JP2010147919A - Apparatus and program for embedding and extracting electronic watermark information - Google Patents

Apparatus and program for embedding and extracting electronic watermark information Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance robustness with respect to noise or echo in a propagation process, without generating any sense of incompatibility in hearing when propagating a carrier signal as sound, by eliminating the necessity of a source signal for extracting a symbol at a receiving side when transmitting the carrier signal while embedding the symbol therein. <P>SOLUTION: A subcarrier generating section 120 applies band division to a carrier signal and generates subcarriers of a plurality of bands. An embedding section 130 defines a subcarrier in at least a part of the sub carriers of the plurality of bands as a data carrier that is a destination to embed a data symbol sequence, and replacing the phase component of the data carrier with a data symbol modulation signal of a continuous waveform indicating the symbol sequence. A carrier combining section 140 applies band combination to the subcarrier after processing by the embedding section 130 and outputs the subcarrier as a carrier signal in which electronic watermark information has been embedded. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

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を対象とした電子透かし情報の埋め込みおよび抽出を行うための装置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 and program for embedding and extracting digital watermark information for an acoustic signal propagating in the air.

音響信号等のキャリア信号に電子透かし情報を埋め込む技術として、振幅変調方式、位相変調方式、音響OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing;直交周波数分割多重)方式、エコーハイディング方式等の各埋め込み技術がある。振幅変調方式は、キャリア信号を帯域分割したサブキャリアに対し、埋め込み対象である電子透かし情報のシンボル列に応じた振幅変調処理を施すことにより、シンボル列のキャリア信号への埋め込みを行う技術である(例えば特許文献1、2参照)。位相変調方式は、キャリア信号を全域通過フィルタに通し、その際に、全域通過フィルタの周波数位相特性を埋め込み対象であるシンボルに応じて変化させる方式である(例えば特許文献3参照)。音響OFDM方式は、各々オーディオ帯域に属し、かつ、直交関係にある複数のサブキャリア、すなわち、シンボルフレーム長の逆数に相当する周波数間隔を持った各サブキャリアに対し(非特許文献1参照)、埋め込み対象であるシンボル列に応じた変調を施して加算し、この加算後の信号とマスク音等の音響信号とを加算することにより、シンボル列の埋め込まれた音響信号を得る方式である(例えば特許文献4参照)。エコーハイディング方式は、埋め込み対象であるシンボルに応じた時間差を持った2つのインパルス応答をキャリア信号に畳み込むことにより、シンボルに応じた遅延時間を持ったエコー音信号をキャリア信号に重畳させる方式である(例えば特許文献5参照)。
特許第3659321号 特開2006−251676号公報 特開2003−44067号公報 特開2007−104598号公報 特許第3554825号 OFDM/OFDMA教科書、pp.51−55、株式会社インプレスR&D、2008年9月21日発行 マルチレート信号処理とフィルタバンク、科学技術出版、2002年3月10日発行
As techniques for embedding digital watermark information in a carrier signal such as an acoustic signal, there are embedding techniques such as an amplitude modulation method, a phase modulation method, an acoustic OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) method, and an echo hiding method. The amplitude modulation method is a technique for embedding a symbol string in a carrier signal by performing amplitude modulation processing corresponding to a symbol string of digital watermark information to be embedded on subcarriers obtained by dividing a carrier signal into bands. (For example, refer to Patent Documents 1 and 2). The phase modulation method is a method in which a carrier signal is passed through an all-pass filter, and at that time, the frequency phase characteristics of the all-pass filter are changed in accordance with the symbol to be embedded (see, for example, Patent Document 3). The acoustic OFDM scheme is a plurality of subcarriers that belong to an audio band and are orthogonal to each other, that is, each subcarrier having a frequency interval corresponding to the reciprocal of the symbol frame length (see Non-Patent Document 1). This is a method of obtaining an acoustic signal in which a symbol sequence is embedded by adding modulation after performing modulation in accordance with the symbol sequence to be embedded, and adding the added signal and an acoustic signal such as a mask sound (for example, (See Patent Document 4). The echo hiding method is a method in which an echo sound signal having a delay time corresponding to a symbol is superimposed on the carrier signal by convolving two impulse responses having a time difference corresponding to the symbol to be embedded into the carrier signal. Yes (see, for example, Patent Document 5).
Japanese Patent No. 3659321 JP 2006-251676 A JP 2003-44067 A JP 2007-104598 A Japanese Patent No. 3554825 OFDM / OFDMA textbook, pp. 51-55, Impress R & D Co., Ltd., issued on September 21, 2008 Multirate Signal Processing and Filter Bank, Science and Technology Publishing, published March 10, 2002

ところで、振幅変調方式の埋め込み技術は、雑音に対する頑健性が弱いという問題、すなわち、シンボルの埋め込まれたキャリア信号がその伝播過程において雑音に晒されるとき、キャリア信号の受信側においてキャリア信号からシンボルを抽出するのが困難になるという問題があった。また、位相変調方式の埋め込み技術は、雑音に対する頑健性は振幅変調方式よりも優れているものの、シンボルの埋め込まれたキャリア信号の受信側において、シンボルの抽出のために、シンボルの埋め込みに伴うキャリア信号の位相の変化量を求める必要があるため、原信号、すなわち、シンボル埋め込み前のキャリア信号が必要であるという問題があった。また、音響OFDM方式の埋め込み技術では、シンボルに応じた変調のなされた後の各サブキャリアに着目すると、各サブキャリアにおけるシンボル間の区切り位置においてサブキャリアの位相の不連続が生じ、これが聴感上の違和感を発生させる原因となるという問題があった。また、エコーハイディング方式は、キャリア信号が空気中を伝播する過程においてエコーが発生し、このエコーの成分を含んだ状態のキャリア信号が受信されるような場合に、キャリア信号とエコーの成分との位相関係如何によっては、キャリア信号からシンボルを抽出することが困難になるという問題があった。   By the way, the amplitude modulation method embedding technique has a problem that the robustness against noise is weak, that is, when the carrier signal in which the symbol is embedded is exposed to the noise in the propagation process, the symbol from the carrier signal is received on the receiving side of the carrier signal. There was a problem that it was difficult to extract. Although the phase modulation method embedding technique is more robust against noise than the amplitude modulation method, a carrier accompanying symbol embedding is used for symbol extraction on the receiving side of the carrier signal in which the symbol is embedded. Since it is necessary to determine the amount of change in the phase of the signal, there is a problem that the original signal, that is, the carrier signal before symbol embedding is necessary. In addition, in the acoustic OFDM method embedding technique, when attention is paid to each subcarrier after modulation corresponding to a symbol, a discontinuity in the phase of the subcarrier occurs at a delimiter position between symbols in each subcarrier. There was a problem of causing discomfort. In addition, the echo hiding method, when an echo is generated in the process of propagation of the carrier signal in the air, and a carrier signal containing this echo component is received, the carrier signal and the echo component Depending on the phase relationship, it is difficult to extract symbols from the carrier signal.

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、シンボルの埋め込まれたキャリア信号からシンボルを抽出するに当たって原信号が不要であり、シンボルの埋め込まれたキャリア信号を音として伝播させる際に聴感上の違和感を発生させることが少なく、かつ、伝播過程において発生する雑音やエコーに対する頑健性に優れた電子透かし情報の埋め込み伝送技術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. When extracting a symbol from a carrier signal in which a symbol is embedded, an original signal is unnecessary, and the carrier signal in which the symbol is embedded is propagated as sound. It is an object of the present invention to provide a technique for embedding and transmitting digital watermark information that hardly causes a sense of discomfort in the sense of hearing and that is excellent in robustness against noise and echo generated in the propagation process.

この発明は、キャリア信号に帯域分割を施し、複数帯域のサブキャリアを生成するサブキャリア生成手段と、埋め込み対象である電子透かし情報のデータシンボル列を示す連続した波形のデータシンボル用変調信号を生成するデータシンボル用変調信号生成手段と、前記複数帯域のサブキャリアの少なくとも一部の帯域のサブキャリアをデータシンボル列の埋め込み先であるデータキャリアとし、前記データキャリアの位相成分を前記データシンボル用変調信号により置き換える位相変調手段と、前記位相変調手段の処理を経た前記複数帯域のサブキャリアに帯域合成を施し、電子透かし情報の埋め込まれたキャリア信号として出力するキャリア合成手段とを具備することを特徴とする電子透かし情報の埋め込み装置を提供する。
かかる発明によれば、キャリア信号を構成するサブキャリア信号の位相成分を、電子透かし情報のデータシンボル列を示す連続した波形のデータシンボル用変調信号に置き換えて出力するので、シンボルの埋め込まれたキャリア信号からシンボルを抽出するに当たって原信号が不要であり、シンボルの埋め込まれたキャリア信号を音として伝播させる際に聴感上の違和感を発生させることが少なく、かつ、伝播過程において発生する雑音やエコーに対する頑健性を高めることができる。
This invention divides a carrier signal into bands, generates subcarriers of a plurality of bands, and generates a modulated signal for data symbols having a continuous waveform indicating a data symbol string of digital watermark information to be embedded And a data symbol modulation signal generating means, and a subcarrier of at least a part of the plurality of subcarriers of the plurality of bands as a data carrier into which a data symbol sequence is embedded, and a phase component of the data carrier is modulated with the data symbol Phase modulation means for replacing with a signal; and carrier synthesis means for performing band synthesis on the subcarriers of the plurality of bands that have undergone the processing of the phase modulation means and outputting as a carrier signal in which digital watermark information is embedded. An electronic watermark information embedding device is provided.
According to this invention, since the phase component of the subcarrier signal constituting the carrier signal is replaced with the data waveform modulation signal having a continuous waveform indicating the data symbol sequence of the digital watermark information, and output, the carrier in which the symbol is embedded When extracting symbols from the signal, the original signal is unnecessary, and it is less likely to cause a sense of incongruity when propagating the carrier signal in which the symbol is embedded as sound, and against noise and echo generated in the propagation process. Can improve robustness.

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 embedding device 100 that embeds digital watermark information in a carrier signal. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the extraction apparatus 200 according to this embodiment for extracting digital watermark information from the carrier signal in which the digital watermark information is embedded. Note that each of the embedding device 100 and the extraction device 200 may be realized as dedicated hardware for executing processing for embedding digital watermark information in a carrier signal or processing for extracting digital watermark information from a carrier signal, or embedding processing. Or a computer program that causes a computer to execute extraction processing.

