JP4246704B2 - 冗長透かし符号化によるコピー保護システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、データ保護の分野に関し、特に、リモートソースからコピーする不正からデータを保護することに関する。

データの保護は、重要度が高まるセキュリティの分野となってきた。多くの状況において、コピーに対する認証又は別のやり方のプロセス情報は、特定の特性に対するコピー保護マテリアルの符号化を評価することにより検証される。例えば、コピー保護マテリアルは、透かし又はコピー保護であるとしてマテリアルを識別する他の符号化を有することが可能であり、又、このようなマテリアルの特定のコピーが認証済みコピーであるかどうか、及びそれを再びコピーすることができるかどうかを確認する他の符号化を有する。例えば、コンテンツマテリアルの認証済みコピーは、ロバスト透かし及びフラジャイル透かしを有することが可能である。ロバスト透かしは、コンテンツマテリアルの符号化から除けないように意図されている。透かしを取り除こうとすると、コンテンツマテリアルに損傷を与えることとなる。フラジャイル透かしは、コンテンツマテリアルが不正にコピーされるとき、損傷されるように意図されている。例えば、共通のフラジャイル透かしは、コンテンツマテリアルが圧縮されるか又は変更される場合に、損傷を受ける。このように、インターネットにより効果的に通信されるように圧縮されたコンテンツマテリアルは、ロバスト透かし及び損傷されたフラジャイル透かしと共に受信される。この例におけるコピー保護権利を改善するためのコンテンツ処理装置は、ロバスト透かしの存在を検出し、適切なフラジャイル透かしが又、存在しない場合、このロバスト透かしを有するコンテンツマテリアルの処理を回避する。圧縮済みコンテンツは著作権を取得したマテリアルの認証済み転送を表すと仮定される。

透かし化の符号化処理及び対応する透かし検出の設計は、相反する要求間のトレードオフを有する。理想的な透かしは、コンテンツマテリアルの従来のレンダリングの間に検出されなくなるが、透かし検出器により容易に検出可能である。透かし検出器による透かしの検出可能性が増加するにつれ、従来のレンダリングの間のその検出可能性は大きくなる。同様に、透かし検出器による透かしの検出可能性が減少するにつれ、従来のレンダリングの間のその非検出可能性は大きくなる。従来の透かし化処理は、しばしば、透かし検出器による検出可能性の減少の犠牲の下に、コンテンツマテリアルのレンダリングの品質に透かし化処理が影響を与えないことを確実にするように偏っている。即ち、透かしの誤った復号化を生じる又は透かしの検出を誤る透かし検出器の尤度は非現実的ではない。

ロバスト透かし及びフラジャイル透かし両方の上記の使用において、各々の透かし化処理は、これらの相反する要求のトレードオフの中で設計される必要があり、各々の透かし化処理は、損傷に対する異なる感応性を有するようにする必要がある。ロバスト透かしは、従来のレンダリング処理により実質的に検出可能でないことが必要であるが、又、透かし化されたマテリアルが圧縮され、解凍されたフォームに再公式化された後に、十分認識可能であるようにロバストである必要がある。フラジャイル透かしは又、従来のレンダリング処理により実質的に検出可能でないことが必要であるが、又、マテリアルの再公式化はフラジャイル透かしに損傷を与えるに十分フラジャイルである必要がある。更に、各々の透かし化処理は、互いに干渉しないように、構成される必要がある。

本発明の目的は、透かし化マテリアルへの修正の検出を適応させ、複数の透かし化処理の使用を必要としない、ロバストな且つ信頼性高いコピー保護スキームを提供することである。本発明の更なる目的は、フォールトトレラント（ｆａｕｌｔ ｔｏｌｅｒａｎｔ）であるコピー保護スキームを提供することである。

これらの目的及び他の目的は、複数の冗長度を有する透かしを使用することにより達成される。潜在的に誤りのある透かし検出処理がある下で透かしの高信頼性検出を確実にするために、透かしの一部又は全ては冗長的に符号化される。透かし化マテリアルが修正されるときはいつでも、透かしの品質は低下し、透かし検出器により検出される透かしの各々の冗長的コピーの尤度は減少する。透かしの冗長的符号化の数は、透かし化マテリアルの修正の下で、マテリアルが透かし化マテリアルとして識別されることができるように、十分な冗長度があるように選択され、透かしの検出されたコピー又は非検出のコピーの数は修正を検出するために用いられる。統計的処理は、潜在的に誤りのある透かし検出処理がある下で透かしの有無を判定するために採用される。修正がなされたかどうかを判定するための好ましい確実度と、適切な透かしの有無を判定するための好ましい確実度とに基づいて、透かし化部分の確認のために、種々の基準を、透かし検出処理に適用することが可能である。

