JP2000089796A - 音響信号へのデータ埋め込み装置およびデータ抽出装置 - Google Patents
音響信号へのデータ埋め込み装置およびデータ抽出装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の音響信号へのデータ埋め込みでは、
（１）伝送による雑音の混入、操作に対する耐性に問題
がある、（２）埋め込みデータを埋め込んだ音響信号と
原音響信号との間に聴感上の差が生じ易い、（３）埋め
込み、抽出の処理が複雑、かつ（４）埋め込み可能なデ
ータ量が少ないなどの解決すべき課題があった。 【解決手段】 埋め込み側においては、埋め込みデータ
に応じて生成したインパルス応答関数（３）と原音響信
号との畳み込み処理（４）により埋め込みデータを埋め
込み、抽出側においては、埋め込みデータを埋め込んだ
音響信号と原音響信号とを対象にクロススペクトル法を
用いることにより埋め込みデータを抽出するようにし
た。
（１）伝送による雑音の混入、操作に対する耐性に問題
がある、（２）埋め込みデータを埋め込んだ音響信号と
原音響信号との間に聴感上の差が生じ易い、（３）埋め
込み、抽出の処理が複雑、かつ（４）埋め込み可能なデ
ータ量が少ないなどの解決すべき課題があった。 【解決手段】 埋め込み側においては、埋め込みデータ
に応じて生成したインパルス応答関数（３）と原音響信
号との畳み込み処理（４）により埋め込みデータを埋め
込み、抽出側においては、埋め込みデータを埋め込んだ
音響信号と原音響信号とを対象にクロススペクトル法を
用いることにより埋め込みデータを抽出するようにし
た。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、音響信号の識別・
コピー保護に必要な情報をディジタル音響信号に埋め込
む音響信号へのデータ埋め込み装置、およびその埋め込
み装置によって埋め込まれたデータを高い精度で音響信
号から抽出するデータ抽出装置に関する。また、本発明
により埋め込まれたデータは、電子透かしやデータベー
スのインデックス情報として使用できるものである。
コピー保護に必要な情報をディジタル音響信号に埋め込
む音響信号へのデータ埋め込み装置、およびその埋め込
み装置によって埋め込まれたデータを高い精度で音響信
号から抽出するデータ抽出装置に関する。また、本発明
により埋め込まれたデータは、電子透かしやデータベー
スのインデックス情報として使用できるものである。
【０００２】
【従来の技術】音響信号への情報埋め込みに関しては、
過去に、 （１）ディジタル音響信号の下位ビットに情報を埋め込
む方法（特開平９−２１４６３６号） （２）音響信号を周波数変換した後に位相成分に情報を
埋め込む方法（“電子透かしを支えるデータ・ハイディ
ング技術（下）”日経エレクトロニクス，１９９７，Ｎ
ｏ．６８４） （３）情報をスペクトラム拡散させて周波数変換した音
響信号に埋め込む方法（同じく、“電子透かしを支える
データ・ハイディング技術（下）”日経エレクトロニク
ス，１９９７，Ｎｏ．６８４） （４）インパルス応答の時間遅れパラメータを変えてエ
コーとして情報を埋め込む方法（同じく、“電子透かし
を支えるデータ・ハイディング技術（下）”日経エレク
トロニクス，１９９７，Ｎｏ．６８４） 等が提案されている。
過去に、 （１）ディジタル音響信号の下位ビットに情報を埋め込
む方法（特開平９−２１４６３６号） （２）音響信号を周波数変換した後に位相成分に情報を
埋め込む方法（“電子透かしを支えるデータ・ハイディ
ング技術（下）”日経エレクトロニクス，１９９７，Ｎ
ｏ．６８４） （３）情報をスペクトラム拡散させて周波数変換した音
響信号に埋め込む方法（同じく、“電子透かしを支える
データ・ハイディング技術（下）”日経エレクトロニク
ス，１９９７，Ｎｏ．６８４） （４）インパルス応答の時間遅れパラメータを変えてエ
コーとして情報を埋め込む方法（同じく、“電子透かし
を支えるデータ・ハイディング技術（下）”日経エレク
トロニクス，１９９７，Ｎｏ．６８４） 等が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記（１）〜
（４）の方法は、それぞれ以下のような欠点を有してい
る。すなわち、 （１）の方法は、情報が埋め込まれている位置を特定し
やすいため、改ざん等の操作に対する耐性が弱く、伝送
路の雑音の影響を受けやすいという欠点を有する。 （２）の方法は、位相を変化させることによって生ずる
歪み量がもとの音響信号の位相に依存しており、聴感上
分からないように埋め込むことが難しい。
（４）の方法は、それぞれ以下のような欠点を有してい
る。すなわち、 （１）の方法は、情報が埋め込まれている位置を特定し
やすいため、改ざん等の操作に対する耐性が弱く、伝送
路の雑音の影響を受けやすいという欠点を有する。 （２）の方法は、位相を変化させることによって生ずる
歪み量がもとの音響信号の位相に依存しており、聴感上
分からないように埋め込むことが難しい。
【０００４】また、 （３）の方法は、受信側で埋め込み情報を抽出するため
に、データが埋め込まれている位置を特定し、その基準
となるタイミングを合わせることが難しく、これが可能
な場合でも装置が大規模のものになるという欠点を有す
る。 （４）の方法は、１フレーム（一連のデータ埋め込み処
理を行うために分割された原信号の一部分、通常数秒〜
数十秒程度の長さ）の中にデータを１ビットしか埋め込
むことができないため、埋め込みデータ量を多くできな
いという欠点を有する。
に、データが埋め込まれている位置を特定し、その基準
となるタイミングを合わせることが難しく、これが可能
な場合でも装置が大規模のものになるという欠点を有す
る。 （４）の方法は、１フレーム（一連のデータ埋め込み処
理を行うために分割された原信号の一部分、通常数秒〜
数十秒程度の長さ）の中にデータを１ビットしか埋め込
むことができないため、埋め込みデータ量を多くできな
いという欠点を有する。
