JP4100675B2 - データ処理装置及びデータ処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マテリアルアイテムに埋め込まれたコードワードを検出する検出データ処理装置に関する。幾つかの実施の形態においては、コードワードは、マテリアルアイテムを識別するために使用される。
【０００２】
【従来の技術】
マテリアルアイテムを識別するために、マテリアルアイテムに情報を埋め込む処理は、ウォータマーキング処理と呼ばれる。
【０００３】
識別コードワードは、マテリアルアイテムのバージョンを識別するために、マテリアルアイテムのバージョンに埋め込まれる。すなわち、ウォータマーキング処理により、マテリアルアイテムの特定のバージョンの受信者を特定することができる。ここで、マテリアルアイテムの配信者の意向にそぐわない形でマテリアルアイテムがコピー又は使用された場合、配信者は、識別コードワードからマテリアルアイテムのバージョンを特定し、適切な対策を講ずることができる。
【０００４】
この明細書においては、マテリアルアイテムの供給者、所有者、作成者又は配信者の意向にそぐわない形でコピー又は使用されたマテリアルアイテムを、便宜的にマテリアルのオフェンディングアイテム（offending item）又はオフェンディングマテリアル（offending material）と呼ぶ。
【０００５】
マテリアルは、ビデオマテリアル、オーディオマテリアル、オーディオ／ビデオマテリアル、ソフトウェアプログラム、デジタル文書及びいかなる種類の情報を含むマテリアル（information bearing material）のいずれであってもよい。
【０００６】
ウォータマークの仕組みを成功させるためには、ユーザが識別コードワードを除去することが可能な限り困難である必要がある。また、ユーザが識別コードワードを変更し、マテリアルのオフェンディングアイテムの作成者を他人にみせかけることも可能な限り困難である必要がある。このようなユーザによるコードワードのマスク又はコードワードが他のユーザを示すようにするような改竄は、結託攻撃（collusion attack）と呼ばれる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
全てのウォータマークの仕組みにおいて、同じマテリアルアイテムのコピーを受け取ったユーザが結託攻撃に成功することが困難となるようにする必要がある。したがって、ウォータマークの仕組みは、結託攻撃の対象となったウォータマークが埋め込まれたマテリアルアイテムを高い確率で特定できるものである必要がある。この特定は、オフェンディングマテリアルから再生されたコードワードを識別することにより実現される。一方、コードワードが存在するのにコードワードが存在しないと判定してしまう確率（見逃し確率：false negative probability）は、低くなくてはならない。更に、実際には結託攻撃に加担していないユーザを誤って不正行為を行ったユーザであると判定してしまう確率（誤検出確率：false positive probability）は、可能な限り低くしなくてはならない。
【０００８】
米国特許第５６６４０１８号は、マテリアルアイテムからの複数のコピーに所定数の係数を有するコードワードから構成されるデジタルウォータマークを埋め込むウォータマーキング処理を開示している。ウォータマークを埋め込むマテリアルアイテムは、例えば画像である。ここで開示されているウォータマークの埋込を行う装置は、画像を離散コサイン変換（Discrete Cosine Transform：以下、ＤＣＴという。）領域に変換する。デジタルウォータマークは、正規分布を有し、ランダムに分布した係数の組から構成されている。ＤＣＴ領域において、それぞれ各ＤＣＴ係数に、対応する各コードワード係数が加算される。これに関連する文献である１９９８年７月２７日、ＭＩＴから発行された、ジェイ・キリアン（J.Kilian）、エフ・ティー・レイトン（F.T.Leighton）著、「結託攻撃に対するデジタルウォータマークの耐性（Resistance of Digital Watermarks to Collusion Attacks）」には、結託攻撃を防ぐためのこのウォータマーキング処理の詳細な数学的解析が開示されている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る符号化データ処理装置は、オリジナルマテリアルアイテムに所定のコードワードの組のうちの１つのコードワードを導入することにより、オリジナルマテリアルアイテムの少なくとも１つのコードワードが埋め込まれたバージョンを生成する。コードワードは、複数のコードワード係数を有する。符号化データ処理装置は、コードワード係数をマテリアルアイテムに結合する符号化プロセッサを備える。所定のコードワードの組内の複数のコードワードは、第１の複数のコードワード係数を有する第１のコードワードと、この第１のコードワードを巡回的にシフトして生成される少なくとも１つの他のコードワードとを含む。符号化プロセッサは、順序変更コードに基づいて、オリジナルマテリアルに結合するコードワード係数の順序を変更する。
【００１０】
