JP2003536337A - ウォータマークをエンベッドする方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 情報信号にウォータマークをエンベッドするための装置が開示される。エンベッドされたウォータマークをハッキングに対してよりロバストにするために、ウォータマークの特性は、ウォータマークの検出には無関係にランダムにされる。１例としては、フーリエ変換されたウォータマークの振幅（abs）をランダムにすることである。別な例は、比較的低い一時的な周波数での信号に関して空間的又は時間的な位置をランダムにシフトすることである。本発明により、検出器の性能に影響を与えることなしに、空間的に異なるウォータマークをエンベッドすることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 ［発明の分野］ 本発明は、情報信号にウォータマークをエンベッドするための方法及び装置に
関する。より詳細には、本発明は、動画信号にウォータマークをエンベッドする
ための方法及び装置に関する。

【０００２】 ［発明の背景］ ウォータマーキングは、（デジタル）情報コンテンツの所有者を証明するため
の技術である。コンテンツにウォータマークを知覚できないように秘匿すること
により、著作権侵害、及びこのコンテンツの違法な使用を防止することが可能で
ある。典型的な応用としては、デジタルオーディオ及びビデオ、並びにブロード
キャスト監視である。

【０００３】 ウォータマークは、典型的には擬似ランダムノイズ系列であり、オリジナル（
時間又は空間）信号領域においてコンテンツに通常付加される。現在、最も使用
されているウォータマークの検出方法は、疑いがある信号と擬似ランダムノイズ
系列との相関に基づくものである。相関が所与の閾値を超える場合、ウォータマ
ークが存在すると断定される。

【０００４】 従来技術のウォータマークのエンベッド方法の例は、国際特許出願WO-A-99/45
707号に開示されている。従来技術の方法は、動画信号のウォータマーキングに
関する。複雑さの理由のために、動画信号の画像ごとに同じウォータマークがエ
ンベッドされる。複雑さをより低減するために、小さなウォータマークのパター
ンが画像全体にわたりタイル状に張られる。典型的なサイズは、１２８×１２８
画素である。検出側では、多数の画像のタイルは、１２８×１２８バッファに折
り重ねられる。次いで、バッファコンテンツと小さなウォータマークパターンと
を相関付けることにより検出が実行される。

【０００５】 擬似ランダムノイズ系列は、秘密鍵である。ハッカーがこの鍵及び埋め込みア
ルゴリズムを知っている場合、ハッカーは、たとえば、多数のタイルを張ること
により、エンベッドされたウォータマークの予測を得ることができる。次いで、
ハッカーは、予測系列をウォータマーク信号から除くことにより、ウォータマー
クを取り除くことができる。

【０００６】 ［発明の概要］ 本発明の目的は、より確実なやり方で、ウォータマークをエンベッドするため
の方法及び装置を提供することにある。 上記目的を達成するために、情報信号にウォータマークをエンベッドする方法
は、情報信号の連続する構成部分に、異なるバージョンのウォータマークをエン
ベッドするステップにより特徴付けられる。かかるバージョンは、ウォータマー
ク検出には無関係な特性に関して異なるものである。

【０００７】 本発明は、検出方法がエンベッドされたウォータマークの所定の特性に関して
不変であるという認識に基づいている。たとえば、国際特許出願WO-A-99/45707
号に引用された従来技術の検出方法は、フーリエ変換画像の振幅に関して不変で
ある。これによれば、ウォータマークのフーリエ係数の振幅は、本発明の第１実
施の形態においてランダムに選択される。

【０００８】 また、従来技術の検出方法は、シフト不変である。したがって、異なるバージ
ョンのウォータマークを生成するステップは、本発明の第２実施の形態において
動画像に関して、（たとえば、一時的に低い周波数に）ウォータマークの空間的
な位置をランダムにシフトするステップを含んでいる。

【０００９】 別なウォータマーク検出方法は、本出願人による欧州特許出願第99203143.5号
に提案されており、エンベッドされたウォータマークのスケーリング及び回転に
対して不変である。かかる検出器の結合では、エンベッドされたウォータマーク
は、ランダムにスケーリング及び／又は回転される。

【００１０】 したがって、ウォータマークのレンジがエンベッドされる本発明により、上記
目的は達成される。ウォータマークは信号領域において異なるものの、検出アル
ゴリズムにより同一として見ることができる。

【００１１】 英国特許出願GB2325765号は、ビデオ信号におけるデータを隠す方法を開示し
ており、この方法では、異なるブロックパターンのフレームパターンがビデオフ
レームにエンベッドされる。ランダムな要素は、ブロックパターンに導入される
。より詳細には、特定のブロックパターンは、ランダムに付加され、それぞれの
フレームの同じ位置でビデオ信号から除かれる。ランダムな要素を含まない検出
パターンが使用される。ランダム要素は、検出器の出力で＋１又は−１を生じさ
せる。この検出器は、エンベッド処理の符号に関して不変ではない。ｋの従来技
術は、ウォータマーク検出に無関係な特性をランダムにすることを開示するもの
ではない。

