TWI403974B - 帶有酬載資料藉以對聲頻或視頻訊號加以水印之符號編碼及解碼方法和裝置 - Google Patents

Description

帶有酬載資料藉以對聲頻或視頻訊號加以水印之符號編碼及解碼方法和裝置

本發明係關於帶有酬載資料供聲頻或視頻訊號加以水印之符號編碼方法和裝置，以及帶有加水印聲頻或視頻訊號的酬載資料之符號解碼方法和裝置。

水印資訊(WM)包含若干符號，連續內嵌於載波內容，例如(編碼之)聲頻或視頻訊號內，以識別訊號的作者。在解碼器場地，若用下述科技之展譜，例如使用所接收訊號與已知m－序列的相關性，可再得WM。在某些水印科技中，水印資訊非同步傳輸，即連續測試WM是否不知不覺內嵌於(編碼之)聲頻或視頻訊號。若然，WM圖幅才能傳輸。惟WM圖幅包含數十符號，各帶有同步傳輸之一或以上位元。意即若WM可內嵌之期間，較圖幅長度為短，某些符號即在接收器則無法復原。

所以，大多數WM科技傳輸冗贅位元，供改錯。但此等改錯的容量有限。若一或以上符號不能直接接收器側復原，一次改錯可改正一些符號。惟若超出改錯容量，WM不能復原。

其次，額外冗贅位元增加WM圖幅長度，以致提高圖幅比WM圖幅可傳的訊號長度為長之或然率。第三，由於必要的同位位元之故，改錯大部份與較「優良」訊號必要的淨位元率為低，而又尚不足為「不良」訊號改錯，所造成要加水印的訊號無關。「優良」訊號可在解碼器側復原，而「不良」訊號不必復原。

WO－A－01/06755號表示水印資料之能量位準依賴性插入。

在已知WM系統中，內嵌WM的訊號在至少圖幅長度的期間必「良好」，而「不良」部份不超過改錯可匹敵之部份。

本發明要解決的問題在於提供水印，其中盡可能開發傳輸WM之可行期間，而不費不必要的額外冗贅位元於改錯目的。此問題是利用申請專利範圍第1和3頂所揭示方法解決。利用此等方法之裝置則載於申請專利範圍第2和4項。

按照本發明，各WM符號除其常態酬載外，帶有識別資料項(ID)，業已在編碼器測試過訊號是否夠「優良」，使內嵌符號可在接收器或解碼器側復原。若然，可按常態內嵌。否則，於一符號長度無WM內嵌，並為後續訊號和同樣符號重複測試。ID序列在編碼器已知，所以，使用ID可測試符號是否已越步。

按照本發明，訊號必須只在與符號長度等長的期限「優良」。否則，當內容更適於內嵌時，要稍後傳輸，如此使得具有許多沉默時期(即暫停)之訊號，例如語音訊號，大為不同。

本發明使臨界聲音訊號的水印更為堅牢，使接收WM和絲毫不接收WM之間有異。在編碼器內進行之上述測試耗費更多處理電力，因為在空段之後要計算多重相關性。有益的是，對於非臨界聲音訊號，即未插入空段且在與預定資料序列的相關性中造成清晰峯值之訊號，本發明處理在解碼器內甚至不多費處理電力。

本發明不限於使用展譜技術。可以改用例如載波為基礎之技術或回波隱藏技術，於水印寫碼和解碼。

原則上，本發明方法適於把帶有酬載資料之符號編碼，藉此對聲頻或視頻訊號進行加水印，該項加水印使用例如展譜調變，因而該符號可使用與已知資料序列之相關性，利用解展和解調而復原，於是該符號可在解碼側復原，故該符號至少其一和至少一同步化段，即組合形成現時水印圖幅，此方法包括步驟為：(a)把該酬載資料編碼，因而為各該符號發生展開ID資料項；(b)在編碼器側核對現時符號是否可在相對應解碼器內正確解碼；若然，把該現時符號連同該ID資料項配置於該現時圖幅內，若該現時圖幅尚未處理完全，繼續步驟(a)，否則，在不含相對應ID資料項的該現時圖幅內，配置空符號，而越過該現時圖幅內之該現時符號，而若該現時圖幅尚未處理完全，使用旨在該空符號位置的符號所用ID資料項，繼續步驟(a)；(c)在該現時圖幅處理完全後，輸出內嵌於該聲頻或視頻訊號之該現時圖幅，並繼續以其次圖幅處理。

原則上，本發明裝置適於對帶有酬載資料之符號編碼，藉此對聲頻或視頻訊號以逐一圖幅進行加水印，該項加水印使用例如展譜調變，因而該符號可使用與已知資料序列之相關性，利用解展和解調而復原，於是該符號可在解碼側復原，故該符號至少其一和至少一同步化段，即組合形成現時水印圖幅，該裝置包含：－編碼機構，適於對該酬載資料編碼，由此對各該符號發生展開ID資料項；－核對機構，適於核對現時符號是否在相對應解碼器內正確解碼，意即：若然，把該現時符號連同該ID資料項配置於該現時圖幅內，如果該現時圖幅尚未處理完全，繼續在該編碼機構內處理；否則，在不含相對應ID資料項的該現時圖幅內，配置空符號，而越過該現時圖幅內之該現時符號，如果該現時圖幅尚未處理完全，使用旨在該空符號位置的符號所用ID資料項，在該編碼機構內處理；－輸出機構，適於在該現時圖幅已處理完全後，輸出內嵌於該聲頻和視頻訊號之該現時圖幅。

原則上，本發明方法適於把帶有酬載資料之符號解碼，藉此對聲頻或視頻訊號進行加水印，該項加水印使用例如展譜調變，因而使用與預定資料序列之相關性，例如利用解展和解調該符號至少其一和至少一同步化段，即組合形成現時水印圖幅，於是該聲頻和視頻訊號即加水印，此方法包括步驟為：(a)把該酬載資料編碼，因而為各該符號發生展開ID資料項；(b)核對現時符號是否可在相對應解碼器內正確解碼；若然，把該現時符號連同該ID資料項配置於該現時圖幅內，若該現時圖幅尚未處理完全，繼續以步驟(a)處理，否則，在不含相對應ID資料項的該現時圖幅內，配置空符號，而越過該現時圖幅內之該現時符號，而若該現時圖幅尚未處理完全，使用旨在該空符號位置的符號所用ID資料項，繼續以步驟(a)處理；(c)在該現時圖幅處理完全後，輸出內嵌於該聲頻或視頻訊號之該現時圖幅，並繼續以其次圖幅處理，而該解碼方法又包含步驟為：－現時符號以與現時ID資料項相關之預定資料序列解碼處理之後，決定該解碼處理是否產生明顯的結果：若然，提供該現時圖幅之該處理過現時符號，否則，跳越該現時圖幅內之該現時符號；其中該解碼處理係例如與預定資料序列之相關性。

原則上，本發明裝置適於把帶有已加水印的聲頻或視頻訊號的酬載資料之符號加以解碼，該項加水印使用例如展譜調變，故該符號至少其一和至少一同步化段，即組合形成現時水印圖幅，因而該解碼裝置含有解碼機構適於使用與預定資料序列之相關性，利用解展和解調而復原該訊號，其中該聲頻或視頻由下述加水印：(a)把該酬載資料編碼，因而為各該符號發生展開ID資料項；(b)核對現時符號是否可在相對應解碼器內正確解碼；若然，把該現時符號連同該ID資料項配置於該現時圖幅內，若該現時圖幅尚未處理完全，繼續以步驟(a)處理，否則，在不含相對應ID資料項的該現時圖幅內，配置空符號，在該現時圖幅內越過該現時符號，而若該現時圖幅尚未處理完全，使用旨在該空符號位置的符號所用ID資料項，繼續以步驟(a)處理；(c)在該現時圖幅處理完全後，輸出內嵌於該聲頻或視頻訊號之該現時圖幅，並繼續以其次圖幅處理，於此該解碼裝置又包含決定機構，在與現時ID資料項有關的現時符號解碼處理之後，決定該解碼處理是否產生明顯結果，意即：若然，提供該現時圖幅的該解調過現時符號；否則，跳越該現時圖幅內之該現時符號；其中該解碼處理係例如與預定資料序列之相關性。

本發明有益之其他具體例，載於申請專利範圍各附屬項。

本發明具體例茲參照附圖說明之。

水印的最小自含單位稱為圖幅。第3圖表示三個接續圖幅FR_{n － 1} 、FR_n 和FR_{n ＋ 1} 。圖幅包含許多同步化段SYNBL(至少一同步化段)，需在解碼器側檢測圖幅開始；和許多酬載段PLBL(至少一有效酬載段或符號)，帶有實際資訊。圖幅係同步或非同步插入聲頻連流內，視技術而定。酬載段的插入是持續為之，即在SYNBL段後加以同步化。各酬載段持有一或以上之資訊位元。所以，酬載段亦稱為符號。酬載符號包含要插入WM內之資訊，並視情形含有用於改錯之冗贅資訊。典型的設定是每圖幅有例如5同步化段和36酬載段，各酬載段帶2位元，因而此等72位元有24用於改錯，以致每圖幅的淨酬載為48位元。

在第1圖的水印編碼器中，要用於聲頻訊號AS水印之酬載資料PLD，輸入於改錯和/或檢測編碼階段ECDE，在此加冗贅位元，以便從解碼器內誤檢符號復原。在下游調變和展譜階段MS中，識別資料項ID與訊號組合。階段MS的輸出訊號，饋送至心理感音整形階段PAS，將WS訊號整形，使WM不能視聽，並將其輸出訊號給至訊號加法器和決定階段SAD，以及解碼器階段DEC。解碼器階段DEC按照第2圖實施解碼器。階段PAS和SAD各接收聲頻流訊號AS，並逐一符號處理WM圖幅。階段SAD對現時WM圖幅FR_n 測定酬載資料PLD是否已在解碼器DEC內正確解碼。若然，於現時圖幅加心理感音整形過的WM符號。否則，即跳越現時圖幅FR_n 內之現時符號。然後，對現時符號後之其次符號繼續處理。俟WM圖幅處理完成後，輸出內嵌於聲頻訊號之相對應加水印圖幅WAS。然後，對現時圖幅後之圖幅FR_{n ＋ 1} 繼續處理。

在第2圖之水印解碼器中，聲頻訊號之加水印圖幅WAS通過頻譜白化階段SPW(在階段PAS所為整形之反逆)，以及解頻和解調階段DSPDM(從訊號WAS檢復內嵌資料)，至ID評估和越步階段IDESK。在階段IDESK，核對所接收WM圖幅之所接收符號或段是否有正確ID，即所接收ID是否按紀年順序。否則，跳越相對應WM符號。若然，WM符號通到改錯和/或檢測解碼階段ECDD，輸出有效酬載資料PLD。

水印是按照心理感音原則逐段整形，即水印和聲頻能量間之比，在符號之間有變化。對於若干訊號而言，內嵌水印之可能品質太差，故在編碼器側已知，內嵌於此等訊號內之符號不能在解碼器側正確復原。

按照本發明，對於要內嵌於聲頻訊號內之各符號，在編碼器內決定其在解碼器內是否可正確復原。若可復原的或然率高，即插入聲頻內。若不可，則在一符號長度的期限不插入額外WM訊號，或是只插入展示0的空符號，並且重複測試，直到訊號適於內嵌次一WM項為止。插入之各空符號，把圖幅長度增加一符號長度，使各圖幅帶有每圖幅同樣數量的酬載位元。

第4A圖所示具體例描繪適合WM內嵌的訊號一部份。所以，符號是連續性內嵌。在第4B圖中，訊號不適於把WM內嵌於第三符號。故在符號2之後，無符號內嵌(改插入空符號)，而訊號又在其次之可能插入點測試，但訊號仍然不適合。故，非空符號之插入再延後。其次之測試成功，而符號3插入。意即解碼器接收符號1，再符號2，然後二次空符號(即無水印之純聲頻訊號)，而後才是符號3。

解碼器必須在由於雜訊或發射和接收間有攻擊而不能復原的符號或段，與無水印內嵌的訊號之間，加以辨別。此舉可藉在編碼器內對符號指定附加ID，並在解碼器內加以評估，而大為方便。可例如使用在展譜技術中預定量之不同最大長度資料序列，例如不同的m－序列為之。在第4圖中，使用三個不同的m－序列，所有符號或段均可BPSK編碼，即各帶一資訊位元。第一段使用第一m－序列，第二段為第二m－序列，第三段為第三m－序列，第四段又是第一m－序列，依此類推。解碼器使用同樣m－序列，同樣順序。在第4A圖所示具體例中，m－序列是按1,2,3,1,2,3的順序使用。

在第4B圖具體例中，第三段與m－序列3的相關性，未顯示清晰結果(即在相對應相關性結果中，無清晰峯值)。意即既無WM符號受到干擾，亦無符號內嵌。所以，第四段與m－序列1和3相關，此二者在本例中均無清晰相關結果。第五段與m－序列1、2、3相關。只有與序列3之相關性有清晰峯值，意即先前二段(第3和第4段)為空段，不帶WM符號。

PLD．．．酬載資料

AS．．．聲頻流訊號

ECDE．．．編碼階段

MS．．．調變和展譜階段

ID．．．識別資料項

PAS．．．心理感音整形階段

SAD．．．決定階段

DEC．．．解碼器階段

WAS．．．加水印圖幅

SPW．．．頻譜白化階段

DSPDM．．．解頻和解調階段

IDESK．．．越步階段

ECDD．．．檢測解碼階段

FR_{n － 1} ,FR_n ,DR_{n ＋ 1} ．．．圖幅

SYNBL．．．同步化段

PLBL．．．酬載段

1,2,3．．．m－序列數字

第1圖為本發明水印編碼器；第2圖為本發明水印解碼器；第3圖為圖幅組成；第4圖為本發明圖幅序列。

1,2,3．．．為m－序列數字

Claims (20)

1. 一種在帶有酬載資料藉以對聲頻或視頻訊號加以水印的水印編碼器符號內之編碼方法，該符號可在解碼側復原，且該符號至少其一和至少一同步化段組合成現時水印圖幅，此方法包括下列步驟：(a)在該水印編碼器內，把該酬載資料編碼，並對該符號之各一，指定按時間順序之識別資料項；(b)在編碼器側核對該符號現時之一是否可在相對應解碼器內正確解碼；若然在該水印編碼器內，把該現時水印圖幅連同該識別資料項，配置在一起，如果該現時水印圖幅尚未處理完全，繼續步驟(a)，否則，在不含該識別資料項相對應之一的該現時水印圖幅內，配置空符號，在該水印編碼器內跳越該現時水印圖幅內之該現時符號，而如果該現時水印圖幅尚未處理完全，使用旨在該空符號位置的符號所用識別資料項，繼續步驟(a)；(c)在該現時水印圖幅處理完全後，從該水印編碼器輸出內嵌於該聲頻或視頻訊號之該現時水印圖幅，並繼續以次一水印圖幅處理者。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該酬載資料之該項編碼係調變和展譜，且在該調變和展譜之前，對該酬載資料進行改錯和/或檢測編碼者。
3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該酬載資料之該項編碼係調變和展譜，且在進行該項核對之前，該調變和展譜之輸出訊號，經心理感音方式整形者。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中插入該現時水印圖幅內之各空符號，對該現時水印圖幅之長度增加一符號長度，使各水印圖幅帶有每水印圖幅同樣酬載位元數者。
5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該按時間順序之識別資料項，係以不同之最大長度資料序列表示者。
6. 一種帶有酬載資料藉以逐一圖幅對聲頻或視頻訊號加以 水印之符號編碼裝置，該符號可在解碼器內復原，且其中該符號至少其一和至少其一同步化段，組合成現時水印圖幅，該裝置包括：-編碼機構，適於對該酬載資料編碼，並對該符號之各一，指定按時間順序之識別資料項；-核對機構，適於核對該符號現時之一是否在相對應解碼器內正確解碼，核對意指：若，該符號現時之一可解碼，即把該現時水印圖幅內之該現時符號，和該識別資料項，配置在一起，而如果該現時水印圖幅尚未處理完全，繼續在該編碼機構內處理，否則，若該符號現時之一不能解碼，即在不含該識別資料項相對應之一的該現時水印圖幅內，配置空符號，而越過該現時水印圖幅內之該現時符號，如果該現時水印圖幅尚未處理完全，使用旨在該空符號位置的符號所用識別資料項，在該編碼機構內繼續處理；-輸出機構，適於在該現時水印圖幅已處理完全後，輸出內嵌於該聲頻或視頻訊號之該現時水印圖幅者。
7. 如申請專利範圍第6項之裝置，其中該酬載資料之該項編碼係調變和展譜，且在該調變和展譜之前，對該酬載資料進行改錯和/或檢測編碼者。
8. 如申請專利範圍第6項之裝置，其中該酬載資料之該項編碼係調變和展譜，且在該核對機構核對該符號之該現時之一是否正確解碼之前，該調變和展譜之輸出訊號，經心理感音方式整形者。
9. 如申請專利範圍第6項之裝置，其中入該現時水印圖幅內之各空符號，對該現時水印圖幅之長度增加一符號長度，使各水印圖幅帶有每水印圖幅同樣酬載位元數者。
10. 如申請專利範圍第6項之裝置，其中該按時間順序之識別資料項，係以不同之最大長度資料序列表示者。
11. 一種帶有加水印聲頻或視頻訊號的酬載資料之符號解碼 方法，該符號至少其一和至少一同步化段，組合形成現時水印圖幅，其中該聲頻或視頻訊號是按下列步驟加水印：(a)把該酬載資料編碼，並對該編碼符號之各一，指定按時間順序之識別資料項；(b)核對該符號現時之一是否可在相對應解碼器內正確解碼：若然，把該現時編碼符號連同該識別資料項，配置於該現時水印圖幅內，如果該現時水印圖幅尚未處理完全，繼續以步驟(a)處理，否則，在不含該資料項相對應之一的該現時水印圖幅內，配置空符號，而跳越該現時水印圖幅內之該現時符號，而如果該現時水印圖幅尚未處理完全，使用旨在該空符號位置的符號所用識別資料項，以步驟(a)繼續處理；(c)在該現時水印圖幅處理完全後，輸出內嵌於該聲頻或視頻訊號之該現時水印圖幅，並繼續以次一水印圖幅處理，而其中在該水印解碼器內之該項解碼包含下列步驟：-在與該識別資料項現時之一有關的現時符號解碼處理後，測定該解碼處理是否產生明顯結果：若然，在該水印解碼器內提供該現時水印圖幅之該處理過現時符號；否則，在該水印解碼器內跳越該現時水印圖幅內之該現時符號，其中該解碼處理係例如與預定資料序列之相關性者。
12. 如申請專利範圍第11項之方法，其中在該現時水印圖幅核對和完全處理之後，對該酬載資料進行改錯和/或檢測解碼者。
13. 如申請專利範圍第11項之方法，其中該解碼係該編碼符號之解展和解調，使用與已知資料序列之相關性，且在該解展和解調之前，對該加水印聲頻或視頻訊號，進行頻譜白化者。
14. 如申請專利範圍第11項之方法，其中插入該現時水印圖幅內之各空符號，對該現時水印圖幅之長度增加一符號長度，使各水印圖幅帶有每水印圖幅同樣酬載位元數者。
15. 如申請專利範圍第11項之方法，其中該時間順序之識別資料項，係以不同之最大長度資料序列表示，而該相關性係使用該不同之最大長度資料序列進行，例如預定數量之m序列，其中該m序列可以BPSK編碼，而各帶有一位元資訊者。
16. 一種帶有加水印聲頻或視頻訊號的酬載資料之符號解碼裝置，把該符號至少其一和至少一同步化段，組合形成現時水印圖幅，而該解碼裝置包含解碼機構，適用於復原該符號，其中該聲頻或視頻訊號是按下述加水印：(a)把該酬載資料編碼，且對該符號各一，指定按時間順序之識別資料項；(b)核對該符號現時之一是否可在相對應解碼器內正確解碼；若然，把該現時符號連同該識別資料項，配置於該現時水印圖幅內，如果該現時水印圖幅尚未處理完全，繼續以步驟(a)處理，否則，在不含該識別資料項相對應之一的該現時水印圖幅內，配置空符號，而跳越該現時水印圖幅內之該現時符號，而如果該現時水印圖幅尚未處理完全，使用旨在該空符號位置的符號所用識別資料項，繼續以步驟(a)處理；(c)在該現時水印圖幅處理完全後，輸出內嵌於該聲頻或視頻訊號之該現時水印圖幅，並繼續以次一水印圖幅處理，其中該解碼裝置又包括決定機構，適於在與該識別資料項現時之一有關的現時符號解碼處理後，決定該解碼處理是否產生明顯結果，意即：若然，提供該現時水印圖幅之該處理過現時符號，否則，跳越該現時水印圖幅內之該現時符號， 其中該解碼處理係例如與預定資料序列之相關性者。
17. 如申請專利範圍第16項之裝置，其中在該現時水印圖幅核對和完全處理之後，對該酬載資料進行改錯和/或檢測解碼者。
18. 如申請專利範圍第16項之裝置，其中該解碼係該編碼符號之解展和解調，使用與已知資料序列之相關性，且在該解展和解調之前，對該加水印聲頻或視頻訊號，進行頻譜白化者。
19. 如申請專利範圍第16項之裝置，其中插入該現時水印圖幅內之各空符號，對該現時水印圖幅之長度增加一符號長度，使各水印圖幅帶有每水印圖幅同樣酬載位元數者。
20. 如申請專利範圍第16項之裝置，其中該時間順序之識別資料項，係以不同之最大長度資料序列表示，而該相關性係使用該不同之最大長度資料序列進行，例如預定數量之m序列，其中該m序列可以BPSK編碼，而各帶有一位元資訊者。