本発明は、米国特許第５６６４０１８号に開示されているような、ランダムに分布した係数を有するコードワードを利用した現実的なウォータマークシステムを提供することを目的とする。現実的に有効なシステムを実現するためには、固有に識別できるコードワードの数は可能な限り大きい方がよい。例えばビデオ機器等の民生用機器や映画館用の映写機等への配信のためには、数百万、好ましくは数千万のコードワードの組を設ける必要がある。ここで、一千万個のコードワードからなるコードワードの組を生成し、生成された各コードワードと再生コードワードとを相関させる処理は、大きな処理負担となる。高性能コンピュータを用いても、このような相関処理は、非現実的な又は少なくともユーザが不便と感じる程の長い時間を要する。本発明の実施の形態では、一組のコードワードに対する相関の演算を効率的に行うことができる。この実施の形態では、コードワードの組のうち、少なくとも一部のコードワードは、第１のコードワードを生成し、この第１のコードワードを巡回的にシフトして他のコードワードを算出することにより生成される。これにより、組内の全てのコードワードの相関値は、フーリエ変換相関器を用いて算出できる。後述するように、フーリエ変換相関器は、一組の相関値を１回の処理で算出し、演算タスクを実質的に軽減する。
【００１１】
また、本発明に係る検出データ処理装置は、マテリアルアイテムのコードワードが埋め込まれたバージョンからコードワードを再生し、再生コードワードを生成する復号プロセッサと、少なくとも１つのコードワードを検出する検出プロセッサとを備える。コードワードは、再生コードワードを生成された複数のコードワードのそれぞれに相関させることにより算出された相関値に基づいて検出される。すなわち、相関値が所定の閾値を超える場合、対応するコードワードが検出される。この相関値は、再生コードワードのフーリエ変換値を算出し、コードワードの組の第１のコードワードのフーリエ変換値を算出し、再生コードワードのフーリエ変換値及び生成されたコードワードのフーリエ変換値のいずれか一方の複素共役を算出し、再生コードワードの各フーリエ変換値又はその複素共役のサンプルと対応する第１のコードワードのフーリエ変換値又はその複素共役のサンプルとを乗算して第１の中間積サンプルを算出し、中間積サンプルを逆フーリエ変換し、それぞれがコードワードの組のうちの１つの相関値を表す相関サンプルを算出することにより、求められる。
【００１２】
好ましい実施の形態においては、符号化プロセッサは、順序変更コードに基づいて、オリジナルマテリアルアイテムに結合されるコードワード係数の順序を変更する。これに対応して、好ましい実施の形態においては、検出データ処理装置は、生成されたコードワード係数又は再生コードワード係数の順序を戻して相関値の算出を行う。第１のコードワードを巡回的にシフトすることにより結託攻撃が成功する確率が高くなるが、コードワード係数の順序を変更することにより、この確率を低減することができる。
【００１３】
本発明の更なる側面及び特徴は、添付の請求の範囲において定義されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
ウォータマークの埋込システムの概観
以下、本発明の実施の形態をビデオ画像の保護に関連させて説明する。ビデオ画像を配信するユーザの数によりコピーの数が決定する。各コピーには、これらのユーザのうちの１人に割り当てられたコピーを識別するための識別コードワード（identification code word）が埋め込まれる。
【００１５】
ビデオ画像は、デジタルのコードワードを埋め込むことにより保護されるマテリアルの一具体例である。コードワードを埋め込むことにより保護されるマテリアルは、ビデオ画像の他に、ソフトウェアプログラム、デジタル文書、音楽、オーディオ信号及び他のいかなる種類の情報を含むマテリアルであってもよい。
【００１６】
図１は、オリジナル画像のコピーに識別コードワードを導入する符号化画像処理装置（encoding image processing apparatus）の具体的構成を示すブロック図である。オリジナル画像Ｉは、ソースから供給され、フレームメモリ１に記憶される。このオリジナル画像Ｉは、ウォータマークが埋め込まれた複数のコピーとして複写される（reproduce）ものであり、各コピーには、固有の識別コードワードが埋め込まれる。オリジナル画像Ｉは、ＤＣＴプロセッサ２に供給され、ＤＣＴプロセッサ２は、オリジナル画像Ｉを８×８の画素ブロックに分割し、８×８の各画素ブロックにＤＣＴ処理を施す。これにより、ＤＣＴプロセッサ２は、ＤＣＴ変換画像（以下、単にＤＣＴ画像という。）Ｖを生成する。
【００１７】
以下の説明において、「サンプル」という用語は、画像（又は、実際には他の種類のマテリアルであってもよい。）を構成する離散サンプルを指すものとする。サンプルは、画素から構成される画像の輝度サンプルであってもよい。したがって、サンプルという用語と画素という用語は、状況によっては交換可能である場合もある。
【００１８】
ＤＣＴ画像Ｖは、符号化プロセッサ（以下、エンコーダともいう。）４に供給される。符号化プロセッサ４には、識別コードワード生成器８から識別コードワードも供給されている。
【００１９】
識別コードワード生成器８には、複数のシード値（seed）が供給される。各シード値は、それぞれ対応する識別コードワードの１つを生成するために使用される。生成された各識別コードワードは、オリジナル画像Ｉのコピーに埋め込まれ、これにより、ウォータマークが埋め込まれたＤＣＴ画像が生成される。識別コードワード生成器８は、擬似乱数生成器を備える。擬似乱数生成器は、特定の識別コードワードを構成するコードワード係数を生成する。好ましい実施の形態においては、コードワード係数は、正規分布に基づいて生成される。なお、これに代えて、コードワード係数は、擬似乱数生成器を初期化するために用いるシード値に基づいて、予め定めてもよい。したがって、各識別コードワードには、対応するシード値が存在し、各シード値は、メモリ１２に記憶されている。すなわち、識別コードワードＸ^ｉを生成するために、シード値ｓｅｅｄ_ｉをメモリ１２から読み出し、このシード値ｓｅｅｄ_ｉを用いて、識別コードワード生成器８内の擬似乱数生成器を初期化する。
