JP2011091808A - デジタル信号の保護を容易にする方法 - Google Patents

Abstract

【課題】透かし手法において、誤った警報とミスとの発生確率を最小限に抑える。
【解決手段】非局所的ＱＩＭ透かし入れアーキテクチャ１００は、元のコンテンツを生成し、ネットワーク１２４上でコンテンツをクライアント１２６に配布するコンテンツプロデューサ／プロバイダ１２２を持つ。コンテンツプロデューサ１２２は、透かしエンコーディングシステム１３２を備え、コンテンツをオリジナルであると一意に識別する透かしのサインをデジタル信号に入れる。透かしエンコーディングシステム１３２は、透かしをコンテンツストレージ１３０からのデジタル信号に適用する。通常、透かしによりコンテンツプロデューサ１２２を識別し、信号に埋め込まれ、きれいに除去することはできない署名を実現する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブラインド透かしのための堅牢な非局所的特性の導出と量子化の方法に関する。より詳しくは、一般に、デジタルグッズ（ｄｉｇｉｔａｌ ｇｏｏｄ）にブラインド透かし（Ｂｌｉｎｄ Ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ）を入れるために、堅牢な非局所的特性を導出し、そのような特性を量子化するための技術に関する。

「デジタルグッズ」とは、電子的に格納または送信されるコンテンツを示す総称である。デジタルグッズの例としては、画像、オーディオクリップ、ビデオ、デジタルフィルム、マルチメディア、ソフトウェア、およびデータがある。デジタルグッズは、「デジタル信号」、「コンテンツ信号」、「デジタルビットストリーム」、「メディア信号」、「デジタルオブジェクト」、「オブジェクト」などとも呼ばれる。

デジタルグッズは、多くの場合、イントラネットやインターネットなど、プライベートネットワークおよびパブリックネットワークを介して消費者に配布される。さらに、デジタルグッズは、コンパクトディスク（ＣＤ−ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、ソフト磁気ディスケット、またはハード磁気ディスク（たとえば、あらかじめ装着されているハードドライブ）などの固定されたコンピュータ読み取り可能媒体を介して消費者に配布される。

残念なことに、デジタルグッズの純粋なデジタルコンテンツは比較的容易に盗用され、コンテンツ作成者、発行者、開発者、配布者などを含むコンテンツ所有者は出費と損害を被る。コンテンツを制作し、配布するコンテンツベースの産業（たとえば、娯楽、音楽、映画など）はデジタル盗用による減収に悩まされている。

現代の「デジタル海賊」は、実際に、コンテンツ所有者から正当な報酬を奪っている。技術によってコンテンツ所有者の権利を保護するメカニズムを実現しない限り、創造的なコミュニティおよび文化は衰退する。

透かし
透かしは、デジタルグッズのコンテンツ所有者の権利（つまりデジタルグッズ）を保護する最も有望な手法の１つである。一般に、透かしとは、知覚的特性が保存されるようにデジタルグッズを改変するプロセスのことである。より具体的には、「透かし」とは、コンテンツ所有者および／または保護された権利を識別するために使用できるデジタルグッズに挿入するビットのパターンである。

透かしは、人間や統計分析ツールからまったく見えない、あるいはより正確には、感知できないように設計されている。透かしの入っている信号は、元の信号と知覚的に同一であることが理想である。

透かし埋め込み器（ｗａｔｅｒｍａｒｋ ｅｍｂｅｄｄｅｒ）（つまり、エンコーダ）が、透かしをデジタルグッズに埋め込む。通常、秘密鍵を使用して透かしを埋め込む。透かし検出器（つまり、デコーダ）が、透かしの入っているデジタルグッズから透かしを抽出する。

ブラインド透かし
透かしを検出するために、ある種の透かし手法では、元のマークが付いてないデジタルグッズまたはマークが付いているデジタルグッズの素の標本へのアクセスが必要なものもある。もちろん、透かし検出器が公開されていると、これらの手法は望ましいものではない。公開されていると、悪意ある攻撃者が元のマークが付いてないデジタルグッズまたはマークが付いているデジタルグッズの素の標本にアクセスできる可能性がある。その結果、これらの種類の手法は、公開されている検出器には使用されない。

別法として、透かし手法は「ブラインド」である。つまり、元のマークが付いてないデジタルグッズまたはマークが付いているデジタルグッズの素の標本へのアクセスが必要ないということである。もちろん、透かし検出器が公開されていると、これらの「ブラインド」透かし手法は望ましいものではない。

堅牢性
検出前に、透かしの入っている信号はユーザや配布環境によりさまざまな変更が加えられる可能性がある。こうした変更には、ノイズや歪みなどの意図しない修正が含まれることがある。さらに、マークが付けられている信号は、多くの場合、透かしの検出を無効にすることを特に目指す悪意ある攻撃者の対象となる。

透かし手法では、知覚的に同じ品質である信号が得られる限り修正および攻撃に耐える検出可能な透かしを埋め込むのが理想的である。修正および攻撃に耐える透かし手法は「堅牢」であると呼ぶことができる。このような手法の側面が「堅牢」と呼ばれるのは、そのような抵抗を高める場合である。

一般的に言って、透かしシステムは、意図しないノイズが信号に入り込むのに対処できる十分な堅牢性を備えているべきである（このようなノイズは、Ａ／ＤおよびＤ／Ａ変換、圧縮／展開、送信時のデータ破損などで入り込むことがある）。

さらに、透かしシステムは、透かしの故意の悪意ある検出、改変、および／または削除を回避できる十分な堅牢性と秘密性を備えているべきである。このような攻撃では、特定の透かしが知られていたり検出されたりしない（が、存在すると想定した）「ショットガン」方式を使用したり、特定の透かしを攻撃する「シャープシューター」方式を使用することがある。

このような堅牢性問題は、相当注目を集めていた。一般に、既存の堅牢な透かし手法は、スペクトル拡散と量子化インデックス変調（ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）（ＱＩＭ）という２つのカテゴリに分けられる。

スペクトル拡散タイプの手法では、透かしによりホストデータへの修正にインデックスが付けられる。ホストデータは、元のマークの付けられていないデジタル信号（つまり、ホスト信号）のデータである。代表的なスペクトル拡散透かし技術では、信号を少し変化させる（たとえば、＋Δまたは＋Δからなる透かしの疑似ランダムシーケンスを追加する）ことにより透かしの各ビット（たとえば、０と１）を信号に埋め込む。

量子化インデックス変調（ＱＩＭ）では、修正したホストデータのインデックス付けにより透かしを埋め込む。修正されたホストデータは、マークの付けられているデジタル信号（つまり、マークが付けられたホスト信号）のデータである。以下ではこれについて詳述する。

当業者であれば、従来の技術および、透かし、透かし埋め込み、および透かし検出と関連する技術を熟知している。さらに、当業者であれば、マークが付けられた信号に変更が加えられた後、適切な透かし検出と関連して生じる典型的な問題（たとえば、意図しないノイズおよび悪意のある攻撃）を熟知している。

透かし技術の要件
透かし技術は、コンテンツ発行者の著作権の保護を促進する非常に望ましい目標（つまり、要件）をいくつか持つ。以下に、そのような目標のいくつかを列挙する。

知覚的不可視性：埋め込まれた情報は、その結果の透かしマーク入り信号の信号品質に知覚できる変化を引き起こすべきではない。知覚的不可視性のテスト（ｔｅｓｔ ｏｆ ｐｅｒｃｅｐｔｕａｌ ｉｎｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ）を、「ゴールデン・アイ・アンド・イヤー（ｇｏｌｄｅｎ ｅｙｅｓ ａｎｄ ｅａｒｓ）」テストと呼ぶことが多い。

統計的不可視性：埋め込まれた情報は、透かしを検出または除去しようとする網羅的、発見的、または確率論的ないかなる試みについても定量的に感知されうるべきではない。このような攻撃を加えて成功させる試みが、公開されているコンピュータシステムの計算能力を十分超えた複雑さを持つものでなければならない。ここでは、統計的不可視性は、知覚的不可視性に明示的に含まれる。

改竄防止：透かしを除去しようとする試みがあると、聴覚しきい値を十分超えるデジタルグッズの値を損なうようでなければならない。

コスト：システムは、プログラム可能なプラットフォームおよびアプリケーション固有のプラットフォームの両方に対しライセンスも実施も安価でなければならない。

オリジナルの非開示：透かしおよび検出プロトコルは、現場および法廷の両方でデジタルグッズのコンテンツ著作権を提供するプロセスが元の記録の使用を伴わないようなものでなければならない。

強制および柔軟性：透かし手法は、強力で否定できない著作権証明を提供しなければならない。同様に、ある範囲の保護レベルを使用可能にすべきであり、これは、可変のデジタルグッズの表示および圧縮標準に対応する。

