专利名称：复合视频解码器和水印创建器的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字媒体内容保护，尤其涉及在解码过程中用感觉适应水印信号给数字视频数据加上水印的方法。
背景技术：
数字媒体数据内容保护是内容提供商面临的非常重要问题。当前内容保护是在只有授权用户才有密钥来解密加密数字媒体数据内容的假设下，依靠加密来保护数字媒体数据内容。但是，这不能防止用户从用户设备中取得未加密和未压缩信号和重新编码它加以非法传播。如果出现数字媒体数据内容被非法复制，内容拥有者希望能够识别出责任方。
用在数字媒体产业中的一种版权保护方法是给编码数字媒体信号(例如，视频和/或音频信号)加上水印。水印是嵌在数字媒体信号的位流中的数字代码，它通常指示版权拥有者的身份。在广播之前给编码数字媒体信号加上水印使内容拥有者可以识别他们自己的内容，但不能提供有关视频解码器用于非法复制数字媒体数据内容的信息。
将水印加在消费者视频解码器系统上使得用在非法复制中的消费者视频解码器可以被识别出来，但是，这样的系统需要大量计算，尤其当添加感觉适应水印信号时。因此，希望有一种含有加上感觉适应水印信号的加水印功能的改进视频解码器系统。
发明内容
根据本发明的一个方面，公开了在视频解码器系统中给数字媒体数据加上水印的方法，其中，将水印创建功能与视频解码器结合在一起，和水印创建功能利用媒体数据内容的压缩域(即，压缩位流)数据创建用于在解压和解码数字媒体数据之后，给它加上水印的感觉适应水印信号。
根据本发明一个方面的数字视频信号解码器系统包括标准数字视频解码部件熵解码器，用于接收压缩编码数字视频信号和将编码信号可变长度解码成解码位流；逆量化器，用于逆量化解码位流；块逆变换解码器，用于将逆量化的解码数字视频信号变换成像素信息；运动补偿器，用于从块逆变换解码器接收像素信息和提供运动补偿数据流；和加法器，用于相加像素信息和运动补偿数据流。根据本发明一个方面的视频解码器系统包括还包括水印插入器，用于接收至少一段压缩域信息和生成嵌入从视频解码器系统输出的解压解码视频信号中的感觉适应水印信号。感觉适应水印信号的强度是从至少一段压缩域信息中导出的。至少一段压缩域信息可从熵编码器、逆量化器、或加法器中提取。
可以将水印创建功能加入视频解码器系统中，譬如，数字机顶盒或DVD播放器中的视频解码器系统中。可以将水印创建功能与利用诸如，MPEG-1/2/4、JVT/H.264/MPEG AVC、或H.263之类，使用变换编码的视频压缩标准的任何视频解码系统结合在一起。
通过结合附图，对本发明的示范性实施例作如下详细描述，可以更好地理解本发明，在附图中图1是传统视频解码器的示意性表示；和图2是根据本发明实施例的视频解码器的示意性表示。
具体实施例方式
为了便于与本发明比较，首先描述如图1所示的标准视频解码系统。压缩编码输入信号21经视频解码系统100接收，进入熵解码器102(例如，Huffman(霍夫曼)解码器)，熵解码器102将编码输入信号21解码成解码位流22。然后，解码位流22被逆量化器104逆量化成逆量化代码24。块逆变换解码器106以固定或可变大小的块为单位，例如，以8×8个像素为单位从频域到空间域地将逆量化代码24变换成像素信息26。在某些应用中，编码输入数据21可以首先由解密单元130解密。
该系统还包括运动补偿器112，用于从参考画面存储器110接收参考画面(I-画面或B-画面)和生成返回到加法器108的运动补偿预测画面36。如有需要，加法器108将来自块逆变换解码器106的像素信息26加入来自运动补偿器112的预测画面36中。加法器108的输出是解码画面的像素。然后，可以将来自加法器108的所得输出信号40存储在存储单元(未示出)中或输出到显示单元(未示出)。
根据本发明实施例的视频解码系统200例示在图2中。视频解码系统200包括标准解码功能单元熵解码器202；逆量化器204、块逆变换解码器206；参考画面存储器210；运动补偿器212；和加法器208。压缩编码输入信号251经视频解码系统200接收，进入将编码输入信号251可变长度解码成解码位流252的熵解码器202。然后，解码位流252被逆量化器204逆量化成逆量化代码254。块逆变换解码器206以固定或可变大小的块为单位，例如，以8×8个像素为单位从频域到空间域地将逆量化代码254变换成像素信息256。在某些应用中，编码输入数据251可以首先由解密单元230解密。运动补偿器212从参考画面存储器210接收参考画面(即，MPEG-1或MPEG-2的I-画面或P-画面)和生成返回到加法器208的运动补偿预测画面236。如有需要，加法器208将来自块逆变换解码器206的像素信息256加入来自运动补偿器212的运动补偿预测画面236中。加法器208的输出是解码画面的像素。然后，可以将来自加法器208的所得输出信号258存储在存储单元(未示出)中或输出到诸如显示单元(未示出)或视频解码器(未示出)之类的下一个目的地。
