ES2310773T3 - Metodo de incrustacion de una marca de agua digital en una señal util. - Google Patents
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Abstract
Método de incrustación de una marca de agua digital en una señal útil, en particular una señal de audio, en el que la señal útil (xn) representa la evolución de un espectro que comprende frecuencias de señal útil, por ejemplo frecuencias de audio, a lo largo del tiempo, y la marca de agua digital incluye una secuencia de bits de marca de agua, representando cada bit de la secuencia de bits de marca de agua uno de un primer estado, por ejemplo "1", y un segundo estado, por ejemplo "0", en el que una longitud de tiempo de bit (T bit) que indica una longitud de tiempo dentro del cual el estado representado por un único bit está sobreimpreso sobre la señal útil, se determina una primera frecuencia de sobreimpresión (f1) y una segunda frecuencia de sobreimpresión (g1), caracterizado porque para sobreimprimir el primer estado sobre una parte de la señal útil (xn) con la longitud de tiempo de bit (Tbit), se establece la relación de una primera amplitud espectral (A f) de la parte de la señal útil (x n) a la primera frecuencia de sobreimpresión (f 1) con una segunda amplitud espectral (A g) de la parte de la señal útil a una segunda frecuencia de sobreimpresión (g 1) para que sea superior o igual a un primer valor de un parámetro umbral (gamma s), y para sobreimprimir el segundo estado sobre la parte de la señal útil (xn) se establece la relación de la segunda amplitud espectral (Ag) de la parte de la señal útil (xn) a la segunda frecuencia de sobreimpresión (g1) con una primera amplitud espectral (Af) de la parte de la señal útil (xn) a una primera frecuencia de sobreimpresión (f 1) para que sea superior o igual a un segundo valor del parámetro umbral (gammaS).
Description
Método de incrustación de una marca de agua
digital en una señal útil.
La invención se refiere a un método de
incrustación de una marca de agua digital en una señal útil, en
particular una señal de audio, así como a un método de detección de
marcas de agua digitales incrustadas y a dispositivos
respecti-
vos.
vos.
El término "señal útil" tal como se utiliza
en el presente documento pretende designar señales que representan
datos previstos finalmente para la recepción por un usuario, en
particular un usuario humano. Ejemplos comunes de señales útiles
son señales de audio, que representan la evolución de un espectro de
frecuencias para ondas acústicas a lo largo del tiempo (oscilando
el espectro por ejemplo desde 300 Hz hasta 3400 Hz para telefonía o
desde 10 Hz hasta 20 kHz para reproducción de alta calidad de un
concierto clásico) o señales de vídeo (imágenes únicas así como en
movimiento), donde una frecuencia de la señal útil, por ejemplo para
visualizar en una TV o pantalla de cine, está definida por las
propiedades de imagen y se encuentra entre 0 Hz (una imagen vacía)
y una frecuencia máxima determinada por las filas y columnas de la
pantalla y una tasa de refresco para imágenes en movimiento, por
ejemplo 6,5 MHz para numerosos sistemas de TV.
Sin embargo, las señales útiles también podrían
incluir señales que representan cadenas de texto u otras
representaciones y también futuros desarrollos de tales señales
previstos directa o indirectamente en particular para la percepción
humana.
Las señales útiles podrían representarse de una
manera analógica, por ejemplo como señales de radio o TV, o podrían
representarse como señales digitales, por ejemplo señales PCM
formadas muestreando una señal analógica con etapas de
cuantificación y quizás codificación posteriores. En cualquier caso,
una señal útil pretende incluir una representación completa del
conjunto de datos relevantes, ya sea una única pieza de música o un
conjunto de tales temas, una única imagen o una película
completa.
Para señales útiles, a menudo existe una
necesidad de incluir datos auxiliares dentro del conjunto de datos
representado por la señal. Tales datos auxiliares podrían referirse
a una indicación de autoría, el editor, ventas y distribución, etc.
Tales indicaciones son particularmente relevantes para señales
útiles que representan datos digitalizados, puesto que estos pueden
copiarse cualquier número de veces sin pérdida de calidad. En este
caso, las indicaciones mencionadas anteriormente permiten la
acreditación de derechos de propiedad, y permiten el seguimiento de
copias ilegales, la comprobación del número de equipo y copias
legales, la monitorización de emisiones, etc.
Datos auxiliares tal como se utiliza en el
presente documento podría referirse en principio a cualquier tipo
de datos auxiliares que van a proporcionarse junto con datos
relacionados con el usuario, en particular datos multimedia.
El método obvio de introducir datos auxiliares
en un conjunto de datos es proporcionar estos datos de una forma
que permite procesarlos de la misma manera que los datos principales
previstos para la percepción del usuario, por ejemplo añadir una
información hablada a un tema de audio. Sin embargo, los datos
auxiliares de este tipo pueden eliminarse, cambiarse u ocultarse
fácilmente de la percepción del usuario, además, tal información
puede perturbar la percepción de los datos principales. Los próximos
estándares para proporcionar datos multimedia, por ejemplo
desarrollados a partir del MPEG
(http://www.chiariglione.org/mpeg/) permiten datos asociados
adicionales que se procesarán en futuros dispositivos de audio/vídeo
sin comprometer los datos principales, aunque entonces todavía
permanece el problema de la modificación malintencionada.
Por lo tanto, varios métodos conocidos
proporcionan datos principales con marcas de agua digitales. Éstos
(también denominados ocasionalmente "códigos de sello"
posteriormente en el presente documento) son datos auxiliares, que
se incrustan dentro de o se sobreimprimen sobre los propios datos
principales. Por tanto, se modifican los datos principales
originales. Aunque esto podría se un problema para datos digitales
previstos para el procesamiento mediante máquinas, los datos
previstos para usuarios humanos podrían modificarse de una manera
que la marca de agua digital sea transparente para el usuario, es
decir invisible, inaudible o en general no perceptible.
Un método de formación de marca de agua
comprende generalmente una parte de incrustación o sobreimpresión y
una parte de detección, véase por ejemplo el documento GB 2 292 506.
La parte de incrustación utiliza una clave para sobreimprimir un
patrón (no perceptible) en los datos principales. El detector
utiliza una clave correspondiente para leer la marca de agua
incrustada.
Un ejemplo de un método conocido para
proporcionar una marca de agua digital en datos digitales es la
formación de marca de agua LSB. En este caso, se modifica el bit
menos significativo ("LSB, least significant bit") de
un byte incluido en una palabra de código que representa por ejemplo
una intensidad (por ejemplo escala de colores o grises para un
píxel en una imagen). Aunque una marca de agua incrustada de este
tipo podría comprender un gran número de bits (por ejemplo 256
bits), no es perceptible, puesto que el valor de gris de un píxel
cambia como mucho, por ejemplo, de un valor de intensidad de 255 a
un valor de 254 para una palabra de código de longitud de un
byte.
byte.
Sin embargo, todavía permanece el problema de la
modificación malintencionada. En el ejemplo anterior, es posible
fácilmente eliminar la marca de agua, simplemente ajustando todos
los LSB dentro del conjunto de datos a "1" o "0". La
calidad de percepción de los datos no se cambia de manera notable en
esta etapa.
