專利名稱：信息信號中的輔助數據檢測的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測被編碼為嵌在信息信號里的水印的相對位置和/或相對極性的有效負載數據的方法及設備。
本發(fā)明的背景技術國際專利申請WO-A-99/45705公開了一種檢測信息信號中多比特有效負載數據的方法。有效負載被編碼為多重(可能相等)嵌入水印圖形的相對位置和極性?，F(xiàn)有技術的檢測方法包括按照該信號計算嵌入的水印圖形與信息信號的相關性作為水印圖形位置的一個函數。這一計算步驟得出一個相關函數，其中嵌入的水印圖形的位置和極性由大的正或負峰值來表示。峰值間的相對距離和峰值的符號代表有效負載數據。
在理想狀況，相關函數的峰值相似于狄拉克脈沖并且它們的位置能足夠精確地被確定。但是，在許多實際情況中位置和極性不能很好地被確定。特別是在信號有待處理的情況。視頻處理，比如說，會引起相關峰值拖尾。峰值被展寬了，所以中心位置不能很好地被確定。甚至由于大的負旁瓣(negative side lobs)影響，峰值符號也被錯誤地恢復。
作為這個問題的一種解決辦法，WO-A-99/45705給出了對所有可能位置的輔助柵限制允許的峰值位置。通過量化至最接近的輔助柵點解決峰值抖動。但是，水印的有效負載容量被減少了，而且也沒有解決峰值極性的反轉。
發(fā)明目的與概述本發(fā)明的一個目的是提供用于檢測嵌入信息信號里的多重水印圖形間距離的改進方法和設備。本發(fā)明的又一目的是提供用于檢測所述水印圖形的相對極性的改進方法和設備。
為此，確定峰值相對位置的步驟包括對于至少一個所述窗口的多個位置，計算所述峰值之一附近窗口中的相關函數與另一個所述峰值附近窗口中的相關函數的相似性，以及由于所述相似性有一極值，確定所述窗口的位置。
本發(fā)明基于這樣的認識若相關函數的峰值被拖尾，則它們都以相同方式被拖尾。峰值鄰域中的相關函數(波形)在很大程度上彼此相似。本發(fā)明通過識別其中彼此最相似的相關函數的鄰域，和確定被識別的鄰域間的距離以代替單獨峰值間的距離，來利用這一特性。
用相同的解決方法來檢測峰值的相對極性。按照本發(fā)明，確定峰值相對極性的步驟包括計算所述峰值之一附近窗口中的相關函數與另一個所述峰值附近窗口中的相關函數的相似性，以及確定所述相似值的符號。如果符號為正，則兩個峰值具有相同極性。如果符號為負，則峰值具有相反極性。
附圖的簡要描述

圖1是水印嵌入的原理圖，示出有效負載數據如何被嵌入視頻圖象中。
圖2和3示出圖1中所示水印嵌入的操作。
圖4是按照本發(fā)明檢測有效負載數據的設備的原理圖。
圖5A和5B示出二維相關函數來一般地說明圖4中所示設備的操作。
圖6示出一維相關函數來一般地說明圖4中所示設備的操作。
圖7示出一維相關函數來說明本發(fā)明方法的一個實施例。
圖8和9是由根據本發(fā)明的設備實施例執(zhí)行的操作步驟的流程圖。
圖10示出二維相關峰值圖形來說明本發(fā)明方法的另一實施例。
實施例的詳述圖1是水印嵌入的原理圖，說明了按照國際專利申請WO-A-99/45705輔助數據是怎樣被嵌入視頻圖象中的。該設備接收移動視頻信號X并輸出帶水印的視頻信號Y。它包括有效負載編碼器10、貼裝電路11和加法器12。圖2說明了有效負載編碼器10的操作。編碼器接收不相關的“基本的”水印圖形(W1,W2)中的有限一組。每一基本的水印是一給定的隨機噪聲亮度值的圖形，但為了方便，本例中它被賦予可識別的內容(分別為一個矩形和一個三角形)。