【００２０】
以下の説明では、オリジナル画像ＩのＤＣＴバージョンをＶと表す。ここで、
Ｖ＝｛ｖ_ｉ｝＝｛ｖ_１，ｖ_２，ｖ_３，ｖ_４，・・・，ｖ_Ｎ｝
であり、ｖ_ｉは、オリジナル画像のＤＣＴ係数である。他の実施の形態においては、ｖ_ｉは、画像のサンプル値であり、空間領域における画像のサンプル値又は他の領域における画像のサンプル値を表すものであってもよい。
【００２１】
各識別コードワードＸ^ｉは、以下のように、ｎ個のコードワード係数から構成されている。
Ｘ^ｉ＝｛ｘ^ｉ _ｊ｝＝｛ｘ^ｉ _１，ｘ^ｉ _２，ｘ^ｉ _３，ｘ^ｉ _４，・・・，ｘ^ｉ _ｎ｝
コードワード係数の数ｎは、オリジナル画像Ｖのサンプル数に対応する。なお、コードワード係数の数は異なるものであってもよく、この数は、特定の用途に応じて決定してもよい。
【００２２】
そして、ｉ番目の識別コードワードＸ^ｉを構成するコードワード係数のベクトルは、チャンネル１４を介してエンコーダ４に供給される。エンコーダ４は、ＤＣＴ画像Ｖに識別コードワードＸ^ｉを加算することにより、ウォータマークが埋め込まれた画像Ｗ_ｉを生成する。実際には、以下の式に示すように、ＤＣＴ画像Ｖの各ＤＣＴ係数ｖ _１ 〜ｖ _Ｎ に各コードワード係数ｘ ^ｉ _１ 〜ｘ ^ｉ _ｎ を加えることにより、ウォータマークが埋め込まれた画像Ｗ_ｉが生成される。
Ｗ_ｉ＝Ｖ＋Ｘ^ｉ
Ｗ_ｉ＝ｖ_１＋ｘ^ｉ _１，ｖ_２＋ｘ^ｉ _２，ｖ_３＋ｘ^ｉ _３，ｖ_４＋ｘ^ｉ _４，・・・，ｖ_ｎ＋ｘ^ｉ _ｎ
図１に示すように、ウォータマークが埋め込まれた画像Ｗ_ｉは、エンコーダ４により生成されたＤＣＴ画像を逆ＤＣＴ変換する逆ＤＣＴプロセッサ１８によって、逆ＤＣＴ変換された後、この画像処理装置から出力される。
【００２３】
したがって、図１に示すように、エンコーダ４からは、ウォータマークが埋め込まれたＤＣＴ画像の組が出力される。識別コードワードＸ ^ｉ を最大２０ビットとすると、一千万個の識別コードワードの１つを選択することができ、オリジナル画像Ｉに対して、一千万個のウォータマークが埋め込まれたバージョンの画像Ｗ_ｉを生成することができる。
【００２４】
この識別コードワードにより、オリジナル画像Ｉのウォータマークが埋め込まれたコピー、すなわち画像Ｗ_ｉを個別に識別することができるが、他の実施の形態においては、上述の２０ビットにより、画像内でデータを送ることができる。したがって、以下に説明するように、識別コードワードを選択するために使用する２０ビットは、ＤＣＴ画像Ｖ内でデータを送るための２０ビットのペイロードを提供する。
【００２５】
図１に示す、ウォータマークが埋め込まれた画像を生成する符号化画像処理装置は、本発明が適用される様々な異なるシナリオにおいて、様々な製品に組み込まれる。例えば、符号化画像処理装置をウェブサイト又はウェブサーバに接続して、ウォータマークが埋め込まれた画像をダウンロードすることができる。画像のコピーをダウンロードする前に、ダウンロードされる画像には固有のコードワードが導入され、この固有のコードワードにより、ダウンロードされた画像の受信者を後に検出することができる。
【００２６】
他の適用例では、符号化画像処理装置は、デジタル映写機（digital cinema projector）の一部として組み込まれ、識別コードワードは、例えば映画館において、映画を映写する際に、映像に埋め込まれる。この識別コードワードにより、映画が映写された映写機及び映画館を特定することができる。したがって、映写機から映写された映像を撮影して得られた海賊版コピーに含まれる識別コードワードにより、その海賊版コピーが作成された映写機及び映画館を特定することができる。一方、ウォータマークが埋め込まれた画像は、写真又は印刷物として複写されてもよく、複写された写真又は印刷物のコピーを作成及び配布してもよい。図１においては、符号化画像処理装置によって生成されるウォータマークが埋め込まれた画像の配信先は、雲形の枠で表現された配信１９で示されている。
【００２７】
検出プロセッサ
図２は、ウォータマークが埋め込まれたオフェンディング画像（offending markedimage）内に埋め込まれている１つ以上のコードワードを検出する検出画像処理装置（detecting image processing apparatus）の構成を示すブロック図である。包括的にいえば、図２に示す検出画像処理装置は、画像のオフェンディングバージョン、すなわちコピー内に存在する１つ以上のコードワードを識別する機能を有している。
【００２８】
ウォータマークが埋め込まれたオフェンディング画像（以下、画像のオフェンディングバージョンともいう。）Ｗ’は、データソースから供給され、フレームメモリ２０に記憶される。この検出画像処理装置における検出処理は、オリジナル画像（以下、画像のオリジナルバージョンともいう。）を必要とするので、フレームメモリ２４には、画像のオリジナルバージョンが記憶されている。ウォータマークが埋め込まれた画像のオフェンディングバージョンＷ’及び画像のオリジナルバージョンは、それぞれ個別の接続チャンネル２６、２８を介して、登録プロセッサ（registration processor）３０に供給される。
【００２９】
上述のように、画像のオフェンディングバージョンＷ’は、ウォータマークが埋め込まれた画像Ｗ_ｉの一部を撮影又は複写することにより生成された可能性がある。そこで、識別コードワードの検出率を高めるために、登録プロセッサ３０は、それぞれフレームメモリ２０、２４に記憶されているオフェンディング画像と画像のオリジナルバージョンとを実質的に揃える（align）。この目的は、オリジナル画像Ｉのサンプルと、コードワード係数が加算されることによりウォータマークが埋め込まれた画像Ｗ _ｉ の対応するサンプルとを一致させることである。
