обнаружение водяного знака

Формула изобретения

1. Способ обнаружения водяного знака в информационном сигнале, содержащий этапы, на которых: получают набор результатов (64) корреляции посредством определения корреляции информационного сигнала с водяным знаком (Wi) для каждой из множества относительных позиций информационного сигнала по отношению к водяному знаку; вычисляют метрику, которая основана на группе (102) результатов (64), выбранных из полного набора результатов; и сравнивают вычисленную метрику с пороговым значением (h) группы, которое указывает группу (102), представляющую пик корреляции.

2. Способ по п.1, в котором метрику вычисляют для множества различных групп, выбранных из полного набора результатов (64).

3. Способ по п.2, в котором метрику вычисляют для группы результатов, центрированных на каждом результате корреляции в наборе результатов (64) корреляции.

4. Способ по пп.1-3, в котором метрикой является среднеквадратичное значение группы (102) результатов корреляции.

5. Способ по пп.1-3, в котором пороговое значение группы изменяют в соответствии с размером группы (102).

6. Способ по пп.1-3, дополнительно содержащий начальный этап идентификации, по меньшей мере, одной группы результатов корреляции, которые, вероятно, должны представлять пик корреляции, и выполнения этапа вычисления метрики только над каждой из идентифицированных групп.

7. Способ по п.6, в котором этап идентификации групп результатов корреляции содержит этап определения в наборе всех результатов корреляции, которые превышают значение порогового значения обнаружения, и затем определения, какие из этих результатов корреляции находятся в пределах заранее установленного расстояния друг от друга.

8. Машиночитаемый носитель, содержащий инструкции для исполнения компьютером, которые, при исполнении компьютером, побуждают компьютер осуществлять способ обнаружения водяного знака в информационном сигнале по любому из предшествующих пунктов.

9. Обнаружитель водяного знака для обнаружения водяного знака в информационном сигнале, содержащий: средство получения набора результатов (64) корреляции посредством определения корреляции информационного сигнала с водяным знаком (Wi) для каждой из множества относительных позиций информационного сигнала по отношению к водяному знаку; средство вычисления метрики на основании группы (102) результатов, выбранных из полного набора результатов (64); и средство сравнения вычисленной метрики с пороговым значением (h) группы, которое указывает группу, представляющую пик корреляции.

10. Обнаружитель водяного знака по п.9, в котором средство вычисления метрики выполнено с возможностью вычисления метрики для множества различных групп, выбранных из полного набора результатов (64).

11. Обнаружитель водяного знака по п.10, в котором средство вычисления метрики выполнено с возможностью вычисления метрики для группы результатов, центрированных на каждом результате корреляции в наборе результатов (64) корреляции.

12. Обнаружитель водяного знака по п.9, в котором метрикой является среднеквадратичное значение группы (102) результатов корреляции.

13. Обнаружитель водяного знака по п.10, в котором метрикой является среднеквадратичное значение группы (102) результатов корреляции.

14. Обнаружитель водяного знака по п.11, в котором метрикой является среднеквадратичное значение группы (102) результатов корреляции.

15. Обнаружитель водяного знака по п.9, в котором пороговое значение группы изменяют в соответствии с размером группы (102).

16. Обнаружитель водяного знака по п.10, в котором пороговое значение группы изменяют в соответствии с размером группы (102).

17. Обнаружитель водяного знака по п.11, в котором пороговое значение группы изменяют в соответствии с размером группы (102).

18. Обнаружитель водяного знака по п.12, в котором пороговое значение группы изменяют в соответствии с размером группы (102).

19. Обнаружитель водяного знака по п.9, в котором средство вычисления метрики выполнено с возможностью идентификации, по меньшей мере, одной группы результатов корреляции, которые, вероятно, должны представлять пик корреляции, и выполнения этапа вычисления метрики только над каждой из идентифицированных групп.

20. Обнаружитель водяного знака по п.10, в котором средство вычисления метрики выполнено с возможностью идентификации, по меньшей мере, одной группы результатов корреляции, которые, вероятно, должны представлять пик корреляции, и выполнения этапа вычисления метрики только над каждой из идентифицированных групп.

