JP2006516334A

JP2006516334A - デジタル信号の可逆的電子透かし付け

Info

Publication number: JP2006516334A
Application number: JP2006500352A
Authority: JP
Inventors: デルフェーンミンネファン; アルフォンスエイエムエルブルエケルス; レーストアドリアーンジェイファン; ステファンキャフィン
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2003-01-17
Filing date: 2004-01-13
Publication date: 2006-06-29
Also published as: US20060140440A1; KR20050092419A; EP1588352A1; CN1739140A; WO2004066272A1

Abstract

本発明は、追加情報がメディアコンテンツに埋め込まれるような方法、装置、装置のシステム及び信号に関するものである。該システムは、メディアコンテンツを持つ信号（ｙ）内に追加情報（Ｏ，Ｄ）を設ける装置（１０）を含み、該装置はメディアコンテンツの振幅値を第１の新たな値にマッピングする第１マッピングユニット（１４）と、該マッピングされたメディアコンテンツに上記追加情報を挿入するマルチプレックスユニット（１６）とを有する。当該システムは、メディアコンテンツを持つ信号（ｙ）内で追加情報（Ｏ，Ｄ）を受信するための装置（１２）も含み、該装置は、振幅値が第１の新たな値にマッピングされているメディアコンテンツ（ｘ_Ｑ）を追加の埋め込み情報（Ｏ，Ｄ）と共に含むような信号を受信すると共に、該追加情報を上記のマッピングされたメディアコンテンツから除去するように構成されたデマルチプレクスユニット（２２）を有する。本発明は、オーディオのようなメディアコンテンツへの電子透かしの挿入を可能にする。

Description

本発明は、広くは、追加情報の挿入を可能にするためにマッピングされたメディアコンテンツ内に追加情報を設ける技術分野に関する。本発明は、更に詳細には、メディアコンテンツを持つ信号への可逆的電子透かし付けに関する。

メディアコンテンツに関して追加情報を設けることは既知である。１つの斯様な例は電子透かし付けの分野内にあり、斯かる電子透かし付けにおいては情報が例えばデジタル画像のようなメディアファイル内に埋め込まれる。この場合、電子透かしは該画像から取り出され、別の目的に使用することができる。更に、画像の分野においては可逆的電子透かし付けも既知であり、この場合、電子透かしを除去した後に元の画像を回復することができる。これらの方法の主たる利点は、通信チャンネル（即ち、メディアファイル）の帯域幅を増加する必要がない点にある。即ち、これは、帯域内情報チャンネルである。１つの斯様な技術が、Proc. SPIE Photonics West, Vol. 4675, マルチメディアコンテンツのセキュリティ及び電子透かし付け, San Jose, California, January 2002, pp. 572 - 583の“全画像フォーマットに対する無損失データ埋め込み”にJ. Fridrich, M. Goljan及びR. Duにより説明されている。

しかしながら、恐らくは電子透かしの形態での追加情報をメディアコンテンツに、元のメディアコンテンツにおける情報の損失を防止することができると共に、オーディオにも使用することができ、それでいて追加情報に対する一層大きなデータ容量を可能にするような態様で追加することができるような代替技術に対する要求が存在する。

本発明の目的は、メディアコンテンツを持つ信号内に追加情報を、元のメディアコンテンツにおける情報の損失を防止することができると共に、オーディオにも使用することができ、それでいて追加情報に対して一層大きなデータ容量を可能にするようにして設けることにある。

本発明の第１の態様によれば、この目的は、メディアコンテンツを有する信号内で追加情報を送信する方法であって、
前記メディアコンテンツの振幅値を、第１マッピング関数を用いて第１の新たな値上にマッピングするステップと、
前記マッピングされたメディアコンテンツに前記追加情報を挿入するステップと、
を有するような方法により達成される。

本発明の第２の態様によれば、この目的は、メディアコンテンツを有する信号内で追加情報を受信する方法であって、
振幅値が第１マッピング関数を用いて第１の新たな値上にマッピングされているメディアコンテンツを、埋め込まれた追加情報と共に含むような信号を受信するステップと、
前記メディアコンテンツから前記追加情報を除去するステップと、
を有するような方法により達成される。

本発明の第３の態様によれば、この目的は、メディアコンテンツを有する信号中に追加情報を設ける装置であって、
前記メディアコンテンツの振幅値を、第１マッピング関数を用いて第１の新たな値上にマッピングするように構成された第１マッピングユニットと、
前記追加情報を前記マッピングされたメディアコンテンツに挿入するマルチプレックスユニットと、
を有するような装置により更に達成される。

本発明の第４の態様によれば、この目的は、メディアコンテンツを有する信号内で追加情報を受信する装置であって、
振幅値が第１マッピング関数を用いて第１の新たな値上にマッピングされているようなメディアコンテンツを、追加情報と共に含む信号を受信し、
前記メディアコンテンツから前記追加情報を削除する、
ように構成されたデマルチプレクスユニットを有するような装置によっても達成される。

本発明の第５の態様によれば、この目的は、互いに通信することが可能な装置のシステムであって、
メディアコンテンツを有する信号中に追加情報を設ける装置であって、
前記メディアコンテンツの振幅値を、第１マッピング関数を用いて第１の新たな値上にマッピングするように構成された第１マッピングユニットと、
前記追加情報を前記マッピングされたメディアコンテンツに挿入するマルチプレックスユニットと、
を有する装置と、
メディアコンテンツを有する信号内で追加情報を受信する装置であって、
振幅値が前記第１マッピング関数を用いて第１の新たな値上にマッピングされているようなメディアコンテンツを、埋め込まれた追加情報と共に含む信号を受信すると共に、前記メディアコンテンツから前記追加情報を削除するように構成されたデマルチプレクスユニット、
を有する装置と、
を有するようなシステムによっても達成される。