本発明は、例として、添付図を参照して、更に詳細に説明することとする。

一連の図においては、同様の参照番号は、類似する又は対応する特徴又は機能を示している。

２００１年６月２６日に公開された、Ｊｏｈａｎ Ｐ．Ｍ．Ｇ．Ｌｉｎｎａｒｔｚによる、“ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴ ＦＯＲ ＤＥＴＥＣＴＩＮＧ Ａ ＷＡＴＥＲＭＡＲＫ ＵＳＩＮＧ ＳＴＡＴＩＳＴＩＣＡＬ ＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＳＴＩＣＳ ＯＦ ＴＨＥＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＳＩＧＮＡＬ ＩＮ ＷＨＩＣＨ ＴＨＥ ＷＡＴＥＲＭＡにおいて、特定の＋１及び−１の２値パターンがコンテンツマテリアルの各々の要素に加えられる符号化処理について記載されており、この文献の援用により本発明の説明の一部を代替する。検出器において、受信された入力が同じ２値パターンを有することを決定するために十分な相関性があるかどうかを判定するために、同じ２値パターンが受信された入力信号に適用される。２００１年３月２７日に公開された、Ｉｎｇｅｍａｒ Ｊ．Ｃｏｘ等による“ＳＥＣＵＲＥ ＳＰＲＥＡＤ ＳＰＥＣＴＲＵＭ ＷＡＴＥＲＭＡＲＫＩＮＧ ＦＯＲ ＭＵＬＴＩＭＥＤＩＡ ＤＡＴＡ”と題された米国特許第６，２０８，７３５号明細書において、透かしのスペクトル拡散符号化がコンテンツマテリアルに適用され、スペクトル拡散情報が、コンテンツマテリアルの重要な周波数成分を特に対象とする、透かし化技術について記載しており、この文献の援用により本発明の説明の一部を代替する。

共通の透かし検出処理は１００％信頼でき、その検出処理における誤りは誤った透かしとしてセキュリティ処理により解釈されることが可能であり、コンテンツマテリアルのレンダリングは不適当に終了されることが可能である。即ち、そのコンテンツマテリアルは、レンダリングに対して認証され、適切な透かしを有することが可能であるが、検出処理における誤りは不適切な透かしを示すことが可能であり、又は、透かしを示さないことが可能である。

本発明に従って、冗長度の程度が、潜在的に誤りがあることを透かし化検出処理に仮定して、検出される透かしの尤度を決定するように、及び、透かしの正確な検出の数が、マテリアルが修正されたかどうかを決定するように、透かしは冗長的に符号化される。上記の参照した符号化技術の各々においては、例えば、＋１及び−１の同様のパターンの付加、又は同様のスペクトル拡散符号化が、コンテンツマテリアルに繰り返して適応される。

検出処理の間、冗長的に透かし化されたコンテンツマテリアルは、対応する＋１／−１パターンまでスキャンされる、又は、対応するスペクトル拡散符号化が検出される。透かし検出処理は潜在的に誤りがあることを仮定して、同じパターンが符号化される回数が、検出される透かしの尤度を決定する。例えば、透かしが単一にのみ符号化される場合、復号化される透かしの尤度は（１−ｐ）であり、ここで、ｐは、透かしを正確に検出しない透かし検出器の固有の確率である。透かしが２回符号化される場合、検出の尤度は（１−ｐ^２）である。透かしが３回符号化される場合、検出の尤度は（１−ｐ^３）である。

透かし化コンテンツマテリアルが変更される場合、透かしの品質は低下し、従来の透かし符号化及び復号化技術を用いて、透かしを正確に検出しない透かし検出器の固有確率は大きくなる。この新しい固有確率をｑで表すと、冗長的に符号化された透かしを正確に透かし検出器の尤度は（１−ｐ^ｎ）と表され、ここで、ｎは同じ透かしの符号化の数である。

本発明に従って、パラメータｎは、マテリアルが変更されたかどうかに拘らず、非常に大きい検出の尤度を与えるように選択される。本発明の第２の特徴に従って、検出処理は、下で更に説明するように、コンテンツマテリアルの変更の有無のために、検出の確率ｐ及びｑに基づいて、変更された透かし化コンテンツマテリアルを検出する尤度に亘って、制御を更に提供する統計的手段を有する。

