JP2010008876A - Device which extracts electronic watermark information from carrier signal, method, and program - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電子透かし情報の埋め込み伝送技術に係り、特に空気中を伝播する音響信号等に埋め込まれた電子透かし情報の抽出に好適な装置、方法およびプログラムに関する。 The present invention relates to a technique for embedding and transmitting digital watermark information, and more particularly to an apparatus, method, and program suitable for extracting digital watermark information embedded in an acoustic signal propagating in the air.
オーディオ信号を電子透かし情報の担い手であるキャリア信号とし、このオーディオ信号自体に電子透かし情報を埋め込む技術が各種提案されている。この埋め込み技術によれば、例えば電子透かし情報の埋め込まれたオーディオ信号が音として再生され、この音をマイクにより収音することにより得られるオーディオ信号が録音されて伝播する過程においても、録音されたオーディオ信号に電子透かし情報を留めておくことができる。従って、この埋め込み技術は、圧縮符号化データに電子透かし情報を埋め込む技術に比べて、幅広い用途に使用することができる。
ところで、キャリア信号を受信した装置がキャリア信号から電子透かし情報を抽出するためには、キャリア信号における電子透かし情報の埋め込み区間が特定されなければならない。このため、例えば電子透かし情報を示すデータシンボルをキャリア信号に埋め込むと共に埋め込み区間を示す同期シンボル列をキャリア信号に埋め込んで伝送するようなシステムでは、キャリア信号を取得した電子透かし情報の抽出装置がキャリア信号を先頭から順次小刻みに解析し、同期シンボルの所在を求めるようにしていた。このため、電子透かし情報の抽出装置全体としての演算量が大きくなり、かつ、電子透かし情報が抽出されるまでの所要時間が長くなるという問題があった。 By the way, in order for a device that has received a carrier signal to extract digital watermark information from the carrier signal, it is necessary to specify a section in which the digital watermark information is embedded in the carrier signal. For this reason, for example, in a system in which a data symbol indicating digital watermark information is embedded in a carrier signal and a synchronization symbol sequence indicating an embedding interval is embedded in the carrier signal and transmitted, the digital watermark information extracting device that acquired the carrier signal is the carrier The signal was analyzed in small increments from the beginning to determine the location of the synchronization symbol. For this reason, there has been a problem that the amount of calculation of the entire digital watermark information extraction apparatus is large and the time required until the digital watermark information is extracted becomes long.
この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、少ない演算量で、迅速にキャリア信号における電子透かし情報の埋め込み区間を探索し、埋め込み区間内の電子透かし情報を抽出することを可能にする技術的手段を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the circumstances described above, and can quickly search for an embedded section of digital watermark information in a carrier signal and extract digital watermark information in the embedded section with a small amount of computation. The purpose is to provide technical means.
この発明による電子透かし情報の抽出装置は、一部の区間の一部の帯域の成分に対して、電子透かし情報を示すシンボル列を含む少なくとも1系列のシンボル列による変調処理が施されたキャリア信号を受け取って帯域分割を施し、互いに異なる帯域に属する複数の帯域キャリア信号を出力する帯域分割手段と、前記複数の帯域キャリア信号において少なくとも1系列のシンボル列による変調処理が施された成分を含む帯域キャリア信号に復調処理を施して復調結果信号を出力する復調手段と、前記復調処理により得られる復調結果信号と1または複数の所定のシンボルを示す基準信号との相互相関係数を算出する相関算出手段と、前記キャリア信号の先頭位置から評価区間を所定のステップ幅で順次シフトしつつ、前記キャリア信号の評価区間内の信号に対応した復調結果信号を前記相関算出手段に引き渡す制御を行い、これにより前記相関算出手段から得られる相互相関係数の履歴に基づいて、前記キャリア信号におけるシンボル列による変調が施された埋め込み区間の概略的な位置を探索する概略同期探索手段と、前記概略同期探索手段が求めた概略的な位置に基づいて評価区間の位置を初期設定し、評価区間を前記概略同期探索手段が用いたステップ幅よりも細かいステップ幅で順次シフトしつつ、前記キャリア信号の評価区間内の信号に対応した復調結果信号を前記相関算出手段に引き渡す制御を行い、これにより前記相関算出手段から得られる相互相関係数の履歴に基づいて、前記埋め込み区間の詳細な位置を探索する詳細同期探索手段とを具備する。
かかる抽出装置によれば、評価区間をキャリア信号の先頭から粗いステップでシフトしつつ、概略同期探索手段による埋め込み区間の概略的な位置の探索が行われた後、この概略的な位置に基づいて評価区間の位置の初期設定が行われ、評価区間をより細かいステップでシフトしつつ、詳細同期探索手段による埋め込み区間の詳細な位置の探索が行われる。従って、少ない演算量で、迅速にキャリア信号における電子透かし情報の埋め込み区間を探索し、埋め込み区間内の電子透かし情報を抽出することができる。
なお、電子透かし情報の埋め込みに関連し、かつ、何らかの情報の探索を行う技術に関する文献として特許文献1〜3がある。しかし、特許文献1は、複数のコンテンツを表すキャリア信号において、電子透かし情報を用いてコンテンツ間の境界の探索を行う技術に関するものであり、本発明とは無関係である。また、特許文献2および3は、電子透かし情報の埋め込み区間の探索に関するものであるが、本発明のように埋め込み区間の概略的な位置の探索と詳細な位置の探索という2段階の探索を行うものではない。
An apparatus for extracting digital watermark information according to the present invention is a carrier signal obtained by performing modulation processing on at least one series of symbol sequences including a symbol sequence indicating digital watermark information on a component of a part of a band of a part of a section. Band dividing means for receiving a signal and performing band division and outputting a plurality of band carrier signals belonging to different bands, and a band including a component subjected to modulation processing by at least one series of symbol sequences in the plurality of band carrier signals Correlation calculation for calculating a cross-correlation coefficient between a demodulation unit that performs demodulation processing on the carrier signal and outputs a demodulation result signal, and a demodulation result signal obtained by the demodulation processing and a reference signal indicating one or more predetermined symbols And evaluation of the carrier signal while sequentially shifting the evaluation section from the head position of the carrier signal by a predetermined step width. Control is performed to deliver a demodulation result signal corresponding to the inter-frequency signal to the correlation calculation means, and based on the cross-correlation coefficient history obtained from the correlation calculation means, the carrier signal is modulated by a symbol string. An approximate synchronization searching means for searching for an approximate position of the embedded section, an initial position of the evaluation section based on the approximate position obtained by the approximate synchronization searching means, and an evaluation section for the approximate synchronization searching means The demodulation result signal corresponding to the signal in the evaluation interval of the carrier signal is controlled to be transferred to the correlation calculation means while sequentially shifting with a step width finer than the step width used by the Detailed synchronization search means for searching for a detailed position of the embedded section based on a history of cross-correlation coefficients.
