抗共谋水印的制作方法

专利名称：抗共谋水印的制作方法
抗共谋水印发明领域本发明一般来说适用于数据安全传输领域。特别地，本发明涉及有 效的抗共谋压缩域水印的方法和设置，尤其是涉及修改位流信号来实现 抗共谋位流水印。发明背景在水印系统中，人们面对的现实是黑客可能试图去除水印以获得有 价值的并且未受保护的内容。因而期望设计多种方法来改善水印以抵抗 不同形式的攻击。 一种攻击的形式是所谓的共"^某攻击。它是攻击者得以 访问不只一个加上水印的信号的攻击。有两种类型的共谋攻击，其中攻 击者得以访问1 )具有相同水印的不同信号(典型地发生在类似版权保护的系统中)，以及2)具有不同水印的多个相同信号(典型地发生在电子 内容发布系统中)。第一种类型是相对地直接的。通过使用平均操作，可以估计和最终 去除水印。对这个问题已经有已知的解决方案。例如，就象在 SPIEWorkshop 2004年，San Jose， CA, USA上由Michiel van der Veen, AwekeLemma和Ton Kalker在"Watermarking and Fingerprinting for Electronic Music Delivery"中描述的方法，可以-故用于在信号中嵌入 依赖内容的水印从而使得通过简单平均难以估计水印。然而对于第二种类型的共谋攻击，不能使用依赖内容的水印的解决 方案，并且简单平均将消除水印能量。针对这种共谋威胁已经提出了几 种解决方案。例如，美国专利第6， 145, 081公开了一种基于相位调制的 方法。其思想是修改被标记了水印的信号的相位，以使得平均主信号 (HOST)将产生主信号本身的一个被降低的版本。以这种方式设计相位 调制即发生相位取消，并且引入干扰伪像。该专利提供在基带域内设 计出的两种解决方案。虽然美国专利第6, 145， 081的概念是直接的，但 是当应用于位流信号时，该方法的缺点就变得明显。这种解决方案将要 求解码信号，然后相位调制，然后嵌入水印，然后再编码信号。针对共谋攻击的一种不同的解决方案在美国专利第5， 664， 018,皮提出。该解决方案基于基线(参考)水印的随机化。该思想是将足够的相 似冗余度放入不同的水印信号，从而至少部分水印可免于共谋攻击。这 种方法的一个问题是，由于传播冗余信息所必须的额外空间，在有效负载能力方面的不利结果。在一些应用中，例如电子音乐发行(EMD),在 有效负载能力方面的不利结果是不能接受的。这种方法的另一个问题是, 在共谋攻击期间，有效负载的唯一性丟失，即有效负载不能再被唯一识 别。例如对于取证跟踪的应用，这是一个主要缺点。另一个提出的方法将嵌入的信号分离为所谓的私有水印和全局水 印，其中的每一个具有其自己的有效负载。在平均以后，私有水印能量 减少，但是全局水印保持完整。这种解决方案的一个潜在的缺点是有效 负载能力的下降。并且，当使用具有私有和全局水印的这种方法时，有 效负载的唯一性在共谋攻击以后丢失。另一种直接指向位流内容的解决方案被提出，同样申请人在2005年 4月13日提出的未公布的欧洲专利申请05102889. 2 (申请人的档案号为 第PHNL050272 )，并引入在此作为参考。该方法发现了 一种通过扭J亍部 分解码和编码的有效相位调制来嵌入共谋保护的水印的有效方式。在 PHNL050272的发明的一特定实现中，位流数据经过部分解码和所谓的 IMDCT (反修正离散余弦变换)/MDCT (修正离散余弦变换)变换。但是， 内容的变换可以在应用中,皮禁止，其中需要快速的位流到位流的处理。 这是在水印嵌入已经在位流的创建之前发生，或嵌入在位流域完全地进 行时的情况。因此，在PHNL050272中描述的方法在需要快速的位流水印 嵌入的应用中并不完全有效，例如，在下载期间即时地嵌入水印或者需 要在廉价用户设备上加上客户端位流水印的取证跟踪应用。因此，嵌入的抗共谋水印的改进方法将是有利的，尤其是允许共谋 保护的方法和系统是有利的，其无需影响水印信号的有效负载能力，并 且不需要部分解码，例如IMDCT-MDCT级联变换。发明概述因此，根据所附的专利权利要求，本发明优选通过提供有效地提供 抗共谋压缩域水印的设备、方法和计算机可读介质，来寻求单独地或组 合地减轻，缓和或者消除一个或多个上述提及的技术缺陷及不足，并且 至少部分地解决至少上述提及的问题。根据本发明的一般解决方案提供了一个修改位流信号来产生抗共谋 位流水印的框架。根据本发明的情况，公开了修改位流信号来实现抗共 i某位流水印的方法、系统和计算才几可读介质。因此，根据本发明的一个方面，提供了一种方法，用于修改位流信号来实现其抗共谋位流水印。