将可移除可见水印插入到图像中的方法和设备以及移除这种水印的方法和设备

摘要

一种对图像(IO)加水印的方法。在图像(IO)中插入(23)可见水印(T)，以获得水印可见图像(IV)。对实现移除可见水印(T)的信息(22)进行保护(24)，以获得受保护信息(26)，将受保护信息(26)作为不可见水印插入在水印可见图像(IV)中，以获得水印可见和不可见图像(IVI)。实现移除可见水印(T)的信息(22)可以是图像中要由可见水印覆盖的像素值，并且可能是可见水印的位置和大小，在这种情况下，首先对这些值进行存储。可见水印可以是不透明的。同样，提供了一种用于插入水印的设备；一种用于移除可见水印的方法，实质上通过以镜像方式执行该方法；以及一种用于移除可见水印的设备。

说明书

技术领域

本发明总体上涉及数字内容处理，具体地，涉及图像的可移除可见水印。

背景技术

本部分意在向读者介绍现有技术的各个方面，这些方面与以下描述和要求保护的本发明的各个方面有关。相信本讨论有助于向读者提供背景信息，以便于更好地理解本发明的各个方面。因此，应当理解，这些陈述仅用于阅读，并不应视为对现有技术的认可。

图像的可见加水印是一种相对简单的技术，该技术被分成两个主要部分：在原始图像中插入小图像，例如边角上的电视频道标识；以及与原始图像大小相同的、通常为二值图像的半透明重叠。

大多数用于可见加水印的技术可以由以下方程表示：

p^V_i，j＝a_i，j·p_i，j+b_i，j

其中，p^V_i，j是可见加水印像素i，j的值，p_i，j是加水印之前像素的值，以及a_i，j和b_i，j是水印变量。

为了根据坐标I，J在大小为M×N的原始图像中插入小图像，变量如下：

对于I≤i＜I+M和J≤j＜J+N(即，在可见水印内)：a_i，j是水印的透明度(0≤a_i，j＜1)，b_i，j是水印像素的值×(1-a_i，j)。

对于i＜I或i≥I+M或j＜J或j≥J+N(即，在可见水印之外)：a_i，j＝1，b_i，j＝0。换言之，在水印之外不对原始图像进行修改。

之后移除可见水印，可以使用p_i，j＝(p^V_i，j-b_i，j)/a_i，j(假设a_i，j≠0)，根据p^V_i，j来计算p_i，j。

对于图像的半透明重叠：a_i，j是要重叠的图像像素值(0＜a_i，j≤1)，b_i，j＝0。为了移除水印，计算p_i，j＝p^V_i，j/a_i，。本领域技术人员将认识到，为了移除可见水印，在第一种情况下，需要a_i，j和b_i，j，或p_i，j，如果a_i，j＝0。如果p_i，j表示小于a_i，j的信息量，则自然可以直接使用p_i，j，但是应注意，a_i，j对于特定图像通常是恒定的。在第二种情况下，需要a_i，j或p_i，j。

问题在于，尽管通常期望在画面中使用例如用于版权信息的可见水印，但是还期望从图像中移除该可见水印。例如，这可以是以下体系中的情况：消费者可以从服务器中自由下载水印可见的图像，然后购买版权以使用无水印版本的图像。

因此可以看出，问题在于，终端用户能够获得移除可见水印所需信息的方式。

一种该问题的普通解决方案是，下载图像的无水印版本。

在Pei-Ming Huang和Wen-Hsiang Tsai的“Copyright Protection andAuthentication of Grayscale Images by Removable Visible Watermarkingand Invisible Signal Embedding Techniques：A New Approach”；16^th IPPRConference on Computer Vision，Graphics and Image Processing(CVGIP2003)，2003年8月中提出了另一种解决方案。在画面的相同位置处插入二值化标识作为可见水印(半透明)以及作为不可见水印。在实际中，对于可见水印而言，将要标记的像素的值乘以因子k(0＜k＜1)，对于不可见水印而言，将要标记的像素的值的最低有效位(LSB)设置为1，而对于其他像素将最低有效位设置为0。该解决方案的问题在于，任何人都能够容易地移除可见和不可见水印。

公开的专利申请US 2001/0004736通过拷贝其中要输入可见水印的图像的一部分来解决该问题。然后将水印作为不可见水印嵌入在拷贝信息中，然后对其进行加密。然后使用第二加密密钥对加密密钥和可见水印的位置和大小进行加密，以创建认证信息，将该认证信息作为不可见水印嵌入到(除加水印的部分以外的)原始图像中。最后，将两次加水印的原始图像和加密加水印拷贝信息发送给用户。尽管该解决方案解决了上述问题，但是过于繁琐。

因此应理解，需要一种比现有技术的解决方案更加简单、实现受控可移除可见水印的解决方案。本发明提供了这样的解决方案。

发明内容

在第一方面中，本发明涉及一种对图像加水印的方法。对图像中要由不透明水印覆盖的像素值进行存储，在图像中插入不透明水印，以获得水印可见图像。对所存储的像素值进行保护，以获得受保护信息，并将受保护信息作为不可见水印插入在水印可见图像中，以获得水印可见和不可见图像。

