水印检测的制作方法

专利名称：水印检测的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于检测信息信号(例如MPEG压缩视频信号)中的水印的方法和装置。本发明还涉及一种用于将水印检测器接口到通信总线的接口电路，可能加水印的信息信号经该总线从一个设备传送到另一个设备，例如连接DVD驱动器到PC的IDE/ATAPI总线。
背景技术：
加水印是证明(数字)信息内容所有权的技术。通过不被察觉地将水印隐藏在内容中，能够防止对该内容的盗印和非法使用。典型的应用包括数字音频和视频的复制保护。
现有技术的加水印系统的例子在国际专利申请WO-A-99/45707中公开。现有技术的方法涉及对运动视频信号加水印。水印(秘密的伪随机噪声序列)在空间信号域中被加入内容。因为复杂性的原因，相同的水印嵌入视频信号的每个图像(域或帧)。为了进一步减少复杂性，用小的水印图案平铺于图像上。典型的瓦片(tile)尺寸是128*128像素。在检测侧，将多个图像的瓦片调入128*128的缓冲器。通过将缓冲器内容和伪随机噪声序列相关来执行检测。如果相关超过给定阈值，则认为存在水印。
已经开发水印检测器来检测MPEG2压缩视频信号中的水印。已经将它们设计为处理高达给定比特率(例如100M比特/秒)的实时MPEG2比特流。虽然该速率大于实时视频信号的典型数据率，但是还远不足以处理目前在其中视频信号经IDE/ATAPI接口以超过500M比特/秒的速度从CD或DVD驱动器读取(和在其上记录)的个人计算机中出现的数据率。

发明内容
本发明的目的是提供一种使用以较低速度运行的水印检测器检测经高速接口总线从一个设备传送到另一个设备的信息信号中的水印的方法。
这是通过在所附权利要求、说明书和相应附图中限定的方法和装置实现的。
本发明特别应用于按照其中一个MPEG视频压缩标准压缩的视频信号中的水印检测。在所述标准中，图像的各部分由所谓的片表示。按照本发明，一些这样的图像部分被滤除(即丢弃)从而降低信号的数据率。本发明建立在对已经去除个别片的MPEG比特流仍然与MPEG标准兼容的认识上。因此，具有降低的数据率的滤波信号仍然能够被MPEG兼容的水印检测器处理。


图1示意性示出了包括PC的系统，该PC具有包括按照本发明的装置的DVD驱动器。
图2是在DVD驱动器中实施的水印检测器的框图。
图3和4是图2所示的水印检测器的更详细的示意图。
图5和6是说明由图2所示的水印检测器执行的过程的流程图。
具体实施例方式
现在将参考配备有数字通用盘(DVD)驱动器的个人计算机(PC)来说明按照本发明的水印检测方法和装置的优选实施例。图1中，参考号1表示DVD驱动器，参考号2表示PC(的剩余部分)。DVD驱动器和PC通过双向IDE/ATAPI通信总线3以常规的方式互连。DVD驱动器1包括传统的电子驱动电路11，用于在微处理器12的控制下控制传送数据到DVD盘13和从DVD盘13传送数据。DVD驱动器还包括水印检测器10，该水印检测器10连接IDE/ATAPI总线3以便监视DVD驱动器和PC之间多媒体内容和控制信号的传送而不干涉该数据的传送。水印检测器10还通过数据通信总线14(例如公知的I2C总线)连接到微处理器12。
按照本发明的优选实施例，水印检测器10是放置在DVD驱动器的印刷电路板上的独立设备。但是，它也可以放置在IDE/ATAPI总线所在的任何位置，例如在PC主板上或在不同类型(例如CD或硬盘)的IDE/ATAPI驱动器内部的位置。还能够将水印检测器集成在已经包含驱动器的IDE/ATAPI接口逻辑的已有芯片中。
在DVD盘上，视频按照MPEG2标准压缩并存储为“DVD节目流”。水印检测器10监视所有经IDE/ATAPI接口传送的数据，并配置为只要遇见该类型的数据就解译DVD节目流。仅视频部分(“视频基本流”)是检测器感兴趣的。视频数据是正被播放还是正被复制没有区别，在这两种情况下都经IDE总线传送。
