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In
dem Bereich der Signalverarbeitung von Informationssignalen, wie
Audiosignalen, Videosignalen oder dergleichen, ist es oft ein Problem,
ein geeignetes Kompromiss zwischen dem gewünschten Effekt dieser Verarbeitung
und dem allgemeinen Ziel, in das Signal keine wahrnehmbaren Verzerrungen einzuführen. Beispiele
der Signalverarbeitung umfassen das Codieren von Informationssignalen
und das Einbetten von Wasserzeichen in Informationssignale.
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In
dem Bereich der Audiocodierung ist eine effiziente Codierung eines
Audiosignals erwünscht, und
zwar ohne übermäßige Degradation
der perzeptuellen Qualität
des Audiosignals, wenn aus dem codierten Signal rekonstruiert.
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Im
Bereich der Wasserzeicheneinbettung ist es ein allgemeines Problem
der Steuerung des Kompromisses zwischen der Robustheit eines eingebetteten
Wasserzeichens und der Transparenz: einerseits ist es erwünscht ein
eingebettetes Wasserzeichen zu erhalten, das gegenüber Signalverarbeitung robust
ist, wie gegenüber
Codierung, Kompression usw., andererseits soll das eingebettete
Wasserzeichen nicht das Gastgebersignal derart modifizieren, dass
wahrnehmbare Verzerrungen erzeugt werden, beispielsweise hörbare oder
sichtbare Verzerrungen. Folglich soll die perzeptuelle Qualität des Informationssignals
nicht beeinträchtigt
werden.
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Insbesondere
benutzen viele Wasserzeicheneinbettungsschemen für Audiosignale Maskierungsmodelle
des menschlichen Hörsystems,
wobei eine Maskierungsschwelle ermittelt wird, die einer maximal
erlaubte Einbettungsstärke
entspricht, die dennoch eine unhörbare
Einbettung gewährleistet. Folglich
wird der Betrag an Wasserzeichenenergie, die einem Gastgebersignal
hinzugefügt
wird, durch den Betrag an Rauschanteile, der durch das Signal maskiert
werden kann. Dies wird im Allgemeinen als das Maskierung-Rauschverhältnis bezeichnet.
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Die
meisten Wasserzeicheneinbettungssysteme benutzen ein bestimmtes
Einbettungsmodell zum Ermitteln des Maskierung-Rauschverhältnisses und
zum Steuern der Wasserzeichenerzeugung oder der Mischung des Wasserzeichens
in das Gastgebersignal. Man kann dies als einen Zweistufenprozess
beschreiben: a) Ermittlung des Raums, der zum Einbetten eines Wasserzeichens
verfügbar
ist, und b) Herleitung und Anwendung einer bestimmten Kostenfunktion
auf die Wasserzeichenerzeugungs- und Mischstufen. Diese beiden Stufen
sind ein Teil des sog. Wasserzeicheneinbettungsmodells.
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US Patent Nr. 6.345.100 beschreibt
ein Verfahren zum Einbetten eines Wasserzeichens in ein Audiosignal.
Das Verfahren umfasst die Ermittlung eines Basissignals aus dem
Audiosignal, dessen Einschließung
von einem menschlichen Zuhörer
nicht wahrnehmbar wäre.
Dabei wird ein Wasserzeichen in das Basissignal eingebettet und
das resultierende Wasserzeichensignal wird in das Audiosignal hineingemischt.
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US Patentveröffentlichung US 2001/0044899 beschreibt
ein Wasserzeicheneinbettungsverfahren, das die Verstärkung des
mit einem Wasserzeichen versehenen Signals um eine schlechte perzeptuelle
Qualität
zu kompensieren.
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Ein
Mangel der bekannten Annäherungen ist,
dass sie wegen der Modellierung von Annäherungen und Fehlern, keine
konstante perzeptuelle Qualität
des Informationssignals für
ein bestimmtes Einbettungsmodell beibehalten.
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Es
ist daher u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die perzeptuelle
Qualität
des verarbeiteten Informationssignals zu verbessern.
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Die
oben stehenden und andere Probleme werden gelöst durch ein Verfahren, wie
in den Ansprüchen
1 bzw. 11 definiert.
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Durch
Bestimmung eines Maßes
der perzeptuellen Qualität
des verarbeiteten Signals und durch Einstellung der Parameter, die
den Wasserzeicheneinbettungsprozess steuern, wird die perzeptuelle Qualität des verarbeiteten
Signals verbessert.
