JP2000516074A - 電子透かし検出方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 近年開発されたコピー保護方法はマルチメディアの内容をコピーし得るか否かを判定する電子透かし検出器に依存している。かかるコピー保護計画では、電子透かし検出器によってマルチメディアの内容を検査し、電子透かしが存在するか否かを示す信号（Ｄ）を出力する。既知の電子透かし検出器は、電子透かしがどの程度に存在すかを示す決定変数（ｙ）、例えば、入力信号と検出すべき電子透かしの基準コピーとの間の相関量を決める。決定変数が所定スレシホルド（ｙ₂）以上となる際に電子透かしが検出される。かかる検出器は本願発明で記載された侵害を受けやすい。上述した電子透かし検出器は侵害者が行なう仕事が数倍も増えるようになる。この目的のために、電子透かし検出器によってスレシホルド（ｙ₂）および他のスレシホルド（ｙ₁）間の決定値（ｙ）の所定範囲に対してランダム出力信号を発生する。

Description

【発明の詳細な説明】 電子透かし検出方法および装置発明の技術分野 本発明は情報信号に埋め込まれた電子透かしを検出する方法および装置に関す るものである。さらに、本発明は埋め込まれた電子透かしを有する情報信号を除 去する方法に関するものである。発明の背景 電子透かしは、マルチメディア材料、例えばオーディオ、静止画、アニメーシ ョン、またはビデオのような情報信号に埋め込まれた認知可能な不可視メッセー ジである。この電子透かしは情報のコピーライトの所有権を識別するために用い ることができる。これら電子透かしによってコピーライトの所有者は彼の電子透 かしがそのコピーに存在するか否かを監視することによって彼の材料の不法なコ ピーを追跡することができる。 電子透かしは信号のデータサンプル（例えば、オーディオ信号のオーディオサ ンプル、画像の画素、変換−符号化信号の変換係数等）を修正してオリジナルが 認知可能な影響を受けないようにして情報信号に埋込むものである。電子透かし の種々の方法は従来既知である。例えば、オリジナル画像の画素は２進電子透か しパターンの関連するビットに従って僅かに増大または減少する。 情報信号が埋込まれた電子透かしを有するか否かを検出するために、信号に統 計解析を施す。統計解析によって以下“決定変数”と称されるパラメータを発生 し、この決定変数により電子透かしが信号にどの程度に存在するかを示す。例え ば、電子透かしパターンに従って画素を増減することによって画像信号を電子透 かし処理する場合には、決定変数は信号および電子透かしの適用された基準コピ ー間の相関量とすることができる。選択された画素を修正することによって画像 を電子透かし処理する場合には、この画素に対する予測を一時的なまたは空間的 な隣接画素から計算することができる。従って決定変数はその予測とは充分に異 なる画素の数とすることができる。 従来の電子透かし検出器は“電子透かし存在”または“電子透かし不存在”を 出射スクリーン２進出力信号を発生する。これは決定変数と所定のスレシホルド とを比較することによって達成する。決定変数の値がスレシホルド以上になると 、電子透かしが信号に存在するものと見なす。家庭用レコーダのような消費者製 品では、電子透かし検出器は一般にタンパープルーフボックスとして実現されて いるため、侵害者は技術者の検出アルゴリズムでもなく、その実現パラメータで もない。しかし、侵害者は種々の入力信号の状態にもとで検出器の２進出力信号 を観察することによって電子透かしを除去することができる。発明の目的および概要 本発明の目的は侵害を受け難い電子透かしを検出する方法および装置を提供せ んとするにある。 