DE602004009926T2

DE602004009926T2 - Vorrichtung und verfahren zum einbetten eines wasserzeichens unter verwendung von subbandfilterung

Info

Publication number: DE602004009926T2
Application number: DE602004009926T
Authority: DE
Inventors: Minne Van Der Veen; Aweke N. Lemma; Alphons A. Bruekers
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2004-05-24
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2024-05-25
Also published as: WO2004107317A1; DE602004009926D1; KR20060023974A; US20070071277A1; ATE377822T1; EP1634276A1; EP1634276B1; JP2007503026A

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Gerät und ein Verfahren zum Einbetten eines Wasserzeichens und insbesondere ein Gerät und ein Verfahren zum Einbetten eines Wasserzeichens in ein in einem Subband codiertes Mediensignal.
Hintergrund der Erfindung
Die gesetzwidrige Verbreitung von urheberrechtlich geschütztem Material entzieht dem Inhaber des Urheberrechts die rechtmäßigen Lizenzgebühren für diese Materialien und könnte dem Anbieter dieser gesetzwidrig verbreiteten Materialien zu Einnahmen verhelfen, die ihn zur fortgesetzten gesetzwidrigen Verbreitung ermutigen. Angesichts der durch das Internet erleichterten Weitergabe sind Materialinhalte wie z. B. künstlerische Darstellungen oder andere Materialien mit eingeschränkten Verbreitungsrechten, die durch Urheberrechte geschützt werden sollen, anfällig gegenüber einer gesetzwidrigen Verbreitung im großen Maßstab. Das MP3-Format zum Speichern und Übertragen komprimierter Audiodateien hat die Verbreitung von Audioaufzeichnungen im großen Maßstab möglich gemacht. Beispielsweise kann eine digitale PCM-Audioaufzeichnung (PCM = Pulse Code Modulation) eines Liedes mit einer Größe von 30 oder 40 Megabyte in eine MP3-Datei von drei oder vier Megabyte komprimiert werden. Unter Verwendung einer typischen Einwahlverbindung in das Internet mit 56 kbit/s kann diese MP3-Datei in wenigen Minuten auf den Computer eines Benutzers heruntergeladen werden. Dies bedeutet, dass eine böswillige Partei einen direkten Einwahldienst zum Herunterladen des in MP3 codierten Liedes bereitstellen könnte. Die gesetzwidrige Kopie des MP3-codierten Liedes kann danach mit Hilfe von Software oder Hardwareeinrichtungen wiedergegeben oder sie kann dekomprimiert und auf einer beschreibbaren CD zur Wiedergabe auf einem herkömmlichen CD-Player gespeichert werden.
Eine Reihe von Verfahren zur Begrenzung der Vervielfältigung urheberrechtlich geschützter Materialinhalte sind bereits vorgeschlagen worden. Die Secure Digital Music Initiative (SDMI) und andere treten für die Verwendung „digitaler Wasserzeichen" ein, um autorisierte Materialinhalte zu kennzeichnen.
Digitale Wasserzeichen können zum Zweck des Kopierschutzes gemäß den oben erwähnten Szenarien verwendet werden. Die Verwendung digitaler Wasserzeichen ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern diese können auch zum sogenannten Forensic Tracking verwendet werden, bei dem Wasserzeichen z. B. in Dateien eingebettet werden, die über ein Electronic Content Delivery System verbreitet werden, und sie können verwendet werden, um beispielsweise illegal kopierte Inhalte im Internet nachzuverfolgen. Wasserzeichen können außerdem zum Überwachen von Rundfunkstationen (z. B. Werbung) oder zu Authentifizierungszwecken usw. verwendet werden.
Es gibt mehrere bekannte Verfahren zum Einbetten von Wasserzeichen in ein unkomprimiertes Rohsignal.
Zum Beispiel gibt es mehrere Verfahren, um ein Wasserzeichen in ein unkomprimiertes Audio-Rohsignal einzubetten. Die internationale Patentanmeldung WO-A-02/091374 beschreibt ein Verfahren zum Markieren eines unkomprimierten Audio-Rohsignals mit einem Wasserzeichen durch Verwendung eines Wasserzeichenfilters. Bei diesem Verfahren wird das Wasserzeichensignal durch Linearfilterung des unkomprimierten Rohsignals x[n] mit Hilfe eines Filters w'[n] eingebettet: y[n] = x[n] + α·(x[n]*w'[n]) (1)wobei α der Skalierungsfaktor entsprechend der Einbettungsstärke ist, y[n] das mit dem Wasserzeichen versehene Ausgangssignal ist und das Zeichen * den Faltungsvorgang bezeichnet. w'[n] ist das Ansprechen des Wasserzeichenfilters auf Impulse. Das Umstellen der Gleichung ergibt: y[n] = x[n]*(1 + α·w'[n]) = x[n]*w[n] (2)wobei w[n] = 1 + α·w'[n]. Diese Darstellung zeigt, dass der Ansatz von WO 02/091374 dem Filtern des Eingangssignals x[n] durch das Wasserzeichenfilter w[n] entspricht.
Gegenwärtig steht jedoch ein bedeutender Teil von z. B. Audioinhalten in einem komprimierten Format wie MPEG, AAC, WMA usw. zur Verfügung. Das kompri mierte Audiosignal wird manchmal auch als Bitstrom bezeichnet. Das Einbetten wird in diesem Bereich daher häufig als Bitstrom-Wasserzeichenmarkierung bezeichnet.
Um den Ansatz des filterbasierten Wasserzeichens von WO 02/091374 zu nutzen, wird ein komprimiertes Signal zunächst in ein unkomprimiertes Rohsignal zurückkonvertiert. Ein Wasserzeichen kann dann durch einen Vorgang gemäß den oben angegebenen Gleichungen (1) oder (2) eingebettet werden und das resultierende Signal kann in ein komprimiertes Signal zurückkonvertiert werden. Mit diesem Ansatz ist jedoch eine Reihe von Nachteilen verbunden, unter anderem:

• Der Prozess erfordert einen zusätzlichen Decodier- und Codierprozess. Diese Prozesse sind komplex und erhöhen daher die Komplexität und Rechenlast wesentlich. Dies kann zum Beispiel zu höheren Kosten und/oder höherem Energieverbrauch führen.
• Es entsteht eine höhere betriebsbedingte Verzögerung, da nicht nur die filterungsbedingte Verzögerung, sondern auch die zusätzliche Verzögerung der Decoder- und Codierprozesse anfällt. Dies kann zum Beispiel bei Echtzeitanwendungen ein wesentlicher Nachteil sein.
• Obwohl der Decodier- und Codierprozess die Erreichung einer hohen Qualität zum Ziel haben, handelt es sich bei diesen Prozessen um inhärent nicht verlustfreie Prozesse, die in der Regel einen Informationsverlust zur Folge haben. Daher kann die Qualität des resultierenden Audiosignals reduziert sein und der Prozess führt in der Praxis möglicherweise ungewollte Verzerrungen ein, die unerwünscht oder inakzeptabel sind.