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Es
ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass diese eine automatische
Steuerung der Parameter schafft, welche die Wasserzeicheneinbettung steuern,
wodurch eine einheitliche perzeptuelle Qualität des verarbeiteten Signals
geschafft wird.
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Der
Ausdruck "Informationssignal" umfasst jedes beliebige
Signal, das wahrnehmbare Information darstellt, die durch die Signalverarbeitung
wahrnehmbar gestört
werden kann. Beispiele derartiger Signale umfassen Audiosignale,
Videosignale, Multimediasignale, Signale die Bilder darstellen,
oder dergleichen. Dieses Informationssignal kann als ein analoges
Signal oder als ein digitales Signal eingebettet werden.
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Das
Maß der
perzeptuellen Qualität
kann jede beliebige geeignete Quantität, jeden beliebigen geeigneten
Parameter oder dergleichen umfassen, die bzw. der ein Hinweis auf
eine wahrnehmbare Änderung
in dem Informationsinhalt des Informationssignals ist, verursacht
durch den Signalmodifikationsprozess. Beispiele derartiger Maße umfassen eine geeignete
Kostenfunktion, welche die Artefakte der betreffenden Signalverarbeitung
quantifiziert. Ein Beispiel eines Verfahrens zum Messen der perzeptuellen
Qualität
von Audiosignalen ist in Thilo Thiede u. a.: "PEAQ – The ITU Standard for Objective
Measurement of Perceived Quality", "J. Audio Eng. Soc." Heft 48, Nr. ½, 2000
beschrieben worden.
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Wiedergabeschirm
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass die automatische Steuerung
auf einem perzeptuellen Maß basiert,
wobei die Artefakte der Signalverarbeitung, welche die perzeptuelle
Qualität
beeinflussen, berücksichtigt wird.
Beispiele derartiger Artefakte umfassen eine Variation der Bandbreite,
die Asymmetrie Rausch-Lautstärke,
das zeitliche Maskierungsverhalten oder dergleichen.
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Folglich
ist es vorteilhaft, dass Artefakte anders als diejenigen betrachtet
werden können,
die bei der wirklichen Signalverarbeitung in betracht gezogen werden.
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Der
Verfahrensschritt des Vergleichs des verarbeiteten Signals mit dem
Informationssignal kann einen oder mehrere Verarbeitungsschritte
eines oder der beiden Signale umfassen, wie Filterschritte, Signaltransformationen,
beispielsweise Fourier Transformationen, Decodierungsschritte usw.
Weiterhin kann der Vergleichsschritt geeignete Verarbeitungsschritte
umfassen zum Ermitteln des Maßes
der perzeptuellen Qualität.
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Das
Einstellen der Steuerparameter kann jeden beliebigen geeigneten
Steuermechanismus umfassen, beispielsweise eine Steuerschleife,
die das Maß der
perzeptuellen Qualität
mit einem entsprechenden Zielwert vergleicht und auf entsprechende Weise
das Einstellen des Steuerparameters, oder dergleichen. Die Einstellung
kann eine Steigerung des Parameters umfassen, eine Verringerung
des Parameters, oder die Einstellung kann umfassen, dass der Parameter
nicht geändert
wird.
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Beispiel
von Steuerparametern umfassen die Einbettungsstärke eines Wasserzeichensignals, die
Einbettungsframegröße in einem
frame-basierten Einbettungsprozess eines Wasserzeichensignals, eine
Frequenz/Zeitzuordnung, einen Parameter, der die Bitzuordnung eines
Quantisierers in einem Audiocodierer steuert, usw.
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Folglich
erfolgt die Signalverarbeitung an Segmenten des Informationssignals.
Wenn beispielsweise das Informationssignal ein Signal als eine Funktion
der Zeit darstellt, wie ein Audiosignal, ein Videosignal oder dergleichen,
kann die Signalverarbeitung auf Framebasis durchgeführt werden. Folglich
wird das Signal in eine Folge von Segmenten, die sog. Frames, aufgeteilt,
die einzelnen Frames werden verarbeitet und die verarbeite ten Frames
werden zu einem resultierenden verarbeiteten Signal kombiniert.
In anderen Ausführungsformen, beispielsweise
wo das Informationssignal eine Funktion eins räumlichen Parameters ist, kann
eine ähnliche
Segmentierung durchgeführt
werden, beispielsweise durch Aufteilung eines Signals, das Bildpixel darstellt,
in eine Folge von Reihen und Pixeln oder dergleichen.
