JP2003263183A - 電子透かしシステム - Google Patents
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Abstract
し情報を挿入する。 【解決手段】 電子透かし埋込装置と電子透かし検出装
置とを備えた電子透かしシステムにおいて、電子透かし
埋込装置は、入力された原音声信号aを構成する各音信
号20に対して埋込むべき電子透かし情報bに対応した
時間Δだけ遅延したエコー信号(インパルス応答信号)
を時間軸上で拡散して原音声信号aに挿入して埋込済音
声信号d2として出力する。また、電子透かし検出装置
は、入力された埋込済音声信号d2を時間軸上で逆拡散
して、この逆拡散されたエコー信号(インパルス応答信
号)の発生時刻Δから電子透かし情報bを抽出する。
Description
透かし情報を埋込む電子透かし埋込装置と、原音声信号
に埋込まれ電子透かし情報を検出する電子透かし検出装
置とを備えた電子透かしシステムに関する。
・ディスク)やDVD(デジタル・バーサタイル・ディ
スク)等の他に、デジタルTV放送やインターネット等
の通信メディアを介して、一般の人が簡単に、これらで
提供されるデジタルの音声情報(コンテンツ)のデジタ
ル録音、及びこのデジタル録音を利用した複写(コピ
ー)が可能になってきた。デジタル録音においては、品
質劣化を来たすことなく複写(コピー)が可能であるの
で、著作権上の問題がより深刻になる。
して、音声情報(コンテンツ)の提供者は、この音声情
報(コンテンツ)に、視聴には影響のない製造番号等か
らなる電子透かし情報を埋込むことが提唱されている。
込む技術として種々の手法が提案されているが、代表的
な手法として、(a)単発エコー手法、及び(b)PN
(擬似ランダム雑音)系列手法がある。以下、この各手
法の基本動作を説明する。
声信号aに対して、この原音声信号aを構成する各音信
号1に対してデジタルの電子透かし情報bの[1]又は
[0]に対応した時間(遅延時間)Δ1又はΔ2だけ遅延
した時刻にエコー信号2を挿入する。なお、実際の時間
Δ1、Δ2は、数ms(ミリ秒)程度であり、非常に短
い。
示すように、入力された原音声信号aは時間マスキング
部4で各音信号1の出力時刻t0が検出されて、この出
力時刻t0がインパルス応答信号発生部4へ印加され
る。インパルス応答信号発生部4は、入力された出力時
刻t0に対して、電子透かし情報bの[1]又は[0]
に対応した時間Δ1又はΔ2だけ遅延した時刻で、エコー
信号2としてのインパルス応答信号cをたたみ込み部5
へ送出する。たたみ込み部5は、入力された原音声信号
aとインパルス応答信号cとのたたみ込み処理を実施
し、たたみ込み処理結果を図5に示す埋込済音声信号d
として出力する。
済音声信号dから電子透かし情報bを検出する電子透か
し検出装置は図示していないが、この埋込済音声信号d
の自己相関を取ると、電子透かし情報bの[1]又は
[0]に対応した時間(遅延時間)Δ1又はΔ2にピーク
が現れるので、埋込済音声信号dに埋込まれた電子透か
し情報bを検出できる。
した信号の場合は、原音信号a全体を電子透かし情報b
の[1]又は[0]に対応した時間Δ1又はΔ2だけ遅延
させた状態に近似する、エコー信号2としてのインパル
ス応答信号cを連続して出力させれば、時間マスキング
部3は必ずしも設ける必要はない。
法 このPN系列手法は、図9に示すように、原音声信号a
に対して、この原音声信号aを構成する各音信号1に対
してデジタルの電子透かし情報bの[1]又は[0]に
対応したPN系列信号e[PN1又はPN0]を周波数軸
上で挿入する。
示すように、入力された原音声信号aはフーリエ変換部
6で周波数軸領域にフーリエ変換されて周波数マスキン
