KR20060027351A - 적은 주파수 성분들을 갖는 미디어 신호 내의 부가적데이터의 검출 가능성을 증가시키는 방법 - Google Patents

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마인 반 더 빈
아웨크 엔. 레마
자비어 에프. 아프리
알폰스 에이. 엠. 엘. 브루커스
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 미디어 신호 내 부가적 데이터의 매입에 관련된 방법들, 디바이스들, 미디어 신호 및 정보 저장 매체에 관한 것이다. 제 1 가산 유닛(12)은, 변경된 미디어 신호(x+n)를 제공하기 위해 미디어 신호(x)를 잡음 신호(n)와 혼합하고, 조합기 유닛(14)은, 호스트 변경 미디어 신호를 제공하기 위해, 변경된 미디어 신호와 부가적 데이터의 승산을 통해 부가적 데이터(w)를 변경된 미디어 신호(x+n)와 조합한다. 이러한 방법으로, 미디어 신호(x)가 적은 주파수 성분들을 포함하면, 부가적 데이터는 출력 신호(y)에서 더 확실하게 검출될 수 있다.
미디어 신호, 부가적 데이터, 주파수 성분, 잡음 신호, 출력 신호

Description

적은 주파수 성분들을 갖는 미디어 신호 내의 부가적 데이터의 검출 가능성을 증가시키는 방법{Raising detectability of additional data in a media signal having few frequency components}
본 발명은 일반적으로 부가적 데이터를 미디어 신호 내에 제공하는 분야에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 부가적 데이터의 미디어 신호 내 매입에 관련된 방법들, 디바이스들, 신호 및 정보 저장 매체에 관한 것이다.
인터넷의 전개로, 가상적으로 무제한적인 양의 정보 콘텐트를 액세스 또는 검색할 수 있다. 이때, 콘텐트는 상이한 콘텐트 제공자들에 의해 모양들 및 형태를 변경하는 미디어 신호들의 형태로 제공될 수 있다. 미디어 신호들은, 예를 들면, 압축되거나 압축 해제된 형태의 오디오 신호들, 압축되거나 압축 해제된 형태의 이미지 신호들 및 압축되거나 압축 해제된 형태의 비디오 신호들로서 제공될 수 있다. 상기 미디어 콘텐트에 대한 자격이 없는 사람들에게 의해 상기 미디어 콘텐트가 불법적으로 획득되거나, 콘텐트의 불법 복제가 이루어지는 것을 금지하기 위해, 콘텐트 소유자들은 그들의 콘텐트를 보호할 필요가 있다. 콘텐트를 보호하기 위해, 그들은 종종 부가적 정보를 미디어 신호들 내에 제공할 필요가 있다. 부가적 정보는 또한, 예를 들면, 오디오(예를 들면, 서정시)에 관하여 텍스트를 제공하는 것과 같이 다른 이유들로 제공될 수 있다.
부가적 데이터가 미디어 신호 내에 제공되는 하나의 사용 분야는 디지털 권리 관리(Digital Rights Management; DRM) 분야이며, 여기서 워터마크들 형태의 부가적 데이터는, 미디어 콘텐트의 불법적 변경을 금지하기 위해 미디어 콘텐트 및 가능한 사용자의 출처를 나타내는데 사용된다.
정확하고 효과적인 워터마크 검출의 가능성은, 호스트 신호로의 데이터 매입 방법 및 호스트 신호의 특성들에 매우 의존한다. 워터마크 매입에 자주 사용되는 한 형태는 소위 승산 워터마킹(multiplicative watermarking)이라 불리며, 여기서 워터마킹될 미디어 신호는 해당 워터마크와 승산된다. 한편, 일반적으로 미디어 신호는 다수의 상이한 주파수 성분들을 가지며, 때때로 적은 주파수 성분들을 가질 수 있다. 주파수 성분들이 적은 경우에, 승산 워터마킹을 사용하여 매입된 워터마크를 검출하는 것은 어려울 수 있다.
국제 특허 출원 번호 제 WO-A-02/15587 호는, 워터마크와 같은 부가적 데이터가 미디어 신호에 부가되는 방법을 설명한다. 여기서 신호는 사인파에 관하여 설명된다. 이진 코드는, 고주파수 대역에 잡음을 가산하지 않거나 가산하여 고주파수 대역의 신호에 가산된다. 검출 시에, 획득된 디지트들의 시퀀스(즉, 0들 및 1들)는 워터마크 정보(의 코딩된 버전)를 나타낸다. 따라서, 상기 문헌은 덧셈 워터마킹(additive watermarking)에 대한 기술을 설명하며, 이것은 승산 워터마킹 환경에 적용 가능하지 않다. 또한, 부가적 정보가 고주파수 대역(간단한 저대역 필터를 사용하여 쉽게 필터링될 수 있음) 내에만 제공되기 때문에, 강인함이 중요한 조건일 경우, 덧셈 워터마킹은 부서지기 쉽고 따라서 적합하지 않다.
보다 강인한, 승산 워터마킹 방법에서, 복수의 실수들의 원형 시프트된 칩 시퀀스들은 미디어 신호의 적절히 스케일링된 버전과 승산되고, 다시 원 미디어 신호에 가산된다. 검출 시에, 다양한 상관 피크들 간의 거리들은 워터마크 정보(의 코딩된 버전)를 반송한다. 호스트 신호가 적은 주파수 성분들을 포함하는 경우에, 상관은 약할 것이다. 따라서, 적은 주파수 성분들을 갖는 미디어 신호에 승산 매입 기술을 사용하여 매입되는 부가적 데이터에 대한 검출 가능성을 더 높일 필요가 있다.
