JP4094284B2 - データ埋込み及び除去方法、データ埋込み装置、並びに、データ埋込み及び除去システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、マテリアルへのデータ埋込み及び除去する方法、データ埋込み装置、並びにシステムに関する。本発明の実施の形態は、マテリアルのウォータマーキングに関する。
【0002】
ここで用いる「マテリアル」とは、画像マテリアル、オーディオマテリアル、データマテリアルのうちの少なくとも1つ以上を含む情報信号により表される情報マテリアルを意味する。画像マテリアルは、静止画像と動画像に対して包括的なものであり、画像を表すビデオ及び他の情報信号を含んでいる。
【0003】
【従来の技術】
ステガノグラフィとは、データを、ビデオマテリアル、オーディオマテリアル、データマテリアル等のマテリアル内に、データが知覚できないような方法で埋め込むことである。
【0004】
データは、ウォータマークとして、ビデオマテリアル、オーディオマテリアル、データマテリアル等のマテリアル内に埋め込むことができる。ウォータマークは、マテリアル内において知覚可能でも知覚不可能であってもよい。
【0005】
ウォータマークは、種々の目的に使用することができる。マテリアル所有者の知的財産権の侵害からマテリアルを保護したり、侵害を追跡する目的に、用いることが知られている。例えば、ウォータマークは、マテリアルの所有者を識別することができる。
【0006】
ウォータマークは、マテリアルから取り除くのが困難だという点で「強固(robust)」であると言える。ウォータマークが強固であるということは、ウォータマークの除去、あるいは、ビデオ編集又は蓄積及び/又は伝送のための圧縮等の正当な処理を行うために何らかの方法で処理されたマテリアルの出所を追跡するのに有用である。また、ウォータマークは、ウォータマークを除去又はマテリアルを処理しようとする試みを検出するのに有用な処理により、容易に損傷を受けやすいという点では「脆弱(fragile)」である。
【0007】
可視的なウォータマークは、例えば、顧客がインターネット上で画像を見て、それを購入したいか否かを決定することはできるが、顧客が購入するウォータマークが埋め込まれていない画像へのアクセスはできないようにするのに有用である。ウォータマークは、画像を劣化させるが、顧客によってウォータマークを除去することができないことが好ましい。可視的なウォータマークは、それらが埋め込まれたマテリアルの出所を判別するのにも用いられる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
マテリアルを空間周波数に変換し、空間周波数においてウォータマークを埋め込み、ウォータマークが埋め込まれたマテリアルを逆変換することによって、マテリアルにデータを埋め込むことが知られている。ウォータマークには、スケーリング係数(scaling factor)が適用される。ウォータマークを除去しようとする不正な試みに耐えるようにウォータマークの能力を高め、許可された除去を効率的に行うことを可能にし、ウォータマークが埋め込まれていないマテリアルの劣化を低減し、知覚不可能なウォータマークが望まれる場合には、ウォータマークを確実に知覚不可能とするように、スケーリング係数を選択することが望ましい。また、マテリアルにウォータマークが埋め込まれているときは、そのウォータマークを除去できるようにすることが望ましい。しかし、除去を難しくするような不正な方法でマテリアルにウォータマークを埋め込むと、許可された者でもウォータマークが除去しにくくなってしまう。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るデータ埋込み及び除去方法は、第1のマテリアルにデータを埋め込み、データが埋め込まれた第2のマテリアルを生成し、第2のマテリアルをチャンネルを介して伝送するステップと、チャンネルを介して第2のマテリアルを受信し、受信された第2のマテリアルからデータを除去して、再生マテリアルを生成するステップと、第1のマテリアルと再生マテリアルを比較して、それらの差分と、その差分が発生した位置を判定するステップと、差分を訂正する訂正データと、第1のマテリアルにおいて差分が発生した位置を識別するデータとを記憶するステップとを有することを特徴とする。
【0010】
また、本発明は、マテリアルへのデータ埋込み装置であって、第1のマテリアルにデータを埋め込み、データが埋め込まれた第2のマテリアルを生成し、第2のマテリアルをチャンネルを介して伝送する埋込み器と、チャンネルを介して第2のマテリアルを受信し、受信された第2のマテリアルからデータを除去して、再生マテリアルを生成する除去器と、第1のマテリアルと再生マテリアルを比較して、それらの差分と、その差分が発生した位置を判定する比較器と、差分が発生した位置を識別するデータと差分を訂正する訂正データとを記憶するストレージとを備えることを特徴とする。
【0011】
また、本発明に係るデータ埋込み及び除去システムは、第1のマテリアルにデータを埋め込み、データが埋め込まれた第2のマテリアルを生成し、該第2のマテリアルをチャンネルを介して伝送する埋込み装置と、チャンネルを介して第2のマテリアルを受信し、受信された第2のマテリアルからデータを除去して、再生マテリアルを生成する除去装置と、第1のマテリアルと再生マテリアルを比較して、それらの差分と、その差分が発生した位置を判定する比較器と、位置を識別するデータと差分を訂正する訂正データとを記憶するストレージとを備えることを特徴とする。
【0012】
本発明は、データ埋込み装置とデータ除去装置の間においてロスのないチャンネルを用いることにより、最適に動作する。また、データ埋込み装置とデータ除去装置の間のチャンネルがわかっている場合、そのチャンネルをエミュレートするエミュレータを、データ埋込み装置の埋込み器と除去器の間に設けてもよい。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明をより理解するため、以下に添付の図面を参照して説明する。
【0014】
概要
