DE69833243T2

DE69833243T2 - Verfahren und Anlage zum Hinzufügen von Information zu einem Videosignal

Info

Publication number: DE69833243T2
Application number: DE1998633243
Authority: DE
Inventors: Moriwaki Shinagawa-ku Hisayoshi; Kohashi Shinagawa-ku Takashi; Kimura Shinagawa-ku Yuji; Ogino Shinagawa-ku Akira; Ikeda Shinagawa-ku Nozomu
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-09-17
Filing date: 1998-09-10
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2018-09-11
Also published as: CN1218956A; TW398117B; KR19990029702A; KR100576382B1; EP0903939A3; DE69833243D1; CA2246509A1; JP4003098B2; JPH1198475A; EP0903939B1; US6359999B1; EP0903939A2; CN1153367C

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Hinzufügen einer Information zu einem Videosignal, wobei die zusätzliche Information spektral gespreizt wird, mit einem sehr niedrigen Pegel überlagert wird, dessen Auswirkung auf ein wiedergegebenes Bild so gering wie möglich ist, und übertragen wird. Ein Beispiel für eine solche Vorrichtung findet sich in EP 0 778 566 A , auf der der Oberbegriff von Anspruch 1 basiert.
Vorrichtungen für die Aufzeichnung digitaler Informationen, wie digitale Videorekorder und MD-(Minidisk)-Rekorder/Player werden in großem Umfang benutzt. Daneben sind DVD-(Digital-Video-Disk- oder Digital-Versatile-Disk)-Geräte mit Aufzeichnungsfunktion auf dem Markt erschienen.
Bei diesen digitalen Informationsrekordern können zusammen mit den Hauptvideo- und Audiosignalen oder Computerdaten usw. zusätzliche Informationssignale aufgezeichnet werden. Das zusätzliche Informationssignal ist in diesem Fall ein digitales Signal, das in einem Bereich, wie z.B. den zu jedem Datenblock hinzugefügten Headern oder dem TOC-(Inhaltsverzeichnis)-Bereich, aufgezeichnet wird, die von den Bereichen des digitalen Informationssignals getrennt sind.
In einem System, in welchem die zusätzliche Information übertragen wird, indem sie einem herkömmlichen Hauptbildsignal überlagert wird, wird das zusätzliche Informationssignal den digitalen Informationssignalen also nicht direkt überlagert, sondern in einem indirekten Bereich, wie z.B. den Headern, aufgezeichnet. Das zusätzliche Signal kann deshalb durch Filtern oder unbefugte Eingriffe leicht verlorengehen, so daß notwendige zusätzliche Informationssignale von den Aufzeichnungs- und Wiedergabegeräten nicht mehr detektiert werden können. Insbesondere, wenn als zusätzliche Informationssignale eine Steuerinformation oder eine Urheberrechtsinformation hinzugefügt sind, um illegales Duplizieren zu verhindern, kann der ursprüngliche Zweck wegen des Verlustes des zusätzlichen Informationssignals nicht erfüllt werden.
Wenn das digitale Informationssignal in ein analoges Signal umgewandelt wird, erhält man außerdem nur das Hauptinformationssignal, und das zusätzliche Informationssignal geht verloren, falls das zusätzliche Informationssignal zu einem indirekten Bereich hinzugefügt wird. Dies bedeutet, daß selbst dann, wenn zur Verhinderung illegalen Duplizierens ein Antiduplizier-Steuersignal als zusätzliches Informationssignal hinzugefügt ist, diese Strategie völlig unwirksam ist, wenn das Signal in ein analoges Signal umgewandelt wird.
Um dieses Problem des Verschwindens des zusätzlichen Informationssignals bei der Umwandlung des Signals in ein analoges Signal zu lösen, haben die Erfinder bereits ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein zusätzliches Informationssignal, z.B. ein Antidupliziersignal spektral gespreizt wird und das spektral gespreizte zusätzliche Informationssignal während der digitalen oder analogen Aufzeichnung einem Bildsignal überlagert wird.
Bei diesem Verfahren erfolgt die spektrale Spreizung z.B. dadurch, daß zu einer hinreichend frühen Zeit ein (im folgenden als PN-Code bezeichneter) Code einer pseudozufälligen Rauschsequenz (PN-Sequenz) erzeugt und dieser zu dem zusätzlichen Informationssignal hinzugefügt wird. Ein zusätzliches Informationssignal, wie ein schmalbandiges Antiduplizier-Steuersignal mit hohem Pegel, wird dadurch in ein breitbandiges Signal mit sehr niedrigem Pegel umgewandelt, das keine Auswirkung auf das Bildsignal hat. Das zusätzliche Informationssignal, das auf diese Weise spektral gespreizt wurde, d.h. das spektral gespreizte Signal, wird dann einem analogen Bildsignal überlagert und auf einem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet. Das auf dem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnete Bildsignal kann entweder analog oder digital sein.
Bei diesem Verfahren wird das zusätzliche Informationssignal, z.B. ein Antiduplizier-Steuersignal, mit der gleichen Zeitlage und der gleichen Frequenz überlagert wie das Bildsignal. Für jemanden, der eine illegale Duplizierung vornehmen möchte, ist es deshalb schwierig, das überlagerte Antiduplizier-Steuersignal aus dem Bildsignal zu entfernen. Das zusätzliche Informationssignal, wie das überlagerte Antiduplizier-Steuersignal, kann jedoch noch detektiert und benutzt werden, indem eine Rückspreizung vorgenommen wird.
Auf diese Weise kann das Antiduplizier-Steuersignal zusammen mit dem Bildsignal der Aufzeichnungsseite zugeführt werden. Auf der Aufzeichnungsseite wird das Antiduplizier-Steuersignal detektiert und eine fehlerfreie Antiduplizier-Steuerung nach Maßgabe des detektierten Antiduplizier-Steuersignals durchgeführt.
Wenn die dem Bildsignal überlagerte zusätzliche Information in der oben beschriebenen Weise reproduziert wird, wird es nicht aus dem Signal entfernt. Deshalb muß die zusätzliche Information mit einem sehr kleinen Pegel überlagert werden, damit das reproduzierte Bild des Bildsignals nicht beeinträchtigt wird. Es ist jedoch wichtig, daß das spektral gespreizte Signal aus der Hauptinformation detektiert werden kann, selbst wenn es einen sehr kleinen Pegel hat, so daß es wünschenswert ist, den Überlagerungspegel soweit wie möglich anzuheben, um die Wahrscheinlichkeit einer inkorrekten Detektierung zu verringern.
Wenn das spektral gespreizte Signal oder die zusätzliche Information dem Bildsignal überlagert wurden, mußten deshalb entweder bezüglich der Wirkung auf das reproduzierte Bild oder bezüglich der Wahrscheinlichkeit einer inkorrekten Detektierung Zugeständnisse gemacht werden, um im Hinblick auf beide einen akzeptablen Überlagerungspegel zu erreichen.
Die vorliegende Erfindung hat deshalb das Ziel, ein Verfahren und ein Vorrichtung zum Hinzufügen einer Information zur Verfügung anzugeben, die sowohl die Anforderung, daß die Auswirkung auf das reproduzierte Bild gering ist, als auch die Anforderung, daß eine inkorrekte Detektierung der zusätzlichen Information wenig wahrscheinlich ist, erfüllen können.
Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren vor zum Überlagern einer zusätzlichen Information über ein Videosignal mit den Verfahrensschritten:
Erzeugen eines Spektrumspreizcodes,
Spreizen des Spektrums der zusätzlichen Information durch den Spektrumspreizcode, um ein zusätzliches Informationssignal mit gespreiztem Spektrum zu erzeugen,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Spektrumspreizcode Chip-Intervalle besitzt, die Blöcken mehrerer Pixel entsprechen, die gewonnen werden, indem ein Bildschirm des Videosignals synchron mit dem Videosignal in Blöcke unterteilt wird, und
gekennzeichnet durch
Berechnen der Streuung der in den Blöcken enthaltenen Pixelwerte für jeden Block,
Erzeugen eines Pegelsteuersignals zum Steuern des Pegels des zusätzlichen Informationssignals mit gespreiztem Spektrum entsprechend der genannten Streuung in einer Periode, die den genannten Chip-Intervallen entspricht,
Überlagern des pegelgesteuerten zusätzlichen Informationssignals mit gespreiztem Spektrum über das Videosignal, um ein Ausgangsvideosignal zu erzeugen.
