专利名称：用于采用子带滤波来嵌入水印的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于嵌入水印的装置和方法，并且尤其涉及一种用于将水印嵌入子带编码的媒体信号的装置和方法。
背景技术：
违法发布版权材料剥夺了持有者的版权、对材料的合法特许权，并且会给此违法发布的材料的提供者带来鼓励继续进行违法发布的收益。考虑到由互联网提供的传送的简易性，意欲被版权保护的内容材料，例如具有受限的发布权的艺术构思图或其它材料可很容易被广泛地违法发布了。用于存储和传输压缩的音频文件的MP3格式已经使得广泛地发布音频记录变得可行。例如，一曲30或40兆字节的数字PCM(脉码调制)音频记录能被编码成3或4兆的MP3文件。采用一般的连接到互联网上的56kbps的拨号连接，在几分钟之内就能将此MP3文件下载到用户的计算机上。这就意味着恶意的组织能提供用于下载MP3编码的歌曲的直接拨号服务。MP3编码的歌曲的非法拷贝能被接下来由软件或硬件装置进行翻译或能被解码和存储在用于在传统的CD播放器上进行播放的可记录CD上。
已经提出了许多种用于限制再现受复制保护的材料内容的技术。安全数字音乐倡议(Secure Digital Initiative)(SDMI)和其它组织倡导用“数字水印”来识别授权的内容材料。
根据上面提及的情况，数字水印能用于复制保护。然而，使用数字水印不被局限于此，而其也能用于所谓的法庭(forensic)跟踪，其中水印被嵌入例如经由电子内容发送系统来发布的文件中，并且用于跟踪互联网上的例如非法复制的内容。水印此外能用于监视广播站，或用于鉴别目的等。
已有几种已知的用于将水印嵌入原始未压缩的信号的技术。
例如，现有的几种技术将水印嵌入原始未压缩的音频信号中。国际专利申请案WO-A-02/091374描述了一种通过使用水印滤波器给原始未压缩的音频信号加水印的方法。在此方法中，借助于由一个滤波器w′[n]对原始未压缩的音频信号x[n]进行线性滤波来嵌入水印信号y[n]＝x[n]+α·(x[n]*w′[n]) (1)其中α是对应于嵌入强度的缩放因子，y[n]是加了水印的输出信号，而*表示卷积运算。w′[n]表示水印滤波器的脉冲响应。重新对该等式进行排序得到了y[n]＝x[n]*(1+α·w′[n])＝x[n]*w[n] (2)其中w[n]＝(1+α·w′[n])。这个表达式示出了WO02/091374的方法等价于通过水印滤波器x[n]对输入信号x[n]进行滤波。
然而，目前例如音频内容的主要部分是以如MPEG、AAC、WMA等的压缩格式提供的。压缩的音频信号有时被称为比特流。因此，在此域中进行嵌入被称为比特流水印嵌入。
为了利用WO02/091374的基于滤波器得水印方法，首先将压缩的信号转换回原始未压缩的信号。然后可以根据上面给出等式(1)或(2)嵌入水印，并且可以将所得到的信号转换回压缩信号。然而，这样一种方法有多种缺点，包括·此处理需要附加的解码和编码处理。这些处理是复杂的并因此大大增加了复杂性和计算负担。这例如可能导致成本和/或功耗增加。
·增加了操作延迟，因为不仅有滤波延迟，而且还发生了解码和编码处理的附加延迟。这在例如实时应用中是显著的缺点。
·虽然解码和编码处理的目的是实现高质量，然而这些处理不是固有的无损失的处理，而是一般会导致丢失信息。因此，所得到的音频信号的质量可能降低，并且此处理实际上引入了附加的不想要的干扰，所述干扰是不希望的或不可接受的。
因此，一种改进的用于将水印嵌入媒体信号的系统将是有益的，并且尤其为一种考虑了降低复杂性和改进了质量和/或减少了延迟的系统将是有益的。
发明内容
因此，本发明优选地是寻求减轻、缓解或消除上述缺点中的单个的或其任意组合。
根据本发明的第一方面，提供了一种将一个水印嵌入到一个媒体信号的一个输入信号的方法，所述方法包括以下步骤获得所述输入信号的多个子带信号；利用一个子带滤波器(507)对一组子带信号进行滤波以产生一组滤波过的子带信号，所述子带滤波器(507)具有一个与水印相关联的响应；以及通过合并该组滤波过的子带信号来产生一个输出信号。
