專利名稱：位流水印嵌入的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及在媒體信號中嵌入附加數(shù)據(jù)的技術(shù)領(lǐng)域，并且尤其涉及在壓縮媒體中提供水印的技術(shù)。
背景技術(shù)：
非法傳播具有版權(quán)的資源剝奪了該版權(quán)擁有者對該版權(quán)的合法版稅，并且給供應(yīng)者帶來一定的利潤，這將刺激他們繼續(xù)非法傳播該非法傳播的資源。由于因特網(wǎng)提供的傳輸十分便利，要被保護(hù)的例如藝術(shù)品的內(nèi)容資源或其它具有被限制傳播權(quán)利的資源被大范圍地非法傳播。用于存儲和傳輸壓縮的音頻文件的MP3格式方便了音頻記錄的大范圍傳播。例如，一首歌曲的30-40兆字節(jié)的音頻記錄可以被壓縮為3到4兆字節(jié)的MP3文件。利用一個典型的56kbps撥號上網(wǎng)連接到因特網(wǎng)，在幾分鐘之內(nèi)就可以將該MP3文件下載到用戶計(jì)算機(jī)。這意味著一個具有惡意的團(tuán)體可以提供一個直接的撥入服務(wù)來下載MP3編碼歌曲?？梢酝ㄟ^軟件或硬件來再現(xiàn)該MP3編碼歌曲的非法復(fù)制或者解壓縮并且存儲在可讀CD上，由傳統(tǒng)CD播放器來播放。
已經(jīng)提出了很多技術(shù)來限制防拷貝內(nèi)容資源的復(fù)制。安全數(shù)字音樂發(fā)起組織(SDMI)和其它組織提倡使用“數(shù)字水印”來標(biāo)識被批準(zhǔn)的內(nèi)容資源。
根據(jù)上述情況，數(shù)字水印可以被用于復(fù)制保護(hù)。但是，數(shù)字水印的使用并不限制與此，還可以被用于法庭追蹤(forensic tracking)，其中例如水印被嵌入通過一個電子內(nèi)容傳輸系統(tǒng)傳播的文件中，以及用于追蹤在因特網(wǎng)上非法復(fù)制的內(nèi)容。水印同樣可以被用于監(jiān)視廣播站(例如商業(yè)的)；或進(jìn)行驗(yàn)證等。
有很多用于在未處理的未壓縮音頻信號中嵌入數(shù)據(jù)的現(xiàn)有技術(shù)。但是如上所概述的，大量的音頻以壓縮范圍提供。該格式的例子如MPEG，AAC和WMA。
由于諸如MP3的壓縮音頻的出現(xiàn)；因而需要有效地在該壓縮采樣中嵌入水印。壓縮音頻信號的處理被稱為編碼。在編碼之后，結(jié)果信號通常被稱為位流。位流水印嵌入是指在一個壓縮音頻信號中嵌入一個水印的處理。
位流水印嵌入是本領(lǐng)域所熟知的。例如WO99/29114描述了在縮放因子帶內(nèi)的水印嵌入。縮放因子是使用在子帶范圍內(nèi)來最優(yōu)化編碼效率的位流信號參數(shù)。但是，現(xiàn)有技術(shù)描述了一個僅采用加性水印(additive watermark)的系統(tǒng)。
因而，就需要一種通用的方法以用于包括加性和乘性(multiplicative)水印嵌入的所有種類的適合于任何基于子帶的音頻編碼器的水印嵌入。
發(fā)明內(nèi)容
因而本發(fā)明的一個目的是提供一種用于位流水印的通用方法使得不僅僅加性水印并且任何其它種類的水印都可以在位流范圍中實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，通過一種在媒體信號的位流中嵌入附加數(shù)據(jù)的方法來實(shí)現(xiàn)該目的，包括步驟獲得輸入位流的多個子帶位流；將至少一個子帶位流變換為一個語義上與所述期望的附加數(shù)據(jù)一致的主要子帶信號；和利用所述附加數(shù)據(jù)修改所述子帶信號，從而提供一個攜帶所述嵌入的附加數(shù)據(jù)的輸出位流。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，通過一種檢測在媒體信號中提供的附加數(shù)據(jù)的方法來實(shí)現(xiàn)該目的，包括步驟選擇一個至少與嵌入了附加數(shù)據(jù)的至少一個子帶信號近似一致的頻率范圍；和檢測附加數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，還通過一種用于在媒體信號的位流中嵌入附加數(shù)據(jù)的裝置來實(shí)現(xiàn)該目的，包括一個單元，用于將至少一個攜帶附加數(shù)據(jù)并與一個輸入位流有關(guān)的子帶位流轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€語義上與所期望的附加數(shù)據(jù)一致的主要子帶信號；和至少一個數(shù)據(jù)插入單元，用于利用一個要提供給輸出位流的附加數(shù)據(jù)來修改所述子帶信號。