グ部7へ印加されるとともに加算部10へ印加される。
PN系列発生器9は電子透かし情報bの[1]又は
[0]に対応したPN系列信号e[PN1又はPN0]を
乗算部8へ送出する。具体的には、PN系列[PN1又
はPN0]を構成する(2m―1 m;正整数)個の各ビ
ット値が全ての周波数又は広範囲に亘る周波数ω1、
ω2、ω3、…、ωMにおけるサンプル値にそれぞれ加算
される。
の周波数分布から人間の聴覚マスキング特性を考慮して
求まる周波数マスキング特性に基づき、PN系列信号e
[PN1又はPN0]の各周波数成分に重み付けをする周
波数重み付け特性を乗算部8へ印加する。
PN0]に対して周波数重み付け特性で重み付け演算を
実施して加算部10へ印加する。
数重み付けされたPN系列信号e[PN1又はPN0]を
フーリエ変換された原音声信号aに加算する。PN系列
信号e[PN1又はPN0]が加算されたフーリエ変換さ
れた原音声信号aはフーリエ逆変換部11で時間軸領域
にフーリエ逆変換されて、図9に示す埋込済音声信号d
1として出力される。
すように、入力された埋込済音声信号d1は、フーリエ
変換部12で周波数軸領域にフーリエ変換されて相関算
出部13へ入力される。相関算出部13は、フーリエ変
換された埋込済音声信号d1とPN系列発生器14から
出力された、埋込に用いたPN系列信号eと同一のPN
系列信号e[PN1又はPN0]との間の相関演算を行
い、相関演算結果を相関信号として2値化部15へ送出
する。2値化部15は、相関信号を「1」又は「0」へ
2値化を行い、2値化された値を電子透かし情報bとし
て出力する。
た各電子透かし手法においても、まだ解消すべき次のよ
うな課題があった。
ては、原音声信号aに対して埋込まれるデジタルの電子
透かし情報bは、図5に示すように、各音信号1とこの
各音信号1の時間的近傍に挿入された各エコー信号2
(インパルス応答信号c)との間の時間Δ1、Δ2で示さ
れる。したがって、第3者が埋込済音声信号dから、例
えば自己相関算出手法を用いて、簡単に電子透かし情報
bを解読することが可能である。
し情報bが埋込まれているか否かの情報、及び埋込まれ
ている電子透かし情報bの秘匿性が確保できないので、
第3者にこの情報が悪用される懸念がある、さらに、電
子透かし情報bの検出性能を高めるためには、ある程度
大きいレベルでエコー信号2(インパルス応答信号c)
を挿入する必要があるので、埋込済音声信号dのSN比
の低下等の信号品質が低下する懸念がある。
系列手法においては、[1]又は[0]の電子透かし情
報bをPN系列信号e[PN1又はPN0]としてフーリ
エ変換された原音声信号aに組込むようにしているの
で、埋込まれた電子透かし情報bの秘匿性を確保するこ
とが可能である。また、PN系列信号e[PN1又はP
N0]は広い範囲に分布しているので、信号レベルを低
下できる。
PN0]は、結果的に、全ての周波数領域に亘って分布
している。しかし、音楽や会話の音声信号は人間の可聴
周波数領域の全域に亘って、かつ全時間帯に亘って分布
してはいない。したがって、原音声信号aのレベルの低
い周波数領域や時間領域においては、埋込済音声信号d
1において、埋込まれた電子透かし情報bが小さな雑音
となって聴こえる懸念がある。また、電子透かし情報b
が埋込まれていることが視聴者に確認されてしまう懸念
がある。
ものであり、原音声信号に埋込まれた電子透かし情報の
秘匿性を十分確保できるとともに、原音声信号に埋込ま
れた電子透かし情報の周波数領域範囲を抑制でき、かつ
電子透かし情報を原音声信号の広い範囲に分布させるこ
とができ、結果的に電子透かし情報が埋込まれているこ
とを第3者に簡単に判別できないようにでき、原音声信
号の複写(コピー)に対する安全性を向上できる電子透
