JP2014521112A - 入力信号に透かし入れするための量子化インデックス変調の方法および装置 - Google Patents
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Abstract
Description
±Tは前記量子化手段曲線Qmの外側セクションのy=0に向けたyシフトを定義する値であり、前記入力信号xの現在の音響心理学的なマスキング・レベルによって決定され、yは透かし入れされた出力信号であり、前記種々の量子化手段曲線Qmは、x方向における完全な量子化手段曲線の種々のシフトによってmの現在値に従って確立される。
・音響心理学的マスキング・レベル計算器と;
・どの位置でも入力値と出力値の間の差がTより大きくない前記量子化を実行する埋め込み器とを含み、前記諸量子化曲線Qmは、任意の入力値xについて一意的な出力値yがあるという意味で可逆であり、
±Tは前記量子化手段曲線Qmの外側セクション(I,III)のy=0に向けたyシフトを定義する値であり、前記入力信号xの現在の音響心理学的なマスキング・レベルによって決定され(26)、yは透かし入れされた出力信号であり、
前記種々の量子化手段曲線Qmは、x方向における完全な量子化手段曲線の種々のシフトによってmの現在値に従って確立される。
・前記量子化手段曲線Qmを対応する仕方で使ってy=Qm(x)+max(−T,min(T,α(x−Qm(x))))に従って受領された透かし入れされた信号を再量子化する段階であって、x方向における完全な量子化手段曲線の種々のシフトを適用することによって種々の候補量子化手段曲線Qmが検査され、前記再量子化は、もともと適用されたビット深さより大きなビット深さで実行される、段階と;
・周波数領域において最もよく一致する候補量子化手段曲線Qmを選択する段階と;
・そのようにして決定された現在のQmに基づいて、対応する現在の透かしmを信号yから除去してそれにより前記再現された信号xを提供する段階とを含む。
本発明は、
・埋め込み器において実行されたマッピングを、復号器において可逆にするとともに、
・透かしを埋め込むときにパワー制約を考慮することを許容する
ためにQIMを拡張する。
・どの位置でも入力と出力値の間の差がTより大きくない(埋め込みパワー制約)、
・特性曲線は可逆でなければならない。すなわち、任意の入力値xについて、一意的な出力値yがなければならない。
y=Qm(x)+max(−T,min(T,α(x−Qm(x))))
によって定義される。ここで、mは透かしメッセージを表し、Qmはメッセージmを埋め込むために使われる種々の量子化手段の曲線を表す。たとえば、mの「0」のビットについてある量子化手段曲線および「1」のビットについて異なる量子化手段曲線である。
完全にまたはほとんど可逆なオーディオ透かし入れシステムを設計するためには、完璧な再構成属性をもつフィルタバンクを利用することが必要とされる。さらに、そのような用途では、フィルタバンク係数(たとえばMDCT周波数ビン)が互いに独立であればきわめて有利である。つまり、(埋め込みプロセスにおける)一つの係数のいかなる修正も、デコーダ側で厳密に同じ係数に影響するだけであることが望まれる(分析のために使われる信号セグメントの完璧な同期を想定している)。他の(近くの)係数とのいかなる干渉も回避される必要がある。こうした属性をもつ一つの例示的なフィルタバンクはMDCTである。
本発明の量子化処理は時間領域で実行できるが、好ましくは信号処理は周波数領域で行われる。すなわち、入力信号はMDCT分析ブロックに供給され、出力透かし信号は逆MDCTを介して生成される。MDCT/IMDCTの代わりに、他の任意の好適な時間領域から周波数領域/周波数領域から時間領域への変換が使用されることができる。それは、時間領域信号の完璧な(すなわちビット単位で厳密な)再構成を許容しなければならない。本発明によれば、二つの相続くMDCTフレームが一つの複素スペクトルの実部および虚部と解釈される。数学的に厳密には、この解釈は誤りである。だが、これは、透かしを埋め込む目的のために角スペクトル(angular spectrum)を定義することを許容する。実際の透かし埋め込みは、特許文献1、特許文献2または特許文献3において記述されている処理に対応する。透かし情報を挿入するために、擬似複素スペクトルの角度(すなわち位相)のみが、入力信号の音響心理学的分析によって与えられる制約条件に従って修正される。
