CN107852504B - Dc系数域中的mpeg-2视频水印技术 - Google Patents

Dc系数域中的mpeg-2视频水印技术 Download PDF

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Abstract

在一个实施例中，描述了用于对MPEG‑2压缩视频加水印的方法、系统和装置，该方法、系统和装置包括：检测MPEG‑2编码I帧中的相邻块对，确定该相邻块对是否具有包括在彼此的给定阈值之内的不同值的dct_dc_differential字段，以及，作为该确定的肯定结果，在相邻块对中嵌入水印有效负载位，该嵌入包括对相邻块的dct_dc_differential字段进行排序，以使得以第一方式排序dct_dc_differential字段编码一位并且以第二方式排序dct_dc_differential字段编码零位。还描述了方法、系统和装置的相关实施例。

Description

DC系数域中的MPEG-2视频水印技术
技术领域
本发明一般涉及用于嵌入视频水印的系统和方法。
背景技术
随着互联网内容分发的最新进展(包括对等网络和实时视频流系统)，为了阻止对内容的未经授权的分发，可以将IT数据嵌入到视频中以追踪所截获的可能非法分发的视频到分发点。分发点通常是经授权的观看者，例如用摄录像机制作盗版副本的电影院，或者其输出被捕获并被重新编码成视频文件的电视集成接收解码器(IRD)。追踪到来源后，可采取措施来防止进一步的未经授权的分发。
在视频中嵌入信号是富含学术研究和商业发明的领域。隐蔽(covert)水印(即，在视频中嵌入不易察觉但可见的水印)在本领域中是众所周知的，清晰可见且覆盖/显示在视频顶部的明显(overt)水印也是众所周知的。隐写水印在本领域中也是众所周知的。
附图说明
根据以下结合附图的详细描述将更全面地理解和认识本发明，其中：
图1是根据本发明实施例的用于在MPEG-2视频中嵌入水印的系统的简化图示；
图2是用于检测使用图1的系统嵌入的水印的检测设备的简化框图；
图3是用于在图1的系统中使用的嵌入设备的框图；
图4是描绘图3的将有效负载数据嵌入到视频帧序列中的嵌入设备的简化框图；
图5是嵌入图1的水印的方法的简化流程图；
图6是检测图1的水印的方法的简化流程图；以及
图7A-7B是检测图1的水印的第二种方法的简化流程图。
具体实施方式
概览
描述了一种方法、系统和装置，该方法、系统和装置包括：检测MPEG-2编码的I帧中的相邻块对，确定该相邻块对是否有具有包括在彼此的给定阈值之内的不同值的dct_dc_differential字段，并且作为该确定的肯定结果，将水印有效负载位嵌入在该相邻块中，该嵌入包括对相邻块的dct_dc_differential字段进行排序，以使得以第一方式排序dct_dc_differential字段编码一位并且以第二方式排序dct_dc_differential字段编码零位。还描述了相关的方法、系统和装置。
示例实施例
现参考图1，图1是根据本发明实施例的用于在MPEG-2视频中嵌入水印的系统100的简化图示。图1描绘了内编码视频帧(I帧)103，并且示出了从高级编码(视频帧)103到低级编码(块160)的数据层级。如下面将要解释的，在I帧103中嵌入单个水印有效负载位。视频水印可用于付费电视领域中的各种目的，例如允许检测器识别视频的创建者、广播它的运营商，或者甚至接收它的订户的身份。后者被称为取证(forensic)水印，并且可以用于识别正在泄露盗取的视频内容并且例如正在在线流式传输该内容的付费TV服务的合法订户。下面参考图4讨论嵌入用户识别数据的方法。
本领域技术人员将理解，诸如I帧103之类的数字视频帧作为像素的有序布置在观看监视器或屏幕上被呈现给观看者。可以对观看者通常不能察觉的一个或多个像素做出某些改变。
传统上，在收费TV中，如果水印是对最终用户的身份进行编码的取证水印，则将用户标识数据嵌入在用户的客户端设备(例如，机顶盒(STB)105)中是自然的。然而，STB 105通常具有有限的计算能力以及其他限制，这些限制阻止其将某些种类的强水印(不可察觉的、有复原力的、高容量的水印等)嵌入到其显示的视频中。可以理解的是，高端STB 105或其他客户端设备可能包括足够的计算能力，并且事实上可以使用本文所描述的方法和系统来嵌入水印。然而，下面的描述将着重于在头端(headend)嵌入水印，而不意图丢失一般性。此外，在一些客户端设备(例如，利用诸如智能卡之类的安全元件的所谓“公共接口”(CI)来操作的客户端设备)中，客户端设备不易访问未压缩视频。这样的设备也将受益于本文所描述的用于将水印嵌入到MPEG-2压缩视频中的方法。
