CN1230733A - 使彩色图象和视频序列的未经授权拷贝质量降级的装置与方法 - Google Patents

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Abstract

将图象－失真人造物增加到一幅彩色图象的选择区域。在所选区域的亮度分量上做第一人为改变(124),并在所选区域的色度分量上做至少一个其它人为改变(126)。这些人为改变是视觉上平衡的,使得当该图象显示在一个监视器上时,这些人造物是不能被察觉的。例如,选择在饱和度改变以平衡亮度的强度改变。然而,当该图象被滤波使得一个人造物被改变时,剩余的人造物变为可见。可由RGB－NTSC转换器做这种滤波。从而,如果RGB－NTSC转换器被用于DVD－DVD电子设备的RGB输出端与计算机监视器之间(在意欲进行未经授权拷贝时),来自RGB－NTSC转换器的视频信号将包括可察觉的人造物,因而图象可观看性降低。因此,阻止了将DVD光盘未经授权拷贝到NTSC－类型录象机的尝试。

Description

使彩色图象和视频序列的未经授权拷贝 质量降级的装置与方法
本发明涉及图象与视频显示。更具体地，本发明涉及打击彩色图象和视频序列的未经授权拷贝的装置与方法。
数字多用光盘(DVD)播放器使用户可以访问具有高质量图象和高保真声音的宽屏幕电影。DVD播放器的高质量格式为家庭带来类似电影院的娱乐效果。
然而，DVD播放器的高质量格式也使得高质量的拷贝可以在录象机上制作。任何一个有录象机的人都具有制作他们的DVD释放(releases)的专业质量VHS拷贝的能力。在缺乏防止拷贝方案时，未经授权VHS拷贝的质量通常可以与商店最初所售的VHS的质量相比拟。因此，未经授权拷贝和DVD释放的分发对希望保护其知识产权的版权所有者和希望保护其录象生意的商店所有者是一种竞争。
DVD播放器目前使用一种防止拷贝方案，它对于由DVD播放器所播放的图象是透明的。在一张DVD盘上设置触发位。当播放该DVD盘时，该触发位激活DVD播放器中的某个数-模转换器芯片。该芯片即对该DVD播放器的NTSC输出进行防止拷贝保护。
该防止拷贝方案是基于VCRs与电视的操作方式的差异。电视中的自动增益控制(AGC)电路是设计来缓慢地响应变化，而VCR中的AGC电路是设计来快速地响应变化。该方案试图通过改变视频信号来利用这些差异，使得原始视频信号的质量在电视上播放时将不受影响，而该视频信号的一个未经授权拷贝的质量将被降级。当该DVD播放器的NTSC输出被记录在一VCR上，所得的VHS拷贝典型地将具有降低的观看性或质量。
然而，将会有许多人试图击败该DVD播放器所采用的防止拷贝方案。目前在市场上可买到商用的“稳定器”(stabilizer)。
此外，防止拷贝方案可能在计算机的DVD-ROM驱动器上失败。该DVD-ROM驱动器允许在计算机监视器上播放同样高质量格式的视频图象。然而，该DVD-ROM驱动器不输出NTSC信号。作为替代，它输出在计算机和监视器之间未进行保护的一个模拟RGB信号。一个在计算机和监视器之间的RGB-NTSC转换器可以将未保护RGB信号转换为NTSC域，用于存储在录象带或其他的记录器上。从而，一个简单的RGB-NTSC转换器可以使用户绕过该DVD-ROM驱动器的防止拷贝方案，而将该视频信号记录在录象带上。
家庭拷贝和专业的未经授权翻印对于艺术家、制作者、版权所有者和录象生意拥有者是一种威胁。对于未经授权拷贝和图象和视频序列的分发有必要进行打击，尤其是考虑到计算机的DVD-ROM驱动器。
本发明可以被看为对表示图象的信号进行处理的一种方法。对该信号进行分析以选择图象中具有最少细节的一个区域。通过在候选区域的第一域分量上作第一人为改变和在候选区域的至少一个其他域分量上作至少一个其他人为改变，多个人造物(artifact)被增加到候选区域的域分量上，使得这些人造物在知觉上是平衡的。从而，当播放这些已处理的信号时，所述人造物是不能察觉的。然而，如果该处理信号被修改，使得在这些人造物之间的平衡被破坏，则当播放该修改的信号时，至少一个图象-失真的人造物将变为可以察觉的。
