Генератор водяного знака, декодер водяного знака, способ генерации сигнала водяного знака, способ формирования данных двоичного сообщения в зависимости от сигнала с водяным знаком и компьютерная программа на основе усовершенствованной концепции синхронизации

Генератор водяного знака, декодер водяного знака, способ генерации сигнала водяного знака, способ формирования данных двоичного сообщения в зависимости от сигнала с водяным знаком и компьютерная программа на основе усовершенствованной концепции синхронизации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Заявляемое изобретение относится к генератору водяных знаков, обеспечивающему на выходе сигнал водяного знака на основе данных двоичного сообщения. Кроме того, заявляемое изобретение относится к декодеру водяных знаков, формирующему на выходе данные двоичного сообщения на основе маркированного водяным знаком сигнала. Кроме того, представляемое изобретение относится к способу генерации сигнала водяного знака на основе данных двоичного сообщения. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу формирования данных двоичного сообщения на основе маркированного водяным знаком сигнала. В дополнение к этому, заявляемое изобретение связано с соответствующими компьютерными программами.

Ряд предлагаемых конструктивных решений изобретения относится к простой и надежной системе маркирования аудиоконтента цифровыми водяными знаками.

Предшествующий уровень техники

Во многих технических приложениях существует необходимость введения дополнительной информации в данные или в сигнал, представляющий полезные данные, или „основные данные", такие как, например, аудиосигнал, видеосигнал, графика, показания измерений и тому подобное. Часто требуется, чтобы подобного рода дополнительная информация, привязываемая к основным данным (в частности, к аудиоданным, видеоданным, к данным изображения, данным измерений, к текстовой информации и прочее), вводилась таким образом, чтобы она была незаметной для пользователя этими данными. Более того, в ряде случаев желательно, чтобы присоединенная информация не могла быть удалена из основных данных (тех же аудиоданных, видеоданных, данных изображения, данных измерения и так далее).

В особенности это относится к приложениям, где необходима электронная защита авторских прав. Более того, иногда введение в полезные данные важной дополнительной, не воспринимаемой органами чувств, сопутствующей информации просто необходимо. Таким случаем является, например, включение в аудиоконтент служебной информации, содержащей сведения о источнике предлагаемой фонограммы, ее содержимом, о правах, которыми обременен данный аудиоконтент и т.п.

Концепция внедрения дополнительных сведений в полезные данные или в „основные данные" получила название „watermarking", то есть, буквально - „нанесение водяных знаков" (маркировка водяными знаками / введение водяного знака). Обсуждение в специализированной литературе методик защиты водяными знаками затрагивает большое число видов полезной информации, как то - фонограммы, видеоматериалы, изображения, тексты и тому подобное.

Дальше дан ряд ссылок на публикации концепций применения цифровых водяных знаков. Сюда относится также широкий спектр пособий, руководств и иных изданий, подробно рассматривающих вопросы электронной защиты водяными знаками.

DE 19640814 С2 описывает метод кодирования, при котором в аудиосигнал вводят незвуковой сигнал данных, и метод декодирования сигнала данных, сопутствующего аудиосигналу в незвуковой форме. Метод кодирования для введения незвукового сигнала данных в звуковой сигнал состоит в преобразовании звукового сигнала в спектральное представление. Данный метод кодирования также включает в себя определение порога маскирования аудиосигнала и подачу псевдошумового сигнала. Этот метод кодирования, кроме того, включает в себя введение сигнала данных и умножение псевдошумового сигнала на сигнал данных с получением сигнала данных с частотным расширением. Метод кодирования наряду с этим включает в себя взвешивание сигнала данных расширения с порогом маскирования и перекрыванием аудиосигнала и сигнал взвешенных данных.