図1は、ビデオ画像Iにウォータマークを埋め込み、ウォータマークを再生し、ビデオ画像Iからウォータマークを除去するウォータマーキングシステムの構成を示すブロック図である。ウォータマーキングシステム10は、ビデオ画像Iのソース110と、強度アダプタ180と、ウォータマーク埋込み器120と、ウォータマークデコーダ140と、ウォータマーク除去器130と、ストレージ150を備えている。ウォータマークデコーダ140及びウォータマーク除去器130は、ビデオプロセッサ及び/又はストレージを備えるチャンネル126を介してウォータマーク埋込み器120に接続されている。
【0015】
概略的には、ウォータマーク埋込み器120は、ビデオ画像Iにウォータマークを埋め込んでウォータマーク付き画像I’を形成し、ウォータマークデコーダ140は、ウォータマーク付き画像I’からウォータマークを再生し、ウォータマーク除去器130は、ウォータマーク付き画像I’からウォータマークを除去して再生画像I”を生成する。特に、チャンネル126がプロセッサを備える場合や、空間領域における画像のクリッピングが行われる場合、再生画像I”は元のビデオ画像Iと同一でなくてもよい。
【0016】
この具体例では、ウォータマーク埋込み器120は、ウォータマークデータとしてUMIDが供給される。UMIDについては、後述の「UMID」のセクションで説明する。強度アダプタ180は、ここではビデオ画像Iに対するウォータマークの強度と称するパラメータαの大きさを決定する。強度αは、ウォータマーク付き画像I’を見る人に対するウォータマークの知覚可能性を最小限にしつつ、ウォータマークを再生できるようにして決定される。そして、ウォータマーク付き画像I’は、後の処理のために、チャンネル126において、蓄積、伝送、ルーティング等、又はこれらの組み合わせが施される。
【0017】
ウォータマークデコーダ140は、ウォータマーク付き画像I’から再生UMID145を生成する。ウォータマーク除去器130は、再生UMID145を用いてウォータマーク付き画像I’から再生画像I”を生成する。
【0018】
ウォータマーク埋込み器(図2)
図2は、ウォータマーク埋込み器120の具体的な構成を示すブロック図である。ウォータマーク埋込み器120は、擬似ランダムシーケンス発生器220と、エラー訂正符号発生器200と、ウェーブレット変換器210と、逆ウェーブレット変換器250と、第1の結合器230と、データ変換器225と、第2の結合器240とを備えている。ウェーブレット変換器210はフレームストレージFS1を有している。逆ウェーブレット変換器250はフレームストレージFS2を有している。フレームストレージFS1は、変更されていない係数Ciのフレームを記憶する。フレームストレージFS2は、変更された係数Ci’のフレームを記憶する。
【0019】
エラー訂正符号発生器200(以下、ECC発生器200ともいう。)は、UMIDが供給され、エラー訂正符号化されたUMIDを第1の結合器230に出力する。擬似ランダムシーケンス発生器220は、iをシーケンスの第i番目のビットとして、擬似ランダムバイナリシーケンス(PRBS)Piを第1の結合器230に出力する。PRBSは、L×Jビットの長さを有し、ここで、Jはエラー訂正符号化UMIDにおけるビット数である。そして、エラー訂正符号化UMIDの各ビットjは、PRBSの長さLの部分を変調する。第1の結合器230は、エラー訂正符号化UMIDをPRBSと論理的に組み合わせて、ビットRiを有するウォータマークを生成する。エラー訂正符号化UMIDのビットがWj=0である場合、PRBSのLビットを反転する。エラー訂正符号化UMIDのビットがWj=1である場合、PRBSの反転を行わない。したがって、エラー訂正符号化UMIDのビットWjはPRBSのLビットに亘って拡散される。データ変換器225は、バイナリの1をシンボル+1に、また、バイナリの0をシンボル−1に変換して、バイナリで0のビットが図5のデコーダで用いられる相関値に寄与するように保証する。
【0020】
ウェーブレット変換器210は、ソース110からのビデオ画像Iが供給され、ウェーブレット係数Ciを第2の結合器240に出力する。ウェーブレットについては後述の「ウェーブレット」のセクションで簡単に説明する。
【0021】
第2の結合器240は、ウォータマークRi、ウェーブレット係数Ci、ウォータマーク強度αiが供給され、変更された係数Ci’を出力する。ここで、
Ci’=Ci+αiRi
である。
【0022】
逆ウェーブレット変換器250は、変更された係数Ci’が供給され、空間領域のウォータマーク付き画像I’を出力する。
【0023】
ウォータマーク埋込み器120はECC発生器200を有している。エラー訂正符号化を用いてエラー訂正符号化UMIDを生成することは、情報が幾らか失われてもUMID175を直ちに再構築することができるので有利である。これによりウォータマークに対するその後の処理や攻撃に対して、ある程度の強固性が得られる。また、擬似ランダムシーケンスPiを用いて、ウォータマークとして使用するためのスペクトラム拡散信号を生成することは、多数のビットに亘りエラー訂正符号化UMID205を拡散することができるので有利である。また、これによりウォータマークをより効果的に隠すことができ、ウォータマークの可視性を低減する。ウォータマークを画像のウェーブレット変換に適用することは、ウォータマークの知覚可能性を低減するので有利である。さらに、ウォータマークの強度をαiにより調整して、ウォータマークが確実に知覚不可能となるようにする。
【0024】
エラー訂正符号発生器200の動作について以下に説明する。エラー訂正符号発生器200には、UMIDが供給される。一般に、UMIDは、31バイトからなるバイナリシーケンスである。エラー訂正符号発生器200は、通常、511ビットのエラー訂正符号化バイナリシーケンスを出力する。種々のエラー訂正符号化方式が知られている。1つの手法として、31ビットまでのエラーを訂正するBCH符号化を用いる。エラー訂正を行うためにUMIDフォーマットの情報を用いることにより、エラー訂正レートを高めることができる。このような方法の1つとしては、無効の日付、時刻、GPS位置等をチェックすることが挙げられる。
【0025】
