DE60210668T2 - Quantisierungs-index-moduliertes (qim) einbetten eines digitalen wasserzeichens in ein multimedia-signal - Google Patents

Quantisierungs-index-moduliertes (qim) einbetten eines digitalen wasserzeichens in ein multimedia-signal Download PDF

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einbetten von Hilfsinformation in ein Multimedia-Signal indem die Signalkomponenten des besagten Multimedia-Signals einer Quantisierungs-Index-Modulation, die einen Quantisierungsschritt verwendet, unterzogen werden.
  • Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auffrischen von Daten, die in Komponenten eines mit einem Wasserzeichen versehenen Multimedia-Signals eingebettet sind, indem die Signalkomponenten eines Multimedia-Hostsignals einer Quantisierungs-Index-Modulation unterzogen werden, wobei das Verfahren einen Quantisierungsschritt zum Auffrischen der eingebetteten Daten umfasst. Solche Verfahren und Vorrichtungen sind in EP-A-1253784 beschrieben, was eine Veröffentlichung des in Artikel 54 (3) EPC beschrieben Typs darstellt.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die Erzeugung digitaler Wasserzeichen ist die Technik zum Einbetten von Hilfsinformation in audiovisuelle Objekte. Die Erzeugung digitaler Wasserzeichen hat eine große Anzahl von Anwendungen, unter denen man den Copyrightschutz, Aufspüren von Lizenzen, kommerzielle Überprüfung, Wertzuwachsanteile, interaktive Spielzeuge und vieles mehr findet. Die klassische Methode zur Erzeugung digitaler Wasserzeichen ist hauptsächlich die Addition von Rauschen, wobei die Addition eines bekannten rauschähnlichen Signals w das Ursprungssignal s modifiziert. Die Detektion eines Wasserzeichens ist im wesentlichen Korrelation, wobei der resultierende Korrelationswert aus zwei Komponenten besteht, d.h. der gewünschte Ausdruck <s,s> und ein Interferenzwert <s,w>. Dieser letztere Interferenzwert ist der Hauptgrund dafür, dass die Addition von Rauschen zumindest theoretisch ein weniger als optimales Verfahren zur Erzeugung von Wasserzeichen ist.
  • Neue Veröffentlichungen haben gezeigt, dass Wasserzeichen durch Quantisierung, unter Annahme gewisser Angriffsmodelle, optimal erzeugt werden können. Im Wesentlichen läuft die Erzeugung von Wasserzeichen durch Quantisierung auf folgendes hinaus. Im Raum S der Hostsignale s werden N Sätze von Codepunkten Cn gewählt, wobei N gleich der Anzahl von einzubettenden Nachrichten ist (der Inhalt des Wasserzeichens). Eine Nachricht m ist in ein Hostsignal eingebettet, indem das Hostsignal in ein Signal s verwandelt wird, so dass s und s (wahrnehmungsmässig) nahe sind und dass s näher an einem Punkt in Cm als an jedem anderem Punkt in jedem der anderen Codesätze Cn ist, wobei n von m verschieden ist. Diese Art der Erzeugung des Wasserzeichens wird gewöhnlich als Quantisierungs-Index-Modulation oder QIM bezeichnet. Die Entfernung zwischen den Punkten des Codesatzes wird als Gitterparameter oder Quantisierungsschritt bezeichnet.
  • Die Dekodierung eines Wasserzeichens läuft darauf hinaus, die nahesten Punkte c im Satz der Codepunkte zu finden, und darauf, über die Nachricht m nur zu entscheiden, falls der Punkt c zum Codesatz Cm gehört.