本発明の第６の態様によれば、この目的は、メディアコンテンツを埋め込まれた追加情報と共に有するような信号であって、前記メディアコンテンツの振幅値が第１マッピング関数を用いて第１の新たな値上にマッピングされており、このマッピングが前記追加情報を該マッピングされたメディアコンテンツから取り出すことができるようになされているような信号によっても達成される。

請求項２及び１８は、マッピングされたメディアコンテンツの振幅レベルに、追加情報を挿入するために使用される少なくとも１つのホール（hole）を設けることに関するものである。

請求項３及び１９は、マッピングされたメディアコンテンツのホール及び対応する値を、当該メディアコンテンツに追加情報を挿入するために使用することに関するものである。

請求項４、１５、２０及び２６は、エラー信号を、オリジナルのメディアコンテンツを本質的に損失無しで復元するのを可能にするために使用することに関するものである。

請求項７及び１６は、オリジナルのメディアコンテンツを復元するための第２マッピング関数の選択を可能にするような情報を設けることに関するものである。

請求項９及び２２は、当該メディアコンテンツに対して使用されるべき少なくとも２つの異なる第１マッピング関数を設けることに関するものである。

請求項１０は、第１マッピング関数を当該メディアコンテンツの特性に基づいて選択することに関するものである。

請求項１１及び２３は、振幅値が少なくとも２つの第１マッピング関数を用いて第１の新たな値上にマッピングされているようなメディアコンテンツをマッピングするための少なくとも２つの異なる第２マッピング関数を設けることに関するものである。

本発明は、電子透かしのような追加情報をメディアコンテンツに埋め込む方法であって、該埋め込まれた情報を削除した後でオリジナルのメディアコンテンツを復元することができ、追加情報に対して大きな可能なデータ容量を有し、オーディオアプリケーションに非常に適しており、追加情報が当該メディアコンテンツにおいて殆ど知覚し得ないような方法を提供するという利点を有している。

このように、本発明の背後にある包括的な思想は、振幅値が新たな値上にマッピングされているオーディオ信号のようなメディアコンテンツ中に、追加情報を設けることにある。

本発明の、これら及び他の態様は、以下に述べる実施例から明らかとなり、斯かる実施例を参照して説明されるであろう。

以下、本発明を、添付図面を参照して詳細に説明する。

本発明は、メディアコンテンツを有する信号に対して追加情報を設ける技術分野に関するものである。１つの好ましい利用分野は、オーディオストリームの可逆的電子透かし付けの分野である。しかしながら、本発明はこの分野に限定されるものではなく、多くの他の異なる技術分野において、及び例えばデジタル画像のような他の型式の信号に対しても使用することができる。

図１は、インターフェースを介してデコーダ１２と通信するエンコーダ１０を概念的に示している。上記インターフェースは垂直の点線により示されている。該インターフェースは、インターネット又はイントラネットのようなものとすることができるが、そのようなネットワークである必要はない。該インターフェースは、例えば固定式又は無線の電話回線とすることもできる。エンコーダ１０は電子透かしＤをデジタルデータストリームに挿入するが、該デジタルデータストリームは本例ではオーディオストリームｘである。該エンコーダの実際の動作は後に説明する。エンコーダ１０は第１マッピングユニット１４を含み、該マッピングユニットは入力端子においてオーディオｘのＰＣＭサンプルの形態のメディアコンテンツを入力する。当該エンコーダは圧縮関数であり得るような第１タイプの第１マッピング関数Ｃ_Ｑを使用するが、本発明は圧縮関数に限定されるものではない。第１マッピングユニット１４の出力端子は第２タイプの第２マッピング関数Ｅ_Ｑを使用する第２マッピングユニット１８の入力端子に接続される。該第２マッピング関数は伸張関数であり得るが、本発明は伸張関数に限定されるものではない。第１マッピングユニット１４の出力端子は、マルチプレックスユニット１６の第１入力端子にも接続される。第２マッピングユニット１８の出力端子は減算ユニット１９に接続され、該減算ユニットもオリジナルのオーディオ信号ｘの入力サンプルを入力する。減算ユニット１９は、更に、エラー信号圧縮Ｌを適用するエラー圧縮ユニット２０の入力端子に接続される。エラー圧縮ユニット２０の出力端子は、マルチプレックスユニット１６の第２入力端子に接続される。該マルチプレックスユニットは、オーバーヘッドデータＯを入力する第３入力端子、及び電子透かし即ち追加データＤを入力する第４入力端子も有している。マルチプレックスユニット１６は、振幅が新たな値にマッピングされたオーディオを含む出力信号ｙが上記電子透かしと一緒に供給される出力端子も有している。

前述したように、図１はデコーダ１２も含んでいる。該デコーダは、信号ｙを入力する入力端子を備えたデマルチプレクスユニット２２を含んでいる。該デマルチプレクスユニットは、第２マッピング関数Ｅ_Ｑを適用する第３マッピングユニット２４に接続された第１出力端子を有している。該デマルチプレクスユニットは、前述したエラー圧縮関数Ｌの逆であるようなエラー伸張関数Ｌ^-1を適用するエラー伸張ユニット２６に接続された第２出力端子を有している。デマルチプレクスユニット２２は、電子透かしＤが供給される第３出力端子、及びオーバーヘッドデータＯが供給される第４出力端子を有している。第３マッピングユニット２４の出力端子は加算ユニット２７に接続され、該加算ユニットにはエラー伸張ユニット２６の出力端子も接続されている。この加算ユニットからは、復元されたオリジナル信号ｘが出力される。