ウォータマークは、好ましくは、ウェーブレット変換された画像の所定領域に埋め込まれる。最も好ましいのは、水平高域バンド(hH,lV)と垂直高域バンド(lH,hV)である。これらの領域に埋め込まれたウォータマークは容易に知覚することができないので、これらのバンドが選択される。擬似ランダムシーケンスの長さは、ウォータマークが各ウェーブレット画像の所定領域を埋めるように選択される。ウォータマークが埋め込まれる領域は、変更されていない係数の境界内にあってもよく、これにより、ウォータマークを失うことなく画像を空間的に移動することができる。
【0026】
αの計算(図3及び図4)
本発明の一実施の形態によれば、各係数Ciに対してαiを計算する。αiは、
αi=F{Cn}i
として計算される。ここで、{Cn}iはCi以外の変更されていないウェーブレット係数のセットであり、このセットは、iによって変化する。すなわち、αiの各値は、各セット{Cn}iの関数Fiである。これを図4のステップS8に示す。
【0027】
図8を参照して以下に説明するように、セット{Cn}iの係数は、Ciと同じウェーブレットバンドにあってもよく、また、Ciとは異なるバンドで互いに異なるバンドにあってもよい。
【0028】
各係数がCiと同じバンドにある場合、好ましくは、これらはCiに隣接したウィンドウ内にある。例えば、図3に示すように、セットはN個の係数Ci−1〜Ci−Nからなり、この場合について以下に実施の形態を説明する。
【0029】
係数の数NはCiにより変化するので、一般的にNをNiとして示す。
【0030】
関数Fは、適切な関数であれば、いずれのものでもよい。本実施の形態においてFは、
αi=F{Cn}i=1/Ni・√ΣCn 2
であり、ここで、Ni≠0のとき、n=i−1〜i−Nであり、Ni=0のとき、αi=kである。
【0031】
図3Aは、フレームストレージ300(図2中FS1で示した)におけるウェーブレット係数のマップを示す図であり、これらの係数はウェーブレット変換のレベル1のものである。好ましい実施の形態において、水平高域バンドhH,lV、及び垂直高域バンドlH,hVのみの係数Ciを変更して、ウォータマークを埋め込む。なお、他のバンド及び/又は他のレベルの係数を変更して、ウォータマークを埋め込むようにしてもよい。以下では、水平高域バンドhH,lVのみについて考える。
【0032】
ウェーブレット係数は、フレームストレージ300(図2中FS1で示した)に記憶されるが、この具体例では、図3Aに示すように各バンドにグループ化されて記憶される。係数はシリアルに順序付けられる。例えば、ラスタスキャンによりシリアルに順序付けることができる。他のスキャンパターンも知られている。各バンドにおける係数のシリアルな順序付けを前提として、変更される各係数Ciに対して、Ciを除くNi個の係数からなるセット{Cn}i(ここではウィンドウとも呼ぶ)が定義される。セット{Cn}iは、同じラインの係数Ciの前のNi個の係数Ci−1 〜Ci−N からなり、最大で例えばM個の最も新しい係数を有する。なお、水平高域バンドhH,lVでは、係数C1の前には係数がなく、C 2 の前には1つだけ係数があり、という具合に続く。係数C1に対してαiは所定値Kに設定される。それに続く係数に対しては、αiのセットは、前の係数の総計からなる。
【0033】
したがって、αiは、変更される各係数Ci毎に個々に定義される。上述の具体例では、Ciの前のNi個の変更されていない係数からなるセットにより定義される。関数Fを適切に選択することにより、画像劣化を最小限にできるようにαiを画像に適合させる。また、後述の「ウォータマーク除去器」のセクションで説明するが、これにより、元の値に再生された後のウォータマーク付き画像I’の係数からαiを再計算することができる。これにより、元の画像の再生精度を高めることができる。
【0034】
図4に示すように、Ci’の計算処理の具体例は、以下のようになる。すなわち、ステップS2において、計算処理を開始する。ステップS4において、iの値を0に初期設定する。ステップS6において、iを1だけインクリメントし、ステップS8において、係数C1’に対するα1を計算する。ステップS10において、変更された係数C1’の値を計算する。そして、処理はステップS6に戻り、iをインクリメントする。全ての係数が変更されるまでこの処理を続ける。
【0035】
また、以下の方法の一方又は両方によりαiの計算を変更してもよい。
【0036】
1)下側の閾値をαTLとして、αi<αTLの場合、αiをαTLまでインクリメントし、上側の閾値をαTHとして、αi>αTHの場合、αiをαTHまで低減する。
【0037】
2)各係数の大きさ|Cn|を閾値CTHと比較する。|Cn|>CTHの場合、Cnは、αiの計算に含まれない。あるいは、|Cn|>CTHの場合、Cnを(Cn/|Cn|)CTHにクリップする。
【0038】
ウォータマークデコーダ及びウォータマーク除去器(図5及び図6)
ウォータマークデコーダ(図5)
以下、ウォータマークデコーダ140の動作について図5を参照して詳細に説明する。ウォータマークデコーダ140は、ウォータマーク付き画像I’が供給され、再生UMID145を出力する。ウォータマークデコーダ140は、ウェーブレット変換器310と、擬似ランダムシーケンス(PRBS)発生器320と、相関器330と、セレクタ340と、エラー訂正符号デコーダ350とを備えている。擬似ランダムシーケンス発生器320により生成されたPRBSは、図2のPRBS発生器220により生成されたものと同じであり、上述のように、データ変換器(図示せず)により値が+1及び−1に変換される。
【0039】
ウェーブレット変換器310は、ウォータマーク付き画像I’が供給され、既知の方法で、変更されたウェーブレット係数Ci’を出力する。相関器330は、擬似ランダムシーケンス発生器320からの値が+1及び−1のシンボルPiを有する基準擬似ランダムシーケンスPRBSと、ウェーブレット係数Ci’が供給され、ウォータマーク付き画像ビット相関シーケンス335を出力する。ウォータマーク付き画像ビット相関シーケンス335は、以下のようにして決定される。
【0040】