В дополнение к этому в WO 93/07689 описан способ и устройство автоматической идентификации программы, передаваемой радиостанцией или телевизионным каналом или записанной на носителе, путем добавления к звуковому сигналу программы неслышимого кодированного сообщения, идентифицирующего канал телевещания или радиостанцию, программу и/или точную дату. При реализации согласно указанному документу звуковой сигнал передают через аналого-цифровой преобразователь на процессор, предусматривающий возможность дробления частотных составляющих и изменения энергии некоторых частотных составляющих на расчетную величину с формированием кодированного сигнала идентификации. Выход процессора соединен через цифро-аналоговый преобразователь со звуковым выходом для передачи звукового сигнала в эфир или для записи фонограммы. В другом варианте решения по рассматриваемому документу применяют аналоговую полосу пропускания для выделения частотной полосы звукового сигнала, в которой энергия может быть изменена для кодирования звукового сигнала.

В US 5,450,490 описано устройство и способы введения кода, имеющего, по меньшей мере, одну кодовую частотную составляющую в аудиосигнале. Разные частотные составляющие аудиосигнала оцениваются на возможность маскировать кодовую частотную составляющую для человеческого слуха, и на основании этих оценок задается амплитуда кодовой частотной составляющей. Также дано описание способов и устройства распознавания кода в закодированном аудиосигнале. Кодовую частотную составляющую кодированного аудиосигнала распознают, основываясь на ожидаемой кодовой амплитуде или на амплитуде помехи в диапазоне звуковых частот, включающем в себя частоту кодирующей составляющей.

В WO 94/11989 рассмотрен способ и устройство кодирования/декодирования транслируемых или записанных звуковых фрагментов и мониторинга расположения их слушателей. Описаны способы и устройство кодирования и декодирования информации в составе радиопередач или в составе записанных сигналов звукового фрагмента. В схемотехнической версии, описанной в документе, система мониторирования аудитории кодирует идентифицирующую информацию как составляющую аудиосигнала радиопередачи или фрагмента фонограммы с использованием кодирования расширенного спектра (широкополосное кодирование). Устройство мониторинга принимает акустически воспроизведенную версию радиопередачи или записанного сигнала через микрофон, декодирует идентифицирующую информацию составляющей аудиосигнала независимо от наличия окружающего фонового шума и вносит эту информацию в память, автоматически ведя на данного участника аудитории дневник (журнал), который позже загружается в централизованное системное устройство. Другое устройство мониторинга декодирует дополнительную информацию сигнала радиопередачи, соотнесенный со сведениями дневника аудитории в центральном системном устройстве. Этот монитор может одновременно отправлять данные на централизованное системное устройство, используя телефонную линию модемной связи, и принимать данные от централизованного системного устройства через сигнал, закодированный с использованием технологии расширенного спектра и модулированный по сигналу радиопередачи от третьего лица.

WO 95/27349 раскрывает устройство и способы введения кодов в аудиосигналы и декодирования. Описаны устройство и способы введения кода, имеющего, по меньшей мере, одну кодирующую частотную составляющую в аудиосигнале. Выполняется оценивание способности разных частотных составляющих аудиосигнала маскировать кодовую частотную составляющую для слуха человека, и на базе результатов такого оценивания каждой из кодирующих частотных составляющих присваивается амплитуда.

Также дано описание способов и устройства распознавания кода в закодированном аудиосигнале. Кодовую частотную составляющую кодированного аудиосигнала распознают, основываясь на ожидаемой кодовой амплитуде или на амплитуде помехи в диапазоне звуковых частот, включающем в себя частоту кодирующей составляющей.

При этом, в известных системах нанесения цифровых водяных знаков вызывает трудности или является трудоемким достижение надлежащей синхронизации на стороне декодера. В некоторых случаях объем ресурса, выделяемого для передачи данных синхронизации от генератора водяного знака на декодер водяного знака, весьма высок. Кроме того, в некоторых случаях, возникают проблемы надежности.

При сложившемся положении вещей целью заявляемого изобретения является создание концепции синхронизации при передаче водяного знака, которая обеспечила бы сбалансированное соотношение эффективности использования ресурса, надежности и времени синхронизации.