かしシステムを提供することを目的とする。
声信号に電子透かし情報を埋込んで埋込済音声信号とし
て出力する電子透かし埋込装置と、入力した埋込済音声
信号からこの埋込済音声信号に埋込まれた電子透かし情
報を検出する電子透かし検出装置とを備えた電子透かし
システムに適用される。
明の電子透かしシステムにおいては、電子透かし埋込装
置は、入力された原音声信号を構成する各音信号に対し
て埋込むべき電子透かし情報に対応した時間だけ遅延し
たエコー信号を時間軸上で拡散して原音声信号に挿入し
て埋込済音声信号として出力する。また、電子透かし検
出装置は、入力された埋込済音声信号を時間軸上で逆拡
散して、この逆拡散されたエコー信号の発生時刻から電
子透かし情報を抽出する。
においては、原音声信号に埋込むべき電子透かし情報
は、原音声信号を構成する各音信号に隣接して時間軸上
で拡散されたエコー信号の時間に対応する。したがっ
て、この時間拡散された各エコー信号を時間軸上で逆拡
散すると、電子透かし情報に対応する時間位置に一つの
エコー信号が現れるので、電子透かし情報を検出でき
る。
のエコー信号の信号レベルは小さくとも、これらのエコ
ー信号を逆拡散してできる一つのエコー信号の信号レベ
ル(パワー)は大きくなるので、電子透かし情報の検出
精度は高くなる。よって、時間軸上で拡散配置する一つ
一つのエコー信号の信号レベルを小さく設定できるの
で、埋込済音声信号に含まれる電子透かし情報が視聴者
に雑音として聞き取られることはない。
拡散された状態で原音声信号に埋込まれるので、第3者
が埋込済音声信号から電子透かし情報を簡単に抽出でき
ない。
散されていないので、通常の音声や会話では使用されな
い高周波領域に電子透かし情報のエコー信号が含まれる
ことはないので、埋込まれた電子透かし情報が小さな雑
音となって聴こえることはない。
ステムにおいて、電子透かし埋込装置に対して、入力さ
れた原音声信号を構成する各音信号に対して埋込むべき
電子透かし情報に対応した時間だけ遅延したインパルス
応答信号を出力するインパルス応答信号発生部と、イン
パルス応答信号発生部から出力されたインパルス応答信
号を所定周期長を有するPN系列で時間軸上で拡散する
時間拡散部と、時間拡散部で時間軸上で拡散された各イ
ンパルス応答信号と原音声信号とのたたみ込み処理を実
施し、たたみ込み処理結果を埋込済音声信号として出力
するたたみ込み部とを付加している。
力された埋込済音声信号に対してケプストラム処理を実
施するケプストラム処理部と、ケプストラム処理部でケ
プストラム処理された後の埋込済音声信号をPN系列で
時間軸上で逆拡散する時間逆拡散部と、時間逆拡散部か
ら出力された逆拡散信号から電子透かし情報を得るデコ
ード部とを付加している。
は、先の発明の電子透かしシステムをより具体化したも
のであり、エコー信号をインパルス応答信号で構成し、
インパルス応答信号を時間軸上で拡散する手法として、
PN系列信号を採用している。
上で拡散された埋込済音声信号から電子透かし情報を検
出する手法として、入力された埋込済音声信号を、PN
系列信号を用いて直接時間軸上で逆拡散するのではなく
て、ケプストラム処理を施した後に、PN系列信号を用
いて逆拡散を実施している。このように、ケプストラム
処理を実施することによって、たたみ込み処理された原
音声信号の各音信号と各インパルス応答信号との積の形
式を和の形式に分離できるので、各インパルス応答信号
のみを効率的に逆拡散処理できる。
を用いて説明する。図1は本発明の実施形態に係る電子
透かしシステムを構成する電子透かし埋込装置の概略構
成を示すブロック図であり、図4は同電子透かしシステ
ムを構成する電子透かし検出装置の概略構成を示すブロ
ック図である。図6乃至図8に示す従来の電子透かしシ