따라서 본 발명의 목적은, 미디어 신호, 특히, 적은 주파수 성분들을 갖는 미디어 신호의 섹션들에 부가적 데이터를 매입하는 강인한 승산 매입 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 특징에 따라, 부가적 데이터를 미디어 신호 내에 매입하는 방법으로서:
미디어 신호를 획득하는 단계;
변경된 미디어 신호를 제공하기 위해, 상기 미디어 신호 중 적어도 하나의 섹션을 잡음 신호와 혼합하는 단계; 및
제 1 호스트 변경 미디어 신호를 제공하기 위해, 상기 부가적 데이터를 상기 변경된 미디어 신호와 조합하는 단계를 포함하는, 매입 방법에 의해 본 발명의 목적이 성취된다.
본 발명의 제 2 특징에 따라, 부가적 데이터를 미디어 신호 내에 매입하는 디바이스로서:
변경된 미디어 신호를 제공하기 위해, 상기 미디어 신호 중 적어도 하나의 섹션을 잡음 신호와 혼합하는 제 1 가산 유닛; 및
제 1 호스트 변경 미디어 신호를 제공하기 위해, 상기 부가적 데이터를 상기 변경된 미디어 신호와 조합하는 조합기 유닛을 포함하는, 매입 디바이스에 의해 본 발명의 목적이 또한 성취된다.
본 발명의 제 3 특징에 따라, 미디어 신호로서:
잡음 신호와 혼합된 미디어 신호를 포함하는 변경된 미디어 신호 중 적어도 하나의 섹션을 포함하고, 부가적 데이터는 변경된 미디어 신호와 조합되는, 미디어 신호에 의해 본 발명의 목적이 또한 성취된다.
본 발명의 제 4 특징에 따라, 정보 저장 매체로서:
잡음 신호와 혼합된 미디어 신호를 포함하는 변경된 미디어 신호 중 적어도 하나의 섹션을 포함하는 미디어 신호를 포함하고, 부가적 데이터는 상기 변경된 미디어와 조합되는, 정보 저장 매체에 의해 본 발명의 목적이 또한 성취된다.
본 발명은 또한, 이러한 새로운 호스트 신호에 대한 승산으로 매입된 정보의 검출 가능성을 선택적으로 개선하기 위해 미디어 신호와 미디어 신호의 변경된 버전 간에 (자동적으로) 스위칭하기 위한 기술을 제공하는 것에 관한 것이다.
본 발명의 제 5 특징에 따라, 부가적 데이터를 미디어 신호 내에 매입하는 방법으로서:
미디어 신호를 획득하는 단계;
상기 미디어 신호를 분석하는 단계;
변경된 미디어 신호를 제공하기 위해, 상기 미디어 신호 중 적어도 하나의 섹션을 잡음 신호와 혼합하는 단계; 및
상기 미디어 신호의 상이한 섹션들에 대해, 상기 분석에 의존하여, 상기 부가적 데이터를 상기 변경된 미디어 신호 또는 상기 원 미디어 신호와 조합하는 단계를 포함하는, 매입 방법에 의해 본 발명의 목적이 또한 성취된다.
본 발명의 제 6 특징에 따라, 부가적 데이터를 미디어 신호 내에 매입하는 디바이스로서:
변경된 미디어 신호를 제공하기 위해, 상기 미디어 신호 중 적어도 하나의 섹션을 잡음 신호와 혼합하는 제 1 가산 유닛;
제 1 호스트 변경 미디어 신호를 제공하기 위해, 상기 부가적 데이터를 상기 변경된 미디어 신호 또는 상기 미디어 신호와 조합하는 조합기 유닛; 및
상기 미디어 신호를 분석하고, 상기 미디어 신호의 상이한 섹션들에 대해서, 상기 분석에 의존하여 상기 변경된 미디어 신호 또는 상기 미디어 신호를 상기 조합기 유닛에 제공하는 것을 제어하도록 배열된 분석 유닛을 포함하는, 매입 디바이스에 의해 본 발명의 목적이 또한 성취된다.
청구항 2 및 16 항은 승산을 사용하여 조합을 수행하는 것에 관한 것이다.
청구항 5 및 17 항은 인간의 지각 모델에 기초하여 잡음 신호를 정형하는 것에 관한 것이다.
청구항 6 및 18 항은 인간의 지각 모델에 기초한 신호 정형 함수로 상기 부가적 데이터와 조합된 변경된 미디어 신호를 정형하는 것에 관한 것이다.
청구항 8, 9, 10, 20, 21 및 22 항은 부가된 잡음을 스케일링하고, 상기 부가된 데이터와 조합된 변경된 미디어 신호에 미디어 신호를 부가하고, 상기 부가적 데이터와 조합된 미디어 신호에 스케일링되지 않은 잡음 신호를 부가하는 것에 관한 것이다. 이것은, 부가적 데이터의 매입을 위해 보다 예측 가능한 제어 메카니즘을 제공하는 이점이 있다.
청구항 12 및 23 항은 미디어 신호를 분석하고, 미디어 신호 또는 상기 분석에 의존하여 잡음과 혼합된 미디어 신호의 섹션들을 부가적 데이터와 조합하는 것에 관한 것이다.
본 발명은, 적은 주파수 성분들을 갖는 미디어 신호, 예를 들면, 피치-파이프 또는 하프시코드의 발췌들과 같은 높은 음색 신호들 내에 부가적 데이터를 매입할 때, 부가적 데이터의 보다 좋은 검출 가능성을 제공하는 이점이 있다. 본 발명으로, 이러한 특성들을 갖는 일반 미디어 신호와 비교하여, 예를 들면, 보다 쉽게 검출 가능한 워터마크를 변경된 미디어 신호 내에 매입하는 것이 가능하다. 이러한 보다 높은 레벨의 검출 가능성으로 인해, 미디어 신호의 품질이 저하될지라도, 부가적 데이터는 여전히 검출가능하며, 즉, 정확한 검출의 확률이 증가된다. 이때, 예를 들면, 프로세싱된 미디어 신호의 수사적 트래킹이 쉬어진다.
