CN101663690A - 视频印水印 - Google Patents

Abstract

一种对视频信号进行印水印的方法，该方法包括：利用多个编码参数来编码所述视频信号；以及在所述编码期间，根据印水印模式随时间改变所述参数中的至少一个选定参数的值，该选定参数是至少影响在编码信号时丢失的信息的类型或量的参数。适合参数的示例是用于编码视频信号的量化因子。量化因子可以对应于用于编码视频信号的变换的特定系数，并且例如可以是与块DCT变换的特定系数对应的量化矩阵元。该方法可以借助于软件更新而被便利地实施在带有有限处理资源的装置比如现有的DVD中，然而使得那些装置能够给它们编码的信号加印有鲁棒水印，所述鲁棒水印可以幸免于后继的解压缩和再压缩。在另一方面，通过以根据印水印模式而随时间改变的方式修改至少一个选定非dc空间频率分量的大小，对视频信号进行印水印。公开了对应的水印检测方法和印水印装置。

Description

视频印水印

技术领域

本发明涉及对视频信号的印水印(watermarking)并且涉及对视频信号中水印(watermark)的检测。具体地但不是专门地，本发明涉及在以MPEG格式编码视频信号时对该视频信号的印水印。

背景技术

对视频信号的印水印(即，在视频信号内嵌入某种可识别的代码、模式或特征)是已知的，并且例如能够用来识别视频信号源或信号处理历史。还已知将视频信号印水印作为编码过程的一部分，即将水印嵌入到被编码的信号中，而无论源信号是否已经被印水印。印水印还能够被认为是用可识别的印水印模式(watermarking pattern)来给信号加印(imprint)。在本说明书的整个其余部分中，术语印水印模式将用来涵盖任何适用于印水印目的的这种可识别模式、代码或特征。

取证(forensic)跟踪水印能够形成高度灵活且透明的版权保护系统的基础。例如，根据嵌入在信号中的水印，可以允许带有该信号的特定动作(诸如，将带水印的电影记录在个人视频记录器(PVR)的存储设备上或者将电影输出到用户的便携式播放器)，而拒绝其它的动作(诸如，随后通过对等网络分配所接收的电影)。

一般而言，能够对基带(baseband)(未压缩的)或压缩的视频流执行视频印水印。尽管在基带印水印中所涉及的操作通常更简单，但是高数据率意味着该过程要求专用的硬件或者快速的通用处理器。相比而言，用于压缩域(compressed domain)的印水印的数据率更低，但是解析比特流的复杂度导致再次要求专用的硬件或者快速的处理器。因而，在任一种情况下，过去都需要专用的硬件或相当大的处理器资源以进行视频印水印。这种专用的硬件和/或必要的处理器资源先前未结合在诸如数字视频记录器(DVR)的消费者装置中，这些消费者装置也通称为个人视频记录器(PVR)。这些是能够不用录像带将视频记录到数字存储装置(典型地为基于硬盘驱动器的存储介质)的装置，并且包括机顶盒和用于个人计算机的软件。换言之，它们允许获取和回放视频信号。典型地，当前的DVR包括有限的处理资源和专用的编码器(诸如单一编码器芯片)。显然，(如果可能的话)升级现有的DVR以提高其处理能力和包括额外的硬件以使其能够对视频信号印水印都会成为问题。

某些已知印水印技术的问题在于可以例如通过解压缩经过印水印的编码信号然后再压缩来去除水印。

发明内容

本发明的某些实施例的目标是提供一种至少部分克服上面关于现有技术所标识的问题中的一个或多个的印水印方法。某些实施例旨在提供一种能够在不要求硬件修改的情况下在现有DVR中实施的视频印水印方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种对视频信号进行印水印的方法，该方法包括：

利用多个编码参数来编码所述视频信号；以及

在所述编码期间，根据印水印模式随时间改变所述参数中的至少一个所选定参数的值，该所选定参数是至少影响在编码信号时丢失的信息的类型或量的参数。

影响在编码过程中丢失的信息量的参数的示例是量化因子(quantization factor)。术语“量化因子”在本说明书中应当解释为包括量化步长和能够修改量化步长的缩放(scaling)因子。作为影响丢失的信息的类型的示例，人们可以改变一个或多个参数以消除水平频率比消除垂直频率多。在编码的信号中的信息总量可能与未嵌入水印的情况下相同，但该变化会相当大并且是可检测的。

有利地，这种方法能够以适度的处理资源来实施，然而当时变选定的参数是影响编码过程的有损性(lossiness)的参数时，嵌入鲁棒水印。在编码过程中丢失的信息以后不能通过解码来确切地恢复，因此该水印可以对至少许多后续的解码和再编码操作保持可检测。该水印可以通过对编码的信号适当地统计分析或从其导出的解码信号来检测。这一检测可以通过查找已知水印模式和信号的参数(换言之，属性)的时间变化之间的统计相关性来实现，通过在编码过程期间改变影响损失的参数来影响信号。将认识到，在视频信号包括帧序列的情况下，随时间改变选定参数意味着不同的参数值用于信号的不同部分的编码(那些部分可以包括完整帧和/或部分帧和/或帧组)。因而，不同参数值的序列可以用于视频序列的编码。(一个或多个)选定参数的值的改变还可以视为根据印水印模式调制(一个或多个)参数值。

在某些实施例中，选定参数是用于编码视频信号的比特率。这是一种控制损失量的便捷方式。另一适合的参数是用于编码视频信号的量化因子。量化因子可以对应于用于编码所述视频信号的变换的特定系数。该变换例如可以是DCT(离散余弦变换)或一些其他类型。因而，在某些实施例中，量化因子是与块DCT变换中的特定系数对应的量化矩阵元。量化因子可以对应于小波变换中的特定子带。例如，这发生在用JPEG2000编码视频帧时，其使用小波变换。于是子带对应于低-高、水平-垂直频率。

因而，在某些实施例中，选定参数是用于编码视频信号的量化矩阵(例如MPEG编码时用于量化像素亮度块的DCT矩阵的系数的量化矩阵)的量化因子。有利地，这种技术可以被实施在现有的DVR中而不用硬件修改，因为其只要求很小的软件修改。在DVR中，视频和音频一般由专用硬件编码器芯片压缩。这些编码参数通常由还管理用户接口等等的(小型)软件可编程微控制器芯片来设定。量化因子影响信息损失，因为较高值的使用导致更多系数被取整为(round to)零。一旦被取整为零，即使知道使用的量化因子值，相关分量也不能通过解码来恢复。类似地，如果使用较低值，则这会导致否则本来会消失的某些分量被表示在编码的信号中。

不是仅调制一个参数，在体现本发明的某些方法中改变的步骤包括根据印水印模式随时间改变多个选定所述参数中每个的值，每个选定参数是至少影响在编码信号时丢失的信息的类型或量的参数。有利地，这能够用来将视频信号加印有甚至更鲁棒的水印和/或能够提供如下优点：与仅改变单个参数值时所要求的相比，两个或更多参数的值的更小变化能够用来产生可检测的水印。每个选定参数例如可以影响在编码信号时丢失的信息的不同类型或量，或者相同的类型或量。

