DE69730109T2

DE69730109T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Wasserzeichen

Info

Publication number: DE69730109T2
Application number: DE69730109T
Authority: DE
Inventors: Frederick Cole Shrub Oak Mintzer; Minerva Ming-Yee Yorktown Heights Yeung
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: Trend Micro Inc
Priority date: 1997-01-08
Filing date: 1997-12-19
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2017-12-20
Also published as: JP3860042B2; EP0853294A2; JPH10208026A; EP0853294B1; KR100265143B1; DE69730109D1; KR19980069987A; EP0853294A3; JP3697344B2; JP2002314799A; US5875249A

Description

Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der digitalen Bilderzeugung und insbesondere die Gebiete der Sicherheit von Multimediaobjekten und der Herstellung von Wasserzeichen für Bilder.
Das Gebiet der Prüfung und des Schutzes von digitalen Bildern einschließlich der Prüfung und des Schutzes der Integrität in einem Speicher gespeicherter digitaler Bilder zu Berechtigungsprüfungs- und Sicherheitszwecken hat neuerdings eine große Bedeutung und umfassende Anerkennung gefunden.
Auf diesem Gebiet sind mehrere Forschungsbereiche entstanden. Ein Forschungsgebiet hat sich mit einer „Vertrauenswürdigen Digitalen Kamera" befasst, bei der in ein Bild ein Wasserzeichenschema eingefügt wurde, um zu ermitteln, ob ein digitales Foto verändert worden ist, und der zugehörige Wasserzeichenprozess die Anwendung der üblichen Verschlüsselungstechnologie mit öffentlichen Schlüsseln beinhaltete. Ein anderes Forschungsgebiet hat die Codierung eines Bildes durch nicht nachweisbare digitale Signaturen mittels der Veränderung des niedrigstwertigen Bits (least significant bit, LSB) auf Bit-Ebene sowie durch Anwendung der linearen Addition des Wasserzeichens mittels m-Sequenzen zu den Bilddaten untersucht. Andere Verfahren verstecken einfache Daten in Bildern, indem sie mittels eines statistischen Ansatzes (Patchwork-Verfahren) ein Datenbit in ein Ausgangsbild einfügen bzw. indem sie bestimmte Bereiche mit ähnlichen Strukturen (Texturen) durch Blöcke von Zufallsstrukturen ersetzen, um ein identisches Paar von strukturierten Bereichen zu erzeugen, aus denen die Form durch Autokorrelationsverfahren (Texturblockcodierung) wiederhergestellt wurde. Andere Forschungsgebiete befassen sich mit Verfahren zum Einfügen langer Binärbit-Zeichenfolgen, so genannter „digitaler Siegel" in eine Reihe von erzeugten Zufallsadressen, wobei das LSB von Pixeln verändert wurde, um zu dem entsprechenden Bit in der Zeichenfolge zu passen.
Bei vielen der oben genannten Verfahren werden die Informationen in das LSB der Pixelwerte des Bildes „eingestempelt". Durch dieses Stempelverfahren werden mit Sicherheit sichtbare Veränderungen an dem Bild hervorgerufen. Wenn ein Bild verändert wird, ändert sich das LSB sehr wahrscheinlich so, dass man durch die Prüfung die Veränderung nachweisen kann. Eine solche LSB-Veränderung ist jedoch nicht sicher vor ernsthaften Angriffen: es ist relativ einfach, ein System zu schaffen, durch das der Inhalt eines Bildes verändert werden kann, ohne das LSB jedes einzelnen Pixelwertes zu verändern. Man könnte sogar das ganze Bild ersetzen; solange jedoch das LSB jedes Pixels des ursprünglichen Quellenbildes erhalten bleibt, ist der Prüfprozess nicht in der Lage, solche Änderungen zu erkennen. Ein weiterer Nachteil vieler vorhandener Verfahren besteht darin, dass sie nicht in der Lage sind, die geänderten Bereiche durch den Prüfprozess zu erkennen. Der Prüfprozess ist nur in der Lage festzustellen, ob das Bild verändert wurde oder nicht, vermag aber nicht die Stellen zu finden, an denen Änderungen stattgefunden haben. Zur Entwicklung besserer Sicherheitsverfahren sind solche Informationen wertvoll.
In einem Extremfall eines Stempelprozesses ist der Stempelprozess gleich null, und die in das Bild eingestempelten Informationen (also die „Stempelinformationen") sind das Bild selbst. Dann ergibt der Prüfprozess ebenfalls den Wert null und die entnommenen Stempelinformationen sind gleich dem gestempelten Quellenbild selbst. Der Vergleich zwischen den Stempelinformationen und den entnommenen Stempelinformationen liefe dann auf einen Vergleich des zum Zeitpunkt des Stempelns bekannten Quellenbildes mit dem zum Prüfzeitpunkt bekannten Quellenbild hinaus. Dieser Vergleich ist jedoch nicht sehr ergiebig, da die Stempelinformationen ziemlich umfangreich sind und zum Speichern der Informationen beträchtliche Speicherressourcen benötigt werden. Entsprechend wird zum Übertragen der Informationen eine beträchtliche Bandbreite benötigt. Somit besteht eine erwünschte Eigenschaft des Prüfprozesses darin, dass der Umfang der Stempelinformationen ziemlich klein soll.
Andererseits ist ein anderer Stempelprozess denkbar, der von einer vorgegebenen Stelle des Bildes ein Pixel entnommen und das Pixel und dessen Position als Stempelinformationen verwendet. Dann ermittelt der Prüfprozess, ob dieses Pixel in dem gestempelten Bild unverändert geblieben ist. Obwohl in diesem Fall der Umfang der Stempelinformationen klein ist, ist die Wahrscheinlichkeit der richtigen Prüfung gering, da das jeweilige Einzelpixel durch viele verschiedene Änderungen des Bildes nicht verändert wird. Somit besteht eine zweite erwünschte Eigenschaft des Prüfprozesses darin, dass der Prüfprozess in der Lage sein muss, mit hoher Wahrscheinlichkeit festzustellen, ob das gestempelte Bild seit dem Stempeln verändert worden ist.
Für Verfahren zum Urheberrechtsschutz sind außer der Bildprüfung auch digitale Wasserzeichen vorgeschlagen worden. Zum Beispiel wird in der G. W. Braudaway, K. A. Magerlein und F. C. Mintzer zugewiesenen US-Patentschrift 5 530 759 „COLOUR CORRECT DIGITAL WATERMARKING OF IMAGES ein System zum Einfügen eines sichtbaren Wasserzeichens in ein Bild offengelegt, um vor der unberechtigten Verwendung des Bildes abzuhalten. In der A. Shamir zugewiesenen US-Patentschrift 5 488 664 „METHOD AND APPARATUS FOR PROTECTING VISUAL INFORMATION WITH PRINTED CRYPTOGRAPHIC WATERMARKS" werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schutz visueller Informationen vor unberechtigtem Zugriff und unberechtigter Veränderung unter Verwendung eines gedruckten kryptografischen „Wasserzeichens" offengelegt, das durch schwarze und weiße Pixel codiert wird. Dies sind Beispiele für die Verwendung „sichtbarer Wasserzeichen". Das Wasserzeichen selbst wird offen gezeigt und kann in dem gestempelten Bild wahrgenommen werden.
ÜHERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Gemäß einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein System zum Stempeln eines Quellenbildes mit Stempelinformationen bereit, bei dem das Quellenbild eine Vielzahl von Quellenbildwerten aufweist, die Folgendes umfassen: ein Bildstempelmittel zum Erzeugen eines gestempelten Bildes; ein Bildungsmittel zum Bilden eines Prüfschlüssels aus einem Ursprungswert und einer Transformationsfunktion, wobei der Ursprungswert und die Transformationsfunktion mindestens einer Nachschlagetabelle (LUT) entsprechen; ein Transformationsmittel zum Transformieren jedes aus der Vielzahl von Quellenbildwerten gemäß der Transformationsfunktion und der mindestens einen LUT, um einen entsprechenden entnommenen Wert zu erzeugen; und ein Pixeländerungsmittel zum Ändern ausgewählter Werte aus der Vielzahl von Quellenbildwerten, deren entnommene Werte nicht mit einem entsprechenden Teil der Stempelinformationen übereinstimmen, um einen entsprechenden geänderten Quellenbildwert mit einem geänderten entnommenen Wert zu erzeugen, der dem entsprechenden Teil der Stempelinformationen gleichwertig ist.
Vorzugsweise umfasst das System ferner ein Bildentnahmemittel zum Empfangen des gestempelten Bildes, um mittels des Prüfschlüssels die Stempelinformationen gemäß der Transformationsfunktion zu entnehmen und die entnommenen Stempelinformationen bereitzustellen; und ein Signalisierungsmittel zum Signalisieren, dass das gestempelte Bild beschädigt ist, wenn die Stempelinformationen und die entnommenen Stempelinformationen im Wesentlichen nicht gleichwertig sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsart gehört ein Ursprungswert zu dem Prüfschlüssel und enthält das Bildstempelmittel ein Tabellenerzeugungsmittel zum Erzeugen jedes Eintrags der mindestens einen LUT unter Verwendung eines Zufallszahlengenerators und des Ursprungswertes. Ferner ist es günstig, wenn das System ein Mittel zum Verknüpfen des Prüfschlüssels mit dem gestempelten Bild umfasst und das Bildentnahmemittel ferner ein Mittel zum Entnehmen des Prüfschlüssels aus dem gestempelten Bild enthält.
Bei einer bevorzugten Ausführungsart ist die Stempelinformation ein Wasserzeichenbild, das aus einer Vielzahl von Wasserzeichenbild-Pixelwerten gebildet ist, und das Quellenbild ist aus einer Vielzahl von Quellenpixelwerten gebildet. Bei einer Ausführungsart wird ein Fehlerverteilungsverfahren bereitgestellt, bei dem: das Quellenbild mit Stempelinformationen gestempelt wird, um ein entsprechendes geändertes Pixel zu bilden; das Bildstempelmittel ferner ein Mittel zum Bestimmen einer Reihenfolge enthält, in der jeder aus der Vielzahl von Quellenpixelwerten aufgerufen werden soll; und das System ferner ein Fehlerverteilungsmittel umfasst, welches Folgendes umfasst: ein Mittel zum Erkennen eines Quellenpixels und eines entsprechenden geänderten Pixels im Quellenbild, wobei das geänderte Pixel einen Fehlerwert enthält; ein Mittel zum Bestimmen eines Fehlerbetrages des geänderten Pixels, der als Differenz zwischen dem Wert des geänderten Pixels einschließlich des Fehlerwertes und dem Wert des entsprechenden Pixels in dem gestempelten Quellenbild definiert ist; und ein Mittel zur Fehlerverteilung des Fehlers des geänderten Pixels durch Bereitstellen eines Mittels zum Anpassen der auf das erkannte Quellenpixel folgenden benachbarten Quellenpixelwerte durch abnehmende Fehlerbeträge des geänderten Pixels, durch welches das entsprechende geänderte Pixel jedes benachbarten Quellenpixels so abgewandelt wird, dass der gesamte Anpassungsbetrag der benachbarten Pixelwerte dem Fehler des geänderten Pixels gleichwertig ist. Vorzugsweise werden die benachbarten abgewandelten Pixel ferner zum Aufnehmen von Stempelinformationen geändert.
Bei einer anderen Ausführungsart wird ein Fehlerverteilungsverfahren bereitgestellt, bei dem: das Quellenbild mittels Stempelinformationen gestempelt wird, um ein entsprechendes geändertes Pixel zu bilden; das Bildstempelmittel ferner ein Mittel zum Festlegen einer Reihenfolge enthält, in der jeder Wert aus der Vielzahl von Quellenpixelwerten aufgerufen werden soll; und ein Mittel zur Fehlerverteilung Folgendes umfasst: ein Mittel zum Erkennen eines Quellenpixelwertes und eines entsprechenden geänderten Pixelwertes in dem Quellenbild, wobei der Quellenpixelwert einen Fehlerwert enthält; ein Mittel zum Ermitteln eines Fehlerbetrages des geänderten Pixels, der als Differenz zwischen dem Quellenpixelwert einschließlich des Fehlerwertes und dem entsprechenden geänderten Pixelwert definiert ist; und ein Mittel zur Verteilung des Fehlers des geänderten Pixels durch Anpassen der auf das erkannte Quellenpixel folgenden benachbarten Quellenpixelwerte durch abnehmende Fehlerbeträge des geänderten Pixels, durch welches das entsprechende geänderte Pixel jedes benachbarten Quellenpixels so abgewandelt wird, dass der gesamte Anpassungsbetrag der benachbarten Pixelwerte dem Fehler des geänderten Pixels gleichwertig ist.
