CN103221997A - 水印生成器、水印解码器、基于离散值数据提供加水印信号的方法和根据加水印信号提供离散值数据的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于基于表示离散值数据的后续流值的流提供水印信号作为一系列后续水印系数的水印生成器，包括差分编码器。该差分编码器被配置为向表示离散值数据的流值中的当前流值或当前水印符号施加相位旋转，以获得水印信号的当前水印系数，该当前水印符号与表示离散值数据的流值中的当前流值相对应。该差分编码器被配置为导出作为主机信号和水印信号的结合的加水印信号的前一频谱系数的相位。差分编码器还被配置为提供水印信号，使得施加在当前流值或当前水印符号上的相位旋转的相位角取决于加水印信号的前一频谱系数的相位。

Description

水印生成器、水印解码器、基于离散值数据提供加水印信号的方法和根据加水印信号提供离散值数据的方法

技术领域

根据本发明的实施方式涉及一种用于基于离散值数据提供水印信号的水印生成器。根据本发明的其他实施方式涉及一种用于根据加水印信号提供离散值数据的水印解码器。根据本发明的其他实施方式涉及一种用于基于离散值数据提供水印信号的方法。根据本发明的其他实施方式涉及一种用于根据加水印信号提供离散值数据的方法。其他实施方式涉及相应的计算机程序。

背景技术

下文中将对不同的水印系统进行简要回顾。

水印系统可被视为一种通信系统。用作为预期信号的水印信号“wm”表示要传输的比特类信息。通过添加两个信号（水印信号wm和主机信号a）来将信号wm“嵌入”主机信号“a”中，从而获得加水印信号“awm”。相对于水印，主机信号可被视为添加失真。这是指awm偏离了其理想值wm，破坏了解码过程（如果原始主机信号a在解码器中未知）。信号awm还受到传输信道的影响，其中，信道会引入失真。传输信道的实例是用音频编解码器（诸如AAC）压缩信号awm以及用扬声器播放信号awm、信号awm在空气中的传播、以及用麦克风拾取信号awm。

水印系统的一个特性是失真的一部分（即主机信号）在发送器中已知。若在嵌入期间利用该信息，则该方法被称为知情嵌入或用边信息加水印（另参见Ingemar J.Cox,Ed.,Digital watermarking and steganography,TheMorgan Kaufmann series in multimedia information and systems.MorganKaufmann,Burlington,2.ed.edition,2008）。原则上，根据由感知模型给出的功率水平对水印wm进行加权已经属于知情嵌入的一种情况。然而，该信息仅用于对水印进行缩放以使其无法感知，而主机信号仍被视为用于在加权之前生成水印的未知噪声源。在特定情况下，可以对被引起失真的主机信号进行补偿的方式来创建水印信号，使得仅信道引起的失真破坏解码。这种方法被称为主机干扰抑制方法（另参见Chen and Wornell,“Quantization index modulation:A class of provably good methods for digitalwatermarking and information embedding,”IEEE TRANSACTION ONINFORMATION THEORY,May2001,vol.VOL.47）。

在未预先公开的EP 10154964.0-1224中，已与BPSK（二进制相移键控）信令相结合而引入差分编码，从而获得对解码装置的移动（例如，如果信号由麦克风拾取）、发送（Tx）侧和接收（Rx）侧的本机振荡器之间的潜在频率失配以及由频率选择信道引入的潜在相位旋转（诸如混响环境中的传播）具有强健性的系统。

强健性来自以下事实：以两个相邻符号之间的相位差对信息进行编码，使得系统实际上不受调制集群的缓慢漂移相位旋转的影响。

尽管在EP 10154694.0-1224中所述的方法通过缩放水印信号wm以使其不可感知来使用关于主机信号a的信息，但从通信系统的角度来说，主机信号a仍是未知噪声的一个附加源。换句话说，无论对主机信号a有多少了解，也会生成水印信号wm（在进行感知驱动缩放之前）。

几种水印系统使用某种知情嵌入方法，但仅少数属于主机干涉抑制方法的群组。这些系统的实例是低比特调制（LBM）（Mitchell D.Swanson;BinZhu;Ahmed H.Tewfik,“Data hiding for video-in-video,”IEEE InternationalConference on Image Processing,1997,vol.2,pp.676-679、Brian Chen andGregory W.Wornell,“Quantization index modulation methods for digitalwatermarking and information embedding of multimedia,”Journal of VLSISignal Processing,vol.27,pp.7-33,2001）和量化索引调制（QIM），其在（Chen and Wornell,“Quantization index modulation:A class of provablygood methods for digital watermarking and information embedding,”IEEETRANSACTION ON INFORMATION THEORY,May2001,vol.VOL.47和Brian Chen and Gregory Wornell,“System,method,and product forinformation embedding using an ensemble of non-intersecting embeddinggenerators,”1999,WO99/60514A）中进行了介绍。

在QIM中，首先必须选择信号表示的一个或多个参数，例如，时间-频率表示的复系数。所选参数随后根据要嵌入的信息而被量化。实际上，每个信息承载符号与特定量化器链接；可替代地，整个消息与一系列量化器链接。根据要传输的信息，信号利用与信息相关联的量化器或一系列量化器被量化。例如，若要量化的参数为正实数，则用于嵌入0的量化器可通过量化步长0、2、4、6、…进行限定，而用于1的量化器可以是1、3、5、…。若主机信号的当前值为4.6，则在比特为0的情况下，嵌入器将值改为4，且在比特为1的情况下，将值改为5。在接收器处计算接收的信号表示与所有可能的量化表示之间的距离。根据最小距离进行判定。换句话说，接收器尝试识别已使用了哪个可用量化器。由此，可实现主机干涉抑制。

当然，量化特定信号参数可能会向主机信号引入可感知失真。为防止可感知失真，可将量化误差部分添加回信号中，这被称为失真补偿QIM（DC-QIM）（另参见Antonius Kalker,“Quantization index modulation(QIM)digital watermarking of multimedia signals,”2001,WO03/053064）。这是接收器中的一个附加失真源。尽管已示出DC-QIM对于AWGN（加性高斯白噪声）信道为最佳，且常规QIM接近最佳（另参见Chen and Wornell,“Quantization index modulation:A class of provably good methods for digitalwatermarking and information embedding,”IEEE TRANSACTION ONINFORMATION THEORY,May2001,vol.VOL.47），但这些方法具有一定缺点。它们允许高比特率，但对振幅缩放攻击特别敏感（另参见FabricioOurique;Vinicius Licks;Ramiro Jordan;Fernando Perez-Gonzalez,“Angleqim:A novel watermark embedding scheme robust against amplitude scalingdistortions,”IEEE International Conference on Acoustics,Speech,and SignalProcessing(ICASSP),March2005）。

另一种方法（源于QIM）被称为自适应QIM（AQIM），且在（FabricioOurique;Vinicius Licks;Ramiro Jordan;Fernando Perez-Gonzalez,“Angleqim:A novel watermark embedding scheme robust against amplitude scalingdistortions,”IEEE International Conference on Acoustics,Speech,and SignalProcessing(ICASSP),March2005）一文中提出。其中信息经由量化角坐标嵌入。由此，可实现对振幅缩放的强健性。该方法不提供差分调制，且因此不具有对相移的强健性。

