DE69938278T2

DE69938278T2 - Integration zusätzlicher daten in ein signal

Info

Publication number: DE69938278T2
Application number: DE69938278T
Authority: DE
Inventors: Antonius A. Kalker
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Civolution Bv Eindhoven Nl
Priority date: 1998-03-04
Filing date: 1999-03-02
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2019-03-03
Also published as: CN1227899C; ATE422282T1; CN1269098A; RU2249308C2; US20050089192A1; EP0981901B1; WO1999045706A2; DE69938278D1; DE69937712D1; DE69940375D1; RU2222114C2; ES2297919T3; US6477431B1; CN1266587A; US7191334B1; US6865589B2; WO1999045705A3; KR20010012214A; EP0981903A2; US6971011B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Einbetten von Hilfsdaten in ein Informationssignal, beispielsweise ein Videosignal, ein Audiosignal oder, mehr im Allgemeinen, Multimedia-Inhalt. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren und eine Anordnung zum Detektieren der Hilfsdaten.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein bekanntes Verfahren zum Einbetten von Hilfsdaten wird in dem US-Patent 5.748.783 offenbart. In diesem Verfahren nach dem Stand der Technik wird ein N-Bit-Code durch die Addition eines Wasserzeichens mit geringer Amplitude, das das Aussehen von reinem Rauschen hat, eingebettet. Jedes Bit des Codes gehört zu einem individuellen Wasserzeichen, das eine Abmessung und einen Umfang hat, die gleich denen des ursprünglichen Signals sind (z. B. sind beide ein digitales 512×512-Bild). Ein Codebit „1" wird dargestellt, indem das jeweilige Wasserzeichen zu dem Signal addiert wird. Ein Codebit „0" wird dargestellt, indem davon abgesehen wird, das jeweilige Wasserzeichen zu dem Signal zu addieren oder, alternativ, indem es von dem Signal subtrahiert wird. Der N-Bit-Code wird somit durch die Summe von bis zu N unterschiedlichen Wasserzeichenmustern (Rauschmustern) dargestellt.
Wenn für ein Bild (oder einen Teil eines Bildes) in z. B. einer Ausgabe einer Zeitschrift der Verdacht besteht, dass es eine illegale Kopie eines Originalbildes ist, wird das Originalbild von dem verdächtigen Bild subtrahiert und die N individuellen Wasserzeichenmuster werden mit dem Differenzbild kreuzkorreliert. Je nach der Stärke der Korrelation zwischen dem Differenzbild und jedem individuellen Wasserzeichenmuster wird dem jeweiligen Bit entweder eine „0" oder eine „1" zugeordnet und der N-Bit-Code wird zurückgewonnen.
Ein Nachteil des bekannten Verfahrens ist, dass N unterschiedliche Wasserzeichenmuster an der Codierseite addiert werden müssen und N Wasserzeichenmuster an der Decodierseite individuell detektiert werden müssen.
Dokument WO-A-97/39410 beschreibt ein Verfahren zum Einbetten von Hilfsinformation in einen Satz von Hostdaten, wie z. B. ein Fernsehsignal, durch Kreieren einer digitalen Repräsentation der Hostdaten, Auswerten des Rauschanteils der digitalen Repräsentation der Hostdaten, Auswählen von Pixeln in den Hostdaten, die nahezu identisch sind und die Werte haben, die sich um weniger als den Rauschwert unterscheiden, und Ersetzen dieser Pixel durch Hilfsdaten.
AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zum Einbetten und Detektieren eines Wasserzeichens zu schaffen, bei denen die dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile überwunden werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe verschafft die Erfindung ein Verfahren zum Einbetten von Hilfsdaten in ein Informationssignal, mit den Schritten: ein- oder mehrmaliges räumliches Verschieben eines oder mehrerer zuvor bestimmter Wasserzeichenmuster über einen Vektor, wobei der (die) jeweilige(n) Vektor(en) für die Hilfsdaten bezeichnend ist (sind), und Einbetten des (der) verschobenen Wasserzeichen(s) in das Informationssignal. Das entsprechende Verfahren zum Detektieren von Hilfsdaten in einem Informationssignal umfasst die Schritte: Detektieren eines oder mehrerer eingebetteter Wasserzeichen; Bestimmen eines Vektors, um den jedes detektierte Wasserzeichen in Bezug auf ein zuvor bestimmtes Wasserzeichen räumlich verschoben ist, und Rückgewinnen der Hilfsdaten aus dem (den) genannten Vektor(en). Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
