DE60216085T2 - Erzeugung und detektion eines gegen wiederabtastung robusten wasserzeichens - Google Patents

Erzeugung und detektion eines gegen wiederabtastung robusten wasserzeichens Download PDF

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Description

  • Die Erfindung betrifft das Einbetten eines Wasserzeichens in ein Informationssignal. Die Erfindung betrifft ferner das Detektieren eines Wasserzeichens, das in ein Informationssignal eingebettet ist.
  • In den letzten Jahren hat ein steigender Trend zur Nutzung und Verbreitung von digitalen Multimediadaten zu einem gestiegenen Bedarf an angemessenem Kopierschutz, Urheberrechtsschutz und Eigentumsnachweisen von solchen Daten geführt.
  • Die digitale Wasserzeichnung ist eine neue Technologie, die für verschiedene Aufgaben benutzt werden kann, wie etwa für den Urheberrechtseigentumsnachweis, die Nachverfolgung illegaler Kopien, die Kontrolle von Kopierkontrollausrüstung, die Ausstrahlungsüberwachung (engl. „broadcast monitoring"), die Echtheitsprüfung, das Hinzufügen von Zusatzinformationen zu Multimediasignalen etc.
  • Ein Wasserzeichen ist ein Kennzeichen, das in ein Informationssignal eingebettet wird, indem Abtastwerte des Signals geringfügig modifiziert werden. Bevorzugt sollte ein Wasserzeichnungsschema dergestalt entwickelt werden, dass das Wasserzeichen nicht wahrnehmbar ist, d.h., dass es die Qualität des Informationssignals nicht wesentlich beeinträchtigt. Bei vielen Anwendungsfällen muss das Wasserzeichen außerdem robust sein, d.h., es sollte auch nach etwaigen Signalverarbeitungsoperationen noch zuverlässig detektiert werden können.
  • Obwohl viele Wasserzeichnungsschemata für Standbilder und Video veröffentlicht wurden, existiert vergleichsweise wenig Literatur über die Wasserzeichnung von Audiosignalen. Die meisten veröffentlichen Techniken setzen Verfahren wie zum Beispiel versteckte Echos oder eingefügtes Rauschen ein, die zeitliche und/oder spektrale Maskierungsmodelle des menschlichen Hörsystems ausnutzen.
  • Ein Wasserzeichen lässt sich in ein Informationssignal einbetten, indem ein Informationssignal mittels Rechteckfensterfunktionen in Rahmen segmentiert wird, die einzelnen Rahmen fouriertransformiert werden, die resultierenden Fourierkomponenten jedes der Rahmen geringfügig modifiziert werden und die modifizierten Koeffizienten fourierrücktransformiert werden, woraus sich ein Wasserzeichensignal im Zeitbereich ergibt. Abschließend wird das Wasserzeichensignal skaliert und auf das Informationssignal addiert. Ein derartiges Verfahren ist aus dem Dokument von J. Haistsma mit dem Titel „Audio Watermarking for Monitoring and Copy Protection", ACM Multimedia Workshop 2000, S. 119–122, bekannt.
  • Bei diesem und anderen Wasserzeichnungsschemata ist jedoch die Detektion des Wasserzeichens empfindlich gegen Unterschiede zwischen den Abtastraten des Informationssignals beim Einbetten und bei der Detektion des Wasserzeichens. Auf dem Gebiet digitaler Audiosignale beispielsweise werden üblicherweise eine beträchtliche Anzahl von Abtastraten benutzt, zum Beispiel in CD-Playern, Sprachanwendungen etc. Folglich kann ein Informationssignal mit Wasserzeichen einem Abtastratenwandlungsvorgang unterzogen werden, welcher die Abtastrate des Informationssignals ändert. Wenn jedoch der Detektionsalgorithmus mit einer anderen Abtastfrequenz als der Einbetter arbeitet, kann die Detektion des Wasserzeichens fehlschlagen.
  • Es ist bekannt, dass der Detektionsalgorithmus eine Abtastratenwandlung kompensieren kann, indem er die Abtastrate in die vom Einbetter benutzte ursprüngliche Abtastrate zurückwandelt.