【０００５】本発明の目的は、上記各欠点を排除し、以
下の点、すなわち、（１）伝送による雑音の混入、操作
に対する耐性に優れていること、（２）データを埋め込
んだ音響信号と原音響信号との間に聴感上の差が生じに
くいこと、（３）比較的簡単な処理で情報の埋め込み、
抽出ができること、（４）埋め込め可能なデータ量が多
いこと、をすべて同時に満足することのできる音響信号
へのデータ埋め込み装置およびデータ抽出装置を提供す
ることにある。
下の点、すなわち、（１）伝送による雑音の混入、操作
に対する耐性に優れていること、（２）データを埋め込
んだ音響信号と原音響信号との間に聴感上の差が生じに
くいこと、（３）比較的簡単な処理で情報の埋め込み、
抽出ができること、（４）埋め込め可能なデータ量が多
いこと、をすべて同時に満足することのできる音響信号
へのデータ埋め込み装置およびデータ抽出装置を提供す
ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明音響信号へのデータ埋め込み装置は、入力デ
ィジタル音響信号に埋め込みデータを埋め込む音響信号
へのデータ埋め込装置において、前記ディジタル音響信
号を一定時間長のフレームに順次分割する埋め込み側フ
レーム分割部と、前記埋め込みデータを予め設定したＮ
ビット毎に分割するＮビット分割部と、該分割されたＮ
ビット毎の埋め込みデータについて、遅れ時間０で振幅
１の原ディジタル音響信号に対応した１つのインパルス
と、そのインパルスからの遅れ時間がそれぞれ予め定め
られた基本時間間隔の素数倍であって予め定められた振
幅をもつ０〜Ｎ個のパルスからなる前記Ｎビット毎の埋
め込みデータに対応したインパルス列とにより構成され
るインパルス応答関数を作成するインパルス応答作成部
と、前記埋め込み側フレーム分割部の出力信号である１
フレーム分のディジタル音響信号と前記インパルス応答
関数とを畳み込み演算して、前記Ｎビットの埋め込みデ
ータを埋め込んだ１フレーム分のディジタル音響信号を
作成する畳み込み演算部と、前記Ｎビットの埋め込みデ
ータを埋め込んだ１フレーム分のディジタル音響信号を
時間軸上で順次合成して、埋め込みデータを埋め込んだ
一連のディジタル音響信号を出力する埋め込み側フレー
ム合成部とを少なくとも具えたことを特徴とするもので
ある。
に、本発明音響信号へのデータ埋め込み装置は、入力デ
ィジタル音響信号に埋め込みデータを埋め込む音響信号
へのデータ埋め込装置において、前記ディジタル音響信
号を一定時間長のフレームに順次分割する埋め込み側フ
レーム分割部と、前記埋め込みデータを予め設定したＮ
ビット毎に分割するＮビット分割部と、該分割されたＮ
ビット毎の埋め込みデータについて、遅れ時間０で振幅
１の原ディジタル音響信号に対応した１つのインパルス
と、そのインパルスからの遅れ時間がそれぞれ予め定め
られた基本時間間隔の素数倍であって予め定められた振
幅をもつ０〜Ｎ個のパルスからなる前記Ｎビット毎の埋
め込みデータに対応したインパルス列とにより構成され
るインパルス応答関数を作成するインパルス応答作成部
と、前記埋め込み側フレーム分割部の出力信号である１
フレーム分のディジタル音響信号と前記インパルス応答
関数とを畳み込み演算して、前記Ｎビットの埋め込みデ
ータを埋め込んだ１フレーム分のディジタル音響信号を
作成する畳み込み演算部と、前記Ｎビットの埋め込みデ
ータを埋め込んだ１フレーム分のディジタル音響信号を
時間軸上で順次合成して、埋め込みデータを埋め込んだ
一連のディジタル音響信号を出力する埋め込み側フレー
ム合成部とを少なくとも具えたことを特徴とするもので
ある。
【０００７】また、本発明音響信号へのデータ埋め込み
装置は、前記Ｎビットの埋め込みデータに対応したイン
パルス列に関して前記基本時間間隔の素数倍の素数は、
昇順に並べた素数を“１”から順次にＮ個を選択した素
数であることを特徴とするものである。
装置は、前記Ｎビットの埋め込みデータに対応したイン
パルス列に関して前記基本時間間隔の素数倍の素数は、
昇順に並べた素数を“１”から順次にＮ個を選択した素
数であることを特徴とするものである。
【０００８】また、本発明音響信号からのデータ抽出装
置は、音響信号へのデータ埋め込み装置によって埋め込
まれたデータを、音響信号から抽出するデータ抽出装置
において、前記埋め込みデータを埋め込んだ一連のディ
ジタル音響信号と原ディジタル音響信号との相互相関が
最大となるタイミングを検出する同期部と、前記検出し
たタイミングを基準として前記埋め込みデータを埋め込
んだ一連のディジタル音響信号と原ディジタル音響信号
との同期をとりながら、データ埋め込み時のフレーム分
割情報に基づきデータ埋め込み時と同一のフレーム構成
になるように、前記埋め込みデータを埋め込んだ一連の
ディジタル音響信号と原ディジタル音響信号とを各別に
予め定められた一定時間長のフレームに順次分割する抽
出側フレーム分割部と、１フレーム分の原ディジタル音
響信号およびそれに対応する１フレーム分の前記埋め込
みデータを埋め込んだディジタル音響信号を対象に、ク
ロススペクトル法を用いて前記埋め込みデータに対応す
るインパルス応答関数を抽出して、データ埋め込み時の
埋め込みデータとインパルス応答関数の対応情報に基づ
き前記抽出したインパルス応答関数を１フレーム分の埋
め込みデータに逆変換する埋め込みデータ抽出部とを少
なくとも具えたことを特徴とするものである。
置は、音響信号へのデータ埋め込み装置によって埋め込
まれたデータを、音響信号から抽出するデータ抽出装置
において、前記埋め込みデータを埋め込んだ一連のディ
ジタル音響信号と原ディジタル音響信号との相互相関が
最大となるタイミングを検出する同期部と、前記検出し
たタイミングを基準として前記埋め込みデータを埋め込
んだ一連のディジタル音響信号と原ディジタル音響信号
との同期をとりながら、データ埋め込み時のフレーム分
割情報に基づきデータ埋め込み時と同一のフレーム構成
になるように、前記埋め込みデータを埋め込んだ一連の
ディジタル音響信号と原ディジタル音響信号とを各別に