Краткое описание изобретения

Поставленная цель достигается за счет применения генератора водяного знака по пункту 1 формулы изобретения, декодера водяного знака по пункту 10, способа генерации сигнала водяного знака по п.17, способа формирования данных двоичного сообщения по п.18 и компьютерной программы по п.19.

Реализация заявляемого изобретения включает в себя создание генератора электронных водяных знаков, выполненного с возможностью генерации сигнала водяного знака на основе данных двоичного сообщения. Генератор водяного знака включает в свою конструкцию расширитель информации, выполняющий расширение информационной единицы до множества значений время-частотной области с выведением представления информации о расширении. Генератор водяного знака также включает в свою конструкцию модулятор синхронности, выполняющий мультипликативное совмещение представления данных расширения с последовательностью синхронизации с выведением совокупного представления информации и синхронизации. Генератор водяного знака, кроме того, включает в свою конструкцию питатель сигнала водяного знака, предназначенный для выведения сигнала водяного знака из совокупного представления информации и синхронизации.

Ключевая идея представляемого изобретения состоит в том, что данные синхронизации, позволяющие быстро восстановить синхронизацию при поддержании надлежащего баланса между безотказностью и эффективностью использования ресурса, могут быть получены на стороне генератора водяного знака путем мультипликативного совмещения представления информации о расширении, отображающего одну или более информационных единиц (например, битов) данных двоичного сообщения, и последовательности синхронизации с формированием совокупного представления информации и синхронизации. Совокупное представление информации и синхронизации, на базе которого вырабатывается сигнал водяного знака, содержит в себе информацию сообщения и информацию о синхронизации одновременно и на одинаковых частотах или в одинаковых полосах частот.

Более того, мультипликативное совмещение представления данных расширения и последовательности синхронизации (в частности, надлежащий подбор модулей значений последовательности синхронизации и/или представления данных расширения) помогает четко определить и обеспечить предсказуемость интенсивности величин совокупного представления информации и синхронизации даже без учета содержания данных. Следовательно, концепция мультипликативного совмещения представления данных расширения и последовательности синхронизации способствует заданию максимальной величины интенсивности информации о данных синхронизации без ощутимого искажения содержимого полезного сигнала, в который введен сигнал водяного знака.

Исходя из сказанного, описанная концепция мультипликативного совмещения представления данных расширения и последовательности синхронизации с формированием совокупного представления информации и синхронизации обеспечивает непрерывную синхронизацию, которая распознается быстро в силу отсутствия необходимости квантования времени, которая распознается с высокой вероятностью в силу расширения последовательности синхронизации на широкий диапазон частот и которая энергетически хорошо управляема в силу независимости энергии значения совокупного представления информации и синхронизации от содержания представления данных расширения в результате выполнения мультипликативного совмещения.

В предпочтительном конструктивном решении расширитель информации выполняет частотное расширение бита данных двоичного сообщения в соответствии с последовательностью расширения битов таким образом, что в представлении данных расширения набор значений время-частотной области, соответствующий множеству разных частот (или частотных полос), соотнесен с этим битом. В этом случае последовательность синхронизации включает в себя множество последовательностей расширения синхронизации, которые задают множество разных шаблонов синхронизации, расширенных по частоте. Такое конструктивное решение позволяет применять разные последовательности расширения синхронизации к разным интервалам времени представления данных расширения таким образом, что разные последовательности расширения синхронизации мультипликативно совмещаются с расширенными представлениями разных битов данных двоичного сообщения.

В предпочтительном техническом решении модулятор синхронности выполняет мультипликативное совмещение различных временных интервалов представления информации о расширении, которые представляют различные биты данных двоичного сообщения, с различными последовательностями расширения синхронизации таким образом, что различные последовательности расширения синхронизации совмещаются с различными последовательностями расширения битов или с определенной последовательностью расширения в различных вариациях масштабирования.