除了这些标准解码单元之外，本发明的视频解码系统200包括水印信号插入器，水印信号插入器包含水印信号发生器300、水印信号存储单元310(例如，诸如RAM(随机访问存储器)器件之类的存储单元)、和水印加入器312。水印信号发生器300将唯一标识符信息358变换成水印信号360，以便由水印加入器312插入视频输出信号258中。唯一标识符信息358通常是有助于识别加水印视频输出信号259的内容、有关它的版权所有权、版权许可范围、和版权被许可人等的信息。唯一标识符信息358还可以包括诸如指定给视频解码器系统200的唯一标识或序号之类、标识特定视频解码器系统200的设备特有指示符。
水印信号发生器300与解码单元，即，熵解码器202、逆量化器204、加法器208链接，并且可以从这些链接解码单元的任何一个或全部三个接收压缩域信息。水印信号发生器300使用压缩域信息来优化它生成的水印信号的强度，以便使它们在感觉上与视频解码器系统200解码的视频信号相适应。
例如，从熵解码器202提取的压缩域信息可以是位流中的数据块的编码(非零)变换系数的个数的计数。水印信号发生器300可以使用这个信息来优化可以插入空间域中的解压解码输出信号258中的水印信号360的强度。编码系数的个数越多表示块的活动度越高，表示可以将较高强度的水印信号360插入解压解码输出信号258中的相应块中。水印信号的强度与块的活动度成正比。
从逆量化器204提取的压缩域信息可以是逆量化代码的非DC(直流)变换系数的值。水印信号发生器300可以相加非DC变换系数的绝对值或非DC变换系数的平方。和值越大表示块的活动度越高，表示可以将较高强度的水印信号插入解压解码输出信号258中的相应块中。换句话说，水印信号的强度与块的活动度成正比。
从加法器208提取的压缩域信息可以是数据块的绝对亮度DC值。数据块的绝对亮度DC值可以通过将编码在位流中的亮度变化量DC值加入亮度DC预测值中，从视频解码过程中导出。较高的亮度值表示可以插入较高强度的水印信号。可选地，两个相邻数据块之间的亮度DC值的差值可以用于优化水印信号的强度。如果数据块的亮度DC值和它相邻数据块的亮度DC值之间的差值大，可以将较高强度的水印信号插入那个数据块中。因此，水印信号的强度可以与数据块和它相邻块的亮度值之间的差值成正比。
在本发明的另一个实施例中，可以根据块的变换系数和系数的感觉松驰度将局部感觉适应水印信号分别应用于那个块的每个变换系数。诸如与特定块的特定系数有关的最小可辨差异(JND)值之类的人体视觉系统特性可以用于计算各个系数的松驰度，因此，计算它的相应水印信号强度。活动量和亮度值也可以用于调整应用于各个变换系数的水印信号的强度。视频解码器的逆变换功能可以用于将变换域水印信号转换到空间域。在又一个实施例中，如果在压缩处理中，例如，在MPEG4-AVC视频标准下应用块分解滤波，用于特定块转变的块分解滤波强度可以用于选择局部适应水印信号强度。块分解滤波强度较高的块能够适应较高强度的水印信号。
水印信号发生器300可以使用分别来自熵解码器202、逆量化器204、和加法器208的压缩域信息352、354、和356的一个或多个，以获得所需感觉适应加水印结果。
可以将水印信号360存储在水印信号存储单元310中，和使它可供加法器312使用，以便插入视频输出信号258中。可以将所得加水印视频信号259发送到显示器(未示出)、视频编码器(未示出)或视频记录器(未示出)。最好，加水印视频信号259只是使其适合作为视频解码系统200的输出的输出信号，以保证给从视频解码系统200记录的任何视频数据都加上水印，阻止视频信号的内容的任何版本侵权。
在上面所讨论的本发明的实施例中，在视频信号解码过程中同时生成感觉适应水印信号。可选地，可以生成可变长度的几个水印信号和将它们存储在水印信号存储单元310中，并且，可以根据从上面所讨论的各自解码单元中提取的压缩域信息选择适度长度的水印信号。例如，利用从熵编码器202提取的压缩域信息，可以将数据块的编码(非零)变换系数的个数与几个阈值相比较，确定几个预存水印信号的哪一个适合于那个数据块。较高的阈值对应于数据块的较高活动度，导致较高强度的水印信号被应用于较高活动度的块。对于内部、中间、和双向或双预测编码块，阈值可以不同。
