RU2220511C2 - Внедрение дополнительных данных в кодированный сигнал - Google Patents

Внедрение дополнительных данных в кодированный сигнал Download PDF

Info

Publication number
RU2220511C2
RU2220511C2 RU99120106/09A RU99120106A RU2220511C2 RU 2220511 C2 RU2220511 C2 RU 2220511C2 RU 99120106/09 A RU99120106/09 A RU 99120106/09A RU 99120106 A RU99120106 A RU 99120106A RU 2220511 C2 RU2220511 C2 RU 2220511C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
encoding
quality
encoded
sample
Prior art date
Application number
RU99120106/09A
Other languages
English (en)
Other versions
RU99120106A (ru
Inventor
Петрус НЕЙТЕН
Original Assignee
Конинклейке Филипс Электроникс Н.В.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. filed Critical Конинклейке Филипс Электроникс Н.В.
Publication of RU99120106A publication Critical patent/RU99120106A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2220511C2 publication Critical patent/RU2220511C2/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T1/00—General purpose image data processing
    • G06T1/0021—Image watermarking
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/46—Embedding additional information in the video signal during the compression process
    • H04N19/467—Embedding additional information in the video signal during the compression process characterised by the embedded information being invisible, e.g. watermarking
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B20/00—Signal processing not specific to the method of recording or reproducing; Circuits therefor
    • G11B20/00086—Circuits for prevention of unauthorised reproduction or copying, e.g. piracy
    • G11B20/00884—Circuits for prevention of unauthorised reproduction or copying, e.g. piracy involving a watermark, i.e. a barely perceptible transformation of the original data which can nevertheless be recognised by an algorithm
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/76—Television signal recording
    • H04N5/91—Television signal processing therefor
    • H04N5/913—Television signal processing therefor for scrambling ; for copy protection
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B20/00—Signal processing not specific to the method of recording or reproducing; Circuits therefor
    • G11B20/00086—Circuits for prevention of unauthorised reproduction or copying, e.g. piracy
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B20/00—Signal processing not specific to the method of recording or reproducing; Circuits therefor
    • G11B20/00007—Time or data compression or expansion
    • G11B2020/00014—Time or data compression or expansion the compressed signal being an audio signal
    • G11B2020/00065—Sigma-delta audio encoding
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/76—Television signal recording
    • H04N5/91—Television signal processing therefor
    • H04N5/913—Television signal processing therefor for scrambling ; for copy protection
    • H04N2005/91307—Television signal processing therefor for scrambling ; for copy protection by adding a copy protection signal to the video signal
    • H04N2005/91335—Television signal processing therefor for scrambling ; for copy protection by adding a copy protection signal to the video signal the copy protection signal being a watermark

