專利名稱：水印嵌入和恢復(fù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在信息寄主信號(hào)中嵌入水印的方法和裝置。本發(fā)明還涉及一種恢復(fù)所嵌入的水印的方法和裝置。
背景技術(shù)：
嵌入和恢復(fù)水印的現(xiàn)有技術(shù)方法在Khalid A.Kaabneh和AbdouYoussef著的“基于靜音的音頻水印技術(shù)(Muteness-Based AudioWatermarking Technique)”(公布于2001 IEEE Conference ondistributed computing systems workshop，第379-383頁)中進(jìn)行了公開。在該現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)中，從寄主音頻信號(hào)中提取出音頻信號(hào)中出現(xiàn)的一系列靜默周期(靜音周期)。水印是通過略微修改所述靜音周期而嵌入的，從而使得加了水印的信號(hào)對(duì)于人類的聽覺系統(tǒng)來說不會(huì)感到有什么不同。水印是通過從加了水印的拷貝中提取出靜音周期，并從其中減去原始靜音周期來恢復(fù)的。二者之間的差別即為所要恢復(fù)的水印。
所述現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)披露了對(duì)于水印檢測(cè)器來說，使得靜音周期的原始長(zhǎng)度可用就足夠了。原始信號(hào)本身無關(guān)緊要。該文獻(xiàn)并未披露如何獲得加了水印的信號(hào)的靜音周期的原始長(zhǎng)度。這在寄主信號(hào)通常是未知的實(shí)際情形下會(huì)是一個(gè)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于解決現(xiàn)有技術(shù)的水印嵌入和恢復(fù)方法的上述問題的解決方案。
為此，本發(fā)明提供一種用于在寄主信號(hào)中嵌入水印的方法和裝置，所述方法包括步驟從所述寄主信號(hào)提取表示所述寄主信號(hào)知覺特征的原始指紋；將所述寄主信號(hào)的原始指紋連同另外的寄主信號(hào)的原始指紋一起存儲(chǔ)在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中；和修改所述寄主信號(hào)，使得所述指紋依據(jù)所要嵌入的水印得到修改。
通常也被稱作簽名或雜亂數(shù)據(jù)(hash)的指紋是將信號(hào)的知覺特征映射到二進(jìn)制序列的函數(shù)的結(jié)果。與極易損壞的密碼雜亂數(shù)據(jù)不同(翻轉(zhuǎn)源數(shù)據(jù)的單個(gè)位通常會(huì)產(chǎn)生一個(gè)完全不同的雜亂數(shù)據(jù))，指紋在此處被理解為是強(qiáng)健的。也就是，如果源信號(hào)在知覺上是類似的，那么對(duì)應(yīng)的指紋也是非常相似的。因此將指紋用于識(shí)別視聽內(nèi)容。這種指紋及其應(yīng)用的例子在Jaap Haitsma，Ton Kalker和Job Oostveen著的“用于內(nèi)容識(shí)別的強(qiáng)健音頻雜亂干擾(Robust Audio Hashing forContent Identification)”(發(fā)表于在意大利布雷西亞召開的基于內(nèi)容的多媒體索引(CBMI)2001會(huì)議(Conten-Based MultimediaIndexing 2001Conference)中有所披露。
本發(fā)明是基于這種認(rèn)識(shí)做出的被修改以表示由現(xiàn)有技術(shù)教導(dǎo)的水印的知覺特征構(gòu)成指紋。本發(fā)明利用了這樣的見識(shí)加入了水印的信號(hào)的指紋和原始指紋只是略微不同，然而在知覺上不同的寄主信號(hào)的指紋是基本上不同的。因此通過本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)依靠存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的原始指紋可識(shí)別加入水印的信號(hào)。
恢復(fù)嵌入到一加入水印的寄主信號(hào)中的水印的相應(yīng)方法包括步驟從所述加入水印的寄主信號(hào)中提取表示所述加入水印的寄主信號(hào)的知覺特征的指紋；在一數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索與所提取的指紋基本匹配的原始指紋，所述數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)有多個(gè)寄主信號(hào)的原始指紋，和確定在所述數(shù)據(jù)庫(kù)中找出的原始指紋和所述提取的指紋之間的差別，其中所述差別表示要被恢復(fù)的水印。