According to such an extraction device, after a rough position search of the embedded section is performed by the rough synchronization search means while the evaluation section is shifted in rough steps from the beginning of the carrier signal, based on this rough position. The initial setting of the position of the evaluation section is performed, and the detailed position of the embedded section is searched by the detailed synchronization search means while shifting the evaluation section in finer steps. Therefore, it is possible to quickly search for the embedded section of the digital watermark information in the carrier signal and extract the digital watermark information in the embedded section with a small amount of calculation.
以下、図面を参照し、この発明の一実施形態について説明する。図1は、キャリア信号に電子透かし情報を埋め込む埋め込み装置100の構成を示すブロック図である。そして、図2は、この電子透かし情報の埋め込まれたキャリア信号から電子透かし情報を抽出する本実施形態による抽出装置200の構成を示すブロック図である。なお、埋め込み装置100および抽出装置200の各々は、キャリア信号へ電子透かし情報を埋め込む処理またはキャリア信号から電子透かし情報を抽出する処理を実行する専用のハードウェアとして実現してもよいし、埋め込み処理や抽出処理をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムとして実現してもよい。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an
まず、電子透かし情報の埋め込み装置100について説明する。図1に示すように、埋め込み装置100は、帯域分割部110と、キャリア分離部120と、データシンボル埋め込み部130と、同期シンボル埋め込み部140と、キャリア結合部150と、帯域合成部160と、変調信号生成部170とを有する。
First, the electronic watermark
図3は埋め込み装置100の処理内容を示す図である。埋め込み装置100は、キャリア信号に対し、電子透かし情報を示すデータシンボル列およびキャリア信号においてデータシンボル列の所在する区間を示す同期シンボル列を埋め込む装置である。キャリア信号は、例えばオーディオ波形を一定のサンプリングレートでサンプリングしたオーディオサンプル列、2次元の画像データをラスタスキャン順に一次元化した画素信号列等である。本実施形態において、データシンボル列を構成する各データシンボルおよび同期シンボル列を構成する各同期シンボルは、同じ時間長を有する。以下では各1個分のデータシンボルおよび同期シンボルが埋め込まれるキャリア信号の区間をシンボルフレームという。1つのシンボルフレームは、N×Lm個(N、Lmは所定の整数)のキャリア信号のサンプルにより構成される。
FIG. 3 is a diagram showing processing contents of the
データシンボル列および同期シンボル列の埋め込みを行う場合、帯域分割部110は、キャリア信号のサンプル列をN×Lm個のサンプルからなるシンボルフレームに区切り、さらにシンボルフレームをNサンプルずつ位相がずれたLm個のブロックに区切り、キャリア信号の各ブロックを互いに異なるM個の帯域に属する複数の帯域キャリア信号に各々分割する。
When embedding the data symbol sequence and the synchronization symbol sequence, the
好ましい態様において、帯域分割部110は、窓掛け部と、帯域分割フィルタバンクとにより構成されている(図示略)。ここで、窓掛け部は、キャリア信号のサンプル列を1ハーフブロック当たりNサンプルのハーフブロックに区切る処理と、現在までの最新の1ブロック=2ハーフブロックのサンプル列に窓関数を乗じて帯域分割フィルタバンクに供給する処理を繰り返す。
In a preferred embodiment, the
帯域分割フィルタバンクは、各々、通過帯域中心角周波数がωi(i=0〜M−1)であるM個の複素係数BPF(Band Pass Filter;帯域通過フィルタ)からなる。各通過帯域中心角周波数ωi(i=0〜M−1)に対応した各複素係数BPFは、窓掛け部から窓関数の乗算された1ブロック分のサンプルの列を受け取る都度、受け取ったサンプル列に対して、各通過帯域中心角周波数ωiに対応した複素係数を用いたBPF処理を施すことにより、サンプル列に含まれた通過帯域中心角周波数ωiの成分を示す複素スペクトラム係数X(ωi)を算出し、帯域キャリア信号として出力する。 Each of the band division filter banks includes M complex coefficients BPF (Band Pass Filter) whose passband center angular frequency is ω i (i = 0 to M−1). Each complex coefficient BPF corresponding to each passband center angular frequency ω i (i = 0 to M−1) is received every time a sequence of samples for one block multiplied by a window function is received from the windowing unit. By performing BPF processing using a complex coefficient corresponding to each passband center angular frequency ω i on the sequence, a complex spectrum coefficient X () indicating a component of the passband center angular frequency ω i included in the sample sequence ω i ) is calculated and output as a band carrier signal.
