JP2006505173A - 可変ビットレート信号の電子透かし付与方法 - Google Patents

Abstract

情報信号（ＭＰｉｎ）に電子透かしを埋め込む方法及び装置を記述する。電子透かし埋め込み処理は少なくとも１つの埋め込みパラメータによって制御される。埋め込みパラメータの値は、情報信号（ＭＰｉｎ）のビットレートに依存する。

Description

本発明は、情報信号、特に種々のビットレートで伝送することができる情報信号に電子透かしを埋め込み、且つそれを検出するための装置及び方法に関するものである。

情報信号への電子透かしの付与は情報信号と一緒に追加のデータを伝送する技術である。例えば、電子透かし付与技術は、オーディオ、ビデオ又はデータ信号のようなマルチメディア信号に著作権及びコピー制御情報を埋め込むのに用いることができる。

電子透かし付与スキームの主な要件は、それを観測できなくし（即ち、オーディオ信号の場合には、それを聞こえなくし；ビデオ信号の場合には、それを見えなくする）、また信号から電子透かしを除去する攻撃に対して堅牢にする（例えば、電子透かしを取り除こうとすると、信号にダメージを与えるようにする）ことにある。電子透かしの堅牢性が、通常、電子透かしを埋め込む信号の品質に対してトレードオフの関係にあることは明らかである。例えば、電子透かしをオーディオ信号中に強力に埋め込む（従って、取り除くのが困難である）場合には、オーディオ信号の品質が低下しがちになる。

情報信号は様々なビットレートで伝送することができる。ＭＰＥＧ２信号のような、ある信号はビットストリームのビットレートを符号化する。

本発明の目的は、種々のビットレートで伝送することができる情報信号に電子透かしを埋め込むのに好適な電子透かし埋め込みスキームを提供することにある。

さらに本発明の目的は、ここで又は他で言及する従来の問題の少なくとも１つに実質上対処する電子透かし付与スキームを提供することにある。

本発明の第１の見地では、情報信号に電子透かしを埋め込む方法において、電子透かしを埋め込む処理が少なくとも１つの埋め込みパラメータによって制御され、該埋め込みパラメータの値が前記情報信号のビットレートに依存する電子透かし埋め込み方法を提供する。

信号のビットレートに依存する電子透かしの埋め込みパラメータを選択することにより、電子透かしを強固にすることと、電子透かしをはっきり観測できなくすることとの間のパーフォーマンストレードオフを最適にすることができる。一組の埋め込みパラメータを信号のビットレートに関係なく利用する場合には、電子透かしが低いビットレートにて観測されがちとなり、また高ビットレートでは電子透かしが比較的強固でなくなることを実験により確かめた。

本発明の他の見地では、情報信号に電子透かしを埋め込むべく配置した装置において、当該装置が、少なくとも１つの埋め込みパラメータによって制御される埋め込み処理を利用して前記情報に電子透かしを埋め込むべく配置した埋め込み手段を具え、前記埋め込みパラメータの値が前記情報信号のビットレートに依存するようにした電子透かし埋め込み装置を提供する。

さらに本発明の他の見地では、本来の情報信号に、少なくとも１つの埋め込みパラメータによって制御した電子透かし付与プロセスによって電子透かしが付与されており、前記埋め込みパラメータの値は前記情報信号のビットレートに依存させた、電子透かし付き情報信号を提供する。

本発明のさらに他の見地では、上述した電子透かし付き情報信号を含んでいる記録担体を提供する。

さらに本発明の他の見地では、情報信号中の電子透かしを検出する方法において、潜在的に電子透かしを含むことができる情報信号を、電子透かしを検出するように分析し、該分析処理が情報信号のビットレートに依存する、電子透かし検出方法を提供する。

本発明のさらに他の見地では、情報信号中の電子透かしを検出する装置において、当該装置が、潜在的に電子透かしを含むことができる情報信号を、電子透かしを検出するように分析すべく配置した分析手段を具え、該分析手段の動作が情報信号のビットレートに依存するようにした電子透かし検出装置を提供する。

本発明のさらに他の見地では、上述したような方法の少なくとも１つを実行すべく配列したコンピュータプログラムを提供する。

本発明のさらに他の見地では、上述したようなコンピュータプログラムを具えている記録担体を提供する。

本発明のさらに他の見地では、上述したようなコンピュータプログラムをダウンロードするのに利用可能とする方法を提供する。

本発明の他の見地は従属請求項から明らかである。

本発明をより良く理解し、且つ本発明の実施例を如何にして実行に移すかを示すために、以下添付の図面を参照してさらに説明する。

本発明は、情報信号のビットレートに基づいて電子透かし埋め込みパラメータ（利用する電子透かし付与方法のタイプを制御することができるパラメータを含む）の種々の設定値を選択する。