利用子带编码对很多媒体编码的信号进行编码。本发明考虑了在子带域中执行水印嵌入，因此消除了需要解码和重新编码所编码信号的比特流的要求。本发明因此考虑了一种进行水印嵌入的有益方法，并且可以特别地导致嵌入水印处理的延迟、复杂性和/或延迟的降低。此外，通过滤波而执行的水印嵌入提供了一个水印嵌入处理，所述水印嵌入处理非常适合于实际实施，并且无须复杂的数字信号处理技术。
根据本发明的一个特征，所述输入信号是一个子带编码的媒体信号。
特别地，所述子带编码的媒体信号可以是含有多路复用的子带值的一个媒体信号。具体为，子带编码的媒体信号可以是一个压缩的比特流。例如，所述媒体信号可以根据一个子带编码处理来被编码，子带编码处理例如是MPEG1层1，2或3编码处理。
这考虑了一个特别的低复杂性的实施例，其中，所述子带信号可以通过简单操作从所述输入信号直接获得。例如，多个子带可以具体为与子带编码信号的子带相一致。因此子带可以例如通过多路分解所述输入信号而从子带编码信号直接获得。换言之，在子带域中进行滤波可以是通过直接对所述输入信号的子带进行滤波而进行的。
根据本发明的一个特征，所述输出信号是一个子带编码的媒体信号。
特别地，输出信号可以是含有多路复用的子带值的一个子带编码的媒体信号。具体为，子带编码的媒体信号可以是一个压缩的比特流。例如，所述媒体信号可以是一个MPEG1层1，2或3编码的媒体信号。优选地，所述输出信号和输入信号具有相应的子带，以用于一个简单和/或快速的水印嵌入而无须任何子带转换。这特别适合于输入和输出信号是同一类型的情形。例如，输出信号可以是一个MPEG1编码的信号，其基本上与输入MPEG1编码的但嵌入有水印的输入信号相同。因此，提供了一种很简单和高性能的方法，用于基本上透明地将水印嵌入一个已有信号中。
根据本发明的一个特征，输入信号具有相应的基带输入信号，输出信号具有相应的基带输出信号，该相应的基带输出信号具有一个相关联的所期望的水印，并且所述子带滤波器的响应是这样的，使得所述输出信号的水印与基带输出信号所期望的水印相一致。
例如，所述输入信号可以是一个压缩比特流，具有一个相应的PCM未压缩基带信号。同样，所述输出信号可以是一个压缩比特流，具有一个相应的PCM未压缩基带信号。所述响应可以例如是所述子带滤波器的频率响应或所述子带滤波器针对每个子带信道的一组脉冲响应。
由子带滤波器嵌入的水印基本上与期望用于相应的基带信号的水印相同。因此，本发明考虑了由一个在基带域中执行的简单处理来嵌入期望的基带水印。
根据本发明的一个特征，所述子带滤波器的响应与基带滤波器的一个响应的一个子带等价物相一致，所述基带滤波器通过对基带输入信号进行滤波来产生所期望的水印。
所述子带滤波器因此可以在子带域中嵌入水印，所述水印基本上等同于可由一个相应的基带滤波器嵌入的一个所期望的水印。具体为，所述子带滤波器可以产生一个基本类似的正被嵌入的水印，看起来就象输入信号已经被基带滤波器解码和滤波，并且然后被重新编码。因此，可以将一个所期望的基带水印嵌入到一个压缩比特流中而无须转换到基带和从基带进行转换。
根据本发明的一个特征，所述方法包括将滤波过的子带信号中的至少一个与一个水印能量缩放因子相乘的步骤。这提供了子带滤波处理的一个特别合适的实施方式，其中嵌入水印处理的强度可以直接和清楚地由水印能量缩放因子控制。
根据本发明的一个特征，所述方法包括动态地调整所述水印能量缩放因子的步骤。这考虑了针对当前条件动态地优化水印嵌入的强度。因此，水印嵌入强度可以例如被动态地控制以使其尽可能的大(因此有利于检测)，而同时没有导致媒体信号不可接受地降级。
根据本发明的一个特征，动态地调整所述水印能量缩放因子的步骤包括响应于所述输入信号的一个特征来动态地调整所述水印能量缩放因子。
所述特征可以例如从所述输入信号和/或从由所述输入信号获得的一个子带中得到。所述所述媒体信号对所述水印嵌入强度信号的敏感度取决于所述输入信号的动态特征，因此响应于这些特征可以对水印嵌入处理的强度进行调整。例如，可以响应于在编码期间施加到原始媒体信号的掩蔽阈值来调整所述水印能量缩放因子。
根据本发明的一个特征，所述方法包括将一个未被滤波的子带信号和一个相应的滤波过的子带信号求和的步骤。这考虑了一个方便的实施方式，其中嵌入强度是可以控制的。
根据本发明的一个特征，所述方法包括通过相对于所述子带滤波器移位该组子带信号以将一个数据有效载荷加到所述水印上的步骤。
