JP2010266622A - Method for detection of embedded digital watermark using small detection window - Google Patents

Method for detection of embedded digital watermark using small detection window Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method capable of detecting digital watermark from short content reproduction time. <P>SOLUTION: In detecting watermark, difference data of a reference signal from a watermark signal are generated, and the detection window of the same size as the watermark window is set. The detection window is constituted as a small detection unit (reproduction time), and a watermark pattern candidate is extracted from the difference data which is referred to from the detection window. Discrimination information is extracted by performing reverse calculation of a key which is used for watermark, on the extracted watermark pattern candidate. By repeating watermark detection by adjusting a reference start position of the reference signal and a value of the reference start position of the watermark signal, a position of a suitable detection window is calculated and watermark can be detected. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は,音信号などのデジタルコンテンツに識別情報を埋め込み,検出する電子透かし技術に関し,特に,音声の電子透かし検出性能を向上させる技術に関する。   The present invention relates to a digital watermark technology that embeds and detects identification information in digital content such as a sound signal, and more particularly to a technology that improves digital watermark detection performance of audio.

近年,インターネット上では,動画投稿サイトが人気を集め,個人が創作した動画を共有することによって,新しいコミュニティができつつある。その一方で,動画投稿サイトには,著作権違反の不正コピーや,個人のプライバシーを侵害する盗撮動画等が投稿されることがあり,社会問題化している。不正な投稿により被害が生じても,多くの動画投稿サイトでは,投稿者の匿名性が高く,損害賠償などの被害回復につなげることが難しい。さらに,いったん共有された動画データは,さらに別のコミュニティでも共有されうるため,被害拡大防止も困難な状況にある。   In recent years, video posting sites have become popular on the Internet, and new videos are being created by sharing videos created by individuals. On the other hand, illegal postings of copyright violations and voyeur videos that infringe on personal privacy may be posted on video posting sites, which has become a social problem. Even if damage is caused by unauthorized posting, many video posting sites have high anonymity of the contributor and it is difficult to recover damage such as damage compensation. Furthermore, once the video data has been shared, it can be shared with other communities, making it difficult to prevent the damage from spreading.

不正に利用されうるコンテンツの著作権保護や身元確認が可能な技術の一つとして,電子透かし技術が期待されている。電子透かし技術は,コンテンツを微小に変更することによって,見た目に分からないように識別情報をコンテンツの中に埋め込み,検出する技術である。埋め込んだ識別情報は,フォーマット変換などの処理を経た後からでも,検出できるため,不正に投稿された動画の著作権主張,流通経路追跡などに応用できる。   Digital watermarking technology is expected as one of the technologies that enable copyright protection and identification of content that can be used illegally. The digital watermark technique is a technique for embedding and detecting identification information in content so that the content is not apparent by changing the content minutely. Since the embedded identification information can be detected even after processing such as format conversion, it can be applied to copyright claims and distribution channel tracking of illegally posted videos.

電子透かし技術は,コンテンツの冗長部分を利用して,埋め込んだ識別情報を表現する技術である。例えば,動画投稿サイトへの投稿時には,高い圧縮率での再圧縮符号化処理などの複合的な処理を伴う。これらの処理は,いずれもコンテンツの冗長部分を非可逆に圧縮符号化することにより,データ量を削減しようとする。このため,冗長部分に埋め込まれた識別情報も,処理を経るたびに削られていくこととなる。このように,コンテンツ流通過程で受けるコンテンツに対する操作は,電子透かしを意図的に除去しようとするものもあれば,別の意図に基づいてコンテンツ操作がなされ,結果的に電子透かしが除去される場合もある。これらを合わせて,利用者の意図に関わらず,透かし入りコンテンツに対する操作を,電子透かしに対する攻撃とも呼ぶ。電子透かしは,攻撃に対して耐性を持たなければならない。このため,縮小や圧縮符号化などの処理に対して耐性をもつ電子透かし方式が提案されているものの,すべての攻撃に対して100%有効な方式は,いまだ提案されていない。特に,不正ユーザの手によって,何の処理が加えられるかがわからず,電子透かしの検出が困難化しがちである。   The digital watermark technology is a technology for expressing embedded identification information by using redundant portions of content. For example, when posting to a video posting site, complex processing such as recompression encoding processing at a high compression rate is involved. Each of these processes attempts to reduce the amount of data by irreversibly compressing and encoding the redundant part of the content. For this reason, the identification information embedded in the redundant portion is also deleted each time processing is performed. In this way, some operations on the content received in the content distribution process are intended to remove the digital watermark intentionally, and if the content operation is performed based on another intention and the digital watermark is removed as a result. There is also. Together, these operations on watermarked content are also called attacks on digital watermarks, regardless of the user's intention. Digital watermarks must be resistant to attacks. For this reason, although a digital watermark method having resistance to processing such as reduction and compression coding has been proposed, a method that is 100% effective against all attacks has not yet been proposed. In particular, it is difficult to detect what kind of processing is applied by an unauthorized user and detection of digital watermarks tends to be difficult.

コンテンツの種別を問わず,画像,音,文書データなどの信号全般について,電子透かしの検出高性能化は強く求められている。動画,静止画,音など,電子透かしを埋め込む対象となる信号のオリジナルデータを,電子透かしで埋め込む情報が寄生する宿主の意味で,ホストデータあるいはホスト信号と呼ぶ。これに対して,電子透かし埋め込み後の信号を透かし信号と呼ぶ。電子透かし技術においては,埋め込みと検出が一体化しており,ホスト信号に対して大きな変化を与えることによって電子透かしを強く埋め込めば,検出が容易化する。しかし,強すぎる電子透かしは,ホスト信号のノイズとして知覚されやすくなり,利用者サービスの質を低下させるため,実用上,あまり強い信号を使いにくい。   Regardless of the type of content, there is a strong demand for high-performance digital watermark detection for all signals such as images, sounds, and document data. The original data of a signal to be embedded with a digital watermark, such as a moving image, a still image, or a sound, is called host data or a host signal in the sense of a host in which information embedded with the digital watermark is parasitic. In contrast, a signal after embedding a digital watermark is called a watermark signal. In the digital watermark technology, embedding and detection are integrated, and detection is facilitated if the digital watermark is strongly embedded by giving a large change to the host signal. However, too strong digital watermarks are easily perceived as noise in the host signal, which degrades the quality of user service, so that it is difficult to use very strong signals in practice.

電子透かしの検出にはホスト信号を用いる技術と,ホスト信号を必要とせず,検査対象信号単体から検出可能な技術がある。より多くの情報を活用できる点で,前者が性能上優れた潜在能力をもつ。しかし,従来技術では,その潜在能力を活用する具体的な方法が開示されていなかった。   There are two types of techniques for detecting a digital watermark: a technique that uses a host signal and a technique that does not require a host signal and that can be detected from a single signal to be inspected. The former has superior performance potential in that more information can be used. However, the prior art has not disclosed a specific method for utilizing the potential.

特許文献1では,ホスト信号と透かし信号の差分を利用する一例として,次のような開示がある。   Patent Document 1 discloses the following as an example of using a difference between a host signal and a watermark signal.

「抽出処理において、上記検査対象画像を、上記原画像と同縮尺のサイズに幾何変換し、上記原画像を各々劣化させた複数種類の劣化原画像を作成し、幾何変換した検査対象画像と複数種類の劣化原画像の各々との間の差分をとった複数の差分画像を作成し、複数の差分画像の各々から、上記認証用情報に相当する情報を抽出することを特徴とした電子透かし画像の認証方法」を提供する。   “In the extraction process, the image to be inspected is geometrically converted to the same scale size as the original image, and a plurality of types of deteriorated original images, each of which deteriorates the original image, are created. A digital watermark image characterized in that a plurality of difference images obtained by taking differences from each of the types of deteriorated original images are created, and information corresponding to the authentication information is extracted from each of the plurality of difference images. Authentication method ".

特許文献2では,ホスト信号と透かし信号の同期を取る技術の一例として,次のような開示がある。   Patent Document 2 discloses the following disclosure as an example of a technique for synchronizing a host signal and a watermark signal.

「(1)平坦な領域において、データを削除したり追加しても、ほとんど人間が認知できない。(2)急激な変化の直前の平坦な領域において、データを削除したり追加しても、ほとんど人間が認知できない」
「音データを入力する手段と、音データに情報を埋め込む手段を有する情報処理システムにおいて、人間に知覚できない、あるいは、人間の音参照の妨害にならない音データのデータ値変更の範囲を求め、上記変更可能範囲内で音データの値を変更することにより情報を埋め込む」
「加工候補点検出4により原音データ2の加工候補点データ5を作成する。次に、スタート位置検出22により原音データ2と被検査音データ13と加工候補点データ5を用いてスタート位置データ23を検出する。次に、透かし情報検出24により原音データ2と被検査音データ13と加工候補点データ5を用い検出透かし情報データ25出力する」。
“(1) Even if data is deleted or added in a flat area, almost no human being can recognize it. (2) Even if data is deleted or added in a flat area immediately before a sudden change, it is almost impossible to recognize. Humans cannot recognize "
“In an information processing system having means for inputting sound data and means for embedding information in the sound data, a range of change in the data value of the sound data that cannot be perceived by humans or that does not interfere with human sound reference is obtained. Embed information by changing the value of sound data within the changeable range "
"Processing candidate point data 5 of the original sound data 2 is created by the processing candidate point detection 4. Next, the start position detection 23 uses the original sound data 2, the sound data 13 to be inspected and the processing candidate point data 5 by the start position detection 22. Next, the watermark information detection 24 outputs the detected watermark information data 25 using the original sound data 2, the inspected sound data 13, and the processing candidate point data 5. "

特許文献3では,電子透かしの繰り返し埋め込み技術の一例として,次のような開示がある。   Patent Document 3 discloses the following disclosure as an example of a digital watermark repetitive embedding technique.

「音声コンテンツのチャネルごとのPCMデータに対し、複数の鍵を用いて透かし信号の検出値を計算する透かし信号検出部11と、各チャネルおよび各鍵に対応する検出値を、各チャネルおよび各鍵の可能な組合せごとに加算する複数の検出値加算部12と、この複数の検出値加算部12による各加算結果の中から1つの加算結果を選択して出力する比較選択部とを備える。また、この検出値を異なる蓄積周期で蓄積し蓄積された検出値から電子透かしとして埋め込まれたメッセージを復元すると共に、音声コンテンツの境界検出を行って、電子透かしの埋め込まれた音声コンテンツの検出を行うメッセージ復元部13と、このメッセージ復元部13による各処理結果を合成して出力する検出結果出力部14とを備える。」   “The watermark signal detection unit 11 calculates the detection value of the watermark signal using a plurality of keys for the PCM data for each channel of the audio content, and the detection value corresponding to each channel and each key. A plurality of detection value addition units 12 that add for each possible combination, and a comparison selection unit that selects and outputs one addition result from each addition result by the plurality of detection value addition units 12. The detection value is accumulated at different accumulation periods, and the message embedded as the digital watermark is restored from the accumulated detection value, and the boundary of the audio content is detected to detect the audio content in which the digital watermark is embedded. A message restoration unit 13 and a detection result output unit 14 that synthesizes and outputs the processing results of the message restoration unit 13 are provided. "

特開2000−76418号公報JP 2000-76418 A 特開2000−242286号公報JP 2000-242286 A 特開2005−284085号公報JP 2005-284085 A

特許文献1では,画像の場合の実施例の開示であり,ホスト信号と透かし信号の同期を取る方法が具体的に開示されていない。   Patent Document 1 discloses an embodiment in the case of an image, and does not specifically disclose a method for synchronizing a host signal and a watermark signal.

