專利名稱：無損數(shù)據(jù)嵌入的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在主信號(host signal)中嵌入輔助數(shù)據(jù)的方法，包括以下步驟利用具有嵌入速率和失真的數(shù)據(jù)嵌入方法來產(chǎn)生合成信號，并利用所述嵌入速率的第一部分來提供(accommodate)用于恢復(fù)主信號的恢復(fù)數(shù)據(jù)，以及所述嵌入速率的第二部分用于嵌入所述輔助數(shù)據(jù)。本發(fā)明還涉及用于在主信號中嵌入輔助數(shù)據(jù)的相應(yīng)設(shè)備。
本發(fā)明還涉及用于重構(gòu)這樣的主信號的方法和設(shè)備，并且涉及具有嵌入數(shù)據(jù)的合成信息信號。
背景技術(shù)：
許多印制水印和數(shù)據(jù)隱藏方案的不良副作用是其中嵌入輔助信號的主信號失真。因此，在嵌入的信息量與導(dǎo)致的失真之間找到最佳平衡是一個實際的研究領(lǐng)域。近年來，在理解印制水印和數(shù)據(jù)隱藏方案的容量與失真的基本極限方面已經(jīng)取得了顯著的進展。然而，對于某些應(yīng)用，輔助數(shù)據(jù)引起的失真無論怎樣小，都是不允許的。在這些情況下，可逆數(shù)據(jù)隱藏方案的使用提供了一種解決問題的辦法?？赡鏀?shù)據(jù)隱藏方案被定義為允許原始主數(shù)據(jù)的完全和盲恢復(fù)(即，沒有附加信令)的方案。
在J.Fridrich、M.Goljan和R.Du的“Lossless Data EmbeddingFor All Image Formats(用于所有圖像格式的無損數(shù)據(jù)嵌入)”，Proceeding of SPIE，Security and Watermarking of MultimediaContents(多媒體內(nèi)容的安全和印制水印)，San Jose，2000中公開了開頭段落中定義的可逆數(shù)據(jù)隱藏方法，但是對理論極限幾乎沒有給予關(guān)注。在這個Fridrich等人的論文中，導(dǎo)出信號X的特征的子集B(例如，位像的某些位平面，或者JPEG圖像的特定DCT系數(shù)的最低有效比特)，使得(i)B可以被無損地壓縮；以及使得(ii)B的隨機化幾乎沒有影響。隨后，通過B的無損壓縮、級聯(lián)比特流與輔助數(shù)據(jù)和替換原始集B，實現(xiàn)無損數(shù)據(jù)隱藏。
在T.Kalker和F.Willems的“Capacity Bounds AndConstructions For Reversible Data-Hiding(用于可逆數(shù)據(jù)隱藏的容量限度和結(jié)構(gòu))”，Proceedings of the InternationalConference on Digital Signal Processing(數(shù)字信號處理的國際會議論文集)，第1卷第71-76頁，2002年6月中，導(dǎo)出了可逆印制水印方案的一些最初結(jié)果。在該論文中，Kalker等人利用了具有給定的嵌入速率和失真的預(yù)定嵌入器。這些已表明，通過在主信號中嵌入恢復(fù)數(shù)據(jù)可以增加嵌入容量，其中恢復(fù)數(shù)據(jù)根據(jù)合成信號標(biāo)識主信號。這被理解為表示，在給定合成信號的條件下，恢復(fù)信號定義哪一些主信號抽樣已經(jīng)由于嵌入處理而經(jīng)歷了哪一些修改。在特定的實施例中，Kalker等人把主信號劃分成分段(segment)，在后續(xù)分段中嵌入用于這樣的分段的恢復(fù)數(shù)據(jù)，并且使用嵌入速率的剩余部分用于嵌入輔助數(shù)據(jù)。這樣的可逆數(shù)據(jù)隱藏方案被稱作“遞歸”可逆嵌入。本發(fā)明也提出了這樣的遞歸可逆嵌入方案。
