專利名稱：用于數(shù)字視頻加水印的色彩選擇方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及給數(shù)字視頻加水印的技術(shù)，具體而言，本發(fā)明涉及應(yīng)該選擇給哪一色度部分加水印。
背景技術(shù)：
給視頻信號加水印通常為在視頻本身內(nèi)包括附加信息。這能夠有利于提供視頻源的嵌入式標(biāo)識，以跟蹤視頻播放的位置以及播放時(shí)間的長短，并通過該視頻傳送信息到輔助設(shè)備。用于給數(shù)字信號加水印的現(xiàn)有技術(shù)典型使用視頻亮度將附加信息編碼為視頻本身內(nèi)的模擬格式以攜帶附加信息。但是，人類的視覺系統(tǒng)對亮度信號非常敏感，因此，當(dāng)試圖增加附加信息的比特率到一定點(diǎn)，例如超過120比特每秒時(shí)，觀察加有水印信號的人很容易感知這種改變視頻信號用以傳送附加信息所引起的失真。從而，盡管給視頻信號加水印的現(xiàn)有技術(shù)在某些應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)獲得了一定的成功，但這種成功限制于可達(dá)到的非常小的比特率，而當(dāng)人觀察該攜帶附加信息的視頻信號時(shí)不會感知失真。
在先前提交的序列號為10/342704的美國專利申請正如其完全闡述一樣在此包含引作參考，發(fā)明人意識到人類的視覺系統(tǒng)較亮度而言對色度不那么敏感。所以，開發(fā)了一種用于給視頻信號數(shù)字加水印的系統(tǒng)，即在視頻信號的色度分量而不是其亮度信號上插入水印信號的附加信息。因此，附加信息“印象”在視頻信號的色度分量上。有利的，盡管可能存在色度分量的嚴(yán)重失真，特別是當(dāng)附加信息的比特率高于現(xiàn)有技術(shù)可達(dá)到的不被感知失真的比特率時(shí)，但是不論如何，只要對此加以適當(dāng)?shù)毓芾恚祟惖囊曈X系統(tǒng)將不會檢測到這種失真。從而，與現(xiàn)有技術(shù)所達(dá)到的比特率相比，附加信息能夠具有更高的比特率，例如能夠?qū)崿F(xiàn)大于每秒150比特的比特率。進(jìn)一步有利的是，即使在使用運(yùn)動(dòng)圖像專家組(MPEG-1)和(MPEG-2)編碼系統(tǒng)壓縮加有附加數(shù)據(jù)水印的視頻信號之后，也能夠從視頻信號恢復(fù)該附加數(shù)據(jù)。
在序列號為第10/342704號的美國專利申請中，通過色彩選擇單元為任何像素選擇的用于水印的特定色度部分。色彩選擇單元使用規(guī)定公式將所選的色度分量確定為以RGB和YUV顯示像素的函數(shù)。由于通常僅僅以YUV格式發(fā)送數(shù)字視頻，以使用序列號為第10/342704號的美國專利申請的具有這種YUV格式視頻的系統(tǒng)，因此有必要從中開發(fā)一種對應(yīng)于RGB格式的視頻。不利的是，這樣做需要相當(dāng)大的處理能力。而去阿，盡管它非常有效，但是后來發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)模型總是不必要地產(chǎn)生無閃爍的結(jié)果，其中該模型以在序列號為第10/342704號的美國專利申請的選擇處理中所應(yīng)用的公式為基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的原理，確定要加水印的色度部分的處理可以通過應(yīng)用基于感知的表來改進(jìn)，該表為各種像素表示哪一色度部分，如果有的話，應(yīng)該選擇用于加水印。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，可以只需要用于像素的Y、U和V值來訪問表并且確定應(yīng)該選擇哪一色度部分。有利地，當(dāng)數(shù)字視頻為YUV格式時(shí)，不需要使用R、G和B來選擇色度部分，借此顯著減少了必要的處理能力。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，可以這樣表示該表如僅使用R、G和B值就可以訪問它，從而不需要為了執(zhí)行色彩選擇而將RGB格式的源視頻轉(zhuǎn)換為YUV格式。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過提供Y、U和V值來訪問該表，其中這些值可以抽取和/或量化，并從表中檢索一個(gè)應(yīng)該選擇U還是V的一個(gè)指示。根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，可以修改該表以便它可以表示應(yīng)該選擇U或V中的哪一個(gè)，或者哪一個(gè)都不應(yīng)該選擇，例如當(dāng)像素的色彩為深藍(lán)色和/或深紫色時(shí)，這表示完全不應(yīng)該給該像素加水印。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，使用該表和一些處理可以應(yīng)用混合模式的處理。有利地，例如，通過將表的大小減為一半，可以簡化該表，因?yàn)樵摫淼拇蟛糠挚梢酝ㄟ^簡單地測試象像素值，例如U＜128來代替，以確定所選的色度部分。
有利地，在不工作時(shí)可以修改該表，而不會改變根本的處理，例如，在選擇處理中所應(yīng)用的計(jì)算機(jī)代碼。


在附圖中圖1所示為根據(jù)本發(fā)明原理，用于給視頻信號數(shù)字加水印的示意性的發(fā)送機(jī)；圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的原理，用于恢復(fù)視頻信號的附加數(shù)據(jù)的示意性接收機(jī)，該視頻信號包括其色度信號上的數(shù)字水??；圖3A和3B為當(dāng)它們結(jié)合在一起為如圖3所示時(shí)，示出根據(jù)本發(fā)明的原理在利用附加數(shù)據(jù)給色度部分之一加水印時(shí)所使用的示意性處理流程；圖4A和4B為當(dāng)它們結(jié)合在一起為如圖4所示時(shí)，示出根據(jù)本發(fā)明的原理從數(shù)字加水印視頻信號中提取附加信息的示意性處理流程，其中構(gòu)成視頻信號內(nèi)的水印信號的附加信息已經(jīng)印象到色度分量上；圖5所示為一些安全范圍的實(shí)例，其中期望的比特位置為第三最低有效位；圖6所示為根據(jù)本發(fā)明的原理，用于確定哪一特定色度部分更加合適因此應(yīng)該被選擇以包含用于像素的加水印信息的示意性處理流程；圖7所示為示意性劃分色彩空間的一部分的剖視圖；圖8所示為根據(jù)本發(fā)明的原理，選擇特定色度部分以包含用于像素的加水印信息所采用的另一示意性處理流程；圖9所示為根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的示意性發(fā)送機(jī)，其中通過在數(shù)據(jù)印象到塊的色度部分的平均值之前，復(fù)制待印象數(shù)據(jù)至少一次，優(yōu)選為兩次或更多次，從而可以減少閃爍；以及圖10所示為根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的接收機(jī)的示意性實(shí)施例，該接收機(jī)可用于接收諸如圖9的發(fā)送機(jī)所產(chǎn)生的加有水印的視頻信號。
具體實(shí)施例方式
以下描述僅僅示例了本發(fā)明的原理。因此將會理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將能夠設(shè)計(jì)實(shí)施本發(fā)明原理的各種結(jié)構(gòu)，盡管這里沒有明確描述或示出，但是它們卻包括在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。而且，所有的實(shí)例和這里敘述的條件語言都旨在從原理上表示用于教導(dǎo)的目的，以幫助讀者理解本發(fā)明的原理和發(fā)明人提出的促進(jìn)技術(shù)的構(gòu)思，并且不構(gòu)造作為對這些具體敘述實(shí)例和條件的限制。而且，這里敘述本發(fā)明原理、各個(gè)方面、實(shí)施例、及其具體實(shí)例的所有陳述旨在包括本發(fā)明的結(jié)構(gòu)性和功能性的等同物。另外，這種等同物旨在包括當(dāng)前已知的等同物以及未來開發(fā)的等同物，即所開發(fā)的執(zhí)行相同功能而不考慮結(jié)構(gòu)的任何組件。
因此，例如，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會理解，這里的任何方框圖都表示實(shí)施本發(fā)明原理的示意性結(jié)構(gòu)的理論視圖。同理，將會理解任何流程表、流程圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)變圖、偽碼等等都表示各種處理流程，這些處理可以實(shí)質(zhì)上在計(jì)算機(jī)可讀媒體中表示，從而可以由計(jì)算機(jī)或處理器執(zhí)行處理，而不論是否明確示出了這種計(jì)算機(jī)或處理器。
圖中所示的各個(gè)組件的功能，包括標(biāo)記為“處理器”的任何功能性方塊，也可以通過使用專門硬件以及能夠執(zhí)行與適當(dāng)軟件所相關(guān)軟件的硬件來提供。當(dāng)處理器提供這些功能時(shí)，可以由單個(gè)專門的處理器、或單個(gè)共享的處理器、或多個(gè)其中有些可共享的各個(gè)處理器來提供。而且，明確使用術(shù)語“處理器”或“控制器”不應(yīng)該解釋為排他性地指代能夠執(zhí)行軟件的硬件，它可以隱含地包括但不限制于，數(shù)字信號處理器(DSP)硬件、網(wǎng)絡(luò)處理器、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、用于存儲軟件的只讀存儲器、隨機(jī)訪問存儲器(RAM)、以及非易失性存儲器。還可以包括其他傳統(tǒng)的和/或通常的硬件。同樣，圖中所示的任何切換開關(guān)僅僅是概念性的。它們的功能可以通過操作編程邏輯、專門的邏輯，以及程序控制和專門邏輯的交互作用，甚至是通過實(shí)施者的人工操作所選擇的特定技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，如根據(jù)上下文所更加具體理解的。
在本申請的權(quán)利要求書中任何表示為裝置的元件用于執(zhí)行具體的功能，并且它們旨在包括任何執(zhí)行該功能的方式，例如包括，a)執(zhí)行該功能的電路元件的組合，或b)任何形式的軟件，包括與適當(dāng)?shù)碾娐废嘟M合的硬件、微碼等等來運(yùn)行該軟件以執(zhí)行該功能。這些權(quán)利要求所定義的本發(fā)明在于以下事實(shí)，以權(quán)利要求書要求的方式組合并且將各種所敘述的裝置提供的功能集合在一起。因此申請人認(rèn)為任何能夠提供這些功能的裝置都等同于這里所示的等同物。
軟件所應(yīng)用的軟件模塊、或簡單的模塊，在這里可以表示為流程圖單元或其他單元的任何組合，這些單元表示執(zhí)行處理步驟和/或本文的描述。這些模塊可以通過明確表示或隱含所示的硬件來執(zhí)行。
除非這里明確地規(guī)定，附圖并不是按照比例繪制的。
在本說明書中，不同圖中具有相同附圖標(biāo)記的組件表示相同的組件。
圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的原理用于給視頻信號數(shù)字加水印的示意性發(fā)送機(jī)101，其中加水印是在每一幀的基礎(chǔ)上，通過借助視頻信號中每個(gè)塊的色度部分平均值攜帶水印數(shù)據(jù)的一個(gè)或更多比特來實(shí)現(xiàn)。
圖1中所示為a)YUV分用器和抽取器103，b)色彩選擇器105，c)雙刀雙擲開關(guān)109，d)紋理掩蔽單元111，e)乘法器113，f)加法器115，g)多路復(fù)用器117，h)位映象器123，以及i)加法器133。如圖1所示，可選項(xiàng)為j)信道編碼器119，和k)塊交織器121。
YUV分用器和抽取器103接收要加水印的視頻信號，即要為視頻信號增加附加信息。YUV分用器和抽取器103可以處理視頻信號，例如根據(jù)串行數(shù)字接口(SDI)標(biāo)準(zhǔn)格式化的視頻。正如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，可使用傳統(tǒng)的技術(shù)將最初不是適當(dāng)數(shù)字格式的任何視頻信號轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)臄?shù)字格式。
YUV分用器和抽取器103分用視頻的亮度分量(Y)及其色度分量。視頻信號的色度分量包括兩部分U和V，其中U為差分藍(lán)色部分以及V為差分紅色部分。
將附加數(shù)據(jù)嵌入到色度分量中的大量處理優(yōu)選利用特別抽取的視頻格式來執(zhí)行，其中對于視頻的每個(gè)原始的2×2亮度塊，如果將原始塊表示為4-4-4格式，那么只剩下一個(gè)Y值、一個(gè)U值和一個(gè)V值。為此目的，在輸入視頻信號實(shí)際上為所謂的4-4-4格式的情況下，通過分用器和抽取器103適當(dāng)?shù)爻槿≡搱D像，以便對于每個(gè)原始的2×2亮度塊來說，都具有一個(gè)Y值、一個(gè)U值和一個(gè)V值。同理，在輸入視頻信號為所謂的“4-2-2”格式的情況下，即亮度為滿分辨率時(shí)，當(dāng)色度部分為a)垂直方向?yàn)闈M分辨率和b)水平方向?yàn)榘敕直媛蕰r(shí)，分用器和抽取器103水平和垂直地抽取亮度分量以及只垂直抽取每個(gè)色度分量。同樣地，在輸入視頻信號為所謂的4-2-0格式的情況下，即圖像的亮度分量為滿分辨率而色度分量每個(gè)都僅為垂直和水平方向的半分辨率，圖像的亮度分量由分用器和抽取器103抽取，以便對于每個(gè)原始的2×2亮度塊來說如果原始塊已經(jīng)表示為4-4-4格式，那么只剩下Y值、一個(gè)U值和一個(gè)V值。
優(yōu)選的抽取視頻格式可以提供作為色彩選擇器105的輸出。因此，優(yōu)選地，不管輸入視頻信號的格式如何，系統(tǒng)的其他處理優(yōu)選地可以基于抽取的視頻信號，從而對于原始輸入視頻信號的滿分辨率亮度像素的每個(gè)2×2塊，具有Y值、一個(gè)U值和一個(gè)V值。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將能夠開發(fā)其各自的方法，如果它們選擇這樣做的話，將為亮度像素的每個(gè)2×2塊開發(fā)一個(gè)Y值、一個(gè)U值和一個(gè)V值。
為了知道原始視頻的格式，a)操作者可以向YUV分用器和抽取器103指示提供給發(fā)送機(jī)101的視頻的特定格式，b)可以使用傳統(tǒng)技術(shù)直接從視頻檢測到視頻的格式，或c)可以從提供輸入視頻信號的高層處理器提供該信息。
YUV分用器和抽取器103還可以提供原始輸入視頻信號滿格式的第二組YUV輸出給雙刀雙擲開關(guān)109。
色彩選擇器105為任何特定的像素確定在色度分量的哪一部分即在U部分還是V部分，如果有必要的話，可以更好地適應(yīng)值的改變而不會引入可見的人為加工信號。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，色彩選擇器105基于如下詳細(xì)所述的查詢表?？商鎿Q地，可能全部或部分基于各種計(jì)算，諸如在先的美國專利申請第10/342704號。
