JP4267038B2

JP4267038B2 - 電子透かし埋め込み装置ならびに電子透かし抽出装置

Info

Publication number: JP4267038B2
Application number: JP2007029284A
Authority: JP
Inventors: 亜輝臣国狭
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-11-08
Filing date: 2007-02-08
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2023-09-17
Also published as: JP2007181229A

Description

この発明は、電子透かし技術に関し、特に電子透かしの埋め込み装置ならびに電子透かしの抽出装置に関する。

ここ数年、インターネット利用人口が急増し、インターネット利用の新たなステージともいえるブロードバンド時代に入ろうとしている。ブロードバンド通信では通信帯域が格段に広がるため、音声、静止画、動画などデータ量の大きいコンテンツの配信も気軽にできるようになる。このようなデジタルコンテンツの流通が盛んになると、コンテンツの著作権の保護がより一層求められることになる。

ネットワーク上に流通するコンテンツのデータは他人に容易にコピーされ、著作権に対する保護が十分ではないのが現状である。そこで著作権を保護するために、コンテンツの作成者や利用者の情報を電子透かしとしてコンテンツデータに埋め込む技術が開発されている。この電子透かし技術を用いることにより、ネットワーク上で流通するコンテンツデータから電子透かしを抽出して、不正利用を検出したり、不正コピーの流通経路を追跡することが可能となる。

従来の電子透かしの埋め込み技術には、電子透かしを埋め込んだ後に、その電子透かしの透かし方式を特定するメタ情報をさらに透かしとして埋め込むものがある（たとえば、特許文献１、特許文献２、および特許文献３参照）。

また、異なる透かし方式を併用したハイブリッド方式によって電子透かしを二重に埋め込むものもある（たとえば、非特許文献１参照）。
特開２００２−１６８９１号公報（全文、第１−５図）特開２０００−２８７０６７号公報（全文、第１−７図）特開２００１−２５７８６５号公報（全文、第１−１１図）大上貴充他、「ハイブリッド式二階層電子透かし方式の提案」、２００２年映像情報メディア学会年次大会、８月、２００２年

電子透かしは、不正利用者による改ざんを防止するために、利用者には分からないようにコンテンツデータに埋め込まれる。しかしコンテンツデータは、流通過程や利用過程で、圧縮符号化や各種フィルタリングなどの信号処理が加えられたり、ユーザにより加工されたり、あるいは透かし情報が改ざんされるなど、さまざまな操作を受けることがあり、その過程で埋め込まれた電子透かしデータの一部が変更されたり、消失する可能性がある。したがって電子透かしはこういった操作に対する耐性が要求される。

特許文献１〜３では、電子透かしを二重に埋め込み、二重化された透かしを順次抽出する方法が提案されているが、２つの透かしは一般に干渉するため、正しく透かしを検出できない場合が生じる。非特許文献１では、ハイブリッド方式によって電子透かしを二重に埋め込むことにより、２つの透かしの干渉性を軽減しているが、下層の透かし方式が限定されるため、汎用性がない。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたもので、その目的は、耐性の強い電子透かしを埋め込み、電子透かしの検出誤差を低減することの可能な技術の提供にある。

本発明のある態様は電子透かし埋め込み装置に関する。この装置は、ホストデータに第１の電子透かしを埋め込む第１の埋め込みブロックと、前記第１の電子透かしが埋め込まれたホストデータに前記第１の電子透かしの埋め込み位置に関する情報を第２の電子透かしとして埋め込む第２の埋め込みブロックとを含む。

ホストデータは、電子透かしを埋め込む対象となるオリジナルデータであり、たとえば静止画、動画、音声などのコンテンツデータである。埋め込まれる電子透かしには、オリジナルデータの識別情報、作成者情報、利用者情報などが含まれる。その他、認証を目的として、ホストデータのダイジェストデータ、すなわちホストデータの特徴を端的に表したデータを電子透かしとして埋め込むことも可能である。

本発明の別の態様は電子透かし抽出装置に関する。この装置は、電子透かしが二重に埋め込まれたホストデータから第１の電子透かしを抽出することにより、第２の電子透かしの埋め込み位置に関する情報を取得する第１の抽出ブロックと、前記ホストデータから前記第１の電子透かしを除去する除去部と、前記除去部により前記第１の電子透かしが除去されたホストデータから前記埋め込み位置に関する情報にもとづいて前記第２の電子透かしを抽出する第２の抽出ブロックとを含む。

本発明のさらに別の態様も電子透かし抽出装置に関する。この装置は、電子透かしが二重に埋め込まれたホストデータから第１の電子透かしを抽出する第１の抽出ブロックと、前記ホストデータから前記第１の電子透かしを除去する第１の除去部と、前記第１の抽出ブロックの後段に接続され、前記第１の除去部により前記第１の電子透かしが除去されたホストデータから第２の電子透かしを抽出する第２の抽出ブロックと、前記ホストデータから前記第２の電子透かしを除去する第２の除去部とを含む。前記第２の除去部により前記第２の電子透かしが除去されたホストデータは前段の前記第１の抽出ブロックにフィードバックされ、前記第１の抽出ブロックは、前記第２の電子透かしが除去されたホストデータから前記第１の電子透かしを抽出する。これにより、前記第１の電子透かしと前記第２の電子透かしが順に繰り返し復号される。

本発明のさらに別の態様も電子透かし抽出装置に関する。この装置は、電子透かしが二重に埋め込まれたホストデータから第１の電子透かしを抽出する第１の抽出ブロックと、前記ホストデータから前記第１の電子透かしを除去する第１の除去部と、前記ホストデータから第２の電子透かしを抽出する第２の抽出ブロックと、前記ホストデータから前記第２の電子透かしを除去する第２の除去部とを含む。前記第２の除去部により前記第２の電子透かしが除去されたホストデータは前記第１の抽出ブロックにフィードバックされ、前記第１の抽出ブロックは、前記第２の電子透かしが除去されたホストデータから前記第１の電子透かしを抽出する。また、前記第１の除去部により前記第１の電子透かしが除去されたホストデータは前記第２の抽出ブロックにフィードバックされ、前記第２の抽出ブロックは、前記第１の電子透かしが除去されたホストデータから前記第２の電子透かしを抽出する。これにより、前記第１の電子透かしと前記第２の電子透かしが並列に繰り返し復号される。

本発明のさらに別の態様は、電子透かしが二重に埋め込まれたホストデータの構造である。このデータ構造は、第１の電子透かしの埋め込み位置に関する情報が第２の電子透かしとして可逆埋め込み方式により埋め込まれた構造を有する。ここで、第１の電子透かしと第２の電子透かしの埋め込まれた順序は任意である。

本発明のさらに別の態様は電子透かし抽出方法に関する。この方法は、電子透かしが二重に埋め込まれたホストデータから可逆埋め込み方式で埋め込まれた第１の電子透かしを抽出し、その第１の電子透かしを前記ホストデータから除去した上で、第２の電子透かしを抽出する。この第２の電子透かしは個別の透かし方式で埋め込まれたものであってもよく、第１の電子透かしは第２の電子透かしの透かし方式を特定するためのメタ情報であり、規格化されたものであってもよい。この場合、第２の電子透かしはこのメタ情報で特定される方式でホストデータから抽出されてもよい。可逆埋め込み方式とは、埋め込み処理の逆変換が可能な方式であり、逆変換により埋め込まれた透かしが完全もしくは完全に近い形で除去される特徴をもつ。

本発明のさらに別の態様は電子透かし埋め込み方法に関する。この方法は、電子透かしを二重にホストデータに埋め込む方法であって、第１の電子透かしの埋め込み位置情報を第２の電子透かしとして可逆埋め込み方式により埋め込む。ここで、第１の電子透かしと第２の電子透かしの埋め込み順序は任意である。第１の電子透かしの埋め込み後に第２の電子透かしを埋め込んでもよいが、埋め込み順序を逆にして、第１の電子透かしを埋め込む前に、第１の電子透かしの埋め込み位置情報を第２の電子透かしとして埋め込み、その後に第１の電子透かしを埋め込んでもよい。

本発明のさらに別の態様も電子透かし埋め込み方法に関する。この方法は、重要度の異なる情報を含む２つの電子透かしをホストデータに埋め込む方法であって、重要度の高い方の電子透かしの耐性を強化して前記ホストデータに埋め込む。ここでも、重要度の高い方の電子透かしを先に埋め込んでも後に埋め込んでもよい。前記重要度の高い方の電子透かしを可逆埋め込み方式により前記ホストデータに埋め込んでもよい。電子透かしの耐性とは、電子透かしの埋め込まれたホストデータが改変されるなどの攻撃を受けた場合や、埋め込みホストデータに圧縮符号化やフィルタリングなどの信号処理が施された場合など、埋め込みホストデータに対して何らかの操作が加えられた場合に電子透かしデータがもつ頑強性をいう。

本発明のさらに別の態様は、電子透かしが二重に埋め込まれたホストデータから２つの電子透かしを順次繰り返し復号により抽出する方法に関する。この方法は、前記ホストデータをもとに第１の電子透かしを推定して、前記ホストデータから除去する第１透かし抽出工程と、前記第１の電子透かしが除去されたホストデータをもとに第２の電子透かしを推定して、前記ホストデータから除去する第２透かし抽出工程と、前記第２の電子透かしが除去されたホストデータを前記第１透かし抽出工程にフィードバックする工程とを含む。前記第１透かし抽出工程は、繰り返し復号の初回においては、電子透かしが二重に埋め込まれたホストデータをもとに前記第１の電子透かしを推定し、２回目以降は、前記第２の電子透かしが除去されたホストデータをもとに前記第１の電子透かしを推定する。

本発明のさらに別の態様は、電子透かしが二重に埋め込まれたホストデータから２つの電子透かしを並列に繰り返し復号により抽出する方法に関する。この方法は、前記ホストデータをもとに第１の電子透かしを推定して、前記ホストデータから除去する第１透かし抽出工程と、前記ホストデータをもとに第２の電子透かしを推定して、前記ホストデータから除去する第２透かし抽出工程と、前記第２の電子透かしが除去されたホストデータを前記第１透かし抽出工程にフィードバックする工程と、前記第１の電子透かしが除去されたホストデータを前記第２透かし抽出工程にフィードバックする工程とを含む。前記第１透かし抽出工程は、繰り返し復号の初回においては、電子透かしが二重に埋め込まれたホストデータをもとに前記第１の電子透かしを推定し、２回目以降は、前記第２の電子透かしが除去されたホストデータをもとに前記第１の電子透かしを推定する。また、前記第２透かし抽出工程は、繰り返し復号の初回においては、電子透かしが二重に埋め込まれたホストデータをもとに前記第２の電子透かしを推定し、２回目以降は、前記第１の電子透かしが除去されたホストデータをもとに前記第２の電子透かしを推定する。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、電子透かしの耐性が向上し、透かしの検出精度が改善する。