この目的のために、本発明電子透かし検出方法は、情報信号に埋込まれた電子 透かしを検出するに当たり、電子透かしがこの情報信号にどの程度に存在するか を示す決定変数を決め；且つこの決定変数が所定のスレシホルド以上となる際に 電子透かしの検出を示す出力信号を発生するステップを具える電子透かし検出方 法において、前記スレシホルド以下の決定値に対し前記出力信号を任意に発生す るステップを具えることを特徴とする。 好適には、任意の出力信号は、前記所定のスレシホルドおよび他の所定のスレ シホルド間の決定値の範囲に対して発生させる。 本発明は、従来の電子透かし検出器が決定“電子透かし存在”または”電子透 かし不存在”間で鋭敏な遷移を呈すると云う認識を基として成したものである。 この特性によって侵害者は入力信号を繰返し修正するとともに検出器をスレシホ ルド近くで作動せしめる入力信号を見出すまで検出器の出力を観測することがで きる。斯くして遷移点を見出すと、電子透かし処理された信号に近似するも電子 透かし処理されたものと認識されない入力信号を発生させるのは困難である。検 出器の遷移点を任意抽出することにより、侵害者は各信号情報から少ない（また は少なくとも少ない信頼し得る）情報を得ることができる。 本発明の他の有利な例は従属請求の範囲に記載されている。図面の簡単な説明 図１は電子透かし埋込み器および電子透かし検出器を具える従来のシステムを 示す回路図である。 図２は図１に示されるシステムの作動を示す電子透かしパターンの説明図であ る。 図３は図１に示される従来の電子透かし検出器の作動を説明する波形図である 。 図４は図１に示される従来の電子透かし検出器を用いる電子透かし処理された 画像から電子透かしを除去する作動を示すフローチャートである。 図５は本発明電子透かし検出器の作動を示す波形図である。 図６−８は本発明電子透かし検出器の種々の例を示す回路図である。 図９は図７および８に示される電子透かし検出器の作動を示す波形図である。 図１０−１２は本発明電子透かし検出器のさらに他の例を示す回路図である。発明を実施するための最良の形態 本発明は、電子透かしが信号にどの程度存在するかを示す決定変数を、解析さ れる信号と検出すべき電子透かしの基準コピーとの間の相関の量とする電子透か し検出器に関して記載する。しかし、この記載は本発明をかかる例に限定するも のではない。 図１は電子透かし埋込み器１および電子透かし検出器２を具える従来のシステ ムを示す。電子透かし埋込み器は元の情報信号ｐおよび電子透かし信号を受信す る。情報信号ｐは８−ビット輝度画素値ｐ（ｎ）を有するデジタル化画像である ものとする。電子透かしｗは値ｗ（ｎ）＝１またはｗ（ｎ）＝−１の特定の２進 パターンであるものとする。かかる電子透かしパターンの例を図２に示す。電子 透かし埋込み器は入力画像の空間的に関連する画素に電子透かし値ｗ（ｎ）を加 える加算段１０を具える。これが画像の可視出現に悪影響を与えるものではない こと明らかである。これがため、埋込まれた電子透かしは知覚的に不可視となる 。 情報信号ｑは伝送または記憶後電子透かし検出器２に供給する。電子透かし検 出器は乗算段２１および加算回路２２を具え、これら回路２１、２２は双方で相 関回路を構成する。乗算段は情報信号ｑおよび電子透かしｗの基準コピーを受信 し、この電子透かしの受信信号ｑ内の存在を検出する必要がある。受信した画像 の画素値ｑ（ｎ）および基準電子透かしの関連値ｗ（ｎ）は個別に乗算し、次い で加算して入力信号ｑおよび電子透かしｗ間の相関量を表わす決定変数ｙを得る ようにする。数学的に表記すると、次式を得る。 ここに、Ｎは画素の総数である。 相関値ｙはスレシホルド値ｙ_thrと比較するために比較器２３に供給する。図 ３に示すように、この比較器によってｙ＞ｙ_thrの際に出力Ｄ＝１（電子透かし 存在）を発生し、ｙ＜ｙ_thrの際に出力Ｄ＝０（電子透かし不存在）を発生する 。