从宿主信号中提取辅助数据的制作方法

专利名称：从宿主信号中提取辅助数据的制作方法
技术领域：
本发明涉及从宿主信号中提取辅助数据以及向宿主信号中嵌入辅助 数据。而且，本发明涉及水印检测器、水印嵌入器、信号和计算机可读
代码。
背景技术：
数字加水印通常用于保护知识产权的目的。不过，带水印信号的可 选应用包括通过水印来传达命令和控制信号或等同物。在一类应用中， 数字加水印用于远程装置的激活或事件触发。在一个例子中，交互式玩 具适于对嵌入在电视广播中的水印做出反应。例如，嵌入在电视卡通剧 集的音轨或图像数据中的水印可以使得玩具能够与屏幕上看到的卡通角 色的动作同步地做出动作。
在美国专利US6737957中，公开了 一种使用嵌入在音频信号中的水印 来遥控装置的系统。公开了与"时间门"装置一起使用水印，在"时间门" 装置中，检测到水印就会开启一时间间隔，在这个时间间隔内，允许用 户执行动作。这一公开提供了针对与装置和发射信号(例如，电视广播
的音轨)的同步有关的问题的解决方案。不过，为了从所嵌入的水印中 提取信息，需要精细的处理，这会消费功率。现有技术的问题是，所提 出的方案在功率效率方面没有高到足以允许受控装置连续工作的程度。 具体来说，现有技术的系统需要持续不断地处理信号，以检测可能嵌入 于其中的任何水印。如果信号的任何部分没有得到处理，就会错失嵌入 在该部分中的任何水印并且因此将不允许用户执行与所嵌入水印相关联 的动作。
本发明的发明人已经意识到，对于从宿主信号中提取辅助数据而言， 需要对检测方案加以改进，因而发明了本发明。

发明内容
本发明的发明人已经领悟到，用于应用或者远程装置的事件触发或 激活的加水印系统或方案应当具有高的功率效率，以最大化应用或装置的电池寿命。优选地，本发明单独地或以任何组合减轻、緩解或消除了 上述或其它缺点中的一个或多个。
按照本发明的第一方面，提供了一种从宿主信号中提取辅助数据的
方法，该方法包才舌
-周期性地按照预定的第一周期搜索宿主信号的第一部分来寻找第一
水印；
-在检测到第一水印时，搜索宿主信号来寻找第二水印。
宿主信号是在其中嵌入了二级水印的信号，第一级是作为第一水印 嵌入的，第二级是作为与第一水印相关联的第二水印嵌入的。在实施例 中，第一和/或第二水印可以是扩频水印，不过，可以采用任何适当类型 的水印。
在对应用进行事件触发时，可以在事件之前将水印嵌入内容段的离 散块中。典型地，带水印的段不常出现。水印检测器的连续操作会严重 限制该应用的电池寿命。本发明尤其但非专门地对此具有优势，因为通 过仅仅周期性地搜索一部分宿主信号(第一部分)，降低了功率忙闲度
(duty-cycle)。而且通过提供水印的二级检测，其中仅仅在检测到第一 水印时才搜索第二水印，使该方案的功率效率更高。由于可以提供可用 不那么精心的处理检测出来的第一水印，可以仅对第二水印进行任何精
心的或基本精心的带水印信号处理。从而使得对精心处理的需求最小化， 并且因此也使与信号处理有关的功率消耗最小化。宿主信号的搜索可以 包括分析宿主信号，以便检测第一水印并且可能还检测第二水印。在分 析中，可以得出或收集宿主信号的特征并且对这些特征进行检测或者可 以直接对宿主信号做检测 可以利用相关法或其它适当的检测水印方法 来做检测。
在有利的实施例中，笫一水印仅仅指示第二水印的存在。从而可以 按照易于检测的主要要求来设计第一水印。可以提供不需要充分精心处 理的简单的第一水印。
在有利的实施例中，第二水印传达的信息是在检测到笫二水印后提 取的。
