專(zhuān)利名稱(chēng)：圖像處理設(shè)備、圖像處理方法以及供給介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來(lái)說(shuō)涉及圖象處理設(shè)備、圖象處理方法以及記錄介質(zhì)。具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及能夠以使被再現(xiàn)圖象質(zhì)量降低極小和不增大數(shù)據(jù)量的方式在圖象中嵌入信息的圖象處理設(shè)備和圖象處理方法。
嵌入信息而不增大數(shù)據(jù)量的一種技術(shù)是把例如數(shù)字音頻數(shù)據(jù)的最低有效比特(LSB)或較低的兩個(gè)比特變換為待嵌入信息。在這種技術(shù)中，數(shù)字音頻數(shù)據(jù)的較低比特(它們不對(duì)聲音質(zhì)量有顯著影響)簡(jiǎn)單地代替待嵌入信息。因此，在再現(xiàn)數(shù)字音頻數(shù)據(jù)時(shí)，原樣將其輸出，不把較低比特恢復(fù)到原始狀態(tài)。具體來(lái)說(shuō)，由于難于把被嵌入了較低比特的信息恢復(fù)到原始狀態(tài)，也由于較低比特不對(duì)聲音質(zhì)量有顯著影響，所以就輸出包含有嵌入信息的數(shù)字音頻數(shù)據(jù)。
但是，根據(jù)上述技術(shù)，不足之處是輸出了不同于原始信號(hào)的信號(hào)，該信號(hào)在某種程度上影響了聲音質(zhì)量，如果其是音頻數(shù)據(jù)的話，或影響了圖象質(zhì)量，如果其是視頻數(shù)據(jù)的話。
于是，鑒于以上技術(shù)背景，本發(fā)明的目的是以使圖象質(zhì)量降低極小和不增大數(shù)據(jù)量的方式在圖象中嵌入信息。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出了執(zhí)行在圖象中嵌入信息的處理的圖象處理設(shè)備。該設(shè)備包括選擇裝置，選擇圖象的象素；處理裝置，按照待嵌入信息對(duì)選擇裝置選定的象素執(zhí)行處理，使得利用圖象的相關(guān)性可再現(xiàn)該象素，從而在該象素中嵌入該待嵌入信息。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提出了執(zhí)行在圖象中嵌入信息的處理的圖象處理方法。該方法包括選擇步驟，選擇圖象的象素；處理步驟，按照待嵌入信息對(duì)選擇步驟選定的象素執(zhí)行處理，使得利用圖象的相關(guān)性可再現(xiàn)該象素，從而在該象素中嵌入該待嵌入信息。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提出了提供使計(jì)算機(jī)能夠執(zhí)行在圖象中嵌入信息的處理的計(jì)算機(jī)程序的供給介質(zhì)。該計(jì)算機(jī)程序包括選擇步驟，選擇圖象的象素；處理步驟，按照待嵌入信息對(duì)選擇步驟選定的象素執(zhí)行處理，使得利用圖象的相關(guān)性可再現(xiàn)該象素，從而在該象素中嵌入該待嵌入信息。
根據(jù)本發(fā)明的還一個(gè)方面，提出了提供其內(nèi)被嵌入了信息的信息嵌入圖象的供給介質(zhì)。該信息嵌入圖象是通過(guò)在圖象中如此地嵌入信息來(lái)獲得的，即選擇該圖象的象素、按照待嵌入信息對(duì)被選定象素執(zhí)行處理，使得利用圖象的相關(guān)性可再現(xiàn)該象素。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提出了執(zhí)行把信息嵌入圖象譯碼為原始圖象和原始信息的處理的圖象處理設(shè)備。該設(shè)備包括選擇裝置，選擇信息嵌入圖象的象素；處理裝置，對(duì)選擇裝置選定的象素執(zhí)行預(yù)定處理；相關(guān)性計(jì)算裝置，計(jì)算選擇裝置選定的象素和在該被選定象素附近的周?chē)笏刂g的第一相關(guān)性，還計(jì)算選擇裝置選定并被處理裝置進(jìn)行了處理的象素和在該象素附近的周?chē)笏刂g的第二相關(guān)性；比較裝置，比較第一相關(guān)性和第二相關(guān)性；譯碼裝置，根據(jù)比較裝置得出的結(jié)果譯碼選擇裝置選定的象素和嵌入該象素的信息。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提出了執(zhí)行把信息嵌入圖象譯碼為原始圖象和原始信息的處理的圖象處理方法。該方法包括選擇步驟，選擇信息嵌入圖象的象素；處理步驟，對(duì)選擇步驟選定的象素執(zhí)行預(yù)定處理；相關(guān)性計(jì)算步驟，計(jì)算選擇步驟選定的象素和在該被選定象素附近的周?chē)笏刂g的第一相關(guān)性，還計(jì)算選擇步驟選定并被處理步驟進(jìn)行了處理的象素和在該象素附近的周?chē)笏刂g的第二相關(guān)性；比較步驟，比較第一相關(guān)性和第二相關(guān)性；譯碼步驟，根據(jù)比較步驟得出的結(jié)果譯碼選擇步驟選定的象素和嵌入該象素的信息。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提出了提供使計(jì)算機(jī)能夠執(zhí)行把信息嵌入圖象譯碼為原始圖象和原始信息的處理的計(jì)算機(jī)程序的供給介質(zhì)。該計(jì)算機(jī)程序包括選擇步驟，選擇信息嵌入圖象的象素；處理步驟，對(duì)選擇步驟選定的象素執(zhí)行預(yù)定處理；相關(guān)性計(jì)算步驟，計(jì)算選擇步驟選定的象素和在該被選定象素附近的周?chē)笏刂g的第一相關(guān)性，還計(jì)算選擇步驟選定并被處理步驟進(jìn)行了處理的象素和在該象素附近的周?chē)笏刂g的第二相關(guān)性；比較步驟，比較第一相關(guān)性和第二相關(guān)性；譯碼步驟，根據(jù)比較步驟得出的結(jié)果譯碼選擇步驟選定的象素和嵌入該象素的信息。
根據(jù)本發(fā)明的還一個(gè)方面，提出了包括發(fā)送通過(guò)嵌入信息獲得的信息嵌入圖象的發(fā)射機(jī)和接收來(lái)自發(fā)射機(jī)的信息嵌入圖象并譯碼該圖象的接收機(jī)的圖象處理設(shè)備。該發(fā)射機(jī)包括第一選擇裝置，選擇圖象的象素；第一處理裝置，按照待嵌入信息對(duì)第一選擇裝置選定的象素執(zhí)行處理，使得利用圖象的相關(guān)性可再現(xiàn)該象素，從而在該象素中嵌入該待嵌入信息并輸出信息嵌入圖象。該接收機(jī)包括第二選擇裝置，選擇信息嵌入圖象的象素；第二處理裝置，對(duì)第二選擇裝置選定的象素執(zhí)行預(yù)定處理；相關(guān)性計(jì)算裝置，計(jì)算第二選擇裝置選定的象素和在該被選定象素附近的周?chē)笏刂g的第一相關(guān)性，還計(jì)算第二選擇裝置選定并被第二處理裝置進(jìn)行了處理的象素和在該象素附近的周?chē)笏刂g的第二相關(guān)性；比較裝置，比較第一相關(guān)性和第二相關(guān)性；譯碼裝置，根據(jù)比較裝置得出的結(jié)果譯碼第二選擇裝置選定的象素和嵌入該象素的信息。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提出了在包括發(fā)送通過(guò)嵌入信息獲得的信息嵌入圖象的發(fā)射機(jī)和接收來(lái)自發(fā)射機(jī)的信息嵌入圖象并譯碼該圖象的接收機(jī)的圖象處理設(shè)備中使用的圖象處理方法。該方法包括以下步驟利用發(fā)射機(jī)選擇圖象的象素；利用發(fā)射機(jī)按照待嵌入信息對(duì)被選定象素執(zhí)行處理，使得利用圖象的相關(guān)性可再現(xiàn)該象素，從而在該象素中嵌入該待嵌入信息并輸出信息嵌入圖象；利用接收機(jī)選擇信息嵌入圖象的象素；利用接收機(jī)對(duì)被選定象素執(zhí)行預(yù)定處理；利用接收機(jī)計(jì)算選自信息嵌入圖象的象素和在該被選定象素附近的周?chē)笏刂g的第一相關(guān)性，還計(jì)算選自信息嵌入圖象并已被進(jìn)行了預(yù)定處理的象素和在該象素附近的周?chē)笏刂g的第二相關(guān)性；利用接收機(jī)比較第一相關(guān)性和第二相關(guān)性；以及利用接收機(jī)根據(jù)比較的結(jié)果譯碼選自信息嵌入圖象的象素和嵌入該象素的信息。


