專利名稱：具有加密的檢測密鑰的多比特取證水印的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在主信號中嵌入輔助數(shù)據(jù)的方法，特別是在信號中嵌 入多比特水印和加密相關的檢測密鑰。而且，本發(fā)明涉及從數(shù)據(jù)信號 中提取輔助數(shù)據(jù)的方法，特別是從數(shù)據(jù)信號中提取多比特水印。本發(fā) 明還涉及水印嵌入器、水印檢測器和計算機可讀的代碼。
背景技術：
數(shù)字水印已被證明是針對數(shù)字形式的版權(quán)材料的非法分發(fā)的有效
威懾，所述非法分發(fā)例如通過計算機網(wǎng)絡，經(jīng)由電子內(nèi)容分發(fā)(ECD)應 用或經(jīng)由手遞手的公共分發(fā)。
水印通常由在其中生成水印的預編碼級和轉(zhuǎn)碼水印嵌入級實施， 在轉(zhuǎn)碼水印嵌入級中，在原始數(shù)據(jù)信號內(nèi)的單個或一系列位置上把水
印加到該數(shù)據(jù)信號上。隨后，水印檢測器可以在版權(quán)識別過程中從加 水印的數(shù)據(jù)信號中提取水印。
取證(forensic)跟蹤水印被嵌入在多媒體內(nèi)容中，追蹤非法分 發(fā)的拷貝。檢測在現(xiàn)有的多媒體內(nèi)容中的水印在計算機功率方面潛在 地是復雜的操作。為了減小集中式服務器的負荷和使得水印檢測過程 最佳化，希望在網(wǎng)絡的客戶側(cè)執(zhí)行檢測。然而，當把水印檢測器分發(fā) 到潛在的不守信用的客戶時，存在檢測密鑰可能被偷走或泄漏的風險。
在公布的美國專利申請US 2005/0060550中，提出用于l比特消 息的水印檢測協(xié)議，其中水印密鑰是水印本身的加擾版本，這樣，知 曉水印密鑰并不意味著知曉水印。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明人已認識到，現(xiàn)有技術的缺點在于，只有1比特的 信息可被嵌入到主信號中，使得它不適用于取證跟蹤用途，并且還認 識到，使用嵌入和/或提取多比特水印的版權(quán)保護的改進手段是有利 的，因此設計本發(fā)明。本發(fā)明尋求提供用于版權(quán)保護的改進手段，優(yōu) 選地，本發(fā)明單個地或以任何組合地減輕、緩和、或消除了現(xiàn)有技術的一個或多個缺點。
按照本發(fā)明的第一方面，提供了把輔助數(shù)據(jù)嵌入到主信號的方法，
該方法包括以下步驟 -提供參考水印，
一生成與參考水印有關的加密的檢測密鑰，
-通過把多比特有效栽荷編碼到參考標記中而生成多比特水印，
-把多比特水印嵌入到主信號。
本發(fā)明允許把多比特有效栽荷嵌入到主信號，其中最終得到的檢 測密鑰被加密，由此除了拷貝控制型應用以外，還允許對主信號取證 跟蹤，因為多比特有效載荷對于取證跟蹤用途而言是必須的。
本發(fā)明是特別但不排他地有利的，因為它以保密的和低復雜度的 方式實行分布式的取證水印檢測，由此，例如通過把水印檢測器放置 在客戶設備中而允許把水印檢測分布到潛在的不可信任的、或甚至敵 對的環(huán)境中。水印檢測器可以安全地放置在潛在的不可信任的設備中， 因為檢測密鑰被加密，這樣，知曉水印檢測密鑰并不意味著知曉水印。 而且，本發(fā)明特別但不排他地有利于成本節(jié)省，因為與集中式解決方 案相比較，對于檢測設施只需要很少的投資，因為本發(fā)明用軟件模塊、 電子電路等等實施，在用戶設備中只需要很少的，或甚至不要，附加 硬件。而且，本發(fā)明特別但不排他地有利于實施高吞吐量，因為與集 中式的解決方案相比較，水印檢測可以在更多的信號中潛在地實現(xiàn)， 增強總的性能。
如在權(quán)利要求2中規(guī)定的任選的特性是有利的，因為通過把參考 水印的循環(huán)旋轉(zhuǎn)版本加到水印上而給水印提供多比特有效載荷，從而 提供了施加多比特有效載荷的有效方法。
