JP2005523592A - ロバスト特性を用いた透かしの完全性の向上 - Google Patents

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Abstract

【課題】 追加的なデータ／補助データを、情報信号に埋め込むための方法および装置を提供することである。
【解決手段】 本発明は、情報信号における多数のロバスト性の署名を決定するステップと、多数の当該ロバスト性の署名と予め定義されたメッセージとの少なくとも一つに依存しているペイロードを生成するステップと、前記情報信号内の前記ペイロードに従って前記透かしパターンを埋め込むステップと、を備える、ペイロードにより透かしパターンを時間依存情報信号内に埋め込む方法に関する。また、本発明は、情報信号の透かしパターンを検出するための、対応する方法および装置にも関する。

Description

本発明は、映像信号、音声信号、または、より一般的には、マルチメディア・コンテンツなどの情報信号に、透かしなどの補助データを埋め込む方法および装置に関する。また、本発明は、透かしパターンを検出するための方法および装置、さらには、情報信号を記録するため、および／または、再生するためのデバイスに関する。
補助データは、たとえば、電子透かしとすることができる。これは、たとえば、マルチメディア・コンテンツ、映像、音声などを含む、情報信号／ホスト信号に埋め込まれ／追加されている、感知できないラベルとすることが好ましい（しかし、これに限られることはない）。このラベルは、たとえば、著作権情報、素材の所有者の識別名、ユーザに対する権利などを含んでいても良い。透かしに基づいて格納され、または導出される情報は、通常、ペイロードと称され、かつ、ビットで表される。埋め込み透かしの用語『ペイロード』は、時には、埋め込み透かしに基づいて格納され、または導出される情報量を指すこともあることに留意すべきである。
しかしながら、以下の全体にわたって、用語『ペイロード』は、透かしに基づいて、たとえば、転送され、埋め込まれ、導出される実際の値（たとえばビット列）を指す。
ほとんどの透かし方式では、透かしは、時間領域、空間領域、または、変換領域（たとえば、フーリエ変換、拡散コサイン変換、または、ウェーブレット領域）のいずれかで、ホスト信号／情報信号に追加されている、疑似ランダムノイズ・シーケンス（pnシーケンス）である。その後、透かしは、通常、透かしと埋め込みホスト信号との間の相関関係に基づいて、検出される。この場合、我々は、透かしに対して1ビット・ペイロードを有する。すなわち、このペイロードは、ノイズ・シーケンスが存在する、または、それが存在しないのいずれかを示すものである。
透かしの安全性について認識されている課題には、いわゆるコピー攻撃がある。このコピー攻撃は、埋め込みホスト信号から透かしを推定し、そして、続いて、この推定された透かしを、第2の信号内に移植することが出来る。第2の信号が、元々マークされていない場合には、透かしの観点から、埋め込みホスト信号の識別とみなす信号が生成される。さらに、第2の信号が、透かしによって、すでにマークされている場合には、新しく生成された信号は、透かし検出器を混乱させるかもしれない。
コピー攻撃を回避するための、一つのオプションは、ホスト信号のコンテンツに依存する透かしを作成することである。これは、特許文献1に開示されているように、ホスト信号のコンテンツからロバスト性の署名（一組のロバスト特性）を抽出し、そして、透かしをこの署名に依存させることによって行われる。ロバスト性の署名は、ホスト信号の必須事項を表す一組の変数である。たとえば、ホスト信号が映像信号である場合、映像信号によって表される画像のわずかな変化は、理想的には、署名を変化させない。これに対して、画像が完全に異なれば、署名が大きく異なる結果になる。
