DE60210080T2

DE60210080T2 - Vorrichtung zur Detektion eines Wasserzeichens

Info

Publication number: DE60210080T2
Application number: DE60210080T
Authority: DE
Inventors: J. Jan BEEKMANS; A. Frits STEENHOF
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2001-06-13
Filing date: 2002-06-03
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2022-06-04
Also published as: CN1516851A; JP2004522358A; EP1399884A1; CN100361152C; US7124298B2; KR20030022893A; EP1399884B1; BR0205606A; US20030002672A1; ES2257557T3; WO2002101647A1; ATE321317T1; MXPA03001242A; DE60210080D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auffinden eines Wasserzeichens in einem Datenstrom, der Rahmen umfasst. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Auffinden eines Wasserzeichens in einem Datenstrom, der Rahmen umfasst.
Das Wasserzeichenmarkieren, der Vorgang des Einfügens von zusätzlichen Informationen in einen Datenstrom, wie z.B. einen Audio- oder Videostrom, ist ein wichtiges und gut bekanntes Verfahren zum Markieren oder Schützen dieser Datenströme. Ein Film kann wasserzeichenmarkiert werden, so dass seine Herkunft nachgewiesen werden kann, oder nicht autorisierte Kopien können vom Original unterschieden werden. Wasserzeichen werden auch zunehmend verwendet, um Beschränkungen beim Kopieren des Datenstroms durchzusetzen. Beim DVD-Kopierschutz werden Wasserzeichen verwendet, um das Material als „einmal kopierfähig", „nicht kopierfähig", „nicht mehr kopierfähig" oder „keine Beschränkungen" zu kennzeichnen. Wird ein Datenstrom von einer DVD-Platte kopiert, dann muss die Vorrichtung, die das Kopieren ausführt, das Vorhandensein eines Wasserzeichens prüfen. Wird eines gefunden und das Wasserzeichen zeigt an, dass der Datenstrom nicht kopiert werden darf (nie mehr), dann muss die Vorrichtung das Herstellen einer Kopie des Datenstroms verweigern.
Ist ein Datenstrom ein Videostrom, dann ist die Menge der zu bearbeitenden Daten gewaltig. Üblicherweise wird ein Videostrom komprimiert, wobei ein Schema, wie z.B. die Kompression ISO/IEC 11172 MPEG-1 oder ISO/IEC 13818 MPEG-2, verwendet wird. In Zukunft kann auch das ISO/IEC 14496 MPEG-4-Schema verwendet werden. Dieses erreicht eine wesentliche Abnahme in der Größe des Videostroms. Es bedeutet jedoch auch eine beträchtliche Zunahme in der Verarbeitungsleistung, die für das Auffinden eines Wasserzeichens in einem Videostrom erforderlich ist. Das Auffinden eines Wasserzeichens erfordert die Dekompression der Rahmen des Videostroms und die Bearbeitung der dekomprimierten Rahmen, um irgendein Wasserzeichen aufzufinden.
Obwohl die Verarbeitung eines nach MPEG-2 komprimierten Datenstroms ausführbar ist, wenn der Videostrom in Echtzeit kopiert wird, wird die erforderliche Verarbeitungsgeschwindigkeit während des Schnellkopierens unausführbar hoch. Zum Beispiel enthält ein typischer Videostrom 25 oder 30 Rahmen pro Sekunde. Wird dieser Videostrom bei einer hohen Geschwindigkeit von dem 20-fachen der Normalgeschwindigkeit kopiert, dann bedeutet das, dass pro Sekunde 500 oder 600 Rahmen zu verarbeiten sind, um ein Wasserzeichen aufzufinden. Das ist ein Bitstrom von 300–400 Mbit pro Sekunde mit Spitzenwerten von bis zu 800 Mbit pro Sekunde. Demgegenüber können MPEG-Bitströme verarbeitende Wasserzeichendetektoren, welche die gängige Hardware einsetzen, ein Wasserzeichen in einem Bitstrom von mehr als 100 Mbit pro Sekunde nicht zuverlässig auffinden. Gleichzeitig ist es nicht akzeptabel, das Auffinden eines Wasserzeichens zu verzögern, wenn die Wasserzeichen verwendet werden, Kopierbeschränkungen durchzusetzen. Je länger der Zeitraum zwischen dem Beginn des Kopiervorganges und dem Auffinden eines Wasserzeichens ist, welches anzeigt, dass Kopieren nicht erlaubt ist, desto mehr Material kann ein Raubkopierer illegal kopieren.
WO 99/1873 offenbart eine Vorrichtung für das Auffinden eines Wasserzeichens in einem Datenstrom, der Rahmen umfasst. Es werden unabhängig kodierte Rahmen ausgewählt und einem Detektor bereitgestellt.