色彩選擇器105的輸出還用于控制雙刀雙擲開關(guān)109的位置。更具體而言，如此設(shè)置色彩選擇器105的輸出，以便雙刀雙擲開關(guān)1091)為加法器115提供已經(jīng)選擇用于攜帶水印數(shù)據(jù)的色度分量部分；以及2)為YUV多路復(fù)用器117提供未被選擇的色度分量部分。色彩選擇器105的輸出還提供給多路復(fù)用器117和以下所述使用的位映象器123。
紋理掩蔽單元111分析每個(gè)像素周圍的亮度區(qū)域的紋理，這些像素以抽取格式由YUV分用和抽取器103提供作為輸出，以用來確定該像素能夠適應(yīng)的而不引入可見的人為加工信號的最大changevalue，并提供表示該changevalue的一個(gè)加權(quán)作為輸出。例如采用整數(shù)值1到5可以編碼加權(quán)值。也可以使用其他值，例如經(jīng)驗(yàn)表明在忙區(qū)域可以使用最大為20的值而不會有可見的質(zhì)量下降。該加權(quán)提供給乘法器113。紋理掩蔽單元111可以產(chǎn)生小于能引入到像素中的最大失真的值，正如下文所述。
注意到所使用的特定值至少部分地取決于用于表示每個(gè)Y、V和V值的比特?cái)?shù)量。例如，上述建議的加權(quán)值1到5，甚至用于Y、U、V的最大為20的加權(quán)值是8比特值。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易意識到，用于8比特的值可以通過乘以4縮放到10比特，例如將該值向左移位兩次。同樣地，能夠類似地適應(yīng)Y、U、和V所使用的其他數(shù)量的比特。
乘法器113將從紋理掩蔽單元111接收的加權(quán)與作為該像素一部分發(fā)送的信息的相關(guān)值進(jìn)行相乘，其中該值由位映象器123提供。例如，位映象器123所提供的值可能為-1，0或1。乘法器113產(chǎn)生的乘積提供給加法器115和133。
紋理掩蔽單元111響應(yīng)于加法器122。有關(guān)這方面應(yīng)該注意到，在它從加法器133接收一個(gè)該影響的信號時(shí)，紋理掩蔽單元111可以產(chǎn)生小于能夠引入到像素中的changevalue的加權(quán)值。更具體而言，加法器133為每個(gè)塊增加紋理掩蔽單元111所提供的值。加法器133提供一個(gè)最大值作為它的輸出給紋理掩蔽單元111，紋理掩蔽單元111使用該值作為它的用于當(dāng)前被處理像素的輸出加權(quán)。加法器133提供的最大值小于a)基于它周圍紋理的像素所能夠適應(yīng)的最大加權(quán)值以及b)位映象器123提供給加法器133的用于該塊的值和該塊的當(dāng)前和之間的差值。因此，一旦該和等于位映象器123提供給加法器133的用于該塊的值，紋理掩蔽單元111就為該塊的每個(gè)剩余像素輸出一個(gè)零。
加法器115通過將乘法器113所提供的值增加到色度部分的值上產(chǎn)生修正的色度部分，色彩選擇器105選擇該色度部分以攜帶用于該像素的附加信息。正如所示，色彩選擇器105所選擇的用以攜帶附加信息的色度部分，通過雙刀雙擲開關(guān)109傳送到加法器115。加法器115提供的修正色度部分被提供給多路復(fù)用器117。
紋理掩蔽單元111、乘法器113、位映象器123和加法器133協(xié)同工作以有效地上采樣增加到特定處理分辨率的每個(gè)像素的值，以匹配原始視頻信號色度的格式。為此目的，產(chǎn)生的上采樣值可以增加到所選擇的原始視頻信號的每個(gè)像素的色度部分，該部分對應(yīng)于用于處理的特定減少分辨率格式的像素位置。例如，如果原始視頻信號為4-2-2格式，那么被確定增加到特定處理格式的塊的每一個(gè)像素值在每個(gè)線基礎(chǔ)上進(jìn)行復(fù)制，以便產(chǎn)生要增加值的塊，該塊具有每線8像素以及每塊16線。在該塊中，非疊加的2個(gè)連續(xù)線組中的每一線具有相同的增加值。這種塊在大小上對應(yīng)于4-2-2格式原始視頻中所選色度部分的原始塊。通過加法器115將產(chǎn)生的上采樣塊的每個(gè)值增加到各個(gè)類似于原始視頻信號中定位像素的選擇色度部分。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易地能夠執(zhí)行類似的對于不同格式的塊轉(zhuǎn)換。注意到，色彩選擇器105沒有確定所選色度部分的一個(gè)塊的這些像素能夠更好地適應(yīng)增加值將為零的改變。如果原始視頻信號為4-2-0格式，不需要任何上采樣。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，只處理抽取的特定處理分辨率格式。然后，例如在多路復(fù)用器117中上采樣產(chǎn)生的修正色度部分。但是，這樣做可能導(dǎo)致原始視頻信號的一定惡化，盡管這種惡化不需要為可見的。
多路復(fù)用器117接收原始亮度分量(Y)和通過雙刀雙擲開關(guān)109從YUV分用器和抽取器103所提供的未修正的色度部分。多路復(fù)用器117還從加法器115接收修正的色度部分。然后，多路復(fù)用器117一起多路復(fù)用原始亮度分量(Y)、未修正的色度部分以及修正的色度部分。多路復(fù)用器117依靠接收色彩選擇器105的輸出知道在哪一引線上接收色度分量的修正部分以及在哪一引線上接收色度部分的未修正部分。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，產(chǎn)生的視頻信號被提供作為加水印的輸出視頻信號。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將能夠開發(fā)出本發(fā)明的實(shí)施例，其中附加數(shù)據(jù)被填加到原始色度信號部分而不是其抽取版本部分，從而將不需要上采樣。
正如上所示，附加信息的二進(jìn)制數(shù)據(jù)值即1和0被為每一個(gè)塊發(fā)送，它可以直接提供給位映象器123用作水印數(shù)據(jù)，或者可以首先處理該值以便于在接收機(jī)處理和恢復(fù)信息。這種示意性的處理可以通過可選擇的信道編碼器119和塊交織器121來實(shí)現(xiàn)。
信道編碼器119接收希望嵌入到視頻流中的附加數(shù)據(jù)。然后例如使用前向糾錯(cuò)編碼方案對該數(shù)據(jù)編碼。這種前向糾錯(cuò)方案可以為任意的傳統(tǒng)前向糾錯(cuò)方案，諸如卷積編碼，例如維特比編碼或turbo編碼，或它可能為任何新開發(fā)的編碼方案。在本發(fā)明的一個(gè)示意性實(shí)施例中，使用半速率卷積編碼。這種編碼的結(jié)果是，為原始比特流的每個(gè)比特產(chǎn)生兩比特。信道編碼的比特流作為輸出通過信道編碼器119提供給塊交織單元121。
塊交織單元121重新編排信道編碼的比特流的比特順序以便隨機(jī)地分配該數(shù)據(jù)。這種做有助于減少信道編碼的比特流的相鄰部分丟失的機(jī)會，例如，由噪聲脈沖或其他因素引起的這種丟失，這將使得在接收機(jī)難以從剩余的、實(shí)際接收的數(shù)據(jù)中恢復(fù)這種數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的一個(gè)示意性實(shí)施例中，交織作為一個(gè)單元的比特?cái)?shù)量等于一幀中塊的數(shù)量。塊交織器可以這樣實(shí)現(xiàn)，即從左到右順序地寫入數(shù)據(jù)到塊的行中，在每行的末尾，從下一行向下的最左邊的位置再次開始，然后通過在塊的最左上的位置開始來讀取數(shù)據(jù)，并向下讀取一列，直到到達(dá)該列的末尾，在該點(diǎn)位置上閱讀在下一列的頂部繼續(xù)。已經(jīng)證明45行×30列的塊交織器對于720×480像素的圖片大小而言是有效的。對于不同的分辨率，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將能容易開發(fā)出可比的塊編碼器。交織的信道編碼比特流作為輸出由位交織器121提供給位映象器123。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，根據(jù)位映象器123的控制在原始視頻信號的至少一幀的至少一個(gè)塊上，將塊交織器121所提供的數(shù)據(jù)比特印象為水印數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的原理，位映象器123控制水印數(shù)據(jù)插入到每個(gè)塊的至少一個(gè)選擇色度部分之平均值的其中一個(gè)比特位置，其中數(shù)據(jù)印象到該塊上，從而有效地代替了該比特位置上的比特。
例如，當(dāng)在塊的選擇色度部分的平均值整數(shù)部分的最低有效位要攜帶水印數(shù)據(jù)時(shí)，需要給平均值增加的值為0或1。當(dāng)平均值的整數(shù)部分的最低有效位已經(jīng)和被攜帶水印數(shù)據(jù)比特相同時(shí)增加零，而當(dāng)平均值的整數(shù)部分的最低有效位為要攜帶的水印數(shù)據(jù)比特的補(bǔ)碼時(shí)增加1。當(dāng)在塊的選擇色度部分的平均值整數(shù)部分的次最低有效位要攜帶水印數(shù)據(jù)時(shí)，給像素增加的數(shù)據(jù)值為-1、0或1。當(dāng)平均值的整數(shù)部分的次最低有效位已經(jīng)和要攜帶的水印數(shù)據(jù)比特相同時(shí)增加零，當(dāng)平均值的整數(shù)部分的次最低有效位為要攜帶的水印數(shù)據(jù)比特的補(bǔ)碼時(shí)增加1或-1。是增加1還是-1這取決于誰將對平均值引起最小的改變，同時(shí)將平均值的整數(shù)部分的次最低有效位改變?yōu)槠溲a(bǔ)碼。使用次最低有效位被嵌入的數(shù)據(jù)更可能經(jīng)得住通過MPEG或類似處理的編碼。當(dāng)數(shù)據(jù)被放置在塊所選擇色度部分的平均值整數(shù)部分的第三最低有效位中，給像素增加的數(shù)據(jù)值為-2、-1、0、1或2。當(dāng)平均值的整數(shù)部分的第三最低有效位已經(jīng)和要攜帶的水印數(shù)據(jù)比特相同時(shí)增加零，當(dāng)平均值的整數(shù)部分的第三最低有效位為要攜帶的水印數(shù)據(jù)比特的補(bǔ)碼時(shí)增加-2、-1、1或2。是增加-2、-1、0還是1這取決于誰將對平均值引起最小的改變，同時(shí)將平均值的整數(shù)部分的第三最低有效位改變?yōu)槠溲a(bǔ)碼。使用第三最低有效位被嵌入的數(shù)據(jù)甚至更可能經(jīng)得住通過MPEG或類似處理的編碼以獲得充分的結(jié)果。從上述可以得到，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會容易地能夠確定為更多有效位位置增加的值，這些位置由用戶或系統(tǒng)來確定。
為此目的，位映象器123開發(fā)了一個(gè)值，該值分配增加到塊的像素的所選色度部分，從而這種做改變了該塊的色度部分的平均值，以便塊交織器121所提供的印象比特被放置在所選色度部分的平均值的所選比特位置上。該值為增加到所選色度部分平均值的值以將水印數(shù)據(jù)比特通過與塊中像素的數(shù)量相乘來放置在合適的比特位置。換言之，位映象器123開發(fā)的值被增加到色度部分的平均值上，并且被分離為較小值，并將這些值增加到塊的各個(gè)像素中，以便增加到塊中的通過塊中像素的數(shù)量所分離的全部較小值，等于要增加到所選色度部分平均值的值。
該塊色度部分的特定比特平均值，例如該色度部分的DC系數(shù)，通過位映象器123來確定，其中位映象器123所提供數(shù)據(jù)印象到該塊上。在本發(fā)明的一個(gè)示意性實(shí)施例中，用于該塊的DC系數(shù)的第二最低有效位代替為期望印象到該塊上的特定值。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，DC系數(shù)的哪一個(gè)比特被代替可能為該塊紋理變化量的函數(shù)。有利的是，隨著紋理變化量的增加而增加被代替位的有效性，因?yàn)镸PEG編碼標(biāo)準(zhǔn)為較大的紋理變化量應(yīng)用較多的量化步長大小，并如果該比特位于不是足夠有效的比特位置上，則使用這種較大的量化步長大小能夠過濾加有水印的數(shù)據(jù)比特。當(dāng)使用更多的有效位時(shí)，給DC系數(shù)增加或減少值，以便改變代替其補(bǔ)碼值的比特可以大于1。為此目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，位映象器123從紋理掩蔽單元111接收該塊的亮度分量的平均變化量，并基于該平均變化量，確定要代替哪一個(gè)比特位置。變化量越大，放置水印數(shù)據(jù)的比特位置越有效。
位映象器123提供來自交織的信道編碼比特流的數(shù)據(jù)比特，當(dāng)像素將要包含在加水印的輸出視頻信號中時(shí)，該數(shù)據(jù)比特在用于原始視頻信號的塊的每一像素的合適時(shí)間，傳送給原始視頻信號的每個(gè)塊。因此，位映象器123考慮到以下的事實(shí)，即視頻信號的處理是基于線的，即在一個(gè)線上從左到右進(jìn)行處理，然后到下一線并且再次從左到右處理，這使得一個(gè)塊的相鄰像素不是必須地順序位于視頻流中，所以不都在直接相鄰的時(shí)間里處理。被提供作為位映象器123在任何時(shí)間輸出的特定數(shù)據(jù)比特提供作為乘法器113的輸入。
使用一個(gè)諸如圖1所示的編碼器，當(dāng)視頻幀大小為720×480像素時(shí)，已經(jīng)為提供給信道編碼器119的附加信息實(shí)現(xiàn)了基本上無錯(cuò)誤的大約每秒6750比特的比特率。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員從上述描述將會容易意識到，圖1所示的各個(gè)單元需要存儲器，以便首先確定這些值，例如塊的原始平均值和塊的平均紋理變化量，這些值必須使用來自整個(gè)塊的信息來計(jì)算，然后應(yīng)用這些值處理各個(gè)像素。因此，典型地存在一個(gè)片延遲，這里的片為一幀上總是水平的那些塊的一條。
圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的原理用于恢復(fù)視頻信號的附加數(shù)據(jù)的示意性接收機(jī)201，該視頻信號包含其色度信號上的數(shù)字水印。在圖2中所示為a)YUV分用器和抽取器203，b)色彩選擇單元207，c)雙刀雙擲開關(guān)209，d)塊變化量計(jì)算單元211，e)塊積分器V213，f)塊積分器U215，g)比特選擇器217，h)去交織器219，和i)信道解碼器221。
根據(jù)本發(fā)明的原理，YUV分用器和抽取器203，可以基本上和發(fā)送機(jī)101(圖1)的YUV分用器和抽取器103相同，它接收已加有數(shù)字水印的視頻信號，其中附加信息已經(jīng)填加到該信號的色度部分中。YUV分用器和抽取器203與數(shù)字視頻，例如根據(jù)串行數(shù)字接口(SDI)格式化的視頻協(xié)同工作。正如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，初始不是適當(dāng)數(shù)字格式的任何視頻信號可以使用傳統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
