水印檢測的方法和裝置的製作方法

2023-09-22 11:18:00

專利名稱：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中的水印的方法和裝置，更具體而言，涉及一種檢測正在經由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：
直到最近之前，DVD拷貝保護團體還在思考用於發生在DVDROM或DVD刻錄機驅動器中的個人計算機中的重放控制的水印檢測。這個立場的動機在於水印檢測是一種與加密技術相反的許可技術(即重放或記錄設備利用或不利用水印檢測器進行工作)，它需要讓設備正常運行的解密器。過去經不起考驗的共識就是DVD-ROM驅動器往往檢查碟片上的MPEG2壓縮後的未加密DVD視頻內容是否存在永不拷貝或一次拷貝的水印。如果確實如此，則應該停止重放(因為拷貝一次或永不拷貝的內容應該始終被加密)。
圖1示意性地示出了具備用於DVD驅動器中的重放控制的水印檢測的這類PC系統體系結構。所述PC包括DVD驅動器1、具有微處理器的主板2和用於執行作業系統和應用軟體的相關聯的電路、以及圖形卡3。所述主板配備有用於到/從DVD驅動器傳送數據的IDE總線4，和用於連接圖形卡的AGP插槽或PCI插槽5。所述DVD驅動器包括用於從DVD碟片6中讀取數據的基本引擎11和用於將該驅動器連接到IDE總線的主機接口12。為了允許水印檢測器核心14進行水印檢測，所述驅動器包括MPEG2解析器13以便至少部分地解壓縮所述內容。通過開關15來以符號方式表示停止內容的重放，所述開關受水印檢測器核心14的控制。
然而，帶有利用DVD驅動器中的水印檢測器的重放控制的PC系統，在開放式體系結構PC中留有主要的安全漏洞。一個這樣的安全漏洞就是可以通過翻轉(flipping)所有位來以加密編碼的形式記錄內容。由於這不再是適合的MPEG2流，因此驅動器中的解析器13將會失敗並且將看不到任何水印。可以剛好在媒體播放器軟體前面或內部撤消位翻轉。另一個這樣的安全漏洞就是可以不利用MPEG2來壓縮內容，而是利用諸如MPEG4(普遍稱為名稱DivX)、fractal coding、Windows Media、Real等等之類的其它壓縮方案來進行壓縮。由於DVD驅動器不可能對所有這些格式而在板上具有解析器(而且黑客將發明新的編解碼器來瞞過驅動器)，因此將不會檢測到水印。雖然利用不同於MPEG2的編解碼器壓縮後的(非法)拷貝將通常不在目前的DVD視頻播放器上播放，但是DVD視頻播放器支持越來越多的編解碼器已成一種趨勢。
因此，已經提出了在解壓縮之後和剛好在再現之前安置水印檢測器，即在MPEG解碼卡或圖形卡中進行安置。
在解壓縮之後，不存在長時間的混亂，因為所有內容都變為不含混的基帶格式以備供人眼消耗。最初，考慮到難以強制MPEG解碼器公司或圖形卡廠製造商安裝這樣的水印檢測器。這種理解後來已經改變。
雖然在圖形卡中檢測水印在結構上是非常簡單而清楚的，但是由於巨大量的數據以極高速度流過圖形卡，並且由於能夠同時顯示多個流，因而實際上就此而言存在許多問題。

發明內容
本發明的目的是，提供一種解決上述問題的方法。為此，本發明提供了如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有利的實施例。


圖1示意性地示出現有技術的在DVD驅動器中帶有水印檢測的個人計算機體系結構。
圖2示出帶有依照本發明的一個方面的圖形卡的計算機系統。
圖3示出帶有依照本發明的另一個方面的圖形卡的計算機系統。
圖4A和4B示出用於舉例說明圖3中所示的個人計算機的操作的屏幕抓取圖。
