CN101675451A - 使用所嵌入的水印的故障检测 - Google Patents

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Abstract

通过从信息流中恢复在传输之前嵌入流中的水印,来检测所传输的信号流中的故障。嵌入的水印具有流质量的数据特性。其后,对至少一个水印性质进行分析,以检测接收到的信息流中的故障。

Description

使用所嵌入的水印的故障检测
相关申请的交叉参考
本申请在35U.S.C.119(e)下要求于2007年5月10日提交的美国临时专利申请序列号60/928566的优先权,其教导合并于此。
技术领域
本发明涉及一种用于结合信息传输来检测故障的技术。
背景技术
典型地,通过首先在前端对内容进行压缩以通常经由卫星传输至下游站,来实现数字视频内容的分发,在下游站处该内容在进一步分发之前通常经历代码转换。在前端和下游之间传输内容的过程中,会发生一个或更多个故障,其中仅能够通过人为监控代码转换后的内容流来检测所述一个或多个故障。当今,监控技术涉及:对发生改变的信道进行手动检查,以及从这样的手动检查中检查出任何错误则报告该错误。当前存在用于对链路质量进行监控的工具。然而,链路质量仅提供与卫星/信道切换相关联的问题的间接指示符,而不能用作存在于传输和上信号层中、会潜在地阻止接收正确视频信号的其他问题的可靠指示符。
发明内容
简要地,根据本发明原理的第一示意实施例,提供了一种对在所传输的信号流中发生的故障进行检测的方法。所述方法开始于从信息流中恢复在传输之前嵌入到流中的水印。所嵌入的水印具有流质量的数据特性。此后,对至少一个水印性质进行分析,以对接收到的信息流中的故障进行检测。例如,在它的性质当中,水印可以包括节目标识符(例如,节目ID)。通过将所恢复的水印中的节目ID与期望的节目ID相比较,可以确定是否正在接收正确的节目。另一可能的水印性质将是随着每个接收到的帧或帧组而顺序地增加的计数。因此,技术无法增加将表明解码失败。此外,水印本身的信号强度还可以构成对接收到的信号流的质量加以指示的性质。如果信号强度没有超过最小值,则接收到的信号流可能是受损的。
根据本发明原理的第二优选实施例,提供了一种将信息流传送至下游接收机的方法。所述方法包括步骤:在传输之前在信息流中嵌入具有流质量的数据特性的水印。对水印进行恢复和对所嵌入的水印进行分析提供了一种在接收之后对信息流中的故障进行检测的机制。
附图说明
图1示出了信息通信系统的示意框图;
图2示出了根据现有技术的包括图1的通信系统的一部分在内的传输系统的示意框图;
图3示出了根据本发明原理的、供图1的通信系统使用的传输系统的第一优选实施例的示意框图,该传输系统用于将水印嵌入到传输信号流中以实现故障检测;
图4示出了根据本发明原理的、供图1的通信系统使用的接收机的第一优选实施例的示意框图,该接收机用于通过分析所嵌入的水印来对接收到的信号流中的故障进行检测;
图5示出了根据本发明原理的、供图1的通信系统使用的传输系统的第二优选实施例的示意框图,该传输系统用于将水印嵌入到传输信号流中来实现故障检测;
图6示出了根据本发明原理的、供图1的通信系统使用的接收机的第二优选实施例的示意框图,该接收机用于通过分析所嵌入的水印来对接收到的信号流中的故障进行检测;
图7示出了根据本发明原理的、供图1的通信系统使用的接收机的第三优选实施例的示意框图,该接收机用于通过分析所嵌入的水印来对接收到的信号流中的故障进行检测。
具体实施方式
图1示出了用于实践本发明原理的故障检测技术的示例信息通信系统。如图1所示,前端100典型地在内容拥有者或其代理的控制下,典型地以数字化内容(视频和/或音频和/或数据)流的形式将信息流传输至下游站102。下游站102可以采用附属区域性头端的形式,所述附属区域性头端对内容流进行代码转换以用于后续分发。可以经由卫星104来进行从头端100至下游站102的内容流的传输。尽管本申请的其余部分使用卫星传输来描述该构思,但是这里所描述的原理可扩展至对信息进行广播/组播的任何传输网络。