在某些实施例中，多个选定参数包括两个用于编码视频信号的量化矩阵的量化因子。再者，这种技术相对容易实施在现有的DVR中，因为其仅要求软件修改。在编码过程中不要求额外的处理；如果使用单个编码器芯片，则其只需要执行跟先前几乎一样多的处理操作，仅对那些操作中的一些操作使用修改的量化因子。在某些实施例中，两个量化因子包括与DCT矩阵的垂直频率分量对应的第一因子和与DCT矩阵的水平频率分量对应的第二因子。

在某些实施例中，改变的步骤包括增加所述两个量化因子之一的值，同时减小所述两个量化因子中另一个的值。有利地，这使得可检测的水印能够使用参数值微扰(perturbation)来嵌入，所述参数值微扰远低于用于在解码的视频信号中产生可觉察的伪影(artifact)的阈值。可以通过监视与两个因子对应的两个频带中的信号能量之间的差异变化来便利地实现水印检测。

在某些实施例中，改变的步骤包括在多个不同组的参数值之间进行切换。例如，在MPEG4-第10部分(又名MPEG4-AVC或H.264)中，存在可以使用的不同参数组(参数值组)。例如，高动态场景可能更适合于一个参数组，而静态场景更适合于另一个参数组。在控制编码器时，只需要发送每组一次，此后可以仅参照该组号码。因此，通过在有限数量的参数组之间变化来改变一个或多个编码参数可能就处理要求而言是高效的。

在某些实施例中，印水印模式是包括1和0的序列的二进制模式，并且改变的步骤包括使用其中所述两个量化因子被设定为相应第一值的量化矩阵以在编码的视频信号中嵌入1以及使用其中所述两个量化因子被设定为相应第二值的量化矩阵以在编码的视频信号中嵌入0。在某些示例中，所述量化因子之一的第一值高于该量化因子的第二值，而所述量化因子的另一个的第一值低于该量化因子的第二值。然而，要明白在可选的实施例中仅一个参数或两个以上参数可以用来嵌入水印比特。

在某些实施例中，改变的步骤可以包括使用量化矩阵序列来编码视频信号，这些矩阵的至少一个量化因子的值被布置成依据印水印模式沿序列改变。

在上面讨论的方法中，印水印模式可以有利地是伪随机的，使得很难被未授权方检测并且有助于避免在显示时对解码的视频信号具有显著的影响。例如，可以从密钥伪随机地导出该模式。

在某些实施例中印水印模式是二进制模式(换言之，其为加印在信号上的二进制数或代码)。

在某些实施例中印水印模式编码有效载荷信息。有效载荷信息可以包括不同比特的信息，例如时间戳、装置ID、用户ID、位置等等。例如，如果编码装置ID，则编码的视频会告知哪个装置记录了该装置ID。

本发明的另一方面是使用上述任一种方法来对包括编码器和数字存储构件的数字视频记录器(DVR)中的视频信号进行印水印。编码的步骤则包括使用编码器来编码视频信号，并且改变的步骤包括控制编码器以根据印水印模式随时间改变所述至少一个选定参数的值。因而，视频信号可以被DVR有利地印水印(用于取证跟踪和版权控制目的)而不用对编码器提出在对于正常编码而言之上的任何附加处理要求(即不用同时进行印水印)。该方法还可以包括在DVR处接收印水印模式和使用所接收的模式来控制编码器的步骤。因而，水印可以从外部源被供给(发送，广播)到DVR，并且控制编码器的简单控制处理器可以“实时地”用水印进行编程，即在使用(工作)的同时进行更新。可选地，DVR控制处理器可以在起动时用水印进行编程，或者可以局部地生成水印。

本发明的另一方面提供一种对包括编码器的装置(比如数字视频记录器(DVR)，也称为个人视频记录器PVR，包括编码器和数字存储构件比如基于硬盘驱动器的数字存储介质)中的视频信号进行印水印的方法，该方法包括：

利用多个编码参数，使用所述编码器来编码视频信号；以及

在所述编码视频信号期间控制所述编码器以便根据印水印模式随时间改变所述编码参数中的至少一个的值。

同样，当借助于随时间的、编码参数的简单改变(该改变表征水印模式)来嵌入水印时，对编码器不做任何额外处理要求，因此该方法能够只通过软件更新用可编程控制处理器实施在现有的装置比如DVR中。

其中可以采用印水印技术的装置的另一示例是媒体集线器(media-hub)，其对模拟视频进行MPEG压缩然后将其经由WLAN分布在整个家中。

该方法还可以包括诸如从外部源到其中执行编码的装置或设备接收水印模式的步骤。然后根据所接收的模式来改变选定的一个或多个参数。

本发明的另一方面提供一种对视频信号印水印的方法，该方法包括：

使用包括多个量化因子的量化矩阵来编码视频信号；以及

在所述编码期间依据印水印模式随时间改变所述量化因子中的至少一个的值。这个方面的优点将从前面的讨论中显而易见。

本发明的另一方面提供一种对视频信号印水印的方法，该方法包括：

根据水印模式确定量化矩阵的序列；以及

利用量化矩阵的所述序列来编码视频信号，由此用于编码所述视频信号的量化矩阵随时间而改变。

另一方面提供一种装置(例如数字视频记录器(DVR))，该装置包括：

编码器，被布置成使用多个编码参数来编码视频信号；

数字存储构件，适于存储编码的视频信号；以及

控制构件，被布置成控制编码器，所述控制构件还被布置成当编码器在编码视频信号时根据水印模式随时间改变至少一个所述编码参数的值。

多个编码参数可以包括量化矩阵的多个量化因子，并且所述控制构件可以被布置成当编码器在编码视频信号时根据水印模式随时间改变所述量化因子中的至少一个的值，由此不同量化矩阵的序列用于编码所述视频信号。不是仅改变单个参数值，控制构件在某些实施例中被布置成当编码器在编码视频信号时根据水印模式随时间改变多个所述量化因子中每一个的值。

在某些实施例中，控制构件适于从外部源到装置接收水印模式。在备选方案中，控制构件适于生成水印模式。再次，水印模式可以是伪随机的和/或二进制的。

本发明的另一方面提供一种检测视频信号中的水印的方法，利用依据权利要求1的方法已嵌入所述水印，该检测方法包括：

监视随时间变化的视频信号的属性；

识别与水印模式相一致的所述属性随时间的变化的模式。

因而，被监视的属性是受编码参数的改变影响的属性，所述编码参数影响在编码过程中丢失的信息的类型或量中的至少一个。

识别步骤还可以包括将所述属性随时间的变化与水印模式相关。

该属性可以是在预定间隔内对与像素块对应的至少一个变换系数的统计。例如，在某些实施例中所述属性是与像素块相对应的DCT矩阵的系数的预定间隔内的值之和。换言之，该属性可以指示与DCT矩阵中的特定频率分量对应的信号的(预定间隔内的)累积能量。预定间隔与水印模式有关。例如，如果知道在整组图片(GOP)上嵌入了二进制水印模式的每个比特，则待用的预定间隔为GOP。

在可选的实施例中，所述属性是与像素块相对应的DCT矩阵的第一系数的预定间隔内的值之和与DCT矩阵的第二系数的所述预定间隔内的值之和之间的差异。因而，不是监视特定频率分量的能量变化，而是现在寻找两个频率分量的累积能量之间的差异变化。当然，在可选的实施例中，所监视的属性可以从甚至更多参数或频率分量中导出，但一般而言这要求更多的处理资源用于检测。