圖5示出圖2和3中所示的個人計算機所執行的協議的圖。
具體實施例方式
圖2示出帶有依照本發明的一個方面的圖形卡30(連接於PC主板2或集成到PC主板2)的計算機系統。所述圖形卡包括諸如AGP/PCI接口301、顯示引擎302、存儲器接口303、視頻RAM304和D/A轉換器305之類的常規電路。基帶水印檢測器31恰好在將視頻數據施加到(外部)顯示器屏幕之前耦合於圖形卡的輸出(或多個輸出)。所述水印檢測器31依照可適用的拷貝保護算法來控制一個或多個開關35以防止內容被顯示在顯示器屏幕上。所述開關35具有與圖1中的開關15相同的功能。
其中一個問題就在於輸出上的數據處於RGB格式，而大部分的水印方案都是利用亮度通道來工作的。根據眾所周知的公式(Y/0.587)＝0.509R+G+0.194B(其中0≤R、G、B＜1)從RGB格式到亮度Y的轉換需要2次加法和2次乘法。這個代價是非常高的，特別是在高數據速率的情況下更是如此。
在根據本發明的系統中，RGB到Y轉換器32通過求Y的近似值來避免乘法，例如，Y≈0.25R+0.5G+0.125B＝R/4+G/2+B/8，這能夠僅僅利用算術移位來實現。在一個甚至不用加法的實施例中，轉換器只須選擇綠色信號以使得Y≈G(因為G是主導)。
往往通過在整個圖像上『貼』小尺寸的基本水印圖案來嵌入水印。對應的水印檢測器將可疑圖像劃分成與基本水印圖案相同大小的圖像區域，並且在緩衝器中累加所述圖像區域(稱為摺疊(folding)的過程)，並且檢查緩衝器以判斷是否在累加的圖像區域中存在基本水印圖案。如果水印檢測器31是這樣的類型，那麼優選地對3原色R、G、B進行累加並利用3個獨立的摺疊緩衝器來進行第一次摺疊。現在，在摺疊之後而非運行時脫機執行RGB到Y的轉換。這個過程佔用3倍多的存儲器，但是相對於用作其它目的視頻存儲器量而言通常能夠被忽略。不過這個選擇需要更多的存儲帶寬，因為必須把3倍同樣多的數據傳輸到存儲器。
正如在下表中舉例說明的那樣，與圖2中所示的體系結構相關聯的另一個問題就在於從圖形卡中出來的視頻可能處於許多種分辯率

表一些常見的圖形標準的分辯率與像素時鐘的比較存在具備內插分辯率的一些由圖形卡支持的其它標準。注意，用於正常基帶水印檢測(在PAL或NTSC中)的像素時鐘為13.5MHz。由此，與正常的PAL/NTSC基帶檢測相比，輸出接口可以具有多達13x的更高數據率(UXGA模式)。對於每個像素而言基帶檢測需要一次加法，所以加法器不得不以13x更快地工作。
為了緩解這種問題，所述圖形卡包括分辯率轉換器33，該轉換器按空間(也可能按時間)對像素數據進行二次採樣例如，用於檢測的唯一信息就是來自第1幀的第1行、來自第2幀的第2行、等等。作為選擇，只有一部分圖像正在被進行水印檢測。
此外，如圖2所示，在圖形卡上存在多個輸出。目前，計算機(或它的圖形卡)配備有常規的VGA輸出以及在客廳電視上用於顯示PC上得以再現的DVD電影的電視輸出。近來，已將數字式DVI接口添加到這個選項板上。因為所有這些輸出都是獨立受控制的(即，顯示不同的數據)自然地檢測器數目應該等於輸出數目，這構成了明顯的成本負擔。
通過在不同的輸出上對水印檢測器進行時間多路復用來解決這個問題即首先檢測輸出1上的固定時間量，然後檢測輸出2上的、等等。為此，所述系統包括選擇器34，該選擇器按照時序選擇圖形卡的其中一個輸出。也可以同時選擇所有輸出。
還存在與檢測正在由個人計算機的圖形卡生成的信號中的水印相關聯的許多別的問題。這些別的問題是由於個人計算機通常能在顯示器屏幕的各個『窗口』中同時執行多個應用這一事實而造成的。往往可以任意地定位每個窗口並可由用戶來縮放。
