专利名称：用于对数字图像施加水印的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于数字图像内容的版权保护的数字图像水印，更具体地说，涉及用于通过将原始图像分割为多个区域、将预定的秘密密钥分配给每个区域而产生水印化的图像并且使用包括秘密密钥的公共密钥从水印化的图像中提取水印信息的设备和方法。
背景技术：
不同于模拟内容，可以无限地复制数字内容而没有任何数据丢失。因特网的最近发展已经增加了诸如非法复制或分发的数字内容的非授权使用。因此，已经提出了数字水印技术以防止数字内容的非法分发。
数字水印是一种技术，其将诸如关于数字内容的版权所有者或分发者信息的版权信息嵌入作为人们不能觉察的水印，从而在将来关于数字内容的版权的可能的纠纷中识别和保护合法版权所有者。可以作为水印而被嵌入到数字内容之中的信息包括版权信息、只提供给合法购买者的有用信息、用于解码数字内容的内容密钥等。之后，将这类可以被嵌入作为数字内容中的水印的信息总体称为水印信息。在水印化过程中，应该考虑水印对人眼的透明度、对数字内容的各种修改的适应性(robustness)、防止蓄意攻击的安全性等。
根据传统数字水印技术，可获得嵌入在数字内容中的水印仅仅来识别内容的版权。换句话说，当非法地复制和分发施加水印的数字内容时，可以识别内容的法定版权所有者，但是不可能发现谁对非法分发负责。
为了解决这种问题，已经引入了指纹识别技术。指纹识别是将关于数字内容购买者的个人信息嵌入到数字内容中作为指纹的技术。其允许使用从非法分发的数字内容中提取的指纹来识别数字内容的非法分发者，从而对数字内容的非法使用采取适当的合法行动。
但是，在传统的水印方法中，当产生和提取水印时使用同样的秘密密钥。因此，当由于对提取器进行攻击而导致提取器的内部信息被公开时，因为所公开的信息与嵌入器的信息相同，所以整个系统的安全性受到威胁。而且，传统的指纹识别固有地需要大型加密算法从而涉及复杂的密钥产生过程。
发明内容
技术解决方案作为针对向水印的攻击的有效防卫措施，本发明提供了用于通过将原始的数字图像分割为多个区域并且将秘密密钥分配给每个区域而产生水印化的图像的设备和方法，以及用于仅仅使用包括秘密密钥的公共密钥从水印化的图像中提取水印信息的方法和设备。
本发明还提供了简单、有效的指纹识别，其包括通过将秘密密钥组合以唯一的顺序分配给原始图像的每个分割的区域来从原始图像产生多个水印化的图像。
有益的效果根据本发明，将其中嵌入了水印信息的数字图像分割为多个区域，并且通过将秘密密钥分配给每个区域而为每个区域产生水印。当解码水印化的图像时，只可获得包括秘密密钥的公共密钥以从水印化的图像中提取水印信息。因此，可以有效地阻止对嵌入到数字图像中的水印的非法攻击。
此外，通过将数字图像的分割区域的秘密密钥的不同组合分别分配给内容的拷贝，与传统的指纹识别相比较可以容易地实现更安全的指纹识别。
图1示出了水印系统的框图；图2示出了根据本发明示例实施例的水印设备的框图；图3示出了图2的秘密密钥分配信息数据库(DB)的结构的例子；图4示出了分别分配给内容的多个拷贝的独立区域的水印的组合的表；图5示出了要被分配给内容的独立拷贝的水印化图像的表；图6示出了根据本发明示例实施例的水印方法的流程图；图7示出了根据本发明的示例实施例的另一个方面的水印信息提取设备的框图；图8示出了在图7的水印信息提取设备中提取水印信息的过程的示意图；图9示出了根据本发明的示例实施例的另一个方面用于识别内容拷贝的设备的框图；
图10是一个表，示出了对在图9的设备中的水印化的图像中的内容拷贝进行识别的过程；和图11示出了根据本发明的示例实施例的另一个方面对内容拷贝进行识别的方法的流程图。
最佳模式在本发明的一个方面中，提供了一种用于将水印嵌入到数字图像中的水印设备，该设备包括水印产生单元，其将数字图像分割为多个区域，将预定的秘密密钥分配给每个分割的区域，并且使用对应的秘密密钥为每个分割的区域产生水印；和水印嵌入单元，通过将水印分别地嵌入到对应的区域中、并且合并嵌入水印的分割的区域而为数字图像产生水印化图像。
水印产生单元可以包括分割部分，其将数字图像分割为多个区域；秘密密钥产生部分，其产生不同的秘密密钥；秘密密钥分配部分，其将秘密密钥分别地分配给分割的区域；和水印产生部分，其使用对应的秘密密钥为每个区域产生水印。
