JP3785642B2 - 電子透かしに含めた暗号鍵を用いた符号化装置及び復号化装置並びにそれらの方法 - Google Patents

Description

本発明は、デジタルデータに電子透かしを挿入する方法及び装置並びにデジタルデータから電子透かしを検出する方法及び装置に関し、特に、デジタル画像データに電子透かしを挿入する方法及び装置並びにデジタル画像データから電子透かしを検出する方法及び装置に関する。

また、本発明はデジタルデータを暗号化する方法及び装置並びに暗号化されたデジタルデータを復号する方法及び装置に関し、特に、デジタル画像データを暗号化する方法及び装置並びに暗号化されたデジタル画像データを復号する方法及び装置に関する。

近年、画像データや音声データは、デジタル化されてから蓄積、伝送、配布等がされるようになってきた。一方、デジタル化に伴うデータの違法な複製が大きな問題となっている。電子透かしデータの挿入・検出技術は、そのような違法な複製を防止する技術として注目を浴びており、実現化に向けて検討が進んでいる。また、電子透かしデータとは別にデータやプログラム等の改竄を防ぐ技術として暗号化方式がある。これは、データやプログラム自体をある暗号キーにより暗号化し、その暗号キーがなければそのデータやプログラムがデータやプログラムとして成り立たないようにする技術である。

しかし、暗号化技術は、一度その暗号キーを解読されてしまうと、暗号化したデータも簡単にアクセスできてしまうと言う弱点があり、ＤＶＤ(Digital Versatile Disk)に施されているＣＳＳ(Contents Scrambling System)のように、同一の暗号鍵（単一の暗号鍵又は１組の暗号鍵）で全てのＤＶＤコンテンツを暗号化した場合、その暗号鍵を解読されると、全てのＤＶＤコンテンツの暗号を解いて、不正にコピー出来てしまうと言うことになる。

そこで、各コンテンツをコンテンツ毎の暗号鍵を用いて暗号化することによりＣＳＳの問題点を解決できる。しかし、暗号鍵をコンテンツとは別のルートでＤＶＤの購買者に送付すると、購買者はコンテンツ毎に異なった暗号鍵を再生機又は再生ソフトに設定しなければならず、購買者の操作が煩わしい。また、暗号鍵をＭＰＥＧ(Moving Picture Experts Group)データの特定の領域に挿入すると、不正者が容易にＭＰＥＧデータから暗号鍵を抜き取り、抜き取った暗号鍵により暗号化されていないＭＰＥＧデータを取り出し、暗号化されていないＭＰＥＧデータを複製することが可能となってしまう。

特許文献１に記載の技術は、電子透かしを画像データに挿入すると共に、電子透かしをスクランブルのための座標変換データの一部として使用して、画像ブロック単位で画像をスクランブルすることにより、再生側で、画像データに挿入された電子透かしと同一の電子透かしを用意している場合に限り、スクランブルを解除できるようにしたものである。しかし、この技術では、画像データの暗号化が行われておらず、画像ブロック単位でスクランブルが行われているだけであるので、スクランブルを解かなくても、どのフレームからも電子透かしを検出することができ、電子透かしを隠蔽することが全く出来ない。また、画像データを圧縮しようとした際、画像ブロック単位でスクランブルが行われているので、空間の連続性が無くなり、画像ブロックの動きベクトルを検出できず、動き補償フレーム間予測符号化を用いることが出来なくなってしまい、従って、高能率に圧縮することが出来なくなってしまう。

そこで、本願の出願人は、電子透かし技術と、暗号化技術のそれぞれの特徴を活かし、よりセキュアなデジタルコンテンツの再生制限をすること可能とする、電子透かしに含めた暗号鍵を用いた符号化装置及びその方法並びに電子透かしに含めた暗号鍵を用いた復号化装置及びその方法を発明した。この発明は、例えば、特許文献２に記載されているように、第１の暗号鍵を含んだ第１の電子透かしを生成する生成手段と、データの第１の部分に前記第１の暗号鍵を含んだ前記第１の電子透かしを挿入する電子透かし挿入手段と、前記データの第２の部分を前記第１の暗号鍵で暗号化する暗号化手段と、を備えることを特徴とする電子透かしに含めた暗号鍵を用いた符号化装置及びデータの第１の部分より第１の電子透かしを検出する電子透かし検出手段と、前記第１の電子透かしより第１の暗号鍵を抽出する暗号鍵抽出手段と、前記データの第２の部分を前記第１の暗号鍵で暗号解読する暗号解読手段と、を備えることを特徴とする電子透かしに含めた暗号鍵を用いた復号化装置である。この符号化装置において、前記電子透かし生成手段は、第ｎ（ｎは１より大きい整数）の暗号鍵を含んだ第ｎの電子透かしを生成し、前記電子透かし挿入手段は、第ｎの部分が前記暗号化手段により第（ｎ−１）の暗号鍵で暗号化される前に、前記第ｎの部分に前記第ｎの電子透かしを挿入し、前記暗号化手段は、前記データの第（ｎ＋１）の部分を前記第ｎの暗号鍵で暗号化してもよい。また、この復号化装置において、前記電子透かし検出手段は、前記暗号解読手段により第（ｎ−１）（ｎは１より大きい整数）の暗号鍵で暗号解読された第ｎの部分より第ｎの電子透かしを検出し、前記暗号鍵抽出手段は、前記第ｎの電子透かしより第ｎの暗号鍵を抽出し、前記暗号解読手段は、前記データの第（ｎ＋１）の部分を前記第ｎの暗号鍵で暗号解読してもよい。