  • Ein Problem des Schemas zur Erzeugung der Wasserzeichen nach der Quantisierungs-Index-Modulation besteht darin, dass der Gitterparameter auf der Detektorseite bekannt sein muss. Die Kenntnis des Quantisierungsschritts ist jedoch in vielen praktischen Beispielen nicht sichergestellt. In sich auf die Quantisierungs-Index-Modulation beziehenden theoretischen Veröffentlichungen wird allgemein angenommen, dass der Detektor den gleichen Quantisierungsschritt wie die Einbettungsvorrichtung benutzt. Dies führt jedoch zu falschen Ergebnissen wenn das mit einem Wasserzeichen versehene Signal einer Degradation wie der Maßstabsveränderung unterzogen wird.
  • ZIEL UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einbetten von Daten in ein Multimedia-Hostsignal zur Verfügung zu stellen, wodurch es ermöglicht wird, die eingebetteten Daten korrekt aus einem mit einem Wasserzeichen versehenen maßstabsveränderten Signal aufzufrischen. Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein entsprechendes Verfahren bzw. eine entsprechende Vorrichtung zum Auffrischen der eingebetteten Daten zur Verfügung zu stellen.
  • Zu diesem Zweck ist das Einbettungsverfahren dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Schritt zur Kontrolle des besagten Quantisierungschritts umfasst, der proportional (α) in Bezug auf einen messbaren charakteristischen Parameter der besagten Signalkomponenten ist, welcher charakteristische Parameter die Eigenschaft hat, von einem Maßstabsfaktor verändert ist, wenn die besagten Multimediasignalkomponenten von demselben Maßstabsfaktor verändert sind. Das entsprechende Detektionsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Schritt zur Kontrolle des besagten Quantisie rungschritts umfasst, der proportional in Bezug auf einen messbaren charakteristischen Parameter der besagten Signalkomponenten ist, welcher charakteristische Parameter die Eigenschaft hat, von einem Maßstabsfaktor verändert zu sein, wenn die besagten Multimediasignalkomponenten von demselben Maßstabsfaktor verändert worden sind.
  • Ein vorteilhaftes Beispiel eines solchen charakteristischen Parameters ist die Quadratwurzel der Signalenergie.
  • Die Vorrichtung zum Einbetten ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung den Schritt zur Kontrolle des besagten Quantisierungschritts umfasst, der proportional in Bezug auf einen messbaren charakteristischen Parameter der besagten Signalkomponenten ist, welcher charakteristische Parameter die Eigenschaft hat, von einem Maßstabsfaktor verändert zu sein, wenn die besagten Multimediasignalkomponenten von demselben Maßstabsfaktor verändert worden sind.
  • Die Vorrichtung zum Auffrischen ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zur Steuerung des besagten Quantisierungsschritts umfasst, so dass er proportional zu einem messbaren charakteristischen Parameter der besagten mit einem Wasserzeichen versehenen Signalkomponenten ist, welcher charakteristische Parameter die Eigenschaft hat, von einem Maßstabsfaktor (a) verändert zu werden, wenn die besagten Multimediasignale vom selben Maßstabsfaktor (a) verändert werden.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Einbettungs- und Detektionsverfahren und -Vorrichtungen sind in den Unteransprüchen definiert und werden nachfolgend beispielhaft erklärt.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die 1 zeigt ein allgemeines schematisches Diagramm eines Systems, das eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Einbettung und Detektion eines Wasserzeichens umfasst.
  • Die 2 und 3 zeigen Diagramme zur Darstellung des Betriebs des auf der 1 gezeigten Systems.
  • Die 4 bis 7 zeigen Diagramme zur Darstellung des Betriebs einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems.
  • Die 8 zeigt ein schematisches Diagramm einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Einbettung eines Wasserzeichens;
  • Die 9 zeigt ein schematisches Diagramm einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Detektion eines Wasserzeichens.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die 1 zeigt ein allgemeines schematisches Diagramm eines Systems, das eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Einbettung (oder Kodierer) 1 und zur Detektion (oder Dekodierer) 2 umfasst. Der Wasserzeichenkodierer bettet eine Wasserzeichennachricht b in ein Hostsignal s ein, so dass die Verzerrung zwischen dem Hostsignal s und dem mit einem Wasserzeichen versehenen Signal s vernachlässigbar ist. Der Dekodierer 2 muss in der Lage sein, die Wasserzeichennachricht aus dem empfangenen Signal s zu detektieren. Die 1 zeigt ein „blindes" Schema zur Erzeugung eines Wasserzeichens. Dies bedeutet, dass das Hostsignal s dem Kodierer 2 nicht zur Verfügung steht.