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，進(jìn)一步通過一種用于檢測提供在媒體信號中的附加數(shù)據(jù)的裝置來實(shí)現(xiàn)該目的，包括一個控制單元，用于選擇一個至少與提供了附加數(shù)據(jù)的至少一個子帶近似一致的頻率范圍，和一個用于檢測附加數(shù)據(jù)的附加數(shù)據(jù)檢測器。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，通過一種具有附加的嵌入數(shù)據(jù)的媒體信號來實(shí)現(xiàn)該目的，其中的附加數(shù)據(jù)被嵌入媒體信號的至少一個子帶信號中。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，通過一種在媒體信號中具有附加嵌入數(shù)據(jù)的記錄介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)該目的，其中的附加數(shù)據(jù)被嵌入媒體信號的至少一個子帶信號中。
權(quán)利要求2和19主要涉及將輸入位流分割為多個子帶位流。
權(quán)利要求3和20主要涉及將該子帶信號轉(zhuǎn)變?yōu)樽訋涣鞑⑶覍⑦@些包括修改和未修改的子帶位流組合以提供一個輸出位流。
權(quán)利要求4主要涉及延時不接收附加數(shù)據(jù)的子帶位流。
權(quán)利要求5主要涉及選擇將要接收附加數(shù)據(jù)的子帶。
權(quán)利要求7和21主要涉及在嵌入附加數(shù)據(jù)之前和之后上采樣和下采樣子帶信號以避免混淆失真。
權(quán)利要求9和23主要涉及從已經(jīng)在相鄰子帶中接收附加數(shù)據(jù)的子帶信號中提供額外能量，從而避免混淆失真。
權(quán)利要求11，12和24主要涉及組合將要接收附加數(shù)據(jù)的子帶信號并且隨后分割這些信號以避免混淆失真。
權(quán)利要求15，16，27和28主要涉及將一個接收到的媒體位流分割為多個子帶位流，將包括附加數(shù)據(jù)的位流轉(zhuǎn)變?yōu)橹辽僖粋€子帶信號并且檢測在子帶信號中的附加數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求17和29主要涉及在檢測附加數(shù)據(jù)之前組合子帶信號。
本發(fā)明具有既能夠在解壓縮域中檢測附加數(shù)據(jù)(例如WAV文件或PCM信號)，也能夠在例如MP3或ACC的壓縮域中或其它音頻壓縮格式中檢測附加數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)。此外，附加數(shù)據(jù)的嵌入通過以下方式實(shí)現(xiàn)，即無需完全解碼和再編碼音頻信號。這不僅降低了不要的附加偽痕的引入還產(chǎn)生了一個低復(fù)雜度的方案。這允許將水印嵌入系統(tǒng)用于法庭追蹤應(yīng)用，其中水印被嵌入到通過電子內(nèi)容傳輸系統(tǒng)傳播的文件中，并且用于追蹤在因特網(wǎng)上非法復(fù)制的內(nèi)容。根據(jù)本發(fā)明嵌入的水印被用于監(jiān)視廣播站或進(jìn)行驗(yàn)證。
本發(fā)明的主旨是通過部分地解碼位流信號的一部分為語義上相關(guān)的多個子帶信號，以便為至少一個子帶信號提供附加數(shù)據(jù)，從而在位流中嵌入所述附加數(shù)據(jù)，例如水印。
將會參考下面描述的實(shí)施例來闡述本發(fā)明，使得本發(fā)明的這些或其它方面變得清楚。
