TW201931309A - 以調色盤壓縮為基礎的彩色影像驗證方法與電腦程式產品 - Google Patents

以調色盤壓縮為基礎的彩色影像驗證方法與電腦程式產品 Download PDF

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Abstract

本發明提出一種影像驗證方法，包括以下步驟。將一原始影像切割為多個方塊。對每一個方塊執行內插演算法，藉此取得第一影像。將第一影像中的每個像素以調色盤壓縮技術之概念映射至索引值，藉此產生第二影像。將每個索引值分為多個秘密數值，並根據秘密數值執行秘密分享演算法以取得多個部分份額。根據這些部分份額產生透明圖，並將原始影像與透明圖結合以產生無失真壓縮影像檔案。

Description

以調色盤壓縮為基礎的彩色影像驗證方 法與電腦程式產品
本發明是有關於一種影像驗證與修復機制，且特別是有關於一種使用秘密分享演算法的影像驗證方法。
越來越多的數位影像可以在網路上取得，然而如何確認這些數位影像的真確性與完整性(即沒有被竄改過的)，一直以來都是一個重要的問題。一般來說，為了達到驗證/修復的功能，必須把一些額外的資訊藏在影像當中，這會更改影像中原本的像素而降低影像的品質。而要能正確地驗證彩色影像，則像素的更改比率也會越高，而若是還想進一步有修復影像的功能，則需藏入更多額外資訊到彩色影像中，然此會使得影像的視覺品質下降更劇烈。因此如何兼顧功能與影像視覺品質是技術發展一大重點。此外，在一些習知技術中，彩色影像驗證技術尚未有同時兼具無失真、驗證與修復等三大特性的技術。
本發明提出一種影像驗證方法，包括以下步驟。首先，取得原始影像，並將此原始影像切割為多個方塊。對每一個方塊執行內插演算法，藉此取得第一影像。將第一影像中的每一個像素根據調色盤映射至一索引值，藉此產生第二影像。將第二影像中的每一個索引值分為多個秘密數值，並根據秘密數值執行秘密分享演算法以取得多個部分份額，其中部分份額的數目相同於每一個方塊中像素的數目。根據第二影像中的每一個索引值所對應的部分份額產生透明圖，並將第一原始影像與透明圖結合以產生一無失真壓縮影像檔案。如此一來，可將秘密分享演算法應用於影像驗證方法中。
本發明也提出一種電腦程式產品，被電腦系統載入且執行時，可實施上述的影像驗證方法。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100‧‧‧電腦系統
110‧‧‧原始影像
120‧‧‧無失真壓縮影像檔案
S201~S203‧‧‧步驟
Ir、Id、Ir’、ID‧‧‧影像
g、g’‧‧‧像素
P‧‧‧調色盤
d、d’、S’‧‧‧索引值
Bm‧‧‧方塊
L’、LR’‧‧‧透明圖
S301~S307‧‧‧步驟
S401~S405‧‧‧步驟
[圖1]是根據一實施例繪示電腦系統的示意圖。
[圖2]是根據一實施例繪示產生無失真壓縮影像檔案的流程示意圖。
[圖3]是根據一實施例繪示驗證影像是否遭受竄改以及回復影像的流程示意圖。
[圖4]是根據一實施例繪示影像驗證方法的流程圖。
關於本文中所使用之『第一』、『第二』、...等，並非特別指次序或順位的意思，其僅為了區別以相同技術用語描述的元件或操作。
圖1是根據一實施例繪示電腦系統的示意圖。請參照圖1，電腦系統100是用以執行一個影像驗證方法。此電腦系統100可實作智慧型手機、平板電腦、個人電腦、筆記型電腦、伺服器、工業電腦或各種形式的電腦等，本發明並不在此限。電腦系統100可取得一個原始影像110，此原始影像110可以是彩色影像或是灰階影像，而電腦系統100會輸出無失真壓縮影像檔案120，此無失真壓縮影像檔案120具有原始影像110以及一個額外的透明圖(亦稱為alpha通道)，此透明圖是用以表示影像透明的程度。舉例來說，此無失真壓縮影像檔案120是符合可攜式網路圖形(Portable Network Graphics，PNG)格式，透明圖中的資訊可以用來驗證、修復原始影像110中被竄改的資訊。然而，本發明並不在此限，在其他實施例中也可以採用其他具有透明圖的壓縮格式。
