用於數字視頻加水印的色彩選擇方案的製作方法

2023-09-22 10:59:50 3

專利名稱：用於數字視頻加水印的色彩選擇方案的製作方法
技術領域：
本發明涉及給數字視頻加水印的技術，具體而言，本發明涉及應該選擇給哪一色度部分加水印。
背景技術：
給視頻信號加水印通常為在視頻本身內包括附加信息。這能夠有利於提供視頻源的嵌入式標識，以跟蹤視頻播放的位置以及播放時間的長短，並通過該視頻傳送信息到輔助設備。用於給數位訊號加水印的現有技術典型使用視頻亮度將附加信息編碼為視頻本身內的模擬格式以攜帶附加信息。但是，人類的視覺系統對亮度信號非常敏感，因此，當試圖增加附加信息的比特率到一定點，例如超過120比特每秒時，觀察加有水印信號的人很容易感知這種改變視頻信號用以傳送附加信息所引起的失真。從而，儘管給視頻信號加水印的現有技術在某些應用領域已經獲得了一定的成功，但這種成功限制於可達到的非常小的比特率，而當人觀察該攜帶附加信息的視頻信號時不會感知失真。
在先前提交的序列號為10/342704的美國專利申請正如其完全闡述一樣在此包含引作參考，發明人意識到人類的視覺系統較亮度而言對色度不那麼敏感。所以，開發了一種用於給視頻信號數字加水印的系統，即在視頻信號的色度分量而不是其亮度信號上插入水印信號的附加信息。因此，附加信息「印象」在視頻信號的色度分量上。有利的，儘管可能存在色度分量的嚴重失真，特別是當附加信息的比特率高於現有技術可達到的不被感知失真的比特率時，但是不論如何，只要對此加以適當地管理，人類的視覺系統將不會檢測到這種失真。從而，與現有技術所達到的比特率相比，附加信息能夠具有更高的比特率，例如能夠實現大於每秒150比特的比特率。進一步有利的是，即使在使用運動圖像專家組(MPEG-1)和(MPEG-2)編碼系統壓縮加有附加數據水印的視頻信號之後，也能夠從視頻信號恢復該附加數據。
在序列號為第10/342704號的美國專利申請中，通過色彩選擇單元為任何像素選擇的用於水印的特定色度部分。色彩選擇單元使用規定公式將所選的色度分量確定為以RGB和YUV顯示像素的函數。由於通常僅僅以YUV格式發送數字視頻，以使用序列號為第10/342704號的美國專利申請的具有這種YUV格式視頻的系統，因此有必要從中開發一種對應於RGB格式的視頻。不利的是，這樣做需要相當大的處理能力。而去阿，儘管它非常有效，但是後來發現數學模型總是不必要地產生無閃爍的結果，其中該模型以在序列號為第10/342704號的美國專利申請的選擇處理中所應用的公式為基礎。

發明內容
根據本發明的原理，確定要加水印的色度部分的處理可以通過應用基於感知的表來改進，該表為各種像素表示哪一色度部分，如果有的話，應該選擇用於加水印。根據本發明的一個方面，可以只需要用於像素的Y、U和V值來訪問表並且確定應該選擇哪一色度部分。有利地，當數字視頻為YUV格式時，不需要使用R、G和B來選擇色度部分，藉此顯著減少了必要的處理能力。根據本發明的另一個方面，可以這樣表示該表如僅使用R、G和B值就可以訪問它，從而不需要為了執行色彩選擇而將RGB格式的源視頻轉換為YUV格式。
在本發明的一個實施例中，通過提供Y、U和V值來訪問該表，其中這些值可以抽取和/或量化，並從表中檢索一個應該選擇U還是V的一個指示。根據本發明的再一個方面，可以修改該表以便它可以表示應該選擇U或V中的哪一個，或者哪一個都不應該選擇，例如當像素的色彩為深藍色和/或深紫色時，這表示完全不應該給該像素加水印。
根據本發明的又一個方面，使用該表和一些處理可以應用混合模式的處理。有利地，例如，通過將表的大小減為一半，可以簡化該表，因為該表的大部分可以通過簡單地測試象像素值，例如U＜128來代替，以確定所選的色度部分。
有利地，在不工作時可以修改該表，而不會改變根本的處理，例如，在選擇處理中所應用的計算機代碼。


在附圖中圖1所示為根據本發明原理，用於給視頻信號數字加水印的示意性的發送機；圖2所示為根據本發明的原理，用於恢復視頻信號的附加數據的示意性接收機，該視頻信號包括其色度信號上的數字水印；圖3A和3B為當它們結合在一起為如圖3所示時，示出根據本發明的原理在利用附加數據給色度部分之一加水印時所使用的示意性處理流程；圖4A和4B為當它們結合在一起為如圖4所示時，示出根據本發明的原理從數字加水印視頻信號中提取附加信息的示意性處理流程，其中構成視頻信號內的水印信號的附加信息已經印象到色度分量上；圖5所示為一些安全範圍的實例，其中期望的比特位置為第三最低有效位；圖6所示為根據本發明的原理，用於確定哪一特定色度部分更加合適因此應該被選擇以包含用於像素的加水印信息的示意性處理流程；圖7所示為示意性劃分色彩空間的一部分的剖視圖；圖8所示為根據本發明的原理，選擇特定色度部分以包含用於像素的加水印信息所採用的另一示意性處理流程；圖9所示為根據本發明的原理構造的示意性發送機，其中通過在數據印象到塊的色度部分的平均值之前，複製待印象數據至少一次，優選為兩次或更多次，從而可以減少閃爍；以及圖10所示為根據本發明的原理構造的接收機的示意性實施例，該接收機可用於接收諸如圖9的發送機所產生的加有水印的視頻信號。
具體實施例方式
以下描述僅僅示例了本發明的原理。因此將會理解，本領域的普通技術人員將能夠設計實施本發明原理的各種結構，儘管這裡沒有明確描述或示出，但是它們卻包括在本發明的精神和範圍之內。而且，所有的實例和這裡敘述的條件語言都旨在從原理上表示用於教導的目的，以幫助讀者理解本發明的原理和發明人提出的促進技術的構思，並且不構造作為對這些具體敘述實例和條件的限制。而且，這裡敘述本發明原理、各個方面、實施例、及其具體實例的所有陳述旨在包括本發明的結構性和功能性的等同物。另外，這種等同物旨在包括當前已知的等同物以及未來開發的等同物，即所開發的執行相同功能而不考慮結構的任何組件。
因此，例如，本領域的普通技術人員將會理解，這裡的任何方框圖都表示實施本發明原理的示意性結構的理論視圖。同理，將會理解任何流程表、流程圖、狀態轉變圖、偽碼等等都表示各種處理流程，這些處理可以實質上在計算機可讀媒體中表示，從而可以由計算機或處理器執行處理，而不論是否明確示出了這種計算機或處理器。
圖中所示的各個組件的功能，包括標記為「處理器」的任何功能性方塊，也可以通過使用專門硬體以及能夠執行與適當軟體所相關軟體的硬體來提供。當處理器提供這些功能時，可以由單個專門的處理器、或單個共享的處理器、或多個其中有些可共享的各個處理器來提供。而且，明確使用術語「處理器」或「控制器」不應該解釋為排他性地指代能夠執行軟體的硬體，它可以隱含地包括但不限制於，數位訊號處理器(DSP)硬體、網絡處理器、專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)、用於存儲軟體的只讀存儲器、隨機訪問存儲器(RAM)、以及非易失性存儲器。還可以包括其他傳統的和/或通常的硬體。同樣，圖中所示的任何切換開關僅僅是概念性的。它們的功能可以通過操作編程邏輯、專門的邏輯，以及程序控制和專門邏輯的交互作用，甚至是通過實施者的人工操作所選擇的特定技術來實現，如根據上下文所更加具體理解的。
在本申請的權利要求書中任何表示為裝置的元件用於執行具體的功能，並且它們旨在包括任何執行該功能的方式，例如包括，a)執行該功能的電路元件的組合，或b)任何形式的軟體，包括與適當的電路相組合的硬體、微碼等等來運行該軟體以執行該功能。這些權利要求所定義的本發明在於以下事實，以權利要求書要求的方式組合併且將各種所敘述的裝置提供的功能集合在一起。因此申請人認為任何能夠提供這些功能的裝置都等同於這裡所示的等同物。
軟體所應用的軟體模塊、或簡單的模塊，在這裡可以表示為流程圖單元或其他單元的任何組合，這些單元表示執行處理步驟和/或本文的描述。這些模塊可以通過明確表示或隱含所示的硬體來執行。
除非這裡明確地規定，附圖並不是按照比例繪製的。
在本說明書中，不同圖中具有相同附圖標記的組件表示相同的組件。
圖1所示為根據本發明的原理用於給視頻信號數字加水印的示意性發送機101，其中加水印是在每一幀的基礎上，通過藉助視頻信號中每個塊的色度部分平均值攜帶水印數據的一個或更多比特來實現。
圖1中所示為a)YUV分用器和抽取器103，b)色彩選擇器105，c)雙刀雙擲開關109，d)紋理掩蔽單元111，e)乘法器113，f)加法器115，g)多路復用器117，h)位映象器123，以及i)加法器133。如圖1所示，可選項為j)信道編碼器119，和k)塊交織器121。
YUV分用器和抽取器103接收要加水印的視頻信號，即要為視頻信號增加附加信息。YUV分用器和抽取器103可以處理視頻信號，例如根據串行數字接口(SDI)標準格式化的視頻。正如本領域的普通技術人員將會意識到，可使用傳統的技術將最初不是適當數字格式的任何視頻信號轉換為適當的數字格式。
YUV分用器和抽取器103分用視頻的亮度分量(Y)及其色度分量。視頻信號的色度分量包括兩部分U和V，其中U為差分藍色部分以及V為差分紅色部分。
將附加數據嵌入到色度分量中的大量處理優選利用特別抽取的視頻格式來執行，其中對於視頻的每個原始的2×2亮度塊，如果將原始塊表示為4-4-4格式，那麼只剩下一個Y值、一個U值和一個V值。為此目的，在輸入視頻信號實際上為所謂的4-4-4格式的情況下，通過分用器和抽取器103適當地抽取該圖像，以便對於每個原始的2×2亮度塊來說，都具有一個Y值、一個U值和一個V值。同理，在輸入視頻信號為所謂的「4-2-2」格式的情況下，即亮度為滿解析度時，當色度部分為a)垂直方向為滿解析度和b)水平方向為半解析度時，分用器和抽取器103水平和垂直地抽取亮度分量以及只垂直抽取每個色度分量。同樣地，在輸入視頻信號為所謂的4-2-0格式的情況下，即圖像的亮度分量為滿解析度而色度分量每個都僅為垂直和水平方向的半解析度，圖像的亮度分量由分用器和抽取器103抽取，以便對於每個原始的2×2亮度塊來說如果原始塊已經表示為4-4-4格式，那麼只剩下Y值、一個U值和一個V值。
優選的抽取視頻格式可以提供作為色彩選擇器105的輸出。因此，優選地，不管輸入視頻信號的格式如何，系統的其他處理優選地可以基於抽取的視頻信號，從而對於原始輸入視頻信號的滿解析度亮度像素的每個2×2塊，具有Y值、一個U值和一個V值。本領域的普通技術人員將能夠開發其各自的方法，如果它們選擇這樣做的話，將為亮度像素的每個2×2塊開發一個Y值、一個U值和一個V值。
為了知道原始視頻的格式，a)操作者可以向YUV分用器和抽取器103指示提供給發送機101的視頻的特定格式，b)可以使用傳統技術直接從視頻檢測到視頻的格式，或c)可以從提供輸入視頻信號的高層處理器提供該信息。
YUV分用器和抽取器103還可以提供原始輸入視頻信號滿格式的第二組YUV輸出給雙刀雙擲開關109。
色彩選擇器105為任何特定的像素確定在色度分量的哪一部分即在U部分還是V部分，如果有必要的話，可以更好地適應值的改變而不會引入可見的人為加工信號。在本發明的一個實施例中，色彩選擇器105基於如下詳細所述的查詢表。可替換地，可能全部或部分基於各種計算，諸如在先的美國專利申請第10/342704號。
色彩選擇器105的輸出還用於控制雙刀雙擲開關109的位置。更具體而言，如此設置色彩選擇器105的輸出，以便雙刀雙擲開關1091)為加法器115提供已經選擇用於攜帶水印數據的色度分量部分；以及2)為YUV多路復用器117提供未被選擇的色度分量部分。色彩選擇器105的輸出還提供給多路復用器117和以下所述使用的位映象器123。
紋理掩蔽單元111分析每個像素周圍的亮度區域的紋理，這些像素以抽取格式由YUV分用和抽取器103提供作為輸出，以用來確定該像素能夠適應的而不引入可見的人為加工信號的最大changevalue，並提供表示該changevalue的一個加權作為輸出。例如採用整數值1到5可以編碼加權值。也可以使用其他值，例如經驗表明在忙區域可以使用最大為20的值而不會有可見的質量下降。該加權提供給乘法器113。紋理掩蔽單元111可以產生小於能引入到像素中的最大失真的值，正如下文所述。