Die vorliegende Erfindung sieht außerdem eine Vorrichtung vor zum Überlagern einer zusätzlichen Information über ein Videosignal
mit einer Spektrumspreizcode-Generatoreinrichtung zum Erzeugen eines Spektrumspreizcodes,
mit einer Spektrumspreizeinrichtung zum Spreizen des Spektrums der zusätzlichen Information durch den Spektrumspreizcode, um ein zusätzliches Informationssignal mit gespreiztem Spektrum zu erzeugen,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Spektrumspreizcode Chip-Intervalle besitzt, die Blöcken mehrerer Pixel entsprechen, die gewonnen werden, indem ein Bildschirm des Videosignals synchron mit dem Videosignal in Blöcke unterteilt wird, und
gekennzeichnet durch
eine Recheneinrichtung zum Berechnen der Streuung der in den Blöcken enthaltenen Pixelwerte für jeden Block,
eine Pegelsteuereinrichtung zum Erzeugen eines Pegelsteuersignals zum Steuern des Pegels des zusätzlichen Informationssignals mit gespreiztem Spektrum entsprechend der genannten Streuung in einer Periode, die den genannten Chip-Intervallen entspricht, und
eine Signalüberlagerungseinrichtung zum Überlagern des pegelgesteuerten zusätzlichen Informationssignals mit gespreiztem Spektrum über das Videosignal, um ein Ausgangsvideosignal zu erzeugen.
Die visuellen Eigenschaften des Menschen sind so beschaffen, daß z.B. bereits eine sehr kleine Menge an Rauschen auffällig ist, wenn das Rauschen einem flachen Bild mit geringer Helligkeitsänderung überlagert wird, während Rauschen, das zu einem Bild mit ausgeprägten Änderungen hinzugefügt wird, nicht auffällig ist.
Wenn das Bild in einem Block flach ist und geringe Streuung vorhanden ist, wird der Überlagerungspegel dieses Chips gemäß vorliegender Erfindung auf einen kleinen Wert gesetzt, während der Überlagerungspegel des Blocks auf einen großen Wert gesetzt wird, wenn das Bild in dem Block ein Bild mit großer Streuung ist, das sich rasch ändert.
Da der Überlagerungspegel des spektral gespreizten Signals auf diese Weise in Abhängigkeit von der Streuung erhöht werden kann, kann die Wahrscheinlichkeit einer inkorrekten Detektierung verringert werden, obwohl die überlagerte zusätzliche Information nicht deutlich hervortritt.
Das heißt, bei einem flachen Bild nimmt der Überlagerungsbetrag der zusätzlichen Information ab. Wie weiter unten beschrieben wird, ist die Korrelation zwischen dem Bild und dem Spreizcode bei einem flachen Bild jedoch gering, und da die Detektierungsempfindlichkeit für diesen Bildtyp, wie weiter unten beschrieben wird, hoch ist, wird die Wahrscheinlichkeit einer inkorrekten Detektierung selbst dann nicht größer, wenn der Überlagerungspegel kleiner wird. Auf der anderen Seite wird für ein Bild mit starker Streuung der Überlagerungspegel groß gesetzt, obwohl die Detektierungswahrscheinlichkeit für das spektral gespreizte Signal, wie weiter unten beschrieben, gering ist, und der Überlagerungsbetrag wird gemäß vorliegender Erfindung vergößert, so daß die Detektierungsempfindlichkeit erhöht wird.
Die Beziehung zwischen der Streuung des Bilds und der Detektierungsempfindlichkeit des spektral gespreizten Signals wird nun näher erläutert.
Bei einem Signal Si, das ein einem Bildsignal überlagertes spektral gespreiztes Signal enthält, kann eine Bewertungsfunktion ϕ für das Rückspreizen bei der Detektierung des spektral gespreizten Signals durch den folgenden Ausdruck beschrieben werden: ϕ = Σsi·pi = Σ(Vi+ki·pi)pi = Σ(Vi·pi)pi + Σki·pi·pi (1)
Hierin bezeichnen Vi ein Hauptinformationssignal, z.B. ein Bildsignal, pi einen Spreizcode, z.B. einen PN-Code, und ki einen Koeffizienten.
In der Gleichung (1) zeigt der erste Term die Korrelation zwischen dem Hauptinformationssignal, d.h. einem Bildsignal usw., und dem Spreizcode, und der zweite Term zeigt die Korrelation des spektral gespreizten Signals und des Spreizcodes.
Aus der Gleichung (1) ist erkennbar, daß die Empfindlichkeit für die Detektierung des spektral gespreizten Signals hoch ist, wenn keine oder nur geringe Korrelation zwischen dem Hauptinformationssignal, d.h. dem Bildsignal, und dem Spreizcode vorhanden ist. Umgekehrt ist die Empfindlichkeit für die Detektierung des spektral gespreizten Signals niedrig, wenn die Korrelation zwischen dem Bildsignal und dem Spreizcode groß ist.
Wenn man die Zahl der Chips (= Blöcke) pro Bildschirm mit N, die Dispersion (äquivalent zur Streuung) des Bilds mit σ_v, die Dispersion des Spreizcodes mit σ_p und die Korrelationsfunktion mit γ bezeichnet, erhält man: γ ≈ (1/N)·ΣVi·pi/(σvσP)
Da σ_p=1 ist, wird ΣVi·pi ≈ γ·N·σv
Der erste Term in der Gleichung (1) ist der Streuung σ_v des Bildteils effektiv direkt proportional. Falls die Streuung des Bildteils klein ist, ist deshalb die Korrelation zwischen dem Bildsignal und dem Spreizcode klein, der erste Term der Gleichung (1) wird klein, und die Detektierungsempfindlichkeit ist hoch. Wenn das Bild hingegen eine starke Streuung hat, ist die Korrelation zwischen dem Bildsignal und dem Spreizcode groß, der erste Term der Gleichung (1) ist groß, und die Detektierungsempfindlichkeit ist niedrig.
Deshalb wird gemäß der Erfindung nach Anspruch 1 der Überlagerungspegel pro Chip des spektral gespreizten Signals in Teilen, in denen die Empfindlichkeit zur Detektierung des spektral gespreizten Signals niedrig ist, wie oben beschrieben, erhöht, und in Teilen, in denen die Empfindlichkeit zur Detektierung des spektral gespreizten Signals hoch ist, in Abhängigkeit von der Streuung in jedem Block erniedrigt, so daß die Wahrscheinlichkeit gering ist, daß die zusätzliche Information, die das spektral gespreizte Signal bildet, inkorrekt detektiert wird. Indem der Überlagerungspegel auf diese Weise gesteuert wird, wird darüber hinaus aufgrund der menschlichen visuellen Eigenschaften verhindert, daß die zusätzliche Information in dem Bild hervortritt, wie dies oben beschrieben wurde.
Gemäß der Erfindung nach Anspruch 2 wird bei dem Verfahren zum Hinzufügen einer Information zu einem Bildsignal, wie es in Anspruch 1 beansprucht ist, das in Blockeinheiten vorliegende Bildsignal weiter unterteilt in Unterblöcke, und der Überlagerungspegel der zusätzlichen Information wird unter Berücksichtigung der Streuung in jedem Unterblock gesteuert.
Gemäß der Erfindung nach Anspruch 2 wird dann die Streuung in den Unterblöcken detektiert, und die Streuung in einem Block wird aus der Streuung in den Unterblockeinheiten ermittelt. Deshalb kann auch noch dann eine geeignete Streuung für jeden Block detektiert werden, wenn in einem Block eine starke lokale Streuung auftritt.