  • Dieses Verfahren nach Stand der Technik bringt den Nachteil mit sich, dass eine Abtastratenwandlung von hoher Qualität ein komplexer Vorgang ist, der einen erheblichen Rechenaufwand erfordert, wodurch die Kosten eines Produkts steigen. Eine Abtastratenwandlung von niedriger Qualität dagegen kann zu einer verringerten Zuverlässigkeit der Wasserzeichendetektion führen. Folglich handelt es sich bei einer Abtastratenrückwandlung als Teil des Detektionsalgorithmus um einen unerwünschten Vorgang.
  • Die Erfindung wird von den unabhängigen Ansprüchen 1, 9, 10, 11, 14 und 15 definiert. Bevorzugte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
  • Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen und anhand der Zeichnungen umfassender beschrieben. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Wasserzeichnungssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
  • 2 eine schematische Darstellung einer Anordnung zum Einbetten eines Wasserzeichens gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
  • 3 eine schematische Darstellung einer Anordnung zum Einbetten eines Wasserzeichens gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, und
  • 4 eine schematische Darstellung einer Anordnung zum Detektieren eines Wasserzeichens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Wasserzeichnungssystems. Das System umfasst einen Einbetter 101, welcher in ein Informationssignal x(n), z.B. ein digitales Audiosignal, mit einer Abtastrate fs1 ein Wasserzeichen einbettet. Anschließend kann das Signal y(n) mit Wasserzeichen einem Abtastratenwandlungsvorgang 102 unterzogen werden, welcher die Abtastrate des Signals mit Wasserzeichen auf fs2 ändert. Ein Beispiel für einen Abtastratenwandlungsvorgang ist eine D/A-Wandlung und eine anschließende A/D-Wandlung unter Verwendung einer anderen Abtastrate. Das resultierende Signal y'(n) wird dann von einem Wasserzeichendetektor 103 analysiert. Der Einbetter 101 implementiert ein Verfahren zum Einbetten eines Wasserzeichens, wobei das Wasserzeichen als Folge von N1 Koeffizienten w(k), k = 1, ..., N1, im Frequenzbereich dargestellt werden kann. Zum Beispiel kann es sich bei den Koeffizienten um eine Folge von Pseudozufallszahlen mit einem Mittelwert von null und einer Varianz von 1 handeln. Wie nachstehend anhand von 2 näher beschrieben wird, kann das von dem Einbetter implementierte Verfahren zum Beispiel die Segmentierung des Audiosignals in Rahmen der Länge N1, die Fouriertransformation der Rahmen und eine Multiplikation der resultierenden N1 Fourierkoeffizienten mit den Wasserzeichenkoeffizienten w(k) umfassen. Der Detektor 103 implementiert ein Verfahren zum Detektieren des Wasserzeichens, welches die Berechnung einer Korrelation zwischen den Wasserzeichenkoeffizienten w(k) und einer Fourierdarstellung des Signals y'(n) der Länge N2 umfasst. Ein Beispiel für eine Anordnung zum Detektieren eines Wasserzeichens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird im Zusammenhang mit 4 beschrieben.
  • Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Fourierkoeffizienten des abgetasteten Signals x(n), n = 1, ..., N, dergestalt in Beziehung zu einer Frequenz stehen, dass für die zum k-ten Koeffizienten in Beziehung stehende Frequenz Fk gilt Fk = k·fs/N, wobei fs die Abtastrate des Signals x(n) und N die Länge des Abtastintervalls ist. Bei dem oben erwähnten Beispiel entspricht N jeweils den Rahmenlängen N1 bzw. N2 des segmentierten Informationssignals im Einbetter bzw. im Detektor. Somit ist die Frequenz Fk ein Vielfaches des Indexwerts k mit einem Proportionalitätsfaktor von Δ = fs/N. Der Skalierungsfaktor Δ kann als Gittergröße des abgetasteten Signals interpretiert werden.
  • Da der Detektor 103 das Signal y'(n) mit dem Wasserzeichen im Frequenzbereich korreliert, sollten bevorzugt sowohl der Einbettungs- als auch der Detektionsalgorithmus zum Einbetten und zum Wiedergewinnen der Abtastwerte des Wasserzeichens dieselben Frequenzen benutzen. Auch wenn kleine Abweichungen möglicherweise toleriert werden können, verringert doch eine Nichtübereinstimmung der Frequenzen die Detektionsleistung. Da die Frequenzen von der Gittergröße Δ abhängen, sollten beide Algorithmen übereinstimmende Gittergrößen benutzen.
