專利名稱：與隱藏數(shù)據(jù)信道有關(guān)的脆弱音頻水印的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及用戶電子設(shè)備領(lǐng)域，并且更具體地涉及對復(fù)制保護內(nèi)容材料的保護。
背景技術(shù)：
版權(quán)材料的非法分發(fā)剝奪了版權(quán)擁有者對該材料的合法版稅，并能夠給該非法分發(fā)材料的提供者供給利益，這將鼓勵不斷的非法分發(fā)。按照因特網(wǎng)提供的傳送的便利性，想要被版權(quán)保護的內(nèi)容材料，比如藝術(shù)表演或其他具有有限分發(fā)權(quán)利的材料容易受到很大范圍的非法分發(fā)的影響。用于存儲和傳輸壓縮音頻文件的MP3格式已經(jīng)使得音頻記錄的大范圍分發(fā)很方便，因為一首歌的30或40兆字節(jié)的數(shù)字音頻記錄能夠壓縮為一個3或4兆字節(jié)的MP3文件。使用一個典型的56kbps撥號連接到因特網(wǎng)，該MP3文件能夠在幾分鐘內(nèi)下載到用戶的計算機。從而有惡意的一方能夠從一個原始并合法的CD讀出歌曲，將這些歌曲編碼為MP3格式，并將MP3編碼后的的歌曲放到因特網(wǎng)上用于大范圍的非法分發(fā)?；蛘哂袗阂獾囊环侥軌蛱峁┮粋€直接撥號服務(wù)用于下載MP3編碼的歌。MP3編碼的歌曲的非法復(fù)制能由軟件或硬件設(shè)備連續(xù)再現(xiàn)或者能夠解壓縮并存儲在一個可讀CD用于在傳統(tǒng)的CD播放器上重放。
已經(jīng)提出了許多技術(shù)用于限制復(fù)制保護內(nèi)容材料的復(fù)制。安全數(shù)字音樂倡導(dǎo)者聯(lián)盟(SDMI)和其他組織提倡使用“數(shù)字水印”來識別授權(quán)的內(nèi)容材料。已經(jīng)知道使用一個魯棒的和一個脆弱水印的組合用于復(fù)制保護。希望一個魯棒水印來避免一個有損耗的再現(xiàn)，同時希望一個脆弱水印被一個有損耗的再現(xiàn)或其他非法竄改而損壞甚至丟失。因此，一個魯棒水印表示內(nèi)容材料被復(fù)制保護和一個脆弱水印應(yīng)當出現(xiàn)在材料中。
例如WO-A-01/5975描述了這樣的魯棒和脆弱水印的使用。這里，一個數(shù)據(jù)項，例如以歌曲的形式添加到一個數(shù)據(jù)集。一個聯(lián)編程序為數(shù)據(jù)集的每個段創(chuàng)建唯一的識別符和為整個數(shù)據(jù)集創(chuàng)建識別符。段識別符和數(shù)據(jù)集識別符分別在作為脆弱和魯棒水印提供的一個變化中，盡管也描述了基于這些識別符的其他變化。
WO-A-95/18523描述了在編碼的聲音采樣的最低有效位中的隱藏數(shù)據(jù)信道的使用。這樣做是為了提供與編碼的聲音相關(guān)和不相關(guān)的附加可獲取信息，諸如例如可顯示的字幕或文字、一個附加的聲音信道、多語言語音服務(wù)、卡拉OK或視頻。
將水印與隱藏數(shù)據(jù)信道合并的常規(guī)方法是首先在信號中插入水印，此后插入隱藏數(shù)據(jù)信道到信號的音頻采樣中。
對于在音頻應(yīng)用中一個脆弱水印可用的信息量受到水印必須在所有情況下察覺不到的限制。這限制了脆弱水印的復(fù)雜度，這能夠使得惡意用戶更容易插入一個正確的水印以損害版權(quán)擁有者。
因此需要一種新的方法來提供一個脆弱水印，從而脆弱水印能夠做得更復(fù)雜，同時保持在媒體信號中察覺不到。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一個脆弱水印，從而脆弱水印能夠做得更復(fù)雜同時保持在媒體信號中不可察覺。
按照本發(fā)明的第一方面，該目的通過添加一個脆弱水印到包括至少一組數(shù)字音頻信息的音頻采樣的媒體信號中的方法實現(xiàn)，該方法包括步驟在媒體信號的音頻采樣中提供一個隱藏數(shù)據(jù)信道，和在至少一些音頻采樣中提供一個脆弱水印，其中在隱藏數(shù)據(jù)信道中或在與隱藏數(shù)據(jù)信道有關(guān)的編碼中提供脆弱水印。
按照本發(fā)明的第二方面，該目的也通過一種檢測包括至少一組數(shù)字音頻信息的音頻采樣的媒體信號中的脆弱水印的方法實現(xiàn)，該方法包括步驟檢測在至少一些音頻采樣中一個正確脆弱水印的存在或缺失，其中如果存在，則在至少最初提供的音頻采樣中的隱藏數(shù)據(jù)信道中或在與至少最初提供的音頻采樣中的隱藏數(shù)據(jù)信道有關(guān)的編碼中提供脆弱水印。