【００３０】
この位置合せ処理を図３を用いて説明する。図３は、オリジナル画像Ｉと、ウォータマークが埋め込まれた画像のオフェンディングバージョンＷ’とを比較して示している。図３に示すように、ウォータマークが埋め込まれた画像のオフェンディングバージョンＷ’は、オリジナル画像Ｉに対してオフセットを有しており、このオフセットは、ウォータマークが埋め込まれた画像のオフェンディングバージョンを生成したカメラの相対的な視野に起因している可能性がある。
【００３１】
コードワード係数を再生するためには、ウォータマークが埋め込まれた画像のオフェンディングバージョンＷ’のサンプルからオリジナル画像Ｉの正しいサンプルを減算する必要がある。この処理のために、２つの画像が揃えられる。図３に示すように、位置合せされた画像Ｗ”は、オリジナル画像Ｉには存在しない部分を含む周辺領域（peripheral area）ＰＡを有している。
【００３２】
他の実施の形態では、例えばインターネットからオフェンディングバージョンＷ’がダウンロードされた場合等、オフェンディング画像Ｗ’は、本質的には、既にオリジナル画像Ｉのバージョンに揃っているので、このような場合、登録プロセッサ３０を使用する必要はない。そこで、この検出画像処理装置は、ウォータマークが埋め込まれた画像を再生プロセッサ４０に直接供給するための代替的なチャンネル３２を備えている。
【００３３】
位置合せされた画像Ｗ”は、再生プロセッサ４０に供給される。再生プロセッサ４０には、第２のチャンネル４４を介して、オリジナル画像Ｉのコピーも供給される。位置合せされた画像Ｗ”及びオリジナル画像Ｉは、ＤＣＴプロセッサ４６によって、ＤＣＴ領域に変換される。次に、以下の式に示すように、ウォータマークが埋め込まれたＤＣＴ領域の画像Ｖ’のサンプルからＤＣＴ領域のオリジナル画像Ｖのサンプルを減算することにより、再生コードワードＸ’が算出される。
Ｘ’＝Ｖ’−Ｖ
＝ｖ’_１−ｖ_１，ｖ’_２−ｖ_２，ｖ’_３−ｖ_３，ｖ’_４−ｖ_４，・・・，ｖ’_ｎ−ｖ_ｎ
＝ｘ’_１，ｘ’_２，ｘ’_３，ｘ’_４，・・・，ｘ’_ｎ
したがって、再生プロセッサ４０は、接続チャンネル５０を介して、識別するコードワードの係数の推定値を出力する。再生コードワードＸ’は、相関器５２の第１の入力端子に供給される。相関器５２の第２の入力端子には、コードワード生成器５４によって生成されたコードワードＸ^ｉが供給されている。コードワード生成器５４は、上述の識別コードワード生成器８と同様に、メモリ５８から読み出した、コードワードを固有に識別する所定のシード値を用いて、全ての可能なコードワードの組を生成する。
【００３４】
相関器５２は、ｎ個の類似値ｓｉｍ（ｉ）を生成する。一実施の形態においては、類似値ｓｉｍ（ｉ）は、以下の式に基づく相関を求めることにより算出される。
【００３５】
【数１】

【００３６】
ｎ個の類似値ｓｉｍ（ｉ）のそれぞれは、検出器６０に供給される。そして、検出器６０は、ｎ個の可能なコードワードのそれぞれに対する類似値ｓｉｍ（ｉ）を解析する。相関器５２によって生成される類似値ｓｉｍ（ｉ）の具体例と、可能な各コードワードの閾値ＴＨとの関係を図４に示す。図４に示すように、２つのコードワード２００１、１２３４５が閾値ＴＨを超えている。このため、検出器６０は、コードワード２００１及びコードワード１２３４５に対応するウォータマークが埋め込まれた画像のバージョンからオフェンディング画像が作成されたと判定する。したがって、この実施の形態においては、一千万である母集団の大きさにより決定される誤検出確率（false positive probability）と、ウォータマーク強度（watermarking strength）αとに基づいて、誤検出確率を保証するための閾値ＴＨの高さを設定することができる。図４に示す実施の形態では、相関器５２によって生成された類似値ｓｉｍ（ｉ）が閾値ＴＨを超えている場合、この誤検出確率をもって、このウォータマークが埋め込まれた画像の受信者が不正行為を行い、ウォータマークが埋め込まれた画像Ｗ^ｉのオフェンディングバージョンの作成に関与したと判断される。
【００３７】
以下、図１及び図２に示すウォータマークシステムの特徴及び利点を説明する。
【００３８】
登録
ウォータマークが埋め込まれた画像のオフェンディングバージョンと、オリジナル画像のコピーとを揃える処理は、オリジナル画像のサンプルと、ウォータマークが埋め込まれ た画像のサンプルとの相関を調べる処理を含む。この相関処理は、画像の各サンプルを異なるシフト量でシフトさせて実行される。この処理を図５を用いて説明する。図５Ａは、オリジナル画像の離散サンプルを示し、図５Ｂは、ウォータマークが埋め込まれたオフェンディング画像Ｗ’の離散サンプルを示している。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、各サンプル間の時間差は、サンプリングレートにより定まるｄｔである。これらの画像の各サンプルの組をシフトし、離散サンプルを相関させた結果を図５Ｃに示す。
【００３９】
図５Ｃに示すように、６サンプルシフトと７サンプルシフトの間で相関ピークが最高になっている。そこで、ウォータマークが埋め込まれたオフェンディング画像は、オリジナル画像に対してこの量だけシフトされて位置合せされる。
【００４０】
フーリエ復号
