專利名稱：用于估計(jì)信號間的變換的信號處理器及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號處理，并且特別涉及在信號檢測、鑒別、信號匹配和識別等應(yīng)用場合使用的確定信號之間的變換的信號處理。
背景技術(shù)：
有許多種信號處理應(yīng)用場合需要準(zhǔn)確且高效地計(jì)算待檢信號和參考信號之間的仿射變換。對圖像信號檢測和識別應(yīng)用場合而言，情況尤其是這樣，對其他類型的信號而言，情況也是如此。在信號檢測和信號識別的情況下，計(jì)算裝置的目標(biāo)是確定在待檢信號中是否存在特定的參考信號。當(dāng)參考信號存在、但是由于坐標(biāo)空間的變換而發(fā)生畸變時(shí)，所述目標(biāo)將更難實(shí)現(xiàn)。在圖像處理過程中，這樣的變換是通過借助圖像編輯(放大，收縮，旋轉(zhuǎn)，數(shù)字采樣(和重新采樣)，格式轉(zhuǎn)換，等等)對參考信號進(jìn)行操作而引起的。當(dāng)參考圖像或參考圖像所表現(xiàn)的對象通過攝像機(jī)從相對于所述參考圖像或所述對象的原始狀態(tài)的不同參考點(diǎn)被拍攝時(shí)，所得結(jié)果就是包含處于變換后的狀態(tài)的參考信號的待檢圖像。除非有一種手段來確定和補(bǔ)償參考信號的仿射變換，否則將更難準(zhǔn)確地檢測、識別參考信號或者將參考信號與其在待檢圖像中的對應(yīng)物匹配。該信號處理問題對于多種領(lǐng)域都很重要。一些實(shí)例包括機(jī)器視覺、醫(yī)學(xué)影像分析、對象和信號識別、生物統(tǒng)計(jì)信號分析和匹配(例如，面部、聲音、虹膜/視網(wǎng)膜、指紋匹配)、監(jiān)視應(yīng)用場合等。在這些應(yīng)用場合中，目標(biāo)可以是檢測輸入的待檢信號或?qū)⑤斎氲拇龣z信號與一個(gè)特定參考信號匹配，或者將輸入的待檢信號與許多不同的參考信號匹配(例如在數(shù)據(jù)庫搜索中，某查詢包括一待檢信號(探頭(probe)或模板)，將該待檢信號對照參考信號數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配)。各種類型的圖像和聲音可以使用信號識別和檢測技術(shù)來鑒別。這些技術(shù)包括:基于信號固有的屬性進(jìn)行識別，以及基于特意嵌入另一信號中從而提供附加數(shù)據(jù)承載能力的數(shù)據(jù)進(jìn)行識別，例如類似條形碼和數(shù)字水印的機(jī)器可讀代碼的情況。近年來，計(jì)算裝置正在越來越多地配備有各種傳感器，包括圖像和音頻傳感器。為了向這些裝置提供與其周圍的世界交互的能力，這些裝置需要能夠識別和鑒別它們通過傳感器捕獲的信號。電子器件的進(jìn)步已經(jīng)使這些先進(jìn)傳感功能的應(yīng)用范圍擴(kuò)展得超出了專用裝置(例如機(jī)器視覺裝備、監(jiān)視和探查裝備、以及醫(yī)學(xué)成像工具)，從而擴(kuò)展到消費(fèi)電子裝置(例如個(gè)人計(jì)算機(jī)和移動電話手持機(jī))。在這些裝置中捕獲的信號經(jīng)常會由于變換而發(fā)生畸變。如果這些變換可以用仿射變換或者至少在局部用仿射變換來近似估計(jì)，那么就有可能確定使待檢信號與參考信號最為匹配的仿射變換(包括在信號的一部分中發(fā)生的局部仿射變換)。使參考信號與其在待檢信號中的對應(yīng)物配準(zhǔn)的仿射變換可以表示為y=Ax+b，其中X和I是表示參考信號的向量和表示參考信號的變換后版本的向量，A是線性變換矩陣，并且b是平移。仿射變換通常包括線性變換(旋轉(zhuǎn)、縮放或剪切)和平移(即，移位)。對于二維信號來說，線性變換矩陣是由定義旋轉(zhuǎn)、縮放和剪切的參數(shù)構(gòu)成的二乘二(2x2)的矩陣。平移組分是由定義水平和垂直移位的參數(shù)構(gòu)成的二乘一(2x1)的矩陣。如下文更詳細(xì)描述的那樣，平移與相移是相關(guān)的。因此，對兩個(gè)信號進(jìn)行配準(zhǔn)的處理可以包括線性變換以及平移的近似。線性變換有時(shí)是通過確定信號相關(guān)性運(yùn)算來進(jìn)行近似估計(jì)的，所述信號相關(guān)性運(yùn)算經(jīng)常采用傅立葉變換和反傅立葉變換。平移組分是通過確定傅立葉表示形式的相移(例如，使用信號相關(guān)性)來進(jìn)行近似估計(jì)的。當(dāng)信號變換在通用處理單元或?qū)Ｓ脭?shù)字邏輯電路的數(shù)字計(jì)算環(huán)境中計(jì)算時(shí)，許多挑戰(zhàn)會出現(xiàn)。這些挑戰(zhàn)中的一些包括由于采用離散數(shù)字邏輯表示信號而引起的誤差。不僅在通過傳感器對模擬信號進(jìn)行采樣時(shí)會引入量化誤差，而且在這些信號被變換到不同的坐標(biāo)空間中(例如，傅立葉變換和反傅立葉變換)時(shí)對這些信號進(jìn)行重新采樣時(shí)也會引入量化誤差。在用于存儲信號的離散值和相關(guān)變換參數(shù)的電路的精度或精度限制方面會引入額外誤差。另一個(gè)挑戰(zhàn)是，信號識別和信號配準(zhǔn)通常會涉及變換和逆變換，這些變換和逆變換除了會引入誤差之外，還在硬件實(shí)現(xiàn)方面計(jì)算成本昂貴，需要額外的存儲空間，并且會在離散信號中的每個(gè)值被變換、重新采樣或者根據(jù)鄰近的采樣值進(jìn)行近似估計(jì)時(shí)由于對存儲器進(jìn)行讀/寫操作的需求的增多而引入存儲器帶寬限制。鑒于這些挑戰(zhàn)，就需要準(zhǔn)確且仍然能高效地在數(shù)字計(jì)算環(huán)境中實(shí)現(xiàn)的用于確定信號之間的變換的方法。這包括用于估計(jì)線性變換以及確定平移或相移的更有效的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面是一種使用直接最小二乘法來計(jì)算離散參考信號與待檢信號之間的變換的方法。該方法提供表示離散參考信號的特征位置的集合，并且提供初始變換參數(shù)的種子集合。特征位置和變換參數(shù)被表示為電子存儲器中的數(shù)字電子信號。使用種子集合，該方法計(jì)算能夠找出線性變換候選者的最小二乘法最小化，所述線性變換候選者使利用線性變換將離散參考信號的特征位置和待檢信號中的對應(yīng)特征位置配準(zhǔn)時(shí)的誤差最小化。這包括計(jì)算與線性變換候選者相對應(yīng)的相關(guān)性度量。該方法對每個(gè)種子評估線性變換候選者以鑒別候選者的子集，該子集表示線性變換候選者的精煉后的估計(jì)結(jié)果。本發(fā)明的另一方面是一種直接最小二乘法電路。該電路包括存儲器，用于存儲待檢信號表示形式。該電路包括相關(guān)性模塊，用于接收線性變換候選者的種子集合，并確定每個(gè)候選者的相關(guān)性度量作為在線性變換候選者被應(yīng)用時(shí)參考信號和待檢信號表示形式之間的相關(guān)性的度量。該電路還包括坐標(biāo)更新模塊，用于在通過應(yīng)用線性變換候選者而確定的位置處確定與參考信號的特征相對應(yīng)的特征在待檢信號表示形式內(nèi)的特征位置。該模塊確定參考信號的組分在待檢信號中的位置，并提供輸入至最小二乘法計(jì)算器以確定參考信號和待檢信號之間的變換。該電路包括最小二乘法計(jì)算器，用于對每個(gè)候選者確定更新后的線性變換，所述更新后的線性變換提供參考信號特征位置和由坐標(biāo)更新模塊確定的待檢信號內(nèi)的對應(yīng)特征位置之間的最小二乘匹配。該電路被實(shí)現(xiàn)為使用相關(guān)性度量以鑒別最有希望的線性變換候選者。例如，該電路迭代進(jìn)行更新所述變換的處理，只要相關(guān)性度量在變換所具有的配準(zhǔn)參考信號和待檢信號的能力方面顯示出改進(jìn)跡象。本發(fā)明的另一方面是一種計(jì)算變換后的信號的相位的估計(jì)值的方法。該方法提供表示離散參考信號的特征位置的集合，接收待檢信號，并將變換應(yīng)用于參考信號以提供變換后的位置的集合。該方法在變換后的位置周圍的鄰近區(qū)域中的離散采樣位置對待檢信號的相位進(jìn)行采樣。該方法將點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)應(yīng)用于這些采樣的相位，以提供待檢信號在與變換后的位置相對應(yīng)的位置處的相位的估計(jì)值。本發(fā)明的另一方面是一種電路，其包括用于存儲待檢信號的相位的存儲器和用于將參考信號的坐標(biāo)變換為變換后的坐標(biāo)位置的變換模塊。該電路還包括點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)模塊，用于從存儲器中讀取待檢信號在變換后的坐標(biāo)位置周圍的位置處的選定相位，并將點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)應(yīng)用于選定相位以提供估計(jì)相位。本發(fā)明的另一方面是一種計(jì)算參考信號和待檢信號之間的平移偏移的估計(jì)值的方法，該方法提供待檢信號的相位估計(jì)值的集合。對于由平移偏移構(gòu)成的陣列中的每個(gè)元素，該方法提供參考信號在平移偏移下的預(yù)期相位的集合。該方法計(jì)算在平移偏移下的預(yù)期相位的集合中的每個(gè)預(yù)期相位和對應(yīng)的相位估計(jì)值的相位偏差度量，并計(jì)算在平移偏移下的相位偏差度量的總和。該方法提供與由平移偏移構(gòu)成的陣列相對應(yīng)的相位偏差表面。該方法確定由平移偏移構(gòu)成的陣列的相位偏差度量的峰值(例如，相位偏差表面中的峰值)，其中峰值的位置提供平移偏移的估計(jì)值。本發(fā)明的另一方面是一種相位偏差電路。該相位偏差電路包括用于存儲待檢信號的相位估計(jì)值的集合和參考信號的已知相位的集合的存儲器。該相位偏差電路還包括相位偏差模塊，用于對由平移偏移構(gòu)成的陣列計(jì)算參考信號的已知相位的集合中的每個(gè)已知相位和參考信號的對應(yīng)相位估計(jì)值的相位偏差度量，并且用于計(jì)算在平移偏移下的相位偏差度量的總和。該電路包括峰值確定模塊，用于對由平移偏移構(gòu)成的陣列確定相位偏差度量的峰值。峰值的位置提供參考信號和待檢信號之間的平移偏移的估計(jì)值。上面概述的方法被完全或部分地實(shí)現(xiàn)為指令(例如，用于在一個(gè)或多個(gè)可編程處理器上執(zhí)行的軟件或固件)、電路、或者電路與可編程處理器上執(zhí)行的指令的組合。參考下面的詳細(xì)說明和附圖，更多特征將會變得明了。


