专利名称：对水印加注的数字内容的反共谋鉴别码构建内部码的方法
技术领域：
本发明涉及一种数字内容的水印加注，以及具体地，涉及构建用于生成水印的内部码以便抵抗针对在数字内容中嵌入的水印发动的共谋(collusion)攻击。
背景技术：
如在此使用的，术语“内容”或“数字内容”可包括，但不限于，音频、视频或多媒体内容。可将内容或数字内容认为是数字信号。水印加注为修改内容以便将信息嵌入到该内容中的处理以及为从所修改的内容恢复该信息的相应处理。这种水印信息的一个实例为在制作之后或在分发之前或在分发期间被添加到或嵌入至内容的数字鉴别码(forensic code) 0在这种情况下，水印或数字鉴别码旨在对多媒体作品的许多拷贝的每一个(否则其是相同的)应用唯一的标识符。在一种应用中，这可用于识别非法拷贝的内容的来源。对诸如数字电影之类的数字内容水印加注是一种阻止盗窃者盗用内容的拷贝并且然后非法对其重新分发的技术。因为水印加注可识别盗用的拷贝源自的特定授权的经销商，所以这项技术也鼓励数字内容的授权分发商保持高安全标准。例如，如果查抄了数字内容的非法拷贝，则通过使用鉴别码内的序列号，数字内容内的水印信息可被用于确定授权分发商的身份，并且或许确定数字内容被授权分发商公映或销售的时间与地点。以此信息，可在识别的授权分发商处开始调查以便确定发生盗用的情况。在许多应用中，数字水印加注的内容的单元可能在其在被嵌入时刻与其被检测时刻之间可能经历一些修改。这些修改被叫做“攻击”，这是因为它们通常使水印降级并且使得其检测更加困难。如果在授权或未授权分发的处理期间攻击被预期自然地(naturally) 发生，那么，认为该攻击为“无意的”。无意攻击的示例可为(1)经裁切、缩放、JPEG压缩、 滤波等的加注水印的图像，(2)被转换成用于在电视显示器上观看的NTSC/PAL SECAM、MPEG 或DIVX压缩的、重采样等的加注水印的数字内容。另一方面，如果故意地进行带有阻挠水印目的意图的攻击，那么该攻击为“有意的”，并且执行该攻击的一方为盗窃者或盗版者。三种有意攻击的分类为未授权嵌入、未授权检测、以及未授权去除。本发明关注于未授权去除；去除水印或损坏其检测(即，水印仍然在内容中但是不能被检测器轻易检索)。未授权去除攻击通常地具有在最小化对内容的感知损坏的情况下使得水印不可读取的目的。攻击的示例可为被应用于内容的行(line)去除/添加和/或本地旋转/缩放的小的、不可感知的组合以便使其与检测器难于同步(许多水印检测器对于去同步敏感)。一种类型的攻击为共谋攻击，其中组合不同拷贝尝试伪装或扰乱每个拷贝中包含的不同的数字水印信息。在重新分发经处理的共谋拷贝之前，攻击者还可能在共谋拷贝上执行附加处理。该附加处理可能造成在鉴别码的检测比特中的错误。在没有精心设计的情况下，通过两个或三个共谋者的攻击可轻松地破解鉴别水印加注系统。由Boneh-Smw和Tardos设计的关于鉴别标记码的现有技术工作被设计为用于抵抗共谋攻击。然而，当被应用于多媒体信号时，Bonehlhaw方法具有需要很长的代码并且提供低抗共谋性的缺点，即，仅仅几个共谋者即可破坏该系统。Tardos方法具有好的抗共谋性并且需要更短的代码长度。然而，其在代码生成和检测期间的计算复杂性以及存储消耗是相当的基于纠错码(ECC)的鉴别码的一万倍。由He和mi提出的基于ECC的鉴别标记方案使用高斯(Gaussian)扩展频谱嵌入以便承载代码码元而不是使用二进制内部码。由于该方案特定地使用扩展频谱嵌入，其可能不适用于其它嵌入方案。开发一种用于构建二进制内部码的技术是有用的，该二进制内部码用于生成抗共谋水印，其在计算上也是高效的并且具有合理的长度的。
发明内容