図２Ａないし２Ｃは３つのグラフを示す。図２Ａは、入力信号サンプルｘ(n)の、第１マッピング関数Ｃ_Q1に従った第１の新たな値の形態の出力信号サンプルｘ_Q(n)へのマッピングを概略示している。図２Ｂは、第１の新たな値の形態の入力信号サンプルｘ_Q(n)の、第２マッピング関数Ｅ_Q1に従った第２の新たな値の形態の出力サンプルｘ_Ｅ(n)へのマッピングを概略示している。図２Ｃは、入力信号ｘ(n)に依存するエラー信号ｑ(n)を概略示している。

以下、本発明の第１実施例によるオーディオ信号又はオーディオストリームの形態のメディアコンテンツへの電子透かしの埋め込み（即ち、挿入）を図１、２及び３を参照して説明するが、図３は本発明による方法のフローチャートを示すものである。先ず、オーディオ信号のデジタルＰＣＭ（パルスコード変調）サンプルがエンコーダ１０に入力される。これらは、例えばＣＤプレーヤ等のオーディオ再生装置のような如何なるタイプのアプリケーション例からも、又は電話アプリケーション例からも入力することができる。これらは、例えばオーディオファイルが記憶された記憶部から取り込むこともできる。次いで、異なるサンプルｘの振幅が、第１マッピング関数Ｃ_Ｑを用いて新たな値にマッピングされ、これらサンプルを有する信号ｘ_Ｑを得る（ステップ２８）。この第１実施例においては、第１マッピング関数Ｃ_Q1が使用されるであろう。

図２Ａには、本発明による該第１マッピング関数Ｃ_Q1を図示する図が示されている。該マッピング関数は、入力信号の入力サンプルを出力サンプル上にマッピングする。この特定の方法によれば、１６レベルの入力振幅が８レベルの出力振幅にマッピングされる。入力振幅レベル零は出力振幅レベル零にマッピングされ、入力振幅レベル１は出力振幅レベル２にマッピングされ、入力振幅レベル２は出力振幅レベル４にマッピングされる。ここまでの処では、オリジナルのサンプルとマッピングされたサンプルとの間には１対１の対応が存在した。入力振幅レベル３は出力振幅レベル６にマッピングされる一方、入力振幅レベル４も出力振幅レベル６にマッピングされる。入力振幅レベル５は出力振幅レベル８にマッピングされる一方、入力振幅レベル６は出力振幅レベル１０にマッピングされる。入力振幅レベル７及び８も、出力振幅レベル１０にマッピングされる。入力振幅レベル９、１０及び１１は出力振幅レベル１２にマッピングされ、入力振幅レベル１２、１３、１４及び１５は出力振幅レベル１４にマッピングされる。このように、第１マッピング関数を用いてマッピングされた出力信号ｘ_Ｑは８個の異なる可能性のある振幅レベル（即ち値）のみを有し、各奇数レベルは使用されない。従って、各奇数レベルはマッピングされたメディアコンテンツにおいてホール（孔：hole）を構成する。これは、奇数レベルを追加情報に使用することができることを意味する。幾つかの入力レベルは同一の出力レベルを共有するので、入力振幅レベルと出力振幅レベルとの間には１対１の対応は存在しない。

次いで、第１のマッピングされた信号ｘ_Ｑは第２マッピングユニット１８において第２マッピング関数Ｅ_Ｑを用いて再度マッピングされ、当該メディアコンテンツの第２の新たな値ｘ_Ｅを得る（ステップ３０）。

この実施例では、第２のマッピングは、例示的なグラフの図２Ｂを用いて示された第２マッピング関数Ｅ_Q1を使用して実行される。ここでは、入力レベル零は出力レベル零にマッピングされ、入力レベル２は出力レベル１にマッピングされる。また、入力レベル４は出力レベル２にマッピングされ、入力レベル６は出力レベル３にマッピングされる。また、入力レベル８は出力レベル５にマッピングされ、入力レベル１０は出力レベル６にマッピングされる。そして、入力レベル１２は出力レベル９にマッピングされ、入力レベル１４は出力レベル１２にマッピングされる。ここで理解されるように、入力レベルｘの全てのレベルが、第２の新たな信号ｘ_Ｅに存在するということはない。

第１のマッピングされた信号ｘ_Ｑの単純な第２マッピングが単独で使用されるべきであったとしたら、これは該第２マッピング関数を用いた場合に幾つかの情報が失われかねないことを意味するであろう。従って、第２のマッピングされた信号ｘ_Ｅは、オリジナル信号ｘも入力する減算ユニット１９に供給される。該減算ユニットは第２のマッピングされた信号ｘ_Ｅをオリジナル信号ｘから減算して、圧縮伸張エラー信号ｑを得る（ステップ３２）。エラー信号ｑ(n)とオリジナル入力信号ｘ(n)の異なる振幅レベルとの間の対応が図２Ｃに示されている。オリジナルのレベル零〜３と第１のマッピングされたレベルとの間の１対１の対応故に、これらのレベルに対しては、エラー信号ｑは零である一方、該エラー信号はレベル４に対しては１となり、レベル５及び６に対しては再び零となる。該エラー信号はレベル７に対しては１となり、レベル８に対しては２となる。該エラーはレベル９に対しては更に零となり、レベル１０に対しては１となり、レベル１１に対しては２となる。最後に、該エラー信号ｑ(n)はレベル１２に対しては零となり、レベル１３に対しては１となり、レベル１４に対しては２となり、レベル１５に対しては３となる。次いで、上記エラー信号ｑは、該エラー信号に対して圧縮関数Ｌを適用するエラー圧縮ユニット２０に供給され、圧縮されたエラー信号ｑ_Ｌを得る（ステップ３４）。この圧縮されたエラー信号は、第１マッピング関数によりマッピングされた入力信号ｘ_Ｑ、オーバーヘッドデータＯ及び追加情報、即ち電子透かしＤの形態のデータと一緒にマルチプレックスユニット１６に供給される。