透かしメッセージmの埋め込みは、図1との関連で述べた埋め込みパワー制約をもつ本発明の可逆QIMに従って実行される。もとの信号の音響心理学的分析が、擬似複素スペクトルの個々の係数の角度または位相の最大修正を導出するために使われる。これらの最大値が、〈埋め込みパワー制約をもつ可逆QIM透かし入れ〉の節の特性曲線で使われた制約条件Tを構成する。
透かしプロセスが可逆なのは、加法的透かし信号を導出するために適用されるすべての分析ステップが透かしの埋め込みに対して不変であるからである。つまり、同じ加法的透かし信号が、もとの信号からも透かし入れされた信号からも導出されることができる。しかしながら、この属性には二つの前提条件がある。
上記の例示的なシステムが構築され、オーバーマーキング・パフォーマンス数値を決定するために使われた。用語「オーバーマーキング(overmarking)」は、透かしの埋め込みおよび除去のシーケンスが一つのもとのオーディオ信号に適用されたことを意味する。
ある特殊な実施形態では、上記の原理は、透かしの完全な除去を提供するために適用されることもできる。これは、高い確率で、ビットレベルで正確な埋め込み器のもとの入力PCMサンプルを与える。この目的のため、図2に描かれたシステムにおいて、加算器27の出力において、埋め込み器の出力信号が、埋め込み側と同様に種々の候補量子化手段曲線を用いて、ただしもとの埋め込み器側の入力PCMサンプルのビット深さ(たとえばサンプル当たり16ビット)より一貫して高いビット深さ(たとえばサンプル当たり24ビット)を用いて、量子化される。実際のQM曲線は、上記のようにMDCT領域で決定される。そのように決定された現在のQmに基づいて、対応する現在の透かしメッセージmが信号yから除去され、再現された信号xを与える。上記で説明したように、透かしの除去は、透かし入れされた信号の量子化からの量子化ノイズを受けるPCMサンプルにつながる。記載される処理では、この量子化ノイズは透かし除去器のより高いビット深さ出力信号のいくつかのLSBに影響するだけである。したがって、この出力信号は、入力PCMサンプルのもとの精度(上記の例ではサンプル当たり16ビット)に量子化されることができる。これは、量子化ノイズによる損傷を除去し、もとのPCMサンプルを復元する。
・オーディエンス測定を含むプロフェッショナルな作業フローにおけるコンテンツ追跡および法的鑑定;
・マークおよび関連する権利が透かしを交換することにより修正できる知的なDRM(digital rights management[デジタル権利管理]);
・コンテンツの可逆な劣化;
・ビデオ透かし入れ。
本発明の処理は、拡散スペクトル・ベースの透かし入れ技法との関連で使われることもできる。
Claims (11)
- 入力信号xに透かし入れするための量子化インデックス変調の方法であって、種々の量子化手段曲線Qmが前記入力信号xを量子化するために使われ、前記量子化手段曲線の現在の特性が、透かしメッセージmの現在の内容によって制御され、前記量子化において、どの位置でも入力値と出力値の間の差がTより大きくなく、前記諸量子化曲線Qmは、任意の入力値xについて一意的な出力値yがあるという意味で可逆であり、
±Tは前記量子化手段曲線Qmの外側セクション(I,III)のy=0に向けたyシフトを定義する値であり、前記入力信号xの現在の音響心理学的なマスキング・レベルによって決定され(26)、yは透かし入れされた出力信号であり、
前記種々の量子化手段曲線Qmは、x方向における完全な量子化手段曲線の種々のシフトによってmの現在値に従って確立される、
ことを特徴とする方法。 - 入力信号xに透かし入れするための量子化インデックス変調の装置であって、種々の量子化手段曲線Qmが前記入力信号xを量子化するために使われ、前記量子化手段曲線の現在の特性が、透かしメッセージmの現在の内容によって制御され、当該装置は:
・音響心理学的マスキング・レベル計算器(26)と;
・どの位置でも入力値と出力値の間の差がTより大きくない前記量子化を実行する埋め込み器(23)とを含み、前記諸量子化曲線Qmは、任意の入力値xについて一意的な出力値yがあるという意味で可逆であり、