下面將會通過舉例，參考附圖更為詳細(xì)地說明本發(fā)明，其中附圖1示出了一個根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的、用于將水印嵌入到一個位流中的裝置的框圖，附圖2A示出了一個根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的在附圖1的裝置中配備的水印插入單元的框圖，附圖2B示出了一個附圖2A的水印插入單元中的嵌入單元，附圖3示出了一個根據(jù)本發(fā)明在位流中嵌入水印的方法的流程圖，附圖4示出了一個根據(jù)本發(fā)明檢測一個嵌入的水印的方法的流程圖，附圖5示出了一個根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的水印插入單元的框圖，附圖6示出了一個根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的水印插入單元的框圖，附圖7示出了一個根據(jù)本發(fā)明的第四和優(yōu)選實(shí)施例的水印插入單元的框圖，附圖8示出了一個根據(jù)本發(fā)明的第一水印檢測裝置的框圖，附圖9示出了一個根據(jù)本發(fā)明的第二水印檢測裝置的框圖，附圖10示出了一個根據(jù)本發(fā)明的第三水印檢測裝置的框圖，附圖11示出了一個根據(jù)本發(fā)明的其上存儲了具有嵌入水印的媒體信號的光盤，附圖12A示出了一個在嵌入水印時使用的升余弦型窗形狀(window shaping)函數(shù)，和附圖12B示出了一個在嵌入水印時使用的二相位型窗形狀函數(shù)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及在例如壓縮(或位流)音頻的壓縮媒體信號中提供附加數(shù)據(jù)的技術(shù)領(lǐng)域。
附圖1示出了一個根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例用于將水印嵌入到一個音頻信號的位流域中的裝置的框圖。同時將會參考示出該裝置所依據(jù)的方法的流程的附圖3來描述該裝置的功能。該裝置包括一個去復(fù)用單元10，用于接收一個信號的輸入位流bx以提供N個子帶位流bxo...bxN-1，步驟30。期望攜帶水印信號的子帶位流bxi-1，bxi和bxi+1被提供給一個執(zhí)行一個反量化功能Q-1的去量化單元12，步驟31。這樣子帶信號被建立并在語義上與期望的水印一致的。該去復(fù)用單元典型地是一個零階保持電路，其提供被振幅量化和適當(dāng)縮放和濾波的子帶信號xi-1[n]，xi[n]和xi+1[n]。隨后，這些子帶信號被提供給水印嵌入單元18，該單元還接收一個將要被嵌入到所有子帶信號xi-1[n]，xi[n]和xi+1[n]中的水印信號w[n]以產(chǎn)生子帶水印嵌入信號yi-1[n]，yi[n]和yi+1[n]，步驟32。在此應(yīng)該注意，水印或附加數(shù)據(jù)被嵌入到三個子帶中僅僅是一個舉例。在一個實(shí)際的系統(tǒng)中，將會在少于或多于例子中所示出的子帶信號中嵌入。水印插入單元18將水印嵌入的子帶信號yi-1[n]，yi[n]和yi+1[n]提供給量化單元14，該單元再縮放它們并且將它們轉(zhuǎn)變?yōu)樽訋涣鳎襟E34。三個輸出位流byi-1，byi和byi+1隨后被與通過各自的延時單元提供的未修改的位流bxo...bxi-2，bxi+2...bxN-1一起直接提供給復(fù)用單元16，步驟36。提供一個延時單元以考慮到由水印嵌入處理引起的延時，使得以和水印嵌入位流同相的方式來提供未水印嵌入子帶。每一個延時單元提供適當(dāng)延時的位流給復(fù)用單元16。該MUX單元16多路復(fù)用提供的子帶位流為一個與原始輸入位流信號bx的格式相一致的總輸出位流by，步驟38。嵌入裝置還包括一個用于控制在水印插入單元18、去量化單元12和量化單元14的哪一個單元上使用子帶位流的控制單元13。其還控制要對哪一個子帶位流施加延時。在附圖中，控制信號由虛線指示，只有一個虛線的地方表示一個延時單元。可以理解控制單元控制被提供用于所有子帶位流的延時。如上所述，該去量化單元12使用縮放因子來產(chǎn)生子帶信號xi-1[n]-xx+1[n]。這些縮放因子被與相應(yīng)的子帶信號一起提供并且用于在量化單元14中重建水印嵌入的子帶位流。同樣，這些縮放因子與未水印嵌入的子帶位流被延時同樣的時間。但是這些縮放因子和用于它們的延時的延時單元被從附圖1中省略以便更好地理解本發(fā)明。應(yīng)該理解在本發(fā)明中這些縮放因子并不是嚴(yán)格必須的。去量化單元12可以替代地提供一個其中嵌入水印的未縮放子帶信號。
附圖2A示出了在附圖1中使用的水印插入單元18的框圖。該水印插入單元包括三個嵌入E單元22，其中的每一個分別接收一個子帶信號xi-1[n]，xi[n]和xi+1[n]和水印w[n]并且將水印嵌入到該信號中以提供相應(yīng)的水印嵌入子帶信號yi-1[n]，yi[n]和yi+1[n]。在該附圖中，提供給單獨(dú)的嵌入單元的水印信號w[n]是同樣的。在實(shí)踐中，該水印信號可能針對不同的子帶信號而不同，即利用不同的信息信號來調(diào)制不同的子帶信號。
