DE10347456B4

DE10347456B4 - Digitales Wasserzeichen mit variabler Position

Info

Publication number: DE10347456B4
Application number: DE10347456A
Authority: DE
Inventors: Charles R. Loveland Weirauch
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-10-13
Publication date: 2009-09-03
Anticipated expiration: 2023-10-14
Also published as: US7636440B2; GB2398694B; JP2004236293A; CN1519792B; TWI310933B; JP3924562B2; GB0400508D0; GB2398694A; TW200414132A; US20040151313A1; CN1519792A; DE10347456A1

Abstract

Datenmedium, das folgende Merkmale umfaßt:
Daten, die logisch in Blöcken (100, 102, 104, 106, 200) organisiert sind;
eine Mehrzahl von digitalen Wasserzeichen innerhalb der Daten, wobei eine Position jedes digitalen Wasserzeichens, abgesehen von einem ersten digitalen Wasserzeichen, innerhalb eines Datenblocks spezifiziert ist, der ein vorhergehendes digitales Wasserzeichen umfaßt;
bei dem eine Position jedes digitalen Wasserzeichens, abgesehen von einem ersten digitalen Wasserzeichen, in einem Anfangsblock (108) eines Datenblocks spezifiziert ist, der ein vorhergehendes digitales Wasserzeichen umfaßt.

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Verfahren und Vorrichtungen zum Einbetten digitaler Hilfsdaten innerhalb primärer digitaler Daten und insbesondere auf eine digitale Wasserzeichenherstellung.
Es gibt einen laufenden Bedarf zum Einbetten digitaler Hilfsdaten innerhalb primärer digitaler Daten (die manchmal als Inhalt oder Benutzerinhalt bezeichnet werden). Die Hilfsdaten können beispielsweise für die Identifikation von Besitz oder Ursprung oder für Verwendungssteuerinformationen verwendet werden. Ein digitales Wasserzeichen sind Hilfsdaten, die in primären digitalen Daten eingebettet sind, und durch Modifizieren der primären digitalen Daten erzeugt werden. Da die ursprünglichen Daten modifiziert sind, sind digitale Wasserzeichen typischerweise beschränkt auf für Menschen wahrnehmbare Daten, wie z. B. Audio, Bild und Video, und die Daten sind typischerweise auf solche Weise modifiziert, daß das digitale Wasserzeichen "transparent" (nicht wahrnehmbar) ist.
Ein digitales Wasserzeichen kann als Indikator der Verwendungssteuerung dienen, wenn dasselbe vorliegt, aber es ist theoretisch möglich, ein digitales Wasserzeichen von Primärdaten zu entfernen, die ursprünglich ein Wasserzeichen enthielten, was zu verwendbaren ungeschützten primären Daten führt. Außerdem können einige übliche Transformationen von Unterhaltungsdaten, wie z. B. Komprimierung, Skalieren und Schneiden, ein digitales Wasserzeichen ändern oder zerstören. Alternativ kann ein System das Vorliegen eines gültigen Wasserzeichens erfordern und das System kann es verweigern, die Primärdaten zu lesen oder es verweigern, ein Ausgangssignal zu liefern, falls kein gültiges Wasserzeichen vorliegt. Es ist theoretisch möglich, ein Wasser zeichen zu addieren oder zu modifizieren, um eine unautorisierte Verwendung oder unautorisiertes Kopieren zu ermöglichen.
Es gibt einen Bedarf an einer dauerhaften digitalen Wasserzeichenherstellung, die eine beabsichtigte oder unbeabsichtigte Zerstörung und Entfernung verhindern kann, und die eine beliebige Hinzufügung oder Modifikation verhindern kann.
