JP2003143390A - Electronic watermark embedding and extraction - Google Patents
Electronic watermark embedding and extractionInfo
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- JP2003143390A JP2003143390A JP2001337959A JP2001337959A JP2003143390A JP 2003143390 A JP2003143390 A JP 2003143390A JP 2001337959 A JP2001337959 A JP 2001337959A JP 2001337959 A JP2001337959 A JP 2001337959A JP 2003143390 A JP2003143390 A JP 2003143390A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、音声データや画像
データなどのデジタルデータに電子透かしの埋め込みを
行う電子透かしの技術に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a digital watermark technique for embedding a digital watermark in digital data such as audio data and image data.
【０００２】[0002]
【従来の技術】インターネットなどのコンピュータネッ
トワークの発展に伴って、情報のデジタル化が進み、多
くのユーザが簡単に必要とする情報にアクセスできるよ
うになっている。その反面、そのデジタル情報に著作権
が発生しているデジタルコンテンツについて、その著者
に断わりなく容易にデータが複製できるような環境にな
りつつあり、不正コピーにともなう著作権侵害の問題が
注目されてきている。そこで、デジタルコンテンツの主
たる情報である音声や画像に関しての著作権侵害を防止
すること等を目的として、著作権情報などの透かし情報
を音声データや画像データに埋め込む電子透かし技術が
注目されている。2. Description of the Related Art With the development of computer networks such as the Internet, the digitization of information has advanced, and many users can easily access the information they need. On the other hand, for digital contents whose digital information is copyrighted, it is becoming an environment where data can be easily copied without the author's consent, and the problem of copyright infringement due to illegal copying has been drawing attention. ing. Therefore, for the purpose of preventing copyright infringement of audio and images, which are the main information of digital contents, digital watermarking technology for embedding watermark information such as copyright information in audio data and image data is drawing attention.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】このような電子透かし
技術においては、第三者によって電子透かしの存在を不
正に特定されないような高い秘匿性を有すると共に、高
能率圧縮符号化やＪｉｔｔｅｒ攻撃などに対して十分な
耐性を有することが望ましい。In such a digital watermarking technique, the digital watermarking technique has high confidentiality so that the existence of the digital watermark is not illegally specified by a third party, and the high efficiency compression coding and the Jitter attack are performed. On the other hand, it is desirable to have sufficient resistance.
【０００４】そこで、本発明の目的は、上記した課題を
解決し、高い秘匿性を実現でき、且つ、高能率圧縮符号
化やＪｉｔｔｅｒ攻撃などに対して十分な耐性を有し得
る電子透かし技術を提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to realize a high confidentiality, and to provide a digital watermarking technique which can have sufficient resistance to high-efficiency compression coding and Jitter attack. To provide.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明
の電子透かし埋め込み方法は、デジタルデータに透かし
情報の埋め込みを行う電子透かし埋め込み方法であっ
て、（ａ）前記透かし情報の埋め込みの対象となる対象
データと、前記透かし情報の埋め込みのために用いる広
帯域信号と、を準備する工程と、（ｂ）前記対象データ
を複数の帯域成分に帯域分割する工程と、（ｃ）前記複
数の帯域成分のうち、少なくとも１つの対象帯域成分に
前記広帯域信号を乗じて拡散信号を生成する工程と、
（ｄ）前記拡散信号に所定の直交変換を施すことによっ
て、変換係数を導き出す工程と、（ｅ）前記変換係数に
前記透かし情報の埋め込みを行う工程と、（ｆ）前記透
かし情報の埋め込みの行われた前記変換係数に、前記直
交変換とは逆の変換を施すことによって、埋め込み済み
拡散信号を生成する工程と、（ｇ）前記埋め込み済み拡
散信号に前記広帯域信号を乗じて、埋め込み済み対象帯
域成分を生成する工程と、（ｈ）前記複数の帯域成分の
うち、前記対象帯域成分以外の帯域成分と、前記埋め込
み済み対象帯域成分と、を合成して、埋め込み済み対象
データを生成する工程と、を備えることを要旨とする。In order to achieve at least a part of the above-mentioned object, a digital watermark embedding method of the present invention is a digital watermark embedding method for embedding watermark information in digital data. And (a) preparing target data to be embedded in the watermark information and a wideband signal used to embed the watermark information, and (b) converting the target data into a plurality of band components. Band dividing; (c) multiplying at least one target band component of the plurality of band components by the wideband signal to generate a spread signal;
(D) a step of deriving a transform coefficient by subjecting the spread signal to a predetermined orthogonal transform; (e) a step of embedding the watermark information in the transform coefficient; and (f) a step of embedding the watermark information. A step of generating an embedded spread signal by applying a transform opposite to the orthogonal transform to the transformed coefficient, and (g) multiplying the embedded spread signal by the wideband signal to obtain an embedded target band. A step of generating a component, and (h) a step of synthesizing a band component other than the target band component of the plurality of band components and the embedded target band component to generate embedded target data. It is a gist to have ,.
【０００６】このように、本発明の電子透かし埋め込み
方法では、対象データを複数の帯域成分に帯域分割し、
それら複数の帯域成分のうち、少なくとも１つの対象帯
域成分に、予め準備した広帯域信号を乗じて拡散信号を
生成する。そして、その拡散信号に所定の直交変換を施
すことによって、変換係数を導き出し、その変換係数に
透かし情報の埋め込みを行う。その後、その透かし情報
の埋め込みの行われた変換係数に、先程の直交変換とは
逆の変換を施すことによって、埋め込み済み拡散信号を
生成する。そして、その埋め込み済み拡散信号に先程と
同じ広帯域信号を乗じて、埋め込み済み対象帯域成分を
生成し、前述の複数の帯域成分のうち、対象帯域成分以
外の帯域成分と、生成した埋め込み済み対象帯域成分
と、を合成して、埋め込み済み対象データを生成するよ
うにしている。As described above, in the digital watermark embedding method of the present invention, the target data is band-divided into a plurality of band components,
At least one target band component among the plurality of band components is multiplied by a wide band signal prepared in advance to generate a spread signal. Then, a predetermined orthogonal transform is applied to the spread signal to derive a transform coefficient, and watermark information is embedded in the transform coefficient. Then, the transform coefficient in which the watermark information is embedded is subjected to a transform reverse to the above-mentioned orthogonal transform to generate an embedded diffused signal. Then, the embedded spread signal is multiplied by the same wideband signal as before to generate an embedded target band component, and among the plurality of band components described above, a band component other than the target band component and the generated embedded target band component. The components and are combined to generate embedded target data.
【０００７】本発明の電子透かし埋め込み方法によれ
ば、透かし情報の埋め込みの対象となる対象データを帯
域分割して、透かし情報を埋め込むべき帯域を所望の対
象帯域に予め制限することにより、拡散帯域幅に対する
計算処理量を削減することができる。また、広帯域信号
と同じ広帯域信号を用いない限り、スペクトル拡散の原
理により、埋め込まれた透かし情報を正しく抽出するこ
とはできないので、高い秘匿性を実現することができ
る。さらにまた、埋め込まれた透かし情報は、高能率圧
縮符号化やＪｉｔｔｅｒ攻撃などに対して十分な耐性を
有し得る。According to the digital watermark embedding method of the present invention, the target data to be embedded with the watermark information is divided into bands, and the band in which the watermark information is to be embedded is limited in advance to the desired target band. The amount of calculation processing for the width can be reduced. In addition, unless the same wideband signal as the wideband signal is used, the embedded watermark information cannot be correctly extracted due to the principle of spread spectrum, so that high confidentiality can be realized. Furthermore, the embedded watermark information may have sufficient resistance to high-efficiency compression coding and Jitter attack.
【０００８】本発明の電子透かし埋め込み方法におい
て、前記工程（ｂ）では、前記対象データを、低周波帯
域成分と、１つ以上の中間周波帯域成分と、に帯域分割
することが好ましい。さらに、前記対象帯域成分は、前
記低周波帯域成分であることが好ましい。In the digital watermark embedding method of the present invention, in the step (b), it is preferable that the target data is band-divided into a low frequency band component and one or more intermediate frequency band components. Further, the target band component is preferably the low frequency band component.
【０００９】このように、対象帯域成分を低周波帯域成
分とすることにより、埋め込まれた透かし情報のスペク
トルは、広帯域の低周波帯域成分へ拡散されるため、対
象データの品質をほとんど劣化させることなく、高い強
度での透かし情報の埋め込みが可能となる。As described above, by setting the target band component to the low frequency band component, the spectrum of the embedded watermark information is spread to the wide band low frequency band component, so that the quality of the target data is almost deteriorated. It is possible to embed watermark information with high strength.
【００１０】本発明の電子透かし埋め込み方法におい
て、前記広帯域信号は、擬似乱数系列から成ることが好
ましい。また、前記擬似乱数系列は、自乗すると１にな
る乱数系列であることが好ましい。In the digital watermark embedding method of the present invention, it is preferable that the wideband signal is formed of a pseudo random number sequence. The pseudo random number sequence is preferably a random number sequence that becomes 1 when squared.
【００１１】このような擬似乱数系列を用いることによ
って、拡散信号から帯域成分を生成する際の処理が複雑
にならなくて済む。By using such a pseudo-random number sequence, the process for generating the band component from the spread signal does not become complicated.
【００１２】本発明の電子透かし埋め込み方法におい
て、前記直交変換は、変形離散コサイン変換であること
が好ましい。In the digital watermark embedding method of the present invention, it is preferable that the orthogonal transform is a modified discrete cosine transform.
【００１３】このように直交変換として、変形離散コサ
イン変換を用いることにより、例えば、対象データを複
数のフレームに分割して直交変換を施した場合でも、フ
レーム間に生じやすいスパイク雑音や歪を低減すること
ができる。By using the modified discrete cosine transform as the orthogonal transform in this way, for example, even when the target data is divided into a plurality of frames and subjected to the orthogonal transform, spike noise and distortion that are likely to occur between the frames are reduced. can do.
【００１４】本発明の電子透かし埋め込み方法におい
て、前記工程（ａ）では、さらに、前記透かし情報の埋
め込みのために用いる鍵乱数列を準備すると共に、前記
工程（ｄ）は、（ｄ−１）前記拡散信号を時間軸上で複
数のフレームに分割する工程と、（ｄ−２）前記フレー
ムに前記直交変換を施すことによって、複数の変換係数
を求める工程と、を備え、前記工程（ｅ）は、（ｅ−
１）前記フレーム毎に、前記鍵乱数列から順次抽出され
る乱数値に応じて、そのフレームから求めた前記複数の
変換係数の中から、対象変換係数と、該対象変換係数と
周波数が近接する近接変換係数と、をそれぞれ導出する
工程と、（ｅ−２）前記対象変換係数と前記近接変換係
数とを演算し、その演算結果が、埋め込むべき前記透か
し情報に応じた所定の条件を満たさない場合に、その条
件を満たすように、前記対象変換係数および前記近接変
換係数のうち、少なくとも一方の値を変更する工程と、
を備え、前記工程（ｆ）は、（ｆ−１）前記対象変換係
数および前記近接変換係数を含む前記複数の変換係数
に、前記直交変換とは逆の変換を施すことによって、埋
め込み済みフレームを生成する工程と、（ｆ−２）複数
の前記埋め込み済みフレームを合成して、前記埋め込み
済み拡散信号を生成する工程と、を備えることが好まし
い。In the digital watermark embedding method of the present invention, in the step (a), a key random number sequence used for embedding the watermark information is further prepared, and the step (d) includes (d-1). The step (e) comprising a step of dividing the spread signal into a plurality of frames on a time axis, and (d-2) a step of obtaining a plurality of transform coefficients by applying the orthogonal transform to the frame. Is (e-
1) For each frame, according to the random number value sequentially extracted from the key random number sequence, the target transform coefficient is close to the target transform coefficient among the plurality of transform coefficients obtained from the frame, and the frequency is close to the target transform coefficient. And (e-2) calculating the target conversion coefficient and the proximity conversion coefficient, and the calculation result does not satisfy a predetermined condition according to the watermark information to be embedded. In this case, a step of changing at least one of the target conversion coefficient and the proximity conversion coefficient so as to satisfy the condition,
The step (f) comprises: (f-1) applying an inverse transform to the orthogonal transform to the plurality of transform coefficients including the target transform coefficient and the proximity transform coefficient, thereby performing an embedded frame. It is preferable to include a step of generating and a step (f-2) of combining the plurality of embedded frames to generate the embedded spread signal.