21. Обнаружитель водяного знака по п.11, в котором средство вычисления метрики выполнено с возможностью идентификации, по меньшей мере, одной группы результатов корреляции, которые, вероятно, должны представлять пик корреляции, и выполнения этапа вычисления метрики только над каждой из идентифицированных групп.

22. Обнаружитель водяного знака по п.12, в котором средство вычисления метрики выполнено с возможностью идентификации, по меньшей мере, одной группы результатов корреляции, которые, вероятно, должны представлять пик корреляции, и выполнения этапа вычисления метрики только над каждой из идентифицированных групп.

23. Обнаружитель водяного знака по п.15, в котором средство вычисления метрики выполнено с возможностью идентификации, по меньшей мере, одной группы результатов корреляции, которые, вероятно, должны представлять пик корреляции, и выполнения этапа вычисления метрики только над каждой из идентифицированных групп.

24. Обнаружитель водяного знака по п.14, в котором средство вычисления метрики выполнено с возможностью идентификации групп результатов корреляции, содержит этап определения в наборе всех результатов корреляции, которые превышают значение порогового значения обнаружения, и затем определения, какие из этих результатов корреляции находятся в пределах заранее установленного расстояния друг от друга.

25. Обнаружитель водяного знака по пп.9-24, в котором средство получения набора результатов корреляции, средство вычисления метрики и средство сравнения вычисленной метрики содержат процессор, который выполнен с возможностью исполнять программное обеспечение для выполнения этих функций.

26. Устройство для представления информационного сигнала, содержащее средство отключения действия устройства в зависимости от присутствия действительного водяного знака в информационном сигнале, при этом устройство содержит обнаружитель водяного знака по любому из пп.9-25.

Описание изобретения к патенту

Данное изобретение относится к обнаружению водяного знака в информационном сигнале.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Встраивание водяных знаков представляет собой метод, в котором метка некоторого вида добавляется к информационному сигналу. Информационный сигнал, к которому добавляется водяной знак, может представлять файл данных, статическое изображение, видео, аудио или любой другой вид мультимедийного содержимого. Метка встраивается в информационный сигнал перед распространением информационного сигнала. Метка обычно добавляется способом, который является незаметным при нормальных условиях, чтобы это не ухудшило характеристики информационного сигнала, например водяной знак, добавленный к аудиофайлу, не должен быть слышимым при нормальных условиях прослушивания. Однако водяной знак должен быть достаточно устойчивым, чтобы обнаруживаться даже после обычной обработки информационного сигнала в процессе передачи, включая кодирование или сжатие, модуляцию и так далее.

Многие схемы встраивания водяных знаков используют корреляцию в качестве метода обнаружения, причем исследуемый сигнал сопоставляется с сигналом, содержащим известный водяной знак. В таких системах присутствие водяного знака индицируется согласно одному или нескольким пикам в результатах корреляции. В статье Ton Kalker et al., "A Video Watermarking System for Broadcast Monitoring", Proceedings of the SPIE, Bellingham, Virginia, vol. 3657, 25 January 1999, р.103-112 описана схема обнаружения присутствия водяного знака в широковещательной передаче видеосодержимого. В этой статье высота пиков результирующей корреляции сравнивается с пороговым значением, чтобы принять решение, является ли аудио/видео содержимое маркированным водяным знаком или нет. Пороговое значение выбрано так, чтобы вероятность ошибочного результата (вероятность решения о присутствии водяного знака, когда фактически аудио/видео содержимое маркировано водяным знаком) была приемлемо низкой. Типичным пороговым значением является 5 (пятикратное стандартное отклонение для результатов корреляции).