由此，水印檢測器31需要處理的縮放的可能範圍是非常大的。仍然保持視覺質量其中一種最高的縮放就是要在監視器上顯示內容(例如，全屏幕DVD電影)(放大到1600×1200像素乃至更大)。一般說來，最低縮放是當把視頻還原成352×200像素時，這是用於從網際網路上下載的電影的流行格式。由此，水平地縮放範圍是0.5...2.2，而垂直地縮放範圍是0.4...2.5，然而現用的水印檢測器都被設計成能處理在範圍0.5...1.5內的縮放。
依照本發明的第二方面，檢查計算機的視頻輸出以定位其中信號在幀間變化的圖像區域。因此，該視頻不同於桌面上的所有其它信息，因為實時視頻包含很多變化。接著，在所述圖像區域周圍生成邊界框，以提供(最好是矩形)關注區域(an area of interest)。現在，假定邊界框構成了其中應用運行的窗口。
圖3示意性地示出依照本發明的這個方面的PC。在這幅圖中，像素活動檢測器36相對於前一幀檢測並存儲(閾值)變化。連接電路37使邊界框適合帶有顯著變化的圖像區域周圍。從文獻中為大家所熟知的是，從活動區域起人們如何能確定包含這樣一個點的最緊密的可能的邊界框。隨後，執行正常的水印檢測，必要時上述水印檢測在縮放轉換32之前進行。換言之，儘管在(參看圖2)之前我們僅僅具有縮放檢測和淨載荷檢測，但是現在我們已經增加″關注區域檢測″。
為了舉例說明這種PC的體系結構的操作，圖4A示出了帶有兩個應用程式窗口41和42的Microsoft Windows作業系統的桌面，在這兩個窗口中正在運行不同的應用。在這個示例中，由DVD電影播放器應用來生成窗口42。圖4B示出了由圖形卡中的電路(36、37)檢測的關注區域的內容。如果將關注區域中的內容向上採樣或向下採樣成正常的720×480或720×576格式，並且提供給正常的基帶水印檢測器，現在以充分近似1.0的縮放比例處理所述內容是很有可能的。
應當注意的是，可以對二次採樣的視頻幀執行變化檢測36以節省存儲空間。還可以″塊對塊(block-for-block)″地執行變化檢測(例如，首先設法在左上角中找到變化區域，然後在右上角中找、等等)。
本發明的另一個方面涉及對在已檢測出的水印的存在或不存在所採取的動作。圖5示意性地示出了確保所有組件都起保證水印檢測的作用的協議的圖。塊16、21、22和38標示驗證過程或裝置。在擬想的這個體系結構中，DVD驅動器10在啟動時檢查在PC中是否存在帶水印檢測器31的圖形卡30。如果帶有水印檢測器的這類圖形卡不存在，那麼該驅動器就不會輸出數據。然而，如果這類特定圖形卡存在，則它就會輸出數據。
當圖形卡中的水印檢測器31檢測到水印時，它將設法對應允的應用進行驗證，所述應用負責再現加水印的數據。如果這類驗證成功，則圖形卡繼續操作(例如，正在利用授權的應用來播放有效的DVD視頻)。如果它找不到這類應允的應用，則所述內容必定來自一些未經授權的源，例如，正在由一些盜版軟體或其它非應允的軟體再現驅動器中的非法拷貝盤。圖形卡於是將通過激活開關35來關閉這樣的輸出(參見圖2和3)，或者破壞其中檢測出水印的所框區域的觀看樂趣。作為選擇，可以將一條消息滾動通過整個圖像，以指示在未驗證的流中的水印的檢測。
PC運行一個或多個應用，比如解壓縮和再現從諸如DVD驅動器10之類的源中獲得的可能加水印的內容。注意，應允的應用確信無疑它正再現的數據的來源，因為它同樣已經利用驅動器作了驗證。還要注意，這種體系結構是更為通用的。更具體而言，所述源不必是DVD驅動器。例如，所述源還可以是模擬式捕獲卡、MPEG編碼器卡或IEEE 1394板。
