JP4124325B2 - データ検出方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マテリアルに繰り返し埋め込まれているデータブロックの有無を検出するデータブロック検出装置及びデータブロック検出方法に関する。更に、本発明は、マテリアルにデータブロックを埋め込むデータブロック埋込装置及びデータブロック埋込方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本明細書におけるマテリアルとは、例えばビデオマテリアル、オーディオマテリアル及びデータを伝達するマテリアル等のあらゆる形式の情報マテリアルを含む。
【０００３】
また、ウォータマークという用語は、マテリアルに何らかの形式で埋め込まれた（embed）データ又は情報の総称として使用する。ウォータマークは、マテリアル内において、知覚不可能であってもよく、知覚可能であってもよい。
【０００４】
ウォータマークは、様々な目的で使用される。ウォータマークは、通常、マテリアルの所有者（owner）の正当な知的財産権に対する侵害を防止し、又は侵害を追跡するために使用されている。例えば、ウォータマークは、マテリアルの所有者を識別するために使用される。これにより、所有者は、マテリアルの不正なコピーを見つけ出すことができる。すなわち、マテリアルにウォータマークを埋め込み、及び埋め込まれたウォータマークを検出する装置により、マテリアルの著作権を主張し、著作権を保護することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
著作権保護のための性能を測定するためには、以下のような３つの統計的データが使用される。
１．誤検出（False positive）：これは、実際にはウォータマークが付されていないマテリアルの一部をウォータマーク有りと誤って検出してしまう確率である。ヨーロッパ放送連合（European Broadcast Union：ＥＢＵ）は、ビデオマテリアルについて、誤検出が発生する確率を１０^−８以下とするよう定めている。
２．見逃し（False negative）：これは、実際にはウォータマークが付されているマテリアルの一部をウォータマーク無しと誤って判定してしまう確率である。ＥＢＵは、見逃しが発生する確率を０．０５以下とするよう定めている。
３．エラーフリーペイロード（Error free payload）：これは、ウォータマークが検出されたとき、ペイロードを（エラー訂正処理の後）エラーフリーで再生することができる確率である。ＥＢＵは、検出されたペイロードにおいてエラーが発生する確率を１０^−８以下とするよう定めている。
【０００６】
国際特許公開公報ＷＯ９９／１２３４７号には、マテリアルに埋め込まれたウォータマークを検出する装置が開示されている。この装置は、検出するウォータマークのコピーを予め記憶している。そして、この装置は、マテリアルから再生（recover）されたデータと、このウォータマークとの相関関係を調べ、この相関関係に基づいて、ウォータマークの有無を判定する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るデータブロック検出装置は、マテリアルに所定回数繰り返し埋め込まれている複数のデータビットからなるデータブロックが存在するか否かを、マテリアルから再生されたデータブロックのバージョンのデータ表現から判定するデータブロック検出装置において、データブロックの各再生されたバージョン内の対応する位置の各ビットの値を結合して、各ビットの累積スコアを算出する累算器と、データブロックのビットの累算スコアの値を少なくとも１つの閾値と比較し、この比較に基づいてデータブロックの各ビットが検出されたか否かを判定し、検出されたビットの総数に基づいて、データブロックが存在するか否かを判定する検出プロセッサとを備える。
【０００８】
本発明に係るデータブロック検出装置により、誤検出及び見逃しの発生する確率を下げることができる。誤検出及び見逃しの発生する確率を下げる効果は、ウォータマークシステムを適応化することなく、又はウォータマークシステムを最小限適応化することにより実現することができる。本発明により、著作権保護を向上させることができる。著作権保護は、通常、ウォータマークシステムに対してより上位レベルで行われ、既存のウォータマーク処理層の上位に著作権保護処理層を追加して設けることにより、マテリアルの著作権保護を容易に行うことができる。
【０００９】
本発明は、マテリアルに繰り返し埋め込まれたデータブロックの各ビットの値の確率分布を利用する。マテリアルから再生されたデータブロックの各バージョンの同じビットの値を加算することにより、各ビットについて累算スコアが算出される。本発明の一実施の形態においては、累算スコアは、２つの閾値と比較される。これらの２つの閾値は、可能な累算スコアについて、０からマテリアルに同じデータブロックが埋め込まれた所定の回数に対応する最大値までの間に存在する３つの領域を定義する。第１の閾値以下の第１の領域は、０として検出されるビットに関連した値を定義する。累算スコアが２つの閾値の間、すなわち第２の領域内にある場合、ビットは検出されなかったと判定される。第２の閾値以上である第３の領域は、１として検出されるビットに関連した値を定義する。そし て、検出プロセッサは、データブロック内の幾つのビットが０又は１として検出されたかを判定する。この判定により得られた数を第３の閾値と比較することにより、マテリアル内にデータブロックが存在するか否かが判定される。
【００１０】