В большинстве приложений маркированное водяным знаком содержимое будет подвергаться различным операциям обработки между моментом, когда водяной знак встраивается в содержимое, и моментом, когда обнаруживается присутствие водяного знака. Обычным примером обработки содержимого является сжатие с потерями, такое как кодирование MPEG (стандарт сжатия и воспроизведения движущихся изображений). Как правило, воздействия обработки должны понизить пики корреляции, которые обычно можно было ожидать для появления в процессе обнаружения водяной знак. Таким образом, эффективность метода обнаружения водяного знака, основанного на нахождении пиков корреляции, значительно снижается при попытке обнаружить водяные знаки в содержимом, которое подверглось такой обработке.

Настоящее изобретение направлено на создание усовершенствованного способа обнаружения водяного знака в информационном сигнале.

Соответственно, первый аспект настоящего изобретения предусматривает способ обнаружения водяного знака в информационном сигнале и содержит этапы:

получения набора результатов корреляции посредством определения корреляции информационного сигнала с водяным знаком для каждой из множества относительных позиций информационного сигнала по отношению к водяному знаку;

вычисления метрики, которая основана на группе результатов, выбранных из полного набора результатов; и

сравнения вычисленной метрики с пороговым значением группы, которое указывает группу, представляющую пик корреляции.

Было найдено, что обработка, которую многие информационные сигналы на практике испытывают в процессе распространения, может производить эффект «смазывания» пика корреляции, если предпринимается попытка обнаружить водяной знак с использованием корреляционного метода. С использованием метрики, которая основана предпочтительнее на группе результатов корреляции, чем на одиночном результате, можно идентифицировать маркированное водяным знаком содержимое, даже если обработка или другие атаки ухудшили качество водяного знака, снижая высоту пика корреляции ниже порогового значения, обычно используемого при обнаружении. Это повышает эффективность обнаружителя водяного знака и извлечения полезной нагрузки водяного знака.

Способность обнаруживать водяные знаки, которые слабо выраженным образом присутствуют в элементе аудиовизуального содержимого, также может позволить менее заметно встраивать водяной знак в содержимое, тем самым снижая его наблюдаемость при анализе потенциальными злоумышленными сторонами или снижая его воспринимаемость при обычных условиях просмотра.

Одной предпочтительной метрикой является среднеквадратичное значение для группы, что было установлено как обеспечивающее особо хорошую индикацию присутствия пика корреляции.

Метрика может быть вычислена для каждой из множества различных групп, выбранных из полного набора результатов. Действительно, метрика может быть вычислена для группы результатов, центрированной на каждом результате корреляции в наборе результатов корреляции. Однако более эффективный способ использует начальную стадию идентификации испытываемых групп-кандидатов из результатов, которые являются вероятными для представления пиков корреляции. Требуется только, чтобы методика вычислялась для групп-кандидатов, таким образом значительно сокращая объем вычислений.

Описываемые функциональные возможности, могут быть реализованы в виде программного обеспечения, аппаратных средств или их комбинации. Соответственно, другой аспект изобретения предусматривает программное обеспечение для выполнения способа. Понятно, что программное обеспечение может быть инсталлировано на ведущем устройстве в любой момент в течение срока службы оборудования. Программное обеспечение может храниться в электронном запоминающем устройстве, на жестком диске, оптическом диске или на другом машиночитаемом носителе данных. Программное обеспечение может доставляться в виде компьютерного программного продукта на машиночитаемом носителе, или оно может быть загружено непосредственно на устройство через сетевое соединение.

Дополнительные аспекты изобретения предусматривают обнаружитель водяного знака для выполнения любого из этапов способа и устройство для представления информационного сигнала, которое реагирует на выходные данные обнаружителя водяного знака.

Хотя описанный вариант осуществления ссылается на обработку сигнала изображения или видео (включая содержимое цифрового фильма), понятно, что информационный сигнал может являться данными, представляющими аудио или любой другой вид аудиовизуального содержимого.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

Варианты осуществления настоящего изобретения описаны ниже, лишь в качестве примера, со ссылкой чертежи, на которых представлено следующее:

Фиг.1 - схема известного способа встраивания водяного знака в элемент содержимого;

Фиг.2 - первый вариант устройства обнаружения присутствия водяного знака в элементе содержимого;

Фиг.3 - таблица результатов корреляции и иллюстрация выбора группы результатов для использования в алгоритме обнаружения;

Фиг.4 - график данных результата корреляционной обработки;

Фиг.5 и 6 - графики, иллюстрирующие рабочую характеристику обнаружителя и способа;

Фиг.7 - второй вариант устройства обнаружения присутствия водяного знака в элементе содержимого;

Фиг.8 и 9 - таблицы данных результатов корреляции и иллюстрация процесса определения значимых групп;

Фиг.10 - устройство представления содержимого, включающее в себя обнаружитель водяного знака.

