Incrustación de filigrana digital.

Dispositivo para incorporar una filigrana en una señal de información,

con:

medios (18, 20, 26, 28; 18, 20, 212, 214, 28) para transformar la señal de información de una representación temporal (22) en una representación espectral/ espectral con modulación (30);

medios (32; 216) destinados a modificar la señal de información en la representación espectral/ espectral con modulación en función de la filigrana a incorporar, para obtener una representación espectral/ espectral con modulación modificada; y

medios (34, 38, 40, 42; 34, 218, 40, 42) destinados a formar una señal de información que contiene una filigrana a partir de la representación espectral/ espectral con modulación.

Incrustación de filigrana digital

La presente invención se refiere a un esquema para introducir una filigrana digital o electrónica en una señal de información, tal como por ejemplo una señal de audio.

Con la diseminación creciente de Internet, la piratería de música, se ha incrementado dramáticamente también. Piezas de música o señales de audio en general, se ofrecen en muchos sitios en Internet para ser descargadas. Solo en muy pocos casos se observan los Derechos de Autor. En particular, el autor muy raramente se le pide permiso para hacer disponible su trabajo. Aún menos frecuentemente, se pagan una cantidad al autor como un precio por la copia legal. Adicionalmente, los trabajos se copian en una forma descontrolada, lo que en muchos casos también se lleva a cabo sin observar los Derechos de Autor.

Cuando piezas de música se adquieren legalmente por Internet de un proveedor de música, el proveedor usualmente generará un cabezal o un bloque de datos agregados a la pieza de música en donde información de Derechos de Autor, tal como por ejemplo un número de cliente, se introduce en donde el número de cliente se refiere en forma no ambigua al comprador actual. También, se conoce introducir información de permiso de copia en este cabezal señalando a la mayoría de los diferentes tipos de Derechos de Autor, tales como por ejemplo, la copia de la pieza actual se prohíbe completamente, que la copia de la pieza actual solo se permite una vez, que la copia de la pieza actual es completamente gratuita, etc. El cliente tiene un descodificador o un soporte lógico de administración, que lee en el cabezal y observa las acciones permitidas, por ejemplo solo permitiendo una sola copia y rehusando más copias o semejantes.

Este concepto para cumplir con los Derechos de Autor, sin embargo, solo funciona para clientes que actúan legalmente. Clientes ilegales usualmente tienen un potencial considerable de creatividad para "manejo no autorizado" de las piezas de información que se proporcionan con un cabezal. Aquí, la desventaja del procedimiento descrito para proteger Derechos de Autor se vuelve evidente. Este cabezal puede ser simplemente eliminado. En forma alterna, un usuario ilegal también puede modificar entradas individuales en el cabezal a fin de convertir la entrada "copia prohibida" a una entrada "copia completamente gratuita". También, es factible que un cliente ilegal retire su propio número de cliente del cabezal y ofrezca la pieza de música en su u otra página de visualizador de Internet. De este momento en adelante, no es más posible determinar al cliente ilegal, ya que se ha retirado su número de cliente.

Un procedimiento de codificación para introducir una señal de datos inaudible en una señal de audio, se conoce de WO 97/33391. De esta manera, la señal de audio en la cual la señal de datos inaudible que se refiere como filigrana digital aquí, se va a introducir, se transforma al dominio de frecuencia para determinar el umbral de enmascarado de la señal de audio mediante un modelo sico-acústico. La señal de datos a introducirse en la señal de audio se modula por una señal de seudo-ruido, para proporcionar una señal de datos de dispersión en frecuencia. La señal de datos de dispersión en frecuencia después se pondera por el umbral de enmascarado sicoacústico, de manera tal que la energía de la señal de datos de dispersión de frecuencia siempre estará por debajo del umbral de enmascarado. Finalmente, la señal de datos ponderados se superpone a la señal de audio, que es como una señal de audio en la cual la señal de datos se introduce sin ser audible, es generada. Por otra parte, la señal de datos puede emplearse para agregar información de autor a la señal de audio, y en forma alterna la señal de datos puede utilizarse para caracterizar señales de audio para identificar fácilmente potenciales copias pirata ya que todo portador de sonido, tal como por ejemplo, en la forma de un Disco Compacto, se proporciona con una etiqueta individual al fabricar.

El incrustar un filigrana digital en una señal de audio sin comprimir, en donde la señal de audio todavía está en el dominio de tiempo o en la representación de dominio de tiempo, también se describe por C. Neubauer, J. Herre: "Digital Watermarking and its Influence on Audio Quality", 105th AES Convention, San Francisco 1998, Preimpresión 4823 y en DE 196 40 814.

