CN1284135C - 在信息信号中嵌入和检测水印的方法和设备 - Google Patents

在信息信号中嵌入和检测水印的方法和设备 Download PDF

Info

Publication number
CN1284135C
CN1284135C CNB028015347A CN02801534A CN1284135C CN 1284135 C CN1284135 C CN 1284135C CN B028015347 A CNB028015347 A CN B028015347A CN 02801534 A CN02801534 A CN 02801534A CN 1284135 C CN1284135 C CN 1284135C
Authority
CN
China
Prior art keywords
watermark
sampling rate
signal
information signal
frame
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB028015347A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1462439A (zh
Inventor
A·A·M·L·布吕克尔斯
J·A·海特斯马
A·A·C·M·卡尔克
M·范德维恩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips Electronics NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Koninklijke Philips Electronics NV filed Critical Koninklijke Philips Electronics NV
Publication of CN1462439A publication Critical patent/CN1462439A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1284135C publication Critical patent/CN1284135C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B20/00—Signal processing not specific to the method of recording or reproducing; Circuits therefor
    • G11B20/10—Digital recording or reproducing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04H—BROADCAST COMMUNICATION
    • H04H20/00—Arrangements for broadcast or for distribution combined with broadcast
    • H04H20/28—Arrangements for simultaneous broadcast of plural pieces of information
    • H04H20/30—Arrangements for simultaneous broadcast of plural pieces of information by a single channel
    • H04H20/31—Arrangements for simultaneous broadcast of plural pieces of information by a single channel using in-band signals, e.g. subsonic or cue signal
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T1/00—General purpose image data processing
    • G06T1/0021—Image watermarking
    • G06T1/005—Robust watermarking, e.g. average attack or collusion attack resistant
    • G06T1/0064—Geometric transfor invariant watermarking, e.g. affine transform invariant
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10L—SPEECH ANALYSIS OR SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
    • G10L19/00—Speech or audio signals analysis-synthesis techniques for redundancy reduction, e.g. in vocoders; Coding or decoding of speech or audio signals, using source filter models or psychoacoustic analysis
    • G10L19/018—Audio watermarking, i.e. embedding inaudible data in the audio signal
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B20/00—Signal processing not specific to the method of recording or reproducing; Circuits therefor
    • G11B20/00086—Circuits for prevention of unauthorised reproduction or copying, e.g. piracy
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B20/00—Signal processing not specific to the method of recording or reproducing; Circuits therefor
    • G11B20/00086—Circuits for prevention of unauthorised reproduction or copying, e.g. piracy
    • G11B20/00884—Circuits for prevention of unauthorised reproduction or copying, e.g. piracy involving a watermark, i.e. a barely perceptible transformation of the original data which can nevertheless be recognised by an algorithm
    • G11B20/00891—Circuits for prevention of unauthorised reproduction or copying, e.g. piracy involving a watermark, i.e. a barely perceptible transformation of the original data which can nevertheless be recognised by an algorithm embedded in audio data

Abstract

公开了在信息信号(x(n)，y’(n))中嵌入和检测水印的方法，这些方法对于嵌入了水印的信号(y(n))的采样率转换是坚固的。分别改变嵌入器(101)和检测器(103)所采用的帧长度，从而在相应的采样率和帧长度之间保持一个恒定比例。帧长度可以从提供水印的一组采样率的第一个公约数计算出来，它们对于这一组采样率中任意采样率之间的采样率转换而言是坚固的。