  • Die Abtastratenwandlung 102 ändert die Abtastrate. Wenn beispielsweise ein Audiosignal mit einer Abtastrate von fs1 = 44100 Hz an einen Wasserzeicheneinbetter mit einer Rahmenlänge von 2048 Abtastwerten angelegt wird, handelt es sich bei den den Fourierkoeffizienten entsprechenden Frequenzen um Vielfache der Gittergröße Δ1 ≈ 21,5 Hz. Wenn das Signal anschließend einer Abtastratenwandlung unterzogen und in ein Signal mit einer Abtastrate von fs2 = 48000 Hz umgewandelt wird, und wenn der Detektionsalgorithmus ebenfalls eine Rahmenlänge von 2048 Abtastwerten benutzt, handelt es sich bei den den Fourierkoeffizienten entsprechenden Frequenzen um Vielfache von Δ2 ≈ 23,4 Hz. Folglich benutzt der Detektionsalgorithmus andere Frequenzen als der Einbettungsalgorithmus, und die Detektion wird fehlschlagen.
  • Es wird weiterhin auf 1 Bezug genommen. Erfindungsgemäß wird die vom Einbetter benutzte Rahmenlänge N1 zu N1 = m·fs1/ggT(fs1, fs2) gewählt, wobei m ein ganzzahliger Faktor und ggT(fs1, fs2) der größte gemeinsame Teiler der Abtastraten fs1 und fs2 des Einbettungs- bzw. des Detektionsalgorithmus ist. Die vom Detektor benutzte Rahmenlänge wird zu N2 = m·fs2/ggT(fs1, fs2) gewählt. Somit entsprechen sowohl der Einbetter als auch der Detektor derselben Gittergröße Δ = fs1/N1 = fs2/N2 = ggT(fs1, fs2)/m. Bei dem obigen Beispiel, in dem fs1 = 44100 Hz und fs2 = 48000 Hz, beträgt der größte gemeinsame Teiler ggT(fs1, fs2) = 300, und daher ist N1 = 147 m und N2 = 160 m. Die folgende Tabelle fasst die resultierenden Rahmenlängen für einige mögliche Werte von m zusammen:
    Figure 00040001
  • Somit sind selbst unter der einschränkenden Bedingung einer übereinstimmenden Gittergröße eine Anzahl unterschiedlicher Rahmenlängen möglich und können durch Auswahl verschiedener Werte von m ausgewählt werden. Große Werte von m entsprechen großen Rahmengrößen, die eine hohe Nutzdatenmenge für das Wasserzeichen ermöglichen. Kleine Rahmengrößen andererseits entsprechen einer geringeren Komplexität der Einbettungs- und Detektionsalgorithmen, kleineren Verzerrungen des Informationssignals und geringeren durch den Einbetter und den Detektor eingebrachten Verzögerungen.
  • Es sei angemerkt, dass bei dem obigen Beispiel angenommen wurde, dass die Anzahl von Wasserzeichenkoeffizienten w(k) gleich der Rahmenlänge N1 des Einbetters ist. Alternativ hierzu kann das Wasserzeichen, das sowohl im Empfänger als auch im Detektor gespeichert wird, eine Anzahl Nw von Wasserzeichenkoeffizienten w(k) umfassen, wobei Nw von N1 und/oder N2 verschieden sein kann. In diesem Falle können im Einbetter die min(N1, Nw) niederfrequenten Koeffizienten der Koeffizienten w(k) eingebettet werden, und im Detektor tragen die min(N1, N2, Nw) niederfrequenten Koeffizienten zu der berechneten Korrelation bei. Für einen gegebenen Bereich möglicher Werte von N1 und N2 kann für Nw ein Wert gewählt werden, der einen Kompromiss zwischen Rechenkomplexität und Zuverlässigkeit der Detektion darstellt.