変更されたウェーブレット係数は、Ci’=Ci+αiRiであり、Riは、UMIDのエラー訂正符号化ビットWjにより変調されたPRBSのビットである。上述の具体例では、511ビットのWjがある。各ビットWjがPRBSのLビットを変調する。変調されたPRBSにはJLビットがある。
【0041】
相関器330は、各エラー訂正符号化ビットWjに対して、相関値
【0042】
【数1】
【0043】
を計算する。ここで、j=0,1,2・・・T−1であり、Tはエラー訂正符号化ビット数である。この具体例ではT=511である。相関値S’ j のシーケンス335が生成される。
【0044】
相関シーケンス335は、セレクタ340に供給され、セレクタ340は、未訂正UMID345を出力する。セレクタ340は、S’の値が0より大きい場合は値が「1」のビットを出力し、S’の値が0以下の場合は値が「0」のビットを出力する。エラー訂正符号デコーダ350は、未訂正UMID345が供給され、既知の方法で再生UMID145を出力する。
【0045】
基準PRBS Piは、ウォータマーク付き画像I’における変調PRBSに同期される。これにはシンクロナイザ(図示せず)が使用される。このような同期は、当該技術分野では知られている。
【0046】
ウォータマーク除去器(図6)
ウォータマーク除去器130は、再生UMID145とウォータマーク付き画像I’が供給され、再生画像I”を出力する。ウォータマーク除去器130は、擬似ランダムシーケンス発生器220及び結合器230により生成されたのと同じ基準擬似ランダムシーケンスPiを発生する擬似ランダムシーケンス発生器420と、データ変換器425を介して、再生UMID145と、擬似ランダムシーケンスPiから値が+1及び−1のビットを有する再生ウォータマークRi’を生成するスペクトラム拡散信号発生器430とを備えている。基準擬似ランダムシーケンスPiは、既知の方法で、ウォータマーク付き画像I’における変調シーケンスに同期される。
【0047】
さらに、ウォータマーク除去器130は、ウォータマーク付き画像I’から変更されたウェーブレット係数Ci’を生成するウェーブレット変換器410と、αiを計算する強度推定器460と、以下の式に従って再生ウェーブレット係数値を計算する結合器440とを備えている。
【0048】
Ci=Ci’−αiRi’
再生ウェーブレット係数Ciは、逆ウェーブレット変換器450に供給され、逆ウェーブレット変換器450は、再生画像I”を出力する。
【0049】
αiの計算(図7)
本発明の実施の形態によれば、上述の「αの計算」のセクションで説明したように、ウォータマーク埋込み器120においてαiを計算する。図6のウォータマーク除去器130の強度推定器460は、類似した方法で、元の値に再生された係数Ciからαを再計算する。
【0050】
したがって、例えば図3A、図6、図7に示すように、図3Aで示したのと同様に図6のウェーブレット変換器410においてFS3として示すフレームストレージ300に、変更された係数Ci’を記憶し、図3Aを参照して説明したのと同様に、これらの係数をシリアルに順序付ける。係数Ci’の前には係数がないので、α 1 =kかつC1=C1’−kR 1 であることがわかる。その後の各係数Ciについては、Ni個の前の再生係数からなるセットからαiを計算可能であり、これらの再生係数は全て、
Ci=Ci’−αiRi’
に従って元の値に再生される。
【0051】
図7に示すように、ステップS5において、計算処理を開始する。ステップS7において、iの値を0に初期設定する。ステップS9において、iを1だけインクリメントし、ステップS11において、係数C1’に対するα 1 を計算する。ステップS13において、係数C1’から元の値C1を計算する。そして、処理はステップS9に戻り、iをインクリメントする。全ての係数Ci’が元の値Ciに再生されるまで処理を続ける。
【0052】
図2のウォータマーク埋込み器120と同様に、以下の方法の一方又は両方によりαの計算を変更してもよい。
【0053】
1)下側の閾値をαTLとして、αi<αTLの場合、αiをαTLまでインクリメントし、上側の閾値をαTHとして、αi>αTHの場合、αiをαTHまで低減する。
【0054】
2)各係数の大きさ|Cn|を閾値CTHと比較する。|Cn|>CTHの場合、Cnはαiの計算に含まれない。あるいは、|Cn|>CTHの場合、Cnを(Cn/|Cn|)CTHにクリップする。
【0055】
変更例
上述のように、αiの値が計算される係数は、変更される又は元の値に再生される関連した係数Ciに対して異なるバンドにあってもよい。したがって、例えば図8に示すように、バンドhH,lVのαiを計算するのに用いられる係数セット{Cn}iは他のバンドにあってもよい。図8の具体例では、セット{Cn}iは、係数Ciの位置に関連した位置にある係数C1i、C2i、C3iを有している。このように、αiの計算の際に他のバンドにおける画像特性を考慮して、ウォータマークを確実に知覚不可能とする。
【0056】
Ciの変更又は再生を行うのに用いられる係数C1i、C2i、C3iは、変更されない係数であってもよい。これは、バンドhH,lV等の1以上のバンドの係数のみを変更し、他のバンドの係数を変更しないでおくことにより行うことができる。あるいは、Ciの変更又は再生を行うのに用いられる係数C1i、C2i、C3iのうちの少なくとも幾つかを変更してもよい。これは、図3又は図8に示すようなフレームストレージ300に係数を記憶し、図4及び図7の処理が続くような順序で係数を読み出すことにより行うことができる。
【0057】
上述の説明では、都合上、1レベルの3バンドにおける3つの係数C1i、C2i、C3iのみについて説明したが、実際は多数の係数を用いることができ、係数は3バンド以上、1レベル以上のものであってもよい。
【0058】
他の変換方法
本発明を、ウェーブレット変換を例として説明したが、例えばDCT等、他の変換方法を用いることもできる。
【0059】
他のマテリアル
本発明を、ビデオマテリアル(静止画像又は動画像)からなるマテリアルを例として説明したが、例えばオーディオマテリアルやデータマテリアル等、他のマテリアルに適用してもよい。
【0060】
PRBS