Daher wäre ein verbessertes System zum Einbetten von Wasserzeichen in Mediensignale vorteilhaft und insbesondere wäre ein System vorteilhaft, das eine verringerte Komplexität, verbesserte Qualität und/oder reduzierte Verzögerung ermöglicht.
Zusammenfassung der Erfindung
Dementsprechend strebt die Erfindung vorzugsweise an, einen oder mehrere der oben erwähnten Nachteile einzeln oder in einer beliebigen Kombination abzumildern, zu verringern oder zu beseitigen.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Einbetten eines Wasserzeichens in ein Eingangssignal eines Audiosignals geschaffen, das die folgenden Schritte umfasst:
Erhalten einer Vielzahl von Subbandsignalen des Eingangssignals;
Filtern einer Gruppe von Subbandsignalen mit Hilfe eines Subbandfilters mit einem mit dem Wasserzeichen verbundenen Ansprechen, um eine Gruppe von gefilterten Subbandsignalen zu erzeugen; und
Erzeugen eines Ausgangssignals durch Kombinieren der Gruppe gefilterter Subbandsignale.
Viele codierte Mediensignale werden mittels Subbandcodierung codiert. Die Erfindung ermöglicht die Wasserzeicheneinbettung im Subbandbereich, wodurch die erforderliche Decodierung und erneute Codierung des Bitstroms des codierten Signals umgangen wird. Die Erfindung sieht somit ein vorteilhaftes Verfahren des Einbettens von Wasserzeichen vor und kann insbesondere zu reduzierter Verzögerung, Komplexität und/oder Verzögerung des Wasserzeichen-Markierungsprozesses führen. Des Weiteren schafft das Einbetten von Wasserzeichen durch Filterung einen Wasserzeichen-Markierungsprozess, der sehr gut für die praktische Realisierung geeignet ist und keine komplexen digitalen Signalverarbeitungsverfahren erforderlich macht.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist das Eingangssignal ein in einem Subband codiertes Audiosignal.
Insbesondere kann das in einem Subband codierte Audiosignal ein Audiosignal sein, das gemultiplexte Subbandwerte umfasst. Insbesondere kann das in einem Subband codierte Audiosignal ein komprimierter Bitstrom sein. Zum Beispiel kann das Audiosignal gemäß einem Subbandcodierprozess wie dem Codierprozess MPEG1, Schicht 1, 2 oder 3, codiert sein.
Dies ermöglicht eine Ausführungsform mit besonders niedriger Komplexität, bei der die Subbänder durch einfache Vorgänge direkt aus dem Eingangssignal erhalten werden. Zum Beispiel kann die Vielzahl von Subbändern speziell den Subbändern des subbandcodierten Signals entsprechen. Die Subbänder können somit direkt aus dem subbandcodierten Signal erhalten werden, beispielsweise durch Demultiplexen des Eingangssignals. Mit anderen Worten, die Filterung kann im Subbandbereich durch direktes Filtern der Subbänder des Eingangssignals durchgeführt werden.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist das Ausgangssignal ein in einem Subband codiertes Audiosignal.
Insbesondere kann das Ausgangssignal ein in einem Subband codiertes Audiosignal sein, das gemultiplexte Subbandwerte umfasst. Im Speziellen kann das in einem Subband codierte Audiosignal ein komprimierter Bitstrom sein. Zum Beispiel kann das Audiosignal gemäß dem Codierprozess MPEG1, Schicht 1, 2 oder 3, codiert sein. Vorzugsweise haben das Ausgangssignal und das Eingangssignal entsprechende Subbänder, die eine einfache und/oder schnelle Wasserzeicheneinbettung ermöglichen, ohne eine Subbandkonvertierung zu erfordern. Dies ist besonders geeignet, wenn Eingangs- und Ausgangssignale von derselben Art sind. Beispielsweise kann das Ausgangssignal ein MPEG1-codiertes Signal sein, das im Wesentlichen identisch mit dem MPEG1-codierten Eingangssignal ist, jedoch das eingebettete Wasserzeichen enthält. Auf diese Weise kann ein sehr einfaches und sehr leistungsfähiges Verfahren geschaffen werden, um ein Wasserzeichen im Wesentlichen transparent in ein vorhandenes Signal einzubetten.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung hat das Eingangssignal ein entsprechendes Basisband-Eingangssignal, das Ausgangssignal hat ein entsprechendes Basisband-Ausgangssignal mit einem zugeordneten gewünschten Wasserzeichen und das Ansprechen des Subbandfilters besteht darin, dass das Wasserzeichen des Ausgangssignals dem gewünschten Wasserzeichen des Basisband-Ausgangssignals entspricht.
Zum Beispiel kann das Eingangssignal ein komprimierter Bitstrom mit einem entsprechenden nicht komprimierten PCM-Basisbandsignal sein. Ebenso kann das Ausgangssignal ein komprimierter Bitstrom mit einem entsprechenden nicht komprimierten PCM-Basisbandsignal sein. Für jeden Subbandkanal kann das Ansprechen zum Beispiel aus der Frequenzantwort des Subbandfilters oder aus einer Gruppe von Impulsantworten bestehen.
Das durch den Subbandfilter eingebettete Wasserzeichen kann im Wesentlichen dem Wasserzeichen entsprechen, das für das entsprechende Basisbandsignal gewünscht ist. Daher ermöglicht die Erfindung, dass das Einbetten eines gewünschten Basisbandwasserzeichens durch einen einfachen Prozess im Subbandbereich durchgeführt wird.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung entspricht das Ansprechen des Subbandfilters einem Subband-Äquivalent eines Ansprechens des Basisbandfilters, das durch Filtern des Basisband-Eingangssignals zum gewünschten Wasserzeichen führt.
Das Subbandfilter kann somit ein Wasserzeichen in dem Subbandbereich einbetten, das im Wesentlichen einem gewünschten Wasserzeichen entspricht, das durch ein entsprechendes Basisbandfilter eingebettet werden kann. Insbesondere kann das Subbandfilter dazu führen, dass ein im Wesentlichen ähnliches Wasserzeichen eingebettet wird, als sei das Eingangssignal decodiert, durch das Basisbandfilter gefiltert und dann wieder codiert worden. Somit kann ein gewünschtes Basisbandwasserzeichen in einen komprimier ten Bitstrom eingebettet werden, ohne dass eine Konvertierung in das oder aus dem Basisband erforderlich ist.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung umfasst das Verfahren ferner den Schritt des Multiplizierens mindestens eines der gefilterten Subbandsignale mit einem Wasserzeichen-Energieskalierungsfaktor. Dies schafft eine besonders geeignete Implementierung der Subbandfilterung, bei der die Stärke der Wasserzeichenmarkierung direkt und explizit durch den Wasserzeichen-Energieskalierungsfaktor gesteuert werden kann.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung umfasst das Verfahren ferner den Schritt des dynamischen Anpassens des Wasserzeichen-Energieskalierungsfaktors. Dies ermöglicht die dynamische Optimierung der Wasserzeichen-Einbettungsstärke für die aktuellen Bedingungen. Auf diese Weise kann die Wasserzeichen-Einbettungsstärke zum Beispiel dynamisch so gesteuert werden, dass sie so groß wie möglich ist (und dadurch die Erkennung erleichtert), jedoch nicht gleichzeitig zu einer inakzeptablen Verschlechterung des Mediensignals führt.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung umfasst der Schritt des dynamischen Anpassens des Wasserzeichen-Energieskalierungsfaktors das dynamische Anpassen des Wasserzeichen-Energieskalierungsfaktors als Reaktion auf eine Eigenschaft des Eingangssignals.