各ビットの累算スコアを例えば第１及び第２の閾値と比較し、ビットが検出されたか否かを判定する処理と、データブロックの検出されたビットの総数を第３の閾値と比較する処理とにより、２段階の検出処理が構成される。この２段階の検出処理により、上述したヨーロッパ放送連合（ＥＢＵ）が要求する誤検出及び見逃しの発生確率より良好な結果を得ることができる。
【００１１】
更に、本発明では、埋め込まれたデータのコンテンツに関する知識が必要ないという利点がある。国際特許公開公報ＷＯ９９／１２３４７号に開示されているウォータマーク検出装置とは異なり、本発明に基づくウォータマーク検出装置は、ウォータマークが存在するか否かを判定するに当たり、事前にウォータマークに関する知識を有している必要はない。
【００１２】
また、本発明に係るデータ埋込装置は、上述のデータブロック検出装置又は著作権保護システムによって有無が検出可能なデータを埋め込むデータ埋込装置において、データを少なくとも１つのデータブロックにフォーマットするデータフォーマッタと、マテリアルが供給され、マテリアルの単位を識別し、埋込プロセッサとともに、データブロックが繰り返し埋め込まれた所定の回数に基づき、複数の単位の各単位にデータブロックを繰り返し埋め込む単位繰返しプロセッサとを備える。
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態においては、データ埋込装置は、データフォーマッタ及び単位繰返しプロセッサに接続され、マテリアルに埋め込まれたデータブロックのバージョンのビットの順序をシャッフルするシャッフルプロセッサを備える。データブロックのビットをシャッフルすることにより、各ペイロードビットの統計的独立性が保証される。ペイロードビットの復号され、バージョンの独立性により、ペイロードが誤って存在すると検出されてしまう可能性が低くなるため、著作権保護処理層においてこのような処理を行うことは有益である。更に、このシャッフル処理におり、データの埋込により生じる虞がある固定パターンノイズが発生する可能性を低下させることができる。
【００１４】
ＥＢＵの要求を満たし、可能な限りエラーがないペイロード（又は、少なくともエラーが少ないペイロード）を提供するために、データ埋込装置は、エラー訂正エンコーダを備えていてもよい。エラー訂正エンコーダは、データフォーマッタに接続され、データフォーマッタによりフォーマットされたデータを符号化し、マテリアルにデータブロックが埋め込まれる前にエラー訂正符号化されたデータブロックを生成する。
【００１５】
これに対応して、データブロック検出装置は、所定のシャッフルパターンに基づくシャッフル処理の逆の順序により、各単位から再生されたデータブロックのビットの順序を変更するデシャッフルプロセッサを備えていてもよい。更に、データブロック検出装置は、エラー訂正復号処理を行うエラー訂正復号プロセッサを備えていてもよい。
【００１６】
幾つかの実施の形態においては、マテリアルは、ビデオマテリアルであってもよく、単位は、ビデオマテリアルによって表される画像フレームであってもよい。また、データブロックは、例えば汎用メタデータ識別子等のマテリアルのコンテンツを記述するメタデータを含んでいてもよい。他の実施の形態においては、データブロックは、所有者を識別する識別子又は少なくとも固有の識別子であってもよい。
【００１７】
更に、上述の目的を達成するために、本発明に係る著作権保護システムは、マテリアルから各データブロックのバージョンを表すデータを再生するデータ抽出プロセッサと、上述したデータブロック検出装置とを備える。
【００１８】
マテリアルに埋め込まれていないデータが誤って全て０又は全て１のシーケンスとして再生されてしまうことがある。本発明の好ましい実施の形態においては、全て０又は全て１のシーケンスをマテリアルに埋め込まれていないと正しく検出するために、データを埋め込む前に、埋め込むデータを擬似ランダムビットシーケンス又はその一部に結合する。好ましい実施の形態においては、擬似ランダムビットシーケンスの影響を取り除くために、抽出プロセッサは、データブロックのバージョンを表すデータと所定の擬似ランダムビットシーケンスとを結合することによりデータブロックのバージョンを再生する。データと擬似ランダムビットシーケンスとの結合は、例えば、データ及び擬似ランダムビットシーケンスの排他的論理和を算出することにより求めることができる。また、再生されたデータを擬似ランダムビットシーケンスに再び結合することにより、埋め込まれたデータから擬似ランダムビットシーケンスの影響を除去することができる。マテリアルから再生されたデータであって、検出プロセッサが誤って１又は０のシーケンスがデータとして埋め込まれていると判定してしまうデータは、この擬似ランダムビットシーケンスとの結合によりランダムデータとなり、これにより、誤って検出される可能性が低減される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
マテリアルとしては、オーディオマテリアル、ビデオマテリアル、オーディオ／ビデオマテリアル又はいかなる形式のデータが含まれるが、以下の実施の形態では、ビデオマテリアルについて説明する。以下に説明する実施の形態では、ウォータマークは、複数のフレームからなるビデオマテリアル内に形成（formed in）される。しかしながら、これは単なる例示であり、ウォータマークを表すデータは、例えばビデオマテリアルのフィールド等、ビデオマテリアルのいかなる単位毎に埋め込んでもよい。
【００２０】
