KR20060112667A - 워터마크 임베딩 - Google Patents

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KR20060112667A
KR20060112667A KR1020067011989A KR20067011989A KR20060112667A KR 20060112667 A KR20060112667 A KR 20060112667A KR 1020067011989 A KR1020067011989 A KR 1020067011989A KR 20067011989 A KR20067011989 A KR 20067011989A KR 20060112667 A KR20060112667 A KR 20060112667A
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아베케 엔. 렘마
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

워터마킹된 정보 신호를 얻기 위해 정보 신호들에 워터마크들을 임베딩하는 방법들 및 시스템들이 개시되어 있다. 상기 워터마크를 임베딩하는 방법은 상기 정보 신호의 제1 부분의 미리 결정된 제1 특성을 결정하는 단계로서, 상기 미리 결정된 제1 특성은 상기 워터마크 신호의 적어도 미리 결정된 제1 부분이 상기 정보 신호의 상기 제1 부분에서 검출가능한지를 나타내는 단계, 상기 워터마크 신호의 상기 적어도 제1 부분이 상기 정보 신호의 상기 제1 부분에서 검출가능하지 않는 것으로 결정되면 상기 워터마킹된 정보 신호를 얻기 위해 상기 정보 신호의 상기 제1 부분에 상기 워터마크의 상기 적어도 제1 부분을 임베딩하는 단계, 및 그렇지 않으면, 상기 정보 신호의 상기 제1 부분을 포함하기 위해 상기 워터마킹된 정보 신호를 생성시키는 단계를 포함한다.
워터마크, 검출, 정보 신호, 임베딩

Description

워터마크 임베딩{Watermark embedding}
본 발명은 정보 신호들에 워터마크들의 임베딩에 관한 것이다.
디지털 신호 분배, 예를 들면, 인터넷을 통한 멀티미디어 콘텐트의 분배와 관련하여, 분배된 신호들의 비인가된 다른 분배에 대하여 보호를 제공할 수 있는 것이 일반적으로 바람직하다. 예를 들면, 이는 저작권 보호된 자료의 분배에 있어서 중요한 쟁점이다. 그러한 시나리오의 예제는 오디오 콘텐트, 예를 들면, 음악이 인터넷을 통해 서버 컴퓨터로부터 하나 이상의 클라이언트 컴퓨터들로 분배되는 전자 음악 배달 시스템이다.
디지털 워터마크들은 분배된 콘텐트를 라벨링하기 위해 분배된 정보 신호들에 임베딩될 수 있고 분배자 또는 다른 인가자가 분배된 콘텐트를 추적하고, 예를 들면, 개별 사용자들에게 전송된 콘텐트를 추적하게 할 수 있다.
일반적으로, 워터마크는 수정들이, 예를 들면, 임베딩 프로세스의 역 절차에 의해 나중에 복원될 수 있도록 하나 이상의 신호 파라미터들을 수정함으로써 신호에 부가되어 워터마크의 검출을 허용한다. 일반적으로, 임베딩된 워터마크는, 예를 들면, 워터마킹된 오디오 신호를 듣거나, 워터마킹된 이미지 또는 비디오 신호를 보아서 인식가능하지 않는 것이 바람직하다. 한편, 워터마크는, 예를 들면 신 호 왜곡들에 대해 강력해야 하거나, 압축, 변조, 복조, 필터링 등과 같은 신호 처리 단계들이어야 한다.
그러므로, 이는 강력함 및 인식성, 예를 들면, 오디오 자료인 경우 가청성 간의 적당한 균형을 찾기 위해 워터마킹 분야 내에서 일반적인 문제이다.
미국 특허 공보 제2002/0090111호는 MPEG2 인코딩 이전에 이미지 데이터에 워터마크를 임베딩하기 위한 워터마킹 시스템을 공개한다. 인코딩된 신호는 디코딩되고 워터마크 검출된다. 상기 검출된 워터마크 정보는 임베딩 깊이(embedding depth)를 제어하기 위한 워터마크 임베딩 제어기로 다시 공급된다. 이는 인코딩 프로세스로 인해 임베딩된 워터마크의 페이딩(fading)의 방지를 허용하더라도, 상기 종래기술의 시스템은 결과적인 워터마킹된 신호가 강력함과 인식성 간의 최적의 균형을 유지하지 않는 단점을 갖는다.
본 발명의 목적은 강력함을 감소시키지 않고 워터마크의 인식성을 개선하는 것이다. 특히, 오디오 신호들의 내용에서, 본 발명의 목적은 임베딩된 워터마크의 강력함과 절충하지 않고 워터마킹된 오디오 신호의 인식가능한 오디오 품질을 개선하는 것이다.
상기 및 다른 문제들은 워터마킹된 정보 신호를 얻기 위해 정보 신호에 워터마크 신호를 임베딩하는 방법에 의해 해결되며, 상기 방법은,
상기 정보 신호의 제1 부분의 미리 결정된 제1 특성을 결정하는 단계로서, 상기 워터마크 신호의 적어도 미리 결정된 제1 부분이 상기 정보 신호의 상기 제1 부분에서 검출가능한지를 나타내는, 상기 결정 단계; 및
상기 워터마크 신호의 상기 적어도 제1 부분이 상기 정보 신호의 상기 제1 부분에서 검출가능하지 않는 것으로 결정되면, 상기 워터마킹된 정보 신호를 얻기 위해 상기 정보 신호의 상기 제1 부분에 상기 워터마크의 상기 적어도 제1 부분을 임베딩하고, 그렇지 않으면, 상기 정보 신호의 상기 제1 부분을 포함시키기 위해 상기 워터마킹된 정보 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
그러므로, 상기 임베딩 프로세스는 상기 정보 신호의 일부가 상기 워터마크 임베딩이 도출할 특성을 원래 포함하는지를 분석한다. 이 경우에, 상기 워터마크는 상기 신호의 일부에 임베딩되지 않는다. 결과적으로, 상기 임베딩된 워터마크의 강력함을 크게 절충하지 않고 신호 수정량을 감소시키는 정보 신호의 워터마크 방법이 제공된다.