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、変調信号生成部110と、サブキャリア生成部120と、埋め込み部130と、キャリア合成部140とを有する。   First, the electronic watermark information embedding device 100 will be described. As illustrated in FIG. 1, the embedding device 100 includes a modulation signal generation unit 110, a subcarrier generation unit 120, an embedding unit 130, and a carrier synthesis unit 140.

変調信号生成部110は、埋め込み対象であるデータシンボル列を示すデータシンボル用変調信号を生成するデータシンボル用変調信号生成部111と、データシンボル列の同期信号であるパイロットシンボル列を示すパイロットシンボル用変調信号を生成するパイロットシンボル用変調信号生成部112とを有する。本実施形態において、1個のデータシンボルを示す1周期分のデータシンボル用変調信号は、Nb個のサンプルからなるサンプル列である。また、本実施形態において、シンボルは2値情報(ビット)である。そして、ビット“0”を示すデータシンボル用変調信号は、下記式(1)に示すNb個のサンプル列Gpm0(n)(n=0〜Nb−1)からなり、ビット“1”を示すデータシンボル用変調信号は、下記式(2)に示すNb個のサンプル列Gpm1(n)(n=0〜Nb−1)からなる。ただし、下記式(1)および(2)において、Apmは、0<Apm<πを満たす数値である。データシンボル用変調信号生成部111は、データシンボル“0”に対応したデータシンボル用変調信号のサンプル列Gpm0(n)(n=0〜Nb−1)とデータシンボル“1”に対応したデータシンボル用変調信号のサンプル列Gpm1(n)(n=0〜Nb−1)とを内蔵のメモリに記憶している。そして、埋め込むべきデータシンボルが“0”であるときは前者のサンプル列Gpm0(n)(n=0〜Nb−1)を、埋め込むべきデータシンボルが“1”であるときは後者のサンプル列Gpm1(n)(n=0〜Nb−1)をメモリから読み出して埋め込み部130に供給する。

Figure 2010147919
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Modulation signal generation section 110 is a data symbol modulation signal generation section 111 that generates a data symbol modulation signal indicating a data symbol string to be embedded, and a pilot symbol that indicates a pilot symbol string that is a synchronization signal of the data symbol string And a pilot symbol modulation signal generation unit 112 for generating a modulation signal. In the present embodiment, the data symbol modulation signal for one period indicating one data symbol is a sample string composed of Nb samples. In the present embodiment, the symbol is binary information (bit). The data symbol modulation signal indicating the bit “0” is composed of Nb sample strings G pm0 (n) (n = 0 to Nb−1) represented by the following formula (1), and indicates the bit “1”. The data symbol modulation signal is composed of Nb sample strings G pm1 (n) (n = 0 to Nb−1) represented by the following equation (2). However, in the following formulas (1) and (2), A pm is a numerical value satisfying 0 <A pm <π. The data symbol modulation signal generation unit 111 includes a data symbol modulation signal sample sequence G pm0 (n) (n = 0 to Nb−1) corresponding to the data symbol “0” and data corresponding to the data symbol “1”. The symbol modulation signal sample string G pm1 (n) (n = 0 to Nb−1) is stored in a built-in memory. When the data symbol to be embedded is “0”, the former sample sequence G pm0 (n) (n = 0 to Nb−1) is used. When the data symbol to be embedded is “1”, the latter sample sequence is used. G pm1 (n) (n = 0 to Nb−1) is read from the memory and supplied to the embedding unit 130.
Figure 2010147919
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パイロットシンボル用変調信号は、データシンボル用変調信号と同じ周期(サンプル数)を持った信号である。例えば上記式(1)に示すサンプル列Gpm0(n)(n=0〜Nb−1)を1周期分のパイロットシンボル用変調信号として用いてもよい。パイロットシンボル用変調信号生成部112は、データシンボル用変調信号生成部111が1個のデータシンボル“0”または“1”に対応したデータシンボル用変調信号のNb個のサンプル列を埋め込み部130に供給するとき、1周期分のパイロットシンボル用変調信号のサンプル列を埋め込み部130に供給する。 The pilot symbol modulation signal is a signal having the same period (number of samples) as the data symbol modulation signal. For example, the sample string G pm0 (n) (n = 0 to Nb−1) shown in the above equation (1) may be used as a pilot symbol modulation signal for one period. The pilot symbol modulation signal generation unit 112 stores in the embedding unit 130 Nb sample sequences of data symbol modulation signals corresponding to one data symbol “0” or “1”. When supplying, a sample string of pilot symbol modulation signals for one period is supplied to the embedding unit 130.

本実施形態において1個のデータシンボルを示す1周期分のデータシンボル用変調信号は、上記式(1)および(2)にも示されるように、1周期内において飛躍のない連続した波形を有する。また、データシンボル“0”を表すものもデータシンボル“1”を表すものも、データシンボルの境界のタイミング(n=0のタイミング)においてデータシンボル用変調信号のサンプル値は0となる。このため、先行するデータシンボルを示す1周期分のデータシンボル用変調信号と後続のデータシンボルを示す1周期分のデータシンボル用変調信号との境界においてもデータシンボル用変調信号の波形は飛躍のない連続したものとなる。従って、電子透かし情報のシンボル列を表すデータシンボル用変調信号の波形は、全区間を通じて連続した波形となる。パイロットシンボル用変調信号も同様である。この点に本実施形態の1つの特徴がある。   In this embodiment, the data symbol modulation signal for one period indicating one data symbol has a continuous waveform without a jump within one period, as shown in the above formulas (1) and (2). . In addition, in both the data symbol “0” and the data symbol “1”, the sample value of the data symbol modulation signal is 0 at the timing of the data symbol boundary (timing of n = 0). Therefore, the waveform of the data symbol modulation signal does not jump even at the boundary between the data symbol modulation signal for one cycle indicating the preceding data symbol and the data symbol modulation signal for one cycle indicating the subsequent data symbol. It will be continuous. Therefore, the waveform of the modulation signal for data symbols representing the symbol string of the digital watermark information is a continuous waveform throughout the entire section. The same applies to the pilot symbol modulation signal. This is one feature of the present embodiment.

サブキャリア生成部120は、音響信号等のキャリア信号をデータシンボル列およびパイロットシンボル列の埋め込み先となる互いに帯域の異なった複数のサブキャリアに分割する手段である。このサブキャリア生成部120から得られる複数のサブキャリアの各々を1シンボルフレームの長さに区切った各区間が1シンボル分のデータシンボルまたはパイロットシンボルの埋め込み先となる。ここで、キャリア信号を複数のサブキャリアに分割するのは、1シンボルフレームの区間内において、データシンボルまたはパイロットシンボルの埋め込み先となる信号数(ここではサブキャリアの数)を増加させ、データレートを向上させるためである。   The subcarrier generation unit 120 is a unit that divides a carrier signal such as an acoustic signal into a plurality of subcarriers with different bands from which data symbols and pilot symbol sequences are embedded. Each section obtained by dividing each of the plurality of subcarriers obtained from the subcarrier generation unit 120 into the length of one symbol frame is a data symbol or pilot symbol embedding destination for one symbol. Here, the carrier signal is divided into a plurality of subcarriers by increasing the number of signals (here, the number of subcarriers) into which data symbols or pilot symbols are embedded within the interval of one symbol frame, and the data rate. It is for improving.

サブキャリア生成部120は、帯域分割部121と、帯域グループ化部122と、データ/パイロットキャリア分離部123とを有する。本実施形態における帯域分割部121は、図3(a)に例示するように、入力されるサンプルをMサンプルに1個の割合で選択して出力する2M個のダウンサンプラ1211(k=0〜M−1)と、その後段の2M個の分析フィルタ1212(k=0〜2M−1)と、行列演算部1213とを有する分析フィルタバンクである。より具体的には、帯域分割部121である分析フィルタバンクは、複素指数変調フィルタバンクであり、余弦変調フィルタバンク(Cosine Modulated Filter Bank:CMFB)と正弦変調フィルタバンク(Sine Modulated Filter Bank:SMFB)とを並列化した機能構成となっている。 The subcarrier generation unit 120 includes a band division unit 121, a band grouping unit 122, and a data / pilot carrier separation unit 123. As illustrated in FIG. 3A, the band dividing unit 121 according to the present embodiment selects 2M downsamplers 1211 k (k = 0) that select and output input samples at a ratio of 1 to M samples. ~ M-1), 2M analysis filters 1212 k (k = 0 to 2M-1) in the subsequent stage, and a matrix operation unit 1213. More specifically, the analysis filter bank which is the band dividing unit 121 is a complex exponential modulation filter bank, which is a cosine modulation filter bank (CMFB) and a sine modulation filter bank (SMFB). It is a functional configuration that has been parallelized.

