專利名稱：量化水印的方法
量化水印的方法發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及量化水印視聽對(duì)象的方法。此外，該發(fā)明涉及能執(zhí)行 所述方法的設(shè)備，還涉及用于實(shí)施所述方法、可在計(jì)算硬件上執(zhí)行的 軟件。而且，該發(fā)明涉及根據(jù)上述方法而受到量化水印處理的視聽對(duì) 象。
背景技術(shù)：
數(shù)字水印包括嵌入輔助信息到視聽對(duì)象中，例如到視聽數(shù)據(jù)對(duì)象 和音頻數(shù)據(jù)對(duì)象中。當(dāng)要求對(duì)視聽對(duì)象進(jìn)行版權(quán)保護(hù)時(shí)、當(dāng)監(jiān)控與這 樣的視聽對(duì)象分發(fā)相關(guān)的版稅時(shí)、以及當(dāng)潛在地提供真實(shí)性的指示給 視聽對(duì)象的買方時(shí)，這樣的水印是至關(guān)重要的。對(duì)包括信號(hào)S的視聽 對(duì)象進(jìn)行水印處理的一種傳統(tǒng)方法是添加己知的似噪音信號(hào)W來生 成相對(duì)應(yīng)的水印信號(hào)(W + W。隨后經(jīng)由計(jì)算來生成需要的項(xiàng)々，^> 和干擾項(xiàng)々，^>的自相關(guān)，從而完成水印檢測(cè)?，F(xiàn)在人們認(rèn)為，似 噪音信號(hào)添加不是對(duì)視聽對(duì)象進(jìn)行水印處理的最優(yōu)方法。量化水印(QIM)提供了一種更先進(jìn)的水印處理方法，J.Eggers， R. Baiiml， R. Tzchoppe禾卩B. Girod在IEEE Transactions on Signal Processing上的2004年第4期51巻1003-1019頁發(fā)表表的"Scalar Costa Scheme for information embedding"中對(duì)其迸行了描述，例如為 了描述本發(fā)明，在此其以引用方式加入。這樣的QIM水印處理與宿 主信號(hào)s的空間S有關(guān)，在該宿主信號(hào)s中選擇N組代碼點(diǎn)Cn; N 是數(shù)值上等于將要嵌入的消息數(shù)量的參數(shù)，即水印荷載。當(dāng)實(shí)施QIM 水印處理時(shí)，通過修改宿主信號(hào)s而在宿主信號(hào)s中嵌入消息m，得 到相對(duì)應(yīng)的信號(hào)？，由此-(a) 信號(hào)s， 在感知上彼此相近；(b) 水印信號(hào)Z比任意其它代碼組Cn中的任意其它點(diǎn)更接近
于代碼點(diǎn)組Cm中的點(diǎn)，下標(biāo)"和m具有相互不同的值。為方便起見，代碼組的點(diǎn)之間的距離稱為網(wǎng)格參數(shù)或者量化步長D。上述量化水印(QIM)提供的水印處理方法和方案使用了抖動(dòng)矢 量量化和失真補(bǔ)償。抖動(dòng)矢量量化和失真補(bǔ)償?shù)倪@種組合產(chǎn)生一類名 為"失真補(bǔ)償量化索引調(diào)制水印"的技術(shù)，其縮寫成DC-QIM。雖然在有高斯加性白噪聲時(shí)QIM式的水印處理方案能夠提供最 大的荷載容量，但是在實(shí)踐中人們發(fā)現(xiàn)這樣的方案容易受到實(shí)際的攻 擊，例如偽造者的攻擊。這些實(shí)際攻擊可能包含幾何變換，例如應(yīng)用 到視聽信號(hào)上的時(shí)基修改、視頻信號(hào)和靜止圖像的放大、旋轉(zhuǎn)及其它 仿射變換。因此，產(chǎn)生的一個(gè)技術(shù)問題是QIM式的水印方案對(duì)于 蓄意的實(shí)際攻擊來說是不夠魯棒的。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種對(duì)實(shí)際攻擊來說更具魯棒性的水印處 理方案。根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種檢測(cè)嵌在信號(hào)中的水印的 方法，所述水印經(jīng)由量化索引調(diào)制(QIM)而嵌在信號(hào)內(nèi)，所述方法包括以下步驟(a) 接收內(nèi)嵌有水印的信號(hào)；(b) 對(duì)該信號(hào)應(yīng)用QIM檢測(cè)，以由此獲得水印的第一符號(hào)矢量;(c) 處理第一符號(hào)矢量，以由此確定應(yīng)用于該接收信號(hào)的幾何變換；(d) 把在步驟(c)中確定的幾何變換的反變換應(yīng)用到接收信號(hào)，以生成幾何標(biāo)準(zhǔn)化接收信號(hào)；(e) 對(duì)幾何標(biāo)準(zhǔn)化接收信號(hào)應(yīng)用QIM檢測(cè)，以獲得表示嵌在接收信號(hào)中的水印的第二符號(hào)矢量。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于水印對(duì)實(shí)際的攻擊，例如經(jīng)由仿射(affined) 變換的遮蔽化(obscuration)來說是更具魯棒性的。優(yōu)選地，所述方法的步驟(c)包括通過生成其自相關(guān)來處理第