附圖2B示出了一個在水印嵌入單元18中使用的、用于一個子帶i的嵌入單元22的優(yōu)選實(shí)施例。該嵌入單元22包括一個乘法單元24，用于將水印和選擇的子帶采樣xi[n]相乘以包括一個水印。乘法單元24的輸出被連接到一個增益控制單元26，其被依次連接到一個加法單元28，其同樣接收輸入子帶采樣xi[n]。加法單元28的輸出則是子帶信號yi[n]。這一水印嵌入方法也被稱為包絡(luò)調(diào)制水印嵌入，并且在AwekeNegash Lemma，Javier Aprea，Werner Oomen和Leon van Kerkhof發(fā)表于IEEE Transactions on Signal Processing，2003年4月，Vol.51，第1088-1097頁中的“A temporal domain audiowatermarking technique”有詳細(xì)描述，其在此通過參考被并入本申請。
現(xiàn)在將較為詳細(xì)地描述如何進(jìn)行實(shí)際的水印嵌入。子帶信號在時域通過包絡(luò)調(diào)制而被嵌入水印。在此利用水印調(diào)制輸入信號并且利用因子α加權(quán)該水印信號。
在利用水印修改輸入信號x[n]之前，產(chǎn)生一個稱作主修改信號，如下wb[n]＝w[n](x[n]*h[n])，因此，將輸入信號x[n]的帶通濾波型式與水印信號w[n]相乘(用水印信號進(jìn)行調(diào)制)來提供主修改信號wb[n]。此處的h[n]表示帶通濾波器H的脈沖響應(yīng)。在本發(fā)明中，可以包括或不包括帶通濾波。不同子帶信號的選擇某種意義上已經(jīng)在頻率之間進(jìn)行區(qū)分并且執(zhí)行某種帶通濾波。因此，當(dāng)執(zhí)行實(shí)際水印嵌入時該濾波器并不是嚴(yán)格必須的。
該水印信號隨后被一個縮放因子α加權(quán)并且被添加到原始信號上，如下y[n]＝x[n]+αwb[n]，如附圖2B中所示，該水印嵌入單元22正好提供上述這種類型的輸出信號，但是其中的輸出信號被表示為yi[n]而不是y[n]。因此，上述水印嵌入由附圖2B的乘法單元24，縮放單元26和加法單元28完成。
水印信號w[n]從一個最初產(chǎn)生的有限長度、零平均值、均勻分布隨機(jī)序列ws[k]來重建，其中ws[k]∈[-1，1]其中k＝0，1，...，Lw-1，并且Lw是序列的長度。隨后該序列的采樣率以一個因子Ts增加，如下所述 最后其利用函數(shù)s[n]來成形以重建水印信號w[n]，給出如w[n]=w~s[n]*s[n]]]>該窗形狀函數(shù)s[n]例如是附圖2A和2B中分別示出的一個升余弦或二相位窗函數(shù)。
如前所述，多于一個的子帶可被選擇用來接收相同的水印。不同的水印也可以嵌入到不同的子帶中。
上述裝置和方法很好地用于以一種無察覺的方式將水印信號嵌入，同時還可以被檢測到。但是，注意到這種水印信號同子帶采樣的時域相乘將導(dǎo)致帶寬擴(kuò)展。由于子帶采樣是被臨界采樣的，這一額外帶寬將會折進(jìn)所述的帶寬的頻率譜中，其將會導(dǎo)致混淆失真。其影響取決于水印序列的帶寬和音頻信號的特性。附圖5示出了一個用于避免這一失真的裝置。
在附圖5中，示出了一個修改的水印插入單元45。應(yīng)該理解該單元替代了在附圖1中的水印插入單元18。在此水印w[n]被提供給第一上采樣單元46。該上采樣單元包括一個上采樣率增長器和一個低通差值濾波器的串聯(lián)，并且能夠例如在水印w[n]被提供給附圖2B所示的嵌入單元22之前，以2為因子上采樣該水印。以相同的方式在相應(yīng)的從上采樣單元46中在提供給嵌入單元22之前利用相同的上采樣因子對子帶采樣信號xi-1[n]，xi[n]和xi+1[n]進(jìn)行上采樣。嵌入單元如前述一樣工作。然而每一個嵌入單元的輸出被提供給一個下采樣單元48，其包括一個低通防混淆濾波器和一個采樣率降低器的串連。每一個下采樣單元48利用一個與在上采樣單元46中使用的相同的下采樣因子，在從一個嵌入單元22接收的信號被提供給量化單元14之前，對其進(jìn)行下采樣。這樣，總的混淆影響得到了降低。
這一方案具有一個值得注意的消除或衰減上述混淆影響的優(yōu)點(diǎn)。適宜的，水印的帶寬不能超過所述的子帶。但是下和上采樣單元使用相同的采樣變化因子是非常重要的。從計(jì)算復(fù)雜度的觀點(diǎn)來看，這一方案并不是最佳的。另外，由水印嵌入過程引起的混淆項(xiàng)很容易被丟棄。