在某些实施例中，视频信号是包括像素数据帧(frame of pixeldata)的基带信号，并且检测方法还包括将视频信号编码至包括DCT块的水平，每个DCT块对应于一个像素块。

在可选的实施例中，视频信号处于编码的(压缩的)格式，并且检测方法还包括将视频信号解码至包括DCT块的水平，每个DCT块对应于一个像素块。

本发明的另一方面提供用于检测视频信号中的水印的检测设备，利用依据权利要求1的方法已嵌入所述水印，该检测设备包括：

监视构件，被布置成监视随时间变化的视频信号的属性；以及

模式识别构件，被布置成识别与水印模式相一致的所述属性随时间变化的模式。

本发明的另一方面提供一种对视频信号进行印水印的方法，所述视频信号包括具有多个不同空间频率分量的视频内容，所述方法包括处理所述视频信号以产生具有被修改视频内容的被处理视频信号，所述处理包括以根据印水印模式而随时间改变的方式修改至少一个选定非dc(non-dc)空间频率分量的大小。

换言之，该方法包括处理所述视频信号以产生具有被修改视频内容的被处理视频信号，其中至少一个选定非dc空间频率分量的大小根据印水印模式随时间改变。

按照非dc，其意指选定的空间频率分量不是与帧或子帧(例如块)的平均亮度值或色度值、或者其他这种在帧或子帧上均匀的值对应的分量。选定的非dc空间频率分量例如可以是纯(purely)水平空间频率分量、纯垂直空间频率分量、或者包括非零水平和垂直空间频率分量两者的分量(且水平和垂直空间频率分量的数量可以相同或不同，这取决于特定实施例)。在本说明书中，术语水平频率将用于包括纯水平空间频率分量以及包括比垂直频率分量更多数目的水平频率分量的分量二者。类似地，术语垂直频率将用于包括纯垂直空间频率分量以及包括比水平频率分量更多数目的垂直频率分量的分量二者。例如，就常用的DCT基函数组而言，水平频率是对角线的右上侧的那些分量，而垂直频率是对角线的左下侧的那些分量。

以此方式(通过根据印水印模式调制一个或多个空间频率)与印水印相关联的优点包括以下方面：水印与内容有关(例如提升/抑制其频率中的一些频率)，所以其能够视觉上不容易觉察；水印可以在整个帧(或帧组)上是“恒定的”，因此帧几何结构上的变化具有有限的影响(小旋转、重定尺寸和裁剪不会影响水印)，结果，该方法就摄影机捕捉而言是鲁棒的；以及该方法能够被非常高效地实施于基带及压缩的视频信号中(如下所述)。

在某些实施例中，所述修改包括交替地增大和减小所述大小。换言之，所述处理可以包括根据印水印模式而交替地提升(增强、强调)和抑制(减小，削弱)选定的(一个或多个)空间频率分量。

所述处理可以包括以根据印水印模式而随时间改变的方式修改至少一个选定水平空间频率分量的大小和以根据印水印模式而随时间改变的方式修改至少一个选定垂直空间频率分量的大小。例如，根据印水印模式，该处理可以交替地增强每个选定的水平频率同时抑制每个选定的垂直频率，然后抑制(一个或多个)水平的同时增强(一个或多个)垂直的。

尽管在某些实施例中仅修改一个水平频率和一个垂直频率以嵌入水印，但是在可选的实施例中可以使用多个水平和垂直频率。在特定实施例中，所有水平和垂直频率都被使用，其中通过交替地增强水平频率同时抑制垂直频率、然后抑制水平的同时增强垂直的来嵌入水印。

在某些实施例中，所述处理包括对视频信号进行滤波，该视频信号例如可以是基带信号。可以使用一个或多个滤波器。例如，可以使用两个线性滤波器，一个针对水平频率而另一个针对垂直频率。另一种替代方案是使用二维滤波器(即一种当应用于视频信号时既影响水平频率又影响垂直频率的滤波器)。

在某些实施例中，视频信号包括多个DCT系数，并且所述处理包括以根据印水印模式而随时间改变的方式修改至少一个选定DCT系数的大小。选定DCT系数当然要对应于空间频率的非dc分量。这种方法可以被实现为编码过程的一部分。例如，可以始于基带信号，然后执行DCT操作以把每个块编码为DCT系数的矩阵。接着，印水印方法依据印水印模式及时修改一个或多个DCT系数的大小。在这一修改之后，编码过程则可以包括量化步骤，此后印水印模式可以被持久地加印在信号上。

在某些实施例中，视频信号包括多个DCT系数，并且所述处理包括：利用包括多个量化因子的量化矩阵来量化DCT系数；以及以根据印水印模式而随时间改变的方式修改至少一个选定量化因子的大小。再次，(一个或多个)选定量化因子会对应于空间频率的非dc分量。

在某些实施例中，视频信号处于包括帧序列和序列标头(sequenceheader)的编码格式，每个序列标头包括包含多个量化因子的量化矩阵，并且所述处理包括以根据印水印模式而随时间改变的方式修改至少一个选定量化因子的大小。

因而，印水印方法可以对压缩域中的信号进行操作，并且可以简单地对序列标头中的量化矩阵进行操作，留下标头之间的帧不被改变。效果仍然是修改视频内容，因为当从印水印的被处理信号中导出(重构，解码)基带信号时，至少一个非dc空间频率分量将由于对序列标头的修改而依据水印模式显示时间变化。

在某些实施例中，视频信号处于包括被变换成多个子带的内容和多个标头的编码格式，每个子带对应于相应频率范围，每个标头含有多个量化步长以用于去量化(de-quantize)相应子带的被变换内容，并且所述处理包括以根据印水印模式而随时间改变的方式修改至少一个选定步长的大小。再次，印水印方法因而能够对压缩域中的信号进行操作；可以仅修改编码信号的标头中的量化步长以实现视频内容中一个或多个空间频率的期望调制。同样，在可选的实施例中，印水印方法可以用于编码过程期间，其中当生成量化的子带系数时依据暂时水印模式来修改量化步长。

本发明的另一方面提供一种检测视频信号中的水印的方法，利用包括如下步骤的方法嵌入所述水印：处理包括具有多个不同空间频率分量的视频内容的源视频信号以产生具有被修改视频内容的所述视频信号，所述处理包括以根据印水印模式而随时间改变的方式修改至少一个选定非dc空间频率分量的大小，该检测方法包括：