圖1是示出用于確定參考信號和待檢信號之間的變換的處理的實(shí)現(xiàn)方案的框圖。圖2是示出計(jì)算參考信號和待檢信號之間的仿射變換的硬件裝置的圖。圖3是示出計(jì)算最佳匹配變換的最小二乘法的流程圖，所述最佳匹配變換使參考信號與其在待檢信號中的對應(yīng)物配準(zhǔn)。圖4是數(shù)字邏輯電路實(shí)現(xiàn)方案中的處理流程的框圖。圖5是示出用于計(jì)算為其確定線性變換的近似估計(jì)結(jié)果的待檢信號的相位估計(jì)值的方法的框圖。圖6是示出用于計(jì)算待檢信號的相位估計(jì)值的備選方法的框圖。圖7是示出離散參考信號的變換后的頻率成分未落到傅立葉域的整數(shù)坐標(biāo)上、并且由此需要根據(jù)鄰近頻率位置估計(jì)相位的相位估計(jì)方法的圖。圖8是示出推導(dǎo)相位估計(jì)方法的過程和支持該推導(dǎo)的相關(guān)數(shù)學(xué)運(yùn)算的圖。圖9是示出用于在給定線性變換和參考信號的情況下計(jì)算相位的相位估計(jì)方法的流程圖。圖10是示出相位估計(jì)的數(shù)字邏輯電路實(shí)現(xiàn)方案的框圖。
圖11是示出相位偏差方法的概述的流程圖。圖12是用于估計(jì)線性變換的數(shù)字邏輯電路的框圖。圖13是用于相位估計(jì)和相位偏差的數(shù)字邏輯電路的框圖。圖14是不出基于偏差度量的相位偏差方程的圖。圖15是示出直接最小二乘法的實(shí)現(xiàn)方案的圖。
具體實(shí)施例方式圖1是示出用于確定參考信號和待檢信號之間的變換的處理的實(shí)現(xiàn)方案的框圖。我們將該處理稱為變換恢復(fù)處理，因?yàn)樵撎幚砀鶕?jù)在裝置內(nèi)捕獲的待檢信號來恢復(fù)出參考信號的變換。尤其是，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了該方法來恢復(fù)出使待檢信號與參考信號配準(zhǔn)所需的變換。該處理采取已知參考信號和捕獲待檢信號100的離散表示形式作為輸入，并確定在被應(yīng)用于參考信號時(shí)能近似得出待檢信號的變換的估計(jì)結(jié)果。該變換恢復(fù)處理可以被細(xì)分為階段102-106，其中第一階段提供變換的估計(jì)結(jié)果(例如，用線性變換參數(shù)的4-D向量(或2x2線性變換矩陣)描述的線性變換)，并且后續(xù)階段通過首先估計(jì)用階段102的估計(jì)變換所變換出的參考信號的相位、并隨后在階段106中求出相移和平移(因此，提供平移的兩個(gè)額外的參數(shù))來對所述估計(jì)結(jié)果進(jìn)行精煉。在我們的特定實(shí)現(xiàn)方案中，階段102提供多個(gè)候選線性變換，每個(gè)候選線性變換對應(yīng)于一個(gè)2x2的線性變換矩陣。接下來的兩個(gè)階段提供(垂直和水平方向的)二維(2D)平移，該二維平移在與2x2的線性變換矩陣組合時(shí)能夠提供仿射變換候選者。在該背景環(huán)境中，相移和平移是在不同的域中表示的相關(guān)的量——相移被表示為頻域(例如傅立葉變換域)中的信號成分的相位角的變化，并且平移是在空間域(例如，圖像的空間域)或時(shí)間域(類似音頻的時(shí)變信號的時(shí)間域)中表示的。階段102-106中的每個(gè)階段包括獨(dú)立于其他階段的新穎元素，并且我們將更詳細(xì)地說明這些新穎元素。這些階段被實(shí)現(xiàn)在用于計(jì)算信號間的仿射變換的系統(tǒng)中，并且當(dāng)如下面進(jìn)一步說明的那樣被組合使用時(shí)會提供額外的優(yōu)點(diǎn)。所述方法和相關(guān)聯(lián)的硬件實(shí)現(xiàn)方案可以應(yīng)用于多種信號檢測以及對象識別和匹配應(yīng)用場合。我們將在數(shù)字水印檢測的背景環(huán)境中說明各方法的實(shí)例，但是這些方法并不局限于該背景環(huán)境。所述方法也可以應(yīng)用于多種信號類型。所述方法被設(shè)計(jì)為對由傳感器捕獲的二維內(nèi)容信號(例如，利用攝像機(jī)拍攝的圖像或視頻幀)進(jìn)行操作。所述方法也可以應(yīng)用于一維以及2維或多維信號。尤其是，一種實(shí)現(xiàn)方案適于確定圖像內(nèi)容中的參考信號的幾何變換。參考信號采取嵌入主圖像中的二維圖像水印信號的形式。參考信號可以被一般化為包括用于不同應(yīng)用場合的各種信號類型。這樣，軟件和硬件實(shí)現(xiàn)方案可以應(yīng)用于各種信號處理應(yīng)用場合，例如對象識別、模式識別和匹配、內(nèi)容指紋識別、機(jī)器視覺和其他需要計(jì)算信號間變換的應(yīng)用場合。我們的方法特別適于處理在傳感器中捕獲的信號，特別是在數(shù)字掃描儀、攝像機(jī)、移動電話手持機(jī)等裝置中使用的那種類似CCD和CMOS陣列的圖像傳感器。作為為所述方法提供背景環(huán)境的實(shí)例，我們從水印信號檢測硬件的概述開始。我們隨后會描述各個(gè)階段的實(shí)現(xiàn)方案。圖2是示出計(jì)算參考信號和待檢信號之間的仿射變換的硬件裝置的圖。該特定設(shè)計(jì)方案適于恢復(fù)所嵌入的二維水印信號的仿射變換。該設(shè)計(jì)方案在存儲器(RAM) 120中緩沖所拍攝的數(shù)字化電子圖像的一部分(待檢圖像信號)。濾波和傅立葉變換處理模塊122對待檢圖像進(jìn)行濾波、并計(jì)算2D傅立葉變換。線性變換估計(jì)模塊124接收待檢圖像的離散頻率表示形式、并計(jì)算參考信號和經(jīng)濾波的待檢信號之間的線性變換的估計(jì)結(jié)果。仿射變換恢復(fù)模塊126使用線性變換估計(jì)結(jié)果、以及參考信號和待檢信號表示形式來計(jì)算參考信號和待檢信號之間的相移/平移，并因此產(chǎn)生把參考信號變換成待檢信號的仿射變換。圖2的下部提供了模塊122-126內(nèi)的子模塊的分解。這些子模塊的實(shí)現(xiàn)方案將在下文進(jìn)一步描述。圖1的變換估計(jì)可以用許多備選方法實(shí)現(xiàn)。一種方法是執(zhí)行參考信號和待檢信號之間的匹配濾波相關(guān)運(yùn)算。用于確定參考信號相對于待檢信號的旋轉(zhuǎn)和縮放的一種這樣的方法是傅立葉梅林相關(guān)運(yùn)算。通過將待檢信號和參考信號都轉(zhuǎn)換到傅立葉梅林坐標(biāo)空間(對數(shù)極坐標(biāo)空間)，兩個(gè)信號之間的旋轉(zhuǎn)和縮放變換被轉(zhuǎn)換為平移偏移，從而使匹配濾波相關(guān)運(yùn)算的應(yīng)用能夠找出與信號之間的旋轉(zhuǎn)和縮放的估計(jì)結(jié)果相對應(yīng)的相關(guān)峰值的位置。另一種方法是執(zhí)行最小二乘法，尤其是直接最小二乘法。下面我們將描述最小二乘法的實(shí)現(xiàn)方案。這些實(shí)現(xiàn)方案特別有益于用硬件和軟件實(shí)現(xiàn)，其中在用硬件實(shí)現(xiàn)的情況下，處理可以通過順序的管道化的硬件邏輯階段實(shí)現(xiàn)，并且在用軟件實(shí)現(xiàn)的情況下，處理可以在專用硬件處理單元上并行地執(zhí)行。僅舉幾個(gè)例子，所述專用硬件處理單元例如是圖形處理單元(GPU),數(shù)字信號處理器(DSP)或多核中央處理單元(CPU)。最小二乘最小二乘法最小二乘法可以在線性變換的初始猜測被給定的情況下估計(jì)出產(chǎn)生最小二乘誤差的線性變換(即，最大似然估計(jì))。其運(yùn)算由乘法和加法組成，并且有益于硬件實(shí)現(xiàn)。圖3是示出最小二乘法的流程圖。一種實(shí)現(xiàn)方案采取參考位置(處于頻域或空間域中)所構(gòu)成的集合的坐標(biāo)、和與變換后的位置(同樣，處于頻域或空間域中)所構(gòu)成的集合相對應(yīng)的坐標(biāo)集合作為輸入。出于舉例說明的目的，我們描述用于如下實(shí)現(xiàn)方案的技術(shù):參考位置對應(yīng)于頻域中的特征，特別是對應(yīng)于頻域中的峰值。該最小二乘法被迭代地執(zhí)行、并且每次迭代包括三個(gè)步驟。這三個(gè)步驟在圖3中的處理框130、132和134中示出。變換后的頻率坐標(biāo)的計(jì)算130—在該階段，使用初始變換和信號的原始(即，未經(jīng)變換的)頻率坐標(biāo)來計(jì)算變換后的頻率坐標(biāo)。坐標(biāo)更新132—在該階段，通過在頻率量值平面上搜索變換后的頻率的小鄰域內(nèi)的峰值來尋找每個(gè)變換后的頻率的更適合的位置。在該步驟結(jié)束時(shí)，如果對于每個(gè)變換后的頻率找到了更適合的峰值位置，則更新該頻率的坐標(biāo)。在該處理中計(jì)算出的最佳頻率坐標(biāo)會產(chǎn)生無法再由單個(gè)線性變換同時(shí)確定的位置。變換更新134—在該階段，使用最小二乘公式根據(jù)更新后的坐標(biāo)來計(jì)算更新后的線性變換。該更新后的變換被用作下一次迭代的初始猜測。最小二乘法提供使原始坐標(biāo)和變換后的坐標(biāo)之間的均方誤差最小化的變換。特別地，最小二乘法提供使位置誤差的總和在最小均方誤差的意義上被最小化的變換。根據(jù)所述誤差計(jì)算新變換的處理按照如下方式實(shí)現(xiàn):對每一次迭代計(jì)算被稱為相關(guān)性強(qiáng)度的相關(guān)性量度。相關(guān)性強(qiáng)度度量可以被用來確定迭代的提前終止或者提供規(guī)則化。