图2示出了水印检测器10的示意图。检测器的核心是水印检测器芯20，从已经设计为检测高达给定比特率的实时MPEG2比特流中的水印的意义上来说，它是传统的水印检测器。检测器芯20将进一步称为MPEG抗缩放(scale-resistant)水印检测器(MSWD)。假定该检测器芯以每时钟周期1比特的速率运行。即使该检测器芯以高频(如100MHz，在这种情况下能够处理高达100M比特/秒的比特流)运行，也存在IDE数据率会高得多的问题。在UDMA模式中，IDE总线以每秒最大33.33兆16比特数据字(即超过500M比特/秒)来传送数据。
为此，水印检测器10还包括IDE-MSWD接口模块21，连接在“高速”IDE总线3和“低速”检测器芯20之间。其两个主要的功能是(1)处理不同的数据率，和(2)处理不同的时钟域(MSWD可能以例如IDE相关逻辑以外的另一个时钟频率运行)。
如果输入数据率超过MSWD能够处理的量，则水印检测器10的优选实施例通过丢弃一定数量的MPEG2数据来处理不同的数据率。该过程在下文中也称为滤波。选定的方法是，如果在一片的开始处证明数据缓冲器中没有足够的空间来存储完整的片，就丢弃整个MPEG片。如果从流中去除片，就从最开始去除到最末尾的比特。非片数据不被去除。所有这些产生“有效的”MPEG2流，这是最基本的，因为这是检测器芯20能够处理的。“数据缓冲器中没有足够的空间来存储完整的片”的表达方式意味着关于片的最大尺寸有个假定，因为在片的开始处还不知道长度。实践中，4K字节似乎是良好的值。如果在一定时刻，片出现超过假定的最大长度，则进入检测器芯的MPEG流将典型地遭遇可变长度解码误差，它将通过搜索下一有效的MPEG2起始码从可变长度解码误差自动恢复。
当处理不同时钟域时，可以在三个潜在不同的时钟域之间进行区分。这在图3中说明，其中示出了IDE-MSWD接口模块21的更多细节。在一端，有执行DVD数据流抓取的IDE相关逻辑211，在另一端，有执行实际水印检测的MSWD20。在之间，有进行MPEG滤波的逻辑212。通过处理不同时钟率以及不同数据总线宽度的两个先入先出缓冲器(FIFO)213和214分离时钟域。
MPEG滤波部分和MSWD之间的FIFO 214还用于处理有关的不同数据率。因此它必须具有一定的存储容量，优选的是假定的输入片最大尺寸的至少两倍，所以是8K字节或更大。从IDE总线直到该FIFO 214的输入，所有都是以全速运行的，这意味着该FIFO之前的所有逻辑都能够跟上IDE总线上的最大数据率。
IDE总线和MPEG滤波部分之间的FIFO 213可以非常小，因为MPEG滤波部分读取速度比IDE逻辑能够写入的速度快。这部分地通过使MPEG滤波部分每次处理32比特而IDE总线宽度仅16比特来实现。现有的水印检测器芯20具有8比特输入，每8个时钟周期接收1单元。
IDE总线和第一FIFO 213的输入之间的逻辑211具有“抓取”所有经IDE传送的相关数据并将该数据写入FIFO的任务。如果数据来自盘或转到盘则认为它“相关”。所以，例如所有在接收到ATAPI“READ”命令时由驱动器返回的数据以及与“WRITE”命令一起发送的所有数据都被认为是相关的。和例如“INQUIRY”、“REQUEST SENSE”等命令有关的数据应当被丢弃。这对于也经IDE数据总线传送的最低级的IDE开销(命令、控制/状态)是同样的。
重要的是识别所有向盘传送数据或从盘传送数据的命令，以便防止对系统的随便删改。同样重要的是支持所有不同的IDE模式，从“PIO模式0”直至“UDMA模式4”。通常，必须覆盖所有可能的操作模式；例如带或不带中断地操作IDE总线。基本上IDE部分是一个大的状态机。
第二FIFO 214和MSWD检测器芯20之间的可选逻辑(图3中未示出)做的只是只要可能(即在FIFO不为空并且自先前传送以来已经过去至少8个时钟周期时(检测器芯每时钟周期只能处理一个比特))，就向MSWD提供新数据。
