JP3946268B2 - ウォーターマークを検出するための方法及び装置 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は情報信号中に埋め込まれたウォーターマークを検出する方法及び装置に関する。
発明の背景
ウォーターマークは、例えば音声、静止画像、動画、映像といったマルチメディア材料といった情報信号の中に埋め込まれる知覚的に不可視のメッセージである。ウォーターマークは、情報の著作権所有を同定するために使用されうる。ウォーターマークは、著作権所有者が、自分のウォーターマークが複写物の中に存在するかどうかを検査することによって自分の材料の不法な複写物を追跡することを可能とする。
ウォーターマークは、原本が知覚可能なほど影響を受けないよう、信号のデータサンプル（例えば、音声信号の音声サンプル、画像の画素、変形符号化された信号の変形係数等）を修正することによって情報信号の中に埋込まれる。例えば、原画像の画素は２値ウォーターマークパターンの対応するビットに従って僅かに増分又は減分される。
情報信号が埋込まれたウォーターマークを有するかどうかを検出するために、信号は統計的分析を受ける。統計的分析は、ウォーターマークがどの程度信号の中に存在するかを示すパラメータ、以下「決定変数」と称される、を与える。例えば、画像信号がウォーターマークパターンに従ってその画素を増分又は減分することによってウォーターマークが付されれば、決定変数は信号とウォーターマークの印加された参照複写物との間の相関の量でありうる。選択された画素を修正することによって画像にウォーターマークが付されれば、この画素に対する予測は時間的又は空間的に隣接する画素から計算される。すると決定変数はそれらの予測から充分に異なる画素の数でありうる。
ウォーターマーク検出器は、「ウォーターマーク有り」又は「ウォーターマーク無し」を示す２値出力信号を発生する。これは決定変数を所定の閾値と比較することによって達成される。決定変数の値が閾値を越えれば、信号の中にウォーターマークが存在すると考えられる。閾値は、ウォーターマーク検出器の性能にとって決定的である。閾値が低すぎれば、検出器はしばしば誤った正の決定（誤った警報：false alarm）を行う。閾値が高すぎれば、検出器はしばしば誤った負の決定（検出失敗）を行う。特に、画素ドメインのウォーターマークは誤った決定に弱い。ウォーターマーク検出による著作権保護は誤った警報の可能性が充分に小さい場合にのみ消費者製品に対して適用されうる。
発明の目的及び概要
本発明はウォーターマークを検出するための改善された方法及び装置を提供することを目的とする。
このため、本発明による方法は、情報信号の統計的特徴及び誤った検出の所望の確率に依存して閾値を発生する手段を含むことを特徴とする。これにより、閾値は所望の誤った警報の率を得るために適合して制御されることが達成される。
本発明の更なる有利な実施例は、従属項に定義される。
【図面の簡単な説明】
図１はウォーターマーク埋込器及びウォーターマーク検出器を含む従来技術のシステムを示す図である。
図２は、図１に示されるシステムの動作を示すためのウォーターマークパターンを示す図である。
図３は、本発明によるウォーターマーク検出器の動作を示すための確率密度関数を示す図である。
図４は、本発明によるウォーターマーク検出器の実施例を示す図である。
実施例の説明
以下本発明を、信号の中にどの程度のウォーターマークが存在するかを示す決定変数が分析される信号と検出されるべきウォーターマークの参照複写物との間の相関の量であるウォーターマーク検出器を参照して説明する。しかしながら、この説明は本発明をかかる実施例に制限するものではないと解釈されるべきである。
図１は、ウォーターマーク埋込器１及びウォーターマーク検出器２を含む従来技術のシステムを示す図である。ウォーターマーク埋込器は、元の情報信号ｐ及びウォーターマーク信号ｗを受信する。情報信号ｐは８ビット輝度画素値ｐ（ｎ）を有するディジタル化された画像であると仮定される。ウォーターマークｗは、ｗ（ｎ）＝１、又は、ｗ（ｎ）＝−１の値の特定の２値パターンであると仮定される。かかるウォーターマークパターンの例は図２に示され、白及び黒のドットは夫々、ｗ（ｎ）＝１、又は、ｗ（ｎ）＝−１の値を表わす。ウォーターマーク埋込器は、ウォーターマークｗを入力画像の空間的に対応する画素ｐ（ｎ）へ加算する加算段１０を含む。これは画像の視覚的な外観に対して影響を与えないことが理解されよう。埋め込まれたウォーターマークは従って知覚的に不可視である。
情報信号ｑは、伝送又は格納の後に（図示せず）、ウォーターマーク検出器２へ印加される。ウォーターマーク検出器は、集合的に相関回路を構成する乗算段２１及び総和回路２２を含む。乗算段は、情報信号ｑと、信号ｑの中に存在するかどうかが検出されるべきウォーターマークｗの参照複写物とを受信する。受信された画像の画素値ｑ（ｎ）と、参照ウォーターマークの対応する値ｗ（ｎ）とは個々に乗算され総和され、入力信号ｑとウォーターマークｗとの間の相関の量を表す決定変数ｙが得られる。数学的に表すと、Ｎを画素の総数とすると、