予め定められた一定時間長のフレームに順次分割する抽
出側フレーム分割部と、１フレーム分の原ディジタル音
響信号およびそれに対応する１フレーム分の前記埋め込
みデータを埋め込んだディジタル音響信号を対象に、ク
ロススペクトル法を用いて前記埋め込みデータに対応す
るインパルス応答関数を抽出して、データ埋め込み時の
埋め込みデータとインパルス応答関数の対応情報に基づ
き前記抽出したインパルス応答関数を１フレーム分の埋
め込みデータに逆変換する埋め込みデータ抽出部とを少
なくとも具えたことを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照し、発明の
実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。図１
は、本発明による音響信号へのデータ埋め込み装置の一
実施形態をブロック図にて示している。図１において、
１は埋め込み側フレーム分割部、２はＮビット分割部、
３はインパルス応答作成部、４は畳み込み演算部、およ
び５は埋め込み側フレーム合成部である。
実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。図１
は、本発明による音響信号へのデータ埋め込み装置の一
実施形態をブロック図にて示している。図１において、
１は埋め込み側フレーム分割部、２はＮビット分割部、
３はインパルス応答作成部、４は畳み込み演算部、およ
び５は埋め込み側フレーム合成部である。
【００１０】動作につき説明する。まず、ディジタル音
響信号を、埋め込み側フレーム分割部１で一定時間長
（例えば、後述するように、抽出側で十分なパルス列の
推定が可能となる２〜３秒）のフレームに順次分割す
る。また、埋め込みデータ列を、Ｎビット分割部２で予
め設定したＮビット毎に分割し、次段のインパルス応答
作成部３で、分割されたＮビット毎にインパルス応答関
数を作成する。このインパルス応答関数は、遅れ時間０
で振幅１の原ディジタル音響信号に対応した１つのイン
パルスと、そのインパルスからの遅れ時間がそれぞれ予
め定められた〔基本時間間隔〕×〔素数〕であって予め
定められた振幅をもつ０〜Ｎ個のパルスからなるＮビッ
トの埋め込みデータに対応したインパルス列とにより構
成される。
響信号を、埋め込み側フレーム分割部１で一定時間長
（例えば、後述するように、抽出側で十分なパルス列の
推定が可能となる２〜３秒）のフレームに順次分割す
る。また、埋め込みデータ列を、Ｎビット分割部２で予
め設定したＮビット毎に分割し、次段のインパルス応答
作成部３で、分割されたＮビット毎にインパルス応答関
数を作成する。このインパルス応答関数は、遅れ時間０
で振幅１の原ディジタル音響信号に対応した１つのイン
パルスと、そのインパルスからの遅れ時間がそれぞれ予
め定められた〔基本時間間隔〕×〔素数〕であって予め
定められた振幅をもつ０〜Ｎ個のパルスからなるＮビッ
トの埋め込みデータに対応したインパルス列とにより構
成される。
【００１１】図２（ａ）および（ｂ）は、埋め込みデー
タに対応するインパルス応答関数の２つの例を示してい
る。これらにおいては、ディジタル音響信号の１フレー
ムに埋め込む埋め込みデータのビット数Ｎを８〔ｂｉ
ｔ〕、基本時間間隔を１〔ｍｓ〕に設定している。基本
時間間隔が長すぎると作成したインパルス応答関数の全
体時間長が長くなり、聴感上聴き取りやすいエコーとな
り音質劣化を生じることがあるため、この程度に設定す
ることが望ましい。
タに対応するインパルス応答関数の２つの例を示してい
る。これらにおいては、ディジタル音響信号の１フレー
ムに埋め込む埋め込みデータのビット数Ｎを８〔ｂｉ
ｔ〕、基本時間間隔を１〔ｍｓ〕に設定している。基本
時間間隔が長すぎると作成したインパルス応答関数の全
体時間長が長くなり、聴感上聴き取りやすいエコーとな
り音質劣化を生じることがあるため、この程度に設定す
ることが望ましい。
【００１２】図２（ａ）は、８ビットの埋め込みデータ
がすべて１、すなわち（１，１，１，１，１，１，１，
１）の場合に作成されるインパルス応答関数を示してい
る。この基本となるインパルス応答関数は、図示のよう
に、原音響信号に対応する遅れ時間０、振幅１のインパ
ルスと、それぞれが埋め込みデータ１ビットずつに対応
する、遅れ時間１，３，５，７，１１，１３，１７，１
９ｍｓの位置の８個のパルスから構成される。埋め込み
データに対応するパルスの振幅は、この例では振幅を全
て等しく０．１としたが、抽出側で対応がとれてさえい
れば必ずしも等しく設定する必要はなく、それぞれを
０．０１〜０．１程度の範囲から選択することもでき
る。振幅の値の範囲は、大きく設定するほど耐性が高く
埋め込みデータの抽出は容易になるが、聴感上の音質劣
化が生じやすくなるため、この程度の範囲から選択する
ことが望ましい。
がすべて１、すなわち（１，１，１，１，１，１，１，
１）の場合に作成されるインパルス応答関数を示してい
る。この基本となるインパルス応答関数は、図示のよう
に、原音響信号に対応する遅れ時間０、振幅１のインパ
ルスと、それぞれが埋め込みデータ１ビットずつに対応
する、遅れ時間１，３，５，７，１１，１３，１７，１
９ｍｓの位置の８個のパルスから構成される。埋め込み
データに対応するパルスの振幅は、この例では振幅を全
て等しく０．１としたが、抽出側で対応がとれてさえい
れば必ずしも等しく設定する必要はなく、それぞれを
０．０１〜０．１程度の範囲から選択することもでき
る。振幅の値の範囲は、大きく設定するほど耐性が高く
埋め込みデータの抽出は容易になるが、聴感上の音質劣
化が生じやすくなるため、この程度の範囲から選択する
ことが望ましい。
【００１３】図２（ｂ）は、８ビットの埋め込みデータ
が（１，０，０，１，１，１，０，１）に対応するイン
パルス応答関数を示している。このように、図２（ａ）
の基本インパルス応答関数のうち、時刻１，３，５，
７，１１，１３，１７，１９ｍｓの位置の８個のパルス
について、埋め込みデータのｎ番目のビットの値が