他の好ましい態様において、帯域分割部110は、上記と同様な窓掛け部と、窓掛け部により窓関数が乗算された1ブロック分のサンプル列にFFT(Fast Fourier Transform;高速フーリエ変換)を施して、角周波数ωi(i=0〜M−1)に各々対応した複素スペクトラム係数X(ωi)を算出するFFT部とにより構成される。
In another preferred embodiment, the
キャリア分離部120は、帯域分割部110が出力するM個の帯域キャリア信号をデータシンボルの埋め込み先となるデータキャリアと同期シンボルの埋め込み先となるパイロットキャリアに分離し、データキャリアをデータシンボル埋め込み部130へ、パイロットキャリアを同期シンボル埋め込み部140へ供給する。
変調信号生成部170は、電子透かし情報の各シンボル(この例ではビット)を示す1系列のデータシンボル列をキャリア信号に埋め込む場合、各々、データシンボル列を示し、かつ、互いに逆相関係にある2相のデータシンボル用変調信号を出力する。2相のデータシンボル用変調信号は、1周期当たりLm個のサンプルにより構成された周期信号であり、1周期当たり1個のデータシンボルを示す。図3に示す例では、データシンボル用変調信号は、三角波信号である。2相のうち正相のデータシンボル用変調信号は、表現するデータシンボルがビット“0”である場合には前半が山、後半が谷の波形となり、表現するデータシンボルがビット“1”である場合には前半が谷、後半が山の波形となる。そして、逆相のデータシンボル用変調信号は、これとは逆相の信号となるのである。また、変調信号生成部170は、2相のデータシンボル用変調信号を出力するとき、これと同期し、かつ、互いに逆相関係にある2相の同期シンボル用変調信号を出力する。この2相の同期シンボル用変調信号も、1周期当たりLm個のサンプルにより構成された周期信号であり、1周期当たり1個の同期シンボルを示す。好ましい態様では、同期シンボル列は必要最低限の一定の長さであり、変調信号生成部170は、データシンボル用同期信号の先頭と同期シンボル用変調信号の先頭を一致させて、同期シンボル用変調信号を出力する。
When embedding one series of data symbol sequences indicating each symbol (bit in this example) of the digital watermark information in the carrier signal, the modulation
データシンボル埋め込み部130は、キャリア分離部120から供給されるデータキャリアのうち2帯域分のデータキャリア(図3に示す例では角周波数ω2およびω3の各帯域のデータキャリア)に対し、2相のデータシンボル用変調信号の各相の信号を用いた振幅変調処理または位相変調処理を施すことによりデータシンボル列の埋め込みを行う。ここで、振幅変調処理は、例えばデータキャリアである複素スペクトラム係数を絶対値成分と偏角成分に分離し、絶対値成分にデータシンボル用変調信号に応じた振幅変調を施したのち偏角成分と再結合させるという手順により実行可能である。また、位相変調処理は、例えばデータキャリアである複素スペクトラム係数を絶対値成分と偏角成分に分離し、偏角成分にデータシンボル用変調信号に応じた位相変調(位相シフト操作)を施したのち絶対値成分と再結合させるという手順により実行可能である。同期シンボル埋め込み部140は、キャリア分離部120から供給されるパイロットキャリアのうち2帯域分のパイロットキャリア(図3に示す例では角周波数ω0およびω1の各帯域のパイロットキャリア)に対し、2相の同期シンボル用変調信号の各相の信号を用いた振幅変調処理または位相変調処理を施すことにより同期シンボル列の埋め込みを行う。
The data
キャリア結合部150は、データシンボル埋め込み部130が出力するデータキャリアおよび同期シンボル埋め込み部140が出力するパイロットキャリアを、キャリア分離部120による分離前の並び順に戻し、この結果得られるM個の帯域キャリア信号を帯域合成部160に出力する。そして、帯域合成部160は、このM個の帯域キャリア信号(複素スペクトム係数)を時間領域の信号に戻して合成し、電子透かし情報の埋め込まれたキャリア信号を出力する。
以上が埋め込み装置100の詳細である。
The
The details of the embedding
次に図2を参照し、電子透かしの抽出装置200について説明する。本実施形態による抽出装置200の動作は同期探索フェーズとデータ抽出フェーズとに大別することができる。ここで、同期探索フェーズとは、キャリア信号のパイロットキャリアにおける同期シンボルの埋め込み区間、すなわち、キャリア信号のデータキャリアにおけるデータシンボルの埋め込み区間を探索するフェーズである。また、データ抽出フェーズとは、キャリア信号のデータキャリアにおいて同期探索フェーズにより探索された同期シンボル列の埋め込み区間からデータシンボル列の埋め込み区間を特定し、このデータシンボル列の埋め込み区間からデータシンボル列を抽出するフェーズである。以下説明する各部は、同期探索フェーズとデータ抽出フェーズとで動作が異なる場合がある。
Next, the digital
バッファ210は、電子透かし情報の埋め込まれたキャリア信号を蓄積する装置である。例えばオーディオ信号をキャリア信号として用いる場合、前述した埋め込み装置100により電子透かし情報の埋め込まれたキャリア信号(オーディオ信号)は、例えば音として空気中に放音され、図示しない収音装置により収音され、音声波形の時系列サンプルであるキャリア信号となってバッファ210に蓄積される。また、画像信号をキャリア信号として用いる態様では、前述した埋め込み装置100により電子透かし情報の埋め込まれたキャリア信号(画像信号)は、例えばテレビジョン信号に変換され、有線または無線の伝送路を介してテレビジョン受像機に受信され、同テレビジョン受像機内においてラスタスキャン順に1次元化されてバッファ210に蓄積される。読出制御部220は、このバッファ210に記憶されたキャリア信号を読み出す装置である。
The
帯域分割部230は、埋め込み装置100の帯域分割部110と同じ構成を有する。この帯域分割部230は、読出制御部220によってバッファ210から読み出されるキャリア信号のサンプル列を、時間軸上において隣り合うもの同士オーバラップした複数のブロックに区切り、ブロック毎に窓掛け処理および帯域分割処理を施し、各々複素スペクトラム係数列であるM帯域分の帯域キャリア信号を出力する。
The
キャリア抽出部240は、同期探索フェーズにおいては、帯域分割部230が出力するM帯域分の帯域キャリア信号の中から同期シンボルが埋め込まれている2帯域分のパイロットキャリアを抽出し、復調部250に供給する。また、キャリア抽出部240は、データ抽出フェーズでは、帯域分割部230が出力するM帯域分の帯域キャリア信号の中からデータシンボルが埋め込まれている2帯域分のデータキャリアを抽出し、復調部250に供給する。
In the synchronization search phase, the
