自適應水印的製作方法
2023-06-09 08:44:56
專利名稱：自適應水印的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種適合於在一個信息信號比特流中嵌入一個水印的方法和裝置，並尤其特別適合於但不限於進行壓縮的信息水印信號。這種壓縮的信息信號的典型例子是一個MPEG2視頻信號。
背景技術：
信息信號的水印是一項與信號一起傳輸附加數據的技術。例如，水印技術能夠用於向視頻信號嵌入複製記錄和複製控制信息。
US 5,809,139描述了一種用於對壓縮形式的數字視頻信號進行加水印的數字水印方法和裝置。為了允許系統用於具有嚴格比特率限制的傳輸信道，系統也包括比特流控制，從而防止視頻信號比特率的增加。對於視頻信號的每個變換係數，確定與未進行水印的係數相比是否需要更多的比特來編碼其係數進行加水印後的一個版本。如果需要更多的比特來傳輸一個水印係數，則輸出未進行加水印的係數。這樣的一種方法能夠用於對一個MPEG2視頻基本流(E.S.)進行水印。
同樣，在WO02/060182中描述了一種通過有選擇地丟棄最小量化DCT(離散餘弦變換)係數來嵌入水印的方法，能夠用於提供與原始信號具有相同比特率或者具有比原始信號更低的比特率的加水印後的信號。該更低的比特率能夠通過累積到足以形成一個或多個包的相當大量的數據並且用零比特填充包來提升到原始比特率。
但是，這種方法不適合於對在系統等級上定義的信息比特流進行加水印，例如用在數字視頻廣播(DVB)中的一個傳輸流(T.S.)，或例如用在數字多用盤(DVD)中的節目流(P.S.)。
在T.S.和P.S.中，比特率控制更困難，因為基本流信息在任一位置被諸如其他視頻流、音頻流、系統數據和定時數據的其他數據打斷。為了防止產生的視頻信號的失真，比特率控制這樣進行是很重要的，即壓縮後的視頻流中的開始碼的位置在不會因為應用了水印而改變。也就是說，即希望在開始碼之間的比特數不由於應用到信號中的水印而改變。例如，在MPEG中開始碼之間的比特數量的改變將造成系統定時誤差和/或造成解碼比特流時的緩衝器溢出或下溢。
本發明實施例的一個目的是提供一種適於在不改變信息信號的比特流的條件下將水印應用到一個信息比特流的方法和裝置。
本發明實施例的另一個目的是提供一種用於對節目流或傳輸流進行加水印，從而比特流中開始碼的位置不改變的方法和裝置。
發明內容
本發明的第一方面提供了一種在信息信號比特流中嵌入一個水印的方法，該方法包括步驟接收一個信息信號比特流的一部分；在第一緩衝器中存儲接收到的部分的第一複製；對接收到的部分的第二複製進行加水印；在第二緩衝器中存儲產生的加水印後的信號；以預定的時間間隔執行一個檢測，以確定接收到的部分的比特率是否已經由於進行加水印而改變；以及如果檢測確定比特率已經改變，則從第一緩衝器輸出接收到的部分的第一複製，否則從第二緩衝器輸出加水印後的信號。
通過利用這樣的一種方案，輸出信號的比特率能夠保持在與輸入信號相同的比特率。而且，通過預定時間間隔的適當選擇，有可能確保比特流中的開始碼的位置不改變。
本發明的另一個方面提供一種安排來執行上述方法的電腦程式。
本發明的進一步的方面提供一種包括上述電腦程式的記錄載體。
本發明的另一個方面提供一種使得能夠下載上述電腦程式的方法。
本發明的進一步的方面提供一種根據上述方法形成的加水印後的信息信號。
本發明的另一個方面提供一種包括上述加水印後的信號的記錄載體。
本發明的進一步的方面提供一種用於在一個信息信號比特流中嵌入水印的裝置，該裝置包括一個接收機，用於接收一個信息信號比特流的一部分；一個第一緩衝器，用於存儲接收到的部分的第一複製；一個加水印器，用於對接收到的部分的第二複製進行加水印；一個第二緩衝器，用於存儲產生的加水印後的信號；一個控制器，配置來以預定的時間間隔執行一個檢測，以確定接收到的部分的比特率是否已經由於進行加水印而改變；以及一個復用器，如果檢測確定比特率已經改變，則從第一緩衝器輸出接收到的部分的第一複製，否則從第二緩衝器輸出加水印後的信號。
該信息的其他方面將由從屬權利要求說明。
