專利名稱：數(shù)字信號(hào)的可逆水印的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及在媒體內(nèi)容中提供附加信息的領(lǐng)域，該媒體內(nèi)容被映射以便允許插入附加信息。本發(fā)明尤其涉及在包括媒體內(nèi)容的信號(hào)中提供可逆水印。
背景技術(shù)：
已知提供涉及媒體內(nèi)容的附加信息。一個(gè)這樣的例子是水印領(lǐng)域，其中信息被嵌入在諸如一個(gè)數(shù)字圖像的媒體文件當(dāng)中。然后能夠從圖像中恢復(fù)出水印并用于不同的目的。而且，還已知圖像域中的可逆水印，在去除水印之后能夠恢復(fù)出原始圖像。這些的方案的主要優(yōu)點(diǎn)在于不需要增加通信信道(即媒體文件)的帶寬，即它是一個(gè)帶內(nèi)信息信道。J.Fridrich，M.Goljan和R.Du的“用于所有圖像格式的無(wú)損數(shù)據(jù)嵌入”P(pán)roc.SPIE Photonics West第4675卷以及多媒體內(nèi)容的安全和水印，San Jose，加利福尼亞，2002年1月，第572-583頁(yè)中描述了一種這樣的技術(shù)。
但是仍然需要一種替換的技術(shù)，其中附加信息，也許是水印格式的附加信息，能夠以某種方式附加在媒體內(nèi)容當(dāng)中，從而允許避免原始媒體內(nèi)容中的信息丟失，并且還能夠用于音頻，同時(shí)允許附加信息的更高的數(shù)據(jù)容量。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是在具有媒體內(nèi)容的信號(hào)中提供附加信息，以允許避免原始媒體內(nèi)容中的信息丟失，并且能夠應(yīng)用于音頻同時(shí)允許附加信息具有高的數(shù)據(jù)容量。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，該目的是通過(guò)在具有媒體內(nèi)容的信號(hào)中發(fā)送附加信息的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該方法包括步驟使用第一映射函數(shù)將媒體內(nèi)容的幅度值映射到第一個(gè)新值，以及在映射媒體內(nèi)容中插入附加信息。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，該目的是通過(guò)在具有媒體內(nèi)容的信號(hào)中接收附加信息實(shí)現(xiàn)的，該方法包括步驟接收含有媒體內(nèi)容以及嵌入的附加信息的信號(hào)，使用第一映射函數(shù)將媒體內(nèi)容的幅度值映射到第一新值，以及從媒體內(nèi)容中去除附加信息。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，該目的是通過(guò)在具有媒體數(shù)據(jù)的信號(hào)中提供附加信息的設(shè)備進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)的，該設(shè)備包括第一映射單元，用于使用第一映射函數(shù)將媒體內(nèi)容的幅度值映射到第一新值，以及一個(gè)復(fù)用單元，用于在映射媒體內(nèi)容中插入附加信息。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，該目的是通過(guò)一種用于接收具有媒體內(nèi)容的信號(hào)中的附加信息的設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該設(shè)備包括一個(gè)解復(fù)用單元，用于接收含有媒體內(nèi)容以及附加信息的信號(hào)，使用第一映射函數(shù)將媒體內(nèi)容的幅度值映射到第一新值，以及從媒體內(nèi)容中去除附加信息。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，該目的還通過(guò)一種能夠彼此通信的設(shè)備系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)包括在具有媒體內(nèi)容的信號(hào)中提供附加信息的設(shè)備，包括第一映射單元，用于使用第一映射函數(shù)將媒體內(nèi)容的幅度值映射到第一新值，以及復(fù)用單元，用于在映射媒體內(nèi)容中插入附加信息，以及用于接收具有媒體內(nèi)容的信號(hào)中的附加信息的設(shè)備，包括解復(fù)用單元，用于接收含有媒體內(nèi)容以及嵌入的附加信息的信號(hào)，并且從媒體內(nèi)容中去除附加信息，其中使用所述的第一映射函數(shù)將媒體內(nèi)容的幅度值映射到第一新值。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，該目的還通過(guò)包括具有嵌入附加信息的媒體內(nèi)容的信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中使用第一映射函數(shù)將媒體內(nèi)容的幅度值映射到新的值，從而能夠從映射的媒體內(nèi)容中恢復(fù)出附加信息。
權(quán)利要求2和權(quán)利要求18針對(duì)的是，在映射媒體內(nèi)容的幅度級(jí)上提供至少一個(gè)孔，用于插入附加信息。