Description

在信息信号中嵌入和检测水印的方法和设备
技术领域
本发明涉及如何在信息信号中嵌入一个水印。本发明还涉及如何检测信息信号中嵌入的水印。
技术背景
在近些年里，数字多媒体数据的使用和发布越来越频繁，越来越需要适当的复制保护、版权保护以及对这种数据的所有人进行核实。
数字水印是一项新兴技术，可以将它用于各种目的，比如版权所有人的证明，非法拷贝的追踪，复制控制设备的控制，广播监视，真实性证实，给多媒体信号增加辅助信息等等。
水印是一个标签，通过稍微改变信号的样本嵌入信息信号中。设计出来的水印最好是难以觉察的，也就是说，它不会明显地影响信息信号的质量。在许多应用中，水印还应该是坚固的，也就是说，在经历了可能的信号处理操作以后，应该仍然能够可靠地检测到它。
虽然已经公开了静止图像和视频的许多水印方案，但是仍然没有多少文献涉及音频水印。公开的多数技术都采用回波隐藏或者噪声相加这样的方法，利用人类听觉系统的时间和/或谱屏蔽模型。
可以采用这种方法在信息信号中嵌入水印，利用矩形窗函数将信息信号分段，使之成为信息帧，对每一帧进行傅里叶变换，略微改变每一帧的傅里叶分量，对修改以后的系数进行傅里叶逆变换，得到时域里的水印信号。最后，调整水印信号的大小，加到信息信号上去。
但是，在这种水印方法和其它水印方法里，水印的检测对嵌入期间和水印检测期间信息信号的采样率之间的差别非常敏感。例如在数字音频信号领域，在例如CD播放机、语音应用等等里常常采用数量相当可观的采样率。因此，可以对水印信息信号进行采样率转换处理，改变信息信号的采样率。但是，如果检测算法使用的采样率不同于嵌入器采用的采样率，水印检测就可能失败。
人们知道通过将采样速率重新转换成嵌入过程中使用的原始采样速率，检测算法可以补偿采样速率变化的影响。
现有技术中的方法具有这样的缺点，那就是高质量的采样速率转换是一个复杂的过程，需要进行大量的计算，因而会使产品的价格上涨。另一方面，低质量的采样率转换会降低水印检测的可靠性。因此，作为检测算法一部分的采样率重新转换是人们不希望有的一个过程。
发明内容
以上问题和其它问题是利用一种方法来解决的，这种方法将一个水印嵌入以第一个采样率采样的信息信号中，其中的水印以至少第二个采样率进行检测，该方法包括以下步骤：
产生水印的一个表示，在对应于一个比例因子的整数倍的一组频率上具有说明水印的预定值的频谱；和
将水印的这个表示嵌入信息信号；其中
比例因子是从包括第一个和第二个采样率的那组预定采样率的第一个公约数除以一个预定整数因子得到的。
因此，本发明的方法能够提供一个水印方案，在那组预定采样率中的采样率之间进行采样率转换的时候它是坚固的。
该方法利用对应于采样信号傅里叶系数的频率是采样率除以傅立叶变换中采用的帧长度的商的整数倍这样一个事实。
根据本发明，频域中的水印基本上是在对应于预定恒定比例因子的倍数的频率上指定的。因此，水印检测器能够通过在采样率和比例因子的基础之上选择适当的帧长度来再现这些频率。除此以外，由于比例因子是从一组采样率的一个公约数获得的，并且最好是基本上等于这个公约数除以这个预定整数倍数，因此能够保证计算出来的帧长度是选定的那一组采样率中所有采样率的整数倍。
因此，本发明的方法能够保证利用这一组采样率中任意一个采样率的检测算法都能够提取频域中工作在那组预定采样率中任意一个采样率上的嵌入器嵌入的相同频率上的水印样本。
与上面提到的现有技术相反，本发明的另一个优点是检测算法不需要知道嵌入水印的采样率。因此，水印方案更加灵活是本发明的一个优点。
本发明的再一个优点是它的水印能够经受任何信号处理操作，也就是即使是信号经历了这种操作，也仍然能够检测到它。在音频信号领域，这种处理操作的实例包括D/A和A/D变换、均衡、时间上的比例缩放、群延迟失真、滤波和删除或者插入样本。
本发明的一个优点是它能够克服在检测处理以前对信息信号进行比例变换以便补偿采样率变化的另一种方法中检测可靠性下降的缺点。
在本发明的一个优选实施方案中，方法还包括以下步骤：
通过将第一采样率除以比例因子来计算第一个帧长度；
按照计算出来的第一个帧长度，将信息信号划分成一系列信号帧；
将水印嵌入一系列信号帧中的至少一个信号帧，获得一系列的改变以后的信号帧。
显然，这些信号帧可能与它们相应的相邻信号帧重叠。此外，这一系列帧中信号帧的长度对于所有帧而言可以都相同，最好是基本上等于第一个帧的帧长度。另外，信号帧序列中可以采用不同的帧长度，例如计算出来的第一个帧长度的不同倍数。
该方法最好还包括以下步骤：
将信号帧变换成系数序列；
作为水印的函数修改所述系数；
对修改过的系数进行逆变换，获得修改后的信号帧。
变换信号帧的步骤可以包括计算傅里叶系数。相应地，对修改后的系数进行逆变换的步骤可以包括计算傅里叶逆变换。另外，也可以采用其它变换，而不是傅立叶变换，例如采用离散余弦变换或者小波变换。
信号帧的变换步骤包括应用混合基快速傅立叶变换算法的步骤更好。
以上实施方案的一个优点是它们能够提供帧长度不等于2的幂的情况下也能嵌入水印的有效方法。
本发明还提供检测水印的一种方法，嵌入和检测水印的设备，具有嵌入水印的信息信号，上面记录了这种信号的存储媒介，以及包括水印检测设备处理多媒体内容的一种装置。
根据本发明的一个方面，将水印(W)嵌入以第一个采样率(fs1)采样的信息信号(x(n))的一种方法，其中的水印要用至少第二个采样率(fs2)进行检测，该方法包括以下步骤：
产生水印的一个表示，对应于具有预定值(w(k))的频谱，说明在对应于一个比例因子(Δ)的整数倍的一组频率上的水印；和
将水印的表示嵌入信息信号中；其中
比例因子是从包括第一个和第二个采样率的预定组采样率的公约数除以一个预定整数因子得到的。
根据本发明的一个实施例，还包括以下步骤：通过将第一个采样率除以比例因子来计算第一个帧长度；按照与计算出来的第一个帧长度有关的帧长度，将信息信号划分成一系列的信号帧(xs(n))；将水印嵌入这个信号帧序列中的至少一个信号帧，以获得一系列改变了的信号帧(w’s(n))。
