Устройство формирования водяных знаков, устройство декодирования водяных знаков, способ обеспечения сигнала с водяным знаком на основе данных, содержащих дискретные значения, и способ обеспечения данных, содержащих дискретные значения, в зависимости от сигнала с водяным знаком

Устройство формирования водяных знаков, устройство декодирования водяных знаков, способ обеспечения сигнала с водяным знаком на основе данных, содержащих дискретные значения, и способ обеспечения данных, содержащих дискретные значения, в зависимости от сигнала с водяным знаком

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Варианты осуществления в соответствии с настоящим изобретением относятся к устройству формирования водяных знаков для обеспечения сигнала с водяным знаком на основе данных, содержащих дискретные значения. Дополнительные варианты осуществления в соответствии с настоящим изобретением относятся к устройству декодирования водяных знаков для обеспечения данных, содержащих дискретные значения, в зависимости от сигнала с водяным знаком. Дополнительные варианты осуществления в соответствии с настоящим изобретением относятся к способу обеспечения сигнала с водяным знаком на основе данных, содержащих дискретные значения. Дополнительные варианты осуществления в соответствии с настоящим изобретением относятся к способу обеспечения данных, содержащих дискретные данные, в зависимости от сигнала с водяным знаком. Дополнительные варианты осуществления относятся к соответствующим компьютерным программам.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Ниже будут коротко рассмотрены различные системы простановки водяных знаков.

Система простановки водяных знаков может рассматриваться как система связи. Пусть, поразрядная информация, которая будет передаваться, представлена сигналом "wm" водяного знака, который является эталонным сигналом. Сигнал wm «внедряется» в главный сигнал "a" путем сложения двух сигналов (сигнала wm водяного знака и главного сигнала a), получая сигнал "awm" с водяным знаком. По отношению к водяному знаку, главный сигнал может рассматриваться как аддитивное искажение. Это означает, что awm отклоняется от своего идеального значения wm, нарушая технологический процесс декодирования (если исходный главный сигнал не известен на устройстве декодирования). Сигнал awm дополнительно подвержен влиянию канала передачи, поскольку канал вносит искажения. Примерами каналов передачи являются сжатие сигнала awm с использованием алгоритма кодирования/ декодирования звука, такого, как AAC, а также воспроизведение сигнала awm с помощью громкоговорителя, его распространение в воздухе, и его захват с помощью микрофона.

Характерной особенностью систем водяных знаков является то, что одна часть искажения, а именно главный сигнал, известна на передающем устройстве. Если эта информация применяется при внедрении, способ называется информированным внедрением или простановкой водяных знаков с побочной информацией (см. также Ingemar J. Cox, Ed., "Digital watermarking and steganography", в серии The Morgan Kaufmann series in multimedia information and systems. Издательство Morgan Kaufmann, Берлингтон, 2-е издание, 2008). В принципе взвешивание водяного знака wm в соответствии с уровнями мощности, задаваемыми моделью восприятия, уже представляет собой случай информированного внедрения. Однако эта информация используется просто для масштабирования водяного знака, чтобы сделать его незаметным, при этом главный сигнал по-прежнему рассматривается как неизвестный источник шума в отношении формирования водяного знака до взвешивания. В некоторых случаях можно создавать сигнал водяного знака таким образом, чтобы компенсировать искажение, наведенное главным сигналом, так что только наведенное каналом искажение нарушает декодирование. Такие способы называются способами с отбрасыванием помех главного сигнала (см. также Chen and Wornell, "Quantization index modulation: A class of provably good methods for digital watermarking and information embedding", IEEE TRANSACTION ON INFORMATION THEORY, Май 2001, Том 47).

В заявке на Европейский патент без предварительной публикации 10154964.0-1224 было представлено дифференциальное кодирование в сочетании с сигнализацией BPSK (двоичная фазовая манипуляция), чтобы получить систему, которая является устойчивой по отношению к движению устройства декодирования (например, если сигнал захватывается микрофоном), возможному частотному рассогласованию между гетеродинами на сторонах передачи (Tx) и приема (Rx) и возможным чередованиям фаз, вносимым частотно-избирательным каналом, таким, как распространение в реверберирующей среде.

