JP2003525542A - 情報信号へのウォーターマークの埋め込み及びその検出 - Google Patents

情報信号へのウォーターマークの埋め込み及びその検出

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JP2003525542A JP2001563518A JP2001563518A JP2003525542A JP 2003525542 A JP2003525542 A JP 2003525542A JP 2001563518 A JP2001563518 A JP 2001563518A JP 2001563518 A JP2001563518 A JP 2001563518A JP 2003525542 A JP2003525542 A JP 2003525542A
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ピーター エイ ジェイ ロンゲン
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Abstract

(57)【要約】 情報信号をウォーターマーキングする既知の方法は、信号の特徴点（２１）（例えば、オーディオのゼロ交差、画像の縁など）を抜き取り、該特徴点を所与のウォーターマークパターン（Ｗ）に対する「ワーピング(warping)」（２４）に基づく。埋め込み及び検出のプロセスにおける或るステップは、特徴点がウォーターマークの「上にオン（on）」なのか、又は「外れてオフ（off）」なのか否かを決定することである。これは困難な決定(hard decision)である。本特許明細書において、特徴点を特徴「領域」（２５）に拡張することを提案する。これにより照合ステップ（２２）が楽な決定(soft decision)に代えられ、延いては信号処理に対してより剛性をもつ。従って、ウォーターマークの埋め込みの耐性が改善される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報信号内にウォーターマークを埋め込むための方法及び装置に関
する。本発明は更に、情報信号内に埋め込まれたウォーターマークを検出するた
めの方法及び装置にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタルウォーターマーク（電子透かし）は、画像、ビデオ、オーディオ、
テキスト及びコンピュータコード等のディジタルマルチメディアコンテンツの所
有権を認証する方法である。既知のウォーターマーク方法の一つが、秘匿ウォー
ターマークに関連する画像又は音声信号内のいわゆる特徴点(salient points)の
幾何学的な配置の統計にバイアスをかけることに基づく。斯様な従来技術ウォー
ターマーク方法が、本願人の国際特許出願公開公報WO-A-99/35836に開示され、
図１を参照して簡略に概要が述べられるであろう。
【０００３】 図１は、画像１０及びウォーターマーク１１を示す。該ウォーターマークが、
画像（ロケーション）の秘匿パターンである。本例において、当該秘匿パターン
は、画像画素の約５０％にわたる厚さｄをもつラインの疑似ランダム密度パター
ンである。本図は更に、特徴点１５及び１６を示す。特徴点は、規定された処理
動作に最も高い応答を発する画像の画素である。特徴点の例は、対象の局部的な
最大値及び最小値等である。
【０００４】 これらの特徴点が、ウォーターマークＷと照合される。従来技術において、当
該照合が意味することは、上記特徴点が、ウォーターマーク上にオン（ＯＮ）に
位置するのか、又は外れてオフ（ＯＦＦ）に位置するのか否かを確認するという
ことである。非ウォーターマークされた画像については、ウォーターマーク上に
ある特徴点の数が、ウォーターマーク上にはない特徴点の数と実質的に等しくな
る。ここでの条件は、ウォーターマークが十分にランダムであり、画素の５０％
をカバーすることである。図１において、２つの特徴点１５がウォーターマーク
上にオンであり、２つの特徴点１６がウォーターマークから外れてオフである。
相当に高いパーセンテージの特徴点が、ウォーターマーク上にオンならば、ウォ
ーターマークは、存在すると見なされる。
【０００５】 埋め込みプロセスは、同じ特徴点を抽出することと、検出プロセスとして照合
するステップとを含む。埋め込み器は、統計的に相当数の特徴点が、最終的にウ
ォーターマーク上にオンであるように画像を処理する。特徴点の修正の典型的な
例は、幾何学的なワーピング(warping)であり、このワーピングによって、ウォ
ーターマークから外れたオフの位置からウォーターマーク上にオンの位置まで、
選択された特徴点が、移動する原因となる。幾何学的なワーピング(warping)は
、図１に示され、ウォーターマークから外れてオフである特徴点の１つ１６が、
ウォーターマーク上のオンである新しい位置１６’に動かされる。
【０００６】 特徴点がウォーターマーク上にオンであるか又はオフであるか否かを決定する