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
  • Editing Of Facsimile Originals (AREA)
  • Image Processing (AREA)
  • Signal Processing For Digital Recording And Reproducing (AREA)
  • Television Systems (AREA)
  • Facsimile Image Signal Circuits (AREA)
  • Circuits Of Receivers In General (AREA)
  • Channel Selection Circuits, Automatic Tuning Circuits (AREA)
  • Dc Digital Transmission (AREA)
  • Stereo-Broadcasting Methods (AREA)
  • Signal Processing Not Specific To The Method Of Recording And Reproducing (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу и устройству для внедрения в сигнал дополнительных данных. Способ и устройство предназначено для наложения защитных меток на аудио- или видеосигнал. Сигнал кодируется посредством кодера, который включает в себя контур обратной связи для управления процессом кодирования, например кодер с дифференциальной импульсно-кодовой модуляцией или (сигма-) дельта-модулятор. Защитная метка внедряется путем модификации выделенных выборок кодированного сигнала. Модификация осуществляется до осуществления обратной связи по кодированному сигналу, в результате чего ошибки квантования, вносимые внедрением защитной метки, устраняются при последующих операциях кодирования. Кроме того, одна или несколько выборок, предшествующих выделенным выборкам, также модифицируются таким образом, что ошибка, вносимая защитной меткой, дополнительно снижается. Этот эффект достигается за счет "упреждающего поиска" такой предшествующей выборки (или их комбинации), модификация которой дает наилучшее качество кодирования путем снижения шума по отношению к уровню сигнала, что и является техническим результатом, достигаемым при реализации заявленного изобретения. 4 с. и 11 з.п.ф-лы, 11 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к способу и устройству для внедрения в сигнал дополнительных данных, при этом способ содержит этапы кодирования сигнала в соответствии с процессом кодирования, который включает в себя этап осуществления обратной связи по кодированному сигналу для управления упомянутым кодированием, и модификации выделенных выборок кодированного сигнала для представления упомянутых дополнительных данных.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Размещение в аудио- и видеосигналах дополнительных данных таким образом, чтобы они были недоступны для восприятия, становится все более необходимым. Внедрять защитные метки в мультимедийные ресурсы надлежит, например, с целью идентификации источника или статуса документов и аудио- и видеопрограмм в отношении авторских прав. Защитная метка обеспечивает законное подтверждение обладателя авторских прав, позволяет отслеживать пиратскую продукцию и поддерживает защиту интеллектуальной собственности.
Известный способ наложения на видеосигнал защитных меток в соответствии с изложенным во вступительном абзаце раскрывается в статье Ф. Хартунга и Б. Гироса (F. Hartung, В. Giros) "Цифровое наложение защитных меток на сырой и сжатый видеосигнал" ("Digital Vatermarking of Raw and Compressed Video"), SPIE, том 2952, стр. 205-213. Наложение защитных меток достигается здесь путем модификации коэффициентов ДКП (дискретного косинусоидального преобразования) в выходном битовом потоке кодера MPEG2 (название стандарта сжатия движущегося изображения). Общеизвестно, что кодер MPEG2 представляет собой предсказательный кодер, включающий в себя контур обратной связи для управления процессом кодирования. Предпочтительнее кодировать не сам входной сигнал, а ошибку предсказания (разность между входным сигналом и его предсказанным значением). Сигнал предсказания получают путем локального декодирования кодированного сигнала.
Согласно способу, отвечающему уровню техники, защитные метки вставляются после обычного кодирования. Однако при таком способе объем защитной метки на кодированном сигнале оказывается весьма ограниченным.
ПРЕДМЕТ И КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предмет изобретения состоит в предоставлении такого способа внедрения дополнительных данных в кодированный аудио- и видеосигнал, который позволил бы изменять большее число битов кодированного сигнала, не оказывая сколько-нибудь заметного влияния на качество восприятия.
С этой целью способ, в соответствии с изобретением отличается тем, что этап модификации выделенных выборок осуществляется прежде, чем осуществляется упомянутая обратная связь по кодированному сигналу, и включает в себя модификацию, по крайней мере, одной дополнительной выборки кодированного сигнала, предшествующей выделенной выборке, если обнаруживается, что модификация упомянутой дополнительной выборки улучшает качество упомянутого процесса кодирования.
