CN1186941C - 水印图像的定标独立技术 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种鲁棒性强的技术来在尽管使用了图像定标的情况下防止视频信息的非法复制。水印以不同缩放比例(即，大小)被嵌入到视频信号中。该水印在每个缩放比例被保持足以使得在数字格式录像机中的检测器电路检测、提取和处理水印中包含的信息的预定的时间。在预定持续时间的结尾，水印在最好是在伪随机的基础上被改变到不同的缩放比例以保证在预定缩放比例范围中的所有缩放比例中的每个被获得预定的次数。以这种方式，具有恢复水印到其原始位置和大小的反向作用的特殊缩放比例被识别并被用来使得水印被检测到。

Description

水印图像的定标独立技术
                            技术领域
本发明一般地涉及复制保护，特别涉及一种通过图像定标(image scaling)防止回避水印复制保护的方法。
                            背景技术
紧密盘(Compact Discs，CD)的衍生品-即数字多用盘(Digital VersatileDiscs，DVD)作为用于存储数字视频和音频数据的媒体格式正在变得更为普遍。由于包括极大地改进的视频和音频质量以及改进的可靠性在内的原因，DVD格式正在逐渐取代家用录像系统(Video Home System，VHS)磁带格式而作为用于存储诸如电影等的家庭录像内容的优选格式。使得DVD吸引消费者的技术优势也引起对于诸如电影制片厂的DVD的版权内容所有者的极大关心。这是因为不象明显次于原本的模拟复制那样，数字复制可以在视频和音频质量上与原本充分地相似，因此使得对于一般消费者而言，未经授权的DVD内容的复制太诱人。一旦使得目前专业人员可以获得的DVD刻录机、数字VHS(Digital-VHS，DVHS)录像机、数字盒式录像机(Digital Video CassetteRecorders，DVCR)和其他数字格式的录像机可以在不久的将来由一般消费者以可承受的价格获得，则这样的诱惑就可以轻易地实现。
对于未经授权的复制(模拟或数字的)问题的一种建议的解决方案包含在生产过程中在原始视频内嵌入隐藏的验证信息(如独特的序列号，交易标识符等)或隐藏的复制保护信息(如版权通告等)。所隐藏的验证和复制保护信息可以一同称作水印，它们对于裸眼是看不见的，但是可以使用特殊的电路和/或算法被检测出来。典型的这种水印处理是在例如WO/0051348、WO9918723和WO9960791中所公开的内容。这些水印以自然发生的变化形式被嵌在图像各处，并且可以足够地强固到可经历多次的复制、改进和压缩而不变。在其最简单因此也是最容易检测和泄露的实现方式中，水印被附在原始视频中作为首部或尾部。在更复杂的实现方式中，水印被分布在整个原始视频中，使得更难识别和消除水印。为了防止非法的DVD的数字复制，符合这个复制保护方法的所有的DVD刻录机、DVHS录像机、DVCR和其他数字格式录像机包括一个检测器，它能够检测嵌入从播放DVD的DVD播放机或其他视频来源发送的数字或模拟视频的水印。无论何时这样的水印在数字数据流中被检测到，这样的DVD刻录机、DVHS录像机、DVCR和其他数字格式录像机被设计成关闭其本身，因此制止了非法复制的企图。
