DE60213817T2

DE60213817T2 - Video-/bildkommunikation mit wasserzeichen

Info

Publication number: DE60213817T2
Application number: DE60213817T
Authority: DE
Inventors: Stephen Jonathan Tadley HARE; Marcella Paola Alton HOBSON
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 2001-06-28
Filing date: 2002-06-17
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2022-06-18
Also published as: ATE336143T1; WO2003003744A1; ES2269714T3; US20050144454A1; GB2377108B; EP1405519B1; DE60213817D1; GB0115849D0; CN1522538A; GB2377108A; EP1405519A1

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Video-Übertragungssysteme und zugehörige Video-Codier/Decodierverfahren. Die Erfindung ist auf, jedoch nicht ausschließlich, ein Video-Komprimierungssystem anwendbar, welches die Anbringung eines Wasserzeichens an einem Video einsetzt, an welchem jegliche Manipulation eines Videobildes oder eines Abschnitts eines Videobildes erfasst werden soll.
Hintergrund der Erfindung
Die Fähigkeit zur Übertragung von Video- und/oder Bilddaten in Echtzeit stellt ein wünschenswertes Merkmal vieler gegenwärtiger verdrahteter und drahloser Kommunikationssysteme dar. Es ist jedoch bekannt, dass einzelne Bilder/Illustrationen oder eine Reihe von Bildern, beispielsweise in einem übertragenen Videostrom, "Angriffen" ausgesetzt werden, d.h. die Bilder könnten manipuliert worden sein. Aus diesem Grund besteht eine Notwendigkeit, Bild- oder Videoübertragungen vor einer derartigen unerwünschten Manipulation zu schützen. Eine bekannte Technik, die zum Schutz von Fest-/Videobildern oder Dokumenten eingesetzt wird, erfolgt durch die Verwendung von "Wasserzeichen".
Im Kontext der vorliegenen Erfindung werden die Begriffe "Video" und "Bild" austauschbar verwendet, wobei der Begriff "Video" im Allgemeinen zur Darstellung eines oder mehrerer Festbilder verwendet wird.
Wolfgang R, Podilchuk C, Delp E beschreiben in "Perceptual watermarks for digital images and video; Wahrnehmbare Wasserzeichen für digitale Bilder und Videos", SPIE Konferenz über Sicherheit und Wasserzeichenanbringung bei Multimedia-Inhalten, Januar 1999, einige Verfahren zur Anbringung von Wasserzeichen des Standes der Technik zur Verwendung mit Videos und Bildern.
Der Schutz von digitalen Medien (einschließlich Bildern und Videos) ist darüber hinaus zu einem Schlüsselthema der Standardisierung oder Normierung innerhalb der Mulimediaindustrie während des letzten Jahres geworden. Benutzer von Ürberwachungungen haben formell bestätigt, dass sie die Verwendung digital übertragener und verarbeiteter Bilder zu Beweiszwecken nicht in Betracht ziehen, wenn keine zuverlässigen Verfahren zur Erfassung von Manipulation vorhanden sind.
Die European Broadcasting Union hat einen zweiten Aufruf nach Systemen ausgegeben, die eine Anbringung von Wasserzeichen an Mulimedia-Übertragungen für Unterhaltungsanwendungen bieten. Darüber hinaus hat die internationale Standardisierungsorganisation (ISO) eine Arbeitsgruppe eingerichtet, welche als MPEG-21 bekannt ist, deren wesentliche Funktion darin besteht, die Verwaltung von Digitalrechten einschließlich der Authentifizierung von Mulimedia-Daten zu untersuchen.
Durch die Anbringung eines Wasserzeichens wird ein bekanntes Bitmuster oder eine Signatur in ein Bild zu einem Zeitpunkt der Bildannahme eingefügt oder integriert. Derartige Wasserzeichen werden als "verschleißfest" bezeichnet, da sie so konstruiert sind, dass sie unabhängig davon intakt oder unversehrt bleiben, ob das Bild einer Nachbearbeitung wie beispielsweise einer Filterung, einer Zerschneidung und dergleichen unterzogen werden.
Während solche Wasserzeichen einen nützlichen Grad an Schutz liefern, kann man sieh augenblicklich nicht vollständig vor Gericht darauf verlassen. Der Zweck dieser Verfahren zur Anbringung von Wasserzeichen liegt darin, dass sie nicht so konstruiert sind, dass sie den erforderlichen Grad an Sicherheit besitzen, dass ein Bild manipuliert worden ist, damit das Bild als Beweis verwendet werden könnte.
Daher besteht im Gebiet der vorliegenden Erfindung ein Bedarf; eine Videokommunikationseinheit und Verfahren basierend auf einem Wasserzeichen-Anbringungssystem zu liefern, welches zum Testen eine Videosequenz zum Beweis einer Manipulation verwendet werden kann, wobei die vorstehend genannten Nachteile verringert werden könnten. Des Weiteren besteht ein Bedarf an einem Markierungsverfahren, um Bereiche einer Videosequenz hervorzuheben, an denen eine Manipulation festgestellt worden ist. Zudem wäre es von Vorteil, manipulierte Videosequenzen visuell oder optisch kenntlich zu machen, so dass diese unbrauchbar oder wertlos für die manipulierende Person oder den Angreifer gemacht werden.
Der veröffentlichte Stand der Technik umfasst folgende Druckschriften:

(i) US-A-5875249 (Mintzer et al,);
(ii) "Digital watermarking through quasi m-arrays", YEH et al., IEEE conference proceedings 29. November 1999; Seiten 459 bis 461;
(iii) "A digital watermark" Osborne et al.; IEEE conference proceedings 13. bis 16. November 1994, Seiten 86 bis 90.

