CN101378505B - 水印产生电路及其相关方法 - Google Patents
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Abstract
一种水印产生电路，包含：一第一计算电路，用以根据一计算参数、一输入数据以及一第一参考信号产生一第二参考信号；一第二计算电路，耦接至第一计算电路，用以根据第二参考信号产生至少一选择信号以决定一水印嵌入的位置；以及一寄存器，耦接至第一计算电路，用以寄存第二参考信号以将寄存的第二参考信号传送至第一计算电路以更新第一参考信号，并根据第二参考信号产生水印。
Description
技术领域
本发明涉及一种水印产生电路及其相关方法，特别涉及使用在视频编码器上的水印产生电路及其相关方法。
背景技术
图1所示为一现有视频编码器100(Video Encoder)的方块图。视频编码器100包含有一离散余弦变换(Discrete Cosine Transform，DCT)装置102、一动态估计及补偿器(Motion Estimator and Compensator)104、一量化器(Quantizer)106、一可变长度编码器(Variable Length Encoder，VLE)108、以及一位率控制器(Rate Controller)110。视频编码器100是利用离散余弦变换装置102与量化器106消除视频画面空间上的冗余信息，而以动态估计及补偿器104消除时间上的冗余信息，以压缩视频数据的大小。最后，数据经过可变长度编码器108编码后送至一系统多路复用器(未显示)，以MPEG 2规格所定义的传输数据流(Transport Stream)或程序数据流(Program Stream)将数据送出。
而为了确定图像的正确性，避免在传送途中遭到破坏或窜改，视频编码器在编码时往往会加入水印作为验证数据。
数字水印技术是在图像中嵌入不可见的数字水印作为著作权保护或图像保护的目的，可概分为三个阶段：数字水印产生(generation)、数字水印嵌入(embedding)及数位水印萃取与验证(Extraction And Verification)。在数字水印产生阶段，使用者先产生一数字水印，此数字水印一般是二值图像(Binary Image)，或均值为0且呈常态分布(Normal Distribution)的随机数。在数字水印嵌入阶段，使用者利用一嵌入金钥(Embedding Key)将数字水印秘密的嵌入欲保护的图像中。在数字水印萃取与验证阶段，使用者利用萃取金钥(Extraction Key)将数字水印从待测图像中萃取出来，再与比对用的数字水印作比对，比对的方法与结果则因其使用的目的而异。
数字水印依使用目的可概分为强韧型、脆弱型两种。强韧型数字水印藉由特殊技术嵌入图像中，虽经过一般的图像处理后，仍可有效的被检测其存在，藉此达到著作权保护的目的。而脆弱型数字水印则相反，只要图像内容有些微的变动，嵌在图像中的数字水印会同步遭到破坏，藉由验证萃取出的数字水印即可得知图像的完整性，而其特点是可定位图像遭到破坏的区域。在基于数字水印的图像鉴别技术中，通常利用信息隐藏技术把数字水印嵌在量化系数中(Frequency Domain)。
然而，上述的水印技术仅使用特定的金钥，容易被检测得知，且大部份的水印技术仅能使用在检测I帧，无法用以检测P帧或B帧。而且，许多水印技术采用复杂的运算架构(如Lagrangian cost function)或是编码方式(如two pass编码方式)，因此不适合以硬件电路实现以及实时编码。
发明内容
因此，本发明的目的之一是提供一种水印产生电路即其相关方法，使水印可不断的被改变以及其嵌入位置可不断随图像数据而改变，如此水印不会轻易的被检测出。
本发明的目的之一是提供一种水印产生电路及其相关方法，其将水印嵌入对P帧影响较小的量化系数中，使得P帧可被嵌入水印而不影响其图像品质。