存在将信息嵌入音频信号的相位中的其他水印系统。在（W.Bender,D.Gruhl,N.Morimoto,and Aiguo Lu,“Techniques for data hiding,”IBM Syst.J.,vol.35,no.3-4,pp.313–336,1996和S.Kuo,J.D.Johnston,W.Turin,andS.R.Quackenbush,“Covert audio watermarking using perceptually tunedsignal independent multiband phase modulation,”IEEE InternationalConference on Acoustics,Speech,and Signal Processing,(ICASSP),2002,vol.2,pp.1753–1756）文章中提出的方法为非盲法，且因此仅限于少数应用。在（Michael Arnold,Peter G.Baum,and Walter Voesing,“A phase modulationaudio watermarking technique,”pp.102-116,2009）一文中，提出了一种盲法相位调制音频水印技术，被称为自适应扩频相位调制（ASPM）。另外，这些相位调制法不具有主机干扰抑制特性，且未考虑差分编码。

存在多种加水印方法，包括扩频或回声隐藏法。然而，如上所述，在EP 10154964.0-1224中，这些方法可能不可适用于特定感兴趣的任务，例如，在混响环境中经由声路传输水印。

本发明的目的在于创造一种允许提高嵌入主机信号并在主机信号中通过通信信道传输的水印信号的强健性的加水印概念。

发明内容

该目的通过根据权利要求1的水印生成器、根据权利要求11的水印解码器、根据权利要求14的用于基于离散值数据提供水印信号的方法、根据权利要求15的用于根据加水印信号提供离散值数据的方法和根据权利要求16的计算机程序来实现。

根据本发明的一种实施方式开创了一种用于基于离散值数据提供水印信号作为一系列后续水印系数的水印生成器。可选地，该水印生成器包括信息处理器，该信息处理器被配置为根据离散值数据的信息单元提供后续流值的流，使得所述流表示离散值数据。水印生成器还包括被配置为提供水印信号的差分编码器。该差分编码器还被配置为向表示离散值数据的流值中的当前流值或向当前水印符号施加相位旋转，以获得水印信号的当前水印系数，该当前水印符号与表示离散值数据的流值中的当前流值相对应。差分编码器还被配置为导出作为主机信号和水印信号的结合的加水印信号的前一频谱系数的相位。该差分编码器还被配置为提供水印信号，使得施加在当前流值或当前水印符号上的相位旋转的相位角取决于加水印信号的前一频谱系数的相位。

本发明的思想在于，若对水印系数进行差分编码，使得当前水印系数的相位基于要嵌入主机信号的加水印信号的前一频谱系数的相位，则例如通过多普勒效应，水印信号更加强健，尤其是针对退化。本发明的实施方式将主机干扰抑制与差分编码相结合。基于加水印信号的前一频谱系数的相位导出当前水印系数的相位的这一概念减少了由主机信号引入的失真，并因此改进了例如在被配置为从加水印信号中提取水印信号的解码器中的解码过程。

在本发明的一种优选实施方式中，该信息处理器可被配置为在时频域中提供表示离散值数据的流，使得所述流的每个流值与具有中心频率的频率子信道和时隙相关联。差分编码器可被配置为在时频域中获取当前水印系数，使得与当前水印系数相关联的频率子信道和与当前流值相关联的频率子信道相同，并使得与当前水印系数相关联的时隙和与当前流值相关联的时隙相同。换句话说，当前流值和与当前流值相对应的当前水印系数可与相同频率子信道和时隙相关联。

该信息处理器例如可对离散值数据的信息单元进行时间扩展和频率扩展，使得离散值数据的每个信息单元由表示离散值数据的流的至少两个不同流值来表示，其中，表示相同信息单元的不同流值在它们关联的频率子信道和/或时隙方面不同。

另外，该差分编码器可被配置为在时频域中导出加水印信号的频谱系数，使得加水印信号的每个频谱系数与频率子信道和时隙相对应。该差分编码器还可被配置为确定相位旋转，使得与加水印信号的前一频谱系数相关联的时隙和与当前流值相关联的时隙在时间上相邻，根据该加水印信号的前一频谱系数来选择施加在当前流值或当前水印符号上的相位旋转的相位角。该加水印信号可以是例如一系列后续频谱系数，且加水印信号的当前频谱系数可与加水印信号的前一频谱系数在时间上相邻（或者可位于其后）。加水印信号的每个频谱系数可以是类似于加水印信号的频谱系数的与相同频率子信道和时隙相关联的主机信号的频谱系数和类似于加水印信号的频谱系数的与相同频率子信道和时隙相关联的水印系数的结合。因此，加水印信号的当前频谱系数可基于主机信号的当前系数和当前水印系数，其中，当前水印系数的相位基于（或者在某些情况下甚至等于）加水印信号的前一频谱系数的相位。与加水印信号的前一频谱系数相关联的频率子信道可与加水印信号的当前频谱系数的频率子信道相同，且因此，也与主机信号的当前系数、当前流值和当前水印系数的频率子信道相同。

附图说明

将参照附图对根据本发明的实施方式进行描述，在附图中：

图1示出了根据本发明一种实施方式的水印生成器的示意框图；

图2示出了用于本发明一种实施方式的差分编码器的示意框图；

图3a至图3c示出了针对应用在图2的差分编码器中的相位旋转和缩放的一个实例的示意图；

图4示出了用于本发明一种实施方式的差分编码器的示意框图；

图5示出了将流值映射到水印符号的一个实例的示意图；

图6a示出了根据与相同流值相关联的最大数量的水印符号对不同流值进行可能的输出的示意图；

图6b示出了关于如何使用来自图4的差分编码器在M点集群中导出水印系数的一个实例的示意图；

图7示出了根据本发明的另一实施方式的水印生成器的示意框图；

图8a示出了作为图7的比较实例的如EP10154964中所述的水印生成器的示意框图；

图8b示出了作为针对来自图8a的水印生成器的嵌入原理的一个实例的示意图；

图9示出了具有根据本发明一种实施方式的水印生成器的加水印音频信号提供器的示意框图；

图10示出了根据本发明一种实施方式的方法的流程图；

图11示出了根据本发明一种实施方式的水印解码器的示意框图；以及

图12示出了以与由来自图11的水印解码器所执行的类似的方式将不同相位角范围映射到离散值数据的离散值的一个实例的示意图。

具体实施方式

在参照附图对本发明的实施方式进行更详细说明之前，应指出，相同或功能等同的元件提供有相同附图标记，且这些元件的重复说明将省略。因此，提供有相同附图标记的元件的说明可互换。

根据图1的水印生成器

在下文中，将参照图1对水印生成器100进行描述，图1示出了这种水印生成器的示意框图。该水印生成器100被配置为提供水印信号102（也称为“wm”），作为一系列后续水印系数。该水印生成器包括可选信息处理器106和差分编码器108。信息处理器106被配置为根据离散值数据104（例如，二进制数据）的信息单元（例如，比特）提供后续流值的第一流110，使得所述流110表示离散值数据104。差分编码器108被配置为提供水印信号102，并对表示离散值数据104的流值的当前流值（例如，流值b(i,j)）或与表示离散值数据104的流值的当前流值（例如，流值b(i,j)）相对应的当前水印符号（例如，水印符号x_k(i,j)）施加相位旋转112，以获得水印信号102的当前水印系数（例如，水印系数wm(i,j)）。

因此，差分编码器108可执行可选流值到水印符号的映射114。

该差分编码器108还被配置为导出加水印信号的频谱系数（例如，频谱系数awm(i,j-1)）的相位116。所述加水印信号为主机信号118与水印信号102的结合。所述加水印信号还可被称为“awm”，且主机信号还可被称为“a”。

所述差分编码器108被配置为提供水印信号102，使得施加在当前流值或当前水印符号上的相位旋转112的相位角取决于加水印信号的前一频谱系数的相位116。在本发明的一种优选实施方式中，施加在当前流值或当前水印符号上的相位旋转112的相位角等于加水印信号的前一频谱系数的相位角。