该方法包括将所述位流信号的位流频谱 信号划分为第一信号和第二信号；将第一信号乘以第一修改信号，并且 输出第一已修改信号；在所述第二信号上执行变换操作，以获得变换的 第二信号；将所述变换的第二信号乘以第二修改信号，并且输出修改的 第二信号；以及从所述第一已修改信号减去所述第二已修改信号，并且 输出已修改的位流频谱信号，其适于获得所述位流信号的修改的位流信—弓—因此，根据本发明的一个方面，提供了一种系统，用于修改位流信 号来实现其抗共谋位流水印。该系统包括用于将所述位流信号的位流 频"i普信号划分为第一信号和第二信号的装置；用于将第一信号乘以第一 修改信号并输出第一已修改信号的装置；用于在所述第二信号上执行变 换操作，以获得变换的第二信号的装置；用于将所述变换的第二信号乘 以第二修改信号，并且输出第二已修改信号的装置；以及用于从所述第一已修改信号减去所述第二已修改信号并输出已修改的位流频谱信号， 其适于获得所述位流信号的修改的位流信号的装置。因此，根据本发明的更进一步的方面，提供了一种计算机可读介质， 其中嵌入了计算机程序，其能够由计算机处理，能够用于修改位流信号 来产生其抗共谋位流水印。该计算机程序包括第一代码段，用于将所 述位流信号的位流频谱信号划分为第一信号和第二信号；第二代码段， 用于将第一信号乘以第一修改信号，并且输出第一已修改信号；第三代 码段，用于在所述第二信号上执行变换操作，以获得变换的第二信号； 第四代码段，用于将所述变换的第二信号乘以第二修改信号并输出第二已修改信号；以及第五代码段，用于从所述第一已修改信号减去所述第 二已修改信号并输出已修改的位流频谱信号，其适于获得所述位流信号 的修改的位流信号。本发明具有至少超过现有技术的优点，其提供了对已编码内容应用 抗共谋属性的有效方式。另一优点是通过消除(至少部分)对解码和编码的需求而显著降低系统的复杂性。 附图的简要说明本发明的这些和其他方面、特点和优点是明显的，并且#4居下面本 发明的实施例的描述阐明，将参照附图描述，

图1是根据本发明的一实施例用于提供水印已先验嵌入在位流中的共谋保护的系统的示意图；图2是根据本发明的一实施例用于提供水印嵌入在位流中的共谋保护的系统的示意图；图3是根据本发明的一实施例位流修改单元的示意图；图4是根据本发明的一实施例说明位流修改单元的操作的流程图；并且图5是根据本发明的一实施例提供共谋保护的计算机可读介质的示意图。实施例的描述以下描述将集中于本发明的实施例，可适用对高级音频编码(AAC) 音频压缩格式信号。但是应当意识到本发明并不限制于这种应用，而是 还可以应用于其他压缩格式，MPEG视频，丽V或者MP3音频等等。因此， 本发明适用于许多出现的应用，例如具有集成的水印解决方案的电子音 乐发布、视频点播系统、p2p文件共享服务等等。发明的基本思想是产生位流修改信号，以使得平均已解码的位流修 改信号将不可避免地导致相位失真和感知退化。公开了一种位流方法， 用于防止对已经标记了水印的位流信号或已经嵌入在位流域中的信号的 共谋攻击。这两种思想在图1-2中示意说明。图1说明了用于提供水印被先验嵌入的共谋保护的系统100。以已知 的方式使用位流水印嵌入器单元101,水印被嵌入到输入位流信号bx。然 后被标记了水印的位流信号K被位流修改单元103修改，以产生标记了 水印的抗共谋位流信号by。位流修改单元103的操作将在下面参照图3-4 ^敗更详细的解释。图2说明了用于提供在位流修改之后在位流中嵌入水印信号的共谋 保护的系统200。 一输入位流信号bx被位流修改单元201第一修改为修改的位流信号b^。随后， 一水印被位流水印嵌入器203嵌入修改的位流 信号K,以生成标记了水印的抗共谋位流信号by。位流修改单元201或 位流修改单元103的操作分别由控制信号205或105控制。所述防止共谋的方法基于产生相位修改(明文)信号，以使得对 它们进行平均将导致相位畸变和感知降低，因此使得该内容没有用处。 根据本发明，相位调制完全在位流域内实现，从而为了消除水印而共谋 源自如此修改的位流信号的多个明文内容的任何企图将产生高度降低的 内容。根据本发明的 一 个实施例，下面的数学操作表示了在变换域中执行 的特定修改，从而获得抗共谋属性。因此，重要的是注意到信号相位足 够緩慢变化，从而引入的延迟在给定DCT帧内被假设为恒定。具体地说， 考虑帧时域信号x[n]。其MDCT由下面给出其中n=0，……，N-1，并且k=0,-1。其中f [n]是具有某些要求属性的窗口函数。例如，下面表示的正弦函数满足这些属性:f[n]= sin,w、 兀一、^(2)现在假设MDCT被用于相位修改信号x [n- t ]，而不是x [n]。则方程 (1)变为"=0W-