따라서, 본 발명의 일반적인 사상은, 미디어 신호를 잡음 신호와 혼합하고 부가적 데이터를 미디어 신호와 조합하는 것이며, 미디어 신호는 이러한 방법으로 변경된다.
본 발명의 이들 및 다른 특징들은 이후에 설명되는 실시예들로부터 명백해질 것이며, 상기 실시예들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 워터마크를 변경된 미디어 신호 내에 매입하는 디바이스의 개략도.
도 2는 도 1의 디바이스에서 사용될 수 있는 조합기 유닛의 제 1 변동의 개략도.
도 3은 도 1의 디바이스에서 사용될 수 있는 조합기 유닛의 제 2 변동의 개략도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따라 워터마크를 변경된 미디어 신호 내에 매입하는 디바이스의 개략도.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따라 워터마크를 변경된 미디어 신호 내에 매입하는 디바이스의 개략도.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따라 워터마크를 변경된 미디어 신호 내에 매입하는 방법의 흐름도.
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따라 워터마크를 변경된 미디어 신호 내에 매입하는 디바이스의 개략도.
도 8은 본 발명에 따라 원 미디어 신호 또는 변경된 미디어 신호 내 워터마크의 매입 간에 스위칭하는 디바이스의 개략도.
도 9는 본 발명에 따라 정보 저장 매체 상에 저장된 미디어 신호를 갖는 CD 디스크의 형태의 정보 저장 매체.
본 발명은 첨부한 도면들에 관련하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
본 발명은, 미디어 신호 중 적어도 일부 내에 희소(sparse) 주파수 콘텐트를 갖는 미디어 신호들 내에 부가적 데이터를 제공하는 분야에 관한 것이다. 오디오 분야에서, 그러한 신호들은 하프시코드 및 피치 파이프와 같은 악기들로부터의 사운드를 포함할 수 있다. 그러나 본 발명은 오디오로 제한되지 않으며, 예를 들면, 비디오 또는 디지털 이미지들과 같은 다른 미디어 신호들에 적용될 수 있다. 부가적 데이터는 워터마크 형태로 제공되는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명은 워터마크들로 제한되지 않으며, 부가적 데이터는, 예를 들면, 노래에 관련된 부가적 텍스트와 같이, 미디어 신호 내에서 검출될 필요가 있는 임의의 부가적 데이터일 수 있다는 것은 주의되어야 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 희소 주파수 콘텐트를 갖는 미디어 신호 내에 부가적 데이터를 매입하는 디바이스(10)의 개략도를 도시한다. 이러한 이유로, 디바이스(10)는 제 1 가산 유닛(12)을 포함하며, 먼저 제 1 가산 유닛(12)은 미디어 신호(x)를 수신하고, 변경된 미디어 신호(x+n)를 제공하기 위해 잡음 신호(n)를 가산한다. 미디어 신호(x)는 이러한 상황들에서 종종 호스트 신호라 지칭된다. 이때 변경된 호스트 신호(x+n)는 워터마크 조합기 유닛(14)에 제공되고, 조합 기 유닛은 그의 출력에서 제 1 호스트 변경 신호(mw)를 제공하기 위해 워터마크(w) 형태의 부가적 데이터를 조합한다. 마지막으로, 제 2 가산 유닛(36)에서, 제 1 호스트 변경 신호(mw)는 출력 미디어 신호(y)에 상기 부가적 신호를 제공하기 위해 변경된 호스트 신호(x+n)(또는 호스트 신호(x))에 다시 가산된다. 여기에 도시된 조합기 유닛(14)은, 적절히 선택된 필터 계수들 형태의 워터마크를 적용하는 필터이다. 따라서, 조합기 유닛(14)은, 호스트 신호와 워터마크의 승산을 통해 변경된 호스트 신호(x+n)를 변경하는 승산 유닛이다. 변경된 신호가 원래 신호보다 보다 많은 주파수 성분들을 포함하기 때문에, 워터마크는 더 쉽게 검출된다. 여기서 잡음 신호(n)는 부가적 워터마크 캐리어이며, 잡음 신호 및 호스트 신호 모두가 워터마크를 반송한다.
