CN1633689A - 共谋坚固水印 - Google Patents

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Abstract

水印嵌入器常常被用来识别相同内容(Q)的多个拷贝(Qi)。每个拷贝(Qi)都具有不同的私有水印(Wi)，例如，私有水印识别可以再现拷贝的播放器。私有水印可以被破解。平均两个或更多的施加了水印的拷贝可能使得任何私有水印变得不可检测。除了嵌入私有水印(Wi)之外，根据本发明的水印嵌入器(10)还嵌入全局(固定)水印(W)。全局水印在每个拷贝中都是相同的，因此它仍然保持为可检测的。它的存在指出私有水印同样也应该存在。它可以在如下协议中被使用：如果存在全局水印并且没有发现私有水印，则不允许播放。

Description

共谋坚固水印
发明领域
本发明涉及用于以防止水印信息被篡改的方式在信号中嵌入水印的方法和设备。本发明还涉及用于检测水印的相应方法和设备。
发明背景
水印是一般被嵌入音频与视频信息信号内容中知觉不可见的消息。水印可以支持各式各样诸如监视和拷贝控制之类的各种应用。比如，在拷贝控制的情况下，不诚实的用户想要破坏水印以便能够散布不能被水印辨别的非法拷贝。因此，水印必须是“坚固的”。在这里，“坚固的”被理解为意指水印在处理之后保持为可检测，同时信号质量仍然足够。
水印可以包含音频、视频或其它程序材料的特定拷贝购买者的身份。在这种情况下，相同材料的每个拷贝包含不同的水印。许多不同的水印方法已经被建议用于这个目的。一个方法是把原物的每个拷贝稍作变化以使得每个拷贝是唯一的。这个方法允许追踪原物的具体版本，当然了，它在拷贝控制的情况下具有很大优点。然而，通过借助于所谓的“共谋(collusion)”来结合几个水印拷贝，这类水印可以被容易地除去。这将在下面作出更详细的解释。
每个拷贝都具有稍有不同的水印，这些水印自身是不可除去的。一般来说，攻击拷贝来除去水印的用户使用原物的两个(或更多)拷贝，从而通过对该两个拷贝求均值或进行插入(interleave)来制造出第三个拷贝。这个第三版本是那两个拷贝的平均值，因此它有原物的相同内容而没有水印。这是因为第三拷贝不包含将被明显地牵制到任何一个相应水印的足够信息。
用于防止共谋攻击的先有技术在本技术领域中是已知的。比如，国际专利申请WO99/39344公开了向水印代码添加冗余码以便在不同拷贝的至少部分水印信息中获得相似性。然而，这意味着在相对于实际所嵌入的信息水印数据所需长度上的很大负担。同时，使用足够多拷贝的共谋攻击也还是能够除去水印。
因此，需要嵌入到视频和音频信号的一种水印，它能够防止通过结合具有相同内容信号而包含不同水印的拷贝而将水印从拷贝中除去。
发明目的和简介
本发明目的是提供一种在信号中嵌入水印的方法，该方法防止通过结合具有相同内容信号而包含不同水即的拷贝而将水印从拷贝中除去(应当理解为还意味着防止使得检测更加困难)。
根据本发明的一方面，这在将水印嵌入信息信号的多个拷贝中的方法中实现，该方法包括下列步骤：在所述信息信号的每个拷贝中嵌入预定的唯一水印，这个唯一的水印对于每个拷贝都不相同，以及在所有拷贝中嵌入另外预定的相同的全局水印。全局水印指示唯一水印也应该存在。使用本发明实现了：在全局水印被检测到而唯一水印没有发现的情况中，可以禁止播放。
根据本发明的另一方面，全局水印在如下协议中被使用：如果全局水印存在并且唯一水印没有发现，则不允许播放。
根据本发明另一优选实施例，还提供了一种在信息信号中检测水印的方法，该方法包括下列步骤：检测预定的唯一水印是否存在，检测预定的全局水即是否存在，以及如果全局水印被检测到且唯一水印没有被检测到，则断定唯一水印应该已经存在并且据此来行动。
从而，本发明的主要方面是与唯一可变水印一起使用附加固定水印的共谋坚固水印。
本发明的上述方面和其它方面将通过下文中描述的实施例而变得明显并且将参考下述实施例而被阐明。
附图说明
图1是一个示出根据本发明优选实施例的水印嵌入器的框图。
图2是一个示出根据本发明优选实施例来检测水印的方法流程图。
本发明实施例的详细描述
现在将更详细地描述本发明，在描述本发明特殊实施例之前，先从共谋问题的进一步解释开始。
在内容信号中嵌入水印可以通过向原始信号X添加保密序列(即水印W)来提供，从而根据公式(I)获得施加了水印的信号Y，该原始信号X可以是视频或音频信号：
Y＝X+W                                       (I)
类似全局比例因数等等的细节在这个文档中没有被描述，因为它们对理解本发明来说不是必要的，但是它们仍然在权利要求定义的发明范围内。