В качестве введения и для пояснения изобретения ниже кратко описан процесс встраивания водяного знака со ссылкой на фиг.1. Образец w(K) водяного знака создается с использованием одного или нескольких базовых образцов w водяного знака. Если водяной знак должен содержать полезную нагрузку данных, то используется несколько базовых образцов водяного знака. Образец w(K) водяного знака выбирается в соответствии с полезной нагрузкой - это многоразрядный код K, который подлежит встраиванию. Код представляется посредством выбора нескольких базовых образцов w и сдвига их относительно друг друга на конкретное расстояние и в конкретном направлении. Объединенный образец w(K) водяного знака представляет шумовой образец, который может быть добавлен к содержимому. Образец w(K) водяного знака имеет размер MxM битов и является обычно намного меньшим, чем элемент содержимого. Следовательно, образец MxM многократно повторяется (составляется из «мозаичных» фрагментов) (14) в больший образец, который согласуется форматом данных содержимого. В случае изображения образец w(K) составлен (14) из «мозаичных» фрагментов так, что он равен размеру изображения, с которым он должен объединяться.

Сигнал содержимого принимается и буферизуется (16). Мера локальной активности (X) в сигнале содержимого выводится (18) для каждой позиции пикселя. Это обеспечивает меру наблюдаемости аддитивного шума и используется для масштабирования образца W(K) водяного знака. Это препятствует наблюдаемости водяного знака в содержимом, как области, равной яркости в изображении. Общий коэффициент s масштабирования прикладывается к водяному знаку в умножителе коэффициента 22, что определяет общую интенсивность водяного знака. Выбор s является компромиссом между требуемой степенью устойчивости и требованием того, насколько заметным должен быть водяной знак. В заключение, сигнал W(K) водяного знака суммируется (24) с сигналом содержимого. Результирующий сигнал с введенным в него водяным знаком затем будет подвергаться различным этапам обработки в процессе обычного распространения этого содержимого.

На фиг. 2 показана блок-схема обнаружителя 100 водяного знака. Обнаружитель водяного знака принимает содержимое, которое может быть маркировано водяным знаком. В нижеследующем описании предполагается, что содержимым являются изображения или видео. Обнаружение водяного знака может выполняться для индивидуальных кадров или для групп кадров. Накопленные кадры разбивают на блоки размером MxM (например, M=128) и затем свертывают в буфер размером MxM. Эти начальные этапы показаны в виде блока 50. Данные в буфере затем подвергают быстрому преобразованию Фурье (БПФ) (52). Следующий этап в процессе обнаружения определяет присутствие водяного знака в данных, хранящихся в буфере. Чтобы обнаружить, содержит ли буфер конкретный образец W водяного знака, содержимое буфера и ожидаемый образец водяного знака подвергаются корреляционной обработке. Поскольку данные содержимого могут включать в себя многие образцы W водяного знака, показан ряд параллельных ветвей 60, 61, 62, в каждой из которых выполняется определение корреляции с одним из базовых образцов водяного знака W0, W1, W2. Одна из ветвей показана более подробно. Значения корреляции для всех возможных векторов сдвига базового образца Wi вычисляются одновременно. Основной образец водяного знака Wi (i=0,1,2) подвергается быстрому преобразованию Фурье (БПФ) перед определением корреляции с сигналом данных. Набор значений корреляции затем подвергается обратному быстрому преобразованию Фурье (ОБПФ) 63. Подробное описание операции корреляции приведено в патенте США № 6505223 B1.