Этап внедрения дополнительных данных, предваряющий осуществление обратной связи по сигналу, был также предложен заявителем в неопубликованной европейской патентной заявке 97200197.8 (изложение по доверенности PHN 16.209). Благодаря этому этапу неблагоприятные последствия модификации выборки компенсируются в последующих операциях кодера. Однако первоначальное возмущение, вызванное модификацией выборки, остается. Изобретение основано на том наблюдении, что качество кодирования можно дополнительно улучшить путем преднамеренной модификации одной или нескольких выборок сигнала, предшествующих выделенной выборке. Фактически кодированный сигнал подвергается незначительному предварительному искажению с целью минимизации ошибок кодирования к моменту его поступления.
Изобретение особенно полезно при внедрении дополнительных данных в сигналы, кодированных единичными битами. Единично-битовые кодеры, например дельта-модуляторы, сигма-дельта-модулятор и кодеры формы шума на каждом этапе кодирования. выдают однобитовую выходную выборку. Кодированный сигнал весьма чувствителен к наложению защитных меток. Сигма-дельта-модуляторы, например, которые предусмотрены для записи высококачественного аудио-сигнала на аудио-УЦД (универсальный цифровой аудиодиск) при частоте выборки 2822400 (64•44100) Гц, имеют отношение сигнал/шум 115 дБ. Наложение защитных меток на такой сигма-дельтамодулированный сигнал так, как это делается в соответствии с уровнем техники, т.е. после обычного кодирования, значительно увеличивает шум квантования. Например, замещение каждого сотого бита сигма-дельта-модулированного аудио-сигнала битом защитной метки увеличивает шум квантования до -60 дБ, что явно неприемлемо. Наложение защитных меток, предложенное заявителем в одновременно рассматриваемой европейской патентной заявке 97200197.8, дает при замещении каждого сотого бита возрастание шума квантования только на 1 дБ.
Изобретение не только дополнительно улучшает качество кодирования в плане снижения шума по отношению к уровню сигнала. Как известно, использование сигма-дельта-модуляторов с контурным фильтром порядка > 2 сталкивается с пробами нестабильности при большом входном сигнале. Обычно эту нестабильность предотвращают, запрещая входному сигналу выходить за пределы заданного диапазона значений. Изобретение также дает решение такого рода проблем нестабильности и связанных с ними проблем ограничения по амплитуде.
Другие цели, отличительные черты и достоинства настоящего изобретения станут очевидны по рассмотрении нижеследующего описания, приведенного в совокупности с прилагаемыми чертежами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 изображает отвечающее изобретению устройство для внедрения дополнительных данных в дельта-модулированный сигнал.
Фиг.2-4 изображают форму сигналов для иллюстрации работы устройства, изображенного на фиг.1.
Фиг. 5 изображает блок-схему, иллюстрирующую работу схемы модификации, изображенной на фиг.1.
Фиг. 6 изображает отвечающее изобретению устройство для внедрения дополнительных данных в сигма-дельта-модулированный сигнал.
Фиг.7 изображает фильтр сигма-дельта-модулятора третьего порядка, используемый в устройстве, изображенном на фиг.6.
Фиг.8, 9, 10А-10Г и 11А-11В изображают форму сигнала для иллюстрации работы устройства, изображенного на фиг.6.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ
Изобретение будет описываться со ссылкой на единично-битовые кодеры, но с пониманием, что идеи изобретения могут применяться и к другим типам предсказательных кодеров, например кодерам ДИКМ (дифференциальная импульсно-кодовая модуляция), (например, MPEG). Прежде всего описывается устройство дельта-модулятора, поскольку принцип его работы проще для понимания. Затем будет описано устройство сигма-дельта-модулятора, который чаще всего используется в реальных кодирующих системах.
На фиг.1 изображено в соответствии с изобретением устройство для внедрения дополнительных данных в дельта-модулированный сигнал. Устройство заключает в себе обычный дельта-модулятор 1, в состав которого входит вычитатель 11, детектор полярности 12 и декодирующий фильтр 13. Вычитатель 11 генерирует сигнал е ошибки предсказания, вычитая сигнал
Figure 00000002
из входного сигнала x. Ошибка предсказания е поступает на детектор полярности 12, который со скоростью, определяемой частотой выборки f3 (не показана), выдает выходную выборку "+1" при
Figure 00000003
и выходную выборку "-1" при
Figure 00000004
. Контур 14 обратной связи включает в себя декодирующий фильтр 13 (сумматор или интегратор) для получения сигнала предсказания
Figure 00000005
.
В обычном дельта-модуляторе контур обратной связи 14 подключается к выходу детектора полярности 12. На фиг.2 изображены формы сигнала такого обычного дельта-модулятора. В частности, на фиг.2 изображен входной сигнал x, сигнал предсказания
Figure 00000006
и кодированный выходной сигнал y обычного дельта модулятора. Заметим, что сигнал предсказания
Figure 00000007
является также выходным сигналом приемника (не показан на фиг.1).