一符號(hào)矢量，以確定應(yīng)用于接收信號(hào)的幾何變換?？蛇x地，所述方法的步驟(b)和(e)用于當(dāng)包括視聽數(shù)據(jù)對(duì)象、 音頻數(shù)據(jù)對(duì)象、圖像的一個(gè)或多個(gè)時(shí)，處理接收信號(hào)。所述方法的好處在于它適用于這些數(shù)據(jù)對(duì)象類型，其已經(jīng)成為分發(fā)程序內(nèi)容最普 遍使用的現(xiàn)代方式。根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供了一種水印檢測(cè)器，其用于處理 水印信號(hào)以生成表示包括在水印信號(hào)中的水印的相應(yīng)符號(hào)矢量，所述 檢測(cè)器用于根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法處理水印信號(hào)，并且所述檢測(cè)器包括用于處理水印的處理器，所述水印是經(jīng)由量化索引調(diào)制(QIM)而加入到水印信號(hào)中。根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，提供了一種經(jīng)由量化索引調(diào)制(QIM) 將水印嵌入到信號(hào)中以生成相對(duì)應(yīng)的水印信號(hào)的方法，所述方法包括 以下步驟(a) 強(qiáng)加自相關(guān)結(jié)構(gòu)到水印上；(b) 嵌入與水印相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)符號(hào)矢量到信號(hào)中以生成水 印信號(hào)，所述信號(hào)受其中具有彼此相似值的符號(hào)矢量值的游程分布的 控制?？蛇x地，所述方法用于在信號(hào)中嵌入水印，所述信號(hào)包括視聽數(shù) 據(jù)對(duì)象、音頻數(shù)據(jù)對(duì)象、圖像的至少一個(gè)?？蛇x地，所述方法用于通過在信號(hào)的預(yù)定區(qū)域上重復(fù)一個(gè)或多個(gè)水印符號(hào)矢量值來對(duì)至少一個(gè)符號(hào)矢量應(yīng)用游程控制?？蛇x地，所述方法用于控制具有彼此相似值的符號(hào)矢量值的游程 分布。可選地，水印是用一個(gè)抖動(dòng)因子嵌入水印信號(hào)中的，該抖動(dòng)因子的幅度小于用于量化索引調(diào)制(QIM)的量化區(qū)間。根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)方面，提供了一種嵌入器，其用于將表示水 印的消息矢量嵌入到信號(hào)中來生成水印信號(hào)，該嵌入器用于根據(jù)本發(fā) 明的第三方面執(zhí)行所述方法。根據(jù)本發(fā)明的第五個(gè)方面，提供了存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)載體上的并且可在 計(jì)算硬件上執(zhí)行的軟件，用于根據(jù)本發(fā)明的第一方面實(shí)施所述方法。根據(jù)該發(fā)明的第六個(gè)方面，提供了存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)載體上的并且可在 計(jì)算硬件上執(zhí)行的軟件，用于根據(jù)本發(fā)明的第三方面實(shí)施所述方法。根據(jù)本發(fā)明的第七個(gè)方面，提供了根據(jù)權(quán)利要求6的方法所生成 的水印信號(hào)，所述信號(hào)包括位于數(shù)據(jù)載體上或者用于通過通信網(wǎng)絡(luò)通 信的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象。應(yīng)該理解的是，本發(fā)明的特征容許在不背離本發(fā)明的保護(hù)范圍下 結(jié)合成任意組合。