因此，需要在广播头端110处已经嵌入取证水印。为此，头端110广播多个版本的视频流115的部分，该多个版本的视频流115的部分在视觉上略微彼此不同。对于每个这样的部分，STB 105可操作来选择哪个版本应该被解密、解码和显示。然而，头端110也具有一些限制，例如，使用了不易修改的基于硬件的传统视频编码器120。
因此，在视频已经被准备为由视频编码器120编码的压缩MPEG-2视频流130之后，由嵌入设备125嵌入水印(下面参考图3进行描述)。将水印嵌入经编码的(即，经压缩的)MPEG-2视频流130(即，在压缩域中)中而不必完全解码MPEG-2视频流130的能力是本领域中已知的计算密集型处理。换言之，水印系统100的嵌入设备125接收压缩MPEG-2视频作为输入，并直接操纵压缩视频以嵌入水印。可以理解的是，尽管嵌入设备125被描绘为与视频编码器120分开，但是嵌入设备125可以被包括在视频编码器120中。
作为与MPEG-2传输流的结构有关的额外要求，嵌入设备125不改变宏块级以上的任何视频元素(例如，编码帧103或切片135)的位长度。换言之，嵌入设备125可以翻转位，但是不能从压缩MPEG-2视频流130中插入或移除位。如果这个要求未被满足，则这将意味着传输流层将需要在头端处被重构，这在计算上又是昂贵的并且应尽可能地避免。
现在另外参考图2，图2是用于对使用图1的系统100嵌入的水印进行检测的检测设备200的简化框图。如同在任何水印系统中，水印检测设备200需要能够高保真地从加水印的视频中恢复所嵌入的水印有效负载。广播者、内容所有者、或其他适当授权的代理也可以从内容共享网络中获取视频流，例如，视频流210。可以理解的是，所获取的视频流210不一定与从广播头端100原始广播的视频流115相同。例如，从广播头端100原始广播的视频流115在被上传到内容共享网络之前可能已经被重新编码、转码、裁剪、降级等。不管被上传到内容共享网络的版本中的重新编码、转码、裁剪、视频质量降级等，水印都被设计为可复原的并且仍然是可检测的。
检测设备200从包括在所获取的视频流210中的包括嵌入水印数据的帧220中的每一个检测并提取嵌入数据，其被描绘为星号(*)。然后将所提取的嵌入数据输入到嵌入数据检测系统230，该数据检测系统230能够确定标记信息240(即，水印)。
现在回到对图1的讨论，与许多水印系统的情况一样，水印系统100被设计成对视频具有微妙的影响-即，该效果对于观看者而言通常是不明显的。此外，观看者通常不能分辨他们正在观看的视频是否包含水印。
此外，由水印系统100嵌入的水印通常被设计为对于正被进行以下操作的视频是可复原的：被重新编码为MPEG-2视频；被转码成非MPEG-2视频；被裁剪；被调整大小；被降级等。因此，水印检测器200不被假定为接收MPEG-2视频作为输入210，并且实际上，对于一系列图像在未压缩域中(即，在视频已被解码之后)检测嵌入的水印有效负载240。
以下描述如何用嵌入的水印对I帧进行编码。其他类型的帧在以下讨论的范围之外。
在MPEG-2(H.262)I帧(通常具有4：2：0的子采样配置-即四个亮度块和两个色度块)中，每个宏块140、145、150由六个块155组成-四个块用于亮度分量Y(Y1-Y4)并且两个块用于色度分量U和V(U和V或者它们的等同物有时被称为Cb和Cr以及如本领域中已知的其他指示物)。这六个块155中的每一者的大小都是8×8像素160。
如以下段落中所描述的，水印系统100通过交换块的离散余弦变换(DCT)的系数阵列的DC系数(第一系数)来嵌入水印有效负载240。下面更详细地描述了关于选择哪个DC系数来用于交换以及如何执行交换的细节。
三个预测器(分别用于每个分量Y、U和V)用作一种累加和，如下所述。该三个预测器在诸如切片135之类的每个切片(宏块阵列，通常形成一个水平行宏块)的起始处被重置为默认值(通常为128)。
