JP2008536380A

JP2008536380A - 量子化・透かし入れの方法

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Publication number: JP2008536380A
Application number: JP2008503668A
Authority: JP
Inventors: セーオーステフェーン，ヨブ; ペデュラン，ジャン−クリストフ
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2008-09-04
Also published as: WO2006123262A1; EP1869633A1; CN101151637A; US20080209220A1

Abstract

量子化係数変調（QIM）によって、信号に含まれた透かしを検出する方法を提供する。透かしを埋め込んだ信号は、検出に先行して幾何変換（例えば、空間スケーリング又は時間スケーリング）されていることがあり得る。前述の場合にも透かしを検出するために、埋め込み器は、例えば、タイリングによって、自己相関構造を、埋め込まれた透かしデータに施す。当初、検出器は、通常のQIM検出を施す。この工程は、第１のシンボル・ベクトルをもたらす。この第１のシンボル・ベクトルは、信号がタンパリングされていない場合には、埋め込まれたデータに対応するが、信号がスケーリングを受けた場合には、埋め込まれたデータに対応しない。例えば、１データ・ビットが画像の各画素に埋め込まれた場合、画像の５０％アップサンプリングによって、受け取られた3画素のうちの3データ・ビット（すなわち、元の２つの画像画素のうちの３データ・ビット）がQIM検出器によって取り出される。意外にも、第１のシンボル・ベクトルの自己相関によって、特定の幾何変換（例えば、特定のスケーリング・ファクタ）のピークがもたらされる。本発明によれば、検出器は、前述の自己相関関数を算出し、その結果を用いて、変換の逆関数を施す（すなわち、スケーリングを解除する）。通常のQIM検出の第２のパスによって、埋め込まれたデータが後に受け取られる。

Description

本発明は、視聴覚オブジェクトの量子化・透かし入れを行う方法に関する。更に、本発明は、この方法を実行することができる装置に関し、この方法を実現するために計算機ハードウェア上で実行可能なソフトウェアにも関する。更に、本発明は、前述の方法による量子化・透かし入れを受ける視聴覚オブジェクトに関する。

ディジタル透かし入れは、補助情報を視聴覚オブジェクトに（例えば、視聴覚データ・オブジェクト及びオーディオ・データ・オブジェクトに）埋め込むことに関する。前述の透かし入れは、視聴覚オブジェクト（前述の視聴覚オブジェクトの頒布に関連したロイヤリティ監視の場合、及び、視聴覚オブジェクトの購入者に対して真正性の表示を備える可能性がある場合）に関して著作権保護を主張する場合に適切である。信号sを備えた視聴覚オブジェクトへの透かし入れに対する伝統的な手法は、雑音のような既知の信号wを付加して、透かしを入れた対応する信号(w+s)を生成するものである。後の透かし検出は、自己相関を計算し、その結果、所望の項＜s,s＞及び干渉項＜s,w＞を生成することによって達成される。雑音のような信号の付加はこの場合、視聴覚オブジェクトへの透かし入れの最適以下の手法であるとみなされる。

量子化・透かし入れ（QIM）は、例えば、本発明を説明する目的でその内容を本明細書及び特許請求の範囲に援用する、J. Eggers、R.Bauml、R.Tzchoppe及びB.Girodによる「Scalar Costa Scheme for information embedding （IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 51, issue 4, year 2004 pp. 1003-1019）」と題する刊行物に開示されている。前述のQIM透かし入れは、ホスト信号sの空間S（N個の符号点組C_nが選ばれる）に関係する。Nは、埋め込む対象のメッセージ（すなわち、透かしペイロード）の数に数値的に等しいパラメータである。QIM透かし入れを実現する場合、
(a)信号s、s’が知覚的に互いに近く、
(b)他の符号点組C_nの何れにおける何れの他の点よりも、符号点組C_mにおける点に、透かしを入れた信号s’が近いように、
対応する信号s’にホスト信号sを修正することによってメッセージmがホスト信号sに挿入される。添え数n及びmは互いに異なる値である。

