RU2405218C2 - Способ встраивания цифрового водяного знака в полезный сигнал - Google Patents

Способ встраивания цифрового водяного знака в полезный сигнал Download PDF

Info

Publication number
RU2405218C2
RU2405218C2 RU2007131663/08A RU2007131663A RU2405218C2 RU 2405218 C2 RU2405218 C2 RU 2405218C2 RU 2007131663/08 A RU2007131663/08 A RU 2007131663/08A RU 2007131663 A RU2007131663 A RU 2007131663A RU 2405218 C2 RU2405218 C2 RU 2405218C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
bit sequence
watermark
bit
useful signal
signal
Prior art date
Application number
RU2007131663/08A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2007131663A (ru
Inventor
Ханспетер РАЙН (DE)
Ханспетер РАЙН
Original Assignee
Анлимитед Медиа Гмбх
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 Анлимитед Медиа Гмбх filed Critical Анлимитед Медиа Гмбх
Publication of RU2007131663A publication Critical patent/RU2007131663A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2405218C2 publication Critical patent/RU2405218C2/ru

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10LSPEECH ANALYSIS TECHNIQUES OR SPEECH SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING TECHNIQUES; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
    • G10L19/00Speech or audio signals analysis-synthesis techniques for redundancy reduction, e.g. in vocoders; Coding or decoding of speech or audio signals, using source filter models or psychoacoustic analysis
    • G10L19/018Audio watermarking, i.e. embedding inaudible data in the audio signal
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N21/00Selective content distribution, e.g. interactive television or video on demand [VOD]
    • H04N21/80Generation or processing of content or additional data by content creator independently of the distribution process; Content per se
    • H04N21/83Generation or processing of protective or descriptive data associated with content; Content structuring
    • H04N21/835Generation of protective data, e.g. certificates
    • H04N21/8358Generation of protective data, e.g. certificates involving watermark

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Audiology, Speech & Language Pathology (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Computational Linguistics (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Editing Of Facsimile Originals (AREA)
  • Signal Processing For Digital Recording And Reproducing (AREA)
  • Image Processing (AREA)