復調部250は、キャリア抽出部240から供給されるパイロットキャリアまたはデータキャリアに復調処理を施す装置である。復調処理の内容は、埋め込み装置100の同期シンボル埋め込み部140およびデータシンボル埋め込み部130の変調処理の内容に対応したものとなる。同期シンボル埋め込み部140が同期シンボルに応じた変調信号により2帯域分のパイロットキャリアに振幅変調を施す場合、復調部250は、例えばキャリア抽出部240から供給される2帯域分のパイロットキャリアの一方の絶対値(振幅成分)を他方の絶対値(振幅成分)により除算する。そして、除算結果に対し、DCオフセット除去処理と正規化処理を施し、復調結果信号として出力する。ここで、DCオフセット除去処理では、過去一定期間内に得られる除算結果の平均値(すなわち、移動平均値)を求め、現在の除算結果からこの平均値を減算する。また、正規化処理では、過去一定期間内のDCオフセット除去後の除算結果の絶対値の最大値を求め、この最大値により現在のDCオフセット除去後の除算結果を除算する。また、埋め込み装置100の同期シンボル埋め込み部140が同期シンボルに応じた変調信号により2帯域分のパイロットキャリアに位相変調を施す場合、復調部250は、例えばキャリア抽出部240から供給される2帯域分のパイロットキャリアの一方の偏角(位相成分)から他方の偏角(位相成分)を減算し、この減算結果に上述と同様なDCオフセット処理と正規化処理を施して復調結果信号として出力する。復調部250がパイロットキャリアにおいて同期シンボルによる変調処理が施された区間の復調処理を行った場合、復調部250が出力する復調結果信号は変調処理に用いられた変調信号に近似した波形の信号となる。以上と同様、データキャリアに対する復調処理の内容も、データシンボル埋め込み部130の変調処理の内容に対応したものとなる。
The
基準信号生成部260は、同期化制御部270による制御の下、相関算出部280に対して基準信号を供給する装置である。さらに詳述すると、基準信号生成部260は、同期探索フェーズでは、同期シンボル列を示す変調信号を位相を小刻みにずらしつつ基準信号として出力する動作を繰り返す。このように位相をずらして基準信号を発生するための手段には各種のものが考えられるが、例えば1周期分の基準信号のサンプル列を予めメモリに記憶しておき、読み出し開始ポイントをずらしながら、1周期分のサンプル列を読み出す操作を繰り返す構成としてもよい。また、基準信号生成部260は、データ抽出フェーズでは、データシンボル“0”に対応した変調信号とデータシンボル“1”に対応した変調信号を交互に出力する動作を繰り返す。
The reference
相関算出部280は、同期探索フェーズでは、復調部250から出力される復調結果信号と、基準信号生成部260から供給される各基準信号(この場合、同期シンボル列を示す変調信号)との相互相関係数を各々算出する。また、相関算出部280は、データ抽出フェーズでは、復調部250から出力される復調結果信号のうちデータキャリアの埋め込み区間に相当する区間内の信号を1シンボル相当の長さに区切り、区切った1シンボル相当の各信号について、データシンボル“0”に対応した変調信号との相互相関係数とデータシンボル“1”に対応した変調信号との相互相関係数を算出する。
In the synchronization search phase,
同期化制御部270は、キャリア信号における同期シンボル列の埋め込み区間を探索するための制御を行う装置であり、相関履歴蓄積部271と、概略同期探索部272と、詳細同期探索部273とを有する。相関履歴蓄積部271は、相関算出部280が算出した過去一定期間分の相互相関係数を蓄積する装置である。概略同期探索部272および詳細同期探索部273は、同期探索フェーズにおける抽出装置200の各部の制御を行う装置である。具体的には、概略同期探索部272は、キャリア信号の先頭位置から評価区間を粗いステップ幅で順次シフトしつつ、キャリア信号の評価区間内の信号に対応した復調結果信号を相関算出部280に引き渡すための各部の制御を行う。そして、概略同期探索部272は、相関算出部280から得られる相互相関係数の履歴に基づいて、キャリア信号における同期シンボル列による変調が施された埋め込み区間の概略的な位置を探索する。また、詳細同期探索部273は、概略同期探索部272が求めた概略的な位置に基づいて評価区間の位置を初期設定し、評価区間を概略同期探索部272が用いたステップ幅よりも細かいステップ幅で順次シフトしつつ、キャリア信号の評価区間内の信号に対応した復調結果信号を相関算出部280に引き渡すための制御を行う。そして、詳細同期探索部273は、相関算出部280から得られる相互相関係数の履歴に基づいて、埋め込み区間の詳細な位置を探索する。なお、概略同期探索部272および詳細同期探索部273の処理内容については、後に具体例を挙げて詳述する。
The
電子透かし情報抽出部290は、データ抽出フェーズでの処理を行う装置である。同期化制御部270は、詳細同期探索部273が同期シンボル列の埋め込み区間の開始点の詳細な位置を特定すると、キャリア信号における埋め込み区間の信号の読み出しを読出制御部220に行わせ、読み出されたキャリア信号の帯域キャリア信号への分割を帯域分割部230に行わせる。また、帯域分割部230から得られる帯域キャリア信号からデータシンボルが埋め込まれているデータキャリアをキャリア抽出部240に抽出させ、その復調を復調部250に行わせる。相関算出部280は、このとき復調部250から得られる復調結果信号を1シンボルフレーム相当の区間に区切り、区間毎にデータシンボル“0”に対応した変調信号との相互相関係数とデータシンボル“1”に対応した変調信号との相互相関係数とを算出する。電子透かし情報抽出部290は、復調結果信号を区切った1シンボルフレーム相当の各区間毎に、データシンボル“0”に対応した変調信号との相互相関係数とデータシンボル“1”に対応した変調信号との相互相関係数のうちいずれが大きいかを判断し、前者が大きければ当該区間に埋め込まれたデータシンボルは“0”であり、後者が大きければ当該区間に埋め込まれたデータシンボルは“1”であると判断する。
以上が本実施形態による抽出装置200の詳細である。
The digital watermark
The above is the details of the
本実施形態の特徴は、抽出装置200において、同期化制御部270による制御の下で行われる概略同期探索および詳細同期探索の動作にある。図4は前者の概略同期探索の動作を例示するものであり、図5は後者の詳細同期探索の動作を例示するものである。
The feature of this embodiment lies in the operations of the approximate synchronization search and the detailed synchronization search that are performed under the control of the
図4に示す例では、キャリア信号を示すストライプが示されている。このストライプを上下方向に区切る実線は、評価区間の境界を例示するものである。また、ストライプ内の破線による三角波は、キャリア信号に内在する同期シンボルに対応した変調信号波形を例示するものであり、上下方向の破線は同期シンボルの境界を例示するものである。 In the example shown in FIG. 4, a stripe indicating a carrier signal is shown. The solid line dividing the stripes in the vertical direction exemplifies the boundary of the evaluation section. A triangular wave with a broken line in the stripe exemplifies a modulation signal waveform corresponding to a synchronization symbol present in the carrier signal, and a broken line in the vertical direction exemplifies a boundary of the synchronization symbol.