본 발명의 장점은 정보 신호에 대한 불필요한 수정들이 회피되어, 상기 워터마크의 강력함을 감소시키지 않고 상기 워터마킹된 신호의 인식성을 개선한다는 것이다.
본 설명의 목적으로, 용어 '정보 신호'는 임의의 아날로그 또는 디지털 신호 또는 이미지들, 동화상, 오디오 또는 상기의 조합들과 같이 분배될 특정한 인식 정보에서 정보 콘텐트를 포함한 데이터라 한다. 이러한 정보 신호의 예제들은 비디오 신호들, 오디오 신호들, 이미지들, 픽쳐들 등과 같이 멀티미디어 신호들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 정보 콘텐트는 디지털 정보 신호로서 인코딩된다. 예를 들면, 오디오 신호들은 오디오 코딩 기법, 예를 들면, MPEG-1, MPEG-2, MPEG-3, MPEG-2 AAC 등에 따라 인코딩될 수 있다.
용어 '디지털 워터마크'는 상기 신호의 샘플들을 수정함으로써 정보 신호에 임베딩될 임의의 디지털 데이터 항목을 포함한다. 바람직하게, 워터마킹 기법은, 상기 워터마크가 인식가능하지 않도록, 즉, 정보 신호의 품질에 크게 영향을 끼치지 않도록 설계되어야 한다. 많은 응용들에서, 상기 워터마크는 더욱 강력해야 하며, 즉, 가능한 신호 처리 동작들 이후에 신뢰성 있게 검출가능해야 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 워터마킹된 정보 신호를 얻기 위해 상기 정보 신호의 상기 제1 부분에 상기 워터마크의 상기 적어도 제1 부분을 임베딩하는 단계는
수정된 부분-신호를 얻기 위해 상기 정보 신호의 상기 제1 부분에 상기 워터마크의 상기 적어도 제1 부분을 임베딩하는 단계,
상기 수정된 부분-신호의 미리 결정된 제2 특성을 결정하는 단계로서, 상기 제2 특성은 상기 임베딩하는 단계는 상기 정보 신호의 상기 제1 부분의 검출가능한 수정을 초래하는지를 나타내는 단계, 및
상기 임베딩하는 단계가 상기 정보 신호의 상기 제1 부분의 검출가능한 수정을 초래하는 것으로 결정되고 상기 워터마크 신호의 상기 적어도 제1 부분이 상기 정보 신호의 상기 제1 부분에서 검출가능하지 않는 것으로 결정되면 상기 수정된 부분-신호를 포함시키기 위해 상기 워터마킹된 정보 신호를 생성하며, 그렇지 않으면, 상기 정보 신호의 상기 제1 부분을 포함하기 위해 상기 워터마킹된 정보 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
그러므로, 상기 임베딩 프로세스는, 상기 신호의 일부에 임베딩하는 워터마크는 검출가능한 수정을 초래하고 상기 워터마크의 적어도 제1 부분이 상기 정보 신호의 상기 제1 부분에서 원래 검출가능한지를 분석하고, 상기 임베딩이 검출가능한 수정을 초래하고, 동시에 상기 워터마크의 상기 적어도 제1 부분이 상기 정보 신호의 상기 제1 부분에서 원래 검출가능하지 않을 때만, 신호의 일부에 상기 워터마크를 임베딩한다.
다른 장점은 본 발명에 따른 방법이 상기 정보 신호의 특정 부분에 임베딩된 워터마크가 검출가능한 수정을 제공하고 상기 워터마크가 상기 정보 신호의 상기 제1 부분에 원래 존재하는지를 결정하기 위해, 상기 정보 신호에 대한 다수의 로컬 수정들 또는 마이크로-수정들을 분석하는 것이다. 그 결과, 글로벌 워터마크 검출에 대한 로컬 수정들의 필요성과 효과가 분석되고 주어진 로컬 수정이 수행되어야 하는지를 결정하는데 사용된다.
본 발명의 다른 장점은 상기 워터마크 검출에 대한 크나큰 기여 없이 품질 왜곡을 초래할 신호 수정들이 회피된다는 것이다. 임베딩이 검출가능한 수정을 초래하는지를 나타내는 적당한 특성들의 예제들은 대응한 신호에서 임베딩된 워터마크 심볼의 추정치를 포함한다.
다른 바람직한 실시예들은 종속항들에 개시되어 있다.
본 발명은 첫 번째 언급된 방법과 관련하여 기재된 하나 이상의 이점과 장점을 각각 산출하고 상기 첫 번째 언급된 방법과 관련하여 기재되고 종속항에 기재된 바람직한 실시예들에 대응하는 하나 이상의 바람직한 실시예들을 각각 갖는 상술된 방법을 포함한 다른 방식들 그리고 다음의 구성에서 구현될 수 있다.
상술된 그리고 다음의 방법들의 특징들은 소프트웨어에서 구현되고 데이터 처리 시스템 또는 컴퓨터-실행가능한 명령들의 실행에 의해 유발된 다른 처리 수단에서 실행될 수 있다는 것을 알아야 한다. 상기 명령들은 저장 매체로부터 또는 컴퓨터 네트워크를 통해 다른 컴퓨터로부터 RAM과 같은 메모리에 로딩된 프로그램 코드 수단일 수 있다. 대안적으로, 상술된 특징들은 소프트웨어 또는 소프트웨어의 조합 대신에 하드웨어 회로에 의해 구현될 수 있다.
여기서 그리고 다음에서, 용어 '처리 수단'은 일반적이거나 전용 프로그램가능한 마이크로프로세서들, 디지털 신호 프로세서(DSP), 주문형 반도체 회로(ASIC), 프로그램가능한 논리 어레이들(PLA), 필드 프로그램가능한 게이트 어레이들(FPGA), 전용 전자 회로 등 또는 그 조합을 포함한다.