注意到所使用的特定值至少部分地取決於用於表示每個Y、V和V值的比特數量。例如，上述建議的加權值1到5，甚至用於Y、U、V的最大為20的加權值是8比特值。本領域的普通技術人員將容易意識到，用於8比特的值可以通過乘以4縮放到10比特，例如將該值向左移位兩次。同樣地，能夠類似地適應Y、U、和V所使用的其他數量的比特。
乘法器113將從紋理掩蔽單元111接收的加權與作為該像素一部分發送的信息的相關值進行相乘，其中該值由位映象器123提供。例如，位映象器123所提供的值可能為-1，0或1。乘法器113產生的乘積提供給加法器115和133。
紋理掩蔽單元111響應於加法器122。有關這方面應該注意到，在它從加法器133接收一個該影響的信號時，紋理掩蔽單元111可以產生小於能夠引入到像素中的changevalue的加權值。更具體而言，加法器133為每個塊增加紋理掩蔽單元111所提供的值。加法器133提供一個最大值作為它的輸出給紋理掩蔽單元111，紋理掩蔽單元111使用該值作為它的用於當前被處理像素的輸出加權。加法器133提供的最大值小於a)基於它周圍紋理的像素所能夠適應的最大加權值以及b)位映象器123提供給加法器133的用於該塊的值和該塊的當前和之間的差值。因此，一旦該和等於位映象器123提供給加法器133的用於該塊的值，紋理掩蔽單元111就為該塊的每個剩餘像素輸出一個零。
加法器115通過將乘法器113所提供的值增加到色度部分的值上產生修正的色度部分，色彩選擇器105選擇該色度部分以攜帶用於該像素的附加信息。正如所示，色彩選擇器105所選擇的用以攜帶附加信息的色度部分，通過雙刀雙擲開關109傳送到加法器115。加法器115提供的修正色度部分被提供給多路復用器117。
紋理掩蔽單元111、乘法器113、位映象器123和加法器133協同工作以有效地上採樣增加到特定處理解析度的每個像素的值，以匹配原始視頻信號色度的格式。為此目的，產生的上採樣值可以增加到所選擇的原始視頻信號的每個像素的色度部分，該部分對應於用於處理的特定減少解析度格式的像素位置。例如，如果原始視頻信號為4-2-2格式，那麼被確定增加到特定處理格式的塊的每一個像素值在每個線基礎上進行複製，以便產生要增加值的塊，該塊具有每線8像素以及每塊16線。在該塊中，非疊加的2個連續線組中的每一線具有相同的增加值。這種塊在大小上對應於4-2-2格式原始視頻中所選色度部分的原始塊。通過加法器115將產生的上採樣塊的每個值增加到各個類似於原始視頻信號中定位像素的選擇色度部分。本領域的普通技術人員將容易地能夠執行類似的對於不同格式的塊轉換。注意到，色彩選擇器105沒有確定所選色度部分的一個塊的這些像素能夠更好地適應增加值將為零的改變。如果原始視頻信號為4-2-0格式，不需要任何上採樣。
在本發明的另一個實施例中，只處理抽取的特定處理解析度格式。然後，例如在多路復用器117中上採樣產生的修正色度部分。但是，這樣做可能導致原始視頻信號的一定惡化，儘管這種惡化不需要為可見的。
多路復用器117接收原始亮度分量(Y)和通過雙刀雙擲開關109從YUV分用器和抽取器103所提供的未修正的色度部分。多路復用器117還從加法器115接收修正的色度部分。然後，多路復用器117一起多路復用原始亮度分量(Y)、未修正的色度部分以及修正的色度部分。多路復用器117依靠接收色彩選擇器105的輸出知道在哪一引線上接收色度分量的修正部分以及在哪一引線上接收色度部分的未修正部分。根據本發明的一個方面，產生的視頻信號被提供作為加水印的輸出視頻信號。
本領域的普通技術人員將能夠開發出本發明的實施例，其中附加數據被填加到原始色度信號部分而不是其抽取版本部分，從而將不需要上採樣。
正如上所示，附加信息的二進位數據值即1和0被為每一個塊發送，它可以直接提供給位映象器123用作水印數據，或者可以首先處理該值以便於在接收機處理和恢復信息。這種示意性的處理可以通過可選擇的信道編碼器119和塊交織器121來實現。
信道編碼器119接收希望嵌入到視頻流中的附加數據。然後例如使用前向糾錯編碼方案對該數據編碼。這種前向糾錯方案可以為任意的傳統前向糾錯方案，諸如卷積編碼，例如維特比編碼或turbo編碼，或它可能為任何新開發的編碼方案。在本發明的一個示意性實施例中，使用半速率卷積編碼。這種編碼的結果是，為原始比特流的每個比特產生兩比特。信道編碼的比特流作為輸出通過信道編碼器119提供給塊交織單元121。
塊交織單元121重新編排信道編碼的比特流的比特順序以便隨機地分配該數據。這種做有助於減少信道編碼的比特流的相鄰部分丟失的機會，例如，由噪聲脈衝或其他因素引起的這種丟失，這將使得在接收機難以從剩餘的、實際接收的數據中恢復這種數據。在本發明的一個示意性實施例中，交織作為一個單元的比特數量等於一幀中塊的數量。塊交織器可以這樣實現，即從左到右順序地寫入數據到塊的行中，在每行的末尾，從下一行向下的最左邊的位置再次開始，然後通過在塊的最左上的位置開始來讀取數據，並向下讀取一列，直到到達該列的末尾，在該點位置上閱讀在下一列的頂部繼續。已經證明45行×30列的塊交織器對於720×480像素的圖片大小而言是有效的。對於不同的解析度，本領域的普通技術人員將能容易開發出可比的塊編碼器。交織的信道編碼比特流作為輸出由位交織器121提供給位映象器123。
根據本發明的一個方面，根據位映象器123的控制在原始視頻信號的至少一幀的至少一個塊上，將塊交織器121所提供的數據比特印象為水印數據。根據本發明的原理，位映象器123控制水印數據插入到每個塊的至少一個選擇色度部分之平均值的其中一個比特位置，其中數據印象到該塊上，從而有效地代替了該比特位置上的比特。
例如，當在塊的選擇色度部分的平均值整數部分的最低有效位要攜帶水印數據時，需要給平均值增加的值為0或1。當平均值的整數部分的最低有效位已經和被攜帶水印數據比特相同時增加零，而當平均值的整數部分的最低有效位為要攜帶的水印數據比特的補碼時增加1。當在塊的選擇色度部分的平均值整數部分的次最低有效位要攜帶水印數據時，給像素增加的數據值為-1、0或1。當平均值的整數部分的次最低有效位已經和要攜帶的水印數據比特相同時增加零，當平均值的整數部分的次最低有效位為要攜帶的水印數據比特的補碼時增加1或-1。是增加1還是-1這取決於誰將對平均值引起最小的改變，同時將平均值的整數部分的次最低有效位改變為其補碼。使用次最低有效位被嵌入的數據更可能經得住通過MPEG或類似處理的編碼。當數據被放置在塊所選擇色度部分的平均值整數部分的第三最低有效位中，給像素增加的數據值為-2、-1、0、1或2。當平均值的整數部分的第三最低有效位已經和要攜帶的水印數據比特相同時增加零，當平均值的整數部分的第三最低有效位為要攜帶的水印數據比特的補碼時增加-2、-1、1或2。是增加-2、-1、0還是1這取決於誰將對平均值引起最小的改變，同時將平均值的整數部分的第三最低有效位改變為其補碼。使用第三最低有效位被嵌入的數據甚至更可能經得住通過MPEG或類似處理的編碼以獲得充分的結果。從上述可以得到，本領域的普通技術人員將會容易地能夠確定為更多有效位位置增加的值，這些位置由用戶或系統來確定。
為此目的，位映象器123開發了一個值，該值分配增加到塊的像素的所選色度部分，從而這種做改變了該塊的色度部分的平均值，以便塊交織器121所提供的印象比特被放置在所選色度部分的平均值的所選比特位置上。該值為增加到所選色度部分平均值的值以將水印數據比特通過與塊中像素的數量相乘來放置在合適的比特位置。換言之，位映象器123開發的值被增加到色度部分的平均值上，並且被分離為較小值，並將這些值增加到塊的各個像素中，以便增加到塊中的通過塊中像素的數量所分離的全部較小值，等於要增加到所選色度部分平均值的值。
該塊色度部分的特定比特平均值，例如該色度部分的DC係數，通過位映象器123來確定，其中位映象器123所提供數據印象到該塊上。在本發明的一個示意性實施例中，用於該塊的DC係數的第二最低有效位代替為期望印象到該塊上的特定值。在本發明的另一個實施例中，DC係數的哪一個比特被代替可能為該塊紋理變化量的函數。有利的是，隨著紋理變化量的增加而增加被代替位的有效性，因為MPEG編碼標準為較大的紋理變化量應用較多的量化步長大小，並如果該比特位於不是足夠有效的比特位置上，則使用這種較大的量化步長大小能夠過濾加有水印的數據比特。當使用更多的有效位時，給DC係數增加或減少值，以便改變代替其補碼值的比特可以大於1。為此目的，根據本發明的一個方面，位映象器123從紋理掩蔽單元111接收該塊的亮度分量的平均變化量，並基於該平均變化量，確定要代替哪一個比特位置。變化量越大，放置水印數據的比特位置越有效。
位映象器123提供來自交織的信道編碼比特流的數據比特，當像素將要包含在加水印的輸出視頻信號中時，該數據比特在用於原始視頻信號的塊的每一像素的合適時間，傳送給原始視頻信號的每個塊。因此，位映象器123考慮到以下的事實，即視頻信號的處理是基於線的，即在一個線上從左到右進行處理，然後到下一線並且再次從左到右處理，這使得一個塊的相鄰像素不是必須地順序位於視頻流中，所以不都在直接相鄰的時間裡處理。被提供作為位映象器123在任何時間輸出的特定數據比特提供作為乘法器113的輸入。
使用一個諸如圖1所示的編碼器，當視頻幀大小為720×480像素時，已經為提供給信道編碼器119的附加信息實現了基本上無錯誤的大約每秒6750比特的比特率。
本領域的普通技術人員從上述描述將會容易意識到，圖1所示的各個單元需要存儲器，以便首先確定這些值，例如塊的原始平均值和塊的平均紋理變化量，這些值必須使用來自整個塊的信息來計算，然後應用這些值處理各個像素。因此，典型地存在一個片延遲，這裡的片為一幀上總是水平的那些塊的一條。
圖2所示為根據本發明的原理用於恢復視頻信號的附加數據的示意性接收機201，該視頻信號包含其色度信號上的數字水印。在圖2中所示為a)YUV分用器和抽取器203，b)色彩選擇單元207，c)雙刀雙擲開關209，d)塊變化量計算單元211，e)塊積分器V213，f)塊積分器U215，g)比特選擇器217，h)去交織器219，和i)信道解碼器221。
根據本發明的原理，YUV分用器和抽取器203，可以基本上和發送機101(圖1)的YUV分用器和抽取器103相同，它接收已加有數字水印的視頻信號，其中附加信息已經填加到該信號的色度部分中。YUV分用器和抽取器203與數字視頻，例如根據串行數字接口(SDI)格式化的視頻協同工作。正如本領域的普通技術人員將會意識到，初始不是適當數字格式的任何視頻信號可以使用傳統的技術進行轉換。
YUV分用器和抽取器203分用視頻的亮度(Y)分量及其色度分量並抽取它為優選的處理格式，其中對於視頻的每個原始2×2亮度塊，如果原始塊已經表示為4-4-4格式，那麼只剩餘一個Y值、一個U值和一個V值。為了知道接收視頻的格式，a)操作者需要給YUV分用器和抽取器203指示輸入視頻的特定格式，b)使用傳統的技術直接從視頻中可以檢測到視頻的格式，或c)可以從高層處理器提供信息，該處理器提供輸入視頻信號。分用的亮度和色度分量提供給色彩選擇器207。另外，亮度分量提供給塊變化量計算單元211，V色度部分提供給塊積分器V213，以及U色度部分提供給塊積分器U 215。不象YUV分用器和抽取器103，YUV分用器和抽取器203不需要提供原始輸入視頻信號的完全格式的第二組YUV輸出。
色彩選擇單元207為每個塊確定色度分量的哪一個部分即U部分還是V部分，可能嵌入附加信息。色彩選擇單元207的輸出用於控制雙刀雙擲開關209的位置。更具體而言，色彩選擇單元209選擇色度部分U或V，作為Y、U和V的函數，正如下文更詳細所述的，在哪一個部分上可能已經為該塊嵌入附加信息。在本發明的實施例中，色彩選擇單元207基於一個查詢表。這樣可以簡化處理，從而避免了需要YUV到RGB的轉換，否則可能必須轉換。
注意到色彩選擇單元207的輸入為各個像素。色彩選擇單元207保持跟蹤每個塊中的像素並為塊中的每個像素組合各個U或V選擇。具有最高值即最經常選擇用於塊中像素的特定分量，被確定為色彩選擇單元207的輸出。然後將色彩選擇單元207的輸出如此設定，以便開關209為比特選擇器217提供色度分量部分的積分版本，其中已確定了將附加數據填加到該色度分量中。
