CN101065769B

CN101065769B - 用于读取数字水印的方法和设备

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Publication number: CN101065769B
Application number: CN2005800339058A
Authority: CN
Inventors: 菲利普·源; 塞韦里尼·鲍德利
Original assignee: Thomson Licensing SAS
Current assignee: Thomson Licensing SAS
Priority date: 2004-10-07
Filing date: 2005-10-07
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2025-10-07
Also published as: FR2876531A1; EP1797532A1; US20090123020A1; CN101065769A; WO2006037899A1; JP2008516497A; US7804978B2; JP4829891B2

Abstract

本发明涉及一种用于读取水印的方法，所述方法包括：用于确定包含在数据集中的至少一个水印消息的步骤(92)，该步骤之前可能会有如下步骤：用于确定所述数据集所经受的水印信道的至少一组参数的步骤(91)，每一组信道参数都包括至少一个信道参数。用于确定至少一个水印消息的步骤和/或之前用于确定至少一组信道参数的步骤包括：估计阶段(71；81)，包括对至少一批数据进行处理以获得N个估计的要素，其中所述一批数据包括所述数据集中的数据，且N≥0；以及验证阶段(72；82)，包括考虑到所述数据集的全部或至少子集，使每一个估计的要素有效或无效。在上文中，在确定至少一个水印消息的步骤的情况下，每一个估计的要素是估计的水印消息，而在先前确定至少一组信道参数的步骤的情况下，每一个估计的要素是一组估计的信道参数。

Description

用于读取数字水印的方法和设备

技术领域

1.1发明背景

本发明涉及数字视频水印领域。

更具体地，本发明涉及一种读取水印的方法。

本发明具有多种应用，例如读取视频文件(例如MPEG 2类型)上的水印。例如，本发明允许防止通过屏幕复制(“DVD筛选器”)而进行的胶片盗版，即通过对电影院屏幕进行拍摄而进行非法记录。

更普遍地，本发明可以应用于如下所有情况：把将要处理的数据存储在特定深度上，以便在处理这些数据时能够进行倒带。

本发明可以应用于任意类型的支持数据(视频、图像、音频、文本、3D数据等)。

此外，本发明应用于任意格式的支持数据：流形式(例如电视机频道上获得的视频信号)、文件形式、记录形式(盒式磁带、DVD等)等。

仅出于简化目的，并为了读者的正确理解，下文以视频类型的数据序列的示例对本发明的环境进行更为详细的说明。然而可以回想到，本发明可以应用于任意类型的数据集。

具有水印的视频所经受的变化使得难以进行水印读取。因此，以低比特率(MPEG 2)或非常低比特率(DivX，WindowsMedia)执行的压缩通常会强烈地降低水印信号的品质。如果先前没有采取对原始参考帧中的图像进行配准的步骤，那么几何变形(移位和分割、改变比例等)会使水印不可读取。

在应用于防止屏幕复制(“筛选器”)而引起的盗版时，使用不同的数字为每一个DVD加上水印，其中这个数字唯一地标识了每一个接收者。如果之后发现盗版(在因特网上传输胶片、在拍卖站点重发售DVD)，那么能够识别盗版的来源，并对这种行为进行调查。为此，需要水印对于视频操作具有(典型地为用于在因特网上进行传输的低比特率DivX编码)鲁棒性，特别是能够以最大可靠性来读取该水印(以便不会对任何人造成错误的指控)。

1.2水印系统一般原理的提示

水印系统是一种信息传输系统。如图1所示，因此水印系统包括：(至少)一个发送方1(适当的“水印标记器”)，用于对支持视频进行修改以插入水印消息；以及(至少)一个接收方2(“水印读取器”)，用于在接收到任意视频时确定该视频是否具有水印，如果具有水印，则确定所插入的消息。

如图2所示，发送方(“水印标记器”)1采用“支持”数据集(典型地为视频数据)和特定数目的参数作为输入。由M个(M≥1)二进制元素序列表示的水印消息(也被称作“载体水印(carrierwatermark)”)，通常反映了参数中具体的特征。通常还可以找到其它参数，例如确保特定安全等级的密钥、标记强制等。根据这些参数和视频自身，水印标记器对视频进行修改以产生具有水印的视频。

