專利名稱：對(duì)水印加注的數(shù)字內(nèi)容的反共謀鑒別碼構(gòu)建內(nèi)部碼的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字內(nèi)容的水印加注，以及具體地，涉及構(gòu)建用于生成水印的內(nèi)部碼以便抵抗針對(duì)在數(shù)字內(nèi)容中嵌入的水印發(fā)動(dòng)的共謀(collusion)攻擊。
背景技術(shù)：
如在此使用的，術(shù)語“內(nèi)容”或“數(shù)字內(nèi)容”可包括，但不限于，音頻、視頻或多媒體內(nèi)容。可將內(nèi)容或數(shù)字內(nèi)容認(rèn)為是數(shù)字信號(hào)。水印加注為修改內(nèi)容以便將信息嵌入到該內(nèi)容中的處理以及為從所修改的內(nèi)容恢復(fù)該信息的相應(yīng)處理。這種水印信息的一個(gè)實(shí)例為在制作之后或在分發(fā)之前或在分發(fā)期間被添加到或嵌入至內(nèi)容的數(shù)字鑒別碼(forensic code) 0在這種情況下，水印或數(shù)字鑒別碼旨在對(duì)多媒體作品的許多拷貝的每一個(gè)(否則其是相同的)應(yīng)用唯一的標(biāo)識(shí)符。在一種應(yīng)用中，這可用于識(shí)別非法拷貝的內(nèi)容的來源。對(duì)諸如數(shù)字電影之類的數(shù)字內(nèi)容水印加注是一種阻止盜竊者盜用內(nèi)容的拷貝并且然后非法對(duì)其重新分發(fā)的技術(shù)。因?yàn)樗〖幼⒖勺R(shí)別盜用的拷貝源自的特定授權(quán)的經(jīng)銷商，所以這項(xiàng)技術(shù)也鼓勵(lì)數(shù)字內(nèi)容的授權(quán)分發(fā)商保持高安全標(biāo)準(zhǔn)。例如，如果查抄了數(shù)字內(nèi)容的非法拷貝，則通過使用鑒別碼內(nèi)的序列號(hào)，數(shù)字內(nèi)容內(nèi)的水印信息可被用于確定授權(quán)分發(fā)商的身份，并且或許確定數(shù)字內(nèi)容被授權(quán)分發(fā)商公映或銷售的時(shí)間與地點(diǎn)。以此信息，可在識(shí)別的授權(quán)分發(fā)商處開始調(diào)查以便確定發(fā)生盜用的情況。在許多應(yīng)用中，數(shù)字水印加注的內(nèi)容的單元可能在其在被嵌入時(shí)刻與其被檢測(cè)時(shí)刻之間可能經(jīng)歷一些修改。這些修改被叫做“攻擊”，這是因?yàn)樗鼈兺ǔＪ顾〗导?jí)并且使得其檢測(cè)更加困難。如果在授權(quán)或未授權(quán)分發(fā)的處理期間攻擊被預(yù)期自然地(naturally) 發(fā)生，那么，認(rèn)為該攻擊為“無意的”。無意攻擊的示例可為(1)經(jīng)裁切、縮放、JPEG壓縮、 濾波等的加注水印的圖像，(2)被轉(zhuǎn)換成用于在電視顯示器上觀看的NTSC/PAL SECAM、MPEG 或DIVX壓縮的、重采樣等的加注水印的數(shù)字內(nèi)容。另一方面，如果故意地進(jìn)行帶有阻撓水印目的意圖的攻擊，那么該攻擊為“有意的”，并且執(zhí)行該攻擊的一方為盜竊者或盜版者。三種有意攻擊的分類為未授權(quán)嵌入、未授權(quán)檢測(cè)、以及未授權(quán)去除。本發(fā)明關(guān)注于未授權(quán)去除；去除水印或損壞其檢測(cè)(即，水印仍然在內(nèi)容中但是不能被檢測(cè)器輕易檢索)。未授權(quán)去除攻擊通常地具有在最小化對(duì)內(nèi)容的感知損壞的情況下使得水印不可讀取的目的。