專利名稱：：利用統(tǒng)計特性的數(shù)據(jù)隱藏方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種用于“數(shù)據(jù)隱藏”的方法，即一種將信息嵌入數(shù)據(jù)中的技術，以及用于“提取”嵌入的信息的方法。隨著被稱為“DVD”的新媒體越來越廣泛的應用，人們希望通過這種媒體來分配越來越大量的圖象和/或聲音信息。由于這些數(shù)字化的信息無須任何改變(DETERIORATION)即可被任何人容易而很好地復制，所以制定一個如何阻止濫用DVD和保護其版權的詳細規(guī)約是一個問題。因此，為了防止第三者非法復制這種信息(數(shù)據(jù))，一種用于將信息藏入原始數(shù)據(jù)的技術引起了人們的注意。這種隱藏技術被稱為“數(shù)據(jù)隱藏”。數(shù)據(jù)隱藏是將信息嵌入另一種媒體(靜止圖象、聲音、電影等)的技術的一般術語。它不同于加密，不想保持包含在媒體中的秘密信息，而是將包含在媒體中的信息和將要嵌入的信息綜合在一起。數(shù)據(jù)隱藏的一個重要特性在于它是不可見標記。當信息被嵌入一種媒體中時，它沒有與數(shù)據(jù)位相加，而是在處理時不被人的視覺所察覺(數(shù)據(jù)變換)。因此，并沒有因為嵌入了附加信息而增加數(shù)據(jù)量。例如，當文本或聲音信息被嵌入一個圖象中時，在存儲器中只處理一種類型的媒體。另一個重要特性是嵌入信息的不可分性。由于數(shù)據(jù)隱藏直接將附加信息嵌入一個媒體的數(shù)據(jù)結構中，而沒有存入標題或獨立的文件中，所以只要保存了原始數(shù)據(jù)的質量，即使媒體的平臺或數(shù)據(jù)格式被改變，也能提取出所嵌入的信息。利用數(shù)據(jù)隱藏技術，可以將復制控制信息作為表示是否允許復制該數(shù)據(jù)的消息數(shù)據(jù)而嵌入?？梢砸匀缦路绞桨才乓粋€DVD放映機當它訪問被記錄的媒體數(shù)據(jù)時，提取復制控制信息，并且如果該信息禁止復制，則進行禁止復制操作的操作。因此，以通過向DVD放映機提供一個能在訪問記錄媒體上的數(shù)據(jù)時同時提取和分析嵌入信息的提取機構的常規(guī)方式，就可以有效地控制數(shù)據(jù)的復制。于1996年4月22日公布的“NIKKEIELECTRONICS-4-22，1996”公開了下述數(shù)據(jù)隱藏技術。圖1是用于說明數(shù)據(jù)隱藏和提取的
背景技術：
的簡圖。在隱藏ID信息的步驟中，通過利用離散余弦轉換或快速傅立葉轉換對諸如電影、圖象、照片及聲音之類的原始媒體信息進行頻率變換而獲得一個頻譜。通過擴頻將ID信息卷積到媒體信息的頻譜中。ID信息是一個只有出版物(PUBLICATION)的每個采購者才有的隨機數(shù)。長度為1000的正態(tài)分布被用作產(chǎn)生隨機數(shù)的算法。然后，在加有ID信息的媒體信息的頻譜上執(zhí)行反頻率變換以恢復隱藏有ID信息的數(shù)字出版物信息。盡管ID信息被隱藏于其中，但是該數(shù)字出版物信息與原始信息幾乎沒有區(qū)別以致于采購者不能憑肉眼識別出其區(qū)別。另一方面，為了提取出ID信息，除了具有關于假定將被非法復制的數(shù)字出版信息的數(shù)據(jù)之外，還應該具有關于原始出版信息的數(shù)據(jù)。對得到的數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)進行頻率變換來得到它們的頻譜。確定這些頻譜間的差別并將之與作者(AUTHOR)發(fā)出的ID信息進行比較。這能識別出出版物的采購者，使得其能夠確定該出版物是否為非法復制品。這種技術的一個特征是利用一個頻率空間來隱藏數(shù)據(jù)。即將媒體信息從一個實際空間變換到一個頻率空間，并根據(jù)ID信息來處理其頻譜中的一個頻率分量。另一個特征是使用的頻率區(qū)域是局部的。即只有在媒體信息頻譜中的低頻區(qū)域進行擴頻而不利用其中的高頻分量。這是為了防止在高頻區(qū)域擴展時由ID信息的壓縮/解壓而引起的ID信息丟失，換句話說，這種現(xiàn)有的方法是在媒體信息的局部頻率空間中頻率擴展ID信息，并將ID信息隱藏到媒體信息的整個實際空間中。在上述現(xiàn)有的方法中，只有在進行提取時提供了原始數(shù)據(jù)的情況下才允許提取嵌入的信息。但是，提供給通用DVD放映機的信息只是存在插入的存儲媒體上并用于嵌入的信息和預先存在放映機的一個ROM中的附加信息(可能是用于提取的標準化信息)。只要DVD放映機是一個通用設備，實際上就不可能在存取個別數(shù)據(jù)時分別提供原始數(shù)據(jù)。因此，就不可能利用將具有原始數(shù)據(jù)作為先決條件的現(xiàn)有方法以常規(guī)方式來達到控制復制的目的。此外，將能夠在存取的同時提取嵌入的信息和能夠實時控制系統(tǒng)操作作為達到上述目的的先決條件是必要的。但是，現(xiàn)有方法難以滿足這些要求，因為在頻率變換或進行嵌入信息的提取時需要花費巨大的成本。因此，本發(fā)明的目的是提供一種數(shù)據(jù)隱藏方法或系統(tǒng)，用于將信息嵌入一個記錄媒體中使得能夠在不提供原始數(shù)據(jù)的情況下提取信息。還提供一種能夠在不提供原始數(shù)據(jù)時提取嵌入信息的提取方法或系統(tǒng)。還提供一種能夠以相對低的計算成本提取嵌入信息的方法或系統(tǒng)。