“０”の場合にｎ番目のパルスの振幅を０とすることに
より、埋め込みデータの各ビット値とパルスの振幅とを
一対一に対応させて符号化する。ここでは埋め込みデー
タの２・３・７番目のビットの値を“０”としたため、
対応する時刻３・５・１７ｍｓの位置の（２・３・７番
目の）パルスの振幅が０となっている（図２参照）。
が（１，０，０，１，１，１，０，１）に対応するイン
パルス応答関数を示している。このように、図２（ａ）
の基本インパルス応答関数のうち、時刻１，３，５，
７，１１，１３，１７，１９ｍｓの位置の８個のパルス
について、埋め込みデータのｎ番目のビットの値が
“０”の場合にｎ番目のパルスの振幅を０とすることに
より、埋め込みデータの各ビット値とパルスの振幅とを
一対一に対応させて符号化する。ここでは埋め込みデー
タの２・３・７番目のビットの値を“０”としたため、
対応する時刻３・５・１７ｍｓの位置の（２・３・７番
目の）パルスの振幅が０となっている（図２参照）。
【００１４】なお、上記においては、埋め込みデータの
“１”と“０”をＮＲＺで表してパルスの有無に対応さ
せたが、これはまた、抽出側で対応がとれてさえいれ
ば、ＮＲＺＩで表してパルスの有無に対応させてもよ
く、また、パルスの有無ではなく振幅の大小に対応させ
てもよい。このように埋め込みデータとインパルス応答
関数との関係は、種々のバリエーションが可能である。
“１”と“０”をＮＲＺで表してパルスの有無に対応さ
せたが、これはまた、抽出側で対応がとれてさえいれ
ば、ＮＲＺＩで表してパルスの有無に対応させてもよ
く、また、パルスの有無ではなく振幅の大小に対応させ
てもよい。このように埋め込みデータとインパルス応答
関数との関係は、種々のバリエーションが可能である。
【００１５】要するに、分割されたＮビット毎の埋め込
みデータについて、遅れ時間０で振幅１の原ディジタル
音響信号に対応した１つのインパルスと、そのインパル
スからの遅れ時間がそれぞれ予め定められた基本時間間
隔の素数倍であって、予め定められた振幅をもつ０〜Ｎ
個のパルスからなる前記Ｎビットの埋め込みデータに対
応したインパルス列とにより構成されるインパルス応答
関数を作成するものであればよい。
みデータについて、遅れ時間０で振幅１の原ディジタル
音響信号に対応した１つのインパルスと、そのインパル
スからの遅れ時間がそれぞれ予め定められた基本時間間
隔の素数倍であって、予め定められた振幅をもつ０〜Ｎ
個のパルスからなる前記Ｎビットの埋め込みデータに対
応したインパルス列とにより構成されるインパルス応答
関数を作成するものであればよい。
【００１６】図１に示す畳み込み演算部４においては、
インパルス応答作成部３で埋め込みデータを符号化して
作成したインパルス応答関数と、埋め込み側フレーム分
割部１で分割したフレーム毎のディジタル音響信号とを
対象に畳み込み演算を行い、埋め込みデータを埋め込ん
だ音響信号を作成して出力する。
インパルス応答作成部３で埋め込みデータを符号化して
作成したインパルス応答関数と、埋め込み側フレーム分
割部１で分割したフレーム毎のディジタル音響信号とを
対象に畳み込み演算を行い、埋め込みデータを埋め込ん
だ音響信号を作成して出力する。
【００１７】以上のように、本発明においては、フレー
ム毎のディジタル音響信号に埋め込みデータを埋め込む
ようにしているので、それら埋め込みデータを相互に異
なるものとすることにより、全体では、フレーム数×Ｎ
ビットの独立した情報を埋め込むことができる。
ム毎のディジタル音響信号に埋め込みデータを埋め込む
ようにしているので、それら埋め込みデータを相互に異
なるものとすることにより、全体では、フレーム数×Ｎ
ビットの独立した情報を埋め込むことができる。
【００１８】最後に、畳み込み演算部４から得られるＮ
ビットの埋め込みデータを埋め込んだ１フレーム分のデ
ィジタル音響信号を、フレーム合成部５において、時間
軸上で順次合成して（連続信号にすること）埋め込みデ
ータを埋め込んだ一連のディジタル音響信号にして出力
する。
ビットの埋め込みデータを埋め込んだ１フレーム分のデ
ィジタル音響信号を、フレーム合成部５において、時間
軸上で順次合成して（連続信号にすること）埋め込みデ
ータを埋め込んだ一連のディジタル音響信号にして出力
する。
【００１９】また、埋め込み側において埋め込みデータ
を埋め込む処理は、データ抽出側で埋め込んだデータを
抽出する確率を向上させるため、および、音響信号の一
部のみの不正使用に対する電子透かしの耐性を向上させ
るためにも繰り返し行うことが望ましい。この埋め込み
処理の繰り返しについて言えば、本発明では、例えば、
埋め込みデータの総数が８０ビットでＮ＝８とすると、
３秒／１フレームの場合、３０秒間で全埋め込みデータ
を埋め込むことが可能となり、従って、原音響信号の３
０秒毎に全埋め込みデータを繰り返して埋め込むことが
可能である。しかし、この繰り返し埋め込むことについ
ては本発明の本質に関わる部分ではないので、その詳細
な説明は省略する。
を埋め込む処理は、データ抽出側で埋め込んだデータを
抽出する確率を向上させるため、および、音響信号の一
部のみの不正使用に対する電子透かしの耐性を向上させ
るためにも繰り返し行うことが望ましい。この埋め込み
処理の繰り返しについて言えば、本発明では、例えば、
埋め込みデータの総数が８０ビットでＮ＝８とすると、
３秒／１フレームの場合、３０秒間で全埋め込みデータ
を埋め込むことが可能となり、従って、原音響信号の３
０秒毎に全埋め込みデータを繰り返して埋め込むことが
可能である。しかし、この繰り返し埋め込むことについ
ては本発明の本質に関わる部分ではないので、その詳細
な説明は省略する。
【００２０】次に、埋め込み側で埋め込んだデータを抽
出側で抽出する本発明による音響信号からのデータ抽出
装置について説明する。図３は、本発明による音響信号
からのデータ抽出装置の一実施形態をブロック図にて示
している。図３において、６は同期部、７は抽出側フレ
ーム分割部Ｉ、８は抽出側フレーム分割部II、および９