如图3所示，接收方(水印读取器)2采用视频以及可能的特定数目的参数(例如密钥)作为输入。可选地，接收方2还可以采用原始视频作为输入，通过在原始视频和受测视频(试图在该视频上读出水印)之间进行比较，原始视频能够便于频道参数的确定。原始视频还能够便于水印消息的读取：例如从受测视频中减去原始视频能够减小影响水印的噪声的影响，尤其是原始视频自身所产生的噪声。基于这些数据，接收方2通常执行检测步骤，该步骤用于确定视频是否具有水印。如果检测结果是肯定的，则接收方2执行对一个或多个水印消息(如果支持数据来自合成操作，例如若干视频序列的剪辑、图像的平均化、利用若干支持数据而产生剪辑或马赛克，则可以具有若干个水印消息)的确定(或解码)步骤。所检测到的水印消息可能伴随有辅助信息：例如可靠性索引(被估计的水印消息发生错误的概率估计)、与水印位置有关的信息(在合成的情况下为时间和/或空间位置)。注意，读取过程中包括的所有步骤可以针对视频数据自身直接执行，也可以针对变换后的数据表示(傅立叶变换、离散余弦变换-DCT、小波变换等)执行。

水印位置是有用的，甚至是不可缺少的。具体地，通常仅对与支持数据相关的水印感兴趣，例如该水印能够标识所发送的摘录。因此，当在同一个支持数据集上检索到若干个水印消息时，尽可能准确地知晓每一个水印消息与支持数据中哪一个子集相对应是重要的。

现在引入水印信道的概念。在水印标记器1和读取器2之间，支持数据(视频)通常经受一系列完整的变换。这些变换与图像寿命的技术偶然性有关(传输、存储、使用等)，而且还与旨在使水印不可用的可能的故意攻击有关。根据传输领域而类推，把水印信号由于支持数据的修改而经受的所有修改称作“水印信道(watermarkingchannel)”。这些修改能够产生水印信号的变化(“噪声”)，因而使读取变得更加困难和/或易于出错。

对由于水印信道所引起的变化中最频繁出现的变化进行引用(非穷尽列表)：

-有损压缩(JPEG、MPEG、divX等)，压缩率越高，有害效果越大；

-几何变换：移位和分割、改变比例、变形等；

-时间变换：重剪辑、切除、改变图像频率(PAL/NTSC标准)；

-时间和/或空间合成；

-色度或亮度变换。

水印信道所产生的改变在读取水印时通常是未知(“随机”)的。所以这些改变不会造成任何读取错误或不能读取，可以使用两个主要的策略族：

-在加水印过程中设计一些事件，从而水印信号(或水印信号的某些性质)在进入水印信道(调制技术、冗余编码等的选择)后本质上不会发生变化；

-在读取水印期间，事先估计水印信道所产生的变化的值(信道参数)，以便在可能的情况下对信道执行的变换“进行求逆”。

第二种策略多用于估计由水印信道引起的几何变换的参数。第二种策略有时使用辅助水印信号(也被称作“联合水印(co-watermarking)”)。

1.3水印读取器所估计的各个参数

如图4所示，读取过程通常包括三个主要步骤：

-用于确定某些信道参数(典型地为几何变形)的步骤(41)，可能通过使用联合水印信号来执行；

-用于配准视频的步骤(42)，基于先前所估计的信道参数而对与水印信道相对应的变换进行估计，然后把这个估计的变换进行求逆(如果可能的话)，并最终把“逆估计变换”应用于测试视频；

-用于确定配准的测试视频上的水印消息的步骤(43)。

水印标记器1插入联合水印信号(也被称作参考信号或水印、同步信号、辅助信号、训练信号、服务信号)。联合水印信号对于读取器2是已知的，并且能够用于估计视频所经受的特定变化(信道参数)。然而现在能够设计出无需同步水印的系统，这是因为没有执行用于估计变更的步骤(41)(在特定应用中不需要这个步骤)，或用于估计变更的步骤(41)没有使用任何辅助水印。

2.背景技术

2.1数字水印的已知技术

下文描述了第一种已知的数字水印技术：S.Baudry，J.F.Delaigle，B.Sankur，B.Macq，H.Maitre，″Analyses of errorcorrection strategies for typical communication channels inwatermarking″，1239-1250页，Signal Processing，Vol81，No6，June2001。

在这篇论文中，提出了用于对图像或视频中的载体水印信号进行编码和解码的过程。使用了由BCH码和循环码的级联所形成的校正码。提出了一种灵活的解码过程，能够增加相对于传统牢固解码(firmdecoding)的检测性能。然而，该解码是图像逐图像地执行，并且不会考虑视频的全局性。

下文描述了第二种已知的数字水印技术：J.P.M.G.Linnartz，A.A.C.Kalker，J.Haitsma，″Detecting electronic watermarks indigital video″，Paper3010，Invited paper for special sessionat ICCASP’99，Phoenix，AR，March 1999。

作者在这里提出了用于检测具有附加类型(频谱扩展)的水印的过程。该过程能够同时控制虚警率(在不具有水印的图像上检测到水印)和检测速率。然而，具有水印的消息仅包含1个比特：读取仅包括确定是否存在水印。如果插入了具有大量比特的消息，由于该过程需要过量的操作(见下面关于穷尽解码的考虑)，那么该过程不再适用。