Gemäß der Erfindung nach Anspruch 3 wird in dem Verfahren zum Hinzufügen einer Information zu einem Bildsignal, wie es in Anspruch 1 beansprucht ist, das in Blockeinheiten vorliegende Bildsignal weiter unterteilt in Unterblöcke, und der Überlagerungspegel pro Chip des spektral gespreizten Signals der zusätzlichen Information wird für jeden Unterblock in einem Block nach Maßgabe der Streuung in dem Unterblock gesteuert.
Gemäß der Erfindung nach Anspruch 3 wird der Überlagerungspegel pro Chip nach Maßgabe der Streuung in jedem Unterblock variiert. Deshalb kann die zusätzliche Information feiner überlagert werden, so daß sie in dem Bild nicht hervortritt, und die zusätzliche Information kann so überlagert werden, daß die Wahrscheinlichkeit einer inkorrekten Detektierung reduziert wird Selbst wenn der Überlagerungspegel der zusätzlichen Information bei der Streuung in den Blockeinheiten nicht vergrößert werden kann, kann der Überlagerungspegel in Unterblockeinheiten vergrößert werden, so daß die Empfindlichkeit für die Detektierung der zusätzlichen Information insgesamt vergrößert wird.
Die Erfindung wird nun anhand der anliegenden Zeichnungen beispielhaft beschrieben.
1A bis 1C zeigen Diagramme, die ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zum Hinzufügen einer Information gemäß der Erfindung beschreiben,
2 zeigt ein Blockdiagramm einer beispielhaften Vorrichtung zum Hinzufügen einer zusätzlichen Information, bei der ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zum Hinzufügen einer Information gemäß der Erfindung angewendet ist,
3 zeigt ein Diagramm eines Beispiels für die Konstruktion eines Teils der Vorrichtung von 2,
4 zeigt ein Diagramm eines Beispiels für die Konstruktion eines Teils der Vorrichtung von 2,
5A bis 5D beschreiben die Beziehung zwischen einem Informationssignal und dem Überlagerungspegel einer zusätzlichen Information, die ein spektral gespreiztes Signal ist,
6 zeigt ein Diagramm, das die Konstruktion eines Teils der Vorrichtung von 2 veranschaulicht,
7 zeigt ein Blockdiagramm eines Beispiels für Vorrichtungen auf der Seite, auf der die zusätzliche Information detektiert wird, bei denen ein Ausführungsbeispiel des Informationsüberlagerungs- und -übertragungsverfahrens gemäß der Erfindung angewendet wird,
8A und 8B zeigen Diagramme, die ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulichen,
9A und 9B zeigen Diagramme, die ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulichen.
Anhand der anliegenden Zeichnungen werden einige Ausführungsbeispiele des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Hinzufügen einer zusätzlichen Information zu einem Bildsignal beschrieben. Die Ausführungsbeispiele beschreiben den Fall, daß das Bildsignal ein Videosignal ist, dieses Videosignal durch ein Kompressionsverfahren, das mit diskreter Cosinustransformation (DCT), wie MPEG2, arbeitet, digital komprimiert wird, das komprimierte Videosignal über ein Netz übertragen oder durch Aufzeichnung auf einem Aufzeichnungsmedium übertragen wird und eine zusätzliche Information, wie z.B. ein Antiduplizier-Steuersignal, spektral gespreizt und dem digitalen Videosignal überlagert wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Bildschirm (ein Vollbild oder ein Halbbild) des Videosignals, wie in 1A dargestellt, in einem rechteckigen Bereich in Blöcke BL unterteilt, die z.B. 8 Pixel (horizontal) × 8 Pixel (vertikal) umfassen, und in diesen Blockeinheiten BL wird eine Komprimierung mittels DCT durchgeführt. Die zusätzliche Information wird dem Videosignal als spektral gespreiztes Signal überlagert, wobei einem Block BL ein Chip eines Spreizcodes zugeteilt wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das spektral gespreizte Signal, das die zusätzliche Information bildet, dem Videosignal so überlagert, daß der Pegel (der digitale Signalpegel) positiv ist, wenn der Wert eines Chips des spektral gespreizten Signals gleich "0" ist, und daß der Pegel (der digitale Signalpegel) negativ ist, wenn der Chip gleich "1" ist. Der Überlagerungspegel für einen Chip ist auf einen sehr niedrigen Pegel gesetzt, bei dem keine Wirkung auf das aus dem Videosignal reproduzierte Bild auftritt.
Bei dem Ausführungsbeispiel ist das zusätzliche Signal, das überlagert wird, ein Antiduplizier-Steuersignal, welches das übertragene Videosignal einer Antiduplizier-Steuerung unterzieht. Das Antiduplizier-Steuersignal kann z.B. ein Begrenzungssignal sein, das nur Kopien der ersten Generation ermöglicht, oder ein Signal, das die Duplizierung des Videosignals verbietet oder erlaubt, und es kann ein oder mehrere Bits umfassen.
In dem Ausführungsbeispiel wird der Spektrumspreizcode dem Luminanzsignal Y des Videoignals überlagert, es wird jedoch nicht dem Farbsignal C überlagert. Es kann natürlich auch dem Farbsignal C überlagert werden. Das Farbsignal eines Videosignals wird jedoch z.B. durch Komponenten mit zwei Phasenachsen, z.B. als Farbdifferenzsignale, übertragen, und die Farbe wird durch die Phasen dieser zwei Achsen reproduziert. Wenn das spektral gespreizte Signal diesem Farbsignal überlagert würde, könnte selbst dann eine Farbtonänderung auftreten, wenn das überlagerte Signal einen sehr kleinen Pegel hat, so daß das Signal relativ auffällig ist. Es ist deshalb schwierig, das spektral gespreizte Signal zu überlagern, ohne den Farbton zu beeinträchtigen. Aus diesem Grund wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das spektral gespreizte Signal nur dem Luminanzsignal überlagert, wobei jedoch zur Vereinfachung der Beschreibung der Ausdruck "Videosignal" benutzt wird, ohne daß irgendeine Unterscheidung zwischen dem Luminanzsignal Y und dem Farbsignal C gemacht wird.
2 zeigt ein Blockdiagramm für ein Beispiel der Vorrichtung zum Hinzufügen einer Information nach diesem Ausführungsbeispiel. Ein analoges Eingangsvideosignal Vi wird in einem A/D-Wandler 11 in ein digitales Signal umgewandelt, dann einer Einheit 12 zum effektiven Ausschneiden des Bildschirms zugeführt und nach der Entfernung des Synchronisiersignalteils einer Blockteilungseinheit 13 zugeführt.
In der Blockteilungseinheit 13 wird jeder Bildschirm des digitalen Videosignals in Blockeinheiten BL mit 8 Pixeln (horizontal) × 8 Pixeln (vertikal) unterteilt, wie dies in 1A dargestellt ist. Die Blockteilungseinheit 13 liefert die Daten in den Blockeinheiten BL an die Überlagerungseinheit 14 für die Überlagerung der zusätzlichen Information zugeführt. Die zusätzliche Information, die ein spektral gespreiztes Signal umfaßt, wird dann dieser Überlagerungseinheit 14 zugeführt und so überlagert, daß ein Chip des spektral gespreizten Signals exakt den Daten in den Blockeinheiten BL zugeteilt wird, wie dies weiter unten erläutert wird.
Das digitale Videosignal, dem die zusätzliche Information aus der Überlagerungseinheit 14 überlagert ist, wird einem DCT-Prozessor zugeführt, und in diesem DCT-Prozessor 15 werden die Daten in den Blockeinheiten BL einer DCT-Berechnung unterzogen, so daß das Signal aus der Zeitregion in DCT-Koeffizienten der Frequenzregion umgewandelt wird ( 1B und 1C).
Das Berechnungsergebnis aus dem DCT-Prozessor 15 wird einem Quantisierer 16 zugeführt und quantisiert. Das Ausgangssignal des Quantisierers 16 wird über eine Bewegungskompensationsschaltung 18 dem DCT-Prozessor 15 zugeführt, der eine DCT-Berechnung der Bewegungskomponente durchführt. In einem Intraframe, der als Bild I bezeichnet wird, wird eine DCT-Berechnung innerhalb dieses Vollbilds durchgeführt, während in Interframes, wie dem Bild B oder dem Bild P, die Differenz zwischen dem vorangehenden und dem nachfolgenden Vollbild ermittelt und diese Differenz als Daten übertragen wird. Um die Differenz soweit wie möglich zu reduzieren, wird jedoch der Bewegungsvektor zwischen Vollbildern detektiert, und diese Bewegungskomponente wird ebenfalls übertragen.
