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Dokumentenidentifikation DE602004005615T2 06.12.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001695337
Titel VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR ERKENNUNG EINES WASSERZEICHENS IN EINEM SIGNAL
Anmelder Koninklijke Philips Electronics N.V., Eindhoven, NL
Erfinder VAN DER VEEN, Minne, NL-5656 AA Eindhoven, NL;
LEMMA, Aweke N., NL-5656 AA Eindhoven, NL
Vertreter Volmer, G., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 52066 Aachen
DE-Aktenzeichen 602004005615
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LI, LU, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 24.11.2004
EP-Aktenzeichen 047992250
WO-Anmeldetag 24.11.2004
PCT-Aktenzeichen PCT/IB2004/052526
WO-Veröffentlichungsnummer 2005059897
WO-Veröffentlichungsdatum 30.06.2005
EP-Offenlegungsdatum 30.08.2006
EP date of grant 28.03.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.12.2007
IPC-Hauptklasse G10L 19/00(2006.01)A, F, I, 20060801, B, H, EP

Beschreibung[de]
Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zum Detektieren eines Wasserzeichens in einem Signal und insbesondere aber nicht ausschließlich auf das Detektieren eines multiplikativen Wasserzeichens.

Hintergrund der Erfindung

Die rechtswidrige Verteilung von urheberrechtlichen Materials spricht dem Inhaber des Urheberrechtes das Recht auf legitime Abgaben für dieses Material ab und könnte dem Lieferanten dieses rechtswidrig verteilten Materials mit Einkünften versehen, was eine Fortsetzung von rechtswidrigen Verteilungen fördert. Im Lichte der Leichtigkeit der Übertragung beispielsweise durch Internet, kann Inhaltsmaterial ("content material"), das urheberrechtlich geschützt werden soll, wie artistische Renderings oder anderes Material mit begrenzten Verteilungsrechten in großem Umfang rechtswidrig verteilt werden.

Insbesondere Inhaltsitems, wie Musik- oder Videoitems ziehen zur Zeit einen wesentlichen Betrag an unerlaubter Verteilung und Kopierung an. Dies kann teilweise der zunehmenden Praktizierbarkeit und Leichtigkeit der Verteilung und Kopierung zugeschrieben werden, die durch neue Technologien ermöglicht werden. So hat beispielsweise das MP3 Format zur Speicherung und Übertragung komprimierter Audiodateien eine Massenverteilung von Audioaufzeichnungen ermöglicht. So kann beispielsweise eine 30 bis 40 MB digitale PCM Audioaufzeichnung eines Musikstücks zu einer 3 oder 4 MB MP3-Datei komprimiert werden. Unter Verwendung einer typischen 56 kBps Einwahlverbindung mit dem Internet kann diese MP3 Datei in einigen Minuten zum Computer eines Benutzers herunter geladen werden. Dies kann beispielsweise die Möglichkeit bieten, dass eine arglistige Partie einen direkten Anwähldienst zum Herunterladen eines MP3 codierten Musikstücks schafft. Weiterhin fördert die Einführung von Breitband-Internetverbindungen das Herunterladen noch größerer Dateien wie MPEG Video. Die rechtswidrige Kopie des MP3 codierten Musikstücks kann danach durch Software oder Hardware-Anordnungen gerendert werden oder kann dekomprimiert und auf einer aufzeichenbaren CD zur Wiedergabe mit Hilfe eines herkömmlichen CD Spielers gespeichert werden.

Es wurden bereits eine Anzahl Techniken vorgeschlagen zur Begrenzung der Wiedergabe kopiergeschützten Inhaltsmaterials. Die SDMI ("Secure Digital Music Initiative") und andere befürworten die Verwendung "digitaler Wasserzeichen" um nicht genehmigtes Kopieren zu vermeiden.

Digitale Wasserzeichen können entsprechend den oben genannten Szenarien als Kopierschutz verwendet werden. Die Verwendung aber von digitalen Wasserzeichen ist nicht auf Kopierschutz beschränkt, sondern kann auch für sog. Gerichtliche Spurfolge verwendet werden, wo Wasserzeichen in beispielsweise Dateien eingebettet sind, die über ein elektronisches Inhaltsverteilungssystem verteilt werden, und zur Verfolgung beispielsweise illegal kopierten Inhalts im Internet. Wasserzeichen können weiterhin zur Überwachung von Sendeanstalten verwendet werden (beispielsweise Werbesendungen) oder für Authentifizierungszwecke usw.

Es wurden bereits Techniken vorgeschlagen zum Einbetten von Wasserzechen unmittelbar in einen codierten Bitstrom. Diese Technik wird oft als Bitstromwasserzeichenmarkierung bezeichnet. Weitere Beschreibungen von Bitstromwasserzeichenmarkierung lässt sich in PCT Patentanmeldung WO 01/49363 A1 finden: "Method an System of Digital Watermarking for Compressed Audio" oder in "Audio Watermarking of MPEG-2 AAC Bitstreams" von Christian Neubauer und Jurgen Herre, "108. AES Konvention" Paris, Februar 2000. "Audio Engineering Society", Vordruck 5101.

Es sind weiterhin Techniken vorgeschlagen worden zum Einbetten von Wasserzeichen unmittelbar in nicht komprimierte Signale (auch als Basisbandsignale bezeichnet), und es gibt viele bekannte Techniken zum Einbetten von Wasserzeichen in ein unbearbeitetes nicht komprimiertes Signal. So kann beispielsweise ein Wasserzeichen unmittelbar in ein PCM Signal eingebettet werden, das daraufhin codiert werden kann.