為達到上述目的，本發(fā)明的第一方面提供了一種用于將信息嵌入一個數(shù)據(jù)陣列的數(shù)據(jù)隱藏方法，該數(shù)據(jù)陣列由多個陣列元素構成，該方法包括步驟(a)準備一個具有多個陣列元素的模板陣列，該模板陣列至少具有一個正單位值和一個負單位值，并且正負單位值的總和為零；(b)指定該數(shù)據(jù)陣列中的隱藏區(qū)的數(shù)量(N)，隱藏區(qū)的大小與模板陣列的大小相應；(c)通過參照一個提供了信息含義與模板陣列在隱藏區(qū)域的應用之間的對應的隱藏規(guī)則，對一個隱藏區(qū)根據(jù)位置相應的正或負單位值確定每個陣列元素的操作量；(d)將所確定的相對于所述隱藏區(qū)的操作量加至每個陣列元素；以及(e)根據(jù)隱藏區(qū)的個數(shù)(N)執(zhí)行步驟(c)到(d)，使得信息被嵌入(N)個隱藏區(qū)中。此外，本發(fā)明的第二方面提供了一種用于提取嵌入到一個數(shù)據(jù)陣列中的信息的方法，該數(shù)據(jù)陣列由多個陣列元素構成，該方法包括步驟(a)指定在數(shù)據(jù)陣列中嵌入了信息的隱藏區(qū)的個數(shù)(n)，這個個數(shù)(n)足以體現(xiàn)統(tǒng)計特性，隱藏區(qū)的大小與一個模板陣列的大小相應，該模板陣列具有多個陣列元素，且具有至少一個正單位值和一個負單位值，并且正負單位值的總和為零；(b)對(n)個隱藏區(qū)中的每一個，通過將模板陣列卷積到隱藏區(qū)來計算一個塊值，并從(n)個塊值的和中得到一個統(tǒng)計判斷值；以及(c)通過參照一個提供了統(tǒng)計判斷值與將被提取的信息含義間的對應關系的提取規(guī)則，按照統(tǒng)計判斷值提取嵌入的信息。從而本發(fā)明能夠在不提供原始數(shù)據(jù)信息的情況下提取嵌入的信息，并能夠以相對低的計算成本提取信息，因為不需要諸如頻率變換之類的復雜操作。圖1是說明依據(jù)
背景技術：
的數(shù)據(jù)隱藏和提取的方框圖；圖2是一幀由640*480個象素構成的靜止圖象或電影的狀態(tài)圖；圖3是一個4*4個象素構成的模板陣列；圖4是作為一個點陣(LATTICE)的、在圖象數(shù)據(jù)中指定的隱藏區(qū)的個數(shù)(N)；圖5是用于在一個以I(1+i，1+j)表示的隱藏區(qū)上卷積一個模板陣列P(i，j)的操作圖；圖6是嵌入信息為未知的數(shù)據(jù)陣列I′(x，y)的狀態(tài)圖；圖7是根據(jù)位于屏幕左下角的隱藏區(qū)I′(1+i，1+j)計算塊值F(1，1)的圖；圖8是在塊數(shù)(n)被隨機選定時的統(tǒng)計判斷值D的頻率分布圖；圖9是示出了通過在不執(zhí)行信號處理時，利用模板陣列執(zhí)行或不執(zhí)行處理而得到的統(tǒng)計判斷值的圖；圖10示出了由8*8個象素構成的模板陣列，其陣列元素按2*2象素排列；圖11示出了在執(zhí)行JPEG壓縮是得到的統(tǒng)計判斷值；圖12示出了在通過改變圖象大小來執(zhí)行一平均操作時得到的統(tǒng)計判斷值；圖13示出了利用MPEG2進行數(shù)據(jù)壓縮時遇到的阻力；圖14是用于將數(shù)據(jù)記錄到一媒體中的過程；圖15是用于控制記錄數(shù)據(jù)回放的過程；以及圖16是用于控制數(shù)據(jù)訪問及輸出的系統(tǒng)方框圖。(1)數(shù)據(jù)陣列I數(shù)據(jù)是嵌入信息的目標，包括靜止圖象數(shù)據(jù)，電影數(shù)據(jù)和聲音數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)用一個數(shù)據(jù)陣列I來表示。本發(fā)明不僅適用于象靜止圖象數(shù)據(jù)這樣的二維數(shù)據(jù)，而且也適用于象聲音數(shù)據(jù)這樣的一維數(shù)據(jù)。下面將以特定信息被嵌入一個靜止圖象或由640*480個象素構成的一幀電影圖象中為例進行說明，如圖2所示。對于圖中所示的圖象數(shù)據(jù)來說，由多個陣列元素axy構成的媒體陣列I表示如下[式1]I(x，y){a11，…，a640_1，a21，…，axy…，a640_480}這里，(x，y)表示在陣列中的一個位置，“x”位于一維方向上(橫向)，“y”位于二維方向上(縱向)。圖2的圖象數(shù)據(jù)的數(shù)值范圍為1≤x≤640，1≤y≤480。陣列元素axy是一個表示圖象數(shù)據(jù)的特征的特性值，能被用于圖象的直接參數(shù)，如象素值，或間接參數(shù)，如平均或分散值。此處用作象素值。(2)模板陣列P用多個陣列元素表示的模板陣列P表示一種用于使存在于數(shù)據(jù)陣列的一個預定區(qū)域中的多個陣列元素相加的模式。按照位置相應的模板陣列中的陣列元素值，預定區(qū)域中的單個陣列元素被相加。模板陣列P中的陣列元素至少包括一個正單位值(如“+1”)和一個負單位值(如“-1”)。在數(shù)據(jù)為二維數(shù)據(jù)，如圖象數(shù)據(jù)的情況下，模板陣列P是一個二維陣列，其中每個陣列元素都具有預定值且按矩陣形式排列。圖3示出了一個由4*4個陣列元素構成的模板陣列。在圖中，“+1”代表正單位值，而“-1”代表負單位值，正和負單位值均勻分布和排列。此外，除這些被指定的單位值以外的陣列元素值為零。為零的原因是為了通過減小相鄰陣列元素間的差值來抑制由嵌入操作而引起的圖象質量的變異。這里，模板陣列必須滿足如下關系[式2]&Sigma;i,jP(i,j)=0]]>即，一個模板陣列中的所有陣列元素值的總和為零是必要的。