专利名称：水印在信息信号中的嵌入和检测的制作方法
技术领域：
本发明涉及在信息信号中嵌入水印的方法和装置。本发明还涉及检测信息信号中的嵌入水印的方法和装置。
背景技术：
加数字水印标记是证明数字多媒体内容，比如图象、视频、音频、文本和计算机代码的所有权的方法。公知的加水印的一种方法是基于将所谓的凸出点在图象或音频信号中的几何位置的统计结果相对于秘密水印作偏置。这样的一种现有技术的加水印的方法披露在申请人的国际专利申请WO-A-99/35836中，并结合
图1作简要的说明。
图1所示的是图象10和水印11。水印是图象位置的一个秘密图案。在该例子中，这是一个具有厚度d的由线条构成的伪随机密集图案，它覆盖了图象象素的大约50％。该图进一步示意了凸出点15和16。凸出点是图象中对一个定义的处理操作有最高响应的象素。凸出点的例子是局部最大点和最小点，物体的棱角等等。
凸出点和水印W相吻合。在现有技术中，所示的吻合意味着核查凸出点是否位于水印上还是位于其外。对于未加水印的图象，位于水印上的凸出点的数目基本上等于位于水印之外的凸出点数，如果水印是充分随机并且覆盖了象素的50％的话。在图1中，两个凸出点位于水印上，两个凸出点16位于水印之外。如果位于水印图案上的凸出点数百分比明显高得多，那么水印被认为存在。
嵌入处理包括和检测处理相同的凸出点提取和吻合步骤。嵌入器以如此方式处理图象，即统计意义上多数的凸出点最终位于水印上。凸出点修改的一个典型例子是几何翘曲，它使得选定的凸出点从水印之外的一个位置移动到水印之上的位置。几何翘曲图示在图1中，其中位于水印之外的凸出点16之一移动到位于水印上的一个新位置16’。
吻合步骤不是确定凸出点是否位于水印上还是水印外，而是可以替代性地测量从凸出点到水印的最近线条的距离。在这样的实施例中，其中线条没有厚度(在图1中，这样的一条线条的例子标记为17)，对图象加水印是通过对其翘曲，直到凸出点到水印的平均距离明显小于所有象素到水印的平均距离而完成的。
凸出点修改的概念也可以适用于音频信号。在此时，翘曲被看作是时间翘曲。
现有技术的加水印方法的问题在于吻合处理必须对每个凸出点作出其是否在水印图案上的硬判断。但是，凸出点的位置在对图象进行通用的图象操作的时候可能略有不同。相同的问题存在于凸出点到水印的距离是决定性因素的实施例中。这一距离判断方法也有不确定和不准确的问题。
另外，凸出点的几何位置的不确定性可能有某种程度的各向异性。也就是说，在一个方向上的不确定性可能比另一方向的不确定性小得多。例如，在图象物体的边缘上的凸出点的位置沿该边缘比垂直于该边缘的不确定性要大。
发明目的和概要本发明的目的是提供克服现有技术方法的问题的加水印方法。
为此，本发明提供了对信息信号加水印的方法，包括步骤识别所述信息信号的凸出区，每个区包括多个具有给定凸出度(saliency)的相邻信号样本；定义表示水印图案的一个信号样本位置图案；修改信息信号，使得水印图案的明显多数百分比的部分被覆盖了所述凸出区。
由此实现了吻合处理被转变为“软”判断的转变。一个凸出点现在被认为如果其区域的点中至少有一个位于水印上则其位于水印之上。由此改善了对水印嵌入和检测的技术的健固性。
检测嵌入在信息信号中的水印的相应方法包括步骤识别所述信息信号的凸出区，每个区包括具有给定凸出度的多个相邻信号样本；定义代表拟被检测的水印的一个信号样本位置的图案；以及确定水印图案中有统计意义的百分比部分被所述凸出区覆盖。
附图简述图1给出了此前所讨论的用于示意现有技术水印嵌入和检测方法的操作的图象；图2是根据本发明的水印检测器的框图；
图3是根据本发明的水印嵌入器的框图；图4、5、6A-6B、7A-7B是示意分别在图2、和图3中给出的水印检测器和嵌入器的操作。
优选实施例说明下文将结合视频水印描述本发明，但是将本发明应用到其它的多媒体内容上也是可以的。首先，对水印检测处理进行描述。图2是根据本发明的水印检测器的框图。检测器接收待检图象J，并且包括凸出点提取单元(SPE)21，匹配单元22，和判断单元23。图3是根据本发明的水印嵌入器的框图。嵌入器接收未加水印的图象I，并且包括和水印检测器相同的凸出点提取单元(SPE)21和匹配单元22、嵌入器还包括凸出点修改(SPM)单元24，它按照图2的嵌入器检测处理后的图象Iw为加有水印的图象的方式处理图象。
凸出点是信息信号中给定凸出函数S()具有局部最大值的点。凸出函数必须满足某些要求-凸出度必须是局部特性，即仅依赖于一图象点周围的小邻域，-凸出度必须在所有通用的图象处理被保留，-凸出度必须是与尺度无关的，以及-凸出度必须是易于计算的。