電子透かしパターンｗおよびスレシホルド値ｙ_thrは検出器が偽の決定を頻繁 に行ない過ぎないように注意深く選定する。 上述した従来の電子透かし検出器を用いる電子透かし画像から電子透かしを除 去する方法を図４に示す作動のフローチャートにつき説明する。侵害者は決定“ 電子透かし存在”および“電子透かし不存在”間で鋭敏な遷移を有する任意の電 子透かし検出器に侵害を試みる。 第１ステップ１１では、テスト画像を除去すべき電子透かしの境界近くに発生 する。この時点では、発生した画像がオリジナル画像に類似しているか否かは問 題ではない。唯条件は、テスト画像のモニタ修正によって検出器を零または１か ら充分に相違する確率で、“電子透かし存在”または“電子透かし不存在”と応 答せしめることだけである。このテスト画像は検出器が“電子透かし不存在”に 応答するまで電子透かし処理された画像（ｙ＞＞ｙ_thr）を順次に改変すること により発生させることができる。一つの方法は、検出器が電子透かしの存在をレ ポートするに充分な程度に画像内のコントラストを徐々に減少させることにある 。他の方法は画像の多くの画素を灰色中間調で置換することにある。検出器が、 画素に電子透かしが存在しないと云う応答に電子透かしの観察からの遷移を行な う点でだる。さもないと、このステップが均一な灰色色調画像となることがあり 、かかる画像が電子透かしを含むと云うことを電子透かし検出器が苦情を云い得 ることは妥当ではない。 斯くして好適なテスト画像を見出すと、画像の一部分がステップ１２で修正さ れ、例えば、検出器が電子透かしを再び検出するまで特定の画素値を増減する。 これにより電子透かし埋込み器当該画素の値を修正する方法を洞察する。画像の 画素毎にステップ１２を繰返す。侵害者は、画素毎に実験する代わりに、画像の 直交修正、例えば離散余弦変換符号化画像のＤＣＴ係数を増減する修正の他の組 を用いることもできる。 検出器を感知する方法を知ることは各画素の修正を行なうことであり、検出器 に最も大きな影響を与える画素値の組合せはステップ１３で推測する。次いで、 ステップ１４で、この推測値を元の電子透かし処理された画像から差し引く。次 いで推測値λ倍を差引いて検出器により電子透かしが存在しないことをレポート する。このλは実験的に見出され、できるだけ良好とする。 上述した処理によって電子透かし処理されたものとして認識されないが、電子 透かし処理された画像に比較し、または元の電子透かし処理されない画像に比較 し、少数の歪を含むだけの新たな画像を発生する。この侵害によって電子透かし がＤＣＴ領域に埋込まれている場合には、等しく良好に作業する。電子透かし処 理アルゴリズムが非直線性素子または画像依存素子を含むことが疑われる場合に は処理を繰返すことができる。シミュレートされた焼なましを含む既知のシミュ レーション技術およびサーチ技術はこの対話式処理で利用することができる。 本発明電子透かし検出器はこの侵害に殆ど左右されなくなる。図５に示すよう に、決定変換ｙが所定の間隔ｙ₁＞ｙ＞ｙ₂である値を有する場合には、検出器に よって遷移点をＤ＝０（電子透かし不存在）からＤ＝１（電子透かし存在）にラ ンダム化する。供給された信号を僅かに修正することによって検出器がこの間隔 で作動するも（図４のステップ２）、侵害者に信頼し得るフィードバックを与え るものではない。従って、電子透かしは最早や推測され得ない。スレシホルドレ ベルｙ₁およびｙ₂間の距離が大きくなるにつれて検出器は侵害に影響を受け難く なる。 所望の特性を有する電子透かし検出器の種々の例は当業者によって容易に設計 することができる。端的な例を図６に示す。この例において、乗算段２１、加算 回路２２および比較器２３は図１に示すものと同一である。