.如权利要求9所述的以相位特征为基础的振幅相位移信息检测方法，其特征在于该转换处理是指离散余弦系数的顺向离散余弦转换。
全文摘要
本发明涉及一种以相位特征为基础的振幅相位移信息嵌入及检测方法，是利用特征函式对影像的离散余弦系数进行特征化运算，再通过像素位移的方式，使其原始离散余弦系数产生能量变化，借此产生能符合视觉感受且同时能将关键值信息嵌入的影像；经信息嵌入后的影像具有一定的强韧性，即使经破坏后仍可在不需原图的比对下精确还原出原来的关键值信息。
文档编号H04N7/16GK1489384SQ02144368
公开日2004年4月14日 申请日期2002年10月10日 优先权日2002年10月10日
发明者吴国瑞 申请人:财团法人工业技术研究院