附圖6示出了一個根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例用于提供基本相同的結(jié)果的替換的插入單元的框圖。此處的插入單元50包括一個綜合濾波器S(單元52)，其接收子帶信號xi-1[n]，xi[n]和xi+1[n]并且將這些子帶信號合并為一個單一限帶信號xsb[m]。該單一信號隨后被提供給嵌入單元22，其將水印信號w[n]嵌入到信號xsb[m]中。該水印嵌入信號ysb[m]隨后被提供給一個分析濾波器A單元54，其將該信號分割為不同的水印嵌入子帶信號yi-1[n]，yi[n]和yi+1[n]，這些信號如同輸入子帶信號一樣在相同的子帶內(nèi)提供。隨后這些水印嵌入子帶信號被提供給附圖1的量化單元14。
參考附圖7描述了本發(fā)明的用于嵌入水印的第四和優(yōu)選實(shí)施例。該實(shí)施例等價于附圖6所示的實(shí)施例，但是在附圖7中具有增加的優(yōu)點(diǎn)，其可以將不同的水印嵌入到不同的子帶中并且因此還適合于嵌入頻域水印。
在該實(shí)施例中輸入信號xi[n]被調(diào)制并且因此接收水印。通過在相鄰子帶信號xi-1[n]和xi+1[n]中擴(kuò)散其能量來覆蓋由于該操作所引起的帶寬擴(kuò)展。為了實(shí)現(xiàn)這一目的相鄰的子帶采樣xi-1[n]和xi+1[n]被提供給各自的延時單元60和62，并且延時后的子帶信號此后被提供給加法單元68和72。該用于接收水印的子帶信號xi[n]被提供給從上采樣信號并且輸出信號xi[m]的綜合濾波器S單元58。該綜合濾波器單元58連接到一個乘法單元64以提供一個依賴水印信號的內(nèi)容ub[m]，其中的輸入信號xi[m]與水印信號w[m]相乘。依賴水印信號的內(nèi)容ub[m]隨后通過一個縮放單元65被一個縮放因子α縮放。由于調(diào)制的影響，信號ub[m]具有一個超出給出的子帶信號的帶寬的帶寬。擴(kuò)展超出帶I的子帶范圍的頻率分量因此被加到相鄰子帶上，如附圖中所示。因此縮放單元65的輸出ub[m]被提供給一個分析濾波器A單元66，用于應(yīng)用適當(dāng)?shù)南虏蓸右蜃觼矸指钏∏度氲男盘杣b[m]為三個子帶信號ui-1[n]，ui[n]，ui+1[n]。在此的執(zhí)行分割使得信號ui-1[n]的頻帶與信號xi-1[n]的頻帶相一致并且信號ui+1[n]的頻帶與信號xi+1[n]的頻帶相一致，同時信號ui[n]的頻率帶與信號xi[n]的信號頻率帶相一致。該分析濾波器隨后提供一個信號ui-1[n]給加法單元68用于與信號xi-1[n]相加以獲得輸出信號yi-1[n]，并且提供信號ui+1[n]給加法單元72與信號xi+1[n]相加以獲得輸出信號yi+1[n]。該分析濾波器還提供信號ui[n]給加法單元70，該加法單元還接收信號xi[n]。該加法單元70因此還提供信號yi[n]。所有這些輸出信號隨后被提供給附圖1的量化單元14。
這樣，混淆項(xiàng)被適當(dāng)?shù)年P(guān)注并且很容易檢測到水印。此外不丟失任何水印，使得水印更容易檢測。為了這一操作，濾波器單元66需要與在相應(yīng)的音頻解碼器中使用的濾波單元非常類似。
可以理解能夠自由選擇上采樣和下采樣因子，但是為了實(shí)現(xiàn)最佳結(jié)果需要依賴于有關(guān)的子帶數(shù)量。在第四實(shí)施例中的水印嵌入實(shí)質(zhì)上是在一個子帶中。但是可以理解可以以一種簡單的方式將嵌入擴(kuò)展到多個子帶中。子帶的數(shù)量可以例如擴(kuò)展以覆蓋除了最高和最低子帶以外的所有子帶，盡管由于可聽度的原因，通常不希望這樣作。
現(xiàn)在描述水印的檢測。水印可以在PCM域和位流或壓縮域中檢測，這兩種方法在附圖8，9，和10中概括。將會參考示出了檢測方法流程的附圖4來描述附圖8中的裝置的功能。附圖8示出了一個根據(jù)本發(fā)明用于在PCM域中檢測嵌入的水印的裝置框圖。這意味著作為先前處理的結(jié)果位流已經(jīng)被轉(zhuǎn)變?yōu)镻CM采樣。具有一個嵌入水印的第一PCM采樣yw[n]被提供給一個帶通濾波器74，步驟40?？刂茊卧?8選擇一個濾波系數(shù)來定義一個頻帶，其最好與嵌入水印的子帶相一致，步驟42，并且隨后帶通濾波的PCM信號被提供給水印檢測器76，后者使用一個已知的水印檢測函數(shù)WM_D來檢測水印，步驟44。