【００１５】このように、透かし情報の埋め込みに、こ
のような対象変換係数と近接変換係数とを演算し、その
演算結果を利用した手法を用いることにより、増幅や減
数の処理にも十分耐えることができる。As described above, by embedding the watermark information, the target transform coefficient and the proximity transform coefficient are calculated, and a method utilizing the calculation result is used to sufficiently endure the amplification and the subtraction processing. You can
【００１６】本発明の電子透かし抽出方法は、透かし情
報の埋め込まれたデジタルデータから前記透かし情報を
抽出する電子透かし抽出方法であって、（ａ）前記透か
し情報の抽出の対象となる対象データと、前記透かし情
報の抽出のために用いる広帯域信号と、を準備する工程
と、（ｂ）前記対象データを帯域成分に帯域分割して、
前記透かし情報の抽出の対象となる対象帯域成分を導き
出す工程と、（ｃ）前記対象帯域成分に前記広帯域信号
を乗じて拡散信号を生成する工程と、（ｄ）前記拡散信
号に所定の直交変換を施すことによって、変換係数を導
き出す工程と、（ｅ）前記変換係数から、埋め込まれて
いる前記透かし情報の抽出を行う工程と、を備えること
を要旨とする。The digital watermark extracting method of the present invention is a digital watermark extracting method for extracting the watermark information from digital data in which the watermark information is embedded, and includes (a) target data to be the target of the watermark information extraction. , A wideband signal used for extracting the watermark information, and (b) band-dividing the target data into band components,
Deriving a target band component from which the watermark information is to be extracted, (c) multiplying the target band component by the wideband signal to generate a spread signal, and (d) applying a predetermined orthogonal transform to the spread signal. The gist of the present invention is to include a step of deriving a conversion coefficient by performing, and a step (e) of extracting the embedded watermark information from the conversion coefficient.
【００１７】このように、本発明の電子透かし抽出方法
では、対象データを帯域成分に帯域分割して、透かし情
報の抽出の対象となる対象帯域成分を導き出し、その対
象帯域成分に広帯域信号を乗じて拡散信号を生成する。
そして、その拡散信号に所定の直交変換を施すことによ
って、変換係数を導き出し、その変換係数から、埋め込
まれている透かし情報の抽出を行うようにしている。As described above, according to the digital watermark extraction method of the present invention, the target data is band-divided into band components, the target band component from which the watermark information is extracted is derived, and the target band component is multiplied by the wideband signal. To generate a spread signal.
Then, the spread signal is subjected to a predetermined orthogonal transform to derive a transform coefficient, and the embedded watermark information is extracted from the transform coefficient.
【００１８】本発明の電子透かし抽出方法によれば、透
かし情報の埋め込みに用いた広帯域信号と同じ広帯域信
号を準備すれば、前述した本発明の電子透かし埋め込み
方法によって埋め込まれた電子透かしを、容易に検出す
ることができる。According to the digital watermark extracting method of the present invention, if the same wide band signal as that used for embedding the watermark information is prepared, the digital watermark embedded by the digital watermark embedding method of the present invention described above can be easily obtained. Can be detected.
【００１９】本発明のの電子透かし抽出方法において、
前記工程（ｂ）では、前記対象データを、低周波帯域成
分と、１つ以上の中間周波帯域成分と、に帯域分割する
ことが好ましい。また、前記対象帯域成分は、前記低周
波帯域成分であることが好ましい。In the digital watermark extracting method of the present invention,
In the step (b), preferably, the target data is band-divided into a low frequency band component and one or more intermediate frequency band components. The target band component is preferably the low frequency band component.
【００２０】本発明のの電子透かし抽出方法において、
前記広帯域信号は、擬似乱数系列から成ることが好まし
い。さらに、前記擬似乱数系列は、自乗すると１になる
乱数系列であることが好ましい。In the digital watermark extracting method of the present invention,
The wideband signal preferably comprises a pseudo-random number sequence. Further, it is preferable that the pseudo random number sequence is a random number sequence that becomes 1 when squared.
【００２１】本発明の電子透かし抽出方法において、前
記直交変換は、変形離散コサイン変換であることが好ま
しい。In the digital watermark extracting method of the present invention, it is preferable that the orthogonal transform is a modified discrete cosine transform.
【００２２】透かし情報を埋め込んだ際に用いた対象帯
域成分や、広帯域信号や、直交変換などに対応させるた
めである。This is because it corresponds to the target band component used when the watermark information is embedded, the wide band signal, and the orthogonal transform.
【００２３】本発明の電子透かし抽出方法において、前
記工程（ａ）では、さらに、前記透かし情報の抽出のた
めに用いる鍵乱数列を準備すると共に、前記工程（ｄ）
は、（ｄ−１）前記拡散信号を時間軸上で複数のフレー
ムに分割する工程と、（ｄ−２）前記フレームに前記直
交変換を施すことによって、複数の変換係数を求める工
程と、を備え、前記工程（ｅ）は、（ｅ−１）前記フレ
ーム毎に、前記鍵乱数列から順次抽出される乱数値に応
じて、そのフレームから求めた前記複数の変換係数の中
から、対象変換係数と、該対象変換係数と周波数が近接
する近接変換係数と、をそれぞれ導出する工程と、（ｅ
−２）前記対象変換係数と前記近接変換係数との大小関
係を比較し、その比較結果から、埋め込まれている前記
透かし情報を抽出する工程と、を備えることが好まし
い。In the digital watermark extracting method of the present invention, in the step (a), a key random number sequence used for extracting the watermark information is further prepared, and the step (d) is performed.
Includes: (d-1) dividing the spread signal into a plurality of frames on the time axis, and (d-2) performing the orthogonal transform on the frame to obtain a plurality of transform coefficients. The step (e) includes (e-1) subject transformation from the plurality of transformation coefficients obtained from the frame in accordance with a random number value sequentially extracted from the key random number sequence for each frame. Deriving a coefficient and a proximity conversion coefficient whose frequency is close to that of the target conversion coefficient, and (e
-2) a step of comparing the magnitude relationship between the target transform coefficient and the proximity transform coefficient, and extracting the embedded watermark information from the comparison result.
【００２４】透かし情報の埋め込みに、対象変換係数と
近接変換係数とを演算し、その演算結果を利用した手法
を用いた場合には、透かし情報の抽出に、それに対応す
る手法を用いる必要があるからである。In the case of embedding the watermark information, the target transform coefficient and the proximity transform coefficient are calculated, and when the method using the calculation result is used, it is necessary to use the corresponding method to extract the watermark information. Because.
【００２５】なお、本発明は、上記した電子透かし埋め
込み方法や電子透かし検出方法などの方法発明の態様に
限ることなく、電子透かし装置などの装置の発明として
の態様や、それら方法や装置を構築するためのコンピュ
ータプログラムとしての態様や、そのようなコンピュー
タプログラムを記録した記録媒体としての態様で実現す
ることも可能である。また、さらには、上記コンピュー
タプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号
など、種々の態様で実現することも可能である。It should be noted that the present invention is not limited to the embodiments of the method invention such as the digital watermark embedding method and the digital watermark detection method described above, and the invention aspects of the apparatus such as the digital watermark apparatus and the construction of the methods and apparatuses. It is also possible to realize it in the form of a computer program for achieving the above, or in the form of a recording medium recording such a computer program. Further, it is also possible to realize in various forms such as a data signal embodied in a carrier wave including the above computer program.
【００２６】[0026]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．電子透かし埋め込み処理：
Ｂ．電子透かし検出処理：
Ｃ．具体例：
Ｃ−１．音質への影響：
Ｃ−２．レベル変調に対する耐性：
Ｃ−３．帯域通過フィルタに対する耐性：
Ｃ−４．高能率圧縮符号化に対する影響：
Ｃ−５．Ｊｉｔｔｅｒ攻撃に対する耐性：
Ｃ−６．まとめ：
Ｄ．装置全体の構成及び処理手順：
Ｆ．変形例：
Ｆ−１．変形例１：
Ｆ−２．変形例２：
Ｆ−３．変形例３：
Ｆ−４．変形例４：
Ｆ−５．変形例５：BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below in the following order based on Examples. A. Digital Watermark Embedding Process: B. Digital Watermark Detection Processing: C. Specific example: C-1. Effect on sound quality: C-2. Resistance to level modulation: C-3. Resistance to bandpass filter: C-4. Effect on high-efficiency compression coding: C-5. Resistance to Jitter Attack: C-6. Summary: D. Configuration and processing procedure of entire apparatus: F. Modification: F-1. Modification 1: F-2. Modification 2: F-3. Modification 3: F-4. Modification 4: F-5. Modification 5:
【００２７】Ａ．電子透かし埋め込み処理：図１は本発
明の一実施例としての電子透かし埋め込み処理の概要を
示す説明図である。本実施例では、電子透かしの秘匿性
を確実にするためと、高能率圧縮符号化やＪｉｔｔｅｒ
攻撃など対して十分耐え得るようにするために、スペク
トル拡散法の１方式である直接拡散（ＤＳ：Direct Seq
uence）方式を用いると共に、サブバンド化による帯域
分割の技術を応用する。なお、埋め込み対象として、音
声データを用いる場合について説明する。A. Digital Watermark Embedding Process: FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of a digital watermark embedding process as an embodiment of the present invention. In this embodiment, in order to ensure the confidentiality of the digital watermark, high efficiency compression coding and Jitter
In order to be able to withstand attacks, etc., one of the spread spectrum methods is direct spread (DS: Direct Seq).
uence) method and apply band division technology by subbanding. A case where audio data is used as an embedding target will be described.
【００２８】まず、透かし情報の埋め込みの対象となる
原音声データＳと、透かし情報の埋め込みのために用い
る広帯域信号（後述する擬似乱数系列ｇ（ｔj））およ
び鍵乱数列Ｒと、埋め込まれる透かし情報である透かし
ビットｂiと、を準備する。First, the original audio data S to be embedded with the watermark information, the broadband signal (pseudo random number sequence g (t j ) described later) and the key random number sequence R used for embedding the watermark information are embedded. Prepare watermark bits b i that are watermark information.
【００２９】次に、その原音声データＳを、低周波帯域
成分Ｌjと、複数の中間周波帯域成分Ｈ1，Ｈ2，Ｈ3，
…，Ｈjと、に帯域分割する。Next, the original audio data S is converted into a low frequency band component L j and a plurality of intermediate frequency band components H 1 , H 2 , H 3 ,
, H j , and band division.
【００３０】具体的には、まず、原音声データＳをＬ0
とおき、サンプリング時刻ｔ0における時系列データを
ｌ0（ｔ0）（ｔ0＝０，１，２，…）とする。そして、
そのデータＬ0について、低周波帯域成分Ｌ1のサンプリ
ング時刻ｔ1における時系列データｌ1（ｔ1）（ｔ1＝
０，１，２，…）、および、中間周波帯域成分Ｈ1のサ
ンプリング時刻ｔ0における時系列データｈ1（ｔ0）
（ｔ0＝０，１，２，…）を、それぞれ式（１），
（２）によって求める。Specifically, first, the original voice data S is set to L 0.
Then, the time-series data at the sampling time t 0 is set to l 0 (t 0 ) (t 0 = 0, 1, 2, ...). And
Regarding the data L 0 , time series data l 1 (t 1 ) (t 1 = of the low frequency band component L 1 at the sampling time t 1
, 0), and time series data h 1 (t 0 ) of the intermediate frequency band component H 1 at the sampling time t 0 .
(T 0 = 0, 1, 2, ...)
Obtained by (2).
【００３１】[0031]
【数１】 [Equation 1]
【００３２】[0032]
【数２】 [Equation 2]
【００３３】この処理によって、データＬ0は、Ｌ0の半
分の帯域を持つ低周波帯域成分Ｌ1と、Ｌ0と同帯域を持
つ中間周波帯域成分Ｈ1と、に帯域分離される。[0033] By this process, the data L 0 is a low frequency band component L 1 having a bandwidth of half of L 0, an intermediate frequency band components H 1 having a same band as L 0, it is band-separated.