본 발명은 또한 정보 신호에 워터마크를 임베딩하기 위한 장치에 관한 것이다. 상기 장치는
상기 정보 신호의 제1 부분의 미리 결정된 제1 특성을 결정하기 위한 분석 수단으로서, 상기 미리 결정된 제1 특성은 임베딩될 상기 워터마크 신호의 적어도 미리 결정된 제1 부분이 상기 정보 신호의 상기 제1 부분에서 검출가능한지를 나타내는, 상기 분석 수단;
수정된 부분-신호를 얻기 위해 상기 정보 신호의 상기 제1 부분에 상기 워터마크의 상기 적어도 제1 부분을 임베딩하기 위한 임베딩하는 수단;
최종 워터마킹된 정보 신호를 생성하기 위한 워터마킹된 신호 생성기; 및
상기 워터마크 신호의 상기 적어도 제1 부분이 상기 정보 신호의 상기 제1 부분에서 검출가능하지 않는 것으로 결정되면, 상기 최종 워터마킹된 정보 신호에 상기 수정된 부분 신호를 포함시키기 위해 상기 워터마킹된 신호 생성기를 제어하고, 그렇지 않으면, 상기 최종 워터마킹된 정보 신호에 상기 정보 신호의 상기 제1 부분을 포함시키기 위해 상기 워터마킹된 신호 생성기를 제어하기 위한 제어 수단을 포함한다.
본 발명은 또한 상기 그리고 다음에서 방법에 의해 생성된 워터마킹된 정보 신호에 관한 것이며, 상기 워터마킹된 정보 신호는 복수의 부분-신호들을 포함하며, 상기 워터마킹된 정보 신호는 복수의 부분-신호들을 포함하며, 상기 복수의 부분-신호들의 제1 서브세트는 내부에 각각의 워터마크 심볼들을 임베딩하고, 부분-신호들의 제2 서브세트는 내부에 임베딩된 워터마크 심볼들을 갖지 않는다.
다른 특징에 따르면, 본 발명은 워터마킹된 정보 신호를 얻기 위해 정보 신호에 워터마크 신호를 임베딩하는 방법에 관한 것이며, 상기 방법은
수정된 부분-신호를 얻기 위해 상기 정보 신호의 제1 부분에 상기 워터마크의 적어도 제1 부분을 임베딩하는 단계, 및
상기 수정된 부분-신호의 미리 결정된 제1 특성을 결정하는 단계로서, 상기 제1 특성은 상기 정보 신호의 상기 제1 부분의 검출가능한 수정을 초래하는지를 나타내는, 상기 결정 단계; 및
상기 임베딩하는 단계는 상기 정보 신호의 상기 제1 부분의 검출가능한 수정을 초래하는 것으로 결정되면, 상기 수정된 부분-신호를 포함시키기 위해 상기 워터마킹된 정보 신호를 생성하고, 그렇지 않으면, 상기 정보 신호의 상기 제1 부분을 포함시키기 위해 상기 워터마킹된 정보 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
그러므로, 상기 임베딩 프로세스는 상기 임베딩이 검출가능한 수정들을 초래하면, 상기 신호의 일부에 임베딩하는 워터마크가 검출가능한 수정을 초래하고 상기 신호의 일부에 워터마크를 임베딩하는지를 분석한다. 그 결과, 상기 임베딩된 워터마크의 강력함을 크게 절충하지 않고 신호 수정량을 감소시키는 정보 신호를 워터마크하는 방법이 제공된다.
다른 장점은, 본 발명에 따른 방법은 상기 정보 신호의 특정 부분에 임베딩하는 워터마크는 검출가능한 수정을 제공하는지를 결정하기 위해, 상기 정보 신호의 다수의 로컬 수정들 또는 마이크로-수정들을 분석한다. 그 결과, 글로벌 워터마크 검출에 대한 로컬 수정들의 효과는 분석되고 주어진 로컬 수정이 수행되어야 하는지를 결정하는데 사용된다.
본 발명의 다른 장점은, 상기 워터마크 검출에 대한 크나큰 기여 없이 품질 왜곡을 초래할 상기 신호 수정들이 회피되는 것이다.
본 발명은 또한 정보 신호에 워터마크를 임베딩하기 위한 장치에 관한 것이며, 상기 장치는,
수정된 부분-신호를 얻기 위해 상기 정보 신호의 제1 부분에 상기 워터마크의 적어도 제1 부분을 임베딩하기 위한 임베딩하는 수단;
상기 수정된 부분-신호의 미리 결정된 제1 특성을 결정하기 위한 분석 수단으로서, 상기 제1 특성은, 상기 임베딩은 상기 정보 신호의 상기 제1 부분의 검출가능한 수정을 초래하는지를 나타내는, 상기 분석 수단;
최종 워터마킹된 정보 신호를 생성하기 위한 워터마킹된 신호 생성기, 및
상기 임베딩은 상기 정보 신호의 상기 제1 부분의 검출가능한 수정을 초래하는 것으로 결정되면 상기 최종 워터마킹된 정보 신호에 상기 수정된 부분-신호를 포함시키기 위해 상기 워터마킹된 신호 생성기를 제어하고, 그렇지 않으면, 상기 최종 워터마킹된 정보 신호에 상기 정보 신호의 상기 제1 부분을 포함시키기 위해 상기 워터마킹된 신호 생성기를 제어하기 위한 제어 수단을 포함한다.
이들 및 본 발명의 다른 특징들은 도면을 참조하여 다음에 기재된 실시예들로부터 명백하고 분명해질 것이다.
도 1은 워터마크를 임베딩하기 위한 시스템의 실시예의 개략적인 블록도.
도 2는 워터마크를 임베딩하기 위한 시스템의 실시예의 일반화된 블록도.
도 3은 오디오 신호에 워터마크를 임베딩하기 위한 시스템의 실시예의 개략적인 블록도.
도 4는 도 3의 워터마크 임베딩 수단에서 사용하기 위한 윈도우 정형 함수을 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 도 3의 분석 유닛에 의해 수행되는 프로세스의 실시예의 흐름도.
도 1은 워터마크를 임베딩하기 위한 시스템의 실시예의 개략적인 블록도를 도시한다. 100으로 표기된 상기 워터마크 임베딩 수단은 일반적으로 정보 신호 x 및 상기 정보 신호 x에 임베딩될 미리 결정된 워터마크 패이로드를 포함한 워터마크신호 w를 수신한다.