Das Ausgangssignal des Quantisierers 16 wird in einem variablen Längenkodierer 17 unter Verwendung eines Hufmann-Codes einer variablen Längenkodierung unterzogen und als Ausgangssignal Dv z.B. für die Aufzeichnung oder Übertragung ausgegeben.
Die zusätzliche Information wird als spektral gespreiztes Signal erzeugt und folgendermaßen überlagert. Das analoge Eingangsvideosignal Vi wird einer Synchronisiersignal-Trenneinheit 21 zugeführt. Diese Synchronisiersignal-Trenneinheit 21 trennt das horizontale Synchronisiersignal H und das vertikale Synchronisiersignal V aus dem analogen Videosignal Vi ab. Die abgetrennten horizontalen und vertikalen Synchronisiersignale H bzw. V werden einer Zeitsignaleinheit 22 zugeführt.
Die Zeitsignaleinheit 22 digitalisiert das Videosignal und erzeugt ein Zeitsignal zur Durchführung einer Kompression, wobei das horizontale Synchronisiersignal H und das vertikale Synchronisiersignal V als Referenzsignale benutzt werden. Außerdem erzeugt die Zeitsignaleinheit 22, wie weiter unten beschrieben wird, ein Aktivierungssignal EN für eine PN-Generierung, das ein Intervall zur Erzeugung eines PN-Codes als Spreizcode für die Erzeugung eines spektral gespreizten Signals repräsentiert, ferner ein PN-Code-Rücksetz-Zeitsignal RE (im folgenden als Rücksetzsignal RE abgekürzt), das die Startzeit für die PN-Code-Generierung repräsentiert, sowie ein PN-Taktsignal PNCLK.
3 zeigt ein Blockdiagramm zur Erläuterung der Zeitsignaleinheit 22. Wie 3 zeigt, umfaßt die Zeitsignaleinheit 22 eine Einheit 221 zur Erzeugung eines PN-Generierungs-Zeitsignals, eine Einheit 222 zur Erzeugung eines PN-Takts, die eine PLL-Schaltung enthält, und eine Zeitsignal-Generatoreinheit 223. Das horizontale Synchronisiersignal H und das vertikale Synchronisiersignal V aus der Synchronisiersignal-Trenneinheit 18 werden der Einheit 221 zur Erzeugung des PN-Generierungs-Zeitsignals und der Zeitsignal-Generatoreinheit 223 zugeführt, und das horizontale Synchronisiersignal H aus der Synchronisiersignal-Trenneinheit 18 wird der Einheit 222 zur Erzeugung des PN-Takts zugeführt.
Die Einheit 221 zur Erzeugung des PN-Generierungs-Zeitsignals, die das vertikale Synchronisiersignal V als Referenzsignal benutzt, erzeugt das vertikale Synchronisier-Rücksetzsignal RE zum Festlegen der Wiederholperiode der für die Spektrumspreizung benutzten Spreiz-PN-Codesequenz. Die Einheit 221 zur Erzeugung des PN-Generierungs-Zeitsignals erzeugt außerdem das Aktivierungssignal EN für die PN-Generierung.
Die Einheit 222 zur Erzeugung des PN-Takts, die die PLL-Schaltung benutzt, erzeugt das PN-Taktsignal PNCLK, das mit dem horizontalen Synchronisiersignal H synchronisiert ist und die Bilddatenperiode einer Blockeinheit BL hat. Das PN-Taktsignal PNCLK ist ein Taktsignal mit einer Periode, die den Daten in einem Block BL entspricht, im vorliegenden Beispiel einer Periode von 8 × 8 = 64 Pixeln. Dieses PN-Taktsignal PNCLK bestimmt die Chip-Periode des Spreizcodes.
Die Zeitsignal-Generatoreinheit 223 erzeugt auf der Basis des vertikalen Synchronisiersignals V und des horizontalen Synchronisiersignals H verschiedene Zeitsignale, die für die Digitalisierung des Videosignals und die Komprimierung in der oben beschriebenen Vorrichtung von 2 benutzt werden. Das Zeitsignal aus der Zeitsignal-Generatoreinheit 223 umfaßt einen Takt in Bildeinheiten.
Das Aktivierungssignal EN für die PN-Generierung, das Rücksetzsignal RE und das PN-Taktsignal PNCLK aus der Zeitsignaleinheit 22 werden einer PN-Generatoreinheit 23 zugeführt.
Die PN-Generatoreinheit 23 erzeugt einen PN-Code nach Maßgabe des Taktsignals PNCLK, des Aktivierungssignals EN und des Rücksetzsignals RE. Die PN-Generatoreinheit 23 wird in dem vorliegenden Beispiel durch das Rücksetzsignal RE in der vertikalen Periode zurückgesetzt und erzeugt eine PN-Codesequenz, die von Beginn an ein vorbestimmtes Codemuster hat. Die PN-Generatoreinheit 23 erzeugt eine PN-Codesequenz PS entsprechend dem Taktsignal PNCLK nur dann, wenn sie durch das Aktivierungssignal EN in einen Aktivierungszustand zur PN-Code-Generierung versetzt wird.
4 zeigt ein Beispiel für den Aufbau der PN-Generatoreinheit 23. Die PN-Generatoreinheit 23 nach diesem Beispiel umfaßt fünfzehn D-Flip-Flops REG1 bis REG15, die ein Schieberegister mit 15 Stufen bilden, sowie Exklusiv-ODER-Glieder EX-OR1 bis EX-OR3, die einen geeigneten Ausgangsabgriff des Schieberegisters berechnen. Die in 4 dargestellte PN-Generatoreinheit 23 erzeugt auf der Basis des Aktivierungssignals EN, des PN-Taktsignals PNCLK und des PN-Code-Rücksetz-Zeitsignals RE M PN-Codesequenzen PS.
Die auf diese Weise von der PN-Generatoreinheit 23 erzeugten PN-Codesequenzen werden der Einheit 24 zur Erzeugung der SS-Zusatzinformation zugeführt (im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung ist SS eine Abkürzung für Spektrumspreizung). Die Einheit 24 zur Erzeugung der SS-Zusatzinformation umfaßt einen Multiplizierer, der das oben erwähnte Antiduplizier-Steuersignal mit den PN-Codesequenzen PS aus der PN-Generatoreinheit 23 multipliziert und ein SS-Antiduplizier-Steuersignal als SS-Zusatzinformation erzeugt. Dieses Antiduplizier-Steuersignal, das von der Einheit 24 zur Erzeugung der SS-Zusatzinformation zugeführt oder von dieser Einheit 24 einer Spektrumspreizung unterzogen wird, hat in wenigstens einem Block BL den gleichen Informationsbitinhalt.
Die Einheit 24 zur Erzeugung der SS-Zusatzinformation liefert dann das von ihr erzeugte SS-Antiduplizier-Steuersignal über eine Überlagerungspegel-Steuereinheit 25 an die Überlagerungseinheit 14.
Im vorliegenden Fall gibt die Überlagerungspegel-Steuereinheit 25 einen digitalen Pegel aus, der dem Wert eines Chips des SS-Antiduplizier-Steuersignals entspricht. Wenn der Wert eines Chips des SS-Antiduplizier-Steuersignals gleich "0" ist, ist dies ein sehr kleiner positiver Pegel, und wenn der Wert eines Chips des SS-Antiduplizier-Steuersignals gleich "1" ist, ist dies ein sehr kleiner negativer Pegel. Diese Überlagerungspegel werden nach Maßgabe der Streuung in jedem Block BL variabel gesteuert.
