水印在信息信號中的嵌入和檢測的製作方法
2023-09-22 11:22:10 4
專利名稱：水印在信息信號中的嵌入和檢測的製作方法
技術領域：
本發明涉及在信息信號中嵌入水印的方法和裝置。本發明還涉及檢測信息信號中的嵌入水印的方法和裝置。
背景技術：
加數字水印標記是證明數字多媒體內容，比如圖象、視頻、音頻、文本和計算機代碼的所有權的方法。公知的加水印的一種方法是基於將所謂的凸出點在圖象或音頻信號中的幾何位置的統計結果相對於秘密水印作偏置。這樣的一種現有技術的加水印的方法披露在申請人的國際專利申請WO-A-99/35836中，並結合
圖1作簡要的說明。
圖1所示的是圖象10和水印11。水印是圖象位置的一個秘密圖案。在該例子中，這是一個具有厚度d的由線條構成的偽隨機密集圖案，它覆蓋了圖象象素的大約50％。該圖進一步示意了凸出點15和16。凸出點是圖象中對一個定義的處理操作有最高響應的象素。凸出點的例子是局部最大點和最小點，物體的稜角等等。
凸出點和水印W相吻合。在現有技術中，所示的吻合意味著核查凸出點是否位於水印上還是位於其外。對於未加水印的圖象，位於水印上的凸出點的數目基本上等於位於水印之外的凸出點數，如果水印是充分隨機並且覆蓋了象素的50％的話。在圖1中，兩個凸出點位於水印上，兩個凸出點16位於水印之外。如果位於水印圖案上的凸出點數百分比明顯高得多，那麼水印被認為存在。
嵌入處理包括和檢測處理相同的凸出點提取和吻合步驟。嵌入器以如此方式處理圖象，即統計意義上多數的凸出點最終位於水印上。凸出點修改的一個典型例子是幾何翹曲，它使得選定的凸出點從水印之外的一個位置移動到水印之上的位置。幾何翹曲圖示在圖1中，其中位於水印之外的凸出點16之一移動到位於水印上的一個新位置16』。
吻合步驟不是確定凸出點是否位於水印上還是水印外，而是可以替代性地測量從凸出點到水印的最近線條的距離。在這樣的實施例中，其中線條沒有厚度(在圖1中，這樣的一條線條的例子標記為17)，對圖象加水印是通過對其翹曲，直到凸出點到水印的平均距離明顯小於所有象素到水印的平均距離而完成的。
凸出點修改的概念也可以適用於音頻信號。在此時，翹曲被看作是時間翹曲。
現有技術的加水印方法的問題在於吻合處理必須對每個凸出點作出其是否在水印圖案上的硬判斷。但是，凸出點的位置在對圖象進行通用的圖象操作的時候可能略有不同。相同的問題存在於凸出點到水印的距離是決定性因素的實施例中。這一距離判斷方法也有不確定和不準確的問題。
另外，凸出點的幾何位置的不確定性可能有某種程度的各向異性。也就是說，在一個方向上的不確定性可能比另一方向的不確定性小得多。例如，在圖象物體的邊緣上的凸出點的位置沿該邊緣比垂直於該邊緣的不確定性要大。
發明目的和概要本發明的目的是提供克服現有技術方法的問題的加水印方法。
為此，本發明提供了對信息信號加水印的方法，包括步驟識別所述信息信號的凸出區，每個區包括多個具有給定凸出度(saliency)的相鄰信號樣本；定義表示水印圖案的一個信號樣本位置圖案；修改信息信號，使得水印圖案的明顯多數百分比的部分被覆蓋了所述凸出區。
由此實現了吻合處理被轉變為「軟」判斷的轉變。一個凸出點現在被認為如果其區域的點中至少有一個位於水印上則其位於水印之上。由此改善了對水印嵌入和檢測的技術的健固性。
檢測嵌入在信息信號中的水印的相應方法包括步驟識別所述信息信號的凸出區，每個區包括具有給定凸出度的多個相鄰信號樣本；定義代表擬被檢測的水印的一個信號樣本位置的圖案；以及確定水印圖案中有統計意義的百分比部分被所述凸出區覆蓋。
附圖簡述圖1給出了此前所討論的用於示意現有技術水印嵌入和檢測方法的操作的圖象；圖2是根據本發明的水印檢測器的框圖；
圖3是根據本發明的水印嵌入器的框圖；圖4、5、6A-6B、7A-7B是示意分別在圖2、和圖3中給出的水印檢測器和嵌入器的操作。
優選實施例說明下文將結合視頻水印描述本發明，但是將本發明應用到其它的多媒體內容上也是可以的。首先，對水印檢測處理進行描述。圖2是根據本發明的水印檢測器的框圖。檢測器接收待檢圖象J，並且包括凸出點提取單元(SPE)21，匹配單元22，和判斷單元23。圖3是根據本發明的水印嵌入器的框圖。嵌入器接收未加水印的圖象I，並且包括和水印檢測器相同的凸出點提取單元(SPE)21和匹配單元22、嵌入器還包括凸出點修改(SPM)單元24，它按照圖2的嵌入器檢測處理後的圖象Iw為加有水印的圖象的方式處理圖象。
凸出點是信息信號中給定凸出函數S具有局部最大值的點。凸出函數必須滿足某些要求-凸出度必須是局部特性，即僅依賴於一圖象點周圍的小鄰域，-凸出度必須在所有通用的圖象處理被保留，-凸出度必須是與尺度無關的，以及-凸出度必須是易於計算的。