ステムと同一部分には同一符号を付して、重複する部分
の詳細説明を省略する。
を構成する電子透かし埋込装置及び電子透かし検出装置
は、例えば、コンピュータ等からなる情報処置装置内に
ソフト的に構成されている。
ように、原音声信号aに対して、この原音声信号aを構
成する各音信号20の発生時刻t0に対してデジタルの
電子透かし情報bの[1]又は[0]に対応した時間
(遅延時間)Δだけ遅延した時刻から始まる時間軸方向
に拡散された複数のエコー信号としての複数のインパル
ス応答信号21が組込まれた埋込済音声信号d2を出力
する。
示すように、入力された原音声信号aは時間マスキング
部22で各音信号20の出力時刻t0が検出されて、こ
の出力時刻t0がインパルス応答信号発生部23へ印加
される。インパルス応答信号発生部23は、入力された
出力時刻t0に対して、電子透かし情報bの[1]又は
[0]に対応した時間Δだけ遅延した時刻で、エコー信
号としてのインパルス応答信号cを時間拡散部24へ送
出する。PN系列発生部25は、所定時間(ビット)周
期(2m―1 m;正整数)を有したPN系列信号g
を時間拡散部24へ送出する。
23から出力時刻t0に対して時間Δだけ遅延されて入
力されたインパルス応答信号cを、PN系列信号gで時
間軸上で拡散して、新たな複数(=N)個のインパルス
応答信号c1〜cNとしてたたみ込み部26へ送出する。
たたみ込み部26は、外部から入力された原音声信号a
と時間軸上で分散された各インパルス応答信号c1〜cN
とのたたみ込み処理を実施して、このたたみ込み処理さ
れた後の信号を埋込済音声信号d2として外部へ出力す
る。
した信号の場合は、原音信号a全体を電子透かし情報b
の[1]又は[0]に対応した時間Δだけ遅延させた状
態に近似する、エコー信号2としてのインパルス応答信
号cを連続して出力させれば、時間マスキング部22は
必ずしも設ける必要はない。
声信号aに対して各インパルス応答信号c1〜cNをたた
み込み処理して、埋込済音声信号d2を得る処理の手順
を波形図で示した図である。図5において、Δ1〜Δ4ま
で時間拡散された各インパルス応答信号c1〜c4が原音
声信号aと信号合成(たたみ込み処理)されて、それぞ
れ一つの埋込済音声信号d2に組込まれる。
音声信号aと埋込済音声信号d2との関係を式を用いて
説明する。インパルス応答信号cをデルタ関数(インパ
ルス応答関数)を用いて(1)式で示す。
延量 αδ(τ);高次成分(エコー成分) …(1) このインパルス応答信号cに対して、PN系列信号g
(=P(n))をレベルを下げて高次成分(エコー成
分)のみにたたみ込むと、インパルス応答信号c1、
c2、c3、…は、(2)式となる。
c3、…(=h(n))に対して、さらに、原音声信号
a(=f(n))をたたみ込むと、(4)式で示す埋込済
音声信号d2(=j(n))が得られる。
電子透かし検出装置は、入力された埋込済音声信号d2
を時間軸上で逆拡散して、この逆拡散されたエコー信号
としてのインパルス応答信号の発生時刻から埋込済音声
信号d2に含まれる電子透かし情報bを抽出する。
示すように、入力された電子透かし情報bが埋込まれた
埋込済音声信号d2は、ケプストラム処理部27内のフ
ーリエ変換部28へ入力される。フーリエ変換部28
は、この入力した埋込済音声信号d2をフーリエ変換し
て次の対数変換部29へ送出する。対数変換部29は、
フーリエ変換された埋込済音声信号d2を対数変換して
次のフーリエ逆変換部30へ送出する。フーリエ逆変換
部30は、フーリエ変換されかつ対数変換された埋込済
音声信号d2を、フーリエ逆変換して元の時間軸領域の
埋込済音声信号d3へ戻してケプストラム処理部27外
の時間逆拡散部31へ送出する。