この複素指数変調フィルタバンクにおける分析フィルタ1212(k=0〜2M−1)の各々は、下記式(3)を満足するプロトタイプフィルタp(n)を下記式(4)に示すように指数変調関数により変調したポリフェ−ズ表現による分析フィルタを実現するものである。ただし、下記式(3)において、n=0〜Nであり、N=2mM−1(mは1以上の整数)である。

Figure 2010147919
Figure 2010147919
Each of the analysis filters 1212 k (k = 0 to 2M−1) in this complex exponential modulation filter bank represents a prototype filter p 0 (n) satisfying the following expression (3) as an exponent as shown in the following expression (4). An analysis filter based on a polyphase expression modulated by a modulation function is realized. However, in following formula (3), it is n = 0-N and is N = 2 mM-1 (m is an integer greater than or equal to 1).
Figure 2010147919
Figure 2010147919

プロトタイプフィルタp(n)は、複素指数変調フィルタの実数部である余弦変調フィルタのプロトタイプフィルタを設計し、この余弦変調フィルタのプロトタイプフィルタを使用する。余弦変調フィルタのプロトタイプフィルタの設計に当たっては、サブキャリアの変調を行った場合に帯域の隣接したサブキャリア間で消去し切れないエイリアジングによる埋め込みシンボルの歪みをできるだけ発生させないように配慮する必要がある。そこで、無変調時において帯域の隣接したサブキャリア間でのエイリアジングを消去するのに有効な擬似QMF(Quadrature Mirror Filter;直交ミラーフィルタ)バンクの設計手法を採用する。具体的には、非特許文献2の第8章の8.2節に記載されているように、下記式(5)に示す評価関数φを最小化するプロトタイプフィルタp(n)を求める。ただし、下記式(5)において0<α<1である。

Figure 2010147919
The prototype filter p 0 (n) designs a prototype filter of a cosine modulation filter that is a real part of a complex exponential modulation filter, and uses the prototype filter of the cosine modulation filter. When designing a prototype filter for a cosine modulation filter, it is necessary to take care not to cause embedded symbol distortion due to aliasing that cannot be completely erased between adjacent subcarriers in the band when subcarrier modulation is performed. . Therefore, a pseudo-QMF (Quadrature Mirror Filter) bank design method that is effective in eliminating aliasing between adjacent subcarriers in a band during no modulation is employed. Specifically, as described in Section 8.2 of Chapter 8 of Non-Patent Document 2, a prototype filter p 0 (n) that minimizes the evaluation function φ shown in the following equation (5) is obtained. However, 0 <α <1 in the following formula (5).
Figure 2010147919

ここで、上記式(5)におけるφおよびφは、下記式(6)および(7)により与えられる。ただし、下記式(6)および(7)において、ε>0であり、P(ejω)はプロトタイプフィルタp(n)の周波数応答であり、p(n)にFFT(Fast Fourier Transform;高速フーリエ変換)を施すことにより得られる。すなわち、プロトタイプフィルタp(n)にFFTを施した結果である周波数応答P(ejω)が上記式(5)の評価関数φを最小化するようにプロトタイプフィルタp(n)の内容を定めるのである。

Figure 2010147919
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Here, φ 1 and φ 2 in the above equation (5) are given by the following equations (6) and (7). However, in the following formulas (6) and (7), ε> 0, P 0 (e ) is the frequency response of the prototype filter p 0 (n), and FFT (Fast Fourier Transform) is applied to p 0 (n). Obtained by applying Fast Fourier Transform). That is, the content of the prototype filter p 0 (n) is such that the frequency response P 0 (e ), which is the result of applying the FFT to the prototype filter p 0 (n), minimizes the evaluation function φ of the above equation (5). It is determined.
Figure 2010147919
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図3(a)において、X(z)はキャリア信号のサンプルx(n)のz変換、z−1は1サンプル遅延、X(z)(k=0〜M−1)はサブキャリアのサンプルのz変換である。また、行列演算部1213は、式(8)に示す要素tknからなる2M×Mの複素値行列{tkn}(k=0〜M−1、n=0〜2M−1)を分析フィルタ1212(k=0〜2M−1)の2M個の出力サンプル列に乗算し、M帯域分のサブキャリアのサンプルXk(z)(k=0〜M−1)を生成するものである。

Figure 2010147919
In FIG. 3A, X (z) is a z-transform of a sample x (n) of a carrier signal, z −1 is a one-sample delay, and X k (z) (k = 0 to M−1) is a subcarrier. Sample z-transform. The matrix calculation unit 1213 analyzes the 2M × M complex value matrix {t kn } (k = 0 to M−1, n = 0 to 2M−1) including the element t kn shown in Expression (8) as an analysis filter. Multiply 2M output sample sequences of 1212 k (k = 0 to 2M−1) to generate subcarrier samples Xk (z) (k = 0 to M−1) for M bands.
Figure 2010147919

図1において、帯域グループ化部122は、以上のようにして帯域分割部121から出力されるM帯域のサブキャリアを各々帯域の近いもの同士の複数のサブキャリアのグループである複数のグループに分ける。これらの複数のグループの各々は、データシンボルの埋め込み先であるデータキャリアのグループまたはパイロットシンボルの埋め込み先であるパイロットキャリアのグループとなる。データシンボルの埋め込み先となるデータキャリアのグループと、このデータシンボルの同期信号としての役割を果たすパイロットシンボルの埋め込み先となるパイロットキャリアのグループは周波数軸上において隣接していることが好ましい。データキャリアのグループとパイロットキャリアのグループとの関係は1対1の関係でなくてもよい。例えば1つのパイロットキャリアのグループを周波数軸上においてその両側にある2つのデータキャリアのグループに対応付け、当該パイロットキャリアのグループに対し、その両側のデータキャリアのグループに埋め込む各データシンボルの同期信号としての役割を果たすパイロットシンボルを埋め込んでもよい。   In FIG. 1, the band grouping unit 122 divides the M-band subcarriers output from the band dividing unit 121 as described above into a plurality of groups that are groups of a plurality of subcarriers having close bands. . Each of the plurality of groups is a data carrier group into which data symbols are embedded or a pilot carrier group into which pilot symbols are embedded. It is preferable that a group of data carriers to be embedded with data symbols and a group of pilot carriers to be embedded with pilot symbols that serve as synchronization signals for the data symbols are adjacent on the frequency axis. The relationship between the data carrier group and the pilot carrier group may not be a one-to-one relationship. For example, one pilot carrier group is associated with two data carrier groups on both sides thereof on the frequency axis, and as a synchronization signal of each data symbol embedded in the data carrier groups on both sides of the pilot carrier group. A pilot symbol that plays the role of

ここで、複数のグループ(データキャリアのグループまたはパイロットキャリアのグループ)の各々の帯域幅は、埋め込み装置100から抽出装置200までの音響信号の伝送過程において発生することが予想される残響のインパルス応答時間長によって決定されることが望ましい。理想的には対をなすデータキャリアのグループとパイロットキャリアのグループの全体としての帯域幅が同応答時間長の逆数に比べて十分に短いという条件が満たされる場合には、データキャリアのグループおよびパイロットキャリアのグループの全帯域内において残響による位相変動が同様であるとみなせる。1つのグループを何個のデータキャリアまたはパイロットキャリアにより構成するかは、この条件を満たす範囲内において決定する。残響のインパルス応答時間長の逆数が短い場合には、1つのグループを1つのデータキャリアまたは1つのパイロットキャリアのみにより構成することもあり得る。   Here, the bandwidth of each of a plurality of groups (a group of data carriers or a group of pilot carriers) is a reverberation impulse response that is expected to occur in the process of transmitting an acoustic signal from the embedding device 100 to the extraction device 200. It is desirable to be determined by the length of time. Ideally, if the total bandwidth of the pair of data carriers and pilot carriers is sufficiently short compared to the reciprocal of the same response time length, the data carrier group and pilot It can be considered that the phase variation due to reverberation is the same in the entire band of the carrier group. The number of data carriers or pilot carriers that constitute one group is determined within a range that satisfies this condition. When the reciprocal of the reverberation impulse response time length is short, one group may be composed of only one data carrier or one pilot carrier.

データ/パイロットキャリア分離部123は、帯域グループ化部122によって分けられた複数のグループをデータキャリアのグループ同士の群とパイロットキャリアのグループ同士の群とに分離する。   The data / pilot carrier separation unit 123 separates the plurality of groups divided by the band grouping unit 122 into a group of data carrier groups and a group of pilot carrier groups.

埋め込み部130は、振幅/位相分離部131と、位相変調部132と、振幅/位相結合部133とを有する。振幅/位相分離部131は、データキャリアのグループ内およびパイロットキャリアのグループ内の各サブキャリアのサンプルを振幅成分と位相成分とに分離する。さらに詳述すると、第k帯域のサブキャリアの時刻nにおけるサンプルの実数部をXkr(n)、虚数部をXki(n)とした場合、振幅/位相分離部131は、下記式(9)によりサンプルの振幅成分A(n)を算出し、下記式(10)によりサンプルの位相成分φ(n)を算出する。

Figure 2010147919
Figure 2010147919
The embedding unit 130 includes an amplitude / phase separation unit 131, a phase modulation unit 132, and an amplitude / phase coupling unit 133. The amplitude / phase separation unit 131 separates the samples of the subcarriers in the data carrier group and the pilot carrier group into amplitude components and phase components. More specifically, when the real part of the sample at the time n of the subcarrier in the k-th band is X kr (n) and the imaginary part is X ki (n), the amplitude / phase separation unit 131 represents the following equation (9 ) To calculate the amplitude component A k (n) of the sample, and calculate the phase component φ k (n) of the sample by the following equation (10).
Figure 2010147919
Figure 2010147919

位相変調部132は、データキャリアのサンプルの位相成分をデータシンボル用変調信号のサンプルにより置き換えるとともに、パイロットキャリアのサンプルの位相成分をパイロットシンボル用変調信号のサンプルにより置き換える。その際に、位相変調部132は、複数のデータキャリアのグループおよび複数のパイロットキャリアのグループの各グループ毎に、当該グループの中央の帯域において関数値が高く、当該グループの上限の帯域および下限の帯域において関数値の低い窓関数を用いて、当該グループ内の各帯域のデータキャリアまたはパイロットキャリアの位相成分と置き換えるデータシンボル用変調信号またはパイロットシンボル用変調信号の振幅を各帯域の関数値により制限する。勿論、1つのグループに1つのデータキャリアまたはパイロットキャリアしか含まれていない場合にはこの窓関数掛けは行わない。   Phase modulation section 132 replaces the phase component of the data carrier sample with the sample of the data symbol modulation signal, and replaces the phase component of the pilot carrier sample with the sample of the pilot symbol modulation signal. At that time, the phase modulation unit 132 has a high function value in the center band of each group of the plurality of data carrier groups and the plurality of pilot carrier groups, and the upper limit band and the lower limit of the group. Using a window function with a low function value in the band, the amplitude of the data symbol modulation signal or pilot symbol modulation signal replaced with the data carrier or pilot carrier phase component of each band in the group is limited by the function value of each band To do. Of course, when only one data carrier or pilot carrier is included in one group, this window function multiplication is not performed.