在本實施例中，是採用了一個秘密分享演算法來驗證、回復影像資訊，因此以下先介紹秘密分享演算法。 在此實施例中，上述的秘密分享演算法為(k,n)閾值秘密分享(threshold secret sharing)演算法。大致上來說，(k,n)閾值秘密分享演算法是要將一個秘密轉換為n筆份額(shares)並分享至n個參與者，如果取得了k筆以上的份額，便可以還原出秘密，其中k、n為正整數，且k小於n。在此，上述的秘密具有整數的形式，表示為整數d。首先須隨機地選擇質數p，此質數p大於整數d。接下來，選擇k-1個整數，表示為c1、c2、...、ck-1。同時，也選擇n個不同的實數，表示為x1、x2、...、xn，這些實數也被稱為係數。接著，利用以下的方程式(1)計算n個數值F(xi)，這些數值被稱為部分份額(partial shares)，其中i=1、2、...、n。
接著，可以把(xi,F(xi))當作一份份額傳送給第i個參與者。由於總共有k個係數(包括整數d與係數c1、c2、...、ck-1)，因此必須蒐集到k個份額才能解出方程式(1)。然而，本領域具有通常知識者當可理解(k,n)閾值秘密分享演算法，以下不再詳細贅述如何還原出整數d與係數c1、c2、...、ck-1。
圖2是根據一實施例繪示產生無失真壓縮影像檔案的流程示意圖。請參照圖2，首先取得原始影像110(亦稱第一原始影像)，此原始影像110例如包括紅色、綠色、藍色等通道。接下來，把原始影像110切割為多個方塊，這些方塊的大小可為2x2，例如為方塊Bm。
在步驟S201中，對於每一個方塊都執行一個內 差演算法，藉此取得影像Ir(亦稱第一影像)。此內差演算法例如為雙立方(bicubic)內差法，但本發明並不在此限。值得注意的是，由於每個方塊的大小為2x2，因此影像Ir的長與寬分別是影像110的長與寬的一半。
對於影像Ir中的每一個像素(例如像素g)，將此像素g映射至一個索引值(例如索引值d)，藉此產生影像Id(亦稱第二影像)。在此實施例中，是利用一個調色盤P以將像素g轉換至索引值d，其中像素g具有紅色、綠色、藍色三個通道，但索引值是單一個整數(範圍例如為0~255)。在其他實施例中，也可採用向量量化等其他降低維度的方式來將像素g映射至索引值d，本發明也不限制調色盤P的內容。值得一提的是，上述映射的步驟是可逆的，也就是說可以根據索引值d來取得像素g。
在步驟S202中，執行秘密分享演算法。以下用索引值d為例，其中索引值d的位置是對應至方塊Bm的位置。首先，將索引值d分為多個秘密數值。舉例來說，索引值d可表示為8個位元p1p2...p8，其中多個最高有效位元(most significant bit，MSB)被設定為第一秘密數值，表示為m1=p1p2p3P4，而多個最低有效位元(least significant bit，LSB)被設定為第二秘密數值，表示為m2=p5p6p7p8。上述的兩個秘密數值都會被轉換為十進位。參照上述的方程式(1)，在此實施例中設定p=17、d=m1、c1=m2、x1=1、x2=2、x3=3、x4=4。執行上述的方程式(1)以後可以取得部分份額F(xi)，i=1,2,3,4。值得注意的是，每一個索引值d 是對應至4個部分份額F(xi)，也就是說部分份額F(xi)的數目是相同於方塊Bm中像素的數目。換言之，(k,n)閾值秘密分享演算法中的(k,n)為(2,4)。
根據這些部分份額F(xi)可以產生透明圖L’，此透明圖L’也被稱為alpha通道。舉例來說，由於質數p為17，因此部分份額F(xi)的範圍是介於0~16，在此實施例中可以將每一個部分份額F(xi)加上一個預設值以作為透明圖L’中的透明數值。例如，此預設值為238，因此透明數值的範圍是介於238~254。此外，根據索引值d所產生的4個透明數值的位置是對應至方塊Bm的位置。在對影像Id中所有的索引值都執行步驟S202後便可以產生透明圖L’，此透明圖L’的大小是相同於原始影像110的大小。以另外一個角度來說，步驟S202是要將一個索引值d拆成多個秘密，並分散到透明圖L’的多個透明數值中。
