обнаружение водяного знака

Формула изобретения

1. Способ обнаружения водяного знака в информационном сигнале, содержащий этапы, на которых: получают набор результатов корреляции посредством коррелирования информационного сигнала с водяным знаком для каждой из множества относительных позиций информационного сигнала по отношению к водяному знаку и определяют присутствие водяного знака в результатах посредством сравнения, по меньшей мере, части набора результатов корреляции с информацией об ожидаемой форме пика корреляции в результатах, причем сравнение содержит определение взаимной корреляции, по меньшей мере, для части набора результатов корреляции с информацией об ожидаемой форме пика корреляции.

2. Способ по п.1, дополнительно содержащий сравнение выходных данных сравнения с пороговым значением для определения присутствия действительного водяного знака.

3. Способ по п.2, в котором пороговое значение изменяют в соответствии с ожидаемой формой пика корреляции.

4. Способ по п.1 или 2, в котором информацию об ожидаемой форме пика корреляции получают на основании знания операций обработки, которым подвергался информационный сигнал или должен подвергаться.

5. Способ по п.1 или 2, в котором информацию об ожидаемой форме пика корреляции получают на основании формы из предыдущих результатов корреляции.

6. Способ по п.5, в котором предыдущие результаты корреляции являются результатами для: того же типа информационного сигнала; информационного сигнала, который был подвергнут тем же этапам обработки; информационного сигнала, который распространялся через тот же канал.

7. Способ по п.1 или 2, дополнительно содержащий идентификацию групп результатов корреляции, которые являются вероятными для представления пиков корреляции, и выполнение определения присутствия водяного знака только в идентифицированных группах результатов.

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

9. Способ по п.1 или 2, в котором используется ряд водяных знаков, при этом получение набора результатов корреляции повторяют для каждого водяного знака, причем способ дополнительно содержит определение в результатах корреляции информации о форме пика корреляции для одного из водяных знаков и использование этой информации при сравнении, осуществимом для другого водяного знака.

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

11. Обнаружитель водяного знака для обнаружения водяного знака в информационном сигнале, содержащий: средство получения набора результатов корреляции посредством определения корреляции информационного сигнала с водяным знаком для каждой из множества относительных позиции информационного сигнала по отношению к водяному знаку и средство определения присутствия водяного знака в результатах посредством сравнения, по меньшей мере, части набора результатов корреляции с информацией об ожидаемой форме пика корреляции в результатах, причем сравнение содержит определение взаимной корреляции, по меньшей мере, для части набора результатов корреляции с информацией об ожидаемой форме пика корреляции.

12. Обнаружитель водяного знака по п.11, дополнительно содержащий средство для сравнения выходных данных сравнения с пороговым значением для определения присутствия действительного водяного знака.

13. Обнаружитель водяного знака по п.12, в котором пороговое значение изменяют в соответствии с ожидаемой формой пика корреляции.

14. Обнаружитель водяного знака по п.11 или 12, в котором информацию об ожидаемой форме пика корреляции получают на основании знания операций обработки, которым подвергался информационный сигнал или должен подвергаться.

15. Обнаружитель водяного знака по п.11 или 12, в котором информацию об ожидаемой форме пика корреляции получают на основании формы из предыдущих результатов корреляции.

16. Обнаружитель водяного знака по п.15, в котором предыдущие результаты корреляции являются результатами для: того же типа информационного сигнала; информационного сигнала, который был подвергнут тем же этапам обработки; информационного сигнала, который распространялся через тот же канал.

17. Обнаружитель водяного знака по п.11, дополнительно содержащий средство для идентификации групп результатов корреляции, которые являются вероятными для представления пиков корреляции, и выполнение определения присутствия водяного знака только в идентифицированных группах результатов.

18. Обнаружитель водяного знака по п.17, в котором средство для идентификации групп результатов корреляции содержит средство для определения в наборе всех результатов корреляции, которые превышают пороговое значение, и затем определение, какие из этих результатов корреляции находятся в пределах заранее установленного расстояния друг от друга.

19. Обнаружитель водяного знака по п.11 или 12, в котором используется ряд водяных знаков, при этом получение набора результатов корреляции повторяют для каждого водяного знака, причем способ дополнительно содержит определение в результатах корреляции информации о форме пика корреляции для одного из водяных знаков и использование этой информации при сравнении, осуществимом для другого водяного знака.

20. Обнаружитель водяного знака по п.11, в котором средство для получения набора результатов корреляции и средство для определения присутствия водяного знака содержит процессор, который выполнен с возможностью исполнения программного обеспечения для выполнения этих функций.