本发明的实施例揭露了一种水印产生电路，包含：一第一计算电路，用以根据一计算参数、一输入数据以及一第一参考信号产生一第二参考信号；一第二计算电路，耦接至该第一计算电路，用以根据该第二参考信号产生至少一选择信号以决定一水印嵌入的位置；以及一寄存器，耦接至该第一计算电路，用以寄存该第二参考信号以将寄存的该第二参考信号传送至该第一计算电路以更新该第一参考信号，并根据该第二参考信号产生该水印。
本发明的实施例亦揭露了一种水印产生方法，包含：(a)根据一计算参数、一输入数据以及一第一参考信号产生一第二参考信号；(b)根据该第二参考信号产生至少一选择信号以决定一水印嵌入的位置；以及(c)寄存该第二参考信号以将寄存的该第二参考信号用以更新该第一参考信号，并根据该第二参考信号产生该水印。
根据上述的实施例，可在不影响图像品质的情况下，对P帧嵌入水印。且可根据输入的数据不断改变嵌入的位置与水印，可使水印难以被检测出。
附图说明
图1所示为一现有视频编码器(Video Encoder)的方块图。
图2所示为根据本发明的实施例的水印产生电路的方块图。
图3示出了图2的第一计算电路的详细图标。
图4示出了图3所示的每一循环冗余检查单元的电路图。
图5示出了水印嵌入子块的特定量化系数的示意图。
图6和图7示出了将水印嵌入特定宏块的示意图。
图8示出了用以解出水印的解码系统示意图，其所解的水印是根据本发明所提供的机制所产生及嵌入。
图9示出了对应图2所示的水印产生电路的水印产生方法的流程图。
附图符号说明
100 视频编码器
102 离散余弦变换装置
104 动态估计及补偿器
106 量化器
108 可变长度编码器
110 位率控制器
200 水印产生电路
201 第一计算电路
203 第二计算电路
205 寄存器
401 多路复用器
403 XOR单元
405 寄存器
800 解码系统800
801 可变长度编码器
803 逆量化器
805 逆变换器
807 动态补偿器
809 加法器
811 水印检测器。
具体实施方式
在说明书及后续的申请专利范围当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中具有通常知识者应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及后续的申请专利范围并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的请求项当中所提及的「包含」是一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。以外，「耦接」一词在此是包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。
图2所示为根据本发明的实施例的水印产生电路200的方块图。如图2所示，水印产生电路200包含一第一计算电路201、一第二计算电路203以及一寄存器205。
第一计算电路201用以根据一计算参数CP、一输入数据Data以及一第一参考信号RS1产生一第二参考信号RS2。第二计算电路203耦接至第一计算电路201，用以根据第二参考信号RS2产生至少一选择信号SS1以及SS2以决定一水印WP嵌入的位置。寄存器205耦接至第一计算电路201用以寄存第二参考信号RS2以将寄存的第二参考信号RS2传送至第一计算电路201以更新第一参考信号RS1，并根据第二参考信号产生水印WP。
水印产生电路200的整体动作可简述如下：一开始先设定第一参考信号RS1以及计算参数CP的初始值，其中，第一计算电路201的动作模式根据计算参数CP而决定，而初始的第一参考信号RS1亦作为初始的水印WP使用。然后第一计算电路201会使第一参考信号RS1与输入数据Data作用而产生第二参考信号RS2，而第二计算电路203根据第二参考信号RS2产生选择信号SS1、SS2以决定水印的嵌入位置。在运作过程中，由于输入数据Data通常是不断变动的(可由使用水印产生电路200的系统产生或是由其它的装置所产生)，故第二参考信号RS2亦会不断变动，因此以寄存器205寄存第二参考信号RS2，以避免不断变动的第二参考信号RS2对电路运作造成干扰。并在一特定时间点时(将在底下详述)将最新的第二参考信号RS2输出以更新第一参考信号RS1，再利用新的第一参考信号RS1产生第二参考信号RS2……而后再重复上述的动作。由上述动作可知，第一参考信号RS1以及计算参数CP关系到水印WP的参数以及其嵌入位置，而此两个参数的初始值又是由使用者自行设定，因此除非知道此两参数的初始值，否则极难解出水印的位置以及内容，故使用本发明所揭露的机制大幅提高了数据的安全性。