は埋め込みデータ抽出部である。
出側で抽出する本発明による音響信号からのデータ抽出
装置について説明する。図３は、本発明による音響信号
からのデータ抽出装置の一実施形態をブロック図にて示
している。図３において、６は同期部、７は抽出側フレ
ーム分割部Ｉ、８は抽出側フレーム分割部II、および９
は埋め込みデータ抽出部である。
【００２１】動作につき説明する。本発明による音響信
号からのデータ抽出装置は、埋め込みデータの抽出側に
おいて、データの埋め込みが行われた装置を特定できる
ようにするなどの目的をもって、もとの音響信号（埋め
込みデータが埋め込まれていない原音響信号）を有する
者のみが埋め込みデータの抽出を可能とするものである
から、埋め込みデータ抽出側には、原音響信号が存在す
ることが前提となっている。
号からのデータ抽出装置は、埋め込みデータの抽出側に
おいて、データの埋め込みが行われた装置を特定できる
ようにするなどの目的をもって、もとの音響信号（埋め
込みデータが埋め込まれていない原音響信号）を有する
者のみが埋め込みデータの抽出を可能とするものである
から、埋め込みデータ抽出側には、原音響信号が存在す
ることが前提となっている。
【００２２】図３において、同期部６は、埋め込みデー
タを埋め込んだディジタル音響信号と原ディジタル音響
信号とが供給され、それら供給された両信号間の相互相
関を求め、波形を比較して大まかなタイミングをとり、
さらに両信号の時間差を細かく変化させて求めた相互相
関の結果から両信号間の相互相関が最大となるタイミン
グを検出する。
タを埋め込んだディジタル音響信号と原ディジタル音響
信号とが供給され、それら供給された両信号間の相互相
関を求め、波形を比較して大まかなタイミングをとり、
さらに両信号の時間差を細かく変化させて求めた相互相
関の結果から両信号間の相互相関が最大となるタイミン
グを検出する。
【００２３】次に、同期部６で検出したタイミングを基
準として埋め込みデータを埋め込んだ一連のディジタル
音響信号と原ディジタル音響信号との同期をとりなが
ら、データ埋め込み時のフレーム分割情報に基づきデー
タ埋め込み時と同一のフレーム構成となるように、埋め
込みデータを埋め込んだ一連のディジタル音響信号と原
ディジタル音響信号をそれぞれ符号７および８にて示す
抽出側フレーム分割部ＩおよびIIにおいて各別に予め定
められた一定時間長のフレームに順次分割する。
準として埋め込みデータを埋め込んだ一連のディジタル
音響信号と原ディジタル音響信号との同期をとりなが
ら、データ埋め込み時のフレーム分割情報に基づきデー
タ埋め込み時と同一のフレーム構成となるように、埋め
込みデータを埋め込んだ一連のディジタル音響信号と原
ディジタル音響信号をそれぞれ符号７および８にて示す
抽出側フレーム分割部ＩおよびIIにおいて各別に予め定
められた一定時間長のフレームに順次分割する。
【００２４】それぞれ抽出側フレーム分割部ＩおよびII
（７および８にて示す）から得られた、各一定時間長の
埋め込みデータを埋め込んだディジタル音響信号と原デ
ィジタル音響信号とが埋め込みデータ抽出部９に供給さ
れ、１フレーム分の原ディジタル音響信号およびそれに
対応する１フレーム分の上記埋め込みデータを埋め込ん
だディジタル音響信号を対象に、以下に説明するクロス
スペクトル法を用いて埋め込みデータに対応するインパ
ルス応答関数を抽出して、データ埋め込み時の埋め込み
データとインパルス応答関数の対応情報に基づき、抽出
したインパルス応答関数を１フレーム分の埋め込みデー
タに逆変換して出力する。
（７および８にて示す）から得られた、各一定時間長の
埋め込みデータを埋め込んだディジタル音響信号と原デ
ィジタル音響信号とが埋め込みデータ抽出部９に供給さ
れ、１フレーム分の原ディジタル音響信号およびそれに
対応する１フレーム分の上記埋め込みデータを埋め込ん
だディジタル音響信号を対象に、以下に説明するクロス
スペクトル法を用いて埋め込みデータに対応するインパ
ルス応答関数を抽出して、データ埋め込み時の埋め込み
データとインパルス応答関数の対応情報に基づき、抽出
したインパルス応答関数を１フレーム分の埋め込みデー
タに逆変換して出力する。
【００２５】以下に、クロススペクトル法を用いて埋め
込みデータを推定する方法について述べる。フレーム内
の原音響信号ｘ（ｎ）と、この信号に合成パルス列（埋
め込みデータ）ｄ（ｎ）を畳み込んだ埋め込み音響信号
ｙ（ｎ）の２つの信号を用いることにより、次の（１）
〜（８）式から合成パルス列を統計的に推定する。 ｙ（ｎ）＝ｄ（ｎ）＊ｘ（ｎ） （１） ｘi （ｎ）＝ｘ((ｉ−１）Ｌ＋ｎ), ｎ＝１，２，----，Ｍ （２） ｙi （ｎ）＝ｙ((ｉ−１）Ｌ＋ｎ), ｎ＝１，２，----，Ｍ （３） Ｘi （ｋ）＝ＦＦＴ〔ｗ（ｎ）ｘi （ｎ）〕 （４） Ｙi （ｋ）＝ＦＦＴ〔ｗ（ｎ）ｙi （ｎ）〕 （５） Ｓｘｘ（ｋ）＝ΣＸi （ｋ）Ｘi （ｋ） （６） Ｓｘｙ（ｋ）＝ΣＸi （ｋ）Ｙi （ｋ） （７） ｈ（ｎ）＝ＩＦＦＴ〔Ｓｘｙ（ｋ）／Ｓｘｘ（ｋ）〕 （８） 上記で＊は畳み込み積分を表し、 は複素共役を表す。
込みデータを推定する方法について述べる。フレーム内
の原音響信号ｘ（ｎ）と、この信号に合成パルス列（埋
め込みデータ）ｄ（ｎ）を畳み込んだ埋め込み音響信号
ｙ（ｎ）の２つの信号を用いることにより、次の（１）
〜（８）式から合成パルス列を統計的に推定する。 ｙ（ｎ）＝ｄ（ｎ）＊ｘ（ｎ） （１） ｘi （ｎ）＝ｘ((ｉ−１）Ｌ＋ｎ), ｎ＝１，２，----，Ｍ （２） ｙi （ｎ）＝ｙ((ｉ−１）Ｌ＋ｎ), ｎ＝１，２，----，Ｍ （３） Ｘi （ｋ）＝ＦＦＴ〔ｗ（ｎ）ｘi （ｎ）〕 （４） Ｙi （ｋ）＝ＦＦＴ〔ｗ（ｎ）ｙi （ｎ）〕 （５） Ｓｘｘ（ｋ）＝ΣＸi （ｋ）Ｘi （ｋ） （６） Ｓｘｙ（ｋ）＝ΣＸi （ｋ）Ｙi （ｋ） （７） ｈ（ｎ）＝ＩＦＦＴ〔Ｓｘｙ（ｋ）／Ｓｘｘ（ｋ）〕 （８） 上記で＊は畳み込み積分を表し、 は複素共役を表す。
【００２６】また、上式においては、フレーム内に１ブ