下文描述了第三种已知的数字水印技术：Y.Zhao，R.Lagendijk，″video watermarking scheme resistant to geometric attacks，proceedings of ICIP，vol.2，Rochester，NY，45-149页，Sept.2002。

作者提出了依赖于对序列中图像的平均亮度进行时间调制的视频水印过程。这个过程的好处是：该过程对于在图像上操作的几何变换具有鲁棒性。另一方面，该过程允许仅对具有低信息密度(每分钟几个比特)的水印进行隐藏。此外，如果序列被上载或经受碰撞的攻击(若干用户把他们的具有水印的序列与不同的消息相合并，希望扰乱水印)，那么所提出的检测过程不能对水印正确地进行解码。

标题为“Digital watermarking screening and detectingstrategies”的美国专利US6516079描述了第四种已知的数字水印技术。

这个专利US6516079描述了一种以两个或更多步骤来检测水印的方法。每一个步骤都包括以不同方式而计算的对存在概率(“检测值”)的度量(measure)。具体地，作者提出了两种度量：第一种是绝对度量，包括对检测值(相关性)与阈值进行比较；另一种是相对度量，包括对最大绝对值与其它值进行比较。每一个步骤都能够把信号中越来越多的部分否定为不具有水印的部分(或甚至在适合的情况下否定全部信号)。因此，该方法旨在通过快速地否定被认为不具有水印的特定部分而更快地读取水印，以便把计算资源集中到被认为可能具有水印的其它部分上。

2.2穷尽解码和非完整解码的提示

由于水印信道具有噪声并引起水印信号中出现错误，通常使用错误校正码对水印消息进行编码。基于k个消息比特，这种码提供了具有n(n>k)个比特的字。基于对具有k个比特的所有可能的字进行编码而获得具有n个比特的字集，这个字集被称作代码(码字集)。当n>k时，并非所有具有n个比特的字都属于这个代码。

在解码期间，接收到n比特的字。所接收到的字不一定是码字(由于信道错误，特定位已经被改变)。可以表明的是，对于多数“现实”信道来说，最佳解码(产生最小解码错误概率)是MAP(最大后验)解码。MAP解码在码字集中搜索与接收到的字在海明(Hamming)距离意义上最接近的码字。可以回想到，2个字m1和m2之间的海明距离是这两个m1和m2之间不相同比特的个数。这样，解码的可靠性可以是接收到的字与解码后的字之间的海明距离的函数。

可以通过简单地执行穷尽解码来实现MAP解码。为此，产生码字集(2^k个可能的字)，然后计算每一个码字的海明距离与接收到的字之间的海明距离。这样，解码后的字是与接收到的字距离最小的字。

然而，由于这种算法在k超过大约为10比特时导致了非常久的计算时间，所以这种算法不会用于实际中。例如，对于k＝64(水印应用中典型的数量级)的代码来说，存在大约为1.8*10¹⁹个码字。用于实现穷尽解码的操作个数随着k而指数上升。如果从统计学的角度来考虑这个问题，那么实现穷尽解码与执行具有2^k个假定(如果包括空假定“不具有水印的视频”，则为2^k+1个假定)的测试是相同的。

因此，已经提出了比穷尽解码更快的解码算法。不幸的是，这些算法不能针对多数校正码完成。这表示这些算法仅能够在特定条件下找到与给定的接收到的字最接近的字。对于多数校正码来说，如果接收到的字与码字之间的距离小于给定距离d_min，则解码算法仅提供最接近的字。这产生的效果是检测速率低于穷尽解码的检测速率，尤其是当信道的错误率较高时(这在水印应用中会经常碰到)。

图5是不完整的水印解码的几何表示。解码区域是半径为d_min的球形，每一个球心都位于不同的码字C_i上。接收到的字R₂位于解码球形中，因而它可以在C₃处解码。另一方面，接收到的字R₁位于解码区域之外，因而不能被解码。实际中，关于可能的字集的解码球形密度非常低。这表明对于随机字来说，解码很少会成功。如果信道具有很大的噪声，那么水印解码的速率也会非常低。

发明内容

3.本发明的目的

具体地，本发明的目的是缓解现有技术水平中的这些缺点。

更确切地，在至少一个实施例中，本发明的一个目的是提供一种用于读取水印的技术，所述技术结合了穷尽解码和非完整解码的优点，同时缓解了其各自的缺点。

除非另有说明，在至少一个本发明的实施例中，本发明包括获得一种用于读取水印的技术，所述技术比基于穷尽解码的传统方法要快，同时关于基于非完整解码的传统方法能够获得更高的检测速率并减小了错误率。