図１は、ビデオマテリアルにデータを埋め込む（embed）データ埋込装置の構成を示すブロック図である。ビデオマテリアルは、複数の画像フレームＩに分割される。これらの画像フレームＩに埋め込まれるデータがウォータマークを形成する。データは、ウォータマーク処理層（watermarking layer）ＷＭによって埋め込まれる。図１に示すように、著作権保護処理層（copyright protection processing layer）ＣＰは、ペイロードデータをマテリアルに埋め込むウォータマークとして形成し、及びマテリアルにペイロードデータが埋め込まれているか否かを検出する機能を有してる。この著作権保護処理層ＣＰは、誤検出及び見逃し検出の確率を下げるために設けられている。
【００２１】
図１に示すように、ウォータマーク処理層ＷＭ内のデータ埋込器（data embedder）２には、画像フレームＩが供給される。データ埋込器２は、著作権保護処理層ＣＰの符号化プロセッサ４から供給されるデータを画像フレームＩに埋め込む。データの埋込は様々な手法で行うことができる。データ埋込の手法については、例えば、本願出願人による同時に係属中の英国特許出願番号００２９８５４．７号及び００２９８５６．２号に開示されている。これらの係属中の出願には、マテリアルにデータを埋め込むウォータマーク埋込装置が開示されている。ここでは、データは、擬似ランダムビットシーケンスによって変調され、この変調されたビットシーケンスをデータの変換領域のバージョンに付加することにより、埋め込まれる。
【００２２】
符号化プロセッサ４は、誤検出及び見逃しが発生する確率を低くするために、画像フレームＩに埋め込まれるデータを処理する。データ埋込器２は、ウォータマークが付された画像フレームＩ’を生成する。この画像フレームＩ’は、更に処理される。この更なる処理とは、例えば画像フレームＩ’の伝送、記録、放送、又は何らかの形式の再生等である。
【００２３】
データ埋込装置は、ウォータマークが付された画像フレームＩ’からデータを再生（recover）するデータ抽出器（data de-embedder）６を備え、データ抽出器６は、画像フレームＩ’からデータを再生する。そして、画像フレームＩ’から再生され、埋め込まれていたデータは、接続チャンネル７を介して復号プロセッサ１０に供給され、復号プロセッサ１０は、誤検出及び見逃しが発生する確率を下げるために、この再生されたデータを処理する。著作権保護処理層ＣＰの一部である符号化プロセッサ４の内部構成を図２に示す。この図２において、図１と共通部分には同一の符号を付している。
【００２４】
図２に示すように、符号化プロセッサ４は、ペイロードＰＡＹのデータブロックＤＢを生成するデータフォーマッタ１８と、データ入力チャンネル５を介して供給されるデータを、エラー訂正符号に基づいて符号化するエラー訂正エンコーダ２０とを備える。この実施の形態においては、エラー訂正エンコーダ２０は、６４ビットのデータを符号化する。この６４ビットのデータを、以下、ペイロードと呼ぶ。ペイロードは、例えば汎用メタデータ識別子（universal metadata identifier：以下、ＵＭＩＤ という。）の一部であってもよく、或いはビデオマテリアルのコンテンツを記述する他の種類のメタデータであってもよい。他の例として、ペイロードは、著作権の所有者又はプロバイダに固有の識別子を表すデータであってもよい。すなわち、著作権の所有者又はプロバイダは、この識別子を用いて、所有権を主張し及びビデオマテリアルのコピーを検出することができる。
【００２５】
この実施の形態においては、エラー訂正エンコーダ２０は、ＢＨＣ符号を用いて、ペイロードである６４ビットのデータから、最大１０ビットのエラー訂正を行うことができる１２７ビットのエラー訂正符号化ビットを生成する。
【００２６】
符号化プロセッサ４において実行される処理を図３のＳＴ．１，ＳＴ．２，ＳＴ．３，ＳＴ．４，ＳＴ．５，ＳＴ．５．１，ＳＴ．６，ＳＴ．７を用いて説明する。図３のＳＴ．１，ＳＴ．２，ＳＴ．３，ＳＴ．４，ＳＴ．５，ＳＴ．５．１，ＳＴ．６，ＳＴ．７は、それぞれ符号化プロセッサ４及び復号プロセッサ１０の一部により処理された後の６４ビットのペイロードを表している。
【００２７】
図３のＳＴ．１は、６４ビットのペイロードを表している。６４ビットのペイロードは、図２に示すエラー訂正エンコーダ２０に供給され、エラー訂正エンコーダ２０は、ＢＨＣ符号を用いて、この６４ビットのペイロードを符号化する。図３のＳＴ．２は、エラー訂正エンコーダ２０から出力される１２７ビットのエラー訂正符号化ビットＥＮＣを表している。エラー訂正符号化ビットＥＮＣは、データ拡張器（data expander）３０に供給され、データ拡張器３０は、エラー訂正符号化ビットＥＮＣに余剰ビット（extra bits）を付加して出力する。図３のＳＴ．３は、データ拡張器３０から出力される拡張されたデータＥＸＰを表している。
【００２８】
データ拡張器３０から出力される１３０ビットのデータＥＸＰは、巡回シャッフルプロセッサ（cyclic shuffling processor）４０に供給される。巡回シャッフルプロセッサ４０は、拡張された１３０ビットのデータＥＸＰを４つの３０ビットのデータブロックと１つの１０ビットのデータブロックに分割する。この第１の処理により生成されたデータブロックを図３のＳＴ．４において、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５として示している。巡回シャッフルプロセッサ４０は、各データブロックＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５内のビットを所定のパターンに基づいてシャッフルする。このパターンは、所定数のフレーム毎に周期的に繰り返される。
【００２９】