在理論上,最小二乘法可以通過從線性變換參數(shù)的任何初始猜測開始來找到參考信號和待檢信號之間的實(shí)際線性變換。然而，從實(shí)際的觀點(diǎn)來看(為了防止坐標(biāo)更新過度復(fù)雜)，線性變換參數(shù)的初始猜測必須在某種程度上接近實(shí)際線性變換。因此，最小二乘法對于初始猜測是敏感的。變換的初始猜測可以如同由旋轉(zhuǎn)和縮放構(gòu)成的配對那樣簡單。該最小二乘法可以確定任何任意的線性變換(S卩，包括旋轉(zhuǎn)、縮放、剪切和差動縮放(differential scale))。直接最小二乘法(DLS)DLS是高效地應(yīng)用最小二乘法來確定待檢信號和參考信號之間的線性變換。我們的特定實(shí)現(xiàn)方案應(yīng)用于圖像，特別地，待檢圖像是帶有水印的圖像，并且參考信號是假定被嵌入帶有水印的圖像中的水印信號。在這種情況下，任務(wù)是確定已知的原始參考信號和該原始參考信號的假定被嵌入待檢信號中的對應(yīng)物之間的線性變換。在DLS中，將最小二乘法應(yīng)用于由初始猜測的線性變換構(gòu)成的稀疏集合。DLS比傅立葉梅林型相關(guān)運(yùn)算需要更少的計(jì)算，同時(shí)提供比傅立葉梅林型相關(guān)運(yùn)算更準(zhǔn)確的變換。如上所述，傅立葉梅林域中的參考信號和待檢信號之間的相關(guān)性可提供旋轉(zhuǎn)和縮放的估計(jì)。與此對比，最小二乘法可以提供任何任意的線性變換(例如，由線性變換參數(shù)構(gòu)成的4D向量)。利用DLS，可以采用跨越稀疏的二維子空間的初始猜測來極度高效地評估由2x2的線性變換矩陣覆蓋的四維空間。每個(gè)DLS評估都使用最小二乘法，并且獨(dú)立于2D子空間上的其他DLS評估。因此，DLS評估可以用硬件或者在多核處理器架構(gòu)上高效地執(zhí)行。每個(gè)評估會產(chǎn)生估計(jì)的線性變換和對應(yīng)的相關(guān)性強(qiáng)度值。將候選者線性變換確定為與最大相關(guān)性強(qiáng)度值相對應(yīng)的那些變換。進(jìn)一步處理這些候選者線性變換中的一個(gè)或更多以便恢復(fù)出仿射變換。DLS允許初始猜測任意地覆蓋2D子空間。例如，如果初始猜測包括旋轉(zhuǎn)/縮放配對，則沿著旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸和縮放坐標(biāo)軸的間隔可以是任意的。相較而言，傅立葉梅林方法需要縮放坐標(biāo)軸上的間隔是對數(shù)的。使用任意間隔有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)一使魯棒性得到提高，以及使計(jì)算高效。在通常情況下，理想化地選擇一組初始猜測，使得它們被均勻地分布在旋轉(zhuǎn)和縮放值的稀疏子集中。例如，縮放坐標(biāo)軸上的均勻間隔(均勻的縮放增量)可以高效地得到計(jì)算、并且還會減少人為噪聲。DLS收斂于適當(dāng)?shù)木€性變換的能力和估計(jì)出的變換的準(zhǔn)確性會受到初始猜測的數(shù)量和最小二乘迭代的次數(shù)的影響。這些參數(shù)的最佳值被確定為硬件成本、計(jì)算速度和所需的魯棒性之間的折衷。更復(fù)雜的策略包括使用由初始猜測構(gòu)成的非常稀疏的集合以及自適應(yīng)的迭代次數(shù)。對于由后續(xù)迭代產(chǎn)生的變換展現(xiàn)出收斂性的情況，執(zhí)行更多的迭代。該策略能提供計(jì)算效率而不會犧牲魯棒性。在某些應(yīng)用場合中，待檢信號可能會經(jīng)歷一組受限的變換。例如，旋轉(zhuǎn)可能會被限制在-30度和+30度之間的范圍內(nèi)。在這樣的情況下，在稀疏的初始猜測的進(jìn)一步受限的范圍上執(zhí)行DLS評估。由于噪聲和失真，DLS估計(jì)出的線性變換可能會帶有噪聲。在我們的特定情況下，當(dāng)根據(jù)帶有弱水印信號的圖像的單個(gè)圖像塊進(jìn)行估計(jì)時(shí)，變換會帶有噪聲。為了減少估計(jì)出的變換中的噪聲，我們利用DLS輸出的特性。請注意，DLS會對每個(gè)初始猜測產(chǎn)生估計(jì)出的線性變換和相關(guān)性強(qiáng)度值。對于精心設(shè)計(jì)的一組初始猜測，多個(gè)初始猜測會導(dǎo)致相似的線性變換。換言之，所輸出的線性變換被聚簇化。為了減少線性變換估計(jì)結(jié)果中的噪聲，識別線性變換的聚簇，并且對這些聚簇的構(gòu)成元素適當(dāng)?shù)厍笃骄??？梢酝ㄟ^用相關(guān)性強(qiáng)度的某種函數(shù)(例如，非線性函數(shù))對每個(gè)線性變換賦予權(quán)重來進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠骄?。圖4是數(shù)字邏輯電路實(shí)現(xiàn)方案中的處理流程的框圖。傅立葉變換模塊140從存儲器取得輸入信號(例如，由圖像傳感器捕獲的圖像數(shù)據(jù)塊)，并計(jì)算傅立葉變換和傅立葉幅度數(shù)據(jù)。傅立葉幅度濾波器142對2D傅立葉幅度數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。一種這樣的濾波器是非線性濾波器，將采樣值與其8個(gè)鄰居中的每個(gè)鄰居進(jìn)行比較、并將該采樣值替換為以這些比較結(jié)果為基礎(chǔ)的合計(jì)值。在一種實(shí)現(xiàn)方案中，濾波器使用采樣值與其8個(gè)鄰居(處于傅立葉幅度域中)的平均值的比率。濾波器的輸出于是成為該比率的函數(shù)(在這種情況下，為非線性函數(shù))。濾波器在提取參考信號特征(例如，在把參考信號嵌入待檢信號的數(shù)字水印化)時(shí)特別有用。濾波器的輸出于是形成對直接最小二乘法的輸入。更新坐標(biāo)(圖3的塊132)坐標(biāo)更新處理包括搜索感興趣的變換后的位置(頻率)周圍的小鄰域內(nèi)的峰值(或者諸如轉(zhuǎn)角或特征之類的期望特性)的局部搜索。鄰域一般被定義為3x3或2x2的采樣區(qū)域、或者可以取決于待解決的域和應(yīng)用場合而大很多。如果峰值或期望特征處于與變換后的位置不同的位置，則將變換后的位置的坐標(biāo)更新為該位置。最小二乘法提供待檢信號和參考信號之間的線性變換的估計(jì)結(jié)果。為了恢復(fù)出完整的仿射變換，需要計(jì)算這兩個(gè)信號之間的相移(或平移)。一種方法是在考慮線性變換的情況下計(jì)算參考信號和待檢信號的相位表示形式之間的相位相關(guān)性。我們已經(jīng)開發(fā)出特別有利于恢復(fù)仿射變換的處理模塊。圖1中的如上所述的這些處理模塊是相位估計(jì)和相位偏差。相位估計(jì)我們的相位估計(jì)方法是有利的，因?yàn)樵撓辔还烙?jì)方法根據(jù)變換后的信號的快速傅立葉變換(FFT)來計(jì)算相位，而不是對圖像執(zhí)行逆變換后執(zhí)行額外的FFT來計(jì)算和提取相位。相位估計(jì)使用參考信號已經(jīng)在待檢信號內(nèi)經(jīng)歷過的線性變換。雖然舉例說明直接最小二乘法作為一種用于計(jì)算該線性變換的方法，但是還存在其他方法來計(jì)算該線性變換，例如使用匹配濾波器(例如,使用傅立葉梅林相關(guān)來近似估計(jì)線性變換)。為了使該優(yōu)點(diǎn)突出顯現(xiàn)，圖5和6是示出計(jì)算相位信息的不同方法的框圖:一種方法不進(jìn)行相位估計(jì)，另一種方法進(jìn)行相位估計(jì)。兩種方法都使用直接最小二乘法來估計(jì)信號之間的線性變換。執(zhí)行第一 FFT以獲得直接最小二乘法所要作用于的幅度信息。圖6的方法使用我們的相位估計(jì)技術(shù)，而圖5執(zhí)行逆線性變換并隨后執(zhí)行第二 FFT來計(jì)算相位。相位估計(jì)能夠避免逆線性變換和第二 FFT這兩者的額外處理。圖7是示出相位估計(jì)所解決的問題的圖。當(dāng)將線性變換應(yīng)用于參考信號坐標(biāo)時(shí)，該參考信號坐標(biāo)很可能不會映射到離散坐標(biāo)。所述相位估計(jì)方法提供高效的方法來計(jì)算非離散(即，實(shí)數(shù)值)坐標(biāo)位置處的相位。為了理解相位估計(jì)如何解決該問題，我們從相位估計(jì)方法的推導(dǎo)開始。圖8是示出推導(dǎo)相位估計(jì)方法的過程和支持該推導(dǎo)的相關(guān)數(shù)學(xué)運(yùn)算的圖。如圖7以及圖8的塊180所示，推導(dǎo)過程的第一步驟假定由處于傅立葉平面中的實(shí)數(shù)位置V的復(fù)數(shù)頻率構(gòu)成的函數(shù)。圖8的塊182和對應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式示出用于相位估計(jì)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(PSF)的推導(dǎo)過程。通過用整復(fù)數(shù)頻率分解處于傅立葉平面中的實(shí)數(shù)位置的復(fù)數(shù)頻率來推導(dǎo)該P(yáng)SF。該P(yáng)SF的值為復(fù)數(shù)。如塊184所示，推導(dǎo)過程的最后步驟在傅立葉平面中執(zhí)行與PSF的卷積。圖8的塊182的內(nèi)積是針對傅立葉基函數(shù)進(jìn)行的——這會提供PSF。然后在塊184中使用該P(yáng)SF以便與傅立葉平面中的值卷積。圖9是示出在給定線性變換和參考信號的情況下計(jì)算相位的相位估計(jì)方法的流程圖。