特許文献2では,ホスト信号と透かし信号の類似度判定によって同期を取る一方式を開示するものの,両者の差分を得るための同期方法ではない。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 discloses a method for obtaining synchronization by determining similarity between a host signal and a watermark signal, but is not a synchronization method for obtaining a difference between the two.

特許文献3では,微弱な電子透かしを埋め込むときに,蓄積周期を変えながら繰り返し埋め込み,検出時に,これらを集めてから検出しようとするため,検出単位となる再生時間が長くなる。この発明に基づいて電子透かしを構築すると,検出に要するコンテンツ再生時間が数十秒といった検出単位となる。   In Patent Document 3, when embedding a weak digital watermark, it is repeatedly embedded while changing the accumulation cycle. At the time of detection, these are collected and then detected, so the reproduction time as a detection unit becomes long. When a digital watermark is constructed based on the present invention, the content reproduction time required for detection becomes a detection unit of several tens of seconds.

本発明は,小さな検出窓を利用した電子透かし埋め込み検出方法によって,短いコンテンツ再生時間からの電子透かし検出が可能な方法を提供する。   The present invention provides a method capable of detecting a digital watermark from a short content playback time by a digital watermark embedding detection method using a small detection window.

本明細書において開示される発明のうち,代表的な構成と作用を簡単に説明すれば以下のとおりである。   Among the inventions disclosed in this specification, typical configurations and operations will be briefly described as follows.

埋め込みの準備として,識別情報に管理情報,誤り訂正符号を付与して符号化された埋め込み情報に対して,利用者に対して秘匿する鍵を用いて電子透かしパターンを構成する。   As preparation for embedding, a digital watermark pattern is constructed using a key concealed from the user for embedding information encoded by adding management information and an error correction code to the identification information.

ホスト信号に対して,埋め込み窓を設定し,微弱な電子透かし強度を用いて,電子透かしパターンを繰り返し埋め込む。ここで,埋め込み窓は,ホスト信号の参照開始位置,埋め込み窓のデータ長から構成する概念上のデータアクセスインタフェースである。埋め込み窓はコンテンツ再生時間の長さの意味で小さな埋め込み単位(再生時間)として構成する。埋め込みは信号の振幅値を微小に変更することによって行う。   An embedding window is set for the host signal, and a watermark pattern is repeatedly embedded using a weak watermark strength. Here, the embedded window is a conceptual data access interface composed of the reference start position of the host signal and the data length of the embedded window. The embedding window is configured as a small embedding unit (reproduction time) in terms of the length of the content reproduction time. Embedding is performed by minutely changing the amplitude value of the signal.

検出においては,ホスト信号を参照信号とする。参照信号と透かし信号の差分データを生成し,埋め込み窓と同じサイズの検出窓を設定し,検出窓は小さな検出単位(再生時間)として構成し,検出窓から参照できる差分データから,電子透かしパターン候補を取り出す。なお,検出窓は,参照信号の参照開始位置,透かし信号の参照開始位置,検出窓のデータ長から構成する概念上のデータアクセスインタフェースである。電子透かしパターン候補は,透かし信号が受けた信号処理によって,埋め込み時に用いた電子透かしパターンと異なる場合が多い。   In detection, the host signal is used as a reference signal. Generate difference data between the reference signal and watermark signal, set a detection window of the same size as the embedding window, configure the detection window as a small detection unit (playback time), and use the difference data that can be referenced from the detection window to create a digital watermark pattern Take a candidate. The detection window is a conceptual data access interface composed of the reference start position of the reference signal, the reference start position of the watermark signal, and the data length of the detection window. The digital watermark pattern candidate is often different from the digital watermark pattern used at the time of embedding depending on the signal processing received by the watermark signal.

取り出した電子透かしパターン候補に対して,埋め込みに用いた鍵の逆演算を行い,識別情報を抽出する。誤り訂正に成功した電子透かしパターン候補は電子透かし検出成功である。一方,埋め込み窓と検出窓の同期がずれている場合には電子透かしパターン候補が適切に復元されていないため,電子透かし検出に失敗する。このとき,参照信号の参照開始位置,および,透かし信号の参照開始位置の値,検出窓のサイズを調整して,電子透かし検出を繰り返すことにより,適切な検出窓を定め,電子透かしが検出可能となる。   The extracted digital watermark pattern candidate is subjected to the reverse operation of the key used for embedding, and the identification information is extracted. The digital watermark pattern candidate that succeeded in error correction is a successful digital watermark detection. On the other hand, when the embedding window and the detection window are out of synchronization, the digital watermark pattern candidate is not properly restored, and the digital watermark detection fails. At this time, by adjusting the reference start position of the reference signal, the value of the reference start position of the watermark signal, the size of the detection window, and repeating the digital watermark detection, an appropriate detection window can be determined and the digital watermark can be detected. It becomes.

また,本明細書において開示される発明のうち,別の代表的な構成と作用を簡単に説明すれば以下のとおりである。   Further, another representative configuration and operation of the invention disclosed in this specification will be briefly described as follows.

ホスト信号として,Text−to−Speechなどの合成音声を用いる場合,音声合成ソフトを用いて合成音声ファイルを出力する前に,音声合成ソフト利用者IDを電子透かしによって埋め込む。検出時に置いては,透かし信号の再生音声を解釈し,音声構成要素を抽出生成することにより,ホスト信号を直接用いずに,音声合成によって参照信号を得ることができる。この参照信号を利用して電子透かしが検出可能となる。   When synthesized speech such as Text-to-Speech is used as the host signal, the speech synthesis software user ID is embedded with a digital watermark before the synthesized speech file is output using the speech synthesis software. At the time of detection, the reference signal can be obtained by speech synthesis without directly using the host signal by interpreting the reproduced speech of the watermark signal and extracting and generating speech components. The digital watermark can be detected using this reference signal.

本明細書において開示される発明のうち,代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。   The effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in this specification will be briefly described as follows.

透かし信号に加えられた信号処理によって,透かし信号は時間軸上の伸長縮小,周波数の変化,振幅の変化,ノイズの重畳など,多様な変化が生じ,かつ,これらの変化量もケースバイケースである。   The signal processing applied to the watermark signal causes various changes such as expansion / contraction on the time axis, frequency change, amplitude change, noise superposition, etc., and the amount of change is also on a case-by-case basis. is there.

全体として大きな信号劣化が生じている場合においても,参照信号を利用し,小さな検出窓を利用することによって,激しく変化した部分の情報を信頼せずに,変化の小さかった場所から電子透かしを検出することができる。例えば,局所的なピッチ変化などがあっても,他の再生時間における電子透かし検出処理に影響が及ばない。   Even when large signal degradation occurs as a whole, the digital signal is detected from the place where the change is small by using the reference signal and using the small detection window without relying on the information of the part that changed drastically. can do. For example, even if there is a local pitch change, it does not affect the digital watermark detection process at other playback times.

上記態様は,ホスト信号として合成音声を用いる場合にも効果的である。埋め込みと検出に同じ音声合成ソフトを用いれば,ホスト信号そのものを保持管理しなくても,合成音声を再合成することによって参照信号を作成し,電子透かし検出が可能となる。電子透かしの埋め込みより,合成音声ソフトの利用者IDを埋め込むと,合成音声ソフトの利用規約外の不正な合成音声が流出していたときに,不正利用者を特定した上で,音声合成ソフトの利用違反についての被害回復などの対策を取ることができる。再合成した参照信号は,利用者の個別チューニングによって局所的にホスト信号と一致していない場合もあるものの,多くの部分については,合成音声ソフトのデフォルト設定に従って出力されていて両者は類似した信号になると期待される。従って,再合成した参照信号によってでも,検出性能が向上する。   The above aspect is also effective when synthesized speech is used as the host signal. If the same speech synthesis software is used for embedding and detection, a reference signal can be created by re-synthesizing the synthesized speech without holding and managing the host signal itself, and digital watermark detection can be performed. By embedding the user ID of the synthesized speech software by embedding the digital watermark, if unauthorized synthesized speech outside the terms of use of the synthesized speech software is leaked, the unauthorized user is identified, Measures such as damage recovery for usage violations can be taken. The re-synthesized reference signal may not match the host signal locally due to individual tuning of the user, but for the most part, it is output according to the default settings of the synthesized speech software and both are similar signals. Expected to be. Therefore, the detection performance is improved even with the recombined reference signal.

上記態様によると,参照信号がなくても,電子透かしパターンのサイズLのn倍の長さL*nをもつ大きな検出窓を用いることによって電子透かし検出が可能である。nは,特殊なコンテンツに対して理論値1以上の整数であるが,通常のコンテンツでは,埋め込み操作によってコンテンツ内に恣意的に作成した統計量が,統計的に意味を持つよう大きな数字,例えばn=30などが必要である。
一方,ホスト信号を参照信号として利用する場合,電子透かしパターンのサイズLに対して,位相ずれ量m(m≧0,例えば後述の実施例ではm=3)を加えた(L+m)以上の小さいサイズの検出窓,すなわち,小型検出窓での電子透かし検出が可能となり,検出性能が向上する。また,ホスト信号を直接利用しない場合でも,再合成信号を参照信号として利用することにより,小型検出窓での電子透かし検出が可能となり,検出性能が向上する。
According to the above aspect, even without a reference signal, digital watermark detection can be performed by using a large detection window having a length L * n that is n times the size L of the digital watermark pattern. n is an integer greater than or equal to the theoretical value 1 for special content, but for normal content, a large number such as a statistical quantity arbitrarily created in the content by the embedding operation is statistically meaningful, for example, n = 30 or the like is necessary.
On the other hand, when the host signal is used as a reference signal, the size L of the digital watermark pattern is smaller than (L + m) by adding a phase shift amount m (m ≧ 0, for example, m = 3 in the embodiments described later). It is possible to detect a digital watermark in a size detection window, that is, a small detection window, thereby improving detection performance. Even when the host signal is not directly used, by using the recombined signal as a reference signal, it is possible to detect a digital watermark in a small detection window and improve detection performance.