実施の形態１
図１は、実施の形態１に係る電子透かし埋め込み装置１００の構成を示す。実透かし埋め込み部１１２は、入力されたコンテンツＶに実透かしＸを特定の透かし方式によって埋め込み、実透かし埋め込みコンテンツＷを出力する。メタ透かし埋め込み部１２２は、実透かしＸの透かし方式を特定するための実透かし識別情報Ｙ（以下、メタ透かしＹともいう）を実透かし埋め込みコンテンツＷに透かしとして埋め込み、実透かしＸとメタ透かしＹが埋め込まれた二重透かし埋め込みコンテンツＵを出力する。メタ透かし埋め込み部１２２は、メタ透かしＹを実透かし埋め込みコンテンツＷに埋め込む際、可逆埋め込み方式、すなわち埋め込み処理の逆変換により埋め込まれた透かしを除去して元のデータに復元することができる方式を用いる。

コンテンツＶの著作権を保護するために、コンテンツのＩＤ情報を含む実透かしＸは様々な方式で埋め込むことが許されるが、その埋め込み方式を特定する情報を含むメタ透かしＹは、規格化された共通の方式で埋め込まれる。

図２は、実施の形態１に係る電子透かし抽出装置２００の構成を示す。メタ透かし抽出部２１２は、入力された二重透かし埋め込みコンテンツＵからメタ透かしＹを抽出し、実透かし選択制御部２２２およびメタ透かし除去部２１４に与える。メタ透かし除去部２１４は、メタ透かし抽出部２１２により抽出されたメタ透かしＹを二重透かし埋め込みコンテンツＵから除去し、実透かし埋め込みコンテンツＷを取得して切り替え部２２４に与える。メタ透かしＹは可逆埋め込み方式によって埋め込まれているため、メタ透かし除去部２１４は、埋め込み時の処理の逆変換を行うことによって、二重透かし埋め込みコンテンツＵをメタ透かしＹを埋め込む前の状態、すなわち実透かし埋め込みコンテンツＷに復元することが可能である。

実透かし選択制御部２２２は、メタ透かし抽出部２１２により抽出されたメタ透かしＹにより、実透かしＸの透かし方式を特定し、特定された透かし方式の識別情報を切り替え部２２４に与える。切り替え部２２４は、特定の透かし方式ごとに用意された複数の特定実透かし抽出部２２６の内、実透かし選択制御部２２２により与えられた透かし方式の識別情報にもとづいて、その透かし方式に合ったいずれかの特定実透かし抽出部２２６を選択し、メタ透かし除去部２１４から供給される実透かし埋め込みコンテンツＷをその選択された特定実透かし抽出部２２６に供給するように切り替える。

特定実透かし抽出部２２６は、特定の透かし方式にもとづいて透かしを抽出する機能を有し、メタ透かし除去部２１４から供給された実透かし埋め込みコンテンツＷからその特定の透かし方式により実透かしＸを抽出して出力する。

本実施の形態によれば、電子透かし抽出装置２００において、メタ透かし除去部２１４がメタ透かしＹを除去した上で、実透かしＸが抽出されるので、実透かしＸとメタ透かしＹの干渉による検出精度の劣化を防ぐことができる。

本実施の形態の電子透かし抽出装置２００は、たとえばコンテンツを提供するサーバなどに設置して、様々な透かし方式により透かしが埋め込まれたコンテンツをユーザに提供するために用いられてもよい。電子透かし抽出装置２００は、ユーザからコンテンツの要求があったとき、メタ透かしを抽出して、透かし方式を特定して実透かしを抽出し、実透かしに含まれるコンテンツの利用条件などを照合して、ユーザにコンテンツの利用を許諾することができる。

実施の形態２
図３は、実施の形態２に係る電子透かし埋め込み装置１００の構成を示す。第１透かし埋め込み部１１４は、入力されたコンテンツＶに第１透かしＸを埋め込み、第１透かし埋め込みコンテンツＷを出力し、第１透かしＸの埋め込み位置情報Ｙを第２透かし埋め込み部１２４に与える。

第１透かし埋め込み部１１４は、コンテンツＶの特徴量にもとづいて第１透かしＸを埋め込む位置を決める。たとえばコンテンツＶが画像データである場合、ピクセル値の分布などを評価して透かしを埋め込んでも目立たない位置を選んだり、エッジ部など画像の高周波成分を埋め込み位置として選んだり、あるいは画像圧縮などの処理に対する耐性を考慮して埋め込み位置を選んだりして、不可視性や耐性を考慮した埋め込み位置を決定する。したがって埋め込み位置はそれぞれのコンテンツＶによって異なる。

第２透かし埋め込み部１２４は、第１透かし埋め込み部１１４から与えられた埋め込み位置情報Ｙ（以下、第２透かしＹともいう）を第１透かし埋め込みコンテンツＷに埋め込み、第１透かしＸと第２透かしＹが埋め込まれた二重透かし埋め込みコンテンツＵを出力する。なお、第２透かし埋め込み部１２４は、可逆埋め込み方式により第２透かしＹを第１透かし埋め込みコンテンツＷに埋め込む。

図４は、実施の形態２に係る電子透かし抽出装置２００の構成を示す。第２透かし抽出部２１６は、入力された二重透かし埋め込みコンテンツＵから第２透かし、すなわち埋め込み位置情報Ｙを抽出し、第１透かし抽出部２２８および第２透かし除去部２１８に与える。第２透かし除去部２１８は、埋め込み処理の逆変換を行って、第２透かしＹを二重透かし埋め込みコンテンツＵから除去し、第１透かし埋め込みコンテンツＷを取得して第１透かし抽出部２２８に与える。

第１透かし抽出部２２８は、第２透かし抽出部２１６により抽出された埋め込み位置情報Ｙをもとに透かしの埋め込み位置を特定し、第１透かし埋め込みコンテンツＷから第１透かしＸを抽出して出力する。

本実施の形態によれば、透かしの埋め込み位置が第２の透かしとしてコンテンツに埋め込まれるため、透かしの埋め込み位置を秘密鍵で提供したり、コンテンツのヘッダに含めて提供するなど、透かしの埋め込み位置を利用者に知らせるための処理が不要になる。

実施の形態３
図５は、実施の形態３に係る電子透かし埋め込み装置１００の構成を示す。この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされた電子透かし埋め込み機能のあるプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組み合わせによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

電子透かし埋め込み装置１００は、第１透かし埋め込みブロック１１０と第２透かし埋め込みブロック１２０を含む。第１透かし埋め込みブロック１１０は、ホストデータＶに透かし情報Ｉを埋め込む処理を行い、第１埋め込みホストデータＷを出力する。第２透かし埋め込みブロック１２０は、透かし情報Ｉの埋め込み位置に関する情報を第１埋め込みホストデータＷに第２透かしとして埋め込む処理を行い、第２埋め込みホストデータＵを出力する。

ここで、ホストデータＶは、たとえば音声、静止画、動画などのデータである。透かし情報Ｉは、そのホストデータＶの識別情報、作成者情報、利用者情報など著作権に関する情報、ホストデータＶの改ざん検出を行う認証情報、タイムスタンプなどである。

第１透かし埋め込みブロック１１０は、第１透かしデータＸをホストデータＶの複数の埋め込み位置の候補に埋め込み、透かしの耐性が強くなる候補を選択して、最終的な第１埋め込みホストデータＷとして出力する。暗号化部１０は、ホストデータＶに埋め込むべき透かし情報Ｉを秘密鍵Ｋにより暗号化し、第１透かしデータＸを出力する。透かし情報の暗号化を行わない場合には、暗号化部１０の構成は省略してもよい。

位置検出部１２は、ホストデータＶの特徴と秘密鍵Ｋにもとづいて第１透かしデータＸの埋め込み位置Ｐを決定し、第１透かし埋め込み部１４は、秘密鍵Ｋを用いて、ホストデータＶの埋め込み位置Ｐに第１透かしデータＸを埋め込み、第１埋め込みホストデータＷを出力する。図５では、暗号化部１０、位置検出部１２、第１透かし埋め込み部１４、第２透かし埋め込みブロック１２０の変更部１６および第２透かし埋め込み部１８に秘密鍵Ｋの情報が入力されているが、各部に入力される秘密鍵Ｋの情報はお互いに独立であってもよい。また、秘密鍵Ｋの情報の一部が従属する内容であってもよく、完全に同一のものであってもよい。さらには、秘密鍵Ｋに依存しない埋め込み方式を採用してもよい。位置検出部１２と第１透かし埋め込み部１４は協同して、複数の埋め込み位置Ｐを生成し、それぞれの埋め込み位置Ｐに第１透かしデータＸを埋め込み、複数の埋め込みホストデータＷの候補を生成し、それらの候補の一つを選択する機能をもつ。

第２透かし埋め込みブロック１２０は、第１透かしデータＸの埋め込み位置Ｐの識別情報を含む第２透かしデータＹをスクランブルして、第１埋め込みホストデータＷに埋め込み、第２埋め込みホストデータＵを出力する。変更部１６は、第２透かしデータＹ、第１埋め込みホストデータＷ、および秘密鍵Ｋを用いて、第２透かしデータＹをスクランブルし、スクランブルされた第２透かしデータＹ’を出力する。

第２透かし埋め込み部１８は、秘密鍵Ｋを用いて、スクランブルされた透かしデータＹ’を第１埋め込みホストデータＷに埋め込み、第２埋め込みホストデータＵを出力する。秘密鍵Ｋに依存しない埋め込み方式を用いてもよい。

変更部１６と第２透かし埋め込み部１８は協同して、複数のスクランブルされた透かしデータＹ’を生成し、それぞれを第２埋め込みホストデータＷに埋め込み、複数の第２埋め込みホストデータＵの候補を生成し、それらの候補の一つを選択する機能をもつ。

図６は第１透かし埋め込みブロック１１０の位置検出部１２および第１透かし埋め込み部１４の機能構成図である。ＥＣＣ（Error Correction Code）部２４は第１透かしデータＸに誤り訂正のためのパリティを付加した透かしデータＸ_ｃを生成する。ＥＣＣ部２４は、透かしビットの検出率を向上させるためのオプションであって、アプリケーションによっては必要ない場合もあり、この構成を省略してもよい。

位置情報生成部６０は、ホストデータＶについてＬ_１個の埋め込み位置Ｐの候補をランダムに生成する。第１埋め込み部２６はＬ_１個の埋め込み位置Ｐの候補のそれぞれに透かしデータＸ_ｃを埋め込み、Ｌ_１種類の第１埋め込みホストデータＷの候補を生成する。

