[发明专利]在编码信号中嵌入补充数据

说明书

本发明涉及在编码的信号中嵌入补充数据的方法和电路。所述方法包括以下步骤：按照给定的编码方法对所述信号进行编码，而所述编码过程又包括反馈已编码的信号以便控制编码过程的步骤；以及修改已编码的信号来代表所述补充数据。本发明还涉及一种从这样编码的信号中提取补充数据的方法和电路。

把水印装入音频和视频信号中的必要性日益增长。水印是嵌入、最好用感知上不可见的方法嵌入多媒体资产中的补充数据信息。它们包括，例如，关于文件和音像程序的来源或版权状态的信息。它们可以用来提供版权拥有者的法律证据，并允许跟踪盗版行为，并支持知识产权的保护。

开篇中定义的视频信号加水印的一种已知的方法是在F.Hartung和B.Giros：“给原视频信号或压缩的视频信号加数字水印”,SPIEVol.2952,pp.205-212一文中公开的。这里加水印是通过修改活动图象专家组2(MPEG2)编码器输出位流中选定的离散余弦变换(DCT)系数，包括预测编码(P或B)图象的DCT系数来实现的。预测编码器包括用来控制编码过程的反馈回路。对预测误差(输入信号与其预测的差值)编码，而不是对输入信号本身编码。预测信号是通过在本机对编码信号进行译码而获得的。

在先有技术的方法中，水印是在传统的编码过程之后插入的。因此，可以用来对编码信号加水印的能力看来是有限的。

本发明的一个目的是提供在编码的音频或视频信号中嵌入补充数据的方法，它允许在对感知质量基本上不发生影响的情况下改变较多的编码信号位。

为此目的，按照本发明的方法具有以下特征：在所述修改所述编码信号的步骤之后进行反馈所述编码信号的步骤。现在所述修改编码信号的步骤是在编码器的反馈回路内部进行的。因此，为形成水印而对编码信号所作的任何修改都被反馈，并将在随后的编码操作中得到补偿。于是，这样嵌入的水印以与在发射机中影响编码过程的方式类似的方式在接收机中影响译码过程。在发射机中补偿过程的结果是，接收机产生好得多的输入信号复制品。信噪比明显提高，或者在给定的信噪比下可以嵌入更多的水印数据。

本发明对于在一位编码的信号中嵌入补充数据特别有用。一位编码的信号对加水印是非常脆弱的。每一个编码步骤编码器产生一个一位输出样值。为加水印而修改编码信号的输出样值与、例如、仅仅改变多位样值的值相比，一般都比较激烈。

一位编码器的实例是delta调制器、sigma-delta调制器及噪音波形编码器。它们也属于具有反馈回路的编码器一类。sigma-delta调制器是为在数字万用光盘(DVD)音频版本上利用2822400Hz(64*44100)采样频率记录高质量音频信号而设计的，并具有115dB信噪比。水印是通过，例如，用数字水印位组合的位来代替输出位流的选定位而插入的。若这是用先有技术所教导的方法，亦即在传统的编码之后完成的，则水印位的插入会明显地引起量化噪音。例如，每100位sigma-delta调制的音频信号中的1位用一个水印位代替，将引起-60dB的量化噪音。相比之下，本发明可以以仅仅增加1dB量化噪声的代价每100位sigma-delta调制的音频信号改变1位。这相当于约每秒28000位的水印位率。

图1表示按照本发明在编码音频或视频信号中嵌入补充数据用的电路。

图2表示按照本发明在delta调制的音频信号中嵌入补充数据用的电路。

图3-5表示举例说明图2所示的电路操作的信号波形。

图6表示按照本发明在sigma-delta调制的音频信号中嵌入补充数据用的电路。

图7-9表示举例说明图6所示的电路操作的波形。

图10表示用来从用图2或图6所示电路编码的信号中抽取嵌入的水印的电路。

图11表示用来从用图1所示电路编码的信号中抽取嵌入的水印的电路。

图12表示从(sigma-)delta调制的信号中抽取水印用的另一个实施例。

图13表示举例说明图12所示的实施例的操作的信号波形。

图1表示按照本发明在已编码的音频或视频信号中嵌入补充数据用的电路示意图。所述电路包括预测编码器1和修改电路2。预测编码器1接收(模拟或数字)输入信号x，并包括减法器11，用来从输入信号x减去预测信号。这样得到的预测误差信号e加在编码级12上。预测编码器还包括获得预测信号用的反馈通路，包括译码级13、加法器14和延时单元15。预测编码器1可以采取先有技术已知的不同形式，诸如delta调制器、微分脉码调制器，或离散余弦变换(DCT)编码器。