YUV分用器和抽取器203分用視頻的亮度(Y)分量及其色度分量并抽取它為優(yōu)選的處理格式，其中對于視頻的每個(gè)原始2×2亮度塊，如果原始塊已經(jīng)表示為4-4-4格式，那么只剩余一個(gè)Y值、一個(gè)U值和一個(gè)V值。為了知道接收視頻的格式，a)操作者需要給YUV分用器和抽取器203指示輸入視頻的特定格式，b)使用傳統(tǒng)的技術(shù)直接從視頻中可以檢測到視頻的格式，或c)可以從高層處理器提供信息，該處理器提供輸入視頻信號。分用的亮度和色度分量提供給色彩選擇器207。另外，亮度分量提供給塊變化量計(jì)算單元211，V色度部分提供給塊積分器V213，以及U色度部分提供給塊積分器U 215。不象YUV分用器和抽取器103，YUV分用器和抽取器203不需要提供原始輸入視頻信號的完全格式的第二組YUV輸出。
色彩選擇單元207為每個(gè)塊確定色度分量的哪一個(gè)部分即U部分還是V部分，可能嵌入附加信息。色彩選擇單元207的輸出用于控制雙刀雙擲開關(guān)209的位置。更具體而言，色彩選擇單元209選擇色度部分U或V，作為Y、U和V的函數(shù)，正如下文更詳細(xì)所述的，在哪一個(gè)部分上可能已經(jīng)為該塊嵌入附加信息。在本發(fā)明的實(shí)施例中，色彩選擇單元207基于一個(gè)查詢表。這樣可以簡化處理，從而避免了需要YUV到RGB的轉(zhuǎn)換，否則可能必須轉(zhuǎn)換。
注意到色彩選擇單元207的輸入為各個(gè)像素。色彩選擇單元207保持跟蹤每個(gè)塊中的像素并為塊中的每個(gè)像素組合各個(gè)U或V選擇。具有最高值即最經(jīng)常選擇用于塊中像素的特定分量，被確定為色彩選擇單元207的輸出。然后將色彩選擇單元207的輸出如此設(shè)定，以便開關(guān)209為比特選擇器217提供色度分量部分的積分版本，其中已確定了將附加數(shù)據(jù)填加到該色度分量中。
塊變化量計(jì)算單元211確定用于該塊的所選色度部分的平均值的特定比特，例如，用于所選色度部分的DC系數(shù)，該部分可能包含有印象數(shù)據(jù)。正如所注意到的，在本發(fā)明的示意性實(shí)施例中，位映象器123(圖1)接收和應(yīng)用塊的像素亮度分量變化量的平均值來確定，應(yīng)該用要被印象的水印數(shù)據(jù)代替哪一個(gè)比特位置。變化量越大，應(yīng)該代替的比特位置越有效。塊變化量計(jì)算單元211(圖2)應(yīng)該使其計(jì)算基于映象器123所使用的相同信息以重復(fù)它的確定。塊變化量計(jì)算單元211的輸出提供給比特選擇器217。
塊積分器V213在整個(gè)塊上積分V的值，即組合例如相加用于塊中的每個(gè)像素的值。塊積分器U215在整個(gè)塊上積分U的值，即組合例如相加用于塊中的每個(gè)像素的值。
比特選擇器217根據(jù)通過開關(guān)209提供給它的作為塊數(shù)據(jù)的已積分的色度部分值，在塊變化量計(jì)算單元211規(guī)定的比特位置提取比特。
去交織器219重新排序數(shù)據(jù)以取消發(fā)送機(jī)101的塊交織器121(圖1)的影響。然后將重新排序值提供給信道解碼器221(圖2)，該解碼器為經(jīng)過編碼的信號執(zhí)行適當(dāng)?shù)亟獯a，已使用發(fā)送機(jī)101(圖1)的信道編碼器119所應(yīng)用的編碼類型對信號編碼。產(chǎn)生的解碼值由信道解碼器221(圖2)提供作為附加數(shù)據(jù)信號的重構(gòu)版本。為了更加健壯，信道解碼器221可以為所謂的“序列解碼器”，例如turbo解碼器。
圖3A和3B所示為當(dāng)它們結(jié)合在一起為如圖3所示時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的原理在利用附加數(shù)據(jù)給其中的色度部分加水印時(shí)所使用的示意性處理流程。對于確定的比特位置已經(jīng)等于將要印象值的那些塊，可以未經(jīng)修改發(fā)送該塊。在本發(fā)明的示意性實(shí)施例中，可以在諸如圖1所示的系統(tǒng)中執(zhí)行圖3的處理流程。
當(dāng)塊的所有像素可用時(shí)，在步驟301開始處理流程。圖3的處理部分在一塊一塊的基礎(chǔ)上發(fā)生，部分處理基于一個(gè)一個(gè)的像素。使用二維指針p、q對一幀的各塊加以索引，這里p指的是被處理幀的特定水平片，q指的是該幀的特定列或垂直片。例如，對于720×480分辨率，p的范圍在1和30之間，q的范圍在1和45之間。同理，使用二維指針i、j對每個(gè)塊的各像素進(jìn)行索引，其中i指的是被處理塊內(nèi)的特定行，j指的是被處理塊內(nèi)的特定列。例如，在用于印象數(shù)據(jù)的特定處理模式中，原始視頻的每個(gè)宏塊具有唯一對應(yīng)的Y、U和V的8×8塊，并且i和j的范圍都在0和7之間。
在步驟301開始處理之后，在步驟303初始化處理流程中所使用的一些變量，例如countU(p，q)＝0，countV(p，q)＝0，sumU(p，q)＝0，sumV(p，q)＝0以及var(p，q)＝0。countU和countV為由色彩選擇處理分別選擇塊內(nèi)多少像素為適于在U和V色度部分上加水印的累計(jì)，而sumU以及sumV為塊的所有像素上各個(gè)U和V的值的累計(jì)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，只對選擇用于該塊的色度部分的像素執(zhí)行加水印，對于sumU和sumV的其中被開發(fā)用于未選擇的色度部分的一個(gè)沒用。
在步驟305，計(jì)算塊內(nèi)的每個(gè)像素的亮度變化量的累計(jì)var(p，q)，當(dāng)然該累計(jì)與塊的亮度平均變化量成比例。為此目的，i和j初始都設(shè)置指的是要處理的塊的第一像素，例如i＝0和j＝0。通過塊的每個(gè)像素循環(huán)、如適當(dāng)?shù)馗淖僫和j的值以及將每個(gè)像素的亮度變化量與當(dāng)前累計(jì)的var(p，q)加到一起來計(jì)算var(p，q)的值。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可以利用像素和所有它的最近鄰居之間的亮度差的絕對值，來為任何特定像素計(jì)算亮度變化量。從數(shù)學(xué)上而言，所有最近鄰居位于相同的塊內(nèi)，這可以寫為var(p,q)=var(p,q)+(|Y(i,j)(p,q)-Y(i-1,j-1)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-Y(i-1,j)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-Y(i,j-1)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-Y(i,j)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-]]>Y(i+1,j+1)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-Y(i+1,j)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-Y(i,j+1)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-Y(i-1,j+1)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-Y(i+1,j-1)(p,q)|).]]>本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會容易能夠?qū)⑸鲜鰞?nèi)容適用于這些像素，它們的最近鄰居位于其他塊內(nèi)。而且，對于位于幀的邊界上，因此沒有最近的鄰居，或最近的鄰居的這些塊，或不顯示的這些塊部分，這些鄰居的值可以考慮為零。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，在變化量計(jì)算中并不需要考慮所有像素的最近鄰居，但是能夠獲得足夠高質(zhì)量的結(jié)果。更具體而言，有利的是，在該計(jì)算中，通過只采用該像素周圍的正方形角上的4個(gè)像素和2個(gè)包含當(dāng)前像素的其他形成垂直或水平線的像素之差，例如包含當(dāng)前像素的水平線上的2個(gè)像素，減少了用于每個(gè)像素的時(shí)間。
之后，條件分支點(diǎn)307進(jìn)行測試以確定哪一個(gè)特定色度部分，即U或V，將包含用于該塊的水印信息。這是通過估計(jì)塊中每個(gè)像素的色彩選擇以及計(jì)數(shù)選擇用于每一色度部分的塊內(nèi)像素?cái)?shù)目而實(shí)現(xiàn)的。最大可能選擇用于塊的色度部分被選擇用來加水印。注意到在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，可以確定特定的像素完全不適合于加水印。在這種情況下，不為U或V計(jì)數(shù)像素的總數(shù)。
確定選擇用于為每個(gè)像素加水印的色彩的特定方法在于實(shí)施者的判斷。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，選擇具有最小值的像素的色度部分。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，應(yīng)用如下所述的色彩選擇安排。
接下來，確定將包含加有水印比特的所選色度部分的平均值的比特位置。如此選擇比特位置，以便加水印的比特將經(jīng)得住任何接下來的量化，諸如在類似MPEG編碼中所發(fā)生的。
為此目的，如果在步驟307的測試結(jié)果為選擇V色度部分加水印，則將控制傳遞到步驟309，其中變量watermarkcolor設(shè)置等于V。之后，條件分支點(diǎn)323進(jìn)行測試以確定是否整個(gè)塊的平均Y變化量，var(p，q)大于第一預(yù)定V閾值t1v，這為最大的V閾值。t1v的一個(gè)示例值為600。
注意到，當(dāng)平均Y變化率與建議的閾值相比較時(shí)，結(jié)合圖3和4使用的用于U和V的特定閾值值至少部分地取決于用來表示每個(gè)Y值的數(shù)量。例如，這里建議的閾值值對于Y而言為8比特值。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會容易意識到，應(yīng)用于8比特的值通過與4相乘可以縮放為10比特，例如向左移位該值兩次。同樣地，能夠同理適應(yīng)用于Y、U和V的其他數(shù)量的比特。
在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，代替使用用于各個(gè)比較的塊的平均Y變化量，可以計(jì)算和應(yīng)用不同的平均變化量，例如整個(gè)塊的平均V變化量。
如果在步驟323的測試結(jié)果為“是”，表示該變化量足夠大，則附加數(shù)據(jù)應(yīng)該在塊的像素的V平均值的第5最低有效位上編碼，例如int[sumV(p，q)/(每塊的像素?cái)?shù)量)]的值，例如int[sumV(p，q)/64]，大于t1v，則將控制傳遞到步驟325，其中設(shè)定變量m等于5。
注意到代替使用如這里所使用的用于舍入成整數(shù)的整數(shù)函數(shù)int，可以應(yīng)用能夠獲得整數(shù)值的舍入成整數(shù)的任何其他形式，例如總是向上舍入為整數(shù)或總是舍入為最近的整數(shù)值。
如果在步驟323的測試結(jié)果為“否”，這表示變化量不足夠大以使得附加數(shù)據(jù)應(yīng)該在塊的像素V平均值的第5最低有效位上編碼，則將控制傳遞到條件分支點(diǎn)329，該點(diǎn)進(jìn)行測試以確定是否整個(gè)塊的平均Y變化量，var(p，q)大于第二預(yù)定V閾值，即t2v，它為第二大V閾值。t2v的示例值為15。
如果在步驟329的測試結(jié)果為“是”，這表示附加數(shù)據(jù)應(yīng)該在塊的像素V平均值的第4最低有效位上編碼，則將控制傳遞到步驟331，其中設(shè)定變量m為4。
如果在步驟329的測試結(jié)果為“否”，這表示變化量不足夠大以使得附加數(shù)據(jù)應(yīng)該在塊的像素V平均值的第4最低有效位上編碼，則將控制傳遞到條件分支點(diǎn)333，在該點(diǎn)進(jìn)行測試以確定是否整個(gè)塊的平均Y變化量，var(p，q)大于第三預(yù)定V閾值，即t3v，它為最小的V閾值。t3v的示例值為7。
如果在步驟333的測試結(jié)果為“是”，這表示變化量足夠大，數(shù)據(jù)應(yīng)該在塊的像素V平均值的第3最低有效位上編碼，則將控制傳遞到步驟335，其中變量m被設(shè)定為3。
如果在步驟333的測試結(jié)果為“否”，這表示變化量只足夠大以使得數(shù)據(jù)應(yīng)該在塊的像素V平均值的第2最低有效位上編碼，則將控制傳遞到步驟337，其中變量m被設(shè)定為2。
如果在步驟307的測試結(jié)果為選擇U色度部分加水印，則將控制傳遞到步驟311，其中變量watermarkcolor設(shè)置等于U。之后，條件分支點(diǎn)343進(jìn)行測試以確定是否整個(gè)塊的平均Y變化量，var(p，q)大于第一預(yù)定v閾值t1u，這為最大的閾值。t1u的一個(gè)示例值為600。
在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，代替使用用于各個(gè)比較的塊的平均Y變化量，可以計(jì)算和應(yīng)用整個(gè)塊的平均U變化量。
如果在步驟343的測試結(jié)果為“是”，這表示該變化量足夠大，數(shù)據(jù)應(yīng)該在塊的像素的U平均值的第5最低有效位上編碼，例如int[sumV(p，q)/(每塊的像素?cái)?shù)量)]的值，例如int[sumU(p，q)/64]，大于t1u，則將控制傳遞到步驟345，其中設(shè)定變量m等于5。
注意到代替使用如這里所使用的用于舍入成整數(shù)的整數(shù)函數(shù)int，可以應(yīng)用能夠獲得整數(shù)值的舍入成整數(shù)的任何其他形式，例如總是向上舍入為整數(shù)或總是舍入為最近的整數(shù)值。
如果在步驟343的測試結(jié)果為“否”，這表示變化量不足夠大以使得數(shù)據(jù)應(yīng)該在塊的像素U平均值的第5最低有效位上編碼，則將控制傳遞到條件分支點(diǎn)349，該點(diǎn)進(jìn)行測試以確定是否整個(gè)塊的平均Y變化量，var(p，q)大于第二預(yù)定V閾值，即t2u，它為第二大U閾值。t2u的示例值為15。
如果在步驟349的測試結(jié)果為“是”，這表示數(shù)據(jù)應(yīng)該在塊的像素U平均值的第4最低有效位上編碼，則將控制傳遞到步驟351，其中設(shè)定變量m等于4。