在圖3的例子中，由于有4個正單位值和4個負單位值，所以它們的總和為零。這個算法是為了利用統(tǒng)計方法來提取嵌入的信息。總和為零是提取中的統(tǒng)計特性的重要保證。(3)信息的嵌入(N)個隱藏區(qū)的位置被限定在媒體陣列中。每個隱藏區(qū)的大小與模板陣列P相對應，并由4*4個陣列元素構成。這里，數(shù)N應該足夠大以使得顯示出統(tǒng)計特性，如后所述。特別是，隱藏區(qū)應該是一個與圖象數(shù)據(jù)等無關或根據(jù)圖象數(shù)據(jù)的內(nèi)容自動確定的預定區(qū)域。下面，假設(N)個隱藏區(qū)被預先定義在圖4所示的位置上。即，圖2所示的640*480數(shù)據(jù)陣列被分成4*4網(wǎng)格形的隱藏區(qū)。這樣能夠提供(N)個隱藏區(qū)(此例中N＝19200)。通過位于隱藏區(qū)左上角的一個位置(x，y)(后稱“隱藏區(qū)的參考位置”)和一個參照此位置的位移量(i，j)來表示一個隱藏區(qū)的位置。例如，根據(jù)左上角的陣列元素I(1，1)22a將左上角的隱藏區(qū)21a表示為I(1+i，1+j)，其中0≤i，j≤3。同樣，隱藏區(qū)21b和21c被分別表示為I(5+i，1+j)和I(633+i，1+j)。由此可知，一個隱藏區(qū)可以表示如下隱藏區(qū)I(x+i，y+j)(x，y)隱藏區(qū)的參考位置(i，j)位移量(0≤i，j≤3)參考位置(x，y)的值用于隱藏區(qū)左上角的陣列元素，并具有一個相隔為4的離散值。然后，用預定的隱藏規(guī)則對需進行嵌入操作的(N)個隱藏區(qū)中的每個陣列元素值進行處理。該隱藏規(guī)則定義了如何根據(jù)將被嵌入的信息含義，將模板陣列應用到隱藏區(qū)。即，它定義了根據(jù)模板陣列中的正和負單位值，將正和負單位值中的哪一個加到陣列元素值上。依據(jù)下述的隱藏規(guī)則，詳細描述如下(隱藏規(guī)則)</tables>依據(jù)上述定義的隱藏規(guī)則，當對圖象數(shù)據(jù)的復制沒有限制時，不依據(jù)模板陣列處理圖象數(shù)據(jù)。因此，原始數(shù)據(jù)陣列足以依原樣分布。當假設禁止復制圖象數(shù)據(jù)時，應用的模板陣列原符號關系，并執(zhí)行下面等式所表示的加法操作。即，對各個隱藏區(qū)執(zhí)行為模板陣列P的卷積值的陣列元素的加法操作。換句話說，依據(jù)模板陣列的單位值，將一個預定值加到構成隱藏區(qū)的每個陣列元素上。根據(jù)模板陣列中與陣列元素位置相應的單位值來確定這個預定值。I′(x+i，y+j)＝I(x+i，y+j)+P(i，j)(x1，5，9，…，637y1，5，9，…，4770≤(i，j)≤3)圖5通過將模板陣列P加到圖4中的隱藏區(qū)I(1+i，1+j)21a來說明卷積操作。正單位值“+1”、負單位值“-1”和值“0”表明操作量“+1”、“-1”和“0”作為陣列位置被分別加到相應的隱藏區(qū)的值上。即，模板陣列P中的正單位值“+1”被加到隱藏區(qū)I中與單位值“+1”位置相應的4個象素值a11，a42，a33和a24上。此外，模板陣列P中的負單位值“-1”被加到與負單位值“-1”相應的4個象素值a31，a22，a13和a44上。而且，其余未改變的是與模板陣列P中的值“0”相應的8個象素值a21，a41，a12，a32，a23，a43，a14和a34。在(N)個隱藏區(qū)上執(zhí)行這樣的卷積操作。得到一個在(N)個隱藏區(qū)中嵌入了信息“禁止復制圖象數(shù)據(jù)”的數(shù)據(jù)陣列I′。應該注意這里通過多個卷積了模板陣列的隱藏區(qū)來表示信息“禁止復制數(shù)據(jù)”。換句話說，這意味著不能只通過一個執(zhí)行了嵌入操作的隱藏區(qū)來提取信息“禁止復制數(shù)據(jù)”，以后將給出詳細的描述。對數(shù)據(jù)陣列I′來說，盡管根據(jù)模板陣列在多個隱藏區(qū)中對元素值進行操作，但對單個值來說其操作量是非常小的。因此，被操作的數(shù)據(jù)陣列I′值與原始數(shù)據(jù)陣列I之間幾乎沒有差別。在假定只允許復制一次圖象數(shù)據(jù)，此后禁止的情況下，模板陣列在其符號關系被反轉之后進行卷積。即，在將正單位值“+1”轉換為負單位值“-1”之后，應用該模板陣列，反之亦然。模板陣列在反轉之后的應用相當于執(zhí)行下式所代表的減法操作。I′(x+i，y+j)＝I(x+i，y+j)-P(i，j)(x1，5，9，…，637y1，5，9，…，4770≤i，j)≤3)在這個處理過程中，正單位值“+1”、負單位值“-1”和值“0”表明操作量“+1”、“-1”和“0”被分別加到相應于陣列的隱藏區(qū)中的值上。在(N)個隱藏區(qū)上執(zhí)行這樣的卷積操作。它完成了將信息“允許復制圖象數(shù)據(jù)(僅一次)”嵌入到(N)個隱藏區(qū)中。還應當注意的是，由于通過多個卷積了模板陣列的隱藏區(qū)來表示信息“禁止復制數(shù)據(jù)(僅一次)”，所以不能只通過一個執(zhí)行了嵌入操作的隱藏區(qū)來提取信息“禁止復制數(shù)據(jù)(僅一次)”。(4)嵌入信息的提取為了提取被嵌入的信息，下述信息應該是已知的。本發(fā)明的特征在于無須知道原始的數(shù)據(jù)陣列I即可提取信息。(a)嵌入了信息的數(shù)據(jù)陣列I′(b)模板陣列P(c)(n)個隱藏區(qū)的位移位置(x，y)以及(d)相應于隱藏規(guī)則的提取規(guī)則由于上述信息(a)所示的數(shù)據(jù)陣列I′與原始數(shù)據(jù)陣列I幾乎沒有差別，所以提取者不知道嵌入的信息是什么。