Устойчивость является следствием того факта, что информация кодируется разностью фаз между двумя соседними символами, так что система фактически не подвержена влиянию медленно сдвигающегося чередования фаз созвездия модуляции.

Хотя способ, описанный в заявке на Европейский патент 10154964.0-1224 использует информацию о главном сигнале a, масштабируя сигнал wm водяного знака, чтобы сделать его незаметным, главный сигнал a по-прежнему является дополнительным источником неизвестного шума с точки зрения системы связи. Другими словами, сигнал wm водяного знака (до масштабирования в целях восприятия) формируется вне зависимости от каких-либо сведений о главном сигнале a.

Некоторые системы простановки водяных знаков используют способы информированного внедрения какого-то вида, но лишь немногие принадлежат к группе способов с отбрасыванием помех главного сигнала. Их примерами служат модуляция младших битов (LBM) (Mitchell D. Swanson; Bin Zhu; Ahmed H. Tewfik, "Data hiding for video-in-video", международная Конференция по Обработке изображения IEEE, 1997, том 2, стр. 676-679; Brian Chen and Gregory W. Wornell, "Quantization index modulation methods for digital watermarking and information embedding of multimedia", Journal of VLSI Signal Processing, том 27, стр. 7-33, 2001) и модуляция индексов квантования (QIM), которая представлена в документах (Chen and Wornell, "Quantization index modulation: A class of provably good methods for digital watermarking and information embedding", IEEE TRANSACTION ON INFORMATION THEORY, Май 2001, Том 47, и Brian Chen and Gregory Wornell, "System, method, and product for information embedding using an ensemble of non-intersecting embedding generators", 1999, WO99/60514A).

В QIM, в первую очередь необходимо выбрать один или несколько параметров представления сигнала, например, комплексные коэффициенты частотно-временного представления. Затем выбранные параметры квантуются в соответствии с информацией, которая будет внедрена. Фактически каждый несущий информацию символ связывается с некоторым квантующим устройством; как вариант, целое сообщение связывается с последовательностью квантующих устройств. В зависимости от информации, которая будет передаваться, сигнал квантуется квантующим устройством или последовательностью квантующих устройств, связанных с этой информацией. Например, если квантуемым параметром было положительное вещественное число, квантующее устройство, которое используется для внедрения 0, могло бы задаваться шагами квантования 0, 2, 4, 6,…, тогда как квантующее устройство для 1 может быть 1, 3, 5,…. Если бы текущее значение главного сигнала было 4,6, устройство внедрения изменило бы значение на 4 в случае бита 0 и на 5 в случае 1. На принимающем устройстве, вычисляется расстояние между представлением принятого сигнала и всеми вероятными квантованными представлениями. Решение принимается по минимальному расстоянию. Другими словами, принимающее устройство пытается идентифицировать, какое из доступных квантующих устройств использовалось. Таким образом, может быть достигнуто отбрасывание помех главного сигнала.

Конечно, квантование некоторых параметров сигнала может привнести ощутимое искажение в главный сигнал. Чтобы это предотвратить, ошибка квантования может частично добавляться обратно в сигнал, что называют QIM с компенсацией искажения (DC-QIM) (см. также Antonius Kalker, "Quantization index modulation (QIM) digital watermarking of multimedia signals", 2001, WO03/053064). Это является дополнительным источником искажения на принимающем устройстве. Хоть и было показано, что DC-QIM оптимальна для канала AWGN (аддитивный белый гауссов шум), а регулярная QIM почти оптимальна (см. также Chen and Wornell, "Quantization index modulation: A class of provably good methods for digital watermarking and information embedding", IEEE TRANSACTION ON INFORMATION THEORY, Май 2001, том 47), эти способы имеют определенные недостатки. Они допускают высокие скорости передачи битов, но чрезвычайно чувствительны к воздействиям масштабирования по амплитуде (см. также Fabricio Ourique; Vinicius Licks; Ramiro Jordan; Fernando Perez-Gonzalez, "Angle qim: A novel watermark embedding scheme robust against amplitude scaling distortions", IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP), Март 2005).