代わりに、代替方法として、照合ステップにより、特徴点からウォーターマーク
の最も近接する線までの距離を測定してもよい。線が厚さを全く有さないような
実施例において（斯様な線の例が図１の１７で記される）、ウォーターマークま
での特徴点の平均距離は、ウォーターマークの全ての画素の平均距離より相当小
さくなるまで、該画像をワーピングすることによってウォーターマークされる。
【０００７】 特徴点の修正のコンセプトは、オーディオ信号にも適用されてもよい。その場
合、ワーピングが、時間ワーピングとして参照される。
【０００８】 従来技術のウォーターマーク方法の問題は、特徴点がウォーターマークパター
ン上にオンなのか又はオフなのか否かを決定するように、それぞれの特徴点につ
いて、照合を行うプロセスが、非常に困難な決断を下さなければいけないことで
ある。但し、共通の画像動作が該画像に与えられるとき、特徴点の位置は、僅か
に変動しうる。この同様な問題が、ウォーターマークまでの特徴点の距離が決定
的である、実施例にも当てはまる。この距離測定は、不確実及び不正確でもある
。
【０００９】 更に、特徴点の幾何学的位置の不確実さは、異方性の何らかの形状を有しうる
。すなわち、一方の方向の不確実さが、他方の方向の不確実さよりもずっと小さ
くなりうるということである。例えば、画像オブジェクトの縁の特徴点の位置は
、この縁の垂直方向よりも、該縁に沿った方向の不確実さの方がずっと大きくな
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来技術の方法の問題点を多少とも解消するウォーターマー
クの方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この目的のために、本発明は、情報信号をウォーターマーキングする方法を提
供する。このウォーターマーク方法は、前記情報信号の特徴領域(salient regio
ns)を識別するステップと、それぞれの領域が所与の特徴(saliency)をもつ複数
の連続信号のサンプルを有するステップと、ウォーターマークパターンを表わす
信号サンプル位置のパターンを規定するステップと、ウォーターマークパターン
の統計的に相当パーセンテージが当該特徴領域によりカバーされるように情報信
号を修正するステップとを有する。
【００１２】 従って、照合プロセスが「楽な（soft）」決定に変えられることが達成される
。ウォーターマーク上に、この特徴領域のうち少なくとも１つの特徴点がオンで
あれば、特徴点はここでウォーターマーク上にオンであると見なされる。ウォー
ターマークの埋め込み及び決定の剛性が、従って改善される。
【００１３】 情報信号に埋め込まれるウォーターマークを検出する対応する方法は、当該情
報信号の特徴領域を識別するステップと、それぞれの領域が所定の特徴をもつ複
数の連続信号のサンプルを有するステップと、検出されるべきウォーターマーク
を表わす信号サンプル位置のパターンを規定するステップと、ウォーターマーク
パターンの統計的に相当パーセンテージが当該特徴領域によりカバーされるか否
かを決定するステップとを有する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、ビデオウォーターマークを参照して説明されるが、他のマルチメデ
ィアコンテンツにも適用されうる。便宜上、ウォーターマーク検出プロセスが、
最初に説明される。図２は、本発明によるウォーターマーク検出器の概略図を示
す。この検出器は、疑似画像Ｊを受け取り、特徴点の抽出（ＳＰＥ）ユニット２
１と、照合ユニット２２と、決定ユニット２３とを有する。図３は、本発明によ
るウォーターマーク埋め込み器の概略図を示す。この埋め込み器は、非ウォータ
ーマークされた画像Ｉを受け取り、上記ウォーターマーク検出器と同様にＳＰＥ
ユニット２１及び照合ユニット２２を有する。この埋め込み器は更に、特徴点の
修正（ＳＰＭ）ユニット２４を有し、このＳＰＭユニット２４は、図２の埋め込
み器が処理された画像Ｉｗをウォーターマークされた画像として検出するように
、当該画像を処理する。
【００１５】 特徴点とは、所与の特徴関数Ｓ()が局部最大値を有する場合の情報信号の点で
ある。この特徴関数(saliency function)は、以下に記す一定の必要条件を満た
さなければならない。 ● 特徴(saliency)は、局部特性でなければならず、すなわち、画像点の小さな
近傍にのみ限定される。 ● 特徴は、全て共通な種類の画像処理の下で保護されなければならない。 ● 特徴は、簡略に算出されなければならない。
【００１６】 特徴点は、特徴関数
【外３】 が
【外４】 の小さな近傍
【外５】 について最大限である場合の当該位置
【外６】 であるとして規定される。数値表記において、或る画像の特徴点のセットＳは、
以下のように表わされうる。
【数９】 ここで、２次元の画像空間において、
【外７】 は（x，y）座標を示し、
【外８】 は（p，q）座標を示す。