如果在步驟349的測試結(jié)果為“否”，這表示變化量不足夠大以使得數(shù)據(jù)應(yīng)該在塊的像素U平均值的第4最低有效位上編碼，則將控制傳遞到條件分支點(diǎn)353，該點(diǎn)進(jìn)行測試以確定是否整個(gè)塊的平均Y變化量，var(p，q)大于第三預(yù)定閾值，即t3u，它為最小的U閾值。t3u的示例值為7。
如果在步驟353的測試結(jié)果為“是”，這表示變化量足夠大，數(shù)據(jù)應(yīng)該在塊的像素U平均值的第3最低有效位上編碼，則將控制傳遞到步驟355，其中設(shè)定變量m等于3。
如果在步驟353的測試結(jié)果為“否”，這表示變化量只足夠大以使得數(shù)據(jù)應(yīng)該在塊的像素U平均值的第2最低有效位上編碼，則將控制傳遞到步驟357，其中設(shè)定變量m等于2。
一旦確定了應(yīng)用所選色度部分的整個(gè)塊之平均值的特定比特以包含加有水印的數(shù)據(jù)，那么處理流程確定采用包含想要比特的比特位置。處理的目的是將所選色度部分當(dāng)前平均值加上或減去最小可能值以保證，想要的比特位置將發(fā)送水印比特的值。注意到，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，想要的比特位置為位于平均值整數(shù)部分的比特位置。為此目的，理想上，如果想要的比特位置已經(jīng)包含了要發(fā)送的水印比特的值，那么沒有任何值可以增加到所選色度部分的當(dāng)前平均值。另一方面，如果想要的比特位置包含了要發(fā)送的水印比特值的補(bǔ)碼，在理想情況中，只將想要的比特位置適當(dāng)?shù)丶由匣驕p去最小可能的值，該值通過從想要的比特位置進(jìn)行加或減將會翻轉(zhuǎn)想要的比特位置為其補(bǔ)碼，因此使得所選色度部分平均值的值從當(dāng)前未加水印的值到其最后加上水印后的值發(fā)生最小的變化。
實(shí)際上，由于量化噪聲，舍入成整數(shù)作為創(chuàng)造性處理的一部分，以及類似MPEG編碼處理的其他因素，這可能影響想要比特的最終值，所以可能增加或減去很小的差值，如這里進(jìn)一步所說明的。更具體而言，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，選擇值的“安全”范圍，該范圍在想要的比特位置具有想要的比特值，以及給所選色度部分的平均值增加或減去該最小值，以便最終值在想要的比特位置具有想要的比特值，并且位于安全范圍內(nèi)。因此，典型地，不論何時(shí)平均值的比特需要改變?yōu)樗难a(bǔ)碼以攜帶水印數(shù)據(jù)，這時(shí)產(chǎn)生的值總是位于安全范圍的邊界。當(dāng)想要比特位置的值已經(jīng)為要發(fā)送水印數(shù)據(jù)比特的值時(shí)，如果所選色度部分的平均值已經(jīng)位于安全范圍內(nèi)，那么不需要增加所選色度部分的平均值。但是，當(dāng)所選色度部分的平均值還未位于安全范圍內(nèi)，那么有必要從所選色度部分的平均值增加或減去最小值來改變所選色度部分的平均值，使其為位于安全范圍內(nèi)的一個(gè)值，同時(shí)保持想要比特位置的值位于要發(fā)送的水印比特的值上。
概念上，上述考慮到首先增加或減去最小值以在想要的比特位置上獲得想要的水印值，并然后增加或減去另一個(gè)量例如余量值來保證最終值位于安全范圍之內(nèi)。
圖5所示為其中想要比特位置為第三有效位的一些安全范圍的實(shí)例。沿著軸所示為所選色度部分的平均值。
表1示出(碼)(一些值的表)當(dāng)完成步驟325、331、335、337、345、351、355和357時(shí)，將控制傳遞到條件分支點(diǎn)361，該點(diǎn)進(jìn)行測試以確定是否在塊上印象的水印數(shù)據(jù)的比特與用于色度部分平均值的當(dāng)前識別比特位置相同，其中比特位置由變量watermarkcolor來識別。如果步驟361的測試結(jié)果為“是”，這表示將在塊上印象的水印數(shù)據(jù)的比特與當(dāng)前識別的用于色度部分平均值的比特位置相同，其中比特位置由變量watermarkcolor來識別，所以不需要將比特改變它的補(bǔ)碼值，并將控制傳遞到步驟363，該步驟進(jìn)行測試以確定是否該值位于當(dāng)前比特位置的安全范圍內(nèi)。如果測試結(jié)果為“否”，這表示在接下來的處理過程中可能引入了錯(cuò)誤，則將控制傳遞到步驟365，在該步驟設(shè)置變量changevalue等于需要將watermarkcolor所指示的色彩的當(dāng)前平均值移到最近安全范圍內(nèi)的值，而不改變想要比特位置的值。注意到該值不需要為一個(gè)整數(shù)值，它還可以為負(fù)數(shù)值。如果步驟363的測試結(jié)果為“否”，這表示用于watermarkcolor所指示色彩的當(dāng)前平均值已經(jīng)位于安全范圍內(nèi)，則將控制傳遞到步驟367，并且將changevalue的值設(shè)定等于零。
如果步驟361的測試結(jié)果為“否”，這表示在塊上印象的水印數(shù)據(jù)的比特與用于色度部分平均值的當(dāng)前識別比特位置不相同，其中該位置是由變量watermarkcolor所識別的，所以比特的值必須改為其補(bǔ)碼值以適當(dāng)?shù)財(cái)y帶水印數(shù)據(jù)，并將控制傳遞到步驟369，在該步驟進(jìn)行測試以確定當(dāng)前比特位置的最近安全范圍是大于還是小于watermarkcolor所指示色彩的當(dāng)前平均值。如果步驟369的測試結(jié)果為大于，這表示用于當(dāng)前比特位置的最近安全范圍的值大于watermarkcolor所指示色彩的當(dāng)前平均值，則將控制傳遞到步驟371，在該步驟中將變量changevalue的值設(shè)定等于增加到平均值中的最小值，以便產(chǎn)生的值位于具有較大值的鄰近安全范圍內(nèi)。注意到該值不需要為整數(shù)值。如果在步驟369的測試結(jié)果為小于，這表示用于當(dāng)前比特位置的最近安全范圍的值小于watermarkcolor所指示色彩的當(dāng)前平均值，則將控制傳遞到步驟373，在該步驟中將變量changevalue的值設(shè)定等于最小負(fù)值，當(dāng)將該值增加到平均值時(shí)，得到的值位于具有較小值的相鄰安全范圍內(nèi)。再次，注意到該值不需要為一個(gè)整數(shù)值，并且還可以為一個(gè)負(fù)值。
當(dāng)完成步驟365、367、371或373時(shí)，將控制傳遞到步驟375，在該步驟中將為像素增加的總計(jì)值設(shè)定等于每塊像素的數(shù)量與changevalue之值的乘積。如果產(chǎn)生的乘積值不是整數(shù)，那么該值將被舍入。以與步驟365、371和373一致的方式執(zhí)行這種舍入，如果增加的為一個(gè)負(fù)值，利用該值的整數(shù)部分向下進(jìn)行舍入，如果增加的為一個(gè)正值的話，則舍入將向著下一個(gè)完整的整數(shù)值。
現(xiàn)在處理從每塊等級改變到在塊內(nèi)的每像素等級。在步驟377，指向該塊的第一像素。之后，條件分支點(diǎn)379進(jìn)行測試以根據(jù)它的色彩確定是否要給當(dāng)前像素加水印。通過確定是否適于加水印的該像素的色度分量與在步驟307為整個(gè)塊所選擇的色彩相同來完成上述處理。如果步驟379的測試結(jié)果為“是”，這表示應(yīng)該給該像素加水印，則將控制傳遞到步驟381，在該步驟中根據(jù)像素的亮度變化量以及到目前為止為該塊的像素所增加的總計(jì)值，來為當(dāng)前像素增加一個(gè)值。
更具體而言，將能夠給像素增加的而不引入可見的人為加工信號的最大值確定為亮度變化量的函數(shù)。亮度變化量越大，則能夠增加的值就越大，最大為預(yù)定的最大值。注意到該值可正可負(fù)。然后，如果增加到像素的總值為正值，則將該值增加到像素，或者如果增加到像素的總值為負(fù)值，則從該像素減去該值。但是，隨著每個(gè)像素處理的進(jìn)行，增加或減去值的累計(jì)從總值中減去以增加到像素中。如果增加到當(dāng)前像素的值將使得增加到像素的總值與累計(jì)之間的差值超過零，那么將調(diào)整該值以便累計(jì)正好等于零。
如果步驟379的測試結(jié)果為“否”，或在完成步驟381之后，將控制傳遞到條件分支點(diǎn)383，在該點(diǎn)進(jìn)行測試以確定是否當(dāng)前像素為塊的最后一個(gè)像素。如果在步驟383的測試結(jié)果為“否”，將控制傳遞到步驟385，在該步驟進(jìn)行測試以確定是否要給塊的像素增加的總值已經(jīng)被增加，即累計(jì)是否等于要為該塊像素增加的總值。如果步驟385的測試結(jié)果為“否”，這表示還需要給塊像素增加更多值，則將控制傳遞到步驟387，該步驟指向塊的下一個(gè)像素。然后傳送回到步驟379，處理如上所述繼續(xù)進(jìn)行。
如果步驟383或385的測試結(jié)果為“是”，這表示塊的所有像素已經(jīng)被處理或者已經(jīng)增加了所需要增加的全部總值，則將控制傳遞到步驟389并退出處理。
圖4A和4B所示為當(dāng)它們結(jié)合在一起為如圖4所示時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的原理從數(shù)字加水印視頻信號中提取附加信息的示意性處理流程，其中構(gòu)成視頻信號內(nèi)的水印信號的附加信息已經(jīng)印象在了色度分量上。這種處理可以通過本發(fā)明的示意性實(shí)施例，在色彩選擇207、雙刀雙擲開關(guān)209、塊變化量計(jì)算單元211、塊積分器V213、塊積分器U215和比特選擇器217(圖2)上來實(shí)現(xiàn)，諸如圖2所示。
當(dāng)要處理接收抽取幀的新塊時(shí)，在步驟401開始處理流程(圖4)。應(yīng)該注意到為了教導(dǎo)的目的，這里假設(shè)為由塊組成的圖4處理流程的處理提供像素，以便在處理下一塊的任何像素之前，處理塊的所有像素。但是，在實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會容易意識到，可以以與掃描像素相同的順序來處理這些像素，可以使用適當(dāng)?shù)拇鎯ξ恢煤涂刂平Y(jié)構(gòu)以便有效地單獨(dú)地處理這些塊。
圖4的處理部分在一塊一塊的基礎(chǔ)上發(fā)生，部分處理基于一個(gè)一個(gè)的像素。使用二維指針p、q來索引一幀的這些塊，這里p指的是被處理幀的特定水平片，q指的是該幀的特定列或垂直片。例如，對于720×480分辨率，p的范圍在1和30之間，q的范圍在1和45之間。同理，使用二維指針i、j對每個(gè)塊的像素進(jìn)行索引，其中i指的是被處理塊內(nèi)的特定行，j指的是被處理塊內(nèi)的特定列。例如，在用于印象該數(shù)據(jù)的特定處理模式中，原始視頻的每個(gè)宏塊具有唯一對應(yīng)的Y、U和V的8×8塊，并且i和j的范圍都在0和7之間。
在步驟401開始處理之后，在步驟403初始化處理流程中所使用的一些變量，例如countU(p，q)＝0，countV(p，q)＝0，sumU(p，q)＝0，sumV(p，q)＝0以及var(p，q)＝0。countU和countV分別為由色彩選擇處理選擇塊內(nèi)多少像素作為U和V的累計(jì)，而sumU以及sumV分別為在塊的所有像素上各個(gè)U和V值的累計(jì)。對于該塊，i和j都設(shè)置指的是要處理的塊的第一像素，例如i＝0和j＝0。對于每個(gè)塊，var(p，q)表示塊內(nèi)每個(gè)像素的亮度變化量的總值，當(dāng)然該總值與塊的亮度平均變化量成比例。
之后，在步驟405，獲得用于當(dāng)前指向的當(dāng)前被處理塊的像素的Y、U和V值，例如獲得值y(i，j)(p，q)和U(i，j)(p，q)以及V(i，j)(p，q)。在步驟407，將U和V的當(dāng)前值增加到sumU和sumV的各個(gè)當(dāng)前值中。而且在步驟407中，通過將當(dāng)前像素亮度的變化量增加到當(dāng)前var(p，q)的總值中，更新亮度的變化量var(p，q)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可以利用當(dāng)前像素和所有它的最近鄰居之間的亮度差的絕對值，來為當(dāng)前像素計(jì)算亮度變化量。從數(shù)學(xué)上而言，所有最近鄰居位于相同的塊內(nèi)，這可以寫為var(p,q)=var(p,q)+(|Y(i,j)(p,q)-Y(i-1,j-1)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-Y(i-1,j)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-Y(i,j-1)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-Y(i,j)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-]]>Y(i+1,j+1)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-Y(i+1,j)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-Y(i,j+1)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-Y(i-1,j+1)(p,q)|+|Y(i,j)(p,q)-Y(i+1,j-1)(p,q)|).]]>本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會容易能夠?qū)⑸鲜鰞?nèi)容適用于這些像素，它們的最近鄰居位于其他塊內(nèi)。而且，對于靠近幀的邊界因此沒有最近的鄰居的那些塊，或最近的鄰居為不顯示的這些塊部分，這些鄰居的值可以考慮為零。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，在變化量計(jì)算中并不需要考慮所有像素的最近鄰居，但是能夠獲得足夠高質(zhì)量的結(jié)果。更具體而言，有利的是，在該計(jì)算中，通過只采用該像素周圍的正方形角上的4個(gè)像素和2個(gè)其他包括當(dāng)前像素的形成垂直或水平線的像素之差，例如具有當(dāng)前像素的水平線上的2個(gè)像素，從而減少了計(jì)算時(shí)間。但是，解碼器應(yīng)該匹配編碼器中應(yīng)用的相同處理。
將控制傳遞到條件分支點(diǎn)409，在該點(diǎn)進(jìn)行測試以確定附加數(shù)據(jù)有可能印象到U或V中的哪一個(gè)。下文將詳細(xì)描述該確定的細(xì)節(jié)。如果步驟409的測試結(jié)果為U，這表示附加數(shù)據(jù)最可能印象到用于當(dāng)前像素的U上，則將控制傳遞到遞增countU的步驟411。然后將控制傳遞到步驟413。如果步驟409的測試結(jié)果為V，這表示附加數(shù)據(jù)最可能印象到用于當(dāng)前像素的V上，則將控制傳遞到遞增countV的步驟415。然后將控制傳遞到步驟413。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，條件分支點(diǎn)409可以是三種方式的測試，附加結(jié)果表示數(shù)據(jù)有可能完全不印象到像素上，即不印象到U上也不在v上。如果這是一種結(jié)果，那么將簡單地將控制直接傳送到步驟413。