包括Kalker等人的遞歸可逆嵌入方案的可逆嵌入方案的問題在于，它們具有極其脆弱的特性。改變印制水印數(shù)據(jù)中的單個比特阻止原始主信號以及已嵌入輔助數(shù)據(jù)的恢復(fù)。這對可逆印制水印方案的可用性設(shè)置了嚴(yán)格限制。只在擁有者完全控制印制水印的數(shù)據(jù)(例如，檔案)的情況中，或者在驗證的情況中，這些印制水印方案才具有有用的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種改善的可逆數(shù)據(jù)嵌入方法和設(shè)備，以及用于重構(gòu)原始主信號的相應(yīng)方法和設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了如權(quán)利要求1中定義的方法。本發(fā)明利用了可逆嵌入方案的嵌入容量的一部分可以用于有效負(fù)載的差錯防護以及承載所述有效負(fù)載的主信號的見識。因而，相對于信道差錯，該嵌入方案是穩(wěn)健的。
應(yīng)注意，可以從美國專利申請US2003/0009670的特定段落 中本身得知，在已印制水印的主信號中嵌入糾錯數(shù)據(jù)。然而，在該公開文本中，糾錯數(shù)據(jù)僅僅保護水印有效負(fù)載。
根據(jù)權(quán)利要求2中定義的本發(fā)明的再一方面，在主信號的后續(xù)分段中嵌入用于合成信號的給定分段的糾錯數(shù)據(jù)。這樣，可以獲得具有高嵌入速率的強壯的遞歸可逆嵌入方案。本發(fā)明的特殊優(yōu)點是，能夠以與其它數(shù)據(jù)處理相兼容的方式處理糾錯數(shù)據(jù)。


圖1示意地顯示了根據(jù)本發(fā)明的包括用于在主信號中嵌入輔助數(shù)據(jù)的設(shè)備和用于重構(gòu)主信號的設(shè)備的一個系統(tǒng)。
圖2示意地顯示了圖1所示的嵌入設(shè)備的一個實施例。
圖3和圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的將主信號劃分成分段的實際實例。
圖5顯示了用于重構(gòu)圖1所示的主信號的設(shè)備的一個實施例。
具體實施例方式
圖1示意地顯示了本發(fā)明的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于把輔助信號嵌入在主信號中的嵌入設(shè)備3和用于重構(gòu)主信號的重構(gòu)設(shè)備5。該系統(tǒng)包括離散無記憶源1，從離散字母表中產(chǎn)生符號的主序列x1N＝x1x2..xN。在優(yōu)選實施例中，源1是二進制源，其符號xi例如是位像的某個位平面的比特，或者JPFG圖像的特定DCT系數(shù)的最低有效比特。然而，本發(fā)明并不限于二進制源。
輔助數(shù)據(jù)或消息源2產(chǎn)生獨立于x1N的具有概率1/M的消息索引或消息符號wε{1，2，...，M}。嵌入設(shè)備3把消息w嵌入在主序列x1N中并形成符號的合成信號序列y1N＝y(tǒng)1y2..yN。我們要求序列y1N必須接近x1N，即，平均失真對于某些特定失真測量D應(yīng)當(dāng)是小的。在每個源符號比特中，嵌入速率R被定義為R=1Nlog2(M)]]>合成序列經(jīng)由具有轉(zhuǎn)移概率矩陣Q(●|●)的無記憶攻擊(memoryless attack)信道4產(chǎn)生已印制水印序列y1N的降級版本z1N。字攻擊信道有點用詞不當(dāng)，因為它暗示有效的和聰明的攻擊者的存在。然而，在本說明書中，意思不是這樣的含義，并且字“攻擊”僅僅被選擇來反映印制水印文獻中的通用術(shù)語。重構(gòu)設(shè)備5產(chǎn)生主序列x1N的估計，并且從合成序列z1N檢索已嵌入消息w。