Ein Beispiel eines Wasserzeichenmarkierungssystems zum Einbetten eines Wasserzeichens in ein Basisbandsignal lässt sich finden in: "A temporal domain audio watermarking technique" von A.N. Lemma, j.Aprea, W. Domen und L. van de Kerkhof, "IEEE Transactions an signal processing" Heft 51, Nr. 4, April 2003, Seiten 1088-1097, "Institute of Electrical and Electronic Engineers".

Selbstverständlich ist die Leistung und die Merkmale von Wasserzeichendetektionsprozessen ein wichtiger Faktor im Erfolg eines auf Wasserzeichen basierten Systems. Ein Verfahren zum Detektieren von Wasserzeichen, die entsprechend der oben genannten Annäherung eingebettet worden sind, umfasst eine Zweistufenannäherung, wobei einzelne Wasserzeichensymbole in der ersten Stufe geschätzt werden, eine Anzahl geschätzter Wasserzeichensymbole mit einem bekannten Wasserzeichenmuster in der nachfolgenden Stufe korreliert wird und in Abhängigkeit von dem Korrelationsgrad eine Detektionsentscheidung getroffen wird. Weitere Einzelheiten dieses Wasserzeichendetektionsverfahrens lassen sich finden in: "A temporal Domain Audio Watermarking Technique" von A.N. Lemma,, j.Aprea, W. Domen und L. van de Kerkhof, "IEEE Transactions an signal processing" Heft 51, Nr. 4, April 2003, Seiten 1088-1097, "Institute of Electrical and Electronic Engineers".

Obschon aber ein derartiger Detektor zur Wasserzeichendetektion nützlich ist, ist er störungsempfindlich, was die Leistung beeinträchtigen könnte. Rauschanteile können beispielsweise Verzerrungen enthalten, eingeführt durch beispielsweise eine gemeinsame Signalverarbeitung (beispielsweise Audiokompression, dynamisch Amplitudenkompression usw.) oder Rauschanteile, die in einer Rundfunkkette eingeführt werden. Rauschanteile können dafür sorgen, dass der Detektor angibt, dass ein Signal ein Wasserzeichen enthält, obschon keins vorhanden ist, oder der Detektor kann versagen, ein in ein Signal eingebettetes Wasserzeichen zu detektieren. Auf entsprechende Weise wäre es vorteilhaft, wenn eine verbesserte Leistung und insbesondere eine verbesserte Detektionsgenauigkeit erreicht werden könnten.

Weiterhin ist es in praktischen Implementierungen wichtig, dass Komplexität und rechnerische Anforderungen der Wasserzeichendetektion minimiert werden. Aber eine verbesserte Leistung und Zuverlässigkeit der Detektion wird typischerweise auf Kosten einer gesteigerten Verarbeitung und Komplexität erreicht.

Folglich wäre ein verbessertes System zur Wasserzeichendetektion vorteilhaft und insbesondere ein System, das eine bessere Detektionsleistung, eine reduzierte Komplexität und/oder eine leichtere Implementierung ermöglicht.

Zusammenfassung der Erfindung

Auf entsprechende Weise versucht die vorliegende Erfindung vorzugsweise ein oder mehrere der oben genannten Nachteile einzeln oder in Kombination zu lindern, abzuschwächen oder zu eliminieren.

Nach einem Merkmal der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Detektieren eines Wasserzeichens in einem ersten Signal geschaffen, wobei das Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst: das Empfangen des ersten Signals ggf. mit einem in ein ursprüngliches Signal eingebetteten Wasserzeichen; das Empfangen eines zweiten Signals entsprechend dem ursprünglichen Signal; das Segmentieren der Signale in eine Anzahl Segmente, die je einem Wasserzeichensymbol entsprechen; und für jedes der Segmente das Durchführen der nachfolgenden Verfahrensschritte: das Ermitteln einer ersten Charakteristik für einen ersten Teil des Segmentes in Reaktion auf einen Satz von Datenwerten des ersten Signals in dem ersten Teil und einen Satz von Datenwerten des zweiten Signals in dem ersten Teil, das Ermitteln einer zweiten Charakteristik für einen zweiten Teil des Segmentes in Reaktion auf einen Satz von Datenwerten des ersten Signals in dem zweiten Teil und einen Satz von Datenwerten des zweiten Signals in dem zweiten Teil, und das Ermitteln einer Wasserzeichensymbolsschätzung für das Segment in Reaktion auf die erste Charakteristik und die zweite Charakteristik; und das Feststellen, ob ein Wasserzeichen eingebettet ist, und zwar durch einen Vergleich der Wasserzeichensymbolschätzungen mit einem Bezugswasserzeichensymbolmuster.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass eine verbesserte Leistung durch Anwendung einer informierten Detektion von Wasserzeichen und insbesondere durch Anwendung von Information des ursprünglichen Signals in verschiedenen Teilen entsprechend Wasserzeichensymbolen.

Insbesondere ermöglicht die vorliegende Erfindung eine größere Zuverlässigkeit der Wasserzeichendetektion im Beisein von Rauschanteilen. Weiterhin kann die Verwendung von Information in Bezug auf das ursprüngliche Signal ohne eine unakzeptierbare Komplexität oder rechnerische Mittelzunahme erreicht werden und die Wasserzeichendetektion ist für praktische Implementierung durchaus geeignet.