  • In der Praxis ist das mit einem Wasserzeichen versehene Signal einer Signalverarbeitung unterzogen worden, das einen Kommunikationskanal durchquert, und/oder Gegenstand einer Attacke gewesen ist. Das ist auf der 1 als Kanal 3 zwischen der Vorrichtung zur Einbettung 1 und dem Detektor 2 gezeigt worden. Der Kanal verändert den Maßstab der Amplitude des mit einem Wasserzeichen versehenen Signals s mit einem Faktor a (normalerweise a < 1). Der Kanal kann auch Rauschen hinzufügen, und/oder ein zusätzliches Offset (nicht gezeigt) einführen.
  • Der Wasserzeichen-Kodierer 1 und -Dekodierer 2 enthalten ein "Codebuch" das an beiden Enden zur Verfügung steht. Das Codebuch kartographiert im Kodierer 1 ein Eingangssignal sj auf ein Ausgangssignal sj, wobei der Wert des Ausgangssignals vom Nachrichtensymbol bj abhängt. Der Dekodierer 2 benutzt dasselbe Codebuch, um das Nachrichtensymbol bj wieder aus der Probe sj zu konstruieren.
  • Das QIM-Kodierungs-/Dekodierungsprinzip ist am einfachsten verständlich, wenn eine skalare Quantisierung der Signalprobenwerte betrachtet wird. Zu diesem Zweck wählen wir einen Quantisierungsschritt D und konstruieren folgendermaßen zwei Kodesätze C0 und C1: Der Satz C0 besteht aus allen geraden Vielfachen von D, und der Satz C1 besteht aus allen ungeraden Vielfachen von D. In seiner einfachsten Form wird die Wasserzeichenerzeugung eines Signals s = (s1, ..., sK) der Länge K mit einer Bitkette b = (b1, ..., bK) dadurch ausgeführt, indem für jedes j sj auf das nächste gerade Vielfache von D für bj = 0, und auf das nächste ungerade Vielfache von D für bj = 1 gerundet wird. Die Bitkette b kann zurückerhalten werden, indem die Komponenten von s auf das von D aufge spannte Gitter gerundet werden, und ein 0 – Bit für jedes gerade Vielfache von D und ein 1 – Bit für jedes ungerade Vielfache von D bestimmt wird.
  • Das vom Wasserzeichen Kodierer und – Dekodierer benutzte Codebuch ist bevorzugt randomisiert, und hängt vom Sicherheitsschlüssel ab, um die Geheimhaltung der Wasserzeichenkommunikation zu erreichen. Zu diesem Zweck, werden die Werte von s gedithert, indem für jeden Probenindex j ein geheimer Ditherwert vj benutzt wird. Die Ditherwerte vj sind bevorzugt reelle Zahlen. Das verhindert, dass die Proben sj immer auf dem von D aufgespannten Gitter aufliegen, so dass ein Beobachter nicht einmal „sehen" kann, dass das Signal mit einem Wasserzeichen versehen worden ist. Dieses Wasserzeicheneinbettungsschemaist auf der 2 dargestellt. Die Multimediasignalproben sj auf der linken vertikalen Achse, wovon ein Beispiel mit X bezeichnet ist, werden auf das nächste gerade (bj = 0) oder ungerade (bj = 1) Vielfache von D gerundet, und mit einem Offset vj versehen. In der 2 ist die Quantisierungsschrittgröße D = 1,5 und der Ditherwert für die besondere Signalprobe vj = 0,5. Im Folgenden wird der Ditherwert vj als Produkt eines Multiplikationsfaktors vj und die Quantisierungsschrittgröße D ausgedrückt: vj = vj × D, wobei –1 < vj < 1.