所述水印嵌入方法的實(shí)施例進(jìn)一步包括步驟從所述寄主信號(hào)提取所述寄主信號(hào)的識(shí)別符，并將所述識(shí)別符存儲(chǔ)在所述數(shù)據(jù)庫(kù)中以識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)中的相應(yīng)原始指紋的位置。這樣一個(gè)附加識(shí)別符使得在數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索原始指紋的過程更加容易、快速和更加意義明確。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述識(shí)別符為表示所述寄主信號(hào)的另外知覺特征的另外指紋。通過這樣一個(gè)實(shí)施例，一個(gè)指紋用于輸送水印，而另一個(gè)指紋用于識(shí)別原始指紋在數(shù)據(jù)庫(kù)中的位置?，F(xiàn)在可選擇不同的對(duì)于它們各自目的來說最佳的指紋方案。
本發(fā)明的這些和其他方面通過下文描述的實(shí)施例將變得顯而易見，并參照下述的實(shí)施例對(duì)其進(jìn)行說明。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的包括水印嵌入裝置和水印恢復(fù)裝置的系統(tǒng)的示意圖。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1為根據(jù)本發(fā)明的包括水印嵌入裝置和水印恢復(fù)裝置的系統(tǒng)的示意圖。所述水印嵌入裝置包括指紋提取電路1和水印嵌入模塊2。水印恢復(fù)裝置包括指紋提取電路3和水印恢復(fù)模塊4。這兩個(gè)裝置都可以訪問數(shù)據(jù)庫(kù)5。
水印嵌入裝置接收多媒體寄主信號(hào)x。這里假設(shè)多媒體信號(hào)x為音頻信號(hào)，但是應(yīng)該意識(shí)到所述多媒體信號(hào)也可以是視頻、圖像或其它類型的信號(hào)。信號(hào)x被提供給指紋提取電路1，該電路依照在前引用的Kaabneh等人的教導(dǎo)，分析所述音頻信號(hào)是否出現(xiàn)了靜默周期。提取電路的輸出以一系列靜音周期M(i)的形式構(gòu)成指紋。從原始寄主信號(hào)x提取的指紋M(i)將進(jìn)一步被稱作原始指紋。原始指紋M(i)被存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)5中，在該數(shù)據(jù)庫(kù)5中可能還同時(shí)保存有其它數(shù)據(jù)，例如歌曲標(biāo)題、藝術(shù)家、創(chuàng)作日期等。從多首不同的歌曲提取的多個(gè)指紋以此方式被存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。
音頻信號(hào)x還被提供給水印嵌入模塊2。在該模塊中，對(duì)水印進(jìn)行嵌入，其中所述水印是以一系列水印信號(hào)樣本w(i)的形式提供給該模塊的。水印嵌入模塊2以這樣一種方式修改信號(hào)x使得靜音周期M(i)根據(jù)水印被略微延長(zhǎng)或縮短。該操作可一般地表示為M’(i)＝M(i)+w(i)(1)在該圖中，水印嵌入操作被示意性地表示為由修改電路21、分離電路22和插入電路23執(zhí)行。修改電路21根據(jù)水印的各個(gè)樣本w(i)將原始靜音周期M(i)修改為修改后的靜音周期M’(i)。通過首先從所述信號(hào)中分離出原始靜音周期并且隨后將新的靜音周期M’(i)插入到所述信號(hào)來嵌入水印。
水印恢復(fù)裝置接收加入了水印的信號(hào)x’。加入了水印的信號(hào)被提供給指紋提取電路3，該指紋提取電路與嵌入裝置的指紋提取電路1相似。因此，靜音周期M’(i)被從加入了水印的信號(hào)x’中提取出來。該一系列靜音周期M’(i)被提供給數(shù)據(jù)庫(kù)5，以與存儲(chǔ)在所述數(shù)據(jù)庫(kù)中的多個(gè)原始指紋相匹配。由于加入了水印的信號(hào)x’的靜音周期M’(i)與原始信號(hào)x的原始指紋M(i)之間的差別較小，所以在所述數(shù)據(jù)庫(kù)中找到的最相似的靜音周期序列可被假設(shè)為與原始信號(hào)x對(duì)應(yīng)。所存儲(chǔ)的其它信號(hào)的指紋一般來說是基本上不同的。
數(shù)據(jù)庫(kù)5將靜音周期M’(i)的原始序列輸出給水印恢復(fù)模塊4。這里，將在數(shù)據(jù)庫(kù)中找出的原始靜音周期M(i)與所提取的靜音周期M’(i)進(jìn)行比較，以恢復(fù)水印。與等式(1)相一致，該操作可以一般地表示為w(i)＝M’(i)-M(i)(2)還可以從所述數(shù)據(jù)庫(kù)中恢復(fù)與歌曲相關(guān)的附加數(shù)據(jù)，例如歌曲標(biāo)題、藝術(shù)家、創(chuàng)作日期等。
在上述的例子中，指紋是由音頻信號(hào)的靜音周期來表示的。能夠構(gòu)成指紋的強(qiáng)健的知覺屬性的另一個(gè)例子是音頻信號(hào)的若干頻段的能量差的二進(jìn)制表示，如前文中引用的Haitsma等人的著作中所披露的。Haitsma等人的參考文獻(xiàn)中還給出了在數(shù)據(jù)庫(kù)中找出最相似的指紋的有效匹配策略的詳細(xì)說明。對(duì)于視頻和圖像應(yīng)用來說，圖像塊之間的平均亮度差的序列可以構(gòu)成指紋。
