CN1178511C - 用于特殊定标和任意移动的水印检测方法及装置 - Google Patents

用于特殊定标和任意移动的水印检测方法及装置 Download PDF

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Abstract

一种在加水印的视频数据流中检测水印的水印检测方法和装置，水印由预定有限的定标数目中的一种未知标度定标，并被移动了未知像素数。针对预定数目的定标的每一个，视频数据流被分成多个同样尺寸的定标水印数据块；多个定标的水印数据块被读出为多个读出数据块。读出数据块的每一个被累加到读出数据块收集器的预定数目之一。累加的读出数据块随即被重新定标且组合成单一视频累加数据块。随即在视频累加数据块中估计预定量。估算得到的信息与在视频数据流中的水印的存在、加到已加水印的视频的定标和在水印数据块中的任何水印的移动相关。分数余项操作确定对每一所考虑定标的读出数据块收集器的数目，和确定每一读出数据块被累加到其中的收集器。

Description

用于特殊定标和任意移动的水印检测方法及装置
                      发明领域
本发明涉及信息加密技术领域。本发明尤其涉及数字水印检测方法和装置。
                      相关技术描述
近来发展的数据压缩技术、大容量存储器介质、互联网、以及其它高带宽分配信道之间的协同互动，已经使数字媒体(digital media)几乎无所不在。从这些发展的角度看，用于控制这种媒体的著作权和/或所有权的分配、复制及识别的技术日渐重要并且与商业密切关联。首先是由于数字媒体本身的特性的原因，该介质中的版权的有效实施尤其是一个复杂的问题。除非采取防范措施，数字数据将可容易及完美地再现，而不损耗其逼真度。
所谓的″数字水印标记″近来已经获得关注，作为在作品，例如图像的数字媒体开发商的工厂中一个制止数字媒体的剽窃或未授权分配或再生的可能武器。通常，水印是一个信息、符号或任何有特色的标记，直接加到该视频信号，其目的是标识该复制是否为一个授权复制、图像内容的作者、经销商、所有者或类似信息。通常把该特色信息、符号或标记添加到数字介质的添加处理称作嵌入处理。数字水印标记最好嵌入在数字介质(伴音、静止图象或视频图像)中，以便其不为观众(例如看电影的人)所见，并可由适当的检测系统可靠地检测。通常，可见性及可探测性是直接彼此相关的：越可见的一个水印，其越可靠地被检测。相反地，一个很好隐蔽的水印可能难于可靠地检测到。因此，通常必须获得在可见性及可探测性之间的一个可以接受的折衷。
已经建议了几种在一个数据流中嵌入水印的方法。在例如一个视频数据流的情况下，每一图像帧可以被分成给定尺寸的数据块的格构。因此每一数据块包括一个图象元素的矩阵(下称像素)，具有与例如亮度、色度等相关的几个特性。可对于每一数据块执行变换。例如，对于视频数据流的每一帧的每一数据块的每一像素可以执行离散余弦变换(后称DCT)、离散傅里叶变换(后称DFT)或其它变换。这种变换产生与视频数据流的频谱内容相关的信息。一旦获得这些信息，就可以通过估算及有选择地修改像素变换数据块的系数并随后应用反变换而把一个水印或水印的一部分嵌入在一个或者多个数据块中。例如，可以把水印或水印的一部分作为直接干扰而嵌入在单一或多个数据块的系数中。例如，通过有选择地扰乱变换数据块的像素并随后应用一个反变换，水印能以低可见性嵌入。因为人的视觉和听觉系统不能迅速区分频谱内容中的细微变化，因而有可能使得一个给定频率的视频信息掩蔽相同或相邻频率的水印数据。
水印视频数据流经常被定标以便适应不同格式。例如，电影屏幕通常具有近似16∶9的宽高比，电影屏幕中是大约16单位长和9单位宽。另一方面，电视屏幕具有4∶3宽高比。因此，针对一个格式定标的图像必须经常被定标以便到另一格式。图像可以水平定标和/垂直定标。图1示出对加水印的视频数据的一个数据块进行定标的例如。如图1所示，例如，视频数据的加水印的数据块的一个16×16像素可以应用在DVD中，例如通过所谓的全景与扫描(Pan and Scan)定标的4/3因数的水平定标。则该定标的加水印的数据块具有16像素的垂直测定尺度和一个非整数的16*4/3，即64/3的水平测定尺度。
图像经常被修剪和移动，针对如上讨论的相同的原因或针对完全不同的原因，例如与数字压缩技术和/或该视频数据流的未授权操作相关联的原因。例如，一个加水印的数据块可能不是起始于第一视频数据块的原点，例如由于丢失了一个或多个行或列。这种定标、修剪和移动使得水印的检测更复杂。一个给定的视频数据流确实可能已经经历了某种形式的定标和移动，但是可能不知道所使用的确切定标及水印数据块的移动量。然而，需要可靠地检测该嵌入水印的状态。
因此，所需要的是检测嵌入在视频数据流中的水印的装置和方法，其视频数据流已经经历了在预定和有限数目的公知定标当中的某一种未知定标操作。还需要检测在已经经过任意移动操作的视频数据流中的水印的装置和方法。还需要检测在已经由未知标度因数定标及已经移动了未知数目像素的视频数据流中的水印的装置和方法。还需要的可靠地确定一个加水印的视频数据流的定标及移动的装置和方法。
                      发明概要