按照本發(fā)明的第三方面，該目的也通過用于添加一個脆弱水印到包括至少一組數(shù)字音頻采樣的一個媒體信號中的設(shè)備來實現(xiàn)，該設(shè)備包括一個數(shù)字媒體源輸入端，用于接收至少一組數(shù)字音頻采樣，一個水印形成單元，用于提供一個脆弱水印用在至少一些音頻采樣中，和一個隱藏數(shù)據(jù)插入單元，被設(shè)置成在媒體信號的音頻采樣中提供一個隱藏數(shù)據(jù)信道并在隱藏數(shù)據(jù)信道中或在至少與隱藏數(shù)據(jù)信道相關(guān)的編碼中提供脆弱水印。
按照本發(fā)明的第四方面，該目的也通過用于檢測包括至少一組數(shù)字音頻采樣的媒體信號中的一個脆弱水印的設(shè)備實現(xiàn)，該設(shè)備包括一個脆弱水印檢測器，檢測至少一些音頻采樣中一個正確脆弱水印的存在或缺失，其中如果存在，則在至少最初提供的隱藏數(shù)據(jù)信道中或在與至少最初提供的隱藏數(shù)據(jù)的編碼中提供脆弱水印。
按照本發(fā)明的第五方面，該目的也通過包括至少一組數(shù)字音頻信息的音頻采樣的媒體信號實現(xiàn)，包括在至少一個音頻采樣中的一個脆弱水印，其中在至少最初提供的隱藏數(shù)據(jù)信道中或在與至少最初提供的隱藏數(shù)據(jù)信道有關(guān)的編碼中提供脆弱水印。
按照本發(fā)明的第六方面，該目的也通過包括一個媒體信號的記錄媒體實現(xiàn)，媒體信號包括至少一組數(shù)字音頻信息的音頻采樣，該信號包括在至少一個音頻采樣中的一個脆弱水印，其中在至少最初提供的隱藏數(shù)據(jù)信道中或在與至少最初提供的隱藏數(shù)據(jù)信道有關(guān)的編碼中提供脆弱水印。
權(quán)利要求2，12和17針對在隱藏數(shù)據(jù)信道中具有脆弱水印。
權(quán)利要求3，13和18針對與隱藏數(shù)據(jù)信道中的脆弱水印相關(guān)的校驗信息。
權(quán)利要求4，19針對提供作為單向函數(shù)或與魯棒水印相關(guān)的校驗信息。
權(quán)利要求5，14和20針對在隱藏數(shù)據(jù)信道中具有同步和分配信息。
權(quán)利要求6和21針對提供作為具有隱藏數(shù)據(jù)信道的輸出音頻采樣的頻譜形狀的頻率變化的脆弱水印。
權(quán)利要求7和22針對通過改變插入到隱藏數(shù)據(jù)信道中的高頻振蕩的頻譜形狀提供頻率變化。
權(quán)利要求9和24針對通過改變添加到音頻采樣中的一個噪聲成型信號的頻譜形狀提供頻率變化。
本發(fā)明具有能夠提供與具有許多音頻采樣的媒體信號相關(guān)的復(fù)雜脆弱水印的優(yōu)點，該水印能夠占用許多空間并仍不能被媒體信號的用戶的察覺。
本發(fā)明背后的基本思想是在隱藏數(shù)據(jù)信道中或在隱藏數(shù)據(jù)信道的編碼中提供脆弱水印，在媒體信號的音頻采樣中提供所述隱藏數(shù)據(jù)信道。
至少最初提供的隱藏數(shù)據(jù)信道的表達試圖表示已經(jīng)在不同的處理步驟中丟失的最初提供的隱藏數(shù)據(jù)信道，例如在諸如數(shù)字到模擬和模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換的溫和攻擊之后丟失的隱藏數(shù)據(jù)信道。
參照以下描述的實施例，本發(fā)明的這些和其他方面將變得明顯并被闡明。


現(xiàn)在將參考附圖詳細解釋本發(fā)明，其中圖1示出了按照本發(fā)明的用于提供和檢測一個脆弱水印的設(shè)備的示意框圖，圖2示出了按照本發(fā)明的第一實施例的用于向一個媒體信號的采樣插入一個水印的設(shè)備的示意框圖，圖3示出了用于添加一個脆弱水印到在隱藏數(shù)據(jù)信道中提供的附加數(shù)據(jù)的單元的示意框圖，圖4示出了按照本發(fā)明的信號，該信號具有多個音頻采樣的一個幀，該幀具有隱藏數(shù)據(jù)信道。