根据本发明的一个实施例的方法，还包括以下步骤：通过快速傅立叶变换，将信号帧变换成系数序列(xs‘(k))；通过将表示水印的预定值(w(k))和所述系数(xs‘(k))相乘，按照水印修正所述系数；通过逆傅立叶变换对修正后的系数序列(ws(k))进行逆变换，以获得修正以后的信号帧。
根据本发明的一个实施例，其中变换信号帧的步骤包括采用混合基快速傅立叶变换算法的步骤。
根据本发明的一个实施例，其中水印的表示是一个水印信号，其中将水印的表示嵌入信息信号的步骤包括计算水印信号与信息信号卷积的步骤。
根据本发明的一个实施例，其中的第一个采样率包括从以下一组采样率中选择出来的至少一个采样率：6000Hz、8000Hz、11025Hz、16000Hz、22050Hz、24000Hz、32000Hz、44100Hz、48000Hz、64000Hz、88200Hz、96000Hz、192000Hz、2822400Hz。
根据本发明的一个实施例的方法，其中的信息信号包括从包括音频信号、静止图像信号和视频信号的多媒体信号组中选择出来的多媒体信号。
根据本发明的一个实施例的方法，公约数是那组采样率的最大公约数。
根据本发明的另一个方面，在以第一个采样率(fs2)采样的信息信号(y(n))中检测水印的一种方法，该水印是以第二个采样率采样的，该方法包括以下步骤：通过将第一个采样率乘以对应于一个预定整数因子的一个预定比例因子，再除以包括第一个和第二个采样率的一个采样率集的公约数来计算第一个帧长度(N)；将信息信号划分成长度对应于计算出来的第一个帧长度的信息帧；计算水印与从所述信号帧获得的一系列系数之间的相关系数；和检测所述相关系数是否超过一个预定值(t)。
根据本发明的一个方面，将水印嵌入以第一个采样率采样的信息信号中的一种设备，其中的水印是以至少第二个采样率进行检测的，该设备包括：产生装置(204，303)，接收水印，以对应于具有预定值的频谱产生水印的一个表示，所述预定值指示在和比例因子的整数倍对应的一组频率上的水印；和装置(203，302)，用于接收信息信号和所述产生装置(204，303)的输出，以将水印表示嵌入所述信息信号中；其中比例因子是通过将包括第一个和第二个采样率的一组预定采样率的公约数除以一个预定整数因子获得的。
根据本发明，检测以第一个采样率采样的信息信号中水印的一种设备，这个水印是以第二个采样率被嵌入的，该设备包括：通过将第一个采样率乘以一个预定比例因子，计算第一个帧长度的计算装置(402)，所述预定比例因子对应于一个预定整数因子除以包括第一个和第二个采样率的一组采样率的公约数；划分装置(401)，接收信息信号和所述计算装置(402)的输出，将所述信息信号划分成长度对应于计算出来的第一个帧长度的信号帧；确定装置(403)，接收所述划分装置(401)的输出和水印，用于确定水印和从所述信号帧获得的系数序列之间的相关系数；和检测装置(404)，用于接收所述确定装置(403)的输出，检测所述相关系数是否超过预定值。
根据本发明处理多媒体内容的一种装置，这个多媒体内容包括在以第一个采样率采样的信息信号中，该装置包括一种设备，用于检测信息信号中的水印信号，这个水印是以第二个采样率嵌入信息信号中的，该设备包括：通过将第一个采样率乘以对应于一个预定整数因子的一个预定比例因子，再除以包括第一个和第二个采样率的一组采样率的公约数，计算第一个帧长度的计算装置(402)；划分装置(401)，接收信息信号和所述计算装置(402)的输出，将信息信号划分成长度对应于计算出来的第一个帧长度的信号帧；确定装置(403)，接收所述划分装置(401)的输出和水印，以确定水印和从所述信号帧获得的系数序列之间的相关系数；和检测装置(404)，接收所述确定装置(403)的输出，用于检测所述相关系数是否超过预定值。
根据本发明发送信息信号的一种装置，该装置包括一种设备，用于将水印嵌入信息信号中，这个信息信号是以第一个采样率进行采样的，其中水印至少是以第二个采样率被检测的，该设备包括：产生装置(204，303)，接收水印以产生水印的一个表示，该表示对应于具有预定值的频谱，所述预定值指示在和比例因子的整数倍对应的一组频率上的水印；和嵌入装置(203，302)，接收信息信号和所述产生装置(204，303)的输出，用于将水印表示嵌入信息信号中；其中比例因子是通过将包括第一个和第二个采样率的一组预定采样率的公约数除以一个预定整数因子获得的。
由于本发明的这些方面的优点和优选实施方案对应于上面描述的方法的优点和优选实施方案，因此下面将不再重复。
附图说明
下面将参考附图和优选实施方案，更加详细地介绍本发明，在这些附图中：
图1是本发明一个实施方案中水印系统的一个原理图；
图2是本发明第一个实施方案中嵌入水印的设备的一个原理图；
图3是本发明第二个实施方案中嵌入水印的设备的一个原理图；
图4是本发明一个实施方案中检测水印的设备的一个原理图。
具体实施方式
图1是本发明中水印系统的一个原理图。该系统包括一个嵌入器101，它以采样速率fs1将一个水印嵌入信息信号x(n)，例如一个数字音频信号。然后，对水印信号y(n)进行采样率转换处理102，将水印信号的采样率变成fs2。采样率转换处理的一个实例是模数转换和不同采样率的数模转换。随后用水印检测器103分析得到的信号y’(n)。嵌入器101采用一个水印嵌入方法，其中的水印可以用频域中的N1个系数w(k)，k＝1，...，N1构成的一个序列表示。例如，这些系数可以是具有0均值，方差是1的一个伪随机数序列。例如，如同后面将参考图2详细描述的一样，嵌入器采用的这一方法可以包括将音频信号划分成长度为N1的帧，对这些帧进行傅立叶变换，将得到的N1个傅里叶系数与水印系数w(k)相乘。检测器103采用检测水印的一种方法，它包括计算水印系数w(k)和长度为N2的信号y’(n)的傅里叶表示之间的相关系数。下面将参考图4描述本发明中一个实施方案里检测水印的一种设备。