Вновь обращаясь к фиг.1, видим, что устройство в соответствии с изобретением заключает в себе схему модификации 2, которая подключается между детектором полярности 12 и контуром обратной связи 14. Схема модификации модифицирует биты, выделяемые по сигналу выделения s среди выходных битов детектора полярности. Например, схема модификации замещает каждый сотый бит кодированного сигнала у битом w структуры данных защитной метки, который хранится в регистре 3 данных защитной метки. Альтернативно схема модификации инвертирует выделенные биты, так что структуру данных защитной метки представляет число битовых периодов между упомянутыми инвертированными битами.
Фиг. 3 поясняет эффект от модификации выделенного бита 20 кодированного сигнала у битом w данных защитной метки. На этой фигуре показаны входной сигнал х (тот же сигнал, как на фиг.2), сигнал предсказания
Figure 00000008
и модифицированный кодированный сигнал z. Под номером 21 обозначен внедренный бит защитной метки. Согласно изображенному на фигуре, внедренный бит защитной метки имеет значение "-I", которое отличается от значения "+1" бита 20 кодированного сигнала. Учитывая, что сигнал предсказания
Figure 00000009
является также выходным сигналом приемника, легко видеть, что битовая модификация увеличивает шум квантования. Поскольку модифицированный сигнал z поступает обратно на вход кодера, ошибка квантования впоследствии компенсируется и фактически устраняется.
В соответствии с изобретением, схема модификации 2 (фиг.1) устроена так, чтобы модифицировать также, по крайней мере, один из битов, предшествующих защитной метке, если выясняется, что это улучшает качество кодирования. На фиг.4 показан пример такой обработки сигнала. Здесь вновь изображены входной сигнал x, сигнал предсказания
Figure 00000010
, модифицированный кодированный сигнал z и бит 21 защитной метки. Кроме того, показан также модифицированный бит 22, предшествующий биту 21 защитной метки. При сравнении фиг.4 с фиг.3 сразу видно, что общая ошибка квантования значительно уменьшилась. Таким образом качество кодирования стало существенно лучше.
В примере, изображенном на фиг.4, хорошая характеристика получается за счет модификации бита, непосредственно предшествующего биту защитной метки. Так бывает не всегда. Модификация 2-го, 3-го и т.д. битов, предшествующих биту защитной метки, или их комбинации могут улучшить характеристику в еще большей степени. Пример этому будет приведен ниже.
Для получения вышеупомянутого желаемого эффекта устройство, изображенное на фиг.1, приспосабливается для осуществления процесса дельта-модуляции для различных комбинаций предшествующих битов и выбора такой комбинации, которая дает наилучший результат. Упомянутое тестирование различных комбинаций битов именуется здесь также "упреждающим поиском", и биты, предшествующие биту защитной метки, которые рассматриваются на предмет их модификации, именуются битами "упреждающего поиска".
Процесс модификации осуществляется под управлением схемы модификации 2. Схема может быть реализована программными или аппаратными средствами в зависимости от практических аспектов, например быстродействия и сложности аппаратных средств. На фиг. 5 изображена блок-схема, иллюстрирующая работу схемы. Предполагается, что входной сигнал x хранится на носителе данных (не показан на фиг. 1) и что каждый сотый бит кодированного сигнала у подлежит замещению битом w защитной метки. С этой целью входной сигнал x делится на сегменты, каждый из которых заключает в себе 100 входных выборок Х0...Х99. Для каждого сегмента выходной сигнал z заключает в себе 100 битов Z1...Z99 из которых Zo...Z2 являются тремя битами упреждающего поиска, а Z3 является битом защитной метки.
На этапе 50 задается 3-битовое двоично-кодированное число с в исходном значении нуль. Число с представляет текущую комбинацию трех битов упреждающего поиска. На этапе 51 Z0...Z2 принимают значения трех битов с. Таким образом, Zi устанавливается равным "+1", если соответствующий бит с равен "1", и Zi устанавливается равным "-1", если соответствующий бит с равен "0". Кроме того, на этапе 51 Z3 таким же образом принимает значение текущего бита w защитной метки, подлежащего внедрению. В рамках подпроцедуры 52 процесс дельта-модуляции применяется к данному числу входных выборок, скажем X0...X20, с целью изучения поведения контура для предварительно присвоенных значений Z0...Z3. Соответствующая выходная битовая последовательность Z0...Z20 сохраняется в буферной памяти (не показана на фиг.1). На этапе 53 определяется и сохраняется в буферной памяти качество Q(c) кодирования в процессе дельта-модуляции для текущей комбинации с битов упреждающего поиска. В этом примере качество кодирования представлено средней квадратичной ошибкой (СКО) между входным сигналом и сигналом предсказания:
Figure 00000011