以下將參考附圖，以舉例的方式對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述，其中圖1是水印信號(hào)的兩個(gè)相鄰像素A、 &+1的示意圖，其中兩個(gè)信 號(hào)都已經(jīng)進(jìn)行QIM編碼而嵌入水印荷載數(shù)據(jù)的"0"值； 圖2是由不同樣本值所引起的錯(cuò)誤編碼的示意圖； 圖3是由不同水印荷載消息值所引起的錯(cuò)誤編碼的示意圖 圖4是由已經(jīng)應(yīng)用的不同抖動(dòng)值所引起的錯(cuò)誤編碼的示意圖； 圖5是根據(jù)本發(fā)明的水印檢測(cè)器的示意圖； 圖6是根據(jù)本發(fā)明的水印嵌入器的示意圖。
具體實(shí)施方式
為了在上下文中描述本發(fā)明的實(shí)施例，首先闡明使水印更能抵抗 幾何變換的三種現(xiàn)有的一般方法。在對(duì)被稱為"自相關(guān)"的視聽對(duì)象進(jìn)行水印處理的第一種現(xiàn)有方 法中，對(duì)視聽對(duì)象進(jìn)行水印處理所使用的水印信號(hào)具有已知的自相 關(guān)。當(dāng)向視聽對(duì)象添加這樣的水印信號(hào)時(shí)，縮放所得的經(jīng)過水印處理 的視聽對(duì)象會(huì)導(dǎo)致把水印信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)加入正在相應(yīng)地變形的 對(duì)象中。當(dāng)執(zhí)行水印檢測(cè)時(shí)，從經(jīng)過水印處理的視聽對(duì)象中估計(jì)嵌入 的水印信號(hào)的自相關(guān)。自相關(guān)估計(jì)函數(shù)的估計(jì)與嵌入水印的自相關(guān)函 數(shù)的已知版本相比。根據(jù)比較結(jié)果，就可以確定在執(zhí)行水印檢測(cè)之前 已經(jīng)應(yīng)用于經(jīng)過水印處理的視聽對(duì)象上的任意變形。其后，考慮到變
形，對(duì)經(jīng)過水印處理的視聽對(duì)象執(zhí)行第二次水印檢測(cè)。在對(duì)視聽對(duì)象進(jìn)行水印處理的第二種現(xiàn)有方法中，添加基準(zhǔn)信號(hào) 到視聽對(duì)象，由此生成相對(duì)應(yīng)的水印視聽對(duì)象；該基準(zhǔn)信號(hào)也被稱為 "注冊(cè)模板"。水印視聽對(duì)象的隨后幾何變換導(dǎo)致也變換包括在其中 的基準(zhǔn)信號(hào)，但是仍然容易檢測(cè)到，因此提供了變換的方法。然后能 夠?qū)ψ儞Q后的視聽對(duì)象應(yīng)用反變換來生成正確的縮放視聽對(duì)象，然后 能夠容易地提取所述縮放視聽對(duì)象的水印信號(hào)。這樣的注冊(cè)模板的使 用能夠與，例如，上述的第一種現(xiàn)有方法相結(jié)合。在第三種現(xiàn)有方法中，首先變換視聽對(duì)象到不變域中，其對(duì)有關(guān) 幾何失真(例如對(duì)頻域)并不敏感。然后添加水印信號(hào)到變換視聽對(duì) 象以生成相對(duì)應(yīng)的變換和水印視聽對(duì)象。然后對(duì)變換水印視聽對(duì)象執(zhí) 行相對(duì)應(yīng)的反變換，以生成加入反變換狀態(tài)的水印信號(hào)的視聽對(duì)象的 水印版本。在隨后的檢測(cè)時(shí)，變換視聽對(duì)象的水印版本到不變域中， 在那里水印信號(hào)是立即可以檢測(cè)的。上述第二種方法和第三種方法容許提高擴(kuò)展頻譜水印系統(tǒng)以及 上述QIM水印方案的魯棒性。此外，第一種方法適合于處理幾何變 換；本發(fā)明針對(duì)第一方法不可能直接與QIM結(jié)合的問題。這樣問題 的出現(xiàn)，原因在于依靠水印嵌入器的第一種方法對(duì)信號(hào)w進(jìn)行完全 控制；通過完全控制，嵌入器能夠確保信號(hào)w的自相關(guān)滿足預(yù)先確 定的關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)。相比之下，在QIM水印中，信號(hào)w的值不僅取決于 水印參數(shù)，而且還取決于宿主信號(hào)s。因此，嵌入器不能直接強(qiáng)加特 定的自相關(guān)結(jié)構(gòu)到信號(hào)w上。另外，發(fā)明人的理解是，QIM類型的 水印對(duì)幾何變換通常相對(duì)敏感，其能夠使這些水印潛在地不可檢測(cè)。 因此，發(fā)明人的理解是，自相關(guān)是最好的一種方法，但是有不能直接 與QIM水印組合的缺點(diǎn)。在量化索引調(diào)制中，選擇固定的量化區(qū)間D，構(gòu)造兩個(gè)代碼組 Q)和C1;區(qū)間D也稱為量化步長。