為了更好的理解本發明並為了表示本發明的實施例如何產生效果，將藉助於例子對附隨的草圖作出參考，其中圖1說明了MPEG2比特流的不同等級的開始碼位置A是一個基本流，B是一個打包的基本流，C1是一個節目流；C2是一個傳輸流；和圖2是根據本發明的一個實施例所涉及裝置的框圖。
具體實施例方式
本發明利用兩個緩衝器。接收一個信息比特流，比特流的一個複製存儲在第一緩衝器中。信息比特流的相同部分的第二複製也存儲在第二緩衝器中。對第二緩衝器的內容進行加水印。該水印能夠在信號存儲在緩衝器的同時執行，或者在信號輸入到緩衝器之前執行。水印能夠是信號的初始水印，或者等同的可以是信號的注釋(例如，為了複製控制改變「複製一次」為「不複製」)。
如果在一個預定的判斷時刻，存儲在第二緩衝器中的比特流的大小等於存儲在第一緩衝器中的等效比特流的大小，則輸出第二緩衝器的內容。否則，第一緩衝器的內容用作輸出。
這樣的一種方法允許輸出信號的比特率保持在與輸入信號相同的比特率，同時向信號的至少一部分應用水印。
這個方法尤其適合於打包的信號流，其中受到包尺寸的限制(為一個固定的大小或限制於完整的字)。一般來說，為了確保比特率能保持，將需要大的緩衝器來收集足夠的數據來完成一個包。但是，由於通過查看每個包的預定部分而對比特率是否能保持作出判斷，本發明允許利用兩個較小的緩衝器。因此，不需要大型的、相對昂貴的存儲緩衝器。
如果想要，第一和第二緩衝器的內容的組合(例如任意的)能夠輸出，只要該輸出是表示與原始信號具有相同比特率的有效數據流。
一個MPEG2視頻信號是表示這樣打包後的傳輸比特流的一個例子。
MPEG信號一般通過把每個視頻圖像分為8×8像素的塊來形成，每個像素塊進行離散餘弦變換為各個DCT係數塊。在一個MPEG2基本視頻流中，若干DCT亮度塊和色度DCT塊構成一個宏塊，若干宏塊構成一個片斷，若干片斷構成一個圖像(場或幀)，並且一系列圖像構成一個視頻序列。一些圖像自主編碼(I-pictures)，其他圖像用運動補償預測編碼(P-和B-圖像)。在P-和B-圖像中，DCT係數表示當前圖像的像素與一個或多個參考圖像的像素之間的差，而不是這些像素本身。
圖1說明了一個視頻基本流(ES)A，一個合併了基本流的打包的基本流(PES)B，一個合併了打包的基本流的節目流(PS)C1，以及一個合併了打包的基本流的傳輸流(TS)C2。C1和C2的比特率都比B的比特率高，並且B的比特率比A的比特率高。
能夠看到基本流包括多個片斷120(片斷1，片斷2，片斷3，片斷4)，每個片斷的數據由一個ES開始碼110分隔。每個片斷120具有各自不相同的長度，即片斷1比片斷2長。
為了理解一個完整的系統，視頻數據需要與其他數據時間復用，比如音頻流、系統定時信息、片斷件存取數據等。為了允許這樣的情況發生，原始視頻基本流切割為包。ES能夠在任意位置切割。因此，這可能產生分為兩部分的可變長度代碼(VLC)。
如B中所表示的，每個PES包由一個PES開始碼與相鄰的包相分離。每個PES包由一個PES報文頭開始，它包括解碼器定時參考數據。包150是在PES流內的一個包的例子。能夠看到包150包括一個PES開始碼130，一個PES報文頭140，以及各種片斷的部分(片斷2的後面部分，片斷3的全部，和片斷4的起始部分)，每個片斷由各個ES起始代碼110分離。
在一個系統等級上，PES包一般與其他數據時間復用，這產生用在例如DVB中的傳輸流C2或用在例如DVD中的節目流C1。PES包每個大小一般到16k字節為止。
圖1中的流C1和C2分別是一個節目流和一個傳輸流的典型例子，其中原始基本流已經被時間復用。應當注意到的是PES包能夠由節目流等級上的其他包中斷，並且在任意的位置切割為兩個或多個部分。
例如，在示出的PS例子(C1)中，每個節目流包由各個開始碼160分離。跟隨著每個起始代碼，附加數據包170已經插到PS包180、182中。PS包每個一般大小為幾k字節。每個PS包還包含PES包的一個或多個部分，例如PS包180包含一個開始碼160，一個附加數據包170，一個片斷部分1，它由ES開始碼與片斷2部分分離，按順序再由PES開始碼130和PES報文頭140與片斷2的剩餘部分分離，按順序再由另一個ES開始碼與片斷3的開始部分分離。