最初、概略同期探索部272は、キャリア信号の先頭位置B0から始まる同期シンボル列の長さと同じ長さの区間を評価区間として、この評価区間内のキャリア信号のバッファ210からの読み出しを読出制御部220に行わせる。また、バッファ210から読み出された評価区間内のキャリア信号の処理を帯域分割部230、キャリア抽出部240および復調部250に行わせる。そして、このとき復調部250から得られる復号結果信号と基準信号生成部260が出力する基準信号(同期シンボル列に対応した変調信号)との相互相関係数を相関算出部280に算出させ、相関履歴蓄積部271に蓄積させる。
First, the approximate
さらに詳述すると、このとき基準信号生成部260は、例えば基準信号(同期シンボル列に対応した変調信号)のサンプル列に対し、最後尾のサンプルをサンプル列の先頭に移動する、という巡回シフト操作を繰り返し施すことにより、初期位相が1サンプルずつずれた基準信号を順次出力する。なお、このような巡回シフトを行うのではなく、基準信号のサンプル列に対し、前方から“0”を追加しつつ後方にシフトする操作を繰り返すことにより、位相が小刻みにずれた複数の基準信号を順次出力してもよい。相関算出部280は、復調部250により評価区間内のキャリア信号から生成された復調結果信号と、この基準信号生成部260が順次出力する各基準信号との相互相関係数を各々算出し、各相互相関係数を相関履歴蓄積部271に蓄積するのである。
More specifically, at this time, the
概略同期探索部272は、この相関履歴蓄積部271に蓄積された各相互相関係数の中に所定の閾値を越えるものがあるか否かを判定する。そして、所定の閾値を越える相互相関係数がない場合、概略同期探索部272は、キャリア信号の現在の評価区間内に同期シンボル列が埋め込まれていないとみなし、評価区間の先頭を現在の位置B0から1シンボルフレーム相当の長さだけ後方の区切り位置B1にシフトさせる。そして、区切り位置B1から始まる新たな評価区間について上記と同様な処理を繰り返すのである。
The approximate
評価区間が同期シンボル列の埋め込み区間から完全に外れている間は、相関算出部280が出力する相互相関係数はほぼ0(すなわち、無相関)になるので、概略同期探索部272は、評価区間の先頭位置を先頭位置B0から区切り位置B1へ、区切り位置B1から区切り位置B2へ、…という具合に順次後方へシフトしてゆく。
Since the cross-correlation coefficient output from the
すると、やがて評価区間の後方部分がキャリア信号における同期シンボル列の埋め込み区間の前方部分とオーバラップする。これにより、評価区間と同期シンボル列の埋め込み区間が完全に離れている場合に比べて、相関算出部280が出力する相互相関係数の最大値が上昇する。そして、さらに評価区間が後方に移動して、評価区間と同期シンボル列の埋め込み区間とのオーバラップ部分の長さが長くなると、相関算出部280が出力する相互相関係数の最大値がさらに上昇する。そして、理想的には、図4に例示する区切り位置Bkから始まる区間が評価区間となり、評価区間の先頭の1シンボルフレーム相当の区間内に同期シンボル列の先頭部分が位置するような位相関係になったとき、相関算出部280から得られる相互相関係数の最大値がピークに達する。そこで、概略同期探索部272は、相関履歴蓄積部271に蓄積される相互相関係数の履歴を監視し、例えば相互相関係数がピークとなったときの評価区間を埋め込み区間の概略的な位置と判断するのである。
As a result, the rear part of the evaluation interval eventually overlaps the front part of the embedded section of the synchronization symbol sequence in the carrier signal. As a result, the maximum value of the cross-correlation coefficient output by the
詳細同期探索部273は、以上のようにして概略同期探索部272が求めた埋め込み区間の概略的な位置(図4および図5の例では位置Bk)に基づいて評価区間の位置を初期設定し、1シンボルフレームよりも短い時間長のステップ、具体的にはキャリア信号の1サンプリング周期に相当する刻み幅Δtずつ評価区間を後方にシフトしつつ、評価区間内のキャリア信号のバッファ210からの読み出しを読出制御部220に行わせ、読み出された評価区間内のキャリア信号の処理を帯域分割部230、キャリア抽出部240および復調部250に行わせる。そして、復調部250から得られる復号結果信号と基準信号生成部260が出力する基準調信号との相互相関係数を相関算出部280に算出させ、相関履歴蓄積部271に蓄積させる。この場合の基準信号生成部260および相関算出部280の動作の詳細は、概略的同期探索において行われたものと同様である。
The detailed
詳細同期探索において、評価区間の位置をシフトさせる範囲をどのように定めるかについては各種考えられるが、本実施形態では、概略同期探索部272が求めた埋め込み区間の概略的な位置からハーフブロックのサイズNだけ前に戻った位置を評価区間の初期位置とし、概略的な位置から1ハーフブロックのサイズNだけ後方の位置を評価区間の最終位置とする。詳細同期探索部273は、この初期位置から最終位置まで評価区間を小刻みにシフトさせつつ、この間に、相関算出部280から相関履歴蓄積部271に書き込まれる相互相関係数の履歴を監視し、例えば相互相関係数がピークとなる評価区間を見つける。そして、この評価区間を同期シンボル列の埋め込み区間と判断する。データ抽出フェーズでは、バッファ210内のキャリア信号の中からこのようにして求められた埋め込み区間内の信号が読み出され、データシンボルの抽出が行われるのである。なお、刻み幅Δtは、1サンプリング周期であることが望ましいが、同期探索の時間を短くしたい場合には、それよりも多少大きい刻み幅(1ハーフブロックのサイズNの約数が好ましい)としてもよい。