符号組の点間の距離は、便宜上、グリッド・パラメータ又は量子化ステップDとして呼ばれている。

前述の量子化・透かし入れ（QIM）によって、ディザリングされたベクトルの量子化及び歪み補償を用いた透かし入れの方法及び手法が提供される。前述のディザリングされたベクトルの量子化及び歪み補償の組み合わせによって、便宜上DC-QIMと略す「歪み補償量子化係数変調透かし入れ」として知られている手法のクラスがもたらされる。

QIMのような既知の透かし入れ手法は、最大のペイロード容量をガウス性白色付加雑音の存在下で供給することができる。前述の手法は実際には、例えば、偽造者による現実的な攻撃を受けやすいことが明らかになっている。前述の現実的な攻撃は、幾何変換（例えば、視聴覚信号に施される、時間ベースの修正、ビデオ信号及び静止画像のズーミング、回転やその他のアフィン変換）を備え得る。よって、故意の現実的な攻撃に対して、QIMのような透かし入れ手法が十分にロバストでないという技術的課題が生じている。

本発明の目的は、現実的な攻撃に対してよりロバストな透かし入れ手法を提供することである。

本発明の第１の局面によれば、信号に埋め込まれた透かしを検出する方法を提供する。透かしは、量子化係数変調（QIM）によって信号に含められる。方法は、
(a)透かしが埋め込まれた信号を受け取る工程と、
(b)QIM検出を信号に対して施して、透かしからの第１のシンボル・ベクトルをそこから得る工程と、
(c)第１のシンボル・ベクトルを処理して、受け取られた信号に施された幾何変換をそこから判定する工程と、
(d)工程(c)において求められた幾何変換の逆関数を、受け取られた信号に施して、幾何学的に正規化された受け取られた信号を生成する工程と、
(e)幾何学的に正規化された受け取られた信号にQIM検出を施して、受け取られた信号に埋め込まれた透かしを表す第２のシンボル・ベクトルをそこから得る工程とを備える。

本発明には、現実的な攻撃（例えば、アフィン変換による不明瞭化）に対して透かしがよりロバストであるという利点がある。

好ましくは、上記方法の工程(c)には、第１のシンボル・ベクトルを（その自己相関を、受け取られた信号に施された幾何変換を求めるために）生成することによって処理する工程が関係する。

任意的には、上記方法の工程(b)及び(e)は、視聴覚データ・オブジェクト、オーディオ・データ・オブジェクト、画像のうちの１つ又は複数を含む場合に、受け取られた信号を処理するよう動作可能である。上記方法は、プログラム・コンテンツの頒布の最も広く用いられている現代的なやり方になった前述のタイプのデータ・オブジェクトに適用可能である。

本発明の第２の局面によれば、透かしを入れた信号を処理して、透かしを入れた信号に含まれた透かしを表す対応するシンボル・ベクトルを生成するよう動作可能な透かし検出器を提供する。この検出器は、本発明の第１の局面の方法によって、透かしを入れた信号を処理するよう動作可能である。この検出器は、透かしを処理するよう動作可能なプロセッサを含む。透かしは、透かしを入れた信号に量子化係数変調（QIM）によって挿入される。

本発明の第３の局面によれば、量子化係数変調（QIM）によって透かしを信号に埋め込んで、透かしを入れた対応する信号を生成する方法を提供する。この方法は、
(a)自己相関構造を透かしに施す工程と、
(b)透かしに関係する少なくとも１つのシンボル・ベクトルを信号に埋め込んで、透かしを入れた信号を生成する工程とを含み、上記信号は、相互に類似した値を有する、その中のシンボル・ベクトル値のランレングスの分布の制御を受ける。

任意的には、この方法は、視聴覚データ・オブジェクト、オーディオ・データ・オブジェクト、及び画像のうちの少なくとも１つを含む信号に透かしを埋め込むよう動作可能である。

任意的には、この方法は、所定の信号領域にわたって１つ又は複数の透かしシンボル・ベクトル値を繰り返すことによって少なくとも１つのシンボル・ベクトルにランレングス制御を施すよう動作可能である。