次いで、マルチプレックスユニット１６は、（可能性として圧縮されている）圧縮伸張エラー信号ｑ_Ｌ、何らかのオーバーヘッド情報Ｏ及び電子透かしＤを、オリジナル信号ｘにおける第１マッピング関数Ｃ_Ｑにより空きにされた位置に、即ちマッピングされた信号ｘ_Ｑの奇数サンプルに挿入して（即ち埋め込んで）、送信信号ｙを求め（ステップ３６）、該信号ｙをデコーダ１２に送信する（ステップ３８）。追加情報を追加する本方法を説明するためには、当該処理をヒストグラムの観点から見るのが便利である。第１マッピング関数を適用した後、対応するヒストグラムを伴うオリジナル信号は、対応するマッピングされたヒストグラムを伴う別のものに変換される。該マッピングされたヒストグラムは、零のエントリを持つサンプル値を有するであろう。即ち、これらの特別なサンプルは、変換された信号では発生しない。以下においては、これらの位置をホールと定義する。当該追加情報は、ホールと、該ホールに対応する他の新たにマッピングされた値との組合せを用いて追加される。これは、当該メディアコンテンツの或るサンプルに関して、“１”の形態の追加情報片は、マッピングされた偶数レベルを対応する非偶数（即ち奇数）レベルに変更することにより追加され、零はマッピングされたレベルを変更されないまま維持することにより追加されることを意味する。この第１実施例において、各偶数レベルは対応するホールを有するであろうから、追加情報のビットを各サンプルに追加することができる。マッピングされたレベル及び対応するホールとは、例えば、信号ｘ_Ｑのレベル零がレベル１のホールに対応するであろうことを意味する。レベル零を持つマッピングされたサンプルがマルチプレックスユニット１６に到達する毎に、このユニットは、“１”を挿入する場合は、当該サンプルのレベルをレベル１に変更し、追加情報の“０”を挿入する場合は、当該サンプルのレベルを維持する。オーバーヘッドＯは、復号処理を可能にするために使用される情報、又は復号処理を効率的にする情報を含むことができる。斯かるオーバーヘッドは、入力信号がフレームに分割されている場合は、フレームサイズ及び同期ワードを更に含むことができる。斯かるオーバーヘッドは、ＣＲＣ、即ちエラー訂正情報、又は埋め込まれたビットストリームにおける異なるデータ部分の位置を示すポインタを含むこともできる。

次に、デコーダにおける処理を図１、２及び４を参照して説明するが、ここで、図４は本発明により信号を復号する方法のフローチャートを示している。デコーダ１２は、エンコーダ１０から送られた信号ｙをデマルチプレクスユニット２２の入力端子で入力する（ステップ４０）。デマルチプレクスユニット２２は、埋め込まれたオーバーヘッド情報Ｏ、電子透かしＤ及び（恐らくは圧縮されている）圧縮伸張エラー信号ｑ_Ｌを抽出して、第１マッピング関数によりマッピングされたオーディオ信号ｘ_Ｑを追加情報なしで獲得する（ステップ４２）。この場合、追加情報の“１”ビットを受け、従って奇数であるような第１のマッピングされた振幅レベルは、当該追加情報が抽出された後には、対応する偶数の振幅レベルを受けることになる。次いで、オーバーヘッドＯ及び電子透かしＤは適切な方法で処理される。第１マッピング関数によりマッピングされたオーディオ信号ｘ_Ｑは、第３マッピングユニット２４に供給され、該マッピングユニットは第２マッピング関数Ｅ_Ｑを、この例では第２マッピング関数によりマッピングされた信号ｘ_Ｅを供給するために使用されたエンコーダ１０における第２マッピングユニット２０と同一の第２マッピング関数Ｅ_Q1を、使用する（ステップ４４）。圧縮されたエラー信号ｑ_Ｌも同時にエラー伸張ユニット２６に供給され、該伸張ユニットは伸張関数Ｌ^-1を上記圧縮されたエラー信号ｑ_Ｌに適用してオリジナルのエラー信号ｑを得る（ステップ４６）。該伸張関数はエンコーダ側で使用された圧縮関数の逆関数である。取り出されたエラー信号ｑは、次いで、第２マッピング関数によりマッピングされた信号ｘ_Ｅと一緒に加算ユニット２７に供給され、該加算ユニットにおいては上記２つの信号が互いに加算されてオリジナルのオーディオ信号ｘを得る（ステップ４８）。この様にして、電子透かしは、第１マッピング関数によりマッピングされたオーディオ信号に追加され、該電子透かし及びオリジナルオーディオ信号の両者が復元され、オーディオ信号は損失無しで取り出される。