Die Erfindung erlaubt es, Multibit-Codes in einem einzelnen Wasserzeichenmuster oder nur einigen wenigen unterschiedlichen Wasserzeichenmustern aufzunehmen. Dies ist für eine Wasserzeichendetektion in Heimanlagen wie z. B. Video- und Audiospielern und -recordern wichtig, weil die zu detektierenden Wasserzeichenmuster in diesen Anlagen gespeichert werden müssen. Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass Detektionsverfahren verfügbar sind, die nicht nur detektieren, ob ein gegebenes Wasserzeichen in ein Signal eingebettet ist oder nicht, sondern auch ohne zusätzlichen Rechenaufwand die relativen Positionen von Vielfachen der genannten Wasserzeichen verschaffen. Dies ist ein bedeutender Vorteil, weil die Anzahl der Bits, die in Informationsinhalt eingebettet werden können, in der Praxis immer ein Kompromiss zwischen Robustheit, Sichtbar keit und Detektionsgeschwindigkeit ist. Die Erfindung erlaubt somit Echtzeitdetektion mit moderaten Hardwareanforderungen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 zeigt schematisch eine Anordnung zum erfindungsgemäßen Einbetten eines Wasserzeichens in ein Signal.
2 und 3 zeigen Diagramme, um die Funktionsweise des in 1 gezeigten Einbetters zu veranschaulichen.
4 zeigt schematisch eine Anordnung zum erfindungsgemäßen Detektieren des eingebetteten Wasserzeichens.
5, 6A und 6B zeigen Diagramme, um die Funktionsweise des in 4 gezeigten Detektors zu veranschaulichen.
7 zeigt eine Einrichtung zum Abspielen eines Video-Bitstroms mit einem eingebetteten Wasserzeichen.
8 und 9 zeigen weitere Diagramme, um die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Einbettens und Detektierens von Multibit-Information in einem Wasserzeichen zu veranschaulichen.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Der Bequemlichkeit halber soll das erfindungsgemäße Watermarking-Schema als System zum Anhängen unsichtbarer Label an Videoinhalte beschrieben werden, aber die Lehre kann offensichtlich auch auf andere Inhalte angewendet werden, einschließlich Audio und Multimedia. Wir wollen im Weiteren dieses Verfahren häufig als JAWS (Just Another Watermarking System) bezeichnen.
1 zeigt eine praktische Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wasserzeicheneinbetters. Der Einbetter umfasst eine Bildquelle 11, die ein Bild P erzeugt, und einen Addierer 12, der ein Wasserzeichen W zu dem Bild P addiert. Das Wasserzeichen W ist ein Rauschmuster mit der gleichen Größe wie das Bild, z. B. N₁ Pixel horizontal und N₂ Pixel vertikal. Das Wasserzeichen W repräsentiert einen Schlüssel K, d. h. einen Multibit-Code, der an der Empfangsseite zurückgewonnen werden muss.
Um zu vermeiden, dass der Wasserzeichendetektionsprozess das Wasserzeichen W über einen großen N₁×N₂-Raum suchen muss, wird das Wasserzeichen über den Umfang des Bildes durch Wiederholen, und nötigenfalls durch Abschneiden, von kleineren Einheiten erzeugt, die "Kacheln" W(K) genannt werden. Dieser "Verkachelungs"-Vorgang (15) wird in 2 veranschaulicht. Die Kacheln W(K) haben eine feste Größe M × M. Die Kachelgröße M sollte nicht zu klein sein: kleineres M bedeutet mehr Symmetrie in W(K) und daher ein größeres Sicherheitsrisiko. Andererseits sollte M nicht zu groß sein: ein großer Wert von M bedeutet einen großen Suchraum für den Detektor und daher eine große Komplexität. In JAWS haben wir M = 128 als sinnvollen Kompromiss gewählt.