  • In dem Beispiel aus 1 wurde das Wasserzeichnungsschema dergestalt konstruiert, dass es zu zwei Abtastraten kompatibel ist. Falls das Wasserzeichnungsschema zu einer Menge von n Abtastraten fs1, ..., fsn kompatibel sein soll, werden die diesen Abtastraten entsprechenden Rahmenlängen zu Ni = m·fsi/ggT(fs1, ..., fsn) gewählt, mit i = 1, ..., n, wobei ggT(fs1, ..., fsn) der größte gemeinsame Teiler der Abtastraten fs1, ..., fsn ist. Beispielsweise handelt es sich bei den in der linken Spalte der folgenden Tabelle aufgelisteten Abtastraten um Beispiele für auf dem Gebiet der digitalen Audioaufzeichnung, -verarbeitung oder -wiedergabe üblicherweise benutzte Abtastraten:
    Figure 00050001
    Figure 00060001
  • Es sei angemerkt, dass die Liste Frequenzen umfasst, bei denen es sich um Vielfache der Bruchteile der CD-Abtastraten von 44100 Hz und 48000 Hz sowie um Vielfache von 8000 Hz handelt. Der größte gemeinsame Teiler dieser Frequenzen ist 25, und die entsprechenden relativen Rahmenlängen sind in der mittleren Spalte der obigen Tabelle aufgelistet. Die relativen Rahmenlängen sind als Vielfache eines gemeinsamen Faktors m aufgelistet. Durch Wahl unterschiedlicher Werte für m lassen sich unterschiedliche Mengen von absoluten Rahmenlängen erhalten. Daher ist die Wasserzeichnung bei einem System, das diese relativen Rahmenlängen implementiert, gegen Abtastratenwandlungen zwischen Frequenzen aus der entsprechenden Menge von Frequenzen robust, d.h., dass, auch wenn an dem Signal mit Wasserzeichen eine Abtastratenwandlung ausgeführt wird, das Wasserzeichen dennoch zuverlässig detektiert werden kann. In der rechten Spalte der obigen Tabelle sind die Faktorisierungen der Rahmenlänge N aufgelistet. Es sei angemerkt, dass effiziente schnelle Fouriertransformationsschemata (FFT) mit gemischter Basis benutzt werden können, um die Fouriertransformation des segmentierten Signals x(n) zu berechnen, da sich die Rahmenlängen in kleine Faktoren faktorisieren lassen, in den obigen Beispielen 2, 3, 5 und 7.
  • Falls als weiteres Beispiel bei einer gegebenen Wasserzeichnungsanwendung keine Frequenzen aus der obigen Tabelle vorkommen, die unterhalb von 32000 Hz liegen, lautet der größte gemeinsame Teiler der verbleibenden Frequenzen 100. Die folgende Tabelle fasst diese Situation zusammen:
    Figure 00060002
    Figure 00070001
  • Es sei angemerkt, dass im Rahmen der Erfindung andere Einbettungsverfahren benutzt werden können. Ein weiteres Beispiel für ein solches Verfahren, das in Verbindung mit 3 näher beschrieben werden wird, umfasst die Berechnung einer Faltung des Audiosignals mit einem Wasserzeichensignal der Länge N1 mit begrenzter Stützpunktanzahl, das durch seine Fourierkoeffizienten w(k), k = 1, ..., N1 dargestellt werden kann. Obwohl dieses Beispiel keine Segmentierung des Audiosignals in Rahmen umfasst, involviert es dennoch wiederum die intrinsische Länge N1.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung zum Einbetten eines Wasserzeichens gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Anordnung umfasst einen Aufteilungsschaltkreis 201, der das eingehende Informationssignal x(n) in Rahmen der Länge N aufteilt. Die resultierenden Rahmen xs(n) werden an einen schnellen Fouriertransformationsschaltkreis 202 angelegt, welcher die Signalsegmente xs(n) in den Fourierbereich transformiert, woraus sich eine Folge von Fourierkoeffizienten x's(k) ergibt. Jeder Fourierkoeffizient x's(k) steht dergestalt in Beziehung zu einer Frequenz, dass für die zum k-ten Koeffizienten x's(k) in Beziehung stehende Frequenz Fk gilt Fk = k·fs1/N, wobei N die Rahmenlänge und fs1 die Abtastrate des Signals x(n) ist. Anschließend werden die Fourierkoeffizienten x's(k) von einem Wasserzeichenberechnungsmodul 203 als Funktion einer Wasserzeichenfolge w(k) modifiziert, zum Beispiel durch Multiplizieren von w(k) mit x's(k) und Skalieren des Ergebnisses mit einem Skalierungsfaktor. Die Wasserzeichenfolge w(k) wird von einem Wasserzeichenerzeugungsschaltkreis 204 auf Basis eines geheimen Wasserzeichens W erzeugt. Die Anordnung umfasst ferner ein Speichermedium 205, bevorzugt einen Nur-Lese-Speicher, der nicht abgefragt werden kann und in welchem das Wasserzeichen W abgelegt ist. Die resultierenden skalierten Wasserzeichenabtastwerte ws(k) werden an den Fourierrücktransformationsschaltkreis 206 angelegt, welcher die Folge von Koeffizienten ws(k) in Folgen von Signalabtastwerten ws'(n) rücktransformiert. Die Wasserzeichen ws'(n) werden an einen Rekonstruktionsschaltkreis 207 angelegt, welcher aus den Wasserzeichensegmenten ws'(n) das Wasserzeichen w'(n) erzeugt. Abschließend wird das Wasserzeichen w'(n) von dem Summierschaltkreis 208 auf das ursprüngliche Audiosignal x(n) addiert, und man erhält das Audiosignal mit Wasserzeichen y(n) – x(n) + w'(n). Alternativ hierzu kann das Wasserzeichensignal w'(n) unter Verwendung einer anderen Funktion mit dem Audiosignal x(n) kombiniert werden, z.B. einer Subtraktion oder, im Falle eines einbittigen Audioformats, einer XOR-Funktion.
  • Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung wird die Rahmenlänge N dergestalt an die Abtastrate fs1 angepasst, dass die Gittergröße dieselbe ist wie die während einer anschließenden Detektion des Wasserzeichens zu verwendende Gittergröße, wie in Verbindung mit 1 beschrieben wurde.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung zum Einbetten eines Wasserzeichens gemäß einer zweiten, nicht auf Rahmen basierenden Ausführungsform der Erfindung. Anstatt das Informationssignal x(n) in Rahmen aufzuteilen, umfasst die Anordnung einen Faltungsschaltkreis 302, welcher eine Faltung x(n)∘v(n) = Σkx(n – k)·v(k) von x(n) mit einer das Wasserzeichen darstellenden Schlüsselfolge v(n) berechnet. Die Schlüsselfolge v(n) wird von dem Erzeugungsschaltkreis 303 erzeugt, bevorzugt als inverse Fouriertransformation einer Wasserzeichenfolge w(k), k = 1, ..., N. Folglich wird also das Frequenzspektrum von v(n) bei einer Menge von Frequenzen bestimmt, die Vielfache des Indexwerts k sind. Somit wird gemäß dieser Ausführungsform die Länge N der Folge v(n) dergestalt bestimmt, dass sie mit dem Gittergrößenparameter Δ des Einbetters und des Detektors, wie in Verbindung mit 1 beschrieben, übereinstimmt. Gemäß dieser Ausführungsform wird das Signal mit Wasserzeichen y(n) gemäß x(n) → y(n) = x(n)∘[1 + λ·v(n)] berechnet, wobei λ eine festgelegte Einbettungsstärke ist. Dementsprechend umfasst die Anordnung aus 3 ferner einen Multiplikationsschaltkreis 305, welcher die Abtastwerte der Faltung x(n)∘v(n) mit der Einbettungsstärke λ multipliziert, und einen Summierschaltkreis 306, welcher das resultierende Wasserzeichensignal wx(n) = λ x(n)∘v(n) auf das Informationssignal x(n) addiert, woraus sich das Signal mit Wasserzeichen y(n) ergibt.
  • Die anschließende Wasserzeichendetektion kann zum Beispiel eine als „Symmetrical Phase Only Matched Filtering" (SPOMF) bekannte Technik benutzen, wobei der Detektionsalgorithmus auch eine Segmentierung des zu analysierenden Signals umfasst.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung zum Detektieren eines Wasserzeichens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Anordnung umfasst einen Fouriertransformationsschaltkreis 401, welcher Fouriertransformationen von Rahmen des auf ein Wasserzeichen hin zu analysierenden Informationssignals y(n) berechnet. Erfindungsgemäß wird die Länge N der Rahmen von dem Schaltkreis 402 auf Basis der Abtastrate des Signals y(n) und der erfindungsgemäß, bevorzugt gemäß der Ausführungsform aus 1, berechneten Gittergröße Δ berechnet. Der Ausgang des Fouriertransformationsschaltkreises 401 wird an einen Korrelationsschaltkreis 403 angelegt, welcher eine Korrelation der Fourierkoeffizienten mit einer Wasserzeichenfolge w(k) berechnet. Anschließend wird in dem Schwellenwertschaltkreis 404 eine dominante Spitze im Korrelationsspektrum identifiziert und ihre Größe mit einem festgelegten Schwellenwert t verglichen, woraus ein Steuersignal 405 resultiert, welches das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Wasserzeichens und/oder der Nutzdaten des Wasserzeichens anzeigt.