作製することが可能な多数の変形例が存在し、これらのうちの本発明による第１実施例の変形による一変形例が図５にブロック図で示されている。この変形例と最初に記載した実施例との間の相違点は、第１マッピングユニット１４とマルチプレックスユニット１６との間に第１シフトユニット５０が設けられている点と、デマルチプレクスユニット２２と第３マッピングユニット２４との間に第２シフトユニット５２が設けられている点のみにある。他の相違点は、他の第１及び第２マッピング関数が使用されている点にある。第１マッピングユニット１４に使用される第１マッピング関数Ｃ_Q2は、ここでは圧縮関数である一方、第２及び第３マッピングユニット１８及び２４において使用される第２マッピング関数Ｅ_Q2は、ここでは伸張関数であり、これら関数は図６Ａ及び６Ｂにグラフとして示されている。この第１マッピング関数は、振幅レベル零を圧縮レベル零にマッピングし、入力振幅レベル１は出力振幅レベル１にマッピングされ、入力振幅レベル２は出力振幅レベル２にマッピングされる。入力振幅レベル３は出力振幅レベル３にマッピングされる一方、入力振幅レベル４も出力振幅レベル３にマッピングされる。入力振幅レベル５は出力振幅レベル４にマッピングされる一方、入力振幅レベル６は出力振幅レベル５にマッピングされる。また、入力振幅レベル７及び８も、出力振幅レベル５にマッピングされる。入力振幅レベル９、１０及び１１は出力振幅レベル６にマッピングされ、入力振幅レベル１２、１３、１４及び１５は出力振幅レベル７にマッピングされる。このように、第１のマッピングされた出力信号ｘ_Ｑは８個の異なった取り得る低レベル振幅レベルのみを有する一方、高レベルのレベルは使用されない。第２マッピング関数は入力レベル零を出力レベル零にマッピングする。入力レベル１は出力レベル零にマッピングされ、入力レベル２は出力レベル２にマッピングされる。また、入力レベル３は出力レベル３にマッピングされ、入力レベル４は出力レベル５にマッピングされ、入力レベル５は出力レベル６にマッピングされ、入力レベル６は出力レベル９にマッピングされ、入力レベル７は出力レベル１２にマッピングされる。第１シフトユニット５０は、圧縮されたオーディオ信号ｘ_Ｑを左側にｐ位置だけシフトするように作用する（ｐは本例では１である）、即ち上記圧縮された信号のサンプルを２^ｐなる係数により乗算する。同様にして、第２シフトユニット５２は、受信された入力信号（オーバーヘッド、電子透かし及びエラー信号が除去された後の）を右側にｐ位置だけシフトするように作用する、即ち２^-pの乗算を実行し、これは前記圧縮された信号ｘ_Ｑを復元させる。このシステムにおいては、オーディオ信号は、オーディオの上側レベルが使用されないままとなるように圧縮される。次いで、該圧縮された信号は、最下位側ビットを電子透かし、オーバーヘッド及びエラー信号のために使用することができるようにシフトされる。これは、このような追加情報の挿入及び抽出を大幅に単純化させる。この変形例による圧縮されたサンプルの信号ｙが、図７に概略図示されている。該図は４ビット信号、即ちサンプルを示すもので、ここで、最初の３ビットの最上位側ビットは、前記圧縮されたサンプルｘ_Q(n)を含んで示され、電子透かしデータＤ及び／又はエラー信号ｑ及び／又はオーバーヘッドＯの１ビットにより後続される。このように、全追加情報は、この信号ｙの最下位ビットに設けられる。

ここで最適に言及される、本発明の該基本部分についての幾つかの変形例が存在する。先ず、使用される第１マッピング関数がレベルのマッピングにおいて１対１の対応を有している場合、エラー信号は必要ではない。この特別な場合においては、エラー信号及び該信号に関連する処理は当該装置に含める必要はない。このような前提が存在する場合は、更に、エンコーダにおける第２マッピングユニット、減算ユニット及びエラー圧縮ユニット、並びにデコーダにおける加算ユニット及びエラー伸張ユニットは必要ではない。しかしながら、この場合に重要なのは、デコーダにおける第３マッピングユニットが、エンコーダにおける第１マッピング関数の逆関数であるようなマッピング関数を使用するということである。このような状況は、振幅スペクトルの上側半部に振幅値を有さないようなオーディオ又は他のタイプのメディアコンテンツに対して存在し得る。エラー信号が使用される場合の他の可能性のある変形例は、使用される第２マッピング関数が、第１マッピング関数の逆関数である必要がない場合である。他の第２マッピング関数を使用することができる。この場合、その相違は、殆ど間違いなく一層大きなエラー信号につながるであろう。エラー信号中の情報は、デコーダ側におけるオリジナルの信号の復元にもつながるであろう。更に、該エラー信号は圧縮されないままとすることもできるが、これは埋め込まれるデータチャンネルの容量の減少につながり得る。更に、伝送される信号ｙに如何なるオーバーヘッド情報も設ける必要はない。第１のマッピングされた出力信号は、偶数レベルにホールを設ける必要はなく、これらを奇数レベルに同様に設けることもできる。更に、全ての偶数レベルにホールを設ける必要もない。一変形例においては、振幅レベルに１つのホールのみを設け、そこでは、オリジナルの値が、隣接する値であるような値である必要はない（もっとも、これが好ましいが）他の値にマッピングされる。同様にして、情報の追加ビットを挿入する場合に使用されるホールに対応する値は、次に大きな値である必要はなく、より小さな値か又はマッピングされるメディアコンテンツの殆ど如何なる他の可能性のある値とすることもできる。この対応する値が、マッピングされるメディアコンテンツにおいて頻繁であるような値であるならば、利点となり得る。