Die Eigenschaft kann z. B. aus dem Eingangssignal und/oder aus einem aus dem Eingangssignal erhaltenen Subband abgeleitet werden. Die Empfindlichkeit des Mediensignals gegenüber der Wasserzeichen-Einbettungsstärke hängt von den dynamischen Eigenschaften des Eingangssignals ab und die Stärke der Wasserzeicheneinbettung kann daher als Reaktion auf diese Eigenschaften eingestellt werden. Zum Beispiel kann der Wasserzeichen-Energieskalierungsfaktor als Reaktion auf einen Maskierungsschwellenwert eingestellt werden, der während der Codierung auf das Ausgangsmediensignal angewendet wird.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung umfasst das Verfahren ferner den Schritt des Summierens eines ungefilterten Subbandsignals und eines entsprechenden gefilterten Subbandsignals. Dies ermöglicht eine problemlose Implementierung, bei der die Einbettungsstärke gesteuert werden kann.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung umfasst das Verfahren ferner den Schritt des Hinzufügens einer Datennutzlast zu dem Wasserzeichen, indem die Gruppe von Subbandsignalen im Verhältnis zum Subbandfilter verschoben wird.
Dies ermöglicht den Austausch zusätzlicher Daten zwischen einem sendenden und einem empfangenden Ende und insbesondere zwischen einem Gerät, das das Wasserzeichen einbettet, und einem Gerät zum Erkennen des Wasserzeichens. Die Subbandverschiebung ermöglicht die Einführung zusätzlicher Daten auf eine einfache, wenig komplexe Weise, die die Qualität des Mediensignals und/oder die Leistungsfähigkeit der Wasserzeichenerkennung nicht beeinträchtigt.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung umfasst das Verfahren ferner den Schritt des Durchführens einer umgekehrten Verschiebung der Gruppe gefilterter Subbandsignale im Verhältnis zum Subbandfilter. Dies ermöglicht die Einführung von Nutzdaten, ohne den Medieninhalt des Ausgangssignals zu beeinträchtigen. Auf diese Weise wird das Decodieren des Ausgangssignals nicht durch das Wasserzeichen oder die Datennutzlast beeinträchtigt.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung entspricht jede Verschiebungsposition einem Datenwert. Dies schafft eine besonders vorteilhafte und wenig komplexe Art des Hinzufügens einer Datennutzlast zur Wasserzeicheneinbettung.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung umfasst der Schritt des Erhaltens das Demultiplexen, inverse Quantisieren und Skalieren des Eingangssignals. Dies schafft eine besonders geeignete und wenig komplexe Implementierung subbandcodierter Mediensignale.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung umfasst der Schritt des Erzeugens das Quantisieren und Multiplexen des Ausgangssignals. Dies schafft eine besonders geeignete und wenig komplexe Implementierung zum Erzeugen subbandcodierter Mediensignale.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung umfasst die Gruppe von Subbandsignalen alle Subbandsignale der Vielzahl von Subbandsignalen. Die Gruppe von Subbandsignalen umfasst möglicherweise nur einige der Vielzahl von Subbandsignalen, um die Komplexität, und die Rechenlast zu reduzieren, umfasst vorzugsweise jedoch alle der Subbandsignale, um die Leistungsfähigkeit der Wasserzeichenmarkierung zu optimieren.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung umfasst das Verfahren ferner die Schritte des Decodierens des Ausgangssignals, um ein Basisbandsignal zu erzeugen, und des Erkennens des Wasserzeichens als Reaktion auf eine Eigenschaft des Basisbandsignals. Dies ermöglicht ein wenig komplexes und sehr leistungsfähiges Verfahren zum Einbetten und Erkennen eines Wasserzeichens, bei dem das Wasserzeichen im Subbandbereich eingebettet sein und im Basisbandbereich erkannt werden kann.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Gerät zum Einbetten eines Wasserzeichens in ein Eingangssignal eines Audiosignals geschaffen, das Folgendes umfasst: Mittel zum Erhalten einer Vielzahl von Subbandsignalen des Eingangssignals; ein Subbandfilter zum Filtern einer Gruppe von Subbandsignalen, um eine Gruppe gefilterter Subbandsignale zu erzeugen, wobei das Subbandfilter ein mit dem Wasserzeichen verbundenes Ansprechen aufweist; und Mittel zum Erzeugen eines Ausgangssignals durch Kombinieren der Gruppe gefilterter Subbandsignale.
Diese und weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgend beschriebenen Ausführungsform(en) erläutert und verständlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine Ausführungsform der Erfindung wird lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine Darstellung eines System zum Codieren und Decodieren eines Audiosignals;
2 ein System zum Einbetten eines Wasserzeichens durch Filterung eines Basisbandsignals;
3 ein System zum Einbetten eines Wasserzeichens in ein Subband-Codiersignal durch Filterung eines entsprechenden Basisbandsignals;
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Einbetten eines Wasserzeichens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
5 ein Blockschaltbild eines Gerätes zum Einbetten eines Wasserzeichens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
6 ein Blockschaltbild eines alternativen Gerätes zum Einbetten eines Wasserzeichens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