如在權(quán)利要求3中規(guī)定的任選的特性是有利的，因為通過在適于 讀出主信號的設備中使用加密檢測密鑰作為水印檢測密鑰，使得有可 能在客戶設備處進行本地水印檢測。
如在權(quán)利要求4中規(guī)定的任選的特性是有利的，因為通過用擾碼 來加擾參考水印而加密檢測密鑰，得到魯棒的和有效的加密，使得檢 測密鑰的安全分發(fā)成為可能。
如在權(quán)利要求5到7中規(guī)定的任選的特性是有利的，因為它們描 述了通過把擾碼與適于讀出主信號的設備，與用戶ID，或與二者的組合相聯(lián)系而把擾碼與主信號的用戶相聯(lián)系的重要方法。
如在權(quán)利要求8中規(guī)定的任選的特性是有利的，因為通過把用戶 ID編碼到有效栽荷中，用戶被直接鏈接到信號本身。
如在權(quán)利要求9中規(guī)定的任選的特性是有利的，因為它們便于把 輔助數(shù)據(jù)嵌入到主信號的一個或多個可能的重疊分段中。這是有利的， 因為可能只需要把水印嵌入到主信號的一個分段中，某些分段可以呈 現(xiàn)最適用于水印嵌入的特性，如果只要考慮一個或多個分段，這可以 使得嵌入過程和/或提取過程甚至是更有效的。
如在權(quán)利要求10中規(guī)定的任選的特性是有利的，因為基于相關性 的水印檢測器是魯棒的和有效的水印檢測器。
如在權(quán)利要求ll中規(guī)定的任選的特性是有利的，因為通過施加按 照預定的花費函數(shù)(例如L,距離)使得在擾碼與參考水印之間的乘積 和在擾碼與多比特水印之間的乘積的和值最小化的約束條件，檢測性 能被最佳化。
如在權(quán)利要求12中規(guī)定的任選的特性公開了按照數(shù)據(jù)信號的可能 的內(nèi)容的有益實施例。數(shù)據(jù)信號可以包括以下的至少一項音頻、視
頻、圖像、多媒體軟件、多維圖形模型、軟件結(jié)構(gòu)。
按照本發(fā)明的第二方面，提供了從數(shù)據(jù)信號中提取輔助數(shù)據(jù)的方
法，該方法包括以下步驟
-接收包括參考水印和多比特有效載荷的數(shù)據(jù)信號，
-提供與參考水印有關的加密的檢測密鑰，
-根據(jù)加密檢測密鑰從數(shù)據(jù)信號提取多比特有效載荷。
按照第二方面的本發(fā)明是特別但不排他地有利的，因為它從數(shù)據(jù)
信號提取多比特有效栽荷，諸如通過按照本發(fā)明的第一方面的方法被 嵌入的多比特有效載荷。而且，因為檢測密鑰被加密，即使在潛在的 不可信任的設備中也可以執(zhí)行提取。
按照本發(fā)明的第三和第四方面，提供了水印嵌入器，包括
-用于提供參考水印的裝置，
-用于生成與參考水印有關的加密的檢測密鑰的裝置， -用于通過把多比特有效載荷編碼到參考標記中而生成多比特水 印的裝置，
-用于把多比特水印嵌入到主信號的裝置，和水印檢測器，包括
-用于接收包括參考水印和多比特有效載荷的數(shù)據(jù)信號的裝置，
-用于提供與參考水印有關的加密的檢測密鑰的裝置，
-用于根據(jù)加密檢測密鑰從數(shù)據(jù)信號提取多比特有效載荷的裝置。
本發(fā)明第三方面的水印嵌入器是按照本發(fā)明第一方面的方法提供
的，第一方面的方法可被實施用于控制本發(fā)明第三方面的水印嵌入器。
第四方面的水印檢測器是按照本發(fā)明第二方面提供的，第二方面的方
法可被實施用于控制本發(fā)明第四方面的水印檢測器。
在本發(fā)明的第五方面，提供了用于實施第一方面的方法的計算機
可讀代碼。
通常，本發(fā)明的各個方面可以以本發(fā)明的范圍內(nèi)可能的任何方式 被組合和耦合。參照此后描述的實施例，將明白和闡述本發(fā)明的這些 和其它方面、特征和/或優(yōu)點。