Затем число с увеличивается на единицу (этап 54) с целью создания новой комбинации Z0. ..Z2 битов упреждающего поиска и вычисления соответствующего значения СКО(с). Дельта-модулирование последовательности X0...X20 повторяется, пока не будут обработаны все комбинации (этап 55). Безусловно (и потому не показано на фигуре) всякий раз используются одни и те же исходные сигналы интегратора. После обработки всех комбинаций, на этапе 56 определяется максимальное качество кодирования Q(с). С этой целью в буферной памяти организуется поиск числа с, для которого СКО(с) принимает минимальное значение. На этапе 57 кодированная последовательность Z0...Z20, соответствующая упомянутой минимальной СКО, считывается из буферной памяти и подается на выходную клемму кодера. Затем в рамках подпроцедуры 58 кодируется остаток Х21. . .Х99 сегмента входных выборок и на этапе 59 подается на выход кодера. Закодировав таким образом сегмент из 100 входных выборок, устройство возвращается к этапу 50 для обработки следующего сегмента.
Заметим, что значения некоторых параметров в описанном выше процессе кодирования, например длина сегмента (здесь 100), число битов упреждающего поиска (здесь 3) и число выходных битов, подлежащих оцениванию (здесь 20), даны только в качестве иллюстрации. Следует также отметить, что качество кодирования можно выражать через другие параметры, например через наибольшую разность между входной выборкой xn и соответствующим предсказанием
Figure 00000012
.
Теперь описывается сигма-дельта-модулятор в соответствии с изобретением. Сигма-дельта-модуляция предусматривается для записи высококачественного аудио-сигнала на аудио-вариант универсального цифрового диска (аудио-УЦД). Она отличается от дельта модуляции тем, что до кодирования входной сигнал х подвергается фильтрации посредством такого же фильтра, как тот, что используется в контуре предсказания дельта-модулятора. Кроме того, вместо фильтров на входном тракте и на тракте обратной связи, на тракте прямого прохождения сигнала контура кодирования стоит единый фильтр.
На фиг.6 изображено в соответствии с изобретением устройство для внедрения дополнительных данных в сигма-дальта-модулированный сигнал. Устройство заключает в себе обычный сигма-дельта-модулятор 6, в состав которого входит вычитатель 61, контурный фильтр 62, детектор полярности 63 и контур обратной связи 64. Вычитатель 61 вычитает кодированный выходной сигнал (принимающий значения "+1" или "-1") из входного сигнала х. Разностный сигнал d фильтруется фильтром 62. Фильтрованный сигнал f подается на детектор полярности 63, который со скоростью, определяемой частотой выборки f3 (не показана), выдает выходной бит "+1" при f≥0 и выходной бит "-1" при f<0. Между детектором полярности 63 и контуром обратной связи 64 подключена такая же схема модификации 2, которая изображена па фиг.1. По сигналу выделения s схема 2 замещает бит кодированного сигнала у битом w защитной метки, который хранится в регистре 3.
В реальных сигма-дельта-модуляторах используются различные варианты реализации контурного фильтра 62. В рамках этого описания приводится пример использования фильтра третьего порядка. В целях полноты описания он изображен на фиг.7. Фильтр заключает в себе три интегратора, соединенные в каскад. Выходные сигналы трех интеграторов обозначаются соответственно а, b, с. Выходной сигнал f фильтра является взвешенной комбинацией сигналов интеграторов. На фигуре для каждого интегратора показано целое число, предваренное значком #. Упомянутое целое число обозначает максимальное значение, которое способен хранить соответствующий интегратор. Выборки сигнала, превышающие максимальное значение, отсекаются. Как станет ясно позднее, отсечка характерна для вариантов реализации сигма-дельта-модулятора.
На фиг.8 для объяснения работы устройства изображены формы сигнала, когда схема модификации 2 не действует. В частности, на фигуре изображены входной сигнал х, кодированный сигнал Z, разностный сигнал d и фильтрованный сигнал f. Изображены также выходные сигналы а, b и с трех интеграторов. Среднее значение выходного сигнала сигма-дельта-модулятора представляет входной уровень. В этом примере уровень входного сигнала x, составляющий 0,5 В постоянного тока, кодируется в виде битового потока, заключающего в себе (в среднем) три бита "+1" и один бит "-1" в соответствии с:
Figure 00000013