这考虑了在一个发送端和一个接收端传递的附加数据，其具体为在一个嵌入水印的装置和一个用于检测水印的装置之间传递。子带移位考虑了以一种简单的低复杂性方式引入的附加数据，所述方式不影响媒体信号的品质和/或水印检测性能。
根据本发明的一个特征，所述方法包括执行相对于所述子带滤波器反向移位该组滤波过的子带信号的步骤。这考虑了要在不影响所述输出信号的媒体内容的情况下引入的数据有效载荷。因此，对所述输出信号的解码不受水印或数据有效载荷的影响。
根据本发明的一个特征，所述方法包括每个移位位置对应于一个数据值。这提供了一种特别有利的和低复杂性的将数据有效载荷加到水印嵌入过程中的方式。
根据本发明的一个特征，所述获得步骤包括多路分解、逆量化和缩放所述输入信号。这提供了一个特别合适的和低复杂性的用于子带编码的媒体信号的实施方式。
根据本发明的一个特征，所述产生步骤包括量化和多路复用所述输出信号。这提供了一个特别合适的和低复杂性的用于产生子带编码的媒体信号的实施方式。
优选地，所述媒体信号是选自由以下信号组成的组中音频信号；视频信号；以及图像信号。
根据本发明的一个特征，该组子带信号包括多个子带信号的所有子带信号。该组子带信号可以仅包括多个子带信号中的一些以便降低复杂性和计算负担，但是优选的是包括子带信号的全部以便优化水印性能。
根据本发明的一个特征，所述方法进一步包括以下步骤解码所述输出信号以产生一个基带信号；以及响应于基带信号的一个特征来检测所述水印。这考虑了一个低复杂性和高性能的嵌入和检测水印的方法，其中水印可以在子带域中被嵌入并且在基带域中被检测。
根据本发明的一第二方面，提供了一种用于将一个水印嵌入到一个媒体信号的一个输入信号的装置，所述装置包括用于获得所述输入信号的多个子带信号的装置；一个用于对一组子带信号进行滤波以产生一组滤波过的子带信号的子带滤波器，所述子带滤波器具有一个与所述水印相关联的响应；以及用于通过合并该组滤波过的子带信号来产生一个输出信号的装置。
从参考此后描述的实施例来看本发明这些和其它方面、特征和优点是明显的，并且将参照所述实施例进行说明。
仅借助于例子，参考附图来描述本发明的实施例，其中图1是一个用于解码和编码音频信号的系统的说明性视图；图2阐明了一种用于通过对基带信号进行滤波来嵌入水印的系统；图3阐明了一种通过对相应的基带信号进行滤波以将水印嵌入子带编码信号的系统；图4阐明了一种根据本发明的一个实施例的嵌入水印的方法的流程图；图5阐明了一个根据本发明一个实施例的用于嵌入水印的装置的方框图；
图6阐明了另一可选的根据本发明的一个实施例的用于嵌入水印的装置的方框图；图7阐明了一个基带水印嵌入装置的方框图；图8阐明了一个根据本发明一个实施例的子带水印嵌入装置的方框图；图9阐明了图7的装置的滤波器的多相表示；图10阐明了图9的滤波器，其中多相滤波操作已经被转移到子带域；图11阐明了一个根据本发明一个实施例的用于嵌入一个带有第一比特值的水印的子带滤波器W0(z)；图12阐明了一个根据本发明一个实施例的用于嵌入一个带有第二比特值的水印的子带滤波器W1(z)；图13阐明了一个根据本发明一个实施例的用于嵌入一个带有第二比特值的水印的子带滤波器W0(z)。
具体实施例方式
下面的描述集中在本发明的一个可应用到音频信号和实际应用到MPEG 1编码的音频信号的实施例。然而，应理解为本发明不局限于此应用，而是可以应用于其它很多的编码方法和包括例如视频或图像信号的媒体信号。
图1是一个用于编码和解码音频信号的系统的说明性视图。特别地，图1阐明了典型的子带音频编码器和解码器的基本元件。主要的元件是一个解析滤波器组101和一个合成或重建滤波器组103。在下文中，将使用对两个滤波器组的多相描述，并且对于所述解析滤波器组，由所述滤波器组中的滤波器的多相分量组成的转移矩阵将由A(z)表示，而对于合成滤波器组由R(z)表示。所述滤波器组可以与如用在MPEG 1中的余弦调制滤波器组相一致。参数M用于表示滤波器组的频带数，并且因此用于表示子带编码信号的子带数。在一个临界采样的滤波器组中(即，以最小的尼奎斯特(Nyquist)采样率)，M进一步相当于解析和合成滤波器组的抽取和插值因子。