図１は、本発明に従った透かし符号化システム１００の例としてのブロック図を示している。符号化システム１００は、冗長透かし符号化器１２０を制御する冗長度制御器１１０を有する。上記のように、いずれの種々の透かし符号化技術は、その技術が同じコンテンツマテリアルにおいて透かしの反復を可能にする場合、透かし符号化器１２０に含まれることが可能である。本発明に従って、冗長度制御器１１０は、コンテンツマテリアルが変更されたとしても、少なくとも１つの透かしのコピーを検出する尤度が大きくなるように、冗長透かし符号化器１２０を制御する。更に、冗長度制御器１１０は、正確に検出された透かしの数が変更されたコンテンツマテリアルと非変更のコンテンツマテリアル
との間で区別するために用いることができるように、冗長透かし符号化器１２０を制御する。

図２は、正確な透かしの有無に基づいて、コンテンツマテリアルのレンダリングを制御するセキュリティシステム２００の例としてのブロック図を示している。セキュリティシステム２００は、ゲート２３０により、検定基準２５０の集合に基づいて、及び、透かしテスタ２１０の出力に基づいて、レンダリングシステム２４０により、コンテンツマテリアルのレンダリングを制御する認証テスタ２２０及び透かしを検出する透かしテスタ２１０を有する。本発明の目的のために、用語、レンダリングは、いずれの次の、コンテンツマテリアルの処理、記録、修正又は変換を含むことが意図されている。

本発明に従って、認証テスタ２２０は、いずれの透かしがコンテンツマテリアルに存在するかどうかに基づいて、コンテンツマテリアルが保護されるかどうかを判定する。マテリアルが保護されるとして判定される場合、認証テスタ２２０は、検出された透かしの品質の評価に基づいて、透かし化されたコンテンツマテリアルが変更されたかどうかを、更に判定する。

例えば、名目上の９５％（１−ｐ）から小さい１０％（１−ｑ）まで、検出される透かしの尤度を減少させる透かし化コンテンツマテリアルから透かしを取り除こうとする不正な試みと、透かしの存在を少なくとも９９％検出する検出処理とを、考慮されたい。ｑの非検出レートの増加と共に９９％の検出レートを確実にするために、上記の式を用いると、これは、次式
（１−ｑｎ）≦０．０１
の、ようである。

この例において、ｑ＝０．９０を用いると、冗長符号化の数ｎは少なくとも４２回になる。それ故、図１の冗長度制御器１１０は、コンテンツマテリアルにおける透かしの少なくとも４２回の冗長符号化を生成するように冗長透かし符号化器１２０を制御し、図２の認証テスタ２２０は、透かしテスタ２１０がこれらの符号化の少なくとも１つを検出する場合、コンテンツマテリアルが保護されることを決定する。透かしは、少なくとも４２回、冗長に符号化されるため、各々の透かしを検出する尤度が１０％に減少したとしても、これらの透かしの少なくとも一回は検出されるようになっている。それ故、大きい透かしの冗長符号化は、検出される透かしの尤度を実質的に減少させる意図的な試みの後でさえ、透かしの検出を可能にする。

図３は、本発明に従った認証検定処理の例としてのフロー図を示している。参照符号３１０において、検出された透かしの数のカウントは０を示している。参照符号３２０において、透かしテスタ（図２の２１０）は、透かしがコンテンツマテリアルに存在するかどうかを判定する。参照番号３３０において、透かしが検出された場合、参照番号３４０において、カウントはインクリメントされる。この処理は、参照番号３５０において、典型的には、コンテンツマテリアルの端部に、又は、透かしに含まれることが予測されるコンテンツマテリアルの所定のセグメントの端部に達して、終了するまで継続する。参照番号３６０において終了したとき、透かしが検出されなかった場合、コンテンツマテリアルは、参照番号３７０において、保護を受けないと判定される。

本発明の第２の特徴に従って、認証テスタ２２０は、検出される透かしのコピー数に基づいて、コンテンツマテリアルが変更されたかどうかを、更に判定する。上記のように、透かし検出処理の制限のために、有効な透かしの認識を誤る透かしテスタ２１０の尤度は、およそ非ゼロの割合ｐである。又、上記のように、コンテンツマテリアルの修正は、この誤り率を増加させる効果を有する。以下、この誤り率の増加を“ｒ”で表す。一般に、この誤り率は、透かしを取り除こうとする意図的な試みによりもたらされる上記の“ｑ”率より小さく、これは、一般に、例えばＭＰ３のような圧縮フォームへのコンテンツマテリアルの変換の非意図的な二次的効果であることによる。