  • Ein "Geditherte einheitliche skalare Quantisierung" genannter mathematischer Ausdruck des Einbettungsprozesses kann wie folgt abgeleitet werden. Die diskreten Niveaus, die eine Ausgangsprobe sj für ein gegebenes Offset vj annehmen kann, sind folgende: sj=(2m + bj)× D + vj × D, mit m = ..., –2, –1, 0, 1, 2... (1)
  • Der Ausgangswert s j muss so nahe wie möglich am Eingangswert sj liegen. Das kann folgendermaßen ausgedrückt werden:
    Figure 00050001
  • Die letztere Bedingung ist erfüllt, wenn:
    Figure 00050002
  • Die Substitution von (2) in (1) ergibt:
    Figure 00060001
  • Diese Formel hat die folgende Interpretation. Wir berechnen zuerst für den Probenwert sj den „Quantisierungsindex" sj / D. Zweitens wird dieser Quantisierungsindex auf eine verschobene Version von ganzen Zahlen gerundet. Es ist leicht zu erkennen, dass die modulierten Indizes für bj = 0 oder bj = 1 in zwei verschieden Untersätzen liegen.
  • Schließlich wird mit D multipliziert, um den Ursprungsmaßstab des Probenwerts s zu erhalten. Es ist leicht zu erkennen, dass die maximale Verzerrung für einen Probenwert gleich D ist.
  • Der Zweck der Dithersequenz ist zweifach. Erstens verleiht sie Sicherheit, die Abschätzung der Schrittgröße D ist eine schwierige Aufgabe geworden, da eine einfache Analyse des Probenwerthistogramms nicht mehr ausreicht. Und selbst wenn D bekannt ist, ist eine Abschätzung von bj aus bj + vj ohne Kenntnis von vj unmöglich. Zweitens verleiht sie Widerstandsfähigkeit: wenn die Dithersequenz genügend zufällig ist, kann das Signal s als s plus Rauschausdruck modelliert werden. Für die Inhalte der nächsten Abschnitte erlaubt es eine bessere Näherung von D aus s als wenn s ein konstanteres Offset erhält. Die Gleichung (3) wird es verdeutlichen, warum Maßstabsdegradationen ein Problem für QIM sind. Eine maßstabsveränderte Version axs von s führt zu einem Quantisierungsindex axs/D, d.h. a – mal den ursprünglichen Quantisierungsindex s/D. Auf Grund der Detektionsformel in Gleichung (4) unten ist es offenkundig, dass es nicht mehr möglich ist, die eingebettete Information zuverlässig aufzufrischen.
  • Aus Vollständigkeitsgründen der Offenbarung dieser Erfindung, stellt die 3 die Funktion einer noch allgemeineren Ausführungsform des QIM-Wasserzeichen-Einbettungs-Prozesses dar. In dieser Ausführungsform wird ternäre Einbettung (bj = 0, 1 oder 2) verwendet. Außerdem werden eingebettete Symbole nicht durch diskrete Punkte der s-Achse dargestellt, sondern durch verschiedene Bereiche von Werten s j. Es kann leicht aus dieser Figur abgeleitet werden, dass das Ausgangssignal jetzt folgendermaßen beschrieben werden kann: s j = sj + λ(zj – sj)wobei zj die oben durch die Gleichung (3) definierten diskreten Punkten angibt.
  • Die Detektion eingebetteter Information ist einfach Angelegenheit der Berechnung des Quantisierungsindex und der Kompensierung für den Dither und einer Überprüfung der Parität des Ergebnisses. Für das binäre Einbettungsschema wird das genau folgendermaßen ausgedrückt:
    Figure 00070001
    wo bj den abgeschätzten Bitwert angibt.
