JP2008124756A - 情報埋込装置、情報抽出装置、情報埋込方法、情報抽出方法、情報埋込プログラム及び情報抽出プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】種々のコンテナ信号に適用可能な汎用性を維持しつつ、情報を埋め込む際のコンテナ信号の品質劣化を抑制し、埋め込みデータの同期状態を正しく判定するようにする。
【解決手段】情報埋込装置及び情報抽出装置の構成に加え、使用する埋込データ列には、同期用区間としてデータを埋め込まない無変調区間（Ｘ）が設けられている。例えば、１周期＝９区間の内、左１区間を埋め込まない区間（同期用の無変調区間）とし、残りの８区間をシンボル埋込用の区間としている。無変調区間では、信号変調処理が行われないため、周期ごとに埋め込み個数の統計を取ると、同期用無変調区間は０となり、それ以外の区間は０でなくなる。このように、同期用無変調区間を使うことにより、品質劣化が少なく、同期状態を正しく判定することができる。
【選択図】 図１１

Description

本発明は、情報埋込装置、情報抽出装置、情報埋込方法、情報抽出方法、情報埋込プログラム及び情報抽出プログラムに関し、より詳しくは、電子透かし技術を用いてコンテンツデータに著作権者情報やアクセス者情報などの埋め込みデータを不可分に埋め込み、その埋め込んだデータを抽出する情報埋込装置、情報抽出装置、情報埋込方法、情報抽出方法、情報埋込プログラム及び情報抽出プログラムに関する。

近年、デジタルコンテンツデータの不正利用を抑止するための著作権者情報、あるいは、機密データの不正流出を抑止するためのアクセス者情報等をコンテンツデータ本体（以下、コンテナ信号ともいう）に不可分に埋め込む電子透かし技術が注目されている。

この電子透かし技術は、画像や音声などのコンテンツデータに埋め込む情報が表現する所定の変化を知覚されない程度に加える埋込処理と、埋め込み後のデータから所定の変化を検出し、情報を取り出す抽出処理とによって構成されている。

この埋込処理から抽出処理までの間にコンテナ信号が伝播されると、外部から様々な変化（攻撃）が加わることにより、埋め込まれた埋め込みデータが欠落する可能性がある。そこで、１つのコンテナ信号には、同一のデータが繰り返し埋め込まれる。同一のデータをｎ個所に埋め込み、各個所でデータの失われる確率をｐとすると、データ欠落の発生確率は「ｐ＾ｎ」となり、ｎの増大に伴って不具合が減少するという原理である。例えば、図１０の埋込データ列に示すような８ｂｉｔのデータ（以下、シンボルという）を繰り返したデータ列を埋め込めば、一部誤って抽出されたとしても（図１０の誤りデータ列中の下線付き数字が誤りデータ）、同じ位相のデータで多数決を取れば、正しいシンボル（０ｘＣ４）を得ることができる。

しかし、コンテナ信号に対する変化（攻撃）の種類は、埋込データ列のデータ誤りだけではなく、図１０に示すような切取データ列（データの切り取り）や反転データ列（データの回転）なども考えられる。このため、図１０の切取データ列に示すように、埋込データ列の先頭の３ｂｉｔが切り取られると、埋め込みの位相がずれてしまい、誤ったシンボル（０ｘ２６）を抽出することが起こり得る。

また、図１０の反転データ列に示すように、埋め込みデータ列の並びが反転すると、埋め込みの方向が狂ってしまい、誤ったシンボル（０ｘ２３）を抽出することが起こり得る。

そこで、これらの問題に対処するため、従来は２種類の方法がとられてきた。一方は、コンテナ信号に元から備わっている特徴を基準として情報を抽出する方法であり、もう一方は、コンテナ信号に基準となる加工を施すことにより情報を抽出する方法である。

前者は、紙幣や有価証券などの画像の特徴点を基準として情報を抽出するため（特許文献１参照）、切取り、並行移動、回転などがあっても、正しい情報を抽出することができる。

後者は、枠線などのオブジェクト（特許文献２参照）、あるいは、所定の高周波成分を画像に合成加工し、これを基準として位置合わせを行う（特許文献３参照）ものがある。また、埋め込みデータ自体に基準を含ませるものも同類であって、例えば、図１０の比較例埋込データ列に示すように、特定のデータ「２，３」をシンボルに付ける方法がある（０，１，２，３の４値変調埋め込みの例）。この特定のデータは、回転非対象であって、かつ、シンボル中に出現しないデータである。