为导出加水印信号的前一频谱系数的相位116，所述差分编码器108可对加水印信号的前一频谱系数进行相位推导120。前一频谱系数可例如从位于水印生成器100外部的一级提供，或者所述差分编码器108可被配置为通过结合主机信号118的水印系数和频谱系数来确定加水印信号的频谱系数。例如，差分编码器108可被配置为基于主机信号118的前一水印系数（例如，水印系数wm(i,j-1)）与前一频谱系数（例如，频谱系数a(i,j-1)）的合成来导出加水印信号的前一频谱系数。换句话说，所述差分编码器不仅可导出水印系数，而且还可导出加水印信号的频谱系数。

信息处理器106可被配置为在时频域中提供表示离散值数据104的第一流110，使得流110的每个流值与频率子信道和时隙相关联。

上文使用的索引“i”可表示频率子信道，以及索引“j”可表示相应系数或符号的“符号编号”，或者换句话说，时隙。换句话说，“i”表示频率子信道（中心频率f_i），以及“j”表示与其对应的值的时间索引或时隙。

因此，所述流110的每个流值与频率子信道i和时隙j相关联。另外，所述差分编码器108可被配置为在时频域中获得当前水印系数wm(i,j)，使得与当前水印系数wm(i,j)相关联的频率子信道i和与当前流值b(i,j)相关联的频率子信道i相同，并使得与当前水印系数wm(i,j)相关联的时隙j和与当前流值b(i,j)相关联的时隙j相同。

换句话说，与流110的流值相关联的水印信号wm的水印系数的频率子信道和时隙或符号编号可与相应流值的频率子信道和时隙或符号编号相同。

另外，所述差分编码器108也可被配置为在时频域中导出加水印信号的频谱系数，使得加水印信号的每个频谱系数与频率子信道和时隙相关联。因此，所述差分编码器108可被配置为确定相位旋转112，使得与加水印信号的前一频谱系数awm(i,j-1)相关联的时隙j-1和与当前流值b(i,j)相对应的时隙j在时间上相邻，施加在当前流值b(i,j)或当前水印符号x_k(i,j)上的相位旋转112的相位角根据加水印信号的前一频谱系数awm(i,j-1)而被选择。换句话说，在加水印信号被视为一系列后续频谱系数awm(i,j)(i,j∈N)时，作为主机信号118的当前水印系数wm(i,j)和当前频谱系数a(i,j)的合成的当前频谱系数awm(i,j)在时间上可直接位于前一频谱系数awm(i,j-1)之后。另外，所述差分编码器108可被配置为使得当前流值b(i,j)、当前水印系数wm(i,j)和频谱系数awm(i,j)的频率子信道i相同。这表示，所述差分编码器108可对被映射有离散值数据104的信息单元的每个频率子信道执行水印信号推导过程。其优点在于，在混响环境中，对被传输信号进行的不同相位旋转可被施加在不同频率子信道上。因此，当前水印系数wm(i,j)的相位可仅基于关联于与当前水印系数wm(i,j)相同的频率子信道i的加水印信号的前一频谱系数awm(i,j-1)。

使用两点集群的根据图2的差分编码器

在下文中，将参照图2、图3a至图3c对用于根据本发明的一种实施方式的水印生成器的差分编码器208进行说明。在下文中，主机信号118将是音频信号，且还可被称为主机音频信号，水印信号被嵌入该主机音频信号中。然而，本发明的实施方式还可被用于将水印信号嵌入除音频信号之外的其他信号（例如，视频信号）中。所述差分编码器208的功能可与差分编码器108的功能相同，且差分编码器208可包括图2所示的其他功能。

所述差分编码器208被配置为接收主机信号118，作为在时域中的主机音频信号a(t)。因此，所述差分编码器208可包括，如图2所示，被配置为在时频域中获得主机信号118的频谱系数（例如，当前频谱系数a(i,j)）的分析滤波器组202。该分析滤波器组202还可被用于相应水印解码器。换句话说，编码器中的音频系数（主机信号118的频谱系数）可通过应用与解码器中使用的相同的分析滤波器组202来获得。获得主机信号118的频谱系数可以是由差分编码器208执行的相位推导120的一部分。为获得加水印信号的当前频谱系数awm(i,j)，所述差分编码器208可在相位推导120期间根据例如以下方程对主机信号118的当前水印系数wm(i,j)和当前频谱系数a(i,j)进行合成204：

awm(i,j)=a(i,j)+wm(i,j)。（1）

获得的加水印信号的当前频谱系数awm(i,j)可被存储于差分编码器208中（由差分编码器208的延迟元件206符号化）。所存储的加水印信号的当前频谱系数awm(i,j)随后可被用于确定下一水印系数wm(i,j+1)。

为找到用于频率子信道i的当前水印系数wm(i,j)，例如使用以下方程在相位推导过程120的相位计算过程210中计算前一频谱系数awm(i,j-1)（其也被称为加水印信号的前一加水印音频系数）的相位116：

在该应用中，“j”表示虚数单位（-1的平方根），其不应与用于时隙的索引j混淆。

前一频谱系数awm(i,j-1)的相位116（用复值

表示）或相位角

由差分编码器208在被施加于流110的当前流值b(i,j)的相位旋转112中使用。若不传输相位变化，例如，若当前流值b(i,j)等于1，则当前水印系数wm(i,j)的相位与加水印信号的前一频谱系数awm(i,j-1)的相位116相同，或者换句话说，当前水印系数wm(i,j)指向与加水印信号的前一频谱系数awm(i,j-1)相同的方向。若传输π（180°）的相位变化（例如，若当前流值b(i,j)为-1），则与加水印信号的前一频谱系数awm(i,j-1)相比，当前水印系数wm(i,j)可指向相反方向。所述流值可以是例如二进制数据，例如，所述流值可以是：

b(i,j)={-1,1}。（3）

在流110的开始，即对于j=0，或者若相位116

未定义，则相位116或

可被设为等于1。

所述差分编码器208还可按当前缩放系数γ(i,j)(i,j∈N,γ∈R)或小于当前缩放系数γ(i,j)的当前系数对当前流值b(i,j)进行缩放。在施加相位旋转112之前或在施加相位旋转112之后，可对当前流值b(i,j)施加缩放210（如图2所示）。当前缩放系数γ(i,j)由心理声学处理模块（图2中未示出）根据主机信号118提供，水印信号102将被嵌入主机信号118中。缩放系数γ(i,j)描述了主机信号118的掩蔽特性。当前缩放系数γ(i,j)可确定当前水印符号wm(i,j)的最大振幅，使得当前水印系数wm(i,j)在加水印信号中保持不可听见。

在本发明的一种优选实施方式中，始终使用由心理声学模型实现的当前水印系数wm(i,j)的最大振幅。

因此，所述差分编码器208可将当前水印系数wm(i,j)确定为：

通过使用方程4，编码策略可达到最佳，这表示，差分解码之后解码器中的信噪比可最大化。从方程4可以看出，差分编码以隐性方式进行，从而EP 10154964中必须计算的信号b_diff(i,j)=b(i,j)·b_diff(i,j-1)在本发明的实施方式中不需要计算。

另外，应指出，在本发明的实施方式中，在差分编码期间引入相位旋转112，以利用隐性差分编码来实现主机干扰抑制，特别地，与EP 10154964中所述的嵌入方法相比，这具有很大优势。

在图3a至图3c中给出了针对嵌入过程的一个实例。

图3a在示意图中示出了用于前一时隙的主机信号加水印，即加水印信号的前一频谱系数awm(i,j-1)，作为复平面中的矢量310。另外，主机信号118的当前频谱系数a(i,j)被示出为复平面中的另一矢量312。主机信号118的当前音频信号a(i,j)或当前频谱系数a(i,j)表示可对当前流值b(i,j)施加相位旋转112所在的圆圈的中心。另外，在缩放当前流值b(i,j)之后的圆圈半径可限定主机信号118的某些掩蔽区域。