在视频流中，每个块(即，Y1-Y4，U和V)被编码为一系列64个离散余弦变换(DCT)系数，这些系数是对该块中的实际像素值执行DCT变换的结果。每个块155的第一DCT系数(在本领域中称为DC系数)被编码为从用于相应的亮度分量和色度分量的当前预测器值中加上或减去的差量(delta)值。因为DC系数与随后的DCT系数被不同地编码，所以这些其他DCT系数有时被称为“AC系数”(“AC”相对于“DC”)。总之，对于每个宏块，存在三个预测器：一个用于四个Y块，一个用于U块，并且一个用于V块。
下表取自ISO IEC 13818.2，MPEG-2标准的第2部分(有时被称为H.262)，并定义了每个块155的编码：
Figure BDA0001532245590000051
Figure BDA0001532245590000061
其中：
vlclbf表示可变长度码，左边的位在前，其中，左边指可变长度码被写入的顺序。
uimsbf表示无符号整数，最高有效位在前。
pattern_code指示在位流中是否存在宏块中的块，其中，如果模式码的相关位被设置为1，则位流中存在相对应的块，否则不存在。
dct_dc_size字段视情况指示亮度字段或色度字段的长度。
dct_dc_differential是长度为dct_dc_size个位的字段。从被加到当前色度分量或亮度分量中的当前预测器值的编码数据中恢复差值，以便解码第一DCT系数。预测器的初始值取决于所使用的intra_dc_precision的值。
如上所述，DC系数被编码为差量值。为了方便起见，在本说明书中和权利要求书中，在MPEG-2规范中被称为dct_dc_differential_l(对于亮度)或dct_dc_differential_c(对于色度)的这些差量值与dct_dc_size字段一起被称为dct_diff。dct_diff被编码在可变长度字段中，与其他DCT系数的基于游程长度的编码分开。对dct_diff值的引用被理解为指的是针对色度或亮度的dct_dc_differential字段的值。这个可变长度字段的长度(其范围可以从0到11)本身被编码在另一可变长度字段(dct_dc_size)中，其中，根据标准中定义的值的无前缀表来对不同的长度进行编码，以使得更频繁的值具有更短的码字。这两个相关的可变长度字段强烈地限制了嵌入器可以如何改变差量值，例如，如果差量为零，则其长度通常也为零，所以改变零差量将意味着增加差量字段的长度并且向编码视频插入新的位，这将需要从另一个块中移除位，并且这成为一组难以解决的约束，同时保持MPEG-2编码视频的正确语法和水印的不可感知性。此外，由于由MPEG-2编码器120仅使用差量来编码的DC系数的累加性质，对任何差量的任何改变将延续到其余的切片135，除非另一改变反转第一次改变。
基于现在解释的准则，可以使用块中所选择的多个块来嵌入有效负载零(0)和一(1)。
为了在不改变宏块140、145、150和切片135的长度的情况下对MPEG-2位流中的位进行编码，并且从而仅在一个块155中引起小的、视觉上不可察觉的改变，以下方法被实现：
1.仅在I帧103内，检测两个相邻块的对。相邻块通常是两个连续的块，其可以是同一宏块中的两个连续的亮度块(例如，Y2和Y3)，或者两个连续的宏块中的两个连续的色度块。也就是说，例如，宏块140的U块和宏块145的U块。然而，这可以扩展到涵盖不是直接连续但在帧的视觉布局中彼此靠近的块对。当选择两个连续的块时，水印将仅影响单个宏块中的像素。对相邻块的定义越宽松，被水印影响的帧的区域越大。
2.检查相邻块的两个dct_diff之间的差的绝对值是否大于0并小于某个阈值。通常，并且不失一般性，阈值是2或3。
3.要嵌入的水印的有效负载位确定第一或第二dct_diff是否应该大于或小于相邻块的dct_diff值。例如，如果嵌入0，则嵌入方案可能要求该对dct_diff中的第一dct_diff是这两者中的较小者，并且第二dct_diff是这两者中的较大者。类似地，如果嵌入1，则嵌入方案可能要求该对dct_diff中的第二dct_diff是两者中的较小者，并且第一dct_diff是两者中的较大者。可以理解的是，该顺序(即较小者/较大者)是任意的。