Коэффициенты Фурье, используемые в корреляционной обработке, являются комплексными числами, причем действительная часть и мнимая часть представляют амплитуду и фазу.

Было найдено, что надежность обнаружителя значительно повышается, если информация об амплитуде отбрасывается и рассматривается только фаза. Операция нормировки амплитуды может быть выполнена после поэлементного умножения и перед ОБПФ 63. Работа схемы нормировки включает в себя поэлементное деление каждого коэффициента на его амплитуду. Этот метод обнаружения в целом известен как симметричная согласованная фильтрация с учетом только фазы (SPOMF).

Набор результатов корреляции, полученных на основании вышеупомянутой обработки, сохраняется в буфере 64. Небольшой примерный набор результатов корреляции показан на фиг.3. Маркированное водяным знаком содержимое указывается присутствием пиков в данных результатов корреляции. Форму пика лучше понять при рассмотрении результатов корреляции в форме графика, причем значение корреляции графически представлено как высота над базовой линией графика, как показано на фиг.4. В этом примере пик является относительно острым пиком, имеющим значение -4,23.

Набор результатов корреляции исследуется для выявления пиков, которые могут быть обусловлены присутствием водяного знака в данных содержимого. Присутствие водяного знака может быть индицировано острым, изолированным пиком существенной высоты, хотя большинство изолированных пиков имеют тенденцию представлять ложные совпадения, обусловленные шумами. Более вероятно, что предшествующие операции обработки в процессе распространения содержимого вызвали «смазывание» пика корреляции, обусловленного водяным знаком, по нескольким смежным позициям в результатах корреляции.

На следующем этапе блок 67 вычисления группы формирует группы результатов из набора результатов в буфере и вычисляет среднеквадратичное значение для группы. В качестве примера, одна такая группа формируется с использованием результатов в окрестности результата, обозначенного как 101. При этом группа является квадратом 3x3 результатов 102. Вычисляется среднеквадратичное значение этой группы. Формируется другая группа из группы 3x3 результатов в окрестности точки 103. Вычисляется среднеквадратичное значение этой группы. Алгоритм продолжается, пока среднеквадратичное значение не будет вычислено для каждой возможной группы результатов в буфере. Размер C группы может быть установлен заранее или он может изменяться в процессе использования. При формировании набора результатов 64 корреляции используется циклическая корреляция. Таким образом, элементы в нижней строке являются соседними с элементами в верхней строке. Согласно фиг.3, принимая значение верхней строки -3,8172 в качестве центра группы, другие результаты в этой группе будут получены из верхней строки, второй строки и нижней строки буфера.

Набор среднеквадратичных значений сравнивается с пороговым значением h в компараторе 68. Если одно из среднеквадратичных значений превышает пороговое значение, эта группа принимается в качестве представляющей позицию пика корреляции. При пороговом значении, установленном в подходящее значение, маловероятно, что более одного значения из средних квадратичных значений превысят порог. Однако, если найдено множество пиков, решение для них должно приниматься на основании вероятности того, что они обусловлены водяным знаком. Выходные данные 69 указывают позицию пика корреляции.

Ниже описан упрощенный математический пример метода среднеквадратичного значения. Пусть элемент содержимого был подвергнут корреляционной обработке с представляющим интерес образцом водяного знака с использованием предварительно описанного метода SPOMF, и результаты корреляции сохранены в буфере 64. Результаты корреляции в буфере 64 являются вектором y из значений корреляции с каждым элементом, соответствующим отличающемуся (циклическому) сдвигу образца водяного знака относительно сигнала содержимого. Для ясности предполагается, что y является одномерным, хотя понятно, что для большинства содержимого результаты корреляции в буфере 64 будут двумерной таблицей, соответствующей сдвигам в горизонтальном и вертикальном направлениях. В случае немаркированного водяным знаком материала было показано, что элементы y являются приближенно независимым белым гауссовым шумом (WGN). В случае маркированного водяным знаком материала , эксперимент показывает, что результаты буфера вновь являются приближенно гауссовым шумом, но также присутствует пик. Предположим, что форма пика корреляции содержит C соседних точек, так что вектором формы пика является

Форма пика является управляемой посредством вектора параметров

Мотивировка использования этой конкретной модели для формы пика состоит в том, что она является более общей, чем предположение конкретной математической формы (например, синусоидальная функция) и использует знание, что пик является небольшим элементом в большом буфере, то есть протяженность пика C намного меньше длины N буфера y.