下記式(11)は、データキャリアの位相成分に関して、位相変調部132が実行する演算処理の内容を示すものである。この式(11)に示すように、各帯域kのデータキャリアに関し、当該帯域kに埋め込むデータシンボルbが“0”である場合には、位相変調部132は、当該帯域kのデータキャリアのサンプルの位相成分φ(n)を、そのときデータシンボル用変調信号生成部111が出力するシンボル“0”に対応したデータシンボル用変調信号のサンプルGpm0(n)に当該帯域kに対応した窓関数値w(k)を乗算したものに置き換える。一方、当該帯域kに埋め込むデータシンボルbが“1”である場合には、当該帯域kのデータキャリアのサンプルの位相成分φ(n)を、そのときデータシンボル用変調信号生成部111が出力するシンボル“1”に対応したデータシンボル用変調信号のサンプルGpm1(n)に当該帯域kに対応した窓関数値w(k)を乗算したものに置き換えるのである。パイロットキャリアのサンプルの位相成分に関しては、パイロット変調用信号のサンプルに当該帯域に対応した窓関数値を乗算したものに置き換える。

Figure 2010147919
The following equation (11) shows the contents of the arithmetic processing executed by the phase modulation unit 132 with respect to the phase component of the data carrier. As shown in this equation (11), when the data symbol b embedded in the band k is “0” with respect to the data carrier in each band k, the phase modulation unit 132 samples the data carrier in the band k. windows of the phase component phi k a (n), corresponding to the band k to the sample G pm0 (n) of the corresponding data symbol modulation signal for the symbol "0" output from that time data symbol for modulation signal generator 111 Replace with the product of the function value w (k). On the other hand, when the data symbol b embedded in the band k is “1”, the phase component φ k (n) of the sample of the data carrier in the band k is output by the data symbol modulation signal generation unit 111 at that time. The data symbol modulation signal sample G pm1 (n) corresponding to the symbol “1” is multiplied by the window function value w (k) corresponding to the band k. The phase component of the pilot carrier sample is replaced with the pilot modulation signal sample multiplied by the window function value corresponding to the band.
Figure 2010147919

このようにデータキャリアまたはパイロットキャリアのグループ毎に当該グループ内の各帯域のデータシンボル用変調信号またはパイロットシンボル用変調信号に窓関数掛けを行うのは、グループの境界付近の帯域においてサブキャリアに位相成分として埋め込むデータシンボル用変調信号またはパイロットシンボル用変調信号の振幅を低下させることにより、帯域間の位相の急激な変化を抑制し、聴感上の違和感が発生するのを防止するためである。   In this way, for each data carrier or pilot carrier group, the data symbol modulation signal or pilot symbol modulation signal in each band within the group is subjected to window function multiplication in the phase near the subcarrier in the band near the group boundary. This is because the amplitude of the data symbol modulation signal or pilot symbol modulation signal embedded as a component is reduced to suppress a sudden change in the phase between the bands and to prevent a sense of incongruity from occurring.

振幅/位相結合部133は、振幅/位相分離部131から出力されたデータキャリアの振幅成分およびパイロットキャリアの振幅成分の各々と、振幅/位相分離部131から出力され、かつ、位相変調部132の処理(データシンボル用変調信号またはパイロットシンボル用変調信号との置き換えおよび窓掛け処理)を経たデータキャリアの位相成分およびパイロットキャリアの位相成分の各々とを結合させ、複素形式のデータキャリアおよびパイロットキャリアを合成する。さらに詳述すると、振幅/位相結合部133は、帯域kのデータキャリアまたはパイロットキャリアのサンプルの振幅成分をA(n)、位相成分をφ(n)とした場合、下記式(12)により帯域kのサブキャリアのサンプルX(n)を算出する。

Figure 2010147919
The amplitude / phase coupling unit 133 outputs each of the amplitude component of the data carrier and the amplitude component of the pilot carrier output from the amplitude / phase separation unit 131, the amplitude / phase separation unit 131, and the phase modulation unit 132. The phase component of the data carrier and the phase component of the pilot carrier that have undergone processing (replacement with the modulation signal for data symbol or pilot symbol modulation and windowing processing) and the phase component of the pilot carrier are combined, and the complex data carrier and pilot carrier are combined. Synthesize. More specifically, when the amplitude component of the data carrier or pilot carrier sample of the band k is A k (n) and the phase component is φ k (n), the amplitude / phase coupling unit 133 is expressed by the following formula (12). To calculate a sample X k (n) of subcarriers in band k.
Figure 2010147919

図4は以上説明したサブキャリア生成部120および埋め込み部130の各部の処理内容を示すものである。図4に示すように、サブキャリア生成部120では、キャリア信号のmMサンプルが与えられる毎に、それまでの最新の2mMサンプルを用いて、一帯域当たりmサンプルのサブキャリアがM帯域分生成され、埋め込み部130の振幅/位相分離部131ではM帯域の各サブキャリアの各サンプルが振幅成分と位相成分とに分離される。そして、位相変調部132では、帯域グループ化の操作が行われた場合には、フレーム長Nbのシンボルフレーム毎に、データキャリアの各グループにおけるデータキャリアのサンプルの位相成分が、埋め込み対象であるシンボルbを示すデータシンボル用変調信号のサンプルに帯域kに応じた窓関数値w(k)を乗算したものに置き換えられ、かつ、パイロットキャリアの各グループにおけるパイロットキャリアのサンプルの位相成分が、パイロットシンボル用変調信号のサンプルに帯域kに応じた窓関数値w(k)を乗算したものに置き換えられる。そして、この位相変調部132の処理を経たデータキャリアのサンプルの位相成分およびパイロットキャリアのサンプルの位相成分と、振幅/位相分離部131から出力されたデータキャリアのサンプルの振幅成分およびパイロットキャリアのサンプルの振幅成分とが各々結合され、複素形式のデータキャリアのサンプルおよびパイロットキャリアのサンプルが得られるのである。   FIG. 4 shows the processing contents of each part of the subcarrier generation unit 120 and the embedding unit 130 described above. As shown in FIG. 4, every time a carrier signal mM sample is given, subcarrier generation section 120 generates m samples of subcarriers for one M band per band using the latest 2 mM sample. The amplitude / phase separation unit 131 of the embedding unit 130 separates each sample of each subcarrier in the M band into an amplitude component and a phase component. When band grouping operation is performed in the phase modulation unit 132, the phase component of the data carrier sample in each group of data carriers is the symbol to be embedded for each symbol frame of the frame length Nb. b is replaced with a sample of the modulation signal for data symbol indicating b and a window function value w (k) corresponding to band k, and the phase component of the pilot carrier sample in each group of pilot carriers is the pilot symbol. This is replaced with a product of the modulation signal sample multiplied by the window function value w (k) corresponding to the band k. Then, the phase component of the data carrier sample and the phase component of the pilot carrier sample that have undergone the processing of the phase modulation unit 132, the amplitude component of the data carrier sample output from the amplitude / phase separation unit 131, and the sample of the pilot carrier Are combined with each other to obtain a complex data carrier sample and a pilot carrier sample.

図1において、キャリア合成部140は、データ/パイロットキャリア合成部141と、帯域グループ分離部142と、帯域合成部143とを有する。ここで、データ/パイロットキャリア合成部141は、振幅/位相結合部133から得られるデータキャリアのグループおよびパイロットキャリアのグループをデータ/パイロットキャリア分離部123の処理を経る前の並び順に並び換える。また、帯域グループ分離部142は、データ/パイロットキャリア合成部141の処理を経たデータキャリアおよびパイロットキャリアを帯域グループ化部122によるグループ化を経る前の並び順に並び替える。そして、帯域合成部143は、帯域グループ分離部142から出力されるM帯域分のサブキャリア(データキャリアおよびパイロットキャリア)の帯域合成を行い、時間領域のキャリア信号に変換する。   In FIG. 1, carrier combining section 140 includes data / pilot carrier combining section 141, band group separation section 142, and band combining section 143. Here, the data / pilot carrier combining unit 141 rearranges the data carrier group and the pilot carrier group obtained from the amplitude / phase coupling unit 133 in the order in which the data / pilot carrier separating unit 123 performs the processing. Band group separation section 142 rearranges the data carriers and pilot carriers that have undergone the processing of data / pilot carrier combining section 141 in the order in which the data carriers and pilot carriers have not been grouped by band grouping section 122. Band combining section 143 performs band combining of subcarriers (data carrier and pilot carrier) for M bands output from band group separation section 142, and converts them into a time domain carrier signal.

本実施形態において、帯域合成部143は、M帯域の合成フィルタバンクである。図3(b)に示すように、この合成フィルタバンクは、行列演算部1431と、2M個の合成フィルタ1432(k=0〜2M−1)と、その後段の2M個のアップサンプラ1433(k=0〜2M−1)とを有する。なお、図3(b)において、X(z)(k=0〜M−1)はサブキャリアのサンプルのz変換、X(z)は帯域合成されたキャリア信号のサンプルx(n)のz変換である。ここで、行列演算部1431は、帯域分割部121の行列演算部1213が用いた行列の転置行列をM帯域のサブキャリアのサンプルに乗算し、2M個のサンプルを生成して合成フィルタ1432(k=0〜2M−1)に供給する。合成フィルタ1432(k=0〜2M−1)は、帯域分割部121の分析フィルタ1212(k=0〜2M−1)と同様なフィルタ処理を各々に与えられるサンプルに施して、アップサンプラ1433(k=0〜2M−1)に出力する。アップサンプラ1433(k=0〜2M−1)は、各々に入力されるサブキャリアの各サンプル間にM−1個の零サンプルを挿入し、サブキャリアのサンプリング周波数をM倍にする。このアップサンプラ1433(k=0〜2M−1)の各出力サンプルを1サンプルずつ位相をずらして加算したものが帯域合成されたキャリア信号となる。
以上が埋め込み装置100の詳細である。
In the present embodiment, the band synthesis unit 143 is an M band synthesis filter bank. As shown in FIG. 3B, this synthesis filter bank includes a matrix operation unit 1431, 2M synthesis filters 1432 k (k = 0 to 2M−1), and 2M up-samplers 1433 k in the subsequent stage. (K = 0 to 2M-1). In FIG. 3B, X k (z) (k = 0 to M−1) is the z-transform of the subcarrier sample, and X (z) is the band-synthesized carrier signal sample x (n). z conversion. Here, the matrix calculation unit 1431 multiplies the M-band subcarrier samples by the transpose matrix of the matrix used by the matrix calculation unit 1213 of the band division unit 121 to generate 2M samples to generate the synthesis filter 1432 k ( k = 0 to 2M-1). The synthesis filter 1432 k (k = 0 to 2M−1) performs the same filter processing as the analysis filter 1212 k (k = 0 to 2M−1) of the band dividing unit 121 on each sample, and the upsampler 1433 k (k = 0 to 2M−1). Up-sampler 1433 k (k = 0 to 2M−1) inserts M−1 zero samples between each sample of subcarriers input thereto, and multiplies the subcarrier sampling frequency by M times. A band-combined carrier signal is obtained by adding the output samples of this upsampler 1433 k (k = 0 to 2M−1) while shifting the phase one sample at a time.
The details of the embedding device 100 have been described above.