显然，根据本发明，采样信号x(n)，n＝1，...，N，的傅里叶系数与一个频率相关，从而使得与第k个系数相关的频率Fk为Fk＝k·fs/N，其中fs是信号x(n)的采样率，N是采样间隔的长度。在上述实例中，N对应于分别对应于嵌入器和检测器中分段信息信号的帧长度N1和N2。这样，频率Fk是下标k与比例系数Δ＝fs/N的乘积。比例因子Δ可以被解释为采样信号的一个栅格大小。
由于检测器103在频域对水印进行相关处理，因此嵌入和检测算法都应该用同样的频率来嵌入和提取水印样本。虽然能够容许小的偏差，但是频率的失配会降低检测性能。因为频率依赖于栅格大小Δ，所以这两个算法都应该采用匹配栅格大小。
采样率变换器102改变采样率。例如，如果采样率为fs1＝44100Hz的音频信号被提供给帧长度为2048个样本的水印嵌入器，那么对应于傅里叶系数的频率就是栅格大小Δ1≈21.5Hz的倍数。如果随后将这一信号进行采样率转换，转换成采样率为fs2＝4800Hz的信号，并且如果检测算法也采用2048个样本的帧长度，那么对应于傅里叶系数的这些频率就是Δ2≈23.4Hz的倍数。因此，检测算法将采用不同于嵌入算法的频率，检测将失败。
还是参考图1，按照本发明，嵌入器采用的帧长度N1被选择为N1＝m·fs1/gcd(fs1，fs2)，其中m是一个整数系数，gcd(fs1，fs2)是嵌入算法和检测算法的采样率fs1和fs2的最大公约数。检测器中使用的帧长度被选择为N2＝m·fs2/gcd(fs1，fs2)。在这里，嵌入器和检测器对应于同样的栅格大小Δ＝fs1/N1＝fs2/N2＝gcd(fs1，fs2)/m。在以上实例中，fs1＝44100Hz，fs2＝48000Hz，最大公约数是gcd(fs1，fs2)＝300，因此，N1＝147m，N2＝160m。下表概述了得到的对应于m一些可能值的帧长度：
  m   N1   N2
  1   147   160
  2   294   320
  14   2058   2240
在这里，即使是采用匹配栅格大小，仍然可以采用不同的帧长度，可以通过选择m的不同值来加以选择。m的大值对应于大帧，允许大的水印有效负荷。另一方面，较小的帧尺寸则对应于较简单的嵌入和检测算法，信息信号较小的失真，以及嵌入器和检测器较小的延迟。
应该指出，在以上实例中，假设水印系数w(k)的数量等于嵌入器中的帧长度N1。储存在嵌入器和检测器中的水印也可以包括水印系数w(k)的个数Nw，在这里Nw可以不同于N1和/或N2。在这里，w(k)的低频系数min(N1，Nw)可以在嵌入器中嵌入，在检测器里，min(N1，N2，Nw)低频系数对计算出来的相关系数有影响。对于N1和N2的给定取值范围，Nw的值可以被选择为在计算复杂程度和检测可靠性之间的一个折中。
在图1所示的实例中，水印方案与两个采样率相容。对于水印方案应该与一组n个采样率fs1，...，fsn相容的情况，对应于这些采样率的帧长度被选择为Ni＝m·fsi/gcd(fs1，...，fsn)，i＝1，...，n，其中gcd(fs1，...，fsn)是采样率fs1，...，fsn的最大公约数。例如，下表中左边一览中的采样率是数字音频录音、处理或回放领域中常用的采样率：
  fs单位Hz   N   因子分解
  6000   240m   24·3·5·m
  8000   320m   26·5·m
  11025   441m   32·72·m
  16000   640m   27·5·m
  22050   882m   2·32·72·m
  24000   960m   26·3·5·m
  32000   1280m   28·5·m
  44100   1764m   22·32·72·m
  48000   1920m   27·3·5·m
  64000   2560m   29·5·m
  88200   3528m   23·32·72·m
  96000   3840m   28·3·5·m
  192000   7680m   29·3·5·m
  2822400   112896m   28·32·72·m
应该指出，这个表包括CD采样率44100Hz和48000Hz的整数倍或者分数倍以及是8000Hz整数倍的频率。这些频率的最大公约数是25，对应的相对帧长度在上表的中间一栏中列出。列出的相对帧长度是公约数m的倍数。选择不同的m值能够获得不同的绝对帧长度集。在这里，在采用相对帧长度的系统中，水印相对于对应频率集不同频率之间的采样速率转换而言是坚固的，也就是说，即使是对有水印的信号进行采样率转换，水印仍然能够被可靠地检测到。在上表的右边一栏里，列出了帧长度N的因子。应该指出，当帧长度被分解成很小的因子的时候，在上面的实例2、3、5和7中，可以利用有效的混合基快速傅立叶变换(FFT)来计算分段信号x(n)的傅立叶变换。
作为另一个实例，如果给定的水印应用不涉及到上表中列出的低于32000Hz的频率，其余频率的最大公约数是100。这种情形在下表中说明：
  fs单位Hz   N  因子分解
  32000   320m  26·5·m
  44100   441m  32·72·m
  48000   480m  25·3·5·m
  64000   640m  27·5·m
  88200   882m  2·32·72·m
  96000   960m  26·3·5·m
  192000   1920m  27·3·5·m
  2822400   28224m  26·32·72·m
应该指出，在本发明的范围内还可以采用其它嵌入方法。下面将参考图3详细描述这种方法的另一个实例，它包括计算音频信号与一个长度为N1的有限支撑水印信号，可以将它表示为它的傅里叶系数w(k)，k＝1，...，N1。虽然这个实例没有将音频信号分段成帧，但是它仍然涉及到固有的长度N1。