Ｌ_１個のＳＮＲ計算部２８は、Ｌ_１種類の第１埋め込みホストデータＷの候補のそれぞれについて、第１透かしデータＸの耐性を評価する。セレクタ３２は、耐性の評価値が最良である第１埋め込みホストデータＷの候補を選択し、それを最終的な第１埋め込みホストデータＷとして出力し、その場合の第１透かしデータＸの埋め込み位置情報Ｐ^＊を出力する。

埋め込み位置の候補は、一例としてテーブル・マッピングの手法によりランダムに生成される。位置情報生成部６０は、埋め込み位置の候補を識別するための識別情報と埋め込む位置とを対応づけたテーブルを備え、このテーブルを参照して、埋め込み位置の候補の識別データに対応づけて埋め込み位置の候補を生成する。このテーブルは、透かしデータの第１ビットについて、たとえば、「識別番号０の場合は（１，２９）の位置、識別番号１の場合は（９８３，２５１）の位置、・・・、識別番号１５の場合は（５４２，３７）の位置に埋め込む」といった識別番号と埋め込み座標との対応関係を格納する。第２番目から第ｎ_１番目のビットについてもそれぞれ埋め込み位置が異なる対応関係が格納される。埋め込み位置は何らかの方法でランダムに生成されたものである。

図７は第２透かし埋め込みブロック１２０の変更部１６および第２透かし埋め込み部１８の機能構成図である。第２透かし埋め込みブロック１２０は第１透かし埋め込みブロック１１０から第１埋め込みホストデータＷと埋め込み位置情報Ｐ^＊を供給される。埋め込み位置情報Ｐ^＊は、第１透かしデータＸの各ビットの埋め込み位置の識別情報であり、この識別情報を含む透かしビットの系列を第２透かしデータＹと表記する。Ｌ_２個のマルチプレクサ２０は、第２透かしデータＹの先頭にそれぞれ初期データＣ_０〜Ｃ_Ｌ２−１を挿入したＬ_２種類のビット系列Ｙ_ｂを生成する。Ｌ_２個のスクランブラ２２はＬ_２種類のビット系列をそれぞれスクランブルして、Ｌ_２種類のスクランブルされた透かしデータＹ’_ｂを生成する。Ｌ_２個のＥＣＣ部２４はＬ_２種類のスクランブルされた透かしデータＹ’_ｂのそれぞれに誤り訂正のためのパリティを付加した透かしデータＹ’_ｃを生成する。

Ｌ_２個の第２埋め込み部２７は、可逆埋め込み方式により、Ｌ_２種類のスクランブルされた透かしデータＹ’_ｃのそれぞれを第１埋め込みホストデータＷに埋め込み、Ｌ_２種類の第２埋め込みホストデータＵの候補を生成する。Ｌ_２個のＳＮＲ計算部２８は、Ｌ_２種類の第２埋め込みホストデータＵの候補のそれぞれについて、透かしデータＹの耐性を評価する。セレクタ３０は、耐性の評価値が最良である第２埋め込みホストデータＵの候補を選択し、それを最終的な第２埋め込みホストデータＵとして出力する。

図８は、実施の形態３に係る電子透かし抽出装置２００の構成を示す。電子透かし埋め込み装置１００により電子透かしが埋め込まれた第２埋め込みホストデータＵは、ネットワーク上で流通し、コンピュータにおいて利用される。その過程で第２埋め込みホストデータＵは圧縮符号化や改ざんなどの操作を受ける。画像データであれば、ＪＰＥＧ圧縮、フィルタリング、量子化、色補正などの信号処理や、スケーリング、クロッピング、回転、並行移動等の幾何学的な変換など有用性のある操作が施されたり、電子透かしを除去したり改変するなどの不正な攻撃が加えられたりする。そのような操作による変形を第２埋め込みホストデータＵに対するノイズＮとみなし、ノイズＮが付加した第２埋め込みホストデータＵを第２埋め込みホスト信号Ｕ＾（＝Ｕ＋Ｎ）とする。電子透かし抽出装置２００は、第２埋め込みホスト信号Ｕ＾から埋め込まれた透かしデータＸを抽出する処理を行う。

電子透かし抽出装置２００は、第２透かし抽出ブロック２１０と第１透かし抽出ブロック２２０を含む。第２透かし抽出ブロック２１０は、第２埋め込みホスト信号Ｕ＾から第２透かしデータＹを抽出する処理を行う。第２抽出部４０は、秘密鍵Ｋを用いて、第２埋め込みホスト信号Ｕ＾に埋め込まれた第２透かしデータＹ＾_ｃを抽出する。ＥＣＣ復号部４４はこの第２透かしデータＹ＾_ｃに付加されているパリティビットを用いて誤り訂正を行い、第２透かしデータＹ＾_ｂを生成する。デスクランブラ４６は秘密鍵Ｋを用いて、誤り訂正後の第２透かしデータＹ＾_ｂのスクランブルを解除し、先頭部の初期データを取り除いて第２透かしデータＹ＾を出力する。この第２透かしデータＹ＾には第１透かしデータＸの埋め込み位置情報Ｐ＾が含まれ、この埋め込み位置情報Ｐ＾は第１透かし抽出ブロック２２０の第１抽出部４８に供給される。

第２透かし抽出ブロック２１０の第２透かし除去部４２は、図７の第２透かし埋め込みブロック１２０の第２埋め込み部２７の埋め込み処理の逆変換を行うことにより、第２抽出部４０により抽出された第２透かしデータＹ＾_ｃを第２埋め込みホスト信号Ｕ＾から除去し、第１埋め込みホスト信号Ｗ＾を出力する。

第１透かし抽出ブロック２２０は、第２透かし抽出ブロック２１０の第２透かし除去部４２から供給される第１埋め込みホスト信号Ｗ＾から第１透かしデータＸを抽出する処理を行う。第１抽出部４８は、第２透かし抽出ブロック２１０のデスクランブラ４６が出力する第２透かしデータＹ＾から埋め込み位置情報Ｐ＾を取得し、秘密鍵Ｋを用いて、第２透かし抽出ブロック２１０の第２透かし除去部４２から得た第１埋め込みホスト信号Ｗ＾から埋め込み位置情報Ｐ＾で示される位置に埋め込まれた第１透かしデータＸ＾_ｃを抽出する。ＥＣＣ復号部４５は、この第１透かしデータＸ＾_ｃに付加されているパリティビットを用いて誤り訂正を行い、第１透かしデータＸ＾_ｂを生成して出力する。

第１抽出部４８は、一例として前述のルックアップ・テーブルを参照する方法を用いる。すなわち、図６の位置情報生成部６０が参照するテーブルと同じデーブルを参照して、埋め込み位置情報Ｐ＾にもとづき、埋め込み位置の識別情報情報に対応づけられた埋め込み位置を特定し、第１透かしデータＸ＾をその位置から抽出する。

なお、上記の説明では、図７で示したように、Ｌ_２種類の透かしデータの候補を生成するために、Ｌ_２個のマルチプレクサ２０、スクランブラ２２、ＥＣＣ部２４、第２埋め込み部２７、およびＳＮＲ計算部２８が並列に設けられたが、これらの部材を単一構成にして、Ｌ_２種類の透かしデータの候補を逐次的に生成、評価して最適な候補を選択してもよい。透かしデータの候補を逐次生成し、埋め込み強度が所望の基準値以上である候補が得られた時点で、その候補を最終的な埋め込みホストデータＷとして選択し、そのような候補が生成されなければ、Ｌ_２個の埋め込みホストデータの候補の中から埋め込み強度が最大であるものを最終的な埋め込みホストデータＷとして選択することができる。

以上の構成の電子透かし埋め込み装置１００および電子透かし抽出装置２００による電子透かしの埋め込みと抽出の手順を説明する。

（１）第１透かしデータＸの埋め込み手順
図９は、電子透かし埋め込み装置１００の第１透かし埋め込みブロック１１０による第１透かしデータＸの埋め込み手順を説明するフローチャートである。位置情報生成部６０は、第１透かしデータＸのＬ_１個の埋め込み位置候補Ｐ^ｋ（ｋ＝０，・・・，Ｌ_１−１）を生成する（Ｓ３０）。

ＥＣＣ部２４は、第１透かしデータＸに誤り訂正のためのパリティを付加し、第１埋め込み部２６は、ホストデータＶのＬ_１個の埋め込み位置の候補Ｐ^ｋのそれぞれに第１透かしデータＸを埋め込む（Ｓ３２）。

第１透かしデータＸは次のようにｎ_１ビットのビット系列で表される。
Ｘ＝｛ｘ_０，ｘ_１，・・・，ｘ_ｎ１−１｝
このｎ_１ビットの第１透かしデータＸの埋め込み位置の候補Ｐ^ｋに対応するホストデータＶのサンプルの集合のペア（Ｖ^＋ｋ，Ｖ^−ｋ）を次のように定義する。サンプルの集合Ｖ^＋ｋ，Ｖ^−ｋはそれぞれｎ_１個の要素をもつ。なお、ホストデータＶは、空間軸上のサンプル、時間軸上のサンプル、周波数軸上のサンプル、たとえばＤＣＴ変換、ＦＦＴ変換、ＤＷＴ変換などの処理後のサンプルなどにより表現される。

Ｖ^＋ｋ＝｛ｖ^＋ｋ _０，ｖ^＋ｋ _１，・・・，ｖ^＋ｋ _ｎ１−１｝
Ｖ^−ｋ＝｛ｖ^−ｋ _０，ｖ^−ｋ _１，・・・，ｖ^−ｋ _ｎ１−１｝
ここでサンプルの集合Ｖ^＋ｋ，Ｖ^−ｋの要素である各サブセットｖ^＋ｋ _ｉ、ｖ^−ｋ _ｉは、次のようにホストデータＶのｍ_１個のサンプルデータからなる。
ｖ^＋ｋ _ｉ＝｛ｖ^＋ｋ _ｉ，０，ｖ^＋ｋ _ｉ，１，・・・，ｖ^＋ｋ _{ｉ，ｍ１−１}｝
ｖ^−ｋ _ｉ＝｛ｖ^−ｋ _ｉ，０，ｖ^−ｋ _ｉ，１，・・・，ｖ^−ｋ _{ｉ，ｍ１−１}｝

第１透かしデータＸの各ビットを埋め込み位置の候補Ｐ^ｋに対応したＬ_１個のサンプルの集合のペア（Ｖ^＋ｋ，Ｖ^−ｋ）に次のように埋め込み、Ｌ_１種類の第１埋め込みホストデータの候補Ｗ^ｋを生成する。