Por tanto, es un objetivo de la invención
proporcionar un método de incrustación de una marca de agua digital
en una señal útil, en particular una señal de audio, en el que la
marca de agua es transparente para la percepción humana, no se
elimina o modifica fácilmente sin modificación significativa de los
datos principales, y al mismo tiempo puede detectarse con alta
fiabilidad después de procesamiento, transmisión, almacenamiento,
ruido y ataques adicionales dirigidos a la modificación o
eliminación de la marca de agua, así como proporcionar un método de
detección de marcas de agua digitales sobreimpresas y proporcionar
dispositivos respectivos.
Este objetivo se resuelve mediante un método de
incrustación de una marca de agua digital en una señal útil con las
características de la reivindicación 1, un método de detección de
una marca de agua digital en una señal útil con las características
de la reivindicación 14, así como mediante programas informáticos
con las características de las reivindicaciones 24, 25 y
dispositivos con las características de las reivindicaciones 27 y
28.
Una de las ideas fundamentales de la invención
es ir más allá del principio de incrustar la marca de agua, que se
representa mediante una secuencia de bits, sólo en la secuencia de
bits que constituye los datos principales digitales. En su lugar,
la secuencia de bits de marca de agua se sobreimprime en la propia
señal útil, se represente como señal digital o analógica.
En detalle, según la invención se propone un
método de incrustación de una marca de agua digital en una señal
útil, en particular una señal de audio, en el que la señal útil
representa la evolución de un espectro que comprende frecuencias de
señal útil, por ejemplo frecuencias de audio, a lo largo del tiempo,
y la marca de agua digital incluye una secuencia de bits de marca
de agua, representando cada bit de la secuencia de bits de marca de
agua uno de un primer estado, por ejemplo "1", y un segundo
estado, por ejemplo "0". Para sobreimprimir el primer estado
sobre la señal útil, se establece la relación de una primera
amplitud espectral de la señal útil a una primera frecuencia de
sobreimpresión con una segunda amplitud espectral de la señal útil a
una segunda frecuencia de sobreimpresión para que sea superior o
igual a un primer valor de un parámetro umbral. Para sobreimprimir
el segundo estado, se establece la relación de la segunda amplitud
espectral de la señal útil a la segunda frecuencia de
sobreimpresión con una primera amplitud espectral de la señal útil a
una primera frecuencia de sobreimpresión para que sea superior o
igual a un segundo valor del parámetro umbral.
Por tanto, la marca de agua se sobreimprime
mediante modulación débil de la señal útil original. El método de
la invención tiene la ventaja de que la marca de agua se recupera de
manera fiable durante la conversión digital a analógico y/o
analógico a digital, impidiendo por tanto por ejemplo intentos
respectivos de eliminar de manera malintencionada la marca de agua.
Las marca de agua pueden hacerse además resistentes a procesamiento
de sonido (eco, efectos, cambios de amplitud o frecuencia...) y
compresión digital y cambios de formato.
Preferiblemente, para sobreimprimir el primer
estado, se ajusta la relación correspondiente disminuyendo la
segunda amplitud espectral, y para sobreimprimir el segundo estado,
se ajusta la relación correspondiente disminuyendo la primera
amplitud espectral. Esto contribuye a que la marca de agua sea
transparente para la percepción humana. En caso de que la relación
que ha de establecerse para uno cualquiera de los estados ya se
represente en la señal útil original o no modificada, la señal útil
no se modifica. Esto puede conseguirse mediante la invención
especificando la relación de amplitudes espectrales como siendo
"mayor que o igual a" entre sí en lugar de prescribir algunos
valores fijos.
En realizaciones preferidas del método de la
invención de sobreimpresión de una marca de agua digital, se
establece una longitud de tiempo de bit que indica una longitud de
tiempo dentro de la cual el estado representado por un único bit
está sobreimpreso en la señal útil. Este valor puede o bien elegirse
por un usuario (es decir autor, distribuidor, vendedor, etc.) o
bien se especifica un valor fijo mediante un organismo de
estandarización, por ejemplo por la Unión Europea de Radiodifusión
(European Broadcasting Union), www.ebu.ch. En este caso el
valor podría programarse como una constante en un dispositivo de
sobreimpresión.
En estas realizaciones, además se calcula una
longitud de tiempo de segmento, utilizando el número de bits de la
secuencia de bits de marca de agua y la longitud de tiempo de bit,
que indica la longitud de tiempo dentro de la cual la secuencia de
bits de marca de agua está sobreimpresa en la señal útil. Un
segmento de la señal útil con una longitud de tiempo de al menos
una longitud de tiempo de segmento se selecciona para sobreimprimir
la secuencia de bits de marca de agua. Esto permite elegir las
posiciones óptimas de la marca de agua en la señal útil.
En realizaciones desarrolladas adicionalmente,
se seleccionan dos o más segmentos que no se solapan para
sobreimprimir la secuencia de bits de marca de agua dos o más veces
en la señal útil. Esto permite incrustar y detectar de manera
incluso más fiable la marca de agua.
Se ha encontrado que es apropiado para un
proceso de incrustación o detección fiable que el primer y el
segundo valor del parámetro umbral sean iguales. Además, valores
útiles del parámetro umbral están entre 1 y 10. Tales valores
proporcionan por un lado un enmascaramiento fiable, por otro lado
detección fiable de la señal de marca de agua.
En realizaciones preferidas del método de
sobreimpresión de la invención, se calculan intensidades de señal
de frecuencias dentro de la señal útil, en particular el segmento, y
las frecuencias de sobreimpresión ase seleccionan en consecuencia.
Esto permite determinar frecuencias o intervalos de frecuencia
dentro del espectro de la señal útil, que transportan la potencia
de señal o intensidad de señal más alta. La incrustación de datos
auxiliares en la misma permite que la marca de agua sea
particularmente transparente. Además, la forma de onda de señal en
regiones con alta potencia no se modifica significativamente cuando
se comprime la señal (por ejemplo con el formato de compresión MP3
ampliamente conocido).
En realizaciones adicionales del método de la
invención, la primera frecuencia de sobreimpresión y la segunda
frecuencia de sobreimpresión se eligen de dentro de una banda con un
ancho de banda estrecho comparado con el espectro de la señal útil,
en particular con un ancho de banda por debajo de 200 Hz, en
particular por debajo de 100 Hz, para señales de audio. Las
amplitudes de frecuencias vecinas no cambian significativamente
durante la transmisión con la mayoría de las respuestas de
frecuencia de canal de transmisión, si éstas cumplen los requisitos
habituales. Por lo tanto, la relación de amplitud de frecuencias de
sobreimpresión que están próximas entre sí es robusta frente a
distorsiones de transmisión.
El método de la invención puede implementarse
ventajosamente si la señal útil se representa como una señal
digital, por ejemplo una señal PCM. En ese caso la sobreimpresión de
la relación de amplitud puede realizarse fácil-
mente.
mente.
En realizaciones adicionales del método de
sobreimpresión de la invención, la secuencia de bits de marca de
agua comprende una o más secuencias de bits de sincronización para
la detección de la secuencia de bits de marca de agua y una
secuencia de bits de identificador para la identificación de la
señal útil. Esto permite la detección fiable de la marca de agua.