特開２００１-３１３８２２号公報 特許第３７２０７４８号公報 特開２００１-２９２３０２号公報

しかしながら、前者の方法にあっては、所定の特徴点を有する有限種の画像にしか効果がないため、汎用性に欠けるという問題があった。

また、後者の方法にあっては、情報埋め込みのための画像加工に、さらに別の画像加工を追加するものであるため、画質品質が劣化するという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、種々のコンテナ信号に適用可能な汎用性を維持しつつ、情報を埋め込む際のコンテナ信号の品質劣化を抑制し、埋め込みデータの同期状態を正しく判定することができる情報埋込装置、情報抽出装置、情報埋込方法、情報抽出方法、情報埋込プログラム及び情報抽出プログラムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、発明は、コンテンツデータを一定間隔の区間に区切り、連接する所定の複数区間を１周期とし、その１周期に対応させた埋め込みデータに基づいて前記コンテンツデータを変調する情報埋込装置であって、前記埋め込みデータは、埋め込み情報に加えて、前記コンテンツデータを無変調とする同期用の無変調区間が１周期内の固定位置に１区間以上設けられ、前記埋め込みデータと前記コンテンツデータとを区間ごとに類似度を測定する類似度測定手段と、前記類似度測定手段により測定した区間ごとの類似度に応じて前記埋め込みデータを埋め込むか否かを判定する埋め込み判定手段と、前記埋め込みデータを埋め込む場合に信号変調を行う信号変調手段とを備え、前記埋め込みデータの埋め込み情報区間では、前記類似度測定手段、前記埋め込み判定手段及び前記信号変調手段を用いて、前記埋め込みデータと前記コンテンツデータとを区間ごとに処理して埋め込みデータを埋め込み、前記無変調区間では、前記コンテンツデータの信号変調処理を行わないことを特徴とする。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記埋め込みデータは、埋め込み情報に加えて、前記コンテンツデータを無変調とする同期用の無変調区間が１周期内の固定位置に３区間以上設けられていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記埋め込みデータは、埋め込み情報に加えて、前記コンテンツデータを無変調とする同期用の無変調区間が１周期内の固定位置に複数区間設けられ、非同期状態における前記無変調区間の重なり数が所定個数以下となるように、前記無変調区間の位置を分散させることが望ましい。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、前記情報埋込装置を用いてコンテンツデータに埋め込まれている埋め込みデータを抽出する情報抽出装置であって、前記埋め込みデータと前記コンテンツデータとを区間ごとに類似度を測定する類似度測定手段と、前記類似度測定手段により測定した区間ごとの類似度に応じて埋め込み情報を抽出する情報抽出手段と、前記情報抽出手段により抽出された抽出情報を用いて前記無変調区間で同期をとりながら、同一区間ごとの抽出個数の統計をとって、前記埋め込みデータを抽出する統計抽出手段とを備えたことを特徴とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、コンテンツデータを一定間隔の区間に区切り、連接する所定の複数区間を１周期とし、その１周期に対応させた埋め込みデータに基づいて前記コンテンツデータを変調する情報埋込方法であって、前記埋め込みデータは、埋め込み情報に加えて、前記コンテンツデータを無変調とする同期用の無変調区間が１周期内の固定位置に１区間以上設けられ、前記埋め込みデータと前記コンテンツデータとを区間ごとに類似度を測定する類似度測定ステップと、前記類似度測定ステップにより測定した区間ごとの類似度に応じて前記埋め込みデータを埋め込むか否かを判定する埋め込み判定ステップと、前記埋め込みデータを埋め込む場合に信号変調を行う信号変調ステップとを含み、前記埋め込みデータの埋め込み情報区間では、前記類似度測定ステップ、前記埋め込み判定ステップ及び前記信号変調ステップにより、前記埋め込みデータと前記コンテンツデータとを区間ごとに処理して埋め込みデータを埋め込み、前記無変調区間では、前記コンテンツデータの信号変調処理を行わないことを特徴とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、前記情報埋込方法を用いてコンテンツデータに埋め込まれた埋め込みデータの抽出を行う情報抽出方法であって、前記埋め込みデータと前記コンテンツデータとを区間ごとに類似度を測定する類似度測定ステップと、前記類似度測定ステップにより測定した区間ごとの類似度に応じて埋め込み情報を抽出する情報抽出ステップと、前記情報抽出ステップにより抽出された抽出情報を用いて前記無変調区間で同期をとりながら、同一区間ごとの抽出個数の統計をとって、前記埋め込みデータを抽出する統計抽出ステップとを含むことを特徴とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、上記した情報埋込方法をコンピュータで実行させることを特徴とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、上記した情報抽出方法をコンピュータで実行させることを特徴とする。

