CN1836252A - 利用可用的检测方法的子集检测水印 - Google Patents

Abstract

公开了用于检测嵌入水印的内容的系统和方法，其还抑制水印的成功去除和破坏。该方法涉及在任何特定的水印检测器中仅利用候选的反水印检测技术的子集，来搜索处于改变的形式的水印。由于仅从技术的较大集合中选择反水印检测技术的子集，因此非法贩卖者将不知道水印检测器可用的变换的总数，从而将不知道水印是否已被成功除去或破坏。因此，对于非法贩卖者来说，将不可能简单地借助通过水印检测设备播放内容来校验水印是否被除去或破坏。

Description

利用可用的检测方法的子集检测水印

本发明涉及通过使用水印技术保护数字内容的方法和系统，更具体的说，涉及对数字内容中的水印进行编码、检测和校验的方法和系统。

水印是内容(例如视频和音频内容)中的嵌入签名，用以对资料来源进行校验。这使得内容的所有人和发行人能够控制和保护他们的版权以及其他所有权利益，并控制该内容的发行。数字水印系统的目的是在内容中嵌入一个或多个信息信号，从而在下面的内容信号中存在很少或不存在赝象，同时将编码级别和定位灵敏度最大化以便任何除去水印的企图都将对内容信号造成破坏。一般说来，数字水印很难除去，因为它享有数字内容中的许多随机或伪随机噪声的特性。

嵌入水印的数字内容通过包括数字视频盘(DVDs)和高密度磁盘(CDs)或从网站下载内容的多种方法，分发给消费者和其他使用者。数字内容一般是与有效载荷信息一起嵌入在水印内，例如内容作者和内容发行人的姓名。当该内容接着被具有水印检测能力的设备访问时，例如DVD播放器，利用与该类型的水印相关的水印检测技术对水印进行搜索并估计水印有效载荷。如果在未改变的状态下找到正确的水印和水印有效载荷(一般是根据规定阈值)，则该设备将允许播放该内容。然而，如果检测到被破坏的水印或不正确的水印有效载荷，则该设备不允许访问该发行内容。因此，该内容的非法复制和发行将被禁止。

一般，水印检测器在该内容的播放期间，以周期性的时间间隔对水印进行搜索，例如，每15秒。如果在任何间隔期间都找到被破坏的水印或不正确的水印有效载荷，则该内容的播放被中止。如果在任何时间间隔的搜索期间都没有找到水印，或找到未被破坏的水印，则在当前时间间隔启动该内容的播放。该过程在每个周期间隔持续，直到可用内容用完、检测到被破坏的水印或检测到不正确的水印有效载荷为止。将来(当绝大多数内容应该包含水印时)，如果在一个或多个时间间隔的搜索期间没有检测到水印，则该设备也可以中止对该内容的访问。

然而，通过除去或破坏水印来将水印系统摧毁以阻止其检测，从而能够实现该内容的非法复制和发行。已经设计出多种技术来除去或破坏水印。例如，早期方法包括对包括水印的视频内容调整大小或再定位(例如在复制前将图像旋转90度)。由于它不在其初始方位，因此水印检测器将不会识别该水印。这些技术发展逐渐复杂化，并且迫使内容的所有人和发行人采取对策以识别非法复制的内容。一般，这涉及设计对水印进行多种搜索的水印检测器，每一种搜索对应用于破坏或除去水印的不同的技术或变换。例如，水印检测器可以搜索处于从初始定位旋转90度的位置的水印。例如在Information HidingTechniques for Steganography and Digital Watermarking；StephenKatzenbeisser and Fabian A.P.Petitcolas，editors；Artech House；105-117and 142-145(2000)中，描述了破坏水印的技术。例如在G.W.Braudaway，“Protecting Publicly-Available Images with an Invisible ImageWatermark”，in Proceedings of the Int’l Conf.on Image Processing，SantaBarbara，Califomia(Oct.1997)中，描述了反重定向内容的技术。