次に図2を参照し、電子透かし情報の抽出装置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パイロット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概略的に探索するフェーズである。また、データ抽出フェーズとは、同期探索フェーズにより探索された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 watermark information extraction apparatus 200 will be described with reference to FIG. The operation of the extraction apparatus 200 according to the present embodiment can be broadly divided into a synchronous search phase and a data extraction phase. Here, the synchronization search phase is a phase in which a pilot symbol embedded section in a pilot carrier of a carrier signal, that is, a data symbol embedded section in a data carrier of a carrier signal is roughly searched. The data extraction phase is a phase in which a data symbol sequence is extracted from the embedded section of the data symbol sequence searched in the synchronous search phase. Each unit described below may operate differently in the synchronous search phase and the data extraction phase.

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。例えば音響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(音響信号)は、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。   The buffer 210 is a device that stores a carrier signal in which digital watermark information is embedded. For example, when an acoustic signal is used as a carrier signal, the carrier signal (acoustic signal) in which digital watermark information is embedded by the embedding device 100 described above is emitted into the air as sound and collected by a sound collecting device (not shown), A carrier signal that is a time-series sample of the speech waveform is stored in the buffer 210.

基準信号生成部220は、データシンボル用基準信号生成部221と、パイロットシンボル用基準信号生成部222とを有する。データシンボル用基準信号生成部221は、データシンボル“0”を示すデータシンボル用変調信号と同様な波形のデータシンボル用基準信号の1周期分(Nb個)のサンプル列Gpm0(n)(n=0〜Nb−1)を出力する機能とデータシンボル“1”を示すデータシンボル用変調信号と同様な波形のデータシンボル用基準信号の1周期分(Nb個)のサンプル列Gpm1(n)(n=0〜Nb−1)を出力する機能を有する。また、パイロットシンボル用基準信号生成部222は、埋め込み装置100のパイロットシンボル用変調信号生成部112が出力するパイロットシンボル用変調信号と同様な波形のパイロットシンボル用基準信号の1周期分(Nb個)のサンプル列を出力する機能を有する。 Reference signal generation section 220 includes data symbol reference signal generation section 221 and pilot symbol reference signal generation section 222. The data symbol reference signal generation unit 221 generates a sample string G pm0 (n) (n) for one period (Nb) of data symbol reference signals having the same waveform as the data symbol modulation signal indicating the data symbol “0”. = 0 to Nb-1) and one period (Nb) of the sample string G pm1 (n) of the data symbol reference signal having the same waveform as the data symbol modulation signal indicating the data symbol “1”. It has a function of outputting (n = 0 to Nb-1). Pilot symbol reference signal generation section 222 is equivalent to one period (Nb) of pilot symbol reference signals having the same waveform as the pilot symbol modulation signal output from pilot symbol modulation signal generation section 112 of embedding apparatus 100. Has a function of outputting a sample sequence.

サブキャリア生成部230は、埋め込み装置100のサブキャリア生成部120のものと同様な帯域分割部231と、帯域グループ化部232と、データ/パイロットキャリア分離部233とを有する。このサブキャリア生成部230は、バッファ210から読み出されるキャリア信号をM帯域のサブキャリアに帯域分割し、データキャリアのグループとパイロットキャリアのグループに分けて出力する。   The subcarrier generation unit 230 includes a band division unit 231, a band grouping unit 232, and a data / pilot carrier separation unit 233 similar to those of the subcarrier generation unit 120 of the embedding device 100. The subcarrier generation unit 230 divides the carrier signal read from the buffer 210 into M-band subcarriers, and outputs the subcarriers divided into a data carrier group and a pilot carrier group.

復調処理部240は、振幅/位相分離部241と、位相復調部242とを有する。ここで、振幅/位相分離部241と、埋め込み装置100の振幅/位相分離部131と同様、複素値であるデータキャリアおよびパイロットキャリアの各サンプルを振幅成分と位相成分とに分離する。位相復調部242は、後述するフレーム同期探索部250による制御の下、データキャリアにおけるデータシンボル列の埋め込み区間を探索するための信号処理およびデータシンボル列の抽出に備えて埋め込み区間内のデータキャリアの位相成分を補正する信号処理を行う。   The demodulation processing unit 240 includes an amplitude / phase separation unit 241 and a phase demodulation unit 242. Here, similarly to the amplitude / phase separation unit 241 and the amplitude / phase separation unit 131 of the embedding apparatus 100, each sample of the data carrier and the pilot carrier which are complex values is separated into an amplitude component and a phase component. The phase demodulator 242 controls the data carrier in the embedded section in preparation for signal processing and data symbol sequence extraction for searching for the embedded section of the data symbol sequence in the data carrier under the control of the frame synchronization search section 250 described later. Signal processing for correcting the phase component is performed.

フレーム同期探索部250は、バッファ210に記憶されたキャリア信号の読み出し制御を行うとともに抽出装置200の各部のタイミング制御を行う装置である。このフレーム同期探索部250は、バッファ210にキャリア信号が蓄積されると、同期探索フェーズを実行するための各部の制御を行い、その後、データ抽出フェーズを実行するための各部の制御を行う。   The frame synchronization search unit 250 is a device that performs read control of the carrier signal stored in the buffer 210 and performs timing control of each unit of the extraction device 200. When the carrier signal is accumulated in the buffer 210, the frame synchronization search unit 250 controls each unit for executing the synchronization search phase, and thereafter controls each unit for executing the data extraction phase.

同期探索フェーズにおいて、フレーム同期探索部250は、各パイロットキャリアの位相成分に基づきパイロットシンボル列の埋め込み区間の開始点の概略的な位置を求める概略同期探索処理を実行する。具体的には、図5に示す処理を各帯域のパイロットキャリアの各々について実施する。   In the synchronization search phase, the frame synchronization search unit 250 executes an approximate synchronization search process for obtaining an approximate position of the start point of the embedded section of the pilot symbol sequence based on the phase component of each pilot carrier. Specifically, the process shown in FIG. 5 is performed for each pilot carrier in each band.

図5に示す例では、1つのパイロットキャリア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、パイロットシンボルが埋め込まれているか否かを調べる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正弦波は、パイロットキャリアの位相成分に内在するパイロットシンボル用変調信号波形を例示するものであり、上下方向の破線はパイロットシンボルの境界を例示するものである。   In the example shown in FIG. 5, a stripe indicating one pilot carrier is shown. The solid line that divides the stripes in the vertical direction exemplifies the boundary of the evaluation interval for checking whether or not the pilot symbol is embedded. A sine wave with a broken line in the stripe exemplifies a modulation signal waveform for a pilot symbol inherent in the phase component of the pilot carrier, and a broken line in the vertical direction exemplifies a boundary between pilot symbols.

最初、キャリア信号の先頭位置Bから始まる1シンボルフレーム分の区間(2mML個のサンプルを含む区間)を評価区間として、この評価区間内のキャリア信号をバッファ210から読み出し、サブキャリア生成部230および振幅/位相分離部241に処理させる。そして、振幅/位相分離部241から出力される情報のうちキャリア信号における1つのパイロットキャリアの1シンボルフレーム分のサンプル列(Nb個のサンプル)の位相成分とパイロットシンボル用基準信号生成部222が出力するパイロットシンボル用基準信号のサンプル列(Nb個のサンプル)との相互相関係数を位相復調部242に算出させ、この相互相関係数を蓄積する。 First, an interval of one symbol frame (interval including 2 mM L samples) starting from the leading position B 0 of the carrier signal is used as an evaluation interval, and the carrier signal in this evaluation interval is read from the buffer 210, and the subcarrier generation unit 230 and The amplitude / phase separation unit 241 performs processing. The phase component of the sample sequence (Nb samples) for one symbol frame of one pilot carrier in the carrier signal in the information output from the amplitude / phase separation unit 241 and the pilot symbol reference signal generation unit 222 output The phase demodulator 242 calculates the cross-correlation coefficient with the sample sequence (Nb samples) of the pilot symbol reference signal to be stored, and accumulates the cross-correlation coefficient.

さらに詳述すると、このときパイロットシンボル用基準信号生成部222は、例えば1周期分のパイロットシンボル用基準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各1周期分のパイロットシンボル用基準信号を順次出力する。位相復調部242は、評価区間内のキャリア信号から生成された1つのパイロットキャリアのサンプル列の位相成分と、このパイロットシンボル用基準信号生成部222が順次出力する各パイロットシンボル用基準信号との相互相関係数を各々算出し、フレーム同期探索部250は各相互相関係数を蓄積するのである。   More specifically, at this time, the pilot symbol reference signal generation unit 222 performs, for example, a cyclic shift operation of moving the last sample to the beginning of the sample sequence with respect to the sample sequence of the pilot symbol reference signal for one period. By repeatedly applying, pilot symbol reference signals for each period with the initial phase shifted by one sample are sequentially output. The phase demodulating unit 242 mutually outputs a phase component of a sample sequence of one pilot carrier generated from the carrier signal in the evaluation interval and each pilot symbol reference signal sequentially output by the pilot symbol reference signal generating unit 222. Each correlation coefficient is calculated, and the frame synchronization search unit 250 accumulates each cross-correlation coefficient.

フレーム同期探索部250は、このようにして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、フレーム同期探索部250は、キャリア信号の現在の評価区間内にパイロットシンボル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B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Bにシフトさせる。そして、区切り位置B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 frame synchronization search unit 250 determines whether there is any cross-correlation coefficient accumulated in this way that exceeds a predetermined threshold. If there is no cross-correlation coefficient exceeding a predetermined threshold, the frame synchronization search unit 250 considers that the pilot symbol is not embedded in the current evaluation interval of the carrier signal, and sets the start of the evaluation interval to the current position B. Shift from 0 to the rear delimiter position B 1 by a length corresponding to one symbol frame. Then, it is to repeat the same processing as described above for a new evaluation period beginning with break position B 1.