よくある攻撃への反発力：強力なデジタルグッズ編集ツールが公開されていると、透かしおよび検出プロセスはそのようなコンソールから生じる攻撃に対して障害許容力があるという条件が加わる。

誤った警報およびミス：透かし手法を開発するときに、誤った警報を発生する可能性が高まるようにしたくない。つまり、透かしが検出されたが何も存在していないという場合である。これは、発生しなかった犯罪の証拠を見つけるようなものである。誰かが不正動作を誤って告訴される可能性がある。

誤った警報の発生確率が高まると、透かし手法の信頼性が減じる。たとえば、人々は車両盗難防止警報器の警報を無視することが多いが、それは実際の車両盗難ではなく間違った警報であることが少なからずあることを知っているからである。同様に、ミスの確率を高めたくない。これは、信号の透かしが適切に検出されない場合である。これは、犯罪現場で重要な証拠を見逃すようなものである。このため、不正動作がまったく適切に調査されないことがある。ミスの発生確率が高まると、透かし手法の信頼性が減じる。

誤った警報およびミスの発生確率が０であるのが理想である。実際には、それらの間で妥協することが多い。通常、一方の確率が減少すると他方の確率が増大する。たとえば、誤った警報の発生確率が減じると、ミスの確率が高まる。したがって、それらの間の適切なバランスを見つけながら両方を最小限に抑える透かし手法が必要とされる。

量子化インデックス変調（ＱＩＭ）
そのために、透かし埋め込みの際に信号（たとえば、ホストデータ）にインデックスを付けて透かしを埋め込む方法を提案するものもある。この手法は、量子化インデックス変調（ＱＩＭ）と呼ばれており、これについてすでに簡単に説明している。

一般に、量子化とは、大きさまたは量の可能な値を値の離散集合に制限することを意味する。量子化は、非離散（たとえば、アナログまたは連続）値から離散値への変換として考えられる。それとは別に、これは、スケールが異なる離散値間の変換とすることができる。量子化は、丸めまたは切り捨てにより数学的に遂行できる。代表的なＱＩＭは、最初に埋め込まれている情報でインデックスまたはインデックス列を変調し、次に、ホスト信号を関連する量子化器または量子化器の列で量子化する。量子化器は、不連続な近似的恒等機能のクラスである。

このようなＱＩＭ手法の主要な提案者は、Ｂｒｉａｎ ＣｈｅｎおよびＧｒｅｇｏｒｙ Ｗ．Ｗｏｒｎｅｌｌ（つまり、Ｃｈｅｎ−Ｗｏｒｎｅｌｌ）である。つまり、「埋め込まれた情報でディザ信号を変調し、関連するディザ量子化器でホスト信号を量子化するディザ変調」（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｉｎｆｏｒｍ．ＴｈｅｏｒｙのＣｈｅｎ−Ｗｏｒｎｅｌｌの記事の要約から）が提案されている。

Ｃｈｅｎ−Ｗｏｒｎｅｌｌの提案およびＱＩＭに関する詳細については、以下の文書を参照されたい。
・Ｂ．ＣｈｅｎおよびＧ．Ｗ．Ｗｏｒｎｅｌｌ著「ディザ変調を使用するデジタル透かし技術と情報埋め込み」Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、Ｒｅｄｏｎｄｏ Ｂｅａｃｈ、ＣＡ、ｐｐ．２７３−２７８、１９９８年１２月
・Ｂ．ＣｈｅｎおよびＧ．Ｗ．Ｗｏｒｎｅｌｌ著「ディザ変調：デジタル透かし技術と情報埋め込みの新しい方式」Ｐｒｏｃ．ｏｆ ＳＰＩＥ：Ｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｎｄ Ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｃｏｎｔｅｎｔｓ、ｖｏｌ．３６５７、ｐｐ．３４２−３５３、１９９９年
・Ｂ．ＣｈｅｎおよびＧ．Ｗ．Ｗｏｒｎｅｌｌ著「量子化インデックス変調：デジタル透かし技術と情報埋め込みの適切さが実証可能な方法のあるクラス」ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｉｎｆｏｒｍ．Ｔｈｅｏｒｙ、１９９９年および２０００年
従来のＱＩＭの制限
しかし、従来のＱＩＭの重要な問題として、攻撃と歪みを受けやすいという点がある。従来のＱＩＭは、信号の特定の表現（たとえば、時間領域や周波数領域で）に関して局所的特性に依存する。量子化するために、従来のＱＩＭは信号の表現の「個別係数」の値にのみ依存する。このような「個別係数」の例として、画像の個別ピクセルの色がある。

量子化する際に、「個別係数」の局所的特性のみが考慮される。これらの局所的特性は、個別ビット（たとえば、ピクセル）の値（たとえば、色、振幅）および相対的位置決め（たとえば、時間領域および／または周波数領域の位置決め）を含むことができる。

修正−攻撃あるいはある種の意図しないノイズから生じる−は信号の局所的特性をきわめて劇的に変化させる場合がある。たとえば。これらの修正は、ピクセルの色やサウンドのビットの振幅に対し劇的な影響を及ぼすことがある。ただし、このような修正は、信号の非局所的特性にはほとんど影響を与えない。

そこで、誤った警報の発生確率を最小限に抑えることと、ミスの発生確率を最小限に抑えることとの適切なバランスをとるために、ＱＩＭ透かし手法のような、新しい、堅牢な透かし手法が必要である。しかし、信号内の局所的特性に対して攻撃および歪みの影響をあまり受けない手法が必要である。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、誤った警報の発生確率とミスの発生確率を最小限に抑えることが可能な、ブラインド透かしのための堅牢な非局所的特性の導出と量子化の方法を提供することにある。

本明細書では、デジタルグッズにブラインド透かしを入れるために、堅牢な非局所的特性を導出し、そのような特性を量子化するための技術について説明する。

この技術では、誤った警報（つまり、存在しない透かしを検出する）の発生確率を最小限に抑えることと、ミス（つまり、既存の透かしを検出できない）の発生確率を最小限に抑えることとの適切なバランスを取る。可能な手法の１つに、量子化インデックス変調（ＱＩＭ）透かしがある。しかし、従来のＱＩＭは、デジタルグッズの局所的特性に対する攻撃および歪みの影響を受けやすい。

本明細書で説明している技術は、デジタルグッズの非局所的特性に基づいてＱＩＭを実行する。非局所的特性は、デジタルグッズの個別部分（たとえば、ピクセル）のグループの統計量（たとえば、平均値、中央値）を含むことができる。

この概要自体に、特許請求の範囲を制限する意図はない。さらに、発明の名称に、特許請求の範囲を制限する意図はない。本発明をよく理解できるように、添付図面とともに、以下の詳細な説明および特許請求の範囲の請求項を参照されたい。本発明の範囲は、特許請求の範囲の請求項の中で指摘されている。

本発明によれば、透かし手法において誤った警報の発生確率とミスの発生確率を最小限に抑えることが可能となる。

本発明の実施形態の透かしアーキテクチャを示す概略ブロック図である。 本発明の実施形態の透かし埋め込みシステム例を示す概略ブロック図である。 本発明の実施形態の透かし埋め込み例の方法論的実施を図解した流れ図である。 本発明の実施形態の透かし検出システム例を示す概略ブロック図である。 本発明の実施形態の透かし検出例の方法論的実施を図解した流れ図である。 本発明の実施形態を（全部または部分的に）実施することができるコンピューティング操作環境の例を示す図である。

図面全体を通して類似の要素および特徴を参照するのに同じ番号を使用している。以下の説明では、説明のため本発明の実施形態を完全に理解できるように特定の番号、資料、および構成を定めている。ただし、当業者であれば、こうした具体的内容がなくても本発明を実践できることは明白であろう。他の場合には、本発明の実施形態の説明を明確にし、本発明の説明をしやすくするために、よく知られている特徴については省くか、または簡素化している。さらに、理解を容易にするため、いくつかの方法ステップを別個のステップとして示しているが、これらの別個に示したステップは、実施に際して必ず順序に依存するものとして解釈すべきではない。

以下の説明では、特許請求の範囲で説明している要素を組み込んでいる、ブラインド透かし技術の堅牢な非局所的特性の導出と量子化の、１つまたは複数の実施形態を規定している。これらの実施については、法令に定められた書面による説明、実施可能性、およびベストモード要件を満たすように具体的に説明する。しかし、この説明自体に、特許請求の範囲を制限する意図はない。

発明者は、これらの実施形態が例であることを意図している。発明者は、これらの実施形態が本発明の特許請求の範囲を制限することを意図していない。むしろ、発明者は、本発明の特許請求の範囲がさらに、他の現在の技術または将来の技術とともに、他の方法で具現化され実施される可能性があると考えている。