盡管本發(fā)明并不限于二進制源，但是我們現(xiàn)在將考慮具有字母表xi＝{0，1}的無記憶二進制源1，并且把漢明(Hamming)距離用作失真測量。設(shè)定p1＝Pr{xi＝1}和p0＝Pr{xi＝0}＝1-P1。設(shè)定攻擊信道被給定為具有0→1轉(zhuǎn)移概率等于d的二進制對稱信道。在此種情況下，構(gòu)造具有失真Dav＝0.5的穩(wěn)健可逆數(shù)據(jù)隱藏方案在理論上并且漸進地是容易的。
存在多種把脆弱的可逆印制水印擴展到穩(wěn)健可逆印制水印的可能性。第一，穩(wěn)健性涉及水印有效負(fù)載的穩(wěn)健性，即信道降級不干擾有效負(fù)載恢復(fù)。第二，穩(wěn)健性可以涉及可逆性方面，即在信道降級之后，仍然可以恢復(fù)原始主信號?？梢越Y(jié)合能夠恢復(fù)原始信號的程度進一步詳細(xì)說明這個第二選項。一種極端情況是，原始信號完全可以恢復(fù)；另一種極端情況是，原始信號僅可以被檢索到與信道降級相適合的失真。第三和最后，穩(wěn)健性可以涉及有效負(fù)載和可逆性。第一和第二選項限制了可應(yīng)用性，因為丟失可逆印制水印的兩個希望特性之一(有效負(fù)載或可逆性)。本發(fā)明針對第三選項，其中穩(wěn)健性涉及有效負(fù)載和可逆性方面。
根據(jù)Fridrich等人的教導(dǎo)，長度N的主信號符號x1N字符串被壓縮成長度K的字符串y1N，其中K近似等于N×h(p1)，其中h(●)代表二進制熵。注意，這可以應(yīng)用于整個序列x1N，或者應(yīng)用于序列可以被劃分成的連續(xù)分段x1N。壓縮留下N-K比特空間可用于增加附加比特。根據(jù)本發(fā)明，通過在該空間的一部分中容納糾錯比特，現(xiàn)在可以相對傳輸和信道差錯獲得穩(wěn)健性。對于N大，待糾正的差錯數(shù)量是d×N。這相當(dāng)容易地表明，存在糾錯碼，使得必須添加的奇偶檢驗比特的數(shù)量等于N×h(d)。剩余部分可以利用輔助(消息)數(shù)據(jù)比特w來填充。假設(shè)可以被添加的輔助數(shù)據(jù)比特的數(shù)量由R(p1，d)×N表示，其中R(p1，d)代表嵌入速率。該“簡單”穩(wěn)健嵌入方案的嵌入速率則從下式得出N×h(p1)+N×h(d)+N×R(p1，d)＝N，或R(p1，d)＝1-h(p1)-h(d)顯然，對于h(d)＞1-h(p1)的攻擊信道，不能實現(xiàn)穩(wěn)健性。
相關(guān)聯(lián)的解碼過程是嵌入過程的簡單逆過程。首先，對降級序列z1N進行糾錯解碼。其次，減去糾錯數(shù)據(jù)的已糾錯序列被解壓縮，直至獲得長度N的序列。然后，自動獲得剩余比特作為輔助消息比特。
通過僅對x1N中的符號的一部分α執(zhí)行上面的構(gòu)造，可以略微歸納上述的嵌入方案。這經(jīng)常被稱之為“時間共享”。然后由下式給出得到的失真和信息速率
Dav＝α/2和R(p1，d)＝α(1-h(p1))-h(d)。
換言之，我們可以漸進地實現(xiàn)速率-失真函數(shù)R(D)R(D)＝2D(1-h(p1))-h(d) (1)等式的右邊總為正。請注意，在該時間共享結(jié)構(gòu)中，整個串的奇偶檢驗比特將被編碼在正被壓縮的小部分中。除了包括奇偶檢驗比特之外，這個穩(wěn)健可逆數(shù)據(jù)隱藏的方法與Fridrich等人建議的方法基本相同。
Kalker等人指出，對于無誤差信道4，F(xiàn)ridrich等人的方案不是最佳的。本發(fā)明人現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于穩(wěn)健嵌入，等式(1)給出的結(jié)果也不是最佳的。
圖2顯示了嵌入設(shè)備3的實施例，其相對傳輸或信道差錯是穩(wěn)健的，并且具有較高的嵌入速率。除了糾錯編碼電路35外，該設(shè)備遵從Kalker等人的出版物的教導(dǎo)。在本申請人未預(yù)先公開的國際專利申請WO03/107653更加專門地描述了其操作，并且現(xiàn)在將簡要概述。