署名が、「閃光」映像クリップのように、非常に速く変化するときには、上記の方法は、検出問題をもたらす。既知の透かしシステムでは、透かしはホスト信号のフレームに埋め込まれる。ホスト信号の透かしが検出される場合には、全てのフレームが、たとえば、2秒の期間内に、バッファに蓄積される。このことにより、各々のフレーム内の透かしが、コヒーレントに合算され、透かしの検出に対する信号対ノイズ比が改良される。蓄積ステップの後、バッファと透かしパターンとの相関が取られ、その結果が、閾値と比較される。上記考えが有する問題は、透かしが、たとえば、10秒の映像素材において検出される時に、署名が、この期間内ですでに4回変更してしまっている可能性があることである。この場合には、透かしパターンも、検出期間内に4回変更する。それゆえ、透かしは、コヒーレントに合算されない。これは、信号対ノイズ比の検出をわずかしか改良しない。
本発明の目的は、追加的なデータ／補助データを、情報信号に埋め込むための、上記問題を解決するための、方法および装置を提供することである。
国際公開第01/39121号パンフレット
上記の目的は、各々の署名が情報信号における一組のロバスト特性であり、ロバスト性の署名が当該情報信号の所定の時間間隔で決定される、多数の当該ロバスト性の署名を決定するステップと、
前記ロバスト性を有する多数の署名の少なくとも一つと所定のメッセージとに依存しているペイロードを生成するステップと、
前記情報信号の前記ペイロードに従って前記透かしパターンを埋め込むステップと、
を備える、前記ペイロードにより透かしパターンを時間依存情報信号に埋め込む方法（および対応する装置）によって達成される。
情報信号の透かしパターンを検出し、かつ、ペイロードを検出するステップと、
各々の署名が情報信号における一組のロバスト特性であり、ロバスト性の署名が前記情報信号の所定の時間間隔で決定される、前記ロバスト性を有する多数の署名を決定するステップと、
前記ロバスト性を有する多数の署名の少なくとも一つを用いて前記ペイロードから前記メッセージをデコードするステップと、
を備えている、情報信号の補助データの検出に対応する方法（および対応する装置）。
本発明の好ましい実施例は、従属請求項において規定される。
これによって、透かしのペイロードの情報は、情報信号に依存することになり、かつ、メッセージは、情報信号からの情報と組み合わされない限り検出することが出来ないようにすることができる。このことにより、透かしをコピーし、かつ、それを異なる情報／コンテンツを有する他の情報信号に用いることが不可能となる。
本発明は、便宜上、人間の目に見えないことが好ましいラベルを、映像コンテンツに埋め込む／貼付するためのシステムについて記載されるが、これらの技術は、音声コンテンツおよびマルチメディア・コンテンツを含む、他のいかなるコンテンツにも適用することができることは明らかである。加えて、ラベルを検出するための実施例も記載されている。
図1は、本発明の埋め込み装置の実施例を示す。供給源は、補助情報／透かしが埋め込まれるべき情報信号Xを提供する。供給源は、たとえば、画像、音声信号、マルチメディア・コンテンツを有する信号などを提供することができる。以下で、一例として用いられる、情報信号Xは、時間依存情報信号である。さらに、透かしWを情報信号Xに加える、透かし埋め込み手段（105）が、示されている。
透かしWは、所定の時間間隔での情報信号Xから多数のロバスト性の署名を最初に抽出することによって生成される。各々のロバスト性の署名は、情報信号Xのコンテンツから抽出される一組のロバスト特性である。この抽出は、署名抽出手段（101）を用いて実行される。署名抽出手段（101）の出力は、署名Sである。
署名Sは、メッセージMと共に、ペイロード生成手段（103）への入力として用いられる。ペイロード生成手段（103）は、メッセージMの署名に依存する可逆関数fs(・)として、ペイロードPを決定する。
P＝fs (M)
ペイロードP、および、その結果、透かしパターンWが、透かし埋め込み手段（105）によって、情報信号Xに埋め込まれる。そして、透かしパターンWを備える情報信号（Y）が、生成される。
特定の実施例では、ペイロードPは、メッセージMと署名Sの関数g(・)とを連結することによって、たとえば、
P＝（M,g（S））＝（P1,P2）