ｗ^＋ｋ _ｉ，ｊ＝ｖ^＋ｋ _ｉ，ｊ＋α^＋ _ｉ，ｊ・ｘ_ｉ
ｗ^−ｋ _ｉ，ｊ＝ｖ^−ｋ _ｉ，ｊ−α⁻ _ｉ，ｊ・ｘ_ｉ
ここでα^＋ _ｉ，ｊおよびα⁻ _ｉ，ｊは人間の視覚モデルにもとづいて知覚されるノイズを減少するためのスケーリングパラメータであり、いずれも正の値である。あるいは、α^＋ _ｉ，ｊおよびα⁻ _ｉ，ｊは、ある確率分布、たとえばガウシアン分布、一様分布などに従うように、秘密鍵Ｋによって生成される正の値であってもよい。この場合、透かしの埋め込み強度は減少するが、埋め込まれた透かしの秘匿性は向上する。

このようにして、第１透かしデータの各ビットｘ_ｉは各サブセットｖ^＋ｋ _ｉ、ｖ^−ｋ _ｉのそれぞれｍ_１個のサンプルに重複して埋め込まれる。重複の数ｍ_１が大きいほど、透かしビットが失われる可能性が低くなり、検出誤差が小さくなる一方で、ホストデータに埋め込むことができる透かしのビット数が減少する。α^＋ _ｉ，ｊおよびα⁻ _ｉ，ｊは、視覚上の劣化を検知できないようにピクセル毎に設定される値であり、原理的には、埋め込むピクセル数ｍ_１を増やしても、人間の視覚上、画質の劣化は検知されない。しかし、１ビットを埋め込むのに費やすピクセル数が増加するということは、埋め込み領域には制限があるため、埋め込むことができるビット数が減少することを意味し、したがって埋め込み率の低下を招くことなる。

ＳＮＲ計算部２８は、Ｌ_１種類の第１埋め込みホストデータの候補Ｗ^ｋに対して第１透かしデータＸの耐性、すなわち埋め込み強度を評価し（Ｓ３４）、セレクタ３２は埋め込み強度が最大となる第１埋め込みホストデータの候補Ｗ^ｋを最終的な第１埋め込みホストデータＷとして選択する（Ｓ３６）。

埋め込み強度の評価は、ホストデータＶを第１透かしデータＸに対するノイズとみなして、埋め込まれた透かしデータＸに対して検出される透かしデータの分散を計算することにより行われる。分散が小さいほど、耐性が強いと考えることができる。第１埋め込みホストデータの候補のペア（Ｗ^＋ｋ，Ｗ^−ｋ）に対して次式によりＳＮ比を評価して、最適な候補Ｋを選択する。

Ｋ＝ａｒｇｍａｘ_ｋ（Ｐ_ｋ／σ_ｋ ^２）
Ｐ_ｋ＝Σ_ｉ＝０ ^ｎ１−１｜Σ_ｊ＝０ ^ｍ１−１（ｗ^＋ｋ _ｉ，ｊ−ｗ^−ｋ _ｉ，ｊ）｜^２／ｎ
σ_ｋ ^２＝Σ_ｉ＝０ ^ｎ１−１｜Σ_ｊ＝０ ^ｍ１−１（ｗ^＋ｋ _ｉ，ｊ−ｗ^−ｋ _ｉ，ｊ）−Ｐ_ｋ ^１／２・ｗ_ｉ｜^２／ｎ

（２）第２透かしデータＹの埋め込み手順
図１４は、電子透かし埋め込み装置１００の第２透かし埋め込みブロック１２０による第２透かしデータＹの埋め込み手順を説明するフローチャートである。フローチャートの説明にあたり、図１０から図１３を適宜参照する。

第２透かし埋め込みブロック１２０は第１透かし埋め込みブロック１１０から第１透かしデータＸの埋め込み位置情報Ｐ^＊を得る。マルチプレクサ２０は、この埋め込み位置情報Ｐ^＊を識別情報として含む第２透かしデータＹの先頭にＬ_２種類の初期データを挿入してＬ_２個の符号系列を生成し（Ｓ１０）、スクランブラ２２は、それらの符号系列をスクランブルしてＬ_２種類のスクランブルされた第２透かしデータＹ’を生成する（Ｓ１２）。

図１０は、第２透かしデータＹとＬ_２種類のスクランブルされた第２透かしデータＹ’との関係を示す。ｎ_２ビットの第２透かしデータＹの先頭に、ｒ_２ビットの冗長語を識別データＩＤ［０］〜ＩＤ［Ｌ_２−１］として付加し、Ｌ_２種類の第２透かしデータの候補を作成する。最大２^ｒ２種類の候補が作成される。これらの候補に含まれる第２透かしデータＹのビット列はこれから述べるスクランブル方式により、スクランブルされる。

スクランブル方式の一例として、伝送や磁気記録におけるデジタル変調の際に利用されるＧＳ（Guided Scramble）方式を採用する。ＧＳ方式は、ある一定のデータブロック長からなる情報系列に対して、Ｌ種類の符号系列を生成し、これらを次に送信する符号系列の候補として扱う。これらの候補の中から、伝送媒体の性質に合わせて最適なものを選択して最終的な符号系列とする。このＧＳ方式により、多様性に富んだ符号系列の候補を簡単な方法で生成することができる。

第２透かし埋め込みブロック１２０におけるマルチプレクサ２０とスクランブラ２２がＧＳ符号化器の一部として機能する。ＧＳ符号化器は、ｎビットからなる情報系列Ｄ（ｘ）の直前にＬ種類のｒビットの冗長語ｃ_ｉ（ｉ＝０，・・・，Ｌ−１）を付加し、Ｌ種類の符号系列ｃ_ｉｘ^ｎ＋Ｄ（ｘ）を生成する。この符号系列の符号長は（ｎ＋ｒ）ビットとなる。このようにして冗長語が付加された符号系列に対して、次式のようにＮ次元のスクランブル多項式Ｓ（ｘ）で除算することにより商Ｔ_ｉ（ｘ）を求める。

Ｔ_ｉ（ｘ）＝Ｑ_Ｓ（ｘ）［（ｃ_ｉｘ^ｎ＋Ｄ（ｘ））ｘ^Ｎ］（１）
ただし、Ｑ_ａ［ｂ］はｂをａで除算した商を示す。商集合｛Ｔ_０（ｘ），・・・，Ｔ_Ｌ−１（ｘ）｝がスクランブル後の符号系列の候補である。これらの候補の各々について、その符号系列が実際に用いられた際の性能を評価し、その評価値が最良であるものを最終的な符号系列として選択する。

透かし抽出時には、第２透かし抽出ブロック２１０におけるデスクランブラ４６がＧＳ復号器として機能し、符号系列にＳ（ｘ）を乗算し、下位Ｎビットと上位ｒビットの変換情報を捨てることにより、元の情報系列Ｄ（ｘ）が得られる。

ここでスクランブル多項式Ｓ（ｘ）として、Ｓ（ｘ）＝ｘ^ｒ＋１を用いた場合を説明する。ｎｍｏｄｒ＝０の場合、（１）式は次式に示す畳み込み演算で表現可能である。

ｔ_ｊ＝ｄ_ｊ（＋）ｃ_ｉ（ｊ＝０）
ｔ_ｊ＝ｄ_ｊ（＋）ｔ_ｊ−１（ｊ＝１，・・・，ｎ／ｒ−１）
ただし、ｉ＝０，・・・，Ｌ−１であり、ｄ_ｊは元の情報系列Ｄ（ｘ）をｒビットずつ区切ったビット列、ｔ_ｊは変換後の符号系列Ｔ_ｉ（ｘ）の先頭のｒビットの冗長語ｃ_ｉ以降をｒビットずつ区切ったビット列である。また（＋）は排他的論理和（ＥＸ−ＯＲ）演算を示す。

図１１はこの透かし埋め込み時の畳み込み演算を説明する図である。たとえば、ｎ＝６、ｒ＝２の場合を考える。元の情報系列Ｄ（ｘ）＝（１，０，１，０，０，１）に対して、冗長語ｃ_０＝（０，０）を付加して、変換後の符号系列Ｔ_０（ｘ）を生成する。上記の符号化時の畳み込み演算により、ｔ_０＝ｄ_０（＋）ｃ_０＝（１，０）（＋）（０，０）＝（１，０）、ｔ_１＝ｄ_１（＋）ｔ_０＝（１，０）（＋）（１，０）＝（０，０）、ｔ_２＝ｄ_２（＋）ｔ_１＝（０，１）（＋）（０，０）＝（０，１）となり、変換後の符号系列Ｔ_０＝（０，０，１，０，０，０，０，１）が得られる。ここで変換後の符号系列Ｔ_０の先頭の２ビットは冗長語ｃ_０であることに注意する。

同様にして、冗長語ｃ_１＝（０，１）、ｃ_２＝（１，０）、ｃ_３＝（１，１）に対して、それぞれ変換後の符号系列Ｔ_１＝（０，１，１，１，０，１，０，０）、Ｔ_２＝（１，０，０，０，１，０，１，１）、Ｔ_３＝（１，１，０，１，１，１，１，０）が得られる。

透かし抽出時は次式のように畳み込み演算を行うことにより、元の情報系列Ｄ（ｘ）が得られる。

ｄ_ｊ＝ｔ_ｊ（＋）ｃ_ｉ（ｊ＝０）
ｄ_ｊ＝ｔ_ｊ（＋）ｔ_ｊ−１（ｊ＝１，・・・，ｎ／ｒ−１）

図１２はこの透かし抽出時の畳み込み演算を説明する図である。前述の例において、変換後の符号化系列Ｔ_０＝（０，０，１，０，０，０，０，１）が与えられると、先頭の２ビットから冗長語ｃ_０＝（０，０）が得られ、上記の復号時の畳み込み演算により、ｄ_０＝ｔ_０（＋）ｃ_０＝（１，０）（＋）（０，０）＝（１，０）、ｄ_１＝ｔ_１（＋）ｔ_０＝（０，０）（＋）（１，０）＝（１，０）、ｄ_２＝ｔ_２（＋）ｔ_１＝（０，１）（＋）（０，０）＝（０，１）となり、元の情報系列Ｄ（ｘ）＝（１，０，１，０，０，１）が得られる。他の変換後の符号化系列Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３についてもこの畳み込み演算により、元の情報系列Ｄ（ｘ）が得られる。

再び図１４を参照する。スクランブラ２２によって生成されたＬ_２種類のスクランブルされた透かしデータＹ’は、ＥＣＣ部２４により誤り訂正のためのパリティを付加された後に、第２埋め込み部２７により第１埋め込みホストデータＷに埋め込まれる（Ｓ１４）。

図１３（ａ）、（ｂ）は、スクランブルされた透かしデータＹ’の埋め込み方法を説明する図である。Ｌ_２種類のスクランブルされた透かしデータＹ’をｙ^０，ｙ^１，・・・，ｙ^Ｌ２−１とする。各透かしデータの候補のビット系列は、次式のように表される。先頭のｒ_２ビットは識別データである。また、スクランブル処理後のビット０は、−１に置き換えて、以下の処理を行う。