條件分支點(diǎn)413進(jìn)行測試以確定是否當(dāng)前像素為當(dāng)前塊的最后一個(gè)像素。如果步驟413的測試結(jié)果為“否”，這表示還剩余仍未處理的當(dāng)前塊中的其他像素，則將控制傳遞到步驟417，在該步驟調(diào)整i和j的值以指向下一個(gè)仍未處理的像素。然后將控制傳遞回到步驟405并如上所述繼續(xù)進(jìn)行處理。如果步驟413的測試結(jié)果為“是”，這表示已處理過當(dāng)前塊的所有像素，則將控制傳遞到步驟419，在該步驟中為該塊計(jì)算抽取亮度的變化量，即計(jì)算8×8Y塊的變化量。
然后將控制傳遞到條件分支點(diǎn)421，在該點(diǎn)進(jìn)行測試以為當(dāng)前塊確定是否countV大于countU。如果步驟421的測試結(jié)果為countV實(shí)際上大于countU，則將控制傳遞到條件分支點(diǎn)423，在該點(diǎn)上進(jìn)行測試以確定是否整個(gè)塊上的平均Y變化量，var(p，q)大于第一預(yù)定閾值t1v，該閾值為最大的V閾值。t1v的一個(gè)示例值為600。
在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，代替使用用于各個(gè)比較的塊的平均Y變化量，可以在該塊上計(jì)算和應(yīng)用平均U或平均V變化量，例如不論哪一個(gè)具有較大的計(jì)數(shù)值。
如果在步驟423的測試結(jié)果為“是”，這表示該變化量足夠大，數(shù)據(jù)有可能已經(jīng)在塊的像素的V平均值的第5最低有效位上編碼，例如int[sumV(p，q)/(每塊的像素?cái)?shù)量)]的值，例如int[sumV(p，q)/64]，則將控制傳遞到步驟425，其中設(shè)定變量m等于5。然后將控制傳遞到步驟427，在該步驟中將提取該塊像素的V平均值的第m個(gè)最低有效位(LSB)的值，將它作為印象到該塊的值。然后在步驟459退出處理。
注意到代替使用如這里所使用的舍入成整數(shù)的整數(shù)函數(shù)int，可以應(yīng)用能夠獲得整數(shù)值的舍入成整數(shù)的任何其他形式，例如總是向上舍入為整數(shù)或總是舍入為最近的整數(shù)值。
如果在步驟423的測試結(jié)果為“否”，這表示變化量不足夠大以使得數(shù)據(jù)有可能已經(jīng)在塊的像素V平均值的第5最低有效位上編碼，則將控制傳遞到條件分支點(diǎn)429，在該點(diǎn)進(jìn)行測試以確定是否整個(gè)塊的平均Y變化量，var(p，q)大于第二預(yù)定V閾值t2v，它為第二大V閾值。t2v的示例值為15。
如果在步驟429的測試結(jié)果為“是”，這表示變化量足夠大，數(shù)據(jù)有可能已經(jīng)在塊的像素V平均值的第4最低有效位上編碼，則將控制傳遞到步驟431，其中設(shè)定變量m等于4。然后將控制傳遞到步驟427，在該步驟中將提取該塊像素的V平均值的第m個(gè)最低有效位的值，將它作為印象到該塊的值。然后在步驟459退出處理。
如果在步驟429的測試結(jié)果為“否”，這表示變化量不足夠大以使得數(shù)據(jù)有可能已經(jīng)在塊的像素V平均值的第4最低有效位上編碼，則將控制傳遞到條件分支點(diǎn)433，在該點(diǎn)進(jìn)行測試以確定是否整個(gè)塊的平均Y變化量，var(p，q)大于第三預(yù)定V閾值t3v，它為最小的V閾值。t3v的示例值為7。
如果在步驟433的測試結(jié)果為“是”，這表示變化量足夠大，數(shù)據(jù)有可能已經(jīng)在塊的像素V平均值的第3最低有效位上編碼，則將控制傳遞到步驟435，其中設(shè)定變量m等于3。然后將控制傳遞到步驟427，在該步驟中將提取該塊像素的V平均值的第m個(gè)最低有效位的值，將它作為印象到該塊的值。然后在步驟459退出處理。
如果在步433的測試結(jié)果為“否”，這表示變化量僅足夠大以使得數(shù)據(jù)有可能已經(jīng)在塊的像素V平均值的第2最低有效位上編碼，則將控制傳遞到步驟437，其中設(shè)定變量m等于2。然后將控制傳遞到步驟427，在該步驟中將提取該塊像素的V平均值的第m個(gè)最低有效位的值，將它作為印象到該塊的值。然后在步驟459退出處理。
如果在步驟421的測試結(jié)果為countU大于countV，則將控制傳遞到條件分支點(diǎn)443，在該點(diǎn)進(jìn)行測試以確定是否整個(gè)塊的平均Y變化量，var(p，q)大于第一預(yù)定閾值t1u，它為最大的U閾值。t1u的示例值為600。
如果在步驟443的測試結(jié)果為“是”，表示該變化量足夠大，數(shù)據(jù)應(yīng)該在塊的像素的U平均值的第5最低有效位上編碼，例如int[sumU(p，q)/(每塊的像素?cái)?shù)量)]的值，例如int[sumU(p，q)/64]，則將控制傳遞到步驟445，其中設(shè)定變量m等于5。然后將控制傳遞到步驟447，在該步驟中將提取該塊像素的U平均值的第m個(gè)最低有效位的值，將它作為印象到該塊的值。然后在步驟459退出處理。
如果在步驟443的測試結(jié)果為“否”，這表示變化量不足夠大以使得數(shù)據(jù)有可能已經(jīng)在塊的像素U平均值的第5最低有效位上編碼，則將控制傳遞到條件分支點(diǎn)449，在該點(diǎn)進(jìn)行測試以確定是否整個(gè)塊的平均Y變化量，var(p，q)大于第二預(yù)定閾值t2u，它為第二大U閾值。t2u的示例值為15。
如果在步驟449的測試結(jié)果為“是”，這表示變化量足夠大，數(shù)據(jù)有可能數(shù)據(jù)已經(jīng)在塊的像素U平均值的第4最低有效位上編碼，則將控制傳遞到步驟451，其中設(shè)定變量m等于4。然后將控制傳遞到步驟447，在該步驟中將提取該塊像素的U平均值的第m個(gè)最低有效位的值，將它作為印象到該塊的值。然后在步驟459退出處理。
如果在步驟449的測試結(jié)果為“否”，這表示變化量不足夠大以使得數(shù)據(jù)有可能已經(jīng)在塊的像素U平均值的第4最低有效位上編碼，則將控制傳遞到條件分支點(diǎn)453，在該點(diǎn)進(jìn)行測試以確定是否整個(gè)塊的平均Y變化量，var(p，q)大于第三預(yù)定U閾值t3u，它為最小的U閾值。t3u的示例值為7。
如果在步驟453的測試結(jié)果為“是”，這表示變化量僅足夠大以使得數(shù)據(jù)有可能已經(jīng)在塊的像素U平均值的第3最低有效位上編碼，則將控制傳遞到步驟455，其中設(shè)定變量m等于3。然后將控制傳遞到步驟447，在該步驟中將提取該塊像素的U平均值的第m個(gè)最低有效位的值，將它作為印象到該塊的值。然后在步驟459退出處理。
如果在步453的測試結(jié)果為“否”，這表示變化量足夠大，數(shù)據(jù)有可能已經(jīng)在塊的像素U平均值的第2最低有效位上編碼，則將控制傳遞到步驟457，其中設(shè)定變量m等于2。然后將控制傳遞到步驟447，在該步驟中將提取該塊像素的U平均值的第m個(gè)最低有效位的值，將它作為印象到該塊的值。然后在步驟459退出處理。
注意到盡管在圖3和圖4中已經(jīng)所示為使用3個(gè)閾值和4比特位置，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易地能夠?qū)⑺甘镜姆椒ㄟm于其他數(shù)量的閾值和編碼值。
同理，并不是視頻信號每一幀或場的所有塊需要印象附加的信息。
圖6所示為用于確定哪一特定色度部分更加合適因此應(yīng)該被選擇以包含用于像素的加水印信息的示意性處理流程。當(dāng)有必要選自一個(gè)色度部分以包含水印信息時(shí)，處理流程在步驟601開始。為了討論圖6的目的，假設(shè)以YUV格式表示像素。而且，應(yīng)該注意到優(yōu)選地，對于原始視頻的每個(gè)原始2×2亮度塊，如果原始視頻已經(jīng)表示為4-4-4格式，應(yīng)該只剩余一個(gè)Y值用于每個(gè)亮度分量，即每一對各個(gè)對應(yīng)的U和V值。為此目的，可以下采樣原始塊的Y值，以便和U和V具有相同的分辨率?？商鎿Q地，可以計(jì)算與特定U和V值關(guān)聯(lián)的Y值平均值或一些其他組合，并將它們用作圖6處理流程的Y值。
概念上，對應(yīng)于可能像素位置的三維YUV色彩空間的每個(gè)位置，假定像素Y、U和V值能夠采取完整范圍，則根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察為每個(gè)位置分配一個(gè)更適合的色度部分，因此應(yīng)該為一個(gè)具有這種Y、U和V值的像素選擇該位置。如果要應(yīng)用用于Y、U和V值的每個(gè)可能集合的整個(gè)表的版本，其中每個(gè)Y、U和V值具有8比特的完整范圍，需要存儲至少16M比特的信息，假定為每個(gè)位置只存儲一個(gè)比特來表示所選擇的色度部分。注意到使用單個(gè)比特僅僅允許選擇U或V，但是不能指示不U和V兩者都不被應(yīng)用。如果想要能夠選擇U和V兩者都不，32M比特的信息是必須的。
圖7所示為示意性分配色度部分的一部分的剖視圖，該色度部分要被選擇用于三維YUV色彩空間內(nèi)每個(gè)可能的像素。應(yīng)該注意到僅僅為了教導(dǎo)的目的提供圖7，正如概念化可視輔助一樣，不代表實(shí)際的數(shù)據(jù)。
為了減少存儲要求，可以考慮YUV色彩空間作為一組區(qū)域，每個(gè)區(qū)域定義為包括對應(yīng)于至少一個(gè)集合的位置，典型地，Y、U和V值的多個(gè)集合，即對應(yīng)于至少一個(gè)像素、可能多個(gè)像素以及每個(gè)區(qū)域的色彩空間中的位置，然后，例如根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察為映象到區(qū)域的每個(gè)像素分配一個(gè)色度部分，即為Y、U和V值的集合落入該區(qū)域內(nèi)的任何像素選擇色度部分。一種查看這種集合到區(qū)域中的方式為量化，這種量化可能為線性或非線性的。
表1所列為示意性的色彩空間選擇表，其中每個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)于4個(gè)Y值、4個(gè)U值和4個(gè)V值，然后對應(yīng)于用于任何像素的8比特值的64種可能的組合。使用這種表將要存儲的所需信息減少到256K比特，這里假定為每個(gè)位置只存儲一個(gè)比特，或減少到512K比特，這里假定期望能夠選擇Y、V以及U和V兩者都不。表1可以存儲在任何計(jì)算機(jī)可讀媒體中，例如ROM、RAM，諸如硬盤或磁帶驅(qū)動(dòng)器的磁存儲器，諸如CD-ROM或DVD-ROM等等的光存儲器。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易意識到，表1所應(yīng)用的值用于每個(gè)Y、U和V，它們具有8比特的完整范圍，并可以通過除以4，例如將每個(gè)10比特值右移兩次，被縮放以用于10比特Y、U和V值。同樣，能夠類似適應(yīng)用于Y、U和V的其他數(shù)量的比特。
為了有效地安排和訪問表1的數(shù)據(jù)，如此進(jìn)行安排以便用于8個(gè)相鄰區(qū)域的具體U或V選擇集合在一起形成一個(gè)字節(jié)，這里1表示選擇U而0表示選擇V，以及這些相鄰區(qū)域具有相同的U和V量化值但是具有不同的順序量化Y值。因此，對于每個(gè)U和V值有8個(gè)字節(jié)，每一個(gè)字節(jié)對應(yīng)一個(gè)具有相同U和V量化值但具有不同量化Y值的區(qū)域。
表1被安排通過使用一個(gè)地址來尋址，該地址具有對應(yīng)于U值的最高有效位，對應(yīng)于V值的下一個(gè)最低有效值，對應(yīng)于Y值的最低有效值。換言之，字節(jié)的地址可以如下構(gòu)成U7|U6|U5|U4|U3|U2|V7|V6|V5|V4|V3|V2|Y7|Y6|Y5這里U7、U6、U5、U4、U3和U2為像素U值的第8到第3最低有效位的值，V7、V6、V5、V4、V3和V2為像素V值的第8到第3最低有效位的值，以及Y7、Y6和Y5為像素Y值的第8到第6最低有效位的值。然后，通過使用Y分量的第5到第2最低有效位例如Y4、Y3和Y2來規(guī)定字節(jié)內(nèi)的特定比特。
諸如表1的表格反映了以下事實(shí)，即人類的視覺系統(tǒng)a)對藍(lán)色的敏感性較小，和b)對較低的亮度值更敏感。這樣的一個(gè)表可通過通常如下所述的試湊來開發(fā)。
在這些部分中檢驗(yàn)色彩空間，其中每個(gè)部分通過亮度值來定義以及范圍在對應(yīng)于第一色度部分的第一維內(nèi)，該維從最小值到最大值進(jìn)行變化，并且在對應(yīng)于第二色度部分的第二維內(nèi)，該維從最小值到最大值進(jìn)行變化。例如，可以使用8比特值的6個(gè)最高有效位來量化任何或全部的亮度和色度部分。這樣做可建立一組平面，該平面具有色度部分值的棋盤，并當(dāng)顯示為不同色彩的塊時(shí)出現(xiàn)，并建立了用于每個(gè)亮度值的一個(gè)平面。例如，通過量化以便使用用于亮度的8比特值的6個(gè)最高有效位，色度部分產(chǎn)生對應(yīng)于每個(gè)可能的量化亮度值的64個(gè)平面，每個(gè)平面具有一個(gè)色彩格的檢驗(yàn)板模式，對于每個(gè)平面總共有4096個(gè)格，垂直方向具有64個(gè)格以及水平方向具有64個(gè)格。
單獨(dú)地檢查每個(gè)平面。為大量足夠確信隨機(jī)數(shù)據(jù)在幀的相同定位塊中在時(shí)間上具有不同的值的幀開發(fā)隨機(jī)數(shù)據(jù)，并用于觀察者檢測所出現(xiàn)的閃爍。已經(jīng)證實(shí)三十秒或更長是有效的。隨機(jī)數(shù)據(jù)印象在包含該平面的幀上，例如只在第一色度部分上不僅使用圖1的系統(tǒng)和圖3的處理流程完成水印，而且還迫使色彩選擇為第一色度部分。顯示并觀察幀產(chǎn)生的加有水印的版本。
如果在該表中指示觀察到?jīng)]有閃爍的任何塊，則亮度和色度部分的組合應(yīng)該應(yīng)用當(dāng)前攜帶水印數(shù)據(jù)的色度部分作為該組合的所選色度部分。如果在該表中指示觀察到有閃爍的任何塊，則亮度和色度部分的組合應(yīng)該應(yīng)用當(dāng)前未攜帶水印數(shù)據(jù)的色度部分作為該組合的所選色度部分。為該平面重復(fù)這種處理，但是要改變加水印的色度部分。
對于平面的任何塊，正如能發(fā)生的對于兩個(gè)色度部分產(chǎn)生閃爍，實(shí)施者可以選擇應(yīng)該選擇哪一色度部分。例如，可以選擇U，因?yàn)槿祟惖囊曈X系統(tǒng)通常對藍(lán)色不敏感?？商鎿Q地，可以應(yīng)用會提供所產(chǎn)生表的更好數(shù)據(jù)壓縮的色度部分。同理，在任何一個(gè)塊上不出現(xiàn)閃爍時(shí)，應(yīng)用色度部分的選擇在于實(shí)施者的判斷。
為每個(gè)平面重復(fù)這種處理流程直到填充整個(gè)表。