Abstract

Изобретение относится к технике встраивания цифрового «водяного знака» в полезный сигнал, в частности в звуковой сигнал, к технике обнаружения таких встроенных знаков и соответствующих устройств. Технический результат - повышение надежности защиты от несанкционированного доступа к полезному сигналу. Способ заключается в том, что битовая последовательность водяного знака встраивается в область частот полезного сигнала с использованием адаптивной частотной модуляции двух заданных частот посредством отслеживания амплитуд выбранных частот первоначального сигнала и их модификации в соответствии с текущим битом битовой последовательности водяного знака. 4 н. и 31 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение имеет отношение к способу встраивания цифрового "водяного знака" в полезный сигнал, в частности в звуковой сигнал, а также к способу обнаружения встроенных цифровых водяных знаков, и к соответствующим устройствам.
Используемый здесь термин "полезный сигнал" обозначает сигналы, которые представляют собой данные, предназначенные в конечном счете для восприятия пользователем, в частности пользователем-человеком. Обычными примерами полезных сигналов являются звуковые сигналы, представляющие собой развертывание во времени спектра частот для акустических волн (спектр имеет диапазон, например от 300 Гц до 3400 Гц для телефонии или от 10 Гц до 20 кГц для высококачественного воспроизведения классического концерта) или видеосигналов (одиночных, а также динамических изображений), где частота полезного сигнала, например для отображения по телевидению или на киноэкране, определяется свойствами изображения и лежит между 0 Гц (пустое изображение) и максимальной частотой, определяемой количеством строк и столбцов экрана и частотой обновления для динамических изображений, например 6,5 МГц для многих систем телевидения.
Полезные сигналы, однако, также могут включать в себя сигналы, представляющие текстовые строки или другие представления, а также перспективы развития таких сигналов, прямо или косвенно предназначенных, в частности, для восприятия человеком.
Полезные сигналы могут быть представлены в аналоговом виде, например, как радио или телевизионные сигналы, или могут быть представлены как цифровые сигналы, например сигналы импульсно-кодовой модуляции (ИКМ; PCM), сформированные посредством дискретизации аналогового сигнала с помощью этапов последовательного квантования и, возможно, кодирования. В любом случае подразумевается, что полезный сигнал содержит полное представление значимого набора данных, являющегося отдельным музыкальным произведением или их набором, фонограммами, отдельным изображением или целым фильмом.
Часто имеется необходимость включать в полезные сигналы вспомогательные данные внутри набора данных, представленного сигналом. Такие вспомогательные данные могут иметь отношение к указанию на авторство, издателя, продажи и распространение и т.д. Такие указания особенно уместны для полезных сигналов, представляющих собой оцифрованные данные, поскольку они могут быть скопированы любое количество раз без потери качества. В этом случае упомянутые выше указания дают возможность подтверждения прав собственности и позволяют отслеживать незаконные копии, проверять количество законных копий и оборудования, отслеживать широковещательные передачи и т.д.
Вспомогательные данные, упоминаемые здесь, в принципе, могут иметь отношение к любому виду вспомогательных данных, которые должны быть обеспечены вместе с пользовательскими данными, в частности с данными мультимедиа.
Очевидный способ вставки вспомогательных данных в набор данных заключается в том, чтобы обеспечить эти данные в форме, которая позволяет им быть обработанными таким же образом, как первичные данные, предназначенные для восприятия пользователем, например, добавить речевую информацию к звуковой дорожке. Однако вспомогательные данные этого вида могут быть легко удалены, изменены или скрыты от восприятия пользователя, кроме того, такая информация может нарушить восприятие первичных данных. Будущие стандарты для представления данных мультимедиа, например, развивающиеся на основе стандарта MPEG (http: // www.chiariglione.org/mpeg/), принимают во внимание дополнительные сопутствующие данные, которые будут обрабатываться в будущих звуковых/видеоустройствах без угрозы для первичных данных, но по-прежнему остается проблема злоумышленного изменения.
Поэтому множество известных способов снабжают первичные данные цифровыми водяными знаками. Они (также иногда называемые далее "запечатывающими кодами") являются вспомогательными данными, которые встроены или впечатаны в первичные данные непосредственно. Таким образом, первоначальные данные модифицируются. Хотя это может представлять собой проблему для цифровых данных, предназначенных для машинной обработки, данные, предназначенные для пользователя-человека, могут быть изменены таким образом, чтобы цифровой водяной знак являлся прозрачным для пользователя, то есть невидимым, неслышимым или вообще незаметным.
Способ создания водяных знаков обычно содержит компонент встраивания или впечатывания и компонент обнаружения. Компонент для встраивания использует ключ, чтобы впечатать (незаметный) образец в первичные данные. Компонент обнаружения использует соответствующий ключ, чтобы прочесть встроенный водяной знак.
Примером известного способа обеспечения цифрового водяного знака в цифровых данных является создание водяных знаков с помощью младшего значащего бита. В нем модифицируется младший значащий бит (LSB) байта, включенного в кодовое слово, представляющее, например, интенсивность (например, уровень серого или уровень цвета для пиксела в изображении). Хотя встроенный водяной знак этого вида может содержать большое количество битов (например, 256 битов), он не заметен, поскольку значение серого пиксела изменяется, по большей мере, например, от значения интенсивности 255 до значения 254 для кодового слова с длиной в один байт.
Однако тем не менее остается проблема злоумышленной модификации. В упомянутом выше примере возможно легко удалить водяной знак посредством простой установки всех младших значащих битов в наборе данных в значение '1' или '0'. При этом качество восприятия данных заметно не изменяется.
Таким образом, задачей изобретения является обеспечение способа встраивания цифрового водяного знака в полезный сигнал, в частности в звуковой сигнал, в котором водяной знак является прозрачным для человеческого восприятия, не является легко удаляемым или изменяемым без существенной модификации первичных данных и в то же время является с высокой надежностью обнаруживаемым после дополнительной обработки, передачи, хранения, шума и атак, нацеленных на модификацию или удаление водяного знака, а также обеспечение способа обнаружения впечатанных цифровых водяных знаков и обеспечение соответствующих устройств.
Эта задача решается посредством способа встраивания цифрового водяного знака в полезный сигнал с признаками, описанными в п.1 формулы изобретения, способа обнаружения цифрового водяного знака в полезном сигнале с признаками, описанными в п.14 формулы изобретения, а также компьютерных программ с признаками, описанными в пп.24, 25 формулы изобретения, и устройств с признаками, описанными в пп.27 и 28 формулы изобретения.
Одна из фундаментальных идей изобретения заключается в выходе за пределы принципа встраивания водяного знака, который представлен битовой последовательностью, только в битовую последовательность, составляющую цифровые первичные данные. Напротив, битовая последовательность водяного знака впечатывается непосредственно в полезный сигнал, представленный в виде цифрового или аналогового сигнала.
Говоря более подробно, в соответствии с изобретением предложен способ встраивания цифрового водяного знака в полезный сигнал, в частности в звуковой сигнал, причем полезный сигнал представляет собой развертывание во времени спектра, содержащего частоты полезного сигнала, например звуковые частоты, и цифровой водяной знак включает в себя битовую последовательность водяного знака, каждый бит битовой последовательности водяного знака представляет собой либо первое состояние, например '1', либо второе состояние, например '0'. Чтобы впечатать первое состояние в полезный сигнал, отношение первой спектральной амплитуды полезного сигнала на первой частоте впечатывания ко второй спектральной амплитуде полезного сигнала на второй частоте впечатывания устанавливается выше или равным первому значению порогового параметра. Чтобы впечатать второе состояние, отношение второй спектральной амплитуды полезного сигнала на второй частоте впечатывания к первой спектральной амплитуде полезного сигнала на первой частоте впечатывания устанавливается выше или равным второму значению порогового параметра.
Таким образом, водяной знак впечатывается посредством слабой модуляции первоначального полезного сигнала. Способ изобретения имеет преимущество в том, что водяной знак надежно восстанавливается во время цифроаналогового и/или аналого-цифрового преобразования, тем самым предотвращая, например, соответствующие попытки злоумышленного удаления водяного знака. Водяные знаки дополнительно могут быть сделаны устойчивыми к звуковой обработке (эхо, эффекты, изменения амплитуды или частоты и т.д.) и цифровому сжатию и изменению формата.
Предпочтительно, чтобы впечатать первое состояние, соответствующее отношение регулируется посредством уменьшения второй спектральной амплитуды, и чтобы впечатать второе состояние, соответствующее отношение регулируется посредством уменьшения первой спектральной амплитуды. Это вносит свой вклад в водяной знак, являющийся прозрачным для человеческого восприятия. В случае, если отношение, которое должно быть установлено для одного из состояний, уже представлено в первоначальном или не модифицированном полезном сигнале, полезный сигнал не изменяется. Это может быть достигнуто в соответствии с изобретением посредством определения отношения спектральных амплитуд как являющихся 'большими или равными' по отношению друг к другу, вместо того, чтобы предписывать некоторые фиксированные значения.
В предпочтительных вариантах воплощения способа изобретения для впечатывания цифрового водяного знака устанавливается продолжительность бита, указывающая продолжительность времени, в пределах которой состояние, представленное одним битом, впечатано в полезный сигнал. Это значение может являться либо выбранным пользователем (то есть автором, дистрибьютором, продавцом и т.д.), либо фиксированным значением, определяемым органом стандартизации, например Европейским союзом радио и телевещания, www.ebu.ch. В этом случае значение может быть запрограммировано как постоянное во впечатывающее устройство.
В этих вариантах воплощения далее вычисляется продолжительность сегмента с использованием количества битов в битовой последовательности водяного знака и продолжительности бита, которая указывает продолжительность времени, в пределах которой битовая последовательность водяного знака впечатана в полезный сигнал. Сегмент полезного сигнала с продолжительностью, равной, по меньшей мере, продолжительности сегмента, выбирается для впечатывания битовой последовательности водяного знака. Это позволяет выбирать оптимальные позиции водяного знака в полезном сигнале.
В дополнительно проработанных вариантах воплощения выбираются два или более не накладывающихся сегмента для впечатывания битовой последовательности водяного знака в полезный сигнал два или более раз. Это дает возможность еще более надежного встраивания и обнаружения водяного знака.