水印产生单元可以将唯一的秘密密钥分配给每个分割的区域。秘密密钥可以是由使用扩展频谱水印算法产生的伪噪声(PN)序列。秘密密钥垂直并且独立于彼此和分割区域的图像。
水印嵌入单元通过将唯一顺序的秘密密钥的组合分配给每个水印化的图像而产生多个不同的水印化的图像。在这种情况下，水印产生单元可以产生数量与分割的区域数量相等的秘密密钥，并且将与分割的区域数量的阶乘相等数量的秘密密钥的组合进行分配以产生每个区域的水印。水印产生单元可以将数字图像分割为m个区域，产生n个秘密密钥，并且将秘密密钥的nm个组合分别地分配给分割的区域。
在本发明的另一个方面，提供了一种在数字图像中嵌入水印的方法，该方法包括将数字图像分割为多个区域；产生多个不同的秘密密钥；将多个秘密密钥分别地分配给分割的区域；使用对应的秘密密钥为每个区域产生水印；分别将水印嵌入到对应的区域中；并且通过将嵌入水印的分割区域进行合并而为数字图像产生水印化的图像。
在上述方法中，秘密密钥垂直并且独立于彼此和分割区域的图像。在分配多个秘密密钥中，可以将唯一的秘密密钥分配给每个分割的区域。秘密密钥可以是使用扩展频谱水印算法而产生的PN序列。
在水印化图像的产生中，可以产生多个水印化的图像，并且在多个秘密密钥的分配中，可以将唯一顺序的秘密密钥的组合分配给每个水印化图像。在多个秘密密钥的产生中，可以产生数量与分割的区域的数量相等的秘密密钥，而且可以分配给分割的区域的秘密密钥组合的最大数量可以等于分割区域的数量的阶乘。在将数字图像分割为多个区域的分割中，可以将数字图像分割为m个区域，在秘密密钥的产生中，产生n个秘密密钥，而在秘密密钥的分配中，分配给分割区域的秘密密钥的组合的最大数量可以等于nm。
在本发明的另一个方面中，提供一种用于从水印化的数字图像提取水印信息的设备，该设备包括公共密钥提供单元，其提供公共密钥，公共密钥包括被分别分配给原始数字图像的分割区域的秘密密钥，其中使用对应的秘密密钥将每个分割的区域进行水印化；和水印信息提取单元，使用公共密钥从水印化的数字图像提取水印信息。
在上述设备中，公共密钥可以具有与秘密密钥的和相等的值。秘密密钥垂直并且独立于彼此和分割区域的图像。水印信息提取单元可以根据公共密钥和水印化数字图像的内积来提取水印信息。
在本方明的另一个方面，提供一种用于识别水印化的图像是否是内容的拷贝的设备，该设备包括分割单元，其将任意水印化的图像分割为多个区域，通过分别地嵌入以不同的顺序为原始数字图像的独立的分割区域分配秘密密钥的组合而产生的水印到内容的多个拷贝而产生任意的水印化的图像；秘密密钥操作单元，在任意的水印化的图像中使用被分配给内容的拷贝的秘密密钥的每个组合对每个分割的区域执行操作；以及内容拷贝识别单元，其根据在秘密密钥操作单元中的操作的结果来识别任意的水印化的图像是否是内容的拷贝。
内容拷贝识别设备还可以包括内容识别单元，其识别在任意水印化的图像中的内容。当将任意水印化的图像表示为Yi＝(X1+α·b·pi1)+(X2+α·b·pi2)+......+(Xn+α·b·pin)时，秘密密钥操作单元可以执行根据下面等式的操作，并且当在秘密密钥操作单元中的操作的结果等于n×b时，其中n是分割区域的数量，内容拷贝识别单元可以将任意的水印化的图像识别作为内容的第i个拷贝(X1+α·b·pi1)·pj1+(X2+α·b·pi2)·pj2+.....+(Xn+α·b·pin)·pjn
其中X1，X2，........，Xn表示数字图像的分割区域的图像，b表示在数字图像中嵌入的水印信息，α是用于控制水印信息的大小以至不会对人眼产生不快的常数，pi1，pi2，.........，pin表示被分配给水印化的图像Yi的分割区域的秘密密钥的组合，和pj1，Pj2，.........，pjn表示被分配给多个水印化的图像的秘密密钥的组合，其中秘密密钥垂直并且独立于彼此和分割区域的图像。
具体实施例方式
现在参考附图来详细描述本发明的实施例。
通常，数字水印涉及三种操作，即，产生、嵌入、和检测水印。
图1示出了通过将水印图像嵌入到原始数字图像中而产生水印化数字图像并且从水印化的数字图像中复原水印图像的一般数字水印系统。
通常，水印是基于扩展频谱水印算法的，该算法高度可隐藏并且使用伪噪声(PN)信号作为彼此垂直和独立的秘密密钥来产生水印。独立和垂直即暗示着等效矢量的内积具有例如1的有效值，并且不同矢量的内积具有例如0的无效值。