【００３４】図２は図１の帯域分割処理における基本的
な処理を示す説明図である。そこで、図２に示す基本的
な処理を、式（３）に示すように、ｊ回、再帰的に実行
することよって、段階的に高周波帯域成分（中間周波帯
域成分）Ｈ1，Ｈ2，Ｈ3，…，Ｈjが得られると共に、最
終的に低周波帯域成分Ｌjが得られる。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the basic processing in the band division processing of FIG. Therefore, by performing the basic processing shown in FIG. 2 recursively j times as shown in Expression (3), the high frequency band components (intermediate frequency band components) H 1 , H 2 , H 3 , ..., H j are obtained, and finally the low frequency band component L j is obtained.
【００３５】[0035]
【数３】 [Equation 3]
【００３６】以上のようにして、原音声データＳを低周
波帯域成分Ｌjと、複数の中間周波帯域成分Ｈ1，Ｈ2，
Ｈ3，…，Ｈjと、に帯域分割する。As described above, the original voice data S is composed of the low frequency band component L j and the plurality of intermediate frequency band components H 1 , H 2 ,
Band division into H 3 , ..., H j .
【００３７】次に、ＤＳ方式によるスペクトル拡散を行
う。即ち、得られた低周波帯域成分Ｌjに、先に準備し
た広帯域信号を乗じて、拡散信号を生成する。Next, spread spectrum is performed by the DS method. That is, the obtained low frequency band component L j is multiplied by the wide band signal prepared previously to generate a spread signal.
【００３８】具体的には、式（４）に従って、低周波帯
域成分Ｌjのサンプリング時刻ｔjにおける時系列データ
ｌj（ｔj）に、広帯域信号である擬似乱数（ＰＮ：Pseu
do-random Number）系列ｇ（ｔj）を乗じることによ
り、広帯域に拡散された拡散信号ｘ（ｔj）を生成す
る。ここで、ＰＮ系列ｇ（ｔj）は、±１の値をランダ
ムにとる２値の乱数系列である。Specifically, according to the equation (4), the pseudo-random number (PN: Pseu) which is a wide band signal is added to the time series data l j (t j ) at the sampling time t j of the low frequency band component L j.
The do-random number) sequence g (t j ) is multiplied to generate a spread signal x (t j ) spread in a wide band. Here, the PN sequence g (t j ) is a binary random number sequence that randomly takes a value of ± 1.
【００３９】[0039]
【数４】 [Equation 4]
【００４０】次に、生成された拡散信号ｘ（ｔj）に直
交変換である変形離散コサイン変換（ＭＤＣＴ）を施
す。Next, a modified discrete cosine transform (MDCT), which is an orthogonal transform, is applied to the generated spread signal x (t j ).
【００４１】具体的には、拡散信号ｘ（ｔj）を時間軸
上で複数の一定長のフレームに分割し、各フレームに対
して変形離散コサイン変換（ＭＤＣＴ）を施して、それ
ぞれ、Ｍ個の周波数係数（変換係数）であるＭＤＣＴ係
数Ｘiを得る。Specifically, the spread signal x (t j ) is divided into a plurality of frames of a constant length on the time axis, and the modified discrete cosine transform (MDCT) is applied to each frame to obtain M pieces. The MDCT coefficient X i which is the frequency coefficient (transform coefficient) of is obtained.
【００４２】ＭＤＣＴは、図３に示すように、Ｍ個のＭ
ＤＣＴ係数を得るために、１つのフレームとして、２Ｍ
個の時系列サンプルを用いる。これは、周波数分離度を
高くし、且つ、隣接するフレームを互いに重複させるこ
とで、フレーム間歪を抑制できる手法である。The MDCT, as shown in FIG. 3, has M M
2M as one frame to obtain DCT coefficient
3 time series samples are used. This is a method that can suppress the interframe distortion by increasing the frequency separation degree and overlapping the adjacent frames with each other.
【００４３】拡散信号ｘ（ｔ）におけるｉ番目のフレー
ムについて、各ＭＤＣＴ係数Ｘi（ｋ）は、式（５）に
よって求めることができる。For the i-th frame in the spread signal x (t), each MDCT coefficient X i (k) can be obtained by the equation (5).
【００４４】[0044]
【数５】 [Equation 5]
【００４５】なお、ここで、窓関数ｗ（ｎ）およびＭＤ
ＣＴ基底ｃ（ｋ，ｎ）は、それぞれ、式（６），（７）
に示す如くである。Here, the window function w (n) and MD
The CT bases c (k, n) are expressed by equations (6) and (7), respectively.
As shown in.
【００４６】[0046]
【数６】 [Equation 6]
【００４７】[0047]
【数７】 [Equation 7]
【００４８】次に、フレームｉ毎に、得られたＭＤＣＴ
係数Ｘi（ｋ）に先に準備した透かし情報である透かし
ビットｂiを埋め込んでいく。ここで、透かしビットｂi
は、０または１から成り、例えば、予め用意された著作
権データを暗号化し、その暗号化データからフレーム毎
にビットを抽出することによって得ることができる。Next, for each frame i, the obtained MDCT
The watermark bit b i , which is the previously prepared watermark information, is embedded in the coefficient X i (k). Where the watermark bit b i
Consists of 0 or 1, and can be obtained, for example, by encrypting copyright data prepared in advance and extracting bits for each frame from the encrypted data.
【００４９】そこで、具体的には、まず、フレームｉ毎
に、先に準備した鍵乱数列Ｒから乱数値ｒiを抽出し、
その乱数値ｒiに応じて、そのフレームｉから求めたＭ
個のＭＤＣＴ係数Ｘi（ｋ）の中から、対象となるＭＤ
ＣＴ係数Ｘi（ｒi）と、それに隣接するＭＤＣＴ係数Ｘ
i（ｒi＋１）と、を導き出す。ここで、鍵乱数列Ｒを構
成する各乱数値ｒiは、それぞれ、（０，１，…，Ｍ−
２）の何れかの値をとる。Therefore, specifically, first, for each frame i, a random number value r i is extracted from the previously prepared key random number sequence R,
M obtained from the frame i according to the random value r i
The target MD from among the MDCT coefficients X i (k)
CT coefficient X i (r i ) and MDCT coefficient X adjacent to it
i (r i +1) is derived. Here, each random number value r i forming the key random number sequence R is (0, 1, ..., M−, respectively).
Takes one of the values in 2).
【００５０】この処理によって、フレームｉ毎に、透か
しビットｂiを埋め込むべき周波数係数がランダムに選
び出される。By this processing, the frequency coefficient in which the watermark bit b i is to be embedded is randomly selected for each frame i.
【００５１】続いて、導き出した２つのＭＤＣＴ係数Ｘ
i（ｒi），Ｘi（ｒi＋１）について、それらの絶対値
（即ち、周波数係数の強さ）の差を求め、その結果が、
埋め込むべき透かしビットｂiに応じた所定の条件を満
たすか否かを判定し、その条件を満たす場合はそのまま
とするが、満たさない場合には、２つのＭＤＣＴ係数の
何れかの値を変更する。なお、上記条件には、埋め込み
強度を制御するための基準値ｐ（＞０）を用いる。Then, the two derived MDCT coefficients X
For i (r i ), X i (r i +1), the difference between their absolute values (that is, the strength of the frequency coefficient) is obtained, and the result is
It is determined whether or not a predetermined condition corresponding to the watermark bit b i to be embedded is satisfied, and if the condition is satisfied, the condition is left as it is, but if not satisfied, one of the two MDCT coefficients is changed. . A reference value p (> 0) for controlling the embedding strength is used for the above condition.
【００５２】概念的には、図４に示す如く、これらＭＤ
ＣＴ係数の値を変更する。即ち、透かしビットｂiがｂi
＝０のときには、式（８）に示す条件を満たすか否かを
判定する。Conceptually, as shown in FIG.
Change the value of the CT coefficient. In other words, the watermark bit b i is b i
When = 0, it is determined whether or not the condition shown in Expression (8) is satisfied.
【００５３】[0053]
【数８】 [Equation 8]
【００５４】そして、判定の結果、上記条件を満たす場
合には、２つのＭＤＣＴ係数Ｘi（ｒi），Ｘi（ｒi＋
１）の値はそのままとし、上記条件を満たさない場合に
は、図４（ａ）に示すように、Ｘi（ｒi＋１）の絶対値
を式（９）に従って置き換えた上で、その絶対値に元の
Ｘi（ｒi＋１）の正負符号と同じ符号を付すことによ
り、Ｘi（ｒi＋１）の値を変更する。As a result of the judgment, when the above condition is satisfied, the two MDCT coefficients X i (r i ) and X i (r i +
When the value of 1) is not changed and the above condition is not satisfied, as shown in FIG. 4A, the absolute value of X i (r i +1) is replaced according to the equation (9), and then the absolute value thereof is changed. The value of X i (r i +1) is changed by adding the same sign as the sign of the original X i (r i +1) to the value.
【００５５】[0055]
【数９】 [Equation 9]
【００５６】一方、透かしビットｂiがｂi＝０のときに
は、式（１０）に示す条件を満たすか否かを判定する。On the other hand, when the watermark bit b i is b i = 0, it is determined whether or not the condition shown in equation (10) is satisfied.
【００５７】[0057]
【数１０】 [Equation 10]
【００５８】そして、判定の結果、上記条件を満たす場
合には、２つのＭＤＣＴ係数Ｘi（ｒi），Ｘi（ｒi＋
１）の値はそのままとし、上記条件を満たさない場合に
は、図４（ｂ）に示すように、Ｘi（ｒi）の絶対値を式
（１１）に従って置き換えた上で、その絶対値に元のＸ
i（ｒi）の正負符号と同じ符号を付すことにより、Ｘ i
（ｒi）の値を変更する。Then, as a result of the judgment, when the above condition is satisfied,
Two MDCT coefficients Xi(Ri), Xi(Ri+
If the value of 1) is left unchanged and the above conditions are not met,
X, as shown in FIG.i(Ri) The absolute value of
After replacing according to (11), the absolute value of the original X
i(Ri), The same sign as X i
(Ri) Value is changed.
【００５９】[0059]
【数１１】 [Equation 11]
【００６０】以上のようにして、フレームｉ毎に、ＭＤ
ＣＴ係数Ｘi（ｋ）に透かしビットｂiを埋め込んでい
く。このようにして、透かしビットｂiの埋め込まれた
ＭＤＣＴ係数をＸ’i（ｋ）（ｋ＝０，…，Ｍ−１）と
する。As described above, the MD for each frame i
The watermark bit b i is embedded in the CT coefficient X i (k). In this way, the MDCT coefficient in which the watermark bit b i is embedded is X ′ i (k) (k = 0, ..., M−1).
【００６１】次に、この透かしビットｂiの埋め込まれ
たＭＤＣＴ係数Ｘ’i（ｋ）に、逆変形離散コサイン変
換（ＩＭＤＣＴ）を施して、埋め込み済み拡散信号を生
成する。Next, the MDCT coefficient X ′ i (k) in which the watermark bit b i is embedded is subjected to inverse modified discrete cosine transform (IMDCT) to generate an embedded spread signal.
【００６２】具体的には、各フレームｉ毎に、式（１
２）に従って、ＭＤＣＴ係数Ｘ’i（ｋ）にＩＭＤＣＴ
を行い、拡散信号の、各フレーム毎の波形要素ｘ’
i（ｎ）を得る。Specifically, for each frame i, equation (1
2) according to the MDCT coefficient X ′ i (k)
Waveform element x'of the spread signal for each frame
Get i (n).
【００６３】[0063]
【数１２】 [Equation 12]
【００６４】そして、これら得られたｘ’i（ｎ）を隣
接するフレーム毎に式（１３）に示す如くして干渉さ
せ、埋め込み済み拡散信号ｘ’（ｔj）を生成する。[0064] Then, these resulting x 'and i (n) to interfere with, as shown in equation (13) for each frame adjacent, embedded with the spread signal x' to produce a (t j).
【００６５】[0065]
【数１３】 [Equation 13]
【００６６】次に、ＤＳ方式による逆スペクトル拡散を
行う。即ち、埋め込み済み拡散信号ｘ’（ｔj）に、先
に用いた広帯域信号であるＰＮ系列ｇ（ｔj）を乗じ
て、埋め込み済み低周波帯域成分Ｌ’jを生成する。Next, inverse spectrum spreading by the DS method is performed. That is, 'in (t j), it is a wideband signal previously used by multiplying the PN sequence g (t j), embedded with the low frequency band component L' embedded with the spread signal x to generate a j.