圖5示出了按照本發(fā)明的第一實施例的用于檢測脆弱水印的一個方法的流程圖，圖6示出了按照本發(fā)明的用于提供與隱藏數(shù)據(jù)信道相關(guān)的一個脆弱水印的方法的流程圖；圖7示出了按照本發(fā)明的用于檢測與一個隱藏數(shù)據(jù)信道相關(guān)的脆弱水印的方法的流程圖；圖8示出了按照本發(fā)明的第二實施例的用于提供與一個隱藏數(shù)據(jù)信道相關(guān)的脆弱水印的設(shè)備的示意框圖，圖9示出了按照本發(fā)明的第三實施例的用于提供與一個隱藏數(shù)據(jù)信道相關(guān)的脆弱水印的設(shè)備的示意框圖，圖10示出了變化的頻譜形狀的曲線圖，用于提供在第二和第三實施例中使用的脆弱水印，圖11示出了按照本發(fā)明的第二和第三實施例的用于檢測一個脆弱水印的設(shè)備的示意框圖，和圖12示出了一個光盤，在該光盤上存儲了具有按照本發(fā)明的脆弱水印的媒體信號。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及在具有音頻采樣的數(shù)字媒體信號中提供脆弱水印的領(lǐng)域。在優(yōu)選實施例中的媒體信號是音頻信號。但是，不限于音頻信號，本發(fā)明也能夠應(yīng)用到例如視頻(當包括音頻采樣時)的其他媒體信號。
圖1示出了按照本發(fā)明的一個設(shè)備的示意框圖。該設(shè)備包括在發(fā)送器側(cè)用于添加脆弱水印到媒體信號的音頻采樣的第一設(shè)備10，和在接收器側(cè)用于檢測媒體信號的音頻采樣中的脆弱水印的第二設(shè)備15。第一設(shè)備10包括一個音頻采樣源11，包括以PCM(脈沖編碼調(diào)制)采樣形式的許多音頻采樣，例如在一個CD記錄中提供的一首和多首歌曲。這里音頻信號已經(jīng)具有在它們中提供的一個魯棒水印。源11連接到一個可聽度確定單元13，它為音頻采樣提供可聽度閾值，音頻采樣具有多個采樣的有限部分，比如包含1152個采樣的一個幀。單元13連接到隱藏數(shù)據(jù)插入單元14并提供采樣S以及可聽度閾值信息(用虛線表示)，其用于確定隱藏數(shù)據(jù)信道的大小。從而，單元14具有用于接收PCM采樣S的輸入端和用于接收可聽度閾值信息的輸入端。隱藏數(shù)據(jù)插入單元14也連接到一個隱藏數(shù)據(jù)提供單元12，它把要隱藏的數(shù)據(jù)D提供給插入單元14以及用于識別不同類型的數(shù)據(jù)D的分配信息(用虛線表示)。隱藏數(shù)據(jù)插入單元14在音頻采樣S中建立一個隱藏數(shù)據(jù)信道，其大小由接收的可聽度閾值信息確定。單元14也插入一個脆弱水印到采樣中并通過一個信道發(fā)送修改后的采樣S′到設(shè)備15以便檢測水印。設(shè)備15接收隱藏數(shù)據(jù)處理器16中的具有隱藏數(shù)據(jù)信道的PCM采樣S′。隱藏數(shù)據(jù)信道中的數(shù)據(jù)D被提取并提供到隱藏數(shù)據(jù)處理器17。也提供接收的PCM采樣S′到音頻處理器18并因此隱藏數(shù)據(jù)保持在采樣中，甚至對音頻處理器也是這樣。
圖2示出了隱藏數(shù)據(jù)插入單元14的示意框圖，它包括用于接收將插入到隱藏數(shù)據(jù)信道的數(shù)據(jù)D的第一緩沖器20和用于接收PCM采樣S的第二緩沖器22。在第二緩沖器中，PCM采樣被量化為更小尺寸的采樣，從而提供附加數(shù)據(jù)D的空間?？驁D還包括一個控制單元24，它基于接收的可聽度閾值信息以及基于關(guān)于將在隱藏數(shù)據(jù)信道提供并從隱藏數(shù)據(jù)提供單元12接收的數(shù)據(jù)內(nèi)容的信息確定用于隱藏數(shù)據(jù)信道的同步和分配信息?？刂茊卧?4為第一和第二緩沖器20和22提供關(guān)于每個最初的PCM采樣S有多少位將包括附加數(shù)據(jù)。基于來自單元13的信息對多個采樣塊動態(tài)地完成確定。控制單元24和兩個緩沖器20和22也連接到一個組合器26，其中把附加數(shù)據(jù)插入到記錄的PCM采樣的最低有效空位?？刂茊卧?4也將同步和分配信息轉(zhuǎn)送到組合器26以便插入到隱藏數(shù)據(jù)信道中。
圖3示出了隱藏數(shù)據(jù)提供單元12的示意框圖。這里，提供一個脆弱水印WM的脆弱水印源30或水印形成單元與提供附加數(shù)據(jù)XD的附加數(shù)據(jù)源32一起連接到一個數(shù)據(jù)組合器34。組合器34組合兩片信息以形成要插入到隱藏數(shù)據(jù)信道中的數(shù)據(jù)D。這里脆弱水印源30按照已知的原理提供脆弱水印作為一般隨機字符的多個位。附加數(shù)據(jù)能夠以諸如可顯示的字幕和文字的附加注釋、附加信通道、多語音服務(wù)、卡拉OK和視頻的形式。組合器也提供關(guān)于哪個數(shù)據(jù)是水印和哪個是附加數(shù)據(jù)的分配信息給隱藏數(shù)據(jù)插入單元的控制單元。