有时需要将内容流的传输从卫星104切换至另一卫星106,或从一个应答器切换至相同卫星上的另一应答器。为了保持同步,头端100在切换之前的某一时刻将特定信息传输至下游站102。该信息典型地包括:将发生切换的确切时间、新卫星的标识、以及新卫星用来传输流的特定信道。在指定的时刻,前端100和下游站102将同时从卫星104上的当前信道切换至卫星106上的指定信道。
前端100成功切换至新卫星106上的新信道并不自动确保下游站102也将成功地进行切换。当前,操作者必需手动监控下游站102的输出,以验证正确流的解码。在检测到故障时,在下游站102处的操作者典型地将会经由低带宽信道108向前端100发送消息请求在新信道或另一信道(如果可用)上重传信息。低带宽信道108可以采用用于承载语音消息的普通简易老式电话业务(POTS)线或用于承载数字语音或文本消息的数据信道的形式。
图2示出了与图1的前端100相关联的现有传输系统200的示意框图。传输系统200包括所存储的内容(例如,节目)的数据库210。控制系统220利用调度信息来在数据库210中选择一个或多个节目用于传输,并且选择将传输所选节目的卫星和卫星信道。然后由编码器230对所选的节目进行压缩编码,该编码器230使用所选的指定压缩标准(例如,MPEG-2)以指定比特率对节目进行压缩。最后,由发射机240来发射压缩后的节目,该发射机240典型地采用上行链路站的形式,用于将节目传输至指定的卫星(如图1的卫星104或106)。
根据本发明原理的一个方面,可以使用数字水印处理技术来实现故障的自动检测,以将例如压缩后的节目、包含特定信息的水印嵌入的所传输的内容流中。这样的信息可以包括节目ID。实际上,经由卫星(频带内信道)、或者经由图1的低带宽信道108在频带外,从图1的内容所有者前端100向图1的下游站102单独传输所述节目ID。因此,图1的下游站102将知道除了嵌入在传输节目中的节目ID以外的节目ID。下游站102将从接收到的节目中恢复节目ID,以与单独发送的节目ID相比较。如果单独传输的节目ID与从所传输的节目中恢复的节目ID不匹配,则节目切换不成功。
数字水印处理包括以下技术的汇集:对原始内容进行修改以嵌入水印数据,使得修改后的内容在感知上类似于原始内容,并且即使内容已失真也可以相应地从所修改的内容中恢复水印数据。水印处理系统包括:用于对原始内容进行修改的嵌入器,以及用于恢复水印数据的一个或多个检测器。一些嵌入器对于基带图像进行操作,而一些嵌入器对压缩的内容流进行操作。类似地,一些检测器对基带图像进行操作,而其他检测器对压缩的流进行操作。一些系统被设计为使得水印数据可以被嵌入到压缩的流中,但是在基带中被检测。类似地,一些系统允许在基带中嵌入水印并在压缩的流中进行检测。根据本发明原理,内容的水印处理是通过对这样内容的视频部分进行水印处理而实现的。可选地,可以对内容的音频部分而不是内容的视频部分进行水印处理。
图3示出了根据本发明原理的第一实施例的传输系统300的示意框图,该传输系统300可以并入图1的前端100中以出于故障检测的目的将水印嵌入到内容中。图3的传输系统300包括所存储的内容(例如,节目)的数据库310。控制系统320利用调度信息来在数据库310中选择多个节目中的一个以进行传输,以及选择将传输所选节目的卫星和卫星信道。除了选择节目以进行最终传输以外,控制系统320还产生节目标识符,一般称作术语“节目ID”,“节目ID”具体标识每个所选节目。如图3所示,将节目ID存储在存储器或缓冲器325中。尽管存储节目ID的存储器325表现为与控制系统320分开的元件,但存储器能够驻留在控制系统本身内。