ここで、他の従来技術について説明すると、特許文献３に記載の発明は、ＳＭＴＰヘッダ、伝送情報及びイメージデータより構成されるデータセットに対し、イメージデータを電子透かしで認証処理し、電子透かしを復号するための復号鍵及び伝送情報を強い暗号の暗号鍵で暗号化するものである。

特許文献４に記載の発明は、動画再生したときには視認できないが、静止画再生したときには視認できる電子透かしを動画の一部のフレームに挿入するものである。
特開平１１−３１７８５９号公報 特開２００２−２３２４１２号公報 特開平１１−８８３１９号公報 特開平１１−１３６６１８号公報

しかし、特許文献２に記載されている発明には以下の問題点がある。すなわち、復号化装置においては、データの第１の部分から電子透かしを検出しなければ、データの第２の部分の暗号解読をすることができず、データの第２の部分の暗号解読及びデータの第２の部分からの電子透かしの検出ができなければデータの第３の部分の暗号解読をすることができず、データの第３の部分の暗号解読及びデータの第３の部分からの電子透かしの検出ができなければデータの第４の部分の暗号解読ができなく、この様なことが続く。従って、コンテンツを先頭から末尾まで順を追って再生する場合には、問題が生ずることがないが、コンテンツをランダムアクセスする場合に、暗号解読ができない。特に、ランダムアクセスすることができるＤＶＤへの適用が多いことを考慮すると、それは大きな問題となる。

そこで本発明は、電子透かしを検出できなければ暗号解読ができないという秘匿性を維持したまま、ランダムアクセスを可能とする電子透かしに含めた暗号鍵を用いた符号化装置及びその方法並びに電子透かしに含めた暗号鍵を用いた復号化装置及びその方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の観点によれば、暗号鍵の全部又は一部を含んだ電子透かしを生成する電子透かし生成手段と、データの第１の部分に前記暗号鍵の全部又は一部を含んだ前記電子透かしを挿入する電子透かし挿入手段と、前記データの第２の部分を前記暗号鍵により暗号化する暗号化手段と、を備える電子透かしに含めた暗号鍵を用いた符号化装置において、前記データの第１の部分は、データ伸張において、前記データの第２の部分が復元されたことを条件として、復元できるデータであり、前記第１の部分と前記第２の部分は同一のＧＯＰに含まれることを特徴とする符号化装置が提供される
上記の電子透かしに含めた暗号鍵を用いた符号化装置において、前記電子透かし挿入手段は、前記データの第２の部分の全部又は一部にも前記暗号鍵の全部又は一部を含んだ前記電子透かしを挿入するようにしてもよい。
本発明の第２の観点によれば、データの第１の部分から電子透かしを検出する電子透かし検出手段と、前記電子透かしより暗号鍵の全部又は一部を抽出する暗号鍵抽出手段と、前記データの第２の部分を前記暗号鍵で暗号解読する暗号解読手段と、を備える電子透かしに含めた暗号鍵を用いた復号化装置において、前記データの第１の部分は、データ伸張において、前記データの第２の部分が復元されていることを条件として、復元できるデータであることを特徴とする電子透かしに含めた暗号鍵を用いた復号化装置であって、前記第１の部分と前記第２の部分は同一のＧＯＰに含まれることを特徴とする復号化装置が提供される。
上記の電子透かしに含めた暗号鍵を用いた復号化装置において、前記電子透かし検出挿入手段は、前記データの第２の部分の全部又は一部からも前記暗号鍵の全部又は一部を含んだ前記電子透かしを検出するようにしてもよい。

データの第２の部分が復元されたことを条件として復元できるデータの第１の部分にデータの第２の部分の暗号解読をするための暗号鍵を含んだ電子透かしを挿入するので、データの第１の部分の電子透かしを検出することができなければ、データの第１の部分及びデータの第２の部分の両方を復元することができない。従って、データの一部であるデータの第２の部分のみを暗号化するのみで、データの秘匿性を高めることができる。従って、データの一部であるデータの第２の部分以外の部分であるデータの第１の部分に、暗号化されてしまうと挿入することが不可能な電子透かしを挿入することとしている。こうすることにより、データの第１の部分又はデータの第２の部分でない他の領域のデータに暗号鍵を含んだ電子透かしを挿入する必要が無くなるので、データの第１の部分及びデータの第２の部分を復元するために他の領域にアクセスする必要が無くなり、ランダムアクセスに対応することができる。

データの第２の部分を暗号化しているので、その第２の部分の暗号解読ができなければ、他の部分が暗号化されていなくても、復号化データは、意味を持たないものとなる。従って、データの一部であるデータの第２の部分以外の部分であるデータの第１の部分に、暗号解読をするための暗号鍵を含んだ電子透かしを挿入することとしている。こうすることにより、データの第１の部分又はデータの第２の部分でない他の領域のデータに暗号鍵を含んだ電子透かしを挿入する必要が無くなるので、データの第１の部分及びデータの第２の部分を意味のあるものに復元するために他の領域にアクセスする必要が無くなり、ランダムアクセスに対応することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