На фиг.9 изображены формы сигнала для иллюстрации эффекта от внедрения в выходной кодированный сигнал z бита 90 защитной метки. Показаны те же сигналы, что и на фиг.8. Сравнение обеих фигур показывает, что бит защитной метки вносит в кодированный сигнал 2 более длинные пробеги одного и того же значения бита, что свидетельствует о возрастании шума квантования. Защитная метка обуславливает также увеличение амплитуды сигналов интеграторов, особенно выходного сигнала с третьего интегратора. Безусловно это происходит только тогда, когда бит защитной метки и "регулярный" выходной бит имеют противоположные значения.
На фиг.10А-10Г изображены кодированный сигнал z и выходной сигнал с третьего интегратора в различных условиях. Формы сигнала, изображенные на фиг. 10А и 10Б, идентичны соответствующим формам сигнала, изображенным ранее на фиг. 8 и 9, т.е. соответственно при отсутствии и наличии бита 90 защитной метки. Фиг.10В иллюстрирует эффект от присвоения битам 91 и 92 упреждающего поиска соответственно значений "+1" и "-1". Сравнивая с фиг.10Б, легко видеть, что амплитуда выходного сигнала третьего интегратора снизилась, а длина последовательных единиц в кодированном сигнале сократилась. Соответственно уменьшилась и ошибка квантования. На фиг.10Г показано, что присвоение битам упреждающего поиска других значений, а именно присвоение обоим битам 91 и 92 упреждающего поиска значений "+1", обеспечивает еще лучшую характеристику сигма-дельта-модулятора.
Для определения комбинации битов упреждающего поиска, дающей наилучшее качество кодирования, можно использовать тот же алгоритм, который уже был описан со ссылкой на фиг.5 применительно к дельта-модуляторам. Это значит, что качество Q (с) кодирования данной последовательности входных выборок (например, Х0. . .Х20) определяется для различных комбинаций с битов упреждающего поиска (например, Z0. ..Z2). Затем выделяется выходная последовательность, соответствующая наивысшему качеству кодирования Q. Поскольку в сигма-дельта-кодере декодированный сигнал недоступен, средняя квадратичная ошибка менее привлекательна в качестве критерия качества кодирования. Выяснилось, что для представления качества кодирования Q весьма подходят нижеприведенные параметры. Их дополнительное достоинство состоит в простоте вычисления.
Наиболее длинный пробег последовательных одинаковых значений в последовательности Z0. . . Z20. Упомянутые наиболее длинные пробеги на фиг.10Б-10Г обозначены R. В этом случае выделяется последовательность, имеющая "самый короткий наиболее длинный" пробег. Безусловно последовательность, для которой R=4 (фиг.10Г), является в настоящем примере наилучшим выбором.
Размах сигнала, имеющий место в данном интеграторе. Размах сигнала третьего интегратора на фиг.10Б-10Г обозначен V. В этом случае выделяется последовательность, имеющая самый низкий размах сигнала. Последовательность, изображенная на фиг.10Г, опять же оказывается наилучшим выбором. Было обнаружено, что даже при использовании фильтра более высокого порядка (>3) весьма подходит третий интегратор. Среднее отклонение значений сигнала в данном интеграторе.
В качестве дополнительного критерия при выделении комбинации битов упреждающего поиска может служить наличие (или отсутствие) переполнения в данном интеграторе. Поскольку сигма-дельта-модуляторы весьма чувствительны к уровню входного сигнала (в отличие от дельта-модуляторов, которые чувствительны к крутизне входного сигнала), при внедрении бита защитной метки велика вероятность переполнения. Как уже было отмечено со ссылкой на фиг.7, интеграторы защищены от переполнения механизмом отсечки, которых удерживает выходной сигнал каждого интегратора на максимальном значении.
На фиг.11А-С изображены кодированный сигнал z и выходной сигнал с третьего интегратора в различных условиях. Вновь уровень входного сигнала составляет 0.5 В постоянного тока. Для сравнения на фиг.11Д изображены сигналы при отсутствии наложения защитной метки. Согласно фиг.11Б, в кодированный сигнал внедрен бит 95 защитной метки. Его положение слегка отличается от положения бита 90 защитной метки в предыдущих примерах. Под номером 96 обозначена отсечка на третьем интеграторе, вызванная внедрением бита 95 защитной метки. Согласно одному из вариантов реализации схемы модификации, различные комбинации битов упреждающего поиска тестируются до тех пор, пока не будет найдена комбинация, в которой больше не происходит отсечек. Пример тому изображен на фиг.11В, где показан эффект от присвоения биту 97 упреждающего поиска значения "+1".
Итак, раскрыты способ и устройство для наложения защитных меток на аудио- или видеосигнал. Сигнал кодируется посредством кодера, который включает в себя контур обратной связи для управления процессом кодирования, например кодер ДИКМ или (сигма-)дельта-модулятор. Защитная метка внедряется путем модификации выделенных выборок кодированного сигнала. Упомянутая модификация осуществляется до осуществления обратной связи по кодированному сигналу, в результате чего ошибки квантования, вносимые внедрением защитной метки, устраняются при последующих операциях кодирования. Кроме того, одна или несколько выборок, предшествующих выделенной выборке, также модифицируются таким образом, что ошибка, вызванная защитной меткой, дополнительно снижается. Этот эффект достигается за счет "упреждающего поиска" такой предшествующей выборки (или их комбинации), модификация которой дает наилучшее качество кодирования.