一個CD音頻信號通常包括兩個通道，一個左通道，一個右通道，隱藏數(shù)據(jù)能夠插入兩個通道中。圖4大致示出了如何在這些通道中提供隱藏數(shù)據(jù)信道。首先，采樣被劃分為幀F(xiàn)r，其中一幀由1152個PCM采樣組成。每個幀F(xiàn)r接著細分為三個不同的子幀SF0、SF1和SF2。由于隱藏數(shù)據(jù)信號感覺特性，總是有可能提供每個PCM采樣的兩個最低有效位作為隱藏數(shù)據(jù)信道，并且因此兩個最低有效位能夠總被提供給表示隱藏數(shù)據(jù)有效負載狀態(tài)的分配和同步信息，在圖4中，示出了幀F(xiàn)r的兩個通道，一個右通道R CH和一個左通道L CH。在每個通道中提供一個隱藏數(shù)據(jù)信道。右通道R CH在其所有的子幀中包括一個隱藏數(shù)據(jù)信道，而左通道L CH只在第二二和第三子幀SF1和SF2中包括一個隱藏數(shù)據(jù)信道。包含一個隱藏信道的第一采樣總是包括具有同步和分配信息40的一個字段，其被附加一個CRC校驗42。這部分被提供在總是可用的隱藏信道的部分中。該信息因此指示隱藏數(shù)據(jù)信道有多大以及脆弱水印和附加數(shù)據(jù)的位置，就如同提供了一個隱藏數(shù)據(jù)信道一樣以及在其中提供隱藏數(shù)據(jù)信道。取決于PCM采樣的特性，能夠把或多或少的位提供給附加數(shù)據(jù)，其中示出了右通道R CH，它在第一和第二子幀SF0和SF1中具有更多這樣的空間，同時該信道的第三個子幀SF2具有一個甚至更高的容量。左通道L CH在第二子幀SF1中不具有任何額外的容量，而在第三子幀SF2中具有再多一些的容量。通過先前提到的可聽度閾值信息一幀一幀地判定容量。這里附加數(shù)據(jù)44包括一個脆弱水印以及將在接收器側(cè)處理的其他附加數(shù)據(jù)。在末端，為包括附加數(shù)據(jù)的每個子幀提供一個CRC校驗46。CRC校驗基于脆弱水印并優(yōu)選地作為單向函數(shù)提供，或者與先前插入的魯棒水印有某種類型的關(guān)系。
圖5示出了接收器或用于檢測接收包括隱藏數(shù)據(jù)信道的PCM采樣的水印的設(shè)備的示意框圖。隱藏數(shù)據(jù)提取單元16包括一個接收PCM采樣S′的輸入緩沖器50，一個控制單元52，它從隱藏數(shù)據(jù)信道提取同步和分配信息并提供整個接收到的PCM采樣S′到音頻處理器18以及提取的隱藏數(shù)據(jù)到隱藏數(shù)據(jù)處理器17。隱藏數(shù)據(jù)處理器17包括一個脆弱水印檢測器56和一個通過一個開關(guān)58連接到緩沖器50的附加數(shù)據(jù)處理器54?？刂茊卧?2根據(jù)同步和分配信息控制開關(guān)58，即表示哪個部分是附加數(shù)據(jù)和哪個部分是脆弱水印的同步和分配信息中的信息。脆弱水印檢測器56校驗脆弱水印WM和對應(yīng)的CRC碼，并根據(jù)這些校驗來指示水印是正確還是錯誤的。脆弱水印的檢測當然與對應(yīng)的魯棒水印的檢測相關(guān)。
現(xiàn)在將參照圖6和7，簡潔地描述按照本發(fā)明的方法，圖6和7示出了在發(fā)送器和接收器側(cè)執(zhí)行的方法步驟。
首先，在步驟60，在媒體信號的PCM采樣中提供隱藏數(shù)據(jù)信道。因此，在步驟62產(chǎn)生用于水印的脆弱水印和對應(yīng)的校驗和，即CRC校驗。接著在步驟64提供同步和分配信息。在步驟66，在隱藏數(shù)據(jù)信道提供同步和分配信息以及具有校驗和和任何可能附加信息的脆弱水印。這里，在包括一個隱藏數(shù)據(jù)信道的每個幀的第一子幀中提供同步和分配信息，同時在包括一個隱藏數(shù)據(jù)信道的所有子幀中提供所有其他的數(shù)據(jù)。由于采樣的聲音質(zhì)量，可獨立于可用空間而插入具有校驗和的水印和任意附加數(shù)據(jù)的水印。
在步驟70，在接收側(cè)，從隱藏數(shù)據(jù)信道提取同步和分配信息。因此，在步驟72，基于該信息從數(shù)據(jù)信道提取數(shù)據(jù)。在步驟74，接著這里也基于同步和分配信息，把可能的水印與附隨校驗和一起提供到水印檢測器。把最初的PCM采樣提供到音頻處理器，同時把附加數(shù)據(jù)提供到附加數(shù)據(jù)處理器。因此，在步驟76檢測脆弱水印的存在和缺失。