Das zweite Signal kann von jeder beliebigen geeigneten Quelle erhalten werden und kann in jedem beliebigen geeigneten Format sein zum Schaffen von Information in Bezug auf das ursprüngliche Signal. Insbesondere kann das zweite Signal dem Ursprünglichen Signal völlig oder teilweise identisch oder ähnlich sein. Die Quelle des zweiten Signals kann weiterhin eine externe oder eine interne Quelle sein. Weiterhin kann das erste und das zweite Signal zusammen oder einzeln empfangen werden.

Der Vergleich zwischen den Wasserzeichensymbolschätzungen und dem Bezugswasserzeichensymbolmuster kann insbesondere eine Korrelation zwischen den Wasserzeichensymbolschätzungen und dem Bezugswasserzeichensymbolmuster aufweisen.

Nach einem Merkmal der vorliegenden Erfindung umfasst der Schritt der Ermittlung der ersten Charakteristik die Ermittlung einer Umhüllendencharakteristik des ersten Signals in dem ersten Teil.

Die Umhüllendencharakteristik kann insbesondere eine Summe und/oder ein Mittelwert und/oder eine Variation der absoluten Amplitudenwerte des ersten Signals sein. Dies kann einen besonders geeigneten Parameter zum Schätzen eines Wasserzeichensymbols schaffen. Zusätzlich oder auf alternative Weise umfasst die zweite Charakteristik das Ermitteln einer Umhüllendencharakteristik des ersten Signals in dem zweiten Teil.

Nach einem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung umfasst der Schritt der Ermittlung der ersten Charakteristik die Ermittlung einer Umhüllendencharakteristik des zweiten Signals in dem ersten Teil.

Die Umhüllendencharakteristik kann insbesondere eine Summe und/oder ein Mittelwert und/oder eine Variation der absoluten Amplitudenwerte des zweiten Signals sein. Dies kann einen besonders geeigneten Parameter zum Schätzen eines Wasserzeichensymbols schaffen. Außerdem oder auf alternative Weise umfasst die zweite Charakteristik die Ermittlung einer Umhüllenden Charakteristik des ersten Signals in dem zweiten Teil.

Nach einem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung umfasst der Schritt der Ermittlung der ersten Charakteristik das Ermitteln der ersten Charakteristik als eine erste Beziehung zwischen einer Umhüllendencharakteristik des ersten Signals in dem ersten Teil und einer Umhüllendencharakteristik des zweiten Signals in dem ersten Teil.

Die Beziehung zwischen den mit dem empfangenen Signal und einem ursprünglichen nicht mit einem Wasserzeichen versehenen eingebetteten Signal assoziierten Umhüllendencharakteristiken kann eine besonders vorteilhafte Angabe eines Wasserzeichensymbols schaffen.

Nach einem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die erste Beziehung ein Verhältnis. Dieses Verhältnis kann eine besonders vorteilhafte Leistung sowie eine akzeptierbare Mittelkomplexität schaffen.

Nach einem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung umfasst der Schritt der Ermittlung der zweiten Charakteristik die Ermittlung der zweiten Charakteristik als ein zweites Verhältnis zwischen einer Umhüllendencharakteristik des ersten Signals in dem zweiten Teil und einer Umhüllendencharakteristik des zweiten Signals in dem zweiten teil, und der Schritt der Ermittlung einer Wasserzeichensymbolschätzung umfasst die Ermittlung der Wasserzeichensymbolschätzung als eine mathematische Funktion des ersten Verhältnisses und des zweiten Verhältnisses.

Die Beziehung zwischen den Verhältnissen der Umhüllendencharakteristiken in verschiedenen Teilen können für geeignete Wasserzeichensymbolformen besonders geeignete und genaue Angaben des Vorhandenseins eines Wasserzeichens schaffen.

Nach einem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung umfasst die mathematische Beziehung eine Subtraktion. Dies kann eine besonders geeignete mathematische Beziehung für bestimmte Wasserzeichensymbolformen schaffen und insbesondere für eine im Wesentlichen Doppelphasenfenstersymbolform.

Nach einem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren weiterhin den Schritt der Ermittlung einer Eigenschaft der ersten Charakteristik in Reaktion auf eine Symbolform der Wasserzeichensymbole.

Auf alternative Weise oder zusätzlich umfasst das Verfahren den Schritt der Ermittlung einer Eigenschaft der zweiten Charakteristik in Reaktion auf eine Symbolform der Wasserzeichensymbole.

So kann es beispielsweise abhängig von der Symbolform der Wasserzeichensymbole vorteilhaft sein, auf alternative Weise oder zusätzlich die Amplitudencharakteristiken oder Energiecharakteristiken zu betrachten. Auf diese Weise kann die Wasserzeichendetektion speziell auf die gegebene Symbolform zugeschnitten sein.

Nach einem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren weiterhin den Schritt der Extraktion eines ersten Teils des ersten Signals und der Durchführung der Segmentierung und Wasserzeichensymbolschätzung durch Verarbeitung nur des ersten Teils. Vorzugsweise umfasst der Schritt der Extraktion des ersten Teils die Filterung des ersten Signals. So kann beispielsweise die Wasserzeichendetektion eine Bandpassfilterung des ersten Signals umfassen. Dies kann eine verbesserte Detektionsleistung schaffen und insbesondere kann die Extraktion des ersten Teils mit einem ähnlichen Prozess, durchgeführt in der Wasserzeicheneinbettungsanordnung, kompatibel sein.

Vorzugsweise ist das Wasserzeichen ein multiplikatives Wasserzeichen.

Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Anordnung geschaffen zum Detektieren eines Wasserzeichens in einem ersten Signal, wobei diese Anordnung Folgendes umfasst: Mittel zum Empfangen des ersten Signals, ggf. mit einem in ein ursprüngliches Signal eingebetteten Wasserzeichen; Mittel zum Empfangen eines zweiten Signals entsprechend dem ursprünglichen Signal; Mittel zum Segmentieren der Signale in eine Anzahl Segmente, die je einem Wasserzeichensymbol entsprechen; und Mittel um für jedes der Segmente die nachfolgenden Verfahrensschritte durchzuführen: das Ermitteln einer ersten Charakteristik für einen ersten Teil des Segmentes in Reaktion auf einen Satz von Datenwerten des ersten Signals in dem ersten Teil und einen Satz von datenwerten des zweiten Signals in dem ersten Teil, das Ermitteln einer zweiten Charakteristik für einen zweiten Teil des Segmentes in Reaktion auf einen Satz von Datenwerten des ersten Signals in dem zweiten Teil und einen Satz von Datenwerten des zweiten Signals in dem zweiten Teil, und das Ermitteln einer Wasserzeichensymbolsschätzung für das Segment in Reaktion auf die erste Charakteristik und die zweite Charakteristik; und Mittel zum Feststellen, ob ein Wasserzeichen eingebettet ist, und zwar durch einen Vergleich der Wasserzeichensymbolschätzungen mit einem Bezugswasserzeichensymbolmuster.

Diese und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung dürften aus den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen hervorgehen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

1 eine Wasserzeicheneinbettungsanordnung zum Einbetten eines multiplikativen Wasserzeichens nach dem Stand der Technik,

2 ein System zum Erzeugen von Wasserzeichenabtastwerten aus Wasserzeichensymbolen,

3 eine gesteigerte Kosinus-Fenstersymbolform, geeignet für die Wasserzeicheneinbettungsanordnung nach 1,

4 eine Doppelphase-Fenstersymbolform, geeignet für die Wasserzeicheneinbettungsanordnung nach 1,

5 ein Blockschaltbild eines Wasserzeichendetektors nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und

6 ein Verfahren zum Detektieren eines Wasserzeichen nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Die nachfolgende Beschreibung richtet sich auf eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, anwendbar auf eine Detektion eines multiplikativen Wasserzeichens; es dürfte aber einleuchten, dass die vorliegende Erfindung sich nicht auf diese spezielle Anwendung beschränkt.

Zunächst wird ein System zum Einbetten eines multiplikativen Wasserzeichens beschrieben. Das System ist kompatibel mit dem System, wie dies beschrieben ist in: "A temporal domain audio watermarking technique" von A.N. Lemma, j.Aprea, W. Oomen und L. van de Kerkhof, "IEEE Transactions an signal processing" Heft 51, Nr. 4, April 2003, Seiten 1088-1097, "Institute of Electrical and Electronic Engineers", wo sich weitere Einzelheiten linden lassen.

1 zeigt eine Wasserzeicheneinbettungsanordnung zum Einbetten eines multiplikativen Wasserzeichens nach dem Stand der Technik.

Die Wasserzeicheneinbettungsanordnung empfängt Abtastwerte x[n] eines mit Wasserzeichen zu versehenen Basisbandsignals. Die Abtastwerte werden einem Basisbandfilter 101 mit einer Impulsantwort h[n] zugeführt. Auf diese Weise bezeichnet das gefilterte Signal

wobei * bezeichnet, dass der Faltungsvorgang durchgeführt wird. Das gefilterte Signal xb[n] wird einem Multiplizierer 103 zugeführt, wo es mit Wasserzeichenabtastwerten w[n] multipliziert wird um die Abtastwerte xb[n]·w[n] zu erzeugen, die einer Skalierungseinheit 105 zugeführt werden, welche die Abtastwerte um einen Wert &agr; skaliert. Die resultierenden Abtastwerte werden zu den ursprünglichen Abtastwerten x[n] in einer Addieranordnung 107 hinzugefügt. Auf diese Weise wird das von der Wasserzeicheneinbettungsanordnung erzeugte Signal: y[n] = x[n] + &agr;·xb[n]·w[n]

Insbesondere entspricht &agr; der Einbettungsstärke des Wasserzeichens, das durch ein psychoakustisches Modell gesteuert wird.

Das Wasserzeichen w[n] wird derart gewählt, dass Multiplikation desselben mit xb[n] vorwiegend die Kurzzeitumhüllende von xb[n] modifiziert.

2 illustriert ein System zum Erzeugen von Wasserzeichenabtastwerten aus Wasserzeichensymbolen.

Erstens ist eine einheitlich verteilte beliebige Sequenz wdi[k] mit einer endlichen Länge und Nullmittelwert wdi[k]∈[–1, 1] for k = 0, 1, ..., Lw – 1, wobei Lw die Anzahl Symbole in einem Wasserzeichen ist. Das Wasserzeichenmuster wird durch das System nach 2 in ein periodisches, langsam variierendes Schmalbandsignal wi[n] mit einer Länge Lw·Ts umgesetzt, wobei Ts die Symbollänge in Abtastwerten ist.

Die Wasserzeichensymbole wdi[k] werden in dem "Upsampler" 201 um einen Faktor Ts höher abgetastet ("ge-upsampled"). wdi[n] = wdi[n/Ts] for n = 0, Ts, 2Ts... und sonst 0.

