對水印加注的數字內容的反共謀鑑別碼構建內部碼的方法
2023-06-04 04:42:26 1
專利名稱：對水印加注的數字內容的反共謀鑑別碼構建內部碼的方法
技術領域：
本發明涉及一種數字內容的水印加注，以及具體地，涉及構建用於生成水印的內部碼以便抵抗針對在數字內容中嵌入的水印發動的共謀(collusion)攻擊。
背景技術：
如在此使用的，術語「內容」或「數字內容」可包括，但不限於，音頻、視頻或多媒體內容。可將內容或數字內容認為是數位訊號。水印加注為修改內容以便將信息嵌入到該內容中的處理以及為從所修改的內容恢復該信息的相應處理。這種水印信息的一個實例為在製作之後或在分發之前或在分發期間被添加到或嵌入至內容的數字鑑別碼(forensic code) 0在這種情況下，水印或數字鑑別碼旨在對多媒體作品的許多拷貝的每一個(否則其是相同的)應用唯一的標識符。在一種應用中，這可用於識別非法拷貝的內容的來源。對諸如數字電影之類的數字內容水印加注是一種阻止盜竊者盜用內容的拷貝並且然後非法對其重新分發的技術。因為水印加注可識別盜用的拷貝源自的特定授權的經銷商，所以這項技術也鼓勵數字內容的授權分發商保持高安全標準。例如，如果查抄了數字內容的非法拷貝，則通過使用鑑別碼內的序列號，數字內容內的水印信息可被用於確定授權分發商的身份，並且或許確定數字內容被授權分發商公映或銷售的時間與地點。以此信息，可在識別的授權分發商處開始調查以便確定發生盜用的情況。在許多應用中，數字水印加注的內容的單元可能在其在被嵌入時刻與其被檢測時刻之間可能經歷一些修改。這些修改被叫做「攻擊」，這是因為它們通常使水印降級並且使得其檢測更加困難。如果在授權或未授權分發的處理期間攻擊被預期自然地(naturally) 發生，那麼，認為該攻擊為「無意的」。無意攻擊的示例可為(1)經裁切、縮放、JPEG壓縮、 濾波等的加注水印的圖像，(2)被轉換成用於在電視顯示器上觀看的NTSC/PAL SECAM、MPEG 或DIVX壓縮的、重採樣等的加注水印的數字內容。另一方面，如果故意地進行帶有阻撓水印目的意圖的攻擊，那麼該攻擊為「有意的」，並且執行該攻擊的一方為盜竊者或盜版者。三種有意攻擊的分類為未授權嵌入、未授權檢測、以及未授權去除。本發明關注於未授權去除；去除水印或損壞其檢測(即，水印仍然在內容中但是不能被檢測器輕易檢索)。未授權去除攻擊通常地具有在最小化對內容的感知損壞的情況下使得水印不可讀取的目的。攻擊的示例可為被應用於內容的行(line)去除/添加和/或本地旋轉/縮放的小的、不可感知的組合以便使其與檢測器難於同步(許多水印檢測器對於去同步敏感)。一種類型的攻擊為共謀攻擊，其中組合不同拷貝嘗試偽裝或擾亂每個拷貝中包含的不同的數字水印信息。在重新分發經處理的共謀拷貝之前，攻擊者還可能在共謀拷貝上執行附加處理。該附加處理可能造成在鑑別碼的檢測比特中的錯誤。在沒有精心設計的情況下，通過兩個或三個共謀者的攻擊可輕鬆地破解鑑別水印加注系統。由Boneh-Smw和Tardos設計的關於鑑別標記碼的現有技術工作被設計為用於抵抗共謀攻擊。然而，當被應用於多媒體信號時，Bonehlhaw方法具有需要很長的代碼並且提供低抗共謀性的缺點，即，僅僅幾個共謀者即可破壞該系統。Tardos方法具有好的抗共謀性並且需要更短的代碼長度。然而，其在代碼生成和檢測期間的計算複雜性以及存儲消耗是相當的基於糾錯碼(ECC)的鑑別碼的一萬倍。由He和mi提出的基於ECC的鑑別標記方案使用高斯(Gaussian)擴展頻譜嵌入以便承載代碼碼元而不是使用二進位內部碼。由於該方案特定地使用擴展頻譜嵌入，其可能不適用於其它嵌入方案。開發一種用於構建二進位內部碼的技術是有用的，該二進位內部碼用於生成抗共謀水印，其在計算上也是高效的並且具有合理的長度的。