圖2為所述系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖。在該圖中使用相同的參考標(biāo)記來表示與圖1中相同的元件。嵌入裝置現(xiàn)在包括一個(gè)識(shí)別電路6，該電路產(chǎn)生識(shí)別信號(hào)ID以識(shí)別原始寄主信號(hào)x。識(shí)別信號(hào)ID連同與其相關(guān)的水印M(i)一起被存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)5中。恢復(fù)裝置包括一個(gè)相同或相似的識(shí)別電路7，該識(shí)別電路產(chǎn)生識(shí)別信號(hào)ID’以識(shí)別加入了水印的信號(hào)x’。在該實(shí)施例中，識(shí)別信號(hào)ID’用于在數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索所存儲(chǔ)的原始信號(hào)x的指紋M(i)。
如果原始信號(hào)x為包括元數(shù)據(jù)(例如識(shí)別所述文件的ID標(biāo)簽)的數(shù)字計(jì)算機(jī)文件(例如，mp3歌曲)，那么識(shí)別信號(hào)ID可采用(一部分)所述ID標(biāo)簽的形式。假定ID標(biāo)簽不受水印嵌入過程的影響，則從加入了水印的信號(hào)導(dǎo)出的識(shí)別信號(hào)ID’是完全相同的。相當(dāng)復(fù)雜的水印匹配過程現(xiàn)在被簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的查找操作。因此，能夠在數(shù)據(jù)庫(kù)中容易地找出原始信號(hào)的原始水印M(i)。
如果原始信號(hào)x不具有這種標(biāo)簽，則識(shí)別信號(hào)ID可以是所述信號(hào)的另一個(gè)指紋，現(xiàn)在是在內(nèi)容的不同強(qiáng)健知覺特征的基礎(chǔ)上進(jìn)行提取的。在這種情況下，識(shí)別電路6和7是另外的指紋提取電路。該實(shí)施例使得，一方面用于輸送水印的指紋提取電路1和3，另一方面用于信號(hào)識(shí)別的識(shí)別電路6和7，能夠針對(duì)它們各自的目的得到最優(yōu)化。
應(yīng)注意數(shù)據(jù)庫(kù)5的位置與本發(fā)明并不相關(guān)。數(shù)據(jù)庫(kù)可以位于嵌入裝置端、恢復(fù)裝置端、或者遠(yuǎn)離二者。在需要的情況下，例如因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)可被用于向數(shù)據(jù)庫(kù)提供指紋或從數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)指紋。
本發(fā)明可概括如下。指紋識(shí)別是一種通過提取信號(hào)內(nèi)容的強(qiáng)健的知覺特征并在存儲(chǔ)著標(biāo)題、藝術(shù)家等內(nèi)容的數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索所提取的特征來識(shí)別多媒體信號(hào)的技術(shù)。加水印是一種以不顯眼的方式在信號(hào)中嵌入有效載荷數(shù)據(jù)的技術(shù)。本發(fā)明結(jié)合了這兩種技術(shù)。從寄主信號(hào)(x)中提取指紋(M(i))并將其存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)(5)中。通過修改(21)所述信號(hào)將水印(w(i))嵌入(2)所述寄主信號(hào)中，從而使得該修改后的信號(hào)(x’)的指紋(M’(i))與原始指紋略微不同。該差別是如此的小以致于所述數(shù)據(jù)庫(kù)認(rèn)為它們是相似的。在接收器端，從加入水印的信號(hào)中提取(3)指紋并將其提供給數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)通過返回所述信號(hào)的原始指紋作出反應(yīng)。通過在從寄主信號(hào)提取的指紋中減去(4)由數(shù)據(jù)庫(kù)提供的原始指紋來恢復(fù)所嵌入的水印。
權(quán)利要求
1.一種在寄主信號(hào)中嵌入水印的方法，包括步驟-從所述寄主信號(hào)提取表示所述寄主信號(hào)的知覺特征的原始指紋；-將所述寄主信號(hào)的原始指紋連同另外的寄主信號(hào)的原始指紋一起存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中；和-修改所述寄主信號(hào)，使得所述指紋依據(jù)所要嵌入的水印得到修改。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括步驟從所述寄主信號(hào)提取寄主信號(hào)的識(shí)別符，并將所述識(shí)別符存儲(chǔ)在所述數(shù)據(jù)庫(kù)中，以識(shí)別所述數(shù)據(jù)庫(kù)中的相應(yīng)原始指紋的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述識(shí)別符為表示所述寄主信號(hào)的另外的知覺特征的另外的指紋。