圖1是表示應(yīng)用了本發(fā)明的圖象傳輸系統(tǒng)的配置的一實(shí)例的方框圖；圖2表示待編碼的圖象；圖3A和3B表示利用相關(guān)性執(zhí)行的編碼/譯碼操作；圖4A和4B表示利用連續(xù)性執(zhí)行的編碼/譯碼操作；圖5A和5B表示利用相似性執(zhí)行的編碼/譯碼操作；圖6是表示圖1所示嵌入編碼器3的結(jié)構(gòu)的一實(shí)例的方框圖7是說(shuō)明嵌入編碼處理的流程圖；圖8說(shuō)明在圖7的步驟S1的處理；圖9是表示圖1所示嵌入譯碼器6的結(jié)構(gòu)的一實(shí)例的方框圖；圖10說(shuō)明圖9所示CPU43執(zhí)行的處理；圖11是說(shuō)明嵌入譯碼處理的流程圖；圖12說(shuō)明在四個(gè)象素中嵌入1比特信息的處理。
以下描述本發(fā)明一實(shí)施例。為明確各權(quán)利要求表示的各個(gè)裝置和以下實(shí)施例的各相應(yīng)部件之間的關(guān)系，通過(guò)給各個(gè)裝置增加用括號(hào)括起來(lái)的該實(shí)施例的各相應(yīng)部件(僅一個(gè)例子)來(lái)描述本發(fā)明的特征。
權(quán)利要求1描述的圖象處理設(shè)備執(zhí)行在圖象中嵌入信息的處理。該圖象處理設(shè)備包括選擇裝置(例如，圖7的程序處理步驟S1)，選擇圖象的象素；處理裝置(例如，圖7的程序處理步驟S3)，按照待嵌入信息對(duì)選擇裝置選定的象素執(zhí)行處理，使得利用圖象的相關(guān)性可再現(xiàn)該象素，從而在該象素中嵌入該待嵌入信息。
權(quán)利要求20描述的圖象處理設(shè)備執(zhí)行把信息嵌入圖象譯碼為原始圖象和原始信息的處理。該設(shè)備包括選擇裝置(例如，圖11的程序處理步驟S11)，選擇信息嵌入圖象的象素；處理裝置(例如，圖11的程序處理步驟S12)，對(duì)選擇裝置選定的象素執(zhí)行預(yù)定處理；相關(guān)性計(jì)算裝置(例如，圖11的程序處理步驟S15)，計(jì)算選擇裝置選定的象素和在該被選定象素附近的周?chē)笏刂g的第一相關(guān)性，還計(jì)算選擇裝置選定并被處理裝置進(jìn)行了處理的象素和在該象素附近的周?chē)笏刂g的第二相關(guān)性；比較裝置(例如，圖11的程序處理步驟S16)，比較第一相關(guān)性和第二相關(guān)性；譯碼裝置(例如，圖11的程序處理步驟S17至S19)，根據(jù)比較裝置得出的結(jié)果譯碼選擇裝置選定的象素和嵌入該象素的信息。
權(quán)利要求33描述的圖象處理設(shè)備包括發(fā)送通過(guò)嵌入信息獲得的信息嵌入圖象的發(fā)射機(jī)和接收來(lái)自發(fā)射機(jī)的信息嵌入圖象并譯碼該圖象的接收機(jī)。該發(fā)射機(jī)包括第一選擇裝置(例如，圖7的程序處理步驟S1)，選擇圖象的象素；第一處理裝置(例如，圖7的程序處理步驟S3)，按照待嵌入信息對(duì)第一選擇裝置選定的象素執(zhí)行處理，使得利用圖象的相關(guān)性可再現(xiàn)該象素，從而在該象素中嵌入該待嵌入信息并輸出信息嵌入圖象。該接收機(jī)包括第二選擇裝置(例如，圖11的程序處理步驟S11)，選擇信息嵌入圖象的象素；第二處理裝置(例如，圖11的程序處理步驟S12)，對(duì)第二選擇裝置選定的象素執(zhí)行預(yù)定處理；相關(guān)性計(jì)算裝置(例如，圖11的程序處理步驟S15)，計(jì)算第二選擇裝置選定的象素和在該被選定象素附近的周?chē)笏刂g的第一相關(guān)性，還計(jì)算第二選擇裝置選定并被第二處理裝置進(jìn)行了處理的象素和在該象素附近的周?chē)笏刂g的第二相關(guān)性；比較裝置(例如，圖11的程序處理步驟S16)，比較第一相關(guān)性和第二相關(guān)性；譯碼裝置(例如，圖11的程序處理步驟S17至S19)，根據(jù)比較裝置得出的結(jié)果譯碼第二選擇裝置選定的象素和嵌入該象素的信息。
以上說(shuō)明不是要把各權(quán)利要求描述的裝置限制為上述各部件。
圖1是表示應(yīng)用了本發(fā)明的圖象傳輸系統(tǒng)的示意圖。在本說(shuō)明書(shū)中，“系統(tǒng)”可以是在邏輯上由多臺(tái)設(shè)備構(gòu)成的組合，這些設(shè)備不必被包含在同一機(jī)殼內(nèi)。
參看圖1，圖象傳輸系統(tǒng)由編碼單元10和譯碼單元20組成。編碼單元10對(duì)例如圖象(第一信息)進(jìn)行編碼，并輸出編碼數(shù)據(jù)。譯碼單元20把編碼數(shù)據(jù)恢復(fù)為原始圖象。
具體來(lái)說(shuō)，圖象數(shù)據(jù)庫(kù)1存儲(chǔ)待編碼圖象(例如，數(shù)字圖象)，圖象從圖象數(shù)據(jù)庫(kù)1中讀出，提供給嵌入編碼器3。附加信息數(shù)據(jù)庫(kù)2存儲(chǔ)將要被嵌入待編碼圖象之中的附加信息(數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù))。附加信息從附加信息數(shù)據(jù)庫(kù)2中讀出，提供給嵌入編碼器3。
一旦從圖象數(shù)據(jù)庫(kù)1接收到圖象和從附加信息數(shù)據(jù)庫(kù)2接收到附加信息，嵌入編碼器3就按照附加信息數(shù)據(jù)庫(kù)2提供的附加信息編碼該圖象，以便能夠利用圖象數(shù)據(jù)庫(kù)1提供的圖象的能量分布譯碼編碼圖象。就是說(shuō)，嵌入編碼器3通過(guò)把附加信息嵌入圖象來(lái)編碼圖象，以便能夠利用圖象的能量分布譯碼編碼圖象，嵌入編碼器3還輸出編碼數(shù)據(jù)。編碼數(shù)據(jù)然后可被記錄在記錄介質(zhì)4中，記錄介質(zhì)4可以是磁光盤(pán)、磁盤(pán)、光盤(pán)、磁帶或PD盤(pán)?；蛘?，編碼數(shù)據(jù)可通過(guò)傳輸介質(zhì)5、例如地面廣播信號(hào)、衛(wèi)星廣播信號(hào)、有線電視(CATV)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)或公用通信網(wǎng)傳送給譯碼單元20。譯碼單元20由接收由記錄介質(zhì)4或傳輸介質(zhì)5提供的編碼數(shù)據(jù)的嵌入譯碼器6構(gòu)成。嵌入譯碼器6進(jìn)一步利用圖象的能量分布把編碼數(shù)據(jù)譯碼為原始圖象和附加信息。譯碼圖象然后被提供給監(jiān)視器(未示出)并被其顯示。譯碼附加信息被用來(lái)執(zhí)行預(yù)定處理。
以下說(shuō)明嵌入編碼器3執(zhí)行的編碼操作和嵌入譯碼器6執(zhí)行的譯碼操作的原理。