WO 00/13414 offenbart ein Verfahren und ein System, in welchem ein MPEG-Strom empfangen wird. Wird ein unabhängig kodierter Rahmen aufgefunden, dann wird ein Makroblock herausgenommen und puffergespeichert. Das Wasserzeichen wird dann aus den puffergespeicherten Daten nachgewiesen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung gemäß den obigen Darlegungen bereitzustellen, die während eines Schnelikopiervorganges rasch arbeiten kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in einer Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Die von einer DVD oder einer anderen Quelle zu kopierenden Daten enthalten ein Gemisch von Audioströmen, Videoströmen und anderen Informationen. Es genügt, ein Wasserzeichen in nur einem dieser Ströme aufzufinden. Außerdem ist es nicht nötig, im ausgewählten Datenstrom in allen Rahmen des ausgewählten Datenstroms ein Wasserzeichen aufzufinden. Einige Rahmen enthalten mehr Wasserzeicheninformationen als die anderen. Insbesondere enthalten unabhängig kodierte Rahmen gewöhnlich mehr Wasserzeicheninformationen als die abhängig kodierten Rahmen. Indem nur die unabhängig kodierten Rahmen ausgewählt werden, wird der Wasserzeichendetektor mit einer weit geringeren Rate mit Daten versorgt als der Kopiervorgang. Dennoch versorgen diese Rahmen den Wasserzeichendetektor mit ausreichenden Informationen, um eine zuverlässige Wasserzeichendetektion zu ermöglichen.
In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung außerdem Pufferspeichermittel zum Pufferspeichern des Rahmens in einem Pufferspeicher, wobei die Auswahlmittel eingerichtet sind, eine Adressstelle in dem Pufferspeicher des Rahmens festzulegen, und die Verarbeitungsmittel eingerichtet sind, die Adressstelle dem Wasserzeichendetektor zur Verfügung zu stellen. Oft schließt der Kopiervorgang ein zeitweiliges Speichern (von Teilen) des Datenstroms in einem Pufferspeicher ein. Die Größe dieses Pufferspeichers ist normalerweise verhältnismäßig groß, so dass die darin gespeicherten Rahmen dort für eine verhältnismäßig lange Zeit verbleiben, bevor sie durch neue Daten überschrieben werden. Die gespeicherten Rahmen bleiben in dem Pufferspeicher, nachdem sie ausgelesen worden sind. Da der Wasserzeichendetektor die Inhalte der ausgewählten Rahmen benötigt, ist es vorteilhaft, eine Adressstelle im Pufferspeicher dieser Rahmen festzulegen.
In einer weiteren Ausführungsform wird mindestens ein Inhaltsanteil des Rahmens in einen lokalen Speicher kopiert, und die Inhalte des lokalen Speichers werden dem Wasserzeichendetektor bereitgestellt. Durch Speichern (von Inhaltsanteilen) ausgewählter Rahmen in einem lokalen Speicher kann der Wasserzeichendetektor leicht auf den lokalen Speicher zugreifen, die gespeicherten Rahmendaten abrufen und darin das Wasserzeichen auffinden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Datenstrom einen Video-Elementarstrom, der in Übereinstimmung mit dem Format ISO/IEC 13818 MPEG-2 formatiert ist, und der ausgewählte Rahmen enthält einen I-Rahmen des Video-Elementarstroms. In einem typischen MPEG-2-Videostrom ist gewöhnlich einer von je zehn bis zwölf Rahmen ein I-Rahmen. So wird eine wesentliche Verringerung der Größe des Datenstroms, der in den Wasserzeichendetektor eingegeben wird, erreicht, indem nur die I-Rahmen des Videoanteils des Datenstroms ausgewählt werden.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Verarbeitungsmittel für die Verarbeitung des ausgewählten Rahmens, um mindestens einen DCT-Koeffizienten zu erhalten, und für die Bereitstellung des mindestens einen DCT-Koeffizienten an den Wasserzeichendetektor eingerichtet. Wasserzeichendetektoren benötigen nicht immer alle Daten aus den ausgewählten Rahmen, um ein Wasserzeichen aufzufinden. Insbesondere das Wasserzeichendetektionssystem, wie es in WO 99/45707 durch den Anmelder der vor liegenden Anmeldung offenbart wird, kann ein Wasserzeichen in einem Videostrom auffinden, wobei nur DCT-Koeffizienten von einzelnen Rahmen verwendet werden.
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden ersichtlich aus den und verdeutlicht mit Bezug auf die Ausführungsformen, die in den Zeichnungen dargestellt sind, in welchen:
1 eine erste Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung schematisch darstellt;
2 die Struktur eines Datenstroms, der in Übereinstimmung mit dem MPEG-2-Standard formatiert ist, schematisch darstellt; und
3 eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung schematisch darstellt.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugsziffern durchweg gleiche oder entsprechende Merkmale. Einige der in den Zeichnungen angegebenen Merkmale sind üblicherweise in der Software realisiert, und als solche stellen sie Softwareobjekte, wie z.B. Softwaremodule und -objekte, dar.