コンテンツマテリアルが変更されない場合、予測される誤り率は、透かしテスタ２１０の固有制限によりもたらされる、“ｐ”であり、“ｎ”個の冗長透かしを有する、非変更のコンテンツマテリアルから正確に検出された透かしの数は、ｎ＊（１−ｐ）である。

コンテンツマテリアルが変更されない場合、予測される誤り率は“ｒ”であり、“ｎ”個の冗長透かしを有する非変更のコンテンツマテリアルから正確に検出された透かしの数はｎ＊（１−ｒ）である。

本発明のこの第２の特徴に従って、正確に検出された透かしの数は、参照番号３８０において、コンテンツマテリアルが修正されたか否かを判定するために、これらの予測値ｎ＊（１−ｐ）、ｎ＊（１−ｒ）の各々に対して比較される。この比較に依存して、参照番号３９５において、変更されたマテリアルに、参照番号３９０において、非変更のマテリアルに、サンプリングされたコンテンツマテリアルが更に近い状態で対応するかどうかについての判定がなされる。

高信頼性の判定を提供するために、透かしの冗長コピーの数ｎが、これらの予測値の間で十分高い信頼性の下で区別するために選択される。例えば、透かしテスタ２１０の誤り率ｐは非変更コンテンツマテリアルを与える０．１０であって、変更されたコンテンツマテリアルを与える０．２０の率ｒまで増大することを考慮されたい。冗長コピーの数ｎが１０である場合、非変更のマテリアルコンテンツの正確に復号化された透かしの予測数は９であり、変更されたコンテンツマテリアルの正確に復号化された透かしの予測数は８である。明らかに、透かしの検出に関連する偶然要因のために、予測値が８であるポピュレーションに比較して、予測値が９であるポピュレーションから、正確に復号化された透かしの観測された数を信頼性高く決定することは、事実上、不可能である。即ち、実際、正確に復号化され透かしが検出された場合、これらの透かしが、正確に復号化された透かしの予測値が８である、変更されたコンテンツマテリアルからのものではないと、結論付けることに、当業者は同意しない。同様に、１０個の透かしの８個のみの検出は、コンテンツマテリアルが変更されたという結論には自動的に導かない。他方、非変更及び変更マテリアルに対して、それぞれ、９０及び８０の予測値を導く、冗長コピー数ｎが１００である場合、それら２つの数を区別することがより容易である。

好適には、カイ二乗検定又はいずれの種々の二項サンプリング検定のような従来の統計的技術が、コンテンツマテリアルの変更によりもたらされる透かし検出処理の増加した誤り率、及び、透かし検出処理の固有の誤り率によりもたらされる誤り率との間の信頼性高い区別を提供するように、冗長コピーの適切な数ｎを決定するために用いられる。全ての統計的検定におけるように、２つのパラメータ、アルファ及びベータが、検定の信頼性を与えるために用いられる。このような適用において、アルファは、変更されないコンテンツマテリアルが変更されたことを誤って判定する尤度であり、ベータは、変更されたコンテンツマテリアルが変更されなかったと誤って判定する尤度である。ｐ及びｒの予測値と、適用される特定の検定とに基づき、値ｎは、誤差の特定な尤度、アルファ及びβより大きくない値を与えることに対して、判定されることができる。代替として、（１−アルファ）及び（１−ベータ）は、誤った判定をもたらさない尤度であり、判定に関連する“信頼性レベル”と、一般にいう。本発明に従って、透かしの冗長コピーの数は、変更されたコンテンツマテリアルと非変更のコンテンツマテリアルとの間の区別における信頼性の好ましいレベルを提供するために決定される。