两个FIFO 213和214之间的逻辑212具有“滤除”不发送给检测器芯的数据的任务。图4示出了该滤波逻辑块的更详细的示意图。它包括流转换器2121，流转换器2121将“DVD节目流”(DVDPS)转换为“MPEG2视频基本流”(VES)。如果输入没有DVD节目流数据(例如在复制文件时)，则没有输出。它进一步包括片滤波器2122，片滤波器2122能够滤除整个MPEG2片。任何动态需要的时候就这样进行，例如在输出FIFO 214中没有用于另一片的空间的时刻。这样的信息经控制线2123从FIFO传递到模块。在由应用程序(用户)指示这样做时也这样进行，应用程序(用户)可能例如要求从I和/或P和/或B图像中去除所有片，或者去除低于一定垂直位置和/或高于另一个的所有片。这给出精调系统的可能性。这样的指令存储在控制/状态寄存器22中(参见图2)，并经控制线2124传递到片滤波器2122。
去除一定片的指令还能够来自检测器芯20。如果例如检测器芯累积位于屏幕中间附近的固定区域中的数据(进行例如水平比例检测)，则用来自该区域外部的数据填充输出FIFO是没有意义的。之后它将被检测器芯丢弃。在垂直方向上，这通过具有从检测器芯到片滤波器的适当反馈路径来防止。这样的指令经控制线2125传递到片滤波器2122。
在IDE-MSWD接口块内不必执行可变长度解码。这大大降低了复杂性。不利结果是不能在一定水平边界外丢弃宏块。
DVDPS-ES转换器2121输入处的MPEG2组块(chunk)是按长字排列的(长字＝4字节)，因为每个DVD节目流部分以所谓的“包”起始码开始(十六进制00 00 01 BA)。在输出端(视频基本流)，MPEG2组块是按字节排列的。为此，DVDPS-ES转换器结合逻辑进行字节“路由”。对于片滤波器2122也是这样，其中去除整个片(1字节的倍数)。
PS-ES转换器2121通过从输入流去除“包标题(pack header)”和“信息包标题(packet header)”(加任何非DVD节目流数据)来产生视频基本流。除了字节路由之外，该操作非常简单。图5示出了转换过程的流程图。在步骤50，转换器监视接收的节目流以寻找起始码。在步骤51，检查起始码是否为包起始码十六进制00 00 01 BA。只要不是这种情况，转换器返回步骤50。当检测到包起始码时，转换器开始(或可能继续)从节目流中去除所有随后的数据(步骤52)。当找到另外的起始码时(步骤53)，检查(步骤54)所述起始码是否具有识别视频信息包的起始的十六进制值00 00 01 E0。如果是这种情况，转换器读取信息包标题长度(步骤55)，并跳过信息包标题(步骤56)。现在停止去除数据(步骤57)，从而将构成MPEG2基本视频流的数据流的剩余部分传送到片滤波器2122(图4)，直到在步骤50和51检测到新的包起始码为止。
片滤波器2122将一个视频基本流转换为另一个。除了在缓冲器214中没有用于(经控制数据线2123发信号的)另一完整片的足够空间时，在由测器芯20(经控制数据线2125)指明的不需要时，或在由应用程序(经控制数据线2124)要求时，去除整个片的事实之外，输出流等于输入流。数据去除总是以片的第一字节开始，即片起始码的第一字节。数据去除总是以片的最后字节结束，即在以下起始码之一的前面的最后字节图像开始、组开始、序列标题或序列结束。
图6示出了由片滤波器2122执行的操作的流程图。在接收视频基本流时，滤波器等待其中的起始码的出现(步骤60)。在步骤61，检查起始码是否为片起始码(十六进制00 00 01 01)。如果是这种情况，检查FIFO 214中是否有足够的空间用于完整片(步骤62)。在空间不足的情况中，执行步骤63，其中滤波器开始去除包括刚检测到的起始码的随后数据。如果FIFO中有足够空间，但是有下列情况时也执行步骤63-MSWD要求丢弃图像中特定(垂直)位置的任意片(步骤64)，-应用程序要求去除特定位置的片(步骤65)，或-应用程序仅需要来自特定图像类型的片(步骤66)。