図１及び図２を参照して上述したウォータマークシステムは、オリジナル画像に対して一千万個のウォータマークが埋め込まれたバージョンを生成することができる。これは、２０ビットのウォータマーク値を用いることにより実現される。ここで、上述のように、複数のコードワードのうち、ウォータマークが埋め込まれたオフェンディング画像内のコードワードの存在を検出するためには、その画像から再生されたコードワードと、一千万個の可能な各コードワードとの相関を調べる必要がある。このような演算タスクは大きな処理負担となる。
【００４１】
本発明に基づく相関器は、この演算処理の負担を軽減し、したがって、ウォータマークが埋め込まれたオフェンディング画像内のコードワードを検出するために必要な時間を短縮する。本発明に基づくこの相関器を図６に示す。図６に示す相関器は、上述した相関値の総和の算出に対する代替的で有効な手法を提供する。すなわち、この実施の形態では、相関値の総和は、以下の式に基づいて算出される。
Ｆ^−１［Ｆ（Ｘ’）Ｆ（ｘ^（１））^＊］
ここで、Ｆ（Ａ）はＡのフーリエ変換を表し、Ｆ^−１（Ａ）はＡの逆フーリエ変換を表す。
【００４２】
図６に示す相関器５２は、第１のフーリエ変換プロセッサ１００と、第２のフーリエ変換プロセッサ１０２とを備える。第１及び第２のフーリエ変換プロセッサ１００、１０２は、高速フーリエ変換アルゴリズムを用いて実現してもよい。第２のフーリエ変換プロセッサ１０２は、生成されたコードワードＸ ^１ のフーリエ変換値の複素共役も算出する。再生コードワードＸ’のフーリエ変換値と、生成されたコードワードＸ ^１ のフーリエ変換値の複素共役は、それぞれ乗算器１１０の第１及び第２の入力端子に供給される。乗算器１１０は、フーリエ変換プロセッサ１００、１０２からの各サンプルを乗算し、この結果を逆フーリエ変換プロセッサ１１２に供給する。この相関器５２からは、乗算された信号サンプルの逆フーリエ変換値が出力される。
【００４３】
このように、図６に示す相関器５２では、生成されたｎ個のコードワードＸ^ｉと再生コードワードＸ’との相関を算出するために必要な時間が短縮される。これは、フーリエ変換プロセッサ１００、１０２及び逆フーリエ変換プロセッサ１１２を例えば市販されている特定用途向け集積回路（application specific integrated circuit：ＡＳＩＣ）等の高速フーリエ変換集積回路により構成できるためである。更に、相関器５２から出力される逆フーリエ変換値は、ｎ個の相関値の総和に対応するｎ個の類似値ｓｉｍ（ｉ）を提供する。ここで、図６に示す相関器５２の特性を利用するために、コードワードは、擬似乱数生成器に供給される特定のシード値を用いて生成された１つのコードワードＸ^（１）を、巡回的にシフトすることにより生成されている。以下、このコードワードの生成について説明する。後述するように、第１のコードワードＸ^（１）は、識別コードワード生成器８によって擬似ランダム的に生成された数値に対応する値ｘ_１〜ｘ_ｎとして表される。一方、第２のコードワードＸ^（２）は、第１のコードワードＸ^（１）に対する巡回シフトを実行することにより生成される。更に、以下に示すように、この他のコードワードは、ｎ番目のコードワードがｎ−１の位置にシフトされるまで、第１のコードワードＸ^（１）を巡回的にシフトすることにより生成される。
Ｘ^（１）＝（ｘ_１，ｘ_２，ｘ_３，ｘ_４．．．，ｘ_ｎ−１，ｘ_ｎ）
Ｘ^（２）＝（ｘ_２，ｘ_３，ｘ_４．．．，ｘ_ｎ−１，ｘ_ｎ，ｘ_１）
Ｘ^（３）＝（ｘ_３，ｘ_４．．．，ｘ_ｎ−１，ｘ_ｎ，ｘ_１，ｘ_２）
・・・
Ｘ^（ｎ）＝（ｘ_ｎ，ｘ_１，ｘ_２，ｘ_３，ｘ_４．．．，ｘ_ｎ−２，ｘ_ｎ−１）
このコードワードの組を用いて、符号化プロセッサ４によって生成されるコードワードの組の一部又は全部を構成することにより、フーリエ変換を行う相関器５２は、一回の処理でｎ個の全てのコードワードに関する全ての類似値を算出することができる。したがって、上述のように、オリジナルコードワードに対する１からｎまでの対応するシフトにより、ｎ個の類似値の総和ｓｉｍ（ｉ）が生成され、図４に示すように、少なくとも１つのコードワードについて、大きな類似値の総和ｓｉｍ（ｉ）が生成される。このように、相関器５２は、第１のコードワードＸ^（１）に対応する１つの生成されたコードワードのみを受け取って、図４に示すようにｎ個のコードワードの組に関する類似値を算出することができる。
【００４４】
以上の説明から明かなように、コードワードに含まれるサンプルがＮ個であれば、可能な巡回シフトはＮ個のみである。したがって、必要なコードワードの母集団ｐがＮより大きければ、複数の基礎となるウォータマークが必要となる。各基礎となるウォータマークは、巡回的にシフトされ、Ｎ個の固有なコードワードが生成される。
【００４５】
ウォータマークが埋め込まれた画像が、例えばビデオシーケンス等の複数の画像の１つを構成する場合、各画像には同じコードワードを埋め込むことができる。したがって、図６に示すフーリエ変換相関器を用いて、１つの判定中のコードワード（suspected code word）が特定されると、上述のように、完全な相関値の総和ｓｉｍ（ｉ）を用いても、後続する相関値を算出することができる。ここで、判定中のコードワードは既に特定されているため、相関処理は、図６に示すフーリエ変換相関器によって特定されたコードワードに対してのみ行えばよい。
【００４６】
また、生成された第１のコードワードＸ^１のフーリエ変換値の複素共役を算出する代わりに、再生コードワードＸ’のフーリエ変換値の複素共役を算出してもよい。この処理は、以下に示すフーリエ変換相関器による処理の第２の変形例として表される。
Ｆ^−１［Ｆ（Ｘ’）^＊Ｆ（ｘ^（１））］
このように、再生コードワードＸ’のフーリエ変換値の複素共役及び生成されたコードワードのフーリエ変換値のいずれかがフーリエ変換プロセッサ１００、１０２のいずれかによって算出される。
【００４７】
コードワードの秘密の順序変更