在至少一个实施例中，本发明的目的还有提供这样一种技术，即所述技术能够容易地获得所执行解码的可靠性度量。

在至少一个实施例中，本发明的另一个目的是提供这样一种技术，即所述技术能够获得除了水印消息值之外的补充信息，所述补充信息在特定应用中是不可缺少的：典型地为对读出的水印的可靠性进行估计，对支持数据中的这个水印进行定位。

在至少一个实施例中，本发明的其它目的是提供这样一种技术，即当在水印读取器中实施所述技术时，所述技术能够节省所需要的存储空间。

4.本发明的主要特点

根据本发明，借助一种用于读取水印的方法而实现了这些目的和下文将会出现的其它目的，所述方法包括步骤：确定包含在数据集中的至少一个水印消息所述确定至少一个水印消息的步骤包括：

-估计阶段，包括对至少一批数据进行处理以获得N个估计的水印消息，其中所述一批数据包括所述数据集中的数据，且N≥0；以及

-验证阶段，包括考虑到所述数据集的全部或至少子集，使每一个估计的水印消息有效或无效；

所述验证阶段针对每一个估计的水印消息而包括下列步骤：

-把所述数据集的全部或一部分分割为一个或多个数据子集；

-对于每一个子集：

*对于所述子集，有条件地计算所述估计的水印消息的后验概率；

*把对于所述子集有条件地计算得到的后验概率与第一预定阈值进行比较；

*如果对于子集有条件地计算而得到的后验概率大于所述第一预定阈值，则针对相应子集使估计的水印消息有效，否则针对相应子集使估计的水印消息无效。

有利地，在确定包含在数据集中的至少一个水印消息的步骤之前，所述方法包括如下步骤：

确定所述数据集所经受的水印信道的至少一组信道参数的步骤，每一组信道参数都包括至少一个信道参数，

其中，确定至少一组信道参数的步骤包括：

-估计阶段，包括对至少一批数据进行处理以获得N组估计的信道参数，其中所述一批数据包括所述数据集中的数据，且N≥0；以及

-验证阶段，包括考虑到所述数据集的全部或至少子集，使针对所述数据集的全部或至少子集而估计的每一组信道参数的存在有效或无效。

因此，本发明能够改进包括在一种用于读取水印的方法中的两个确定步骤中至少一个步骤的性能，即(比较图4)：用于确定至少一个信道参数的步骤(41)；以及用于确定至少一个水印消息的步骤(43)。

更确切地，本发明的一般原理包括：对于在单一通路中执行的、属于全部数据的传统处理机制的两个确定步骤(41、43)中的一个和/或另一个步骤，使用新发明的处理机制来替代，在两个相继阶段中执行：首先是仅属于数据集中一个或多个数据批的估计阶段，然后是属于全部数据集或数据集中一个或多个数据子集的验证阶段。

本发明使信道参数的确定与水印消息的读取之间的相似性处于主要地位。特别地，在读取一个或多个水印消息期间，试图对水印系统(“发送方”)的“参数”进行估计，该参数是水印消息自身。

在一般方式下，本发明还能够被看作是对用于对水印解码和/或用于估计信道参数“on the fly”(即适于实时读取)的方法的改变，以适应于允许自身“后退(rewind)”的非实时环境(除非能够使用非常有效的处理设备)。

在本发明的具体实施例中，每一批数据仅包括所述数据集的一部分。

对于根据本发明的用于读取水印的方法来说，每一批数据的尺寸越小，所述方法越快。

按照有利的方式，所述估计阶段包括对至少两批数据进行处理，以获得针对每一批数据的Ni个估计的水印消息，其中Ni≥0。

通过增加数据批的个数，对数据集中未变更部分进行处理的概率变大，因而能够基于数据集中的这个部分，正确地对一组信道参数或水印消息进行估计。特别地，以不同的方式改变数据集中的各个部分。