發明內容
本發明解決現有方案產生的上述難題和問題並且針對被設計為與ECC外部碼一起使用的內部二進位正交碼。描述了一種方法以及裝置，其包括使用多個碼元為多個用戶中的每個生成唯一碼，生成表示所述多個碼元的多個碼，為所述多個用戶中的每個替換所述多個碼至所述唯一碼，置換由所述替換導致的碼以便為所述多個用戶中的每個產生碼字以及嵌入所述碼字至數字內容。第二生成動作還包括生成第一碼元和之後的第二碼元的串，其中所述第一碼元全部為一併且所述第二碼元全部為負一，其中第一碼元的數目等於所述第二碼元的數目，並且其中如果所述第一碼元和之後的所述第二碼元的長度小於所述碼的長度，則重複所述第一碼元和之後的所述第二碼元直至填充到所述碼的長度。
當連同附圖閱讀時從以下具體描述最好地了解本發明。附圖包括以下簡要描述的各圖，在圖中類似標號表示相似元素圖1圖示了水印嵌入處理。圖2圖示了水印檢測處理。圖3a描述了用於基於ECC編碼器的示例外部碼。圖北描述了用於基於ECC編碼器的正交內部碼。圖3c描述了將內部碼組合到外部碼中。圖3d描述了用於基於ECC編碼器機制的隨機化。圖4描述了根據本發明的原理的基於ECC碼的生成。圖5為用於根據本發明原理的基於ECC碼生成操作的裝置的框圖。圖6為描述使用根據本發明原理生成的基於ECC碼的指數碼的構建的流程圖。圖7示出了具有不同碼相關性以及不同內部碼的、本發明的基於ECC碼檢測概率的下限以及仿真結果。圖8示出了在具有五個共謀者的多數攻擊下Tardos碼、本發明的改進的基於ECC 碼、以及BS碼的檢測概率。圖9示出了在具有五個共謀者的交織攻擊下Tardos碼、本發明的改進的基於ECC 碼、以及BS碼的檢測概率。
具體實施例方式如在此使用的，「/」表示對於相同或相似組件或結構的可替換名稱。即，「/」可用作如在此使用的「或」的含義。可在識別盜用多媒體內容用於非法分發或重新分發的用戶的技術中採用數字鑑別碼/水印。典型地使用被設計為對於各種攻擊具有魯棒性(robust) 的水印加注技術將這些鑑別碼/水印嵌入至內容。一種類型的針對這種數字鑑別碼的攻擊是共謀，其中，組合了相同內容的若干不同標記的拷貝以便破壞用於識別數字多媒體內容的授權來源的底層鑑別水印信息。在多媒體鑑別碼設計中的一種特殊挑戰是當被保護數據為多媒體時，共謀者通常在形成錯誤信道的共謀之後應用後期處理。例如，共謀者可在重新分發共謀的拷貝之前壓縮多媒體以降低數字尺寸。因此，設計一種對信道錯誤具有魯棒性的抗共謀鑑別碼是重要的。
通常，廣泛地研究了兩種類型的共謀攻擊交織攻擊和多數攻擊。在交織攻擊中， 共謀者在大致相等的份額以逐個比特為基礎貢獻它們的鑑別數據的拷貝，以努力地避開有效的鑑別碼/水印檢測。當存在兩個或更多共謀用戶時開始這類攻擊。該方法威脅到導致將無辜授權分發商當作被保護數字內容的盜用拷貝的一個來源的錯誤的肯定檢測。在多數攻擊中，共謀者以逐個比特為基礎將它們的鑑別數據組合，使得選擇共謀者中的比特狀態的多數並且將其放置於被保護數字內容的最終共謀拷貝中。當存在三個或更多共謀用戶時可開始這類攻擊。該方法也可在鑑別碼字檢測中產生錯誤的肯定結果。本發明針對為基於ECC的鑑別碼構建內部碼以便對抗在數字多媒體信號中嵌入的水印的各種共謀攻擊(例如多數攻擊和交織攻擊)的方法以及裝置。使用了兩個正交二進位碼的替換(有時也稱為級聯(concatenation))以便構建用於基於ECC鑑別碼的內部碼。圖1和圖2示出了鑑別碼的通常嵌入和檢測處理。在嵌入處理期間，生成每個用戶的碼字。所有碼字的集合被集體地稱為碼本。基於輸入的用戶索引，從碼本檢索該用戶的碼字並且通過數字水印加注技術他的碼字嵌入至原始信號。這個處理的輸出為相應用戶的數字水印加注的信號。在檢測處理期間，將測試信號輸入至水印檢測器以便提取測試的鑑別碼字。