Другой способ (полученный на основе QIM) называется «угловая QIM» (AQIM), и он был предложен в статье Fabricio Ourique; Vinicius Licks; Ramiro Jordan; Fernando Perez-Gonzalez, "Angle qim: A novel watermark embedding scheme robust against amplitude scaling distortions", IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP), Март 2005. В нем информация внедряется при помощи квантованных угловых координат. Таким образом, может быть достигнута устойчивость к масштабированию по амплитуде. Этот способ не обеспечивает дифференциальную модуляцию, а поэтому не устойчив к сдвигу фазы.

Существуют другие системы простановки водяных знаков, в которых информация внедряется в фазу аудиосигнала. Способы, представленные в статье W. Bender, D. Gruhl, N. Morimoto, and Aiguo Lu, "Techniques for data hiding", IBM Syst. J., том 35, номер 3-4, стр. 313-336, 1996 и S. Kuo, J.D. Johnston,W. Turin, and S.R. Quackenbush, "Covert audio watermarking using perceptually tuned signal independent multiband phase modulation", IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing, (ICASSP), 2002, том 2, стр. 1753-1756, не являются слепыми способами и, следовательно, ограничены лишь небольшим количеством приложений. В статье Michael Arnold, Peter G. Baum, and Walter Voesing, "A phase modulation audio watermarking technique", стр. 102-116, 2009 предлагается метод простановки водяного знака в аудиоданных с помощью слепой фазовой модуляции, что именуется адаптивной модуляцией по расширенной фазе (ASPM). Дополнительно, эти способы фазовой модуляции не обладают свойством отбрасывания помех главного сигнала и не учитывают дифференциальное кодирование.

Существует много других способов простановки водяных знаков, в том числе способы с расширенным спектром или с сокрытием в эхо-сигнале. Но, как уже было изложено в заявке на Европейский патент 10154964.0-1224, эти способы могут быть неприменимы к некоторым представляющим интерес задачам, например, к передаче водяного знака по акустическому тракту в реверберирующей среде.

Задачей настоящего изобретения является создание концепции простановки водяных знаков, которая предусматривает повышенную устойчивость сигнала водяного знака, который внедряется в главный сигнал и передается в главном сигнале по каналу связи.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Эта задача успешно выполняется устройством формирования водяного знака в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения, устройством декодирования водяного знака в соответствии с пунктом 11 формулы изобретения, способом обеспечения сигнала водяного знака на основе данных, содержащих дискретные значения, в соответствии с пунктом 14 формулы изобретения, способом обеспечения данных, содержащих дискретные значения, в зависимости от сигнала с водяным знаком в соответствии с пунктом 15 формулы изобретения и компьютерной программой в соответствии с пунктом 16 формулы изобретения.

Один из вариантов осуществления в соответствии с настоящим изобретением создает устройство формирования водяного знака для обеспечения сигнала водяного знака в виде последовательности последующих коэффициентов водяного знака на основе данных, содержащих дискретные значения. В некоторых случаях устройство формирования водяного знака содержит устройство обработки информации, выполненное с возможностью обеспечения, в зависимости от единиц информации данных, содержащих дискретные значения, потока последовательных потоковых значений, таких, что поток представляет данные, содержащие дискретные значения. Устройство формирования водяного знака дополнительно содержит устройство дифференциального кодирования, выполненное с возможностью обеспечения сигнала водяного знака. Устройство дифференциального кодирования выполняется с дополнительной возможностью применения чередования фаз к текущему потоковому значению из потоковых значений, представляющих данные, содержащие дискретные значения, или к текущему символу водяного знака, причем текущий символ водяного знака соответствует текущему потоковому значению из потоковых значений, представляющих данные, содержащие дискретные значения, чтобы получить текущий коэффициент водяного знака сигнала водяного знака. Устройство дифференциального кодирования выполняется с дополнительной возможностью извлечения фазы предыдущего спектрального коэффициента сигнала с водяным знаком, который является объединением главного сигнала и сигнала водяного знака. Устройство дифференциального кодирования выполняется с дополнительной возможностью обеспечения такого сигнала водяного знака, что фазовый угол чередования фаз, применяемый к текущему потоковому значению или к текущему символу водяного знака, зависит от фазы предыдущего спектрального коэффициента сигнала с водяным знаком.

