專利名稱：在信息信號中嵌置和析取補充數(shù)據(jù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在信息信號中嵌置補充數(shù)據(jù)的方法與裝置，包含在信息信號的預(yù)定位置嵌置補充數(shù)據(jù)樣本的步驟。本發(fā)明也涉及一種從這種信息信號析取補充數(shù)據(jù)的方法與裝置。
對在音頻和視頻信號中提供水印的需要日漸增長。水印是-最好以不可見的方式-嵌入在多媒體資產(chǎn)中的補充數(shù)據(jù)信息。它們包含例如關(guān)于文檔和視聽節(jié)目的來源或版權(quán)狀態(tài)的信息。它們可用來提供版權(quán)擁有人的合法證據(jù)，并且便于追蹤盜版行為，支持對知識產(chǎn)權(quán)的保護。
在國際專利申請WO-A-98／33324中，尤其在開篇段落的定義中披露了一種在信息信號中嵌置補充數(shù)據(jù)的已知方法。在這個現(xiàn)有技術(shù)的方法中，將水印模式(watermark pattern)嵌置在(∑-)δ-調(diào)制的音頻信號中。水印在編碼的音頻信號中的嵌置是通過修改其中的選定位而進行的。例如，將每個第100位替換為水印模式的一位。修改編碼的音頻信號的步驟在編碼器的反饋回路的內(nèi)部執(zhí)行，以便在后繼的編碼步驟中補償該修改的效果。
該現(xiàn)有技術(shù)的方法是為在數(shù)字通用盤(DVD)唱盤上錄制高質(zhì)量音頻而設(shè)想的。將用一個2822400Hz(64*44100)的取樣頻率來產(chǎn)生115dB的信噪比。以僅僅1dB的代價用一個水印位替換∑-δ-調(diào)制的音頻信號的每個第100位，增加了量化噪聲。這相當(dāng)于每秒大約28000位的水印比特率。
上述專利申請WO-A-98／33324也披露一種用于析取水印的裝置。在位流中提供一個同步位模式(synchronization bit pattern，以下簡稱同步模式)，用來標(biāo)識補充數(shù)據(jù)位的位置。該裝置包含一個除法器級(stage)和一個同步檢測器。除法器級將比特率除以各水印位相隔的位數(shù)(例如，如果信號的每個第100位是補充數(shù)據(jù)位，則該位數(shù)為100)。同步檢測器改變除法器級的相位(phase)，直到同步模式被找到。這種同步檢測器包含一個相對長的移位寄存器或串行-并行轉(zhuǎn)換器，用來存儲一部分位流。如果信號的每個第M位是補充數(shù)據(jù)位，同步模式包含N個位，則同步檢測器必須能存儲(N-1)·M+1個位。
德國專利申請DE-A-3717315更詳細地披露了這樣一種已知的同步檢測器。在該說明書中，信號的每個第15位是補充數(shù)據(jù)位，同步模式是個4位的字。按照該專利申請，移位寄存器(DE-A-3717315的圖2中的串行-并行轉(zhuǎn)換器5)能容納46位。
為了減少移位寄存器的長度，在該申請人未公開、共同未決的專利申請PHN 17148中提出使同步模式位之間的間隔大大地小于水印位之間的間隔。然而，這個解決方案影響編碼性能，且增加了∑-δ調(diào)制器的信噪比。
本發(fā)明的一個目的是提供一種在信息信號中嵌置補充數(shù)據(jù)的方法，它允許以交替的方式檢測補充數(shù)據(jù)位的位置。
為此，按照本發(fā)明的方法的特征在于，信息信號包含至少兩個信號信道，該方法包括在這些信道的對應(yīng)位置嵌置該同一的補充數(shù)據(jù)樣本的步驟。現(xiàn)在就能省去對同步模式的傳輸，這是因為，通過搜索這至少兩個信道的樣本為相同的位置就能容易地找出所嵌置水印位的位置。
相應(yīng)的從信息信號中析取補充數(shù)據(jù)的方法包含的步驟是，將預(yù)定的第一信道信號樣本的第一序列與相應(yīng)的第二信道信號樣本的第二序列進行比較，將第一和第二序列移動一個樣本位置，只要這兩個序列不相同，就對移位后的第一和第二序列重復(fù)比較步驟。