监视指示至少一个非dc空间频率分量的大小随时间的变化的视频信号的属性；以及

识别与水印模式相一致的所述属性随时间变化的模式。

又一方面提供一种装置，该装置包括适于依据上面描述的方法处理视频信号以对视频信号印水印的处理器。

再一方面提供一种装置，该装置适于执行依据上面描述的检测方法，该装置包括属性监视构件和模式识别构件。

通过以下实施例的描述和权利要求，本发明的这些及其他方面以及本发明实施例的进一步特征和其相关优点将显现出来。

附图说明

现在将仅通过示例方式参照附图来描述本发明的实施例，其中：

图1是体现本发明的且其中通用处理器控制硬件MPEG编码器的功能的PVR的示意图；

图2是单位方差(unit variance)的拉普拉斯分布(Laplaciandistribution)的曲线图；

图3是作为量化步长Δ的函数的期望绝对值<|x|>的曲线图，其中量化是2Δ|x/(2Δ)+0.5|；

图4是可以用体现本发明的方法和设备对其印水印的视频信号的DCT系数(i，i)的8×8块的表示；

图5是可以用体现本发明的方法和设备对其印水印的视频信号的2级小波分解(2 level wavelet decomposition)的表示；

图6是体现本发明的设备的部件的方框图，利用所述设备可以解密、印水印和解码输入比特率；以及

图7是在本发明的某些实施例中解复用(de-multiplex)和再复用(re-multiplex)MPEG传送流(TS)的方框图。

具体实施方式

如上所述，修改诸如PVR的现有消费者装置以包括专用于印水印的附加硬件可能不切实际或不可能。对于下一代装置可以将这种专用硬件置于消费者装置中，但这当然会增加复杂度和成本。本发明的发明人已明白相比而言相对容易地是更新许多现有装置中的软件。然而，为了用于对视频信号印水印，现有处理器应当能够应对由印水印软件所引入的开销。一般而言，先前的印水印算法需要相当大的处理资源并且因而不适合用于现有的资源受限的消费者装置。观察到与现有算法相关联的问题，本发明人开发了一种印水印程序，该印水印程序能够实施在现有装置中而具有可忽略的额外开销。在本发明的特定实施例中，印水印方法利用消费者装置中的可用资源并且修改现有模块的行为以嵌入取证跟踪水印。本发明针对现有消费者装置的应用因此受限于那些具有必要模块(尤其是视频编码器)的装置，该必要模块具有所期望属性(例如，灵活编码参数)。

本发明的第一实施例如下使用量化矩阵调制以在视频信号的MPEG编码期间嵌入水印。

MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4(第2部分)视频压缩标准是众所周知的并且是基于相应像素数据块的8×8块DCT变换，使用8×8“量化矩阵”(表I，说明书的结尾处)中的相应项(entry)(量化因子)的(DCT矩阵)的这些系数中的每个的后续量化是一个这种用于量化块内(例如属于MPEG信号的I帧的块)的DCT系数的量化矩阵的示例。一般而言，高频率系数的量化级别(quantization level)(即量化因子的值)较高，即应用粗略(coarser)量化。这是由于人类视觉系统对高频量化误差的敏感度相对较低。除了诸如表I所示的缺省量化矩阵之外，上述标准允许编码器指定比特流中的定制矩阵(custommatrix)。此外，这个矩阵能够在比特流内进行更改以适应内容特性的变化，例如以维持大体恒定的比特率。例如，或者通过用不同的intra_quantizer_matrix项来重复sequence_header()或者通过使用quant_matrix_extension()来修改MPEG-2流。

第一实施例是根据这些标准之一编码内容的消费者装置。这个第一实施例是适于在记录之前编码模拟视频信号输入的PVR 1，并且被表示为图1中的方框图。装置1包括控制器3(以控制器芯片或处理器的形式)、专用MPEG编码器(硬件编码器2)以及数字存储构件4。编码器很灵活并且尤其考虑到初始化和即时(on-the-fly)更新定制量化矩阵。在这个示例中控制器3适于从诸如视频信号广播装置的外部源中接收数字印水印模式(这也可以被描述为印水印代码)，然后控制编码器2使得用于编码视频输入信号的编码器参数中的至少一个参数根据该印水印模式及时地进行改变。该模式可以是伪随机的。要明白，然而在其它实施例中，控制器可以适于生成印水印模式而不是依赖于用其被编程。在这个示例中，为嵌入水印模式而改变的编码器参数是量化矩阵因子中的两个。因而，图1的PVR 1本身是本发明的实施例，并且被布置成实施体现本发明的印水印方法。在这个方法中，(由控制器3)迫使编码器及时使用一系列不同的量化矩阵以编码视频信号，该系列或序列由印水印模式确定。

考虑以二进制数01011010形式的印水印模式。该方法如下方式将这个模式嵌入到所编码的信号中。为了嵌入零，不是使用表I的缺省量化矩阵，而是控制器3控制编码器以使用表II所示的经修改的量化矩阵。在这个修改的矩阵中，第一行的第五列中的量化因子值与其缺省值相比已被提高(从26到64)，同时第一列的第五行中的量化因子值已被降低(从22到16)。为了嵌入印水印代码之一，不是使用表I的缺省量化矩阵，而是控制器3控制编码器以使用表III所示的经修改的量化矩阵。在这个修改的矩阵中，第一行的第五列中的量化因子值与其缺省值相比已被降低(从22到16)，同时第一列的第五行中的量化因子值已被提高(从26到64)。控制器3依据水印代码确定向编码器2应用不同的量化矩阵的时序(timing)。例如在某些实施例中，可以通过对仅单个块的编码应用相关矩阵且序列的下一矩阵则被用于下一块，来嵌入水印代码的每一比特。可选地，可以通过对视频信号的较长部分(例如多个块、完整帧、多个帧、一组图片或者甚至更长的部分)的编码应用相关矩阵来嵌入每一比特。然而，本发明的方法就其最宽泛的意义而言不限于任何特定的时间间隔。

在本发明的一个实施例中，水印代码01011010(这仅仅只是一个示例)被嵌入八个GOP的序列中，每个GOP已用表II和III所示的量化矩阵中的各自一个进行了编码。

改变量化因子对所编码信号的影响如下。使用更粗略的量化(提高量化级别，即提高量化因子值)对于该特定频率而言迫使更多系数为零，因此在重构的帧中将减少该频率的信号能量。类似地，更精细的量化(较低量化级别)会具有较高信号能量的相反效果。这是假定在量化之前系数的良性概率分布(例如典型地为对称的单调递减函数)。在本发明的某些实施例中，这些修改根据时间上伪随机变化的模式(印水印模式)而被一致地执行，并且它们形成视频上不可见的印记。随后能够通过累加该特定频带的能量以及将其时间上的变化与参考水印模式相互关联，来检测这种印记。

在可视数据的压缩期间获得的DCT系数最好由拉普拉斯分布来描述。单位方差的拉普拉斯分布参见图2(仅示出了正侧)。让x表示从拉普拉斯分布获得的随机变量。(一般而言，视频信号的实际DCT系数统计上将类似于x)。因此，我们能够研究x及其量化的统计属性以了解DCT系数的统计行为。

在压缩期间DCT系数由标量量化器(scalar quantizer)进行量化。我们将这个量化表示为2Δ[x/2Δ+0.5](即，2delta[(x/2delta)+0.5])，其中量化步长(量化因子)为Δ(delta)。所得到的量化信号的期望绝对值<|x|>(因而DCT系数)将是量化步长的函数。这种关系示于图3中。较大的量化值会导致较小的期望绝对值(之和)。因此，我们推断对于重构的(解压缩的)DCT系数，平均上较高的量化步长会导致较低的绝对值。

现在将描述体现本发明的水印检测方法。这个方法适合用于检测使用上面描述的技术所嵌入的水印，其使用表II和III的修改的量化矩阵。通过采取以下步骤来执行水印检测：

-为源信号的亮度信道计算8×8块DCT。(如果源信号是基带信号，则该方法还应当包括在执行DCT之前计算亮度信道的步骤)。(类似地，如果源信号被MPEG压缩，则该方法还应当包括逆熵编码(inverse entropy coding)和反量化以得出DCT矩阵)。