在我們的相位估計(jì)處理中有兩個(gè)主要階段。在第一階段中，所述實(shí)現(xiàn)方案根據(jù)線性變換對已知的參考信號坐標(biāo)(特別是處于已知頻率坐標(biāo)的一組正弦曲線)進(jìn)行變換。在第二階段中，所述實(shí)現(xiàn)方案使用變換后的坐標(biāo)和待檢信號的頻域中的這些變換后的坐標(biāo)周圍的相位信息，來獲得變換后的頻率坐標(biāo)的相位估計(jì)值。對該處理的輸入是:以根據(jù)2D FFT獲得的復(fù)數(shù)頻率平面的形式存儲在存儲器中的離散待檢信號，以及假定的變換(例如，先前計(jì)算的線性變換)和參考信號的頻率規(guī)格(這是參考信號的正弦曲線的已知頻率位置的集合)。對于每個(gè)實(shí)復(fù)數(shù)頻率，相位估計(jì)處理應(yīng)用以下步驟:a.使用所提供的線性變換來計(jì)算頻率的變換后的實(shí)數(shù)位置(例如，非整數(shù)位置)(塊 190)；b.用整數(shù)坐標(biāo)傅立葉基函數(shù)表示處于實(shí)數(shù)位置的復(fù)數(shù)頻率。這會提供復(fù)數(shù)PSF(塊 192)；c.獲得來自待檢圖像塊的FFT的期望實(shí)數(shù)頻率周圍的整數(shù)頻率的相位(塊194)。PSF在Delta=O處達(dá)到峰值，因此非整數(shù)峰值會(如預(yù)期的那樣)在小鄰域中顯現(xiàn)。特別地，函數(shù)(sin (pi Delta) /N sin (pi Delta/N))在0點(diǎn)具有峰值(在極限情況下)。d.計(jì)算處于整數(shù)頻率的復(fù)數(shù)值與PSF的對應(yīng)復(fù)數(shù)值的乘積的總和(塊196)。這會給出處于實(shí)復(fù)數(shù)頻率的估計(jì)相位值。PSF值可以被預(yù)先計(jì)算并存儲在表格中以提高效率。另外，也可以對相位進(jìn)行量化(從而量化成一些相位角)以提高效率。相位估計(jì)的第一階段的實(shí)現(xiàn)方案執(zhí)行變換，以將參考信號的每個(gè)頻率位置移動到各離散頻率采樣之間的適當(dāng)?shù)摹靶?shù)”位置。變換后的參考信號的相位的特性獨(dú)立于信號頻率。對于每個(gè)小數(shù)頻率位置，PSF表格包含最靠近的離散頻率位置的預(yù)先計(jì)算的相位信息。為了簡化計(jì)算，所述實(shí)現(xiàn)方案使用每個(gè)整數(shù)頻率之間的小數(shù)頻率位置的有限分辨率。所述實(shí)現(xiàn)方案利用小數(shù)頻率位置的數(shù)量上的這種減少來進(jìn)一步減小PSF表格的大小。該P(yáng)SF表格僅針對每個(gè)容許的小數(shù)頻率位置包含預(yù)先計(jì)算的相位信息。隨后將該P(yáng)SF相位信息重復(fù)用于所有將來的估計(jì)(在處理的第二階段)。在一種特定實(shí)現(xiàn)方案中，預(yù)先計(jì)算相位信息、并將其值存儲在小的離散表格中。這些表格對于水平和垂直頻率方向是相同的，因此所述實(shí)現(xiàn)方案訪問這些表格兩次、并對其值進(jìn)行組合以產(chǎn)生2D頻率位置的預(yù)期相位。我們的相位估計(jì)操作是高效的并且有益于硬件實(shí)現(xiàn)。除了消除逆變換和額外的FFT之外，該方法不需要如圖5的方法所示的那樣對待檢信號數(shù)據(jù)(例如，輸入的待檢圖像)進(jìn)行操作。而是，該方法使用已經(jīng)計(jì)算出的待檢信號的頻率數(shù)據(jù)，如圖6所示。因此，相位估計(jì)適用于硬件的管道化結(jié)構(gòu)。通常，該相位估計(jì)技術(shù)可以用于在復(fù)數(shù)頻率域中執(zhí)行旋轉(zhuǎn)或其他變換，而無需首先借助于空間域數(shù)據(jù)。圖10是示出相位估計(jì)的數(shù)字邏輯電路實(shí)現(xiàn)方案的框圖。圖10所示的相位估計(jì)實(shí)現(xiàn)方案在數(shù)據(jù)輸入模塊200處接收待檢信號塊的相位信息流。在控制模塊202的控制下，所述相位估計(jì)實(shí)現(xiàn)方案將相位信息(根據(jù)待檢信號塊的2D FFT獲得的相位半平面)存儲在RAM存儲器204中。線性變換候選者也通過數(shù)據(jù)輸入模塊200被接收、并直接存儲在模塊206,208和212中(可替換地，也可以存儲在RAM204中)。線性變換候選者矩陣模塊206以矩陣形式形成線性變換候選者，并將這些線性變換候選者提供給矩陣求逆模塊208和數(shù)據(jù)輸出模塊210。矩陣求逆模塊208求線性變換矩陣的逆矩陣。在該實(shí)現(xiàn)方案中，線性變換用于對圖像進(jìn)行空間變換。為了將參考信號坐標(biāo)映射到待檢圖像頻域，要取得線性變換的逆轉(zhuǎn)置。變換坐標(biāo)模塊212隨后從存儲器(只讀存儲器(ROM) 214)取得規(guī)定參考信號成分的位置的參考信號坐標(biāo)、并將該位置轉(zhuǎn)換成待檢信號塊的坐標(biāo)空間中的坐標(biāo)?？刂颇K216對參考信號成分的每個(gè)位置順次進(jìn)行操作，從而提供頻域中的坐標(biāo)。對于每個(gè)參考信號坐標(biāo)，控制模塊218對2x2矩陣中的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(PSF)點(diǎn)順次進(jìn)行操作。在控制模塊218進(jìn)行該操作時(shí)，控制模塊218控制對參考信號成分的變換后的坐標(biāo)進(jìn)行操作的坐標(biāo)取頂/取整函數(shù)模塊220，并且控制模塊218在PSF表格222中為該坐標(biāo)選擇PSF。坐標(biāo)取頂/取整模塊220隨后在相位信息RAM204中選擇鄰近頻率位置，相位信息RAM204繼而將處于鄰近位置的相位信息輸出給乘積與求和邏輯運(yùn)算器224。該乘積與求和邏輯運(yùn)算器224將來自表格222的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)應(yīng)用于相位信息以計(jì)算估計(jì)相位。數(shù)據(jù)輸出模塊210隨后輸出參考信號的每個(gè)參考坐標(biāo)的估計(jì)相位、以及對應(yīng)的線性變換候選者。該相位估計(jì)實(shí)現(xiàn)方案循環(huán)應(yīng)用于所有線性變換候選者，從而為每個(gè)LT (線性變換)候選者提供每個(gè)參考信號成分的估計(jì)相位的集合。相位偏差返回來參考圖1，跟隨在相位估計(jì)之后的處理是，使用變換后的參考信號的相位的該估計(jì)值以確定參考信號和待檢信號之間的平移。存在著用于計(jì)算該點(diǎn)處的平移的備選方法。一種方法是執(zhí)行變換后的參考信號和待檢信號的相位表示形式之間的相位相關(guān)運(yùn)算(這需要逆FFT操作)。下面，我們描述一種被稱為相位偏差的備選方法。2D相位偏差相位偏差是一種一般用于估計(jì)兩個(gè)圖像或信號之間的平移的備選方法。與相位相關(guān)方法相比，相位偏差法不需要逆FFT操作。圖11是不出相位偏差法的概述的流程圖。相位偏差法首先在步驟230中獲得參考信號和待檢信號之間的一組第一細(xì)節(jié)級別(例如，整數(shù)偏移)的候選平移值(被稱為平移偏移)。在圖11的步驟232中，相位偏差法通過使用上述第一組候選平移周圍的更高細(xì)節(jié)級別(例如，小數(shù)偏移)來確定提供參考信號和待檢信號之間的更好匹配的平移值，來對這些候選者進(jìn)行精煉。對于指定的平移偏移而言的相位偏差是，處于感興趣的所有參考信號成分處的測量相位和預(yù)期相位之間的偏差的總和。在參考信號包括一組各自具有特定相位的正弦曲線的情況下，預(yù)期參考信號相位是所述正弦曲線在已知平移偏移下的相位。對可以用相位角或平移值規(guī)定的若干平移偏移(例如，在特定圖像分辨率下的像素偏移)中的每一個(gè)提供這些預(yù)期相位。換言之，對于每個(gè)可能的平移偏移，存在著對應(yīng)于參考信號的一組預(yù)期相位。另外，其他輸入是根據(jù)待檢信號預(yù)先計(jì)算的測量相位。對每個(gè)平移偏移計(jì)算預(yù)期相位和測量相位之間的偏差?？梢允褂弥T如測量相位和預(yù)期相位之間的歐氏距離之類的距離度量來計(jì)算每個(gè)頻率處的偏差。對所有可能的平移偏移計(jì)算的相位偏差構(gòu)成2D相位偏差表面。該2D相位偏差表面中的最小值的位置表示平移偏移的位置。一種2D相位偏差法可以僅使用加法(沒有乘法)來實(shí)現(xiàn)，并且可以以2D FFT的計(jì)算成本的一小部分成本實(shí)現(xiàn)。此外，對每個(gè)偏移和對每個(gè)頻率進(jìn)行的相位偏差計(jì)算可以獨(dú)立地進(jìn)行，從而產(chǎn)生高效的并行實(shí)現(xiàn)方案。這是比類似于相位相關(guān)運(yùn)算的備選方法有利的優(yōu)點(diǎn)。相位差值和相位偏差可以被計(jì)算為復(fù)數(shù)值、或者可以直接用角度計(jì)算。利用角度進(jìn)行計(jì)算可以提供改善的計(jì)算效率。也可以使用除歐氏距離以外的距離度量。例如，LI范數(shù)或非線性度量可以取決于所涉及的信號和噪聲的細(xì)節(jié)而提供改善。特別地，偏差的總和可以被計(jì)算為測量相位角度和預(yù)期相位角度之間的絕對差值的總和，其中每個(gè)差值被包裹在-Pi和+Pi之間(該范圍的模為2*pi)。該計(jì)算可以高效地用硬件實(shí)現(xiàn)。子采樣平移估計(jì)可以對任何任意的實(shí)數(shù)值平移偏移計(jì)算相位偏差。與利用相位相關(guān)法的整數(shù)值平移估計(jì)相對比，這會提供子采樣平移估計(jì)。