Dann wird eine lokale Tiefenabbildung oder Sichbarkeitsmaske λ(P) berechnet (16). Bei jeder Pixelposition liefert λ(P) ein Maß für die Sichtbarkeit von zusätzlichem Rauschen. Die Abbildung λ(P) ist so ausgeführt, dass sie einen mittleren Wert gleich 1 hat. Die erweitere Sequenz W(K) wird anschließend mit λ(P) moduliert (17), d. h. der Wert des verkachelten Wasserzeichens W(K) an jeder Position wird mit dem Sichtbarkeitswert von λ (P) an dieser Position multipliziert. Die resultierende Rauschsequenz W(K, P) ist daher sowohl von dem Schlüssel K als auch dem Bildinhalt von P abhängig. Wir bezeichnen W(K, P) als adaptives Wasserzeichen, da es sich an das Bild P anpasst.
Schließlich wird durch einen globalen Tiefenparameter d, der ein globales Skalieren (18) von W(K, P) liefert, die Stärke des endgültigen Wasserzeichens bestimmt. Ein großer Wert von d entspricht einem robusten, aber eventuell sichtbaren Wasserzeichen. Ein kleiner Wert entspricht einem nahezu nicht wahrnehmbaren, aber schwachen Wasserzeichen. Die tatsächliche Wahl von d wird ein Kompromiss zwischen den Robustheits- und Wahrnehmbarkeitsanforderungen sein. Das mit einem Wasserzeichen versehene Bild Q wird durch Addieren (12) von W = d × W(K, P) zu P, Abrunden auf ganzzahlige Pixelwerte und Zuschneiden auf den zulässigen Pixelwertebereich erhalten.
Um den Multibit-Code K in das Wasserzeichen W einzubetten, wird jede Kachel W(K) aus einer begrenzten Menge unkorrelierter Grundkacheln oder primitiver Kacheln {W₁ .. W_n} und verschobenen Versionen davon aufgebaut, gemäß
wobei
eine räumliche Verschiebung einer M·M-Grundkachel W_i über einen Vektor
mit zyklischem Umlauf repräsentiert. Die Vorzeichen s ∊ {–1, +1} und die Verschiebungen k hängen über eine Codierfunktion E (13) von dem Schlüssel K ab. Aufgabe des Detektors ist, K nach dem Zurückgewinnen der Vorzeichen s_i und der Verschie bungen k_i zu rekonstruieren. Man beachte, dass jede Grundkachel W_i mehrere Male auftreten kann. In 1 erzeugt der Codierer 13 W(K) = W₁ + W₂ – W₂', wobei W₂' eine verschobene Version von W₂ ist. 3 veranschaulicht diese Operation.
4 zeigt ein schematisches Diagramm eines Wasserzeichendetektors. Der Wasserzeichendetektor empfängt eventuell mit Wasserzeichen versehene Bilder Q. Wasserzeichendetektion in JAWS erfolgt nicht für jeden einzelnen Frame, sondern für Gruppen von Frames. Durch das Aufsummieren (21) einer Anzahl Frames verbessert sich die Detektionsstatistik und daher auch die Zuverlässigkeit der Detektion. Die aufsummierten Frames werden anschließend in Blöcke der Größe M × M (M = 128) unterteilt (22) und alle Blöcke werden in einem Zwischenspeicher q der Größe M × M gestapelt (23). Diese Operation ist als Faltung bekannt. 5 veranschaulicht diese Faltungsoperation.
Der nächste Schritt in dem Detektionsprozess ist, die Anwesenheit eines speziellen Rauschmusters im Zwischenspeicher q zu bestätigen. Um zu detektieren, ob der Zwischenspeicher q ein spezielles Wasserzeichenmuster W enthält oder nicht, werden der Zwischenspeicherinhalt und das genannte Wasserzeichenmuster einer Korrelation unterworfen. Berechnen der Korrelation eines verdächtigen Informationssignals q mit einem Wasserzeichenmuster w umfasst Berechnen des inneren Produkts d = <q, w> der Informationssignalwerte und der entsprechenden Werte des Wasserzeichenmusters. Für ein eindimensionales Informationssignal q = {q_n} und Wasserzeichenmuster w = {w_n} kann dies in mathematischer Darstellung geschrieben werden als:
Für das zweidimensionale M×M-Bild q = {q_ij} und das Wasserzeichenmuster W = {w_ij} ist das innere Produkt:
Im Prinzip kann der Vektor k_i, um den eine Kachel W_i verschoben worden ist, gefunden werden, indem nacheinander W_i mit unterschiedlichen Vektoren k an den Detektor gelegt wird und bestimmt wird, für welches k die Korrelation maximal ist. Dieser Brute-Force-Suchalgorithmus ist jedoch zeitraubend. Darüber hinaus kann das Bild Q vor der Wasserzeichendetektion verschiedenen Formen der Verarbeitung unterlegen haben (wie z. B. Translation oder Cropping (Beschneiden)), so dass der Detektor den räumlichen Ort des Wasserzeichengrundmusters W_i in Bezug auf das Bild Q nicht kennt.
Anstelle einer Brute-Force-Suche nutzt JAWS die Struktur des Musters W(K). Der Zwischenspeicher q wird hinsichtlich der Anwesenheit dieser primitiven Muster, ihrer Vorzeichen und Verschiebungen untersucht. Die Korrelation d_k eines Bildes q und eines primitiven Musters w, das um einen Vektor k verschoben ist (k_x Pixel horizontal und k_y Pixel vertikal), ist:
Die Korrelationswerte d_k für alle möglichen Verschiebevektoren k eines Grundmusters W_i werden gleichzeitig unter Verwendung der schnellen Fouriertransformation (Fast Fourier Transform, FFT) berechnet. Wie in 4 gezeigt ist, werden sowohl der Inhalt des Zwischenspeichers q als auch das Wasserzeichengrundmuster W_i in Transformationssschaltungen 24 bzw. 25 einer schnellen Fouriertransformation (FFT) unterworfen. Diese Operationen ergeben: q ^ = FFT(q) und w ^ = FFT(w),wobei q ^ und w ^ Mengen von komplexen Zahlen sind.
Berechnen der Korrelation ist ähnlich dem Berechnen der Faltung von q und der Konjugierten von W_i. Dies entspricht in der Transformationsdomäne: d ^= q ^⨂conj(w ^)wobei das Symbol ⨂ punktweise Multiplikation und conj() Umkehr des Vorzeichens des Imaginärteils des Arguments bezeichnet. In 4 wird die Konjugation von w ^ durch eine Konjugationsschaltung 26 ausgeführt und die punktweise Multiplikation mit Hilfe eines Multiplizierers 27. Die Menge der Korrelationswerte d = {d_k} wird jetzt durch inverses Fouriertransformieren des Ergebnisses der genannten Multiplikation erhalten: d = IFFT(d ^)was in 4 mit einer Schaltung 28 für inverse FFT ausgeführt wird. Das Wasserzeichenmuster W_i wird als anwesend detektiert, wenn ein Korrelationswert d_k größer als eine vorgegebene Schwelle ist.
6A zeigt einen Graphen von Korrelationswerten d_k, wenn die Anwesenheit des Wasserzeichenmusters W₁ (siehe 1 und 3) in Bild Q überprüft wird. Der Peak 61 gibt an, dass W₁ tatsächlich gefunden wurde. Die Position (0, 0) dieses Peak gibt an, dass das an den Detektor angelegte Muster W₁ zufällig die gleiche räumliche Position in Bezug auf das Bild Q hat wie das an den Einbetter angelegte Muster W₁. 6B zeigt den Graphen von Korrelationswerten, wenn das Wasserzeichenmuster W₂ an den Detektor angelegt wird. Es werden jetzt zwei Peaks gefunden. Der positive Peak 62 bei (0, 0) gibt die Anwesenheit des Wasserzeichens W₂ an, der negative Peak 63 bei (48, 80) die Anwesenheit des Wasserzeichens –W₂'. Die relative Position des letzteren Peak 63 in Bezug auf Peak 62 (oder, was gleichartig ist, Peak 61) offenbart die relative Position (in Pixeln) von W₂' in Bezug auf W₂, d. h. den Verschiebevektor k. Die eingebetteten Daten K werden aus den so gefundenen Vektoren abgeleitet.
Die eingebettete Information kann beispielsweise den Inhaber eines Copyright oder eine Beschreibung des Inhalts identifizieren. Beim Kopierschutz für DVD erlaubt sie, Material mit Labeln zu versehen wie „einmalig kopieren", „niemals kopieren", „keinerlei Einschränkung", „nicht mehr kopieren" usw. 7 zeigt ein DVD-Laufwerk zum Abspielen eines MPEG-Bitstroms, der auf einer Platte 71 aufgezeichnet ist. Das aufgezeichnete Signal wird über einen Schalter 72 an einen Ausgangsanschluss 73 angelegt. Der Ausgangsanschluss wird an einen externen MPEG-Decodierer und eine Display-Einrichtung (nicht abgebildet) angeschlossen. Angenommen wird, dass das DVD-Laufwerk Videosignale mit einem