さらに,参照信号を利用して,小型検出窓で検出位置を丹念に調べることにより,電子透かし検出の高性能化,すなわち,信頼性の向上,証拠性の向上,高速化および検出率の向上,が可能となる。さらに,検出性能の高性能化の効果が期待できるために,電子透かしの埋め込み処理における強度214の設定値α409を小さな数値として,透かし信号を微弱なものとしても,安定的な検出性能を発揮できる。このことから,電子透かしの埋め込みにおいて,音質劣化が少なく高音質な音データの出力が可能という効果が得られる。知覚モデルの分析において複雑な計算を行わなくても音質劣化が少ないため,埋め込み処理の高速化も実現できる。また,検出窓の小ささは,検出処理の高速度化,高分解能化にもつながる。   Furthermore, by using the reference signal and carefully examining the detection position in a small detection window, the performance of digital watermark detection is improved, that is, the reliability is improved, the evidence is improved, the speed is increased, and the detection rate is improved. Is possible. Furthermore, since the effect of improving the detection performance can be expected, even if the setting value α409 of the intensity 214 in the digital watermark embedding process is set to a small value and the watermark signal is weak, stable detection performance can be exhibited. . From this, it is possible to output high-quality sound data with little deterioration in sound quality when embedding a digital watermark. Since there is little deterioration in sound quality without complicated calculations in the analysis of the perceptual model, the embedding process can be speeded up. In addition, the small detection window leads to high speed detection processing and high resolution.

本発明によれば,短いコンテンツ再生時間であっても,電子透かし検出が可能になる。   According to the present invention, digital watermark detection is possible even with a short content playback time.

第1の実施例の構成図である。It is a block diagram of a 1st Example. 埋め込みユニットの説明図である。It is explanatory drawing of an embedding unit. 埋め込み方法のPADである。It is PAD of the embedding method. 埋め込みデータフローの説明図である。It is explanatory drawing of an embedded data flow. 検出ユニットの説明図である。It is explanatory drawing of a detection unit. 検出窓の概念説明図である。It is a conceptual explanatory view of a detection window. 検出方法のPADである。It is PAD of a detection method. 検出データフローの説明図である。It is explanatory drawing of a detection data flow. 検出窓位置調整方法の説明図である。It is explanatory drawing of the detection window position adjustment method. 第2の実施例の構成図である。It is a block diagram of the 2nd Example.

以下,本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお,実施の形態を説明するための全図において,同一の部材には原則として同一の符号を付し,その繰り返しの説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.

第1の実施例は,ホスト信号として音を取り上げ,電子透かし埋め込み検出システムであって,特に,検出時に原音を利用できる環境において,次のシステム構成を提供することにより実現した。以下では,ホスト信号と原音と原信号はいずれも同じ意味で用いる。   The first embodiment is a digital watermark embedding detection system that takes sound as a host signal, and is realized by providing the following system configuration particularly in an environment where the original sound can be used at the time of detection. Hereinafter, the host signal, the original sound, and the original signal are all used interchangeably.

図1に,第一の実施例における電子透かしシステムのシステム構成図を示す。   FIG. 1 shows a system configuration diagram of a digital watermark system in the first embodiment.

電子透かしシステムは,ネットワークで相互接続された管理サーバ112,電子透かし埋め込み装置101,電子透かし検出装置102から構成する。   The digital watermark system includes a management server 112, a digital watermark embedding device 101, and a digital watermark detection device 102 that are interconnected via a network.

電子透かし埋め込み装置101,電子透かし検出装置102は,それぞれ,入出力手段としてマルチモーダルインタフェースおよび機器接続インタフェースを備え,さらに,CPUとディスクとメモリを搭載した計算機上に,CPUがディスクあるいはメモリに格納されているプログラムを実行することにより,後述する埋め込み方法,検出方法を実現したものである。各プログラムは,あらかじめ,上記ディスクあるいはメモリに格納されていても良いし,必要なときに,機器接続インタフェースと上記計算機が利用可能な媒体を介して,他の装置から上記記憶装置に導入されてもよい。媒体とは,たとえば,機器接続インタフェースに着脱可能な記憶媒体,または通信媒体(すなわち有線,無線,光などのネットワーク,または当該ネットワークを伝搬する搬送波やディジタル信号)を指す。   Each of the digital watermark embedding apparatus 101 and the digital watermark detection apparatus 102 includes a multimodal interface and a device connection interface as input / output means, and the CPU is stored in the disk or memory on a computer equipped with the CPU, disk, and memory. By executing the program, the embedding method and detection method described later are realized. Each program may be stored in the disk or memory in advance, and when necessary, it is introduced from the other device into the storage device via a device connection interface and a medium that can be used by the computer. Also good. The medium refers to, for example, a storage medium that can be attached to and detached from the device connection interface, or a communication medium (that is, a wired, wireless, or optical network, or a carrier wave or digital signal that propagates through the network).

電子透かし埋め込み装置101の利用者は,電子透かし埋め込み装置101に原信号110を入力し,利用者入力あるいは自動設定による識別情報104を設定する。符号化105,透かし鍵設定108,強度調整106,重畳107のそれぞれ処理を経て,原信号110に識別情報104が埋め込まれた透かし信号109を得る。   A user of the digital watermark embedding apparatus 101 inputs the original signal 110 to the digital watermark embedding apparatus 101 and sets identification information 104 by user input or automatic setting. A watermark signal 109 in which the identification information 104 is embedded in the original signal 110 is obtained through the processes of encoding 105, watermark key setting 108, strength adjustment 106, and superposition 107.

透かし信号109はそのまま再生利用してもよいし,同じ利用者あるいは他の利用者によって,MPEGなどの圧縮符号化を行ってから再生利用してもよい。場合によっては,再圧縮符号化やノイズフィルタ処理などのさまざまな信号処理が加えられることがある。信号処理後の透かし信号は,元の透かし信号と比較した場合に,何らかのノイズが載る形で信号波形の変化を伴う。電子透かしは,一般にこれらの信号処理に対して耐性を備えており,信号処理後の透かし信号の中から検出することができる。一方,不正コピーなどで流通したコンテンツを対象として検出する場合には,これから検査しようとする信号に電子透かしが埋め込まれているかどうかも不明である。そこで,信号処理後の透かし信号を含めて,これから検査しようとする信号を検査対象信号111と呼ぶ。   The watermark signal 109 may be reproduced and used as it is, or may be reproduced after being subjected to compression coding such as MPEG by the same user or another user. In some cases, various signal processing such as recompression coding and noise filter processing may be added. The watermark signal after signal processing is accompanied by a change in signal waveform in the form of some noise when compared with the original watermark signal. Digital watermarks generally have resistance to such signal processing, and can be detected from watermark signals after signal processing. On the other hand, when detecting content distributed through illegal copying or the like, it is also unclear whether a digital watermark is embedded in a signal to be inspected. Therefore, a signal to be inspected from now on including a watermark signal after signal processing is referred to as an inspection target signal 111.

電子透かし検出装置102の利用者は,電子透かし検出装置102に検査対象信号111を入力する。さらに,必要に応じて,検査対象信号111に対して,解釈手段113を実施することにより,管理サーバ103に原信号を照会し,参照信号114を入手し,これを電子透かし検出装置102に入力する。管理サーバに照会した原信号は,検査対象信号111を解釈して照会するものであり,原信号110と等価とは限らない。この照会によって蓄積管理処理112は,原信号110あるいは原信号110に類似する参照信号114を返す。解釈手段113で信号特徴量の抽出を行い,蓄積管理事にあらかじめ登録してあった原信号110あるいは他の信号の特徴量との照合によって,特徴量が類似する信号を,蓄積管理された多数の原信号の中から探し出すことは容易に実現できる。例えば,蓄積管理112において,原信号110を圧縮符号化したものを保存し,これを参照信号としてもよい。   A user of the digital watermark detection apparatus 102 inputs the inspection target signal 111 to the digital watermark detection apparatus 102. Further, if necessary, by executing the interpretation means 113 for the inspection target signal 111, the management server 103 is inquired of the original signal, the reference signal 114 is obtained, and this is input to the digital watermark detection apparatus 102. To do. The original signal inquired to the management server is obtained by interpreting and inquiring the inspection target signal 111 and is not necessarily equivalent to the original signal 110. By this inquiry, the storage management process 112 returns the original signal 110 or a reference signal 114 similar to the original signal 110. A signal feature quantity is extracted by the interpreting means 113, and a large number of signals whose feature quantities are similar are stored and managed by collating with the feature quantity of the original signal 110 or other signals registered in advance in the storage management. It is easy to find out from the original signals. For example, the storage management 112 may store a compression-coded version of the original signal 110 and use it as a reference signal.

電子透かし検出装置102では,検出窓調整117,調整差分115,検出116,透かし鍵設定118の処理を行い,検査対象信号111から電子透かしを検出できれば,識別情報119として出力する。なお,埋め込み時に透かし鍵設定108で設定した透かし鍵のデータは,検出時にも同じデータを利用する。   The digital watermark detection apparatus 102 performs detection window adjustment 117, adjustment difference 115, detection 116, and watermark key setting 118, and outputs the identification information 119 if a digital watermark can be detected from the inspection target signal 111. The watermark key data set by the watermark key setting 108 at the time of embedding uses the same data at the time of detection.

図2を用いて,透かし埋め込み装置101における埋め込み処理フローを説明する。   An embedding process flow in the watermark embedding apparatus 101 will be described with reference to FIG.

電子透かし埋め込み装置101は,埋め込みユニット201を含む。統括制御204は,埋め込みユニット201全体の処理の流れを統括的に制御する。原信号202は入力制御処理203によって,読み込まれ,知覚モデル処理206に基づく音質評価分析を行い,分析結果を強度調整処理210に反映させる。さらに,原信号202へのアクセスインタフェースを設定する,埋め込み窓設定処理207を行う。透かしパターンを原信号に重畳する際に,埋め込み窓を通して,原信号のうち埋め込み窓から参照可能な一部分に対して,透かしパターンと原信号の重畳処理211を行う。透かしパターンを繰り返し埋め込む際には,埋め込み窓を移動させながら,繰り返し重畳処理211を行う。埋め込み情報205,透かし鍵213,強度214など利用者の入力,あるいは,自動設定に基づくパラメータ制御処理215を行い,符号化処理208,透かしパターン生成処理209,強度調整処理210,重畳処理211,出力制御処理212の各処理を経て,透かし信号203が生成される。   The digital watermark embedding apparatus 101 includes an embedding unit 201. The overall control 204 controls the overall processing flow of the embedding unit 201. The original signal 202 is read by the input control processing 203, performs sound quality evaluation analysis based on the perceptual model processing 206, and reflects the analysis result in the intensity adjustment processing 210. Further, an embedded window setting process 207 for setting an access interface to the original signal 202 is performed. When the watermark pattern is superimposed on the original signal, the watermark pattern and the original signal are superimposed on the part of the original signal that can be referred to from the embedded window through the embedded window. When the watermark pattern is repeatedly embedded, the repeated superimposing process 211 is performed while moving the embedded window. Parameter control processing 215 based on user input such as embedded information 205, watermark key 213, strength 214, or automatic setting is performed, encoding processing 208, watermark pattern generation processing 209, strength adjustment processing 210, superimposition processing 211, output Through each process of the control process 212, the watermark signal 203 is generated.