任意的には、この方法は、互いに類似した値を有するシンボル・ベクトル値のランレングスの分布を制御するよう動作可能である。

任意的には、量子化係数変調（QIM）に用いる量子化間隔よりも小さい振幅を有するディザ係数を備えた、透かしを入れた信号に、透かしが埋め込まれる。

本発明の第４の局面によれば、透かしを表すメッセージ・ベクトルを信号に埋め込んで、透かしを入れた信号を生成する埋め込み器が提供される。透かし器は、本発明の第３の局面による方法を実行するよう動作可能である。

本発明の第５の局面によれば、データ担体上に記憶され、本発明の第１の局面による方法を実現するために計算機ハードウェア上で実行可能なソフトウェアを提供する。

本発明の第６の局面によれば、データ担体上に記憶され、本発明の第３の局面による方法を実現するために計算機ハードウェア上で実行可能なソフトウェアを提供する。

本発明の第７の局面によれば、請求項６記載の方法によって生成される、透かしを入れた信号を提供する。この信号は、データ担体上に配置されているか、通信ネットワークを介して通信するための１つ又は複数のデータ・オブジェクトを含む。

本発明の範囲から逸脱することなくどのような組み合わせでも本発明の特徴を組み合わせることができるということが認識されよう。

本発明の実施例を、単に例として添付図面を参照して次に説明する。

本発明の実施例を本明細書中で説明するために、まず、幾何変換に対する透かしの耐性をより高くするための確立された３つの一般的な手法を明らかにする。

「自己相関」として知られている、視聴覚オブジェクトに透かしを入れるための確立された第１の手法では、視聴覚オブジェクトに透かしを入れるために用いる透かし信号は既知の自己相関を有する。前述の透かし信号が視聴覚オブジェクトに加えられた場合、結果として生じる透かしを入れた視聴覚オブジェクトをスケーリングすることによって、オブジェクトに含められた透かし信号の自己相関関数が同様に変形する。透かし検出が実行されると、埋め込まれた透かし信号の自己相関が、透かしを入れた視聴覚オブジェクトから推定される。自己相関関数の推定は、埋め込まれた透かしの自己相関関数の既知のバージョンと比較される。この比較から、透かしを入れた視聴覚オブジェクトに、透かし検出の実行に先行して施されたことがあり得る何れかの変形を判定することが可能である。その後、透かしを入れた視聴覚オブジェクトに対する透かし検出の実行の第２の試行が、変形を考慮に入れて行われる。

視聴覚オブジェクトに透かしを入れるための第２の確立された手法では、参照信号を視聴覚オブジェクトに付加して、透かしを入れた対応する視聴覚オブジェクトを生成する。参照信号は「登録テンプレート」としても知られている。透かしを入れた視聴覚オブジェクトの後の幾何変換によって、その中に含まれた参照信号も変換されるが、しかし、検出が容易であり、よって、変換の尺度を備える。次いで、変換された視聴覚オブジェクトに逆変換を施して、正しくスケーリングされた視聴覚オブジェクトを生成することが可能である。その透かし信号を次いで、容易に抽出することが可能である。前述の登録テンプレートの使用を、例えば、前述の第１の確立された手法と組み合わせることが可能である。

第３の確立された手法では、視聴覚オブジェクトはまず、適切な幾何学的歪みに対する（例えば、周波数領域に対する）感度が低い不変領域に変換される。次いで、変換された視聴覚オブジェクトに透かし信号を付加して、変換され、透かしを入れた対応する視聴覚オブジェクトを生成する。次いで、対応する逆変換を、透かしを入れた変換視聴覚オブジェクトに対して行って、逆変換状態における透かし信号を挿入した、視聴覚オブジェクトの透かしを入れたバージョンを生成する。後の検出では、視聴覚オブジェクトの透かしを入れたバージョンは、透かし信号が直ちに検出可能な不変領域に変換される。

