[发明专利]在信息信号中嵌入数据的方法

说明书

本发明涉及一种在信息信号中嵌入数据的方法。本发明还涉及一 种恢复嵌入在信息信号中的数据的方法。特别地，但是不排他地，本 发明涉及一种嵌入数据以使该数据对于信息信号的更改或恶化很健壮 (robust)并且能够被恢复的方法。

目前，利用连接到一起的计算机网络，例如经由互联网，很容易获取 和分发代表信息信号(例如，图像和声音)的数字数据。

然而，便利的数据分发为这种数据中的版权所有者带来问题。例如， 已知的是违反版权法分发和拷贝媒体文件，例如，视频文件。这样的分发 和拷贝导致相应版权的所有者接收不到应得的版税。对于其他形式的媒体 文件，例如音乐文件，也存在相似的问题。

为了防止和检测这种未经授权的拷贝和分发，已知的是在信息信号内 嵌入数字水印。数字水印可以提供证实信息信号真实性(authenticity) 的机制。可替换地，数字水印可用于法庭目的来检测未经授权的信息信号 拷贝。数字水印通常包括版权所有者的姓名、购买者的身份、和诸如“切 勿拷贝”、“拷贝一次”、“不再拷贝”之类的标记。该标签用于防止产生未 经授权的拷贝。例如，被标记为“切勿拷贝”的MPEG视频文件将会防止 利用能够读取该标记的硬件和软件来拷贝该MPEG文件。相似地，被标记 为“拷贝一次”的MPEG文件将会允许拷贝一次。新的拷贝将会被标记为 “切勿拷贝”，并且在原始MPEG文件上的标记将被修改为“不再拷贝”。

现在，在更广的范围内都能看到水印技术，其中，水印是由编码器经 由噪声信道发送给解码器的消息。该噪声信道典型地是声音、图像或视频 信号。在接收到该水印时，解码器对接收到的消息进行估计。声音、图像 或视频信号的更改(例如，缩放)会使估计接收到的水印消息更困难。

当数字水印被嵌入进音频或视频数据中时，仅仅是模糊地添加水印， 以便不使数据明显地恶化或失真。同时，音频或视频数据可能正在随着时 间迅速明显地变化。因此，为了允许从视频数据中重现(retrieval)水印 数据，已知的是在存储在缓冲器中的一系列帧上积累水印信息，然后使用 一个或多个预期的水印模板应用相关技术，以便证明或反驳视频数据中水 印的存在。

然而，已知的是，除非视频内容的初始比例(scale)已知或者视频内 容的比例因子已知，利用空间相关来恢复水印数据是非常难实现的-如果 不是实质上不可能。存在许多种发现比例因子的方法。

一种已知的水印方案应用嵌入在视频信号中的水印模式。水印模式可 以在视频信号内的每一个图像中都根据已知的空间网格以平铺模式重复。 这些图像被自相关，产生取决于嵌入水印的峰值的一个网格。可以通过通 过比较峰值网格与初始水印得到比例因子的测量结果。初始比例因子对应 于相关峰值在相关数据中的位置。在下面的公开中描述了这种方案：公开 号为US2002/0114490的美国专利申请、1998年Proc SPIE第3528卷， Multimedia systems and applications，Kutter的“Watermarking resistant to translation，rolation and scaling”、和1998年Proc IEEE International Conference on Image Processing，Termont等人的“How to achieve robustness against scaling in a realtime digital watermarking systems for broadcast monitoring”。

然而，使用平铺式水印的水印方案具有很多缺点。首先，当视频数据 的格式改变时，平铺式水印被降级。如果在转换过程中发生采样则尤其如 此。水印模式可能在非常有限的分辨率上结束，并且可能太小而不能使用。

此外，如果图像被裁减或缩放，图像可能在垂直方向变得太小以致不 能包括两个完整的垂直相邻的水印片，使得很难重现垂直比率因子。此外， 如果由于裁减导致图像太小，那么对应于正确比例因子的相关峰值将会很 小，并且具有将会在视频信号的背景“噪声”中丢失的风险。