知覚モデル処理206について,補足する。例えば,無音時間帯に電子透かしを埋め込むと,電子透かしだけが音として聞こえる状態となって,小さな音であっても一部の視聴者にとっては耳障りな場合もある。加えて,電子透かし部分と原信号部分が容易に分離可能となってしまうため,透かし信号をデータとして閲覧可能な第3者には,電子透かしアルゴリズムを類推される危険がある。電子透かしはアルゴリズムを秘匿することによってセキュリティを担保するため,長時間の無音時間帯に電子透かしを埋め込むことは,セキュリティ上好ましくない。知覚モデル処理206では,原信号の振幅値が予め定めた閾値s1より小さい値のデータが,予め定めた閾値s2より多くの回数連続的に続くかどうかによって無音時間帯を判定する。その無音時間帯に電子透かしを埋め込むことを回避するルールを設定し,埋め込み可否マスクとして,重畳処理211に伝達する。知覚モデルの他の実現方法として,特許文献2に記載された方法を用いてもよい。他にも非可聴時間帯に埋め込むよう制御する方法や非可聴周波数帯に埋め込む方法なども,一般に知られている。   The perceptual model processing 206 will be supplemented. For example, when a digital watermark is embedded in a silent period, only the digital watermark can be heard as a sound, and even a small sound may be annoying for some viewers. In addition, since the digital watermark portion and the original signal portion can be easily separated, there is a risk that a third party who can view the watermark signal as data can be inferred from the digital watermark algorithm. Since the digital watermark secures the security by concealing the algorithm, it is not preferable in terms of security to embed the digital watermark in a long silent period. In the perceptual model processing 206, the silent time zone is determined depending on whether or not the data whose amplitude value of the original signal is smaller than the predetermined threshold value s1 continues more times than the predetermined threshold value s2. A rule for avoiding embedding the digital watermark in the silent time zone is set and transmitted to the superimposing process 211 as an embedding permission / inhibition mask. As another method for realizing the perceptual model, the method described in Patent Document 2 may be used. In addition, a control method for embedding in a non-audible time band and a method for embedding in a non-audible frequency band are also generally known.

図3を用いて,埋め込み方法のPADについて説明する。   The PAD of the embedding method will be described using FIG.

ステップ301において,原信号データをオープンしメモリ入力する。   In step 301, the original signal data is opened and input to the memory.

ステップ302において,知覚モデルの計算を行う。   In step 302, a perceptual model is calculated.

ステップ303において,埋め込み窓の初期設定を行う。すなわち,原信号を格納したメモリへのアクセスアドレスを取得,データ長を設定する。   In step 303, the embedded window is initialized. That is, the access address to the memory storing the original signal is acquired and the data length is set.

ステップ304において,入力データが終わるまで,以下のステップの繰り返し処理の制御を行う。   In step 304, the following steps are repeatedly controlled until the input data is completed.

ステップ305において,埋め込み情報の設定を行う。   In step 305, embedded information is set.

ステップ306において,透かしパターンの形成を行う。   In step 306, a watermark pattern is formed.

ステップ307において,電子透かし強度の設定を行う。   In step 307, the digital watermark strength is set.

ステップ308において,原信号への透かしパターンの重畳処理を行う。   In step 308, a watermark pattern is superimposed on the original signal.

ステップ309において,電子透かしが埋め込まれた透かし信号を出力バッファに書き出す。透かし信号は,即座に電子透かし埋め込み装置の出力制御によって,ファイル出力,あるいは,ネットワーク出力,直接音声出力される。   In step 309, the watermark signal in which the digital watermark is embedded is written to the output buffer. The watermark signal is immediately output as a file, network output, or direct audio by output control of the digital watermark embedding device.

ステップ310において,埋め込み窓を移動する。ステップ304において,入力データが終わるまで,以上のステップの繰り返し処理の制御を行う。   In step 310, the embedded window is moved. In step 304, the repetition processing of the above steps is controlled until the input data is completed.

ステップ311において,バッファのフラッシュ,オープンしたファイルをクローズするなど,終了処理を行う。   In step 311, end processing such as flushing the buffer and closing the opened file is performed.

図4を用いて,埋め込みデータフローについて説明する。   The embedded data flow will be described with reference to FIG.

埋め込み情報401は電子透かしで信号の中に埋め込む情報であり,識別情報104,埋め込み情報216と技術的に同等である。埋め込み情報401の例は,ユーザIDとして「X1A」および日付情報として「2009年4月1日12:00」の文字列を示すデータである。例えば,40ビットあれば,1000年以上の符号化日付表現が可能である。ユーザIDに24ビットを割り振ると,100万人以上の利用者を識別できる。日付とユーザIDを表現する埋め込み情報401を64ビットで構成できる。さらに多くのビット数を搭載してもよい。データベースに関連情報を登録し,データベース上に関連情報を格納したレコードの識別子を埋め込み情報として,さらに多くのビット数の関連情報と,透かし信号データを関係つけてもよい。   Embedded information 401 is information embedded in a signal with a digital watermark, and is technically equivalent to identification information 104 and embedded information 216. The example of the embedded information 401 is data indicating a character string “X1A” as the user ID and “April 1, 2009 12:00” as the date information. For example, if there are 40 bits, it is possible to represent encoded dates over 1000 years. If 24 bits are assigned to the user ID, more than 1 million users can be identified. The embedded information 401 representing the date and user ID can be composed of 64 bits. A larger number of bits may be mounted. The related information may be registered in the database, and the identifier of the record storing the related information on the database may be used as the embedded information, and the related information having a larger number of bits may be associated with the watermark signal data.

符号化埋め込み情報404は,符号化処理208により,埋め込み情報401をビット列で表現し,管理情報402,誤り訂正符号403を付与したビット列である。管理情報402には,多目的な固定値を用いてもよいし,製品提供者名やライセンス条件情報などを入れてもよい。誤り訂正符号403にはBCH方式,fire方式などが利用できる。   The encoded embedding information 404 is a bit string in which the embedding information 401 is expressed as a bit string and the management information 402 and the error correction code 403 are given by the encoding process 208. The management information 402 may be a multipurpose fixed value, or may include a product provider name, license condition information, and the like. For the error correction code 403, a BCH method, a fire method, or the like can be used.

透かし鍵405は,符号化埋め込み情報404を透かしパターン407に変換するための変換規則情報417である。透かし鍵405は,変換前のビット位置418,変換後に正の値を取るビット位置419,変換後に負の値を取るビット位置420の情報から構成する。正負2値でなくとも3値以上の論理を用いてもよいし,正負いずれか片方でもよい。なお,透かし鍵405を透かし埋め込み装置101に設定する前に事前に暗号化しておき,ネットワーク経由の認証処理あるいは正規利用者に対して限定的に配布した復号鍵を用いて,利用時に透かし鍵405を取り出してもよい。透かし鍵405は同じものを検出時にも用い,検出時の利用においても同様の暗号化処理を透かし鍵405に施してもよい。   The watermark key 405 is conversion rule information 417 for converting the encoded embedded information 404 into the watermark pattern 407. The watermark key 405 includes information of a bit position 418 before conversion, a bit position 419 that takes a positive value after conversion, and a bit position 420 that takes a negative value after conversion. A logic of three or more values may be used instead of a positive / negative binary value, and either positive or negative may be used. It should be noted that the watermark key 405 is encrypted in advance before being set in the watermark embedding apparatus 101, and the watermark key 405 is used at the time of use by using a decryption key limitedly distributed to an authentication process or a regular user via a network. May be taken out. The same watermark key 405 may be used at the time of detection, and the same encryption process may be applied to the watermark key 405 when used at the time of detection.

透かしパターン407は,透かし鍵405に指定された配置に基づいて,符号化埋め込み情報404を,拡散および/あるいは攪拌および/あるいは繰り返し処理406を施したビット列である。図4の例のように,3ビットごとにデータを拡散させている場合,1ビットずつずれた位置,すなわち,位相のずれた位置に3回同じパターンを繰り返し定義することも可能である。3回同じパターンを位相のずれとして,符号化埋め込み情報404を表現することにより,埋め込み窓のサイズLに対して,L+3のサイズの領域内に3回符号化埋め込み情報404を表現してもよい。さらに,ランダムな拡散,攪拌,繰り返し方法を用いてもよい。   The watermark pattern 407 is a bit string obtained by performing diffusion and / or agitation and / or repetition processing 406 on the encoded embedded information 404 based on the arrangement designated by the watermark key 405. When data is diffused every 3 bits as in the example of FIG. 4, it is possible to repeatedly define the same pattern 3 times at a position shifted by 1 bit, that is, at a position shifted in phase. The encoded embedded information 404 may be expressed in a region of size L + 3 with respect to the size L of the embedded window by expressing the encoded embedded information 404 with the same pattern three times as a phase shift. . In addition, random diffusion, stirring, and repetition methods may be used.

知覚モデルデータ410は,知覚モデルデータ421に示したデータ構造を持ち,原信号414のデータ位置422と信号の振幅値の許容変動範囲423を備えた例を示している。周波数帯の知覚モデルの場合など,別の知覚モデルデータ形式としてもよい。   The perceptual model data 410 has an example of the data structure shown in the perceptual model data 421 and includes a data position 422 of the original signal 414 and an allowable variation range 423 of the amplitude value of the signal. Another perceptual model data format may be used, such as in the case of a perceptual model of a frequency band.

強度補正透かしパターン408は,透かしパターン407に対して,あらかじめ指定された透かし強度設定値α409との積を求め,さらに,知覚モデルデータ421の許容範囲422を用いて上限と下限を設定して得るものである。あるいは,知覚モデルデータの許容範囲422と原信号の振幅値の積を取ってもよい。知覚モデルデータを用いなくてもよい。   The strength correction watermark pattern 408 is obtained by calculating a product of a watermark strength setting value α 409 specified in advance with respect to the watermark pattern 407 and further setting an upper limit and a lower limit using the permissible range 422 of the perceptual model data 421. Is. Alternatively, the product of the permissible range 422 of the perceptual model data and the amplitude value of the original signal may be taken. Perceptual model data may not be used.

原信号414は,信号の振幅値の集合として表す。振幅値を正規化して用いてもよい。原信号には,透かしパターン407と同じ大きさの埋め込み窓424を設定する。埋め込み窓の位置415の初期値は,原信号414の先頭である。最初にすべての原信号414を読み込んでもよいし,逐次,埋め込み窓424をずらしながら原信号414を読み込んで利用してもよい。   The original signal 414 is represented as a set of signal amplitude values. The amplitude value may be normalized and used. An embedded window 424 having the same size as the watermark pattern 407 is set for the original signal. The initial value of the embedded window position 415 is the head of the original signal 414. All original signals 414 may be read first, or the original signal 414 may be read and used while sequentially shifting the embedded window 424.