在步驟S203中，根據一金鑰來改變透明圖L’中透明數值的位置以取得透明圖LR’。此步驟是進一步地保護驗證資訊，但在一些實施例中，步驟S203也可以選擇性地被省略。最後，將原始影像110與透明圖LR’結合，藉此產生無失真壓縮影像檔案120(例如為PNG檔)。
值得一提的是，上述的質數p、實數x1、x2、...、xn、方塊的大小等都可以設定成其他數值，本發明並不在此限。舉例來說，若方塊的大小為3x3，則(k,n)閾值秘密分享演算法中的(k,n)可以設定為(4,9)、(5,9)或其他組合，也就是說在步驟S202中的索引值d會被分為4或5個秘密數 值，每一個秘密數值可以對應至索引值d中的不同位元，根據這些秘密數值可以產生9個部分份額F(xi)。如果質數p設定為23，這表示每個部分份額F(xi)的範圍是介於0~22，因此在計算出透明數值時所用的預設值可以選定為232，這使得透明數值的範圍是232~254。本領域具有通常知識者當可以根據上述內容而設計出其他的實施例。
圖3是根據一實施例繪示驗證影像是否遭受竄改以及回復影像的流程示意圖。請參照圖3，首先從無失真壓縮影像檔案120中取得透明圖LR’以及原始影像110。由於透明圖LR’以及原始影像110有可能被竄改，因此亦分別稱為第二透明圖與第二原始影像。接著把透明圖LR’以及原始影像110切割為多個方塊，這些方塊的大小與切割方式與上述的方塊相同。在步驟S301中，對於原始影像110中的每一個方塊都執行與上述步驟S201相同的內差演算法，藉此取得影像Ir’(亦稱為第三影像)。對於影像Ir’中的每一個像素(例如像素g’)，將此像素g’映射至一個索引值(亦稱為第二索引值，例如索引值d’)，藉此產生影像ID(亦稱為第四影像)。此映射方式與圖2的映射方式相同。
另一方面，在步驟S302中，使用和上述步驟S203中同一把金鑰來改變透明圖LR’中透明數值的位置，藉此取得透明圖L’(亦稱為第三透明圖)。在步驟S303中，還原出索引值。以方塊Bm為例，方塊Bm是對應至索引值d’，先從方塊Bm中收集2個以上的透明值，此收集的透明值應落在範圍238~254內，將這兩個透明值減去上述的預設值(即 238)以取得兩個部分份額F(xi)(亦稱為第二部分份額)。如果無法在方塊Bm中收集到2個以上範圍在238~254內的透明值，則表示方塊Bm已被竄改。接下來，將所取得的兩個部分份額F(xi)以及對應的xi代入上述的方程式(1)後可以計算出秘密數值d、c1(亦稱為第二秘密數值)，這兩個秘密數值都是4位元的二進位數值，將這兩個二進位數值銜接在一起便可以得到一個8位元的數值，此數值的十進位表示便是一個索引值(亦稱為第三索引值)，在此表示為S’。對於透明圖L’中的每個方塊都執行步驟S303後，接下來執行步驟S304。
在步驟S304中，判斷索引值S’是否符合對應的索引值d’(即判斷兩者是否相同)。如果索引值S’符合索引值d’，則在步驟S305中判斷方塊Bm裡的像素沒有被竄改。如果索引值S’不符合索引值d’，則在步驟S306中判斷方塊Bm裡的像素有被竄改，即無失真壓縮影像檔案120有被竄改。接下來便可回復被竄改的部分，具體來說，在判斷被竄改過的方塊Bm中，可將對應的索引值d’透過調色盤P映射至一第一像素(具有多個通道)，並在步驟S307中將原始影像110中屬於方塊Bm的四個像素都替換為第一像素。