在上面所示的體系結構中，黑客施行下列攻擊他從DVD+R中將他想要觀看的非法內容拷貝到硬碟上而不再現。然後，他在一個窗口中利用應允的應用播放來自DVD驅動器上的任何有效的受保護DVD視頻，同時在另一個窗口中通過非應允的應用來再現非法資料。該水印檢測器將(在其中任一窗口中)找到水印，不過假定與DVD驅動器中的正版電影相一致。由此，捕獲不到非法資料。甚至對濫用應允的應用來說下述情況是可能的可以利用CSS(已被黑客攻擊)來重新加密硬碟上的非法內容，由此將其偽裝成有效的內容。由此，通過應允的播放器來接受這種ReCSS後的內容，並且在圖形卡中的水印檢測之後，這個應用將證實它。
因此，當檢測器已經找到加水印的內容(就可以把所述內容(通過驗證)追溯到應允的應用或驅動器上)時，所述檢測器繼續搜索其它關注區域，並檢測其中的水印。實際上，人們能夠通過在顯示器上的隨機點開始邊界框，來避免始終都結束於相同的邊界框。如果發現另一個加水印的關注區域，則必定還存在另一個應允的應用或源。在其不存在的情況下，正在播放非法內容，並且控制圖形卡相應地採取動作。
作為一種可選方案，圖形卡可以利用在引導時建立的經驗證的通道來通知水印淨載荷的驅動器。所述驅動器能夠從盤中核實這個水印淨載荷是否與這張盤相稱。否則，必定存在被拷貝的資料的其它源。注意，為了使這種方法起作用，需要以它無法被黑客檢索的方式將水印淨載荷存儲在盤上，例如在導入區域中的一些目前未使用的扇區中存儲它們。這不會給驅動器增加成本。
黑客可能會施行下列攻擊他把第二個非應允的圖形卡插入到PC中。他允許驅動器驗證圖形卡(利用遭攻擊的驅動器)，同時他利用非應允的卡來重放來自該驅動器的非法資料。第二種攻擊情形就是當他僅僅把非應允的圖形卡插入到他的PC中、但是經由網絡(家庭網絡或網際網路)將PC連接於帶有應允的圖形卡的另一個PC。在利用遠程應允的圖形卡來驗證驅動器之後，在板上非應允的圖形卡上顯示非法內容。第三種攻擊情形就是當在單個PC中存在應允的DVD光碟驅動器和帶有水印檢測器的應允的圖形卡的時候在驗證之後，黑客將數據從驅動器中的非法盤中流式傳送至運行在網絡中某處的另一個帶有非應允圖形卡的PC上的非應允的應用中。
作業系統和BIOS都僅僅是PC中的實體，這些實體具有關於PC的插件配置的可靠知識。解決第一種攻擊情形的方法是用於BIOS或OS的，以禁止PC中的應允的和非應允的圖形卡的組合(為了安全性原因)。解決第二種攻擊情形的方法是用於OS和BIOS，以禁止跨網絡利用圖形卡來進行驗證。一種用以為OS實現這個的方式就是向驅動器詢問它利用哪個圖形卡來進行驗證，並且檢查所述設備是確實處在板上。這顯然需要安全的OS。如果市場要求應該允許從家庭網絡中的遠程DVD驅動器進行重放，則無法防止第二種情形的黑客攻擊問題。用於OS的另一種解決方案就是禁止應允的驅動器和非應允的圖形卡在同一個框中的組合。
可以按如下來概括本發明。用於拷貝保護目的的個人計算機的圖形卡中的水印檢測近來在標準化方面已經開始引發許多注意。圖形卡中的檢測具有完全不同於原先在DVD驅動器中考慮的檢測的問題，其涉及高數據率、大的縮放範圍和多種視頻流在顯示區域中的存在。本發明提出了在用常規水印檢測器(31)進行水印檢測之前先將計算機的RGB輸出轉換成(32)亮度信號(Y)，所述水印檢測器被設置成能檢測這類亮度信號中的水印。優選地，將待檢查的監視器圖像的分辯率轉換成(33)在計算機的DVD驅動器上正在播放的(MPEG2壓縮後的)內容的常規電視分辯率。在提供多個輸出(VGA、TV、DVI)的圖形卡中，可以將相同的水印檢測器按照時序連接到(34)每個輸出。