【００１７】 従来技術において、特徴点は、照合ユニット２２に与えられる。既知の照合ア
ルゴリズムは、特徴点がウォーターマークにオンであるか又はオフであるか否か
を決定する。本発明の第１態様によると、検出器及び埋め込み器は、それぞれの
特徴点に対する領域を割り当てる領域割当手段を含む。この領域の形状が、小さ
な近傍
【外９】 を指定する。この形状を決定するために、等値曲線が
【外１０】 近傍の特徴関数について算出される。次にこの形状は、画像の（x，y）点の連続
セットによって以下の場合について規定される。
【数１０】
【外１１】 の周囲で十分に小さな環境における
【外１２】 については、
【外１３】 は以下の如く記されてもよい。
【数１１】 領域を規定する数式は従って、以下の如くなる。
【数１２】 上記数式は、よりコンパクトに以下の如く記されてもよい。
【数１３】 ここで、
【数１４】
【００１８】 後者の数式は、３つのスカラーパラメータa，b及びcによって規定される２次
表面を表わす。当該領域は楕円形状を有し、この形状が、特徴点
【外１４】 の剛性における異方性を決定する。長軸方向における
【外１５】 の精度は比較的低く、長軸に対して垂直な方向における精度は比較的高い。この
領域内の全ての点
【外１６】 は、同程度まで特徴であると見なされる。図４は、特定の特徴関数Ｓ（）に対す
る特定の特徴点４３の領域４２の形状４１を示す。
【００１９】 適宜な領域まで特徴点を拡張するためには、照合プロセス（図２及び図３の２
２）が、再規定される必要がある。ここで、
【外１７】 を特徴点とし、Ｗをウォーターマークとしよう。
【外１８】 がウォーターマークにオンであるか否かを確認するために「楽な(soft)」条件は
、ここで
【外１９】 が以下の数式になるように存在する場合になる。 小さなεについて、
【数１５】 このようにして、画像の局部異方性について同時に計算される一方で、特徴点の
セットＳをもつウォーターマークＷの照合が、楽に決定される。図５は、２つの
特徴点５１及び５２、並びにウォーターマークパターン５３の例を示す。これら
の特徴点５１及び５２自身は、ウォーターマークからオフであるけれども、対応
する領域の少なくとも１つの点が、ウォーターマーク上にオンであるので、特徴
点５１及び５２はウォーターマーク上にオンであるとして規定される。１つの斯
様な点が図内で５４と記される。
【００２０】 特徴領域の導入により、決定プロセスの代替え実施例も可能になる。図２に示
されるように、決定ユニット２３は、第１分析器２３１を含み、この分析器２３
１は、全画像のうちどの位のパーセンテージが、楕円によってカバーされている
かを算出する。画像のＮ個のランダムに選択された点に対する当該パーセンテー
ジを算出することによって、上記算出の複雑さが、実際には緩和されることがで
きる。これに従い見出されたカバレージパーセンテージは、Crandomである。一
方、Crandomは、楕円メートル法が使用される場合、ランダム点から最近傍の特
徴点までの間の逆数距離にわたる合計として規定されてもよい。第２分析器２３
２は、ウォーターマークパターンＷ（該箇所におけるＮ個のランダム点）につい
て同様にカバレージパーセンテージを算出する。ここでもまた、Ｃｗが、楕円メ
ートル法を用いて、１つのウォーターマーク点から最近傍の点までの間の逆数距
離（reciprocal distance）にわたる合計である。その後、決定ユニットは、以
下の如くなるか否かを決定する（２３３）。
【数１６】 ここで、Ｔは、所望の疑似アラーム確率に対応する所与の閾値である。
【００２１】 決定プロセスを図示するために、図６Ａ及び図６Ｂが、４個所の特徴領域をも
ち、このうち１つが６２と記される、非ウォーターマークされた画像６１を示す
。特徴点（楕円の中心）は、この図には示されない。非ウォーターマークされた
画像のうち１０個所のランダムに選択された点の画像（このうち１つが６３と記
される）が、図６Ａに示される。簡単に検証できるように、１０箇所のうち５個
所のランダムに選択された点が、特徴領域によってカバーされている。非ウォー
ターマークされた画像のカバレージパーセンテージCrandomは、従ってこの簡略
例では５０％である。ウォーターマークのうち５個所のランダムに選択された点
（このうち１つが６４と記される）が、図６Ｂに示される。これらの点のうち２
つが、特徴領域によってカバーされるので、カバレージパーセンテージCwは、４
０％である。非ウォーターマークされた画像について、上記で規定された決定変
数は、以下の数式に等しくなる。
【数１７】 図７Ａ及び図７Ｂは、ウォーターマークされた画像７１についての同様のプロセ
スを図示する。特徴領域６２（図６Ａ）は、ウォーターマークパターンに向かっ
て動かされ、ここ（図７Ａ）では７２と記される。図７Ａは、ウォーターマーク
された画像のうち１０個所のランダムに選択された点の中で４個所の点が、ここ
では楕円によってカバーされていることを図示する。便宜上、図６Ａと同じラン