この実施の形態においては、著作権保護処理及びデータ埋込処理は、３０フレームを１周期として実行される。すなわち、後述するように、同じデータが３０フレーム毎に埋め込まれる。したがって、各フレームにおいて、ビットが異なる位置に配置されるように、３０ビットの各データブロックＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４及び１０ビットのデータブロックＢ５内のビットをシャッフルする。このシャッフル処理は、図３のＳＴ．４に示すシャッフル前のデータブロックＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５と、図３のＳＴ．５に示すシャッフル後のデータブロックＢ１’，Ｂ２’，Ｂ３’，Ｂ４’，Ｂ５’との間の線ＳＨＵＦにより表されている。データブロックＢ１〜Ｂ５のビットをシャッフルすることにより、各ペイロードビットの復号されたバージョンの統計的独立（statistical independence）が保証される。ペイロードビットの復号されたバージョンの統計的独立により、著作権保護処理層ＣＰにおいて、ペイロードが存在すると誤って判定される確率を低くすることができる。更に、このシャッフルにより、データの埋込により生じることがある固定パターンノイズ（fixed pattern noise）の可能性を低くすることができる。
【００３０】
巡回シャッフルプロセッサ４０は、１３０ビットのデータＥＸＰをシャッフルした後、シャッフルされたデータをフレームプロセッサ５０に供給する。フレームプロセッサ５０は、各データブロックＢ１〜Ｂ５を各フレームに繰り返して埋め込むために、シャッフルされたデータブロックＢ１〜Ｂ５を複製したデータブロックＣＹＣ＿ＳＨＵＦを生成する。この実施の形態においては、シャッフルされた同じデータブロックＣＹＣ＿ＳＨＵＦが各フレームに４回埋め込まれる。すなわち、フレームプロセッサ５０は、各フレームに繰り返し埋め込むために、データブロックＣＹＣ＿ＳＨＵＦの４つの複製を生成する。
【００３１】
この実施の形態においては、１３０ビットのデータＥＸＰを複数のデータブロックに分割する。ビットがシャッフルされたデータブロックＢ１’，Ｂ２’，Ｂ３’，Ｂ４’，Ｂ５’からなるデータブロックＣＹＣ＿ＳＨＵＦは、図３のＳＴ５．１に示すように、各フレームに４回埋め込まれる。更に、図３に示すように、シャッフルされた各データブロックＣＹＣ＿ＳＨＵＦは、１つのフレームに繰り返し埋め込まれるとともに、複数のフレームに亘って、異なる形式でシャッフルされたデータブロックＣＹＣ＿ＳＨＵＦが繰り返し埋め込まれる。この実施の形態においては、シャッフルされた同じデータブロックＢ１’，Ｂ２’，Ｂ３’，Ｂ４’，Ｂ５’が繰り返されるフレーム数は、３０であるが、このフレーム数はいかなる値であってもよい。本発明を明瞭に説明するために、この実施の形態では、符号化されシャッフルされた１３０ビットのペイロードビットを３０フレーム毎に単純に４回繰り返すものとする。
【００３２】
図１に示すように、データ抽出器６は、ウォータマークが付された画像フレームＩ’から埋め込まれているデータを再生する。すなわち、データ抽出器６は、画像フレームＩ’からデータブロックのバージョンを再生する。再生されたデータブロックは、接続チャンネル７を介して、復号プロセッサ１０に供給される。ここで、復号プロセッサ１０の内部構成を図４に示す。図４において、図１と共通の部分については、同一の符号を付している。
【００３３】
図４に示すように、各画像フレームＩ’は、データ抽出器６に供給され、データ抽出器６は、各フレームに埋め込まれているデータを再生する。各フレームから再生されたデータは、復号プロセッサ１０内の第１の累算器１００に供給される。
【００３４】
ウォータマークを抽出するデータ抽出器６は、各フレームから、埋め込まれている１３０ビットの４つの各バージョンを再生する。第１の累算器１００は、１３０ビットのブロック内のそれぞれ対応する位置のビットの値を加算することにより累算し、４つの再生されたバージョンから累算スコア（accumulated score）を算出する。この処理は、図３のＳＴ．６により示されている。そして、各フレームから再生され、累算されたデータブロックは、デシャッフルプロセッサ（de-shuffling processor）１２０に供給され、デシャッフルプロセッサ１２０は、図２に示す巡回シャッフルプロセッサ４０によるシャッフル処理の逆の処理を行う。このデシャッフルプロセッサ１２０の処理により、各フレームについて、１３０ビットのデシャッフルされたバージョンが生成される。この処理は、図３のＳＴ．７に示されている。このため、３０個の各フレームから再生された各バージョンは、互いに対応している。これに応じて、第２の累算器１３０には、累算され、デシャッフルされた各ブロックが供給され、第２の累算器１３０は、３０個の各フレームから再生されたバージョンにそれぞれ対応するブロックのバージョン内の対応する各ビットのビット値を加算することにより、１３０ビットのブロックの再生された各バージョン内の対応する位置の各ビットの値を再び結合する。
【００３５】
第２の累算器１３０は、３０個のフレーム内に埋め込まれているブロックの各バージョン（４×３０＝１２０）のそれぞれを結合することにより、１３０ビットのブロック内の各ビットの値の推定値を算出する。第１の累算器１００と組み合わせて、ブロック内の各ビットの値は、３０個のフレーム内にブロックを４回繰り返し埋め込むことにより生成された１２０個の各バージョン内の対応する位置の各ビットの値を加算することにより、決定される。
【００３６】