附圖9示出了一個用于在位流域中檢測水印的裝置的框圖。該裝置包括一個去復(fù)用器80，用于去復(fù)用潛在地被嵌入水印的輸入位流by為不同的子帶by0-byN-1；一個去量化單元82，用于將子帶位流byi-1，byi，byi+1(相應(yīng)于水印頻帶)轉(zhuǎn)變?yōu)樽訋盘杫i-1[n]，yi[n]，yi+1[n]。隨后控制單元78設(shè)置一個水印檢測器84在具有嵌入水印的子帶中檢測水印。該控制器78還控制去量化單元82。該檢測方法可以被簡單地在比所示方法多或少的子帶中執(zhí)行。
附圖10示出了一個用于在位流域中檢測水印的替代裝置。附圖10包括所有在附圖9中示出的單元。除了這些單元之外，附圖10中的裝置還包括一個綜合濾波器86，用于接收子帶信號yi-1[n]，yi[n]，yi+1[n]并且將這些子帶信號合并為一個單個信號。該單個信號隨后被提供給水印檢測器84，用于檢測在單個信號中的水印。在此該控制單元78還控制綜合濾波器86。
可以通過多種途徑提供一個包括具有水印嵌入的采樣的信號。其可以被提供到一個計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)如硬盤，但是還可以被提供到其它種類的介質(zhì)例如光盤如CD盤，其中的一個在附圖11中示出為88。
本發(fā)明具有很多優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明插入的水印在PCM域和壓縮域被檢測。水印還可以被提供到位流域中，這意味著無需解碼信號為PCM域來嵌入水印而后再執(zhí)行編碼。該方法將引入附加偽痕并占用較長的時間。根據(jù)本發(fā)明的水印嵌入還在計(jì)算能力方面具有較低復(fù)雜度。根據(jù)本發(fā)明的水印嵌入特別適合于法庭追蹤，其中水印被納入在例如通過電子內(nèi)容傳輸系統(tǒng)傳播的文件中，并且用于追蹤在因特網(wǎng)上的非法復(fù)制，由于在很多情況下內(nèi)容提供是以位流格式。還可以有效地用于監(jiān)視廣播站和用于驗(yàn)證等。
本發(fā)明可以變形為多種方式。一個如前所述的水印可以被嵌入到縮放的和未縮放的子帶采樣中?？梢允褂门c所述不同的縮放參數(shù)。只有要包括水印的子帶位流在去量化單元中被轉(zhuǎn)變?？梢岳斫庾鳛閭溥x方案，所有的位流都能夠被轉(zhuǎn)變。此外，嵌入的數(shù)據(jù)不需要是水印，也可以是任何類型易于被嵌入在音頻信號中的附加數(shù)據(jù)。也可以隨著時間改變要在其中嵌入水印的子帶的選擇，例如依賴于信號特性。在這種情況下，有關(guān)所選擇的子帶的信息也可以被編碼在音頻信號中。本發(fā)明已經(jīng)參考音頻進(jìn)行了描述，但是應(yīng)該理解并不限于此，而可以應(yīng)用到其它媒體信號，如圖像或視頻。因此本發(fā)明僅由后附的權(quán)利要求加以限定。
本發(fā)明可以概括如下。本發(fā)明涉及一種用于在壓縮媒體的子帶域中嵌入水印的方法、裝置、媒體信號和記錄介質(zhì)。利用一個水印插入單元(18)將水印(w[n]))嵌入到一個壓縮位流(bx)的至少一個選擇的子帶的子帶信號(xi-1[n]，xi[n]，xi+1[n])中。在該方法中，無需完全解碼和再編碼媒體信號來嵌入水印。
水印被嵌入到選擇的子帶中(例如，32個子帶中的7-15)。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，在嵌入之前，對選擇的子帶進(jìn)行上采樣，在嵌入之后，進(jìn)行下采樣以避免混淆。本發(fā)明同樣允許在不同的子帶中嵌入多個水印(例如在子帶7-11中一個水印，在子帶12-16中一個不同的水印)。
權(quán)利要求
1.一種在媒體信號的位流中嵌入附加數(shù)據(jù)的方法，包括步驟；獲得(30)輸入位流的多個子帶位流，將至少一個子帶位流轉(zhuǎn)變(31)為一個語義上與所述附加數(shù)據(jù)一致的主要子帶信號；和利用所述附加信息修改(32)所述子帶信號，從而提供一個攜帶所述嵌入的附加數(shù)據(jù)的輸出位流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中的獲得子帶位流的步驟包括將輸入位流分割為多個子帶位流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，僅以包括將修改的子帶信號轉(zhuǎn)變(34)為相應(yīng)的子帶位流，以及將修改的子帶位流與未修改的子帶位流組合(38)為一個攜帶所述附加數(shù)據(jù)的單個輸出位流的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括延時(36)未修改子帶位流的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括選擇至少一個要包括附加數(shù)據(jù)的子帶的步驟.。