以下では、本発明の幾つかの他の態様を図８ないし１０に関連して説明する。

以下、本発明の第２実施例を図８に関連して説明するが、該図は図１に示したものと基本的に同一のエンコーダであるエンコーダ１０を示している。第１実施例との関連での相違点は、第４マッピングユニット５４が前述した第１マッピングユニット１４と並列に設けられている点にある。第１マッピングユニット１４は第１マッピング関数Ｃ_QAを使用する一方、第４マッピングユニット５４は他の第１マッピング関数Ｃ_QBを使用する。マッピングユニット１４及び５４の該対の前には、セグメント化ユニット５６が設けられている。第１スイッチ５８がセグメント化ユニット５６とマッピングユニット１４及び５４の対との間に設けられ、第２スイッチ５９が上記マッピングユニットの対とマルチプレックスユニット１６及び第２マッピングユニット１８との間に設けられている。これらスイッチは、第１マッピングユニット１４又は第４マッピングユニット５４の何れかを、第２マッピングユニット１８及びマルチプレックスユニット１６に接続するために同期して切り換えられる。ここで、第１及び第４マッピングユニット１４及び５４は、異なるマッピング結果を与えるような２つの異なる関数を有し、一方はどれだけ多くの追加データを挿入する必要があるかを考慮して最大の可能な容量を提供するように設けることができ、他方は出力信号ｙにおける知覚的歪を最小にするのによりよいものとすることができる。この理由により、図２及び６に記載した第１マッピング関数は、これらのマッピングには適したものではないかも知れず、これが関数をＣ_Q1及びＣ_Q2の代わりにＣ_QA及びＣ_QBと付すことにより示されていることに注意されたい。更に、入力信号はマッピングユニットに供給される前にセグメント化される。ここで、当該エンコーダは常に同一の第２マッピング関数を使用することに注意されたい。この第２実施例においては、ユーザが異なる第１マッピング関数を選択することが可能であり得る。異なる第１マッピング関数故の第３マッピングユニットによりマッピングされる信号の差は、発生されるエラー信号により処理される。この第２実施例においては、デコーダは、如何なる余分な機能も含まないという点で、第１実施例に示したデコーダと本質的に同一である。もっとも、使用される第２マッピング関数は第１実施例のものとは殆ど確かに相違するであろう。ここで、当該デコーダは、エンコーダが使用するのと同一の第２マッピング関数を使用することが好ましい。小さなエラーが許容される場合は、オリジナル信号を取り出すために斯かる関数の僅かな変形は許容され得る。

本発明の第３実施例によるエンコーダが図９にブロック図で示されている。主として、第２実施例と第３実施例との間には１つの相違点が存在し、これは第２マッピングユニット１８と並列に第５マッピングユニット６０が設けられる点である。第３スイッチ６２がマルチプレックスユニット１６の入力端子を第２マッピングユニット１８又は第５マッピングユニット６０に接続し、第４スイッチ６４が第２マッピングユニット１８又は第５マッピングユニット６０を減算ユニット１９に接続している。第３及び第４スイッチは、第１及び第２スイッチ５８及び５９と同期して切り換えられるべきである。第２マッピングユニット１８は、第１マッピング関数Ｃ_QAと一緒に使用されるべき第２マッピング関数Ｅ_QAを提供する一方、第５マッピングユニット６０は第１マッピング関数Ｃ_QBと一緒に使用されるべき他の第２マッピング関数Ｅ_QBを提供する。この実施例によれば、第２マッピング関数は、選択された第１マッピング関数に適した第２マッピング関数が使用され得るように切り換えられる。ここで、第１及び第２マッピング関数の選択は、例えば、ランダムな（可能性としては秘密の）キーに基づいてなすことができる。これは、発生されるエラー信号を低減し、従って電子透かしが、伝送される信号中に一層多くの空間を占めるようにさせることができるので有利である。ここで、デコーダにも、適切に機能するよう、異なるマッピングユニットの間を切り換えることができるようにするために同数の並列な第２マッピング関数を設ける必要がある。当該デコーダが斯かる切り換えを実行することができるように、第２マッピング関数の選択に関する情報が、エンコーダから送信されなければならない。代わりに、選択された第１マッピング関数に関する情報を送信することもでき、その場合には、デコーダは第２マッピング関数を該情報に基づいて選択することができる。エンコーダにおいて使用された第１及び第２マッピング関数の両者に関する情報を送信することも可能である。このような情報は、前記オーバーヘッドに設けることができる。代替として、斯かる特性は入力信号ｙの特性から決定することもできる。デコーダは、更に、最終的な構成が可逆的である限り、エンコーダが使用するのと同一のタイプの第２マッピング関数を使用する必要はない。

本発明の第４実施例によるエンコーダが図１０にブロック図で示されている。第３実施例との相違点は、信号特性抽出ユニット６６が設けられ、該ユニットは入力信号を解析し、該信号の特性に依存して第１マッピング関数及び第２マッピング関数を選択するようスイッチを制御する。このようにして、マッピング関数を入力信号に又は該入力信号の異なるセグメントに依存して選択することができるような適応型マッピング構成が設けられる。当該信号がビデオ信号である場合、該信号の異なるフレームに対して異なるマッピング関数を使用することができる。上記信号特性抽出ユニットは、第２実施例とも同様に（即ち、第５マッピングユニット無しで）組み合わせることができる。