ブラインド透かしの堅牢な非局所的特性の導出と量子化の実施形態を「非局所的ＱＩＭ透かしの例」と呼ぶ。

参照による取り込み
以下の同時係属出願は参照により本明細書に取り込まれる（すべてＭｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡されている）。
・１９９９年９月７日出願の「画像に透かしを入れる手法とその結果得られる透かしの入っている画像」という表題の米国特許出願第０９／３９０２７１号 ・１９９９年９月７日出願の「マークされた画像内の透かしを検出する手法」という表題の米国特許出願第０９／３９０２７２号
・２０００年７月１２日出願の「改良された秘密オーディオ透かし」という表題の米国特許出願第０９／６１４６６０号
・１９９９年５月２２日出願の「二重透かしによるオーディオ透かし」という表題の米国特許出願第０９／３１６８９９号
序論
ここで説明する、本実施形態の１つまたは複数の実施の例は、図１の非局所的ＱＩＭ透かしアーキテクチャ１００および／または図６に示されているようなコンピューティング環境により（全部または一部）実施できる。

総体的に、非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置（ｎｏｎ−ｌｏｃａｌ ＱＩＭ ｗａｔｅｒｍａｒｋｅｒ）例は、デジタルグッズの堅牢な非局所的特性を導出する。これはデジタルグッズのブラインド透かしのそのような特性を量子化する。

非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置は、誤った警報（つまり、存在しない透かしを検出する）の発生確率と、ミス（つまり、既存の透かしを検出できない）の発生確率を最小限に抑える。これは、量子化インデックス変調（ＱＩＭ）透かしを使って実施する。しかし、従来のＱＩＭ手法は、デジタルグッズの局所的特性に対する攻撃および歪みの影響を受けやすいため、この手法は採用しない。

局所的特性
従来のＱＩＭは、信号（つまり、デジタルグッズ）内の局所的特性に依存する。量子化するために、従来のＱＩＭはホスト信号の「個別要素」の値にのみ依存する。量子化する際に、「個別要素」の局所的特性のみが考慮される。これらの局所的特性は、個別ビット（たとえば、ピクセル）の値（たとえば、色、振幅）および相対的位置決め（たとえば、時間領域および／または周波数領域の位置決め）を含むことができる。

修正−攻撃あるいは意図しないノイズから生じる−は信号の局所的特性をきわめて劇的に変化させる場合がある。たとえば、これらの修正は、ピクセルの色やサウンドのビットの振幅に対し劇的な影響を及ぼすことがある。ただし、このような修正は、信号の非局所的特性にはほとんど影響を与えない。

非局所的特性
非局所的特性は、個別要素のグループまたは集合の一般的特性を表す。このようなグループをセグメントと呼ぶ。非局所的特性は、個別要素の個別局所的特性を表さず、むしろ、グループ（たとえば、セグメント）を全体として表す。

非局所的特性は、グループの数学的または統計的な表現により決定できる。たとえば、これはグループ内のすべてのピクセルの色値の平均値とすることができる。したがって、このような非局所的特性は「統計的特性」とも呼ばれる。局所的特性は、与えられたカテゴリについて値が固定されているため統計的特性を持たない。したがって、単一の値から統計量は導出されない。

非局所的特性は局所的特性ではない。大域的特性でもない。むしろ、その中間である。したがって、これは「半大域的」特性と呼ぶこともできる。

概要
元のマークなしのデジタルグッズが与えられたとすると、非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例は、性質上局所的でない堅牢な特性を導出する。たとえば、非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例は、ランダム化された不可逆変換を使用し、知覚的歪みを生ずることなく修正できる堅牢な非局所的特性を生み出すことができる。これらの特性は、通常、統計および／または数学の理論により表現される。

透かしを埋め込むために、非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例は、１つまたは複数の次元格子（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｌａｔｔｉｃｅｓ）またはベクトル空間内でこれらの非局所的特性の量子化を実行する。非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置から生じるマークの付けられているデジタルグッズは、意図しない修正や意図した修正（たとえば、悪意ある攻撃）に対し堅牢である。悪意ある攻撃の例としては、非同期化（ｄｅ−ｓｙｎｃｈｉｎｇ）、ランダムベンディング（ｒａｎｄｏｍ ｂｅｎｄｉｎｇ）、およびその他多くのベンチマーク攻撃（たとえば、Ｓｔｉｒｍａｒｋ攻撃（Ｓｔｉｒｍａｒｋ ａｔｔａｃｋｓ））などがある。

非局所的ＱＩＭ透かし入れアーキテクチャ
図１は、元のコンテンツを生成し、ネットワーク１２４上でコンテンツをクライアント１２６に配布するコンテンツプロデューサ／プロバイダ１２２を持つデジタルグッズ制作および配布アーキテクチャ１００（つまり、非局所的ＱＩＭ透かし入れアーキテクチャ１００）を示している。コンテンツプロデューサ／プロバイダ（ｃｏｎｔｅｎｔ ｐｒｏｄｕｃｅｒ／ｐｒｏｖｉｄｅｒ）１２２は、元のコンテンツを含んでいるデジタルグッズを格納するコンテンツストレージ（ｃｏｎｔｅｎｔ ｓｔｏｒａｇｅ）１３０を備える。コンテンツプロデューサ１２２は、透かし埋め込みシステム１３２を備え、コンテンツをオリジナルであると一意に識別する透かしのサインをデジタル信号に入れる。透かし埋め込みシステム１３２は、スタンドアローンのプロセスとして実施することも、また他のアプリケーションやオペレーティングシステムに組み込むこともできる。

透かし埋め込みシステム１３２は、透かしをコンテンツストレージ１３０からのデジタル信号に適用する。通常、透かしによりコンテンツプロデューサ１２２を識別し、信号に埋め込まれ、きれいさっぱり除去することはできない署名を実現する。

コンテンツプロデューサ／プロバイダ１２２は、透かし入りコンテンツをネットワーク１２４（たとえば、インターネット）上で配布する配布サーバ１３４を備える。透かしが埋め込まれている信号は、受信者に対して、コンテンツプロデューサ／プロバイダ１２２の著作権に従って信号が配布されているということを表す。サーバ１３４はさらに、従来の圧縮および暗号化手法によりコンテンツを圧縮および／または暗号化してからネットワーク１２４でコンテンツを配布することができる。

通常、クライアント１２６は、プロセッサ１４０、メモリ１４２、および１つまたは複数のコンテンツ出力デバイス１４４（たとえば、ディスプレイ、サウンドカード、スピーカなど）を備える。プロセッサ１４０は、信号を圧縮するツール、データを復号化するツール、コンテンツをフィルタ処理するツール、および／または信号コントロール（トーン、音量など）を適用するツールなどさまざまなツールを実行して、マーク付き信号を処理する。メモリ１４２は、オペレーティングシステム１５０（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標） ２０００オペレーティングシステムなど）を格納し、プロセッサ上で実行される。クライアント１２６は、コンピュータ、携帯型娯楽デバイス、セットトップボックス、テレビ、電気器具などのさまざまな方法で実現することができる。

オペレーティングシステム１５０は、デジタル信号内の透かしを検出するクライアント側の透かし検出システム１５２と、コンテンツ出力デバイス１４４を通じてコンテンツを使用しやすくするためのコンテンツローダ（ｃｏｎｔｅｎｔ ｌｏａｄｅｒ）１５４（たとえば、マルチメディアプレーヤ、オーディオプレーヤ）とを実装する。透かしが存在していれば、クライアントはその著作権よびその他の関連する情報を識別することができる。
オペレーティングシステム１５０および／またはプロセッサ１４０は、コンテンツプロデューサ／プロバイダ（または著作権所有者）が課したいくつかの規則を強制するように構成できる。たとえば、有効な透かしが入っていない偽造またはコピーされたコンテンツを拒絶するようにオペレーティングシステムおよび／またはプロセッサを構成することができる。他に、システム側で、検証されていないコンテンツの忠実度レベルを下げる例も可能である。

非局所的ＱＩＭ透かし埋め込みシステム例
図２は、非局所的ＱＩＭ透かし埋め込みシステム例２００を示しており、これは、非局所的ＱＩＭ透かし入れアーキテクチャ１００の一部の実施の例である。このシステムは、図１の透かしエンコーディングシステム１３２として採用できる。