該設(shè)備包括分段級30，其把長度N的主信號序列x1N分成長度K的分段x1k。最初假設(shè)所有分段具有相同長度K，但是在稍后描述的一個實施例中，這些分段具有不同的長度。又將再次假設(shè)主信號X是具有字母表{0，1}的二進制信號。
該設(shè)備還包括數(shù)據(jù)嵌入器31，這在嵌入器通過修改主信號的抽樣并由此引入主信號的失真以給定嵌入速率嵌入有效負(fù)載的意義上，該嵌入器31是傳統(tǒng)的。該嵌入器31為每個主信號分段X1k產(chǎn)生合成信號分段Y1k。取消分段(desegmentation)電路32級聯(lián)這些分段以形成合成信號序列Y1N。
在該設(shè)備的優(yōu)選實施例中，嵌入器31根據(jù)M.van Dijk和F.M.J.Willems的“Embedding Information in Grayscale Images(在灰度標(biāo)尺圖像中嵌入信息)”的文章，Proceedings of 22ndSymposiumon Information Theory in the Benelux，Enschede，The Netherlands，May 15-16，2001，pp.147-154的教導(dǎo)操作。在此文章中，作者描述了具有有效的速率-失真比的有損嵌入方案。更特別地，把多個L(L＞1)的主信號抽樣組合在一起，以提供主符號的塊或矢量。為了在L個主符號的塊X1L中嵌入消息符號d，嵌入器修改所述塊的一個或多個主符號，以使輸出塊Y1L的校正子(syndrome)代表期望消息符號d并且在漢明意義上最接近X1L。數(shù)據(jù)字或矢量的校正子是它乘以給定矩陣的結(jié)果。
為了示意此，現(xiàn)在將簡要概述使用具有塊長度L＝3的漢明碼的數(shù)據(jù)嵌入。該碼允許2個比特被嵌入塊中(R＝2/3比特/符號)。注意，所有的數(shù)學(xué)運算是模2運算。
為了計算3比特的塊或矢量的校正子，該矢量與下面的3×2矩陣相乘011101]]>例如，輸入矢量(001)的校正子是(11)，因為011101×001=11]]>正是這個校正子(11)表示嵌入的數(shù)據(jù)。顯然，主矢量的校正子一般不等于將被嵌入的數(shù)據(jù)。主符號之一因此必須時常被修改。如果例如消息(01)要被嵌入而不是(11)，則嵌入器23改變第二主符號，因此原始主矢量(001)被修改為(011)011101×011=01]]>“平方誤差”經(jīng)常用來代表失真D(x，y)＝(y-x)2每3個符號的此嵌入方案的失真是14·O2+34·12=34]]>(不改變主符號的概率1/4，一個符號被改變±1的概率3/4)，所以每個符號的平均失真為D＝1/4。嵌入速率為每塊2比特，即R＝2/3比特/符號。
以類似方式，可以在7個信號符號的碼組中嵌入3個數(shù)據(jù)比特，可以在15個信號符號中嵌入4個比特，等。更一般地，通過修改至多1個主符號，基于漢明碼嵌入方案允許m個消息符號被嵌入在L＝2m-1主符號的碼組中。嵌入速率是R=m2m-1,---(2)]]>并且失真是D=12m.---(3)]]>為了能夠重構(gòu)原始主信號X1N，恢復(fù)編碼器33接收每個主信號分段X1K和合成信號Y1K?；謴?fù)編碼器以Y1K為條件編碼X1K，這還可以表示為X1K，在給定Y1K時。實際上，編碼器33維持哪些主符號已經(jīng)經(jīng)歷什么修改的記錄，并把所述信息編碼成恢復(fù)數(shù)據(jù)r。表示式“哪些主符號已經(jīng)經(jīng)歷什么修改”必需被寬泛地解釋。如果失真是D＝0或D＝1(在此實施例中的情況)，則足以標(biāo)識哪一些符號已經(jīng)經(jīng)歷失真。對于其它類型的嵌入器31，還必須編碼失真量。這可以表明比特/符號中的恢復(fù)數(shù)據(jù)速率小于嵌入器31的嵌入速率。
應(yīng)當(dāng)注意，恢復(fù)編碼器33代表了本發(fā)明的功能特征。電路因此不必物理地給出。在以下給出的設(shè)備的實際實施例中，由嵌入器31本身固有地產(chǎn)生有關(guān)哪些符號已經(jīng)被失真的信息。