検出器は、相関値ｙ の量と、より低いスレシホルド値とを比較する他の比較器２４と、ランダム値Ｒ （０または１）を発生する疑似ランダム２進シーケンス（ＰＲＢＳ）発生器５と を具える。ＡＮＤ−ゲート２６およびＯＲ−ゲート２７を具える論理回路によっ て比較器の出力とランダム値Ｒとの双方を結合して以下の真理値テーブルに従っ て決定出力信号Ｄを得るようにする。 図６に示す例により、検出器がＤ＝１を発生することからＤ＝Ｒを発生するこ とに切換わる間隔端点ｙ＝ｙ₂は侵害者によって比較的容易に見出すことができ る。この間隔内でＤ＝０を発生する確率は５０％であるため、電子透かし画像に 徐々に影響を与えながらＤ＝０を最初に発生することは見出されたこの端点を有 する妥当な表示である。この問題を改善するために、電子透かし検出器の他の例 では、間隔ｙがスレシホルドｙ₂に近付くにつれて確率を（好適には平滑に）増 大して、間隔ｙ₁＜ｙ＜ｙ₂で出力信号Ｄを発生させるように配列する。 斯様に増大する確率機能を有する電子透かし検出器の例を図７に示す。本例で は検出器は減算器２８および次式に従って決定変数ｙを信号ｚに修正する乗算器 ２９で構成される算術演算回路を具える。 信号ｚは比較器２３に供給し、この比較器はランダム数灰色０によって発生さ れた０および１間の値を有するランダム数ｒを受ける。容易に理解され得るよう に、この検出器は相関ｙ＞ｙ₂およびｙ＜ｙ₁を有する画像に対して図６に示す検 出器として正確に作業する。しかし、相関の量がｙ₁およびｙ₂間にある（即ち、 ０＜ｚ＜１）場合には、比較器の出力信号Ｄはランダム数ｒの実際の値に依存す るため、Ｄ＝１を発生する確率は次式に従って直線的に増大する。 図８は本発明電子透かし検出器のさらに他の例を示す。この例では、０および ｙ₂−ｙ₁間のランダム数ｒ’るとともにこれを加算器３２によって決定値ｙに加 算する。次いで、信号ｙ＋ｒ’図９に示すように、比較器はｙ＜ｙ₁に対し出力 Ｄ＝０およびｙ＞ｙ₂に対し出力Ｄ＝１を常時発生するが、ｙ₁＜ｙ＜ｙ₂に対し ては０または１をランダムに発生する。ｙ₂よりも大きなｙ＋ｒ’（従ってＤ＝ １）の確率は、ｙ₁のすぐ上のｙの値に対して極めて小さく、且つｙ₂のすぐ下の ｙよりも極めて大きい。これがため、この例はｙが大きくなるにつれてＤ＝１を 発生する直線的に増大する確率を示す特性を固有に有する。この直線的確率曲線 を図９に記号９１で示す。 本発明者等は間隔ｙ₁＜ｙ＜ｙ₂で確率関数の最良の形状が次式で示すようにレ イズド余弦関数（または、これに類似している）であることを確かめた。 かかる確率曲線（図９に記号９２で示す）は、適当な数学的関数Ｆをランダム数 発生器３１の出力側に供給することにより得ることができる。図８においては、 この関数はランダム数発生器３１と加算器３２との間の変換回路３３によって達 成する。 同一の入力画像を電子透かし検出器の上述した例に繰返し供給するとともにこ れにより検出器がＤ＝０またはＤ＝１を発生する回数を計数することによって、 確率曲線のどの点で検出器が作動するかを侵害者に知らせるようにする。図１０ および１１はかかる欠点に煩わされないさらに改良された電子透かし検出器を示 す。こらの例において、ランダム数発生器はシード入力端子を有する型のものと する。このランダム数発生器によってこれが同一のシードを受ける場合にはいつ も同一のランダム数を発生する。シード入力は入力画像から取出すため、電子透 かし検出器によって同一の入力画像が供給される場合には、いつも同一の出力信 号Ｄを発生する。その結果、侵害者は同一の画像を繰返し供給することにより確 率曲線上における検出器の動作点に関する統計的な情報を得ることができない。 図１０に示す例では、受信入力画像ｑを数ビットの数に変換する回路３４によ ってシードを入力画像から取出す。この回路３４の関数は通常“ハッシュ”関数 と称される。