評価区間がパイロットシンボル列の埋め込み区間から完全に外れている間は、位相復調部242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、フレーム同期探索部250は、評価区間の先頭位置を先頭位置Bから区切り位置Bへ、区切り位置Bから区切り位置Bへ、…という具合に順次後方へシフトしてゆく。 While the evaluation interval is completely outside the pilot symbol sequence embedding interval, the cross-correlation coefficient output from the phase demodulator 242 is substantially 0 (that is, no correlation). the head position of the section from the head position B 0 to the break position B 1, from the break position B 1 to the separated position B 2, ... slide into sequentially shifted to the rear so on.

そして、図5に例示するように、区切り位置Bから始まる区間が評価区間となり、評価区間内にパイロットシンボルの先頭部分が位置するような位相関係になったとき、位相復調部242から得られる相互相関係数が上昇する。そこで、フレーム同期探索部250は、この状態において位相復調部242から得られる相互相関係数の履歴を監視し、相互相関係数がピークとなったときのパイロットシンボル用基準信号の位相遅れ量を求め、区切り位置Bからこの位相遅れ量だけ後の位置をパイロットシンボル列の埋め込み区間の開始位置とする。 Then, as illustrated in FIG. 5, it interval starting at break position B k is the evaluation section, when the head portion of the pilot symbol becomes the phase relation as to be located within the evaluation interval, obtained from the phase demodulation section 242 Cross correlation coefficient increases. Therefore, the frame synchronization search unit 250 monitors the history of the cross-correlation coefficient obtained from the phase demodulation unit 242 in this state, and determines the phase delay amount of the pilot symbol reference signal when the cross-correlation coefficient reaches a peak. determined, the position after the phase delay by the start position of the buried section of the pilot symbol sequence from the separated position B k.

概略同期探索処理では、以上の処理を各帯域のパイロットキャリアについて実施し、パイロットキャリアの帯域毎に埋め込み区間の開始位置を各々求める。図6は、キャリア信号を帯域分割した各サブキャリア位相成分のうちデータキャリアDk(k=1、2、…)の位相成分の波形、パイロットキャリアPk(k=1、2、…)の位相成分の波形を例示するものである。図6に例示するように、抽出装置200側においてキャリア信号を帯域分割することにより得られる各サブキャリアの位相は、帯域に依存して変化する。これは、帯域分割部121における分析フィルタバンクを構成する各分析フィルタおよび帯域合成部143における合成フィルタバンクを構成する各合成フィルタは、直線位相特性を持たないためである(非特許文献2の8.1.4節参照)。そこで、本実施形態では、概略同期探索処理において、図6に例示するように、各帯域のパイロットキャリアについて求めた埋め込み区間の開始位置を平均化し、その結果を全帯域についての埋め込み区間の開始点の概略的な位置とし、この位置から始まる一シンボルフレーム長の各区間Fs0、Fs1、Fs2、…を各シンボルの埋め込み区間と判定する。このように平均化された開始点の位置を概略的な開始点の位置として用いるのは、1つのパイロットキャリアから求めた開始点の位置を全帯域についての埋め込み区間の開始点として用いると、この開始点から大きく外れた位置に開始点のあるデータキャリアからのシンボルの抽出が不正確なものになるからである。 In the approximate synchronization search process, the above process is performed for the pilot carrier of each band, and the start position of the embedded section is obtained for each band of the pilot carrier. FIG. 6 shows the waveform of the phase component of the data carrier Dk (k = 1, 2,...) And the phase component of the pilot carrier Pk (k = 1, 2,...) Among the subcarrier phase components obtained by dividing the carrier signal. This is an example of the waveform. As illustrated in FIG. 6, the phase of each subcarrier obtained by dividing the carrier signal into bands on the extraction device 200 side changes depending on the band. This is because each analysis filter constituting the analysis filter bank in the band dividing unit 121 and each synthesis filter constituting the synthesis filter bank in the band synthesis unit 143 do not have linear phase characteristics (8 of Non-Patent Document 2). (See Section 1.4). Therefore, in this embodiment, as illustrated in FIG. 6, in the approximate synchronization search process, the start positions of the embedded sections obtained for the pilot carriers of each band are averaged, and the result is the start point of the embedded sections for all bands. , And each section F s0 , F s1 , F s2 ,... Of one symbol frame length starting from this position is determined as an embedded section of each symbol. The start point position averaged in this way is used as a rough start point position when the start point position obtained from one pilot carrier is used as the start point of the embedded section for the entire band. This is because symbol extraction from a data carrier having a start point at a position greatly deviated from the start point becomes inaccurate.

次に、データ抽出フェーズにおいて、フレーム同期探索部250は、バッファ210内のキャリア信号のサンプルを、同期探索フェーズにおいて求めたデータシンボル列の埋め込み区間の開始点の概略的な位置から順に読み出し、サブキャリア生成部230および振幅/位相分離部131に処理させる。そして、フレーム同期探索部250による制御の下、位相復調部242は次の処理を実行する。まず、振幅/位相分離部131から得られるパイロットキャリアのグループにおける各パイロットキャリアの各位相成分に埋め込み装置100の位相変調部132が用いるものを同様な窓関数値w(k)を必要に応じて乗算する。そして、フレーム同期位置、すなわち、上述したデータシンボル列の埋め込み区間の開始点の概略的な位置から始まる1シンボルフレーム長間隔で並んだ各位置において、窓関数値乗算後の各位相成分を用いて得られたパイロットキャリアのグループの位相成分のずれを求め、このずれを信号伝送時の残響等による位相変動とする。こうして得られた位相変動分が、対応するデータキャリアのグループの位相変動分に等しいとみなして、対応するデータキャリアのグループの位相変動分を補正する。そして、この補正後のデータキャリアの位相成分をシンボル抽出部260に出力する。   Next, in the data extraction phase, the frame synchronization search unit 250 sequentially reads the sample of the carrier signal in the buffer 210 from the approximate position of the start point of the embedded section of the data symbol sequence obtained in the synchronization search phase. The carrier generator 230 and the amplitude / phase separator 131 are processed. Then, under the control of the frame synchronization search unit 250, the phase demodulation unit 242 executes the following processing. First, the same window function value w (k) used by the phase modulation unit 132 of the embedding device 100 is used for each phase component of each pilot carrier in the pilot carrier group obtained from the amplitude / phase separation unit 131 as necessary. Multiply. Then, using each phase component after multiplication of the window function value at each position arranged at the frame synchronization position, that is, at the position of one symbol frame length starting from the approximate position of the start point of the embedding interval of the data symbol sequence described above. A shift of the phase component of the obtained pilot carrier group is obtained, and this shift is set as a phase fluctuation due to reverberation or the like during signal transmission. The phase fluctuation obtained in this way is regarded as being equal to the phase fluctuation of the corresponding data carrier group, and the phase fluctuation of the corresponding data carrier group is corrected. Then, the phase component of the corrected data carrier is output to the symbol extraction unit 260.

シンボル抽出部260には、データシンボル“0”を示すデータシンボル用基準信号とデータシンボル“1”を示すデータシンボル用基準信号がデータシンボル用基準信号生成部221から供給される。シンボル抽出部260は、1シンボルフレーム分の補正後のデータキャリアの位相成分を位相復調部242から受け取る毎に、その1シンボルフレーム分の位相成分とデータシンボル“0”を示すデータシンボル用基準信号との相互相関係数corr0を算出するとともに、その1シンボルフレーム分の位相成分とデータシンボル“1”を示すデータシンボル用基準信号との相互相関係数corr1を算出する。そして、corr0>corr1であれば、データキャリアに埋め込まれたデータシンボルは“0”、corr0<corr1であれば、データキャリアに埋め込まれたデータシンボルは“1”であると判定し、判定結果に基づき、埋め込まれた電子透かし情報のシンボルを出力する。
以上が本実施形態による抽出装置200の詳細である。
A data symbol reference signal indicating a data symbol “0” and a data symbol reference signal indicating a data symbol “1” are supplied from the data symbol reference signal generation unit 221 to the symbol extraction unit 260. Each time the symbol extraction unit 260 receives the phase component of the corrected data carrier for one symbol frame from the phase demodulation unit 242, the data symbol reference signal indicating the phase component for one symbol frame and the data symbol “0”. And the cross-correlation coefficient corr1 between the phase component for one symbol frame and the data symbol reference signal indicating the data symbol “1”. If corr0> corr1, the data symbol embedded in the data carrier is determined to be “0”, and if corr0 <corr1, the data symbol embedded in the data carrier is determined to be “1”. Based on this, the embedded digital watermark information symbol is output.
The above is the details of the extraction apparatus 200 according to the present embodiment.

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)本実施形態によれば、キャリア信号中のデータキャリアの位相成分をデータシンボル列を示す連続した波形の変調信号により置き換えて伝送するので、キャリア信号からデータシンボルを抽出するに当たって原信号が不要である。また、データシンボル列を示す変調信号はデータキャリアの位相成分としてキャリア信号に埋め込まれるので、キャリア信号の伝播過程において発生する雑音やエコーに対する埋め込みシンボルの頑健性を高めることができる。また、キャリア信号のデータキャリアに位相成分として埋め込まれた変調信号はデータシンボル列全体を通じて連続した波形の信号なので、データシンボルの埋め込まれたキャリア信号を音として伝播させる際に聴感上の違和感を発生させることが少ない。 (1) According to the present embodiment, since the phase component of the data carrier in the carrier signal is replaced with the modulated signal having a continuous waveform indicating the data symbol sequence and transmitted, the original signal is extracted when extracting the data symbol from the carrier signal. It is unnecessary. In addition, since the modulation signal indicating the data symbol sequence is embedded in the carrier signal as the phase component of the data carrier, the robustness of the embedded symbol against noise and echo generated in the carrier signal propagation process can be improved. In addition, since the modulation signal embedded as a phase component in the data carrier of the carrier signal is a signal having a continuous waveform throughout the entire data symbol sequence, a sense of incongruity is generated when propagating the carrier signal embedded with the data symbol as sound There is little to let you.