f 7C f AT、 ^2(3)现在，使用变量的变化，即，n-T=m,获得方程(4)W十lXT[k]= ^ /[w+T]4m]cos71=0、2AT、2 f、2(4)更详细地通过应用恒等式cos (x+y) =cos (x) cos (y) -sin (x) sin 获得下面的等价表达<formula>formula see original document page 10</formula>
(5)其中k的取值范围表示在方程(4)中。注意到方程式(5)右边的 第一项的第二部分与X[k]相同，并且第二项的第二部分等于H(X[k]), 其中HO代表赫伯特变换。因此，方程(5)可以被简化为<formula>formula see original document page 10</formula>这表明在时间域的修改是在离散余弦变换(DCT)域中乘法与赫伯特 变换的结合。实现修改的方式在图3-4中说明。图3表示了位流修改单 元300,包括信号分解器301，乘法单元303, 307，赫伯特变换单元305 和减法单元309。图3也表示了输入位流输入信号bx与位流频谱信号X [k] 如何相关。信号bx在解析器321中进行处理，并且产生的解析位流信号 322传送给多路分解单元(DeMUX) 323，其中来自被解析信号322的标题 和相关旁信息(side information) 324被提取，并且剩余的信号是输入 位流频谱信号X [k]。位流修改300单元的操作将参照图4进行解释。在 步骤401中，输入到位流修改单元300的输入位流频谱信号X[k](频谱 数据)被分解器301分解成第一信号302和第二信号304。然后在步骤 403中，在乘法单元303中第一信号302乘以第一修改信号306，从而获 得第一已修改信号314。在该特定实施例中，其中AAC位流被考虑，第一cos修改信号306为<formula>formula see original document page 10</formula>第二信号304被发送至变换单元305。在该特定实施例中，AAC位流 被考虑，在步骤405中，该变换单元305对第二信号执行赫伯特变换操 作。然后，变换的信号308 ^皮发送至乘法单元307。在步骤407中，该乘法单元307将变换的信号308乘以第二修改信号310,从而获得第二已修 改信号312。在该特定实施例中，AAC位流被考虑，第二修改信号310为sin,兀 、 、7V 乂然后，在步骤409中，第二已修改信号312在减法单元309中从第 一已修改信号314中减去，以产生抗共谋位流频谱信号X' [k],从位流修 改300单元输出。然后，该抗共谋位流频镨信号X' [k]在多路复用单元 (MUX) 325中被标题信息324多路复用，沿着打包单元327传送，产生 修改的抗共谋位流信号b\。根据一些实施例，该修改的抗共谋位流信号 b、或者等于标记了水印的抗共谋位流信号by (见图1),或者等于标记 了水印的修改的位流信号b (图2 )，从而给出标记了水印的抗共谋位流 信号b"根据图5的本发明的另一个实施例，示意地表示了计算机可读介质。 该计算机可读介质500已经嵌入了计算机程序510，由计算机513处理， 用于在设备的介质信号中嵌入水印。计算机程序510包括第一代码段 514 ，用于将所述位流信号的位流频谱信号划分为第 一信号和第二信号； 第二代码段515，用于将第一信号乘以第一修改信号，并且输出第一已修 改信号；第三代码段516,用于在所述第二信号上执行变换操作，以获得 变换的第二信号；第四代码段517,用于将所述变换的第二信号乘以第二 修改信号并输出第二已修改信号；以及第五代码段518,用于从所述第一 已修改信号减去所述第二已修改信号并输出一个修改的位流频谱信号。发明可能以任何适当的形式包括硬件，软件，固件或者这些的任何 结合实现。不过，本发明优选作为在一台或更多数据处理器和/或数字信 号处理器上运行的计算机软件实现。本发明实施例中的元件和组件可以 任何适当的方式物理地，功能性地以及逻辑地实现。实际上，功能性可 以由单个的单元，多个单元或其他功能单元的部分来实现。因此，本发 明可以由单个单元来实现，或者分布在不同的单元和处理器之间物理地 或功能性地实现。尽管本发明已经通过参照上述的特定实施例描述，但是其并不限于 此中阐述特定形式。相反，本发明只通过附加的权利要求限定，上述特定的实施例之外的实施例等同地可能包含在要求的权利要求范围之内， 例如与上述描述的不同的分布系统。在权利要求中，术语"包括"不排除其他元件或步骤的实现。而 且，尽管分别列举了，但是多个装置、元件或方法步骤也可能由单个 单元或者处理器实现。另外，尽管独立的特征可能包括在不同的权利 要求里，它们也可能被更好地组合，并且在不同的权利要求中的包括 没有表明特征的组合是不合适的或者不好的。另外，单数的参考标记 并不排除多个。术语"一，，，"一个，，，"第一，，，"第二，，等等不 排除多个的情况。权利要求中的参考符号仅仅作为澄清示例来提供， 并且应当不被解释为对权利要求的范围任何形式的限制。