В предпочтительной версии реализации модулятор синхронности выполняет мультипликативное совмещение представления данных расширения и периодического чередования последовательностей расширения синхронизации. В одном случае, периодичность чередования последовательностей расширения синхронизации равна числу битов двоичного сообщения (например, блока битов как выходных данных блочного канального кодера). Следовательно, возможна уникальная идентификация временного соответствия сообщения. В другом случае, периодичность чередования последовательностей расширения синхронизации короче, чем число битов двоичного сообщения. Тогда может быть использован дополнительный механизм для уникальной синхронизации сообщения.

В предпочтительном варианте реализации выбирают ортогональные последовательности расширения синхронизации. Это улучшает качество синхронизации на стороне декодера.

В другом предпочтительном техническом решении модулятор синхронности выполняет мультипликативное совмещение каждого интервала времени представления данных расширения и, по меньшей мере, одной последовательности синхронизации таким образом, что каждый интервал времени совокупного представления информации и синхронизации содержит множество значений, которые зависят от бита данных двоичного сообщения и которые представляют также данные синхронизации. Соответственно, наличие информации о непрерывной синхронизации ускоряет синхронизацию на стороне декодера.

В предпочтительном техническом решении расширитель информации выполняет избирательное расширение определенного бита до первого битового представления, которое является положительным кратным последовательности расширения битов, или до второго битового представления, которое является отрицательным кратным последовательности расширения битов, в зависимости от значения данного бита.

В заявляемом изобретении реализован декодер водяных знаков, предназначенный для формирования данных двоичного сообщения, исходя из маркированного водяным знаком сигнала. Декодер водяного знака включает в свою конструкцию блок формирования время-частотного представления, вырабатывающий представление сигнала, маркированного водяным знаком, во время-частотной области, например, анализатор или банк фильтров, анализирующий сигнал с водяным знаком. Декодер водяного знака также включает в свою конструкцию детектор синхронизации, предназначенный для временного выравнивание характеристик водяного знака в структуре время-частотного представления сигнала с водяным знаком. Детектор синхронизации вычисляет первую сумму результирующих значений поэлементного перемножения первого подмножества значений время-частотного представления, значений первой последовательности свертывания синхронизации и значений последовательности свертывания битов и вычисляет вторую сумму результирующих значений поэлементного перемножения второго подмножества значений время-частотного представления, значений второй последовательности свертывания синхронизации и значений последовательности свертывания битов. Кроме того, детектор синхронизации суммирует абсолютные величины первой суммы результирующих значений и второй суммы результирующих значений с получением меры правдоподобия того, что первое и второе подмножества значений время-частотного представления несут данные синхронизации, совмещенные по времени с последовательностями расширения синхронизации. Наряду с этим детектор синхронизации задает синхронизацию в зависимости от меры правдоподобия.

Реализация заявляемого изобретения базируется на заключении, что синхронизация, то есть информация о временном выравнивании характеристик водяного знака в структуре время-частотного представления сигнала, маркированного водяным знаком, может быть рассчитана из сигнала с водяным знаком, в котором представление данных расширения мультипликативно совмещено с последовательностью синхронизации независимо от данных двоичного сообщения, содержащих представление данных расширения, путем нахождения первой суммы результирующих значений поэлементного перемножения первого подмножества значений время-частотного представления, значений первой последовательности свертывания синхронизации и значений последовательности свертывания битов, нахождения второй суммы результирующих значений поэлементного перемножения второго подмножества значений время-частотного представления, значений второй последовательности свертывания синхронизации и значений последовательности свертывания битов и сложения абсолютных величины первой суммы результирующих значений и второй суммы результирующих значений. С помощью суммы абсолютных значений первой и второй сумм результирующих значений может быть рассчитана так называемая некогерентная корреляция, результатом чего может быть большая величина корреляции (или даже корреляционный пик), если синхронизация достигнута, независимо от данных представления информации о расширении, которые мультипликативно совмещают с последовательностью синхронизации, получая совокупное представление информации и синхронизации, которое включают в сигнал с водяным знаком.