一般來(lái)說(shuō)，稱(chēng)為“信息”的東西具有能量(熵)分布，這種能量(熵)分布被視為信息(有用信息)。具體來(lái)說(shuō)，例如，拍攝風(fēng)景得到的圖象可被看作是該風(fēng)景的圖象。這是因?yàn)樵搱D象(形成該圖象的各象素的值)具有對(duì)應(yīng)于該風(fēng)景的能量分布。不具有能量分布的圖象只不過(guò)是噪聲，作為信息是無(wú)用的。
因此，即使一段有用信息所具有的能量分布因執(zhí)行某種操作被破壞，但通過(guò)把被破壞的能量分布恢復(fù)為原始狀態(tài)仍能夠再現(xiàn)該原始信息。就是說(shuō)，利用信息固有的能量分布可把編碼該信息獲得的編碼數(shù)據(jù)譯碼為原來(lái)的信息。
信息的能量分布可例如用相關(guān)性、連續(xù)性和相似性來(lái)表示。
信息的相關(guān)性是該信息的元素(例如，如果該信息是圖象，則元素就是組成該圖象的各象素或行)之間的相關(guān)性，即組成信息的各元素之間的自相關(guān)或距離。
以由H行組成的圖象、例如圖2所示的圖象為例?？紤]第一行和另一行之間的相關(guān)性，如圖3A所示，第一行對(duì)于靠近第一行的行(圖2所示圖象上面的行)的相關(guān)性較大。相反地，第一行對(duì)于遠(yuǎn)離第一行的行(圖2所示圖象下面的行)的相關(guān)性較小。換句話說(shuō)，圖2所示圖象具有這樣的相關(guān)性分布，即靠近第一行的行具有較高的相關(guān)度，而遠(yuǎn)離第一行的行具有較低的相關(guān)度。
在圖2所示圖象中，交換靠近第一行的第M行和遠(yuǎn)離第一行的第N行(1＜M＜N≤H)，在計(jì)算了第一行與第M行和第N行每一行之間的相關(guān)性之后，作為結(jié)果而產(chǎn)生的圖象可如圖3B所示。就是說(shuō)，在已交換了第M行和第N行的圖象中，第一行對(duì)于遠(yuǎn)離第一行的第M行(相應(yīng)于交換前的第N行)的相關(guān)性變?yōu)檩^小，而第一行對(duì)于靠近第一行的第N行(相應(yīng)于交換前的第M行)的相關(guān)性變?yōu)檩^大。
于是，原始相關(guān)性分布在圖3B所示相關(guān)性中已被破壞。但是，一般來(lái)說(shuō)，就圖象而言，利用原始相關(guān)性分布可把被破壞的相關(guān)性分布恢復(fù)為原始狀態(tài)。就是說(shuō)，就圖象具有的原始相關(guān)性分布而言，圖3B所示相關(guān)性分布是反常的(錯(cuò)誤的)，應(yīng)當(dāng)交換第M行和第N行。于是，反常的分布可被恢復(fù)為圖3A所示的正確分布，這樣就能夠譯碼原始圖象。
在圖2、3A和3B所示的例子，圖象的編碼是通過(guò)交換行來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在這種情況下，嵌入編碼器3根據(jù)附加信息確定應(yīng)當(dāng)移動(dòng)和交換哪些行。與此同時(shí)，嵌入譯碼器6通過(guò)利用相關(guān)性使被交換的行回復(fù)原始位置，即用原始圖象代替編碼圖象，從而譯碼編碼圖象。在譯碼操作期間，嵌入譯碼器6檢測(cè)哪些行已被移動(dòng)和交換，以便譯碼嵌入圖象的附加信息。
就連續(xù)性來(lái)說(shuō)，作為能量分布的另一種元素，例如可如圖4A所示，用表示頻率變化連續(xù)性(平滑頻率變化)的信號(hào)波形表示圖象的一行。換句話說(shuō)，圖象的一行的頻率是連續(xù)地變化的。
然后，如圖4A所示的頻率連續(xù)變化的信號(hào)波形的一部分用圖4B所示極低頻率的波形來(lái)代替。
在這種情況下，頻率變化的連續(xù)性被破壞。但是，一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)利用頻率變化為連續(xù)的特性，能夠把被破壞的信號(hào)波形連續(xù)性恢復(fù)為原始狀態(tài)。就是說(shuō)，在圖4B中，信號(hào)波形一部分的頻率比該波形其余部分的頻率低得多是反常的，因此，應(yīng)把其校正為類(lèi)似于該其余部分的部分。然后，可把圖4B所示信號(hào)波形譯碼為圖4A所示信號(hào)波形，即原始信號(hào)波形。
在圖4A和4B所示的例子中，信號(hào)的編碼是通過(guò)顯著地改變部分信號(hào)波形(用較低頻率的信號(hào)波形代替該部分信號(hào)波形)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在編碼圖象時(shí)，嵌入編碼器3根據(jù)附加信息確定哪部分頻率要顯著改變和要改變頻率到什么程度。嵌入譯碼器6利用信號(hào)的連續(xù)性特性，從某一部分與其余部分明顯不同的編碼信號(hào)再現(xiàn)原始信號(hào)，從而把編碼信號(hào)譯碼為原始信號(hào)。在譯碼原始信號(hào)時(shí)，嵌入譯碼器6檢測(cè)哪部分頻率發(fā)生了顯著變化和該頻率的變化程度，從而譯碼嵌入的附加信息。
類(lèi)似地，表示能量分布的另一種元素如下。例如，現(xiàn)在假設(shè)通過(guò)拍攝風(fēng)景得到了一幅圖象。該原始風(fēng)景圖象的放大圖象可利用分形(自相似性)來(lái)產(chǎn)生。具體來(lái)說(shuō)，例如，利用分形放大圖5A所示拍攝大海獲得的圖象，得到具有類(lèi)似于原始圖象特征的特征的圖象(被放大的圖象)。因此，原始圖象具有相似性。
然后，圖5A所示大海圖象的一部分用拍攝森林獲得的圖象的一部分(圖5B的陰影部分)來(lái)代替。
在這種情況下，在大海圖象的已被部分森林圖象代替的那部分中，相似性被破壞。但是，一般來(lái)說(shuō)，利用以下的相似性特性能夠恢復(fù)被破壞的相似性。就是說(shuō)，不管大海圖象的哪一部分被放大，該放大部分都具有類(lèi)似于原始圖象的特征的特征。具體來(lái)說(shuō)，就其一部分被部分森林圖象代替的大海圖象所具有的相似性而言是反常的。該部分森林應(yīng)當(dāng)用具有類(lèi)似于大海周?chē)糠值奶卣鞯奶卣鞯膱D象來(lái)代替。然后，根據(jù)圖5B所示圖象能夠譯碼圖5A所示完整的大海圖象，即原始圖象。
在圖5A和5B所示的例子中，可通過(guò)用森林圖象代替大海圖象的一部分來(lái)編碼圖象。在編碼圖象時(shí)，嵌入編碼器3根據(jù)附加信息確定哪一部分大海圖象要用森林圖象來(lái)代替。與此同時(shí)，嵌入譯碼器6利用相似性特性從編碼信號(hào)、即從具有一部分森林的圖象再現(xiàn)完整的大海圖象，從而把編碼圖象譯碼為原始圖象。在譯碼操作期間，嵌入譯碼器6檢測(cè)大海圖象的哪一部分被森林圖象代替，從而譯碼嵌入的附加信息。
如上所述，嵌入編碼器3根據(jù)附加信息編碼圖象，使得利用該圖象具有的能量分布能夠譯碼編碼圖象。一旦接收到編碼數(shù)據(jù)，嵌入譯碼器6就利用圖象具有的能量分布把編碼數(shù)據(jù)譯碼為原始圖象和附加信息，無(wú)額外譯碼開(kāi)銷(xiāo)。
含有嵌入信息的編碼圖象的狀態(tài)與原始圖象的狀態(tài)不同，這樣就無(wú)額外開(kāi)銷(xiāo)地實(shí)現(xiàn)了對(duì)圖象的加密。