-DCT系数为C^k _i，j，其中k是块号，且0≤i＜8，0≤j＜8分别是行指数和列指数并指示系数的位置。

-(在相关时间间隔上)累加所有块的每个系数的绝对值。C^- _i，j＝∑_k|C_i，j|

-计算差值Δ＝C^- _0，4-C^- _4，0

-检测比特：如果Δ＜0则b＝0，如果Δ≥0则b＝1

如果必要的话，所检测比特的序列然后能够与已知的水印相关联以寻找相关性。

通过上面描述，应当显而易见本发明的实施例提供了众多优点。这些包括：

-印水印技术可以具有最小的开销(就为实施该技术所需的处理资源而言)，假设硬件编码器足够灵活以适应修改的使用。

-复杂度伴随编码器；因此较高比特率高清晰度视频不会影响复杂度。例如，如果编码器能够编码标准清晰度和高清晰度视频，则后者计算上复杂得多。嵌入水印的开销是相同的，例如对每个GOP都需要改变量化矩阵。

-能够在基带中或在压缩域中(用类似的编解码器)执行检测。

-水印可以经受得住解压缩和再压缩。

要明白，在体现本发明的方法已用来把水印嵌入到MPEG编码的信号中的特定情况下，也许可以检查信号中的标头信息(例如以查看量化矩阵)从而获知该水印。可通过这种检查而容易获取的信息量取决于对相关参数值的修改的大小/位置。在(矩阵内)不同位置的较小修改将很难检查，并且实际上这种技术被用于本发明的某些实施例中。然而，以此方式嵌入的水印还要求累加更多的统计以便进行检测。

通过上面的介绍，将明白由于所涉及的高数据率(对于标准清晰度TV而言超过100Mb/s)，视频印水印过去通常要求专用的硬件或相当大的处理器资源。这一要求阻碍了在现有低成本的消费者装置比如PVR(个人视频记录器)中引入视频印水印。这些装置通常具有低速的通用处理器和专用的视频编码器/解码器芯片。

本发明的某些实施例提供了一种低复杂度的视频印水印技术，其能够以最低开销被应用到容易得到的资源上。本发明的某些实施例对于在当代PVR中实施取证跟踪水印而言尤其有用。

体现本发明的某些技术依赖专用视频编码器芯片的可编程性。一个小软件片段运行在控制编码器芯片的通用处理器上。它及时根据预定(或伪随机生成的)模式来更新编码参数，尤其是MPEG量化矩阵。这个模式-或其在编码视频上的印记-构成了水印。还提供了一种检测机制。

本发明的另一方面能够被认为是通过空间频率的时间调制(temporal modulation)而进行的视频印水印。这个方面通常表征为一种对视频信号进行印水印的方法，视频信号包括具有多个不同空间频率分量的视频内容，所述方法包括处理视频信号以产生具有经修改的视频内容的经处理的视频信号，所述处理包括以根据印水印模式而随时间改变的方式修改至少一个选定的非dc空间频率分量的大小。现在将描述优点和实施例。

该方法可以用于互联网协议电视(IP-TV)和视频点播(VoD)应用中取证跟踪的视频印水印；这些是重要的新兴市场。可以使用机顶盒(STB)上的适合用于硬件/软件实施方式的新算法来执行该方法。

某些实施例提供一种水印嵌入方法，该方法及时改变(调制)视频内容的空间频率特性。特定方法根据代表有效载荷信息的预定水印模式来强调/削弱每组帧中的水平/垂直空间频率。例如，为了嵌入+1，该方法可以提升水平频率并抑制垂直频率；为了嵌入-1，该方法可以提升垂直频率并抑制水平频率。体现本发明的水印检测方法然后可以计算水平频率和垂直频率的相对强度(大小)。如果水平频率强度比垂直频率强度高(相应地为低)(resp.lower)，则该方法可以输出+1(相应地为-1)的值。多个这种值形成与预定水印模式相关的序列以判断水印的存在。

在体现本发明的印水印方法的一个示例中，我们首先获得伪随机水印模式w，其中各元(element)取自双峰分布，即w[k]∈{-1，+1}。对于每个元w[k]，我们对相应帧(或帧组)的空间频率特性取模(mod)。例如，如果w[k]＝+1，则我们提升水平频率并抑制垂直频率；如果w[k]＝-1，则我们提升垂直频率并抑制水平频率。这些提升和抑制修改能够以如下面的实施例和示例中所解释的许多方式来执行。

为了检测使用上面描述的方法所嵌入的水印，我们计算每个帧(或帧组)的水平频率和垂直频率的相对强度(大小/能量)。如果水平频率强度高于垂直频率强度，则我们将所导出的矢量y的相应元设定为+1，即y[k]＝+1。否则，我们设定y[k]＝-1。所导出的矢量y与w相关以判断水印的存在/缺失。在没有水印时，我们期望水平频率和垂直频率统计上相等。在该情况下，所导出的矢量不会与水印模式相关。然而当存在水印时，所导出的矢量将被相关。

与以此方式(通过根据印水印模式来调制一个或多个空间频率)印水印相关联的优点包括以下：

水印与内容有关(提升/抑制其频率中的一些频率)，因此其能够在视觉上不容易察觉到。

水印在整个帧(或帧组)上是“恒定的(constant)”，因此帧几何结构上的变化具有有限的影响。小旋转、重定尺寸和裁剪不会影响水印。

结果，该方法就摄影机捕捉而言是鲁棒的。

该方案(方法)能够被非常高效地实施于基带和压缩的视频信号中(如下所述)。

在某些实施例中水印符号w[k]可以取自任何分布，例如高斯型(Gaussian)。则提升/抑制能够被布置成与水印值成比例。例如，如果w[k]＝2则该方法可以提升/抑制得更多。

类似地，提升/抑制操作可以被强度因子α缩放，该强度因子α感知上(perceptually)是相关的并且针对不同的水平和垂直频率可以不同。

在某些实施例中，水印可以仅影响水平或垂直频率中的一个。例如，我们可以仅提升/抑制水平频率。在水平和垂直频率大小之间仍然会存在可检测的不平衡。原因在于人类感觉可以对特定类型内容而言对一个方向更加敏感。

在某些实施例中，印水印方法可以仅被执行为抑制操作以防止下溢和上溢。抑制操作降低了特定频率的大小。因此，很可能减小相应信号(例如像素)值的范围。相反，提升操作提高(即放大)了特定频率并且潜在地增大相应信号值的范围。这种提高可以引起下溢(当正弦波为负时)或上溢(当正弦波为正时)。甚至当下溢和上溢条件饱和(例如在255饱和并且不从255回绕到0)时，他们仍可能造成伪影。仅抑制水印不大可能造成这种伪影。

现在将描述不同的水印嵌入机制(即处理视频信号以对它们进行印水印的方法)。

一种嵌入(处理)方法包括滤波而且尤其地包括线性滤波。该方法使用两个适合具有单位增益的水平或垂直频率H_horz、H_vert的滤波器。

给定水印符号w[k]，我们按如下计算印有水印的帧f_wm：

f_wm＝f_orig+α₁ω[k](H_horz*f_orig)-α₂ω[k](H_vert*f_orig)      (1)