然而，一种图像定标(即调整大小)特征不久就可以被获得作为在DVD播放机中的标准特征以允许DVD视频图像的物理定标。当DVD视频图像被相对于标准缩放比例按比例放大和缩小时，通过DVD刻录机、DVHS录像机、DVCR和其他数字格式录像机可能不能检测到水印。原因在于水印主要是利用与水平和垂直同步脉冲相关的预定的X-Y坐标来检测。由于水印的位置和大小直接相对于图像定标而改变，预定的X-Y坐标可能在定位水印时不再准确。现在参见图1A-1C，作为示例来图解由于图像定标导致的示范性水印的位置和大小的变化。图1A作为示例图解了当视频图像101和水印102在标准缩放比例时示范性水印102相对于视频图像101和监视屏幕100的位置(X，Y)和大小(H，W)。图1B作为示例图解了当视频图像101和水印102在任意放大的缩放比例以便视频图像101填充整个监视屏幕100时水印102相对于视频图像101和监视屏幕100的位置和大小。如图1B所示，除被放大到大小(H1，W1)之外，水印102的位置(X1，Y1)已经相对于其在图1A中所示的以前的位置有了位移。图1C作为示例图解了当视频图像101和水印102在缩小的缩放比例时水印102相对于视频图像101和监视屏幕100的位置和大小。如图1C所示，除被缩小到大小(H2，W2)之外，水印102的位置(X2，Y2)已经相对于其在图1A和1B中所示的以前的位置有了位移。
如上面图1A-1C所演示的，由于图像定标导致的水印位置的变化可能引起水印检测不到。如果水印未被DVD刻录机、DVHS录像机和DVCR检测到，那么它们将不自动关闭以防止非法的复制，因此使前述的方法变得失效。
因此，需要一种鲁棒性(robust)强的技术来防止在复制过程中利用图像定标对DVD和其他视频源的非法数字复制，而不要求添加的复杂和花费大的在DVD刻录机、DVHS录像机和DVCR中的硬件。
                            发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种技术来防止在复制过程中利用图像定标对DVD和其他视频源的非法数字复制，而不要求添加的复杂和花费大的在DVD刻录机、DVHS录像机和DVCR中的硬件。
本发明以一种鲁棒性强的方法来满足上述要求，这种方法能在尽管使用了图像定标的情况下，防止诸如DVD和数字广播视频信号等的视频信息的非法复制。按照本发明，确定盗版者在图像定标中有可能使用的缩放比例的范围。这样的缩放比例范围例如可以是基于诸如边缘图像细节损失的图像质量。利用此缩放比例范围，具有不同缩放比例的水印被按照一定模式嵌入视频信息流。特别是，具有从缩放比例范围中选出的标准缩放比例的水印被首先嵌入到第一时段的视频信息流中。在第一时段期间或在第一时段的结尾，具有从缩放比例范围中选出的另一缩放比例的水印被嵌入到第二时段的视频流中。所利用的缩放比例的计数被监视。利用不同的缩放比例来嵌入水印。这种模式被不断重复直到计数达到N个缩放比例。本发明的目的在于具有“相反”缩放比例的水印可以被识别并用于对图像定标的效果计数和将水印恢复到其原始尺寸和位置，因此使得它可以被典型的水印检测器检测到。这样的检测触发录像机在非法复制时关闭。
在一个实施例中，对于每20秒的间隔，具有标准缩放比例的水印被嵌入5秒，后面跟随着针对后面3个5秒间隔的3个不同缩放比例的水印。在这样做时，具有标准缩放比例的水印在视频信息的持续时间的1/4中被嵌入，具有其他选择的缩放比例的水印在视频信息的剩余持续时间被嵌入。这保证了无论使用何图像缩放比例，任何非法复制将在整个视频信息持续时间中被干扰预定的次数。作为一个替代实施例，每个选择的缩放比例被用于对嵌入的水印定标预定次数，因此保证数字录像机被关闭那么多次。
本发明的一个方面是提供一种防止非法复制视频信息的方法，该视频信息被与标准缩放比例一致的标准大小和位置的水印进行了复制保护，其中使图像经过图像定标的改变以回避水印，所述方法包括：a)选择与用来试图绕过水印的图像缩放比例相对应的缩放比例范围；b)将具有从缩放比例范围中选出的第一缩放比例的水印嵌入到第一时段的视频信息中；c)在第一时段期间或在第一时段的结尾，将具有从缩放比例范围中选出的另一缩放比例的水印嵌入到第二时段的视频信息中；d)利用来自缩放比例范围的一个不同的缩放比例重复步骤(c)直到N个缩放比例被嵌入；和e)检测具有与用来试图绕过水印的图像缩放比例相对应的缩放比例的水印。