Beim Verfahren nach der WO 01/57867 A2 werden selbstreferenzierte Datensätze verwendet, wobei diese Datensätze in geeigneter Weise miteinander verlinkt sind, wodurch es ermöglicht wird, die Datensätze als legale, nicht veränderte Originaldatensätze zur weiteren Verwendung freizugeben, wenn festgestellt wird, dass in dem überprüften Datensatz die Gesamtheit der miteinander verlinkten Datensätze vorhanden ist. Wenn nicht die Gesamtheit der Datensätze vorhanden ist, also die ursprünglich miteinander verlinkten Datensätze nicht mehr vollständig sind, wird das nachfolgende Verarbeiten der Datensätze unterbrochen, wodurch ein Schutz von illegal kopierten Daten gegen weitere Verwendung erreicht wird. Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein Startabschnitt S eines Datensatzes ausgelesen. Sodann wird ein Wasserzeichen innerhalb dieses Startabschnittes S gelesen. Das Wasserzeichen beinhaltet eine Link-Adresse, die den Ort eines weiteren Datensatzes (und nicht eines anderen Wasserzeichens) bezeichnet, der mit dem ersten Datensatz verbunden oder verlinkt ist. Sodann wird ein innerhalb dieses Datensatzes enthaltenes Wasserzeichen gelesen. Das Wasserzeichen enthält eine Zufallszahl, die dem verlinkten Abschnitt zugeordnet ist, sowie eine Link-Adresse und eine weitere zugeordnete Zufallszahl. Die Zufallszahl der verlinkten Datenabschnitte werden auf Gleichheit überprüft, wobei die nachfolgende Datenverarbeitung unterbrochen wird, wenn die Zufallszahlen nicht gleich sind. Die so miteinander verlinkten oder verbundenen Datensätze werden abgearbeitet, bis eine ausreichende Sicherheit besteht, dass die Gesamtheit aller verlinkten oder verbundenen Datensätze innerhalb der überprüften Daten vorhanden ist. Wenn festgestellt wurde, dass alle Datensätze immer noch erhalten sind, wird die Information zur weiteren Verarbeitung freigegeben. Bei einem abweichenden Ausführungsbeispiel wird die Verarbeitung unterbrochen, wenn festgestellt wird, dass einer der verlinkten Datensätze fehlt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Datenmedium, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum verbesserten Einfügen von digitalen Wasserzeichen zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Medium gemäß den Ansprüchen 1, 2, 5 und 8 gelöst.
Ein digitales Wasserzeichen in der Datendatei tritt an mehreren Positionen innerhalb der Datei auf. Die Position jedes digitalen Wasserzeichens, abgesehen von einem ersten digitalen Wasserzeichen, ist durch ein vorhergehendes digitales Wasserzeichen oder durch andere Hilfsinformationen in einem gleichen logischen Block wie ein vorhergehendes digitales Wasserzeichen spezifiziert.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf beiliegende Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1A ein Blockdiagramm eines beispielhaften Ausführungsbeispiels einer Datendatei, die digitale Wasserzeichen umfaßt, mit einem ersten beispielhaften Verfahren zum Spezifizieren von Positionen von digitalen Wasserzeichen;
1B das Blockdiagramm einer Datendatei von 1A mit einem zweiten beispielhaften Verfahren zum Spezifizieren von Positionen digitaler Wasserzeichen;
1C ein Blockdiagramm eines beispielhaften Ausführungsbeispiels einer Datendatei, wobei jeder Datenblock logisch in Unterblöcke formatiert ist;
1D ein Blockdiagramm eines beispielhaften Ausführungsbeispiels einer Datendatei, wobei jeder Datenblock einen Anfangsblock aufweist; und
2 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Ausführungsbeispiels von Videorahmen mit digitalen Wasserzeichen, die sich in der Position ändern.
1 stellt eine Datendatei dar, die logisch in Blöcke unterteilt ist. Die Datendatei kann auf einem Medium (beispielsweise einer Magnetplatte, einer optischen Platte oder einem Band) sein, oder kann übertragen werden (das Übertragen umfaßt eine verdrahtete oder drahtlose Übertragung der Daten). Ein erster Block 100 umfaßt ein digitales Wasserzeichen (das durch einen schwarzen Punkt dargestellt ist). Das Wasserzeichen in dem ersten Block 100 oder die Hilfsdaten in dem Block 100 spezifizieren eine Anfangsposition und eine Anzahl von aufeinanderfolgenden Blöcken für das nächste digitale Wasserzeichen. Der Block 100 umfaßt Daten, die spezifizieren, daß sich das nächste Wasserzeichen in Block 102 befindet, und daß drei aufeinanderfolgende Blöcke, die bei Block 102 beginnen, ein digitales Wasserzeichen umfassen. Block 102 (oder einer der anderen Blöcke in den drei aufeinanderfolgenden Blöcken, die ein digitales Wasserzeichen umfassen) umfaßt Daten, die den nächsten Block (oder Satz von aufeinanderfolgenden Blöcken) spezifizieren, der ein digitales Wasserzeichen umfaßt.
In 1B umfassen die Blöcke digitale Wasserzeichen, wie in 1A, mit einem alternativen Verfahren zum Spezifizieren einer Position für ein nächstes digitales Wasserzei chen. In 1B spezifizieren Daten in jedem Block, der ein digitales Wasserzeichen umfaßt, die Position des nächsten Blocks, der ein digitales Wasserzeichen umfaßt.