在第一优选实施例中，所存储的像素值还包括：水印可见画面中可见水印的位置和大小。

在第二优选实施例中，保护步骤包括：对所存储的像素值进行加密。

在第二方面中，本发明涉及一种用于从图像中移除可见水印的方法，该图像还包括不可见水印。提取不可见水印，该不可见水印包括要代替可见水印的受保护像素值，并且对受保护信息解除保护，以获得要代替可见水印的像素值。然后，通过恢复其值被包括在不可见水印中的像素，来移除可见水印。

在第三方面中，本发明涉及一种用于对图像加水印的设备。该设备包括：用于对图像中要由不透明水印覆盖的像素值进行存储的装置；用于在图像中插入不透明水印以获得水印可见图像的装置；用于保护所存储的像素值以获得受保护信息的装置；以及用于将受保护信息作为不可见水印插入在水印可见图像以获得水印可见和不可见图像的装置。

在第一优选实施例中，用于插入受保护信息的装置还适于，还将可见水印的位置和大小插入在水印可见图像中。

在第二优选实施例中，保护装置是加密模块。

在第四方面中，本发明涉及一种用于从图像中移除可见水印的设备，该图像还包括不可见水印。该设备包括：用于提取不可见水印的装置，该不可见水印包括要代替可见水印的受保护像素值；用于对受保护信息进行去保护以获得要代替可见水印的像素值的装置；以及用于通过恢复其值被包括在不可见水印中的像素来移除可见水印的装置。

附图说明

现在参照附图，通过非限制示例描述本发明的优选特征，在附图中：

图1示出了本发明的总体构思；

图2示出了根据本发明第一优选实施例的水印插入；

图3示出了根据本发明第一优选实施例的水印移除；

图4示出了适于执行第一优选实施例的方法的设备。

具体实施方式

图1示出了本发明的总体构思。使用可见水印11以及优选地秘密密钥12对原始图像10加水印，以给出水印图像14。然后，使用密钥12通过移除水印11来对该水印图像14进行恢复，以获得恢复图像16。本领域技术人员将认识到，不能始终获得与原始图像10一致的恢复图像16，这是由于在插入和移除可见水印期间可能存在小的差异。

本发明的总体发明构思是，优选地，将移除可见水印所需的加密或以其他方式受保护的信息作为不可见水印插入在图像本身中。

图2示出了根据本发明第一优选实施例的水印插入，其中，插入小图像T作为可见水印。在该示例中，图像T不透明，即，a_i，j＝0。当要将可见水印T插入在原始图像I_O中时，对将由水印T掩蔽的像素值进行存储21，以给出提取图像22。然后将水印T插入23在原始图像I_O中，因此给出水印可见图像I_V。

本领域技术人员将认识到，在一些情况下，当图像T透明(a_i，j≠0)时，作为备选，同样能够对变量值a_i，j和b_i，j进行存储，而不对像素值p_i，j进行存储。

然后，优选地，使用密钥25对掩蔽的像素信息22进行加密，而不管该掩蔽的像素信息22是像素值p_i，j还是变量值a_i，j和b_i，j，以获得受保护掩蔽像素信息26，该受保护掩蔽像素信息26还可以包括与可见水印的位置和形式或大小有关的信息。加密算法可以是对称的也可以是非对称的。

然后将受保护掩蔽像素信息26作为不可见水印插入27到水印可见画面I_V中，从而获得水印可见和不可见图像I_VI。

可以采用用于插入不可见水印的任何适合技术，只要这些技术提供足以将受保护掩蔽像素信息26插入在水印可见画面I_V中的插入能力，即便有稍许视觉劣化也是可以使用的。应注意，使用8比特将64×64像素标识插入在黑和白图像中以表示每个像素，这需要32768比特的不可见水印，取决于格式，对于彩色图像容易得出需要三倍的比特。另一方面，由于不可见水印包含移除可见水印所需的信息，黑客对移除不可见水印不感兴趣，因此不需要鲁棒的不可见水印。还应注意，如果要将一些有损压缩应用于水印图像，则必须设计不可见水印以便抵抗该有损压缩的影响。

图3示出了根据本发明第一优选实施例的水印移除，其中，移除了小的可见水印T。接收水印可见和不可见图像I_VI，并从中移除31不可见水印26。使用取决于加密算法的密钥33对掩蔽像素信息26进行解密32，并且获得掩蔽像素信息22，密钥33可以与用于加密的密钥25一致。然后掩蔽像素信息22可以用于恢复掩蔽像素，其后获得恢复图像I_R。除了不可见水印引起的损耗以外，恢复图像I_R与原始图像I_O一致。在掩蔽像素信息22包括值a_i，j和b_i，j的情况下，则由于计算结果的上舍入或下舍入，会出现其他损耗。