Además, para codificar la secuencia de bits de identificador en la
secuencia de bits de marca de agua, podría utilizarse un código de
protección de errores, protegiendo adicionalmente la secuencia de
bits de identificador, por ejemplo frente a errores de
transmisión.
En realizaciones particularmente preferidas se
sobreimprimen marcas de agua digitales separadas sobre la señal
útil, en particular en bandas separadas. Esto permite sobreimprimir
diferentes marcas de agua de, por ejemplo, autor, editor y vendedor
sobre la señal original. Cada marca de agua podría sobreimprimirse
todavía varias veces, puesto que la sobreimpresión en bandas de
frecuencia diferentes se lleva a cabo de manera independiente.
Un método de detección de una marca de agua
digital en una señal útil, en particular una señal de audio, según
la invención comprende la características de que la señal útil
representa la evolución de un espectro que comprende frecuencias de
señal útil, por ejemplo frecuencias de audio, a lo largo del tiempo,
y de que la marca de agua digital se representa como una secuencia
de bits de marca de agua, representando cada bit de la secuencia de
bits de marca de agua uno de un primer estado, por ejemplo "1",
y un segundo estado, por ejemplo "0". Además, según este
método, se calcula la relación de una primera amplitud espectral de
la señal útil a una primera frecuencia de sobreimpresión con una
segunda amplitud espectral de la señal útil a una segunda
frecuencia de sobreimpresión. En caso de que la relación sea igual a
o mayor que 1, se detecta el primer estado, de lo contrario se
detecta el segundo estado. Esto permite detectar de manera fiable
una marca de agua sobreimpresa en una señal útil según el método de
la invención comentado anteriormente.
En realizaciones preferidas del método de
detección de la invención, se establece una longitud de tiempo de
bit que indica una longitud de tiempo dentro de la cual el estado
representado por un único bit se detecta a partir de la señal útil.
Para cada longitud de tiempo de bit, se almacena una indicación del
estado detectado y un valor de un parámetro de relación en
asociación entre sí en una secuencia de bits de detección, donde el
parámetro de relación indica el valor de la relación calculada, si
éste es igual a o mayor que 1, y de lo contrario indica el valor
recíproco de la relación calculada. Esto permite un procesamiento
adicional de los bits detectados y una estimación de su fiabilidad
de detección.
En realizaciones desarrolladas adicionalmente,
dentro de la secuencia de bits de detección, se realiza una
búsqueda de una aparición de una secuencia de bits de sincronización
predeterminada, y, si se detecta satisfactoriamente la aparición,
se realiza una búsqueda de una secuencia de bits de
identificador.
En detalle, la búsqueda de una aparición de una
secuencia de bits de sincronización predeterminada podría
comprender que se establezcan bits de correspondencia entre la
secuencia de detección y la secuencia de bits de sincronización y
que se establezca una secuencia de bits de sincronización futura que
comprende los bits de correspondencia. Podría comprender además,
que se calcule un primer valor de relación promedio de los valores
de los parámetros de relación de esos bits de la secuencia de bits
de detección subyacentes a la secuencia de bits de sincronización
futura.
La aparición de la secuencia de bits de
sincronización se cuenta de manera ventajosa como detección
satisfactoria, si el número de bits de correspondencia es al menos
el número de bits de la secuencia de bits de sincronización menos
1, y el primer valor de relación promedio es mayor que o igual a un
valor umbral predeterminado.
Se ha encontrado que es aconsejable en la
práctica, en caso de que se detecte satisfactoriamente la aparición
de la secuencia de bits de sincronización, que la búsqueda se repita
cerca de los bits que se han hecho corresponder satisfactoriamente
de la secuencia de bits detectada, por lo que la búsqueda repetida
es satisfactoria, si el número de bits de correspondencia es igual
al número de bits de la secuencia de bits de sincronización. Esto
aumenta adicionalmente la fiabilidad del proceso de detección.
La búsqueda de una secuencia de bits de
identificador podría comprender que se establezca una secuencia de
bits de identificador futura utilizando bits de la secuencia de bits
detectada a continuación de los bits de la secuencia de bits
detectada subyacentes a la secuencia de bits de sincronización
futura, que se calcule un segundo valor de relación promedio de los
valores de los parámetros de relación de esos bits de la secuencia
de bits de detección subyacentes a la secuencia de bits de
identificador futura.
De manera ventajosa, si el segundo valor de
relación promedio es mayor que un umbral predeterminado, se
establecen secuencias de bits de identificador futuras adicionales
próximas a los bits que se han hecho corresponder
satisfactoriamente de la secuencia de bits detectada y se calculan
segundos valores de relación promedio respectivos, y se establece
la secuencia de bits de identificador como aquella de la secuencias
de bits de identificador futuras con el segundo valor de relación
promedio de promedio más alto.
Además, para descodificar la secuencia de bits
de identificador a partir de la secuencia de bits detectada, podría
utilizarse un código de protección de errores.
Para aumentar adicionalmente la fiabilidad del
proceso de detección, se comparan dos secuencias de bits de
identificador detectadas y se emite una indicación de detección
satisfactoria de la secuencia de bits de identificador si las dos
secuencias de bits de identificador detectadas son idénticas.
En realizaciones preferidas del método de
detección, en caso de que no se detecte la secuencia de bits de
sincronización en la secuencia de bits de detección, las frecuencias
de detección se desplazan a frecuencias vecinas, manteniendo
constante la diferencia entre la primera y la segunda frecuencia de
detección, y se repite la búsqueda de una aparición de la secuencia
de bits de sincronización. Por tanto, es posible detectar una marca
de agua incluso si las frecuencias de la señal útil se han
desplazado debido a errores de transmisión o ataques
malintencionados sobre la señal útil.
Los métodos mencionados anteriormente pueden
implementarse en un programa informático, que está adaptado para
ejecutarse en un ordenador programable, una red informática
programable o equipo programable adicional. Esto permite un
desarrollo económico, fácil y rápido de implementaciones de los
métodos de la invención. En particular, tal programa informático
podría almacenarse en un medio legible por ordenador, como por
ejemplo, CD-ROM o DVD-ROM.
Dispositivos para su uso con los métodos de la
invención pueden comprender en particular ordenadores programables,
redes informáticas programables o equipos programables adicionales,
en los que se instalan programas informáticos que implementan la
invención.
Aspectos y ventajas adicionales de la invención
resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción de
realizaciones de la invención con respecto a los dibujos adjuntos,
que muestran:
la figura 1, una representación esquemática de
una secuencia de bits de una marca de agua digital según la
invención;
la figura 2, tres pares de frecuencias de
sobreimpresión para sobreimprimir tres marca de agua en una señal
útil según una realización de la invención;
la figura 3, un diagrama de flujo que ilustra
una realización de un método de sobreimpresión de una marca de agua
según la invención;
la figura 4a, 4b, un diagrama de flujo que
ilustra una realización de un método de detección de una marca de
agua según la invención;
la figura 5, un ejemplo esquemático de una
página web con un reproductor de audio que tiene un método de
detección de marca de agua implementado según la invención.