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Daraufhin
können
durch einen Vergleich der verarbeiteten Signalsegmente mit den entsprechenden
Segmenten des Informationssignals die Steuerparameter, welche die
Signalverarbeitung steuern, für
jedes Segment einzeln eingestellt werden.
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Es
dürfte
einleuchten, dass das erste und das zweite Segment des Informationssignals
die gleiche oder je eine andere Länge haben können.
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Die
eingestellten Parameter können
bei der Verarbeitung eines nachfolgenden Segmentes angewandt werden,
vorzugsweise des nächsten
Segmentes in der Sequenz von Segmenten. Folglich ist in diesem Fall
das zweite Segment des Informationssignals ein Segment, folgend
auf das erste Segment des Informationssignals in der Folge von Segmenten des
Informationssignals, wodurch eine besonders einfache Implementierung
eines selbst kalibrierenden Steuermechanismus geschaffen wird.
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Bei
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
ist das zweite Segment des Informationssignals das erste Segment
des Informationssignals, wobei das erste Segment des Informationssignals
verzögert
wird um eine Dauer der Schritte des Vergleichs des verarbeiteten
Signals mit dem Informationssignal und der Einstellung des wenigstens
einen Steuerparameters zu kompensieren. Folglich wird nach dieser Zweistufen-Vorwärtsschubausführungsform
das Segment, das die Basis der Einstellung der Steuerparameter war,
verzögert,
und die Signalverarbeitung auf Basis der eingestellten Steuerparameter
wird auf das erste Signalsegment angewandt. Folglich beeinträchtigt die
Einstellung das aktuelle Signalsegment statt einer Verzögerung des
Effektes der Einstellung auf das nächste Segment.
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Daraufhin
wird die relative Verzögerung
zwischen der Einstellung der Steuerparameter und der Änderungen
in der Qualität
des resultierenden verarbeiteten Signals entfernt, wodurch die perzeptuelle Qualität des verarbeiteten
Signals weiter verbessert wird. Es ist weiterhin ein Vorteil der
vorliegenden Erfindung, dass diese mögliche Unstabilitäten der
Steuerrückkopplung
vermeidet, beispielsweise im Falle nicht stationärer Signale, wie Audio, wodurch
die Qualität
der Signalverarbeitung weiter gesteigert wird.
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Das
Wasserzeicheneinbettungsmodell und/oder die Einbettung kann von
einem oder mehreren Steuerparametern gesteuert werden, die nach der
vorliegenden Erfindung eingestellt werden können, wodurch die Qualität des Einbettungsprozesses verbessert
wird.
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Es
ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass diese eine Wasserzeicheneinbettung
mit einer einheitlichen perzeptuellen Qualität schafft, ungeachtet einer
bestimmten Charakteristik des Gastgebersignals, d. h. des Signals,
worin das Wasserzeichen eingebettet wird.
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Es
sei bemerkt, dass die Merkmale des oben und nachstehend beschriebenen
Verfahrens in Software implementiert und in einem Datenverarbeitungssystem
oder in einem anderen Verarbeitungsmittel, verursacht durch die
Durchführung
von mit Hilfe eines Computers durchführbaren Instruktionen durchgeführt werden
können.
Die Instruktionen können
Programmcodemittel sein, die in einen Speicher, wie einen RAM, aus
einem Speichermedium oder aus einem anderen Computer über ein
Computernetzwerk geladen werden können. Auf alternative Weise
können
die beschriebenen Merkmale durch eine verdrahtete Schaltungsanordnung
statt durch Software, oder durch eine Kombination derselben Implementiert
werden.
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Die
vorliegende Erfindung kann verschiedenartig implementiert werden,
und zwar einschließlich
des oben und nachstehend beschriebenen Verfahrens, einer Anordnung
und weiterer Erzeugungsmittel, die je ein oder mehrere der im Zusammenhang mit
dem erst genannten Verfahren beschriebenen Vorteile ergeben, und
die je eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen entsprechend den
im Zusammenhang mit dem erste genannten Verfahren bevorzugten Ausführungsformen
haben, wie in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Gerät mit einer
Anordnung, wie oben und nachstehend beschrieben.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein verarbeitetes
Informationssignal, erzeugt durch Durchführung der oben und nachstehend
beschriebenen Verfahrensschritte.