第１のコードワードＸ^１を巡回的にシフトさせてコードワードを生成する手法では、ウォータマークのセキュリティが低下するという問題がある。これは、結託攻撃においては、ウォータマークが埋め込まれた２つの画像が比較されるからである。各画像に対して、同じコードワードを巡回的にシフトさせて生成した同じコードワードの２つのバージョンであるコードワードを埋め込んだ場合、結託攻撃を試みる者は、ウォータマークが埋め込まれた２つのマテリアル間の相異を特定し、したがって、コードワードを特定しやすくなる。結託攻撃を試みる者がコードワードを特定できると、この者は、ウォータマークを除去し、又はウォータマークを改竄して他者を装うことができるようになる。
【００４８】
このような結託攻撃を防止するために、この実施の形態では、秘密の順序変更コード（secret permutation code）πに基づいて、巡回的にシフトされた各コードワードの各コードワード係数の順序をランダムに変更する。コードワード係数の順序変更は、ウォータマークが埋め込まれた画像の受信者に対して秘密にされる。これにより、結託攻撃を試みる者がウォータマークが埋め込まれた２つの画像間の相関を特定することが困難になり、結託攻撃が成功する可能性が低下する。
【００４９】
検出画像処理装置（以下、検出データプロセッサともいう。）においては、秘密の順序入替コードπは既知である。検出データプロセッサにおいては、コードワード生成器５４又は再生プロセッサ４０が生成したコードワード係数又は再生コードワード係数に対して逆の順序入替π ^−１ を実行した後、相関処理を行う。図１に示す符号化プロセッサ４及び図２に示す検出データプロセッサの動作をそれぞれ図７及び図８に示す。
【００５０】
コードワードの生成
コードワードを生成するために使用される擬似乱数のシード値をソース画像サンプルから生成することにより、図１及び図２に示す本発明の実施の形態の性能を更に高めることができる。この処理は、コードワード計数を加算する画像のＤＣＴ係数を解析し、これらのＤＣＴ係数から、コードワードを生成するために使用するシード値を生成することにより実現される。この処理には、例えば、当業者にとって周知の「セキュアハッシュアルゴリズム１（secure hashing algorithm 1：sha-1）」を用いることができる。このアルゴリズムは、ＡＮＳＩ規格（ＡＮＳＩ ｘ９．３０−２）に規定されている。このアルゴリズムは、エー・ジェイ・メネゼス（A.J.Menezes）著「応用暗号学ハンドブック（Handbook of applied cryptography）」にも開示されている。これにより、符号化画像処理装置及び検出画像処理装置は、ＤＣＴ係数から擬似乱数のシード値を生成及び判定することができる。
【００５１】
他の適用例
ウォータマークシステムの符号化画像処理装置（以下、符号化データ処理装置ともいう。）は、上述した映写機及びウェブサーバに加えて、他の用途にも適用することができる。例えば、本発明は、通信装置から信号を受信し、この受信した信号にコードワードを導入することにより、情報にウォータマークを埋め込む受信機／デコーダにも適用することができる。例えば、セットトップボックスは、放送の「ヘッドエンド」機器又はマルチキャスト機器からテレビジョン及びビデオ信号を受信する。このような適用例では、符号化データ処理装置は、セットトップボックスの一部を構成し、信号を受信及びデコードする際にビデオ信号にウォータマークコードワードを導入する。一実施の形態においては、このウォータマークコードワードは、ビデオ信号を受信及びデコードしたセットトップボックスを固有に特定する。
【００５２】
更に、本発明は、衛星からデジタル映画（digital cinema film）を受信するデジタル映画受信機にも適用することができる。このデジタル映画受信機は、デジタル映画を表す信号を受信し、この信号をデコードしてデジタル映画を再生する。この受信機は、デコードされた映画信号にウォータマークコードワードを導入する符号化データ処理装置を備える。ウォータマークコードワードは、例えば、デジタル映画を受信したデジタル映画受信機を固有に特定する。
【００５３】
更に、本発明は、メモリ及びメモリコントローラを備えるデジタルカメラ又はカムコーダ等にも適用することができる。この適用例では、本発明に係る符号化データ処理装置は、メモリに記憶されているウォータマークコードワードをデジタルカメラ等によって撮影されたビデオ信号に導入する。この適用例においては、コードワードは予めメモリに記憶されており、したがって、符号化データ処理装置は、コードワード生成器を備えていない。メモリに記憶されているコードワードは、メモリコントローラの制御の下、ビデオ信号に埋め込まれ、これによりビデオ信号を固有に又は準固有的（quasi-uniquely）に特定する。
【００５４】
更なる実施の形態においては、本発明に基づく符号化データ処理装置は、連続的な画像又は動画を構成する複数の異なるデジタル画像のフレームのそれぞれに一連のウォータマークコードワードを個別に埋め込む。これらのコードワードは、互いに関連性を有していてもよく、これらのコードワードにより、各フレームに対応する画像を個別に識別することができるようになる。
【００５５】
本発明の更なる様々な側面及び特徴は、添付の請求の範囲において定義されている。この請求の範囲から逸脱することなく、上述した実施の形態を様々に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 符号化画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 検出画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【図３】 図３Ａはオリジナル画像を示し、図３Ｂはウォータマークが埋め込まれた画像を示し、図３Ｃは位置合せされた画像を示す図である。