Una realización preferida del método de la
invención de incrustación de una marca de agua digital en una señal
útil comprende básicamente las siguientes etapas:
- generar una secuencia de bits de marca de agua
codificada como secuencia fija de 2n_{b} bits y una
secuencia aleatoria de 2m_{b} bits;
- incrustar una secuencia de bits de marca de
agua en el dominio de frecuencia de la señal útil utilizando
modulación de frecuencia adaptativa de dos frecuencias dadas
haciendo un seguimiento de las amplitudes de las frecuencias
elegidas de la señal original y modificándolas según el bit actual
de la secuencia de bits de marca de agua.
Estas etapas se describen en detalle en las
siguientes secciones 1) y 2).
La señal útil en la que está incrustado el
código de sello debería obtener un identificador único. Se genera
una secuencia binaria mediante un generador de números aleatorios y
se utiliza como secuencia de bits de identificador con longitud de
bits m_{b}. Valores preferidos son 8 bits \leq
m_{b} \leq 32 bits, que permiten almacenar desde 256
hasta más de 4 billones de secuencias de bit único en una base de
datos, y por tanto firmar el mismo número de señales útiles. El
número de marcas de agua posibles determinado por m_{b}
puede definirsepor el operador del sistema de formación de marca de
agua, por ejemplo una compañía editorial.
Dentro de la base de datos mencionada
anteriormente, campos adicionales pueden contener información
relacionada con el propietario de la señal (es decir un tema de
audio) y/o para el usuario final. Por ejemplo, la base de datos
incluye el título de la composición musical, el nombre de su autor,
el nombre del artista, el propietario del tema (el editor),
etc.
Se generan secuencias de bits de identificador
por adelantado. Se almacena una lista predefinida de identificadores
únicos en la base de datos, y un programa de aplicación elige una
de las entradas de la base de datos a petición y asigna valores
para campos adicionales de esa entrada. Por supuesto, también es
posible generar identificadores a
propósito.
propósito.
La realización descrita en detalle
posteriormente incrusta tres marcas de agua en una señal útil. La
longitud de la secuencia binaria de identificador para la primera
marca de agua o código de sello es m_{b} = 32 bits, para el
segundo y tercer códigos de sello es m_{b} = 16 bits. Tres
códigos de sello permiten hacer un seguimiento de la señal útil en
tres niveles (por ejemplo propietario, distribuidor, vendedor). Como
alternativa o adicionalmente, pueden utilizarse tres códigos para
y/o aumentar la fiabilidad de la detección de marca de agua
incrustando la misma marca de agua en dos o tres niveles
paralelos.
Para explicar en mayor detalle el ejemplo
anterior, los tres niveles podrían verse como relacionados con tres
niveles de información, concretamente:
- nivel 1:
- información de general producto y propietario de derechos;
- nivel 2:
- información de fabricación, concesión de licencias, distribución y gestión de derechos digitales;
- nivel 3:
- información personal (puede utilizarse para introducir un nombre del destinatario para un CD-R personalizado).
La estructura básica de la marca de agua, es
decir la secuencia de bits de marca de agua, se ilustra en la
figura 1. El código de sello comienza con una secuencia de
sincronización fija de 2n_{b} bits, que se utiliza para la
localización de la marca de agua durante la detección. La secuencia
de 2n_{b} bits se utiliza como una clave secreta para la
detección de señal amistosa. Dentro de la realización descrita en
este caso, se utiliza un valor n_{b} = 15. La secuencia de
sincronización va seguida de la secuencia de bits de identificador,
que se codifica utilizando un código de corrección de errores
(2m_{b}, m_{b}). Este código puede corregir
errores de bit único y detectar errores de doble bit. Por tanto, la
longitud de la secuencia de bits de marca de agua es
2n_{b}+2m_{b}=94 bits en esta realización. Por
supuesto, también son posibles valores mayores o menores para
n_{b}, lo que lleva a secuencias de bits de marca de agua
de diferente longitud.
La duración de un único bit T_{bit} de
la secuencia de bits de marca de agua cuando se incrusta en el tema
de audio, es decir la señal útil, debería satisfacer en generar la
siguiente desigualdad:
El valor exacto puede ajustarlo usuario del
dispositivo de sobreimpresión. Por tanto, la codificación del
código de sello una vez requiere un segmento de la señal útil con
una duración de T_{código} y
El valor exacto depende del valor de
T_{bit} elegido. En general, estos valores de
T_{código} son cortos comparados con métodos de
incrustación de la técnica anterior. Esto es una ventaja importante
de la invención, porque permite incrustar el código de sello varias
veces dentro de la longitud completa de la señal útil. Esto permite
a su vez la detección de la marca de agua en segmentos separados de
la señal de información. Además, la EBU recomienda ajustar la
longitud de un segmento, dentro del cual ha de incrustarse una marca
de agua, igual a 10 segundos. Esta recomendación puede satisfacerse
fácilmente utilizando la invención.
La elección de valores exactos de los parámetros
n_{b}, m_{b}, y T_{bit} depende de propiedades
de frecuencia y tiempo de la señal útil sobre la que va a
sobreimprimirse una marca de agua. Los valores descritos
anteriormente de estos parámetros son valores óptimos para señales
de audio con la mayor parte de la densidad de energía espectral por
debajo de 4000 Hz.
En la realización descrita en este caso, la
señal útil se procesa en un ordenador. Por tanto, la señal útil es
una secuencia de muestras
con frecuencia de muestreo
F_{s}. Puesto que la señal útil es una señal de audio, la
secuencia se almacena y procesa como un archivo WAV, cuya
estructura es conocida para un
experto.
Basándose en la secuencia de bits de marca de
agua descrita anteriormente, se forma una señal de marca de agua.
Esta señal se incrusta según el método de sobreimpresión de la
invención en la señal útil x, es decir en una señal de audio
en un archivo WAV. Este procedimiento se describe en detalle a
continuación.
En primer lugar, se busca en la señal útil un
segmento o segmentos, dentro del cual/de los cuales puede
incrustarse la secuencia de bits de marca de agua sin cambios
perceptibles. Por tanto, se identifican segmentos de longitud
T_{código} con suficiente energía de señal para enmascarar
la señal de sello en dominio de tiempo y frecuencia. Al contrario
de los métodos conocidos, que operan para añadir directamente una
señal de marca de agua a la señal útil en dominio de tiempo o
frecuencia, el método de la invención modifica frecuencias fijas de
la señal útil utilizando modulación de frecuencia adaptativa.
En el ejemplo descrito en el presente documento,
se eligen tres pares de frecuencias en un intervalo desde 400 hasta
2000 Hz,
para tres señales de sello
independientes. El intervalo de frecuencia elegido contiene la parte
principal de la energía de señal. Tal principio de elección tiene
las siguientes
ventajas:
- garantiza el número requerido de segmentos de
longitud T_{código}, lo que permite incrustar la señal de
sello con protección de ruido;
- la forma de onda de señal no se modifica
significativamente en este intervalo de frecuencia cuando se
comprime la señal (por ejemplo utilizando el popular formato
MP3).
Las frecuencias se eligen tal como se ilustra en
la figura 2. Cada par de frecuencias pertenece a su propia banda
crítica. Se eligen frecuencias que son múltiplos de
1/T_{bit}, y las diferencias entre dos frecuencias del
mismo par no superan 100 Hz. En otras realizaciones de la invención,
las diferencias podrían ser mayores, pero por razones de detección
fiable, las diferencias no deberían superar preferiblemente 200
Hz.
