CN101035186B - 探测数字水印的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种数字水印探测装置，用于从将拓扑不变量作为水印值嵌入其中的运动图像中探测水印值。该数字水印探测装置包括水印分量提取单元，它从该运动图像中提取每个水印分量；平均值计算单元，它计算该水印分量所包含的像素的分量值的平均值；被识别水印分量判断单元，它根据该平均值判断该水印分量是否为被识别水印分量，该已识别分量要被用来识别多个水印分量的排列单元；水印分量识别单元，它识别除了该被识别水印分量之外的水印分量；以及水印值计算单元，它根据该被识别水印分量和除了该被识别水印分量之外的诸水印分量来计算该水印值。

Description

探测数字水印的装置和方法

技术领域

本发明涉及用于探测数字水印的装置和方法，其中该水印值从将拓扑不变量作为水印值嵌入其中的运动图像中探测。

背景技术

传统上存在人们熟知的数字水印技术。在数字水印中，信息条目(譬如关于数据的版权作者信息、用户识别信息、权利信息、使用条件、使用中的必要机密信息以及复制控制信息)被嵌入数字版权作品数据，譬如嵌入声音、音乐、录像以及图像，这些信息条目很难被发觉，在需要时，可以探测和利用被嵌入数字版权作品数据中的信息条目。数字水印被用于版权保护目的，或者用于该数字版权作品的二次使用。

通常认为，将几何变形当作同胚映射，则数字水印与拓扑不变量相关。为了实现几何变形的鲁棒性，本发明人已经提出拓扑不变量数字水印技术(譬如日本专利No3431593)。在该拓扑不变量数字水印技术中，嵌入了不变的拓扑不变量(譬如同伦类)来作为几何变形下的数字水印。

一般而言，针对在时间轴方向上执行的过程(下文将这些过程称为“时间轴方向攻击”)的安全措施(譬如帧速率转换和帧数减少(framethin-out))能够通过在多个帧内嵌入同样的水印值来实现。但是，在这种情况下，对被嵌入的水印很难区分这些水印值是作为同一个水印值还是作为不同水印值嵌入。所以，必须探测这些水印值的转变。

在同伦类被用作拓扑不变量的技术中，一个数字水印值通过嵌入和提取三种分量(X，Y，Z)来实现。在将一个分量嵌入一个帧的技术或采用差分帧嵌入一个分量的技术中，当数字水印经受时间轴方向攻击时，就会出现无法在X、Y和Z分量之间进行区分、从而水印值无法被正确探测的问题。

发明内容

本发明的一个方面是数字水印探测装置，它从将拓扑不变量作为水印值嵌入其中的运动图像中探测水印值，该装置包括水印分量提取单元，该提取单元从该水印值被嵌入其中的运动图像中提取每个水印分量，其中，该水印值包括按照预定排列规则排列的多个不同水印分量；平均值计算单元，它计算该水印分量中所包含的每个像素的分量值的平均值；被识别水印分量判断单元，它根据该平均值来判断该水印分量是否为被识别水印分量，该被识别水印分量要被用来在该水印值内所包含的多个水印值之中识别同一个水印值中所包含的多个水印分量的排列单元；水印分量识别单元，它根据该被识别水印分量和该排列规则来识别除了该被识别水印分量之外的水印分量；以及水印值计算单元，它根据该被识别水印分量和除了该被识别水印分量之外的诸水印分量来计算该水印值。

本发明的另一个方面是探测数字水印的方法，该方法从将拓扑不变量作为水印值嵌入其中的运动图像中探测水印值，该方法包括从将水印值被嵌入其中的运动图像中提取每个水印分量，其中该水印值包括按照预定排列规则排列的多个不同的水印分量；计算所提取的水印分量中所包含的每个像素的分量值的平均值；根据该平均值判断该水印分量是否为被识别水印分量，该被识别水印分量要被用来在该水印值内所包含的多个水印值之中识别在同一个水印值内所包含的多个水印分量的排列单元；根据该被识别水印分量和该排列规则来识别除了该被识别水印分量之外的水印分量；以及根据所确定的被识别水印分量和除了该被识别水印分量之外的诸水印分量来计算该水印值。