実際には、各ビットの値を加算することにより、各ビットの値が０であるか１であるかに応じて、０から１２０の間のスコアが算出される。すなわち、このスコアは、０から１２０までの間の値をとることができ、（符号化ブロック内の所定のビット位置について）半分のビットが０であり、半分のビットが１であるときは、この値は６０となる。
【００３７】
第２の累算器１３０は、１３０ビットのブロックの各ビット位置に対して算出した累算スコアを検出プロセッサ１３５に供給する。検出プロセッサ１３５には、２つの閾値Ｓ１、Ｓ２が供給されている。これら閾値Ｓ１、Ｓ２は、累算されたビットが１であると判定される値と、累算されたビットが０であると判定される値との間の境界を定義するために設定されている。２つの閾値Ｓ１、Ｓ２の間に形成される領域は、ビットが存在しないという判定に対応している。この判定を視覚的に図５に示す。
【００３８】
図５は、３つの場合における所定のビットの累算スコアの確率分布を示すグラフである。この確率分布は、ウォータマークが付された画像から各ビットが正確に再生される確率を表している。３つの場合とは、ブロック内に埋め込まれたビットが実際に０である確率分布ＰＤ１と、実際にはビットが埋め込まれておらず、ランダムデータにより確率分布関数（probability distribution function：ＰＤＦ）が生成される確率分布ＰＤ２と、ブロック内に埋め込まれたビットが実際に１である確率分布ＰＤ３である。
【００３９】
閾値Ｓ１、Ｓ２は、可能な限り、データビットが埋め込まれている場合に、そのデータビットが検出されるように設定され、これにより見逃し検出が発生する確率が低下する。同様に、閾値Ｓ１、Ｓ２は、可能な限り、ビットが埋め込まれていない場合に、ビットは存在しないと判定されるように設定され、これにより、誤検出が発生する確率が低下する。
【００４０】
図５に示すように、複数のフレームのそれぞれに対して、同じビットを各フレーム内に繰り返し埋め込むことにより、０及び１の復号について、容易に分離可能な統計的分布が生成される。閾値Ｓ１、Ｓ２を適切に設定することにより、検出プロセッサ１３５は、０又は１を検出し、又はビットが埋め込まれていないと判定することができる。
【００４１】
図４に示すように、検出プロセッサ１３５には、第３の閾値パラメータＴも供給されている。閾値パラメータＴは、検出プロセッサ１３５がビデオマテリアルにデータが埋め込まれているか否かを判定するために供給される。検出プロセッサ１３５は、検出された０及び１の数をカウントする。この数が閾値パラメータＴを超えた場合、検出プロセッサ１３５は、ビデオマテリアルにデータが埋め込まれていると判定し、したがって、このマテリアルにはウォータマークが付されていると判定する。一方、この数が閾値パラメータＴ以下の場合、検出プロセッサ１３５は、データが検出されたなかったと判定する。この判定を表す信号を出力するための適切な出力チャンネル（図示せず）を設けてもいい。この処理を視覚的に図６に示す。
【００４２】
図６に示すように、この実施の形態においては、閾値パラメータＴを１２０に設定している。閾値パラメータＴを１２０に設定することにより、１２７ビットの符号化ブロック（拡張ビットを除く）内で検出されないビットの数がＢＣＨ符号のエラー訂正能力である１０ビット内に収まるようにすることができる。すなわち、ペイロードは、検出されたこれらの１０ビットを用いることなく再生することができる。図６に示すように、ウォータマークが付されたマテリアルの確率分布のグラフは、１２７ビット付近で鋭いピークを示し、これは、本発明を適用したこの実施の形態の著作権保護処理層により、見逃しが発生する確率を著しく低下させることができることを示している。更に、図６には、ウォータマークが付されていないマテリアルから検出されるビットの数の確率分布も示されている。検出されたビット数６５の付近に生じる「コブ（hump）」は、存在するとランダムに判定された全体のおよそ半分のビットに対応している。このように、「コブ」の領域により表されている複数のビットが検出される確率は低く、及びこの範囲は、検出のための閾値パラメータＴから相対的に離れているため、この実施の形態においては、見逃しの発生を著しく低下させることができる。
【００４３】
この実施の形態における著作権保護処理の効果を図７に示す。図７は、誤検出と、見逃しと、復号ペイロードエラーとの発生確率を示す表である。第１の列は、ヨーロッパ放送連合（European Broadcast Union：ＥＢＵ）により定められている確率の値を示してる。第２の列は、基礎の（underlying）ウォータマーク処理層により、埋込ビットがマテリアルから正しく再生される確率を０．６１とした場合に、本発明を適用した実施の形態における確率を示している。図７に示すように、誤検出、見逃し及び復号されたペイロードにおけるエラーが発生する確率は、全てＥＢＵが定めている確率より低くなっている。
【００４４】
更に、著作権保護処理の相対的な効果（relative robustness）を示す表を図８に示す。第１の欄は、ウォータマークが付されたビデオマテリアルに対して施された処理を表している。これら処理とは、ローパスフィルタリング、２０％の品質のＪＰＥＧ符号化、１０ＭｂｐｓのＪＰＥＧ２０００符号化、７．５ＭｂｐｓのＪＰＥＧ２０００符号化、５ＭｂｐｓのＪＰＥＧ２０００符号化、５ＭｂｐｓのＭＰＥＧ２符号化である。ＭＰＥＧ２を除く全ての処理に関しては、７３個の標準規格フレームに対して結果を算出した。ＭＰＥＧ２処理された画像については、それぞれ２９個の標準規格フレームからなる５１個のシーケンスに対して、少なくとも幾つかのＧＯＰが場面の変更（scene change）に含まれるように、１２フレームからなるＧＯＰを用いたＭＰＥＧ符号化を行った。