Ein Artikel mit dem Titel "Ordered Bitplane Watermarking of Digital Video by Direct Sequence Spread Spectrum"; Geordnete Wasserzeichenanbringung an einer Bitschicht eines Digitalvideos durch Direktfolge-Spreizspektrum DSSS; von Mobasseri M G, veröf fentlicht am 5. August 1998 in Proceedings of International Workshop on Multimedia Database Management, Seiten 66 bis 71, Abstrakt XP000953697, offenbart ein Verfahren zur Wasserzeichenanbringung an einem Video durch direkte Wasserzeichenanbringung der räumlichen Domain-Bitschichten, wobei jedes Bild das Videosignal bildet, indem ein Wasserzeichensignal in eine Bild-Bitschicht integriert wird.
Die internationale PCT-Anmeldung WO 00/64094 offenbart ein Verfahren zur Auswahl von Bits zur Wasserzeichenanbringung und Einfügung einer digitalen Signatur in diese Bits.
Darlegung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt Videokommunikationseinheiten, ein Video-Übertragungssystem, das zur Verwendung einer der Videokommunikationseinheiten ausgelegt ist, eine mobile Funkvorrichtung, ein Verfahren zur Anbringung eines Wasserzeichens an einer Videosignalübertragung, ein Verfahren zur Detektion einer Manipulation an einem mit einem Wasserzeichen versehenen digitalen Bildes, ein Speichermedium mit darauf gespeicherten prozessor-implementierbaren Instruktionen zum Steuern eines Prozessors zur Ausführung eines beliebigen Verfahrens der Erfindung, eine Videokommunikationseinheit, welche derart ausgelegt ist, dass sie ein beliebiges der erfindungsgemäßen Verfahren ausführt, und eine mobile Funkvorrichtung gemäß Definition in den anliegenden unabhängigen Ansprüchen bereit.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, welche Folgendes zeigen:
1 ein Verfahren zur Anbringung oder Einfügung eines Wasserzeichens gemäß der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
2 ein Verfahren zur Erfassung von Frames, welche manipuliert worden sind, gemäß der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
3 ein Ablaufdiagramm eines Entscheidungsprozesseses zur Bestimmung, ob eine Manipulation stattgefunden hat, gemäß der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform; und
4 ein Blockdiagramm eines Videokommunikationssystems, welches eine mit einem Wasserzeichen versehene Kommunikationseinheit aufweist, sowie eine Kommunikationseinheit, welche ein Wasserzeichen erfasst, gemäß der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die nachfolgend hier beschriebenen erfinderischen Konzepte finden insbesondere in den gegenwärtigen MPEG Standards Wirk- oder Tätigkeitsbereichen Anwendung, wo ein genormtes System zur Anbringung eines Wasserzeichens zur Videoverwendung definiert werden soll. Die Detektion einer Manipulation, sowie die Fähigkeit zu bestimmen, welche Art von Manipulation stattgefunden hat, sind notwendige Schritte bei der Gewährleistung oder Sicherstellung eines Benutzervertrauens in die Bilder und Videosequenzen, die ein Benutzer in einer mögicherweise aggressiven Multimedia-Kommunikationsumgebung betrachtet.
Zusammenfassend gesagt hat die bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform zur Aufgabe, Videomaterial vorher zu bearbeiten, so dass die Detektion einer Manipulation erfolgen kann.
Die aktuellsten Verfahren zur Bild- und Video-Wasserzeichenanbringung richten ihr Hauptaugenmerk auf die Vorbearbeitung von Videos und Bildern derart, dass jedes beliebige eingefügte Wasserzeichen erfasst werden kann, unabhängig davon, ob beispiels weise eine Manipulation in urheberrechtlich geschützten Anwendungen stattgefunden hat oder nicht. Das nachfolgend beschriebene Verfahren stellt jedoch "zerbrechliche" Wasserzeichen bereit, die bei Veränderung der Bilder zerstört werden.
Des Weiteren macht das Verfahren deutlich, dass ein Inhalt manipuliert worden ist, so dass die Person, welche die unauthorisierte Bearbeitung durchführt, erkennt, dass ihre Tätigkeit oder Handlungen offensichtlich sind. Als Konsequenz können diese Personen das Video nicht als "Original" wiederverkaufen oder vertreiben.
Als Beispiel führen wir eine Person an, welche "geraubte" Videodateien zur unauthorisierten oder unerlaubten Verteilung über eine Internet-Website herstellt. Das bevorzugte Verfahren identifiziert wie vorstehend beschrieben die Stellen, an denen das Video manipuliert worden ist (z.B. durch Umformatieren des Videos zur Verteilung im Netz), und bringt eine Markierung an dem manipulierten Bereich an, wodurch das Video für die weitere Verteilung ungeeignet gemacht wird.
Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann auf Videosequenzen angewendet werden, die aus mindestens zwei Bild-Frames bestehen. Des Weiteren kann die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf Bildformate einschließlich YC_bC_r (eine Standarddarstellung eines Farbbildes gemäß Spezifizierung in ITU Rec 601), rot/grün/blau (RGB) oder jeder beliebigen einzelnen Komponente (z.B. nur Y) eines Bildformats, welches aus mehr als einer Komponente gebildet ist, angewendet werden. Vorteilhafterweise kann die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem begrenzten Bereich oder einer Zone eines Bildes oder überall in dem gesamten Bild angewendet werden.
Die Wasserzeichenanordnung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt deutlich, wenn eine Manipulation stattgefunden hat, da manipulationsbeweisende Informationen in dem Video- Datenstrom eingebettet oder integriert sind. Zusammengefasst erleichtert das Verfahren die Wiederholung von Bitschichten in aufeinanderfolgenden Frames.
Darüber hinaus ermöglicht es das Verfahren dem Videospieler, die exakte räumliche und zeitliche Position der Manipulation zu lokalisieren, wenn das Video gespielt wird.