附图说明

图1是表示根据本发明的第一实施例的数字水印探测装置的功能配置的框图；

图2是表示水印分量嵌入次序的视图；

图3是表示该数字水印探测装置所执行的数字水印探测过程的流程图；

图4示意性地说明其中帧数被减少到三分之一的运动图像；

图5表示该第一实施例的数字水印探测装置的硬件配置；

图6是表示根据第二实施例的数字水印探测装置的功能配置的框图；

图7是解释差分帧的视图；

图8是表示第二实施例的数字水印探测装置所执行的数字水印探测过程的流程图；

图9是解释其中三个水印分量按照RGB形式嵌入的运动图像的示意图；以及

图10是表示第三实施例的数字水印探测装置所执行的数字水印探测过程的流程图。

具体实施方式

根据本发明的数字水印探测装置和数字水印探测过程的优选实施例将参考所附附图详加说明。本发明并不局限于下述实施例。

【第一实施例】

图1是一幅框图，它表示根据本发明的第一实施例的数字水印探测装置。数字水印探测装置10探测采用拓扑不变量数字水印技术嵌入的水印值。在拓扑不变量数字水印技术中，不变的拓扑不变量(譬如同伦类)被作为几何变形下的水印值嵌入。

具体地讲，在采用同伦类的数字水印嵌入技术中，假设n是水印值，W是图像宽度，H是图像高度，那么位于左上角的像素被设置为(x，y)＝(0，0)，θ和φ分别由式1、式2和式3确定。

【式1】

$\mathrm{\θ}=2\arctan \left(\sqrt{{\tan }^2\{(\mathrm{\π}/2)\×(x/W-1/2)\}+{\tan }^2\{(\mathrm{\π}/2)\×(y/H-1/2)\}}\right)$

【式2】

$\mathrm{\φ}=\arccos \left(\frac{\tan \{(\mathrm{\π}/2)\×(x/W-1/2)\}}{\sqrt{{\tan }^2\{(\mathrm{\π}/2)\×(x/W-1/2)\}+{\tan }^2\{(\mathrm{\π}/2)\×(y/H-1/2)\}}}\right)$

(y/H-1/2≥0)

【式3】

$\mathrm{\φ}=2\mathrm{\π}-\arccos \left(\frac{\tan \{(\mathrm{\π}/2)\×(x/W-1/2)\}}{\sqrt{{\tan }^2\{(\mathrm{\π}/2)\×(x/W-1/2)\}+{\tan }^2\{(\mathrm{\π}/2)\×(y/H-1/2)\}}}\right)$

(y/H-1/2＜0)

从而得到由式4表示的函数，即关于同伦类的函数。该函数被嵌入图像之中。

【式4】

(X，Y，Z)＝(sinθcosnφ，sinθsinnφ，cosθ)

数字水印探测装置10将目标图像纵向划分为H个小区域，横向划分为W个小区域，而且数字水印探测装置10从每个小区域中提取成为水印分量的向量。该向量用式5表示。

【式5】

$\stackrel{\→}{f}(x,y)=(X_{\mathrm{xy}},Y_{\mathrm{xy}},Z_{\mathrm{xy}})$

然后从每个小区域用式6计算立体角。

【式6】

$\stackrel{\→}{f}(x,y)\·({\mathrm{\Δ}}_x\stackrel{\→}{f}(x,y)\×{\mathrm{\Δ}}_y\stackrel{\→}{f}(x,y))$

其中“×”表示向量积，而“·”表示标量积。式6中的各项用式7和式8表示。

【式7】

${\mathrm{\Δ}}_x\stackrel{\→}{f}(x,y)=\stackrel{\→}{f}(x+1,y)-\stackrel{\→}{f}(x,y)$ x≠W--1

$=\stackrel{\→}{f}(0,y)-\stackrel{\→}{f}(W-1,y)$ x＝W--1

【式8】

${\mathrm{\Δ}}_x\stackrel{\→}{f}(x,y)=\stackrel{\→}{f}(x,y+1)-\stackrel{\→}{f}(z,y)$ x≠H-1

$=\stackrel{\→}{f}(x,0)-\stackrel{\→}{f}(x,H-1)$ x＝H-1

再用式9求和。

【式9】

${\mathrm{\Σ}}_H{\mathrm{\Σ}}_W\stackrel{\→}{f}(x,y)\·({\mathrm{\Δ}}_x\stackrel{\→}{f}(x,y)\×{\mathrm{\Δ}}_y\stackrel{\→}{f}(x,y))$