代碼組Q)由量化區(qū)間D的偶數(shù) 倍組成，而代碼組Ct由區(qū)間D的奇數(shù)倍組成。將要添加水印信號(hào)的 視聽物體包括由索引j標(biāo)識(shí)的一系列信號(hào)樣本。每個(gè)信號(hào)樣本由它的 索引j標(biāo)識(shí)，其相應(yīng)的抖動(dòng)值為Vj。在簡單情況下，抖動(dòng)值v只能取二進(jìn)制值0禾[U;抖動(dòng)值取值為0表示，將分別解釋區(qū)間D的偶數(shù)和奇數(shù)倍為0和1值，而抖動(dòng)值取值為1表示，將分別解釋區(qū)間D的 偶數(shù)和奇數(shù)倍為1和0。這樣的QIM水印處理能夠應(yīng)用到視聽對(duì)象 的K長度上，即信號(hào)f Gp ...，化)。信號(hào)s，即(&，…，化)，使 用分別具有消息—(&， ...， 6k)的水印來進(jìn)行水印處理，由此對(duì)于 每個(gè)索引j，取決于消息值6j和抖動(dòng)值Vj，信號(hào)A移動(dòng)到區(qū)間D的最 接近的倍數(shù)；消息6也稱為符號(hào)矢量。雖然在此描述的實(shí)施例中消息 6是二進(jìn)制比特串，但是應(yīng)該理解的是，消息6能夠來源于更大的字 母表{0， 1， ...， M-l}。代碼組Co也可以來源于更大的字母表(O， 1，... CM-1}，對(duì)于代碼組C,也同樣如此。這里引用J. Eggers等的上述論 文。在對(duì)經(jīng)受了這樣的QIM水印處理的給定信號(hào)？中的水印進(jìn)行 檢測(cè)期間，可以通過將,的分量取整到跨距為量化區(qū)間D的網(wǎng)格上， 然后判斷每次出現(xiàn)區(qū)間D的偶數(shù)倍的比特值為0，以此來確定原始的 相應(yīng)消息6。類似地處理具有0抖動(dòng)的區(qū)間D的奇數(shù)倍、具有1抖動(dòng) 的偶數(shù)倍、具有l(wèi)抖動(dòng)的奇數(shù)倍。QIM水印處理方便地用數(shù)學(xué)表示為公式1 (式l):<formula>formula see original document page 9</formula>其中s/D是樣本值s的量化索引，該索引被取整為偶整數(shù)集的移 位版本(即偶整數(shù)集減去"v + 6"，由此"6"是值0或者1的任意一 個(gè)，由此抖動(dòng)值"v"能夠是位于值-1和+1之間的任意實(shí)數(shù))。當(dāng)消息6的值使得6 = 0或者6 = 1時(shí)，相對(duì)應(yīng)的調(diào)制索引位于兩 個(gè)截然不同的子集中。例如，當(dāng)抖動(dòng)值v取值為O時(shí)，0位與偶整數(shù) 相對(duì)應(yīng)；此外，當(dāng)抖動(dòng)值v取值為l時(shí)，l位與偶整數(shù)相對(duì)應(yīng)。當(dāng)實(shí) 施公式1時(shí)，應(yīng)用與區(qū)間D相對(duì)應(yīng)的因子進(jìn)行相乘來恢復(fù)樣本s的原 始規(guī)模。因此，樣本s的最大失真值等于區(qū)間D。通過計(jì)算量化索引、應(yīng)用抖動(dòng)補(bǔ)償，再結(jié)合結(jié)果的校正奇偶校驗(yàn)， 式2其中》-來自恢復(fù)的估計(jì)消息值。失真補(bǔ)償作為QIM水印處理的一部分而被加入。在上文的公式 1中，根據(jù)公式3 (式3)能夠定義水印樣本w為原始樣本信號(hào)s和水印信號(hào)S'之差j'w + iv 式3在公式3 (式3)中，水印樣本w解釋為由嵌入到樣本s里的水 印引入的修改，或者由量化器引入的誤差?，F(xiàn)在引入附加參數(shù)a作為 失真補(bǔ)償，如公式4 (式4)所示■y'=5 + (a,) 式4當(dāng)參數(shù)a-l時(shí)，適合于正常QIM的情況。當(dāng)參數(shù)a-0時(shí)，沒 有應(yīng)用實(shí)現(xiàn)失真校正的修改。因此參數(shù)a能用來控制失真出現(xiàn)的量。如上所述，QIM水印對(duì)幾何變換敏感。當(dāng)對(duì)QIM水印視聽信號(hào) 應(yīng)用這樣的幾何變換時(shí)，變換信號(hào)中的樣本值將是相對(duì)應(yīng)的原始信號(hào) 中的樣本值附近加權(quán)平均。在圖1中提供了這樣的值表示，其中有兩 個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象信號(hào)的相鄰像素A和受到水印處理，這些像素&和 具有分別由10和20表示的比例。為了傳送0位水印荷載數(shù)據(jù)，像素 10、 20兩者都已經(jīng)量化到合適的級(jí)別。中間比例30提供對(duì)視聽信號(hào) 的變換版本中的像素。的內(nèi)插值。即使像素n的值從具有相同的相對(duì) 應(yīng)圖像位的兩個(gè)樣本中內(nèi)插，像素n也將解碼為值l，而不是值0。 這樣的錯(cuò)誤解碼由以下三個(gè)潛在的不同原因中的一個(gè)或多個(gè)所引起(a) 在圖像序列中相鄰樣本之間的值的不同；(b) 嵌在相鄰樣本處的消息(水印荷載)符號(hào)或者位之間的不同；(c) 相鄰樣本處的抖動(dòng)值之間的不同。