图2是按照本发明的第一个实施方案嵌入水印的一个设备的原理图。这个设备包括一个除法电路201，它将进来的信息信号x(n)划分成长度为N的帧。将得到的帧xs(n)提供给快速傅立叶变换电路202，这个电路将信号段xs(n)变换到傅里叶域，得到傅里叶系数x’s(k)的一个序列。每个傅里叶系数x’s(k)都与一个频率相关，比方说与第k个系数x’s(k)相关的频率Fk是Fk＝k·fs1/N，其中N是帧长度，fs1是信号x(n)的采样率。然后，按照水印序列w(k)用一个水印计算模块203修改傅里叶系数x’s(k)，例如通过将w(k)与x’s(k)相乘，然后用一个比例因子对这个结果进行比例缩放。在秘密水印W的基础之上，水印产生电路204产生一个水印序列w(k)。这个设备还包括一个存储媒介205，最好是一个只读存储器，不能对它进行查询，其中储存着水印W。经过了比例缩放以后得到的水印样本ws(k)被提供给快速傅里叶逆变换电路206，将系数ws(k)序列变换回信号样本序列w’s(n)。水印w’s(n)被提供给重构电路207，它从水印段w’s(n)产生水印w’(n)。最后，用加法电路208将水印w’(n)加到原始音频信号x(n)上去，得到有水印的音频信号y(n)＝x(n)+w’(n)。另外，水印信号w’(n)还可以用一个不同的功能与音频信号x(n)结合，例如在1比特音频格式的情形里用一个减法或者一个异或功能。
按照本发明的这个实施方案，让帧长度N与采样率fs1相适应，从而使栅格大小与随后的水印检测中使用的栅格大小相同，就象前面参考图1所描述的一样。
图3是本发明与帧无关的第二个实施方案中水印嵌入设备的一个原理框图。这个设备不是将信息信号x(n)分成帧，而是包括一个卷积电路302，计算x(n)与代表水印的密钥序列v(n)的卷积x(n)·v(n)＝∑kx(n-k)·v(k。由产生电路303产生密钥序列v(n)，最好是产生水印序列w(k)，k＝1，...，N，的傅里叶逆变换。因此，在下标k的倍数的频率集上确定v(n)的频谱。这样，按照这个实施方案，序列v(n)的长度N使得嵌入器和检测器中的栅格大小参数Δ相匹配，如图1所示。按照这个实施方案，按照x(n)-＞y(n)＝x(n)·[1+λ·v(n)计算加了水印的信号y(n)，其中λ是预先确定的嵌入强度。因此，图3中的设备还包括一个乘法电路305，它将卷积的样本x(n)·v(n与嵌入强度λ相乘，还包括一个加法电路306，将得到的水印信号wx(n)＝λx(n)·v(n)与信息信号x(n)相加，得到有水印的信号y(n)。
例如，随后的水印检测可以利用对称的单纯相位匹配滤波(SPOMF)，这一检测算法还包括将要分析的信号分段。
图4是本发明一个实施方案中检测水印的设备的一个原理图。该设备包括一个傅立叶变换电路401，它计算要进行水印分析的信息信号y(n)的帧的傅立叶变换。根据本发明，帧的长度N是在信号y(n)采样率和按照本发明，最好是按照图1所示的实施方案，计算出来的栅格大小Δ的基础之上由电路402计算出来的。傅立叶变换电路401的输出被提供给相关电路403，计算傅里叶系数与水印序列w(k)的相关系数。然后，在门限处理电路404中，找到相关谱中的主峰，将它的大小与预定门限值t进行比较，得到一个控制信号405，说明是否存在水印和/或水印的有效负荷。
应该指出，嵌入器和检测器中使用的帧的长度应该基本上等于上面描述的方法中计算出来的帧长度。但是，与最佳帧长度有很小的偏差不会导致水印检测失败，而只是降低检测的可靠性。如果嵌入器或者检测器能够因为帧长度的略微次优选择而得到简化，检测可靠性略微降低一点应该是可以接受的。例如，如果最佳帧长度与2的幂略有差别，就可以将2的幂选作帧长度，以便采用特别有效的快速傅里叶算法，例如一个基2算法。可以选择次优帧长度的另一个实例是采样率是非整数或者互素，从而使最大公约数是1。为了降低对偏离最佳帧长度的微小偏移的敏感性，可以在检测器中采用所谓的比例搜索方法。但是，这些方法可能导致采用更高的虚警率。
还应该指出，不是用采样率集的最大公约数，而是还可以采用最好是不同于1的任何其它公约数。但是，采用最大公约数在通过选择因子m的值来选择帧长度集的时候具有最大的灵活性。
还有，本发明中嵌入和检测水印的以上设备可以用任意处理单元来实现，例如，可编程微处理器，专用集成电路，或者另一种集成电路、智能卡等等。
水印和/或水印信号可以储存在存储媒介里。这种存储媒介的实例包括磁带、光盘、数字视盘(DVD)、光盘(CD或者CD-ROM)、小盘、硬盘、软盘、铁电存储器、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、EPROM、只读存储器(ROM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存储器(DRAM)、同步动态随机存取存储器(SDRAM)、铁磁存储器、光存储器、电荷耦合器件、职能卡等等。
最后应该指出，尽管描述本发明的时候主要是针对音频信号，但是本发明的范围并不限于音频信号。显然，本发明还能够用于其它信息信号，比方说多媒体信号、视频信号、动画、图形、静止图像等等。
应该指出，以上实施方案是对本发明进行说明而不是进行限制，本领域中的技术人员能够设计出许多不同的实施方案而不会偏离权利要求的范围。在这些权利要求中，括号内的任何引用符号都不应该被理解成限制本发明。“包括”这个词不排除除了权利要求中列出的以外存在其它元素或者步骤。本发明可以通过包括几个不同元件的硬件来实现，也可以用适当编程的计算机来实现。在列出了几个装置的装置权利要求中，这些装置中的几个可以用同样的硬件实现。不同的从属权利要求中列出特定措施这一事实并不说明不能使用这些措施的组合。
总之，给出的是在信息信号(x(n)，y’(n))中嵌入和检测水印的方法，它们对有水印的信号(y(n))的采样率变换是坚固的。分别改变嵌入器和检测器采用的帧长度，从而在相应的采样率和帧长度之间保持一个恒定比值。帧长度可以从给出水印的采样率集的一个最大公约数计算出来，它对这组采样率中任何采样率之间的采样率转换而言是坚固的。