此外，可實(shí)現(xiàn)完全可逆的數(shù)字水印。具體來(lái)說(shuō)，在普通數(shù)字水印中，對(duì)圖象質(zhì)量無(wú)顯著影響的象素值的較低比特被簡(jiǎn)單地改變成為對(duì)應(yīng)于數(shù)字水印的值。由于難以將這些較低比特恢復(fù)到原始狀態(tài)，所以不能完全再現(xiàn)原始圖象。因此，把較低比特用于數(shù)字水印在一定程度上降低了譯碼圖象的質(zhì)量。相反地，當(dāng)利用原始圖象具有的能量分布譯碼編碼數(shù)據(jù)時(shí)，可再現(xiàn)原始圖象和附加信息。因此，可安全地把附加信息用于數(shù)字水印而不降低譯碼圖象的質(zhì)量，用普通數(shù)字水印做不到這一點(diǎn)。
可通過(guò)譯碼圖象從編碼數(shù)據(jù)中提取嵌入信息，從而不需要額外開(kāi)銷(xiāo)就實(shí)現(xiàn)了在獲得編碼圖象的同時(shí)還獲得了次要信息。換句話說(shuō)，由于不需要提取附加信息的額外開(kāi)銷(xiāo)就能夠嵌入附加信息，所以作為結(jié)果產(chǎn)生的含有嵌入信息的編碼數(shù)據(jù)已被壓縮了等于該附加信息的量(嵌入壓縮)。因此，例如如果編碼一半圖象而把另一半圖象用作附加信息，則整個(gè)圖象的一半可嵌入到另一半之中去，這樣就把整個(gè)圖象壓縮為一半。
由于編碼數(shù)據(jù)是利用原始圖象具有的能量分布、即利用統(tǒng)計(jì)特性來(lái)譯碼的，所以譯碼數(shù)據(jù)是抗差錯(cuò)的。就是說(shuō)，能夠?qū)崿F(xiàn)具有高可靠性的增強(qiáng)編碼(統(tǒng)計(jì)編碼)。
還有，由于編碼數(shù)據(jù)是利用原始圖象固有的能量分布來(lái)譯碼的，所以可在其能量分布具有更特殊特性的圖象、例如具有較高活動(dòng)度和較低冗余度的圖象中嵌入更加大量的附加信息。如上所述，如果在原始圖象中嵌入附加信息，則編碼數(shù)據(jù)就被壓縮了等于該附加信息的量。就壓縮而言，當(dāng)(利用嵌入編碼技術(shù))按照附加信息編碼圖象、以便編碼圖象可利用圖象具有的能量分布進(jìn)行譯碼時(shí)，壓縮比隨著圖象活動(dòng)度的增大和冗余度的減小而增大。在這一點(diǎn)上，嵌入編碼技術(shù)與壓縮比隨著圖象活動(dòng)度的增大和冗余度的減小而減小的普通編碼技術(shù)截然不同。
還有，通過(guò)把圖象作為待編碼對(duì)象和把與圖象不同的媒體、例如聲音作為附加信息，就能夠利用聲音作為關(guān)鍵碼來(lái)提供圖象。具體來(lái)說(shuō)，在編碼單元10中，把訂立合同者發(fā)出的聲音“芝麻開(kāi)門(mén)！”作為附加信息嵌入圖象之中。在譯碼單元20中，用戶必須發(fā)出“芝麻開(kāi)門(mén)！”的聲音，把該聲音與嵌入圖象的聲音作比較，從而執(zhí)行說(shuō)話人識(shí)別。在執(zhí)行了說(shuō)話人識(shí)另之后，只有當(dāng)該用戶被確認(rèn)是訂立合同者時(shí)才自動(dòng)地提供圖象。此時(shí)，由于聲音被作為附加信息，所以可以用聲音波形本身來(lái)代替所謂的“特征參數(shù)”。
相反地，通過(guò)把聲音作為編碼對(duì)象和把與聲音不同的媒體、例如圖象作為附加信息，就能夠利用圖象作為關(guān)鍵碼來(lái)提供圖象，即能夠?qū)崿F(xiàn)臉部識(shí)別的聲音響應(yīng)。具體來(lái)說(shuō)，在編碼單元10中，例如把用戶臉部的圖象作為對(duì)用戶的響應(yīng)嵌入聲音之中。在譯碼單元20中，拍攝用戶的臉部以獲得一圖象，并搜索與該圖象匹配的嵌入聲音的臉部圖象，從而輸出相應(yīng)的聲音。這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)通過(guò)發(fā)出與各用戶一致的不同類(lèi)型的聲音對(duì)各用戶作出響應(yīng)的聲音響應(yīng)系統(tǒng)。
也可以把使用某種媒體的信息嵌入到使用同種媒體的信息之中，例如在聲音中嵌入聲音或在圖象中嵌入圖象。或者，可在原始圖象中嵌入訂立合同者的聲音和臉部圖象。然后，只有當(dāng)用戶的聲音和臉部圖象與嵌入圖象的聲音和臉部圖象一致時(shí)，才提供該原始圖象，這樣就實(shí)現(xiàn)了所謂的雙關(guān)鍵碼系統(tǒng)。
或者，例如考慮構(gòu)成了電視廣播信號(hào)的彼此同步的圖象和聲音，這兩種媒體的一種嵌入到另一種之中，在這種情況下，可集成不同的媒體信息，即可實(shí)現(xiàn)集成編碼。
如上所述，在嵌入編碼技術(shù)中，在其能量分布呈現(xiàn)更特殊特性的信息中可嵌入更大量的附加信息。因此，例如在兩項(xiàng)信息之間，其能量分布具有更特殊特性的那項(xiàng)信息適合被選定，而把另一項(xiàng)信息嵌入到該被選定的信息中去，從而就能夠控制全部數(shù)量的數(shù)據(jù)。就是說(shuō)，在兩項(xiàng)信息之間，一項(xiàng)信息的數(shù)據(jù)量可被容納在另一項(xiàng)信息之中。這樣一來(lái)，由于可控制全部數(shù)量的數(shù)據(jù)，所以能夠傳送具有與數(shù)據(jù)帶寬、傳輸信道的業(yè)務(wù)量以及其它傳輸環(huán)境兼容的數(shù)據(jù)量的信息。即能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)境兼容網(wǎng)絡(luò)傳輸。
還有，壓縮圖象被嵌入原始圖象之中(或被抽取的聲音被嵌入原始聲音之中)，從而不增大數(shù)據(jù)量而實(shí)現(xiàn)了分級(jí)編碼。
在原始圖象中，嵌入了用作檢索該原始圖象的關(guān)鍵碼。因此，能夠提供根據(jù)作為關(guān)鍵碼的圖象檢索原始圖象的數(shù)據(jù)庫(kù)。
圖6表示圖1所示嵌入編碼器3的結(jié)構(gòu)的一實(shí)例，它通過(guò)在圖象中嵌入附加信息執(zhí)行嵌入編碼、使得利用圖象的相關(guān)性能夠把編碼圖象譯碼為原始圖象。
圖象數(shù)據(jù)庫(kù)1的圖象輸出提供給以幀為單位暫存圖象的幀存儲(chǔ)器31。中央處理單元(CPU)32通過(guò)執(zhí)行存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器33內(nèi)的程序執(zhí)行以下將說(shuō)明的嵌入編碼處理。即CPU32從附加信息數(shù)據(jù)庫(kù)2接收附加信息的各個(gè)比特，把1比特的附加信息嵌入存儲(chǔ)在幀存儲(chǔ)器31內(nèi)的圖象之中。具體來(lái)說(shuō)，CPU32選擇構(gòu)成存儲(chǔ)在幀存儲(chǔ)器31內(nèi)的圖象的部分象素，按照附加信息對(duì)這些被選定象素執(zhí)行預(yù)定處理，使得利用圖象的相關(guān)性能夠再現(xiàn)原始圖象。這樣就可把附加信息嵌入被選定象素之中。程序存儲(chǔ)器33由例如只讀存儲(chǔ)器(ROM)或隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ROM)構(gòu)成，存儲(chǔ)使CPU32能夠執(zhí)行嵌入編碼處理的計(jì)算機(jī)程序。輸出接口(I/F)34從幀存儲(chǔ)器31讀出被嵌入了附加信息的圖象并將其作為編碼數(shù)據(jù)輸出。
幀存儲(chǔ)器31由多個(gè)存儲(chǔ)單元構(gòu)成，以便能夠存儲(chǔ)多個(gè)幀。通過(guò)切換這些存儲(chǔ)單元，幀存儲(chǔ)器31同時(shí)存儲(chǔ)圖象數(shù)據(jù)庫(kù)1提供的圖象和要被CPU32進(jìn)行處理的圖象的象素。與此同時(shí)，幀存儲(chǔ)器31還輸出被嵌入了附加信息的圖象(編碼數(shù)據(jù))。利用該嵌入編碼器3，即使圖象數(shù)據(jù)庫(kù)1提供的圖象是運(yùn)動(dòng)圖象，也能夠?qū)崟r(shí)地輸出編碼數(shù)據(jù)。
以下參看圖7的流程圖描述由嵌入編碼器3執(zhí)行的嵌入編碼處理。
從圖象數(shù)據(jù)庫(kù)1中讀出圖象，將這些圖象傳送給幀存儲(chǔ)器31并以幀為單位存儲(chǔ)在幀存儲(chǔ)器31內(nèi)。與此同時(shí)，CPU32從附加信息數(shù)據(jù)庫(kù)2接收附加信息的各個(gè)比特。在步驟S1，一旦接收到一比特的附加信息，CPU32就從幀存儲(chǔ)器31選擇要被嵌入附加信息的象素(待處理象素)。
在本實(shí)施例中，如圖8所示，按照棋盤(pán)圖形從被存儲(chǔ)在幀存儲(chǔ)器31內(nèi)的圖象中交替地選擇象素。就是說(shuō)，每當(dāng)執(zhí)行步驟S1的處理，CPU32就順序地逐個(gè)選擇圖8中無(wú)陰影部分的象素作為要按照例如行掃描被進(jìn)行處理的象素。在圖8中，p(x，y)表示位于左起低x列和從上到下第y行的象素(對(duì)于圖12所示的象素同樣如此)。
然后，在步驟S2，CPU32判斷從附加信息數(shù)據(jù)庫(kù)2接收的附加信息是1還是0。如果在步驟S2確認(rèn)附加信息是0，處理就返回步驟S1。即如果附加信息是0，CPU32就對(duì)選定象素不執(zhí)行任何處理(把0作為預(yù)定常數(shù)執(zhí)行加法)，返回步驟S1。在步驟S1，CPU32等待附加信息數(shù)據(jù)庫(kù)2提供的后續(xù)1比特附加信息，選擇待處理象素。此后重復(fù)與上述處理相同的處理。
如果在步驟S2確認(rèn)附加信息是1，處理就到達(dá)步驟S3。在步驟S3，CPU32對(duì)被選定象素執(zhí)行預(yù)定處理，具體來(lái)說(shuō)，CPU32把例如2的從分配給象素的比特?cái)?shù)減去1得到的值次方這樣的預(yù)定常數(shù)與被選定象素的值相加。例如，如果把8個(gè)比特分配給圖象的象素，就在步驟S3中把27與待處理象素的值相加。
如果象素值用亮度分量Y和色度分量U及V來(lái)表示，則可對(duì)這些分量Y、U和V的任一個(gè)執(zhí)行上述加法。如果象素值用分量R、G和B來(lái)表示，則可對(duì)這些分量R、G和B的任一個(gè)執(zhí)行上述加法。
在步驟S4中，判斷在步驟S3獲得的值是否造成了上溢。如果步驟S4的結(jié)果是否定的，處理就到達(dá)步驟S6，CPU32在該步驟中把和值寫(xiě)(重寫(xiě))入幀存儲(chǔ)器31作為待處理象素的值。處理然后返回步驟S1。
如果在步驟S4確認(rèn)和值造成了上溢，即該和值是28或更大，處理就到達(dá)步驟S5，校正該和值。就是說(shuō)，在步驟S5，例如用等于溢出值(等于從28中減去造成上溢的和值得到的值)的量來(lái)校正該和值。處理然后到達(dá)步驟S6，CPU32在該步驟中把被校正值寫(xiě)入幀存儲(chǔ)器31作為待處理象素的值，等待附加信息數(shù)據(jù)庫(kù)2提供的后續(xù)1比特附加信息。
在處理了存儲(chǔ)在幀存儲(chǔ)器31內(nèi)的一幀圖象之后，輸出I/F34就讀出該幀圖象(其內(nèi)被嵌入了附加信息)作為編碼數(shù)據(jù)，而CPU32繼續(xù)對(duì)存儲(chǔ)在幀存儲(chǔ)器31內(nèi)的后續(xù)一幀圖象進(jìn)行處理。
如上所述，選擇構(gòu)成存儲(chǔ)在幀存儲(chǔ)器31內(nèi)的圖象的部分象素，對(duì)這些選定的象素執(zhí)行對(duì)應(yīng)于附加信息的處理，使得利用圖象的相關(guān)性可譯碼原始圖象，從而把附加信息嵌入這些選定的象素之中。利用本編碼器，不增大數(shù)據(jù)量就可在圖象中嵌入附加信息，對(duì)圖象質(zhì)量的影響極小。
就是說(shuō)，不需要利用圖象的相關(guān)性、即具有附加信息的象素和不具有附加信息的象素之間的相關(guān)性的額外開(kāi)銷(xiāo)，就能夠把其內(nèi)被嵌入了附加信息的象素譯碼(恢復(fù))為原始象素和附加信息。因此，嵌入附加信息基本上不降低獲得的譯碼圖象(再現(xiàn)圖象)的質(zhì)量。
圖9表示圖1所示嵌入譯碼器6的結(jié)構(gòu)的一實(shí)例，它通過(guò)利用圖象的相關(guān)性把圖6所示嵌入編碼器3輸出的編碼數(shù)據(jù)譯碼為原始圖象和附加信息。
編碼數(shù)據(jù)、即被嵌入附加信息的圖象(以后有時(shí)稱(chēng)為“嵌入圖象”)提供給幀存儲(chǔ)器41。幀存儲(chǔ)器41以幀為單位暫存嵌入圖象。幀存儲(chǔ)器41的結(jié)構(gòu)與圖6所示幀存儲(chǔ)器31的相同，通過(guò)改變存儲(chǔ)單元，則即使圖象是運(yùn)動(dòng)圖象也能夠?qū)崟r(shí)地處理嵌入圖象。輸出接口(I/F)42讀出CPU43執(zhí)行嵌入譯碼處理(以下將進(jìn)一步說(shuō)明)產(chǎn)生的圖象(譯碼圖象)，并輸出該譯碼圖象。
CPU43通過(guò)執(zhí)行程序存儲(chǔ)器44存儲(chǔ)的程序來(lái)執(zhí)行嵌入譯碼處理。即CPU43通過(guò)利用圖象的相關(guān)性把存儲(chǔ)在幀存儲(chǔ)器41內(nèi)的嵌入圖象譯碼為原始圖象和附加信息。具體來(lái)說(shuō)，CPU43選擇構(gòu)成嵌入圖象的部分象素作為待處理象素，并如圖10所示，對(duì)這些被選定象素執(zhí)行與圖6所示CPU32執(zhí)行的處理相反的處理，從而改變象素值。CPU43然后計(jì)算要在象素值被改變之前被處理的象素和周?chē)笏?在圖10所示實(shí)施例中是與該象素水平相鄰的象素)之間的相關(guān)值R1(第一相關(guān)值)，還計(jì)算要在象素值被改變之后被處理的象素和這些周?chē)笏刂g的相關(guān)值R2(第二相關(guān)值)。然后，CPU43比較相關(guān)值R1和相關(guān)值R2。在該比較結(jié)果基礎(chǔ)上，CPU43選擇未被改變和已被改變的象素值之一作為譯碼值，還譯碼嵌入在譯碼圖象之中的附加信息(1或0)。
程序存儲(chǔ)器44的結(jié)構(gòu)與圖6所示程序存儲(chǔ)器33的相同，其內(nèi)存儲(chǔ)有使CPU43能夠執(zhí)行嵌入譯碼處理的計(jì)算機(jī)程序。
以下參看圖11的流程圖說(shuō)明由嵌入譯碼器6執(zhí)行的嵌入譯碼處理。
嵌入圖象以幀為單位順序地存儲(chǔ)在幀存儲(chǔ)器41內(nèi)。在步驟S11，CPU43從存儲(chǔ)在幀存儲(chǔ)器41內(nèi)的嵌入圖象中選擇待譯碼象素(待處理象素)。
如同圖6所示CPU32那樣，CPU43按照?qǐng)D8所示棋盤(pán)圖形從被存儲(chǔ)在幀存儲(chǔ)器41內(nèi)的圖象中交替地選擇象素。就是說(shuō)，每當(dāng)執(zhí)行步驟S11的處理，CPU43就順序地逐個(gè)選擇圖8中無(wú)陰影部分的象素作為要按照例如行掃描被進(jìn)行處理的象素。
在步驟S12，CPU43對(duì)象素執(zhí)行與圖6所示CPU32執(zhí)行的處理相反的處理。即CPU43從象素值中減去預(yù)定常數(shù)，即2的從分配給圖象象素的比特?cái)?shù)減去1得到的值次方。例如，如上所述，如果把8個(gè)比特分配給象素值，就在步驟S12中從待處理象素的值中減去27。
如果象素值用亮度分量Y和色度分量U及V來(lái)表示，則可對(duì)這些分量Y、U和V的任一個(gè)執(zhí)行上述減法。如果象素值用分量R、G和B來(lái)表示，則可對(duì)這些分量R、G和B的任一個(gè)執(zhí)行上述減法。但是，步驟S12的減法必須對(duì)與在圖7的步驟S3中被執(zhí)行了加法的分量相同的分量來(lái)執(zhí)行。具體來(lái)說(shuō)，如果象素值用例如Y、U和V來(lái)表示，圖7步驟S3的加法是對(duì)例如Y分量執(zhí)行的，則在步驟S12也應(yīng)對(duì)Y分量執(zhí)行減法。
在步驟S12將象素值減去27之后，處理到達(dá)步驟S13，判斷差值是否造成了下溢。如果步驟S13的結(jié)果是否定的，處理就跳過(guò)步驟S14，到達(dá)步驟S15
相反地，如果在步驟S13確認(rèn)差值造成了下溢，即差值小于零，處理就到達(dá)步驟S14，對(duì)差值進(jìn)行校正。就是說(shuō)，在步驟S14，把造成下溢的差值校正為例如通過(guò)把28與該差值相加得到的值。處理然后到達(dá)步驟S15。
在步驟S15，CPU43計(jì)算象素值P1(在步驟S12中沒(méi)有被減去27的值，以下有時(shí)稱(chēng)為“第一象素值”)和周?chē)笏亍⒗缗c象素P1水平相鄰的象素之間的相關(guān)值R1。CPU43還計(jì)算減去象素值P2(在步驟S14已被校正，以下有時(shí)稱(chēng)為“第二象素值”)和周?chē)笏?、例如與象素P2水平相鄰的象素之間的相關(guān)值R2。
具體來(lái)說(shuō)，在步驟S15，計(jì)算第一象素值P1和每一相鄰象素值之差的絕對(duì)值，求和這兩個(gè)絕對(duì)值。然后把得到的值作為關(guān)于第一象素值P1的相關(guān)值R1。在步驟S15，還計(jì)算第二象素值P2和每一相鄰象素值之差的絕對(duì)值，求和這兩個(gè)絕對(duì)值。然后把得到的值作為關(guān)于第二象素值P2的相關(guān)值R2。
在步驟S15，用來(lái)獲得相關(guān)值R1和R2的象素不限于與象素P1或P2水平相鄰的象素，還可以是與象素P1或P2垂直相鄰的象素、或者是與象素P1或P2時(shí)間相鄰的象素。用來(lái)獲得相關(guān)值R1和R2的象素不必是空間或時(shí)間相鄰的。還有，最好是用圖8中以陰影部分表示的那些象素、即不具有嵌入附加信息的象素來(lái)分別確定關(guān)于象素P1和P2的相關(guān)值R1和R2。這樣做的理由如下。即使獲得了象素P1或P2和被嵌入了信息的象素之間的相關(guān)值，還不能得到象素P1或P2對(duì)應(yīng)原始圖象的相關(guān)性，這就不能夠利用圖象的相關(guān)性原理。因此難于根據(jù)被嵌入了附加信息的象素正確地譯碼原始象素值和該附加信息。此外，由于通過(guò)利用圖象的相關(guān)性譯碼象素P1或P2，所以用來(lái)獲得相關(guān)值R1和R2的象素最好是與象素P1或P2空間或時(shí)間相鄰的。
然后，在計(jì)算了相關(guān)值R1和R2之后，處理到達(dá)步驟S16，CPU43比較相關(guān)值R1和R2。
如果在步驟S16確認(rèn)相關(guān)值R1大于相關(guān)值R2，處理就到達(dá)步驟S17。在步驟S17，CPU43輸出0作為被譯碼的附加信息，返回步驟S11。此時(shí)存儲(chǔ)在幀存儲(chǔ)器41內(nèi)的值未被重寫(xiě)，因此譯碼象素值仍然與象素值P1相同。
具體來(lái)說(shuō)，在步驟S16已確認(rèn)與第一象素值P1相關(guān)的相關(guān)值R1大于與第二象素值P2相關(guān)的相關(guān)值R2。這就表明象素值P1比象素值P2可更準(zhǔn)確地代表待譯碼象素，于是就確認(rèn)象素值P1為譯碼象素值。由于在步驟S12沒(méi)有從象素值P1中減去27，所以可以認(rèn)為在圖7的步驟S3中沒(méi)有增加27。在圖7所示嵌入編碼處理中，當(dāng)附加信息是0，就認(rèn)為沒(méi)有增加27。因此，如果與第一象素值P1相關(guān)的相關(guān)值R1大于與第二象素值P2相關(guān)的相關(guān)值R2，并且如果是象素值P1而不是象素值P2很可能被確認(rèn)為待譯碼象素值，則嵌入相應(yīng)象素的附加信息就是0。
如果在步驟S16確認(rèn)相關(guān)值R2等于或大于相關(guān)值R1，處理就到達(dá)步驟S18。在步驟S18，CPU43就用通過(guò)從象素值中減去27獲得的值、即用第二象素值重寫(xiě)存儲(chǔ)在幀存儲(chǔ)器41內(nèi)的象素值。因此，在這種情況下，象素值P2被確認(rèn)為譯碼象素值。處理然后到達(dá)步驟S19，CPU43輸出1作為被譯碼的附加信息。處理然后返回步驟S11。
具體來(lái)說(shuō)，在步驟S16已確認(rèn)與第二象素值P2相關(guān)的相關(guān)值R2等于或大于與第一象素值P1相關(guān)的相關(guān)值R1。這就表明象素值P2比象素值P1可更準(zhǔn)確地代表待譯碼象素。因此，象素值P2就被確認(rèn)為譯碼象素值。由于在步驟S12已從象素值P2中減去了27，所以可以認(rèn)為在圖7的步驟S3中已增加了27。在圖7所示嵌入編碼處理中，當(dāng)附加信息是1，就認(rèn)為增加了27。因此，如果與第二象素值P2相關(guān)的相關(guān)值R2等于或大于與第一象素值P1相關(guān)的相關(guān)值R1，并且如果象素值P2很可能被確認(rèn)為待譯碼象素值，則嵌入相應(yīng)象素的附加信息就是1。
如果如上所述獲得的相關(guān)值R1和R2的差很小，就不能夠明確確定哪一個(gè)相關(guān)值R1或R2可更準(zhǔn)確地作為待譯碼象素值。因此在這種情況下，不僅用水平相鄰象素而且用其它象素來(lái)獲得分別與象素值P1和P2相關(guān)的相關(guān)值R1和R2。然后比較相關(guān)值R1和R2，從而確定哪一個(gè)相關(guān)值R1或R2可更準(zhǔn)確地作為待譯碼象素值。
根據(jù)以上描述，通過(guò)利用圖象的相關(guān)性把表示被嵌入了附加信息的圖象的編碼數(shù)據(jù)譯碼為原始圖象和附加信息，從而不需要譯碼的額外開(kāi)銷(xiāo)就實(shí)現(xiàn)了譯碼操作。因此，在原始圖象中嵌入信息基本上不造成譯碼圖象(再現(xiàn)圖象)質(zhì)量的降低。
雖然在本實(shí)施例中把待處理象素和另一象素之差的絕對(duì)值作為這兩個(gè)象素之間的相關(guān)值，但相關(guān)值不限于以上產(chǎn)生的絕對(duì)值。
在本實(shí)施例中，如圖8所示，按照棋盤(pán)圖形交替地從圖象選擇象素，把附加信息嵌入選定的象素。但可以按照與以上方式不同的方式選擇象素。但是，如上所述，在譯碼被嵌入了附加信息的象素時(shí)，最好選擇沒(méi)有被嵌入附加信息的象素來(lái)產(chǎn)生相關(guān)值。象素間的相關(guān)性隨著象素在空間或時(shí)間方面彼此遠(yuǎn)離而變?nèi)酢Ｒ虼?，為了?shí)現(xiàn)精確譯碼，應(yīng)當(dāng)在空間或時(shí)間方面稀疏地選擇要被嵌入附加信息的象素。相反地，為了嵌入更大量的附加信息、即為了提高壓縮比，應(yīng)當(dāng)增大要選擇的象素個(gè)數(shù)到一定的程度，以便在這些象素中嵌入附加信息。因此，最好在選擇要被嵌入附加信息的象素時(shí)，在精確譯碼和相當(dāng)大的壓縮比之間要進(jìn)行很好的平衡。
在本實(shí)施例中，在被選作待處理象素的一個(gè)象素中嵌入1比特的附加信息。但是，也可以在一個(gè)象素中嵌入2比特或更多的附加信息。如果在一個(gè)象素中嵌入例如2比特的附加信息，則根據(jù)該2比特的附加信息可把0、26、27和26+27之一與象素值相加。
在以上實(shí)施例中，通過(guò)把0或27與象素值相加(換句話說(shuō)，通過(guò)增加或不增加27)來(lái)嵌入附加信息。要與象素值相加的值不限于27。但是，如果加上只對(duì)象素值的較低比特產(chǎn)生影響的值，則相加后獲得的象素值與原始象素值之差就不會(huì)很大。于是在圖11的步驟S15中獲得的相關(guān)值R1和R2之差就不會(huì)很大。這就減低了被譯碼象素和被譯碼附加信息的精度。因此，根據(jù)附加信息要與象素值相加的值最好是可對(duì)原始象素值的較高比特產(chǎn)生影響的值。
根據(jù)以上實(shí)施例，通過(guò)把預(yù)定值與象素值相加來(lái)嵌入附加信息。但可通過(guò)對(duì)象素值執(zhí)行加法外的操作(例如，比特反相)來(lái)嵌入附加信息。但是，如上所述，為了保持被譯碼象素值和被譯碼附加信息的質(zhì)量，所執(zhí)行的操作應(yīng)當(dāng)能夠使與原始象素值相關(guān)的相關(guān)值和與在執(zhí)行了該操作之后獲得的象素值相關(guān)的相關(guān)值之差相當(dāng)大。
在以上實(shí)施例中，在一個(gè)象素中嵌入1比特的附加信息。但是，也可以在多個(gè)象素、例如在圖12所示帶圓圈的4個(gè)象素中嵌入1比特的附加信息。
具體來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在假定如圖12所示在4個(gè)象素p(1，4)、p(5，4)、p(1，8)和p(5，8)中嵌入1比特的附加信息。在編碼操作中，根據(jù)該附加信息對(duì)每一個(gè)象素p(1，4)、p(5，4)、p(1，8)和p(5，8)執(zhí)行相同的操作，從而在這4個(gè)象素中嵌入該1比特附加信息。在譯碼操作中，對(duì)于每一個(gè)象素p(1，4)、p(5，4)、p(1，8)和p(5，8)計(jì)算上述與第一象素值P1相關(guān)的相關(guān)值R1和與第二象素值P2相關(guān)的相關(guān)值R2。然后比較相關(guān)值R1和相關(guān)值R2。依據(jù)比較，把較大象素值確定為譯碼象素值p(1，4)、p(5，4)、p(1，8)和p(5，8)和譯碼附加信息。或者，可以對(duì)于所有象素p(1，4)、p(5，4)、p(1，8)和p(5，8)計(jì)算與第一象素值P1相關(guān)的相關(guān)值R1的和值和與第二象素值P2相關(guān)的相關(guān)值R2的和值。依據(jù)對(duì)這兩個(gè)和值的比較，可把較大的和值確定為譯碼象素值p(1，4)、p(5，4)、p(1，8)和p(5，8)和譯碼附加信息。
如果如圖8所示按照棋盤(pán)圖形交替地從圖象中選擇象素，并在每一個(gè)被選定象素中嵌入1比特的附加信息，則可以嵌入比特?cái)?shù)約為圖象象素?cái)?shù)目二分之一的附加信息。但是，如上所述，當(dāng)在4個(gè)比特中嵌入1比特的附加信息時(shí)，要嵌入這些被選定象素之中的附加信息的比特?cái)?shù)被減少為圖象象素?cái)?shù)目的八分之一。
用作附加信息的信息的類(lèi)型沒(méi)有具體限制，可以是圖象、聲音、文本、計(jì)算機(jī)程序或其它類(lèi)型的數(shù)據(jù)。圖象數(shù)據(jù)庫(kù)1可包含附加信息和要向幀存儲(chǔ)器31提供的圖象。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，附加信息可嵌入圖象之中，從而實(shí)現(xiàn)了圖象的壓縮。
根據(jù)上述實(shí)施例，嵌入編碼處理和嵌入譯碼處理分別由CPU32和43執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是，嵌入編碼處理或嵌入譯碼處理也可以利用相應(yīng)處理專(zhuān)用的硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在上述實(shí)施例中，CPU32和43執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序分別存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器32和43內(nèi)。該計(jì)算機(jī)程序可利用記錄介質(zhì)、例如磁帶、磁盤(pán)、光盤(pán)、磁-光盤(pán)或PD盤(pán)來(lái)提供，或者可利用傳輸媒介、例如因特網(wǎng)、地面廣播信號(hào)、衛(wèi)星廣播信號(hào)、公用通信網(wǎng)或有線電視網(wǎng)來(lái)提供。
權(quán)利要求
1.一種執(zhí)行在圖象中嵌入信息處理的圖象處理設(shè)備，所述設(shè)備包括選擇裝置，選擇該圖象的象素；和處理裝置，按照待嵌入信息對(duì)所述選擇裝置選定的象素執(zhí)行處理，使得利用圖象相關(guān)性可再現(xiàn)該象素，從而在該象素中嵌入該待嵌入信息。
2.如權(quán)利要求1的圖象處理設(shè)備，其中所述處理裝置對(duì)該象素的亮度分量和色度分量之一執(zhí)行處理。
3.如權(quán)利要求1的圖象處理設(shè)備，其中所述處理裝置把對(duì)應(yīng)于待嵌入信息的預(yù)定值與該象素的值相加。
4.如權(quán)利要求1的圖象處理設(shè)備，其中所述處理裝置在該象素中嵌入1比特的待嵌入信息。
5.如權(quán)利要求1的圖象處理設(shè)備，其中所述處理裝置在多個(gè)象素中嵌入1比特的待嵌入信息。
6.如權(quán)利要求1的圖象處理設(shè)備，其中所述選擇裝置按照棋盤(pán)圖形從圖象中交替地選擇象素。
7.一種執(zhí)行在圖象中嵌入信息的處理的圖象處理方法，該方法包括選擇步驟，選擇該圖象的象素；和處理步驟，按照待嵌入信息對(duì)所述選擇步驟選定的象素執(zhí)行處理，使得利用圖象的相關(guān)性可再現(xiàn)該象素，從而在該象素中嵌入該待嵌入信息。
8.一種提供使計(jì)算機(jī)能夠執(zhí)行在圖象中嵌入信息的處理的計(jì)算機(jī)程序的供給介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)程序包括選擇步驟，選擇該圖象的象素；和處理步驟，按照待嵌入信息對(duì)所述選擇步驟選定的象素執(zhí)行處理，使得利用圖象的相關(guān)性可再現(xiàn)該象素，從而在該象素中嵌入該待嵌入信息。
9.如權(quán)利要求8的供給介質(zhì)，其中所述處理步驟對(duì)該象素的亮度分量和色度分量之一執(zhí)行處理。
10.如權(quán)利要求8的供給介質(zhì)，其中所述處理步驟把對(duì)應(yīng)于待嵌入信息的預(yù)定值與該象素的值相加。
11.如權(quán)利要求8的供給介質(zhì)，其中所述處理步驟在該象素中嵌入1比特的待嵌入信息。
12.如權(quán)利要求8的供給介質(zhì)，其中所述處理步驟在多個(gè)象素中嵌入1比特的待嵌入信息。
13.如權(quán)利要求8的供給介質(zhì)，其中所述選擇步驟按照棋盤(pán)圖形從圖象中交替地選擇象素。
14.一種提供被嵌入了信息的信息嵌入圖象的供給介質(zhì)，該信息嵌入圖象是通過(guò)在圖象中嵌入信息來(lái)獲得的，而在圖象中嵌入信息是這樣實(shí)現(xiàn)的選擇該圖象的象素，按照該信息對(duì)該被選定象素進(jìn)行處理，使得利用該圖象的相關(guān)性可再現(xiàn)該象素。