［実施形態１］
まず、実施形態１による符号化装置について説明する。図１は、実施形態１による符号化装置の構成を示すブロック図である。

図１を参照すると、実施形態１による符号化装置は、電子透かし生成部１０１、電子透かし挿入部１０３及び暗号化部１０５を備える。

電子透かし生成部１０１は、暗号鍵１１１の全部又は一部を含んだ電子透かし１１２を生成する。ここで、電子透かし１１２が暗号鍵１１１を含むとは、電子透かし１１２の各成分に暗号鍵の全部又は一部の各数値又は文字が対応付けられることをいう。暗号鍵１１１は、原データのコンテンツ毎に異なったものであることが好ましい。こうすることにより、あるコンテンツに対応した暗号鍵がハッキングされても、他のコンテンツを暗号解読することができない。また、暗号鍵１１１は、復号側でも用いられることを考慮し、共通鍵である。また、電子透かしを各フレームから検出することができるならば、暗号鍵１１１をフレーム毎に変化させてもよい。電子透かしを検出するために、数フレーム必要なのであれば、暗号鍵を数フレーム毎に変化させてもよい。こうすることにより、暗号鍵のハッキングに多大な時間を要することとなり、コンテンツの秘匿性を高めることができる。

電子透かし挿入部１０３は、原データ１１３に電子透かし１１２を挿入し、電子透かしが挿入された中間データ１１５を生成する。原データ１１３は、実施形態では、例えば、動画像データである。電子透かし挿入部１０３の詳細については後述する。

原データ１１３及び中間データ１１５のフィールド又はフレーム（以下、フィールド及び１以上のフレームを含めて単にフレームという。）の構成の模式図を図２に示す。図２に示す原データ１１３等の番号が付された四角は、画素又はブロックを示すが、以下、画素及びブロックを含めて単にブロックという。図２に示す中間データ１１５において、数字が円で囲まれたブロックに電子透かしが挿入されており、その他のブロックには電子透かしは挿入されていない。図２には、２種類の中間データ１１５（１１５Ａ及び１１５Ｂ）を示す。一方の種類の中間データ１１５Ａは、一部のブロックに電子透かしが挿入されたものであり、他方の種類の中間データ１１５Ｂは、全部のブロックに電子透かしが挿入されたものである。電子透かし挿入部１０３は、どちらの種類の中間データ１１５を生成しても良い。

暗号化部１０５は、中間データ１１５を暗号鍵１１１で暗号化し、符号化データ１１７を生成する。図２に符号化データ１１７（１１７Ａ及び１１７Ｂ）の２種類の模式図を示す。図２に示す符号化データ１１７において、数字にバツを付しているブロックが暗号化され、その他のブロックは暗号化されない。暗号化されていないブロックは、原データ１１３とほぼ同様の内容を有するが、一部のブロックが暗号化されているので、符号化データ１１７は、フレーム全体で見ると認識できないデータとなっているので、秘匿性が得られている。

電子透かし挿入部１０３が上述した第１の種類の中間データ１１５を生成する場合には、電子透かしが挿入されたブロックは暗号化されない。これは、ブロックに電子透かしが挿入された後に、そのブロックが暗号化されると、そのブロックから電子透かしを検出できなくなるからである。

しかし、全部のブロックに電子透かしが挿入された後に、一部のブロックが暗号化された場合には、暗号化されたブロックから電子透かしを検出することができなくなるが、暗号化されていないブロックから電子透かしを検出することができる。また、電子透かしを挿入したブロックを暗号化し、暗号解読することは問題なくできる。従って、あるブロックに電子透かしを挿入し、そのブロックを暗号化しても何ら支障はない。他方、全部のブロックに電子透かしを挿入する場合には、電子透かしを挿入するかしないかについての判断部を設ける必要が無く、電子透かし挿入部１０３を簡素化できる。従って、電子透かし挿入部１０３の簡素化を目的として、電子透かし挿入部１０３が全部のブロックに電子透かしを挿入した上述の第２の種類の中間データ１１５を生成するようにしてもよい。

また、電子透かし挿入部１０３は、暗号化されないブロックのうちの全てのブロック及び暗号化されるブロックのうちの一部のブロックに電子透かしを挿入しても良い。更に、電子透かしの検出が不可能とならない範囲で、暗号化されないブロックのうちの一部のブロックのみに電子透かしを挿入しても良い。

次に、電子透かし挿入部１０３の詳細について図３を参照して説明する。

図３を参照すると、電子透かし挿入部１０３は、離散コサイン変換器１０３−１、電子透かし保持部１０３−２、挿入部１０３−３及び逆離散コサイン変換器１０３−４を備える。

離散コサイン変換器１０３−１は、空間領域の原画像データｘ（ｊ）に対して、例えば８画素×８画素の２次元の離散コサイン変換を行い、周波数領域のＤＣＴ係数ｆ（ｉ）を出力する。ここで、ｊは、２次元から１次元に並べられた後の画素の番号を表し、ｉは、２次元から１次元に並べられた後のＤＣＴ係数の番号を表す。

電子透かしデータ保持部１０３−２は、電子透かし１１２
ｗ（１）、ｗ（２）、・・・、ｗ（ｎ）
を保持する。なお、電子透かしデータは平均０、分散１の正規分布に従う。

挿入部１０３−３は、以下のことを行う。すなわち、ＤＣＴ係数ｆ（ｉ）と電子透かしデータｗ（ｉ）を基に、電子透かし挿入後のＤＣＴ係数Ｆ（ｉ）を、
Ｆ（ｉ）＝ｆ（ｉ）＋α×ａｖｇ（ｆ（ｉ））×ｗ（ｉ）
の計算式により各ｉについて計算する。ここで、αはスケーリング要素であり、ａｖｇ（ｆ（ｉ））はｆ（ｉ）の近傍３点の絶対値の平均を取った部分平均である。そして、Ｆ（ｉ）を出力する。

逆離散コサイン変換器１０３−４は、電子透かし挿入後のＤＣＴ係数Ｆ（ｉ）に対して、逆離散コサイン変換を行い、空間領域の電子透かし挿入済画像データＸ（ｊ）を出力する。

