專利名稱：共謀堅固水印的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于以防止水印信息被篡改的方式在信號中嵌入水印的方法和設(shè)備。本發(fā)明還涉及用于檢測水印的相應(yīng)方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
水印是一般被嵌入音頻與視頻信息信號內(nèi)容中知覺不可見的消息。水印可以支持各式各樣諸如監(jiān)視和拷貝控制之類的各種應(yīng)用。比如，在拷貝控制的情況下，不誠實的用戶想要破壞水印以便能夠散布不能被水印辨別的非法拷貝。因此，水印必須是“堅固的”。在這里，“堅固的”被理解為意指水印在處理之后保持為可檢測，同時信號質(zhì)量仍然足夠。
水印可以包含音頻、視頻或其它程序材料的特定拷貝購買者的身份。在這種情況下，相同材料的每個拷貝包含不同的水印。許多不同的水印方法已經(jīng)被建議用于這個目的。一個方法是把原物的每個拷貝稍作變化以使得每個拷貝是唯一的。這個方法允許追蹤原物的具體版本，當(dāng)然了，它在拷貝控制的情況下具有很大優(yōu)點(diǎn)。然而，通過借助于所謂的“共謀(collusion)”來結(jié)合幾個水印拷貝，這類水印可以被容易地除去。這將在下面作出更詳細(xì)的解釋。
每個拷貝都具有稍有不同的水印，這些水印自身是不可除去的。一般來說，攻擊拷貝來除去水印的用戶使用原物的兩個(或更多)拷貝，從而通過對該兩個拷貝求均值或進(jìn)行插入(interleave)來制造出第三個拷貝。這個第三版本是那兩個拷貝的平均值，因此它有原物的相同內(nèi)容而沒有水印。這是因為第三拷貝不包含將被明顯地牽制到任何一個相應(yīng)水印的足夠信息。
用于防止共謀攻擊的先有技術(shù)在本技術(shù)領(lǐng)域中是已知的。比如，國際專利申請WO99/39344公開了向水印代碼添加冗余碼以便在不同拷貝的至少部分水印信息中獲得相似性。然而，這意味著在相對于實際所嵌入的信息水印數(shù)據(jù)所需長度上的很大負(fù)擔(dān)。同時，使用足夠多拷貝的共謀攻擊也還是能夠除去水印。
因此，需要嵌入到視頻和音頻信號的一種水印，它能夠防止通過結(jié)合具有相同內(nèi)容信號而包含不同水印的拷貝而將水印從拷貝中除去。
發(fā)明目的和簡介本發(fā)明目的是提供一種在信號中嵌入水印的方法，該方法防止通過結(jié)合具有相同內(nèi)容信號而包含不同水即的拷貝而將水印從拷貝中除去(應(yīng)當(dāng)理解為還意味著防止使得檢測更加困難)。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，這在將水印嵌入信息信號的多個拷貝中的方法中實現(xiàn)，該方法包括下列步驟在所述信息信號的每個拷貝中嵌入預(yù)定的唯一水印，這個唯一的水印對于每個拷貝都不相同，以及在所有拷貝中嵌入另外預(yù)定的相同的全局水印。全局水印指示唯一水印也應(yīng)該存在。使用本發(fā)明實現(xiàn)了在全局水印被檢測到而唯一水印沒有發(fā)現(xiàn)的情況中，可以禁止播放。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，全局水印在如下協(xié)議中被使用如果全局水印存在并且唯一水印沒有發(fā)現(xiàn)，則不允許播放。
根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實施例，還提供了一種在信息信號中檢測水印的方法，該方法包括下列步驟檢測預(yù)定的唯一水印是否存在，檢測預(yù)定的全局水即是否存在，以及如果全局水印被檢測到且唯一水印沒有被檢測到，則斷定唯一水印應(yīng)該已經(jīng)存在并且據(jù)此來行動。
從而，本發(fā)明的主要方面是與唯一可變水印一起使用附加固定水印的共謀堅固水印。
本發(fā)明的上述方面和其它方面將通過下文中描述的實施例而變得明顯并且將參考下述實施例而被闡明。


圖1是一個示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的水印嵌入器的框圖。
圖2是一個示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例來檢測水印的方法流程圖。
本發(fā)明實施例的詳細(xì)描述現(xiàn)在將更詳細(xì)地描述本發(fā)明，在描述本發(fā)明特殊實施例之前，先從共謀問題的進(jìn)一步解釋開始。