上述のように、PRBSは長さLJを有し、JはUMIDにおけるビット数である。したがって、UMIDの各ビットWjは、PRBSの長さLの部分を変調する。また、PRBSはLビットの長さを有し、UMIDの各ビットj毎に繰り返してもよい。
【0061】
他のウォータマークデータ
本発明を、ウォータマークデータとしてのUMIDを例として説明したが、ウォータマークとして他のデータを用いてもよい。
【0062】
変更された係数を用いたαiの計算
上述の実施の形態では、変更されていない係数を用いてαiを計算している。他の実施の形態においては、変更された係数、又は、変更された係数と変更されていない係数の組合せを用いてαを計算する。係数Ciは、シリアルに順序付けられる。係数Ciについてαiを計算するのに用いられる係数は、シリアル順におけるiの前の係数である。
【0063】
図2、図6、図9に示すように、ウェーブレット変換器210、逆ウェーブレット変換器250、ウェーブレット変換器410、逆ウェーブレット変換器450に、フレームストレージFS1、FS2、FS3、FS4を設ける。フレームストレージFS1及びFS4は、変更されていない係数を記憶する。フレームストレージFS2及びFS3は、変更された係数Ci’を記憶する。
【0064】
したがって、ウォータマーク埋込み器120とウォータマーク除去器130の両方において、変更されていない係数と変更された係数からなるシリアルに順序付けられたセットが使用可能である。
【0065】
図2のウォータマーク埋込み器120では、フレームストレージFS1の係数Ciは変更されるので、係数Ci’としてFS2に記憶される。したがって、αiの計算には、変更された係数Ci’が使用可能である。係数Ciを変更するためのαiの計算に用いられるセット{Cn}iは、Ciの前の変更された係数C’と、任意ではあるがCiの前の変更されていない係数Cとにより構成される。
【0066】
ウォータマーク除去器130では、変更された係数Ci’がフレームストレージFS3に記憶される。係数が再生されると、再生係数CiがフレームストレージFS4に記憶される。したがって、αiの計算には、変更された係数C’と、任意ではあるが再生係数Cが使用可能である。
【0067】
図9に示すように、係数Ci又はCi’の前の係数からなるセットは、4つのフレームストレージFS1、FS2、FS3、FS4の全てに存在する。
【0068】
セット{Cn}iの形式
セット{Cn}iは、都合の良いいずれの形式をとることもできる。αiがCiの前の係数のみから計算される場合、セットは、Ciのすぐ前の係数からなる。係数がラスタスキャンによりシリアルに順序付けられる場合、セットはCiと同じスキャンライン上の係数からなる。あるいは、そのラインと前の1ラインの係数からなる。他の形式も可能である。
【0069】
図10は、画像Iにウォータマークを埋め込み、画像Iからウォータマークを再生及び除去するシステム、この具体例ではウォータマーキングシステムの構成を示すブロック図である。ウォータマーキングシステムは、画像Iのソース110と、ウォータマークを付すサブシステムAと、ウォータマークを検出及び除去するサブシステムBと、サブシステムA及びBを接続するチャンネルCと、データベースDとを備えている。
【0070】
概要として、サブシステムAは、画像Iにウォータマークを付す。ウォータマーク付き画像はチャンネルCを介してサブシステムBに送られ、ウォータマークの検出及び除去が行われる。サブシステムBでは、劣化を生じずに元の画像を再生することが望ましい。このため、サブシステムAでは、ウォータマーク除去器130により画像からウォータマークを除去し、再生画像を元の画像Iと比較して、差分とその差分の画像内の位置を検出する。データベースDは、差分の位置と、それらの位置又は差分における元の画像の値となる訂正データを記憶する。サブシステムBは、ウォータマークの検出及び除去を行って、実質的な再生画像を生成する。除去処理は、サブシステムAにおけるのと同じである。訂正位置及び訂正データをデータベースDから読み出して、再生画像に訂正を施す。実際には、ウォータマーキングシステムは、多数の画像に対して動作する。したがって、データベースDにおいて、画像とそれに関連する訂正データを識別する必要がある。具体例では、データベースD内の適切なデータへのアクセスに用いられる識別子により各画像を識別する。好ましくは、識別子はUMIDである。UMIDについては、後述の「UMID」のセクションで説明する。最も好ましいのは、ウォータマークがUMIDからなることである。図1の具体例では、ウェーブレット変換により画像を変換する。ウェーブレット変換については、後述の「ウェーブレット」のセクションで説明する。図1の具体例では、ウェーブレット係数を比較して上記差分を決定する。
【0071】
第1の具体例
図10に示すように、ソース110は、空間領域画像Iを生成する。ウォータマーク埋込み器120は、UMID発生器115からUMIDが供給され、
Ci’=Ci+αRi
に従って、画像のウェーブレット変換(T)のウェーブレット係数CiにウォータマークとしてUMIDを埋め込む。ここで、Ciは第i番目の元の画像係数であり、Ci’は第i番目の変更された係数であり、Riはウォータマークデータの第i番目のビットであり、αはスケーリング係数である。以下に説明するように、Riは、UMIDデータWiにより変調された擬似ランダムシンボルシーケンスのビットであってもよい。
【0072】
ウォータマーク除去器130は、ウォータマークを除去し、
Ci”=Ci’−αRi
に従って、再生係数Ci”を生成する。
【0073】
比較器125は、再生係数Ci”を元の係数Ciと比較して、差分とその位置を決定する。差分及び位置iは、UMID発生器115により生成されたUMIDとともに訂正データとしてデータベースDに記憶される。
【0074】
ウォータマーク埋込み器120により生成された係数Ci’には、逆変換(T−1)が施され、チャンネルCに送られる。
【0075】
サブシステムBは、チャンネルCからウォータマーク付き画像が供給される。変換器Tは係数Ci’を再現する。検出及び除去器127によりUMIDの検出及び除去が行われる。検出されたUMIDは、データベースD内の訂正データへのアクセスに用いられ、訂正データは、訂正器129における画像係数Ci”に用いられて元の係数Ciを再生する。元の係数には、逆変換(T−1)が施され、元の画像Iが再生される。