透かし信号413は,重畳処理412によって原信号414と強度補正透かしパターン408の和を求め,さらに,データ格納形式に応じた信号値の上限と下限を設定して得るものである。また,透かしパターン407と原信号414の振幅値の値を直接加算するのではなく,FFTなどの周波数変換処理を用いて,原信号の振幅値の集合を周波数領域に変換した後に埋め込み,逆変換して得られる振幅値の集合を透かし信号としても,電子透かしとして機能する。このとき,検出時にも,対応する同様の周波数変換および逆変換の処理が必要となる。   The watermark signal 413 is obtained by obtaining the sum of the original signal 414 and the intensity correction watermark pattern 408 by the superimposing process 412 and setting the upper and lower limits of the signal value according to the data storage format. Also, instead of directly adding the amplitude value of the watermark pattern 407 and the original signal 414, the set of amplitude values of the original signal is converted into the frequency domain using a frequency conversion process such as FFT, and then embedded and inversely converted. The set of amplitude values obtained in this way also functions as a digital watermark. At this time, corresponding frequency conversion and inverse conversion processes are also required at the time of detection.

図5を用いて電子透かし検出装置102における透かし検出フローの説明を行う。   A watermark detection flow in the digital watermark detection apparatus 102 will be described with reference to FIG.

検出ユニット501は電子透かし検出装置102に含まれる。統括制御処理503は電子透かし検出処理全体の処理の流れを統括的に制御する。   The detection unit 501 is included in the digital watermark detection apparatus 102. The overall control process 503 controls the overall processing flow of the digital watermark detection process.

検出窓調整処理508は,検査対象信号514および参照信号502へのアクセスインタフェースとして検出窓を設定する。   The detection window adjustment processing 508 sets a detection window as an access interface to the inspection target signal 514 and the reference signal 502.

調整差分処理511は,検出窓を介して検査対象信号514を読み込み,参照信号502があれば参照信号502も読み込み,検査対象信号514と参照信号502の同期を調整しながら調整差分データを作成する。   The adjustment difference process 511 reads the inspection target signal 514 through the detection window, reads the reference signal 502 if there is a reference signal 502, and creates adjustment difference data while adjusting the synchronization between the inspection target signal 514 and the reference signal 502. .

増幅/閾値判定処理509は,調整差分データを増幅し,あらかじめ定めた閾値によって適切に量子化判定する。参照信号502がなければ,重畳処理510によって,前後の検出窓のデータと重畳保存しておき,あらかじめ定めた重畳回数の経過後に,重畳データを対象として以降の検出処理を行う。なお,検査対象信号514に電子透かしが埋め込まれているとき,検査対象信号514を原信号成分と透かしパターンの信号成分の和と考える。このとき,検出窓単位で透かし信号を重畳していくと,原信号がランダムにばらつく前提においては原信号成分がゼロ界隈に収束していく原理であり,一方,人為的な透かしパターンの信号成分だけが浮き上がる。   Amplification / threshold determination processing 509 amplifies the adjustment difference data and appropriately performs quantization determination based on a predetermined threshold. If the reference signal 502 does not exist, the data of the previous and subsequent detection windows are superimposed and stored by the superimposition processing 510, and the subsequent detection processing is performed on the superimposition data after a predetermined number of superimpositions. When a digital watermark is embedded in the inspection target signal 514, the inspection target signal 514 is considered as the sum of the original signal component and the signal component of the watermark pattern. At this time, if the watermark signal is superimposed in units of detection windows, the principle is that the original signal component converges to the zero field under the assumption that the original signal varies randomly. On the other hand, the signal component of the artificial watermark pattern Only comes up.

透かしパターン照合処理507は,埋め込み時に利用した透かし鍵513を用いて,透かし鍵513による拡散/攪拌/繰り返し処理406の逆変換に相当する処理を行うことにより,埋め込み情報512を再現しようとするものである。透かし鍵データ417において,正のビットと設定されている箇所419と,負のビットと設定されている箇所420について,それぞれ,検出した透かしパターンとの符号の類似度を求める。   The watermark pattern matching process 507 attempts to reproduce the embedded information 512 by performing a process corresponding to the inverse conversion of the diffusion / stirring / repetition process 406 using the watermark key 513 using the watermark key 513 used at the time of embedding. It is. In the watermark key data 417, the similarity of the sign with the detected watermark pattern is obtained for the part 419 set as a positive bit and the part 420 set as a negative bit.

予め定めた閾値を用いて,閾値より大きな類似度を得ることを検出に成功と解釈し,検出成功していれば,復号化処理505,出力制御処理504を経て,埋め込み情報512が出力される。   Using a predetermined threshold value, obtaining a similarity greater than the threshold value is interpreted as successful detection, and if the detection is successful, embedded information 512 is output via decoding processing 505 and output control processing 504. .

検出が不成功のとき,参照信号評価処理506によって,透かしパターン照合処理507で得られた類似度を,検出窓調整処理508にフィードバックして,検出窓の位置,サイズを調整する。   When the detection is unsuccessful, the reference signal evaluation process 506 feeds back the similarity obtained in the watermark pattern matching process 507 to the detection window adjustment process 508 to adjust the position and size of the detection window.

図6を用いて検出窓の概念を示す。   The concept of the detection window is shown using FIG.

電子透かし埋め込み直後の透かし信号と比べて,音声エンコードなどの各種信号処理を経た検査対象信号は,同期がずれていることがある。さらに,局所的にピッチが微小に伸び縮みしたり,直流成分が混じって信号電力が増減したり,ローパスフィルタ処理のように特定の周波数成分だけが微弱化したり,多種多様な変化が考えられる。   Compared with the watermark signal immediately after embedding the digital watermark, the signal to be inspected that has undergone various signal processing such as audio encoding may be out of synchronization. Furthermore, a wide variety of changes can be considered, such as the pitch slightly expanding and contracting locally, the DC component being mixed, the signal power increasing or decreasing, and only a specific frequency component being weakened as in the low-pass filter processing.

検査対象信号に対して,検出窓を設定する。   A detection window is set for the signal to be inspected.

検出窓は,検査対象信号に対するアクセスインタフェースであり,検出処理では,検出窓を介して検査対象信号の一部データを参照する。   The detection window is an access interface for the inspection target signal, and in the detection process, a part of data of the inspection target signal is referred to through the detection window.

同期がずれていると,検出窓の位置が変化する。この変化量は一定ではなく,検出窓ごとに変化量が異なる。さらに,検出窓の大きさは,初期値として埋め込み窓と同一サイズを設定するが,ピッチ変換がある場合,埋め込み窓と異なるサイズの検出窓を設定し,参照信号振幅値n個と検査対象信号振幅値mの対応関係について処理を進める必要がある。参照信号と検査対象信号の調整差分を求める処理では,これらが適切な対応関係に至るよう調整しながら差分を求める。   If the synchronization is shifted, the position of the detection window changes. This amount of change is not constant, and the amount of change differs for each detection window. Further, the size of the detection window is set to the same size as the embedded window as an initial value, but when there is pitch conversion, a detection window having a size different from that of the embedded window is set, and the reference signal amplitude value n and the inspection target signal are set. It is necessary to proceed with processing for the correspondence relationship of the amplitude value m. In the process of obtaining the adjustment difference between the reference signal and the inspection target signal, the difference is obtained while making adjustments so that these correspond to an appropriate correspondence.

図7を用いて,検出方法のPADについて説明する。   The detection method PAD will be described with reference to FIG.

ステップ701において,検査対象信号TAR[0..N]を読み込む。   In step 701, the inspection target signal TAR [0. . N].

ステップ702において,検出窓サイズの初期設定値Lを埋め込み窓サイズに基づいて設定する。   In step 702, an initial setting value L of the detection window size is set based on the embedded window size.

ステップ703において,検出窓の位置Pの初期設定をゼロとする。   In step 703, the initial setting of the detection window position P is set to zero.

ステップ704において,検出窓を調整しながら以降の検出を繰り返し,検査対象信号のサンプル終了位置に検出窓がかかるとループ処理を終了する。   In step 704, the subsequent detection is repeated while adjusting the detection window. When the detection window reaches the sample end position of the inspection target signal, the loop processing is terminated.

ステップ705において,検出窓のシフト位置Qを初期値P,ピッチ調整値Uの初期値ゼロとして設定する。   In step 705, the shift position Q of the detection window is set as an initial value P and an initial value zero of the pitch adjustment value U.

ステップ706において,検出窓のシフト位置Qが,検出窓の位置Pの前後について,検出窓の長さの半分までの範囲で,検出窓の位置やピッチ調整値を調整しながら,以降の検出処理を繰り返す。   In step 706, the detection window shift position Q is within the range up to half the length of the detection window before and after the detection window position P, and the subsequent detection processing is performed while adjusting the position and pitch adjustment value of the detection window. repeat.

ステップ707において,ステップ706のループを抜け出した後,検出窓の位置Pの値を,検出窓のサイズLだけ増加させて,ステップ704のループを繰り返す。   In step 707, after exiting the loop of step 706, the value of the detection window position P is increased by the detection window size L, and the loop of step 704 is repeated.

ステップ708において,参照信号がある場合,ステップ709を実行する。参照信号がなければ,ステップ713を実行する。   If there is a reference signal in step 708, step 709 is executed. If there is no reference signal, step 713 is executed.

ステップ709において,参照信号データをオープンし,読み込む。   In step 709, the reference signal data is opened and read.

ステップ710において,検査対象信号TAR[Q..Q+L+U]と参照信号REF[P..P+L]の調整差分を生成,増幅し,調整差分データD[0..L]を得る。   In step 710, the inspection target signal TAR [Q. . Q + L + U] and reference signal REF [P. . P + L] adjustment difference is generated and amplified, and adjustment difference data D [0. . L].

ステップ711において,調整差分データDから透かし検出を行う。   In step 711, watermark detection is performed from the adjustment difference data D.

ステップ712において,検出窓からアクセスする範囲において,検査対象信号と参照信号との同期の度合いを評価する。   In step 712, the degree of synchronization between the inspection target signal and the reference signal is evaluated in the range accessed from the detection window.

ステップ713において,検査対象信号TAR[Q..Q+L]を蓄積保存する。対応する検出窓に関わるパラメータ(シフト位置,ピッチ調整値)ごとに検査対象信号を蓄積してもよい。蓄積されたデータあるいは蓄積されたデータを重畳したデータから電子透かし検出を行う。   In step 713, the inspection target signal TAR [Q. . Q + L] is stored. The inspection target signal may be accumulated for each parameter (shift position, pitch adjustment value) related to the corresponding detection window. Digital watermark detection is performed from the accumulated data or data obtained by superimposing the accumulated data.

ステップ714において,検出に成功したかどうか判定を行う。成功していれば,ステップ715を実行し,失敗していれば,ステップ716を実行する。   In step 714, it is determined whether the detection is successful. If it has succeeded, step 715 is executed, and if it has failed, step 716 is executed.

ステップ715において,ステップ706の制御下にあるループを脱出し,ステップ707を実行する。あるいは,検出成功時にはステップ719に直接進んでもよい。   In step 715, the loop under the control of step 706 is exited, and step 707 is executed. Alternatively, the process may proceed directly to step 719 when the detection is successful.