Критерием обнаружения предпочтительнее является наивысшая группа точек, чем одиночная высшая точка. Правилом принятия решения является

иначе

причем выбирается как местоположение в y с наивысшей группой из C соседних точек:

Это представляет:

- отыскание позиции в буфере результатов 64 корреляции для группы из C точек, обладающих наивысшей суммой квадратов высот;

- сравнение суммы квадратов высот в местоположении с пороговым значением h.

Порог обнаружения h, требуемый для достижения желательной ложной положительной вероятности , может быть найден, как изложено ниже. Во-первых, задается в виде

Для маркированного водяным знаком содержимого имеет порядок распределения вероятностей хи-квадрат порядка C. Подходящее значение h может быть определено из

согласно использованию таблиц распределения хи-квадрат. Этот критерий обнаружения и установка порогового значения являются выведенными в Приложении.

Различные размеры групп (C) имеют следствием различный порядок распределения хи-квадрат, что приведет к различным установкам порогового значения.

На фиг.5 показано пороговое значение h, требуемое для обнаружения водяного знака, необходимого для видео PAL (телевизионный стандарт ПАЛ), с использованием разработанной компанией Philips схемы встраивания водяных знаков WaterCast. Пороговое значение h обеспечивает такую же частоту ложных тревог, как одиночный пик с 5 . На фиг.6 показана минимальная RMS (среднеквадратичная) высота, требуемая для этих C точек для принятия решения об обнаружении водяного знака. Можно видеть, что для широко растянутых форм пиков, то есть больших групп из C точек, водяной знак может быть успешно обнаружен при высотах пиков намного ниже уровня 5 , требуемого существующими обнаружителями.

В вышеописанном варианте осуществления среднеквадратичное значение вычисляется для каждой позиции в буфере 64 результатов. Можно значительно уменьшить объем вычислений посредством определения, перед стадией 67 вычисления групп, одной или нескольких групп-кандидатов результатов, которые, вероятно, представляют «смазанные» пики корреляции. Вычисление среднеквадратичного значения затем может применяться только к этим группам-кандидатам. На фиг.7 показано дополнение стадии 65 поиска группы, как описано ниже. Алгоритм группирования формирует ряд групп из точек, любая из которых может соответствовать истинному пику корреляции.

Алгоритм содержит нижеследующие этапы:

1. Установление порогового значения и нахождение всех точек в данных корреляции, которые выше этого порогового значения. Все точки, удовлетворяющие этому критерию, сохраняются в перечне ptsAboveThresh (точки выше порога). Предлагаемым пороговым значением является 3,3 ( =стандартное отклонение для результатов в буфере), хотя оно может быть установлено в любое предпочтительное значение. Предпочтительным диапазоном значений является 2,5-4 . Если пороговое значение установлено слишком низким, в перечне будет сохраняться большое количество точек, которые не соответствуют присутствию водяного знака. Напротив, если значение установлено слишком высоким, есть риск, что точки, соответствующие действительному, но «смазанному» пику, не будут добавлены к перечню.

2. Нахождение точки с наивысшим абсолютным значением.

3. Формирование группы-кандидаты, то есть группы точек корреляции. Группы-кандидаты формируются путем накопления точек, которые не только имеют 'значимое' значение (значение выше пороговой величины), но которые также расположены очень близко, по меньшей мере, к одной другой точке значимого значения.