次に、実施形態１による復号化装置について説明する。図４は、実施形態１による復号化装置の構成を示すブロック図である。

図４を参照すると、実施形態１による復号化装置は、電子透かし検出部１２１、遅延部１２２、暗号鍵抽出部１２３及び暗号解読部１２５を備える。

電子透かし検出部１２１は、符号化データ１１７から電子透かし１３１を検出する。電子透かし検出部１２１の詳細については後述する。暗号鍵抽出部１２３は、電子透かし１３１から暗号鍵１３３を抽出する。ここで、暗号鍵１３３は電子透かし生成部１０１が電子透かしに挿入した暗号鍵であり、暗号鍵１１１の全部又は一部である。電子透かし１３１が電子透かし１１１の一部である場合には、暗号鍵抽出部１２３が抽出した暗号鍵１３１に電子透かし１１１の残りの部分を合わせる。電子透かし１１１の残りの部分は、例えば、ユーザがインターネットを介してコンテンツ提供者より入手して、復号化装置に入力する。このように、電子透かし１３３は電子透かし１１１の一部である場合もあるが、以降の説明では、説明を簡単にするために、電子透かし１１１と電子透かし１３３が同一であるとする。遅延部１２２は、符号化データ１１７を、符号化データ１１７から電子透かし検出部１２１及び暗号鍵抽出部１２３により暗号鍵１３３を得るのに必要な時間だけ遅延させることにより、暗号鍵１３３が得られてから、その暗号鍵１３３を含んでいたフレームのデータが暗号解読部１２５に供給されるようにする。暗号解読部１２５は、暗号鍵１３３を用いて符号化データ１１７の暗号解読をして、復元データ１３５を生成する。

２種類の中間データ１１５Ａ及び１１５Ｂに対応した２種類の復元データ１３５Ａ及び１３５Ｂの構成を図２に示す。図２から明らかなように、復元データ１３５Ａ及び１３５Ｂは、それぞれ、中間データ１１５Ａ及び１１５Ｂと同一である。すなわち、復元データ１３５は暗号解読されているが、電子透かしが挿入されたままである。電子透かしは視覚上画質に影響を与えないので、電子透かしが挿入されたままであっても問題はない。

次に、電子透かし検出部１２１の詳細について図５を参照して説明する。

図５を参照すると、電子透かし検出部１２１は、離散コサイン変換器１２１−１、電子透かしデータ候補保持部１２１−２及び検出部１２１−３を備える。

離散コサイン変換器１２１−１は、空間領域の電子透かし挿入済画像データＸ（ｊ）に対して離散コサイン変換を行い、電子透かし挿入後のＤＣＴ係数Ｆ（ｉ）を出力する。

電子透かしデータ候補保持部１２１−２は、複数の電子透かしデータ候補を保持する。

検出部１２１−３は、電子透かし挿入後のＤＣＴ係数Ｆ（ｉ）を基に、電子透かしデータＷ（ｉ）を、
Ｗ（ｉ）＝Ｆ（ｉ）／ａｖｇ（Ｆ（ｉ））
の計算式により計算し、１フレーム分のＷ（ｉ）の総和ＷＦ（ｉ）を各ｉについて計算する。

次に、検出部１２１−３は、電子透かし候補ｗ（ｉ）とＷＦ（ｉ）との統計的類似度Ｃをベクトルの内積を利用して、
Ｃ＝ＷＦ×ｗ／（ＷＦＤ×ｗＤ）
の計算式により計算する。ここで、
ＷＦ＝（ＷＦ（１）、ＷＦ（２）、・・・、ＷＦ（ｎ））、
ｗ＝（ｗ（１）、ｗ（２）、・・・、ｗ（ｎ））、
ＷＦＤ＝ベクトルＷＦの絶対値、
ｗＤ＝ベクトルｗの絶対値
である。統計的類似度Ｃがある特定の値以上である場合には、該当電子透かしデータが埋め込まれていると判定する。

電子透かしを検出するために、１フレームのうちの電子透かしが挿入されていて暗号化されていないブロックのみを必要とする場合には、各フレーム毎に暗号鍵を変えることができる。これに対し、電子透かしを検出するために、複数フレームのうちの電子透かしが挿入されていて暗号化されていないブロックを必要とする場合には、複数フレーム毎に暗号鍵を変えることができる。

［実施形態２］
次に、実施形態２の符号化装置及び復号化装置の説明をする前に、実施形態２の符号化装置及び復号化装置が扱うＭＰＥＧデータのうちの映像データについて説明する。