在圖2中，說明了由不同樣本值引起的相對(duì)于比例40表示的內(nèi) 插誤差。此外，在圖3中，說明了由不同的水印荷載消息值引起的相 對(duì)于比例50表示的內(nèi)插誤差。另外，在圖4中，說明了由已經(jīng)使用 的不同抖動(dòng)值引起的相對(duì)于比例60表示的內(nèi)插誤差。本發(fā)明與由圖 2至4中說明的這三個(gè)不同原因引起的縮小內(nèi)插誤差有關(guān)。在本發(fā)明中，添加水印荷載數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)對(duì)象上的方法包括強(qiáng)加 自相關(guān)結(jié)構(gòu)到荷載數(shù)據(jù)上；自相關(guān)結(jié)構(gòu)是已知的，它可以包括，例如， 加在圖像中的重復(fù)水印圖案、經(jīng)由QIM而加入的重復(fù)圖案和所控制 的關(guān)于稍后闡明的它的游程(nm-length)的圖案。當(dāng)實(shí)施所述方法 時(shí)，通過根據(jù)相對(duì)應(yīng)的水印荷載位h量化每個(gè)樣本 從而嵌入消息 6。隨后恢復(fù)水印荷載的互補(bǔ)方法包括以下四個(gè)連續(xù)步驟步驟l:接收和解碼水印信號(hào)^ ，就好像沒有對(duì)其應(yīng)用幾何變 換一樣。這樣的解碼生成與所接收的水印信號(hào)大小相同的中間消息 6i。步驟2:通過計(jì)算檢測(cè)消息&的自相關(guān)而生成應(yīng)用幾何變換的估計(jì)。步驟3:對(duì)接收信號(hào)S'應(yīng)用在步驟2中確定的估計(jì)幾何變換的反變換，來生成幾何標(biāo)準(zhǔn)化接收信號(hào)r。步驟4:從標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)r中解碼水印，這樣的解碼生成輸出信息 62，例如位字符串。為了有效地執(zhí)行本發(fā)明的方法，從用于中間消息^所計(jì)算的自 相關(guān)中獲取幾何參數(shù)；例如，幾何參數(shù)能夠與所應(yīng)用的縮放或者旋轉(zhuǎn)有關(guān)。為了進(jìn)一步闡明本發(fā)明，以下將描述該方法的示例。在該示例中，在信號(hào)s中每N個(gè)樣本重復(fù)使用QIM嵌入器嵌入的水印比特串Z)。 在水印比特串6的隨后檢測(cè)期間，當(dāng)計(jì)算出比特串6的自相關(guān)時(shí)，在 N、 2N、 3N等等位置，自相關(guān)函數(shù)中的峰值將是可見的?，F(xiàn)在假定在該示例中，水印信號(hào)s是用因子"進(jìn)行縮放來形成相 對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)s'的。接下來，對(duì)接收信號(hào)Z應(yīng)用QIM檢測(cè)器。 因此QIM檢測(cè)器生成第二比特串&。該第二比特串^將大不同于嵌 入比特串6，但是當(dāng)計(jì)算第二比特串&的自相關(guān)時(shí)，與重復(fù)相對(duì)應(yīng)的峰值將仍是可見的。然而，由于所應(yīng)用的縮放，現(xiàn)在峰值將在aN、 2aN、 3aN、等等位置處。因此，知道比特串&的N以及確定其自相 關(guān)，就有可能估計(jì)比例因子"的值。在下一步驟中，具有因子"的縮 放能夠通過用因子1/"縮放接收信號(hào)^來實(shí)現(xiàn)反變換，以生成標(biāo)準(zhǔn) 化信號(hào)r。隨后對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)r應(yīng)用QIM檢測(cè)器，計(jì)算比特串62，其 應(yīng)該與嵌入比特串6有很好的對(duì)應(yīng)性。由于圖3中說明的第二原因所引起的誤差能夠通過編碼該消息 (例如比特串，即水印荷載)而減少，因此編碼相鄰樣本將有在其中 編碼相似消息值的高概率。這樣的更高概率能夠通過以下步驟完成(a) 在預(yù)先定義好的區(qū)域上重復(fù)消息值；或者(b) 當(dāng)在水印處理期間執(zhí)行消息的編碼時(shí)，使用游程受限的代 碼，其中使用的編碼策略能實(shí)現(xiàn)具有彼此相似值的消息值的最小游 程。