在以上描述的本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例中，數(shù)據(jù)作為常規(guī)的位被提供在數(shù)據(jù)信道中。也提供了附加數(shù)據(jù)。應(yīng)當意識到，有也可能只在沒有任何附加數(shù)據(jù)的信道中提供水印。也能夠使用一個隨機化函數(shù)以隨機化方式提供隱藏數(shù)據(jù)信道中的數(shù)據(jù)。在這種情況下，水印被隨機化，同時對應(yīng)的CRC校驗不被隨機化。解碼后，CRC校驗用于提供水印的正確隨機化的版本，接著在水印檢測器中校驗其正確性。應(yīng)當進一步意識到，即可能不使用脆弱水印的CRC校驗。但是，因而存在可能難以檢測正確水印的風(fēng)險。
使用以上描述的本發(fā)明的優(yōu)選實施例，提供了這樣的可能性，即包括一個占用很多位的脆弱水印，而同時保持對媒體信號的用戶，脆弱水印不可覺察。這意味著能夠提供一個與以前相比不那么容易受到惡意攻擊的更復(fù)雜的水印。但是，對諸如DA/AD轉(zhuǎn)換(數(shù)字到模擬/模擬到數(shù)字)的溫和攻擊具有較低的抵抗力。對此的主要原因是脆弱水印的有效負載在時域?qū)懭?。在模擬域中再采樣后，取得準確無誤的有效負載是非常不可能的。本發(fā)明的第二和第三實施例解決了這個提供一個脆弱水印的問題，它對這些類型的溫和攻擊是魯棒的。
在圖8的示意框圖中示出了按照第二實施例的隱藏數(shù)據(jù)插入單元。這里一個脆弱水印不作為隱藏數(shù)據(jù)信道中的多個位被直接插入，而提供另一種插入水印的方式。
在圖8中，示出了如何用一個隨機化函數(shù)R將用于在隱藏數(shù)據(jù)信道中提供附加數(shù)據(jù)D由一個隨機化單元81隨機化。把最初的PCM采樣S提供到第一減法單元80，用函數(shù)H成型噪聲的噪聲成型單元89的輸出端連接到第一減法單元。第一減法單元80連接到第二減法單元82，隨機化單元81的輸出端也連接到第二減法單元。第二減法單元82連接到具有量化函數(shù)Q的量化單元84，其中量化單元84的輸出端連接到加法單元86，加法單元86也連接到隨機化單元81的輸出端。加法單元86也提供一個輸出信號S′。把輸出信號S′提供到接收器側(cè)，但也提供到第三減法單元87，第三減法單元87也連接到第一減法單元80。而且，第三減法單元87進一步連接到噪聲成型單元89的輸入端。這里，通過影響隨機化單元81提供水印。
圖8中設(shè)備的功能如下。把用于一個隱藏數(shù)據(jù)信道的附加數(shù)據(jù)D提供到隨機化單元81，它按照可逆隨機化函數(shù)R將附加數(shù)據(jù)隨機化，附加數(shù)據(jù)將補足音頻采樣的多個最低有效位。隨機化能夠通過一個CRC電路提供，該CRC電路包括一個抽頭延遲線和多個異或單元，對延遲的輸入數(shù)據(jù)位執(zhí)行異或合并。這些隨機化的最低有效位因此以高頻振蕩的形式提供，并且首先從PCM采樣S中減去。相減產(chǎn)生的信號接著在量化單元84中量化，從而從PCM采樣中丟棄多個最低有效位。如前面提到的，通過分析可聽度閾值來動態(tài)地確定丟棄的位的數(shù)目，并且在這種情況下是掩蔽PCM采樣的誤差頻譜。接著以隨機化的最低有效位或高頻振蕩的形式添加附加數(shù)據(jù)D到該量化信號中，其中插入的位的數(shù)目也通過掩蔽誤差頻譜的動態(tài)分析確定。把包括隱藏數(shù)據(jù)信道的PCM采樣提供給作為信號S′的結(jié)果。第三減法單元87提供輸入PCM采樣S和輸出PCM采樣S′之間的誤差信號，把該誤差信號提供到噪聲成型單元89。噪聲成型單元89是一個噪聲成型濾波器，它基于誤差信號成型白噪聲最低限度，并從輸入信號S中減去它。設(shè)備的功能在WO-A-95/18523中更詳細地說明，它在這里引入作為參考。
通過改變高頻振蕩的頻譜而添加水印。因此在隱藏數(shù)據(jù)信道的編碼中提供脆弱水印。這通過使用給出不平坦頻譜的隨機化函數(shù)R完成。以這種方式，能夠取得隱藏數(shù)據(jù)?？商鎿Q地，有可能通過一個濾波器濾出高頻振蕩，這樣選擇系數(shù)，使得高頻振蕩的高頻頻譜變化。但是，這不是優(yōu)選的，因為數(shù)據(jù)在大多數(shù)情況下丟失。高頻振蕩的頻譜也與期望的掩蔽誤差頻譜組合，以便提供用于為噪聲成型單元89選擇正確系數(shù)的信息。