表1地址| 內(nèi)容-------------------------------------------------------------------------1to 16 |255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 25517 to 32 |255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 25533 to 48 |255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 25549 to 64 |255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 25565 to 80 |255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 25581 to 96 |255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 25597 to 112|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255113 to 128|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255129 to 144|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255145 to 160|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255161 to 176|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255177 to 192|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255193 to 208|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255209 to 224|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255225 to 240|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255241 to 256|255 255 255 255 255 255 255 255 00000000257 to 272|255 255 127 00000255 255 255 255 255 255 255 255273 to 288|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255289 to 304|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255305 to 320|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255321 to 336|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255337 to 352|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255353 to 368|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255369 to 384|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255385 to 400|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255401 to 416|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255417 to 432|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255433 to 448|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255449 to 464|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255465 to 480|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255481 to 496|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255497 to 512|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255513 to 528|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255529 to 544|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255545 to 560|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255561 to 576|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255577 to 592|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255593 to 608|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255609 to 624|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255625 to 640|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255641 to 656|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255657 to 672|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255673 to 688|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255689 to 704|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255705 to 720|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255721 to 736|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255737 to 752|0000000000000000753 to 768|0000000000000000769 to 784|254 255 l27 00000255 255 255 00000785 to 800|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255801 to 816|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255817 to 832|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255833 to 848|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255849 to 864|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255865 to 880|255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255881 to 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15377 to 15392 |000000000000000015393 to 15408 |000000000000000015409 to 15424 |000000000000000015425 to 15440 |000000000000000015441 to 15456 |000000000000000015457 to 15472 |000000000000000015473 to 15488 |000000000000000015489 to 15504 |000000000000000015505 to 15520 |000000000000000015521 to 15536 |000000000000000015537 to 15552 |000000000000000015553 to 15568 |000000000000000015569 to 15584 |000000000000000015585 to 15600 |000000000000000015601 to 15616 |000000000000000015617 to 15632 |000000000000000015633 to 15648 |000000000000000015649 to 15664 |000000000000000015665 to 15680 |000048 000000062 00015681 to 15696 |000192 127 000000240 255 00015697 to 15712 |000254 255 10000192 255 255 10015713 to 15728 |00248 255 255 30000255 255 255 70015729 to 15744 |0224 255 255 255 7000248 255 255 255 15 0015745 to 15760 |0255 255 255 255 31 00224 255 255 255 255 63 0015761 to 15776 |252 255 255 255 255 63 00255 255 255 255 255 127 0015777 to 15792 |255 255 255 255 255 255 00255 255 255 255 255 255 0015793 to 15808 |255 255 255 255 255 255 10255 255 255 255 255 255 3015809 to 15824 |255 255 255 255 255 255 70255 255 255 255 255 255 7015825 to 15840 |255 255 255 255 255 255 15 0255 255 255 255 255 255 31 015841 to 15856 |255 255 255 255 255 255 31 0255 255 255 255 255 255 63 015857 to 15872 |255 255 255 255 255 255 127 0255 255 255 255 255 255 255 015873 to 15888 |000000000000000015889 to 15904 |000000000000000015905 to 15920 |000000000000000015921 to 15936 |000000000000000015937 to 15952 |000000000000000015953 to 15968 |000000000000000015969 to 15984 |000000000000000015985 to 16000 |000000000000000016001 to 16016 |000000000000000016017 to 16032 |000000000000000016033 to 16048 |000000000000000016049 to 16064 |000000000000000016065 to 16080 |000000000000000016081 to 16096 |000000000000000016097 to 16112 |000000000000000016113 to 16128 |000000000000000016129 to 16144 |000000000000000016145 to 16160 |000000000000000016161 to 16176 |000000000000000016177 to 16192 |000000000000120 00016193 to 16208 |0000127 000000224 255 00016209 to 16224 |000252 255 100000255 255 30016225 to 16240 |00224 255 255 30000252 255 255 70016241 to 16256 |0128 255 255 255 15 000240 255 255 255 15 0016257 to 16272 |0252 255 255 255 31 00128 255 255 255 255 63 0016273 to 16288 |240 255 255 255 255 127 00254 255 255 255 255 127 0016289 to 16304 |255 255 255 255 255 255 00255 255 255 255 255 255 1016305 to 16320 |255 255 255 255 255 255 30255 255 255 255 255 255 3016321 to 16336 |255 255 255 255 255 255 70255 255 255 255 255 255 15 016337 to 16352 |255 255 255 255 255 255 15 0255 255 255 255 255 255 31 016353 to 16368 |255 255 255 255 255 255 63 0255 255 255 255 255 255 127 016369 to 16384 |255 255 255 255 255 255 127 0255 255 255 255 255 255 255 0步驟603開始處理訪問如此安排的信息。更具體而言，在步驟603中計(jì)算，y(i,j)(p,q)=Y(i,j)(p,q)>>5]]>u(i,j)(p,q)=U(i,j)(p,q)>>2]]>和v(i,j)(p,q)=V(i,j)(p,q)>>2]]>其中，類似于以上所述，p指的是被處理幀的特定水平片，q指的是該幀的特定列或垂直片，i指的是被處理塊內(nèi)的特定行，j指的是被處理塊內(nèi)的特定列，以及“＞＞”為右移運(yùn)算。這樣做只剩下了像素U值的想要的第8到第3最低有效位，像素V值的第8到第3最低有效位，以及像素Y值的第8到第6最低有效位。之后，在步驟605中，如下計(jì)算用于當(dāng)前像素的查詢表地址
LUT_Address(i,j)(p,q)=u(i,j)(p,q)<<9+v(i,j)(p,q)<<3+y(i,j)(p,q),]]>這里“＜＜”為左移運(yùn)算。