Bei beiden Ausführungsarten wird ein Mittel zum wiederholten Ausführen des Erkennungsmittels, des Ermittlungsmittels und des Fehlerverteilungsmittels so lange bereitgestellt, bis alle Quellenpixelwerte erkannt und die Fehler verteilt worden sind, um ein fehlerverteiltes gestempeltes Bild zu erzeugen.
Vorzugsweise umfasst das Signalisierungsmittel ferner: ein Mittel zum Speichern der Stempelinformationen und der entnommenen Stempelinformationen; ein Mittel zum Vergleichen der Stempelinformationen und der entnommenen Stempelinformationen, um Vergleichsinformationen zu erzeugen; und ein Mittel zum Erkennen der Beschädigung des entnommenen Quellenbildes aus den Vergleichsinformationen und zum Anzeigen mindestens eines der Beschädigung des entnommenen Quellenbildes entsprechenden Bereichs. Bei einer bevorzugten Ausführungsart ist das gestempelte Bild eines aus einer Vielzahl in einem ersten Speicher gespeicherter gestempelter Bilder, wobei jedes aus der Vielzahl gestempelter Bilder einen entsprechenden Prüfschlüssel aufweist und jeder Prüfschlüssel einer aus der Vielzahl in einem zweiten Speicher gespeicherter Schlüssel ist. Vorzugsweise umfasst das System ferner: ein Mittel zum Auswählen des gestempelten Bildes aus der Vielzahl gestempelter Bilder in dem ersten Speicher; und ein Mittel zum Abrufen des dem gestempelten Bildes entsprechenden Prüfschlüssels aus der Vielzahl der in dem zweiten Speicher gespeicherten Schlüssel.
Vorteilhafterweise wird ein Prüfmittel zur Prüfung der Integrität jedes aus der Vielzahl von gestempelten Bildern in dem ersten Speicher bereitgestellt, wobei das Prüfmittel zur Prüfung der Integrität der Bilder wiederholt: 1) jedes aus der Vielzahl gestempelter Bilder und den zugehörigen Prüfschlüssel auswählt, 2) auf Basis des zugehörigen Prüfschlüssels die Stempelinformationen aus dem gestempelten Bild entnimmt; und 3) die Integrität des gestempelten Bildes prüft, indem es die Stempelinformationen mittels des Prüfschlüssels prüft. Ferner umfasst das System vorteilhafterweise ein Mittel zum Einfügen des Wasserzeichenbildes in das Quellenbild durch Setzen jedes Quellenpixelwertes auf einen der entsprechenden gestempelten Bildwerte gemäß der Transformationsfunktion, der mindestens einen Nachschlagetabelle und dem entsprechenden Wert aus der Vielzahl der Wasserzeichenbild-Pixelwerte.
Vorzugsweise sind die Quellenbildwerte eine Vielzahl von Frequenzdomänen-Koeffizientenwerten, und das Bildentnahmemittel verwendet den Prüfschlüssel zum Entnehmen der Stempelinformationen aus dem Teil der Vielzahl der Frequenzdomänen-Koeffizientenwerte gemäß der Transformationsfunktion und der mindestens einen Nachschlagetabelle. Die Vielzahl der Frequenzdomänen-Koeffizientenwerte wird mittels einer Frequenzdomänentransformation des Quellenbildes gebildet. Weiterhin sind die Vielzahl der Frequenzdomänen-Koeffizientenwerte vorzugsweise eine Menge von diskreten Kosinustransformations-Koeffizientenwerten (DCT) des Quellenbildes, und der Teil aus der Vielzahl von Frequenzdomänen-Koeffizientenwerten enthält die diskreten Kosinuskoeffizienten aus der Menge der DCT-Koeffizientenwerte. Vorzugsweise ordnet das Transformationsmittel jeden Wert aus der Vielzahl der Frequenzdomänen-Koeffizientenwerte zu, um einen entsprechenden entnommenen Wert zu erzeugen; und das Abwandlungsmittel wandelt ausgewählte Frequenzdomänen-Koeffizientenwerte ab, deren entnommener Wert nicht mit einem entsprechenden Teil der Stempelinformationen übereinstimmt, um einen entsprechenden abgewandelten Frequenzdomänen-Koeffizientenwert mit einem abgewandelten entnommenen Wert zu erzeugen, der dem zugehörigen Teil der Stempelinformationen gleichwertig ist.
Vorzugsweise wird ein System zum Stempeln eines Quellenbildes mit Stempelinformationen bereitgestellt, bei dem das Quellenbild durch eine Vielzahl von Frequenzdomänen-Koeffizientenwerten dargestellt wird und wobei das System Folgendes umfasst: ein Stempelmittel zum Erzeugen eines Prüfschlüssels aus einem Ursprungswert und einer Transformationsfunktion, wobei der Ursprungswert und die Transformationsfunktion mindestens einer Nachschlagetabelle (LUT) entsprechen; ein Transformationsmittel zum Transformieren jedes Wertes eines Teils aus der Vielzahl von Frequenzdomänen-Koeffizientenwerten gemäß der Transformationsfunktion und der mindestens einen LUT, um einen entsprechenden entnommenen Wert zu bilden; und ein Mittel zum Ändern ausgewählter Werte des Teils aus der Vielzahl von Frequenzdomänen-Koeffizientenwerten, deren entnommener Wert nicht mit einem entsprechenden Teil der Stempelinformationen übereinstimmt, um einen entsprechenden geänderten Frequenzdomänen-Koeffizientenwert mit einem geänderten entnommenen Wert zu erzeugen, der dem zugehörigen Teil der Stempelinformationen gleichwertig ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zum Stempeln und Prüfen eines Quellenbildes mit Stempelinformationen bereitgestellt, bei dem das Quellenbild eine Vielzahl von Quellenbildwerten aufweist und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bilden eines Prüfschlüssels aus einem Ursprungswert und einer Transformationsfunktion, wobei der Ursprungswert und die Transformationsfunktion mindestens einer Nachschlagetabelle (LUT) entsprechen; Transformieren jedes Bildes aus der Vielzahl von Quellenbildwerten gemäß der Transformationsfunktion und der mindestens einen LUT, um einen entsprechenden entnommenen Wert zu bilden; und Abwandeln ausgewählter werte aus der Vielzahl von Quellenbildwerten, deren entnommener Wert nicht mit einem entsprechenden Teil der Stempelinformationen übereinstimmt, um einen entsprechenden abgewandelten Quellenbildwert mit einem abgewandelten entnommenen Wert zu erzeugen, der dem entsprechenden Teil der Stempelinformationen gleichwertig ist. Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner die folgenden Schritte: Verwenden des Prüfschlüssels zum Entnehmen der Stempelinformationen gemäß der Transformationsfunktion; Bereitstellen der entnommenen Stempelinformationen; und Signalisieren, dass eine Beschädigung des gestempelten Bildes vorliegt, wenn die Stempelinformationen und die entnommenen Stempelinformationen im Wesentlichen nicht gleichwertig sind.
Vorteilhafterweise wird ein Verfahren zum Stempeln eines Quellenbildes mit Stempelinformationen bereitgestellt, bei dem das Quellenbild eine Vielzahl von Quellenbildwerten aufweist und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Bilden eines Prüfschlüssels aus einem Ursprungswert und einer Transformationsfunktion, wobei der Ursprungswert und die Transformationsfunktion mindestens einer Nachschlagetabelle (LUT) entsprechen; b) Transformieren jedes Wertes aus der Vielzahl von Quellenbildwerten gemäß der Transformationsfunktion und der LUT, um einen entsprechenden entnommenen Wert zu bilden; und c) Ändern ausgewählter Werte aus der Vielzahl von Quellenbildwerten, deren entnommener Wert nicht mit einem entsprechenden Teil der Stempelinformationen übereinstimmt, um einen entsprechenden geänderten Quellenbildwert mit einem geänderten entnommenen Wert zu erzeugen, der dem entsprechenden Teil der Stempelinformationen gleichwertig ist.
Vorteilhafterweise wird ferner ein Verfahren zum Bereitstellen eines fehlerverteilten gestempelten Bildes bereitgestellt, wobei das gestempelte Bild ein Quellenbild ist, das durch eine Vielzahl von Quellenbildwerten definiert ist, die jeweils durch Stempelinformationen gestempelt sind und so ein entsprechendes geändertes Pixel bilden, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erkennen eines Quellenpixels und eines entsprechenden geänderten Pixels in dem Quellenbild, wobei das geänderte Pixel einen Fehlerwert enthält; Bestimmen eines Fehlerwertes des geänderten Pixels als Differenz zwischen dem Wert des geänderten Pixels einschließlich des Fehlerwertes und dem Wert des entsprechenden Pixels in dem gestempelten Quellenbild; und eine Fehlerverteilung des Fehlers des geänderten Pixels durch Anpassen der auf das erkannte Quellenpixel folgenden benachbarten Quellenpixelwerte durch abnehmende Fehlerbeträge des geänderten Pixels, durch welches das entsprechende geänderte Pixel jedes benachbarten Quellenpixels so abgewandelt wird, dass der gesamte Anpassungsbetrag der benachbarten Pixelwerte dem Fehler des geänderten Pixels gleichwertig ist, und wobei in dem geänderten Pixelwert die Stempelinformationen enthalten sind und die gewünschten Stempelinformationen in den benachbarten geänderten Pixelwerten noch nicht enthalten sind, die weiter geändert werden, um im Verlauf des weiteren Stempelprozesses die geeigneten Stempelinformationen aufzunehmen.
Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, das ein Programmcodemittel zum Ausführen aller Schritte des obigen Verfahrens umfasst, wenn das Programm auf einem Computer läuft.
Vorzugsweise wird ein System zum Stempeln eines Quellenbildes mit Stempelinformationen bereitgestellt, bei dem das Quellenbild durch eine Vielzahl von Quellenbildpixeln dargestellt wird und bei dem die Stempelinformationen aus einer Vielzahl von Stempelwerten bestehen, die Folgendes umfassen: ein Mittel zum Erzeugen mindestens einer Nachschlagetabelle (LUT) auf Basis eines Prüfschlüssels; und ein Mittel zum Anwenden einer der mindestens einen LUT entsprechenden Transformationsfunktion auf jedes Quellenbildpixel und zum Abwandeln jedes Quellenpixels, sodass der Ausgabewert der Transformationsfunktion einem entsprechenden Wert aus der Vielzahl von Stempelwerten entspricht. Bei einer bevorzugten Ausführungsart wird ein System zur Entnahme von Stempelinformationen aus einem gestempelten Quellenbild mit Stempelinformationen bereitgestellt, bei dem das gestempelte Quellenbild durch eine Vielzahl gestempelter Quellenbildpixel dargestellt wird, und bei dem die Stempelinformationen aus einer Vielzahl von Stempelwerten bestehen, wobei das System Folgendes umfasst: ein Tabellenerzeugungsmittel zum Erzeugen mindestens einer Nachschlagetabelle (LUT) auf Basis eines Prüfschlüssels; und ein Mittel zum Anwenden einer der mindestens einen LUT entsprechenden Transformationsfunktion auf jedes gestempelte Quellenbildpixel, so dass der Ausgabewert der Transformationsfunktion einen entsprechenden Wert aus der Vielzahl von Stempelwerten entnimmt.
Im Folgenden werden Ausführungsarten der Erfindung unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein Blockschaltbild des Systems ist, das die Komponenten für das unsichtbare Stempeln von Bildern, das Speichern von Bildern und Prüfschlüsseln und zum Ausführen der Verteilungsprozesse umfasst und gemäß einer Ausführungsart der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann.
2 eine Übersichtsdarstellung ist, die die Funktionsblöcke einer Ausführungsart des Verarbeitungssystems zur Bildprüfung in dem Server zeigt, welches den Zugriff steuert und die gestempelten Bilder und die Prüfschlüssel verteilt.
3 eine Übersichtsdarstellung ist, die das die Funktionsblöcke einer Ausführungsart des Verarbeitungssystems zur Bildprüfung in dem Client-Computersystem zeigt, welches die gestempelten Bilder und die Prüfschlüssel empfängt.
4 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zur Entnahme der eingefügten Stempelinformationen während des Bildprüfungsprozesses aus dem gestempelten Bild zeigt.
5 eine funktionelle Übersichtsdarstellung Funktionsblockdiagramm ist, die eine Ausführungsart der Verarbeitung des unsichtbaren Stempelns von Bildern zeigt.