换句话说，圆圈的半径可基于当前缩放系数γ(i,j)进行缩放。从图3a可以看出，根据其值，当前流值b(i,j)可包括0相位或π相位。如方程3所示，当前流值b(i,j)可采用值-1或+1，该规则可适用于离散值数据104为二进制数据的情况，因此，所述流110可仅包括二进制流值。因此，所述矢量b^(a)(i,j)可与当前流值b(i,j)的第一值（例如，-1）相对应，且矢量b^(b)(i,j)可与当前流值b(i,j)的互补值（例如，+1）相对应。

图3b示出了在已对当前流值b(i,j)施加相位旋转112之后的来自图3a的圆圈。从图3b中可以看出，来自图3a的圆圈旋转的相位角与加水印信号的前一频谱系数awm(i,j-1)的相位角相同。换句话说，当前流值b(i,j)的相移量为加水印信号的前一频谱系数awm(i,j-1)的相位116。

图3c示出了在对经过相位旋转的当前流值b(i,j)进行缩放210之后的来自图3b的圆圈。因此，所述圆圈限定了掩蔽区域。根据本发明的实施方式，水印wm(i,j)或当前水印系数wm(i,j)根据当前流值b(i,j)而被构建为wm^(a)(i,j)或wm^(b)(i,j)。还示出了针对EP 10154964中所述的传统方法的可能性，即

或

作为比较实例。可以看出，对于传统方法，当前水印系数

或

的构建与加水印信号的前一频谱系数的相位无关。换句话说，通过比较两种策略，可以看出，本发明的实施方式旋转传统解决方案的角度取决于前一加水印信号awm(i,j-1)或加水印信号的前一频谱系数awm(i,j-1)。

简言之，加水印信号的当前频谱系数awm(i,j)可通过将主机信号118的当前频谱系数a(i,j)与当前流值b(i,j)的旋转版本（以及可选地，缩放版本）相加而获得，使得当前频谱系数awm(i,j)位于中心通过主机信号118的当前频谱系数a(i,j)限定、半径通过当前流值b(i,j)的量和当前缩放系数γ(i,j)的值的范围确定的圆圈上或该圆圈内。

根据本发明实施方式的该嵌入策略减少了由主机信号118产生的失真，并因此改进了解码器中的解码过程。

从图3c可以看出，加水印信号的当前频谱系数awm(i,j)可根据当前流值b(i,j)而被计算为：

awm^(a)(i,j)=a(i,j)+wm^(a)(i,j)   （5）

或者

awm^(b)(i,j)=a(i,j)+wm^(b)(i,j)，（6）

从而取决于当前流值b(i,j)的值。

加水印信号的前一频谱系数awm(i,j-1)的当前缩放系数γ(i,j)和相位

已包括在wm^(a)(i,j)和wm^(b)(i,j)中（见方程4）。

半径为γ(i,j)的圆圈限定了可限定当前水印系数wm(i,j)（其被表示为以主机信号118的当前频谱系数a(i,j)为中心的矢量）的复平面的面积。当前缩放系数γ(i,j)由心理声学模型提供，并确保水印将不可听见。为达到最高SIR，即最高信号干扰（即，主机信号118）比，最佳方案可以是将当前水印系数wm(i,j)置于圆圈上，而不是圆圈内。换句话说，最佳方案可以是使用水印信号102的水印系数的最大允许功率。换句话说，最佳方案可以是使用由心理声学模型提供的当前缩放系数γ(i,j)用于进行缩放210，而不是用小于当前缩放系数γ(i,j)的另一（也被允许的）缩放系数。

已发现，采用图3a至图3c所示的这种掩蔽圆，不仅允许wm(i,j)=b(i,j)·γ(i,j)，其中b(i,j)∈{-1,1}，还可使用替代的wm(i,j)=γ(i,j)·e^jθ·b(i,j)，其中θ∈[0,2π)。本发明的实施方式基于加水印信号的先前频谱系数的相位而通过对所述流110的当前流值施加相位旋转112来利用这一发现。也可采用其他掩蔽区域。例如，若研究显示音频系数（主机信号118的频谱系数）的相位变化与振幅变化相比，对耳朵的影响很小，则掩蔽区域（在图3a至图3c中为圆圈）可具有肾状。

为简明起见，假定该应用中所述的实施方式采用圆形掩蔽区域。

在上述实施方式中，本发明以更具体的方式呈现，这是指两点解决方案，其中，不进行流值到水印符号的映射。该两点解决方案对目前的实际应用来说十分重要。然而，未来的应用中可能对更普遍的多点解决方案有兴趣。因此，下文中将对本发明的另一实施方式进行说明，它将具体的两点解决方案延伸为更普遍的高阶解决方案。

对使用根据图4的差分编码器的高阶集群的概述

现遵循与以上部分采用的相同的原理，将本发明概括为M点集群。为此，我们允许不同符号映射相同信息，如图5所示。在该方案中，针对每个比特状态允许两个符号。例如，对于比特状态“1”，允许具有相位0的第一复符号510和具有相位π的第二复符号512。对于第二比特状态“0”，允许具有相位π/2的第三复符号520和具有相位3π/2的第四复符号522。可再次根据知情嵌入思想在不同符号之间进行选择，这表示考虑当前主机音频信号（即，主机信号118的当前频谱系数a(i,j)）以及（用于差分编码的）前一加水印信号（即，加水印信号的前一频谱系数awm(i,j-1)）。

图4示出了用于根据本发明一种实施方式的水印生成器的差分编码器408的示意框图。所述差分编码器408与差分编码器208的区别在于，其被配置为执行流值到水印符号的映射114，这在图1中也被称为水印生成器100的可选特征。为进行这种流值到水印符号的映射114，所述差分编码器408包括子集群选择器402和确定器404。所述确定器404还可被称为多点确定器404。所述子集群选择器402被配置为根据当前流值b(i,j)来选择性提供构成子集群的多个当前水印符号x_k(i,j)(i,j,k∈N)。所述索引“k”与当前水印符号的符号编号相关联。若一个流值映射到属于两个不同子集群的M个水印符号的子集，则对于每个子集群，k的范围可从k=1至k=M/2。第一子集群可与第一流值（例如，+1）相关联，以及第二子集群可与第二流值（例如，-1）相关联。

另外，所述差分编码器408可被配置为对与当前流值b(i,j)相对应的子集群的每个当前水印符号x_k(i,j)施加相位旋转112，以获得多个当前候选水印系数wm_k(i,j)。从图4可以看出，所述差分编码器408还可被配置为基于由所述心理声学模块提供的当前缩放系数γ(i,j)对每个当前水印符号x_k(i,j)进行缩放210。对于与当前流值b(i,j)相对应的子集群的每个当前水印符号x_k(i,j)，当前缩放系数γ(i,j)相等。因此，所述差分编码器408还可被配置为对当前水印符号x_k(i,j)的缩放版本施加相位旋转112。