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在時間、頻率和空間域中提供所述附加數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括上采樣(U)主要子帶信號以獲得一個次要子帶信號的步驟；修改所述的次要子帶信號以獲得一個修改的次要子帶信號的步驟；以及下采樣(D)所述修改的次要子帶信號的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中的上采樣步驟還包括在執(zhí)行修改步驟之前上采樣(U)附加數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，進(jìn)一步包括分割所述的修改的次要子帶信號為多個主要修改的子帶信號的步驟；下采樣主要修改的子帶信號的步驟；以及將每一個修改的主要子帶信號加到相應(yīng)的未修改主要子帶信號以在多個相鄰子帶位流中提供的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，進(jìn)一步包括在分割步驟之前縮放所述修改的次要子帶信號的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中的轉(zhuǎn)變步驟包括將至少兩個子帶位流轉(zhuǎn)變?yōu)檎Z義上與期望的附加數(shù)據(jù)一致的主要子帶信號并且進(jìn)一步包括合并(S)所述至少兩個主要子帶信號為單個次要子帶信號的步驟并且執(zhí)行修改所述次要子帶信號的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，進(jìn)一步包括分割所述修改的次要自帶信號為至少兩個修改的主要子帶信號的步驟，轉(zhuǎn)變修改的主要子帶信號為修改的子帶位流并且將所述修改的和未修改的子帶位流組合為攜帶所述附加數(shù)據(jù)的單個輸出位流。
13.一種用于檢測提供在媒體信號中的附加數(shù)據(jù)的方法，包括步驟選擇(42)一個至少與嵌入了附加數(shù)據(jù)的至少一個子帶信號近似一致的頻率范圍；和檢測(44)附加數(shù)據(jù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中通過媒體信號的時間、空間或光譜濾波來執(zhí)行選擇步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中的媒體信號是壓縮的媒體位流并且選擇步驟是通過分割位流為多個子帶位流、選擇至少一個嵌入了附加數(shù)據(jù)的子帶的位流以及在子帶中檢測附加數(shù)據(jù)來執(zhí)行的。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，進(jìn)一步包括步驟轉(zhuǎn)變所選擇的子帶位流為一個相應(yīng)的子帶信號并且在子帶信號上執(zhí)行檢測步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中將子帶位流轉(zhuǎn)變?yōu)樽訋盘柕牟襟E包括轉(zhuǎn)變至少兩個子帶位流為一個主要子帶信號并且進(jìn)一步包括合并(S)所述至少兩個主要子帶信號為一個單個次要子帶信號的步驟并且在所述次要子帶信號上執(zhí)行檢測步驟。
18.一種在媒體信號的位流中嵌入附加數(shù)據(jù)的裝置，包括一個單元(12)，用于將至少一個攜帶附加數(shù)據(jù)并與一個輸入位流有關(guān)的子帶位流轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€語義上與所期望的附加數(shù)據(jù)兼容的主要子帶信號；和至少一個數(shù)據(jù)插入單元(18；56)，用于利用一個要提供給輸出位流的附加數(shù)據(jù)來修改所述子帶信號。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的裝置，進(jìn)一步包括一個單元(10)，用于接收輸入位流并且將其分割為多個子帶位流。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的裝置，進(jìn)一步包括一個單元(14)，用于轉(zhuǎn)變修改的子帶信號為輸出子帶位流，和一個單元(16)用于組合包括修改的和未修改的子帶位流的子帶位流以提供一個攜帶所述附加數(shù)據(jù)的輸出位流。