式10计算与该和数对应的单位球面数。将该计算值取整到最接近的整数就得到水印值D。

【式10】

$D=(1/\left(4\mathrm{\π}\right)){\mathrm{\Σ}}_H{\mathrm{\Σ}}_W\stackrel{\→}{f}(x,y)\·({\mathrm{\Δ}}_x\stackrel{\→}{f}(x,y)\×{\mathrm{\Δ}}_y\stackrel{\→}{f}(x,y))$

根据水印D的计算假设，必须识别被嵌入到数据中的多个水印分量中的哪一个属于X分量、Y分量或者Z分量。也必须识别这多个水印分量是否被包含在同一个水印值之中。

根据该第一实施例的数字水印探测装置10从将X分量、Y分量和Z分量嵌入其中的图像中识别每个分量，数字水印探测装置10还识别同一个水印值中所包含的分量来计算该水印值D。

为了计算水印值D，数字水印探测装置10包括水印分量提取单元102、平均值计算单元104、Z分量判断单元106、水印值计算单元108以及水印分量保持单元110。

水印分量提取单元102提取构成该水印值的每个水印分量。譬如，在离散余弦变换之后，水印分量提取单元102从将水印分量嵌入部分频域的图像中提取该水印分量。

平均值计算单元104计算由水印分量提取单元102提取的水印分量的平均值。这里，水印分量的平均值是指构成该水印分量的元素(譬如亮度和颜色层次水平)的平均值。Z分量判断单元106根据由平均值计算单元104计算所得的平均值来判断该水印分量是否属于Z分量。在同伦类被用作拓扑不变量的拓扑不变量数字水印技术中，Z分量的平均值不会变成“0”，而X分量和Y分量基本为“0”。所以，该水印分量究竟是否为Z分量可以根据该平均值是否为“0”来判断。

假设X分量、Y分量和Z分量按照预定排列规则被嵌入作为数字水印探测装置10的目标的运动图像。于是，当Z分量判断单元106识别Z分量时，Z分量判断单元106就根据Z分量和X分量之间由该排列规则规定的位置关系将预定水印分量识别为X分量。类似地，Z分量判断单元106也根据Z分量和Y分量之间由该排列规则规定的位置关系将预定水印分量识别为Y分量。就是说，根据第一实施例的Z分量判断单元106相当于水印分量提取装置。

图2是解释水印分量嵌入次序的视图。在图2中，X分量“X₁”、Z分量“Z₁”和Y分量“Y₁”被顺序嵌入。然后分量“X₂”、“Z₂”、“Y₂”、“X₃”、“Z₃”、“Y₃”等等按照XZY的次序被嵌入。分量“X₁”、“Y₁”和“Z₁”构成了水印值“D₁”。类似地，下标彼此相等的分量构成一个水印值。

考虑到由于图像压缩或图像损失造成的图像丢失，每4个水印分量被连续嵌入，如“X₁X₁X₁X₁”。

在图2中，次序XZY就是该排列规则，这些分量按照该排列规则嵌入。所以，当Z分量被识别时，可以发现，在识别Z分量之后立即探测到X分量。也可以发现，X分量也在Z分量之前的两个分量被探测。类似地也发现，Y分量在紧挨Z分量之前被探测或在两个分量之后被探测。

水印分量保持单元110保持水印分量提取单元102所提取的水印分量。当Z分量判断单元106判定所给的水印分量是Z分量时，水印分量保持单元110就将该水印分量保持作为Z分量。类似地，水印分量保持单元110保持X分量和Y分量。水印分量保持单元110包括第一缓存器111、第二缓存器112和第三缓存器113，缓存器111、112和113分别保持这些水印分量。

水印值计算单元108根据水印分量保持单元110所保持的X分量、Y分量和Z分量来计算包括这些水印分量在内的水印值D。

图3是一幅流程图，它表示数字水印探测装置10所执行的数字水印探测过程。图3所示的过程相当于水印分量以图2所示的“X”、“Z”和“Y”次序嵌入的情况。

首先，将Flg_x和Fl g_z置为0(步骤S100)。Flg_x和Flg_z是标志X分量及Z分量是否分别由水印分量保持单元110保持的旗标。水印分量保持单元110保持Flg_x和Flg_z。

然后，检查在该运动图像中是否存在下一个目标帧(步骤S102)。当该运动图像中不存在下一个目标帧时(步骤S102中的‘否’)，数字水印探测过程结束。相反，当该运动图像中存在下一个目标帧时(步骤S102中的‘是’)，水印分量提取单元102就提取该帧的水印分量(步骤S104)。然后，平均值计算单元104计算该水印分量的平均值(步骤S106)。Z分量判断单元106判断平均值计算单元104计算所得的平均值是否为0，即该水印分量是否为Z分量(步骤S108)。当该水印分量为Z分量时(步骤S108中的‘是’)，该水印分量(即Z分量)被存储到第一缓存器111(步骤S130)。然后，将Flg_z置为1(步骤S132)。