在本實例中，嵌入容量的一部分用來標(biāo)識是否已經(jīng)修改了信號抽樣之一，并且如果是這樣的話，則標(biāo)識那個抽樣。對于具有塊長度3(m＝2，L＝3)的漢明碼，有4種可能性三個主符號都沒有被改變，已經(jīng)修改了第一符號，已經(jīng)修改了第二符號，或已經(jīng)修改了第三符號。如果主信號源的熵H(p)等于1，則所有事件都具有相同的概率。在這種情況下，每個塊的兩個消息比特需要恢復(fù)。然而，如果信號源的熵H(p)不等于1，則事件具有不同的概率，并且要求小于m個恢復(fù)比特。這留出了空間用于在主信號中嵌入其它數(shù)據(jù)。
假設(shè)p0＝0.9。因此，源產(chǎn)生主矢量(000)的概率p(x＝000)為(0.9)3≈0.729。源產(chǎn)生主矢量(001)的概率p(x＝001)為(0.9)2×(0.1)≈0.081等。假設(shè)設(shè)備的嵌入器31已經(jīng)產(chǎn)生合成矢量y＝000。原始主矢量x將是(000)。在這種情況下，原始信號抽樣都沒有被修改。然而，原始主矢量也可以是(001)，(010)或(100)。在此情況下，已修改主符號之一。如果y＝000，則主矢量是x＝000的概率是p(x=000|y=000)=p(x=000)p(x=000)+p(x=001)+p(x=010)+p(x=100)=0.75]]>以類似方式，可以計算y＝000源于矢量(000)，(010)或(100)的概率。這得到p(x＝001|y＝000)＝0.083p(x＝010|y＝000)＝0.083p(x＝100|y＝000)＝0.083。
每個合成矢量y因此具有相關(guān)聯(lián)集合的條件概率p(x|y)。下表概述了這些概率。該表還包括用于每個字塊y的相應(yīng)條件熵H(x|y)。所述的條件熵代表給定矢量y時原始矢量x的不確定性。此表還包括用于每個矢量y的概率p(y)，假設(shè)消息00，01，10和11具有相等的概率1/4。例如，概率p(y＝000)被計算如下p(y=000)=14p(x=000)+14p(x=001)+14p(x=010)+14p(x=100)=0.2430]]>

所有塊y上平均的源的條件熵H(X|Y)代表在給定y時重構(gòu)x的比特數(shù)量。在本實例中，所述平均熵等于H(X|Y)=Σyp(y)H(x|y)=0.8642]]>比特/碼組因此，需要每塊0.8642恢復(fù)比特來標(biāo)識原始碼組。這留下2-0.8642＝1.1358比特/塊用于嵌入其它數(shù)據(jù)。如果該容量用于嵌入有效負(fù)載，數(shù)據(jù)速率R因而為R=1.13583=0.3786]]>比特/符號。
請注意，合成信號的失真D不受現(xiàn)在未分配給已嵌入數(shù)據(jù)d的特定意義的影響。如上所述，該無損嵌入方案的失真是D＝1/4。
根據(jù)本發(fā)明，一部分剩余嵌入容量現(xiàn)在用來提供糾錯數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)抗傳輸或者信道差錯的穩(wěn)健性。
為此，通過包括產(chǎn)生奇偶比特p的糾錯編碼電路35，使嵌入設(shè)備3(參見圖2)穩(wěn)健。需要校正分段中d×K差錯的奇偶比特的數(shù)量是每符號h(d)個比特，其中我們已經(jīng)假定具有轉(zhuǎn)移參數(shù)d的對稱信道。例如，如果d＝0.05，則h(d)＝0.2864奇偶比特/符號將被嵌入。
剩余嵌入容量用于嵌入輔助數(shù)據(jù)或者有效負(fù)載w。在本實例中，可以嵌入每符號0.3786-0.2864＝0.0922有效負(fù)載比特w。在級聯(lián)電路36中可以級聯(lián)恢復(fù)數(shù)據(jù)r、奇偶比特p和有效負(fù)載w。正是已級聯(lián)數(shù)據(jù)被施加給嵌入器31用于嵌入。