水印嵌入器327对控制系统320所选择的节目进行处理,该水印嵌入器327在每个所选节目中嵌入包含针对该节目的相应节目ID在内的数字水印。图3的水印嵌入器327将数据(例如,节目ID)插入到所选节目的基带视频部分中(每一帧中或帧的子集中)。优选地,所嵌入的数据随某最小频率而出现。在每个节目中嵌入了相应的节目ID嵌入之后,然后由编码器330对该节目进行的压缩编码,所述编码器330使用所选的指定压缩标准以指定比特率对节目进行压缩。最后,由发射机340来发射压缩后的节目,发射机340典型地采用上行链路站的形式以将节目发射至指定卫星(如图1的卫星104和106)。发射机340还直接从存储器325接收节目ID,以通过对所传输的内容流进行复用和/或通过经由图1的低带宽信道108进行传输来传输至图1的下游站102。周期地重复这种节目ID的传送。
图4示出了根据本发明原理的第一实施例的接收机系统400的示意框图,该接收机系统400用于基于所恢复的水印数据来检测故障。实际中,图4的接收机系统410驻留在图1的下游站102中。图4的接收机系统400包括调谐至指定卫星(如图1的卫星104和106之一)上的具体信道的接收机410。接收机410具有调谐至相同或不同卫星上的不同信道的能力。接收机410用来恢复所传输的内容(包括嵌入的节目ID)以及在内容流中复用的或经由低带宽信道接收的、单独提供的节目ID。将单独提供的节目ID存储在存储器415中,存储器415可以与接收机410集成或分开。经由压缩代码转换器420将接收机410所恢复的内容流压缩代码转换成供至少一个集线器430分发给区域订户的格式。压缩代码转换器420还对内容流进行解码,来获得在存储器或缓冲器440中存储的基带视频,以供水印检测器450随后接收。水印检测器450恢复在基带视频中嵌入的数据(包括节目ID),并将该数据与指示检测强度的值一起传递至故障检测器460。由于所嵌入的水印数据周期性地出现在基带视频中,所以水印检测器450将周期性地恢复这样的数据以由故障检测器460来接收。
故障检测器460将存储器415中保存的节目ID与由水印检测器450所恢复的节目ID相比较。如果两个值不匹配,则故障检测器460发出警告指示接收到的内容流与期望的内容流不匹配。如果水印检测器450所报告的水印强度不超过设置阈值,则故障检测器460还将发出警告指示接收到的内容流的潜在讹误。
通过图3的水印嵌入器327被嵌入在内容流的视频部分中的数据可以包括顺序计数。实际上,每当图4的水印检测器450将所恢复的数据传递至故障检测器460时,计数的值应当相比于前一恢复上检测到的计数而增加。在达到最大值时,计数复位为初始值。如果故障检测器460检测到计数值没有改变,则故障检测器发出警告指示压缩代码转换器420已“卡住”并且当前输出静止帧。
图5示出了根据本发明原理第二实施例的发射机系统500的示意框图,该发射机系统500用于合并到图1的前端100内,以出于故障检测的目的将水印嵌入到内容中。图3的传输系统500包括:数据库510、控制系统520、节目ID存储器525、压缩编码器530、水印嵌入器535、和发射机540,它们分别执行与图3发射机系统300的数据库310、控制系统320、压缩编码器330、水印检测器330和发射机340实质上相同的功能。与其水印嵌入器327将数据(例如,节目ID和顺序计数)插入到内容的基带视频部分中的图3的发射机系统300相比,传输系统500的水印嵌入器535将这样的数据插入到内容的压缩视频部分中。另一方面,图5的发射机系统500与图3的发射机系统300采用相同的方式进行操作。
图6示出了根据本发明原理第二实施例的接收机系统600的示意框图,该接收机系统600基于所恢复的水印数据对故障进行检测。图6的接收机系统600包括:接收机610、节目ID存储器615、压缩代码转换器620、集线器630、水印检测器650、和故障检测器660,它们分别执行与接收机410、节目ID存储器415、压缩代码转换器420、集线器430、水印检测器450和故障检测器460实质上相同的功能。与其中水印检测器450对基带视频进行操作的图4的接收机系统400相比,接收机系统600的水印检测器650在压缩代码转换之前对内容流进行操作。尽管与图4的水印检测器450的输入流相比,水印检测器650的输入流以不同的格式存在,然而输出是相同的。