另一方面，当该水印分量不是Z分量(步骤S108中的‘否’)，而且Flg_z也不是1时(步骤S120中的‘否’)，就判定该水印分量是X分量，该水印分量被存储到第二缓存器112(步骤S140)。

通过该过程，Y分量有时会被错误地存储到第二缓存器112。但是在这种情况下，X分量会在计算该水印值之前通过后处理被存储到(覆写)第二缓存器112。

在步骤S108，当该水印分量不是Z分量(步骤S108中的‘否’)，但Flg_z是1时(步骤S120中的‘是’)，就判定该水印分量是Y分量，该水印分量被存储到第三缓存器113(步骤S122)。然后，当Flg_x和Flg_z都是1时(步骤S124中的‘是’)，水印平均值计算单元108在这时就根据被存储在第一缓存器111、第二缓存器112和第三缓存器113中的水印分量来计算该水印值(步骤S126)。上述步骤被重复到最后一帧，从而结束数字水印探测过程。

Z分量能够通过数字水印探测过程加以识别。而且，X分量和Y分量能够根据被识别的Z分量和该排列规则从剩余的两个分量中加以识别。

有时，一开始就在构成该水印值的3个水印分量中探测到第二和第三水印分量。即使在这种情况下，构成同一个水印值的水印分量也能够根据该排列规则加以识别。所以，该水印值能够被正确地探测。

具体地讲，在一个水印值中一开始探测到第二水印分量时，该水印值由包含第二水印分量的水印值的下一个的水印值中所包含的三个水印分量来计算。所以，能够防止由不同水印值中所包含的水印分量计算出错误的水印值。

数字水印探测过程将参考图4更加具体地进行说明。图4示意性地表示其中仅剩下按照三的倍数的次序排列的帧、从而帧数被减少到三分之一的运动图像，在该运动图像中，水印分量按照参考图3所述的次序嵌入。在帧数被减少后，水印分量按照X₁、Z₁、Y₁、Y₁和X₂的次序排列。下面说明对图4所示的运动图像所执行的水印值探测过程。

首先，Flg_x和Flg_z被置为0。因为水印分量X₁被嵌入开始的目标帧，所以就判定所提取的水印分量不是Z分量。其次，因为Flg_z被置为0，故而所提取的水印分量X₁被存储到第二缓存器112。这时，将Flg_x置为1。

然后，从下一帧提取水印分量Z₁。因为水印分量Z₁是Z分量，所以水印分量Z₁被存储到第一缓存器111。这时，将Flg_z置为1。

再后，从下一帧提取水印分量Y₁。水印分量Y₁不是Z分量，而且Flg_z被置为1，所以水印分量Y₁被存储到第三缓存器113。

这时，因为Flg_x和Flg_z都被置为1，所以就由第一缓存器111中所保持的水印分量Z₁、第二缓存器112中所保持的水印分量X₁和第三缓存器113中所保持的水印分量Y₁来计算水印值D₁。

在图4中，当该过程从被嵌入了水印分量Y₁的帧开始执行、而被嵌入了水印分量X₁的帧和嵌入了水印分量Z₁的帧都丢失的情况下，计算可以由如下水印值正确进行。

在这种情况下，第9帧中的水印分量Y₁被存储到第二缓存器112，Flg_x被置为1。然后，第12帧中的水印分量Y₁被存储到第二缓存器112。再后，水印分量X₂被存储到第二缓存器112。就是说，在第二缓存器112中，水印分量Y₁被水印分量X₂强制改写。

然后，水印分量Z₂被存储到第一缓存器111，Flg_z被置为1。因为Flg_z被置为1，所以，所提取的下一个水印分量Y₂被存储到第三缓存器113。这时，因为Flg_x和Flg_z都被置为1，所以水印值D₂由第一缓存器111中所保持的水印分量Z₂、第二缓存器112中所保持的水印分量X₂和第三缓存器113中所保持的水印分量Y₂来计算。