Um den Überlagerungspegel in der Überlagerungspegel-Steuereinheit 25 zu steuern, werden die Bilddaten von der Blockteilungseinheit 13 in Blockeinheiten einer Einheit 26 zur Berechnung der Streuung zugeführt, und die Streuung des Luminanzpegels in dem Block BL wird berechnet. Die Streuung σ_v ist in diesem Fall gegeben durch σv = Σ(Vi – Veven)2/M (2)worin der Wert jedes Pixels in dem Block gleich Vi und der Mittelwert aller Pixel in dem Block gleich Veven ist. M ist die hier die Zahl der Pixel in dem Block, und bei diesem Ausführungsbeispiel ist M = 64. Die Streuungsberechnungseinheit 26 liefert das Ergebnis der Streuungsberechnung an die Überlagerungspegel-Steuereinheit 25.
Die Überlagerungspegel-Steuereinheit 25 enthält eine Nachschlagetabelle 251, die in einer Tabelle die Korrespondenz zwischen der Streuung σ_v in Blockeinheiten BL und einem Koeffizienten zum Festlegen des Überlagerungspegels speichert, sowie eine Multiplizierschaltung 252, die eine Einheit zur Einstellung des Überlagerungspegels darstellt. Die Nachschlagetabelle 251 kann z.B. die in 6 dargestellte Form haben. Wenn die Streuung σ_v die Bedingung 0 = σv < aerfüllt, ist der Wert des Multiplikationskoeffizienten aus der Nachschlagetabelle 251 gleich "1". Wenn die Streuung σ_v die Bedingung a = σv < berfüllt, ist der Wert des Multiplikationskoeffizienten aus der Nachschlagetabelle 251 gleich "2". Wenn die Streuung σ_v die Bedingung b = σv erfüllt, ist der Wert des Multiplikationskoeffizienten aus der Nachschlagetabelle 251 gleich "3".
In der Multiplizierschaltung 252 wird ein voreingestellter dem Chipwert "0" oder "1" des spektral gespreizten Signals entsprechender sehr kleiner positiver oder negativer Anfangswert mit dem Multiplikationskoeffizienten aus der erwähnten Nachschlagetabelle 251 multipliziert. Dadurch gewinnt die Überlagerungspegel-Steuereinheit 25 ein spektral gespreiztes Signal mit einem der Streuung des Bilds in jedem Block entsprechenden Überlagerungspegel, das der Überlagerungseinheit 14 zugeführt und den Bilddaten in Blockeinheiten überlagert wird. Das heißt, ein Signal, das nach Maßgabe des Chipwerts positiv oder negativ ist und einen der Streuung der Pixelwerte in dem Block entsprechenden Pegel hat, wird gleichmäßig allen Pixeln in einem Block BL überlagert, wie dies durch den schraffierten Bereich in 1B dargestellt ist.
Für jeden Block des Videosignals wird die zusätzliche Information, d.h. jeder Chip des spektral gespreizten Signal, mit einem hohen Überlagerungspegel überlagert, wenn in einem Block große Streuung auftritt und Rauschen nicht hervortritt, falls es überlagert wird. In flachen Bildteilen hingegen, in denen Rauschen hervortritt, falls es überlagert wird, wird das zusätzliche Signal mit niedrigem Pegel überlagert. Deshalb wird das spektral gespreizte Signal dem Videosignal in der Weise überlagert, daß die überlagerte zusätzliche Information nicht hervortritt, und so, daß eine erhöhte Empfindlichkeit für die Detektierung des spektral gespreizten Signals erwartet werden kann.
Wenn in diesem Fall das Signal aus der Überlagerungseinheit 14 DCT-gewandelt wird, sind die zusätzliche Informationskomponenten des überlagerten spektral gespreizten Signals in einem DC-Koeffizienten konzentriert, der die Gleichstromkomponente aller DCT-Koeffizienten bildet, wie dies in 1C dargestellt ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann das SS-Antiduplizier-Steuersignal, das als zusätzliche Information überlagert ist, wie weiter unten beschrieben wird, in dem Videosignal durch spektrale Rückspreizung, Extrahieren ausschließlich der Gleichstromkomponente der DCT-Koeffizienten, d.h. des Koeffizienten DC, aus den DCT-Koeffizienten vor der inversen DCT-Transformation detektiert werden.
Da der Koeffizient DC das SS-Antiduplizier-Steuersignal enthält, wird dieses SS-Antiduplizier-Steuersignal praktisch ohne Beeinträchtigung des Videosignals dekodiert, wenn die übertragenen Videodaten dekodiert und der inversen DCT unterzogen werden. Bei hohen Frequenzkomponenten kann die Komprimierung einen Datenverlust verursachen, der Koeffizient DC, der die Gleichstromkomponente darstellt, ist in dem komprimierten Signal jedoch definitiv vorhanden. Deshalb wird das SS-Antiduplizier-Steuersignal zuverlässig übertragen und die Antiduplizier-Steuerung wird zuverlässig durchgeführt.
5A bis 5D zeigen die Beziehung zwischen dem Antiduplizier-Steuersignal und dem Videosignal als Spektrum. Das Antiduplizier-Steuersignal ist ein Signal mit niedriger Bitrate, das nur eine geringe Informationsmenge enthält. Es ist außerdem ein schmalbandiges Signal, wie dies in 5A dargestellt ist. Wenn dieses spektral gespreizt wird, wird es zu einem breitbandigen Signal, wie es in 5B dargestellt ist. Der Pegel des spektral gespreizten Signals nimmt umgekehrt proportional zu dem Bandspreizverhältnis ab.
Das spektral gespreizte Signal wird in der Überlagerungseinheit 14 dem Informationssignal überlagert, wobei in diesem Prozeß das SS-Antiduplizier-Signal mit einem kleineren Pegel überlagert wird, als es dem Dynamikbereich des Videosignals entspricht, das das Informationssignal darstellt, wie dies in 5C dargestellt ist. Deshalb kann eine Beeinträchtigung des Videosignals oder eines anderen Informationssignals durch diese Überlagerung fast vollständig verhindert werden. Wenn das Videosignal, dem das spektral gespreizte Signal überlagert ist, einem Monitor zugeführt und wiedergegeben wird, hat das spektral gespreizte Signal fast keine Wirkung, und man erhält ein gutes reproduziertes Bild.
Wenn andererseits eine spektrale Rückspreizung durchgeführt wird, um das überlagerte spektral gespreizte Signal zu detektieren, wie dies weiter unten beschrieben wird, wird das spektral gespreizte Signal als Schmalbandsignal restauriert, wie dies in 5D dargestellt ist. Wenn man einen genügend großen Bandbreiten-Spreizfaktor vorsieht, übersteigt die Leistung des zusätzlichen informationssignals nach der Rückspreizung die Leistung des Informationssignals, so daß es detektiert werden kann.
In diesem Fall hat das dem Videosignal usw. überlagerte zusätzliche Informationssignal die gleiche Zeitlage und Frequenz wie das Videosignal, so daß ein Löschen oder Modifizieren durch Frequenzfilterung oder einfache Informations-Substitution unmöglich ist.
Indem das erforderliche zusätzliche Informationssignal dem Videosignal überlagert und aufgezeichnet wird, wird es mit dem Videosignal verbunden, und ein zusätzliches Informationssignal, wie das erwähnte Antiduplizier-Steuersignal, kann problemlos übertragen werden. Wenn das spektral gespreizte zusätzliche Informationssignal dem Videosignal oder Informationssignal mit einer Signalleistung überlagert wird, die niedriger ist als die des Informationssignals, kann die Beeinträchtigung des Informationssignals minimiert werden.
Wenn beispielsweise ein Antiduplizier-Steuersignal dem Videosignal als zusätzliches Informationssignal überlagert wird, ist es schwierig, das Antiduplizier-Signal zu verfälschen oder zu entfernen, so daß diese Antiduplizier-Steuerung eine illegale Duplizierung definitiv verhindert.
