JP3982836B2 - 情報信号に埋め込まれた透かし情報の検出方法 - Google Patents

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Description

本発明は、情報信号と供給される透かし情報との相関をとる相関ステップと、前記相関の結果を評価する評価ステップとを具え、前記情報信号中に埋め込まれている透かし情報を検出する方法に関するものである。本発明はこの方法を実施するための装置にも関するものである。
透かし情報は、静止画・アニメーション又はビデオの如きマルチメディアのコンテンツに埋め込まれた知覚的に見ることができないメッセージである。こうした透かし情報は、例えば電子文書や、オーディオビジョアルプログラムの出所又は著作権についての情報で構成される。透かし情報は著作権の所有者を法的に証明するのに用いることができる。こうしたもので著作権の侵害を追跡し、且つ知的所有権の保護をすることができる。
情報信号中に埋め込まれた透かし情報を検出する既知の方法は、前記情報信号と供給される透かし情報との相関をとるための相関ステップを具えている。この場合は、前記相関の結果を評価する。例えば、相関量が或る予定値よりも大きい場合には、供給された透かし情報は情報信号中に埋め込まれた透かし情報であると見なすことができる。或いは又、供給される種々の透かし情報に対して順次多数の相関ステップを実行することができる。この場合には、最大の相関を呈することになる供給された透かし情報を、情報信号中に埋め込まれている透かし情報と同じであると見なすことができる。
本発明の目的及び概要
本発明の目的は特に、埋め込まれている透かし情報をより一層確実に検出し得る方法を提供することにある。
このために、本発明による方法は、前記情報信号及び前記供給された透かし情報の一方又は双方を予測フィルタリング処理し、これにて処理した情報信号と前記フィルタリング処理した透かし情報とに対して前記相関ステップを適用することを特徴とする。
本発明は透かし情報を検出する際の問題が、強い妨害又は雑音の存在下での弱い無線又はレーダ信号の検出に非常に似ていると云う認識に基づくものである。
予測フィルタリング、即ち前記信号から予測情報信号を抽出することにより、分散がかなり低い残差信号が得られる。このことは、透かし情報が残差情報で害をこうむることになる妨害は、透かし情報が元の信号で害をこうむるよりも遙かに少ないことを意味している。
以下本発明を添付図面を参照して実施例につき説明する。
ここでは本発明をディジタルビデオ信号中に埋め込んだ透かし情報を検出する例によって説明する。透かし情報は、例えば時間ドメイン、空間ドメイン、ＤＣＴ又はフーリエ変換後の変換ドメイン等の如き殆どすべてのドメインに加えることができる。本例では透かし情報を空間ドメインに埋め込むのであって、即ち透かし情報をディジタルビデオ信号の輝度画素値に加えるようにする。
図１はビデオ信号に透かし情報を入れる装置１を概略的に示したものである。この装置は輝度サンプル又は画素ｐ（ｎ）の形態のビデオ信号及び透かし情報Ｗiを受信する。この透かし情報は著作権の所有権を独自に識別するコードとすることができる。透かし情報はテキストストリングとするか、又は単に２進符号化数とすることもできる。従って、透かし情報には有限集合の種々の透かし情報Ｗiがある。透かし情報埋め込み装置は透かしデータ信号発生器１１を具えており、これは各透かし情報Ｗiに対する予定した透かしデータ信号ｗi（n）を発生する。輝度値ｐ（n）及び透かしデータ値ｗi（n）は加算器１２によって画素毎に加算される。従って、透かし埋め込み装置１の出力信号ｘi（n）は次のようになる。即ち、ｘi（n）＝ｐ（n）＋ｗi（n）