  • Die Gleichung (4) gibt an, dass der Wasserzeichendekodierer einige wesentliche Parameterwerte benötigt, bevor der Wasserzeicheninhalt aufgefrischt werden kann. Zuerst benötigt er die Dithersequenz v = (v1, ..., vK) um die korrekte Interpretation zu machen für ein 0 – oder 1 Bit. In jedem praktischen System in dem die Ausrichtung von der Ditherkette und Signal gewöhnlich nicht sichergestellt ist, hat das unmittelbar ein Synchronisierungsproblem zur Folge. Zweitens, und das ist noch wichtiger, muss der Gitterparameter D auf der Detektorseite bekannt sein. In vielen praktischen Beispielen ist die Kenntnis von D jedoch nicht sichergestellt. Ein typisches Beispiel von Verstärkungsdegradation kann bei der Erzeugung von Audio-Wasserzeichen gefunden werden, wo s so gewählt wird, dass Wellenformprobenwerte wiedergegeben werden. Eine Verstärkungsdegradation läuft in diesem Fall auf ein lauter oder leiser stellen hinaus. Wenn der Verstärkungsfaktor in Grenzen bleibt, wird das gewöhnlich nicht als wahrnehmbare Degradation erlebt. Die Detektion eines Wasserzeichens über die Luft (Abspielen von einer Playbackvorrichtung, Empfang über die Luft mit einer Aufnahmevorrichtung) wird Verstärkungsdegradationen zur Folge haben.
  • Das Problem, das diese Erfindung behandelt, ist die Auffrischung der Quantisierungschrittgrösse D aus einem empfangenen Signal s ohne explizite Kenntnis des Verstärkungsfaktors a. Dieses Problem ist in der Literatur wenig beachtet worden. Die Schlüsselidee ist, dass die Schrittgröße so vom Hostsignal s abhängt, dass wenn s in der Amplitude um den Faktor a maßstabsverändert ist, die abgeschätzte Schrittgröße d (a × s) auch um den Faktor A auf a × D(s) maßstabsverändert ist. Das bedeutet in anderen Worten, dass sich die Maßstabsveränderung von s mit der Maßstabsveränderung von D ändert.
  • Der Quantisierungsschritt D ist z.B. eine gewählte Fraktion der Lp-Norm des Signals s (oder eine gewählte Fraktion von individuellen Signalproben sj), wo p = 1 oder p = 2 ist.
  • Figure 00080001
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Quantisierungsschrittgrösse proportional zur Quadratwurzel der Signalenergie (d.h. p = 2).
  • Wenn wir zur 1 zurückkehren, erkennen wir, dass die Wasserzeichen-Einbettungsvorrichtung 1 einen Quantisierungsindex-Modulationskreis (QIM) 11 umfasst, der in Übereinstimmung mit der Gleichung (3) funktioniert. Die Einbettungsvorrichtung empfängt die für den QIM-Prozess benutzte Quantisierungsschrittgrösse D von dem Quantisierungsschritt-Steuerschaltkreis 12 in Übereinstimmung mit: D = α √E(s) wo E(s) die Energie des Hostsignals s und α ein vorbestimmter Faktor ist.
  • Auf ähnliche Weise umfasst der Wasserzeichendetektor 2 einen Demodulations (QIM–1)-Kreis 31, der entsprechend der Gleichung (4) funktioniert. Der Detektor empfängt die zu benutzende Quantisierungsschrittgröße D' von einem Quantisierungsschritt-Steuerschaltkreis 12, der in Übereinstimmung mit:
    Figure 00080002
    funktioniert, wo E(s') die Energie des empfangenen Signals s und α derselbe Faktor ist, wie er von der Einbettungsvorrichtung benutzt wird.