有利地，所述数据集是包括多个连续图像的视频类型的数据序列，而且每一批数据都属于包括以下内容的组：

-每一批都包括图像部分的批；

-每一批都包括图像的批；

-每一批都包括图像组的批。

要注意的是，估计的要素的后验概率组成了对所执行的解码的可靠性度量(即对这个要素、信道参数组或水印消息进行估计)。

有利地，所述对于给定子集有条件地对所述估计的水印消息的后验概率进行计算的步骤包括下列步骤：

-对于一同形成所述子集的至少两个子部分，有条件地对所述水印消息的后验概率进行中间级计算；

-把针对所述至少两个子部分完成所述中间级计算而获得的结果进行合并，以获得对于全部所述子集有条件地估计的水印消息的所述后验概率。

在有利的方式下，所述验证阶段能够对针对每一个子集估计的每一个水印消息进行定位，其中所述被估计的水印消息对于该子集有效。

在有利的方式下，所述数据集是包括多个连续图像的视频类型的数据序列，而且每一个序列包括一个或多个图像。

例如，所述数据集属于包括如下内容的组：

-视频类型的数据集；

-图像类型的数据集；

-音频类型的数据集；

-文本类型的数据集；

-3D数据类型的数据集。

有利地，所述估计阶段和/或所述验证阶段还允许获得与至少一个被估计的水印消息相关的可靠性度量。

在本发明的有利实施例中，所述方法还包括用于把所述数据集配准为配准的数据集的步骤，所述配准步骤针对在所述确定至少一组信道参数的步骤中所确定的至少特定组的信道参数而执行。此外，利用从不同地执行所述配准步骤而得到的每一个配准的数据集而执行所述确定至少一个水印消息的步骤。

在有利的方式下，所述配准步骤仅针对所估计的信道参数组而执行，其中与该信道参数组相关的可靠性度量大于第二预定阈值。

本发明还涉及一种用于读取水印的设备，所述设备包括：用于确定包含在数据集中的至少一个水印消息的模块，而且可能存在用于确定所述数据集所经受的水印信道的至少一组参数的模块，每一组信道参数都包括至少一个信道参数。所述用于确定至少一个水印消息的模块和/或所述用于确定至少一组信道参数的模块包括：

-估计装置，执行对至少一批数据的处理以获得N个估计的要素，其中所述一批数据包括所述数据集中的数据，且N≥0；以及

-验证装置，执行考虑到所述数据集的全部或至少子集，使每一个估计的要素有效或无效；

其中在用于确定至少一个水印消息的模块的情况下，每一个估计的要素是估计的水印消息，而在用于确定至少一组信道参数的模块的情况下，每一个估计的要素是一组估计的信道参数。

本发明还涉及一种包括程序代码指令的计算机程序产品，当所述程序在计算机上执行时，所述程序代码指令用于执行根据上述本发明的方法的步骤。

本发明还涉及一种存储装置，它可能是完全可移动或部分可移动的，并可以由计算机读取。所述存储装置存储有一组可以由所述计算机执行的指令，用于执行根据本发明的上述方法。

附图说明

5.附图列表

通过对以示意性且非限制性示例给出的本发明优选实施例的描述以及对附图的描述，本发明的其它特征和优点将会变得明显，其中：

图1示出了水印系统的一般示意图；

图2示出了图1中出现的水印标记器的操作的一般示意图；

图3示出了图1中出现的水印读取器的操作的一般示意图；

图4示出了水印读取过程的一般示意图；

图5示出了不完整的读取过程的几何表示；

图6示出了根据本发明的两阶段一般处理机制的原理(估计阶段，然后是验证阶段)，该原理能够由读取水印的方法来实现，更具体地包括步骤：确定至少一个信道参数；和/或确定至少一个水印消息；

图7示出了图6的一般机制中确定至少一个水印消息的步骤的实施方式；

图8示出了图6的一般机制中确定至少一个信道参数的步骤的实施方式；

图9示出了本发明的具体实施例，其中实现了图6的一般机制中确定至少一个信道参数的步骤以及确定至少一个水印消息的步骤。

具体实施方式

6.本发明实施方式的说明

图1至5涉及本发明的领域和技术环境。已经在上文对其进行描述，因而不再赘述。

图6至9专用于本发明。下文对其进行详细的描述。

在随后的描述中，以视频类型数据的情况作为示例。可以回想到，本发明也可以应用于任意类型的数据集(图像、音频、文本、3D数据等)。

结合图6示出了根据本发明的两阶段一般处理机制，它包括：阶段61，用于估计最佳候选；之后是阶段62，用于验证最佳估计候选。根据本发明的这个机制能够在用于读取水印的方法中实现。除非另有说明，本发明应用于水印系统的“读取器”部分，使“读取器”更为有效。

更确切地，根据本发明的机制能够以如下方式实现：

-确定至少一个信道参数的步骤(由联合水印读取器(辅助同步信号)执行的步骤或由实现不使用任何辅助同步信号的另一种技术的设备而执行的步骤)；和/或

-确定至少一个水印消息的步骤(由载体水印读取器执行的步骤)。

在估计阶段61(第一阶段)中，基于视频对期望的参数(也被称作要素)进行估计。在载体水印的情况下，这些参数(或要素)是水印消息(水印标记器的参数)。在确定信道参数的情况下，这些参数是信道参数自身(例如几何变换的参数)。在这个估计阶段61期间所估计的参数(或要素)将会作为验证阶段62中的先验参数。