透かし埋め込みシステム２００は、振幅正規化装置（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｎｏｒｍａｌｉｚｅｒ）２１０、変換器２２０、パーティショナ（ｐａｒｔｉｔｉｏｎｅｒ）２３０、セグメント統計量計算機（ｓｅｇｍｅｎｔ−ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ ｃａｌｃｕｌａｔｏｒ）２４０、セグメント量子化器２５０、デルタシーケンスファインダ（ｄｅｌｔａ−ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｆｉｎｄｅｒ）２６０、および信号マーカ（ｓｉｇｎａｌ ｍａｒｋｅｒ）２７９を備える。

振幅正規化装置２１０は、デジタル信号２０５（オーディオクリップなど）を取得する。これは、ストレージデバイスやネットワーク通信リンクなどのほとんどどのようなソースからでも信号を取得できる。その名が示すように、信号の振幅を正規化する。

変換器２２０は、正規化装置２１０から振幅正規化信号を受信する。変換器２２０は、一組の変換を使って信号を標準形で生成する。特に、離散ウェーブレット変換（ＤＷＴ；ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｗａｖｅｌｅｔ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を使用できるが（特に、入力が画像の場合）、それは、時間と周波数の局所化により意味のある信号特性をコンパクトに捕捉できるからである。他の変換も使用できる。たとえば、シフト不変（ｓｈｉｆｔ−ｉｎｖａｒｉａｎｔ）および形状保存（ｓｈａｐｅ−ｐｒｅｓｅｒｖｉｎｇ）の「複素ウェーブレット（ｃｏｍｐｌｅｘ ｗａｖｅｌｅｔｓ）」およびオーバーコンプリートウェーブレット（ｏｖｅｒｃｏｍｐｌｅｔｅ ｗａｖｅｌｅｔ）表現またはウェーブレットパケットは有望である（特に画像の場合）。変換器２２０は、さらに、信号の初期変換のＤＣサブバンドを見つける。変換された信号のこのようなＤＣサブバンドは、パーティショナ２３０に渡される。

パーティショナ２３０は、変換された信号を複数の疑似ランダムにサイズ設定され、疑似ランダムに配置された隣接する非連続セグメント（つまり、パーティション）に分割する。秘密鍵Ｋは、ここでは疑似乱数生成のシードとなっている。この同じＫを使用して、非局所的ＱＩＭ透かし検出システム例４００によるセグメントの再構築を行える。

たとえば、信号が画像であれば、疑似ランダムに設定されたサイズおよび配置の２次元ポリゴン（たとえば、矩形）にパーティション分割できる。他の例として、信号がオーディオクリップであれば、オーディオクリップの２次元表現（周波数と時間を使用する）を疑似ランダムに設定されたサイズおよび配置の２次元ポリゴン（たとえば、三角形）にパーティション分割できる。

この実施では、セグメントはオーバーラップしない。これらは隣接し、非連続である。他の実施では、セグメントはオーバーラップする場合がある。

各セグメントについて、セグメント統計量計算機２４０が、パーティショナ２３０で生成された複数のセグメントの統計量を計算する。各セグメントの統計量が計算される。これらの統計量は、たとえば、セグメントの有限次モーメントとすることもできる。このようなものの例としては、平均値、中央値、および標準偏差がある。

一般に、各セグメントの統計量計算は他のセグメントの計算と無関係である。しかし、他の代替手段では、複数のセグメントからのデータに依存する計算が必要になることがある。そのような計算に適した統計量は、セグメントの個々のビットの値の平均値（たとえば、算術平均）である。他の適している統計量とその堅牢さについては、Ｖｅｎｋａｔｅｓａｎ、Ｋｏｏｎ、Ｊａｋｕｂｏｗｓｋｉ、およびＭｏｕｌｉｎ著「Ｒｏｂｕｓｔ ｉｍａｇｅ ｈａｓｈｉｎｇ」（Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ ＩＣＩＰ ２０００、Ｖａｎｃｏｕｖｅｒ、Ｃａｎａｄａ、２０００年９月）で説明されている。この文書では、情報埋め込みについては考慮されていないが、類似の統計量について説明されていた。

各セグメントについて、セグメント量子化器２５０は、多重レベル（たとえば、２、３、４）量子化（つまり、高次元、ベクトル次元、または格子次元量子化（ｌａｔｔｉｃｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ））をセグメント統計量計算機２４０の出力に適用し、量子化したデータを取得する。もちろん、他のレベルの量子化も使用できる。量子化器２５０は適応型でも非適応型でもよい。

この量子化は、ランダムにも実行できる。これは、ランダム化した量子化（またはランダム化した丸め）と呼ぶこともできる。つまり、量子化器は切り上げるか切り捨てるかをランダムに決定できるということである。疑似ランダムに実行することもできる（秘密鍵を使用して）。これにより、堅牢さがさらに加わり、透かしを隠しやすくなる。

デルタシーケンスファインダ２６０は、元の変換信号Ｘと量子化された統計量のセグメントの組み合わせとの差（つまりデルタ）を推定する疑似ランダムシーケンスＺを見つける。疑似ランダムシーケンスＺは、デルタシーケンスと呼ぶこともある。たとえば、統計量が平均であれば、

であり、

はマーク付き信号、

はセグメントの平均である。

デルタシーケンスＺを見つけるときに、知覚的歪みを最小化するのが望ましく、したがって、このシーケンスを作成するためにある種の知覚的歪み距離関数を採用することができる。そこで、Ｚを作成する際に、基準に、Ｘ＋Ｚ上の視覚的歪みを最小にする（

と比較して）ものと、Ｘ＋Ｚの統計量とＸの量子化統計量との距離を最小にするものとの組み合わせを含めることができる。

信号マーカ２７０は、信号にデルタシーケンスＺのマークを付け、

になるようにする。信号マーカは、ＱＩＭ手法を使用して信号にマークを付けることができる。このマーク付けされた信号は、消費者とクライアントに公開配布できる。

図２の非局所的ＱＩＭ透かし埋め込みシステム例２００の前述のコンポーネントの機能について以下で詳述する。

非局所的ＱＩＭ透かし埋め込み例の方法論的実施
図３は、非局所的ＱＩＭ透かし埋め込みシステム例２００（またはその一部）の方法論的実施を示している。具体的には、この図は非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例の透かし埋め込みの方法論的実施を示している。この方法論的実施は、ソフトウェア、ハードウェア、またはソフトウェアとハードウェアの組み合わせで実行することができる。

図３の３１０で、非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例により、入力の振幅が正規化される。入力は、元のマークの付けられていない信号（つまり、デジタルグッズ）である。３１２で、振幅正規化された信号の変換を求めて、最低周波数バンド（たとえば、ＤＣサブバンド）を取得する。このブロックの結果が変換された信号である。この変換は、離散ウェーブレット変換（ＤＷＴ）であるが、ほとんどの他の類似の変換は他の実施でも実行できる。３１４で、非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例は、変換された信号を複数の疑似ランダムにサイズ設定され、疑似ランダムに配置された隣接する非連続セグメントに分割する。秘密鍵Ｋは、ここでは疑似乱数生成のシードとなっている。この同じＫを使用して、透かし検出プロセスでセグメントの再構築を行える。

たとえば、信号が画像であれば、疑似ランダムに設定されたサイズおよび配置の２次元ポリゴン（たとえば、矩形）に分割できる。他の例として、信号がオーディオクリップであれば、オーディオクリップの２次元表現（周波数と時間を使用する）を疑似ランダムに設定されたサイズおよび配置の２次元ポリゴン（たとえば、台形）にパーティション分割できる。

この実施では、セグメントはオーバーラップしない。これらは隣接し、非連続である。他の実施では、セグメントはオーバーラップする場合がある。信号の各セグメントについて、非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例では、ブロック３２０〜３３０を繰り返す。したがって、各セグメントが同じように処理される。

図３の３２２で、非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例は、現在のセグメントに埋め込む透かし（またはその一部）を持つ。これは、セグメントの統計量の量子化した値を見つける（たとえば、セグメント内の平均やできる限り近い平均）。見つかったら、スカラー一様量子化器（ｓｃａｌａｒ ｕｎｉｆｏｒｍ ｑｕａｎｔｉｚｅｒ）および再構成点をＫをシードとしてランダムに摂動できる。

３２４で、非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例は、セグメント化した信号と組み合わせたこのシーケンスの統計量計算（たとえば、平均）により透かしの入っている信号セグメントの計算が行われる、疑似ランダムシーケンスＺを見つける。これは、さらに、信号セグメントの量子化した統計量にも等しい。３３０で、このプロセスは未処理の各セグメントについて３２０へループして戻る。すべてのセグメントが処理されたら、ループは３４０に進む。

図３の３４０で、非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例は、疑似ランダムシーケンスと信号セグメントを組み合わせて、透かしの入っている信号セグメントを取得する。さらに、透かしの入っている信号セグメントを組み合わせて完全な透かし入り信号を形成する。つまり、