凸出點被定義為位置p→，該位置的凸出度函數S(p→)在p→的小鄰域N(p→)是最大的。按照數學表示式，圖象的凸出點集合S可以表示為S={p|S(p)S(x)forxN(p)}]]>其中x→代表坐標(x，y)，而p→代表在兩維圖象空間中的坐標(p，q)。
在現有技術中，凸出點施加到吻合單元22中。公知的吻合算法確定凸出點是否位於水印之上或之外。根據本發明的一方面，檢測器和嵌入器包括區域分配裝置25，該裝置為每個凸出點分配一個區域。區域的形狀指定了小鄰域N(p→)。為了確定形狀，對p→附近的凸出度函數計算等值曲線。然後由圖象的相鄰(x，y)點集合定義該形狀，所述的點滿足下列關係式S(x)S(p)-.]]>對於在p→周圍充分小的環境中的x→，S(x→)可以寫為S(x)=S(p)+a(x-p)2+2b(x-p)(y-q)+c(y-q)2]]>定義該區域的方程因此變為a(x-p)2+2b(x-p)(y-q)+c(y-q)2≤ε該方程也可以寫為緊湊的形式(x-p)TA(x-p),wherwA=abbc]]>後一方程代表二次表面，由三個標量參數a、b、c限定。區域具有橢圓形狀，並且該形狀確定了在凸出點p→的健固性方面的各向異性。在長軸方向上的p→的準確性較低，而在與長軸方向垂直的方向上的準確性較高。在區域內的所有x→點被認為具有相同程度的凸出。比方說，圖4給出了對於某個凸出度函數S來說某個凸出點43的區域42的形狀。
凸出點到適當區域的延伸需要重新定義匹配處理(在圖2和3中的22)。設定p→是凸出點，而W是水印。核查p→是否在水印上的「軟」條件現在是存在一個x→∈W，使得對於一些小的ε，有下式成立(x-p)TA(x-p)]]>這樣，軟方式判斷水印W和凸出點的集合S的吻合，而同時考慮了圖象中的局部各向異性。圖5是兩個凸出點51和52和水印圖案53的一個例子。儘管凸出點本身位於水印之外，它們被定義為位於水印上，因為對應區域至少有一個點位於水印上。一個這樣的點在圖中標記為54。
凸出區的引入也允許採用判斷處理的替代性實施例。如圖2所示，判斷單元23包括第一分析器231，該分析器計算整個圖象的多大百分比由橢圓覆蓋。該計算的複雜度在實施時可以得到降低，辦法是對於圖象的N個隨機選定點計算所述百分比。如此發現的覆蓋百分比被表示為Crandom。或者，Crandom可以定義為採用橢圓量度的在某一隨機點和最近凸出點之間的距離倒數之求和。第二分析器232計算水印圖案W(或其N個隨機點)的類似覆蓋百分比Cw。再一次，作為替代方案，Cw是採用橢圓量度在一水印點和最近凸出點之間的距離倒數之求和。隨後，判斷單元確定(233)下式是否成立|Cw-Crandom|Crandom>T]]>這裡，T是對應於所希望的錯誤警告概率的給定閾值。
為了說明判斷處理，圖6A和6B表示了具有四個凸出區的未加水印的圖象61，四個凸出區中的一個標記為62。凸出點(橢圓的中心)未表示在該圖中。圖6A中給出了未加水印的圖象的10個隨機選定點(其中之一標記為63)。很容易予以證實的是，10個隨機選定點中有5個由一凸出區覆蓋。未加水印的圖象的Crandom的覆蓋百分比在該簡化的例子中因此變為50％。圖6B中表示水印的五個隨機選定點(其中之一標記為64)。其中有2個由一凸出區覆蓋，故此覆蓋百分比為40％。對於未加水印的圖象，以上定義的判斷變量等於|40-50|50=0.2]]>圖7A和7B示意了加水印的圖象71的相同處理過程。凸出區62(圖6A)已經移向水印圖案，現在標記為72。圖7A示意了加水印圖象的10個隨機選定點中有4個現在被橢圓覆蓋。為方便起見，給出了和圖6A相同的隨機點。加水印的圖象的覆蓋百分比Crandom因此變為40％。圖7B表示水印的五個隨機選定點中有3個由一橢圓覆蓋，故此覆蓋百分比為40％。對於加水印的圖象，以上定義的判斷變量等於|60-40|40=0.5]]>它在統計意義上明顯大於未加水印的圖象的判斷變量。注意，構成水印圖案的線條不一定要有一定的厚度。
本發明可以被概括如下。一種對信息信號加水印的公知方法是基於對信號的凸出點(21)(例如，音頻的過零點，圖象的邊沿)提取並且將所述凸出點向給定水印圖案(W)「翹曲」(24)。在嵌入和檢測處理中的一個步驟是確定(22)凸出點是否在水印「上」或「下」。這是一種硬判斷。現在提議將凸出點擴展到凸出「區」(25)。這使吻合(22)步驟變為了軟判斷，因而不易於受信號處理的影響。嵌入的水印的健固性得到了改善。
權利要求