Mit Bezug zunächst auf 1 ist eine Verfahren 100 zur Anbringung eines Wasserzeichens gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Das Verfahren 100 zur Anbringung des Wasserzeichens weist eine Sequenz von Video-/Bild-Frames auf -Frame 'N' 110 bis Frame 'N + 5' 120. Zum Zwecke der klareren Darstellung sind nur sechs Frames gezeigt. Jeder Video-/Bild-Frame weist eine Anzahl an Datenbits auf, die von einer höchstwertigen Bitschicht (MSB) – 'Bit 0' 130 bis zu einer niedrigstwertigen Bitschicht (LSB) – 'Bit 7' 140 reichen. Erneut ist jeder Frame zum Zwecke der klareren Darstellung so gezeigt, dass er nur acht Bitschichten aufweist.
Die gewöhnliche Darstellung von Bilddaten erfolgt als Reihe von Bildelementen oder Pixeln, die als Reihen und Spalten eines Bildes angeordnet sind. Herkömmliche Bildformate schließen die Darstellung eines jeden Bildelements oder Pixels in einer Anzahl von Bits ein, die von 6 bis 12 Bits pro Komponente des Bildes reicht. Als Beispiel kann jede einzelne Komponente (R, G oder B) eines Farbbildes 8 Bits pro Pixel aufweisen. Alternativ kann ein Infrarot-Bild 12 Bits pro Pixel aufweisen, die als Helligkeitskomponente dargestellt sind.
Eine "Bitschicht"-Darstellung ist der Begriff, welcher der Sammlung von individuellen Bits an jeder beliebigen Ein-Bit-Position eines Pixels über das gesamte Bild gegeben wurde. Als Beispiel betrachte man ein Bild oder einen Bildbereich von der Größe k Spalten und j Reihen, bei 'N' Bits pro Pixel. Jedes der (k·j) Pixel weist 'N' Bits auf, die von einem niedrigstwertigen Bit (LSB), das für gewöhnlich als Bit 'N – 1' bezeichnet wird, bis zu einem höchstwertigen Bit (MSB), das als Bit '0' bezeichnet wird, geordnet sind.
Eine Bitschicht ist eine Darstellung der Ansammlung von (k·j) Bits, die an einer Bitposition P betrachtet wird, wobei 0 < = P < = (N – 1). Somit bedeutet der Begriff "die höchstwertige Bitschicht", dass wir die Ansammlung aller Bits 0 aller (k·j) Pixel in einem Bild oder einem Bildbereich in Erwägung ziehen. Für ein Bild, welches 'N' Bits pro Pixel aufweist, gibt es 'N'-Bitschichten.
Es liegt in der Erwägung der Erfindung, dass ein Video-/Bildübertragungssystem, welches ein beliebige Anzahl von Frames in einer Sequenz von Video-/Bildframes, einschließlich einer beliebigen Anzahl von Bitschichten mehr als zwei, aufweist, von den hier beschriebenen erfinderischen Konzepten profitiert.
In der bevorzugten Ausführungsform wird eine siebte Bitschicht (die niedrigstwertige Schicht LSB) 140 eines vorherigen Frames in eine sechste Bitschicht 150 eines augenblicklichen Frames verschoben, wobei man von einer Bildkomponente von 8 Bit pro Pixel ausgeht, bei welchem es sich um ein herkömmliches Bildformat handelt. Natürlich ist es nicht von Bedeutung, dass die Bitschicht in die nächste weniger wichtige Bitschicht verschoben wird. Allerdings ist die negative Wirkung auf die Qualität der Videoübertragung umso größer, je wichtiger die Bitschicht ist, die ersetzt wird.
Die siebte Bitschicht (die niedrigstwertige Bitschicht) 140 des vorherigen Frames wird in der sechsten Bitschicht 150 des augenblicklichen Frames auf einer Pixel-für-Pixel-Basis angeordnet. Dieser Vorgang wiederholt sich durch die Sequenz, wie es in 1 gezeigt ist.
Da die sechste und siebte Bitschicht die am wenigsten signifikanten oder niedrigstwertigen Abschnitte der Video-/Bilddaten aufweisen, können sie im Wesentlichen als Rauschen angesehen werden. Derartiges Rauschen ist für das menschlichen visuelle System nicht wahrnehmbar. Daher haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung die Vorteile der Verwendung von derartigem "Rauschen" als eine Form von Manipulationserfassung erkannt, indem sie die Wiederholung der Bitschichten ohne Erzeugung merkbarer Fehler in dem Bild verwenden. Da die siebte (LSB) Bitschicht 140 verwendet wird, ermöglichen sehr kleine Veränderungen bei den Pixelwerten des Frames (±1) die Erfassung jeglicher Manipulation.
Es ist erwähnenswert, dass für eine verbesserte Verschleißfestigkeit oder Robustheit gegenüber Manipulation und einer verringerten Störung des ursprünglichen Bildes, eine Teilmenge von Pixeln in einem Frame für diesen Vorgang ausgewählt werden kann, im Gegensatz zur Verwendung des gesamten Video-/Bildframes.
Als Nächstes wird mit Bezug auf 2 ein Verfahren 200 zur Erfassung, welcher Frame manipuliert worden ist, gemäß der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform gezeigt.
2 zeigt zwei Video-/Bildsequenzen:

(i) eine nicht manipulierte Sequenz von Frames 250, von Frame 'N – 2' 255 bis zu Frame 'N + 2' 260; und
(ii) eine manipulierte Sequenz von Frames 210, welche von Frame 'N – 2' 215 bis zu Frame 'N + 2' 235 reicht.

Frame "N" 225 ist so gezeigt, als wenn er manipuliert worden ist. Um es dem Videospieler zu ermöglichen, die Videosequenz zu testen, extrahiert dieser die siebte Bitschicht aus dem vorherigen Frame 'N – 1' 220 und vergleicht diese auf einer Pixel-für-Pixel-Basis mit der sechsten Bitschicht des augenblicklichen Frame 'N' 225. Alle beliebigen Punkte innerhalb der beiden Bitschichten, die nicht übereinstimmen, zeigen eine Manipulation an diesen Pixeln innerhalb des manipulierten Frames 'N' 225 an. Der Ort des manipulierten Frames, d.h. ob die Manipulation in dem augenblicklichen oder dem vorherigen Frame stattgefunden hat, kann auch erfasst werden, indem das in 3 veranschaulichte Verfahren verwendet wird.