Das höher abgetastete Signal wird danach von der Fensterformfunktion s[n] in einem Faltungselement 203 gefiltert: wi[n] = wdi[n]*s[n]

Auf diese Weise entspricht die Fensterform der Symbolform für des Wasserzeichensymbol. wi[n] kann dann als die Wasserzeichenabtastwerte w[n] der Wasserzeicheneinbettungsanordnung nach 1 verwendet werden.

Es hat sich herausgestellt, dass die Leistung des Wasserzeichenmarkierungssystems von der Fensterformfunktion und folglich von der Wasserzeichensymbolform abhängig ist. 3 zeigt eine gesteigerte Kosinus-Fenstersymbolform, geeignet für die Wasserzeicheneinbettungsanordnung nach 1 und 4 zeigt eine Doppelphase-Fenstersymbolform, geeignet für die Wasserzeicheneinbettungsanordnung nach 1. Die nachfolgende Beschreibung wird auf eine Ausführungsform gerichtet, welche die Doppelphase-Fenstersymbolform benutzt aber es dürfte einleuchten, dass andere Ausführungsformen andere Fenstersymbolformen verwenden können.

5 zeigt ein Blockschaltbild eines Wasserzeichendetektors 500 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Der Wasserzeichendetektor 500 umfasst einen ersten Empfänger 501, der ein erstes Signal empfängt. Das erste Signal kann ggf. ein Wasserzeichen enthalten und der Wasserzeichendetektor 500 ist dazu vorgesehen, zu detektieren, ob das erste Signal ein Wasserzeichen enthält. Insbesondere kann das erste Signal ein in ein Signal eingebettetes multiplikatives Wasserzeichen enthalten, wie oben beschrieben.

Der Wasserzeichendetektor 500 umfasst weiterhin einen zweiten Empfänger 503, der wirksam ist um ein zweites Signal zu empfangen, das dem ursprünglichen Signal des ersten Signals, bevor das Wasserzeichen eingebettet wurde, entspricht. Insbesondere kann das zweite Signal aus den Signalabtastwerten x[n] des ursprünglichen Signals bestehen.

Der erste Empfänger 501 ist mit einem ersten Segmentierer 505 gekoppelt, Bei einigen Ausführungsformen umfasst der erste Segmentierer 505 Mittel zum verarbeiten des ersten Signals zum Extrahieren eines spezifischen Teils des ersten Signals. Insbesondere wenn das ursprüngliche Signal x[n] von einem Filter h[n] in der Wasserzeicheneinbettungsanordnung gefiltert wurde, umfasst der Segmentierer 505 ein ähnliches Filter zum Extrahieren desselben Frequenzbereichs wie das Filter der Wasserzeicheneinbettungsanordnung.

Der erste Segmentierer 505 ist wirksam zum Aufteilen des empfangenen Signals in eine Anzahl Segmente, wobei jedes Segment einem einzigen Wasserzeichensymbol entspricht. Nachstehend richtet sich die aktuelle Beschreibung der Deutlichkeit halber und der Kürze wegen auf eine Ausführungsform, wobei die Wasserzeicheneinbettungsanordnung und der Wasserzeichendetektor 500 synchronisiert werden. Es dürfte aber einleuchten, dass bei anderen Ausführungsformen der Wasserzeichendetektor 500 eine weitere Funktionalität zum Synchronisieren des Wasserzeichendetektors 500 mit der Wasserzeicheneinbettungsanordnung aufweist, so dass das erste Segment 505 das erste Signal in geeignete Symbolsegmente segmentieren kann. Eine derartige Funktionalität kann beispielsweise auf Fingerabdrucktechniken basiert sein, was in dem betreffenden technischen Bereich durchaus bekannt ist.

Der Wasserzeichendetektor 500 umfasst weiterhin einen zweiten Segmentierer 507, der mit dem zweiten Empfänger 503 gekoppelt ist und der das zweite Signal in Segmente segmentiert, die den Wasserzeichensymbolen entsprechen. Auf diese Weise erzeugen der erste und der zweite Segmentierer 505, 507 synchronisierte Abtastwertsätze für jedes Wasserzeichensymbol.

Der erste und der zweite Segmentierer 505, 507 sind mit einem Prozessor 509 für den ersten Teil gekoppelt, der eine erste Charakteristik für einen Teil oder ein Intervall jedes Wasserzeichensymbols bestimmt.

In der beschriebenen Ausführungsform verarbeitet der Prozessor 509 für den ersten Teil jeweils ein einziges Wasserzeichensymbol. Zunächst selektiert der der erste Prozessor 509 einen Satz mit Abtastwerten für die aktuellen Wasserzeichensymbole, die einem bestimmten Teil des aktuellen Wasserzeichensymbols entsprechen. Danach wird eine erste Charakteristik für diesen Teil ermittelt, und zwar in Reaktion auf die Datenwerte des ersten Signals in dem gegebenen Teil sowie die Datenwerte des zweiten Signals in dem gegebenen Teil. Insbesondere erzeugt der erste Prozessor 509 eine erste Charakteristik, die Umhüllendencharakteristiken zweier Signale in dem ersten Teil angeben. Auf diese Weise ist die erste Charakteristik indikativ für die relativen Umhüllendencharakteristiken des ggf. mit einem Wasserzeichen versehenen Signals und des ursprünglichen Signals in einem bestimmten Intervall der Wasserzeichensymbolperiode.

Auf gleiche Weise werden der erste und der zweite Segmentierer 505, 507 mit einem zweiten Prozessor 511 gekoppelt, der eine zweite Charakteristik ermittelt, die sich auf einen anderen zweiten Teil oder ein anderes Intervall jedes Wasserzeichensymbol bezieht.