7 ein Blockschaltbild eines Geräts zum Einbetten eines Basisbandwasserzeichens;
8 ein Blockschaltbild eines Subbandwasserzeichen-Einbettungsgerätes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
9 eine Polyphasendarstellung der Filter des Gerätes aus 7;
10 die Filter aus 9, bei denen die Polyphasenfilterungsvorgänge in den Subbandbereich übertragen wurden;
11 ein Subbandfilter W₀(z) zum Einbetten eines Wasserzeichens, das einen ersten Bitwert gemäß einer Ausführungsform der Erfindung trägt;
12 ein Subbandfilter W₁(z) zum Einbetten eines Wasserzeichens, das einen zweiten Bitwert gemäß einer Ausführungsform der Erfindung trägt und
13 ein Subbandfilter W₀(z) zum Einbetten eines Wasserzeichens, das einen zweiten Bitwert gemäß einer Ausführungsform der Erfindung trägt.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Die folgende Beschreibung konzentriert sich auf eine Ausführungsform der Erfindung, die auf ein Audiosignal und insbesondere auf ein MPEG1-codiertes Audiosignal anwendbar ist. Es sollte jedoch nachvollziehbar sein, dass die Erfindung nicht auf diese Anwendung beschränkt ist, sondern auf viele andere Codierverfahren und Audiosignale angewendet werden kann.
1 ist eine Darstellung eines Systems zum Codieren und Decodieren eines Audiosignals. Insbesondere veranschaulicht 1 die Grundelemente eines typischen Subbandaudiocodierers und -decodierers. Die Hauptelemente sind eine Analysefilterbank 101 und eine Synthese- oder Rekonstruktionsfilterbank 103. Nachfolgend wird die Polyphasenbeschreibung der beiden Filterbänke verwendet und die Übertragungsmatrizen, die aus den Polyphasenkomponenten der Filter in der Filterbank bestehen, sind für die Analysefilterbank durch A(z) und für die Synthesefilterbank durch R(z) wiedergegeben. Die Filterbänke können zum Beispiel cosinusmodulierten Filterbänken entsprechen, wie sie bei MPEG1 verwendet werden. Der Parameter M wird zur Bezeichnung der Anzahl von Bändern der Filterbank und somit der Anzahl von Subbändern des subbandcodierten Signals verwendet. Bei einer kritisch (d. h. mit der minimalen Nyquist-Abtastrate) abgetasteten Filterbank entspricht M ferner den Dezimierungs- und Interpolationsfaktoren der Analyse- und der Synthesefilterbank.
Nachfolgend ist das Basisband-Eingangssignal durch X(z) wiedergegeben und X(z) wird zur Bezeichnung eines Vektors aus Subbandsignalen verwendet. Die einzelnen Signale des Subbands werden durch einen tiefgestellten Index, d. h. X(z) = {X₀(z), X₁(z), ..., X_M-1(z)}, wiedergegeben. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird das Basisbandsignal X(z) mit der Abtastfrequenz f_s abgetastet, während jedes Subbandsignal eine Abtastfrequenz von f_s/M hat.
Wie aus 1 zu erkennen ist, erzeugt die Audiocodierung das Subbandsignal X(z) wie folgt: X(z) = A(z)·X(z) (3)
Die Audiodecodierung erzeugt das decodierte Basisbandsignal X'(z) wie folgt: X'(z) = R(z)·X(z) (4)
Im Idealfall kehrt der Synthesefilter den Prozess des Analysefilters exakt um, sodass X(z) = X'(z). Bei Systemen in der Praxis ist das decodierte Signal im Allgemeinen jedoch nicht mit dem codierten Signal identisch.
Bei den meisten praktischen Ausführungsformen einschließlich MPEG1 wird das codierte Audiosignal nicht nur im Subbandbereich codiert, sondern in diesem Bereich auch komprimiert. Die Datenkompression wird durch individuelles Quantisieren und Skalieren der Datenwerte jedes Subbands gemäß einem psychoakustischen Modell ausgeführt. Insbesondere wird ein psychoakustischer Maskierungsschwellenwert verwendet, um die Bitraten der einzelnen Subbänder zu reduzieren. Die quantisierten Werte und zugehörigen Skalierungsfaktoren für jedes Subband werden in ein einziges komprimiertes Signal gemultiplext, das nachfolgend als komprimierter Bitstrom bezeichnet wird.
Es ist oft wünschenswert, ein Wasserzeichen in ein Mediensignal wie z. B. ein Audiosignal einzufügen. WO 02/091374 A1 offenbart ein Verfahren zum Einfügen eines Wasserzeichens in ein Basisbandsignal durch Filterung des Basisbandsignals.
2 veranschaulicht ein System zum Einbetten eines Wasserzeichens durch Filterung eines Basisbandsignals. Das Basisbandsignal X(z) wird durch den Wasserzeichenfilter W(z) 201 gefiltert, um das Ausgangs-Basisbandsignal Y(z) mit dem eingebetteten Wasserzeichen zu erzeugen: Y(z) = W(z)·X(z) (5)
Entsprechend der zuvor beschriebenen zeitdiskreten Gleichung (2): y[n] = x[n]*(1 + α·w'[n]) = x[n]*w[n] (2)
Da jedoch der Wasserzeichenfilter W(z) ein Basisbandsignal erfordert, kann er nicht auf den komprimierten Subbandbitstrom X(z) angewendet werden.
3 veranschaulicht ein System zum Einbetten eines Wasserzeichens in ein Subbandcodiersignal durch Filterung eines entsprechenden Basisbandsignals.
Der eingehende subbandcodierte Bitstrom X(z) wird gedemultiplext und dequantisiert und die resultierenden Subbandsignale werden einem Synthesefilter R(z) 103 zugeführt. Die sich daraus ergebenden Abtastungen werden kombiniert, um das entsprechende Basisbandsignal X'(z) zu erzeugen. Auf diese Weise wird durch ein Decodieren des eingehenden komprimierten Bitstroms ein Basisbandsignal X'(z) erzeugt. Das erzeugte Basisbandsignal X'(z) wird anschließend im Basisbandwasserzeichenfilter W(z) 203 gefiltert, um ein Basisbandsignal Y(z) mit eingebettetem Wasserzeichen zu erzeugen. Dieses Basisbandsignal wird einem Analysefilter 101 zugeführt und die resultierenden Subbanddatenwerte werden in einen Bitstrom quantisiert und gemultiplext. Auf diese Weise wird das Basisbandsignal Y(z) mit eingebettetem Wasserzeichen als in einem Subband codiertes Ausgangssignal erneut codiert.
Der in 3 veranschaulichte Ansatz umfasst somit die folgenden Schritte:
Synthetisieren (Decodieren) des Signals X(z) mit einer Rekonstruktionsfilterbank R(z) 103,
Einbetten eines Wasserzeichens in das Signal X'(z) unter Verwendung des Filters W(z) 203 und
Ableiten der wasserzeichenmarkierten Subbandsignale Y(z) unter Verwendung der Analysefilterbank A(z) 101.
Das anschließende Skalieren, Quantisieren und Multiplexen führt zu dem wasserzeichenmarkierten Bitstrom.
Jedoch ist dieser Ansatz mit einer Reihe von Nachteilen, einschließlich der nachfolgend genannten, verbunden:
Es sind zusätzliche Filterbänke R(z) und A(z) erforderlich, wodurch sich Komplexität, Rechenlast und Energieverbrauch erhöhen.
Durch die zusätzlichen Filterbankvorgänge erhöht sich die betriebsbedingte Verzögerung des Einbettungsprozesses. Dies kann insbesondere bei Echtzeitanwendungen ein beträchtlicher Nachteil sein.
Die Kaskadierung der Filterbänke, die aus den Decodier- und Codierprozessen resultiert, kann zusätzliche unerwünschte Verzerrungen einführen.
Es wäre wünschenswert, eine Wasserzeichenmarkierung zu implementieren, bei der das Decodieren des komprimierten Bitstroms nicht erforderlich ist.
In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann durch Verwendung eines Subband-Filterungsprozesses ein zeitliches Wasserzeichen im Subbandbereich eingebettet werden.
4 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Einbetten eines Wasserzeichens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
In Schritt 401 wird ein Eingangssignal, z. B. ein Audiosignal oder ein anderes Mediensignal, empfangen.
Auf Schritt 401 folgt Schritt 403, in dem eine Vielzahl von Subbandsignalen aus dem Eingangssignal erhalten wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist das Eingangssignal ein in einem Subband codiertes Mediensignal und die Subbänder können direkt aus den Abtastungen der einzelnen Subbänder erhalten werden. Bei anderen Ausführungsformen kann die Vielzahl von Subbändern auf andere Arten erhalten werden. Zum Beispiel kann das Eingangssignal in einigen Fällen ein Basisbandsignal sein und die Vielzahl von Subbändern kann durch einen Subbandcodierprozess erhalten werden. Auf diese Weise kann die Wasserzeicheneinbettung bei einigen Ausführungsformen in die Subbandcodierung integriert werden.
Auf Schritt 403 folgt Schritt 405, in dem eine Gruppe der erhaltenen Subbandsignale durch einen Subbandfilter mit einem mit dem Wasserzeichen verbundenen Ansprechen gefiltert werden. Der Subbandwasserzeichenfilter erzeugt auf diese Weise eine Gruppe gefilterter Subbandsignale. Bei der bevorzugten Ausführungsform umfasst die Gruppe von Subbandsignalen alle Subbandsignale, bei einigen Ausführungsformen kann jedoch eine Teilmenge von Subbändern verwendet werden. Dies kann insbesondere erwünscht sein, um die Komplexität des Subbandfilters und somit des Wasserzeicheneinbetter zu reduzieren.
Auf Schritt 405 folgt Schritt 407, in dem durch Kombinieren der Gruppe gefilterter Subbandsignale ein Ausgangssignal erzeugt wird. Bei der bevorzugten Ausfüh rungsform ist das Ausgangssignal ein in einem Subband codiertes Mediensignal und insbesondere die Subbandabtastungen der gefilterten Subbandsignale können unverändert sein und einfach in einen gemultiplexten Bitstrom (der möglicherweise auf die Quantisierung folgt) kombiniert werden. Bei anderen Ausführungsformen kann eine erweiterte Verarbeitung angewendet werden, um das Ausgangssignal aus den Subbandwerten zu erzeugen.
5 veranschaulicht ein Blockschaltbild eines Gerätes zum Einbetten eines Wasserzeichens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Das Gerät umfasst einen Eingang 501, der in der speziellen Ausführungsform einen komprimierten Audio-Bitstrom empfängt. Der Bitstrom wird einem Demultiplexer 503 zugeführt, der den Bitstrom demultiplext, um die einzelnen quantisierten Subbandabtastungen bereitzustellen. Die Subbandabtastungen werden einem Dequantisierer 505 zugeführt, der die Subbandabtastungen dequantisiert, um die Subbanddatenwerte bereitzustellen, die durch den Analysefilter des Audiocodierers erzeugt wurden. Diese Subbandsignale X₀(z) – X_M-1(z) werden dem Subbandfilter W(z) 507 zugeführt, der ein Wasserzeichen einbettet, indem er eine Subbandfilterung der Subbandsignale X₀(z) – X_M-1(z) durchführt und dadurch gefilterte Subbandsignale Y₀(z) – Y_M-1(z) erzeugt, die ein Subbandwasserzeichen umfassen.
Der Subbandfilter W(z) 507 ist mit einem Quantisierer 509 gekoppelt, der die gefilterten Subbandsignale Y₀(z) – Y_M-1(z) quantisiert. Der Quantisierungsvorgang des Quantisierers 509 kann der Quantisierung entsprechen, die für die Audiocodierung angegeben ist. Zum Beispiel kann ein psychoakustischer Maskierungsschwellenwert der MPEG1-Spezifikation verwendet werden. Der Quantisierer 509 ist mit einem Multiplexer 511 gekoppelt, der die Datenwerte der gefilterten Subbandsignale Y₀(z) – Y_M-1(z) in einen einzigen Bitstrom multiplext. Auf diese Weise kann der Wasserzeicheneinbetter insbesondere die folgende Funktion implementieren: Y(z) = X(z)·W(z) (6)
6 veranschaulicht ein Blockschaltbild eines alternativen Gerätes zum Einbetten eines Wasserzeichens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Gerät aus 6 entspricht dem Gerät aus 5, weist jedoch eine spezielle Implementierung des Subbandfilters W(z) auf.
Bei der Ausführungsform aus 6 ist ein modifizierter Subbandfilter W'(z) 601 mit dem Quantisierer 505 gekoppelt. Der modifizierte Subbandfilter W'(z) 601 erzeugt modifizierte gefilterte Subbandsignale V₀(z) – V_M-1(z). Die Wasserzeicheneinbettung des Gerätes aus 6 umfasst ferner das Multiplizieren mindestens eines und vorzugsweise aller der gefilterten Subbandsignale mit einem Wasserzeichen-Energieskalierungsfaktor (α). Insbesondere kann der Wasserzeichen-Energieskalierungsfaktor ein Vektor α = α₀ – α_M-1 sein, d. h., der Skalierungsfaktor kann für unterschiedliche Subbandsignale unterschiedlich sein.
Des Weiteren umfasst der Ansatz das Summieren des einzelnen ungefilterten Subbandsignals mit Hilfe eines entsprechenden gefilterten Subbandsignals. Daher gelangen bei dieser Ausführungsform die folgenden Subbandsignale an den Eingang des Quantisierers 509: Y(z) = X(z) + α·V(z) = X(z) + α·X(z)·W'(z) = X(z)·(1 + α·W'(z)) (7)
Obwohl die Implementierungen in den 5 und 6 nicht identisch sind, können die Filter W'(z) und W(z) so ausgelegt werden, dass das Ansprechen beider Systeme identisch ist, indem 1 + α·W'(z) = W(z) gesetzt wird.