圖4是根據一實施例繪示影像驗證方法的流程圖。請參照圖4，在步驟S401中，取得原始影像，並將此原始影像切割為多個方塊。在步驟S402中，對每一個方塊執行內插演算法，藉此取得第一影像。在步驟S403中，將第一影像中的每個像素根據調色盤映射至一索引值，藉此產生 第二影像。在步驟S404中，將第二影像中的每一個索引值分為多個秘密數值，並根據秘密數值執行秘密分享演算法以取得多個部分份額，其中部分份額的數目相同於每一個方塊中像素的數目。在步驟S405中，根據第二影像中的每一個索引值所對應的部分份額產生透明圖，並將第一原始影像與透明圖結合以產生一無失真壓縮影像檔案。然而，圖4中各步驟已詳細說明如上，在此便不再贅述。值得注意的是，圖4中各步驟可以實作為多個程式碼或是電路，本發明並不在此限。此外，圖4的方法可以搭配以上實施例使用，也可以單獨使用。換言之，圖4的各步驟之間也可以加入其他的步驟。以另外一個角度來說，本發明也提出了一電腦程式產品，此產品可由任意的程式語言及/或平台所撰寫，當此電腦程式產品被載入至電腦系統並執行時，可執行上述的方法。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims (8)

  1. 一種影像驗證方法，適用於一電腦系統，該影像驗證方法包括：取得一第一原始影像，並將該第一原始影像切割為多個方塊；對每一該些方塊執行一內插演算法，藉此取得一第一影像；將該第一影像中的每一像素根據一調色盤映射至一索引值，藉此產生一第二影像；將該第二影像中的每一該些索引值分為多個秘密數值，並根據該些秘密數值執行一秘密分享演算法以取得多個部分份額，其中該些部分份額的數目相同於每一該些方塊中像素的數目；以及根據該第二影像中的每一該些索引值所對應的該些部分份額產生一透明圖，並將該第一原始影像與該透明圖結合以產生一無失真壓縮影像檔案。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之影像驗證方法，其中每一該些方塊的大小為2x2，該些秘密數值的數目為2，該秘密分享演算法為(k,n)閾值秘密分享演算法，其中k、n為正整數，k小於n。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之影像驗證方法，其中將該第二影像中的每一該些索引值分為該些秘密數值的步驟包括：將該索引值中的多個最高有效位元設定為一第一秘密數值；以及將該索引值中的多個最低有效位元設定為一第二秘密數值。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之影像驗證方法，其中該無失真壓縮影像檔案符合一可攜式網路圖形(Portable Network Graphics，PNG)格式。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之影像驗證方法，其中根據該第二影像中的每一該些索引值所對應的該些部分份額產生該透明圖的步驟包括：將每一該些部分份額加上一預設值以取得多個透明數值；以及根據一金鑰來改變該些透明數值的位置以取得該透明圖。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之影像驗證方法，更包括：從該無失真壓縮影像檔案取得一第二透明圖與一第二原始影像； 將該第二原始影像與該第二透明圖切割為該些方塊；對該第二原始影像中的每一該些方塊執行該內插演算法，藉此取得一第三影像；將該第三影像中的每一像素映射至一第二索引值，藉此產生一第四影像；根據該金鑰改變該第二透明圖中透明數值的位置，藉此取得一第三透明圖；對於每一該些方塊，從該第三透明圖中取得對應的多個第二部分份額，根據該秘密分享演算法與該些第二部分份額取得多個第二秘密數值，並根據該些第二秘密數值取得一第三索引值；判斷該第三索引值是否符合對應的該第二索引值；以及若該第三索引值不符合對應的該第二索引值，判斷該無失真壓縮影像檔案有被竄改。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之影像驗證方法，更包括：若判斷該無失真壓縮影像檔案有被竄改，將對應的該第二索引值映射至多個第一像素，並且將該第二原始影像中對應的像素替換為該些第一像素。
  8. 一種電腦程式產品，由一電腦系統載入並 執行以實施如申請專利範圍第1項所述之影像驗證方法。
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