In 1C sind die Blöcke ferner logisch unterteilt in Unterblöcke. Beispielsweise ist Block 104 in vier Unterblöcke logisch unterteilt. Die Daten in dem Block 104 können die Blockposition des nächsten digitalen Wasserzeichens spezifizieren, und die Unterblockposition in einem Block.
In 1D umfassen die Blöcke 106 einen Anfangsblock 108. Ein Anfangsblock sind Hilfsinformation, die typischerweise solche Sachen wie Identifikation und Verwendungssteuerung umfassen. Die Daten in einem Anfangsblock können die Blockposition (und Unterblockposition, falls dies angemessen ist) des nächsten digitalen Wasserzeichens spezifizieren.
Jedes digitale Wasserzeichen kann Wasserzeichendaten umfassen, die die Position des nächsten digitalen Wasserzeichens spezifiziert. Alternativ können die Daten, die die Position des nächsten digitalen Wasserzeichens spezifizieren, in Hilfsdaten in einem logischen Block enthalten sein (beispielsweise in einem Anfangsblock, wie es in 1D dargestellt ist). Als noch eine weitere Alternative können Hilfsdaten in codiertem Benutzerinhalt eingebettet sein, oder innerhalb von Zusatzdaten, wie z. B. Fehlererfassungsdaten und Fehlerkorrekturdaten. Der Benutzerinhalt ist nicht modifiziert wie bei einem digitalen Wasserzeichen. Siehe beispielsweise das U.S.-Patent Nr. 5,699,434 (Hogan) und Teilanmeldungen dieses Patents (U.S.-Patent Nr. 5,828,754 und 6,278,386). Die Daten, die die Position des nächsten digitalen Wasserzeichens spezifizieren, können in Daten enthalten sein, die in codierten Daten oder in Zusatzdaten eingebettet sind, in dem Block, der das digitale Wasserzeichen enthält, wie es beispielsweise bei Hogan gelehrt wird.
Die Spezifikation der Position des nächsten digitalen Wasserzeichens kann eine Blocknummer umfassen. Alternativ kann die Spezifikation der Position einen Zeitwert umfassen (beispielsweise umfassen Musik-CDs Zeitinformationen). Alternativ kann die Spezifikation der Position eine Videorahmennummer und Zeilen-Spalten-Koordinaten für ein Bildelement in einem Rahmen umfassen. Alternativ kann die Spezifikation der Position einen relativen Wert umfassen (beispielsweise 3 Blöcke überspringen, oder beispielsweise 3 Rahmen überspringen und um einen Abstand von 100 Bildelementen bei einem Winkel von 135 Grad bewegen).
Ein Block kann eine physikalische Einheit umfassen, beispielsweise einen Ausschnitt oder eine Spur auf einem Medium. Alternativ kann ein Block eine logische Einheit umfassen, wie z. B. einen Codierblock für Fehlererfassung und Korrektur, wie es beispielsweise bei Hogan erörtert wird. Alternativ kann ein Block einen digitalen Videorahmen umfassen. Alternativ kann ein Block eine logische Einheit komprimierter Daten umfassen. Ein nicht komprimierter Videorahmen ist logisch formatiert, in Reihen und Spalten von Bildelementen (Pixels). Diskrete Kosinustransformationen, die allgemein für die Komprimierung von digitalem Video verwendet werden, teilen jeden Videorahmen in Blöcke von Pixeln für die Komprimierung, beispielsweise 8 Pixel mal 8 Pixel. Jedem komprimierten Block wird dann ein Anfangsblock hinzugefügt. Alternativ kann ein Block eine zusammenhängende Gruppe von physikalischen Einheiten oder logischen Einheiten umfassen, wo ein digitales Wasserzeichen die Gruppe überspannen kann. Beispielsweise kann ein digitales Wasserzeichen, das Daten enthält, für ein digitales Video mehrere Videorahmen überspannen, in diesem Fall ist ein Block, wie es in Verbindung mit 1A–1D erörtert wurde, die Gruppe von Rahmen, die das digitale Wasserzeichen enthalten.