Это достигается следующим образом:

(i) удалить первую точку из перечня ptsAboveThresh и ввести ее в качестве первой точки p новой группы;

(ii) осуществить поиск в ptsAboveThresh точек, которые находятся в пределах расстояния d относительно точки p. Удалить все такие точки из перечня ptsAboveThresh и добавить их к группе;

(iii) взять следующую точку в группе в качестве текущей точки p. Повторить этап (ii) для того, чтобы добавить к группе все точки, находящиеся в ptsAboveThresh, которые находятся в пределах расстояния d относительно новой точки p;

(iv) повторять этап (iii), пока не будет обработан ptsAboveThresh для всех точек в группе;

(v) если результирующая группа состоит только из единственной точки и эта точка не является равной самому высокому пику, найденному на этапе 2 выше, то отбросить эту группу;

(vi) повторять этапы (i)-(v), пока ptsAboveThresh не станет пустым.

В конце этой процедуры все точки, первоначально введенные в ptsAboveThresh на этапе 1 выше, были либо:

- приписаны группе, содержащей другие точки из перечня ptsAboveThresh, которые являются близкими к ней, или

- отброшены, поскольку они не имеют соседних точек подобной высоты и, следовательно, не являются частью группы.

Группе разрешено содержать только единственную точку, если эта точка имеет наибольшую абсолютную высоту из всех точек в буфере корреляции. Это предотвращает отбрасывание острого несмазанного пика корреляции, но препятствует использованию других изолированных пиков, представляющих истинный шум.

На фиг.8 и 9 показаны некоторые примерные наборы данных корреляции типа, подобные вычисляемым обнаружителем. На фиг.8 показан набор результатов для «смазанного» пика со значениями в диапазоне от -3,8172 до 4,9190. Водяные знаки могут быть встроены с отрицательной амплитудой, формируя пик отрицательной корреляции. Самое высокое значение 4,9190 показано внутри блока 130. Хотя оно ниже типичного порога обнаружения, равного 5, самое высокое значение окружено другими значениями корреляции со сходным значением. Это указывает на пик, который был «смазан» при обработке в канале распространения. Следуя описанной выше процедуре и устанавливая пороговое значение T, равное 3,3, и расстояние l, может быть найдено, что значения корреляции внутри кольца 140 удовлетворяют этим критериям. Проходя этот процесс, результаты со значимым значением все располагаются рядом друг с другом. Как показано на фиг.9, значения находятся в диапазоне между -3,7368 и 10,7652. При применении того же критерия обнаружения только одна точка 160 превышает пороговую величину. Значение этой точки явно превышает порог и, таким образом, рассматривается как действительный пик. Из анализа соседних значений можно видеть, что она представляет острый пик корреляции.

Встраиваемая информация, представленная в качестве кода K полезной нагрузки, может идентифицировать, например, владельца авторского права или описание содержимого. В защите от копирования для DVD (цифровой многофункциональный/видео диск) это позволяет маркировать материал как 'copy once' (однократная копия), 'never copy' (не копировать), 'no restriction' (без ограничений), 'copy no more' (копировать не более), и т.д. На фиг.10 показано устройство для извлечения и представления сигнала содержимого, который сохранен на носителе 200 информации, таком как оптический диск, запоминающее устройство или накопитель на жестком диске. Сигнал содержимого извлекается посредством блока 201 поиска содержимого. Сигнал 202 содержимого подается на блок 205 обработки, который декодирует данные и воспроизводит его для представления 211, 213. Сигнал 202 содержимого также передается на блок 220 обнаружения водяного знака вышеописанного типа. Блок 205 обработки выполнен таким образом, что ему разрешается обрабатывать сигнал содержимого только, если в сигнале обнаружен заранее установленный водяной знак. Сигнал 225 управления, посылаемый от блока 220 обнаружения водяного знака, информирует блок 205 обработки, следует ли разрешить или отклонить обработку содержимого, или информирует блок 205 обработки о каких-либо ограничениях копирования, соотнесенных с содержимым. В качестве альтернативы блок 205 обработки может быть выполнен таким образом, что ему разрешается обрабатывать сигнал содержимого только, если в сигнале не обнаружен заранее установленный водяной знак.