ＭＰＥＧデータのうちの映像データは、動き補償双方向フレーム間符号化が行われたものである。映像データは、ＧＯＰ(Group Of Picture)といわれるグループに分割される。ここで、ピクチャとは、フレームのことである。図６に示すように、ＧＯＰは、複数のピクチャより構成される。ピクチャは、Ｉピクチャ、Ｂピクチャ及びＰピクチャに分類される。Ｉピクチャは、フレーム内符号化されるピクチャであり、１つのＧＯＰに１つある。Ｐピクチャは、前方向予測符号化が行われるピクチャである。Ｂピクチャは双方向予測符号化が行われるピクチャである。図６のピクチャ間を結ぶ矢印の先にあるピクチャはその矢印の元にあるピクチャを基準にして予測符号化される。例えば、Ｐ６ピクチャは、Ｉ３ピクチャを基準にして予測符号化され、Ｂ１ピクチャは、Ｉ３ピクチャ及びＰ６ピクチャを基準にして予測符号化され、Ｂ２ピクチャはＩ３ピクチャ及びＰ６ピクチャを基準にして予測符号化され、Ｐ９ピクチャは、Ｐ６ピクチャを基準にして予測符号化される。従って、復号化装置で、例えば、Ｐ６ピクチャを復元するためには、予めＩ３ピクチャが復元されていなければならず、Ｂ１ピクチャを復元するためには、予めＩ３ピクチャ及びＰ６ピクチャが復元されていなければならず、Ｂ２ピクチャを復元するためには、予めＩ３ピクチャ及びＰ６ピクチャが復元されていなければならず、Ｐ９ピクチャを復元するためには、予めＰ６ピクチャが復元されていなければならない。従って、復号化装置において、あるＧＯＰに１つしか存在しないＩピクチャが復元できなければ、そのＧＯＰの全てのピクチャを復元することができない。また、図６の例では、Ｉ３ピクチャが復元できたとしても、ＧＯＰ内の最初のＰピクチャであるＰ６ピクチャが復元できなければ、Ｉ３ピクチャを除き、これらが属するＧＯＰに属する全てのピクチャを復元することができない。

次に、実施形態２による符号化装置について説明する。図７は、実施形態２による符号化装置の構成を示すブロック図である。

図７を参照すると、実施形態２による符号化装置は、ＭＰＥＧエンコーダ２０１、電子透かし生成部２０３、電子透かし挿入部２０５及び暗号化部２０７を備える。

ＭＰＥＧエンコーダ２０１は、原画像データ２１３及び原音声データ２１４を入力し、ＭＰＥＧ規格に従ってこれらを符号化し、ＭＰＥＧデータである第１の中間データ２１５を生成する。図８に第１の中間データ２１５の各ピクチャを示す。

電子透かし生成部２０３は、暗号鍵２１１の全部又は一部を含んだ電子透かし２１２を生成する。暗号鍵２１１は、原画像データ２１３及び原音声データ２１４のコンテンツ毎に異なったものであることが好ましい。こうすることにより、あるコンテンツに対応した暗号鍵がハッキングされても、他のコンテンツを暗号解読することができない。また、暗号鍵２１１は、復号側でも用いられることを考慮し、共通鍵である。また、電子透かしを各ＧＯＰから検出することができるならば、暗号鍵１１１をＧＯＰ毎に変化させてもよい。こうすることにより、暗号鍵のハッキングに多大な時間を要することとなり、コンテンツの秘匿性を高めることができる。

電子透かし挿入部２０５は、第１の中間データ２１５のうちのＤＣＴ係数の部分に電子透かしを挿入し、電子透かしが挿入された第２の中間データ２１７を生成する。電子透かし挿入部２０５の詳細については後述する。図８に第２の中間データ２１７の各ピクチャを示す。図８に示す第２の中間データ２１７において、数字が円で囲まれたピックチャに電子透かしが挿入されており、その他のピクチャには電子透かしは挿入されていない。すなわち、Ｉピクチャには電子透かしが挿入されないが、他の全てのピクチャには電子透かしが挿入される。

次に、電子透かし挿入部２０５の詳細について図９を参照して説明する。

図９を参照すると、電子透かし挿入部２０５は、可変長復号化部２０５−１、電子透かし保持部２０５−２、挿入部２０５−３、調整部２０５−４、可変長符号化部２０５−５、遅延部２０５−６及びマルチプレクサ２０５−７を備える。

可変長復号化部２０５−１は、第１の中間データ２１５を可変長復号し、各画像ブロックのＤＣＴ係数ｆ（ｉ）を出力する。

電子透かしデータ保持部２０５−２は、電子透かし２１２
ｗ（１）、ｗ（２）、・・・、ｗ（ｎ）
を保持する。なお、電子透かしデータは平均０、分散１の正規分布に従う。

挿入部２０５−３は、以下のことを行う。すなわち、ＤＣＴ係数ｆ（ｉ）と電子透かしデータｗ（ｉ）を基に、電子透かし挿入後のＤＣＴ係数Ｆ（ｉ）を、
Ｆ（ｉ）＝ｆ（ｉ）＋α×ａｖｇ（ｆ（ｉ））×ｗ（ｉ）
の計算式により各ｉについて計算する。ここで、αはスケーリング要素であり、ａｖｇ（ｆ（ｉ））はｆ（ｉ）の近傍３点の絶対値の平均を取った部分平均である。そして、Ｆ（ｉ）を出力する。

調整部２０５−４は、調整後の各画像ブロックのＤＣＴ係数を可変長符号化したときの各画像ブロック当たりの総符号長が、電子透かしを挿入する前の各画像ブロックのＤＣＴ係数を可変長符号化したときの各画像ブロック当たりの総符号長が等しくなるように、各画像ブロックのＤＣＴ係数のレベルを調整する。

可変長符号化部２０５−５は、調整部２０５−４が出力するＤＣＴ係数を可変長符号化する。

遅延部２０５−６は、可変長復号化部２０５−１、挿入部２０５−３、調整部２０５−４及び可変長符号化部２０５−５でのデータの遅延時間と同一の時間だけ第１の中間データ２１５を遅延させる。

マルチプレクサ２０５−７は、可変長符号化部２０５−５が出力する可変長符号と、遅延部２０５−６が出力する第１の中間データのうちのＤＣＴ係数の可変長符号を除いた部分とをマルチプレクスする。つまり、マルチプレクサ２０５−７は、遅延部２０５−６が出力する第１の中間データのうちＤＣＴ係数に関連する符号だけ可変長符号化部２０５−５が出力する符号にすげ替える。