Формулируя иначе, выведенное абсолютное значение первой суммы результирующих значений и второй суммы результирующих значений может быть показателем корреляции, которая включает в себя поэлементно умноженные первое подмножество значений время-частотного представления, значения первой последовательности свертывания синхронизации и значения последовательности свертывания битов, а также поэлементно умноженные второе подмножество значений время-частотного представления, значения второй последовательности свертывания синхронизации и значения последовательности свертывания битов, независимо от контента. Следовательно, таким образом может быть обеспечено достоверное и информационно-независимое выявление синхронизации.

В предпочтительной версии осуществления первое подмножество значений время-частотного представления содержит значения представления во время-частотной области, соотносящиеся с первым временным интервалом время-частотного представления, а второе подмножество значений время-частотного представления содержит значения представления во время-частотной области, соотнесенные со вторым время-частотным представлением. Кроме того, первая последовательность свертывания синхронизации и вторая последовательность свертывания синхронизации предпочтительно ортогональны. Такой вариант реализации обеспечивает четкое распознавание синхронизации с использованием шаблона синхронизации, который содержит ортогональные последовательности расширения синхронизации в различных интервалах времени.

В предпочтительном конструктивном решении детектор синхронизации принимает в виде представления во время-частотной области полезную и побочную двоичную информацию. В этом случае детектор синхронизации предусматривает применение первой последовательности свертывания синхронизации к первому подмножеству значений для инверсии первого массива информации, содержащего данные синхронизации, и применение второй последовательности свертывания синхронизации ко второму подмножеству значений для инверсии второго массива информации, содержащего данные синхронизации. В дополнение к этому детектор синхронизации предусматривает применение последовательности свертывания битов для выполнения обратной операции битового расширения. Таким образом, детектор синхронизации предназначен для выполнения двух инверсных операций - свертывания битов и извлечения данных синхронизации.

Предпочтительное конструктивное решение детектора синхронизации предусматривает расчет меры правдоподобия множества выбранных позиций первого и второго подмножеств со ссылкой на представление во время-частотной области для формирования последовательности мер правдоподобия, соотнесенных с различными выбранными позициями первого и второго подмножеств. Детектор синхронизации предусматривает сопоставление последовательности мер правдоподобия с опорной последовательностью для нахождения точки синхронности, или предусматривает фильтрацию последовательности мер правдоподобия соответствующим фильтром, адаптированным к ожидаемой последовательности значений правдоподобия для нахождения точки синхронности. Применение корреляции последовательности мер правдоподобия или фильтрации последовательности мер правдоподобия согласованным фильтром обеспечивают повышенную точность синхронизации и/или надежность позиционирования точки синхронности.

Ряд вариантов осуществления заявляемого изобретения представляет собой способ генерации водяного знака на основе данных двоичного сообщения и способ формирования данных двоичного сообщения в зависимости от сигнала с водяным знаком. Названные способы основаны на тех же заключениях, на которых базируется рассмотренное выше устройство.

Ряд вариантов реализации заявляемого изобретения составляют компьютерную программу для осуществления относящихся к изобретению способов.