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Das
verarbeitete Informationssignal kann als ein Signal auf einer Trägerwelle,
beispielsweise einer elektromagnetischen Welle, verkörpert werden.
Das Informationssignal kann weiterhin auf einem Speichermedium verkörpert werden.
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Beispiele
von Speichermedien umfassen ein Magnetband, eine optische Platte,
eine digitale Videodisk (DVD), eine Kompaktdisk (CD oder CD-ROM), eine
Minidisk, eine Festplatte, eine Floppy, einen ferroelektrischen
Speicher, einen elektrisch löschbaren programmierbaren
Festwertspeicher (EEPROM), einen Flashspeicher, EPROM, einen Festwertspeicher (ROM),
einen statischen Speicher mit beliebigem Zugriff (SRAM), einen dynamischen
Speicher mit beliebigem Zugriff (DRAM), einen synchronen dynamischen
Speicher mit beliebigem Zugriff (SDRAM), einen ferromagnetischen
Speicher, einen optischen Speicher, ladungsgekoppelte Anordnungen,
Chipkarten, PCMCIA Karten, usw.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und
werden im Folgenden näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
schematisches Blockschaltbild einer Anordnung zur Signalverarbeitung,
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2a–b ein schematisches
Blockschaltbild von Beispielen einer Anordnung zur Signalverarbeitung,
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3 ein
Blockschaltbild einer Anordnung zum Einbetten eines Wasserzeichens
in ein Informationssignal nach einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung,
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4 ein
Blockschaltbild einer Anordnung zum Einbetten eines Wasserzeichens
in ein Informationssignal nach einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, und
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5 ein
Blockschaltbild einer Anordnung zur Audiocodierung, nicht nach der
vorliegenden Erfindung.
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Es
sei bemerkt, dass in den Figuren gestrichelte Linien zwischen Blöcken im
Allgemeinen Steuerleitungen angeben, während gezogene Linien zwischen
Kästen
im Allgemeinen Datenleitungen angeben.
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1 zeigt
ein schematisches Blockschaltbild einer Anordnung zur Signalverarbeitung.
Die Anordnung umfasst eine Signalverarbeitungseinheit 101,
die ein Informationssignal x empfängt, die einen Signalmodifikationsprozess
auf das Informationssignal x durchführt, was zu einem Ausgangssignal
y führt,
und die das Signal y ausliefert. Die Signalmodifikation der Signalverarbeitungseinheit
wird von einem oder mehreren Steuerparametern gesteuert, die von
einer Qualitätsbewertungseinheit 102 erzeugt und
in die Signalverarbeitungseinheit eingespeist werden. Das Informationssignal
x und das Ausgangssignal y werden in die Qualitätsbewertungseinheit 102 eingespeist.
Die Einheit 102 vergleicht das verarbeitete Signal y mit
dem Informationssignal x und ermittelt die perzeptuelle Qualität des verarbeiteten
Signals im vergleich zu dem Informationssignal x, d. h. ein Maß der Umfangs,
in dem ein Empfänger des
Informationssignals eine Verzerrung oder eine andere Qualitätsverringerung
des verarbeiteten Signals y erfahren würde. Die perzeptuelle Qualität eines
Informationssignals kann durch einen oder mehrere Parameter quantisiert
werden, beispielsweise nicht lineare Verzerrungen, harmonische Verzerrungen,
Modulationsdifferenzen, Maskierung-Rauschverhältnis, Lautstärkenasymmetrie
eines Audiosignals, usw.
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Auf
Basis der ermittelten perzeptuellen Qualität des verarbeiteten Signals
y erzeugt die Qualitätsbewertungseinheit
ein Steuersignal 103, das die Steuerparameter zur Steuerung
der Signalverarbeitungseinheit darstellt. Folglich wird eine on-line
selbst kalibrierende Signalverarbeitung geschaffen.
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2a–b zeigen
je ein schematisches Blockschaltbild einer Anordnung zur Signalverarbeitung.
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Die
Anordnung nach 2a ist als eine Zweistufen-Vorschubschaltung
implementiert, die eine erste Signalverarbeitungseinheit 201,
eine Qualitätsbewertungseinheit 202,
und eine zweite Signalverarbeitungseinheit 203 aufweist.
Die erste Signalverarbeitungseinheit 201 empfängt das
Informationssignal x und erzeugt ein entsprechendes verarbeitetes
Signal 204. Die Signalverarbeitungseinheit 201 wird
durch einen vorgegebenen Satz von Steuerparametern p gesteuert.