其中*是对帧的行(水平)或列(垂直)执行的卷积操作并且α₁、α₂是可选的水印强度参数。类似地，在可选的实施例中，可以使用二维滤波器内核。

另一方法对块DCT进行操作。每个帧f_orig可以被分成预定大小的块f(m，n)，例如8×8。(m，n是块号。)每个块被DCT变换，即F(m，n，i，j)＝DCT(f(m，n))(i，j)是频率系数指数)。与水平或垂直频率对应的一个或多个DCT系数被提高/降低了倍增的(multiplicative)水印值。水平和垂直频率示于图4中。

关于这点，我们将水平频率定义为i＜j(右上三角形)而将垂直频率定义为i＞j(左下三角形)。

$F_{\mathrm{wm}}(m,n,i,j)=\left\{\begin{array}{cc}F(m,n,i,j)(1+{\mathrm{\&alpha;}}_{1}w[k\left]\right)& \mathrm{iji}<j\\ F(m,n,i,j)(1-{\mathrm{\&alpha;}}_{2}w[k\left]\right)& \mathrm{ifi}>j\\ F(m,n,i,j)& \mathrm{ifi}=j\end{array}\right.---\left(2\right)$

对于所有m，n和选定的i，i，其中α是可选的水印强度参数。

在本发明实施例中所采用的某些处理方法能够根据压缩域嵌入的标头进行描述。一个这种技术包括如下修改量化矩阵。在某些应用中，取证跟踪水印必须通过修改压缩的比特流而被嵌入到视频内，因为解压缩比特流、嵌入水印以及再压缩为比特流能够是计算上禁止的。MPEG-2的典型基本视频流以规则间隔(regular interval)含有序列标头。在许多情况下，对于视频信息的每半秒(大约)而言存在一个序列标头以使得解码器能够加入(例如电视机的信道切换或播放器的快进)。序列标头中的一个字段是量化矩阵。这个矩阵乘上在比特流中编码的量化DCT系数以进行解码过程的去量化步骤。即：

F(m，n，i，j)＝F_quant(m，n，i，j)Q(i，j)          (3)

其中F_quant(m，n，i，j)是在比特流流中编码的量化DCT系数值，Q(i，j)是在序列标头中指定的量化矩阵，且F(m，n，i，j)是重构的DCT值。

在本压缩域实施方式中，我们假设相同的水印符号嵌入到利用来自序列标头的相同量化矩阵的这组帧内。因此，印水印方法根据相应水印值w[k]修改每个序列标头中的量化矩阵以将水印嵌入到比特流(MPEG语法允许使用比特流中的单个比特来标记缺省量化矩阵。如果是这种情况，我们复位该比特并且插入修改的量化矩阵)。

存在若干修改可能性，例如：

$Q_{\mathrm{wm}}(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}Q(i,j)+{\mathrm{\&alpha;}}_{1}w\left[k\right]& \mathrm{ifi}<j\\ Q(i,j)-{\mathrm{\&alpha;}}_{2}w\left[k\right]& \mathrm{ifi}>j\\ Q(i,j)& \mathrm{ifi}=j\end{array}\right.---\left(4\right)$

$Q_{\mathrm{wm}}(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}Q(i,j)(1+{\mathrm{\&alpha;}}_{1}w[k\left]\right)& \mathrm{ifi}<j\\ Q(i,j)(1-{\mathrm{\&alpha;}}_{2}w[k\left]\right)& \mathrm{ifi}>j\\ Q(i,j)& \mathrm{ifi}=j\end{array}\right.---\left(5\right)$

对于选定的i、j(如上面关于DCT修改的部分，我们可以针对一些系数做出负修改(negative modification))且其中α是可选的水印强度参数。注意，我们使用第一或第二修改方法。在比特流的其余部分中量化的DCT系数保持不变。

(对于i＜j)等式4的量化矩阵中的变化在解压缩的视频帧上反映为：

F_wm(m，n，i，j)＝F_quant(m，n，i，j)Q_wm(i，j)             (6)

               ＝F_quant(m，n，i，j)(Q(i，j)+αw[k])      (7)

               ＝F(m，n，i，j)+αw[k]F_quant(n，n，i，j)  (8)

(对于i＜j)等式5的量化矩阵中的变化在解压缩的视频帧上反映为：

F_wm(m，n，i，j)＝F_quant(m，n，i，j)Q_wm(i，j)           (9)

               ＝F_quant(m，n，i，j)Q(i，j)(1+αw[k])   (10)

               ＝F(m，n，i，j)(1+αw[k])               (11)

简而言之，当提高(相应地为降低)相应的量化矩阵元时，这一修改提升(相应地为抑制)视频帧(或视频帧组)的选定DCT系数。

该方案可以以类似的方式扩展到MPEG-4(第2部分)或MPEG-4(第10部分或H.264)。如果是用JPEG静止图像压缩标准来编码各个帧，则仍能够在一个或多个帧中通过修改相应的量化矩阵来实现水印符号。

还设想了蓝光播放器的使用情景。近来，新蓝光光盘标准采用了“BD+”(亦称为SPDC)虚拟机，该虚拟机运行伴随光盘上的电影发生的代码；VM被明确地设计为允许代码以特定于装置的方式改变内容。因此，内容拥有者可以开始使用本说明书中描述的建议的印水印方法来取证地(forensically)标记BD-播放器的输出(即通过修改量化矩阵)。类似的功能能够或者通过虚拟机或者通过标准化本文所提出的技术而内置到其它新光盘内。

进一步的印水印技术能够通常被描述为修改小波子带量化步长。如在某些数字电影院规范中的那样，还可以根据JPEG2000标准逐个地编码视频帧。JPEG2000使用子带分解(小波)滤波器库来把视频内容变换成多个子带(参见图5)。每个子带对应于特定频率范围。例如，通过在水平和垂直方向上低通滤波来获得LL子带。类似地，通过低通滤波水平频率和高通滤波垂直频率来获得LH子带。LL子带可以在第二级别上被进一步分解成其子带。每个子带b中的系数按量化器步长Δ_b来量化。在比特流语法中存在为比特流的标头内的每个子带发送步长的选项。

子带量化步长Δ_b类似于JPEG/MPEG标准的量化矩阵Q(i，j)。它们用来以类似于等式3的方式去量化小波系数。因此，在本发明的某些实施例中我们可以通过增加/减小选定子带的量化器步长Δ_b来嵌入水印。例如，我们能够增加LH频带的步长以提升水平频率并且减小HL频带的步长以抑制垂直频率。

${\mathrm{\&Delta;}}_b^{\mathrm{wm}}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&Delta;}}_b+{\mathrm{\&alpha;}}_{1}w\left[k\right]& \mathrm{ifb}=\mathrm{LH}\\ {\mathrm{\&Delta;}}_b-{\mathrm{\&alpha;}}_{2}w\left[k\right]& \mathrm{ifb}=\mathrm{HL}\\ {\mathrm{\&Delta;}}_b& \mathrm{ifo}/w\end{array}\right.---\left(12\right)$