【００６７】具体的には、ＰＮ系列ｇ（ｔj）は、前述
したとおり±１の値をランダムにとる２値の乱数系列で
あるため、自乗すると、必ずｇ2（ｔj）＝１となる。従
って、埋め込み済み拡散信号ｘ’（ｔj）にＰＮ系列ｇ
（ｔj）を乗じると、式（４）の関係を用いて、式（１
４）に示す如く変形されて、結果として、埋め込み済み
低周波帯域成分Ｌ’jの時系列データｌ’j（ｔj）を得
ることができる。Specifically, since the PN sequence g (t j ) is a binary random number sequence that randomly takes a value of ± 1 as described above, when squared, g 2 (t j ) = 1 is always obtained. Become. Therefore, the PN sequence g is added to the embedded spread signal x ′ (t j ).
Multiplying (t j ) by using the relationship of equation (4), equation (1
As a result, the time series data l ′ j (t j ) of the embedded low frequency band component L ′ j can be obtained.
【００６８】[0068]
【数１４】 [Equation 14]
【００６９】次に、こうして生成された埋め込み済み低
周波帯域成分Ｌ’jと、前述の帯域分割により得られた
複数の中間周波帯域成分Ｈ1，Ｈ2，Ｈ3，…，Ｈjと、を
合成して、埋め込み済み音声データＳ’を生成する。Next, the embedded low frequency band component L' j generated in this way and a plurality of intermediate frequency band components H 1 , H 2 , H 3 , ..., H j obtained by the aforementioned band division, Are synthesized to generate embedded voice data S ′.
【００７０】具体的には、例えば、帯域分割された帯域
成分Ｌ1とＨ1を用いて、元の帯域Ｌ 0を復元するには、
式（２）から明らかなように、式（１５）を用いて、時
系列データｌ0（ｔ0）（ｔ0＝０，１，２，…）を求め
ればよい。Specifically, for example, a band divided into bands
Ingredient L1And H1Using the original band L 0To restore
As is clear from equation (2), using equation (15),
Series data l0(T0) (T0= 0, 1, 2, ...)
Just do it.
【００７１】[0071]
【数１５】 [Equation 15]
【００７２】また、さらに低い周波帯域から元の帯域を
復元するには、上記した処理を段階的に繰り返し実行す
ればよい。Further, in order to restore the original band from the lower frequency band, the above processing may be repeatedly executed step by step.
【００７３】そこで、埋め込み済み低周波帯域成分Ｌ’
jから、埋め込み済み音声データＳ’であるＬ’0を生成
するには、中間周波帯域成分Ｈ1，Ｈ2，Ｈ3，…，Ｈjを
用いて、図２に示した基本的な処理とは逆方向の処理
を、式（１６）に示す如く、ｊ回、段階的に繰り返し実
行するようにすればよい。Therefore, the embedded low frequency band component L '
In order to generate L ′ 0 which is the embedded voice data S ′ from j , the basic processing shown in FIG. 2 is performed using the intermediate frequency band components H 1 , H 2 , H 3 , ..., H j . The process in the opposite direction may be executed stepwise repeatedly j times as shown in equation (16).
【００７４】[0074]
【数１６】 [Equation 16]
【００７５】以上のように、本実施例の電子透かし埋め
込み方法では、透かし情報の埋め込みの対象となる音声
データを帯域分割して、透かし情報を埋め込む帯域を低
周波帯域に予め制限することにより、拡散帯域幅に対す
る計算処理量を削減することができる。As described above, according to the digital watermark embedding method of this embodiment, the audio data to be embedded with the watermark information is divided into bands, and the band in which the watermark information is embedded is limited in advance to the low frequency band. The amount of calculation processing for the spread bandwidth can be reduced.
【００７６】そこで、透かしビットの埋め込みビットレ
ートを一定した場合の、ｊに対する処理時間（１．４
［ｂｉｔ／ｓ］）を図５に示す。但し、計算処理量の削
減効果は、埋め込みアルゴリズムによって異なることに
注意する必要がある。Therefore, when the watermark bit embedding bit rate is constant, the processing time for j (1.4
[Bit / s]) is shown in FIG. However, it should be noted that the effect of reducing the amount of calculation processing differs depending on the embedding algorithm.
【００７７】なお、この方法では、広帯域信号であるＰ
Ｎ系列ｇ（ｔj）および鍵乱数列Ｒを、透かし情報を抽
出するための秘密鍵として用いることができる。In this method, a wideband signal P
The N sequence g (t j ) and the key random number sequence R can be used as a secret key for extracting watermark information.
【００７８】Ｂ．電子透かし検出処理：図６は本発明の
一実施例としての電子透かし抽出処理の概要を示す説明
図である。まず、図１の電子透かし埋め込み処理によっ
て生成した埋め込み済み音声データＳ’と、図１の電子
透かし埋め込み処理で用いた秘密鍵である広帯域信号
（即ち、ＰＮ系列ｇ（ｔj））および鍵乱数列Ｒと、を
準備する。B. Digital Watermark Detection Process: FIG. 6 is an explanatory diagram showing an outline of a digital watermark extraction process as an embodiment of the present invention. First, the embedded voice data S ′ generated by the digital watermark embedding process of FIG. 1, the wideband signal (that is, the PN sequence g (t j )) and the key random number that are the secret key used in the digital watermark embedding process of FIG. Prepare rows R and.
【００７９】次に、その埋め込み済み音声データＳ’を
帯域成分に帯域分割して、埋め込み済み低周波帯域成分
Ｌ’jを導き出す。帯域分割の処理手順は、埋め込み時
と同様の処理手順で行う。Next, the embedded voice data S'is band-divided into band components to derive an embedded low frequency band component L' j . The processing procedure of band division is the same as the processing procedure at the time of embedding.
【００８０】続いて、埋め込み時と同様に、ＤＳ方式に
よるスペクトル拡散を行う。即ち、導き出された埋め込
み済み低周波帯域成分Ｌ’jに、先に準備した埋め込み
処理で用いた広帯域信号、即ち、ＰＮ系列ｇ（ｔj）を
乗じて、埋め込み済み拡散信号ｘ’（ｔj）を生成す
る。Then, as in the case of embedding, spread spectrum is performed by the DS method. That is, the derived embedded low-frequency band component L ′ j is multiplied by the wideband signal used in the embedding process prepared above, that is, the PN sequence g (t j ) to obtain the embedded spread signal x ′ (t j ) Is generated.
【００８１】次に、生成された埋め込み済み拡散信号
ｘ’（ｔj）にＭＤＣＴを施し、フレームｉ毎に、埋め
込み済みＭＤＣＴ係数Ｘ’i（ｋ）を導き出す。ＭＤＣ
Ｔを施す処理手順は、埋め込み時と同様の処理手順で行
う。[0081] Next, 'subjected to MDCT in (t j), for each frame i, embedded with the MDCT coefficients X' generated embedded with spread signal x derive i (k). MDC
The processing procedure for applying T is the same as that for embedding.
【００８２】こうして、フレームｉ毎に得られた埋め込
み済みＭＤＣＴ係数Ｘ’i（ｋ）から、埋め込まれてい
る透かし情報である透かしビットｂiを順次抽出する。In this way, the watermark bits b i , which are the embedded watermark information, are sequentially extracted from the embedded MDCT coefficients X ′ i (k) obtained for each frame i.
【００８３】具体的には、まず、フレームｉ毎に、先に
準備した埋め込み処理で用いた鍵乱数列Ｒから乱数値ｒ
iを抽出し、その乱数値ｒiに応じて、そのフレームｉか
ら求めたＭ個のＭＤＣＴ係数Ｘi（ｋ）の中から、対象
となるＭＤＣＴ係数Ｘ’i（ｒ i）と、それに隣接するＭ
ＤＣＴ係数Ｘ’i（ｒi＋１）と、を導き出す。Specifically, first, for each frame i,
Random value r from the key random number sequence R used in the prepared embedding process
iIs extracted and its random value riFrame i depending on
M MDCT coefficients X obtained fromiTarget from (k)
MDCT coefficient X 'i(R i) And the adjacent M
DCT coefficient X 'i(Ri+1), and derive.
【００８４】次に、導き出した２つのＭＤＣＴ係数Ｘ’
i（ｒi），Ｘ’i（ｒi＋１）について、それらの絶対値
を求めた上で、両者の大小関係を比較する。そして、式
（１７）に示すように、ＭＤＣＴ係数Ｘ’i（ｒi）の絶
対値がＭＤＣＴ係数Ｘ’i（ｒi＋１）の絶対値より大き
いか否かによって、透かしビットｂiを決定する。Next, the two derived MDCT coefficients X '
For i (r i ), X ′ i (r i +1), their absolute values are calculated, and the magnitude relationship between them is compared. Then, determined as shown in equation (17), depending on whether the MDCT coefficients X 'absolute value of i (r i) is the MDCT coefficients X' greater than the absolute value of i (r i +1), the watermark bit b i To do.
【００８５】[0085]
【数１７】
即ち、ＭＤＣＴ係数Ｘ’i（ｒi）の絶対値がＭＤＣＴ係
数Ｘ’i（ｒi＋１）の絶対値より小さい場合には、透か
しビットｂi＝０と決定し、ＭＤＣＴ係数Ｘ’i（ｒi）
の絶対値がＭＤＣＴ係数Ｘ’i（ｒi＋１）の絶対値より
大きい場合には、透かしビットｂi＝１と決定する。[Equation 17] That is, when the MDCT coefficients X 'absolute value of i (r i) is the MDCT coefficients X' smaller than the absolute value of i (r i +1) determines the watermark bit b i = 0, the MDCT coefficients X 'i ( r i )
Is greater than the absolute value of the MDCT coefficient X ′ i (r i +1), the watermark bit b i = 1 is determined.
【００８６】以上のようにして、フレームｉ毎に、埋め
込み済みＭＤＣＴ係数Ｘ’i（ｋ）から、埋め込まれて
いる透かしビットｂiを順次抽出する。As described above, the embedded watermark bits b i are sequentially extracted from the embedded MDCT coefficient X ′ i (k) for each frame i.
【００８７】従って、電子透かし埋め込み処理において
スペクトル拡散を行う際に用いた広帯域信号（即ち、Ｐ
Ｎ系列ｇ（ｔj））と同じ広帯域信号を用い、透かし情
報を埋め込むべき周波数係数を選ぶ際に用いた鍵乱数列
Ｒと同じ鍵乱数列を用いない限り、スペクトル拡散の原
理により、埋め込まれた透かし情報を正しく抽出するこ
とはできない。従って、本実施例の電子透かし技術を用
いれば、高い秘匿性を実現することができる。Therefore, the wideband signal (that is, P
N sequence g (t j )) is used, and unless the same key random number sequence as the key random number sequence R used when selecting the frequency coefficient for embedding the watermark information is used, it is embedded by the spread spectrum principle. The watermark information cannot be extracted correctly. Therefore, high confidentiality can be realized by using the digital watermark technology of the present embodiment.
【００８８】Ｃ．具体例：音声データとしてＣＤなどの
高音質の音楽データに透かし情報を埋め込む場合、音質
の劣化が少なく、さらに、その音楽データを高能率圧縮
しても、埋め込まれた透かし情報が消失しにくいことが
望まれる。そこで、以下に述べる具体例では、高品質な
音楽データに透かし情報を埋め込んだ場合に、音質に与
える影響や、高能率圧縮などのデジタル信号処理を施し
た場合に、透かし情報の受ける影響などについて検討す
る。C. Concrete example: When watermark information is embedded as audio data in high-quality music data such as a CD, the sound quality is less deteriorated, and even if the music data is highly efficiently compressed, the embedded watermark information is less likely to disappear. Is desired. Therefore, in the specific example described below, the effect on the sound quality when watermark information is embedded in high-quality music data and the effect of watermark information when digital signal processing such as high-efficiency compression is performed consider.