前述の第２の手法及び第３の手法は、スペクトラム拡散透かし入れシステムのロバスト性の向上、及び前述のQIM透かし入れ手法に寄与することができる。更に、第１の手法は、幾何変換に対処するよう適合させる。本発明は、第１の手法をQIMと単純に組み合わせることが不可能であるという課題を解決することに関する。前述の課題は、信号wにわたって完全なコントロールを有する透かし埋め込み器に第１の手法が依存するために生じる。完全なコントロールを有することによって、埋め込み器は、所定の相関構造を信号wの自己相関が満たすことを確実にすることが可能である。対照的に、QIM透かし入れでは、信号wの値は、透かしパラメータによって定められるのみならず、ホスト信号sによっても定められる。よって、埋め込み器は、特定の自己相関構造を信号wに簡単に施すことが可能でない。更に、QIMタイプの透かしが一般に、幾何変換に対して感度が比較的高く、それによって、前述の透かしを潜在的に検出不能にしてしまい得ることを本発明者は認識している。よって、自己相関が最良の手法であるが、QIM透かし入れと簡単に組み合わせることが可能でないという欠点が自己相関にあることを本発明者は認識している。

量子化係数変調では、固定量子化間隔Dが選ばれ、２つの符号組C₀及びC₁が構成される。間隔Dは、量子化ステップとしても知られている。符号組C₀が、量子化間隔Dの偶数の倍数を有する一方、符号組C₁は間隔Dの奇数の倍数を有する。透かし信号を付加する対象の視聴覚オブジェクトは、係数jによって識別される一連の信号標本を備える。その係数ｊによって識別される信号標本それぞれには、ディザ値v_jが対応する。単純な状況では、ディザ値vは、0及び1のみの2値を呈し得る。ディザ値v_jの値0は、間隔Dの偶数の倍数及び奇数の倍数を、0値及び1値それぞれとして解釈するものとする一方、間隔Dの偶数の倍数及び奇数の倍数は、1値及び0値それぞれとして解釈するものとすることを示す。前述のQIM透かし入れは、視聴覚オブジェクトの長さK（すなわち、信号s=（s₁,…,s_K））に施すことが可能である。信号s（すなわち、（s₁,…,s_K））には、メッセージb_j及びディザ値v_jに応じて、間隔Dの最も近い倍数に、係数j毎に信号s_jが移されるように、メッセージb=（b₁,…,b_K）それぞれを有する透かしを用いて透かしが入れられる。メッセージbは、シンボル・ベクトルであるとしても表される。メッセージbは、本明細書記載の実施例における2値ビット列であるが、メッセージbは、より大きな英文字｛0,1,…,M-1｝から得ることが可能である。符号組C₀も、より大きな英文字｛0,1,CM-1｝から得ることが可能であり、符号組C₁も同様である。ここで、J. Eggersらによる前述の刊行物を参照する。

前述のQIM透かし入れを受ける特定の信号s’における透かし検出中に、元の対応するメッセージbは、量子化間隔Dが及ぶグリッドにs’の成分を丸め、次いで、間隔Dの偶数の倍数の生起毎に0ビットの値で終えることによって求めることが可能である。0のディザを備えた、間隔Dの奇数の倍数、1のディザを備えた偶数の倍数、１のディザを備えた奇数の倍数は同様に処理される。

QIM透かし入れは便宜上、数学的に等式１（式１）として表される。

ここで、s/Dは標本値sの量子化係数であり、この係数は、偶整数の組をシフトさせたバージョン（偶整数から「v+b」（「b」が値0又は値１であるような、かつ、ディザ値「v」が、-1の値と+１の値との間にある何れかの実数であり得るような）を引いた数の組）に丸められる。

b=0又はb=1であるような値をメッセージbが有する場合、対応する変調係数は、２つの別個の部分集合にある。例えば、ディザ値vが値0を呈する場合、ゼロのビットは偶整数に対応する。更に、ディザ値vが値1を呈する場合、１のビットは偶整数に対応する。数式１を実現する場合、間隔Dに対応する倍数での乗算を施して、標本sの元のスケールを復元する。よって、標本sの最大歪みは、間隔Dに等しい値を有する。

QIM透かし入れを行ったデータ・オブジェクトを処理して、ディザ補償を施し、結果のパリティの訂正チェックに関して、量子化係数を計算することによって、透かしを埋め込んだデータを回復することが可能である。透かしを埋め込んだデータの前述の回復は、等式２（式２）によって表される。