Bei der oben beschriebenen Konstruktion wurde die Spektrumspreizung mit Hilfe einer PN-Codesequenz durchgeführt, deren vertikale Periode auf dem vertikalen Synchronisiersignal basiert. Deshalb kann die PN-Codesequenz für die spektrale Rückspreizung, die zur Detektierung des spektral gespreizten Signals aus dem Videosignal erforderlich ist, ohne weiteres auf der Basis eines Signals erzeugt werden, das mit dem aus dem Videosignal detektierten vertikalen Synchronisiersignal synchronisiert ist. Das heißt, es ist nicht erforderlich, eine Synchronisationssteuerung des PN-Codes für die Rückspreizung, beispielsweise mit Hilfe einer Gleitkorrelations-Vorrichtung, durchzuführen. Da die PN-Codesequenz für das Rückspreizen auf diese Weise leicht erzeugt werden kann, ist ein schnelles Rückspreizen möglich, so daß das spektral gespreizte und dem Videosignal überlagerte Antiduplizier-Steuersignal oder andere zusätzliche Informationen detektiert werden können.
In dem Beispiel von 2 wurde das SS-Antiduplizier-Steuersignal einem digitalen Videosignal überlagert, es kann jedoch auch dem analogen Videosignal vor der A/D-Wandlung überlagert werden, so daß ein Chip des spektral gespreizten Signals mehreren Pixeln entspricht, die Daten in den Blockeinheiten BL entsprechen.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung, die die originalen Videodaten aus einem komprimierten Videosignal, dem die SS-Zusatzinformation überlagert ist, restauriert und ein Antiduplizier-Steuersignal detektiert, das die zusätzliche Information darstellt.
Wie in 7 dargestellt, werden komprimierte Videodaten Dv, die durch Auslesen z.B. einer DVD gewonnen werden, einem variablen Längendekodierer 31 zugeführt, in welchem sie dekodiert werden, und dann an einen inversen Quantisierer 32 geliefert. Durch inverse Quantisierung in dem inversen Quantisierer 32 werden die Daten zu einem Bitstrom restauriert, der DCT-Koeffizienten enthält. Die Daten aus dem inversen Quantisierer 32 werden einem inversen DCT-Prozessor 33 zugeführt, der die DCT-Koeffizienten aus der Frequenzregion in Bilddaten in der Zeitregion umwandelt. Das Ausgangssignal des inversen DCT-Prozessors 33 wird einer Blockteilungseinheit 34 zugeführt, die aus den Blockeinheitsdaten BL die Bilddaten mit der originalen Zeitsequenz restauriert, die dann in dem D/A-Wandler 35 zu analogen Videodaten restauriert werden.
Die Detektierung der zusätzlichen Information wird in diesem Beispiel folgendermaßen durchgeführt. Die Bitstromdaten aus dem inversen Quantisierer 32, die DCT-Koeffizienten enthalten, werden einer Gleichstromkomponenten-Extrahiereinheit 41 zugeführt, in der der Koeffizient DC, der die Gleichstromkomponente der DCT-Koeffizienten darstellt, extrahiert wird.
Der Koeffizient DC wird einem Addierer 42 zugeführt, der die Differenz zwischen Interframes, wie dem Bild B und dem Bild P integriert und die korrekten Daten extrahiert. Das Ausgangssignal des Addierers 42 wird in einem Gleichstromkomponentenspeicher 43 temporär gespeichert. Der Gleichstromkomponentenspeicher 43 besitzt einen Speicherbereich für ein Vollbild in Blockeinheiten, und die Aufzeichnungsregion jeder Blockeinheit wird durch ein frisches Ausgangssignal des entsprechenden Blocks aus dem Addierer 42 aktualisiert. Die Gleichstromkomponente, die der Gleichstromkomponentenspeicher 43 für jeden Block ausgibt, wird einem Eingang eines Schalters 44 zugeführt. Dem anderen Eingang des Schalters 44 wird Null ("0") als Gleichstromkomponente zugeführt.
Der Schalter 44 wird der Intraframe- oder Interframe-Information entsprechend umgeschaltet, die in der Header-Information der dem variablen Längenkodierer zugeführten digitalen komprimierten Daten enthalten ist. Das heißt, wenn die Daten, die dekomprimiert werden, Intraframe-Daten sind, d.h. für das Bild I, wird der Schalter 44 auf "0" umgeschaltet. Zu dieser Zeit sind die Daten in den Blöcken BL Daten, die in dem Vollbild enthalten sind, sowie Daten für ein spezielles Vollbild, das keine Differenz gegenüber dem vorhergehenden oder nachfolgenden Vollbild aufweist.
Wenn die Daten, die komprimiert werden, hingegen Interframe-Daten sind, wird der Schalter 44 auf den Gleichstromkomponentenspeicher 43 umgeschaltet, in welchem eine Differenz für jeden Block gespeichert ist, und die Differenz wird zu den Daten des folgenden Vollbilds addiert, so daß die korrekten Daten restauriert werden.
Wie oben erwähnt wurde, wird die Gleichstromkomponente der restaurierten DCT-Koeffizienten der Rückspreizungseinheit 45 zugeführt. Gleichzeitig wird der Rückspreizungseinheit 45 die mit dem PN-Code auf der Überlagerungsseite synchronisierte PN-Codesequenz zugeführt. Es wird eine Rückspreizung durchgeführt, und die der Gleichstromkomponente der DCT-Koeffizienten überlagerte zusätzliche Information wird detektiert. Da in diesem Fall der Überlagerungspegel in der Gleichstromkomponente der DCT-Koeffizienten in den Blockteilen, in denen die das spektral gespreizte Signal bildende zusätzliche Information in dem reproduzierten Bild, der Streuung des Bilds entsprechend, nicht hervortritt, wie oben beschrieben, vergrößert ist, wird die Detektierungsempfindlichkeit in der Rückspreizungseinheit 45 erhöht, so daß die überlagerte zusätzliche Information fehlerfrei detektiert werden kann. Die detektierte zusätzliche Information wird einer Einheit 46 zur Ermittlung der zusätzlichen Information zugeführt, in der die Bits der zusätzlichen Information ermittelt werden.
Die PN-Codesequenz für das Rückspreizen wird synchron mit der Überlagerungsseite folgendermaßen erzeugt. Die komprimierten Videosignaldaten Dv werden der Synchronisierzeit-Extrahierzeit 47 zugeführt, um ein Synchronisierzeitsignal zu erzeugen. Dieses Synchronisierzeitsignal enthält ein Blockzeitsignal oder ein Synchronisierzeitsignal von Daten in Vollbildeinheiten. Das Synchronisierzeitsignal aus dieser Synchronisierzeit-Extrahiereinheit 47 wird einer Zeitsignal-Generatoreinheit 48 zugeführt, in der ein Zeitsignal, z.B. ein bei der Dekomprimierung benutzter Takt, sowie ein Zeitsignal für die Erzeugung eines Spreizcodes für das Rückspreizen erzeugt werden.
Der Spreizcode für das Rückspreizen wird von einer PN-Generatoreinheit 49 erzeugt. Diese PN-Generatoreinheit 49 hat den gleichen Aufbau wie die in 4 dargestellte PN-Generatoreinheit. Die Zeitsignal-Generatoreinheit 48 erzeugt auf der Basis des Synchronisierzeitsignals aus der Synchronisierzeit-Extrahiereinheit 47 das Synchronisier-Rücksetzsignal RE, das Aktivierungssignal EN und ein mit dem Zeitsignal synchronisiertes Taktsignal PNCLK, das auf der Seite benutzt wird, auf der die SS-Zusatzinformation überlagert wird. Diese Signale werden der PN-Generatoreinheit 49 zugeführt.
Dadurch erzeugt die PN-Generatoreinheit 49 eine PN-Codesequenz, die mit der PN-Codesequenz auf der Überlagerungsseite synchronisiert ist. Mit der PN-Codesequenz aus der PN-Generatoreinheit 49 wird die zusätzliche Information aus dem Ausgangssignal des Addierers 42 in der Rückspreizungseinheit 45 detektiert.
Damit kann bei diesem Ausführungsbeispiel mit Hilfe des detektierten und als zusätzliche Information ermittelten Antiduplizier-Steuersignals detektiert werden, ob eine Duplizierung des Bitstroms, der komprimierten digitalen Videodaten möglich ist oder nicht. Wenn z.B. Duplizierung verboten ist, wird eine Verarbeitung durchgeführt, um die Bitstromdaten in dem Puffer zu verwerfen, ohne sie auszulesen.