于是，构成同一个水印值的三个水印分量能够通过强制改写被正确识别，即使在该组合过程当中探测到构成一个水印值的X分量、Z分量和Y分量时也是如此。

图5表示根据第一实施例的数字水印探测装置10的硬件配置。在该硬件配置中，数字水印探测装置10包括ROM 52、CPU 51、RAM 53、通信接口57和总线62。数字水印探测装置10中用于执行数字水印探测过程的数字水印探测程序等等被存储在ROM 52中。CPU 51按照存储在ROM 52中的程序来控制数字水印探测装置10中的每个单元。各种控制数字水印探测装置10所必须的数据被存储在RAM 53中。通信接口57经由网络进行通信。总线62连接数字水印探测装置10中的各个单元。

当数字水印探测装置10中的数字水印探测程序被录制在能够由计算机阅读的记录媒体内时，该程序可以按照可安装的形式或者按照可执行的形式提供，这些媒体可以是CD-ROM、软盘(FD，Floppy为注册商标)、DVD。

在这种情况下，在数字水印探测装置10中，数字水印探测程序从该记录媒体中读出并予以执行，该数字水印探测程序被装载到主存储器件，在软件结构中解释过的每个单元就在主存储器件中生成。

根据该第一实施例的数字水印探测程序可以被设计得使数字水印探测程序被存储到与网络(譬如因特网)连接的计算机中，而且该数字水印探测程序可以通过经由该网络下载该数字水印探测程序的方式来提供。

如上所述，本发明是根据第一设施计划加以说明的，但是，在第一实施例中可以进行各种变化和修改。

嵌入到运动图像中的水印分量的排列规则不限于第一实施例的方式。举例来说，也可以采用具有排列单元“XXXX YYYY ZZZZ”的排列规则。

数字水印探测装置10可以从将多个水印分量嵌入一个帧内的多个区域中的每个区域的运动图像来计算水印值。在这种情况下，被嵌入水印分量的被嵌入区域是已知的，水印分量提取单元102从每个被嵌入区域中提取水印分量。

【第二实施例】

图6是一幅框图，它表示根据第二实施例的数字水印探测装置的功能配置。根据第二实施例的数字水印探测装置10通过利用差分帧来提取水印分量。除了根据第一实施例的数字水印探测装置10的功能配置之外，这个数字水印探测装置10还包括差分帧计算单元120和偏差值计算单元122。

差分帧计算单元120计算连续两个帧之间的差别。偏差值计算单元122计算由差分帧计算单元120计算所得的差分帧的偏差值。譬如说，当水印分量被嵌入每个图像的亮度分量时，偏差值计算单元122就计算亮度的偏差值。水印分量被嵌入其中的图像的偏差值大于水印分量被未嵌入其中的图像的偏差值。所以，根据该偏差值是否不低于预定阈限，就能够判断该水印分量是否被嵌入该图像。根据该偏差值，平均值计算单元104计算水印分量被嵌入其中的图像中的平均值，就是说，根据该第二实施例的平均值计算单元104对应于水印分量存在判断装置。

图7是一幅用于解释差分帧的视图。举例来说，当水印分量像“XXXX”那样连续嵌入时，差分帧变成“000”，这时，“0”表示该水印分量无法提取。所以，为了从差分帧提取水印分量，这些水印分量以“0XX0”或“(-X)XX(-X)”为单元被嵌入该帧。

举例来说，由具有排列“00X₁X₁...X₁0000Y₁Y₁...Y₁0000Z₁Z₁...Z₁0000X₂X₂...”的帧得到了差分帧“0(-X₁)...X₁000(-Y₁)...Y₁000(-Z₁)...Z₁000(-X₂)...”。就是说，该水印分量能够从所得到的差分帧提取。

在这种情况下，包含诸如(-X₁)和X₁的差分帧的偏差值大于其他差分帧的偏差值，所以能够判断该水印分量是否存在。而且，(-Z₁)和Z₁的平均值不变成0，而(-X₁)、X₁、(-Y₁)和Y₁的平均值实质上变为0。(-Z₁)和Z₁的平均值的绝对值是一个比较大的值。所以，就能够判定该水印分量是否为Z分量。在图7中，因为X分量、Y分量和Z分量按顺序排列，所以X分量和Y分量能够根据该排列加以识别。