${\mathrm{\&Delta;}}_b^{\mathrm{wm}}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&Delta;}}_b(1+{\mathrm{\&alpha;}}_{1}w[k\left]\right)& \mathrm{ifb}=\mathrm{LH}\\ {\mathrm{\&Delta;}}_b(1-{\mathrm{\&alpha;}}_{2}w[k\left]\right)& \mathrm{ifb}=\mathrm{HL}\\ {\mathrm{\&Delta;}}_b& \mathrm{ifo}/w\end{array}\right.---\left(13\right)$

其中α₁和α₂参数化(parameterize)嵌入强度。现在将描述体现本发明的检测方法和检测器装置。

某些检测实施例使用滤波(因此某些检测器可以被描述为滤波检测器)。在这些实施例中，可以通过检查每个帧中水平和垂直空间频率的强度(大小/能量)来检测水印。具体地，利用H_horz和H_vert，我们能够把水平和垂直能量估计为：

E_horz[k]＝∑(H_horz*f_suspect[k])²          (14)

E_vert[k]＝∑(H_vert*f_suspect[k])²          (15)

或者

E_horz[k]＝∑|H_horz*f_suspect[k]|           (16)

E_vert[k]＝∑|H_vert*f_suspect[k]|           (17)

其中求和是对帧(或帧组)的所有像素进行的并且f_suspect[k]是来自针对水印的存在而被探测的可疑视频。

我们还通过下式来估计该帧(或帧组)的水印符号：

$\tilde{W}\left[k\right]=\left\{\begin{array}{cc}+1& \mathrm{if}{E}_{\mathrm{horz}}\left[k\right]>E_{\mathrm{vert}}\left[k\right]\\ -1& \mathrm{if}{E}_{\mathrm{horz}}\left[k\right]<E_{\mathrm{vert}}\left[k\right]\\ 0& \mathrm{if}{E}_{\mathrm{horz}}\left[k\right]=E_{\mathrm{vert}}\left[k\right]\end{array}\right.---\left(18\right)$

或者简单地通过下式之一来估计：

$\tilde{W}\left[k\right]=E_{\mathrm{horz}}\left[k\right]-E_{\mathrm{vert}}\left[k\right]---\left(19\right)$

$\tilde{W}\left[k\right]=\frac{E_{\mathrm{horz}}\left[k\right]-E_{\mathrm{vert}}\left[k\right]}{E_{\mathrm{horz}}\left[k\right]+E_{\mathrm{vert}}\left[k\right]}---\left(20\right)$

在为每个帧(或帧组)f_suspect[k]计算

之后，我们把所得到的序列与水印模式w[k]相关。

$\mathrm{Corr}=\underset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}\tilde{W}\left[k\right]w\left[k\right]---\left(21\right)$

如果Corr是大于阈值，则我们断定该视频具有这个特定的水印模式。注意，有效载荷编码(即从有效载荷比特变为水印符号w[k])和检测(即从帧信息f_suspect[k]变为水印符号估计并最终变为有效载荷比特)能够以对本领域技术人员所熟知的许多方式来执行。

某些其它检测器可以被描述为DCT检测器。例如，如果已通过修改如上解释的量化矩阵嵌入了水印，则可以通过观测块DCT系数的统计来检测该水印。在特定的检测实施例中，我们将每帧分成8×8块并且执行DCT变换以得到F(m，n，i，j)，其中m，n是块指数(block index)且i，j是块内的系数指数。我们还计算下式之一：

$\stackrel{\&OverBar;}{F}(i,j)=\underset{m,n}{\mathrm{\&Sigma;}}\left|F(m,n,i,j)\right|---\left(22\right)$

$\hat{F}(i,j)=\underset{m,n}{\mathrm{\&Sigma;}}{\left(F(m,n,i,j,)\right)}^2---\left(23\right)$

其中|.|是绝对值算符。也可以对一组帧执行这个操作，其中该组中所有帧的结果被相加。

对于所有i＜j，我们还通过下式把水平和垂直频率之间的差值计算为对水印符号的估计：

W(l)＝F(i，j)-F(j，i)   (24)

$\hat{W}\left(l\right)=\frac{\hat{F}(i,j)-\hat{F}(j,i)}{\hat{F}(i,j)+\hat{F}(j,i)}---\left(25\right)$

因此我们获得了每个系数对的差值的时间序列。W(l，k)其中l是对指数(pair index)且k是时间指数。

多种用于检测水印的检测策略则可以用于本发明的实施例中。例如，我们可以把每个系数序列与水印模式相关。

$\mathrm{Corr}\left(l\right)=\underset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}\stackrel{\&OverBar;}{W}(l,k)w\left[k\right]\&CenterDot;---\left(26\right)$

我们还可以取得有最大相关性(correlation)的系数，即Corr＝max Corr(l)。我们还可以对这些相关性(其大于阈值)进行平均，即Corr＝∑₁Corr(l)。

注意，我们不一定要求块边界之间的空间同步。该方案即使在块边界被偏移(例如由于裁剪)达任何量(即使不是8的倍数)时仍起作用。

对嵌入在小波变换的信号中的水印的检测类似于上面描述的先前示例的情况。我们使用小波变换并且选择子带而不是DCT系数。

将明白，体现本发明的特定方法和设备能够用于对处于压缩域中的视频信号(即它们可能涉及压缩域处理)进行印水印。以最小复杂度直接对压缩的比特流起作用(有效)的任何方法是有利的，尤其在资源受限的消费者装置比如机顶盒(STB)中。图6示出了STB中的操作的概览。输入比特流被解密且被印水印到[典型地]诸如MIPS或ARM的通用处理器上。所得到的被印水印的比特流或者被记录在光盘或硬盘驱动器(未示出)上，或者被解码并输出以显示。

图6所见的比特流印水印模块一般含有解复用器前端和复用器后端，以使得其能够处理其中交织了音频、视频以及可能其它信息的比特流。图7示出了传送流的解复用。

将明白，在整个本说明书(包括权利要求书)中，词“包括”要以它们不排除其它元件或步骤的意义进行解释。而且，还要明白：“一”或“一个”不排除多个，以及单个处理器或其它单元可以实现如说明书或权利要求中所述的若干单元、功能块或级的功能。还要明白权利要求中的附图标记不应解释为限制权利要求的范围。

表1

块内的MPEG-2缺省量化矩阵

$\mathrm{Qintra}=\left|\begin{array}{cccccccc}8& 16& 19& 22& 26& 27& 29& 34\\ 16& 16& 22& 24& 27& 29& 34& 37\\ 19& 22& 26& 27& 29& 34& 34& 38\\ 22& 22& 26& 27& 29& 34& 37& 40\\ 22& 26& 27& 29& 32& 35& 40& 48\\ 26& 27& 29& 32& 35& 40& 48& 58\\ 26& 27& 29& 34& 38& 46& 56& 69\\ 27& 29& 35& 38& 46& 56& 69& 83\end{array}\right|$

表II

嵌入比特0的修改量化矩阵

${\mathrm{Qintra}}^0=\left|\begin{array}{cccccccc}8& 16& 19& 22& \underset{\&OverBar;}{64}& 27& 29& 34\\ 16& 16& 22& 24& 27& 29& 34& 37\\ 19& 22& 26& 27& 29& 34& 34& 38\\ 22& 22& 26& 27& 29& 34& 37& 40\\ \underset{\&OverBar;}{16}& 26& 27& 29& 32& 35& 40& 48\\ 26& 27& 29& 32& 35& 40& 48& 58\\ 26& 27& 29& 34& 38& 46& 56& 69\\ 27& 29& 35& 38& 46& 56& 69& 83\end{array}\right|$