(2)サブキャリア間の周波数間隔が短い状況では、仮に隣接する帯域の2つのデータキャリアの一方の位相成分がシンボル“0”に対応した正弦波により置き換えられ、他方の位相成分がシンボル“1”に対応した正弦波により置き換えられると、帯域の隣接したデータキャリア間で急激な位相の変化が生じ、聴感上の違和感を生じさせる。しかしながら、本実施形態では、帯域の隣接した複数のサブキャリアをグループ化し、グループ内の複数のサブキャリアの位相成分を同一シンボルに対応した同一の波形の変調信号に置き換えている。従って、同一グループ内では、隣接するサブキャリア間での位相成分の急激な変化が回避される。一方、例えばデータキャリアのグループが2つ隣接しており、高域側のグループにはシンボル“0”が埋め込まれ、低域側のグループにはシンボル“1”が埋め込まれるような場合がある。この場合、何ら策を講じないとすると、高域側のグループの下限の帯域のデータキャリアの位相成分と低域側のグループの上限の帯域のデータキャリアの位相成分との間に急激な位相変化が生じて好ましくない。そこで、本実施形態では、各グループ毎にグループ内の複数のサブキャリアを跨る窓関数を各サブキャリアの位相成分と置き換える変調信号に乗算し、グループ内における各サブキャリア間の位相成分の変化を緩やかなものにしつつ、グループ間の境界付近におけるサブキャリア間の位相成分の変化を抑えている。従って、サブキャリア間の周波数間隔が狭い状況において、キャリア信号が音として出力されたときに聴感上の違和感が生じるのを防止することができる。 (2) In a situation where the frequency interval between subcarriers is short, one phase component of two data carriers in adjacent bands is replaced with a sine wave corresponding to symbol “0”, and the other phase component is symbol “1”. When a sine wave corresponding to "" is replaced, a sudden phase change occurs between adjacent data carriers in the band, causing a sense of incongruity in hearing. However, in the present embodiment, a plurality of subcarriers adjacent to each other in the band are grouped, and the phase components of the plurality of subcarriers in the group are replaced with modulated signals having the same waveform corresponding to the same symbol. Therefore, a sudden change in phase component between adjacent subcarriers is avoided in the same group. On the other hand, for example, two data carrier groups are adjacent to each other, and the symbol “0” is embedded in the high band group, and the symbol “1” is embedded in the low band group. In this case, if no measures are taken, there is a sudden phase change between the phase component of the data carrier in the lower band of the high band group and the phase component of the data carrier in the upper band of the low band group. Is not preferable. Therefore, in this embodiment, for each group, the modulation function that replaces the phase component of each subcarrier with a window function that spans a plurality of subcarriers in the group is multiplied, and the change in the phase component between the subcarriers in the group is calculated. While making it gentle, the change of the phase component between subcarriers near the boundary between groups is suppressed. Therefore, in a situation where the frequency interval between the subcarriers is narrow, it is possible to prevent a sense of incongruity from occurring when the carrier signal is output as sound.

(3)キャリア信号が埋め込み装置100のスピーカ(図示略)から音として放射されるとき、あるいは音であるキャリア信号が壁により反射されるとき、あるいはキャリア信号が抽出装置200のマイクロホン(図示略)により受信されるとき、キャリア信号を構成する各サブキャリアには、帯域毎のスピーカからマイクロフォンまでの伝達関数の位相特性に応じた位相ずれが生じる。しかしながら、本実施形態における埋め込み装置100では、データキャリアと隣接する帯域のサブキャリアをパイロットキャリアとし、このパイロットキャリアの位相成分を、パイロットシンボルを表す正弦波の変調信号に置き換えている。また、本実施形態における抽出装置200では、受信したキャリア信号において、データキャリアに生じている位相ずれは、データキャリアと隣接した帯域のパイロットキャリアに生じている位相ずれと同じであるとみなし、パイロットキャリアの位相成分に基づいてデータキャリアの位相成分の補正を行っている。従って、キャリア信号の伝送過程においてサブキャリアに帯域に依存した位相ずれが発生する状況においても、データキャリアの位相成分に埋め込まれたシンボルを安定して抽出することができる。 (3) When a carrier signal is emitted as a sound from a speaker (not shown) of the embedding device 100, or when a carrier signal that is a sound is reflected by a wall, or when the carrier signal is a microphone (not shown) of the extraction device 200 When receiving the signal, the subcarriers constituting the carrier signal have a phase shift corresponding to the phase characteristic of the transfer function from the speaker to the microphone for each band. However, in embedding device 100 in the present embodiment, a subcarrier in a band adjacent to the data carrier is used as a pilot carrier, and the phase component of this pilot carrier is replaced with a sine wave modulation signal representing a pilot symbol. Further, in the extraction apparatus 200 according to the present embodiment, in the received carrier signal, the phase shift occurring in the data carrier is considered to be the same as the phase shift occurring in the pilot carrier in the band adjacent to the data carrier, and the pilot The phase component of the data carrier is corrected based on the phase component of the carrier. Therefore, even in a situation where a phase shift depending on the band occurs in the subcarrier in the carrier signal transmission process, the symbols embedded in the phase component of the data carrier can be stably extracted.

<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)埋め込み装置100の帯域グループ化部232、帯域グループ分離部142、抽出装置200の帯域グループ化部232を省略し、サブキャリアをグループ化せず、1系統のデータシンボル列を1つのデータキャリアに埋め込み、1系統のパイロットシンボル列を1つのパイロットキャリアに埋め込んで伝送してもよい。 (1) The band grouping unit 232, the band group separation unit 142 of the embedding device 100, and the band grouping unit 232 of the extraction device 200 are omitted, and subcarriers are not grouped, and one system data symbol string is stored as one data. One pilot symbol sequence may be embedded in one pilot carrier and transmitted.

(2)キャリア信号のサンプリング周波数が高いと、シンボルの埋め込みに利用可能な低域のサブキャリアの数が少なくなる。そのため、帯域分割の数Mを大きくして、シンボルの埋め込みに利用可能な低域のサブキャリアの数を増加させる必要がある。しかし、帯域分割の数Mを大きくするためには、プロトタイプフィルタの通過帯域を非常に狭くする必要があり、プロトタイプフィルタの設計が難しくなる。そこで、このような不都合を回避するため、必要に応じてキャリア信号をリサンプルし、サンプリング周波数を低くしてシンボルの埋め込みを行うようにしてもよい。図7はその構成例を示すものである。この構成例では、サンプリング周波数44.1kHzのキャリア信号はHPF311とLPF301により8k〜22.05kHzの高域成分と0〜8kHzの低域成分に分けられる。LPF301を通過した低域成分はダウンサンプラ302によってダウンサンプルされ、上述した埋め込み装置100に供給される。埋め込み装置100は、ダウンサンプラ302を介して与えられるキャリア信号の例えば4k〜8kHzの帯域のサブキャリアにシンボルを埋め込み、帯域合成してキャリア信号を出力する。アップサンプラ303は、このキャリア信号のサンプリング周波数を元のサンプリング周波数44.1kHzに戻す。LPF304は、アップサンプラ303のアップサンプリングによって発生した高域ノイズをキャリア信号から除去する。そして、加算器320は、このLPF304を通過したキャリア信号(0〜8kHz)と、HPF311を通過したキャリア信号の高域成分(8k〜22.05kHz)とを加算し、例えばスピーカから音として出力する。この構成によれば、埋め込み装置100に与えられるキャリア信号のサンプリング周波数が低いため、同埋め込み装置100においてキャリア信号を帯域分割してサブキャリアを生成する際、帯域分割の数Mが小さくても、シンボルの埋め込みに利用可能な低域のサブキャリアの数が多くなるので、プロトタイプフィルタの設計が容易になる。 (2) When the sampling frequency of the carrier signal is high, the number of low-frequency subcarriers available for symbol embedding decreases. Therefore, it is necessary to increase the number M of band divisions to increase the number of low-frequency subcarriers that can be used for symbol embedding. However, in order to increase the number M of band divisions, it is necessary to make the pass band of the prototype filter very narrow, which makes it difficult to design the prototype filter. Therefore, in order to avoid such inconvenience, the carrier signal may be resampled as necessary, and the sampling frequency may be lowered to embed symbols. FIG. 7 shows an example of the configuration. In this configuration example, a carrier signal having a sampling frequency of 44.1 kHz is divided into a high frequency component of 8 k to 22.05 kHz and a low frequency component of 0 to 8 kHz by the HPF 311 and the LPF 301. The low-frequency component that has passed through the LPF 301 is down-sampled by the down-sampler 302 and supplied to the above-described embedding device 100. The embedding device 100 embeds a symbol in a subcarrier in a band of, for example, 4 k to 8 kHz of a carrier signal given via the down sampler 302, synthesizes the band, and outputs a carrier signal. The upsampler 303 returns the sampling frequency of this carrier signal to the original sampling frequency of 44.1 kHz. The LPF 304 removes high-frequency noise generated by upsampling of the upsampler 303 from the carrier signal. Then, the adder 320 adds the carrier signal (0 to 8 kHz) that has passed through the LPF 304 and the high frequency component (8 k to 22.05 kHz) of the carrier signal that has passed through the HPF 311 and outputs the result as, for example, a sound from a speaker. . According to this configuration, since the sampling frequency of the carrier signal given to the embedding device 100 is low, when the carrier signal is band-divided to generate subcarriers in the embedding device 100, even if the number of band divisions M is small, Since the number of low-frequency subcarriers available for symbol embedding increases, the design of the prototype filter is facilitated.