這樣做將提取的比特組合在組合地址中并且指向?qū)?yīng)于該像素的一個(gè)字節(jié)。之后，在步驟607，通過將由Y分量的第2到第5最低有效位構(gòu)成的值用作字節(jié)的索引，來確定對應(yīng)于該像素的字節(jié)內(nèi)的特定比特。為此目的，步驟607計(jì)算b=mod(Y(i,j)(p,q)<<2,8),]]>這里mod為求模函數(shù)。
在步驟609中，提取在計(jì)算的查詢表地址的字節(jié)的第b個(gè)比特位置的值，并將其分配為變量m的值，并且提供作為輸出。再次，在該示意性的實(shí)施例中，如果提取的比特為1，則U為選擇的色度部分，而如果提取的比特為0時(shí)，則V為所選擇的色度部分。
然后處理流程在步驟611退出。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易意識到，如何將上述內(nèi)容適于其他格式的像素，例如RGB或YIQ。
應(yīng)該注意到如果期望對表格Huffman編碼，可能有利的是，應(yīng)該顛倒上述為1選擇U和為0選擇V的對應(yīng)關(guān)系，假設(shè)如實(shí)驗(yàn)已經(jīng)得出的，為大部分的像素組合選擇U。
圖8所示為特定色度部分選擇以包含用于像素的加水印信息所采用的另一示意性處理流程。當(dāng)必須選擇一個(gè)適于包含水印信息的色度部分時(shí)，在步驟801開始處理流程。如圖6所示，為了討論圖8，假定像素以YUV格式表示。而且，應(yīng)該注意到，優(yōu)選地，對于原始視頻的每個(gè)原始2×2亮度塊，如果原始視頻已表示為4-4-4格式，那么應(yīng)該只有用于每個(gè)色度分量的一個(gè)Y值，即每對各自對應(yīng)的U和V值。為此目的，可以下采樣原始塊的Y值以便與U和V具有相同的分辨率?？商鎿Q地，計(jì)算與特定U和V值關(guān)聯(lián)的Y值的平均值或一些其他組合，并將其用作用于圖8處理的Y值。
與圖6的實(shí)施例相比，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面為了進(jìn)一步減少圖8實(shí)施例中的存儲要求，不僅YUV色彩空間劃分為一些區(qū)域，每個(gè)區(qū)域包括對應(yīng)于Y、U和V值的至少一個(gè)集合的位置，并且例如基于實(shí)驗(yàn)觀察，為每個(gè)區(qū)域分配一個(gè)色度部分，其中選擇這些色度部分用于任何像素，這些像素的Y、U和V值落入?yún)^(qū)域內(nèi)，如結(jié)合圖6所示的，但是U值小于預(yù)定值例如最大值的一半的任何像素將具有選擇用于加水印的U色度部分。因此，對于8比特Y、U和V值，如果U值小于128，則總是選擇U色度部分加水印，而不管V或Y值如何。這是因?yàn)槿祟惖囊曈X系統(tǒng)對藍(lán)色分量U較V分量而言不那么敏感。
通過讓色度部分選擇表的最高有效地址位對應(yīng)于地址的U值導(dǎo)出比特，有利地，能夠?qū)⒈淼拇笮p小達(dá)一半。這將通過在形成表地址之前，增加一個(gè)測試以確定是否U值小于最大值的一半來實(shí)現(xiàn)，如果測試結(jié)果為“是”，這簡單地表示選擇U色度部分并跳過訪問表的剩余處理，而且還通過在計(jì)算地址的U值導(dǎo)出比特之前，將實(shí)際U值減去最大值U的一半來實(shí)現(xiàn)。因此，取消對應(yīng)最高有效U位為0的應(yīng)用于圖6的表部分，并且只保留最高有效U位為1的表部分。但是，在形成U值導(dǎo)出比特之前，通過將U值減去最大U值的一半來移位表剩余部分的索引。
從而，使用具有對應(yīng)于U值的最高有效位的地址，對應(yīng)于V值的下一個(gè)最低有效值，以及對應(yīng)于Y值的最低有效值來尋址安排的表格。換言之，可以如下形成字節(jié)的地址U6|U5|U4|U3|U2|V7|V6|V5|V4|V3|V2|Y7|Y6|Y5這里U6、U5、U4、U3和U2為像素U值的第7到第3最低有效位的值，V7、V6、V5、V4、V3和V2為像素V值的第8到第3最低有效位的值，以及Y7、Y6和Y5為像素Y值的第8到第6最低有效位的值。然后，通過使用Y分量的第5到第2最低有效位例如Y4、Y3和Y2來規(guī)定字節(jié)內(nèi)的特定比特。
為此目的，條件分支點(diǎn)802進(jìn)行測試以確定是否 該值例如為最大U值的一半。應(yīng)該注意到為了節(jié)約一個(gè)比特，以及一半的表大小，優(yōu)選地預(yù)定值應(yīng)該為2的冪。如果步驟802的測試結(jié)果為“否”，這表示U值不小于預(yù)定值，例如U最大值的一半，例如128，因此要被選擇的色度部分將作為Y、U和V的函數(shù)，因此必須訪問該表，并將控制傳遞到步驟803以開始訪問該表的處理。在步驟803中計(jì)算y(i,j)(p,q)=Y(i,j)(p,q)>>5]]> 例如u(i,j)(p,q)=(U(i,j)(p,q)-128)>>2]]>以及v(i,j)(p,q)=V(i,j)(p,q)>>2]]>其中，類似于以上所述，這里，p指的是被處理幀的特定水平片，q指的是該幀的特定列或垂直片，i指的是被處理塊內(nèi)的特定行，j指的是被處理塊內(nèi)的特定列，以及“＞＞”為右移運(yùn)算。這樣做只剩下了像素U值的想要的第7到第3最低有效位，像素V值的第8到第3最低有效位，以及像素Y值的第8到第6最低有效位。之后，在步驟805中，如下計(jì)算用于當(dāng)前像素的查詢表地址LUT_Address(i,j)(p,q)=u(i,j)(p,q)<<9+v(i,j)(p,q)<<3+y(i,j)(p,q),]]>這里“＜＜”為左移運(yùn)算。
這樣做將提取的比特組合在組合地址中并且指向?qū)?yīng)于該像素的一個(gè)字節(jié)。之后，在步驟807，通過將由Y分量的第5到第2最低有效位構(gòu)成的值用作字節(jié)的索引，來確定對應(yīng)于該像素的字節(jié)內(nèi)的特定比特。為此目的，步驟807計(jì)算b=mod(Y(i,j)(p,q)<<2,8),]]>這里mod為求模函數(shù)。
在步驟809中，在計(jì)算的查詢表地址提取字節(jié)的第b個(gè)比特位置的值，并將其存儲在變量m中。在步驟811中變量m的值提供作為輸出。再次，如果輸出比特為1，則U為選擇的色度部分，而如果提取的比特為0時(shí)，則V為所選擇的色度部分。然后處理流程在步驟813退出。
如果步驟802的測試結(jié)果為“是”，這表示應(yīng)該選擇U色度部分，因?yàn)橄袼仡伾恢饕獮樗{(lán)色，因而人類的視覺系統(tǒng)將不會檢測到像素藍(lán)色的改變，將控制傳遞到步驟815，在步驟中將變量m設(shè)定等于1。這樣做保證了選擇U。然后將控制傳遞到步驟811，并且如上所述繼續(xù)進(jìn)行處理。
盡管在色彩選擇中的上述改進(jìn)利用了像素的一定的Y、U和V值，不利的是，仍有可能顯現(xiàn)出輕微可檢測的閃爍。這是因?yàn)闉榱私?jīng)得住類似MPEG編碼，可能需要為所選色度部分的平均值增加大值。
圖9所示為根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的示意性發(fā)送機(jī)，其中在數(shù)據(jù)印象到塊的色度部分的平均值之前，通過復(fù)制印象數(shù)據(jù)至少一次，優(yōu)選為兩次或更多次，從而可以減少閃爍。在單獨(dú)的連續(xù)幀的相同塊位置中發(fā)送原始的以及每個(gè)復(fù)制的數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，具有攜帶相同數(shù)據(jù)的相同位置塊的這些幀在顯示順序上是連續(xù)的。而且，幀的具體塊可以嵌入一個(gè)特定的已知數(shù)據(jù)序列，例如巴克序列，而不是編碼的用戶數(shù)據(jù)。
圖9中所示的本發(fā)明的實(shí)施例類似于圖1所示的本發(fā)明的實(shí)施例。圖9中所有具有相同標(biāo)記的組件基本上和圖1所示的組件操作相同。除了在圖9中所示的圖1的這些組件以外還有轉(zhuǎn)發(fā)器925和可選的序列附加器927。另外，圖1的位映象器123可選地在圖9中代替為位映象器923。只有在想要以下結(jié)合位映象器923描述附加功能時(shí)，才有必要用位映象器923代替位映象器123。
轉(zhuǎn)發(fā)器925從塊交織器121或可選的序列附加器927接收比特，轉(zhuǎn)發(fā)器925存儲接收的比特并為至少兩個(gè)幀的相同位置的塊輸出這些比特。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)器925存儲接收的比特并為三個(gè)幀的相同位置的塊輸出它們時(shí)可以獲得好的結(jié)果。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通過為轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)選擇幀數(shù)量，將能夠權(quán)衡任何感知的閃爍與水印數(shù)據(jù)的期望吞吐量。
可選的序列附加器927將特定已知的數(shù)據(jù)序列，例如巴克序列嵌入到幀的特定塊中，數(shù)據(jù)序列代替了編碼的用戶數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)序列編碼的特定塊可以分布于一幀的整個(gè)塊中。每組初始和轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)幀可以應(yīng)用不同的已知序列。這樣做將使得接收機(jī)能夠檢測幀的集合?？商鎿Q地，可以為每一組應(yīng)用相同的序列，但是用于序列的這些特定塊對于連續(xù)的組來說是不同的。
圖10所示為根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的接收機(jī)的示意性實(shí)施例，該接收機(jī)用于接收諸如圖9的發(fā)送機(jī)所產(chǎn)生的加有水印的視頻信號。圖10所示的本發(fā)明的實(shí)施例類似于圖2所示的實(shí)施例。圖10中所有具有相同附圖標(biāo)記的組件與圖2所示的組件基本上操作相同。除了圖10所示的圖2的這些組件以外，還有序列處理器1025和幀加權(quán)單元1027。而且，圖2的信道解碼器221可選地代替為圖10中的信道解碼器1021。
例如如圖10所示的接收機(jī)可以使用序列處理器1025檢測組同步。這可以通過以下來實(shí)現(xiàn)，將來自組長度數(shù)量的連續(xù)幀中每一幀的組所識別序列的值進(jìn)行相加，從而將其應(yīng)用為同步模式，并確定是否結(jié)果超出了預(yù)定閾值。如果超出了該閾值，假定增加期望同步模式值的第一幀為該組中的第一幀。如果沒有超出該閾值，假定增加值的第一幀為不是一組中的第一幀。這類似于在同步模式上執(zhí)行自相關(guān)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將意識到可以使用其他傳統(tǒng)的技術(shù)來避免錯(cuò)誤匹配，并處理由于錯(cuò)誤而丟失第一幀，諸如在宣布組同步之前搜尋最大值。
有利地，一旦接收機(jī)檢測到規(guī)則的組模式，在存在模式偏差的任何時(shí)候，接收機(jī)將能夠意識到已經(jīng)移除了原始視頻序列的一個(gè)幀。這種信息可由序列處理器1025提供作為一個(gè)輸出。
例如，可以監(jiān)視視頻信號內(nèi)的經(jīng)銷商的各種廣告片?？梢詾樵摻?jīng)銷商分配一個(gè)唯一的代碼，該代碼嵌入到到廣告片的每一幀中。并使接收機(jī)知道該特定的唯一代碼和加有水印的幀的哪些塊應(yīng)該包含該代碼。通過檢測加水印幀內(nèi)的代碼出現(xiàn)，接收機(jī)能夠識別一幀為屬于經(jīng)銷商其中一個(gè)廣告片的幀。一旦檢測到包含該代碼的幀，能夠?qū)Π摯a的序列幀數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)，以確定廣告片的長度。如果基于原始加水印的廣告片的已知長度，所計(jì)數(shù)的幀數(shù)小于期望的幀數(shù)，那么可以假定廣告片不適合于通過移除對應(yīng)于期望幀數(shù)和所計(jì)數(shù)幀數(shù)之差的該幀數(shù)來縮短。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到可以應(yīng)用其他的傳統(tǒng)技術(shù)來避免錯(cuò)誤的匹配，和處理由于錯(cuò)誤而丟失第一幀。
廣告片的每一幀或廣告片內(nèi)幀的組，可以利用唯一的標(biāo)識符，例如一個(gè)幀或組編號來加水印，該標(biāo)識符為幀上的不同序列的一部分。當(dāng)由于一個(gè)或更多幀丟失而檢測到期望序列中的間隙時(shí)，當(dāng)每個(gè)幀具有唯一的標(biāo)識符時(shí)可以具體地識別這些丟失幀。當(dāng)標(biāo)識符只分配給組以及在每組中已知幀的數(shù)量時(shí)，只能識別任何丟失幀所屬的特定組，以及計(jì)數(shù)丟失了多少幀。
盡管可以應(yīng)用數(shù)據(jù)復(fù)制來減少閃爍，正如如上所述，但是這樣做可能限制檢測丟失幀的能力為只識別丟失幀的組，而不是能夠識別該特定的幀。所以，盡管通常復(fù)制水印數(shù)據(jù)，至少可以不復(fù)制一個(gè)單獨(dú)的幀標(biāo)識符。包含這種非復(fù)制幀的這些塊，如果它們引起閃爍，則位于將最不可能引起注意的位置，例如幀的角上。這樣做提供了減少可檢測閃爍的大部分好處，同時(shí)還允許檢測丟失的特定的各個(gè)幀。
如果經(jīng)銷商有不同的廣告片，每個(gè)廣告片可以具有其他嵌入到至少一個(gè)幀中的序列，以識別正在接收的該經(jīng)銷商的特定廣告片。
如果多個(gè)經(jīng)銷商具有加水印的廣告片，只要給每個(gè)經(jīng)銷商分配一個(gè)唯一的代碼，監(jiān)視具有第一唯一代碼的第一經(jīng)銷商廣告片出現(xiàn)的系統(tǒng)，將忽略具有第二唯一代碼的第二經(jīng)銷商的廣告片?？商鎿Q地，單個(gè)系統(tǒng)可能監(jiān)視用于來自不同經(jīng)銷商的廣告片出現(xiàn)的視頻信號，其中每個(gè)經(jīng)銷商具有一個(gè)唯一代碼，并且根據(jù)其代碼由經(jīng)銷商來分離結(jié)果。
當(dāng)多個(gè)經(jīng)銷商具有加水印的廣告片時(shí)，每個(gè)經(jīng)銷商應(yīng)用相同的代碼，并且代碼甚至位于用于每個(gè)經(jīng)銷商的幀內(nèi)的相同塊位置上。但是，使用一個(gè)用于每個(gè)經(jīng)銷商的唯一密鑰，加密包括在該幀內(nèi)的所有接下來的數(shù)據(jù)，并且每個(gè)經(jīng)銷商具有一個(gè)接收機(jī)，該接收機(jī)僅知道用于該經(jīng)銷商的密鑰。所以，每個(gè)經(jīng)銷商能夠僅僅解密和接收來自其自己廣告片的數(shù)據(jù)?？商鎿Q地，通過在一幀的塊上加擾數(shù)據(jù)，可以加密用于每個(gè)經(jīng)銷商的數(shù)據(jù)。每個(gè)接收機(jī)應(yīng)該只知道用于它的相關(guān)經(jīng)銷商的加擾模式。
可以連續(xù)執(zhí)行、或在期望廣播廣告片的時(shí)間窗內(nèi)監(jiān)視代碼的初始出現(xiàn)，該出現(xiàn)表示一個(gè)廣告片的開始。