因此，如果第一dct_diff大于第二dct_diff，但实际上第一dct_diff应该小于第二dct_diff以便嵌入有效负载位，则该两个dct_diff值在两个相邻块之间被交换(170)。通过在两个块之间交换(170)dct_size和dct_dc_differential_l或dct_dc_differential_c字段来执行该交换170。注意的是，不在两个块之间交换包含块的编码AC系数的dct_coeffs字段(如果存在)。该交换170保留编码宏块的位的总长度(或者如果在两个相邻宏块之间进行，则保留编码切片的总长度)。
下表呈现了对于两个相邻块A和B的六个示例性情况：
Figure BDA0001532245590000071
Figure BDA0001532245590000081
在情况#1中，由于A_dct_diff>B_dct_diff，为了嵌入位0，A_dct_diff和B_dct_diff将被交换(170)。在情况#2中，A_dct_diff<B_dct_diff，所以为了嵌入位0，A_dct_diff和B_dct_diff不会被交换。在情况#3中，由于A_dct_diff>B_dct_diff，为了嵌入位1，A_dct_diff和B_dct_diff不会被交换。在情况#4中，A_dct_diff<B_dct_diff，所以为了嵌入位1，A_dct_diff和B_dct_diff将被交换(170)。为了完整起见，在情况#5中，A_dct_diff-B_dct_diff大于3，所以该块对不用于嵌入水印，并且稍后被检测器忽略。
提到情况#5，例如，其中，字段A_dct_diff可能不与后续块B的dct_diff字段交换。
最后，在情况#6中，A_dct_diff＝B_dct_diff。在这种情况下，该两个字段都不用于加水印(即，两个字段不被交换)。
对于满足其两个dct_diff值的绝对值之间的差大于0且小于阈值的条件的每个相邻块对，通常重复嵌入有效负载位的该过程。如果相邻块对中的第二块不与该相邻块对中的第一块一起使用来嵌入有效负载位(即，发现该块对不适合于嵌入)，则该块可以用作其后续的相邻块的第一块。这允许在将信息位嵌入到帧中的最大冗余。然而，交换的块越多，在视频帧中引入明显变化的可能性就越大。因此，在一些实施例中，可以实现这样的水印，使得有效负载位仅被嵌入在满足上述条件(即，块值之间的差大于零且在给定的阈值之内)的一些相邻块对中。例如，可能只是每个切片中的第一个这样的块被对用于加水印。
现在另外参考图3，图3是用于在图1的系统中使用的嵌入设备125的框图。嵌入设备125包括硬件和软件组件，如在本领域中公知的。
嵌入设备125包括至少一个处理器310，并且可以包括不止一个处理器310。根据本文所描述的方法，处理器310中的一者可以是可操作来执行水印嵌入的专用处理器。另外，嵌入设备125包括非暂态计算机可读存储介质(即，存储器)320。存储器320可以存储指令，处理器310中的至少一个可以执行该指令以执行本文所描述的水印嵌入的方法。嵌入设备125还包括本领域已知的典型和标准的硬件和软件组件。
可以理解的是，图2的检测设备200还可以被设计为具有与前面段落中针对嵌入设备125所描述的相同或相似的组件。
现在参考图4，图4是描绘了图3的将有效负载数据嵌入到视频帧序列(例如，图1的I帧103)中的嵌入设备125的简化框图。图4是对嵌入设备125中发生的内容的非常高层级的描述。描绘了多个视频帧400，并且箭头410指示在图4的左侧描绘的帧400是在图4的右侧描绘的帧400之前的视频帧。描绘了位串430。位串430中的至少一个位被嵌入在多个视频帧400的I帧中的一者中。例如，可以在每个视频I帧中嵌入一个位。因此，10111001中的第一个1被嵌入在多个视频帧400的第一个视频I帧中。第二位(0)被嵌入在多个视频帧400的第二个I帧中。第三位(1)被嵌入在多个视频帧400的第三个I帧中，以此类推。
替代地，嵌入方案可能需要在单个视频帧中嵌入多个位(例如，将该帧划分为象限，并且在每个象限中嵌入一个不同的位)，或者在每第三个视频帧中嵌入单个位，或者位和帧的任何其他变化和组合。可以理解，存储嵌入方案以在检测嵌入的水印中使用。另外或替代地，可以存储嵌入设备125的配置以在检测嵌入的水印中使用。