塊變化量計算單元211確定用於該塊的所選色度部分的平均值的特定比特，例如，用於所選色度部分的DC係數，該部分可能包含有印象數據。正如所注意到的，在本發明的示意性實施例中，位映象器123(圖1)接收和應用塊的像素亮度分量變化量的平均值來確定，應該用要被印象的水印數據代替哪一個比特位置。變化量越大，應該代替的比特位置越有效。塊變化量計算單元211(圖2)應該使其計算基於映象器123所使用的相同信息以重複它的確定。塊變化量計算單元211的輸出提供給比特選擇器217。
塊積分器V213在整個塊上積分V的值，即組合例如相加用於塊中的每個像素的值。塊積分器U215在整個塊上積分U的值，即組合例如相加用於塊中的每個像素的值。
比特選擇器217根據通過開關209提供給它的作為塊數據的已積分的色度部分值，在塊變化量計算單元211規定的比特位置提取比特。
去交織器219重新排序數據以取消發送機101的塊交織器121(圖1)的影響。然後將重新排序值提供給信道解碼器221(圖2)，該解碼器為經過編碼的信號執行適當地解碼，已使用發送機101(圖1)的信道編碼器119所應用的編碼類型對信號編碼。產生的解碼值由信道解碼器221(圖2)提供作為附加數據信號的重構版本。為了更加健壯，信道解碼器221可以為所謂的「序列解碼器」，例如turbo解碼器。
圖3A和3B所示為當它們結合在一起為如圖3所示時，根據本發明的原理在利用附加數據給其中的色度部分加水印時所使用的示意性處理流程。對於確定的比特位置已經等於將要印象值的那些塊，可以未經修改發送該塊。在本發明的示意性實施例中，可以在諸如圖1所示的系統中執行圖3的處理流程。
當塊的所有像素可用時，在步驟301開始處理流程。圖3的處理部分在一塊一塊的基礎上發生，部分處理基於一個一個的像素。使用二維指針p、q對一幀的各塊加以索引，這裡p指的是被處理幀的特定水平片，q指的是該幀的特定列或垂直片。例如，對於720×480解析度，p的範圍在1和30之間，q的範圍在1和45之間。同理，使用二維指針i、j對每個塊的各像素進行索引，其中i指的是被處理塊內的特定行，j指的是被處理塊內的特定列。例如，在用於印象數據的特定處理模式中，原始視頻的每個宏塊具有唯一對應的Y、U和V的8×8塊，並且i和j的範圍都在0和7之間。
在步驟301開始處理之後，在步驟303初始化處理流程中所使用的一些變量，例如countU(p，q)＝0，countV(p，q)＝0，sumU(p，q)＝0，sumV(p，q)＝0以及var(p，q)＝0。countU和countV為由色彩選擇處理分別選擇塊內多少像素為適於在U和V色度部分上加水印的累計，而sumU以及sumV為塊的所有像素上各個U和V的值的累計。在本發明的實施例中，只對選擇用於該塊的色度部分的像素執行加水印，對於sumU和sumV的其中被開發用於未選擇的色度部分的一個沒用。
在步驟305，計算塊內的每個像素的亮度變化量的累計var(p，q)，當然該累計與塊的亮度平均變化量成比例。為此目的，i和j初始都設置指的是要處理的塊的第一像素，例如i＝0和j＝0。通過塊的每個像素循環、如適當地改變i和j的值以及將每個像素的亮度變化量與當前累計的var(p，q)加到一起來計算var(p，q)的值。
在本發明的一個實施例中，可以利用像素和所有它的最近鄰居之間的亮度差的絕對值，來為任何特定像素計算亮度變化量。從數學上而言，所有最近鄰居位於相同的塊內，這可以寫為var(p,q)=var(p,q)+(|Y(i,j)(p,q)-Y(i-1,j-1)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-Y(i-1,j)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-Y(i,j-1)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-Y(i,j)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-]]>Y(i+1,j+1)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-Y(i+1,j)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-Y(i,j+1)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-Y(i-1,j+1)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-Y(i+1,j-1)(p,q)|).]]>本領域的普通技術人員將會容易能夠將上述內容適用於這些像素，它們的最近鄰居位於其他塊內。而且，對於位於幀的邊界上，因此沒有最近的鄰居，或最近的鄰居的這些塊，或不顯示的這些塊部分，這些鄰居的值可以考慮為零。
根據本發明的另一個方面，在變化量計算中並不需要考慮所有像素的最近鄰居，但是能夠獲得足夠高質量的結果。更具體而言，有利的是，在該計算中，通過只採用該像素周圍的正方形角上的4個像素和2個包含當前像素的其他形成垂直或水平線的像素之差，例如包含當前像素的水平線上的2個像素，減少了用於每個像素的時間。
之後，條件分支點307進行測試以確定哪一個特定色度部分，即U或V，將包含用於該塊的水印信息。這是通過估計塊中每個像素的色彩選擇以及計數選擇用於每一色度部分的塊內像素數目而實現的。最大可能選擇用於塊的色度部分被選擇用來加水印。注意到在本發明的一些實施例中，可以確定特定的像素完全不適合於加水印。在這種情況下，不為U或V計數像素的總數。
確定選擇用於為每個像素加水印的色彩的特定方法在於實施者的判斷。在本發明的一個實施例中，選擇具有最小值的像素的色度部分。在本發明的另一個實施例中，應用如下所述的色彩選擇安排。
接下來，確定將包含加有水印比特的所選色度部分的平均值的比特位置。如此選擇比特位置，以便加水印的比特將經得住任何接下來的量化，諸如在類似MPEG編碼中所發生的。
為此目的，如果在步驟307的測試結果為選擇V色度部分加水印，則將控制傳遞到步驟309，其中變量watermarkcolor設置等於V。之後，條件分支點323進行測試以確定是否整個塊的平均Y變化量，var(p，q)大於第一預定V閾值t1v，這為最大的V閾值。t1v的一個示例值為600。
注意到，當平均Y變化率與建議的閾值相比較時，結合圖3和4使用的用於U和V的特定閾值值至少部分地取決於用來表示每個Y值的數量。例如，這裡建議的閾值值對於Y而言為8比特值。本領域的普通技術人員將會容易意識到，應用於8比特的值通過與4相乘可以縮放為10比特，例如向左移位該值兩次。同樣地，能夠同理適應用於Y、U和V的其他數量的比特。
在本發明的其他實施例中，代替使用用於各個比較的塊的平均Y變化量，可以計算和應用不同的平均變化量，例如整個塊的平均V變化量。
如果在步驟323的測試結果為「是」，表示該變化量足夠大，則附加數據應該在塊的像素的V平均值的第5最低有效位上編碼，例如int[sumV(p，q)/(每塊的像素數量)]的值，例如int[sumV(p，q)/64]，大於t1v，則將控制傳遞到步驟325，其中設定變量m等於5。
注意到代替使用如這裡所使用的用於捨入成整數的整數函數int，可以應用能夠獲得整數值的捨入成整數的任何其他形式，例如總是向上捨入為整數或總是捨入為最近的整數值。
如果在步驟323的測試結果為「否」，這表示變化量不足夠大以使得附加數據應該在塊的像素V平均值的第5最低有效位上編碼，則將控制傳遞到條件分支點329，該點進行測試以確定是否整個塊的平均Y變化量，var(p，q)大於第二預定V閾值，即t2v，它為第二大V閾值。t2v的示例值為15。
如果在步驟329的測試結果為「是」，這表示附加數據應該在塊的像素V平均值的第4最低有效位上編碼，則將控制傳遞到步驟331，其中設定變量m為4。
如果在步驟329的測試結果為「否」，這表示變化量不足夠大以使得附加數據應該在塊的像素V平均值的第4最低有效位上編碼，則將控制傳遞到條件分支點333，在該點進行測試以確定是否整個塊的平均Y變化量，var(p，q)大於第三預定V閾值，即t3v，它為最小的V閾值。t3v的示例值為7。
如果在步驟333的測試結果為「是」，這表示變化量足夠大，數據應該在塊的像素V平均值的第3最低有效位上編碼，則將控制傳遞到步驟335，其中變量m被設定為3。
如果在步驟333的測試結果為「否」，這表示變化量只足夠大以使得數據應該在塊的像素V平均值的第2最低有效位上編碼，則將控制傳遞到步驟337，其中變量m被設定為2。
如果在步驟307的測試結果為選擇U色度部分加水印，則將控制傳遞到步驟311，其中變量watermarkcolor設置等於U。之後，條件分支點343進行測試以確定是否整個塊的平均Y變化量，var(p，q)大於第一預定v閾值t1u，這為最大的閾值。t1u的一個示例值為600。
在本發明的其他實施例中，代替使用用於各個比較的塊的平均Y變化量，可以計算和應用整個塊的平均U變化量。
如果在步驟343的測試結果為「是」，這表示該變化量足夠大，數據應該在塊的像素的U平均值的第5最低有效位上編碼，例如int[sumV(p，q)/(每塊的像素數量)]的值，例如int[sumU(p，q)/64]，大於t1u，則將控制傳遞到步驟345，其中設定變量m等於5。
注意到代替使用如這裡所使用的用於捨入成整數的整數函數int，可以應用能夠獲得整數值的捨入成整數的任何其他形式，例如總是向上捨入為整數或總是捨入為最近的整數值。
如果在步驟343的測試結果為「否」，這表示變化量不足夠大以使得數據應該在塊的像素U平均值的第5最低有效位上編碼，則將控制傳遞到條件分支點349，該點進行測試以確定是否整個塊的平均Y變化量，var(p，q)大於第二預定V閾值，即t2u，它為第二大U閾值。t2u的示例值為15。
如果在步驟349的測試結果為「是」，這表示數據應該在塊的像素U平均值的第4最低有效位上編碼，則將控制傳遞到步驟351，其中設定變量m等於4。
如果在步驟349的測試結果為「否」，這表示變化量不足夠大以使得數據應該在塊的像素U平均值的第4最低有效位上編碼，則將控制傳遞到條件分支點353，該點進行測試以確定是否整個塊的平均Y變化量，var(p，q)大於第三預定閾值，即t3u，它為最小的U閾值。t3u的示例值為7。
如果在步驟353的測試結果為「是」，這表示變化量足夠大，數據應該在塊的像素U平均值的第3最低有效位上編碼，則將控制傳遞到步驟355，其中設定變量m等於3。
如果在步驟353的測試結果為「否」，這表示變化量只足夠大以使得數據應該在塊的像素U平均值的第2最低有效位上編碼，則將控制傳遞到步驟357，其中設定變量m等於2。
一旦確定了應用所選色度部分的整個塊之平均值的特定比特以包含加有水印的數據，那麼處理流程確定採用包含想要比特的比特位置。處理的目的是將所選色度部分當前平均值加上或減去最小可能值以保證，想要的比特位置將發送水印比特的值。注意到，在本發明的一個實施例中，想要的比特位置為位於平均值整數部分的比特位置。為此目的，理想上，如果想要的比特位置已經包含了要發送的水印比特的值，那麼沒有任何值可以增加到所選色度部分的當前平均值。另一方面，如果想要的比特位置包含了要發送的水印比特值的補碼，在理想情況中，只將想要的比特位置適當地加上或減去最小可能的值，該值通過從想要的比特位置進行加或減將會翻轉想要的比特位置為其補碼，因此使得所選色度部分平均值的值從當前未加水印的值到其最後加上水印後的值發生最小的變化。