ｙ^０＝｛−１，・・・，−１，−１，ｙ^０ _０，ｙ^０ _１，・・・，ｙ^０ _ｎ２−１｝
ｙ^１＝｛−１，・・・，−１，１，ｙ^１ _０，ｙ^１ _１，・・・，ｙ^１ _ｎ２−１｝
・・・
ｙ^Ｌ２−１＝｛１，・・・，１，１，ｙ^Ｌ２−１ _０，ｙ^Ｌ２−１ _１，・・・，ｙ^Ｌ２−１ _ｎ２−１｝

（ｎ_２＋ｒ_２）ビットの透かしデータＹの埋め込み対象として選択された第１埋め込みホストデータＷから、第２透かし埋め込み用の秘密鍵を用いて、サンプル集合のペア（Ω^＋，Ω⁻）を次のように選択する。このサンプル集合（Ω^＋，Ω⁻）は第１埋め込みホストデータＷから第２透かし埋め込み用の秘密鍵にもとづいて選択される集合であり、第１透かしデータＸの埋め込み対象として第１透かし埋め込み用の秘密鍵にもとづいて選択されたサンプル集合（Ｖ^＋，Ｖ⁻）とは独立に選択される。したがって、第１透かし埋め込み後のサンプル集合（Ｗ^＋，Ｗ⁻）とは区別する意味で、ここでは第２透かしの埋め込み対象のサンプル集合を（Ω^＋，Ω⁻）と表記している。サンプルの集合Ω^＋，Ω⁻は次のようにそれぞれ（ｎ_２＋ｒ_２）個の要素をもつ。なお、第１埋め込みホストデータＷは、空間軸上のサンプル、時間軸上のサンプル、周波数軸上のサンプル、たとえばＤＣＴ変換、ＦＦＴ変換、ＤＷＴ変換などの処理後のサンプルなどにより表現される。

Ω^＋＝｛ω^＋ _０，ω^＋ _１，・・・，ω^＋ _{ｎ２＋ｒ２−１}｝
Ω⁻＝｛ω⁻ _０，ω⁻ _１，・・・，ω⁻ _{ｎ２＋ｒ２−１}｝
ここでサンプルの集合Ω^＋，Ω⁻の要素である各サブセットω^＋ _ｉ、ω⁻ _ｉは、次のように第１埋め込みホストデータＷのｍ_２個のサンプルデータからなる。

ω^＋ _ｉ＝｛ω^＋ _ｉ，０，ω^＋ _ｉ，１，・・・，ω^＋ _{ｉ，ｍ２−１}｝
ω⁻ _ｉ＝｛ω⁻ _ｉ，０，ω⁻ _ｉ，１，・・・，ω⁻ _{ｉ，ｍ２−１}｝

第２透かしデータの候補ｙ^ｋ（ｋ＝０，・・・，Ｌ_２−１）をサンプルの集合のペア（Ω^＋，Ω⁻）に次のように埋め込み、Ｌ_２種類の第２埋め込みホストデータの候補Ｕ^ｋを生成する。

ｕ^＋ｋ _ｉ，ｊ＝ω^＋ _ｉ，ｊ＋β^＋ _ｉ，ｊ・ｙ^ｋ _ｉ
ｕ^−ｋ _ｉ，ｊ＝ω⁻ _ｉ，ｊ−β⁻ _ｉ，ｊ・ｙ^ｋ _ｉ
ここでβ^＋ _ｉ，ｊおよびβ⁻ _ｉ，ｊは人間の視覚モデルにもとづいて知覚されるノイズを減少するためのスケーリングパラメータであり、いずれも正の値である。あるいは、β^＋ _ｉ，ｊおよびβ⁻ _ｉ，ｊは、ある確率分布、たとえばガウシアン分布、一様分布などに従うように、秘密鍵Ｋによって生成される正の値であってもよい。このようにして、ｋ番目の第２透かしデータの候補の各ビットｙ^ｋ _ｉは各サブセットω^＋ _ｉ、ω⁻ _ｉのそれぞれｍ_２個のサンプルに重複して埋め込まれる。

各サブセットω^＋ _ｉ、ω⁻ _ｉは、一例として、特定のＤＣＴ（Discrete Cosine Transform）ブロックを示しており、透かしビットの埋め込み対象として選ばれるｍ_２個のサン
プルデータは、そのＤＣＴブロックに含まれるｍ_２個のＤＣＴ係数である。図１３（ａ）、（ｂ）は、８×８のＤＣＴブロックのペアω^＋ _ｉ、ω⁻ _ｉのそれぞれｍ_２個のＤＣＴ係数に第２透かしデータｙ^ｋ _ｉが埋め込まれる様子を示している。ブロックペアω^＋ _ｉ、ω⁻ _ｉおよびｍ_２個のＤＣＴ係数は、秘密鍵Ｋに基づいて選択される。

図１４に戻り、ＳＮＲ計算部２８は、Ｌ_２種類の第２埋め込みホストデータの候補Ｕ^ｋに対して第２透かしデータｙ^ｋの耐性、すなわち埋め込み強度を評価し（Ｓ１６）、セレクタ３０は埋め込み強度が最大となる第２埋め込みホストデータの候補Ｕ^ｋを最終的な第２埋め込みホストデータＵとして選択する（Ｓ１８）。

埋め込み強度の評価式を与える前に、第２埋め込みホストデータＵに対して信号処理や画像処理などにより変形が加えられた場合に、第２透かしデータＹ＾がどのように検出されるかを検討する。第２埋め込みホストデータＵに加えられる変形をノイズＮとして扱い、ノイズＮが加わった埋め込みホストデータＵを第２埋め込みホスト信号Ｕ＾と呼ぶ。この第２埋め込みホスト信号Ｕ＾から第２透かしデータＹ＾を抽出する方法を説明する。第２埋め込みホスト信号の集合のペア（Ｕ＾^＋，Ｕ＾⁻）を次のように定義する。第２埋め込みホスト信号の集合Ｕ＾^＋，Ｕ＾⁻は次のようにそれぞれ（ｎ_２＋ｒ_２）個の要素をもつ。

Ｕ＾^＋＝｛ｕ＾^＋ _０，ｕ＾^＋ _１，・・・，ｕ＾^＋ _{ｎ２＋ｒ２−１}｝
Ｕ＾⁻＝｛ｕ＾⁻ _０，ｕ＾⁻ _１，・・・，ｕ＾⁻ _{ｎ２＋ｒ２−１}｝
ここで第２埋め込みホスト信号の集合Ｕ＾^＋，Ｕ＾⁻の要素である各サブセットｕ＾^＋ _ｉ、ｕ＾⁻ _ｉは、電子透かしの埋め込み位置に対応して、次のように埋め込みホスト信号Ｕ＾のｍ_２個のサンプルデータからなる。
ｕ＾^＋ _ｉ＝｛ｕ＾^＋ _ｉ，０，ｕ＾^＋ _ｉ，１，・・・，ｕ＾^＋ _{ｉ，ｍ２−１}｝
ｕ＾⁻ _ｉ＝｛ｕ＾⁻ _ｉ，０，ｕ＾⁻ _ｉ，１，・・・，ｕ＾⁻ _{ｉ，ｍ２−１}｝

第２透かしビットｙ^ｋ _ｉを検出するために、次の検出値ｚ_ｉを計算する。
ｚ_ｉ＝Σ_ｊ＝０ ^ｍ２−１（ｕ＾^＋ _ｉ，ｊ−ｕ＾⁻ _ｉ，ｊ）
＝Σ_ｊ＝０ ^ｍ２−１［（ｕ^＋ _ｉ，ｊ＋ｎ^＋ _ｉ，ｊ）−（ｕ⁻ _ｉ，ｊ＋ｎ⁻ _ｉ，ｊ）］
＝Σ_ｊ＝０ ^ｍ２−１［（ω^＋ _ｉ，ｊ−ω⁻ _ｉ，ｊ）＋（β^＋ _ｉ，ｊ＋β⁻ _ｉ，ｊ）・ｙ^ｋ _ｉ＋（ｎ^＋ _ｉ，ｊ−ｎ⁻ _ｉ，ｊ）］
ここでΣ_ｊ＝０ ^ｍ２−１（ω^＋ _ｉ，ｊ−ω⁻ _ｉ，ｊ）はｍ_２が十分に大きいとき、一般にガウス分布に従い、０に近づく。またノイズの項Σ_ｊ＝０ ^ｍ２−１（ｎ^＋ _ｉ，ｊ−ｎ⁻ _ｉ，ｊ）についても同様に０に近づく。したがって、ｚ_ｉはΣ_ｊ＝０ ^ｍ２−１［（β^＋ _ｉ，ｊ＋β⁻ _ｉ，ｊ）・ｙ^ｋ _ｉ］の値で近似できる。（β^＋ _ｉ，ｊ＋β⁻ _ｉ，ｊ）は正であるから、第２透かしビットｙ^ｋ _ｉが１ならばｚ_ｉは正であり、第２透かしビットｙ^ｋ _ｉが−１ならばｚ_ｉは負である。したがってｚ_ｉの正負により第２透かしビットｙ^ｋ _ｉの値を判定することができる。

埋め込み強度の評価は、第１埋め込みホストデータＷを第２透かしデータＹに対するノイズとみなして、埋め込まれた透かしデータＹに対して検出される透かしデータのＳＮ比を計算することにより行われる。ＳＮ比が大きいほど、耐性が強いと考えることができる。第２埋め込みホストデータの候補のペア（Ｕ^＋ｋ，Ｕ^−ｋ）に対して次式によりＳＮ比を評価して、最適な候補Ｋを選択する。

Ｋ＝ａｒｇｍａｘ_ｋ（Ｐ_ｋ／σ_ｋ ^２）
Ｐ_ｋ＝Σ_ｉ＝０ ^{ｎ２＋ｒ２−１}｜Σ_ｊ＝０ ^ｍ２−１（ｕ^＋ｋ _ｉ，ｊ−ｕ^−ｋ _ｉ，ｊ）｜^２／（ｎ_２＋ｒ_２）
σ_ｋ ^２＝Σ_ｉ＝０ ^{ｎ２＋ｒ２−１}｜Σ_ｊ＝０ ^ｍ２−１（ｕ^＋ｋ _ｉ，ｊ−ｕ^−ｋ _ｉ，ｊ）−Ｐ_ｋ ^１／２・ｙ^ｋ _ｉ｜^２／（ｎ_２＋ｒ_２）