Das verarbeitete Signal wird in die Qualitätsbewertungseinheit 202 eingespeist,
die weiterhin das Informationssignal x empfängt und ein Steuersignal 206 erzeugt,
und zwar auf Basis einer Ermittlung der perzeptuellen Qualität des verarbeiteten
Signals 204, wie oben beschrieben.
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Dementsprechend
wird das von der Qualitätsbewertungseinheit 202 erzeugte
Steuersignal in die zweite Signalverarbeitungseinheit 203 eingespeist.
Die zweite Signalverarbeitungseinheit 203 empfängt auch
das Informationssignal x und setz es demselben Signalmodifikationsprozess
wie die erste Signalverarbeitungseinheit 201 aus. Die zweite
Signalverarbeitungseinheit 203 aber wird von dem Steuersignal 206 statt
von den vorgegebenen Parametern p gesteuert. Die zweite Signalverarbeitungseinheit wendet
auf diese Weise einen optimierten Modifikationsprozess in Bezug
auf die perzeptuelle Qualität des
resultierenden verarbeiteten Signals an. Das von der zweiten Signalverarbeitungseinheit
erzeugte verarbeitete Signal y bildet auf diese Weise das Ausgangssignal
der Anordnung.
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Es
sei bemerkt, dass die vorgegebenen Parameter p dynamisch statt statisch
selektiert sein, beispielsweise auf Basis des Ausgangssignals der Qualitätsbewertungseinheit 202 oder
durch einen anderen Steuermechanismus.
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Die
Anordnung nach 2b wird als eine Zweistufenvorschubschaltung
implementiert, die zwei verschiedene Signalverarbeitungseinheiten 201 und 207 aufweist.
Die erste Signalverarbeitungseinheit 201 führt die
Signalverarbeitung an dem Informationssignal x durch, wie oben beschrieben,
und das resultierende verarbeitete Signal wird der Qualitätsbewertungseinheit 202 zugeführt, die
ein Steuersignal 205 erzeugt, und zwar auf Basis der perzeptuellen
Qualität
des verarbeiteten Signals 204.
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Dementsprechend
führt die
zweite Signalverarbeitungseinheit 207 nur einen Teil der
Signalverarbeitung durch, die von der Signalverarbeitungseinheit 201 durchgeführt wird.
Folglich befördert
nach dieser Ausführungsform
die erste Signalverarbeitungseinheit 201 ein Signal 205 zu
der zweiten Signalverarbeitungseinheit 207, wo das Signal 205 das Ergebnis
einer ersten Verarbeitungsstufe darstellt, das nicht von den Steuerparametern
p bzw. 206 beeinflusst wird. Die zweite Signalverarbeitungseinheit 207 führt nur
einen zweiten Teil der Signalverarbeitung durch, die von den optimierten
Parameter 206 gesteuert wird, und was zu dem schlussendlich
verarbeiteten Signal y führt.
Es ist ein Vorteil dieser Ausführungsform,
dass unnötige
Wiederholungen von Signalverarbeitungsschritten vermieden werden,
wodurch die Verarbeitungszeit und die erforderliche Komplexität der Elemente
reduziert wird.
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Es
dürfte
einleuchten, dass die oben genannten Anordnungen zusätzliche
Elemente aufweisen können,
wie Verzögerungsschaltungen
zum Kompensieren von Verzögerungen,
die durch die betreffenden Elemente eingeführt werden.
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3 zeigt
ein Blockschaltbild einer Anordnung zum Einbetten eines Wasserzeichens
in ein Informationssignal nach einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Die Anordnung umfasst einen Wasserzeicheneinbetter 301,
der ein Audiosignal x empfängt,
ein Wasserzeichen in das Audiosignal einbettet und ein resultierendes
mit einem Wasserzeichen versehenes Audiosignal y erzeugt. Der Wasserzeicheneinbetter 301 umfasst
ein Wasserzeichenerzeugungsmodul 302, das das Audiosignal
x empfängt
und ein Wasserzeichensignal 304 erzeugt, und zwar auf Basis
eines Wasserzeichens w, das die einzubettende Information darstellt.