凸出点被定义为位置p→，该位置的凸出度函数S(p→)在p→的小邻域N(p→)是最大的。按照数学表示式，图象的凸出点集合S可以表示为S={p→|S(p→)≥S(x→)forx→∈N(p→)}]]>其中x→代表坐标(x，y)，而p→代表在两维图象空间中的坐标(p，q)。
在现有技术中，凸出点施加到吻合单元22中。公知的吻合算法确定凸出点是否位于水印之上或之外。根据本发明的一方面，检测器和嵌入器包括区域分配装置25，该装置为每个凸出点分配一个区域。区域的形状指定了小邻域N(p→)。为了确定形状，对p→附近的凸出度函数计算等值曲线。然后由图象的相邻(x，y)点集合定义该形状，所述的点满足下列关系式S(x→)≥S(p→)-ϵ.]]>对于在p→周围充分小的环境中的x→，S(x→)可以写为S(x→)=S(p→)+a(x-p)2+2b(x-p)(y-q)+c(y-q)2]]>定义该区域的方程因此变为a(x-p)2+2b(x-p)(y-q)+c(y-q)2≤ε该方程也可以写为紧凑的形式(x→-p→)TA(x→-p→)≤ϵ,wherwA=abbc]]>后一方程代表二次表面，由三个标量参数a、b、c限定。区域具有椭圆形状，并且该形状确定了在凸出点p→的健固性方面的各向异性。在长轴方向上的p→的准确性较低，而在与长轴方向垂直的方向上的准确性较高。在区域内的所有x→点被认为具有相同程度的凸出。比方说，图4给出了对于某个凸出度函数S()来说某个凸出点43的区域42的形状。
凸出点到适当区域的延伸需要重新定义匹配处理(在图2和3中的22)。设定p→是凸出点，而W是水印。核查p→是否在水印上的“软”条件现在是存在一个x→∈W，使得对于一些小的ε，有下式成立(x→-p→)TA(x→-p→)≤ϵ]]>这样，软方式判断水印W和凸出点的集合S的吻合，而同时考虑了图象中的局部各向异性。图5是两个凸出点51和52和水印图案53的一个例子。尽管凸出点本身位于水印之外，它们被定义为位于水印上，因为对应区域至少有一个点位于水印上。一个这样的点在图中标记为54。
凸出区的引入也允许采用判断处理的替代性实施例。如图2所示，判断单元23包括第一分析器231，该分析器计算整个图象的多大百分比由椭圆覆盖。该计算的复杂度在实施时可以得到降低，办法是对于图象的N个随机选定点计算所述百分比。如此发现的覆盖百分比被表示为Crandom。或者，Crandom可以定义为采用椭圆量度的在某一随机点和最近凸出点之间的距离倒数之求和。第二分析器232计算水印图案W(或其N个随机点)的类似覆盖百分比Cw。再一次，作为替代方案，Cw是采用椭圆量度在一水印点和最近凸出点之间的距离倒数之求和。随后，判断单元确定(233)下式是否成立|Cw-Crandom|Crandom>T]]>这里，T是对应于所希望的错误警告概率的给定阈值。
为了说明判断处理，图6A和6B表示了具有四个凸出区的未加水印的图象61，四个凸出区中的一个标记为62。凸出点(椭圆的中心)未表示在该图中。图6A中给出了未加水印的图象的10个随机选定点(其中之一标记为63)。很容易予以证实的是，10个随机选定点中有5个由一凸出区覆盖。未加水印的图象的Crandom的覆盖百分比在该简化的例子中因此变为50％。图6B中表示水印的五个随机选定点(其中之一标记为64)。其中有2个由一凸出区覆盖，故此覆盖百分比为40％。对于未加水印的图象，以上定义的判断变量等于|40-50|50=0.2]]>图7A和7B示意了加水印的图象71的相同处理过程。凸出区62(图6A)已经移向水印图案，现在标记为72。图7A示意了加水印图象的10个随机选定点中有4个现在被椭圆覆盖。为方便起见，给出了和图6A相同的随机点。加水印的图象的覆盖百分比Crandom因此变为40％。图7B表示水印的五个随机选定点中有3个由一椭圆覆盖，故此覆盖百分比为40％。对于加水印的图象，以上定义的判断变量等于|60-40|40=0.5]]>它在统计意义上明显大于未加水印的图象的判断变量。注意，构成水印图案的线条不一定要有一定的厚度。
本发明可以被概括如下。一种对信息信号加水印的公知方法是基于对信号的凸出点(21)(例如，音频的过零点，图象的边沿)提取并且将所述凸出点向给定水印图案(W)“翘曲”(24)。在嵌入和检测处理中的一个步骤是确定(22)凸出点是否在水印“上”或“下”。这是一种硬判断。现在提议将凸出点扩展到凸出“区”(25)。这使吻合(22)步骤变为了软判断，因而不易于受信号处理的影响。嵌入的水印的健固性得到了改善。
权利要求