下面參照附圖，僅僅作為例子，描述本發(fā)明的實施例，其中 圖1示意地顯示按照本發(fā)明的實施例用于把多比特有效載荷嵌入 到主信號中的策略。
圖2顯示水印嵌入過程的示意圖。 圖3顯示水印檢測過程的示意圖。
圖4顯示按照本發(fā)明實施例的有效載荷提取過程的示意圖。
具體實施例方式
圖1示意地顯示按照本發(fā)明的實施例、用于把輔助數(shù)據(jù)(這里顯 示為多比特有效載荷)嵌入到主信號x的策略10。嵌入過程的輸入包 括識別號i，參考水印Wa和主信號X。在一個實施例中，輔助數(shù)據(jù)的嵌 入可以在一個或多個計算機系統(tǒng)處執(zhí)行，作為水印嵌入器或編碼器執(zhí) 行，例如在位于內(nèi)容擁有者的計算機系統(tǒng)處。嵌入過程的輸出包括加 密密鑰hi和加水印的信號y。加密密鑰然后或者連同加水印的信號y 一起，或者與其分開地分發(fā)到用戶或客戶。
主信號可以是要被分發(fā)到信號的客戶或用戶的信號。信號可以經(jīng) 由計算機網(wǎng)絡，經(jīng)由電子內(nèi)容分發(fā)(ECD)應用，經(jīng)由記錄載體，諸如可
7記錄的或ROM光記錄載體或基于半導體或磁的載體等等被分發(fā)。信號 的用戶然后可以在適于讀出主信號的設備上，諸如在CD播放器、DVD 播放器、計算機、便攜式重放設備、游戲控制臺等等上呈現(xiàn)或播放信 號。
在第一步驟，提供或確定參考水印Wk。參考水印可以是任何適當 類型的數(shù)字水印，諸如被嵌入在信號基帶中的空間水印，或要在頻域 中檢測的時間水印。參考水印被使用來生成2要被嵌入到主信號中的 多比特水印，并被使用來生成5加密檢測密鑰。
多比特有效栽荷Wp被編碼l，多比特有效栽荷可以是n比特有效載 荷，n是任何數(shù)目，例如取決于在要被嵌入的輔助數(shù)據(jù)的期望數(shù)量與有 效載荷的提取時間之間的折衷，因為可能要求，有效栽荷在每次重放 加水印的信號的內(nèi)容之前實時地被提取。有效栽荷可以是參考水印的 循環(huán)旋轉(zhuǎn)的版本，這樣，循環(huán)旋轉(zhuǎn)的版本的存在與否可以表示有效載 荷的一個比特。在一個實施例中，用戶ID 6或其它識別輔助數(shù)據(jù)可被 編碼到有效栽荷中。
多比特有效栽荷Wp然后被加到參考水印2，最終得到的標記被加到 主信號3，所以生成加水印的信號y:
<formula>formula see original document page 8</formula>
多比特水印(wx + wP)可以按照主信號的掩蔽特性(masking property)進行縮放，即，感知的掩蔽可:f皮應用到多比特水印上。
也可以生成與參考水印有關的加密檢測密鑰。在一個實施例中， 只有參考水印用擾碼Ci進行擾碼，而不是其中編碼了多比特有效栽荷 的部分。擾碼可以經(jīng)由識別號i，例如通過把具有識別號i的擾碼分配 給特定的用戶和/或特定的設備而與用戶ID和/或適于讀出主信號的設 備相聯(lián)系。擾碼可以是隨機生成的密鑰。檢測密鑰可被表示為
<formula>formula see original document page 8</formula>
圖2顯示水印嵌入過程的示意圖。識別號21、參考水印22和主信 號23被輸入到水印嵌入器20。水印嵌入器生成和嵌入多比特有效載荷 以及檢測密鑰。嵌入過程的輸出包括加密密鑰24和加水印的信號25。
嵌入過程可以在水印嵌入器20(或編碼器)中實施，水印嵌入器包 括用于提供22參考水印的裝置，諸如用于生成或選擇參考水印的裝置； 用于生成5與參考水印有關的加密檢測密鑰的裝置；用于通過把多比特有效載荷編碼到參考水印中而生成1多比特水印的裝置；用于把多 比特水印嵌入到主信號的裝置。這些裝置典型地可以作為軟件實施方 案或硬件實施方案分開實現(xiàn)或在單個處理單元中實現(xiàn)。