【００８９】この具体例では、対象となる音声データ
は、図７に示すように、音楽データ（Ｃｌａｓｓｉｃ，
Ｊａｚｚ，Ｄａｎｃｅの３種類）の再生音を４４，１ｋ
Ｈｚ，１６ビットでデジタル化して得られるデータを用
いた。なお、通常、音楽データはステレオ音であるが、
議論を簡単にするために、この具体例では片側成分のみ
を用いた。In this specific example, as shown in FIG. 7, the target voice data is music data (Classic,
Playback sound of 3 types (Jazz and Dance) 44, 1k
The data obtained by digitizing at 16 Hz in Hz was used. Note that music data is usually stereo sound,
To simplify the discussion, only one-sided components were used in this example.
【００９０】また、音質の評価方法としては、音質の客
観的な評価尺度して最も基本的な信号対量子化雑音比Ｓ
ＮＲ（Signal to quantization Noise Ratio）が知られ
ているが、この具体例では、ＳＮＲを改良して主観評価
との対応関係を向上したＳＮＲseg（Segmental SNR）を
用いた。As a sound quality evaluation method, the most basic signal-to-quantization noise ratio S as an objective sound quality evaluation scale is used.
NR (Signal to quantization Noise Ratio) is known, but in this specific example, SNRseg (Segmental SNR) in which the SNR is improved to improve the correspondence with subjective evaluation is used.
【００９１】さらにまた、以下に出てくる検出率ＤＲ
（Detection Rate）とは、埋め込んだ透かしビットと、
抽出した透かしビットと、が一致した割合を意味する。
例えば、音声データに透かしビットとして１５ビット埋
め込み、その埋め込み済み音声データから、正しい透か
しビットが１４ビットしか抽出できず、１ビットは誤検
出したような場合には、検出率ＤＲは、１４／１５＝
０．９３となる。Furthermore, the detection rate DR appearing below
(Detection Rate) is the embedded watermark bit and
It means the ratio of the extracted watermark bit and the extracted watermark bit.
For example, when 15 bits are embedded in the audio data as watermark bits, and only 14 bits of the correct watermark bits can be extracted from the embedded audio data and 1 bit is erroneously detected, the detection rate DR is 14/15. =
It becomes 0.93.
【００９２】Ｃ−１．音質への影響：対象となる音声デ
ータに透かし情報を埋め込んだ場合の音質を調べると、
次のような結果が得られた。C-1. Impact on sound quality: When the sound quality when watermark information is embedded in the target audio data is examined,
The following results were obtained.
【００９３】まず、埋め込みのビットレート、および埋
め込み強度を制御するための基準値ｐをそれぞれ一定と
して（ｐ＝１５，１．４［ｂｉｔ／ｓ］）、帯域分割を
行う際のｊを変化させた場合、音質は図８に示すように
変化した。この結果から、ｊが大きくなるにつれて、よ
り低周波な帯域成分へ、透かし情報の埋め込みがなされ
るため、音質が向上することがわかる。First, the reference value p for controlling the embedding bit rate and the embedding strength is kept constant (p = 15, 1.4 [bit / s]), and j at the time of band division is changed. Sound quality changed as shown in FIG. From this result, it is understood that as j increases, the watermark information is embedded in the lower frequency band component, so that the sound quality is improved.
【００９４】次に、ｊ＝１０，Ｍ＝３２として（１．４
［ｂｉｔ／ｓ］）、基準値ｐを変化させた場合、音質は
図９に示すように変化した。この結果から、埋め込み強
度を制御するための基準値ｐが大きいほど、音質が劣化
することがわかる。また、この具体例で用いた音声デー
タ（音楽データ）の場合、ｐ＝２０としても、４５ｄＢ
以上の高い音質を維持できることがわかった。また、実
際に人が聴取しても、透かし情報の埋め込まれた再生音
声からは、不自然な雑音や、原音声との差異を感じられ
なかった。Next, j = 10 and M = 32 are set (1.4
[Bit / s]), when the reference value p was changed, the sound quality changed as shown in FIG. From this result, it is understood that the sound quality deteriorates as the reference value p for controlling the embedding strength increases. In the case of the voice data (music data) used in this specific example, 45 dB even if p = 20.
It turns out that the above high sound quality can be maintained. Moreover, even when people actually listened to the sound, no unnatural noise or difference from the original sound was felt in the reproduced sound in which the watermark information was embedded.
【００９５】なお、本実施例の電子透かし埋め込み方法
を用いる場合、ここで示した埋め込みの特性を考慮した
上で、埋め込みパラメータであるｊやｐやＭの各値を適
切に選択することが望ましい。When the digital watermark embedding method of this embodiment is used, it is desirable to properly select the values of the embedding parameters j, p, and M in consideration of the embedding characteristics shown here. .
【００９６】Ｃ−２．レベル変調に対する耐性：本実施
例の電子透かし埋め込み方法では、透かし情報の埋め込
みを、周波数係数（ＭＤＣＴ係数）の相対的な大小関係
を利用して行っているため、音声のダイナミックレンジ
を変化させる増幅や減衰などの処理に耐性を持つと考え
られる。C-2. Resistance to level modulation: In the digital watermark embedding method of the present embodiment, since watermark information is embedded using the relative magnitude relationship of frequency coefficients (MDCT coefficients), amplification that changes the dynamic range of audio is performed. It is considered to have resistance to processing such as attenuation and attenuation.
【００９７】そこで、対象となる音声データとして、Ｃ
ｌａｓｓｉｃを用い、ｊ＝１０，ｐ＝１０，Ｍ＝３２と
して透かし情報の埋め込みを行い、その音声データの波
形スペクトルを定数０．５〜１．５で、増幅または減衰
して、透かし情報が消失しないかどうか調べた。Therefore, as the target voice data, C
Watermark information is embedded using lassic with j = 10, p = 10, and M = 32, and the waveform spectrum of the audio data is amplified or attenuated by a constant 0.5 to 1.5, and the watermark information disappears. I checked if I wouldn't.
【００９８】その結果、何れの処理でも、ほぼ１．０の
高い検出率ＤＲが得られた。よって、本実施例の電子透
かし埋め込み方法では、音声波形の波形振幅レベルの変
調による影響を受けにくいことが確認できた。As a result, a high detection rate DR of about 1.0 was obtained in any of the treatments. Therefore, it was confirmed that the digital watermark embedding method of the present embodiment is unlikely to be affected by the modulation of the waveform amplitude level of the voice waveform.
【００９９】Ｃ−３．帯域通過フィルタに対する耐性：
本実施例のＤＳ方式を原理とした電子透かし埋め込み方
法では、広い周波数帯域へ透かし情報のスペクトルがフ
ラットで弱い状態に拡散するため、帯域通過フィルタの
影響を受けやすいと考えられる。そこで、本実施例の電
子透かし埋め込み方法が、帯域通過フィルタ攻撃に耐え
られるかどうか検討する。C-3. Immunity to bandpass filters:
In the digital watermark embedding method based on the principle of the DS method of the present embodiment, the spectrum of the watermark information spreads over a wide frequency band in a flat and weak state, so it is considered to be easily affected by the band pass filter. Therefore, whether or not the digital watermark embedding method of this embodiment can withstand a bandpass filter attack will be examined.
【０１００】まず、対象となる音声データに、ｊ＝１
０，ｐ＝１０，Ｍ＝３２として透かし情報の埋め込みを
行い、その埋め込んだ音声データを、離散フーリエ変換
による帯域通過フィルタで処理し、その後、その音声デ
ータから透かし情報を抽出した結果を図１０に示す。First, in the target voice data, j = 1
The watermark information is embedded as 0, p = 10, M = 32, the embedded audio data is processed by a bandpass filter by discrete Fourier transform, and then the watermark information is extracted from the audio data. Shown in.
【０１０１】この結果から、本実施例の電子透かし埋め
込み方法では、埋め込んだ透かし情報の成分は低周波帯
域に集中していることがわかる。よって、透かし情報の
埋め込まれた音声データから、低周波帯域成分がフィル
タによってカットされると、透かし情報を正しく検出す
ることができなくなると考えられる。この対策として
は、透かし情報のより高い周波数帯域への埋め込みが考
えられる。From this result, it can be seen that in the digital watermark embedding method of this embodiment, the embedded watermark information components are concentrated in the low frequency band. Therefore, it is considered that the watermark information cannot be correctly detected when the low frequency band component is cut by the filter from the audio data in which the watermark information is embedded. As a countermeasure against this, embedding watermark information in a higher frequency band can be considered.
【０１０２】Ｃ−４．高能率圧縮符号化に対する影響：
次に、周波数変換やサブバンド符号化などを原理とした
高能率圧縮符号化方式であるＭＰ３（MPEG Audio Layer
III）のアルゴリズムを用いて、高度なデジタル信号処
理への耐性を調べた。ＭＰ３による符号圧縮は、インタ
ーネットを利用した高音質な音楽の配信ツールとして普
及している。C-4. Impact on efficient compression coding:
Next, MP3 (MPEG Audio Layer), which is a high-efficiency compression coding method based on the principle of frequency conversion and subband coding.
The algorithm of III) was used to investigate the resistance to advanced digital signal processing. Code compression by MP3 is widely used as a high-quality music distribution tool using the Internet.
【０１０３】そこで、ｊ＝１０，Ｍ＝３２として、ｐを
変化させながら、対象となる音声データに透かし情報の
埋め込みを行い（埋め込み量：１．４［ｂｉｔ／
ｓ］）、その音声データをＭＰ３で圧縮伸張し、その再
生音声から透かし情報を抽出した場合、図１１に示すよ
うな結果が得られた。なお、ＭＰ３としては、インター
ネットで標準的に利用されている圧縮率が約１／１０の
ビットレートのＭＰ３を用いた。Therefore, with j = 10 and M = 32, watermark information is embedded in the target audio data while changing p (embedding amount: 1.4 [bit /
s]), the voice data is compressed and expanded by MP3, and the watermark information is extracted from the reproduced voice, the result shown in FIG. 11 is obtained. As the MP3, the MP3 having a bit rate of about 1/10 that is standardly used on the Internet was used.
【０１０４】この結果から、ＭＰ３の圧縮符号化による
冗長成分の除去によって、透かしのビット列に誤りが発
生するものの、ｐ＝８以上において、透かし検出率ｅは
やや低下するものの、９０％以上の高い検出率ＤＲを示
した。From this result, although an error occurs in the bit string of the watermark due to the removal of the redundant component by the compression coding of MP3, the watermark detection rate e is slightly reduced at p = 8 or more, but it is as high as 90% or more. The detection rate DR is shown.
【０１０５】Ｃ−５．Ｊｉｔｔｅｒ攻撃に対する耐性：
次に、音声データに埋め込まれた透かし情報を破壊する
攻撃として知られるＪｉｔｔｅｒ攻撃によって、本実施
例の電子透かし埋め込み方法による透かし情報が消失し
ないかどうか調べた。Ｊｉｔｔｅｒ攻撃は、音楽の周波
数帯域を不特定に０．１％程度増減する攻撃法であっ
て、人間の聴覚が微少なピッチの変動を知覚できない特
徴を利用したものである。C-5. Resistance to Jitter attacks:
Next, it was investigated whether the Jitter attack known as an attack that destroys the watermark information embedded in the audio data would eliminate the watermark information by the digital watermark embedding method of the present embodiment. The Jitter attack is an attack method that unspecifically increases or decreases the frequency band of music by about 0.1%, and utilizes the feature that human hearing cannot perceive minute pitch fluctuations.
【０１０６】そこで、ｊ＝１０，Ｍ＝３２として、ｐを
変化させながら、対象となる音声データに透かし情報の
埋め込みを行い（埋め込み量：１．４［ｂｉｔ／
ｓ］）、その音声データにＪｉｔｔｅｒ攻撃を施した
後、その音声データから透かし情報を抽出した場合、図
１２に示すような結果が得られた。この結果から、ｐを
大きな値にするほど、Ｊｉｔｔｅｒ攻撃に対する耐性が
向上することがわかる。具体的には、ｐ≧９の条件で９
０％以上の高い検出率ＤＲが得られた。Therefore, with j = 10 and M = 32, watermark information is embedded in the target audio data while changing p (embedding amount: 1.4 [bit /
s]), after subjecting the voice data to a Jitter attack, when watermark information is extracted from the voice data, the result as shown in FIG. 12 is obtained. From this result, it is understood that the resistance to the Jitter attack is improved as the value of p is increased. Specifically, 9 under the condition of p ≧ 9
A high detection rate DR of 0% or more was obtained.