Claims (15)

1. Способ внедрения в сигнал дополнительных данных, содержащий этапы, на которых кодируют сигнал в соответствии с процессом кодирования, который включает в себя этап подачи по обратной связи кодированного сигнала для управления упомянутым кодированием и модификации выделенных выборок кодированного сигнала для представления упомянутых дополнительных данных, отличающийся тем, что этап модификации выделенных выборок осуществляют до подачи по обратной связи кодированного сигнала и включает в себя определение качества кодирования кодированного сигнала, модификацию по меньшей мере одной дополнительной выборки кодированного сигнала, предшествующей выделенной выборке, определение качества кодирования кодированного сигнала, имеющего модифицированную дополнительную выборку, и выбор кодированного сигнала, имеющего модифицированную дополнительную выборку, если обнаружено, что модификация упомянутой дополнительной выборки улучшает качество кодирования.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап разделения входного сигнала на сегменты, причем этап дополнительной модификации содержит последовательное кодирование сегмента сигнала посредством различных комбинаций дополнительно модифицированных выборок, пока не будет обнаружена комбинация, соответствующая более высокому качеству кодирования.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап разделения входного сигнала на сегменты, причем этап дополнительной модификации содержит последовательное кодирование сегмента сигнала посредством различных комбинаций дополнительно модифицированных выборок, определение качества кодирования для каждой комбинации и выделение комбинации, соответствующей наивысшему качеству кодирования.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержит этап декодирования кодированного сигнала и определения величины ошибки квантования между декодированным сигналом и входным сигналом, при этом качество кодирования представлено упомянутой величиной ошибки квантования.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что кодирование является единично - битовым кодированием.,
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что кодирование является сигма - дельта-модуляцией.
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что качество кодирования представлено наиболее длинным рядом последовательных одинаковых значений кодированного сигнала с внедренными дополнительными данными.
8. Способ по п.6, отличающийся тем, что качество кодирования представлено полным размахом сигнала, имеющим место на выделенной ступени контурного фильтра в сигма - дельта-модуляторе.
9. Способ по п.6, отличающийся тем, что качество кодирования представлено средним отклонением амплитуд на выделенной ступени контурного фильтра в сигма - дельта-модуляторе.
10. Способ по п.6, отличающийся тем, что качество кодирования представлено наличием максимального значения амплитуды на выделенной ступени контурного фильтра в сигма - дельта-модуляторе.
11. Устройство для внедрения в сигнал дополнительных данных, содержащее кодер для кодирования сигнала, включающий в себя контур обратной связи для подачи по обратной связи кодированного сигнала для управления упомянутым кодером и средство модификации выделенных выборок кодированного сигнала для представления упомянутых дополнительных данных, отличающееся тем, что контур обратной связи подключен для подачи по обратной связи модифицированного кодированного сигнала, причем средство модификации выполнено с возможностью определения качества кодирования кодированного сигнала; модифицирования по меньшей мере одной дополнительной выборки кодированного сигнала, предшествующей выделенной выборке; определения качества кодирования кодированного сигнала, имеющего модифицированную дополнительную выборку, и выбора кодированного сигнала, имеющего модифицированную дополнительную выборку, если обнаружено, что модификация дополнительной выборки улучшает качество кодирования.
12. Устройство по п.11, отличается тем, что кодер является единично-битовым кодером.
13. Устройство по п.11, отличается тем, что кодер является сигма - дельта-модулятором.
14. Сигнал с внедренными дополнительными данными, при этом сигнал кодируется в соответствии с заданным процессом кодирования, а выделенные выборки сигнала представляют упомянутые дополнительные данные, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из выборок, предшествующих упомянутым выделенным выборкам, отличается от выборки, соответствующей заданному процессу кодирования.
15.Носитель данных, на котором хранится сигнал по п.14.
RU99120106/09A 1997-12-22 1998-12-07 Внедрение дополнительных данных в кодированный сигнал RU2220511C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP97204056.2 1997-12-22
EP97204056 1997-12-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU99120106A RU99120106A (ru) 2001-08-27
RU2220511C2 true RU2220511C2 (ru) 2003-12-27