實際上，由於量化噪聲，捨入成整數作為創造性處理的一部分，以及類似MPEG編碼處理的其他因素，這可能影響想要比特的最終值，所以可能增加或減去很小的差值，如這裡進一步所說明的。更具體而言，在本發明的一個實施例中，選擇值的「安全」範圍，該範圍在想要的比特位置具有想要的比特值，以及給所選色度部分的平均值增加或減去該最小值，以便最終值在想要的比特位置具有想要的比特值，並且位於安全範圍內。因此，典型地，不論何時平均值的比特需要改變為它的補碼以攜帶水印數據，這時產生的值總是位於安全範圍的邊界。當想要比特位置的值已經為要發送水印數據比特的值時，如果所選色度部分的平均值已經位於安全範圍內，那麼不需要增加所選色度部分的平均值。但是，當所選色度部分的平均值還未位於安全範圍內，那麼有必要從所選色度部分的平均值增加或減去最小值來改變所選色度部分的平均值，使其為位於安全範圍內的一個值，同時保持想要比特位置的值位於要發送的水印比特的值上。
概念上，上述考慮到首先增加或減去最小值以在想要的比特位置上獲得想要的水印值，並然後增加或減去另一個量例如餘量值來保證最終值位於安全範圍之內。
圖5所示為其中想要比特位置為第三有效位的一些安全範圍的實例。沿著軸所示為所選色度部分的平均值。
表1示出(碼)(一些值的表)當完成步驟325、331、335、337、345、351、355和357時，將控制傳遞到條件分支點361，該點進行測試以確定是否在塊上印象的水印數據的比特與用於色度部分平均值的當前識別比特位置相同，其中比特位置由變量watermarkcolor來識別。如果步驟361的測試結果為「是」，這表示將在塊上印象的水印數據的比特與當前識別的用於色度部分平均值的比特位置相同，其中比特位置由變量watermarkcolor來識別，所以不需要將比特改變它的補碼值，並將控制傳遞到步驟363，該步驟進行測試以確定是否該值位於當前比特位置的安全範圍內。如果測試結果為「否」，這表示在接下來的處理過程中可能引入了錯誤，則將控制傳遞到步驟365，在該步驟設置變量changevalue等於需要將watermarkcolor所指示的色彩的當前平均值移到最近安全範圍內的值，而不改變想要比特位置的值。注意到該值不需要為一個整數值，它還可以為負數值。如果步驟363的測試結果為「否」，這表示用於watermarkcolor所指示色彩的當前平均值已經位於安全範圍內，則將控制傳遞到步驟367，並且將changevalue的值設定等於零。
如果步驟361的測試結果為「否」，這表示在塊上印象的水印數據的比特與用於色度部分平均值的當前識別比特位置不相同，其中該位置是由變量watermarkcolor所識別的，所以比特的值必須改為其補碼值以適當地攜帶水印數據，並將控制傳遞到步驟369，在該步驟進行測試以確定當前比特位置的最近安全範圍是大於還是小於watermarkcolor所指示色彩的當前平均值。如果步驟369的測試結果為大於，這表示用於當前比特位置的最近安全範圍的值大於watermarkcolor所指示色彩的當前平均值，則將控制傳遞到步驟371，在該步驟中將變量changevalue的值設定等於增加到平均值中的最小值，以便產生的值位於具有較大值的鄰近安全範圍內。注意到該值不需要為整數值。如果在步驟369的測試結果為小於，這表示用於當前比特位置的最近安全範圍的值小於watermarkcolor所指示色彩的當前平均值，則將控制傳遞到步驟373，在該步驟中將變量changevalue的值設定等於最小負值，當將該值增加到平均值時，得到的值位於具有較小值的相鄰安全範圍內。再次，注意到該值不需要為一個整數值，並且還可以為一個負值。
當完成步驟365、367、371或373時，將控制傳遞到步驟375，在該步驟中將為像素增加的總計值設定等於每塊像素的數量與changevalue之值的乘積。如果產生的乘積值不是整數，那麼該值將被捨入。以與步驟365、371和373一致的方式執行這種捨入，如果增加的為一個負值，利用該值的整數部分向下進行捨入，如果增加的為一個正值的話，則捨入將向著下一個完整的整數值。
現在處理從每塊等級改變到在塊內的每像素等級。在步驟377，指向該塊的第一像素。之後，條件分支點379進行測試以根據它的色彩確定是否要給當前像素加水印。通過確定是否適於加水印的該像素的色度分量與在步驟307為整個塊所選擇的色彩相同來完成上述處理。如果步驟379的測試結果為「是」，這表示應該給該像素加水印，則將控制傳遞到步驟381，在該步驟中根據像素的亮度變化量以及到目前為止為該塊的像素所增加的總計值，來為當前像素增加一個值。
更具體而言，將能夠給像素增加的而不引入可見的人為加工信號的最大值確定為亮度變化量的函數。亮度變化量越大，則能夠增加的值就越大，最大為預定的最大值。注意到該值可正可負。然後，如果增加到像素的總值為正值，則將該值增加到像素，或者如果增加到像素的總值為負值，則從該像素減去該值。但是，隨著每個像素處理的進行，增加或減去值的累計從總值中減去以增加到像素中。如果增加到當前像素的值將使得增加到像素的總值與累計之間的差值超過零，那麼將調整該值以便累計正好等於零。
如果步驟379的測試結果為「否」，或在完成步驟381之後，將控制傳遞到條件分支點383，在該點進行測試以確定是否當前像素為塊的最後一個像素。如果在步驟383的測試結果為「否」，將控制傳遞到步驟385，在該步驟進行測試以確定是否要給塊的像素增加的總值已經被增加，即累計是否等於要為該塊像素增加的總值。如果步驟385的測試結果為「否」，這表示還需要給塊像素增加更多值，則將控制傳遞到步驟387，該步驟指向塊的下一個像素。然後傳送回到步驟379，處理如上所述繼續進行。
如果步驟383或385的測試結果為「是」，這表示塊的所有像素已經被處理或者已經增加了所需要增加的全部總值，則將控制傳遞到步驟389並退出處理。
圖4A和4B所示為當它們結合在一起為如圖4所示時，根據本發明的原理從數字加水印視頻信號中提取附加信息的示意性處理流程，其中構成視頻信號內的水印信號的附加信息已經印象在了色度分量上。這種處理可以通過本發明的示意性實施例，在色彩選擇207、雙刀雙擲開關209、塊變化量計算單元211、塊積分器V213、塊積分器U215和比特選擇器217(圖2)上來實現，諸如圖2所示。
當要處理接收抽取幀的新塊時，在步驟401開始處理流程(圖4)。應該注意到為了教導的目的，這裡假設為由塊組成的圖4處理流程的處理提供像素，以便在處理下一塊的任何像素之前，處理塊的所有像素。但是，在實際系統的設計中，本領域的普通技術人員將會容易意識到，可以以與掃描像素相同的順序來處理這些像素，可以使用適當的存儲位置和控制結構以便有效地單獨地處理這些塊。
圖4的處理部分在一塊一塊的基礎上發生，部分處理基於一個一個的像素。使用二維指針p、q來索引一幀的這些塊，這裡p指的是被處理幀的特定水平片，q指的是該幀的特定列或垂直片。例如，對於720×480解析度，p的範圍在1和30之間，q的範圍在1和45之間。同理，使用二維指針i、j對每個塊的像素進行索引，其中i指的是被處理塊內的特定行，j指的是被處理塊內的特定列。例如，在用於印象該數據的特定處理模式中，原始視頻的每個宏塊具有唯一對應的Y、U和V的8×8塊，並且i和j的範圍都在0和7之間。
在步驟401開始處理之後，在步驟403初始化處理流程中所使用的一些變量，例如countU(p，q)＝0，countV(p，q)＝0，sumU(p，q)＝0，sumV(p，q)＝0以及var(p，q)＝0。countU和countV分別為由色彩選擇處理選擇塊內多少像素作為U和V的累計，而sumU以及sumV分別為在塊的所有像素上各個U和V值的累計。對於該塊，i和j都設置指的是要處理的塊的第一像素，例如i＝0和j＝0。對於每個塊，var(p，q)表示塊內每個像素的亮度變化量的總值，當然該總值與塊的亮度平均變化量成比例。
之後，在步驟405，獲得用於當前指向的當前被處理塊的像素的Y、U和V值，例如獲得值y(i，j)(p，q)和U(i，j)(p，q)以及V(i，j)(p，q)。在步驟407，將U和V的當前值增加到sumU和sumV的各個當前值中。而且在步驟407中，通過將當前像素亮度的變化量增加到當前var(p，q)的總值中，更新亮度的變化量var(p，q)。在本發明的一個實施例中，可以利用當前像素和所有它的最近鄰居之間的亮度差的絕對值，來為當前像素計算亮度變化量。從數學上而言，所有最近鄰居位於相同的塊內，這可以寫為var(p,q)=var(p,q)+(|Y(i,j)(p,q)-Y(i-1,j-1)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-Y(i-1,j)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-Y(i,j-1)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-Y(i,j)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-]]>Y(i+1,j+1)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-Y(i+1,j)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-Y(i,j+1)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-Y(i-1,j+1)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-Y(i+1,j-1)(p,q)|).]]>本領域的普通技術人員將會容易能夠將上述內容適用於這些像素，它們的最近鄰居位於其他塊內。而且，對於靠近幀的邊界因此沒有最近的鄰居的那些塊，或最近的鄰居為不顯示的這些塊部分，這些鄰居的值可以考慮為零。
根據本發明的另一個方面，在變化量計算中並不需要考慮所有像素的最近鄰居，但是能夠獲得足夠高質量的結果。更具體而言，有利的是，在該計算中，通過只採用該像素周圍的正方形角上的4個像素和2個其他包括當前像素的形成垂直或水平線的像素之差，例如具有當前像素的水平線上的2個像素，從而減少了計算時間。但是，解碼器應該匹配編碼器中應用的相同處理。
將控制傳遞到條件分支點409，在該點進行測試以確定附加數據有可能印象到U或V中的哪一個。下文將詳細描述該確定的細節。如果步驟409的測試結果為U，這表示附加數據最可能印象到用於當前像素的U上，則將控制傳遞到遞增countU的步驟411。然後將控制傳遞到步驟413。如果步驟409的測試結果為V，這表示附加數據最可能印象到用於當前像素的V上，則將控制傳遞到遞增countV的步驟415。然後將控制傳遞到步驟413。
在本發明的一些實施例中，條件分支點409可以是三種方式的測試，附加結果表示數據有可能完全不印象到像素上，即不印象到U上也不在v上。如果這是一種結果，那麼將簡單地將控制直接傳送到步驟413。
條件分支點413進行測試以確定是否當前像素為當前塊的最後一個像素。如果步驟413的測試結果為「否」，這表示還剩餘仍未處理的當前塊中的其他像素，則將控制傳遞到步驟417，在該步驟調整i和j的值以指向下一個仍未處理的像素。然後將控制傳遞迴到步驟405並如上所述繼續進行處理。如果步驟413的測試結果為「是」，這表示已處理過當前塊的所有像素，則將控制傳遞到步驟419，在該步驟中為該塊計算抽取亮度的變化量，即計算8×8Y塊的變化量。
然後將控制傳遞到條件分支點421，在該點進行測試以為當前塊確定是否countV大於countU。如果步驟421的測試結果為countV實際上大於countU，則將控制傳遞到條件分支點423，在該點上進行測試以確定是否整個塊上的平均Y變化量，var(p，q)大於第一預定閾值t1v，該閾值為最大的V閾值。t1v的一個示例值為600。
在本發明的其他實施例中，代替使用用於各個比較的塊的平均Y變化量，可以在該塊上計算和應用平均U或平均V變化量，例如不論哪一個具有較大的計數值。
如果在步驟423的測試結果為「是」，這表示該變化量足夠大，數據有可能已經在塊的像素的V平均值的第5最低有效位上編碼，例如int[sumV(p，q)/(每塊的像素數量)]的值，例如int[sumV(p，q)/64]，則將控制傳遞到步驟425，其中設定變量m等於5。然後將控制傳遞到步驟427，在該步驟中將提取該塊像素的V平均值的第m個最低有效位(LSB)的值，將它作為印象到該塊的值。然後在步驟459退出處理。