ダム点が示される。ウォーターマークされた画像のカバレージパーセンテージCr andom は、従って４０％である。図７Ｂは、ウォーターマークのうち５個所のラ
ンダムに選択された点の中で３個所の点が、楕円によってカバーされることが図
示されているので、カバレージパーセンテージCwは、ここでは６０％である。ウ
ォーターマークされた画像について、上記で規定された決定変数は、ここで以下
の数式に等しくなる。
【数１８】 上式は、非ウォーターマークされた画像の決定変数よりも、統計的に相当大きく
なる。ウォーターマークパターンを構成する線が、必ずしも厚さをもつことを必
要としないことに留意されたい。
【００２２】 本発明は、以下のように要約される。情報信号をウォーターマーキングする既
知の方法は、（例えば、オーディオのゼロ交差、画像の縁などの）信号の特徴点
抽出（２１）と、所与のウォーターマークパターン（Ｗ）に向かって当該特徴点
を「ワーピング(warping)」（２４）することとに基づく。埋め込み及び検出プ
ロセスにおける１つのステップは、特徴点が、ウォーターマークに「オン」であ
るか又は「オフ」であるか否かを決定すること（２２）である。これは、困難な
決定である。本願明細書では、特徴点を特徴「領域」（２５）に拡張することが
提案される。これにより、照合（２２）ステップが楽な決定に代わり、延いては
信号処理に対してより剛性をもつ。従って、ウォーターマークの埋め込みの耐性
が改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】既述の如く、従来技術のウォーターマーク埋め込み及び検出方法の
動作を図示する画像を示す。
【図２】本発明によるウォーターマーク検出器の概略図を示す。
【図３】本発明によるウォーターマーク埋め込み器の概略図を示す。
【図４】図２及び図３にそれぞれ示されたウォーターマーク検出器及び埋め
込み器の動作を図示する図を示す。
【図５】図２及び図３にそれぞれ示されたウォーターマーク検出器及び埋め
込み器の動作を図示する図を示す。
【図６Ａ】図２及び図３にそれぞれ示されたウォーターマーク検出器及び埋
め込み器の動作を図示する図を示す。
【図６Ｂ】図２及び図３にそれぞれ示されたウォーターマーク検出器及び埋
め込み器の動作を図示する図を示す。
【図７Ａ】図２及び図３にそれぞれ示されたウォーターマーク検出器及び埋
め込み器の動作を図示する図を示す。
【図７Ｂ】図２及び図３にそれぞれ示されたウォーターマーク検出器及び埋
め込み器の動作を図示する図を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 7/08 7/081 (72)発明者 ヴァン オヴァーヴェルド コーネリス ダブリュー エイ エム 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 ピーター エイ ジェイ 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 ハウウィング アーノルド 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 Ｆターム(参考） 5B057 BA30 CA19 CB19 CE08 CE09 CG07 DA08 DC05 DC09 DC31 5C063 AB03 AB05 AC01 AC10 CA29 CA36 DA01 DA07 DA13 DB09 5C076 AA14 BA06 【要約の続き】

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 情報信号をウォーターマーキングする方法であって、 それぞれの特徴領域が、少なくとも所与の特徴をもつ複数の連続的な信号サン
    プルを有する、前記情報信号の特徴領域を識別するステップと、 ウォーターマークパターンを表わす信号サンプル位置のパターンを規定するス
    テップと、 前記ウォーターマークパターンのうち統計的に十分なパーセンテージが、前記
    特徴領域によってカバーされるように、前記情報信号を修正するステップとを、
    有する方法。
  2. 【請求項２】 前記特徴領域を識別する前記ステップは、所与の局部特徴関
    数に対して最も高い応答がある特徴信号サンプルを識別することと、前記特徴信
    号サンプル、及び前記特徴信号サンプルの前記特徴とは所与の閾値に満たない分
    だけ異なる特徴を有する連続的な信号サンプルから、前記特徴領域を形成するこ
    ととを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記特徴領域が、楕円形状を有するとともに、 【数１】 の如く数式で示され、 上式で、Ａは、スカラーのマトリックス 【数２】 であり、 【外１】 が前記情報信号内の前記特徴信号サンプルの前記位置を表わし、εが所与の閾値