在本发明的另一个实施例中，预存水印信号可以使用不均衡地应用于编码变换系数的扩频技术。例如，可以根据块的绝对亮度DC值与几个阈值的比较，选择几个预存水印信号之一。在本发明的另一个实施例中，在联合阈值判断方法中可以将活动度(用编码变换系数的个数表示)和亮度DC值结合在一起，以便从预存水印信号中作出选择。
在上面所讨论的本发明的实施例中，在视频解码过程中同时地重新生成或从几个预存水印信号中选择水印信号，然后，随着视频解码器200将输出信号258发送到可以是显示器(未示出)或诸如录像机(未示出)之类的其它视频处理设备的下一个目的地，将它们插入视频解码器200的输出信号258中。根据本发明的另一个方面，可以将为参考画面同时生成的水印信号360存储在水印信号存储单元310中，然后，随着视频输出信号被发送到下一个目的地，将它们插入视频输出信号258中。由于在空间域中存储水印信号，水印信号存储单元310可能需要附加容量。如果使用的视频压缩标准允许不同的画面显示和编码顺序，例如，使用B-画面，必须为每个参考画面存储空间域水印信号。视频解码器要求存储供在后面编码画面的解码过程中形成预测之用的没有加水印的解码参考画面。诸如RAM器件或硬盘驱动器之类的适当存储器件可以为这个目的创造条件。当在解码其它画面之前显示特定解码画面时，将利用来自解码过程的压缩域信息生成的水印信号存储在水印信号存储单元310。在显示之前，将水印信号加入解码画面中。
根据本发明的又一个方面，取代存储空间域水印信号，可以存储用于为参考画面生成水印信号的信息。然后，当准备发送视频输出信号258时，可以生成水印信号和将它们插入视频输出信号258中。由于用于生成水印信号的信息的数据量小于空间域水印信号的数据量，这将降低水印信号的存储容量要求。
本发明的解码器系统可以作为分离单元(例如，机顶盒)包括在独立系统中。可选地，也可以将解码器系统与电视机、计算机、DVD播放器、或其它视频设备整合在一起。
虽然上面参照本发明的实施例已经对本发明作了描述，但是，可以在不偏离本发明精神的情况下作出各种各样的改进和改变。于是，所有这样的改进和改变都被认为在所附权利要求书的范围之内。
权利要求
1.一种数字视频信号解码系统，包括视频信号解码器，用于在生成至少一段压缩域信息期间解码压缩编码数字视频信号；和水印插入器，用于生成其强度是从至少一段压缩域信息中导出的水印信号。
2.根据权利要求1所述的数字视频信号解码系统，其中，视频信号解码器包括熵解码器，用于接收压缩编码数字视频信号和提供它的解码位流；逆量化器，用于将来自熵解码器的解码数据逆量化成逆量化代码；块逆变换解码器，用于将逆量化代码变换成像素信息；运动补偿器，用于从块逆变换解码器接收像素信息和提供运动补偿预测画面数据流；和加法器，用于将运动补偿预测画面数据流和像素信息相加成解压解码视频输出信号。
3.根据权利要求1所述的数字视频信号解码系统，其中，水印插入器包括水印信号发生器，用于创建水印信号；和加入器，用于将数个预生成水印信号之一加入数字视频信号解码器系统的解压解码视频输出中。
4.根据权利要求1所述的数字视频信号解码系统，其中，水印插入器包括水印信号发生器，用于创建水印信号；存储单元，用于存储数个预生成水印信号；和加入器，用于将数个预生成水印信号之一加入数字视频信号解码器系统的解压解码视频输出中。
5.根据权利要求2所述的数字视频信号解码系统，其中，至少一段压缩域信息由熵解码器提供。
6.根据权利要求5所述的数字视频信号解码系统，其中，至少一段压缩域信息是解码位流数据块中的编码变换系数的个数的计数。
7.根据权利要求2所述的数字视频信号解码系统，其中，至少一段压缩域信息由逆量化器提供。
8.根据权利要求7所述的数字视频信号解码系统，其中，至少一段压缩域信息是逆量化代码中的非DC变换系数的值。
9.根据权利要求2所述的数字视频信号解码系统，其中，至少一段压缩域信息由加法器的输出端提供。
10.根据权利要求9所述的数字视频信号解码系统，其中，至少一段压缩域信息是像素信息中的数据块的绝对亮度DC值。
11.根据权利要求2所述的数字视频信号解码系统，其中，水印信号包含唯一标识符信息。
12.根据权利要求11所述的数字视频信号解码系统，其中，唯一标识符信息包括有关与数字视频信号的内容相联系的版本许可的信息。
13.根据权利要求11所述的数字视频信号解码系统，其中，唯一标识符信息包括标识特定视频解码器系统的设备特有指示符。