±Tは前記量子化手段曲線Qmの外側セクション(I,III)のy=0に向けたyシフトを定義する値であり、前記入力信号xの現在の音響心理学的なマスキング・レベルによって決定され(26)、yは透かし入れされた出力信号であり、
前記種々の量子化手段曲線Qmは、x方向における完全な量子化手段曲線の種々のシフトによってmの現在値に従って確立される、
ことを特徴とする装置。 - 前記量子化は、y=Qm(x)+max(−T,min(T,α(x−Qm(x))))に従って実行され(23)、αは前記量子化手段曲線Qmの中間セクション(II)の所定の急峻さであり、±Tは前記量子化手段曲線Qmの他のセクション(I,III)のy=0に向けたyシフトを定義する値であり、前記入力信号xの現在の音響心理学的なマスキング・レベルによって決定され(26)、yは透かし入れされた出力信号である、請求項1記載の方法または請求項2記載の装置。
- 前記量子化が周波数領域で実行される、請求項1もしくは3記載の方法または請求項2もしくは3記載の装置。
- 請求項4記載の方法であって、前記量子化に先立って、前記入力信号xは時間から周波数への変換(21)および相続くフレーム対毎の組み合わせ(22)を通され、前記フレーム対の一方のフレームは一つの現在フレームの実部を表すものとして扱われ、他方のフレームはその現在フレームの虚部を表すものとして扱われ、量子化(23)された入力信号は相続くフレーム対毎の拡散(24)を通され、前記フレーム対の一方のフレームは一つの現在フレームの実部を表すものとして扱われ、他方のフレームはその現在フレームの虚部を表すものとして扱われ、周波数から時間への変換(25)を通されて前記透かし入れされた出力信号yを形成する方法、
または、
請求項4記載の装置であって、
・前記埋め込み器(23)の前に配置され、時間から周波数への変換およびフレーム対組み合わせのために適応された手段(21、22)であって、相続くフレーム対毎の一方のフレームは一つの現在フレームの実部を表すものとして扱われ、他方のフレームはその現在フレームの虚部を表すものとして扱われる、手段と、
・前記埋め込み器(23)の後に配置され、相続くフレーム対毎の拡散をするよう適応された手段(24、25)であって、前記フレーム対の一方のフレームは一つの現在フレームの実部を表すものとして扱われ、他方のフレームはその現在フレームの虚部を表すものとして扱われ、前記手段(24、25)はまた、周波数から時間への変換(25)により前記透かし入れされた出力信号yを形成するよう適応されている、
装置。 - 前記時間から周波数への変換がMDCTであり、前記周波数から時間への変換がIMDCTである、請求項5記載の方法または請求項5記載の装置。
- 前記出力信号yが前記入力信号xの位相修正を制御する、請求項1および3ないし6のうちいずれか一項記載の方法または請求項2ないし6のうちいずれか一項記載の装置。
- 前記入力信号xがオーディオ信号である、請求項1および3ないし7のうちいずれか一項記載の方法または請求項2ないし7のうちいずれか一項記載の装置。
- 請求項3ないし8のうちいずれか一項記載の方法に従って処理されたもとの入力信号xを再現する方法であって、当該方法は:
・前記量子化手段曲線Qmを対応する仕方で使ってy=Qm(x)+max(−T,min(T,α(x−Qm(x))))に従って受領された透かし入れされた信号を再量子化する段階であって、x方向における完全な量子化手段曲線の種々のシフトを適用することによって種々の候補量子化手段曲線Qmが検査され、前記再量子化は、もともと適用されたビット深さより大きなビット深さで実行される、段階と;
・周波数領域において最もよく一致する候補量子化手段曲線Qmを選択する段階と;
・そのようにして決定された現在のQmに基づいて、対応する現在の透かしmを信号yから除去してそれにより前記再現された信号xを提供する段階とを含む、
方法。 - 請求項1および3ないし8のうちいずれか一項記載の方法に従ってエンコードされたデジタル・オーディオまたはビデオ信号。
- 請求項10記載のデジタル・オーディオまたはビデオ信号を含むまたは記憶しているまたは記録している記憶媒体、たとえば光ディスク。
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