攻擊的示例可為被應(yīng)用于內(nèi)容的行(line)去除/添加和/或本地旋轉(zhuǎn)/縮放的小的、不可感知的組合以便使其與檢測(cè)器難于同步(許多水印檢測(cè)器對(duì)于去同步敏感)。一種類型的攻擊為共謀攻擊，其中組合不同拷貝嘗試偽裝或擾亂每個(gè)拷貝中包含的不同的數(shù)字水印信息。在重新分發(fā)經(jīng)處理的共謀拷貝之前，攻擊者還可能在共謀拷貝上執(zhí)行附加處理。該附加處理可能造成在鑒別碼的檢測(cè)比特中的錯(cuò)誤。在沒有精心設(shè)計(jì)的情況下，通過兩個(gè)或三個(gè)共謀者的攻擊可輕松地破解鑒別水印加注系統(tǒng)。由Boneh-Smw和Tardos設(shè)計(jì)的關(guān)于鑒別標(biāo)記碼的現(xiàn)有技術(shù)工作被設(shè)計(jì)為用于抵抗共謀攻擊。然而，當(dāng)被應(yīng)用于多媒體信號(hào)時(shí)，Bonehlhaw方法具有需要很長的代碼并且提供低抗共謀性的缺點(diǎn)，即，僅僅幾個(gè)共謀者即可破壞該系統(tǒng)。Tardos方法具有好的抗共謀性并且需要更短的代碼長度。然而，其在代碼生成和檢測(cè)期間的計(jì)算復(fù)雜性以及存儲(chǔ)消耗是相當(dāng)?shù)幕诩m錯(cuò)碼(ECC)的鑒別碼的一萬倍。由He和mi提出的基于ECC的鑒別標(biāo)記方案使用高斯(Gaussian)擴(kuò)展頻譜嵌入以便承載代碼碼元而不是使用二進(jìn)制內(nèi)部碼。由于該方案特定地使用擴(kuò)展頻譜嵌入，其可能不適用于其它嵌入方案。開發(fā)一種用于構(gòu)建二進(jìn)制內(nèi)部碼的技術(shù)是有用的，該二進(jìn)制內(nèi)部碼用于生成抗共謀水印，其在計(jì)算上也是高效的并且具有合理的長度的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決現(xiàn)有方案產(chǎn)生的上述難題和問題并且針對(duì)被設(shè)計(jì)為與ECC外部碼一起使用的內(nèi)部二進(jìn)制正交碼。描述了一種方法以及裝置，其包括使用多個(gè)碼元為多個(gè)用戶中的每個(gè)生成唯一碼，生成表示所述多個(gè)碼元的多個(gè)碼，為所述多個(gè)用戶中的每個(gè)替換所述多個(gè)碼至所述唯一碼，置換由所述替換導(dǎo)致的碼以便為所述多個(gè)用戶中的每個(gè)產(chǎn)生碼字以及嵌入所述碼字至數(shù)字內(nèi)容。第二生成動(dòng)作還包括生成第一碼元和之后的第二碼元的串，其中所述第一碼元全部為一并且所述第二碼元全部為負(fù)一，其中第一碼元的數(shù)目等于所述第二碼元的數(shù)目，并且其中如果所述第一碼元和之后的所述第二碼元的長度小于所述碼的長度，則重復(fù)所述第一碼元和之后的所述第二碼元直至填充到所述碼的長度。


當(dāng)連同附圖閱讀時(shí)從以下具體描述最好地了解本發(fā)明。附圖包括以下簡要描述的各圖，在圖中類似標(biāo)號(hào)表示相似元素圖1圖示了水印嵌入處理。圖2圖示了水印檢測(cè)處理。圖3a描述了用于基于ECC編碼器的示例外部碼。圖北描述了用于基于ECC編碼器的正交內(nèi)部碼。圖3c描述了將內(nèi)部碼組合到外部碼中。圖3d描述了用于基于ECC編碼器機(jī)制的隨機(jī)化。圖4描述了根據(jù)本發(fā)明的原理的基于ECC碼的生成。圖5為用于根據(jù)本發(fā)明原理的基于ECC碼生成操作的裝置的框圖。圖6為描述使用根據(jù)本發(fā)明原理生成的基于ECC碼的指數(shù)碼的構(gòu)建的流程圖。圖7示出了具有不同碼相關(guān)性以及不同內(nèi)部碼的、本發(fā)明的基于ECC碼檢測(cè)概率的下限以及仿真結(jié)果。圖8示出了在具有五個(gè)共謀者的多數(shù)攻擊下Tardos碼、本發(fā)明的改進(jìn)的基于ECC 碼、以及BS碼的檢測(cè)概率。圖9示出了在具有五個(gè)共謀者的交織攻擊下Tardos碼、本發(fā)明的改進(jìn)的基于ECC 碼、以及BS碼的檢測(cè)概率。