6 ein Flussdiagramm ist, das die Einzelheiten der Verarbeitung der Bildpixel beim unsichtbaren Stempeln von Bildern zeigt.
7 ein Flussdiagramm ist, das die Einzelheiten eines Verarbeitungsverfahrens zum Ändern von Pixelwerten und zur Fehlerverteilung zeigt.
8 eine funktionelle Übersichtsdarstellung ist, die die Verarbeitung des unsichtbaren Stempelns von Bildern für ein Quellenbild im JPEG-Komprimierungsformat zeigt.
9 eine funktionelle Übersichtsdarstellung ist, die die Verarbeitung der Bildprüfung für ein gestempeltes Bild im JPEG-Komprimierungsformat zeigt.
10 eine funktionelle Übersichtsdarstellung ist, die die Entnahme des Wasserzeichenwertes aus einem eingegebenen Bildpixel zeigt.
11 ein Beispiel für eine Bildprobe ist.
12 ein Beispiel für ein DC-Koeffizentenbild des in 11 gezeigten Bildes ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bildprüfungsprozess, der den Inhalt eines Bildes prüft, das seit einem früheren Zeitpunkt, an dem das Bild gestempelt wurde, nicht verändert wurde. Der Bildprüfungsprozess empfängt ein Quellenbild und Stempelinformationen und fügt die Stempelinformationen in das Quellenbild ein und erzeugt so ein gestempeltes Bild. Mittels eines Schlüssels können die Informationen aus dem gestempelten Bild entnommen werden. Nach dem Einfügungsprozess entnimmt der Bildprüfungsprozess auf Basis des Schlüssels die Stempelinformationen aus dem gestempelten Bild, und das gestempelte Bild wird als beschädigt eingestuft, wenn die ursprünglichen Stempelinformationen nicht mit den entnommenen Stempelinformationen übereinstimmen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein System und ein Verfahren zum Prüfen eines Bildes anhand eines „unsichtbaren Wasserzeichens" bereit, das zur Überprüfung des Bildinhalts in ein Bild eingestempelt wird. Das Wasserzeichen besteht aus den Stempelinformationen, und der Bildstempelprozess verbindet das Wasserzeichen mit den Quellenbildwerten, ohne sichtbare Spuren des Wasserzeichens oder visuelle Fehler in dem Bild zu erzeugen. Mit anderen Worten, das Wasserzeichen kann nicht durch Augenschein wahrgenommen werden. Da das Wasserzeichen unsichtbar ist, wird es durch Änderungen des Bildes abgewandelt, anders als bei sichtbaren Merkmalen kann der Angreifer jedoch das in das Bild eingestempelte und abgewandelte unsichtbare Zeichen nicht wiederherstellen. Der Inhalt eines Bildes kann dann auf Echtheit überprüft werden. Außerdem kann das eingefügte Wasserzeichen, obwohl es unsichtbar ist, später entnommen werden und die Eigentumsinformationen zeigen.
Das System der vorliegenden Erfindung überprüft schnell, ob der Inhalt eines Bildes seit einem früheren Zeitpunkt, an dem der Inhalt dieses Bildes gestempelt wurde, nicht verändert worden ist. Das System besteht aus einem Stempelprozess, der auf Basis eines definierten Transformationsprozesses digitale Informationen, so genannte Stempelinformationen, in ein Quellenbild einfügt, um ein gestempeltes Bild zu erzeugen. Der Transformationsprozess ist durch einen Decodierungs-„Schlüssel" gekennzeichnet, mittels dessen ein Benutzer die Stempelinformationen als dem gestempelten Bild decodieren kann und der als Prüfschlüssel bezeichnet wird. Das System enthält auch einen Prüfprozess, der auf Basis eines durch den Prüfschlüssel gekennzeichneten Transformationsprozesses die Stempelinformationen aus einem gestempelten Quellenbild entnommen. Bei einer Ausführungsart der vorliegenden Erfindung sind die Stempelinformationen auch Informationen, die ein vorgegebenes Bild definieren, das als Wasserzeichen bezeichnet wird. Dieses Wasserzeichenbild ermöglicht einen visuellen Vergleich der beim Prüfprozess entnommenen Stempelinformationen mit den beim Stempelprozess verwendeten Stempelinformationen. Bei einer anderen Ausführungsart kann dieser Vergleich auch mittels eines Computeralgorithmus durchgeführt werden. Schließlich können die Stempelinformationen angezeigt werden, um die wahren Eigentumsverhältnisse eines gestempelten Bildes zu zeigen.
Die vorliegende Erfindung prüft schnell den Inhalt eines nicht veränderten Bildes durch Entnehmen der Stempelinformationen aus dem gestempelten Bild und durch deren Vergleich mit den während des Stempelns des Bildes eingefügten Informationen. Wird eine Übereinstimmung festgestellt, so wird das Bild als seit dem Zeitpunkt des Stempelns unverändert angesehen. Die vorliegende Erfindung enthält auch ein System zum Einfügen von Stempelinformationen in die Bildwerte eines Quellenbildes, ohne wahrnehmbare Veränderungen am Quellenbild zu verursachen. Deshalb können Stempelinformationen zu Prüfzwecken mittels des passenden Prüfschlüssels leicht und sicher entnommen werden, wobei die Stempelinformationen ohne den Prüfschlüssel nicht gewonnen werden können.
Bei dieser Ausführungsart der Erfindung werden durch den Prozess zum Einfügen der Stempelinformationen in die Quellenbild-Pixelwerte Fehler eingeführt und die Pixelwerte abgewandelt. Die eingeführten Fehler verursachen jedoch keine Verschlechterung der visuellen Bildqualität, da die Fehler durch einen Fehlerverteilungsprozess lokal verteilt werden. Außerdem werden die Stempelinformationen durch eine Verbindung der Quellenpixelwerte mit den eingeführten Fehlern eingefügt, und solche Informationen werden in verschiedenen Bitwerten versteckt, die sich jenseits des niedrigstwertigen Bit (LSB) befinden, sodass die Erfindung nicht den Nachteilen der LSB-Manipulation unterliegt und gegenüber Angriffen sicherer ist. Außerdem kann die Erfindung beim Prüfprozess die Bereiche ermitteln und lokalisieren, in denen das Bild abgewandelt wurde.
Die Stempelinformationen der vorliegenden Erfindung können die Form einer beliebigen Bitfolge annehmen. Bei der bevorzugten Ausführungsart wird für die Stempelinformationen ein Bild verwendet, das die Eigentumsinformationen in Form von Warenzeichen und grafischen Symbolen klar darstellt. Deshalb sind die Stempelinformationen auch ein Bild, das als „Wasserzeichenbild" bezeichnet wird. In den folgenden Beschreibungen ist der Begriff Wasserzeichenbild einer Form der Stempelinformationen gleichwertig, und daher werden die Begriffe untereinander austauschbar verwendet.
a) Übersicht über den Prozess zum unsichtbaren Stempeln von Bildern
Bei dem Prozess zum unsichtbaren Stempeln von Bildern wird in das Quellenbild S(I, J) das Wasserzeichenbild W(I, J) eingefügt, um ein gestempeltes Quellenbild SS(I, J) zu erzeugen (I und J sind ganze Zahlen, die den Ort eines bestimmten Wertes in einer Matrix angeben und zum Beispiel die I-te Spalte und die J-te Zeile darstellen). Dann wird jedes Pixel in dem Quellenbild bearbeitet. Bei der Bearbeitung wird eine Wasserzeichen-Entnahmefunktion WX(*) auf ein ausgewähltes Pixel angewendet und der entnommene Wasserzeichenwert geprüft, um zu ermitteln, ob dieser gleich dem Wert des einzufügenden Wasserzeichens ist. Wenn beide gleich sind, wird die Bearbeitung beim nächsten Pixel fortgesetzt. Wenn sie ungleich sind, wird der Wert des ausgewählten Pixels so lange abgewandelt, bis der wert des entnommenen Wasserzeichens gleich dem einzufügenden Wasserzeichens ist; dabei werden die hierfür erforderliche Veränderung berechnet und die Auswirkungen dieser Veränderung mittels der Fehlerverteilung auf die noch nicht bearbeiteten Pixel übertragen. Dieser Prozess wird so lange wiederholt, bis jedes Pixel in dem Quellenbild gestempelt worden ist. Zusammen mit dem gestempelten Bild wird ein Prüfschlüssel erzeugt, die beide das Endergebnis darstellen.
b) Überblick über den Prozess der Bildprüfung
Beim Prozess der Bildprüfung wird aus dem gestempelten Quellenbild (SS(I, J) ein Wasserzeichenbild EW(I, J) entnommen. Diese Entnahme beginnt mit dem Berechnen der Wasserzeichen-Entnahmefunktion WX(*) aus dem Prüfschlüssel und wendet die Funktion auf jedes Pixel SS(I, J) an, um das Wasserzeichenpixel EW(I, J) zu erzeugen. Der Prozess der Wasserzeichenentnahme wird so lange wiederholt, bis jedes Pixel in dem gestempelten Quellenbild bearbeitet worden ist. Das Ergebnis ist ein entnommenes Wasserzeichenbild. Dieses Bild kann visuell oder numerisch mit dem ursprünglichen Wasserzeichenbild verglichen werden, um Veränderungen und Unstimmigkeiten in dem gestempelten Bild festzustellen.
c) Prüfen und Stempeln von JPEG-komprimierten Bildern
Ein hochauflösendes digitales Bild kann sehr viel Speicherplatz beanspruchen und höhere Übertragungskosten verursachen. Sehr wahrscheinlich werden viele dieser Bilder in komprimierter Form nach dem JPEG-Komprimierungsstandard weiterverbreitet. Durch das direkte Komprimieren von Bildern mit eingefügten Stempelinformationen oder Wasserzeichen werden die meisten Wasserzeichen zerstört, da der Quantifizierungsprozess in den Komprimierungsverfahren die meisten Pixelwerte verändert. Bei der bevorzugten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung wird auch ein Schema bereitgestellt, durch das der Prozess des unsichtbaren Stempelns von Bildern und der Prozess der Bildprüfung von Bildern durchgeführt werden kann, die mit Datenformaten der JPEG-Kompression codiert sind. Die Stempelinformationen können direkt in den vorliegenden JPEG-komprimierten Bilddatenstrom eingefügt werden, ohne das Bild vollständig zu dekomprimieren. Ebenso kann die Bildprüfung direkt mit dem JPEG-komprimierten Bild erfolgen, ohne dass das komprimierte Bild zuerst vollständig dekomprimiert und dann der Inhalt geprüft werden muss. Die Bildprüfung und das Einfügen unsichtbarer Stempel in JPEG-komprimierte Quellenbilder erfolgt durch Entnahme der DC-Koeffizienten aus dem JPEG-Bilddatenstrom, um ein DC-Koeffizientenbild zu bilden und die Bildprüfung und das Einfügen der Stempel an dem DC-Koeffizientenbild durchzuführen. Die gestempelten DC-Koeffizienten werden dann wieder zu dem komprimierten Datenstrom zurückcodiert, der dem Datenformat gemäß JPEG-Standard entspricht.
Fehlerverteilung
Bei der bevorzugten Ausführungsart wird das Bild durch Einführen von Fehlern gestempelt, die dann verlaufend in die Fläche verteilt werden. Diese Verteilung erfolgt, indem der Fehlerverteilungsprozess geändert und angepasst wird.
Fehlerverteilungsverfahren für Halbtonbilder sind in der Technik bekannt. Ein Verfahren wird von Robert Floyd und Louis Steinberg beschrieben in „An Adaptive Algorithm for Spatial Gray Scale", 1975, SID International Symposium, Digest of Technical Papers, S. 36 bis 37. Zahlreiche Varianten der Fehlerverteilung werden auch in dem Buch „Digital Halftoning", Cambridge, Massachusetts, MIT Press, 1987, beschrieben.
Die Fehlerverteilung beginnt damit, dass die verteilten Fehler e_i,j an jeder Pixelposition gleich null sind. Mathematisch wird dies wie folgt beschrieben: e_i,j = 0∀_i,j. Die Eingabepixel werden der Reihe nach bearbeitet, wobei zuerst ein ausgewähltes Pixel an einer ersten oder Anfangspixelposition bearbeitet wird, auf das die verteilten Fehler bezogen werden, und dann die übrigen Pixel wie folgt bearbeitet werden:

1. Der geänderte Pixelwert mp_ij wird als Summe des Eingabepixelwertes ip_ij und des Wertes des verteilten Fehlers an dieser Pixelposition berechnet. Mathematisch wird dies wie folgt beschrieben. mpij = ipij + eij.
