壓縮視頻信號中水印的檢測的製作方法
2023-09-22 11:19:35
專利名稱：壓縮視頻信號中水印的檢測的製作方法
技術領域：
本發明涉及檢測壓縮的視頻信號中的水印用的方法和裝置。本發明還涉及用來將壓縮的視頻信號解碼以便獲得適合於水印檢測的信號的裝置。
加水印是一種把難以察覺的信息嵌入諸如音頻、靜止圖象或運動圖象等多媒體內容中的技術。水印用於諸如所有權驗證、版權保護以及複製和重放的控制等應用場合。
通常通過按照水印圖案輕微地改變視頻信號的亮度象素來把水印嵌入視頻信號中。為了理解本發明，只要把水印圖案想像成加在相同尺寸的象素陣列上的+1和-1的陣列就足夠了。下文中把與水印圖案具有相同尺寸的象素陣列稱為「圖片」。圖片可以是全尺寸視頻圖象(對於NTSC是480*720個象素或對於PAL是567*720個象素)或者是其一部分，例如，128*128個象素的子圖象。如果水印圖案小於圖象，則把它稱為「瓷磚」。然後重複地使用所述圖案而獲得「瓷磚式」圖象。假定利用相同的水印圖案將多個圖片加水印。
圖片中水印的檢測本質上是一種閾值化相關操作。水印檢測器通過計算可疑圖片和水印圖案之間的相關度，並且把該結果與預定的閾值進行比較來判定可疑圖片是否被加了水印。申請人的國際專利申請WO-A-98/03014中公開了這樣的水印檢測器的例子。
本發明針對檢測壓縮的視頻信號中的水印的問題。視頻壓縮減少了待發送或記錄的數據的數量。眾所周知的例子是活動圖象專家組(MPEG)標準壓縮。簡單地說，MPEG壓縮包括對象素值塊進行離散餘弦變換(DCT)，把它們變換成係數塊。把所述係數量化，這使許多係數呈現零值。通過把霍夫曼碼字賦予每一串零係數和隨後的非零係數而對所述量化係數進行可變長度編碼。可以對圖片進行自主編碼(I圖片)或者預測編碼(P-和B-圖片)。在後一種情況下，對剩餘的象素塊(它們是減去運動補償預測塊之後留下的)而不是各象素塊本身。
檢測水印的直接方法使用傳統的MPEG檢測器和傳統的水印檢測器的串聯配置。但是，它具有總體複雜性，它太大而不能作為僅僅用於水印檢測的可行的解決辦法，因為MPEG解碼就操作次數、複雜性和存儲器數目而言是昂貴的。對於DVD驅動裝置而言尤其如此，所述DVD驅動裝置預計包括水印檢測器以便確定視頻節目是否可以被複製、但本身不包括MPEG解碼器。
本發明的目的是提供一種檢測壓縮的視頻信號中的水印的效能價格合算的方法。
為此目的，根據本發明的方法包括以下步驟累加多個圖片的空間對應係數；將所述累加的係數逆變換成累加的多個圖片；以及檢測所述累加的多個圖片中的水印。
本發明基於以下的認識如果首先累加所述多個圖片然後根據所述累加的結果進行水印檢測，則可以更可靠地檢測嵌入多個圖片中的水印。本發明還利用以下見解(逆)變換和累加是可易的操作，它們可以按照相反的次序進行。
所述方法具有優於直接方法的優點，後者首先以傳統方式將視頻信號解碼然後檢測解碼後的信號中的水印。每單位時間的逆變換操作的數目明顯地減少了。不是對每一個單獨的係數塊進行逆變換，而是在累加多個圖片之前不進行所述逆變換，即，每一個水印檢測周期進行一次逆變換。本發明的另一個優點來源於以下考慮按照MPEG編碼的視頻數據是可變長度編碼的，以及每一個圖片的位數目主要依賴所述圖片是I圖片、P圖片或者B圖片。由此可見，傳統的MPEG解碼器包含大型的輸入緩衝器，用來把MPEG位流的幾乎不變的位速率(對於DVD是大約10兆位/秒)轉換成最高值高達40兆位/秒的劇烈變化的位速率，因此，可變長度解碼器必須能夠處理最高的瞬時位速率。通過交換逆變換和累加的次序，可以按照輸入位速率來進行所述可變長度解碼。可變長度解碼器被大大地簡化了，於是可以省去所述大型輸入緩衝器。此外，用以累加所述係數的緩衝器具有水印圖案的尺寸。為了檢測「瓷磚式」圖象中的水印，這種緩衝器顯著地小於傳統的MPEG解碼器全尺寸圖象緩衝器。
實驗證明，在剩餘的象素塊中存在足夠的水印。由此可見，不必重構P圖片和B圖片。可以直接累加這些圖片的係數。還發現，並且實驗證實，可以省略用於水印檢測的運動補償。可以與包含在信號中的運動矢量無關地進行係數的累加。這樣，可以省去用以重構P圖片和B圖片的電路，例如，用以對運動矢量進行解碼的可變長度解碼器、運動補償器和兩個全尺寸幀存儲器。
圖1示意地顯示用於按照本發明檢測水印的裝置。
圖2顯示圖解說明圖1中所示的裝置的操作的示意圖。
圖3顯示包括圖1中所示的裝置的DVD驅動裝置。
圖1示意地顯示用於按照本發明檢測水印的裝置。該裝置包括可變長度解碼器1，累加器2，緩衝器3，地址發生器4，逆離散餘弦變換器5和水印檢測電路6。水印檢測電路6是例如國際專利申請WO-A-98/03014中公開的傳統的水印檢測器。
