用於水印檢測的方法和系統的製作方法

2023-09-22 11:21:40 2

專利名稱：用於水印檢測的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及數字水印，更具體地，涉及在編碼內容中嵌入、移除/置換和檢測數字水印。
背景技術：
為了使用內容，編碼內容需要「解碼」過程。編碼內容的一些示例包括MPEG-1， MPEG-2, H264/AVC, WMA, MPEG4, JPEG2000, MP3, PDF, Windows Word, Postscript 等，以及它 們的加密版本。為編碼內容壓制水印的一種現有技術方法是在結構和句法元素中插入水印信號。 US 6，687，384是在諸如MPEG-I和MPEG-2之類的編碼比特流的句法元素中嵌入數據的示 例。但是，這類水印無法經受格式改變或數模轉換而繼續存在。為編碼內容壓制水印的另一種現有技術方法是通過為用於MPEG編碼內容的 DCT係數添加噪聲來嵌入水印。該方法的示例由F. Hartung和B. Girod描述於「Digital Watermarking of MPEG-2 Coded Video in the Bit Stream Domain",Proc. IEEE ICASSP, pp. 2621-4，April 1997。Hartung 和 B. Girod 的方法不使用感知技術。為編碼內容壓制水印的又一種現有技術方法是直接修改編碼內容。 US6, 373，960 (下文稱為「Conover」)描述了在MPEG壓縮視頻比特流內通過以如下方式修 改某些DCT係數的水印壓制方法，即這些係數的熵編碼長度在修改之後保持不變的方式。 Conover中未指定具體的水印嵌入方法。Conover中選擇水印地點的方法限制在具有O個 連零(run-zero)的係數。Conover的係數處於高頻域。Conover的方法既不包括預處理階 段，在描述的稍後階段也不存在用於實際水印插入的任何「替代值」。生成和使用「水印單 元」的概念在沒有在Conover中任何地方公開或予以教導。用於為編碼內容壓制水印的現有技術方法不具有產生用於編碼內容的某些部分 的「替代值」的預處理器。用於為編碼內容壓制水印的現有技術方法不包括被進一步掩飾 (mask)、模糊(obfuscate)、擾亂(scramble)或加密(統稱為「加密」)的編碼內容。

發明內容
本發明通過在編碼內容的選定位置嵌入水印來為編碼內容壓制水印。這是通過將 編碼內容中的原始值用它們的替代值來置換而完成的。每個原始值可具有一個或多個替代 值並且每個替代值包含一個水印信號。另外，可以通過用原始值置換替代值或者通過用另 一個替代值替換一個替代值來去掉水印。通過選擇多個替代值之一來替換編碼內容中相應位置的原始值，可以實現以下目 標
-替代值與原始值尺寸相同，多個替代值的任何一個的置換創建符合限定的格式 的編碼內容並且不在編碼內容中引入感知假象。-替代值可以改善編碼內容的質量。例如，原始值可能是也可能不是有效值。換言 之，如果沒有其多個替代值之一的置換，編碼內容將可能不是合法的格式。在原始值是有效 值的另一種情況下，若沒有替代值的置換，原始值將可能引入編碼內容的降級。-每個替代值包含水印信號。這些水印信號可以和編碼內容中其他位置處的其他 水印信號一起或者獨自具有一個或多個嵌入的信息單元。一個信息單元由一個或多個比特 組成。-替代值的數據量(由每個替代值的數據尺寸和替代值的個數定義)與編碼內容 的數據量相比必須很小。直接為編碼內容壓制水印的一個重要目標是「局部加密」(localized encryption) 0局部加密允許明文和密文之間的對應。例如，明文單元包括分量cl，c2，… cn。