用於水印檢測的方法和裝置的製作方法
2023-09-22 11:05:30 1
專利名稱：用於水印檢測的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於檢測媒體信號、特別是正在通過個人計算機的圖形卡播放的媒體信號中的水印的方法和裝置。
背景技術：
最近，DVD版權保護團體提出將用於個人計算機中播放控制的水印檢測應用在DVD-ROM或DVD重寫驅動器中。這樣做的原因是該水印檢測是許可技術(即，在具有或沒有水印檢測器的情況下，播放或記錄設備都可以工作)，它與需要為設備提供解密器以便正常工作的加密相反。脆弱的協議曾經是DVD-ROM驅動器需要檢查盤上的MPEG-2壓縮的未加密DVD視頻內容是否存在不允許拷貝或允許一次拷貝等水印。如果存在這種情況，則停止播放(因為允許一次拷貝和不允許拷貝的內容應當一直被加密)圖1示意性示出了這種PC系統結構，它具有水印檢測以便對DVD驅動器進行播放控制。該PC包括DVD驅動器1、具有微處理器和用於執行作業系統和應用軟體的相關電路的主板2、以及圖形卡3。該主板上具有用於與DVD驅動器之間傳輸數據的IDE總線4、和用於連接該圖形卡的AGP插槽或PCI插槽5。該DVD驅動器包括用於從DVD盤6中讀取數據的基本引擎11和用於將該驅動器與IDE總線連接起來的主機接口12。為了使水印檢測器核心14可以檢測水印，該驅動器包括MPEG2剖析器13，以便至少部分地解壓縮該內容。停止內容播放由一開關15來象徵性地表示，該開關由水印檢測器核心14來控制。
但是，具有在DVD驅動器中使用水印檢測器的播放控制的PC系統，在開放式結構PC中留下主要的安全漏洞。這樣的一個安全漏洞是可以通過交換所有的比特而以加密的方式記錄內容。由於它不再是適應的MPEG2流，因此該驅動器中的剖析器13會失敗，且不會看到任何水印。剛好在媒體播放器軟體之前或者之內可以撤消該比特交換。另一種安全漏洞是不使用MPEG2而使用其他壓縮方案例如MPEG4(在DivX下比較普及)、分形編碼、Windows Media、Real等來壓縮內容。由於DVD驅動器不可能在主板上具有對應所有這些格式的剖析器(黑客將發明比該驅動器更智能的新的多媒體數位訊號編解碼器)，因此也不會檢測到水印。雖然利用除MPEG2以外的其它多媒體數位訊號編解碼器壓縮的(非法)拷貝通常不能在當前的DVD視頻播放器上播放，但是DVD視頻播放器具有支持越來越多多媒體數位訊號編解碼器的趨勢。
因此，已經提出在解壓縮之後和再現之前放置水印檢測器，即在MPEG解碼器卡或圖形卡中。在解壓縮後，由於所有的內容都已經變為明確的基帶格式以便人們觀看，因此不在存在模糊。起初，人們認為強迫MPEG解碼器公司或圖形卡製造商安裝這種水印檢測器很難。但現在這樣的觀點已經改變了。
雖然在圖形卡中檢測水印在技術上非常簡單和明了，但是實際上由於大量數據高速流過該圖形卡，以及同時顯示多個流，因此仍然存在很多問題。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種對上述問題的解決方案。為此，本發明提供了在獨立權利要求中限定的方法和裝置。在從屬權利要求中限定了最佳實施例。
圖1示意性示出了現有技術個人計算機結構，其中在DVD驅動器中具有水印檢測；圖2示出根據本發明一個方面的具有圖形卡的計算機系統；圖3示出根據本發明另一方面的具有圖形卡的計算機系統；圖4A和4B示出多個屏幕畫面，用於說明圖3中所示的個人計算機的操作；圖5示出由圖2和3所示的個人計算機執行的協議。