4.一種恢復(fù)嵌入在加入了水印的寄主信號(hào)中的水印的方法，包括步驟-從所述加入了水印的寄主信號(hào)中提取表示所述加入水印的寄主信號(hào)的知覺特征的指紋；-在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索與所提取的指紋基本匹配的原始指紋，所述數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)有多個(gè)寄主信號(hào)的原始指紋；和-確定在所述數(shù)據(jù)庫(kù)中找出的原始指紋和所述提取的指紋之間的差別，其中所述差別表示所要恢復(fù)的水印。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中對(duì)于多個(gè)寄主信號(hào)的每一個(gè)，在所述數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)有一個(gè)識(shí)別符以識(shí)別相應(yīng)的原始指紋的位置，該方法進(jìn)一步包括步驟從所述加入水印的寄主信號(hào)提取所述加入水印的寄主信號(hào)的識(shí)別符，并使用所述識(shí)別符在所述數(shù)據(jù)庫(kù)中識(shí)別相應(yīng)的原始指紋的位置。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述識(shí)別符為表示所述加入水印的寄主信號(hào)的另外的知覺特征的另外的指紋。
7.一種在寄主信號(hào)(x)中嵌入水印的裝置，包括-裝置(1)，用于從所述寄主信號(hào)中提取表示所述寄主信號(hào)的知覺特征的原始指紋(M(i))，并將所述寄主信號(hào)的原始指紋連同另外的寄主信號(hào)的原始指紋一起存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)(5)中；和-裝置(2)，用于修改所述寄主信號(hào)，從而使得所述指紋依據(jù)所要嵌入的水印(w(i))得到修改。
8.一種恢復(fù)嵌入到加入了水印的寄主信號(hào)(x’)中的水印的裝置，包括-裝置(3)，用于從所述加入水印的寄主信號(hào)中提取表示所述加入水印的寄主信號(hào)的知覺特征的指紋(M’(i))；-裝置(5)，用于在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索與所提取的指紋基本匹配的原始指紋(M(i))，所述數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)有多個(gè)寄主信號(hào)的原始指紋；和-裝置(4)，用于確定在所述數(shù)據(jù)庫(kù)中找出的原始指紋和所述提取的指紋之間的差別，其中所述差別表示所要恢復(fù)的水印(w(i))。
全文摘要
指紋識(shí)別是一種通過提取信號(hào)內(nèi)容的強(qiáng)健的知覺特征并在存儲(chǔ)有標(biāo)題、藝術(shù)家等的數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索所提取的特征來識(shí)別多媒體信號(hào)的技術(shù)。加水印是一種以不顯眼的方式在信號(hào)中嵌入有效載荷數(shù)據(jù)的技術(shù)。本發(fā)明結(jié)合了這兩種技術(shù)。從寄主信號(hào)(x)中提取指紋(M(i))并將其存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)(5)中。通過修改(21)所述信號(hào)將水印(w(i))嵌入(2)所述寄主信號(hào)中，從而使得該修改后的信號(hào)(x’)的指紋(M’(i))與原始指紋略微不同。該差別是如此的小以致于所述數(shù)據(jù)庫(kù)認(rèn)為它們是相似的。在接收器端，從加入水印的信號(hào)中提取指紋并將其提供給數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)通過返回所述信號(hào)的原始指紋作出反應(yīng)。通過在從寄主信號(hào)提取的指紋中減去(4)由數(shù)據(jù)庫(kù)提供的原始指紋來恢復(fù)嵌入的水印。
文檔編號(hào)G06T1/00GK1653821SQ03810477
公開日2005年8月10日 申請(qǐng)日期2003年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月10日
發(fā)明者M·范德維恩, A·A·M·L·布魯克斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司