と生成される。
上述したように、多数の署名が、情報信号から抽出され、そして、ペイロードPをエンコーディングする間に、どの署名を用いるかを決定する異なる方法の例が、以下に記載される。
署名Sは、ランダムに選択することが出来る。このことは、ペイロードPが、透かしWの検出中にデコードされるべきであるときに、メモリ手段が、同じ署名Sを用いることを必要とするであろう。
この署名Sとして、情報信号Xから抽出されるn番目の署名（たとえば、5番目の署名）を、複数の署名の中から、選択することもできる。
それに代えて、この署名Sとして、たとえば、所定の秒数（ペイロードが一定に保持される間のT秒の間隔）の後、検出される署名Sを選択することもできる。
他の方法として、最もロバスト性の高い署名Sを選択してもよい。この場合、デコード中の失敗の確率は減少する。最もロバスト性の高い署名Sは、予め定義されたのロバスト性測定を用いることによって選択することができる。
さらに、使用されるべき署名Sは、キー・フレームを用いることによって選択することができる。
図2は、本発明の検出器のブロック線図を図示する。一例として、時間に依存し、かつ、検出されるべきメッセージMを有する透かしWを含むことが可能である、情報信号／ホスト信号Yが示されている。
最初に、多数のロバスト性の署名が、所定の時間間隔で、情報信号／ホスト信号Yから抽出される。各々のロバスト性の署名は、情報信号Yのコンテンツから抽出される一組のロバスト特性である。この抽出は、署名抽出手段（201）を用いて実行される。署名抽出手段（201）の出力は、署名Sである。
さらに、ペイロードPが、透かし検出手段（203）を用いて、情報信号／ホスト信号Yから抽出される。
署名Sは、逆署名依存関数fS -1を生成するために用いられる。そして、逆署名依存関数fS -1(・)への入力としてペイロードPを用いて、ペイロードPからメッセージMがデコードされる。
M＝fS -1 (P)
このデコードは、署名SおよびペイロードPが入力で、かつ、メッセージMが出力であるペイロードデコード手段（205）によって実行される。
署名Sは、埋め込みプロセスに関連して、以前に記載した方法と同じ方法によって選択することができる。署名Sを選択するときに、埋め込みプロセス中に用いられた署名Sを、検出プロセス中にも用いることが重要である。
図3には、透かし検出器のより詳細な実施例が示されている。署名Sは、署名抽出手段（301）によって、情報信号Yから抽出される。それから、署名収集手段（302）によって、予め定義された時間間隔で、全ての収集署名{S1,..,Sn}が収集される。それから、完全性をチェックするための手段（303）が、透かし検出器（304）を用いて情報信号Yから抽出される、ペイロードPと署名{S1,..,Sn}とを組み合わせる。それから、完全性に関する情報が、情報信号Yへのアクセス制限を制御するために用いられる。
たとえば、著作権所有者、コンテンツの説明、および／または、コンテンツの使用に関連する権利を、埋め込み情報に、識別させてもよい。DVDコピー・プロテクションでは、素材に対して、『コピーは一回』、『コピー不可』、『以後のコピー不可』などのラベルを貼ることが許容されることになろう。図4は、埋め込み透かしを有するMPEGエンコード・ビット・ストリームを記録し、および／または再生するための、DVDプレーヤなどのデバイスを示す。このビットストリームは、DVDディスクのような情報媒体401に記録され／格納されている。記録信号は、スイッチ402を介して出力端子403に供給される。出力端子403は、外部のMPEGデコーダおよび表示デバイス（図示せず）に接続されている。もし、本発明と関連しない他の条件が履行された場合には、DVDプレーヤは、規定の埋め込み透かしを有する映像信号を再生することかできないようにされている。例えば、情報媒体401が、いわゆる「ウォブル」キーを含む場合には、透かしWが埋め込まれている信号は、再生しかできない。DVDプレーヤは、透かしWを検出するために、上述したような透かし検出器404を備える。