ここで、
b=回復からの推定メッセージ値である。

歪み補償は、QIM透かし入れの一部として含まれる。上記等式１では、透かし標本wは、等式３（式３）によって、元の標本信号sと透かしを入れた信号s’との間の差として定義することが可能である。

等式３（式３）では、透かし標本wは、標本sに透かしが埋め込まれることにもたらされる修正、又は、あるいは、量子化器によってもたらされる誤りとして解釈される。更なるパラメータaを次に、等式４（式４）に表す歪み補償として導入する。

パラメータa=１の場合、通常のQIMの状況が該当する。パラメータa=0の場合、歪み補正を達成するための修正は施されない。パラメータaはよって、発生する歪みの量を制御するために用いることができる。

前述したように、QIM透かしは、幾何変換に対する感度が高い。QIM透かし入れを行った視聴覚信号に前述の幾何変換が施された場合、変換された信号における標本の値は、対応する元の信号の近傍標本値の加重平均になる。前述の値表現は図１に示す。図１には、透かし入れを受けるデータ・オブジェクト信号の２つの近傍画素s_i及びs_i+1が存在している。前述の画素s_i及びs_i+1は、１０及び２０それぞれによって表すスケールを有している。画素１０も画素２０も、透かしペイロード・データの0ビットの伝達に適切なレベルに量子化されている。中央のスケール３０は、視聴覚信号の変換されたバージョンにおける画素r_iの補間値を備える。対応する同じ画像ビットを呈する２つの標本から画素r_iの値が補間されても、画素r_iは値0ではなく、値1に復号化する。前述の誤った復号化は、
(a)画像系列における近傍標本間の値の差、
(b)近傍標本において埋め込まれたメッセージ（透かしペイロード）のシンボル又はビット間の差、及び
(c)近傍標本におけるディザ値間の差
の３つの別々の潜在的原因の１つ又は複数から生じる。

図２には、異なる標本値によってもたらされる、スケール４０に対して示す補間誤差を示す。更に、図3には、異なる透かしペイロード・メッセージ値によってもたらされる、スケール50に対して示す補間誤差を示す。更に、図4には、用いられる異なるディザ値によってもたらされる、スケール60に対して示す補間誤差を示す。本発明は、図２乃至図４に示す３つの別々の原因によって生じる補間誤差の削減に関する。

本発明では、データ・オブジェクトに透かしペイロード・データを付加する方法には、自己相関構造をペイロード・データに施す工程が関係する。自己相関構造は既知であり、例えば、画像に含まれる反復的な透かしパターンを含み得る。反復的なパターンはQIMによって含められ、パターンは、後述するようにそのランレングスに関して制御される。この方法を実現する場合、対応する透かしペイロード・ビットb_iに応じて各標本s_iを量子化することによってメッセージbが埋め込まれる。透かしペイロードを後に回復する相補的な方法には、連続する４つの工程が関係する。

工程１：透かしを入れた信号s’が、受け取られ、それに対して幾何変換が施されなかったかのように復号化される。前述の復号化によって、透かしを入れた受け取られた信号と同様な容量の中間メッセージb₁を生成する。

工程2：施された幾何変換の推定が、検出されたメッセージb₁の自己相関を計算することによって生成される。

工程3：工程２において識別された推定幾何変換の逆関数を、受け取られた信号s'に施して、幾何学的に正規化された受け取られた信号rを生成する。

工程4：正規化された信号rから透かしが復号化される。前述の復号化によって、出力メッセージb₂（例えば、ビット列）が生成される。

本発明の方法が効果的に機能するために、中間メッセージb₁について計算される自己相関から幾何パラメータが取り出される。例えば、幾何パラメータは、施されたスケーリング又は回転に関係し得る。

本発明を更に明らかにするために、方法の例を次に説明する。この例では、QIM埋め込み器を用いて埋め込まれる透かしビット列bが、信号sにおいてN標本毎に繰り返される。透かしビット列bの後の検出の間、ビット列bの自己相関が計算されると、自己相関関数において、位置N、２N、３N等においてピークが目に見えるようになる。