21. Устройство для представления информационного сигнала, содержащее средство для отключения действия устройства в зависимости от присутствия действительного водяного знака в информационном сигнале, при этом устройство содержит обнаружитель водяного знака по любому из пп.11-20.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

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 аудио файлу, 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 видео содержимого. 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 момент, 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 бы ожидать для появления в процессе обнаружения водяного знака. 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, содержащий 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; и

определения, присутствует ли водяной знак в результатах, посредством сравнения, по меньшей мере, части набора результатов корреляции с информацией об ожидаемой форме пика корреляции в результатах.

Использование информации об ожидаемой форме пика корреляции может улучшать чувствительность обнаружителя. Это объясняется тем, что обнаружитель предпочтительнее может 'искать' пик конкретной формы, чем просто основываться на появлении точки выше некоторой высоты.

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.

Описанные 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 ЧЕРТЕЖЕЙ

Варианты осуществления настоящего изобретения описаны ниже, в качестве примера, со ссылкой на сопроводительные 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 и 4 - таблица результатов корреляции для использования в обнаружителе и способе;

Фиг.5 - график данных результата корреляции;

Фиг.6 - пример сохраненных данных формы, используемых в схеме по фиг.2;

Фиг.7 - блок для хранения данных формы;

Фиг.8 - второй вариант устройства обнаружения присутствия водяного знака в элементе содержимого;

Фиг.9 - график, иллюстрирующий эффект использования групп результатов корреляции при обнаружении;

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

В качестве введения и 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 водяных знаков. 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 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 с форматом данных содержимого. В случае изображения образец w(K) составлен из «мозаичных» фрагментов(14) 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 22, что определяет общую интенсивность водяного знака. Выбор коэффициента 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 (складывают) 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 s 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. Базовый 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 определения 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 (SPOMF) с учетом только фазы.

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.5. 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 имеет 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. Этап 65 начальной обработки идентифицирует группы-кандидаты в данных результатов корреляции, которые могут представлять пики корреляции. Метод идентификации пиков-кандидатов описан более подробно далее.

Как только пики-кандидаты были идентифицированы, каждый из них проверяется, чтобы определить, какой представляет пик корреляции, обусловленный водяным знаком. Результаты корреляции в группе подвергаются взаимно корреляционной обработке 82 с данными 81 из хранилища 80, представляющими ожидаемую форму пика. Результат этой взаимной корреляции дает указание сходства между формой данных, хранимых в буфере 64, и ожидаемой формой. Результат взаимной корреляции сравнивается с пороговым значением в блоке 85 обнаружения пика. Пороговое значение, используемое в этом сравнении 85, не является постоянным значением, а устанавливается адаптивным образом в соответствии с ожидаемой формой. Пороговое значение зависит от суммы квадратов ожидаемой высоты пиков, которая может быть названа энергией ожидаемой формы пика. Это имеет эффект нормировки результата взаимной корреляции. Этот этап уменьшает появление ложных совпадений между фактической группой результатов и ожидаемой формой результатов только потому, что ожидаемая форма имеет высокую энергию. По существу, это требует, чтобы ожидаемая форма пика была единичной энергией.

Хранимые данные о форме (данные формы) также используются как часть этапа 65 поиска кандидатов. Например, зная, что ожидается относительно плоская форма, этап 65 поиска кандидатов может понизить пороговое значение, которое используется, чтобы выбрать группы-кандидаты, так что низкие пики в результатах корреляции не будут исключаться.

Есть различные способы, которыми могут быть накоплены хранимые данные формы. Данные формы могут быть обеспечены в виде файла, который сопровождает обнаружитель 100, и который инсталлируется вместе с обнаружителем. Обновления могут обеспечиваться периодически. В качестве альтернативы или в дополнение к использованию исходного набора данных обнаружитель может получать данные формы на основании результатов корреляции, которые он наблюдает, в ходе использования.