代替簡單地在一組的多個(gè)幀上重復(fù)數(shù)據(jù)，然后使用位映象器123(圖1)，為一個(gè)塊的色度部分的平均值增加的量，取決于塊的復(fù)雜度及期望的量化等級，并可能在一個(gè)組上一幀一幀地輕微變化，甚至在相應(yīng)的一幀一幀的位置上塊的復(fù)雜度相同時(shí)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，與增加到平均值的值相比所做的改變較小，以將水印比特置于平均值內(nèi)。這些改變可由位映象器923(圖9)來執(zhí)行，借此提供附加的編碼增益，這可能有利地應(yīng)用于在接收機(jī)提高數(shù)據(jù)的可靠性。但是，這樣做可能導(dǎo)致低紋理區(qū)域可見質(zhì)量的稍微減小，因?yàn)閴K內(nèi)的一些像素可能具有比位于相同位置的以前像素所不同的值。但是，由于這種減小處于像素級，因此典型地它不會引起注意。
在本發(fā)明的一個(gè)示意性實(shí)施例中，利用印象到其上的相同水印數(shù)據(jù)發(fā)送三個(gè)時(shí)間連續(xù)幀的組。該組的中間幀加有如上結(jié)合圖3所述的水印，而不會根據(jù)在圖3中所確定值來改變增加到塊所選擇色度部分之平均值的量。
該組在時(shí)間上的第一幀還具有一個(gè)通過位映象器923(圖9)要增加到塊所選色度部分之平均值上的計(jì)算值，即偏差，其中如結(jié)合圖3所示來開發(fā)該增加值。但是，偏差，例如增加到平均值以將水印比特放置在平均值內(nèi)的該值絕對值的四分之一或優(yōu)選地為一半，另外被增加到所選用于攜帶水印數(shù)據(jù)的色度部分的計(jì)算平均值上。因此，例如，如果將平均值增加1以將水印比特放置在平均值內(nèi)，那么其一半將增加到平均值中。當(dāng)一個(gè)塊中有64個(gè)像素時(shí)，這轉(zhuǎn)換為增加32到該塊所有像素的所選色度部分的求和值。因此，加法器133將接收一個(gè)比假如未增加偏差的值更高的值。同理，作為另一個(gè)實(shí)例，如果增加-4到平均值中以將水印比特放置于平均值內(nèi)，以及如果應(yīng)用增加到平均值的該值絕對值的一半，當(dāng)一個(gè)塊中有64個(gè)像素時(shí)，這將轉(zhuǎn)換為給該塊所有像素所選色度部分的求和值增加128。
注意到該附加的偏差量，例如32，將根據(jù)其亮度變化量分布于各個(gè)像素中。而且，附加偏差不依賴于任何增加到平均值的以使其位于一個(gè)安全范圍的值。因此，平均值可能落入安全范圍之外。但是，移出安全范圍造成的錯(cuò)誤概率的增加大于根據(jù)應(yīng)用該偏差產(chǎn)生的編碼增益所帶來的偏移。
該組在時(shí)間上的最后一幀具有一個(gè)通過位映象器923(圖9)計(jì)算的值，即從該塊所選色度部分的平均值中減去一個(gè)偏差，該值如結(jié)合圖3所述那樣開發(fā)。但是，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，偏差，例如增加到平均值以將水印比特放置在平均值內(nèi)的該值絕對值的四分之一或優(yōu)選為一半，另外應(yīng)該從所選用于攜帶水印數(shù)據(jù)的色度部分的計(jì)算平均值中減去。因此，例如，如果-3被增加到平均值中以將水印比特放置于平均值內(nèi)，那么將從平均值減去-3絕對值的一半即1.5。當(dāng)在一個(gè)塊中有64個(gè)像素時(shí)，這轉(zhuǎn)換為從該塊所有像素所選色度部分的求和值中減去96。因此，加法器133將接收一個(gè)比假如未增加偏差的值更低的值。同理，作為另一個(gè)實(shí)例，如果為平均值增加2以將水印比特放置于平均值內(nèi)，那么從該平均值中減去2的絕對值的一半即1。當(dāng)在一個(gè)塊中有64個(gè)像素時(shí)，這轉(zhuǎn)換為從該塊所有像素所選色度部分的求和值中減去64。
應(yīng)該注意到丟失減去的偏差量，例如32，將根據(jù)其亮度變化量分布于各個(gè)像素中。而且還應(yīng)該注意到減去該偏差不依賴于給平均值增加的以使其位于一個(gè)安全范圍內(nèi)的任何值。因此，平均值可能落入安全范圍之外。但是，移出安全范圍造成的錯(cuò)誤概率的增加大于所產(chǎn)生的編碼增益所帶來的偏移。
一種考慮這樣如何有效的方式請參見圖5。如上所述，為了達(dá)到安全范圍外部邊界的一個(gè)值，沒有考慮到通常正好足夠用于給塊所選色度部分的平均值增加或減去偏差量。因此，在任何偏差之前，多個(gè)幀在安全范圍上或靠近其邊界。未增加或減少任何值的中間幀還位于邊界的右邊。增加一個(gè)極小偏差的幀可以稍微一定到安全范圍內(nèi)的更好位置上，或者它可能輕微移出安全范圍。減去一個(gè)極小偏差的幀移動(dòng)到如增加偏差的幀的正確方向。因此，在最壞情況下，對于三幀的一個(gè)組而言，一個(gè)將位于安全范圍的邊界上，一個(gè)將稍微位于安全范圍之外。這產(chǎn)生了獨(dú)立擴(kuò)展的值。
由于類似MPEG編碼所執(zhí)行的量化以及在MPEG去量化過程中增加的各個(gè)MPEG偏差，可以進(jìn)一步擴(kuò)大偏差的影響。當(dāng)在這些連續(xù)幀上發(fā)送相同的比特時(shí)，這能夠?qū)е挛挥谶B續(xù)幀內(nèi)用于相同位置塊的接收數(shù)據(jù)值之間產(chǎn)生顯著的差別。
在例如如圖10所示的接收機(jī)中，例如在幀加權(quán)單元1027中，根據(jù)認(rèn)為“是”為每一幀提供的質(zhì)量等級來使用最大比率合并方法，適當(dāng)?shù)丶訖?quán)從每一幀中提取的數(shù)據(jù)。為此目的，序列處理器1025可以為幀加權(quán)單元1027提供a)幀同步信息，以便幀加權(quán)單元1027能夠知道哪些幀集合在一起，以及b)每一幀的同步模式中的錯(cuò)誤數(shù)量。質(zhì)量等級根據(jù)認(rèn)為在接收幀中有多少錯(cuò)誤，以及根據(jù)在期望用于該幀的同步模式中有多少錯(cuò)誤來確定，并且由序列處理器1025提取。表1示出了用于每一同步模式的錯(cuò)誤數(shù)量和各個(gè)加權(quán)，其中已經(jīng)利用同步模式中的這種錯(cuò)誤數(shù)量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)出適合于一幀的該加權(quán)。換言之，可將從每一幀中提取數(shù)據(jù)的值視為作為組合處理一部分的通過其相關(guān)加權(quán)所加權(quán)的軟數(shù)據(jù)。
根據(jù)這些加權(quán)，提取用于連續(xù)幀中對應(yīng)塊位置的相同數(shù)據(jù)比特的多個(gè)實(shí)例并將其進(jìn)行組合以形成單個(gè)的接收比特。這可以通過以下計(jì)算實(shí)現(xiàn)bit_out=(2n-1)w1bit1+w2bit2+w3bit3(w1+w2+w3),]]>這里bit_out為三幀的組最后輸出的比特；w1、w2和w3為時(shí)間幀中第一、第二和第三幀的加權(quán)；bit1、bit2和bit3為來自時(shí)間幀中第一、第二和第三幀的相同位置塊的比特；以及n為軟解碼器輸入精度的比特?cái)?shù)量。
為了最佳利用軟信息，信道解碼器1021為所謂的軟解碼器，它能夠應(yīng)用軟數(shù)據(jù)比特，即每個(gè)表示為非二進(jìn)制數(shù)的數(shù)據(jù)比特，其范圍取決于軟解碼器輸入精度。例如，8比特輸入精度的軟解碼器操作于0到255之間的值。為此目的，接收硬比特的加權(quán)平均值w1bit1+w2bit2+w3bit3(w1+w2+w3)]]>與2n-1相乘，借此將加權(quán)平均值轉(zhuǎn)換為適當(dāng)精度的軟解碼所能夠處理的軟值。
當(dāng)特定幀的確定質(zhì)量低于預(yù)定的閾值時(shí)，可以假定特定幀不包含任何的水印數(shù)據(jù)以及沒有為該幀提取任何數(shù)據(jù)。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易意識到，哪一幀增加了值，哪一幀減去了值以及哪一幀未發(fā)生改變；不論加和減都是必要的；一組中幀的數(shù)量；以及對相加或相減值或所產(chǎn)生的值所執(zhí)行的任何舍入到整數(shù)取決于實(shí)施者的判斷。

權(quán)利要求
1.一種用于選擇將要加水印的像素的色度部分的方法，所述選擇步驟應(yīng)用基于感知的表，該表為色彩空間中至少多個(gè)可能像素中的每一個(gè)指示，若有的話，應(yīng)該選擇哪一色度部分來加水印。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所定義的本發(fā)明，其中所述基于感知的表為其中的每個(gè)條目表示是只給第一色度部分加水印還是只給第二色度部分加水印。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所定義的本發(fā)明，其中所述基于感知的表為其中的每個(gè)條目表示是給第一色度部分、第二色度部分加水印，還是完全不加水印。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所定義的本發(fā)明，其中所述基于感知的表為計(jì)算機(jī)可讀形式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所定義的本發(fā)明，其中所述基于感知的表將整個(gè)色彩空間劃分給多個(gè)區(qū)域，至少一個(gè)所述可能像素位于每個(gè)所述區(qū)域內(nèi)，以及根據(jù)所述像素落入所述基于感知的表的哪一區(qū)域，所述基于感知的表為所述像素提供一個(gè)指示。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所定義的本發(fā)明，其中所述像素為以YUV格式表示的數(shù)字視頻比特流的一部分，并且所述基于感知的表為任何像素指示，作為所述像素的Y、U和V值的函數(shù)給U或V加水印。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所定義的本發(fā)明，其中所述像素為使用第一色彩空間類型表示的數(shù)字視頻比特流的一部分，其中僅僅使用一個(gè)直接以所述第一色彩空間類型表示而不是其他色彩空間類型表示所格式化的數(shù)字比特流來執(zhí)行所述選擇步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所定義的本發(fā)明，其中所述像素為從原始數(shù)字視頻比特流中導(dǎo)出的抽取的像素。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所定義的本發(fā)明，其中所述像素為從原始數(shù)字視頻比特流中導(dǎo)出的量化的像素。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所定義的本發(fā)明，其中所述基于感知的表包含指示，若有的話，應(yīng)該為所述整個(gè)色彩空間的每個(gè)像素值選擇哪一個(gè)色度部分加水印的信息。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所定義的本發(fā)明，其中所述基于感知的表包含指示，若有的話，應(yīng)該為所述色彩空間的僅僅規(guī)定部分的每個(gè)可能像素選擇哪一個(gè)色度部分加水印的信息，其中所述選擇步驟還包括確定一個(gè)像素位于所述色彩空間規(guī)定部分內(nèi)的步驟，所述基于感知的表包含用于該規(guī)定部分的信息。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所定義的本發(fā)明，其中所述基于感知的表包含指示，若有的話，應(yīng)該為所述色彩空間僅僅一部分的每個(gè)可能像素選擇哪一個(gè)色度部分加水印的信息，所述方法還包括以下步驟確定一個(gè)像素沒有位于所述色彩空間的所述部分內(nèi)，所述基于感知的表包含用于該部分的信息；以及若有的話，確定應(yīng)該為所述像素選擇哪一色度部分加水印，作為所述像素的至少一個(gè)值的所計(jì)算的函數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所定義的本發(fā)明，其中通過改變所述像素的色度部分的值來表示傳送附加數(shù)據(jù)而不是所述色度部分的原始值，從而給所述像素的色度部分加水印。
14.一種用于提供有關(guān)視頻信號的像素的哪一色度部分，若有的話，更適于改變以便攜帶附加水印信息的指示的設(shè)備，所述設(shè)備包括計(jì)算機(jī)可讀形式的基于感知的表，該表用于可能像素色彩空間的至少一部分，所述表為那些位于所述色彩空間的所述部分中的像素規(guī)定要通過所述設(shè)備指示的色度部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所定義的本發(fā)明，還包括一個(gè)計(jì)算單元，用于為沒有位于所述色彩空間的所述部分內(nèi)的像素指示根據(jù)所述像素的一個(gè)所述色度部分的至少一個(gè)值要指示哪一色度部分。
16.一種用于選擇加有水印的像素的色度部分的方法，所述選擇步驟應(yīng)用基于感知的表，該表為色彩空間內(nèi)的至少多個(gè)可能像素的每一個(gè)指示，若有的話，最大可能給哪一色度部分加了水印數(shù)據(jù)。
17.一種用于選擇將要加水印的像素的色度部分的設(shè)備，所述設(shè)備包括計(jì)算機(jī)可讀存儲器，其中包含了基于感知的表，該表為色彩空間的至少一部分中的至少多個(gè)可能像素的每一個(gè)指示，若有的話，應(yīng)該選擇哪一色度部分來加水?。缓陀糜诋?dāng)所述像素為所述色彩空間的所述部分中的一個(gè)所述像素時(shí)，訪問所述存儲器以確定，若有的話，選擇哪一色度部分的裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所定義的本發(fā)明，還包括用于計(jì)算，若有的話，應(yīng)該選擇哪一色度部分加水印作為所述像素的至少一個(gè)值的函數(shù)的裝置，所述計(jì)算裝置只當(dāng)所述像素不是所述色彩空間的所述部分中的一個(gè)所述像素時(shí)才進(jìn)行操作。
全文摘要
應(yīng)用基于感知的表確定將要加水印的色度部分，該表為各個(gè)像素值指示，如有的話，應(yīng)該選擇哪一色度部件加水印。只需要像素的Y、U和V值來訪問該表，確定應(yīng)該選擇哪一色度部分。但是，可以這樣表示該表以便僅僅使用R、G和B值就能訪問它?？梢孕薷脑摫硪员闼甘緫?yīng)該選擇哪一個(gè)U或V，或者哪一個(gè)都不選擇，這表示該像素完全不應(yīng)該加水印。有利地，通過應(yīng)用一些處理可以簡化該表，因?yàn)樵摫淼拇蟛糠挚梢酝ㄟ^對像素值進(jìn)行簡單的測試，例如U＜128，以確定所選的色度部分來代替。
文檔編號H04N1/387GK1606351SQ200410082618
公開日2005年4月13日 申請日期2004年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月29日
發(fā)明者默哈默德·侯塞茵·薩拉比扎德 申請人:朗迅科技公司