【図４】 Ｎ個のコードワードの組の各コードワードに関する相関結果の具体例を示すグラフ図である。
【図５】 図５Ａはオリジナル画像Ｉのサンプルに対応するグラフ図であり、図５Ｂはウォータマークが埋め込まれた画像Ｗ’に対応するグラフ図であり、図５Ｃはオリジナル画像とウォータマークが埋め込まれた画像との離散サンプルシフト毎の相関結果を示すグラフ図である。
【図６】 図２に示す検出データプロセッサの一部である相関器の構成を示すブロック図である。
【図７】 符号化画像データ処理装置によってウォータマークが埋め込まれた画像を作成する手順を示すフローチャートである。
【図８】 図２に示す検出データプロセッサによって、受信したウォータマークが埋め込まれた画像からウォータマークを特定する処理を示すフローチャートである。

Claims (19)

1. オリジナルマテリアルアイテムに所定のコードワードの組のうちの１つのコードワードを導入することにより、該オリジナルマテリアルアイテムの少なくとも１つのコードワードが埋め込まれたバージョンを生成する符号化データ処理装置において、
   複数のコードワード係数を有する上記コードワードを生成するコードワード生成器と、
   上記コードワード係数を上記オリジナルマテリアルアイテムに結合する符号化プロセッサとを備え、
   上記所定のコードワードの組内の複数のコードワードは、第１の複数のコードワード係数を有する第１のコードワードと、該第１のコードワードを巡回的にシフトして生成される少なくとも１つの他のコードワードとを含み、
   上記符号化プロセッサは、順序変更コードに基づいて、上記オリジナルマテリアルに結合する上記コードワード係数の順序を変更することを特徴とする符号化データ処理装置。
2. 上記コードワード生成器は、上記コードワード係数を導出するための擬似乱数を生成する擬似乱数生成器を備えることを特徴とする請求項１記載の符号化データ処理装置。
3. 上記擬似乱数は、上記第１のコードワードを固有に識別するシード値によって上記擬似乱数生成器を初期化することにより、生成されることを特徴とする請求項１又は２記載の符号化データ処理装置。
4. 上記コードワード生成器は、上記オリジナルマテリアルアイテムのサンプルから上記シード値を生成することを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の符号化データ処理装置。
5. 上記オリジナルマテリアルアイテムを離散コサイン変換領域に変換し、複数の離散コサイン変換係数を生成する離散コサイン変換プロセッサを備え、
   上記符号化プロセッサは、上記コードワード係数を、対応する離散コサイン変換係数の１つに加算することにより、上記コードワードを上記オリジナルマテリアルアイテムに結合し、
   上記符号化プロセッサによってコードワード係数が加算された離散コサイン変換係数を逆離散コサイン変換することにより、上記オリジナルマテリアルアイテムのコードワードが埋め込まれたバージョンを生成する逆離散コサイン変換プロセッサを更に備える請求項１乃至４記載の符号化データ処理装置。
6. 請求項１乃至５いずれか１項記載の符号化データ処理装置を備える映写装置において、 上記符号化データ処理装置は、オーディオ信号及び画像信号のうちの少なくとも１つが供給され、映写の前に、該オーディオ信号及び画像信号のうちの少なくとも１つにコードワードを導入することを特徴とする映写装置。
7. インターネットを介してダウンロードされるマテリアルアイテムを提供するウェブサーバにおいて、
   請求項１乃至５いずれか１項記載の符号化データ処理装置を備え、
   上記符号化データ処理装置は、マテリアルアイテムが供給され、該マテリアルアイテムがダウンロードされる前に、該マテリアルアイテムにコードワードを導入することを特徴とするウェブサーバ。
8. 擬似ランダム的に分布した複数の所定のコードワード係数を有する第１のコードワードと、該第１のコードワードを巡回的にシフトして生成された少なくとも１つの他のコードワードとから構成された複数のコードワードの組から、オリジナルマテリアルの各サンプルに、それぞれ対応する各コードワード係数を結合することにより生成された、オリジナルマテリアルアイテムのコードワードが埋め込まれたバージョン内に存在する１つ以上の所定のコードワードを識別する検出データ処理装置において、
   上記マテリアルアイテムのコードワードが埋め込まれたバージョンからコードワードを再生し、再生コードワードを生成する復号プロセッサと、
   所定の閾値を超えるコードワードの相関値から少なくとも１つのコードワードを検出する検出プロセッサとを備え、
   上記複数のコードワードの相関値は、
   順序変更コードに基づいて、上記再生コードワード又は上記コードワードの組の第１のコードワードのうちの１つの順序を入れ替え、
   上記再生コードワードのフーリエ変換値を算出し、
   上記コードワードの組の第１のコードワードのフーリエ変換値を算出し、
   上記再生コードワードのフーリエ変換値及び上記生成されたコードワードのフーリエ変換値のいずれか一方の複素共役を算出し、
   上記再生コードワードのフーリエ変換値又はその複素共役のサンプルと、対応する上記第１のコードワードのフーリエ変換値又はその複素共役のサンプルとを乗算して第１の中間積サンプルを算出し、
   上記中間積サンプルを逆フーリエ変換し、それぞれが上記コードワードの組のうちの１つの相関値を表す相関サンプルを算出することにより、求められることを特徴とする検出データ処理装置。