Das Wasserzeichenerzeugungsmodul 302 wird von einem Einbettungsmodellblock 305 gesteuert,
der das Audiosignal x empfängt,
eine vorbestimmte Kostenfunktion ermittelt, hergeleitet aus dem
Audiosignal x und ein Steuersignal 306 erzeugt, welches
das Wasserzeichenerzeugungsmodul 302 steuert. So kann beispielsweise das
Steuersignal Parameter umfassen, die eine oder mehrere Eigenschaften
des Wasserzeichenerzeugungsprozesses steuern, wie die bei verschiedenen Frequenzen
eingebettete relative Wasserzeichenenergie, die Fenstergröße für die Segmentierung
des Signals, usw. Der Wasserzeicheneinbetter umfasst weiterhin ein
Mischmodul 303, das das Audiosignal x und das Wasserzeichen 304 empfängt, das
von dem Wasserzeichenerzeugungsmodul 302 erzeugt wird. Das
Mischmodul kombiniert das Audiosignal x und das Wasserzeichensignal 304,
was zu dem mit einem Wasserzeichen versehenen Signal y führt. Der Einbettungsmodellblock 305 erzeugt
weiterhin ein Steuersignal 313, das in das Mischmodul 303 eingespeist
wird und das die Mischung des Wasserzeichens und das Audiosignals
steuert. So kann beispielsweise das Einbettungsmodell den Betrag
an Wasserzeichenenergie ermitteln, die auf Basis der Eigenschaften
des Audiosignals diesem Audiosignal zugeführt werden muss, beispielsweise
den Rauschanteil, der durch das Signal maskiert werden kann. Dieser
Raum wird im Allgemeinen als Maskierung-Rauschverhältnis bezeichnet.
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Nach
der vorliegenden Erfindung wird das Audiosignal x um eine Verzögerung 314 verzögert, und
zwar zum Kompensieren der durch den Einbetter 301 eingeführten Verzögerung.
Das verzögerte
Audiosignal 315 und das mit einem Wasserzeichen versehene
Signal y werden in die Qualitätsbewertungseinheit 307 eingespeist.
Diese Einheit 307 vergleicht das mit einem Wasserzeichen
versehene Signal y mit dem verzögerten
Audiosignal 315 und sendet einen entsprechenden Satz mit
Qualitätsparametern 309 zu
einer Steuereinheit 308. So kann beispielsweise die Qualitätsbewertungseinheit 307 eine
Kostenfunktion implementieren, welche die Artefakte des Wasserzeicheneinbettungssystems
oder eines komplexeren Systems quantifiziert, wie beispielsweise
in Thilo Thiede u. a.: "PEAQ – The ITU
Standard for Objective Measurement of Perceived Quality", "J. Audio Eng. Soc." Heft 48, Nr. 1/2
2000 beschrieben worden ist. Die Qualitätsparameter 309 quantifizieren
die perzeptuelle Qualität
des mit einem Wasserzeichen versehenen Audiosignals y. Beispiele
derartiger Qualitätsparameter
umfassen nichtlineare Verzerrung, harmonische Verzerrung, Modulationsdifferenz,
Maskierung-Rauschverhältnis,
Lautstärkeasymmetrie, usw.
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Die
Steuereinheit 308 verwandelt die Qualitätsparameter 309 in
geeignete Steuerparameter zur Steuerung der Einstellungen des Einbetters 301.
Die Steuereinheit befördert
Steuersignale 310, 311 und 312 zu dem
Mischmodul 303, dem Wasserzeichener zeugungsmodul 302 bzw.
dem Einbettungsmodul 505. Jedes der Steuersignale umfasst
einen oder mehrere der Steuerparameter, die von der Steuereinheit
erzeugt werden. So können
beispielsweise die Steuerparameter Einbettungsparameter, wie die Wasserzeicheneinbettungsstärke, die
Framegröße, die
Zeit/Frequenzzuordnung usw. oder Kombinationen der oben genannten
Parameter steuern. Wenn beispielsweise die gemessene Qualität niedrig
ist, werden die Einstellungen des Einbettungsmodells und/oder des
Wasserzeichenerzeugungsmoduls und/oder des Mischmoduls in einer
Richtung eingestellt, welche die Qualität des mit einem Wasserzeichen
versehenen Signals verbessert. Wenn andererseits die Qualität hoch genug
ist um eine stärkere Einbettung
zu ermöglichen,
werden die Einstellungen derart geregelt, dass mehr Wasserzeichenenergie
in das Audiosignal eingebettet werden darf, wodurch die Robustheit
des eingebetteten Wasserzeichens gesteigert wird.