在复制控制应用中，可以将重复的相同控制水印嵌入在内容的所有 部分中，从而降低检测器的忙闲度。不过，在复制控制应用中，典型地 不存在定时要求。为了确保通过周期性检测检测到水印，可以嵌入长水
5印，以便确保随机段带有标记。不过，典型地需要复杂的检测来从仅仅 一段水印中提取信息，这种复杂检测可能意味着功率效率和电池寿命的 降低。本发明的实施例尤其但非专门有益于提供功率效率高并且能够处 理需要动作的精确定时的非频繁出现的水印的水印方案。在有利的实施 例中，与动作的定时有关的信息可以从第一水印和/或第二水印中提取。
并且与所要执行的动作类型有关的信息可以从第二水印中提取出来。在 各种实施例中，与动作的定时和类型有关的信息可以是从第一和/或第二 水印的有效载荷中提取的，或者可以是由第一和/或第二水印的结构推断 出来的。
在有利的实施例中，可以将第一周期的长度设置为大于宿主信号的 第一部分的长度，从而可以获得减小的水印检测器忙闲度。
在一般实施例中，笫一和第二水印可以用于应用的远程控制，比如 效果或动作的远程触发。用于携带水印的信号可以是音频信号或视频信 号。
按照本发明的第二方面，提供了一种在宿主信号中嵌入辅助数据的
方法，该方法包括
- 提供第一水印和第二水印；
- 将具有第一长度的笫一水印在宿主信号的第一位置上嵌入到宿主信 号中；
-将具有第二长度的第二水印在宿主信号的第二位置上嵌入到宿主信 号中，第二位置与第一位置相关。
按照第二方面的本发明尤其但非专门有益，因为它促进了可以以高 功率效率的方式提取的二级水印的嵌入。
在有利的实施例中，提供了与相关联的水印检测器的检测器周期和 检测器持续时间相关的时间信息，从而使得第一水印的长度可以至少与 检测器周期(也称为第一周期)和检测器持续时间(即，宿主信号的第 一部分的持续时间)一样长。从而确保了水印可以由周期性工作的检测 器检测到。
在本发明的第三方面中，提供了一种实现第一方面的方法的水印检 测器，并且在本发明的第四方面中，提供了一种用于实现第二方面的方 法的水印嵌入器。
在第五方面中，提供了一种具有嵌入在其中的二级水印的信号，第一水印指示第二水印的存在，第一水印嵌入在宿主信号的第一位置处， 第二水印嵌入在宿主信号的第二位置处，第二位置与第一位置相关。
第五方面的信号可以用于将宿主信号从发出控制信号的装置传送到 接收宿主信号的装置或应用。
而且，在第六和第七方面，提供了布置为用于使处理器执行本发明 的第一和第二方面的计算机可读代码。
总地来说，在本发明的范围之内，可以以任何可行的方式将本发明 的各个方面组合和结合起来。参照下文中介绍的实施例，将会明显看出 本发明的这些和其它方面、特征和/或优点，并且将会参照下文介绍的实 施例阐述本发明的这些和其它方面、特征和/或优点。


现在将参照附图仅以举例的方式介绍本发明的实施例，其中
附图1图解说明了具有泰迪熊形式的玩具的实施例，泰迪熊可由一个 或多个媒体装置遥控；
附图2示意性地图解说明了用于从宿主信号中提取辅助数据的策略；
附图3示意性地图解说明了与检测器参数、信号参数和时间轴有关的 与宿主信号一起传播的二级水印；
附图4图解说明了在宿主信号中嵌入辅助数据的实施例中所采用的 步骤的流程附图5示意性地图解说明了水印检测器；和
附图6示意性地图解说明了水印嵌入器。
具体实施例方式
数字加水印可以用于从远程应用或装置用信号通知和触发事件。例 如，嵌入在电视卡通剧集的音轨中的水印可以与卡通角色的动作同步地 触发玩具上的特定动作。这种应用情形具有两个明显的特性i)事件(触 发点)是零散的，例如，在30分钟的节目期间，玩具仅仅动几次，ii)功 率是有限资源，并且电池即使不能维持数周乃至数月，也应该维持数天。 功率约束使得连续工作对于水印检测器而言是不可行的。而且，检测方 案应当确保不会错失触发点，或者信息的提取不会复杂得危及功率效率。