그러나, 또한 많은 상이한 주파수 성분들을 갖는 신호들은, 특히 더 높은 주파수 영역에서 정형한 잡음의 삽입에 의해 이러한 형태의 매입에서 이로울 수 있다. 이것은 워터마크의 강인함을 상당히 개선하지는 않을 것이지만, 프로세싱되지 않고 워터마킹되지 않은 오디오에서, 이는 상당히 더 좋은 검출 신뢰성을 산출할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 조합기 유닛(14)의 제 1 변동을 도시하며, 조합기 유닛은 주파수 영역에서 동작한다. 따라서, 조합기 유닛은, 변경된 호스트 신호(x)를 수신하고 이를 주파수 영역으로 변환하는 이산 푸리에 변환 유닛(16)을 포함한다. 그후, 변환되고 변경된 호스트 신호는 승산 유닛(18)에 제공되고, 승산 유닛은 변 환되고 변경된 호스트 신호와 워터마크(w)를 승산한다. 여기서 워터마크(w)는 주파수 영역 워터마크이다. 그후, 워터마킹되고 변환되고 변경된 호스트 신호는 푸리에 역변환 유닛(20)에 제공되고, 푸리에 역변환 유닛은 워터마킹되고 변환되고 변경된 호스트 신호를 시간 영역으로 다시 변환하고, 이를 승산 유닛(22)에 제공한다. 승산 유닛(22)은 또한 증가/감소 온/오프 스위칭 함수로부터 결과들을 수신한다. 따라서, 이러한 스위칭을 제공하기 위해, 변경된 호스트 신호(x+n)는 유닛(24)에 제공되고, 상기 유닛은 시간적 게인 함수(G)를 사용한다. 그후, 승산 유닛(22)의 출력은 스케일링 유닛(26)에 제공되고, 스케일링 유닛은 승산된 신호를 스케일링 파라미터(α)로 스케일링한다. 그후, 이러한 승산되고 스케일링된 신호는 제 2 가산 유닛(36)에 제공되고, 가산 유닛은 변경된 호스트 신호를 수신하고, 출력 신호(y)를 형성하기 위해 이들 신호들을 함께 가산하고, 상기 출력 신호는 워터마킹된 호스트 신호이다. 이러한 원리에 따른 워터마크들의 매입은 2001년 5월, 네덜란드, 암스테르담, 110번째 AES Convention의 Proceeding에서 Michiel van der Veen, Fons Breukers, Jaap Haitsma, Ton Kalker, Aweke Negash Lemma 및 Werner Oomen에 의한 "Robust, multi-functional and high-quality audio watermarking technology"에 설명되어 있다.
상술된 주파수 영역 조합기 유닛은 많은 방법들로 변경될 수 있다. 예를 들면, 증폭 유닛을 포함하는 브랜치를 제거할 수 있으며, 또한 스케일링 유닛을 제거할 수 있지만, 이는 신호 품질을 저하할 것이다.
도 3은 시간 영역에서 동작하는 조합기 유닛의 다른 변동을 도시한다. 조합 기 유닛(14)은 대역 통과 필터(30)를 포함하고, 대역 통과 필터는 변경된 호스트 신호(x+n)를 필터링하고, 필터링된 신호를 승산 유닛(32)에 제공하며, 승산 유닛은 또한 워터마크를 수신하고, 워터마크와 필터링된 변경된 호스트 신호(x+n)를 승산한다. 승산 유닛(32)의 출력은 스케일링 유닛(34)에 접속되고, 스케일링 유닛은 워터마킹된 신호를 스케일링 파라미터(α)로 스케일링하고, 이를 제 2 가산 유닛(36)에 제공하며, 가산 유닛은 또한 변경된 호스트 신호(x+n)를 수신한다. 이때, 제 2 가산 유닛(36)의 출력은 워터마킹된 호스트 신호(y)이다. 여기서 스케일링 유닛(34)은, 워터마킹된 신호를 제공하는데 반드시 필요한 것은 아니다. 여기서 워터마크(w)는 시간 영역 워터마크이다. 이러한 워터마킹 기술은, 여기에 참조로서 통합된, IEEE Transaction on Signal Processing, 2003년 4월, Vol 51, 1088-1097쪽, Aweke Negash Lemma, Javier Aprea, Werner Oomen 및 Leon van de Kerkhof에 의한 "A temporal domain audio watermarking technique"에서 찾을 수 있다.
상술된 조합기 유닛들은 본 발명에서 사용되기 보다는 단지 승산 조합기 유닛들의 예이다. 많은 다른 형태의 승산 조합기 유닛들이 대신에 사용될 수 있다.
인간 지각 모델이 지각 가능한 왜곡을 감소시키기 위해 잡음 신호를 정형하는데 사용될 수 있는, 도 1에 도시되고 상술된 워터마킹 기술이 개선될 수 있다. 사용된 모델은 신호의 형태에 의존한다. 미디어 신호가 오디오 신호인 경우에, 상기 모델은 인간 청취 시스템의 정신 음향 모델(psychoacoustic model)이며, 순수 이미지가 사용되는 경우에, 인간 시각 시스템의 정신-시각 모델(psych-visual model)이 사용된다.
본 발명의 제 2 실시예에 따라 워터마크를 미디어 신호에 매입하는 디바이스의 개략도가 도 4에 도시된다. 도 4의 디바이스는 기본적으로 도 1의 디바이스와 동일한 구성요소들을 포함한다. 디바이스(10)가 마스킹 필터 형태의 제 1 신호 정형 유닛(40) 및 필터 제어 유닛(38)을 더 포함하는 점에서 차이가 있다. 필터 제어 유닛(38)은 호스트 신호(x)를 수신하고, 인간 청각 시스템(P)의 정신-음향 모델을 사용하여 이러한 신호를 분석한다. 상기 유닛(38)은 필터(40)의 필터 계수들을 선택하기 위해 분석으로부터의 결과들을 사용한다. 잡음 신호(n)를 수신하는 필터(40)는, 정형된 잡음 신호(ns)가 획득되도록 제 1 신호 정형 함수(M1)를 사용하여 잡음을 정형한다. 그후, 이러한 정형된 잡음 신호(ns)는 호스트 신호(x)와 혼합하기 위해 제 1 가산 유닛(12)에 제공된다. 그후, 상술된 방법으로 워터마크 조합기 유닛(14)에서 워터마크 매입이 수행된다. 필터(40)는, 잡음 신호가 호스트 신호(x)에 의해 지각 가능하게 마스킹되도록 잡음 신호를 정형한다. 미디어 신호가 이미지신호이며, 상기 모델은 대신에 인간 시각 시스템의 정신-시각 모델일 것이다.