根据本发明的其他实施方式，所述差分编码器408可首先进行相位旋转112，并随后进行缩放210。

所述确定器404可被配置为在当前候选水印系数wm_k(i,j)中选择一个作为当前水印系数wm(i,j)。

作为一个实例，所述差分编码器408，或者更准确地，所述子集群选择器402可始终用M个符号对1个比特（流110的一个流值）进行编码。在下文中，假定流110仅包括二进制值，或者换句话说，流110的流值仅可采用二进制值。例如，所述流值可以是-1或+1。因此，当前流值b(i,j)可以是∈{-1,1}。当前流值b(i,j)或比特b(i,j)进入子集群选择块或子集群选择器402。如图6所示，所述子集群选择器402的输出包括M/2个水印复符号x₁(i,j)、…x_M/2(i,j)。M/2个点构成子集群，该子集群与一个比特状态对应，或者换句话说，该子集群与当前流值b(i,j)对应。用数学术语来讲，子集群的第k个点可被计算为：

x_k(i,j)=exp(j(2Δ·(k-1)+η(i,j)))   （7）

其中，

$\mathrm{\Δ}=\frac{2\mathrm{\π}}{M}---\left(8\right)$

且

对于b(i,j)=1，η(i,j)=0

对于b(i,j)=-1，η(i,j)=Δ。

从图6a可以看出，对于M=2，每个子集群中仅有一个符号，且我们有简单表示x₁(i,j)=b(i,j)，这是具有图2的差分编码器208的情况。

从图6可以看出，对于比特b(i,j)的每个状态或当前值b(i,j)的每个值，子集群选择器402提供不同子集群。另外，可以看出，所述子集群选择器402可提供多个当前水印符号x_k(i,j)作为复值，使得不同当前水印符号仅相位不同，并使得与相同当前流值b(i,j)相关联的不同相邻当前水印符号的相位差相等。例如，对于M=8，相同子集群的水印符号之间的相位差始终为π/2。

另外，第一子集群可与当前流值b(i,j)的第一值对应，例如b(i,j)=1，且第二子集群可与当前流值b(i,j)的第二值对应，例如b(i,j)=-1。另外，不同子集群的两个相邻水印符号之间的相位差始终相等，且是相同子集群的两个相邻水印符号之间的相位差的一半。

从图4可以看出，子集群中的每个符号，换句话说，子集群的每个水印符号x_k(i,j)根据由心理声学模型给定的当前缩放系数γ(i,j)进行缩放，并随后根据加水印信号的前一频谱系数awm(i,j-1)的相位116进行旋转。子集群中进入确定器404的每个缩放和旋转符号（例如，作为当前候选水印wm_k(i,j)）成为当前候选水印系数wm(i,j)。

所述确定器404选择应使用哪个候选（用wm₁(i,j)、…wm_M/2(i,j)表示）作为水印（作为当前水印系数wm(i,j)）。

一种可能是，在当前候选水印系数wm_k(i,j)(k=1…M/2)中选择将加水印信号与信道噪声的信噪比最大化的候选。在该情况下，所述确定器404可被配置为将每个候选wm_k(i,j)(k=1…M/2)添加到主机信号118的当前频谱系数a(i,j)中，以获得加水印信号候选awm₁(i,j)、…awm_M/2(i,j)（其也被表示为当前候选加水印频谱系数awm_k(i,j)(k=1…M/2)），并选择功率最高的一个。用数学术语表示：

$k^{\mathrm{opt}}=\arg \underset{k}{\max }{\left|{\mathrm{awm}}_k(i,j)\right|}^2,---\left(9\right)$

从而水印信号或当前水印系数为

wm(i,j)=wmk^opt(i,j),（10）

换句话说，所述确定器（404）可被配置为基于具有多个候选水印系数awm_k(i,j)(k=1…M/2)的主机信号118的当前频谱系数a(i,j)的组合导出多个当前候选加水印频谱系数wm_k(i,j)(k=1…M/2)，以确定在多个当前候选加水印频谱系数awm_k(i,j)(k=1…M/2)中具有最高功率的当前候选加水印频谱系数，并选择与具有最高功率的当前候选加水印频谱系数相对应的当前候选水印系数作为当前水印系数。

应再次指出，本发明的实施方式以隐性方式实施差分编码。

对于使用高阶M的情况，可提高加水印信号的信噪比，这意味着水印可能更容易存在例如由麦克风噪声产生的失真。另一方面，对于较大M，子集群中的符号更接近（这表示相位差更小）。这意味着，误码率BER将增加。在这种折衷下，M的选择取决于预期应用。

图6b示出了确定器404如何判定使用多个当前候选水印系数wm_k(i,j)(k=1…M/2)中的哪个当前候选水印系数来作为当前水印系数wm(i,j)的一个实例。在该实例中，假定子集群选择器402采用总共八个符号中的一个对一个比特进行编码。这表示M=8。另外，假定当前流值的值b(i,j)=1。在图6a中，对于这种情况的子集群可在图6a所示的表格的第一列、第三行中找到。因此，子集群包括互相间隔π/2相位的四个当前候选水印符号x₁(i,j)至x₄(i,j)。在图6b中，当前水印符号x₁(i,j)至x₄(i,j)已被进行缩放和相位旋转，从而获得当前候选水印系数wm₁(i,j)至wm₄(i,j)。所述多点确定器404基于主机信号118的当前频谱系数a(i,j)与当前候选水印系数wm₁(i,j)至wm₄(i,j)的结合而导出当前候选加水印频谱系数awm₁(i,j)至awm₄(i,j)。所述确定器404随后选择与具有最高功率的当前候选加水印频谱系数相对应的当前候选水印系数。在图6b所示的实例中，所述确定器404将选择当前候选水印系数wm₃(i,j)作为当前水印系数wm(i,j)，因为在当前候选加水印频谱系数awm₁(i,j)至awm₄(i,j)中，其相应当前候选加水印频谱系数awm₃(i,j)具有最高功率。

换句话说，选择水印系数wm(i,j)，使得例如当使用如方程13的解码规则时，awm(i,j)位于掩蔽区域之内，且差分解码之后解码器中的信噪比最大化。

应注意，为达到图2的实施方式所示的特殊情况，即M=2，图4中的方案要简化得多。如上所述，所述子集群选择器402可能多余，因为我们仅有一个候选为x₁(i,j)=b(i,j)。因此，也可去掉确定器404，因为不需要进行选择。

在对两个差分编码器208、408进行描述之后，下文中将参照图7对可使用差分编码器208、408的另一水印生成器进行说明。

根据图7的水印生成器

图7示出了根据本发明一种实施方式的水印生成器700的示意框图。所述水印生成器700的功能可与水印生成器100的功能相似。水印生成器700可包括图7所示的可选特征。所述水印生成器700包括信息处理器706、差分编码器708和调制器710。信息处理器706的功能可与信息处理器106的功能相似，且信息处理器706可包括图7所示的附加特征。所述差分编码器708可以是差分编码器108、差分编码器208、差分编码器408或根据本发明实施方式的另一差分编码器。

对于水印生成器700的描述，假定二进制数据的流104表示为{-1,1}。所述信息处理器706的信令块712将数据组织在相等长度的数据包中，并添加附加位。有效载荷位以及附加位的数据包被表示为消息。

所述信息处理器706的信道编码器714对消息添加冗余，以用于进行前向纠错。

随后，对数据进行频率扩展，例如，由信息处理器706的频率扩展器716生成用于不同子信道i的二进制数据。

为便于解码，通过将二进制信息矩阵乘以一连串同步序列而插入同步信号。该同步方案插入可由信息处理器706的同步方案插入器718执行。

所述信息处理器706的时间扩展器720在时域内进行扩展，这表示，进一步添加冗余，以获得更大对噪声的强健性。所述信息处理器706的输出为二进制数据（例如，后续流值的流110，也表示为b(i,j)），其中i表示子信道，以及j表示时隙或符号编号。

所述差分编码器708对由时间扩展块720提供的后续流值的流110执行主机干扰抑制和差分编码过程。所述差分编码器708还可被表示为主机干扰抑制和差分编码块708。所述差分编码器708可例如与来自图1的差分编码器108、来自图2的差分编码器208或来自图4的差分编码器408相似或相同。上文已对差分编码器108、208、408进行了描述，因此对差分编码器708的重复描述将省略。