因此，本发明的一个目的是提供检测嵌入在视频数据流中的水印的装置和方法，其视频数据流已经经历了在预定和有限数目的公知定标当中的某一种未知定标操作。本发明的另一目的是提供检测在已经经过任意移动操作的视频数据流中的水印的装置和方法。本发明的再一个目的是提供检测在已经由未知标度因数定标及已经移动了未知数目像素的视频数据流中的水印的装置和方法。根据上述目标及下面将要描述而成为显见的目标，根据本发明的实施例的检测在加水印的视频数据流中的水印的方法，包括步骤：
读出定标水印数据块，并将其累加成为多个大小相等的读出数据块，其中，读出数据块的大小按照与预定有限个标度的最大标度相对应的因子，成比例地大于嵌入水印的数据块的大小，其中读出数据块相对于彼此具有与嵌入水印的数据块的大小相同的偏移，其中，偏移是两个相邻的读出数据块中的第一像素之间的距离，其中累加增强了水印的强度，同时不再强调视频数据流信号；
通过预定有限数目个标度的各个未知标度的逆，重新定标每个累加读出数据块收集器；
移动重新定标的累加读出数据块收集器，以校准读出数据块收集器中的水印；
通过添加每个读出数据块收集器的每个相应的像素，并将添加的像素存储到视频累加数据块的相应像素位置中，来将读出数据块收集器合并到单个视频累加数据块中；和
估算视频累加数据块中的一预定量，以检测该水印。
根据另外一些实施例，该读出数据块收集器的预定数目是由各个预定有限数目个标度的每一个确定的。定标的水印数据块的尺寸是N*(IH/JH)×N*(IV/JV)，其中原始水印具有的尺寸是N×N，并且其中(IH/JH)和(IV/JV)分别是水平及垂直定标，并且其中读出数据块收集器的预定数目是每个水平定标IH和每个垂直定标IV。对于预定有限数目个标度中的每一个，读出数据块具有相同大小，并足以容纳整个定标的水印。该估算步骤包括步骤：把与预定数目个标度中的每一个相对应的视频累加数据块变换到频域。该变换步骤包括步骤：把离散余弦变换或者离散傅立叶变换应用到与预定有限数目个标度中的每一个相对应的视频累加数据块。该预定量包括该离散余弦变换或者离散傅立叶变换的功率，并且其中该估算步骤包括步骤：选择具有最大功率的离散余弦变换或者离散傅立叶变换，其中，该具有最大功率的离散余弦变换或者离散傅立叶变换将未知定标识别为预定有限数目个标度中的该水印的一个正确标度及在该水印数据块中的该水印的一个正确移动。累加步骤包括步骤：把连续读出的数据块周期地分配到预定数目个读出数据块收集器的各个读出数据块收集器中，上述连续读出的数据块相对于各个水印数据块具有相同的偏移。应用于加水印的数据块的标度是I/J，其中I及J是相关素数，和其中该分配步骤周期地把该读出数据块分配到I个读出数据块收集器。在分配步骤中，针对格式In/Jn的标度的预定有限数量n的每个标度，把每个第In个读出数据块分配在预定数目个读出数据块收集器当中的同一个读出数据块收集器中，其中In及Jn是相关素数。读出数据块收集器的预定数目是In。该读出数据块收集器是在存储装置中的存储空间，并且，其中该分配步骤包括下列步骤：在该存储空间中存储该连续的读出数据块；和在该存储空间中累加该连续的读出数据块。每一个该读出数据块收集器对应于读出数据块的起始相对于在该视频数据流中的该水印数据块的起始的像素偏移。该估算步骤包括步骤：检测在该水印数据块中的该水印的移动。还包括步骤：选择该检测步骤的一个结果，所说的所述一个结果指示在该水印数据块中的水印的正确标度和移动。该读出、分配、累加、重新定标、移动、组合、以及检测步骤是针对预定有限数目个标度的每一标度执行的。
本发明还考虑为一种检测在视频数据流中嵌入的水印的水印检测设备，其中，将水印嵌入到具有所选择的已知大小的水印数据块中，并且，其中具有嵌入的水印数据块的视频数据流由包括在预定有限数目个标度当中的一种未知标度定标，包括：用于读出多个定标的水印数据块并将其累加成为多个大小相等的读出数据块的装置，其中，读出数据块的大小大到足以容纳预定有限数目个标度的最大标度，其中多个读出数据块相对于彼此具有与嵌入水印的数据块大小相同的偏移，其中，偏移是两个相邻的读出数据块中的第一像素之间的距离，其中累加增强了水印的强度，同时不再强调视频数据流信号，并且，其中每个读出数据块收集器对应于预定有限数目个标度的各个标度；通过预定有限数目个标度的各个未知标度的逆来重新定标每个累加的读出数据块收集器的装置；移动重新定标的累加读出数据块收集器以校准读出数据块收集器中的水印的装置；通过添加每个读出数据块收集器的每个相应像素并将添加的像素存储到视频累加数据块的相应像素位置中来将读出数据块收集器合并到单个视频累加数据块中的装置；和估算与预定数目个标度的每一个相对应的视频累加数据块中的一预定量的装置。
根据本发明的另一最佳实施例是检测嵌入视频数据流中的水印的水印检测设备，其中视频数据流是由预定数目定标中的一个未知定标进行定标的，包括：
用于把视频数据流划分成多个相等尺寸的定标水印数据块的装置；
用于把该多个定标的水印数据块读出成为多个读出数据块的装置；
用于将多个相对于相应各水印的始端具有相同偏移的读出数据块的每一个累加到预定数目的读出数据块收集器的一个相应的读出数据块收集器的装置，以便当去加重视频数据流信号时，增强水印的强度；
用于重新定标累加的读出数据块收集器的每一个而恢复原始的图像尺寸的装置；
用于移动重新定标的累加的读出数据块，组合它们为单一视频累加的数据块的装置；和
用于估算在对应于预定数目的定标的每一个的视频累加数据块中的一个预定量的装置。
本发明的另一个实施例是处理一个已加水印的视频数据流的方法，包括步骤：
当以除法操作计算其中分配该视频数据流的若干部分的收集器的数目时使用一个分数余项；和