具體實(shí)施例方式如在此使用的，“/”表示對(duì)于相同或相似組件或結(jié)構(gòu)的可替換名稱。即，“/”可用作如在此使用的“或”的含義?？稍谧R(shí)別盜用多媒體內(nèi)容用于非法分發(fā)或重新分發(fā)的用戶的技術(shù)中采用數(shù)字鑒別碼/水印。典型地使用被設(shè)計(jì)為對(duì)于各種攻擊具有魯棒性(robust) 的水印加注技術(shù)將這些鑒別碼/水印嵌入至內(nèi)容。一種類型的針對(duì)這種數(shù)字鑒別碼的攻擊是共謀，其中，組合了相同內(nèi)容的若干不同標(biāo)記的拷貝以便破壞用于識(shí)別數(shù)字多媒體內(nèi)容的授權(quán)來源的底層鑒別水印信息。在多媒體鑒別碼設(shè)計(jì)中的一種特殊挑戰(zhàn)是當(dāng)被保護(hù)數(shù)據(jù)為多媒體時(shí)，共謀者通常在形成錯(cuò)誤信道的共謀之后應(yīng)用后期處理。例如，共謀者可在重新分發(fā)共謀的拷貝之前壓縮多媒體以降低數(shù)字尺寸。因此，設(shè)計(jì)一種對(duì)信道錯(cuò)誤具有魯棒性的抗共謀鑒別碼是重要的。
通常，廣泛地研究了兩種類型的共謀攻擊交織攻擊和多數(shù)攻擊。在交織攻擊中， 共謀者在大致相等的份額以逐個(gè)比特為基礎(chǔ)貢獻(xiàn)它們的鑒別數(shù)據(jù)的拷貝，以努力地避開有效的鑒別碼/水印檢測(cè)。當(dāng)存在兩個(gè)或更多共謀用戶時(shí)開始這類攻擊。該方法威脅到導(dǎo)致將無辜授權(quán)分發(fā)商當(dāng)作被保護(hù)數(shù)字內(nèi)容的盜用拷貝的一個(gè)來源的錯(cuò)誤的肯定檢測(cè)。在多數(shù)攻擊中，共謀者以逐個(gè)比特為基礎(chǔ)將它們的鑒別數(shù)據(jù)組合，使得選擇共謀者中的比特狀態(tài)的多數(shù)并且將其放置于被保護(hù)數(shù)字內(nèi)容的最終共謀拷貝中。當(dāng)存在三個(gè)或更多共謀用戶時(shí)可開始這類攻擊。該方法也可在鑒別碼字檢測(cè)中產(chǎn)生錯(cuò)誤的肯定結(jié)果。本發(fā)明針對(duì)為基于ECC的鑒別碼構(gòu)建內(nèi)部碼以便對(duì)抗在數(shù)字多媒體信號(hào)中嵌入的水印的各種共謀攻擊(例如多數(shù)攻擊和交織攻擊)的方法以及裝置。使用了兩個(gè)正交二進(jìn)制碼的替換(有時(shí)也稱為級(jí)聯(lián)(concatenation))以便構(gòu)建用于基于ECC鑒別碼的內(nèi)部碼。圖1和圖2示出了鑒別碼的通常嵌入和檢測(cè)處理。在嵌入處理期間，生成每個(gè)用戶的碼字。所有碼字的集合被集體地稱為碼本。基于輸入的用戶索引，從碼本檢索該用戶的碼字并且通過數(shù)字水印加注技術(shù)他的碼字嵌入至原始信號(hào)。這個(gè)處理的輸出為相應(yīng)用戶的數(shù)字水印加注的信號(hào)。在檢測(cè)處理期間，將測(cè)試信號(hào)輸入至水印檢測(cè)器以便提取測(cè)試的鑒別碼字。