当水印产生电路200使用在视频编码器时，输入数据Data来自可变长度编码器(VLC encoder)的32位比特流(bit stream)。水印WP的每一个位被送到量化器207以嵌入一帧(frame)的宏块(Macro Block)的子块(SubBlock)中的一个量化系数。第一计算电路201为一32位循环冗余检查(Cyclic Redundancy Check，CRC)电路，计算参数CP包含循环冗余检查系数(CRC coefficient)，而第一、第二参考信号RS1和RS2均为32位循环冗余检查码(CRC checksum)。选择信号SS1由第二参考信号RS2的第24至第27位(假设第二参考信号RS2的位数是从第1位至第32位)而决定，用以决定要将水印嵌入至那一个子块。而选择信号SS2由第二参考信号RS2的第22至第23位(假设第二参考信号RS2的位数是从第1位至第32位)而决定，用以决定要将水印嵌入至子块中的那一个量化系数。而寄存器205在编码器处理完一帧后，才会将寄存的最新第二参考信号RS2更新至第一参考信号RS1。须注意的是，上述限制仅用以举例，并非用以限定本发明，熟知此项技艺者当可在不影响本发明的精神的前提下，对各元件及电路动作方式进行修改，其亦不脱本发明的范围。
图3示出了图2的第一计算电路301的详细图标，在此第一计算电路301是一32位循环冗余检查电路。如图3所示，第一计算电路301包含32个循环冗余检查单元Unit0-Unit31，每一循环冗余检查单元都存储了第一参考信号RS1的一位，并接收计算参数CP的位Cb0-Cb31。在此实施例中，第一计算电路301的一部份循环冗余检查单元接收计算参数CP的一部份位而决定其动作，(此例中为Unit0-Unit26，接收位Cb0-Cb26)，而另一部份则根据计算电路的Unit31-Unit27(即根据存储的第一参考信号RS1的一部份位)决定输入数据Data(此例中为32位比特流)中的那一些位进入第一计算电路301作运算。因此，如上所述，第一计算电路301因不同的计算参数CP会有不同动作，因而产生不同的第二参考信号RS2。输入数据Data不断的变动，且又会因为不同计算电路的Unit31-Unit27而造成不同部份被第一计算电路301处理。因此大幅降低了水印被破解的机率。
图4示出了图3所示的每一循环冗余检查单元的电路图。如图4所示，每一循环冗余检查单元都包含多路复用器401、XOR单元403以及寄存器405，其中寄存器405用以寄存第一参考信号RS1的位，而多路复用器401根据计算参数CP的位Cbn决定每一循环冗余检查单元的动作。须注意的是，图3和图4所示的循环冗余检查电路的结构仅用以举例，并非用以限定本发明。由于循环冗余检查电路的详细结构及动作方式为熟知此项技艺者所知悉，故在此不再赘述。
综上所述，当水印产生电路200使用在视频编码器时，其动作可简述如下：首先设定第一参考信号RS1(CRC check sum，亦为初始的水印WP)以及计算参数CP(CRC coefficient)的初始值。第一计算电路201(循环冗余检查电路)的一部份循环冗余检查单元接收计算参数CP而决定第一计算电路201的动作模式，且第一计算电路201的一部份循环冗余检查单元接收计算电路的Unit31-Unit27以决定输入数据Data(来自VLC的32位串行流)的那一部份会进入第一计算电路201作运算。然后，第一计算电路201会使计算电路301的Unit31-Unit0的值(即第一参考信号RS1)与输入数据Data作用而产生第二参考信号RS2。第二计算电路203根据第二参考信号RS2的一部份位产生选择信号SS1、SS2以决定水印WP的嵌入位置。寄存器205寄存第二参考信号RS2，以避免不断变动的第二参考信号RS2对电路运作造成干扰，并在视频编码器处理完一张帧后，将寄存的最新第二参考信号RS2输出以更新第一参考信号RS1(即新的水印WP)，而后再重复上述的动作。