【００１２】 ［発明の実施の形態］ 本発明は、動画像信号におけるウォータマークをエンベッドすることを参照し
て記載される。なお、ここでの記載は、他のタイプの情報信号に対しても適用す
ることができることを理解されるであろう。 図１は、本発明による装置の第１実施の形態を示す図である。この装置は、国
際特許出願WO-A-99/45707号に開示されるエンベッダの更なる発展型である。

【００１３】 本装置は、動画像信号Ｘを受信し、ウォータマークされたビデオ信号Ｙを出力
するものである。本装置は、ペイロードエンコーダ１０、特性ランダマイザ１１
、タイリング回路１２及び加算器１３を備えている。

【００１４】 図２は、ペイロードエンコーダ１０の動作を例示している。ウォータマークパ
ターンＷは、相関のない「基本」ウォータマークパターンＷ1，Ｗ2、及び該パタ
ーンの循環的にシフトされるバージョンＷ2kを加えることにより得られる。この
例では、エンコーダ１０は、W＝W1＋W2−W2kを生成する。ここで、W2kは、基本
パターンW2の循環的にシフトされたバージョンである。

【００１５】 符号及びシフトベクトル（ｋ）は、ペイロードＫを表している。複雑さを低減
するために、ウォータマークパターンＷは、Ｍ×Ｍの比較的小さなサイズ（たと
えば、１２８×１２８）を有している。タイリング回路１２により、パターンＷ
はＮ1×Ｎ2画像領域にわたりタイル状に張られる。従来技術の装置では、同じウ
ォータマークのタイルＷは、画像全体にわたりタイル張りされる。さらに、本実
施の形態では、動画像信号の連続するフレームにおいて、同じウォータマークＷ
Ｍがエンベッドされる。

【００１６】 本装置は、図１に示されており、特性ランダマイザ１１を含んでいる。エンベ
ッドされるウォータマークタイルＷは、本実施の形態では、高速フーリエ変換（
ＦＦＴ）１１０を受ける。フーリエ変換係数は、振幅abs及び位相ψを有してい
る。

【００１７】 この振幅absは、ランダマイジング回路（ＲＮＤ）１１１によりランダムにさ
れる（又はランダムな振幅に置き換えられる）。次いで、ランダムにされた振幅
abs’及びオリジナルの位相ψは、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）１１２によ
り、空間領域に変換される。したがって、生成されるウォータマークタイルW’
は、空間領域においてウォータマークタイルＷとは異なる。

【００１８】 特性ランダマイザ１１は、画像のタイルのそれぞれについて、異なるウォータ
マークパターンＷ’を生成する。図３は、タイリング動作（１２）後のウォータ
マークＷＭを示している。この図では、検出処理とは無関係な特性（すなわち、
フーリエ係数の振幅）が線のスタイルで表されている。この特性は、タイルから
タイルまで異なる。

【００１９】 検出処理に関係のある特性（すなわち、フーリエ係数の位相）は、それぞれの
シンボルにより表されており、それぞれのタイルについて同じである。ウォータ
マークタイルは、空間領域において異なり、したがって、ハッキングすることが
困難となる。

【００２０】 図４は、同様な作用が達成されるウォータマークエンベッダの代替的な実施の
形態を示している。この実施の形態は、特性ランダマイジング処理は、ペイロー
ドを符号化する前に、基本ウォータマークパターンＷ1及び／又はＷ2に個々に適
用されるという点で図１に示された構成とは異なる。それぞれの基本ウォータマ
ークついて、図１でのランダマイザ１１と同じ特性ランダマイザ１３，１４のそ
れぞれが使用される。

【００２１】 図５は、この実施の形態の変形例であり、空間領域ではなくフーリエ領域にお
いて、基本ウォータマークパターンは定義される。より詳細には、基本ウォータ
マークＷ1及びＷ2は、フーリエ変換係数の位相ψの観点で定義される。それぞれ
の特性ランダマイザ１５，１６は、高速フーリエ変換回路（図１における参照符
号１１０）を有する必要はもはやない。振幅又はフーリエ変換係数は、ランダム
ジェネレータ（ＲＮＤ）１５１，１６１のそれぞれにより、ランダムに生成され
る。

【００２２】 なお、特性ランダマイザ１３，１４（図４）、及び１５，１６（図５）は、そ
れぞれのエンベッダについて物理的に存在する必要はない。それぞれの基本ウォ
ータマークパターンの複数のランダムにされたバージョンをエンベッダに予め記
憶することが可能である。その場合、エンベッダは、それぞれの画像タイルにつ
いての記憶されたバージョンのうちの１つを（ランダムに）選択する。