權(quán)利要求3和權(quán)利要求19針對(duì)的是，使用孔和映射媒體內(nèi)容的相應(yīng)值在媒體內(nèi)容中插入附加信息。
權(quán)利要求4、15、20和26針對(duì)的是，使用一個(gè)誤差信號(hào)，從而允許基本無(wú)損的恢復(fù)原始媒體內(nèi)容。
權(quán)利要求7和權(quán)利要求16針對(duì)的是，提供能夠選擇恢復(fù)原始媒體內(nèi)容的第二映射函數(shù)的信息。
權(quán)利要求9和權(quán)利要求22針對(duì)的是，提供用于媒體內(nèi)容的至少兩個(gè)不同的第一映射函數(shù)。
權(quán)利要求10針對(duì)的是，根據(jù)媒體內(nèi)容的特征選擇第一映射函數(shù)。
權(quán)利要求11和權(quán)利要求23針對(duì)的是，提供至少兩個(gè)不同的第二映射函數(shù)來(lái)映射媒體內(nèi)容，使用至少兩個(gè)第一映射函數(shù)將媒體內(nèi)容的幅度值映射到第一新值。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于提供一種在媒體內(nèi)容中嵌入附加信息，比如水印的方法，該方法允許在去除嵌入信息后恢復(fù)出原始媒體內(nèi)容，對(duì)于附加信息來(lái)說(shuō)，該方法具有盡可能大的數(shù)據(jù)容量，并能夠很好的適用于音頻應(yīng)用，而且附加信息在媒體內(nèi)容中幾乎是不可察覺(jué)的。
隱含在本發(fā)明中的一般觀點(diǎn)是在諸如音頻信號(hào)的媒體內(nèi)容中提供附加信息，該媒體內(nèi)容的幅度值映射到新的值。
本發(fā)明的這些以及其他方面將在下面參照優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行的描述中變得清楚明了。


現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明，其中附圖1表明了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的編碼器和解碼器的方框圖，附圖2A-2C表明了示例根據(jù)本發(fā)明的第一和第二映射函數(shù)以及由編碼器生成的誤差信號(hào)的流程圖，附圖3表明了根據(jù)本發(fā)明在音頻信號(hào)中嵌入水印的方法的流程圖，附圖4表明了根據(jù)本發(fā)明從音頻信號(hào)中抽取出水印的方法的流程圖，附圖5表明了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的特定變形的編碼器和解碼器的方框圖，附圖6A-6B表明了兩個(gè)其他示例適于在附圖5的編碼器和解碼器中使用的根據(jù)本發(fā)明的編碼器所產(chǎn)生的第一和第二映射函數(shù)的其他的流程圖，附圖7表明了根據(jù)本發(fā)明在第二實(shí)施例中使用的信號(hào)的一般格式，附圖8表明了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的編碼器的示意性框圖，附圖9表明了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的編碼器的示意性框圖，以及附圖10表明了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的編碼器的示意性框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及在包含媒體內(nèi)容的信號(hào)中提供附加信息的領(lǐng)域。該應(yīng)用的一個(gè)優(yōu)選領(lǐng)域是音頻流的可逆水印。但是本發(fā)明并不局限于該領(lǐng)域，其可以應(yīng)用于任何其他的技術(shù)領(lǐng)域，并且應(yīng)用于諸如數(shù)字圖像的其他信號(hào)類型。
附圖1示意性地表明了編碼器10，該編碼器10通過(guò)接口與解碼器12通信。接口利用垂直的點(diǎn)劃線表示。接口可以是例如互聯(lián)網(wǎng)或者內(nèi)聯(lián)網(wǎng)，但是并不必須是一個(gè)這樣的網(wǎng)絡(luò)。例如也可以是固定或者無(wú)線電話網(wǎng)絡(luò)。編碼器10將水印D插入到一個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流中，在本例中是音頻流x。下面將簡(jiǎn)要描述編碼器的實(shí)際功能。編碼器10包括第一映射單元14，該單元在其輸入端接收以音頻x的PCM采樣格式的媒體內(nèi)容。編碼器使用第一類型的第一映射函數(shù)CQ，其可以是壓縮函數(shù)，盡管本發(fā)明并不局限于壓縮函數(shù)。第一映射單元14的輸出連接到使用第二類型的第二映射函數(shù)EQ的第二映射單元18的輸入，第二類型的第二映射函數(shù)可以是擴(kuò)展函數(shù)，盡管本發(fā)明并不局限于擴(kuò)展函數(shù)。第一映射單元14的輸出還連接到復(fù)用單元16的第一輸出。第二映射單元18的輸出連接到減法單元19，減法單元也接收原始音頻信號(hào)x的輸入采樣。減法單元19進(jìn)一步連接到應(yīng)用誤差信號(hào)壓縮L的誤差壓縮單元20。誤差壓縮單元20的輸出連接到復(fù)用單元16的第二輸入。復(fù)用單元還具有接收開(kāi)銷數(shù)據(jù)O的第三輸入和接收水印或者附加數(shù)據(jù)D的第四輸入。復(fù)用單元16還具有輸出端，輸出包括音頻數(shù)據(jù)的信號(hào)y，幅度值在這里被映射到新的值，并與水印一起被提供。