ステップ716において,蓄積されたデータ上に新しい検出窓のデータを重畳する。参照信号がある場合,この処理は省略してもよいし,実行してもよい。   In step 716, the new detection window data is superimposed on the accumulated data. If there is a reference signal, this process may be omitted or executed.

ステップ717において,検出窓の位置を微調整する調整値Sの計算を行い,検出窓の位置Qの値をP+Sに更新する。   In step 717, an adjustment value S for finely adjusting the position of the detection window is calculated, and the value of the position Q of the detection window is updated to P + S.

ステップ718において,ピッチ調整値Uの計算を行う。−5〜5など固定値範囲を設定してもよい。ステップ706の判定に処理を戻す。   In step 718, the pitch adjustment value U is calculated. A fixed value range such as −5 to 5 may be set. The process returns to the determination in step 706.

ステップ719において,検出結果を集計する。検出率などの性能指標を求める。必要に応じて,複数の埋め込み窓に分散して格納した情報を,複数の検出窓から分散して検出し,情報を再結合してもよい。   In step 719, the detection results are totaled. Obtain performance indicators such as detection rate. If necessary, information distributed and stored in a plurality of embedded windows may be detected distributed from a plurality of detection windows and the information may be recombined.

ステップ720において,検出成功したかどうかの判定を行う。成功していれば,ステップ721において,結果を出力するとともに,埋め込み情報を出力する。埋め込み情報に関係付けられた別の情報をサーバなどから取得あるいは演算して,同時に出力してもよい。   In step 720, it is determined whether the detection is successful. If successful, in step 721, the result is output and the embedded information is output. Other information related to the embedded information may be acquired or calculated from a server or the like and output simultaneously.

図8を用いて,検出データフローについて説明する。図8では,図4の埋め込みデータフローで用いた用語,データ構造と技術的に同等な部分が多く,両者の用語定義は技術的に同等である。また,埋め込みデータフローと比べて,基本的には逆向きにデータが流れる。   The detection data flow will be described with reference to FIG. In FIG. 8, there are many technically equivalent parts to the terms and data structures used in the embedded data flow of FIG. In addition, data flows basically in the reverse direction compared to the embedded data flow.

検査対象信号813に検出窓817を設定し,参照信号814があるときに,参照信号814との調整差分を取得する処理812を行う。検査対象信号813にかけられた検出窓817は,シフト位置の調整後,位置Q816から位置(Q+L+U)の範囲であり,参照信号814の対応するデータ位置は,位置P815から位置(P+L)の範囲である。データサイズが異なる場合には,ピッチ変換を行って,検出窓817の範囲にある検査対象信号813を,参照信号814のサイズ,すなわち,埋め込み窓424に設定したサイズに合わせてから,差分を生成する。   When the detection window 817 is set in the inspection target signal 813 and the reference signal 814 is present, a process 812 for obtaining an adjustment difference from the reference signal 814 is performed. The detection window 817 applied to the inspection target signal 813 is in the range from the position Q816 to the position (Q + L + U) after the shift position is adjusted, and the corresponding data position of the reference signal 814 is in the range from the position P815 to the position (P + L). is there. If the data sizes are different, pitch conversion is performed to match the inspection target signal 813 in the range of the detection window 817 with the size of the reference signal 814, that is, the size set in the embedding window 424, and a difference is generated. To do.

検出窓817を通して調整差分によって得られた透かしパターン候補811は,埋め込みデータフローにおける強度補正透かしパターン411に相当する情報であるものの,シフト位置やピッチの変化を伴う信号処理が加えられている場合には,かならずしも,強度補正透かしパターン411と同一データ集合が復元されない。このため,これを透かしパターン候補811と呼ぶ。シフト位置,ピッチ調整値が理想的に調整されれば,透かしパターン候補811を適切に増幅し,閾値を用いて,適切な透かしパターン807を抽出できる。増幅前に,透かしパターン807に関わらない周波数のノイズを除外するフィルターなどを適用してもよい。   The watermark pattern candidate 811 obtained by the adjustment difference through the detection window 817 is information corresponding to the intensity correction watermark pattern 411 in the embedded data flow, but is subjected to signal processing accompanied by a change in shift position or pitch. However, the same data set as the strength correction watermark pattern 411 is not necessarily restored. For this reason, this is called a watermark pattern candidate 811. If the shift position and the pitch adjustment value are ideally adjusted, the watermark pattern candidate 811 can be appropriately amplified, and an appropriate watermark pattern 807 can be extracted using a threshold value. Before amplification, a filter that excludes noise of a frequency that is not related to the watermark pattern 807 may be applied.

埋め込み窓のサイズLに対して,検出窓のサイズLを初期値とする。検出窓の中で,位相のずれた位置に3回符号化埋め込み情報404が埋め込まれている場合には,符号化埋め込み情報404を表現した埋め込み窓のサイズLに対して,L+3のサイズの領域内に3箇所の透かしパターン候補811が存在する。検出窓のサイズをL+3として,抽出位置を1ビットずつシフトしながら,透かしパターン候補811を3個抽出し,透かしパターン候補(811)3個の平均値に対して,予め定めたゼロ近傍の閾値との比較によって正負を判定し,透かしパターン807を得る。音データ上でのアドレス,あるいは位置Qに設定したi番目の検出窓に対して,さらに,(i+1)番目の検出単位となるデータ上のアドレスは,(Q+L),あるいは,(Q+L+3)となる。i番目の透かしパターン候補(811)の平均値に,(i+1)番目の透かしパターン候補(811)の平均値を加えてもよい。そうすれば,さらに検出性能が安定する。検出単位の長さは,検出窓のサイズの2倍となる。さらにn倍の長さの検出窓のサイズを利用してもよい。   For the embedded window size L, the detection window size L is set as an initial value. When the encoded embedded information 404 is embedded three times at a phase-shifted position in the detection window, an area of size L + 3 with respect to the size L of the embedded window representing the encoded embedded information 404 There are three watermark pattern candidates 811. The detection window size is set to L + 3, and three watermark pattern candidates 811 are extracted while shifting the extraction position bit by bit, and a predetermined threshold value near zero with respect to the average value of the three watermark pattern candidates (811). The watermark pattern 807 is obtained by determining whether it is positive or negative. In addition to the address on the sound data or the i-th detection window set at the position Q, the address on the data serving as the (i + 1) -th detection unit is (Q + L) or (Q + L + 3). . The average value of the (i + 1) th watermark pattern candidate (811) may be added to the average value of the ith watermark pattern candidate (811). This will further stabilize the detection performance. The length of the detection unit is twice the size of the detection window. Further, a detection window size that is n times longer may be used.

透かしパターン807が抽出できると,埋め込みに用いた透かし鍵805のデータを参照し,ビット値を判定できる。具体的には,まず,透かしパターン807のビット列WP[0..L]において,透かし鍵805のi番目の拡散前ビット情報418は,透かし鍵417において定義された正のビット位置419とされる場所(Kip)と負のビット位置(Kim)とされる場所420,すなわち,WP(Kip)とWP(Kim)を参照する。これらの差分,すなわち,WP(Kip)−WP(Kim)が予め定めた閾値よりおおきな正の数値であれば,符号化埋め込み情報のビット値は1,予め定めた閾値より小さな負の数値であれば0と判定できる。この処理を符号化埋め込み情報のすべてのビット値について行う処理806により,符号化埋め込み情報404を復元する。このとき,同時に参照信号評価809を行う。符号化埋め込み情報404から,管理情報802,誤り訂正符号803を用いて誤り訂正を行い,誤り訂正に成功すれば,埋め込み情報801の抽出が完了する。検出時のビット値検出判定結果の信頼性が高い場合には,誤り訂正を行わなくてもよい。   If the watermark pattern 807 can be extracted, the bit value can be determined by referring to the data of the watermark key 805 used for embedding. Specifically, first, the bit string WP [0. . L], the i-th pre-spread bit information 418 of the watermark key 805 is a place 420 defined as the positive bit position 419 (Kip) and the negative bit position (Kim) 420 defined in the watermark key 417. That is, reference is made to WP (Kip) and WP (Kim). If these differences, that is, WP (Kip) −WP (Kim) is a positive value larger than a predetermined threshold value, the bit value of the encoded embedded information should be 1, a negative numerical value smaller than the predetermined threshold value. 0 can be determined. The encoded embedding information 404 is restored by processing 806 in which this processing is performed for all the bit values of the encoded embedding information. At this time, reference signal evaluation 809 is simultaneously performed. If the error correction is performed from the encoded embedded information 404 using the management information 802 and the error correction code 803 and the error correction is successful, the extraction of the embedded information 801 is completed. If the bit value detection determination result at the time of detection is highly reliable, error correction need not be performed.

図9を用いて,検出窓817のシフト位置816の調整方法(図7ステップ717)について補足説明する。検出窓のシフト位置の調整は,図7に示す検出窓位置調整値Sによって行う。検出窓817のシフト位置816は,検出窓817のシフト位置816の初期値に,検出窓位置調整値Sを加算して算出する。Sの値の変え方によって,検出に至るまでの処理時間が異なる。図9(a)(b)(c)ではいずれも,横軸が調整回数であり,縦軸は,検出窓位置調整値Sの値を示す。検出窓位置調整値Sの値をどのように変化させるかによって,検出成功に至るまでの処理時間が変わる。   A supplementary description will be given of a method for adjusting the shift position 816 of the detection window 817 (step 717 in FIG. 7) with reference to FIG. Adjustment of the shift position of the detection window is performed by the detection window position adjustment value S shown in FIG. The shift position 816 of the detection window 817 is calculated by adding the detection window position adjustment value S to the initial value of the shift position 816 of the detection window 817. Depending on how the value of S is changed, the processing time until detection is different. 9A, 9B, and 9C, the horizontal axis represents the number of adjustments, and the vertical axis represents the detection window position adjustment value S. Depending on how the value of the detection window position adjustment value S is changed, the processing time until successful detection changes.

図9(a)に示す探索方法においては,Sの値を順次増加させることにより,考えうる調整範囲を端から順に見ていく方法である。実装が簡単となる反面,適切なシフト位置を見出すまでの処理時間が平均的に長くなる。   In the search method shown in FIG. 9A, the possible adjustment range is sequentially viewed from the end by sequentially increasing the value of S. While it is easy to implement, the processing time required to find an appropriate shift position is longer on average.

図9(b)は,信号処理によるシフト位置が小さいと予想される場合に有効なアプローチであり,シフト量ゼロから開始して,正負両方に探索範囲を広げていく。ループを廻すたびに,符号反転する変数とカウントアップする変数と,予め定めた定数βの積として調整値Sを得る。調整値Sは1きざみに限らず,1未満の小数点単位数値の場合もあり,2以上の場合もある。あるいは,予め定めた変換テーブルや変換関数を用いてもよい。   FIG. 9B is an effective approach when the shift position by signal processing is expected to be small, starting from a shift amount of zero and expanding the search range in both positive and negative directions. Each time the loop is rotated, the adjustment value S is obtained as the product of the variable whose sign is inverted, the variable whose count is increased, and a predetermined constant β. The adjustment value S is not limited to 1 unit, but may be a decimal unit value less than 1 or 2 or more. Alternatively, a predetermined conversion table or conversion function may be used.