生成或檢索碼本并且使用每個(gè)用戶的鑒別碼字用來與共謀者檢測(cè)器中的測(cè)試鑒別碼字相比較。 輸出是被指控的共謀者。圖1描述了使用計(jì)算系統(tǒng)實(shí)施的鑒別碼字/水印嵌入系統(tǒng)100的框圖。初始地，生成每個(gè)用戶的碼字并且將其存儲(chǔ)在碼本中。在另一種實(shí)施例中，碼本為表示數(shù)字視頻產(chǎn)品的授權(quán)用戶的一些或所有碼字的數(shù)字信息?；谳斎氲挠脩羲饕?ID(標(biāo)識(shí)符)，生成105 被識(shí)別用戶的碼字。這種碼字的生成可通過檢索存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)來執(zhí)行或其可以在開始水印加注處理時(shí)生成。然后在編碼器110中將用戶碼字與原始內(nèi)容組合。編碼的結(jié)果為其中碼字被嵌入到原始內(nèi)容的水印加注的信號(hào)。編碼器110的輸出為已經(jīng)在其中嵌入了水印加注的信號(hào)的內(nèi)容，用于由相應(yīng)的授權(quán)用戶的分發(fā)。圖2示出了水印/鑒別碼的通常的碼檢測(cè)器200?？稍谟?jì)算機(jī)系統(tǒng)上實(shí)施通常的碼檢測(cè)器200用于生成并顯示結(jié)果。初始地，向鑒別碼/水印提取器205輸入可疑信號(hào)。從可疑視頻提取水印信息。通過碼字生成器210生成所有用戶碼字。這個(gè)碼字生成器可為與圖1中所示的項(xiàng)目105相似的設(shè)備。攻擊者檢測(cè)器210然后檢測(cè)攻擊者的碼字，并且將該碼字與所有碼字列表相比較以便確定攻擊者身份。可顯示220可疑共謀者的身份。這樣的顯示包括，但不限于在終端/監(jiān)視器或打印設(shè)備上的顯示。在這種情況下，用戶為編碼內(nèi)容的授權(quán)用戶。例如，用戶可為數(shù)字內(nèi)容(例如電影)的授權(quán)分發(fā)商。如果揭露了盜版內(nèi)容， 那么具有與可疑內(nèi)容中的碼字對(duì)應(yīng)的碼字的一個(gè)或更多授權(quán)用戶可能為共謀者。這里，術(shù)語“共 謀者”指允許內(nèi)容的拷貝落入內(nèi)容盜版者/盜竊者之手的授權(quán)用戶。圖3a_3d描述了生成基本的基于ECC鑒別碼的一般方法。圖3a的第一步驟是以L 個(gè)碼元和q個(gè)字母(alphabet) {f0, f1; . . .，fq_J為N個(gè)用戶生成ECC外部碼。在一種實(shí)施例中 ，將圖3a的外部碼構(gòu)建為Reed-Solomon(RS)碼，這是由于其大的最小距離。圖3b描述了要被用作基本的ECC的字母表的示例二進(jìn)制內(nèi)部碼，其中將O描述為-1值。圖3c示出了對(duì)于每個(gè)用戶將圖3b的內(nèi)部碼替換至圖3a的外部碼的結(jié)果。這是為用戶生成基本的基于ECC碼字的一種方法。在一種實(shí)施例中，還可通過為每個(gè)用戶隨機(jī)置換比特來進(jìn)一步操縱基本的基于ECC的碼字。圖3d描述了對(duì)于用戶1的圖3c的碼字比特的隨機(jī)置換。可通過隨機(jī)器進(jìn)行該“隨機(jī)”置換并且其一般地被執(zhí)行以便防止碼字結(jié)構(gòu)被攻擊者破解。圖 3d運(yùn)行之后的結(jié)果為對(duì)于每個(gè)用戶的隨機(jī)化的基本的基于ECC的碼字。再次參照?qǐng)D3b以及內(nèi)部碼，將具有值+1/-1以及長度1的q個(gè)正交二進(jìn)制內(nèi)部碼用來調(diào)制q個(gè)字母以及替換內(nèi)部碼至外部碼?？