更一般來說，本發(fā)明闡明了以下定理(therorem)。設(shè)D是具有平均失真Dav＝Δ和速率p的碼組長度K的數(shù)據(jù)隱藏方法。把D看作從序列x1N至序列y1N的(不一定無記憶)測試信道。設(shè)C是上述的遞歸結(jié)構(gòu)。則C(D)是具有平均失真Δ和速率p-H(X1k|Y1k)/K-h(d)的可逆數(shù)據(jù)隱藏方案。
Kalker等人的現(xiàn)有技術(shù)出版物中公開的可逆嵌入設(shè)備是遞歸的。這被理解為表示級聯(lián)電路35利用一個分段延遲把恢復(fù)數(shù)據(jù)r施加給嵌入器31。因而在后續(xù)分段中嵌入用于分段的恢復(fù)數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，級聯(lián)電路35還利用延遲(最好是相同的一個分段延遲)把分段的糾錯數(shù)據(jù)p施加給嵌入器31。因此，在后續(xù)分段中也嵌入用于分段的糾錯數(shù)據(jù)。正如參照圖2將理解的那樣，這具有的優(yōu)點是，可以以類似于并與恢復(fù)數(shù)據(jù)r相適合的方式處理糾錯數(shù)據(jù)p。穩(wěn)健遞歸可逆數(shù)據(jù)嵌入設(shè)備3因而具有不復(fù)雜的(硬件或軟件)結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在將描述在后續(xù)分段中嵌入恢復(fù)數(shù)據(jù)r和奇偶數(shù)據(jù)p的特定方法的兩個實際實例。在這兩個實例中，假定嵌入器31是上述的具有塊長度3的類型。根據(jù)等式(2)和(3)，該非穩(wěn)健和非可逆嵌入器31的失真是D＝1/4，并且嵌入速率是R＝2/3比特/符號。如上所述，還假定主信號具有符號概率p0＝0.9，以及信道4具有轉(zhuǎn)移概率d＝0.05。
在第一實例中，以K＝3000符號(比特)的相等長度分段S(n)劃分主信號。這在圖3中利用標(biāo)號36示出。該圖中的標(biāo)號37代表已嵌入數(shù)據(jù)d。嵌入速率是R＝2/3比特/符號，所以在每個分段中可以嵌入2000個比特。如前所計算的，則要求每塊0.8642恢復(fù)比特r(0.288比特/符號，每分段864比特)來重構(gòu)給定分段Y時的分段X。如圖所示，在后續(xù)分段S(n+1)中嵌入與分段S(n)相關(guān)聯(lián)的恢復(fù)比特r(n)，而嵌入分段S(n)中的恢復(fù)比特是用于重構(gòu)前一分段S(n-1)的恢復(fù)比特r(n-1)。注意，這些數(shù)量是統(tǒng)計平均數(shù)量?；謴?fù)比特的精確數(shù)量每個分段都可能不同。優(yōu)點是，例如通過為恢復(fù)比特的每個系列提供適當(dāng)?shù)亩舜a，標(biāo)識恢復(fù)比特r與剩余嵌入數(shù)據(jù)之間的邊界。
如前所述，每符號0.2864奇偶比特(每分段860個比特)是為糾錯而嵌入的。與分段S(n)相關(guān)聯(lián)的奇偶比特被表示為p(n)。圖3顯示它們也被嵌入在后續(xù)分段S(n+1)中。這留出了平均每分段2000-864-860＝276個比特用于嵌入有效負(fù)載w。穩(wěn)健遞歸可逆嵌入器的嵌入速率因而是每3000符號276個比特，這對應(yīng)于上述的0.0922比特/符號。
注意，在該實施例中，序列的第一和最后分段必須不同地進行處理。在第一分段中，僅僅可以嵌入有效負(fù)載數(shù)據(jù)w。在最后的分段中，上述的“簡單”嵌入方法可以用來提供恢復(fù)數(shù)據(jù)r以及涉及所述最后分段的糾錯數(shù)據(jù)p。