具體實施例方式
圖2示出根據本發明一個方面具有圖形卡30(連接或集成在PC主板2上)的計算機系統。該圖形卡包括多個傳統電路，例如AGP/PCI接口301、顯示器引擎302、存儲器接口303、視頻RAM304和D/A變換器305。在視頻數據被提供到(外部)顯示屏幕之前，基帶水印檢測器31與圖形卡的輸出端(或多個輸出端)耦合。該水印檢測器31根據適用的版權保護算法來控制一個或多個開關35，從而防止內容顯示在顯示屏幕上。這些開關35與圖1中的開關15具有相同的功能。
一個問題是輸出端的數據為RGB格式，而大多數水印方案只對亮度信道工作。根據公知的公式(Y/0.587)＝0.509R+G+0.194B(其中0 R，G，B＜1)將RGB格式變換為亮度Y需要2次加法和2次乘法。這樣非常耗時，特別是在高速率的情況下更是如此。
在根據本發明的系統中，RGB到Y的變換器32通過近似Y來避免乘法，例如Y 0.25R+0.5G+0.125B＝R/4+G/2+B/8，這僅需對算法進行一點改變就可以實現。在實施例中，甚至可以避免加法，變換器僅需簡單地選擇綠色信號從而使YG(因為G是主要的)即可。
通常是通過在整個圖像上「平鋪顯示」小尺寸的基本水印圖案來嵌入該水印的。對應的水印檢測器將可疑圖像分為具有與基本水印圖案相同尺寸的多個圖像區域，將這些圖像區域收集在緩衝器中(稱為摺疊處理)，並檢查該緩衝器中所收集的圖像區域中是否存在基本水印圖案。如果水印檢測器31為這種類型，則有利地首先利用3個獨立的摺疊緩衝器收集和摺疊3原色R，G，B。在摺疊後脫機而不是匆忙地執行RGB到Y的變換。該過程要使用3倍多的存儲器，但對於用於其他目的的視頻存儲器量來說這一點可以忽略。由於需要將3倍多的數據傳輸到存儲器，因此該選項需要更多的存儲器帶寬。
如圖2中所示，與結構相關的另一個問題是圖形卡的視頻輸出可以為任何數目的解析度，如下表所示
表格某些常用圖形標準的解析度和像素時鐘的比較還存在由某些圖形卡支持的其它標準，它們具有內插解析度。注意像素時鐘對於正常基帶水印檢測(PAL或NTSC)為13.5MHz。與正常PAL/NTSC基帶檢測相比，該輸出接口因此具有最大為13×的更高的數據率(UXGA模式)。基帶檢測需要對每個像素進行一次加法，因此加法器需要以13倍速工作。
為了解決上述問題，該圖形卡包括解析度變換器33，用於對空間內(可能的話也在時間中)的像素數據進行子採樣例如需要檢測的信息僅是幀1中的行1、幀2中的行2等等。或者，僅對圖像的一部分進行水印檢測。
另外，如圖2所示，圖形卡上有多個輸出。當前，在計算機(或它的圖形卡)上提供傳統的VGA輸出和TV輸出，以便在在起居室TV上顯示在PC上再現的DVD電影。最近已經在選項板上加入了數字DVI接口。由於可以獨立的控制所有這些輸出端(即顯示不同數據)，因此檢測器的數目自然應當等於輸出端的數目，這造成了明顯的成本負擔。
這個問題可以通過將水印檢測器時間多路復用到不同輸出端來解決即，在輸出端1進行固定時間長的第一檢測，然後在輸出端2，等等。為此，該系統包括一個選擇器34，它可以按照時間順序選擇該圖形卡的多個輸出端的一個。它還可能同時檢查所有輸出端。
檢測個人計算機的圖形卡所產生的信號中的水印還有很多相關問題。這些問題都是由於個人計算機通常可以在顯示屏幕的各「窗口」中同時執行多個應用程式而造成的。用戶可以對每個窗口進行任意定位和縮放。