偞a長為Ll比特并且用戶的總數(shù)為N = Cit, 其中t為外部Reed-Solomon碼的維數(shù)。稱為指數(shù)正交碼的q個(gè)內(nèi)部碼字被設(shè)計(jì)為盡可能多地保留共謀者的信息。該指數(shù)正交內(nèi)部碼的列由1和-1的所有211個(gè)可能組合所組成，一個(gè)列在一個(gè)比特位置與來自q個(gè)碼字的比特對(duì)應(yīng)。因此該碼具有1 = 2'的碼長。以下將構(gòu)建對(duì)于基本ECC的圖3b中所示的正交內(nèi)部碼。對(duì)于第i個(gè)碼字f^，最初的個(gè)比特為 1并且接下來的個(gè)為-1。然后重復(fù)相同的碼2H次，以211個(gè)比特結(jié)束。圖3b中示出了 q = 3的內(nèi)部碼矩陣。第一碼字&的最初4比特為1并且剩余的比特為-1 ；第二碼字的最初2比特為1并且接下來的2比特為-1，并且然后重復(fù)碼模式一次。第三/最后碼字f3 具有以1開始的交替的1和-1。這產(chǎn)生了基本ECC碼字的內(nèi)部碼。在ECC鑒別碼方案中采用了基于相關(guān)性的檢測(cè)器用于檢測(cè)用戶的碼字以便識(shí)別共謀者。假設(shè)y是從共謀拷貝中提取的鑒別碼，Xi是用戶i的鑒別碼，而U為所有用戶的集合。用戶i的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)值為
權(quán)利要求
1.一種方法，所述方法包括使用多個(gè)碼元為多個(gè)用戶中的每個(gè)生成唯一碼；生成表示所述多個(gè)碼元的多個(gè)碼，其中，所述第二生成動(dòng)作還包括生成第一碼元和之后的第二碼元的串，并且進(jìn)一步其中所述第一碼元全部為一并且所述第二碼元全部為負(fù)一，其中第一碼元的數(shù)目等于所述第二碼元的數(shù)目，并且進(jìn)一步其中如果所述第一碼元和之后的所述第二碼元的長度小于所述碼的長度，則重復(fù)所述第一碼元和之后的所述第二碼元直至填充到所述碼的長度；為所述多個(gè)用戶中的每個(gè)將所述多個(gè)碼替換為所述唯一碼；置換由所述替換導(dǎo)致的所述碼以便為所述多個(gè)用戶中的每個(gè)產(chǎn)生碼字；以及將所述碼字嵌入至數(shù)字內(nèi)容。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括輸出用于識(shí)別具有相應(yīng)碼字的用戶的每個(gè)所述碼字。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，表示所述多個(gè)碼元的所述多個(gè)碼為指數(shù)正交碼。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述碼元為字母。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述唯一碼為Reed-Solomon碼。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括接收輸入?yún)?shù)，所述輸入?yún)?shù)包括用戶數(shù)目、碼元尺寸以及唯一碼的長度。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將所述多個(gè)碼中的第一個(gè)乘以所述多個(gè)碼中的第二個(gè)以便生成所述多個(gè)碼中的第三個(gè)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將所述多個(gè)碼中的第一個(gè)乘以正交矩陣以便生成所述多個(gè)碼中的第二個(gè)。