在局部加密後，密文由cl』，c2』，…，cn』組成，其中ci』是加密版本的ci(l < i < η)。 局部加密的簡單示例是將內容分成多個部分並分別加密每個部分。例如，在極端情況下，每 個係數或係數組被分別加密。可以實現局部加密的一種類型的加密是選擇性加密或部分加 密。選擇性加密方法「理解」內容句法結構(例如，MPEG-2結構)並且只選擇性地加密內容 的某些部分，而不是將內容(音頻或視頻)視為二進位數據流(也稱為「本地加密」)。選擇 性加密發生在壓縮之後。被加密內容不得具有商業價值，雖然部分內容可以是可見的。一 些選擇性加密方案可保留不被選擇性加密的內容的格式、比特率和尺寸。其他選擇性加密 方案可增加比特率或要求專用解碼器。 以MPEG-2內容為例，簡單的選擇性算法只加密I幀。選擇性加密的MPEG可以是 有效的MPEG流。雖然沒有相應的I幀的知識，MPEG-2中的P和B幀將毫無價值，但是MPEG 視頻的大部分因為幀間相關的原因仍是可見的並且主要來自P和B幀中的未加密I塊。其 他選擇性加密方案包括MPEG-2首部的加密和/或DCT係數的加密。DCT係數分為「DC系 數」和「AC係數」。DC係數是在兩個維度中具有零頻率的係數，AC係數是具有非零頻率的剩 餘係數。所有I塊的AU DC係數或AC係數的部分值可以被加密。描述了一種用於在編碼內容中插入水印的系統和方法，包括接收編碼內容，接收 至少一個水印單元，以及直接用替代值置換從一個位置開始的多個比特，其中所述替代值 中嵌有水印信號。還描述了用於生成數字水印單元的裝置和方法，包括選擇如下位置，該位 置處編碼內容的值將被替代值置換，以及計算替代值。另外還描述了用於置換編碼內容中 的水印的系統和方法，包括接收編碼內容，接收至少一個水印單元，以及用如下值置換從編 碼內容中的如下位置開始的多個比特，其中所述值在所述至少一個水印單元中被指定，另 外其中所述位置在所述至少一個水印單元中被指定。另外還描述了用於在編碼內容中插入水印的系統和方法，包括接收編碼內容，接 收至少一個水印單元，接收比特序列(其中所述比特序列包括水印負載信息)，以及執行以 下操作之一直接用替代值置換從一個位置開始的多個比特，基於水印負載信息的比特序 列的比特值保持從該位置開始的多個比特不變，其中所述替代值中嵌入了水印信號。還描 述了用於水印檢測的系統和方法，包括接收至少一個水印單元，接收壓制有水印的內容，從 壓制有水印的內容中取回多個係數值，以及從所述係數值取回水印的比特值。


當結合附圖來閱讀以下詳細說明時，本發明將得到最好的理解。這些圖包括下面 簡要描述的下圖
圖1是示出根據本發明的原理用於水印嵌入的預處理的工作流程的框圖2描繪了本發明的水印單元(U)；
圖3是根據本發明的原理的水印檢測方法的流程圖4是回放設備的框圖，所述回放設備接收其中嵌入有水印單元的編碼內容。
具體實施方式
為編碼內容壓制水印可分為三個單獨步驟
位置選擇，這是對如下位置的選擇，所述位置處編碼內容的值可以被包含水印 信號的替代值置換。
替代值計算，這是對替代值的確定，以便替代值具有與該替代值將要在編碼內 容中置換的值相同的比特數，並且這類替換不會引起內容的感知改變。另外，這些替代值包 含水印信號。
水印嵌入/插入，這是替代值之一對編碼內容中值的實際置換。
第一二步可以被預處理。作為預處理的結果，一組水印單元(WU)產生。WU包含用 於實際嵌入/插入水印的所有信息。水印預處理器將編碼內容當作輸入和水印密鑰，並輸 出水印單元的序列。在僅為每個WU生成一個替代值的情況下，水印負載可變為預處理器的 附加輸入。這些水印單元作為編碼內容的元數據、作為與內容復用的分離信道，作為在句法 元素或內容中隱藏的掩密(Steganographic)數據、或者作為在物理介質(光碟、磁帶、硬碟 等)中存儲或通過網絡(TCP/IP、衛星等)傳送的單獨文件被集成到最終內容中。