圖6示出了嵌入信息為未知的數(shù)據(jù)陣列I′(x，y)的狀態(tài)。每個陣列元素a′xy可能按照隱藏規(guī)則被操作，也可能沒有被操作。此外，對于上述信息(b)，(c)和(d)，如果它們已經(jīng)存入了一個提取系統(tǒng)，如DVD放映機的半導體存儲器中，則提取者就沒有必要在每次試圖提取時輸入這些信息。在這種情況下，只輸入嵌入了信息的數(shù)據(jù)陣列I′就足以進行提取了。在下面的描述中，假定信息(b)和(c)是已知的，按照下面的規(guī)則提取信息(d)。統(tǒng)計判斷值D和可靠間距K將在后面進行描述。(提取規(guī)則)</tables>為提取該信息，根據(jù)已知的信息(b)和(c)，識別存在于得到的數(shù)據(jù)陣列I′中的(n)個隱藏區(qū)(n≤N)。每個隱藏區(qū)的位置和大小用參考位置(x，y)和一個位移量(i，j)標識，其中參考位置是該隱藏區(qū)的參考位置，位移量表明該隱藏區(qū)的大小(參照圖4)。每個隱藏區(qū)用I′(x+i，y+j)表示。由于(n)應足以出現(xiàn)統(tǒng)計特性，所以此處假設它與嵌入過程中設定的N(＝19200)一樣。然后，如下式所示，通過計算一個隱藏區(qū)I′(x+i，y+j)與圖3所示的模板陣列的積得到一個塊值F(x，y)(標量值)。F(x,y)=&Sigma;i,jI&prime;(x+i,y+j)*P(i,j)]]>圖7說明了位于屏幕左上角(圖4中的隱藏區(qū)21a)的隱藏區(qū)I′(1+i，1+j)的塊值F(1，1)。通過求出隱藏區(qū)中每個陣列元素值與位置相應于該元素的模板陣列值的乘積，再對各個乘積求和來得到塊值F(1，1)。在圖中，“+”表示一個正單位值，而“-”表示一個負單位值。通過確定(n)個隱藏區(qū)的積求出(n)個塊值。然后，如下式所示，通過確定(n)個塊值F(x，y)的平均值求出一個作為信息提取索引的統(tǒng)計判斷值D。統(tǒng)計判斷值D用于根據(jù)統(tǒng)計特性判斷模板陣列是否被卷積到數(shù)據(jù)陣列中，如果已被卷積，則在該狀態(tài)下應用了模板陣列。D=1N&Sigma;x,yF(x,y)]]>首先，當模板陣列P沒有被卷積，即數(shù)據(jù)陣列I′就是數(shù)據(jù)陣列I本身時，期望統(tǒng)計判斷值D收斂于0。此時，式6變?yōu)槭?[式7]D=1N&Sigma;x,yF(x,y)]]>=1N&Sigma;x,y&Sigma;i,jI&prime;(x+i,y+j)&times;P(i,j)]]>=1N&Sigma;x,y&Sigma;i,jI(x+i,y+j)&times;P(i,j)]]>→0此處，原始數(shù)據(jù)陣列I中的每個陣列元素可以取不同的值(象素值的取值范圍為0到256)。此外，正和負單位值的總和為零，且正和負單位值是均勻分布的。因此，如果原始數(shù)據(jù)陣列I(x，y)和模板陣列P(i，j)中的排列無關聯(lián)，就期望作為它們(塊值F)的卷積平均值的統(tǒng)計判斷值D為零。即，由于模板陣列中的正單位值“+1”和負單位值“-1”的總和為零，所以能夠通過求出在數(shù)量上足以出現(xiàn)統(tǒng)計特性的塊值F(x，y)，并求出其平均值使統(tǒng)計判斷值D收斂于0。但是，當根據(jù)模板陣列，隱藏區(qū)象后面所述的那樣被卷積時，統(tǒng)計判斷值不能收斂于零。因為在判斷值收斂于零時，它將判斷為在沒有嵌入模板陣列時出現(xiàn)的現(xiàn)象而依據(jù)提取規(guī)則提取出信息“允許復制圖象數(shù)據(jù)(無限制)”。然后，當模板陣列P沒有被卷積時，用于求出統(tǒng)計判斷值D的式6變?yōu)镈=1N&Sigma;x,yF(x,y)]]>=1N&Sigma;x,y&Sigma;i,jI&prime;(x+i,y+j)&times;P(i,j)]]>=1N&Sigma;x,y&Sigma;i,j(I(x+i,y+j)+P(i,j))&times;P(i,j)]]>=1N&Sigma;x,y&Sigma;i,j(I(x+i,y+j)&times;P(i,j)+P(i,j))]]>→K在此式中，右邊第一項如式7所述的那樣為0。此外，右邊第二項由于是模板陣列P本身的卷積而成為一個常數(shù)。此時，它為單位值(正和負單位值)的元素數(shù)K。此后稱元素數(shù)K為可靠間距。由于圖3所示的模板陣列具有4個正單位值“+1”和4個負單位值“-1”，所以可靠間距K是一個常數(shù)8(K＝((+1)*(+1))*4+((-1)*(-1))*4＝8)。由于可靠間距K本質上并不依賴于數(shù)據(jù)陣列或(n)個隱藏區(qū)中的陣列元素值，所以其平均值也就是可靠間距K本身。因此，判斷值D為K的情況是模板陣列被自身卷積(沒有使其單位值進行正、負符號的反向)時的唯一情況，從而依據(jù)提取規(guī)則提取出信息“禁止復制圖象數(shù)據(jù)”。此外，當模板陣列P被反向及卷積時，根據(jù)式4，用于求出統(tǒng)計判斷值D的式6變?yōu)閇式9]嵌入模式D=1N&Sigma;x,yF(x,y)]]>=1N&Sigma;x,y&Sigma;i,jI&prime;(x+i,y+j)&times;P(i,j)]]>=1N&Sigma;x,y&Sigma;i,j(I(x+i,y+j)+P(i,j))&times;P(i,j)]]>=1N&Sigma;x,y&Sigma;i,jI(x+i,y+j)&times;P(i,j)-K]]>→-K如此式所示，由于模板陣列被反向并卷積，所以統(tǒng)計判斷值D為-K。