9.一種裝置，包括用于使用多個(gè)碼元為多個(gè)用戶中的每個(gè)生成唯一碼的部件；用于生成表示所述多個(gè)碼元的多個(gè)碼的部件，其中，所述用于生成的第二部件還包括 用于生成第一碼元和之后的第二碼元的串的部件，并且進(jìn)一步其中所述第一碼元全部為一并且所述第二碼元全部為負(fù)一，其中第一碼元的數(shù)目等于所述第二碼元的數(shù)目，并且進(jìn)一步其中如果所述第一碼元和之后的所述第二碼元的長度小于所述碼的長度，則重復(fù)所述第一碼元和之后的所述第二碼元直至填充到所述碼的長度；用于為所述多個(gè)用戶中的每個(gè)將所述多個(gè)碼替換為所述唯一碼的部件；用于置換由所述替換導(dǎo)致的碼以便為所述多個(gè)用戶中的每個(gè)產(chǎn)生碼字的部件；以及用于將所述碼字嵌入至數(shù)字內(nèi)容的部件。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，還包括用于輸出用于識(shí)別具有相應(yīng)碼字的用戶的每個(gè)所述碼字的部件。
11.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中，表示所述多個(gè)碼元的所述多個(gè)碼為指數(shù)正交碼。
12.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述碼元為字母。
13.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述唯一碼為Reed-Solomon碼。
14.如權(quán)利要求9所述的裝置，還包括用于接收輸入?yún)?shù)的部件，所述輸入?yún)?shù)包括用戶數(shù)目、碼元尺寸以及唯一碼的長度。
15.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述裝置為處理器，其中具有包括在所述處理器上執(zhí)行的用于生成所述碼字的指令的存儲(chǔ)器。
16.如權(quán)利要求9所述的裝置，還包括用于將所述多個(gè)碼中的第一個(gè)乘以所述多個(gè)碼中的第二個(gè)以便生成所述多個(gè)碼中的第三個(gè)的部件。
17.如權(quán)利要求9所述的裝置，還包括用于將所述多個(gè)碼中的第一個(gè)乘以正交矩陣以便生成所述多個(gè)碼中的第二個(gè)的部件。
全文摘要
描述了一種方法以及裝置，其包括使用多個(gè)碼元為多個(gè)用戶中的每個(gè)生成唯一碼，生成表示所述多個(gè)碼元的多個(gè)碼，為所述多個(gè)用戶中的每個(gè)替換所述多個(gè)碼至所述唯一碼，置換由所述替換導(dǎo)致的碼以便為所述多個(gè)用戶中的每個(gè)產(chǎn)生碼字以及嵌入所述碼字至數(shù)字內(nèi)容。第二生成動(dòng)作還包括生成第一碼元和之后的第二碼元的串，其中所述第一碼元全部為一并且所述第二碼元全部為負(fù)一，其中第一碼元的數(shù)目等于所述第二碼元的數(shù)目，并且其中如果所述第一碼元和之后的所述第二碼元的長度小于所述碼的長度，則重復(fù)所述第一碼元和之后的所述第二碼元直至填充到所述碼的長度。
文檔編號(hào)G06T1/00GK102227745SQ200880132105
公開日2011年10月26日 申請(qǐng)日期2008年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月26日
發(fā)明者何杉, 杰弗里.A.布盧姆, 林婉怡 申請(qǐng)人:湯姆森特許公司