因此該水印檢測器需要處理的尺寸的潛在範圍很大。仍然保持可視質量的最大尺寸就是在監視器(達到1600×1200像素或更大)上顯示內容(例如全屏DVD電影)。一般說來，最小尺寸是當視頻縮小到352×200像素時，這是從網際網路上下載的電影的通常格式。因此水平尺寸範圍為0.5...2.2而垂直為0.4...2.5，當前可用的水印檢測器被設計為可以處理0.5...1.5範圍內的尺寸。
根據本發明的第二方面，檢查計算機的視頻輸出端來定位圖像幀之間信號變化的圖像區域。由於實時視頻包含更多變化，因此根據桌面上的所有其他信息可以區分該視頻。然後可以在所述圖像區域周圍產生邊界框，從而提供感興趣的(最佳為矩形)區域。現在可以認為該邊界框構成了應用程式運行其中的窗口。
圖3示意性示出了根據本發明該方面的PC。在該圖中，像素活動性檢測器36檢測並存儲相對於前一幀的(閾值)變化。連接電路37在具有顯著變化的圖像區域周圍配合一邊界框。從文獻中人們可以知道根據活動性檢測器的區域怎樣確定包括該點的最可能的邊界框。隨後執行正常的水印檢測，其中可以在這之前執行必要的尺寸變換32。換句話說，在我們只進行尺寸檢測和真實載荷檢測之前(圖2)，現在可以加入「感興趣的區域的檢測」。
為了說明PC結構的操作，圖4A示出了Microsoft Windows作業系統的桌面，其中具有兩個應用窗口41和42，窗口中有不同的應用程式在運行。在該例子中，窗口42是由DVD電影播放器應用程式產生的。圖4B示出了由圖形卡中的電路(36，37)所檢測到的感興趣的區域的內容。如果將該感興趣區域中的內容上採樣或下採樣為正常的720×480或720×576格式，則將其提供到正常的基帶水印檢測器，該內容現在很可能以非常接近於1.0的尺寸被處理。
應當注意，可以對子採樣的視頻幀執行該變化檢測36，從而保存存儲空間。也可以「塊對塊」地執行該變化檢測(例如，首先尋找左上角的變化區域，然後是右上角)。
本發明的另一個方面涉及作用於所檢測到的水印的存在或不存在。圖5示出一種協議的框圖，該協議用於確保所有的部件都能功能性確保水印檢測。塊16，21，22和38表示驗證處理或設備。在該預期的結構中，DVD驅動器10在啟動時檢查PC中是否存在具有水印檢測器31的圖形卡30。如果不存在該具有水印檢測器的圖形卡，則驅動器不輸出數據。但是如果存在這種特殊的圖形卡，則輸出數據。
當圖形卡中的水印檢測器31檢測到水印時，它將試圖驗證適應的應用程式，該應用程式用於再現該加有水印的數據。如果這種驗證成功，則圖形卡繼續操作(例如，使用驗證後的應用程式播放真實的DVD視頻)。如果它不能找到這樣一個應用程式，則該內容必然是從某些未經過驗證的源得到的，例如使用某些私人或其他非相應軟體來再現驅動器中非法拷貝的盤。該圖形卡然後通過啟動開關35(見圖2和3)來關閉該輸出，或者破壞檢測到水印的邊界框區域內的視覺樂趣。或者，可以在整個圖像上滾動顯示一個消息，提醒檢測到未經驗證的流中的水印。
該PC運行一個或更多應用程式，例如解壓縮和再現從例如DVD驅動器10這樣的源中得到的可能加有水印的內容。注意，由於該正在再現的數據已經被驅動器驗證，因此適應應用程式對正在再現的數據的來源很確定。而且該結構非常普通。特別是，該來源已經不必是DVD驅動器。例如，該來源可以是模擬捕捉卡、MPEG編碼器卡或IEEE-1394板。