图8是一幅流程图，它表示根据该第二实施例的数字水印探测装置10所执行的数字水印探测过程。在根据该第二实施例的数字水印探测装置10中，假设该差分帧由差分帧计算单元120获得。当存在下一个差分帧时(步骤S102中的‘是’)，偏差值计算单元122就计算偏差值(步骤S150)。当该偏差值不低于该阈限时，就是说，当该水印分量被嵌入到该帧时(步骤S152中的‘是’)，水印分量提取单元102就提取该水印分量(步骤S108)。当该水印分量未被嵌入时(步骤S152中的‘否’)，流程就返回步骤S102，并处理下一个差分帧。

于是，根据根据该第二实施例的数字水印探测装置10，该水印分量的存在是根据该差分帧的偏差值来判断的，而且该水印值能够根据所得到的水印分量进行计算。

在根据该第二实施例的数字水印探测装置10中，其他配置和过程与根据第一实施例的数字水印探测装置10类似。

【第三实施例】

下面说明根据第三实施例的数字水印探测装置10。根据第三实施例的数字水印探测装置10从将三个水印分量按照RGB中的每种颜色嵌入每一帧的运动图像来计算该水印值。

图9是一幅示意图，它解释将三个水印分量按照RGB嵌入其中的运动图像。如图9所示，在第一帧中，X分量、Y分量和Z分量分别按照RGB嵌入。考虑到帧的减少，相同的水印值被嵌入到多个帧。在图9中，同一个水印值被嵌入三个连续的帧。譬如说，在帧1至3中，该水印分量的嵌入方式使得水印值D变为4。

在嵌入同一个水印值时，如果依顺序从6个帧计算出水印值“111222”，那么数字水印探测装置10就几乎不能判断这些水印值是其中连续地嵌入了三个水印值“12”还是其中嵌入了6个水印值“1”、“1”、“1”、“2”、“2”和“2”。所以，如图9所示，对同一个水印值，假设Z分量被嵌入其中的诸颜色空间被设置为相同的颜色空间，而且还假设Z分量被嵌入其中的颜色空间在将该水印值转变为不同值时彼此不同。所以，就能够根据将Z分量嵌入其中的颜色空间来判断该水印值是否为同一个水印值。Z分量判断单元106相当于该转变判断装置，它能够判断该水印值是否被转变。

具体地讲，在图9中，同一个水印值4被嵌入帧1至3。在每一帧中，X分量、Y分量和Z分量分别按照RGB嵌入。因为同一个水印被嵌入这3个帧，所以Z分量被嵌入每一帧的B。

在帧4至6中，Z分量、X分量和Y分量被顺序嵌入，但每个水印分量移动一个位置。在帧7至9(未示出)中，Y分量、Z分量和X分量被顺序嵌入，但每个水印分量又移动一个位置。就是说，因为其中被嵌入了Z分量的颜色从B变为帧4中的R，所以就认为嵌入了与帧1至3不同的水印值。

在根据第三实施例的数字水印探测装置10中，假设其中被嵌入了3个水印分量的诸颜色之间的关系在改变其中被嵌入了Z分量的颜色时得以保持。譬如说，在图9中，其中被嵌入了Z分量的颜色根据如下排列规则改变：对RGB排列而言，X分量、Y分量和Z分量的排列被移动一个空间。所以，数字水印探测装置10能够通过确定Z分量、X分量和Y分量之间的排列关系来识别Z分量，而且数字水印探测装置10能够根据Z分量来识别X分量和Y分量。

图10是一幅流程图，它表示根据第三实施例的数字水印探测装置10所执行的数字水印探测过程。首先，Flg被置为0(步骤S200)。然后，判断在该运动图像中是否存在下一帧(步骤S202)。如果该运动图像中不存在下一帧(步骤S202中的‘否’)，就结束该数字水印探测过程。

另一方面，如果该运动图像存在下一帧(步骤S202中的‘是’)，那么水印分量提取单元102就从该帧内RGB的每种颜色中提取水印分量(步骤S204)。然后，平均值计算单元104计算从每种颜色提取的水印分量的平均值(步骤S206)。Z分量判断单元106判断由平均值计算单元104计算所得的平均值是否为0，即该水印分量是否为Z分量(步骤S208)。然后，该水印分量被存储到水印分量保持单元110，以使从中探测到Z分量的颜色能够被确认(步骤S210)。

当Z分量从R中提取(步骤S212中的R)，而且Flg未被置为1时(步骤S220中的‘否’)，将Flg置为1(步骤S222)。然后，水印值计算单元106由水印分量保持单元110所保持的每个水印分量来计算该水印值(步骤S240)。这时，如上所述，数字水印探测装置10根据Z分量来识别X分量和Y分量。