在內(nèi)容信號中嵌入水印可以通過向原始信號X添加保密序列(即水印W)來提供，從而根據(jù)公式(I)獲得施加了水印的信號Y，該原始信號X可以是視頻或音頻信號Y＝X+W (I)類似全局比例因數(shù)等等的細(xì)節(jié)在這個文檔中沒有被描述，因為它們對理解本發(fā)明來說不是必要的，但是它們?nèi)匀辉跈?quán)利要求定義的發(fā)明范圍內(nèi)。
如果諸如音樂錄音之類音頻信號的原始信號X被拷貝多次，則具有索引i的每個拷貝都被嵌入一個唯一水印Wi以允許例如選擇性的重放控制。應(yīng)當(dāng)明白，此處的措辭“拷貝”意指信號版本，該信號版本在知覺上基本相同于原物。例如，MP3編碼的音樂歌曲和WMA編碼的音樂歌曲都可能是一支原始音樂的拷貝。每個拷貝被施加了水印的信號Yi可以用公式(II)來給出Yi＝X+Wi(II)這意味著被施加了水印的信號Yi只能在播放器i上被播放。然而，如果N個被施加了水印的信號被取平均(如“發(fā)明背景”中所描述的共謀)，則新的平均信號Z可以用公式(III)來表示Z=X+1NΣiWi≈X---(III)]]>從公式(III)中可以明顯地看出，在這種情況下沒有檢測到一個水印Wi是有可能的，并且因此，水印被認(rèn)為不存在，因此是“非堅固的”。信號Z現(xiàn)在可以用任何播放器來播放。假定所有被施加了水印的信號Yi都在取平均之前被時間對齊，則原始信號X在共謀中沒有被改變。
本發(fā)明是針對用于在諸如視頻信號、音頻信號、或比如JPEG、GIF、TIF等等的圖像信號之類的內(nèi)容信號中嵌入水印的方法和相應(yīng)設(shè)備，通過引入全局水印W到原始信號中，這種方法和設(shè)備防止靠結(jié)合相同內(nèi)容信號的兩個或更多拷貝來除去水印，這些內(nèi)容相同的信號也包含不同的水印，其可以用公式(IV)來表示Yi＝X+W+Wi(IV)如果此時有N個信號被取平均，則新的平均信號Z變成
Z=X+W+1NΣiWi≈X+W---(V)]]>還是在這種情況下，唯一水印Wi也有可能不可檢測到而全局水印W仍然是可檢測到的?，F(xiàn)在，全局水印W的存在可以在如下協(xié)議中被使用如果全局水印W存在并且沒有發(fā)現(xiàn)私有水印Wi，則不允許播放。
如圖1中所示，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，水印嵌入器10接收內(nèi)容信號Q(在這里是一個音頻信號)并且在內(nèi)容信號Q中嵌入一個私有水印Wi和一個全局水印W以用于原始信號Q的每個輸出的拷貝Qi。
然后，合成的施加了水印的信號Qi被傳送到不同的接收機(jī)(未示出)。然后，接收機(jī)能夠通過與另一用戶合作來除去唯一水印Wi但不能除去全局水印W，這些接收機(jī)包含一些試圖對信號Qi解碼并除去水印的用戶。
在某些情況下，唯一水印Wi不被認(rèn)為將存在，全局水印被搜索和發(fā)現(xiàn)從而指出第一水印應(yīng)該已經(jīng)存在。這在圖2中被說明。比如當(dāng)多媒體播放器中的檢測器控制播放時，這種情況可能出現(xiàn)。
圖2示出了一種根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的方法，其中，唯一水印Wi和全局水印W在輸入信號Qcollusion中被檢測到。在這個示例中，假設(shè)兩個水印，唯一水印Wi和全局水印W被嵌入到圖1所示水印嵌入器發(fā)出的每個信號中，其中，至少有已經(jīng)接收到原始信號X的唯一拷貝YI的兩個用戶通過結(jié)合從嵌入器獲得的拷貝Yi從而合作來刪除唯一水印Wi。在第一步11中，所得到的信號Qcollusion被搜索以便檢測唯一水印Wi。在第二步22中，如果唯一水印Wi被發(fā)現(xiàn)，則它被標(biāo)記為存在。
相反，如果在第一步11中沒有發(fā)現(xiàn)唯一水印Wi，則第三步被執(zhí)行來檢測全局水印W。如果這個全局水印W被檢測到并且唯一水印Wi沒有被檢測到，則播放停止(步驟66)。
如果在第三步驟33中沒有檢測到全局水印W，則拷貝被認(rèn)為是沒有水印的(步驟44)，并且在第五步驟55中播放被允許。如果在第二步驟22中發(fā)現(xiàn)了唯一水印Wi并且拷貝是計劃給該用戶的，即如果輸入信號是唯一信號Qi而不是共謀信號Qcollusion，則播放也被允許。
唯一和全局水印的原理允許信號用分級數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來分類。例如，全局和唯一水印可以分別表示時間戳的小時和分鐘。如果內(nèi)容供應(yīng)商追蹤一個非法版本(唯一水印已經(jīng)通過平均兩個或更多拷貝而被侵襲)，則他將能夠斷定內(nèi)容已經(jīng)被獲得了例如具有時間戳范圍為10.00-10.59的拷貝的多方篡改。