如上所述，附圖1還包括解碼器12。該解碼器包括解復(fù)用單元22，具有接收信號(hào)y的輸入端。解復(fù)用單元具有連接到應(yīng)用第二映射函數(shù)EQ的第三映射單元24的第一輸出。解復(fù)用單元具有連接到應(yīng)用誤差擴(kuò)展函數(shù)L-1的誤差擴(kuò)展單元26的第二輸出，誤差擴(kuò)展函數(shù)L-1是先前提到的誤差壓縮函數(shù)L的反函數(shù)。解復(fù)用單元22具有提供水印D的第三輸出以及提供開(kāi)銷數(shù)據(jù)O的第四輸出。第三映射單元24的輸出連接到加法單元27，誤差擴(kuò)展單元26的輸出也連接到所述加法單元。從加法單元提供恢復(fù)的原始信號(hào)x。
附圖2A-2C表明了三個(gè)圖表，其中附圖2A概述了根據(jù)第一映射函數(shù)CQ1，將輸入的信號(hào)采樣x(n)映射到第一新值形式的輸出信號(hào)采樣xQ(n)，附圖2B概述了根據(jù)地二映射函數(shù)EQ1，將第一新值形式的輸入信號(hào)采樣xQ(n)映射到第二新值形式的輸出采樣x(n)，附圖2C概述了依賴于輸入信號(hào)x(n)的誤差信號(hào)q(n)。
現(xiàn)在將參照附圖1、2、3解釋根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，將水印嵌入或者插入音頻信號(hào)或者音頻流格式的媒體內(nèi)容當(dāng)中，其中附圖3表明了根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。在編碼器10中接收音頻信號(hào)的第一數(shù)字PCM(脈沖編碼調(diào)制)采樣。這些采樣可以從諸如音頻播放設(shè)備，例如CD播放器或者從電話設(shè)備的任何類型的應(yīng)用接收。也可以從諸如存儲(chǔ)音頻文件的存儲(chǔ)設(shè)備恢復(fù)。然后使用第一映射函數(shù)CQ將不同采樣x的幅度映射到新的值，從而獲得含有采樣的信號(hào)xQ，步驟28。在第一實(shí)施例中，將使用第一映射函數(shù)CQ1。
在附圖2A中示出了表明根據(jù)本發(fā)明的第一映射函數(shù)CQ1的圖表。該映射函數(shù)將輸入信號(hào)的輸入采樣映射到輸出采樣。根據(jù)該特定方案，16級(jí)的輸入幅度被映射到8級(jí)的輸出幅度。輸入幅度級(jí)0被映射到輸出級(jí)0，輸入幅度級(jí)1被映射到輸出幅度級(jí)2。輸入幅度級(jí)3被映射到輸出幅度級(jí)4。迄今為止在原始采樣和映射采樣之間是一一對(duì)應(yīng)的。輸入幅度級(jí)3被映射到輸出幅度級(jí)6，同時(shí)輸入幅度級(jí)4也被映射到輸出幅度級(jí)6。輸入幅度級(jí)5被映射到輸出幅度級(jí)8，同時(shí)輸入幅度級(jí)6被映射到輸出幅度級(jí)10。并且輸入幅度級(jí)7和8被映射到輸出幅度級(jí)10。輸入幅度級(jí)9、10和11被映射到輸出幅度級(jí)12，輸入幅度級(jí)12，13，14和15被映射到輸出幅度級(jí)14。這樣已經(jīng)利用第一映射函數(shù)映射的輸出信號(hào)xQ只有八個(gè)不同的可能幅度級(jí)或者值，并且不使用每個(gè)奇數(shù)級(jí)。因此每個(gè)奇數(shù)級(jí)在映射的媒體內(nèi)容中構(gòu)成了一個(gè)孔。這意味著奇數(shù)級(jí)能夠被用于附加信息。由于某些輸入級(jí)共享相同的輸出級(jí)，因此在輸入幅度級(jí)和輸出幅度級(jí)之間不再是一一對(duì)應(yīng)的。
然后在第二映射單元18中使用第二映射函數(shù)EQ再次映射第一映射信號(hào)xQ，從而獲得媒體內(nèi)容的第二新值xE，步驟30。
使用示例圖表2B表明了在第一實(shí)施例中使用第二映射函數(shù)EQ1來(lái)執(zhí)行的第二映射。在這里輸入級(jí)0被映射到輸出級(jí)0，輸入級(jí)2被映射到輸出級(jí)1，輸入級(jí)4被映射到輸出級(jí)2，輸入級(jí)6被映射到輸出級(jí)3，輸入級(jí)8被映射到輸出級(jí)5，輸入級(jí)10被映射到輸出級(jí)6，輸入級(jí)12被映射到輸出級(jí)9以及輸入級(jí)14被映射到輸出級(jí)12。從這里可以看出，輸入信號(hào)x的所有級(jí)都沒(méi)有出現(xiàn)在第二新信號(hào)xE中。
如果第一映射信號(hào)xQ的簡(jiǎn)單的第二映射被單獨(dú)使用，這意味著當(dāng)使用第二映射函數(shù)時(shí)某些信息可能會(huì)丟失。因此第二映射信號(hào)xE被提供給減法單元19，所述單元19也接收原始信號(hào)x。減法單元從原始信號(hào)x中減去第二映射信號(hào)xE，從而獲得壓縮擴(kuò)展誤差信號(hào)q，步驟32。誤差信號(hào)q(n)和原始輸入信號(hào)x(n)的不同的幅度級(jí)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2C所示。由于原始級(jí)別0-3和第一映射級(jí)別之間的一一對(duì)應(yīng)，對(duì)于這些級(jí)別，誤差信號(hào)q為0，同時(shí)對(duì)于級(jí)別4，誤差信號(hào)是1，對(duì)于級(jí)別5和6，誤差信號(hào)再次為0。對(duì)于級(jí)別7，誤差信號(hào)是1，級(jí)別8是2。另外，對(duì)于級(jí)別9是0，對(duì)于級(jí)別10是1，對(duì)于級(jí)別11是2。最后，對(duì)于級(jí)別12，誤差信號(hào)q(n)是0，級(jí)別13是1，級(jí)別14是2，級(jí)別15是3。然后誤差信號(hào)q被提供給將壓縮函數(shù)L應(yīng)用到誤差信號(hào)的誤差壓縮單元20，從而獲得壓縮的誤差信號(hào)qL，步驟34。然后該壓縮的誤差信號(hào)，以及根據(jù)第一映射函數(shù)映射的輸入信號(hào)xQ、開(kāi)銷數(shù)據(jù)D以及附加信息或者水印D形式的數(shù)據(jù)一起被提供給復(fù)用單元16。