신호 정형 함수(M2)를 사용하는 제 2 신호 정형 유닛을 포함함으로써, 본 발명에 따른 디바이스를 또한 변경할 수 있으며, 신호 정형 함수(M2)는 필터 제어 유닛(38)으로부터의 정보에 기초한다. 이러한 제 3 실시예에 따른 디바이스가 도 5에 개략적으로 도시된다. 도 5의 디바이스의 기능은 도 6에 관련하여 설명될 것이며, 도 6은 이러한 제 3 실시예에 따른 방법의 흐름도이다. 이러한 실시예에서, 잡음 가산은 도 4의 잡음 가산과 동일하다. 디바이스(10)가 제 2 잡음 정형 유닛(44)을 포함하는 것만이 차이점이다. 예를 들면, 호스트 신호가 저장된 메모리로부터 상기 신호를 불러옴으로써 먼저 호스트 신호(x)가 획득되고(단계 48), 예를 들면, 잡음 생성 유닛으로부터 잡음 신호(n)가 제공되고(단계 50), 그후 잡음 신호(n)는, 정형된 잡음 신호(ns)를 획득하기 위해 필터(40)에서 제 1 잡음 정형 함수(M1)를 사용하여 정형된다(단계 52). 그후, 정형된 잡음 신호(ns)는, 변경된 호스트 신호(x+ns)를 제공하기 위해 제 1 가산 유닛(12)에 의해 호스트 신호(x)에 가산되거나 호스트 신호와 혼합된다(단계 54). 도 2 또는 도 3에 도시된 유닛들 중 하나이거나, 예를 들면, 단지 필터일 수 있는 조합기 유닛(14)은 변경된 호스트 신호(x+ns)를 수신하고, 워터마킹된 호스트 변경 신호(mw)를 제공하기 위해 워터마크를 이러한 신호와 조합하고(단계 56), 워터마킹된 호스트 변경 신호는 제 1 호스트 변경 신호로서 지칭된다. 그후, 제 1 호스트 변경 신호(mw)는 제 2 신호 정형 유닛(44)에 제공되고, 제 2 신호 정형 유닛은, 정형된 호스트 변경 신호(mws) 또는 제 2 호스트 변경 신호를 제공하기 위해 필터 제어 유닛(38)에 의해 결정된 제 2 신호 정형 함수(M2)를 사용한다(단계 58). 또한 제 2 신호 정형 유닛(44)은 필터의 형태로 제공되고, 필터의 계수들은 상술된 모델(P)에 따른 세트이다. 함수(M2)는, 워터마킹된 신호 내에 여분의 지각 가능한 아티팩트들이 존재하지 않다는 것을 보장한다. 그후, 제 2 호스트 변경 신호(mws)는 제 2 가산 유닛(36)에 제공되고, 제 2 가산 유닛은 변경된 호스트 신호(x+ns)를 수신하고, 워터마킹된 호스트 신호 또는 워터마킹된 출력 미디어 신호 (y)를 제공하기 위해 이들 두 신호를 함께 가산한다(단계 60). 이러한 방법에서, 워터마크는 미디어 신호(x)에 의해 지각 가능하게 마스킹된다. 잡음 신호(ns)는 지각 가능하지 않게 미디어 신호에 가산되기 때문에 이는 지각 가능하지 않은 워터마크 채널을 제공한다는 것을 유의해야 된다.
사용된 함수를 변경할 수 있다. 대안으로서, 미디어 신호가 오디오 신호일 때, 상기 함수들(M1 및/또는 M2) 대신에 소위 TQ(Threshold-in-Quit) 함수가 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 잡음은, 잡음이 청취 임계값으로 떨어지도록 미리 필터링된다. 유사한 함수들은 이미지 신호들 및/또는 비디오에서 사용될 수 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 본 발명의 제 3 실시예에 따른 디바이스 및 방법은 약간의 단점이 있는데, 이는, 잡음 신호가 호스트 신호에 두 번 가산된다는 것이다. 이것은 워터마킹 프로세싱의 제어를 약간 예측 가능하지 않게 만든다. 이러한 문제점의 해결하는 디바이스는 본 발명의 제 4 실시예인 도 7의 개략도로 도시된다. 이러한 디바이스에는 어떠한 제 1 신호 정형 유닛도 존재하지 않는다. 여기서, 잡음 신호(n)는 먼저 스케일링 유닛(62)에 제공되고, 스케일링 유닛은 스케일링 함수(δ)로 잡음 신호를 스케일링한다. 함수(δ)는 1 보다 작거나 0.1 및 0.2 사이가 바람직하다. 그후, 다운스케일링된 잡음 신호(δn)는 제 1 가산 유닛(12)에 제공되고, 변경된 호스트 신호를 제공하기 위해 호스트 신호(x)에 가산되며, 변경된 호스트 신호는 (x+δn)으로 표기되는데, 잡음 신호는 다운스케일링되기 때문이다. 그후, 변경된 호스트 신호는 조합기 유닛(14)에 전달되고, 조합기 유닛은 워터마크 (w)를 이전 설명된 방식으로 매입한다. 조합기 유닛(14)의 출력은 제 3 가산 유닛(64)에 접속되고, 제 3 가산 유닛은 또한, 제 1 호스트 변경 신호(mw)를 제공하기 위해, 워터마킹된 변경된 호스트 신호에 가산하는 스케일링되지 않은 잡음 신호(n)를 수신한다. 상기 신호(mw)는 제 2 신호 정형 유닛(44)에 제공되고, 제 2 신호 정형 유닛은 이전 설명된 함수(M2)에 따라 제 1 호스트 변경 신호(mw)를 필터링하고, 상기 함수(M2)는 필터 제어 유닛(38)에서 이루어진 인간 청취 시스템 분석의 함수(P)에 기초한다. 필터(44)로부터의 정형된 신호(mws) 또는 제 2 호스트 변경 신호는, 원래 호스트 신호(x)에 가산하기 위해 제 2 가산 유닛(36)에 제공된다. 따라서, 필터(44)는, 호스트 변경 신호(mw)가 호스트 신호(x)에 의해 지각 가능하게 마스킹되는 것을 보장한다. 이러한 방법에서, 모든 부가적 신호 성분들은 하나의 지점에서 호스트 신호(x)에만 삽입되며, 이는 제어 메카니즘을 보다 예측 가능하게 한다.