在步骤S220，如果Flg被设置为1(步骤S220中的‘是’)，该流程就进入步骤S240。

当Z分量从G中提取(步骤S212中的G)，而且Flg未被置为2时(步骤S224中的‘否’)，将Flg置为2(步骤S226)，而且该流程进入步骤S240。在步骤S224，当Flg被置为2时(步骤S224中的‘是’)，该流程就进入步骤S240。

当Z分量从B中提取(步骤S212中的B)，而且Flg未被置为3时(步骤S228中的‘否’)，将Flg置为3(步骤S230)，而且流程进入步骤S240。在步骤S230，如果Flg被置为3(步骤S228中的‘是’)，该流程进入步骤S240。在计算水印值后，该流程返回步骤S202，而且该过程被重复执行，直到该运动图像所包含的最后一帧。

所以，即使该水印值被嵌入RGB的每个颜色空间，包含在同一个水印值中的每个水印分量也能够被正确识别。当同一个水印值被连续嵌入时，Z分量被嵌入该帧中包含该相同水印值的相同颜色。所以，该水印值是否被转变就能够根据Z分量被嵌入其中的颜色空间来加以判断。

在根据第三实施例的数字水印探测装置10中，其他配置和过程与根据上述诸实施例的数字水印探测装置10的相似。

当同一个水印值被嵌入多个帧时，水印分量保持单元110保持与每个水印值对应的每个水印分量，而且水印分量保持单元110可以根据从这多个帧中获得的信息并采用将这多个水印值的平均值作为水印值输出的方法来计算水印值。

如上所述，在根据本发明的探测数字水印的装置和方法中有一个优点，这就是，即使该数字水印受到时间轴方向攻击，也能够正确探测该水印值。

Claims (18)

1.一种数字水印探测装置，从将拓扑不变量作为水印值嵌入其中的运动图像中探测水印值，该装置包括：

水印分量提取单元，从将所述水印值嵌入其中的所述运动图像中提取每个水印分量，其中所述水印值包括根据预定排列规则排列的多个不同水印分量；

平均值计算单元，计算被包含在所述水印分量中的每个像素的分量值的平均值；

被识别水印分量判断单元，根据所述平均值来判断所述水印分量是否为被识别水印分量，所述被识别水印分量要被用来在所述水印值所包含的多个水印分量之中识别同一个水印值中所包含的多个水印分量的排列单元；

水印分量识别单元，根据所述被识别水印分量和所述排列规则来识别除了所述被识别水印分量之外的诸水印分量；以及

水印值计算单元，它根据所述被识别水印分量和除了所述被识别水印分量之外的诸水印分量来计算所述水印值；其中

拓扑不变量被设置为同伦类的水印值被嵌入所述运动图像所包含的帧中，

所述水印值包括X分量、Y分量和Z分量作为所述水印分量，而且

所述被识别水印分量判断单元判定Z分量为所述被识别水印分量。

2.根据权利要求1的数字水印探测装置，其中所述水印分量提取单元提取所述多个水印分量，而且

所述被识别水印分量判断单元判定具有与其他水印分量不同的平均值的水印分量为所述被识别水印分量。

3.根据权利要求2的数字水印探测装置，其中所述被识别水印分量判断单元判定平均值变成了除0之外的值的水印分量为所述被识别水印分量。

4.根据权利要求1的数字水印探测装置，其中，X分量被嵌入其中的区域和Z分量被嵌入其中的区域之间的关系以及Y分量被嵌入其中的区域和Z分量被嵌入其中的区域之间的关系是预先确定的，而且

所述水印分量识别单元根据被判定为所述被识别水印分量的Z分量、X分量被嵌入其中的区域和Z分量被嵌入其中的区域之间的关系以及Y分量被嵌入其中的区域和Z分量被嵌入其中的区域之间的关系来识别所述X分量、Y分量。