图5示出了水印嵌入子块的特定量化系数的示意图。如图5所示，水印WP的每一个位皆嵌入一特地宏块中的一子块的量化系数Qc。而在图5所示的实施例中，水印WP的位被嵌入至子块中的斜对角量化系数。此作法的原因在于水印嵌入斜对角量化系数对P帧的影响较小，因此采用此作法可在P帧中加入水印。须注意的是，此说明仅用以举例，并非用以限定本发明，若水印不限定加入P帧中，则理所当然的可嵌入至其它位置的量化系数中。一般而言，I帧都会嵌入水印，而P帧则不一定会有水印。然而，P帧即使未嵌入水印亦会受到保护，但无法作错误检测。
图6和图7示出了将水印嵌入特定宏块的示意图。根据本发明所产生的水印可仅嵌入帧内宏块(intra MB)，如图6所示。或者，根据本发明所产生的水印亦可嵌入帧内宏块和帧间宏块(inter MB)，如图7所示。由于如何选择嵌入的宏块为熟知此项技艺者所知悉，故在此不再赘述。除此之外，根据本发明所产生的水印并不限定于每张帧皆嵌入，可间隔至少一张的帧再嵌入。
图8示出了用以解出水印的解码系统800的示意图，其所解的水印是根据本发明所提供的机制所产生及嵌入。解码系统800与现有的解码系统大致相同，包含一可变长度编码器801、一逆量化器803、一逆变换器805、一动态补偿器807、一加法器809以及一水印检测器811。其中，水印检测器801用以检测水印。然而，若水印检测器801欲检测根据本发明所提供的机制所产生的水印，则须知道初始的第一参考信号RS1以及计算参数CP的值，以及插入那些宏块和那些帧，才有办法检测到水印。因此可大幅提高图像数据的安全性。由于解出水印的方式已为熟知此项技艺者所知悉，因此不另赘述。
图9示出了对应图2所示的水印产生电路的水印产生方法的流程图。如图9所示，此方法包含：
步骤901
设定一第一参考信号RS1(CRC check sum)以及一计算参数CP(CRCcoefficient)的初始值。
步骤903
根据计算参数CP(CRC coefficient)、输入数据Data(bit stream)以及第一参考信号RS1产生一第二参考信号RS2。
步骤905
根据第二参考信号RS2产生至少一选择信号SS1，SS2以决定一水印WP嵌入的位置。
步骤907
寄存第二参考信号RS2以将寄存的第二参考信号RS2用以更新第一参考信号RS1，并根据第二参考信号RS2产生水印WP。然后再回到步骤903。
图9所述的方法的其它详细技术特征可由上述的图示及描述而得知，故在此不再赘述。
根据上述的实施例，可以硬件电路实现水印的产生以及嵌入，并可在不影响图像品质的情况下对P帧嵌入水印。此外，可根据输入的数据不断改变嵌入的位置与水印，可使水印难以被检测出，而提高数据的安全性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (18)
1.一种水印产生电路，包含：
一第一计算电路，用以根据一计算参数、一输入数据以及一第一参考信号产生一第二参考信号；
一第二计算电路，耦接至该第一计算电路，用以根据该第二参考信号产生至少一选择信号以决定一水印嵌入的位置；以及
一寄存器，耦接至该第一计算电路，用以寄存该第二参考信号以将寄存的该第二参考信号传送至该第一计算电路以更新该第一参考信号，并根据该第二参考信号产生该水印，
其中，该第一计算电路是一循环冗余检查电路，该计算参数包含循环冗余检查系数，以及该第一、第二参考信号均为循环冗余检查码，该循环冗余检查电路的一部分循环冗余检查单元由该计算参数控制而决定该部分循环冗余检查单元的动作，且该循环冗余检查电路根据该第一参考信号的部份位决定根据该输入数据的哪一部份产生该第二参考信号。