在下文中，基带输入信号将由X(z)表示，并且X(z)用于表示子带信号的向量。子带的各个信号将由下标表示，即X(z)＝{X0(z)，X1(z)，...，XM-1(z)}。在优选的实施例中，基带信号X(z)被以采样频率fs进行采样，而每个子带信号的采样频率为fs/M。
如能从图1所看到的，音频编码产生子带信号X(z)为X(z)＝A(z)·X(z) (3)音频解码产生解码的基带信号X’(z)为X’(z)＝R(z)·X(z)(4)在理想情况下，合成滤波器精确地翻转解析滤波器的处理，使得X(z)＝X’(z)。然而，在实际的系统中，解码的信号通常不与编码的信号相同。
在大多数的实际实施例(包括MPEG 1)中，编码的音频信号不仅在子带域中被编码而且也在此域中被压缩。数据压缩是的实现是通过根据一个音质模型来分别量化和缩放每个子带的数据值。具体为，使用一个音质掩蔽阈值来降低各个子带的比特率。每个子带的量化值和相关比例因子被多路复用成单个压缩信号，所述单个压缩信号在下文中将被称为压缩的比特流。
通常可期望将水印嵌入如音频信号的媒体信号中。WO02/091374A1公开了一种通过对基带信号进行滤波来将水印嵌入到基带信号中的方法。
图2阐明了一个用于通过对基带信号进行滤波而嵌入水印的系统。基带信号X(z)被水印滤波器W(z)201滤波，以产生嵌入了水印的输出基带信号Y(z)Y(z)＝W(z)·X(z) (5)对应于先前描述的时间离散的等式(2)y[n]＝x[n]*(1+α·w′[n])＝x[n]*w[n] (2)然而，因为水印滤波器W(z)需要一个基带信号，所以其不能被应用于压缩的子带比特流X(z)。
图3阐明了一种通过对相应的基带信号进行滤波而将水印嵌入子带编码信号的系统。
一个输入的子带编码的比特流X(z)被多路分解并且被逆量化，而所得到的子带信号被馈送到合成滤波器R(z)103。将所产生的样本合并起来以产生相应的基带信号X’(z)。因此基带信号X’(z)是通过对输入的压缩比特流进行解码而产生的。所产生的基带信号X’(z)接下来在基带水印滤波器W(z)203中被滤波，从而产生一个嵌入了水印的基带信号Y(z)。此基带信号被馈送到一个解析滤波器101，并且所得到的子带数据值被量化并且被多路复用成一个比特流。因此，嵌入了水印的基带信号Y(z)被重新编码为子带编码的输出信号。
图3所阐明的方法包括以下步骤用一个重建滤波器组R(z)103合成(解码)信号X(z)，采用滤波器W(z)203将水印嵌入到信号X’(z)中，并且采用解析滤波器组A(z)101来得到嵌入了水印的子带信号Y(z)。接下来的缩放、量化和多路复用过程产生嵌入了水印的比特流。
然而，此方法具有多个缺点，包括需要附加的滤波器组R(z)和A(z)，因此增加了复杂性、计算工作量和功耗。
附加的滤波器组操作增加了嵌入过程的操作延迟。特别地，这对于实时应用可能是一个显著的缺点。
由解码和重新编码处理产生的对滤波器组的级联会引入不想要的附加干扰。
所期望的是无须解码压缩的比特流而实施嵌入水印。
本申请者的欧洲专利申请NO.03101546.4(申请人案号PHNL030600)提出在子带域中将水印嵌入，并且在此将此文献的内容以明确且清楚的参考方式全部包括在本专利申请中。
在本发明的优选实施例中，采用子带滤波处理可以在子带域中将时间水印嵌入。所述方法可应用到欧洲专利申请案NO.03101546.4。
图4阐明了一种根据本发明的一个优选实施例的嵌入水印的方法的流程图。
在步骤401中，接收到了一个输入信号，如一个音频或其它的媒体信号。
步骤401之后接下来是步骤403，在步骤403中从所述输入信号获得了多个子带信号。在所述优选实施例中，所述输入信号是子带编码的媒体信号并且子带可以直接从各个子带样本中获得。在其它的实施例中，可以以其它的方式获得多个子带。例如，在一些情况下所述输入信号可以是基带信号并且多个子带可以通过子带编码处理获得。因此，在一些实施例中，水印的嵌入过程可以和子带编码过程集成起来。
步骤403之后接下来是步骤405，在步骤405中由一个具有与水印相关联的响应的子带滤波器对一组所获得的子带信号进行滤波。所述子带水印滤波器因此产生一组滤波过的子带信号。在所述优选实施例中，该组子带信号包括所有的子带信号，但是在一些实施例中可以使用子带的子集。特别希望如此，以便降低子带滤波器的复杂性，而由此降低水印嵌入器的复杂性。