2. Der Ausgabepixelwert op_ij wird als einer der möglichen Ausgabewerte q_t ausgewählt, der sich unweit des geänderten Pixelwertes befindet. Mathematisch wird dies wie folgt beschrieben: opij = Q(mpij),wobei Q(x) einen der unweit x erreichbaren Ausgabewerte q_t auswählt.
3. Der Quantifizierungsfehler wird nun durch dij = mpij – opij beschrieben.
4. An noch nicht bearbeiteten Pixelpositionen werden die verteilten Fehler um Beträge erhöht, die dem Quantifizierungsfehler an dieser Pixelposition proportional sind, was durch el+rj+s = ei+rj+s + cr,sdij beschrieben wird, wobei gilt: Σc_r,s = Υ.

Viele Unterschiede der verschiedenen Fehlerverteilungsverfahren beruhen auf der unterschiedlichen Auswahl der Verteilungskoeffizienten c_r,s, die oben in Schritt 4 verwendet werden. Zum Beispiel sind die Koeffizienten in dem oben erwähnten Artikel von Floyd und Steinberg Konstanten, während man ein Beispiel für die Verwendung von Zufallsvariablen als Koeffizienten in der US-Patentschrift 4 654 721 „System for Reproducing Multi-Level Digital Images on a Bi-Level Printer of Fixed Dot Size", Gerald Goertzel und Gerhard R. Thompson am 31. März 1987 erteilt, findet, die hier durch Bezugnahme einbezogen wird.
System zur Bildprüfung
1 ist ein Blockschaltbild des Systems zum Ausführen der Prozesse zum unsichtbaren Stempeln und zum Verteilen von Bildern, das zur Verwendung gemäß einer Ausführungsart der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Es werden der Prozess des unsichtbaren Stempelns von Bildern zusammen mit dem Speicher- und Verteilungssystem veranschaulicht, das zur Verwendung gemäß einer Ausführungsart der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Bei dem Prozess des unsichtbaren Stempelns von Bildern werden in Block 103 das Quellenbild 101 und die Stempelinformationen 100 zusammengefügt, um ein gestempeltes Quellenbild 104 zu erzeugen. Ebenfalls wird ein Prüfschlüssel 105 erzeugt. Das gestempelte Quellenbild 104 sollte in der Wahrnehmung dem Quellenbild 101 nahezu identisch sein, obwohl die Stempelinformationen 100 in das Bild eingefügt wurden. Mit anderen Worten, die Stempelinformationen sind unsichtbar und direkt in die ursprünglichen Bildwerte versteckt worden. Der Stempelprozess wird in einem digitalen Computer 102 durchgeführt. Der in Block 103 gezeigte Prozess zum unsichtbaren Stempeln wird in den folgenden Abschnitten ausführlich beschrieben und in den 5, 6 und 7 veranschaulicht.
Die gestempelten Bilder können in einem Bildarchiv 106 gespeichert und anschließend durch den Bildserver 108 abgerufen werden. Die Prüfschlüssel werden in dem gesicherten Speicher 107 gespeichert. Der Server steuert die gestempelten Bilder und verteilt sie auf Anforderung über die Computernetze 109, die lokale Netze oder Weitverkehrsnetze wie das Internet sein können, an einzelne mit dem Netz verbundene Computersysteme 110. Der Server steuert auch den Zugriff auf die Prüfschlüssel und verteilt den richtigen Schlüssel an den berechtigten Client eines bestimmten Bildes. Die Stempelinformationen können mittels der richtigen Prüfschlüssel entnommen und in den Computersystemen der Clients gezeigt werden.
a) Prozess der Bildprüfung
2 zeigt die funktionelle Übersichtsdarstellung des Prozesses der Bildprüfung in dem Serversystem 108. Der Server 108 prüft die Integrität der in dem Archiv 106 gespeicherten Bilddaten. Diese Prüfung erfolgt, indem zuerst ein gestempeltes Bild 104 aus dem Archiv ausgewählt und der entsprechende Prüfschlüssel 105 des gestempelten Bildes von den Schlüsseln 107 aus dem gesicherten Speicher abgerufen wird; diese beiden Informationen werden dann zur Bearbeitung in die Recheneinheit eingelesen. während des Prüfprozesse werden das gestempelte Quellenbild und der Prüfschlüssel in Block 201 bearbeitet, um die in das Bild eingefügten Stempelinformationen zu entnehmen. Die entnommenen Stempelinformationen 202 und die dem Server bekannten Stempelinformationen 100 werden dann in Block 203 miteinander verglichen. Wenn eine Übereinstimmung festgestellt wird, wird das Bild als seit dem Stempeln unverändert angesehen. Das Prüfergebnis dient dann in Block 204 dazu, die Integrität des Inhalts zu bestätigen bzw. geeignete Maßnahmen zu ergreifen, wenn festgestellt wurde, dass der Inhalt verändert worden ist. Solche Maßnahmen können beim Server das Benachrichtigen des Systemadministrators über einen möglichen Missbrauch sowie das Einschränken des Zugriffs auf Bilder beinhalten, bei denen die Integrität des Inhalts gerade geprüft wird. Dann aktualisiert der Server in Block 205 den aktuellen Bildindex und fährt damit fort, rekursiv ein neues Bild für die Prüfung auszuwählen.
3 zeigt die funktionelle Übersichtsdarstellung des Prozesses zur Bildprüfung in dem Client-Computersystem 110. Der Prüfprozess ähnelt bis auf einige Abweichungen dem in 2 gezeigten Prozess. (Die Blocknummern in 2, die identische Funktionalitäten zeigen, sind in Klammern angegeben.) Das System empfängt das gestempelte Bild 104 und den entsprechenden Prüfschlüssel 105 vom Server. Das gestempelte Bild und der Prüfschlüssel werden dann in Block 301 (201) bearbeitet, um die eingefügten Stempelinformationen zu entnehmen.
Die entnommenen Stempelinformationen 302 (202) können angezeigt werden, um die Eigentumsinformationen in Block 303 auf dem Computerbildschirm darzustellen. Die dargestellten Stempelinformationen (in Form eines Wasserzeichenbildes) können dann in Block 304 zur visuellen Begutachtung verwendet werden, um festzustellen, ob das Bild vollständig oder teilweise abgewandelt worden ist. Wenn das Bild nicht abgewandelt worden ist, können die Stempelinformationen in Block 305 zur späteren Verwendung gespeichert werden, sodass es möglich ist, das Bild nach Empfang periodisch zu überprüfen, indem die nach der ersten Entnahme in Block 305 gespeicherten Stempelinformationen mit den soeben in Block 306 entnommenen Stempelinformationen (203) verglichen werden, um eine Übereinstimmung herauszufinden. Stellt sich bei dem Vergleich eine Abweichung heraus, kann das System in Block 307 (204) geeignete Maßnahmen ergreifen, um gegen verletzende Eingriffe vorzugehen.
Beim Prüfprozess werden das gestempelte Quellenbild und der Prüfschlüssel in den Blöcken 201 und 301 bearbeitet, um entnommene Stempelinformationen zu erzeugen. Die Entnahme der Stempelinformationen (z. B. des Wasserzeichenbildes) aus dem gestempelten Bild wird hier unter Bezug auf eine Transformationsfunktion beschrieben, die als „Wasserzeichenentnahmefunktion" bezeichnet wird. Der Prozess des Stempelns des Quellenbildes erfolgt jedoch mittels der beim Entnahmeprozess verwendeten inversen Transformationsfunktion.
Das Flussdiagramm der bevorzugten Ausführungsart des in den Blöcken 201 und 301 gezeigten Entnahmeprozesses wird in 4 veranschaulicht. Das Wasserzeichenbild EW(I, J) soll aus dem gestempelten Quellenbild SS(I, J) entnommen werden. Die Bearbeitung beginnt in Block 401 mit dem Berechnen der Wasserzeichenentnahmefunktion WX(*) aus dem Prüfschlüssel in Schritt 402 und wird in Schritt 403 mit dem Initialisieren der Pixelindizes I und J für die Indizes des ersten zu bearbeitenden Pixels fortgesetzt.
Die Wasserzeichenentnahmefunktion wird dann in Schritt 404 auf das Pixel SS(I, J) angewendet, um das entnommene Wasserzeichen an diesem Pixel EW(I, J) zu erzeugen: EW(I, J) = WX(SS(I, J)).
Die Pixelindizes werden dann in Schritt 405 auf die Indizes des nächsten zu bearbeitenden Pixels erhöht und dann in Schritt 406 geprüft. Wenn alle Pixel des gestempelten Quellenbildes bearbeitet worden sind, ist der Prozess der Wasserzeichenentnahme in Schritt 407 abgeschlossen; wenn noch nicht alle Pixel in dem gestempelten Quellenbild bearbeitet worden sind, wird die Wasserzeichenentnahmefunktion auf das nächste Pixel 404 angewendet, die Pixelindizes werden in Schritt 405 erneut aktualisiert und die Indizes in Schritt 406 wiederum geprüft, um festzustellen, ob alle Pixel in dem gestempelten Quellenbild bearbeitet worden sind.
In 10 sind eine bevorzugte Ausführungsart der vorliegenden Erfindung, die in Schritt 402 die Berechnung der Wasserzeichenentnahmefunktion realisiert, und der Prozess der Wasserzeichenentnahme in Schritt 404 gezeigt. Bei einem gestempelten Farbbild SS(I, J) enthält jedes Pixel (I, J) des Bildes drei Farbkomponentenwerte SS_R(I, J), SS_G(I, J) und SS_B(I, J) für die Intensitäten der roten, grünen bzw. blauen Farbe. Bei einem gestempelten einfarbigen Bild enthält jedes Pixel (I, J) wünschenswerterweise nur einen Farbintensitätswert, und zwar SS(I, J). Die Wasserzeichenentnahmefunktion WX(*) ist eine Funktion, die in Schritt 402 auf Basis des Prüfschlüssels berechnet wird. Dies lässt sich durch die Formel EW(I, J) = WX(SS_R(I, J), SS_G(I, J), SS_B(I, J)) ausdrücken, in der WX(*) eine Transformationsfunktion sein kann, die in der Lage ist, einen Eingabewert (d. h. den Intensitätswert des Pixels) in einen binären Ausgabewert umzuwandeln; dabei ergibt sich die Transformationsfunktion durch den Prüfschlüssel.
Bei der bevorzugten Ausführungsart wird für jeden Farbintensitätswert eines Pixels eine andere Transformationsfunktion verwendet, wobei jede Transformationsfunktion für eine einzelne Farbkomponente als Farbkomponenten-Transformationsfunktion bezeichnet wird. Bei einem Farbbild wird eine Gruppe von drei Farbkomponenten-Transformationsfunktionen benötigt, und zwar F_R(*), F_G(*) und F_B(*); bei einem einfarbigen Bild wird nur eine benötigt, und zwar F(*). Mit anderen Worten, F(*), F_R(*), F_G(*) und F_B(*) können jeweils einen Eingabewert (den Intensitätswert des Pixels) in einen binären Ausgabewert transformieren.
Diese unterschiedlichen Transformationsfunktionen werden in Form binärer Nachschlagetabellen (LUT) realisiert, in denen die Pixelwerte als Index für einen Tabelleneintrag dienen und der Tabelleneintrag einen 1-Bit-Ausgabewert (,0' oder ,1') ausgibt. In diesem Fall bezieht sich der Prüfschlüssel auf eine Gruppe binärer Nachschlagetabellen (LUT) (drei Tabellen für ein Farbbild und eine Tabelle für ein einfarbiges Bild), und kann bei der beispielhaften Ausführungsart eine Zahl (hier als Ursprungswert bezeichnet) sein, die in einen bekannten zyklischen Funktionsgenerator eingegeben werden kann, um die Gruppe binärer Nachschlagetabellen zu erzeugen.
Jede binäre LUT der vorliegenden beispielhaften Ausführungsart wird wie folgt erzeugt. Zuerst beträgt der Tabelleneintrag eines Index entweder ,1' oder ,0', der zufällig gebildet wird. Zum Beispiel kann ein Pseudozufallszahlengenerator verwendet werden, um die Tabelleneinträge als Zufallszahlen mit einer Zufallszahlenverteilung zu erzeugen. Diese Pseudozufallszahlengeneratoren verwenden, wie in der Technik bekannt, zyklische Funktionen, die eine als „Ursprungswert" bezeichnete Eingabezahl empfangen und dann rekursiv einen Zufalls-Ausgabewert erzeugen. Bei einer Ausführungsart der vorliegenden Erfindung werden die Funktionssubroutinen srand( ) und rand( ) der Standardbibliothek der Programmiersprache C verwendet. Für jeden Zufalls-Ausgabewert wird der Tabellenwert auf ,0' gesetzt, wenn der Zufalls-Ausgabewert gerade ist, und auf ,1', wenn der Zufalls-Ausgabewert ungerade ist. Die Zufallswerte der Tabelleneinträge können jedoch wie dem Fachmann bekannt auch auf andere Weise erzeugt werden; zum Beispiel durch Verwendung von Werten, die durch lineare Rückkopplungs-Schieberegister erzeugt wurden, durch Werte aus Zufallszahlentabellen oder andere orthogonale Funktionsfolgen.