5.根据权利要求1的数字水印探测装置，其中，所述多个水印分量被嵌入所述运动图像所包含的每一帧中，而且

所述水印分量提取单元从所述运动图像所包含的每一帧中提取所述水印分量。

6.根据权利要求1的数字水印探测装置，还包括：

差分帧计算单元，计算每个帧的差分帧；

偏差值计算单元，计算所述差分帧中所包含的每个像素的分量值的偏差值；以及

水印分量存在判断单元，它根据所述偏差值来判断所述水印分量是否被嵌入所述差分帧，

其中所述水印分量提取单元从已判定包含所述水印分量的差分帧中提取所述水印分量。

7.根据权利要求1的数字水印探测装置，其中所述水印分量被嵌入所述运动图像所包含的每一帧内的多个被嵌入区域中的每一个区域，而且

所述水印分量提取单元从每个所述被嵌入区域中提取所述水印分量。

8.根据权利要求1的数字水印探测装置，其中所述水印分量被嵌入所述运动图像所包含的每一个颜色空间，

所述平均值计算单元计算这些颜色空间的平均值来作为所述水印分量所包含的每个像素的分量值的平均值，

所述被识别水印分量判断单元判定所述运动图像所包含的任何一个颜色空间为所述被识别水印分量，而且

所述水印分量提取单元提取所述运动图像中除了所述被识别水印分量之外的颜色空间来作为所述水印分量。

9.根据权利要求8的数字水印探测装置，其中，同一个的水印值被嵌入多个帧，

所述水印值中所包含的被识别水印分量被嵌入所述多个帧中的相同颜色空间，而且

所述数字水印探测装置还包括转变判断单元，它根据由被识别水印分量判断单元判定作为所述被识别水印分量的颜色空间来判断所述水印值是否被转变。

10.一种探测数字水印的方法，它从将拓扑不变量作为水印值嵌入其中的运动图像中探测水印值，该方法包括：

从将所述水印值嵌入其中的所述运动图像中提取每个水印分量，其中所述水印值包括按照预定排列规则排列的多个不同水印分量；

计算所提取的水印分量中所包含的每个像素的分量值的平均值；

根据所述平均值来判断所述水印分量是否为被识别水印分量，所述被识别水印分量要被用来在所述水印值中所包含的多个水印分量之中识别同一个水印值中所包含的多个水印分量的排列单元；

根据所述被识别水印分量和所述排列规则来识别除了所述被识别水印分量之外的水印分量；而且

根据所判定的被识别水印分量和除了所述被识别水印分量之外的诸水印分量来计算所述水印值；其中

所述拓扑不变量被设置为同伦类的水印分量被嵌入所述运动图像所包含的帧中，

所述水印值包括X分量、Y分量和Z分量作为所述水印分量，而且

所述Z分量被判定为所述被识别水印分量。

11.根据权利要求10的探测数字水印的方法，其中，所述多个水印分量被提取出来，而且

平均值与其他水印分量不同的水印分量被判定为所述被识别水印分量。

12.根据权利要求11的探测数字水印的方法，其中，平均值变成除0之外的值的水印分量被判定为所述被识别水印分量。

13.根据权利要求10的探测数字水印的方法，其中，X分量被嵌入其中的区域和Z分量被嵌入其中的区域之间的关系以及Y分量被嵌入其中的区域和Z分量被嵌入其中的区域之间的关系是预先确定的，而且

所述X分量和Y分量根据被判定为所述被识别水印分量的Z分量以及上述这些关系加以识别。

14.根据权利要求10的探测数字水印的方法，其中，这多个水印分量被嵌入所述运动图像中所包含的每个帧中，而且

所述水印分量从所述运动图像中所包含的每个帧中提取。

15.根据权利要求10的探测数字水印的方法，它还包括：

计算每个帧的差分帧；

计算所述差分帧中所包含的每个像素的分量值的偏差值；

根据所述偏差值判断所述水印分量是否被嵌入所述差分帧；而且

从被判定其中包含所述水印分量的差分帧中提取所述水印分量。

16.根据权利要求10的探测数字水印的方法，其中所述水印分量被嵌入所述运动图像所包含的每个帧中的多个被嵌入区域中的每个区域，而且

所述水印分量从每个所述被嵌入区域中提取。

17.根据权利要求10的探测数字水印的方法，其中这些水印分量被嵌入所述运动图像所包含的每个颜色空间，

这些颜色空间的平均值被计算出来作为所述水印分量所包含的每个像素的分量值的平均值，

所述运动图像中所包含的任何一个颜色空间被判定为所述被识别水印分量，而且

所述运动图像中除了所述被识别水印分量之外的诸颜色空间被提取作为所述水印分量。

18.根据权利要求17的探测数字水印的方法，其中同一个水印值被嵌入多个帧，

所述水印值中所包含的所述被识别水印分量被嵌入所述多个帧中的相同颜色空间，而且

根据被判定为所述被识别水印分量的颜色空间来判断所述水印值的转变。

Images