1.對信息信號加水印的方法，包括步驟識別所述信息信號的凸出區，每個區包括多個具有至少給定凸出度的相鄰信號樣本；定義代表水印圖案的一個信號樣本位置圖案；修改信息信號，使得水印圖案的有統計意義(statistically significant)的百分比部分被覆蓋了所述凸出區。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述識別凸出區的步驟包括識別對一個給定的本地凸出度函數有最高響應的凸出信號樣本，以及根據所述凸出信號樣本和凸出度和所述凸出信號樣本的凸出度相差少於一個給定閾值的相鄰信號樣本形成所述凸出區。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於所述凸出區具有橢圓形狀，表示為(x-p)TA(x-p),]]>這裡A=abbc]]>是標量矩陣，p→代表在信息信號中凸出信號樣本的位置，而ε是給定閾值。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於如果|Cw-Crandom|Crandom>T]]>則水印圖案的所述有統計意義的百分比部分被所述凸出區覆蓋的目標得到實現，這裡Crandom代表信息信號被凸出區覆蓋的百分比，Cw代表水印被凸出區覆蓋的百分比，而T是預定的閾值。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於如果|Cw-Crandom|Crandom>T]]>則水印圖案的所述有統計意義的百分比部分被所述凸出區覆蓋的目標得到實現，這裡Crandom代表信息信號的隨機樣本和最近凸出信號樣本之間的距離倒數之求和，Cw代表水印和最近的凸出信號樣本的位置之間的距離倒數值和，而T是預定的閾值。
6.對嵌入在信息信號的水印檢測的方法，包括步驟識別所述信息信號的凸出區，每個區包括多個具有至少給定凸出度的相鄰信號樣本；定義代表擬檢測水印的一個信號樣本位置圖案；以及確定是否水印圖案的有統計意義的百分比部分被覆蓋了所述凸出區。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於所述識別凸出區的步驟包括識別對一個給定的局部凸出度函數有最高響應的凸出信號樣本，以及根據所述凸出信號樣本與凸出度和所述凸出信號樣本的凸出度相差少於一個給定閾值的相鄰信號樣本形成所述凸出區。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於所述凸出區具有橢圓形狀，表示為(x-p)TA(x-p),]]>這裡A=abbc]]>是標量矩陣，p→代表在信息信號中凸出信號樣本的位置，而ε是給定閾值。
9.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於如果|Cw-Crandom|Crandom>T]]>則水印圖案的所述有統計意義的百分比部分被所述凸出區覆蓋的目標得到實現，這裡Crandom代表信息信號被凸出區覆蓋的百分比，Cw代表水印被凸出區覆蓋的百分比，而T是預定的閾值。
10.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於如果|Cw-Crandom|Crandom>T]]>則水印圖案的所述有統計意義的百分比部分被所述凸出區覆蓋的目標得到實現，這裡Crandom代表信息信號的隨機樣本和最近凸出信號樣本之間的距離倒數之求和，Cw代表水印和最近的凸出信號樣本的位置之間的距離倒數值和，而T是預定的閾值。
11.在信息信號中嵌入水印的裝置，包括識別所述信息信號的凸出區的裝置，每個區包括多個具有至少給定凸出度的相鄰信號樣本；定義代表水印圖案的一個信號樣本位置圖案的裝置；修改信息信號的裝置，使得水印圖案的有統計意義的百分比部分被覆蓋了所述凸出區。
12.對嵌入在信息信號的水印檢測的裝置，包括識別所述信息信號的凸出區的裝置，每個區包括多個具有至少給定凸出度的相鄰信號樣本；定義代表擬檢測水印的一個信號樣本位置圖案的裝置；以及確定是否水印圖案的有統計意義的百分比部分被覆蓋了所述凸出區的裝置。
全文摘要
一種對信息信號加水印的公知方法是基於對信號的凸出點(21)(例如,音頻的過零點,圖象的邊沿)的提取並且將所述凸出點向給定水印圖案(W)所作的「翹曲」(24)。在嵌入和檢測處理中的一個步驟是確定(22)凸出點是否在水印「上」或「下」。這是一種硬判斷。現在提議將凸出點擴展到凸出「區」(25)。這使吻合(22)步驟變為了軟判斷,因而不易於受信號處理的影響。嵌入的水印的健固性得到了改善。
文檔編號H04N7/081GK1363176SQ01800362
公開日2002年8月7日 申請日期2001年2月7日 優先權日2000年2月29日
發明者C·W·A·M·范奧弗維爾德, P·M·J·龍根, A·霍溫 申請人:皇家菲利浦電子有限公司