Sin embargo, las señales de audio a menudo ya están presentes como corrientes de audio comprimidas que por ejemplo se han sometido a procesamiento, de acuerdo con uno de los procedimientos de audio MPEG. Si uno de los procedimientos de incrustación de filigrana digital anteriores se emplea aquí para proporcionar piezas de música con una filigrana digital antes de suministrarla a un cliente, tendrán que ser descomprimidos completamente antes de introducir la filigrana digital de nuevo, para de nuevo obtener una secuencia de valores de audio de dominio de tiempo. Debido a la descodificación adicional antes de incrustar la filigrana digital, sin embargo esto significa aparte de una elevada complejidad de cálculo, que hay el peligro de efectos de codificación en tándem que ocurren cuando se codifica de nuevo cuando estas señales de audio proporcionadas con filigranas digitales se codifican de nuevo.

Esta es la razón porque la que los esquemas se han desarrollado para incrustar una filigrana digital en señal de audio ya comprimida o corrientes de bits de audio comprimidos, que entre otras cosas tiene la ventaja de que requieren baja complejidad de cálculo, ya que la corriente de bits de audio a proporcionarse con una filigrana digital no requiere ser descodificada por completo, es decir en particular puede omitirse aplicar análisis y bancos de filtro de síntesis a la señal de audio. Ventajas adicionales de estos procedimientos que pueden aplicarse a señales de audio comprimidas son alta calidad de audio ya que el ruido de cuantificación y el ruido de filigrana digital pueden ajustarse exactamente entre sí, alta robustez ya que la filigrana digital no se "debilita" por un codificador de audio subsecuente, y permitir una selección conveniente de parámetros de banda dispersa, de manera tal que la compatibilidad con procedimientos de filigrana digital de modulación con código de pulso (PCM = pulse code modulation) o esquemas de incrustación que operan en señales de audio no comprimidas pueden lograrse. Un resumen de esquemas para incrustar filigranas digitales en señales de audio ya comprimidas puede encontrarse en C. Neubauer, J. Herre: "Audio Watermarking of MPEG-2 AAC Bit Streams", 108th AES Convention, Paris 2000, Preimpresión 5101 y adicionalmente en DE 10129239 C1.

Otra forma mejorada para introducir una filigrana digital en señales de audio, se refiere a aquellos esquemas que realizan incrustación mientras que comprimen una señal de audio todavía sin comprimir. Esquemas de incrustación de este tipo entre otras cosas tiene la ventaja de baja complejidad de cálculo ya que, para constituir en conjunto incrustación y codificación de filigrana digital, ciertas operaciones tales como por ejemplo calcular el modelo de mascarado y convertir la señal de audio al rango espectral, solo tienen que realizarse una vez. Adicionales ventajas incluyen superior calidad de audio ya que el ruido de cuantificación y el ruido de filigrana digital pueden ajustarse exactamente entre sí, alta robustez ya que la filigrana digital no se "debilita" por un codificador de audio subsecuente, y la posibilidad de una selección conveniente de los parámetros de banda dispersa para lograr compatibilidad con el procedimiento de filigrana digital PCM. Un resumen de incrustación/codificación de filigrana digital comprimida puede por ejemplo encontrarse en Siebenhaar, Frank; Neubauer, Christian; Herre, Jürgen: "Combined Compression/Watermarking for Audio Signals", en 110th AES Convention, Amsterdam, preprint 5344; C. Neubauer, R. Kulessa and J. Herre: "A Compatible Family of Bitstream Watermarking Systems for MPEG-Audio", 110th AES Convention, Amsterdam, May 2000, Pre-impresión 5346, y en DE 199 47 877.

En resumen, las filigranas digitales para señales de audio codificadas y no codificadas en diferentes variaciones son conocidas. Utilizando filigranas digitales, pueden transferirse datos adicionales dentro de una señal de audio en una forma robusta e inaudible. En la actualidad, como se mostró anteriormente, hay diferentes procedimientos de incrustación de filigrana digital que difieren en el dominio de incrustación, tal como por ejemplo el dominio de tiempo, el dominio de frecuencia, etc., y el tipo de incrustación, tal como, por ejemplo cuantificación, borrar valores individuales, etc. Descripciones en resumen de procedimientos existentes pueden... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para incorporar una filigrana en una señal de información, con:

medios (18, 20, 26, 28; 18, 20, 212, 214, 28) para transformar la señal de información de una representación temporal (22) en una representación espectral/ espectral con modulación (30) ; medios (32; 216) destinados a modificar la señal de información en la representación espectral/ espectral con modulación en función de la filigrana a incorporar, para obtener una representación espectral/ espectral con modulación modificada; y medios (34, 38, 40, 42; 34, 218, 40, 42) destinados a formar una señal de información que contiene una filigrana a partir de la representación espectral/ espectral con modulación.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el cual los medios destinados a transformar en la representación espectral/ espectral con modulación presenta las características siguientes:

medios (18, 20) destinados a transformar la señal de información en una representación temporal/ espectral por transformación por bloque de la señal de información; y medios (26, 28; 212, 214, 28) destinados a transformar la señal de información de la representación temporal/ espectral en la representación espectral/ espectral con modulación.