对于由非法贩卖者开发出的每种技术，水印检测器必须采取一种或多种附加的搜索技术(反水印检测技术)。因此，现今的水印检测器技术复杂，并且消耗大量的计算功率。然而由于加工能力限制，通常对每部分内容只能进行有限数量的测试。此外，由于水印检测器一般将执行各种可用的对策技术，因此企图除去或破坏水印的人可以仅用商业上可用的播放器来播放非法的复制，以确定水印是否被成功除去或破坏。如果该设备仍然检测到水印，则非法贩卖者可以简单地尝试另一水印破坏技术。因此需要改进的方法和装置，用于检测数字内容或另一数据集中的水印。

一般说来，公开了用于检测嵌入水印的内容的系统和方法，该系统和方法还抑制检测成功除去或破坏水印的能力。一种公开的用于检测水印的方法包括以下步骤，即从可用的反水印检测技术的子集中选择反水印检测技术；并且利用所选的反水印检测技术搜索水印。

该方法涉及在任何特定的水印检测器中仅利用候选的反水印检测技术的子集。由于从技术的较大集合中仅选择反水印检测技术的子集，因此非法贩卖者将不知道水印检测器可用的变换的总数，从而将不知道水印是否已被成功除去或破坏。因此，对于非法贩卖者来说将不可能简单地借助通过水印检测设备播放内容来校验水印是否被除去或破坏。

在本发明的一个实施例中，特定水印检测器将仅仅从反水印检测技术的集合中实施反水印检测技术的子集。在另一个实施例中，特定水印检测器将实施所有的反水印检测技术，但是将只执行在反水印检测技术的子集列表中标识出的反水印检测技术。在另一个实施例中，特定水印检测器将仅从反水印检测技术的集合中实施反水印检测技术的子集，并且将在每个水印检测时间间隔内，仅应用该实施的水印检测技术的子集的随机选择的子集。

参照以下详细的描述和附图，将获得对本发明的更完整的理解，以及本发明的另外的特征和优点。

图1示出用于嵌入和检测数字内容中的水印的常规系统；

图2示出结合本发明的特征的内容访问设备；

图3进一步详细示出图2的水印检测器；以及

图4是结合本发明的特征的示例性水印检测器的流程图。

图1示出了常规的水印编码和检测系统100。用水印编码处理器120处理内容数据110，以将水印115加在内容数据110上。用于嵌入水印的算法在本领域中是众所周知的。对于合适的水印编码算法的详细讨论，参见例如，Kalker等人的题为“Watermark Detection”的美国专利号6,477,431，Linnartz的题为“Watermarking an Informational Signal”的美国专利号6,570,996，Haitsma等人的题为“Watermark Detection”的美国专利号6,505,223，或Maes等人的题为“Embedding and Detectinga Watermark in Images”的美国专利号6,198,832，在此引入每一个作为参考。嵌入水印的内容130然后通过一种或多种传播方法发行，这些传播方法包括网络、DVD、或CD(或上述的组合)。内容访问设备140，例如DVD播放器，接着用于播放嵌入水印的内容130。

图2示出具有本发明的水印检测器210的内容访问设备200，其在下面结合图3被进一步讨论。内容访问设备200可例如用任何常规的内容访问设备140，例如商业上可用的DVD播放器来体现，其在此处被修改以提供本发明的特征和功能。如图2所示，内容数据输入设备215例如从存储器，DVD或CD中访问内容数据130以用于显示。输出设备230可以是，例如，显示器或扬声器(或其组合)以用于分别显示视频或音频信息。内容数据处理器220通过输出设备230变换显示器的内容数据130。当内容数据130被访问时，水印检测器210反复地搜索有效水印115。有效水印115是没有从其原始形式被改变超出规定的阈值的水印。如果检测到有效水印115及其正确的有效载荷，则水印检测器210用信号通知内容数据处理器220继续处理并输出内容数据240。如果水印检测器210检测到被破坏的水印115(或不正确的水印有效载荷)，则水印检测器210用信号通知内容数据处理器220停止播放输出内容数据240。被破坏的水印115是通过一种或多种技术已从其原始形式改变的水印，例如将原始水印从其初始方向旋转90度。