상기 임베딩 수단(100)은 상기 워터마크 신호 w 및 상기 정보 신호 x를 수신하고 미리 결정된 워터마킹 기법에 따라 수정자 신호 m를 생성하는 워터마크 변환 유닛(101)을 포함한다. 상기 수정자 신호 m은 상기 정보 신호 x와 조합될 수 있도록 생성된다. 예를 들면, 상기 워터마크 변환 유닛(101)에 의해 수행되는 처리는 상기 워터마크 신호의 변조 등을 포함할 수 있다. 변환 유닛의 예제는 이하 오디오 임베딩 수단과 관련하여 설명될 것이다. 상기 수정자 신호 m은 스케일된 수정자 신호 m'을 초래하는 이득 제어 유닛(102)에 의해 스케일된다. 상기 이득 제어 유닛(102)은 임베딩 모델 유닛(109)으로부터 수신된 제어 신호(108)를 통해 제어된다. 상기 임베딩 모델 유닛(109)은 상기 정보 신호를 수신하고 상기 정보 신호의 미리 결정된 특성들에 따라 워터마크의 적당한 임베딩 세기를 결정한다. 예를 들면, 상기 임베딩 유닛은 알려진 음향심리학 모델(psycho-acoustic model)을 구현할 수 있다.
상기 스케일된 수정자 신호 m'은 스위치(106)를 거쳐 가산기 회로(107)로 공급된다. 상기 가산기 회로(107)는 상기 정보 신호 x를 더 수신하고 상기 스위치(106)로부터 수신된 신호에 의해 수정된 상기 정보 신호의 조합으로서 최종 워터마킹된 신호를 생성한다.
상기 스케일된 수정자 신호 m'는 상기 정보 신호 x를 또한 수신하고 상기 정보 신호 x를 상기 워터마킹된 신호 y'를 초래하는 상기 스케일된 수정자 신호 m'와 조합하는 제2 가산기 회로(103)로 공급된다.
상기 워터마킹된 신호 y'는 분석 유닛(104)으로 공급된다. 상기 분석 유닛(104)은 상기 정보 신호 x를 더 수신한다. 상기 분석 유닛(104)은 상기 워터마킹된 신호 y'과 상기 스위치(106)를 제어하는 제어 신호(105)를 초래하는 상기 정보 신호 x의 미리 결정된 특성을 분석한다. 특히, 상기 분석 유닛(104)은 상기 수정자 신호 m'를 상기 정보 신호 x에 부가하는 것이 상기 정보 신호의 검출가능한 수정을 초래하는지를 결정한다. 상기 분석 유닛(104)은, 상기 정보 신호 x가 상기 워터마크에 의해 유도될 특성들을 원래 포함하는지를 또한 결정한다.
상기 기준 중 적어도 하나가 달성되면, 즉, 상기 수정자 신호의 부가가 검출가능한 수정을 초래 및/또는 상기 정보 신호가 상기 워터마크에 의해 유도될 특성들을 원래 포함하면, 상기 워터마크의 임베딩은 상기 워터마크의 다음의 검출가능성을 개선하지 못할 것이다. 따라서, 상기 기준 중 적어도 하나가 달성되면, 상기 분석 유닛(104)은 상기 스위치(106)가 개봉되게 하는 대응한 제어 신호(105)를 생성하여 상기 정보 신호의 대응하는 부분이 수정되지 않고 상기 가산기(107)를 통과시킨다. 반대의 경우에, 즉, 상기 기준이 달성되지 않을 때, 상기 분석 유닛은 상기 스위치(106)를 폐쇄되게 하여 상기 정보 신호의 대응하는 부분이 상기 가산기(107)에서 수정되게 한다.
상기 스위치(106)는 개방 상태에서 폐쇄 상태로 그리고 반대로 연속한, 매끄러운 변환을 유발시켜 급격한 변환에 의해 유발된 상기 워터마킹된 신호 y에서 가능한 아티팩트를 감소시킨다는 것을 알아야 한다. 다른 실시예들에서, 상기 스위 치(106)는 상술된 2개의 기준이 달성되는 정도에 따라 수정 세기를 연속해서 제어하는 자동 이득 제어 유닛으로 대체될 수 있다.
그러므로, 상기에서, 상기 정보 신호의 최소 수정을 제공하는 워터마크 임베딩 수단의 피드포워드 실시예가 제공되었다.
도 2는 워터마크를 임베딩하기 위한 시스템의 실시예의 일반화된 블록도를 도시한다. 일반적으로 200 표기된 상기 임베딩 수단은 임베딩 유닛(201)과 분석 유닛(202)을 포함한다. 상기 임베딩 유닛은 상기 정보 신호 x 및 상기 워터마크 신호 w를 수신하고, 상기 임베딩 유닛은 상기 워터마크 w를 상기 정보 신호 내로 임베딩한다. 상기 최종 워터마킹된 신호 y는 상기 워터마크의 부가가 검출가능한 수정을 초래하고 의도한 수정이 상기 신호에 원래 포함되는지를 결정하기 위해 상기 워터마킹된 신호의 미리 결정된 특성을 분석하는 상기 분석 유닛(202)으로 공급된다.
분석 유닛의 특정 예제는 이하 더 상세히 기재될 것이며, 상기 워터마킹된 신호의 대응한 프레임들에서 그리고 상기 정보 신호에서 워터마크 심볼의 존재 또는 부재가 상기 대응한 신호들의 파형의 분석에 의해 검출된다. 상기 기준을 시험하기 위해 상기 분석 유닛에 의해 분석될 수 있는 특정 특성들의 다른 예제들은 파형들의 짧은 시간 엔벨로프(envelope), FFT 계수들의 상대 진폭들 및/또는 위상들, MDCT, DCT 및 웨이브렛 변환 계수들의 상대 진폭들, 파형들의 자동-상관 기능들 등을 포함한다. 상기 분석 유닛은 상기 기준에 따라 임베딩을 제어하는 상기 임베딩 수단(201)에 제어 신호(203)를 생성시킨다. 특히, 수정이 검출가능하지 않거나 원 래 신호가 미리 결정된 특성을 원래 포함하면, 상기 분석 유닛(202)은 상기 임베딩 유닛(201)을 제어하여 상기 정보 신호를 수정 없이 출력 y에 직접 통과시킨다. 그 결과, 호스트 신호 x에 부가된 정보량의 감소는 검출 성능의 절충 없이 달성된다.