埋込装置のPN系列発生部25と同一構成のPN系列発
生部32から同一のPN系列信号gが印加されている。
そして、この時間逆拡散部31は、ケプストラム処理部
27から出力された埋込済音声信号d3をPN系列信号
gで時間軸上で逆拡散する。具体的には、埋込済音声信
号d3とPN系列信号gとの相関演算を実施して、逆拡
散信号としての相関信号pをデコード部33へ送出す
る。
で時間軸上で拡散された各インパルス応答信号を、同一
のPN系列信号gで時間軸上で逆拡散するので、相関信
号pには、相関がとれた時間位置に大きなピーク波形が
出現する。すなわち、このピーク波形位置が原音声信号
aを構成する各音信号20の発生時刻t0に対してデジ
タルの電子透かし情報bの[1]又は[0]に対応した
時間(遅延時間)Δに相当する。したがって、デコード
部33は、この時間(遅延時間)Δを検出して、この時
間(遅延時間)Δを対応する[1]又は[0]のデジタ
ルの元の電子透かし情報bに変換して出力する。
プストラム処理部27と時間逆拡散部31の動作を式を
用いて説明する。ケプストラム処理部27へ入力される
前述した(3)式で示される埋込済音声信号d2(=j
(n))は、フーリエ変換部28で周波数領域に変換さ
れて、(4)式となる。
(ω))を対数変換部29で対数変換すると、(5)式に
示すように、積の形式が和の形式に変換される。
変換部30で時間領域に変換すると、(6)式に示す埋込
済音声信号d3となる。
埋込済音声信号d3と、電子透かし埋込装置で使用した
同一のPN系列信号g(=P(n))との間の相関関係
を求めると、出力される相関信号pは、h(τ―n)と
IDFT[log[F(ω)]]との相関の第1の項
と、h(τ―n)とIDFT[log[H(ω)]]と
の相関の第2の項との和の形で示される。
関がないので、第1の項の値は無視できる程度に小さ
い。しかし、PN系列信号gと電子透かし情報bの要素
との相関は、電子透かし情報bが埋込まれていた場合は
非常に大きいので、第2の項の値は非常に大きい。しか
も、この大きな値(ピーク)が発生する時間(時刻)
は、前述したように、電子透かし情報bの[1]又は
[0]に対応した時間(遅延時間)Δである。
においては、原音声信号aに埋込むべき[1]又は
[0]のデジタルの電子透かし情報bは、原音声信号a
を構成する各音信号20に隣接して時間軸上でPN系列
信号gを用いて拡散された各インパルス応答信号c1、
c2、c3、…の発生時間Δ1、Δ2、Δ3、…に対応して
いる。したがって、この時間拡散された各インパルス応
答信号c1、c2、c3、…を同一PN系列信号gを用い
て時間逆拡散すると、電子透かし情報bに対応する一つ
の時間位置Δに一つのインパルス応答信号に対応するピ
ーク信号(波形)が現れるので、電子透かし情報bを検
出できる。
ス応答信号c1、c2、c3、…の各信号レベルを小さく
設定できるので、埋込済音声信号d2に含まれる電子透
かし情報bが視聴者に雑音として聞き取られることはな
い。
にPN系列で拡散された状態で原音声信号aに埋込まれ
るので、第3者は埋込に使用したPN系列を知る術がな
いので、埋込済音声信号d2から電子透かし情報bを簡
単に抽出できない。
メディアを介して配信された音楽や会話等の著作物の不
正複写(コピー)に付されている電子透かし情報bか
ら、この著作物の不正複写(コピー)の複写元の原音を
認知することにより、不正複写(コピー)物の流通経路
等を特定でき、著作物(原音)の不正複写(コピー)の
抑制効果が期待できる。
軸上に拡散されていないので、埋込まれた電子透かし情
報bが高周波領域や低周波領域において小さな雑音とな
って聴こえることはない。
情報bを検出する手法として、入力された埋込済音声信
号d2をケプストラム処理を施した後に、逆拡散を実施