Краткое описание фигур

Далее, варианты технических решений в соответствии с предлагаемым изобретением будут описаны со ссылкой на прилагаемые фигуры, где: на фиг.1 дана принципиальная блочная схема устройства ввода водяного знака согласно изобретению; на фиг.2 дана принципиальная блочная схема декодера водяных знаков согласно изобретению; на фиг.3 дана более подробная принципиальная блочная схема генератора водяных знаков согласно изобретению; на фиг.4 дана подробная принципиальная блочная схема модулятора как элемента схемотехники изобретения; на фиг.5 дана блок-схема рабочего цикла психоакустического процессора как элемента схемотехники изобретения; на фиг.6 дана блок-схема рабочего цикла процессора психоакустической модели как элемента схемотехники изобретения; на фиг.7 отображен график зависимости спектральной плотности мощности аудиосигнала на выходе блока 801 от частоты; на фиг.8 отображен график зависимости спектральной плотности мощности аудиосигнала на выходе блока 802 от частоты; на фиг.9 дана блок-схема расчета амплитуды; на фиг.10а показана принципиальная схема модулятора; на фиг.10b графически представлен пример распределения коэффициентов на время-частотной плоскости; на фиг.11а и 11b в принципиальных блочных схемах представлено альтернативное конструктивное решение модуля синхронизации; фиг.12а графически отображает задачу временного выравнивания водяного знака; фиг.12b графически отображает задачу идентификации начала сообщения; фиг.12с графически иллюстрирует построение временного соответствия последовательностей синхронизации в режиме синхронизации полного сообщения; фиг.12d графически иллюстрирует построение временного соответствия последовательностей синхронизации в режиме синхронизации неполного сообщения; на фиг.12е графически представлены входные данные модуля синхронизации; на фиг.12f графически представлена концепция идентификации точки синхронности; на фиг.12g дана принципиальная блочная схема коррелятора сигнатуры синхронизации (маркировки совпадения); фиг.13а графически иллюстрирует пример временной свертки; фиг.13b графически иллюстрирует пример поэлементного перемножения битов и последовательностей расширения; на фиг.13с представлен график сигнала на выходе коррелятора сигнатуры синхронизации после усреднения по времени; на фиг.13d представлен график сигнала на выходе коррелятора сигнатуры синхронизации после фильтрации с использованием функции автокорреляции сигнатуры синхронизации; на фиг.14 дана принципиальная блочная схема конструктивного решения экстрактора водяного знака в соответствии с изобретением; фиг.15 схематически отображает выбор части представления во время-частотной области в качестве кандидатного сообщения; на фиг.16 показана принципиальная блочная схема модуля анализа; на фиг.17а показана спектрограмма выходного сигнала коррелятора синхронизации; на фиг.17b схематически отображены декодированные сообщения; на фиг.17с графически отображено положение синхронизации, выделенное из сигнала с водяным знаком; на фиг.18а графически представлены полезная информация, полезная информация с конечной последовательностью Витерби, полезная информация в кодировке по Витерби и полезная нагрузка в кодировке по Витерби в закодированной с повторениями версии; на фиг.18b графически отображены поднесущие частоты, используемые для введения маркированного водяным знаком сигнала; на фиг.19 графически представлены некодированное сообщение, кодированное сообщение, сообщения синхронизации и сигнал водяного знака, в котором к сообщениям применена последовательность синхронизации; на фиг.20 схематически отображен первый шаг алгоритма так называемой „АВС-синхронизации"; на фиг.21 графически отображен второй шаг алгоритма так называемой „АВС-синхронизации"; на фиг.22 графически отображен третий шаг алгоритма так называемой „АВС-синхронизации"; на фиг.23 показана схема сообщения, содержащего полезную информацию и составляющую CRC; на фиг.24 дана принципиальная блочная схема реализации генератора водяных знаков согласно изобретению; на фиг.25 дана принципиальная блочная схема декодера водяных знаков согласно изобретению; на фиг.26 дана блок-схема способа формирования сигнала водяного знака на основе данных двоичного сообщения; и на фиг.27 дана блок-схема способа формирования данных двоичного сообщения в зависимости от сигнала, маркированного водяным знаком.