注意到代替使用如這裡所使用的捨入成整數的整數函數int，可以應用能夠獲得整數值的捨入成整數的任何其他形式，例如總是向上捨入為整數或總是捨入為最近的整數值。
如果在步驟423的測試結果為「否」，這表示變化量不足夠大以使得數據有可能已經在塊的像素V平均值的第5最低有效位上編碼，則將控制傳遞到條件分支點429，在該點進行測試以確定是否整個塊的平均Y變化量，var(p，q)大於第二預定V閾值t2v，它為第二大V閾值。t2v的示例值為15。
如果在步驟429的測試結果為「是」，這表示變化量足夠大，數據有可能已經在塊的像素V平均值的第4最低有效位上編碼，則將控制傳遞到步驟431，其中設定變量m等於4。然後將控制傳遞到步驟427，在該步驟中將提取該塊像素的V平均值的第m個最低有效位的值，將它作為印象到該塊的值。然後在步驟459退出處理。
如果在步驟429的測試結果為「否」，這表示變化量不足夠大以使得數據有可能已經在塊的像素V平均值的第4最低有效位上編碼，則將控制傳遞到條件分支點433，在該點進行測試以確定是否整個塊的平均Y變化量，var(p，q)大於第三預定V閾值t3v，它為最小的V閾值。t3v的示例值為7。
如果在步驟433的測試結果為「是」，這表示變化量足夠大，數據有可能已經在塊的像素V平均值的第3最低有效位上編碼，則將控制傳遞到步驟435，其中設定變量m等於3。然後將控制傳遞到步驟427，在該步驟中將提取該塊像素的V平均值的第m個最低有效位的值，將它作為印象到該塊的值。然後在步驟459退出處理。
如果在步433的測試結果為「否」，這表示變化量僅足夠大以使得數據有可能已經在塊的像素V平均值的第2最低有效位上編碼，則將控制傳遞到步驟437，其中設定變量m等於2。然後將控制傳遞到步驟427，在該步驟中將提取該塊像素的V平均值的第m個最低有效位的值，將它作為印象到該塊的值。然後在步驟459退出處理。
如果在步驟421的測試結果為countU大於countV，則將控制傳遞到條件分支點443，在該點進行測試以確定是否整個塊的平均Y變化量，var(p，q)大於第一預定閾值t1u，它為最大的U閾值。t1u的示例值為600。
如果在步驟443的測試結果為「是」，表示該變化量足夠大，數據應該在塊的像素的U平均值的第5最低有效位上編碼，例如int[sumU(p，q)/(每塊的像素數量)]的值，例如int[sumU(p，q)/64]，則將控制傳遞到步驟445，其中設定變量m等於5。然後將控制傳遞到步驟447，在該步驟中將提取該塊像素的U平均值的第m個最低有效位的值，將它作為印象到該塊的值。然後在步驟459退出處理。
如果在步驟443的測試結果為「否」，這表示變化量不足夠大以使得數據有可能已經在塊的像素U平均值的第5最低有效位上編碼，則將控制傳遞到條件分支點449，在該點進行測試以確定是否整個塊的平均Y變化量，var(p，q)大於第二預定閾值t2u，它為第二大U閾值。t2u的示例值為15。
如果在步驟449的測試結果為「是」，這表示變化量足夠大，數據有可能數據已經在塊的像素U平均值的第4最低有效位上編碼，則將控制傳遞到步驟451，其中設定變量m等於4。然後將控制傳遞到步驟447，在該步驟中將提取該塊像素的U平均值的第m個最低有效位的值，將它作為印象到該塊的值。然後在步驟459退出處理。
如果在步驟449的測試結果為「否」，這表示變化量不足夠大以使得數據有可能已經在塊的像素U平均值的第4最低有效位上編碼，則將控制傳遞到條件分支點453，在該點進行測試以確定是否整個塊的平均Y變化量，var(p，q)大於第三預定U閾值t3u，它為最小的U閾值。t3u的示例值為7。
如果在步驟453的測試結果為「是」，這表示變化量僅足夠大以使得數據有可能已經在塊的像素U平均值的第3最低有效位上編碼，則將控制傳遞到步驟455，其中設定變量m等於3。然後將控制傳遞到步驟447，在該步驟中將提取該塊像素的U平均值的第m個最低有效位的值，將它作為印象到該塊的值。然後在步驟459退出處理。
如果在步453的測試結果為「否」，這表示變化量足夠大，數據有可能已經在塊的像素U平均值的第2最低有效位上編碼，則將控制傳遞到步驟457，其中設定變量m等於2。然後將控制傳遞到步驟447，在該步驟中將提取該塊像素的U平均值的第m個最低有效位的值，將它作為印象到該塊的值。然後在步驟459退出處理。
注意到儘管在圖3和圖4中已經所示為使用3個閾值和4比特位置，但是本領域的普通技術人員將容易地能夠將所指示的方法適於其他數量的閾值和編碼值。
同理，並不是視頻信號每一幀或場的所有塊需要印象附加的信息。
圖6所示為用於確定哪一特定色度部分更加合適因此應該被選擇以包含用於像素的加水印信息的示意性處理流程。當有必要選自一個色度部分以包含水印信息時，處理流程在步驟601開始。為了討論圖6的目的，假設以YUV格式表示像素。而且，應該注意到優選地，對於原始視頻的每個原始2×2亮度塊，如果原始視頻已經表示為4-4-4格式，應該只剩餘一個Y值用於每個亮度分量，即每一對各個對應的U和V值。為此目的，可以下採樣原始塊的Y值，以便和U和V具有相同的解析度。可替換地，可以計算與特定U和V值關聯的Y值平均值或一些其他組合，並將它們用作圖6處理流程的Y值。
概念上，對應於可能像素位置的三維YUV色彩空間的每個位置，假定像素Y、U和V值能夠採取完整範圍，則根據實驗觀察為每個位置分配一個更適合的色度部分，因此應該為一個具有這種Y、U和V值的像素選擇該位置。如果要應用用於Y、U和V值的每個可能集合的整個表的版本，其中每個Y、U和V值具有8比特的完整範圍，需要存儲至少16M比特的信息，假定為每個位置只存儲一個比特來表示所選擇的色度部分。注意到使用單個比特僅僅允許選擇U或V，但是不能指示不U和V兩者都不被應用。如果想要能夠選擇U和V兩者都不，32M比特的信息是必須的。
圖7所示為示意性分配色度部分的一部分的剖視圖，該色度部分要被選擇用於三維YUV色彩空間內每個可能的像素。應該注意到僅僅為了教導的目的提供圖7，正如概念化可視輔助一樣，不代表實際的數據。
為了減少存儲要求，可以考慮YUV色彩空間作為一組區域，每個區域定義為包括對應於至少一個集合的位置，典型地，Y、U和V值的多個集合，即對應於至少一個像素、可能多個像素以及每個區域的色彩空間中的位置，然後，例如根據實驗觀察為映象到區域的每個像素分配一個色度部分，即為Y、U和V值的集合落入該區域內的任何像素選擇色度部分。一種查看這種集合到區域中的方式為量化，這種量化可能為線性或非線性的。
表1所列為示意性的色彩空間選擇表，其中每個區域對應於4個Y值、4個U值和4個V值，然後對應於用於任何像素的8比特值的64種可能的組合。使用這種表將要存儲的所需信息減少到256K比特，這裡假定為每個位置只存儲一個比特，或減少到512K比特，這裡假定期望能夠選擇Y、V以及U和V兩者都不。表1可以存儲在任何計算機可讀媒體中，例如ROM、RAM，諸如硬碟或磁帶驅動器的磁存儲器，諸如CD-ROM或DVD-ROM等等的光存儲器。
本領域的普通技術人員將容易意識到，表1所應用的值用於每個Y、U和V，它們具有8比特的完整範圍，並可以通過除以4，例如將每個10比特值右移兩次，被縮放以用於10比特Y、U和V值。同樣，能夠類似適應用於Y、U和V的其他數量的比特。
為了有效地安排和訪問表1的數據，如此進行安排以便用於8個相鄰區域的具體U或V選擇集合在一起形成一個字節，這裡1表示選擇U而0表示選擇V，以及這些相鄰區域具有相同的U和V量化值但是具有不同的順序量化Y值。因此，對於每個U和V值有8個字節，每一個字節對應一個具有相同U和V量化值但具有不同量化Y值的區域。
表1被安排通過使用一個地址來尋址，該地址具有對應於U值的最高有效位，對應於V值的下一個最低有效值，對應於Y值的最低有效值。換言之，字節的地址可以如下構成U7|U6|U5|U4|U3|U2|V7|V6|V5|V4|V3|V2|Y7|Y6|Y5這裡U7、U6、U5、U4、U3和U2為像素U值的第8到第3最低有效位的值，V7、V6、V5、V4、V3和V2為像素V值的第8到第3最低有效位的值，以及Y7、Y6和Y5為像素Y值的第8到第6最低有效位的值。然後，通過使用Y分量的第5到第2最低有效位例如Y4、Y3和Y2來規定字節內的特定比特。
諸如表1的表格反映了以下事實，即人類的視覺系統a)對藍色的敏感性較小，和b)對較低的亮度值更敏感。這樣的一個表可通過通常如下所述的試湊來開發。
在這些部分中檢驗色彩空間，其中每個部分通過亮度值來定義以及範圍在對應於第一色度部分的第一維內，該維從最小值到最大值進行變化，並且在對應於第二色度部分的第二維內，該維從最小值到最大值進行變化。例如，可以使用8比特值的6個最高有效位來量化任何或全部的亮度和色度部分。這樣做可建立一組平面，該平面具有色度部分值的棋盤，並當顯示為不同色彩的塊時出現，並建立了用於每個亮度值的一個平面。例如，通過量化以便使用用於亮度的8比特值的6個最高有效位，色度部分產生對應於每個可能的量化亮度值的64個平面，每個平面具有一個色彩格的檢驗板模式，對於每個平面總共有4096個格，垂直方向具有64個格以及水平方向具有64個格。
單獨地檢查每個平面。為大量足夠確信隨機數據在幀的相同定位塊中在時間上具有不同的值的幀開發隨機數據，並用於觀察者檢測所出現的閃爍。已經證實三十秒或更長是有效的。隨機數據印象在包含該平面的幀上，例如只在第一色度部分上不僅使用圖1的系統和圖3的處理流程完成水印，而且還迫使色彩選擇為第一色度部分。顯示並觀察幀產生的加有水印的版本。
如果在該表中指示觀察到沒有閃爍的任何塊，則亮度和色度部分的組合應該應用當前攜帶水印數據的色度部分作為該組合的所選色度部分。如果在該表中指示觀察到有閃爍的任何塊，則亮度和色度部分的組合應該應用當前未攜帶水印數據的色度部分作為該組合的所選色度部分。為該平面重複這種處理，但是要改變加水印的色度部分。
對於平面的任何塊，正如能發生的對於兩個色度部分產生閃爍，實施者可以選擇應該選擇哪一色度部分。例如，可以選擇U，因為人類的視覺系統通常對藍色不敏感。可替換地，可以應用會提供所產生表的更好數據壓縮的色度部分。同理，在任何一個塊上不出現閃爍時，應用色度部分的選擇在於實施者的判斷。
為每個平面重複這種處理流程直到填充整個表。
表1地址| 內容-------------------------------------------------------------------------1to 16 |255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 25517 to 32 |255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 25533 to 48 |255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 25549 to 64 |255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 25565 to 80 |255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 25581 to 96 |255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 25597 to 112|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255113 to 128|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255129 to 144|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255145 to 160|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255161 to 