所述差分编码器708在时频域中提供水印信号102，作为用于多个频带的一系列后续水印系数wm(i,j)(i,j∈N)。换句话说，所述差分编码器708的输出由水印系数wm(i,j)(i,j∈N)组成。所述调制器710被配置为基于时频域中的水印信号102的后续水印系数在时域中导出水印信号。因此，所述调制器710提供水印信号722作为时域水印信号722，也被表示为wm(t)。换句话说，其余调制器710的任务在于将水印系数wm(i,j)，(i,j∈N)转换为时间信号wm(t)。

所生成的时域水印信号722（wm(t)）为可添加到（音频）主机信号a(t)中的水印。

在下文中，将对EP 10154964中所述的水印生成器进行简要说明，作为根据图7所示的本发明一种实施方式的水印生成器700的比较实例。

作为比较实例的常规水印生成器

图8a示出了如EP 10154964中所述的水印生成器800的示意框图。所述水印生成器800，与水印生成器700类似，也可对在其输入处的二进制数据进行信令、信道编码、频率扩展、同步方案插入和时间扩展，以获得二进制数据的流804，作为用于多个频带的一系列后续二进制值

所述水印生成器800包括随后对二进制数据的流804进行差分编码的差分编码器802。差分编码器802的输出为：

${\tilde{b}}_{\mathrm{diff}}(i,j)={\tilde{b}}_{\mathrm{diff}}(i,j-1)\·\tilde{b}(i,j).---\left(11\right)$

所述差分编码器802的输出为后续差分编码二进制系数

的流808。所述水印生成器800的调制器806将生成的二进制数据转换为时间信号，并根据由心理声学模型给出的缩放系数（例如

）来同时进行振幅缩放。我们可将差分编码二进制系数

视为系数，并将调制器806视为先对系数进行缩放且随后将其转换到时域的合成滤波器组。生成的时间信号

为可添加到音频主机信号a(t)中的水印。

图8b示出了在EP 10154964中提出的系统的嵌入原理。请注意，用于系数振幅的缩放系数已包括在

内。实际上， $\tilde{w}m(i,j)={\tilde{b}}_{\mathrm{diff}}(i,j)\·\widetilde{\mathrm{\γ}}(i,j).$

根据

在

或

之间选择水印

换句话说，根据选择或

作为水印

可以看出，

和

的构建与主机音频信号（由心理声学模型提供且系数

除外，所述心理声学模型（明显）根据频率掩蔽效应和时间掩蔽效应来分析主机信号并调整系数

无关。

下文中将对可使用根据本发明一种实施方式的水印生成器的应用的简要实例进行说明。

使用水印生成器700的应用实例

图9示出了来自图7的水印生成器700与心理声学处理模块902结合来提供时域加水印音频信号awm(t)的示意框图。在该实例中，所述水印生成器700仅被用作一个实例。因此，所述水印生成器可由根据本发明实施方式的任何其他水印生成器替代。从图9可以看出，所述水印生成器700接收离散值数据104（本实例中为二进制数据104）、主机信号118（本实例中为时域音频主机信号118）和当前缩放系数γ(i,j)作为输入。所述缩放系数γ(i,j)由心理声学处理模块902基于时域音频主机信号118来提供。所述心理声学处理模块902为在水印生成器700中内部生成的每个流值b(i,j)(i,j∈N)提供缩放系数γ(i,j)(i,j∈N)。换句话说，所述心理声学处理模块802在每个子信道i（中心频率f_i）中且针对每个时隙j提供当前缩放系数γ(i,j)。

如上所述，所述水印生成器700生成的信号为时域水印信号wm(t)。所生成的该时间信号wm(t)为被添加到时域音频主机信号a(t)中的水印。所述加水印主机信号：

awm(t)=a(t)+wm(t)   （12）

可在通信信道上传输，并构成接收器中的接收信号y(t)。

下文中将对用于生成水印信号的方法进行说明。

根据图10的用于生成水印信号的方法

图10示出了用于基于离散值数据提供水印信号作为一系列后续水印系数的方法1000的流程图。

所述方法1000包括步骤1002：根据离散值数据的信息单元提供后续值的第一流，使得第一流表示离散值数据。

所述方法1000还包括步骤1004：向当前流值或当前水印符号施加相位旋转，以获得水印信号的当前水印系数，所述当前水印符号与表示离散值数据的流值中的当前流值相对应。

所述方法1000还包括步骤1006：导出作为主机信号和水印信号的结合的加水印信号的频谱系数的相位。

所述方法1000还包括步骤1008：提供加水印信号，使得施加在当前流值或当前水印符号上的相位旋转的相位角取决于加水印信号的前一频谱系数的相位。

下文中，将对用于对由根据本发明一种实施方式的水印生成器生成的水印信号进行解码的解码器进行说明。

根据图11的水印解码器

在包括水印解码器的接收器中，通常，所述用于生成水印信号的操作的反向操作按解码水印的相反顺序进行。对于使用来自图2的差分编码器208在水印生成器中生成水印信号的情况，差分解码可按以下方式进行：

${\hat{b}}_i\left(j\right)=\mathrm{Re}\{b_i^{\mathrm{norm}}\left(j\right)\·b_i^{\mathrm{norm}*}(j-1)\}=---\left(13\right)$

其中为由分析滤波器组在表示接收信号y(t)的子信道i（中心频率f_i）中给定的归一化复系数，以及变量j为时间索引。生成的实值软比特

为b(i,j)的估计值。差分解码以如下方式运行：若相位差为0，则余弦为1，而对于等于π的相位差，余弦为-1。y(t)表示已通过通信信道传输的加水印信号awm(t)。该差分解码原理对由相位旋转112直接被施加在流110的当前流值b(i,j)(i,j∈N)上的差分编码器208生成的水印信号效果良好。换句话说，该解码原理适用于不应用流值到水印符号的映射114的差分编码器。因此，被配置为对由差分编码器208生成的水印信号102进行解码的解码器可与被配置为对由EP 10154964中所述的水印生成器的差分编码器802生成的水印信号进行解码的解码器相似。

与此相反，使用M>2的M点集群意味着使用不同解码器。这种M点集群表示有根据图4的差分编码器408，所述差分编码器408对流110的每个流值b(i,j)(i,j∈N)施加流值到水印符号的映射114。

图11示出了被配置为解码这种M点集群水印信号的根据本发明一种实施方式的解码器1100的示意框图。用于提供离散值数据1102的水印解码器1100包括信息处理器1104和差分解码器1106，所述信息处理器1104被配置为提供复值频谱系数

的流1108，所述流1108表示加水印信号1101。所述信息处理器1104可被配置为对每个频率子信道i提供流1108。

所述差分解码器1106被配置为确定前一复值频谱系数1112（也被表示为

与当前复值频谱系数1114（也被表示为

之间的相位角差1110（也被表示为

所述差分解码器1106还被配置为将至少两个不同相位角范围内的相位角差映射到离散值数据1102的第一离散值1116，并将至少另外两个不同相位角范围内的相位角差映射到离散值数据1102的第二离散值1118。所述离散值数据1102例如可以是二进制数据，且所述第一离散值1116例如可与逻辑1相对应，以及所述第二离散值1118例如可与逻辑-1或0相对应。

换句话说，所述差分解码器1106可被配置为响应落在映射到第一离散值1116的相位角范围内的确定的相位差1110来选择第一离散值，作为用于离散值数据1102的当前单元的值，并响应落在映射到第二离散值1118的相位角范围内的确定的相位差1110来选择第二离散值，作为用于离散值数据1102的当前单元的值。