作为水印的一部分将被嵌入的的每个位通常将多次被嵌入到帧(或帧的一部分)中，以确保位不会由于传输中的错误而丢失。位还可能由于重新编码、转码等引起的值的改变而引入的错误、或检测过程本身的错误/噪声而丢失。单个位比所嵌入的该单个位的许多副本更可能由于视频的一些错误或转换(例如，重新编码、转码、裁剪、长宽比改变、对比度校正等)而丢失。
如上所述，可被上传到内容共享网络的视频可能已经以某种方式被转换，包括但不限于：已被重新编码为MPEG-2视频；被转码成非MPEG-2视频；被裁剪；被调整大小；被降级；或者受到裁剪、长宽比变化、对比度校正中的一者的影响。因此，被原始地编码为原始视频流115中的I帧的帧现在可能不再被编码为I帧。这样的帧可能已被重新编码或转码为预测帧(即P帧或B帧)。因此，被提供给检测设备200的视频流210中的每一帧都应被检测设备200检查，以确定该帧是否包括至少一个水印位。
因此，检测阶段在未压缩图像而非编码视频(例如，原始视频流115)上工作。这具有以下优势：无论被提供给检测设备200的视频流210是否已经被转码或以其他方式被改变，检测设备200都可操作。只要即将到来的视频可以被解码，检测阶段就在将视频解码为作为图像的分离帧之后开始。针对图像的检测技术的如下工作：
1.确定或检测哪些帧与原始I帧相对应。这可以通过各种方式完成，取决于以下设置：
a.如果图片组(GOP)大小是固定的并且GOP大小是已知的(例如，8帧、12帧、16帧等)或者可以被估计，则检测设备尝试每个可能的候选GOP‘相位’以检测GOP从哪里开始以及哪些帧与原始I帧相对应。例如，如果已知的GOP大小是12，则首先尝试帧0、12、24、36、……，并查看这些帧是否对应于I帧。如果这些帧不对应于I帧，则尝试帧1、13、25、37……，并查看这些帧是否对应于I帧。如果这些帧不对应于I帧，则尝试帧2、14、26、38、……，以此类推。
b.如果GOP大小是固定的，但GOP大小是未知的，则可以尝试GOP大小的典型值，然后针对每个可能的GOP大小重复之前段落中所描述的过程。
c.如果GOP大小不总是固定的，则可以对每个帧进行统计检查以确定它是否对应于原始I帧。这是通过以下操作来完成的：将帧划分成宏块和块，针对每个块计算Y/U/V(取决于哪个用于嵌入)的DC系数，并且对于满足用于选择用于嵌入的块对的条件的那些相邻块对，对多少对被嵌入0以及多少对被嵌入1进行计数。这些步骤基本上与以下步骤2-7列出的步骤相同。这里，这些步骤在假设候选帧对应于原始I帧之前被临时地执行，并且只有在所得的计数高度偏差的情况下(即，可以使用卡方分数(chi-square score)及其p值来估计在假定均匀分布的情况下获得所得计数的概率)，该候选帧才可被认为是原始I帧。如果该帧未被确定为原始I帧，则该帧被水印检测器跳过。如果该帧被接受为对应于原始I帧，则由于I帧通常不会在时间上接近地出现，所以可以跳过接下来的几帧(通常是最小的小GOP的大小)。
关于上面提到的卡方分数及其p值，非常低的p值(例如，2-20)指示如果假定接受这些位是均匀分布的(即如果假定约一半的位将是0并且约一半的位将是1)，则该计数是非常不可能的。因此，在具有非常低的p值的情况下，计数确实是高度偏差的并且该帧被接受作为I帧。例如，诸如113：29之类的计数是非常偏差的。
2.将被确定为对应于原始I帧的帧分割成与原始编码中的宏块相同大小的单元。然后将每个这样的单元再分成与原始块相同大小的子单元。换言之，如果图像已被调整大小，则在这些图像被分割成16x16像素宏块和8x8块之前，需要通过本领域公知的用于图像重新调整大小的任何技术(例如，双线性插值和双三次插值)来将它们重新调整回(对于水印嵌入器已知的)原始大小。
3.对于每个重构的宏块，将像素值分离到Y(亮度)、U和V(色度)平面中。
4.根据嵌入设备125用来执行嵌入的Y、U和V平面的原始配置，针对Y、U或V平面对每个块应用DCT变换。
5.(根据嵌入设备125的原始配置在亮度或色度平面中)查找相邻块，以使得两个相邻块的dct_diff值之间的差的绝对值在嵌入设备125中所配置的阈值之内且不等于0。
6.对于满足该条件的每个这样的相邻块对，如果第一dct_diff值小于第二dct_diff值，则将其视为0位，并且如果第一dct_diff值大于第二dct_diff值，则将其视为1位。
7.对帧中所有这样的块对中的0和1的数目进行计数。