zuvor bestimmten eingebetteten Wasserzeichen nicht abspielen darf, es sei denn, dass andere Bedingungen erfüllt sind, die für die Erfindung nicht relevant sind. Beispielsweise dürfen mit Wasserzeichen versehene Signale nur abgespielt werden, wenn die Platte 71 einen vorgegebenen "Wobble"-Schlüssel enthält. Zum Detektieren des Wasserzeichens umfasst das DVD-Laufwerk einen Wasserzeichendetektor 74, so wie oben be schrieben. Der Detektor empfängt das aufgezeichnete Signal und steuert den Schalter 72 als Reaktion darauf, ob das Wasserzeichen detektiert worden ist oder nicht.
Die Auswerteschaltung 29 (4) zeichnet eines oder mehrere Tripel
für jedes an den Wasserzeichendetektor angelegte primitive Wasserzeichenmuster W_i auf. Darin stellt i_j den Index des primitiven Musters dar, s sein Vorzeichen und k seine Position in Bezug auf das angelegte Muster. Aus diesen Daten wird der eingebettete Schlüssel K abgeleitet.
Ein Multibit-Code kann in ein einziges verschobenes Wasserzeichenmuster (z. B. das Muster W₂' in 3) eingebettet sein, vorausgesetzt, dass das entsprechende, an den Detektor angelegte Wasserzeichengrundmuster (W₂) die gleiche Position in Bezug auf das Bild hat wie in dem Einbetter. In diesem Fall stellen die Koordinaten des Peak in der Korrelationsmatrix (d. h. Peak 63 in 6B) eindeutig den Vektor k dar. In der Praxis kann die absolute Position eines Peak in dem Array aus Korrelationswerten, die einem vorgegebenen Grund-Wasserzeichen entsprechen, aufgrund von Cropping oder Translation von Bildern jedoch variieren. Die relativen Positionen von Mehrfach-Peaks sind jedoch translations- und beschneidungsinvariant. Angesichts dessen ist es vorteilhaft, Mehrfach-Wasserzeichen einzubetten und den Schlüssel K in deren relative Positionen zu codieren. Vorzugsweise liefert einer der Peaks eine Referenzposition. Dies kann durch Einbetten eines zuvor bestimmten unverschobenen Wasserzeichens erreicht werden (vgl. W₁, das den Referenzpeak 61 in 6A liefert) oder durch Einbetten eines der Mehrfach-Wasserzeichen mit einem anderen Vorzeichen (vgl. W₂, das den Referenzpeak 62 in 6B liefert).
Es soll jetzt eine mathematische Analyse der Anzahl Bits gegeben werden, die eingebettet werden können. Allgemeiner gesagt, wollen wir annehmen, dass wir n Wasserzeichen-Grundkacheln W₁ .. W_n haben, alle mit der gleichen festen Größe M × M, und zueinander unkorreliert. M hat die Form M = 2^m für eine ganze Zahl m. Typischerweise ist M = 128 = 2⁷. Praktisch mögliche Anzahlen von anzuwendenden unterschiedlichen Grundmustern sind derzeit klein: wir können beispielsweise an n = 4 oder n = 8 denken. Der exakte Ort eines Peak ist nur bis zu einigen wenigen Pixeln genau. Daher können wir zum Einbetten von Information in relative Verschiebungen von Peaks ein gröberes Raster für zulässige Translationen von Wasserzeichengrundmustern verwenden. Wir wollen Raster der Größe G × G betrachten, wobei für eine ganze Zahl g kleiner als m G = 2^g ist. Der Rasterabstand ist h = M/G.
Wir wollen zunächst die Anzahl Bits betrachten, die in n unterschiedlichen Wasserzeichengrundmustern (W₁ .. W_n) eingebettet werden können; der Peak eines davon (z. B. W₁) wird verwendet, um eine Referenzposition zu verschaffen. In diesem Fall betten wir die Information in die relativen Positionen von W₂ .. W_n in Bezug auf W₁ ein. Für jedes dieser Muster W₂ .. W_n, haben wir G² mögliche Verschiebungen (d. h. 2 g Bits). Der Informationsinhalt, der in die relativen Verschiebungen von n Wasserzeichenmustern auf einem G×G-Raster eingebettet werden kann, ist gleich 2 g(n – 1) Bits. Die folgende Tabelle I zeigt diese Bit-Anzahlen für verschiedene Rastergrößen und Anzahlen von Grundmustern. In dieser Tabelle nehmen wir an, dass die Wasserzeichenmuster die Größe 128 × 128 haben.