所述信息处理器1104可被配置为在频时域内提供复值频谱系数的流1108，使得每个频谱系数与一个频率子信道i和一个时隙j相对应。所述差分解码器1106可被配置为使得前一复值频谱系数1112和当前复值频谱系数1114与相邻的时隙j、j-1和相同频率子信道i相对应。

图12示出了差分解码器1106可如何执行上述相位角范围映射。图12示出了对于M=4的特殊情况。这表示，两个不同相位角范围被映射到离散值数据1102的第一离散值1116，以及另外两个不同相位角范围被映射到离散值数据1102的第二离散值1118。在图12中，相位角从相位角为0的点1210开始以逆时针方向绘制。

范围从–π/4（或7π/4）至π/4的第一角范围1202和范围从3π/4至5π/4的第二相位角范围1204由差分解码器1106映射到第一离散值1116。范围从π/4至3π/4的第三相位角范围1206和范围从5π/4至7π/4的第四相位角范围1208由差分解码器1106映射到离散值数据1202的第二离散值1118。将图12所示的该图与图6a所示的对于M=4情况的图相比，可以看出，解码器中进行的映射与编码器中进行的映射相匹配。对于所有相位角范围1202、1204、1206、1208，相位角范围1202、1204、1206、1208的宽度相等，且为2π/M（在图12所示的M=4的特殊情况下，宽度为π/2）。从图6a与图12的结合中可以看出，通过通信信道的小于π/4的相位漂移不会造成比特错误。

从图12可以看出，所述差分解码器1106可被配置为将相位角范围映射到离散值，使得相邻相位角范围被映射到离散值数据1102的两个不同离散值。

根据上述说明，明确的是，使用M>2的M点集群意味着使用不同解码器。与常规（传统）解码器的一个显著区别在于比特映射，其中，传统系统一般用M个符号对log₂(M)比特进行编码，而本文提出的至少某些系统始终使用M个符号对1个比特进行编码。

下文中，将对本发明的某些方面进行简要总结。

本发明的实施方式中采用的水印方案包括用于将数字信息嵌入音频信号的多信道差分BPSK方法。几个子信道i中的每一个与音频信号a(t)的时频表示的频率(f_i)相关。将在一个子信道i中传输的信息被包括在时频表示的连续系数b(i,j)(i,j∈N)的相位差内。

利用图2中的差分编码器208对本发明的实施方式以更具体的方式进行说明，以及利用图4中的差分编码器408以更普遍的方式对本发明的实施方式进行说明。图2所示的两点解决方案对于当前实际应用来说可能更重要。然而，未来应用中可能对图4所示的更普遍的多点解决方案有兴趣。

本发明的至少某些实施方式涉及数字音频水印，即音频信号的某些修正，以隐藏数字数据，且其还涉及能接收这种信息同时修正音频信号的感知质量保持无法与原始信号区分（不可听见）的相应解码器。

本发明的实施方式通过基于加水印信号的前一频谱系数提供当前水印系数而以隐性方式实施差分编码。

本发明的实施方式开创了一种用于在时频域中以差分编码为特征来生成不可听见的水印的方法。所述水印的形状最好、或者至少基本上最好或信号自适应地考虑主机音频信号，以将解码器的性能最大化。另外，符号集群的阶数选择允许在对外部噪声源的强健性（即，加水印信号的信噪比更好）与更好的误码率之间进行折衷。

本发明的实施方式开创了一种隐性包括差分编码方案的（部分）主机干扰抑制水印嵌入方法。

替代实施方式

尽管已在装置背景下描述了一些方面，但明确的是，这些方面还表示对相应方法的描述，其中，块或装置对应于方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法步骤背景下描述的方面还表示对相应设备的相应块或项目或者特征的描述。一些或所有方法步骤可由（或使用）硬件装置（例如，类似于微处理器、可编程计算机或电子电路）执行。在某些实施方式中，多数重要方法步骤中的某一个或多个可由这种设备执行。

根据具体实施要求，本发明的实施方式可以硬件或软件来实施。可使用其上存储有电可读控制信号且该信号与可编程计算机系统协作（或能够协作）的数字存储介质（例如，软盘、DVD、蓝光、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或闪存）来执行该实施，从而执行相应方法。因此，该数字存储介质可以是计算机可读的。

根据本发明的某些实施方式包括数据载体，该数据载体具有能与可编程计算机系统协作从而执行本文所述方法中的一种的电可读控制信号。

一般地，本发明的实施方式可被实施为具有程序代码的计算机程序产品，当该计算机程序产品在计算机上运行时，该程序代码可操作地用于执行所述方法中的一种。该程序代码例如可存储在机器可读载体上。

其他实施方式包括用于执行本文所述方法之一的计算机程序，所述计算机程序存储在机器可读载体上。

因此，换句话说，本发明方法的一种实施方式是具有程序代码的计算机程序，当该计算机程序在计算机上运行时，该程序代码用于执行本文所述的方法之一。

因此，本发明方法的另一实施方式是包括记录其中的用于执行本文所述方法之一的计算机程序的数据载体（或数字存储介质，或者计算机可读介质）。该数据载体、数字存储介质或记录介质通常是有形和/或非临时性的。

因此，本发明方法的另一实施方式是表示用于执行本文所述方法之一的计算机程序的数据流或一系列信号。该数据流或一系列信号例如可被配置为经由数据通信连接（例如，经由互联网）传送。

另一实施方式包括处理装置（例如，计算机或可编程逻辑器件），该处理装置被配置为或适用于执行本文所述方法之一。

另一实施方式包括计算机，该计算机上安装有用于执行本文所述方法之一的计算机程序。

根据本发明的另一实施方式包括被配置为将用于执行本文所述方法之一的计算机程序传送（例如，以电子或光学方式）至接收器的设备或系统。该接收器可以是例如计算机、移动装置、存储装置等。该设备或系统例如可包括用于将计算机程序传送至接收器的文件服务器。

在某些实施方式中，可编程逻辑器件（例如，现场可编程门阵列）可被用于执行本文所述的方法的某些或所有功能。在某些实施方式中，现场可编程门阵列可与微处理器协作，以执行本文所述方法之一。一般地，该方法优选由任何硬件设备执行。

上述实施方式仅说明了本发明的原理。应理解，本文所述的配置和细节的修改和变更对于本领域其他技术人员而言将是显而易见的。因此，本发明意在仅由所附专利权利要求的范围来限定，而非由本文中通过实施方式的描述和说明给出的具体细节来限定。

自然地，本文所述的概念还可被用于视频信号或图像信号的加水印。

Claims (18)

1.一种用于基于表示离散值数据（104）的后续流值（b(i,j)）的流（110）提供水印信号（102、wm）作为一系列后续水印系数（wm(i,j)(i,j∈N)）的水印生成器，所述水印生成器包括：

差分编码器（108、208、408、708），被配置为提供所述水印信号（102、wm），其中，所述差分编码器（108、208、408、708）被配置为向表示所述离散值数据（104）的所述流值（b(i,j)）中的当前流值（b(i,j)）或向当前水印符号（x_k(i,j)）施加相位旋转（112），以获得所述水印信号（102）的当前水印系数（wm(i,j)），所述当前水印符号（x_k(i,j)）与表示所述离散值数据（104）的所述流值（b(i,j)）中的当前流值（b(i,j)）相对应；

其中，所述差分编码器（108、208、408、708）被配置为导出作为主机信号（118、a）和所述水印信号（102、wm）的结合的加水印信号（awm）的前一频谱系数（awm(i,j-1)）的相位（116、

)；以及

其中，所述差分编码器（108、208、408、708）被配置为提供所述水印信号（102），使得施加在所述当前流值（b(i,j)）或所述当前水印符号（x_k(i,j)）上的所述相位旋转（112）的相位角