である。３５０で、プロセスは終了する。

非局所的ＱＩＭ透かし検出システム例
図４は、非局所的ＱＩＭ透かし検出システム例４００を示しており、これは、非局所的ＱＩＭ透かし入れアーキテクチャ１００の一部の実施の例である。このシステムは、図１の透かし検出システム１５２として採用できる。

透かし検出システム４００は、振幅正規化装置４１０、変換器４２０、パーティショナ４３０、セグメント統計量計算機４４０、セグメントＭＡＰデコーダ４５０、透かし存在判定器４６０、プレゼンター（ｐｒｅｓｅｎｔｅｒ）４７０、および表示装置４８０を備える。

図４の透かし検出システム４００の振幅正規化装置４１０、変換器４２０、パーティショナ４３０、およびセグメント統計量計算機４４０は、図２の透かし埋め込みシステム２００の類似のラベルが付けられているコンポーネントと似た機能を持つ。例外は、これらのコンポーネントの対象物が「対象の信号（ｓｕｂｊｅｃｔ ｓｉｇｎａｌ）」であって、元の信号ではないということである。「対象の信号」信号は不明である。透かしが入っている場合も入っていない場合もある。修正されている可能性もある。

各セグメントについて、セグメントＭＡＰデコーダ４５０は、ＭＡＰデコード方式を使用して量子化されている値を判定する。一般に、ＭＡＰ手法では、「ポイント」からの距離に関してすべての対象（この場合、量子化された値）を見つける（そして、場合によっては距離でランク付ける）必要がある。この例では、「ポイント」は、与えられたセグメントについて計算した統計量である。直近近傍デコードは、ＭＡＰデコードの特定の、実施の例の１つである。当業者であれば、ＭＡＰと直近近傍手法を理解し評価するであろう。

さらに、セグメントＭＡＰデコーダ４５０は、量子化された値と与えられたセグメントについて計算した統計量との距離に基づいて信頼係数を確定する。これらが共存している場合、係数は信頼度が高いことを示す。離れている場合、係数は信頼度が低いことを示す可能性がある。さらに、デコーダ４５０は、総信頼係数を取得するためにセグメントの信頼係数を組み合わせる。その組み合わせは、たいていの統計的な組み合わせでよい（たとえば、加算、平均、中央値、標準偏差など）。

透かし存在判定器４６０は透かしが存在しているかどうかを判定する。透かし判定装置は、歪み距離関数

としきい値Ｔを使って、透かしが存在しているかどうかを決定できる。正規化したハミング距離を使用できる。

プレゼンター４７０は、「透かしが存在する」、「透かしが存在しない」、および「不明」という３つの指示のうちの１つを提示する。信頼係数が低い場合、これは「不明」であることを示す。さらに、信頼指示値を提示することもできる。この情報は、ディスプレイ４８０に示される。もちろん、このディスプレイは任意の出力デバイスでよい。またストレージデバイスでもよい。

図４の非局所的ＱＩＭ透かし検出システム例４００の前述のコンポーネントの機能について以下で詳述する。

非局所的ＱＩＭ透かし検出例の方法論的実施
図５は、非局所的ＱＩＭ透かし検出システム例４００（またはその一部）の方法論的実施を示している。具体的には、この図は非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例の透かし検出の方法論的実施を示している。この方法論的実施は、ソフトウェア、ハードウェア、またはソフトウェアとハードウェアの組み合わせで実行することができる。

図５の５１０で、非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例により、入力の振幅が正規化される。入力は、デジタルグッズの不明な標本（つまり信号）である。この信号に透かしが入っているかどうかが不明である。

５１２で、振幅正規化された信号の変換を見つけて、有意周波数バンドを取得する。これは低あるいは最低サブバンド（たとえば、ＤＣサブバンド）でもよい。一般に、選択したサブバンドは、さらに堅牢な透かしを入れ、透かしの検出をしやすくする方法で信号を表すものでよい。低い周波数サブバンドは、信号摂動後も比較的不変なままである傾向があるため適当である。このブロックの結果が変換された信号である。画像に透かしを入れる場合、適当な変換の例として離散ウェーブレット変換（ＤＷＴ）がある。オーディオクリップに透かしを入れる場合、適当な変換の例としてＭＣＬＴ（Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｌａｐｐｅｄ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）がある。しかし、ほとんどの他の類似の変換を他の実施で実行できる。

５１４で、非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例は、変換された信号を複数の疑似ランダムにサイズ設定され、疑似ランダムに配置された隣接する非連続セグメントに分割する。同じ秘密鍵Ｋを使用しており、これはここでは疑似乱数生成のシードとなっている。したがって、このプロセスで、埋め込みプロセスの場合と同じセグメントを生成する。

信号の各セグメントについて、非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例では、ブロック５２０〜５３０を繰り返す。したがって、各セグメントが同じように処理される。

図５の５２２で、非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例は、セグメントの統計量（たとえば、セグメント内の平均）を見つける。５２４で、非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例は、最大帰納（ＭＡＰ）デコード（Ｍａｘｉｍｕｍ Ａ Ｐｏｓｔｅｒｉｏｒｉ（ＭＡＰ）ｄｅｃｏｄｉｎｇ）を使用してデコードされた透かし（またはその一部）を見つける。このようなＭＡＰデコードの例として、直近近傍デコードがある。

５２６で、デコードされたそれぞれの値が量子化された値にどれだけ近いかを測定し、そのような測定結果を追跡する。このような測定結果から得られるデータは、透かし存在判定結果の信頼性を示すものと考えられる。５３０で、このプロセスは未処理の各セグメントについて５２０へループして戻る。すべてのセグメントが処理されたら、ループは５４０に進む。

図５の５４０で、非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例は、透かしが存在しているかどうかを判定する。５４２で、これは、追跡された測定データに基づく信頼指示を判定する。
５４４で、ブロック５４０の透かし存在判定とブロック５４４の信頼指示に基づき、非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例は、「透かしが存在する」、「透かしが存在しない」、および「不明」の３つの指示の１つを供給する。さらに、信頼指示値を提示することもできる。５５０で、プロセスは終了する。

誤った警報とミスの発生確率
誤った警報の確率（Ｐ_Ｆ）、ミスの確率（Ｐ_Ｍ）、およびセグメントの平均サイズの間に関係がある。Ｐ_Ｆは、透かしが存在していないのに存在していると宣言する確率である。Ｐ_Ｍは、透かしが実際には存在しているのに存在していないと宣言する確率である。一般に、平均セグメントサイズは、Ｐ_Ｆに比較的直接的に比例するが、Ｐ_Ｍに比較的間接的に比例する。

たとえば、平均セグメントサイズがきわめて小さいとする。そすると、個々のビットに等しいくらい小さい（たとえば、画像内の１ピクセルに等しい）。そのような状況では、透かしは単一の係数に埋め込まれ、これは、局所的特性に基づく従来の方式に相当する。そのような場合、Ｐ_Ｆは非常に小さく、Ｐ_Ｍは高い。逆に、平均セグメントサイズがきわめて大きいとする。そうすると、信号の最大サイズとなるくらい大きい（たとえば、画像全体）。そのような状況では、Ｐ_Ｍはおそらく非常に低いが、Ｐ_Ｆは高い。

その他の実施の詳細
非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例の実施の以下の説明では、以下を仮定する。入力信号Ｘは画像である。もちろん、信号は、他の実施の他のタイプでよい。しかし、この実施の例では、信号は画像である。ｗをＸに埋め込む透かし（２進ベクトル）とし、ランダム２進文字列Ｋを秘密鍵とする。透かしエンコーダの出力

は、情報ｗが秘密鍵Ｋで隠されている透かし入り画像である。

を生成するが、この画像は、さまざまな攻撃を受ける可能性がある。透かしデコーダは

を与え、秘密鍵Ｋは

を生成する。

およびＸは、すべての実用目的に関してほぼ同じであり、

はそのまま許容可能な品質である必要がある。デコーダは、ある種の歪み距離関数

としきい値Ｔを使って、透かしが存在しているかどうかを決定する。非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例は、正規化されたハミング距離を使用し、これは、通常のハミング距離と入力の長さの比である。

量子化によるＷＭ
非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例は、Ｘに対し順方向変換Ｔ_Ｆを適用することによりベクトルμを計算する。非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例では、Ｘがグレースケール画像であると想定しており、そうでない場合は、輝度画像を得るために色付き画像に線形変換を適用できる。（色付き画像については、エネルギーのほとんどが輝度平面に集中する）。情報を隠すプロセスが量子化を介して実行されると、

があり、透かし入りデータ

は、

にＴ_Ｒを適用することで得られる。非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例は、秘密鍵Ｋから導出されたランダム文字列を疑似ランダムジェネレータへのシードとして使用してプロセスをランダム化する。