  • Es sei angemerkt, dass die im Einbetter und Detektor benutzten Rahmenlängen bevorzugt im Wesentlichen gleich den gemäß dem oben beschriebenen Verfahren berechneten Rahmenlängen sein sollten. Kleine Abweichungen von der optimalen Rahmenlänge verursachen jedoch nicht notwendigerweise ein Fehlschlagen der Wasserzeichendetektion, sondern lediglich eine Verringerung der Zuverlässigkeit der Detektion. Es kann wünschenswert sein, eine geringfügig verringerte Zuverlässigkeit der Detektion hinzunehmen, falls sich die Implementierung des Einbetters oder Detektors durch eine geringfügig suboptimale Wahl der Rahmenlänge vereinfachen lässt. Wenn sich zum Beispiel die optimale Rahmenlänge nur geringfügig von einer Potenz von zwei unterscheidet, kann die Potenz von zwei als Rahmenlänge gewählt werden, um einen besonders effizienten schnellen Fouriertransformationsalgorithmus zu erhalten, z.B. einen Algorithmus mit Basis 2. Ein weiteres Beispiel, bei welchem eine suboptimale Rahmenlänge gewählt werden könnte, stellen Fälle dar, in denen es sich bei den Abtastraten um nicht ganzzahlige oder paarweise teilerfremde Zahlen handelt, so dass der größte gemeinsame Teiler 1 ist. Um die Empfindlichkeit gegen kleine Abweichungen von der optimalen Rahmenlänge zu reduzieren, können im Detektor so genannte Skalensuchverfahren benutzt werden. Diese Verfahren können jedoch eine höhere Rate von falsch positiven Detektionen verursachen.
  • Es sei ferner angemerkt, dass anstelle des größten gemeinsamen Teilers der Menge von Abtastraten jeder andere, bevorzugt von 1 verschiedene, gemeinsame Teiler benutzt werden kann. Jedoch bietet die Verwendung des größten gemeinsamen Teilers die größte Flexibilität bei der Auswahl einer Menge von Rahmenlängen durch Wahl eines Werts für den Faktor m.
  • Es versteht sich ferner, dass die obigen Anordnungen für das Einbetten und Detektieren eines Wasserzeichens gemäß der Erfindung von jeder beliebigen Verarbeitungseinheit, z.B. einem programmierbaren Mikroprozessor, einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung oder einer anderen integrierten Schaltung, einer Smartcard oder dergleichen implementiert werden können.
  • Das Wasserzeichen und/oder das Wasserzeichensignal können in einem Speichermedium abgelegt werden. Zu Beispielen für solche Speichermedien zählen magnetische Bänder, optische Scheiben, Digital Video Disc (DVD), Compact Disc (CD oder CD-ROM), Minidisk, Festplatten, Disketten, ferroelektrischer Speicher, elektrisch löschbarer und programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EEPROM), Flash-Speicher, EPROM, Nur-Lese-Speicher (ROM), statischer Schreib-Lese-Speicher (SRAM), dynamischer Schreib-Lese-Speicher (DRAM), synchroner dynamischer Schreib-Lese-Speicher (SDRAM), ferromagnetischer Speicher, optischer Festwertspeicher, Ladungsspeicherbausteine, Smartcards etc.
  • Es sei abschließend angemerkt, dass die Erfindung zwar in erster Linie in Verbindung mit einem Audiosignal beschrieben worden ist, der Schutzumfang der Erfindung jedoch nicht auf Audiosignale beschränkt ist. Es versteht sich, dass die Erfindung auch auf andere Informationssignale, wie Multimediasignale, Videosignale, Animationen, Graphiken, Standbilder oder dergleichen angewendet werden kann.
  • Es sei angemerkt, dass die oben erwähnten Ausführungsformen die Erfindung nicht einschränken, sondern veranschaulichen, und dass der Fachmann in der Lage ist, viele alternative Ausführungsformen zu entwerfen, ohne vom Schutzumfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen. In Klammern eingeschlossene Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als den Anspruch einschränkend aufzufassen. Die Worte „umfassend", „umfasst" schließen das Vorhandensein anderer als der in einem Anspruch aufgeführten Elemente oder Schritte nicht aus. Die Erfindung kann mittels Hardware implementiert werden, die mehrere gesonderte Elemente umfasst, und mittels eines geeignet programmierten Computers. Bei einem Vorrichtungsanspruch, der mehrere Mittel aufzählt, können mehrere dieser Mittel von ein und demselben Hardwareelement ausgeführt werden. Die schlichte Tastsache, dass bestimmte Maßnahmen in verschiedenen abhängigen Ansprüchen aufge führt werden, zeigt nicht an, dass eine Kombination aus diesen Maßnahmen nicht vorteilhaft eingesetzt werden könnte.