如果诸如音乐录音之类音频信号的原始信号X被拷贝多次，则具有索引i的每个拷贝都被嵌入一个唯一水印Wi以允许例如选择性的重放控制。应当明白，此处的措辞“拷贝”意指信号版本，该信号版本在知觉上基本相同于原物。例如，MP3编码的音乐歌曲和WMA编码的音乐歌曲都可能是一支原始音乐的拷贝。每个拷贝被施加了水印的信号Yi可以用公式(II)来给出：
Yi＝X+Wi                                        (II)
这意味着被施加了水印的信号Yi只能在播放器i上被播放。然而，如果N个被施加了水印的信号被取平均(如“发明背景”中所描述的共谋)，则新的平均信号Z可以用公式(III)来表示：
Z = X + 1 N Σ i W i ≈ X - - - ( III )
从公式(III)中可以明显地看出，在这种情况下没有检测到一个水印Wi是有可能的，并且因此，水印被认为不存在，因此是“非坚固的”。信号Z现在可以用任何播放器来播放。假定所有被施加了水印的信号Yi都在取平均之前被时间对齐，则原始信号X在共谋中没有被改变。
本发明是针对用于在诸如视频信号、音频信号、或比如JPEG、GIF、TIF等等的图像信号之类的内容信号中嵌入水印的方法和相应设备，通过引入全局水印W到原始信号中，这种方法和设备防止靠结合相同内容信号的两个或更多拷贝来除去水印，这些内容相同的信号也包含不同的水印，其可以用公式(IV)来表示：
Yi＝X+W+Wi                                (IV)
如果此时有N个信号被取平均，则新的平均信号Z变成：
Z = X + W + 1 N Σ i W i ≈ X + W - - - ( V )
还是在这种情况下，唯一水印Wi也有可能不可检测到而全局水印W仍然是可检测到的。现在，全局水印W的存在可以在如下协议中被使用：如果全局水印W存在并且没有发现私有水印Wi，则不允许播放。
如图1中所示，根据本发明的优选实施例，水印嵌入器10接收内容信号Q(在这里是一个音频信号)并且在内容信号Q中嵌入一个私有水印Wi和一个全局水印W以用于原始信号Q的每个输出的拷贝Qi。
然后，合成的施加了水印的信号Qi被传送到不同的接收机(未示出)。然后，接收机能够通过与另一用户合作来除去唯一水印Wi但不能除去全局水印W，这些接收机包含一些试图对信号Qi解码并除去水印的用户。
在某些情况下，唯一水印Wi不被认为将存在，全局水印被搜索和发现从而指出第一水印应该已经存在。这在图2中被说明。比如当多媒体播放器中的检测器控制播放时，这种情况可能出现。
图2示出了一种根据本发明优选实施例的方法，其中，唯一水印Wi和全局水印W在输入信号Qcollusion中被检测到。在这个示例中，假设两个水印，唯一水印Wi和全局水印W被嵌入到图1所示水印嵌入器发出的每个信号中，其中，至少有已经接收到原始信号X的唯一拷贝YI的两个用户通过结合从嵌入器获得的拷贝Yi从而合作来删除唯一水印Wi。在第一步11中，所得到的信号Qcollusion被搜索以便检测唯一水印Wi。在第二步22中，如果唯一水印Wi被发现，则它被标记为存在。
相反，如果在第一步11中没有发现唯一水印Wi，则第三步被执行来检测全局水印W。如果这个全局水印W被检测到并且唯一水印Wi没有被检测到，则播放停止(步骤66)。
如果在第三步骤33中没有检测到全局水印W，则拷贝被认为是没有水印的(步骤44)，并且在第五步骤55中播放被允许。如果在第二步骤22中发现了唯一水印Wi并且拷贝是计划给该用户的，即如果输入信号是唯一信号Qi而不是共谋信号Qcollusion，则播放也被允许。
唯一和全局水印的原理允许信号用分级数据结构来分类。例如，全局和唯一水印可以分别表示时间戳的小时和分钟。如果内容供应商追踪一个非法版本(唯一水印已经通过平均两个或更多拷贝而被侵袭)，则他将能够断定内容已经被获得了例如具有时间戳范围为10.00-10.59的拷贝的多方篡改。
用于嵌入或检测水印的具体水印处理不是本发明的一部分，但是任何常规的水印处理都可以在不背离本发明的情况下被使用。优选地，全局水印W相对于各种恶意攻击都是坚固的。将被保护的信号可以是图像、视频序列、或音频。将被保护的特殊类型与本发明无关。正如在下述权利要求中使用的，动词“包含”或“包括”或其联合意指“包括但不局限于”。
本发明可以被概述如下。水印嵌入常常被用来识别相同内容(Q)的多个拷贝(Qi)。每个拷贝(Qi)都具有不同的私有水印(Wi)，例如，私有水印识别可以再现拷贝的播放器。私有水印可以被破解。平均两个或更多的施加了水印的拷贝可能使得任何私有水印变得不可检测。根据本发明的水印嵌入器(10)除了私有水印(Wi)之外还嵌入全局(固定)水印(W)。全局水印在每个拷贝中都是相同的，因此它仍然保持为可检测的。它的存在指出私有水印同样也应该存在。它可以在如下协议中被使用：如果存在全局水印并且没有发现私有水印，则不允许播放。