附图l图解说明了具有泰迪熊l形式的玩具的实施例，泰迪熊l可由一个或多个媒体装置10; 11; 12遥控。在各实施例中，泰迪熊l可以包括麦 克风，麦克风可能插入在耳朵2中或者位于玩具内靠近耳朵的地方，从而 泰迪熊能够'听到'从例如计算机发出的音频信号，其比如与运行计算机应 用有关，例如与访问主页、打游戏、观看因特网电视等有关。音频信号 也可以是从电视机11或音乐播放器12发出的。在实施例中，泰迪熊可以 包括例如位于玩具的眼睛3中的相机，用来接收所接收到的视觉信号的图 像序列。从而，该玩具可能，能够，看到从屏幕发出的图像，所述屏幕比如 电视屏幕或计算机屏幕。在一例子中，泰迪熊可以包括用于响应于所接 收到的命令而例如移动嘴4或胳膊5的马达装置。泰迪熊还可以包括能够' 唱歌'或'交谈，的扬声器装置。泰迪熊还包括实现水印检测器的处理器，该 水印检测器用于接收宿主信号和提取水印，并且响应于此做出反应。在 这个附图中，参照的是交互式玩具。不过，本发明适合于任何类型的应 用或装置，例如，用于向计算机应用、向家用电器、向消费电子产品等 传送命令的应用或装置。
在W02002/39739 ( PHNL000591 )中公开了这种玩具的某些有利实 施例。
附图2示意性地图解说明了用于从宿主信号中提取辅助数据的策略 20。该策略是与执行若干步骤的水印检测器一同公开的。
激活器步骤21执行这样的动作按照预定的第一周期周期性地启动 针对第一水印的宿主信号的第一部分的搜索。在实施例中，对M秒数据 进行搜索，并且可以将第一周期设定为N秒。具体的持续时间可以取决于 具体的应用并且可能例如仅需对信号搜索数毫秒或者甚至可能需要搜索 数分钟。在第一搜索步骤22中搜索第一部分。与该步骤相结合地，水印 检测器分析宿主信号来确定是否存在笫一水印。分析或检测可以对宿主 信号在线完成，要么直接对信号进行分析或检测，要么通过从信号中导 出或收集某些特征并且对这些特征进行检测。例如，可以使用带通滤波 器，可以对信号进行下采样，可以对信号进行累加等。可以借助相关来 做检测。在所搜索的信号段中没有发现25第一水印的情况下，使检测器 返回到激活器步骤21。在激活器步骤中，检测器是不工作的，直到经过 了第一周期的时间间隔为止， 一旦经过了该时间间隔，检测器重新激活， 从而在宿主信号的新的第一部分内搜索第一水印。激活可以由定时器控 制。在所搜索的宿主信号部分内发现第一水印的情况下，在第二搜索步
骤23中对宿主信号进行搜索，来寻找第二水印。在一个实施例中，对O秒 数据进行搜索。在检测到第二水印后所要采取的具体动作24取决于水印 检测器的预期用途。在进一步解释不同的实施例之前，先说明水印和带 水印信号的结构。
附图3示意性地图解说明与检测器参数、信号参数和时间轴31有关的 二级水印，该水印与宿主信号一起传播。
宿主信号包括二级水印，第一水印34指示第二水印35的存在，第一 水印嵌入在宿主信号的第一位置305处，第二水印嵌入在宿主信号的第二 位置306处，第二位置与第一位置相关。
从32A到32C，周期性地启动检测器，并且在每个时间间隔搜索宿主 信号的第一部分33A-33C。如果在所搜索的信号部分32A; 32C中没有发 现第一水印信号，则检测器不工作，直到第一周期的时间间隔已经过去。 在检测到第一水印信号34时，搜索宿主信号来寻找第二水印35，例如搜 索O秒，直到发现笫二水印信号35或者持续搜索了预定时间。 一检测到第 一水印，例如由36表示的箭头所示，就启动第二水印的搜索，并且可以 停止第一水印的搜索。 一检测到第一水印就要已经启动第二水印的搜索，