【0076】
この第1の具体例では、αは所定の固定値である。所定の固定値αを用いることにより、ウォータマークの除去が容易になる。
【0077】
第1の具体例の場合、チャンネルCにはロスがないことが好ましい。すなわち、ウォータマーク付き空間領域画像に歪みを生じないからである。
【0078】
第2の具体例
第2の具体例は、ウォータマーク埋込み器120とウォータマーク除去器130の間にチャンネルエミュレータ121が設けられること以外は、第1の具体例と同じである。チャンネルエミュレータ121は、ウォータマーク埋込み器120の出力に、チャンネルCの効果をエミュレートするチャンネルエミュレータ関数を適用する。
【0079】
チャンネルエミュレータ121は、チャンネルCをエミュレートする。したがって、チャンネルCによるエラーを検出することができ、訂正データがデータベースDに記憶される。
【0080】
これはチャンネルCにロスがある場合に特に有用である。
【0081】
第3の具体例
第3の具体例は、αが固定値ではないという点で第1及び第2の具体例とは異なる。ウォータマーク埋込み器120を図11に示し、ウォータマーク除去器130を図12に示す。
【0082】
図11は、図10の比較器125にウェーブレット係数Ciを供給する接続線があること以外は、上述の図2と同じである。同様に図12は、図10の比較器125に再生係数C i ”を供給する接続線があること以外は、上述の図6と同じである。したがって、図11及び図12について詳細な説明は省略する。
【0083】
変更例
図10〜図12を参照して説明した本発明の具体例は、図1〜図9を参照して説明したように、ウォータマークの埋込み及び除去を行うものであるが、他のウォータマーク埋込み及び除去技術を用いることもできる。
【0084】
ウェーブレット
ウェーブレットはよく知られており、例えば、1999年発行、シー・バイレンス著「本当に親しみやすいウェーブレットのガイド(A Really Friendly Guide to Wavelets)」(C Valens, 1999,(http://perso.wanadoo.fr/polyvalens/clemens/wavelets/wavelets.html)にて入手可能)に記載されている。
【0085】
バイレンスは、各反復において係数2により画像をスケーリングする、サブバンドコーディングにおいて用いられる反復フィルタバンクとして、離散ウェーブレット変換を行うことができることを示している。
【0086】
したがって、図13に示すように、空間領域画像に、ハイパスフィルタ及びローパスフィルタのセットを適用する。フィルタリングの第1段階であるレベル1において、画像を水平及び垂直方向にフィルタリングし、各方向において係数2でスケールダウンする。レベル2では、レベル1からのローパス画像をフィルタリングし、レベル1と同様にしてスケーリングする。続くレベル3以降では、フィルタリング及びスケーリングを繰り返す。
【0087】
図14に結果を概略的に示す。図14は、当該技術分野における通常の表現である。レベル1において、画像を空間的にフィルタリングし、水平及び垂直低域バンドlH1,lV1と、水平高域バンドhH1,lV1と、垂直高域バンドlH1,hV1と、水平及び垂直高域バンドhH1,hV1の4つのバンドとする。レベル2では、水平及び垂直低域バンドlH1,lV1をフィルタリング及びスケーリングして、水平及び垂直低域バンドlH2,lV2と、水平高域バンドhH2,lV2と、垂直高域バンドlH2,hV2と、水平及び垂直高域バンドhH2,hV2とする。レベル3(図10では省略)において、水平及び垂直低域バンドlH2,lV2をさらにフィルタリング及びスケーリングする。
【0088】
UMID
UMID(ユニークマテリアル識別子)については、SMPTEジャーナル2000年3月号に説明がある。図15に拡張UMIDを示す。拡張UMIDは、基本UMIDからなる32バイトの第1セットと、シグネチャメタデータからなる32バイトの第2セットを有している。
【0089】
32バイトの第1セットは基本UMIDである。以下はその成分である。
【0090】
・この第1セットをSMPTE UMIDとして識別するための12バイトのユニバーサルラベル。これは、UMIDが識別するマテリアルのタイプを定めるとともに、グローバル的にユニークなマテリアル番号とローカル的にユニークなインスタンス番号を作成する方法も定める。
【0091】
・UMIDの残りの長さを定める1バイトの長さ値。
【0092】
・同じマテリアル番号を持つ異なるマテリアルインスタンスを区別するのに用いられる3バイトのインスタンス番号。
【0093】
・各クリップを識別するのに用いられる16バイトのマテリアル番号。各マテリアル番号は同じマテリアルの関連するインスタンスについては同じである。
【0094】
1セットのパックされたメタデータアイテムとしての、シグネチャメタデータからなる32バイトの第2セットは、拡張UMIDを作成するのに用いられる。拡張UMIDは、基本UMIDのすぐ後にシグネチャメタデータがくるものであり、シグネチャメタデータは以下の成分からなる。
【0095】
・コンテンツユニット作成の日時を識別する8バイトの日時コード。
【0096】
・コンテンツユニット作成時の空間座標を定める12バイトの値。
【0097】
・国、団体、ユーザの各コードを登録する4バイトのコードが3グループ。
【0098】
基本及び拡張UMIDの各成分について以下に説明する。
【0099】
「12バイトのユニバーサルラベル」
UMIDの最初の12バイトは、表1に定めた登録ストリング値によりUMIDの識別を行う。
【0100】
【表1】
【0101】
表1中の16進数の値は変更してもよい。これらの値は一例である。また、第1〜第12バイトは、表中に示すもの以外の指定であってよい。表1に示す例では、第4バイトは、第5〜第12バイトがSMPTEに合致するデータフォーマットに関することを示す。第5バイトは、第6〜第10バイトが「ディクショナリ」データに関することを示す。第6バイトは、このようなデータが第7〜第10バイトにより定義される「メタデータ」であることを示す。第7バイトは、第9及び第10バイトにより定義されるメタデータを含むディクショナリの一部を示す。第8バイトは、ディクショナリのバーションを示す。第9バイトはデータのクラスを示し、第10バイトはそのクラスにおける特定アイテムを示す。