In der beschriebenen Ausführungsform verarbeitet der zweite Prozessor 511 auch jeweils ein einziges Wasserzeichensymbol. Auf gleiche Weise wie der erste Prozessor 509 selektiert auch der zweite Prozessor 511 einen Satz mit Abtastwerten für die aktuellen Wasserzeichensymbole, der einem bestimmten (aber anderen) Teil des aktuellen Wasserzeichensymbols entspricht. Er ermittelt danach die zweite Charakteristik für diesen Teil in Reaktion auf die Datenwerte des ersten Signals in dem gegebenen Teil sowie die Datenwerte des zweiten Signals in dem gegebenen Teil. Insbesondere erzeugt der zweite Prozessor 511 eine zweite Charakteristik, die Umhüllendencharakteristiken der zwei Signale in dem zweiten Teil angibt. Auf diese Weise ist die zweite Charakteristik eine Anzeige der relativen Umhüllendencharakteristik des ggf. mit einem Wasserzeichen versehenen Signals und des ursprünglichen Signals in einem spezifischen Intervall der Wasserzeichensymbolperiode.

Insbesondere in der beschriebenen Ausführungsform führt der erste und der zweite Prozessor 509, 511 die gleiche Verarbeitung durch, aber an verschiedenen Teilen des Wasserzeichensymbols. Auf diese Weise sind die erste und die zweite Charakteristik eine Anzeige dafür, wie ein bestimmter Parameter (oder eine Kombination von Parametern) in verschiedenen Teilen des Wasserzeichensymbols variieren kann. Auf diese Weise kann vorausgesetzt werden, dass, abhängig von der Wasserzeichensymbolform, die erste und die zweite Charakteristik auf eine bestimmte Art und Weise variieren, wenn ein Wasserzeichen vorhanden ist, nicht aber, wenn es kein Wasserzeichen gibt. Durch Ermittlung der ersten und der zweiten Charakteristik in Reaktion auf bekannte Parameter des ursprünglichen Signals kann eine zuverlässigere und mehr vorhersagbare Variation erwartet werden.

Der erste und der zweite Prozessor 509, 511 sind mit einem Wasserzeichensymbolschätzer 513 gekoppelt und führen demselben die erste und die zweite Charakteristik zu. Der Wasserzeichensymbolschätzer 513 schätzt das aktuelle Wasserzeichensymbol in Reaktion auf die erste und die zweite Charakteristik. Der Prozess wird für eine Anzahl Wasserzeichensymbole wiederholt und diese werden einer Entscheidungseinheit 515 zugeführt.

Die Entscheidungseinheit 515 vergleicht die Wasserzeichensymbolschätzungen mit einem Bezugswasserzeichensymbolmuster. Insbesondere sind die Wasserzeichensymbolschätzungen mit dem Bezugswasserzeichensymbolmuster korreliert und wenn die Korrelation hoch genug ist, ermittelt die Entscheidungseinheit 515, dass in das erste Signal ein Wasserzeichen eingebettet ist und sonst wird ermittelt, dass ein Wasserzeichen fehlt.

6 zeigt ein Verfahren zum Detektieren eines Wasserzeichens nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren ist auf den Wasserzeichendetektor nach 5 anwendbar und wird anhand einer spezifischen Ausführungsform unter Verwendung von Umhüllendencharakteristiken näher beschrieben. Das Verfahren wird weiterhin anhand eines Signals beschrieben, das ggf. ein eingebettetes Wasserzeichen aufweist. Das durch das Verfahren eingebettet wurde, das anhand der Wasserzeicheneinbettungsanordnung nach 1 beschrieben worden ist.

In dem Schritt 601 wird das erste Signal, ggf. mit einem Wasserzeichen, empfangen. Das erste Signal wird von einem Filter hb gefiltert zum Erzeugen des gefilterten Signals yb[n]. Das Filter hb entspricht dem Filter h der Wasserzeicheneinbettungsanordnung 100 und ist insbesondere ein Bandpassfilter mit demselben Frequenzgang wie h. Auf diese Weise extrahiert hb auf einfache Art und Weise das gleiche Frequenzband wie dasjenige. Das für die Wasserzeicheneinbettung verwendet worden ist. Folglich: yb[n] ≈ y[n] = (1 + &agr;·w[n])·xb[n]

In dem Schritt 603 wird ein zweites Signal empfangen, möglicherweise von einer internen Quelle, das dem ursprünglichen Signal x[n] vor der Wasserzeichenmarkierung tspricht.

Dem Schritt 603 folgt der Schritt 605, in dem das (gefilterte) erste und zweite Signal in einzelne Segmente, entsprechend einem Wasserzeichensymbol, segmentiert werden. Auf diese Weise wird nach Filterung das erste Signal in Frames mit der Länge Ts degmentiert. Wenn die Framenummer durch k bezeichnet wird und wenn wk[n] = wdi[k]s[n] der n. Abtastwert des Wasserzeichensignals für das Wasserzeichensymbol wdi[k] ist, wird das mit einem Wasserzeichen versehene Signal in dem Segment k gegeben durch: yb,k[n] = (1 + &agr;·wdi +[k]s[n])·xb,k[n] wobei s[n] sie Doppelphase-Fensterformfunktion von 4 ist und wdi[k] eine Schätzung des k. Wasserzeichensymbols der eingebetteten Wasserzeichensequenz ist.