Было найдено подходящим для надежного процесса встраивания и обнаружения, чтобы первое и второе значения порогового параметра были равны. Дополнительно полезные значения порогового параметра находятся между 1 и 10. Такие значения обеспечивают, с одной стороны, надежное маскирование, с другой стороны, надежное обнаружение сигнала водяного знака.
В предпочтительных вариантах воплощения способа впечатывания изобретения вычисляются уровни сигнала для частот в пределах полезного сигнала, в особенности сегмента, и в соответствии с этим выбираются частоты впечатывания. Это позволяет определять частоты или частотные диапазоны в пределах спектра полезного сигнала, которые несут самый высокий уровень сигнала или мощность сигнала. Встраивание в них вспомогательных данных позволяет водяному знаку быть особенно прозрачным. Кроме того, форма волны сигнала в областях с высокой мощностью значительно не изменяется, когда сигнал сжимается (например, с помощью известного формата сжатия MP3).
В дополнительных вариантах воплощения способа изобретения первая частота впечатывания и вторая частота впечатывания выбираются из полосы с узкой шириной по сравнению со спектром полезного сигнала, в частности с шириной полосы ниже 200 Гц, в особенности ниже 100 Гц для звуковых сигналов. Амплитуды соседних частот во время передачи значительно не изменяются частотными характеристиками большинства каналов передачи, если они удовлетворяют обычным требованиям. Поэтому отношение амплитуд частот впечатывания, являющихся соседними друг с другом, является устойчивым к искажениям при передаче.
Способ изобретения может быть с успехом использован, если полезный сигнал представлен как цифровой сигнал, например сигнал импульсно-кодовой модуляции (ИКМ; PCM). В этом случае впечатывание отношения амплитуд может быть легко выполнено.
В дополнительных вариантах воплощения способа впечатывания настоящего изобретения битовая последовательность водяного знака содержит одну или более битовых последовательностей синхронизации для обнаружения битовой последовательности водяного знака и битовую последовательность идентификатора для идентификации полезного сигнала. Это дает возможность надежного обнаружения водяного знака. Кроме того, для кодирования битовой последовательности идентификатора в битовой последовательности водяного знака может использоваться код с защитой от ошибок, дополнительно защищающий битовую последовательность идентификатора, например, от ошибок при передаче.
В особенно предпочтительных вариантах воплощения отдельные цифровые водяные знаки впечатываются в полезный сигнал, в частности, в отдельных полосах. Это позволяет впечатывать разные водяные знаки, например автора, издателя и продавца, в первоначальный сигнал. Каждый водяной знак по-прежнему может быть впечатан несколько раз, поскольку впечатывание в различные полосы частот выполняется независимо.
Способ обнаружения цифрового водяного знака в полезном сигнале, в частности, в звуковом сигнале, в соответствии с изобретением содержит признаки, согласно которым полезный сигнал представляет собой развертывание во времени спектра, содержащего частоты полезного сигнала, например звуковые частоты, и цифровой водяной знак представлен как битовая последовательность водяного знака, каждый бит битовой последовательности водяного знака представляет собой либо первое состояние, например '1', либо второе состояние, например '0'. Кроме того, в соответствии с этим способом вычисляется отношение первой спектральной амплитуды полезного сигнала в первой частоте впечатывания ко второй спектральной амплитуде полезного сигнала во второй частоте впечатывания. В случае, если отношение равно или больше 1, обнаруживается первое состояние, иначе обнаруживается второе состояние. Это позволяет надежно обнаруживать водяной знак, впечатанный в полезный сигнал в соответствии с описанным выше способом изобретения.
В предпочтительных вариантах воплощения способа обнаружения изобретения устанавливается продолжительность бита, указывающая продолжительность времени, в пределах которой из полезного сигнала обнаруживается состояние, представленное одним битом. Для каждой продолжительности бита сохраняется указание относительно обнаруженного состояния и значения параметра отношения во взаимосвязи в битовой последовательности обнаружения, причем параметр отношения указывает значение вычисленного отношения, если это значение равно или больше 1, и указывает взаимное значение вычисленного отношения в ином случае. Это дает возможность дальнейшей обработки обнаруженных битов и оценки надежности их обнаружения.
В дополнительно проработанных вариантах воплощения в битовой последовательности обнаружения выполняется поиск наличия предопределенной битовой последовательности синхронизации, и, если наличие успешно обнаружено, выполняется поиск битовой последовательности идентификатора.
Говоря более подробно, поиск наличия предопределенной битовой последовательности синхронизации может состоять в том, что устанавливаются совпадающие биты между последовательностью обнаружения и битовой последовательностью синхронизации, и устанавливается предполагаемая битовая последовательность синхронизации, содержащая совпадающие биты. Он может дополнительно состоять в том, что вычисляется первое среднее значение отношения значений параметров отношения этих битов битовой последовательности обнаружения, лежащей в основе предполагаемой битовой последовательности синхронизации.
Наличие битовой последовательности синхронизации считается успешным обнаружением, если количество совпадающих битов равно, по меньшей мере, количеству битов битовой последовательности синхронизации минус 1, и первое среднее значение отношения больше или равно предопределенному пороговому значению.
Было найдено практически целесообразным в случае, если наличие битовой последовательности синхронизации успешно обнаружено, повторить поиск вблизи успешно совпадающих битов обнаруженной битовой последовательности, повторный поиск успешен, если количество совпадающих битов равно количеству битов битовой последовательности синхронизации. Это дополнительно увеличивает надежность процесса обнаружения.
Поиск битовой последовательности идентификатора может состоять в том, что предполагаемая битовая последовательность идентификатора устанавливается с использованием битов обнаруженной битовой последовательности после битов обнаруженной битовой последовательности, лежащей в основе предполагаемой битовой последовательности синхронизации, вычисляется второе среднее значение отношения значений параметров отношения этих битов битовой последовательности обнаружения, лежащей в основе предполагаемой битовой последовательности идентификатора.
Если второе среднее значение отношения больше предопределенного порога, далее устанавливаются предполагаемые битовые последовательности идентификатора вблизи успешно совпавших битов обнаруженной битовой последовательности, и вычисляются соответствующие вторые средние значения отношения, и битовая последовательность идентификатора устанавливается как предполагаемая битовая последовательность идентификатора с самым высоким средним значением второго среднего значения отношения.
Кроме того, для декодирования битовой последовательности идентификатора из обнаруженной битовой последовательности может использоваться код с защитой от ошибок.
Чтобы дополнительно увеличить надежность процесса обнаружения, две обнаруженных битовых последовательности идентификатора сравниваются, и выводится индикация успешного обнаружения битовой последовательности идентификатора, если две обнаруженных битовых последовательности идентификатора идентичны.
В предпочтительных вариантах воплощения способа обнаружения в случае, если битовая последовательность синхронизации не обнаружена в битовой последовательности обнаружения, частоты обнаружения смещаются на соседние частоты с поддерживаемой постоянной разностью между первой и второй частотами обнаружения, и поиск наличия битовой последовательности синхронизации повторяется. Таким образом, возможно обнаружить водяной знак, даже если частоты полезного сигнала были смещены вследствие ошибок передачи или злоумышленных атак на полезный сигнал.
Вышеупомянутые способы могут быть осуществлены в компьютерной программе, которая выполнена с возможностью выполняться на программируемом компьютере, в программируемой компьютерной сети или на другом программируемом оборудовании. Это делает возможным дешевую, простую и быструю разработку реализаций способов изобретения. В частности, такая компьютерная программа может быть сохранена на машиночитаемом носителе, например на компакт-диске, предназначенном только для чтения (CD-ROM) или на цифровом универсальном диске, предназначенном только для чтения (DVD-ROM).
Устройства для использования со способами изобретения могут содержаться в специфических программируемых компьютерах, программируемых компьютерных сетях или другом программируемом оборудовании, на котором установлены компьютерные программы, которые осуществляют изобретение.
Дополнительные аспекты и преимущества изобретения станут очевидными из следующего описания вариантов воплощения изобретения в отношении приложенных чертежей, показывающих:
Фиг.1 - схематическое представление битовой последовательности цифрового водяного знака в соответствии с изобретением;
Фиг.2 - три пары частот впечатывания для впечатывания трех водяных знаков в полезный сигнал в соответствии с вариантом воплощения изобретения;
Фиг.3 - блок-схема, иллюстрирующая вариант воплощения способа впечатывания водяного знака в соответствии с изобретением;
Фиг.4a, 4b - блок-схема, иллюстрирующая вариант воплощения способа обнаружения водяного знака в соответствии с изобретением;
Фиг.5 - схематический пример веб-страницы с аудио-проигрывателем, реализующим способ обнаружения водяного знака в соответствии с изобретением.
Предпочтительный вариант воплощения способа встраивания цифрового водяного знака в полезный сигнал в основном содержит следующие этапы, на которых:
- формируют битовую последовательность водяного знака, закодированную как 2nb-битовая фиксированная последовательность и 2mb-битовая случайная последовательность;
- встраивают битовую последовательность водяного знака в частотную область полезного сигнала с использованием адаптивной частотной модуляции двух заданных частот посредством отслеживания амплитуд выбранных частот первоначального сигнала и изменения их в соответствии с текущим битом битовой последовательности водяного знака.
Эти этапы подробно описаны в следующих разделах 1) и 2).
1) Формирование битовой последовательности водяного знака
Полезный сигнал, в который встраивается запечатывающий код, должен получить уникальный идентификатор. Двоичная последовательность формируется генератором случайных чисел и используется как битовая последовательность идентификатора с битовой длиной mb. Предпочтительными значениями являются 8 битов ≤ mb ≤ 32 бита, что позволяет хранить от 256 до более чем 4 миллиардов уникальных битовых последовательностей в базе данных, и, таким образом, подписывать такое же количество полезных сигналов. Количество возможных водяных знаков, определяемых числом mb, может быть задано оператором системы создания водяных знаков, например издательством.
В упомянутой выше базе данных дополнительные поля могут хранить информацию, имеющую отношение к владельцу сигнала (то есть звуковой дорожке) и/или конечному пользователю. Например, база данных включает в себя название музыкальной композиции, имя ее автора, имя исполнителя, владельца фонограммы (издателя) и т.д.