Claims (13)

1.将水印(W)嵌入以第一个采样率(fs1)采样的信息信号(x(n))的一种方法，其中的水印要用至少第二个采样率(fs2)进行检测，该方法包括以下步骤：
对应于具有预定值(w(k))的频谱，产生水印的一个表示，所述表示指示在对应于一个比例因子(Δ)的整数倍的一组频率上的水印；和
将水印的表示嵌入信息信号中；其中
比例因子是从包括第一个和第二个采样率的预定组采样率的公约数除以一个预定整数因子得到的。
2.权利要求1的方法，还包括以下步骤：
通过将第一个采样率除以比例因子来计算第一个帧长度；
按照与计算出来的第一个帧长度有关的帧长度，将信息信号划分成一系列的信号帧(xs(n))；
将水印嵌入这个信号帧序列中的至少一个信号帧，以获得一系列改变了的信号帧(w’s(n))。
3.权利要求2的方法，还包括以下步骤：
通过快速傅立叶变换，将信号帧变换成系数序列(xs’(k))；
通过将表示水印的预定值(w(k))和所述系数(xs’(k))相乘，按照水印修正所述系数；
通过逆傅立叶变换对修正后的系数序列(ws(k))进行逆变换，以获得修正以后的信号帧。
4.权利要求3的方法，其中变换信号帧的步骤包括采用混合基快速傅立叶变换算法的步骤。
5.权利要求1的方法，其中水印的表示是一个水印信号，其中将水印的表示嵌入信息信号的步骤包括计算水印信号与信息信号卷积的步骤。
6.权利要求1的方法，其中的第一个采样率包括从以下一组采样率中选择出来的至少一个采样率：6000Hz、8000Hz、11025Hz、16000Hz、22050Hz、24000Hz、32000Hz、44100Hz、48000Hz、64000Hz、88200Hz、96000Hz、192000Hz、2822400Hz。
7.权利要求1的方法，其中的信息信号包括从包括音频信号、静止图像信号和视频信号的多媒体信号组中选择出来的多媒体信号。
8.权利要求1的方法，其中的公约数是那组采样率的最大公约数。
9.在以第一个采样率(fs2)采样的信息信号(y(n))中检测水印的一种方法，该水印是以第二个采样率采样的，该方法包括以下步骤：
通过将第一个采样率乘以对应于一个预定整数因子的一个预定比例因子，再除以包括第一个和第二个采样率的一个采样率集的公约数来计算第一个帧长度(N)；
将信息信号划分成长度对应于计算出来的第一个帧长度的信息帧；
计算水印与从所述信号帧获得的一系列系数之间的相关系数；和
检测所述相关系数是否超过一个预定值(t)。
10.将水印嵌入以第一个采样率采样的信息信号中的一种设备，其中的水印是以至少第二个采样率进行检测的，该设备包括：
产生装置(204，303)，接收水印，以对应于具有预定值的频谱产生水印的一个表示，所述表示指示在和比例因子的整数倍对应的一组频率上的水印；和
嵌入装置(203，302)，用于接收信息信号和所述产生装置(204，303)的输出，以将水印表示嵌入所述信息信号中；其中
比例因子是通过将包括第一个和第二个采样率的一组预定采样率的公约数除以一个预定整数因子获得的。
11.检测以第一个采样率采样的信息信号中水印的一种设备，这个水印是以第二个采样率被嵌入的，该设备包括：
通过将第一个采样率乘以一个预定比例因子，计算第一个帧长度的计算装置(402)，所述预定比例因子对应于一个预定整数因子除以包括第一个和第二个采样率的一组采样率的公约数；
划分装置(401)，接收信息信号和所述计算装置(402)的输出，将所述信息信号划分成长度对应于计算出来的第一个帧长度的信号帧；
确定装置(403)，接收所述划分装置(401)的输出和水印，用于确定水印和从所述信号帧获得的系数序列之间的相关系数；和
检测装置(404)，用于接收所述确定装置(403)的输出，检测所述相关系数是否超过预定值。
12.处理多媒体内容的一种装置，这个多媒体内容包括在以第一个采样率采样的信息信号中，该装置包括一种设备，用于检测信息信号中的水印信号，这个水印是以第二个采样率嵌入信息信号中的，该设备包括：
通过将第一个采样率乘以对应于一个预定整数因子的一个预定比例因子，再除以包括第一个和第二个采样率的一组采样率的公约数，计算第一个帧长度的计算装置(402)；
划分装置(401)，接收信息信号和所述计算装置(402)的输出，将信息信号划分成长度对应于计算出来的第一个帧长度的信号帧；
确定装置(403)，接收所述划分装置(401)的输出和水印，以确定水印和从所述信号帧获得的系数序列之间的相关系数；和
检测装置(404)，接收所述确定装置(403)的输出，用于检测所述相关系数是否超过预定值。
13.发送信息信号的一种装置，该装置包括一种设备，用于将水印嵌入信息信号中，这个信息信号是以第一个采样率进行采样的，其中水印至少是以第二个采样率被检测的，该设备包括：
产生装置(204，303)，接收水印以产生水印的一个表示，该表示对应于具有预定值的频谱，所述表示指示在和比例因子的整数倍对应的一组频率上的水印；和
嵌入装置(203，302)，接收信息信号和所述产生装置(204，303)的输出，用于将水印表示嵌入信息信号中；其中
比例因子是通过将包括第一个和第二个采样率的一组预定采样率的公约数除以一个预定整数因子获得的。
CNB028015347A 2001-05-08 2002-04-19 在信息信号中嵌入和检测水印的方法和设备 Expired - Fee Related CN1284135C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP01201686.1 2001-05-08
EP01201686 2001-05-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1462439A CN1462439A (zh) 2003-12-17
CN1284135C true CN1284135C (zh) 2006-11-08