Claims (12)

1.一种用于在信息信号(Q)的多个拷贝中嵌入水印的方法，该方法包括下列步骤：在所述信息信号(Q)的每个拷贝(Qi)中嵌入预定的唯一水印(Wi)，该唯一水印(Wi)对于每个拷贝(Qi)都是不同的；和在所有的拷贝(Qi)中都嵌入一个另外预定的相同的全局水印(W)。
2.权利要求1的方法，其中，所述全局水印(W)被嵌入信息信号的拷贝(Qi)以便指示唯一水印(Wi)已经被嵌入所述拷贝。
3.一种用于在信息信号中检测水印的方法，该方法包括下列步骤：
-检测预定的唯一水印(Wi)是否存在，
-检测预定的全局水印(W)是否存在，
-如果该全局水印(W)被检测到并且唯一水印(Wi)没有被检测到，则推断该唯一水印(Wi)应该已经存在，并据此来行动。
4.权利要求3的方法，其中，所述行动包括阻止所述信息信号被进一步处理。
5.权利要求4的方法，其中，所述进一步处理包括信息信号的播放。
6.一种用于在信息信号(Q)的多个拷贝中嵌入水印的设备，该设备包括：用于在所述信息信号(Q)的每个拷贝(Qi)中嵌入预定的唯一水印(Wi)的装置，该唯一水印(Wi)对于每个拷贝(Qi)来说都是不同的；和用于在所有的拷贝(Qi)中嵌入另外预定的相同的全局水印(W)的装置。
7.权利要求6的设备，其中，所述全局水印(W)指示唯一水印(Wi)已经被嵌入所述拷贝。
8.一种用于在信息信号中检测水印的设备，该设备包括：
-用于检测预定的唯一水印(Wi)是否存在的装置，
-用于检测预定的全局水印(W)是否存在的装置，
-信令装置，如果全局水印(W)被检测到且唯一水印(Wi)没有被检测到，用于推断唯一水印(Wi)应该已经存在，和用于据此来控制对该信息信号的进一步处理。
9.权利要求8的设备，其中，所述控制包括阻止所述信息信号被进一步处理。
10.权利要求9的设备，其中，所述进一步处理包括信息信号的播放。
11.一种具有嵌入水印的信息信号，所述水印包括第一水印(Wi)，它相对于所述信息信号的多个拷贝是唯一的，和另外预定的第二全局水印W，它指示唯一水印(Wi)已经被嵌入所述信息信号，所述全局水印(W)对于信息信号所有的所述多个拷贝是相同的。
12.一种已经在其上记录了具有嵌入水印的信息信号的记录载体，所述水印包括第一水印(Wi)，它相对于所述信息信号的多个拷贝是唯一的，和另外预定的第二全局水印W，它指示唯一水印(Wi)已经被嵌入所述信息信号，所述全局水印(W)对于信息信号所有的所述多个拷贝是相同的。
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