本発明によれば、埋め込みデータは、埋め込み情報に加えて、コンテンツデータを無変調とする同期用の無変調区間が１周期内の固定位置に１区間以上設けられていて、類似度測定手段により埋め込みデータとコンテンツデータとを区間ごとに類似度を測定し、その類似度に応じて埋め込み判定手段により埋め込みデータを埋め込むか否かを判定し、埋め込みデータを埋め込む場合は信号変調手段によって信号変調処理が行われる。埋め込みデータの埋め込み情報区間では、類似度測定手段、埋め込み判定手段及び信号変調手段を用いて、コンテンツデータに埋め込みデータを埋め込む信号変調処理を行い、埋め込みデータの無変調区間では、コンテンツデータの信号変調処理を行わない。このように、本発明の埋め込みデータには、埋め込み情報とコンテンツデータを無変調とする同期用の無変調区間を１周期内の固定位置に１区間以上設けられているため、コンテンツデータに備わっている特徴を基準に情報を抽出する従来方法と比べて、汎用性があるという効果を奏する。また、無変調区間では、埋め込みデータの個数の統計をとると必ず「０」になることから、確実な埋め込みデータの同期基準として用いることができる。このことは、コンテンツデータに対して変化（攻撃）が加わって、データ誤りやデータの切り取りが生じたとしても、無変調区間を基準として同期をとることが可能となり、正しいデータが抽出できることを意味する。また、無変調区間は、コンテンツデータに対して加工しない区間であるため、その分画質の劣化を抑えることができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、類似度測定手段により埋め込みデータとコンテンツデータとを区間ごとに類似度を測定し、その類似度に応じて情報抽出手段により埋め込み情報を抽出して、その抽出情報を用いて統計抽出手段により無変調区間で同期をとりながら、同一区間ごとの抽出個数の統計をとることで埋め込みデータを抽出する。このように、本発明の埋め込みデータには、同期用の無変調区間が１周期内の固定位置に１区間以上設けられているため、無変調区間を使って確実に同期をとりながら、同一区間ごとの抽出個数の統計をとることにより、コンテンツデータの汎用性を維持しつつ、品質劣化が少なくてすみ、正しい埋め込みデータを抽出することができるという効果を奏する。

以下に、本発明にかかる情報埋込装置、情報抽出装置、情報埋込方法、情報抽出方法、情報埋込プログラム及び情報抽出プログラムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の情報埋込装置及び情報抽出装置を含むシステム構成図であり、図２は、図１の情報埋込装置及び情報抽出装置の構成ブロック図であり、図３は、図１の情報埋込装置におけるＣＰＵあるいは信号処理部における機能構成ブロック図であり、図４は、図１の情報抽出装置におけるＣＰＵあるいは信号処理部における機能構成ブロック図であり、図５は、本実施の形態にかかる情報埋め込み処理の主要フローチャートであり、図６は、本実施の形態にかかる情報抽出処理の主要フローチャートであり、図７は、埋め込みデータの波形図であり、図８−１は、埋め込み前のコンテナ信号の波形図であり、図８−２は、埋め込み後のコンテナ信号の波形図であり、図９−１は、埋め込み前の相互相関波形図であり、図９−２は、埋め込み後抽出時における相互相関波形図であり、図１０は、種々の埋め込みデータ列を示す図であり、図１１は、本実施の形態にかかる埋込データ列から抽出データ列までのデータ列例を示す図であり、図１２は、周期ごとに埋込個数の統計をとった統計図であり、図１３は、周期ごとに抽出個数の統計をとった統計図である。

図１に示す情報埋込装置と情報抽出装置とを含むシステムは、情報埋込装置１０に画像信号などのコンテンツデータが入力されると、コンテンツデータ本体（コンテナ信号）に対して別の情報（例えば、ユーザＩＤ情報）を埋め込む処理が行われ、出力装置２０によって利用に即した形態へ変換（例えば、プリンタにより紙５０に印刷）される。

一方、入力装置３０は、紙５０に印刷された画像から情報抽出可能な信号へと変換（例えば、スキャナにより画像データを読み取って電子化）され、情報抽出装置４０によって埋め込まれた情報の抽出処理が行われる。

このようにして、コンテンツデータには、不正利用を防止するための著作権者情報、あるいは機密データの不正流出を防止するためのアクセス者情報などが埋め込みデータとして埋め込まれる。しかし、上記した埋込処理から抽出処理までコンテナ信号が伝播する間に、外部からさまざまな変化（攻撃）が加わると、埋め込んだデータが欠落する可能性がある。

そこで、本発明の第１の実施の形態では、図１の情報埋込装置１０及び情報抽出装置４０の内部が何れも図２に示すように、ＣＰＵ１００、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）のような回路でデータを高速に処理する信号処理部１０１、ＣＰＵ１００のプログラムやデータを記憶させるＲＯＭ（あるいは、ＨＤＤ）１０２、処理データや実行プログラムなどを展開する作業メモリとしてのＲＡＭ１０３、操作部（スイッチ、ボタン等）と表示部（ＬＥＤ、ＬＣＤ等）からなる操作・表示部１０４、及び外部装置や記憶メディア（ＩＣカード、ＣＤ、ＤＶＤ等）とのＩ／Ｆ（バス、イーサネット（登録商標）、電話回線、無線等）であって、コンテナ信号の入出力を行う外部Ｉ／Ｆ部１０５などによって構成されている。