Подробное техническое описание

1. Генерация водяного знака

1.1 Генератор водяных знаков в соответствии с фиг.24

Далее, со ссылкой на принципиальную блочную схему на фиг.24 будет описан генератор водяных знаков 2400. Генератор водяных знаков 2400 предназначен для приема данных двоичного сообщения 2410 и генерации на их основе сигнала водяного знака 2420. Генератор водяного знака включает в свою схему расширитель информации 2430, который принимает единицу информации, например, бит данных двоичного сообщения 2410, и расширяет эту информационную единицу до множества значений время-частотной области с компоновкой данных расширения 2432. Генератор водяного знака 2400 также включает в свою схему модулятор синхронности 2440, который принимает информацию о расширении 2432 и последовательность синхронизации 2442 и выполняет мультипликативное совмещение представления данных расширения 2432 и последовательности синхронизации 2442 с выведением совокупного представления информации и синхронизации 2444. Наряду с этим генератор водяного знака 2400 включает в свою схему питатель сигнала водяного знака 2450, который на основе совокупных данных информации и синхронизации 2444 формирует на выходе сигнал водяного знака 2420.

Генератор водяных знаков 2400 может быть дополнен любыми из отличительных признаков и функциональных возможностей, рассмотренных ниже в разделе 3.

1.2. Способ генерации водяного знака на основе данных двоичного сообщения в соответствии с фиг.26

Далее, со ссылкой на фиг.26 рассмотрен способ генерации водяного знака на основе данных двоичного сообщения. На фиг.26 приведена блок-схема алгоритма этого способа.

Способ 2600 на фиг.26 включает в себя шаг 2610 расширения информационной единицы (например, бита) до множества значений время-частотной области с формированием представления данных расширения. Далее, способ 2600 включает в себя шаг 2620 мультипликативного совмещения представления информации о расширении и последовательности синхронизации с формированием совокупного представления информации и синхронизации. Затем, способ 2600 включает в себя шаг 2630 вывода сигнала водяного знака на основе совокупного представления информации и синхронизации.

Безусловно, способ 2600 может быть дополнен любыми из существенных признаков и функциональных возможностей, рассмотренных здесь и относящихся также к устройству как предмету изобретения.

2. Декодирование водяного знака

2.1. Декодер водяных знаков в соответствии с фиг.25

Дальше, со ссылкой на принципиальную блочную схему на фиг.25 будет описан декодер водяных знаков 2500. Декодер водяных знаков 2500 предназначен для формирования данных двоичного сообщения 2520 в зависимости от сигнала с водяным знаком 2510.

Декодер водяного знака 2500 включает в свою схему блок формирования время-частотного представления, который вырабатывает время-частотное представление 2532 сигнала с водяным знаком 2510. Блок формирования время-частотного представления 2530 может иметь в своем составе преобразователь из временной области во время-частотную область или банк фильтров.

Далее, декодер водяного знака 2500 включает в свою схему детектор синхронизации 2540, который выполняет выравнивание по времени информации о водяном знаке в структуре время-частотного представления 2532 сигнала с водяным знаком 2510. Детектор синхронизации 2540 предусматривает вычисление первой суммы результирующих значений поэлементного умножения первого подмножества значений время-частотного представления 2532, значений первой последовательности свертывания синхронизации и значений последовательности свертывания битов, и предусматривает вычисление второй суммы результирующих значений поэлементного умножения второго подмножества значений время-частотного представления, значений второй последовательности свертывания синхронизации и значений последовательности свертывания битов. Детектор синхронизации 2540 также предусматривает сложение абсолютных значений первой суммы результирующих значений и второй суммы результирующих значений с выведением меры правдоподобия, отражающей вероятность того, что первое и второе подмножества значений время-частотного представления несут информацию о синхронизации, которая совместима по времени с последовательностью расширения синхронизации. Детектор синхронизации 2540, кроме того, задает синхронизацию, исходя из меры правдоподобия, и вырабатывает соответствующие данные синхронизации 2542.

В декодер водяного знака 2500 дополнительно может быть введено любое из средств и функциональных возможностей, рассматриваемых здесь применительно к декодированию водяного знака.

2.2. Способ формирования данных двоичного сообщения в зависимости от сигнала с водяным знаком в соответствии с фиг.27

Далее, со ссылкой на блок-схему на фиг.27 описан способ 2700 формирования данных двоичного сообщения в зависимости от сигнала, маркированного водяным знаком.