生成或檢索碼本並且使用每個用戶的鑑別碼字用來與共謀者檢測器中的測試鑑別碼字相比較。 輸出是被指控的共謀者。圖1描述了使用計算系統實施的鑑別碼字/水印嵌入系統100的框圖。初始地，生成每個用戶的碼字並且將其存儲在碼本中。在另一種實施例中，碼本為表示數字視頻產品的授權用戶的一些或所有碼字的數字信息。基於輸入的用戶索引/ID(標識符)，生成105 被識別用戶的碼字。這種碼字的生成可通過檢索存儲於存儲器中的數據來執行或其可以在開始水印加注處理時生成。然後在編碼器110中將用戶碼字與原始內容組合。編碼的結果為其中碼字被嵌入到原始內容的水印加注的信號。編碼器110的輸出為已經在其中嵌入了水印加注的信號的內容，用於由相應的授權用戶的分發。圖2示出了水印/鑑別碼的通常的碼檢測器200。可在計算機系統上實施通常的碼檢測器200用於生成並顯示結果。初始地，向鑑別碼/水印提取器205輸入可疑信號。從可疑視頻提取水印信息。通過碼字生成器210生成所有用戶碼字。這個碼字生成器可為與圖1中所示的項目105相似的設備。攻擊者檢測器210然後檢測攻擊者的碼字，並且將該碼字與所有碼字列表相比較以便確定攻擊者身份。可顯示220可疑共謀者的身份。這樣的顯示包括，但不限於在終端/監視器或列印設備上的顯示。在這種情況下，用戶為編碼內容的授權用戶。例如，用戶可為數字內容(例如電影)的授權分發商。如果揭露了盜版內容， 那麼具有與可疑內容中的碼字對應的碼字的一個或更多授權用戶可能為共謀者。這裡，術語「共 謀者」指允許內容的拷貝落入內容盜版者/盜竊者之手的授權用戶。圖3a_3d描述了生成基本的基於ECC鑑別碼的一般方法。圖3a的第一步驟是以L 個碼元和q個字母(alphabet) {f0, f1; . . .，fq_J為N個用戶生成ECC外部碼。在一種實施例中 ，將圖3a的外部碼構建為Reed-Solomon(RS)碼，這是由於其大的最小距離。圖3b描述了要被用作基本的ECC的字母表的示例二進位內部碼，其中將O描述為-1值。圖3c示出了對於每個用戶將圖3b的內部碼替換至圖3a的外部碼的結果。這是為用戶生成基本的基於ECC碼字的一種方法。在一種實施例中，還可通過為每個用戶隨機置換比特來進一步操縱基本的基於ECC的碼字。圖3d描述了對於用戶1的圖3c的碼字比特的隨機置換。可通過隨機器進行該「隨機」置換並且其一般地被執行以便防止碼字結構被攻擊者破解。圖 3d運行之後的結果為對於每個用戶的隨機化的基本的基於ECC的碼字。再次參照圖3b以及內部碼，將具有值+1/-1以及長度1的q個正交二進位內部碼用來調製q個字母以及替換內部碼至外部碼。總碼長為Ll比特並且用戶的總數為N = Cit, 其中t為外部Reed-Solomon碼的維數。稱為指數正交碼的q個內部碼字被設計為儘可能多地保留共謀者的信息。該指數正交內部碼的列由1和-1的所有211個可能組合所組成，一個列在一個比特位置與來自q個碼字的比特對應。因此該碼具有1 = 2'的碼長。以下將構建對於基本ECC的圖3b中所示的正交內部碼。對於第i個碼字f^，最初的個比特為 1並且接下來的個為-1。然後重複相同的碼2H次，以211個比特結束。圖3b中示出了 q = 3的內部碼矩陣。第一碼字&的最初4比特為1並且剩餘的比特為-1 ；第二碼字的最初2比特為1並且接下來的2比特為-1，並且然後重複碼模式一次。第三/最後碼字f3 具有以1開始的交替的1和-1。這產生了基本ECC碼字的內部碼。在ECC鑑別碼方案中採用了基於相關性的檢測器用於檢測用戶的碼字以便識別共謀者。假設y是從共謀拷貝中提取的鑑別碼，Xi是用戶i的鑑別碼，而U為所有用戶的集合。用戶i的檢測統計值為
權利要求