應(yīng)該理解的是，本發(fā)明的方法同樣適用于視頻數(shù)據(jù)對(duì)象以及音頻 數(shù)據(jù)對(duì)象。在該方面，實(shí)現(xiàn)最小游程并不局限于l維的情況，例如在 音頻數(shù)據(jù)對(duì)象中，而且適用于高階維數(shù)，如用于視聽數(shù)據(jù)對(duì)象，例如 視頻數(shù)據(jù)對(duì)象的2維和3維。這樣的游程控制(其中實(shí)現(xiàn)最小游程) 實(shí)際上與顯著增加包括在嵌入水印信息數(shù)據(jù)(即水印數(shù)據(jù)荷載)中的 低頻分量相對(duì)應(yīng)。通過強(qiáng)制使抖動(dòng)信號(hào)中有低通內(nèi)容，能夠去掉或者至少減少由如 圖4中說明的第三原因引起的誤差。此外，通過確保抖動(dòng)信號(hào)具有相 對(duì)較小的幅度，例如小于上述區(qū)間D，能夠進(jìn)一步減少所引起的誤差。舉例來說，音頻、視聽和視頻對(duì)象，例如數(shù)據(jù)對(duì)象，如上文所示 根據(jù)本發(fā)明的水印，容許經(jīng)過數(shù)據(jù)載體(比如CD、 DVD、小格式光 盤、小格式磁盤)以及經(jīng)過通信網(wǎng)絡(luò)(比如因特網(wǎng))進(jìn)行通信。此外， 水印嵌入的方法以及在上文描述的水印檢測(cè)的互補(bǔ)方法容許在硬件 和/或在軟件控制下操作的數(shù)據(jù)處理器中實(shí)現(xiàn)。在圖6中，示出了根據(jù)本發(fā)明的水印嵌入器200。嵌入器200， 也被稱為編碼器，包括用于接收水印數(shù)據(jù)(即消息6)的第一單元210。
消息6在第一單元210中進(jìn)行格式化，例如采用游程控制和由此低頻 分量，提供的數(shù)據(jù)在第二單元220中用參數(shù)"進(jìn)行縮放和用相對(duì)于區(qū) 間D的參數(shù)v來進(jìn)行抖動(dòng)，從而生成用于輸入到第三單元230里的 輸出水印消息，在第三單元中，以QIM方式強(qiáng)加該消息到信號(hào)s上 以生成水印信號(hào)Z 。在圖5中示出了水印檢測(cè)器100，分別包括第一、第二、第三和 第四單元110、 120、 130、 140。第一單元110用于接收水印數(shù)據(jù)對(duì) 象信號(hào)？以及以好像沒有應(yīng)用幾何變換到信號(hào)？ 一樣的方式解碼 它。該解碼動(dòng)作導(dǎo)致如上文所述的消息&的生成。第二單元120用 于通過對(duì)其應(yīng)用自相關(guān)來處理消息&，以確定應(yīng)用于信號(hào)s'的幾何 變換的估計(jì)E。在第三單元130中，對(duì)信號(hào)Z應(yīng)用估計(jì)幾何變換的 反變換，以生成相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化接收信號(hào)r。第四單元140用于解碼 標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)r來生成輸出信息&。第一、第二、第三和第四單元110、 120、 130、 140分別能夠用硬件、或者可在計(jì)算硬件上執(zhí)行的軟件、或者軟硬件結(jié)合的方式來實(shí)現(xiàn)。概而言之，量化索引調(diào)制(QIM)將信號(hào)的樣本，例如圖像的像 素或者音頻信號(hào)的時(shí)間樣本，量化到與將要嵌入到信號(hào)中的水印荷載 值相對(duì)應(yīng)的最接近量化級(jí)別。在QIM中，量化級(jí)別是可選抖動(dòng)的， 以改善安全性和隱藏干擾。在隨后的水印檢測(cè)期間，執(zhí)行抖動(dòng)補(bǔ)償， 在其后獲取來自最接近量化級(jí)別的水印荷載。本發(fā)明解決了 QIM就幾何變換(例如縮放)而言不具魯棒性的 問題。通過在有加強(qiáng)時(shí)間或者空間低頻分量的信號(hào)中重復(fù)嵌入特定的 荷載值序列，在水印嵌入器中解決了該問題。此外，本發(fā)明也涉及水印檢測(cè)的互補(bǔ)方法。該檢測(cè)方法包括如下 處理步驟(a) 處理接收信號(hào)來解碼它的荷載，就好像沒有對(duì)其應(yīng)用幾何 變換一樣；這樣的處理生成相對(duì)應(yīng)的荷載值序列&，即消息61;(b) 處理消息^來生成該消息^的自相關(guān)函數(shù)；該自相關(guān)產(chǎn)生 表示已經(jīng)應(yīng)用到接收信號(hào)上的變換類型的自相關(guān)峰值；(c) 從在歩驟(b)確定的應(yīng)用變換中，選取相對(duì)應(yīng)的反變換并