復(fù)用單元16然后將(可能已經(jīng)壓縮的)壓縮擴(kuò)展誤差信號(hào)qL、某些開(kāi)銷信息O以及水印D插入或者嵌入到原始信號(hào)x的第一映射函數(shù)映射xQ后變得空閑的位置，即映射信號(hào)xQ的奇數(shù)采樣，從而獲得傳送信號(hào)y，步驟36，然后將信號(hào)y傳送給解碼器12，步驟38。為了解釋加入附加數(shù)據(jù)的方法，可以從柱狀透視圖中方便的看出處理過(guò)程。在應(yīng)用了第一映射函數(shù)之后，具有相應(yīng)柱狀圖的原始信號(hào)被變換為具有相應(yīng)的映射柱狀圖的不同的柱狀圖。映射的柱狀圖具有零輸入的采樣值，即這些特定采樣在變換的信號(hào)中不出現(xiàn)。對(duì)于剩余的部分，我們將這些位置定義為孔。通過(guò)使用孔和與孔相應(yīng)的其他新的映射值的組合來(lái)增加附加信息。這意味著對(duì)于媒體內(nèi)容的給定采樣，通過(guò)將映射的偶數(shù)級(jí)改變?yōu)橄鄳?yīng)的非偶數(shù)或者奇數(shù)級(jí)來(lái)增加以“1”的形式的一段附加信息，通過(guò)保持映射級(jí)不變來(lái)增加0。在第一實(shí)施例中每個(gè)偶數(shù)級(jí)將具有相應(yīng)的孔，因此能夠在每個(gè)采樣中加入1比特的附加信息。利用映射級(jí)和相應(yīng)的孔意味著例如信號(hào)xQ的級(jí)0相應(yīng)于級(jí)1的孔。每次具有級(jí)0的映射采樣到達(dá)復(fù)用單元16，當(dāng)插入附加信息“1”時(shí)該單元將采樣級(jí)改變?yōu)榧?jí)1，當(dāng)插入附加信息“0”時(shí)該單元保持采樣級(jí)不變。開(kāi)銷數(shù)據(jù)O可以包括被用于允許解碼的信息或者使解碼有效的信息。開(kāi)銷可以進(jìn)一步包括諸如幀尺寸和同步字的信息(如果輸入信號(hào)被分割成幀)。它也可以包括CRC或者誤差校正信息或者表明嵌入比特流中不同數(shù)據(jù)部分位置的指針。
現(xiàn)在參照附圖1，2，4描述解碼器中的處理，其中附圖4表明了根據(jù)本發(fā)明的解碼信號(hào)的方法的流程圖。解碼器12在解復(fù)用單元22的輸入端接收從編碼器10發(fā)送的信號(hào)y，步驟40。解復(fù)用單元22抽取嵌入的開(kāi)銷信息O、水印D和(可能壓縮的)壓縮擴(kuò)展誤差信號(hào)qL，從而獲得沒(méi)有附加信息的、根據(jù)第一映射函數(shù)映射的音頻信號(hào)xQ，步驟42。然后在抽取了附加信息以后，第一映射幅度級(jí)(已經(jīng)接收到“1”比特的附加信息，并且是奇數(shù)的)接收它們相應(yīng)的偶數(shù)幅度級(jí)。然后以合適的方式處理開(kāi)銷數(shù)據(jù)O和水印D。根據(jù)第一映射函數(shù)映射的音頻信號(hào)xQ被提交給第三映射單元24，該單元使用第二映射函數(shù)EQ，并且在本例中使用與編碼器10中的第二映射單元20相同的第二映射函數(shù)EQ1，用于提供根據(jù)第二映射函數(shù)映射的信號(hào)xE，步驟44。同時(shí)壓縮誤差信號(hào)qL被提供給誤差擴(kuò)展單元26，該單元對(duì)壓縮誤差信號(hào)qL應(yīng)用擴(kuò)展函數(shù)L-1，從而獲得原始誤差信號(hào)q，步驟46。擴(kuò)展函數(shù)是編碼端使用的壓縮函數(shù)的反函數(shù)。然后恢復(fù)的誤差信號(hào)q以及根據(jù)第二映射函數(shù)映射的信號(hào)xE一起被提供給加法單元27，在那里兩個(gè)信號(hào)彼此相加從而提供原始音頻信號(hào)x，步驟48。以這種方式，水印被附加到音頻信號(hào)當(dāng)中，該音頻信號(hào)根據(jù)第一映射函數(shù)映射，并且水印和原始音頻信號(hào)都被恢復(fù)，能夠毫無(wú)損耗地重新獲得音頻信號(hào)。