Способ 2700 включает в себя шаг 2710, состоящий в формировании представления во время-частотной области сигнала с водяным знаком. Далее, способ 2700 включает в себя шаг 2720 нахождения временного выравнивания информации о водяном знаке в представлении сигнала с водяным знаком во время-частотной области. Шаг 2720 нахождения временного выравнивания информации о водяном знаке во время-частотном представлении сигнала с водяным знаком включает в себя подэтап 2722 вычисления первой суммы результирующих значений поэлементного умножения первого подмножества значений представления во время-частотной области, значений первой последовательности свертывания синхронизации и значений последовательности свертывания битов. Затем, шаг 2720 включает в себя подэтап 2724 вычисления второй суммы результирующих значений поэлементного умножения второго подмножества значений время-частотного представления, значений второй последовательности свертывания синхронизации и значений последовательности свертывания битов. Наряду с этим, шаг 2720 включает в себя подэтап 2726 сложения абсолютных значений первой суммы результирующих значений и второй суммы результирующих значений с выведением меры правдоподобия, отражающей вероятность того, что первое и второе подмножества значений представления во время-частотной области несут информацию о синхронизации, которая совмещена по времени с последовательностью расширения синхронизации. Шаг 2720 также включает в себя подэтап 2728 задания синхронизации в зависимости от меры правдоподобия.

Способ 2700 может быть дополнен любыми из существенных признаков и функций, описанных здесь применительно к декодированию водяного знака.

3. Описание системы

Далее, будет описана система передачи водяного знака, которая включает в себя блок ввода водяного знака и декодер водяных знаков. Безусловно, блок ввода водяного знака и декодер водяных знаков могут использоваться независимо друг от друга.

Для описания системы выбран принцип „от сложного к простому". Сначала проведена дифференциация между кодером и декодером. Затем, в разделах с 3.1 по 3.5 подробно описан каждый рабочий блок в отдельности.

Базовая структура системы представлена на фигурах 1 и 2, где отображены, соответственно, сторона кодера и сторона декодера. На фиг.1 показана принципиальная блочная схема блока ввода водяного знака 100. На стороне кодера блоком обработки 101 (обозначенный как генератор водяных знаков) генерирует сигнал водяного знака 101b из двоичных данных 101а и из данных 104, 105 обмена информацией с психоакустическим процессором 102. Информация, полученная от блока 102, призвана гарантировать неслышность водяного знака. Затем, водяной знак, сгенерированный генератором водяных знаков 101, суммируют с аудиосигналом 106. После этого сигнал с водяным знаком 107 может быть ретранслирован, сохранен или передан для дальнейшей обработки. Мультимедийные файлы, например, аудио- и видеофайлы, требуют введения значительной задержки в видеопоток во избежание потери аудио- и видеосинхронизации. В случае многоканального аудиосигнала каждый канал обрабатывается отдельно, согласно пояснению, данному в этом документе. Блоки обработки 101 (генератор водяных знаков) и 102 (психоакустический процессор) детально рассмотрены в разделах 3.1 и 3.2, соответственно.

На фигуре 2 в виде принципиальной блочной схемы детектора водяного знака 200 отображена сторона декодера. В систему 200 поступает маркированный водяным знаком аудиосигнал 200а, например, от микрофона. Первый блок 203, обозначенный как модуль анализа, демодулирует и трансформирует данные (например, аудиосигнал с водяным знаком) во временной/частотной области (формируя посредством этого время-частотное представление 204 аудиосигнала с водяным знаком 200а), пересылая их на модуль синхронизации 201, который анализирует входной сигнал 204 и выполняет синхронизацию, в частности, рассчитывает временное выравнивание кодированных данных (например, кодированных данных водяного знака относительно представления вовремя-частотной области).Эта информация (например, результирующие данные синхронизации 205) поступают на экстрактор водяного знака 202, который декодирует полученные данные (формируя соответствующие дв