这种方法可以由DVD-ROM驱动器和相关的电子设备采用。如果将一个RGB-NTSC转换器连接在一个计算机监视器与该装置的一个RGB输出端之间，而RGB输出端上的一个RGB信号被转换为一个NTSC信号，并记录在一个记录器上，在所记录信号中的这些人造物之间的平衡将被破坏。因此，当回放时，该记录信号将显示出降低可观看性的可察觉人造物。从而，该方法打击了对DVD光盘的未经授权拷贝。
下面通过联系以本发明原理的示例方式显示的附图所进行的详细说明，将会对本发明的其他方面和优点有更清楚的认识。
图1是根据本发明的DVD-ROM驱动器和相关电子设备的示意图。
图2是DVD-ROM电子设备所生成的一幅图象。
图3a是在DVD-ROM电子设备进行RGB转换之前，该图象的选择区域的YUV分量。
图3b是在已在图象上增加了人造物之后的YUV分量。
图3c是在对DVD-ROM电子设备的RGB输出进行未经授权RGB-NTSC转换之后的YUV分量。
图4是一种将图象-失真的人造物强加于一幅图象的选择区域上的方法的流程图，该方法由一个数字信号处理器实施，该数字信号处理器构成该DVD-ROM电子设备的一部分。
图5是一个最少细节区域中逐渐-增加的亮度分量上的图象-失真人造物。
图6是DVD-ROM驱动器和相关电子设备的另一个实施例。
图7是在一个人造物已被DVD-ROM驱动器和相关电子设备的另一个实施例插入之后的RGB分量。
图8是根据本发明的处理器的另一个实施例。
如附图为了说明所示的，联系用于计算机的DVD-ROM驱动器和相关电子设备对本发明进行描述。该DVD-ROM驱动器生成一个包括打击未经授权拷贝的人造物的RGB信号。即使如果来自该DVD-ROM驱动器的RGB信号被转换为NTSC信号并被记录到一个录象机上，所得的VHS拷贝仍将包括质量恶化，因而可观看性下降的图象。从而，人们不可能通过在该监视器与该DVD-ROM驱动器的输出端之间使用一个RGB-NTSC转换器来获得高质量的VHS拷贝。
图1显示了用于计算机的DVD-ROM驱动器10和相关电子设备12。该驱动器10播放DVD光盘。根据公知的MPEG标准对存储于DVD光盘上的数据进行压缩。当播放一张DVD光盘时，该ROM驱动器10的一个输出端将一MPEG压缩数据流送至DVD-ROM电子设备12。一个MPEG解码器14将该数据流解码为分离为亮度和色度分量的视频信号。此后，视频信号将联系YUV域的Y(亮度)、U(色度)和V(色度)分量进行描述。该YUV域仅被用于促进对本发明的理解。可以理解该视频信号的分量可以形成不同的域，诸如一个Y、R-Y、B-Y域。
一个RGB转换器16将离开该MPEG解码器14的该视频信号转换到一个具有红(Red)、绿(Green)和兰(Blue)分量的RGB域。离开该RGB转换器16的一个视频信号没有防未经授权拷贝保护。
为了打击已产生的未经授权拷贝，将图象-失真人造物增加到离开该RGB转换器16的视频信号上。将视频信号的YUV分量送至数字信号处理器(DSP)18。该DSP18对离开该RGB转换器16的该视频信号进行延迟(例如存储)(块20)，并对该视频信号的YUV分量所代表的图象进行细节分析(块22)。该DSP18寻找具有最少细节的图象区域。最少细节区域包括具有相对单调颜色的区域与亮度和颜色逐渐变化的区域。相反的，高细节区域包括强度和颜色发生锐变的边缘和其他区域。图2提供了具有最少和高细节区域的多色条块图(barchart)的例子。虽然此图显示为黑色和白色，但每一条块代表不同颜色。在每一条块的两侧边缘之间是最少细节-恒定颜色。高细节发生在两侧边缘处，这里颜色改变得很突然。候选区域S具有最少细节。