在上述的結構中，黑客可以執行下面的攻擊它可以將DVD+R上他想要觀看的內容非法複製到硬碟上而不再現。然後，他使用適應應用程式在一個窗口中從DVD驅動器播放任何被有效保護的DVD視頻，同時在另一個窗口中用非適應應用程式再現非法材料。該水印檢測器將找到一個水印(在其中一個窗口中)，但認為它與DVD驅動器中的原始電影一致。因此，不會發現該非法材料。這甚至也可能濫用適應應用程式利用CSS(已經被攻克的)可以再次加密硬碟上的非法內容，從而假裝其為真實內容。因此，相應播放器可以接受該再次CSS後的內容，並在圖形卡檢測水印之後，該應用程式可以保證它。
因此，當檢測器已經發現了水印內容時，該水印內容(通過驗證)可以被在適應應用程式或驅動器中找到，檢測器繼續搜索其他感興趣的區域，並檢測其中的水印。實際上，可以通過從顯示器上的一個隨機點開始該邊界框來實現，從而始終避免以相同的邊界框告終。如果找到了另一個具有水印的感興趣的區域，則必然有另一個適應應用程式或源。當沒有找到時，播放非法內容，並控制圖形卡執行相應動作。
或者，該圖形卡可以利用在啟動時建立的驗證後的信道，通知水印有效載荷的驅動器。該驅動器可以根據盤來驗證該水印有效載荷是否與該盤匹配。如果不匹配，則必須提供被複製的材料的其他源。注意為了該方法能夠作用，需要將水印有效載荷按照不能被黑客獲得的方式存儲在盤上，例如在導入區中當前未使用的扇區中。這樣不會增加驅動器的成本。
黑客可能執行下面的攻擊他將第二張非適應的圖形卡插入PC中。它允許驅動器驗證該圖形卡(使用黑客攻克後的驅動器)，同時它使用該非適應的圖形卡來播放驅動器中的非法材料。第二種攻擊方案是他僅將非適應卡插入PC中但通過網絡(家庭區域網或網際網路)將該PC與另一個具有適應圖形卡的PC連接起來。在利用遠程適應圖形卡驗證該驅動器之後，可以在主板上的非適應圖形卡上顯示非法內容。第三種攻擊方案是在單獨PC中存在適應的DVD驅動器和具有水印檢測器的適應圖形卡；在驗證之後，黑客將數據從驅動器中的非法盤傳輸到在網絡中具有非適應圖形卡的另一個PC上運行的非適應應用程式中。
該作業系統和BIOS僅是PC中的實體，它們對PC的插入卡配置很了解。對於第一種黑客攻擊方案的解決方法是使BIOS或OS禁止在一個PC中將適應和非適應圖形卡組合起來(為了安全原因)。對於第二種黑客攻擊方案的解決方法是使OS和BIOS不能允許通過網絡對圖形卡驗證。實現這一目的的一種方法是對於OS查詢驅動器它驗證了哪個圖形卡，並檢查該驅動器實際上在板上。這很明顯需要一個安全的OS。如果市場要求能夠允許在家用網絡中從遠程DVD驅動器播放，則不能禁止問題7的第二種黑客攻擊方案，另一種解決方法是使OS禁止將適應驅動器和非適應圖形卡合成在一個單元中。
本發明可以歸納為以下幾點。為了保護版權，個人計算機的圖形卡中的水印檢測近來開始在標準化方面引起人們注意。在圖形卡中檢測具有完全不同於以前在DVD驅動器中檢測的問題，必須解決高數據速率、大尺寸範圍、和顯示區域中存在多視頻流等問題。本發明提出檢查(36)計算機系統產生的視頻信號以便定位視頻信號幀發生變化的圖像區域，並限定(37)該圖像區域周圍的邊界框從而提供出感興趣的區域。將由此發現的該感興趣的區域認為是構成了應用程式運行所在的窗口。在進行適當的尺寸變換(32)之後，隨後對所述窗口執行傳統的水印檢測。按照這種方式可以檢測多個窗口。這樣可以防止黑客在DVD驅動器(10)中播放適應盤的同時，在一個窗口中再現非法內容。