ロックＭ点（ブロック長Ｍ）から構成されるブロック信
号ｘ（ｎ）とｙ（ｎ）を定義し、そのブロック信号をフ
レーム先頭からＬ点ずつシフトした第ｉ番目のブロック
の２つの信号を上記（２）、（３）式のようにｘ
i （ｎ），ｙi （ｎ）とする。第ｉ番目のブロック信号
はブロック両端の回り込み現象を低減するために、
（４）、（５）式のようにハミング窓等の重み付けｗ
（ｎ）を行う。
ロックＭ点（ブロック長Ｍ）から構成されるブロック信
号ｘ（ｎ）とｙ（ｎ）を定義し、そのブロック信号をフ
レーム先頭からＬ点ずつシフトした第ｉ番目のブロック
の２つの信号を上記（２）、（３）式のようにｘ
i （ｎ），ｙi （ｎ）とする。第ｉ番目のブロック信号
はブロック両端の回り込み現象を低減するために、
（４）、（５）式のようにハミング窓等の重み付けｗ
（ｎ）を行う。
【００２７】さらに、（６）式、（７）式のＳｘｘ、Ｓ
ｘｙはそれぞれ原音響信号の平均パワースペクトル、原
音響信号と埋め込み音響信号の平均クロスパワースペク
トルを表す。また、（８）式のｈ（ｎ）は原合成パルス
列ｄ（ｎ）を近似する推定パルス列である。ここで、平
均回数をＰとすると、（８）式の推定のために必要なデ
ータ数は、((Ｐ−１）Ｌ＋Ｍ）点である。
ｘｙはそれぞれ原音響信号の平均パワースペクトル、原
音響信号と埋め込み音響信号の平均クロスパワースペク
トルを表す。また、（８）式のｈ（ｎ）は原合成パルス
列ｄ（ｎ）を近似する推定パルス列である。ここで、平
均回数をＰとすると、（８）式の推定のために必要なデ
ータ数は、((Ｐ−１）Ｌ＋Ｍ）点である。
【００２８】いま、一例として、音響信号が女性スピー
チの場合について、原音響信号および埋め込みデータを
埋め込んだ音響信号の波形をそれぞれ図４（ａ）および
（ｂ）に示す。本例の場合、図４（ｂ）のデータを埋め
込んだ音響信号は、図４（ａ）の原音響信号に図２
（ｂ）に示す合成パルス列を畳み込んで作成したもので
ある。
チの場合について、原音響信号および埋め込みデータを
埋め込んだ音響信号の波形をそれぞれ図４（ａ）および
（ｂ）に示す。本例の場合、図４（ｂ）のデータを埋め
込んだ音響信号は、図４（ａ）の原音響信号に図２
（ｂ）に示す合成パルス列を畳み込んで作成したもので
ある。
【００２９】図４（ａ）および（ｂ）に示す信号に、ブ
ロック長Ｍ＝１６３８４点、シフト長Ｌ＝１０２４点、
平均回数Ｐ＝５０回としてクロススペクトル法を適用
し、埋め込みデータを推定した結果を図５に示す。ここ
で、推定結果に対し推定誤差を評価する尺度として、抽
出された埋め込みデータの正確さの指標である次式のＳ
ＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）
を定義する。 ＳＮＲm ＝１０ｌｏｇ（Σｄ2 （ｎ）／Σ（ｄ（ｎ）−ｈm （ｎ))2) （９） （９）式において、ｈm （ｎ）はｍ番目のフレームに対
して推定されたインパルス応答関数を表している。上述
した女性スピーチの例についてシミュレーションを行っ
た結果から、抽出処理の平均繰り返し回数とＳＮＲの関
係を図６に示す。図６から、ほぼ５０回抽出処理を行っ
て平均すると安定したＳＮＲが得られることが分かる。
ロック長Ｍ＝１６３８４点、シフト長Ｌ＝１０２４点、
平均回数Ｐ＝５０回としてクロススペクトル法を適用
し、埋め込みデータを推定した結果を図５に示す。ここ
で、推定結果に対し推定誤差を評価する尺度として、抽
出された埋め込みデータの正確さの指標である次式のＳ
ＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）
を定義する。 ＳＮＲm ＝１０ｌｏｇ（Σｄ2 （ｎ）／Σ（ｄ（ｎ）−ｈm （ｎ))2) （９） （９）式において、ｈm （ｎ）はｍ番目のフレームに対
して推定されたインパルス応答関数を表している。上述
した女性スピーチの例についてシミュレーションを行っ
た結果から、抽出処理の平均繰り返し回数とＳＮＲの関
係を図６に示す。図６から、ほぼ５０回抽出処理を行っ
て平均すると安定したＳＮＲが得られることが分かる。
【００３０】従って、サンプリング周波数４８ｋＨｚの
場合、安定した推定値が得られるまでに必要なデータ数
は、約１．４秒（（５０−１）×１０２４＋１６３８４
＝６６５６０点）となる。よって、２〜３秒の１フレー
ム内でパルス列の推定が十分可能である。ここで例示し
た女性スピーチ以外の音響信号を用いた場合でも、女性
スピーチを用いた場合とほぼ同等の推定精度でパルス列
の検出が可能である。
場合、安定した推定値が得られるまでに必要なデータ数
は、約１．４秒（（５０−１）×１０２４＋１６３８４
＝６６５６０点）となる。よって、２〜３秒の１フレー
ム内でパルス列の推定が十分可能である。ここで例示し
た女性スピーチ以外の音響信号を用いた場合でも、女性
スピーチを用いた場合とほぼ同等の推定精度でパルス列
の検出が可能である。
【００３１】埋め込みデータ抽出部９における埋め込み
データの抽出は、抽出したインパルス応答関数の原音響
信号に対応するパルスの遅れ時間を０として、遅れ時間
が〔基本時間間隔〕×〔素数〕に設定した埋め込みデー
タに対応する遅れ時間パルスが存在するか否かを検討し
て行う。例えば、推定結果が図５に示される場合、検出
された８ビットの埋め込みデータは（１，０，０，１，
１，１，０，１）となる。そして、この検出された８ビ
ットの埋め込みデータをフレーム単位で時間軸方向に順
次に合成することにより全埋め込みデータ列を再現する
ことができる。
データの抽出は、抽出したインパルス応答関数の原音響
信号に対応するパルスの遅れ時間を０として、遅れ時間
が〔基本時間間隔〕×〔素数〕に設定した埋め込みデー
タに対応する遅れ時間パルスが存在するか否かを検討し
て行う。例えば、推定結果が図５に示される場合、検出
された８ビットの埋め込みデータは（１，０，０，１，
１，１，０，１）となる。そして、この検出された８ビ
ットの埋め込みデータをフレーム単位で時間軸方向に順
次に合成することにより全埋め込みデータ列を再現する