把该视频数据流的所选部分分配在收集器的计算数目的所选那些中。
该视频数据流的若干部分可以包括水印数据块。该使用步骤可以把该分数余项操作应用到该已加水印的视频数据流的多个可能的标度的每一个。
该收集器可以包括一个存储装置的存储空间。
                     附图的简要描述
为了进一步理解本发明的目的和优点，现结合附图详细描述本发明，其中：
图1是一个示意图，表示通过4/3的水平定标由一个16×16的加水印的视频像素数据块产生一个16×64/3的加水印的视频像素数据块。
图2是说明根据本发明的方法的一个实施例的若干方面的方框图，使用由水平因数4/3定标的一个16×16的加水印的数据块的一个实例。
图3是说明根据本发明的方法的一个实施例的视频累加的方框图，使用由水平因数4/3定标的一个16×16的加水印的数据块的一个说明实例。
图4是说明本发明其它方面的一个方框图，包括重新定标该累加的数据块并且把那累加的数据块与在该水印检测之前的一个移动组合的步骤，使用由4/3的水平定标的16×16加水印的数据块的说明实例。
图5是一个示意图，表示由x标度的水平定标及y标度的垂直定标而对视频像素的N×N加水印的数据块进行定标，产生视频像素的一个N*x标度×N*y标度的加水印的数据块。
图6是说明根据本发明的检测水印方法的一个实施例的若干方面的方框图，使用由x标度的水平因数定标的N×N水印数据块的说明实例。
图7是说明根据本发明一个实施例的视频累加的方框图，使用由x标度的水平因数定标的N×N水印数据块的说明实例。
图8是说明本发明其它方面的一个方框图，包括重新定标一个累加的数据块并且把那累加的数据块与在一个水印检测之前的一个移动组合的步骤，使用由x标度的水平因数定标的N×N加水印的数据块的说明实例。
图9是用于三公知定标的一个本发明的实施例的流程图。
                  最佳实施例的描述
本发明使用一个视频累加过程以便实现在经历未知定标和/或任意象素移动的嵌入水印的视频数据流中的水印的检测(并随后解密该水印有效负荷)。在本发明的描述中，术语水印在定义上包括任何有意地隐蔽信息、符号或其它人为造物的表示，其传递某些信息，例如所有权或作者的身份的标记，并且被设计为实质上不可见地隐藏到该数据流中。为了检测在嵌入水印的视频数据流中的水印，要求从数据流读出视频数据的数据块，单独或共同地估计一个或多个水印的存在或不存在。然而，由于应用到该数据流的定标是未知的，所以读出数据块的适当尺寸也是未知的。本发明要解决此问题，根据本发明的一个实施例，读出并且处理足够尺寸的数据块中的视频数据流以便适应由最大共同使用的标度定标的水印数据块。此过程可以串行或并行地执行在针对各种不同定标执行了根据本发明的加水印的视频处理方法之后，如果存在水印，将在该正确的移动和正确的标度显著的最强值，该正确的定标是应用到该视频数据流中的水印的定标。
理论上说该标度的数目是没有限制的，并且本发明对由任何水平和/或垂直维数的定标因数所定标的视频数据流中的检测水印有效，假定有足够的时间和/或处理能力。然而在实践中仅有不多的标度常用，因为仅有不多视频格式被支持。这使得本发明大大地减少为了以准确和可靠的方式检测嵌入在视频数据流中的水印而必须估计的不同标度的数量。但是应该理解，本发明并不局限于当前使用的特定标度测定尺度或任何特定数目。
仅是为了说明的目的，图2假定嵌入水印的原始图像具有16×16像素的一个数据块尺寸，并且假定已经对其执行了4/3的水平定标(当前使用的公知定标之一)。因此，原始的16×16加水印的数据块经历了4/3的水平定标，产生可能重叠但尺寸相等的加水印的数据块，标记为WB1-5，具有垂直方向的16像素和水平向中的16*4/3像素(64/3像素，即大约21.3像素)。因此，定标和嵌入水印的视频信号的每一图像帧被分成多个16×64/3的数据块。为了检测在定标视频数据流中的水印，需要读出该数据块，包括WB1-5以及没在图2中示出的随后的数据块。但是，不可能读出21.3个像素。因此，根据本发明，选择16×22的读出数据块尺寸，如图中所示的读出数据块RB1、RB2、RB3、RB4和RB5。为了保持与原始的16×16水印尺寸的一致性，该16×22的读出数据块RB1至RB5(以及图2没示出的随后读出的数据块)的开始的每16个像素。因此，该读出数据块RB1至RB5(以及图2没示出的随后读出的数据块)彼此重叠。为了清楚起见，重叠读出的数据块RB1至RB5在不同行上示出。
如图2所示，第一读出数据块RB1的始端与第一定标水印数据块WB1的始端校准，并且其检验的与WB1相关的偏移OB1是零。第二读出数据块RB2该始端从WB1的始端的16个像素开始，因此相关与WB1的偏移是一个相应的非零偏移OB2。根据本发明，相应的偏移OB1、OB2...OBn是由64/3除的分数余项，其中n＝0、1、2、3...，并且其中的64/3是该定标的水印数据块WB1、WB2、WB3...的水平尺度。换个说法，该相应的水平偏移OB1、OB2、...OBn(相关该水印数据块的起始的读出数据块的起始的偏移)是通过估算表示式(K*N)/(N*I/J)＝K/(I/J)得出的，其中此实例中的N＝16，K周期地等于(0，1，2，...I-1)，并且其中″*″表示乘法操作。