圖9示出了用于提供本發(fā)明的第三實施例的示意框圖中的脆弱水印的替換設(shè)備。在圖9中，示出了如何使用相同的隨機化函數(shù)R由隨機化單元91隨機化附加數(shù)據(jù)。把最初的PCM采樣S提供到第一減法單元90，用一個函數(shù)H對噪聲成型的噪聲成型單元99的輸出端連接到第一減法單元90。第一減法單元90連接到第二減法多年元92，隨機化單元91輸出端也連接到第二減法單元92。第二減法單元92連接到具有一個量化函數(shù)Q的量化單元94，其中量化單元94的輸出端連接到一個加法單元96，加法單元96也連接到隨機化單元91的輸出端。加法單元96也提供一個輸出信號S′，把該輸出信號S′提供到也連接到第一減法單元90的第三減法單元97。另外，第三減法單元97連接到噪聲成型單元99的輸入端。這里，通過影響噪聲成型單元99來提供水印。
圖9中設(shè)備的功能本質(zhì)上與圖8中設(shè)備的功能相同。但是，區(qū)別在于，通過改變噪聲成型單元99的頻譜來添加脆弱水印。這是通過選擇噪聲成型單元99的濾波系數(shù)從而改變頻譜來完成的。
圖10示出了按照本發(fā)明的第二和第三實施例改變的典型頻譜在圖10中，示出了四種不同的曲線。第一曲線100示出了一個音頻采樣的掩蔽誤差閾值，即基于對于人類聽覺系統(tǒng)的單個頻率的可聽度等級。為了不可察覺，由隱藏數(shù)據(jù)信道提供的噪聲和來自噪聲成型單元的噪聲必須低于該曲線。第二曲線104示出了典型的頻譜，用于基于添加的數(shù)據(jù)而添加到音頻采樣中的噪聲和使用噪聲成型函數(shù)成型的噪聲。該曲線對應(yīng)于具有兩位的隱藏數(shù)據(jù)信道，這是輸入信號靜音的情況。兩個曲線100和104都用實線示出。按照本發(fā)明提供的典型變化分別在第三和第四曲線106和108中示出。第三曲線106用虛線表示，并且第四曲線108用點線表示。在第三曲線106中，頻譜的高頻部分已經(jīng)進行了修正，使得曲線的這個部分與常規(guī)的第二曲線104相比在某種程度上升地更陡，并且第四曲線108與常規(guī)的第二曲線104相比上升地更緩。第三和第四曲線均對應(yīng)于脆弱水印的有效負載。有可能在檢測器中檢測這種類型的變化。
圖11示出了用于接收具有隱藏數(shù)據(jù)的PCM采樣的適當?shù)慕邮掌鞯氖疽饪驁D。該接收器接收按照第二或第三實施例插入的脆弱水印的PCM采樣。如圖5中那樣，隱藏數(shù)據(jù)提取單元16包括一個接收PCM采樣的輸入緩沖器50，一個控制單元52，它從隱藏數(shù)據(jù)信道提取同步和分配信息，并且提供整個接收到的PCM采樣S′到音頻處理器18以及提取的隱藏數(shù)據(jù)D到隱藏數(shù)據(jù)處理器17。隱藏數(shù)據(jù)處理器應(yīng)用一個逆編碼函數(shù)R-1，以便取得隱藏的附加數(shù)據(jù)。但是，不在隱藏數(shù)據(jù)處理器17中提供脆弱水印檢測器。存在一個單獨的脆弱水印檢測器，它包括一個連接到輸入緩沖器50的頻譜形狀確定器110，輸入緩沖器50用于接收接收到的音頻采樣S′并且也從控制單元52接收同步和分配信息。基于這個信息，確定器110確定指示為包括脆弱水印的音頻采樣的頻譜形狀。該形狀接著被轉(zhuǎn)送到形狀比較單元114，它也連接到頻譜形狀庫112，頻譜形狀庫112包括在脆弱水印中能夠存在的不同的頻譜形狀?；谛螤畋容^，比較單元提供正確脆弱水印的存在或缺失的指示。
頻譜形狀確定器將通常包括一個FFT(快速傅立葉變換)函數(shù)，它將時間獨立的采樣變換到頻域，接著進行比較。
以上描述了一種PCM采樣沒有受到任何溫和攻擊的情況。如果它們受到溫和攻擊，將沒有任何可能提取的隱藏數(shù)據(jù)。在這種情況下，仍然有可能識別脆弱水印，因為，保留了頻譜形狀變化。但是，檢測器則將不能接收用于幫助識別在哪里編碼脆弱水印的同步和分配信息。在那種情況下，在檢測器中能夠通過分析更精細的時間格柵上的頻譜形狀來實現(xiàn)同步，從而能夠識別頻譜形狀變化的時間位置。
如上面所提到的，提供與具有在音頻采樣中提供的隱藏數(shù)據(jù)信道的媒體信號相關(guān)聯(lián)的脆弱水印。該信號能夠存儲在存儲媒體上，比如光盤上。圖12示出了一個這樣的光盤120。
因此，本發(fā)明提供了一種方法來提供與具有許多音頻采樣的媒體信號相關(guān)的復(fù)雜脆弱水印，該水印能夠占用大量空間并仍不會被媒體信號的用戶察覺。在本發(fā)明的一種變化中，脆弱水印對溫和攻擊也是魯棒的。
本發(fā)明能夠以很多方式變化。應(yīng)當意識到，任何適當?shù)膫鬏斝诺蓝寄軌蛱峁┰诎l(fā)送器和接收器側(cè)之間的信道。媒體信號也能存儲在諸如CD盤的存儲媒體上，能夠接著以適當?shù)姆绞皆诮邮諅?cè)提供媒體信號，以便提供信道。也不是必須有兩個音頻采樣信道，即左和右通道，而本發(fā)明恰好能只使用了一個音頻采樣信道。