Идея настоящего изобретения заключается в том, что сигнал водяного знака более устойчив, особенно по отношению к деградации, например, вследствие доплеровского эффекта, если дифференциальное кодирование коэффициентов водяного знака выполняется таким образом, что фаза текущего коэффициента водяного знака основывается на фазе предыдущего спектрального коэффициента сигнала с водяным знаком, который должен быть внедрен в главный сигнал. Варианты осуществления настоящего изобретения объединяют отбрасывание помех главного сигнала с дифференциальным кодированием. Эта концепция извлечения фазы текущего коэффициента водяного знака на основании фазы предыдущего спектрального коэффициента сигнала с водяным знаком снижает искажение, наведенное главным сигналом, и, таким образом, улучшает технологический процесс декодирования, например, в устройстве декодирования, выполненном с возможностью выделения сигнала водяного знака из сигнала с водяным знаком.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения устройство обработки информации может быть выполнено с возможностью обеспечения потока, представляющего данные, содержащие дискретные значения, в частотно-временной области, так, что каждое потоковое значение потока соотносится с частотным подканалом со средней частотой, и с временным интервалом. Устройство дифференциального кодирования может быть выполнено с возможностью получения текущего коэффициента водяного знака в частотно-временной области, так, что частотный подканал, соотнесенный с текущим коэффициентом водяного знака, идентичен частотному подканалу, соотнесенному с текущим потоковым значением, и так, что временной интервал, соотнесенный с текущим коэффициентом водяного знака, идентичен временному интервалу, соотнесенному с текущим потоковым значением. Другими словами, текущее потоковое значение и текущий коэффициент водяного знака, который соответствует текущему потоковому значению, могут соотноситься с одними и теми же частотным подканалом и временным интервалом.

Устройство обработки информации может, например, выполнять разнесение по времени и разнесение по частоте единиц информации данных, содержащих дискретные значения, так что каждая единица информации данных, содержащих дискретные значения, представлена по меньшей мере двумя разными потоковыми значениями потока, представляющего данные, содержащие дискретные значения, при этом разные потоковые значения, представляющие одну и ту же единицу информации, различаются соотнесенными с ними частотными подканалами и/или временными интервалами.

Кроме того, устройство дифференциального кодирования может быть выполнено с возможностью извлечения спектральных коэффициентов сигнала с водяным знаком в частотно-временной области, так, что каждый спектральный коэффициент сигнала с водяным знаком соответствует частотному подканалу и временному интервалу. Устройство дифференциального кодирования может выполняться с дополнительной возможностью определения чередования фаз, так, что временной интервал, соотнесенный с предыдущим спектральным коэффициентом сигнала с водяным знаком, в зависимости от которого выбирается фазовый угол чередования фаз, применяемый к текущему потоковому значению или к текущему символу водяного знака, и временной интервал, соотнесенный с текущим потоковым значением, являются смежными во времени. Сигнал с водяным знаком, например, может быть последовательностью последующих спектральных коэффициентов, а текущий спектральный коэффициент сигнала с водяным знаком может быть смежным во времени (или может следовать за ним) с предыдущим спектральным коэффициентом сигнала с водяным знаком. Каждый спектральный коэффициент сигнала с водяным знаком может быть объединением спектрального коэффициента главного сигнала, соотнесенного с теми же частотным подканалом и временным интервалом, что и спектральный коэффициент сигнала с водяным знаком, и коэффициента водяного знака, соотнесенного с теми же частотным подканалом и временным интервалом, что и спектральный коэффициент сигнала с водяным знаком. Текущий спектральный коэффициент сигнала с водяным знаком, следовательно, может основываться на текущем коэффициенте главного сигнала и текущем коэффициенте водяного знака, при этом фаза текущего коэффициента водяного знака основывается (или даже идентична ей в некоторых случаях) на фазе предыдущего спектрального коэффициента сигнала с водяным знаком. Частотный подканал, соотнесенный с предыдущим спектральным коэффициентом сигнала с водяным знаком, может быть идентичен частотному подканалу текущего спектрального коэффициента сигнала с водяным знаком, а следовательно, также и частотным подканалам текущего коэффициента главного сигнала, текущего потокового значения и текущего коэффициента водяного знака.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Варианты осуществления в соответствии с настоящим изобретением будут описаны со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