Wenn nur die zusätzliche Information, wie das Antiduplizier-Steuersignal, detektiert werden soll, ist der inverse DCT-Prozessor unnötig, so daß die Vorrichtung zur Detektierung der zusätzlichen Information einen einfacheren Aufbau hat und preiswerter herzustellen ist.
Ein DVD-Wiedergabegerät oder ein DVD-Aufzeichnungs-/-Wiedergabegerät besitzt z.B. einen MPEG-Dekodierer zum Restaurieren eines MPEG2-komprimierten Videosignals in ein Zeitbasissignal, so daß die zusätzliche Information nach der DCT-Verarbeitung des komprimierten Videosignals und nach seiner Restaurierung in ein Zeitbasis-Videosignal rückgespreizt und detektiert wird.
DVD-ROM-Laufwerke sind jedoch nicht mit MPEG2-Dekodierern ausgestattet, so daß die MPEG-Dekodierung in einem mit dem DVD-ROM-Laufwerk verbundenen Personalcomputer durchgeführt wird. Falls eine illegale Duplizierung vor der MPEG-Dekodierung verhindert wird, kann auch in diesem Fall eine effektive Antiduplizier-Steuerung durchgeführt werden,
Falls die Vorrichtung zur Detektierung der zusätzlichen Information, die die Komponenten 31, 32, 41 bis 49 von 7 aufweist, in einem DVD-ROM-Laufwerk angeordnet ist, können die Antiduplizier-Steuerung und die weitere Verarbeitung der Bitstromdaten ohne teure Vorrichtungen, wie MPEG-Dekodierer, relativ preiswert durchgeführt werden, bevor sie von einem Personalcomputer assimiliert werden.
Der gleiche Effekt wird erreicht, wenn die Vorrichtung zum Detektieren der zusätzlichen Information mit den Komponenten 31, 32, 41 bis 49 von 7 adaptiv zwischen dem DVD-Laufwerk und dem Personalcomputer angeordnet ist.
Die zusätzliche Information kann natürlich nicht in der oben beschriebenen Weise aus der Gleichstromkomponente der DCT-Koeffizienten detektiert werden, sondern aus den Daten in den Blockeinheiten BL aus dem inversen DCT-Prozessor 33.
In dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde die Spektrumspreizung durch eine PN-Codesequenz mit einer vertikalen Periode durchgeführt, und der Addierer 42 und der Gleichstromkomponentenspeicher 43 waren vorgesehen, um die Differenz in den Interframes zu berücksichtigen. Wenn jedoch die PN-Codesequenz mit vertikaler Periode mit einer Vollbildperiode invertiert wird, die eine Differenz von 1 hat, wenn die zusätzliche Information spektral gespreizt und überlagert wird, können der Addierer 42 und der Gleichstromkomponentenspeicher 43 entfallen.
In dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ermittelte die Streuungsberechnungseinheit 26 die Streuung σ_v nach der obigen Gleichung (2) für alle Pixel in einem Block BL mit Hilfe des Mittelwerts aller Pixel in dem Block BL. Der Block BL kann jedoch weiter in Unterblöcke unterteilt sein, und der Überlagerungspegel pro Chip des spektral gespreizten Signals in Blockeinheiten kann ermittelt werden, indem die Streuung in diesen Unterblockeinheiten berücksichtigt wird.
Wie in 8A dargestellt ist, kann ein Block BL, der 8 (horizontale) × 8 (vertikale) Pixel enthält, in 4 × 4 Unterblöcke SB1, SB2, SB3, SB4 unterteilt sein, und die Streuungen σ_v1, σ _v2, σ_v3, σ_v4 werden nach der obigen Gleichung (2) bestimmt, wie dies in 8B dargestellt ist. Die Streuung σ_v des Blocks BL kann ermittelt werden, indem z.B. der Mittelwert der Streuung für jeden Unterblock, d.h. σv = (σv1 + σv2 + σv3 + σv4)/4berechnet wird und der Überlagerungspegel wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel aus der Streuung in der Blockeinheit BL bestimmt wird.
Wenn die Streuung in dem Block BL in dieser Weise aus der Streuung der Unterblöcke SB1, SB2, SB3, SB4 ermittelt wird, wird der Überlagerungspegel der zusätzlichen Information aus einer Bildinhaltsinformation ermittelt, die detaillierter ist. Deshalb wird das Ziel der vorliegenden Erfindung, nämlich die zusätzliche Information in dem reproduzierten Bild weniger auffällig zu machen und die Detektierungsempfindlichkeit zu verbessern, effektiver erreicht.
Wenn Blöcke in Unterblöcke unterteilt werden, ist der Überlagerungspegel eines Chips des spektral gespreizten Signals innerhalb des Blocks BL nicht fest, sondern kann entsprechend der Streuung in den Unterblöcken variiert werden.
9A und 9B zeigen ein Beispiel hierfür. In 9A ist der Block B wie in dem obigen Beispiel in vier Unterblöcke SB1, SB2, SB3, SB4 geteilt, und die Streuungen σ_v1 + σ_v2 + σ_v3, σ _v4 für jeden Unterblock SB1, SB2, SB3, SB4 werden durch die Gleichung (2) ermittelt. Der Überlagerungspegel für die Bilddaten in jeder Unterblockeinheit wird dann nach diesen Streuungen σ_v1 + σ_v2 + σ_v3 + σ_v4 ermittelt.
Es gibt in diesem Fall zwei Möglichkeiten für die Einstellung des Überlagerungspegels in den Unterblockeinheiten. Bei einem Verfahren wird in der Nachschlagetabelle 251 in Unterblockeinheiten nachgeschaut, um so den Überlagerungspegel zu variieren.
Bei dem anderen Verfahren wird die Streuung σ_v in Blockeinheiten aus dem Mittelwert der Streuungen σ_v1 + σ_v2 + σ_v3 + σ_v4 in den Unterblockeinheiten berechnet, mit Hilfe der Nachschlagetabelle 251 diese Streuung σ_v ermittelt, und Koeffizienten (in dem Block) werden entsprechend den Streuungen σ_v1 + σ_v2 + σ_v3 + σ_v4 für jeden Unterblock zugeordnet (um so das Ergebnis aus der Nachschlagetabelle zu ermitteln).
Das letztere Verfahren ist in 9B dargestellt. Es sei beispielsweise angenommen, daß die Beziehung σv1 + σv2 + σv4 + σv3gilt, wenn ein Multiplikationskoeffizient, der sich durch Bezugnahme auf die Nachschlagetabelle aus der Streuung σ_v in Blockeinheiten ergibt, gleich "2" ist. Die Multiplikationskoeffizienten werden dann Unterblockeinheiten zugeteilt, wie dies in 9B dargestellt ist, so daß der Multiplikationskoeffizient für den Block BL als Ganzes gleich "2" ist.
Bei beiden Verfahren ist der Überlagerungspegel in einem Chip nicht fest, sondern variiert in Unterblockeinheiten. Dies hat zur Folge, daß bei diesem Ausführungsbeispiel die zusätzliche Information nicht mehr ausschließlich in der Gleichstromkomponente der DCT-Koeffizienten enthalten ist und nach der Durchführung der inversen DCT die Detektierung der zusätzlichen Information für Daten in Blockeinheiten durchgeführt wird.
In der obigen Beschreibung wurde die SS-Zusatzinformation dem Videosignal so überlagert, daß ein Chip mit einem Block korrespondiert. Ein Chip kann jedoch auch einem oder mehreren Blöcken zugeordnet sein. Die Überlagerung kann beispielsweise so durchgeführt werden, daß ein Makroblock aus vier Blöcken mit einem Chip korrespondiert.
Die Überlagerung kann auch so durchgeführt werden, daß ein Chip nicht einem oder mehreren Blöcken zugeteilt wird und jeder Block mehrere Pixel sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung aufweist, sondern auch einem oder mehreren Blöcken und jeder Block mehrere Pixel entweder in horizontaler oder in vertikaler Richtung aufweist.