Битовые последовательности идентификатора формируются заранее. Предопределенный список уникальных идентификаторов хранится в базе данных, и прикладная программа выбирает одну из записей базы данных по запросу и присваивает значения дополнительным полям этой записи. Конечно, также возможно формировать идентификаторы намеренно.
Вариант воплощения, описанный подробно ниже, встраивает три водяных знака в полезный сигнал. Длина двоичной последовательности идентификатора для первого водяного знака или запечатывающего кода составляет mb = 32 бита, для второго и третьего запечатывающих кодов составляет mb = 16 битов. Три запечатывающих кода позволяют отслеживать полезный сигнал по трем уровням (например, владелец, дистрибьютор, продавец). В качестве альтернативы или дополнения три кода могут использоваться для увеличения надежности обнаружения водяного знака посредством встраивания одного и того же водяного знака на двух или трех параллельных уровнях.
Для конкретизации упомянутого выше примера эти три уровня могут быть рассмотрены как имеющие отношение к трем уровням информации, а именно:
Уровень 1: Правообладатель и общая информация о продукте;
Уровень 2: Информация об управлении правами на цифровое информационное содержание, распространении, лицензировании и производстве;
Уровень 3: Личная информация (может использоваться для ввода имени получателя для персонализированных записываемых компакт-дисков).
Основная структура водяного знака, то есть битовой последовательности водяного знака, проиллюстрирована на фиг.1. Запечатывающий код начинается с фиксированной последовательности синхронизации длиной 2nb битов, который используется для локализации водяного знака во время обнаружения. Последовательность из 2nb битов используется как секретный ключ для удобного обнаружения сигнала. В описанном здесь варианте воплощения используется значение nb = 15. За последовательностью синхронизации следует битовая последовательность идентификатора, которая закодирована с использованием кода с исправлением ошибок (2mb, mb). Этот код может исправлять однобитовые ошибки и обнаруживать двухбитные ошибки. Таким образом, длина битовой последовательности водяного знака составляет 2nb+2mb=94 бита в этом варианте воплощения. Конечно, также возможны бóльшие или меньшие значения для nb, приводящие к битовым последовательностям водяного знака другой длины.
Продолжительность Tbit одного бита битовой последовательности водяного знака, встроенного в звуковую дорожку, то есть полезный сигнал, вообще должна удовлетворять следующему неравенству:
0,05 с ≤ Tbit ≤ 0,2 с.
Точное значение может быть установлено пользователем устройства впечатывания. Таким образом, однократное кодирование запечатывающего кода требует сегмента полезного сигнала с продолжительностью Tcode и
4,7 с ≤ Tcode ≤ 18,8 с.
Точное значение зависит от выбранного значения Tbit. Вообще эти значения Tcode являются короткими по сравнению со способами встраивания предшествующего уровня техники. Это является важным преимуществом изобретения, поскольку это позволяет встраивать запечатывающий код несколько раз в пределах полной длины полезного сигнала. Это, в свою очередь, позволяет обнаруживать водяной знак в отдельных сегментах информационного сигнала. Кроме того, Европейский союз радио и телевещания (EBU) рекомендует устанавливать длину сегмента, в пределах которой должен быть встроен водяной знак, равную 10 секундам. Эта рекомендация может быть легко удовлетворена с использованием изобретения.
Выбор точных значений параметров nb, mb и Tbit зависит от временных и частотных свойств полезного сигнала, в который должен быть впечатан водяной знак. Описанные выше значения этих параметров являются оптимальными значениями для звуковых сигналов с наибольшей плотностью спектральной энергии, находящейся ниже 4000 Гц.
2) Модуляция полезного сигнала
В описанном здесь варианте воплощения полезный сигнал обрабатывается на компьютере. Таким образом, полезный сигнал является последовательностью отсчетов
xn, n = 0, 1, 2, ..., L-1
с частотой Fs дискретизации. Поскольку полезный сигнал является звуковым сигналом, последовательность сохранена и обработана как файл в формате WAV, структура которого известна специалисту.
На основе описанной выше битовой последовательности водяного знака формируется сигнал водяного знака. Этот сигнал встраивается в соответствии со способом изобретения впечатывания в полезный сигнал x, то есть в звуковой сигнал в файле в формате WAV. Эта процедура подробно описана далее.
Сначала в полезном сигнале ищут сегмент или сегменты, в пределах которых битовая последовательность водяного знака может быть встроена без заметных изменений. Таким образом, идентифицируют сегменты длины Tcode с достаточным количеством энергии сигнала для маскирования запечатывающего сигнала во временной и частотной области. В отличие от известных способов, которые непосредственно добавляют сигнал водяного знака к полезному сигналу во временной или частотной области, способ изобретения изменяет фиксированные частоты полезного сигнала с использованием адаптивной частотной модуляции.
В описанном здесь примере выбраны три пары частот в диапазоне от 400 до 2000 Гц
(f1, g1), (f2, g2), (f3, g3)
для трех независимых запечатывающих сигналов. Выбранный частотный диапазон содержит основную часть энергии сигнала. Такой принцип выбора имеет следующие преимущества:
- он гарантирует необходимое количество сегментов длины Tcode, которые позволяют встраивать запечатывающий сигнал с защитой от шума;
- форма волны сигнала значительно не изменяется в этом частотном диапазоне, когда сигнал сжимается (например, с использованием популярного формата MP3).
Частоты выбраны, как проиллюстрировано на фиг.2. Каждая пара частот принадлежит своей собственной критической полосе. Частоты выбраны так, что они являются множителями 1/Tbit, и разности между двумя частотами из одной пары не превышают 100 Гц. В других вариантах воплощения изобретения разности могут быть больше, но из соображений надежного обнаружения разности предпочтительно не должны превышать 200 Гц.
Адаптивная частотная модуляция изобретения описана для одной пары частот, а именно (f1, g1). Другие пары обрабатываются соответствующим образом. Выбранный сегмент полезного сигнала обрабатывается как последовательность интервалов с длиной Tbit. Для каждого интервала вычисляются синфазная и квадратурная составляющие сигнала:
Figure 00000001
Затем эти две составляющие используются для вычисления спектральных амплитуд полезного сигнала на частотах f1 и g1 в соответствии со следующими уравнениями:
Figure 00000002
Также дополнительное значение
Figure 00000003
Если текущий бит, который должен быть закодирован, равен '1' и
r1≥γS,
то первоначальный сигнал оставляют не модифицированным. Однако, если
1<r1S,
то синфазную и квадратурную составляющие для частоты g1 делят на λs. Новое значение сигнала получают в соответствии со следующей формулой:
Figure 00000004
Наконец, если
r1≤1,
синфазную и квадратурную составляющие для частоты g1 заменяют новыми значениями, и новое значение сигнала формируют в соответствии с формулой:
Figure 00000005
Аналогично, если текущий бит, который должен быть закодирован, равен '0', синфазную и квадратурную составляющие для частоты f1 модифицируют в зависимости от отношения:
Figure 00000006
Значения параметра
1<γS<10
и λ устанавливаются пользователем. Эти параметры дают возможность компромисса между надежной маскировкой и надежным обнаружением запечатывающего сигнала некоторого класса.
Установленное таким образом отношение амплитуды значительно не изменяется вследствие частотной характеристики канала передачи, если его свойства удовлетворяют обычным требованиям, поскольку частоты находятся близко друг к другу. Алгоритм изобретения дополнительно включает в себя систему автоматического управления частотой, которая предусматривает дополнительную защиту против неумышленного или умышленного изменения частоты. Она описана ниже.
Устройство для встраивания цифрового водяного знака в полезный сигнал, таким образом, содержит генератор вспомогательных данных, который формирует mb-битовую последовательность водяного знака, которая служит идентификатором для полезного сигнала (χ). Генератор случайных чисел или предопределенный список из
Figure 00000007
уникальных чисел могут использоваться в качестве генератора вспомогательных данных. 2nb-битовая последовательность синхронизации используется как секретный ключ для удобного обнаружения сигнала.
Надежное обнаружение с успехом облегчено при помощи кода с исправлением ошибок (2mb, mb). 2mb-битовый код следует за фиксированной 2nb-битовой последовательностью, которая дает возможность точного определения запечатывающего сигнала. Таким образом, битовая последовательность водяного знака содержит двоичную последовательность с длиной 2nb+2mb: 2nb-битовую (фиксированную) битовую последовательность синхронизации и 2mb битов кода с исправлением ошибок.
Устройство для встраивания дополнительно содержит модулятор, который кодирует битовую последовательность водяного знака в полезный сигнал (χ). Сегмент полезного сигнала с продолжительностью (2nb+2mb)Tbit должен позволить встроить битовую последовательность водяного знака при поддержке качества начального исходного сигнала и в то же время мешает обнаружить битовую последовательность водяного знака посредством прослушивания или визуального осмотра. Этапы, выполняемые для подготовки встраивания, проиллюстрированы на фиг.3.
Таким образом, модулятор выбирает сегмент полезного сигнала χ, который может разместить битовую последовательность водяного знака без заметных изменений. Затем модулятор последовательно кодирует битовую последовательность водяного знака, изменяя амплитуды двух выбранных частот (f, g) в спектре полезного сигнала (χ). Пара частот f, g предпочтительно может быть выбрана в одной критической полосе с разностью, не превышающей 200 Гц, и в области частоты с максимальной плотностью мощности полезного сигнала.
Амплитуды полезного сигнала вычисляются на частотах f и g для интервала времени Tbit. Если текущий бит равен '1' и Af>AgγS, первоначальный сигнал оставляют неизменным. В ином случае вычисляют новое значение Ag=AfS и соответствующим образом модулируют полезный сигнал. Аналогично, если текущий бит равен '0' и Аg>AfγS, первоначальный сигнал оставляют неизменным. В ином случае вычисляют новое значение Af=AgS и соответствующим образом модулируют сигнал. Переменный параметр γS позволяет маскировать битовую последовательность водяного знака в модифицированном полезном сигнале y во временной и частотной областях.
Таким образом, формируется полезный сигнал со встроенной битовой последовательностью водяного знака (y, см. ниже). Идентичная битовая последовательность водяного знака может быть повторена в полезном сигнале такое же количество раз, как количество идентифицированных подходящих сегментов сигнала χ.
Предпочтительный вариант воплощения способа изобретения обнаружения цифрового водяного знака в полезном сигнале в основном содержит следующие этапы, на которых:
- обнаруживают битовую последовательность посредством датчика частоты с двойным каналом;
- осуществляют поиск первых nb битов в выходной последовательности датчика частоты с оценкой надежности;
- осуществляют поиск следующих nb битов в выходной последовательности датчика частоты с оценкой надежности;
- обнаруживают и декодируют mb-битовую последовательность идентификатора с предварительно установленной надежностью.
Эти этапы подробно описаны в последующих разделах 3) и 4) и дополнительно проиллюстрированы на фиг.4a, 4b.
3) Обнаружение водяного знака в полезном сигнале