1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung 100, die zum Auffinden eines Wasserzeichens in einem Datenstrom eingerichtet ist. Die Vorrichtung 100 ist zum Beispiel eine integrierte Verarbeitungsschaltung, die in einem DVD-Laufwerk verwendet wird, sie kann aber auch ein Rechnerprogramm sein, das auf einem Universal-Rechensystem läuft. Ein Eingangsprozessor 101, zum Beispiel ein DVD-Player, liest einen Datenstrom von einer DVD 190. Natürlich ist die Erfindung nicht auf Datenströme beschränkt, die von einer DVD gelesen werden. Auch andere Datenquellen können verwendet werden. Der Datenstrom wird vorzugsweise in Übereinstimmung mit dem Format ISO/IEC 13818 MPEG-2 formatiert.
Der Eingangsprozessor 101 ist mit einem Bus 102 verbunden, in den er den Datenstrom eingibt. Ein Ausgangsprozessor 110 liest den Datenstrom aus dem Bus 102 und gibt den Datenstrom an das Ausgangsterminal 170 aus. Das Ausgangsterminal 170 kann mit einer externen MPEG-Dekodierungs- und -Wiedergabevorrichtung (nicht dargestellt) verbunden werden. Das Ausgangsterminal 170 kann auch mit einer Festplatte oder einer DVD-Lese/Schreibeinheit verbunden werden, so dass darauf eine Kopie des Datenstroms angefertigt werden kann. Die Arbeitsgänge können durch die Vorrichtung 100 ausgeführt werden, teilweise abhängig davon, womit das Ausgangsterminal 170 verbunden ist.
Es wird angenommen, dass der Datenstrom, wie er von der DVD gelesen 190 wird, ein Wasserzeichen enthält, das auf Einschränkungen beim Kopieren und/oder der Wiedergabe des Datenstroms hinweist. Die Vorrichtung 100 ist mit einem Wasserzeichendetektor 130 ausgerüstet, der auch mit dem Bus 102 verbunden ist. Der Wasserzeichendetektor 130 liest den Datenstrom bei ihrem Durchlauf über den Bus 102 und stellt fest, ob ein Wasserzeichen im Datenstrom vorhanden ist.
Findet der Wasserzeichendetektor 130 ein Wasserzeichen im Datenstrom und verbietet das Wasserzeichen den gerade ablaufenden Arbeitsgang, dann betätigt der Wasserzeichendetektor 130 einen Schalter 160, um eine Ausgabe an das Ausgabeterminal 170 zu unterbinden. Wenn zum Beispiel der Datenstrom gerade kopiert wird und das Wasserzeichen eine Beschränkung „nicht kopierfähig" anzeigt, dann öffnet der Wasserzeichendetektor 130 den Schalter 160, um zu verhindern, dass die Daten an das Ausgangsterminal 170 ausgegeben werden. Wenn kein Wasserzeichen gefunden wurde oder das gefundene Wasserzeichen den gerade ablaufenden Arbeitsgang nicht verbietet, dann ist der Schalter 160 geschlossen und die Ausgabedaten werden an das Ausgabeterminal 170 weitergeleitet.
In einem alternativen Beispiel sendet der Wasserzeichendetektor 130 einfach ein Signal an einen Steuermodul (nicht dargestellt), um anzuzeigen, dass ein Wasserzeichen gefunden wurde. Der Steuermodul kann dann eine geeignete Maßnahme ergreifen. Zum Beispiel kann der Steuermodul den Benutzer warnen, dass der Arbeitsgang nicht erlaubt ist, oder zeitweise den Arbeitsgang unterbrechen, um den Benutzer aufzufordern, vor dem Fortsetzen eine Zahlung zu leisten.
Der Wasserzeichendetektor 130 ist an einen Verarbeitungsmodul 125 gekoppelt, der Rahmen aus dem Datenstrom dekodieren und bearbeiten kann, bevor sie dem Wasserzeichendetektor 130 zugeführt werden. Der Verarbeitungsmodul 125 kann zum Beispiel einen MPEG-Dekoder enthalten, der Rahmen aus einem MPEG-kodierten Datenstrom in Rohbilddaten umformt, die für die Bearbeitung durch den Wasserzeichendetektor 130 geeignet sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform arbeitet der Wasserzeichendetektor 130 so, wie es in WO 99/45707 durch den Anmelder der vorliegenden Erfindung offenbart ist. In dieser Ausführungsform bearbeitet der Verarbeitungsmodul 125 den ausgewählten Rahmen, um mindestens einen DCT-Koeffizienten zu erhalten, und stellt den mindestens einen DCT-Koeffizienten dem Wasserzeichendetektor 130 bereit. Wasserzeichendetektoren benötigen nicht immer alle Daten aus den ausgewählten Rahmen, um ein Wasserzeichen aufzufinden. Insbesondere kann das Wasserzeichendetektionssystem, wie es in WO 99/45707 offenbart ist, ein Wasserzeichen in einem Videostrom auffinden, wobei es nur DCT-Koeffizienten aus einzelnen Rahmen verwendet.