h G × G n = 2 n = 3 n = 4 n = 5 n = 6

16 8 × 8 6 12 18 24 30

8 16 × 16 8 16 24 32 40

4 32 × 32 10 20 30 40 50

Tabelle I: Die Anzahl Bits, die bei Verwendung der Verschiebungen von n Wasserzeichen auf Raster mit dem Zwischenabstand 16, 8 und 4 eingebettet werden können.
Ein Rasterabstand h von 4 Pixel scheint bei der derzeitigen Genauigkeit der Peakdetektion eine realistische Wahl zu sein. Wenn Skalierungen berücksichtigt werden müssen, sind eventuell größere Zwischenabstände erforderlich. Die Anzahl Wasserzeichen, die angewendet werden können, kann 4 oder sogar 6 betragen, wenn es zu Sichtbarkeit kommt. Robustheit braucht bei z. B. 4 Grundmustern nicht immer ein Thema zu sein, aber Detektionskomplexität ist es noch immer. Es ist daher von Interesse, die Situation zu untersuchen, in der wir unterschiedliche Verschiebungen genau eines Grundmusters verwenden.
Wir wollen auch die Anzahl Bits betrachten, die in n translatierten Versionen nur eines Grundmusters W; eingebettet sein können. Dies hat den Vorteil, dass wir nur ein einziges Muster an den Detektor anzulegen brauchen, um n Korrelationspeaks zu bestimmen. Es reduziert die Detektionskomplexität um einen Faktor n, im Vergleich zu der Situation, in der n unterschiedliche Muster verwendet werden. Wir werden sehen, dass dies auf Kosten von etwas Informationsinhalt geht, aber dieser Reduktionsfaktor ist beträchtlich kleiner als der für die Detektionszeit. Es gibt zwei wichtige Unterschiede, wenn wir die Verwendung von n Verschiebungen des gleichen Wasserzeichens mit der Verwendung von n unterschiedlichen Wasserzeichen vergleichen:

– Alle Verschiebungen müssen unterschiedlich sein. Dies ist nicht erforderlich, wenn unterschiedliche Muster verwendet werden.
– Es gibt keine Referenzposition, im Gegensatz zu der oben beschriebenen Situation, in der wir W₁ „festgesetzt" haben und relative Positionen anderer Wasserzeichen (W₂, W₂') in Bezug auf die Position von W₁ betrachtet haben.