步骤405之后接下来是步骤407，在步骤407中通过合并该组滤波过的子带信号来产生一个输出信号。在所述优选实施例中，所述输出信号是子带编码的媒体信号，并且具体为，滤波过的子带信号的子带样本可以未被改变且简单地被合并成一个多路复用的比特流(可能跟随着量化过程)。在其它实施例中，可以运用更为先进的处理来从子带值中产生所述输出信号。
图5阐明了一个根据本发明一个优选实施例的用于嵌入水印的装置的方框图。
所述装置包括一个输入端501，在所述特定的实施例中所述输入端501接收压缩的音频比特流。该比特流被馈送到多路分解器503，所述多路分解器503多路分解比特流以提供各个子带量化样本。子带样本被馈送到一个逆量化器505，所述逆量化器505对子带样本进行逆量化以提供由音频编码器的解析滤波器产生的子带数据值。这些子带信号X0(z)-XM-1(z)被馈送到子带滤波器W(z)507，所述子带滤波器W(z)507通过对子带信号X0(z)-XM-1(z)执行子带滤波而嵌入一个水印，由此产生滤波过的含有子带水印的子带信号Y0(z)-YM-1(z)。
子带滤波器W(z)507耦接到一个量化器509，所述量化器509对滤波过的子带信号Y0(z)-YM-1(z)进行量化。量化器509的量化操作可以等同于专用于音频编码的量化操作。例如，可以使用MPEG1规范的音质掩蔽阈值。量化器509耦接到多路复用器511，所述多路复用器511将滤波过的子带信号Y0(z)-YM-1(z)多路复用成一单个的比特流。因此，所述水印嵌入器可以具体为执行以下的函数Y(z)＝X(z)·W(z) (6)图6阐明了根据本发明一个实施例的另一可选的用于嵌入水印的装置的方框图。图6的装置对应于图5的装置，但是具有子带滤波器W(z)的特定实施方式。
在图6的实施例中，一个修改过的子带滤波器W’(z)601耦接到量化器505。修改过的子带滤波器W’(z)601产生修改的滤波过的子带信号V0(z)-VM-1(z)。图6的装置的嵌入水印过程进一步包括将至少一个并且优选的是将所有滤波过的子带信号与一个水印能量缩放因子(α)相乘。具体为，水印能量缩放因子可以是向量α＝α0(z)-αM-1，即缩放因子对于不同的子带信号可以不同。
此外，所述方法包括将各个未被滤波的子带信号和相应滤波过的子带信号求和。因此在此实施例中，输入到量化器509的子带信号为Y(z)＝X(z)+α·V(z)＝X(z)+α·X(z)·W’(z)＝X(z)(1+α·W’(z))(7)虽然图5和6中的实施方式是不相同的，但是可以通过设置1+α·W’(z)＝W(z)而将滤波器W’(z)和W(z)设计为使得两个系统的响应相同。
图6的实施例的一个优点是嵌入强度α的可见性，其控制着相对的水印能量。具体为，αm可以控制各个子带信号中的水印能量。在最简单的实施方式中，α在时间上并且对于每个子带是恒定的。在一个更先进的实施例中，可以使αm变得具有自适应性。因此嵌入强度可以被动态地调整以适合于当前的条件并且具体为适合于输入信号的当前特征。αm的自适应性例如可以响应于主机信号的掩蔽阈值。
在所述优选实施例中，输入信号X(z)是通过对基带信号X(z)进行子带音频编码而获得的。因此，所述输入信号具有一个相应的基带信号。同样，所述输出信号是一个压缩的比特流Y(z)，其可以被解码以产生一个基带信号Y(z)。因此，所述输出信号具有一个相应的基带输出信号Y(z)。
可以频繁地在基带域中执行水印检测。例如在图2的系统中，基带水印可以被嵌入在基带中，并且在基带域中其可以由一个基带水印检测器检测到。实施相应于图2的基带水印嵌入的子带水印嵌入会是有益的。无论使用了哪种水印嵌入方法并且在水印检测器不具有任何如何嵌入水印的信息的情况下，这将考虑使用同一个水印检测器。因此，相应的输出基带信号Y(z)可以具有一个相关联的所期望的水印。
在所述优选实施例中，将子带滤波器W(z)设计为使得其产生与基带输出信号的所期望水印相一致的输出信号水印。特别地，W(z)优选地具有这样一个响应，使得由对输出信号Y(z)进行解码所产生的基带水印充分类似于所期望的基带水印，并且具体为类似于由图2的基带滤波操作所产生的水印信号。
在下文中将描述为实现此目的而用于设计给定了子带滤波器W(z)的等效基带滤波器W(z)的方法。