同步和分配信息的提供不必一幀一幀地進行。作為一種替換方式，也可能一個子幀一個子幀地提供同步和分配信息。接收設(shè)備不需要處理音頻或提取附加數(shù)據(jù)。在其最簡單的形式中，接收側(cè)只具有提取脆弱水印的功能，以便提供對脆弱水印的檢測。不必把關(guān)于隱藏數(shù)據(jù)信道中的有效負載的信息從隱藏數(shù)據(jù)提供單元提供到隱藏數(shù)據(jù)插入單元。該信息能夠由發(fā)送器和接收器側(cè)的設(shè)備預(yù)先獲知。這也有可能在隱藏數(shù)據(jù)信道中提供該信息用于隱藏數(shù)據(jù)處理器中的提取和處理。
權(quán)利要求
1.添加一個脆弱水印(WM)到包括至少一組數(shù)字音頻信息的音頻采樣的媒體信號(S)中的方法，該方法包括步驟在媒體信號的音頻采樣中提供一個隱藏數(shù)據(jù)信道(40，42，44，46)，(步驟60)，和在至少一些音頻采樣中提供一個脆弱水印，(步驟66)，其中在隱藏數(shù)據(jù)信道中或在與隱藏數(shù)據(jù)信道有關(guān)的編碼中提供脆弱水印。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中提供一個脆弱水印的步驟包括在隱藏數(shù)據(jù)信道(44)中插入脆弱水印。
3.按照權(quán)利要求2的方法，還包括生成關(guān)于脆弱水印的校驗信息(46)，(步驟62)，和將關(guān)于脆弱水印的校驗信息插入到隱藏數(shù)據(jù)信道中的步驟，(步驟66)。
4.按照權(quán)利要求3的方法，還包括生成作為單向函數(shù)或關(guān)于與脆弱水印相關(guān)聯(lián)的魯棒水印的校驗的步驟。
5.按照權(quán)利要求1的方法，還包括在隱藏數(shù)據(jù)信道中插入同步和分配信息(40)的步驟，(步驟66)，該信息使得能夠提取隱藏數(shù)據(jù)信道中的數(shù)據(jù)。
6.按照權(quán)利要求1的方法，其中提供脆弱水印的步驟包括提供具有隱藏數(shù)據(jù)信道的輸出音頻采樣的頻譜形狀的頻率變化。
7.按照權(quán)利要求6的方法，其中通過改變要插入到隱藏數(shù)據(jù)信道中的高頻振蕩的頻率形狀來提供頻率變化。
8.按照權(quán)利要求7的方法，還包括組合高頻振蕩的頻譜與期望的掩蔽誤差頻譜以便提供用于確定噪聲成型信號的信息，提供所述的噪聲成型信號并將處理的噪聲成型信號與音頻采樣組合的步驟。
9.按照權(quán)利要求6的方法，其中通過改變噪聲成型信號的頻譜形狀并組合處理后的噪聲成型信號與音頻采樣來提供頻率變化。
10.檢測包括至少一組數(shù)字音頻信息的音頻采樣的媒體信號(S′)中的脆弱水印(WM)的方法，該方法包括步驟檢測在至少一些音頻采樣中一個正確脆弱水印的存在或缺失，(步驟76)，其中如果存在，則在至少最初提供的音頻采樣中的隱藏數(shù)據(jù)信道(40，42，44，46)中或在與至少最初提供的音頻采樣中的隱藏數(shù)據(jù)信道(40，42，44，46)有關(guān)的編碼中提供脆弱水印。
11.按照權(quán)利要求10的方法，其中音頻采樣包括一個隱藏數(shù)據(jù)信道，并且還包括從隱藏數(shù)據(jù)信道(44)提取數(shù)據(jù)的步驟，(步驟70，72)。
12.按照權(quán)利要求11的方法，其中檢測水印的步驟包括從隱藏數(shù)據(jù)信道(44)提取脆弱水印的步驟。
13.按照權(quán)利要求12的方法，還包括提取有關(guān)脆弱水印的校驗信息(46)并基于該校驗信息確定該水印是否是正確水印的步驟。
14.按照權(quán)利要求11的方法，還包括從隱藏數(shù)據(jù)信道提取同步和分配信息(40)并基于該同步和分配信息提取數(shù)據(jù)和檢測脆弱水印的步驟。
15.按照權(quán)利要求10的方法，其中脆弱水印作為與最初提供的隱藏數(shù)據(jù)信道有關(guān)的媒體信號的音頻采樣的特定頻譜變化被提供，并且還包括檢測音頻采樣的頻譜形狀從而檢測脆弱水印的存在和缺失的步驟。
16.添加脆弱水印(WM)到包括至少一組數(shù)字音頻采樣的一個媒體信號(S)中的設(shè)備(10)，包括一個數(shù)字媒體源輸入端，用于接收至少一組數(shù)字音頻采樣，一個水印形成單元(30)，用于提供一個脆弱水印用在至少一些音頻采樣中，和一個隱藏數(shù)據(jù)插入單元(14)，被設(shè)置成在媒體信號的音頻采樣中提供一個隱藏數(shù)據(jù)信道(40，42，44，46)并在隱藏數(shù)據(jù)信道中或在至少與隱藏數(shù)據(jù)信道有關(guān)的編碼中提供脆弱水印。