圖3顯示水印檢測過程的示意圖。檢測過程可以是內(nèi)容的重放活 動(playback seance )的一部分。水印檢效'J可以在用戶設備中被實施 以進行取證跟蹤，以及在以下的用戶設備中實施所述用戶設備內(nèi)的 一個協(xié)議保證僅僅在信號中檢測到有效的水印或有效栽荷時才執(zhí)行內(nèi) 容的重放。
水印檢測器可以依賴于信號的類型。對于在諸如MPEG視頻那樣的 視頻信號中的水印檢測，水印檢測器可以至少部分是視頻(MPEG)譯碼 器，而對于在諸如MP3那樣的音頻信號中的水印檢測，水印檢測器可 以至少部分是音頻(MP3)譯碼器。譯碼器可以作為重放設備本身的一部 分，或作為重放應用的一部分纟皮實施。
在一個實施例中，水印檢測器30接收可能的加水印信號31，用于 驗證在信號中確實存在水印，以及如果是的話，用于提取嵌入的多比
特有效載荷。水印檢測器還接收或訪問與加水印的信號有關的加密的 檢測密鑰32。檢測密鑰僅僅與參考水印有關，而與有效載荷無關。 在一個實施例中，水印的檢測由基于相關性的水印檢測器得到。
計算信號與檢測密鑰的相關性，包括計算信號與檢測密鑰之間的內(nèi)積 d-<y， hi>，相關性按照y和hi而作出，因為僅僅加擾的密鑰和加水印
的信號是可得到的，導致
d=<y， hi>=xwR+ xCi+wRCi+ wRwR+ WpWR+ wFCi ， 其中大的d值典型地表示水印的存在。
水印檢測過程的輸出可包括用于重放的信號33本身以及多比特有 效載荷34。
將會看到，檢測結(jié)果包括失真分量WaCi和WpCi.所以，可以通過約 束限制擾碼"使得僅僅擾碼滿足(WaCi+WpCi)被最小化的要求，來最佳
化檢測性能。
圖4顯示按照本發(fā)明的實施例用于基于相關性的檢測器的有效載 荷提取過程的示意圖。在第一步驟，可以預處理40信號y。預處理可 以取決于嵌入方法，預處理可以是預濾波，諸如把信號變換到不同的 域，例如通過離散傅立葉變換、離散余弦變換、等等。信號與檢測密鑰hi進行相關41,并且提取42有效載荷。例如，通過找出參考圖案 與有效栽荷序列之間的相對旋轉(zhuǎn)。
水印檢測器30可包括用于接收31包括參考水印和多比特有效載 荷的數(shù)據(jù)信號的裝置；用于提供32與參考水印有關的加密的檢測密鑰 的裝置；和用于根據(jù)加密檢測密鑰從數(shù)據(jù)信號提取34多比特有效載荷 的裝置。這些裝置典型地作為軟件實施方案或作為硬件實施方案被分 開實施或在單個處理單元中實施。
本發(fā)明的所有的方面可以以包括硬件、軟件、固件或這些部件的 任何組合的任何適當?shù)姆绞奖粚嵤?。本發(fā)明或本發(fā)明的某些特征可以 作為在一個或多個數(shù)據(jù)處理器和/或數(shù)字信號處理器上運行的計算機 軟件^f皮實施。本發(fā)明的實施例的元件和部件可以以任何適當?shù)姆绞奖?物理地、功能地、和邏輯地實施。實際上，功能可以在單個單元，在 多個單元或作為其它功能單元的一部分被實施。這樣，本發(fā)明可以在 單個單元中被實施，或可以物理地和功能地分布在不同的單元與處理 器之間。
雖然本發(fā)明是結(jié)合優(yōu)選實施例描述的，但不打算把它限于這里闡 述的形式。而是，本發(fā)明的范圍僅僅由所附權(quán)利要求限制。
闡述所公開的實施例的某些具體的細節(jié)是為了說明而不是為了限 制，以便提供對于本發(fā)明的清晰的和透徹的了解。然而，本領域技術 人員應當看到，本發(fā)明可以在與這里闡述的細節(jié)不完全一致的其它實 施例中被實踐，而不明顯地背離本公開內(nèi)容的精神和范圍。而且，在 本上下文中和為了概略性和清晰性，熟知的設備、電路和方法的詳細 說明被省略，以避免不必要的細節(jié)和可能的混淆。
在權(quán)利要求中包含了參考標記，然而，包含這些參考標記僅僅是 為了清楚起見，而不應當看作對權(quán)利要求的范圍的限制。
權(quán)利要求