图7阐明了一个基带水印嵌入装置的方框图。图8阐明了一个根据本发明一个实施例的子带水印嵌入装置的方框图。为了清楚和简洁，图7和8阐明了用于一个简单的两子带编码信号的水印嵌入过程。然而，所述原理能被容易地推广到具有更多子带的信号。
在图7的装置中，一个子带信号X(z)被馈送到一个解析滤波器R(z)，所述解析滤波器R(z)产生相应的基带信号X(z)。接下来在基带水印滤波器W(z)对X(z)进行滤波，以产生基带水印输出信号Ybb(z)。在图8中，信号X(z)被馈送到一个子带滤波器W(z)801，所述子带滤波器W(z)801产生一个嵌入了水印的子带信号Y(z)。此信号被馈送到解析滤波器R(z)701，所述解析滤波器R(z)701产生基带水印输出信号Ysb(z)。
因此所述设计过程的目的是设计所述子带滤波器W(z)，使得两个系统的响应基本上相同，或至少充分相似。换言之，对于一个给定的输入子带信号X(z)，其任务是找到W(z)使得Ybb(z)基本上等于Ysb(z)。
图9阐明了图7的装置的滤波器的多相表示。本领域公知的是一个任意的FIR-型滤波器可以被重写为一个多相滤波器，并且在图9中示出了R(z)和W(z)的多相转移矩阵的各个分量。
如图9所阐明的，合成滤波器R(z)中的向上采样之后是W(z)中的向下采样。除了一个延迟z-1之外，滤波器R(z)和W(z)之间的向上采样和向下采样的处理等价于恒等算子。多相滤波运算Wp(z)901可以因此被转移到如图10所示的子带域中。
虽然图10中的滤波过程是在子带域中，但是Wp(z)901是基于对不能在输入的比特流中得到的子带信号进行滤波的。然而，将图10和所期望的图8的拓扑相比较，示出了两个系统是相同的，只要Wp(z)·R(z)·X(z)＝R(z)·W(z)·X(z) (8)因此，可以从基带滤波器W(z)的多相表示来确定W(z)的转移矩阵Wp(z)·R(z)＝R(z)·W(z) (9)两边都乘以R-1(z)得到W(z)＝R-1(z)·Wp(z)·R(z) (10)虽然此等式提供了子带滤波器W(z)的精确表达式，但是其取决于多相转移矩阵R(z)的逆R-1(z)。在实际的系统中，逆矩阵R-1(z)会产生关于因果性和稳定性的问题。一种便于得到一个等效(近似)表达式的方法如下文所述。假设图1的滤波器组结构A(z)和R(z)优选地匹配。在此情况下，除了一个延迟之外，解析滤波器A(z)和重建滤波器R(z)的级联等效于恒等算子，即A(z)·R(z)＝z-k·I(11)其中I表示单位矩阵，而k表示整个系统的延迟。
这可以被重写为R-1(z)＝zkA(z)(12)忽略延迟分量，因此等式(10)可以被重写为W(z)＝A(z)·Wp(z)·R(z) (13)解析滤波器A(z)和重建滤波器R(z)的转移矩阵是已知的，并且Wp(z)可以从基带滤波器W(z)中得到。因此，可以确定相应的子带滤波器W(z)。
所述的实施例提供了包括以下方面的多个优点●降低了水印嵌入器的复杂性。与图3的方法比较，水印嵌入过程不需要重建滤波器R(z)和解析滤波器A(z)。这降低了计算复杂性。
●水印嵌入器的操作延迟小于图3的系统的延迟。这在例如耦接视频信号的音频系统中是非常有益的。在音频系统中增加不需要的延迟需要附加的视频系统的延迟(并因此需要昂贵的存储器)。此外，其在实时嵌入应用中是有益的。
●降低了附加的失真。优选地可以不重建滤波器组A(z)和R(z)。采用如在图3中所提出的附加的级联滤波器组会引起音频信号不必要的失真。
在所述优选实施例中，所述方法进而包括以下步骤解码所述输出信号以产生一个基带信号；以及响应于所述基带信号的特征来检测所述水印。
具体为，可以采用一个合成滤波器R(z)对子带信号Y(z)进行解码，由此产生具有水印的基带信号。此水印可以被检测，例如通过采用与含有借助于如在WO 02/091374A1中所述的方法嵌入水印的信号所用的检测处理相同的检测处理来检测。
在所述优选实施例中，用于嵌入水印的装置可以进一步操作为通过相对于子带滤波器移位该组子带信号来给水印加上有效载荷。