【００４５】
ここで、エンコーダとデコーダ間の同期を維持することが重要である。したがって、ある状況においては、同じ符号化データが付加されているフレームの相対的位置を判定することができない場合がある。なお、デコーダは、エンコーダによって埋め込まれたビットと、デコーダにより再生されたビットとの間の相対的同期に関する以前の情報がなくても、埋め込まれたデータの３０個のバージョンを同時に検出することができる。３０個のフレームのそれぞれに対して、１フレーム分のオフセットが導入され、これにより、連続するフレームの全ての可能な組合せが判定される。
【００４６】
ここで、データブロックが埋め込まれていない、全体が黒の画像が著作権保護処理層の復号プロセッサ１０に供給された特別な場合、例外的な問題が発生する。この場合、復号プロセッサ１０は、全てが０であるデータブロックのバージョンを表すデータを再生することがある。これにより、第２の累算器１３０により算出される累算スコアの値は０となり、これは、第１の閾値Ｓ１と比較され、高い信頼度で０と判定される。この結果、検出プロセッサ１３５は、１３０ビットが検出されたと誤って判定し、これに対応して、ウォータマークを表すデータブロックが存在する示す。
【００４７】
この問題を解決するために、データ埋込器２は、埋め込むデータブロックのバージョンと、擬似ランダムビットシーケンス（Pseudo Random Bit Sequence：ＰＲＢＳ）との排他的論理和を求める排他的論理和回路（logical XOR combination）を備える。当業者に周知の通り、排他的論理和回路は、データブロックの各ビットと、対応するＰＲＢＳのビットとの排他的論理和を算出する。データ抽出器６においてマテリアルから再生されたデータブロックのバージョンに対して、排他的論理和演算を繰り返すことにより、ＰＲＢＳの影響を再生されたデータから除去することができる。ここで、データブロックが埋め込まれていない場合は、データ抽出器６における排他的論理和演算によりランダムデータが生成され、これにより、累算スコアは、第１の閾値Ｓ１と第２の閾値Ｓ２の間の値となる。したがって、検出プロセッサ１３５は、マテリアルにはデータブロックが埋め込まれていないと正しく判定することができる。特に、黒の画像から再生される全てが０のシーケンスは、データ抽出器６において結合されたＰＲＢＳに基づくランダムシーケンスを生成する。これにより、検出プロセッサ１３５は、マテリアルにデータブロックは埋め込まれていないと正しく判定する。
【００４８】
上述の実施の形態では、１３０ビットの符号化データを同じフレームに対して４回繰り返すことにより埋め込んでいるが、他の実施の形態においては、符号化データブロックを繰り返さず、より長いデータ長を有する拡散符号を用いて埋め込んでもよい。本願出願人による同時に継続中の特許出願である英国特許出願番号００２９８５４．７号、及び００２９８５６．２号に開示されているように、フレーム内に埋め込まれるデータの各ビットにより擬似ランダムビットシーケンスを変調してもよい。変調されたビットシーケンスは、ウェーブレット変換領域において、画像フレームに付加される。また、より長い拡散符号を用いる場合、埋め込むべき１３０ビットのブロックの各ビットにより、このより長い拡散符号を変調してもよい。より長い拡散符号により、データブロックが１回だけ埋め込まれた場合の効果の４倍の効果を実現することができる。
【００４９】
本発明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。上述の実施の形態では、ビデオマテリアルの複数のフレームのそれぞれに符号化データブロックを繰り返し埋め込んだが、他の実施の形態においては、データの種類に依存する又は依存しないこの他の単位に基づいて、データを繰り返し埋め込んでもよい。また、上述の実施の形態においては、著作権保護処理層は、エラー訂正エンコーダ及びデコーダを備えているが、他の実施の形態においては、データブロックに対してエラー訂正符号化処理を施さなくてもよい。同様に、他の実施の形態においては、フレーム又は他のデータ単位に埋め込まれるブロック内のデータビットに対して、シャッフル処理を行わなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を適用した著作権保護装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 図１に示すデータ埋込プロセッサの構成をより詳細に示す図である。
【図３】 データ埋込プロセッサ及びデータ抽出プロセッサの異なる各処理段におけるデータブロックのバージョンを示す図である。
【図４】 データブロックが存在するか否かを判定するデータブロック検出装置の構成を示すブロック図である。
【図５】 図４に示すデータブロック検出装置により生成される累算スコアの確率分布を示す図である。
【図６】 ウォータマークが付されたマテリアルとウォータマークが付されていないマテリアルの検出されたビット数の確率分布を表す図である。
【図７】 誤検出と、見逃しと、復号ペイロードエラーの発生確率について、本発明に基づく著作権保護装置とＥＢＵの要求とを比較する表を示す図である。
【図８】 マテリアルに異なる圧縮処理を施した後の本発明に基づく著作権保護装置の相対的性能を示す表を示す図である。

Claims (29)

1. マテリアルに所定回数繰り返し埋め込まれている複数のデータビットからなるデータブロックが存在するか否かを、該マテリアルから再生されたデータブロックのバージョンのデータ表現から判定するデータブロック検出装置において、