在验证阶段62(第二阶段)中，基于视频对来自先前阶段61的先验参数集进行合并和有效性验证。在这个验证阶段62期间，还可以计算额外的信息，例如对被估计的参数的可靠性进行估计，或试图以更加精确的方式来定位各个参数(例如，找出哪一个精确图像与给定的水印消息值相关)。然后确定新的图像子集(可能与第一阶段的那批图像子集不同)；每一个图像子集与水印值相对应，或与一组信道参数的值相对应。

仅在确定信道参数的情况下，根据本发明的机制可能包括配准阶段63(第三阶段)。在这个配准阶段63中，把在第二阶段62期间确定的一个或多个信道参数应用于整个序列或每一个图像集(见上段中提到的图像子集的概念)。

更确切地，如同上文结合图4所讨论的那样(比较步骤42)，视频配准包括：基于所估计的信道参数，对与水印信道相对应的变换进行估计，然后把这个估计的变换进行求逆(如果可能的话)，最后把“求逆估计变换”应用于视频。因此获得了配准的视频，假定它与在水印信道做出改变前一样占有相同的空间和几何参数。在这种情况下，载体水印读取器使用这个配准的视频而执行估计阶段61和验证阶段62，这两个阶段包括在确定至少一个水印消息的步骤中。

图7详细示出了图6的一般机制中确定至少一个水印消息(也被称作载体水印)的步骤的典型实施方式。

在这种情况下，根据本发明的机制包括：阶段71，用于估计载体水印值；以及阶段72，用于对在先前阶段71中估计的载体水印值进行验证。

在估计载体水印值的阶段71中，执行载体水印的连续解码，每一个解码都针对视频的图像批执行。图像批包括图像、图像部分或图像组(每组图像的个数可以是固定或可变的)。各个图像批可以是分离或相交的(在这种情况下，信号的一部分可以形成两个不同批的部分)。解码可以是不完整(例如如果图像批的尺寸较大)或是穷尽的(例如如果图像批的尺寸较小和/或如果水印消息的可能值很少)。注意，解码可以仅使用受测视频，或使用受测视频和原始视频。例如，可以从受测数据中减去原始数据，以减小由于水印对原始数据的干扰而引起的噪声。

在完成基于批的解码时，获得了对载体水印值的特定次数的估计。估计的次数可以是0(没有对批进行成功的解码)、等于1或大于1(存在若干个可能的估计)。

每一次估计可以伴随着可靠性度量(例如：对于被估计存在水印信号的批部分进行错误概率的估计等)。因此，在完成第一阶段71时，获得了针对载体水印的一组估计值，而每一个估计值都可能伴随着可靠性度量。

在验证阶段72中，考虑先前针对载体水印而估计的一组值m_i，可能每一个值都伴随着可靠性索引。可能已经对于若干个不同批检测到这些值m_i中的一些(例如如果使用相同的消息对完整的视频进行标记，而且该视频没有被严重地改变)。

试图对于完整的视频或一个或多个视频子序列来确认或否定这些值m_i中每一个值的存在。这等同于针对检测是否存在的测试，或具有两个假定的测试：在m_i不存在的情况下为H0，在m_i存在的情况下为H1。

为此，有条件地对接收到的信号r(r可以是完整的视频、单一的视频子序列或多个视频子序列中的一个，每一种情况都包括一个或多个图像)计算每一个值m_i的后验概率P(m_i/r)。之后把这个概率与预先确定的阈值S1进行比较：如果这个概率大于阈值S1，则确定存在具有值为m_i的水印消息(接受H1)，否则确定不存在具有值为m_i的水印消息(接受HO)。

例如，可以通过测量两个信号(m_i和r)之间的相关性来计算后验概率，例如所述测量自身包括测量两个信号之间的海明距离，可以通过测量所估计的值m_i的每一个比特的可靠性而进行加权。

在对完整视频序列有条件地计算概率的第一情况下，能够对于完整视频以全局方式计算后验概率，或者对于视频的子序列(每一个子序列都包括一个或多个图像)计算后验概率。

在对给定的视频子序列有条件地计算概率的第二情况下，能够对于给定子序列以全局方式计算后验概率，或者对于给定子序列(每一个子序列都包括一个或多个图像)的一部分计算后验概率。

如果执行了中间级计算(上述第一情况下对于视频序列的子序列执行，或上述第二情况下对于给定子序列的一部分执行)，此后需要把在这些中间级计算期间获得的测量序列进行合并。例如，可以对在其上计算的概率大于阈值S2的图像个数进行计数，并且当这个数目大于另一个阈值S3时确定存在m_i。

这个第二阶段(验证阶段72)的优点是：检测的执行速度远快于解码。针对每一个被估计的值m_i，确实仅存在两个假定(计算后验概率)，而在穷尽解码的情况下，存在2^k个假定(计算2^k个后验概率)。