Als Beispiel betrachte man die nicht manipulierte Sequenz 250. Ein Vergleich der siebten Bitschicht des vorherigen Frames mit der sechsten Bitschicht des augenblicklichen Frames würde keinen Unterschied des Inhalts der Bitschicht auf einer Pixel-für-Pixel-Basis offenbaren. Wenn jedoch die sechste Bitschicht des augenblicklichen Frames 'N' 225 in der manipulierten Sequenz 210 nicht exakt mit der siebten Bitschicht des vorherigen Rahmens 'N – 1' 220 für einige der Pixel in Frame 'N' 225 einer Sequenz übereinstimmt, dann ist offensichtlich, dass eine Manipulation stattgefunden hat. Diese könnte in Frame 'N' 225 oder Frame 'N – 1' 120 auftreten. In diesem Fall wird ein weiterer Test durchgeführt.
Die siebte Bitschicht des Frames 'N' 225 wird mit der sechsten Bitschicht des Frames 'N + 1' 230 hinsichtlich derjenigen Pixel verglichen, von denen man glaubt, dass sie manipuliert worden sind. Falls die Bitschichten für diese Pixel zwischen zwischen diesen Frames gleich sind, dann weiß man, dass eine Manipulation in Frame 'N – 1' 220 stattgefunden hat. Falls die Bitschichten für diese Pixel zwischen diesen Frames nicht gleich sind, dann weiß man, dass eine Manipulation in Frame 'N' 225 stattgefunden hat.
Durch die Verwendung der niedrigstwertigen Bits oder Bitschichten einer Video-/Bildübertragung wird auf diese Weise ein effektives Mittel der Wasserzeichenanbringung und Manipulationserfassung bereitgestellt.
Mit Bezug auf 3 ist nun ein Ablaufdiagramm 300 eines Entscheidungsprozesses veranschaulicht, um zu bestimmen, ob eine Manipulation aufgetreten ist. Wie erwähnt wird ein bitweiser oder Bit-für-Bit-Vergleich der sechsten Bitschicht des gegenwärtigen Frames mit der siebten Bitschicht des vorherigen Frames wie in Schritt 302 durchgeführt. Falls der Vergleich eine Übereinstimmung ergibt, genauer gesagt, wenn die Bitschichten in Schritt 304 identisch sind, wird das nächste Pixel ausgewählt, wie es in Schritt 346 veranschaulicht ist.
Falls der Vergleich keine Übereinstimmung ergibt, genauer gesast, wenn die Bitschichten in Schritt 304 nicht identisch sind, wird ein zweiter bitweiser Vergleich der siebten Bitschicht des augenblicklichen Frames mit der sechsten Bitschicht des nächsten Frames wie in Schritt 308 durchgeführt.
Falls der zweite Vergleich eine Übereinstimmung ergibt, genauer gesagt, wenn die Bitschichten in Schritt 310 identisch sind, wird eine Entscheidung getroffen, dass eine Manipulation dieses Pixels in dem vorherigen Frame 'N – 1' stattgefunden hat, wie es in Schritt 314 gezeigt ist. Falls der Vergleich keine Übereinstimmung ergibt, genauer gesagt, wenn die Bitschichten in Schritt 310 nicht. identisch sind, wird eine Entscheidung getroffen, dass eine Manipulation dieses Pixels in dem augenblicklichen Frame 'N' stattgefunden hat, wie es in Schritt 312 gezeigt ist.
Des Weiteren, wenn ein Bereich erfasst wird, der verändert worden ist, beispielsweise durch beabsichtigte Manipulation, liegt es in der Erwägung der Erfindung, dass der Bereich visuell gekennzeichnet wird, wie es in Schritt 316 gezeigt ist, um einen Benutzer, welcher das Video betrachtet, über eine derartige Manipulation zu informieren. Die visuelle Kennzeichnung kann jede beliebige geeignete Form aufweisen, um deutlich zu machen, dass eine Manipulation stattgefunden hat, wobei die Manipulation eines oder eine beliebige Kombination aus den folgenden Verfahren beinhalten kann:

(i) Ersetzen beliebiger oder aller manipulierter Bildpixel durch einen bekannten Wert. Der bekannte Wert wird vorzugsweise so gewählt, dass er sich ausreichend von dem Inhalt des Ursprungsbildes unterscheidet, so dass die Manipulation deutlich sichtbar ist, beispielsweise schwarz, weiss, jede beliebige satte oder dunkle Farbe oder jede nicht-natürliche Farbe;
(ii) Ändern nur des farblichen Erscheinungsbildes eines manipulierten Pixels, so dass der darunterliegende Bildinhalt sichtbar bleibt, die Manipulation jedoch deutlich markiert ist;
(iii) Ersetzen nur einer Komponente eines manipulierten Pixels durch einen bekannten Wert, beispielsweise 0 oder 255, in einem Bildformat, welches mehr als eine Komponente umfasst;
(iv) visuelles Kennzeichnen (unter Verwendund von (i) und/oder (ii) und/oder (ii)) des gesamten Bildframes, innerhalb welchem irgendwelche Pixel erfasst worden sind, welche manipuliert worden sind; und/oder
(v) visuelles Kennzeichnen (unter Verwendung von (i) und/oder (ii) und/oder (iii) gemäß obiger Beschreibung) des gesamten Bildframes und aller nachfolgenden Bilder in der Videosequenz innerhalb und im Anschluss an einen Bildframe, in welchem erfasst worden ist, dass irgendwelche der Pixel manipuliert worden sind.

Beispiele für "Wasserzeichen"-Kommunikationseinheiten, welche für den Einbau der zuvor beschriebenen erfinderischen Konzepte geeignet sind, sind in den parallelen Patentanmeldungen GB9914384.4 und GB0031085.4 des vorliegenden Anmelders beschrieben.