因此，如图2所示，在4/3定标情况下，相应的偏移OB1是零，因为0*16由16*4/3相除的分数余项是零。通过针对K＝0和I/J＝4/3估算表示式K/(I/J)的分数余项而获得相同的结果。相应的偏移OB2等于1*16由(16*4/3)或3/4除的分数余项。因此，从RB1始端16像素读出数据块RB2并且相关WB1的始端偏移该定标水印数据块WB1的水平尺度的3/4。同样，该相应的偏移OB3等于2*16由(16*4/3)或1/2除的分数余项。通过其中K＝2和(I/J)＝4/3估算表示式K/(I/J)的分数余项而获得相同的结果。因此，从RB2始端16像素读出数据块RB3并且相关WB2的始端偏移该定标水印数据块WB2的水平尺度的1/2。同样地，该相应的偏移OB4等于3*16由(16*4/3)或1/4除的分数余项。因此，从RB3始端16像素读出数据块RB4并且相关WB3的始端偏移该定标水印数据块WB3的水平尺度的1/4。通过其中K＝3和I/J＝4/3估算表示式K/(I/J)的分数余项而获得相同的结果。
从定标水印数据块开始的偏移、及因此显示这些偏移的定标水印数据块的水平尺度的分数部分则以如下的周期方式重复。因为是第一读出数据块RB1的偏移，相应的偏移OB5再一次是零，因为0*16由(16*4/3)除的分数余项是零。因此，来自RB4的RB5始端16像素与WB4始端校准。类似地，相应的偏移OB6(没示出)能被示出等于3/4，相应的偏移OB7(没示出)能被示出等于1/2，相应的偏移OB8(没示出)能被示出等于1/4，及相应的偏移OB9(没示出)能被示出是校准的，再一次利用下一个水印数据块WB9(没示出)。相应的偏移OB6、RB7、RB8及OB9分别地表示该定标水印数据块的水平尺度的3/4、1/2、1/4及0的分数部分。因此，能看出RB1、RB5、RB9、RB13及每随后第四读出的数据块将具有零偏移。类似地，能看出RB2、RB6、RB10及每随后第四读出的数据块将相关该水印数据块的水平长度具有一个3/4的偏移，如图2所示。同样地，RB3、RB7、RB11及每随后第四读出的数据块将相关该水印数据块的水平长度具有一个1/2的偏移，而RB4、RB8、RB12及每随后第四读出的数据块将相关该水印数据块的水平长度具有一个1/4的偏移。
因此，图2的读出数据块RB1、RB2、RB3可以根据相应偏移幅值OB1、OB2、OB3...的有限数目而被分类。在4/3的水平定标的情况下，仅存在四个不同分数余项，分别对应于0、3/4、1/2及1/4的水印数据块的水平长度部分。因此读出数据块RB1、RB2、RB3...可以组织成四个偏移一致的16×22的读出数据块收集器，即存储空间，每一收集器对应于可能偏移之一，如图3所示。根据本发明，每一图像帧被切割，逐个数据块读出，每一读出的数据块加到在对应于适当的偏移的特定的读出数据块收集器中的具有相同偏移的在前数据块。该视频累加到对应于计算的偏移的特定收集器，不受在水印和该第一读出数据块之间的任何初始移动的影响。
根据图3示出的实例，具有零偏移的读出数据块可以累加在读出收集器1中，相对于定标水印数据块的水平尺度具有3/4偏移的读出数据块可以累加在读出收集器2中，相对于定标水印数据块的水平尺度具有1/2偏移的读出数据块可以累加在读出收集器3中，而相对于定标水印数据块的水平尺度具有1/4偏移的读出数据块可以累加在读出收集器4中。根据本发明，每一读出累加数据块具有一致的偏移。因此，分数余项操作可以用于累加具有相同偏移的读出数据块。在4/3定标情况下，如图2所示，该读出数据块被周期地分配到4个分别的收集器中。
每一收集器可以对应于一个计算装置的预定存储空间，而该值对应于可以存储在该预定存储空间中的像素的一个或者多个所选特性。例如，读出数据块的像素的亮度值可以选择作为用于在读出数据块收集器中累加的所选特性。在该累加(即相加)过程中，对应于在每一收集器中的每一累加数据块的像素的所选一个或几个像素特性被彼此相加。因为与水印信号比较，视频信号通常是一个比较不相关的信号，所以该水印的强度将随着该读出数据块的累加而被强化，而视频信号本身将倾向为平均灰色电平。
对标准进行的筛选也可以放置在该处理级，以便实现有选择的数据块处理。这种有选择的数据块处理将实现仅累加已经通过一个给定判据的那些读出数据块。根据一个这种有选择的数据块处理方法，在水印嵌入处理过程中，用于检测该水印的判据与采用来确定其中要嵌入水印的数据块的判据匹配。这样一个有选择的数据块处理方法使得水印的可见性有益地被减少而不影响在检测期间该水印信号的视在强度。这种用于选择性数据块处理的方法和装置公开在K.Kurowski的未决的和共同受让的美国专利申请(申请号09/xxx,xxx，提交于1998的x月x日)中，其公开内容完全援引在这里。
当在读出数据块收集器的每一个中已经累加了大量读出数据块时，该累加的读出数据块可以被重新定标、针对不同的偏移调整、组合成单一数据块并且定标和移动检测的水印。随后，可以估计该检测水印的结构，例如解密它的隐藏信息。如图4所示，读出数据块目前被组织成四个读出数据块收集器，每一收集器接收并且累加具有相同偏移的读出数据块。读出数据块收集器1至4的每一个由3/4重新定标(原来的4/3定标的倒数)，以便产生重新定标的16×16像素读出数据块410、420、430和440。16×16像素重新定标的读出数据块410、420、430和440的每一个被随即通过移动组合成单一重新定标的16×16视频累加数据块450。对应于重新定标读出数据块410、420、430和440的每一个的一个或多个所选特性被相加在一起，以便形式单一的重新定标16×16视频累加数据块450。