1. 一種把輔助數(shù)據(jù)嵌入到主信號的方法，該方法包括以下步驟 -提供參考水印(wR)，-生成與參考水印有關的加密的檢測密鑰(hi), -通過把多比特有效載荷(wP)編碼(1)到參考標記中而生成多比特 水印，-把多比特水印嵌入(3)到主信號(y)。
2. 按照權(quán)利要求l的方法，其中通過把參考水印的循環(huán)旋轉(zhuǎn)的版 本加到水印而將多比特有效載荷加到參考水印。
3. 按照權(quán)利要求l的方法，其中加密檢測密鑰在適用于讀出主信 號的設備中被用作為水印檢測密鑰。
4. 按照權(quán)利要求l的方法，其中通過用擾碼加擾參考水印來加密 檢測密鑰。
5. 按照權(quán)利要求4的方法，其中擾碼與適用于讀出主信號的設備 有關。
6. 按照權(quán)利要求4的方法，其中擾碼與用戶ID有關。
7. 按照權(quán)利要求4的方法，其中擾碼與用戶ID和適用于讀出主 信號的設備二者有關。
8. 按照權(quán)利要求1的方法，其中主信號的用戶ID被編碼在多比 特有效載荷中。
9. 按照權(quán)利要求l的方法，其中主信號被分段成一個或多個分段， 以及其中-對于至少一個分段提供分段水印，-提供與所述至少一個分段水印有關的加密的分段密鑰， -對于至少一個分段水印生成多比特分段水印， -把多比特分段水印嵌入到主信號的分段中。
10. 按照權(quán)利要求1的方法，其中水印的檢測是由基于相關性的 水印檢測器(31)得到的。
11. 按照權(quán)利要求10的方法，其中通過用擾碼對檢測密鑰進行加 擾來加密所述檢測密鑰，以及其中擾碼滿足在擾碼與參考水印之間的 乘積和在擾碼與多比特水印之間的乘積的和值按照預定的花費函數(shù)被最小化的約束條件。
12. 按照權(quán)利要求1的方法，其中主信號包括以下的至少一項 音頻、視頻、圖像、多媒體軟件、多維圖形模型、軟件結(jié)構(gòu)。
13. —種從數(shù)據(jù)信號中提取輔助數(shù)據(jù)的方法，包括以下步驟-接收包括參考水印和多比特有效栽荷(Wp)的數(shù)據(jù)信號，-提供與參考水印(wj有關的加密的檢測密鑰(hi)，-根據(jù)加密檢測密鑰從數(shù)據(jù)信號(y)提取多比特有效載荷。
14. 一種水印嵌入器(20)，包括-用于提供(22)參考水印(仏)的裝置，-用于生成(5)與參考水印有關的加密的檢測密鑰(hi)的裝置， -用于通過把多比特有效載荷(wP)編碼到參考標記中而生成(1)多 比特水印的裝置，-用于把多比特水印嵌入(3)到主信號(x)的裝置。
15. —種水印檢測器(30)，包括-用于接收(31)包括參考水印和多比特有效載荷的數(shù)據(jù)信號的裝置，-用于提供(32)與參考水印有關的加密的檢測密鑰的裝置， -用于根據(jù)加密檢測密鑰從數(shù)據(jù)信號(y)提取(34)多比特有效栽荷 的裝置。
16. 用于實施權(quán)利要求1的方法的計算機可讀代碼。
全文摘要
本發(fā)明涉及把多比特有效載荷形式的輔助數(shù)據(jù)嵌入到主信號，和加密相關的檢測密鑰。而且，本發(fā)明涉及從數(shù)據(jù)信號提取多比特有效載荷形式的輔助數(shù)據(jù)。輔助數(shù)據(jù)通過以下步驟被嵌入到主信號中。首先，提供參考水印，隨后生成只與參考水印有關的加密的檢測密鑰。加密的檢測密鑰可以是水印的加擾版本。在另一個步驟，生成多比特水印，并把多比特有效載荷編碼到參考水印中。最后，多比特水印被嵌入到主信號。
文檔編號G06T1/00GK101313331SQ200680043935
公開日2008年11月26日 申請日期2006年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月24日
發(fā)明者A·N·萊馬, M·U·塞利克, M·范德維恩 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司