La modulación de frecuencia adaptativa de la
invención se describe para un par de frecuencias, concretamente
(f_{1}, g_{1}). Los otros pares se procesan de
manera correspondiente. El segmento elegido de la señal útil se
procesa como una secuencia de intervalos con longitud
T_{bit}. Para cada intervalo se calculan las componentes
en fase y cuadratura de la señal:
Estas dos componentes se utilizan entonces para
calcular las amplitudes espectrales de la señal útil a frecuencias
f_{1} y g_{1} según las siguientes ecuaciones:
También el valor adicional
\vskip1.000000\baselineskip
Si el bit actual que va a codificarse es
"1" y
\vskip1.000000\baselineskip
entonces la señal original se deja
sin modificar. Sin embargo,
si
entonces las componentes en fase y
cuadratura de g_{1} se dividen por \lambda_{s}.
Se obtiene un nuevo valor de señal según la siguiente
fórmula:
\vskip1.000000\baselineskip
Finalmente, si
\vskip1.000000\baselineskip
las componentes en fase y
cuadratura de g_{1} se sustituyen por nuevos valores, y se
genera un nuevo valor de señal según la
fórmula:
De manera similar, si el bit actual que va a
codificarse es "0", las componentes en fase y cuadratura de
f_{1} se modifican dependiendo de la relación:
\vskip1.000000\baselineskip
Los valores de parámetro
y \lambda se ajustan por el
usuario. Estos parámetros permiten un equilibrio entre
enmascaramiento fiable y detección fiable de la señal de sello de
una cierta
clase.
La relación de amplitud así establecida no
cambia significativamente debido a la respuesta de frecuencia de
canal de transmisión, si sus propiedades satisfacen los requisitos
habituales, porque las frecuencias están próximas entre sí. El
algoritmo de la invención incluye además un sistema de control de
frecuencia automático, que proporciona protección adicional
frecuente a desplazamiento de frecuencia no intencionado o
intencionado. Esto se describe posteriormente.
Un dispositivo para incrustar una marca de agua
digital en una señal útil comprende por tanto un generador de datos
auxiliares, que genera una secuencia de bits de marca de agua de
m_{b} bits, que sirve como un identificador para la señal
útil (x). Puede utilizarse un generador de números aleatorios
o una lista predefinida de 2m_{b} números únicos como un
generador de datos auxiliares. Se utiliza una secuencia de
sincronización de 2n_{b} bits como una clave secreta para
detección de señal amistosa.
Se facilita una detección fiable de manera
ventajosa por el uso de un código de corrección de errores
(2mb, m_{b}). El código de 2m_{b} bits
sigue a la secuencia de 2n_{b} bits fija, lo que permite
una determinación precisa de la señal de sello. Por tanto, la
secuencia de bits de marca de agua comprende una secuencia binaria
de longitud 2n_{b}+2m_{b} bits: una secuencia de
bits de sincronización (fija) de 2nb bits y una de
2m_{b} bits de código de corrección de errores.
El dispositivo de incrustación comprende además
un modulador, que codifica la secuencia de bits de marca de agua en
la señal útil (x). Un segmento de una señal útil de longitud
de (2n_{b}+2m_{b})T_{bit} segundos
permitiría incrustar una secuencia de bits de marca de agua mientras
se mantiene la calidad de la señal de fuente inicial y al mismo
tiempo hace difícil detectar la secuencia de bits de marca de agua
mediante escucha o inspección visual. Las etapas realizadas para
preparar la incrustación se ilustran en la figura 3.
El modulador elige por tanto un segmento de la
señal útil x, que puede alojar la secuencia de bits de marca
de agua sin cambios perceptibles. Entonces el modulador codifica la
secuencia de bits de marca de agua secuencialmente variando las
amplitudes de dos frecuencias seleccionadas (f, g) en el
espectro de la señal útil (x). El par de frecuencias f,
g podrían elegirse preferiblemente en una banda crítica con una
diferencia que no supere 200 Hz y en la región de frecuencia de
densidad de potencia máxima de la señal útil.
Las amplitudes de la señal útil se calculan a
frecuencias f y g para el intervalo de tiempo
T_{bit}. Si el bit actual es "1" y A_{f}
> A_{g}\gamma_{s}, la señal original se deja
sin cambiar. De lo contrario se calcula un nuevo valor
A_{g} = A_{f}/\gamma_{s} y la señal
útil se modula en consecuencia. De manera similar, si el bit actual
es "0" y A_{g} >
A_{f}\gamma_{s}, la señal original se deja sin
cambiar. De lo contrario se calcula un nuevo valor A_{f} =
A_{g}/\gamma_{s} y la señal se modula en
consecuencia. El parámetro variable \gamma_{s} permite
enmascarar la secuencia de bits de marca de agua en la señal útil
modificada y en los dominios de tiempo y frecuencia.
Por tanto, se genera una señal útil con
secuencia de bits de marca de agua incrustada (y, véase
posteriormente). La secuencia de bits de marca de agua idéntica
podría repetirse en la señal útil el mismo número de veces que el
número de segmentos adecuados identificados de x.
Una realización preferida del método de la
invención de detección de una marca de agua digital en una señal
útil comprende básicamente las siguientes etapas:
- detectar una secuencia de bits mediante un
detector de frecuencia de doble canal;
- buscar los primeros n_{b} bits en la
secuencia de salida del detector de frecuencia con estimación de
fiabilidad;
- buscar los siguientes n_{b} bits en
la secuencia de salida del detector de frecuencia con estimación de
fiabilidad;
- detectar y descodificar una secuencia de bits
de identificador de m_{b} bits con fiabilidad
preajustada.
Estas etapas se comentan en detalle en las
siguientes secciones 3) y 4) y se ilustran adicionalmente en las
figuras 4a, 4b.
Se usa un detector de frecuencia de doble canal
para la detección de la secuencia de bits de marca de agua o código
de sello según esta realización de la invención.
La salida de cada canal es la amplitud de
frecuencia f_{1} o g_{1} (figura 2), que se
calculan en el intervalo T_{bit} evaluando expresiones
idénticas a las fórmulas (1), (2) de la sección anterior.
En este caso, y_{n} es la señal útil
con señal de sello incrustada.
Entonces el detector calcula la relación:
Si se designa la secuencia de bits detectados
como
\vskip1.000000\baselineskip
el valor del bit actual
sería:
\vskip1.000000\baselineskip
En el segundo caso se reasigna la variable
\Delta:
El resultado de procesar la señal de entrada
y_{n} mediante el detector de señal de sello es una
secuencia de bits {B_{i}} y una secuencia de valores
{\Delta_{i}}. Ambas secuencias se alimentan entonces a
la entrada del subsistema de búsqueda de código de sello descrito
posteriormente.
El fin del subsistema de búsqueda de código de
sello es detectar un código de sello, es decir, una secuencia de
bits de marca de agua con una estructura tal como se explica en la
figura 1, en una secuencia de bits {B_{i}} en tiempo real
con alta fiabilidad. Según la realización de la invención comentada
en el presente documento, se realizan las siguientes etapas:
Etapa 1: se realiza una búsqueda aproximada de
los primeros n_{b} bits de una secuencia de sincronización
fija en B_{i} con un paso de búsqueda relativamente amplio.