且將其應(yīng)用于接收信號(hào)來生成相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)；(d)處理標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)，以便從中提取荷載，即嵌在接收信號(hào)中 的水印的消息62。應(yīng)該理解的是，上文描述的該發(fā)明的實(shí)施例在沒有背離所附權(quán)利 要求所限定的該發(fā)明的范圍下，容許進(jìn)行更改。在所附權(quán)利要求中，包括在括弧內(nèi)的數(shù)字及其它符號(hào)用來幫助理 解該權(quán)利要求，而不是意圖以任何方式限制該權(quán)利要求的范圍。在解釋說明書以及它的相關(guān)聯(lián)的權(quán)利要求時(shí)，諸如"包含"、"包 括"、"加入"、"容納"、"是"和"有"之類的措辭應(yīng)當(dāng)解釋為非排 除的方式，即解釋為允許沒有明確定義的其它術(shù)語或組件也存在。單 數(shù)可以解釋為復(fù)數(shù)，反之亦然。該發(fā)明總結(jié)如下。本發(fā)明提供了一種對(duì)經(jīng)由量化索引調(diào)制(QIM)而加入信號(hào)中的水印進(jìn)行檢測(cè)的方法。嵌有水印的信號(hào)可以在檢測(cè)之 前進(jìn)行幾何變換(例如空間或者時(shí)間縮放)。為了即使在這樣的情況 下也能檢測(cè)到水印，嵌入器強(qiáng)加自相關(guān)結(jié)構(gòu)到嵌入水印數(shù)據(jù)上，例如 以平鋪(tiling)方式。首先，檢測(cè)器應(yīng)用傳統(tǒng)的QIM檢測(cè)。該步驟 產(chǎn)生第一符號(hào)矢量，當(dāng)信號(hào)未被篡改時(shí)其表示嵌入數(shù)據(jù)，但當(dāng)信號(hào)進(jìn) 行縮放時(shí)其也不泄露嵌入數(shù)據(jù)。例如，當(dāng)嵌入器向圖像的每個(gè)像素中 嵌入一個(gè)數(shù)據(jù)位時(shí)，所述圖像50%的過采樣將使QIM檢測(cè)器能從3 個(gè)過采樣的圖像像素中獲得3個(gè)數(shù)據(jù)位，即從2個(gè)原始圖像像素中獲 得3個(gè)數(shù)據(jù)位。令人驚訝地是，由此獲得的第一符號(hào)矢量的自相關(guān)將 給出特定幾何變換(例如特定的縮放因子)的峰值。根據(jù)本發(fā)明，檢 測(cè)器計(jì)算所述自相關(guān)函數(shù)，然后使用該結(jié)果以應(yīng)用反變換，即取消縮 放。隨后，第二次應(yīng)用傳統(tǒng)QIM檢測(cè)將接收該嵌入數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1、對(duì)嵌在信號(hào)中的水印進(jìn)行檢測(cè)的一種方法，所述水印是經(jīng)由量化索引調(diào)制(QIM)而加入所述信號(hào)內(nèi)的，所述方法包括以下步驟(a)接收其中嵌有水印的信號(hào)；(b)對(duì)所述信號(hào)應(yīng)用QIM檢測(cè)，以由此獲得所述水印的第一符號(hào)矢量；(c)處理所述第一符號(hào)矢量，以由此確定應(yīng)用于所述接收信號(hào)的幾何變換；(d)把在步驟(c)中確定的幾何變換的反變換應(yīng)用于所述接收信號(hào)，以生成幾何標(biāo)準(zhǔn)化接收信號(hào)；(e)對(duì)所述幾何標(biāo)準(zhǔn)化接收信號(hào)應(yīng)用QIM檢測(cè)，以由此獲得表示嵌在所述接收信號(hào)中的水印的第二符號(hào)矢量。
2、 權(quán)利要求1的方法，其中步驟(c)包括 經(jīng)由生成所述第一符號(hào)矢量的自相關(guān)來處理所述第一符號(hào)矢量，以確定應(yīng)用于所述接收信號(hào)的幾何變換。
3、 權(quán)利要求1的方法，其中步驟(b)和(e)用于處理包括視 聽數(shù)據(jù)對(duì)象、音頻數(shù)據(jù)對(duì)象、圖像至少之一的接收信號(hào)。
4、 一種水印檢測(cè)器(100)，其用于處理水印信號(hào)以生成表示包 括在所述水印信號(hào)中的水印的相應(yīng)輸出符號(hào)矢量，所述檢測(cè)器(100) 根據(jù)權(quán)利要求l的方法處理所述水印信號(hào)，并且所述檢測(cè)器(100) 包括用于處理所述水印的處理器(110、 120、 130、 140)，所述水印 是經(jīng)由量化索引調(diào)制(QIM)而加入到所述水印信號(hào)中的。