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Die
oben genannte Umsetzung der Qualitätsparameter in Steuerparameter
kann eine einfache Skalierung, andere einfache Umwandlungsfunktionen,
wie eine Mischmatrix, und/oder komplexere Umwandlungen, wie neurale
Netzwerke, statistische Verfahren, oder dergleichen umfassen.
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Folglich
werden in dieser Ausführungsform die
eingestellten Steuerparameter dazu verwendet, die Einstellungen
des Einbetters für
nachfolgende Teile des Audiosignals zu ermitteln. So werden beispielsweise
in einem framebasierten Einbettungssystem, wobei das Audiosignal
in Frames aufgeteilt wird und das Wasserzeichen in jedes der genannten
Frames eingebettet wird, die Steuerparameter auf Basis der Qualität eines
bestimmten Frames des mit einem Wasserzeichen versehenen Signals
auf die Einbettung des Wasserzeichen des nachfolgenden Frames angewandt.
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Es
sei bemerkt, dass in einer alternativen Ausführungsform das Einbettungsmodell
nur das Wasserzeichenerzeugungsmodul oder das Mischmodul steuert.
Auf gleiche Weise kann die Steuereinheit bei alternativen Ausführungsformen
nur Steuerparameter zu einem oder zwei Modulen des Wasserzeicheneinbetters
befördern.
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4 zeigt
ein Blockschaltbild einer Anordnung zum Einbetten eines Wasserzeichens
in ein Informationssignal nach einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Anordnung nach dieser Ausführungsform
implementiert einen Zweistufen-Vorschubmechanismus.
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Die
Anordnung umfasst einen Wasserzeicheneinbetter 401, der
ein Einbettungsmodell 405, ein Wasserzeichenerzeugungsmodul 402 und
ein Mischmodul 403 um fasst. Der Einbetter 401 bettet ein
Wasserzeichen w in ein Audiosignal x ein, was zu einem mit einem
Wasserzeichen versehenen Signal y' führt,
wie im Zusammenhang mit dem oben genannten Einbetter 301 aus 3 beschrieben
worden ist. Das mit einem Wasserzeichen versehene Signal y' wird in die Qualitätsbewertungseinheit 407 eingespeist,
die das mit einem Wasserzeichen versehene Signal y' mit dem verzögerten Signal 415 vergleicht,
das von einer geeigneten Verzögerungsschaltung 414 aus
dem Audiosignal x erzeugt worden ist. Die Qualitätsbewertungseinheit 407 erzeugt
einen Satz mit Qualitätsparametern 409 und
speist sie in eine Steuereinheit 408 ein, die ihrerseits
einen Satz mit Steuerparametern 410 erzeugt, wie im Zusammenhang
mit der Qualitätsbewertungseinheit 308 in 3 oben
stehend beschrieben worden ist.
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Nach
dieser Ausführungsform
steuert die Steuereinheit nicht den Einbetter 401, sondern
ein einzelnes Mischmodul 421. Das Mischmodul 421 empfängt das
verzögerte
Audiosignal 420, das auf geeignete Art und Weise von der
Verzögerungseinheit 414 und 425 verzögert wurde,
und zwar zum Kompensieren der Verzögerungen, die durch den Einbetter 401 und
die Qualitätsbewertungseinheit 407 und
die Steuereinheit 408 eingeführt wurden. Das Mischmodul 421 empfangt
weiterhin ein verzögertes
Wasserzeichensignal 423, entsprechend dem Wasserzeichensignal 404,
das von dem Wasserzeichenerzeugungsmodul 402 erzeugt und
von der Verzögerungsanordnung 424 verzögert wird.
Die Verzögerungsanordnung 424 kompensiert
die Verzögerung,
die von der Qualitätsbewertungseinheit 407 und
die Steuereinheit 408 eingeführt wurde und das verzögerte mit
einem Wasserzeichen versehene Signal 423 wird in das Mischmodul 421 eingespeist.
Das Mischmodul 421 empfangt weiterhin das Steuersignal 413,
das von dem Einbettungsmodell 405 zur Steuerung des Mischprozesses
erzeugt worden ist. Auch hier wird das Steuersignal von der Verzögerungsanordnung 424 verzögert, was
zu dem verzögerten
Steuersignal 422 führt.
Das Mischmodul kombiniert das verzögerte Audiosignal 420 mit
dem verzögerten
Wasserzeichensignal 423 entsprechend den Steuerparametern 410 und
dem verzögerten Steuersignal 422 aus
dem Einbettungsmodell, was zu dem mit einem Wasserzeichen versehenen
Signal y führt,
das das Ausgangssignal der Anordnung bildet.