次に、この例において、透かしを入れた信号ｓを倍数aでスケーリングして、対応する受け取られた信号s’を形成するものとする。次に、受け取られた信号s’にQIM検出器を施す。QIM検出器はそれによって、第２のビット列b₁を生成する。この第２のビット列b1は、埋め込まれたビット列bとはかなり異なるが、第２のビット列b₁の自己相関が計算されると、この繰り返しに対応するピークがなお、目に見える。しかし、施されるスケーリングが理由で、ピークはこの場合、位置aN、2aN、3aN等にあることになる。よって、Nが分かっており、ビット列b₁の自己相関を求めることによって、スケーリング・ファクタaの値を推定することが可能である。次の工程で、ファクタaを有するスケーリングは、受け取られた信号s’を倍数1/aでスケーリングして、正規化された信号rを生成することによって反転させることが可能である。正規化された信号rにQIM検出器を施して、埋め込まれたビット列bとうまく対応するビット列b₂が計算される。

図３に示す第２の原因によって生じる誤差は、同様なメッセージ値を中に符号化させているという確率が高くなるよう近傍標本が符号化されるようにメッセージ（例えば、ビット列、つまり、透かしペイロード）を符号化することによって削減することが可能である。前述のより高い確率は、
(a)所定の領域にわたってメッセージ値を繰り返す工程、
(b)透かし入れの間でのメッセージの符号化の実行の際にランレングス制限符号を用いる工程によって達成することが可能である。

本発明の方法は、ビデオ・データ・オブジェクト並びにオーディオ・データ・オブジェクトに同様に適用可能である。この点で、最小ランレングスを徹底することは1次元のケース（例えば、オーディオ・データ・オブジェクト）に限られない一方、視聴覚データ・オブジェクト（例えば、ビデオ・データ・オブジェクト）の場合の高次元（2次元や3次元など）に適用可能である。前述のランレングス制御（最小ラン長が徹底される）は事実上、埋め込まれた透かしメッセージ・データ（すなわち、透かしデータ・ペイロード）に含まれる低周波成分の突出度を高めることに対応する。

図4に示す、第3の原因によって生じる誤差は、ディザ信号に低域通過部分が存在することを徹底することによって除外するか、又は少なくとも削減することが可能である。更に、生じる誤差は、比較的小さな振幅（例えば、前述の間隔Dよりも小さい）をディザ信号が有することを確実することによって更に削減することが可能である。

前述の、本発明による、透かしを入れたオーディオ・オブジェクト、視聴覚オブジェクト及びビデオ・オブジェクト（例えば、データ・オブジェクト）は、データ担体（CD、DVD、スモールフォーマット光ディスク、スモールフォーマット磁気ディスクなど）を介して、かつ、通信ネットワーク（例えば、インターネットなど）を介して通信することができる。更に、透かしを埋め込む方法、及び前述の透かし検出の相補的な方法は、ハードウェアにおいて、かつ／又はソフトウェア制御下で動作するデータ・プロセッサにおいて実現することができる。

図６には、本発明による透かし埋め込み器２００を示す。符号器としても知られている埋め込み器２００は、透かしデータ（すなわち、メッセージb）を受け取る第１の装置２１０を備える。メッセージbを第1の装置210において、例えば、ランレングス制御及び、よって、低周波部分に関してフォーマッティングして、データを提供する。このデータは次いで、第２の装置220において、パラメータaに関してスケーリングし、間隔Dに対してパラメータvによってディザリングして、出力透かしメッセージを、第３の装置２３０に入力するために生成する。第３の装置２３０では、このメッセージをQIMのやり方で信号sに施して、透かしを入れた信号s’を生成する。

図５には、第１の装置１１０、第２の装置１２０、第３の装置１３０及び第４の装置１４０それぞれを備える透かし検出器１００を示す。第１の装置１１０は、透かしを入れたデータ・オブジェクト信号s’を受け取り、信号s’に幾何変換が施されなかったかのようにこれを復号化するよう動作可能である。この復号化動作によって、前述のメッセージb₁の生成がもたらされる。第２の装置１２０は、メッセージb₁を（それに自己相関を施して、信号s’に施された幾何変換の推定Eを求めることによって）処理するよう動作可能である。第３の装置１３０では、推定幾何変換の逆関数を信号s’に施して、対応する正規化された受け取られた信号rを生成する。第４の装置１４０は、正規化信号rを復号化して出力メッセージb₂を生成するよう動作可能である。第１の装置１１０、第２の装置１２０、第３の装置１３０及び第４の装置１４０それぞれは、ハードウェアで、若しくは、計算機ハードウェア上で実行可能なソフトウェアで、又は、前述の実現形態の組み合わせで実現することが可能である。