일부 실시예들에서, 상기 분석 유닛은 상기 임베딩 유닛을 제어하여 상술된 워터마크 신호를 스위치 온 및 오프한다. 다른 실시예들에서, 상기 분석 유닛은 워터마크가 임베딩된 정보 신호의 부분을 제어할 수 있다.
도 3은 오디오 신호에 워터마크를 임베딩하기 위한 시스템의 실시예의 개략적인 블록도를 도시한다. 일반적으로 300으로 표기된 상기 오디오 워터마크 임베딩 수단은 랜덤 워터마크 시퀀스 w[k] 및 입력 오디오 신호 x[n]를 수신하고, 상기 오디오 신호의 엔벨로프를 수정함으로써 상기 오디오 신호에 워터마크를 임베딩하는다. 상기 워터마크 시퀀스는 워터마크 심볼들, 예를 들면, 입력 신호의 랜덤 시퀀스이다. 특히, 상기 워터마크 심볼들은 상기 입력 신호의 각각의 프레임들에 임베딩된다. 이 워터마킹 기술은 참조로서 여기에 포함된, 2003년 아위크 엔. 렘마(Aweke N. Lemma) 등에 의한 신호 처리에 대한 IEEE 회보의 Vol.51, No.4, 페이지 1088-1097에 기재된 "임시 도메인 오디오 워터마킹 기술(A Temporal Domain Audio Watermarking Technique)"에 기재되어 있다.
상기 워터마크 시퀀스 w[k] 및 상기 입력 신호 x[n]은 수정자 신호 m[n]을 생성하는 상기 변환 유닛(301)에서 공급된다. 본 실시예에서, 상기 변환 유닛은 상기 워터마크 시퀀스 w[k]를 수신하고 이를 느리게 변하는 협대역 신호 w[n]으로 변환하는 다중 비율 회로(311)를 포함한다. w[k]의 각 심볼인 경우, 상기 신호 w[n]은 w[n]=w[k]s[n]으로 주어지며, s[n]은 윈도우 정형 함수이다.
도 4는 도 3의 워터마크 임베딩 수단에서 사용하기 위한 윈도우 정형 함수의 예제를 개략적으로 도시한다. 상기 윈도우 정형 함수(401)는 2-상(bi-phase) 윈도우 정형 함수이다. 그러나, s[n]의 다른 선택들도 가능하다.
다시 도 3을 참조하면, 상기 변환 유닛(301)은 상기 입력 신호 x[n] 및 다중화기(312)를 필터링하기 위한 필터(313)를 더 포함한다. 예를 들면, 상기 필터(313)는 대역-통과 필터, 고대역 필터 등일 수 있다. 상기 다중화기(312)는 상기 수정자 신호 m[n]을 얻기 위해, 상기 필터링된 입력 신호(314)를 상기 다중-비율 회로(311)에 의해 생성된 워터마크 신호 w[n]와 다중화한다. 그러므로, m[n]은 캐리어가 상기 입력 신호 x[n]의 필터링된 버전인 엔벨로프-변조된 신호이다.
나머지 구성요소들은 도 1을 참조하여 기재된 대응한 블록들과 유사하다. 상기 수정자 신호 m[n]은 스케일된 수정자 신호 m'[n]을 초래하는 이득 제어 유닛(302)에 의해 스케일된다. 상기 이득 제어 유닛(302)은 상기 워터마크의 임베딩 깊이를 제어하는 정신-음향 모델 유닛(309)으로부터 수신된 제어 신호(308)를 거쳐 제어된다. 상기 스케일된 수정자 신호 m'[n]은 스위치(306)를 거쳐 가산기 회로(307)로 공급된다. 상기 가산기 회로(307)는 상기 입력 신호 x[n]을 더 수신하고 상기 스위치(306)로부터 수신된 신호에 의해 수정된 입력 신호의 조합으로서 최종 워터마킹된 신호 y[n]을 생성한다. 검출 측에서(미도시), 상기 워터마크는 엔벨로프 판별 회로에 의해 다음에 검출된다.
상기 스케일된 수정자 신호 m'[n]은 상기 입력 신호 x[n]을 더 수신하고 상 기 워터마킹된 신호 y'[n]을 초래하는 상기 스케일된 수정자 신호 m'[n]과 조합하는 제2 가산기 회로(303)로 또한 공급된다.
상기 워터마킹된 신호 y'[n]은 분석 유닛(304)으로 공급된다. 상기 분석 유닛(304)은 상기 신호 y'[n] 및 상기 입력 신호 x[n]을 수신하는 분석 블록(341)을 포함하고, 이는 신호들 y'[n] 및 x[n]을 위한 워터마크 추정치를 결정한다. 이들 추정치들은 상기 스위치(306)를 제어하기 위한 제어 신호(305)를 생성하는 분석 유닛의 상기 제어 유닛(342)으로 공급된다. 특히, 상기 분석 유닛(304)은 상기 수정자 신호 m'[n]을 상기 입력 신호 x[n]에 부가하는 것이 상기 입력 신호의 검출가능한 수정을 초래하는지 그리고 상기 입력 신호 x[n]이 상기 워터마크에 의해 유도될 특성들을 원래 포함하는지를 결정한다.
지금부터, 상기 분석 유닛(304)의 동작이 도 5를 참조하여 더 상세히 기재될 것이다. 도 5는 상기 분석 유닛(304)에 의해 수행된 단계들의 흐름도를 도시한다.
상기 가산기(307)에 의해 생성된 워터마킹된 신호는 수학식 1로서 기록될 수 있다.
y[n] = x[n](1+Gw[n])
여기서, G는 임베딩 세기 또는 상기 이득 제어 회로(302)에 의해 도입되는 이득 요소이다. 여기서, 간략화를 위해, 상기 필터(303)의 필터 함수는 H=1이라고 가정한다.