この発明の一実施形態による電子透かし情報の埋め込み装置100の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a digital watermark information embedding device 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 同実施形態による電子透かし情報の抽出装置200の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the electronic watermark information extraction apparatus 200 by the embodiment. 同埋め込み装置100において用いられる分析フィルタバンクと合成フィルタバンクの構成例を示すブロック図である。3 is a block diagram illustrating a configuration example of an analysis filter bank and a synthesis filter bank used in the embedding device 100. FIG. 同埋め込み装置100におけるサブキャリア生成部120および埋め込み部130の処理内容を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating processing contents of a subcarrier generation unit 120 and an embedding unit 130 in the embedding device 100. 同抽出装置200において行われる概略同期探索処理の内容を示す図である。It is a figure which shows the content of the outline synchronous search process performed in the same extracting device 200. 同抽出装置200において帯域分割により得られる各サブキャリアの位相波形を例示する図である。4 is a diagram illustrating a phase waveform of each subcarrier obtained by band division in the extraction apparatus 200. FIG. この発明の他の実施形態による電子透かし情報の埋め込み装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the embedding apparatus of the digital watermark information by other embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100……埋め込み装置、200……抽出装置、110……変調信号生成部、111……データシンボル用変調信号生成部、112……パイロットシンボル用変調信号生成部、120,230……サブキャリア生成部、121,231……帯域分割部、122,232……帯域グループ化部、123,233……データ/パイロットキャリア分離部、130……埋め込み部、131……振幅/位相分離部、132……位相変調部、133……振幅/位相結合部、140……キャリア合成部、141……データ/パイロットキャリア合成部、142……帯域グループ分離部、143……帯域合成部、210……バッファ、220……基準信号生成部、221……データシンボル用基準信号生成部、222……パイロットシンボル用基準信号生成部、240……復調処理部、241……振幅/位相分離部、242……位相復調部、250……フレーム同期探索部、260……シンボル抽出部、301,304……LPF、311……HPF、302……ダウンサンプラ、303……アップサンプラ、320……加算器。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Embedding device, 200 ... Extraction device, 110 ... Modulation signal generation unit, 111 ... Data symbol modulation signal generation unit, 112 ... Pilot symbol modulation signal generation unit, 120, 230 ... Subcarrier generation , 121, 231... Band dividing unit, 122, 232 ... band grouping unit, 123, 233 ... data / pilot carrier separating unit, 130 ... embedding unit, 131 ... amplitude / phase separating unit, 132 ... ... Phase modulation section, 133 ... Amplitude / phase coupling section, 140 ... Carrier combining section, 141 ... Data / pilot carrier combining section, 142 ... Band group separating section, 143 ... Band combining section, 210 ... Buffer , 220... Reference signal generator, 221... Data symbol reference signal generator, 222... Pilot symbol reference signal generator , 240... Demodulation processing unit 241... Amplitude / phase separation unit 242... Phase demodulation unit 250... Frame synchronization search unit 260... Symbol extraction unit 301, 304. , 302 ... down sampler, 303 ... up sampler, 320 ... adder.

Claims (6)

キャリア信号に帯域分割を施し、複数帯域のサブキャリアを生成するサブキャリア生成手段と、
埋め込み対象である電子透かし情報のデータシンボル列を示す連続した波形のデータシンボル用変調信号を生成するデータシンボル用変調信号生成手段と、
前記複数帯域のサブキャリアの少なくとも一部の帯域のサブキャリアをデータシンボル列の埋め込み先であるデータキャリアとし、前記データキャリアの位相成分を前記データシンボル用変調信号により置き換える位相変調手段と、
前記位相変調手段の処理を経た前記複数帯域のサブキャリアに帯域合成を施し、電子透かし情報の埋め込まれたキャリア信号として出力するキャリア合成手段と
を具備することを特徴とする電子透かし情報の埋め込み装置。
Subcarrier generation means for performing band division on the carrier signal and generating subcarriers of a plurality of bands;
Data symbol modulation signal generating means for generating a data waveform modulation signal having a continuous waveform indicating a data symbol sequence of digital watermark information to be embedded;
Phase modulation means for substituting at least a part of the subcarriers of the plurality of bands as a data carrier into which a data symbol sequence is embedded, and replacing the phase component of the data carrier with the modulation signal for data symbols;
A digital watermark information embedding apparatus, comprising: carrier combining means for performing band synthesis on the subcarriers of the plurality of bands that have undergone the processing of the phase modulation means, and outputting the resultant as a carrier signal in which digital watermark information is embedded. .
前記データシンボル列の同期信号であるパイロットシンボル列を示す連続した波形のパイロットシンボル用変調信号を生成するパイロットシンボル用変調信号生成手段をさらに具備し、
前記位相変調手段は、前記複数帯域のサブキャリアの少なくとも一部の帯域のサブキャリアであって、前記データキャリア以外のものをパイロットシンボル列の埋め込み先であるパイロットキャリアとし、前記パイロットキャリアの位相成分を前記パイロットシンボル用変調信号により置き換え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埋め込み装置。
Further comprising pilot symbol modulation signal generating means for generating a pilot symbol modulation signal having a continuous waveform indicating a pilot symbol sequence which is a synchronization signal of the data symbol sequence;
The phase modulation means is a subcarrier of at least a part of the subcarriers of the plurality of bands, and other than the data carrier is a pilot carrier into which a pilot symbol string is embedded, and the phase component of the pilot carrier The digital watermark information embedding apparatus according to claim 1, wherein: is replaced by the pilot symbol modulation signal.
前記位相変調手段は、前記複数帯域のサブキャリアを各々帯域の近いもの同士のグループからなる複数のデータキャリアのグループおよび複数のパイロットキャリアのグループに分け、前記複数のデータキャリアのグループ内の全てのデータキャリアの位相成分を前記データシンボル用変調信号により置き換えるとともに、前記複数のパイロットキャリアのグループ内の全てのパイロットキャリアの位相成分を前記パイロットシンボル用変調信号により置き換え、かつ、その際に、前記複数のデータキャリアのグループおよび前記複数のパイロットキャリアのグループの各グループ毎に、当該グループの中央の帯域において関数値が高く、当該グループの上限の帯域および下限の帯域において関数値の低い窓関数を用いて、当該グループ内の各帯域のデータキャリアまたはパイロットキャリアの位相成分と置き換えるデータシンボル用変調信号またはパイロットシンボル用変調信号の振幅を各帯域の関数値により制限することを特徴とする請求項2に記載の電子透かし情報の埋め込み装置。   The phase modulation means divides the sub-carriers of the plurality of bands into a plurality of data carrier groups and a plurality of pilot carrier groups each composed of a group having a close band, and all of the sub-carriers in the plurality of data carrier groups The phase component of the data carrier is replaced with the data symbol modulation signal, and the phase components of all pilot carriers in the plurality of pilot carrier groups are replaced with the pilot symbol modulation signal. A window function having a high function value in the center band of the group and a low function value in the upper limit band and the lower limit band of each group of the data carrier group and the plurality of pilot carrier groups is used. Within the group 3. The digital watermark information embedding according to claim 2, wherein the amplitude of the data symbol modulation signal or pilot symbol modulation signal to be replaced with the phase component of the band data carrier or pilot carrier is limited by a function value of each band. apparatus. キャリア信号を受け取って帯域分割を施し、複数帯域のサブキャリアを出力する帯域分割手段と、
前記複数帯域のサブキャリアの中から電子透かし情報のデータシンボル列の埋め込み先であるデータキャリアと同期信号であるパイロットシンボル列の埋め込み先であるパイロットキャリアとを特定し、前記データキャリアの位相成分と前記パイロットキャリアの位相成分を抽出し、前記パイロットキャリアの位相成分により前記データキャリアの位相成分を補正して出力する復調処理手段と、
前記復調処理手段から出力される補正後のデータキャリアの位相成分と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し、算出した相互相関係数に基づいて前記データキャリアに位相成分として埋め込まれた電子透かし情報のシンボルを判定するシンボル抽出手段と
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。
Band dividing means for receiving a carrier signal, performing band division, and outputting subcarriers of a plurality of bands;
A data carrier that is an embedding destination of a data symbol sequence of digital watermark information and a pilot carrier that is an embedding destination of a pilot symbol sequence that is a synchronization signal are identified from the subcarriers of the plurality of bands, and the phase component of the data carrier Demodulation processing means for extracting the phase component of the pilot carrier, correcting the phase component of the data carrier with the phase component of the pilot carrier, and outputting the corrected phase component;
A cross-correlation coefficient between the phase component of the corrected data carrier output from the demodulation processing unit and a reference signal indicating a predetermined symbol is calculated, and the data carrier is used as a phase component based on the calculated cross-correlation coefficient An apparatus for extracting digital watermark information, comprising: symbol extraction means for determining a symbol of embedded digital watermark information.
コンピュータを、
キャリア信号に帯域分割を施し、複数帯域のサブキャリアを生成するサブキャリア生成手段と、
埋め込み対象である電子透かし情報のデータシンボル列を示す連続した波形のデータシンボル用変調信号を生成するデータシンボル用変調信号生成手段と、
前記複数帯域のサブキャリアの少なくとも一部の帯域のサブキャリアをデータシンボル列の埋め込み先であるデータキャリアとし、前記データキャリアの位相成分を前記データシンボル用変調信号により置き換える位相変調手段と、
前記位相変調手段の処理を経た前記複数帯域のサブキャリアに帯域合成を施し、電子透かし情報の埋め込まれたキャリア信号として出力するキャリア合成手段と
して機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
Computer
Subcarrier generation means for performing band division on the carrier signal and generating subcarriers of a plurality of bands;
Data symbol modulation signal generating means for generating a data waveform modulation signal having a continuous waveform indicating a data symbol sequence of digital watermark information to be embedded;
Phase modulation means for substituting at least a part of the subcarriers of the plurality of bands as a data carrier into which a data symbol sequence is embedded, and replacing the phase component of the data carrier with the modulation signal for data symbols;
A computer program that performs band synthesis on the subcarriers of the plurality of bands that have undergone the processing of the phase modulation unit, and functions as carrier synthesis unit that outputs a carrier signal in which digital watermark information is embedded.
コンピュータを、
キャリア信号を受け取って帯域分割を施し、複数帯域のサブキャリアを出力する帯域分割手段と、
前記複数のサブキャリアの中から電子透かし情報のデータシンボル列の埋め込み先であるデータキャリアと同期信号であるパイロットシンボル列の埋め込み先であるパイロットキャリアとを特定し、前記データキャリアの位相成分と前記パイロットキャリアの位相成分とを抽出し、前記パイロットキャリアの位相成分により前記データキャリアの位相成分を補正して出力する復調処理手段と、
前記復調処理手段から出力される補正後のデータキャリアの位相成分と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し、算出した相互相関係数に基づいて前記データキャリアに位相成分として埋め込まれた電子透かし情報のシンボルを判定するシンボル抽出手段と
して機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
Computer
Band dividing means for receiving a carrier signal, performing band division, and outputting subcarriers of a plurality of bands;
A data carrier that is an embedding destination of a data symbol sequence of digital watermark information and a pilot carrier that is an embedding destination of a pilot symbol sequence that is a synchronization signal are identified from among the plurality of subcarriers, and the phase component of the data carrier and the A demodulation processing means for extracting a phase component of the pilot carrier, correcting the phase component of the data carrier by the phase component of the pilot carrier, and outputting the corrected phase component;
A cross-correlation coefficient between the phase component of the corrected data carrier output from the demodulation processing unit and a reference signal indicating a predetermined symbol is calculated, and the data carrier is used as a phase component based on the calculated cross-correlation coefficient A computer program that functions as symbol extraction means for determining a symbol of embedded digital watermark information.
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