现在更详细描述用于执行第一优选实施例的方法的示例算法。I_O是大小为M’×N’的原始图像，由像素p_i，j(0≤i＜M’，0≤j＜N’)组成。位置b(0≤b＜8，对于最低有效位b＝0)处的比特被表示为p_i，j[b]。要在I_O中的I，J位置中加可见水印的图像T大小为MxN并由像素b_i，j组成。I_O的大小至少为T的7倍(7×M×N≤M’×N’)。

首先，将I_O中要由T的那些像素替换的像素存储在临时存储器TEMP中。由于图像中所有其他像素的最低有效位用于不可见水印的值：

    c←0

    for i＝0 to M-1

        for j＝0 to N-1

            for k＝1 to 7

                TEMP[c]←p_I+i，J+j[k]

                c←c+1

            repeat

        repeat

repeat

然后，例如使用AES算法对TEMP的内容进行加密：

encrypt TEMP with key K

然后，通过利用T的像素代替I_O的像素插入可见水印：

    for i＝0to M-1

        for j＝0 to N-1

            p_I+i，J+j←b_i，j

        repeat

repeat

现在像素p_i，j形成图像I_V。然后可以将不可见水印插入到I_V的像素的最低有效位中：

    for c＝0 to 7×M×N-1

        i←c/N’    /*欧几里德除*/

        j←c modulo N’

        p_i，j[0]←TEMP[c]

repeat

如果图像I_O比水印图像T的14倍大(或更多)，则能够至少重复不可见水印一次。

现在像素p_i，j形成图像I_VI，完成插入水印的方法。

应注意，不可见加水印方法不是本发明的核心部分，并且为了简要起见选择本示例中描述的一种方法，并且该方法不能抵抗能够应用于水印图像的任何有损压缩的影响。

为了移除可见水印，反向执行该算法：

    for c＝0to 7×M×N-1

        i←c /N’/*欧几里德除*/

        j←c modulo N’

        TEMP[c]←p_i，j[0]

    repeat

    decrypt TEMP with key K(或对应密钥)

    c←0

    for i＝0 to M-1

        for j＝0 to N-1

            for k＝1 to 7

                p_I+i，J+j[k]←TEMP[c]

                c←c+1

            repeat

        repeat

repeat

现在像素p_i，j形成图像I_R，很可能，除了最低有效位中的一部分以外，图像I_R与I_O一致。

在掩蔽像素信息包括a_i，j和b_i，j而非p_i，j的备选方案中，将不对用于插入和移除可见水印的算法进行描述，这是由于相信在本领域技术人员能力范围内能够进行必要的修改。

在图4的描述中，将特定元件描述为功能模块。将认识到，这些功能模块不必与物理实体相对应；例如，它们可以以软件、一个或多个硬件组件、或二者的组合来实现。

图4示出了适于执行第一优选实施例的方法的设备。水印插入器600包括：一个或多个处理器(下文中为“处理器”)602、用户接口604以及至少一个存储器(下文中为“存储器”)606。水印插入器600还包括输入610和输出612。输入610适于从外部源或内部存储器606中接收原始图像和水印图像，输出612适于向诸如水印移除器650等另一设备发送水印可见和不可见图像I_VI。

水印插入器600还包括：像素记忆模块620、可见水印插入模块625、加密模块630、以及不可见水印插入模块635。

因此，将认识到，水印插入器600包括：用于根据本发明的第一优选实施例创建水印可见和不可见图像所需的必要功能和结构实体。

水印移除器650包括：处理器652、用户接口654以及存储器656。水印移除器650还包括输入660和输出662。输入660适于从水印插入器600中直接或间接接收水印可见和不可见图像I_VI，输出662适于呈现恢复图像，或者向另一设备发送该恢复图像。

水印移除器650还包括：不可见水印提取模块670、解密模块680以及像素恢复模块690。

因此，将认识到，水印移除器650包括：用于根据本发明的第一优选实施例恢复水印可见图像所需的必要功能和结构实体。

将认识到，尽管已经使用静止图像作为示例描述了本发明，但是本发明还可以用于数字视频，该数字视频是静止图像的序列。

还将认识到，尽管已经使用黑和白图像描述了本发明，但是根据情况，本发明例如通过将所描述的技术应用于每个分量CrCb、RVB或CMJN容易适于彩色图像。

还将认识到，本发明提供了在图像中插入和移除可见水印的方式，其中，可以使用不可见水印中的信息来移除图像中的可见水印。在优选实施例中，能够仅使用除解密密钥以外包括在图像中的信息来移除水印。

说明书(适当地方)和权利要求以及附图中公开的每个特征可以单独提供或者以任何适当组合的方式来提供。还可以以软件来实现以硬件实现的所描述的特征，反之亦然。如果可适用，连接可以实现为无线连接，或者有线连接(不必直接或专用)。

在权利要求中出现的附图标记仅作为示意性的，并不应对权利要求的范围具有限制效果。