Para ello se comparan los bits de entrada del detector con
n_{b} bits de la secuencia de sincronización, almacenada en
el sistema, y se calcula la suma de los valores
\Delta_{i} correspondientes. Si el número de bits de
correspondencia no es menor que n_{b}-1, se calcula un
valor promedio para estimar la fiabilidad de correspondencia:
Si este valor supera un umbral:
los primeros n_{b} bits de
la secuencia de sincronización se consideran detectados y el
algoritmo continúa hacia la siguiente etapa de búsqueda. De lo
contrario, se repite la etapa 1 con una nueva secuencia
B_{i}.
Etapa 2: se realiza una búsqueda aproximada de
los siguientes n_{b} bits de la secuencia de sincronización
que siguen a los primeros n_{b} bits. La búsqueda se
similar a la etapa 1. Se calcula un nuevo promedio:
que para un resultado satisfactorio
también debería superar el mismo
umbral:
Si lo hace, el algoritmo continúa hacia la etapa
3. De lo contrario, se repite la etapa 1 con la nueva secuencia
B_{i}.
Etapa 3: se realiza una búsqueda con un
incremento reducido, es decir, una búsqueda precisa de los
2n_{b} bits de la secuencia de sincronización próxima a
los 2n_{b} bits detectados.
La secuencia de sincronización se considera
detectada si todos sus bits corresponden con la secuencia fija, y
el nuevo valor promedio
supera otro
umbral:
Si no se detecta la secuencia de sincronización,
el algoritmo repite la etapa 1 con una nueva secuencia de bits.
Es importante observar que el subsistema de
búsqueda de señal de sello según la invención proporciona una
detección en tiempo real del código de sello con una probabilidad de
falsa alarma del orden de 10^{-9} solamente. Esto es mejor por un
orden de magnitud que lo recomendado por la EBU.
Etapa 4: se calcula un valor promedio para los
2m_{b} bits del código de sello según la fórmula:
Si supera otro umbral más
se busca cualquier código de sello
próximo al código de sello detectado, y el código de sello con el
promedio más alto \overline{\Delta}_{M} se alimenta a la
siguiente etapa. De lo contrario, se repite la etapa
1.
Etapa 5: la secuencia de 2m_{b} bits de
código de sello de corrección de errores se descodifica en
m_{b} bits de código de sello descodificado. Si se
descubre algún error incorregible, se repite la etapa 1.
Etapa 6: se comparan dos códigos de sello
detectados sucesivamente entre sí para proporcionar una fiabilidad
aumentada. Si la secuencia de bits resulta ser idéntica, se
considera que es una secuencia de bits de marca de agua o un código
de sello detectado satisfactoriamente. De lo contrario, el algoritmo
vuelve a la etapa 1 para encontrar otro segmento con un código de
sello.
Las etapas 4 a 6 garantizan la detección
correcta del código de sello con alta fiabilidad. Si la señal útil
no es lo suficientemente larga para llevar a cabo la etapa 6, la
búsqueda se termina tras la etapa 5. En este caso cualquier error
descubierto en el código de corrección de errores lleva a la
determinación de que el código de sello, en caso de haber
sobreimpreso alguno, no se ha encontrado.
Un dispositivo para detectar una marca de agua
en una señal útil comprende por tanto un detector, que procesa una
señal útil con una secuencia de bits de marca de agua posiblemente
incrustada. El detector calcula las amplitudes de dos frecuencias
seleccionadas y determina la aparición de estados lógicos "1" o
"0" detectando la relación \Delta de estas frecuencias. Las
relaciones \Delta calculadas se usan para estimar la fiabilidad
de detección de secuencia de bits de marca de agua.
El detector comprende además un módulo de
búsqueda, que busca la secuencia de bits de marca de agua de
m_{b} bits en una secuencia detectada de "1" y
"0" lógicos. Las amplitudes f y g de la señal y
se calculan secuencialmente a intervalos T_{bit}, junto
con su relación, lo que lleva al valor lógico correspondiente de
"0" o "1". Las relaciones de amplitud en todo el segmento
(2n_{b}+2m_{b})T_{bit} se añaden entre sí
y se usan para estimar la fiabilidad de búsqueda de secuencia de
bits de marca de agua.
El módulo busca en primer lugar los primeros
n_{b} bits de una secuencia de bits de sincronización con
paso de (k) bits, hasta que el módulo ha identificado n_{b}
- \Delta_{b} bits correctos estando un valor
promedio de \overline{\Delta} por encima de un umbral
Th_{R}. Entonces busca los siguientes n_{b} bits
de la secuencia de sincronización. Entonces el módulo de búsqueda
determina la posición de una secuencia de sincronización de
2n_{b} bits con más precisión disminuyendo la etapa de
búsqueda hasta 1-2 muestras. Entonces el módulo
calcula los 2m_{b} bits de código de corrección de errores,
estima su fiabilidad mediante el valor promedio de valores \Delta
correspondientes y finalmente descodifica una secuencia de bits de
marca de agua de m_{b} bits a partir de la secuencia de
2m_{b} bits.
La invención permite detectar la secuencia de
bits de marca de agua de 2m_{b} en la secuencia de bits
detectada en tiempo real (por ejemplo mientras se escucha un archivo
de audio). Se buscan los primeros n_{b} bits de la
secuencia de sincronización fija hasta que se detecta una secuencia
de correspondencia con una estimación de fiabilidad que supere un
cierto umbral. Entonces se buscan los siguientes n_{b} bits
directamente después de los primeros n_{b} bits. Si éstos
no se detectan, se busca en el siguiente segmento. Después de que
se detecta la secuencia de sincronización completa de
2n_{b} bits, los siguientes 2m_{b} bits se
interpretan como una secuencia de bits de identificador con alguna
estimación de fiabilidad, que debería superar otro umbral, en cuyo
caso los 2m_{b} bits de código de corrección de errores se
descodifican en m_{b} bits de código de identificador. De
lo contrario se repite la búsqueda empezando desde el siguiente
segmento. Tal procedimiento iterativo reduce la probabilidad de
detección falsa de la secuencia de bits de marca de agua hasta
valores muy bajos.
Adicionalmente podría proporcionarse una alta
fiabilidad de detección y prevención de detección falsa considerando
la secuencia de bits de marca de agua como detectada sólo si dos
secuencias de bits de marca de agua detectadas sucesivamente son
idénticas entre sí. De lo contrario se continúa con la búsqueda. Si
la longitud de la señal útil no permite detectar dos secuencias de
bits de marca de agua sucesivas, preferiblemente se considera que
la secuencia de bits de marca de agua se encuentra si el
descodificador no encuentra ningún error, de lo contrario se
considera que falta la secuencia de bits de marca de agua.
La invención permite incrustar y detectar más de
una, por ejemplo tres marcas de agua independientes, eligiendo más
de uno, por ejemplo tres pares de frecuencia en el espectro de señal
útil.
El sistema de control de frecuencia automático
de la invención proporciona protección frente a desplazamiento de
frecuencia no intencionado o intencionado en el espectro de señal
útil.
Si no se detectan los primeros n_{b} -
\delta_{b} bits en los primeros n_{s}
segmentos buscados, y la calidad de búsqueda está por debajo de un
umbral preajustado, se activa el control de frecuencia automático
para las frecuencias (f_{1}, g_{1}).