8.取得到的计数中的多数者，并且将该多数者视为嵌入在该帧(或者切片或宏块等，这取决于水印原始被嵌入的方式)中的有效负载位。例如，如果计数是73个零和14个一，则多数者是零，因为73>14。
应理解的是，如果在每个帧中嵌入多个有效负载位，则以上的描述必须被相应地修改。例如，如果要在I帧103的每个象限中嵌入一个有效负载位，则将如上所描述来检查I帧103的每个象限以确定其中嵌入的有效负载位。类似地，如果水印有效负载被嵌入在原始视频帧的切片或宏块中，则将如上所描述来检查I帧103的每个切片或宏块以确定其中嵌入的有效负载位。
可以理解的是，如果在要考虑哪些块对方面存在附加的中止条件，则以上的描述必须被相应地修改。例如，如果仅将有效负载嵌入到仅每个切片中的第一块对中，则上述用于检测水印的方法将仅被应用于每个切片中的第一块对。
现在参考图5，图5是嵌入图1的水印的方法的简化流程图。现在另外参考图6，图6是检测图1的水印的方法的简化流程图。图6描述了当被提供MPEG-2视频时用于检测图1的水印的一种方法。现在进一步参考7A-7B，其是检测图1的水印的第二种方法的简化流程图。图7A描述了当被提供未压缩视频帧时用于检测图1的水印的一种方法，该方法需要将所提供的未压缩视频帧修改为MPEG-2格式，以使得可以在所提供的未压缩视频帧上执行图6的方法。图7B描述了在已经对图7A的方法的输出执行了图6的方法之后，在图7A中开始的方法的延续。
参考以上讨论，图5、6和7A-7B的方法被相信是自解释的。
嵌入、编码与加密
本说明书和权利要求书通篇使用术语“嵌入”来以其所有语法形式指代涉及将水印或其部分置于视频流中的任何类型的活动。例如，“嵌入水印”、“嵌入位”、“水印嵌入设备”等。
本说明书和权利要求书通篇使用术语“编码”来以其所有语法形式指代任何类型的数据流编码，例如并且不限制定义的范围，包括公知类型的编码，例如但不限于：MPEG-2编码、H.264编码、VC-1编码、以及诸如可缩放矢量图形(SVG)和LASER(ISO/IEC 14496-20)等之类的合成编码等。可以理解的是，与未经编码的数据流相比，编码数据流通常需要更多的处理，并且通常需要更多的时间来读取。编码数据的任何接收者(无论编码数据的接收者是否是预期的接收者)至少潜在地能够读取编码数据而不需要密码分析。可以理解的是，编码可以在若干个阶段中执行，并且可以包括多个不同的过程，包括但不一定限于：压缩数据；将数据转换成其他形式；以及使数据更强健(例如复制数据或使用纠错机制)。
本说明书和权利要求书通篇使用语“压缩”来以其所有语法形式指代任何类型的数据流压缩。压缩通常是编码的一部分，并且可包括图像压缩和运动补偿。通常，数据的压缩减少了包括数据的位的数目。在压缩是编码的子集的情况下，术语“编码”和“压缩”以其所有语法形式在本说明书和权利要求书通篇经常被可互换地使用。
类似地，本说明书和权利要求书通篇使用术语“解码”和“解压缩”来以其所有语法形式指代以其所有语法形式的“编码”和“压缩”的逆操作。
本说明书和权利要求书通篇可交换地使用术语“加扰”和“加密”来以其所有语法形式指代用于加扰和/或加密数据流的任何适当的加扰和/或加密方法，和/或用于旨在使得数据流除了对其预期的(一个或多个)接收者之外难以被理解的任何其他合适的方法。公知类型的加扰或加密包括但不限于DES、3DES、以及AES。类似地，本说明书和权利要求书通篇使用术语“解扰”和“解密”来以其所有语法形式指代以其所有语法形式的“加扰”和“加密”的逆操作。
根据以上定义，术语“编码”、“压缩”、以及术语“加扰”和“加密”被用于指代不同且独占类型的处理。因此，特定的数据流可以被进行如下操作，例如：
被编码，但既不被加扰也不被加密；
被压缩，但既不被加扰也不被加密；
被加扰或加密，但不被编码；
被加扰或加密，但不被压缩；
被编码，并且被加扰或加密；或
被压缩，并且被加扰或加密。
同样地，一方面的术语“解码”和“解压缩”和另一方面的术语“解扰”和“解密”被用于指代不同且独占类型的处理。
可以理解的是，如果需要，本发明的软件组件可以以只读存储器(ROM)的形式来实现。通常，如果需要，软件组件可以使用常规技术来在硬件中实现。还理解的是，软件组件可以被实例化，例如：被实例化为计算机程序产品或被实例化在有形介质上。在一些情况下，可以将软件组件实例化为可由合适的计算机解释的信号，但这样的实例在本发明的某些实施例中可能被排除。
