在信息信号中嵌入辅助数据制造技术

信息信号如灰度级图像或音频信号被表示为ＰＣＭ信号采样的序列。为在信号的最低有效位中嵌入辅助数据，采样被轻微失真。有所谓的“速率失真函数”（２０），其给出给定某一失真水平Ｄ的最大嵌入速率Ｒ。表明现有技术嵌入方案如ＬＳＢ替换（２１，２２）的效率可被提高。本发明专利技术公开了这样的嵌入方案（２３，２４）。依照本发明专利技术，信号被分为Ｌ（Ｌ＞１）个信号采样（ｘ）的组。对于每组信号采样，信号采样的最低有效部分（ｘｍｏｄｎ）的矢量被生成。对于ｎ＝２，该矢量包括每个信号采样的最低有效位。所述矢量的校正子（如在误差检测和校正领域所定义的）表示所嵌入的数据。一组的仅一个（或几个，在任何情况下小于Ｌ）信号采样需要被修改以实现矢量为所需校正子值。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于在信息信号中嵌入辅助数据的方法和装置。本专利技术亦涉及一种用于检测所述辅助数据的方法和装置。
技术介绍
在PCM编码信息信号中嵌入辅助数据的已知方法，亦被称为易碎水印(fragile watermarking)，被公开于欧洲专利EP-B 0 205 200中。在这种现有技术方法中，每第n个信号采样的最低有效位被辅助数据位替换。这种嵌入方案的改进变化被公开于欧洲专利申请EP-A 0359 325中。不仅依赖于实际辅助数据位，而且依赖于相同PCM采样的一个或多个其它位，PCM采样的最低有效位在此被修改。专利技术目的和概述本专利技术的目的是进一步改进在PCM信号中嵌入辅助数据的方法。依照本专利技术，这是通过如在权利要求1中所限定的方法而实现的。该方法导致速率失真(rate-distoration)比的改进。附图简述附图说明图1示出辅助数据嵌入和解码系统的通用示意图。图2示出说明依照本专利技术的嵌入方法实施例的操作的曲线图。实施例描述图1示出辅助数据嵌入和解码系统10的通用示意图。离散无记忆源11发出符号x1...xN的主(host)序列x。编码器12，亦被称为嵌入器，以概率1/M来接收符号0...M的消息w。嵌入器将序列x1...xN修改成作为x和w的函数的符号y1...yN的合成序列。合成序列y被应用于目的地13，并亦由解码器14来观测，其被需要以便可靠地重构所嵌入的消息w。在起始段中所提及的现有技术嵌入方法中，主信号符号的一半不被修改，这是因为PCM采样的最低有效位已等于欲被嵌入的数据位。通过交换(flip)最低有效位以使所述位等于欲被嵌入的数据位，符号的另一半被修改。这样，被修改的符号与主PCM采样差+1或-1。这被概括于以下的表I中。表I 修改主符号引入了失真。对于PCM编码信息信号(如音频采样、图像像素)，“平方误差”常被使用，定义为D(x，y)＝(y-x)2现有技术嵌入方案的平均失真为D=14{02+(+1)2+(-1)2+02}=14(2·02+2·12)=0.5.]]>现有技术嵌入方案的嵌入速率为R＝1位/符号，并因此速率失真比为R/D＝2。现有技术嵌入方法是一种最低有效位的替换，在其中消息在信号符号的R个最低有效位(R为正整数)中被嵌入。以下的表IIa示出R＝2的最低有效位的替换方案。 表IIa在此情况下，平均失真为D=116(4·02+6·12+4·22+2·32)=2.5]]>而速率失真比为R/D＝0.8。应指出，在表IIa的R＝2嵌入方案中，主符号的两个最低有效位被2位消息w替换。如该表所示，这可导致每个符号D＝32的失真。显然，从采样减1来取代加3是较好的。对于R＝2，这个策略被概括于以下的表IIb中。 表IIb在此情况下，失真为D=116(4·02+8·12+4·22)=1.5]]>而速率失真比为R/D＝1.33，其大大好于在表IIa中所示方案的比R/D＝0.8。本专利技术人发现了理论上可实现的速率失真曲线，其表明一定有具有较好速率失真比的嵌入方案。这个“边界”曲线在图2中被表示为20。对应于表I和IIb的两个(R，D)对(1，0.5)和(2，1.5)在该图中分别被表示为21和22。如将被理解的，有提高速率失真比的余地。例如，对于R＝1可在理论上实现失真D≈0.2(R/D≈5)，而对于R＝2可在理论上实现D≈0.9(R/D≈2)。