計(jì)算子采樣平移下的相位偏差度量的能力可以被用于實(shí)現(xiàn)如下的平移精練技術(shù):首先評估出整數(shù)平移以確定適合的平移偏移，在所述適合的平移偏移周圍通過評估出子采樣(即，對于圖像內(nèi)容而言的一小部分子像素)平移偏移來執(zhí)行進(jìn)一步的精煉。一維(ID)相位偏差可以修改基本相位偏差公式以利用各頻率模式。使一個(gè)維度(水平或垂直維度)中的坐標(biāo)值的線性組合為零的多組頻率會導(dǎo)致正交維度中的ID相位偏差公式。從概念上講，這會導(dǎo)致正交維度中的假想ID信號，該假想ID信號是2D空間中的多組2D正弦曲線的乘積。假想ID信號的頻率通過正交維度中的頻率的總和來給出。隨后可以以2D相位偏差的成本的一小部分成本，使用ID相位偏差公式在每個(gè)維度中獨(dú)立地估計(jì)平移。此外，對最小相位偏差度量的搜索是沿著ID空間進(jìn)行的(即，在一維的數(shù)據(jù)集合上進(jìn)行)，從而進(jìn)一步減少總計(jì)算成本。在一些情況下，所述線性組合會導(dǎo)致處于原始信號的支持長度(例如，128點(diǎn))以外的假想ID信號。這些假想ID信號具有比奈奎斯特頻率更高的頻率。在這種情況下，ID相位偏差法可以用更大的人為支持長度(例如，使用256點(diǎn)來確保更高的采樣率)來規(guī)定以避免混疊。避免混疊可以提高噪聲環(huán)境下的平移估計(jì)的可靠性。當(dāng)正交方向上的所有產(chǎn)生的假想頻率的值為偶數(shù)時(shí)，ID相位偏差會引起平移的模糊性。例如，當(dāng)2D空間中的長度為128x128的象限對稱頻率構(gòu)成的配對(例如，[-45, 9]和[45，9]以及[-44，6]和[44，6])相乘時(shí)，所產(chǎn)生的ID相位偏差具有長度為64的周期性。通過把具有相同值的兩個(gè)頻率組合起來而引起的頻率加倍會導(dǎo)致值為偶數(shù)的ID信號頻率(例如18和12)，從而引入模糊性。作為混疊的必然結(jié)果，將兩個(gè)頻率A和B混合會產(chǎn)生新頻率A+B和A-B。周期性所引起的模糊性可以通過使用2D相位偏差對特定平移進(jìn)行進(jìn)一步評估來解決。可替換地，該模糊性可以通過確保相當(dāng)多數(shù)量(大約一半)的假想頻率的值為奇數(shù)來避免?？梢圆捎肐D相位偏差和2D相位偏差的組合以便利用ID相位偏差的微弱計(jì)算負(fù)擔(dān)和2D相位偏差的魯棒性。圖12和13是更詳細(xì)地示出硬件實(shí)現(xiàn)方案的框圖。圖12是用于估計(jì)線性變換的數(shù)字邏輯電路(例如，圖1中的塊102和圖2中的塊122-124)的框圖。圖13是用于相位估計(jì)和相位偏差的數(shù)字邏輯電路(例如，圖1中的塊102-104和圖2中的塊126)的框圖。如圖12所示，對所述實(shí)現(xiàn)方案的輸入是來自待檢圖像的圖像數(shù)據(jù)分組。所述實(shí)現(xiàn)方案計(jì)算嵌入作為待檢圖像的輸入圖像中的數(shù)字水印信號相對于作為參考信號的數(shù)字水印的初始坐標(biāo)空間的仿射變換。在該特定實(shí)例中，參考信號是與水印信號相對應(yīng)的一組頻率峰值(B卩，一組相對于彼此具有已知的偽隨機(jī)相位的正弦曲線)。在該處理中的該時(shí)刻，待檢圖像可能已經(jīng)經(jīng)歷過由于采樣(掃描、打印、等等)而引起的各種形式的畸變、以及幾何畸變(例如，由于圖像編輯和/或由于掃描儀或攝像機(jī)在變換后的狀態(tài)下捕獲圖像而引起的幾何畸變)。由于該畸變，最好地近似估計(jì)出已知參考信號和其嵌入待檢圖像中的對應(yīng)物之間的變換的仿射變換是未知的。目標(biāo)是計(jì)算最好地近似估計(jì)出嵌入時(shí)的參考信號和待檢圖像內(nèi)的嵌入?yún)⒖夹盘栔g的變換的仿射變換。在描述電路實(shí)現(xiàn)方案之前，提供關(guān)于參考信號和待檢信號的屬性的背景是有幫助的，因?yàn)檫@些屬性支配著硬件的設(shè)計(jì)考慮因素。數(shù)字水印已經(jīng)在信號的鄰近塊內(nèi)被重復(fù)(例如，以鋪瓦的方式被重復(fù))。數(shù)字硬件電路對輸入分組的流進(jìn)行操作。輸入分組包括待檢圖像的相互重疊的塊，這些相互重疊的塊粗略地對應(yīng)于水印最初被嵌入于的塊的原始尺寸。每個(gè)塊是128x128的像素陣列?；谶@些信號屬性來使存儲器和FFT濾波器等的大小得到適應(yīng)，并且存儲器和FFT濾波器等的大小可以隨著應(yīng)用場合和用于這些應(yīng)用場合的信號規(guī)格而變化。預(yù)濾器300使用前面描述的方法對圖像塊內(nèi)的像素值進(jìn)行濾波。即，將每個(gè)采樣與其八個(gè)鄰居進(jìn)行比較，并將其替換為作為這些比較結(jié)果的函數(shù)的值，以提供一種試圖使嵌入的參考信號與待檢圖像數(shù)據(jù)隔離的非線性濾波。窗口操作部302為2D FFT準(zhǔn)備經(jīng)濾波的圖像數(shù)據(jù)。所產(chǎn)生的經(jīng)濾波的圖像數(shù)據(jù)塊由FFT2D (304)接收、并被存儲在RAM中。在這種情況下，RAM (306)與圖12中所示的其他硬件部件一起被實(shí)現(xiàn)在ASIC內(nèi)。FFT2D處理空間輸入數(shù)據(jù)塊以生成復(fù)數(shù)頻率數(shù)據(jù)。該復(fù)數(shù)頻率數(shù)據(jù)的實(shí)部和虛部在輸出時(shí)被交織從而成為單管道輸出流。C0RDIC308將交織的實(shí)部(Re)流和虛部(Im)流轉(zhuǎn)換成交織的幅度流和相位流。如本領(lǐng)域已知的那樣，CORDIC是用于三角函數(shù)的高效數(shù)字信號處理實(shí)現(xiàn)方案的方法。傅立葉幅度濾波器310僅對數(shù)據(jù)的傅立葉幅度部分進(jìn)行濾波。濾波器使用采樣值與該采樣值的(傅立葉幅度域中的)8個(gè)鄰居的平均值的比率。濾波器的輸出于是成為該比率的函數(shù)(在這種情況下，為非線性函數(shù))。濾波器使相位不經(jīng)改變地通過該濾波器。
直接最小二乘(DLS)模塊312接收經(jīng)濾波的傅立葉幅度和相位數(shù)據(jù)的交織流。這些數(shù)據(jù)流中的每個(gè)數(shù)據(jù)流被存儲在顯示為RAM塊314和316的RAM中。DLS計(jì)算并精煉每個(gè)潛在的線性變換候選者以獲得最大相關(guān)性強(qiáng)度。DLS模塊312的輸出首先是存儲的相位塊，接著是線性變換(LT)候選者構(gòu)成的流。用于相位估計(jì)的相位數(shù)據(jù)以準(zhǔn)備好被采樣使得可以對每個(gè)候選線性變換估計(jì)相位的形式被存儲。塊318基于相關(guān)性量度對線性變換候選者的輸入流進(jìn)行排序以找出排名最前的10個(gè)候選者。在該實(shí)現(xiàn)方案中，該相關(guān)性量度是相關(guān)性強(qiáng)度，該相關(guān)性強(qiáng)度被計(jì)算為在使用線性變換候選者來配準(zhǔn)參考信號和待檢信號之后這些信號之間的點(diǎn)積。RAM320是用于存儲排名第一的線性變換候選者和對應(yīng)的相關(guān)性度量的存儲器。圖13在圖12結(jié)束的地方開始于排名第一的線性變換候選者。相位估計(jì)模塊322接收相位數(shù)據(jù)流、并將其存儲到RAM324中。相位估計(jì)模塊322使用每個(gè)線性變換候選者來為待檢圖像中的與參考信號中的每個(gè)頻率位置相對應(yīng)的信號成分估計(jì)一組相位。對于每個(gè)線性變換候選者，相位估計(jì)模塊提供線性變換候選者和與參考信號中的頻率位置相對應(yīng)的一組相位。這些相位表示嵌入待檢信號中的參考信號成分的相位的度量。特別地，對于把參考信號作為數(shù)字水印嵌入待檢信號中的這種實(shí)現(xiàn)方案，上述的一組相位表示與具有隨機(jī)相位的正弦曲線相對應(yīng)的嵌入?yún)⒖夹盘柍煞值南辔坏墓烙?jì)值。在其他實(shí)現(xiàn)方案中，相位估計(jì)模塊可以被包含在DLS模塊內(nèi)，因?yàn)橛糜趯⒖夹盘栕鴺?biāo)進(jìn)行變換的大量矩陣計(jì)算已經(jīng)在DLS模塊內(nèi)被計(jì)算，并且相位數(shù)據(jù)也已隨時(shí)可用。這將導(dǎo)致DLS模塊輸出線性變換和對應(yīng)于這些線性變換中的每個(gè)變換的估計(jì)相位。盡管相位估計(jì)方法是針對數(shù)字水印檢測器實(shí)現(xiàn)方案描述的，但是該方法也可應(yīng)用于信號處理器試圖找出待檢信號內(nèi)的已知參考信號的其他應(yīng)用場合。其實(shí)例包括對象識別和模式匹配，在這些應(yīng)用場合中信號處理器試圖找出圖像中的已知參考信號。相位估計(jì)方法使信號處理器能夠計(jì)算被懷疑是待檢圖像的組成部分的參考信號的相位估計(jì)值。這些相位估計(jì)值可以在另外的匹配或識別操作中使用，以檢測參考信號是否存在于待檢信號中。在這些方法中，相同的一般方法如下所述:相位估計(jì)處理使用預(yù)期的信號模式和待檢信號中的對應(yīng)成分之間的變換的估計(jì)結(jié)果、以及待檢信號的相位，以計(jì)算所述信號模式在待檢圖像中的相位的估計(jì)值。返回到圖13，相位偏差模塊326接收每個(gè)線性變換候選者和參考信號在待檢信號中的對應(yīng)的一組估計(jì)相位。相位偏差模塊326為每個(gè)線性變換候選者計(jì)算相位偏差表面。該表面是由相位偏差構(gòu)成的陣列，其中陣列中的每個(gè)構(gòu)成元素對應(yīng)于一個(gè)平移偏移，并且所述構(gòu)成元素的值是對應(yīng)的預(yù)期相位差值和測量相位差值之間的相位偏差度量的總和。對于2D相位偏差，這是與所有由平移偏移構(gòu)成的配對相對應(yīng)的相位偏差值的2D陣列(例如，由128x128個(gè)值構(gòu)成的表面)。如如所述，對于特定平移偏移而目的相位偏差被計(jì)算為差值度量的總和，所述差值度量計(jì)算處于特定參考信號成分處的預(yù)期相位差值和測量相位差值之間的偏差。