圖1是按照本發(fā)明的用于在∑-δ-調(diào)制的音頻信號中嵌置補充數(shù)據(jù)的裝置的較佳實施例的示意圖。
圖2和圖3表示用來解釋圖1中所示∑-δ調(diào)制器的操作的波形圖。
圖4表示用來解釋按照本發(fā)明的用于在信號中嵌置補充數(shù)據(jù)的裝置的操作的波形圖。
圖5表示用于從信號中析取補充數(shù)據(jù)的裝置的實施例的示意圖。
圖6表示用來解釋從信號中析取補充數(shù)據(jù)的方法的實施例的流程圖。
現(xiàn)在將結(jié)合圖1來解釋本發(fā)明，該圖是按照本發(fā)明的用于在∑-δ-調(diào)制的音頻信號中嵌置補充數(shù)據(jù)的裝置的較佳實施例的示意圖。該裝置接收一個包含左信道信號x1和右信道信號x2的立體聲音頻信號。信道x1和信道x2分別被施加到普通的∑-δ調(diào)制器1和2。這兩個∑-δ調(diào)制器是相同的，所以只對其中之一加以說明。
∑-δ調(diào)制器1包含減法器11、環(huán)路濾波器(loop filter)12、極性檢測器13和反饋路徑14。減法器11從輸入信號x1中減去(具有+1V或-1V電平的)編碼輸出信號z1。環(huán)路濾波器過濾該差信號。將該濾波的信號施加到極性檢測器13，后者以采樣頻率fs所確定的速率，產(chǎn)生一個有位值“1”(+1V)或“0”(-1V)的編碼信號y1。
圖2表示用來解釋常規(guī)∑-δ調(diào)制器的操作的波形圖。更具體地說，該圖表示輸入信號x和編碼信號y。輸入信號變得越大，∑-δ調(diào)制器生成的正樣本數(shù)就越多。如圖所示，-0．5V的的輸入電壓被編碼為位序列0001(三個-1V脈沖加一個+1V脈沖)，0V的的輸入電壓被編碼為高頻位模式01010(交替的-1V脈沖和+1V脈沖)，+0．5V的輸入電壓被編碼為位序列1110(三個+1V加一個-1V)。
編碼信號是在接收端通過對所接收的脈沖再整形并將它們通過一個低通濾波器而被解碼的。在這個簡化的例子中，假設(shè)編碼信號是通過平均13個信號樣本而解調(diào)的。圖2中也顯示了解調(diào)的信號x’，只是有個由該低通濾波器的操作引起的時間延遲。該圖中，解調(diào)信號x’就是這樣與輸入信號x而被時間對齊的(time-aligned)。
修改電路3和4被連接在各自∑-δ調(diào)制器的極性檢測器13與反饋路徑14之間。根據(jù)控制電路5發(fā)出的控制信號c，修改電路(多路轉(zhuǎn)換器)用水印位w替換編碼信號y1和y2的每個第M位。修改后的編碼信號z1和z2被多路轉(zhuǎn)換器6組合起來，構(gòu)成一個用于向接收器傳送或在存儲媒體上記錄的單一位流。水印信息W被存儲在控制電路5的寄存器501中。值得注意的是，同一個水印W被施加到修改電路3和4二者上。
圖3表示用來解釋如果各修改電路都活動時∑-δ調(diào)制器的操作的波形圖。該圖表示了與圖2所示相同的輸入信號x，以及修改后的編碼信號z。該例中，已經(jīng)將(圖2的)編碼信號y的“-1”樣本20替換為“+1”樣本30，以表示一個水印位w=1。由于該修改被反饋到輸入，修改的負作用隨后將被編碼級(encoding stage)補償。這樣，輸出信號z的緊接在補充數(shù)據(jù)位30之后的部分就不同于圖2中的對應(yīng)部分。據(jù)此，圖3中的解調(diào)信號x’也暫時與圖2中的同一個信號不同。注意，各圖中的時間定位(time alignment)導(dǎo)致在補償數(shù)據(jù)位被嵌置之前，這種差別已經(jīng)變得明顯。