如果在步骤62确定FIFO中有用于新片的足够空间，并且MSWD和应用程序都不要求丢弃它(步骤64-66)，则执行步骤67，其中停止去除数据。步骤67因而使将视频基本流传送到输出端的过程重新开始(或可能继续)。
如果在流中找到的起始码是图像起始码(步骤68)、组起始码(步骤69)、序列标题起始码(步骤70)或序列结束起始码(步骤71)，也执行重新开始或继续将流写入FIFO 214的过程的步骤67。一旦开始新的图像，在步骤72确定所述图像的编码类型(I、P、B)。该确定的结果在步骤66中使用。
上述独立方案的主要假定是每时间单位的“微判决”的数目(在检测器芯侧)不必总是跟上复制的速度。在述到更高数据率的一定时刻，MPEG数据将被丢弃并且每时间的微判决的数目不再增加。MSWD检测器芯的时钟频率确定整个水印检测器的(速度)性能。检测器芯每时钟周期处理一个MPEG比特。所以如果要运行在例如80MHz，则最大比特率为80M比特/秒，意味着检测器能够跟上大约8倍的DVD速度(n＝8)。在门计数和存储器尺寸不是问题的情况中，可以有超过一个的MSWD检测器芯。这将允许达到n＝16或更高。每个检测器芯将需要它自己的FIFO。片滤波模块2122将不得不处理数据分布(每次注意哪个FIFO具有用于另一完整片的空间)。
以上段落涉及平均速度。同样很重要的是IDE数据突发内的数据率和这些突发的尺寸。如果突发内的数据率非常高(高于检测器芯)并且突发尺寸非常大(大于可用的缓冲器)，则每次突发一发生，缓冲器就迅速充满，并且剩余数据被丢弃。如果突发之间距离很高，检测器芯在下一突发到来前完成缓冲器的读取。这导致性能的损失(检测器芯不总被占用，而数据仍被丢弃)。所有过程取决于缓冲器的尺寸。如果缓冲器足够大以存储完整的突发，则没有数据浪费。
上述独立方案的另一主要假定是对PC驱动器的访问本来就是连续的，包括视频序列的回放和“正常”复制。如果访问不完全连续，则性能将典型地下降。这种情况中的性能意味着水印可靠性值(不是微判决率)。非连续访问的一个示例是在视频回放期间驱动器被第二应用程序访问的时候。属于两个分离数据流的数据在同一个缓冲器中被检测器芯累积。如果它们都是相等地加水印的视频序列部分，则没有实际问题。检测性能可能在该情况时更高(更小的数据相关性和/或更高的IDE数据率)。如果一个数据流是加水印的视频并且另一数据流是没有加水印的视频，则微判决率可能更高(归因于更高的IDE数据率)，但是可靠性值将更低(归因于更低的相对水印贡献)。如果另一数据流不是DVD节目流，并且因此被丢弃，唯一的影响会是更低的微判决率(可用于视频流的IDE带宽更小)。
在正常的环境中(视频回放/“正常”复制)，应用程序同时需要几个DVD扇区。典型地，ECC块为8扇区或32K字节。该连续数据(几个MPEG片)的量对于检测器芯来说足够进行一些MPEG解译和以后的数据累积，即使在这样的请求在完全不同的请求之前和/或之后时。普通实验显示，通过试图干扰对包含该水即的视频序列的访问来防止偶尔的水印检测是非常困难的。
另一个非连续访问的示例是在应用程序(用户)故意进行单个扇区的随机读取的时候。在这种情况中，独立方案可能间或地检测水印，但是通常性能会很差。为了这种行为，需要不同的结构。非连续访问的结果还可以是(同时)检测到不属于同一视频部分的多个水印。可能对此进行处理的最好方式是按照最“严格的”水印来采取措施。
典型地，对于以什么速度访问一定的加水印的视频序列没有什么区别，只要访问是连续的并且数据没有和其它数据混合。速度越高时可靠性甚至可以提高，因为当丢弃更多片时，就有较少的视频数据相关。较少的视频数据相关意味着更容易检测可能的水印。