図9(c)は,検出が成功する位置を予測しながら調整値Sの値を変更していく方法であり,適切なシフト位置を平均して高速に見つけることができる。これは,電子透かし検出処理(図7)において,透かし鍵と透かしパターンの一致度合いを照合し,参照信号評価(図7ステップ712)することにより,検出窓の調整方法に反映(図7ステップ717,ステップ718)する形で行う。具体的には,次の演算手順によって実現できる。   FIG. 9C shows a method of changing the value of the adjustment value S while predicting a position where detection is successful, and an appropriate shift position can be averaged and found at high speed. This is reflected in the detection window adjustment method (step 717 in FIG. 7) by collating the degree of matching between the watermark key and the watermark pattern in the digital watermark detection process (FIG. 7) and evaluating the reference signal (step 712 in FIG. 7). , Step 718). Specifically, it can be realized by the following calculation procedure.

透かし鍵のデータにおいて,拡散後に正の数となるデータ位置の集合Aと,拡散後に負の数となるデータ位置の集合Bがある。検査対象信号から抽出した透かしパターンのビット値集合において,Aのデータ位置に属するビット値部分集合のうち,さらに正の値を取っているビット値部分集合は,正しく検出できている可能性が高い。同様にBのデータ位置に属するビット値部分集合のうち,負の値を取っているビット値部分集合は,正しく検出できている可能性が高い。   In the watermark key data, there are a set A of data positions that are positive numbers after spreading and a set B of data positions that are negative numbers after spreading. In the bit value set of the watermark pattern extracted from the signal to be inspected, among the bit value subsets belonging to the data position A, it is highly possible that the bit value subset taking a positive value can be detected correctly. . Similarly, a bit value subset taking a negative value among the bit value subsets belonging to the data position B is likely to be correctly detected.

埋め込み時の符号化埋め込み情報のうち,管理情報の一部を固定値とし,透かしパターンの中で必ず1または必ず0と判定されるはずのビット位置を予め定めておく。あるいは,疑わしい利用者IDなどの埋め込み情報401が定まっている場合に,その埋め込み情報を指定して,ステップ305,ステップ306相応の処理を行うことにより,透かしパターン407を作成し,ビット位置の0/1の値を定めておくこともできる。   Of the encoded embedding information at the time of embedding, a part of the management information is set as a fixed value, and a bit position that should always be determined to be 1 or 0 in the watermark pattern is determined in advance. Alternatively, when the embedded information 401 such as a suspicious user ID is determined, the watermark information 407 is created by designating the embedded information and performing the processing corresponding to step 305 and step 306, and the bit position 0 The value of / 1 can also be determined.

このことにより,透かしパターンの中で,上述した集合Aのデータ位置に属するビット値部分集合の数と,その中で実際に正の値を取っているビット値部分集合の数の比として,検出結果の信頼性の指標Wa(0≦Wa≦1)を得ることができる。上述した集合Bについても同様に演算を行うことにより,Wbを得る。さらに,誤り訂正時のビット誤り数の少なさを信頼性の指標Wcとして以降の処理に利用してもよい。透かしパターンの代わりに透かしパターン候補を利用してもよい。本実施例では,Wa,Wb,Wcの総和を参照信号評価値Wとして毎回保存しておく。検出窓の位置調整に伴い,参照信号評価値Wは変化する。保存したWの集合w[i]{i=0..N}を調べることにより,参照信号評価値の傾向判断を行う。参照信号評価値Wが大きくなるように,検出窓位置調整値Sを設定する戦略を取り,傾向判断処理の具体としては,下記の処理を行う。   As a result, it is detected as a ratio between the number of bit value subsets belonging to the data position of the set A and the number of bit value subsets actually taking a positive value in the watermark pattern. The reliability index Wa (0 ≦ Wa ≦ 1) of the result can be obtained. Wb is obtained by performing the same operation for the set B described above. Furthermore, the small number of bit errors at the time of error correction may be used for the subsequent processing as a reliability index Wc. A watermark pattern candidate may be used instead of the watermark pattern. In this embodiment, the sum of Wa, Wb, and Wc is stored as the reference signal evaluation value W every time. As the position of the detection window is adjusted, the reference signal evaluation value W changes. Saved set W [i] {i = 0. . N} is checked to determine the tendency of the reference signal evaluation value. A strategy for setting the detection window position adjustment value S so as to increase the reference signal evaluation value W is taken, and the following processing is performed as a specific example of the trend determination processing.

予めしきい値T1,T2を定め,参照信号評価値W<T1ならば,検出窓位置調整値Sの増分Zを予め定めた大きな値V1に設定し,T2<Wならば,Sの増分Zを予め定めた小さな値V2に設定する。さらに,参照信号評価値差分dW(w[i]−w[i−1])に対応するしきい値T3,T4を定めておき,W>0およびdW>0の場合には,dW<T3であれば,検出窓位置調整値Sの増分Zを予め定めた別の小さな値V3に設定する。T4<dWとなった後には,Sの増分Zを予め定めた小さな値V4に設定する。このように,WおよびdWの正負に応じて,加算減算,正負符号の扱いが異なるものの,同様の方法を用いて適切にZを算出できる。   Threshold values T1 and T2 are set in advance. If the reference signal evaluation value W <T1, the increment Z of the detection window position adjustment value S is set to a predetermined large value V1, and if T2 <W, the increment Z of S Is set to a predetermined small value V2. Further, threshold values T3 and T4 corresponding to the reference signal evaluation value difference dW (w [i] −w [i−1]) are determined. When W> 0 and dW> 0, dW <T3 If so, the increment Z of the detection window position adjustment value S is set to another predetermined small value V3. After T4 <dW, the increment Z of S is set to a predetermined small value V4. Thus, although addition and subtraction and the handling of the positive / negative sign differ depending on the sign of W and dW, Z can be calculated appropriately using the same method.

以上の手続きにより,(i−1)番目の検出処理の評価結果を分析し,次回の検出処理における検出窓位置調整値Sとして,(S+Z)に設定する。検出窓位置調整値Sを設定しながら,検出処理を繰り返すことにより,適切な位置に向かって検出窓の位置が収束していく。すなわち,図9(c)の高速収束探索が実現できる。   With the above procedure, the evaluation result of the (i-1) th detection process is analyzed and set as (S + Z) as the detection window position adjustment value S in the next detection process. By repeating the detection process while setting the detection window position adjustment value S, the position of the detection window converges toward an appropriate position. That is, the fast convergence search of FIG. 9C can be realized.

別の例では,図9(b)の中心重視探索方法をベースとして,プラス側の参照信号評価値W+とマイナス側の参照信号評価値W−を比較し,信頼性の高い方だけの符号側を探索することとし,符号反転を中止して単調増加することにより,図9(c)の高速収束探索が実現できる。ピッチ調整値Uの調整方法にも,同様に応用できる。   In another example, based on the center-oriented search method of FIG. 9B, the reference signal evaluation value W + on the plus side is compared with the reference signal evaluation value W− on the minus side, and only the sign side with higher reliability is compared. , And the monotonous increase by stopping the sign inversion can realize the fast convergence search of FIG. The same applies to the adjustment method of the pitch adjustment value U.

図10を用いて,第2の実施例について説明する。   The second embodiment will be described with reference to FIG.

本実施例における各処理も,第1の実施例と同様,CPUとディスクとメモリを備える一般的な計算機において,CPUがディスクあるいはメモリに格納されているプログラムを実行することにより,上記計算機上に実現される。   Similarly to the first embodiment, each processing in this embodiment is performed on a general computer including a CPU, a disk, and a memory by executing a program stored in the disk or the memory. Realized.

合成音声は,音楽と比べると特殊なデータの偏りが見られる。例えば,無音時間帯が多いこと,使用周波数が低域に偏在すること,ダイナミックレンジが楽曲に比べて小さく,必要な量子化ビット数が少ないことなどである。データフォーマットの観点から見ると,高周波数部分など未使用領域が多く,電子透かしの埋め込み場所は多種多様に考えられる。   Compared with music, synthesized data show a special data bias. For example, there are many silent periods, the use frequency is unevenly distributed, the dynamic range is smaller than that of music, and the number of required quantization bits is small. From the viewpoint of the data format, there are many unused areas such as high-frequency parts, and there are many possible places to embed digital watermarks.

しかし,未使用領域への電子透かし埋め込みは,電子透かしそのものが信号波として知覚されやすく,電子透かしと信号の分離が容易となる。また,電子透かしアルゴリズムを秘匿する上で好ましくない。一方,合成音声信号の発声信号自体には,きれいな声を出力する仕様の裏返しとしてデータ冗長性が少ないため,弱い透かし強度での電子透かしの埋め込みが難しかった。また,波形が特異なことから,信号変換に対してピッチ変化や同期ずれが生じやすく,耐性の確保も難しかった。   However, embedding a digital watermark in an unused area makes it easy to perceive the digital watermark itself as a signal wave and facilitates separation of the digital watermark and the signal. Further, it is not preferable for concealing the digital watermark algorithm. On the other hand, since the voice signal itself of the synthesized voice signal has little data redundancy as the reverse of the specification for outputting a clean voice, it is difficult to embed a digital watermark with a weak watermark strength. In addition, since the waveform is unique, it is easy for pitch changes and synchronization shifts to occur in signal conversion, and it is difficult to ensure durability.

従来の音楽電子透かしの検出性能では,例えば,埋め込み情報量の製品仕様の実例として,15秒以内に2bit,30秒以内に72bitなど,検出処理に長い再生時間を要していた。本実施例では,原音を利用することにより,弱い透かし強度で電子透かしを埋め込み,小さな検出窓を利用することにより,高性能な検出耐性を確保できる。   With conventional music digital watermark detection performance, for example, as an example of product specifications for the amount of embedded information, a long playback time is required for detection processing, such as 2 bits within 15 seconds and 72 bits within 30 seconds. In the present embodiment, by using the original sound, a digital watermark is embedded with a weak watermark strength, and a high detection resistance can be ensured by using a small detection window.

自然語テキストデータ1001を入力して合成音声1005を得るText−to−Speech1004を用いた音声合成ソフト1003の例について説明する。図10に示すように,音声合成ソフト1003を用いて合成音声1005を得た後,データをファイルとして出力する前に,音声合成ソフト利用者ID1002を電子透かしによって埋め込んでから,電子透かし入り合成音声ファイル1007を出力する。   An example of speech synthesis software 1003 using Text-to-Speech 1004 that receives natural language text data 1001 and obtains synthesized speech 1005 will be described. As shown in FIG. 10, after the synthesized speech 1005 is obtained using the speech synthesis software 1003, before the data is output as a file, the speech synthesis software user ID 1002 is embedded with the digital watermark, and then the synthesized speech with the digital watermark is added. The file 1007 is output.