176|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255177 to 192|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255193 to 208|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255209 to 224|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255225 to 240|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255241 to 256|255 255 255 255 255 255 255 255 00000000257 to 272|255 255 127 00000255 255 255 255 255 255 255 255273 to 288|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255289 to 304|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255305 to 320|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255321 to 336|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255337 to 352|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255353 to 368|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255369 to 384|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255385 to 400|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255401 to 416|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255417 to 432|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255433 to 448|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255449 to 464|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255465 to 480|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255481 to 496|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255497 to 512|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255513 to 528|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255529 to 544|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255545 to 560|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255561 to 576|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255577 to 592|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255593 to 608|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255609 to 624|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255625 to 640|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255641 to 656|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255657 to 672|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255673 to 688|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255689 to 704|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255705 to 720|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255721 to 736|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255737 to 752|0000000000000000753 to 768|0000000000000000769 to 784|254 255 l27 00000255 255 255 00000785 to 800|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255801 to 816|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255817 to 832|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255833 to 848|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255849 to 864|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255865 to 880|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255881 to 896|255 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15377 to 15392 |000000000000000015393 to 15408 |000000000000000015409 to 15424 |000000000000000015425 to 15440 |000000000000000015441 to 15456 |000000000000000015457 to 15472 |000000000000000015473 to 15488 |000000000000000015489 to 15504 |000000000000000015505 to 15520 |000000000000000015521 to 15536 |000000000000000015537 to 15552 |000000000000000015553 to 15568 |000000000000000015569 to 15584 |000000000000000015585 to 15600 |000000000000000015601 to 15616 |000000000000000015617 to 15632 |000000000000000015633 to 15648 |000000000000000015649 to 15664 |000000000000000015665 to 15680 |000048 000000062 00015681 to 15696 |000192 127 000000240 255 00015697 to 15712 |000254 255 10000192 255 255 10015713 to 15728 |00248 255 255 30000255 255 255 70015729 to 15744 |0224 255 255 255 7000248 255 255 255 15 0015745 to 15760 |0255 255 255 255 31 00224 255 255 255 255 63 0015761 to 15776 |252 255 255 255 255 63 00255 255 255 255 255 127 0015777 to 15792 |255 255 255 255 255 255 00255 255 255 255 255 255 0015793 to 15808 |255 255 255 255 255 255 10255 255 255 255 255 255 3015809 to 15824 |255 255 255 255 255 255 70255 255 255 255 255 255 7015825 to 15840 |255 255 255 255 255 255 15 0255 255 255 255 255 255 31 015841 to 15856 |255 255 255 255 255 255 31 0255 255 255 255 255 255 63 015857 to 15872 |255 255 255 255 255 255 127 0255 255 255 255 255 255 255 015873 to 15888 |000000000000000015889 to 15904 |000000000000000015905 to 15920 |000000000000000015921 to 15936 |000000000000000015937 to 15952 |000000000000000015953 to 15968 |000000000000000015969 to 15984 |000000000000000015985 to 16000 |000000000000000016001 to 16016 |000000000000000016017 to 16032 |000000000000000016033 to 16048 |000000000000000016049 to 16064 |000000000000000016065 to 16080 |000000000000000016081 to 16096 |000000000000000016097 to 16112 |000000000000000016113 to 16128 |000000000000000016129 to 16144 |000000000000000016145 to 16160 |000000000000000016161 to 16176 |000000000000000016177 to 16192 |000000000000120 00016193 to 16208 |0000127 000000224 255 00016209 to 16224 |000252 255 100000255 255 30016225 to 16240 |00224 255 255 30000252 255 255 70016241 to 16256 |0128 255 255 255 15 000240 255 255 255 15 0016257 to 16272 |0252 255 255 255 31 00128 255 255 255 255 63 0016273 to 16288 |240 255 255 255 255 127 00254 255 255 255 255 127 0016289 to 16304 |255 255 255 255 255 255 00255 255 255 255 255 255 1016305 to 16320 |255 255 255 255 255 255 30255 255 255 255 255 255 3016321 to 16336 |255 255 255 255 255 255 70255 255 255 255 255 255 15 016337 to 16352 |255 255 255 255 255 255 15 0255 255 255 255 255 255 31 016353 to 16368 |255 255 255 255 255 255 63 0255 255 255 255 255 255 127 016369 to 16384 |255 255 255 255 255 255 127 0255 255 255 255 255 255 255 0步驟603開始處理訪問如此安排的信息。