상술된 바와 같이, 호스트 또는 미디어 신호가 적은 주파수 성분들을 가질 때, 워터마크의 보다 안전한 검출을 가능하게 하기 위해 잡음 신호가 가산되며, 상기 주파수 성분들은, 신호가 오디오 신호 또는 공간 주파수일 경우에 사운드 주파수 성분들일 수 있다. 그러나, 오디오 신호는 스펙트럼적인 희소 사운드들만으로 구성되지 않지만, 종종 음악의 일부 구절 또는 섹션들에서만 적은 주파수 성분들을 가질 수 있다. 따라서, 전체 미디어 신호 및 음악의 일부 구절 또는 섹션들에서 본 발명의 상술된 실시예들을 사용할 필요가 없다. 따라서, 본 발명의 상술된 실시예들에 따라 워터마크를 매입하고 미디어 신호의 특성들에 의존하여 공지된 원리들에 따라 워터마크를 매입할 필요가 있다.
도 8은 이러한 기능을 제공하는 디바이스를 도시한다. 상기 디바이스는 제 1 실시예에 따라 제 1 가산 유닛(12), 워터마크 조합기 유닛(14) 및 제 2 가산 유닛(36)을 포함한다. 제 2, 3 및 4 실시예들에 따른 디바이스들은 약간의 쉬운 변경들로 도 8의 디바이스에서 사용되도록 쉽게 적응될 수 있다. 도 8에서, 제 1 가산 유닛(12)은 잡음 신호(n) 및 호스트 신호(x)를 수신하고, 상술된 원리들에 따라 변경된 호스트 신호(x+n)를 정형하기 위해 이들 서로를 가산한다. 제 1 가산 유닛(12)의 출력은 제 1 스위치(68)를 통해 워터마크 조합기 유닛(14)에 접속된다. 호스트 신호는 또한 제 2 스위치(70)를 통해 워터마크 조합기 유닛(14)에 직접 접속된다. 분석 유닛(66)은 호스트 신호의 주파수 콘텐트를 분석하기 위해 분석 함수(A)를 사용하고, 상기 분석에 의존하여 제 1 및 2 스위치를 제어하여, 호스트 신호(x)의 주파수 성분들의 수가 희소한 경우, 제 1 스위치(68)는 제 1 가산 유닛(12)을 워터마크 조합기 유닛(14)에 접속시키고, 그렇지 않다면 제 2 스위치(70)는 변경되지 않은 호스트 신호(x)를 워터마크 조합기 유닛(14)에 접속시킨다. 그후 워터마크 조합기 유닛(14)은 상술된 방법으로 수신된 신호 내에 워터마크를 매입하고, 제 2 가산 유닛(36)은, 출력 신호(y)를 제공하기 위해 제 1 호스트 변경 신호(mw)를 변경되지 않은 호스트 신호(x) 또는 변경된 호스트 신호(x+n)에 가산한다. 여기서 스위칭 은, 워터마크 조합기 유닛(14)으로의 하나의 신호 입력으로부터 다른 것으로의 전환이 점진적으로 이루어지도록 소프트 스위치 기능이 바람직하다. 이것은, 스위치가 한 상태에서 다른 상태로 수행될 때, 풀 신호가 스위치를 통과할 때까지, 먼저 신호가 매우 작거나 감쇄되거나 점차적으로 증가하도록 스위칭 온(on)된 스위치는 신호의 통과가 점차적으로 이루어지도록 한다. 스위칭 오프(off)된 스위치는, 스위치가 완전히 오프될 때까지 신호를 동일한 방법으로 신호를 점차적으로 감쇄시킨다. 워터마크 조합기 유닛으로 통과된 총 에너지는 스위칭 동안, 전후에서 실질적으로 일정하다.
스위칭이 소프트하거나 점진적으로 되지는 않지만, 소프트하거나 점진적으로 이루어지는 것이 바람직하다는 것을 유의해야 한다. 소프트 스위칭이 수행되지 않는 경우에, 변경된 호스트 신호 또는 변경되지 않은 호스트 신호 중 하나를 워터마크 조합기 유닛(14)에 접속시키는 하나의 스위치만을 제공하는 것도 충분할 수 있다. 단일 스위치가 사용될 때, 예를 들면, 제 1 가산 유닛(12) 전에 적절한 신호들의 스위칭을 성취하기 위해 스위치를 임의의 위치에 제공하는 것은 가능하다.
출력 신호(y)는 도 9 에 도시된 CD 디스크의 한 형태(72)의 저장 매체에 제공될 수 있다. 출력 신호(y)는 또한 컴퓨터 내의 메모리와 같은 다른 형태의 저장 매체 상에 제공될 수 있다.