否则在第二水印35与第一部分33B重叠的情况下，可能会错过第二水印。 第一水印信号通常使得可以从该水印的一段中检测出第一水印的存在，
从而确保不必检测笫一水印的开头。第一水印可以是重复水印，例如， 水印图案可以是3秒长并且重复10次，即，第一水印总长为30秒。30秒水 印中的任何任意的3秒图案块可以具有完整的图案，该图案可能循环移 位，并且可以例如以使用快速傅里叶变换(FFT)的有效方式，借助相关 来检测每个块。从而可以提供第一水印，其中可以执行检测而不需要与 第一水印的开头对齐。
在附图3中，第二水印35定位于笫一水印34内部并且位于发现第一水 印那个周期的持续时间内，第二水印一般可以位于第一水印的结尾和发 现第一水印那个周期的结尾这两个结尾中的任何一个之后。这可以由规 定其位于多远之后的协议来指定。
检测到第二水印35可引起若干动作。
在一个实施例中，第一和第二水印用于对装置进行遥控。在这一实 施例中，可以由第一和第二水印传达至少两种类型的信息。第一种类型的信息涉及受遥控装置的事件的定时，而第二种类型的信息涉及要由受 遥控装置执行的动作。
下面列出了若干可能的命令类型。该列表并非是排他的并且仅仅是 为了说明多种多样的借助本发明向宿主信号嵌入命令和从宿主信号提取 命令的可能性而给出的。在所列出的实施例中，第一水印是易于检测的 简单信号，它唯一的用途是指示第二水印的存在，笫二水印一般来说是 附近的第二水印。这一存在可以通过嵌入具有零位水印形式的笫一水印 或者仅仅携带单独一位或少量几位的第一水印来指示。可以例如嵌入单 独一位水印，以便确保正确检测，比如只有在成功提取出第一水印的单 独一位有效载荷时才搜索第二水印。
检测第一水印的存在。第二水印传达与单一动作的定时有关的信息。 该定时信息是从第二水印的定位提取出来的。例如，动作要在检测到第
二水印之后5秒执行。
检测第一水印的存在。第二水印传达与动作的定时和类型有关的信 息。定时信息同样可以从第二水印的定位提取。动作的类型可以例如从 第二水印的持续时间提取。例如，该装置可能能够执行五种不同的动作， 每个动作与第二水印的五种持续时间或长度相关。
检测第一水印的存在。第二水印携带单独一位有效载荷，不传达定 时，并且在检测到有效栽荷后，执行动作。
检测笫一水印的存在。第二水印携带多位有效载荷。所要执行的具 体动作是从有效载荷提取的。该动作可以是简单的动作，也可以是与从 有效载荷导出的参数相关的较为复杂的动作。
检测第一水印的存在。第二水印携带多位有效载荷。从该多位有效 载荷提取时间戳。
所列出的例子可以以任何可能的方式加以组合。例如，定时可以从 第二水印的位置提取，第二水印携带用于传达与动作相关的命令的有效 载荷。在另一个例子中，有效载荷可以同时包括与给定动作相关的命令 和时间戳。等等。
有效载荷的提取可以通过任何适当的手段来执行，从带水印信号中 提取有效载荷对于技术人员而言是公知的。
在一个实施例中，将检测器的检测周期或第 一周期300设置为N秒， 并且它搜索M秒的内容301，即，宿主信号的第一部分。为了相较于连续检测降低功率，将N设置为大于M。将第一水印的长度设置为至少N+M 302，使得整整M秒的带水印内容部分将会被检测器分析，而不管嵌入和 检测的起始点之间的偏移。如果在检测到第一水印之后的N+M秒之内没 有发现第二水印，则意味着错误状态。要么第一水印的检测是误检，要 么错过了第二级标记。在任何一种情况下，检测器都会返回26到它的初 期休眠21状态并且搜索第一水印。如果检测到笫一水印信号，则搜索宿 主信号的长达O秒的第二部分303 。
通过间歇性地检测简单的第一水印和次数更少地检测第二水印，提 供了高功率效率。第一水印检测的忙闲度是
D1=M/N
对于每个事件，对第二水印最多搜索N+M秒。假设平均每T秒发生一 个事件，则第二水印的忙闲度是 D2 = 1/2 (N+M)/T
假设M-5秒，N-30秒，T-300秒，则Dl-16.6。/o和D2-6。/0。
附图4图解说明了在宿主信号中嵌入辅助数据的实施例中所采用的 步骤的流程图。在步骤41中，接收宿主信号，并且接收42笫一水印和第 二水印。在下一个步骤43中，将第一水印在第一位置处嵌入到宿主信号 中并且将第二水印在第二位置处嵌入到宿主信号中。输出44包括具有第 一和第二水印形式的辅助数据的宿主信号。取决于具体的应用，具体的 嵌入过程和得到的带有嵌入水印的信号受到多种因素的影响。对于每个 应用，要制定规定了诸如此类的参数的协议第一和第二水印的大小和 位置、水印的结构和类型、是否在第二水印中嵌入有效载荷、由有效载 荷传达的信息、如何或是否提取定时信息等。这种协议中规定的参数和 因素自然包含在嵌入过程中。
附图5示意性地图解说明了水印检测器50，其包括用于周期性地按照 预定的第一周期搜索宿主信号52的笫一部分来寻找第一水印的第一搜索 单元51和用于在检测到第一水印时搜索宿主信号来寻找第二水印的第二 搜索单元53。该水印检测器可以包括额外的元件或单元并且图示的单元 可以包括额外的功能，从而提供能够检测特定水印的水印检测器。
附图6示意性地图解说明了水印嵌入器60，其包括输入单元61，用 于接收第一水印和第二水印；和嵌入器单元63,用于将具有第一长度的 第一水印在宿主信号的第一位置处嵌入到宿主信号62中，并且用于将具
ii有第二长度的第二水印在宿主信号的第二位置处嵌入到宿主信号中，第 二位置与第一位置相关。该水印嵌入器可以包括额外的元件或单元，并 且图示的单元可以包括额外的功能，从而提供能够嵌入特定水印的水印 嵌入器。
水印检测器典型地位于具体应用内，或者位于与具体应用相连的应 用内。例如，水印检测器被实现在位于附图l的泰迪熊内部的处理器中。 水印嵌入器典型地在计算机系统中实现，计其中具体位置取决于应用的 具体用途。例如，用于嵌入附图l的实施例中使用的命令的水印嵌入器可 以位于电视节目的制片地点、位于广播电台、位于执行在信号中嵌入命 令这一任务的公司等。
本发明可以以任何适当的形式实现，包括硬件、软件、固件或它们 的任何组合。可以将本发明或者本发明的某些特征实现为运行在一个或 多个数据处理器和/或数字信号处理器上运行的计算机软件。本发明的实 施例的元件和部件在物理上、功能上和逻辑上可以以任何适当的方式实 现。甚至，功能可以在单个单元中实现、在多个单元中实现或者作为其 它功能单元的一部分实现。同样，本发明可以在单个单元中实现，或者 可以在物理上和功能上分布在不同的单元和处理器之间。
虽然本发明是结合指定实施例来介绍的，但是其并不打算受到本文 提出的具体形式的限制。相反，本发明的范围仅仅由所附权利要求书限 定。在权利要求书中，术语"包括"并不排除还存在其它元件或步骤。此 外，虽然各个特征可能包含在不同的权利要求中，但是有可能对这些特 征进行有益的组合，并且包含在不同的权利要求中并不意味着特征的组 合不可行和/或没有益处。此外，单数形式并不排除存在多个的可能。因 此，使用"一 "、"一个"、"第一"、"第二"等并不排除存在多个的可能。 此外，权利要求书中的附图标记不应看作是对范围的限制。
1权利要求