Датчик частоты с двойным каналом используется для обнаружения битовой последовательности водяного знака или запечатывающего кода в соответствии с этим вариантом воплощения изобретения.
Выходные данные каждого канала представляют собой амплитуды частот f1 и g1 (фиг.2), которые вычисляются на интервале Тbit посредством оценки выражений, идентичным формулам (1), (2) из предыдущего раздела.
Figure 00000008
Здесь yn - полезный сигнал со встроенным запечатывающим сигналом.
Затем датчик вычисляет отношение:
Figure 00000009
Если мы обозначим последовательность обнаруженных битов как
Bi, i=0, 1, ..., 2nb+2mb-1,
значение текущего бита будет:
Figure 00000010
Во втором случае переменная Δ повторно назначается:
Figure 00000011
Результат обработки входного сигнала yn посредством датчика запечатывающего сигнала представляет собой последовательность битов {Bi} и последовательность значений {Δi}. Затем обе последовательности подают на вход подсистемы поиска запечатывающего кода, описанной ниже.
4) Поиск битовой последовательности водяного знака
Цель подсистемы поиска запечатывающего кода состоит в том, чтобы обнаружить запечатывающий код, то есть битовую последовательность водяного знака со структурой, показанной на фиг.1, в битовой последовательности {Bi} в реальном времени с высокой надежностью. В соответствии с описанным здесь вариантом воплощения изобретения выполняются следующие этапы.
Этап 1: выполняется грубый поиск первых nb битов фиксированной последовательности синхронизации в Bi с относительно большим шагом поиска. Для этого входные биты от датчика сравниваются с nb битами последовательности синхронизации, сохраненной в системе, и вычисляется сумма соответствующих значений Δi. Если количество совпадающих битов не меньше, чем nb-1, вычисляется среднее значение для оценки надежности совпадения:
Figure 00000012
Если это значение превышает порог:
Figure 00000013
первые nb битов последовательности синхронизации считаются обнаруженными, и алгоритм переходит к следующему этапу поиска. В ином случае этап 1 повторяется с новой последовательностью Bi.
Этап 2: выполняется грубый поиск следующих nb битов последовательности синхронизации после первых nb битов. Поиск аналогичен этапу 1. Вычисляется новое среднее значение:
Figure 00000014
которое для успешного результата также должно превысить тот же самый порог:
Figure 00000015
Если оно превышает порог, алгоритм переходит на этап 3. В ином случае этап 1 повторяется с новой последовательностью Bi.
Этап 3: выполняется поиск с уменьшенным приращением, то есть точный поиск 2nb битов последовательности синхронизации вблизи обнаруженных 2nb битов.
Последовательность синхронизации считается обнаруженной, если все ее биты совпадают с фиксированной последовательностью, и новое среднее значение
Figure 00000016
превышает другой порог:
Figure 00000017
Если последовательность синхронизации не обнаружена, алгоритм повторяет этап 1 с новой битовой последовательностью.
Важно отметить, что подсистема поиска запечатывающего сигнала в соответствии с изобретением предусматривает обнаружение в реальном времени запечатывающего кода с вероятностью ложного опознания порядка лишь 10-9. Это на порядок величины лучше, чем рекомендовано Европейским союзом радио и телевещания (EBU).
Этап 4: вычисляется среднее значение для 2mb битов запечатывающего кода в соответствии с формулой:
Figure 00000018
Если оно превышает еще один порог:
Figure 00000019
производится поиск какого-либо запечатывающего кода вблизи от обнаруженного запечатывающего кода, и запечатывающий код с самым высоким средним значением
Figure 00000020
подается на вход следующего этапа. В ином случае повторяется этап 1.
Этап 5: 2mb-битовая последовательность запечатывающего кода с исправлением ошибок декодируется в mb битов декодированного запечатывающего кода. Если обнаружены какие-либо некорректируемые ошибки, повторяется этап 1.
Этап 6: Два последовательно обнаруженных запечатывающих кода сравниваются друг с другом для обеспечения улучшенной надежности. Если битовая последовательность оказывается идентичной, ее считают успешно обнаруженным запечатывающим кодом или битовой последовательностью водяного знака. В ином случае алгоритм возвращается на этап 1, чтобы найти другой сегмент с запечатывающим кодом.
Этапы 4-6 гарантируют правильное обнаружение запечатывающего кода с высокой надежностью. Если полезный сигнал не является достаточно длинным для выполнения этапа 6, поиск заканчивается после этапа 5. В этом случае любые ошибки, обнаруженные в коде с исправлением ошибок, приводят к решению, что запечатывающий код, если он был впечатан, не был найден.
Устройство для обнаружения водяного знака в полезном сигнале, таким образом, содержит датчик, который обрабатывает полезный сигнал с возможно встроенной битовой последовательностью водяного знака. Датчик вычисляет амплитуды двух выбранных частот и определяет наличие логических состояний '1' или '0' посредством обнаружения отношения Δ этих частот. Вычисленные отношения Δ используются для оценки надежности обнаружения битовой последовательности водяного знака.
Датчик дополнительно содержит модуль поиска, который ищет mb-битовую последовательность водяного знака в обнаруженной последовательности логических состояний 'l' и '0'. Амплитуды f и g сигнала y последовательно вычисляются с интервалами Тbit вместе с их отношением, которое приводит к соответствующему логическому значению '0' или '1'. Отношения амплитуд на целом сегменте (2nb+2mb)Tbit складываются вместе и используются для оценки надежности поиска битовой последовательности водяного знака.
Модуль сначала осуществляет поиск первых nb битов битовой последовательности синхронизации с шагом (k)-бит, пока модуль не идентифицирует nbb правильных битов со средним значением
Figure 00000021
выше порога ThR. Затем он осуществляет поиск следующих nb битов последовательности синхронизации. Затем модуль поиска определяет позицию 2nb-битовой последовательности синхронизации более точно, уменьшая шаг поиска до 1-2 отсчетов. Затем модуль вычисляет 2mb битов кода с исправлением ошибок, оценивает его надежность с помощью среднего значения соответствующих значений Δ и, наконец, декодирует mb-битовую последовательность водяного знака из 2mb-битовой последовательности.
Изобретение позволяет обнаруживать 2mb-битовую последовательность водяного знака в обнаруженной битовой последовательности в реальном времени (например, при прослушивании звукового файла). Поиск первых nb битов фиксированной последовательности синхронизации осуществляется, пока не будет обнаружена совпадающая последовательность с оценкой надежности, превышающей некоторый порог. Затем поиск следующих nb битов осуществляется непосредственно после первых nb битов. Если они не обнаружены, производится поиск другого сегмента. После того, как обнаружена полная последовательность синхронизации из 2nb битов, следующие 2mb битов интерпретируются как битовая последовательность идентификатора с некоторой оценкой надежности, которая должна превышать другой порог, в случае чего 2mb битов кода с исправлением ошибок декодируются в mb битов кода идентификатора. В ином случае поиск повторяется, начиная со следующего сегмента. Такая итерационная процедура уменьшает вероятность ложного обнаружения битовой последовательности водяного знака до очень низких значений.
Высокую надежность обнаружения и предотвращение ложного обнаружения можно дополнительно обеспечить, считая битовую последовательность водяного знака обнаруженной, только если две последовательно обнаруженных битовых последовательности водяного знака идентичны друг другу. В ином случае поиск продолжается. Если длина полезного сигнала не позволяет обнаруживать две последовательных битовых последовательности водяного знака, предпочтительно битовая последовательность водяного знака считается найденной, если декодер не нашел никаких ошибок, иначе битовая последовательность водяного знака считается отсутствующей.
Изобретение позволяет встраивать и обнаруживать более чем один, например три, независимых водяных знака посредством выбора более чем одной, например трех, пар частоты в спектре полезного сигнала.
Дополнительное необязательное автоматическое управление частотой
Система автоматического управления частотой изобретения обеспечивает защиту от неумышленного или умышленного изменения частоты в спектре полезного сигнала.
Если первые nbb битов не обнаружены в первых ns сегментах, в которых осуществлен поиск, и качество поиска ниже предварительно установленного порога, включается автоматическое управление частотой для частот (f1, g1}.
Новые базовые частоты (
Figure 00000022
) отыскивают или устанавливают как
Figure 00000023
Если |k| > 15, полезный сигнал значительно искажен.
В сегменте осуществляется поиск первых nbb битов для каждой пары (
Figure 00000024
). Если правильные nbb битов обнаружены, новые основные частоты фиксируются, таким образом, поиск запечатывающего кода продолжается на этих частотах.
Figure 00000025
В предпочтительных вариантах воплощения изобретения способы впечатывания и обнаружения могут быть осуществлены в программном обеспечении, в аппаратных средствах или в них обоих. Каждый способ или его компоненты могут быть описаны при помощи соответствующих языков программирования в виде машиночитаемых команд, таких как программы или программные модули. Эти компьютерные программы могут быть установлены на одном или более компьютерах или подобных программируемых устройствах и могут выполняться ими. Программы могут быть сохранены на сменных носителях (компакт-диски, предназначенные только для чтения (CD-ROM), цифровые универсальные диски, предназначенные только для чтения (DVD-ROM) и т.д.) или других запоминающих устройствах с целью хранения и распространения или могут быть распространены через Интернет.
Устройства, осуществляющие способ изобретения обнаружения, могут являться инструментальными средствами аудиопроигрывателя для использования на персональном компьютере (PC). Эти проигрыватели могут являться специализированными аппаратными средствами с соответствующим программным обеспечением, то есть автономным проигрывателем, или могут быть активированы на настольном дисплее персонального компьютера (PC), интегрированные в веб-страницу или загруженные и установленные как дополнение к программе для выполнения в известных проигрывателях.
В качестве примера фиг.6 иллюстрирует веб-проигрыватель, реализующий способ изобретения обнаружения водяного знака. После запроса пользователя проигрыватель начинает воспроизводить требуемую фонограмму и ищет водяные знаки в полезном сигнале. Снимок экрана на фиг.6 иллюстрирует состояние спустя 18 секунд после того, как началась обработка фонограммы, в которой первый водяной знак уже был успешно обнаружен, и имеющая к нему отношение информация отображена пользователю.
При обнаружении водяного знака проигрыватель может отображать зависящие от конфигурации указания, имеющие отношение к обнаружению, например простое сообщение 'Найден водяной знак', и/или отображать часть или всю информацию водяного знака и/или выполнять дополнительные действия. В качестве примера проигрыватель может получить доступ через Интернет к базе данных с целью получения и отображения дополнительной информации, имеющей отношение к первичным данным, к которым применен водяной знак (не показано на фиг.6). В качестве альтернативы или дополнения проигрыватель может получить доступ к веб-страницам, имеющим отношение к первичным данным.
Здесь были описаны некоторые соответствующие варианты воплощения изобретения. Многие другие варианты воплощения возможны и являются очевидными для специалиста без отступления от объема изобретения, который определен исключительно формулой изобретения.