高ビットレート信号（例えば、高精細度ＭＰＥＧ信号）に対する堅牢性と可視度とのトレードオフは、所定のパラメータ組に対して最適にすることができることを実験により確かめた。しかしながら、同じアルゴリズムを低ビットレート信号に対して同じパラメータで利用した場合には、信号の見栄えが芳しくない。従って、本発明者等は、電子透かしに一般的なパラメータを設定するよりもむしろ、電子透かし埋め込みパラメータの種々の設定値、及び/又は情報信号のビットレートに依存する種々の電子透かし付与法を利用することによってシステムの性能を遥かに向上させることを実現した。

本発明は、ビットレートをビットストリームに符号化するか、又はビットレートをビットストリームから決定することができる圧縮マルチメディア信号に使用するのに特に適している。これは情報ストリームのビットレートの検出を容易にする。例えば、ＭＰＥＧにおけるビットレートは、画像の開始を示す２つの連続する開始状態間のバイト数を計数することと相俟って、毎秒当たりのフレーム数から決定することができる。

そこで、本発明の好適実施例を既知の電子透かし付与スキームを参照して説明する。単一の埋め込みアルゴリズムを利用する。情報信号（この例では、ＭＰＥＧ２フォーマットのマルチメディア信号）のビットレートを決定し、この決定したビットレートに基づいて予定したグループから一組のパラメータを選択する。このパラメータグループ内の種々のパラメータ組は、種々のレンジのビットレートに対応する。

この好適実施例にて利用する特定の埋め込みアルゴリズムは、WO 02/060182に詳述されているラン-マージ（run-merge）アルゴリズムとする。

ラン-マージアルゴリズムは、最小量子化ＤＣＴ係数を選択的に処分することによってＭＰＥＧ圧縮ビデオストリーム内に電子透かしを埋め込む。処分した係数はその後、残存する係数のラン内に併合させる。係数を処分するか、否かの決定は、予め計算した電子透かしバッファと、８×８ＤＣＴブロック当たりの既に処分した係数の数とに基づいて行う。

図1は、好適実施例による装置の概略図を示す。この装置は、パーシング（構文解析）ユニット１１０、ＶＬＣ処理ユニット１２０、出力段１３０、電子透かしバッファ１４０及びビットレート検出器１４２を具えている。この装置は、ビデオ画像のシーケンスを表わすＭＰＥＧ基本ビデオストリームＭＰｉｎを受信すべく構成配置する。

ＭＰＥＧビデオ像は、各画像を８×８画素のブロックに分割することによって形成される。画素ブロックは次に８×８ＤＣＴ（離散コサイン変換）係数のそれぞれのブロックによって表される。

図２ＡはＤＣＴブロック３００の代表的な例を示す。このようなＤＣＴブロックの左上の変換係数は対応する画素ブロックの平均輝度を表わし、この変換係数は通常ＤＣ係数と称される。他の係数は空間周波数を表わし、これらの係数はＡＣ係数と称される。左上のＡＣ係数は像の粗い細部を表わし、右下の係数は像の微細な細部を表わす。ＡＣ係数は量子化してある。この量子化処理によってＤＣＴブロックの多くのＡＣ係数、特に微細な細部を表わしている係数の値を０にする。

ＭＰＥＧビットストリームを形成するには、ＤＣＴブロック３００の係数を（図２Ａに３０１で示すように）ジグザクパターンで逐次走査し、次いで可変長符号化する。この可変長符号化スキームはハフマン符号化とランレングス符号化を組み合わせたものである。ゼロのＡＣ係数とそれに続く非ゼロのＡＣ係数の各ランは、単一の可変長コードワードに符号化されるラン−ペアを構成する。図２ＢはＤＣＴブロック３００のランレベルのペアを示す。図２Ｃは、信号ＭＰｉｎとして図1に示した装置によって受信されることになるような、ＤＣＴブロック３００を表わす一連の可変調コードワード（ＶＬＣｓ）を示す。

ＭＰＥＧ２の基本ビデオストリームでは、このようなＤＣＴ輝度ブロックの４つと、２つ以上のＤＣＴクロミナンスブロックとがマクロブロックを構成し、多数のマクロブロックがスライスを構成し、多数のスライスが画像（フィールド又はフレーム）を構成し、そして、一連の画像がビデオシーケンスを構成する。幾つかの画像は自律的に符号化され（Ｉ-ピクチャ）、他の画像は動き補償と一緒に予測的に符号化される（Ｐ-及びＢ-ピクチャ）。Ｐ-及びＢ-ピクチャにおけるＤＣＴ係数は、実際の画素そのものと云うよりもむしろ、現行画像の画素と１つ以上の基準画像の画素との差を表わす。