Der Schritt 404 der Wasserzeichenentnahme wird in 10 veranschaulicht. Bei einem gestempelten Bildpixel SS(I, J) 1001 dient der Intensitätswert jeder Farbkomponente SS_R(I, J), SS_G(I, J) und SS_B(I, J) als Index für die entsprechende Nachschlagetabelle (LUT), und zwar für die Nachschlagetabellen LUT_R, LUT_G bzw. LUT_B (gezeigt in Block 1002) für die Farben rot, grün bzw. blau. Der Tabelleneintrag für jeden Index wird als Ausgabewert gelesen. Für jede Farbe wird ein 1-Bit-Ausgabewert (,0' oder ,1') aus der Tabelle erhalten, und zwar V1, V2 bzw. V3. Diese drei Ausgabebits werden dann in Schritt 1003 der XOR-Operation (exklusives ODER) unterzogen, um in Schritt 1005 den endgültigen gewünschten Bitwert EW(I, J) des Wasserzeichens für das Pixel (I, J) zu ergeben. Dies wird für ein gestempeltes Farbbild mittels des Operators ⊕ für das exklusive ODER mathematisch wie folgt beschrieben: EW(I, J) = LUTR(SSR(I, J) ⊕ LUTG(SSG(I, J) ⊕ LUTB(SSB(I, J).(für ein einfarbiges Bild gilt: EW(I, J) = LUT(SS(I, J)). Wenn ein Bildpixel SS* zum Beispiel die Farbintensitätswerte
SSR* = 134, SSG* = 255, SSB* = 255; und
LUT_R(134) = 0, LUT_G(255) = 0, LUT_B(255) = 1;
dann ergibt sich für den entnommenen Wasserzeichenwert EW* von SS* EW* = 0 ⊕ 0 ⊕ 1 = 1.
Bei dem obigen Beispiel ist die Wasserzeichenentnahmefunktion WX(*) die Kombination der XOR-Funktion und der durch die LUTs in Schritt 1003 gegebenen Transformationsfunktionen. Als Wasserzeichenentnahmefunktion können viele andere mögliche Transformationsfunktionen und Kombinationen von Transformationsfunktionen realisiert werden.
Der in den Blöcken 203 und 306 gezeigte Vergleich der entnommenen Wasserzeichenwerte EW(I, J) und der Wasserzeichenbildwerte W(I, J) kann automatisch wie folgt durchgeführt werden: für jedes Pixel (I, J) wird die Differenz der Absolutwerte zwischen EW(I, J) und W(I, J) aufgezeichnet. Bei binären Wasserzeichenwerten kann dies entweder eine ,0' sein, wenn die beiden Werte übereinstimmen, oder eine ,1', wenn die beiden werte nicht übereinstimmen. Die Differenzen der Absolutwerte für alle Pixel werden addiert, und wenn die Summe einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, wird das gestempelte Bild als verändert angesehen. Es können auch andere automatische Vergleichsalgorithmen realisiert werden.
Prozess des unsichtbaren Stempelns von Bildern
In 5 ist die funktionelle Übersichtsdarstellung veranschaulicht, die eine Ausführungsart des Prozesses zum unsichtbaren Stempeln von Bildern zeigt. Diese Darstellung beschreibt ausführlich die Funktionskomponenten von Block 103 in 1. In den 6 und 7 ist ein Flussdiagramm der Prozessschritte gezeigt, dessen Einzelheiten in späteren Abschnitten dargestellt werden.
In der Übersicht besteht der Prozess des Einfügens der Stempelinformationen in Form eines Wasserzeichenbildes 510 in ein Quellenbild 511 S(I, J) zum Erzeugen eines gestempelten Quellenbildes 513 SS(I, J) ohne Hinterlassung sichtbarer Spuren aus mehreren Hauptkomponenten, die in den Blöcken 502, 503, 505, 506 und 509 veranschaulicht werden.
Um einen Bildausschnitt eines gestempelten Bildes überprüfen zu können, werden bei einer Ausführungsart der vorliegenden Erfindung die Stempelinformationen, nämlich das Wasserzeichenbild, in mindestens einen Teil und möglicherweise in mehrere Teile eines Quellenbildes eingefügt. Bei vielen Anwendungen unterscheidet sich das Wasserzeichenbild in der Größe von dem Quellenbild, meist ist es wesentlich kleiner. Daher muss das Wasserzeichenbild in Block 509 auf dieselbe Größe gebracht werden wie das Quellenbild, sodass jedes Pixel des Quellenbildes die Wasserzeicheninformationen aufnehmen kann. Bei der vorliegenden bevorzugten Ausführungsart erfolgt die Größenanpassung durch Vervielfachung eines Wasserzeichenbildes, das kleiner ist, sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung bis zur Größe des Quellenbildes (der außerhalb des Randes des Quellenbildes liegende Teil des vervielfachten Wasserzeichenbildes wird abgeschnitten). Das in seiner Größe angepasste Wasserzeichenbild, das nun dieselbe Größe wie das Quellenbild hat, wird im restlichen Teil der vorliegenden Beschreibung mit W(I, J) bezeichnet und als Wasserzeichenbild behandelt.
Der Funktionsblock 502 zeigt die Erzeugung des Prüfschlüssels und einer Gruppe von Funktionen zum Entnehmen des Wasserzeichenwertes aus einem Pixel, sodass der Entnahmeprozess ohne den richtigen Schlüssel abgesichert ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsart kann der Prüfschlüssel wie in Block 402 beschrieben eine Gruppe von Nachschlagetabellen (LUTs) oder eine Zahl und ein bekannter Funktionsgenerator der Zahl sein, der zum Erzeugen der gewünschten Gruppe binärer LUTs verwendet werden kann. Um den Schlüssel zu erzeugen, wird ein Zufallszahlengenerator 501 verwendet, um eine Zufallszahlenfolge zu erzeugen, so dass dann jede Zahl durch eine bekannte Funktion in einen Bitwert transformiert werden kann, wobei jeder Bitwert als Eintrag in die binären LUTs eingetragen wird, die als Prüfschlüssel 512 dienen. Bei einem farbigen Quellenbild werden drei binäre LUTs und bei einem einfarbigen Quellenbild eine binäre LUT benötigt. Bei einem anderen Ansatz kann der Zufallszahlengenerator 501 eine Ursprungszahl erzeugen, die als Schlüssel 512 dient und in einen bekannten zyklischen Funktionsgenerator eingegeben werden kann, der die erforderlichen binären LUTs erzeugt.
Da eine Gruppe von Nachschlagetabellen nach dem Zufallsprinzip erzeugt wird, besteht die Möglichkeit, dass die Tabelleneinträge viele aufeinanderfolgende Einträge mit demselben Wert enthalten können. Dies kann dazu führen, dass die Pixel beim Erzeugen des gewünschten Ausgabebitwertes während des Stempelprozesses einen höheren Ordnungsgrad einnehmen, wodurch in dem gestempelten Bild unerwünschte Spuren auftreten können. Deshalb schränkt eine weitere Ausführungsart der vorliegenden Erfindung die Anzahl der aufeinanderfolgenden Einträge mit demselben Wert ein, um der möglicherweise starken Häufung eines Pixelwertes (und folglich der Pixelintensität) vorzubeugen. Bei dieser Ausführungsart der Erfindung werden die Nachschlagetabellen bearbeitet, damit die Anzahl aufeinanderfolgender gleicher Werte der Tabelleneinträge nicht zu groß wird. Bei der beschriebenen beispielhaften Ausführungsart beträgt die maximal zulässige Anzahl aufeinanderfolgender gleicher Werte der Tabelleneinträge 4 oder 5.
Die binären LUTs dienen wie in Block 503 gezeigt als binäre Transformationsfunktionen für die Berechnung von Wasserzeichenwerten des Quellenbildpixels 511 S(I, J). Die Berechnung oder Entnahme der Wasserzeichenwerte ist in ihrer Funktionalität der Berechnung in Block 404 von 4 identisch, die in den vorangehenden Abschnitten ausführlich beschrieben worden ist. Der einzige Unterschied besteht darin, dass als Eingabewert nicht die gestempelten Pixelwerte, sondern die Quellenbild-Pixelwerte (S(I, J) dienen. Bei einem farbigen Quellenbildpixel S(I, J) werden die drei Farbkomponentenwerte für rot, grün und blau durch S_R(I, J), S_G(I, J) bzw. S_B(I, J) bezeichnet, und die Gruppe der durch die drei LUTs bereitgestellten drei Transformationsfunktionen sind LUT_R(*), LUT_G(*) bzw. LUT_B(*). Bei einem einfarbigen Bild wird der Intensitätswert des Pixels durch S(I, J) bezeichnet, und die durch die binäre LUT bereitgestellte Transformationsfunktion ist LUT(*). Die Wasserzeichenentnahmefunktion WX(*) ist eine Funktion der Transformationsfunktionen. Für jedes Pixel (I, J) wird der entnommene Wasserzeichenwert EW(I, J) wie folgt berechnet: mit ⊕ als XOR-Operator ist EW(I, J) = LUTR(SR(I, J)) ⊕ LUTG(SG(I, J)) ⊕ LUTB(SB(I, J)für ein farbiges Quellenbild und EW(I, J) = LUT(S)I, J) für ein einfarbiges Bild.
Der berechnete Wert des Wasserzeichens eines Quellenbildpixels wird dann in dem in Block 504 gezeigten Vergleichsprozess mit dem gewünschten Wert in dem Wasserzeichenbild W(I, J) mit der angepassten Größe verglichen, um zu erkennen, ob die Werte gleich oder ungleich sind.
Der Gateway 507 steuert den aus zwei Teilen bestehenden Iterationsprozess der Pixeländerung. In dem ersten Teil wird in Schritt 505 jeder Quellenbildpixelwert so abgewandelt, dass der berechnete Wasserzeichenwert gezwungen wird, den gewünschten Wert in dem entsprechenden Pixel in dem Wasserzeichenbild anzunehmen, wenn bei der ersten Prüfung keine Übereinstimmung der Wasserzeichenwerte gefunden wird. Zur Abwandlung des Pixels dürfen die durch Änderung eingefügten Fehler in dem gestempelten Bild keine sichtbaren Strukturen erzeugen, und die Fehler werden daher mit vorgegebener langsam zunehmender Stärke eingeführt, damit sich die Intensitätswerte des Bildpixels allmählich ändern. Deshalb kann der Prozess der Pixeländerung mehrere Iterationsschritte benötigen. Der Wasserzeichenwert des geänderten Pixels wird in Block 508 bei jedem neuen Iterationsschritt zur Fehleranpassung neu berechnet, um zu prüfen, ob der in Block 508 neu berechnete Wert mit dem gewünschten Wert in Block 504 übereinstimmt. Sobald der berechnete Wasserzeichenwert mit dem gewünschten Wasserzeichenwert übereinstimmt, hält die Iteration im zweiten Teil an, und die im Schritt der Pixelwertabwandlung eingeführten Fehler werden dann in Block 506 so auf die benachbarten Pixel ausgeweitet, dass bei den benachbarten Pixeln konstante mittlere Farbintensitätswerte beibehalten werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsart werden bei einem Farbbildpixel die drei Farbwerte des Pixels abgewandelt. Die Pixel müssen so geändert werden, dass die Verschiebungen möglichst klein sind. Jeder Farbintensitätswert kann bei einem bestimmten Iterationsschritt geändert werden. Die Anpassung beginnt bei dem Wert +1 oder –1, der bei den nachfolgenden Iterationsschritten allmählich zunimmt. Das aktuelle Ausmaß der Anpassungen jeder Farbkomponente wird protokolliert, um sicherzustellen, dass die quantitative Änderung allmählich zunimmt. Das maximale Ausmaß der Anpassung wird überwacht, um sicherzustellen, dass die Änderung keinen deutlichen Unterschied der visuellen Bildqualität bewirkt.