Se buscan o establecen nuevas frecuencias base
(f_{1}, g_{1}) como
Si |k| > 15, la señal útil se
distorsiona significativamente.
Se buscan en el segmento los primeros n_{b}
- \delta_{b} bits para cada par de
(\tilde{f}_{1}, \tilde{g}_{1}). Si se detectan n_{b} -
\delta_{b} bits correctos, se fijan las nuevas
frecuencias base, por tanto la búsqueda del código de sello
continúa a estas frecuencias.
En realizaciones preferidas de la invención, los
métodos de sobreimpresión y de detección pueden implementarse en
software, hardware o ambos. Cada método o partes del mismo pueden
describirse con la ayuda de lenguajes de programación apropiados en
forma de instrucciones legibles por ordenador, tales como módulos de
programa o programas. Estos programas informáticos pueden
instalarse y ejecutarse por uno o más ordenadores o dispositivos
programables similares. Los programas pueden almacenarse en medios
extraíbles (CD-ROM, DVD-ROM, etc.) u
otros dispositivos de almacenamiento, para fines de almacenamiento
y distribución o puede distribuirse a través de Internet.
Los dispositivos que implementan el método de
detección de la invención pueden ser herramientas de reproducción
de audio para su uso en un PC. Estos reproductores podrían ser
hardware dedicado con software apropiado, es decir, reproductor
autónomo, o pueden activarse sobre una pantalla de sobremesa de un
PC, integrarse en una página web o descargarse e instalarse como
plug-in para ejecutar en reproductores
conocidos.
Como ejemplo, la figura 6 ilustra un reproductor
web que tiene implementado el método de detección de marca de agua
de la invención. A petición de un usuario, el reproductor empieza a
reproducir la pista solicitada y busca marcas de agua dentro de la
señal útil. La instantánea de pantalla de la figura 6 ilustra un
estado 18 segundos después de empezar el procesamiento de la pista,
cuando ya se ha detectado satisfactoriamente una primera marca de
agua y se muestra información relacionada al usuario.
Tras la detección de una marca de agua el
reproductor podría mostrar, dependiendo de las indicaciones de
configuración relacionadas con la detección, por ejemplo un simple
mensaje "se ha encontrado una marca de agua", y/o mostrar
parte o toda la información de la marca de agua y/o realizar otras
operaciones. Como ejemplo, el reproductor podría acceder a través
de Internet a una base de datos para recibir y mostrar otra
información relacionada con los datos principales de marca de agua
(no mostrado en la figura 6). Como alternativa o adicionalmente el
reproductor podría acceder a páginas web relacionadas con los datos
principales.
En el presente documento se han descrito algunas
realizaciones apropiadas de la invención. Son posibles muchas otras
realizaciones, y son evidentes para el experto en la técnica, sin
alejarse del alcance de la invención, que se define exclusivamente
mediante las reivindicaciones adjuntas.
Claims (31)
1. Método de incrustación de una marca de agua
digital en una señal útil, en particular una señal de audio, en el
que la señal útil (x_{n}) representa la evolución de un
espectro que comprende frecuencias de señal útil, por ejemplo
frecuencias de audio, a lo largo del tiempo, y la marca de agua
digital incluye una secuencia de bits de marca de agua,
representando cada bit de la secuencia de bits de marca de agua uno
de un primer estado, por ejemplo "1", y un segundo estado, por
ejemplo "0", en el que una longitud de tiempo de bit
(T_{bit}) que indica una longitud de tiempo dentro del cual el
estado representado por un único bit está sobreimpreso sobre la
señal útil, se determina una primera frecuencia de sobreimpresión
(f_{1}) y una segunda frecuencia de sobreimpresión (g_{1}),
caracterizado porque para sobreimprimir el primer estado
sobre una parte de la señal útil (x_{n}) con la longitud de
tiempo de bit (T_{bit}), se establece la relación de una primera
amplitud espectral (A_{f}) de la parte de la señal útil
(x_{n}) a la primera frecuencia de sobreimpresión
(f_{1}) con una segunda amplitud espectral (A_{g})
de la parte de la señal útil a una segunda frecuencia de
sobreimpresión (g_{1}) para que sea superior o igual a un
primer valor de un parámetro umbral (\gamma_{s}), y para
sobreimprimir el segundo estado sobre la parte de la señal útil
(x_{n}) se establece la relación de la segunda amplitud espectral
(A_{g}) de la parte de la señal útil (x_{n}) a la
segunda frecuencia de sobreimpresión (g_{1}) con una
primera amplitud espectral (A_{f}) de la parte de la señal
útil (x_{n}) a una
primera frecuencia de sobreimpresión (f_{1}) para que sea superior o igual a un segundo valor del parámetro umbral (\gamma_{S}).
primera frecuencia de sobreimpresión (f_{1}) para que sea superior o igual a un segundo valor del parámetro umbral (\gamma_{S}).
2. Método según la reivindicación 1,
caracterizado porque para sobreimprimir el primer estado, se
ajusta, si es necesario, la relación correspondiente disminuyendo
la segunda amplitud espectral (A_{g}), y para
sobreimprimir el segundo estado, se ajusta, si es necesario, la
relación correspondiente disminuyendo la primera amplitud espectral
(A_{f}).
3. Método según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque en caso de que la relación que ha de
establecerse se represente en la señal útil (x_{n}), la señal
útil (x_{n}) no se modifica.
4. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se calcula
una longitud de tiempo de segmento (T_{código}),
utilizando el número de bits de la secuencia de bits de marca de
agua y la longitud de tiempo de bit (T_{bit}), que indica la
longitud de tiempo dentro de la cual se sobreimprime la secuencia
de bits de marca de agua en la señal útil (x_{n}), se selecciona
un segmento de la señal útil (x_{n}) con una longitud de tiempo
de al menos una longitud de tiempo de segmento (T_{código}) para
sobreimprimir la secuencia de bits de marca de agua.
5. Método según la reivindicación 4,
caracterizado porque se seleccionan dos o más segmentos que
no se solapan para sobreimprimir la secuencia de bits de marca de
agua dos o más veces en la señal útil (x_{n}).
6. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el primer y
el segundo valor del parámetro umbral (\gamma_{S}) son
iguales.
7. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el valor
del parámetro umbral (\gamma_{s}) está entre 1 y 10.
8. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se calculan
intensidades de señal de frecuencias dentro de la señal útil
(x_{n}), en particular el segmento, y las frecuencias de
sobreimpresión (f_{1}, g_{1}) se seleccionan en
consecuencia.
9. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la primera
frecuencia de sobreimpresión (f_{1}) y la segunda frecuencia de
sobreimpresión (g_{1}) se eligen de dentro de una banda con un
ancho de banda estrecho comparado con el espectro de la señal útil
(x_{n}), en particular con un ancho de banda igual a o por debajo
de 200 Hz, en particular igual a o por debajo de 100 Hz, para
señales de audio.
10. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la señal
útil (x_{n}) se representa como una señal digital, por ejemplo
una señal PCM (x_{n}).
11. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
secuencia de bits de marca de agua comprende una o más secuencias
de bits de sincronización para la detección de la secuencia de bits
de marca de agua y una secuencia de bits de identificador para la
identificación de la señal útil (x_{n}).