デコーダは上述した完全な復号を実行する必要はないと理解されるべきである。オリジナル信号が復元されるべきか否かに依存して、電子透かしのみを除去し、オリジナルの信号は全く復元しなくて充分であるかも知れない。更に、復元が不完全になされ、かくして幾つかのエラーは許容されてもよく、その場合、最終的な復元信号は推定され得る。また、上記メディアコンテンツはオーディオの形態で供給される必要はなく、本発明は画像及びビデオを含む如何なるタイプのメディアコンテンツに対しても使用することができる。更に、３以上の第１及び／又は第２マッピング関数の間で選択することもできる。更に、デコーダにおける第２マッピング関数は、信号ｙの特性及びオーバーヘッド情報の代わりとして、出力信号ｘに応答して選択することもできる。更に、前記エラー信号は信号ｙに含まれる必要はなく、例えば恐らくは信号ｙを送信する前に供給される他の信号における等の、何らかの他の方法でデコーダに供給することもできる。本発明の更に他の変形は、当該エンコーダが信号ｙをデコーダに送信する必要がないものである。該エンコーダは、この信号をメモリに記憶することができ、該メモリは当該デコーダが上記信号を取り込むことができるようなCD ROM等の携帯型メモリとすることができる。この場合、デコーダは上記信号をエンコーダからの代わりに上記メモリから入力する。

本発明は多くの利点を有している。本発明は、メディアストリームにおける高度の符号化を可能にする、即ち電子透かしを含むような追加情報のための大きな可能なデータ容量を有する。また、本発明は柔軟性のある符号化を可能にすると共に、オリジナルのメディアコンテンツにおける情報の損失を防止する。

図１は、本発明の第１実施例によるエンコーダ及びデコーダのブロック図を示す。図２Ａは、本発明によるエンコーダによって発生される例示的な第１マッピング関数を示す図である。図２Ｂは、本発明によるエンコーダによって発生される例示的な第２マッピング関数を示す図である。図２Ｃは、本発明によるエンコーダによって発生されるエラー信号を例示的に示す図である。図３は、本発明によるオーディオ信号に電子透かしを埋め込む方法のフローチャートを示す。図４は、本発明によるオーディオ信号から電子透かしを抽出する方法のフローチャートを示す。図５は、本発明の第１実施例の特別な変形例によるエンコーダ及びデコーダのブロック図を示す。図６Ａは、図５のエンコーダ及びデコーダに使用するのに適した、本発明によるエンコーダにより発生される他の例示的な第１マッピング関数を示す図である。図６Ｂは、図５のエンコーダ及びデコーダに使用するのに適した、本発明によるエンコーダにより発生される他の例示的な第２マッピング関数を示す図である。図７は、第２実施例に使用される本発明による信号の一般的形態を示す。図８は、本発明の第２実施例によるエンコーダのブロック図を示す。図９は、本発明の第３実施例によるエンコーダのブロック図を示す。図１０は、本発明の第４実施例によるエンコーダのブロック図を示す。