Die Auswahl der bei einem bestimmten Iterationsschritt zu ändernden Farbe kann anhand vordefinierter Tabellen oder durch Einbeziehung von Zufallszahlengeneratoren in den Auswahlprozess erfolgen. Der Vorteil der Verwendung von Zufallszahlengeneratoren besteht darin, dass sich die Änderungen auf alle drei Farben erstrecken und sich nicht für eine Mehrheit von Pixeln auf eine bestimmte Farbe konzentrieren. Dieser Effekt ist besonders bei der Codierung synthetischer Bilder anzutreffen, bei denen eine große Fläche aus gleichen Intensitätswerten bestehen kann. Ein systematisches Verfahren zur Auswahl der zu ändernden Pixel kann zu einer Konzentration auf die Änderung eines bestimmten Farbkomponente in einem Bild führen und ist daher weniger wünschenswert. Auch die Auswahl der Vorzeichen (+ oder –) für das Ausmaß der Anpassung erfolgt für jedes Pixel nach dem Zufallsprinzip, um die örtlich erzeugten Fehler anzugleichen.
Bei einem einfarbigen Bild stellt die Pixeländerung eine einfache Anpassung des bei der Änderung von Farbpixeln verwendeten Verfahrens dar:
die allmählichen Anpassungen der Pixelwerte werden anstatt auf drei Farbkomponenten nur auf eine Intensitätskomponente beschränkt.
Die durch die oben beschriebene Pixelwertänderung erzeugten Fehler werden dann in Block 506 ausgeweitet, sodass die mittleren Bildintensitätswerte erhalten bleiben; dadurch wird die richtige Durchschnittsfarbe erzeugt, da die Fehler örtlich über ein Bild ausgeweitet werden, um die Änderungen anzugleichen.
Die Fehlerverteilung wird üblicherweise zum Angleichen der Farbübergänge um benachbarte Pixel herum bei der Umwandlung von Echtfarben in begrenzte Farbpaletten angewendet. Der Prozess erzeugt Farbbilder von hoher Qualität durch Hinzufügen natürlicher Form- und Farbübergänge anstelle abrupter Veränderungen. Die Fehlerverteilung wird in der Codierungseinheit aus verschiedenen Gründen angewendet, sodass sich die durch das Abwandeln der Pixelwerte erzeugten Fehler (was den Quantifizierungsfehlern beim Farbumwandlungsprozess gleichwertig ist) auf die benachbarten Pixel verteilen. Durch dieses Verfahren ist es möglich, die richtige mittlere Farbe beizubehalten und unerwünschte lokale Strukturen zu vermeiden. Die vorliegende Erfindung enthält eine Anpassung des oben beschriebenen Fehlerverteilungsprozesses, der für die speziellen Zwecke der Erfindung angepasst wird.
E(I, J) ist als der für eine gegebene Farbe des Pixels (I, J) verteilte Fehler definiert. E(I, J) wird für alle (I, J) auf 0 initialisiert. Für jedes Pixel (I, J) werden folgende Bearbeitungsschritte zur Fehlerverteilung durchgeführt:

1. Der aktuelle geänderte Pixelwert MP(I, J) ist die Summe des Quellenpixelwertes S(I, J) und des Wertes des verteilten Fehlers an der Pixelposition. Das heißt MP(I, J) = S(I, J) + E(I, J). (1)
2. Der Ausgabepixelwert SS(I, J) ist der abgewandelte und geänderte Pixelwert, der die zu den gewünschten Wasserzeichenwerten passenden Ausgabebits ergibt.
3. Der Ausgabefehler D(I, J) wird als Differenz zwischen dem aktuellen geänderten Pixelwert und dem Ausgabepixelwert berechnet: D(I, J) = P(I, J) – SS(I, J). (2)
4. An noch nicht bearbeiteten benachbarten Pixelpositionen werden die verteilten Fehler um die Beträge angepasst, die dem Ausgabefehler an der aktuellen Position proportional sind. Daher gilt für ein (R, S) E(I + R, J + S) ^ [E(I + R, J + S) + C(R, S)D(I, J). (3)

Durch Zusammenstellen der beiden Gleichungen (1) und (2) erhält man SS(I, J) = MP(I, J) – D(I, J) = S(I, J) + E(I, J) – D(I, J). (4)
Durch Beschränken der Summe der Diffusionskoeffizienten auf Σ_r,sC(R, S) = 1 erhält man ΣE(I, J) = ΣD(I, J). Durch Summieren (4) über alle (I, J) ergibt sich ΣSS(I, J) = ΣS(I, J). (5)
Dadurch wird gewährleistet, dass die mittleren Intensitätswerte erhalten blieben und die richtige mittlere Farbe erzeugt wird. Bei den drei Farben RGB wird der Fehlerverteilungsprozess für jede Farbe unabhängig ausgeführt, das heißt, dass auf die Intensitätswerte für rot (R), grün (G) und blau (B) derselbe Formalismus angewendet werden kann. Die Fehler können auch durch eine Abwandlung des Fehlerverteilungsprozesses mit gekoppelten Farben verteilt werden.
Bei unserer bevorzugten Ausführungsart werden die folgenden Verteilungskoeffizienten verwendet:
Bei einem einfarbigen Bild beschränkt sich die Verteilung der Fehler auf den Intensitätswert des Bildes und kann leicht aus dem oben beschriebenen Verfahren abgeleitet werden.
Wenn der Stempelprozess abgeschlossen ist, wird das gestempelte Bild 513 als Ausgabewert erzeugt und enthält die Stempelinformationen in seinen Pixelwerten. Zusätzlich zu dem gestempelten Ausgabebild 513 wird bei dem Prozess ein Prüfschlüssel 512 für den späteren Bildprüfungsprozess erzeugt.
6 zeigt ein Flussdiagramm des Prozesse zum Stempeln von Bildern gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Prozess der Bildstempelung beginnt in Schritt 601 und mit der Berechnung des Prüfschlüssels in Schritt 602, der Berechnung der Wasserzeichenentnahmefunktion WX(*) in Schritt 603 und der Initialisierung der Indizes I und J für das zu bearbeitende Pixel in Schritt 604. Das Pixel an der Position (I, J) wird dann in Schritt 605 bearbeitet, der einen iterativen Prozess darstellt, bei dem der Pixelwert an der Position (I, J) durch Einfügen von Fehlern und Verteilen der Fehler auf benachbarte Pixel geändert wird. Dieser Schritt wird in 7 ausführlicher veranschaulicht. Die Pixelindizes (I, J) werden in Schritt 608 auf die Indizes des nächsten zu bearbeitenden Pixels erhöht, und in Schritt 609 wird geprüft, ob das gesamte Quellenbild bearbeitet worden ist. Wenn das gesamte Quellenbild bearbeitet worden ist, ist das Stempeln des Bildes in Schritt 610 abgeschlossen; ansonsten fährt die Bearbeitung in Schritt 605 mit dem nächsten Pixel fort.
7 zeigt das Flussdiagramm des durch Schritt 605 beschriebenen Prozesses. In Schritt 701 wird für ein bestimmtes Quellenbildpixel S(I, J) und den Fehlerwert E(I, J) der geänderte Pixelwert MP(I, J) berechnet. In Schritt 702 wird mittels der Wasserzeichenentnahmefunktion aus dem Pixel MP(I, J) ein Wasserzeichenwert entnommen. Der Wert EW wird dann in Schritt 703 daraufhin geprüft, ob er gleich dem Wert W(I, J) des einzufügenden Wasserzeichens ist.
Wenn die beiden Werte EW und W(I, J) gleich sind, wird der Wert des Ausgabepixels SS(I, J) in Schritt 704 gleich S(I, J) gesetzt. Der Stempelprozess dieses Pixels an der Position (I, J) wird in Schritt 713 abgeschlossen.
Wenn die Werte EW und W(I, J) nicht übereinstimmen, wird die Bearbeitung fortgesetzt, indem in Schritt 705 die Funktion zur Berechnung des DELTA initialisiert, in Schritt 706 ein neuer DELTA-Wert berechnet, in Schritt 707 ein abgewandelter und geänderter Pixelwert MS berechnet und in Schritt 708 aus MS der Wasserzeichenwert EMW entnommen wird. EMW wird dann in Schritt 709 auf Gleichheit mit W(I, J) geprüft.
Wenn die Werte EMW und W(I, J) gleich sind, wird der Wert des Ausgabepixels in Schritt 710 auf den Wert von MS gesetzt und in Schritt 711 die Differenz zwischen MP(I, J) und MS berechnet. Die Differenz ist der in Schritt 712 zu verteilende Fehler. Das Stempeln des Bildpixels an der Position (I, J) wird in Schritt 713 abgeschlossen.
Wenn die beiden Werte EMW und W(I, J) ungleich sind, springt der Prozess zurück, um in Schritt 706 einen neuen DELTA-Wert zu berechnen, in Schritt 707 einen neuen MS-Wert zu berechnen, in Schritt 708 einen neuen EMW-Wert zu berechnen und in Schritt 709 EMW und W(I, J) erneut auf Gleichheit zu prüfen.
Die Differenz D(I, J) ist der Fehler, der auf die noch nicht bearbeiteten Pixel zu verteilen ist. Der verteilte Fehler E lautet für die benachbarten Pixel an den Positionen (I, J + 1) und (I + 1, J) E(I, J + 1) = C(0, 1)D(I, J) E(I + 1, J) = C(1, 0)D(I, J).
Bei der bevorzugten Ausführungsart sind C(0, 1) und C(1, 0) gleich 0,5. Im Folgenden wird ein Beispiel des Prozesses einer Ausführungsart der vorliegenden Erfindung beschrieben. Gegeben sei ein Bildpixel S* mit den Farbintensitätswerten (S*R, S*G, S*B) = S*und einem Fehlervektor E* an derselben Pixelposition mit den Farbintensitätswerten: (E*R, E*G, E*B) = E*;dann ergeben sich für
S*_R = 119, S*_G = 11, S*_B = 250;
E*_R = 1, E*_G = –1, E*_B = 0;
und
LUT_R(119) = 0, LUT_R(120) = 0, LUT_R(121) = 0;
LUT_G(9) = 0, LUT_G(10) = 0, LUT_G(11) = 1;
LUT_B(249) = 0, LUT_B(250) = 1, LUT_B(251) = 1;
die geänderten Pixelwerte zu MP* = S* + E* = (120, 10, 250);und der entnommene Wasserzeichenwert für MP* ist: EW* = WX(MP*) = 0 ⊕ 0 ⊕ 1 = 1.
Wenn der gewünschte Wasserzeichenwert W* gleich 0 ist, das heißt, wenn EW* # W* ist, ist MP* geändert. Zuerst wird DELTA auf (0, 0, 0) initialisiert. Dann wird ein neuer DELTA-Wert berechnet. Wenn DELTA = (1, 0, 0) ist, ergeben sich die geänderten Pixelwerte zu MS = MP* + DELTA = (121, 10, 250). EMW = WX(MS) = 0 ⊕ 0 ⊕ 1 = 1.
Da EWX ⊕ W* gilt, wird die Iteration fortgesetzt. Es wird ein neuer DELTA-Wert berechnet, beispielsweise DELTA = (0, 1, 0). MS = MP* + DELTA = (120, 11, 250). EMW = WX(MS) = 0 ⊕ 1 ⊕ 1 = 0.
Jetzt stimmt EMW mit W* überein, sodass SS* auf den Wert von MP* gesetzt wird und der Ausgabefehler D*, der in diesem Beispiel (0, –1, 0) beträgt, auf die benachbarten Pixel verteilt wird. Wenn EMW nicht mit W* übereinstimmt, wird ein neuer DELTA-Wert berechnet und die Iteration fortgesetzt.
Stempeln und Prüfen von JPEG-komprimierten Bildern
Die Vorrichtung und das Verfahren der beispielhaften Ausführungsart der Erfindung können auch zum Kennzeichnen von JPEG-komprimierten Bildern verwendet werden. Von jedem zu komprimierenden bzw. Eingabebild wird angenommen, dass es aus Pixeln besteht, die jeweils aus mehreren Farbkomponenten bestehen können. Zum Beispiel kann jedes Pixel aus drei Farbkomponenten bestehen: einer roten, einer grünen und einer blauen Komponente. Der Wert der C-ten Farbkomponente des Eingabebildpixels in der i-ten Zeile und der j-ten Spalte wird mit P(C, i, j) bezeichnet. Das Bild P(C, i, j) einer einzelnen Farbkomponente C wird als C-te Farbebene des Eingabebildes bezeichnet. Im Folgenden werden ein kurzer Überblick über die JPEG-Komprimierung und die Bearbeitungsschritte gegeben, in denen die Stempelinformationen in ein JPEG-komprimiertes Bild eingefügt werden und anschließend dessen Inhalt geprüft wird.