根据本发明的上述过程最好针对每一考虑的定标而并行执行。本发明实现了对于在由一种未知标度因数定标的视频数据流中的水印的检测。然而通常知道的是哪个定标常用于视频。那些常用定标构成一有限已知定标系。因此按照上述方式对照这些共同使用定标的每一个的视频数据流的测试不是十分麻烦。根据本发明，对照通常使用定标的每一个对视频数据流的测试将产生针对所考虑定标的每一个的单一重新定标视频累加数据块。一个检测算法则可以对于每一个重新定标的视频累加数据块运行，例如对图4的重新定标16×16视频累加数据块450运行。
但是本发明不局限于任何特定类型的检测算法。例如，该检测算法可以把视频累加数据块的每一个从空间变换到频域，以便检测该水印并且确定加到该水印数据块的定标及移动。例如，可以针对重新定标16×16累加数据块450的每一个计算二维(2-D)DCT。在此情况中，必须针对每一16×16累加数据块450执行256(16*16)DCT，一个DCT用于在该数据块450中水印的每一可能偏移。确实，由于裁剪、压缩算法和/或其它数字操作的原因引发的行和/或列的可能损耗，该水印数据块可能不在该视频累加数据块450的起始原点开始，而是可以在其中移动一个未知的像素数。针对该原因，需要对于该数据块450的16×16的每一个计算256个DCT，在视频累加数据块450的每一个之内的不同原点像素开始该256个DCT的每一计算。以此方式，如果考虑三个定标，则获得三个不同的16×16累加视频数据块450。针对这些视频累加数据块450的每一个，必须执行256个DCT，总数为768个DCT。假设读出数据块的相同数目被累加在用于每一考虑定标的读出数据块收集器的每一个中，则该水印将最可能在具有最大DCT功率的重新定标视频累加数据块450中显示自身的最强值。因此，在768个如此的DCT当中具有最大功率的DCT将同时地指示在该水印数据块中哪个定标被使用及移动该水印。确实，具有最大功率的DCT将出现在对应于正确定标的图像累加数据块450中，并且出现在该数据块450中对应于正确移动的位置。这是因为当在时间及空间上考虑时(足够的数目或读出数据块)，该视频信号通常是一个大范围的稳定信号。另一方面，水印信号可以是一个不变(虽然弱)的信号，隐蔽在该视频数据流中。因此，累加之后的水印信号将被强化，然而不相关的视频信号将被去加重，例如本身显示为一个灰色图像。因此，通过标识具有展现最大的功率的DCT的该重新定标累加视频数据块450，检测该水印以及正确定标和移动。
本发明不局限于具有16像素×16像素的规模的视频累加数据块450。可以使用更小或更大的数据块尺寸，更大的数据块尺寸将导致更高效的编码，但是增加该变换的计算复杂性。
为了说明的目的，将上述的公开内容应用到一个16×22像素读出数据块和具有4/3的水平定标的一个水印数据块的具体情况中。但是，根据本发明的方法可以容易地适用任何尺度的水印数据块，定标到任何标度及在该水印数据块中移动任何像素数目。确实，假设x标度被一个可能水平定标并且假设y标度是一个可能垂直定标(本发明可等同地应用到垂直和/或水平定标)，则x标度可以表示为IH/JH，而y标度可以表示为IV/JV，其中(IH，JH)是相关素数的数目，并且其中(IV，JV)也是相关素数数目。如果水印数据块的原始大小被假定是N×N像素尺寸，则意味着水印数据块水平方向具有N像素并且垂直方向具有N像素，则该定标的水印数据块将具有如图5所示的(N*x标度)×(N*y标度)的维数，其表示与(N*IH/JH)×(N*IV/JV)等效。为了简单起见，下面描述将阐明一般的情况，其中该水印数据块仅在水平方向定标，不言而喻，本发明可容易地应用到垂直方向的定标或水平和垂直方向都定标的情况。
为了确保整个水印数据块可以包含在该读出数据块中，根据本发明的读出数据块最好具有N×int(N*x标度+1)的规模，其中″int″是数学的取整函数。因此，仅考虑水平定标，该读出数据块尺寸或量可以是N×int((N*IH/JH)+1)。每一连续读出的数据块的起始最好以相对于在先读出数据块的开始递增N像素。然而，该读出数据块的水平起始相对于该水印数据块最好是(移动+K*N)由(N*IH/JH)除的零余项。这与((移动/N)*JH/IH+K*JH/IH))的分数余项相等，其中该移动表示在读出数据块中的始端或原点，K是周期地等于(0，1，2，...IH-1)。如果JH和IH是相关素数，由于JH是一个整数，则该余项的周期长度将精确地为IH，因为当表示式((移动/N)*JH/IH)相除时的分数余项等于((移动/N)*JH/IH+IH*JH/IH)的分数余项。因此，IH读出数据块收集器足以累计该N×int(N*IH/JH+1)尺寸的读出数据块，以使累加在每一收集器中的水印数据块具有相同的偏移。
该读出数据块最好是足够大，以便确保该定标的水印被充分包含在其中，用于任何所考虑的定标。虽然当该IH读出收集器充分大以适应全部的定标水印时将获得最佳结果(最可靠的检测)，但是也可以使用较小的读出数据块。因此，读出数据块的最大优选尺寸，在仅考虑垂直定标的情况中可以是int(N*max y标度+1)×N，在仅考虑水平标的情况中可以是int(N*maxx标度+1)×N，或在既考虑垂直又考虑水平标的情况中可以是int(N*max y标度+1)×int(N*maxX标度+1)，其中max X标度和max y标度分别地是考虑x和y方向的条件下的最大尺寸的定标。