5、 經(jīng)由量化索引調(diào)制(QIM)將水印嵌入到信號(hào)中以生成相應(yīng) 水印信號(hào)的一種方法，所述方法包括以下步驟-(a)強(qiáng)加自相關(guān)結(jié)構(gòu)到所述水印上； (b)將與所述水印相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)符號(hào)矢量嵌入到所述信號(hào) 中以生成所述水印信號(hào)，所述信號(hào)受其中具有彼此相似值的符號(hào)矢量 值的游程分布的控制。
6、 權(quán)利要求5的方法，其中所述方法用于將所述水印嵌入到包括視聽數(shù)據(jù)對(duì)象、音頻數(shù)據(jù)對(duì)象、圖像至少 之一的信號(hào)中。
7、 權(quán)利要求5的方法，其中所述方法用于通過在所述信號(hào)的預(yù)定區(qū)域上重復(fù)一個(gè)或多個(gè)水印符號(hào)矢量值 來對(duì)所述至少一個(gè)符號(hào)矢量應(yīng)用游程控制。
8、 權(quán)利要求5的方法，其中所述方法用于實(shí)現(xiàn)具有彼此相似值的符號(hào)矢量值的最小游程。
9、 權(quán)利要求5的方法，其中所述水印是使用抖動(dòng)因子嵌入所述 水印信號(hào)中的，所述抖動(dòng)因子的幅度小于用于量化索引調(diào)制(QIM) 的量化區(qū)間。
10、 一種嵌入器(200)，用于將表示水印的符號(hào)矢量嵌入到信號(hào) 中來生成水印信號(hào)，該嵌入器(200)用于執(zhí)行權(quán)利要求5的方法。
11、 存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)載體上的并且在計(jì)算硬件上可執(zhí)行的軟件，其用 于實(shí)施權(quán)利要求1的方法。
12、 存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)載體上的并且在計(jì)算硬件上可執(zhí)行的軟件，用于 實(shí)施權(quán)利要求5的方法。
13、 根據(jù)權(quán)利要求5的方法生成的水印信號(hào)，所述信號(hào)包括位于 數(shù)據(jù)載體上或者用于通過通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種對(duì)經(jīng)由量化索引調(diào)制(QIM)而加入信號(hào)中的水印進(jìn)行檢測(cè)的方法。嵌有水印的信號(hào)可以在檢測(cè)之前進(jìn)行幾何變換(例如空間或者時(shí)間縮放)。為了即使在這樣的情況下也能檢測(cè)到水印，嵌入器強(qiáng)加自相關(guān)結(jié)構(gòu)到嵌入水印數(shù)據(jù)上，例如以平鋪方式。首先，檢測(cè)器應(yīng)用傳統(tǒng)的QIM檢測(cè)。該步驟產(chǎn)生第一符號(hào)矢量，當(dāng)信號(hào)未被篡改時(shí)其與嵌入數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)，而當(dāng)信號(hào)進(jìn)行縮放時(shí)其與嵌入數(shù)據(jù)不對(duì)應(yīng)。例如，當(dāng)向圖像的每個(gè)像素中嵌入一個(gè)數(shù)據(jù)位時(shí)，圖像50％的過采樣使QIM檢測(cè)器能從3個(gè)接收像素中獲得3個(gè)數(shù)據(jù)位，即從2個(gè)原始圖像像素獲得3個(gè)數(shù)據(jù)位。令人驚訝地是，第一符號(hào)矢量的自相關(guān)將給出特定幾何變換(例如特定的縮放因子)的峰值。根據(jù)本發(fā)明，檢測(cè)器計(jì)算所述自相關(guān)函數(shù)，然后使用該結(jié)果以應(yīng)用反變換，即取消縮放。隨后，第二次應(yīng)用傳統(tǒng)QIM檢測(cè)將接收該嵌入數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G06T1/00GK101151637SQ200680010816
公開日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2006年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月1日
發(fā)明者J·C·奧斯特維恩, J·P·迪朗 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司