ＭＰＥＧ２の基本ビデオストリームＭＰｉｎはパーシングユニット１１０に供給される。パーシングユニット１１０はＭＰＥＧビットストリームを部分的に中断して、このストリームを、輝度ＤＣＴ係数を表わす可変調コードワード（ＶＬＣｓ）と、信号のビットレートを示すコードを含んでいる他のＭＰＥＧコードとに分割する。ユニット１１０はブロックの座標、符号化形式（フィールド又はフレーム）、走査形式（ジグザグ又は交互）のような情報の収集もする。ＶＬＣｓ及び関連情報はＶＬＣ処理ユニット１２０に供給される。他のＭＰＥＧコードは出力段１３０に直接供給され、ビットレート情報のコピーはビットレート決定ユニット１４２に供給される。

この実施例では、埋め込むべき電子透かしを空間ドメインにおける擬似ランダムノイズシーケンスとする。例えば、電子透かしは二次元のピクチャ像として想定することができる。基本的な電子透かしの空間画素値はＭＰＥＧストリームにおけるビデオコンテンツと同じ表現に変換される。換言するに、電子透かしピクチャは８×８画素のブロックに分けられ、関連ブロックは離散コサイン変換され、且つ量子化される。なお、変換及び量子化の演算はどんな特定の電子透かし対しても一度行うだけで済む。このようにして計算したＤＣＴ係数を電子透かしバッファ１４０に格納する。

電子透かしバッファ１４０はＶＬＣ処理ユニット１２０に接続されており、この処理ユニットにて電子透かしの実際の埋め込みが行われる。ＶＬＣ処理ユニットは、ビデオ像を表わす選択された可変調のコードワードをラン−レベルのペアに復号化し（１２１）、一連のラン−レベルペアを８×８ＤＣＴ係数の二次元アレイに変換する（１２２）。電子透かしは、変更段１２３にて、空間的に対応する電子透かしＤＣＴブロックを各ビデオＤＣＴブロックに付加することにより埋め込まれる。この電子透かしＤＣＴブロックの付加は、以下に詳述する埋め込みパラメータに従って行われる。

図２Ｄは空間的電子透かしの一部に対応する電子透かしＤＣＴブロック３０２の代表的な例を示す。図２ＥはビデオＤＣＴブロック３００に電子透かしＤＣＴブロック３０２を付加することによって得られた電子透かし付きビデオＤＣＴブロック３０３を示す。

その後、電子透かし付きの合成ＤＣＴブロックを可変調エンコーダ１２４によって再符号化する。電子透かし付きのＶＬＣは出力段１３０に供給され、この出力段１３０は、パーシングユニット１１０によって供給されるＭＰＥＧコードをコピーすると共に、ＶＬＣ処理ユニット１２０によって供給される再生ＶＬＣを挿入することによりＭＰＥＧストリームを再生する。さらに、出力段はスタッフィングビットを挿入して、出力ビットレートを元のビデオビットレートに等しくすることができる。

電子透かしＤＣＴ係数を信号ＤＣＴ係数に付与する方法は多数の埋め込みパラメータにより制御される。このようなパラメータは、電子透かしを付与するルールを規定することができる。

例えば、図２Ａ〜２Ｅに示す例では、ブロック３０２に示した電子透かし係数は、それぞれの合成値が０に等しくなる場合に、元の画像ブロックのＤＣＴ係数に加えられるだけである。この特定例では、非ゼロ係数の１つ（図２Ａでは、値が−１のもの）がブロック２Ｅにてゼロ係数に代わるだけである。その理由は、ブロック３０２における空間的に対応する電子透かし係数の値が＋１であるからである。図２Ｆは電子透かし付与ＤＣＴブロックのラン−レベルペアを示す。なお、前のラン−レベルペア（１，−１）及び（０，２）は１つのラン−レベルペア（２，２）によって置き換えられている。図２Ｇは対応する出力ビットストリームを示す。このようなラン-マージ作用によって、この例では僅か１つのAC DCT係数だけが変更されたように見える。