ことができる。
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば、埋め込み側でインパル
ス応答関数を作成するにあたって、遅れ時間が〔基本時
間間隔〕×〔素数〕となるように合成パルス列を構成す
ることにより、特定の周波数で生じる振幅のピーク、デ
ィップを軽減することができ、原音響信号と作成したイ
ンパルス応答関数を畳み込んで埋め込み信号を生成して
も、埋め込みデータを埋め込んだ音響信号を原音響信号
と聴感上差が生じにくくすることが可能となる。
ス応答関数を作成するにあたって、遅れ時間が〔基本時
間間隔〕×〔素数〕となるように合成パルス列を構成す
ることにより、特定の周波数で生じる振幅のピーク、デ
ィップを軽減することができ、原音響信号と作成したイ
ンパルス応答関数を畳み込んで埋め込み信号を生成して
も、埋め込みデータを埋め込んだ音響信号を原音響信号
と聴感上差が生じにくくすることが可能となる。
【００３３】また、人間の聴覚は時間軸方向に積分特性
をもつため、本発明によれば、作成したインパルス応答
関数と原音響信号とを畳み込んで作成した埋め込み音響
信号においては、聴感上エコーが聞こえにくく、原音響
信号との差が検知されにくい。また、本発明では、デー
タを埋め込む前の信号と、データを埋め込んだ信号の両
者を用いて、埋め込みデータの抽出を行っているため、
原信号を持たない第３者により埋め込みデータが抽出さ
れる可能性はほとんどなく、一方、データを埋め込んだ
権利者は比較的簡単な処理により埋め込んだデータの抽
出を行うことが可能となる。
をもつため、本発明によれば、作成したインパルス応答
関数と原音響信号とを畳み込んで作成した埋め込み音響
信号においては、聴感上エコーが聞こえにくく、原音響
信号との差が検知されにくい。また、本発明では、デー
タを埋め込む前の信号と、データを埋め込んだ信号の両
者を用いて、埋め込みデータの抽出を行っているため、
原信号を持たない第３者により埋め込みデータが抽出さ
れる可能性はほとんどなく、一方、データを埋め込んだ
権利者は比較的簡単な処理により埋め込んだデータの抽
出を行うことが可能となる。
【００３４】また、本発明によれば、抽出の際に平均化
処理を行うことから、伝送中のランダムに発生する雑音
の混入等に対して耐性を有している。信号の特定のビッ
ト等に対して改ざんが加えられた場合にも、埋め込み側
で分割したフレーム単位で繰り返し処理を行うため、原
信号と比較して明らかに音質が劣化する程度の改ざんで
ない限り耐性を有しているものと考えられる。
処理を行うことから、伝送中のランダムに発生する雑音
の混入等に対して耐性を有している。信号の特定のビッ
ト等に対して改ざんが加えられた場合にも、埋め込み側
で分割したフレーム単位で繰り返し処理を行うため、原
信号と比較して明らかに音質が劣化する程度の改ざんで
ない限り耐性を有しているものと考えられる。
【図１】本発明による音響信号へのデータ埋め込み装置
の一実施形態をブロック図にて示している。
の一実施形態をブロック図にて示している。
【図２】埋め込みデータに対応するインパルス応答関数
の２つの例を示している。
の２つの例を示している。
【図３】本発明による音響信号からのデータ抽出装置の
一実施形態をブロック図にて示している。
一実施形態をブロック図にて示している。
【図４】原音響信号（ａ）および埋め込みデータを埋め
込んだ音響信号（ｂ）の波形の一例を示している。
込んだ音響信号（ｂ）の波形の一例を示している。
【図５】図４（ａ）および（ｂ）に示す信号に、クロス
スペクトル法を適用して埋め込んだデータを推定した推
定結果を示している。
スペクトル法を適用して埋め込んだデータを推定した推
定結果を示している。
【図６】抽出処理の平均繰り返し回数とＳＮＲの関係を
示している。
示している。
１ 埋め込み側フレーム分割部 ２ Ｎビット分割部 ３ インパルス応答作成部 ４ 畳み込み演算部 ５ 埋め込み側フレーム合成部 ６ 同期部 ７ 抽出側フレーム分割部Ｉ ８ 抽出側フレーム分割部II ９ 埋め込みデータ抽出部
Claims (3)
- 【請求項１】 入力ディジタル音響信号に埋め込みデー
タを埋め込む音響信号へのデータ埋め込装置において、 前記ディジタル音響信号を一定時間長のフレームに順次
分割する埋め込み側フレーム分割部と、 前記埋め込みデータを予め設定したＮビット毎に分割す
るＮビット分割部と、 該分割されたＮビット毎の埋め込みデータについて、遅
れ時間０で振幅１の原ディジタル音響信号に対応した１
つのインパルスと、そのインパルスからの遅れ時間がそ
れぞれ予め定められた基本時間間隔の素数倍であって予
め定められた振幅をもつ０〜Ｎ個のパルスからなる前記
Ｎビット毎の埋め込みデータに対応したインパルス列と
により構成されるインパルス応答関数を作成するインパ
ルス応答作成部と、 前記埋め込み側フレーム分割部の出力信号である１フレ
ーム分のディジタル音響信号と前記インパルス応答関数
とを畳み込み演算して、前記Ｎビットの埋め込みデータ
を埋め込んだ１フレーム分のディジタル音響信号を作成
する畳み込み演算部と、 前記Ｎビットの埋め込みデータを埋め込んだ１フレーム
分のディジタル音響信号を時間軸上で順次合成して、埋
め込みデータを埋め込んだ一連のディジタル音響信号を
出力する埋め込み側フレーム合成部とを少なくとも具え
たことを特徴とする音響信号へのデータ埋め込み装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の音響信号へのデータ埋め
込み装置において、前記Ｎビットの埋め込みデータに対
応したインパルス列に関して前記基本時間間隔の素数倍
の素数は、昇順に並べた素数を“１”から順次にＮ個を
選択した素数であることを特徴とする音響信号へのデー
タ埋め込み装置。 - 【請求項３】 請求項１記載の音響信号へのデータ埋め
込み装置によって埋め込まれたデータを、音響信号から
抽出するデータ抽出装置において、 前記埋め込みデータを埋め込んだ一連のディジタル音響