1.一種方法，所述方法包括使用多個碼元為多個用戶中的每個生成唯一碼；生成表示所述多個碼元的多個碼，其中，所述第二生成動作還包括生成第一碼元和之後的第二碼元的串，並且進一步其中所述第一碼元全部為一併且所述第二碼元全部為負一，其中第一碼元的數目等於所述第二碼元的數目，並且進一步其中如果所述第一碼元和之後的所述第二碼元的長度小於所述碼的長度，則重複所述第一碼元和之後的所述第二碼元直至填充到所述碼的長度；為所述多個用戶中的每個將所述多個碼替換為所述唯一碼；置換由所述替換導致的所述碼以便為所述多個用戶中的每個產生碼字；以及將所述碼字嵌入至數字內容。
2.如權利要求1所述的方法，還包括輸出用於識別具有相應碼字的用戶的每個所述碼字。
3.如權利要求1所述的方法，其中，表示所述多個碼元的所述多個碼為指數正交碼。
4.如權利要求1所述的方法，其中，所述碼元為字母。
5.如權利要求1所述的方法，其中，所述唯一碼為Reed-Solomon碼。
6.如權利要求1所述的方法，還包括接收輸入參數，所述輸入參數包括用戶數目、碼元尺寸以及唯一碼的長度。
7.如權利要求1所述的方法，還包括將所述多個碼中的第一個乘以所述多個碼中的第二個以便生成所述多個碼中的第三個。
8.如權利要求1所述的方法，還包括將所述多個碼中的第一個乘以正交矩陣以便生成所述多個碼中的第二個。
9.一種裝置，包括用於使用多個碼元為多個用戶中的每個生成唯一碼的部件；用於生成表示所述多個碼元的多個碼的部件，其中，所述用於生成的第二部件還包括 用於生成第一碼元和之後的第二碼元的串的部件，並且進一步其中所述第一碼元全部為一併且所述第二碼元全部為負一，其中第一碼元的數目等於所述第二碼元的數目，並且進一步其中如果所述第一碼元和之後的所述第二碼元的長度小於所述碼的長度，則重複所述第一碼元和之後的所述第二碼元直至填充到所述碼的長度；用於為所述多個用戶中的每個將所述多個碼替換為所述唯一碼的部件；用於置換由所述替換導致的碼以便為所述多個用戶中的每個產生碼字的部件；以及用於將所述碼字嵌入至數字內容的部件。
10.如權利要求9所述的裝置，還包括用於輸出用於識別具有相應碼字的用戶的每個所述碼字的部件。
11.如權利要求9所述的裝置，其中，表示所述多個碼元的所述多個碼為指數正交碼。
12.如權利要求9所述的裝置，其中，所述碼元為字母。
13.如權利要求9所述的裝置，其中，所述唯一碼為Reed-Solomon碼。
14.如權利要求9所述的裝置，還包括用於接收輸入參數的部件，所述輸入參數包括用戶數目、碼元尺寸以及唯一碼的長度。
15.如權利要求9所述的裝置，其中，所述裝置為處理器，其中具有包括在所述處理器上執行的用於生成所述碼字的指令的存儲器。
16.如權利要求9所述的裝置，還包括用於將所述多個碼中的第一個乘以所述多個碼中的第二個以便生成所述多個碼中的第三個的部件。
17.如權利要求9所述的裝置，還包括用於將所述多個碼中的第一個乘以正交矩陣以便生成所述多個碼中的第二個的部件。
全文摘要
描述了一種方法以及裝置，其包括使用多個碼元為多個用戶中的每個生成唯一碼，生成表示所述多個碼元的多個碼，為所述多個用戶中的每個替換所述多個碼至所述唯一碼，置換由所述替換導致的碼以便為所述多個用戶中的每個產生碼字以及嵌入所述碼字至數字內容。第二生成動作還包括生成第一碼元和之後的第二碼元的串，其中所述第一碼元全部為一併且所述第二碼元全部為負一，其中第一碼元的數目等於所述第二碼元的數目，並且其中如果所述第一碼元和之後的所述第二碼元的長度小於所述碼的長度，則重複所述第一碼元和之後的所述第二碼元直至填充到所述碼的長度。
文檔編號G06T1/00GK102227745SQ200880132105
公開日2011年10月26日 申請日期2008年9月26日 優先權日2008年9月26日
發明者何杉, 傑弗裡.A.布盧姆, 林婉怡 申請人:湯姆森特許公司