根据下面的等式1，将使用扩展频谱水印算法产生的水印W嵌入到原始图像X中以输出水印化图像Y。
Y＝X+αW (1)其中α是用于控制嵌入的水印的大小以至不会对人眼产生不快感觉的常数。可以将水印直接地加入到原始图像的空间域中。但是，如图1所示的诸如离散余弦变换(DCT)、离散傅里叶变换(DFT)、快速傅里叶变换(FFT)、离散小波变换(DWT)等的变换之后，在原始图像中嵌入水印对于通常的信号处理和信号畸变是很普通的并且是更强健的。在这种情况中，将其中已经嵌入了水印的原始图像进行逆变换并且作为水印化的图像Y输出。
当发送水印化的图像Y时，将通道噪声n′添加到水印化的图像Y并且用与嵌入水印时所使用的方法相同的方法来变换水印化的图像Y。在解码器中，使用与在嵌入器中产生的水印相同的水印W来检测相关值c。如果相关值大于参考值，确定将水印嵌入到还原的图像中。否则，确定没有将水印嵌入到还原的图像中。
图2示出了根据本发明示例实施例的水印设备的框图。参照图2，水印设备20包括分割部分202，其将输入的原始图像X分割为n个区域(n＝2，3，4.....)；秘密密钥产生部分204，其产生n个不同的秘密密钥；秘密密钥分配部分206，其将n个秘密密钥分别分配给n个分割的区域；水印产生部分208，其根据关于要被嵌入到原始图像中的水印的信息b，使用分配给区域的对应秘密密钥，为每个区域产生水印；水印嵌入部分212，其将每个水印嵌入到对应的区域中；区域合并部分214，其通过合并其中嵌入有水印的区域来为原始图像X产生水印化的图像Y。分割部分202、秘密密钥产生部分204、秘密密钥分配部分206、和水印产生部分208构成水印产生单元200。水印嵌入部分212和区域合并部分214构成水印嵌入单元210。
在本发明的示例实施例中，为了实施指纹识别，秘密密钥分配部分206分别分配n！(＝n×(n-1)×(n-2)×(n-3)×.....×2×1)个秘密密钥组合给内容的拷贝，每个组合包括以唯一顺序合并的n个分割的区域的秘密密钥，并且将秘密密钥分配信息存储在秘密密钥分配信息DB 226中。图3示出了秘密密钥分配信息DB 226的示例结构，DB 226存储关于将用于数字图像内容(ID No.C1)的原始图像X的四个分割的区域X1、X2、X3、X4的四个秘密密钥p1、p2、p3、p4的24(＝4！)种组合分别分配给内容的24个拷贝的信息。
但是，当不需要实施指纹识别并且允许将相同的水印信息嵌入到所有的内容时，秘密密钥分配部分206可以简单地将n个秘密密钥分配给分割的区域并且不需要秘密密钥分配信息DB 226。
分割部分202分割原始图像X为n个区域从而提供n！(＝n×(n-1)×(n-2)×(n-3)×.....×2×1)个带有不同秘密密钥组合的内容拷贝。不同的秘密密钥组合是指用于以不同顺序合并的分割区域的多组秘密密钥。水印设备20可以经由输入单元(未示出)与原始图像Z一同接收内容ID。
秘密密钥产生部分204产生n个不同的秘密密钥。如上所述，秘密密钥应该垂直并且独立于彼此和i个分割区域的图像。当授权的内容购买者具有针对在原始图像X中嵌入的水印信息b的权利时，可以将通过组合秘密密钥而产生的公共密钥提供给该内容购买者，从而其能够使用公共密钥来提取在原始图像中嵌入的水印信息，这将在下面进行说明。
因为当请求时只将公共密钥而不是独立的秘密密钥提供给购买者，所以即使公开了作为n个秘密密钥的组合而形成的公共密钥，还是难于根据公共密钥来识别所有的秘密密钥。而且，考虑通用密钥尺寸的大小是128比特，实际上不可能只根据公共密钥来发现构成公共密钥的秘密密钥。
可以使用通用密钥产生算法来产生秘密密钥。例如，可以使用根据扩展频谱水印算法为任意密钥随机产生的伪噪声(PN)序列作为秘密密钥。PN序列包括与水印信息b同样多的比特。
秘密密钥分配部分206通过将n个秘密密钥分配给每个内容的n个分割区域而产生n！个秘密密钥组合，并且将秘密密钥组合存储在秘密密钥分配信息DB 226中。因此，当存在要被分发的内容的拷贝的最大数量是n！时，可以通过将n！个秘密密钥组合分配给内容的每个拷贝来识别应该为在将来可能发生的非法分发负责的用户。例如，当水印设备20提供内容给在诸如因特网的宽带网络中的购买者时，水印设备20可以管理存储由用户注册的用户个人信息的独立的购买者信息DB，从而识别应该为将来的内容拷贝的非法分发负责的用户。当不需要禁止内容的非法拷贝和分发并且将唯一的秘密密钥组合分配给内容的每个拷贝时，将仅仅一个秘密密钥组合分配给每个内容是足够的。