通過從WU中的替代值中進行選擇來嵌入水印負載信息。WU具有至少一個替代值。 當每個WU只有一個替代值時，有兩種方法來嵌入/插入水印信息(負載)。第一種方法是 通過將WU中的所有原始值用它們的替代值置換來嵌入單個固定的水印負載。第二種方法 允許通過在用於WU的置換或非置換之間進行切換來嵌入各種水印負載。例如，置換指示正 比特值，非置換指示負比特值。為了嵌入水印負載「00101001」，第一和第二 WU中的原始值 不被置換，第三WU中的原始值被其替代值置換。對於具有多於一個替代值的WU，每個替代 值包含可能表示水印負載的不同信息單元的水印信號。基於水印負載來選擇用於替換的替 代值。例如，為了在WU中嵌入一個比特，只需要兩個替代值Vl和V2。為了嵌入比特值『0』， 選擇Vl來置換編碼內容中的原始值；為了嵌入比特值「1」，選擇V2。利用兩個值Vl和V2， 可以表達『0』和『1』比特。如果有四個替代值(VI、V2、V3和V4)，則可以嵌入兩比特信息 (即『00』、『01』、『10』和『11』)。利用同一位置處的更多替代值，可以嵌入更多比特，這允 許非常有效的信息嵌入。
通常在第三步「水印插入」中接收水印負載。水印負載可以被水印壓制系統外部 的組件存儲或計算。水印負載信息通常是唯一地標識接收方、回放設備(製造商、型號和/ 或序列號)或內容回放的日期和時間的標識符。原始值V與其替代值之差可以存儲在WU 中以潛在地減小WU的尺寸。WU可被進一步壓縮。
重要的是保護WU免受未經授權的訪問或修改，因為通過該信息不僅水印壓制系 統易受到各種攻擊，而且黑客容易插入假水印，或者變更或去除現有水印。若WU作為掩密 (水印壓制)數據被存儲和發送，則可以通過水印壓制密鑰來控制訪問。若WU是通過任何 其他通道(channel)來存儲和傳送的，則需要對WU進行加密。
如前所述，第一和第二步可以作為預處理步驟來執行。因此，在第三步之前，不 為編碼內容壓制水印。第三步通過用WU中指定的替代值置換編碼內容中的某些值來執 行水印嵌入。這些值可以是經編碼的句法元素，如封裝標識、首部、量化表、用於熵編碼的 Huffman表、經編碼的係數或經編碼的運動向量。WU通過選擇適當的替代值來指定(替代 值中的)水印信號在哪裡嵌入以及哪些可能的水印信號可以位於這些位置。
圖1是示出用於編碼內容的生成WU的預處理的工作流程的框圖。圖2描繪了根 據本發明的原理的水印單元。每個WU由向量(P，L，C，{V}，V1，V2，...，Vn)刻畫，其中P是 編碼內容中將來可能被替代值置換的原始值V的位置，L是編碼內容中開始於P的原始值 V所佔據的比特數，C是在(編碼內容的)L比特中利用熵編碼方法編碼的係數(例如，DCT 或小波量化係數)的一組全局位置。諸如Huffman編碼之類的熵編碼通常應用於編碼的最 後階段以產生編碼內容。V1，V2，. . . Vn是V的有效替代值並且這些值的每一個包含水印信 號。每個係數位置用c(ch，f，b，co)表示，其中對於一個視頻內容的單元而言，ch是通道 索引，f是幀索引，b是塊索引，co是塊內的係數索引。如果當替代值置換當前值時它保持 格式符合性並且不存在對內容的感知影響，則該替代值是有效的。另外，VI，V2，. . . Vn像V 在編碼內容中一樣佔據L比特。{V}指示原始值在嵌入/插入過程中是可選的。在水印去 除過程中可能需要原始值。
原始值V可以包含一個或多個編碼形式的係數。當WU生成時，若輸入是諸如 MPEG-2或MPEG-4之類的編碼內容，則熵編碼(即可變長度編碼(VLC))首先需要被「解 開」(undone)以訪問係數，隨後找到適當位置和替代值並存儲原始格式和這些替代值。替 代值Vi可以對應於與V相同的係數，但在某些情況下Vi可能對應於比V更多或更少的系ο