Family

ID=8180271

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB028015347A Expired - Fee Related CN1284135C (zh) 2001-05-08 2002-04-19 在信息信号中嵌入和检测水印的方法和设备

Country Status (9)

Country Link
US (1) US7152161B2 (zh)
EP (1) EP1393315B1 (zh)
JP (1) JP2004525430A (zh)
KR (1) KR20030015373A (zh)
CN (1) CN1284135C (zh)
AT (1) ATE345564T1 (zh)
BR (1) BR0205150A (zh)
DE (1) DE60216085T2 (zh)
WO (1) WO2002091376A1 (zh)

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6879652B1 (en) * 2000-07-14 2005-04-12 Nielsen Media Research, Inc. Method for encoding an input signal
US20040003394A1 (en) * 2002-07-01 2004-01-01 Arun Ramaswamy System for automatically matching video with ratings information
US7460684B2 (en) * 2003-06-13 2008-12-02 Nielsen Media Research, Inc. Method and apparatus for embedding watermarks
EP1678708A1 (en) * 2003-10-17 2006-07-12 Koninklijke Philips Electronics N.V. Signal encoding
CN101673808B (zh) * 2003-12-26 2012-05-23 株式会社半导体能源研究所 发光元件
CN102592638A (zh) 2004-07-02 2012-07-18 尼尔逊媒介研究股份有限公司 用于进行压缩数字位流的混合的方法及装置
TWM306366U (en) * 2006-08-30 2007-02-11 Beacon Advanced Technology Co Video integrated circuit and video processing apparatus thereof
EP2095560B1 (en) 2006-10-11 2015-09-09 The Nielsen Company (US), LLC Methods and apparatus for embedding codes in compressed audio data streams
WO2008072145A1 (en) * 2006-12-12 2008-06-19 Koninklijke Philips Electronics N.V. Matching a watermark to a host sampling rate
FR2910766A1 (fr) * 2006-12-22 2008-06-27 France Telecom Procede et systeme de detection d'un message dans un signal numerique tatoue
JP5003164B2 (ja) * 2007-01-15 2012-08-15 大日本印刷株式会社 音響信号からの情報の抽出装置
JP2010534892A (ja) * 2007-07-26 2010-11-11 パイプライン フィナンシャル グループ インコーポレイティッド 積極的な注文に価格改善を提供する大口取引システム及び方法
US7751450B2 (en) * 2007-09-28 2010-07-06 Verizon Patent And Licensing Inc. Voice over internet protocol marker insertion
WO2009077930A1 (en) * 2007-12-17 2009-06-25 Koninklijke Philips Electronics N.V. Resolution-independent watermark detection
EP2083418A1 (en) * 2008-01-24 2009-07-29 Deutsche Thomson OHG Method and Apparatus for determining and using the sampling frequency for decoding watermark information embedded in a received signal sampled with an original sampling frequency at encoder side
US9667365B2 (en) * 2008-10-24 2017-05-30 The Nielsen Company (Us), Llc Methods and apparatus to perform audio watermarking and watermark detection and extraction
US8359205B2 (en) 2008-10-24 2013-01-22 The Nielsen Company (Us), Llc Methods and apparatus to perform audio watermarking and watermark detection and extraction
CN104683827A (zh) 2009-05-01 2015-06-03 尼尔森（美国）有限公司 提供与主要广播媒体内容关联的辅助内容的方法和装置
US8676570B2 (en) * 2010-04-26 2014-03-18 The Nielsen Company (Us), Llc Methods, apparatus and articles of manufacture to perform audio watermark decoding
WO2014112110A1 (ja) * 2013-01-18 2014-07-24 株式会社東芝 音声合成装置、電子透かし情報検出装置、音声合成方法、電子透かし情報検出方法、音声合成プログラム及び電子透かし情報検出プログラム
US9620133B2 (en) * 2013-12-04 2017-04-11 Vixs Systems Inc. Watermark insertion in frequency domain for audio encoding/decoding/transcoding
US10652127B2 (en) 2014-10-03 2020-05-12 The Nielsen Company (Us), Llc Fusing online media monitoring data with secondary online data feeds to generate ratings data for online media exposure
US10147433B1 (en) 2015-05-03 2018-12-04 Digimarc Corporation Digital watermark encoding and decoding with localization and payload replacement
US10236031B1 (en) 2016-04-05 2019-03-19 Digimarc Corporation Timeline reconstruction using dynamic path estimation from detections in audio-video signals
US10650689B2 (en) * 2016-11-01 2020-05-12 The Mitre Corporation Waveform authentication system and method
CN112106100A (zh) * 2019-03-15 2020-12-18 京东方科技集团股份有限公司 将水印编码至数字图像中的方法和设备、检测数字图像中的水印的方法和设备、计算机程序产品
CN114333859A (zh) * 2020-09-30 2022-04-12 华为技术有限公司 一种音频水印添加、解析方法、设备及介质