本发明的另一个方面是提供一种产生运载视频信息的信号的方法，所述视频信号被标准缩放比例的水印进行了复制保护，其中使视频信息经过设计成用以回避水印的一定范围的图像定标，该视频信息信号包含于传播媒介，具有按照一种模式以不同缩放比例嵌入到视频信息中的水印以便具有从缩放比例范围选择的第一缩放比例的水印被嵌入到第一时段的视频信息中，其中在第一时段期间或在第一时段的结尾，具有从缩放比例范围中选出的另一缩放比例的水印被嵌入到第二时段的视频信息中，其中具有不同缩放比例的水印在相应的时段中被类似地嵌入到视频信息中，直到N个缩放比例被嵌入，并且，其中具有与用来回避水印的图像缩放比例相对应的缩放比例的水印可以被检测到。
本发明的所有特征和优点将通过下面对其优选实施例的结合附图的详细说明而变得更清楚。
                          附图说明
图1A作为示例图解了当视频图像101和水印102在标准缩放比例时示范性水印102相对于视频图像101和监视屏幕100的位置(X，Y)和大小(H，W)。
图1B作为示例图解了当视频图像101和水印102在任意放大的缩放比例以便视频图像101填充整个监视屏幕100时水印102相对于视频图像101和监视屏幕100的位置和大小。
图1C作为示例图解了当视频图像101和水印102在缩小的缩放比例时水印102相对于视频图像101和监视屏幕100的位置和大小。
图2A作为示例图解了当视频图像201和水印202在标准缩放比例时示范性水印202相对于视频图像201和监视屏幕200的位置(X，Y)和大小(H，W)。
图2B作为示例图解了按照本发明当视频图像201在任意放大的缩放比例以便视频图像201填充整个监视屏幕200，并且水印202在提供了将水印恢复到其原始位置和大小的反向效果的缩小的缩放比例时，水印202相对于视频图像201和监视屏幕200的位置和大小。
图2C作为示例图解了按照本发明当视频图像201在任意缩小的缩放比例，并且水印202在提供了将水印恢复到其原始位置和大小的反向效果的放大的缩放比例时，水印202相对于视频图像201和监视屏幕200的位置和大小。
图3提供了按照本发明的优选水印分布模式的图解。
                          具体实施方式
在下面本发明的详细说明中，给出了多个具体细节以便彻底了解本发明。然而，对本领域内的技术人员来说，显然本发明可以没有这些具体细节而实施。在其他情况下，公知的方法、步骤、部件和电路没有仔细说明以便不要不必要地混淆本发明的方面。虽然下面的说明在防止DVD的非法复制方面进行了说明，对于本领域的一般技术人员来说应当很清楚本发明可以用于防止对从任何视频源(如无线广播或有线视频信号、录像机等)到任何数字模式录像机的任何类型的视频信息(模拟或数字)的非法复制。
按照本发明，水印由水印嵌入器在生产过程中以不同的缩放比例(即大小)嵌入到DVD的内容中。水印在足够使得在DVD刻录机、DVHS录像机、DVCR和其他数字格式录像机中的检测器电路检测、提取和处理包含在水印中的信息的持续时间中在每个缩放比例下被保持。在第一持续时间期间或在第一持续时间的结尾，水印被改变到不同的缩放比例(优选的是在伪随机的基础上)以保证在缩放比例范围中的所有缩放比例的每个被获得。在所述优选实施例中，水印在DVD的播放长度的约1/4的整个持续时间中被定标在标准缩放比例上(即缺省缩放比例)，在剩余的DVD播放长度中被定标在非标准缩放比例上。通过保证水印被定标到预定范围中的实际所有值，具有恢复水印到其原始位置(相对于诸如水平和垂直同步信号的绝对参考)和大小的反向作用的特殊缩放比例被识别并被用来使得水印被DVD刻录机、DVHS录像机、DVCR和其他数字格式录像机中的检测器检测。这样的检测由数字格式录像机用来将其本身关闭，因此防止了非法复制。