Фиг. 1 демонстрирует структурную схему устройства формирования водяного знака, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 2 демонстрирует структурную схему устройства дифференциального кодирования для использования в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 3a-3c демонстрируют графические изображения примера для чередования фаз и масштабирования, применяемых в устройстве дифференциального кодирования, изображенном на Фиг. 2;

Фиг. 4 демонстрирует структурную схему устройства дифференциального кодирования для использования в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 5 демонстрирует графическое изображение примера отображения потоковых значений в символы водяного знака;

Фиг. 6a демонстрирует графические изображения возможных выходов для различных потоковых значений в зависимости от максимального числа символов водяного знака, соотнесенных с одним и тем же потоковым значением;

Фиг. 6b демонстрирует графическое изображение примера того, как коэффициент водяного знака извлекается в M-точечном созвездии при помощи устройства дифференциального кодирования, изображенного на Фиг. 4;

Фиг. 7 демонстрирует структурную схему устройства формирования водяного знака в соответствии с дополнительным вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 8a демонстрирует, для сравнения с примером на Фиг. 7, структурную схему устройства формирования водяного знака, которое описано в заявке на Европейский патент 10154964;

Фиг. 8b демонстрирует графическое изображение в качестве примера для принципа внедрения в устройстве формирования водяного знака, изображенном на Фиг. 8a;

Фиг. 9 демонстрирует структурную схему устройства обеспечения аудиосигнала с водяным знаком с устройством формирования водяного знака в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 10 демонстрирует блок-схему последовательности операций способа в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 11 демонстрирует структурную схему устройства декодирования водяного знака в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения; и

Фиг. 12 демонстрирует графическое изображение примера отображения различных диапазонов фазового угла в дискретные значения данных, содержащих дискретные значения, как это выполняется устройством декодирования водяного знака, изображенным на Фиг. 11.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Прежде, чем давать более подробное раскрытие вариантов осуществления настоящего изобретения, со ссылкой на сопроводительные чертежи, следует заметить, что одинаковые или функционально равноценные элементы снабжены одинаковыми ссылочными значениями, и что повторное описание этих элементов должно быть опущено. Описания элементов, снабженных одинаковыми ссылочными значениями, следовательно, взаимозаменяемы.

Устройство формирования водяного знака согласно Фиг. 1

Ниже будет описано устройство 100 формирования водяного знака со ссылкой на Фиг. 1, которая демонстрирует структурную схему такого устройства формирования водяного знака. Устройство 100 формирования водяного знака выполнено с возможностью обеспечения сигнала 102 водяного знака, также обозначаемого как "wm", в виде последовательности последующих коэффициентов водяного знака. Устройство формирования водяного знака содержит вспомогательное устройство 106 обработки информации и устройство 108 дифференциального кодирования. Устройство 106 обработки информации выполняется с возможностью обеспечения в зависимости от единиц информации (например, биты) данных 104, содержащих дискретные значения, (например, двоичные данные), первого потока 110 последующих потоковых значений, таких, что поток 110 представляет данные 104, содержащие дискретные значения. Устройство 108 дифференциального кодирования выполняется с возможностью обеспечения сигнала 102 водяного знака и применения чередования 112 фаз к текущему потоковому значению (например, потоковому значению b(i, j)) из потоковых значений, представляющих данные 104, содержащие дискретные значения, или к текущему символу водяного знака (например, символу x_k(i,j) водяного знака), соответствующему текущему потоковому значению (например, потоковому значению b(i, j)) из потоковых значений, представляющих данные 104, содержащие дискретные значения, чтобы получить текущий коэффициент водяного знака (например, коэффициент wm(i, j) водяного знака) сигнала 102 водяного знака.

Устройство 108 дифференциального кодирования, таким образом, может выполнять вспомогательное отображение 114 потокового значения в символ водяного знака.

Устройство 108 дифференциального кодирования выполняется с дополнительной возможностью извлечения фазы 116 спектрального коэффициента (например, спектрального коэффициента awm(i, j-1)) сигнала с водяным знаком. Сигнал с водяным знаком представляет собой объединение главного сигнала 118 и сигнала 102 водяного знака. Сигнал с водяным знаком также может обозначаться как "awm", а главный сигнал также может обозначаться как "a".