第２透かしビットｙ^ｋ _ｉが｛１，−１｝のいずれであるかを判定するための前述の検出値ｚ_ｉは、第２埋め込みホストデータＵにノイズが付加される前の状態では、ｚ_ｉ＝Σ_ｊ＝０ ^ｍ２−１（ｕ^＋ｋ _ｉ，ｊ−ｕ^−ｋ _ｉ，ｊ）で与えられることを考慮すると、分散σ_ｋ ^２は、第２透かしビットに関する検出値ｚ_ｉと実際に埋め込まれた第２透かしビットの平均値Ｐ_ｋ ^１／２・ｙ^ｋ _ｉとの差の自乗をｉ＝０，・・・，ｎ_２＋ｒ_２−１について評価して平均化したものであると言える。ただし、Ｐ_ｋは検出値ｚ_ｉのｉ＝０，・・・，ｎ_２＋ｒ_２−１についての自乗平均であり、埋め込まれた透かしの平均パワーを示す。したがって、埋め込まれた第２透かしデータｙ^ｋと抽出される透かしデータとの間のユークリッド距離が小さく、第２透かしビットを抽出するための検出値の絶対値が大きいほど、Ｐ_ｋ／σ_ｋ ^２の値は大きくなる。言い換えれば、Ｐ_ｋ／σ_ｋ ^２が最大となる候補を選択することは、第２透かしビットの検出誤差が最小である候補を選択することを意味する。

検出値ｚ_ｉについて、ω^＋ _ｉ，ｊ＞ω⁻ _ｉ，ｊかつｙ^ｋ _ｉ＝１ならばｚ_ｉ＞＞０となり、ω^＋ _ｉ，ｊ＜ω⁻ _ｉ，ｊかつｙ^ｋ _ｉ＝−１ならばｚ_ｉ＜＜０となる。したがって前述の評価により最適な第２透かしデータｙ^ｋの候補を選択することは、検出値ｚ_ｉによる第２透かしビットｙ^ｋ _ｉの検出性能を向上させるために、ω^＋ _ｉ，ｊ＞ω⁻ _ｉ，ｊならばｙ’_ｉ＝１となり、ω^＋ _ｉ，ｊ＜ω⁻ _ｉ，ｊならばｙ’_ｉ＝−１となるように、元の透かしビットｙ_ｉをｙ’_ｉに変更することを意味する。これがＧＳ方式のガイディングルールであり、これにより検出値ｚ_ｉのレスポンスが改善する。

（３）第２透かしＹの抽出手順
第２透かし抽出ブロック２１０の第２抽出部４０は、ノイズの付加された第２埋め込みホスト信号Ｕ＾を受け取ると、ＥＣＣ復号部４４が硬入力の復号器で構成される場合には、検出値ｚ_ｉを次式に示すように計算し、検出値ｚ_ｉの正負で、第２透かしビットｙ＾_ｉが｛−１，１｝のいずれであるかを判定し、第２透かしデータＹ＾を得る。また、ＥＣＣ復号部４４が軟入力の復号器で構成される場合には、検出値ｚ_ｉを｛−１，１｝に硬判定することなく、そのまま、ＥＣＣ復号部４４に送る。

ｚ_ｉ＝Σ_ｊ＝０ ^ｍ２−１（ｕ＾^＋ _ｉ，ｊ−ｕ＾⁻ _ｉ，ｊ）
＝Σ_ｊ＝０ ^ｍ２−１［（ｕ^＋ _ｉ，ｊ＋ｎ^＋ _ｉ，ｊ）−（ｕ⁻ _ｉ，ｊ＋ｎ⁻ _ｉ，ｊ）］
≒Σ_ｊ＝０ ^ｍ２−１［（ω^＋ _ｉ，ｊ−ω⁻ _ｉ，ｊ）＋（β^＋ _ｉ，ｊ＋β⁻ _ｉ，ｊ）・ｙ_ｉ］

抽出された第２透かしデータＹ＾はさらにＥＣＣ復号部４４により誤り訂正がなされ、デスクランブラ４６によりスクランブルが解除されて出力される。

（４）第２透かしの除去手順
第２透かし抽出ブロック２１０の第２透かし除去部４２による第２透かしの除去手順を説明する。第２埋め込みホスト信号Ｕ＾から検出された第２透かしデータＹ＾による変化分を次のように除去して第１埋め込みホスト信号Ｗ＾を取得する。
ω＾^＋ _ｉ，ｊ＝ｕ＾^＋ _ｉ，ｊ−β＾^＋ _ｉ，ｊ・ｙ＾_ｉ
＝ω^＋ _ｉ，ｊ＋（β^＋ _ｉ，ｊ・ｙ_ｉ−β＾^＋ _ｉ，ｊ・ｙ＾_ｉ）＋ｎ^＋ _ｉ
＝ω^＋ _ｉ，ｊ＋ｑ^＋ _ｉ，ｊ＋ｎ^＋ _ｉ
ω＾⁻ _ｉ，ｊ＝ｕ＾⁻ _ｉ，ｊ＋β＾⁻ _ｉ，ｊ・ｙ＾_ｉ
＝ω⁻ _ｉ，ｊ−（β⁻ _ｉ，ｊ・ｙ_ｉ−β＾⁻ _ｉ，ｊ・ｙ＾_ｉ）＋ｎ⁻ _ｉ
＝ω⁻ _ｉ，ｊ−ｑ⁻ _ｉ，ｊ＋ｎ⁻ _ｉ
ここで、β＾^＋ _ｉ，ｊおよびβ＾⁻ _ｉ，ｊは上述の人間の視覚モデルによるスケーリングパラメータβ^＋ _ｉ，ｊおよびβ⁻ _ｉ，ｊの近似値である。第２透かしに関するスケーリングパラメータが、視覚モデルではなく、秘密鍵に基づいて計算されるデータの場合には、第２透かしの埋め込み時、抽出時共に同一の値を発生させることができるため、β^＋ _ｉ，ｊ＝β＾^＋ _ｉ，ｊ，β⁻ _ｉ，ｊ＝β＾⁻ _ｉ，ｊとなり、さらに、第２透かしビットｙ＾_ｉが正しく検出される場合、すなわち、ｙ＾_ｉ=ｙ_ｉの場合、ｑ^± _ｉ，ｊ＝０となり、第２透かしを完全に除去することが可能である。視覚モデルを用いた場合には、埋め込み時と抽出時においては、スケーリングパラメータを計算する対象の画像は異なるものの、両画像の違いを認知できないほど似通っているため、β^＋ _ｉ，ｊ≒β＾^＋ _ｉ，ｊ，β⁻ _ｉ，ｊ≒β＾⁻ _ｉ，ｊとなる。以上により、第２透かしビットｙ＾_ｉが正しく検出される場合、すなわち、ｙ_ｉ＝ｙ＾_ｉの場合、第２透かしの除去により発生したノイズｑ^± _ｉ，ｊはゼロに近似される。

（５）第１透かしの抽出手順
第１透かし抽出ブロック２２０の第１抽出部４８による第１透かしの抽出手順を説明する。第１抽出部４８は、第２透かし抽出ブロック２１０から第２透かしＹ＾が除去された第１埋め込みホスト信号Ｗ＾を受け取り、第１透かしビットｘ_ｉを検出するために、次の検出値ｚ_ｉを計算する。
ｚ_ｉ＝Σ_ｊ＝０ ^ｍ１−１（ｗ＾^＋ _ｉ，ｊ−ｗ＾⁻ _ｉ，ｊ）
＝Σ_ｊ＝０ ^ｍ１−１［（ｖ^＋ _ｉ，ｊ−ｖ⁻ _ｉ，ｊ）＋（α^＋ _ｉ，ｊ＋α⁻ _ｉ，ｊ）・ｘ_ｉ＋（ｑ^〜＋ _ｉ，ｊ＋ｑ^〜− _ｉ，ｊ）＋（ｎ^〜＋ _ｉ，ｊ−ｎ^〜− _ｉ，ｊ）］
ただし、ｑ^〜± _ｉ，ｊは、元のホストデータｖ^± _ｉ，ｊに埋め込まれている第２透かしビットの除去後に生じたノイズである。また、ｎ^〜± _ｉ，ｊは、信号処理などにより、元のホストデータｖ^± _ｉ，ｊに加えられたノイズを示す。

ここでΣ_ｊ＝０ ^ｍ１−１（ｖ^＋ _ｉ，ｊ−ｖ⁻ _ｉ，ｊ）はｍ_１が十分に大きいとき、一般にガウス分布に従い、０に近づく。ノイズの項Σ_ｊ＝０ ^ｍ１−１（ｎ^＋ _ｉ，ｊ−ｎ⁻ _ｉ，ｊ）についても同様に０に近づく。Σ_ｊ＝０ ^ｍ１−１（ｑ^〜＋ _ｉ，ｊ＋ｑ^〜− _ｉ，ｊ）の項についても、第２透かしが正しく抽出されている場合には、０に近似できる。したがって、検出値ｚ_ｉはΣ_ｊ＝０ ^ｍ−１［（α^＋ _ｉ，ｊ＋α⁻ _ｉ，ｊ）・ｘ_ｉ］の値で近似できる。（α^＋ _ｉ，ｊ＋α⁻ _ｉ，ｊ）は正であるから、第１透かしビットｘ_ｉが１ならばｚ_ｉは正であり、第１透かしビットｘ_ｉが−１ならばｚ_ｉは負である。したがってｚ_ｉの正負により第１透かしビットｘ_ｉの値を判定することができる。

以上のことより、検出値ｚ_ｉは、次式のように近似される。
ｚ_ｉ＝Σ_ｊ＝０ ^ｍ１−１（ｗ＾^＋ _ｉ，ｊ−ｗ＾⁻ _ｉ，ｊ）
≒Σ_ｊ＝０ ^ｍ１−１［（ｖ^＋ _ｉ，ｊ−ｖ⁻ _ｉ，ｊ）＋（α^＋ _ｉ，ｊ＋α⁻ _ｉ，ｊ）・ｘ_ｉ］

第１透かし抽出ブロック２２０の第１抽出部４８は、第１埋め込みホスト信号Ｗ＾を受け取り、検出値ｚ_ｉを計算した後、ＥＣＣ復号部４５が硬入力の復号器で構成される場合には、検出値ｚ_ｉの正負で、第１透かしビットｘ_ｉ＾が｛−１，１｝のいずれであるかを判定し、第１透かしデータＸ＾を得る。また、ＥＣＣ復号部４５が軟入力の復号器で構成される場合には、検出値ｚ_ｉを｛−１，１｝に硬判定することなく、そのまま、ＥＣＣ復号部４５に送る。