现在参见图2A-2C，作为示例图解了按照本发明的水印定标相对于图像定标的反向作用。图2A作为示例图解了当视频图像201和水印202在标准缩放比例时示范性水印202相对于视频图像201和监视屏幕200的位置(X，Y)和大小(H，W)。标准缩放比例值是由DVD刻录机、DVHS录像机、DVCR或其他数字格式录像机的OEM(原始设备制造商)预定的缺省值。图2B作为示例图解了按照本发明当视频图像201在任意放大的缩放比例以便视频图像201填充整个监视屏幕200和水印202在提供了将水印恢复到其原始位置和大小的反向效果的缩小的缩放比例时水印202相对于视频图像201和监视屏幕200的位置和大小。如图2B所示，虽然有视频图像201的放大的大小，但是水印202已经被恢复到图2A所示的其原始位置(X，Y)和大小(H，W)。图2C作为示例图解了按照本发明当视频图像201在任意缩小的缩放比例和水印202在提供了将水印恢复到其原始位置和大小的反向效果的放大的缩放比例时水印202相对于视频图像201和监视屏幕200的位置和大小。如图2C所示，虽然有视频图像201的缩小的大小，但是水印202已经被恢复到图2A所示的其原始位置(X，Y)和大小(H，W)。
如图2A-2C所演示的，为了将水印恢复到其原始位置和大小，水印定标“相反地”与图像定标相关。例如，如果图像被放大了+10％，则如果水印的位置和大小要恢复到它们的原始值，水印就需要缩小-10％。类似地，如果图像被缩小-10％，则如果水印的位置和大小要恢复到它们的原始值，水印就需要放大+10％。因此，在本发明中期望保证水印在定标范围中的实际所有可能值被定标预定次数以便特殊“相反”定标值可以被水印识别并用来抵消DVD内容盗版者通过图像定标绕过水印的效果。
在优选实施例中，实现了相对于标准缩放比例的±20％的定标范围。经验数据指出相对于标准缩放比例的大于+20％的放大可能引起在图像边缘附近丢失重要细节，因此不大可能用于非法复制。类似地，相对于标准缩放比例的大于-20％的缩小可能引起不期望的环绕图像的大黑边，并使得一个图像对观看来说太小，因此不大可能用于非法复制。然而，应当明白可以使用其他定标范围，这仍然在本发明的范围内。因为典型的水印检测器具有±0.25％的分辨率，在优选实施例中实现了±0.4％的定标步骤以提供防止交叠的极限。应当明白，也可以使用其他定标步骤并且在本发明中也可以实现可变的定标步骤。对于±20％的定标范围和±0.4％的定标步骤，在优选实施例中存在总共100个非标准缩放比例。根据它们，很可能非标准缩放比例之一将是在图像定标中使用的缩放比例的“相反”。如上所述，当水印被这样的“相反”缩放比例因素定标时，水印的位置和大小被恢复到其原始值，因此使得水印检测器能够检测水印。
而且，典型的水印检测器要求5秒来在嵌入的水印中检测、提取和处理信息。同样，在所述优选实施例中，每个定标步骤需要最少5秒的持续时间。应当明白，此最小持续时间在引入改进的水印检测器时会变化。在所述优选实施例中，也期望水印对于DVD全部播放长度的1/4有标准缩放比例。这是设计用于提供足够数量的中断(即录像机关闭)以在在DVD刻录机、DVHS录像机、DVCR和其他数字格式录像机中没有图像定标特征的情况下阻止非法复制。剩余的DVD全部播放长度的3/4针对其他(100)非标准缩放比例。对于本领域的一般技术人员来说，应当清楚也可以使用其他比率。作为一个例子，对于一个2小时长的电影，在整个影片中，标准缩放比例的水印出现360次(1800秒/5秒＝360)，非标准缩放比例的水印出现1080次(5400秒/5秒＝1080)。由于存在100个非标准的缩放比例，水印在整个影片中在每个非标准的缩放比例出现至少10次。这意味着在一次非法复制的尝试中至少存在10次中断，每一次要求盗版者起来、倒转盘、将图像定标调整到新的缩放比例值、然后按下录制。这样的较大不便可能阻止了绝大多数家庭非法复制的企图。