要約すれば、量子化係数変調（QIM）によって、信号に埋め込む対象の透かしのペイロード値に対応する最近量子化レベルに信号の標本（例えば、画像の画素や、オーディオ信号の時間標本）が量子化される。QIMでは、量子化レベルを任意的にディザリングして、セキュリティを向上させ、アーチファクトをマスクする。後の透かし検出中に、ディザの補償が行われ、その後、透かしペイロードの、最近量子化レベルからの導出が行われる。

本発明は、幾何変換（例えば、スケーリング）に対してQIMがロバストでないという課題を解決する。この課題は、時間的又は空間的な低周波成分を強化した特定のペイロード値系列を信号内に繰り返し埋め込むことによって、透かし埋め込み器において解決される。

更に、本発明は、透かし検出の相補的な方法にも関する。検出方法は、以下の処理工程を含む。
(a)受け取られた信号を処理してそのペイロードを、それに幾何変換が施されていないかのように復号化する工程（前述の処理によって、対応するペイロード値系列b₁（すなわち、メッセージb₁）が生成される）
(b)メッセージb₁を処理して、このメッセージb₁の自己相関機能を生成する。この自己相関は、受け取られた信号に施された変換のタイプを示す自己相関ピークをもたらす。
(c)工程(b)において判定された、施された変換から、対応する逆変換を選択し、受け取られた信号に施して、対応する正規化信号を生成する工程、及び
(d)正規化信号を処理して、受け取られた信号に埋め込まれた透かしのペイロード（すなわち、メッセージb₂）をそこから抽出する工程。
前述の本発明の実施例を、特許請求の範囲記載の本発明の範囲から逸脱することなく修正することができることが認識されよう。

特許請求の範囲では、括弧内にある数字や他の記号は特許請求の範囲の理解を支援するために備えられており、いかなるやり方においても特許請求の範囲を限定することを意図するものでない。

「comprise」、「include」、「incorporate」、「contain」、「is」や「have」などの表現は、本明細書の記載及びその関連クレームを解釈する場合に非限定的に解されるものとする、すなわち、明示的に定義されていないその他のアイテムや構成部分の存在も可能にするよう解されるものとする。単一形への言及も、複数形への言及として解されるべきであり、逆も同様である。

本発明は以下のように要約される。量子化係数変調（QIM）によって、信号に含まれた透かしを検出する方法を提供する。透かしを入れた信号の透かしは、検出に先行して幾何変換（例えば、空間スケーリング又は時間スケーリング）されていることがあり得る。前述の場合にも透かしを検出するために、埋め込み器は、例えば、同じデータ系列を繰り返し埋め込む（タイリングする）ことによって、自己相関構造を、埋め込まれた透かしデータに施す。当初、検出器は、通常のQIM検出を施す。この工程によって、第１のシンボル・ベクトルがもたらされる。この第１のシンボル・ベクトルは、信号がタンパリングされていない場合には、埋め込まれたデータを表すが、信号がスケーリングを受けた場合には、埋め込まれたデータを明らかにしない。例えば、埋め込み器が１データ・ビットを画像の各画素に埋め込んだ場合、前述の画像の５０％アップサンプリングによって、アップサンプリングされた３つの画像画素のうちの3データ・ビット（すなわち、元の２つの画像画素のうちの3データ・ビット）がQIM検出器によって取り出される。意外にも、このようにして取り出された第１のシンボル・ベクトルの自己相関によって、特定の幾何変換（例えば、特定のスケーリング・ファクタ）のピークがもたらされる。本発明によれば、検出器は、前述の自己相関関数を算出し、その結果を用いて、変換の逆関数を施す（すなわち、スケーリングを解除する）。通常のQIM検出の第２のパスによって、埋め込まれた元のデータが後に受け取られる。