圖4顯示了對主信號X分段的第二實例。在該實例中，具有給定初始長度的初始分段S(0)僅具有有效負(fù)載w。在后續(xù)分段S(1)中提供這個分段的恢復(fù)比特r(0)和奇偶比特p(0)?，F(xiàn)在給后續(xù)分段S(1)分配提供恢復(fù)比特r(0)和奇偶比特p(0)所要求的長度。反過來，后續(xù)分段需要將被嵌入在還一個分段S(2)中的新數(shù)目的恢復(fù)比特r(1)和奇偶比特p(1)，等等。該處理重復(fù)許多次，例如直至后續(xù)分段小于給定的閾值。在后續(xù)分段中不嵌入有效負(fù)載w。然后利用給定的初始長度，對于新的初始分段S(0)，重復(fù)整個處理。
圖5顯示了用于從已接收的合成信號中重構(gòu)原始主信號的設(shè)備的示意圖。該設(shè)備從攻擊信道4(參見圖1)接收序列z1N(參見圖1)。分段電路50把此序列分為長度K的分段Z1K。這些分段Z1K以顛倒的順序被施加給數(shù)據(jù)檢索電路51和差錯檢測校正電路52。
數(shù)據(jù)檢索電路51檢索被嵌入合成信號中的數(shù)據(jù)d。在利用長度L的漢明碼嵌入數(shù)據(jù)d的優(yōu)選實施例中，檢索電路51確定L個符號的每個塊的校正子。該電路還把檢索的數(shù)據(jù)分成糾錯數(shù)據(jù)p、恢復(fù)數(shù)據(jù)r和輔助有效負(fù)載w。
糾錯數(shù)據(jù)p被施加給差錯檢測校正電路52，以校正分段Z1K中的差錯。該電路的輸出是估算的合成信號分段 。重構(gòu)單元53被安排成，利用已檢索的恢復(fù)數(shù)據(jù)r取消對原始主信號x1K施加的修改。在優(yōu)選實施例中，恢復(fù)數(shù)據(jù)r標(biāo)識分段Y1K中的符號之一是否已經(jīng)被修改，以及如果是的話，則標(biāo)識那個符號。恢復(fù)被應(yīng)用于估算的合成信號分段 ，得到原始主信號分段X1K的估算 。由于已嵌入的糾錯數(shù)據(jù)，甚至在攻擊信道造成比特錯誤的情況下，重構(gòu)也是完美的。重構(gòu)的主信號分段 在取消分段電路54中最后被重新排序和取消分段。
權(quán)利要求
1.一種在主信號中嵌入輔助數(shù)據(jù)的方法，包括以下步驟利用具有嵌入速率和失真的數(shù)據(jù)嵌入方法來產(chǎn)生合成信號；利用所述嵌入速率的第一部分來提供用于恢復(fù)主信號的恢復(fù)數(shù)據(jù)，以及所述嵌入速率的第二部分用于嵌入所述輔助數(shù)據(jù)；其特征在于，該方法還包括利用所述嵌入速率的第三部分來嵌入糾錯數(shù)據(jù)，以校正所述恢復(fù)數(shù)據(jù)和/或輔助數(shù)據(jù)中的差錯。
2.一種在主信號中嵌入輔助數(shù)據(jù)的方法，包括以下步驟將主信號分段；利用具有給定的嵌入速率和失真的預(yù)定數(shù)據(jù)嵌入方法在主信號分段中嵌入數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生相應(yīng)合成信號分段；確定根據(jù)合成信號分段標(biāo)識主信號分段的恢復(fù)數(shù)據(jù)；和利用嵌入速率的一部分把所述恢復(fù)數(shù)據(jù)嵌入在后續(xù)主信號分段中；其特征在于，該方法還包括以下步驟生成糾錯數(shù)據(jù)，用于校正合成信號分段中的差錯；利用嵌入速率的另一部分把所述糾錯數(shù)據(jù)嵌入在后續(xù)主信號分段中；和利用嵌入速率的剩余部分把輔助數(shù)據(jù)嵌入在主信號分段中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中每個分段包括用于前一分段的恢復(fù)數(shù)據(jù)和糾錯數(shù)據(jù)以及輔助數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中這些分段具有相等的長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，包括以下步驟(a)只在具有給定長度的第一主信號分段中嵌入輔助數(shù)據(jù)；(b)在后續(xù)分段中嵌入用于前一分段的恢復(fù)數(shù)據(jù)和糾錯數(shù)據(jù)；(c)使所述后續(xù)分段的長度適應(yīng)于所述恢復(fù)數(shù)據(jù)和糾錯數(shù)據(jù)的量；和(d)重復(fù)步驟(b)和(c)，直至后續(xù)分段的長度小于給定閾值。