抽出された第１透かしデータＸ＾はさらにＥＣＣ復号部４５により誤り訂正がなされて出力される。

（６）透かしベクトルの許容劣化領域
図１５は、ＧＳ方式によるホストデータＶに対する透かしビット系列の候補を説明する図である。透かし埋め込み対象のホストデータｖをホストデータの信号空間のある１点であるとすると、このホストデータｖに対して人間の視覚モデルから決定される知覚上の劣化を生じない非線形領域（以下許容劣化領域３００という）が同図のように定まる。ただし、説明の便宜上、信号空間を２次元空間で示している。透かし系列の候補数が１６の場合、第１透かしベクトルの候補ｘ_０〜ｘ_１５がスクランブルにより得られる。これらの第１透かしベクトル候補ｘ_ｉ（ｉ＝０，・・・，１５）をホストデータｖに加算する際、許容劣化領域３００に収まるようにスケーリングパラメータα_ｉを乗算することで透かしの増幅を行う。その結果、１６個の第１埋め込みホストデータの候補ｗ_０，・・・，ｗ_１５が得られる。これらの候補の中で埋め込み透かしのＳＮ比が最大のものを選択すると、同図の例では、ベクトル長が最大である第１埋め込みホストデータｗ_５が得られる。

次に、第２透かしベクトルの候補ｙ_ｉ（ｉ＝０，・・・，１５）をスクランブルにより生成して、最適な第１埋め込みホストデータｗ_５に同様に埋め込むと、図１６に示すように、最適な第１埋め込みホストデータｗ_５に対して決定される許容劣化領域３１０内で、１６個の第２埋め込みホストデータの候補ｕ_０，・・・，ｕ_１５が得られる。これらの候補の中で埋め込み透かしのＳＮ比が最大のものを選択すると、同図のように最適な第２埋め込みホストデータｕ_９が得られる。

ここで、最適な第２埋め込みホストデータｕ_９は元のホストデータｖの許容劣化領域３００内には収まっていない。このように透かしを多重に埋め込むと、一般には多重埋め込みホストデータは、元のホストデータの許容劣化領域内に収まらないことになる。そこで、図１７に示すように、ホストデータｖの許容劣化領域３００と第１透かし埋め込み後の最適な第１埋め込みホストデータｗ_５に対して決定される許容劣化領域３１０との共通領域３１２内に制限して、第２埋め込みホストデータの候補を選択する。共通領域３１２内で埋め込み透かしのＳＮ比が最大のものを選択すると、同図のように、最適な第２埋め込みホストデータｕ_１１が得られ、二重埋め込みホストデータは元のホストデータｖの許容劣化領域３００内に収まる。多重に透かしを埋め込む場合も同様の制限を行い、多重埋め込みホストデータが元のホストデータｖの許容劣化領域３００内に収まるようにすることができる。

第２埋め込みホストデータの選択範囲を広げるために、図１８のように、緩和係数Ａ（＞１）により、スケーリングパラメータαをα・Ａに緩和して、ホストデータｖの許容劣化領域３００を緩和許容劣化領域３０２に広げてもよい。この場合、ホストデータｖの緩和許容劣化領域３０２と最適な第１埋め込みホストデータｗ_５に対して決定される許容劣化領域３１０との共通領域３１４内に制限して、第２埋め込みホストデータの候補を選択するため、選択対象の候補が増え、ベクトル長がより長いｕ_１０が最適な第２埋め込みホストデータとして得られる。

以下、図１７および図１８の第２埋め込みホストデータの候補Ｕ^ｋの選択手順を詳細に述べる。ＧＳ方式により第１透かしの埋め込みを行った場合、第１埋め込みホストデータＷは次式で与えられる。
ｗ^＋ _ｉ，ｊ＝ｖ^＋ _ｉ，ｊ＋α^＋ _ｉ，ｊ・ｘ^ｋ _ｉ
ｗ⁻ _ｉ，ｊ＝ｖ⁻ _ｉ，ｊ−α⁻ _ｉ，ｊ・ｘ^ｋ _ｉ
ただし、｛ｖ^± _ｉ，ｊ｝（ｉ＝０，・・・，ｎ_１−１，ｊ＝０，・・・，ｍ_１−１）はホストデータＶから秘密鍵Ｋ_１にもとづいて選択されたサンプル集合である。

第２埋め込みホストデータの候補Ｕ^ｋは次式で与えられる。
ｕ^ｋ＋ _ｉ，ｊ＝ｗ^〜＋ _ｉ，ｊ＋β^＋ _ｉ，ｊ・ｙ^ｋ _ｉ
ｕ^ｋ− _ｉ，ｊ＝ｗ^〜− _ｉ，ｊ−β⁻ _ｉ，ｊ・ｙ^ｋ _ｉ
ただし、｛ｗ^〜± _ｉ，ｊ｝（ｉ＝０，・・・，ｎ_２−１，ｊ＝０，・・・，ｍ_２−１）は第１埋め込みホストデータＷから秘密鍵Ｋ_２にもとづいて選択されたサンプル集合である。このサンプル集合｛ｗ^〜± _ｉ，ｊ｝は、第１透かしデータＸの埋め込み対象として秘密鍵Ｋ_１にもとづいて選択されたサンプル集合｛ｖ^± _ｉ，ｊ｝とは異なる集合であり、サンプル集合｛ｖ^± _ｉ，ｊ｝とは独立に選択される。したがって、第１透かしデータＸの埋め込み式におけるｗ^± _ｉ，ｊとは区別してｗ^〜± _ｉ，ｊと表記している。

ここで、ｗ^〜± _ｉ，ｊは元のホストデータの値ｖ^〜± _ｉ，ｊからΔ^± _ｉ，ｊだけ変化していることから、
ｕ^ｋ＋ _ｉ，ｊ＝ｖ^〜＋ _ｉ，ｊ＋Δ^＋ _ｉ，ｊ＋β^＋ _ｉ，ｊ・ｙ^ｋ _ｉ
ｕ^ｋ− _ｉ，ｊ＝ｖ^〜− _ｉ，ｊ＋Δ⁻ _ｉ，ｊ−β⁻ _ｉ，ｊ・ｙ^ｋ _ｉ
と表すことができる。ここでΔ^± _ｉ，ｊの値は、埋め込まれている第１透かしビットの値により、＋α^〜± _ｉ，ｊまたは−α^〜± _ｉ，ｊである。もしくは、第１透かしビットがサンプルｖ^〜± _ｉ，ｊに埋め込まれていない場合は、Δ^± _ｉ，ｊ＝０となる。なお、ｖ^〜± _ｉ，ｊは秘密鍵Ｋ_２により決定されたサンプルｗ^〜± _ｉ，ｊと同じ場所に位置する原ホストデータＶのサンプルであり、α^〜± _ｉ，ｊは、その原サンプルｖ^〜± _ｉ，ｊにおいて決定されたスケーリングパラメータである。

（Δ^± _ｉ，ｊ±β^± _ｉ，ｊ・ｙ^ｋ _ｉ）の値は、透かしを二重に埋め込んだことによる原サンプルｖ^〜± _ｉ，ｊからの変化量である。一方、α^〜± _ｉ，ｊは、その原サンプルｖ^〜± _ｉ，ｊに対して許容される最大の変化量である。したがって、添え字の集合Ｃを次のように定義し、ｋ∈Ｃとなる候補について、ＳＮ比が最大になるものを選択すればよいことがわかる。
Ｋ＝ａｒｇｍａｘ_ｋ∈Ｃ（Ｐ_ｋ／σ_ｋ ^２）
Ｐ_ｋ＝Σ_ｉ＝０ ^ｎ２−１｜Σ_ｊ＝０ ^ｍ２−１（ｕ^＋ｋ _ｉ，ｊ−ｕ^−ｋ _ｉ，ｊ）｜^２／ｎ_２
σ_ｋ ^２＝Σ_ｉ＝０ ^ｎ２−１｜Σ_ｊ＝０ ^ｍ２−１（ｕ^＋ｋ _ｉ，ｊ−ｕ^−ｋ _ｉ，ｊ）−Ｐ_ｋ ^１／２・ｙ^ｋ _ｉ｜^２／ｎ_２
Ｃ＝｛ｃ：｜Δ^＋ _ｉ，ｊ＋β^＋ _ｉ，ｊ・ｙ^ｃ _ｉ｜≦α^〜＋ _ｉ，ｊ，
｜Δ⁻ _ｉ，ｊ−β⁻ _ｉ，ｊ・ｙ^ｃ _ｉ｜≦α^〜− _ｉ，ｊ，
∀ｉ＝０，・・・，ｎ_２−１，
∀ｊ＝０，・・・，ｍ_２−１｝

添え字の集合Ｃは、第２埋め込みホストデータの候補Ｕ^ｋのサンプル集合がすべてホストデータＶの許容劣化範囲に収まる領域を示しており、この領域内に存在するホストデータＵ^ｋの中からＳＮ比が最大のものが選択される。緩和許容劣化領域に広げる場合は、α^〜＋ _ｉ，ｊ，α^〜− _ｉ，ｊをそれぞれＡ・α^〜＋ _ｉ，ｊ，Ａ・α^〜− _ｉ，ｊに置き換えればよい。緩和係数Ａの導入により、透かしの耐性を強化できるが、ホストデータＶからの劣化は大きくなる。以上の手順を繰り返し適用すれば、ホストデータＶを劣化させることなく、複数の透かしを多重に埋め込むことができる。

上記の添え字の集合Ｃは、第２埋め込みホストデータの候補Ｕ^ｋのサンプル集合がすべてホストデータＶの許容劣化範囲に収まることを埋め込みの条件として要求するものである。しかしながら、第１埋め込みホストデータＷから選択されたサンプル集合｛ｗ^〜± _ｉ，ｊ｝（ｉ＝０，・・・，ｎ_２−１，ｊ＝０，・・・，ｍ_２−１）に含まれるすべてのサンプルついて、このような制約を満たすことは一般には難しく、第２埋め込みホストデータの候補Ｕ^ｋを有効に選択できないこともある。そこでこの制約を弱めて、ある一部のサンプルが上記の条件から外れることを許容してもよい。弱い制約の場合の添え字の集合Ｃは次のように定義される。
Ｃ＝｛ｃ：Ｔ＜δ｝
Ｔ＝Σ_ｉ＝０ ^ｎ２−１Σ_ｊ＝０ ^ｍ２−１｛Ｑ（｜Δ^＋ _ｉ，ｊ＋β^＋ _ｉ，ｊ・ｙ^ｃ _ｉ｜−α^〜＋ _ｉ，ｊ）＋Ｑ（｜Δ⁻ _ｉ，ｊ−β⁻ _ｉ，ｊ・ｙ^ｃ _ｉ｜−α^〜− _ｉ，ｊ）｝

ここで、Ｑ（ａ）の値はａ＞０のとき１で、それ以外のとき０である。Ｔはサンプル集合に含まれるサンプルのうち、上記の強い制約の条件を違反するサンプルの個数を与える。添え字の集合Ｃは、制約違反のサンプル数Ｔがペナルティの上限値を与える定数δより小さい候補の添え字の集合である。なお、Ｑ（ａ）の値がａ＞０のときａで、それ以外のとき０を取るように、Ｑ（ａ）の定義を変更してもよい。この場合、Ｔは制約違反のサンプル数ではなく、制約違反の程度を与えることになる。