Claims (35)

1. Способ встраивания цифрового водяного знака в полезный сигнал, в частности в звуковой сигнал, в котором
полезный сигнал (xn) представляет собой развертывание во времени спектра, содержащего частоты полезного сигнала, например звуковые частоты, и
цифровой водяной знак включает в себя битовую последовательность водяного знака, причем каждый бит битовой последовательности водяного знака представляет либо первое состояние, например '1', либо второе состояние, например '0',
характеризующийся тем, что
для впечатывания первого состояния в полезный сигнал отношение первой спектральной амплитуды (Af) полезного сигнала на первой частоте (f1) впечатывания ко второй спектральной амплитуде (Ag) полезного сигнала на второй частоте (g1) впечатывания устанавливают выше или равным первому значению порогового параметра (γS), и
для впечатывания второго состояния отношение второй спектральной амплитуды (Ag) полезного сигнала на второй частоте (g1) впечатывания к первой спектральной амплитуде (Af) полезного сигнала на первой частоте (f1) впечатывания устанавливают выше или равным второму значению порогового параметра (γS).
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для впечатывания первого состояния соответствующее отношение регулируют посредством уменьшения второй спектральной амплитуды (Ag), и для впечатывания второго состояния соответствующее отношение регулируют посредством уменьшения первой спектральной амплитуды (Af).
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в случае, если отношение, которое должно быть установлено, представлено в полезном сигнале, полезный сигнал не изменяют.
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что в случае, если отношение, которое должно быть установлено, представлено в полезном сигнале, полезный сигнал не изменяют.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что
устанавливают продолжительность (Тbit) бита, указывающую продолжительность, в пределах которой состояние, представленное одним битом, впечатано в полезный сигнал,
вычисляют продолжительность (Tcode) сегмента с использованием количества битов битовой последовательности водяного знака и продолжительности бита, указывающую продолжительность, в пределах которой битовая последовательность водяного знака впечатана в полезный сигнал,
выбирают сегмент полезного сигнала с продолжительностью, равной, по меньшей мере, продолжительности сегмента для впечатывания битовой последовательности водяного знака.
6. Способ по п.2, отличающийся тем, что
устанавливают продолжительность (Тbit) бита, указывающую продолжительность, в пределах которой состояние, представленное одним битом, впечатано в полезный сигнал,
вычисляют продолжительность (Tcode) сегмента с использованием количества битов битовой последовательности водяного знака и продолжительности бита, указывающую продолжительность, в пределах которой битовая последовательность водяного знака впечатана в полезный сигнал,
выбирают сегмент полезного сигнала с продолжительностью, равной, по меньшей мере, продолжительности сегмента для впечатывания битовой последовательности водяного знака.
7. Способ по п.5, отличающийся тем, что выбирают два или более не накладывающихся сегмента для впечатывания битовой последовательности водяного знака в полезный сигнал два или более раз.
8. Способ по п.6, отличающийся тем, что выбирают два или более не накладывающихся сегмента для впечатывания битовой последовательности водяного знака в полезный сигнал два или более раз.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что первое и второе значение порогового параметра (γS) равны.
10. Способ по п.2, отличающийся тем, что первое и второе значение порогового параметра (γS) равны.
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что значение порогового параметра находится между 1 и 10.
12. Способ по п.2, отличающийся тем, что значение порогового параметра находится между 1 и 10.
13. Способ по п.1, отличающийся тем, что вычисляют интенсивности сигнала частот в полезном сигнале, в частности в сегменте, и в соответствии с этим выбирают частоты (Af, Ag) впечатывания.
14. Способ по п.1, отличающийся тем, что первая частота впечатывания и вторая частота впечатывания для звуковых сигналов выбраны из полосы с узкой шириной по сравнению со спектром полезного сигнала, в частности с шириной полосы, равной или меньше 200 Гц, в особенности равной или меньше 100 Гц.
15. Способ по п.1, отличающийся тем, что полезный сигнал представлен как цифровой сигнал, например сигнал (xn) импульсно-кодовой модуляции (ИКМ; РСМ).
16. Способ по п.1, отличающийся тем, что битовая последовательность водяного знака содержит одну или более битовых последовательностей синхронизации для обнаружения битовой последовательности водяного знака и битовую последовательность идентификатора для идентификации полезного сигнала.
17. Способ по п.16, отличающийся тем, что для кодирования битовой последовательности идентификатора в битовой последовательности водяного знака используется код с защитой от ошибок.
18. Способ по п.1, отличающийся тем, что отдельные цифровые водяные знаки впечатывают в полезный сигнал, в частности, в отдельных полосах.
19. Способ обнаружения цифрового водяного знака в полезном сигнале, в частности в звуковом сигнале, причем
полезный сигнал (у) представляет собой развертывание во времени спектра, содержащего частоты полезного сигнала, например звуковые частоты, и
цифровой водяной знак представлен как битовая последовательность водяного знака, каждый бит битовой последовательности водяного знака представляет либо первое состояние, например '1', либо второе состояние, например '0', характеризующийся тем, что
вычисляют отношение первой спектральной амплитуды
Figure 00000026
полезного сигнала на первой частоте (f1) обнаружения ко второй спектральной амплитуде
Figure 00000026
полезного сигнала на второй частоте обнаружения (g1), и
в случае, если отношение (Δi) равно или больше 1, обнаруживают первое состояние, в ином случае обнаруживают второе состояние.
20. Способ по п.19, отличающийся тем, что
устанавливают продолжительность бита (Тbit), указывающую продолжительность времени, в пределах которой обнаружено состояние, представленное одним битом, из полезного сигнала,
для каждой продолжительности бита сохраняют указание относительно обнаруженного состояния (Вi) и значение параметра отношения (Δi) во взаимосвязи друг с другом в битовой последовательности обнаружения, причем параметр отношения указывает значение вычисленного отношения, если это значение равно или больше 1, и указывает взаимное значение расчетного отношения в ином случае.
21. Способ по п.19, отличающийся тем, что в битовой последовательности обнаружения выполняют поиск наличия предопределенной битовой последовательности синхронизации, и если наличие успешно обнаружено, выполняют поиск битовой последовательности идентификатора.
22. Способ по п.20, отличающийся тем, что в битовой последовательности обнаружения выполняют поиск наличия предопределенной битовой последовательности синхронизации, и если наличие успешно обнаружено, выполняют поиск битовой последовательности идентификатора.
23. Способ по п.21, отличающийся тем, что поиск наличия предопределенной битовой последовательности синхронизации состоит в том, что устанавливают совпадение битов между последовательностью обнаружения и битовой последовательностью синхронизации и устанавливают предполагаемую битовую последовательность синхронизации, содержащую совпадающие биты, и вычисляют первое среднее значение отношения
Figure 00000027
значений параметров отношения этих битов битовой последовательности обнаружения, лежащей в основе предполагаемой битовой последовательности синхронизации.
24. Способ по п.22, отличающийся тем, что поиск наличия предопределенной битовой последовательности синхронизации состоит в том, что устанавливают совпадение битов между последовательностью обнаружения и битовой последовательностью синхронизации и устанавливают предполагаемую битовую последовательность синхронизации, содержащую совпадающие биты, и вычисляют первое среднее значение отношения
Figure 00000028
значений параметров отношения этих битов битовой последовательности обнаружения, лежащей в основе предполагаемой битовой последовательности синхронизации.
25. Способ по п.21, отличающийся тем, что наличие битовой последовательности синхронизации успешно обнаружено, если количество совпадающих битов равно, по меньшей мере, количеству битов битовой последовательности синхронизации минус 1, и при этом первое среднее значение отношения является большим или равным предопределенному пороговому значению (Thr).
26. Способ по п.23, отличающийся тем, что наличие битовой последовательности синхронизации успешно обнаружено, если количество совпадающих битов равно, по меньшей мере, количеству битов битовой последовательности синхронизации минус 1, и первое среднее значение отношения является большим или равным предопределенному пороговому значению (Thr).
27. Способ по п.25, отличающийся тем, что в случае успешного обнаружения наличия битовой последовательности синхронизации повторяют поиск вблизи успешно совпадающих битов обнаруженной битовой последовательности, причем повторный поиск успешен, если количество совпадающих битов равно количеству битов битовой последовательности синхронизации.
28. Способ по п.26, отличающийся тем, что в случае успешного обнаружения наличия битовой последовательности синхронизации повторяют поиск вблизи успешно совпадающих битов обнаруженной битовой последовательности, причем повторный поиск успешен, если количество совпадающих битов равно количеству битов битовой последовательности синхронизации.
29. Способ по п.21, отличающийся тем, что поиск битовой последовательности идентификатора состоит в том, что
устанавливают предполагаемую битовую последовательность идентификатора с использованием битов обнаруженной битовой последовательности после битов обнаруженной битовой последовательности, лежащей в основе предполагаемой битовой последовательности синхронизации,
вычисляют второе среднее значение отношения
Figure 00000029
значений параметров отношения этих битов битовой последовательности обнаружения, лежащей в основе предполагаемой битовой последовательности идентификатора.
30. Способ по п.29, отличающийся тем, что если второе среднее значение отношения больше предопределенного порога (ТhM), устанавливают дополнительные предполагаемые битовые последовательности идентификатора вблизи успешно совпадающих битов обнаруженной битовой последовательности, и вычисляют соответствующие вторые средние значения отношения, и битовую последовательность идентификатора устанавливают как предполагаемую битовую последовательность идентификатора с наименьшим средним значением второго среднего значения отношения.
31. Способ по п.21, отличающийся тем, что для декодирования битовой последовательности идентификатора из обнаруженной битовой последовательности используют код с защитой от ошибок.
32. Способ по п.21, отличающийся тем, что сравнивают две обнаруженных битовых последовательности идентификатора и выдают указание на успешное обнаружение битовой последовательности идентификатора, если две обнаруженных битовых последовательности идентификатора идентичны.
33. Способ по п.21, отличающийся тем, что в случае, если битовая последовательность синхронизации не обнаружена в битовой последовательности обнаружения, частоты обнаружения смещают на соседние частоты
Figure 00000030
с постоянной разностью между первой и второй частотами обнаружения и повторяют поиск наличия битовой последовательности синхронизации.
34. Устройство для встраивания цифрового водяного знака в полезный сигнал, в частности программируемый компьютер, программируемая компьютерная сеть или дополнительное программируемое оборудование, причем устройство содержит машиночитаемые команды, которые при исполнении побуждают устройство осуществлять способ по любому из пп.1-18.
35. Устройство для обнаружения цифрового водяного знака в полезном сигнале, в частности программируемый компьютер, программируемая компьютерная сеть или дополнительное программируемое оборудование, причем устройство содержит машиночитаемые команды, которые при исполнении побуждают устройство осуществлять способ по любому из пп.19-33.
RU2007131663/08A 2005-01-21 2006-01-16 Способ встраивания цифрового водяного знака в полезный сигнал RU2405218C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP05001222A EP1684265B1 (en) 2005-01-21 2005-01-21 Method of embedding a digital watermark in a useful signal
EP05001222.8 2005-01-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007131663A RU2007131663A (ru) 2009-02-27
RU2405218C2 true RU2405218C2 (ru) 2010-11-27