3. Dispositivo según la reivindicación 2, en el cual los medios (18, 20) destinados a transformar la señal de información en una representación temporal/ espectral están configurados para descomponer la representación temporal/ espectral en una pluralidad de componentes espectrales, para obtener, por componente espectral, una sucesión de valores espectrales, y los medios (26, 28; 212, 214, 28) destinados a transformar la señal de información de la representación temporal/ espectral en la representación espectral/ espectral con modulación presenta medios (26, 28; 212, 214, 28) destinados a descomponer de manera espectral por bloque, para una componente espectral determinada, la sucesión de valores espectrales, para obtener una parte de la representación espectral/ espectral con modulación.

4. Dispositivo según la reivindicación 3, en el cual los medios (212, 214, 28) destinados a descomponer de manera espectral por bloque, para una componente espectral predeterminada, la sucesión de valores espectrales están configurados para ante todo multiplicar por bloque (212) la sucesión de valores espectrales por un soporte complejo, de manera que una cantidad de una pendiente promedio de una evolución de fase de la sucesión de valores espectrales disminuye, para obtener bloques desmodulados de valores espectrales, y a continuación descomponer de manera espectral por bloque (28) los bloques desmodulados de valores espectrales, para obtener la parte de la representación espectral/ espectral con modulación modificada.

5. Dispositivo según la reivindicación 4, en el cual los medios (212, 214, 28) destinados a descomponer de manera espectral por bloque, para una componente espectral predeterminada, la sucesión de valores espectrales presenta medios (214) para hacer variar por bloque, en función de la representación temporal/ espectral de la señal de información, el soporte complejo por el cual se multiplica la sucesión de valores espectrales.

6. Dispositivo según la reivindicación 5, en el cual los medios (214) destinados a hacer variar están configurados para desvelar, para hacer variar por bloque el soporte complejo, las fases de los valores espectrales en la sucesión de valores espectrales, para obtener una evolución de fases, para determinar una pendiente promedio de la evolución de fases y para determinar, a partir de la pendiente promedio, el soporte complejo.

7. Dispositivo según la reivindicación 6, en el cual los medios (214) para hacer variar están además configurados para determinar, a partir de la evolución de fases, un segmento de eje de la evolución de fases y para determinar el soporte complejo por otro lado a partir del segmento de eje.

8. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, en el cual los medios (34, 218, 40, 42) destinados a formar la señal de información que contiene una filigrana presenta los medios siguientes:

medios (34) destinados a retransformar la señal de información de la representación espectral/ espectral con modulación modificada en una representación temporal/ espectral modificada, para obtener bloques desmodulados de valores espectrales para la componente espectral predeterminada; y medios (218) destinados a multiplicar por bloque los bloques desmodulados modificados de valores espectrales por un soporte conjugado complejo con respecto al soporte complejo, para obtener bloques modificados de valores espectrales; y medios destinados a reagrupar los bloques desmodulados modificados de valores espectrales en una sucesión modificada de valores espectrales, para obtener una parte de una representación temporal/ espectral de la señal de información que contiene una filigrana.

9. Dispositivo según la reivindicación 8, en el cual los medios destinados a formar presentan además la característica siguiente:

medios para retransformar la señal de información que contiene una filigrana de la representación temporal/ espectral en la representación temporal.

10. Dispositivo según la reivindicación 3, en el cual los medios (26, 28) destinados a descomponer de manera espectral por bloque, para una componente espectral predeterminada, la sucesión de valores espectrales están configurados para ante todo someter la sucesión de valores espectrales a una formación de cantidades (26) , para obtener una sucesión de cantidades de valores espectrales, y para transformar (28) a continuación la sucesión de cantidades de valores espectrales por bloque en la representación espectral con modulación, para obtener la parte de la representación espectral/ espectral con modulación.