In einem weiteren Schritt wird versucht, wdi[k] zu schätzen, was das bekannte Signal yb,k[n] ergibt.

Die nachfolgenden Umhüllendenwerte können aus der ersten Hälfte und der zweiten Hälfte des Segmentes ermittelt werden, das dem Wasserzeichensymbol k entspricht:

Eine grobe Annäherung des Doppelphase-Fensters aus 4 kann gegeben werden durch:

Das Einfügen dieser Annäherung ergib die nachfolgende Annäherung

Es sei bemerkt, dass wenn |&agr;·w[k]| ≤ 1 ist, die einzige Annäherung die Annäherung von s[n] ist. Da yb,k [n] (d.h. das bandpassgefilterte Wasserzeichensignal) und xb,k[n] (d.h. das bandpassgefilterte Gastgebersignal) bekannt sind, kann das Wasserzeichensignal wdi[k] hergeleitet werden von:

In der beschriebenen Ausführungsform wird die oben stehende Annäherung zur Ermittlung der Wasserzeichensymbolschätzungen verwendet.

Insbesondere folgt dem Schritt 605 der Schritt 607, in dem Abtastwerte von Ts/6 ≤ n < 2Ts/6-1 verarbeitet werden um eine erste Charakteristik zu ermitteln, gegeben durch:

Auf diese Weise umfasst der Schritt 607 die Ermittlung der ersten Charakteristik als eine Umhüllendencharakteristik des ersten und des zweiten Signals.

Dem Schritt 607 folgt der Schritt 609, in dem Abtastwerte von 4Ts/6-1 ≤ n < 5Ts/6-1 verarbeitet werden um eine zweite Charakteristik zu ermitteln, gegeben durch:

Auf diese Weise umfasst der Schritt 609 die Ermittlung der zweiten Charakteristik als eine Umhüllendencharakteristik des ersten und des zweiten Signals.

Dem Schritt 609 folgt der Schritt 611, in dem das Wasserzeichensymbol aus der ersten und der zweiten Charakteristik geschätzt wird als:

Dem Schritt 611 folgt der Schritt 613, in dem ermittelt wird, ob alle Wasserzeichensymbole der Wasserzeichensequenz geschätzt worden sind. Sollte dies nicht der Fall sein, so kehrt das Verfahren zu dem Schritt 607 zurück. Sonst wird das Verfahren mit dem Schritt 615 fortgesetzt, in dem die geschätzte Wasserzeichensymbolsequenz mit einem Bezugswasserzeichensymbolmuster korreliert wird. Wenn die Korrelation über einer Schwelle liegt, wird entschieden, dass das erste Signal ein Wasserzeichen aufweist, und wenn sie unterhalb der Schwelle liegt, wird entschieden, dass das erste Signal kein Wasserzeichen aufweist.

Auf diese Weise schafft die beschriebene Ausführungsform ein System zum Detektieren eines Wasserzeichens, das eine hohe Leistung und insbesondere eine hohe Zuverlässigkeit der Wasserzeichendetektion aufweist. Weiterhin eignet sich das Verfahren insbesondere zur Implementierung in einer Firmware- oder Software-Verarbeitungseinheit und kann mit relativ geringer Komplexität implementiert werden.

Die genauen Parameter und Charakteristiken, die zum Schätzen der Wasserzeichensymbole verwendet werden, können von der genauen Symbolform der Wasserzeichensymbole abhängig sein. Auf entsprechende Weise kann eine Eigenschaft der ersten Charakteristik und/oder zweiten Charakteristik in Reaktion auf die Symbolform der Wasserzeichensymbole ermittelt werden. So können beispielsweise verschiedene Formeln und Gleichungen für verschiedene Symbolformen ermittelt werden und abhängig von der verwendeten spezifischen Symbolform kann die Operation modifiziert werden.

Die vorliegende Erfindung kann in jeder beliebigen geeigneten Form, einschließlich Hardware, Software, Firmware oder jeder beliebigen Kombination derselben implementiert werden. Vorzugsweise aber wird die vorliegende Erfindung als Computer-Software implementiert, die in einem oder mehreren Datenverarbeitungsanlagen und/oder digitalen Signalverarbeitungsanlagen laufen kann. Die Elemente und Komponenten einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können physikalisch, funktionell und logischerweise auf jede beliebige geeignete Art und Weise implementiert werden. Die Funktionalität kann tatsächlich in einer einzigen Einheit, in einer Anzahl Einheiten oder als Teil anderer funktionellen Einheiten implementiert werden. An sich kann die vorliegende Erfindung in einer einzigen Einheit implementiert werden, oder kann physikalisch und funktionell zwischen verschiedenen Einheiten und Prozessoren verteilt werden.

Obschon die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit der bevorzugten Ausführungsform beschrieben worden ist, wird damit nicht gemeint, dass sie auf die hier beschriebene spezifische Form beschränkt ist. Vielmehr beschränkt sich der Rahmen der vorliegenden Erfindung nur auf die beiliegenden Patentansprüche. In den Patentansprüchen schließt der Term "enthalten" das Vorhandensein anderer Elemente oder Schritte nicht aus. Weiterhin können, obschon einzeln aufgereiht, eine Anzahl Mittel, Elemente oder Verfahrensschritte beispielsweise durch eine einzige Einheit oder einen ein zigen Prozessor implementiert werden. Außerdem können, obschon einzelne Merkmale in verschiedenen Patentansprüchen genannt worden sind, diese möglicherweise auf vorteilhafte Art und weise kombiniert werden, und das Einschließen in verschiedene Patentansprüche bedeutet nicht, dass eine Kombination von Merkmalen nicht denkbar ist und/oder vorteilhaft ist. Außerdem schließen einzelne Bezugszeichen eine Anzahl nicht aus. Folglich schließen begriffe wie "ein", "erste", "zweite" usw. eine Anzahl nicht aus.