透かし検出器404は、記録信号を受けて、それから、透かしWが検出されているか否か、および／または、補助データの値／メッセージが示すものに応答して、スイッチ402を制御する。
上述した実施例は、本発明を制限するものではなく明示するのであり、かつ当業者が、添付の請求項の範囲内で別の多くの実施例を設計することが可能であることは、留意されるべきである。請求項において、括弧の間に配置されているいかなる引用符号も、請求項を制限するものと解釈すべきではない。「備える」という語は、請求項に示されていない要素またはステップの存在を除外するものではない。ある要素の前の「一つの」という語は、そのような要素が複数存在することを除外するものではない。本発明は、複数の別個の要素を有するハードウェアと、適切にプログラムされたコンピュータとによって、実現可能である。いくつかの手段を列挙しているデバイスに関する請求項の場合には、これらの手段の幾つかを、同一のハードウェア部材によって実施することも可能である。ある方策が、相互に別々の従属請求項において引用されている事実のみによって、これらの方策の組み合わせが、効果のある使用にはなり得ないと言うことを示すことはない。
本発明の埋め込み装置の実施例を示す。 本発明の検出器のブロック線図を図示する。 本発明の検出器の詳細な実施例を図示する。 埋め込み透かしを有する情報マルチメディア・ビットストリームを記録および／または再生するためのデバイスを示す。
符号の説明
101、201、301 署名抽出手段
103 ペイロード生成手段
105 透かし埋め込み手段
203 透かし検出手段
205 ペイロードデコード手段
302 署名収集手段
303 完全性をチェックするための手段
304、404 透かし検出器
401 情報媒体
402 スイッチ
403 出力端子
M メッセージ
S 署名
P ペイロード
W 透かし
X、Y 情報信号

Claims (21)

  1. 各々の署名が情報信号における一組のロバスト特性であり、ロバスト性の署名が当該情報信号の所定の時間間隔で決定される、多数の当該ロバスト性の署名を決定するステップと、
    多数の当該ロバスト性の署名の少なくとも一つと予め定義されたメッセージとに依存しているペイロードを生成するステップと、
    当該情報信号の当該ペイロードに従って当該透かしパターンを埋め込むステップと、
    を備える、前記ペイロードにより透かしパターンを時間依存情報信号に埋め込む方法。
  2. 前記ペイロードは、当該メッセージの可逆関数に依存している署名として生成される請求項1に記載の埋め込む方法。
  3. 前記ペイロードは、前記メッセージと、当該各署名の少なくとも一つの関数とを連結することによって生成される請求項1または2に記載の埋め込む方法。
  4. 前記ペイロードは、多数の当該ロバスト性の署名の中の少なくとも一つのランダムな署名に依存している請求項1から3のいずれかに記載の埋め込む方法。
  5. 前記ペイロードは、多数の当該ロバスト性の署名の中の少なくともn番目の署名に依存している依存している請求項1から3のいずれかに記載の埋め込む方法。
  6. 前記ペイロードは、多数の当該ロバスト性の署名の中の少なくとも最もロバスト性が高い署名に依存している請求項1から3のいずれかに記載の埋め込む方法。
  7. 前記ペイロードは、多数の当該ロバスト性の署名の中から選択される署名に依存しており、前記署名はキー・フレームを用いて選択される請求項1から3のいずれかに記載の埋め込む方法。
  8. 情報信号の透かしパターンを検出し、かつ、ペイロードを検出するステップと、
    各々の署名が情報信号における一組のロバスト特性であり、ロバスト性の署名が当該情報信号の所定の時間間隔で決定される、多数の当該ロバスト性の署名を決定するステップと、
    多数の当該ロバスト性の署名の少なくとも一つを用いて当該ペイロードから当該メッセージをデコードするステップと、
    を備えている、埋め込み透かしパターンを有する時間依存情報信号のメッセージ検出方法。