Ein Vorteil der Ausführungsform aus 6 ist die Sichtbarkeit der Einbettungsstärke α, die die relative Wasserzeichenenergie steuert. Insbesondere kann α_m die Wasserzeichenenergie in den einzelnen Subbandsignalen steuern. Bei der einfachsten Implementierung ist α_m für jedes Subband zeitlich konstant. Bei erweiterten Implementierungen kann α_m adaptiv ausgelegt sein. Die Einbettungsstärke kann auf diese Weise dynamisch angepasst werden, sodass diese für die aktuellen Bedingungen und insbesondere die aktuellen Eigenschaften des Eingangssignals geeignet ist. Die Anpassung von α_m kann zum Beispiel als Reaktion auf den Maskierungsschwellenwert des Hostsignals erfolgen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform ist das Eingangssignal X(z) ein komprimierter Bitstrom, der durch eine Subband-Audiocodierung eines Basisbandsignals X(z) erhalten wird. Dadurch hat das Eingangssignal ein entsprechendes Basisbandsignal. Ebenso ist das Ausgangssignal ein komprimierter Bitstrom Y(z), der decodiert werden kann, um ein Basisbandsignal Y(z) zu erzeugen. Dadurch hat das Ausgangssignal ein entsprechendes Basisband-Ausgangssignal Y(z).
Die Wasserzeichenerkennung kann häufig im Basisbandbereich durchgeführt werden. Zum Beispiel kann in dem System aus 2 ein Basisbandwasserzeichen im Basisband eingebettet sein und im Basisbandbereich durch einen Basisbandwasserzeichendetektor erkannt werden. Es kann vorteilhaft sein, eine Subbandwasserzeicheneinbettung zu implementieren, die der Basisbandwasserzeicheneinbettung aus 2 entspricht. Dadurch kann derselbe Wasserzeichendetektor verwendet werden, unabhängig davon, welches Wasserzeichen-Einbettungsverfahren verwendet wurde, ohne dass der Wasserzeichendetektor Informationen darüber hat, wie das Wasserzeichen eingebettet wurde. Auf diese Weise kann das entsprechende Basisband-Ausgangssignal Y(z) ein zugeordnetes gewünschtes Wasserzeichen aufweisen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Subbandfilter W(z) so ausgelegt, dass er ein Wasserzeichen des Ausgangssignals zur Folge hat, das dem gewünschten Wasserzeichen des Basisband-Ausgangssignals entspricht. Insbesondere hat W(z) ein solches Ansprechen, dass das aus einer Decodierung des Ausgangssignals Y(z) resultierende Basisbandwasserzeichen dem gewünschten Basisbandwasserzeichen und insbesondere dem Wasserzeichensignal ausreichend ähnlich ist, das aus dem Basisbandfilterungsvorgang aus 2 resultieren würde.
Um dieses Ziel zu erreichen, wird nachfolgend unter Einbeziehung des äquivalenten Basisbandfilters ein Verfahren zum Entwurf eines Subbandfilters W(z) beschrieben.
7 veranschaulicht ein Blockschaltbild eines Basisbandwasserzeichen-Einbettungsgerätes. 8 veranschaulicht ein Blockschaltbild eines Basisbandwasserzeichen-Einbettungsgerätes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Aus Gründen der Deutlichkeit und Übersichtlichkeit veranschaulichen die 7 und 8 die Wasserzeicheneinbettung für ein einfaches, in zwei Subbändern codiertes Signal. Das Prinzip lässt sich jedoch leicht auf Signale mit mehreren Subbändern ausdehnen.
Bei dem Gerät aus 7 wird ein Subbandsignal X(z) einem Analysefilter R(z) zugeführt, der das entsprechende Basisbandsignal X(z) erzeugt. X(z) wird anschließend im Basisbandwasserzeichenfilter W(z) gefiltert, um das wasserzeichenmarkierte Basisband-Ausgangssignal Y_bb(z) zu erzeugen. In 8 wird das Signal X(z) einem Subbandfilter W(z) 801 zugeführt, der ein wasserzeichenmarkiertes Subbandsignal Y(z) erzeugt. Dieses Signal wird dem Analysefilter R(z) 701 zugeführt, der das wasserzeichenmarkierte Basisband-Ausgangssignal Y_sb(z) erzeugt.
Das Ziel dieses Entwurfsprozesses besteht somit darin, das Subbandfilter W(z) so zu gestalten, dass das Ansprechen beider Systeme im Wesentlichen identisch oder zumindest ausreichend ähnlich ist. Mit anderen Worten, die Aufgabe besteht darin, für ein gegebenes Subbandeingangssignal X(z) den Wert W(z) so zu ermitteln, das Y_bb(z) im Wesentlichen gleich Y_sb(z) ist.
9 veranschaulicht eine Polyphasendarstellung der Filter des Gerätes aus 7. Dem Fachmann ist bekannt, dass ein beliebiger FIR-Filter als Polyphasenfilter umgeschrieben werden kann und in 9 sind die einzelnen Bestandteile der Polyphasen-Übertragungsmatrizen von R(z) und W(z) gezeigt.
Wie in 9 veranschaulicht, folgt auf das Upsampling im Synthesefilter R(z) ein Downsampling in W(z). Abgesehen von einer Verzögerung z^–1 entspricht der Prozess des Upsampling und Downsampling zwischen den Filtern R(z) und W(z) dem Identitätsoperator. Die Polyphasenfilterungsvorgänge W_p(z) 901 können dementsprechend in den Subbandbereich übertragen werden, wie in 10 veranschaulicht.
Obwohl die Filterung des Systems in 10 im Subbandbereich stattfindet, beruht W_p(z) 901 auf der Filterung von Subbandsignalen, die im Eingangsbitstrom nicht vorhanden sind. Der Vergleich zwischen 10 und der gewünschten Topologie aus 8 zeigt jedoch, dass die Systeme identisch sind, wenn: Wp(z)·R(z)·X(z) = R(z)·W(z)·X(z) (8)
Somit kann die Übertragungsmatrix von W(z) aus der Polyphasendarstellung des Basisbandfilters W(z) bestimmt werden: Wp(z)·R(z) = R(z)·W(z) (9)
Die Multiplikation beider Seiten mit R^–1(z) ergibt: W(z) = R–1(z)·Wp(z)·R(z) (10)
Obwohl diese Gleichung einen exakten Ausdruck für den Subbandfilter W(z) liefert, hängt sie vom inversen Wert R^–1(z) der Polyphasenübertragungsmatrix R(z) ab. Bei in der Praxis realisierten Systemen hat die inverse Matrix R^–1(z) möglicherweise Probleme mit Kausalität und Stabilität. Ein geeigneter Weg zur Ableitung eines äquivalenten (angenäherten) Ausdrucks besteht in Folgendem. Angenommen, die Filterbankstrukturen A(z) und R(z) aus 1 sind perfekt aufeinander abgestimmt. In diesem Fall entspricht, abgesehen von einer Verzögerung, die Kaskadierung des Analysefilters A(z) und des Rekonstruktionsfilters R(z) dem Identitätsoperator, d. h.: A(z)·R(z) = z–kI (11)wobei I die Identitätsmatrix repräsentiert und k die Verzögerung des Gesamtsystems ist.
Dies kann wie folgt umgeschrieben werden: R–1(z) = zkA(z) (12)
Unter Vernachlässigung der Verzögerungskomponente kann Gleichung (10) somit wie folgt umgeschrieben werden: W(z) = A(z)·Wp(z)·R(z) (13)
Die Übertragungsmatrizen des Analysefilters A(z) und des Rekonstruktionsfilters R(z) sind bekannt und W_p(z) kann aus dem Basisbandfilter W(z) abgeleitet werden. Somit kann der entsprechende Subbandfilter W(z) bestimmt werden.
Die beschriebene(n) Ausführungsform(en) schafft bzw. schaffen eine Reihe von Vorteilen, einschließlich der folgenden:

• Die Komplexität des Wasserzeicheneinbetters wird reduziert. Verglichen mit dem Ansatz aus 3 sind die Rekonstruktionsfilterbank R(z) und Analysefilterbank A(z) für die Wasserzeicheneinbettung nicht erforderlich. Dadurch wird die Komplexität der Rechenoperationen reduziert.
• Die betriebsbedingte Verzögerung des Wasserzeicheneinbetters ist kleiner als die Verzögerung des Systems aus 3. Dies kann ein bedeutender Vorteil zum Beispiel bei Audioströmen sein, die mit einem Videosignal gekoppelt sind; das Hinzufügen unnötiger Verzögerungen zum Audiostrom erfordert eine zusätzliche Verzögerung (und daher kostspieligen Speicher) des Videostroms. Außerdem kann dies ein Vorteil bei Echtzeit-Einbettungsanwendungen sein.
• Die zusätzliche Verzerrung wird reduziert. Die Filterbänke R(z) und A(z) rekonstruieren möglicherweise nicht perfekt. Die Verwendung zusätzlicher kaskadierter Filterbänke wie in 3 vorgeschlagen kann das Audiosignal möglicherweise mehr als nötig verzerren.

Bei der bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren des Weiteren die Schritte des Decodierens des Ausgangssignals, um ein Basisbandsignal zu erzeugen, und des Erkennens des Wasserzeichens als Reaktion auf eine Eigenschaft des Basisbandsignals.
Insbesondere kann das Subbandsignal Y(z) unter Verwendung eines Synthesefilters R(z) decodiert werden, wodurch das Basisbandsignal mit einem Wasserzeichen erzeugt wird. Dieses Wasserzeichen kann zum Beispiel durch Verwendung desselben Erkennungsprozesses erkannt werden, der bei einem Signal mit einem Wasserzeichen verwendet würde, das durch den in WO 02/091374 A1 beschriebenen Ansatz eingebettet wurde.
Bei der bevorzugten Ausführungsform kann das Gerät zum Einbetten eines Wasserzeichens ferner eingerichtet sein, um eine Datennutzlast zum Wasserzeichen hinzuzufügen, indem die Gruppe von Subbandsignalen im Verhältnis zum Subbandfilter verschoben wird.
Bei der bevorzugten Ausführungsform werden zyklische Verschiebungen aller Subbänder verwendet und jede Verschiebungsposition zwischen den Eingangssubbändern X(z) im Verhältnis zum Subbandfilter W(z) entspricht einem bestimmten Datenwert. Bei dieser Ausführungsform entspricht die Anzahl verfügbarer Datenwerte der Anzahl möglicher Verschiebungen, d. h. der Anzahl von Subbändern. Die Datenkapazität kann daher wie folgt bestimmt werden: C = log2(M) (14)
Die Anzahl möglicher Datenwerte kann erhöht werden, indem mehr komplexe Verschiebungen als zyklische Verschiebungen zugelassen werden. Die höchste Anzahl möglicher Datenwerte, bei denen jede Verschiebungsposition einem Datenwert ent spricht, kann erreicht werden, indem alle möglichen Kombinationen zwischen den Subbändern von X(z) und dem Subbandfilter W(z) zugelassen werden.
Der Ansatz wird unter Bezugnahme auf die zwei Subbandmodelle beschrieben, die in den 11 und 12 veranschaulicht sind.
11 veranschaulicht ein Subbandfilter W₀(z) 1101 zum Einbetten eines Wasserzeichens, das einen ersten Bitwert gemäß einer Ausführungsform der Erfindung trägt. Wie in 11 veranschaulicht, fügt das Subbandfilter die Wasserzeichenkomponente W_A(z) zum ersten Subbandsignal X₀(z) und die Wasserzeichenkomponente W_B(z) zum zweiten Subbandsignal X₁(z) hinzu.
12 veranschaulicht ein Subbandfilter W₁(z) 1201 zum Einbetten eines Wasserzeichens, das einen zweiten Bitwert gemäß einer Ausführungsform der Erfindung trägt. In diesem Fall fügt das Subbandfilter die Wasserzeichenkomponente W_B(z) zum ersten Subbandsignal X₀(z) und die Wasserzeichenkomponente W_A(z) zum zweiten Subbandsignal X₁(z) hinzu.
Der Wasserzeichendetektor kann feststellen, ob die Wasserzeichendecodierung gemäß 11 oder 12 erfolgte, und folglich den entsprechenden Wert der Nutzdaten ermitteln. (Der Ansatz entspricht dem Einbetten eines von zwei unterschiedlichen Wasserzeichens und der Wasserzeichendetektor kann eine unabhängige Erkennungsfunktionalität für das erste und zweite Wasserzeichen umfassen.)
Bedauerlicherweise erfordert der Ansatz aus 12 ein separates Subbandfilter W₁(z), um den zweiten Datenwert zu implementieren, und dies erhöht die Komplexität. Das Ansprechen des Subbandfilters W₁(z) kann jedoch durch das Subbandfilter W₀(z) erreicht werden, indem die Subbänder von X(z) im Verhältnis zu den Subbändern des Subbandfilters W₀(z) verschoben werden.
Werden die Subbänder des Eingangssignals X(z) zyklisch um eine Position verschoben, bevor sie dem Subbandfilter W₀(z) 1101 zugeführt werden, wie in 13 veranschaulicht, so wird W_A(z) dem zweiten Subbandsignal X₁(z) hinzugefügt und die Wasserzeichenkomponente W_B(z) wird dem ersten Subbandsignal X₀(z) hinzugefügt. Werden die Ausgangs-Subbandsignale des Subbandfilters W₀(z) wie in 13 veranschaulicht in umgekehrter Richtung zyklisch verschoben, so ist der Medieninhalt des Signals unverändert und kann in einem Standarddecodierer decodiert werden. Jedoch wurden die Wasserzeichenkomponenten W_A(z) und W_B(z) im Vergleich zu 11 den anderen Subbändern hinzugefügt und entsprechen daher der Funktionalität aus 12.
Dieser Ansatz liefert eine exakte Entsprechung, solange die zyklische Verschiebung der Subbandsignale gerade ist (d. h. Verschiebungswert s = 0, 2, 4, 6,). Es ist jedoch eine Eigenschaft typischer Filter für die Analyse der Subbandcodierung, dass ungerade Subbänder inverse Frequenzspektren aufweisen. Daher verursacht die Verschiebung der Subbänder um einen ungeraden Wert eine Fehlanpassung, da die Frequenzspektren bei den geraden Subbändern invertiert werden, bei den ungeraden Subbändern jedoch nicht, was im Gegensatz zu den Annahmen für die Subbandfilter steht. Dementsprechend müssen bei ungeraden Verschiebungswerten die Frequenzspektren der einzelnen Subbänder vor und nach der Filterung durch den Subbandfilter W₀(z) 1101 invertiert werden. Es ist dem Fachmann wohlbekannt, dass eine Frequenzinversion eines zeitdiskreten Signals durch Invertieren jeder zweiten Abtastung, d. h. durch Multiplizieren des Signals mit (–1)ⁿ im Zeitbereich, erreicht werden kann. Dies ist in 13 durch eine Multiplikation 1301 veranschaulicht, die vor und nach der Subbandfilterung auf jedes Subbandsignal angewendet wird.
Obwohl der Ansatz für zwei Subbänder veranschaulicht wurde, kann er leicht auf jede beliebige Anzahl von Subbändern angewendet werden.
Die Erfindung kann in jeder geeigneten Form einschließlich Hardware, Software, Firmware oder einer beliebigen Kombination davon implementiert werden. Vorzugsweise wird die Erfindung jedoch als Computersoftware implementiert, die auf einem oder mehreren Datenprozessoren und/oder digitalen Signalprozessoren ausgeführt wird. Die Elemente und Komponenten einer Ausführungsform der Erfindung können physisch, funktionell und logisch in jeder geeigneten Art implementiert werden. In der Praxis kann die Funktionalität in einer einzigen Einheit, in einer Vielzahl von Einheiten oder als Teil anderer Funktionseinheiten implementiert sein. Die Erfindung an sich kann in einer einzigen Einheit implementiert oder physisch und funktionell zwischen unterschiedlichen Einheiten und Prozessoren verteilt sein.
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit der bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurde, ist sie nicht auf die hier dargelegte spezielle Form beschränkt. Vielmehr ist der Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche beschränkt. In den Ansprüchen schließt der Begriff „umfassen" nicht das Vorhandensein anderer Elemente oder Schritte aus. Ferner kann eine Vielzahl von Mitteln, Elementen oder Verfahrensschritten, obwohl einzeln aufgeführt, z. B. durch eine einzelne Einheit oder einen einzelnen Prozessor implementiert sein. Außerdem können einzelne Merkmale zwar in unterschiedlichen Ansprüchen enthalten sein, jedoch vorteilhaft kombiniert werden, und die Einbeziehung in unterschiedliche Ansprüche bedeutet nicht, dass eine Kombination von Merkmalen nicht realisierbar und/oder vorteilhaft wäre. Außerdem schließt eine singuläre Bezugnahme eine Vielzahl nicht aus. Daher schließen die Verwendung von „ein(e)", „eines", „erste(r)", „erstes", zweite(r)", „zweites" usw. eine Vielzahl nicht aus.
FIGURENTEXTE
1