    である、請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 Crandomが、特徴領域によってカバーされる前記情報信号の
    パーセンテージを表わし、Cwが、特徴領域によってカバーされる前記ウォーター
    マークのパーセンテージを表わし、Ｔが予め決定される閾値である場合、 【数３】 であるならば、 前記特徴領域によってカバーされる前記ウォーターマークパターンのうち統計的
    に十分な前記パーセンテージが満たされる、請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 Crandomが、前記情報信号のランダムサンプルと最近傍の特
    徴信号サンプルとの間の逆数距離にわたる合計を表わし、Cwが、前記ウォーター
    マークの位置と前記最近傍の特徴信号サンプルとの間の逆数距離にわたる合計で
    あり、Ｔが予め決定される閾値である場合、 【数４】 であるならば、 前記特徴領域によってカバーされる前記ウォーターマークパターンのうち統計的
    に十分な前記パーセンテージが満たされる、請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 情報信号内に埋め込まれたウォーターマークを検出する方法
    であって、 それぞれの特徴領域が、少なくとも所与の特徴をもつ複数の連続的な信号サン
    プルを有する、前記情報信号の特徴領域を識別するステップと、 検出されるべきウォーターマークを表わす信号サンプル位置のパターンを規定
    するステップと、 前記ウォーターマークパターンのうち統計的に十分なパーセンテージが、前記
    特徴領域によってカバーされているか否かを決定するステップとを、 有する方法。
  7. 【請求項７】 前記特徴領域を識別する前記ステップは、所与の局部特徴関
    数に対して最も高い応答がある特徴信号サンプルを識別することと、前記特徴信
    号サンプル、及び前記特徴信号サンプルの前記特徴とは所与の閾値に満たない分
    だけ異なる特徴を有する連続的な信号サンプルから、前記特徴領域を形成するこ
    ととを含む、請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記特徴領域が、楕円形状を有するとともに、 【数５】 の如き数式で示され、 上式で、Ａは、スカラーのマトリックス 【数６】 であり、 【外２】 が前記情報信号内の前記特徴信号の位置を表わし、εが所与の閾値である、請求
    項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 Crandomが、前記特徴領域によってカバーされる前記情報信
    号のパーセンテージを表わし、Cwが、前記特徴領域によってカバーされる前記ウ
    ォーターマークのパーセンテージを表わし、Ｔが予め決定される閾値である場合
    、 【数７】 であるならば、 前記特徴領域によってカバーされる前記ウォーターマークパターンのうち統計的
    に十分な前記パーセンテージが満たされる、請求項６に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 Crandomが、前記情報信号のランダムサンプルと最近傍の
    特徴信号サンプルとの間の逆数距離にわたる合計を表わし、Cwが、前記ウォータ
    ーマークの位置と前記最近傍の特徴信号サンプルとの間の逆数距離にわたる合計
    であり、Ｔが予め決定される閾値である場合、 【数８】 であるならば、 前記特徴領域によってカバーされる前記ウォーターマークパターンのうち統計的
    に十分な前記パーセンテージが満たされる、請求項６に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 情報信号内にウォーターマークを埋め込むための装置であ
    って、 それぞれの特徴領域が、所与の特徴をもつ複数の連続的な信号サンプルを有す
    る、前記情報信号の特徴領域を識別する手段と、 ウォーターマークパターンを表わす信号サンプル位置のパターンを規定する手
    段と、 前記ウォーターマークパターンのうち統計的に十分なパーセンテージが、前記
    特徴領域によってカバーされるように、前記情報信号を修正する手段とを、 有する装置。
  12. 【請求項１２】 情報信号内に埋め込まれたウォーターマークを検出する装
    置であって、 それぞれの特徴領域が、所与の特徴をもつ複数の連続的な信号サンプルを有す
    る、前記情報信号の特徴領域を識別する手段と、 検出されるべきウォーターマークを表わす信号サンプル位置のパターンを規定
    する手段と、 前記ウォーターマークパターンのうち統計的に十分なパーセンテージが、前記
    特徴領域によってカバーされているか否かを決定する手段とを、 有する装置。
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