属于MSWD检测器芯的算法规范说明了在比例检测期间和实际水印检测期间应当累积多少数据。对于实际水印检测存在不同的情况，这取决于所使用的比例。在所有情况下，要被累积的数据量表示为多个(I和/或P和/或B)图像。对于这里说明的独立方案，这应当被改变，因为多个图像对于累积的数据量不再能说明任何问题。例如在以高于MSWD检测器芯能够处理的数据率四倍的数据率进行复制期间，该检测器芯输入处的典型图像将仅包含片的原始数目的四分之一。为此，可以这样改变MSWD检测器芯，即现在对片而不是图像进行计数。已经选择了简单的实现方式，其中检测器芯的设计尽量保持不变。在检测器芯的MPEG分析部分中，小的改动将对N个图像的需要转变为对N*32个片的需要。对于NTSC(通常每个图像30片)和PAL(通常每个图像36片)来说，这已经足够好了，因为在原始情况中一定数目的图像也不定义确定量的数据。
公开的是将现有的MPEG2兼容的水印检测器(20)(它接受直到一定数据率的MPEG2视频数据)连接到PC-DVD驱动器的方案。问题是标准IDE/ATAPI总线(3)的数据率远大于水印检测器能够处理的数据率。该方案是将MPEG片存储在数据缓冲器(214)中，并丢弃(212)没有完全适合缓冲器的片。非片数据从不去除。这产生检测器(20)能够处理的较低速率的MPEG2兼容的流。
权利要求
1.一种在经通信总线以第一数据率从一个设备传送到另一个设备的数字信息信号中检测水印的方法，该信息信号按照给定标准格式化为表示所述信号各部分的片序列，该方法包括由用于以低于所述第一数据率的第二数据率接收按照所述标准的信息信号的水印检测器检测水印的步骤，所述水印检测器通过用于执行以下步骤的接口电路耦合到所述通信总线-以所述第一数据率将所述信息信号的片存储在缓冲器中，-将存储在所述缓冲器中的数据以所述第二数据率提供给水印检测器，-确定所述缓冲器的充满程度，-如果所述充满程度超过预定阈值，则抑制将信息信号的片存储到所述缓冲器中。
2.如权利要求1所述的方法，其中这些片具有可变长度。
3.如权利要求1所述的方法，其中信息信号进一步包括表示开销信息的非片数据，该接口电路用于将所述非片数据存储在所述缓冲器中。
4.一种用于将水印检测器与通信总线相接口的装置，通过该通信总线将数字信息信号以第一数据率从一个设备传送到另一个设备，该信息信号按照给定标准格式化为表示所述信号各部分的片序列，并且该水印检测器用于以低于所述第一数据率的第二数据率检测按照所述标准的信息信号中的水印，该装置包括-缓冲装置，用于以所述第一数据率存储所述信息信号的片，和将存储在所述缓冲器中的数据以所述第二数据率提供给水印检测器，-控制器装置，用于确定所述缓冲器的充满程度，和如果所述充满程度超过预定阈值，则抑制将信息信号的片存储到所述缓冲器中。
5.如权利要求4所述的装置，其中这些片具有可变长度。
6.一种水印检测器，包括如权利要求4所述的装置。
7.一种用于回放和/或记录多媒体内容的存储设备，该设备具有用于将所述设备和计算机系统相接口的通信总线，其特征在于该存储设备包括如权利要求4所述的装置。
8.一种计算机系统，包括用于将所述计算机系统和用于回放和/或记录多媒体内容的驱动器相接口的通信总线，其特征在于该计算机系统包括如权利要求4所述的装置。
全文摘要
公开的是一种用于将现有的MPEG2兼容的水印检测器(20)(它接受达到一定数据率的MPEG2视频数据)连接到PC－DVD驱动器的方案。问题是标准IDE/ATAPI总线(3)的数据率远高于水印检测器能够处理的数据率。该方案是将MPEG片存储在数据缓冲器(214)中，并丢弃(212)没有完全适合缓冲器的片。非片数据从不去除。这产生检测器(20)能够处理的较低速率的MPEG2兼容的流。
文档编号G11B20/10GK1659885SQ03812749
公开日2005年8月24日 申请日期2003年6月4日 优先权日2002年6月4日
发明者H·A·G·范武格特 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司