更具體而言，在步驟603中計算，y(i,j)(p,q)=Y(i,j)(p,q)>>5]]>u(i,j)(p,q)=U(i,j)(p,q)>>2]]>和v(i,j)(p,q)=V(i,j)(p,q)>>2]]>其中，類似於以上所述，p指的是被處理幀的特定水平片，q指的是該幀的特定列或垂直片，i指的是被處理塊內的特定行，j指的是被處理塊內的特定列，以及「＞＞」為右移運算。這樣做只剩下了像素U值的想要的第8到第3最低有效位，像素V值的第8到第3最低有效位，以及像素Y值的第8到第6最低有效位。之後，在步驟605中，如下計算用於當前像素的查詢表地址
LUT_Address(i,j)(p,q)=u(i,j)(p,q)9+v(i,j)(p,q)3+y(i,j)(p,q),]]>這裡「＜＜」為左移運算。
這樣做將提取的比特組合在組合地址中並且指向對應於該像素的一個字節。之後，在步驟607，通過將由Y分量的第2到第5最低有效位構成的值用作字節的索引，來確定對應於該像素的字節內的特定比特。為此目的，步驟607計算b=mod(Y(i,j)(p,q)2,8),]]>這裡mod為求模函數。
在步驟609中，提取在計算的查詢表地址的字節的第b個比特位置的值，並將其分配為變量m的值，並且提供作為輸出。再次，在該示意性的實施例中，如果提取的比特為1，則U為選擇的色度部分，而如果提取的比特為0時，則V為所選擇的色度部分。
然後處理流程在步驟611退出。
本領域的普通技術人員將容易意識到，如何將上述內容適於其他格式的像素，例如RGB或YIQ。
應該注意到如果期望對表格Huffman編碼，可能有利的是，應該顛倒上述為1選擇U和為0選擇V的對應關係，假設如實驗已經得出的，為大部分的像素組合選擇U。
圖8所示為特定色度部分選擇以包含用於像素的加水印信息所採用的另一示意性處理流程。當必須選擇一個適於包含水印信息的色度部分時，在步驟801開始處理流程。如圖6所示，為了討論圖8，假定像素以YUV格式表示。而且，應該注意到，優選地，對於原始視頻的每個原始2×2亮度塊，如果原始視頻已表示為4-4-4格式，那麼應該只有用於每個色度分量的一個Y值，即每對各自對應的U和V值。為此目的，可以下採樣原始塊的Y值以便與U和V具有相同的解析度。可替換地，計算與特定U和V值關聯的Y值的平均值或一些其他組合，並將其用作用於圖8處理的Y值。
與圖6的實施例相比，根據本發明的一個方面為了進一步減少圖8實施例中的存儲要求，不僅YUV色彩空間劃分為一些區域，每個區域包括對應於Y、U和V值的至少一個集合的位置，並且例如基於實驗觀察，為每個區域分配一個色度部分，其中選擇這些色度部分用於任何像素，這些像素的Y、U和V值落入區域內，如結合圖6所示的，但是U值小於預定值例如最大值的一半的任何像素將具有選擇用於加水印的U色度部分。因此，對於8比特Y、U和V值，如果U值小於128，則總是選擇U色度部分加水印，而不管V或Y值如何。這是因為人類的視覺系統對藍色分量U較V分量而言不那麼敏感。
通過讓色度部分選擇表的最高有效地址位對應於地址的U值導出比特，有利地，能夠將表的大小減小達一半。這將通過在形成表地址之前，增加一個測試以確定是否U值小於最大值的一半來實現，如果測試結果為「是」，這簡單地表示選擇U色度部分並跳過訪問表的剩餘處理，而且還通過在計算地址的U值導出比特之前，將實際U值減去最大值U的一半來實現。因此，取消對應最高有效U位為0的應用於圖6的表部分，並且只保留最高有效U位為1的表部分。但是，在形成U值導出比特之前，通過將U值減去最大U值的一半來移位表剩餘部分的索引。
從而，使用具有對應於U值的最高有效位的地址，對應於V值的下一個最低有效值，以及對應於Y值的最低有效值來尋址安排的表格。換言之，可以如下形成字節的地址U6|U5|U4|U3|U2|V7|V6|V5|V4|V3|V2|Y7|Y6|Y5這裡U6、U5、U4、U3和U2為像素U值的第7到第3最低有效位的值，V7、V6、V5、V4、V3和V2為像素V值的第8到第3最低有效位的值，以及Y7、Y6和Y5為像素Y值的第8到第6最低有效位的值。然後，通過使用Y分量的第5到第2最低有效位例如Y4、Y3和Y2來規定字節內的特定比特。
為此目的，條件分支點802進行測試以確定是否 該值例如為最大U值的一半。應該注意到為了節約一個比特，以及一半的表大小，優選地預定值應該為2的冪。如果步驟802的測試結果為「否」，這表示U值不小於預定值，例如U最大值的一半，例如128，因此要被選擇的色度部分將作為Y、U和V的函數，因此必須訪問該表，並將控制傳遞到步驟803以開始訪問該表的處理。在步驟803中計算y(i,j)(p,q)=Y(i,j)(p,q)>>5]]> 例如u(i,j)(p,q)=(U(i,j)(p,q)-128)>>2]]>以及v(i,j)(p,q)=V(i,j)(p,q)>>2]]>其中，類似於以上所述，這裡，p指的是被處理幀的特定水平片，q指的是該幀的特定列或垂直片，i指的是被處理塊內的特定行，j指的是被處理塊內的特定列，以及「＞＞」為右移運算。這樣做只剩下了像素U值的想要的第7到第3最低有效位，像素V值的第8到第3最低有效位，以及像素Y值的第8到第6最低有效位。之後，在步驟805中，如下計算用於當前像素的查詢表地址LUT_Address(i,j)(p,q)=u(i,j)(p,q)9+v(i,j)(p,q)3+y(i,j)(p,q),]]>這裡「＜＜」為左移運算。
這樣做將提取的比特組合在組合地址中並且指向對應於該像素的一個字節。之後，在步驟807，通過將由Y分量的第5到第2最低有效位構成的值用作字節的索引，來確定對應於該像素的字節內的特定比特。為此目的，步驟807計算b=mod(Y(i,j)(p,q)2,8),]]>這裡mod為求模函數。
在步驟809中，在計算的查詢表地址提取字節的第b個比特位置的值，並將其存儲在變量m中。在步驟811中變量m的值提供作為輸出。再次，如果輸出比特為1，則U為選擇的色度部分，而如果提取的比特為0時，則V為所選擇的色度部分。然後處理流程在步驟813退出。
如果步驟802的測試結果為「是」，這表示應該選擇U色度部分，因為像素顏色不主要為藍色，因而人類的視覺系統將不會檢測到像素藍色的改變，將控制傳遞到步驟815，在步驟中將變量m設定等於1。這樣做保證了選擇U。然後將控制傳遞到步驟811，並且如上所述繼續進行處理。
儘管在色彩選擇中的上述改進利用了像素的一定的Y、U和V值，不利的是，仍有可能顯現出輕微可檢測的閃爍。這是因為為了經得住類似MPEG編碼，可能需要為所選色度部分的平均值增加大值。
圖9所示為根據本發明的原理構造的示意性發送機，其中在數據印象到塊的色度部分的平均值之前，通過複製印象數據至少一次，優選為兩次或更多次，從而可以減少閃爍。在單獨的連續幀的相同塊位置中發送原始的以及每個複製的數據。優選地，具有攜帶相同數據的相同位置塊的這些幀在顯示順序上是連續的。而且，幀的具體塊可以嵌入一個特定的已知數據序列，例如巴克序列，而不是編碼的用戶數據。
圖9中所示的本發明的實施例類似於圖1所示的本發明的實施例。圖9中所有具有相同標記的組件基本上和圖1所示的組件操作相同。除了在圖9中所示的圖1的這些組件以外還有轉發器925和可選的序列附加器927。另外，圖1的位映象器123可選地在圖9中代替為位映象器923。只有在想要以下結合位映象器923描述附加功能時，才有必要用位映象器923代替位映象器123。
轉發器925從塊交織器121或可選的序列附加器927接收比特，轉發器925存儲接收的比特並為至少兩個幀的相同位置的塊輸出這些比特。在本發明的一個實施例中，已經發現當轉發器925存儲接收的比特並為三個幀的相同位置的塊輸出它們時可以獲得好的結果。本領域的普通技術人員通過為轉發的數據選擇幀數量，將能夠權衡任何感知的閃爍與水印數據的期望吞吐量。
可選的序列附加器927將特定已知的數據序列，例如巴克序列嵌入到幀的特定塊中，數據序列代替了編碼的用戶數據。將數據序列編碼的特定塊可以分布於一幀的整個塊中。每組初始和轉發的數據幀可以應用不同的已知序列。這樣做將使得接收機能夠檢測幀的集合。可替換地，可以為每一組應用相同的序列，但是用於序列的這些特定塊對於連續的組來說是不同的。
圖10所示為根據本發明的原理構造的接收機的示意性實施例，該接收機用於接收諸如圖9的發送機所產生的加有水印的視頻信號。圖10所示的本發明的實施例類似於圖2所示的實施例。圖10中所有具有相同附圖標記的組件與圖2所示的組件基本上操作相同。除了圖10所示的圖2的這些組件以外，還有序列處理器1025和幀加權單元1027。而且，圖2的信道解碼器221可選地代替為圖10中的信道解碼器1021。
例如如圖10所示的接收機可以使用序列處理器1025檢測組同步。這可以通過以下來實現，將來自組長度數量的連續幀中每一幀的組所識別序列的值進行相加，從而將其應用為同步模式，並確定是否結果超出了預定閾值。如果超出了該閾值，假定增加期望同步模式值的第一幀為該組中的第一幀。如果沒有超出該閾值，假定增加值的第一幀為不是一組中的第一幀。這類似於在同步模式上執行自相關。本領域的普通技術人員將意識到可以使用其他傳統的技術來避免錯誤匹配，並處理由於錯誤而丟失第一幀，諸如在宣布組同步之前搜尋最大值。
有利地，一旦接收機檢測到規則的組模式，在存在模式偏差的任何時候，接收機將能夠意識到已經移除了原始視頻序列的一個幀。這種信息可由序列處理器1025提供作為一個輸出。
例如，可以監視視頻信號內的經銷商的各種廣告片。可以為該經銷商分配一個唯一的代碼，該代碼嵌入到到廣告片的每一幀中。並使接收機知道該特定的唯一代碼和加有水印的幀的哪些塊應該包含該代碼。通過檢測加水印幀內的代碼出現，接收機能夠識別一幀為屬於經銷商其中一個廣告片的幀。一旦檢測到包含該代碼的幀，能夠對包含該代碼的序列幀數量進行計數，以確定廣告片的長度。如果基於原始加水印的廣告片的已知長度，所計數的幀數小於期望的幀數，那麼可以假定廣告片不適合於通過移除對應於期望幀數和所計數幀數之差的該幀數來縮短。本領域的普通技術人員將會意識到可以應用其他的傳統技術來避免錯誤的匹配，和處理由於錯誤而丟失第一幀。
廣告片的每一幀或廣告片內幀的組，可以利用唯一的標識符，例如一個幀或組編號來加水印，該標識符為幀上的不同序列的一部分。當由於一個或更多幀丟失而檢測到期望序列中的間隙時，當每個幀具有唯一的標識符時可以具體地識別這些丟失幀。當標識符只分配給組以及在每組中已知幀的數量時，只能識別任何丟失幀所屬的特定組，以及計數丟失了多少幀。
儘管可以應用數據複製來減少閃爍，正如如上所述，但是這樣做可能限制檢測丟失幀的能力為只識別丟失幀的組，而不是能夠識別該特定的幀。所以，儘管通常複製水印數據，至少可以不複製一個單獨的幀標識符。包含這種非複製幀的這些塊，如果它們引起閃爍，則位於將最不可能引起注意的位置，例如幀的角上。這樣做提供了減少可檢測閃爍的大部分好處，同時還允許檢測丟失的特定的各個幀。