從圖2與圖3的比較可知，這種差別實際上幾乎是覺察不到的。用于以采樣頻率fs=2，822，400Hz(64*44，100)來編碼高質(zhì)量音頻信號的∑-δ調(diào)制器，具有115dB的信噪比。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，每100個樣本替換一個樣本，只提高量化噪音一個dB。
圖4表示由圖1所示的裝置產(chǎn)生的多信道音頻位流的簡單例子。在這個例子中，信道位流z1和z2的每個第10位是補充數(shù)據(jù)位。嵌置的水印數(shù)據(jù)位w在圖中以陰影表示。它們在兩個信道中是相同的。編碼信號位一般是不相同的。實際上，如果音頻信號是單聲道信號時這個敘述甚至也是正確的。每個M位系列中的位位置m按0…M-1編號。
應(yīng)當(dāng)明白，接收器裝置的目的是識別各補充數(shù)據(jù)位的位位置(圖4中m=2)。這是通過搜索其中的信號樣本z1與信號樣本z2完全相同的多信道位流中的各位位置而實現(xiàn)的。一旦制定了這個目標(biāo)，本領(lǐng)域的熟練人員就能容易地設(shè)計出搜索這些位位置的裝置。作為例證，現(xiàn)在將說明兩個實施例。
圖5表示從由圖1所示的編碼器生成的位流z中析取補充數(shù)據(jù)的裝置的硬件實現(xiàn)的示意圖。該裝置包含多路分解器50，用于將音頻位流z多路分解成代表左聲道的位流z1和代表右聲道的位流z2。該裝置進一步包含除以M(divide-by-M)計數(shù)器51。每個第M位周期，該計數(shù)器產(chǎn)生一個代表當(dāng)前正在測試的位位置m(m=0…M-1)的定時脈沖。將位流z1和位流z2施加到比較器52。如果當(dāng)前施加的各位相同，比較器就產(chǎn)生脈沖EQ(相等)，如果它們不同，則產(chǎn)生脈沖NQ(不等)。
如果各位相同，它們可能就是水印位。在這種情況下，就根據(jù)EQ脈沖將該可能的水印位z1(或z2)移入移位寄存器53。下一個定時脈沖現(xiàn)在在M位周期以后發(fā)生。這樣，只要z1的每個第M位和z2的對應(yīng)位相同，就將該特定位移入移位寄存器。如果各位不同，比較器52產(chǎn)生脈沖NQ。將這個脈沖施加到計數(shù)器51的移位輸入端S，以便將這個除以M計數(shù)器的相位移動一個位周期。也將脈沖NQ施加到移位寄存器53的清除輸入端C，以清除該寄存器。
圖5所示的裝置結(jié)構(gòu)簡單，也費用高效，但缺點是，必須觀測相當(dāng)長的時間周期才可以假定已經(jīng)找到水印位位置，水印信息沒有從一開始就被完全獲得。到該裝置找到水印位位置為止所要觀測的期望時間，與水印位之間間隔的位數(shù)(M)和兩個信道中的位相同的概率(p)(對∑-δ-調(diào)制音頻信號來說p=l／2)有關(guān)。直到識別出錯誤鎖定(false lock)為止的期望時間為 檢測水印位位置的平均時間為Tlock=M2p／[2(1-p)]采用若干并行的檢測電路-每個處理一個潛在的水印位移位序列，能加快對水印的檢測和析取。
水印的檢測和析取也能由裝有適當(dāng)軟件程序的微處理器來執(zhí)行。圖6表示按照該裝置另一個實施例由這種微處理器執(zhí)行的操作步驟的流程圖。再次假設(shè)各信道位流的每個第M位是水印位。
微處理器對每個位位置m(m=0…M-1，見圖4)用數(shù)組元素R(m)來指示是否在該位位置上檢測到了可能的水印位(R(m)=1找到，R(m)=0未找到)。在程序的第一個步驟60中，對所有數(shù)組元素R(0)…R(m-1)賦初值1。在步驟61中，檢測位位置m，得初始值0。程序然后等待從信道位流z1和z2接收新的一位。在步驟62中，比較這兩個位。如果它們相同，就執(zhí)行可選步驟63(該步驟在稍后將作說明)。相應(yīng)的數(shù)組元素R(m)保持不變。如果這兩個信道位不同，就對相應(yīng)的數(shù)組元素R(m)賦值0(步驟64)，表示當(dāng)前位位置m絕對不是正在尋找的水印位位置。在步驟65中，將位位置遞增。在步驟66中，檢查遞增后的位位置仍然在范圍0…M-1之內(nèi)。如果是，程序就返回到步驟62去檢測下一個位位置。如果不是，程序先執(zhí)行可選步驟67(該步驟在稍后將作說明)，然后返回到步驟61(位位置號m在該步驟中被復(fù)位)去檢測下一個系列的M個信道位。