となる。
相関値ｙは、閾値ｙ_thrとの比較のために比較器２３へ印加される。比較器は、ｙ＞ｙ_thrに対しては出力Ｄ＝１（ウォーターマーク有り）を生成し、ｙ＜ｙ_thrに対しては出力Ｄ＝０（ウォーターマーク無し）を生成する。ウォーターマークパターンｗ及び閾値ｙ_thrは、検出器があまりにしばしば誤った決定を行うことを防止するよう注意深く選択される。かかる誤った決定は、信号にウォーターマークが付されておらず検出器が出力Ｄ＝１を生成したとき、及び信号にウォーターマークが付されており検出器が出力Ｄ＝０を生成したときに行われる。これは、ウォーターマークが付されていない信号の相関値ｙの確率密度関数３１と、ウォーターマークが付されている信号のｙの確率密度関数３２とを示す図３に示される。それらの夫々の平均値はｙ₁及びｙ₂として示され、ｙ_thrは閾値である。斜線領域３４は、誤った警報が生ずる確率（信号にウォーターマークが付されていなくともＤ＝１）を示すことが認められよう。同様に、斜線領域３３は、負の誤った決定が行われる確率（信号にウォーターマークが付されていてもＤ＝０）を示している。関数３１及び３２は、埋め込まれたウォーターマークのエネルギーが大きくなるほど互いに遠くに離れる（即ち平均値ｙ₂が大きくなる）。
本発明は、上述の情報信号の統計的特徴の測定値と誤った検出の所望の確率に依存して閾値ｙ_thrの設定を与える。
発明者は、ｅｒｆｃは数学の分野で周知のいわゆる「誤差関数」であり、σは実際に印加される情報信号の信号値ｑ（ｎ）の標準偏差であれば、誤った警報（false alarm）の発生の確率は、

によって表わされることを見出した。
本発明によるウォーターマーク検出器の実施例は、この誤った警報の率、閾値及び標準偏差の間の関係を利用する。図４はかかる実施例を示す図である。図中、図１において既に示されている回路要素に対しては同一の参照番号が使用される。ウォーターマーク検出器は更に、入力画像の画素値ｑ（ｎ）の標準偏差σを計算する手段２４と、所望の誤った警報の確率に従って閾値ｙ_thrを発生する閾値発生手段２５と含む。
閾値発生回路２５は、式（１）によって定義される演算の逆を行い、即ち所望の誤った警報の確率に対する対応する閾値ｙ_thrを計算する。そのため、回路の実施例は、誤った警報の確率が式（１）に従ってＰ（false alarm）が所望の値に十分等しくなるまで異なる閾値候補に対して反復的に計算される反復プロセスを実行する。所望の確率が得られる閾値ｙ_thrは次に比較器２３へ印加される。閾値はこのように所望の誤った警報の率を得るために適合されて制御される。
本発明は以下のように概約されうる。複写保護のための最近開発された方法は、マルチメディア内容が複写されうるか否かを判断するためにウォーターマーク検出器に依存する。かかる複写保護スキームでは、ウォーターマーク検出器はマルチメディア内容を検査し、ウォーターマークが存在するか否かを示す信号（Ｄ）を出力する。既知のウォーターマーク検出器は、どの程度のウォーターマークが存在するかを示す決定変数（ｙ）を決め、例えば入力信号と検出されるべきウォーターマークの参照複写物との間の相関の量である。ウォーターマークは、決定関数が所定の閾値（ｙ_thr）を超過すれば検出される。
本発明によれば、閾値（ｙ_thr）は、情報信号の統計的特徴及び誤った警報（信号にウォーターマークが付されていないのにウォーターマークが検出される）の所望の確率に依存して適合して制御される。１つの実施例では、ウォーターマーク検出器は画素値の閾値水準の標準偏差（σ）を決め、ｅｒｆｃが誤差関数であり、σが情報信号値の上記標準偏差であるとすると、以下の関係式、

に従って閾値を計算する。

Claims (4)

1. 情報信号の中にどの程度のウォーターマークが存在するかを示す決定変数（ｙ）を決める手段と、
   該決定変数が所定の閾値（ｙ_thr）を超過した場合にウォーターマークの検出を示す出力信号を発生する手段とを含む、情報信号の中に埋め込まれたウォーターマークを検出する装置であって、
   上記情報信号の統計的特徴及び誤った検出の所望の確率に依存して上記閾値（ｙ_thr）を発生する手段を含み、該発生する手段は、上記情報信号の統計的特徴を得るために情報信号値の標準偏差又は分散を計算する手段を含むことを特徴とする装置。
2. 該発生する手段は更に、ｅｒｆｃを誤差関数とし、σを上記情報信号値の標準偏差とすると、以下の関係式、
   

   

   に従って閾値（ｙ_thr）を計算する手段を更に含む、請求項１記載の装置。
3. 情報信号の中にどの程度のウォーターマークが存在するかを示す決定変数（ｙ）を決める段階と、
   該決定変数が所定の閾値（ｙ_thr）を超過した場合にウォーターマークの検出を示す出力信号を発生する段階とを含む、情報信号の中に埋め込まれたウォーターマークを検出する方法であって、
   上記情報信号の統計的特徴及び誤った検出の所望の確率に依存して上記閾値（ｙ_thr）を発生する段階を含み、該発生する段階は、上記情報信号の統計的特徴を得るために情報信号値の標準偏差又は分散を計算する段階を含むこと特徴とする方法。
4. 請求項１又は２に記載の装置を含むマルチメディア再生及び／又は記録装置。

Images