表III

嵌入比特1的修改量化矩阵

$Q^1\mathrm{intra}=\left[\begin{array}{cccccccc}8& 16& 19& 22& \underset{\&OverBar;}{16}& 27& 29& 34\\ 16& 16& 22& 24& 27& 29& 34& 37\\ 19& 22& 26& 27& 29& 34& 34& 38\\ 22& 22& 26& 27& 29& 34& 37& 40\\ \underset{\&OverBar;}{64}& 26& 27& 29& 32& 35& 40& 48\\ 26& 27& 29& 32& 35& 40& 48& 58\\ 26& 27& 29& 34& 38& 46& 56& 69\\ 27& 29& 35& 38& 46& 56& 69& 83\end{array}\right]$

Claims (30)

1.一种对视频信号进行印水印的方法，该方法包括：

利用多个编码参数来编码所述视频信号；以及

在所述编码期间，根据印水印模式随时间改变所述参数中的至少一个选定参数的值，该选定参数是至少影响在编码信号时丢失的信息的类型或量的参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其中改变的步骤包括根据所述印水印模式随时间改变多个选定所述参数中每一个的值。

3.根据权利要求2所述的方法，其中每个选定参数影响在编码信号时丢失的信息的不同类型或量。

4.根据权利要求1所述的方法，其中该选定参数是用于编码所述视频信号的比特率。

5.根据权利要求1所述的方法，其中该选定参数是用于编码所述视频信号的量化因子。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述量化因子对应于用于编码所述视频信号的变换的特定系数。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述量化因子是与块DCT变换中的特定系数对应的量化矩阵元。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述量化因子对应于小波变换中的特定子带。

9.根据权利要求1所述的方法，其中改变的步骤包括在多个不同组的参数值之间进行切换。

10.根据权利要求1所述的方法，用于对包括编码器的装置中的视频信号进行印水印，编码的步骤包括使用所述编码器来编码所述视频信号，且改变的步骤包括控制所述编码器以根据印水印模式随时间改变所述至少一个选定参数的值。

11.根据权利要求1所述的方法，其中改变的步骤包括：

根据水印模式确定量化矩阵的序列；以及

利用量化矩阵的所述序列来编码所述视频信号，由此用于编码所述视频信号的量化矩阵随时间而改变。

12.一种对包括编码器和数字存储构件的装置中的视频信号进行印水印的方法，该方法包括：

利用多个编码参数，使用所述编码器来编码所述视频信号；以及

在视频信号的所述编码期间控制所述编码器以便根据印水印模式随时间改变所述编码参数中的至少一个的值。

13.一种装置，包括：

编码器，被布置成使用多个编码参数来编码视频信号；

数字存储构件，适于存储编码的视频信号；以及

控制构件，被布置成控制编码器，所述控制构件还被布置成当编码器在编码视频信号时根据水印模式随时间改变至少一个所述编码参数的值。

14.根据权利要求13所述的装置，其中所述多个编码参数包括多个量化因子，所述控制构件被布置成当编码器在编码视频信号时根据水印模式随时间改变所述量化因子中的至少一个的值，由此不同量化因子的序列用于编码所述视频信号。

15.根据权利要求13所述的装置，其中所述控制构件被布置成当编码器在编码视频信号时根据水印模式随时间改变多个所述量化因子中每一个的值。

16.一种检测视频信号中的水印的方法，利用包括如下步骤的方法嵌入所述水印：利用多个编码参数来编码所述视频信号；以及在所述编码期间，根据印水印模式随时间改变所述参数中的至少一个选定参数的值，该选定参数是至少影响在编码信号时丢失的信息的类型或量的参数，该检测方法包括：

监视随时间变化的视频信号的属性；

识别与水印模式相一致的所述属性随时间变化的模式。

17.根据权利要求16所述的方法，其中识别步骤包括将所述属性的变化与水印模式相关。

18.根据权利要求16所述的方法，其中所述属性是在预定间隔内对与像素块对应的至少一个变换系数的统计。

19.用于检测视频信号中的水印的检测设备，利用包括如下步骤的方法嵌入所述水印：利用多个编码参数来编码所述视频信号；以及在所述编码期间，根据印水印模式随时间改变所述参数中的至少一个选定参数的值，该选定参数是至少影响在编码信号时丢失的信息的类型或量的参数，该检测设备包括：

监视构件，被布置成监视随时间变化的视频信号的属性；以及

模式识别构件，被布置成识别与水印模式相一致的所述属性随时间变化的模式。

20.一种对视频信号进行印水印的方法，所述视频信号包括具有多个不同空间频率分量的视频内容，所述方法包括处理所述视频信号以产生具有被修改视频内容的被处理视频信号，所述处理包括以根据印水印模式而随时间改变的方式修改至少一个选定非dc空间频率分量的大小。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述修改包括交替地增大和减小所述大小。

22.根据权利要求20所述的方法，其中所述处理包括以根据印水印模式而随时间改变的方式修改至少一个选定水平空间频率分量的大小和以根据印水印模式而随时间改变的方式修改至少一个选定垂直空间频率分量的大小。

23.根据权利要求20所述的方法，其中所述处理包括对视频信号进行滤波。

24.根据权利要求20所述的方法，其中所述视频信号包括多个DCT系数，并且所述处理包括以根据印水印模式而随时间改变的方式修改至少一个选定DCT系数的大小。

25.根据权利要求20所述的方法，其中所述视频信号包括多个DCT系数，并且所述处理包括：利用包括多个量化因子的量化矩阵来量化DCT系数；以及以根据印水印模式而随时间改变的方式修改至少一个选定量化因子的大小。

26.根据权利要求20所述的方法，其中所述视频信号处于包括帧序列和序列标头的编码格式，每个序列标头包括包含多个量化因子的量化矩阵，并且所述处理包括以根据印水印模式而随时间改变的方式修改至少一个选定量化因子的大小。

27.根据权利要求20所述的方法，其中所述视频信号处于包括被变换成多个子带的内容的编码格式，每个子带对应于相应频率范围，多个标头的每个含有多个量化步长以用于去量化相应子带的被变换内容，并且所述处理包括以根据印水印模式而随时间改变的方式修改至少一个选定步长的大小。

28.一种检测视频信号中的水印的方法，利用包括如下步骤的方法嵌入所述水印：处理包括具有多个不同空间频率分量的视频内容的源视频信号以产生具有被修改视频内容的所述视频信号，所述处理包括以根据印水印模式而随时间改变的方式修改至少一个选定非dc空间频率分量的大小，该检测方法包括：

监视指示至少一个非dc空间频率分量的大小随时间的变化的视频信号的属性；以及

识别与水印模式相一致的所述属性随时间变化的模式。

29.一种装置，包括适于依据权利要求20的方法处理视频信号以对视频信号进行印水印的处理器。

30.一种装置，适于执行依据权利要求28的检测方法，该装置包括属性监视构件和模式识别构件。

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