在以這種方式處理了第一個系列的M個信道位后，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多位位置不是水印位位置。如果結(jié)合圖4所示的例子來看，這適用于位位置1、5和7。相應(yīng)的數(shù)組元素R(1)、R(5)和R(7)現(xiàn)在已經(jīng)得到0值，并且將不再修改-即使這些位置的位以后相同，也不修改。
每當(dāng)處理了一系列的M個位，就將另外一些位位置從候選水印位位置排除。在圖4所示的例子中，位位置0、4、8和9將在第二輪中被排除，位位置6將在第三輪中被排除，最后，位位置3將在第四輪中被排除。在這個簡單例子中，該裝置至此就識別了水印位位置m=2。
圖6中所示方法，一旦一個數(shù)組元素R(m)有值1而所有其它數(shù)組元素有值0時，就檢測到了水印位位置m。為了表明這一點，程序中進一步包含處理步驟67，該步驟中檢測是否所有數(shù)組元素的和為1。處理步驟67可位于程序中的各個位置。在本例中。執(zhí)行該檢測的時機是，位位置m已經(jīng)假定為值M，即每當(dāng)已經(jīng)處理過一系列的M個候選位位置時。
水印數(shù)據(jù)信息的獲取，可能要推遲到直到水印位位置已經(jīng)找到。然而，在正在進行對其位置的搜索的同時獲得水印信息是有可能的。為此，該裝置包含另一個數(shù)組W，在數(shù)組中獲得至此已經(jīng)收到的每個候選水印信息。為此，圖6中所示程序包含步驟63，在該步驟中，將所收到的水印位w添加到當(dāng)前接收到的信息中。一旦找到了水印位位置m，對應(yīng)的數(shù)組元素W(m)就已經(jīng)獲得了至此為止所接收的水印信息。
應(yīng)當(dāng)注意到，該檢測水印位位置的裝置可以進一步被擴展，去檢測是否在信道之一中已經(jīng)發(fā)生了偶然的位移。例如，如果水印被嵌置在三個或更多的信道中，可以安排該裝置去搜索這些信道之一中的偏移(offset)?；蛘甙才旁撗b置在沒能在信號的預(yù)定部分或預(yù)定的時間周期內(nèi)識別出水印的情況下故意在其中一個信道中導(dǎo)入一個位移(shift)。
盡管本發(fā)明是結(jié)合∑-δ-調(diào)制(單一位編碼的)雙信道音頻信號來說明的，它并不局限于音頻或單一位編碼的信號。信號樣本可以是多位的樣本(例如PCM樣本)，水印被嵌置在所述樣本的一個或多個較低有效位中。編碼算法是不相關(guān)的(例如它可以是脈沖編碼調(diào)制)，也不要求在編碼器的反饋環(huán)路中執(zhí)行嵌置補充數(shù)據(jù)的步驟。本發(fā)明的實質(zhì)特征是，將相同的補充數(shù)據(jù)樣本嵌置在多信道信息信號的兩個或更多信道的對應(yīng)位置。
總之，本發(fā)明介紹一種在諸如∑-δ-調(diào)制的音頻信號的信息信號中嵌置補充數(shù)據(jù)的方法與裝置。該編碼信號包括兩個或更多的信道，例如左信道位流(z1)和右信道位流(z2)。在各位流的對應(yīng)的預(yù)定位位置，例如每一個第M位位置，提供相同的補充數(shù)據(jù)(w)。這使得不需要在信號中提供同步模式就能檢測和析取該補充數(shù)據(jù)。在接收端，將來自第一信道的第M位的序列與來自第二信道的對應(yīng)的第M位序列進行比較。如果它們相同，該序列就是候選的補充數(shù)據(jù)序列。對不同的序列位置(m)進行這種操作，直到找到補充數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1．一種在信息信號(z)中嵌置補充數(shù)據(jù)(W)的方法，包含在信息信號的預(yù)定位置嵌置(3、4)補充數(shù)據(jù)樣本(w)的步驟，特征在于，該信息信號包含至少兩個信號信道(z1、z2)，該方法包含在所述各信道的對應(yīng)的位置嵌置相同的補充數(shù)據(jù)樣本(w)的步驟。