  • Zusammenfassend werden Verfahren zum Einbetten und Detektieren eines Wasserzeichens in einem Informationssignal (x(n), y'(n)) offenbart, die gegen Abtastratenwandlungen des Signals mit Wasserzeichen (y(n)) robust sind. Die von dem Einbetter und dem Detektor benutzten Rahmenlängen sind jeweils dergestalt eingerichtet, dass sie jeweils ein konstantes Verhältnis zwischen Abtastrate und Rahmenlänge beibehalten. Die Rahmenlängen können aus einem größten gemeinsamen Teiler einer Menge von Abtastraten berechnet werden, wodurch Wasserzeichen geschaffen werden, die gegen Abtastratenwandlungen zwischen beliebigen Abtastraten aus der Menge von Abtastraten robust sind.
  • Legende der Zeichnungen
  • 1
    • EMB:
      EINB.
      DET:
      DET
  • 2
    • Mem:
      Sp.
      Gen:
      Erz.
      FFT:
      FFT
      S:
      S
      IFFT:
      Rück-FFT
      R:
      R
  • 3
    • Conv:
      Faltung
      Gen:
      Erz.
  • 4
    • FT:
      FT
      COR:
      KORR.
      TH:
      SCHW.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Einbetten eines Wasserzeichens (W) in einem Informationssignal (x(n)), das mit einer ersten Abtastrate (fs1) abgetastet ist, wobei das Wasserzeichen mindestens mit einer zweiten Abtastrate (fs2) detektiert werden soll, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erzeugen einer Darstellung des Wasserzeichens, die einem Frequenzspektrum mit festgelegten Werten (w(k)) entspricht, welche das Wasserzeichen bei einer Menge von Frequenzen bezeichnen, die ganzzahligen Vielfachen eines Skalierungsfaktors (Δ) entsprechen, und Einbetten der Darstellung des Wasserzeichens in das Informationssignal, wobei der Skalierungsfaktor aus einem ersten gemeinsamen Teiler einer festgelegten, die erste und die zweite Abtastrate umfassenden Menge von Abtastraten geteilt durch einen festgelegten ganzzahligen Faktor abgeleitet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner die folgenden Schritte umfasst: Berechnen einer ersten Rahmenlänge durch Teilen der ersten Abtastrate durch den Skalierungsfaktor, Aufteilen des Informationssignals in eine Folge von Signalrahmen (xs(n)) mit jeweiligen Rahmenlängen, die zu der berechneten ersten Rahmenlänge in Beziehung stehen, Einbetten eines Wasserzeichens in mindestens einem Signalrahmen der Folge von Signalrahmen, um eine Folge von modifizierten Signalrahmen (w's(n)) zu erhalten.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, welches ferner die folgenden Schritte umfasst: Transformieren der Signalrahmen in Folgen von Koeffizienten (xs(k)), Modifizieren der Koeffizienten als Funktion des Wasserzeichens, Rücktransformieren der Folgen von modifizierten Koeffizienten (ws(k)), um die modifizierten Signalrahmen zu erhalten.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Transformierens der Signalrahmen den Schritt des Anwendens eines schnellen Fouriertransformationsalgorithmus mit gemischter Basis umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Darstellung des Wasserzeichens ein Wasserzeichensignal ist und wobei der Schritt des Einbettens der Darstellung des Wasserzeichens in das Informationssignal den Schritt des Berechnens einer Faltung des Wasserzeichensignals mit dem Informationssignal umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Menge von Abtastraten mindestens eine Abtastrate umfasst, die aus der Gruppe von Abtastraten ausgewählt ist, welche 6000 Hz, 8000 Hz, 11025 Hz, 16000 Hz, 22050 Hz, 24000 Hz, 32000 Hz, 44100 Hz, 48000 Hz, 64000 Hz, 88200 Hz, 96000 Hz, 192000 Hz, 28222400 Hz enthält.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Informationssignal ein Multimediasignal umfasst, welches aus der Klasse von Multimediasignalen ausgewählt ist, die Audiosignale, Standbildsignale und Videosignale umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste gemeinsame Teiler ein größter gemeinsamer Teiler der Menge von Abtastraten ist.