当从外部输入对具体内容的请求时，秘密密钥分配部分206从与在秘密密钥分配信息DB 226中的特定内容的ID对应的表中提取一个秘密密钥组合，并且将该秘密密钥组合发送给水印产生部分208。当将水印设备20经由诸如因特网的宽带通讯网络与购买者的终端结合使用时，水印设备20可以经由通讯单元(未示出)从购买者接收对内容的请求。当使用水印设备20以将水印嵌入到在诸如DVD的记录介质中写入的原始图像中时，对于内容的请求可以是将水印嵌入到由版权所有者或内容分发者经由输入单元输入的具体内容中的命令。
根据从秘密密钥分配部分206发送来的秘密密钥组合，水印产生部分208产生版权的所有者或内容的分发者想要根据水印信息b而嵌入到具体内容中的分割部分的水印。或者，水印产生部分208可以参考秘密密钥分配信息DB226来产生分割区域的水印。图4示出了根据分配给具有图3中C1的ID的内容的24个拷贝的秘密密钥组合而产生的分割区域的水印的表。如上所述，在图4中的α是用于控制嵌入的水印的大小以至不会对人眼产生不快感觉的常数。因为将唯一的秘密密钥分配给每个分割的区域，所以每个分割区域的α可以稍微变化。
水印嵌入部分212将每个水印嵌入到对应分割区域的图像中。可以将水印直接地添加到原始图像的空间域中。但是，如图1所示的诸如离散余弦变换(DCT)、离散傅里叶变换(DFT)、快速傅里叶变换(FFT)、离散小波变换(DWT)等的变换之后，将水印嵌入到原始图像中是普遍的并且对于一般的信号处理和信号畸变更强健。在这种情况中，将其中已经嵌入了水印的原始图像进行逆变换并且作为水印化的图像输出。
区域合并部分214合并嵌入了水印的分割区域并且最终为原始图像X输出水印化的图像Y。图5示出了当将原始图像X分割为4个区域时内容的24个拷贝的水印化图像的表。内容拷贝的水印化图像实际上彼此不同但是看起来相同，这是因为这些不同非常小以至人眼不能分辨。
图6示出了根据本发明示例实施例的水印方法的流程图。参照图6，水印方法包括将输入的原始图像X分割为n个区域(S601)，产生n个不同的秘密密钥(S603)，将n个秘密密钥分别分配给n个分割的区域(S605)，使用分配给对应的分割区域的秘密密钥来为每个分割的区域产生水印(S607)，将对应的水印嵌入到每个分割的区域中(S609)，并且通过合并嵌入水印的分割区域来为原始图像X产生水印化的图像Y(S611)。
虽然在图6所示的方法中，将相同的秘密密钥组合分配给内容的所有拷贝，但是可以将唯一秘密密钥组合分配给内容的每个拷贝，从而在将来找寻应该为非法复制负责的人员。在这种情况中，该方法还包括在操作S605和S607之间将唯一的秘密密钥组合分配给内容的每个拷贝。
图7示出了水印信息提取设备70的框图，该设备用于使用与由图2的水印设备进行了水印化的数字图像中的内容的拷贝一同提供的公共密钥而从水印化的图像Y中提取水印信息。虽然为了解释方便，只在下面说明了水印信息提取设备70的结构，但是使用水印信息提取设备70来提取水印信息的方法也在本发明的范围之内。
公共密钥提供单元702提供公共密钥给水印信息提取单元704。公共密钥包括分配给水印化的图像Y的独立分割区域的秘密密钥，并且公共密钥实际上是等于秘密密钥的和的值。即，将公共密钥表示为Pp＝p1+p2+....+pn。当水印信息提取设备70是内容拷贝购买者的计算机时，公共密钥提供单元702可以通过接收从购买者计算机的输入单元输入的公共密钥或通过提取包括在购买的内容拷贝中包含的公共密钥来获得公共密钥。当经由诸如因特网的宽带网络将内容的拷贝提供给水印信息提取设备70时，公共密钥提供单元702可以与从内容拷贝提供服务器来的内容拷贝一起接收公共密钥。
水印信息提取单元704使用从公共密钥提供单元702发送来的公共密钥从水印化的图像Y提取水印信息b。图8示出了使用公共密钥Pp来解码提供给购买者的第i个数字图像Yi的过程。在图8的方法中，因为秘密密钥垂直并且独立于彼此和分割区域的图像，可以通过将数字图像Yi与公共密钥Pp相乘来提取关于每个区域的水印信息b。