Digitale Wasserzeichen umfassen manchmal die Modifikation des niedrigswertigsten Bits von Daten, um das digitale Wasserzeichen nicht wahrnehmbar zu machen. Die niedrigstwertigsten Bits sind jedoch anfällig für eine weitere Modifikation durch Skalieren, Abschneiden, Komprimieren und beabsichtigte Angriffe. Falls zusätzliche höherwertige Bits von Daten modifiziert werden, um ein digitales Wasserzeichen robuster zu machen, gibt es ein erhöhtes Risiko, daß das digitale Wasserzeichen für einen menschlichen Beobachter unerwünscht sein kann. In dem folgenden Beispiel ermöglicht eine digitale Wasserzeichenherstellung mit variabler Position, wie es oben erörtert wird, eine robuste digitale Wasserzeichenherstellung ohne das Erzeugen eines unerwünschten Artefakts.
In 2 stellt Block 200 einen Rahmen von unkomprimierten Videodaten dar. Ein digitales Wasserzeichen in 2 kann zumindest ein Pixel umfassen, für das die Intensität im wesentlichen modifiziert ist (was durch einen schwarzen Punkt dargestellt ist). Mehrere Bits können modifiziert werden oder das/die Pixel können sogar vollständig durch einen neuen Wert ersetzt werden.
Falls ein oder mehrere Pixel für viele aufeinanderfolgende Videorahmen im wesentlichen modifiziert sind, wären sie für einen menschlichen Beobachter wahrnehmbar. Falls ein oder einige wesentlich modifizierte Pixel für kurze Zeitperioden und relativ unregelmäßig auftreten, und falls die Position innerhalb eines Videorahmens wesentlich variiert, kann es sein, daß das digitale Wasserzeichen nicht wahrnehmbar ist. Falls beispielsweise das modifizierte Pixel für eine Dauer von nur 1/30 einer Sekunde auftritt, und nur alle paar Sekunden wieder auftritt und falls jedes Wiederauftreten in einer anderen Position innerhalb eines Videorahmens ist, kann es sein, daß derselbe nicht wahrnehmbar ist. Die Wahrscheinlichkeit der Wahrnehmung kann noch weiter reduziert werden durch absichtliches Plazieren des Wasserzeichens in Positionen innerhalb von Videobildern, um den Kontrast zwischen dem Wasserzeichen und dem umgebenden Bild zu reduzieren. Diese Plazierung kann automatisch oder manuell durchgeführt werden.
Ein digitales Wasserzeichen, das zumindest ein wesentlich modifiziertes Pixel in einem Block von Videodaten umfaßt, kann Daten umfassen, die die Position des nächsten digitalen Wasserzeichens spezifizieren. Alternativ kann die Position des nächsten digitalen Wasserzeichens in einem Anfangsblock enthalten sein (beispielsweise für einen Komprimierungsblock) oder in Daten, die in codierten Daten oder Zusatzdaten eingebettet sind. Wie es oben erörtert wurde, können die digitalen Wasserzeichendaten mehrere digitale Videorahmen überspannen.
Digitale Wasserzeichendaten, die zumindest ein wesentlich modifiziertes Pixel umfassen, werden durch Manipulation von Benutzerinhalt, die niedrigstwertige Bits modifizieren kann, beispielsweise eine verlustbehaftete Komprimierung, nicht entfernt oder zerstört. Falls Daten, die die Position des nächsten digitalen Wasserzeichens spezifizieren, als Teil des digitalen Wasserzeichens eingebettet sind, durch Modifizieren von niedrigstwertigen Bits, können die Positionsspezifikationsdaten durch die Manipulation von Benutzerinhalt beeinträchtigt werden. Falls jedoch die Daten, die die Position des nächsten digitalen Wasserzeichens spezifizieren, in Anfangsblöcken enthalten sind, oder in codierten Daten oder anderen Zusatzdaten eingebettet sind, sind dieselben sehr viel weniger anfällig für Zerstörung durch Manipulation von Benutzerinhalt.
Einige Systeme erfordern das Vorliegen eines digitalen Wasserzeichens. Das Erzeugen eines digitalen Wasserzeichens, das ohne eine spezielle Struktur von Block zu Block variiert, wird gelegentliche Versuche zum Hinzufügen eines Wasserzeichens verhindern.

Claims

Datenmedium, das folgende Merkmale umfaßt: Daten, die logisch in Blöcken (100, 102, 104, 106, 200) organisiert sind; eine Mehrzahl von digitalen Wasserzeichen innerhalb der Daten, wobei eine Position jedes digitalen Wasserzeichens, abgesehen von einem ersten digitalen Wasserzeichen, innerhalb eines Datenblocks spezifiziert ist, der ein vorhergehendes digitales Wasserzeichen umfaßt; bei dem eine Position jedes digitalen Wasserzeichens, abgesehen von einem ersten digitalen Wasserzeichen, in einem Anfangsblock (108) eines Datenblocks spezifiziert ist, der ein vorhergehendes digitales Wasserzeichen umfaßt.