2．如權(quán)利要求1中所要求的方法，其中的各信道是立體音頻信號的左和右音頻信號成分，該方法包含將各信道(x1、x2)編碼(1、2)成各自的位流(y1、y2)并在所述各位流的對應(yīng)的位位置嵌置(3、4)相同的補充數(shù)據(jù)位(w)的步驟。
3．一種用于在信息信號中嵌置補充數(shù)據(jù)的裝置，包含在信息信號的預(yù)定位置嵌置補充數(shù)據(jù)樣本(w)的裝置(3、4)，特征在于，該信息信號包含至少兩個信號信道(z1、z2)，該嵌置裝置(3、4)被安排在所述各信道的對應(yīng)的位置嵌置相同的補充數(shù)據(jù)樣本(w)。
4．如權(quán)利要求3中所要求的裝置，其中的各信道是立體音頻信號的左和右音頻信號成分，該裝置包含將各信道(x1、x2)編碼成各自的位流(y1、y2)并在所述各位流的對應(yīng)的位位置嵌置(3、4)相同的補充數(shù)據(jù)位(w)的裝置(1、2)。
5．一種從包含至少第一信道(z1)和第二信道(z2)的信息信號中析取補充數(shù)據(jù)的方法，其中各信道在預(yù)定的信號樣本位置嵌置有相同的補充數(shù)據(jù)樣本(w)，該方法包含的步驟為-將由所述數(shù)量(M)的信號樣本隔開的預(yù)定第一信道信號樣本的第一序列與第二信道信號樣本的對應(yīng)第二序列進行比較(52、62)；-只要各序列不同，就把第一和第二序列移動(51、65)一個樣本位置，并對移位后的第一和第二序列重復(fù)該比較步驟。
6．如權(quán)利要求5中所要求的方法，進一步包含存儲(53、63)被比較序列中相同的信號數(shù)據(jù)樣本的步驟。
7．一種用于從包含至少第一信道(x1)和第二信道(x2)的信息信號中析取補充數(shù)據(jù)的裝置，其中各信道在預(yù)定的相應(yīng)信號樣本位置嵌置有相同的補充數(shù)據(jù)樣本(w)，該裝置包含-用于將預(yù)定第一信道信號樣本的第一序列與第二信道信號樣本的對應(yīng)第二序列進行比較的裝置(52、62)；-只要各序列不同，用于把第一和第二序列移動一個樣本位置，并對移位后的第一和第二序列重復(fù)該比較步驟的裝置(51、65)。
8．一種在信號的預(yù)定位置有嵌置的補充數(shù)據(jù)樣本的信息信號，特征在于，該信息信號包含至少兩個信道，在所述信道的對應(yīng)位置已嵌置了相同的補充數(shù)據(jù)樣本。
9．如權(quán)利要求3中所要求的信號，其中的信道是立體音頻信號的左和右音頻成分，每個成分被編碼成各自的位流，并且在所述各位流的預(yù)定位位置嵌置有相同的補充數(shù)據(jù)位。
10．一種在其上記錄了如權(quán)利要求8或9中所要求的信號的存儲介質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明介紹一種在諸如∑－δ－調(diào)制音頻信號的信息信號中嵌置補充數(shù)據(jù)的方法與裝置。該編碼信號包括兩個或更多的信道,例如左信道位流(z
文檔編號G11B20/00GK1288564SQ99802208
公開日2001年3月21日 申請日期1999年11月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月17日
發(fā)明者J·P·M·G·林納茨, F·L·A·J·坎珀曼, E·克拉格特 申請人:皇家菲利浦電子有限公司