Устройство 108 дифференциального кодирования выполняется с возможностью обеспечения сигнала 102 водяного знака, так, что фазовый угол чередования 112 фаз, применяемый к текущему потоковому значению или к текущему символу водяного знака, зависит от фазы 116 предыдущего спектрального коэффициента сигнала с водяным знаком. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, фазовый угол чередования 112 фаз, применяемый к текущему потоковому значению или к текущему символу водяного знака, равен фазовому углу предыдущего спектрального коэффициента сигнала с водяным знаком.

Чтобы извлечь фазу 116 предыдущего спектрального коэффициента сигнала с водяным знаком, устройство 108 дифференциального кодирования может выполнять извлечение 120 фазы на предыдущем спектральном коэффициенте сигнала с водяным знаком. Предыдущий спектральный коэффициент может, например, подаваться от ступени, которая является внешней для устройства 100 формирования водяного знака, или устройство 108 дифференциального кодирования может быть выполнено с возможностью определения спектральных коэффициентов сигнала с водяным знаком путем объединения коэффициентов водяного знака и спектральных коэффициентов главного сигнала 118. Например, устройство 108 дифференциального кодирования может быть выполнено с возможностью извлечения предыдущего спектрального коэффициента сигнала с водяным знаком на основании объединения предыдущего коэффициента водяного знака (например, коэффициента wm(i, j-1) водяного знака) и предыдущего спектрального коэффициента (например, спектрального коэффициента a(i, j-1)) главного сигнала 118. Другими словами, устройство дифференциального кодирования может извлекать не только коэффициенты водяного знака, но также и спектральные коэффициенты сигнала с водяным знаком.

Устройство 106 обработки информации может быть выполнено с возможностью обеспечения первого потока 110, представляющего данные 104, содержащие дискретные значения, в частотно-временной области, так, что каждое потоковое значение потока 110 соотносится с частотным подканалом и временным интервалом.

Индекс "i", использованный выше, может указывать частотный подканал, а индекс "j" может указывать "номер символа" или, иначе говоря, временной интервал соответствующего коэффициента или символа. Другими словами, "i" обозначает частотный подканал (на средней частоте f_i), а "j" обозначает временной индекс или временной интервал значения, соответствующего ему.

Следовательно, каждое потоковое значение потока 110 соотносится с частотным подканалом i и временным интервалом j. Кроме того, устройство 108 дифференциального кодирования может быть выполнено с возможностью получения текущего коэффициента wm(i, j) водяного знака в частотно-временной области, так, что частотный подканал i, соотнесенный с текущим коэффициентом wm(i, j) водяного знака, идентичен частотному подканалу i, соотнесенному с текущим потоковым значением b(i, j), и так, что временной интервал j, соотнесенный с текущим коэффициентом wm(i, j) водяного знака, идентичен временному интервалу j, соотнесенному с текущим потоковым значением b(i, j).

Другими словами, частотный подканал и временной интервал или номер символа коэффициента водяного знака сигнала wm водяного знака, которые соотнесены с потоковым значением из потоковых значений потока 110, могут быть идентичны частотному подканалу и временному интервалу или номеру символа соответствующего потокового значения.

Кроме того, устройство 108 дифференциального кодирования может быть выполнено также с возможностью извлечения спектральных коэффициентов сигнала с водяным знаком в частотно-временной области, так, что каждый спектральный коэффициент сигнала с водяным знаком соотносится с частотным подканалом и временным интервалом. Устройство 108 дифференциального кодирования, следовательно, может быть выполнено с возможностью определения чередования 112 фаз, так, что временной интервал j-1, который соотнесен с предыдущим спектральным коэффициентом awm(i, j-1) сигнала с водяным знаком, в зависимости от того, какой выбран фазовый угол чередования 112 фаз, применяемый к текущему потоковому значению b(i, j) или к текущему символу X_k(i, j) водяного знака, и временной интервал j, соответствующий текущему потоковому значению b(i, j), являются смежными во времени. Другими словами, текущий спектральный коэффициент awm(i, j), который является объединением текущего коэффициента wm(i, j) водяного знака и текущего спектрального коэффициента a(i, j) главного сигнала 118, может непосредственно следовать за предыдущим спектральным коэффициентом awm(i, j-1) во времени, если сигнал с водяным знаком рассматривается как последовательность последующих спектральных коэффициентов awm(i, j) (i, j∈N). Более того, устройство 108 дифференциального кодирования может быть выполнено таким образом, что частотные подканалы i текущего потокового значения b(i, j), текущего коэффициента wm(i, j) водяного знака и спектрального коэффициента awm(i, j) идентичны. Это означает, что устройство 108 дифференциального кодирования может выполнять технологический процесс извлечения сигнала водяного знака для каждого частотного подканала, в который отображены единицы информации данных 104, содержащих дискретные значения. Это выгодно, потому что в реверберирующей среде к различным частотным подканалам могут применяться различные чередования фаз в отношении передаваемого сигнала. Фаза текущего коэффициента wm(i, j) водяного знака, следовательно, может основываться только на предыдущем спектральном коэффициенте awm(i, j-1) сигнала с водяным знаком, соотнесенного с тем же частотным подканалом i, что и текущий коэффициент wm(i, j) водяного знака.