9. 上記復号プロセッサは、上記マテリアルアイテムのコードワードが埋め込まれたバージョンのサンプルから上記オリジナルマテリアルアイテムの対応するサンプルを減算することにより上記再生コードワードを再生し、上記複数のコードワードのそれぞれについて、該再生コードワードと該各コードワードとの相関を調べることにより相関値の総和を生成することを特徴とする請求項８記載の検出データ処理装置。
10. 上記オリジナルマテリアルアイテムのコードワードが埋め込まれたバージョンのサンプルを、上記オリジナルマテリアルアイテムの対応するサンプルに関連付ける登録プロセッサを備える請求項８又は９記載の検出データ処理装置。
11. 上記復号プロセッサは、上記マテリアルアイテムのコードワードが埋め込まれたバージョンから上記シード値を生成するコードワード生成器を備えることを特徴とする請求項８乃至１０いずれか１項記載の検出データ処理装置。
12. 上記コードワードは、離散コサイン変換領域において上記オリジナルマテリアルアイテムに導入されており、
    上記復号プロセッサは、上記コードワードが埋め込まれたバージョン及びオリジナルマテリアルアイテムを離散コサイン変換領域に変換する離散コサイン変換プロセッサを備え、
    上記復号プロセッサは、上記コードワードが埋め込まれたバージョンの対応する離散コサイン変換係数から上記オリジナルマテリアルアイテムの離散コサイン変換係数を減算することにより、上記再生コードワードを生成することを特徴とする請求項８乃至１１いずれか１項記載の検出データ処理装置。
13. マテリアルアイテムの受信者を特定する受信者特定システムにおいて、
    請求項１乃至５いずれか１項記載の符号化データ処理装置と、
    請求項８乃至１２いずれか１項記載の検出データ処理装置とを備え、
    上記符号化データ処理装置は、上記受信者を固有に特定するシード値から生成されたコードワードをマテリアルアイテムに導入することにより、マテリアルアイテムのコードワードが埋め込まれたバージョンを生成し、
    上記検出データ処理装置は、上記マテリアルアイテムにおけるコードワードの有無を検出することにより、所定の誤検出確率で該マテリアルアイテムの受信者を検出することを特徴する受信者特定システム。
14. オリジナルマテリアルアイテムに所定のコードワードの組のうちの１つのコードワードを導入することにより、該オリジナルマテリアルアイテムの少なくとも１つのコードワードが埋め込まれたバージョンを生成する符号化方法において、
    複数のコードワード係数を有する上記コードワードを生成するステップと、
    上記コードワード係数を上記オリジナルマテリアルアイテムに結合するステップとを有し、
    上記コードワードを生成するステップは、
    第１の複数のコードワード係数を有する第１のコードワードを生成するステップと、
    上記第１のコードワードを巡回的にシフトして少なくとも１つの他のコードワードを生成するステップとを有し、
    上記結合するステップは、順序変更コードに基づいて、上記オリジナルマテリアルアイテムに結合する上記コードワード係数の順序を変更することを特徴とする符号化方法。
15. オリジナルマテリアルの各サンプルに、それぞれ対応する各コードワード係数を結合することにより生成された、オリジナルマテリアルアイテムのコードワードが埋め込まれたバージョン内に存在する１つ以上の所定のコードワードの組を識別する識別方法において、
    上記マテリアルアイテムのコードワードが埋め込まれたバージョンからコードワードを再生し、再生コードワードを生成するステップと、
    所定の閾値を超えるコードワードの相関値から少なくとも１つのコードワードを検出するステップとを有し、
    上記複数のコードワードの相関値は、
    順序変更コードに基づいて、上記再生コードワード又は上記コードワードの組の第１のコードワードのうちの１つの順序を入れ替え、
    上記再生コードワードのフーリエ変換値を算出し、
    上記コードワードの組の第１のコードワードのフーリエ変換値を算出し、
    上記再生コードワードのフーリエ変換値及び上記生成されたコードワードのフーリエ変換値のいずれか一方の複素共役を算出し、
    上記再生コードワードの各フーリエ変換値又はその複素共役のサンプルと、対応する上記第１のコードワードのフーリエ変換値又はその複素共役のサンプルとを乗算して第１の中間積サンプルを算出し、
    上記中間積サンプルを逆フーリエ変換し、それぞれが上記コードワードの組のうちの１つの相関値を表す相関サンプルを算出することにより、求められることを特徴とする識別方法。
16. データプロセッサにロードされて、該データプロセッサを請求項１乃至５いずれか１項記載の符号化データ処理装置又は請求項８乃至１２いずれか１項記載の検出データ処理装置における各手段として機能させるためのコンピュータにより実行可能なプログラム。
17. データプロセッサにロードされて、該データプロセッサに請求項１４記載の符号化方法又は請求項１５記載の識別方法における各ステップを実行させるためのコンピュータにより実行可能なプログラム。
18. 請求項１６又は１７記載のプログラムを記録したコンピュータにより読取可能なデータ記録媒体。
19. マテリアルアイテムを表す信号を受信する受信装置において、
    請求項１乃至５いずれか１項記載の符号化データ処理装置を備え、
    上記符号化データ処理装置は、上記受信信号に、該受信信号を固有に識別する少なくとも１つのコードワードを結合することを特徴とする受信装置。

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