可以作出多種變形，其中在附圖5的示意性框圖中表明了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的一種變形。該變形與第一實(shí)施例的區(qū)別僅在于在第一映射單元14和復(fù)用單元16之間增加了第一位移單元50，在解復(fù)用單元22和第三映射單元24之間增加了第二位移單元52。另一個(gè)區(qū)別在于使用了另外的第一和第二映射函數(shù)。在第一映射單元14中使用的第一映射函數(shù)CQ2在這里是壓縮函數(shù)，而在第二和第三映射單元18和14中使用的第二映射函數(shù)EQ2在這里是擴(kuò)展函數(shù)，這些函數(shù)在附圖6A-6B的圖表中表示。該第一映射函數(shù)將幅度級(jí)0映射到壓縮級(jí)0，將輸入幅度級(jí)1映射到輸出幅度級(jí)1，輸入幅度級(jí)2映射到輸出幅度級(jí)2。輸入幅度級(jí)3映射到輸出幅度級(jí)3，同時(shí)輸入幅度級(jí)4也映射到輸出幅度級(jí)3。輸入幅度級(jí)5映射到輸出幅度級(jí)4，而輸入幅度級(jí)6映射到輸出幅度級(jí)5。輸入幅度級(jí)7和8映射到輸出幅度級(jí)6。輸入幅度級(jí)9、10和11映射到輸出幅度級(jí)6，輸入幅度級(jí)12、13、14和15映射到輸出幅度級(jí)7。這樣第一映射輸出信號(hào)xQ只有八個(gè)不同的可能的低級(jí)別幅度級(jí)，而高級(jí)別都沒(méi)有使用。第二映射函數(shù)將輸入級(jí)別0映射到輸出級(jí)別0。輸入級(jí)別1映射到輸出級(jí)別1，輸入級(jí)別2映射到輸出級(jí)別2，輸入級(jí)別3映射到輸出級(jí)別3，輸入級(jí)別4映射到輸出級(jí)別5，輸入級(jí)別5映射到輸出級(jí)別6，輸入級(jí)別6映射到輸出級(jí)別9，輸入級(jí)別7映射到輸出級(jí)別12。第一位移單元50將壓縮的音頻信號(hào)xQ向左移動(dòng)p個(gè)位置，在目前的情況下，p＝1，即將壓縮的信號(hào)與因子2p相乘。第二位移單元52按照相同的方式將接收到的輸入信號(hào)(去除了開(kāi)銷、水印和誤差信號(hào)之后)向右移動(dòng)p個(gè)位置，即執(zhí)行2-p的乘法，這樣就恢復(fù)了壓縮信號(hào)xQ。在本系統(tǒng)中，音頻信號(hào)被壓縮，從而使音頻的更高級(jí)別保持未使用。壓縮信號(hào)然后被移位從而使得最低有效位能夠被用于水印、開(kāi)銷和誤差信號(hào)。這極大的簡(jiǎn)化了附加信息的插入和抽取。根據(jù)該變形的壓縮采樣信號(hào)y在附圖7中描述，表明了一個(gè)四位信號(hào)或采樣，其中所示的頭三個(gè)最高有效位包括一比特的水印數(shù)據(jù)D和/或誤差信號(hào)q和/或開(kāi)銷O之后的壓縮采樣xQ(n)。所有增加的信息在該信號(hào)y的最低有效位提供。
在這里作為最優(yōu)實(shí)施例描述的本發(fā)明的基礎(chǔ)部分存在多種變形。首先，已經(jīng)提到，如果所使用的第一映射函數(shù)在映射級(jí)上存在一一對(duì)應(yīng)，不需要誤差信號(hào)。在該特定情況下，誤差信號(hào)和與其相關(guān)的處理不需要包括在該設(shè)備當(dāng)中。當(dāng)存在這一先決條件時(shí)，在編碼器中不需要第二映射單元、減法單元以及誤差壓縮單元，在解碼器中也不需要加法單元和誤差擴(kuò)展單元。但是重要的是解碼器中的第三映射單元使用映射函數(shù)，該函數(shù)是編碼器中的第一映射函數(shù)的反函數(shù)。這種情況目前適用于音頻或其他類型的媒體內(nèi)容，這些媒體內(nèi)容在幅度頻譜中的上半部分沒(méi)有幅度值。在使用誤差信號(hào)的情況下，另一種可能的變形是所使用的第二映射函數(shù)不一定是第一映射函數(shù)的反函數(shù)?？梢允褂昧硪环N第二映射函數(shù)。在這種情況下，這種區(qū)別可能容易導(dǎo)致更大的誤差信號(hào)。誤差信號(hào)中的信息也可能導(dǎo)致解碼端的原始信號(hào)的恢復(fù)。因此誤差信號(hào)可能保持不壓縮，但是這將導(dǎo)致嵌入數(shù)據(jù)信道的容量降低。在傳送的信號(hào)y中不必須提供任何開(kāi)銷信息。第一映射輸出信號(hào)不一定在偶數(shù)級(jí)提供孔，而是還能夠在奇數(shù)級(jí)提供孔。而且不需要在所有的偶數(shù)級(jí)提供孔。在一種變形中，僅在幅度級(jí)提供了一個(gè)孔，其中原始值映射到另一個(gè)值，該值不一定是鄰近值，盡管這是優(yōu)選方案。以相同的方式，當(dāng)插入信息的附加比特時(shí)，與所使用的、與孔相應(yīng)的值不一定是下一個(gè)更高的值，但是可以是映射媒體內(nèi)容更低的值或者幾乎任何其他的可能值。如果該相應(yīng)值是映射媒體內(nèi)容中頻繁出現(xiàn)的值是有利的。
下面將參照附圖8-10描述本法明的其他方面。
參照附圖8描述本發(fā)明的第二實(shí)施例，該圖示出了編碼器12，該編碼器與附圖1所示的編碼器基本相同。與第一實(shí)施例的區(qū)別在于提供與先前描述的映射單元14平行的第四映射單元54。第一映射單元14使用第一映射函數(shù)CQA，同時(shí)第一映射單元54使用另一個(gè)第一映射函數(shù)CQB。在映射單元14和54對(duì)之前提供分割單元56。在分割單元56和映射單元對(duì)14和54對(duì)之間提供第一開(kāi)關(guān)58，在映射單元對(duì)和復(fù)用單元16以及第二映射單元18之間提供第二開(kāi)關(guān)59。開(kāi)關(guān)被同步切換，用于將第一或第四映射單元14和54中的每個(gè)連接到第二映射單元18和復(fù)用單元16。這里第一和第四映射單元14和54具有兩個(gè)不同的函數(shù)，這兩個(gè)函數(shù)給出不同的映射結(jié)果，其中一個(gè)用于提供關(guān)于有多少附加數(shù)據(jù)需要被插入的最大可能容量，而另一個(gè)可能更好地用于使輸出信號(hào)y中的可見(jiàn)失真最小。