当选择了一个具有最少细节的区域，DSP18由只读存储器(ROM)24取出一个图形并产生图象-失真人造物(块26)。图象-失真人造物的亮度具有一个强度的变化图形。例如，该变化图形可以是一幅随机图形或诸如正弦波的明确定义图形。如果仅将正弦波的亮度分量显示在一个计算机监视器上，则观看者将只能察觉到暗和亮的白色带。
然而，另一种图象-失真人造物的色度分量具有饱和度的变化图形。该饱和度的变化被选择以平衡在亮度强度中可察觉的变化。因此，当已平衡的亮度和色度分量同时显示在计算机监视器上，则图象失真人造物是不可察觉的。
在已生成图象-失真人造物之后，DSP18将人造物由YUV域转换到RGB域(块28)。所转换的人造物被增加到所延迟的RGB信号上(块30)。从而，来自DSP18的RGB信号的选择区域包括图象-失真人造物。因为RGB域的所有三个分量都具有相同高的带宽，所以该人造物被引入RGB域。
一个数模转换器32将来自DSP18的数字RGB信号转换为模拟RGB信号。该模拟RGB信号依次被发送到DVD-ROM电子设备12的一个RGB输出端，并被送到一个监视器34用于显示。因为该人造物在RGB域是视觉平衡的，所以监视器34上所显示的人造物对于观看者是不可察觉的。
然而，如果来自DSP18的RGB信号被一个RGB-NTSC转换器36截取，所记录在VCR38上的图象将恶化(该RGB-NTSC转换器36与VCR38不构成本发明的一部分，在此描述它们仅是为了促进理解本发明)。在RGB域，该红、绿和兰色分量具有相同带宽。但是，在YUV域，U和V分量的每一分量所具有的带宽比亮度分量所具有带宽窄。因此，该RGB-NTSC转换器36对U和V分量的滤波将比对亮度分量的滤波更深。深度滤波使得U和V分量的饱和度变化发生显著改变(例如，被基本上滤出或完全阻塞)。相反地，亮度分量的饱和度变化发生较不显著的改变(例如，完全通过或仅被轻微地滤出)。从而，一个包含未平衡人造物的信号被该VCR38记录。因此，当该未经授权拷贝被电视重新显示时，该亮度分量中的未平衡人造物变得可以察觉。该拷贝的图象恶化，使得可观看度降低。因此，该拷贝的图象不适合于分发。从而，打击了DVD的未经授权拷贝。
图3a、3b和3c说明了该图象-失真人造物如何显示在一个图象的未经授权拷贝上。对于图象的一个选择区域，图3a显示了亮度和色度分量的恒定强度和饱和度。图3b显示了在增加了人造物后的亮度和色度信号。该亮度和色度分量保持恒定不久，替之为具有亮度和色度变化的图形。但是，亮度分量的强度变化被色度分量的饱和度变化所平衡。例如，强度的增加被饱和度的减少所平衡。因而，当图3b的分量转换到RGB域并显示在监视器上时，观看者察觉不到强度和饱和度中的变化。虽然图3c的分量显示在YUV域，但该人造物也可能被引入RGB域。
然而，RGB-NTSC转换使得在色度分量的饱和度中的变化被显著地改变，而同时亮度分量的强度变化被较不显著地改变。当显示该图象的未经授权拷贝时，该亮度分量的未平衡人造物被察觉。
图4说明了进行细节分析和生成图象-失真人造物的方法。DSP18将一幅图象存储在存储器中(步骤100)并选取一个区域进行分析(步骤102)。例如，该图象可分为8x8块，并顺序分析这些块。
接着，候选区域的亮度和色度分量的强度和饱和度被确定(步骤104)。因为人造物将增加和减少亮度和色度分量的强度和饱和度，所以DSP18判定候选区域的强度和饱和度是否可能被改变。例如，具有15位的强度的一个候选区域将不可能包含一个具有40位的幅度的正弦波人造物。例如，具有黑色或白色背景的区域将不被选择。
如果一个人造物可被插入该候选区域，DSP18对候选区域的亮度进行细节分析(步骤106)。边缘将被略过。如果亮度分量具有边缘和其它高细节特性。则将很难产生一个允许平衡强度变化的平滑图形。结果是，观看者可以察觉到边缘。因此，如果在亮度分量中发现过多细节(步骤108)，则DSP18不选择候选区域而选择下一个区域(步骤102)。