如果經銷商有不同的廣告片，每個廣告片可以具有其他嵌入到至少一個幀中的序列，以識別正在接收的該經銷商的特定廣告片。
如果多個經銷商具有加水印的廣告片，只要給每個經銷商分配一個唯一的代碼，監視具有第一唯一代碼的第一經銷商廣告片出現的系統，將忽略具有第二唯一代碼的第二經銷商的廣告片。可替換地，單個系統可能監視用於來自不同經銷商的廣告片出現的視頻信號，其中每個經銷商具有一個唯一代碼，並且根據其代碼由經銷商來分離結果。
當多個經銷商具有加水印的廣告片時，每個經銷商應用相同的代碼，並且代碼甚至位於用於每個經銷商的幀內的相同塊位置上。但是，使用一個用於每個經銷商的唯一密鑰，加密包括在該幀內的所有接下來的數據，並且每個經銷商具有一個接收機，該接收機僅知道用於該經銷商的密鑰。所以，每個經銷商能夠僅僅解密和接收來自其自己廣告片的數據。可替換地，通過在一幀的塊上加擾數據，可以加密用於每個經銷商的數據。每個接收機應該只知道用於它的相關經銷商的加擾模式。
可以連續執行、或在期望廣播廣告片的時間窗內監視代碼的初始出現，該出現表示一個廣告片的開始。
代替簡單地在一組的多個幀上重複數據，然後使用位映象器123(圖1)，為一個塊的色度部分的平均值增加的量，取決於塊的複雜度及期望的量化等級，並可能在一個組上一幀一幀地輕微變化，甚至在相應的一幀一幀的位置上塊的複雜度相同時。根據本發明的一個方面，與增加到平均值的值相比所做的改變較小，以將水印比特置於平均值內。這些改變可由位映象器923(圖9)來執行，藉此提供附加的編碼增益，這可能有利地應用於在接收機提高數據的可靠性。但是，這樣做可能導致低紋理區域可見質量的稍微減小，因為塊內的一些像素可能具有比位於相同位置的以前像素所不同的值。但是，由於這種減小處於像素級，因此典型地它不會引起注意。
在本發明的一個示意性實施例中，利用印象到其上的相同水印數據發送三個時間連續幀的組。該組的中間幀加有如上結合圖3所述的水印，而不會根據在圖3中所確定值來改變增加到塊所選擇色度部分之平均值的量。
該組在時間上的第一幀還具有一個通過位映象器923(圖9)要增加到塊所選色度部分之平均值上的計算值，即偏差，其中如結合圖3所示來開發該增加值。但是，偏差，例如增加到平均值以將水印比特放置在平均值內的該值絕對值的四分之一或優選地為一半，另外被增加到所選用於攜帶水印數據的色度部分的計算平均值上。因此，例如，如果將平均值增加1以將水印比特放置在平均值內，那麼其一半將增加到平均值中。當一個塊中有64個像素時，這轉換為增加32到該塊所有像素的所選色度部分的求和值。因此，加法器133將接收一個比假如未增加偏差的值更高的值。同理，作為另一個實例，如果增加-4到平均值中以將水印比特放置於平均值內，以及如果應用增加到平均值的該值絕對值的一半，當一個塊中有64個像素時，這將轉換為給該塊所有像素所選色度部分的求和值增加128。
注意到該附加的偏差量，例如32，將根據其亮度變化量分布於各個像素中。而且，附加偏差不依賴於任何增加到平均值的以使其位於一個安全範圍的值。因此，平均值可能落入安全範圍之外。但是，移出安全範圍造成的錯誤概率的增加大於根據應用該偏差產生的編碼增益所帶來的偏移。
該組在時間上的最後一幀具有一個通過位映象器923(圖9)計算的值，即從該塊所選色度部分的平均值中減去一個偏差，該值如結合圖3所述那樣開發。但是，根據本發明的一個方面，偏差，例如增加到平均值以將水印比特放置在平均值內的該值絕對值的四分之一或優選為一半，另外應該從所選用於攜帶水印數據的色度部分的計算平均值中減去。因此，例如，如果-3被增加到平均值中以將水印比特放置於平均值內，那麼將從平均值減去-3絕對值的一半即1.5。當在一個塊中有64個像素時，這轉換為從該塊所有像素所選色度部分的求和值中減去96。因此，加法器133將接收一個比假如未增加偏差的值更低的值。同理，作為另一個實例，如果為平均值增加2以將水印比特放置於平均值內，那麼從該平均值中減去2的絕對值的一半即1。當在一個塊中有64個像素時，這轉換為從該塊所有像素所選色度部分的求和值中減去64。
應該注意到丟失減去的偏差量，例如32，將根據其亮度變化量分布於各個像素中。而且還應該注意到減去該偏差不依賴於給平均值增加的以使其位於一個安全範圍內的任何值。因此，平均值可能落入安全範圍之外。但是，移出安全範圍造成的錯誤概率的增加大於所產生的編碼增益所帶來的偏移。
一種考慮這樣如何有效的方式請參見圖5。如上所述，為了達到安全範圍外部邊界的一個值，沒有考慮到通常正好足夠用於給塊所選色度部分的平均值增加或減去偏差量。因此，在任何偏差之前，多個幀在安全範圍上或靠近其邊界。未增加或減少任何值的中間幀還位於邊界的右邊。增加一個極小偏差的幀可以稍微一定到安全範圍內的更好位置上，或者它可能輕微移出安全範圍。減去一個極小偏差的幀移動到如增加偏差的幀的正確方向。因此，在最壞情況下，對於三幀的一個組而言，一個將位於安全範圍的邊界上，一個將稍微位於安全範圍之外。這產生了獨立擴展的值。
由於類似MPEG編碼所執行的量化以及在MPEG去量化過程中增加的各個MPEG偏差，可以進一步擴大偏差的影響。當在這些連續幀上發送相同的比特時，這能夠導致位於連續幀內用於相同位置塊的接收數據值之間產生顯著的差別。
在例如如圖10所示的接收機中，例如在幀加權單元1027中，根據認為「是」為每一幀提供的質量等級來使用最大比率合併方法，適當地加權從每一幀中提取的數據。為此目的，序列處理器1025可以為幀加權單元1027提供a)幀同步信息，以便幀加權單元1027能夠知道哪些幀集合在一起，以及b)每一幀的同步模式中的錯誤數量。質量等級根據認為在接收幀中有多少錯誤，以及根據在期望用於該幀的同步模式中有多少錯誤來確定，並且由序列處理器1025提取。表1示出了用於每一同步模式的錯誤數量和各個加權，其中已經利用同步模式中的這種錯誤數量，根據經驗導出適合於一幀的該加權。換言之，可將從每一幀中提取數據的值視為作為組合處理一部分的通過其相關加權所加權的軟數據。
根據這些加權，提取用於連續幀中對應塊位置的相同數據比特的多個實例並將其進行組合以形成單個的接收比特。這可以通過以下計算實現bit_out=(2n-1)w1bit1+w2bit2+w3bit3(w1+w2+w3),]]>這裡bit_out為三幀的組最後輸出的比特；w1、w2和w3為時間幀中第一、第二和第三幀的加權；bit1、bit2和bit3為來自時間幀中第一、第二和第三幀的相同位置塊的比特；以及n為軟解碼器輸入精度的比特數量。
為了最佳利用軟信息，信道解碼器1021為所謂的軟解碼器，它能夠應用軟數據比特，即每個表示為非二進位數的數據比特，其範圍取決於軟解碼器輸入精度。例如，8比特輸入精度的軟解碼器操作於0到255之間的值。為此目的，接收硬比特的加權平均值w1bit1+w2bit2+w3bit3(w1+w2+w3)]]>與2n-1相乘，藉此將加權平均值轉換為適當精度的軟解碼所能夠處理的軟值。
當特定幀的確定質量低於預定的閾值時，可以假定特定幀不包含任何的水印數據以及沒有為該幀提取任何數據。
本領域的普通技術人員將容易意識到，哪一幀增加了值，哪一幀減去了值以及哪一幀未發生改變；不論加和減都是必要的；一組中幀的數量；以及對相加或相減值或所產生的值所執行的任何捨入到整數取決於實施者的判斷。

權利要求
1.一種用於選擇將要加水印的像素的色度部分的方法，所述選擇步驟應用基於感知的表，該表為色彩空間中至少多個可能像素中的每一個指示，若有的話，應該選擇哪一色度部分來加水印。
2.根據權利要求1所定義的本發明，其中所述基於感知的表為其中的每個條目表示是只給第一色度部分加水印還是只給第二色度部分加水印。
3.根據權利要求1所定義的本發明，其中所述基於感知的表為其中的每個條目表示是給第一色度部分、第二色度部分加水印，還是完全不加水印。
4.根據權利要求1所定義的本發明，其中所述基於感知的表為計算機可讀形式。
5.根據權利要求1所定義的本發明，其中所述基於感知的表將整個色彩空間劃分給多個區域，至少一個所述可能像素位於每個所述區域內，以及根據所述像素落入所述基於感知的表的哪一區域，所述基於感知的表為所述像素提供一個指示。
6.根據權利要求1所定義的本發明，其中所述像素為以YUV格式表示的數字視頻比特流的一部分，並且所述基於感知的表為任何像素指示，作為所述像素的Y、U和V值的函數給U或V加水印。
7.根據權利要求1所定義的本發明，其中所述像素為使用第一色彩空間類型表示的數字視頻比特流的一部分，其中僅僅使用一個直接以所述第一色彩空間類型表示而不是其他色彩空間類型表示所格式化的數字比特流來執行所述選擇步驟。
8.根據權利要求1所定義的本發明，其中所述像素為從原始數字視頻比特流中導出的抽取的像素。
9.根據權利要求1所定義的本發明，其中所述像素為從原始數字視頻比特流中導出的量化的像素。
10.根據權利要求1所定義的本發明，其中所述基於感知的表包含指示，若有的話，應該為所述整個色彩空間的每個像素值選擇哪一個色度部分加水印的信息。
11.根據權利要求1所定義的本發明，其中所述基於感知的表包含指示，若有的話，應該為所述色彩空間的僅僅規定部分的每個可能像素選擇哪一個色度部分加水印的信息，其中所述選擇步驟還包括確定一個像素位於所述色彩空間規定部分內的步驟，所述基於感知的表包含用於該規定部分的信息。
12.根據權利要求1所定義的本發明，其中所述基於感知的表包含指示，若有的話，應該為所述色彩空間僅僅一部分的每個可能像素選擇哪一個色度部分加水印的信息，所述方法還包括以下步驟確定一個像素沒有位於所述色彩空間的所述部分內，所述基於感知的表包含用於該部分的信息；以及若有的話，確定應該為所述像素選擇哪一色度部分加水印，作為所述像素的至少一個值的所計算的函數。
13.根據權利要求1所定義的本發明，其中通過改變所述像素的色度部分的值來表示傳送附加數據而不是所述色度部分的原始值，從而給所述像素的色度部分加水印。
14.一種用於提供有關視頻信號的像素的哪一色度部分，若有的話，更適於改變以便攜帶附加水印信息的指示的設備，所述設備包括計算機可讀形式的基於感知的表，該表用於可能像素色彩空間的至少一部分，所述表為那些位於所述色彩空間的所述部分中的像素規定要通過所述設備指示的色度部分。
15.根據權利要求14所定義的本發明，還包括一個計算單元，用於為沒有位於所述色彩空間的所述部分內的像素指示根據所述像素的一個所述色度部分的至少一個值要指示哪一色度部分。
16.一種用於選擇加有水印的像素的色度部分的方法，所述選擇步驟應用基於感知的表，該表為色彩空間內的至少多個可能像素的每一個指示，若有的話，最大可能給哪一色度部分加了水印數據。
17.一種用於選擇將要加水印的像素的色度部分的設備，所述設備包括計算機可讀存儲器，其中包含了基於感知的表，該表為色彩空間的至少一部分中的至少多個可能像素的每一個指示，若有的話，應該選擇哪一色度部分來加水印；和用於當所述像素為所述色彩空間的所述部分中的一個所述像素時，訪問所述存儲器以確定，若有的話，選擇哪一色度部分的裝置。
18.根據權利要求17所定義的本發明，還包括用於計算，若有的話，應該選擇哪一色度部分加水印作為所述像素的至少一個值的函數的裝置，所述計算裝置只當所述像素不是所述色彩空間的所述部分中的一個所述像素時才進行操作。
全文摘要
應用基於感知的表確定將要加水印的色度部分，該表為各個像素值指示，如有的話，應該選擇哪一色度部件加水印。只需要像素的Y、U和V值來訪問該表，確定應該選擇哪一色度部分。但是，可以這樣表示該表以便僅僅使用R、G和B值就能訪問它。可以修改該表以便它指示應該選擇哪一個U或V，或者哪一個都不選擇，這表示該像素完全不應該加水印。有利地，通過應用一些處理可以簡化該表，因為該表的大部分可以通過對像素值進行簡單的測試，例如U＜128，以確定所選的色度部分來代替。
文檔編號H04N1/387GK1606351SQ200410082618
公開日2005年4月13日 申請日期2004年9月24日 優先權日2003年9月29日
發明者默哈默德·侯塞茵·薩拉比扎德 申請人:朗迅科技公司