在我們的實(shí)現(xiàn)方案中，對于每個(gè)線性變換候選者存在著四個(gè)取向，對應(yīng)于O度、90度、180度和270度。在對一個(gè)取向計(jì)算相位偏差表面的處理結(jié)束時(shí)，使相位寄存器的取向再變更90度。2D相位偏差模塊的目標(biāo)是提供與相位偏差的最小值相對應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)平移偏移候選者。換言之，該目標(biāo)是找出利用預(yù)期相位差值和測量相位差值之間的最小偏差確定的、最匹配預(yù)期相位差值和測量相位差值的平移偏移。所述實(shí)現(xiàn)方案從一大常量中減去相位偏差，以便為了便利性而將搜索最小值的問題轉(zhuǎn)換成搜索峰值的問題(在這種情況下，峰值表示相位偏差表面中的最小相位偏差度量)。由于目標(biāo)是找出預(yù)期信號和測量信號(即，已知參考信號和其在待檢圖像中的對應(yīng)物)之間的最佳匹配，所以硬件試圖找出這二者之間的偏差的峰值。為了獲得計(jì)算效率，對整數(shù)平移偏移計(jì)算初始2D相位偏差表面。然而，實(shí)際平移可能是小數(shù)(即，子像素)偏移。結(jié)果，位于倒轉(zhuǎn)的相位偏差表面中的峰值可能遍布在2x1的像素區(qū)域上(或者沿水平方向，或者沿垂直方向)。為了克服該影響，在最高2x1模塊328中在各2x1區(qū)域上搜索峰值。為了克服噪聲和失真的影響，使用精煉模塊332對排名最前的N個(gè)峰值候選者進(jìn)行進(jìn)一步評估。精煉模塊從在倒轉(zhuǎn)的2D相位偏差表面中識別出的排名最前的N個(gè)峰值(例如，2x1的峰值)(例如，相位偏差表面中的最大的幅度極小值)開始操作。N的值被確定為計(jì)算效率和魯棒性之間的折衷結(jié)果、并且通常在2到10之間。然后，對于這N個(gè)峰值中的每一個(gè)，精煉模塊在與峰值相對應(yīng)的平移偏移周圍的鄰域中計(jì)算精煉后的相位偏差表面。為子像素平移偏移計(jì)算這些精煉后的相位偏差。特別地，為峰值的整數(shù)平移偏移位置周圍的MxM陣列中的每個(gè)子像素平移計(jì)算預(yù)期相位差值?；谄谕挠?jì)算吞吐量和魯棒性來確定M的值和平移的小數(shù)(即，子像素)增量。M的典型值為16，而典型的小數(shù)增量為四分之一像素。計(jì)算相位偏差的總和以提供子像素相位偏差表面。如果存在具有更高峰值的子像素偏移，則將該子像素偏移包含在排名最前的峰值的列表中。2D相位偏差模塊的輸出首先是線性變換候選者，隨后是與相位偏差表面(包括在精煉階段計(jì)算出的任何表面)中的極小值相對應(yīng)的峰值坐標(biāo)的列表。平移校正模塊330校正為每個(gè)線性變換候選者計(jì)算的平移偏移。校正的性質(zhì)對于實(shí)現(xiàn)方案而言是特定的、并且取決于實(shí)現(xiàn)方案的細(xì)節(jié)，例如被用作輸入的參考信號相位是相對于傅立葉表示形式的塊中心表示的還是相對于塊拐角表示的，傅立葉處理和表示形式是相對于塊中心進(jìn)行的還是相對于塊拐角進(jìn)行的，以及平移的差值取決于所述平移是相對于變換后的待檢信號的坐標(biāo)系表不的還是相對于參考信號的坐標(biāo)系表不的。圖14是示出基于偏差度量的相位偏差方程的圖。該圖提供相位偏差度量的實(shí)例。該度量是說明如何計(jì)算相位偏差表面中的相位偏差值的一個(gè)實(shí)例。如圖14所示，相位偏差表示參考信號的特定頻率成分i的測量相位差值和預(yù)期相位差值之間的偏差。測量相位差值是(例如，由相位估計(jì)處理確定的)參考信號在待檢信號中所具有的估計(jì)相位在頻率成分i處的相位角、和參考信號成分的已知相位角之間的差值。如前所述，相位估計(jì)處理為處于變換后的狀態(tài)的待檢信號提供相位角度估計(jì)值。在所述實(shí)現(xiàn)方案中，用于已知參考信號的相位角度處于其原始的未經(jīng)變換的狀態(tài)。預(yù)期相位差值是根據(jù)水平和垂直平移偏移直接計(jì)算的。如上所述，這些偏移以整數(shù)偏移開始，隨后因?yàn)榫珶挾蔀樽诱麛?shù)(sub-1nteger)(例如,子像素)。請注意，在該方程中，在參考信號中存在M個(gè)頻率成分。偏差度量是每個(gè)頻率成分的各個(gè)單獨(dú)的偏差的總和。盡管示出的是歐氏距離度量，但是也可以如前面指示的那樣使用其他偏差度量。根據(jù)圖14的描繪可以看出，通過使用如下參考信號可以將所示的2D情況簡化為2個(gè)分立的ID相位偏差的情況:具有關(guān)于垂直坐標(biāo)軸對稱的多對頻率成分、從而使水平成分相互抵消的參考信號；以及同樣地，具有關(guān)于水平坐標(biāo)軸對稱的多對頻率成分、從而使垂直成分相互抵消的參考信號。如上所述，這使得垂直和水平平移偏移能夠在搜索相應(yīng)的ID相位偏差陣列中的峰值的相互獨(dú)立的搜索中分別得到確定。圖15是示出DLS法的實(shí)現(xiàn)方案的圖。這是例如圖12中的塊312內(nèi)的處理的實(shí)現(xiàn)方案。如前所述，DLS模塊在塊350中開始于一組種子線性變換候選者。例如，該實(shí)現(xiàn)方案開始于由旋轉(zhuǎn)-縮放候選者構(gòu)成的稀疏集合(如上面的一個(gè)實(shí)例中所述)，所述旋轉(zhuǎn)-縮放候選者包括用2x2的線性變換矩陣表示的線性變換參數(shù)的子集。用2x2的矩陣表示的其他線性變換參數(shù)包括差動縮放(例如，水平和垂直縮放)和剪切(例如，水平和垂直剪切)。當(dāng)DLS法開始于旋轉(zhuǎn)和縮放候選者時(shí)，其他參數(shù)在初始被假定為不提供任何額外的變換，并且該方法的后續(xù)迭代以如下方式更新線性變換:使其他線性變換參數(shù)能夠變化從而提供參考信號和待檢信號之間的更佳的匹配。在其他實(shí)現(xiàn)方案中，稀疏的線性變換候選者的不同子集或公式可以被選作種子候選者。對于起始的一組種子候選者中的每個(gè)線性變換候選者，DLS模塊中的變換模塊對參考信號中的頻率成分的頻率位置進(jìn)行變換(352)。采樣模塊隨后對待檢信號在每個(gè)變換后的位置周圍的鄰域中的各位置處的頻率平面進(jìn)行采樣(354)。所述鄰域是圍繞變換后的頻率位置的區(qū)域，并且在實(shí)踐中所述鄰域包含待檢信號的FFT中的一定數(shù)目的離散頻率位置。接著，DLS模塊中的相關(guān)性模塊對待檢信號中的處于參考信號的每個(gè)變換后的成分周圍的這些區(qū)域計(jì)算信號相關(guān)性度量(356)，該信號相關(guān)性度量提供參考信號和待檢信號之間的相關(guān)性的度量。在該處理結(jié)束時(shí)，DLS模塊具有線性變換候選者的信號相關(guān)性度量。DLS模塊確定該度量相對于先前存儲的先前迭代的度量是否得到了改善(358)。只要在相關(guān)性度量方面有改善(358)并且迭代極限尚未達(dá)到(360)，DLS模塊就繼續(xù)進(jìn)行操作。存在多種方法來計(jì)算各區(qū)域和為這些區(qū)域計(jì)算的信號相關(guān)性度量。在DLS模塊從四個(gè)最近的鄰近位置采樣的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方案中，信號相關(guān)性度量被計(jì)算為待檢信號內(nèi)的處于每個(gè)變換后的位置的那些鄰近位置的頻率幅度的雙線性插值的總和。替代方案包括使用雙三次插值、并使用每個(gè)變換后的頻率成分的位置周圍的3x3采樣區(qū)域來計(jì)算相關(guān)性。在這種情況下，待檢信號中的相位是使用相位估計(jì)方法估計(jì)的。在DLS模塊找出使信號相關(guān)性得到改善、并且處于迭代極限之下的線性變換候選者的情況下，DLS模塊繼續(xù)建立一組對最小二乘法計(jì)算器的輸入，所述最小二乘法計(jì)算器繼而計(jì)算新的候選線性變換。這組輸入包括與每個(gè)變換后的頻率成分位置相對應(yīng)的、使頻率幅度出現(xiàn)最大值的一組頻率成分位置。為參考信號的每個(gè)成分找出這些新位置的處理被反映在塊362中。特別地，坐標(biāo)更新模塊計(jì)算變換后的坐標(biāo)位置周圍的鄰域中的特征坐標(biāo)(例如，峰值)。接著，最小二乘法計(jì)算器(364)通過使用最小二乘法找出把參考信號成分從其原始位置最佳地映射到塊362中找出的新位置的線性變換，來計(jì)算新的線性變換候選者。塊362中描繪的處理是上面討論的“坐標(biāo)更新”的實(shí)現(xiàn)方案。用于更新參考信號的頻率成分的坐標(biāo)的一種方法是選擇鄰近區(qū)域(例如變換后的頻率位置周圍的2x2、3x3、5x5等采樣區(qū)域)中具有最大幅度的鄰近頻率位置的坐標(biāo)。該處理不需要插值處理來找出新坐標(biāo)。在一些實(shí)現(xiàn)方案中，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)3x3鄰域會覆蓋高達(dá)2 3%、有時(shí)高達(dá)5%的差動縮放。在使用更大的鄰域和由于參考信號的相鄰頻率成分的噪聲而引起的潛在混亂之間存在著折衷。一種實(shí)現(xiàn)方案使用M處于35-75的范圍中的參考信號，以大約每英寸100點(diǎn)(DPI)的分辨率對待檢圖像進(jìn)行采樣，并且塊尺寸和FFT尺寸為128x128個(gè)采樣。鄰域尺寸和形狀可以被定制成適合參考信號的獨(dú)特特性。鄰域尺寸可以隨著頻率的增大而增大。鄰域尺寸和形狀可以被定制成避免由于參考信號中的相鄰頻率成分的噪聲而引起的沖突。鄰域尺寸和形狀也可以被定制為線性變換候選者的函數(shù)(例如，由LT候選者變換出來)。對變換后的位置的坐標(biāo)的更新也可以被計(jì)算為鄰近值的組合，例如通過找出鄰近峰值的中心(例如，歸一化質(zhì)心)、質(zhì)心、二次擬和、或鄰近值的其他插值來計(jì)算。