Выше рассмотрен набор из трех водяных знаков. Однако понятно, что этот метод может применяться для нахождения пика корреляции в данных содержимого, несущих только одиночный водяной знак, или к данным содержимого, несущих любое количество множественных водяных знаков.

Выше со ссылкой на чертежи описан обнаружитель 100, который выявляет присутствие водяного знака в информационном сигнале. Информационный сигнал сопоставляется с ожидаемым водяным знаком Wi для каждой из множества относительных позиций информационного сигнала по отношению к водяному знаку, чтобы получить набор результатов 64 корреляции. Среднеквадратичное значение вычисляется для группы результатов 64. Среднеквадратичное значение сравнивается с пороговым значением h, которое указывает, что группа представляет присутствие пика корреляции. Среднеквадратичное значение может быть вычислено для групп, сформированных в каждой позиции в буфере 64 результатов. В качестве альтернативы, среднеквадратичное значение может быть вычислено только для группы, которая идентифицирована в качестве являющейся вероятным пиком корреляции.

ПРИЛОЖЕНИЕ

В этом разделе приведен вывод примерного расположенного выше алгоритма обнаружения и описано, как установить пороговое значение обнаружения, чтобы достичь желательной ложной положительной вероятности.

Предположим, что для маркированного водяным знаком содержимого ( ) результаты корреляции являются пиком, обусловленным водяным знаком, плюс WGN. Это поддерживается наблюдением, что за исключением самого пика, в случае маркированного водяным знаком содержимого, результаты корреляции снова имеют приближенно гауссово распределение. Тогда для обнаружения присутствия водяного знака может быть записан нижеследующий критерий проверки гипотезы:

причем n является длиной N вектора независимых значений WGN и является длиной N вектора, соответствующего форме пика корреляции водяного знака, циклически сдвинутого на позиций в пределах буфера корреляции. В последующем выводе предполагается, что шум имеет стандартное отклонение - единица. Это достигается нормировкой результатов корреляции перед обнаружением водяного знака. Если предположить, что форма s пика и сдвиг полезной нагрузки являются известными, функции распределения вероятностей (PDF) согласно каждой гипотезе являются нижеследующими. При условии значения в y являются чистым WGN с PDF:

При условии буфер содержит пик плюс WGN и имеет PDF:

Принятие решения выбора между этими двумя гипотезами будет осуществляться с использованием критерия отношения правдоподобия:

Вероятность

иначе (4)

причем логарифмическим отношением правдоподобия является

Предполагается нижеследующая модель пика корреляции водяного знака:

Форма пика управляется посредством вектора параметров

На практике потребовалось бы использование значения оценки, основанного на типичной протяженности разброса точек корреляции водяного знака, или значение C может быть получено с использованием вышеописанного метода обнаружения группы.

Подстановка уравнения (6) в выражение логарифмического правдоподобия уравнения (5) дает

Будет предполагаться, что неизвестные параметры (a, ) принимают значения, которые максимизируют вероятность наблюдаемых данных (y). Во-первых, максимизация по отношению к параметрам формы пика дает

то есть, оценка формы пика взята в качестве содержимого буфера корреляции в окрестности точки соответственно сдвигу полезной нагрузки, и отношение правдоподобия становится

Выбор оценки сдвига полезной нагрузки для максимизации правдоподобия дает

Выбор оценки сдвига полезной нагрузки для максимизации этого выражения соответствует нахождению в y местоположения с наивысшей группой из C соседних точек

и

Это обеспечивает поиск наивысшей группы точек, а не единственной наивысшей точки. Правило принятия решения из ур. (4) принимает вид:

Необходимое пороговое значение h для достижения приемлемо низкой ложной положительной вероятности значения задается согласно

Согласно предположению элементы y являются распределенными соответственно независимому гауссовому распределению с нулевым средним и единичным стандартным отклонением. Переменная задается в виде

следовательно, имеет распределение хи-квадрат порядка C. Используя эту запись, ур. (10) принимает вид:

из которого соответствующее значение h может быть определено посредством таблиц распределения хи-квадрат.