当允许版权所有者或内容拷贝的分发者确定内容拷贝的使用是否是合法时，可以在内容提供者一侧将水印信息提取设备70包括于例如图2所示的水印设备20或与例如图2所示的水印设备20同步操作。因此，当使用图8的方法从水印化的图像提取水印信息失败时，则确定水印化的图像是非法的。
图9示出了内容拷贝识别设备90的框图，该设备用于识别在由图2的水印设备20进行水印化的数字图像中的内容拷贝。内容识别单元902识别输入的水印化图像Y中的内容。在水印化的图像中的内容可以包括将所述内容与其他内容进行区分的识别符，从而允许内容识别单元902根据该识别符来识别内容。但是，当因为已经识别了它们所以不需要识别内容是什么的时候，可以使用输入单元来输入内容的代码。在这种情况中，不需要内容识别单元902。
分割单元904将通过合并n个嵌入了水印的区域而形成的水印化的图像Y分割为n个区域，并且将所述n个区域发送到秘密密钥操作单元906。
秘密密钥操作单元906从在秘密密钥分配信息DB 916中的内容的对应表提取秘密密钥，并且使用该秘密密钥为如图10所示的内容的每个对应拷贝执行操作。通常，当将任意水印化的图像表示为Yi＝(X1+α·b·pi1)+(X2+α·b·pi2)+.....+(Xn+α·b·pin)时，秘密密钥操作单元906根据下面的等式2执行操作。
(X1+α·b·pi1)·pj1+(X2+α·b·pi2)·pj2+.....+(Xn+α·b·pin)·pjn(2)
其中X1，X2，........，Xn表示数字图像的分割区域的图像，b表示在数字图像中嵌入的水印信息，α表示用于控制水印信息的大小以至不会对人眼产生不快感觉的常数，pi1，pi2，.........，pin表示被分配给水印化的图像Yi的分割区域X1，X2，....的秘密密钥的组合，和pj1，Pj2，.........，pjn表示被分配给多个水印化的图像X1+α·b·pj1，X2+α·b·pi2，.......的秘密密钥的组合。如上所述，秘密密钥垂直并且独立于彼此和分割区域的图像。
秘密密钥分配信息DB 916可以具有与图3所示的结构相同的结构。或者，当被包括于图2所示的水印设备20或与图2所示的水印设备20同步操作时，内容拷贝识别设备90可以共享秘密密钥分配DB 226。内容拷贝识别单元908识别COPY 2，其具有与(分割部分的数量)×b，即，4×b的积相等的值，作为使用秘密密钥的操作的结果，作为在水印化的图像Y中的内容拷贝。
换句话说，因为秘密密钥垂直并且独立于彼此和分割区域的图像，所以使用分配给在水印化的图像Y中的内容拷贝的秘密密钥组合、根据图10的操作结果总与(分割区域的数量)×b的积相等。基于此，可以容易地识别内容购买者或内容拷贝。
当在水印化的图像中的内容的购买者在市场中分发内容的非法复制品时，版权所有者或内容分发者可以容易地发现已经非法地分发了内容的拷贝的内容购买者。
图11示出了识别水印化图像中的内容拷贝的方法的流程图。参照图11，内容拷贝识别方法包括识别在输入的水印化图像中的内容(S1101)，用与在水印处理中的方式相同的方式将水印化的图像分割为多个区域(S1103)，使用分配给内容的每个秘密密钥组合根据图10执行操作(S1105)，并且识别具有与(分割区域的数量)×b的积相等的值的内容拷贝作为水印化图像的内容拷贝的操作的结果。
如上所述，根据本发明的示例实施例，将数字图像分割为多个区域，并且将通过合并与数字图像的所分割的区域相同数量的秘密密钥来产生的公共密钥提供给购买者，从而允许购买者仅仅使用公共密钥来提取嵌入在数字图像中的水印信息。因此，即使公开了公共密钥，也不能识别分配给独立分割的区域的秘密密钥，从而可以防止诸如删除或修改水印信息的恶意操作，所述水印信息是诸如关于水印化图像的版权信息。
虽然在上述实施例中产生与分割的区域相同数量的秘密密钥并且将唯一的秘密密钥分配给每个分割的区域以实现本发明，但是，假设至少一个分割的区域具有与分配给另一个分割的区域的秘密密钥不同的秘密密钥，可以确定要被产生的秘密密钥的数量，而不论分割的区域的数量如何。例如，当分割的区域的数量是m(＝2，3，4....)并且秘密密钥的数量是n(＝2，3，4....)时，可以识别nm个购买者。
例如，当将原始图像X分割为三个区域，并且产生两个秘密密钥而且分配给分割的区域时，可以识别8(＝23)个购买者。在这种情况中，不同于其中产生与分割的区域相同数量的秘密密钥并且分别分配给分割的区域的情况，每个购买者可以具有唯一的公共密钥。但是，可以仅仅使用公共密钥从提供给购买者的水印化的图像中提取水印信息。具体地说，由于将以唯一的顺序合并的独立的分割区域的秘密密钥分配给内容的每个拷贝，所以可以容易地发现应该为拷贝的非法分发负责的购买者。