21.根據(jù)權(quán)利要求18的裝置，進(jìn)一步包括至少一個單元(46；58)，用于在執(zhí)行修改之前上采樣主要子帶信號以獲得一個次要子帶信號和至少一個單元(48；66)，用于下采樣修改的次要子帶信號。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，進(jìn)一步包括一個單元(46)，用于在執(zhí)行嵌入之前上采樣附加數(shù)據(jù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中用于下采樣的單元(66)進(jìn)一步配置為分割修改的次要子帶信號為多個主要子帶信號，并且進(jìn)一步包括多個相應(yīng)于分割信號的數(shù)量的加法單元(68，70，72)，用于將分割信號加到多個相鄰子帶信號上。
24.根據(jù)權(quán)利要求18的裝置，其中的用于轉(zhuǎn)變至少一個子帶位流為一個子帶信號的單元(12)被配置為轉(zhuǎn)變至少兩個子帶位流為兩個主要子帶信號并且進(jìn)一步包括一個單元(52)，用于合并主要子帶位流信號為單個次要子帶信號以提供給插入單元，和一個單元(54)，用于分割修改的次要子帶信號為至少兩個修改的主要子帶信號以提供具有附加數(shù)據(jù)的子帶信號。
25.一個用于檢測提供在媒體信號中的附加數(shù)據(jù)的裝置，包括一個控制單元(78)，用于選擇一個至少與提供了附加數(shù)據(jù)的至少一個子帶信號近似一致的頻率范圍，和一個用于檢測附加數(shù)據(jù)的附加數(shù)據(jù)檢測器(76；88)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的裝置，進(jìn)一步包括至少一個單元(74)用于在時間，光譜或空間濾波媒體信號。
27.根據(jù)權(quán)利要求25的裝置，其中的媒體信號是壓縮的媒體位流并且進(jìn)一步包括一個單元(80)，用于分割位流為多個子帶位流并且該控制單元(78)被配置為連接到附加數(shù)據(jù)檢測器(84)，用于接收一個所選擇的嵌入了附加數(shù)據(jù)的子帶的信號和檢測在該子帶的信號中的附加數(shù)據(jù)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的裝置，進(jìn)一步包括一個單元(82)，用于將至少一個包括附加數(shù)據(jù)的子帶位流轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€子帶信號。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的裝置，其中用于轉(zhuǎn)變子帶位流為一個子帶信號的單元(82)被配置為轉(zhuǎn)變至少兩個子帶位流為子帶信號并且進(jìn)一步包括一個單元(86)，用于合并(S)所述至少兩個主要子帶信號為單個次要子帶信號并且檢測器被連接到用于合并主要子帶信號的單元來執(zhí)行對于所述次要子帶信號的檢測。
30.一種具有附加嵌入數(shù)據(jù)(w[n])的媒體信號(by；yw[n])，其中的附加數(shù)據(jù)被嵌入在該媒體信號的至少一個子帶信號中(xi-1[n]，xi[n]，xi+1[n])。
31.一種在媒體信號中具有附加嵌入數(shù)據(jù)(w[n])的記錄介質(zhì)(88)，其中的附加數(shù)據(jù)被嵌入在媒體信號的至少一個子帶信號中(xi-1[n]，xi[n]，xi+1[n])。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在壓縮媒體的子帶域內(nèi)嵌入水印的方法、設(shè)備、媒體信號和記錄介質(zhì)。利用一個水印插入單元(18)將水印(w[n]))嵌入到一個壓縮位流(b
文檔編號G10L19/002GK1795494SQ200480014779
公開日2006年6月28日 申請日期2004年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月28日
發(fā)明者M·范德維恩, A·N·勒馬, A·A·M·L·布魯克斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司