可以理解的是，为了清楚起见，在不同的实施例的上下文中描述的本发明的各种特征也可以在单个实施例中被组合地提供。相反，为简洁起见，在单个实施例的上下文中描述的本发明的各种特征也可以被分开提供或以任何合适的子组合来提供。
本领域技术人员将理解的是，本发明不受上文具体示出和描述的内容限制。本发明的范围由所附权利要求及其等同物来限定。

Claims (15)

1.一种用于添加水印的方法，包括：
检测MPEG-2编码I帧中的连续块对；
所述连续块对具有差的绝对值大于零且小于给定阈值的dct_dc_differential字段，其中，每个所述dct_dc_differential字段包括dct_dc_differential_l字段及相应的dct_dc_size字段、或dct_dc_differential_c字段及相应的dct_dc_size字段；以及
通过执行以下操作来在所述连续块对中嵌入第一水印有效负载位和第二水印有效负载位中的一者：对所述连续块对的dct_dc_differential字段进行排序，以使得以升序排序所述dct_dc_differential字段编码所述第一水印有效负载位并且以降序排序所述dct_dc_differential字段编码所述第二水印有效负载位；
其中，所述排序包括：
如果所述嵌入与期望的位编码不匹配，则在所述连续块对之间交换所述dct_dc_differential_l字段及相应的dct_dc_size字段、或所述dct_dc_differential_c字段及相应的dct_dc_size字段，以实现所述期望的位编码；并且
如果所述嵌入与所述期望的位编码匹配，则不采取任何行动。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，单个位被重复地嵌入到所述编码I帧的至少一部分中。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，多个位被编码在所述编码I帧中所包括的不同的宏块中。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述连续块对包括以下各项中的一者：色度块；以及亮度块。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，被嵌入的位是包括识别信息的位串中的位。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述识别信息包括用户识别信息。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述识别信息包括用户客户端设备识别信息。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述识别信息包括媒体识别信息。
9.一种用于检测根据权利要求1所述的方法添加的水印的方法，包括：
(a)接收MPEG-2编码视频帧序列；
(b)检测所述MPEG-2编码视频帧中的一者中的宏块中的连续块对；
(c)确定所述连续块对是否具有差的绝对值大于零且小于给定阈值的dct_dc_differential字段，其中，每个所述dct_dc_differential字段包括dct_dc_differential_l字段及相应的dct_dc_size字段、或dct_dc_differential_c字段及相应的dct_dc_size字段；
(d)在亮度平面或色度平面中的至少一个中识别相邻块对，其中，所识别的相邻块的dct_dc_differential值的差的绝对值大于零且小于在水印嵌入设备中所配置的阈值，该水印嵌入设备用于将水印嵌入到与接收到的MPEG-2编码视频帧序列相对应的压缩MPEG-2视频流中；
(e)如果所识别的相邻块中的第一块的dct_dc_differential字段的值小于第二块的dct_dc_differential字段的值，则确定所识别的连续DCT块正在嵌入两个可能的有效负载位中的第一有效负载位；以及
(f)如果所识别的连续块中的所述第二块的dct_dc_differential字段的值小于所述第一块的dct_dc_differential字段的值，则确定所识别的相邻块正在嵌入所述两个可能的有效负载位中的第二有效负载位。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括在步骤(a)之前执行以下步骤：