Claims

メディアコンテンツを有する信号内で追加情報を送信する方法において、
前記メディアコンテンツの振幅値を、第１マッピング関数を用いて第１の新たな値上にマッピングするステップと、
前記マッピングされたメディアコンテンツに前記追加情報を挿入するステップと、
を有することを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、前記第１マッピング関数は、前記マッピングされたメディアコンテンツの前記振幅値に追加情報を埋め込むために使用されるべき少なくとも１つのホールを生成することを特徴とする方法。
請求項２に記載の方法において、前記追加情報を挿入するステップは、追加データを埋め込むために前記マッピングされたメディアコンテンツの前記少なくとも１つのホールと対応する値とを使用するステップを有することを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、前記マッピングするステップは、前記メディアコンテンツにおける１つの第１の新たな値の使用が、元のメディアコンテンツにおける２以上のマッピングされていない値に対応するのを許容するステップを含むと共に、更に、
前記メディアコンテンツの前記第１の新たな値を、第２マッピング関数を用いて第２の新たな値上にマッピングするステップと、
前記メディアコンテンツの前記第２の新たな値と前記元のメディアコンテンツとの間の差を有するようなエラー信号を発生すると共に、該エラー信号を受信機に送信するステップと、
を有することを特徴とする方法。
請求項４に記載の方法において、前記エラー信号を圧縮するステップを更に含んでいることを特徴とする方法。
請求項４に記載の方法において、前記第１マッピング関数を用いてマッピングされた前記メディアコンテンツを前記追加情報と一緒に受信機に送信するステップを更に有し、前記エラー信号が前記受信機に送信される該メディアコンテンツに含まれることを特徴とする方法。
請求項４に記載の方法において、前記第１マッピング関数を用いてマッピングされた前記メディアコンテンツを前記追加情報と一緒に受信機に送信するステップと、使用された前記第１及び／又は第２マッピング関数に関する情報を前記受信機に送信するステップとを更に有することを特徴とする方法。
請求項７に記載の方法において、前記使用された第２マッピング関数に関する情報が、前記受信機に送信される前記メディアコンテンツに含まれることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、少なくとも２つの第１マッピング関数から第１マッピング関数を選択すると共に、前記メディアコンテンツの少なくとも一部に対して前記選択された関数を用いて前記マッピングするステップを実行するステップを更に有することを特徴とする方法。
請求項９に記載の方法において、前記選択するステップが前記メディアコンテンツの特性に応じて実行されることを特徴とする方法。
請求項９に記載の方法において、
少なくとも２つの第２マッピング関数から第２マッピング関数を選択し、前記メディアコンテンツの振幅の前記第１の新たな値を、前記選択された第１マッピング関数によりマッピングされた前記メディアコンテンツの部分に対して、該第２マッピング関数を用いて第２の新たな値上にマッピングするステップと、
前記選択された第１及び第２マッピング関数に対して、前記第２のマッピングされたメディアコンテンツと元のメディアコンテンツとの間の差を有するようなエラー信号を発生するステップと、
を更に含んでいることを特徴とする方法。
メディアコンテンツを有する信号内で追加情報を受信する方法において、
振幅値が第１マッピング関数を用いて第１の新たな値上にマッピングされているメディアコンテンツを、埋め込まれた追加情報と共に含むような信号を受信するステップと、
前記メディアコンテンツから前記追加情報を除去するステップと、
を有することを特徴とする方法。
請求項１２に記載の方法において、前記追加情報を処理するステップを更に含むことを特徴とする方法。
請求項１２に記載の方法において、前記メディアコンテンツにおける受信された第１の新たな値の振幅を第２マッピング関数を用いて第２の新たな値上にマッピングするステップを更に含むことを特徴とする方法。
請求項１４に記載の方法において、オリジナルのメディアコンテンツと前記第２マッピング関数を用いてマッピングされたメディアコンテンツとの間のエラーに対応するエラー信号を受信すると共に、前記第２マッピング関数を用いてマッピングされたメディアコンテンツを前記エラー信号を用いて調整するステップを更に含んでいることを特徴とする方法。
請求項１４に記載の方法において、前記第１マッピング関数又は前記第２マッピング関数の情報を受信すると共に、この情報に従う第２マッピング関数を前記受信されたメディアコンテンツの少なくとも一部に適用するステップを更に含んでいることを特徴とする方法。
メディアコンテンツを有する信号中に追加情報を設ける装置において、
前記メディアコンテンツの振幅値を、第１マッピング関数を用いて第１の新たな値上にマッピングするように構成された第１マッピングユニットと、
前記追加情報を前記マッピングされたメディアコンテンツに挿入するマルチプレックスユニットと、
を有することを特徴とする装置。
請求項１７に記載の装置において、前記第１マッピングユニットは前記マッピングされたメディアコンテンツの前記振幅値に、追加情報を埋め込むために使用されるべき少なくとも１つのホールを作成するように構成されていることを特徴とする装置。
請求項１８に記載の装置において、前記マルチプレックスユニットは追加データを埋め込むために前記マッピングされたメディアコンテンツにおける前記少なくとも１つのホールと対応する値とを使用するように構成されていることを特徴とする装置。
請求項１７に記載の装置において、前記メディアコンテンツの前記第１の新たな値を第２マッピング関数を用いて第２の新たな値上にマッピングするように構成された第２マッピングユニットと、前記メディアコンテンツの前記第２の新たな値からオリジナルのメディアコンテンツを減算してエラー信号を供給するように構成された減算ユニットとを更に有していることを特徴とする装置。
請求項２０に記載の装置において、前記マルチプレックスユニットは前記エラー信号を前記メディアコンテンツの前記第１の新たな値に挿入するように構成されていることを特徴とする装置。
請求項１７に記載の装置において、２つの異なる第１マッピング関数を実行する少なくとも２つの第１マッピングユニットが存在し、オリジナルのメディアコンテンツを、これら第１マッピングユニットの何れか一方に接続するように構成された第１スイッチを更に有することを特徴とする装置。
請求項２２に記載の装置において、２つの異なる第２マッピング関数を実行すると共に各々が前記メディアコンテンツの第１の新たな値を第２の新たな値上にマッピングするよう構成された少なくとも２つのマッピングユニットと、オリジナルのメディアコンテンツを前記メディアコンテンツの第２の新たな値から減算してエラー信号を供給するように構成された減算ユニットと、前記メディアコンテンツの前記第１の新たな値を第２マッピング関数を実行する前記マッピングユニットの何れか一方に接続するように構成された他のスイッチと、第２マッピング関数を実行する前記マッピングユニットの何れか一方を前記減算ユニットに接続するように構成された更に他のスイッチとを更に有することを特徴とする装置。
メディアコンテンツを有する信号内で追加情報を受信する装置において、
振幅値が第１マッピング関数を用いて第１の新たな値上にマッピングされているようなメディアコンテンツを、埋め込まれた追加情報と共に含む信号を受信し、
前記メディアコンテンツから前記追加情報を削除する、
ように構成されたデマルチプレクスユニットを有することを特徴とする装置。
請求項２４に記載の装置において、
受信された前記メディアコンテンツにおける前記第１の新たな値を、第２マッピング関数を用いて第２の新たな値にマッピングするように構成された第３マッピングユニット、
を更に有することを特徴とする装置。
請求項２５に記載の装置において、受信されたエラー信号を前記メディアコンテンツにおける前記第２の新たな値に加算して少なくとも本質的に損失のないメディアコンテンツを供給するように構成された加算ユニットを更に有することを特徴とする装置。
互いに通信することが可能な装置のシステムにおいて、
メディアコンテンツを有する信号中に追加情報を設ける装置であって、
前記メディアコンテンツの振幅値を、第１マッピング関数を用いて第１の新たな値上にマッピングするように構成された第１マッピングユニットと、
前記追加情報を前記マッピングされたメディアコンテンツに挿入するマルチプレックスユニットと、
を有するような装置と、
メディアコンテンツを有する信号内で追加情報を受信する装置であって、
振幅値が前記第１マッピング関数を用いて第１の新たな値上にマッピングされているようなメディアコンテンツを、埋め込まれた追加情報と共に含む信号を受信すると共に、前記メディアコンテンツから前記追加情報を削除するように構成されたデマルチプレクスユニット、
を有するような装置と、
を有することを特徴とするシステム。
メディアコンテンツを埋め込まれた追加情報と共に有するような信号において、前記メディアコンテンツの振幅値が第１マッピング関数を用いて第１の新たな値上にマッピングされており、このマッピングが前記追加情報を該マッピングされたメディアコンテンツから取り出すことができるようになされていることを特徴とする信号。