埋め込み処理を制御し、且つ電子透かしを付与する強度を実践し、また電子透かしの付与の仕方を制御するのに様々な埋め込みパラメータを用いることができる。

表１はＭＰＥＧ符号化標準内の種々のビットレートに対する３つの異なるパラメータ組を示す。

これから明らかなように、一組のパラメータは１０ＭＢ/ｓのビットレートでの高精細度（ＨＤ）コンテンツ用に利用され、他のパラメータ組はレンジ５〜８ＭＢ/ｓ及び１〜５ＭＢ/ｓのそれぞれのビットレート用に利用される。

“No. of Changes（変更数）”値は、単一の８×８ＤＣＴブロック内にＤＣＴ係数を寄与させることができる変更最大数を示す。

ＥＩ，ＥＰ，ＥＢは、Ｉ-フレーム、Ｐ-フレーム及びＢ-フレームに対する、ＤＣＴブロックの現行量子化ファクタに基づくＤＣＴブロック当たり処分（排除）することのできるエネルギーレベルをそれぞれ示す。これには、ＤＣＴブロックのスケーリングファクタを考慮し、電子透かしによって変更され得る係数の数を減らすようにする。

ＣＤＲ（コンテンツ依存レート）係数の値は、周波数成分がＭＰＥＧストリーム内で重要と見做されるか否かを決定するチェックを行うかどうかを決定する。例えば、ブロック３００のような８×８ブロックにおける低周波成分がブロックの左上に現れて、高周波成分がブロックの右下に現れることを想起する。図示の例のブロック３００では、比較的少数の低周波成分が存在し、即ち、高周波成分は画像のコンテンツにとっては重要と見做されなくなる。

ＵＬＱ（使用線形量子化器の）値は、エネルギー計算を線形量子化スケールか、指数関数スケールのいずれにより行うのかどうかを決定する。このようなエネルギー計算を用いて、例えば電子透かし係数の値をスケーリングすることにより、信号に加える電子透かしエネルギーを決定する。これは、得られる電子透かしが電子透かし信号の観測可能度に及ぼす影響並びに電子透かしをどのようにして検出できるようにするかを決定する（大抵の電子透かし検出器の精度は、電子透かしが埋め込まれる信号のエネルギーに対する電子透かし内のエネルギー量に依存する）。

最後に、ＥＩ％，ＥＰ％及びＥＢ％は、任意の所定ＤＣＴブロックに対して、電子透かしの付与によってどの程度の割合のエネルギーを処分することができるかの設定しきい値を示す。

決定したビットレートに基づいて種々の埋め込みパラメータを適切に選択することにより、情報信号内の電子透かしの堅牢性と観測可能度とのトレードオフを最適にすることができる。

上記実施例は例題に過ぎないことは明らかである。例えば、当面の各ビットレート（又はビットレートのレンジ）に対する好適実施例に予定したパラメータ組を利用しても、そのパラメータ組を実際には予定したアルゴリズムによってビットレートにリンクさせることができる。

同様に、上述したパラメータが、情報信号内に電子透かしを埋め込む強度に影響を及ぼしたとしても、実際には、その埋め込みパラメータを利用して、情報信号に電子透かしを付与するための適切な電子透かしスキームを選択したり、及び/又は情報信号に付与する電子透かしを変えたりすることができる。従って、このような例におけるビットレートは電子透かしを検出できるプロセスに影響を及ぼす。

図３は、本発明の実施例による電子透かし検出器を示す。この例では、種々のビットレート信号に対して種々の検出プロセスが必要とされるように、電子透かし埋め込みプロセスはビットレート依存パラメータによって変更されるものとする。電子透かし検出器２００は、潜在的に電子透かしを付与することができる情報信号を受信すべく配置した入力端子２１０を具えている。ビットレート検出器２３０は、受信した信号のビットレートを所定の精度で決定する（このようなビットレートは信号を分析するか、又はビットレートが信号内に符号化されている場合には、その信号の一部を復号化するかの何れかによって決定することができる）。次いで、ビットレートの情報は電子透かしパラメータバッファ２４０に転送され、電子透かし検出器２２０が使用すべき適切なパラメータを選択するのに利用される。

電子透かし検出器２２０は、選択した電子透かしパラメータのコピーと、受信した情報信号のコピーとを受け取り、その後、受信信号に実際に電子透かしが付与されていたかどうかの指示を出力端子２５０に供給する。例えば、電子透かしの有無によって、情報信号をコピーできるかどうかを決定することができる。

具体的に説明しなかった様々な実施が本発明範疇に入ると理解されることは当業者に明らかである。例えば、埋め込み及び検出装置の機能についてしか説明しなかったが、このような装置はデジタル回路、アナログ回路、コンピュータプログラム又はその組み合わせにより実現することができることは明らかである。