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2184949C (en) * 1995-09-28 2000-05-30 Ingemar J. Cox Secure spread spectrum watermarking for multimedia data
US6330672B1 (en) * 1997-12-03 2001-12-11 At&T Corp. Method and apparatus for watermarking digital bitstreams
JP3986150B2 (ja) * 1998-01-27 2007-10-03 興和株式会社 一次元データへの電子透かし
US6952774B1 (en) * 1999-05-22 2005-10-04 Microsoft Corporation Audio watermarking with dual watermarks
US7543148B1 (en) * 1999-07-13 2009-06-02 Microsoft Corporation Audio watermarking with covert channel and permutations
US7020285B1 (en) * 1999-07-13 2006-03-28 Microsoft Corporation Stealthy audio watermarking
WO2001091120A1 (en) * 2000-05-22 2001-11-29 Koninklijke Philips Electronics N.V. Watermark insertion and extraction
US6674876B1 (en) * 2000-09-14 2004-01-06 Digimarc Corporation Watermarking in the time-frequency domain
US6738744B2 (en) * 2000-12-08 2004-05-18 Microsoft Corporation Watermark detection via cardinality-scaled correlation

Also Published As

Publication number Publication date
KR20030015373A (ko) 2003-02-20
WO2002091376A1 (en) 2002-11-14
CN1462439A (zh) 2003-12-17
BR0205150A (pt) 2003-06-24
EP1393315A1 (en) 2004-03-03
JP2004525430A (ja) 2004-08-19
US20030004589A1 (en) 2003-01-02
US7152161B2 (en) 2006-12-19
EP1393315B1 (en) 2006-11-15
DE60216085T2 (de) 2007-06-21
DE60216085D1 (de) 2006-12-28
ATE345564T1 (de) 2006-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1284135C (zh) 在信息信号中嵌入和检测水印的方法和设备
CN1113355C (zh) 将电子水印插入数字图像并对其进行检测的方法及装置
CN1227899C (zh) 在信号中嵌入辅助数据的方法和装置
US8473298B2 (en) Pre-resampling to achieve continuously variable analysis time/frequency resolution
CN1663281A (zh) 用于从压缩多媒体内容中生成散列的方法
CN1689070A (zh) 信号滤波
CN1237536C (zh) 在信息信号中嵌入水印的方法和设备
Xiang et al. Robust and reversible audio watermarking by modifying statistical features in time domain
EP2562749A1 (en) Method and apparatus for frequency domain watermark processing a multi-channel audio signal in real-time
CN1647186A (zh) 多媒体信号的时域加水印
CN1596443A (zh) 在信息信号中嵌入附加数据
Fan et al. Statistical characteristic-based robust audio watermarking for resolving playback speed modification
CN1270314C (zh) 嵌入和减去水印的方法和装置
CN1291597C (zh) 把水印加入信息信号的方法和装置以及发送该信号的设备
CN1713273A (zh) 抗时间尺度缩放攻击的局部化鲁棒数字音频水印算法
Bhat K et al. Design of a blind quantization‐based audio watermarking scheme using singular value decomposition
CN1175414C (zh) 嵌入/检测一维信息信号中的水印的方法和装置
CN111292756A (zh) 一种抗压缩音频无声水印嵌入和提取方法及系统
CN1810034A (zh) 增加具有极少频率分量的媒体信号中附加数据的可检测性
Wei et al. Controlling bitrate steganography on AAC audio
Dutta et al. An adaptive robust watermarking algorithm for audio signals using SVD
CN111968654A (zh) 一种自适应混合域音频水印嵌入方法
CN1207892C (zh) 将电子水印插入数字图像并对其进行检测的方法及装置
KR20060112667A (ko) 워터마크 임베딩
CN1889175A (zh) 一种基于Zernike变换的数字音频水印嵌入和认证方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C19 Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee