CN102656840B - 用于对媒体内容进行安全保护的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于对媒体内容进行安全保护的系统和方法。提供了一种用于发布加密媒体内容的方法，其包含：将标记载荷嵌入到媒体内容中，从而生成嵌入的媒体内容；对嵌入的媒体内容应用变换，从而生成加密的媒体内容；发布加密的媒体内容。标记载荷是基于与媒体内容相关的感知信息嵌入的。

Description

用于对媒体内容进行安全保护的系统和方法

交叉参考引用

本发明要求2010年2月2日递交的发明名称为“对媒体内容交付进行取证跟踪”(Forensic Tracking for Media Content Delivery)、美国临时专利申请号为No.61/300,635以及2011年1月19日提交的发明名称为“对媒体内容进行安全保护的系统和方法”(System and Method for Securing Media Content)、美国非临时专利申请号为No.13/009,780的在先申请优先权，该在先申请的内容以引入的方式并入本文本中。

技术领域

本发明通常与媒体发布相关，更特别地，与对媒体内容进行安全保护的系统和方法相关。

发明背景

保护媒体内容的价值是媒体内容交付中的最大的挑战之一。没有正确的保护，内容所有者、内容提供商和服务提供商便不愿意发布他们的有价值的媒体内容。过去，数字版权管理广泛用于内容保护。有价值的媒体内容使用密码格式进行加密，以便防止对媒体内容进行未经授权的访问。只有对媒体内容具有适当权限的人才能解密和访问这些内容。

但是，数字版权管理是一个被动的内容保护方案，只有在媒体内容采用加密格式时才能有效地保护媒体内容。当媒体内容已解密或处于本来的格式时，保护功能便消失了。在本来的格式时，媒体内容可自由复制和发布。因此，需要一个更主动的内容保护技术。主动内容保护技术可以连同数字版权管理一起使用。

发明内容

通过使用本发明用于为媒体内容进行安全保护的系统和方法的实施例，通常可以解决上述问题和其他问题，并且可以实现技术上的优势。

根据本发明的示例实施例，提供了一种发布安全媒体内容的方法。本方法包含：将标记载荷(marking payload)嵌入到媒体内容中；在嵌入式媒体内容中应用转换，从而生成受保护的媒体内容；发布受保护的媒体内容。已标记的载荷是基于与媒体内容相关的感知嵌入的，从而生成嵌入式媒体内容。

根据本发明的另一个示例实施例，提供了一种在媒体内容中嵌入提取信息的方法。本方法包含：将候选媒体内容与原始媒体内容进行匹配；将标记样式与候选媒体内容关联，从而生成序列值；解密序列值，从而生成已解密的序列值；输出已解密的序列值作为信息。

根据本发明的另一个示例实施例，提供了一个包含嵌入器和检测器的系统。嵌入器耦合至媒体内容输入。嵌入器将信息嵌入到媒体内容输入提供的媒体内容中，并转换嵌入的媒体内容以生成受保护的媒体内容。该信息是基于与媒体内容有关的感知信息嵌入的。检测器耦合至候选的媒体输入和媒体内容输出。检测器将候选媒体输入提供的候选媒体内容与媒体内容输入提供的原始媒体内容相匹配，将匹配样式与候选媒体内容相关联以生成序列值，然后解密序列值以生成嵌入到候选媒体内容中的信息。

本发明的一个优势为，使用主动保护技术对媒体内容进行保护，启用与媒体内容有关的信息发现以跟踪媒体内容的原始状态，从而潜在地启用了对媒体内容盗窃来源的确定。

优选实施例的另一个优势为，在媒体内容中移除主动保护的尝试将会导致内容严重变形和损坏，从而使媒体内容无法发布。

优选实施例的另一个优势为，对媒体内容的主动保护可以基于受保护的媒体内容的特性进行调节；因此，主动保护不会对媒体内容的感知质量产生负面作用。

本文接下来概述了本发明的功能和技术优势，以便于更好地理解后续的实施例的详细说明。在下文中，将描述本发明的更多功能和优势，它们形成了本发明的权利要求的主题。本领域技术人员应该理解，可以在此处揭示的概念和特定实施例的基础上修改和设计与本发明目的相同的其他结构或流程。本领域技术人员还应理解，这样的等价构造不应该背离本发明内附的权利要求中所述的实质和范围。

附图简述

为了更完整地理解本发明及其优势，可以参考以下附图和说明，其中：

图1说明了典型先有技术媒体内容被动内容保护系统的示例图表；

图2说明了根据本发明的优选实施例设计和配置的水印嵌入系统的示例图表；

图3说明了根据本发明的优选实施例设计和配置的水印检测系统的示例图表；

图4a说明了根据本发明的优选实施例设计和配置的嵌入系统的示例图表；

图4b显示了根据本发明的优选实施例，在媒体内容中嵌入信息的操作的流程图；

图4c显示了根据本发明的优选实施例，生成感知屏蔽的操作的流程图；

图5a说明了根据本发明的优选实施例设计和配置的检测系统的示例图表；

图5b显示了根据本发明的优选实施例，检测媒体内容中的信息的操作的流程图；

图6说明了根据本发明的优选实施例设计和配置的媒体内容安全系统的示例图表；以及

图7说明了根据本发明的优选实施例设计和配置的计算系统的示例图表。

具体实施方式

下面详细讨论了本发明示例实施例的制作和使用过程。本领域技术人员应该理解，本发明提供了许多可应用的发明概念，可以在多种特定环境中实施。所讨论的这些特定实施例仅说明了制作和使用本发明的特定方式，并没有限制本发明的全部范围。

本发明将在特定环境中，对示例实施例进行描述，即，通过主动保护技术，保护视频内容，防止其受到未经授权的发布和/或显示。但是，本发明还应用于其他格式的媒体内容，例如：音频、静止图像、多媒体，等等，此类媒体内容均需要保护，防止受到未经授权的发布和/或显示。相应地，此处描述的任何特定类型媒体内容的使用仅用作说明目的，不用作限制或缩小本发明的范围，除非另行指定。

图1说明了典型先有技术媒体内容的被动内容保护系统100。被动内容保护系统100利用被动内容保护技术，来保护媒体内容免受不经授权的发布和/或显示。被动内容保护系统100包含加密器105，使用密钥对媒体内容进行加密。已经加密的媒体内容随即受到保护，可防止未经授权的访问，因为必须使用用于加密媒体内容的密钥(或相应的加密密钥)才能解密经过加密的媒体内容。

为了显示媒体内容，已经加密的媒体内容必须由解密器110进行解密。解密器110可利用原始用于加密媒体内容的密钥，或者与原始用于加密媒体内容的密钥对应的密钥，然后媒体内容将由显示器115进行显示。

但是，为了显示媒体内容，必须将媒体内容置于未加密的状态。当媒体内容处于其未经加密的状态中时，容易受到未经授权的发布和/或显示。如前面所讨论，仅当媒体内容仍然处于加密状态，被动内容保护技术才能保护媒体内容。当媒体内容处于未经加密的状态时，被动内容保护系统100提供的内容保护将不起作用。

此外，被动内容保护系统100没有提供对媒体内容发布的跟踪功能；因此，潜在地使得确定媒体内容在何处、何时和/或如何被破坏变得困难。

不同于被动系统，跟踪和回溯提供了一种主动内容保护技术，能够在其媒体生命周期中记录媒体内容的交付路径。例如，当违反了媒体内容的使用版权时(例如：当某人将受保护的媒体内容上传至公共访问服务器以便与未经授权的用户共享时)，这样的系统不仅能跟踪媒体内容的来源，而且还能够帮助跟踪或识别进行非法操作的人。

在这些跟踪以及回溯系统中，水印提供了一种进行取证(forensic)跟踪的有效工具，其可以将识别标记嵌入到媒体生命周期的每个阶段。相应地，通过对跟踪以及回溯水印信息进行解码，媒体内容的交付路径即被揭示，可以识别违反保护的来源。

图2说明了水印嵌入系统200。水印嵌入系统200包含保护嵌入器205，可用于在媒体内容中嵌入水印，从而生成了受保护的内容。受保护的内容可在不剥离水印的情况下直接显示；这样，只要嵌入了水印，媒体内容在整个生命周期都受到防止盗窃的保护。

图3说明了水印检测系统300。水印检测系统300包括保护检测器305。保护检测器305可用于在受保护的媒体内容中提取水印。水印可包含指示关于媒体内容的来源信息，从而能够跟踪该媒体内容分发，并潜在跟踪媒体内容被盗取的地点、时间和/或方式。

跟踪以及回溯水印嵌入和检测是取证跟踪的重要部件；其中，水印嵌入为将信息插入到媒体内容中的一个过程，同时检测从媒体内容中提取的以验证可靠性。如文本中所述，示例实施例部署一个或多个光谱传播、加密、错误纠正编码、几何抗合谋编码(geometrical anti-collusion coding)与感知模型(perceptualmodeling)，用于生成信息并将信息嵌入到媒体内容中。已嵌入的信息可允许确定媒体内容被盗取的地点、时间和/或方式以及此操作负责的人。

在这样的示例实施例中，从带有保密生成密钥的伪随机噪声(PN)序列生成了水印样式。然后，将使用高级加密标准(Advanced Encryption Standard，AES)加密识别信息，使用卷积错误纠正代码进行编码，然后转换为二进制位，映射至二极序列以形成水印载荷。采用这种方法嵌入的信息被隐藏起来或者攻击者无法看到，水印有效地打击了攻击等信道噪声。此外，构建了感知模型以确定嵌入强度，使得加了水印的视频可以基于多种可以计量的考虑因素和本文中要描述的其他因素，仍然维护良好的或可接收的感知质量。然后，此嵌入强度用于重复在一个或多个视频序列组件(例如，Y组件)中嵌入水印载荷。最终，如果需要额外的安全措施，水印视频帧可经受某些轻度的几何转换(由另一个保密密钥确定)，以防止攻击，例如合谋攻击。

此外，如上所述，还提供了示例实施例用于确定嵌入信息的存在并提取嵌入的信息。在这样的实施例中，受保护的媒体内容和原始媒体内容可进行比较，以提取嵌入的信息。也可使用解码和解密来提取嵌入的信息。然后，嵌入的信息用于跟踪媒体内容。

尽管下面的讨论专注于视频内容，此处描述的实施例可以在所有格式的媒体内容中操作，包括但不限于音频、静止图像、多媒体，等等。因此，不应将对视频内容的讨论视为受限于这些实施例的范围或实质。

图4a说明嵌入系统400。嵌入系统400可用于在媒体内容中嵌入识别信息，以用于跟踪以及回溯。根据实施例，包含嵌入信息的媒体内容可能会与没有嵌入识别信息的媒体内容具有相同的基本特征。例如，如果媒体内容是视频，则具有嵌入信息的将具有相同的帧大小、帧速率、位速率、长度，等等。

根据实施例，识别信息可由识别信息生成单元405生成。识别信息可采用二进制序列的形式。二进制序列具有与媒体内容相同的大小。回到前述媒体内容为视频的实施例，二进制序列可具有与媒体内容中的视频帧相同的大小(例如：二进制序列可为二进制矩阵维度：视频高度x视频宽度)。二进制序列可由识别信息生成单元405使用传播光谱技术生成，可有助于改进水印检测能力。

二进制序列(包含识别信息，例如：版权信息、客户信息，等等)可由加密单元407加密。加密单元407可使用第一个密钥(KEY#1)加密二进制序列，其可与媒体内容的接收者相关联。加密二进制序列可保护二进制序列免受想要检测和/或篡改媒体内容的攻击者的攻击。例如，让用户通过在线服务购买某电影的观看权限。在线服务可使用与用户关联的第一个密钥，加密二进制序列(例如：其可包含客户的信息，以及识别在线服务的信息)。加密之后，二进制序列可对于攻击者显示为噪声(例如：白噪声)。加密方法可以为RSA算法、数据加密标准(DES)、高级加密标准(AES)等等。第一个密钥可以由媒体内容的创建者、发布媒体内容的服务器等来进行选择。

为了使嵌入的信息不受过滤、压缩、更改格式等的影响，可以由ECC单元409将错误纠正代码(error correction code，ECC)应用至被嵌入的信息。实际上，媒体内容发布过程可以被视为信道，可以将在媒体内容发布过程中的攻击视为信道噪声。因此，可以在ECC单元409中应用卷积码作为错误纠正代码。根据一个实施例，可以为ECC单元409提供一个密钥(第二个密钥(KEY#2))，可用于选择卷积码。此外，可以将已编码的嵌入信息的二进制位调制为二极序列以形成水印载荷。

可以由嵌入单元411将水印(已编码的嵌入信息)嵌入到媒体内容中。但是，简单将水印嵌入到媒体内容中会对媒体内容的感知质量产生负面作用，所以，嵌入水印时可使用与媒体内容相当的级别。例如，如果视频的特定部分对质量退化敏感，则可以较低的级别嵌入水印甚至不嵌入。而如果视频的特定部分对质量退化不敏感，则以较高级别嵌入水印。可能需要自适应的嵌入强度，因为与以低强度嵌入的水印相比，以高强度嵌入的水印更容易检测。因此，可能需要增加嵌入强度以增强检测速率，条件是水印不会降低可感知的视频质量。

根据一个示例实施例，可以使用感知模型来确定水印的嵌入强度。对于视频来说，可以为每个帧的每个像素确定嵌入强度。因此，嵌入强度可以采用如下格式：视频高度乘以视频宽度矩阵M，以及当前帧的的屏蔽I，其元素表示相应像素的嵌入强度的浮点数量。则加了水印的帧W可表示为：

W＝sign(w)·M ⊙P+I，(1)

其中，⊙为元素智能的产品，P为水印样式，w为当前帧的水印载荷。感知模型可在空间域以及时间域中构建。此外，水印帧可以采用范围进行限制，例如：范围[0，255]。

对于空间域，示例实施例至少考虑两个感知模型用于确定嵌入强度。模型之一基于边缘和/或纹理信息，采用的基本原则是纹理丰富区域和边缘可使用高强度的水印嵌入。这样的模型基于人眼对光滑区域的更改比较敏感，对噪声区域的更改较不敏感。根据示例实施例，可以使用多个矩阵的组合来描述该区域。

一个矩阵可使用当前像素与周围像素之间的差异。如果差异较大，当前像素可以容许相对大的更改，即，大的嵌入强度。这样的矩阵可以使用原始帧的卷积和高通过滤器H来计算。

另一个矩阵可包含当前帧所驻留的块的差异。在这种情况下，差异越大，嵌入强度越大。

另一个矩阵可包含当前帧所驻留的块的差异的熵(entropy)。在此实施例中，熵越高，区域的纹理越多，嵌入的强度越大。

请注意，上述矩阵可描述其周围区域的纹理特性，但是仅使用其中的一个可能不够。因此，可从上述产品及其他矩阵和正确的比例定义空间屏蔽。

或者与上述矩阵结合使用，其他实施例可考虑基于空间模型，至少为JustNon-noticeable Difference(JND)模型的一部分。请注意，在许多知名的文献中，已经广发探讨和开发了这样的模型。相应地，本文中并没有详细描述这样的技术的特定详情。

对于时间域中的感知模型，示例实施例利用人眼对于静态区域的小量变化高度敏感，而对于平滑地、连续移动的区域中的变化不敏感的事实。此外，相邻帧之间的简单差异无法正确地描述这样的平滑连续移动区域。例如，一个普通实践中表明，如果对象移动，则需要平滑背景。因此，可能无法既嵌入高强度的水印同时不会给平滑背景下的图像产生负面一影响。在这些情况下，可以在两个相邻帧之间执行块匹配，其中，可以计算这些匹配块之间的差异。然后，这些差异可以扩展作为时间屏蔽。

为了确保将媒体内容的质量维护到一个理想的水平，示例实施例考虑选择空间屏蔽和/或时间屏蔽的最小值，用于确定嵌入强度。所选值(两个值中的较小者)可以使用最小值和最大值来束缚，以作为最终的嵌入强度。

根据一个示例实施例，水印的每个位都可以使用伪随机数(pseudorandomnumber，PN)序列来生成。例如，PN序列可为根本的m序列，带有优化交叉相关值的Kasami序列、正交Walsh代码，等等。然后，可以将水印的传播位(spread bit)与媒体内容相结合。例如，水印的每个空间位可以与视频的各个帧相结合。或者，可以将水印的传播位于视频的每个帧相结合，同时当传播位在水印中进行宣传时，应用在顺序次序中序列中。或者，水印的单个传播位的一部分可以与视频的帧相结合。例如，水印的单个传播位的第一部分可以与第一个帧相结合，水印的单个传播位的第二部分可与第二个帧相结合，水印的单个传播位的第三部分可以与第三个帧相结合，依此类推。

例如，如果在由PN序列传播之前，水印的位为1，则可以将PN序列添加至视频帧的像素值中，而如果在由PN序列传播之前，水印的位为0，则可以从视频帧的像素值中提取pixel序列。

在嵌入水印之后，媒体内容便成为受保护的内容。但是，为了进一步加强媒体内容的保护，具有嵌入水印的媒体内容可使用另一个密钥(第三个密钥(KEY#3)来进行保护)。根据实施例，转换可以为几何变换，由转换单元413执行。几何变换可以为移位、调整大小、旋转和其他空间和/或临时几何变换的结合。人眼通常无法将转换媒体内容从原始媒体内容分辨出来，但是计算机可以检测出差异。此外，如果两个或多个合谋者以线性或非线性方式组合媒体内容以消除嵌入的水印，则所获取的视频的质量会明显下降。这样的下降会导致媒体内容模糊不清或其他不希望产生的效果，从而使得人眼无法接受。这样，几何变换在某种程度上解冻了合谋攻击，其也称为几何抗合谋编码。转换之后，如果需要，对媒体内容的保护即完成。

上述嵌入系统400的实施例(以及下面所述的检测系统)还可以依据一些包含功能性步骤和/或非功能性操作的方法来进行说明。下面(以及随后)的描述和相关的流程图说明了可在本发明的实践实施例中执行的步骤和/或操作。通常，功能性步骤从完成的结果方面描述了本发明，而非功能性操作描述了用于实现某些结果的更多特定操作。虽然功能性步骤和/或非功能性操作可能是按照特定顺序描述或声明的，本发明并不用于限制任何特定顺序或步骤和/或操作的组合。此外，在权利声明(以及下面4b、4c和5b的流程图)中列举的步骤和/或操作的使用(或不使用)，用于指示此类术语的所需的特定作用。

如上所述，图4b说明媒体内容中嵌入信息的操作420的流程图。操作420可表示在嵌入系统(如嵌入系统400)中发生的操作，因为嵌入系统将水印信息嵌入到媒体内容中以保护媒体内容。UE操作420可在嵌入系统处于正常操作模式时发生。

操作420在开始时，首先由嵌入系统生产标记载荷(块425)。根据一个实施例，标记载荷可包含识别信息，例如版权信息、客户信息等等。然后，标记载荷将被使用第一个密钥进行加密(块427)。加密标记载荷可保护标记载荷免受想要检测和/或篡改媒体内容的攻击者的攻击。加密方法可以为RSA算法、数据加密标准(DES)、高级加密标准(AES)等等。

此外，可以对已加密的标记载荷进行编码(块429)。对已加密的标记载荷进行编码可有助于使得已加密的标记载荷更加强大，可防止过滤、压缩、更改格式等的攻击。在一个实施例中，编码会涉及到使用由第二个密钥选择的卷积码。此外，可以将已编码的加密标记载荷的二进制位调制为二极序列以形成水印载荷。

然后，已编码的加密标记载荷可被嵌入到媒体内容(块431)中。在嵌入已编码的加密标记载荷之前，PN序列可应用于已编码的加密标记载荷。根据示例实施例，嵌入的加密标记载荷可以基于媒体内容本身使用嵌入强度进行嵌入。然后，具有嵌入式编码的加密标记载荷将被使用几何转换进行转换，以便进一步加强媒体内容的保护(块435)，因此，使得媒体内容可以准备好用于发布(块437)。

图4c说明了在生成感知屏蔽中的操作450的流程图。如前面所述，可利用空间域信息(块455)和/或时间域信息(块461)生成感知屏蔽。如前所述，利用空间域信息生成感知屏蔽情况下可利用差异和/或熵(块457)或JND塑型(块459)。

利用时间域信息生成感知屏蔽情况下可利用块匹配和块之间的差异。根据一个实施例，可以选择两个值中的较小者(块463)并用于生成嵌入强度(块465)。可以将嵌入强度与最大允许的嵌入强度进行比较(块467)，选择其中较小的(块469)。然后，所选的嵌入强度将与所允许的最小嵌入强度进行比较(块471)，选择其中较大的(块473)。然后，所选的嵌入强度用于生成感知屏蔽(块475)。

图5a说明了检测系统500。检测系统500可用于检测嵌入到媒体内容中的信息，并从媒体内容中提取该信息用于跟踪以及回溯目的。根据实施例，媒体内容可包含使用嵌入系统嵌入的信息，例如系统400(如前所述)。

根据实施例，检测系统500具有三个输入：候选媒体内容，其为要进行嵌入信息检查的媒体内容；原始媒体内容，其为对应于候选媒体内容但是未嵌入任何信息的媒体内容；以及配置信息，其为与候选媒体内容相关的信息，可包含候选媒体内容的参数、用于加密的密钥、顺序生成种子，等等。作为示例，如果候选媒体内容和原始视频内容的类型为动画，则配置信息还包含帧维度(宽度和高度)、帧速率、位速率，等等。检测系统500的配置单元505可验证配置信息中的信息的正确性和合法性等，并将配置信息存储起来以备后用。

检测系统500可将候选媒体内容与原始媒体内容的属性进行比较(例如：使用比较单元507)，以确保物理属性匹配。例如，如果候选媒体内容和原始视频内容的类型为动画，则物理属性还包含帧维度(例如：宽度、高度、对角线长度)、帧速率、位速率，等等。检测系统500可使用检查单元509进行检查以确定帧维度是否匹配，其中，如果帧维度(或其他单元大小或维度，例如：宽度、高度、对角线长度，等等)不匹配，则无法使用调整单元511来调整候选媒体内容的帧，以匹配原始媒体内容的帧(示例)。调整大小单元511可使用双线性内插(interpolation)/抽取(decimation)技术来调整候选媒体内容的帧的大小。

如果候选内容是使用嵌入系统(例如：嵌入系统400)嵌入的，则其可能已经经历了几何变换(例如：旋转、平移或缩放操作)以及其他空间或临时几何变换。检测系统500可专门设计，使其对于此种几何变换具有特殊的敏感度，使得当涉及复杂变换时，对于嵌入信息的检测完全失败。此外，来自第三方的意外攻击可强制对候选媒体内容进行几何变换，以便尝试删除嵌入的信息。这种形式的普通转换可包含空间域中的仿射(affine)变换，以及临时域中的帧添加/丢失。

为了完全探究原始媒体内容的序列信息，可能需要注册媒体候选内容以便与原始媒体内容相对应。例如，如果候选媒体内容和原始媒体内容的类型为动画，则候选媒体内容的帧可在空间域和临时域中针对原始媒体内容进行注册。注册检查单元513可用于确定是否需要注册，如果需要，可以使用空间/临时注册单元515来执行注册。

在空间域中注册可基于Kanade-Lucas-Thomasi(KLT)特征点跟踪算法。由于针对候选媒体内容强制执行的最常见的几何变换为旋转、平移和/或缩放操作，或者仿射变换，所以仿射变换可用于空间域注册中，而图像中针对像素的仿射变换可表示为：

$\left(\begin{array}{c}{x}^{\′}\\ y^{\′}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}a& b\\ c& d\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}e\\ f\end{array}\right).$

空间域注册的原则为，在上面所示的变换中查找六个仿射变换参数(a至f)，以在执行嵌入信息的检测之前执行逆向仿射变换。对于视频媒体内容，KLT特定攻击者算法可以下面的方式实现此目标：在候选帧与原始帧中查找相应的特性点，并提供六个仿射变换参数的解决方案。然后，逆向仿射变换将以隐式方法应用于候选帧中。应用了逆向仿射变换的候选帧可称为校正的帧F⁽¹⁾。对于F⁽¹⁾的位置(x，y)处的每个像素，可以计算帧F’的位置(x’，y’)处的像素。然后，如果x’与y’为整数，则F’(x’，y’)作为像素在F⁽¹⁾中的位置(x，y)；如果x’与y’为非整数，则像素F’(x’，y’)可通过在(x’，y’)为F’内插一个灰度级别来获取。

但是，由于变换的复杂性，以及KLT特征点跟踪算法不完美，进行了一次逆向仿射变换的校正帧F⁽¹⁾通常不能很好地估计未经变换的水印帧。因此，必须通过反复应用KLT特征点跟踪算法，来优化F⁽¹⁾的估计。特别地，仿射变换移位(displacement)可以表示为：

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{\δx}\\ \mathrm{\δy}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{x}^{\′}-x\\ y^{\′}-y\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}a-1& b\\ c& d-1\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}e\\ f\end{array}\right).$

当迭代应用了第i次KLT特征点跟踪算法以获取F⁽ⁱ⁾及相应的仿射参数集u(其为上述仿射变换参数的集合，例如：a、b、c、d、e和f)时，可以计算每个像素的移位。KLT特征点跟踪算法的迭代应用可以一直重复，直至满足一下公式：

$\underset{(x,y)\&Element;F}{\max }\left\{\right|\mathrm{\&delta;x}|,|\mathrm{\&delta;y}\left|\right\}<\mathrm{\&epsiv;}$

通常，ε设置为0.5左右。

在临时域中进行注册可涉及使候选媒体内容和原始媒体内容之间的均方差(mean-square error，MSE)最小化，以将前者注册到后者。对于视频数据，最小化候选帧域原始帧之间的MSE用于执行临时域注册。在这种情况下，必需主张一个约束，要求过去没有显示的帧可以在将来捕获。更特别地，如果在候选内容中有两个帧i和j，其中i＜j，则当将候选媒体内容注册到原始媒体内容时，为i和j已经注册的帧数量必须满足α(i)≤α(j)。对于候选媒体内容中的每个帧，将计算原始媒体内容中n＝3个连续帧的MSE。其中，第一个帧注册到候选媒体内容中的最后一个注册的帧，候选媒体内容的当前帧注册至具有最小MSE的帧(在原始媒体内容中的三个帧之外)。

使用配置信息，检测系统500可重新生成用于生成在候选媒体内容中嵌入的水印的PN序列，例如，使用生成样式单元517。由生成样式单元517生成的PN序列，对于在嵌入器中使用的PN序列是相同的，以便在嵌入到媒体内容之前传播水印。生成样式单元517可以生成PN序列，此为从m序列发生器中得出的调整了帧大小的PN序列。根据实施例中的示例，对于用于形成嵌入到候选媒体内容中的水印的PN序列，该PN序列是相同的。

为了讨论目的，假设候选帧已在其要注册的原始媒体内容(即，原始帧)中找到的匹配帧。例如，从候选帧和注册了候选帧的原始帧中，可使用相关单元519计算归一化相关系数。归一化相关系数的计算可利用生成样式单元517生成的PN序列。

根据本发明的示例实施例，一个归一化交叉相关的范围在-1域1之间。归一化交叉相关的绝对值越大，候选帧包含PN序列的机会就更大，该PN序列即为嵌入到候选帧中的水印。每个候选帧对应一个系数值。

硬判决单元521可用于确定候选帧是否包含PN序列。根据示例实施例，硬判决单元521中的阈值可设为0，即，如果归一化交叉相关大于0，则决定将位“1”嵌入到候选帧中，否则将位“0”嵌入到候选帧中。因此，在将候选帧提供给硬判决单元521后，可获取候选帧的长度的二进制序列。

可将二进制序列提供给解码单元523，该单元可以对二进制序列执行错误相关解码，以生成已解码的二进制序列，提供给解密单元525，该单元可对二进制序列进行解密。根据示例实施例，解密单元525可使用与加密PN序列时所用相同的密钥，或者与加密PN序列所用的密钥对应的密钥。解密单元525的输出可为嵌入到原始媒体内容以生成媒体内容的信息。可对解密单元525执行附加处理，以验证输出是否真正与嵌入到原始媒体内容中的信息相同。如果输出显著不同，例如，大于阈值，则媒体内容可能已被篡改或变更。

根据此处描述的优选实施例，以及先前所述的流程图的原则，图5b说明了在媒体内容中检测信息的操作540的流程图。当检测系统检测嵌入到候选媒体内容中的水印信息时，操作540可表示在见检测系统(例如：检测系统500)中发生的操作。操作540可在检测系统处于正常操作模式时发生。

操作540在开始时，首先由检测系统读取用于候选媒体内容的配置信息(块545)。检测系统还验证配置信息的正确性、合法性等。检测系统还检查候选媒体内容以及与之对应的原始媒体内容的参数(块547)。例如，检测系统还检查以确认参数是否有效以及候选媒体内容的参数是否与原始媒体内容相匹配(块549)。如果参数不匹配，则检测系统可调整候选媒体内容的某些参数的大小，以便与原始媒体相匹配(块551)。例如，如果候选媒体内容和原始视频内容的类型为动画，则物理属性可包含帧维度(例如：宽度、高度、对角线长度等)、帧速率、位速率，等等。如上所述，如果帧维度不匹配，则检测系统可调整候选媒体内容的帧维度，以便匹配原始媒体内容的帧维度。

或者，结合使用调整大小功能，检测系统可以注册候选内容以便与原始内容正确对应(块553)。如上面所讨论，注册可以在空间域、临时域或其组合中发生。

然后，检测系统可生成嵌入到候选媒体内容中的标记样式(块555)。例如，检测系统可生成已使用m序列发生器嵌入到原始媒体内容中的PN序列。从标记样式，测试系统可计算候选媒体内容与原始媒体内容之间的归一化相关系数(块557)。

可使用决策(例如：硬(是或否)判决)来确定嵌入到候选媒体内容中的信息的值，从而生成二进制序列(块559)。请注意，示例实施例考虑使用了硬或软(多值的)决策，但是通常使用硬判决。二进制序列可以进行解码(块561)和解密(块563)，以生成嵌入到候选媒体内容中的信息的评估。可以对信息的评估执行进一步处理，以确定信息是否与实际嵌入到原始媒体内容中的信息相匹配，从而确定候选媒体内容是否已经变更或篡改；而执行这些操作之后，操作540会结束。

图6说明了媒体内容安全保护系统600。媒体内容安全保护系统600可用于保护媒体内容免受未经授权的发布，可包含用于将信息嵌入到媒体内容中的嵌入器605媒体内容安全保护系统600还可包含检测器610，可用于检测是否存在嵌入到媒体内容中的信息，如果存在嵌入到媒体内容中的信息，则检测器610能够从媒体内容中提取该信息。这些信息可用于跟踪媒体内容的发布。根据实施例，嵌入器605可为嵌入系统400的实施，检测器610可为检测系统500的实施。

图7说明了计算系统700。计算系统700包括计算器705和媒体内容安全保护系统710。如前所述，媒体内容安全保护系统710可用于保护媒体内容免受未经授权的发布，并可包括可用于将信息嵌入到媒体内容中的嵌入器。媒体内容安全保护系统710还可包含检测器，可用于检测是否存在嵌入到媒体内容中的信息，如果存在嵌入到媒体内容中的信息，则检测器能够从媒体内容中提取该信息。计算器705可以充当媒体内容安全保护系统的借口，允许用户与媒体内容安全保护系统710进行交互。

虽然已经详细描述了本发明及其优势，但是必须理解，在不背离本发明附加权利要求所定义的范围和实质的情况下，本领域专业人员可以设计本发明的不同的变型方案或对其进行更改、替换。

此外，本专利申请的范围并不限于在规范中所描述的进程、设备、制造商、物质的构成、方式、方法和步骤的特定实施例。本领域技术人员可以从本发明揭示的内容中理解，进程、机器、制造商、物质的构成、方式、方法或步骤，无论是已有还是有待将来开发，只要实质上可以与本文中描述的实施例执行相同的功能或实现相同的结果，均可以根据本发明进行利用。相应地，本文中内附的权利要求用于在其范围中涵盖此类过程、设备、制造商、物质的构成、方式、方法或步骤。

Claims (25)

1.一种用于发布安全媒体内容的方法，该方法包含：

将标记载荷嵌入到媒体内容中，并将错误纠正代码应用至被嵌入的标记载荷，其中，所述标记载荷是基于与媒体内容相关的感知信息嵌入的，从而生成了嵌入的媒体内容；

对嵌入的媒体内容应用转换，从而生成安全保护的媒体内容，以及

发布所述安全保护的媒体内容；

其中，所述对嵌入的媒体内容应用转换包括应用几何转换。

2.如权利要求1所述的方法，所述将标记载荷嵌入到媒体内容中包括：

生成所述标记载荷；

对所述标记载荷进行加密；

基于所述体内容确定嵌入强度；以及

基于已确定的嵌入强度，将已所述加密的标记载荷嵌入到所述媒体内容中。

3.如权利要求2所述的方法，所述将标记载荷嵌入到媒体内容中还包括对已加密的标记载荷进行编码。

4.如权利要求3所述的方法，使用卷积码对所述已加密的标记载荷进行编码。

5.如权利要求2所示的方法，所述标记载荷还由m序列发生器生成伪随机序列进行传播。

6.如权利要求2所述的方法，所述加密标记载荷包括：使用RSA算法、数据加密标准(Data Encryption Standard,DES)算法、高级加密标准(AES)算法或者其中的组合，对所述标记载荷进行加密。

7.如权利要求2所述的方法，所述确定嵌入强度包括：

计算空间屏蔽；

计算时间屏蔽；

选择空间屏蔽或时间屏蔽中的较小者，从而生成已选择的屏蔽；

将所选的屏蔽限制在一定范围内；以及

设置受限制的屏蔽作为已确定的嵌入强度。

8.如权利要求7所述的方法，所述范围在最小嵌入强度至最大嵌入强度之间。

9.如权利要求1所述的方法，所述感知信息基于空间域感知模型、时间域感知模型或其组合。

10.如权利要求1所述的方法，所述媒体内容包括视频帧序列，所述将标记载荷嵌入到所述媒体内容中包括将所述标记载荷嵌入到所述视频帧序列的每个视频帧中。

11.如权利要求1所述的方法，所述几何转换包括平移操作、调整大小操作、旋转操作、缩放操作或其组合。

12.一种提取嵌入到媒体内容中的信息的方法，该方法包括：

将候选媒体内容与原始媒体内容进行匹配；

将标记样式与所述候选媒体内容相关联，从而生成序列值；

对所述序列值进行解密，从而生成解密的序列值；以及

输出所述解密的序列值作为信息，所述信息包含错误纠正代码；

其中，所述将候选媒体内容与原始媒体内容相匹配包括将候选媒体内容注册至原始媒体内容；

其中，所述将候选媒体内容注册至原始媒体内容包括，利用空间域注册、时间域注册或其组合；

其中，所述空间域注册使用迭代Kanade-Lucas-Thomasi特征点跟踪算法。

13.如权利要求12所述的方法，所述将候选媒体内容与原始媒体内容相匹配还包括在确定所述候选媒体内容的单元大小不同于所述原始媒体内容的单元大小后，调整所述候选媒体内容的大小。

14.如权利要求12所述的方法，所述时间域注册可最小化所述候选媒体内容与所述原始媒体内容之间的均方差。

15.如权利要求12所述的方法，还包括在解密所述序列值之前，对所述序列值进行解码。

16.如权利要求12所述的方法，还包括从所述候选媒体内容的配置信息生成标记样式。

17.如权利要求12所述的方法，所述将标记样式与所述候选媒体内容相关联包括：

计算所述候选媒体内容与所述标记样式之间的多个归一化相关系数；以及

在多个归一化相关系数中为每个归一化相关系数制定决策。

18.如权利要求17所述的方法，所述决策基于硬决策。

19.一种系统，包括：

用于与媒体内容输入耦合的嵌入器，用于将信息嵌入到所述媒体内容输入提供的媒体内容中，并将错误纠正代码应用至被嵌入的信息，所述信息是基于与所述媒体内容相关的感知信息被嵌入的，以及转换嵌入的媒体内容以生成安全保护的媒体内容；以及

用于耦合至候选媒体输入及所述媒体内容输入的检测器，用于将所述候选媒体输入提供的所述候选媒体内容与所述媒体内容输入提供的原始媒体内容相匹配；将匹配样式与所述候选媒体内容相关联以生成序列值；以及对所述序列值进行解密以生成嵌入到所述候选媒体内容中的信息；

其中，转换嵌入的媒体内容的方式包括几何转换。

20.如权利要求19所述的系统，所述嵌入器还用于为编码所述的信息以及加密所述的信息。

21.如权利要求19所述的系统，所述嵌入器通过下述方式将信息嵌入到媒体内容：生成标记载荷；加密所述标记载荷、基于所述媒体内容确定嵌入强度；以及将所述已加密的标记载荷嵌入到所述媒体内容中，所述已加密的标记载荷是按照所述嵌入强度嵌入的。

22.如权利要求21所述的系统，所述嵌入器通过下述方式确定嵌入强度：计算空间屏蔽，计算时间屏蔽；选择空间屏蔽与时间屏蔽之间的较小者从而生成选定的屏蔽；限制所述选定的屏蔽以驻留在一定范围内；以及设置受限制的所选定的屏蔽作为嵌入强度。

23.如权利要求19所述的系统，所述检测器通过下述方式将候选媒体内容与原始媒体内容相匹配：在确定所述候选媒体内容的单元大小不同于所述原始媒体内容的单元大小后，调整所述候选媒体内容，以及将所述候选媒体内容注册到所述原始媒体内容。

24.如权利要求19所述的系统，所述检测器通过下述方式将匹配样式与所述候选媒体内容相关联：计算所述候选媒体内容与匹配样式之间的多个归一化相 关系数，制定多所述个归一化相关系数中的每个归一化相关系数的决策。

25.如权利要求19所述的系统，所述检测器还用于对所述序列值进行解码。