本发明解决现有方案产生的上述难题和问题并且针对被设计为与ECC外部码一起使用的内部二进制正交码。描述了一种方法以及装置，其包括使用多个码元为多个用户中的每个生成唯一码，生成表示所述多个码元的多个码，为所述多个用户中的每个替换所述多个码至所述唯一码，置换由所述替换导致的码以便为所述多个用户中的每个产生码字以及嵌入所述码字至数字内容。第二生成动作还包括生成第一码元和之后的第二码元的串，其中所述第一码元全部为一并且所述第二码元全部为负一，其中第一码元的数目等于所述第二码元的数目，并且其中如果所述第一码元和之后的所述第二码元的长度小于所述码的长度，则重复所述第一码元和之后的所述第二码元直至填充到所述码的长度。
当连同附图阅读时从以下具体描述最好地了解本发明。附图包括以下简要描述的各图，在图中类似标号表示相似元素图1图示了水印嵌入处理。图2图示了水印检测处理。图3a描述了用于基于ECC编码器的示例外部码。图北描述了用于基于ECC编码器的正交内部码。图3c描述了将内部码组合到外部码中。图3d描述了用于基于ECC编码器机制的随机化。图4描述了根据本发明的原理的基于ECC码的生成。图5为用于根据本发明原理的基于ECC码生成操作的装置的框图。图6为描述使用根据本发明原理生成的基于ECC码的指数码的构建的流程图。图7示出了具有不同码相关性以及不同内部码的、本发明的基于ECC码检测概率的下限以及仿真结果。图8示出了在具有五个共谋者的多数攻击下Tardos码、本发明的改进的基于ECC 码、以及BS码的检测概率。图9示出了在具有五个共谋者的交织攻击下Tardos码、本发明的改进的基于ECC 码、以及BS码的检测概率。
具体实施例方式如在此使用的，“/”表示对于相同或相似组件或结构的可替换名称。即，“/”可用作如在此使用的“或”的含义。可在识别盗用多媒体内容用于非法分发或重新分发的用户的技术中采用数字鉴别码/水印。典型地使用被设计为对于各种攻击具有鲁棒性(robust) 的水印加注技术将这些鉴别码/水印嵌入至内容。一种类型的针对这种数字鉴别码的攻击是共谋，其中，组合了相同内容的若干不同标记的拷贝以便破坏用于识别数字多媒体内容的授权来源的底层鉴别水印信息。在多媒体鉴别码设计中的一种特殊挑战是当被保护数据为多媒体时，共谋者通常在形成错误信道的共谋之后应用后期处理。例如，共谋者可在重新分发共谋的拷贝之前压缩多媒体以降低数字尺寸。因此，设计一种对信道错误具有鲁棒性的抗共谋鉴别码是重要的。
通常，广泛地研究了两种类型的共谋攻击交织攻击和多数攻击。在交织攻击中， 共谋者在大致相等的份额以逐个比特为基础贡献它们的鉴别数据的拷贝，以努力地避开有效的鉴别码/水印检测。当存在两个或更多共谋用户时开始这类攻击。该方法威胁到导致将无辜授权分发商当作被保护数字内容的盗用拷贝的一个来源的错误的肯定检测。在多数攻击中，共谋者以逐个比特为基础将它们的鉴别数据组合，使得选择共谋者中的比特状态的多数并且将其放置于被保护数字内容的最终共谋拷贝中。当存在三个或更多共谋用户时可开始这类攻击。该方法也可在鉴别码字检测中产生错误的肯定结果。本发明针对为基于ECC的鉴别码构建内部码以便对抗在数字多媒体信号中嵌入的水印的各种共谋攻击(例如多数攻击和交织攻击)的方法以及装置。使用了两个正交二进制码的替换(有时也称为级联(concatenation))以便构建用于基于ECC鉴别码的内部码。图1和图2示出了鉴别码的通常嵌入和检测处理。在嵌入处理期间，生成每个用户的码字。所有码字的集合被集体地称为码本。基于输入的用户索引，从码本检索该用户的码字并且通过数字水印加注技术他的码字嵌入至原始信号。这个处理的输出为相应用户的数字水印加注的信号。在检测处理期间，将测试信号输入至水印检测器以便提取测试的鉴别码字。生成或检索码本并且使用每个用户的鉴别码字用来与共谋者检测器中的测试鉴别码字相比较。 输出是被指控的共谋者。