この方式は汎用である。したがってほとんどの変換を使用できる。さらに、Ｔ_Ｆ＝（Ｔ_Ｒ）^−１は真である必要はなく、あるいはそうであっても逆が存在する。非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例は、量子化が生じない空間を制約しない。デコーダは、変換Ｔ_Ｆを入力Ｙに適用し、μ_Ｙで生成を取得し、可能な埋め込みシーケンス

の近似的最大尤度（ＭＬ；Maximum Likelihood）推定を適用する。疑似ランダムジェネレータを通じて、Ｋにより変換、量子化、および推定段の多くのランダム化機能を決定する。

が見つかったら、埋め込まれている透かしｗと比較しそれらの間の距離が０（またはしきい値Ｔ未満）に近ければ、透かしが存在していると宣言し、そうでなければ存在しない。これは、透かしが存在している場合に高い相関値を生じるスペクトル拡散手法の自然な測定と対照的である。

この方法論的実施の詳細
変換Ｔ_ＦおよびＴ_Ｒは、堅牢性を高めるのに役立つ。Ｔ_Ｆで有意な画像特性を保持するために、初期段階で離散ウェーブレット変換（ＤＷＴ）を使用できる。次に、セグメントの半大域的（つまり、非局所的）統計量を画像について判定する。局所的統計量は堅牢ではない。

非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例がたとえば、元の画像信号の１次統計量を計算し、固定サイズのランダム矩形のいくつかの攻撃されたバージョンを計算する場合である。その後、それらの統計量の間の平均平方誤差を求めることができる。誤差は、矩形のサイズが増えるとともに単調減少する。

Ｔ_Ｆで、μはウェーブレット領域内のランダムに選択された矩形の推定された１次統計量に設定する。ここでＴ_Ｆは、矩形の数が係数の個数よりも少ない場合には可逆ではない。Ｔ_Ｒを選択するには、まず視覚的にほぼ目に付かない特性を持つ画像領域で疑似ランダムシーケンスｐを生成し、Ｔ_Ｆを通じて渡し、対応する統計量μ_ｐを見つけ、必要な倍率αを計算してαの倍率をかけてＸに加えた疑似ランダムシーケンスｐから量子化されたμの平均値

を求める。この実施では、ランダムに選択したオーバーラップしない矩形を使用する。非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例では、２つの量子化器Ｑ_０とＱ_１を定義しており、Ｒ^ｎ内のベクトルを近い選択された格子点にマップする。

以下に正式な説明を記載する。Ｑ_ｉ：＝｛（ｑ_ｉｊ，Ｓ_ｉｊ）｜ｊ∈Ｚ｝、ｑ_ｉｊ∈Ｒ^ｎをＱ_ｉの再構成点と定義し、Ｓ_ｉｊ⊂は対応する量子化ビン（ｂｉｎ）であり、ｉ∈［０，１］，ｊ∈Ｚである。各ｊについて、Ｓ_０ｊ∩［（Ｕ_ｋ≠ｊＳ_０ｋ）∪（Ｕ_ｋＳ_１ｋ）］＝Ｓ_１ｊ∩［（Ｕ_ｋ≠ｊＳ_１ｋ）∪（Ｕ_ｋＳ_０ｋ）］＝φ。ここにｑ_０ｊ、ｑ_１ｊは、疑似ランダム方式で（Ｋを乱数発生器のシードとして使用して）決定され、ｎは量子化の次元である。非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例は、Ｑ_０［ａ］ｑ_０ｊ＜＝＞ａ∈Ｓ_０ｊを定義し、同様にＱ_１についても定義する。Ｑ_０とＱ_１は両方とも、単一の量子化器から導出され、（ａ）Ｑの再構成点の集合は｛ｑ_０ｊ｝_ｊ∪｛ｑ_１ｊ｝ｊに等しく、（ｂ）すべてのｊ、ｋについて、ｍｉｎ_ｌ∈Ｚｄ_Ｌ２［Ｅ（ｑ_０ｊ），Ｅ（ｑ_１ｌ）］＝ｍｉｎ_ｌ∈Ｚｄ_Ｌ２［Ｅ（ｑ_０ｌ），Ｅ（ｑ_１ｋ）］となる。ξで共通の値（ｃ）を表し、各固定されたｋについて、φ_ｋ：＝ｍｉｎ_ｊ≠ｋｄ_Ｌ２［Ｅ（ｑ_０ｊ），Ｅ（ｑ_０ｋ）］＝ｍｉｎ_ｊ≠ｋｄ_Ｌ２［Ｅ（ｑ_１ｊ），Ｅ（ｑ_１ｋ）］かつすべてのｉ、ｊについてφ_ｉ＝φ_ｊ＞ξとする。ここで、ｄ_Ｌ２はＬ_２歪み距離関数であり、Ｅ（．）は疑似ランダム選択ｑ_ｉｊに対する期待値演算子である。

たとえば、ｎ＝１の場合。非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例は、上述の要求条件を満たす｛Ｅ（ｑ_０ｊ）｝と｛Ｅ（ｑ_１ｊ）｝を見つける。次に、｛Ｅ（ｑ_０ｊ）｝と｛Ｅ（ｑ_１ｊ）｝を中心とするＲ^ｎ内の近傍であるランダム化領域を導入する。その後、いくつかの適当な確率分布を使用してこれらの領域から｛ｑ_０ｊ｝と｛ｑ_１ｊ｝をランダムに選択する。ランダム化領域のサイズとその形状は入力パラメータになっている。ｎＲをそれぞれ適当にインデックスづけられている矩形の個数とする。Ｒを矩形内で隠すべき２進透かしベクトルｗの長さとする。ベクトルｖについて、そのｉ番目のエントリをｖ（ｉ）で表す。Ｌは適用されるＤＷＴのレベルの数を表すものとする。

エンコード
ＮをＸ内のピクセルの個数とし、ｓ：＝［ｓ_１，．．．，ｓ_Ｎ］を昇順でソートしたＸのピクセルからなるベクトルとする。ｔ：＝ｒｏｕｎｄ（Ｎ（１−β）γ）およびｔ′：＝ｒｏｕｎｄ（Ｎ（１＋β）γ）とするサブベクトルｓ_Ｌ：＝［ｓ_ｔ，．．．，ｓ_ｔ′］およびｕ：＝ｒｏｕｎｄ（Ｎ［１−（１−β）γ］）およびｕ′：＝ｒｏｕｎｄ（Ｎ［（１＋β）γ］）とするサブベクトルｓ_Ｈ：＝［ｓ_ｕ，．．．，ｓ_ｕ′］を作成する。ここで、ｒｏｕｎｄ（ｒ）は、ｒの直近整数に等しく、システムパラメータは０＜β，γ≪１である。ｍとＭをそれぞれｓ_Ｌおよびｓ_Ｈの要素の平均値とする。点演算子Ｐ［ｘ］＝２５５＊（ｘ−ｍ）／（Ｍ−ｍ）をＸの各要素に適用してＸ′を得る。

Ｘ′のＬレベルのＤＷＴを見つける。Ｘ_ＡをＤＣサブバンドとする。Ｘ_ＡをランダムなオーバーラップしないｎＲの矩形に分割し、μ（ｉ）が矩形ｉ（ｉ≦ｎＲ）内の係数の平均値となるようにμを計算する。

μ^ｉ：＝［μ（ｎ（ｉ−１）＋１），．．．，μ（ｎｉ−１），μ（ｎｉ）］，ｉ≦Ｒ
とする。Ｑ_０およびＱ_１を使用して量子化し、ｉ≦Ｒについて、ｗ（ｉ）＝０であれば、Ｑ_０を使用してμ^ｉを量子化し、そうでなければＱ_１を使用してμ^ｉを量子化する。量子化した｛μ^ｉ｝を結合して、

を得る。

元の統計量と量子化した統計量との差

を求める。

次のように、空間（つまり、元の画像）領域内で疑似ランダムシーケンスｐ＝［ｐ_ｉｊ］を生成する。ｔ′＝ｒｏｕｎｄ（Ｎγ）およびｔ＝ｒｏｕｎｄ（Ｎ（１−γ））としてｓ_ｔ′＜Ｘ_ｉｊ＜ｓ_ｔの場合に｛０，１｝からｐ_ｉｊをランダムにかつ一様に選択し、それ以外の場合、ｐ_ｉｊ＝０に設定する。そこで、ＬレベルＤＷＴを行列ｐに適用し、生成のＤＣサブバンドを抽出し、それをｐ_Ｗと呼ぶ。そこで、次のステップのように対応する統計量を計算する。