嵌入的水印圖形W是所述基本的圖形和/或循環(huán)位移反轉的結合。此例中，編碼器10產生W=W1-W2k，其中W2k是基本圖形W2的一個循環(huán)位移反轉。符號和位移矢量(k)代表有效負載數據K。為減少復雜性，水印圖形W具有相對較小的像素尺寸M×M(比如128×128)。如圖3所示，它通過貼裝電路11被貼裝在較大的圖象區(qū)域上。相同的水印WM隨后以移動視頻信號的連續(xù)幀被嵌入。
圖4是按照本發(fā)明水印檢測器的原理圖。水印檢測器接收可能帶水印的圖象Q。該圖象被劃分(21)成大小為M×M(M=128)的塊并且所有的塊被堆棧(22)到大小為M×M的緩存器B中。這一操作稱為折疊。為檢測緩存器B是否包括一個或更多的水印W1和W2的反轉，使緩存器內容B和各個水印圖形相關。計算相關性包括計算信息信號值q={qij}的內積d=<q,w>以及水印圖形的對應值w={wij}。對二維的M×M圖象，內積為d=1M2Σi=1MΣj=1Mqijwij]]>如果相關性d超過預定的閾值，水印w被叫做“顯現(xiàn)”。
圖4中所示設備，按照國際專利申請WO-A99/45707的教導，使用快速傅立葉變換以根據圖象同時計算基本水印w的所有可能位移的相關值d。這一操作將被簡要概括。緩存器B的內容q和基本水印圖形w分別在變換電路23和24中被進行快速傅立葉變換(FFI)。由這些操作得出 這里 和 是復數組。
對相關性的計算類似于計算q的卷積和w的共扼。在變換范圍內，這對應于d^=q^⊗conj(w)]]>這里標記表示逐點相乘，conj()表示變換幅角的虛數部分的符號。在圖4中， 的共扼由共扼電路25執(zhí)行，且逐點相乘由乘法器26執(zhí)行。相關值組現(xiàn)在通過反傅立葉變換所述相乘來得到d=IFFT(d^),]]>它由快速反傅立葉變換(IFFT)電路27執(zhí)行。
圖5A示出如果將基本水印圖形W1提供給解碼器時相關值的曲線圖。相關函數呈現(xiàn)有一個峰值31。峰值具有正極性并在本例中正好位于(0,0)。要注意，若圖象Q經受這樣的轉換或剪切處理，這一峰值的絕對位置可能是不同的。圖5B示出如果將基本水印圖形W2提供給解碼器時相關值的曲線圖。相關函數現(xiàn)在在(24,40)處呈現(xiàn)有一個負峰值32。相對于峰值31的位置，此峰的相對位置揭示了W2k與W1的相對距離(在像素中)，即位移矢量k。
位移矢量恢復電路28以前面描述過的一種方式從峰值圖形中恢復位移矢量。最后，有效負載解碼器29根據由此得到的矢量k和峰值的極性解碼嵌入的有效負載K。
圖6為更方便地示出了一維的相關函數。峰值31和32之間的距離k能夠在理想情況被精確地恢復。但是，在許多實際狀況中峰值的位置和位移不能很好地確定。視頻處理引起相關峰拖尾。峰值被展寬，因此中心位置不能很好地被確定。甚至由于大的負旁瓣影響，峰值符號也被錯誤地恢復。這可由圖7說明。圖7示出在非理想條件下的相關函數。峰值33和34現(xiàn)在在不同位置被檢測。這一現(xiàn)象稱為峰值抖動。峰值34的極性也錯了，所以解碼器不能確定位移矢量的方向。更不用說圖7中矢量k′可能導致有效負載K的錯誤檢測。
位移矢量恢復電路28(圖4)甚至在峰值被拖尾時都可用以正確恢復位移矢量k。這一電路的一個實施例的操作將參考圖8描述，圖8示出操作步驟的流程步驟51確定abs(B)中最大值的位置p1，其大于預定閾值T。也確定abs(B)中次最大值的位置p2，其不屬于p1的適合選擇的鄰域。禁止p1的合適鄰域防止了p1的大的子峰作為p2被選擇。閾值T能夠設定為與國際專利申請WO-A-99/45706一致。