塊364的最小二乘法計(jì)算器實(shí)現(xiàn)圖中所示的表達(dá)式以便求出該表達(dá)式左側(cè)的2x2線性方程的解。這可通過使用乘法和加法邏輯電路的硬件實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然也可以用軟件(包括固件指令)實(shí)現(xiàn)。如圖所示，所述輸入是參考信號成分的坐標(biāo)、以及由前面的塊(362)確定的參考信號在待檢信號中所具有的對應(yīng)的更新坐標(biāo)。在塊364中計(jì)算線性變換候選者的更新結(jié)果之后，DLS模塊添加該線性變換作為新候選者、并返回到塊352。當(dāng)DLS模塊根據(jù)判定塊358-360中的確定結(jié)果而結(jié)束時(shí)，存儲作為結(jié)果而得到的線性變換候選者及其相關(guān)的信號相關(guān)性度量以用于進(jìn)一步的處理(366)。DLS模塊如塊368所示的那樣對另外的種子線性變換候選者重復(fù)進(jìn)行操作。當(dāng)初始候選者已經(jīng)如圖所示得到處理和精煉時(shí)，DLS模塊對每個(gè)初始種子候選者具有精煉后的線性變換候選者。DLS模塊在這組精煉后的線性變換候選者中搜索最強(qiáng)相關(guān)性?；谙嚓P(guān)性得出的排名最前的候選者所構(gòu)成的子集隨后可以如上所述在進(jìn)一步的處理中得到使用。此外，如前所述，線性變換候選者可以被聚簇化并組合起來從而形成新的線性變換候選者。結(jié)束語盡管已經(jīng)參考特定實(shí)現(xiàn)方案描述和闡明了本技術(shù)的原理，但應(yīng)認(rèn)識到的是，本技術(shù)可以以許多其他不同的形式得到實(shí)現(xiàn)。為了提供全面的公開而不會過度加長本說明書，申請人通過引用把上面提及的專利和專利申請結(jié)合在本文中。上述方法、處理和系統(tǒng)可以用硬件、軟件或者硬件和軟件的組合來實(shí)現(xiàn)。例如，用于DLS、相位估計(jì)和相位偏差的信號處理操作可以被實(shí)現(xiàn)為存儲在存儲器中并且在可編程計(jì)算機(jī)中執(zhí)行的指令(包括軟件和固件指令)，實(shí)現(xiàn)為專用數(shù)字電路中的數(shù)字邏輯電路，或者實(shí)現(xiàn)為在一個(gè)或多個(gè)處理器中執(zhí)行的指令和數(shù)字邏輯電路模塊的組合。上述方法和處理可以被實(shí)現(xiàn)在從系統(tǒng)的存儲器(計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，例如電子、光學(xué)或磁存儲裝置)執(zhí)行的程序中。上述方法、指令和電路對電子信號或其它電磁形式的信號進(jìn)行操作。這些信號進(jìn)一步表示各種物理信號，例如在圖像傳感器中捕獲的圖像信號、在音頻傳感器中捕獲的音頻、以及在用于其他信號類型的傳感器中捕獲的其他類型的物理信號。這些電磁信號表示形式如上面詳述的那樣被變換成不同的狀態(tài)以確定信號之間的線性變換、相移和平移。上述方法、指令和硬件對參考信號成分和待檢信號成分進(jìn)行操作。由于信號可以被表示為通過將信號投影到基函數(shù)上而形成的信號成分的總和，所以上述方法可以一般地應(yīng)用于各種信號類型。例如，傅立葉變換將信號表示為該信號在一組基函數(shù)上的投影的總和。上面詳述的實(shí)施例中的元素和特征的特定組合僅是示例性的；這些教導(dǎo)與本申請和通過引用結(jié)合在本文中的專利/申請中的其他教導(dǎo)的互換和替換也是可預(yù)期到的。
權(quán)利要求
1.一種計(jì)算離散參考信號與待檢信號之間的變換的方法，所述方法包括: 提供表示所述離散參考信號的特征位置的集合，并且提供初始變換參數(shù)的種子集合，其中所述特征位置和變換參數(shù)被表示為電子存儲器中的數(shù)字電子信號； 使用所述種子集合，計(jì)算能夠找出線性變換候選者的最小二乘法最小化，所述線性變換候選者使利用線性變換將所述離散參考信號的所述特征位置和所述待檢信號中的對應(yīng)特征位置配準(zhǔn)時(shí)的誤差最小化，所述計(jì)算步驟包括計(jì)算與所述線性變換候選者相對應(yīng)的相關(guān)性度量；以及 對每個(gè)種子評估所述線性變換候選者以鑒別所述候選者的子集，所述子集表示線性變換候選者的精煉后的估計(jì)結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述特征位置與所述離散參考信號中的峰值相對應(yīng)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述特征位置與所述離散參考信號的正弦信號成分相對應(yīng)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述參考信號包括數(shù)字水印信號，并且所述待檢信號包括主信號，在所述主信號中嵌入有所述數(shù)字水印信號。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述種子集合包括由均勻分布的變換參數(shù)構(gòu)成的稀疏集合。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中通過均勻地改變由變換參數(shù)構(gòu)成的有限集合的子集，同時(shí)把所述有限集合中的剩余變換參數(shù)保持為常量，來選擇所述稀疏集合。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中計(jì)算精煉后的估計(jì)結(jié)果的步驟包括:基于所述候選者之間的相似度來至少選擇線性變換候選者的第一聚簇。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中把線性變換候選者的所述第一聚簇中的候選線性變換組合起來以提供精煉后的線性變換候選者。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中通過對所述候選者賦予作為所述候選者的相關(guān)性強(qiáng)度的函數(shù)的權(quán)重來把所述候選者組合起來，并且相關(guān)性強(qiáng)度包括相位相關(guān)性的度量。
10.一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，在所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上存儲有指令，當(dāng)所述指令被一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行時(shí)，所述指令執(zhí)行計(jì)算離散參考信號與待檢信號之間的變換的方法，所述方法包括: 提供表示所述離散參考信號的特征位置的集合，并且提供初始變換參數(shù)的種子集合，其中所述特征位置和變換參數(shù)被表示為電子存儲器中的數(shù)字電子信號； 使用所述種子集合，計(jì)算能夠找出線性變換候選者的最小二乘法最小化，所述線性變換候選者使利用線性變換將所述離散參考信號的所述特征位置和所述待檢信號中的對應(yīng)特征位置配準(zhǔn)時(shí)的誤差最小化，所述計(jì)算步驟包括計(jì)算與所述線性變換候選者相對應(yīng)的相關(guān)性度量；以及 對每個(gè)種子評估所述線性變換候選者以鑒別所述候選者的子集，所述子集表示線性變換候選者的精煉后的估計(jì)結(jié)果。
11.一種電路,包括: 存儲器，用于存儲待檢信號表示形式； 相關(guān)性模塊，用于接收線性變換候選者 的種子集合，并確定每個(gè)候選者的相關(guān)性度量作為在線性變換候選者被應(yīng)用時(shí)參考信號和所述待檢信號表示形式之間的相關(guān)性的度量; 坐標(biāo)更新模塊，用于在通過應(yīng)用線性變換候選者而確定的位置處確定與所述參考信號的特征相對應(yīng)的特征在所述待檢信號表示形式內(nèi)的特征位置；以及 最小二乘法計(jì)算器，用于對每個(gè)候選者確定精煉后的線性變換，所述精煉后的線性變換提供參考信號特征位置和由所述坐標(biāo)更新模塊確定的特征位置之間的最小二乘匹配。
12.如權(quán)利要求11所述的電路，包括線性變換模塊，所述線性變換模塊用于根據(jù)所述線性變換候選者將參考信號特征位置變換到所述待檢信號表示形式的坐標(biāo)空間。
13.如權(quán)利要求12所述的電路，其中所述相關(guān)性模塊使用來自所述變換模塊的變換后的參考特征位置來確定所述待檢信號中的要計(jì)算所述相關(guān)性度量的區(qū)域，并且所述相關(guān)性度量包括相位相關(guān)性度量。
14.如權(quán)利要求12所述的電路，其中所述坐標(biāo)更新模塊使用來自所述變換模塊的變換后的參考特征位置來確定所述待檢信號中的要確定特征位置的區(qū)域。