透かしを入れた信号（透かしペイロード・データの「0」値を埋め込むよう両方の信号がQIM符号化されている）の２つの近傍画素s_i、s_i+1を示す概略図である。異なる標本値によって生じる誤った符号化を示す図である。異なる透かしペイロード・メッセージ値によって生じる誤った符号化を示す図である。施された異なるディザ値によって生じる誤った符号化を示す図である。本発明による透かし検出器を示す図である。本発明による透かし埋め込み器を示す図である。

Claims

信号に埋め込まれた透かしを検出する方法であって、前記透かしは、量子化係数変調（QIM）によって前記信号に含まれており、
(a)前記透かしが中に埋め込まれた前記信号を受け取る工程と、
(b)QIM検出を前記信号に施して、前記透かしから第１のシンボル・ベクトルを得る工程と、
(c）前記第１のシンボル・ベクトルを処理して、前記受け取られた信号に施された幾何変換を求める工程と、
(d)工程(c)において求められた前記幾何変換の逆関数を前記受け取られた信号に施して、幾何学的に正規化された受け取られた信号を生成する工程と、
(e)前記幾何学的に正規化された受け取られた信号にQIM検出を施して、前記受け取られた信号に埋め込まれた前記透かしを表す第２のシンボル・ベクトルを得る工程とを備える方法。
請求項１記載の方法であって、工程(c)には、前記第１のシンボル・ベクトルを、その自己相関を、前記受け取られた信号に施された前記幾何変換を求めるために生成することによって処理する工程が関係する方法。
請求項１記載の方法であって、工程(b)及び(e)は、視聴覚データ・オブジェクト、オーディオ・データ・オブジェクト、及び画像のうちの少なくとも１つを含む前記受け取られた信号を処理するよう動作可能である方法。
透かしを入れた信号を処理して、前記透かしを入れた信号に含まれた透かしを表す対応する出力シンボルを生成するよう動作可能な透かし検出器であって、前記透かしを入れた信号を請求項１記載の方法によって処理するよう動作可能であり、前記透かしを処理するよう動作可能なプロセッサを含み、前記透かしは、前記透かしを入れた信号に量子化係数変調（QIM）によって挿入される透かし検出器。
量子化係数変調（QIM）によって信号に透かしを埋め込んで、透かしを入れた対応する信号を生成する方法であって、
(a)自己相関構造を前記透かしに施す工程と、
(b)前記透かしに関係する少なくとも１つのシンボル・ベクトルを前記信号に埋め込んで、前記透かしを入れた信号を生成する工程とを含み、前記信号は、相互に類似した値を有する、その中のシンボル・ベクトル値のランレングスの分布の制御を受ける方法。
請求項５記載の方法であって、視聴覚データ・オブジェクト、オーディオ・データ・オブジェクト及び画像のうちの少なくとも１つを含む前記信号に前記透かしを埋め込むよう動作可能である方法。
請求項５記載の方法であって、前記信号の所定領域にわたって１つ又は複数の透かしシンボル・ベクトル値を繰り返すことによって、前記少なくとも１つのシンボル・ベクトルにランレングス制御を施すよう動作可能な方法。
請求項５記載の方法であって、相互に類似した値を有するシンボル・ベクトル値の最小ランレングスを徹底するよう動作可能な方法。
請求項５記載の方法であって、前記量子化係数変調（QIM）に用いる量子化間隔よりも小さい振幅を有するディザ係数を備えた前記透かしを入れた信号に前記透かしが埋め込まれる方法。
透かしを表すシンボル・ベクトルを信号に埋め込んで、透かしを入れた信号を生成する埋め込み器であって、請求項５記載の方法を実行するよう動作可能な埋め込み器。
データ担体上に記憶され、請求項１記載の方法を実現するために計算機ハードウェア上で実行可能なソフトウェア。
データ担体上に記憶され、請求項5記載の方法を実現するために計算機ハードウェア上で実行可能なソフトウェア。
請求項５記載の方法によって生成される、透かしを入れた信号であって、データ担体上に配置されているか、又は、通信ネットワークを介して通信するための１つ又は複数のデータ・オブジェクトを含む、透かしを入れた信号。