4 jedoch beschreibt eine bevorzugte Konfiguration von Video/Bildkommunikationseinheiten zur Implementierung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Mit Bezug auf 4 ist nun ein Videokommunikationssystem 400 gemäß der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform gezeigt. Das Videokommunikationssystem 400 weist eine Übertragungs-Video/Bildkommunikationseinheit 405 zur Integration eines Wasserzeichens auf, sowie eine Empfangs-Video/Bildkommunikationseinheit 450 zur Erfassung eines Wasserzeichens.
Die Übertragungs-Video/Bildkommunikationseinheit 405 schließt einen Video/Bild-Eingangsport 415 zum Empfang von Video/Bildsignalen ein. Ein Video/Bildsignal wird an einen Prozessor 410 weitergeleitet, welcher drei Wasserzeichenanbringungsvorgänge ein schließt.
Eine erste Auswahlfunktion/Algorithmus 420 wählt die Komponente aus, in welcher der Manipulationsnachweis integriert werden soll. Eine zweite Auswahlfunktion/Algorithmus 425 wählt dann den Bereich des Videos/Bildes aus, in den der Manipulationsnachweis integriert werden soll. Der Manipulationsnachweis wird dann gemäß dem mit Bezug auf 1 und 2 beschriebenen Verfahren in der Funktion/Algorithmus 430 angewandt. Das Videosignal wird dann vom Sender 435 an die Empfangs-Video/Bildkommunikationseinheit 450 übertragen.
Es liegt in der Erwägung der Erfindung, dass alternative Formen einer Verschiebung von Video- oder Bilddaten verwendet werden können, beispielsweise kann eine "Übertragung" die Form des Kopierens auf ein Videoband, des Sendens als Internet-Datei oder des Kopierens auf eine Diskette usw. aufweisen.
Die Empfangs-Video-/Bildkommunikationseinheit 450 schließt einen Empfänger 455 für den Empfang von Video-/Bildsignalen ein. Ein empfangenes mit Wasserzeichen versehenes Video-/Bildsignal wird an einen Prozessor 460 geleitet, welcher drei Wasserzeichenvorgänge einschließt.
Eine erste Funktion/Algorithmus 465 bringt den Manipulationsnachweis entsprechend dem mit Bezug auf 1 und 2 beschriebenen Verfahren an. Eine zweite Manipulationserfassungs-Funktion/Algorithmus 470 erfasst dann gemäß dem mit Bezug auf 3 beschriebenen Verfahren, ob eine Manipulation stattgefunden hat. Falls eine Manipulation erfasst wird, wird das Video-/Bildsignal an eine dritte visuelle Kennzeichnungs-Funktion/Algorithmus 475 weitergeleitet, um die manipulierten Bereiche zu kennzeichnen, bevor das manipulierte Signal an eine Anzeige 480 weitergeleitet wird.
Ein Vorteil der zuvor beschriebenen erfinderischen Konzepte liegt darin, dass sie auf einfache weise in bestehende Video- Kommunikationseinheiten implementiert werden können. Im Allgemeinen kann die Gruppe von Algorithmen, die dazu verwendet wird, die Manipulation des Bildframes/der fünften Bitschicht und eine Verarbeitung zu bewirken, in einer jeweiligen Kommunikationseinheit auf jede beliebige Art und Weise implementiert werden. Beispielsweise kann eine neue Vorrichtung zu einer herkömmlichen Kommunikationseinheit hinzugefügt werden.
Alternativ können bestehende Teile einer herkömmlichen Kommunikationseinheit angepasst werden, beispielsweise durch Neuprogrammierung einer oder mehrerer darin befindlicher Prozessoren 410, 460. Somit kann die erforderliche Anpassung in Form von prozessor-implementierbaren Instruktionen, welche auf einem Speichermedium gespeichert sind, wie z.B. einer Diskette, einer Festplatte, einem programmierbaren Festwertspeicher (PROM), einem Direktzugriffsspeicher (RAM) oder jeder beliebigen Kombination dieser oder anderer Speicher-Multimedia, implementiert werden.
Es versteht sich, dass die oben beschriebene Videoübertragung und die Wasserzeichenanordnungen zumindest die folgenden Vorteile bereitstellen:

(i) ein Mittel zur Erbringung eines Videonachweises oder beweises für ein Gericht, für welchen gezeigt werden kann, dass er seit anfänglicher Beschlagnahmung und Lagerung nicht manipuliert worden ist;
(ii) ein Mittel für Käufer von Video- und Bildmaterial zur Authentifizierung des Materials derart, dass es seit anfänglichem Erwerb und Lagerung nicht verändert worden ist;
(iii) ein Mittel für Vertreiber von Video- und Bildmaterial, um zu verifizieren, dass das Material, welches ihnen für den Vertrieb übermittelt worden ist, echt ist und seit anfänglichem Erwerb und Lagerung nicht manipuliert worden ist; und
(iv) ein Mittel zur Erfassung einer betrügerischen Manipulation von Bildern und Videos, und zur Aufdeckung der Stelle einer derartigen Manipulation an Benutzer des Materials.

Zusammenfassend wurde eine Video-Kommunikationseinheit beschrieben, welche einen Videoeingang zum Empfang einer Video- oder Bildsignalübertragung aufweist. Das Video- oder Bildsignal weist eine Reihe von Video- oder Bildframes auf, wobei jeder Video- oder Bildframe eine Reihe von Bitschichten aufweist. Der Videoeingang ist betriebsbereit mit einem Prozessor gekoppelt, der mindestens eine Bitschicht in mindestens zwei empfangenen Video- oder Bildframes zur Bereitstellung einer Vorrichtung zur Manipulationserfassung an der Video- oder Bildsignalübertragung wiederholt.