然而，如果候选区域的亮度分量具有相对少的细节并没有任何尖锐的边缘，则DSP18对U色度分量进行细节分析(步骤11O)。如果在U色度分量中发现过多细节(步骤112)，则DSP18不选择候选区域而分析下一区域(步骤102)。然而，如果候选区域的U色度分量具有相对较少的细节，则DSP18对V色度分量进行细节分析(步骤114)。如果在V色度分量中发现过多细节，则DSP18不选择候选区域而选择下一个区域(步骤102)。然而，如果候选区域的V色度分量具有相对较少的细节，则DSP18选择候选区域。
如果选择了一个候选区域，则DSP18由ROM24中取出一个人造物图形(步骤118)。该人造物图形具有将产生亮度和色度分量的平滑、受控过渡的预定形状和强度。该强度和饱和度变化相对较平滑。如果强度和饱和度发生锐变，则难于在视觉上将它们平衡掉。然而，如果变化太平缓，则饱和度上的变化将不能被RGB-NTSC转换器36滤出掉，将被VCR38记录。
在步骤120，为该人造物选择一个色调以与所选区域的色调相匹配。在步骤122,DSP18限定所提取图形的大小以适合于所选区域。从而，该人造物图形的幅度被调整得适合于该强度/饱和度范围。该人造物的强度通常是亮度强度的函数。
在步骤124和126,DSP18通过在所选区域的亮度分量上造成第一人为改变(步骤124)和在所选区域的U和V色度分量的一个分量或两个分量上造成第二人为改变(步骤126)来将图象-失真人造物增加到图象信号的至少两个域分量，使得第一人为改变被第二人为改变平衡掉并因而在显示时在视觉上被消除。例如，第一正弦波被插入到亮度分量上，带给亮度分量一个平滑、变化的图形。该第一正弦波具有与亮度强度成正比的幅度。一个反正弦波被插入色度分量。该反正弦波具有与色调饱和度成正比的幅度。在色度中的幅度之和被亮度的幅度在视觉上平衡。
在步骤128,DSP18将人造物18转换并增加到所存储的RGB信号上。在RGB-NTSC转换过程中，图象信号的非平衡滤波破坏了在人造物之间的平衡，并使得显示所滤波的图象时可以察觉到所选区域的图象-失真人造物。因此，该RGB信号的盗版拷贝将显示至少一个人造物。
如果所选区域的亮度强度逐渐增加，则亮度分量可能如图5所示。该原始区域的亮度分量如虚线所示，而包含人造物的亮度信号如实线所示。
在所处理的RGB信号中人造物可察觉性的缺乏可能随监视器不同而不同。该后果可通过对特定监视器定做人造物来对付。例如，一个典型的定做过程可包括在安装DVD-ROM驱动器10和电子设备12时进行校准以最优化所使用的特定监视器的性能。该校准可包括观看该监视器的一部分的人造物以及改变强度和饱和度直至这些人造物被混合或对比变柔和。这些人造物的可察觉性依赖于饱和度。真实强度在更高强度颜色工作更好。因此，利用饱和度效应对人造物造成更强的可察觉性。
该MPEG解码器14可在一块ASIC(专用集成电路)中实现。除了存储这些人造物，该ROM24还可存储用于指示DSP18进行细节分析(块22)，生成人造物(块26)，将人造物转换到RGB域(块28)，并将所转换的人造物增加到所延迟的信号上(块30)的指令。ROM24的另一种替代选择可以是用于生成人造物的随机图形发生器。
图6显示了DVD-ROM驱动器10和相关电子设备50的另一种实施例。电子设备50包括MPEG解码器14和RGB转换器16。然而，DSP52在RGB转换器16所提供的YUV分量上，而不是在MPEG解码器14所提供的YUV分量上进行细节分析。而且，DSP52由RGB域的分量，而不是由YUV域的分量生成图象-失真人造物。图7显示了已被增加到红、绿和兰色分量上的人造物。从而，该RGB转换器16的RGB输出被同时存储并用于生成人造物。该实施例将允许DSP52与包括MPEG解码器14和RGB转换器16的单块ASIC相连接。
图8显示了一个接收图象信号的微处理器60。该微处理器60被编程以存储图象信号，对图象信号进行细节分析，选择人造物，将人造物转变到所存信号域，并将该人造物增加到所存信号上。人造物图形被存储到存储器62中。给微处理器60的指令也被存储在存储器62中。该微处理器60还可执行诸如解码和对图象信号域转变的预处理过程。