Wenn der Datenstrom kopiert wird, dann wird er oft zeitweise in einem Pufferspeicher 150 gespeichert, bevor er an das Ausgangsterminal 170 ausgegeben wird. An den Bus 102 ist eine Speichersteuerung 151 angeschlossen, um den Pufferspeicherungsvorgang zu steuern. Der für die Vorrichtung 100 externe Pufferspeicher 150 kann zum Beispiel ein 16-Megabit-SDRAM sein. Der Eingangsprozessor 101 schreibt den Datenstrom in den Bus 102, wo ihn die Speichersteuerung 151 lesen und im Pufferspeicher 150 speichern kann. Der Ausgangsprozessor 110 fordert Anteile des Datenstroms, die im Pufferspeicher 150 gespeichert sind, an und gibt sie dann zum Ausgangsterminal 170 hin aus. Durch Einsatz des Pufferspeicherns können Schwankungen in der Eingabedatenrate beseitigt werden, so dass der Ausgabeprozessor 110 den Datenstrom mit einer weitgehend konstanten Geschwindigkeit ausgeben kann.
Die Speichersteuerung 151 verwendet einen Lesezeiger und einen Schreibzeiger, um die Informationen im Pufferspeicher 150 zu verwalten. Rahmen werden in den Pufferspeicher 150 an der Adressstelle geschrieben, die durch den Schreibzeiger angezeigt wird, wonach der Schreibzeiger nach vorn zur nächsten verfügbaren Adressstelle bewegt wird. Auf die gleiche Weise werden Rahmen aus dem Pufferspeicher 150 bei der Adressstelle ausgelesen, die durch den Lesezeiger angezeigt wird, wonach der Lesezeiger nach vorn zu der Adressstelle des nächsten puffergespeicherten Rahmens bewegt wird.
Es kann, z.B. durch den Fehlerkorrekturmodul 140, auch eine andere Bearbeitung, wie z.B. eine Fehlerkorrektur, am Datenstrom vorgenommen werden, wenn er von der DVD 190 gelesen wird.
Wird eine Kopie der DVD 190 hergestellt, dann ist es wünschenswert, dass die Kopie mit einer hohen Geschwindigkeit, wie z.B. dem 20- oder 25-fachen der normalen Abspielgeschwindigkeit, hergestellt wird. Das bedeutet, dass die Vorrichtung 100 eine große Menge von Daten pro Sekunde zu verarbeiten hat. Zum Beispiel enthält ein Videostrom, der entsprechend dem PAL-Standard formatiert ist, 25 Rahmen pro Sekunde. Bei einem 20-fachen der normalen Geschwindigkeit bedeutet das 500 Rahmen pro Sekunde. Kein Wasserzeichendetektor wird jedoch in der Lage sein, 500 MPEG-kodierte Rahmen zu verarbeiten, um darin ein Wasserzeichen aufzufinden.
Um eine geringere mittlere Datenrate für den Wasserzeichendetektor 130 zu erhalten, wird ein Busspion 120 mit dem Bus 102 verbunden. Der Busspion 120 beobachtet den Datenstrom, wenn er über den Bus, z.B. vom Eingangsprozessor 101 zur Speichersteuerung 151, läuft. Der Busspion 120 führt eine einfache Bearbeitung derart aus, dass die unabhängig kodierten Rahmen im Datenstrom identifiziert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform identifiziert der Busspion 120 die I-Rahmen aus dem nach MPEG-2 formatierten Datenstrom. Nachdem ein solcher Rahmen identifiziert wurde, muss der Busspion 120 die Inhalte des ausgewählten Rahmens dem Verarbeitungsmodul 125 zur weiteren Bearbeitung und dann dem Wasserzeichendetektor 130 zur Verwendung im Wasserzeichendetektionsprozess zuführen.
Da der ausgewählte Rahmen bereits als Teil des Pufferspeicherungsprozesses im Pufferspeicher 150 gespeichert wird, ist es sinnvoll, den Pufferspeicher 150 als einen Eingang für den Wasserzeichendetektor 130 zu verwenden. Rahmen werden auf eine zyklische Weise in den Pufferspeicher 150 geschrieben. Am Anfang zeigt der Schreibzeiger auf die erste Speicherstelle im Pufferspeicher 150, und somit wird der erste Rahmen auf die erste Speicherstelle im Pufferspeicher 150 geschrieben. Der Schreibzeiger wird dann zur zweiten Stelle bewegt, und dann wird der zweite Rahmen auf die zweite Stelle geschrieben und so weiter.
Sobald ein Rahmen an die letzte Speicherstelle im Pufferspeicher 150 geschrieben wurde, bewegt sich der Schreibzeiger zurück zur ersten Speicherstelle, und dann wird der nächste Rahmen auf die erste Speicherstelle geschrieben. Da jedoch gewöhnlich die Größe des Pufferspeichers 150 verhältnismäßig groß ist mit Bezug auf die Größe eines Rahmens, bleiben die Rahmen eine lange Zeit über im Pufferspeicher 150, bevor sie durch neue Rahmen überschrieben werden. Sie werden auch nicht gelöscht, nachdem sie ausgelesen wurden.