权利要求
1.一种修改位流信号bx来实现其抗共谋位流水印的方法，所述方法包括将所述位流信号bx的位流频谱信号X[k]划分为第一信号(302)和第二信号(304)；将第一信号(302)乘以第一修改信号(306)，并且输出第一已修改信号(314)；在所述第二信号(304)上执行变换操作，以获得变换的第二信号(308)；将所述变换的第二信号(308)乘以第二修改信号(310)，并且输出第二已修改信号(312)；从所述第一已修改信号(314)减去所述第二已修改信号(312)并输出修改的位流频谱信号X′[k]，其适合于获得所述位流信号bx的修改的位流信号b′x。
2. 根据权利要求1的方法，其中所述变换操作是赫伯特变换操作。
3. 根据权利要求1的方法，其中所述第一修改信号(306 )为
4.根据权利要求1的方法，其中所述第二修改信号(310)为
5. 根据权利要求1的方法，其中利用位流水印技术所述频谱信号X[k] 被先验地标记了水印，其中所述修改的位流频谱信号X' [k]以及所述修改 的位流信号b、为标记了水印的抗共谋位流信号by。
6. 根据权利要求1的方法，进一步包括利用位流水印技术在所述修改的位流频谱信号X' [k]的所述修改的 位流信号1/ x上标记水印，产生标记了水印的抗共i某位流信号by。
7. —种修改位流信号bx来实现其抗共谋位流水印的系统(300 ),包括用于将所述位流信号bx的位流频谱信号X [k]划分为第一信号(302 ) 和第二信号(304 )的装置(301 );用于将第一信号(302 )乘以第一修改信号(306 ),并且输出修改的 第一信号(314)的装置(303 );用于在所述第二信号(304 )上执行变换操作，以获得变换的第二信 号(308 )的装置(305 );用于将所述变换的第二信号(308 )乘以第二修改信号(310),并且 输出第二已修改信号(312)的装置(307 );用于从所述第一已修改信号(314)减去所述第二已修改信号(312) 并输出修改的位流频谱信号X' [k],其适合于获得所述位流信号b,的修 改的位流信号b、的装置(309 )。
8. 根据权利要求7的系统，进一步包括用于在位流频谱信号被划分之前对位流信号bx标记水印的装置(101， 203 )。
9. 根据权利要求7的系统，进一步包括用于将所述修改的位流频谱信号X' [k]的所述修改的位流信号b' j示 记水印的装置(305 )。
10. —种计算机可读媒介(500 ),其上嵌入了计算机程序(510), 由计算机(513)处理，用于修改位流信号b,来实现其抗共谋位流水印， 该计算机程序(510)包括第一代码段(514),用于将所述位流信号bx的位流频谱信号X[k]划 分为第一信号和第二信号；第二代码段(515)，用于将第一信号乘以第一修改信号，并且输出 第一已修改信号；第三代码段(516),用于在所述第二信号上执行变换操作，以获得 变换的第二信号；第四代码段(517),用于将所述变换的第二信号乘以第二修改信号, 并且输出第二已修改信号；第五代码段(518),用于从所述第一已修改信号减去所述第二已修 改信号并输出修改的位流频谱信号X' [k],其适于获得所述位流信号bx 的修改的位流信号b\。
11.根据权利要求1-6的方法在电子音乐发布系统中的应用。
全文摘要
一种修改位流信号来实现其抗共谋位流水印的方法和系统。该方法包括将所述位流信号b_x的位流频谱信号X[k]划分为第一信号(302)和第二信号(304)；将第一信号(302)乘以第一修改信号(306)，并且输出第一已修改信号(314)；在所述第二信号(304)上执行变换操作，以获得变换的第二信号(308)；将所述变换的第二信号(308)乘以第二修改信号(310)，并且输出第二已修改信号(312)；从所述第一已修改信号(314)减去所述第二已修改信号(312)，并且输出修改的位流频谱信号X′[k]，其适于获得所述位流信号b_x的修改的位流信号b′_x。这便提供了一个对已编码内容应用抗共谋属性的有效方式。
文档编号G06T1/00GK101263525SQ200680033859
公开日2008年9月10日 申请日期2006年9月12日 优先权日2005年9月16日
发明者A·N·莱马, M·范德维恩 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司