当只可以获得公共密钥来解码提供给购买者的水印化的图像时，需要为水印化的图像的每个分割区域控制α。在这种情况中，由相同秘密密钥的数量来分割要被分配相同秘密密钥的分割区域的α值。具体地说，当将表示为p1+p2+p3的公共密钥和水印化的图像提供给购买者时，所产生的水印将足够小以至不会对人眼产生不快感觉，所述水印化的图像表示为Y＝(X1+α1′·b·p1)+(X2+α2′·b·p1)+(X3+α3·b·p2)，其中将α1′和α2′分别确定为α1′和α2′的一半。因此，可以仅仅使用根据图8的方法的公共密钥来解码水印化的图像。
可以将在根据本发明的实施例中所描述的水印方法、水印信息提取方法、和内容拷贝识别方法实施为记录在计算机可读介质中的程序，所述介质包括但不限于磁存储、光可读介质、和载波(例如，通过因特网的传输)。
权利要求
1.一种用于将水印嵌入到数字图像中的水印设备，该设备包括水印产生单元，其将数字图像分割为多个区域，将预定的秘密密钥分别分配给每个分割的区域，并且使用对应的秘密密钥为每个分割的区域产生水印；和水印嵌入单元，其通过将水印分别地嵌入到对应的区域中、并且合并嵌入水印的分割区域而为数字图像产生水印化的图像。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述水印产生单元包括分割部分，其将数字图像分割为多个区域；秘密密钥产生部分，其产生不同的秘密密钥；秘密密钥分配部分，其将秘密密钥分别地分配给分割的区域；和水印产生部分，其使用对应的秘密密钥为每个区域产生水印。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述水印产生单元将唯一的秘密密钥分配给每个分割的区域。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述秘密密钥是由使用扩展频谱水印算法产生的伪噪声序列。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述秘密密钥垂直并且独立于彼此和分割区域的图像。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述水印嵌入单元通过将唯一顺序的秘密密钥的组合分配给每个水印化的图像而产生多个不同的水印化的图像。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述水印产生单元产生数量与分割的区域数量相等的秘密密钥，并且将与分割的区域数量的阶乘相等数量的秘密密钥的组合进行分配以产生每个区域的水印。
8.根据权利要求6所述的设备，其中所述水印产生单元将数字图像分割为m个区域，产生n个秘密密钥，并且将秘密密钥的nm个组合分别地分配给分割的区域。
9.一种在数字图像中嵌入水印的方法，该方法包括将数字图像分割为多个区域；产生多个不同的秘密密钥；将多个秘密密钥分别地分配给分割的区域；使用对应的秘密密钥为每个区域产生水印；将水印分别地嵌入到对应的区域中；和通过将嵌入水印的分割区域进行合并而为数字图像产生水印化的图像。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述秘密密钥垂直并且独立于彼此和分割区域的图像。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，在分配多个秘密密钥中，将唯一的秘密密钥分配给每个分割的区域。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述秘密密钥是使用扩展频谱水印算法而产生的伪噪声序列。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，在水印化图像的产生中，产生多个水印化的图像，并且在多个秘密密钥的分配中，将唯一顺序的秘密密钥的组合分配给每个水印化图像。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，在多个秘密密钥的产生中，产生数量与分割区域的数量相等的秘密密钥，而且可以分配给分割区域的秘密密钥组合的最大数量等于分割区域的数量的阶乘。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，在将数字图像分割为多个区域的分割中，将数字图像分割为m个区域，在秘密密钥的产生中，产生n个秘密密钥，而在秘密密钥的分配中，分配给分割区域的秘密密钥的组合的最大数量等于nm。