11. Dispositivo según la reivindicación 10, en el cual los medios (34, 218, 40, 42) destinados a formar la señal de información que contiene una filigrana presenta los medios siguientes:

medios (34) destinados a retransformar la señal de información de la representación espectral/ espectral con modulación modificada en una representación temporal/ espectral modificada, para obtener una sucesión modificada de valores espectrales para la componente espectral predeterminada; y medios (38) destinados a recombinar la sucesión modificada de valores espectrales con des fases basadas sur des fases de la sucesión de valores espectrales, para obtener una parte de una representación temporal/ espectral de la señal de información que contiene una filigrana.

12. Dispositivo según la reivindicación 1, en el cual los medios (18, 20) destinados a transformar la señal de información de la representación temporal en la representación espectral/ espectral con modulación presenta las características siguientes:

medios de formación de bloques (18) destinados a formar una sucesión de bloques de valores de información a partir de la señal de información; y medios (20) destinados a descomponer de manera espectral cada sucesión de bloques de valores de información, para obtener una sucesión de bloques de valores espectrales, cada bloque de valores espectrales que presenta un valor espectral para cada pluralidad predeterminada de componentes espectrales, de manera que la sucesión de bloques de valores espectrales forma, por componente espectral, una sucesión de valores espectrales; y medios (26, 28; 212, 214, 28) destinados a descomponer de manera espectral una sucesión predeterminada entre las sucesiones, para obtener un bloque de valores de modulación, estando los medios (32, 216) destinados a modificar concebidos para modificar el bloque de valores de modulación en función de la filigrana a incorporar, para obtener un bloque modificado de valores de modulación, y estando los medios (34, 38, 40, 42; 34, 218, 40, 42) destinados a formar configurados para formar la señal de información que contiene una filigrana a partir del bloque modificado de valores de modulación.

13. Dispositivo según la reivindicación 12, en el cual los medios (34, 38, 40, 42; 34, 218, 40, 42) destinados a formar están configurados para transformar inversamente el bloque modificado de valores de modulación de la descomposición espectral (34, 38; 34, 218) , para obtener una sucesión modificada de valores espectrales, y para transformar inversamente una sucesión de bloques espectrales modificados que se basa en la sucesión de valores espectrales modificados (40) , para obtener una sucesión de bloques modificados de valores de información, y para reagrupar (42) los bloques modificados de valores de información para obtener la señal de información que contiene una filigrana.

14. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 13, en el cual los medios de formación de bloques (18) están configurados para extraer los bloques de valores de información de la señal de información de manera que los bloques de valores de información estén asociados mutuamente entre sí para la mitad de los segmentos temporales sucesivos que se solapan de la señal de información, y los medios (42) destinados a formar están configurados para cubrir, durante el reagrupamiento, los bloques temporales modificados recíprocamente de la mitad y para combinar los valores de información orientados uno hacia el otro de bloques de información adyacentes.

15. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, en el cual los medios (20) destinados a descomponer de manera espectral cada sucesión de bloques de valores de información están configurados de manera que proporcionen, durante la descomposición espectral, por componente espectral una sucesión de valores espectrales complejos, y los medios (26, 28) destinados a descomponer de manera espectral la sucesión predeterminada entre las sucesiones de valores espectrales están configurados para descomponer (28) espectralmente solamente las cantidades de valores espectrales complejos para obtener el bloque de valores de modulación.

16. Dispositivo según la reivindicación 15, en el cual los medios destinados a formar están configurados para retransformar (34) el bloque modificado de valores de modulación de la descomposición espectral, para obtener una sucesión modificada de valores espectrales, para adaptar las fases de la sucesión de valores espectrales complejos en función de la modificación por los medios destinados a modificar (36) , para obtener una sucesión de valores de fase adaptados, para recombinar (38) la sucesión de valores de fase adaptados con la sucesión modificada de

valores espectrales, para obtener una sucesión modificada recombinada de valores espectrales, y para retransformar (40) una sucesión de bloques de valores espectrales modificados que se basa en la sucesión modificada recombinada de valores espectrales, para obtener los bloques modificados de valores de información.

17. Dispositivo según la reivindicación 12, en el cual los medios (20) destinados a descomponer de manera espectral cada sucesión de bloques de valores de información están configurados de manera que proporcionen, durante la descomposición espectral, por componente espectral una sucesión de valores espectrales complejos, y los medios (212, 214, 28) destinados a transformar la predeterminada entre las sucesiones de valores espectrales en la representación espectral/ espectral con modulación están configurados para ante todo manipular la sucesión de valores espectrales (212) de manera que una fase de valores espectrales de la al menos una sucesión de valores espectrales aumenta o disminuye en una cantidad que aumenta o disminuye en continuo con la sucesión, para obtener una sucesión con fases manipuladas de valores espectrales, y para descomponer (28) a continuación la sucesión con fases manipuladas de valores espectrales, para obtener el al menos un bloque de valores de modulación, y los medios destinados a formar (34, 218, 40, 42) están configurados para retransformar el bloque modificado de valores de modulación de la descomposición espectral, para obtener una sucesión modificada de valores espectrales, para manipular la sucesión modificada de valores espectrales inversamente a los medios (212) destinados a descomponer de manera espectral la predeterminada entre las sucesiones de valores espectrales