α（ｉ）＝ｄ（ｉ）／μ_ｐ（ｉ），ｉ≦ｎＲ
となるように倍率αを計算する。インデックスがｉである矩形ごとに、その矩形内のすべての係数ｐ_Ｗにα（ｉ）をかけて、その結果のベクトルを

とする。

逆ＤＷＴを

に適用し、生成をｐ＾とする。

透かし入りデータ

を計算する。点演算子の逆（ステップ１参照）をＸ″に適用して、

を得る。

デコード（入力Ｙ）
上のエンコードの第１の部分と同様に、Ｙに対する対応する点演算子を見つける。そこで、演算子をＹに適用し、出力に対して、ＬレベルＤＷＴを適用し、ＤＣサブバンドを抽出して、それをＹ_Ａと呼ぶ。上記のエンコードのパーティション分割手順をＹに適用し、その統計量μ_Ｙを見つける。μ_Ｙ（ｉ）をｉ番目の要素とする。

次にＱ_０およびＱ_１を使用し、近似的なＭＬ推定を実行してデコードされたシーケンスｗ_Ｙを見つける方法について説明するが、そこで
μ^ｉ _Ｙ：＝［μ_Ｙ（ｎ（ｉ−１）＋１），．．．，μ_Ｙ（ｎｉ−１），μ_Ｙ（ｎｉ）］
とする。

ｎ（ｉ−１）＋１，．．．，ｎｉ−１，ｎｉ，ｉ≦Ｒ
でインデックス付けられている矩形について、ｒ０（ｉ）をＱ_０の再構成点のうち最もμ^ｉ _Ｙに近い点とし、同様に、ｒ１（ｉ）をＱ_１の再構成点のうち最もμ^ｉ _Ｙに近い点とする。ｄ_ｌＺ（μ^ｉ _Ｙ，ｒ０（ｉ））＜ｄ_ｌＺ（μ^ｉ _Ｙ、ｒ１（ｉ））であれば、ｗ_Ｙ（ｉ）＝０とし、そうでなければｗ_Ｙ（ｉ）＝１とする。

ｄ（ｗ_Ｙ，ｗ）を計算する。結果がしきい位置Ｔよりも小さければ、その透かしが検出されたと宣言し、そうでなければ存在していないと宣言する。

コンピューティングシステムと環境の例
図６は、非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例が本実施形形態で説明しているように（完全にまたは部分的に）実施できる適当なコンピューティング環境９００の例を示している。コンピューティング環境９００は、本実施形態で説明しているコンピュータおよびネットワークアーキテクチャで利用できる。

コンピューティング環境例９００は、コンピューティング環境の一例にすぎず、コンピュータおよびネットワークアーキテクチャの使用または機能の範囲に関する限定を示唆するものではない。このコンピューティング環境９００は例のコンピューティング環境９００で示されているコンポーネントのいずれかまたは組み合わせに関して従属している、あるいは必要であるとは解釈すべきではない。

この非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例は、他の多数の汎用または専用のコンピューティングシステム環境または構成でも実施できる。使用するのに適していると思われるよく知られているコンピューティングシステム、環境、構成の例として、パソコン、サーバ・コンピュータ、小型軽量クライアント、大型重量級クライアント、携帯またはラップトップデバイス、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースのシステム、セットトップボックス、プログラム可能家電製品、ネットワークＰＣ、ミニコン、メインフレームコンピュータ、上記システムまたはデバイスを含む分散コンピューティング環境などがある。

非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例は、コンピュータによって実行されるプログラムモジュールなどのコンピュータ実行可能命令の一般的状況において説明できる。一般に、プログラムモジュールには、特定のタスクを実行する、あるいは特定の抽象データ型を実施するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などが含まれる。非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例は、さらに、通信ネットワークを介してリンクされているリモート処理デバイスによってタスクが実行される分散コンピューティング環境で実用することもできる。分散コンピューティング環境では、プログラムモジュールをメモリ記憶デバイスを含むローカルとリモートの両方のコンピュータ記憶媒体に配置できる。

コンピューティング環境９００は、汎用コンピューティングデバイスをコンピュータ９０２の形態で備える。コンピュータ９０２のコンポーネントは、１つまたは複数のプロセッサまたは処理ユニット９０４、システムメモリ９０６、およびプロセッサ９０４を含むさまざまなシステムコンポーネントをシステムメモリ９０６に結合するシステムバス９０８を備えるがこれに限られるわけではない。

システムバス９０８は、メモリバスまたはメモリコントローラ、周辺機器バス、グラフィック専用高速バス、およびさまざまなバスアーキテクチャを使用するプロセッサまたはローカルバスを含む数種類のバス構造のうち１つまたは複数を表す。たとえば、前記アーキテクチャには、Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ（ＩＳＡ）バス、Ｍｉｃｒｏ Ｃｈａｎｎｅｌ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ（ＭＣＡ）バス、Ｅｎｈａｎｃｅｄ ＩＳＡ（ＥＩＳＡ）バス、Ｖｉｄｅｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（ＶＥＳＡ）ローカル・バス、およびＭｅｚｚａｎｉｎｅバスとも呼ばれるＰｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ（ＰＣＩ）バスがある。

コンピュータ９０２は通常、多数のコンピュータ読み取り可能媒体を備える。このような媒体は、コンピュータ９０２によってアクセス可能な利用可能な媒体でよく、揮発性および不揮発性媒体、リムーバルおよび取り外し不可能媒体がある。

システムメモリ９０６は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９１０などの揮発性メモリおよび／または読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）９１２などの不揮発性メモリの形態のコンピュータ読み取り可能媒体を含む。起動時などにコンピュータ９０２内の要素間の情報伝送を助ける基本ルーチンを含む基本入出力システム（ＢＩＯＳ）９１４は、ＲＯＭ ９１２に格納される。ＲＡＭ ９１０は、通常、プロセッサ９０４に即座にアクセス可能な、また現在操作されているデータやプログラムモジュールを含む。

コンピュータ９０２はさらに、その他のリムーバル／取り外し不可能、揮発性／不揮発性コンピュータ記憶媒体も備えることができる。たとえば、図６は、取り外し不可能不揮発性磁気媒体（図には示されていない）への読み書きを行うハードディスクドライブ９１６、リムーバル不揮発性磁気ディスク９２０（たとえば「フロッピー（登録商標）ディスク」）への読み書きを行う磁気ディスクドライブ９１８、およびＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、またはその他の光媒体などのリムーバル不揮発性光ディスク９２４への読み書きを行う光ディスクドライブ９２２を示す。ハードディスクドライブ９１６、磁気ディスクドライブ９１８、および光ディスクドライブ９２２は、それぞれ、１つまたは複数のデータ媒体インタフェース９６０によりシステムバス９０８に接続される。それとは別に、ハードディスクドライブ９１６、磁気ディスクドライブ９１８、および光ディスクドライブ９２２は、１つまたは複数のインタフェース（図には示されていない）によりシステムバス９０８に接続できる。

ディスクドライブおよび関連コンピュータ読み取り可能媒体は、コンピュータ９０２用のコンピュータ読み取り可能命令、データ構造、プログラムモジュール、およびその他のデータを格納する不揮発性ストレージを備える。例では、ハードディスク９１６、リムーバル磁気ディスク９２０、およびリムーバル光ディスク９２４が示されているが、磁気カセットまたはその他の磁気ストレージデバイス、フラッシュメモリカード、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）またはその他の光ストレージ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的消去可能プログラム可能読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）などのコンピュータによってアクセス可能なデータを格納できる他のタイプのコンピュータ読み取り可能媒体も、コンピューティングシステムおよび環境の例を実施するために利用できることは理解できるであろう。

ハードディスク９１６、磁気ディスク９２０、光ディスク９２４、ＲＯＭ ９１２、および／またはＲＡＭ ９１０には、たとえば、オペレーティングシステム９２６ａ、９２６ｂ、１つまたは複数のアプリケーションプログラム９２８ａ、９２８ｂ、その他のプログラムモジュール９３０ａ、９３０ｂ、およびプログラムデータ９３２ａ、９３２ｂを含む、プログラムモジュールをいくつでも格納できる。そのようなオペレーティングシステム９２６ａ、９２６ｂ、１つまたは複数のアプリケーションプログラム９２８ａ、９２８ｂ、その他のプログラムモジュール９３０ａ、９３０ｂ、およびプログラムデータ９３２ａ、９３２ｂ（またはその組み合わせ）のそれぞれは、振幅正規化装置、変換器、パーティショナ、セグメント統計量計算機、セグメント量子化器、デルタシーケンスファインダ、および信号マーカを含むことができる。