1.一种从宿主信号中提取辅助数据的方法，该方法包括-周期性地(21)按照预定的第一周期搜索(22)宿主信号的第一部分(33A-33C)来寻找第一水印(34)；-在检测到(23)第一水印时，搜索宿主信号来寻找第二水印(35)。
2. 按照权利要求1所述的方法，还包括-在检测到第二水印后，提取由第二水印传达的信息。
3. 按照权利要求2所述的方法，其中第二水印传达与动作的定时有关 的信息。
4. 按照权利要求2所述的方法，其中第二水印传达与动作的类型有关 的信息。
5. 按照权利要求1或2所述的方法，其中第一水印指示第二水印的存在。
6. 按照权利要求1所述的方法，其中第二水印携带有效栽荷。
7. 按照权利要求6所述的方法，其中有效载荷包括与触发动作的定时 有关的信息。
8. 按照权利要求6所述的方法，其中有效载荷包括与触发动作的类型 有关的信息。
9. 按照权利要求1所述的方法，其中第一周期的长度大于宿主信号的 第一部分的长度。
10. 按照权利要求l所述的方法，其中第一和第二水印(34; 35)用 于对装置(1)进行遥控。
11. 按照权利要求l所述的方法，其中宿主信号是音频信号或视频信号。
12. —种在宿主信号中嵌入辅助数据的方法，该方法包括 -提供第一水印(34)和第二水印(35);-将具有第一长度(302)的第一水印在宿主信号的第一位置(305) 处嵌入(43)到宿主信号中；-将具有第二长度的第二水印在宿主信号的第二位置(306)处嵌入 (43)到宿主信号中，第二位置与第一位置相关。
13. 按照权利要求12所述的方法，还提供与相关联的水印检测器的 检测器周期(300)和检测器持续时间(33A-33C)相关的时间信息，并且其中第一长度(302)至少与检测器周期和检测器持续时间一样长。
14. 一种水印检测器(50)，包括画第一搜索单元(51)，用于周期性地(21)按照预定的第一周期搜索(22)宿主信号的第一部分(33A-33C)来寻找第一水印(34);-第二搜索单元(53)，用于在检测到第一水印时，搜索宿主信号来寻找笫二水印(35)。
15. —种水印嵌入器(60),包括-输入单元(61),用于接收第一水印(34)和第二水印(35);-嵌入器单元(63)，用于将具有第一长度(302)的第一水印在宿主信号的第一位置(305)处嵌入到宿主信号中；并且用于将具有第二长度的第二水印在宿主信号的第二位置(306)处嵌入到宿主信号中，第二位置与第一位置相关。
16. —种具有嵌入在宿主信号中的二级水印的信号，第一水印指示第二水印的存在，第一水印嵌入在宿主信号的第一位置处，第二水印嵌入在宿主信号的第二位置处，第二位置与第一位置相关。
17. 计算机可读代码，布置为用来使处理器执行权利要求l的方法。
18. 计算机可读代码，布置为用来使处理器执行权利要求12的方法。
全文摘要
本发明涉及从和向宿主信号中提取和嵌入辅助数据。在一个实施例中，辅助数据涉及应用或装置(比如交互式玩具)的遥控。辅助数据是通过下列手段从宿主信号中提取出来的周期性地(32A-32C)按照预定的第一周期搜索宿主信号的第一部分(33A-33C)来寻找第一水印(34)；并且在检测到第一水印时，搜索宿主信号来寻找第二水印(35)。在各实施例中，可以由水印来传达与要由受遥控装置执行的动作的定时和类型有关的信息。
文档编号G10L19/018GK101558424SQ200780045750
公开日2009年10月14日 申请日期2007年12月5日 优先权日2006年12月11日
发明者A·N·莱马, J·A·海茨马, M·U·塞利克 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司