Устройство дифференциального кодирования согласно Фиг. 2, использующее двухточечное созвездие

Ниже будет разъясняться устройство 208 дифференциального кодирования для использования в устройстве формирования водяного знака согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, со ссылкой на Фиг. 2, 3a-3c. В дальнейшем, главный сигнал 118 будет аудиосигналом, и может также называться главным аудиосигналом, в который должен быть внедрен сигнал водяного знака. Тем не менее, варианты осуществления настоящего изобретения также могут использоваться для внедрения сигналов водяного знака и в сигналы, отличные от аудиосигнала, например, в видеосигналы. Функциональные возможности устройства 208 дифференциального кодирования могут быть эквивалентны функциональным возможностям устройства 108 дифференциального кодирования, но устройство 208 дифференциального кодирования может содержать и дополнительные функциональные средства, продемонстрированные на Фиг. 2.

Устройство 208 дифференциального кодирования выполняется с возможностью приема главного сигнала 118 в форме главного аудиосигнала a(t) во временной области. Устройство 208 дифференциального кодирования, следовательно, может содержать, как продемонстрировано на Фиг. 2, банк 202 фильтров анализа, выполненный с возможностью получения спектральных коэффициентов (например, текущего спектрального коэффициента a(i, j)) главного сигнала 118 в частотно-временной области. Этот банк 202 фильтров анализа также может использоваться в соответствующем устройстве декодирования водяного знака. Другими словами, звуковые коэффициенты (спектральные коэффициенты главного сигнала 118) в устройстве кодирования могут быть получены путем применения того же банка 202 фильтров анализа, который используется в устройстве декодирования. Получение спектрального коэффициента главного сигнала 118 может быть частью извлечения 120 фазы, которое выполняется устройством 208 дифференциального кодирования. Для получения текущего спектрального коэффициента awm(i, j) сигнала с водяным знаком, устройство 208 дифференциального кодирования может выполнять, в ходе извлечения 120 фазы, объединение 204 текущего коэффициента wm(i, j) водяного знака и текущего спектрального коэффициента a(i, j) главного сигнала 118, например, согласно следующему уравнению:

awm(i, j)=a(i, j)+wm(i, j) (1)

Полученный текущий спектральный коэффициент awm(i, j) сигнала с водяным знаком может быть сохранен в устройстве 208 дифференциального кодирования (символически изображено в виде элемента 206 задержки устройства 208 дифференциального кодирования). Потом сохраненный текущий спектральный коэффициент awm(i, j) сигнала с водяным знаком может использоваться для определения следующего коэффициента wm(i, j+1) водяного знака.

Для нахождения текущего коэффициента wm(i, j) водяного знака для частотного подканала i, фаза 116 предыдущего спектрального коэффициента awm(i, j-1), который также называется предыдущим звуковым коэффициентом с водяным знаком сигнала с водяным знаком, вычисляется, например, в ходе технологического процесса 210 вычисления фазы в рамках технологического процесса 120 извлечения фазы, с использованием следующего уравнения:

(2)

В этой заявке "j" обозначает мнимую единицу (квадратный корень из -1), не следует путать с индексом j для временных интервалов.