此外，在完成所述方法时，确保获得了对获得的解码的可靠性度量(后验概率)，然而使用不完整解码时，在解码失败的情况下不会收集到信息。

因此，在第一阶段(估计阶段71)期间解码失败的情况下，能够增强部分视频上水印消息的存在。例如，假定视频具有很大的噪声，之后是div X低比特率压缩。这种压缩通常具有这样的效果，即以不等的方式对视频的各个部分进行改变。因此，可能会出现仅能够在短时间内、对于序列中的几幅图像对水印消息进行解码。在其它图像中通常存在水印，但由于噪声太大而不能直接解码(例如，水印可以位于图5中解码球形的界限之外)。另一方面，在第二阶段72期间施加到这些图像上的检测测试知晓在第一阶段71期间估计的水印消息mi，且检测测试将会毫无疑问地给出肯定的结果，当考虑到的图像个数越多，这个结果越真实。因此，第二阶段72将能够对存在水印消息mi的序列部分进行更好的定位。

第二阶段72还表示出这样的优点，即减小了解码错误的风险。如果在第一阶段71期间确实对出错的水印值m_e进行解码，那么最重要的是可以在剩余的视频部分中再次“意外地”找到这个值。因此，视频的主要部分上存在m_e的后验概率非常低。因此，在完成第二阶段72时，将会消除出错的信息。

图8详细示出了图6的一般机制中确定至少一个水印信道参数的步骤的典型实施方式。

在这种情况下，根据本发明的机制包括：用于估计至少一组信道水印参数的阶段81；以及用于对先前阶段81期间估计的信道参数组进行验证的阶段82。

与对用于计算水印消息的阶段71和72所进行的描述相比，对用于计算信道参数的阶段81和82的描述更为简单，因为阶段81和82与阶段71和72大部分相似。

在用于估计信道参数值的阶段81中，对视频图像的每一批进行处理，而且获得了特定数目的被估计参数组，每一个参数组都可以伴随着可靠性度量。

如上所示，可以根据联合水印信号或通过不使用任何辅助同步信号的其它技术来估计信道参数。例如，可以使用除了受测视频之外的原始视频，以便通过两者之间的比较来确定信道参数。例如，如果信道包括具有未知参数的图像平移，那么可以通过计算原始视频图像与受测视频图像之间的互相关而确定这个平移。互相关最大值的位置将会给出信道所执行的平移值。

用于估计信道参数的阶段81可以自动地或手动地执行，例如通过对原始序列和试图在其上读出水印的序列进行配准来执行。

用于验证被估计信道参数组的阶段82与用于验证被估计载体水印值的阶段72(图7)类似。

可选地，还能够在具有先验假定的第二阶段82中考虑信道参数演变。例如，可以考虑到视频范围上的几何变换的改变“非常缓慢”(否则将会观察到使人不快的“移动”效果)。在极端情况下，如果认为几何变换在视频中是固定的，那么将会选择具有最大可靠性的参数。然后把这组参数应用于整个视频。

在第二阶段82(或者在变体中为第一阶段81)中针对每一组参数而获得的可靠性度量可以在随后用于估计/验证载体水印的步骤(图7中的阶段71和72)中使用。因此，通过对估计的各个参数组进行“尝试”(附带条件是它们的可靠性被认为是足够的)，能够对视频进行配准(配准阶段83，与图6中的配准阶段63相同)。除非另有说明，若干配准的视频因此可用且利用这些视频中的每一个来执行随后对载体水印进行估计71/验证72的步骤。因此引入了容限，这个容限能够减小信道参数的较坏估计对载体水印估计的影响。

在本发明的这个具体实施例中，用于读取水印的方法包括：

-用于确定至少一个信道参数的步骤91，具有结合图8在上文所示出的类型，因此步骤91自身包括：

*用于确定至少一组水印信道参数的阶段81，以及

*用于对在先前阶段81中估计的信道参数组进行验证的阶段82；

-用于确定至少一个水印消息的步骤92，具有结合图7在上文所示出的类型，因此

步骤92自身包括：

*用于对至少一个载体水印值进行估计的阶段71，以及

*用于对在先前阶段71中估计的载体水印值进行验证的阶段72。

总之，本发明体现出相对于现有技术的多个优点。

具体地，本发明结合了完整解码的优点和非完整解码的优点，同时减弱了其各自的缺点：

-相对于完整解码，本发明更快(尤其是关于上文描述的第二种已知技术)；

-相对于非完整解码，本发明能够获得更高的检测速率，并能够减小错误率(尤其是相对于上文描述的第一和第四种已知技术)。本发明还能够获得对所执行的解码更为容易的可靠性度量。