次いで、シード（例えば、全ての画像画素値のモジュロ−Ｎ加算） をランダム数発生器３１に供給する。図１１に示す例では、相関回路（２１、２ ２）はハッシュ関数として作用する。決定値ｙ自体はランダム数発生器３１のシ ード入力端子に供給する。シードをランダム数発生器に供給することは図６およ び７に示す例にも適用し得ることはもちろんである。 シードの特徴を有する電子透かし検出器とシードの特徴を有さない電子透かし 検出器との間の相違を一例によって良好に説明する。シード特徴を有さない電子 透かし検出器に同一の入力画像を１００回供給することによってこの検出器は例 えば出力Ｄ＝１（電子透かし存在）を９０回、出力Ｄ＝０（電子透かし不存在） を１０回発生する。シード特徴を有する電子透かし検出器に同一の入力画像を１ ００回供給することによってこの検出器は同一の出力を１００回発生し、Ｄ＝１ の確率は９０％、Ｄ＝０の確率は１０％であった。後者の場合には侵害者は同一 の画像に対して電子透かしテストを再び繰返すことによっても統計的な情報を集 めることはできない。 （滑らかに増大する確率曲線、シードをハッシュ関数を経て供給する、および シードを決定変換自体により供給する等の）上述した特徴を組合せる場合には、 電子透かし検出器を特に侵害され得ないようにする。かかる例を図１２に示す。 電子透かし検出点のランダム化は決定変数ｙ（または、逆に廃棄された画素） を計算すると考えられる画素をランダムに選択することによって得ることもでき る。この目的のために、ランダムに選択された画像画素ｑ（ｎ）および関連する 電子透かし値ｗ（ｎ）を図１に示される相関回路２１、２２に供給する。例えば 、電子透かし処理された画像の画素の６０％を考慮し、画像が侵害者によって修 正されていない場合には、全ての画素を考慮する場合よりも決定値が少ないにも かかわらず、検出器はＤ＝１を発生する。しかし、画像の画素を修正する場合に は、決定値が減少し得、その結果、如何に多くの画素が修正されていたかに依存 し、 Ｄ＝０が発生するようになる。 本発明は、以下のように要約することができる。近年開発されたコピー保護方 法はマルチメディアの内容をコピーし得るか否かを判定する電子透かし検出器に 依存している。かかるコピー保護計画では、電子透かし検出器によってマルチメ ディアの内容を検査し、電子透かしが存在するか否かを示す信号（Ｄ）を出力す る。既知の電子透かし検出器は、電子透かしがどの程度に存在すかを示す決定変 数（ｙ）、例えば、入力信号と検出すべき電子透かしの基準コピーとの間の相関 量を決める。決定変数が所定スレシホルド（ｙ₂）以上となる際に電子透かしが 検出される。かかる検出器は本願発明で記載された侵害を受けやすい。 上述した電子透かし検出器は侵害者が行なう仕事が数倍も増えるようになる。 この目的のために、電子透かし検出器によってスレシホルド（ｙ₂）および他の スレシホルド（ｙ₁）間の決定値（ｙ）の所定範囲に対してランダム出力信号を 発生する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＢＲ，ＣＮ，Ｃ Ｚ，ＩＬ，ＪＰ，ＫＲ，ＭＸ，ＲＵ (72)発明者 カルケル アントニウス アドリアヌス コルネリス マリア オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ (72)発明者 デポフェレ ヘールト フロリモント ヘ ラルト オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ (72)発明者 ロンゲン ペーター マリア ヨハネス オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ (72)発明者 フリーンス クリスティアヌス ウィルヘ ルムス フランシスカス オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ (72)発明者 ファン デイク マルテン エリク オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．