【０１０７】Ｃ−６．まとめ：以上説明した結果から、
本実施例の電子透かし埋め込み方法によれば、約５０ｄ
Ｂ（図９参照）の高音質を維持しつつ、高能率圧縮符号
化やＪｉｔｔｅｒ攻撃に対して高い耐性を持つ電子透か
しを実現できることがわかる。また、更なる改善策とし
て、多数決判定などの誤り訂正技術の導入は容易であ
る。C-6. Summary: From the results described above,
According to the digital watermark embedding method of this embodiment, about 50d
It can be seen that it is possible to realize a digital watermark having high resistance to high-efficiency compression coding and Jitter attack while maintaining the high sound quality of B (see FIG. 9). Further, as a further improvement measure, it is easy to introduce an error correction technique such as majority decision.
【０１０８】Ｄ．装置全体の構成及び処理手順：上述し
た電子透かし埋め込み処理及び電子透かし検出処理を実
行する電子透かし装置１０の構成について図１３を用い
て説明する。図１３は本発明の一実施例としての電子透
かし装置１０の構成を示すブロック図である。この電子
透かし装置１０は、ＣＰＵ２２と、ＲＡＭ２４と、ＲＯ
Ｍ２６と、キーボード３０と、マウス３２と、ＣＲＴな
どから成る表示装置３４と、ハードディスク装置３６
と、ネットワークカードやモデムなどから成る通信装置
３８と、これらの各要素を接続するバス４０と、を備え
るコンピュータである。なお、図１３では各種のインタ
ーフェイス回路は省略されている。通信装置３８は、図
示しない通信回線を介してコンピュータネットワークに
接続されている。コンピュータネットワークの図示しな
いサーバは、通信回線を介してコンピュータプログラム
を電子透かし装置１０に供給するプログラム供給装置と
しての機能を有する。D. Configuration and processing procedure of the entire apparatus: The configuration of the digital watermark apparatus 10 that executes the above-described digital watermark embedding processing and digital watermark detection processing will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a block diagram showing the configuration of the digital watermark device 10 as one embodiment of the present invention. This digital watermark device 10 includes a CPU 22, a RAM 24, and an RO.
M26, keyboard 30, mouse 32, display device 34 including CRT, hard disk device 36
And a communication device 38 including a network card, a modem, and the like, and a bus 40 that connects each of these components. Note that various interface circuits are omitted in FIG. The communication device 38 is connected to a computer network via a communication line (not shown). A server (not shown) of the computer network has a function as a program supply device that supplies a computer program to the digital watermarking device 10 via a communication line.
【０１０９】ＲＡＭ２４には、帯域分割部４２と、拡散
部４４と、ＭＤＣＴ変換部４６と、埋め込み部４８と、
ＩＭＤＣＴ変換部５０と、帯域成分復元部５２と、帯域
合成部５４と、抽出部５６の、各機能を実現するための
コンピュータプログラムが格納されている。これらの各
部４２〜５６の機能については後ほど詳しく説明する。In the RAM 24, the band dividing section 42, the spreading section 44, the MDCT converting section 46, the embedding section 48,
A computer program for realizing each function of the IMDCT conversion unit 50, the band component restoration unit 52, the band synthesis unit 54, and the extraction unit 56 is stored. Functions of these units 42 to 56 will be described later in detail.
【０１１０】このような各部４２〜５６の機能を実現す
るコンピュータプログラムは、フレキシブルディスクや
ＣＤ−ＲＯＭ等の、コンピュータ読み取り可能な記録媒
体に記録された形態で提供される。コンピュータは、そ
の記録媒体からコンピュータプログラムを読み取って内
部記憶装置または外部記憶装置に転送する。あるいは、
通信経路を介してコンピュータにコンピュータプログラ
ムを供給するようにしてもよい。コンピュータプログラ
ムの機能を実現する時には、内部記憶装置に格納された
コンピュータプログラムがコンピュータのマイクロプロ
セッサによって実行される。また、記録媒体に記録され
たコンピュータプログラムをコンピュータが読み取って
直接実行するようにしてもよい。The computer program for realizing the functions of the respective units 42 to 56 is provided in a form recorded on a computer-readable recording medium such as a flexible disk or a CD-ROM. The computer reads the computer program from the recording medium and transfers the computer program to an internal storage device or an external storage device. Alternatively,
The computer program may be supplied to the computer via a communication path. When realizing the functions of the computer program, the computer program stored in the internal storage device is executed by the microprocessor of the computer. Further, the computer program recorded on the recording medium may be read by a computer and directly executed.
【０１１１】この明細書において、コンピュータとは、
ハードウェア装置とオペレーションシステムとを含む概
念であり、オペレーションシステムの制御の下で動作す
るハードウェア装置を意味している。また、オペレーシ
ョンシステムが不要でアプリケーションプログラム単独
またはファームウェア単独でハードウェア装置を動作さ
せるような場合には、そのハードウェア装置自体がコン
ピュータに相当する。ハードウェア装置は、ＣＰＵ等の
マイクロプロセッサと、記録媒体に記録されたコンピュ
ータプログラムを読み取るための手段とを少なくとも備
えている。例えば、ＣＤ−ＲＡＭドライブやＤＶＤ−Ｒ
ＡＭドライブなどの電子機器に、ＣＰＵやＲＯＭなどが
組み込まれていて、これら電子機器がコンピュータとし
ての機能を有する場合も、これら電子機器はコンピュー
タの概念に当然に含まれる。コンピュータプログラム
は、このようなコンピュータに、上述の各手段の機能を
実現させるプログラムコードを含んでいる。なお、上述
の機能の一部は、アプリケーションプログラムでなく、
オペレーションシステムによって実現されていても良
い。更に、透かし情報の埋め込み処理や検出処理を行う
プログラムは、音声処理を行うプログラムに対して、プ
ラグインの形式で付加されるものとしてもよい。In this specification, the computer means
The concept includes a hardware device and an operating system, and means a hardware device that operates under the control of the operating system. Further, when the operating system is unnecessary and the hardware device is operated by the application program or the firmware alone, the hardware device itself corresponds to the computer. The hardware device includes at least a microprocessor such as a CPU and a unit for reading a computer program recorded in a recording medium. For example, CD-RAM drive or DVD-R
Even when a CPU, a ROM, and the like are incorporated in an electronic device such as an AM drive and the electronic device has a function as a computer, these electronic devices are naturally included in the concept of the computer. The computer program includes a program code that causes such a computer to realize the functions of the above-described means. Some of the above functions are not application programs,
It may be realized by an operating system. Further, the program that performs the watermark information embedding process and the detection process may be added in the form of a plug-in to the program that performs the audio process.
【０１１２】なお、この発明における「記録媒体」とし
ては、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ、光磁気デ
ィスク、ＩＣカード、ＲＯＭカートリッジ、パンチカー
ド、バーコードなどの符号が印刷された印刷物、コンピ
ュータの内部記憶装置（ＲＡＭやＲＯＭなどのメモリ）
および外部記憶装置等の、コンピュータが読取り可能な
種々の媒体を利用することができる。The "recording medium" according to the present invention includes a flexible disk, a CD-ROM, a magneto-optical disk, an IC card, a ROM cartridge, a punch card, a printed matter on which codes such as a bar code are printed, and an internal storage of a computer. Device (memory such as RAM and ROM)
Various computer-readable media such as an external storage device and the like can be used.
【０１１３】図１４は帯域分割部４２、拡散部４４、Ｍ
ＤＣＴ変換部４６、埋め込み部４８、ＩＭＤＣＴ変換部
５０、帯域成分復元部５２、および帯域合成部５４が行
う電子透かし埋め込み処理の手順を示すフローチャート
である。FIG. 14 shows a band dividing section 42, a spreading section 44, and M.
9 is a flowchart showing a procedure of a digital watermark embedding process performed by a DCT conversion unit 46, an embedding unit 48, an IMDCT conversion unit 50, a band component restoration unit 52, and a band synthesis unit 54.
【０１１４】ステップＳ１０２では、帯域分割部４２
が、透かし情報の埋め込み対象となる原音声データと、
透かし情報の埋め込みのために用いる広帯域信号である
ＰＮ系列と、埋め込まれる透かし情報である透かしビッ
トを準備する。ステップＳ１０４では、帯域分割部４２
が、原音声データを、低周波帯域成分と、複数の中間周
波帯域成分と、に帯域分割する。ステップＳ１０６で
は、拡散部４４が、それら帯域成分のうち、低周波帯域
成分に広帯域信号であるＰＮ系列を乗じて拡散信号を生
成する。ステップＳ１０８では、ＭＤＣＴ変換部４６
が、拡散信号にＭＤＣＴ変換を施して、ＭＤＣＴ係数を
導き出す。ステップＳ１１０では、埋め込み部４８が、
ＭＤＣＴ係数に透かし情報である透かしビットを埋め込
む。ステップＳ１１２では、ＩＭＤＣＴ変換部５０が、
透かしビットの埋め込まれたＭＤＣＴ係数に、ＩＭＤＣ
Ｔ変換を施して、埋め込み済み拡散信号を生成する。ス
テップＳ１１４では、帯域成分復元部５２が、埋め込み
済み拡散信号に、前述の広帯域信号であるＰＮ系列を乗
じて、埋め込み済み低周波帯域成分を生成する。ステッ
プＳ１１６では、帯域合成部５４が、生成された埋め込
み済み低周波帯域成分と、前述の帯域分割により得られ
た複数の中間周波帯域成分と、を合成して、埋め込み済
み音声データを生成する。In step S102, the band division unit 42
Is the original audio data for which the watermark information is embedded,
A PN sequence, which is a wideband signal used for embedding watermark information, and a watermark bit, which is watermark information to be embedded, are prepared. In step S104, the band division unit 42
, The original voice data is band-divided into a low frequency band component and a plurality of intermediate frequency band components. In step S106, the spreading unit 44 generates a spread signal by multiplying the low frequency band component of the band components by the PN sequence that is the wide band signal. In step S108, the MDCT conversion unit 46
Performs MDCT conversion on the spread signal to derive MDCT coefficients. In step S110, the embedding unit 48
A watermark bit, which is watermark information, is embedded in the MDCT coefficient. In step S112, the IMDCT conversion unit 50
IMDC is added to the MDCT coefficient in which the watermark bit is embedded.
T-transform is performed to generate an embedded spread signal. In step S114, the band component restoration unit 52 multiplies the embedded spread signal by the PN sequence that is the wideband signal described above to generate an embedded low frequency band component. In step S116, the band synthesizing unit 54 synthesizes the generated embedded low frequency band component and the plurality of intermediate frequency band components obtained by the aforementioned band division to generate embedded voice data.
【０１１５】図１５は帯域分割部４２、拡散部４４、Ｍ
ＤＣＴ変換部４６、抽出部５６が行う電子透かし検出処
理の手順を示すフローチャートである。FIG. 15 shows a band dividing section 42, a spreading section 44, and M.
6 is a flowchart showing a procedure of digital watermark detection processing performed by the DCT conversion unit 46 and the extraction unit 56.
【０１１６】ステップＳ２０２では、帯域分割部４２
が、透かし情報の抽出の対象となる埋め込み済み音声デ
ータと、透かし情報の抽出のために用いる埋め込み時と
同じ広帯域信号であるＰＮ系列を準備する。ステップＳ
２０４では、帯域分割部４２が、埋め込み済み音声デー
タを、帯域成分に帯域分割して、埋め込み済み低周波帯
域成分を導き出す。ステップＳ２０６では、拡散部４４
が、埋め込み済み低周波帯域成分に広帯域信号であるＰ
Ｎ系列を乗じて埋め込み済み拡散信号を生成する。ステ
ップＳ２０８では、ＭＤＣＴ変換部４６が、埋め込み済
み拡散信号にＭＤＣＴ変換を施して、埋め込み済みＭＤ
ＣＴ係数を導き出す。ステップＳ２１０では、抽出部５
６が、埋め込み済みＭＤＣＴ係数から、埋め込まれてい
る透かし情報である透かしビットを抽出する。In step S202, the band division unit 42
However, the embedded voice data from which the watermark information is to be extracted and the PN sequence, which is the same broadband signal as that used at the time of embedding for extracting the watermark information, are prepared. Step S
At 204, the band division unit 42 band-divides the embedded audio data into band components and derives embedded low-frequency band components. In step S206, the diffusion unit 44
Is a wideband signal in the embedded low frequency band component P
An N-sequence is multiplied to generate an embedded spread signal. In step S208, the MDCT conversion unit 46 performs MDCT conversion on the embedded diffused signal to obtain the embedded MD.