固定された時間のインタバルにおいて透かしを適用する冗長透かし化処理のような、透かし検出処理が、正確な透かしがないことが検出可能であるような処理である場合、ランズ検定（ｒｕｎｓ ｔｅｓｔ）又は他の逐次検定のような、より強力な統計的検定を用いることが可能である。特に注目すべきことには、ＷａｌｄのＳｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ Ｒａｔｉｏ Ｔｅｓｔ（ＳＰＲＴ）が、２つの異なるポピュレーションからみ値引き出されるサンプル間の即座の区別に対して特に良好に適合する。検出される透かし又は検出されない透かしを有する場合のように、各々のサンプルが評価されるとき、検出される透かしの割合は、ポピュレーションの各々の予測値に基づく比率に比較される。検出された透かしの比率が他のポピュレーションに比べて一のポピュレーションを支持する場合、その検定は終了し、サンプルは、実質的に支持されたポピュレーションから引き出されたように判定される。検出された透かしのポピュレーションが、一のポピュレーション又は他のポピュレーションを実質的に支持しない場合、その他のサンプルが引き出され、その検定は繰り返される。従来の検定におけるように、有効なサンプルの総数ｎは、各々の判定（１−アルファ）及び（１−ベータ）における信頼性の所定レベルを有する、サンプルｎ全ての評価の後に、一のポピュレーション又は他のポピュレーションを支持するとして、検定が結論付けられるように、判定されることができる。ＳＰＲＴの有利点は、評価されるサンプル数が少なく、信頼性が同じレベルであり、即座に結論が出ることである。本発明の好適な実施形態において、（１−ｑ）の検出の尤度を提供するために意図的に変更されたコンテンツマテリアルの存在下で透かしの少なくとも１つのコピーの信頼性高い検出を提供するために必要な、冗長透かしの数ｎ１が決定される。そして、（１−ｒ）の検出の尤度を有する変更されたコンテンツマテリアルと（１−ｐ）の検出の尤度を有する変更されなかったコンテンツマテリアルとの間の信頼性高い区別に対して必要な、冗長透かしの数ｎ２が決定される。これら２つの数、ｎ１及びｎ２が大きい数が、変更された透かしと変更されなかった透かしとの間の信頼性高い区別及び透かしの信頼性高い検出の両方を提供するために、保護されたコンテンツマテリアルに含まれる冗長透かしの数として用いられる。

上記は、本発明の原理を単に示している。従って、上記において説明せず、明示していないが、本発明の原理を用いることができ、それ故、本発明の範囲及び主旨内にある、種々の構成を当業者が考案することができることが認識されるであろう。例えば、上記の例は、透かし検出器２１０が、透かしが存在しないとき、透かしの存在を報告することを仮定していない。そのような可能性／確率が存在する場合、上記の検定は、それに伴って、調整される。特に、例えば、参照番号３６０における検定は、コンテンツマテリアルが真に保護されるかどうかを判定するための閾値として、非ゼロカウントを可能とする。同様に、上記の例が、各々の透かしは各々の他の透かしの同一のコピーであると仮定していうるが、透かしは、例えば、誤りの分離又は他の診断機能を容易にするように変わることが可能である。以上の及び他のシステム構成並びに最適化の特徴は、この開示に鑑みて、当業者に理解されるであろうし、同時提出の特許請求の範囲の主旨及び範囲に含まれるものである。

本発明に従った透かし符号化システムの例としてのブロック図である。 本発明に従ったコピー保護システムの例としてのブロック図である。 本発明に従った認証検定処理の例としてのフロー図である。

Claims (4)

1. 保護されるコンテンツマテリアルのセグメントに透かしを符号化する透かし符号化器；及び
   前記透かし符号化器に実施可能であるように結合された冗長度制御器であって、前記の保護されるコンテンツマテリアルに複数の透かしを符号化するために前記透かし符号化器を制御する、冗長度制御器；
   を有する透かし化システムであり、
   複数の透かしの数ｎは、次式
   （１−ｑ^ｎ）≦ｋ
   を満足し、ここで、ｑは前記コンテンツマテリアルにおいて各々の透かしを検出しない確率に対応し、ｋは、前記コンテンツマテリアルが保護されるように決定するときのエラーの確率に対応する；
   ことを特徴とする透かし化システム。
2. 請求項１に記載の透かし化システムであって；
   前記冗長度制御器は、受信システムにおいて前記の複数の透かしの少なくとも１つの検出を容易にするために前記の複数の透かしの数を決定する；
   ことを特徴とする透かし化システム。
3. 請求項２に記載の透かし化システムであって；
   前記冗長度制御器は、前記受信システムにおいて前記の保護されるコンテンツマテリアルの修正の検出を容易にするために前記の複数の透かしの前記数を更に決定する；
   ことを特徴とする透かし化システム。
4. 請求項１に記載の透かし化システムであって：
   前記冗長度制御器は、受信システムにおいて前記の保護されるコンテンツマテリアルの修正の検出を容易にするために前記複数の透かしの前記数を決定する；
   ことを特徴とする透かし化システム。

Images