下面示出MPEG-2中的量化的DCT係數的典型8X8塊。大多數高階係數已被量化為0。
1234 02 0000
870 01 0000
150 00 0000
00 00 0000
00 00 0000
00 00 0000
00 00 0000
00 00 0000
在『『之」字形掃描(Zig--zagscanning)後，待發送的DCT係數序列看起來像這樣
1234 87 16 00 2 00 00 00 1 0 0 0 0 0 0
第-一個DCT系婁 (12)經由單獨的Huffman表發送。經過連零位階(Rim-Level)解析之後，剩餘係數和相關的連零為
34 I 87 I 16 I 0 0 2丨0 0 0 0 0 0 |θ 0 0 0 0 0......
利用MPEG-2標準指定的下面列出的DCT係數表零，這些係數被編碼成如下的6個 變長碼(VLC)(用二進位比特表示)
0000 0100 0000 0000 0010 001010000 0100 0000 0000 0101 011110000 00000111 110
MPEG-2DCT係數表零(部分)
權利要求
1.一種用於水印檢測的方法，所述方法包括接收經預處理的水印單元；接收壓制有水印的內容；從所述壓制有水印的內容中取得多個係數值；以及從所述多個係數值中取得所述水印的比特值，其中所述比特值是通過將當前係數 與在所述水印單元中編碼的多個係數值相關聯以確定最佳匹配而取得的。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述比特值是根據所述多個係數值之間/之中的 關係從所述多個係數值中取得的。
3.根據權利要求2所述的方法，其中所述關係是弱的且當前係數被關聯以從在所述水 印單元中編碼的所述多個係數值中確定匹配。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述經預處理的水印單元是外部預處理單元的輸 出，並且多個係數值是基於所述經預處理的水印單元中的位置信息從所述壓制有水印的內 容中取得的。
5.一種用於水印檢測的系統，包括用於接收經預處理的水印單元的裝置；用於接收壓制有水印的內容的裝置；用於從所述壓制有水印的內容中取得多個係數值的裝置；以及用於從所述多個係數值中取得所述水印的比特值的裝置，其中所述比特值是通過將當 前係數與在所述水印單元中編碼的多個係數值相關聯以確定最佳匹配而取得的。
6.根據權利要求5所述的系統，其中所述比特值是根據所述多個係數值之間/之中的 關係從所述多個係數值中取得的。
7.根據權利要求6所述的系統，其中所述關係是弱的且當前係數被關聯以從在所述水 印單元中編碼的所述多個係數值中確定匹配。
8.根據權利要求5所述的系統，其中所述經預處理的水印單元是外部預處理單元的輸 出，並且多個係數值是基於所述經預處理的水印單元中的位置信息從所述壓制有水印的內 容中取得的。
全文摘要
本發明公開了用於水印檢測的方法和系統。一種用於水印檢測的方法包括接收經預處理的水印單元；接收壓制有水印的內容；從所述壓制有水印的內容中取得多個係數值；以及從所述多個係數值中取得所述水印的比特值，其中所述比特值是通過將當前係數與在所述水印單元中編碼的多個係數值相關聯以確定最佳匹配而取得的。
文檔編號H04N7/50GK102036072SQ201010570558
公開日2011年4月27日 申請日期2005年12月5日 優先權日2005年12月5日
發明者艾克哈德·科赫, 趙健 申請人:湯姆遜許可證公司