8 zeigt Beispiele für Peakmuster auf einem 8×8-Raster (h = 16) in dem Fall, dass ein Wasserzeichengrundmuster W_i 3 Mal, mit unterschiedlichen Verschiebungen, eingebettet ist. Das Peakmuster 81 zeigt die Positionen der 3 Peaks, wie sie von dem Wasserzeichendetektor detektiert werden. Man beachte, dass zyklische Verschiebungen dieses Peakmusters von dem gleichen Wasserzeichen herrühren können. Die Peakmuster 82, 83 und 84 (in denen einer der Peaks zur unteren linken Ecke verschoben ist) sind beispielsweise alle zu dem Peakmuster 81 äquivalent. 9 zeigt ein ähnliches Peakmuster für 4 verschobene Versionen eines einzelnen Wasserzeichengrundmusters W_i. In diesem Fall sind alle verschobenen Versionen des Peakmusters mit einem einzigen Peak in der unteren linken Ecke identisch.
Zum Bestimmen des exakten Informationsinhalts müssen wir alle möglichen unterschiedlichen Muster bis hin zu zyklischen Verschiebungen zählen. Die Erfinder haben diese Berechnungen durchgeführt. Das Ergebnis ist in der folgenden Tabelle II aufgeführt.

h G × G n = 2 n = 3 n = 4 n = 5 n = 6

16 8 × 8 5 9 13 16 20

8 16 × 16 7 13 19 25 30

4 32 × 32 9 17 25 33 40

Tabelle II: Die Anzahl Bits, die bei Verwendung n verschobener Versionen eines einzigen Wasserzeichenmusters auf Raster mit dem Zwischenabstand 16, 8 und 4 eingebettet werden können.
Die oben beschriebenen Verfahren können auf mehrere Weisen kombiniert werden. Man kann beispielsweise mehrfache verschobene Versionen von unterschiedlichen Muster verwenden oder Vorzeicheninformation in Kombination mit Verschiebungen usw.
Somit beruht die Erfindung auf den Invarianzeigenschaften eines Wasserzeichenverfahrens, das auf dem Einbetten von n Wasserzeichengrundmustern basiert. Das Detektionsverfahren in der Fourierdomäne ermöglicht es, das Wasserzeichen in verschobenen oder beschnittenen Versionen eines Bildes zu finden. Die exakte Verschiebung eines Was serzeichenmusters wird durch einen Korrelationspeak repräsentiert, der nach Inversion der schnellen Fouriertransformation erhalten worden ist. Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass, da die exakte Verschiebung des Wasserzeichens detektiert wird, diese Verschiebung zum Einbetten von Information genutzt werden kann. Die Erfindung erlaubt es, in kostengünstiger Weise, Wasserzeichendetektion zum Einbetten von Multibit-Information zu nutzen, statt nur zu entscheiden, ob ein Bild oder Video mit Wasserzeichen versehen ist oder nicht.
Zusammengefasst wird ein Verfahren zum Einbetten von Hilfsdaten in ein Signal offenbart. Die Daten werden in die relative Position oder Phase eines oder mehrerer Wasserzeichengrundmuster codiert. Dies erlaubt es, Multibit-Daten einzubetten, indem nur eines oder einige wenige verschiedene Wasserzeichenmuster verwendet werden.