以上从而公开了打击视频图象的未经授权拷贝的发明。本发明具体地适用于DVD-ROM电子设备和DVD播放器。即使如果来自DVD-ROM电子设备的RGB信号被转换为NTSC信号并被记录在一录象带上，该未经授权拷贝仍将包括具有在亮度和色度分量中的非平衡人造物的图象。这种恶化的图象将不适合于观看。因此，阻止了DVD光盘的未经授权拷贝。
然而，本发明不只限于DVD-ROM电子设备和DVD播放器。本发明也不限于包括MPEG解码器的显示设备。甚至不要求压缩。
本发明可用于在视频信号转变过程中域分量的带宽发生变化的情形。YUV-RGB转化器仅仅是一个例子。
图象-失真人造物可产生附加标记的图象。例如，如果制作图象的一个未经授权拷贝，则当显示该盗版拷贝时，可出现一个包含一条消息的图象-失真人造物。例如，该消息可陈述为“警告：未经授权拷贝”。该消息可显示为水印标记。
对上述特定实施例做另一种改进。例如，人造物可以具有任何形状和任何数字。在图2的图象上，在整个图象上可以仅有一个人造物，或对于每一条块具有一个或多个人造物。
对于平衡域分量，具有不同方法。例如，在YUV域，亮度强度的变化可以仅由U分量饱和度的变化进行平衡，或由U分量饱和度和V分量饱和度的变化进行平衡。
寻找最少细节区域不限于对各区域分析颜色平坦性。例如，DSP18可通过查找图象边缘来发现具有最少细节的区域。
上述说明给出了一种类型人造物的例子。还有其它的。例如，在兰色分量中的高频人造物的可视性比在绿色分量中的高频人造物的可视性弱。改变(例如RGB-NTSC转换)可导致在兰色分量中的高频人造物，它们通常是不可察觉的，交叠到绿色分量上，并当显示该改变信号时，变得可察觉。
从而，本发明不限于上述的特定实施例。而本发明是根据附加权利要求限定。

Claims (8)

1．一种对代表一幅图象的信号进行处理的方法，该图象信号具有域分量，该方法包括：
分析该信号以在该图象中选择一个具有最少细节的区域(100到116)；
通过在所选区域的第一域分量中造成第一人为改变(124)；和在所选区域的至少一个其它域分量中造成至少一个其它人为改变(126)，将多个图象-失真人造物增加到所选区域的域分量上，从而使得这些人造物在视觉上被平衡掉从而当显示所处理的信号时，所平衡的人造物是不可察觉的，而如果所处理信号被改变使得在人造物之间的平衡被破坏，则当显示改变信号时，至少一个图象-失真人造物可被察觉。
2．根据权利要求1的方法，其中该域分量是一个域的一部分，其中亮度和色度分量被分离开。
3．根据权利要求2的方法，其中该人为改变包括在所选区域的亮度分量上做强度改变(124)；而其中至少一个其它人为改变包括在所选区域的色度分量上做饱和度改变以在视觉上平衡该强度改变(126)。
4．根据权利要求3的方法，其中信号的分析步骤包括在图象的亮度分量中寻找最少细节的步骤(106)；和如果在图象的亮度分量中未找到最少细节，则在图象的色度分量中寻找最少细节的步骤(110,114)。
5．根据权利要求2的方法，其中该人为改变包括选择一个人造物图形(118)；使人造物图形的色调与所选区域(120)的色调相匹配；调整该人造物图形的亮度分量的强度以适合于所选区域(124)；并改变人造物图形的色调饱和度以适合于所选区域(126)。
6．根据权利要求2的方法，其中选择区域和对人造物进行改变包括以下步骤：
挑选一个候选区域(102)；
在图象中选择具有相对恒定的色调和饱和度的候选区域(104到106)；
在所选区域的亮度分量上做强度改变(124)；和
在所选区域的色度分量上做饱和度改变以对所选区域的亮度分量的强度改变做视觉上的平衡(126)。
7．根据权利要求1的方法，其中域分量在RGB域中，而其中对RGB域中至少两个分量做人为改变。
8．根据权利要求7的方法，其中人为改变包括对该RGB分量做强度改变，使得当显示时，这些人造物是视觉上平衡的。
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