【００２３】 図６は、図４及び図５に示された実施の形態により生成されたタイル張りされ
たウォータマークＷＭを示している。ウォータマークは、一方で基本パターンW1
、他方でＷ2及びＷ2kが異なってランダムにされるという点で図３に示されたも
のとは異なる。

【００２４】 本発明の開示の完全性のために、ウォータマーク検出器の動作は、簡単に説明
される。より詳細な記載は、国際特許出願WO-A-99/45707号に見ることができる
。図７は、装置のブロック図である。検出器は、疑いのあるビデオ信号Ｑのそれ
ぞれの画像をサイズＭ×Ｍ（Ｍ＝１２８）のブロックに区分し（２０）、サイズ
Ｍ×ＭのバッファＢに全てのブロックを積み重ねる（２１）。この動作は、折り
重ね（folding）として知られている。

【００２５】 折り重ねバッファＢのコンテンツｑが特定の（シフトされている可能性がある
）基本ウォータマークパターンｗ（Ｗ1又はＷ2）を含んでいるか否かを検出する
ために、バッファのコンテンツ及び基本ウォータマークターンは、相関が取られ
る。バッファのコンテンツｑと基本ウォータマークパターンｗの両者は、変換回
路２２及び２３のそれぞれにおいて、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）に向けられる
。これらの処理は、以下のようになる。

【数１】 ここで、

【外１】 は複素数のセットである。相関の計算は、ｑの畳み込みとｗの共役を計算するこ
とに類似している。変換領域では、これは、以下に対応する。

【００２６】

【数２】 ここで、記号

【外２】 は点に関する乗算を示し、conj()は共役を示す。

【００２７】

【外３】 の共役（虚部の符号を反転する）は、共役回路（ＣＯＮＪ）２４により実行され
、点ごとの乗算は乗算器２５により実行される。なお、適用されたウォータマー
クＷのＦＦＴ２３及び共役２４は、予め計算され、メモリに記憶することができ
る。

【００２８】 フーリエ変換係数

【外４】 は複素数である。国際特許出願WO-A-99/45707号に開示されるように、振幅情報
が捨てられて、位相のみが考慮された場合に、検出器の信頼性は大幅に向上され
る。このために、検出器は、振幅の正規化回路（ＮＯＲＭ）２６を含んでおり、
この回路２６は、振幅によりそれぞれの係数の点ごとに分割する。

【００２９】

【数３】

【外５】 は点ごとの分割を示す。

【００３０】 相関値ｄ＝｛ｄk｝のＭ×Ｍパターンは、逆フーリエ変換により得られ、以下
の乗算は、逆ＦＦＴ回路（ＩＦＦＴ）２７により実行される。

【００３１】

【数４】 基本ウォータマークパターンＷは、相関値ｄkが所与の閾値よりも大きい場合に
、存在することが検出される。

【００３２】 図８Ａは、基本ウォータマークＷ1が本装置に適用された場合に、Ｍ×Ｍの相
関パターンが強い正のピーク８０を原点（０，０）で示すことを示している。ピ
ークの位置（０，０）は、適用されたウォータマークパターンの空間的な位置が
折り重ねバッファにおけるエンベッドされたウォータマークの空間的な位置に対
応することを示している。

【００３３】 図８Ｂは、基本ウォータマークＷ２が本装置に適用された場合に、相関パター
ンが強い正のピーク８１を原点（０，０）で示し、強い負のピーク８１を別の位
置で示すことを示している。ピーク８１とピーク８２の間の相対的な距離及び符
号は、シフトベクトルｋを表している。ペイロード検出器２８（図７）は、かか
るシフトベクトルｋを識別して、対応するペイロードデータＫを復号する。

【００３４】 潜在的なハッカーは、多数のタイルを加えたときに、ウォータマークの予測値
を取得するであろう。ハッカーは、ウォータマークについてランダムな振幅を選
択して、予測されるウォータマークをウォータマークされたビデオ信号から除く
ことにより、検出器を誤り導く場合がある。しかし、これにより、エンベッドさ
れたウォータマークは予測されたウォータマークと空間的に異なるために、アー
チファクトが生じる。

【００３５】 図９は、本発明によるウォータマークエンベッダの更なる実施の形態を示して
いる。この実施の形態では、ランダムにされているウォータマークＷＭの特性は
、画像領域に関して、その空間的な位置である。このために、本装置は、位置ラ
ンダマイザ（ＲＮＤ）１９を備えている。この例では、ランダマイザは、タイリ
ング回路１２と加算器１３の間に位置されている。代替的に、ランダマイザは、
ペイロードエンコーダ１０とタイリング回路１２の間に位置される場合がある。