미디어 신호가 적은 주파수 성분들을 가질 때, 부가적 데이터를 미디어 신호 내에 승산적으로 매입하는 디바이스 및 방법이 설명되었다. 본 발명으로, 이들 특성들을 갖는 일반 미디어 신호보다 검출하기 쉬운 미디어 신호 내에 워터마크를 매 입하는 것이 가능하다. 제 2 실시예는, 가산된 잡음이 지각 가능하지 않다는 것을 보장하고, 제 3 실시예는 가산된 잡음 및 매입된 워터마크 모두가 지각 가능하지 않다는 것을 보장한다. 제 4 실시예는 워터마크의 매입을 위한 보다 예측 가능한 제어 메카니즘을 제공하는 이점이 있다. 부가적 데이터는, 미디어 신호의 품질이 저하될지라도 여전히 검출 가능하다. 예를 들면, 프로세싱된 미디어 신호의 복제 제어 또는 수사적 트래킹이 쉽게 수행된다.
본 발명은 많은 방법들로 변경될 수 있다. 예를 들면, 잡음 신호가 데이터를 포함하도록 이루어질 수 있다. 하나의 임의의 시퀀스는 "0"을 표시하도록 이루어질 수 있고, 다른 것은 "1"을 나타내도록 이루어질 수 있는 방법으로 이것이 이루어질 수 있다. 이러한 방법에서, 가산 및 승산 워터마크들은 단일 시스템으로 통합될 수 있다. 상술된 바와 같이, 워터마크는 시간 및 주파수 영역 모두에 매입될 수 있으며, 미디어 신호는 임의 형태의 미디어 신호일 수 있다. 미디어 신호는 또한 오디오, 비디오 또는 이미지 신호일 수 있다. 오디오인 경우에, 미디어 신호는 PCM과 같은 압축되지 않은 오디오일 수 있다. 그러나, 본 발명은 압축된 미디어 신호에 적용할 수 있으며, 오디인 경우에 압축되지 않은 미디어 신호는 MP3 비트스트림일 수 있다. 그러나, 이때 잡음은 비트스트림으로 적절히 변환되어야 한다. 따라서, 본 발명은 청구 범위에 의해서만 제한된다.

Claims (28)

  1. 부가적 데이터(w)를 미디어 신호(x) 내에 매입하는 방법으로서:
    미디어 신호(x)를 획득하는 단계(단계 48);
    변경된 미디어 신호(x+n; x+ns; x+δn)를 제공하기 위해, 상기 미디어 신호(x) 중 적어도 하나의 섹션을 잡음 신호(n;ns;δn)와 혼합하는 단계(단계 54); 및
    제 1 호스트 변경 미디어 신호(mw)를 제공하기 위해, 상기 부가적 데이터(w)를 상기 변경된 미디어 신호와 조합하는 단계(단계 56)를 포함하는, 매입 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조합 단계는, 상기 변경된 미디어 신호와 상기 부가적 데이터(w)를 승산함으로써 수행되는, 매입 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 승산 단계는 시간 영역에서 수행되는, 매입 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 승산 단계는 주파수 영역에서 수행되는, 매입 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 변경된 미디어 신호(x+ns)를 제공하는데 사용되는 정형된 잡음 신호(shaped noise signal)를 제공하기 위해, 인간 지각(human perception) 모델에 기초한 제 1 신호 정형 함수(M1)를 사용하여 상기 잡음 신호를 정형하는 단계(단계 52)를 더 포함하는, 매입 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    제 2 호스트 변경 미디어 신호(mws)를 제공하기 위해, 인간 지각 모델에 기초한 제 2 신호 정형 함수(M2)로 상기 제 1 호스트 변경 미디어 신호(mw)를 정형하는 단계(단계 58)를 더 포함하는, 매입 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 호스트 변경 미디어 신호(mw;mws)를 상기 변경된 미디어 신호에 가산하는 단계(단계 60)를 더 포함하는, 매입 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 호스트 변경 미디어 신호(mw;mws)를 상기 미디어 신호에 가산하는 단계를 더 포함하는, 매입 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 변경된 미디어 신호(x+δn)를 제공하는데 사용되는 스케일링된 잡음 신호를 제공하기 위해, 상기 혼합 단계 이전에, 스케일링 팩터(δ)를 사용하여 상기 잡음 신호를 스케일링하는 단계를 더 포함하는, 매입 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 스케일링되지 않은 잡음 신호를 상기 제 1 호스트 변경 미디어 신호에 가산하는 단계를 더 포함하는, 매입 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 부가적 데이터는 워터마크(w)인, 매입 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 미디어 신호를 분석(A)하고, 상기 미디어 신호의 상이한 섹션들에 대해서, 상기 분석에 의존하여, 상기 변경된 미디어 신호(x+n)의 섹션 또는 상기 미디어 신호(x)의 섹션을 상기 부가적 데이터와의 조합을 위해 제공하는 단계를 더 포함하는, 매입 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 부가적 데이터와의 조합을 위해, 상기 미디어 신호와 변경된 미디어 신 호 간의 스위칭 단계를 더 포함하며, 상기 스위칭 단계는 점진적(graceful) 스위칭이 바람직한, 매입 방법.
  14. 부가적 데이터(w)를 미디어 신호(x) 내에 매입하는 방법으로서:
    미디어 신호(x)를 획득하는 단계;
    상기 미디어 신호를 분석하는 단계(A);
    변경된 미디어 신호(x+n)를 제공하기 위해, 상기 미디어 신호(x) 중 적어도 하나의 섹션을 잡음 신호(n)와 혼합하는 단계; 및
    상기 미디어 신호의 상이한 섹션들에 대해, 상기 분석에 의존하여, 상기 부가적 데이터(w)를 상기 변경된 미디어 신호(x+n) 또는 상기 원 미디어 신호(x)와 조합하는 단계를 포함하는, 매입 방법.