透かしデータ信号ｗi（n）は、出力信号を受信機にて表示する場合に、そのデータ信号が知覚的に見えないように選定する。例えば、透かし情報Ｗiによって決定される選択画素の輝度値ｐ（n）に小さな値の透かしデータ信号を加えるようにする。その一例を水平方向の８画素と垂直方向の４画素とから成る画像について説明する。なお、本発明による方法は画像の予定した部分に適用することもできる。この方法は各ブロックが透かし情報の一部に関連する複数の画像ブロックに適用することもできる。
本例では、選択画素の輝度値に値１を加えるが、他の画素はそのままとする。次式は第１透かし信号Ｗ1に応答して透かしデータ信号発生器１１によって発生する透かしデータ信号ｗ1（n）を示す。
Figure 0003982836
次式は第２透かし情報Ｗ2が供給される場合に、透かしデータ信号発生器によって発生される透かしデータ信号ｗ2（n）を示す。
Figure 0003982836
このように、透かしデータ信号発生器１１は各透かし情報Ｗiに対して異なる透かしデータ信号ｗi（n）を発生する。
本例では、ビデオ画像が輝度値１０から輝度値８０まで縦断的な推移を呈するものとする。輝度値ｐ（n）の範囲は０〜２５５とする。数学的表示法では次のようになる。
Figure 0003982836
従って、透かし情報Ｗ1が装置１に供給される場合には、透かしデータ信号ｗ1（n）が画像信号ｐ（n）に加えられ、出力信号ｘ1（n）は次のようになる。
Figure 0003982836
同様に、透かし情報Ｗ2が透かし埋め込み装置に供給される場合には、透かしデータ信号ｗ2（n）が画像信号ｐ（n）に加えられて、出力信号ｘ2（n）は次のようになる。
Figure 0003982836
出力信号ｘi（n）と入力信号ｐ（n）との差も、出力信号ｘ1（n）とｘ2（n）との差も人間の視覚系では知覚できないことは明らかである。出力信号ｘi（n）は光ディスク又は磁気テープの如き記憶媒体に格納するか、伝送チャネルを経て伝送するが、この点は図１には図示してない。
図２は信号ｘi（n）中に埋め込まれている透かし情報Ｗiを検出するための従来の装置２を概略的に示したものである。この装置は透かし情報Ｗjを受信して、この供給された透かし情報Ｗjが埋め込み透かし情報Ｗiに似ているか、否か、即ちｉ＝ｊであるかどうかの指示を与える。検出装置は透かしデータ信号発生器２１を具えており、これは図１に示した透かしデータ信号発生器１１と同一構成のもので、しかもそれと同じように透かしデータ信号ｗj（n）を発生する。入力信号ｘi（n）及び透かしデータ信号ｗj（n）は整合フィルタ又は相関器と称されることもある回路に供給される。図２に示す例では、前記相関器を乗算器２２と加算回路２３とで構成する。相関器は次のような数学的な演算を行なう。
Figure 0003982836
ここに、Ｎは画素の総数を示す。情報信号がアナログ信号、例えば時間的に連続する信号ｘ（t）である場合には、加算回路２３を積分器とすることは明らかである。
相関器の出力は、入力信号ｘi（n）と透かしデータ信号ｗi（n）との相関量を表す数値Ｃ（ｉ，ｊ）である。この数値Ｃ（ｉ，ｊ）が評価回路２４にて様々な透かし情報Ｗjに対して評価される。この場合、最高の相関を呈する透かし情報Ｗjが透かし情報Ｗiに相当するものとする。ここでは僅か２つの異なる透かし情報だけを考慮する。
相関値Ｃ（ｉ，ｊ）は容易に計算することができる。透かし情報Ｗ1が信号中に埋め込まれている場合には、ｘ1（n）とｗ1（n）との間の相関がＣ（１，１）＝７３６となるのに対し、ｘ1（n）とｗ2（n）との間の相関はＣ（１，２）＝７２８となることは明らかである。Ｃ（１，１）はＣ（１，２）よりも大きいから、評価回路２４は埋め込まれている透かし情報がＷ1であることを特定する。透かし情報Ｗ2が埋め込まれている場合には、ｘ2（n）とｗ1（n）との間の相関がＣ（２，１）＝７２８となるのに対し、ｘ2（n）とｗ2（n）との間の相関はＣ（２，２）＝７３６となることは明らかである。Ｃ（２，２）はＣ（２，１）よりも大きいから、評価回路２４は埋め込まれている透かし情報がＷ2であることを特定する。次表Ｉは上述した結果をまとめたものであり、この表の行は入力信号ｘi（n）、即ち透かし情報Ｗiが埋め込まれている入力信号を示し、列は検出装置２に供給される透かし情報Ｗjを示す。