  • Die Quantisierungsindex-Modulation kann auf alle Signalproben in der ursprünglichen Signaldomäne (Audiowellenformproben, Videopixel) oder ausgewählten Signalproben angewandt werden. Die Quantisierungsindex-Modulation kann auf Komponenten des Signals in einigen Transformationsdomänen, z.B. DCT-Koeffizienten von Videobildern oder spektralen Frequenzkomponenten eines Audiosignals angewendet werden. Jetzt wird eine bevorzugte Ausführungsform ausführlicher beschrieben. In diesem Beispiel ist das Signal s ein Audioclip. Die 4 zeigt eine Wellenform eines solchen Audiosignals in der Zeitdomäne. Wie gut zu erkennen ist, ist Audio am besten in der Frequenzdomäne darzustellen, und wir wenden deshalb eine Frequenzdarstellung unter Benutzung einer schnellen Fouriertransformation (FFT) an. Die 5 zeigt das Frequenzspektrum des Audiosignals.
  • In dieser bevorzugten Ausführungsform wird die Einbettung des Wasserzeichens durch Amplitudenmodulation der Leistungsspektrumskomponenten durchgeführt.
  • Die Spektralkomponenten werden durch Quantisierung modifiziert. Die Bestimmung der Quantisierungsschrittgröße auf der Basis der gesamten Spektralenergie hat einige Nachteile. Erstens erfordert es, dass jede Spektralkomponente mit derselben Schrittgröße D quantifiziert wird. Das ist wahrnehmungsmäßig keine optimale Strategie, da die erlaubte Verzerrung pro Spektralkomponente linear mit der Größe der Komponente verläuft. Wenn man die Schrittgröße auf der Gesamtenergie basiert, erfordert das, dass große Komponenten (typischerweise die niedrigeren Frequenzen) feiner quantifiziert werden und kleinere Komponenten (typischerweise die höheren Frequenzen) zu grob quantifiziert werden. Zweitens ist die Verstärkungsdegradation sehr oft nicht gleichförmig über den Frequenzbereich, was zu einer schlechten Anpassung pro Komponente zwischen dem abgeschätzten und dem reellen Verstärkungsfaktor führt. Um diese Probleme zu überwinden, wird das Spektrum in zahlreiche Bänder unterteilt und der Faktor α wird pro Band auf der Basis der Energie pro Band bestimmt. In Übereinstimmung mit psycho-akustischen Modellen werden diese Bänder so gewählt, dass sie logarithmisch mit der Frequenz zunehmen. Für jedes Band wird eine feste Fraktion der Quadratwurzel der Hauptleistung (RMSE) als Schwelle (d.h. Quantisierrungsschritt) für dieses Band gewählt.
  • Die 6 zeigt ein Beispiel einer logarithmischen Unterteilung in Bänder (gestricheltes vertikales Gitter 61). De Ziffernreferenz 63 gibt die Host-Leistungsspektraldichte an. Die Ziffernreferenz 62 bezeichnet die sich ergebende RMSE von dem die Quantisierungsschrittgröße D (siehe 1) in den entsprechenden Unterbändern abgeleitet wird. Es sei bemerkt, dass RMSE eine vernünftige Näherung der Hostleistungsspektraldichte für höhere Frequenzen ist, dass jedoch für niedrigere Frequenzen die Fehler groß sind.
  • Die 7 zeigt einen vergrößerten Teil der 6. Die gestrichelte Linie 73 in dieser Figur bezeichnet die Leistungsspektraldichte des eingebetteten Signals nach der Einbettung mit einem Teilungsfaktor von α = 0,1. ES ist erkennbar, dass der Unterschied zwischen dem Ursprungssignal 63 und dem mit einem Wasserzeichen versehenen Signal 73 minimal ist. Die gestrichelte Linie 72 bezeichnet die sich ergebende RMSE von der die Quantisierungsschrittgröße D' (siehe 1) in den Unterbändern abgeleitet ist. Es liegt auf der Hand, dass die Ursprungsschrittgrößen 62 und die wieder abgeschätzten Schrittgrößen nur sehr wenig voneinander abweichen. Es sei für einen geeigneten Vergleich bemerkt, dass keine Verstärkungsdegradation (a = 1 in der 1) in diesem Beispiel anzunehmen ist.