本発明にかかる情報埋込処理及び情報抽出処理は、図２の信号処理部１０１のＡＳＩＣ等によるハードウェア処理、あるいは、ＣＰＵ１００によるソフトウェア処理で実施することができる。このため、図３及び図５を用いて、本発明の情報埋込装置１０の構成と動作について説明し、図４及び図６を用いて、本発明の情報抽出装置４０の構成と動作について説明する。以下では、主に１次元信号を用いた場合について説明するが、画像データのような２次元信号であっても良く、その原理は同様である。

〔情報埋込装置〕
情報埋込装置１０の信号処理部１０１（ＣＰＵ１００ではソフトウェアによる機能ブロック図となる）は、図３に示すように、類似度測定部２００、埋め込み判定部２０１、信号変調部２０２などを備えている。

まず、埋込処理前のコンテナ信号波形は、図８−１に示すように、一定間隔（Ｔｓ）の区間で区切られ、連接する所定の複数区間（ここでは２区間）を１周期（Ｔ）として扱われる。この一周期に対応させた埋め込みデータ列は、シンボルとも言われ、複数ビットのデータ（ここでは２ｂｉｔ、値は１０進表記で２）であって、１周期内のどの区間にどのビットを対応させるかは固定とする。ここでは左の区間に最上位ｂｉｔ（ＭＳＢ）の１、右の区間に最下位ｂｉｔ（ＬＳＢ）の０を対応させている。つまり、図８−１に示す例では、４つの区間に左から順番に「１、０、１、０」を埋め込もうとしている。

また、図７に示す埋め込み波形の波長（Ｔｅ）は、Ｔｅ＜Ｔｓ（区間）の関係にあり、図８−１に示すコンテナ信号波形の１区間（長さＴｓ）の一部（長さＴｅ）をこの埋め込み波形に近づけることで情報の埋め込みが行われる。例えば、実空間でそのまま埋込波形に置換しても、両信号を振幅方向に線形補間した波形で置換してもよいし、周波数空間で係数を変化させてもよい。これが信号変調処理である。

具体的には、図７に示す埋め込み波形を“１”とし、この波形を振幅方向に反転した波形を“０”として埋め込みデータ１ｂｉｔを表現させる。埋め込みデータに応じてコンテナ信号波形を変化させた例としては、図８−２に示すように、左の２区間に「１と０」が挿入されている。しかし、図８−１の右端区間のように、フラットなコンテナ信号波形を埋め込み波形に近づけようとすると、大きな変化が加わるため、品質低下を招くことになる。

そこで、本発明の第１の実施の形態では、一定の基準を設け、この基準を満たさない区間の情報の埋め込みを停止するようにする。ここでは、コンテナ信号の伝播過程における情報欠落に備えて、同じ埋め込みデータを繰り返し埋めているので、一部の区間で埋め込みを停止したとしても問題はない。例えば、図８−２に示すように、右２区間で埋め込みを停止しているが、左２区間で同じデータを埋めているので情報欠落とはならない。

上記した一定の基準とは、このコンテナ信号の波形と埋め込みデータの波形との類似度のことである。図３に示す情報埋込装置１０の類似度測定部２００では、コンテナ信号の波形から埋め込みデータと同じ波長Ｔｅの局所波形を少しずつシフトさせながら切り出し、埋め込みデータの波形との類似度を測定する（図５のステップＳ４００）。この類似度には、相互相関や差分などがある。相互相関を式で表すと、
ΣＸ（ｎ）＊Ｙ（ｎ）
となる。また、差分を式で表すと、
Σ｜Ｘ（ｎ）−Ｙ（ｎ）｜ または
Σ｛Ｘ（ｎ）−Ｙ（ｎ）｝＊｛Ｘ（ｎ）−Ｙ（ｎ）｝
となる。上式中のＸ（ｎ）はコンテナ信号の波形であり、Ｙ（ｎ）は埋め込みデータの波形を示している。後者の差分の方が計算は簡単であるが、差分の場合は、Ｙ（ｎ）の埋め込みデータの波形と、その反転波形の２つを計算する必要がある点で処理時間を要する。

図８−１のコンテナ信号について相互相関を求めた結果が図９−１に示す相互相関波形である。図３の情報埋込装置１０の埋め込み判定部２０１では、該当区間の相互相関値Ｒと所定のしきい値Ｒｅ，−Ｒｅとの比較により、信号変調を停止するか否かを判定する（図５のステップＳ４０１）。例えば、図９−１では、埋め込みデータが「１」の区間で相互相関値Ｒ≦Ｒｅを満たす場合、あるいは、埋め込みデータが「０」の区間で相互相関値Ｒ≧−Ｒｅを満たす場合は、信号変調を停止し、上記条件を満たさない場合は、埋め込みデータに基づいて信号変調を実行すると判定する。その結果、図９−１の左２区間では、上記条件を満たさないため、「１と０」で信号変調が実行され、右２区間では上記条件に合致するため、信号変調が停止されている（図８−２参照）。