在所述优选实施例中，采用对所有子带的循环移位，并且输入子带X(z)之间的每个相对于子带滤波器W(z)的移位位置对应于一个特定的数据值。在本实施例中，可用的数据值的数目对应于可能的移位的数目，即对应于子带的数目。因此可得到的数据容量为C＝log2(M) (14)通过允许比循环移位更复杂的移位可以增加可能的数据值的数目。通过允许X(z)的子带和子带滤波器W(z)的子带之间的所有可能结合可以实现最高数目的可能数据值，其中每个移位位置对应于一个数据值。
下面将参照图11和12中所阐明的两个子带模型来描述所述方法。
图11阐明了一个根据本发明一个实施例的用于嵌入一个带有第一比特值的水印的子带滤波器W0(z)1101。如图11所阐明的，所述子带滤波器将水印分量WA(z)加到第一子带信号X0(z)上，而将水印分量WB(z)加到第两子带信号X1(z)上。
图12阐明了一个根据本发明一个实施例的用于嵌入一个带有第二比特值的水印的子带滤波器W1(z)1201。在此情况下，所述子带滤波器将水印分量WB(z)加到第一子带信号X0(z)上，而将水印分量WA(z)加到第二子带信号X1(z)上。
水印检测器可以确定水印解码是根据图11还是根据图12的，并且因此确定有效载荷的相应值。(所述方法相当于嵌入两个不同水印中的一个，并且水印检测器可以具有针对第一和第二水印的独立检测功能)。
遗憾的是，图12的方法需要一个单独的子带滤波器W1(z)来实现第二数据值，而这增加了复杂性。然而，通过相对于子带滤波器W0(z)移位X(z)的子带，可以由子带滤波器W0(z)实现子带滤波器W1(z)的响应。
如图13所阐明的，如果在被馈送到子带滤波器W0(z)之前，输入信号X(z)的子带循环移动了一个位置，那么WA(z)将被加到第二子带信号X1(z)上，而水印分量WB(z)将被加到第一子带信号X0(z)上。在如图13所阐明的，如果子带滤波器W0(z)的输出子带信号以相反方向循环移位，那么信号的媒体内容未被改变并且可以在一个标准解码器中解码。然而，相比于图11，水印分量WA(z)和WB(z)已经被加到了其它的子带上，而由此与图12的功能相当。
只要子带信号的循环移位是偶数(即，移位值s＝0，2，4，6)，此方法就提供了精确的一致性。然而，典型的子带编码的解析滤波器的一个特性是奇数子带具有颠倒的频谱。因此，将子带移位一个奇数值将引起失配，因为对照子带滤波器的假设，频谱对于偶数子带将是颠倒的，而对于奇数子带却不是颠倒的。因此，对于奇数移位值，各个子带的频谱在由子带滤波器W0(z)1101滤波之前和之后应该被颠倒。对于本领域普通技术人员来说，大家熟知的是通过颠倒每隔一个的样本，即通过在时域中将所述信号乘以(-1)n可以实现对离散时间信号的频率颠倒。这个处理在图13中是通过在子带滤波之前和之后向每个子带信号施加乘法1301来阐明的。
虽然针对两个子带说明所述方法，但是其可容易地推广到任意数目的子带。
本发明可以以任意合适的形式，包括硬件、软件、固件或这些形式的任意组合来实现。然而，优选的是，本发明实施为运行在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器上的计算机软件。本发明的一个实施例的元件和部件可以物理地、功能性地和逻辑性地以任意合适的方式实施。实际上，所述功能可以以单个单元、以多个单元或作为其它功能单元的一部分来实现。同样地，本发明可以以单个单元实现或者可以物理地和功能性地分布在不同的单元和处理器之间。
虽然已经结合优选实施例描述了本发明，但是无意将其局限于在此提及的特定形式。真正地，本发明的范围仅由所附的权利要求来限定。在权利要求中，所包含的项目不排斥其它元件或步骤的存在。此外，虽然分别地进行了列出，但是多个装置、元件或方法可以由例如单个单元或处理器来实施。另外，虽然各个特征包括在不同的权利要求中，这些特征可以可行地有利地进行合并，并且特征包括在不同权利要求中不意味着特征不能进行合并和所述合并不是有益的。此外，单个的引用不排斥多个。因此，“一”、“一个”、“第一”、“第二”等引用不排斥多个。
权利要求