Derive the CT coefficient. In step S210, the extraction unit 5
6 extracts a watermark bit, which is embedded watermark information, from the embedded MDCT coefficient.
【０１１７】Ｆ．変形例：なお、この発明は上記の実施
例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱
しない範囲において種々の態様において実施することが
可能であり、例えば次のような変形も可能である。F. Modifications: The present invention is not limited to the above-described embodiments and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are also possible. is there.
【０１１８】Ｆ−１．変形例１：上記した実施例では、
直交変換として、ＭＤＣＴ変換を用いたが、ＤＣＴ、Ｆ
ＦＴやウェーブレット変換などの他の種類の直交変換を
採用することが可能である。F-1. Modification 1: In the above embodiment,
Although MDCT transform was used as orthogonal transform, DCT, F
Other types of orthogonal transforms such as FT and wavelet transforms can be used.
【０１１９】Ｆ−２．変形例２：上記した実施例では、
透かし情報を埋め込むべき対象帯域成分として、低周波
帯域成分を用いたが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、他の中間周波帯域成分（高周波帯域成分を含
む）を、対象帯域成分として用いるようにしても良い。F-2. Modification 2: In the above embodiment,
Although the low frequency band component is used as the target band component in which the watermark information should be embedded, the present invention is not limited to this, and other intermediate frequency band components (including the high frequency band component) are used as the target band component. You may use it.
【０１２０】Ｆ−３．変形例３：上記した実施例では、
ＭＤＣＴ係数に透かし情報を埋め込む際、対象となるＭ
ＤＣＴ係数Ｘi（ｒi）と、それに隣接するＭＤＣＴ係数
Ｘi（ｒi＋１）と、を用いたが、例え隣接していなくて
も、近接するＭＤＣＴ係数同士を用いるようにしても良
い。また、３つ以上のＭＤＣＴ係数を用いるようにして
も良い。F-3. Modification 3: In the above embodiment,
When embedding watermark information in the MDCT coefficient, the target M
Although the DCT coefficient X i (r i ) and the MDCT coefficient X i (r i +1) adjacent to the DCT coefficient X i (r i ) are used, the adjacent MDCT coefficients may be used even if they are not adjacent. Also, three or more MDCT coefficients may be used.
【０１２１】Ｆ−４．変形例４：上記した実施例では、
ＭＤＣＴ係数に透かし情報を埋め込む際、隣接する２つ
のＭＤＣＴ係数の絶対値の大小関係を利用するようにし
ていたが、絶対値に限らず、種々の演算値を利用するよ
うにしても良い。F-4. Modification 4: In the above embodiment,
When the watermark information is embedded in the MDCT coefficient, the magnitude relationship between the absolute values of two adjacent MDCT coefficients is used, but not limited to the absolute value, various calculation values may be used.
【０１２２】Ｆ−５．変形例５：上記した実施例では、
音声データに対して透かし情報を埋め込んでいたが、本
発明は、これに限るものではなく、画像データに透かし
情報を埋め込む場合にも適用可能である。即ち、本発明
は、一般に、デジタルデータに透かし情報を埋め込む場
合に適用可能である。なお、透かし情報が埋め込まれる
原音声データや原画像データを、単に「対象データ」と
呼ぶことができる。F-5. Modification 5: In the above embodiment,
Although the watermark information is embedded in the audio data, the present invention is not limited to this, and can be applied to the case where the watermark information is embedded in the image data. That is, the present invention is generally applicable to embedding watermark information in digital data. The original audio data and the original image data in which the watermark information is embedded can be simply called “target data”.
【図１】本発明の一実施例としての電子透かし埋め込み
処理の概要を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of a digital watermark embedding process as an embodiment of the present invention.
【図２】図１の帯域分割処理における基本的な処理を示
す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a basic process in the band division process of FIG.
【図３】ＭＤＣＴにおける窓関数を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a window function in MDCT.
【図４】透かしビットに応じてＭＤＣＴ係数の値の変更
する仕方を説明するための説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a method of changing a value of an MDCT coefficient according to a watermark bit.
【図５】透かしビットの埋め込みビットレートを一定し
た場合の、ｊに対する処理時間を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a processing time for j when the watermark bit embedding bit rate is constant.
【図６】本発明の一実施例としての電子透かし抽出処理
の概要を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing an outline of digital watermark extraction processing as an embodiment of the present invention.
【図７】対象となる音声データの例を示す説明図であ
る。FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of target audio data.
【図８】帯域分割を行う際のｊに対する音質の変化を示
すグラフである。FIG. 8 is a graph showing a change in sound quality with respect to j when performing band division.
【図９】埋め込み強度を制御するための基準値ｐに対す
る音質の変化を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing a change in sound quality with respect to a reference value p for controlling the embedding strength.
【図１０】帯域通過フィルタで処理した場合における透
かし情報に対する影響を示す説明図である。。FIG. 10 is an explanatory diagram showing an influence on watermark information when processed by a bandpass filter. .
【図１１】ＭＰ３で圧縮伸張した場合における透かし情
報に対する影響を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing the influence on watermark information when compressed and expanded in MP3.
【図１２】Ｊｉｔｔｅｒ攻撃を施した場合における透か
し情報に対する影響を示す説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram showing the influence on watermark information when a Jitter attack is applied.
【図１３】本発明の一実施例としての電子透かし装置１
０の構成を示すブロック図である。FIG. 13 is a digital watermarking device 1 as an embodiment of the present invention.
It is a block diagram which shows the structure of 0.
【図１４】帯域分割部４２、拡散部４４、ＭＤＣＴ変換
部４６、埋め込み部４８、ＩＭＤＣＴ変換部５０、帯域
成分復元部５２、および帯域合成部５４が行う電子透か
し埋め込み処理の手順を示すフローチャートである。FIG. 14 is a flowchart showing a procedure of a digital watermark embedding process performed by a band division unit 42, a diffusion unit 44, an MDCT conversion unit 46, an embedding unit 48, an IMDCT conversion unit 50, a band component restoration unit 52, and a band synthesis unit 54. is there.
【図１５】帯域分割部４２、拡散部４４、ＭＤＣＴ変換
部４６、抽出部５６が行う電子透かし検出処理の手順を
示すフローチャートである。FIG. 15 is a flowchart showing a procedure of digital watermark detection processing performed by the band division unit 42, the diffusion unit 44, the MDCT conversion unit 46, and the extraction unit 56.
１０…電子透かし装置 ２２…ＣＰＵ ２４…ＲＡＭ ２６…ＲＯＭ ３０…キーボード ３２…マウス ３４…表示装置 ３６…ハードディスク装置 ３８…通信装置 ４０…バス ４２…帯域分割部 ４４…拡散部 ４６…ＭＤＣＴ変換部 ４８…埋め込み部 ５０…ＩＭＤＣＴ変換部 ５２…帯域成分復元部 ５４…帯域合成部 ５６…抽出部 10 ... Digital Watermarking Device 22 ... CPU 24 ... RAM 26 ... ROM 30 ... Keyboard 32 ... Mouse 34 ... Display device 36 ... Hard disk device 38 ... Communication device 40 ... bus 42 ... Band division unit 44 ... Diffusion unit 46 ... MDCT conversion unit 48 ... Embedded part 50 ... IMDCT converter 52 ... Band component restoration unit 54 ... Band synthesizer 56 ... Extraction unit
Claims (18)
を行う電子透かし埋め込み方法であって、 （ａ）前記透かし情報の埋め込みの対象となる対象デー
タと、前記透かし情報の埋め込みのために用いる広帯域
信号と、を準備する工程と、 （ｂ）前記対象データを複数の帯域成分に帯域分割する
工程と、 （ｃ）前記複数の帯域成分のうち、少なくとも１つの対
象帯域成分に前記広帯域信号を乗じて拡散信号を生成す
る工程と、 （ｄ）前記拡散信号に所定の直交変換を施すことによっ
て、変換係数を導き出す工程と、 （ｅ）前記変換係数に前記透かし情報の埋め込みを行う
工程と、 （ｆ）前記透かし情報の埋め込みの行われた前記変換係
数に、前記直交変換とは逆の変換を施すことによって、
埋め込み済み拡散信号を生成する工程と、 （ｇ）前記埋め込み済み拡散信号に前記広帯域信号を乗
じて、埋め込み済み対象帯域成分を生成する工程と、 （ｈ）前記複数の帯域成分のうち、前記対象帯域成分以
外の帯域成分と、前記埋め込み済み対象帯域成分と、を
合成して、埋め込み済み対象データを生成する工程と、 を備えることを特徴とする電子透かし埋め込み方法。1. A digital watermark embedding method for embedding watermark information in digital data, comprising: (a) target data for embedding the watermark information, and a wideband signal used for embedding the watermark information. , (B) band-dividing the target data into a plurality of band components, and (c) spreading the wide band signal by multiplying at least one target band component of the plurality of band components. A step of generating a signal; (d) a step of deriving a transform coefficient by subjecting the spread signal to a predetermined orthogonal transform; (e) a step of embedding the watermark information in the transform coefficient; (f) By subjecting the transform coefficient in which the watermark information is embedded to a transform opposite to the orthogonal transform,
Generating an embedded spread signal, (g) multiplying the embedded spread signal by the wideband signal to generate an embedded target band component, (h) selecting the target from among the plurality of band components A digital watermark embedding method comprising a step of synthesizing a band component other than a band component and the embedded target band component to generate embedded target data.
法において、 前記工程（ｂ）では、前記対象データを、低周波帯域成
分と、１つ以上の中間周波帯域成分と、に帯域分割する
ことを特徴とする電子透かし埋め込み方法。2. The digital watermark embedding method according to claim 1, wherein in the step (b), the target data is band-divided into a low frequency band component and one or more intermediate frequency band components. A method for embedding a digital watermark characterized by:
法において、 前記対象帯域成分は、前記低周波帯域成分であることを
特徴とする電子透かし埋め込み方法。3. The digital watermark embedding method according to claim 2, wherein the target band component is the low frequency band component.
法において、 前記広帯域信号は、擬似乱数系列から成ることを特徴と
する電子透かし埋め込み方法。4. The digital watermark embedding method according to claim 1, wherein the wideband signal comprises a pseudo-random number sequence.
法において、 前記擬似乱数系列は、自乗すると１になる乱数系列であ
ることを特徴とする電子透かし埋め込み方法。5. The digital watermark embedding method according to claim 4, wherein the pseudo-random number sequence is a random number sequence that becomes 1 when squared.
法において、 前記直交変換は、変形離散コサイン変換であることを特
徴とする電子透かし埋め込み方法。6. The digital watermark embedding method according to claim 1, wherein the orthogonal transform is a modified discrete cosine transform.