16.一种在其上包含计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序用于将水印嵌入到数字图像中的水印方法，所述方法包括将数字图像分割为多个区域；产生多个不同的秘密密钥；将多个秘密密钥分别地分配给分割的区域；使用对应的秘密密钥为每个区域产生水印；将水印分别地嵌入到对应的区域中；和通过将嵌入水印的分割区域进行合并而为数字图像产生水印化的图像。
17.根据权利要求16所述的计算机可读介质，其中所述秘密密钥垂直并且独立于彼此和分割区域的图像。
18.根据权利要求16所述的计算机可读介质，其中，在分配多个秘密密钥中，将唯一的秘密密钥分配给每个分割的区域。
19.一种用于从水印化的数字图像提取水印信息的设备，该设备包括公共密钥提供单元，其提供包括被分别分配给原始数字图像的分割区域的秘密密钥的公共密钥，其中使用对应的秘密密钥将每个分割的区域进行水印化；和水印信息提取单元，使用公共密钥从水印化的数字图像提取水印信息。
20.根据权利要求19所述的设备，其中所述公共密钥具有与秘密密钥的和相等的值。
21.根据权利要求20所述的设备，其中所述秘密密钥垂直并且独立于彼此和分割区域的图像。
22.根据权利要求21所述的设备，其中所述水印信息提取单元根据公共密钥和水印化数字图像的内积来提取水印信息。
23.一种从水印化的数字图像中提取水印信息的方法，该方法包括提供包括被分别分配给原始数字图像的分割区域的秘密密钥的公共密钥，其中使用对应的秘密密钥将每个分割的区域进行水印化；和使用公共密钥从水印化的数字图像提取水印信息。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述公共密钥具有与秘密密钥的和相等的值。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述秘密密钥垂直并且独立于彼此和分割区域的图像。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述水印信息的提取是基于公共密钥和水印化数字图像的内积来进行的。
27.一种在其上包含计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序用于从水印化的数字图像中提取水印信息的方法，所述方法包括提供包括被分别分配给原始数字图像的分割区域的秘密密钥的公共密钥，其中使用对应的秘密密钥将每个分割的区域进行水印化；和使用公共密钥从水印化的数字图像提取水印信息。
28.一种用于识别水印化的图像是否是内容拷贝的设备，该设备包括分割单元，其将任意水印化的图像分割为多个区域，通过分别嵌入以不同的顺序为原始数字图像的独立的分割区域分配秘密密钥组合而产生的水印到内容的多个拷贝来产生任意的水印化图像；秘密密钥操作单元，使用秘密密钥的每个组合对每个分割的区域执行操作，所述秘密密钥的每个组合被分配给在任意的水印化的图像中的内容拷贝；以及内容拷贝识别单元，其根据在秘密密钥操作单元中的操作的结果来识别任意的水印化的图像是否是内容的拷贝。
29.根据权利要求28所述的设备还包括内容识别单元，其识别在任意水印化的图像中的内容。
30.根据权利要求28所述的设备，其中，当将任意水印化的图像表示为Yi＝(X1+α·b·pi1)+(X2+α·b·pi2)+.....+(Xn+α·b·pin)时，所述秘密密钥操作单元根据下面等式执行操作，并且当在所述秘密密钥操作单元中的操作结果等于n×b时，其中n是分割区域的数量，所述内容拷贝识别单元将任意的水印化的图像识别作为内容的第i个拷贝(X1+α·b·pi1)·pj1+(X2+α·b·pi2)·pj2+.....+(Xn+α·b·pin)·pjn其中X1，X2，.......，Xn表示数字图像的分割区域的图像，b表示在数字图像中嵌入的水印信息，α是用于控制水印信息的大小以至不会对人眼产生不快感觉的常数，pi1，pi2，.........，pin表示被分配给水印化图像Yi的分割区域的秘密密钥的组合，和pj1，pj2，.........，pjn表示被分配给多个水印化图像的秘密密钥的组合，其中秘密密钥垂直并且独立于彼此和分割区域的图像。