图7示出了根据本发明原理的第三实施例的接收机系统700的示意框图,该接收机系统700基于所恢复的水印数据对故障进行检测。图6的接收机系统700包括:接收机710、节目ID存储器715、压缩代码转换器720、集线器730、水印检测器750、和故障检测器760,它们分别执行与接收机410、节目ID存储器415、压缩代码转换器420、集线器430、水印检测器450和故障检测器460实质上相同的功能。与其中水印检测器450对基带视频进行操作的图4的接收机系统400相比,接收机系统700的水印检测器750对由压缩代码转换器720产生的压缩代码转换内容流进行操作。尽管与图4的水印检测器450的输入流相比,水印检测器750的输入流以不同的格式存在,然而水印检测器750的输出是相同的。
上述描述了一种通过对在传输内容中嵌入的水印处理后的数据进行检查来检测信息通信系统中的故障的技术。还必需认识到,针对故障安全节目或上下文切换的水印嵌入技术可以推广为IP网络中组播组之间的切换。换言之,本发明原理的技术不限于特定传输模式,而是可用于在内容源之间转换时检测内容接收期间的故障。

Claims (17)

1、一种方法,包括以下步骤:
从接收到的信息流中恢复在流中嵌入的水印,所述水印具有作为流质量特性的数据;以及
对水印进行分析,以建立接收到的信息流的质量。
2、根据权利要求1所述的方法,其中,水印数据包括:对信息流中的节目加以标识的节目标识符。
3、根据权利要求2所述的方法,其中,分析步骤包括:将节目标识符与参考节目标识符相比较的步骤。
4、根据权利要求1所述的方法,其中,水印数据包括:对其中嵌入有水印数据的视频帧加以标识的顺序计数。
5、根据权利要求4所述的方法,其中,分析步骤包括:对相继恢复的水印的顺序计数进行比较的步骤。
6、根据权利要求2所述的方法,其中,水印数据还包括:对其中嵌入有水印数据的视频帧加以标识的顺序计数。
7、根据权利要求6所述的方法,其中,分析步骤包括以下步骤:
(a)将节目标识符与参考节目标识符相比较;以及
(b)对相继恢复的水印的顺序计数进行比较。
8、根据权利要求1所述的方法,其中,在接收到的信息流的压缩代码转换之后,从接收到的信息流的基带部分恢复水印。
9、根据权利要求1所述的方法,其中,在接收到的信息流的压缩代码转换之前,从接收到的信息流恢复水印。
10、一种将信息流传送至下游接收机的方法,包括以下步骤:
在传送之前,将具有流质量数据特性的水印嵌入到信息流中。
11、一种设备,包括:
接收机,用于接收信息流,所述信息流具有嵌入所述流中的水印,所述水印具有作为流质量特性的数据;
水印检测器,用于从水印中提取所述数据;以及
故障检测器,用于对所提取的数据进行分析,以检测在接收到的信息流中是否存在故障。
12、根据权利要求11所述的设备,其中,水印数据包括:对信息流内的节目加以标识的节目标识符。
13、根据权利要求12所述的设备,其中,故障检测将所述节目标识符与参考节目标识符相比较。
14、根据权利要求11所述的设备,其中,水印数据包括:对其中嵌入有水印数据的视频帧加以标识的顺序计数。
15、根据权利要求14所述的设备,其中,故障检测器对相继恢复的水印的顺序计数进行比较,以确定顺序计数是否已改变。
16、根据权利要求12所述的设备,其中,水印数据还包括:对其中嵌入有水印数据的视频帧加以标识的顺序计数。
17、根据权利要求16所述的设备,其中,故障检测器将节目标识符与参考节目标识符相比较,以及对相继恢复的水印的顺序计数进行比较。
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