因此，判斷值D收斂于-K是在模板陣列被反向并卷積(即單位值的正、負符號被反向)時出現(xiàn)的唯一情況，從而依據(jù)提取規(guī)則提取出信息“允許復制圖象數(shù)據(jù)(僅一次)”。如上所述，通過根據(jù)在數(shù)量上出現(xiàn)統(tǒng)計特性的塊值F(x，y)的平均值而求出統(tǒng)計判斷值D，能夠判斷是否嵌入了模板陣列。特別是，通過提供0與可靠間距K之間和0與可靠間距-K之間的適當臨界值，并比較用建立的臨界值計算出的統(tǒng)計判斷值D，能夠標識所嵌入的信息。(5)統(tǒng)計判斷值D和可靠間距K根據(jù)從(N)個存在于圖象中的隱藏區(qū)計算出的(N)個塊值F(x，y)得出整個圖象數(shù)據(jù)的一個直方圖。即，產(chǎn)生(N)個塊值的頻率分布。據(jù)此計算出它們的均值(average)μ1和標準差(standarddeviation)σ1。通過用圖3所示的模板陣列中的陣列元素數(shù)(16)去除每個塊值來使每個塊值F(x，y)標準化。當象素值處于0至256的范圍之內(nèi)時，標準化的塊值F(x，y)分布在-64至+64的范圍之內(nèi)。其中，如果使用了在數(shù)量上足以出現(xiàn)統(tǒng)計特性的樣本，則期望塊值F(x，y)≤0的均值μ1＝0或它變?yōu)?。當(n)個塊值(n≤N)是從塊值F(x，y)中隨機選定的時，應該知道所有選擇的均值μn和標準差σn如下所示[式10]μn＝μ1σn＝σ1/√n因此，通過均值μ1和標準差σ1/√n能夠估計統(tǒng)計判斷值D＝1/n*∑F的分布。當模板陣列沒有被卷積時，統(tǒng)計判斷值D的頻率分布如圖8所示。其中，如果可靠間距K在沒有嵌入模板陣列時被建立在一個足以從分布中心(均值)移去的值上或為零，則在嵌入模板陣列說求出的分布中心(可靠間距K，-K)是在概率上的唯一現(xiàn)象。盡管可靠間距K被描述為一個在卷積了模式值時的值，但更一般地，它被看成是一個每單位隱藏區(qū)操作量的平均值(絕對值)。那么，根據(jù)圖3所示的陣列模式操作隱藏區(qū)就意味著總共對單位隱藏區(qū)中的16個陣列元素值操作8次。通過確定提供了足夠的可靠間距K的每單位隱藏區(qū)的操作量，能夠確認提取信息的可靠性。如果，例如K＝6*σ是每單位隱藏區(qū)的操作量的臨界值，則它意味著每單位隱藏區(qū)6*σ，從而對于整個隱藏區(qū)來說為6*σ*n。在640*480個象素大小的圖象數(shù)據(jù)中，被模板陣列的大小(例如8*8)除的每個象素的標準差大約變?yōu)棣?＝6。因此，由于在n＝4900時σn為0.09，所以在理論上足以將每個象素值改變大約K＝6*σ＝0.6。由于此處所用的模板陣列的一半陣列元素值為0，所以為每個象素足以提供1.0至2.0的操作量。由于對一個象素所加的量非常小，所以即使向每個隱藏區(qū)提供這樣的加法，雖然沒有注意到圖象質量的變異，也能高可靠性地提取出模板陣列?？煽块g距K設定為多少也取決于圖象的特征。因為一個顯示“日落時的一隊鳥”的圖象與一個顯示“森林中的一只虎”的圖象具有不同的特征，所以有必要改變可靠間距K。因此，最好在測定嵌入圖象時根據(jù)各自特征適用于每個σ、n的同時設定可靠間距K。如果可靠間距K設定得太長，則會增加每單位隱藏區(qū)的操作量而導致圖象質量的變異。因此，適當設定既滿足用于判斷嵌入信息的可靠性，又滿足抑制圖象質量變異的可靠間距K是很重要的。由于可靠間距K是每單位隱藏區(qū)的操作量的平均值，所以只要對(N)個隱藏區(qū)的操作量的總和是一個常數(shù)，每個隱藏區(qū)所要加的值的大小就可能改變。即，可以允許將是正和負單位值的2倍的值“+2”和“-2”加到一個隱藏區(qū)中，而將是正和負單位值的3倍的值“+3”和“-3”加到另一個隱藏區(qū)中。此外，只要對(N)個隱藏區(qū)的操作量的總和是一個常數(shù)，構成同一隱藏區(qū)的每個陣列元素所要加的值的大小就可能改變。但是，此時保持模板陣列所具有的每個單位值的符號關系是很重要的。這將根據(jù)圖5進行說明?！?2”可以被加到相應于正單位值“+1”的4個陣列元素a11，a42，a33和a24上，而不能加上與單位值符號相反的“-2”。即，模板陣列中的單位值的符號意味著正單位值表明應當將一個正值(盡管其值是任意的)加到相應于陣列元素的值上，負單位值表明應當將一個負值加到相應于陣列元素的值上。因此，式3和4展開為[式11]I′(x+i，y+j)＝I(x+i，y+j)±αP(i，j)α自然數(shù)如所述，通過改變加數(shù)值的大小，可以進一步抑制圖象質量的變異。例如，一個象可通過肉眼觀察到的圖象邊沿那樣的區(qū)域就需要較小的操作量。另一方面，也存在即使加上一個較大的值，也幾乎看不到其變化的區(qū)域。因此，最好通過為敏感區(qū)域適當選擇一個較小的值和為非敏感區(qū)域適當選擇一個較大的值來使所有(N)個隱藏區(qū)的總操作量保持在一個常數(shù)。(6)抵抗信號處理下面是關于抵抗用于嵌入信息的各種不同的信號處理的說明。圖9示出了在沒有提供信息處理的情況下，執(zhí)行處理或不帶有模板陣列時所得到的統(tǒng)計判斷值D。它示出了圖象上沒有卷積模板陣列時以及模板陣列被卷積以使可靠間距K至少大于8時所得到的統(tǒng)計判斷值D。橫軸上的100個樣本彼此不同，并且它們的大小為640*480。此外，所用的模板陣列為圖10所示的8*8模式。