Таблица данных формы может сохраняться, причем таблица организуется соответственно: процессам, которые воздействовали на сигнал содержимого при его распространении, типу сигнала содержимого или типу канала распространения. Каждый тип обработки, которой подвергается сигнал содержимого при распространении, будет иметь воздействие на данные в этом сигнале, и это повлияет на форму пика корреляции, когда обнаружитель 100 осуществляет проверку на присутствие водяного знака. Эффект каждого процесса может наблюдаться и сохраняться в качестве информации о форме в блоке 80. Когда возможно количественно определять, какие процессы воздействовали на сигнал содержимого при его распространении, то можно применять подходящую форму на выполняемом обнаружителем этапе 82 ожидания взаимной корреляции. Когда сигнал подвергся многим процессам обработки (например, кодирование MPEG и кодирование для передачи по каналу беспроводной связи), то множество данных формы может объединяться, или может извлекаться подходящий шаблон, соответствующий конкретной комбинации процессов. Шаблоны могут храниться для диапазона обычно используемых типов содержимого или способов распространения, например видео MPEG, принятое по широковещательному каналу; содержимое аудио MP3, принятое по проводному соединению; содержимое, принятое по соединению беспроводной связи. Информация о типе содержимого или распространения подается в качестве входных данных 40 на блок 80, причем информацию 40 получают из другой части приемника. Шаблоны могут быть предусмотрены для различных битовых скоростей передачи содержимого, например, для MPEG 2Мб/с, 42Мб/с, 62Мб/с и т.д., форматов преобразования, например PAL->NTSC (стандарт цветного телевидения НТСЦ), NTSC->PAL, а также комбинаций MPEG и преобразования формата. Эта таблица данных должна определяться изготовителем обнаружителя водяного знака, и соответствующие параметры настройки программируются в обнаружитель при инсталляции. Шаблоны могут изменяться согласно обновлениям данных обнаружителя.

Данные формы содержат набор числовых значений, которые совместно определяют форму ожидаемого пика. Форма получается на основании относительного размера числовых значений в наборе. Набор значений может быть масштабирован до любого размера. Таким образом, форма пика, а не размер сравнивается на этапе 82 определения взаимной корреляции. На Фиг.6 показан пример вида таблицы для информации формы, которая сохраняется блоком 80. Каждый тип содержимого, процесса или комбинации процессов 102 соотнесен с данными 103 формы и пороговым значением 104 обнаружения для использования блоком 85. Хотя данные 103 формы показаны при этом в графическом виде, они будут, фактически, содержать набор числовых значений, которые вместе определяют ожидаемую форму пика.

Использование хранимых данных подобным образом может быть невозможным, когда, например, обнаружитель не принимает информацию 40 о том, каким процессам обработки подверглось содержимое, или когда самим средством приема неизвестна эта информация. В этом случае могут использоваться различные способы оценки ожидаемой формы пика. На Фиг.7 показан вариант осуществления, в котором в течение интервала времени получают скользящее среднее значение для данных формы. Новая информация 83 о форме пика из буфера результатов корреляции (или блока 65 поиска кандидатов) посылается в усредняющую функцию 91. Предыдущие данные формы такие, как предыдущее скользящее среднее, извлекаются (92) из хранимых данных 90, вычисляется новое среднее, и обновленное среднее возвращается (93) для хранения. Скользящее среднее может быть вычислено по предыдущим D обнаружениям. Значение D зависит от приложения и будет зависеть от количества обнаружений, выполняемых в секунду, относительно интервала времени, в течение которого содержимое/обработка остаются постоянными. Этот подход может быть особенно успешным, когда обработка, примененная к содержимому, остается постоянной в течение нескольких интервалов обнаружения. Когда для содержимого известна информация о типе содержимого или процессах или канале распространения, то в течение периода времени может быть получено множество хранимых шаблонов, каждый из которых соотнесен с этими процессами или каналами. Согласно Фиг.7 блок 80 также включает в себя подходящий интерфейс 95, который принимает информацию 40 и извлекает соответствующие данные формы и пороговое значение их хранилища 90. Данные формы 81 посылаются в блок 82 взаимной корреляции, а данные 86 порога принятия решения посылаются в блок 85 обнаружения пика.

На Фиг.8 показан другой вариант осуществления изобретения. Каждая ветвь 61, 62 обнаружителя 100 включает в себя функции, детально показанные для ветви 60. Блок 80 получает данные о форме из буферов 64 каждой ветви 60, 62 и объединяет данные, чтобы получить полный шаблон формы.

Объединенные данные и данные о пороге принятия решения затем могут применяться в блоках корреляции 82 в каждой из ветвей 60, 61, 62.

Ниже описан упрощенный математический пример процесса согласования формы. Пусть для элемента содержимого была определена корреляция с интересующим образцом водяного знака с использованием вышеописанного предварительного метода SPOMF, и результаты корреляции сохранены в буфере 64. Результаты корреляции в буфере 64 являются вектором y 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 большей части содержимого результатами корреляции в буфере 64 будет двумерная таблица, соответствующая 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 приближенно являются гауссовым шумом, но также присутствует пик. Пусть форма пика корреляции для сдвига полезной нагрузки может быть описана согласно

Это является весьма общей моделью пика корреляции, которая учитывает его протяженность как C смежных позиций в буфере, причем его форма определяется согласно

и его высота должна задаваться масштабным коэффициентом A. Известная (ожидаемая) форма пика a взаимно коррелируется с содержимым y буфера и затем сравнивается с пороговым значением, чтобы принять решение, присутствует ли водяной знак или нет . Оценка сдвига полезной нагрузки взята в качестве позиции, максимизирующей взаимную корреляцию.