  • Die 8 zeigt ein Blockdiagramm der bevorzugten Ausführungsform der Einbettungsvorrichtung, die wie oben beschrieben funktioniert. Die Vorrichtung umfasst einen Schaltkreis 81 zur Segmentierung des Audiosignals in Zeitrahmen, einen schnellen Fouriertransformationsschaltkreis 82 und einen Schaltkreis 83 zur Trennung der Fourierkoeffizienten in seine Phase und Größe. Die Größe stellt das Hostsignal s für den Einbettungsschaltkreis 1 (siehe 1) dar. Die modifizierten Größen s und die entsprechenden Phasen Φ werden anschließend verschmolzen (84) und einer inversen Fouriertransformation unterzogen (85). Die Zeitrahmen werden schließlich verkettet (86) um das mit einem Wasserzeichen versehene Signal zu bilden.
  • Die 9 zeigt ein Blockdiagramm der entsprechenden Detektionsvorrichtung. Die Detektionsvorrichtung umfasst denselben Segmentierungsschaltkreis 81, den Fouriertransformationsschaltkreis 82 und den Separationsschaltkreis 83 wie es auf der 8 gezeigt ist. Die Größen der Fourierkoeffizienten stellen die mit einem Wasserzeichen versehene Signalkomponente s für den Detektor 2 dar. (siehe 1).
  • Es sei bemerkt, dass es das auf einer Berechnung basierende vorgeschlagene Band viele Variationen ermöglicht. Eine zu erwähnende Variation ist das Gleit- und Spreiz-Mittel, das eine ,kontinuierliche' Version des bandbasierten Mittels ist: für jede Frequenzkomponente fn wird die Quantisierungsschrittgrösse auf der Basis der Energie im Frequenzintervall berechnet [n/Faktor, ..., Faktor × n]. Diese Formel besagt, dass das mittelbildende Intervall linear mit dem Frequenzindex n wächst, was mit der Idee von logarithmischen Frequenzbändern übereinstimmt.
  • Es sei auch bemerkt, dass ähnliche Techniken für die Erzeugung von Wasserzeichen bei Bildern und Video benutzt werden können. Im Falle einer Wasserzeichenerzeugung bei Bildern, ist es eine natürliche Option, räumliche Probenwerte zu quantifizieren, wobei die Quantisierungsschrittgrößen auf einigen örtlichen statischen Momenten basieren.
  • Die Erfindung kann folgendermaßen zusammengefasst werden. Das Problem von Maßstabsdegradationen, das bei der Erzeugung von Wasserzeichen bei der Quantisierungsindex-Modulation (QIM) auftreten kann, wird angesprochen. Erfindungsgemäß wird die von der Einbettungsvorrichtung (11) und dem Detektor benutzte Quantisierungsschrittgröße (D) von einem messbaren charakteristischen Parameter abgeleitet, der die Eigenschaft hat, wenn das verwendete Signal von dem Faktor (a) maßstabsverändert ist, im wesentlichen von demselben Faktor maßstabsverändert wird. In einer bevorzugten Ausfüh rungsform ist der besagte Parameter die Quadratwurzel der Energie des Signals (√E(s)), und der Quantisierungsschritt ist eine vorbestimmte Fraktion (α) davon.