在示出的TS例子(C2)中，每個TS包190包括跟隨著一個有效載荷的報文頭192。TS包一般是固定的、預定長度，TS報文頭一般4位元組，有效載荷是184位元組，從而給出188位元組的總的包長度。因此，TS有效載荷是一個PES包的長度的一部分。從圖1中能夠看出，片斷1因此通過幾個TS包分開，因為它太長以至於不能在一個TS包中容納。有效載荷可以包括來自PES的信息，以及附加系統信息194。
在編碼過程期間，利用特定的規則來確保開始碼在每個壓縮流等級是唯一的。例如，在MPEG中一個開始碼由跟隨著一個邏輯「1」的23個邏輯「0」組成(十六進位符號為0x00 00 01)。如果開始碼的位置改變，有可能例如由於改變系統定時而在解碼時產生誤差，造成緩衝器下溢或溢出。
現在將描述本發明的一個優選實施例。該優選實施例使用兩個緩衝器，原始輸入流(沒有水印)存儲在第一緩衝器中，加注釋的流(加入了水印)存儲在第二緩衝器中。預定時間之後，判斷從緩衝器1(沒有標記的數據)還是從緩衝器2(進行注釋的數據)輸出數據，該時間最大為信息信號填滿緩衝器之後。緩衝器選擇基於是否可能恢復比特率的情況(即，在判斷時刻到達一個零比特預算值)。由以下的實施例將會看出，判斷時刻一般在片斷等級(例如在每個片斷的開始或結束)。
在實施例中，假定一個水印通過使用例如在WO02/060182中描述的遊程-合併(run-merge)算法加入到各個壓縮後的視頻流中。在處理數據期間，遊程-合併算法丟棄比特並因此能夠降低比特率。處理期間任意時刻丟棄的比特總數被存儲，並稱為「比特預算」。
很顯然其他水印系統同樣能夠使用，從而保持和/或降低一個信息信號內的比特數。
圖2說明了按照本發明的優選實施例適合於對一個MPEG2信息比特流進行加水印的水印裝置。該特定實施例中的裝置稱為一個「加注釋器」，因為它用於向一個已經加已經進行水印的信號加入水印。但是，該裝置也能夠用於向一個信息信號中加入第一個水印。
在輸入端210接收輸入信息。輸入流的一個複製傳送到緩衝器1220，它用作一個常規FIFO(先入先出)緩衝器。
通過水印嵌入裝置230將緩衝器2240(也是一個FIFO)傳送輸入比特流的一個第二複製。因此，第二緩衝器240用於存儲加注釋後的壓縮的視頻流部分。
在該實施例中，緩衝器大小相同，並且緩衝器的大小一般為一個或多個片斷能夠存儲在每個緩衝器中。最好，緩衝器的大小為每個緩衝器中能夠存儲整數個片斷的大小。模擬結果顯示對於MPEG2，近似2-4k字節的緩衝器大小是適當的。
水印嵌入裝置230由一個濾波器232和一個加注釋器234組成。濾波器232用於除去對於流的系統等級的特定信息(即，TS或PS特定開始碼和/或數據)，並保留ES的特定數據。加注釋234用於按照上述遊程-合併算法向ES數據嵌入水印，並接著加回到已經由濾波器232除去的相關TS/PS數據中，並把原始比特流的產生的進行加水印的版本輸出到緩衝器240。
一個計數器242連接到緩衝器240。每次加注釋的片斷完全存儲再緩衝器2中時計數器就遞增。同樣每次加注釋的片斷從緩衝器2中除去計數器就遞減。
開始碼檢測器連接到緩衝器1的輸出。在緩衝器1的輸出端檢測到新的片斷開始時，對於同樣的片斷是否已經完全存在於緩衝器2中作出檢測(即計數器值不應當為0)。
一個復用器連接到兩個緩衝器220、240的輸出。復用器進行操作，根據計數器值242和片斷開始檢測器260來有選擇的(向輸出端270)輸出緩衝器1或緩衝器2的內容。
如果檢測到新的片斷時，計數器242的值大於0，輸出復用器將從緩衝器2240選擇數據，從而將輸出一個加注釋的(進行加水印的)片斷。
如果在緩衝器1的輸出檢測到片斷開始的時刻，計數器值是0，輸出復用器將從緩衝器1選擇數據，從而將輸出未標記的數據。
在以上兩種情況下，輸出信號的相同部分也從其他緩衝器中除去，從而停止冗餘數據累積。
很明顯沒有進行水印的片斷數量將取決於緩衝器尺寸。例如，對於相對小緩衝器尺寸來說(例如，2k字節)未標記的片斷的數量將更高，對於大的片斷尺寸來說也是這樣(例如，對於高比特率的I-圖像)。
對技術人員來說本發明的各種實施例將很顯然。例如，水印能夠通過轉換代碼應用到信息比特流(即，水印向比特流的直接應用)，從而比特流不必進行解碼和再編碼來加入水印。
對技術人員來說將意識到沒有特別描述的各種執行方式將被理解為落入到本發明的範圍內。例如，儘管只描述了嵌入裝置的功能，將認識到裝置能夠實現為一個數字電路、一個模擬電路、一個電腦程式或它們的組合。