注意，由于附圖2和附圖6所述的第一映射函數(shù)可能不適用于這些映射，這些映射用函數(shù)CQA和CQB表示來(lái)代替CQ1和CQ2。在輸入信號(hào)被提供給映射單元之前，該信號(hào)被進(jìn)一步分割。注意，這里編碼器一直使用相同的第二映射函數(shù)。在第二實(shí)施例中，用戶可能選擇不同的第一映射函數(shù)。由于第一映射函數(shù)不同，生成的誤差信號(hào)要考慮第三映射單元所映射的信號(hào)中的區(qū)別。由于第二實(shí)施例中的編碼器不含有任何附加功能塊，因此與第一實(shí)施例中的所示的編碼器基本相同。然而，所使用的第二映射函數(shù)最好與第一實(shí)施例不同。解碼器最好使用與編碼器所使用的相同的第二映射函數(shù)。如果允許小的誤差，那么為了恢復(fù)原始信號(hào)允許對(duì)函數(shù)作輕微該變。
根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的編碼器在附圖9的示意性框圖中表示。在第三和第二實(shí)施例之間存在的主要區(qū)別是提供與第二映射單元18并行的第五映射單元60。第三開(kāi)關(guān)62將復(fù)用單元16的輸入連接到第二或者第五映射單元18和60之一，第四開(kāi)關(guān)64將第二或者第五映射單元18和60之一連接到減法單元19。第三和第四開(kāi)關(guān)與第一和第二開(kāi)關(guān)58和59同步切換，第二映射單元18提供了第二映射函數(shù)EQA，該函數(shù)與第一映射函數(shù)CQA一起使用，第五映射單元60提供了另一個(gè)第二映射函數(shù)EQB，該函數(shù)與第一映射函數(shù)CQB一起使用。對(duì)于本實(shí)施例來(lái)說(shuō)，第二映射函數(shù)被切換從而使得適于選定的第一映射函數(shù)的第二映射函數(shù)能夠被使用。這里第一和第二映射函數(shù)的選擇例如能夠根據(jù)隨機(jī)密鑰(可能是保密密鑰)來(lái)進(jìn)行。由于這樣降低了所生成的誤差信號(hào)，并且因此水印占用了傳送信號(hào)中的更多空間，因而是有益的。解碼器也需要被提供相同數(shù)目的并行第二映射函數(shù)，以便能夠在不同的映射單元之間切換從而較好地實(shí)現(xiàn)其功能。為了使解碼器能夠執(zhí)行這種切換，有關(guān)第二映射函數(shù)的選擇信息必須從編碼器傳送。也可能傳送有關(guān)選定的第一映射函數(shù)的信息來(lái)替代，在這種情況下，解碼器能夠根據(jù)該信息選擇第二映射函數(shù)。還可能發(fā)送有關(guān)在編碼器中使用的第一和第二映射函數(shù)的信息。該信息能夠在開(kāi)銷中提供。其特征作為替換能夠通過(guò)輸入信號(hào)y的特征來(lái)確定。解碼器不需要進(jìn)一步使用與編碼器相同類型的第二映射函數(shù)，只要最終的方案是可逆的。
根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的編碼器在附圖10的示意性框圖中表示。其與第三實(shí)施例的差別在于提供了信號(hào)特征抽取單元66，該單元分析輸入信號(hào)并控制切換，從而根據(jù)信號(hào)的特征選擇第一映射函數(shù)和第二映射函數(shù)。以這種方式提供了一種自適應(yīng)的映射方案，該方案能夠根據(jù)輸入信號(hào)或輸入信號(hào)不同的片斷來(lái)選擇映射函數(shù)。如果信號(hào)是視頻信號(hào)，對(duì)于不同的信號(hào)幀可以使用不同的映射函數(shù)。信號(hào)特征抽取單元也可以與第二實(shí)施例結(jié)合，即沒(méi)有第五映射單元。
應(yīng)當(dāng)理解解碼器不需要執(zhí)行上述的全部解碼。根據(jù)原始信號(hào)是否需要被恢復(fù)，可能僅去除水印就足夠了，根本不用恢復(fù)原始信號(hào)?；謴?fù)可能不完全地進(jìn)行從而允許一些錯(cuò)誤存在，這里可能已經(jīng)建立了最終恢復(fù)的信息。媒體內(nèi)容不一定以音頻形式提供，而本發(fā)明能夠應(yīng)用在包括圖像和視頻的任何類型的媒體內(nèi)容當(dāng)中。也可能在多于兩個(gè)第一和/或第二映射函數(shù)之間進(jìn)行選擇。解碼器中的第二映射函數(shù)能夠根據(jù)輸出信號(hào)x來(lái)選擇，輸出信號(hào)x可以替代信號(hào)y的特征和開(kāi)銷信息。誤差信號(hào)不需要包括在信號(hào)y中，但是可以以其它的方式被提供給解碼器，例如，在另一個(gè)信號(hào)當(dāng)中，也許在發(fā)送信號(hào)y之前被提供。本發(fā)明的又一個(gè)變形在于編碼器不需要向解碼器發(fā)送信號(hào)y。也可能編碼器將信號(hào)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，存儲(chǔ)器可以是諸如CD ROM的便攜式存儲(chǔ)器，解碼器能夠從該存儲(chǔ)器重新獲取信號(hào)。在這種情況下，解碼器將從存儲(chǔ)器，而不是從編碼器接收信號(hào)。