Darüber hinaus oder alternativ wurde eine. Video-Kommunikationseinheit beschrieben, beispielsweise die vorstehend beschriebene Video-Kommunikationseinheit, welche einen Videoempfänger für den Empfang einer mit Wasserzeichen versehenen Videosignal- übertragung von einer Übertragungs-Videokommunikationseinheit aufweist. Die mit Wasserzeichen versehene Videosignalübertragung weist eine Reihe von Video- oder Bildframes auf, wobei jeder Video- oder Bildframe eine Reihe von Bitschichten aufweist. Der Empfänger ist betriebsbereit mit einem Prozessor gekoppelt, der mindestens eine Bitschicht von mindestens zwei aufeinanderfolgenden Video- oder Bildframes zur Erfassung jeglicher Manipulation an dem Wasserzeichen vergleicht.
Des Weiteren oder alternativ wurde eine Videokommunikationseinheit beschrieben, beispielsweise eine der beiden vorstehend beschriebenen Videokommunikationseinheiten, welche einen Prozessor aufweist, der eine Manipulation eines Bereichs eines Bildes einer empfangenen Video- oder Bildübertragung erfasst. Der Prozessor führt bei Erfassung der Manipulation eine visuelle Kennzeichnung dieses Bereiches aus, um einen Benutzer, welcher das Bild oder Video betrachtet, über die Manipulation der Video- oder Bildübertragung zu informieren. In einem derartigen Fall ist es nicht wichtig, dass das zuvor beschriebene Verfahren zur Manipulationserfassung verwendet wird.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann eine Mo bilfunkvorrichtung eine beliebige der vorstehend beschriebenen Videokommunikationseinheiten aufweisen. Die Mobilfunkvorrichtung kann ein Mobiltelefon, ein tragbares oder privates Mobilfunkgerät, ein persönlicher digitaler Assistent, ein Laptop-Computer oder ein drahtlos vernetzter persönlicher Computer sein. Des Weiteren wird ein Videoübertragungssystem bereitgestellt, das zur Verwendung einer beliebigen der vorstehend erwähnten Videokommunikationseinheiten ausgelegt ist.
Ein Verfahren zur Anbringung eines Wasserzeichens an einer Videosignalübertragung in einem Videoübertragungssystem wurde ebenfalls beschrieben. Das Verfahren weist die Schritte des Empfangs einer Video- oder Bildsignalübertragung auf, welche eine Reihe von Video- oder Bildframes aufweist, wobei jeder Video- oder Bildframe eine Reihe von Bitschichten aufweist. Das Verfahren weist zudem den Schritt des Wiederholens mindestens einer Bitschicht in einem Video- oder Bildframe auf, um ein Mittel zur Manipulationserfassung an der Video- oder Bildsignalübertragung bereitzustellen.
Auf diese Weise wurde ein Verfahren zur Integration oder Einfügung eines Wasserzeichens in eine Videosequenz beschrieben, welches für beweiserbringende Zwecke für Manipulation ausreichen sollte, wodurch die zuvor erwähnten Nachteile bei Anordnungen des Standes der Technik verbessert werden.
Darüber hinaus oder alternativ wurde ein Verfahren zur Erfassung einer Manipulation eines mit Wasserzeichen versehenen Bildes beschrieben. Das Verfahren weist die Schritte des Empfangs eines mit Wasserzeichen versehenen Bildes auf, welches eine Reihe von Video- oder Bildframes aufweist, wobei jeder Video- oder Bildframe eine Reihe von Bitschichten einschließt, von denen mindestens eine mit einem Wasserzeichen versehen ist. Das Verfahren weist zudem die Schritte des Extrahierens der mit Wasserzeichen versehenen Bitschicht aus einem vorherigen Frame auf; sowie den Schritt des Vergleichens der mindestens einen mit Wasserzeichen versehenen Bitschicht in mindestens zwei aufeinanderfolgenden Video- oder Bildframes zur Erfassung jeglicher Manipulation.
Des Weiteren oder alternativ wurde zudem ein Verfahren zur visuellen Kennzeichnung einer Video- oder Bildübertragung beschrieben. Das Verfahren weist den Schritt der Veränderung eines farblichen Erscheinungsbildes eines manipulierten Pixels auf, um den Benutzer, welcher die Video- oder Bildübertragung betrachtet, über die Manipulation der Video- oder Bildübertragung zu informieren. In einem derartigen Fall ist es wieder nicht ausschlaggebend, dass das zuvor erwähnte Verfahren zur Manipulationserfassung verwendet wird.
Daher ermöglicht das Kennzeichnungsverfahren die Hervorhebung oder Markierung von Bereichen einer Videosequenz, bei welchen eine Manipulation erfasst worden ist.

Claims

Videokommunikationseinheit (405), welche einen Videoeingang (415) für den Empfang einer Video- oder Bildsignalübertragung mit einer Reihe von Video-Frames oder Bild-Frames aufweist, wobei jeder Video- oder Bild-Frame (110, 120) eine Reihe von Bitschichten (130–150) aufweist, wobei der Videoeingang (415) betriebsbereit mit einem Prozessor (410) gekoppelt ist, wobei die Videokommunikationseinheit (405) dadurch gekennzeichnet ist, dass der Prozessor mindestens eine Bitschicht (140) eines empfangenen Video- oder Bild-Frames in einen nachfolgend empfangenen Video- oder Bild-Frame kopiert,um eine Vorrichtung zur Manipulationsdetektion der Video- oder Bildsignalübertragung bereitzustellen.
Bildkommunikationseinheit nach Anspruch 1, wobei das Kopieren mindestens einer Bitschicht (140) in nachfolgende Video- oder Bild-Frames in fortlaufenden Video- oder Bild-Frames erfolgt.
Videokommunikationseinheit nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Kopieren mindestens einer Bitschicht (140) das Kopieren einer weniger signifikanten Bitschicht eines vorherigen Frames in eine signifikantere Bitschicht (150) eines augenblicklichen Frames einschließt.
Videokommunikationseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kopieren mindestens einer Bitschicht (140) während der gesamten Video- oder Bildsignalübertragung wiederholt wird.
Videokommunikationseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kopieren mindestens einer Bitschicht (140) das Kopieren einer Teilmenge von Pixeln innerhalb eines Frames einschließt.
Videokommunikationseinheit (450), welche einen Videoempfänger (455) aufweist, welcher so ausgelegt ist, dass er von einer übertragenden Videokommunikationseinheit (405) gemäß einem der vorherigen Ansprüche eine mit einem Wasserzeichen versehene Videosignalübertragung empfängt, wobei diese eine Reihe von Video- oder Bild-Frames (110, 120) aufweist, wobei jeder Video- oder Bild-Frame eine Reihe von, Bitschichten (140, 150) einschließt, wobei der Empfänger betriebsbereit mit einem Prozessor (460) verbunden ist, wobei die Videokommunikationseinheit (450) dadurch gekennzeichnet ist, dass der Prozessor (460) zumindest eine Bitschicht (140) mindestens zweier aufeinanderfolgender Video- oder Bild-Frames zur Detektion jeglicher Manipulation des Wasserzeichens vergleicht.
Videokommunikationseinheit (450) nach Anspruch 6, welche weiter dadurch gekennzeichnet ist, dass der Prozessor (460) eine räumliche und zeitliche Position der Manipulation lokalisiert, wenn das Videosignal mit Hilfe der Videokommunikationseinheit ausgespielt wird.
Videokommunikationseinheit (450) nach Anspruch 7, welche weiter dadurch gekennzeichnet ist, dass der Prozessor die Frame-Position des manipulierten Frames (225) bestimmt, indem er eine geeignete Bitschicht eines augenblicklichen Frames mit einer erwarteten Anpassungs-Bitschicht eines vorherigen Frames (302) vergleicht, wobei: in dem Fall, dass der Vergleich identische Bitschichten (304) zeigt, keine Manipulation stattgefunden hat; oder in dem Fall, dass der Vergleich ungleiche Bitschichten zeigt, ein weiterer Vergleich (308) zwischen dem augenblicklichen Frame und dem nächsten Frame durchgeführt wird, so dass: in dem Fall, dass der Vergleich identische Bitschichten (310) zeigt, die Manipulation in dem vorherigen Frame (314) stattgefunden hat; oder in dem Fall, dass der Vergleich ungleiche Bitschichten zeigt, die Manipulation in dem augenblicklichen Frame (312) stattgefunden hat.
Videokommunikationseinheit (450) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Videokommunikationseinheit einen Prozessor (460) aufweist, der eine Manipulation eines Bereichs eines Bildes erfasst, wobei die Videokommunikationseinheit dadurch gekennzeichnet ist, dass der Prozessor (460) nach der Detektion der Manipulation diesen Bereich optisch kenntlich macht (475), um einen Betrachter des Bildes oder Videos über die Manipulation zu informieren.
Videokommunikationseinheit (450) nach Anspruch 9, wobei die optische Kennzeichnung (475) das Ersetzen eines beliebigen oder aller manipulierter Bilder oder Videos durch einen bekannten Wert einschließt, so dass die Manipulation sichtbar ist, beispielsweise schwarz, weiss, jede beliebige satte oder dunkle Farbe, und/oder jede beliebige nicht-natürliche Farbe.
Videokommunikationseinheit (450) nach Anspruch 9, wobei die optische Kennzeichnung (475) nur die Veränderung einer farblichen Erscheinung eines manipulierten Pixels aufweist, so dass ein darunterliegender Bildinhalt sichtbar bleibt, jedoch der manipulierte Bereich markiert ist.
Videokommunikationseinheit (450) nach Anspruch 9, wobei die optischen Kennzeichnung (475) das Ersetzen einer Komponente eines manipulierten Pixels durch einen bekannten Wert in einem Bildformat einschließt, welches mehr als eine Komponente aufweist.
Videokommunikationseinheit (450) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei ein vollständiges Frame optisch gekennzeichnet wird (475), wenn erfasst wird, dass irgendein Pixel in dem Frame manipuliert. worden ist.
Videokommunikationseinheit (450) nach Anspruch 13, wobei der vollständige Frame und alle nachfolgenden Frames in einer Videosequenz in und im Anschluss an einen Frame, in welchem erfasst wird, dass irgendein Bildelement manipuliert worden ist, optisch gekennzeichnet werden.
Videokommunikationseinheit (405, 450) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wasserzeichen in zumindest einem der nachfolgenden Bildformate angebracht wird: YCbCr, RGB oder jede beliebige einzelne Komponente eines Bildformats.
Videokommunikationseinheit (405, 450) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Wasserzeichen in einem begrenzten Bereich oder einer Zone eines Bildes, oder auf dem gesamten Bild angebracht wird.
Videoübertragungssystem (400), welches eine Videokommunikationseinheit (405, 450) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16 aufweist.
Mobilfunkvorrichtung, welche eine Videokommunikationseinheit (405, 450) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16 aufweist.
Mobilfunkvorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Mobilfunkvorrichtung ein Mobiltelefon, eine tragbare oder mobile private Funkeinrichtung, ein persönlicher digitaler Assistent, ein Aktentaschen-Computer oder ein drahtlos vernetzter Personalcomputer ist.
Verfahren zur Anbringung eines Wasserzeichens an einer Videosignalübertragung in einem Videoübertragungssystem, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist. Empfangen (415) einer Video- oder Bildsignalübertragung, welche eine Reihe von Video- oder Bild-Frames (110, 120) aufweist, wobei jeder Video- oder Bild-Frame eine Reihe von Bitschichten (140, 150) aufweist; wobei das verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist: Kopieren mindestens einer Bitschicht (140) eines empfangenen Video- oder Bild-Frames in einen nachfolgenden Video- oder Bild-Frame, um eine Vorrichtung zur Manipulationsdetektion der Video- oder Bildsignalübertragung bereitzustellen.