Family

ID=34933400

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007131663/08A RU2405218C2 (ru) 2005-01-21 2006-01-16 Способ встраивания цифрового водяного знака в полезный сигнал

Country Status (18)

Country Link
US (1) US8300820B2 (ru)
EP (1) EP1684265B1 (ru)
JP (1) JP4990162B2 (ru)
KR (1) KR101271825B1 (ru)
CN (1) CN101124624B (ru)
AT (1) ATE401645T1 (ru)
AU (1) AU2006207685B2 (ru)
BR (1) BRPI0606825A2 (ru)
CA (1) CA2595343C (ru)
DE (1) DE602005008185D1 (ru)
DK (1) DK1684265T3 (ru)
ES (1) ES2310773T3 (ru)
IL (1) IL184706A (ru)
PL (1) PL1684265T3 (ru)
PT (1) PT1684265E (ru)
RU (1) RU2405218C2 (ru)
SI (1) SI1684265T1 (ru)
WO (1) WO2006077061A1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2505868C2 (ru) * 2011-12-07 2014-01-27 Ооо "Цифрасофт" Способ встраивания цифровой информации в аудиосигнал
RU2523934C2 (ru) * 2010-03-26 2014-07-27 Филд Систем, Инк. Передатчик
RU2544779C1 (ru) * 2014-05-07 2015-03-20 Открытое акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" Способ синхронизации цифрового водяного знака электронного изображения

Families Citing this family (54)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7644282B2 (en) 1998-05-28 2010-01-05 Verance Corporation Pre-processed information embedding system
US6737957B1 (en) 2000-02-16 2004-05-18 Verance Corporation Remote control signaling using audio watermarks
CA2499967A1 (en) 2002-10-15 2004-04-29 Verance Corporation Media monitoring, management and information system
US20060239501A1 (en) 2005-04-26 2006-10-26 Verance Corporation Security enhancements of digital watermarks for multi-media content
US8020004B2 (en) 2005-07-01 2011-09-13 Verance Corporation Forensic marking using a common customization function
US8781967B2 (en) 2005-07-07 2014-07-15 Verance Corporation Watermarking in an encrypted domain
CN1937769B (zh) * 2006-10-09 2010-05-12 北京北大方正电子有限公司 用于数字视频信号的水印方法和设备
US20080159533A1 (en) * 2006-12-28 2008-07-03 At&T Knowledge Ventures, Lp System and method of processing data
CN101918999B (zh) 2007-11-12 2013-11-13 尼尔森(美国)有限公司 执行音频水印嵌入以及水印检测和提取的方法和设备
US8457951B2 (en) 2008-01-29 2013-06-04 The Nielsen Company (Us), Llc Methods and apparatus for performing variable black length watermarking of media
JP5440828B2 (ja) * 2008-06-03 2014-03-12 株式会社Nttドコモ 処理装置および処理制御方法
US8259938B2 (en) 2008-06-24 2012-09-04 Verance Corporation Efficient and secure forensic marking in compressed
US9667365B2 (en) 2008-10-24 2017-05-30 The Nielsen Company (Us), Llc Methods and apparatus to perform audio watermarking and watermark detection and extraction
US8359205B2 (en) 2008-10-24 2013-01-22 The Nielsen Company (Us), Llc Methods and apparatus to perform audio watermarking and watermark detection and extraction
WO2010127268A1 (en) 2009-05-01 2010-11-04 The Nielsen Company (Us), Llc Methods, apparatus and articles of manufacture to provide secondary content in association with primary broadcast media content
JP2011145541A (ja) * 2010-01-15 2011-07-28 Yamaha Corp 再生装置、楽音信号出力装置、再生システム及びプログラム
JP5286315B2 (ja) * 2010-03-24 2013-09-11 株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ 音連動装置、音連動システム、音連動方法および音連動処理プログラム
US8522032B2 (en) * 2010-03-30 2013-08-27 Disney Enterprises, Inc. System and method to prevent audio watermark detection
US8676570B2 (en) 2010-04-26 2014-03-18 The Nielsen Company (Us), Llc Methods, apparatus and articles of manufacture to perform audio watermark decoding
US8838978B2 (en) 2010-09-16 2014-09-16 Verance Corporation Content access management using extracted watermark information
CN102074240B (zh) * 2010-12-24 2012-03-14 中国科学院声学研究所 一种用于版权管理的数字音频水印算法
US20120197648A1 (en) * 2011-01-27 2012-08-02 David Moloney Audio annotation
CN102222504A (zh) * 2011-06-10 2011-10-19 深圳市金光艺科技有限公司 数字音频多层水印植入及提取方法
US20130003963A1 (en) * 2011-07-01 2013-01-03 Gyan Prakash Thwarting Unauthorized Content Copying Using Media Tracking Code
WO2013017966A1 (en) * 2011-08-03 2013-02-07 Nds Limited Audio watermarking
JP5948793B2 (ja) * 2011-11-01 2016-07-06 富士通株式会社 音処理装置、音処理方法及びプログラム
US8923548B2 (en) 2011-11-03 2014-12-30 Verance Corporation Extraction of embedded watermarks from a host content using a plurality of tentative watermarks
US8682026B2 (en) 2011-11-03 2014-03-25 Verance Corporation Efficient extraction of embedded watermarks in the presence of host content distortions
US8533481B2 (en) * 2011-11-03 2013-09-10 Verance Corporation Extraction of embedded watermarks from a host content based on extrapolation techniques
US8615104B2 (en) 2011-11-03 2013-12-24 Verance Corporation Watermark extraction based on tentative watermarks
US8745403B2 (en) 2011-11-23 2014-06-03 Verance Corporation Enhanced content management based on watermark extraction records
US9323902B2 (en) 2011-12-13 2016-04-26 Verance Corporation Conditional access using embedded watermarks
US9547753B2 (en) 2011-12-13 2017-01-17 Verance Corporation Coordinated watermarking
DE102012212435A1 (de) * 2012-07-16 2014-01-16 Axel Springer Digital Tv Guide Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Wiedergabe linearer Medieninhalte
US9571606B2 (en) 2012-08-31 2017-02-14 Verance Corporation Social media viewing system
US8869222B2 (en) 2012-09-13 2014-10-21 Verance Corporation Second screen content
US9106964B2 (en) 2012-09-13 2015-08-11 Verance Corporation Enhanced content distribution using advertisements
JPWO2014141413A1 (ja) * 2013-03-13 2017-02-16 株式会社東芝 情報処理装置、出力方法およびプログラム
US9262793B2 (en) 2013-03-14 2016-02-16 Verance Corporation Transactional video marking system
WO2014199449A1 (ja) * 2013-06-11 2014-12-18 株式会社東芝 電子透かし埋め込み装置、電子透かし検出装置、電子透かし埋め込み方法、電子透かし検出方法、電子透かし埋め込みプログラム、及び電子透かし検出プログラム
US9251549B2 (en) 2013-07-23 2016-02-02 Verance Corporation Watermark extractor enhancements based on payload ranking
US9711152B2 (en) 2013-07-31 2017-07-18 The Nielsen Company (Us), Llc Systems apparatus and methods for encoding/decoding persistent universal media codes to encoded audio
US20150039321A1 (en) 2013-07-31 2015-02-05 Arbitron Inc. Apparatus, System and Method for Reading Codes From Digital Audio on a Processing Device
US9208334B2 (en) 2013-10-25 2015-12-08 Verance Corporation Content management using multiple abstraction layers
CN103794217A (zh) * 2014-01-16 2014-05-14 江苏科技大学 一种基于数字水印的主动声呐身份识别方法
JP2017514345A (ja) 2014-03-13 2017-06-01 ベランス・コーポレイション 埋め込みコードを用いた対話型コンテンツ取得
CN109325898B (zh) * 2018-09-30 2020-08-28 阿里巴巴集团控股有限公司 写入和读取数字水印的方法及装置
CN111179147B (zh) * 2019-12-27 2023-04-18 武汉大学 基于超表面实现带有水印的双色双通道防伪的设计方法
RU2767962C2 (ru) 2020-04-13 2022-03-22 Общество С Ограниченной Ответственностью «Яндекс» Способ и система для распознавания воспроизведенного речевого фрагмента
US11915711B2 (en) 2021-07-20 2024-02-27 Direct Cursus Technology L.L.C Method and system for augmenting audio signals
US11978461B1 (en) 2021-08-26 2024-05-07 Alex Radzishevsky Transient audio watermarks resistant to reverberation effects
EP4336496A1 (en) * 2022-09-08 2024-03-13 Utopia Music AG Digital data embedding and extraction in music and other audio signals
EP4336389A1 (en) 2022-09-12 2024-03-13 Cugate AG Method for tracking an object in a user signal
EP4336390A1 (en) 2022-09-12 2024-03-13 Cugate AG Method for tracking content in a user data signal