このようにして、電子透かし挿入部２０５は、ＭＰＥＧデータのうちのＤＣＴ係数の可変長符号の部分だけに変更を加える。電子透かし挿入部２０５の詳細については、特開２００１−００７７０５に記載されている。

なお、電子透かし挿入後の符号量が電子透かし挿入前の符号量と等しくなくても良いのならば、調整部２０５−４は不要であり、可変長符号化部２０５−５とマルチプレクサ２０５−７の間に可変遅延部を設け、遅延部２０５−６を可変とし、これらの遅延部からデータを出力用クロックで読み出す。

図７に戻り、暗号化部２０７は、第２の中間データ２１７を暗号鍵２１１で暗号化し、符号化データ２１９を生成する。図８に符号化データ２１９の各ピクチャを示す。図８に示す符号化データ２１９において、数字にバツを付しているピクチャが暗号化され、その他のピクチャは暗号化されない。すなわち、Ｉピクチャのみが暗号化される。従って、Ｉピクチャには、電子透かしが挿入されないが、Ｉピクチャは暗号化される。他方、Ｉピクチャ以外のピクチャには、電子透かしが挿入されるが、Ｉピクチャ以外のピクチャは暗号化されない。

従って、Ｉピクチャの暗号解読ができない限り、ＧＯＰの全てのピクチャを復元することができない。Ｉピクチャを暗号解読するための暗号鍵は、電子透かしの形態でＩピクチャ以外のピクチャに挿入されている。従って、復号化装置において、Ｉピクチャ以外のピクチャから電子透かしを検出し、検出された電子透かしから暗号鍵を抽出しない限り、Ｉピクチャの暗号解読ができない。従って、Ｉピクチャ以外のピクチャから電子透かしを検出しない限り、ＧＯＰの全てのピクチャを復元することができない。

一方、Ｉピクチャ以外のピクチャから電子透かしを検出すれば、Ｉピクチャの暗号解読をすることができるので、Ｉピクチャ以外のピクチャから電子透かしを検出すれば、ＧＯＰの全てのピクチャを復元することができる。すなわち、あるＧＯＰの全てのピクチャを復元するためには、そのＧＯＰのＩピクチャ以外のピクチャに挿入されている電子透かしが検出できれば良く、他のＧＯＰのピクチャに挿入されている電子透かしを検出する必要はない。元々、ＭＰＥＧデータの性質上、ランダムアクセスはフレーム単位で行うことができず、ＧＯＰ単位で行うこととなるが、本発明によりこれ以上の制限を加えることがなくなる。特許文献２の発明の場合には、あるＧＯＰを再生するために他のＧＯＰのデータが必要とされる。従って、特許文献２の発明は、ランダムアクセスへの適合性を有さないが、本発明は、ランダムアクセスへの適合性を有する。

図１０（ａ）〜（ｃ）に符号化データ２１９の他のパターンを示す。図１０（ａ）に示すパターンでは、Ｉピクチャ及びＧＯＰ内の最初のピクチャが暗号化され、ＧＯＰの他のピクチャに暗号鍵を含む電子透かしが挿入される。図１０（ｂ）に示すパターンでは、Ｉピクチャ及びＧＯＰ内の全てのＰピクチャが暗号化され、ＧＯＰ内の全てのＢピクチャに暗号鍵を含む電子透かしが挿入される。図１０（ｃ）に示すパターンでは、Ｉピクチャ、ＧＯＰ内の全てのＰピクチャ及びＧＯＰの一部のＢピクチャが暗号化され、ＧＯＰ内の残りのＢピクチャに暗号鍵を含む電子透かしが挿入される。

図１１（ａ）〜（ｄ）に符号化データ２１９の更に他のパターンを示す。図１１（ａ）〜（ｄ）に示すパターンにおいては、全てのピクチャに電子透かしが挿入される。そして、図１１（ａ）に示すパターンでは、Ｉピクチャのみが暗号化され、図１１（ｂ）に示すパターンでは、Ｉピクチャ及びＧＯＰ内の最初のピクチャが暗号化され、図１１（ｃ）に示すパターンでは、Ｉピクチャ及びＧＯＰ内の全てのＰピクチャが暗号化され、図１１（ｄ）に示すパターンでは、Ｉピクチャ、ＧＯＰ内の全てのＰピクチャ及びＧＯＰ内の一部のＢピクチャが暗号化される。実施形態１と同様に、暗号化されるピクチャに電子透かしが挿入されていても、暗号化及び暗号解読に支障はない。また、ピクチャの区別無く電子透かしを挿入すれば、電子透かしを挿入するかしないかを決定するための部分が不要であるため、電子透かし挿入部２０５を簡素化することができる。従って、電子透かし挿入部２０５を簡素化する目的のために、全てのピクチャに電子透かしを挿入するようにしても良い。

また、図１１（ｂ）、（ｃ）又は（ｄ）のパターンを変形させて、電子透かしが挿入されないピクチャをピクチャＩ３のみとしても良いし、電子透かしが挿入されないピクチャをピクチャＩ３及びＰ６のみとしてもよい。

図８に示す符号化データ、図１０（ａ）に示す符号化データ、図１０（ｂ）に示す符号化データ、図１０（ｃ）に示す符号化データの順に、暗号化されるピクチャの数が増加し、暗号鍵を含む電子透かしが挿入されるピクチャの数が減少する。