權利要求書(按照條約第19條的修改)1.一種檢測多媒體信號中的水印的方法，所述多媒體信號由計算機系統再現以供顯示在可連接於所述計算機系統的顯示器屏幕上，所述方法包括以下步驟-以顏色信號分量(R、G、B)的形式接收多媒體信號；-在各自顏色信號分量域中將所述多媒體信號的可疑圖像劃分成圖像區域，所述圖像區域尺寸與重複嵌入的水印圖案的尺寸相對應；-累加相同顏色信號域中的圖像區域，以便為每個顏色信號分量在顏色信號分量域中獲取累加後的圖像區域；-將顏色信號分量域中累加的圖像區域轉換成亮度信號域中累加的圖像區域；-檢測在所述亮度信號域中所述累加的圖像區域中的水印圖案。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述轉換步驟包括計算Y＝R/4+G/2+B/8，其中Y是所述亮度信號，而R、G和B是所述顏色信號分量。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述檢測水印的步驟包括使用水印檢測器，其被設置成能檢測具有預定分辯率的亮度信號中的水印，所述方法還包括以下步驟在進行所述檢測水印之前，將所述多媒體信號的分辯率改變成所述預定分辯率。
4.一種檢測多媒體信號中的水印的方法，所述多媒體信號正在由計算機系統通過多個輸出進行再現，所述多個輸出中的每一個輸出都可連接於顯示器屏幕，其特徵在於所述方法包括以下步驟按照時序將根據權利要求1-3中任一項進行操作的水印檢測器連接到所述多個輸出。
5.一種用於再現多媒體信號方法的計算機系統，以供經由所述計算機系統的顯示器輸出而在顯示器屏幕上顯示，所述計算機系統包括水印檢測器，其連接於所述顯示器輸出，所述水印檢測器被設置成能-以顏色信號分量(R、G、B)的形式接收多媒體信號；-在各自顏色信號分量域中將所述多媒體信號的可疑圖像劃分成圖像區域，所述圖像區域尺寸與重複地嵌入的水印圖案的尺寸相對應；
-累加在相同顏色信號域中的圖像區域，以便為每個顏色信號分量在顏色信號分量域中獲得累加的圖像區域；-將顏色信號分量域中累加的圖像區域轉換成亮度信號域中累加的圖像區域；-檢測在所述亮度信號域中所述累加的圖像區域中的水印圖案。
6.如權利要求5所述的計算機系統，所述計算機系統包括多個所述顯示器輸出，每一個輸出都可連接於顯示器屏幕，其特徵在於所述計算機系統還包括用於按照時序將所述水印檢測器連接到所述多個輸出中之一的裝置。
7.一種用於顯示多媒體信號的圖形卡，所述多媒體信號由計算機系統經由所述圖形卡的顯示器輸出在顯示器屏幕上再現，所述圖形卡包括水印檢測器，其連接於所述顯示器輸出，所述水印檢測器被設置成能-以顏色信號分量(R、G、B)的形式接收多媒體信號；-在各自顏色信號分量域中將所述多媒體信號的可疑圖像劃分成圖像區域，所述圖像區域尺寸與重複地嵌入的水印圖案的尺寸相對應；-累加相同顏色信號域中的圖像區域，以便為每個顏色信號分量獲取顏色信號分量域中累加的圖像區域；-將顏色信號分量域中累加的圖像區域轉換成亮度信號域中累加的圖像區域；-檢測在所述亮度信號域中所述累加的圖像區域中的水印圖案。
8.如權利要求7所述的圖形卡，所述圖形卡包括多個所述顯示器輸出，每一個輸出都可連接於顯示器屏幕，其特徵在於所述圖形卡還包括用於按照時序將所述水印檢測器連接到所述多個輸出中之一的裝置。
權利要求
1.一種檢測多媒體信號中的水印的方法，所述多媒體信號由計算機系統正在再現以供顯示在可連接於所述計算機系統的顯示器屏幕上，所述方法包括以下步驟-以顏色信號分量(R、G、B)的形式接收多媒體信號；-將所述顏色信號分量轉換成亮度信號(Y)；-檢測所述亮度信號中的水印。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述轉換步驟包括計算Y＝R/4+G/2+B/8，其中Y是所述亮度信號，而R、G和B是所述顏色信號分量。