In the detailed synchronization search, various methods for determining the range for shifting the position of the evaluation interval can be considered. In this embodiment, the half block is determined from the approximate position of the embedding interval obtained by the approximate
以上説明した本実施形態によれば、次の効果が得られる。 According to this embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1)抽出装置200は、キャリア信号において同期シンボル列に対応した変調信号との相互相関の評価の対象となる評価区間を粗いステップでシフトしながら、キャリア信号における同期シンボル列の埋め込み区間の概略的な位置の探索を行い、この概略的な位置を初期値として、評価区間を細かいステップでシフトしながらキャリア信号における同期シンボル列の埋め込み区間の詳細な位置の探索を行う。従って、評価区間をキャリア信号の先頭から細かいステップでシフトしながら埋め込み区間の探索を行う場合に比べて、少ない演算量で同期シンボル列の埋め込み区間、すなわち、データシンボルの埋め込み区間の詳細な位置を求めることができる。
(1) The
(2)抽出装置200の概略同期探索部272は、バッファ210内のキャリア信号の先頭から1シンボルフレームずつ評価区間の先頭位置をシフトしながら、同期シンボル列の埋め込み区間の概略的な位置の探索を行う。ここで、シフト操作により順次設定される各評価区間の中には、同期シンボル列の埋め込み区間とのオーバラップ部分が長い評価区間が存在する。しかし、そのような評価区間であっても、一般的に同期シンボル列の埋め込み区間からは位相がずれている。しかしながら、本実施形態では、位相が小刻みにずれた複数の基準信号を発生し、評価区間内の復調結果信号とこれらの各基準信号との各相互相関係数を算出するようにしている。このため、評価区間と同期シンボル列の埋め込み区間とが正確に一致していなくても、評価区間と埋め込み区間のオーバラップ部分がある程度長ければ、相関算出部280により算出される相互相関係数の最大値が高くなり、埋め込み区間の概略的な位置を安定して求めることが可能になる。
(2) The approximate
(3)本実施形態において埋め込み装置100では、対をなす2個の帯域キャリア信号を1シンボルの埋め込み先とし、シンボルに対応した波形を持った2相の変調信号であって、互いに逆相関係にある2相の変調信号による振幅変調または位相変調を2個の帯域キャリア信号に施すことより、シンボルのキャリア信号への埋め込みを行っている。従って、抽出装置200側では、シンボルが埋め込まれた2個の帯域キャリア信号の振幅成分の除算または位相成分の減算を行うことにより帯域キャリア信号の変調に用いられた変調信号を検出することができ、しかもその際に、変調に用いられた際の波形を持った変調信号を大きな振幅で得ることができる。
(3) In this embodiment, the embedding
<他の実施形態>
以上、この発明の一実施形態を説明したが、この発明には、他にも各種の実施形態が考えられる。例えば次の通りである。
<Other embodiments>
Although one embodiment of the present invention has been described above, various other embodiments are conceivable for the present invention. For example:
(1)同期シンボル列の長さは、少なくとも概略同期探索において評価区間をシフトする際のステップ幅以上であればよい。また、同期シンボル列の長さと概略同期探索の探索ステップの長さの比は整数比でなくてもよい。 (1) The length of the synchronization symbol string may be at least the step width when shifting the evaluation interval in the approximate synchronization search. Further, the ratio between the length of the synchronization symbol string and the length of the search step of the approximate synchronization search may not be an integer ratio.
(2)同期シンボルとデータシンボルのシンボルフレームの長さは異なっていてもよい。 (2) The symbol frame lengths of the synchronization symbol and the data symbol may be different.