步驟52選擇包括p1的窗口w1(圖7中的35)，和包括p2的相等大小的窗口w2(圖7中的36)。就二維峰值圖形來說，窗口可以是矩形或圓形。
步驟53確定w1和w2相關函數彼此相似的程度。為此，由該電路計算匹配值e(w1,w2)?，F(xiàn)有技術中有多種計算匹配值的方法。簡單相關是一個合適的選擇。窗口內越多的波形彼此相似，e(w1,w2)的絕對值就會越大。e(w1,w2)的符號表明窗口w1中的波形是否真的相似于窗口w2中的波形或者與之相反。
步驟54對窗口w1和/或w2的所有可能位置重復步驟53。注意嵌入引入的循環(huán)位移。超出緩存器B一個末端的窗口必須被繞回。
步驟55確定匹配值e(w1,w2)的最大絕對值和它的符號。
步驟56確定窗口間的相對距離abs(e(w1,w2))是最大的。在圖7中，所述窗口被表示為37和38。由此確定的距離是被尋找的矢量k。
上述方法有一些缺陷。計算上不經濟，因為所有可能的窗口對都要被估算。并且，窗口的幾何形狀和大小很復雜。如果窗口太大，多個匹配的相關緩存器B的樣值不是子峰，而是噪聲樣值。如果窗口太小且峰值很寬，會提取錯誤的矢量。圖9示出矢量恢復電路另一實施例執(zhí)行的操作步驟流程。操作將參考圖10描述，圖10是二維空間相關函數的頂視圖。
步驟61確定緩存器B中的兩個峰值p1和p2。這一步驟類似于圖8中的步驟51。
步驟62選擇包含p1鄰近的本地大峰值(大于閾值T)的窗口w1。圖10中，本地峰值表示為實心的像素。
步驟63計算矢量v=p1-p2。這一矢量(圖10中的71)能被看作矢量k尋找的第一估值。
步驟64在w1和w2的相關圖形間確定矢量v的匹配值e(w1,w2)，此處w2=w1+v(圖10中的72)。若w1中非峰值(圖10中的白色矩形)的相關噪聲設為零，這一步驟非常有效。
步驟65對v鄰近所有可能的矢量重復步驟64。本例中，鄰近是指v周圍11×11像素的方形區(qū)域77。圖10中，在v令近的這樣一個的矢量被表示為73而對應的窗口w2被表示為74。
步驟66確定匹配值e(w1,w2)的最大絕對值和它的符號。在圖10中，最大匹配值的矢量和窗口w2分別被表示為75和76。窗口76中的本地峰值(以實心像素表示)看來最匹配于窗口w1中的本地峰值。
步驟67從矢量k和符號中得出與所述最大值相聯(lián)系的嵌入的有效負載K。
應進一步指出的是，有效負載數據也可以僅由多重水印的相對極性表示。如果這樣，檢測器不需要確定最相似的窗口w1和w2之間的距離，僅需要確定匹配值e(w1,w2)的符號。
上述方法可尋找峰值束并確定最佳譯碼以匹配這些峰值束。更精確的是，確定峰值的第一和第二束，搜索矢量v，使得位移超過v的第一峰值束以最可能的方式匹配于第2峰值束或者其反轉。這一匹配結果表現(xiàn)在矢量v符號s上，該符號表示出峰值束是否有相同或相反極性。分配符號給峰值束發(fā)現(xiàn)是困難的。因此，對有效負載編碼應該更好，而無須依賴于絕對符號(矢量k和-k應最好代表相同的有效負載數據)。
本發(fā)明能作如下概括。通過編碼有效負載為多重(可能相等)嵌入水印的相對位置和/或極性使數據隱藏于信息信號中。有效負載通過計算作為位置函數的水印和信號間的相關性得到恢復。相關函數的峰值間距代表有效負載。為精確檢測所述距離，甚至在峰值被拖尾時，對一個峰值(p1)附近窗口(w1)中的相關函數與另一峰值(p2)附近類似窗口(w2)中的相關函數進行比較。對所述窗口的不同位置作這一檢測。對于彼此最相象的相關函數，窗口(37,38)之間的距離(k)就是代表有效負載的距離。
權利要求