Figure 0003982836
この例から明らかなように、相関量を表すＣ（ｉ，ｊ）の値は互いに近い値である。このことは検出装置が雑音や、伝送誤差や、符号化誤り等に対して感じやすいと云うことを意味している。
図３は信号ｘi（n）中に埋め込まれている透かし情報Ｗiを検出するための本発明による検出装置３を概略的に示したものである。この検出装置は図２に示したのと同じ透かしデータ信号発生器２１、乗算器２２、加算回路２３及び評価回路２４を具えている。検出装置はさらに、第１予測フィルタ２５及び第２予測フィルタ２６も具えている。第１予測フィルタ２５は信号入力端子と乗算器２２との間に接続する。このフィルタは入力信号ｘi（n）をろ波し、ろ波された入力信号ｘi’（n）を発生する。このプレフィルタリング処理は“ホワイトニング”とも称され、これはレーダ及び無線通信受信機にて雑音の相関を解除するフィルタに似ている。
第２予測フィルタ２６は透かしデータ信号発生器２１と乗算器２２との間に接続する。このフィルタは局所的に供給される透かしデータ信号ｗj（n）をろ波して、このろ波された透かしデータ信号ｗj’（n）を発生する。各予測フィルタは情報信号の統計的特性に基づいて構成する。斯種のフィルタは本来ソースコーディングの分野にて既知である。例えば、ＤＰＣＭ画像及び音声コーディングに用いられるような線形予測フィルタがある。他の例として、変換と、各周波数サブバンド又は変換係数に対する予測と、逆変換とを組合わせたものがある。
入力信号をディジタルビデオ入画像とする本例では、予測フィルタ２５が各画素値をその近隣の左、右、上及び下の画素から予測する。次いで、この予測値を実際の画素値から差し引いて、残差値を得る。これは、数学的表示法で次のように表される。
Figure 0003982836
ここに、ｕ及びｖは水平（ｕ）及び垂直（ｖ）軸線に沿う個別の画素位置を示し、ｙ（ｕ，ｖ）はフィルタの入力サンプルを示し、ｙ’（ｕ，ｖ）はフィルタの出力サンプルを示す。従って、ろ波した入力信号ｘ1’（n）及びろ波した入力信号ｘ2’（n）に対してそれぞれ次式が当てはまる（なお、整数値を維持するためにスケーリングファクタを４としてある）。
Figure 0003982836
さらに、この例では第１予測フィルタ２５と第２予測フィルタ２６を同じとする。これは検出装置が最良の性能を呈するようにするのに好適ではあるが、必ずしもそのようにする必要はない。両フィルタは相違するものとするか、又はこれらの予測フィルタ２５及び２６のうちの１つを省くこともできる。このようにしても、透かし検出装置の性能は従来の検出装置の性能よりもかなり優れている。
従って、ろ波した透かしデータ信号ｗ1’（n）及びろ波した透かしデータ信号ｗ2’（n）に対してそれぞれ次式が当てはまる。
Figure 0003982836
次表IIはろ波した入力信号ｘi’（n）と透かし情報Ｗjに対応するろ波した透かしデータ信号ｗj’（n）との間の相関の量Ｃ（ｉ，ｊ）を示す。表Ｉとの比較から明らかなように、図３に示した透かし検出装置の性能は図２に示したものよりも遙かに優れている。
Figure 0003982836
表IIIはろ波した入力信号ｘi’（n）とろ波してない透かしデータ信号ｗj（n）との間の相関量、即ち、入力信号ｘi（n）だけを予測フィルタリングした場合の相関量を示している。この場合には、透かしデータ信号ｗj（n）を乗算器２２に直接供給する。表IIIから明らかなように、この場合の検出装置の性能は表IIの場合よりも劣るが、それでも表Ｉの場合よりは優れている。