图3是水印检测器210的详图。如图3所示，水印检测器210包括水印检测器核心330，其可以用一般现有技术的水印检测器来体现，例如Maes等人的美国专利号6,198,832中所公开的那些，在此引入作为参考。通常，示例性水印检测器核心330检测由局部改变图像的几何特征而产生的水印。水印编码处理器120采用“翘曲”技术，以将大多数有效像素移到线条图案的附近范围内的位置。水印检测器核心330然后构建虚拟线条图案作为发行内容130上的覆盖。凸点提取模块331从内容数据130中提取凸点。凸点距离计算器332根据 $\stackrel{\‾}{d_w}=\frac{1}{K}\underset{k\∈S}{\mathrm{\Σ}}{d}_{w,k}$ 确定可能嵌入水印的图像J的凸点(集合S)的平均距离d_w，其中K是凸像素数。凸点平均距离计算器333根据 $\stackrel{\‾}{d_i}=\frac{1}{K}\underset{k\∈S}{\mathrm{\Σ}}{d}_{i,k}$ 确定没有嵌入水印的图像的凸点的平均距离 d_i。如果统计上高百分比的有效像素位于线条图案的附近范围内，则水印检测电路334将检测到这种水印的存在。如果平均距离 d_w大大小于平均距离 d_i，则水印检测电路334推断待检图像J是嵌入了水印的(D＝1)；否则不是(D＝0)。

最初，反水印技术处理器310将内容数据处理器220所需的内容，明显地传递给水印检测器核心330，以执行标准搜索。标准搜索是试图发现处于其原始形式的水印的搜索。如果没有找到水印，则反水印技术处理器310将从反水印检测算法320的集合中选择并执行反水印检测技术，以确定水印115是否以改变的形式存在。反水印检测算法320有效地反转水印的任何变换或破坏，从而被破坏的水印将返回可以被水印检测器核心330检测的形式。先前描述了破坏水印的技术以及用于反转由对水印重定向引起的破坏的反水印检测技术。

应当注意，许多反水印检测技术保持作为商业秘密，以便使非法贩卖者不知道内容的所有人和发行人可用的工具。在本实施例中，本发明的特定的反水印检测器系统210并没有执行所有的反水印技术，从而非法贩卖者不能校验水印是否已被成功除去。如果每种反水印技术都被执行，则非法贩卖者将简单地通过内容访问设备播放内容，以校验水印的去除。在第二实施例中，特定的水印检测器系统210将仅实施反水印技术的较大集合的随机选择的子集。因此，水印检测器系统210将能够执行所有被实施的反水印技术，而不让非法贩卖者校验出水印检测器系统210的所有情况不会都检测到被破坏的水印。

图4是反水印技术处理器310的工作流程图。当内容数据130被内容数据处理器220访问时，水印检测器210搜索时间间隔的起始(步骤410)。如果在步骤410期间找到了间隔的起始，则水印检测器210在步骤420期间对水印执行标准搜索。该标准水印搜索涉及在内容的时间间隔期间搜索水印，并且根据搜索结果，在下一个时间间隔内继续搜索或者停止内容访问。如果在步骤430发现了原始的、未被破坏的水印，则水印检测器210用信号通知内容数据处理器220继续处理和输出内容数据240(步骤440)。然后，进行对下一个时间间隔的起始的搜索(步骤410)。如果在步骤430期间没有找到水印，则水印检测器210从反水印检测技术320的集合中随机选择并执行反水印检测技术或可用技术的子集，以确定水印是否以改变的形式存在(步骤450)。如果水印检测器210利用所选择的反水印检测技术检测到被破坏的水印(或不正确的水印有效载荷)(步骤460)，则水印检测器210用信号通知内容数据处理器220中断内容数据110的播放(步骤470)。如果在步骤460期间没有找到被破坏的水印，则进行测试以确定当前间隔的搜索是否完成(该子集的所有反水印技术都已被执行或者已经到达了该间隔的终点；步骤475)。如果当前时间间隔的搜索没有完成，则选择并执行另一种反水印技术(步骤450)；否则，在步骤480期间进行测试以确定对该内容的访问是否仍在进行。如果对该内容的访问仍在进行，则允许内容访问(步骤440)，其后进行测试以确定新间隔的起始是否已出现(步骤410)。如果对该内容的访问已经完成，则过程400结束(步骤490)。