【0102】
本実施の形態では、第1〜第10バイトが予め割り当てられた固定値を有している。第11バイトは変数である。図15及び上記表1に示すように、UMIDのラベルの第1〜第10バイトは固定されていることがわかる。したがって、これらのバイトは、第1〜第10バイトを表す1バイトの「タイプ」コードTにより置き換えることができる。タイプコードTの後には長さコードLが来る。これに続いて、一方が表1の第11バイトであるとともに他方が表1の第12バイトである2バイトと、インスタンス番号(3バイト)と、マテリアル番号(16バイト)がある。また、任意であるが、マテリアル番号の後に拡張UMIDのシグネチャメタデータ及び/又は他のメタデータを配置してもよい。
【0103】
UMIDタイプ(第11バイト)は、以下ように4つの異なるデータタイプをそれぞれ識別するための4つの値を有している。
【0104】
「01h」=ピクチャマテリアルのUMID
「02h」=オーディオマテリアルのUMID
「03h」=データマテリアルのUMID
「04h」=グループマテリアル(例えば、関連する内容の組合せ)のUMID
12バイトのラベルの最後の(第12)バイトは、マテリアル及びインスタンス番号を作成する方法を識別する。このバイトは、トップニブルとボトムニブルに分割され、トップニブルがマテリアル番号作成方法を定義するとともに、ボトムニブルがインスタンス番号作成方法を定義する。
【0105】
「長さ」
長さは、基本UMIDについての値「13h」と拡張UMIDについての値「33h」を有する1バイトの数字である。
【0106】
「インスタンス番号」
インスタンス番号は、規格で定められた幾つかの手段のうちのいずれかにより作成されるユニークな3バイトの番号である。インスタンス番号により、あるクリップの特定の「インスタンス」と外部の関連するメタデータとのリンクが得られる。このインスタンス番号がないと、全てのマテリアルが、マテリアルのいずれのインスタンスとも、また、それに関連するメタデータとも結びついてしまう。
【0107】
新たなクリップの作成には、ゼロのインスタンス番号とともに新たなマテリアル番号の作成が必要である。したがって、ゼロでないインスタンス番号は、関連するクリップがソースマテリアルではないことを示す。インスタンス番号は、主として、あるクリップの特定のインスタンスに関する関連メタデータを識別するのに使用される。
【0108】
「マテリアル番号」
16バイトのマテリアル番号は、規格で定められた幾つかの手段のうちのいずれかにより作成されるゼロでない番号である。この番号は、6バイトの登録ポートID番号、時間、乱数発生器によって変わる。
【0109】
「シグネチャメタデータ」
シグネチャメタデータから成分はいずれも、有意義な値を入れることができない場合には、ヌルフィルを行うことができる。ヌルフィルされた成分はいずれも、後段のデコーダに対してその成分が有効でないことを明確に示すため、完全にヌルフィルされる。
【0110】
「日時フォーマット」
日時フォーマットは、8バイトであり、その最初の4バイトは時間成分に基づくUTC(ユニバーサルタイムコード)である。時間は、内容のタイプによって、AES3の32ビットオーディオサンプルクロック又はSMPTE12Mのいずれかにより定められる。
【0111】
後の4バイトは、SMPTE309Mで定義するようなモディファイドジュリアンデータ(MJD)に基づくデータを定める。これは、1858年11月17日午前0時から999,999日をカウントし、西暦4597年までの日付を可能とする。
【0112】
「空間座標フォーマット」
空間座標値は、以下のように定義される3成分からなる。
【0113】
・高度:99,999,999メートルまでを特定する8個の10進数。
【0114】
・経度:東経/西経180.00000度(少数第5位まで有効)を特定する8個の10進数。
【0115】
・緯度:北緯/南緯90.00000度(少数第5位まで有効)を特定する8個の10進数。
【0116】
高度の値は、地球の中心からの値をメートルで表したものなので、海水面より低い高度も可能とする。
【0117】
なお、空間座標は、ほとんどのクリップについて静的であるが、全ての場合にあてはまるわけではない。乗り物に取り付けたカメラ等の移動ソースから取り込まれたマテリアルの場合、空間座標値が変化することもある。
【0118】
「国コード」
国コードは、ISO3166で定めたセットに応じた短縮形の4バイトの英数字ストリングである。登録されていない国は、SMPTEレジストレーションオーソリティから登録英数字ストリングを得ることができる。
【0119】
「団体コード」
団体コードは、SMPTEに登録された短縮形の4バイトの英数字ストリングである。団体コードは、それらの登録国コードに関してのみ意味を持つので、団体コードは異なる国においても同じ値を有することができる。
【0120】
「ユーザコード」
ユーザコードは、各団体によりローカル的に割り当てられるが、グローバル的に登録されてはいない4バイトの英数字ストリングである。ユーザコードは、それらの登録団体コード及び国コードに関してのみ定められるので、ユーザコードは異なる団体や国においても同じ値を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 ウォータマーク埋込み及び除去システムの概略ブロック図である。
【図2】 図1のシステムのウォータマーク埋込み器をより詳細に示す概略ブロック図である。
【図3A】 係数ウィンドウの具体例と、ウォータマークのビットを埋め込むように変更されている係数Ciに対してウィンドウがどのように関係しているかを示す図である。
【図3B】 係数ウィンドウの具体例と、ウォータマークのビットを埋め込むように変更されている係数Ciに対してウィンドウがどのように関係しているかを示す図である。
【図4】 本発明の一例に係る強度αの計算方法を示すフローチャートである。