   上記データブロックの各再生されたバージョン内の対応する位置の各ビットの値を結合して、各ビットの累積スコアを算出する累算器と、
   上記データブロックのビットの累算スコアの値を少なくとも１つの閾値と比較し、該比較に基づいて該データブロックの各ビットが検出されたか否かを判定し、検出されたビットの総数に基づいて、上記データブロックが存在するか否かを判定する検出プロセッサとを備えるデータブロック検出装置。
2. 上記検出プロセッサは、
   上記各ビットの累算スコアの値を第１の閾値及び該第１の閾値より大きい第２の閾値と比較し、該累算スコアの値が該第１の閾値より小さい場合又は該第２の閾値より大きい場合、該ビット値が存在すると判定し、
   上記検出されたビットの総数から存在すると判定されたビットの総数を判定し、
   上記検出されたビットの判定された総数を第３の閾値と比較し、該検出されたビットの総数が該第３の閾値より大きい場合、上記データブロックが存在すると判定し、該検出されたビットの総数が該第３の閾値より小さい場合、上記データブロックが存在しないと判定することを特徴とする請求項１記載のデータブロック検出装置。
3. 上記検出プロセッサは、
   上記各ビットの累算スコアの値を上記第１及び第２の閾値と比較し、該累算スコアの値が上記第１の閾値より小さい場合、該ビットの値を０と判定し、上記累算スコアの値が上記第２の閾値より大きい場合、該ビットの値を１と判定し、上記累算スコアの値が上記第１の閾値及び第２の閾値の間にある場合、該ビットの値は存在しないと判定することを特徴とする請求項２記載のデータブロック検出装置。
4. 上記第３の閾値は、上記データブロック内のビットの総数に応じて決定されることを特徴とする請求項２又は３記載のデータブロック検出装置。
5. 上記データブロックが繰り返し埋め込まれる回数をＮとし、Ｎ／２より小さい整数の変数をＳとして、上記第１の閾値はＳに設定され、上記第２の閾値はＮ−Ｓに設定されることを特徴とする請求項２又は３記載のデータブロック検出装置。
6. 上記データブロックは、上記マテリアルの所有者を識別する情報を表し、該マテリアルの著作権の所有者の判定に使用されることを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項記載のデータブロック検出装置。
7. 上記データブロックは、汎用メタデータ識別子を含む、マテリアルのコンテンツを記述するメタデータを含むことを特徴とする請求項６記載のデータブロック検出装置。
8. 上記データブロックは、上記マテリアルの所定の単位について、複数の単位毎に繰り返し埋め込まれ、
   上記累算器は、上記各単位から上記データブロックの各再生されたバージョンの各ビットの値を結合して、各単位の中間データブロックのバージョンを生成する第１の累算器と、上記複数の単位のそれぞれについて、上記中間データブロックを結合し、該データブロックの各ビットについて上記累算スコアを算出する第２の累算器とを備えることを特徴とする請求項１乃至７いずれか１項記載のデータブロック検出装置。
9. 上記マテリアルの単位に繰り返し埋め込まれるデータブロックのバージョンのビットの順序は、所定のシャッフルパターンに基づき、上記単位に埋め込まれるデータブロックのバージョン間でシャッフルされ、
   当該データブロック検出装置は、上記第１及び第２の累算器間に接続され、上記所定のシャッフルパターンに基づくシャッフル処理の逆の順序により、上記各単位から再生されたデータブロックのビットの順序を変更するデシャッフルプロセッサを備えることを特徴とする請求項８記載のデータブロック検出装置。
10. 上記マテリアルは、ビデオマテリアルであり、上記単位は、該ビデオマテリアルにより表現される画像フレームであることを特徴とする請求項８又は９記載のデータブロック検出装置。
11. 上記データブロックは、上記マテリアルに埋め込まれる前にエラー訂正符号化され、上記第３の閾値は、上記データブロックにおけるビットの総数と、エラー訂正符号により訂正できるビット数とに基づいて決定されることを特徴とする請求項２乃至１０いずれか１項記載のデータブロック検出装置。
12. 上記検出プロセッサにより上記マテリアルに存在すると判定されたデータブロックをエラー訂正復号するエラー訂正及び／又は検出デコーダを備えることを特徴とする請求項１１記載のデータブロック検出装置。
13. マテリアルに埋め込まれたデータが存在するか否かを検出する著作権保護システムにおいて、
    上記マテリアルから各データブロックのバージョンを表すデータを再生するデータ抽出プロセッサと、
    請求項１乃至１２いずれか１項記載のデータブロック検出装置とを備える著作権保護システム。
14. 上記データブロックは、上記マテリアルに繰り返し埋め込まれる前に所定の擬似ランダムビットシーケンス又は該擬似ランダムビットシーケンスの一部に結合され、
    上記抽出プロセッサは、上記データブロックのバージョンを表すデータと上記所定の擬似ランダムビットシーケンスとを結合することにより、該データブロックのバージョンを再生することを特徴とする請求項１３記載の著作権保護システム。
15. 請求項１乃至１２いずれか１項記載のデータブロック検出装置又は著作権保護システムによって有無が検出可能なデータを埋め込むデータ埋込装置において、
    上記データを少なくとも１つのデータブロックにフォーマットするデータフォーマッタと、
    上記マテリアルが供給され、該マテリアルの単位を識別し、埋込プロセッサとともに、上記データブロックが繰り返し埋め込まれた所定の回数に基づき、上記複数の単位の各単位に上記データブロックを繰り返し埋め込む単位繰返しプロセッサとを備えるデータ埋込装置。