6.一種用于在主信號中嵌入輔助數(shù)據(jù)的設(shè)備，包括用于將主信號分段的分段裝置；具有給定嵌入速率和失真的預(yù)定數(shù)據(jù)嵌入器，用于在主信號分段中嵌入數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生相應(yīng)的合成信號分段；用于確定根據(jù)合成信號分段標(biāo)識主信號分段的恢復(fù)數(shù)據(jù)的裝置；和數(shù)據(jù)嵌入器，該嵌入器被安排為利用嵌入速率的一部分把所述恢復(fù)數(shù)據(jù)嵌入在后續(xù)主信號分段中；其特征在于，該設(shè)備還包括用于生成糾錯數(shù)據(jù)以校正合成信號分段中的差錯的裝置，該數(shù)據(jù)嵌入器還被安排為利用嵌入速率的另一部分把所述糾錯數(shù)據(jù)嵌入在后續(xù)主信號分段中，并且利用嵌入速率的剩余部分把輔助數(shù)據(jù)嵌入在主信號分段中。
7.一種從利用權(quán)利要求2-5之一所述的方法產(chǎn)生的合成信號中重構(gòu)主信號的方法，包括以下步驟將所述合成信號分段；從合成信號分段中檢索嵌入在其中的糾錯數(shù)據(jù)；利用所述糾錯數(shù)據(jù)來校正前一合成信號分段中的差錯；從合成信號分段中檢索嵌入在其中的恢復(fù)數(shù)據(jù)；和在給定前一合成信號分段時，利用所述恢復(fù)數(shù)據(jù)來重構(gòu)前一主信號分段。
8.一種用于從利用權(quán)利要求2-5之一所述的方法產(chǎn)生的合成信號中重構(gòu)主信號的設(shè)備，包括用于將所述合成信號分段的分段裝置；用于從合成信號分段中檢索嵌入在其中的糾錯數(shù)據(jù)的裝置；用于利用所述糾錯數(shù)據(jù)校正前一合成信號分段中的差錯的糾錯裝置；用于從合成信號分段中檢索嵌入在其中的恢復(fù)數(shù)據(jù)的裝置；和利用所述恢復(fù)數(shù)據(jù)，在給定前一合成信號分段時，重構(gòu)前一主信號分段。
9.一種分段形式的具有嵌入數(shù)據(jù)的合成信息信號，嵌入在合成信號分段中的數(shù)據(jù)包括根據(jù)相應(yīng)的前一合成信號分段標(biāo)識前一主信號分段的恢復(fù)數(shù)據(jù)，并且還包括用于校正所述前一合成信號分段中的差錯的糾錯數(shù)據(jù)。
全文摘要
用于可逆印制水印的許多方法(允許完美重構(gòu)原始主信號的嵌入方案)在已印制水印的內(nèi)容的最微小修改禁止恢復(fù)原始信號以及嵌入的輔助數(shù)據(jù)的意義上說是極其脆弱的。為了相對傳輸或者信道差錯獲得穩(wěn)健性，根據(jù)本發(fā)明的嵌入方法在數(shù)據(jù)嵌入容量的一部分中提供糾錯數(shù)據(jù)。在一個有益實施例中，主信號(36)被分成分段，并且用于分段(S(n))的糾錯數(shù)據(jù)(P(n))在數(shù)據(jù)(37)中提供，該數(shù)據(jù)與用于重構(gòu)主信號的恢復(fù)數(shù)據(jù)(r(n))一起被嵌入在后續(xù)分段(S(n+1))中。嵌入容量的剩余部分用于有效負(fù)載(w)。
文檔編號H04N7/26GK1742334SQ200480002637
公開日2006年3月1日 申請日期2004年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月23日
發(fā)明者A·A·C·M·卡克, F·M·J·維勒姆斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司