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2292506B (en) * 1991-09-30 1996-05-01 Arbitron Company The Method and apparatus for automatically identifying a program including a sound signal
US6272176B1 (en) * 1998-07-16 2001-08-07 Nielsen Media Research, Inc. Broadcast encoding system and method
JP3354880B2 (ja) * 1998-09-04 2002-12-09 日本電信電話株式会社 情報多重化方法、情報抽出方法および装置
JP3875801B2 (ja) * 1998-11-05 2007-01-31 株式会社メガチップス ウォータマークの復号化方法
JP3942759B2 (ja) * 1999-01-25 2007-07-11 興和株式会社 電子透かしの埋め込み方法,復号方法およびその装置
DE60034520T2 (de) * 1999-03-19 2007-12-27 Sony Corp. Vorrichtung und verfahren zur einbindung und vorrichtung und verfahren zur dekodierung von zusätzlichen informationen
US6871180B1 (en) * 1999-05-25 2005-03-22 Arbitron Inc. Decoding of information in audio signals
DE60110086T2 (de) * 2000-07-27 2006-04-06 Activated Content Corp., Inc., Burlingame Stegotextkodierer und -dekodierer
TW538636B (en) * 2000-09-01 2003-06-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Reproduction equipment, reproduction equipment specifying equipment, reproduction equipment specifying system and methods and recording media for said equipment and system
KR100375822B1 (ko) * 2000-12-18 2003-03-15 한국전자통신연구원 디지털 오디오의 워터마크 삽입/추출 장치 및 방법
KR100355033B1 (ko) * 2000-12-30 2002-10-19 주식회사 실트로닉 테크놀로지 선형예측 분석을 이용한 워터마크 삽입/추출 장치 및 그방법
JP2002244685A (ja) * 2001-02-22 2002-08-30 Kowa Co 電子透かしの埋め込みおよび検出
JP2005502920A (ja) * 2001-09-05 2005-01-27 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 Dsd信号のための堅牢なウォーターマーク
JP2003134330A (ja) * 2001-10-30 2003-05-09 Sony Corp 電子透かし埋め込み処理装置、および電子透かし埋め込み処理方法、並びにコンピュータ・プログラム
JP2003143390A (ja) * 2001-11-02 2003-05-16 Kowa Co 電子透かしの埋め込みおよび抽出
JP2003259314A (ja) 2002-02-26 2003-09-12 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> 映像音声同期方法及びそのシステム
CN1321393C (zh) * 2002-12-12 2007-06-13 中山大学 采用图象几何校准和保护数字图象的方法
JP4310145B2 (ja) * 2003-07-29 2009-08-05 学校法人明治大学 オーディオデータの透かし情報埋め込み方法、埋め込みプログラム及び検出方法
CN1231875C (zh) * 2003-10-29 2005-12-14 中山大学 一种保护音频数据的方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2523934C2 (ru) * 2010-03-26 2014-07-27 Филд Систем, Инк. Передатчик
RU2505868C2 (ru) * 2011-12-07 2014-01-27 Ооо "Цифрасофт" Способ встраивания цифровой информации в аудиосигнал
RU2544779C1 (ru) * 2014-05-07 2015-03-20 Открытое акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" Способ синхронизации цифрового водяного знака электронного изображения

Also Published As

Publication number Publication date
JP4990162B2 (ja) 2012-08-01
CA2595343A1 (en) 2006-07-27
RU2007131663A (ru) 2009-02-27
DE602005008185D1 (de) 2008-08-28
WO2006077061A1 (en) 2006-07-27
EP1684265B1 (en) 2008-07-16
BRPI0606825A2 (pt) 2009-07-21
CN101124624A (zh) 2008-02-13
US20080209219A1 (en) 2008-08-28
IL184706A0 (en) 2007-12-03
ATE401645T1 (de) 2008-08-15
KR101271825B1 (ko) 2013-06-07
EP1684265A1 (en) 2006-07-26
PL1684265T3 (pl) 2009-01-30
ES2310773T3 (es) 2009-01-16
IL184706A (en) 2012-05-31
US8300820B2 (en) 2012-10-30
PT1684265E (pt) 2008-10-27
AU2006207685B2 (en) 2012-03-29
DK1684265T3 (da) 2008-11-17
AU2006207685A1 (en) 2006-07-27
KR20070110029A (ko) 2007-11-15
CA2595343C (en) 2016-04-26
JP2008529046A (ja) 2008-07-31
SI1684265T1 (sl) 2008-12-31
CN101124624B (zh) 2012-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2405218C2 (ru) Способ встраивания цифрового водяного знака в полезный сигнал
JP2008529046A5 (ru)
US7882357B1 (en) System and method of retrieving a watermark within a signal
US8787615B2 (en) Methods and apparatus for embedding watermarks
US7451318B1 (en) System and method of watermarking a signal
Kirovski et al. Spread-spectrum audio watermarking: requirements, applications, and limitations
US11521627B2 (en) Method, apparatus and system for embedding data within a data stream
Singh et al. Enhancement of LSB based steganography for hiding image in audio
Parthasarathy et al. Increased robustness of LSB audio steganography by reduced distortion LSB coding
Acevedo Audio watermarking: properties, techniques and evaluation
JPWO2004102528A1 (ja) オーディオ電子透かし装置
Xu et al. Content-adaptive digital music watermarking based on music structure analysis
Murata et al. An audio watermarking method using tones of diatonic chord
Mitrakas Policy frameworks for secure electronic business
Mitrea et al. Informed audio watermarking in the wavelet domain

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20210714