Вывод этого критерия обнаружения представлен в приложении.

В качестве простого примера преимущества использования информации о форме пика можно рассмотреть случай, когда известно, что форма пика является плоской, то есть:

На Фиг.9 показана минимальная средняя высота для результатов y_i буфера в соответствующей пику водяного знака позиции, чтобы было принято решение, что водяной знак присутствует. Они были вычислены с учетом достижения такой же ложной положительной вероятности, что и в существующем способе обнаружения с простым пороговым значением 5 . Можно видеть, что для форм пика с широким разбросом, то есть больших групп из C точек, водяной знак может быть успешно обнаружен при высотах пиков намного ниже уровня 5 , требуемого современными обнаружителями.

Ниже описан процесс идентификации корреляционных пиков-кандидатов в результатах корреляции для использования в блоке 65 по Фиг.2 и 8. Алгоритм группирования формирует несколько групп точек, каждая из которых может соответствовать истинному пику корреляции. Вероятности этих групп сравниваются, и предполагается, что группа с самой низкой вероятностью будет требуемым пиком корреляции. Алгоритм содержит нижеследующие этапы:

1. Установить пороговое значение и найти все точки 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. Найти точку с наивысшим абсолютным значением.

3. Сформировать 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.3 и 4 показаны некоторые примерные наборы данных корреляции типа, подобного вычисленным обнаружителем. На Фиг.3 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 значения T, равное 3,3, и расстояние 1, 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.4, 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 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 их для представления 211, 213. Сигнал 202 содержимого также подается 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. Часть результатов 64 корреляции подвергается взаимно-корреляционной обработке 82 с информацией 81 об ожидаемой форме пика корреляции в результатах. Это может улучшить чувствительность обнаружителя 100. Результат 84 взаимной корреляции сравнивается с пороговым значением в блоке 85 обнаружения пика. Пороговое значение, используемое в этом сравнении 85, устанавливается адаптивным способом в соответствии с ожидаемой формой. Информация 81 об ожидаемой форме пика корреляции может быть основана на знании операций обработки информационного сигнала или ожидаемых операций обработки, или на основании формы из предыдущих результатов корреляции.

ПРИЛОЖЕНИЕ

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

Предположим, предполагается, 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 (y|s, )= иначе (4)

причем логарифмическим отношением правдоподобия является

Предполагается нижеследующая модель пика корреляции водяного знака:

Это описывает пик, охватывающий C точек, который имеет известную форму, заданную посредством a, но неизвестную полную высоту, задаваемую масштабным коэффициентом A. Предполагается, что C является известным. На практике потребует использовать значение оценки на основе типичной протяженности разброса точек корреляции водяного знака, или значение C может быть получено с использованием метода обнаружения группы, описанной выше.

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

Неизвестные параметры (A, ) будут оценками значений, которые максимизируют вероятность наблюдаемых данных (y). Максимизация по отношению к неизвестной высоте пика дает

и логарифмическое правдоподобие становится

Выбор оценки сдвига полезной нагрузки, чтобы максимизировать вероятность, дает

Отметим, что суммирование в знаменателе является константой, которая не зависит от результатов корреляции в y. Правило принятия решения отношения правдоподобия, следовательно, сводится к пороговой проверке величины взаимной корреляции между y и формой a пика

причем выбирается как сдвиг, максимизирующий взаимную корреляцию. Необходимое пороговое значение h для достижения приемлемо низкой ложной положительной вероятности значения задается согласно

Согласно гипотезе элементы распределены по независимому гауссовому закону с нулевым средним и единичным стандартным отклонением. Переменная , определенная в виде

следовательно, также имеет гауссово распределение, но со стандартным отклонением

Используя эту запись, уравнение 8 принимает вид

из которого подходящее значение h может быть определено посредством таблиц (a)=Pr(Z<a), причем Z является случайной переменной, имеющей гауссово распределение с нулевым средним, единичным стандартным отклонением. Зависимость порога обнаружения от _y обеспечивает регулировку в соответствии с энергией заданной формы пика, так что достигается желательная вероятность ошибочного результата.