本發(fā)明具有許多優(yōu)點(diǎn)。其允許媒體流的高度編碼，即對(duì)于包括水印的附加信息具有盡可能大的數(shù)據(jù)容量。其也允許靈活的編碼并且避免能夠避免原始媒體內(nèi)容中的信息丟失。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)送具有媒體內(nèi)容的信號(hào)(y)中的附加信息的方法，包括步驟使用第一映射函數(shù)(Cq)將媒體內(nèi)容(x)的幅度值映射到第一新值(步驟28)，以及在映射媒體內(nèi)容(xQ)中插入附加信息(O，D)(步驟36)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中第一映射函數(shù)在映射媒體內(nèi)容的幅度值中生成至少一個(gè)孔，以便用于嵌入附加信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中插入附加信息的步驟包括使用所述的至少一個(gè)孔和映射媒體內(nèi)容的一個(gè)相應(yīng)值來(lái)嵌入附加數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中映射的步驟包括允許使用媒體內(nèi)容的一個(gè)第一新值來(lái)對(duì)應(yīng)原始媒體內(nèi)容的多于一個(gè)的未映射的值，并且進(jìn)一步包括以下步驟使用第二映射函數(shù)(EQ)將媒體內(nèi)容(xQ)的第一新值映射到第二新值，(步驟30)，以及生成一個(gè)誤差信號(hào)(q)，該信號(hào)包括媒體內(nèi)容(xE)的第二新值與原始媒體內(nèi)容(x)之間的差(步驟32)，以及向接收機(jī)發(fā)送誤差信號(hào)(q)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，還包括壓縮誤差信號(hào)的步驟(步驟34)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，還包括向接收機(jī)(12)發(fā)送使用第一映射函數(shù)映射的媒體內(nèi)容(XQ)以及附加信息(O，D)的步驟(步驟38)，其中誤差信號(hào)包含在發(fā)送到接收機(jī)的媒體內(nèi)容中。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)一步包括向接收機(jī)(12)發(fā)送已經(jīng)使用第一映射函數(shù)映射的媒體內(nèi)容(xQ)以及附加信息(O，D)的步驟(步驟38)，以及向接收機(jī)發(fā)送有關(guān)所使用的第一和/或第二映射函數(shù)的信息的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中有關(guān)所使用的第二映射函數(shù)的信息包含在發(fā)送給接收機(jī)的媒體內(nèi)容中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在至少兩個(gè)第一映射函數(shù)中選擇一個(gè)第一映射函數(shù)的步驟，并且對(duì)至少部分媒體內(nèi)容使用選定的函數(shù)執(zhí)行映射的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中依照媒體內(nèi)容的特征執(zhí)行選擇步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括步驟在至少兩個(gè)第二映射函數(shù)中選擇一個(gè)第二映射函數(shù)，對(duì)于根據(jù)選定的第一映射函數(shù)映射的媒體內(nèi)容部分，使用第二映射函數(shù)將媒體內(nèi)容的幅度的第一新值映射到第二新值，以及生成一個(gè)誤差信號(hào)，對(duì)于選定的第一和第二映射函數(shù)而言，該信號(hào)包括第二映射媒體內(nèi)容和原始媒體內(nèi)容的差。
12.接收具有媒體內(nèi)容的信號(hào)中的附加信息的方法，包括步驟；接收含有媒體內(nèi)容(xQ)以及嵌入的附加信息(O，D)的信號(hào)(y)，使用第一映射函數(shù)(Cq)將媒體內(nèi)容的幅度值映射到第一新值，(步驟40)，以及從媒體內(nèi)容中去除附加信息(O，D)，(步驟42)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括處理附加信息的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括使用第二映射函數(shù)(EQ)將所接收到的媒體內(nèi)容的第一新值的幅度映射到第二新值的步驟，(步驟44)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括接收一個(gè)誤差信號(hào)(q)并且利用所述誤差信號(hào)來(lái)調(diào)整使用第二映射函數(shù)(EQ)映射的媒體內(nèi)容的步驟，該誤差信號(hào)與原始的媒體內(nèi)容(x)和利用第二映射函數(shù)(EQ)映射的媒體內(nèi)容(xE)之間的差相對(duì)應(yīng)，(步驟48)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括接收第一或第二映射函數(shù)信息并且根據(jù)該信息將第二映射函數(shù)施加到至少部分所接收的媒體內(nèi)容上的步驟。