このようなコンピュータプログラム並びに本発明の埋め込み方法によって生成される電子透かし付き信号は任意の機械読み取り可能な媒体（例えば、コンピュータメモリ、フロッピイー（商標名）ディスク、コンパクトディスク等）に記憶させたり、無線と有線媒体の双方を含む任意の伝送媒体に沿って伝送したりすることができる。本明細書にて云う記録担体は、斯様な機械読み取り可能な媒体と斯様な伝送媒体との双方を含むものとする。

明細書中、「具える」と云うことは、他の要素又はステップを複数含むことを除外するものではなく、また請求項にて云う単一のプロセッサ又は他の要素は数個の手段の機能を満たすことができることは明らかである。

読者の注意は、本願に関連して当明細書と同時か又はその前に出願され、当明細書と一緒に公開された全ての論文及び文献に向けられ、このような全ての論文及び文献を参考までにここに含めるものとする。

当明細書（添付した特許請求の範囲、要約及び図面を含む）にて開示した全ての特徴及び/又は開示した方法及びプロセスの全てのステップは、少なくとも斯様な特徴及び/又はステップの幾つかが互いに排他的である組み合わせを除いて、任意に組み合わせることができる。

当明細書（添付した特許請求の範囲、要約及び図面を含む）にて開示した各特徴は、敢えて言うまでもなく同じか、同等又は同様な目的に仕える別の特徴と置き換えることができる。従って、云うまでもなく、開示した各特徴は同等又は同様な一般的な特徴の一例に過ぎない。

本発明は、上述した例のみに限定されるものでなく、幾多の変更を加え得ること勿論である。

本発明の好適実施例に従って電子透かしを埋め込むのに適している装置の概略図である。 図１に示した装置の動作を示す図式図である。 本発明の実施例による電子透かし検出装置の概略図である。

Claims (16)

1. 情報信号に電子透かしを埋め込む方法であって、電子透かし埋め込み処理を少なくとも１つの埋め込みパラメータによって制御し、該埋め込みパラメータの値は情報信号のビットレートに依存する、電子透かし埋め込み方法。
2. 前記情報信号のビットレートを決定するステップも含む請求項１に記載の方法。
3. 前記情報信号内にビットレートを示す情報を符号化し、該ビットレートは、当該ビットレートを示す情報を復号化することにより決定される請求項２に記載の方法。
4. 前記埋め込みパラメータの値は、情報信号のビットレートに依存する値の予定組から選択される請求項１に記載の方法。
5. 前記電子透かし信号の堅牢性及び電子透かし信号の観測可能度の少なくとも１つは埋め込みパラメータに依存する請求項１に記載の方法。
6. 前記埋め込みパラメータの値は、情報信号に電子透かしを埋め込むのに利用する電子透かし付与技法を決定する請求項１に記載の方法。
7. 前記電子透かしの強度は前記埋め込みパラメータの値に依存する請求項１に記載の方法。
8. 情報信号に電子透かしを埋め込むべく配置した装置であって、当該装置が、少なくとも１つの埋め込みパラメータによって制御される埋め込み処理を利用して前記情報に電子透かしを埋め込むべく配置した埋め込み手段を具え、前記埋め込みパラメータの値は前記情報信号のビットレートに依存するようにした電子透かし埋め込み装置。
9. 前記装置は、前記情報信号のビットレートを決定すべく配置したビットレート決定ユニットも具えている請求項８に記載の装置。
10. 本来の情報信号に、少なくとも１つの埋め込みパラメータによって制御した電子透かし付与処理によって電子透かしが付与されており、前記埋め込みパラメータの値は前記情報信号のビットレートに依存させた、電子透かし付き情報信号。
11. 請求項１０に記載の電子透かし付き情報信号を具えている記録担体。
12. 情報信号中の電子透かしを検出する方法であって、潜在的に電子透かしを含むことができる情報信号を、電子透かしを検出するように分析する処理ステップを具え、該分析処理は情報信号のビットレートに依存する、電子透かし検出方法。
13. 情報信号中の電子透かしを検出する装置であって、当該装置が、潜在的に電子透かしを含むことができる情報信号を、電子透かしを検出するように分析すべく配置した分析手段を具え、該分析手段の動作は情報信号のビットレートに依存するようにした電子透かし検出装置。
14. 請求項１に記載の方法及び請求項１２に記載の方法の少なくとも１つを実行すべく配列したコンピュータプログラム。
15. 請求項１４に記載のプログラムを具えている記録担体。
16. 請求項１４に記載のコンピュータプログラムをダウンロードするのに利用可能とする方法。

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