這樣的電腦程式以及有本發明的嵌入方法產生的任何水印後的信號能夠存儲在任意機器可讀介質(例如，一個計算機存儲器，一個軟盤，一個緊緻盤或等效物)，或者能夠通過包括無線和有線媒體的任意傳輸媒體傳輸。本說明書中採用術語記錄載體，從而包括這樣的機器可讀媒體和這樣的傳輸媒體。
在本說明書內，將認識到詞語「包括」不排除其他元件或步驟，「一個」不排除多個，並且一個單一處理器或其他單元可以完成權利要求中提到的幾個裝置的功能。
本說明書中公開的所有特徵(包括任何隨附的權利要求、摘要和附圖)和/或其中公開的任意方法或處理的所有步驟，除了至少一些這樣的特徵和/或步驟互相排斥的組合方式以外，可以以任意組合方式合併。
該說明書中公開的每個特徵(包括任何隨附的權利要求、摘要和附圖)可以由用於相同、等效或類似目的的替換特徵代替，除非以其他方式明確提出不能代替。因此，除非以其他方式明確提出，公開的每個特徵只是普通的一系列等效或類似特徵的一個例子。
本發明不限於前述實施例的細節。本發明延伸到本說明書中公開(包括任何隨附的權利要求、摘要和附圖)的特徵的任意新的實施例或任意新的組合，或其中公開的任何方法或處理的步驟的任意新的實施例或任意新的組合。
權利要求
1.一種在信息信號比特流中嵌入一個水印的方法，該方法包括步驟接收一個信息信號比特流的一部分；在第一緩衝器中存儲接收到的部分的第一複製；對接收到的部分的第二複製進行加水印；在第二緩衝器中存儲產生的加水印後的信號；以預定的時間間隔執行一個檢測，以確定接收到的部分的比特率是否已經由於進行加水印而改變；和如果檢測確定比特率已經改變，則從第一緩衝器輸出接收到的部分的第一複製，否則從第二緩衝器輸出加水印後的信號。
2.如權利要求1中要求保護的方法，其中所述加水印步驟包括通過轉換代碼在接收到的部分的第二複製中嵌入水印。
3.如權利要求1中要求保護的方法，其中所述信息信號包括至少一個傳輸流和一個節目流。
4.如權利要求1中要求保護的方法，其中所述信息信號比特流包括一系列包，預定時間間隔對應於第一緩衝器接收整數個所述包。
5.如權利要求1中要求保護的方法，其中所述預定時間間隔是在第一緩衝器內的預定位置檢測到比特流的預定開始碼時。
6.如權利要求1中要求保護的方法，其中所述預定時間間隔對應於至少一個緩衝器由各個存儲信號填充。
7.用於執行如權利要求1所要求保護的方法的一種電腦程式。
8.包括如權利要求1所要求保護的電腦程式的一種記錄載體。
9.一種使得能夠下載如權利要求7所要求保護的電腦程式的方法。
10.一種根據如權利要求1所要求保護的方法形成的加水印後的信息信號。
11.一種包括如權利要求10所要求保護的加水印後的信號的記錄載體。
12.一種用於在一個信息信號比特流中嵌入水印的裝置，該裝置包括一個接收機，用於接收一個信息信號比特流的一部分；一個第一緩衝器，用於存儲接收到的部分的第一複製；一個水印器，用於對接收到的部分的第二複製進行加水印；一個第二緩衝器，用於存儲產生的加水印後的信號；一個控制器，安排來以預定的時間間隔執行一個檢測，以確定接收到的部分的比特率是否已經由於進行加水印而改變；和一個復用器，如果檢測確定比特率已經改變，則從第一緩衝器輸出接收到的部分的第一複製，否則從第二緩衝器輸出加水印後的信號。
全文摘要
描述了一種用於在一個信息信號比特流中嵌入一個水印的方法和裝置(200)。該方法包括接收一個信息信號比特流(MPEG2)的一部分。接收到的部分的第一複製存儲在第一緩衝器(220)中。對接收到的部分的第二複製進行加水印，並且產生的加水印後的信號存儲在第二緩衝器(240)中。以預定的時間間隔執行一個檢測，以確定接收到的部分的比特率是否已經由於進行加水印而改變。如果檢測確定比特率已經改變，則從第一緩衝器輸出接收到的部分的第一複製。否則從第二緩衝器輸出加水印後的信號。
文檔編號H04N7/24GK1695379SQ03824831
公開日2005年11月9日 申請日期2003年9月22日 優先權日2002年10月30日
發明者F·A·斯蒂恩霍夫, G·C·蘭格拉亞爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司