(aa)接收未压缩视频帧序列；
(ab)确定所述未压缩视频帧序列中的哪些未压缩视频帧对应于与所述未压缩视频帧序列相对应的原始压缩MPEG-2视频流中的原始I帧；
(ac)将被确定为对应于原始I帧的未压缩视频帧中的每一者分割为其大小与所述原始压缩MPEG-2视频流中的宏块的大小相等的单元，由此定义所述未压缩视频帧中的每一者的重构宏块；
(ad)将经分割的未压缩视频帧再分为与所述原始压缩MPEG-2视频流中的块的相等大小的单元，由此定义所述重构宏块中的每一者的重构块；
(ae)将所述重构宏块中的每一者的像素值分离到亮度平面和色度平面中；
(af)针对所述亮度平面和所述色度平面，对所述重构块的每一者应用离散余弦变换(DCT)变换，所述DCT变换是根据被应用于包括所述原始压缩MPEG-2视频流的块的DCT变换而应用的；并且
在步骤(f)之后执行以下步骤：
(g)针对候选帧中的所有所识别的相邻块，对被确定为所述两个可能的位中的第一个可能的位的数目以及被确定为所述两个可能的位中的第二个可能的位的数目进行计数；以及
(h)取所述两个可能的位中的第一个可能的位和所述两个可能的位中的第二个可能的位的所得的计数之间的多数者，并且在表示嵌入的水印位时恢复所述多数者计数对应的可能的位。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述确定所述未压缩视频帧序列中的哪些未压缩视频帧对应于原始I帧是通过测试已知的GOP相位以尝试确定所述GOP在何处开始来执行的，其中，GOP大小是已知的。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述测试已知的GOP相位以尝试确定所述GOP在何处开始是针对所述未压缩视频帧序列中的每个未压缩视频帧中来执行的。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述确定所述未压缩视频帧序列中的哪些未压缩视频帧对应于原始I帧是通过统计地检查每个未压缩视频帧以确定该未压缩视频帧是否对应于原始I帧来执行的。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述统计地检查每个未压缩视频帧包括：
将候选未压缩视频帧划分成宏块和块；
计算每个块的色度分量和亮度分量中的至少一个的DC系数；
执行步骤(ac)至(g)；
如果对所述第一个可能的位和所述第二个可能的位的所得的计数是偏差的，则确定所述候选未压缩视频帧对应于原始I帧。
15.一种用于添加水印的系统，包括：
处理器，所述处理器被包括在水印嵌入设备中，所述处理器检测MPEG-2编码I帧中的连续块对，并且所述连续块对具有差的绝对值大于零且小于给定阈值的dct_dc_differential字段，其中，每个所述dct_dc_differential字段包括dct_dc_differential_l字段及相应的dct_dc_size字段、或dct_dc_differential_c字段及相应的dct_dc_size字段；
作为已经确定所述连续块对具有差的绝对值大于零且小于所述给定阈值的dct_dc_differential字段的结果，所述处理器还操作以通过执行以下操作来在所述连续块对中嵌入水印有效负载位：对所述连续块对的dct_dc_differential字段进行排序，以使得如果以第一方式排序所述dct_dc_differential字段，则所述排序编码一位，并且如果以第二方式排序所述dct_dc_differential字段，则所述排序编码另一个一位；
其中，所述排序包括：
如果所述嵌入与期望的位编码不匹配，则在所述连续块对之间交换所述dct_dc_differential_l字段及相应的dct_dc_size字段、或所述dct_dc_differential_c字段及相应的dct_dc_size字段，以实现所述期望的位编码；并且
如果所述嵌入与所述期望的位编码匹配，则不采取任何行动。
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