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Audio-Watermarking

Allgemeines

Mit Hilfe der Audio-Wasserzeichen Technologie ist es möglich, Zusatzdaten in der Tonspur zu verstecken. Zu diesem Zweck wird das Audiosignal des Musikstücks, des Hörbuchs oder des Werbespots geringfügig auf eine definierte Art und Weise modifiziert. Diese Änderung ist so klein, dass der Mensch akustisch keinen Unterschied wahrnimmt. Die Audio-Wasserzeichen Technologie eröffnet also die Möglichkeit, Kopien eines Titels zu erstellen, die für den Menschen alle identisch mit dem Original sind, die sich aber anhand der eingebrachten Information unterscheiden lassen.

Nur eine Software, die das Wissen über die Art der Einbettung und die Einbettungsparameter in sich trägt, ist in der Lage, die zuvor eingebetteten Zusatzdaten wieder auszulesen. Ohne diese Software oder auch nur bei Wahl der falschen Einbettungsparameter ist kein Zugriff auf die Zusatzdaten möglich. Dies verhindert ein unbefugtes Auslesen der eingebetteten Information und macht das Verfahren sehr sicher.

Diese Eigenschaft wird durch MusicTrace gezielt ausgenutzt. Jeder Kunde von MusicTrace erhält einen eigenen Satz von Einbettungsparameter. Als Folge kann jeder Kunde nur diejenige Information wieder auslesen, die er auch selbst eingebracht hat. Ein Zugriff auf die eingebetteten Informationen anderer Kunden ist dagegen nicht möglich.

Neben der Nicht-Hörbarkeit des Wasserzeichens und der Sicherheit spielen noch zwei weitere Faktoren eine wichtige Rolle. Dies ist zum einen die Datenrate des Wasserzeichens, also eine Aussage darüber, wie viele Daten in einer bestimmten Zeit übertragen werden können. Zum anderen ist dies die Robustheit des Wasserzeichens. Die Robustheit ist ein Maß dafür, wie zuverlässig ein Wasserzeichen nach einem beabsichtigten Angriff, aber auch nach einer Übertragung mit den damit verbundenen Signalmodifikationen wieder auslesbar sind. Das von MusicTrace eingesetzte Wasserzeichenverfahren wurde von der European Broadcasting Union (EBU) auf seine Robustheit hin untersucht. Als Angriffe wurden unter anderem eine Analogwandlung des Signals, eine digitale Audiokodierung oder auch mehrere Filterungen des Signals durchgeführt. Das Ergebnis war, dass das Wasserzeichen erst dann nicht mehr auslesbar ist, wenn die Audioqualität aufgrund des Angriffs bereits merklich gesunken ist.

Die Faktoren Datenrate und Robustheit stehen in einer Wechselbeziehung. Sollen mehr Informationen in einer bestimmten Zeit unhörbar übertragen werden, sinkt als Folge die Robustheit des Wasserzeichens. MusicTrace verwendet zur Einbettung der Zusatzdaten Datencontainer, die eine bestimmte Datenrate und Robustheit erlauben. Die beiden gebräuchlichsten Datencontainer ermöglichen die Übertragung von 48 bit Zusatzdaten in 5 Sekunden bei sehr hoher Robustheit oder 48 bit Zusatzdaten in 2,7 Sekunden bei geringfügig niedrigerer Robustheit.

Anwendungsgebiete

Da die Audio-Wasserzeichen Technologie prinzipiell nur die Möglichkeit eröffnet, innerhalb der Tonspur Zusatzdaten versteckt zu übertragen, aber keine Einschränkungen hinsichtlich der Art der Zusatzdaten macht, erschließt sich für diese Technologie ein breites Feld an Anwendungen. Im Folgenden seien ein paar typische Szenarien für Audio-Wasserzeichen genannt.

  • Einbetten von Urheberinformationen: Während der Produktion kann Urheberinformation in Form eines Wasserzeichens direkt in dem Titel verankert werden. Dies ermöglicht zu einem späteren Zeitpunkt die Überprüfung, ob ein Konkurrent beispielsweise die Samples eines wertvollen Instruments unerlaubterweise ebenfalls in seinem Produkt einsetzt. Auch kann mit Hilfe des Wasserzeichens ein Urhebernachweis geführt werden, falls ein Mitbewerber behauptet, dass der Titel von ihm produziert wurde.

  • Einbetten von Empfängerinformationen: Im Rahmen einer Vorbemusterung an Sendeanstalten oder die Presse oder während des Verkaufs von Musikstücken oder Hörbüchern in einem Internet Shop können Audio-Wasserzeichen ebenfalls sinnvoll eingesetzt werden. Die Idee hierbei ist, jeden verteilten Titel zu personalifizieren. Es werden also Informationen als Wasserzeichen eingebettet, die später einen Rückschluss auf den Empfänger der Titel erlauben. Dies kann beispielsweise die Kundennummer des Empfängers sein. Werden die Titel anschließend im Internet wieder gefunden, kann mit Hilfe der eingebetteten Daten die Person identifiziert werden, an die dieser Titel ursprünglich verteilt worden ist.

    Der Vorteil der Wasserzeichenverfahren gegenüber Digital Rights Management (DRM) Verfahren ist, dass durch das Wasserzeichen das ursprüngliche Multimediaformat nicht verändert wird. Wird beispielsweise ein Wasserzeichen in eine MP3 Datei eingebracht, ist das Resultat wieder eine MP3 Datei, die von jedem handelsüblichen MP3 Wiedergabegerät abgespielt wird. Der Neukauf von speziellen Wiedergabegeräten ist für die Kunden also nicht nötig. Außerdem bleibt das Wasserzeichen auch bei Formatkonversionen in dem Titel erhalten, insbesondere auch bei einer Analogwandlung.

  • Einbetten von Titelinformationen: Das Audio-Wasserzeichen Verfahren kann prinzipiell auch für die Rundfunküberwachung eingesetzt werden. Zu diesem Zweck muss jeder Titel, der beobachtet werden soll, während der Produktion mit einer besonderen Kennziffer in Form eines Wasserzeichens versehen werden. Ein Computer hört anschließend die Rundfunkprogramme ab und untersucht das Signal auf ein Wasserzeichen. Auch wenn für diese Aufgabe üblicherweise das Audio-Fingerprinting Verfahren herangezogen wird, gibt es Fälle, in denen das Audio-Wasserzeichen Verfahren bestimmte Vorteile bietet. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn bestimmte Fernseh-Werbespots beobachtet werden sollen, die zwar eine unterschiedliche Videospur, aber eine identische Audiospur besitzen.

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