這個模板陣列具有2*2個正單位值，2*2個負單位值以及均勻分布的0值。此外，利用每個圖象的σ對縱軸上的統(tǒng)計判斷值標準化。在不執(zhí)行處理時，這些統(tǒng)計判斷值集中在0附近，而在執(zhí)行處理時，這些統(tǒng)計判斷值則集中在可靠間距+8附近。因此，無論是否嵌入了模板陣列，均可以高可靠性進行判斷。圖11示出了在圖9所用的每個樣本圖象上執(zhí)行JPEG壓縮時所得到的統(tǒng)計判斷值。盡管在以模板陣列執(zhí)行處理時，用于這些統(tǒng)計判斷值D的可靠間距稍小于+8.0，但是可以發(fā)現(xiàn)通過將用于判斷是否嵌入了模板陣列的臨界值設定在+4.0周圍，就可以足夠的可靠性來判斷這些判斷值。圖12示出了在圖9所用的每個樣本圖象上執(zhí)行求均操作時所得到的統(tǒng)計判斷值。在一個在嵌入操作后被壓縮到3/4，然后被擴展到4/3的圖象上執(zhí)行圖象檢測。盡管用于這些統(tǒng)計判斷值D的可靠間距稍小于+8.0，但是可以發(fā)現(xiàn)通過將臨界值設定在+4.0周圍，就可以足夠的可靠性來提取信息。圖13示出了執(zhí)行MPEG2操作時所得到的統(tǒng)計判斷值。這些統(tǒng)計判斷值是通過在將信息嵌入到作為樣本的連續(xù)交錯的150幀中之后執(zhí)行壓縮而得到的。1幀為720*480。盡管從由不同的(differential)信息構成的B幀得到的統(tǒng)計判斷值(在執(zhí)行模式處理時)稍小于I和P幀的統(tǒng)計判斷值，但是可以發(fā)現(xiàn)通過將臨界值設定在+4.0周圍，就可以足夠的可靠性來提取信息。從上述結果可知，通過利用此算法嵌入的信息具有足夠的抵抗各種通常在數(shù)字信息上執(zhí)行的信號處理的能力。而上述說明適用于一個信息被嵌入到一幀中，一個信息被嵌入到多個幀中的情況。例如，設定一幀有100個隱藏區(qū)，且一個信息可被嵌入到10幀的隱藏區(qū)中(1000個隱藏區(qū))。準備多少個隱藏區(qū)主要依賴于模板陣列的大小和設定的可靠間距K的值。當模板陣列的大小增加時，可以確信可靠間距小于對單個象素值的操作量。但是，所準備的隱藏區(qū)則超過了多個幀。因此，非常重要的一點是一個最佳可靠間距K的設定取決于多種因素。從而此算法確定了數(shù)據(jù)陣列中在數(shù)量上足以出現(xiàn)統(tǒng)計特性的隱藏區(qū)，并在其上按照隱藏規(guī)則執(zhí)行了一個模板陣列的卷積或相應于陣列元素值的加法操作。在提取過程中，根據(jù)得到的數(shù)據(jù)陣列中的隱藏區(qū)與模板陣列的權重之間的平均值，執(zhí)行檢查過程。由于該平均值隨著由統(tǒng)計特征導致的卷積狀態(tài)而改變，所以這個值能夠檢測出模板陣列是否被卷積。通過參照相應于隱藏規(guī)則的提取規(guī)則，根據(jù)這個值可以識別嵌入的信息。下面描述一種利用了上述方法的DVD-ROM數(shù)據(jù)隱藏系統(tǒng)。圖14是用于將數(shù)據(jù)記錄到一個記錄媒體中的過程。按照下述過程將諸如圖象、聲音或軟件之類的數(shù)據(jù)記錄到一個DVD-ROM媒體中。通過模/數(shù)轉換器將模擬數(shù)據(jù)轉換為數(shù)字數(shù)據(jù)(步驟11)。利用如MPEG(移動圖形專家組)來壓縮數(shù)字數(shù)據(jù)(步驟12)。為了記錄在DVD-ROM媒體上，壓縮后的數(shù)據(jù)被進一步編碼和加密(步驟13)，并調制(步驟14)。在這個例子中，在控制信息被壓縮之前、之后或壓縮過程中，數(shù)據(jù)被記錄到DVD-ROM中?？刂菩畔⑹菫榱嗽谝粋€系統(tǒng)訪問該數(shù)據(jù)時限制對存在DVD-ROM中的數(shù)據(jù)的訪問。系統(tǒng)在這個控制信息的控制之下。依據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)隱藏技術執(zhí)行控制信息的嵌入。即，此系統(tǒng)包括用于存儲一個數(shù)據(jù)陣列的第一存儲器，和一個用于存儲一個模板陣列的第二存儲器，該模板陣列由多個陣列元素構成，該模板陣列至少具有一個正單位值和一個負單位值，并且正負單位值的總和為零。此外，它還包括一個用于指定在數(shù)據(jù)陣列中嵌入了特定信息的隱藏區(qū)的個數(shù)(N)的單元，每個隱藏區(qū)的大小與模板陣列的大小相對應。而且，它包括一個用于通過參照一個提供了信息含義與模板陣列的應用之間的對應的隱藏規(guī)則，確定相應于所指定的(N)個隱藏區(qū)中的一個的正或負單位值的相應位置的每個陣列元素的操作量，以及用于加上所確定的對相應于隱藏區(qū)的每個陣列元素的操作量的操作單元。這樣的系統(tǒng)能夠將特定信息嵌入到(N)個隱藏區(qū)中。控制信息就是以這種方式被嵌入。按照下述過程訪問記錄在DVD-ROM中的數(shù)據(jù)。首先，從DVD-ROM中讀出數(shù)據(jù)。如結合圖1所示，讀出的數(shù)據(jù)是通過對嵌入了控制信息的數(shù)據(jù)進行MPEG壓縮(步驟11)、編碼和加密(步驟12)以及調制(步驟14)而得到的一個信號。圖15是一個用于控制數(shù)據(jù)訪問的過程。首先，嵌入了信息的數(shù)據(jù)被提供給一個存取系統(tǒng)。數(shù)據(jù)源是，例如象DVD-ROM或CD-R這樣的記錄媒體，象互連網(wǎng)或衛(wèi)星廣播這樣的通信網(wǎng)。提供的數(shù)據(jù)被解調(步驟41)和解碼(步驟42)。