JPEG in seiner Grundform zerlegt jede Farbebene eines Bildes in nichtüberlappende Blöcke der Größe 8 mal 8 Pixel, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Wenn mit M die M-te Zeile der Blöcke, mit N die N-te Spalte der Blöcke, mit m die m-te Zeile von Pixeln in einem Block, mit n die n-te Spalte von Pixeln in einem Block bezeichnet wird und b(C, M, N, m, n) das (m, n)-te Pixel des (M, N)-ten Blocks der C-ten Farbebene ist, dann gilt b(C, M, N, m, n) = P(C, 8*M + m, 8*N + n),für 0 < m < 9, 0 < m < 9.
Dann transformiert JPEG die 64 Werte in einem Block mittels einer diskreten Kosinustransformation; 64 als Block zu 8 mal 8 angeordnete Transformationskoeffizienten werden erzeugt. Gemäß der diskreten Kosinustransformation führt JPEG einen Bearbeitungsschritt durch, bei dem jeder Koeffizient durch einen Skalarwert geteilt und das Ergebnis auf einen ganzzahligen Wert gebracht (gequantelt) wird. Bei einem späteren JPEG-Bearbeitungsschritt werden die gequantelten Transformationskoeffizienten mittels der Huffman-Codierung codiert.
Bezeichnet man den durch Transformation des Blocks b(C, M, N, m, n) erzeugten Block der diskreten Transformationskoeffizienten durch B(C, M, N, p, q), ist der DC-Koeffizient des Blocks B(C, M, N, 0, 0) gleich dem Mittelwert der 64 Werte des (M, N)-ten Blocks der C-ten Farbebene. Aus den DC-Koeffizienten wird das DC-Koeffizientenbild BD(C, M, N) zu BD(C, M, N) = B(C, M, N, 0, 0)definiert.
Die Größe des DC-Koeffizientenbildes beträgt in jeder Dimension ein Achtel des Eingabebildes. In 11 ist ein Beispielbild angegeben; das aus dessen grüner Farbebene erzeugte DC-Koeffizientenbild ist in 12 angegeben.
Um ein JPEG-Bild mittels des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zu kennzeichnen, werden durch die beispielhafte Ausführungsart der vorliegenden Erfindung die Stempelinformationen eingefügt und die Bearbeitung durchgeführt, nachdem JPEG die DC-Koeffizientenwerte berechnet hat. Durch diese Bearbeitung werden ein oder mehrere DC-Koeffizientenbilder genauso gekennzeichnet wie ein unkomprimiertes Bild. Nach dieser Kennzeichnung fährt die JPEG-Bearbeitung wie üblich mit dem Quantifizieren und der Entropiecodierung der Kosinustransformationskoeffizienten fort.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsart werden die mehreren DC-Koeffizientenwerte für die verschiedenen DC-Koeffizientenbilder an derselben Position (M, N) wie verschiedene Farbwerte behandelt, die zu einem Einzelpixel in einem mehrfarbigen DC-Koeffizientenbild gehören; in diesem Fall ist die Kennzeichnung der Kennzeichnung eines unkomprimierten Mehrfarbenbildes mit derselben Anzahl unterschiedlicher Farben gleich. Bei anderen beispielhaften Ausführungsarten werden ein oder mehrere DC-Koeffizientenbilder unabhängig von den DC-Koeffizientenbildern anderer Farbebenen gekennzeichnet.
8 ist die funktionelle Übersichtsdarstellung, die die bevorzugte Ausführungsart zum Durchführen der unsichtbaren Stempelung eines Quellenbildes im JPEG-Komprimierungsformat zeigt. Ausgehend von einem Quellenbild 801 kann dieses in Schritt 802 nach JPEG komprimiert und in eine Datenbitfolge gemäß dem JPEG-Standard codiert werden, die in Schritt 803 als JPEG-komprimiertes Bild bezeichnet wird. Direkt aus dem Bitstrom des komprimierten Bildes 803 erhält man in Block 804 die DC-Koeffizienten. Die DC-Koeffizienten werden anders als die DC-Koeffizienten im JPEG-Standard und von diesen getrennt codiert. Durch Kombination der entnommenen DC-Koeffizienten wird ein DC-Koeffizientenbild gebildet. Das DC-Bild stellt die Symbolversion des Ursprungsbildes dar und besitzt in jeder Dimension nur ein Achtel dessen Größe, wenn bei der JPEG-Komprimierung Blöcke zu 8 mal 8 verwendet werden. Das DC-Bild wird dann gemeinsam mit dem Wasserzeichen-Stempelbild 806, das dieselbe Größe wie das DC-Koeffizientenbild aufweist, als Eingabequellenbild für die oben erwähnte Bildstempelung 807 (103) behandelt. Ebenso wird ein Prüfschlüssel 809 erzeugt. In Schritt 808 wird durch den Stempelprozess ein gestempeltes DC- Koeffizientenbild erzeugt, und die Pixelwerte in dem DC-Bild werden geändert, um die Wasserzeicheninformationen einzufügen. Das bedeutet, dass die DC-Koeffizienten des komprimierten Bildes in Schritt 804 entsprechend geändert werden. Die geänderten DC-Koeffizienten werden in Block 810 neu codiert und in den JPEG-Datenstrom eingefügt, um ein gestempeltes JPEG-komprimiertes Bild 811 zu erzeugen.
9 ist die funktionelle Übersichtsdarstellung, die die Bildprüfung eines gestempelten Bildes im JPEG-Komprimierungsformat zeigt. Das Eingabebild ist ein gestempeltes JPEG-komprimiertes Bild 901, bei dem die Wasserzeicheninformationen in dessen DC-Koeffizienten eingefügt sind. Da der Datenstrom dieses gestempelten Bildes dem JPEG-Standard folgt, werden die DC-Koeffizienten in Block 902, der gleich dem Block 903 in 9 ist, direkt aus dem Datenstrom entnommen, um das DC-Koeffizientenbild 903 zu erzeugen, das die Stempelinformationen enthält. Dieses gestempelte DC-Koeffizientenbild wird gemeinsam mit dem entsprechenden Prüfschlüssel 905 als Eingabe für die Bildprüfung in Block 904 verwendet.
Bei den Varianten der JPEG-Verfahren, die die Farbwerte getrennt verarbeiten, beschränken sich die obigen Verfahren beim Einfügen des Wasserzeichenbildes und der nachfolgenden Entnahme für Prüfzwecke auf die Helligkeitswerte der Pixel.
Ein erwünschtes Hauptmerkmal der obigen beispielhaften Ausführungsart besteht darin, dass die Bildprüfung und das Stempeln direkt an einem JPEG-komprimierten Bild erfolgen kann, ohne dieses zuerst zu dekomprimieren und dann den Inhalt zu überprüfen. Das andere Merkmal besteht darin, dass die Wasserzeicheninformationen durch das direkte Einfügen der Informationen in den JPEG-Datenstrom beim JPEG-Komprimierungsprozess nicht verloren gehen, weil der Quantelungsschritt bei der JPEG-Komprimierung mit hoher Wahrscheinlichkeit die meisten Pixelwerte abwandelt, sodass ein großer Teil der eingefügten Wasserzeicheninformationen verloren gehen.

Claims

System zum Stempeln und zum Prüfen eines Quellenbildes mittels Stempelinformationen, wobei das Quellenbild eine Vielzahl von Quellenbildwerten aufweist und das System Folgendes umfasst: ein Bildstempelmittel zum Erzeugen eines gestempelten Bildes; ein Mittel zum Bilden eines Prüfschlüssels aus einem Ursprungswert und einer Transformationsfunktion, wobei die Ursprungs- und die Transformationsfunktion mindestens einer Nachschlagetabelle (look-up table, LUT) entsprechen; ein Transformationsmittel zum Transformieren jedes Wertes der Vielzahl der Quellenbildwerte gemäß der Transformationsfunktion und der mindestens einen LUT, um einen entsprechenden extrahierten Wert zu bilden; und ein Pixelabwandlungsmittel zum Abwandeln ausgewählter Werte aus der Vielzahl von Quellenbildwerten, deren extrahierter Wert nicht mit einem entsprechenden Teil der Stempelinformationen übereinstimmt, um einen entsprechenden abgewandelten Quellenbildwert mit einem abgewandelten extrahierten Wert zu erzeugen, der dem entsprechenden Teil der Stempelinformationen gleichwertig ist.
System nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: ein Bildextrahierungsmittel zum Empfangen des gestempelten Bildes, um unter Verwendung des Prüfschlüssels die Stempelinformationen gemäß der Transformationsfunktion zu extrahieren und extrahierte Stempelinformationen bereitzustellen; und ein Signalisierungsmittel zum Signalisieren, dass das gestempelte Bild beschädigt ist, wenn die Stempelinformationen und die extrahierten Stempelinformationen nicht im Wesentlichen gleichwertig sind.
System nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem der Prüfschlüssel einen Ursprungswert und das Bildstempelmittel ferner ein Tabellenerzeugungsmittel zum Erzeugen jedes Eintrags der mindestens einen LUT unter Verwendung eines Zufallszahlengenerators und des Ursprungswertes enthält.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Stempelinformation ein Wasserzeichenbild ist.
System nach einem der Ansprüche 2 bis 4, das Folgendes umfasst: ein Mittel zum Verknüpfen des Prüfschlüssels mit dem gestempelten Bild; und bei dem das Bildextrahierungsmittel ferner ein Mittel zum Extrahieren des Prüfschlüssels aus dem gestempelten Bild enthält.
System nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, bei dem das Quellenbild aus einer Vielzahl von Quellenpixelwerten und das Wasserzeichenbild aus einer Vielzahl von Wasserzeichenbild-Pixelwerten gebildet wird.
System nach Anspruch 6, bei dem: das Quellenbild mittels Stempelinformationen gestempelt wird, um ein entsprechendes geändertes Pixel zu bilden; das Bildstempelmittel ferner ein Mittel zum Festlegen einer Reihenfolge enthält, in der jeder Wert aus der Vielzahl von Quellenpixelwerten aufgerufen werden soll; und ein Mittel zur Fehlerverteilung, das Folgendes umfasst: ein Mittel zum Erkennen eines Quellenpixels und eines entsprechenden geänderten Pixels in dem Quellenbild, wobei das geänderte Pixel einen Fehlerwert enthält; ein Mittel zum Bestimmen eines Fehlerbetrages des geänderten Pixels, der als Differenz zwischen dem Wert des geänderten Pixels einschließlich des Fehlerwertes und des Wertes des entsprechenden Pixels in dem gestempelten Quellenbild definiert ist; und ein Mittel zur Verteilung des Fehlers des geänderten Pixels durch Bereitstellen eines Mittels zum Anpassen der auf das erkannte Quellenpixel folgenden benachbarten Quellenpixelwerte durch abnehmende Fehlerbeträge des geänderten Pixels, durch welches das entsprechende geänderte Pixel jedes benachbarten Quellenpixels so abgewandelt wird, dass der gesamte Anpassungsbetrag der benachbarten Pixelwerte dem Fehler des geänderten Pixels gleichwertig ist.
System nach Anspruch 7, bei dem die abgewandelten benachbarten Pixel ferner zum Aufnehmen von Stempelinformationen geändert werden.
System nach Anspruch 6, bei dem: das Quellenbild mit Stempelinformationen gestempelt wird, um ein entsprechendes geändertes Pixel zu bilden; das Bildstempelmittel ferner ein Mittel zum Festlegen einer Reihenfolge enthält, in der jeder Wert aus der Vielzahl von Quellenpixelwerten aufgerufen werden soll; und ein Fehlerverteilungsmittel, das Folgendes umfasst: ein Mittel zum Erkennen eines Quellenpixelwertes und eines entsprechenden geänderten Pixelwertes in dem Quellenbild, wobei der Quellenpixelwert einen Fehlerwert enthält; ein Mittel zum Bestimmen eines Fehlerbetrags des geänderten Pixels, der als Differenz zwischen dem Quellenpixelwert einschließlich des Fehlerwertes und dem entsprechenden geänderten Pixelwert definiert ist; und ein Mittel zur Verteilung des Fehlers des geänderten Pixels durch Anpassen der auf das erkannte Quellenpixel folgenden benachbarten Quellenpixelwerte durch abnehmende Fehlerbeträge des geänderten Pixels, wodurch das entsprechende geänderte Pixel jedes benachbarten Quellenpixels so abgewandelt wird, dass der gesamte Anpassungsbetrag der benachbarten Pixelwerte dem Fehler des geänderten Pixels gleichwertig ist.