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Folglich
wird nach dieser Ausführungsform die
Mischstufe des Einbettungsprozesses wiederholt, wobei die Mischparameter
der wiederholten Stufe von der Steuerschaltung entsprechend den
perzeptuellen Parametern, die nach der Anfangsmischung ermittelt
wurden, wiederholt werden.
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Es
ist ein Vorteil dieser Ausführungsform, dass
diese eine verbesserte Steuerung des Einbettungssystems schafft,
da sie die relative Verzögerung zwischen
den Steuerparametern und dem gesteuerten System entfernen. Daraufhin
wird die perzeptuelle Qualität
des mit einem Wasserzeichen versehenen Signals weiter verbessert
und die Gefahr eines nicht stabilen Rückkopplungssystems wird eliminiert.
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Es
sei bemerkt, dass ein derartiges Vorschubsystem einem einmaligen
Widerholungssystem-Rückkopplungssystem
entspricht, wobei die Verzögerung
zwischen den Steuerparametern und dem Signal selber kompensiert
wird.
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Folglich
werden in den oben beschriebenen Ausführungsformen selbst kalibrierende
Einbettungssysteme beschrieben, die eine einheitliche Qualität des mit
einem Wasserzeichen versehenen Signals schaffen. Die Stärke des
Wasserzeichens und/oder die Einstellung des Einbettungsalgorithmus werden
kontinuierlich geregelt, und zwar unter Verwendung einer Qualitätsbewertungseinheit
zum Beibehalten einer einheitlichen Audioqualität.
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Es
sei bemerkt, dass die oben genannten Ausführungsformen die vorliegende
Erfindung illustrieren statt begrenzen und dass der Fachmann imstande
sein wird, im Rahmen der beiliegenden Patentansprüche viele
alternative Ausführungsformen zu
schaffen.
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So
ist beispielsweise oben stehend die vorliegende Erfindung im Zusammenhang
mit Audiosignalen beschrieben worden, Es dürfte aber einleuchten, dass
diese auch auf andere Informationssignale, wie Videosignale, Multimediasignale,
Bilder, usw. angewandt werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung kann wie folgt zusammengefasst werden. Beschreiben
ist ein Verfahren zur Einbettung eines Wasserzeichens in ein Informationssignal,
wobei dieses Verfahren Folgendes umfasst: das Anwenden eines Signaleinbettungsprozesses
auf ein Informationssignal, was zu einem mit einem Wasserzeichen
versehenen Signal führt,
wobei der genannte Wasserzeicheneinbettungsprozess von wenigstens
einem Steuerparameter gesteuert wird; das Vergleichen des verarbeiteten
Signals mit dem Informationssignal um ein maß der perzeptuellen Qualität des verarbeiteten
Signals zu ermitteln; und das Einstellen des genannten wenigstens
einen Steuerparameters in Reaktion auf das ermittelten Maßes der
perzeptuellen Qualität.
Das Verfahren wird vorzugsweise bei Wasserzeicheneinbettungssystem
angewandt, wobei ein Modell des menschlichen Hörsystems oder Gesichtsystems
verwendet wird um die Wasserzeicheneinbettungstiefe zu steuern,
und wobei oft das Beibehalten einer konstanten Signalqualität fehlt,
weil sie andere Artefakte als das Maskierung-Rauschverhältnis ignorieren.
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In
den Patentansprüchen
sollen eingeklammerte Bezugszeichen nicht als den Anspruch beschränkend betrachtet
werden. Das Wort "umfassen" schließt das Vorhandensein
von Elementes oder Verfahrensschritten anders als die in dem Anspruch
genannten, nicht aus. Das Wort "ein" vor einem Element
schließt
das Vorhandensein einer Anzahl derartiger Elemente nicht aus.
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Die
vorliegende Erfindung kann mit Hilfe von Hardware mit verschiedenen
einzelnen Elementen, und mit Hilfe eines auf geeignete Weise programmierten
Computers implementiert werden. In dem Anordnungsanspruch, in dem
verschiedene Mittel nummeriert sind, können verschiedene dieser Mittel von
ein und demselben Hardware-Item implementiert werden. Die Tatsache,
dass bestimmte Maßnahmen in
untereinander verschiedenen Unteransprüchen genannt worden sind, gibt
nicht an, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht mit Vorteil angewandt
werden könnte.