15.一種計(jì)算變換后的信號的相位的估計(jì)值的方法，所述方法包括: 提供表示離散參考信號的特征位置的集合； 接收待檢信號； 將變換應(yīng)用于所述參考信號以提供變換后的位置的集合；以及 使用點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)在所述變換后的位置周圍的鄰近區(qū)域中的離散采樣位置對所述待檢信號的相位進(jìn)行采樣，并提供所述待檢信號在與所述變換后的位置相對應(yīng)的位置處的相位的估計(jì)值。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述待檢信號包括圖像信號。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述待檢信號包括從圖像傳感器采樣的圖像信號。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述參考信號包括信號成分的集合，并且所述特征位置是所述信號成分的位置。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述信號成分是頻率成分，并且所述特征位置是所述頻率成分的頻率位置。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述待檢信號包括一種版本的參考信號，并且使用所述點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)來確定所述一種版本的參考信號在所述待檢信號中的相位。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中使用所述相位來確定所述待檢信號中的所述一種版本的參考信號和所述參考信號之間的變換。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述參考信號與嵌入所述待檢信號中的數(shù)字水印信號相對應(yīng)，并且使用所述相位來檢測所述待檢信號中的所述數(shù)字水印信號。
23.一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，在所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上存儲有指令，當(dāng)所述指令被一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行時(shí)，所述指令執(zhí)行計(jì)算變換后的信號的相位的估計(jì)值的方法，所述方法包括: 提供表示離散參考信號的特征位置的集合； 接收待檢信號； 將變換應(yīng)用于所述參考信號以提供變換后的位置的集合；以及使用點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)在所述變換后的位置周圍的鄰近區(qū)域中的離散采樣位置對所述待檢信號的相位進(jìn)行采樣，并提供所述待檢信號在與所述變換后的位置相對應(yīng)的位置處的相位的估計(jì)值。
24.—種電路,包括: 用于存儲待檢信號的相位的存儲器； 用于將參考信號的坐標(biāo)變換為變換后的坐標(biāo)位置的變換模塊；以及點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)模塊，用于從所述存儲器中讀取所述待檢信號在變換后的坐標(biāo)位置周圍的位置處的選定相位，并將點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)應(yīng)用于所述選定相位以提供估計(jì)相位。
25.如權(quán)利要求24所述的電路，其中所述待檢信號包括圖像信號。
26.如權(quán)利要求25所述的電路，其中所述待檢信號包括從圖像傳感器采樣的圖像信號。
27.如權(quán)利要求24所述的電路，其中所述參考信號包括信號成分的集合，并且所述坐標(biāo)包括所述信號成分的位置。
28.如權(quán)利要求27所述的電路，其中所述信號成分是頻率成分，并且所述坐標(biāo)包括所述頻率成分的頻率位置。
29.如權(quán)利要求24所述的電路，其中所述待檢信號包括一種版本的參考信號，并且使用所述點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)來確定所述一種版本的參考信號在所述待檢信號中的相位。
30.如權(quán)利要求29所述的電路，其中使用所述相位來確定所述待檢信號中的所述一種版本的參考信號和所述參考信號之間的變換。
31.如權(quán)利要求29所述的電路，其中所述參考信號與嵌入所述待檢信號中的數(shù)字水印信號相對應(yīng)，并且使用所述相位來檢測所述待檢信號中的所述數(shù)字水印信號。
32.如權(quán)利要求24所述的電路，其中所述點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)模塊包括:點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)表，以及將所述點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)應(yīng)用于所述選定相位的乘積與求和運(yùn)算器。
33.一種計(jì)算參考信號和待檢信號之間的平移偏移的估計(jì)值的方法，所述方法包括: 提供待檢信號的相位估計(jì)值的集合； 對于由平移偏移構(gòu)成的陣列中的每個(gè)元素，提供所述參考信號在平移偏移下的預(yù)期相位的集合，計(jì)算在所述平移偏移下的預(yù)期相位的集合中的每個(gè)預(yù)期相位和對應(yīng)的相位估計(jì)值的相位偏差度量，并計(jì)算在所述平移偏移下的所述相位偏差度量的總和；以及 確定由平移偏移構(gòu)成的陣列的相位偏差度量的峰值，其中所述峰值的位置提供所述平移偏移的估計(jì)值。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中所述待檢信號包括圖像信號。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其中所述待檢信號包括從圖像傳感器采樣的圖像信號。
36.如權(quán)利要求33所述的方法，其中所述參考信號包括信號成分的集合，并且所述預(yù)期相位的集合與所述信號成分的相位相對應(yīng)。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其中所述信號成分是頻率成分，并且所述預(yù)期相位與所述頻率成分的頻率位置相對應(yīng)。
38.如權(quán)利要求33所述的方法，其中所述待檢信號包括一種版本的參考信號，并且使用所述相位偏差度量來確定所述一種版本的參考信號在所述待檢信號中的平移偏移。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，其中使用所述平移偏移來確定所述待檢信號中的所述一種版本的參考信號和所述參考信號之間的變換。
40.如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述參考信號與嵌入所述待檢信號中的數(shù)字水印信號相對應(yīng)，并且使用所述平移偏移來檢測所述待檢信號中的所述數(shù)字水印信號。
41.一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，在所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上存儲有指令，當(dāng)所述指令被一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行時(shí)，所述指令執(zhí)行計(jì)算參考信號和待檢信號之間的平移偏移的估計(jì)值的方法，所述方法包括: 提供待檢信號的相位估計(jì)值的集合； 對于由平移偏移構(gòu)成的陣列中的每個(gè)元素，提供所述參考信號在平移偏移下的預(yù)期相位的集合，計(jì)算在所述平移偏移下的預(yù)期相位的集合中的每個(gè)預(yù)期相位和對應(yīng)的相位估計(jì)值的相位偏差度量，并計(jì)算在所述平移偏移下的所述相位偏差度量的總和；以及 確定由平移偏移構(gòu)成的陣列的相位偏差度量的峰值，其中所述峰值的位置提供所述平移偏移的估計(jì)值。
42.一種相位偏差電路，包括: 用于存儲待檢信號的相位估計(jì)值的集合和參考信號的已知相位的集合的存儲器； 相位偏差模塊，用于對由平移偏移構(gòu)成的陣列計(jì)算所述參考信號的已知相位的集合中的每個(gè)已知相位和所述參考信 號的對應(yīng)相位估計(jì)值的相位偏差度量，并且用于計(jì)算在平移偏移下的所述相位偏差度量的總和；以及 峰值確定模塊，用于對由平移偏移構(gòu)成的陣列確定所述相位偏差度量的峰值，其中所述峰值的位置提供所述參考信號和所述待檢信號之間的平移偏移的估計(jì)值。
43.如權(quán)利要求42所述的電路，包括精煉模塊，所述精煉模塊用于通過使用在所述平移偏移周圍的子采樣平移偏移下的相位偏差度量來計(jì)算精煉后的平移偏移而對所述平移偏移進(jìn)行精煉，并且用于找出在所述子采樣平移偏移下的所述相位偏差度量的精煉后的峰值位置。
44.如權(quán)利要求42所述的電路，其中由平移偏移構(gòu)成的陣列包括由平移偏移構(gòu)成的二維陣列。
45.如權(quán)利要求42所述的電路，其中由平移偏移構(gòu)成的陣列與二維空間相對應(yīng)，并且被細(xì)分為兩個(gè)由一維平移偏移構(gòu)成的陣列，每個(gè)一維陣列被評估以使用一維搜索來確定峰值位置。
全文摘要
信號處理裝置和方法使用最小二乘法來估計(jì)信號之間的變換。一種直接最小二乘法將種子變換候選者應(yīng)用于參考信號、并隨后測量變換后的參考信號和待檢信號之間的相關(guān)性。對每個(gè)候選者，在待檢信號中鑒別出參考信號特征的更新坐標(biāo)、并將其提供為對最小二乘法的輸入以計(jì)算對變換候選者的更新。在該處理結(jié)束時(shí)，該方法基于對相關(guān)性的進(jìn)一步分析來鑒別出一個(gè)變換或者由排名最前的變換構(gòu)成的集合。相位估計(jì)方法使用點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)來估計(jì)待檢信號中的參考信號成分的相位。相位偏差方法通過分析相位偏差表面來確定參考信號和待檢信號之間的平移，所述相位偏差表面通過計(jì)算相移估計(jì)值的偏差度量而生成。
文檔編號H03M7/00GK103190078SQ201180052657
公開日2013年7月3日 申請日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者R.K.夏爾馬, J.D.洛德, R.G.萊昂斯 申請人:數(shù)字標(biāo)記公司