我们感兴趣的是寻找组合大嵌入速率R与小失真D的嵌入策略，即大速率失真比R/D。“编码的”LSB调制依照本专利技术的第一方面，消息符号由矢量的校正子(syndrome)来表示，该矢量由一组L(L＞1)个主符号中每个的最低有效位形成，在此亦被称为LSB矢量。词语“校正子”是误差校正领域内众所周知的概念。在误差校正方案中，所接收的数据字(输入矢量)被处理以获得其校正子。通常(但不是必须)，所述处理意味着用给定矩阵乘以数据字。如果校正子为零，则数据字的所有位是正确的。如果校正子不等于零，则非零值表示错误位的位置(或多个位置)。汉明码(Hamming)具有汉明距离3并由此允许1个错误位被校正。其它码如戈莱码(Golay code)允许数据字的多个位被校正。从数学上来说，依照本专利技术的数据嵌入方法类似于误差校正。为了在一组L个主符号中嵌入许多数据位，编码器(图1中的12)修改所述组的一个或多个主符号。在数学上，在汉明意义上最接近x1...xL的输出矢量y1...yL被计算。解码器(图1中的14)只需要确定所接收LSB矢量的校正子。该校正子表示所嵌入的辅助数据。在以下实例中，(7，4，3)汉明码被用于在主符号的最低有效位中嵌入数据。在误差校正领域，(7，4，3)汉明码允许使用7-4＝3个奇偶校验位来校正7位数据字中的1个位(汉明距离为3)。与此类似，嵌入实施例允许在7个主符号中嵌入3个消息位。为计算校正子，7个主符号的LSB矢量被乘以(所有数学运算均为模2运算)以下的3×7矩阵000111101100111010101]]>这个矩阵的列包括所有可能的位组合，除了000。假定七个主符号具有最低有效位0，0，1，1，0，1，0，即输入LSB矢量为(0011010)。这个矢量与以上矩阵的模2乘法得到000111101100111010101×0011010=001]]>这个乘法的输出(001)为输入矢量(0011010)的校正子。正是这个校正子表示所嵌入的消息符号。显然，由原始主符号表示的校正子通常不是欲被嵌入的消息符号。仅一个主符号的最低有效位必须因此被修改。这是通过以下步骤而实现的-计算原始LSB矢量校正子和欲被嵌入消息之间的差。例如，如果欲被嵌入的消息为(010)，则模2差为(010)-(001)＝(011)。-确定矩阵中所述差的列位置d。在这个实例中，在矩阵的第三(d＝3)列发现所述差(011)。-修改第d个主符号的最低有效位。这样，第3个主符号的最低有效位在本实例中被修改，其导致被修改的矢量(0001010)。在解码器中，这个矢量受校正子确定的控制。结果为000111101100111010101×0001010=010]]>其真正表示消息符号(010)。每7个符号的失真为18·02+78·12=78]]>(没有主符号被改变的概率为1/8，而一个符号被改变±1的概率为7/8)，因此每个符号的平均失真为D＝1/8。嵌入速率为每7个符号3位，即R＝3/7。相应的(R，D)对被示出为在图2中表示为23的+标记。速率失真比为R/D≈3.4。较通常地，基于汉明码的嵌入允许将m位消息符号嵌入到2m-1个主符号中，嵌入速率R=m2m-1,]]>而失真D=12m.]]>对应于m＝2，3，4和5的(R，D)对被示出为图2中的+标记。速率失真比为R/D=m&CenterDo本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过依照辅助数据符号修改所选信号采样的最低有效部分在由信号采样流表示的信息信号中嵌入辅助数据方法，该方法包括步骤：－将所述流分为信号采样的组，－对于每组信号采样，形成表示信号采样所述最低有效部分的符号的矢量，－修改一组信号采 样以使相应的矢量满足给定的校正子约束，所述矢量的校正子表示一个或多个辅助数据符号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：ME范迪克，FMJ维勒姆斯，
申请(专利权)人：皇家菲利浦电子有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]