2.如权利要求1所述的水印产生电路，其中，该循环冗余检查电路具有32个循环冗余检查单元，该输入数据、该第一参考信号以及该第二参考信号皆为32位。
3.如权利要求2所述的水印产生电路，其中，该循环冗余检查电路根据该第一参考信号的第28至第32个位决定根据该输入数据的哪一部份产生该第二参考信号。
4.如权利要求1所述的水印产生电路，使用在一视频编码器，且其中，该输入数据来自一可变长度编码器的一比特流。
5.如权利要求4所述的水印产生电路，其中，该第二参考信号根据该比特流而不断的改变，且该寄存器是在该水印皆被嵌入相对应的一帧后，才输出最新寄存的该第二参考信号至该第一计算电路以更新该第一参考信号。
6.如权利要求1所述的水印产生电路，其中，该第二计算电路产生一第一选择信号以及一第二选择信号以决定该水印嵌入的位置，其中，该第一选择信号决定该水印嵌入一帧中至少一宏块中一特定子块，且该第二选择信号决定该水印嵌入该特定子块中一特定量化系数。
7.如权利要求6所述的水印产生电路，其中，该第二参考信号是一32位信号，且该第一选择信号是根据该第二参考信号的第24至第27个位而决定。
8.如权利要求6所述的水印产生电路，其中，该第二参考信号是一32位信号，且该第二选择信号是根据该第二参考信号的第22至第23个位而决定。
9.如权利要求1所述的水印产生电路，其中，该水印被嵌入一P帧的至少一宏块中一子块内位于斜对角的量化系数。
10.一种水印产生方法，包含：
(a)设定一第一参考信号以及一计算参数的初始值；
(b)根据该计算参数、一输入数据以及该第一参考信号产生一第二参考信号；
(c)根据该第二参考信号产生至少一选择信号以决定一水印嵌入的位置；以及
(d)寄存该第二参考信号以将寄存的该第二参考信号用以更新该第一参考信号，并根据该第二参考信号产生该水印，
其中，该步骤(b)是以一循环冗余检查电路实施，该计算参数包含循环冗余检查系数，以及该第一、第二参考信号均为循环冗余检查码，该循环冗余检查电路的一部分循环冗余检查单元由该计算参数控制而决定该部分循环冗余检查单元的动作，且该循环冗余检查电路根据该第一参考信号的部份位决定根据该输入数据的哪一部份产生该第二参考信号。
11.如权利要求10所述的水印产生方法，其中，该循环冗余检查电路具有32个循环冗余检查单元，该输入数据、该第一参考信号以及该第二参考信号皆为32位。
12.如权利要求11所述的水印产生方法，其中，该循环冗余检查电路根据该第一参考信号的第28至第32个位决定根据该输入数据的哪一部份产生该第二参考信号。
13.如权利要求10所述的水印产生方法，使用在一视频编码器，且其中，该输入数据是来自一可变长度编码器的一比特流。
14.如权利要求13所述的水印产生方法，其中，该第二参考信号根据该比特流而不断的改变，该(d)步骤是在该水印皆被嵌入相对应的一帧后，才输出最新寄存的该第二参考信号以更新该第一参考信号。
15.如权利要求10所述的水印产生方法，其中，该(c)步骤产生一第一选择信号以及一第二选择信号以决定该水印嵌入的位置，其中，该第一选择信号决定该水印嵌入一帧中至少一宏块中一特定子块，且该第二选择信号决定该水印嵌入该特定子块中一特定量化系数。
16.如权利要求15所述的水印产生方法，其中，该第二参考信号是一32位信号，且该第一选择信号是根据该第二参考信号的第24至第27个位而决定。
17.如权利要求15所述的水印产生方法，其中，该第二参考信号是一32位信号，且该第二选择信号是根据该第二参考信号的第22至第23个位而决定。
18.如权利要求10所述的水印产生方法，其中，该水印被嵌入一P帧的至少一宏块中一子块内位于斜对角的量化系数。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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