【図5】 ウォータマークデコーダの概略ブロック図である。
【図6】 ウォータマーク除去器の概略ブロック図である。
【図7】 本発明の一例に係る強度αの計算方法を示すフローチャートである。
【図8】 αの計算に使用可能な係数セットの他の具体例を示す概略図である。
【図9】 図2のウォータマーク埋込み器と図6のウォータマーク除去器におけるフレームストレージの動作を説明する概略図である。
【図10】 本発明に係るウォータマーク埋込み及び除去システムの一例を示す概略ブロック図である。
【図11】 図10のシステムのウォータマーク埋込み器の概略ブロック図である。
【図12】 図10のシステムの除去器の概略ブロック図である。
【図13】 ウェーブレット変換を説明するための図である。
【図14】 ウェーブレット変換を説明するための図である。
【図15】 UMIDのデータ構造を示す図である。
【図16】 UMIDのデータ構造を示す図である。
Claims (22)
- 第1のマテリアルにデータを埋め込み、該データが埋め込まれた第2のマテリアルを生成し、該第2のマテリアルをチャンネルを介して送信するステップと、
上記チャンネルを介して上記第2のマテリアルを受信し、該受信された第2のマテリアルから上記データを除去して、再生マテリアルを生成するステップと、
上記第1のマテリアルと上記再生マテリアルを比較して、それらの差分と、該差分が発生した位置を判定するステップと、
上記差分を訂正する訂正データと、上記第1のマテリアルにおいて上記差分が発生した位置を識別するデータとを記憶するステップとを有することを特徴とするデータ埋込み及び除去方法。 - 上記第2のマテリアルを、エミュレーション関数を用いてチャンネルエミュレーションするステップを有し、
上記再生マテリアルを生成するステップは、上記エミュレーション関数が適用された第2のマテリアルから該再生マテリアルを生成することを特徴とする請求項1に記載のデータ埋込み及び除去方法。 - 上記記憶するステップは、上記第1のマテリアルにおいて上記差分が発生した位置の値を上記訂正データとして記憶することを特徴とする請求項1又は2に記載のデータ埋込み及び除去方法。
- 上記記憶するステップは、上記差分を記憶することを特徴とする請求項2又は3に記載のデータ埋込み及び除去方法。
- 上記記憶するステップは、さらに、マテリアルを識別する識別データを記憶することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のデータ埋込み及び除去方法。
- 上記識別データは、上記第2のマテリアルを識別する識別子からなることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のデータ埋込み及び除去方法。
- 上記マテリアルは、ビデオマテリアルであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のデータ埋込み及び除去方法。
- 上記マテリアルは、オーディオマテリアルであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のデータ埋込み及び除去方法。
- 上記マテリアルは、オーディオビジュアルマテリアルであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のデータ埋込み及び除去方法。
- 上記第1のマテリアルに埋め込まれるデータは、UMIDであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のデータ埋込み及び除去方法。
- マテリアルへのデータ埋込み装置において、
第1のマテリアルにデータを埋め込み、該データが埋め込まれた第2のマテリアルを生成し、該第2のマテリアルをチャンネルを介して伝送する埋込み器と、
上記チャンネルを介して上記第2のマテリアルを受信し、該受信された第2のマテリアルから上記データを除去して、再生マテリアルを生成する除去器と、
上記第1のマテリアルと上記再生マテリアルを比較して、それらの差分と、該差分が発生した位置を判定する比較器と、
上記差分が発生した位置を識別するデータと上記差分を訂正する訂正データとを記憶するストレージとを備えることを特徴とするデータ埋込み装置。 - 上記マテリアルは、ビデオマテリアルであることを特徴とする請求項11記載のデータ埋込み装置。
- 上記マテリアルは、オーディオマテリアルであることを特徴とする請求項11記載のデータ埋込み装置。
- 上記マテリアルは、オーディオビジュアルマテリアルであることを特徴とする請求項11記載のデータ埋込み装置。
- 上記第1のマテリアルに埋め込まれるデータは、UMIDであることを特徴とする請求項11記載のデータ埋込み装置。
- 請求項11に記載のデータ埋込み装置と、
データを除去するデータ除去装置とを備え、
上記データ除去装置は、上記データ埋込み装置内のストレージから上記訂正データ及び位置を取り出す取り出し器と、
上記記憶された訂正データを用いて、識別データにより識別される上記位置において上記再生マテリアルを訂正する訂正器とを備えることを特徴とするデータ埋込み及び除去システム。 - 上記データ埋込み装置と、上記データ除去装置とはチャンネルにより接続されていることを特徴とする請求項16に記載のデータ埋込み及び除去システム。
- 上記マテリアルは、ビデオマテリアルであることを特徴とする請求項16又は17記載のデータ埋込み及び除去システム。
- 上記マテリアルは、オーディオマテリアルであることを特徴とする請求項16又は17記載のデータ埋込み及び除去システム。
- 上記マテリアルは、オーディオビジュアルマテリアルであることを特徴とする請求項16又は17記載のデータ埋込み及び除去システム。
- 上記第1のマテリアルに埋め込まれるデータは、UMIDであることを特徴とする請求項16又は17記載のデータ埋込み及び除去システム。
- コンピュータで実行されたときに、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の方法を行うコンピュータプログラム。
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