信号と原ディジタル音響信号との相互相関が最大となる
タイミングを検出する同期部と、 前記検出したタイミングを基準として前記埋め込みデー
タを埋め込んだ一連のディジタル音響信号と原ディジタ
ル音響信号との同期をとりながら、データ埋め込み時の
フレーム分割情報に基づきデータ埋め込み時と同一のフ
レーム構成になるように、前記埋め込みデータを埋め込
んだ一連のディジタル音響信号と原ディジタル音響信号
とを各別に予め定められた一定時間長のフレームに順次
分割する抽出側フレーム分割部と、 １フレーム分の原ディジタル音響信号およびそれに対応
する１フレーム分の前記埋め込みデータを埋め込んだデ
ィジタル音響信号を対象に、クロススペクトル法を用い
て前記埋め込みデータに対応するインパルス応答関数を
抽出して、データ埋め込み時の埋め込みデータとインパ
ルス応答関数の対応情報に基づき前記抽出したインパル
ス応答関数を１フレーム分の埋め込みデータに逆変換す
る埋め込みデータ抽出部とを少なくとも具えたことを特
徴とする音響信号からのデータ抽出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10260761A JP2000089796A (ja) | 1998-09-16 | 1998-09-16 | 音響信号へのデータ埋め込み装置およびデータ抽出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10260761A JP2000089796A (ja) | 1998-09-16 | 1998-09-16 | 音響信号へのデータ埋め込み装置およびデータ抽出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000089796A true JP2000089796A (ja) | 2000-03-31 |
Family
ID=17352372
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10260761A Withdrawn JP2000089796A (ja) | 1998-09-16 | 1998-09-16 | 音響信号へのデータ埋め込み装置およびデータ抽出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000089796A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002054381A1 (fr) * | 2000-12-28 | 2002-07-11 | Sony Corporation | Support d'enregistrement, appareil et procede d'enregistrement de support, procede de commande de sortie de signal d'information, appareil de reproduction de support d'enregistrement, procede d'emission de signal, et donnees de contenu |
| US6526385B1 (en) | 1998-09-29 | 2003-02-25 | International Business Machines Corporation | System for embedding additional information in audio data |
| JP2005506570A (ja) * | 2001-10-17 | 2005-03-03 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 信号中の補助情報を符号化するシステム |
| JP2010008876A (ja) * | 2008-06-30 | 2010-01-14 | Yamaha Corp | キャリア信号から電子透かし情報を抽出する装置、方法およびプログラム |
-
1998
- 1998-09-16 JP JP10260761A patent/JP2000089796A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6526385B1 (en) | 1998-09-29 | 2003-02-25 | International Business Machines Corporation | System for embedding additional information in audio data |
| WO2002054381A1 (fr) * | 2000-12-28 | 2002-07-11 | Sony Corporation | Support d'enregistrement, appareil et procede d'enregistrement de support, procede de commande de sortie de signal d'information, appareil de reproduction de support d'enregistrement, procede d'emission de signal, et donnees de contenu |
| JP2005506570A (ja) * | 2001-10-17 | 2005-03-03 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 信号中の補助情報を符号化するシステム |
| JP2010008876A (ja) * | 2008-06-30 | 2010-01-14 | Yamaha Corp | キャリア信号から電子透かし情報を抽出する装置、方法およびプログラム |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060110 |