Datenmedium, das folgende Merkmale umfaßt: Daten, die logisch in Blöcken (100, 102, 104, 106, 200) organisiert sind; eine Mehrzahl von digitalen Wasserzeichen innerhalb der Daten, wobei eine Position jedes digitalen Wasserzeichens, abgesehen von einem ersten digitalen Wasserzeichen, innerhalb eines Datenblocks spezifiziert ist, der ein vorhergehendes digitales Wasserzeichen umfasst, bei dem die Daten erste Daten umfassen; bei dem eine Position jedes digitalen Wasserzeichens, abgesehen von einem ersten digitalen Wasserzeichen, innerhalb von Hilfsdaten spezifiziert ist, die in einem Block von ersten Daten eingebettet sind, der ein vorhergehendes digitales Wasserzeichen umfaßt, ohne die ersten Daten zu modifizieren.
Datenmedium gemäß Anspruch 1 oder 2 bei dem eine Position jedes digitalen Wasserzeichens, abgesehen von einem ersten digitalen Wasserzeichen, innerhalb eines vorhergehenden digitalen Wasserzeichens spezifiziert ist.
Datenmedium gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem jeder Block (200) einen Videodatenrahmen umfaßt; bei dem jedes digitale Wasserzeichen zumindest ein Pixel in den Videodaten umfaßt, das wesentlich modifiziert ist.
Datenmedium, das folgende Merkmale umfaßt: Daten, die logisch in Blöcken (100, 102, 104, 106, 200) organisiert sind; eine Mehrzahl von digitalen Wasserzeichen innerhalb der Daten, wobei eine Position jedes digitalen Wasserzeichens, abgesehen von einem ersten digitalen Wasserzeichen, innerhalb eines Datenblocks spezifiziert ist, der ein vorhergehendes digitales Wasserzeichen umfaßt; bei dem die Daten einen ersten Block (100) und einen zweiten Block (102) aufweisen, bei dem ein erstes digitales Wasserzeichen in dem ersten Block (100) der Daten eingebettet ist, und ein zweites digitales Wasserzeichen in dem zweiten Block (102) der Daten eingebettet ist, wobei eine Position des zweiten digitalen Wasserzeichens innerhalb der Daten in dem ersten Block spezifiziert ist; und bei dem Daten innerhalb des ersten Blocks eine Anzahl von aufeinanderfolgendem Vorkommen der zusätzlichen digitalen Wasserzeichen spezifizieren.
Datenmedium gemäß Anspruch 5, bei dem Daten innerhalb jedes Blocks, der ein digitales Wasserzeichen umfaßt, eine Position eines nächsten digitalen Wasserzeichens spezifizieren.
Datenmedium gemäß Anspruch 5 oder 6, bei dem Daten innerhalb jedes Blocks, der ein digitales Wasserzeichen umfaßt, einen Block und eine Position innerhalb eines Blocks für ein nächstes digitales Wasserzeichen spezifizieren.
Datenmedium, das folgende Merkmale umfaßt: Daten, die logisch in Blöcken (100, 102, 104, 106, 200) organisiert sind; eine Mehrzahl von digitalen Wasserzeichen innerhalb der Daten, wobei eine Position jedes digitalen Wasserzeichens, abgesehen von einem ersten digitalen Wasserzeichen, innerhalb eines Datenblocks spezifiziert ist, der ein vorhergehendes digitales Wasserzeichen umfaßt; bei dem die Daten einen ersten Block (100) und einen zweiten Block (102) aufweisen, bei dem ein erstes digitales Wasserzeichen in dem ersten Block (100) der Daten eingebettet ist, und ein zweites digitales Wasserzeichen in dem zweiten Block (102) der Daten eingebettet ist, wobei eine Position des zweiten digitalen Wasserzeichens innerhalb der Daten in dem ersten Block spezifiziert ist; und bei dem die Position des zweiten digitalen Wasserzeichens als eine relative Position spezifiziert ist.
Datenmedium gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem jeder Block einen Videodatenrahmen umfaßt; bei dem jedes digitale Wasserzeichen zumindest ein Pixel in den Videodaten umfaßt, das im wesentlichen modifiziert ist.
Datenmedium gemäß Anspruch 8, bei dem jeder Block einen Videodatenrahmen umfaßt; bei dem jedes digitale Wasserzeichen zumindest ein Pixel in den Videodaten umfaßt, das im wesentlichen modifiziert ist.