図３の信号変調部２０２では、埋め込み判定部２０１の判定結果に基づいて、コンテナ信号波形の１区間の一部を埋め込みデータの波形に近づけることにより、情報の埋め込みが行われる。この信号変調処理（図５のステップＳ４０２）は、上述したように、実空間でそのまま埋込波形に置換したり、両信号を振幅方向に線形補間した波形で置換したり、周波数空間で係数を変化させたりする。

本発明の特徴は、上記図３の情報埋込装置１０の構成に加えて、図１１に示すような埋込データ列を採用した点にある。すなわち、比較例としての埋込データ列は、図１０の比較例埋込データ列に示すように、シンボルに特定の埋め込みデータ「２，３」を付加することにより構成されている。しかし、本発明の埋込データ列は、特定の埋め込みデータを付加するのではなく、図１１中の「Ｘ」印で示した位置にデータを埋め込まない区間（無変調区間）を設けている。図１１の例では、１周期＝９区間の内、左１区間を埋め込まない区間（同期用の無変調区間）とし、残りの８区間をシンボル埋込用の区間としている。

すなわち、図５の情報埋め込み処理のフローで説明すると、この無変調区間（１区間）のみ、全ての処理（類似度測定処理〜信号変調処理）をパスし、残りの８区間では、「類似度測定」と「埋込判定」処理が行われる。もちろん、シンボル埋込用８区間において、図１１の実際埋込んだデータ列に示すように、無変調区間（Ｘ印）が生じるが、図１２の埋込個数統計に示すように、周期ごとに埋め込み個数の統計を取れば、同期用無変調区間は０となり、それ以外の区間は０でなくなる。これは埋込処理を繰り返し行っているからで、図１１の実際埋込んだデータ列の左から３番目の区間は、通常無変調区間「Ｘ」であるが、次の周期、つまり左から１２番目の区間では、「１」が埋め込まれている。このように、長い繰り返しの中には必ず埋められる場所があるため、シンボル埋込用の８区間の度数は「０」にはならない。一方、同期用の無変調区間は必ず「０」になる。本発明は、この原理を使ってシンボルの同期に利用したものである。

図１１中の抽出したデータ列では、ｐの区間で先頭３ｂｉｔが切り取られ、ｑ，ｒ，ｓ，ｔの区間において、埋め込みデータに変化が生じている。これについて、１周期＝９区間ごとに「０」と「１」の抽出個数の統計をとったものが図１３である。図１２よりも統計値が「０」に近づいているのは、ｑのような変化が生じて抽出個数が減少した結果である。また、ｒ，ｓ，ｔのように変化することで、多少誤ったデータも抽出されることがある。しかし、これらの影響は全体から見ると小さく、「０」と「１」のどちらか一方が所定数（ｋ）以上あれば、それを適正な埋込データと推定することができ、両方とも所定数未満であれば（図１３の左から７番目の区間）、そこをシンボルの区切りと推定することができる。

図１の情報埋込装置１０では、上記構成部によりコンテナ信号に埋め込みデータが埋め込まれると、出力装置２０であるプリンタなどで紙５０に印刷される。

〔情報抽出装置〕
続いて、コンテナ信号に埋め込まれた埋め込みデータを抽出する場合は、図１の情報抽出装置４０で抽出処理する前に、印刷された紙５０を入力装置３０であるスキャナなどにより画像情報の読み取りが行われる。

入力装置３０で読み取られた画像情報は、情報が埋め込まれたコンテナ信号として情報抽出装置４０へ出力される。このようにして情報抽出装置４０に入力されたコンテナ信号は、伝播過程で変化（攻撃）が加わった波形が入力される可能性が高い。そこで、第１の実施の形態では、図２の情報抽出装置４０における信号処理部１０１のハードウェア処理、あるいはＣＰＵ１００のソフトウェア処理によって、コンテナ信号に埋め込まれた情報の抽出処理が行われる。情報抽出装置４０の機能構成としては、図４に示すように、類似度測定部３００、情報抽出部３０１、統計抽出部３０２などで構成されている。

第１の実施の形態にかかる情報抽出処理は、図６に示すように、コンテナ信号と埋込波形との類似度（ここでは、相互相関）を測定し（ステップＳ５００）、その相関関係に基づいて埋め込まれた情報を抽出する処理である（ステップＳ５０１）。

類似度の測定は、情報抽出装置４０の類似度測定部３００で行われるが、上記した情報埋込装置１０の類似度測定部２００における処理とほぼ同様であるので、重複説明を省略する。まず、情報抽出装置４０の類似度測定部３００は、図９−２に示すように、情報が埋め込まれたコンテナ信号に伝播過程で変化（攻撃）が加わった波形と埋込波形との相互相関を測定する（ステップＳ５００）。