Wenn ein Rahmen als ein unabhängig kodierter Rahmen identifiziert wurde, bestimmt der Busspion 120 nun so eine Adressstelle dieses Rahmens im Pufferspeicher 150. Der Verarbeitungsmodul 125 kann dann den ausgewählten Rahmen unmittelbar aus dem Pufferspeicher 150 abrufen.
Gegebenenfalls überprüft der Busspion 120 einen Kopfteil des Rahmens, um den Anfangspunkt des Inhaltsteils des Rahmens zu bestimmen. Gewöhnlich wird der Kopfteil des Rahmens eine variable Größe aufweisen, so dass der Kopfteil überprüft werden muss, um festzustellen, wo der Inhaltsteil beginnt. Der Wasserzeichendetektor 130 benötigt nur die Daten vom Inhaltsteil, so dass es sinnvoll ist, sich nur diese Lage zu merken. Der Busspion 120 kann dann eine Adressstelle des Inhaltsteils im Pufferspeicher 150 bestimmen. Diese Adressstelle kann dann dem Wasserzeichendetektor 130 zur Verfügung gestellt werden. Der Wasserzeichendetektor 130 kann dann den Inhaltsteil des ausgewählten Rahmens aus dem Pufferspeicher 150 direkt lesen und ihn bearbeiten, um festzustellen, ob Wasserzeichendaten in dem ausgewählten Rahmen vorliegen. Das funktioniert jedoch nur, wenn der Verarbeitungsmodul 125 die notwendigen Informationen herausziehen kann, ohne Zugriff auf den Kopfteil des Rahmens zu haben. Das hängt seinerseits davon ab, welche Informationen der Wasserzeichendetektor 130 von den einzelnen Rahmen benötigt.
Es kann vorkommen, dass in der Zeit, in welcher der Wasserzeichendetektor 130 auf die bereitgestellte Adressstelle zugreift, der in Betracht kommende Rahmen durch neue Daten überschrieben wurde. Im Allgemeinen werden die neuen Daten an dieser Adressstelle nicht der Beginn eines neuen Rahmens, geschweige denn eines unabhängig kodierten Rahmens sein. Wenn weder der Verarbeitungsmodul 125 noch der Wasserzeichendetektor 130 dieser Sachlage vorbeugen, dann wird das Dekodieren der neuen Daten fehlschlagen. Der Verarbeitungsmodul 125 kann die Synchronisierung verfehlen und muss den Dekodierungsvorgang vom Beginn aus neu starten, was Zeit beansprucht.
Somit erfasst der Busspion 120 in einer bevorzugten Ausführungsform nicht nur die Adressstelle eines unabhängig kodierten Rahmens, sondern auch die Zeit, zu der diese Adressstelle erfasst wurde. Der Verarbeitungsmodul 125 kann dann die aktuelle Zeit, die aktuelle Stellung des Schreibzeigers im Pufferspeicher 150 bestimmen und daraus ableiten, ob die Adressstelle noch gültig ist. Stellt der Verarbeitungsmodul 125 fest, dass die Adressstelle durch neue Daten überschrieben wurde, dann überspringt er diese Adressstelle und fährt mit der nächsten fort.
Da die Rahmen mit einer hohen Datenrate eintreffen, treffen auch die unabhängig kodierten Rahmen mit einer hohen Rate ein, so dass im Mittel eine kurze Zeit verstreicht, bevor der Verarbeitungsmodul 125 wieder synchronisiert ist.
Durch Wiederverwenden der Inhalte des Pufferspeichers 150 werden die Speicheranforderungen der Vorrichtung 100 verringert. Die Vorrichtung 100 weist auch den geringstmöglichen zusätzlichen Speicherbedarf auf, um die zusätzliche Bearbeitung auszuführen. Indem sie auf diese Weise arbeitet, nutzt die Vorrichtung 100 eine minimale Overheadzeit, um in einem Datenstrom nach Video-Grundstromdaten zu suchen.
2 zeigt schematisch die Struktur eines Datenstroms 200, der entsprechend dem Standard MPEG-2 formatiert ist. Diese Struktur wird nun kurz diskutiert, um die Elemente daraus zu erklären, die für die vorliegende Erfindung relevant sind. Details über die exakte Struktur und die Bedeutung ihrer Elemente können in der MPEG-2-Spezifikation, ISO/IEC 13818 gefunden werden.
Der Datenstrom 200 umfasst die Sequenzen 201, 202, 203, 204. Jede der Sequenzen 201–204 kann eine Videosequenz, eine Audiosequenz oder eine Sequenz sein, die andere Informationen enthält. Derartige Sequenzen werden auch als Ströme bezeichnet.
Es wird angenommen, dass die Sequenz 202 eine Videosequenz oder ein Video-Eiementarstrom (VES) ist. Eine Videosequenz beginnt mit einem Sequenzkopf, der einen Startcode 211, Videoparameter 212, Bitstromparameter 213 und andere Kopfinformationen 214 enthält. Auf den Kopf folgen eine oder mehrere Bildgruppen (GOP) 215–218.