본 발명의 설명하기 위해, yk[n]은 제k 워터마크 심볼 w[k]에 대응하는 출력 신호의 제k 프레임을 지칭한다. 결과적으로, yk[n]은 yk[n]=x[n](1+Gw[k]s[n])로서 표현될 수 있다.
게다가, 본 발명을 설명하기 위해, 상기 워터마크 시퀀스 w[k]는 간격 [-1,1]에서 균일하게 분포된 심볼들을 포함하는 것으로 가정하고, 이는 G<<1이라고 또한 가정한다.
상기 워터마크 검출기에서, 상기 워터마크는 수학식 2를 사용하여 상기 입력 워터마크 심볼 w[k]의 추정치 wk[k]를 우선 추출함으로써 추정된다.
Figure 112006042303743-PCT00001
여기서, Ts는 다수의 샘플들에서 측정된 프레임의 길이이다. 상기 수학식 2에서, 일반성의 손실 없이, Ts는 균일하다고 가정한다. 수학식 2는 윈도우 정형 함수가 도 4에 도시된 2-상 함수라고 또한 가정한다는 것을 알아야 한다. 다른 형태의 윈도우 정형 함수인 경우, 추정치의 다른 형태들이 사용될 수 있다.
수식에서의 합산을 위해 다음의 약자들을 도입하면,
Figure 112006042303743-PCT00002
Figure 112006042303743-PCT00003
상기 추정된 워터마크 wk[k]는
Figure 112006042303743-PCT00004
다음의 설명할 목적으로, 상기 워터마크 시퀀스는 랜덤하게 선택된 심볼들 w[k]∈{-1,1}의 이진수 시퀀스라고 가정한다. 그러므로, 이 경우에, 워터마크 심볼은, 추정된 워터마크 심볼 wk[k]가 w[k]과 동일한 부호를 갖는다면 성공적으로 검출된다.
도 5를 참조하면, 초기 단계 501에서, 상기 분석 유닛은 상기 워터마킹된 신호 y'[n]의 제k 프레임에서 상기 추정된 워터마크 wy'[k]를 결정한다. 상술된 실시예에서, 상기 분석 유닛은 상기 신호 y'이 적용된 수학식 3에 따라 wy'[k]를 계산할 수 있다. 즉,
Figure 112006042303743-PCT00005
단계 502에서, 상기 분석 유닛은, 상기 추정된 워터마크 wy'[k]가 실제로 임베딩한 워터마크 w[k]에 대응하는지를 결정한다. 이진수 워터마크 심볼들을 갖는 실시예에서, 이 시험은 간단히 wy'[k] 및 w[k]의 극성들을 비교하여 감소한다. sign (wy'[k])≠sign (w[k])이면, 상기 분석 유닛은 상기 임베딩이 검출가능한 변화를 초래하지 않고 상기 스위치(306)가 개방되게 하는 대응한 제어 신호를 생성시킨다(단계 503). 그 결과, 제k 워터마크 심볼에 대응하는 신호부에는 수정이 적용되지 않는다. 하나의 실시예에서, 상기 시험은 더 높은 임베딩 세기로 반복될 수 있고, 상기 최대 임베딩 세기에서의 임베딩이 검출가능한 수정을 초래하지 않으면, 상기 스위치(306)는 개방된다.
상기 분석 유닛이 검출가능한 변화를 결정하면, 상기 프로세스는, 상기 입력 신호 x[n]의 제k 프레임에서 상기 추정된 워터마크 wx[k]가 결정되는 단계 504로 진행한다. 상술된 하나의 실시예에서, 상기 분석 유닛은 상기 신호 x에 적용된 수학식 3에 따라 wx[k]를 계산할 수 있다. 즉,
Figure 112006042303743-PCT00006
단계 505에서, 상기 분석 유닛은, 상기 워터마크 w[k]가 상기 입력 신호에 이미 존재하는지, 즉, 수정 이전에, 상기 추정된 워터마크 wx[k]가 임베딩될 상기 w[k] 심볼에 대응하는지를 결정한다. 다시, 이진수 워터마크 심볼들을 갖는 실시예에서, 이 시험은 간단히 wx[k] 및 w[k]의 극성들을 비교하는 것으로 줄어든다. sign(wx[k]) = sign(w[k])이면, 상기 분석 유닛은, 상기 워터마크 심볼 w[k]가 상기 입력 신호에 원래 존재하는지를 결정하고 상기 스위치(306)가 개방되게 하는 대응하는 제어 신호를 발생시키며, 즉, 상기 프로세스는 단계 503에서 진행한다.
그렇지 않으면, 즉, 상기 기준이 달성되지 않으면, 상기 프로세스는, 상기 분석 유닛이 상기 스위치(306)가 폐쇄되게 하는 제어 신호를 생성시키는 단계 506에서 진행한다.
도 3의 임베딩 수단에서, 단계들 502 및 504는 상기 분석 블록 341에서 수행되는 반면에, 상기 분석 프로세스의 나머지 단계들은 상기 제어 블록(342)에 의해 수행된다.
요약하자면, 상기 분석 유닛은, 다음의 조건들 중 하나가 만족되면, 상기 스위치(306)를 개방한다.
sign(wx[k])=sign(w[k])
sign(wy'[k])≠sign(w[k])
제1 예제에서, 원 오디오 신호가 검출에 의해 바라는 특성을 원래 포함하므 로, 상기 스위치는 개방된다. 결과적으로, 상기 입력 신호를 더 수정할 필요는 없다. 제2 예제에서, 상기 수정은 상기 워터마크 심볼의 교정 검출을 초래하지 않으므로 상기 스위치는 개방된다. 그 결과, 상기 수정은 목적 없이 신호 품질에 영향을 미칠 것이다.
이전의 실시예에서와 같이, 상기 스위치(306)는 개방 상태에서 폐쇄 상태로 그리고 반대로 연속한, 매끄러운 변환을 유발시키도록 구성될 수 있어, 급격한 변환들에 의해 유발된 상기 워터마킹된 신호 y에서 가능한 아티팩트를 감소시킨다. 다른 실시예들에서, 상기 스위치(306)는 상술된 2개의 기준이 달성되는 정도에 따라 수정 세기를 연속해서 제어하는 급격한 제어 유닛에 의해 유발되는 상기 워터마킹된 신호 y에서 가능한 아티팩트를 감소시킨다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 보다 강력한 결과는 다음의 조건들로 수학식 4의 상기 조건들을 대체함으로써 얻어질 수 있다.
sign(wx[k]-εㆍsign(w[k]))=sign(w[k])
sign(wy'[k])-εㆍsign(w[k]))≠sign(w[k])
여기서, ε은 작은 양의 실수이다.