Verfahren zur Anbringung eines Wasserzeichens an einer Videosignalübertragung nach Anspruch 20, wobei der Kopierschritt das Kopieren mindestens einer Bitschicht (140) in einen nachfolgenden, fortlaufenden Video- oder Bild-Frame einschließt.
Verfahren zur Anbringung eines Wasserzeichens an einer Videosignalübertragung nach Anspruch 21, wobei der Kopierschritt das Kopieren einer weniger signifikanten Bitschicht (140) eines vorherigen Frames (110) zu einer signifikanteren Bitschicht (150) eines augenblicklichen Frames einschließt.
Verfahren zur Anbringung eines Wasserzeichens an einer Videosignalübertragung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei der Kopierschritt während der gesamten Video- oder Bildsignalübertragung wiederholt wird.
Verfahren zur Anbringung einer Videosignalübertragung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei der Kopierschritt das Kopieren einer Teilmenge von Pixeln innerhalb eines Frames einschließt.
Verfahren zur Detektion einer Manipulation eines Wasserzeichens, wobei das Verfahren den Schritt des Empfangs (455) eines mit einem Wasserzeichen versehenen Bildes, welches eine Reihe von Video- oder Bild-Frames (110, 120) aufweist, umfasst, wobei jeder Video- oder Bild-Frame eine Reihe von Bitschichten (140, 150) einschließt, von denen mindestens eine mit einem Wasserzeichen gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24 versehen ist, wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: Extrahieren (465) der mit einem Wasserzeichen versehenen Bitschicht (140) aus einem vorherigen Frame (110); und Vergleichen der mindestens einen mit einem Wasserzeichen versehenen Bitschicht (140) in mindestens zwei nachfolgenden Video- oder Bild-Frames, um jegliche Manipulation des Wasserzeichens (470) zu erfassen.
Verfahren zur Detektion einer Manipulation eines mit einem Wasserzeichen versehenen Bildes nach Anspruch 25, wobei der Vergleichsschritt das Vergleichen einer Bitschicht auf einem vorherigen Frame mit einer anderen Bitschicht auf dem augenblickliehen Frame (302) auf der Basis Pixel für Pixel vergleicht.
Verfahren zur Detektion einer Manipulation eines mit einem Wasserzeichen versehenen Bildes nach Anspruch 25 oder 26, wobei das Verfahren weiter durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: Bestimmen einer Frame-Position des manipulierten Frames durch Vergleich einer geeigneten Bitschicht des augenblicklichen Frames mit einer erwarteten Anpassungs-Bitschicht des vorherigen Frames, wobei: in dem Fall, dass der Vergleich identische Bitschichten (304) zeigt, keine Manipulation stattgefunden hat; oder in dem Fall, dass der Vergleich ungleiche Bitschichten (304) zeigt, das Verfahren weiter durch den folgenden Schritt gekennzeichnet ist: Durchführen eines weiteren Vergleichs (308) zwischen dem augenblicklichen Frame und dem nächsten Frame, so dass: in dem Fall, dass der Vergleich identische Bitschichten (310) zeigt, die Manipulation in dem vorherigen Frame (314) stattgefunden hat; oder in dem Fall, dass der Vergleich ungleiche Bitschichten (310) zeigt, die Manipulation in dem augenblicklichen Frame (312) stattgefunden hat.
Verfahren zur Detektion einer Manipulation eines mit einem Wasserzeichen versehenen Bildes nach einem der Ansprüche 25 bis 27, wobei das Verfahren weiter die folgenden Schritte umfasst: (i) Erfassung einer Manipulation (470) eines Bereichs eines Bildes einer empfangenen Bild- oder Videoübertragung; und (ii) optische Kennzeichnung (475) dieses Bereichs, um einen Betrachter des Videos über die Manipulation der empfangenen Bild- oder Videoübertragung zu informieren.
Verfahren zur Detektion einer Manipulation eines mit einem Wasserzeichen versehenen Bildes nach Anspruch 28, wobei das Verfahren weiter durch den folgenden Schritt gekennzeichnet ist: Ändern eines farblichen Erscheinungsbildes eines manipulierten Pixels, um einen Betrachter der Video- oder Bild- übertragung über die Manipulation zu informieren.
Verfahren zur Detektion einer Manipulation eines mit einem Wasserzeichen versehenen Bildes nach Anspruch 29, wobei der Schritt der optischen Kennzeichnung (475) den folgenden Schritt einschließt: Ersetzen eines oder aller manipulierter Bilder durch einen bekannten Wert, so dass eine Manipulation sichtbar ist, beispielsweise schwarz, weiss, jede beliebige satte oder dunkle Farbe, und/oder jede beliebige nicht-natürliche Farbe.
Verfahren zur Detektion einer Manipulation eines mit einem Wasserzeichen versehenen Bildes nach Anspruch 29, wobei der Schritt der optische Kennzeichnung (475) den Schritt nur der Veränderung des farblichen Erscheinungsbildes eines manipulierten Pixels einschließt, sodass ein darunterliegender Bildinhalt sichtbar bleibt, die Manipulation jedoch markiert ist.
Verfahren zur Detektion einer Manipulation eines mit einem Wasserzeichen versehenen Bildes nach Anspruch 29, wobei die optische Kennzeichnung (475) den folgenden Schritt einschließt: Ersetzen einer Komponente eines manipulierten Pixels durch einen bekannten Wert in einem Bildformat, das mehr als eine Komponente aufweist.
Verfahren zur Detektion einer. Manipulation eines mit einem Wasserzeichen versehenen Bildes nach einem der Ansprüche 29 bis 32, wobei der Schritt der optischen Kennzeichnung (475) den folgenden Schritt einschließt: Optisches Kennzeichnen eines vollständigen Bild-Frames, in welchem irgendein Pixel erfasst wird, welches manipuliert worden ist.
Speichermedium, welches in einen Prozessor implementierbare Instruktionen zur Steuerung eines oder mehrerer Prozessoren (410, 460) speichert, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 33 auszuführen.