該裝置接收MPEG位流MP形式的壓縮視頻信號。MPEG位流的淨負荷的大部分包括可變長度編碼係數和運動矢量。根據本發明的一個方面，將運動矢量忽略不計。由可變長度解碼器1將代表係數的碼字解碼。許多係數具有零值。單個碼字代表一串零係數和隨後的非零係數。特定的碼字代表塊的末端。對於每一個係數，可變長度解碼器1產生係數值C及其序號n、即、其在8*8個係數的塊中的相關位置。
在累加緩衝器3中累加多個圖片的空間相應係數。這裡假定，圖片的尺寸(因此緩衝器的尺寸)是128*128個象素，即，整數個DCT塊。緩衝器3由地址發生器4編址，後者對圖片中的當前DCT塊的位置一一計數，並且從可變長度解碼器1接收係數序號n。累加器把當前係數值C加到至今累加的結果上。應當指出，根據本發明的一個方面，所述係數的累加與它們代表象素或剩餘象素無關，即，與它們來源於自主編碼的I圖片或者來源於預測編碼的P圖片或B圖片無關。
圖2中圖解說明上述操作步驟。在該圖中，標號9代表變換域中的全尺寸瓷磚式圖象。已經通過重複地把水印圖案加到具有128*128個象素尺寸的(子)圖片91-99上而將該圖象加了水印。如該圖的右側所示，把圖片91-99摺疊和累加，以便獲得累加的圖片100(仍然在變換域中)。
在累加了預定數目的圖片的係數之後(例如，所有圖片構成一個全尺寸瓷磚式圖象和/或多個圖象)，把累加的結果加到DCT電路5上，在DCT電路5中將所述結果逆變換到空間域中。然後，把累加的空間「圖片」P加到傳統水印檢測電路6。
圖3顯示用來重放記錄在光碟31上的MPEG位流的DVD驅動裝置。把記錄信號通過開關32加到輸出端子33上。該輸出端子連接到外部MPEG解碼器和顯示器(未示出)上。假定所述DVD驅動裝置可能不重放帶有預定的嵌入水印的視頻信號，除非其它條件得到滿足(這與本發明無關)。例如，加了水印的信號僅僅在光碟31包含給定的「擺動」密鑰時才可以被重放。如參考圖1所描述的那樣，為了檢測水印，DVD驅動裝置包括水印檢測器34。水印檢測器34接收記錄信號，並且響應是否檢測到水印而控制開關32。
總之，公開了用來檢測嵌入MPEG壓縮信號中的水印的方法和裝置。傳統的MPEG解碼器被刪除到這樣的程度根據本發明獲得適合於水印檢測的修改的基帶視頻信號；在變換域中累加具有嵌入水印的多個圖片；以及把逆DCT應用於所述累加結果上。然後，把傳統的水印檢測應用於空間域中的累加的多個圖片上。
權利要求
1.一種檢測壓縮的視頻信號中的水印的方法，所述壓縮的視頻信號包括通過變換所述視頻信號的圖片而獲得的頻譜係數，其特徵在於所述方法包括以下步驟累加多個圖片的空間對應係數；將所述累加的係數逆變換成累加的多個圖片；以及檢測所述累加的多個圖片中的水印。
2.權利要求1的方法，其特徵在於所述編碼視頻信號包括預測編碼圖片，後者中的每一個包括代表減去預測圖片後的剩餘圖片的係數；所述累加係數的步驟應用於代表所述剩餘圖片的係數，而與代表所述預測圖片的係數無關。
3.權利要求2的方法，其特徵在於所述預測編碼圖片還包括運動矢量，所述累加係數的步驟是與所述運動矢量無關地進行的。
4.一種用來檢測壓縮的視頻信號中的水印的裝置，所述壓縮的視頻信號包括通過變換所述視頻信號的圖片而獲得的頻譜係數，其特徵在於所述裝置包括裝置(2，3，4)，用來累加多個圖片的空間對應係數；裝置(5)，用來將所述累加的係數逆變換成累加的多個圖片；以及裝置(6)，用來檢測所述累加的多個圖片中的水印。
5.一種用來將壓縮的視頻信號解碼的裝置，所述壓縮的視頻信號包括通過變換所述視頻信號的圖片而獲得的頻譜係數，其特徵在於所述裝置包括裝置(2，3，4)，用來累加多個圖片的空間對應係數；以及裝置(5)，用來將所述累加的係數逆變換成累加的多個圖片。
6.一種用來記錄和/或重放壓縮的視頻信號的裝置，它包括用來根據所述視頻信號中存在水印而禁止所述視頻信號的記錄和/或重放的裝置(32)，其特徵在於所述裝置包括權利要求4中用來檢測所述視頻信號中的所述水印的裝置(36)。
全文摘要
公開了用來檢測嵌入MPEG壓縮信號中的水印的方法和裝置。傳統的MPEG解碼器被刪除到這樣的程序:根據本發明獲得適合於水印檢測的修改的基帶視頻信號。根據本發明,在變換域中累加具有嵌入水印的多個圖片(2,3,4);以及把逆DCT(5)應用於所述累加結果上。然後,把傳統的水印檢測(6)應用於空間域中的累加的多個圖片上。
文檔編號H04N7/32GK1273747SQ99801137
公開日2000年11月15日 申請日期1999年7月2日 優先權日1998年7月15日
發明者A·A·C·M·卡爾克, J·A·海特斯馬 申請人:皇家菲利浦電子有限公司