Text in der Zeichnung Fig. 3

  • Erhöhter Kosinus

Fig. 4

  • Doppelphase


Anspruch[de]
Verfahren zum Detektieren eines Wasserzeichens in einem ersten Signal, wobei das Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst:

– das Empfangen (601) des ersten Signals ggf. mit einem in ein ursprüngliches Signal eingebetteten Wasserzeichen;

– das Empfangen (603) eines zweiten Signals entsprechend dem ursprünglichen Signal;

– das Segmentieren (605) der Signale in eine Anzahl Segmente, die je einem Wasserzeichensymbol entsprechen;

und für jedes der Segmente das Durchführen der nachfolgenden Verfahrensschritte:

– das Ermitteln (607) einer ersten Charakteristik für einen ersten Teil des Segmentes in Reaktion auf einen Satz von Datenwerten des ersten Signals in dem ersten Teil und einen Satz von datenwerten des zweiten Signals in dem ersten Teil,

– das Ermitteln (609) einer zweiten Charakteristik für einen zweiten Teil des Segmentes in Reaktion auf einen Satz von Datenwerten des ersten Signals in dem zweiten Teil und einen Satz von Datenwerten des zweiten Signals in dem zweiten Teil, und

– das Ermitteln (611) einer Wasserzeichensymbolsschätzung für das Segment in Reaktion auf die erste Charakteristik und die zweite Charakteristik; und

– das Feststellen (615), ob ein Wasserzeichen eingebettet ist, und zwar durch einen Vergleich der Wasserzeichensymbolschätzungen mit einem Bezugswasserzeichensymbolmuster.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Verfahrensschritt der Ermittlung (607) der ersten Charakteristik das Ermitteln einer Umhüllendencharakteristik des ersten Signals in dem ersten Teil umfasst. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Verfahrensschritt der Ermittlung (607) der ersten Charakteristik das Ermitteln einer Umhüllendencharakteristik des zweiten Signals in dem ersten Teil umfasst. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Verfahrensschritt der Ermittlung (607) der ersten Charakteristik das Ermitteln der ersten Charakteristik als eine erste Beziehung zwischen einer Umhüllendencharakteristik des ersten Signals in dem ersten Teil und einer Umhüllendencharakteristik des zweiten Signals in dem ersten Teil umfasst. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die erste Beziehung ein Verhältnis ist. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Verfahrensschritt der Ermittlung (609) der zweiten Charakteristik das Ermitteln der zweiten Charakteristik als ein zweites Verhältnis zwischen einer Umhüllendencharakteristik des ersten Signals in dem zweiten Teil und einer Umhüllendencharakteristik des zweiten Signals in dem zweiten Teil umfasst und der Schritt (615) der Ermittlung einer Wasserzeichensymbolschätzung die Ermittlung der Wasserzeichensymbolschätzung als eine mathematische Funktion des ersten Verhältnisses und des zweiten Verhältnisses umfasst. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die mathematische Beziehung eine Subtraktion umfasst. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Symbolform der Wasserzeichensymbole eine im Wesentlichen Doppelphase-Fenstersymbolform ist. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin den Verfahrensschritt der Ermittlung einer Eigenschaft der ersten Charakteristik in Reaktion auf eine Symbolform der Wasserzeichensymbole umfasst. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin den Verfahrensschritt der Extraktion eines ersten Teils des ersten Signals und das Durchführen der Segmentierung und Wasserzeichensymbolschätzung durch Verarbeitung nur des ersten Teils umfasst. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Verfahrensschritt der Extraktion des ersten Teils das Filtern des ersten Signals umfasst. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Wasserzeichen ein multiplikatives Wasserzeichen ist. Anordnung zum Detektieren eines Wasserzeichens in einem ersten Signal, wobei die Anordnung Folgendes umfasst:

– Mittel (501) zum Empfangen des ersten Signals ggf. mit einem in ein ursprüngliches Signal eingebetteten Wasserzeichen;

– Mittel (503) zum Empfangen eines zweiten Signals entsprechend dem ursprünglichen Signal;

– Mittel (505, 507) zum Segmentieren der Signale in eine Anzahl Segmente, die je einem Wasserzeichensymbol entsprechen;

und Mittel (509, 511, 513) um für jedes der Segmente die nachfolgenden Verfahrensschritte durchzuführen:

– das Ermitteln einer ersten Charakteristik für einen ersten Teil des Segmentes in Reaktion auf einen Satz von Datenwerten des ersten Signals in dem ersten Teil und einen Satz von datenwerten des zweiten Signals in dem ersten Teil,

– das Ermitteln einer zweiten Charakteristik für einen zweiten Teil des Segmentes in Reaktion auf einen Satz von Datenwerten des ersten Signals in dem zweiten Teil und einen Satz von Datenwerten des zweiten Signals in dem zweiten Teil, und

– das Ermitteln einer Wasserzeichensymbolsschätzung für das Segment in Reaktion auf die erste Charakteristik und die zweite Charakteristik; und

– Mittel (515) zum Feststellen, ob ein Wasserzeichen eingebettet ist, und zwar durch einen Vergleich der Wasserzeichensymbolschätzungen mit einem Bezugswasserzeichensymbolmuster.






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