  9. Verfahren zum Detektieren eines Wasserzeichens in einem Informationssignal (y(n)), das mit einer ersten Abtastrate (fs2) abgetastet ist, wobei das Wasserzeichen mit einer zweiten Abtastrate eingebettet worden ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Berechnen einer ersten Rahmenlänge (N) durch Multiplizieren der ersten Abtastrate mit einem festgelegten Skalenfaktor, der einem festgelegten ganzzahligen Faktor geteilt durch einen ersten gemeinsamen Teiler einer die erste und die zweite Abtastrate umfassenden Menge von Abtastraten entspricht, Aufteilen des Informationssignals in Signalrahmen mit einer Länge, die der berechneten ersten Rahmenlänge entspricht, Bestimmen einer Korrelation zwischen dem Wasserzeichen und einer Folge von aus den Signalrahmen abgeleiteten Koeffizienten und Detektieren, ob die Korrelation einen festgelegten Wert (t) überschreitet.
  10. Anordnung zum Einbetten eines Wasserzeichens in einem Informationssignal, das mit einer ersten Abtastrate abgetastet ist, wobei das Wasserzeichen mindestens mit einer zweiten Abtastrate detektiert werden soll, wobei die Anordnung Folgendes umfasst: Mittel (204, 303) zum Erzeugen einer Darstellung des Wasserzeichens, die einem Frequenzspektrum mit festgelegten Werten entspricht, welche das Wasserzeichen bei einer Menge von Frequenzen bezeichnen, die ganzzahligen Vielfachen eines Skalierungsfaktors entsprechen, und Mittel (203, 302) zum Einbetten der Darstellung des Wasserzeichens in das Informationssignal, wobei der Skalierungsfaktor aus einem ersten gemeinsamen Teiler einer festgelegten, die erste und die zweite Abtastrate umfassenden Menge von Abtastraten geteilt durch einen festgelegten ganzzahligen Faktor abgeleitet wird.
  11. Anordnung zum Detektieren eines Wasserzeichens in einem Informationssignal, das mit einer ersten Abtastrate abgetastet ist, wobei das Wasserzeichen mit einer zweiten Abtastrate eingebettet worden ist, wobei die Anordnung Folgendes umfasst: Mittel (402) zum Berechnen einer ersten Rahmenlänge durch Multiplizieren der ersten Abtastrate mit einem festgelegten Skalenfaktor, der einem festgelegten ganzzahligen Faktor geteilt durch einen ersten gemeinsamen Teiler einer die erste und die zweite Abtastrate umfassenden Menge von Abtastraten entspricht, Mittel (401) zum Aufteilen des Informationssignals in Signalrahmen mit einer Länge, die der berechneten ersten Rahmenlänge entspricht, Mittel (403) zum Bestimmen einer Korrelation zwischen dem Wasserzeichen und einer Folge von aus den Signalrahmen abgeleiteten Koeffizienten und Mittel (404) zum Detektieren, ob die Korrelation einen festgelegten Wert überschreitet.
  12. Vorrichtung zum Verarbeiten von Multimediainhalten, wobei die Multimediainhalte in einem Informationssignal enthalten sind, das mit einer ersten Abtastrate abgetastet ist, wobei die Vorrichtung eine Anordnung nach Anspruch 11 umfasst.
  13. Vorrichtung zum Übertragen eines Informationssignals, welche eine Anordnung nach Anspruch 10 umfasst.
  14. Informationssignal mit eingebettetem Wasserzeichen, wobei das Informationssignal durch Erzeugen einer Darstellung des Wasserzeichens erzeugt wurde, die einem Frequenzspektrum mit festgelegten Werten entspricht, welche das Wasserzeichen bei einer Menge von Frequenzen bezeichnen, die ganzzahligen Vielfachen eines Skalierungsfaktors entsprechen, und Einbetten der Darstellung des Wasserzeichens in das Informationssignal, wobei der Skalierungsfaktor aus einem ersten gemeinsamen Teiler einer festgelegten, eine erste und eine zweite Abtastrate umfassenden Menge von Abtastraten geteilt durch einen festgelegten ganzzahligen Faktor abgeleitet wird.
  15. Speichermedium, auf welchem ein Informationssignal nach Anspruch 14 aufgezeichnet ist.
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