Eine Bildgruppe (GOP) 215 enthält wiederum einen Kopf und eine Anzahl von Bildern. Der Kopf umfasst einen GOP-Startkode 221, einen Zeitkode 222 und GOP-Parameter 223. Darauf folgen die eigentlichen Bilder 224–227. Im Kontext des MPEG-2 werden diese Bilder auch als „Rahmen" bezeichnet. Ein Rahmen in einem MPEG-2-Videostrom kann einer von drei Typen sein. Der Typ eines Rahmens legt fest, welche Vorhersagemodi verwendet werden können, um die Blöcke in dem Rahmen zu kodieren.
I-Rahmen (Intrarahmen) werden ohne Bezugnahme auf andere Rahmen kodiert. Durch Verringern der räumlichen Redundanz, jedoch nicht der zeitlichen Redundanz, wird eine mäßige Kompression erreicht. I-Rahmen werden periodisch verwendet, um im Datenstrom Zugriffspunkte bereitzustellen, wo das Dekodieren beginnen kann.
P-Rahmen (prädiktive Rahmen) werden mit Bezugnahme auf vorhergehende I- oder P-Rahmen kodiert. Die Blöcke in einem P-Rahmen können entweder vorhergesagt oder intern kodiert werden. Durch Verringern der räumlichen und zeitlichen Redundanz erlauben P-Rahmen eine verstärkte Kompression im Vergleich zu I-Rahmen.
B-Rahmen (bidirektional prädiktive Rahmen) werden mit Bezugnahme auf vorhergehende und anschließende I- oder P-Rahmen kodiert. Die Blöcke in einem B-Rahmen können vorwärts, rückwärts oder bidirektional vorhergesagt oder intern kodiert werden. B-Rahmen erlauben den höchsten Kompressionsgrad. Um eine Rückwärtsvorhersage von zukünftigen Rahmen aus zu ermöglichen, ordnet der MPEG-Kodierer die Rahmen aus der normalen „Wiedergabe"-Ordnung derart in die „Bitstrom"-Ordnung um, dass der B-Rahmen nach den vorhergehenden und anschließenden P- und I-Rahmen übertragen wird. Das bringt eine Umordnungsverzögerung mit sich, die von der Anzahl der aufeinanderfolgenden B-Rahmen abhängt.
Eine typische GOP in der Wiedergabeordnung ist:
B₁B₂I₃B₄B₅P₆B₇B₈P₉B₁₀B₁₁P₁₂B₁₃B₁₄I₁₅.
Die zugehörige Bitstromordnung ist:
I₃B₁B₂P₆B₄B₅P₉B₇B₈P₁₂B₁₀B₁₁I₁₅B₁₃B₁₄.
Eine reguläre GOP-Struktur kann mit zwei Parametern beschrieben werden: N ist die Anzahl der Bilder in der GOP und M der Abstand der P-Rahmen. Die hier angegebene GOP wird durch N = 12 und M = 3 beschrieben. Es ist einzusehen, dass zum Prüfen des Vorhandenseins eines Wasserzeichens eine alleinige Bearbeitung der I-Rahmen anstelle einer Bearbeitung aller Rahmen aus einer GOP eine Verringerung der Menge der zu bearbeitenden Rahmen um einen Faktor 12 ergibt.
Ein Rahmen 224 umfasst seinerseits einen Kopf mit Bildstartkode 231, Typanzeiger 232, Pufferparametern 233, Kodierungsparametern 234, gefolgt von einer Anzahl von Scheiben 235–238. Die Scheiben enthalten Informationen über einen Teil des Rahmens. Eine Scheibe 235 umfasst einen Scheibenstartkode 241, einen Vertikalpositionsanzeiger 242, eine Güteskala 243, gefolgt von einem Satz von Makroblöcken 244–247.
Ein Makroblock 244 ist die Basiskodiereinheit im MPEG-2-Algorithmus. Er ist ein 16 × 16 -Pixelsegment in einer Scheibe. Die Anordnung der Makroblöcke in einer Scheibe ist von links nach rechts und von oben nach unten. Der Makroblock 244 enthält einen Adressenanzeiger 251, einen Typ 252, einen Bewegungsvektor 253, eine Güteskala 254, ein kodiertes Blockmuster 255 und sechs Blöcke 256.
Ein Bild oder Rahmen in MPEG-2 besteht aus drei Rechteckmatrizen, welche die Luminanz (Y) und zwei Chrominanzwerte (Cb und Cr) darstellen. Die Y-Matrix weist eine gerade Anzahl von Zeilen und Spalten auf, die Matrizen Cb und Cr sind in jeder Richtung halb so groß wie die Y-Matrix. Da die Chrominanzkomponente die Hälfte der Vertikal- und Horizontalauflösung der Luminanzkomponente aufweist, besteht ein Makroblock aus vier Y-Blöcken, einem Cr- und einem Cb-Block, was insgesamt sechs Blöcke ergibt.