【００３６】 図１０は、この実施の形態によるタイル状に張られたウォータマークＷＭ’を
示している。図３及び図６において示されるウォータマークＷＭと比較して、ベ
クトルｓにより循環的にシフトされている。有利にも、位置は、比較的低い周波
数で、フレームからフレームに変更されている。

【００３７】 図１１Ａ及び図１１Ｂは、基本ウォータマークパターンＷ1及びＷ2のそれぞれ
が検出器に適用された場合での、Ｍ×Ｍの相関パターンを示している。ピーク８
０〜８２は、図８Ａ及び図８Ｂに示されるピークと比較して、ベクトルｓにより
シフトされている。しかし、シフトベクトルｋ（及びペイロードデータＫ）を表
しているピーク間の相対的な距離及び符号は変化していない。

【００３８】 （振幅及び位置をランダムにする）上述した実施の形態は、有効に結合される
場合がある。 要約すると、情報信号にウォータマークをエンベッドするための装置が開示さ
れる。エンベッドされたウォータマークをハッキングに対してよりロバストにす
るために、ウォータマークの検出に無関係に、ウォータマークの特性がランダム
にされる。

【００３９】 １つの例がフーリエ変換されたウォータマークの振幅（abs）をランダムにす
ることである。別の例は、比較的低い周波数での信号に関して、ウォータマーク
の空間的又は時間的な位置をランダムにシフトすることである。本発明により、
検出器の性能に影響を与えることなしに、空間的に異なるウォータマークをエン
ベッドすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるビデオ信号においてウォータマークをエンベッドするための装置
の第１実施の形態を示すブロック図である。

【図２】 図１に示されるペイロードエンコーダの動作を例示する図である。

【図３】 図１に示される構成によりビデオ信号においてエンベッドされるウォータマー
クを示す図である。

【図４】 図１に示される構成の代替的な実施の形態を示す図である。

【図５】 図１に示される構成の代替的な実施の形態を示す図である。

【図６】 図４又は図５に示される構成によりビデオ信号にエンベッドされるウォータマ
ークを示す図である。

【図７】 疑われるビデオ信号においてウォータマークを検出するための構成を示す図で
ある。

【図８】 図８Ａ及び図８Ｂは、図７に示される検出器の動作を例示する相関パターンを
示す図である。

【図９】 本発明によるビデオ信号においてウォータマークをエンベッドするための装置
の第２実施の形態を示す図である。

【図１０】 図９に示される構成によりビデオ信号にエンベッドされるウォータマークを示
す図である。

【図１１】 図１１Ａ及び図１１Ｂは、図７に示される検出器の動作を例示する相関パター
ンを示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カルケル，アントニウス アー セー 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 Ｆターム(参考） 5C053 FA13 GB06 5J104 AA14 NA13

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 情報信号にウォータマークをエンベッドする方法であって、 前記ウォータマークの検出に無関係な特性に関して異なるバージョンの前記ウ
   ォータマークを、前記情報信号の連続する構成部分にエンベッドするステップ、
   により特徴付けられる方法。
2. 【請求項２】 前記ウォータマークのフーリエ係数の振幅をランダムにする
   ステップを備える、請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 前記ウォータマークは、前記情報信号の前記構成部分にわた
   りタイル状に張られている少なくとも１つの基本ウォータマークパターンを含み
   、振幅をランダムにする前記ステップは、前記基本ウォータマークのパターンの
   フーリエ係数に適用される、請求項２記載の方法。
4. 【請求項４】 前記情報信号の前記構成部分のそれぞれに関して、前記ウォ
   ータマークの位置をランダムにするステップを備える、請求項１記載の方法。
5. 【請求項５】 前記情報信号の前記連続する構成部分は、動画信号の連続す
   るフレームである、請求項１記載の方法。
6. 【請求項６】 情報信号にウォータマークをエンベッドするための装置であ
   って、 前記ウォータマークの検出に無関係な特性に関して異なるバージョンの前記ウ
   ォータマークを、前記情報信号の連続する構成部分にエンベッドするための手段
   を備える装置。
7. 【請求項７】 前記ウォータマークのフーリエ係数の振幅をランダムにする
   ための手段を備える、請求項６記載の装置。
8. 【請求項８】 前記情報信号の前記構成部分のそれぞれに関して、前記ウォ
   ータマークの位置をランダムにするための手段を備える、請求項６記載の装置。
9. 【請求項９】 前記情報信号の前記連続する構成部分は、動画信号の連続す
   るフレームである、請求項６記載の装置。
10. 【請求項１０】 エンベッドされたウォータマークを有する情報信号であっ
    て、 前記情報信号の連続する構成部分は、前記ウォータマークの検出に無関係な特
    性に関して異なるバージョンのエンベッドされたウォータマークを有する情報信
    号。