如果該數(shù)據(jù)經(jīng)MPEG壓縮，則被解壓縮(步驟43)。嵌入在該數(shù)據(jù)中的控制信息被提取，如果需要，修改其內(nèi)容，并僅將必要的修改內(nèi)容再次嵌入到該數(shù)據(jù)中。一個用于從輸入到記錄裝置中的數(shù)據(jù)中提取控制信息的電路，包括(a)一個用于指定在數(shù)據(jù)陣列中嵌入了信息的隱藏區(qū)的個數(shù)(n)的電路，這個個數(shù)(n)足以出現(xiàn)統(tǒng)計特性，隱藏區(qū)的大小與模板陣列的大小相應，模板陣列具有多個陣列元素，且至少具有一個正單位值和一個負單位值，并且正負單位值的總和為零；(b)一個用于通過將模板陣列卷積到(n)個隱藏區(qū)中的每一個隱藏區(qū)來計算一個塊值，并從(n)個塊值的和中得到一個統(tǒng)計判斷值的電路；以及(c)一個用于通過參照一個提供了統(tǒng)計判斷值與將被提取的信息含義間的對應關系的提取規(guī)則，按照統(tǒng)計判斷值判斷嵌入的信息的電路。首先，從讀出的數(shù)據(jù)中指定一個嵌入了控制信息的隱藏區(qū)。然后，參照使隱藏區(qū)的狀態(tài)和將要提取的數(shù)據(jù)內(nèi)容相連系的提取規(guī)則，按照隱藏區(qū)的狀態(tài)提取該控制信息。圖16是存儲在一個DVD-ROM中的數(shù)據(jù)的重放系統(tǒng)的方框圖。一個安裝在數(shù)據(jù)提供部61中的DVD-ROM51存儲應用上述數(shù)據(jù)隱藏技術嵌入了控制信息的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)被一個位于數(shù)據(jù)提供部61中的讀取器52讀出，并由一個解調器53、一個解密單元54以及一個MPEG解碼器55進行處理，解調器53、解密單元54和MPEG解碼器55共同構成了一個信號處理系統(tǒng)62。從而，得到了解壓縮的數(shù)字數(shù)據(jù)。一個控制信息提取器56根據(jù)MPEG解碼器55的輸出，即解壓縮的數(shù)字數(shù)據(jù)(或直接根據(jù)MPEG數(shù)據(jù))識別一個嵌入了控制信息的隱藏區(qū)，并參照使隱藏區(qū)的狀態(tài)和將要提取的數(shù)據(jù)內(nèi)容相連系的提取規(guī)則，按照隱藏區(qū)的狀態(tài)提取該控制信息。(此處應注意只能在MPEG解壓縮之前或之后提取該控制信息。)信號處理系統(tǒng)62中的D/A轉換器57對提取出了控制信息的數(shù)字數(shù)據(jù)進行模擬轉換，并輸出一個模擬重放信號(例如NTSC)。此外，通過輸出部63中的一個開關59，選擇性地將由干擾信號發(fā)生器60(例如APS或大電視信號等的模擬保護系統(tǒng))產(chǎn)生的一個干擾信號疊加到模擬重放信號上。開關59由來自一個控制信息提取器56的控制信號控制。輸出部63輸出該模擬重放信號或一個疊加信號，作為一個模擬輸出信號。在此系統(tǒng)中，當由控制信息提取器56提取的控制信息允許數(shù)據(jù)復制時，該控制信息提取器56輸出一個斷開開關59的控制信號。在這種情況下，干擾信號沒有被疊加到模擬重放信號上，且輸出該模擬重放信號。另一方面，當控制信息禁止數(shù)據(jù)復制時，該控制信息提取器56輸出一個接通開關59的控制信號。在這種情況下，輸出信號是一個來自D/A轉換器57的、疊加了由干擾信號發(fā)生器60產(chǎn)生的干擾信號的模擬信號。假設根據(jù)疊加了干擾信號的信號，在顯示器上放映一個電影時，由于顯示器的特性而能夠在顯示器上進行正常放映而沒有干擾信號的影響。但是，在假設利用一個具有模擬輸入端的數(shù)字VTR錄制該電影時，干擾信號會產(chǎn)生影響，且該電影不能被正常錄制。因此，根據(jù)疊加了干擾信號的信號能夠再現(xiàn)該電影，但該電影不能被數(shù)字化或被錄制，從而有效地防止了數(shù)據(jù)復制。而且，除基本控制信息之外，也可以采用附加的信息來更好地控制復制和重放。這使得能夠容易地達到靈活控制錄制/重放媒體類型(ROM，RAM或R型)的目的。顯然，上述控制信息并不僅限于用于限制復制的信息，也可以應用到各種用于控制一個系統(tǒng)的控制信息中。例如，在不偏離本發(fā)明構思的前提下，它適用于包括了限制設備訪問、限制用戶訪問、數(shù)據(jù)的可用期及信息鑒別等在內(nèi)的其他控制信息。權利要求1.一種用于將信息嵌入一個數(shù)據(jù)陣列的數(shù)據(jù)隱藏方法，該數(shù)據(jù)陣列由多個陣列元素構成，該方法包括步驟(a)準備一個具有多個陣列元素的模板陣列，該模板陣列具有至少一個正單位值和一個負單位值，并且正負單位值的總和為零；(b)指定該數(shù)據(jù)陣列中的隱藏區(qū)的數(shù)量(N)，隱藏區(qū)的大小與模板陣列的大小相應；(c)通過參照一個提供了信息含義與模板陣列在隱藏區(qū)上的應用之間的對應的隱藏規(guī)則，對每一個所述隱藏區(qū)，根據(jù)位置相應的正或負單位值確定每個陣列元素的操作量；(d)將所確定的操作量加至所述隱藏區(qū)的每個陣列元素；以及(e)對所述(N)個隱藏區(qū)執(zhí)行步驟(c)到(d)，使得信息被嵌入(N)個隱藏區(qū)中。2.