Audio Encoder – Audiocodierer
Audio Decoder – Audiodecodierer

3

bitstream – Bitstrom
De Mux – Demultiplexer
Embedder – Einbetter
Mux – Multiplexer
watermarked bitstream – Wasserzeichenmarkierter Bitstrom

5

bitstream – Bitstrom
De Mux – Demultiplexer
Mux – Multiplexer
watermarked bitstream – Wasserzeichenmarkierter Bitstrom

6

9

Identity Operator and Delay – Identitätsoperator und Verzögerung

Claims

Verfahren zum Einbetten eines Wasserzeichens in ein Eingangssignal eines Audiosignals, das die folgenden Schritte umfasst: Erhalten (403) einer Vielzahl von Subbandsignalen des Eingangssignals, Filtern (405) einer Gruppe von Subbandsignalen mit Hilfe eines Subbandfilters (507) mit einem mit dem Wasserzeichen verbundenen Ansprechen, um eine Gruppe von gefilterten Subbandsignalen zu erzeugen, und Erzeugen (407) eines Ausgangssignals durch Kombinieren der Gruppe gefilterter Subbandsignale.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Eingangssignal ein in einem Subband codiertes Audiosignal ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Ausgangssignal ein in einem Subband codiertes Audiosignal ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Eingangssignal ein entsprechendes Basisband-Eingangssignal hat, das Ausgangssignal ein entsprechendes Basisband-Ausgangssignal mit einem zugeordneten gewünschten Wasserzeichen hat, und das Ansprechen des Subbandfilters (507) darin besteht, dass das Wasserzeichen des Ausgangssignals dem gewünschten Wasserzeichen des Basisband-Ausgangssignals entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Ansprechen des Subbandfilters (507) einem Subband-Äquivalent eines Ansprechens des Basisbandfilters (203) entspricht, das durch Filtern des Basisband-Eingangssignals zu dem gewünschten Wasserzeichen führt.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt des Multiplizierens mindestens eines der gefilterten Subbandsignale mit einem Wasserzeichen-Energieskalierungsfaktor umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, das ferner den Schritt des dynamischen Anpassens des Wasserzeichen-Energieskalierungsfaktors umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Schritt des dynamischen Anpassens des Wasserzeichen-Energieskalierungsfaktors das dynamische Anpassen des Wasserzeichen-Energieskalierungsfaktors als Reaktion auf eine Eigenschaft des Eingangssignals umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das den Schritt des Summierens eines ungefilterten Subbandsignals und eines entsprechenden gefilterten Subbandsignals umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt des Hinzufügens einer Datennutzlast zu dem Wasserzeichen umfasst, indem die Gruppe von Subbandsignalen im Verhältnis zum Subbandfilter (507) verschoben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt des Durchführens einer umgekehrten Verschiebung der Gruppe gefilterter Subbandsignale im Verhältnis zum Subbandfilter umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem jede Verschiebungsposition einem Datenwert entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Erhaltens (403) das Demultiplexen, inverse Quantisieren und Skalieren des Eingangssignals umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Erzeugens (407) das Quantisieren und Multiplexen des Ausgangssignals umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Gruppe von Subbandsignalen alle Subbandsignale der Vielzahl von Subbandsignalen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Decodieren des Ausgangssignals, um ein Basisbandsignal zu erzeugen, und Erkennen des Wasserzeichens als Reaktion auf eine Eigenschaft des Basisbandsignals.
Computerprogramm, das Computerprogrammcodemittel umfasst, die, wenn sie ausgeführt werden, die Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ermöglichen.
Aufzeichnungsträger, der ein Computerprogramm nach Anspruch 17 umfasst.
Gerät zum Einbetten eines Wasserzeichens in ein Eingangssignal eines Audiosignals, das Folgendes umfasst: Mittel (503, 505) zum Erhalten einer Vielzahl von Subbandsignalen des Eingangssignals, ein Subbandfilter (507) zum Filtern einer Gruppe von Subbandsignalen, um eine Gruppe gefilterter Subbandsignale zu erzeugen, wobei das Subbandfilter (507) ein mit dem Wasserzeichen verbundenes Ansprechen aufweist, und Mittel (509, 511) zum Erzeugen eines Ausgangssignals durch Kombinieren der Gruppe gefilterter Subbandsignale.