如图6所示，该视频数据流被分成n个水印数据块，标号WB1至WBn。在水平定标的情况下，水印数据块具有的维数是N×N*x标度或N×N*IH/JH。读出数据块RB1至RBn具有维数是N×int(N*x标度+1)，以确保整个水印数据块将被读出，直到所考虑的最大尺寸的定标水印。读出数据块RB1至RBn彼此相对地偏移N个像素，并且相对于它们的对应水印数据块WB1至WBn偏移了该K*N由(N*x标度)所除的分数余项，其中K是周期地等于(0，1，2，...IH-1)。例如，在相关图2讨论的水平情况中，K是周期地等于0，1，2，3，0，1，2，3，0...。因此如图6所示，RB1与WB1校准并且该相对偏移OB1是K*N由(N*x标度)所除的分数余项，其中K＝0。RB2从WB1偏移了该K*N由(N*x标度)所除的分数余项，其中K＝1。以相同的方式，随后的读出数据块的起始从该水印数据块的开始偏移，直到K等于IH-1为止，于是K周期回到0，用于下一个读出数据块。
现在返回到其中考虑的定标是一个IH/JH的水平定标的实例，使用上述的分数余项操作，读出的数据块可以根据它们相对于水印数据块的偏移而被有益地组织，其中仅存在有限数目IH这种偏移的。如图7所示，该读出数据块可以组织成IH单独的收集器，例如每一个可以是一个计算装置的不同的存储空间，并且对应于该读出数据块的水平起始的该IH偏移之一的每一个收集器与该水印数据块的水平起始相关，例如与当前水平定标连续。对应于该像素一个或者多个所选特性的值可以存储在该IH读出数据块收集器中。例如，读出数据块的像素的亮度值可以选择作为用于在读出数据块收集器中累加的所选特性。在该累加(即相加)过程中，对应于在每一IH读出数据块收集器中的每一累加数据块的像素的所选一个或几个像素特性将被彼此相加。因为与水印信号比较，视频信号通常是一个比较不相关的信号，所以该水印的强度将随着该读出数据块的累加而被强化，而视频信号本身将倾向为平均灰度定标。
需要被累加在每一个IH读出数据块收集器中的若干读出数据块在执行一个检测算法之前将根据在该视频数据流中的嵌入水印信号的强度而改变。要指出，可以通过明智地选择将要嵌入一个水印的数据块而降低水印的强度，例如使用上述引用的Kurowski的专利申请提出的选择数据块处理方法。
如图8所示，读出数据块目前被组织成IH个读出数据块收集器，每一收集器接收并且累加具有相同偏移的读出数据块。读出数据块收集器的每一个由JH/IH重新定标(原来的IH/JH定标的倒数)，以便产生重新定标的N×N像素读出数据块810、820、830...840。使用例如一维仿射变换，N×N像素重新定标的读出数据块810、820、830...840的每一个被随即针对偏移作调整，并且组合成单一重新定标的N×N视频累加数据块850。例如通过使用重新取样内插滤波器的线性映射，对应于重新定标读出数据块810、820、830...840的每一个的像素的所选一个或多个特性被组合在一起，以便形式单一的重新定标N×N视频累加数据块850。
根据本发明，上述过程针对每一考虑的定标重复，得出针对每一所考虑定标的单一N×N视频累加数据块850。本发明实现了对于在由一种未知标度因数定标的视频数据流中的水印的检测。然而通常知道的是哪个定标常用于视频。那些常用定标构成一有限已知定标系。因此按照上述方式对照这些共同使用定标的每一个的视频数据流的测试不是十分麻烦。因此，根据本发明，对照通常使用定标的每一个对视频数据流的测试将产生针对所考虑定标的每一个的单一重新定标视频累加数据块850。现在可以对图8的重新定标的N×视频累加数据块850的每一个运行一个检测算法。但是本发明不局限于任何特定类型的检测算法。例如，可以在该检测算法中使用DCT或DFT，以便检测水印并且确定可能已经被加到水印数据块中的水印的定标和任何移动。
例如，可以针对重新定标N×N累加数据块850的每一个计算二维(2-D)DCT。在此情况中，必须针对每一N×N累加数据块850执行N*N单独的DCT，一个DCT用于在该视频累加数据块850中水印的每一个可能的偏移。确实，由于裁剪、压缩算法和/或其它数字操作的原因引发的行和/或列的可能损耗，该水印数据块可能不在该视频累加数据块850的起始原点开始，而是可以在其中移动一个未知的像素数。针对该原因，本发明的使用DCT作为检测机制的一个步骤的实施例中，需要对于N×N视频累加数据块850的每一个计算N*N DCT，在该N×N视频累加数据块850中的不同起始像素开始N*N DCT的每一个计算。
以此方式，如果考虑三个定标，则获得三个不同的N×N累加视频数据块850。针对视频累加数据块850的每一个，可以执行N*N DCT，DCT计算的总数为3*N*N。假设读出数据块的相同数目被累加在用于每一考虑定标的读出数据块收集器的每一个中，则该水印将最可能在具有最大DCT功率的重新定标视频累加数据块850中显示自身的最强值。因此，已经最大功率的DCT将同时指示出正确的定标，并且指示出在水印数据块中的正确的水印移动，如果存在任何水印移动的话。确实，具有最大的功率的DCT将出现在对应于正确定标的图像累加数据块850中，并且出现在该数据块850中对应于正确移动的位置。这是因为当在时间及空间上考虑时(足够的数目或读出数据块)，该视频信号通常是一个均值灰度定标。另一方面，水印信号可以是一个不变(虽然弱)的信号，隐蔽在该视频数据流中。因此，累加之后的水印信号将被强化，而不相关的视频信号将被去加重，例如本身显示为干均值灰色定标的视频信号。因此，通过标识具有展现最大的功率的DCT的该重新定标累加视频数据块850，检测该水印以及正确定标和移动。