3.如權利要求2所述的方法，其中所述檢測水印的步驟包括-將可疑圖像劃分成與重複地嵌入的水印圖案的尺寸相對應的區域；-累加所述圖像區域；以及-檢測在所述累加的圖像區域中的水印圖案；其中所述方法包括-將所述劃分和累加步驟施加到所述顏色信號分量中的每一個；-把所述轉換步驟施加到所述累加的圖像區域，以在亮度信號域中獲取一個累加的圖像區域；以及-將所述檢測水印的步驟施加到所述亮度信號域中累加的圖像區域。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述顏色信號分量是紅色、綠色和藍色，並且所述轉換步驟包括選擇綠色信號分量以構成所述亮度信號。
5.如權利要求1所述的方法，其中所述檢測水印的步驟包括使用被設置成能檢測具有預定分辯率的亮度信號中的水印的水印檢測器，所述方法還包括以下步驟在所述檢測水印之前，將所述多媒體信號的分辯率改變到所述預定分辯率。
6.一種檢測多媒體信號中的水印的方法，所述多媒體信號由計算機系統正在通過多個輸出再現，所述多個輸出每一個都可連接於顯示器屏幕，其特徵在於所述方法包括以下步驟按照時序將根據權利要求1-5中任一項進行操作的水印檢測器連接到所述多個輸出。
7.一種用於再現多媒體信號方法的計算機系統，以供經由所述計算機系統的顯示器輸出而在顯示器屏幕上顯示，所述計算機系統包括水印檢測器，其連接於所述顯示器輸出，所述水印檢測器被設置成能-以顏色信號分量(R、G、B)的形式接收被再現的多媒體信號；-將所述顏色信號分量轉換成亮度信號(Y)；-檢測所述亮度信號中的水印。
8.如權利要求7所述的計算機系統，所述計算機系統包括多個所述顯示器輸出，每一個都可連接於顯示器屏幕，其特徵在於所述計算機系統還包括用於按照時序將所述水印檢測器連接到所述多個輸出中之一的裝置。
9.一種用於顯示多媒體信號的圖形卡，所述多媒體信號由計算機系統經由所述圖形卡的顯示輸出在顯示器屏幕上再現，所述圖形卡包括水印檢測器，其連接於所述顯示器輸出，所述水印檢測器被設置成能-以顏色信號分量(R、G、B)的形式接收被再現的多媒體信號；-將所述顏色信號分量轉換成亮度信號(Y)；-檢測所述亮度信號中的水印。
10.如權利要求9所述的圖形卡，所述圖形卡包括多個所述顯示輸出，每一個輸出都可連接於顯示器屏幕，其特徵在於所述圖形卡還包括用於按照時序將所述水印檢測器連接到所述多個輸出中之一。
全文摘要
用於拷貝保護目的的個人計算機的圖形卡中的水印檢測近來已經開始引起許多標準化方面的注意。圖形卡中的檢測具有完全不同於原先考慮的DVD驅動器中的檢測的問題，這些問題涉及高數據率、大縮放範圍以及顯示區域中的多個視頻流的存在。本發明提出了在由常規水印檢測器(31)進行水印檢測之前將計算機的RGB輸出轉換(32)成亮度信號(Y)，所述水印檢測器被設置成能檢測這類亮度信號中的水印。優選地，將待檢查的監視圖像的分辯率轉換(33)為正在計算機的DVD驅動器上播放的(MPEG2壓縮後的)內容的常規電視分辯率。在配備有多個輸出(VGA、TV、DVI)的圖形卡中，相同的水印檢測器可以按照時序連接(34)於每一個輸出。
文檔編號H04N5/85GK1679322SQ03820288
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, 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