应当理解，此处示出和描述的实施例及改变仅仅是本发明的原理的说明，并且在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本领域的技术人员可以进行各种修改。

Claims (20)

1.一种用于检测内容中的水印的方法，其包括步骤：

在每一时间间隔仅从可用的反水印检测技术的集合中使用候选反水印检测技术的子集；以及

利用一个或多个候选反水印检测技术的所述子集搜索水印。

2.如权利要求1的方法，其中只有所述可用的反水印检测技术的第二子集在给定的水印检测器中实施。

3.如权利要求1的方法，其中给定的水印检测器被提供来自可用的反水印检测技术的较大集合的可用的反水印检测技术的所述子集。

4.如权利要求2的方法，其中反水印检测技术的所述集合的所述第一和第二子集是相同的。

5.如权利要求1的方法，其中所述所选择的反水印检测技术是从反水印检测技术的集合的所述第一子集中随机选择的。

6.如权利要求1的方法，其中所述步骤被重复，直到检测到水印或所有反水印检测技术都已被执行为止。

7.如权利要求1的方法，进一步包括如果检测到被破坏的水印则中止内容访问的步骤。

8.如权利要求1的方法，进一步包括如果检测到有效水印则启动内容访问的步骤。

9.如权利要求1的方法，进一步包括如果在已执行所有可用的反水印检测技术之后没有找到水印，则启动内容访问的步骤。

10.如权利要求1的方法，进一步包括在每个所述时间间隔的起始重新开始对水印的所述搜索的步骤。

11.如权利要求1的方法，其中反水印检测技术集合的所述子集是从所有可用的反水印检测技术中随机选择的。

12.如权利要求2的方法，其中反水印检测技术集合的所述第二子集是从反水印检测技术集合的第一子集中随机选择的。

13.一种用于检测内容中的水印的方法，其包括步骤：

从可用的反水印检测技术的集合中随机选择反水印检测技术；以及

利用所述所选的反水印检测技术搜索水印。

14.如权利要求13的方法，其中只有所述可用的反水印检测技术的子集在给定的水印检测器中实施。

15.如权利要求13的方法，其中给定的水印检测器被提供来自可用的反水印检测技术的较大集合的可用的反水印检测技术的子集。

16.如权利要求13的方法，其中反水印检测技术的所述集合是从所有可用的反水印检测技术中随机选择的。

17.如权利要求14的方法，其中反水印检测技术的所述子集是从反水印检测技术的集合中随机选择的。

18.如权利要求13的方法，其中所述步骤被重复，直到检测到水印或所有反水印检测技术已被执行为止。

19.一种用于检测内容中的水印的系统，包括：

存储器；以及

耦合到存储器的至少一个处理器，可操作用于：

在每一时间间隔仅从可用的反水印检测技术的集合中使用候选反水印检测技术的子集；以及

利用一个或多个候选反水印检测技术的所述子集搜索水印。

20.一种用于检测内容中的水印的系统，包括步骤：

存储器；以及

耦合到存储器的至少一个处理器，可操作用于：

从可用的反水印检测技术的集合中随机选择反水印检测技术；以及

利用所述所选的反水印检测技术搜索水印。

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