15.如權(quán)利要求14的供給介質(zhì)，其中的處理是對(duì)該象素的亮度分量和色度分量之一執(zhí)行的。
16.如權(quán)利要求14的供給介質(zhì)，在該供給介質(zhì)中，把對(duì)應(yīng)于待嵌入信息的預(yù)定值與該象素的值相加。
17.如權(quán)利要求14的供給介質(zhì)，在該供給介質(zhì)中，1比特的待嵌入信息被嵌入該象素之中。
18.如權(quán)利要求14的供給介質(zhì)，在該供給介質(zhì)中，1比特的待嵌入信息被嵌入多個(gè)象素之中。
19.如權(quán)利要求14的供給介質(zhì)，在該供給介質(zhì)中，象素按照棋盤(pán)圖形從圖象中被交替地選擇。
20.一種執(zhí)行把信息嵌入圖象譯碼為原始圖象和原始信息的處理的圖象處理設(shè)備，所述設(shè)備包括選擇裝置，選擇該信息嵌入圖象的象素；處理裝置，對(duì)所述選擇裝置選定的象素執(zhí)行預(yù)定處理；相關(guān)性計(jì)算裝置，計(jì)算所述選擇裝置選定的象素和在該被選定象素附近的周?chē)笏刂g的第一相關(guān)性，還計(jì)算所述選擇裝置選定的、被所述處理裝置進(jìn)行了處理的象素和在該象素附近的周?chē)笏刂g的第二相關(guān)性；比較裝置，比較第一相關(guān)性和第二相關(guān)性；譯碼裝置，根據(jù)所述比較裝置得出的結(jié)果譯碼所述選擇裝置選定的象素和嵌入該象素的信息。
21.如權(quán)利要求20的圖象處理設(shè)備，其中所述處理裝置對(duì)該象素的亮度分量和色度分量之一執(zhí)行預(yù)定處理。
22.如權(quán)利要求20的圖象處理設(shè)備，其中所述處理裝置從該象素的值中減去預(yù)定值。
23.如權(quán)利要求20的圖象處理設(shè)備，其中所述譯碼裝置譯碼來(lái)自該象素的1比特信息。
24.如權(quán)利要求20的圖象處理設(shè)備，其中所述譯碼裝置譯碼來(lái)自多個(gè)象素的1比特信息。
25.如權(quán)利要求20的圖象處理設(shè)備，其中所述選擇裝置按照棋盤(pán)圖形從該信息嵌入圖象中交替地選擇象素。
26.一種執(zhí)行把信息嵌入圖象譯碼為原始圖象和原始信息的處理的圖象處理方法，所述方法包括選擇步驟，選擇該信息嵌入圖象的象素；處理步驟，對(duì)所述選擇步驟選定的象素執(zhí)行預(yù)定處理；相關(guān)性計(jì)算步驟，計(jì)算所述選擇步驟選定的象素和在該被選定象素附近的周?chē)笏刂g的第一相關(guān)性，還計(jì)算所述選擇步驟選定的、被所述處理步驟進(jìn)行了處理的象素和在該象素附近的周?chē)笏刂g的第二相關(guān)性；比較步驟，比較第一相關(guān)性和第二相關(guān)性；譯碼步驟，根據(jù)所述比較步驟得出的結(jié)果譯碼所述選擇步驟選定的象素和嵌入該象素的信息。
27.一種提供使計(jì)算機(jī)能夠執(zhí)行把信息嵌入圖象譯碼為原始圖象和原始信息的處理的計(jì)算機(jī)程序的供給介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)程序包括選擇步驟，選擇該信息嵌入圖象的象素；處理步驟，對(duì)所述選擇步驟選定的象素執(zhí)行預(yù)定處理；相關(guān)性計(jì)算步驟，計(jì)算所述選擇步驟選定的象素和在該被選定象素附近的周?chē)笏刂g的第一相關(guān)性，還計(jì)算所述選擇步驟選定的、被所述處理步驟進(jìn)行了處理的象素和在該象素附近的周?chē)笏刂g的第二相關(guān)性；比較步驟，比較第一相關(guān)性和第二相關(guān)性；譯碼步驟，根據(jù)所述比較步驟得出的結(jié)果譯碼所述選擇步驟選定的象素和嵌入該象素的信息。
28.如權(quán)利要求27的供給介質(zhì)，其中所述處理步驟對(duì)該象素的亮度分量和色度分量之一執(zhí)行預(yù)定處理。
29.如權(quán)利要求27的供給介質(zhì)，其中所述處理步驟從該象素的值中減去預(yù)定值。
30.如權(quán)利要求27的供給介質(zhì)，其中所述譯碼步驟譯碼來(lái)自該象素的1比特信息。
31.如權(quán)利要求27的供給介質(zhì)，其中所述譯碼步驟譯碼來(lái)自多個(gè)象素的1比特信息。
32.如權(quán)利要求27的供給介質(zhì)，其中所述選擇步驟按照棋盤(pán)圖形從該信息嵌入圖象中交替地選擇象素。
33.一種包括發(fā)送通過(guò)嵌入信息獲得的信息嵌入圖象的發(fā)射機(jī)和接收來(lái)自所述發(fā)射機(jī)的信息嵌入圖象并譯碼該圖象的接收機(jī)的圖象處理設(shè)備，所述發(fā)射機(jī)包括第一選擇裝置，選擇圖象的象素；第一處理裝置，按照待嵌入信息對(duì)所述第一選擇裝置選定的象素執(zhí)行處理，使得利用圖象的相關(guān)性可再現(xiàn)該象素，從而在該象素中嵌入該待嵌入信息并輸出信息嵌入圖象，所述接收機(jī)包括第二選擇裝置，選擇信息嵌入圖象的象素；第二處理裝置，對(duì)所述第二選擇裝置選定的象素執(zhí)行預(yù)定處理；相關(guān)性計(jì)算裝置，計(jì)算所述第二選擇裝置選定的象素和在該被選定象素附近的周?chē)笏刂g的第一相關(guān)性，還計(jì)算所述第二選擇裝置選定并被所述第二處理裝置進(jìn)行了處理的象素和在該象素附近的周?chē)笏刂g的第二相關(guān)性；比較裝置，比較第一相關(guān)性和第二相關(guān)性；譯碼裝置，根據(jù)所述比較裝置得出的結(jié)果譯碼所述第二選擇裝置選定的象素和嵌入該象素的信息。
34.一種在包括發(fā)送通過(guò)嵌入信息獲得的信息嵌入圖象的發(fā)射機(jī)和接收來(lái)自所述發(fā)射機(jī)的信息嵌入圖象并譯碼該圖象的接收機(jī)的圖象處理設(shè)備中使用的圖象處理方法，所述方法包括以下步驟利用所述發(fā)射機(jī)選擇圖象的象素；利用所述發(fā)射機(jī)按照待嵌入信息對(duì)被選定象素執(zhí)行處理，使得利用圖象的相關(guān)性可再現(xiàn)該象素，從而在該象素中嵌入待嵌入信息并輸出信息嵌入圖象；利用所述接收機(jī)選擇信息嵌入圖象的象素；利用所述接收機(jī)對(duì)被選定象素執(zhí)行預(yù)定處理；利用所述接收機(jī)計(jì)算選自信息嵌入圖象的象素和在該被選定象素附近的周?chē)笏刂g的第一相關(guān)性，還計(jì)算選自信息嵌入圖象并已被進(jìn)行了預(yù)定處理的象素和在該象素附近的周?chē)笏刂g的第二相關(guān)性；利用所述接收機(jī)比較第一相關(guān)性和第二相關(guān)性；以及利用所述接收機(jī)根據(jù)比較的結(jié)果譯碼選自信息嵌入圖象的象素和嵌入該象素的信息。
全文摘要
執(zhí)行在圖象中嵌入信息的處理的圖象處理設(shè)備。該圖象處理設(shè)備包括:選擇單元,選擇圖象的象素,處理單元,按照待嵌入信息對(duì)選擇單元選定的象素執(zhí)行處理,使得利用圖象的相關(guān)性可再現(xiàn)該象素。根據(jù)上述處理,待嵌入信息就被嵌入到了該象素之中。
文檔編號(hào)H04N1/387GK1248132SQ9911751
公開(kāi)日2000年3月22日 申請(qǐng)日期1999年8月6日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月6日
發(fā)明者近藤哲二郎, 田中健司, 渡邊義教 申請(qǐng)人:索尼公司