法において、 前記工程（ａ）では、さらに、前記透かし情報の埋め込
みのために用いる鍵乱数列を準備すると共に、 前記工程（ｄ）は、 （ｄ−１）前記拡散信号を時間軸上で複数のフレームに
分割する工程と、 （ｄ−２）前記フレームに前記直交変換を施すことによ
って、複数の変換係数を求める工程と、 を備え、 前記工程（ｅ）は、 （ｅ−１）前記フレーム毎に、前記鍵乱数列から順次抽
出される乱数値に応じて、そのフレームから求めた前記
複数の変換係数の中から、対象変換係数と、該対象変換
係数と周波数が近接する近接変換係数と、をそれぞれ導
出する工程と、 （ｅ−２）前記対象変換係数と前記近接変換係数とを演
算し、その演算結果が、埋め込むべき前記透かし情報に
応じた所定の条件を満たさない場合に、その条件を満た
すように、前記対象変換係数および前記近接変換係数の
うち、少なくとも一方の値を変更する工程と、 を備え、 前記工程（ｆ）は、 （ｆ−１）前記対象変換係数および前記近接変換係数を
含む前記複数の変換係数に、前記直交変換とは逆の変換
を施すことによって、埋め込み済みフレームを生成する
工程と、 （ｆ−２）複数の前記埋め込み済みフレームを合成し
て、前記埋め込み済み拡散信号を生成する工程と、 を備えることを特徴とする電子透かし埋め込み方法。7. The digital watermark embedding method according to claim 1, wherein in the step (a), a key random number sequence used for embedding the watermark information is further prepared, and the step (d) includes (D-1) a step of dividing the spread signal into a plurality of frames on a time axis, and (d-2) a step of obtaining a plurality of transform coefficients by applying the orthogonal transform to the frame, In the step (e), (e-1) for each frame, according to a random number value sequentially extracted from the key random number sequence, a target transform coefficient is selected from the plurality of transform coefficients obtained from the frame. A step of deriving the target transform coefficient and a proximity transform coefficient whose frequency is close to each other, and (e-2) computing the target transform coefficient and the proximity transform coefficient, and the result of the computation is the watermark to be embedded. information When not satisfying a predetermined condition corresponding thereto, a step of changing at least one value of the target conversion coefficient and the proximity conversion coefficient so as to satisfy the condition, and the step (f), (F-1) A step of generating an embedded frame by performing a transform opposite to the orthogonal transform on the plurality of transform coefficients including the target transform coefficient and the proximity transform coefficient, (f-2) A step of synthesizing a plurality of the embedded frames to generate the embedded spread signal, the method of embedding a digital watermark.
タから前記透かし情報を抽出する電子透かし抽出方法で
あって、 （ａ）前記透かし情報の抽出の対象となる対象データ
と、前記透かし情報の抽出のために用いる広帯域信号
と、を準備する工程と、 （ｂ）前記対象データを帯域成分に帯域分割して、前記
透かし情報の抽出の対象となる対象帯域成分を導き出す
工程と、 （ｃ）前記対象帯域成分に前記広帯域信号を乗じて拡散
信号を生成する工程と、 （ｄ）前記拡散信号に所定の直交変換を施すことによっ
て、変換係数を導き出す工程と、 （ｅ）前記変換係数から、埋め込まれている前記透かし
情報の抽出を行う工程と、 を備えることを特徴とする電子透かし抽出方法。8. A digital watermark extraction method for extracting the watermark information from digital data in which the watermark information is embedded, comprising: (a) target data to be the target of the watermark information extraction; And (b) band-dividing the target data into band components and deriving a target band component from which to extract the watermark information, (c) the target A step of multiplying a band component by the wideband signal to generate a spread signal; (d) a step of deriving a transform coefficient by subjecting the spread signal to a predetermined orthogonal transform; and (e) embedding from the transform coefficient. And a step of extracting the watermark information, the digital watermark extracting method comprising:
おいて、 前記工程（ｂ）では、前記対象データを、低周波帯域成
分と、１つ以上の中間周波帯域成分と、に帯域分割する
ことを特徴とする電子透かし抽出方法。9. The digital watermark extracting method according to claim 8, wherein in the step (b), the target data is band-divided into a low frequency band component and one or more intermediate frequency band components. A method for extracting a digital watermark.
において、 前記対象帯域成分は、前記低周波帯域成分であることを
特徴とする電子透かし抽出方法。10. The digital watermark extracting method according to claim 9, wherein the target band component is the low frequency band component.
において、 前記広帯域信号は、擬似乱数系列から成ることを特徴と
する電子透かし抽出方法。11. The digital watermark extracting method according to claim 8, wherein the wideband signal is composed of a pseudo-random number sequence.
法において、 前記擬似乱数系列は、自乗すると１になる乱数系列であ
ることを特徴とする電子透かし抽出方法。12. The digital watermark extracting method according to claim 11, wherein the pseudo random number sequence is a random number sequence that becomes 1 when squared.
において、 前記直交変換は、変形離散コサイン変換であることを特
徴とする電子透かし抽出方法。13. The digital watermark extracting method according to claim 8, wherein the orthogonal transform is a modified discrete cosine transform.
において、 前記工程（ａ）では、さらに、前記透かし情報の抽出の
ために用いる鍵乱数列を準備すると共に、 前記工程（ｄ）は、 （ｄ−１）前記拡散信号を時間軸上で複数のフレームに
分割する工程と、 （ｄ−２）前記フレームに前記直交変換を施すことによ
って、複数の変換係数を求める工程と、 を備え、 前記工程（ｅ）は、 （ｅ−１）前記フレーム毎に、前記鍵乱数列から順次抽
出される乱数値に応じて、そのフレームから求めた前記
複数の変換係数の中から、対象変換係数と、該対象変換
係数と周波数が近接する近接変換係数と、をそれぞれ導
出する工程と、 （ｅ−２）前記対象変換係数と前記近接変換係数との大
小関係を比較し、その比較結果から、埋め込まれている
前記透かし情報を抽出する工程と、 を備えることを特徴とする電子透かし抽出方法。14. The digital watermark extracting method according to claim 8, wherein in the step (a), a key random number sequence used for extracting the watermark information is further prepared, and the step (d) includes (D-1) a step of dividing the spread signal into a plurality of frames on a time axis, and (d-2) a step of obtaining a plurality of transform coefficients by applying the orthogonal transform to the frame, In the step (e), (e-1) for each frame, according to a random number value sequentially extracted from the key random number sequence, a target transform coefficient is selected from the plurality of transform coefficients obtained from the frame. And (e-2) comparing the target conversion coefficient and the proximity conversion coefficient with each other, and embedding from the comparison result. The above Digital watermark extraction method characterized by comprising the step of extracting the visible information, the.
みを行う電子透かし装置であって、 前記透かし情報の埋め込みの対象となる対象データを複
数の帯域成分に帯域分割する帯域分割部と、 前記複数の帯域成分のうち、少なくとも１つの対象帯域
成分に、前記透かし情報の埋め込みのために用いる広帯
域信号を乗じて拡散信号を生成する拡散部と、 前記拡散信号に所定の直交変換を施すことによって、変
換係数を導き出す直交変換部と、 前記変換係数に前記透かし情報の埋め込みを行う埋め込
み部と、 前記透かし情報の埋め込みの行われた前記変換係数に、
前記直交変換とは逆の変換を施すことによって、埋め込
み済み拡散信号を生成する逆直交変換部と、 前記埋め込み済み拡散信号に前記広帯域信号を乗じて、
埋め込み済み対象帯域成分を生成する帯域成分復元部
と、 前記複数の帯域成分のうち、前記対象帯域成分以外の帯
域成分と、前記埋め込み済み対象帯域成分と、を合成し
て、埋め込み済み対象データを生成する帯域合成部と、 を備えることを特徴とする電子透かし装置。15. A digital watermarking device for embedding watermark information in digital data, comprising: a band dividing unit for band-dividing target data into which the watermark information is embedded into a plurality of band components; Of the components, at least one target band component is multiplied by a wideband signal used for embedding the watermark information to generate a spread signal, and a predetermined orthogonal transform is applied to the spread signal to obtain a transform coefficient. An orthogonal transformation unit for deriving, an embedding unit that embeds the watermark information in the transformation coefficient, and the transformation coefficient in which the watermark information is embedded,
An inverse orthogonal transform unit that generates an embedded spread signal by performing a transform opposite to the orthogonal transform, and the embedded spread signal is multiplied by the wideband signal,
A band component restoring unit that generates an embedded target band component, a band component other than the target band component among the plurality of band components, and the embedded target band component are combined to obtain embedded target data. A digital watermarking device comprising: a band synthesizing unit for generating.
ータから前記透かし情報を抽出する電子透かし装置であ
って、 前記透かし情報の抽出の対象となる対象データを複数の
帯域成分に帯域分割する帯域分割部と、 前記複数の帯域成分のうち、少なくとも１つの対象帯域
成分に、前記透かし情報の抽出のために用いる広帯域信
号を乗じて拡散信号を生成する拡散部と、 前記拡散信号に所定の直交変換を施すことによって、変
換係数を導き出す直交変換部と、 前記変換係数から、埋め込まれている前記透かし情報の
抽出を行う抽出部と、 を備えることを特徴とする電子透かし装置。16. A digital watermarking apparatus for extracting the watermark information from digital data in which watermark information is embedded, wherein a band dividing section for band-dividing the target data from which the watermark information is extracted into a plurality of band components. A spreading unit that multiplies at least one target band component of the plurality of band components by a wideband signal used for extracting the watermark information to generate a spread signal, and performs a predetermined orthogonal transform on the spread signal. An electronic watermarking device comprising: an orthogonal transforming unit that derives a transforming coefficient by applying the transforming coefficient; and an extracting unit that extracts the embedded watermark information from the transforming coefficient.
みを行うためのコンピュータプログラムであって、 前記透かし情報の埋め込みの対象となる対象データを複
数の帯域成分に帯域分割する機能と、 前記複数の帯域成分のうち、少なくとも１つの対象帯域
成分に、前記透かし情報の埋め込みのために用いる広帯
域信号を乗じて拡散信号を生成する機能と、 前記拡散信号に所定の直交変換を施すことによって、変
換係数を導き出す機能と、 前記変換係数に前記透かし情報の埋め込みを行う機能
と、 前記透かし情報の埋め込みの行われた前記変換係数に、
前記直交変換とは逆の変換を施すことによって、埋め込
み済み拡散信号を生成する機能と、 前記埋め込み済み拡散信号に前記広帯域信号を乗じて、
埋め込み済み対象帯域成分を生成する機能と、 前記複数の帯域成分のうち、前記対象帯域成分以外の帯
域成分と、前記埋め込み済み対象帯域成分と、を合成し
て、埋め込み済み対象データを生成する機能と、 をコンピュータに実現させるためのコンピュータプログ
ラム。17. A computer program for embedding watermark information in digital data, comprising a function of band-dividing target data into which watermark information is to be embedded into a plurality of band components, and the plurality of band components. Among these, at least one target band component is multiplied by a wideband signal used for embedding the watermark information to generate a spread signal, and a transform coefficient is derived by performing a predetermined orthogonal transform on the spread signal. A function, a function of embedding the watermark information in the conversion coefficient, and the conversion coefficient embedded watermark information,
A function of generating an embedded spread signal by performing a transform opposite to the orthogonal transform, and multiplying the embedded spread signal by the wideband signal,
A function of generating an embedded target band component, a function of synthesizing a band component other than the target band component of the plurality of band components, and the embedded target band component to generate embedded target data And a computer program that causes a computer to realize.
ータから前記透かし情報を抽出するためのコンピュータ
プログラムであって、 前記透かし情報の抽出の対象となる対象データを複数の
帯域成分に帯域分割する機能と、 前記複数の帯域成分のうち、少なくとも１つの対象帯域
成分に、前記透かし情報の抽出のために用いる広帯域信
号を乗じて拡散信号を生成する機能と、 前記拡散信号に所定の直交変換を施すことによって、変
換係数を導き出す機能と、 前記変換係数から、埋め込まれている前記透かし情報の
抽出を行う機能と、 をコンピュータに実現させるためのコンピュータプログ
ラム。18. A computer program for extracting the watermark information from digital data in which the watermark information is embedded, which has a function of band-dividing the target data from which the watermark information is extracted into a plurality of band components. , A function of multiplying at least one target band component of the plurality of band components by a wideband signal used for extracting the watermark information to generate a spread signal, and performing a predetermined orthogonal transform on the spread signal. A computer program for causing a computer to realize a function of deriving a conversion coefficient by the method and a function of extracting the embedded watermark information from the conversion coefficient.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001337959A JP2003143390A (en) | 2001-11-02 | 2001-11-02 | Electronic watermark embedding and extraction |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001337959A JP2003143390A (en) | 2001-11-02 | 2001-11-02 | Electronic watermark embedding and extraction |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| JP2003143390A true JP2003143390A (en) | 2003-05-16 |
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ID=19152524
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001337959A Pending JP2003143390A (en) | 2001-11-02 | 2001-11-02 | Electronic watermark embedding and extraction |
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|---|---|
| JP (1) | JP2003143390A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
2001
- 2001-11-02 JP JP2001337959A patent/JP2003143390A/en active Pending
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| US10424310B2 (en) | 2013-06-11 | 2019-09-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Digital watermark embedding device, digital watermark detecting device, digital watermark embedding method, digital watermark detecting method, computer-readable recording medium containing digital watermark embedding program, and computer-readable recording medium containing digital watermark detecting program |
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