3 zeigt ein zweites Beispiel einer Vorrichtung 300 gemäß der Erfindung. Obwohl die Vorrichtung 300 ähnlich zur Vorrichtung 100 von 1 ist, ist die Vorrichtung 300 nicht mit einem Pufferspeicher 150 verbunden. Dennoch ist es wünschenswert, dass die Vorrichtung 300 in der Lage ist, ein Wasserzeichen in einem Datenstrom von der DVD 190 nachzuweisen, während sie mit einer hohen Geschwindigkeit kopiert wird.
Der Busspion 120 kontrolliert nach wie vor die Rahmen bei ihrem Durchlauf durch den Bus 102 und überprüft die Kopfteile der Rahmen, um festzustellen, ob sie unabhängig kodierte Rahmen sind. Im Falle der MPEG-2 überprüft der Busspion 102 den Kopfteil des Rahmens, um festzustellen, ob der Rahmen ein I-Rahmen ist.
Wenn sich herausstellt, dass dies der Fall ist, dann kopiert der Busspion 120 den ausgewählten Rahmen in einen lokalen Speicher 302. Dieser lokale Speicher 302 ist vorzugsweise ein 32 kB-SDRAM. Der Verarbeitungsmodul 125 kann dann die Inhalte aus dem lokalen Speicher 302 auslesen und die Inhalte dem Wasserzeichendetektor 130, z.B. über den Bus 102, bereitstellen. Wie oben erläutert wurde, kann der Verarbeitungsmodul 125 zuerst die in dem lokalen Speicher 302 gespeicherten Rahmen bearbeiten, um mindestens einen DCT-Koeffizienten zu erhalten, und den mindestens einen DCT-Koeffizienten dem Wasserzeichendetektor 130 zur Verfügung stellen.
Vorzugsweise kopiert der Busspion 120 nur den Inhaltsteil des Rahmens in den lokalen Speicher 302, anstelle den gesamten Rahmen zu speichern. Auf diesem Wege ist die im lokalen Speicher 302 pro Rahmen gespeicherte Datenmenge kleiner.
Es kann sogar unnötig sein, den gesamten Inhalt des I-Rahmens im lokalen Speicher 302 zu speichern. Eine Anzahl von Scheiben aus dem I-Rahmen kann ausreichend sein. Wenn ein Datenstrom wasserzeichenmarkiert wird, dann werden die Wasserzeichendaten oft in verschiedenen Teilen eines Rahmens wiederholt, so dass der Wasserzeichendetektor 130 sogar nur an einem Teilrahmen tätig werden kann. So braucht der Busspion 120 nur eine oder mehrere Scheiben aus dem I-Rahmen zu speichern. Theoretisch kann es vorkommen, dass eine Scheibe größer ist als die Größe des lokalen Speichers 302. In einem solchen Falle sind nur die ersten 32 kB einer Scheibe in dem lokalen Speicher 302 zu speichern. Das sollte ausreichend sein, ein Wasserzeichen aufzufinden.
Wenn mehrere I-Rahmen gespeichert werden, dann kann es vorteilhaft sein, unterschiedliche Scheiben aus den unterschiedlichen I-Rahmen zu speichern. Zum Beispiel wird die erste Scheibe des ersten I-Rahmens, die zweite Scheibe des zweiten I-Rahmens usw. gespeichert. Alternativ werden alle Scheiben des ersten I-Rahmens, die zweite sowie die weiteren Scheiben des zweiten I-Rahmens, die dritte sowie die weiteren Scheiben des dritten I-Rahmens usw. gespeichert. Auf diesem Wege wird der Wasserzeichendetektor 130 mit einer repräsentativen Abtastung des Datenstroms versorgt, weil die verschiedenen Scheiben unterschiedliche Anteile der Szene darstellen, die in dem Videostrom dargestellt wird. Wenn von allen I-Rahmen nur die erste Scheibe zu speichern wäre, dann könnte es vorkommen, dass diese Scheiben alle ziemlich zusammenhängende Bereiche darstellen, die keine ausreichenden Informationen mit sich führen, um ein Wasserzeichen zuverlässig aufzufinden.
In diesem Beispiel der Vorrichtung 300 wechselwirken der Busspion 120, der lokale Speicher 302, der Verarbeitungsmodul 125 und der Wasserzeichendetektor 130 nur dadurch mit dem Rest der Vorrichtung 100, dass Daten aus dem Bus 102 gelesen und in ihn geschrieben werden. Das ermöglicht es, den Busspion 120, den lokalen Speicher 302, den Verarbeitungsmodul 125 und den Wasserzeichendetektor 130 als eine eigenständige Komponente 310, wie z.B. einen integrierten Schaltkreis, auszuführen. Diese Komponente 310 kann dann einzeln hergestellt und zu einer beliebigen Vorrichtung hinzugefügt werden, für die erwünscht ist, dass sie in der Lage ist, ein Wasserzeichen während des Schnellkopierens zuverlässig aufzufinden.