取决于所述加水印信号（awm）的所述前一频谱系数（awm(i,j-1)）的所述相位（116、

）。

2.根据权利要求1所述的水印生成器，

其中，所述水印生成器包括信息处理器（106）；

其中，所述信息处理器（106）被配置为在时频域中提供表示所述离散值数据（104）的所述流（110），使得所述流（110）中的每个流值与频率子信道（i）和时隙（j）相关联；以及

其中，所述差分编码器（108、208、408）被配置为在所述时频域中获取所述当前水印系数（wm(i,j)），使得与所述当前水印系数（wm(i,j)）相关联的频率子信道（i）和与所述当前流值（b(i,j)）相关联的频率子信道（i）相同，并使得与所述当前水印系数（wm(i,j)）相关联的时隙（j）和与所述当前流值（b(i,j)）相关联的时隙（j）相同。

3.根据权利要求2所述的水印生成器，

其中，所述差分编码器（208、408）被配置为在时频域中导出所述加水印信号（awm）的频谱系数（awm(i,j)），使得所述加水印信号的每个频谱系数与频率子信道（i）和时隙（j）相关联，以及

其中，所述差分编码器（208、408）被配置为确定所述相位旋转（112），使得与所述加水印信号（awm）的所述前一频谱系数（awm(i,j-1)）相关联的时隙（j-l）和与所述当前流值（b(i,j)）相关联的所述时隙（j）在时间上相邻，根据所述加水印信号（awm）的所述前一频谱系数（awm(i,j-1)）来选择施加在所述当前流值（b(i,j)）或所述当前水印符号（x_k(i,j)）上的所述相位旋转（112）的所述相位角

4.根据权利要求3所述的水印生成器，

其中，所述差分编码器（208、408）被配置为使得与所述加水印信号（awm）的所述前一频谱系数（awm(i,j-1)）相关联的频率子信道（i）和与所述当前流值（b(i,j)）相关联的所述频率子信道（i）相同。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的水印生成器，

其中，所述差分编码器（208、408）被配置为对所述当前流值（b(i,j)）或所述当前水印符号（x_k(i,j)）按照当前缩放系数（γ(i,j)）或按照小于所述当前缩放系数（γ(i,j)）的当前系数进行附加缩放（210）；以及

其中，所述当前缩放系数（γ(i,j)）由心理声学处理模块（902）根据主机信号（118、a）来提供，所述水印信号（102、wm）被嵌入到所述主机信号（118、a）中，且使得所述当前缩放系数（γ(i,j)）描述所述主机信号（118、a）的掩蔽特性。

6.根据权利要求5所述的水印生成器，

其中，所述差分编码器（208、408）被配置为对所述当前流值（b(i,j)）或所述当前水印符号（x_k(i,j)）按照所述当前缩放系数（γ(i,j)）进行缩放，以调整所述当前水印系数（wm(i,j)）的振幅，使得水印在通过所述主机信号（118、a）和所述水印信号（102、wm）的结合确定的加水印信号（awm(t)）中不可听见。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的水印生成器，

其中，所述差分编码器（408）包括子集群选择器（402），所述子集群选择器（402）被配置为根据所述当前流值（b(i,j)）来选择性提供构成子集群的多个当前水印符号（x₁(i,j)至x_M/2(i,j)）。

其中，所述差分编码器（408）被配置为向与所述当前流值（b(i,j)）相对应的所述子集群的所述当前水印符号（x₁(i,j)至x_M/2(i,j)）中的每一个或其缩放版施加所述相位旋转（112），以获得多个当前候选水印系数（wm₁(i,j)至wm_M/2(i,j)）；以及

其中，所述差分编码器（408）包括确定器（404），所述确定器（404）被配置为从所述当前候选水印系数（wm₁(i,j)至wm_M/2(i,j)）中选择出一个作为所述当前水印系数（wm(i,j)）。

8.根据权利要求7所述的水印生成器，

其中，所述确定器（404）被配置为基于所述主机信号（118、a）的当前频谱系数（a(i,j)）与多个所述候选水印系数（wm₁(i,j)至wm_M/2(i,j)）的结合来导出多个当前候选加水印频谱系数，以确定在所述多个当前候选加水印频谱系数中具有最高功率的所述当前候选加水印频谱系数，从而选择与具有所述最高功率的所述当前候选加水印频谱系数相对应的所述当前候选水印系数作为所述当前水印系数（wm(i,j)）。

9.根据权利要求7至8中任一项所述的水印生成器，

其中，所述子集群选择器（402）被配置为提供所述多个当前水印符号（x₁(i,j)至x_M/2(i,j)）作为复值，使得不同的当前水印符号仅相位上不同，并使得与相同的当前流值相关联的不同相邻当前水印符号的相位差相等。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的水印生成器，

还包括被配置为基于所述后续水印系数在时域中导出所述水印信号的调制器（710）。

11.一种用于根据加水印信号（1101）提供离散值数据（1102）的水印解码器，所述水印解码器包括：

信息处理器（1104），用于提供复值频谱系数的流（1108），所述流（1108）表示所述加水印信号（1101）；以及

差分解码器（1106），被配置为确定前一复值频谱系数（1112、）与当前复值频谱系数（1114、

)之间的相位角差

被配置为将至少两个不同相位角范围（1202、1204）内的相位角差映射到所述离散值数据（1102）的第一离散值（1116），并将至少另外两个不同相位角范围（1206、1208）内的相位角差映射到所述离散值数据（1102）的第二离散值（1118）。

12.根据权利要求11所述的水印解码器，

其中，所述信息处理器（1104）被配置为在时频域内提供复值频谱系数的所述流（1108），使得每个复值频谱系数与一个频率子信道（i）和一个时隙（j）相关联；以及

其中，所述差分解码器（1106）被配置为使得所述前一复值频谱系数（1112、

）和所述当前复值频谱系数（1114、

）与相邻时隙（j-1、j）和相同频率子信道（i）相关联。

13.根据权利要求11或12中任一项所述的水印解码器，

其中，所述差分解码器（1106）被配置为区分至少四个不同相位角范围（1202、1204、1206、1208），以及

其中，所述差分解码器（1106）被配置为将相邻相位角范围映射到所述离散值数据（1102）的不同离散值（1116、1118）。

14.一种用于基于离散值数据提供水印信号作为一系列后续水印系数的方法，所述方法包括：

根据所述离散值数据的信息单元来提供（1102）后续流值的流，使得所述流表示所述离散值数据；

向表示所述离散值数据的所述流值中的当前流值或向当前水印符号施加相位旋转（1004），以获得所述水印信号的当前水印系数，所述当前水印符号与表示所述离散值数据的所述流值中的当前流值相对应；

导出（1006）作为主机信号和所述水印信号的结合的加水印信号的前一频谱系数的相位；以及

提供（1008）所述水印信号，使得施加在所述当前流值或所述当前水印符号上的所述相位旋转的相位角取决于所述加水印信号的所述前一频谱系数的所述相位。

15.一种用于根据加水印信号提供离散值数据的方法，所述方法包括：

提供复值频谱系数的流，所述流表示所述加水印信号；

确定前一复值频谱系数与当前复值频谱系数之间的相位角差；

将至少两个不同相位角范围内的相位角差映射到所述离散值数据的第一离散值，并将至少另外两个不同相位角范围内的相位角差映射到所述离散值数据的第二离散值。

16.一种计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时用于执行根据权利要求14或15所述的方法。

17.一种根据权利要求14所述的方法，其中，所述主机信号为音频信号、图像信号或视频信号，以及所述加水印信号为音频信号、图像信号或视频信号。

18.一种根据权利要求15所述的方法，其中，所述主机信号为音频信号、图像信号或视频信号，以及所述加水印信号为音频信号、图像信号或视频信号。

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