16. 上記データフォーマッタ及び上記単位繰返しプロセッサに接続され、上記マテリアルに埋め込まれたデータブロックのバージョンのビットの順序をシャッフルするシャッフルプロセッサを備えることを特徴とする請求項１５記載のデータ埋込装置。
17. 上記データフォーマッタに接続され、該データフォーマッタによりフォーマットされたデータを符号化し、上記マテリアルに上記データブロックが埋め込まれる前にエラー訂正符号化されたデータブロックを生成するエラー訂正エンコーダを備えることを特徴とする請求項１５又は１６記載のデータ埋込装置。
18. 上記データフォーマッタからの少なくとも１つのデータブロックを擬似ランダムビットシーケンス又は該擬似ランダムビットシーケンスの一部に結合し、上記マテリアルに埋め込まれるデータブロックの少なくとも１つの結合されたバージョンを生成するデータ結合器を備えることを特徴とする請求項１５乃至１７いずれか１項記載のデータ埋込装置。
19. マテリアルに埋め込まれたデータから該マテリアルの所有者を識別する著作権保護システムにおいて、
    請求項１５乃至１８いずれか１項記載のデータ埋込装置と、
    上記マテリアルからデータの各バージョンを再生する抽出プロセッサと、
    請求項１乃至１２いずれか１項記載のデータブロック検出装置とを備える著作権保護システム。
20. マテリアルに所定回数繰り返し埋め込まれている複数のデータビットからなるデータブロックが存在するか否かを上記マテリアルから再生されたデータブロックのバージョンのデータ表現から判定するデータブロック検出方法において、
    上記データブロックの各再生されたバージョン内の対応する位置の各ビットの値を結合して、各ビットの累積スコアを算出するステップと、
    上記データブロックのビットの累算スコアの値を少なくとも１つの閾値と比較し、該比較に基づいて上記データブロックの各ビットが検出されたか否かを判定し、検出されたビットの総数に基づいて、上記データブロックが存在するか否かを判定するステップとを有するデータブロック検出方法。
21. 請求項２０記載のデータブロック検出方法によって有無が検出可能なデータを埋め込むデータ埋込方法において、
    上記データを少なくとも１つのデータブロックにフォーマットするステップと、
    上記マテリアルが供給され、上記データブロックを埋め込む該マテリアルの単位を識別するステップと、
    上記データブロックが繰り返し埋め込まれた所定の回数に基づき、上記複数の単位の各単位に上記データブロックを繰り返し埋め込むステップとを有するデータ埋込方法。
22. マテリアルに所定回数埋め込まれているデータブロックが存在するか否かを判定することにより、該マテリアルが著作権保護されているか否かを判定する著作権保護装置において、
    上記データブロックの各再生されたバージョンのデータブロックの各ビットの累算スコアを算出し、該累算スコアから各データビットが検出されたか否かを判定し、該データブロックの検出されたビットの総数に基づき、該マテリアルが著作権保護されているか否かを判定する検出プロセッサを備える著作権保護装置。
23. マテリアルに所定回数埋め込まれているデータブロックが存在するか否かを判定することにより、該マテリアルが著作権保護されているか否かを判定する著作権保護方法において、
    上記データブロックの各再生されたバージョンのデータブロックの各ビットの累算スコアを算出するステップと、
    該累算スコアから各データビットが検出されたか否かを判定するステップと、
    該データブロックの検出されたビットの総数に基づき、該マテリアルが著作権保護されているか否かを判定するステップとを有する著作権保護方法。
24. マテリアルに所定回数埋め込まれているデータブロックを検出する著作権保護装置において、
    上記データブロックの各再生されたバージョン内の対応する位置の各ビットの値を累積して得られる各ビットの統計的測定情報を生成する分析プロセッサと、
    上記データブロックの各ビットの統計的測定情報に基づいて、データブロックが存在するか否かを判定する検出プロセッサとを備える著作権保護装置。
25. マテリアルに所定回数埋め込まれているデータブロックを検出する著作権保護方法において、
    上記データブロックの各再生されたバージョン内の対応する位置の各ビットの値を累積して得られる各ビットの統計的測定情報を生成するステップと、
    上記データブロックの各ビットの統計的測定情報に基づいて、データブロックが存在するか否かを判定するステップとを有する著作権保護方法。
26. 請求項１５乃至１８いずれか１項記載のデータ埋込装置又は請求項２１記載のデータ埋込方法によりデータブロックが埋め込まれたマテリアルが記録された記録媒体。
27. 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１２いずれか１項記載のデータブロック検出装置、請求項１５乃至１８いずれか１項記載のデータ埋込装置又は請求項２２又は請求項２４に記載の著作権保護装置として動作させるコンピュータにより実行可能な命令を有するコンピュータプログラム。
28. データプロセッサにロードされて、請求項２０記載のデータブロック検出方法、請求項２１記載のデータ埋込方法、請求項２３記載の著作権保護方法又は請求項２５記載の著作権保護方法を実行するコンピュータにより実行可能な命令を有するコンピュータプログラム。
29. 請求項２７又は２８記載のコンピュータプログラムを表す情報信号が記録されたコンピュータにより読み取り可能な記録媒体。

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