Die Erfindung ist außerdem nicht auf den Fall beschränkt, daß Bilddaten komprimiert und übertragen werden, sie kann vielmehr auf alle Fälle angewendet werden, in denen ein Chip eines spektral gespreizten Signals Blockeinheiten zugeteilt und überlagert wird.
Außerdem kann die Rücksetzperiode des Spreizcodes des spektral gespreizten Signals nicht nur eine vertikale sondern auch mehrere vertikale Perioden umfassen. Ferner kann die Rücksetzperiode des Spreizcodes auch einer oder mehreren horizontalen Perioden entsprechen.
In dem obigen Ausführungsbeispiel wurde der Überlagerungspegel so eingestellt, daß er je nach dem Wert "0" oder "1" des Chips des Spreizcodes entweder positiv oder negativ ist. Ein Pegel kann jedoch auch ein Null-Pegel sein, und die anderen können entweder positiv oder negativ sein. In diesem Fall kann die Erfindung angewendet werden, indem entweder für den positiven oder für den negativen Pegel das oben erwähnte feste Überlagerungspegelmuster benutzt wird.
In der vorangehenden Beschreibung war das zusätzliche Informationssignal, das spektral gespreizt und dem Videosignal überlagert wurde, ein Antiduplizier-Steuersignal. Die zusätzliche Information ist jedoch nicht auf ein Antiduplizier-Steuersignal beschränkt, sondern kann auch z.B. eine Information sein, die auf das digitale Videosignal bezogen ist, oder z.B. ein Zeitcode zur Identifizierung der einzelnen Halbbilder oder einer Urheberrechtsinformation usw.. Als Urheberrechtsinformation kann z.B. eine Seriennummer benutzt werden, die das Aufzeichnungsgerät spezifiziert. Wenn diese Seriennummer dem digitalen Videosignal Vi überlagert und aufgezeichnet wird, kann die Kopierhistorie leicht verfolgt werden.
In der vorangehenden Beschreibung wurde das spektral gespreizte Signal einem digitalen Videosignal überlagert. Es kann natürlich auch einem analogen Videosignal überlagert werden, wobei auch in diesem Fall die Erfindung angewendet werden kann. Sie kann außerdem nicht nur angewendet werden, wenn eine zusätzliche Information als spektral gespreiztes Signal einem Videosignal überlagert wird, sondern auch dann, wenn es einem Bildsignal, z.B. einem von einem Bildscanner ausgelesenen Bild, überlagert wird.
Bei dem obigen Ausführungsbeispiel wurde die zusätzliche Information mittels eines PN-Codes spektral gespreizt. Es können jedoch verschiedene PN-Codesequenzen den zusätzlichen Informationsbits entsprechend überlagert werden, wobei das spektral gespreizte Signal durch Detektieren dieser PN-Codes detektiert werden kann.
Die Erfindung kann z.B. auch angewendet werden, wenn der PN-Code dem Videosignal als spektral gespreiztes Signal überlagert wird, indem definiert wird, daß "1" übertragen wird, wenn der PN-Code überlagert ist, und "0" übertragen wird, wenn er nicht überlagert ist.
Weiterhin ist der Spreizcode nicht auf einen PN-Code beschränkt, sondern kann auch ein anderer Code, z.B. ein Gold-Code, sein.
In der vorangehenden Beschreibung wurde die Erfindung auf ein Aufzeichnungs- und Wiedergabesystem angewendet, sie kann jedoch auch angewendet werden, wenn dem Videosignal eine zusätzliche Information überlagert und durch verschiedene Medien, z.B. Funkwellen, Kabel oder Infrarotwellen, übertragen wird.

Claims

Verfahren zum Überlagern einer zusätzlichen Information über ein Videosignal (V_i) mit den Verfahrensschritten: Erzeugen eines Spektrumspreizcodes, Spreizen des Spektrums der zusätzlichen Information durch den Spektrumspreizcode, um ein zusätzliches Informationssignal mit gespreiztem Spektrum zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass der Spektrumspreizcode Chip-Intervalle besitzt, die Blöcken (BL) mehrerer Pixel entsprechen, die gewonnen werden, indem ein Bildschirm des Videosignals synchron mit dem Videosignal (V_i) in Blöcke (BL) unterteilt wird, und gekennzeichnet durch Berechnen der Streuung der in den Blöcken (BL) enthaltenen Pixelwerte für jeden Block (BL), Erzeugen eines Pegelsteuersignals zum Steuern des Pegels des zusätzlichen Informationssignals mit gespreiztem Spektrum entsprechend der genannten Streuung in einer Periode, die den genannten Chip-Intervallen entspricht, Überlagern des pegelgesteuerten zusätzlichen Informationssignals mit gespreiztem Spektrum über das Videosignal (V_i), um ein Ausgangsvideosignal (D_v) zu erzeugen.
Verfahren zum Überlagern eines zusätzlichen Informationssignals über ein Videosignal (V_i) nach Anspruch 1, bei dem der Verfahrensschritt des Berechnens der Streuung der in den Blöcken enthaltenen Pixelwerte für jeden Block die Schritte umfasst: Berechnen einer Streuung von Pixelwerten, die in Unterblöcken enthalten sind, die durch weiteres Unterteilen der Blöcke (BL) gewonnen werden, und Berechnen einer Streuung der Blöcke (BL) auf der Basis der in den Unterblöcken enthaltenen Pixelwerte.
Verfahren zum Überlagern eines zusätzlichen Informationssignals über ein Videosignal (V_i) nach Anspruch 1, bei dem die Streuung unter Verwendung der genannten Pixelwerte, eines Mittelwerts der in den Blöcken (BL) enthaltenen Pixelwerte und einer Anzahl von in den Blöcken enthaltenen Pixeln berechnet wird.
Vorrichtung zum Überlagern einer zusätzlichen Information über ein Videosignal (V_i) mit einer Spektrumspreizcode-Generatoreinrichtung (23) zum Erzeugen eines Spektrumspreizcodes, mit einer Spektrumspreizeinrichtung (24) zum Spreizen des Spektrums der zusätzlichen Information durch den Spektrumspreizcode, um ein zusätzliches Informationssignal mit gespreiztem Spektrum zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass der Spektrumspreizcode Chip-Intervalle besitzt, die Blöcken (BL) mehrerer Pixel entsprechen, die gewonnen werden, indem ein Bildschirm des Videosignals synchron mit dem Videosignal (V_i) in Blöcke (BL) unterteilt wird, und gekennzeichnet durch eine Recheneinrichtung (26) zum Berechnen der Streuung der in den Blöcken (BL) enthaltenen Pixelwerte für jeden Block (BL), eine Pegelsteuereinrichtung (25) zum Erzeugen eines Pegelsteuersignals zum Steuern des Pegels des zusätzlichen Informationssignals mit gespreiztem Spektrum entsprechend der genannten Streuung in einer Periode, die den genannten Chip-Intervallen entspricht, und eine Signalüberlagerungseinrichtung (14) zum Überlagern des pegelgesteuerten zusätzlichen Informationssignals mit gespreiztem Spektrum über das Videosignal (V_i), um ein Ausgangsvideosignal (Dv) zu erzeugen.
Vorrichtung zum Überlagern eines zusätzlichen Informationssignals über ein Videosignal (V_i) nach Anspruch 4, bei dem die Recheneinrichtung (26) so ausgebildet ist, dass sie eine Streuung von Pixelwerten berechnet, die in Unterblöcken enthalten sind, die durch weiteres Unterteilen der Blöcke (BL) gewonnen werden, und eine Streuung der Blöcke (BL) auf der Basis der in den Unterblöcken enthaltenen Pixelwerte berechnet.
Vorrichtung zum Überlagern eines zusätzlichen Informationssignals über ein Videosignal (V_i) nach Anspruch 4, bei dem, die Recheneinrichtung (26) so ausgebildet ist, dass sie die Streuung unter Verwendung der genannten Pixelwerte, eines Mittelwerts der in den Blöcken (BL) enthaltenen Pixelwerte und einer Anzahl von in den Blöcken enthaltenen Pixeln berechnet.