ユーザは、キーボード９３４およびポインティングデバイス９３６（たとえば、「マウス」）などの入力デバイスを介してコンピュータ９０２にコマンドおよび情報を入力できる。他の入力デバイス９３８（特に示されていない）としては、マイク、ジョイスティック、ゲームパッド、衛星放送受信アンテナ、シリアルポート、スキャナなどがある。これらの入力デバイスやその他の入力デバイスは、システムバス９０８に結合されている入力／出力インタフェース９４０を介してプロセッサ９０４に接続されるが、パラレルポート、ゲームポート、またはユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）などの他のインタフェースおよびバス構造により接続することもできる。

モニタ９４２やその他のタイプの表示デバイスも、ビデオインタフェース９４４などのインタフェースを介してシステムバス９０８に接続できる。モニタ９４２の他に、入力／出力インタフェース９４０を介してコンピュータ９０２に接続可能な、スピーカ（図に示されていない）やプリンタ９４６などの他の出力周辺デバイスもある。

コンピュータ９０２は、リモートコンピューティングデバイス９４８などの１つまたは複数のリモートコンピュータへの論理接続を使用してネットワーク環境で動作することもできる。たとえば、リモートコンピューティングデバイス９４８としては、パーソナルコンピュータ、携帯型コンピュータ、サーバ、ルータ、ネットワークコンピュータ、ピアデバイス、またはその他の共通ネットワークノードなどがある。リモートコンピューティングデバイス９４８は、コンピュータ９０２に関して本実施形態で説明している要素および機能の多くまたはすべてを備えることができる携帯型コンピュータとして示されている。
コンピュータ９０２とリモートコンピュータ９４８との間の論理的接続は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）９５０および一般的なワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）９５２として示されている。このようなネットワーキング環境は、事務所、企業規模のコンピュータネットワーク、イントラネットおよびインターネットではよくある。

ＬＡＮネットワーキング環境に実施する場合は、コンピュータ９０２はネットワークインタフェースまたはネットワークアダプタ９５４を介してローカルネットワーク９５０に接続される。ＷＡＮネットワーキング環境に実施する場合は、コンピュータ９０２は通常、モデム９５６またはワイドネットワーク９５２上で通信を確立するためのその他の手段を備える。モデム９５６は、コンピュータに内蔵でも外付けでもよいが、入力／出力インタフェース９４０またはその他の適切なメカニズムを介してシステムバス９０８に接続できる。図解されているネットワーク接続は例であり、コンピュータ９０２と９４８の間に通信リンクを確立するその他手段を使用できることは理解されるであろう。

コンピューティング環境９００で示されているようなものなどのネットワーク環境では、パーソナルコンピュータ９０２またはその一部に関して示されているプログラムモジュールは、リモートメモリストレージデバイスに格納できる。たとえば、リモートアプリケーションプログラム９５８は、リモートコンピュータ９４８のメモリデバイスに常駐する。説明のため、アプリケーションプログラムおよびオペレーティングシステムなどのその他の実行可能プログラムコンポーネントは、ここでは離散ブロックとして示されているが、このようなプログラムおよびコンポーネントはさまざまなときにコンピューティングデバイス９０２の異なるストレージコンポーネントに常駐し、コンピュータのデータプロセッサによって実行されることは理解されるであろう。

コンピュータ実行可能命令
非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例の実施については、１つまたは複数のコンピュータまたはその他のデバイスによって実行される、プログラムモジュールなどのコンピュータ実行可能命令の一般的状況において説明できる。一般に、プログラムモジュールには、特定のタスクを実行する、あるいは特定の抽象データ型を実施するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などが含まれる。通常、プログラムモジュールの機能をさまざまな実施形態での必要に応じて組み合わせるか、または分散させることができる。

操作環境の例
図６は、非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例を実施できる適当な操作環境９００の例を示している。特に、本発明で説明している非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例は、図６またはその一部の任意のプログラムモジュール９２８ａ、９２８ｂ〜９３０ａ、９３０ｂおよび／またはオペレーティングシステム９２６ａ、９２６ｂにより（全部または一部）実施できる。

操作環境例は、適当な操作環境の一例にすぎず、本明細書で説明する非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例の使用または機能の範囲に関する限定を示唆するものではない。使用するのに適している他のよく知られているコンピューティングシステム、環境、構成として、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、サーバ・コンピュータ、携帯またはラップトップデバイス、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースのシステム、プログラム可能家電製品、無線電話および機器、汎用および専用電気器具、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、ネットワークＰＣ、ミニコン、メインフレームコンピュータ、上記システムまたはデバイスを含む分散コンピューティング環境などがあるが、これらに限られるわけではない。

コンピュータ読み取り可能媒体
非局所的ＱＩＭ透かし入れ装置例の実施は、ある形式のコンピュータ読み取り可能媒体に格納またはある形式のコンピュータ読み取り可能媒体を介して送信することができる。コンピュータ読み取り可能媒体は、コンピュータによってアクセス可能な媒体であればどのようなものでも利用できる。たとえば、コンピュータ読み取り可能媒体として、「コンピュータストレージ媒体」や「通信媒体」などがあるが、これらに限られるわけではない。
「コンピュータストレージ媒体」には、揮発性および不揮発性のリムーバルおよび取り外し不可能媒体が含まれ、コンピュータ読み取り可能命令、データ構造、プログラムモジュール、またはその他のデータなどの情報の記憶用の方法または技術で実施されている。コンピュータストレージ媒体には、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリまたはその他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、またはその他の光ストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージまたはその他の磁気ストレージデバイス、または目的の情報の格納に使用でき、コンピュータによってアクセスできる他の媒体があるが、これらに限られるわけではない。

「通信媒体」は通常、コンピュータ読み取り可能命令、データ構造、プログラムモジュール、またはキャリア波やその他の搬送メカニズムなど変調データ信号にその他のデータを具現化したものである。通信媒体はさらに、情報配信媒体も含む。

「変調データ信号」とは、情報を信号内にエンコードするなどの方法で１つまたは複数の特性を設定または変更する信号のことである。たとえば、これには限らないが、通信媒体は有線ネットワークまたは直接有線接続などの有線媒体および音響、ＲＦ、赤外線、およびその他の無線媒体などの無線媒体を含む。上記の組み合わせも、コンピュータ読み取り可能媒体の範囲に含まれる。

結論
本実施形態は、構造機能および／または方法論的ステップに特に向いている言語で説明されているが、特許請求の範囲で定められている発明は必ずしも説明した特定の機能やステップに限定されるわけではないことを理解すべきである。むしろ、特定の機能およびステップは、発明の好適な形態として開示されている。

Claims (6)

1. デジタル信号の保護を容易にするためにコンピュータにより実施される方法であって、
   デジタル信号を取得するステップと、
   量子化インデックス変調（ＱＩＭ）を用いて、前記デジタル信号が透かしを含んでいるか否かを検出するステップであって、前記ＱＩＭが前記デジタル信号の非局所的特徴を利用しており、前記非局所的特徴が、前記デジタル信号の疑似ランダムの大きさの１つ以上のセグメントを表す統計を含むステップと
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記デジタル信号の疑似ランダムに分割された１つ以上のセグメントが隣接しており且つ不連続であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. コンピュータによって実行されたときに、
   デジタル信号を取得するステップと、
   量子化インデックス変調（ＱＩＭ）を用いて、前記デジタル信号が透かしを含んでいるか否かを検出するステップであって、前記ＱＩＭが前記デジタル信号の非局所的特徴を利用しており、前記非局所的特徴が、信号の単一の要素よりも多くの要素の特徴を表しており、前記非局所的特徴が、前記デジタル信号の疑似ランダムなサイズの１つ以上のセグメントを表す統計を含むステップと
   を実行するコンピュータ実行可能命令を有する、１つ以上のコンピュータ読み取り可能媒体。
4. 前記デジタル信号の前記疑似ランダムなサイズのセグメントが隣接しており且つ不連続であることを特徴とする、請求項３に記載のコンピュータ読み取り可能媒体。
5. デジタル信号の保護を容易にするためにコンピュータにより実現されるシステムであって、
   デジタル信号を取得するステップと、
   量子化インデックス変調（ＱＩＭ）を用いて、前記デジタル信号が透かしを含んでいるか否かを検出するステップであって、前記ＱＩＭが前記デジタル信号の非局所的特徴を利用しており、前記非局所的特徴が、信号の単一の要素よりも多くの要素の特徴を表しており、前記非局所的特徴が、前記デジタル信号の疑似ランダムなサイズの１つ以上のセグメントを表す統計を含むステップと
   を含む機能を実行する手段を備えることを特徴とするシステム。
6. 前記デジタル信号の前記疑似ランダムなサイズの１つ以上のセグメントが隣接しており且つ不連続であることを特徴とする、請求項５に記載のシステム。

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