電子透かし入り合成音声ファイル1007はエンコーダ等1010によってノイズ1009が混入した検査対象音声ファイル1011となる。不正コピーなどの信号処理に伴う操作もエンコーダ同様のノイズを生じる意味で,正規のデータ利用と不正なデータ利用いずれにしても,電子透かし入り合成音声ファイル1007は,何らかの信号処理1010を経ることとなる。信号処理1010は,複数の要因による複合的な信号処理となる場合もあるが,埋め込まれた電子透かしはデータ内に残り続け,元のデータとの系統性の立証,利用者IDの特定に寄与する。   The synthesized voice file 1007 with a digital watermark becomes an inspection target voice file 1011 mixed with noise 1009 by an encoder 1010 or the like. An operation associated with signal processing such as illegal copying also causes noise similar to the encoder, and the synthesized voice file with digital watermark 1007 undergoes some signal processing 1010 regardless of whether the regular data is used or the illegal data is used. Become. The signal processing 1010 may be a complex signal processing due to a plurality of factors, but the embedded digital watermark remains in the data, contributing to the verification of systematicness with the original data and the identification of the user ID. To do.

もし,合成音声ソフト1003の利用規約外の不正な合成音声が流出し,検査対象音声1011としてどこかで発見されたときに,検査対象音声1011データから電子透かしを検出することにより,不正利用者ID1002を特定した上で,音声合成ソフト1003の利用違反についての被害回復などの対策を取ることができる。   If an illegal synthetic voice outside the terms of use of the synthetic voice software 1003 flows out and is found somewhere as the inspection target voice 1011, an unauthorized user is detected by detecting a digital watermark from the inspection target voice 1011 data. After identifying the ID 1002, it is possible to take measures such as recovery from damage caused by the use violation of the speech synthesis software 1003.

電子透かし検出ソフト1014においては,透かし信号である検査対象音声ファイル1011の再生音声を解釈し,音声構成要素を抽出生成することにより,原信号1005を直接用いずに,音声合成処理1015によって参照信号1016を得ることができる。この参照信号1016を利用することにより,電子透かしの検出性能が向上する。音声構成要素を抽出生成する処理1012においては,人間が聞き取って手作業で文字列に変換してもよいし,音声認識機能によって文字列を抽出してもよい。   The digital watermark detection software 1014 interprets the reproduced audio of the inspection target audio file 1011 that is a watermark signal and extracts and generates audio components, so that the reference signal is generated by the audio synthesis processing 1015 without using the original signal 1005 directly. 1016 can be obtained. By using this reference signal 1016, the digital watermark detection performance is improved. In the processing 1012 for extracting and generating a voice component, a human may listen and convert it into a character string manually, or a character string may be extracted by a voice recognition function.

音声合成処理1004と音声合成処理1015の処理が技術的に等価であっても,ホスト信号となる合成音声1005が,利用者の個別チューニングによって出力調整されていた場合,再合成した参照信号1016は,局所的にホスト信号1005と完全に一致していなくなる場合もありうる。それでも,合成音声1005の多くの部分については,合成音声ソフト1003のデフォルト設定に従って出力されていて,合成音声1005と参照音声1016は類似した信号になると期待される。従って,再合成した参照信号1016によってでも,検出性能が向上する。   Even if the speech synthesis processing 1004 and the speech synthesis processing 1015 are technically equivalent, if the synthesized speech 1005 serving as the host signal is output adjusted by individual tuning of the user, the re-synthesized reference signal 1016 is , There may be a case where it does not completely coincide with the host signal 1005 locally. Nevertheless, many parts of the synthesized speech 1005 are output according to the default settings of the synthesized speech software 1003, and the synthesized speech 1005 and the reference speech 1016 are expected to be similar signals. Therefore, even with the re-combined reference signal 1016, the detection performance is improved.

音声合成処理1004と音声合成処理1015について,埋め込みと検出に同じ音声合成機能を用いれば,原音データそのものを保持管理しなくても,合成音声1005を再合成することによって参照信号1016を作成すればよい。   For the speech synthesis process 1004 and the speech synthesis process 1015, if the same speech synthesis function is used for embedding and detection, the reference signal 1016 can be created by re-synthesizing the synthesized speech 1005 without holding and managing the original sound data itself. Good.

第1の実施例,第2の実施例にあげたように,参照信号を利用して,小さな検出窓で検出位置を丹念に調べることにより,電子透かし検出の高性能化,すなわち,信頼性の向上,証拠性の向上,高速化および検出率の向上,が可能となる。さらに,参照信号を利用すると,これらの効果が期待できるために,電子透かしの埋め込み処理における強度214の設定値α409を小さな数値として,透かし信号を微弱なものとしても,安定的な検出性能を発揮できる。このことから,電子透かしの埋め込みにおいて,音質劣化が少なく高音質な音データの出力が可能という効果が得られる。   As described in the first and second embodiments, the detection position is carefully examined with a small detection window using a reference signal, thereby improving the performance of digital watermark detection, that is, reliability. Improvement, improved evidence, speed, and detection rate. Furthermore, since these effects can be expected when the reference signal is used, stable detection performance is exhibited even when the setting value α409 of the intensity 214 in the digital watermark embedding process is set to a small value and the watermark signal is weak. it can. From this, it is possible to output high-quality sound data with little deterioration in sound quality when embedding a digital watermark.

以上説明した各実施例は,デジタルコンテンツの電子透かし埋め込み,検出システムおよびその応用用途に適用可能である。   Each embodiment described above can be applied to a digital content digital watermark embedding and detection system and its application.

Claims (3)

電子透かしを用いてホスト信号に識別情報を埋め込み,電子透かしが埋め込まれた透かし信号に対して,前記識別情報を検出する方法であって,
前記識別情報には利用者情報と管理情報と誤り訂正符号とを含み,
前記識別情報から透かし鍵を用いて拡散および/あるいは攪拌および/あるいは繰り返しによって透かしパターンを生成し,前記透かしパターンに対応して前記ホスト信号を変更することによって,前記透かしパターンが繰り返し重畳されている場合に,
前記ホスト信号あるいは前記ホスト信号に似た信号を参照信号とし,前記透かし信号の先頭に前記参照信号の同期位置を定めて,差分信号を生成するステップ,
前記透かしパターンの長さと同じ長さの検出窓を初期設定するステップ,
前記識別情報の前記透かしパターン内での位相のずれを示す変数値Vを前記検出窓の長さに加えた長さを持つ小型検出窓を設定するステップ,
前記小型検出窓の位置を示す検出窓位置を前記差分信号の先頭に定めて,前記小型検出窓を経由して前記差分信号にアクセスするステップ,
前記小型検出窓から透かしパターン候補を検出して,前記透かし鍵を用いて識別情報を得るステップ,
前記同期位置,および/あるいは前記検出窓位置,および/あるいは前記検出窓の長さ,を調節しながら,電子透かし検出処理を繰り返すステップ,を備える
ことを特徴とする電子透かし埋め込み検出方法。
A method of embedding identification information in a host signal using a digital watermark and detecting the identification information for a watermark signal embedded with a digital watermark,
The identification information includes user information, management information, and an error correction code,
The watermark pattern is repeatedly superimposed by generating a watermark pattern by diffusion and / or agitation and / or repetition using the watermark key from the identification information, and changing the host signal in accordance with the watermark pattern In case,
Using the host signal or a signal similar to the host signal as a reference signal, determining a synchronization position of the reference signal at the head of the watermark signal, and generating a differential signal;
Initializing a detection window having a length equal to the length of the watermark pattern;
Setting a small detection window having a length obtained by adding a variable value V indicating a phase shift in the watermark pattern of the identification information to the length of the detection window;
Determining a detection window position indicating a position of the small detection window at a head of the differential signal, and accessing the differential signal via the small detection window;
Detecting a watermark pattern candidate from the small detection window and obtaining identification information using the watermark key;
A digital watermark embedding detection method comprising the step of repeating a digital watermark detection process while adjusting the synchronization position and / or the detection window position and / or the length of the detection window.
請求項1に記載の電子透かし埋め込み検出方法において,
前記同期位置,および/あるいは前記検出窓位置,および/あるいは前記小型検出窓の長さ,を調節する方法は,
前記透かしパターン候補のビット位置の中で必ず1または必ず0と判定されるはずの前記ビット位置がn個予測可能な場合において,n個のビット値部分集合の要素数と,その中で実際に予測値通りの値が検出されるビット値部分集合の要素数の比として,参照信号評価値を算出する処理を備え,
前記参照信号評価値が大きくなるように,前記検出窓位置の調整を設定する方法であって,
前記参照信号評価値と直前の検出処理において得られた参照信号評価値との差分値を取得するステップ,
前記参照信号評価値の符号および前記差分値の符号を調べるステップ,
予め定めた定数値と前記参照信号評価値の比較を行うステップ,
予め定めた定数値と前記差分値の比較を行うステップ,
前記参照信号評価値との比較および前記差分値との比較の結果から,予め定めた複数の定数値の中から適切な値を選択し,前記検出窓位置の調整量を算出するステップ,
前記参照信号評価値が大きくなるように,前記検出窓位置の調整を設定するステップ,を備える
ことを特徴とする電子透かし埋め込み検出方法。
The electronic watermark embedding detection method according to claim 1,
A method of adjusting the synchronization position and / or the detection window position and / or the length of the small detection window includes:
In the case where n bit positions that should always be determined to be 1 or 0 among the bit positions of the watermark pattern candidate are predictable, the number of elements of the n bit value subsets, A process for calculating a reference signal evaluation value as a ratio of the number of elements of a bit value subset in which a value as predicted is detected;
A method of setting the adjustment of the detection window position so that the reference signal evaluation value becomes large,
Obtaining a difference value between the reference signal evaluation value and the reference signal evaluation value obtained in the immediately preceding detection process;
Examining the sign of the reference signal evaluation value and the sign of the difference value;
Comparing a predetermined constant value with the reference signal evaluation value;
Comparing a predetermined constant value with the difference value;
Selecting an appropriate value from a plurality of predetermined constant values based on the comparison with the reference signal evaluation value and the comparison with the difference value, and calculating an adjustment amount of the detection window position;
And a step of setting adjustment of the detection window position so that the reference signal evaluation value becomes large.
請求項1または2に記載の電子透かし埋め込み検出方法であって,
前記ホスト信号が音声合成方法による生成物であって,
前記透かし信号を解釈することによって音声文字列を定め,前記音声文字列を用いて前記音声合成方法によって前記ホスト信号に類似した参照信号を得る
ことを特徴とする電子透かし埋め込み検出方法。
The electronic watermark embedding detection method according to claim 1 or 2,
The host signal is a product of a speech synthesis method;
An electronic watermark embedding detection method, wherein a speech character string is determined by interpreting the watermark signal, and a reference signal similar to the host signal is obtained by the speech synthesis method using the speech character string.
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