12. Método según la reivindicación 11,
caracterizado porque para codificar la secuencia de bits de
identificador en la secuencia de bits de marca de agua, se utiliza
un código de protección de errores.
13. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se
sobreimprimen marcas de agua digitales separadas sobre la señal
útil (x_{n}), en particular en bandas separadas.
14. Método de detección de una marca de agua
digital en una señal útil, en particular una señal de audio, en el
que
la señal útil (y) representa la evolución de un
espectro que comprende frecuencias de señal útil, por ejemplo
frecuencias de audio, a lo largo del tiempo, y la marca de agua
digital se representa como una secuencia de bits de marca de agua,
representando cada bit de la secuencia de bits de marca de agua uno
de un primer estado, por ejemplo "1", y un segundo estado, por
ejemplo "0", en el que una longitud de tiempo de bit
(T_{bit}) que indica una longitud de tiempo dentro de la cual el
estado representado por un único bit está sobreimpreso en la señal
útil, se determina una primera frecuencia de detección (f_{1}) y
una segunda frecuencia de detección,
caracterizado porque se calcula la
relación de una primera amplitud espectral (\hat{A}_{f}) de una
parte de la señal útil (x_{n}) con la longitud de tiempo de bit
(T_{bit}) a una primera frecuencia de detección (f_{1})
con una segunda amplitud espectral (\hat{A}_{g}) de la
parte de la señal útil (x_{n}) a la segunda frecuencia de
detección (g_{1}), y en caso de que la relación sea igual a
o mayor que 1, se detecta el primer estado, de lo contrario se
detecta el segundo estado.
15. Método según la reivindicación 14,
caracterizado porque para cada longitud de tiempo de bit
(T_{bit}), se almacenan una indicación del estado detectado
(B_{i}) y un valor de un parámetro de relación
(\Delta_{i}) en asociación entre sí en una secuencia de bits de
detección, en el que el parámetro de relación (\Delta_{i})
indica el valor de la relación calculada, si este valor es igual a
o mayor que 1, y de lo contrario indica el valor recíproco de la
relación calculada.
16. Método según la reivindicación 14 ó 15,
caracterizado porque dentro de la secuencia de bits de
detección, se realiza una búsqueda de una aparición de una
secuencia de bits de sincronización predeterminada, y, si se
detecta la aparición satisfactoriamente, se realiza una búsqueda de
una secuencia de bits de identificador.
17. Método según la reivindicación 16,
caracterizado porque la búsqueda de una aparición de una
secuencia de bits de sincronización predeterminada comprende que se
establezcan bits de correspondencia entre la secuencia de detección
y la secuencia de bits de sincronización y se establezca una
secuencia de bits de sincronización futura que comprende los bits
de correspondencia, y se calcula un primer valor de relación
promedio (\overline{\Delta}_{1}) de los valores de los
parámetros de relación (\Delta_{i}) de esos bits de la secuencia
de bits de detección subyacentes a la secuencia de bits de
sincronización futura.
18. Método según la reivindicación 16 ó 17,
caracterizado porque la aparición de la secuencia de bits de
sincronización se detecta satisfactoriamente, si el número de bits
de correspondencia es al menos el número de bits de la secuencia de
bits de sincronización menos 1, y el primer valor de relación
promedio (\overline{\Delta}_{1}) es mayor que o igual a un
valor umbral predeterminado (Th_{1}).
19. Método según la reivindicación 18,
caracterizado porque en caso de que se detecte
satisfactoriamente la aparición de la secuencia de bits de
sincronización, la búsqueda se repite próxima a los bits hechos
corresponder satisfactoriamente de la secuencia de bits detectada,
por lo que la búsqueda repetida es satisfactoria, si el número de
bits de correspondencia es igual al número de bits de la secuencia
de bits de sincronización.
20. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones 16 a 19, caracterizado porque la búsqueda de
una secuencia de bits de identificador comprende que se establezca
una secuencia de bits de identificador futura utilizando bits de la
secuencia de bits detectada a continuación de los bits de la
secuencia de bits detectada subyacentes a la secuencia de bits de
sincronización futura, se calcule un segundo valor de relación
promedio (\overline{\Delta}_{M}) de los valores de los
parámetros de relación de esos bits de la secuencia de bits de
detección subyacentes a la secuencia de bits de identificador
futura.
21. Método según la reivindicación 20,
caracterizado porque si el segundo valor de relación promedio
(\overline{\Delta}_{M}) es mayor que un umbral predeterminado
(Th_{M}), se establecen secuencias de bits de identificador
futuras adicionales próximas a los bits hechos corresponder
satisfactoriamente de la secuencia de bits detectada y se calculan
segundos valores de relación promedio (\overline{\Delta}_{M})
respectivos, y se establece la secuencia de bits de identificador
como aquélla de las secuencias de bits de identificador futuras con
el segundo valor de relación promedio menor promedio.
22. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones 16 a 21,caracterizado porque para
descodificar la secuencia de bits de identificador a partir de la
secuencia de bits detectada, se utiliza un código de protección de
errores.
23. Método según la reivindicación 16 a 22,
caracterizado porque se comparan dos secuencias de bits de
identificador detectadas y se emite una indicación de detección
satisfactoria de la secuencia de bits de identificador si las dos
secuencias de bits de identificador detectadas son idénticas.
24. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones 16 a 23, caracterizado porque en caso de que
la secuencia de bits de sincronización no se detecte en la
secuencia de bits de detección, las frecuencias de detección
(f_{1}, g_{1}) se desplazan a frecuencias vecinas
(\tilde{f}_{1}, \tilde{g}_{1}), manteniendo constante la
diferencia entre la primera y la segunda frecuencia de detección, y
se repite la búsqueda de una aparición de la secuencia de bits de
sincronización.
25. Programa informático que implementa el
método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, adaptado
para ejecutarse en un ordenador programable, una red informática
programable o equipo programable adicional.
26. Programa informático que implementa el
método según una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 24,
adaptado para ejecutarse en un ordenador programable, una red
informática programable o equipo programable adicional.
27. Programa informático según la reivindicación
25 ó 26, en el que el programa informático se almacena en un medio
legible por ordenador.
28. Dispositivo para implementar un método para
incrustar una marca de agua digital en una señal útil según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en particular un
ordenador programable, una red informática programable o equipo
programable adicional, en el que se instala un programa informático
según la reivindicación 25.
29. Dispositivo para implementar un método para
detectar una marca de agua digital en una señal útil según una
cualquiera de las reivindicaciones 14 a 24, en particular un
ordenador programable, una red informática programable o equipo
programable adicional, en el que se instala un programa informático
según la reivindicación 26.
30. Disposición, que comprende un dispositivo
según la reivindicación 28 y un dispositivo según la reivindicación
29.
31. Disposición según la reivindicación 30,
caracterizada por una base de datos para almacenar marcas de
agua digitales, que comprende en particular una secuencia de bits
de marca de agua para cada entrada de marca de agua, en la que el
dispositivo para detectar una marca de agua digital está adaptado
para acceder a la base de datos para comparar secuencias de bits de
marca de agua detectadas o partes de las mismas con entradas de la
base de datos.
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