Family

ID=8229103

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99120106/09A RU2220511C2 (ru) 1997-12-22 1998-12-07 Внедрение дополнительных данных в кодированный сигнал

Country Status (14)

Country Link
EP (1) EP0962094B1 (ru)
JP (1) JP2001513973A (ru)
KR (1) KR100589706B1 (ru)
CN (1) CN1156144C (ru)
AT (1) ATE250311T1 (ru)
AU (1) AU1256199A (ru)
DE (1) DE69818228T2 (ru)
HU (1) HUP0001250A3 (ru)
ID (1) ID22836A (ru)
MY (1) MY119833A (ru)
PL (1) PL191867B1 (ru)
RU (1) RU2220511C2 (ru)
TW (1) TW401678B (ru)
WO (1) WO1999033266A2 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2578724C2 (ru) * 2011-03-04 2016-03-27 Квэлкомм Инкорпорейтед Импульсно-кодовая модуляция с квантованием при кодировании видеоинформации
RU2586874C1 (ru) * 2011-12-15 2016-06-10 Фраунхофер-Гезелльшафт Цур Фердерунг Дер Ангевандтен Форшунг Е.Ф. Устройство, способ и компьютерная программа для устранения артефактов амплитудного ограничения

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001513973A (ja) * 1997-12-22 2001-09-04 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 符号化信号への補足データの埋めこみ
ID25532A (id) * 1998-10-29 2000-10-12 Koninkline Philips Electronics Penanaman data tambahan dalam sinyal informasi
AUPQ122699A0 (en) * 1999-06-25 1999-07-22 Lake Dsp Pty Limited Sigma delta modulator with buried data
US6501404B2 (en) * 2001-01-08 2002-12-31 Agilent Technologies, Inc. System and method for encoding an input data stream by utilizing a predictive, look-ahead feature
US6701482B2 (en) * 2001-09-20 2004-03-02 Qualcomm Incorporated Method and apparatus for coding bits of data in parallel
KR100430566B1 (ko) * 2001-11-02 2004-05-10 한국전자통신연구원 반향을 이용한 오디오 워터마킹에서의 반향 삽입 장치 및그 방법
US8345569B2 (en) 2009-11-23 2013-01-01 Dialogic Corporation Multiple watermarks for fidelity assessment

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2837105B2 (ja) * 1994-01-05 1998-12-14 三星電子株式会社 テレビ信号中に埋め込まれたディジタル信号に対するシグマ−デルタ・アナログ−ディジタル変換機能を備えた受信器
CA2184949C (en) * 1995-09-28 2000-05-30 Ingemar J. Cox Secure spread spectrum watermarking for multimedia data
PL329943A1 (en) * 1997-01-27 1999-04-26 Koninkl Philips Electronics Nv Method of entering additional data into an encoded signal
JP2001513973A (ja) * 1997-12-22 2001-09-04 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 符号化信号への補足データの埋めこみ

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2578724C2 (ru) * 2011-03-04 2016-03-27 Квэлкомм Инкорпорейтед Импульсно-кодовая модуляция с квантованием при кодировании видеоинформации
US10200689B2 (en) 2011-03-04 2019-02-05 Qualcomm Incorporated Quantized pulse code modulation in video coding
RU2586874C1 (ru) * 2011-12-15 2016-06-10 Фраунхофер-Гезелльшафт Цур Фердерунг Дер Ангевандтен Форшунг Е.Ф. Устройство, способ и компьютерная программа для устранения артефактов амплитудного ограничения
US9633663B2 (en) 2011-12-15 2017-04-25 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foederung Der Angewandten Forschung E.V. Apparatus, method and computer program for avoiding clipping artefacts

Also Published As

Publication number Publication date
HUP0001250A3 (en) 2002-09-30
DE69818228T2 (de) 2004-07-15
EP0962094B1 (en) 2003-09-17
HUP0001250A2 (hu) 2000-08-28
ID22836A (id) 1999-12-09
WO1999033266A2 (en) 1999-07-01
PL191867B1 (pl) 2006-07-31
ATE250311T1 (de) 2003-10-15
CN1156144C (zh) 2004-06-30
MY119833A (en) 2005-07-29
PL335415A1 (en) 2000-04-25
WO1999033266A3 (en) 1999-08-26
DE69818228D1 (de) 2003-10-23
JP2001513973A (ja) 2001-09-04
TW401678B (en) 2000-08-11
KR100589706B1 (ko) 2006-06-15
EP0962094A2 (en) 1999-12-08
CN1252914A (zh) 2000-05-10
KR20000075599A (ko) 2000-12-26
AU1256199A (en) 1999-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2201039C2 (ru) Вставка дополнительных данных в кодированный сигнал
RU2239243C2 (ru) Способ вставки дополнительных данных в информационный сигнал, устройство для вставки дополнительных данных в информационный сигнал и носитель данных
JP4049820B2 (ja) ビットストリーム信号のデータ処理
US6345145B1 (en) Signal recording/reproducing method and apparatus, signal record medium and signal transmission/reception method and apparatus
KR100586872B1 (ko) 정보신호에 대한 보조 데이터의 삽입 및 추출
RU2220511C2 (ru) Внедрение дополнительных данных в кодированный сигнал
EP0890949B1 (en) Digital audio processing system compatible with digital versatile disk video standard
GB2293297A (en) Dithered data coding
JPH0133993B2 (ru)
MXPA99007705A (en) Embedding supplemental data in an encoded signal
CZ296599A3 (cs) Způsob a zařízení pro vkládání doplňkových dat do signálu, signál a paměťové médium
JPS62136132A (ja) デジタル・デ−タ変調方法およびその装置

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20071208