1．一種檢測被編碼為嵌在信息信號里的水印相對位置的有效負載數據的方法，包括以下步驟-對該信號計算(23-27)每一水印與作為所用水印位置一個函數的所述信號之間的相關性；-確定(28)所述相關函數峰值(31,32)的相對位置；和-從所述峰值的所述相對位置檢測(29)所述有效負載數據；其特征在于，所述確定峰值相對位置的步驟(28)包括-對于至少一個所述窗口的多個位置，計算(53,64)所述峰值(p1)之一附近窗口(w1)中的相關函數與另一個所述峰值(p2)附近窗口(w2)中的相關函數的相似性；以及-由于所述相似性有一極值，依此確定(55,66)所述窗口的位置。
2．一種檢測被編碼為嵌在信息信號里的水印相對極性的有效負載數據的方法，包括以下步驟-對該信號計算(23-27)水印與作為所述水印位置一個函數的所述信號之間的相關性；-確定(28)所述相關函數峰值(31,32)的相對極性；和-從所述峰值的所述相對極性檢測(29)所述有效負載數據；其特征在于，所述確定峰值相對極性的步驟(28)包括-計算(53，64)所述峰值(p1)之一附近窗口(w1)中的相關函數與另一個所述峰值(p2)附近窗口(w2)中的相關函數的相似性；以及-確定(55，66)所述相似值的符號。
3．如權利要求1或2的方法，其中峰值附近窗口中的相關函數由所述窗口中本地峰值的相關值來表示。
4．一種檢測被編碼為嵌在信息信號里的水印相對位置的有效負載數據的設備，包括-用于對該信號計算每一水印與作為所用水印位置一個函數的所述信號之間相關性的裝置(23-27)；-用于確定所述相關函數峰值(31,32)的相對位置的裝置(28)；和-用于從所述峰值的所述相對位置檢測所述有效負載數據的裝置(29)；其特征在于，所述確定峰值相對位置的裝置(28)包括-用于對于至少一個所述窗口的多個位置計算所述峰值(p1)之一附近窗口(w1)中的相關函數與另一個所述峰值(p2)附近窗口(w2)中的相關函數的相似性的裝置(53,64)；以及-由于所述相似性有一極值，用于依此確定所述窗口位置的裝置(55,66)。
5．一種檢測被編碼為嵌在信息信號里的水印相對極性的有效負載數據的設備，包括-用于對該信號計算水印與作為所述水印位置一個函數的所述信號之間相關性的裝置(23-27)；-用于確定所述相關函數峰值(31,32)的相對極性的裝置(28)；和-用于從所述峰值的所述相對極性檢測所述有效負載數據的裝置(29)；其特征在于，所述確定峰值相對極性的裝置(28)包括-用于計算所述峰值(p1)之一附近窗口(w1)中的相關函數與另一個所述峰值(p2)附近窗口(w2)中的相關函數的相似性的裝置(53,64)；以及-用于確定所述相似值符號的裝置(55,66)。
6．如權利要求4或5的設備，其中峰值附近窗口中的相關函數由所述窗口中本地峰值的相關值來表示。
全文摘要
通過編碼有效負載為多重(可能相等)嵌入水印的相對位置和/或極性使數據隱藏于信息信號中。有效負載通過計算作為位置函數的水印和信號間的相關性得到恢復。相關函數的峰值間距代表有效負載。為精確檢測所述距離,甚至在峰值被拖尾時,對一個峰值(p1)附近窗口(w1)中的相關函數與另一峰值(p2)附近類似窗口(w2)中的相關函數進行比較。對所述窗口的不同位置作這一檢測。對于彼此最相象的相關函數,窗口(37,38)之間的距離(k)就是代表有效負載的距離。
文檔編號H04N7/081GK1319216SQ00801596
公開日2001年10月24日 申請日期2000年7月26日 優(yōu)先權日1999年8月5日
發(fā)明者A·A·C·M·卡爾克, J·A·海特斯馬 申請人:皇家菲利浦電子有限公司