Ｐピクチャ及びＢピクチャには、画像の内容によっては、フレーム内符号化されるイントラマクロブロックが含まれる場合がある。イントラマクロブロックは、Ｉピクチャが復元されていなくても、復元することができる。従って、復元できるイントラマクロブロックを減らして、暗号解読できない場合の画像の認識性を低くするためには、暗号化されるピクチャの数が多い方が好ましい。一方、暗号化されるピクチャの数を多くすると、暗号鍵を含んだ電子透かしであって検出できるものを挿入できるピクチャの数が少なくなり、電子透かしの検出の精度が下がる。従って、暗号化されるピクチャの数を、暗号解読できない場合の画像の認識性と電子透かしの検出の精度を考慮して定める。

次に、実施形態２による復号化装置について説明する。図１２は、実施形態２による復号化装置の構成を示すブロック図である。

図１２を参照すると、実施形態２による復号化装置は、電子透かし検出部２２１、遅延部２２２、暗号鍵抽出部２２３、暗号解読部２２５及びＭＰＥＧデコーダ２２７を備える。

電子透かし検出部２２１は、符号化データ２１９から電子透かし２３１を検出する。電子透かし検出部２２１の詳細については後述する。暗号鍵抽出部２２３は、電子透かし２３１から暗号鍵２３３を抽出する。実施形態１の場合と同様に暗号鍵２３３は暗号鍵２１１の全部又は一部であり、暗号鍵２３３に暗号鍵２１１の残りの部分を合わせて暗号解読部２２５に供給する必要があるが、説明の簡単のために暗号鍵２３３は暗号鍵２１１と同一であるとする。遅延部２２２は、暗号鍵抽出部２２３が暗号鍵２３３を出力するまでの間、符号化データ２１９が暗号解読部２２５に入力されるタイミングを遅らせるために、符号化データ２１９を遅延させる。暗号解読部２２５は、暗号鍵２３３を用いて遅延された符号化データ２１９の暗号解読をして、第３の中間データ２３５を生成する。ＭＰＥＧデコーダ２２７は、第３の中間データ２３５を復号して、復元画像データ２３７及び復元音声データ２３９を生成する。

第３の中間データ２３５は、図８に示すように、暗号解読されているが、電子透かしは挿入されたままである。同様に、復元画像データ２３７も、図８に示すように、暗号解読されているが、電子透かしは挿入されたままである。

次に、電子透かし検出部２２１の詳細について図１３を参照して説明する。

図１３を参照すると、電子透かし検出部２２１は、可変長復号部２２１−１、電子透かしデータ候補保持部２２１−２及び検出部２２１−３を備える。

可変長復号部２２１−１は、符号化データ２１９を可変長復号し、暗号化されていないピクチャの各ブロックの電子透かし挿入後のＤＣＴ係数Ｆ（ｉ）を出力する。なお、本実施形態では、ＭＰＥＧデータ中の各種のビデオスタートコードを暗号化しないので、ビデオスタートコードの一種であるピクチャースタートコードにより各ピクチャーの先頭を検出することができるので、途中に暗号化されているピクチャが混じっていても各ピクチャを認識することができる。

電子透かしデータ候補保持部２２１−２は、複数の電子透かしデータ候補を保持する。

検出部２２１−３は、電子透かし挿入後のＤＣＴ係数Ｆ（ｉ）を基に、電子透かしデータＷ（ｉ）を、
Ｗ（ｉ）＝Ｆ（ｉ）／ａｖｇ（Ｆ（ｉ））
の計算式により計算し、１フレーム分のＷ（ｉ）の総和ＷＦ（ｉ）を各ｉについて計算する。

次に、検出部２２１−３は、電子透かし候補ｗ（ｉ）とＷＦ（ｉ）との統計的類似度Ｃをベクトルの内積を利用して、
Ｃ＝ＷＦ×ｗ／（ＷＦＤ×ｗＤ）
の計算式により計算する。ここで、
ＷＦ＝（ＷＦ（１）、ＷＦ（２）、・・・、ＷＦ（ｎ））、
ｗ＝（ｗ（１）、ｗ（２）、・・・、ｗ（ｎ））、
ＷＦＤ＝ベクトルＷＦの絶対値、
ｗＤ＝ベクトルｗの絶対値
である。統計的類似度Ｃがある特定の値以上である場合には、該当電子透かしデータが埋め込まれていると判定する。

［実施形態３］
実施形態２においては、符号化装置において、ＭＰＥＧエンコーダ２０１の後段に電子透かし挿入部２０５を配置していた。これに対し、実施形態７においては、図１４に示すように、符号化装置において、ＭＰＥＧエンコーダ２０１の前段に電子透かし挿入部２０９を配置する。電子透かし挿入部２０９の構成は図３に示すようなものである。図１４において、電子透かし挿入部２０９が出力する第１の中間データ２５１は、全部又は一部のピクチャに電子透かしが挿入された画像データである。ＭＰＥＧエンコーダ２０１が出力する第２の中間データ２５３は、全部又は一部のピクチャに電子透かしが挿入されたＭＰＥＧデータである。実施形態３の符号化装置が出力する符号化データ２１９は、実施形態２の符号化装置が出力する符号化データ２１９と同一である。

なお、上記の実施形態の符号化装置の各部及び復号化装置の各部は、ハードウェアによって実現することもできるし、コンピュータをこれらの部分として機能させるためのプログラムをコンピュータが読み込んで実行することによっても実現することができるし、ハードウェアとソフトウェアのハイブリッド構成で実現することもできる。

また、上記の実施形態では、共通鍵により暗号化及び暗号解読をするとした。この代わりに、公開鍵によりデータの暗号化を行い、データに秘密鍵を電子透かしの形態で挿入し、復号側で、電子透かしを検出し、秘密鍵を抽出し、抽出された秘密鍵でデータの暗号解読を行うようにしてもよい。