一種用于提取嵌入到一個數(shù)據(jù)陣列中的信息的方法，該數(shù)據(jù)陣列由多個陣列元素構成，該方法包括步驟(a)指定在數(shù)據(jù)陣列中嵌入了信息的隱藏區(qū)的個數(shù)(n)，這個個數(shù)(n)足以體現(xiàn)統(tǒng)計特性，隱藏區(qū)的大小與一個模板陣列的大小相應，該模板陣列具有多個陣列元素，且具有至少一個正單位值和一個負單位值，并且正負單位值的總和為零；(b)對于所述(n)個隱藏區(qū)中的每一個隱藏區(qū)通過將模板陣列卷積到所述隱藏區(qū)計算一個塊值，并從(n)個塊值的和中得到一個統(tǒng)計判斷值；以及(c)通過參照一個提供了統(tǒng)計判斷值與將被提取的信息含義間的對應關系的提取規(guī)則，按照統(tǒng)計判斷值提取嵌入的信息。3.一種用于將信息嵌入一個數(shù)據(jù)陣列的數(shù)據(jù)隱藏系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)陣列由多個陣列元素構成，該系統(tǒng)包括(a)一個用于準備一個具有多個陣列元素的模板陣列的單元，該模板陣列至少具有一個正單位值和一個負單位值，并且正負單位值的總和為零；(b)一個用于指定該數(shù)據(jù)陣列中的隱藏區(qū)的數(shù)量(N)的單元，所述隱藏區(qū)的大小與模板陣列的大小相應；(c)一個用于通過參照一個提供了信息含義與模板陣列在隱藏區(qū)上的應用之間的對應的隱藏規(guī)則，對每一個所述隱藏區(qū)，根據(jù)位置相應的正或負單位值確定每個陣列元素的操作量的單元；(d)一個用于將所確定的操作量加至所述隱藏區(qū)的每個陣列元素的單元；以及(e)一個用于根據(jù)隱藏區(qū)的個數(shù)(N)操作單元(c)到(d)，使得信息被嵌入(N)個隱藏區(qū)中的單元。4.一種用于提取嵌入到一個數(shù)據(jù)陣列中的信息的系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)陣列由多個陣列元素構成，該系統(tǒng)包括(a)一個用于指定在數(shù)據(jù)陣列中嵌入了信息的隱藏區(qū)的個數(shù)(n)的單元，所述隱藏區(qū)的大小與一個模板陣列的大小相應，該模板陣列具有多個陣列元素，且至少具有一個正單位值和一個負單位值，并且正負單位值的總和為零；(b)一個用于通過將模板陣列卷積到(n)個隱藏區(qū)中的每一個隱藏區(qū)來分別計算一個塊值，并從(n)個塊值的和中得到一個統(tǒng)計判斷值的單元；以及(c)一個用于通過參照一個提供了統(tǒng)計判斷值與將被提取的信息含義間的對應關系的提取規(guī)則，按照統(tǒng)計判斷值提取被嵌入的信息的單元。5.一種用于將信息嵌入數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，該信息控制對所述數(shù)據(jù)的存取，所述數(shù)據(jù)由多個陣列元素構成，該系統(tǒng)包括(a)一個用于準備要被嵌入的控制信息的單元；(b)一個用于準備一個具有多個陣列元素的模板陣列的單元，該模板陣列至少具有一個正單位值和一個負單位值，并且正負單位值的總和為零；(c)一個用于指定嵌入了所述控制信息的數(shù)據(jù)陣列中的隱藏區(qū)的數(shù)量(N)的單元，所述隱藏區(qū)的大小與模板陣列的大小相應；(d)一個用于通過參照一個提供了控制信息含義與模板陣列在隱藏區(qū)上的應用之間的對應關系的隱藏規(guī)則，對每一個所述隱藏區(qū)根據(jù)位置相應的正或負單位值確定每個陣列元素的操作量的單元；(e)一個用于對于所述隱藏區(qū)將所述操作量加至每個陣列元素值的單元；以及(f)一個用于根據(jù)隱藏區(qū)的個數(shù)(N)操作單元(c)到(d)，使得信息被嵌入(N)個隱藏區(qū)中的單元。6.一種用于從數(shù)據(jù)中提取被嵌入的控制信息，并控制對所述數(shù)據(jù)的存取的系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)由多個陣列元素構成，該系統(tǒng)包括(a)一個用于指定在數(shù)據(jù)陣列中嵌入了信息的隱藏區(qū)的個數(shù)(n)的單元，所述隱藏區(qū)的大小與模板陣列的大小相應，模板陣列具有多個陣列元素，且至少具有一個正單位值和一個負單位值，并且正負單位值的總和為零；(b)一個用于通過將模板陣列卷積到(n)個隱藏區(qū)中的每一個隱藏區(qū)來分別計算一個塊值，并從(n)個塊值的和中得到一個統(tǒng)計判斷值的單元；(c)一個用于通過參照一個提供了統(tǒng)計判斷值與將被提取的控制信息含義間的對應關系的提取規(guī)則，按照統(tǒng)計判斷值提取被嵌入的控制信息的單元；以及(d)一個用于根據(jù)被提取的控制信息，控制對所述數(shù)據(jù)的存取的單元。全文摘要一種用于信息嵌入到一個媒體陣列中的數(shù)據(jù)隱藏方法,包括步驟:準備一個具有多個陣列元素的模板陣列,該模板陣列至少具有一個正單位值和一個負單位值,并且正負單位值的總和為零;指定該媒體陣列中的隱藏區(qū)的數(shù)量(N),隱藏區(qū)的大小與模板陣列的大小相應;根據(jù)相應位置的正或負單位值確定每個陣列元素的操作量;加上所確定的對相應于隱藏區(qū)的每個陣列元素的操作量;以及根據(jù)隱藏區(qū)的個數(shù)(N)執(zhí)行步驟(c)到(d),使得信息被嵌入(N)個隱藏區(qū)中。文檔編號H04N7/08GK1197243SQ9712538公開日1998年10月28日申請日期1997年12月10日優(yōu)先權日1996年12月25日發(fā)明者清水周一申請人:國際商業(yè)機器公司