Figure 0003982836
表IVはろ波してない入力信号ｘi（n）とろ波した透かしデータ信号ｗj’（n）との間の相関量、即ち透かしデータ信号ｗj（n）だけを予測フィルタリングした場合の相関量を示している。この場合には入力信号ｘi（n）を乗算器２２に直接供給する。この場合の性能も表IIの場合よりも劣るが、それでも表Ｉのものよりも優れている。
Figure 0003982836
図４は埋め込み透かし情報を検出する装置の他の実施例を示す。この検出装置では、入力信号ｘi（n）の各画素を乗算器４２にて或る特定の荷重係数で逓倍する。この逓倍した積を加算回路４３にて加算して、相関値Ｃ（ｉ，ｊ）を配信する。計算回路４４は供給される透かし情報Ｗjを受信して、情報信号の統計的特性のモデルを用いて荷重係数を発生する。この実施例では入力信号に予測フィルタリング処理を施していないが、計算回路４４では予測フィルタリング処理も行なうようにする。
要するに、情報信号中に埋め込まれた透かし情報は、前記情報信号と複数の透かし情報Ｗj（n）との相関をとることによって検出される。この場合、それぞれの相関量Ｃ（ｉ，ｊ）を評価して、情報信号ｘi（n）中に埋め込まれている透かし情報を決定する。本発明によれば、信号の相関プロセスの前に情報信号を予測フィルタリング処理（２５）すること及び／又は供給された透かし情報を予測フィルタリング処理すること（２６）によって透かし情報の検出精度を著しく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
図１はビデオ信号に透かし情報を入れる装置の概略図であり、
図２は図１に示した装置によって発生されるビデオ信号中に埋め込まれた透かし情報を検出する従来の装置の概略図であり、
図３及び図４は本発明による透かし情報検出装置の概略図である。

Claims (4)

  1. 情報信号中に埋め込まれている透かし情報を検出する方法であって、前記情報信号と供給された透かし情報との相関をとる相関ステップと、前記相関の結果を評価する評価ステップとを具えている透かし情報検出方法において、前記供給された透かし情報を予測フィルタリング処理し、又は、前記情報信号及び前記供給された透かし情報の双方を予測フィルタリング処理し、これにて前記情報信号及び前記フィルタリング処理した透かし情報に対して、又は、前記フィルタリング処理した情報信号及び前記フィルタリング処理した透かし情報に対して、それぞれ前記相関ステップを適用することを特徴とする透かし情報検出方法。
  2. 前記双方の予測フィルタリング処理を同じとすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 情報信号中に埋め込まれている透かし情報（Ｗi）を検出する装置であって、前記情報信号（ｘi）と供給された透かし情報（Ｗj）との相関をとる相関手段と、前記相関の結果を評価する評価手段とを具えている透かし情報検出装置において、前記供給された透かし情報をフィルタリング処理する予測フィルタ、又は、前記情報信号をフィルタリング処理する予測フィルタ及び前記供給された透かし情報をフィルタリング処理する双方の予測フィルタを設け、前記情報信号及び前記フィルタリング処理した情報信号、又は、前記前記フィルタリング処理した情報信号及びフィルタリング処理した透かし情報をそれぞれ前記相関手段に供給するようにしたことを特徴とする透かし情報検出装置。
  4. 前記双方の予測フィルタを同じものとすることを特徴とする請求項３に記載の装置。
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