在一些例子中，可能存在几个重新定标的累加视频数据块850具有超过不相关视频信号的平均功率电平的、展现统计意义的DCT功率电平。那些重新定标的累加视频数据块850最可能对应于例如该正确定标的整倍数的定标，该正确定标是实际上加到该原始视频数据流的定标。但是即使在此情况中，该展现最大DCT功率的重新定标累加视频数据块也将最可能带有水印(如果存在水印的话)，并且将指示该原始视频数据流的定标。而且，具有该最大功率的原始像素将指示强加在水印数据块中的水印上的移动。另外，如果所考虑的定标都没有得到具有显著高于视频信号的干均值的一个水印信号的重新定标的累加视频数据块850的话，则可能没有水印嵌入在该视频数据流中，和/或该视频数据流可能被使用一个尚未考虑的标度所定标。
图9示出根据本发明的一个实施例，用于检测经历未知的定标及任意移动的水印的方法。该方法以步骤S0开始。随后，针对考虑的每一定标I/J执行若干步骤。在图9示出的实例中，考虑三个定标；即I1/J1、I2/J2及I3/J3。本方法可扩展到许多定标，但受限于执行与视频数据流的数据速率相关的本方法的设备的处理能力及速度。本方法最好实时执行，目的在于满足该视频数据流的一个充分的速率。
步骤S11至S16针对定标I1/J1执行；步骤S21至S26针对定标I3/J2执行而步骤S31至S36针对定标I3/J3执行。在步骤S11、S21及S31中，按照上述方式把水印数据块读出成为相等尺寸的读出数据块，并且分别分配到I1、I2及I3读出收集器中。在步骤S12、S22及S32中，在分别的读出收集器的每一个中的水印数据块被按照它们被分配在其中的情况累加。因为此操作仅需相加该读出数据块的结构像素的所选的一个或几个特性，所以其很适合与该视频数据流同步执行。在确定步骤S13、S23及S33根据某预定判据已经把足够的读出数据块累加在读出收集器的每一个之后，执行步骤S14、S24及S34，其中通过以J1/I1；J2/I2；及J3/I3分别地定标在该读出收集器中累加的水印数据块而产生重新定标的读出数据块，例如图8中的重新定标读出数据块810至840。在步骤S15、S25及S35中，使用整数变换把该重新定标的读出数据块组合成图8中示出的单一视频累加数据块850，以便针对例如图9中考虑的三个定标的每一个而产生一个这种累加的视频数据块。在步骤S16、S26及S36中，针对由步骤S15、S25及S35产生的三个视频累加数据块的每一个执行一个检测算法。
例如，该检测算法可以使用例如，离散付立叶或余弦变换把三个视频累加数据块从空间变换到频域。在DCT的情况下，可以执行若干变换，一个变换针对该视频累加数据块中的每一像素。例如，如果该视频累加数据块是N×N尺寸，则执行数目等于N*N的这种DCT变换。在步骤S4中，比较运行步骤S16、S26及S36的结果并且所选最佳结果，如图中步骤S5所示。例如，当步骤S16、S26及S36执行DCT时，所有的(3*N*N)个2-D DCT的功率被比较，并且具有最大功率的DCT将指示出在该水印数据块之内所有的水印移动，并且指示出在该视频数据流中的定标的水印定标在哪个标度。该方法在步骤S6结束。
虽然已经详细描述了本发明的最佳实施例，但是应该理解为上面描述仅用于说明而不是对所公开的发明的限制。例如在不脱离本发明的范围的情况下，可以有益地使用不同于在此处描述的具体的检测方法。而且，读出数据块可以具有不同于在目前描述的应用中的尺寸。例如，不是把读出数据块累加在分别的读出数据块收集器中，而是在其中对读出数据块求平均值。本专业技术人员无疑将想到其它改进，并且所有的这种改进都被认为是在本发明的精神范围中。因此，本发明仅由下面阐明的权利要求所限定。

Claims (22)

1.一种检测在由连续图像构成的视频数据流中嵌入的水印的方法，上述连续图像是由像素矩阵构成的，其中，将水印嵌入到具有所选择的已知大小的水印数据块中，并且，其中具有嵌入的水印数据块的视频数据流由预定数目的定标当中的一种未知标度定标，对于预定有限数目个标度中的每一个，包括步骤：
读出定标水印数据块，并将其累加成为多个大小相等的读出数据块，其中，读出数据块的大小按照与预定有限个标度的最大标度相对应的因子，成比例地大于嵌入水印的数据块的大小，其中读出数据块相对于彼此具有与嵌入水印的数据块的大小相同的偏移，其中，偏移是两个相邻的读出数据块中的第一像素之间的距离，其中累加增强了水印的强度，同时不再强调视频数据流信号；
通过预定有限数目个标度的各个未知标度的逆，重新定标每个累加读出数据块收集器；
移动重新定标的累加读出数据块收集器，以校准读出数据块收集器中的水印；
通过添加每个读出数据块收集器的每个相应的像素，并将添加的像素存储到视频累加数据块的相应像素位置中，来将读出数据块收集器合并到单个视频累加数据块中；和
估算视频累加数据块中的一预定量，以检测该水印。
2.如权利要求1所述的方法，其中该读出数据块收集器的预定数目是由各个预定有限数目个标度的每一个确定的。
3.如权利要求2所述的方法，其中该定标的水印数据块的尺寸是N*(IH/JH)×N*(IV/JV)，其中原始水印具有的尺寸是N×N，并且其中(IH/JH)和(IV/JV)分别是水平及垂直定标，并且其中读出数据块收集器的预定数目是每个水平定标IH和每个垂直定标IV。