  • Legende der Zeichnungen 5
    • Spectral Power : Spektrale Leistung
    • Normalized Frequency : Normalisierte Frequenz

Claims (16)

  1. Verfahren zur Einbettung von Hilfsinformation (b) in ein Multmediasignal (S) indem die Signalkomponenten des besagten Multmediasignals einer Quantisierungsindexmodulation (11) unterworfen werden, wobei ein Quantisierungsschritt (D) eingesetzt wurde, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Schritt zur Steuerung (12) des besagten Quantisierungsschritts (D) umfasst, so dass er proportional (α) zu einem messbaren charakteristischen Parameter der besagten Signalkomponenten ist, welcher charakteristische Parameter die Eigenschaft hat, von einem Maßstabsfaktor (a) verändert zu werden, wenn die besagten Multimediasignale vom selben Maßstabsfaktor (a) verändert werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der besagte charakteristische Parameter die Lp-Norm der Signalkomponenten ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der besagte charakteristische Parameter die Quadratwurzel der Energie der besagten Signalkomponenten ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die besagten Signalkomponenten individuelle Proben des Multimediasignals sind.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die besagten Signalkomponenten spektrale Frequenzkomponenten des besagten Multimediasignals sind.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der besagte charakteristische Parameter die Quadratwurzel der Energie der besagten spektralen Frequenzkomponenten in entsprechenden Frequenzunterbändern ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die besagten Unterbänder logarithmisch beabstandete Unterbänder sind.
  8. Vorrichtung (1) zur Einbettung von Hilfsinformation (b) in ein Multimediasignal (S) indem Signalkomponenten des besagten Multimediasignals einer Quantisierungsindexmodulation (11) unterworfen werden, wobei ein Quantisierungsschritt (D) eingesetzt wurde, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren Mittel (12) zur Steuerung des besagten Quantisierungsschritts (D) umfasst, so dass er proportional (α) zu einem messbaren charakteristischen Parameter der besagten Signalkomponenten ist, welcher charakteristische Parameter die Eigenschaft hat, von einem Maßstabsfaktor (a) rameter die Eigenschaft hat, von einem Maßstabsfaktor (a) verändert zu werden, wenn die besagten Multimediasignale vom selben Maßstabsfaktor (a) verändert werden.
  9. Verfahren zum Auffrischen von Daten (b) die in Komponenten eines mit einem Wasserzeichen versehenen Multimediasignals (S1) indem die Signalkomponenten eines Multimediahostsignals (S) einer Quantisierungsindexmodulation (11) unterworfen werden, wobei das Verfahren den Schritt zur Verwendung eines Quantisierungschritts (D1) zur Auffrischung der eingebetteten Daten umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Schritt zur Steuerung (22) des besagten Quantisierungsschritts (D1) umfasst, so dass er proportional zu einem messbaren charakteristischen Parameter der besagten mit einem Wasserzeichen versehenen Signalkomponenten ist, welcher charakteristische Parameter die Eigenschaft hat, von einem Maßstabsfaktor (a) verändert zu werden, wenn die besagten Multimediasignale vom selben Maßstabsfaktor (a) verändert werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der besagte charakteristische Parameter die Lp-Norm der Signalkomponenten ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der besagte charakteristische Parameter die Quadratwurzel der Energie der besagten Signalkomponenten ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die besagten Signalkomponenten individuelle Proben des Multimediasignals sind.
  13. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die besagten Signalkomponenten spektrale Frequenzkomponenten des besagten Multimediasignals sind.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der besagte charakteristische Parameter die Quadratwurzel der Energie der besagten spektralen Frequenzkomponenten in entsprechenden Frequenzunterbändern ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die besagten Unterbänder logarithmisch beabstandete Unterbänder sind.
  16. Vorrichtung (2) zum Auffrischen von Daten (b) die in Komponenten eines mit einem Wasserzeichen versehenen Multimediasignals (S1) indem die Signalkomponenten eines Multimediahostsignals (S) einer Quantisierungsindexmodulation (11) unterworfen werden, wobei das Verfahren den Schritt zur Verwendung eines Quantisierungschritts (D1) zur Auffrischung der eingebetteten Daten umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel (22) zur Steuerung des besagten Quantisierungsschritts (D1) umfasst, so dass er proportional zu einem messbaren charakteristischen Parameter der besagten mit einem Wasserzeichen versehenen Signalkomponenten ist, welcher charakteristische Para meter die Eigenschaft hat, von einem Maßstabsfaktor (a) verändert zu werden, wenn die besagten Multimediasignale vom selben Maßstabsfaktor (a) verändert werden.
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