用于嵌入或檢測水印的具體水印處理不是本發(fā)明的一部分，但是任何常規(guī)的水印處理都可以在不背離本發(fā)明的情況下被使用。優(yōu)選地，全局水印W相對于各種惡意攻擊都是堅固的。將被保護(hù)的信號可以是圖像、視頻序列、或音頻。將被保護(hù)的特殊類型與本發(fā)明無關(guān)。正如在下述權(quán)利要求中使用的，動詞“包含”或“包括”或其聯(lián)合意指“包括但不局限于”。
本發(fā)明可以被概述如下。水印嵌入常常被用來識別相同內(nèi)容(Q)的多個拷貝(Qi)。每個拷貝(Qi)都具有不同的私有水印(Wi)，例如，私有水印識別可以再現(xiàn)拷貝的播放器。私有水印可以被破解。平均兩個或更多的施加了水印的拷貝可能使得任何私有水印變得不可檢測。根據(jù)本發(fā)明的水印嵌入器(10)除了私有水印(Wi)之外還嵌入全局(固定)水印(W)。全局水印在每個拷貝中都是相同的，因此它仍然保持為可檢測的。它的存在指出私有水印同樣也應(yīng)該存在。它可以在如下協(xié)議中被使用如果存在全局水印并且沒有發(fā)現(xiàn)私有水印，則不允許播放。
權(quán)利要求
1.一種用于在信息信號(Q)的多個拷貝中嵌入水印的方法，該方法包括下列步驟在所述信息信號(Q)的每個拷貝(Qi)中嵌入預(yù)定的唯一水印(Wi)，該唯一水印(Wi)對于每個拷貝(Qi)都是不同的；和在所有的拷貝(Qi)中都嵌入一個另外預(yù)定的相同的全局水印(W)。
2.權(quán)利要求1的方法，其中，所述全局水印(W)被嵌入信息信號的拷貝(Qi)以便指示唯一水印(Wi)已經(jīng)被嵌入所述拷貝。
3.一種用于在信息信號中檢測水印的方法，該方法包括下列步驟-檢測預(yù)定的唯一水印(Wi)是否存在，-檢測預(yù)定的全局水印(W)是否存在，-如果該全局水印(W)被檢測到并且唯一水印(Wi)沒有被檢測到，則推斷該唯一水印(Wi)應(yīng)該已經(jīng)存在，并據(jù)此來行動。
4.權(quán)利要求3的方法，其中，所述行動包括阻止所述信息信號被進(jìn)一步處理。
5.權(quán)利要求4的方法，其中，所述進(jìn)一步處理包括信息信號的播放。
6.一種用于在信息信號(Q)的多個拷貝中嵌入水印的設(shè)備，該設(shè)備包括用于在所述信息信號(Q)的每個拷貝(Qi)中嵌入預(yù)定的唯一水印(Wi)的裝置，該唯一水印(Wi)對于每個拷貝(Qi)來說都是不同的；和用于在所有的拷貝(Qi)中嵌入另外預(yù)定的相同的全局水印(W)的裝置。
7.權(quán)利要求6的設(shè)備，其中，所述全局水印(W)指示唯一水印(Wi)已經(jīng)被嵌入所述拷貝。
8.一種用于在信息信號中檢測水印的設(shè)備，該設(shè)備包括-用于檢測預(yù)定的唯一水印(Wi)是否存在的裝置，-用于檢測預(yù)定的全局水印(W)是否存在的裝置，-信令裝置，如果全局水印(W)被檢測到且唯一水印(Wi)沒有被檢測到，用于推斷唯一水印(Wi)應(yīng)該已經(jīng)存在，和用于據(jù)此來控制對該信息信號的進(jìn)一步處理。
9.權(quán)利要求8的設(shè)備，其中，所述控制包括阻止所述信息信號被進(jìn)一步處理。
10.權(quán)利要求9的設(shè)備，其中，所述進(jìn)一步處理包括信息信號的播放。
11.一種具有嵌入水印的信息信號，所述水印包括第一水印(Wi)，它相對于所述信息信號的多個拷貝是唯一的，和另外預(yù)定的第二全局水印W，它指示唯一水印(Wi)已經(jīng)被嵌入所述信息信號，所述全局水印(W)對于信息信號所有的所述多個拷貝是相同的。
12.一種已經(jīng)在其上記錄了具有嵌入水印的信息信號的記錄載體，所述水印包括第一水印(Wi)，它相對于所述信息信號的多個拷貝是唯一的，和另外預(yù)定的第二全局水印W，它指示唯一水印(Wi)已經(jīng)被嵌入所述信息信號，所述全局水印(W)對于信息信號所有的所述多個拷貝是相同的。
全文摘要
水印嵌入器常常被用來識別相同內(nèi)容(Q)的多個拷貝(Q
文檔編號H04N5/91GK1633689SQ03804129
公開日2005年6月29日 申請日期2003年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月19日
發(fā)明者A·A·M·L·布魯克斯, A·A·C·M·卡爾克, M·范德維恩, J·A·海特斯馬 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司