4.权利要求1所述的方法，其中对于预定有限数目个标度中的每一个，读出数据块具有相同大小，并足以容纳整个定标的水印。
5.如权利要求1所述的方法，其中该估算步骤包括步骤：把与预定数目个标度中的每一个相对应的视频累加数据块变换到频域。
6.如权利要求5所述的方法，其中该变换步骤包括步骤：把离散余弦变换或者离散傅立叶变换应用到与预定有限数目个标度中的每一个相对应的视频累加数据块。
7.权利要求6所述的方法，其中该预定量包括该离散余弦变换或者离散傅立叶变换的功率，并且其中该估算步骤包括步骤：选择具有最大功率的离散余弦变换或者离散傅立叶变换，其中，该具有最大功率的离散余弦变换或者离散傅立叶变换将未知定标识别为预定有限数目个标度中的该水印的一个正确标度及在该水印数据块中的该水印的一个正确移动。
8.如权利要求1所述的方法，其中累加步骤包括步骤：把连续读出的数据块周期地分配到预定数目个读出数据块收集器的各个读出数据块收集器中，上述连续读出的数据块相对于各个水印数据块具有相同的偏移。
9.如权利要求8所述的方法，其中，应用于加水印的数据块的标度是I/J，其中I及J是相关素数，和其中该分配步骤周期地把该读出数据块分配到I个读出数据块收集器。
10.如权利要求8所述的方法，其中，在分配步骤中，针对格式In/Jn的标度的预定有限数量n的每个标度，把每个第In个读出数据块分配在预定数目个读出数据块收集器当中的同一个读出数据块收集器中，其中In及Jn是相关素数。
11.如权利要求10所述的方法，其中读出数据块收集器的预定数目是In。
12.如权利要求8所述的方法，其中该读出数据块收集器是在存储装置中的存储空间，并且，其中该分配步骤包括下列步骤：在该存储空间中存储该连续的读出数据块；和在该存储空间中累加该连续的读出数据块。
13.如权利要求8到12中的任一个所述的方法，其中，每一个该读出数据块收集器对应于读出数据块的起始相对于在该视频数据流中的该水印数据块的起始的像素偏移。
14.如权利要求8到12中的任一个所述的方法，其中，该估算步骤包括步骤：检测在该水印数据块中的该水印的移动。
15.如权利要求14所述的方法，还包括步骤：选择该检测步骤的一个结果，所说的所述一个结果指示在该水印数据块中的水印的正确标度和移动。
16.如权利要求8所述的方法，其中该读出、分配、累加、重新定标、移动、组合、以及检测步骤是针对预定有限数目个标度的每一标度执行的。
17.一种检测在视频数据流中嵌入的水印的水印检测设备，其中，将水印嵌入到具有所选择的已知大小的水印数据块中，并且，其中具有嵌入的水印数据块的视频数据流由包括在预定有限数目个标度当中的一种未知标度定标，包括：
用于读出多个定标的水印数据块并将其累加成为多个大小相等的读出数据块的装置，其中，读出数据块的大小大到足以容纳预定有限数目个标度的最大标度，其中多个读出数据块相对于彼此具有与嵌入水印的数据块大小相同的偏移，其中，偏移是两个相邻的读出数据块中的第一像素之间的距离，其中累加增强了水印的强度，同时不再强调视频数据流信号，并且，其中每个读出数据块收集器对应于预定有限数目个标度的各个标度；
通过预定有限数目个标度的各个未知标度的逆来重新定标每个累加的读出数据块收集器的装置；
移动重新定标的累加读出数据块收集器以校准读出数据块收集器中的水印的装置；
通过添加每个读出数据块收集器的每个相应像素并将添加的像素存储到视频累加数据块的相应像素位置中来将读出数据块收集器合并到单个视频累加数据块中的装置；和
估算与预定数目个标度的每一个相对应的视频累加数据块中的一预定量的装置。
18.一种用于检测嵌入视频数据流中的水印的水印检测设备，其中视频数据流是由预定数目定标中的一个未知定标进行定标的，包括：
用于把视频数据流划分成多个相等尺寸的定标水印数据块的装置；
用于把该多个定标的水印数据块读出成为多个读出数据块的装置；
用于将多个相对于相应各水印的始端具有相同偏移的读出数据块的每一个累加到预定数目的读出数据块收集器的一个相应的读出数据块收集器的装置，以便当去加重视频数据流信号时，增强水印的强度；
用于重新定标累加的读出数据块收集器的每一个而恢复原始的图像尺寸的装置；
用于移动重新定标的累加的读出数据块，组合它们为单一视频累加的数据块的装置；和
用于估算在对应于预定数目的定标的每一个的视频累加数据块中的一个预定量的装置。
19.一种处理加水印的视频数据流的方法，该数据流是由预定数目的定标中的一个未知定标进行定标的，包括以下步骤：
将加水印的数据流分为多个尺寸相等的各个部分，每一部分具有相对于相应水印的一个偏移，所述偏移对应于一个分数余项；
利用该分数余项计算各分配该数据流的各部分的收集器的数目；
分配选择的具有相同偏移的数据流的各部分到计算的各收集器的数目的所选择的收集器，当去加重该数据流时增强该水印；
重新定标所分配的具有相同偏移的各部分的每一个，恢复原始数据流信号的各维；和
通过移动处理，组合重新定标的分配的各个部分的每一部分为一个累加的数据块，该数据块呈现代表未知定标的预定数目。
20.权利要求19的方法，其中该视频数据流的若干部分包括水印数据块。
21.权利要求19的方法，其中该利用步骤把该分数余项操作应用到该已加水印视频数据流的多个可能定标的每一个。
22.权利要求19的方法，其中该收集器包括一个存储装置的存储空间。
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