(3)同期シンボルを用いない態様も考えられる。この態様において、埋め込み装置100は、キャリア信号の任意の区間に電子透かし情報を示すデータシンボル列による変調処理を施す。抽出装置200の基準信号生成部260は、同期探索フェーズでは、1つの評価区間が設定される毎に、例えば1個のシンボル“0“を示す基準信号を、初期位相を小刻みにシフトしつつ複数回出力する。概略同期探索部272は、キャリア信号を1シンボルフレームの長さの評価期間に区切り、各評価区間のキャリア信号に対応した復調結果信号を相関算出部280に引き渡すための各部の制御を行う。この間、評価区間が切り換わるのと並行し、各評価区間について得られた基準信号との相互相関係数の履歴が相関履歴蓄積部271に蓄積されてゆく。概略同期探索部272は、この相互相関関数の履歴の監視結果に基づき、“0”らしいデータシンボルによる変調処理が施されていると考えられる評価区間および“1”らしいデータシンボルによる変調処理が施されていると考えられる評価区間を推定する。そして、この推定結果に基づき、キャリア信号におけるデータシンボル列の埋め込み区間の概略的な位置を求めるのである。詳細同期探索の動作も評価区間をシフトする際のステップ幅が小刻みになる点を除けば、概略同期探索の動作と同様である。
(3) A mode in which no synchronization symbol is used is also conceivable. In this aspect, the embedding
(4)上記実施形態では、概略同期探索において相互相関係数の最大値がピークとなる評価区間の位置を同期シンボル列の埋め込み区間の概略的な位置と判定したが、安全性を考慮して、相互相関係数の最大値がピークとなる評価区間の位置よりもやや前の位置を概略的な位置としてもよい。 (4) In the above-described embodiment, the position of the evaluation section where the maximum value of the cross-correlation coefficient peaks in the approximate synchronization search is determined to be the approximate position of the embedded section of the synchronization symbol sequence. The position slightly before the position of the evaluation section where the maximum value of the cross-correlation coefficient reaches a peak may be set as a rough position.
100……埋め込み装置、200……抽出装置、110,230……帯域分割部、120……キャリア分離部、130……データシンボル埋め込み部、140……同期シンボル埋め込み部、150……キャリア結合部、160……帯域合成部、170……変調信号生成部、210……バッファ、220……読出制御部、240……キャリア抽出部、250……復調部、260……基準信号生成部、270……同期化制御部、280……相関算出部、290……電子透かし情報抽出部、271……相関履歴蓄積部、272……概略同期探索部、273……詳細同期探索部。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記複数の帯域キャリア信号において少なくとも1系列のシンボル列による変調処理が施された成分を含む帯域キャリア信号に復調処理を施して復調結果信号を出力する復調手段と、
前記復調処理により得られる復調結果信号と1または複数の所定のシンボルを示す基準信号との相互相関係数を算出する相関算出手段と、
前記キャリア信号の先頭位置から評価区間を所定のステップ幅で順次シフトしつつ、前記キャリア信号の評価区間内の信号に対応した復調結果信号を前記相関算出手段に引き渡す制御を行い、これにより前記相関算出手段から得られる相互相関係数の履歴に基づいて、前記キャリア信号におけるシンボル列による変調が施された埋め込み区間の概略的な位置を探索する概略同期探索手段と、
前記概略同期探索手段が求めた概略的な位置に基づいて評価区間の位置を初期設定し、評価区間を前記概略同期探索手段が用いたステップ幅よりも細かいステップ幅で順次シフトしつつ、前記キャリア信号の評価区間内の信号に対応した復調結果信号を前記相関算出手段に引き渡す制御を行い、これにより前記相関算出手段から得られる相互相関係数の履歴に基づいて、前記埋め込み区間の詳細な位置を探索する詳細同期探索手段と
を具備することを特徴とする電子透かし情報の抽出装置。 Different band components are received by receiving carrier signals that have been subjected to modulation processing using at least one series of symbol sequences including a data symbol sequence indicating digital watermark information with respect to some band components of some sections, and are different from each other. Band dividing means for outputting a plurality of band carrier signals belonging to the band;
Demodulation means for performing demodulation processing on a band carrier signal including a component subjected to modulation processing by at least one series of symbol sequences in the plurality of band carrier signals and outputting a demodulation result signal;
Correlation calculating means for calculating a cross-correlation coefficient between a demodulation result signal obtained by the demodulation processing and a reference signal indicating one or more predetermined symbols;
While sequentially shifting the evaluation interval from the head position of the carrier signal by a predetermined step width, control is performed to deliver a demodulation result signal corresponding to the signal in the evaluation interval of the carrier signal to the correlation calculating unit, thereby Based on the history of the cross-correlation coefficient obtained from the calculating means, searching for the approximate position of the embedded section of the carrier signal that has been modulated by the symbol sequence;
Based on the approximate position obtained by the approximate synchronization search means, the position of the evaluation interval is initially set, and the carrier is transferred while sequentially shifting the evaluation interval by a step width smaller than the step width used by the approximate synchronization search means. A control is performed to deliver a demodulation result signal corresponding to a signal in an evaluation interval of the signal to the correlation calculation unit, and based on a history of cross-correlation coefficients obtained from the correlation calculation unit, a detailed position of the embedded interval And a detailed synchronization search means for searching for digital watermark information.
前記概略同期探索手段および前記詳細同期探索手段が前記埋め込み区間の探索を行う間、前記復調手段は、前記同期シンボル列による変調処理が施された成分を含む帯域キャリア信号に復調処理を施して復調結果信号を出力することを特徴とする請求項1に記載の電子透かし情報の抽出装置。 The carrier signal belongs to mutually different bands, and includes a component subjected to modulation processing by a data symbol sequence indicating digital watermark information and a component subjected to modulation processing by a synchronization symbol sequence synchronized with the data symbol sequence,
While the approximate synchronization search means and the detailed synchronization search means search the embedded section, the demodulation means performs demodulation processing on the band carrier signal including the component subjected to the modulation processing by the synchronization symbol sequence. 2. The digital watermark information extracting apparatus according to claim 1, wherein a result signal is output.
前記復調手段は、前記対をなす2つの帯域の成分を各々含む各帯域キャリア信号から前記変調処理に用いられた変調信号の波形を示す復調結果信号を発生することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1の請求項に記載の電子透かし情報の抽出装置。 The carrier signal is subjected to modulation processing using a two-phase modulation signal indicating a symbol and having a reverse phase relationship with respect to the components of two bands forming a pair,
The demodulation means generates a demodulation result signal indicating a waveform of a modulation signal used for the modulation processing from each band carrier signal including each of the two band components forming the pair. The electronic watermark information extracting device according to any one of claims 3 to 4.