情報信号（ｑ）に埋込まれた電子透かし（ｗ）を検出するに当たり、電子透 かしがこの情報信号にどの程度に存在するかを示す決定変数（ｙ）を決め；且 つこの決定変数が所定のスレシホルド（ｙ₂）以上となる際に電子透かしの検 出を示す出力信号（Ｄ）を発生するステップを具える電子透かし検出方法にお いて、前記スレシホルド（ｙ₂）以下の決定値に対し前記出力信号を任意に発 生するステップを具えることを特徴とする電子透かし検出方法。 ２．前記所定のスレシホルド（ｙ₂）および他の所定のスレシホルド（ｙ₁）間の 決定値の範囲の出力信号を任意に発生するステップを具えることを特徴とする 請求項１に記載の電子透かし検出方法。 ３．前記任意の出力信号は、決定変数が前記所定のスレシホルド（ｙ₂）に近付 く際に増大する確率で発生するようにしたことを特徴とする請求項１または２ に記載の電子透かし検出方法。 ４．前記確率は前記所定のスレシホルド（ｙ₂）および他の所定のスレシホルド （ｙ₁）間の決定値の範囲内で決定変数の線形関数とすることを特徴とする請 求項３に記載の電子透かし検出方法。 ５．前記確率は前記所定のスレシホルド（ｙ₂）および他の所定のスレシホルド （ｙ₁）間の決定値の範囲内で決定変数のレイズド余弦関数とすることを特徴 とする請求項３に記載の電子透かし検出方法。 ６．前記出力信号を発生するステップは同一の情報信号が受信される場合に常時 同一の出力信号を発生することを含むことを特徴とする請求項１または２に記 載の電子透かし検出方法。 ７．情報信号（ｑ）に埋込まれた電子透かし（ｗ）を検出する装置であって、電 子透かしがこの情報信号にどの程度に存在するかを示す決定変数（ｙ）を決め る手段（２１、２２）と；この決定変数が所定のスレシホルド（ｙ₂）以上と なる際に電子透かしの検出を示す出力信号（Ｄ）を発生する手段とを具える電 子透かし検出装置において、前記スレシホルド（ｙ₂）以下の決定値に対し前 記出力信号を任意に発生する手段を具えることを特徴とする電子透かし検出装 置。 ８．前記所定のスレシホルド（ｙ₂）および他の所定のスレシホルド（ｙ₁）間の 決定値の範囲の出力信号を任意に発生する手段をさらに具えることを特徴とす る請求項７に記載の電子透かし検出装置。 ９．決定変数が前記所定のスレシホルド（ｙ₂）に近付く際に増大する確率で前 記任意の出力信号を発生する手段を具えることを特徴とする請求項７または８ に記載の電子透かし検出装置。 10．前記出力信号を任意に発生する手段はシード入力端子を有する任意数発生器 および所定の関数に従って情報信号から前記シード入力を取出す手段を含むこ とを特徴とする請求項１に記載の電子透かし検出装置。 11．前記決定変数を決める手段（２１、２２）は前記シード入力を取出す手段を 構成するようにしたことを特徴とする請求項９に記載の電子透かし検出方法。 12．埋込み電子透かしを有する情報信号から電子透かしを除去するに当たり、情 報信号が埋込み電子透かしを有するかどうかの表示を発生する電子透かし検出 器に情報信号を供給するステップと、電子透かし検出器が前記表示を反転する まで前記情報信号の選択された部分を修正して反転を生ぜしめる予測電子透か しの個別の部分を得るステップと、情報信号から予測電子透かしを減算するス テップとを具えることを特徴とする電子透かし検出方法。 13．請求項７〜１１の何れかの項に記載の電子透かし検出装置を具えるマルチメ ディア再生および／または記録装置。