상기에서, 상기 정보 신호의 감소된 수정을 제공하는 워터마크 임베딩 방법 및 시스템이 개시되어 있다. 특히, 부가된 동일한 정보량인 경우, 상기 개시된 시스템은 더욱 우수한 강력함을 초래한다. 반대로, 동일한 강력함인 경우, 상기 개시된 시스템은 상기 입력 신호의 보다 적은 수정을 유발시켜, 인식적으로 개선된 신호 품질을 제공한다.
상기 구성들이 일반 또는 특정-목적 프로그램가능한 마이크로프로세서들, 디지털 신호 프로세서(DSP), 주문형 반도체 회로(ASIC), 프로그램가능한 논리 어레이들(PLA), 필드 프로그램가능한 게이트 어레이들(FPGA), 전용 전자 회로들 등 또는 그 조합으로서 구현될 수 있다.
상술된 실시예들은 본 발명을 한정하기보다는 기술분야의 당업자가 첨부된 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 많은 대안 실시예들을 설계할 수 있을 것이라는 것을 알아야 한다.
예를 들면, 본 발명은 오디오 파일들에 한정되는 것이 아니라, 영화, 사진들, 멀티미디어 데이터 등과 같이 임의의 다른 정보 신호와 결합하여 사용될 수 있다.
청구항들에서, 중괄호 사이에 위치한 임의의 참조 부호들은 청구항을 한정하도록 해석되지 않아야 한다. 단어 "포함하다"는 청구항에 나열된 것들 이외의 소자들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다. 소자 앞에 기재한 단수표현은 복수의 이러한 소자들의 존재를 배제하지 않는다.
본 발명은 몇몇 독특한 소자들을 포함한 하드웨어에 의해 그리고 적당하게 프로그램된 컴퓨터에 의해 구현될 수 있다. 몇몇 수단을 명시하는 장치 청구항에서, 이들 수단들 중 몇몇은 하나 그리고 동일한 항목의 하드웨어에 의해 실시될 수 있다. 특정 측정들이 상호 다른 종속항들에서 기재된 것은 이들 측정들의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 가리키지 않는다.

Claims (12)

  1. 워터마킹된 정보 신호를 얻기 위해 정보 신호에 워터마크 신호를 임베딩하는 방법에 있어서,
    상기 정보 신호의 제1 부분의 미리 결정된 제1 특성을 결정하는 단계로서, 상기 워터마크 신호의 적어도 미리 결정된 제1 부분이 상기 정보 신호의 상기 제1 부분에서 검출가능한지를 나타내는, 상기 결정하는 단계; 및
    상기 워터마크 신호의 상기 적어도 제1 부분이 상기 정보 신호의 상기 제1 부분에서 검출가능하지 않는 것으로 결정되면, 상기 워터마킹된 정보 신호를 얻기 위해 상기 정보 신호의 상기 제1 부분에 상기 워터마크의 상기 적어도 제1 부분을 임베딩하고, 그렇지 않으면, 상기 정보 신호의 상기 제1 부분을 포함시키기 위해 상기 워터마킹된 정보 신호를 생성하는 단계를 포함하는, 워터마크 신호 임베딩 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 워터마킹된 정보 신호를 얻기 위해 상기 정보 신호의 상기 제1 부분에 상기 워터마크의 상기 적어도 제1 부분을 임베딩하는 단계는,
    수정된 부분-신호를 얻기 위해 상기 정보 신호의 상기 제1 부분에 상기 워터마크의 상기 적어도 제1 부분을 임베딩하는 단계;
    상기 수정된 부분-신호의 미리 결정된 제2 특성을 결정하는 단계로서, 상기 제2 특성은 상기 임베딩하는 단계가 상기 정보 신호의 상기 제1 부분의 검출가능한 수정을 초래하는지를 나타내는 단계; 및
    상기 임베딩하는 단계가 상기 정보 신호의 상기 제1 부분의 검출가능한 수정을 초래하는 것으로 결정되고 상기 워터마크 신호의 상기 적어도 제1 부분이 상기 정보 신호의 상기 제1 부분에서 검출가능하지 않는 것으로 결정되면 상기 수정된 부분-신호를 포함시키기 위해 상기 워터마킹된 정보 신호를 생성하고, 그렇지 않으면, 상기 정보 신호의 상기 제1 부분을 포함시키기 위해 상기 워터마킹된 정보 신호를 생성하는 단계를 포함하는, 워터마크 신호 임베딩 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 미리 결정된 제1 특성을 결정하는 단계는 상기 정보 신호의 신호 프레임들의 시퀀스의 제1 신호 프레임으로부터 제1 추정된 워터마크 심볼을 결정하는 단계를 포함하고, 상기 워터마킹된 정보 신호를 얻기 위해 상기 정보 신호의 상기 제1 부분에 상기 워터마크의 상기 적어도 제1 부분을 임베딩하는 단계는,
    상기 추정된 제1 워터마크 심볼이 워터마크 심볼들의 시퀀스의 미리 결정된 제1 워터마크 심볼과 일치하는지를 결정하는 단계; 및
    상기 제1 추정된 워터마크 심볼이 상기 제1 워터마크 심볼과 일치하지 않으면 최종 워터마킹된 신호 프레임을 얻기 위해 상기 제1 신호 프레임에 상기 제1 워터마크 심볼을 임베딩하고, 그렇지 않으면, 상기 최종 워터마킹된 신호 프레임으로서 상기 제1 프레임을 선택하는 단계를 포함하는, 워터마크 신호 임베딩 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    최종 워터마킹된 신호 프레임을 얻기 위해 상기 제1 신호 프레임에 상기 제1 워터마크 심볼을 임베딩하는 단계는,
    수정된 신호 프레임을 얻기 위해 상기 제1 신호 프레임에 상기 제1 워터마크 심볼을 임베딩하는 단계;
    상기 수정된 신호 프레임으로부터 제2 추정된 워터마크 심볼을 결정하는 단계;
    상기 추정된 제2 워터마크 심볼이 상기 제1 워터마크 심볼과 일치하는지를 결정하는 단계; 및
    상기 제2 추정된 워터마크 심볼이 상기 제1 워터마크 심볼과 일치하고 상기 제1 추정된 워터마크 신호가 상기 제1 워터마크 신호와 일치하지 않으면 상기 최종 워터마킹된 신호 프레임으로서 상기 수정된 신호를 선택하고, 그렇지 않으면, 상기 최종 워터마킹된 신호 프레임으로서 상기 제1 신호 프레임을 선택하는 단계를 더 포함하는, 워터마크 신호 임베딩 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 정보 신호는 오디오 신호이고 상기 워터마크 신호는 오디오 워터마크 신호인, 워터마크 신호 임베딩 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정보 신호는 프레임들의 시퀀스로 분할되고, 상기 정보 신호의 상기 제1 부분이 상기 프레임들의 시퀀스 중 제1 프레임인, 워터마크 신호 임베딩 방법.