1.对信息信号加水印的方法，包括步骤识别所述信息信号的凸出区，每个区包括多个具有至少给定凸出度的相邻信号样本；定义代表水印图案的一个信号样本位置图案；修改信息信号，使得水印图案的有统计意义(statistically significant)的百分比部分被覆盖了所述凸出区。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述识别凸出区的步骤包括识别对一个给定的本地凸出度函数有最高响应的凸出信号样本，以及根据所述凸出信号样本和凸出度和所述凸出信号样本的凸出度相差少于一个给定阈值的相邻信号样本形成所述凸出区。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述凸出区具有椭圆形状，表示为(x→-p→)TA(x→-p→)≤ϵ,]]>这里A=abbc]]>是标量矩阵，p→代表在信息信号中凸出信号样本的位置，而ε是给定阈值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于如果|Cw-Crandom|Crandom>T]]>则水印图案的所述有统计意义的百分比部分被所述凸出区覆盖的目标得到实现，这里Crandom代表信息信号被凸出区覆盖的百分比，Cw代表水印被凸出区覆盖的百分比，而T是预定的阈值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于如果|Cw-Crandom|Crandom>T]]>则水印图案的所述有统计意义的百分比部分被所述凸出区覆盖的目标得到实现，这里Crandom代表信息信号的随机样本和最近凸出信号样本之间的距离倒数之求和，Cw代表水印和最近的凸出信号样本的位置之间的距离倒数值和，而T是预定的阈值。
6.对嵌入在信息信号的水印检测的方法，包括步骤识别所述信息信号的凸出区，每个区包括多个具有至少给定凸出度的相邻信号样本；定义代表拟检测水印的一个信号样本位置图案；以及确定是否水印图案的有统计意义的百分比部分被覆盖了所述凸出区。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述识别凸出区的步骤包括识别对一个给定的局部凸出度函数有最高响应的凸出信号样本，以及根据所述凸出信号样本与凸出度和所述凸出信号样本的凸出度相差少于一个给定阈值的相邻信号样本形成所述凸出区。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述凸出区具有椭圆形状，表示为(x→-p→)TA(x→-p→)≤ϵ,]]>这里A=abbc]]>是标量矩阵，p→代表在信息信号中凸出信号样本的位置，而ε是给定阈值。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于如果|Cw-Crandom|Crandom>T]]>则水印图案的所述有统计意义的百分比部分被所述凸出区覆盖的目标得到实现，这里Crandom代表信息信号被凸出区覆盖的百分比，Cw代表水印被凸出区覆盖的百分比，而T是预定的阈值。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于如果|Cw-Crandom|Crandom>T]]>则水印图案的所述有统计意义的百分比部分被所述凸出区覆盖的目标得到实现，这里Crandom代表信息信号的随机样本和最近凸出信号样本之间的距离倒数之求和，Cw代表水印和最近的凸出信号样本的位置之间的距离倒数值和，而T是预定的阈值。
11.在信息信号中嵌入水印的装置，包括识别所述信息信号的凸出区的装置，每个区包括多个具有至少给定凸出度的相邻信号样本；定义代表水印图案的一个信号样本位置图案的装置；修改信息信号的装置，使得水印图案的有统计意义的百分比部分被覆盖了所述凸出区。
12.对嵌入在信息信号的水印检测的装置，包括识别所述信息信号的凸出区的装置，每个区包括多个具有至少给定凸出度的相邻信号样本；定义代表拟检测水印的一个信号样本位置图案的装置；以及确定是否水印图案的有统计意义的百分比部分被覆盖了所述凸出区的装置。
全文摘要
一种对信息信号加水印的公知方法是基于对信号的凸出点(21)(例如,音频的过零点,图象的边沿)的提取并且将所述凸出点向给定水印图案(W)所作的“翘曲”(24)。在嵌入和检测处理中的一个步骤是确定(22)凸出点是否在水印“上”或“下”。这是一种硬判断。现在提议将凸出点扩展到凸出“区”(25)。这使吻合(22)步骤变为了软判断,因而不易于受信号处理的影响。嵌入的水印的健固性得到了改善。
文档编号H04N7/081GK1363176SQ01800362
公开日2002年8月7日 申请日期2001年2月7日 优先权日2000年2月29日
发明者C·W·A·M·范奥弗维尔德, P·M·J·龙根, A·霍温 申请人:皇家菲利浦电子有限公司