14.根据权利要求1所述的数字视频信号解码系统，其中，压缩编码数字视频信号是利用从包括MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、JVT、H.264、MPEG AVC或H.263的一组标准中选择的视频压缩标准压缩的。
15.一种给数字视频信号加上水印的方法，包括在生成至少一段压缩域信息期间将压缩编码数字视频信号解码成解压解码视频输出；生成其强度是从至少一段压缩域信息中导出的水印信号；和将水印信号加入解压解码视频输出中。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，生成水印信号的步骤包括在水印信号发生器上接收至少一段压缩域信息；和根据至少一段压缩域信息的所选特性确定要生成的水印信号的强度。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，解码压缩编码数字视频信号的步骤包括在熵解码器上接收压缩编码数字视频信号和提供它的解码位流；和至少一段压缩域信息是解码位流数据块中的编码变换系数的个数的计数。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，解码压缩编码数字视频信号的步骤包括在熵解码器上接收压缩编码数字视频信号和提供它的解码位流；和至少一段压缩域信息是解码位流数据块中的编码变换系数的感觉松驰度。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，解码压缩编码数字视频信号的步骤包括在熵解码器上接收压缩编码数字视频信号和提供它的解码位流；和将解码位流逆量化成逆量化代码；和至少一段压缩域信息是逆量化代码中的非DC变换系数的值。
20.根据权利要求15所述的方法，其中，解码压缩编码数字视频信号的步骤包括在熵解码器上接收压缩编码数字视频信号和提供它的解码位流；将解码位流逆量化成逆量化代码；和将逆量化代码变换成像素信息；和至少一段压缩域信息是像素信息中的数据块的绝对亮度DC值。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，至少一段压缩域信息是数据块与它的相邻数据块之间的亮度DC值的差值。
22.根据权利要求15所述的方法，其中，将压缩编码数字视频信号解码成解压解码视频输出的步骤包括生成供形成后面编码画面的预测之用的参考画面；和将水印信号存储在第一存储单元中和将参考画面存储在第二存储单元中，其中，将水印信号加入解压解码视频输出中的步骤包括从第一存储单元中检索存储的水印信号。
23.根据权利要求15所述的方法，其中，水印信号包含唯一标识符信息。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，唯一标识符信息包括有关与数字视频信号的内容相联系的版本许可的信息。
25.根据权利要求23所述的方法，其中，唯一标识符信息包括标识特定视频解码器系统的设备特有指示符。
26.根据权利要求15所述的方法，其中，压缩数字视频信号是利用应用块分解滤波的压缩过程压缩的，和至少一段压缩域信息是特定块转变的块分解滤波强度。
27.一种给数字视频信号加上水印的方法，包括生成数个水印信号，每个水印信号具有不同强度；将数个水印信号存储在存储单元中；在生成至少一段压缩域信息期间将压缩编码数字视频信号解码成解压解码视频输出；根据至少一段压缩域信息，从存储在存储单元中数个水印信号中选择一个水印信号；和将所选水印信号加入解压解码视频输出中。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，水印信号包含唯一标识符信息。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，唯一标识符信息包括有关与数字视频信号的内容相联系的版本许可的信息。
30.根据权利要求28所述的方法，其中，唯一标识符信息包括标识特定视频解码器系统的设备特有指示符。
全文摘要
一种将水印信号插入解码视频画面中的方法和设备，其中，将水印创建功能与视频解码器结合在一起，并且水印创建功能利用压缩域信息创建感觉适应水印信号。
文档编号G06T1/00GK1689037SQ03823936
公开日2005年10月26日 申请日期2003年8月19日 优先权日2002年8月21日
发明者张俊彪, 库马·拉马斯瓦米, 李军, 吉尔·M·博伊斯 申请人:汤姆森特许公司