1.一种将一个水印嵌入到一个媒体信号的一个输入信号的方法，所述方法包括以下步骤获得(403)所述输入信号的多个子带信号；利用一个子带滤波器(507)对一组子带信号进行滤波(405)以产生一组滤波过的子带信号，所述子带滤波器(507)具有一个与水印相关联的响应；以及通过合并该组滤波过的子带信号来产生(407)一个输出信号。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述输入信号是一个子带编码的媒体信号。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述输出信号是一个子带编码的媒体信号。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述输入信号具有一个相应的基带输入信号，所述输出信号具有一个相应的基带输出信号，该相应的基带输出信号具有一个相关联的所期望的水印，并且所述子带滤波器(507)的响应是这样的，使得所述输出信号的水印与基带输出信号所期望的水印相一致。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述子带滤波器(507)的响应与基带滤波器(203)的一个响应的子带等价物相一致，所述基带滤波器(203)通过对基带输入信号进行滤波来产生所期望的水印。
6.如权利要求1所述的方法，进一步包括将滤波过的子带信号中的至少一个与一个水印能量缩放因子相乘的步骤。
7.如权利要求5所述的方法，进一步包括动态地调整所述水印能量缩放因子的步骤。
8.如权利要求6所述的方法，其中动态地调整所述水印能量缩放因子的步骤包括响应于所述输入信号的一个特征来动态地调整所述水印能量缩放因子。
9.如权利要求1所述的方法，包括将一个未被滤波的子带信号和一个相应的滤波过的子带信号求和的步骤。
10.如权利要求1所述的方法，进一步包括通过相对于所述子带滤波器(507)移位该组子带信号以将一个数据有效载荷加到所述水印上的步骤。
11.如权利要求1所述的方法，进一步包括执行相对于所述子带滤波器反向移位该组滤波过的子带信号的步骤。
12.如权利要求10所述的方法，其中每个移位位置对应于一个数据值。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述获得(403)步骤包括多路分解、逆量化和缩放所述输入信号。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述产生(407)步骤包括量化和多路复用所述输出信号。
15.如权利要求1所述的方法，其中所述媒体信号是选自由以下信号组成的组中音频信号；视频信号；以及图像信号。
16.如权利要求1所述的方法，其中该组子带信号包括多个子带信号的所有子带信号。
17.如权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤解码所述输出信号以产生一个基带信号；以及响应于基带信号的一个特征来检测所述水印。
18.一种能执行如前述权利要求任一项的方法的计算机程序。
19.一种含有如权利要求18所述的计算机程序的记录载体。
20.一种用于将一个水印嵌入到一个媒体信号的一个输入信号的装置，所述装置包括用于获得所述输入信号的多个子带信号的装置(503，505)；一个用于对一组子带信号进行滤波以产生一组滤波过的子带信号的子带滤波器(507)，所述子带滤波器(507)具有一个与水印相关联的响应；以及用于通过合并该组滤波过的子带信号来产生一个输出信号的装置(509，511)。
全文摘要
本发明涉及一种用于将水印嵌入输入的媒体信号的系统。子带编码的输入信号的多个子带信号被获得；优选的是通过分解相应的比特流。由具有与水印相关联的响应的子带滤波器(507)对一组子带信号进行滤波。因此子带滤波器(507)产生一组滤波过的被合并进一个具有所期望的水印的输出信号的子带信号。所述输出信号优选的是一个压缩的子带比特流信号。因此实现了一种用于通过在子带域中进行滤波而将水印嵌入到媒体信号中的低复杂性方法，从而实现了消除需要对媒体信号进行解码和重新编码的要求。
文档编号G10L19/16GK1795493SQ200480014689
公开日2006年6月28日 申请日期2004年5月24日 优先权日2003年5月28日
发明者M·范德维恩, A·N·勒马, A·A·M·L·布鲁克斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司