している。したがって、各インパルス応答信号のみを効
率的に逆拡散処理(相関演算処理)でき、結果的に、電
子透かし検出装置における電子透かし情報bの検出処理
能率を向上できる。
れるものではない。実施形態においては、エコー信号
(インパルス応答信号)を時間軸上で拡散する手法とし
て、PN系列を用いたが、PN系列に限定されるもので
はない。
このPN系列に類似する符号列を採用することが可能で
ある。例えば、人間の聴覚特性を考慮すると、頭部伝達
関数の測定などで用いられているTSP(Time Stretch
ed Pulse)のような信号を用いたほうが、知覚され難い
という可能性もある。
(インパルス応答信号)の遅延量ばかりでなく、エコー
信号の組み合わせや、組み合わせのパターンの大きさ等
の様々な方法で、埋め込むことが可能である。
しシステムにおいては、埋込むべき電子透かし情報に対
応したエコー信号を時間軸上で拡散して原音声信号に挿
入している。
透かし情報の秘匿性を十分確保できるとともに、原音声
信号に埋込まれた電子透かし情報の周波数範囲を抑制で
き、かつ電子透かし情報を時間軸上の広い範囲に分布さ
せることができ、結果的に電子透かし情報が埋込まれて
いることを第3者に簡単に判別できないようにでき、原
音声信号の複写(コピー)に対する安全性を向上でき
る。
子透かし埋込装置の概略構成を示すブロック図
声信号を示す図
を示す波形図
検出装置の概略構成を示すブロック図
埋込装置の概略構成を示すブロック図
装置の概略構成を示すブロック図
の概略構成を示すブロック図
Claims (2)
- 【請求項1】 入力した原音声信号に電子透かし情報を
埋込んで埋込済音声信号として出力する電子透かし埋込
装置と、入力した埋込済音声信号からこの埋込済音声信
号に埋込まれた電子透かし情報を検出する電子透かし検
出装置とを備えた電子透かしシステムにおいて、 前記電子透かし埋込装置は、前記入力された原音声信号
を構成する各音信号に対して埋込むべき電子透かし情報
に対応した時間だけ遅延したエコー信号を時間軸上で拡
散して前記原音声信号に挿入して埋込済音声信号として
出力し、 前記電子透かし検出装置は、前記入力された埋込済音声
信号を時間軸上で逆拡散して、この逆拡散されたエコー
信号の発生時刻から前記電子透かし情報を抽出すること
を特徴とする電子透かしシステム。 - 【請求項2】 入力した原音声信号に電子透かし情報を
埋込んで埋込済音声信号として出力する電子透かし埋込
装置と、入力した埋込済音声信号からこの埋込済音声信
号に埋込まれた電子透かし情報を検出する電子透かし検
出装置とを備えた電子透かしシステムにおいて、 前記電子透かし埋込装置は、 前記入力された原音声信号を構成する各音信号に対して
埋込むべき電子透かし情報に対応した時間だけ遅延した
インパルス応答信号を出力するインパルス応答信号発生
部と、 このインパルス応答信号発生部から出力されたインパル
ス応答信号を所定周期長を有するPN系列で時間軸上で
拡散する時間拡散部と、 この時間拡散部で時間軸上で拡散された各インパルス応
答信号と前記原音声信号とのたたみ込み処理を実施し、
たたみ込み処理結果を埋込済音声信号として出力するた
たみ込み部とを有し、 前記電子透かし検出装置は、 前記入力された埋込済音声信号に対してケプストラム処
理を実施するケプストラム処理部と、 このケプストラム処理部でケプストラム処理された後の
埋込済音声信号を前記PN系列で時間軸上で逆拡散する
時間逆拡散部と、 この時間逆拡散部から出力された逆拡散信号から前記電
子透かし情報を得るデコード部とを有することを特徴と
する電子透かしシステム。
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