17.在具有媒體內(nèi)容的信號(hào)中提供附加信息的設(shè)備(10)，包括第一映射單元(14)，用于使用第一映射函數(shù)(Cq)將媒體內(nèi)容(x)的幅度值映射到第一新值，以及復(fù)用單元(16)，用于將附加信息(O，D)插入到映射的媒體內(nèi)容中。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中第一映射單元用于在映射媒體內(nèi)容的幅度值中生成至少一個(gè)孔，以便用于嵌入附加信息。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中復(fù)用單元用于使用所述的至少一個(gè)孔和映射的媒體內(nèi)容的相應(yīng)值來(lái)嵌入附加數(shù)據(jù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，還包括第二映射單元(18)，用于使用第二映射函數(shù)(EQ)將媒體內(nèi)容(xQ)的第一新值映射到第二新值，以及一個(gè)減法單元(19)，用于從媒體內(nèi)容(xE)的第二新值減去原始媒體(x)內(nèi)容，從而提供一個(gè)誤差信號(hào)(q)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中復(fù)用單元(16)用于在媒體內(nèi)容的第一新值中插入誤差信號(hào)。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中存在至少兩個(gè)映射單元(14，54)，用于執(zhí)行兩個(gè)不同的第一映射函數(shù)，并且進(jìn)一步包括第一開(kāi)關(guān)(58)，用于將原始媒體內(nèi)容連接到第一映射單元中的任意一個(gè)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括至少兩個(gè)映射單元(18，60)，執(zhí)行兩個(gè)不同的第二映射函數(shù)，并且其每一個(gè)都將媒體內(nèi)容(xQ)的第一新值映射到第二新值，減法單元(19)，用于從媒體內(nèi)容(xE)的第二新值中減去原始媒體內(nèi)容(x)從而提供誤差信號(hào)(q)，另一個(gè)開(kāi)關(guān)(62)，用于將媒體內(nèi)容的第一新值連接到執(zhí)行第二映射函數(shù)的映射單元中的任意一個(gè)，以及又一個(gè)開(kāi)關(guān)(64)，用于將執(zhí)行第二映射函數(shù)的映射單元中的任意一個(gè)連接到減法單元。
24.用于接收具有媒體內(nèi)容的信號(hào)(y)中的附加信息(O，D)的設(shè)備(12)，包括解復(fù)用單元(22)，用于接收含有媒體內(nèi)容以及嵌入的附加信息(O，D)的信號(hào)(y)，其中使用第一映射函數(shù)(Cq)將媒體內(nèi)容的幅度值(x)映射到第一新值(xQ)，以及從媒體內(nèi)容中去除附加信息。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括第三映射單元(24)，用于使用第二映射函數(shù)(EQ)將接收到的媒體內(nèi)容的第一新值映射到第二新值。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括加法單元(27)，用于在媒體內(nèi)容(xE)的第二新值中增加接收到的誤差信號(hào)(q)，從而提供至少基本無(wú)損的媒體內(nèi)容。
27.能夠彼此通信的設(shè)備系統(tǒng)，包括用于在具有媒體內(nèi)容的信號(hào)(y)中提供附加信息(O，D)的設(shè)備(10)，包括用于使用第一映射函數(shù)(Cq)將媒體內(nèi)容的幅度值映射到第一新值的第一映射單元(14)，以及用于將附加信息插入到映射的媒體內(nèi)容的復(fù)用單元(16)，以及用于接收具有媒體內(nèi)容的信號(hào)(y)中的附加信息(O，D)的設(shè)備(12)，包括解復(fù)用單元(22)，用于接收含有媒體內(nèi)容(xQ)以及嵌入的附加信息(O，D)的信號(hào)并且從媒體內(nèi)容中去除附加信息，其中使用所述的第一映射函數(shù)(Cq)將媒體內(nèi)容的幅度值映射到第一新值。
28.包括具有嵌入的附加信息(O，D)的媒體內(nèi)容(xQ(n))的信號(hào)(y(n))，其中使用第一映射函數(shù)(Cq)將媒體內(nèi)容的幅度值映射到第一新值，從而能夠從映射的媒體內(nèi)容中恢復(fù)出附加信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及將附加信息嵌入到媒體內(nèi)容的方法、設(shè)備、設(shè)備系統(tǒng)以及信號(hào)。該系統(tǒng)包括用于在具有媒體內(nèi)容的信號(hào)(y)中提供附加信息(0，D)的設(shè)備(10)，該設(shè)備包括將媒體內(nèi)容的幅度值映射到第一新值的第一映射單元(14)，以及將附加信息插入到被映射的媒體內(nèi)容的復(fù)用單元(16)。該系統(tǒng)還包括用于接收具有媒體內(nèi)容的信號(hào)(y)中的附加信息的設(shè)備(12)，該設(shè)備包括用于接收包含媒體內(nèi)容(X
文檔編號(hào)G10L19/018GK1739140SQ200480002325
公開(kāi)日2006年2月22日 申請(qǐng)日期2004年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月17日
發(fā)明者M·范德維恩, A·A·M·L·布魯克斯, A·J·范里斯特, S·卡文 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司