  7. 제1항 내지 제6항에 있어서,
    상기 워터마크의 상기 제1 부분이 워터마크 심볼들의 시퀀스의 적어도 제1 워터마크 심볼을 포함하는, 워터마크 신호 임베딩 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 워터마크 심볼들의 시퀀스는 이진수 워터마크 심볼들의 시퀀스를 포함하는, 워터마크 신호 임베딩 방법.
  9. 정보 신호에 워터마크를 임베딩하기 위한 장치에 있어서,
    상기 정보 신호의 제1 부분의 미리 결정된 제1 특성을 결정하기 위한 분석 수단(104, 202, 304)으로서, 상기 미리 결정된 제1 특성은 임베딩되는 상기 워터마크 신호의 적어도 미리 결정된 제1 부분이 상기 정보 신호의 상기 제1 부분에서 검출가능한지를 나타내는, 상기 분석 수단;
    수정된 부분-신호를 얻기 위해 상기 정보 신호의 상기 제1 부분에 상기 워터마크의 상기 적어도 제1 부분을 임베딩하기 위한 임베딩 수단(103, 107; 201; 303, 307);
    최종 워터마킹된 정보 신호를 생성하기 위한 워터마킹된 신호 생성기(106, 107; 201; 306, 307); 및
    상기 워터마크 신호의 상기 적어도 제1 부분이 상기 정보 신호의 상기 제1 부분에서 검출가능하지 않는 것으로 결정되면, 상기 최종 워터마킹된 정보 신호에 상기 수정된 부분 신호를 포함시키기 위해 상기 워터마킹된 신호 생성기를 제어하고, 그렇지 않으면, 상기 최종 워터마킹된 정보 신호에 상기 정보 신호의 상기 제1 부분을 포함시키기 위해 상기 워터마킹된 신호 생성기를 제어하기 위한 제어 수단(104; 202; 342)를 포함하는, 워터마크 임베딩 장치.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 생성된 워터마킹된 정보 신호에 있어서,
    상기 워터마킹된 정보 신호는 복수의 부분-신호들을 포함하고, 상기 복수의 부분-신호들의 제1 서브세트는 상기 부분-신호들 내에 임베딩된 각각의 워터마크 심볼들을 갖고, 부분-신호들의 제2 서브세트는 상기 부분-신호들 내부에 임베딩된 워터마크 심볼들을 갖지 않는, 워터마킹된 정보 신호.
  11. 워터마킹된 정보 신호를 얻기 위해 정보 신호에 워터마크 신호를 임베딩하는 방법에 있어서,
    수정된 부분-신호를 얻기 위해 상기 정보 신호의 제1 부분에 상기 워터마크의 적어도 제1 부분을 임베딩하는 단계, 및
    상기 수정된 부분-신호의 미리 결정된 제1 특성을 결정하는 단계로서, 상기 제1 특성은 상기 정보 신호의 상기 제1 부분의 검출가능한 수정을 초래하는지를 나타내는, 상기 결정하는 단계; 및
    상기 임베딩하는 단계는 상기 정보 신호의 상기 제1 부분의 검출가능한 수정을 초래하는 것으로 결정되면, 상기 수정된 부분-신호를 포함시키기 위해 상기 워터마킹된 정보 신호를 생성하고, 그렇지 않으면, 상기 정보 신호의 상기 제1 부분을 포함시키기 위해 상기 워터마킹된 정보 신호를 생성하는 단계를 포함하는, 워터마크 신호 임베딩 방법.
  12. 정보 신호에 워터마크를 임베딩하기 위한 장치에 있어서,
    수정된 부분-신호를 얻기 위해 상기 정보 신호의 제1 부분에 상기 워터마크의 적어도 제1 부분을 임베딩하기 위한 임베딩하는 수단(103; 201; 303);
    상기 수정된 부분-신호의 미리 결정된 제1 특성을 결정하기 위한 분석 수단(104, 202, 304)으로서, 상기 제1 특성은, 상기 임베딩이 상기 정보 신호의 상기 제1 부분의 검출가능한 수정을 초래하는지를 나타내는, 상기 분석 수단(104, 202, 304);
    최종 워터마킹된 정보 신호를 생성하기 위한 워터마킹된 신호 생성기(106, 107; 201; 306, 307); 및
    상기 임베딩은 상기 정보 신호의 상기 제1 부분의 검출가능한 수정을 초래하는 것으로 결정되면 상기 최종 워터마킹된 정보 신호에 상기 수정된 부분-신호를 포함시키기 위해 상기 워터마킹된 신호 생성기를 제어하고, 그렇지 않으면, 상기 최종 워터마킹된 정보 신호에 상기 정보 신호의 상기 제1 부분을 포함시키기 위해 상기 워터마킹된 신호 생성기를 제어하기 위한 제어 수단(104, 202, 342)을 포함하는, 워터마크 임베딩 장치.
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