Claims

Verfahren zum Einbetten von Hilfsdaten (K) in ein Informationssignal (P), mit den Schritten: – ein- oder mehrmaliges räumliches Verschieben eines oder mehrerer zuvor bestimmter Wasserzeichenmuster (W₂) über einen Vektor (k), wobei der (die) jeweilige(n) Vektor(en) für die Hilfsdaten (K) bezeichnend ist (sind), und – Einbetten des (der) verschobenen Wasserzeichen(s) (W₂') in das Informationssignal.
Verfahren nach Anspruch 1, das den Schritt eines weiteren Einbettens des zuvor bestimmten Wasserzeichens (W₂) enthält, um für den genannten Vektor (k) eine Referenz zu verschaffen.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das zuvor bestimmte Wasserzeichenmuster (W₂) mit einem unterschiedlichen Vorzeichen eingebettet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das den Schritt des Einbettens eines weiteren zuvor bestimmten Wasserzeichens (W₁) enthält, um für den genannten Vektor (k) eine Referenz zu verschaffen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das eingebettete Wasserzeichen Abmessungen hat, die kleiner sind als die Abmessung des Informationssignals, und der Schritt des Einbettens Wiederholen des Wasserzeichens über den Umfang des Informationssignals umfasst.
Verfahren des Detektierens von Hilfsdaten in einem Informationssignal, mit den Schritten: – Detektieren eines oder mehrerer eingebetteter Wasserzeichen (W₂'); – Bestimmen eines Vektors (k), um den jedes detektierte Wasserzeichen (W₂') in Bezug auf ein zuvor bestimmtes Wasserzeichen (W₂) räumlich verschoben ist, und – Rückgewinnen der Hilfsdaten aus dem (den) genannten Vektor(en).
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem eines der eingebetteten Wasserzeichen das zuvor bestimmte Wasserzeichenmuster (W₂) ist, wobei das Vorzeichen des zuvor bestimmten Wasserzeichens für den (die) genannten Vektor(en) eine Referenz verschafft.
Verfahren nach Anspruch 6, das den Schritt des Detektierens eines weiteren eingebetteten Wasserzeichens (W₁) enthält, um für den (die) genannten Vektor(en) eine Referenz zu verschaffen.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Schritt des Detektierens eines eingebetteten Wasserzeichens (W₂') das Bestimmen der Korrelation zwischen dem Informationssignal und verschobenen Versionen des zuvor bestimmten Wasserzeichens (W₂) enthält, wobei der (die) Vektor(en) durch die verschobene(n) Version(en) definiert ist (sind), für die die genannte Korrelation eine vorgegebene Schwelle überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das eingebettete Wasserzeichen (W₂') eine Abmessung hat, die kleiner ist als die Abmessung des Informationssignals, wobei das Verfahren den Schritt des Unterteilens des Informationssignals mit dem eingebetteten Wasserzeichen in Teilsignale, die die genannten Abmessungen haben, Addierens der genannten Teilsignale und Bestimmens des Vektors (k), um den das eingebettete Wasserzeichen (W₂') in Bezug auf ein zuvor bestimmtes Wasserzeichen (W₂), das die gleichen Abmessungen hat, verschoben ist, umfasst.
Anordnung zum Einbetten von Hilfsdaten (K) in ein Informationssignal (P), mit: – Mitteln (13) für ein- oder mehrmaliges räumliches Verschieben eines oder mehrerer zuvor bestimmter Wasserzeichenmuster (W₂) über einen Vektor (k), wobei der (die) jeweilige(n) Vektor(en) für die Hilfsdaten (K) bezeichnend ist (sind); und – Mitteln (12, 14) zum Einbetten der (des) verschobenen Wasserzeichen(s) (W₂') in das Informationssignal.
Anordnung zum Detektieren von Hilfsdaten in einem Informationssignal, mit: – Mitteln (24–29) zum Detektieren eines oder mehrerer eingebetteter Wasserzeichen (W₂'); – Mitteln (24–28) zum Bestimmen eines Vektors (k), um den jedes detektierte Wasserzeichen (W₂') in Bezug auf ein zuvor bestimmtes Wasserzeichen (W₂) räumlich verschoben ist; – Mitteln (29) zum Rückgewinnen der Hilfsdaten aus dem (den) genannten Vektor(en).
Einrichtung zum Aufzeichnen und/oder Abspielen eines Informationssignals, mit Mitteln zum Deaktivieren des Aufzeichnens und/oder Abspielens des Signals in Abhängigkeit von in das Videosignal eingebetteten Hilfsdaten, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung eine Anordnung zum Detektieren der Hilfsdaten nach Anspruch 12 umfasst.
Informationssignal (P) mit Hilfsdaten (K) in Form eines eingebetteten Wasserzeichens (W₂'), dadurch gekennzeichnet, dass das eingebettete Wasserzeichen eine räumlich verschobene Version eines zuvor bestimmten Wasserzeichens (W₂) ist, wobei der Vektor (k), über den das zuvor bestimmte Wasserzeichen verschoben worden ist, für die genannten Hilfsdaten bezeichnend ist.
Speichermedium (71) mit einem darauf gespeicherten Informationssignal (P) mit Hilfsdaten (K) in Form eines eingebetteten Wasserzeichens (W₂'), dadurch gekennzeichnet, dass das eingebettete Wasserzeichen eine räumlich verschobene Version eines zuvor bestimmten Wasserzeichens (W₂) ist, wobei der Vektor (k), über den das zuvor bestimmte Wasserzeichen verschoben worden ist, für die genannten Hilfsdaten bezeichnend ist.