17.按照權(quán)利要求16的設(shè)備，其中隱藏數(shù)據(jù)插入單元被設(shè)置成插入脆弱水印到隱藏數(shù)據(jù)信道(44)中。
18.按照權(quán)利要求17的設(shè)備，其中水印形成單元被設(shè)置成生成有關(guān)脆弱水印的校驗信息并且隱藏數(shù)據(jù)插入單元還被設(shè)置成插入所述有關(guān)脆弱水印的校驗信息到隱藏信道(46)中。
19.按照權(quán)利要求18的設(shè)備，其中水印形成單元還被設(shè)置成生成作為單向函數(shù)或關(guān)于與脆弱水印相關(guān)聯(lián)的魯棒水印的校驗。
20.按照權(quán)利要求16的設(shè)備，其中隱藏數(shù)據(jù)插入單元被設(shè)置成插入能夠提取隱藏數(shù)據(jù)信道(40)中的數(shù)據(jù)的同步和分配信息。
21.按照權(quán)利要求16的設(shè)備，其中隱藏數(shù)據(jù)插入單元被設(shè)置成提供作為具有隱藏數(shù)據(jù)信道的輸出音頻采樣的頻譜形狀的頻率變化的脆弱水印。
22.按照權(quán)利要求21的設(shè)備，其中隱藏數(shù)據(jù)插入單元包括一個隨機化單元(81)，用于以可逆編碼函數(shù)(R)編碼的高頻振蕩形式提供隱藏數(shù)據(jù)信道中的數(shù)據(jù)，并且隱藏數(shù)據(jù)插入單元被設(shè)置成改變要插入到隱藏數(shù)據(jù)信道中的高頻振蕩的頻譜形狀從而提供一個脆弱水印。
23.按照權(quán)利要求22的設(shè)備，其中隱藏數(shù)據(jù)插入單元還包括一個噪聲成型單元(89)并且進一步被設(shè)置成組合高頻振蕩變化的頻譜與期望的掩蔽誤差頻譜并接著提供該信息到形成噪聲成型信號的噪聲成型單元以便與音頻采樣組合。
24.按照權(quán)利要求21的設(shè)備，其中隱藏數(shù)據(jù)插入單元還包括一個噪聲成型單元(99)并且進一步被設(shè)置成改變來自噪聲成型單元的噪聲成型信號的頻譜形狀并組合處理后的噪聲成型信號與音頻采樣。
25.用于檢測包括至少一組數(shù)字音頻采樣的媒體信號(S′)中的一個脆弱水印(WM)的設(shè)備(15)，包括一個脆弱水印檢測器(56；110，112，114)，檢測至少一些音頻采樣中一個正確脆弱水印的存在或缺失，其中如果存在，則在至少最初提供的隱藏數(shù)據(jù)信道中或在與至少最初提供的隱藏數(shù)據(jù)信道有關(guān)的編碼中提供脆弱水印。
26.按照權(quán)利要求25的設(shè)備，還包括一個隱藏數(shù)據(jù)提取單元(16)，在媒體信號的音頻采樣中提取隱藏數(shù)據(jù)信道中的數(shù)據(jù)。
27.包括至少一組數(shù)字音頻信息的音頻采樣的媒體信號(S′)，包括在至少一個音頻采樣中的一個脆弱水印(WM)，其中在至少最初提供的隱藏數(shù)據(jù)信道(40，42，44，46)中或在與至少最初提供的隱藏數(shù)據(jù)信道(40，42，44，46)有關(guān)的編碼中提供脆弱水印。
28.包括媒體信號(S′)的記錄媒體(120)，媒體信號包括至少一組數(shù)字音頻信息的音頻采樣，該信號包括在至少一個音頻采樣中的一個脆弱水印(WM)，其中在至少最初提供的隱藏數(shù)據(jù)信道(40，42，44，46)中或在與至少最初提供的隱藏數(shù)據(jù)信道(40，42，44，46)有關(guān)的編碼中提供脆弱水印。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種關(guān)于媒體信號中的脆弱水印(WM)的方法、設(shè)備、信號和記錄媒體。按照本發(fā)明，在隱藏數(shù)據(jù)信道(40，42，44，46)中或在與隱藏數(shù)據(jù)信道(40，42，44，46)相關(guān)的編碼中提供一個脆弱水印，在媒體信號的音頻采樣中提供隱藏數(shù)據(jù)信道。以這種方式，脆弱水印能夠做得很復(fù)雜并仍不會被用戶察覺。
文檔編號G10L19/018GK1768386SQ200480009033
公開日2006年5月3日 申請日期2004年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月8日
發(fā)明者L·M·范德科霍夫, A·W·J·奧門 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司