  9. 前記メッセージは、前記ペイロードの可逆関数に依存している署名を用いて前記ペイロードからデコードされる請求項8に記載のメッセージ検出方法。
  10. 前記ペイロードは、前記メッセージと当該各署名の少なくとも一つの関数とを連結することによって生成され、さらに、前記ペイロードをデコードするステップが、当該ペイロードの関連する部分を選択するためのステップを備える請求項8または9に記載のメッセージ検出方法。
  11. 当該ペイロードの中から当該メッセージをデコードする前記ステップは、前記ペイロードの残りの部分が当該署名の少なくとも一つの関数であることをチェックするステップを備える請求項10に記載のメッセージ検出方法。
  12. 当該ペイロードの中から当該メッセージをデコードする前記ステップは、多数の当該ロバスト性の署名の中のn番目の署名を用いて行われる請求項8-10のいずれかに記載のメッセージ検出方法。
  13. 当該ペイロードの中から当該メッセージを前記デコードするステップは、多数の当該ロバスト性の署名の中の最もロバスト性の高い署名を用いて行われる請求項8-10のいずれかに記載のメッセージ検出方法。
  14. 当該ペイロードの中から当該メッセージをデコードする前記ステップは、多数の当該ロバスト性の署名の中の全ての前記署名を用いることにより連続的に行われる請求項8-10のいずれかに記載のメッセージ検出方法。
  15. 各々の署名が情報信号における一組のロバスト特性であり、ロバスト性の署名が当該情報信号の所定の時間間隔で決定される、多数の当該ロバスト性の署名を決定するための手段と、
    多数の当該ロバスト性の署名の少なくとも一つと予め定義されたメッセージとに依存しているペイロードを生成するための手段と、
    当該情報信号の当該ペイロードに従って当該透かしパターンを埋め込むための手段と、
    を備える、前記ペイロードにより透かしパターンを時間依存情報信号に埋め込む装置。
  16. 情報信号の透かしパターンを検出し、かつ、ペイロードを検出するための手段と、
    各々の署名が情報信号における一組のロバスト特性であり、ロバスト性の署名が当該情報信号の所定の時間間隔で決定される、多数の当該ロバスト性の署名を決定するための手段と、
    多数の当該ロバスト性の署名の少なくとも一つを用いて当該ペイロードから当該メッセージをデコードするための手段と、
    を備えている、埋め込み透かしパターンを有する時間依存情報信号のメッセージを検出するための装置。
  17. 情報信号に埋め込まれている透かしに従って前記情報信号の記録および／または再生を無効にするための手段を備え、さらに、請求項16に従って当該基準となる透かし検出するための装置を備える、前記情報信号を記録し、および／または再生するためのデバイス。
  18. 各々の署名が情報信号における一組のロバスト特性であり、ロバスト性の署名が当該情報信号の所定の時間間隔で決定される、多数の当該ロバスト性の署名を決定するための手段と、
    多数の当該ロバスト性の署名の少なくとも一つと予め定義されたメッセージとに依存しているペイロードを生成するための手段と、
    当該情報信号の当該ペイロードに従って当該透かしパターンを埋め込むための手段と、
    を備える、前記ペイロードにより透かしパターンを時間依存情報信号に埋め込むための装置を備えている情報信号を伝送するためのデバイス。
  19. 埋め込み透かしパターンおよびペイロードを有し、当該ペイロードが、当該情報信号の多数の当該ロバスト性の署名の少なくとも一つ、および予め定義されたメッセージに依存している情報信号。
  20. 前記ペイロードは、当該メッセージの可逆関数に依存している署名である請求項19に記載の情報信号。
  21. 埋め込み透かしパターンおよびペイロードを有する情報信号が記憶されており、当該ペイロードが、当該情報信号の多数の当該ロバスト性の署名の少なくとも一つおよび予め定義されたメッセージに依存している記憶媒体。
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