31.一种识别水印化图像是否是内容的拷贝的方法，该方法包括将任意水印化图像分割为多个区域，通过分别嵌入以不同的顺序为原始数字图像的独立的分割区域分配秘密密钥的组合而产生的水印到内容的多个拷贝来产生任意的水印化图像；和使用秘密密钥的每个组合对每个分割的区域执行操作，所述秘密密钥被分配给在任意的水印化的图像中的内容的拷贝；以及根据使用秘密密钥组合的操作结果来识别任意的水印化的图像是否是内容的拷贝。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，任意的水印化图像的分割包括识别任意的水印化图像的内容。
33.根据权利要求31所述的方法，其中，当将任意的水印化图像表示为Yi＝(X1+α·b·pi1)+(X2+α·b·pi2)+.....+(Xn+α·b·pin)时，根据下面等式执行使用每个秘密密钥组合对每一个分割区域的操作，并且在识别任意的水印化图像中，当操作结果等于n×b时，其中n是分割区域的数量，将任意的水印化图像识别作为内容的第i个拷贝(X1+α·b·pi1)·pj1+(X2+α·b·pi2)·pj2+.....+(Xn+α·b·pin)·pjn其中X1，X2，.......，Xn表示数字图像的分割区域的图像，b表示在数字图像中嵌入的水印信息，α是用于控制水印信息的大小以至不会对人眼产生不快感觉的常数，pi1，pi2，.........，pin表示被分配给水印化图像Yi的分割区域的秘密密钥的组合，和pj1，pj2，.........，pjn表示被分配给多个水印化的图像的秘密密钥的组合，其中秘密密钥垂直并且独立于彼此和分割区域的图像。
34.一种在其上包含计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序用于识别任意水印化的图像是否是内容的拷贝的方法，所述方法包括将任意水印化的图像分割为多个区域，通过分别嵌入以不同的顺序为原始数字图像的独立的分割区域分配秘密密钥的组合而产生的水印到内容的多个拷贝来产生任意的水印化图像；假设任意的水印化的图像表示为Yi＝(X1+α·b·pi1)+(X2+α·b·pi2)+.....+(Xn+α·b·pin)，使用秘密密钥的每个组合对每个分割的区域执行操作，所述秘密密钥根据下面等式被分配给在任意的水印化的图像中的内容的拷贝(X1+α·b·pi1)·pj1+(X2+α·b·pi2)·pj2+.....+(Xn+α·b·pin)·pjn其中X1，X2，.......，Xn表示数字图像的分割区域的图像，b表示在数字图像中嵌入的水印信息，α是用于控制水印信息的大小以至不会对人眼产生不快感觉的常数，pi1，pi2，.........，pin表示被分配给水印化的图像Yi的分割区域的秘密密钥的组合，和pj1，pj2，.........，pjn表示被分配给多个水印化的图像的秘密密钥的组合，其中秘密密钥垂直并且独立于彼此和分割区域的图像；和当操作的结果等于n×b时，将所述任意的水印化的图像识别为内容的第i个拷贝，其中n是所分割的区域的数量。
全文摘要
一种用于将水印嵌入到数字图像中的水印设备，一种用于使用具有多个秘密密钥的公共密钥而从水印化的图像中提取水印信息的设备，以及一种用于识别使用单位秘密密钥将水印嵌入到每个区域所产生的水印化的图像是否是内容的拷贝的设备。水印设备包括水印产生单元，其将数字图像分割为多个区域，将预定的秘密密钥分配给每个分割的区域，并且使用对应的秘密密钥为每个分割的区域产生水印；和水印嵌入单元，其通过将水印分别地嵌入到对应的区域中、并且合并嵌入水印的分割的区域而产生数字图像的水印化的图像。因为当进行水印化和提取水印化的信息时使用不同种类的密钥，所以可以保护水印免受非法攻击。
文档编号G06T1/00GK1771727SQ200580000206
公开日2006年5月10日 申请日期2005年1月27日 优先权日2004年2月2日
发明者崔良林, 文智瑛, 崔尚洙 申请人:三星电子株式会社