そして、その測定結果に基づき情報抽出装置４０の情報抽出部３０１によってコンテナ信号に埋め込まれた情報を抽出する。例えば、図９−２に示すように、相互相関値が所定値Ｒｄ以上（Ａ点）であれば１とし、所定値−Ｒｄ以下（Ｂ点）であれば０としてデータを抽出する。

この抽出されたデータを埋め込みデータとしてもよいが、埋め込み直後は、所定値Ｒｄを超えていたとしても、伝播過程での変化（攻撃）によって相互相関値の振幅が小さくなると、所定値Ｒｄを超えない局所的なデータ欠落区間が出てくることがある。そこで、図１１の本発明埋込データ列に示すように、同じデータが繰り返し埋め込まれていることを利用して、情報抽出装置４０の統計抽出部３０２を使って周期ごとに多数決をとることにより、局所的なデータ欠落区間があってもこれを補うことが可能となり、正しい埋め込みデータを抽出することができる（ステップＳ５０１）。

〔情報埋込プログラム情報抽出プログラム〕
第１の実施の形態の情報埋込装置１０で実行される情報埋込プログラム、及び情報抽出装置４０で実行される情報抽出プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。

また、第１の実施の形態の情報埋込装置１０で実行される情報埋込プログラム、及び情報抽出装置４０で実行される情報抽出プログラムは、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。さらに、第１の実施の形態の情報埋込装置で実行される情報埋込プログラム、及び情報抽出装置４０で実行される情報抽出プログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。

また、第１の実施の形態の情報埋込プログラム及び情報抽出プログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。

また、第１の実施の形態の情報埋込装置で実行される情報埋込プログラム、及び情報抽出装置４０で実行される情報抽出プログラムは、上述した各部（類似度測定部２００、埋め込み判定部２０１、信号変調部２０２、及び類似度測定部３００、情報抽出部３０１、統計抽出部３０２）を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵ（プロセッサ）１００が上記記録媒体から情報埋込プログラムを読み出して実行することにより、上記各部が主記憶装置上にロードされ、類似度測定部２００、埋め込み判定部２０１、信号変調部２０２、及び類似度測定部３００、情報抽出部３０１、統計抽出部３０２が主記憶装置上に生成されるようになっている。

このように、本発明の第１の実施の形態によれば、コンテナ信号に対してデータの埋め込みを行い、伝播後のコンテナ信号から抽出したデータ列にデータ誤りやデータの切り取りがあったとしても、シンボルの同期を正確にとることが可能となり、正しいデータを抽出することができる。また、図１０に示す比較例埋込データ列では、同期をとるために特定データ（２，３など）を埋め込んでいたが、本第１の実施の形態では、図１１に示すように、コンテナ信号を変調しない無変調区間（Ｘで表現）を使って同期をとっているため、種々のコンテナ信号に適用可能な汎用性を維持し、画質の劣化をこれまで以上に小さくすることができる。

（第２の実施の形態）
上記第１の実施の形態において、埋め込みに使用される図１１の埋込データ列では回転攻撃に対応することができない。これは、測定された同期用の無変調区間（Ｘ）が回転対象となっているため、同期用の無変調区間を見ただけでは埋込データ列の回転の有無が判断できないからである。そこで、本第２の実施の形態では、上記第１の実施の形態の情報埋込装置１０及び情報抽出装置４０の構成はほぼ同じであるが、使用される埋込データ列の同期用データの構成を回転非対象とした点に特徴がある。

図１４は、同期用の無変調区間が最低３個設けられたデータ列例を示す図である。本発明の第２の実施の形態では、図１４の１次元データ列に示すように、情報を埋め込む８個の埋込用区間に加えて、同期用区間（無変調区間Ｘ）が最低３個設けられている。これにより、情報が埋め込まれたコンテナ信号からデータを抽出する際に、抽出された無変調区間（Ｘ）を見てデータが回転しているか否かを判断することができる。すなわち、回転非対象とすることができる。

このことは、埋め込み対象が図１４の２次元データ列に示すように、２次元信号であっても同様である。図１４の２次元データ列では、３個の同期用区間（無変調区間Ｘ）と、１３個の埋込用区間によって１シンボルが形成されている。

このように、本発明の第２の実施の形態によれば、情報を埋め込む埋込用区間に加えて、同期用の無変調区間が１周期内の固定位置に３個以上設けた埋込データ列を使用することにより、回転非対象にできるため、コンテナ信号の伝播過程で回転攻撃があったとしても、正しい同期状態を判定することができる。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態にかかる埋込データ列は、第２の実施の形態と同様に回転攻撃に対応した埋込データ列であるが、これと異なる構成を用いることにより、データの切り取りや回転攻撃などがあっても高い精度で同期をとって、正しい情報を抽出できるようにした点に特徴がある。

