[发明专利]在空间域中的健壮可逆数据隐藏和数据恢复的系统和方法

说明书

背景技术

本发明涉及用于在图像中嵌入数据以及从中恢复所述嵌入数据的方法和设备。

数据隐藏(data hiding)，也公知为数据隐蔽(data concealing)，是将有用数据(代表一些信息)嵌入掩护媒体(cover media)如图像数据的过程。有数据嵌入其中的掩护媒体在此处称为“标记媒体”。数据隐藏可用于识别、注释、版权保护、指纹识别以及鉴别的用途。在这样的应用中，隐藏的数据和掩护媒体可以密切相关。这种数据嵌入通常称为水印或更一般地称为“做标记”。理想的是隐藏的数据是感觉上透明的。另外说明的，标记媒体应尽可能类似所述掩护媒体。

由于嵌入数据的存在，掩护媒体通常会经历一些失真。而且，即使在除去所述嵌入数据后，也很难将掩护媒体恢复到其在嵌入所述数据之前所处的状况。特别地，掩护媒体的一些永久失真通常保留到甚至隐藏数据被提取之后。失真源包括舍入误差、截断误差以及量化误差。此失真存在一个问题，因为对于一些应用如医疗诊断和法律执行，一旦隐藏的数据已取回，则将掩护媒体准确恢复到嵌入前的状况是重要的。满足此需求的标记技术称为无损的或无失真的。这样的标记技术也称为可逆标记技术且通常适合于其中原始媒体数据应准确恢复的应用。

最近，本领域中已报道了一些无损标记技术。第一方法在图像空间域中实现。见美国专利6,278,791，2001年8月21日授权，标题为“Lossless Recoveryof an Original Image Containing Embedded Data”，由C.W.Honsinger、P.Jones、M.Rabbani和J.C.Stoffel提出，(此处称为“Honsinger”)，其公开通过引用结合在此。

另一空间域技术报道于Fridrich.J.Fridrich、M.Goljan和R.Du的“Invertible authentication”，Proc.SPIE，Security and Watermarking of MultimediaContents，San Jose，CA，2001年1月(此处称为“Fridrich”)。此文档的整个公开通过引用结合在此。在变换域还存在无失真标记技术。B.Macq和F.Deweyand的“Trusted headers for medical images”，DFG VIII-D II WatermarkingWorkshop，Erlangen，德国1999年10月(此处称为“Macq”)。此文档的整个公开通过引用结合在此。

基于我们的研究，变换域方法通常只能在512×512×8的图像中嵌入约2000比特数据(等价于250字节)。因此这些方法通常对需要嵌入更大量数据的应用无效。报道在“De Vleeschouwer”中的方法的容量也非常有限，除了它表现出对高质量JPEG压缩的健壮性。C.De Vleeschouwer、J.F.Delaigle和B.Macq的“Circular interpretation on histogram for reversiblewartermarking”，IEEE International Multimedia Signal Processing Workshop，Cannes，法国，345-350页，2001年10月(此处称为“De Vleeschouwer”)。此文档的整个公开通过引用结合在此。这些技术涉及鉴别而不是数据隐藏，因此嵌入掩护媒体的数据总量有限。

适合于高嵌入率数据隐藏的第一无损标记技术出现在Goljan、M.Goljan、J.Fridrich和R.Du的“Distortion-free data embedding”，Proceedings of4^th Information Hiding Workshop，Pittsburgh，PA，2001年4月中(此处称为“Goljan”)。此文档的整个公开通过引用结合在此。在Goljan中，图像中的像素被分成不重叠块，每块由若干相邻像素组成。例如，块可以是具有4个连续像素的水平块。建立区别功能以将块分成3个不同的种类：正规的、奇异的、和不能用的。作者使用区别功能以捕获组的光滑度。