權利要求
1.一種用於在與計算機系統連接的顯示屏幕的窗口中，檢測由所述計算機系統執行的應用程式所再現的多媒體信號中的水印的方法，所述窗口覆蓋了所述顯示屏幕的圖像區域的一部分，該方法包括以下步驟-檢查所述計算機系統產生、並提供到所述顯示屏幕上的視頻信號，以便定位視頻信號幀發生變化的圖像區域；-在該圖像區域周圍限定一邊界框，從而提供出感興趣的區域；-檢測該感興趣的區域中的水印。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述邊界框為矩形。
3.如權利要求2所述的方法，其中水印檢測器用於檢測具有預定解析度的圖像中的水印，該方法還包括將感興趣的區域縮放為所述預定解析度的步驟。
4.如權利要求1所述的方法，還包括為其他感興趣的區域檢查視頻信號，並檢測所述其他感興趣的區域中的水印的步驟。
5.一種用於執行一應用程式的計算機系統，該應用程式在與所述計算機系統連接的顯示屏幕的窗口中再現可能具有水印的多媒體信號，所述窗口覆蓋了所述顯示屏幕的圖像區域的一部分，該計算機系統包括-用於所述檢查計算機系統產生、並提供到所述顯示屏幕上的視頻信號，以便定位視頻信號幀發生變化的圖像區域的裝置；-用於在該圖像區域周圍限定一邊界框，從而提供出感興趣的區域的裝置；-用於檢測該感興趣的區域中的水印的水印檢測器。
6.一種使用在計算機系統中的圖形卡，該計算機系統用於執行一種在與所述圖形卡連接的顯示屏幕的窗口中再現可能具有水印的多媒體信號的應用程式，所述窗口覆蓋了所述顯示屏幕的圖像區域的一部分，該圖形卡包括-用於檢查所述計算機系統產生、並提供到所述顯示屏幕上的視頻信號以便定位視頻信號幀發生變化的圖像區域的裝置；-用於在該圖像區域周圍限定一邊界框，從而提供出感興趣的區域的裝置；-用於檢測該感興趣的區域中的水印的水印檢測器。
7.一種用於在與圖形卡連接的顯示屏幕的窗口中再現可能具有水印的多媒體信號的圖形卡，所述窗口覆蓋了所述顯示屏幕的圖像區域的一部分，該多媒體信號被包括所述圖形卡的計算機系統所執行的應用程式產生，該圖形卡包括-用於檢查被提供到所述顯示屏幕上的視頻信號，以便定位視頻信號幀發生變化的圖像區域的裝置；-用於在該圖像區域周圍限定一邊界框，從而提供出感興趣的區域的裝置；-用於檢測該感興趣的區域中的水印的水印檢測器。
全文摘要
為了保護版權，個人計算機的圖形卡中的水印檢測近來開始在標準化方面引起人們注意。在圖形卡中檢測具有完全不同於以前在DVD驅動器中檢測的問題，必須解決高數據速率、大尺寸範圍、和顯示區域中存在多視頻流等問題。本發明提出檢查(36)計算機系統產生的視頻信號以便定位視頻信號幀發生變化的圖像區域，並在該圖像區域周圍限定(37)邊界框並將由此發現的一個感興趣的區域認為是構成了應用程式運行所在的窗口。在進行適當的尺寸變換(32)之後，隨後對所述窗口執行傳統的水印檢測。這樣可以防止黑客在DVD驅動器(10)中播放適應盤的同時，在一個窗口中再現非法內容。
文檔編號H04N5/775GK1679050SQ03820256
公開日2005年10月5日 申請日期2003年8月12日 優先權日2002年8月28日
發明者J·C·塔斯特拉, J·C·奧斯特維恩, G·C·蘭格拉亞爾, A·A·C·M·卡克, M·J·J·J·-B·馬伊斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司