在所述优选实施例中，为了在整个影片中平均分布标准缩放比例的水印，对于每20秒间隔，标准缩放比例的水印被嵌入到DVD的视频/音频数据中达5秒，其后跟随着3个5秒或其他长度时段的任意非标准缩放比例的水印。这种模式随后在下一个20秒间隔中重复，但是对于非标准缩放比例的水印选择不同的缩放比例。对于每个电影，非标准缩放比例的水印被随机地选取以便使得难于确定在何电影的何处发生特殊的水印缩放比例。此模式基于嵌入的标准缩放比例水印的整个持续时间与非标准缩放比例水印的比率。图3提供了此水印分布模式的图解。在图3中，图解了沿着时间线的一序列视频数据帧(表示DVD内容信息或其他视频源)，其中显示水印被嵌入到每个数据帧中。为了方便，假定每个数据帧有5秒的持续时间。如图3所示，帧之间的水印300的大小不同。第一数据帧有标准缩放比例的水印，后续帧有随机的不同缩放比例的水印。这一模式在整个视频信息(如DVD的内容长度或其他视频源)的持续时间中被重复。
应当明白，其他模式也在本发明的范围中。因为标准缩放比例和非标准缩放比例的水印在生产过程中由专业的水印嵌入器嵌入到DVD或其他任何视频源中，在录像机中不要求其他的硬件，这极大地减小了录像机的成本，因此使得更吸引录像机原始设备制造商来参加到所建议的版权保护方案中。本领域的一般技术人员应当清楚本过程中使用的水印嵌入器是公知的，可以容易地从商业上获得。同样，为了简单，这里不进一步讨论它们。因为专业的水印嵌入器花费几千美元，因此本发明对这些机器引起的任何花费是无关紧要的。
本发明的优选实施例，一种防止在尽管使用图像定标的情况下对诸如DVD或其他视频源的视频信息的非法复制的技术，在这里得到了说明。虽然已经以特殊的实施例说明了本发明，本发明不应当被解释为局限于这些实施例，而应当按照下面的权利要求来解释。

Claims (15)

1.一种防止非法复制视频信息的方法，该视频信息被与标准缩放比例一致的标准大小和位置的水印进行了复制保护，其中使图像经过图像定标的改变以回避水印，所述方法包括：
a)选择与用来试图绕过水印的图像缩放比例相对应的缩放比例范围；
b)将具有从缩放比例范围中选出的第一缩放比例的水印嵌入到第一时段的视频信息中；
c)在第一时段期间或在第一时段的结尾，将具有从缩放比例范围中选出的另一缩放比例的水印嵌入到第二时段的视频信息中；
d)利用来自缩放比例范围的一个不同的缩放比例重复步骤(c)直到N个缩放比例被嵌入；和
e)检测具有与用来试图绕过水印的图像缩放比例相对应的缩放比例的水印。
2.如权利要求1的方法，还包括步骤：对部分或整个视频信息的全部重复步骤(b)-(e)。
3.如权利要求2的方法，其中，具有第一缩放比例的水印在视频信息的持续时间的1/4中被嵌入，具有其他缩放比例的水印在视频信息的剩余持续时间被嵌入。
4.如权利要求1的方法，还包括步骤：重复步骤(d)，直到每个缩放比例被用于对被嵌入的水印定标预定次数。
5.如权利要求1的方法，其中，每个缩放比例在步骤(c)中被随机地选择。
6.如权利要求2的方法，其中，缩放比例范围为相对于标准缩放比例的±20％。
7.如权利要求1的方法，其中，N个缩放比例由可能使用的图像缩放比例范围和水印检测器的水印检测分辨率来决定。
8.如权利要求2的方法，其中，第一和后续时段取决于水印检测器检测、提取和处理水印所需要的时间。
9.如权利要求1的方法，其中所述视频信息来源于从数字多用盘产生的信号。
10.如权利要求1的方法，其中所述视频信息来源于从广播、通过有线或因特网提供的视频源产生的信号。
11.如权利要求1的方法，其中，第一时段与第二及后续时段基本相同。
12.如权利要求1的方法，其中，第一时段与第二及后续时段不同。
13.如权利要求1至12中的任意一个权利要求所述的方法，其中，产生用于运载视频信息的信号。
14.如权利要求13的方法，其中，将所述产生的信号存储在记录载体上。
15.如权利要求14的方法，其中，所述记录载体是数字通用盘。
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