Die Komponente 310 kann alternativ ohne den Wasserzeichendetektor 130 hergestellt werden, so dass die Komponente 310 und der Wasserzeichendetektor 130 als zwei getrennte Einheiten verkauft werden können. Die Vorrichtung 300 kann bereits einen Wasserzeichendetektor umfassen. Durch Hinzufügen einer Komponente, die den Busspion 120, den lokalen Speicher 302 und den Verarbeitungsmodul 125 enthält, kann die Vorrichtung 300 dann Wasserzeichen bei einer hohen Geschwindigkeit zuverlässig auffinden. Die Komponente 310 kommuniziert dann mit dem Wasserzeichendetektor 130 über den Bus 102 oder über eine gesonderte Verbindung.
Anstatt dem Wasserzeichendetektor 130 die ausgewählten Rahmen bereitzustellen, wäre es vorstellbar, dass die ausgewählten Rahmen auch einem weiteren Modul bereitgestellt werden könnten, der nur einen Teil des Datenstroms benötigt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit ganz allgemein in einem beliebigen Hochgeschwindigkeitssystem verwendet werden, in dem nur ein Teil der Daten bei einer geringeren Geschwindigkeit bearbeitet zu werden braucht. Zum Beispiel kann die Erfindung verwendet werden, einen sogenannten Trickwiedergabestrom für einen Videostrom zu erzeugen. Ein solcher Strom gibt den ursprünglichen Videostrom wieder, weist jedoch eine weit geringere Anzahl von Rahmen auf. Er wird durch Auswählen z.B. der I-Rahmen aus einem MPEG-2-Videostrom und durch deren Bearbeitung erzeugt, um einen neuen Videostrom zu erhalten. Wenn dieser neue Videostrom wiedergegeben wird, dann erhält der Zuschauer den Eindruck, dass er den ursprünglichen Videostrom bei einer höheren Wiedergabegeschwindigkeit betrachtet, die gewöhnlich mit der Schnellvorlauf- oder Schnellrücklauf-Wiedergabe verbunden wird. Wie oben dargelegt wurde, kann der Busspion 120 verwendet werden, die I-Rahmen zu identifizieren, und der Verarbeitungsmodul 125 kann diese Rahmen einem Trickwiedergabegenerator 180 zuführen.

Claims

Vorrichtung (100, 300), die für die Übertragung eines Rahmen umfassenden Datenstroms von einem Eingang (101) über einen Bus (102) an einen Ausgang (170) konfiguriert ist und die einen Wasserzeichendetektor für das Auffinden eines Wasserzeichens im Datenstrom enthält, wobei die Vorrichtung Auswahlmittel zum Auswählen eines unabhängig kodierten Rahmens aus dem Datenstrom umfasst, gekennzeichnet durch Verarbeitungsmittel (125), die dem Wasserzeichendetektor eine Adressstelle für den ausgewählten Rahmen in einem Speicher (150, 302) zur Verfügung stellen, um darin ein Wasserzeichen aufzufinden, und durch ein mit dem Bus verbundenes Busspionmittel (120), welches konfiguriert ist, den Datenstrom zu beobachten, wenn er über den Bus mit einer Geschwindigkeit vorbeiläuft, die ein Vielfaches der normalen Abspielgeschwindigkeit des Datenstromes ist, und den unabhängig kodierten Rahmen zu identifizieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, außerdem Pufferspeicherungsmittel (151) zum Pufferspeichern des Rahmens in einem Pufferspeicher (150) umfassend, wobei die Auswahlmittel eingerichtet sind, eine Adressstelle im Pufferspeicher des Rahmens festzulegen, und die Verarbeitungsmittel (125) eingerichtet sind, die Adressstelle dem Wasserzeichendetektor bereitzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Auswahlmittel konfiguriert sind, zusätzlich eine Zeit zu bestimmen, zu der die Adressstelle erfasst wurde, und die Verarbeitungsmittel (125) für eine Herleitung konfiguriert sind, ob die Adressstelle von der aktuellen Zeit und der erfassten Zeit noch gültig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Auswahlmittel für das Kopieren von mindestens einem Inhaltsteil des Rahmens in einen lokalen Speicher (302) eingerichtet sind und die Verarbeitungsmittel (125) für das Bereitstellen der Inhalte des lokalen Speichers für den Wasserzeichendetektor (130) eingerichtet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Verarbeitungsmittel (125) eingerichtet sind für das Bearbeiten des ausgewählten Rahmens, um mindestens einen DCT-Koeffizienten zu erhalten, und für das Bereitstellen des mindestens einen DCT-Koeffizienten an den Wasserzeichendetektor.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Datenstrom einen Video-Elementarstrom, der in Übereinstimmung mit dem Format ISO/IEC 13818 MPEG-2 formatiert ist, umfasst, und der ausgewählte Rahmen einen I-Rahmen des Video-Elementarstroms enthält.