本発明は、ＤＶＤ等に記録された映画等のコンテンツの秘匿性を高め、且つ、ランダムアクセスに対応するために用いることができる。

本発明の実施形態１による符号化装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１による符号化装置の各部におけるデータの構成を示す図である。 本発明の実施形態１による符号化装置で用いられる電子透かし挿入部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１による復号化装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１による復号化装置で用いられる電子透かし検出部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態２で扱うＭＰＥＧデータの構成を示す概念図である。 本発明の実施形態２による符号化装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態２による符号化装置及び復号化装置の各部におけるデータの構成を示す図である。 本発明の実施形態２による符号化装置で用いる電子透かし挿入部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態２による符号化装置が出力する符号化データの各バリエーションの構成を示す図である。 本発明の実施形態２による符号化装置が出力する符号化データの各バリエーションの構成を示す図である。 本発明の実施形態２による復号化装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態２による復号化装置で用いる電子透かし検出部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態３による符号化装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０１ 電子透かし生成部
１０３ 電子透かし挿入部
１０５ 暗号化部
１２１ 電子透かし検出部
１２３ 暗号鍵抽出部
１２５ 暗号解読部
２０１ ＭＰＥＧエンコーダ
２０３ 電子透かし生成部
２０５ 電子透かし挿入部
２０７ 暗号化部
２２１ 電子透かし検出部
２２２ 遅延部
２２３ 暗号鍵抽出部
２２５ 暗号解読部
２２７ ＭＰＥＧデコーダ

Claims (9)

1. 暗号鍵の全部又は一部を含んだ電子透かしを生成する電子透かし生成手段と、
   データの第１の部分に前記暗号鍵の全部又は一部を含んだ前記電子透かしを挿入する電子透かし挿入手段と、
   前記データの第２の部分を前記暗号鍵により暗号化する暗号化手段と、
   を備える電子透かしに含めた暗号鍵を用いた符号化装置において、
   前記データの第１の部分は、データ伸張において、前記データの第２の部分が復元されたことを条件として、復元できるデータであり、
   前記第１の部分と前記第２の部分は同一のＧＯＰに含まれることを特徴とする符号化装置。
2. 請求項１に記載の電子透かしに含めた暗号鍵を用いた符号化装置において、
   前記電子透かし挿入手段は、前記データの第２の部分の全部又は一部にも前記暗号鍵の全部又は一部を含んだ前記電子透かしを挿入することを特徴とする電子透かしに含めた暗号鍵を用いた符号化装置。
3. データの第１の部分から電子透かしを検出する電子透かし検出手段と、
   前記電子透かしより暗号鍵の全部又は一部を抽出する暗号鍵抽出手段と、
   前記データの第２の部分を前記暗号鍵で暗号解読する暗号解読手段と、
   を備える電子透かしに含めた暗号鍵を用いた復号化装置において、
   前記データの第１の部分は、データ伸張において、前記データの第２の部分が復元されていることを条件として、復元できるデータであることを特徴とする電子透かしに含めた暗号鍵を用いた復号化装置であって、
   前記第１の部分と前記第２の部分は同一のＧＯＰに含まれることを特徴とする復号化装置。
4. 請求項３に記載の電子透かしに含めた暗号鍵を用いた復号化装置において、
   前記電子透かし検出挿入手段は、前記データの第２の部分の全部又は一部からも前記暗号鍵の全部又は一部を含んだ前記電子透かしを検出することを特徴とする電子透かしに含めた暗号鍵を用いた復号化装置。
5. 暗号鍵の全部又は一部を含んだ電子透かしを生成する電子透かし生成ステップと、
   データの第１の部分に前記暗号鍵の全部又は一部を含んだ前記電子透かしを挿入する電子透かし挿入ステップと、
   前記データの第２の部分を前記暗号鍵により暗号化する暗号化ステップと、
   を備える電子透かしに含めた暗号鍵を用いた符号化方法において、
   前記データの第１の部分は、データ伸張において、前記データの第２の部分が復元されたことを条件として、復元できるデータであり、
   前記第１の部分と前記第２の部分は同一のＧＯＰに含まれることを特徴とする符号化方法。
6. 請求項５に記載の電子透かしに含めた暗号鍵を用いた符号化方法において、
   前記電子透かし挿入ステップは、前記データの第２の部分の全部又は一部にも前記暗号鍵の全部又は一部を含んだ前記電子透かしを挿入することを特徴とする電子透かしに含めた暗号鍵を用いた符号化方法。
7. データの第１の部分から電子透かしを検出する電子透かし検出ステップと、
   前記電子透かしより暗号鍵の全部又は一部を抽出する暗号鍵抽出ステップと、
   前記データの第２の部分を前記暗号鍵で暗号解読する暗号解読ステップと、
   を備える電子透かしに含めた暗号鍵を用いた復号化方法において、
   前記データの第１の部分は、データ伸張において、前記データの第２の部分が復元されていることを条件として、復元できるデータであることを特徴とする電子透かしに含めた暗号鍵を用いた復号化方法であって、
   前記第１の部分と前記第２の部分は同一のＧＯＰに含まれることを特徴とする復号化方法。
8. 請求項７に記載の電子透かしに含めた暗号鍵を用いた復号化方法において、
   前記電子透かし検出挿入ステップは、前記データの第２の部分の全部又は一部からも前記暗号鍵の全部又は一部を含んだ前記電子透かしを検出することを特徴とする電子透かしに含めた暗号鍵を用いた復号化方法。
9. 請求項５乃至８の何れか１項に記載の方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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