  15. 부가적 데이터(w)를 미디어 신호(x) 내에 매입하는 디바이스(10)로서:
    변경된 미디어 신호(x+n; x+ns; x+δn)를 제공하기 위해, 상기 미디어 신호(x) 중 적어도 하나의 섹션을 잡음 신호(n; ns; δn)와 혼합하는 제 1 가산 유닛(12); 및
    제 1 호스트 변경 미디어 신호(mw)를 제공하기 위해, 상기 부가적 데이터(w)를 상기 변경된 미디어 신호와 조합하는 조합기 유닛(14)을 포함하는, 매입 디바이스.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 조합기 유닛은, 상기 변경된 미디어 신호와 상기 부가적 데이터의 승산을 통해 상기 부가적 데이터를 상기 변경된 미디어 신호와 조합하도록 배열된, 매입 디바이스.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 변경된 미디어 신호를 제공하는데 사용되는 정형된 잡음 신호를 제공하기 위해, 인간 지각 모델(P)에 기초한 제 1 신호 정형 함수(M1)를 사용하여 상기 잡음 신호를 정형하도록 배열된 제 1 신호 정형 유닛(40)을 더 포함하는, 매입 디바이스.
  18. 제 15 항에 있어서,
    제 2 호스트 변경 미디어 신호(mws)를 제공하기 위해, 인간 지각 모델(P)에 기초한 제 2 신호 정형 함수(M2)로 상기 제 1 호스트 변경 미디어 신호를 정형하도록 배열된 제 2 신호 정형 유닛(44)을 더 포함하는, 매입 디바이스.
  19. 제 15 항에 있어서,
    호스트 변경 미디어 신호를 상기 변경된 미디어 신호(x)에 가산하도록 배열 된 제 2 가산 유닛(36)을 더 포함하는, 매입 디바이스.
  20. 제 15 항에 있어서,
    호스트 변경 미디어 신호를 상기 미디어 신호(x)에 가산하도록 배열된 제 2 가산 유닛(36)을 더 포함하는, 매입 디바이스.
  21. 제 15 항에 있어서,
    상기 변경된 미디어 신호를 제공하는데 사용되는 스케일링된 잡음 신호를 제공하기 위해, 상기 미디어 신호(x)와의 혼합 이전에 상기 잡음 신호(δn)를 스케일링 다운하도록 배열된 스케일링 유닛(62)을 더 포함하는, 매입 디바이스.
  22. 제 21 항에 있어서,
    스케일링되지 않은 잡음 신호를 상기 제 1 호스트 변경 미디어 신호에 가산하도록 배열된 제 3 가산 유닛(64)을 더 포함하는, 매입 디바이스.
  23. 제 15 항에 있어서,
    상기 미디어 신호(x)를 분석하고, 상기 미디어 신호의 상이한 섹션들에 대해서, 상기 분석(A)에 의존하여 상기 조합기 유닛(14)으로 상기 변경된 미디어 신호의 섹션 또는 상기 미디어 신호의 섹션의 제공을 제어하도록 배열된 분석 유닛(66)을 더 포함하고, 상기 조합기 유닛(14)은 상기 부가적 데이터와 상기 변경된 미디 어 신호의 섹션 또는 상기 미디어 신호의 섹션을 조합하는, 매입 디바이스.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 분석 유닛의 제어 하에서, 상기 미디어 신호 또는 상기 변경된 미디어 신호를 상기 조합기 유닛에 접속하도록 배열된 적어도 하나의 제 1 스위치(68)를 더 포함하는, 매입 디바이스.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 분석 유닛에 의해 제어되는 제 2 스위치(70)가 존재하고, 상기 제 1 스위치는 상기 변경된 미디어 신호를 상기 조합기 유닛에 접속하고, 상기 제 2 스위치는 상기 미디어 신호를 상기 조합기 유닛에 접속하고, 상기 스위치들은 한 상태에서 다른 상태로 점진적으로 스위칭하도록 배열되는, 매입 디바이스.
  26. 부가적 데이터(w)를 미디어 신호(x) 내에 매입하는 디바이스(10)로서:
    변경된 미디어 신호(x+n; x+ns; x+δn)를 제공하기 위해, 상기 미디어 신호(x) 중 적어도 하나의 섹션을 잡음 신호(n; ns; δn)와 혼합하는 제 1 가산 유닛(12);
    제 1 호스트 변경 미디어 신호(mw)를 제공하기 위해, 상기 부가적 데이터(w)를 상기 변경된 미디어 신호(x+n) 또는 상기 미디어 신호(x)와 조합하는 조합기 유 닛(14); 및
    상기 미디어 신호(x)를 분석하고, 상기 미디어 신호의 상이한 섹션들에 대해서, 상기 분석(A)에 의존하여 상기 조합기 유닛(14)으로 상기 변경된 미디어 신호 또는 상기 미디어 신호의 제공을 제어하도록 배열된 분석 유닛(66)을 포함하는, 매입 디바이스.
  27. 미디어 신호(y)로서:
    잡음 신호(n; ns; δn)와 혼합된 미디어 신호(x)를 포함하고, 변경된 미디어 신호 중 적어도 하나의 섹션을 포함하고, 부가적 데이터(w)는 변경된 미디어 신호(x+n; x+ns; x+δn)와 조합되는, 미디어 신호.
  28. 정보 저장 매체(72)로서:
    잡음 신호(n; ns; δn)와 혼합된 미디어 신호(x)를 포함하고, 변경된 미디어 신호 중 적어도 하나의 섹션을 포함하는 미디어 신호(y)를 포함하고, 부가적 데이터(w)는 상기 변경된 미디어(x+n; x+ns; x+δn)와 조합되는, 정보 저장 매체.
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