図１５は、４個の同期用無変調区間と８個の埋込用区間からなる埋込データ列の全パターンを示す図であり、図１６は、図１５の同期用無変調区間の位置を分散させて無変調区間の重なり数を所定個数以下とした埋込データ列の全パターンを示す図である。図１５及び図１６に示したデータ列は、いずれも４個の同期用無変調区間と８個の埋込用区間の合計１２区間に対して１シンボルを対応させている。

コンテナ信号に埋め込まれた埋め込みデータを抽出する際に、埋め込みデータの１２区間の中で、切り取りによる１２種類と、反転による２種類とを組み合わせて、合計２４種類のパターンを考えることができる。図１５及び図１６では、それぞれ２４パターン全てが示されている。

観測した同期用無変調区間のパターンが、この２４パターンのどれに一致するか調べることにより、正しい位相と方向（同期状態）を得ることができる。図１５及び図１６では、左上のパターンと各２４パターンとを比較して、同期用の無変調区間（Ｘ）が同じ位置に重なる数を各パターンの右側に示してある。左上のパターンの同士の重なり数は、同じパターンであるので当然最大の４となる。残りの２３パターンで合致数が４となるものがないように、同期用の無変調区間が設定してある。この特性を利用して同期状態を得る処理は、同期用の無変調区間の重なり数が最大となるパターンを調べる処理ということができる。

そこで、図１３において、シンボル埋込用区間であるにもかかわらず「０」と「１」の抽出個数が、データの切り取りや回転攻撃などにより両方とも所定数（ｋ）未満となって、同期用無変調区間と推定される場合について考える。つまり、同期用無変調区間が期待よりも１つ多く抽出されてしまう場合である。

図１５の右側のパターンに示すように、誤って推定されたニセの同期用無変調区間が黒三角印▼で示した何れかの区間に来ると、重なり数４が２パターン存在することになり、どちらが正しい同期状態か判定できなくなる。

これに対して、図１６の場合であれば、図１５のような誤判定は起きない。これは、図１６のパターンは、非同期状態で無変調区間の重なり数が所定個数（ここでは、最大個数４よりも２個少ない２）以下となるよう、無変調区間の位置を分散させているからである。これにより、同期用無変調区間が誤って推定されても、なお最大個数にならないため、正しい同期状態を判定することができる。

このように、本発明の第３の実施の形態によれば、同期用の無変調区間が１周期内の固定位置に複数区間設けられ、非同期状態で無変調区間の重なり数が最大個数よりも２個以上少なくなるように無変調区間の位置を分散させることで、コンテナ信号の伝播過程におけるデータの切り取りや回転攻撃があっても、正しい同期状態を判定することができる。

なお、上記した各実施の形態では、図１に示すように、情報埋込装置１０、出力装置２０、入力装置３０、情報抽出装置４０をそれぞれ別構成とした例を用いて説明したが、情報埋込装置１０と情報抽出装置４０を１つの装置として構成しても良い。

また、上記した各実施の形態では、図１に示す情報埋込装置１０と出力装置２０、または、情報抽出装置４０と入力装置３０を別に構成したが、それぞれを１つの装置で構成しても良い。

本発明に係る情報埋込装置、情報抽出装置、情報埋込方法、情報抽出方法、情報埋込プログラム及び情報抽出プログラムは、音声データや画像データのコンテンツデータに著作権者情報やアクセス者情報などを埋め込む電子透かし技術に有用である。特に、コンテンツデータに対して外部からさまざまな変化（攻撃）が加わる状況下で、コンテンツデータの品質劣化の影響を小さくして情報を埋め込むと共に、埋め込まれた情報を確実に抽出することのできる情報埋込装置、情報抽出装置、情報埋込方法、情報抽出方法、情報埋込プログラム及び情報抽出プログラムに適している。

本発明の情報埋込装置及び情報抽出装置を含むシステム構成図である。 図１の情報埋込装置及び情報抽出装置の構成ブロック図である。 図１の情報埋込装置におけるＣＰＵあるいは信号処理部における機能構成ブロック図である。 図１の情報抽出装置におけるＣＰＵあるいは信号処理部における機能構成ブロック図である。 本実施の形態にかかる情報埋め込み処理の主要フローチャートである。 本実施の形態にかかる情報抽出処理の主要フローチャートである。 埋め込みデータの波形図である。 埋め込み前のコンテナ信号の波形図である。 埋め込み後のコンテナ信号の波形図である。 埋め込み前の相互相関波形図である。 埋め込み後抽出時における相互相関波形図である。 種々の埋め込みデータ列を示す図である。 本実施の形態にかかる埋込データ列から抽出データ列までのデータ列例を示す図である。 周期ごとに埋込個数の統計をとった統計図である。 周期ごとに抽出個数の統計をとった統計図である。 同期用の無変調区間が最低３個設けられたデータ列例を示す図である。 ４個の同期用無変調区間と８個の埋込用区間からなる埋込データ列の全パターンを示す図である。 図１５の同期用無変調区間の位置を分散させて無変調区間の重なり数を所定個数以下とした埋込データ列の全パターンを示す図である。