Фаза 116 (представленная комплексным значением e ^{jφ(i, j-1)}) или фазовый угол φ(i, j-1) предыдущего спектрального коэффициента awm(i, j-1) используется устройством 208 дифференциального кодирования в чередовании 112 фаз, которое применяется к текущему потоковому значению b(i, j) потока 110. Если нет изменения фазы для передачи, например, если текущее потоковое значение b(i, j) равно 1, фаза текущего коэффициента wm(i, j) водяного знака идентична фазе 116 предыдущего спектрального коэффициента awm(i, j-1) сигнала с водяным знаком, или, иными словами, текущий коэффициент wm(i, j) водяного знака указывает в том же направлении, что и предыдущий спектральный коэффициент awm(i, j-1) сигнала с водяным знаком. Если должно передаваться изменение фазы на π (180°) (например, если текущее потоковое значение b(i, j) равно -1), текущий коэффициент wm(i, j) водяного знака может указывать в противоположном направлении по сравнению с предыдущим спектральным коэффициентом awm(i, j-1) сигнала с водяным знаком. Потоковые значения могут быть, в частности, двоичными данными, например, потоковые значения могут быть:

b(i, j)={-1, 1} (3)

В начале потока 110, то есть для j=0 или если фаза 116 (e^{jφ(i, j)}) не задана, фаза 116 или e^{jφ(i, j)} могут устанавливаться равными 1.

Устройство 208 дифференциального кодирования может дополнительно выполнять масштабирование текущего потокового значения b(i, j) с текущим масштабирующим множителем γ(i, j) (i, j∈N, γ∈R) или с текущим множителем, который меньше текущего масштабирующего множителя γ(i, j). Масштабирование 210 может применяться к текущему потоковому значению b(i, j) перед применением чередования 112 фаз или после применения чередования 112 фаз (как это показано на Фиг. 2). Текущий масштабирующий множитель γ(i, j) обеспечивается модулем психоакустической обработки (не показан на Фиг. 2), в зависимости от главного сигнала 118, в который должен быть внедрен сигнал 102 водяного знака. Масштабирующий множитель γ(i, j) описывает маскирующую характеристику главного сигнала 118. Текущий масштабирующий множитель γ(i, j) может определять максимальную амплитуду текущего символа wm(i, j) водяного знака, так, что текущий коэффициент wm(i, j) водяного знака остается неслышимым в сигнале с водяным знаком.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения всегда используется максимальная амплитуда текущего коэффициента wm(i, j) водяного знака, разрешенная психоакустической моделью.

Устройство 208 дифференциального кодирования, таким образом, может определять текущий коэффициент wm(i, j) водяного знака как:

wm(i, j)=b(i, j)·γ(i, j)·e^{jφ(i, j-1)} (4)

В результате использования уравнения 4, стратегия кодирования может стать оптимальной, это означает, что отношение сигнал-шум в устройстве декодирования после дифференциального декодирования может быть максимальным. Из уравнения 4 видно, что дифференциальное кодирование осуществляется неявно, так что сигнал b_diff(i, j)=b(i, j)·b_diff(i, j-1), который должен вычисляться согласно заявке на Европейский патент 10154964, не должен вычисляться в вариантах осуществления настоящего изобретения.

Кроме того, следует отметить, что в вариантах осуществления настоящего изобретения вводится чередование 112 фаз в ходе дифференциального кодирования, чтобы добиться отбрасывания помех главного сигнала при неявном дифференциальном кодировании, что является существенным преимуществом, особенно по сравнению со способом внедрения, изложенном в заявке на Европейский патент 10154964.

На Фиг. 3a-3c приводится пример для технологического процесса внедрения.

Фиг. 3a демонстрирует в виде графического изображения главный сигнал плюс водяной знак для предыдущего временного интервала, то есть предыдущий спектральный коэффициент awm(i, j-1) сигнала с водяным знаком, в виде вектора 310 в комплексной плоскости. Кроме того, текущий спектральный коэффициент a(i, j) главного сигнала 118 показан в виде другого вектора 312 в комплексной плоскости. Текущий аудиосигнал a(i, j) или текущий спектральный коэффициент a(i, j) главного сигнала 118 представляет собой центр окружности, на которой чередование 112 фаз может применяться к текущему пото