图1描述了使用计算系统实施的鉴别码字/水印嵌入系统100的框图。初始地，生成每个用户的码字并且将其存储在码本中。在另一种实施例中，码本为表示数字视频产品的授权用户的一些或所有码字的数字信息。基于输入的用户索引/ID(标识符)，生成105 被识别用户的码字。这种码字的生成可通过检索存储于存储器中的数据来执行或其可以在开始水印加注处理时生成。然后在编码器110中将用户码字与原始内容组合。编码的结果为其中码字被嵌入到原始内容的水印加注的信号。编码器110的输出为已经在其中嵌入了水印加注的信号的内容，用于由相应的授权用户的分发。图2示出了水印/鉴别码的通常的码检测器200。可在计算机系统上实施通常的码检测器200用于生成并显示结果。初始地，向鉴别码/水印提取器205输入可疑信号。从可疑视频提取水印信息。通过码字生成器210生成所有用户码字。这个码字生成器可为与图1中所示的项目105相似的设备。攻击者检测器210然后检测攻击者的码字，并且将该码字与所有码字列表相比较以便确定攻击者身份。可显示220可疑共谋者的身份。这样的显示包括，但不限于在终端/监视器或打印设备上的显示。在这种情况下，用户为编码内容的授权用户。例如，用户可为数字内容(例如电影)的授权分发商。如果揭露了盗版内容， 那么具有与可疑内容中的码字对应的码字的一个或更多授权用户可能为共谋者。这里，术语“共 谋者”指允许内容的拷贝落入内容盗版者/盗窃者之手的授权用户。图3a_3d描述了生成基本的基于ECC鉴别码的一般方法。图3a的第一步骤是以L 个码元和q个字母(alphabet) {f0, f1; . . .，fq_J为N个用户生成ECC外部码。在一种实施例中 ，将图3a的外部码构建为Reed-Solomon(RS)码，这是由于其大的最小距离。图3b描述了要被用作基本的ECC的字母表的示例二进制内部码，其中将O描述为-1值。图3c示出了对于每个用户将图3b的内部码替换至图3a的外部码的结果。这是为用户生成基本的基于ECC码字的一种方法。在一种实施例中，还可通过为每个用户随机置换比特来进一步操纵基本的基于ECC的码字。图3d描述了对于用户1的图3c的码字比特的随机置换。可通过随机器进行该“随机”置换并且其一般地被执行以便防止码字结构被攻击者破解。图 3d运行之后的结果为对于每个用户的随机化的基本的基于ECC的码字。再次参照图3b以及内部码，将具有值+1/-1以及长度1的q个正交二进制内部码用来调制q个字母以及替换内部码至外部码。总码长为Ll比特并且用户的总数为N = Cit, 其中t为外部Reed-Solomon码的维数。称为指数正交码的q个内部码字被设计为尽可能多地保留共谋者的信息。该指数正交内部码的列由1和-1的所有211个可能组合所组成，一个列在一个比特位置与来自q个码字的比特对应。因此该码具有1 = 2'的码长。以下将构建对于基本ECC的图3b中所示的正交内部码。对于第i个码字f^，最初的个比特为 1并且接下来的个为-1。然后重复相同的码2H次，以211个比特结束。图3b中示出了 q = 3的内部码矩阵。第一码字&的最初4比特为1并且剩余的比特为-1 ；第二码字的最初2比特为1并且接下来的2比特为-1，并且然后重复码模式一次。第三/最后码字f3 具有以1开始的交替的1和-1。这产生了基本ECC码字的内部码。在ECC鉴别码方案中采用了基于相关性的检测器用于检测用户的码字以便识别共谋者。假设y是从共谋拷贝中提取的鉴别码，Xi是用户i的鉴别码，而U为所有用户的集合。用户i的检测统计值为
权利要求