System nach Anspruch 7 oder Anspruch 9, das ferner Folgendes umfasst: ein Mittel zum Wiederholen der Funktion des Erkennungsmittels, des Bestimmungsmittels und des Fehlerverteilungsmittels so lange, bis alle Quellenfehlerwerte erkannt und ihre Fehler verteilt sind, um ein gestempeltes Bild mit verteilten Fehlern bereitzustellen.
System nach einem der Ansprüche 2 bis 10, bei dem das Signalisierungsmittel ferner Folgendes umfasst: ein Mittel zum Speichern der eingestempelten Informationen und der extrahierten Stempelinformationen; ein Mittel zum Vergleichen der eingestempelten Informationen mit den extrahierten Stempelinformationen, um Vergleichsinformationen zu erzeugen; und ein Mittel zum Nachweisen der Beschädigung des extrahierten Quellenbildes anhand der Vergleichsinformationen und zum Anzeigen mindestens eines der Beschädigung entsprechenden Bereichs des extrahierten Quellenbildes.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das gestempelte Bild ein Bild aus der in einem ersten Speicher gespeicherten Vielzahl von gestempelten Bildern ist und jedes Bild aus der Vielzahl gestempelter Bilder einen entsprechenden Prüfschlüssel aufweist, wobei jeder Prüfschlüssel ein Schlüssel aus einer in einem zweiten Speicher gespeicherten Vielzahl von Schlüsseln ist.
System nach Anspruch 12, das ferner Folgendes umfasst: ein Mittel zum Auswählen des gestempelten Bildes aus der Vielzahl gestempelter Bildern in dem ersten Speicher; und ein Mittel zum Abrufen des dem gestempelten Bild entsprechenden Prüfschlüssels aus der Vielzahl in dem zweiten Speicher gespeicherter Schlüssel.
System nach Anspruch 13, das ferner Folgendes umfasst: ein Mittel zum Prüfen der Bildintegrität zum Prüfen der Integrität jedes Bildes aus der Vielzahl gestempelter Bilder in dem ersten Speicher, wobei das Mittel zum Prüfen der Bildintegrität wiederholt: 1) jedes Bild aus der Vielzahl gestempelter Bilder und den entsprechenden Prüfschlüssel auswählt; 2) anhand des entsprechenden Prüfschlüssels aus dem gestempelten Bild die Stempelinformationen extrahiert; und 3) durch Prüfen der Stempelinformationen mittels des Prüfschlüssels die Integrität des gestempelten Bildes prüft.
System nach einem der Ansprüche 4 bis 14, das ferner Folgendes umfasst: ein Mittel zum Einfügen des Wasserzeichenbildes in das Quellenbild durch Setzen jedes Quellenpixelwertes gemäß der Transformationsfunktion, der mindestens einen LUT und dem einen entsprechenden Wert aus der Vielzahl von Wasserzeichenbild-Pixelwerte auf einen der entsprechenden gestempelten Bildwerte.
System nach einem der Ansprüche 2 bis 15, bei dem die Quellenbildwerte eine Vielzahl von Frequenzdomänen-Koeffizientenwerten darstellen und das Bildextrahierungsmittel den Prüfschlüssel dazu verwendet, gemäß der Transformationsfunktion und der mindestens einen LUT die Stempelinformationen aus dem Teil der Vielzahl von Frequenzdomänen-Koeffizientenwerten zu extrahieren.
System nach Anspruch 16, bei dem die Vielzahl von Frequenzdomänen-Koeffizientenwerten durch eine Frequenzdomänen-Transformationsoperation mit dem Quellenbild gebildet wird.
System nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, bei dem die Vielzahl von Frequenzdomänen-Koeffizientenwerten ein Satz von diskreten Kosinustransformations-Koeffizientenwerten (DCT) des Quellenbildes sind und der Teil der Vielzahl von Frequenzdomänen-Koeffizientenwerte die DC-Kosinuskoeffizienten des Satzes der DCT-Transformationskoeffizientenwerte enthält.
Verfahren zum Stempeln und zum Überprüfen eines Quellenbildes mittels Stempelinformationen, bei dem das Quellenbild eine Vielzahl von Quellenbildwerten besitzt und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bilden eines Prüfschlüssels aus einem Ursprungswert und einer Transformationsfunktion, wobei die Ursprungs- und die Transformationsfunktion mindestens einer Nachschlagetabelle (LUT) entsprechen; Transformieren jedes Bildes aus der Vielzahl von Quellenbildwerten gemäß der Transformationsfunktion und der mindestens einen LUT, um einen entsprechenden extrahierten Wert zu bilden; und Abwandeln ausgewählter Werte aus der Vielzahl von Quellenbildwerten, deren extrahierter Wert nicht einem entsprechenden Teil der Stempelinformationen entspricht, um einen entsprechenden abgewandelten Quellenbildwert zu erzeugen, der dem entsprechenden Teil der Stempelinformationen gleichwertig ist.
Verfahren nach Anspruch 19, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Verwenden des Prüfschlüssels zum Extrahieren der Stempelinformationen gemäß der Transformationsfunktion; Bereitstellen der extrahierten Stempelinformationen; und Signalisieren, dass eine Beschädigung des gestempelten Bildes vorliegt, wenn die Stempelinformationen und die extrahierten Stempelinformationen nicht im Wesentlichen gleichwertig sind.
Verfahren nach Anspruch 19 oder Anspruch 20, bei dem der Prüfschlüssel einen Ursprungswert enthält und das Verfahren ferner den folgenden Schritt enthält: Erzeugen einer Tabelle zum Erzeugen jedes Eintrags der mindestens einen LUT unter Verwendung eines Zufallszahlengenerators und des Ursprungswertes.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, bei dem die Stempelinformation ein Wasserzeichenbild ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Verknüpfen des Prüfschlüssels mit dem gestempelten Bild; und Extrahieren des Prüfschlüssels aus dem gestempelten Bild.
Verfahren nach Anspruch 22 oder Anspruch 23, bei dem das Quellenbild aus einer Vielzahl von Quellenpixelwerten und das Wasserzeichenbild aus einer Vielzahl von Wasserzeichen-Pixelwerten gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem das Quellenbild mittels Stempelinformationen gestempelt wird, um ein entsprechendes geändertes Pixel zu bilden; wobei das Verfahren ferner die folgenden Schritte umfasst: Festlegen einer Reihenfolge, in der jeder Wert aus der Vielzahl von Quellenpixelwerten aufgerufen werden soll; und Erkennen eines Quellenpixels und eines entsprechenden geänderten Pixels in dem Quellenbild, wobei das geänderte Pixel einen Fehlerwert enthält; Bestimmen eines Fehlerwertes des geänderten Pixels, der als Differenz zwischen dem Wert des geänderten Pixels einschließlich des Fehlerwertes und dem Wert des entsprechenden Pixels in dem gestempelten Quellenbild definiert ist; und Verteilen des Fehlers des geänderten Pixels durch Bereitstellen eines Mittels zum Anpassen der auf das erkannte Quellenpixel folgenden benachbarten Quellenpixelwerte durch abnehmende Fehlerbeträge des geänderten Pixels, durch welches das entsprechende geänderte Pixel jedes benachbarten Quellenpixels so abgewandelt wird, dass der gesamte Anpassungsbetrag der benachbarten Pixelwerte dem Fehler des geänderten Pixels gleichwertig ist.
Verfahren nach Anspruch 25, bei dem die benachbarten abgewandelten Pixel ferner geändert werden, um die Stempelinformationen aufzunehmen.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem: Das Quellenbild mittels Stempelinformationen gestempelt wird, um ein entsprechendes geändertes Pixel zu bilden; wobei das Verfahren ferner die folgenden Schritte umfasst: Festlegen einer Reihenfolge, in der jeder Wert aus der Vielzahl von Quellenpixelwerten aufgerufen werden soll; Erkennen eines Quellenpixelwertes und eines entsprechenden geänderten Pixelwertes in dem Quellenbild, wobei der Quellenpixelwert einen Fehlerwert enthält; Bestimmen eines Fehlerwertes des geänderten Pixels, der als Differenz zwischen dem Quellenpixelwert einschließlich des Fehlerwertes und dem Wert des entsprechenden geänderten Pixels definiert ist; und Verteilen des Fehlers des geänderten Pixels durch Anpassen der auf das erkannte Quellenpixel folgenden benachbarten Quellenpixelwerte durch abnehmende Fehlerbeträge des geänderten Pixels, wodurch das entsprechende geänderte Pixel jedes benachbarten Quellenpixels so abgewandelt wird, dass der gesamte Anpassungsbetrag der benachbarten Pixelwerte dem Fehler des geänderten Pixels gleichwertig ist.
Verfahren nach Anspruch 25 oder Anspruch 27, das ferner die folgenden Schritte umfasst: wiederholen des Erkennungsschrittes, des Bestimmungsschrittes und des Fehlerverteilungsschrittes so lange, bis alle Quellenpixelwerte erkannt und ihre Fehler verteilt worden sind, um ein fehlerverteiltes gestempeltes Bild bereitzustellen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 28, bei dem der Signalisierungsschritt ferner die folgenden Schritte umfasst: Speichern der eingestempelten Informationen und der extrahierten Stempelinformationen; Vergleichen der eingestempelten Informationen mit den extrahierten eingestempelten Informationen, um Vergleichsinformationen zu erzeugen; und Erkennen der Beschädigung des extrahierten Quellenbildes anhand der Vergleichsinformationen und Anzeigen mindestens eines der Beschädigung entsprechenden Bereichs des extrahierten Quellenbildes.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 29, bei dem das gestempelte Bild ein Bild aus einer Vielzahl in einem ersten Speicher gespeicherter gestempelter Bilder ist und jedes Bild aus der Vielzahl gestempelter Bilder einen entsprechenden Prüfschlüssel aufweist, wobei jeder Prüfschlüssel ein Schlüssel aus einer Vielzahl in einem zweiten Speicher gespeicherter Schlüssel ist.
Verfahren nach Anspruch 30, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Auswählen des gestempelten Bildes aus der Vielzahl in dem ersten Speicher gespeicherter gestempelter Bilder; und Abrufen des dem gestempelten Bild entsprechenden Prüfschlüssels aus der Vielzahl in dem zweiten Speicher gespeicherter Schlüssel.
Verfahren nach Anspruch 31, das ferner den folgenden Schritt umfasst: Prüfen der Integrität jedes Bildes aus der Vielzahl gestempelter Bilder in dem ersten Speicher, wobei in dem Prüfschritt wiederholt: 1) jedes Bild aus der Vielzahl gestempelter Bilder und der entsprechende Prüfschlüssel ausgewählt; 2) anhand des entsprechenden Prüfschlüssels die Stempelinformationen aus dem gestempelten Bild extrahiert; und 3) die Integrität des gestempelten Bildes durch Prüfen der Stempelinformationen mittels des Prüfschlüssels geprüft wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 32, das ferner den folgenden Schritt umfasst: Einfügen des Wasserzeichenbildes in das Quellenbild durch Setzen jedes Quellenpixels gemäß der Transformationsfunktion, der mindestens einen LUT und dem einen entsprechenden Wert aus der Vielzahl von Wasserzeichen-Pixelwerten auf einen entsprechenden Wert der gestempelten Bildwerte.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 33, bei dem die Quellenbildwerte eine Vielzahl von Frequenzdomänen-Koeffizientenwerten sind und der Prüfschlüssel dazu verwendet wird, die Stempelinformationen aus dem Teil der Vielzahl von Frequenzdomänen-Koeffizientenwerten gemäß der Transformationsfunktion und der mindestens einen LUT zu extrahieren.
Verfahren nach Anspruch 34, bei dem die Vielzahl von Frequenzdomänen-Koeffizientenwerten durch eine Frequenzdomänen-Transformationsoperation mit dem Quellenbild gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 34 oder Anspruch 35, bei dem die Vielzahl von Frequenzdomänen-Koeffizientenwerten ein Satz von diskreten Kosinustransformations-Koeffizientenwerten des Quellenbildes sind und der Teil der Vielzahl der Frequenzdomänen-Koeffizientenwerte die DC-Koeffizienten des Satzes der DCT-Transformationskoeffizientenwerte enthält.
Computerprogrammprodukt, welches ein Programmcodemittel umfasst, welches zum Ausführen aller Schritte eines der Ansprüche 19 bis 36, wenn das Programm auf einem Computer läuft, eingerichtet ist.