相对于第三种技术，本发明能够在即使视频已经被上载或组合的情况下对水印消息进行估计。本发明比第三种技术更为通用，并且能够应用于任意的水印技术。

本发明还能够获得除了一个或多个水印消息之外的补充信息，这些补充信息在特定应用中是不可缺少的：典型地为对读出的水印的可靠性进行估计，对支持数据中的水印进行定位。

只要在第一阶段71、81中考虑到图像批不是完整图像，那么本发明还能够节省存储空间。此后，对第二阶段72、82进行处理所需的信息(被估计参数的列表)具有减小的尺寸。

本发明可以用于要求读取值的良好可靠性和/或水印信道参数(尤其是空间变形参数)的良好可靠性的所有水印应用中：

-追踪传输网络上的支持；

-识别支持副本的目的地；

-听众度量；

-所提供支持的服务品质；

-在支持中传送元数据或动态信息；

-等等。

尽管上文已经结合具体实施例对本发明进行了描述，本领域的人员在阅读本说明后将会理解，在不背离本发明的范围的前提下，可以设想出其它的实施例。因此，本发明的范围仅由所附权利要求而限制。

Claims

1.一种读取水印的方法，所述方法包括：确定包含在数据集中的至少一个水印消息的步骤(92)，其特征在于，确定至少一个水印消息的步骤包括：

-估计阶段(61；71；81)，包括对至少一批数据进行处理以获得N个估计的水印消息，其中所述一批数据包括所述数据集中的数据，且N≥0；以及

-验证阶段(62；72；82)，包括考虑到所述数据集的全部或至少子集，使针对所述数据集的全部或至少子集而估计的每一个水印消息的存在有效或无效；

其中所述验证阶段(62；72；82)包括下列步骤：针对每一个估计的水印消息，

-把所述数据集的全部或一部分分割为一个或多个数据子集；

-对于每一个数据子集，

*对于该数据子集，有条件地计算所述估计的水印消息的后验概率；

*把对于该数据子集有条件地计算得到的后验概率与第一预定阈值进行比较；

*如果对于该数据子集有条件地计算得到的后验概率大于所述第一预定阈值，则针对相应数据子集使估计的水印消息有效，否则针对相应数据子集使估计的水印消息无效。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每一批数据仅包括所述数据集的一部分。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述估计阶段包括：对至少两批数据进行处理，以获得针对每一批数据的Ni个估计的水印消息，其中Ni≥0。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述数据集是包括多个连续图像的视频类型的数据序列，而且每一批数据属于包括如下内容之一的组：

-每一批都包括图像部分的批；

-每一批都包括图像的批；

-每一批都包括图像组的批。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对于给定数据子集有条件地对所述估计的水印消息的后验概率进行计算的步骤包括下列步骤：

-对于一同形成所述数据子集的至少两个子部分，有条件地对所述水印消息的后验概率进行中间级计算；

-针对所述至少两个子部分，把完成所述中间级计算获得的结果进行合并，以获得对于全部所述数据子集而有条件地估计的所述水印消息的所述后验概率。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述验证阶段能够针对所述估计的水印消息对于该数据子集有效的每一个数据子集，对每一个估计的水印消息进行定位。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述数据集是包括多个连续图像的视频类型的数据序列，并且每一个序列包括一个或多个图像。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述数据集属于包括如下内容之一的组：

-视频类型的数据集；

-图像类型的数据集；

-音频类型的数据集；

-文本类型的数据集；

-3D数据类型的数据集。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述估计阶段和/或所述验证阶段期间，计算与至少一个估计的水印消息相关的可靠性度量。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在确定包含在数据集中的至少一个水印消息的步骤(92)之前，所述方法包括如下步骤：

确定所述数据集所经受的水印信道的至少一组信道参数的步骤(91)，每一组信道参数都包括至少一个信道参数，

其中，确定至少一组信道参数的步骤包括：

-估计阶段(61；71；81)，包括对至少一批数据进行处理以获得N组估计的信道参数，其中所述一批数据包括所述数据集中的数据，且N≥0；以及

-验证阶段(62；72；82)，包括考虑到所述数据集的全部或至少子集，使针对所述数据集的全部或至少子集而估计的每一组信道参数的存在有效或无效。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：

所述方法还包括用于把所述数据集配准为配准的数据集的步骤(63；83)，该配准步骤是针对在确定至少一组信道参数的步骤中所确定的至少特定组的信道参数来执行的；以及

执行确定至少一个水印消息的步骤(92)是利用从不同地执行所述配准步骤而得到的每一个配准的数据集而执行的。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，仅针对所估计的信道参数组来执行所述配准步骤，其中与该信道参数组相关的可靠性度量大于第二预定阈值。