前記複数の帯域キャリア信号において少なくとも1系列のシンボル列における一部の系列のシンボル列による変調処理が施された成分を含む帯域キャリア信号に復調処理を施して復調結果信号を出力する復調過程と、
前記復調処理により得られる復調結果信号と1または複数の所定のシンボルを示す基準信号との相互相関係数を算出する相関算出過程と、
前記キャリア信号の先頭位置から評価区間を所定のステップ幅で順次シフトしつつ、前記キャリア信号の評価区間内の信号に対応した復調結果信号を前記相関算出過程に引き渡す制御を行い、これにより前記相関算出過程において得られる相互相関係数の履歴に基づいて、前記キャリア信号におけるシンボル列による変調が施された埋め込み区間の概略的な位置を探索する概略同期探索過程と、
前記概略同期探索過程において得られた概略的な位置に基づいて評価区間の位置を初期設定し、評価区間を前記概略同期探索過程において用いたステップ幅よりも細かいステップ幅で順次シフトしつつ、前記キャリア信号の評価区間内の信号に対応した復調結果信号を前記相関算出過程に引き渡す制御を行い、これにより前記相関算出過程において得られる相互相関係数の履歴に基づいて、前記埋め込み区間の詳細な位置を探索する詳細同期探索過程と
を具備することを特徴とする電子透かし情報の抽出方法。 Different band components are received by receiving carrier signals that have been subjected to modulation processing using at least one series of symbol sequences including a data symbol sequence indicating digital watermark information with respect to some band components of some sections, and are different from each other. A band division process for outputting a plurality of band carrier signals belonging to a band; and
A demodulation process of performing demodulation processing on a band carrier signal including a component subjected to modulation processing by a symbol sequence of a part of at least one sequence of symbol sequences in the plurality of band carrier signals and outputting a demodulation result signal;
A correlation calculation step of calculating a cross-correlation coefficient between a demodulation result signal obtained by the demodulation process and a reference signal indicating one or more predetermined symbols;
While sequentially shifting the evaluation interval from the head position of the carrier signal by a predetermined step width, control is performed to deliver a demodulation result signal corresponding to the signal in the evaluation interval of the carrier signal to the correlation calculation process, and thereby the correlation Based on a history of cross-correlation coefficients obtained in the calculation process, an approximate synchronization search process for searching for an approximate position of an embedded section modulated by a symbol sequence in the carrier signal;
While initially setting the position of the evaluation interval based on the approximate position obtained in the approximate synchronization search process, while sequentially shifting the evaluation interval with a step width smaller than the step width used in the approximate synchronization search process, Control is performed to deliver a demodulation result signal corresponding to the signal in the evaluation interval of the carrier signal to the correlation calculation process, and based on the history of the cross-correlation coefficient obtained in the correlation calculation process, the details of the embedded interval are determined. A detailed synchronous search process for searching for a position. A method for extracting digital watermark information, comprising:
一部の区間の一部の帯域の成分に対して、電子透かし情報を示すデータシンボル列を含む少なくとも1系列のシンボル列による変調処理が施されたキャリア信号を受け取って帯域分割を施し、互いに異なる帯域に属する複数の帯域キャリア信号を出力する帯域分割過程と、
前記複数の帯域キャリア信号において少なくとも1系列のシンボル列による変調処理が施された成分を含む帯域キャリア信号に復調処理を施して復調結果信号を出力する復調過程と、
前記復調処理により得られる復調結果信号と1または複数の所定のシンボルを示す基準信号との相互相関係数を算出する相関算出過程と、
前記キャリア信号の先頭位置から評価区間を所定のステップ幅で順次シフトしつつ、前記キャリア信号の評価区間内の信号に対応した復調結果信号を前記相関算出過程に引き渡す制御を行い、これにより前記相関算出過程において得られる相互相関係数の履歴に基づいて、前記キャリア信号におけるシンボル列による変調が施された埋め込み区間の概略的な位置を探索する概略同期探索過程と、
前記概略同期探索過程において得られた概略的な位置に基づいて評価区間の位置を初期設定し、評価区間を前記概略同期探索過程において用いたステップ幅よりも細かいステップ幅で順次シフトしつつ、前記キャリア信号の評価区間内の信号に対応した復調結果信号を前記相関算出過程に引き渡す制御を行い、これにより前記相関算出過程において得られる相互相関係数の履歴に基づいて、前記埋め込み区間の詳細な位置を探索する詳細同期探索過程と
を実行させることを特徴とするプログラム。 On the computer,
Different band components are received by receiving carrier signals that have been subjected to modulation processing using at least one series of symbol sequences including a data symbol sequence indicating digital watermark information with respect to some band components of some sections, and are different from each other. A band division process for outputting a plurality of band carrier signals belonging to a band; and
A demodulation process of performing demodulation processing on a band carrier signal including a component subjected to modulation processing by at least one series of symbol sequences in the plurality of band carrier signals and outputting a demodulation result signal;
A correlation calculation step of calculating a cross-correlation coefficient between a demodulation result signal obtained by the demodulation process and a reference signal indicating one or more predetermined symbols;
While sequentially shifting the evaluation interval from the head position of the carrier signal by a predetermined step width, control is performed to deliver a demodulation result signal corresponding to the signal in the evaluation interval of the carrier signal to the correlation calculation process, and thereby the correlation Based on a history of cross-correlation coefficients obtained in the calculation process, an approximate synchronization search process for searching for an approximate position of an embedded section modulated by a symbol sequence in the carrier signal;
While initially setting the position of the evaluation interval based on the approximate position obtained in the approximate synchronization search process, while sequentially shifting the evaluation interval with a step width smaller than the step width used in the approximate synchronization search process, Control is performed to deliver a demodulation result signal corresponding to the signal in the evaluation interval of the carrier signal to the correlation calculation process, and based on the history of the cross-correlation coefficient obtained in the correlation calculation process, the details of the embedded interval are determined. A detailed synchronous search process for searching for a position is executed.
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