1.一种方法，所述方法包括使用多个码元为多个用户中的每个生成唯一码；生成表示所述多个码元的多个码，其中，所述第二生成动作还包括生成第一码元和之后的第二码元的串，并且进一步其中所述第一码元全部为一并且所述第二码元全部为负一，其中第一码元的数目等于所述第二码元的数目，并且进一步其中如果所述第一码元和之后的所述第二码元的长度小于所述码的长度，则重复所述第一码元和之后的所述第二码元直至填充到所述码的长度；为所述多个用户中的每个将所述多个码替换为所述唯一码；置换由所述替换导致的所述码以便为所述多个用户中的每个产生码字；以及将所述码字嵌入至数字内容。
2.如权利要求1所述的方法，还包括输出用于识别具有相应码字的用户的每个所述码字。
3.如权利要求1所述的方法，其中，表示所述多个码元的所述多个码为指数正交码。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述码元为字母。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述唯一码为Reed-Solomon码。
6.如权利要求1所述的方法，还包括接收输入参数，所述输入参数包括用户数目、码元尺寸以及唯一码的长度。
7.如权利要求1所述的方法，还包括将所述多个码中的第一个乘以所述多个码中的第二个以便生成所述多个码中的第三个。
8.如权利要求1所述的方法，还包括将所述多个码中的第一个乘以正交矩阵以便生成所述多个码中的第二个。
9.一种装置，包括用于使用多个码元为多个用户中的每个生成唯一码的部件；用于生成表示所述多个码元的多个码的部件，其中，所述用于生成的第二部件还包括 用于生成第一码元和之后的第二码元的串的部件，并且进一步其中所述第一码元全部为一并且所述第二码元全部为负一，其中第一码元的数目等于所述第二码元的数目，并且进一步其中如果所述第一码元和之后的所述第二码元的长度小于所述码的长度，则重复所述第一码元和之后的所述第二码元直至填充到所述码的长度；用于为所述多个用户中的每个将所述多个码替换为所述唯一码的部件；用于置换由所述替换导致的码以便为所述多个用户中的每个产生码字的部件；以及用于将所述码字嵌入至数字内容的部件。
10.如权利要求9所述的装置，还包括用于输出用于识别具有相应码字的用户的每个所述码字的部件。
11.如权利要求9所述的装置，其中，表示所述多个码元的所述多个码为指数正交码。
12.如权利要求9所述的装置，其中，所述码元为字母。
13.如权利要求9所述的装置，其中，所述唯一码为Reed-Solomon码。
14.如权利要求9所述的装置，还包括用于接收输入参数的部件，所述输入参数包括用户数目、码元尺寸以及唯一码的长度。
15.如权利要求9所述的装置，其中，所述装置为处理器，其中具有包括在所述处理器上执行的用于生成所述码字的指令的存储器。
16.如权利要求9所述的装置，还包括用于将所述多个码中的第一个乘以所述多个码中的第二个以便生成所述多个码中的第三个的部件。
17.如权利要求9所述的装置，还包括用于将所述多个码中的第一个乘以正交矩阵以便生成所述多个码中的第二个的部件。
全文摘要
描述了一种方法以及装置，其包括使用多个码元为多个用户中的每个生成唯一码，生成表示所述多个码元的多个码，为所述多个用户中的每个替换所述多个码至所述唯一码，置换由所述替换导致的码以便为所述多个用户中的每个产生码字以及嵌入所述码字至数字内容。第二生成动作还包括生成第一码元和之后的第二码元的串，其中所述第一码元全部为一并且所述第二码元全部为负一，其中第一码元的数目等于所述第二码元的数目，并且其中如果所述第一码元和之后的所述第二码元的长度小于所述码的长度，则重复所述第一码元和之后的所述第二码元直至填充到所述码的长度。
文档编号G06T1/00GK102227745SQ200880132105
公开日2011年10月26日 申请日期2008年9月26日 优先权日2008年9月26日
发明者何杉, 杰弗里.A.布卢姆, 林婉怡 申请人:汤姆森特许公司