(218) de manera que una fase de los valores espectrales de la al menos una sucesión de valores espectrales aumente o disminuya en una cantidad que aumenta o disminuye en continuo con la sucesión, para obtener una sucesión manipulada de valores espectrales, para retransformar (40) una sucesión de bloques espectrales modificados basada en la sucesión modificada de valores espectrales, para obtener una sucesión de bloques modificados de valores de información, y para reagrupar (42) los bloques modificados de valores de información para obtener la señal de información que contiene una filigrana.

18. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual los medios (32; 216) destinados a modificar están adaptados para proceder a la modificación en unos lugares de la representación espectral/ espectral con modulación variable en el tiempo.

19. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual los medios (32; 216) destinados a modificar están adaptados para proceder a la modificación en función de la señal de información.

20. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual los medios (32; 216) destinados a modificar están adaptados para proceder a la modificación de manera que a partir de efectos de enmascaramiento psico-acústicos la modificación no conlleva modificación audible de la señal de información que contiene una filigrana.

21. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual la filigrana indica una información de derechos de autor, un número de serie que caracterizan a la señal de información o un número de cliente.

22. Dispositivo para extraer una filigrana de una señal de información que contiene una filigrana, con:

medios (118, 120, 126, 128; 318, 320, 414, 412, 328) destinados a transformar la señal de información que contiene una filigrana de una representación temporal en una representación espectral/ espectral con modulación; medios (132; 332) destinados a derivar la filigrana a partir de la representación espectral/ espectral con modulación.

23. Procedimiento para incorporar una filigrana en una señal de información, que comprende:

transformar (18, 20, 26, 28; 18, 20, 212, 214, 28) la señal de información de una representación temporal (22) en una representación espectral/ espectral con modulación (30) ; modificar (32; 216) la señal de información en la representación espectral / espectral con modulación en función de la filigrana a incorporar, para obtener una representación espectral/ espectral con modulación modificada; y formar (34, 38, 40, 42; 34, 218, 40, 42) una señal de información que contiene una filigrana a partir de la representación espectral/ espectral con modulación modificada.

24. Procedimiento para extraer una filigrana de una señal de información que contiene una filigrana, que comprende:

transformar (118, 120, 126, 128; 318, 320, 414, 412, 328) la señal de información que contiene una filigrana de una representación temporal en una representación espectral/ espectral con modulación; derivar (132; 332) la filigrana a partir de la representación espectral/ espectral con modulación.

25. Programa de ordenador con un código de programa para realizar el procedimiento según la reivindicación 23 o 24 cuando el programa de ordenador se ejecuta en un ordenador.

dominio de tiempo señal de formación de

alimentación ventana/formación de audio de bloque formación deseñal de salida ventanas/que se

superposición proporciona de bloquescon la filigrana digital

dominio de tiempo señal de entrada que se proporciona con la filigrana digital banco de formación debloques/formación filtros_1de ventanas (complejo)

dominio de tiempo/frecuencia dominio de frecuencia/modulación de frecuenciafiligrana digitalbanco de banco de detección de filtros_1magnitud/fasefiltros_2

magni

(complejo) tud incrustación de fasefiligrana digital

procesamiento de fase

banco de

banco de filtros_1

filtros_2 inverso inverso

FIGURA 1

dominio de tiempo/frecuenciadominio de frecuencia/modulación de frecuencia banco de filtros_2 filigrana digital

FIGURA 3

dominio de tiempo

dominio de tiempo/frecuencia dominio de frecuencia/modulación de frecuencia filigrana digital

señal de banco de alimentación

filtros_1 banco de de audio (complejo) filtros_2

incrustación de filigrana digital

señal de salida que se

banco deproporcionabanco de

filtros_1con la filigranafiltros_2 inverso inverso digital

FIGURA 4

dominio de tiempo dominio de tiempo/frecuencia

dominio de frecuencia/modulación de frecuencia señal de entrada que se proporciona con la filigrana digital

formación debanco de bloques/formación filtros_1 banco de de ventanas (complejo) filtros_1

determinación de filigrana digitalfrecuenciaportadora FIGURA 5