符号の説明

１０ 情報埋込装置
１００ ＣＰＵ
１０１ 信号処理部
１０２ ＲＯＭ（ＨＤＤ）
１０３ ＲＡＭ
１０４ 操作・表示部
１０５ 外部Ｉ／Ｆ部
２００ 類似度測定部
２０１ 埋め込み判定部
２０２ 信号変調部
３００ 類似度測定部
３０１ 情報抽出部
３０２ 統計抽出部

Claims (8)

1. コンテンツデータを一定間隔の区間に区切り、連接する所定の複数区間を１周期とし、その１周期に対応させた埋め込みデータに基づいて前記コンテンツデータを変調する情報埋込装置であって、
   前記埋め込みデータは、埋め込み情報に加えて、前記コンテンツデータを無変調とする同期用の無変調区間が１周期内の固定位置に１区間以上設けられ、
   前記埋め込みデータと前記コンテンツデータとを区間ごとに類似度を測定する類似度測定手段と、
   前記類似度測定手段により測定した区間ごとの類似度に応じて前記埋め込みデータを埋め込むか否かを判定する埋め込み判定手段と、
   前記埋め込みデータを埋め込む場合に信号変調を行う信号変調手段と
   を備え、前記埋め込みデータの埋め込み情報区間では、前記類似度測定手段、前記埋め込み判定手段及び前記信号変調手段を用いて、前記埋め込みデータと前記コンテンツデータとを区間ごとに処理して埋め込みデータを埋め込み、前記無変調区間では、前記コンテンツデータの信号変調処理を行わないことを特徴とする情報埋込装置。
2. 前記埋め込みデータは、埋め込み情報に加えて、前記コンテンツデータを無変調とする同期用の無変調区間が１周期内の固定位置に３区間以上設けられていることを特徴とする請求項１に記載の情報埋込装置。
3. 前記埋め込みデータは、埋め込み情報に加えて、前記コンテンツデータを無変調とする同期用の無変調区間が１周期内の固定位置に複数区間設けられ、
   非同期状態における前記無変調区間の重なり数が所定個数以下となるように、前記無変調区間の位置を分散させることを特徴とする請求項１に記載の情報埋込装置。
4. 前記請求項１〜３に記載の情報埋込装置を用いてコンテンツデータに埋め込まれている埋め込みデータを抽出する情報抽出装置であって、
   前記埋め込みデータと前記コンテンツデータとを区間ごとに類似度を測定する類似度測定手段と、
   前記類似度測定手段により測定した区間ごとの類似度に応じて埋め込み情報を抽出する情報抽出手段と、
   前記情報抽出手段により抽出された抽出情報を用いて前記無変調区間で同期をとりながら、同一区間ごとの抽出個数の統計をとって、前記埋め込みデータを抽出する統計抽出手段と
   を備えたことを特徴とする情報抽出装置。
5. コンテンツデータを一定間隔の区間に区切り、連接する所定の複数区間を１周期とし、その１周期に対応させた埋め込みデータに基づいて前記コンテンツデータを変調する情報埋込方法であって、
   前記埋め込みデータは、埋め込み情報に加えて、前記コンテンツデータを無変調とする同期用の無変調区間が１周期内の固定位置に１区間以上設けられ、
   前記埋め込みデータと前記コンテンツデータとを区間ごとに類似度を測定する類似度測定ステップと、
   前記類似度測定ステップにより測定した区間ごとの類似度に応じて前記埋め込みデータを埋め込むか否かを判定する埋め込み判定ステップと、
   前記埋め込みデータを埋め込む場合に信号変調を行う信号変調ステップと
   を含み、前記埋め込みデータの埋め込み情報区間では、前記類似度測定ステップ、前記埋め込み判定ステップ及び前記信号変調ステップにより、前記埋め込みデータと前記コンテンツデータとを区間ごとに処理して埋め込みデータを埋め込み、前記無変調区間では、前記コンテンツデータの信号変調処理を行わないことを特徴とする情報埋込方法。
6. 前記請求項５に記載の情報埋込方法を用いてコンテンツデータに埋め込まれた埋め込みデータの抽出を行う情報抽出方法であって、
   前記埋め込みデータと前記コンテンツデータとを区間ごとに類似度を測定する類似度測定ステップと、
   前記類似度測定ステップにより測定した区間ごとの類似度に応じて埋め込み情報を抽出する情報抽出ステップと、
   前記情報抽出ステップにより抽出された抽出情報を用いて前記無変調区間で同期をとりながら、同一区間ごとの抽出個数の統計をとって、前記埋め込みデータを抽出する統計抽出ステップと
   を含むことを特徴とする情報抽出方法。
7. 請求項５に記載された情報埋込方法をコンピュータで実行させることを特徴とする情報埋込プログラム。
8. 請求項６に記載された情報抽出方法をコンピュータで実行させることを特徴とする情報抽出プログラム。

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