このように制約条件を緩和することにより、第２埋め込みホストデータの候補Ｕ^ｋの選択の幅を広げるとともに、二重に透かしを埋め込んだ場合のホストデータＶの劣化を抑えることができる。

上記の二重透かしをホストデータＶの許容劣化領域内に制限する方法は、第２透かしデータＹを第１埋め込みホストデータＷに埋め込んだ後に、制約条件を満たす第２埋め込みホストデータの候補Ｕ^ｋを選択するものであったが、第２透かしデータＹを埋め込む段階で、制約条件を満たすように第２埋め込みホストデータの候補Ｕ^ｋを生成する方法を用いてもよい。この場合、第２埋め込みホストデータの候補Ｕ^ｋは次式で与えられる。
｜ｗ^〜＋ _ｉ，ｊ＋β^＋ _ｉ，ｊ・ｙ^ｋ _ｉ−ｖ^〜＋ _ｉ，ｊ｜≦α^〜＋ _ｉ，ｊのとき、
ｕ^ｋ＋ _ｉ，ｊ＝ｗ^〜＋ _ｉ，ｊ＋β^＋ _ｉ，ｊ・ｙ^ｋ _ｉ
それ以外のとき、
ｕ^ｋ＋ _ｉ，ｊ＝ｖ^〜＋ _ｉ，ｊ＋α^〜＋ _ｉ，ｊ・ｙ^ｋ _ｉ
｜ｗ^〜− _ｉ，ｊ−β⁻ _ｉ，ｊ・ｙ^ｋ _ｉ−ｖ^〜− _ｉ，ｊ｜≦α^〜− _ｉ，ｊのとき、
ｕ^ｋ− _ｉ，ｊ＝ｗ^〜− _ｉ，ｊ−β⁻ _ｉ，ｊ・ｙ^ｋ _ｉ
それ以外のとき、
ｕ^ｋ− _ｉ，ｊ＝ｖ^〜− _ｉ，ｊ−α^〜− _ｉ，ｊ・ｙ^ｋ _ｉ

これにより、埋め込み段階で、制約条件を満たさない場合は、元のホストデータＶからの視覚劣化が許容範囲を超えないように第２透かしデータＹが埋め込まれる。すなわち、第２透かしデータＹをβの強さで第１埋め込みホストデータＷに埋め込んだときの視覚劣化が、元のホストデータＶが許容する範囲内αに収まっていたならば、強さβで第２透かしデータＹを埋め込む。逆に、許容範囲αを超えていた場合には、第２透かしデータＹの強さを小さくして、許容範囲内に収まるように埋め込む。これは、原ホストデータＶにαの強さで第２透かしデータＹを埋め込むことで実現される。なお、この場合、緩和係数Ａ（＞１）により、スケーリングパラメータα^〜＋ _ｉ，ｊをＡ・α^〜＋ _ｉ，ｊに緩和して、許容範囲を広げてもよい。

実施の形態４
図１９は実施の形態４に係る電子透かし埋め込み装置１００の構成を示す。本実施の形態では、透かし情報Ｉに非重要データと重要データが含まれ、電子透かし埋め込み装置１００は、非重要データを第１透かしデータＸとして、重要データを第２透かしデータＹとしてホストデータＶに埋め込む。重要データとは、たとえばコンテンツの識別データなどの保護情報であり、非重要データとは、そのコンテンツに関連するＵＲＬ（Uniform Resource Locator）などの予備情報である。

暗号化部１０は、秘密鍵Ｋを用いて、透かし情報Ｉに含まれる非重要データと重要データをそれぞれ第１透かしデータＸと第２透かしデータＹに暗号化して、それぞれ第１透かし埋め込みブロック１１０の変更部１３と第２透かし埋め込みブロック１２０の変更部１６に入力する。

第１透かし埋め込みブロック１１０の変更部１３は、第１透かしデータＸをスクランブルして出力し、第１透かし埋め込み部１４は、秘密鍵Ｋを用いて、スクランブルされた第１透かしデータＸ’をホストデータＶに埋め込み、第１埋め込みホストデータＷを出力する。

第２透かし埋め込みブロック１２０の変更部１６は、第２透かしデータＹをスクランブルして出力し、第２透かし埋め込み部１８は、秘密鍵Ｋを用いて、スクランブルされた第２透かしデータＹ’を第１埋め込みホストデータＷに埋め込み、第２埋め込みホストデータＵを出力する。

一般に、電子透かしの耐性は透かしのデータ量とトレードオフの関係にある。非重要データが暗号化された第１透かしデータＸは、データ量を多くする代わりに、弱い耐性でホストデータＶに埋め込み、重要データが暗号化された第２透かしデータＹは、データ量を少なく抑え、埋め込みの際の冗長度を増加させることで強い耐性をもたせて第１埋め込みホストデータＷに埋め込む。

第１透かし埋め込みブロック１１０の変更部１３と第１透かし埋め込み部１４は協同して、複数のスクランブルされた透かしデータＸ’を生成し、それぞれをホストデータＶに埋め込み、複数の第１埋め込みホストデータＷの候補を生成し、それらの候補の一つを選択する機能をもつ。

図２０は、第１透かし埋め込みブロック１１０の変更部１３および第１透かし埋め込み部１４の機能構成図である。この構成は、図７の構成において、マルチプレクサ２０に入力される埋め込み位置情報Ｐ^＊を第１透かしデータＸに置き換え、第１埋め込みホストデータＷに対する埋め込み処理を行う第２埋め込み部２７をホストデータＶに対する埋め込み処理を行う第１埋め込み部２６に置き換えたものである。

この図２０の構成は、第２透かし埋め込みブロック１２０の変更部１６および第２透かし埋め込み部１８の機能構成としても用いることができる。その場合、図２０において、マルチプレクサ２０に入力される第１透かしデータＸを第２透かしデータＹに置き換え、ホストデータＶに対する埋め込み処理を行う第１埋め込み部２６を第１埋め込みホストデータＷに対する埋め込み処理を行う第２埋め込み部２７に置き換えればよい。もっともこの場合、図２０の構成を第２透かし埋め込みブロック１２０で流用することも可能である。すなわち、セレクタ３０が出力する第１埋め込みホストデータＷを第１埋め込み部２６にフィードバックして入力として与え、マルチプレクサ２０に第２透かしデータＹを入力すれば、第２透かし埋め込みブロック１２０の動作をなすことができる。このように構成することにより、第１透かし埋め込みブロック１１０と第２透かし埋め込みブロック１２０の機能を実質的に同一の構成で実現して、ハードウエアまたはソフトウエアの構成を簡略にすることができる。

図２１は、実施の形態４に係る電子透かし抽出装置２００の構成を示す。図２１の第２透かし抽出ブロック２１０の構成と動作は、図８の第２透かし抽出ブロック２１０と同様であるが、デスクランブラ４６が出力する第２透かしデータＹは、第１透かし抽出ブロック２２０の第１抽出部４８には供給されずに、そのまま電子透かし抽出装置２００から出力される。

図２１の第１透かし抽出ブロック２２０の第１抽出部４８とＥＣＣ復号部４５は、それぞれ図８の第１透かし抽出ブロック２２０の第１抽出部４８とＥＣＣ復号部４５と同様の動作を行うが、図２１の第１透かし抽出ブロック２２０の第１抽出部４８は第１透かしデータの埋め込み位置情報を利用しない点が異なる。また、図２１の第１透かし抽出ブロック２２０では、ＥＣＣ復号部４５の出力する第１透かしデータＸ＾_ｂのスクランブルを解除し、先頭部の初期データを取り除いて第１透かしデータＸ＾を出力する。

第１透かし抽出ブロック２２０の第１抽出部４８、ＥＣＣ復号部４５、およびデスクランブラ４７の機能は、第２透かし抽出ブロック２１０の第２抽出部４０、ＥＣＣ復号部４４、およびデスクランブラ４６を流用して実現することもできる。すなわち、第２透かし除去部４２から出力される第２透かしが除去された第１埋め込みホスト信号Ｗ＾をフィードバックして第２抽出部４０の入力として与えれば、第１透かし抽出ブロック２２０の機能を実現することができ、構成を簡略化することができる。

第１透かしデータＸは第２透かしデータＹに比べて、データ量が多く、耐性が弱いため、第２埋め込みホストデータＵに比較的弱いノイズが加えられた場合は、第１透かしデータＸと第２透かしデータＹがともに正しく検出されるが、強いノイズが加えられた場合は、耐性の弱い第１透かしデータＸは壊れる。しかし、耐性の強い第２透かしデータＹは正しく検出されるので、重要データをノイズが強い場合でも検出することができるようになる。

また、先に埋め込まれる第１透かしデータＸの方が第２透かしデータＹよりも強い耐性をもつようにしてもよい。ただし、第１透かしデータＸは、可逆埋め込み方式により埋め込まれるものとする。すなわち、埋め込みの順序を逆にして、先に重要データを含む第１透かしデータＸを強い耐性で埋め込み、非重要データをその後に埋め込むことも可能である。この場合、抽出側では、最初に耐性の強い重要データに関する第１透かしデータＸを抽出して、抽出したビットを用いて埋め込みの逆演算を行い、第２透かしデータＹとの干渉を除去する。その後、第２透かしデータＹを抽出する。第１透かしデータＸと第２透かしデータＹは互いに干渉しないため、必ずしも埋め込まれた順序と逆の順に透かしを抽出する必要はない。

実施の形態５
図２２は、実施の形態５に係る電子透かし埋め込み装置１００の構成図である。本実施の形態の電子透かし埋め込み装置１００は、第１透かしデータＸと第２透かしデータＹをホストデータＶに埋め込む際、どちらの透かしデータもホストデータＶを埋め込み対象としてＧＳ方式によりスクランブルして埋め込む。実施の形態４の電子透かし埋め込み装置１００では、第１透かしデータＸが既に埋め込まれた第１埋め込みホストデータＷを埋め込み対象として第２透かしデータＹをスクランブルして埋め込んだが、本実施の形態では、ＧＳ方式による第２透かしデータＹの埋め込み対象が、第１埋め込みホストデータＷではなく、ホストデータＶである点が異なる。

暗号化部１０は、秘密鍵Ｋを用いて、透かし情報Ｉに含まれる二種類のデータを第１透かしデータＸと第２透かしデータＹに暗号化して、それぞれ第１透かし埋め込みブロック１１０の変更部１３と第２透かし埋め込みブロック１２０の変更部１６に入力する。

第１透かし埋め込みブロック１１０の変更部１３は、第１透かしデータＸをスクランブルして出力し、第１透かし埋め込み部１４は、秘密鍵Ｋを用いて、スクランブルされた第１透かしデータＸ’をホストデータＶに埋め込む。変更部１３と第１透かし埋め込み部１４は協同して、複数のスクランブルされた透かしデータＸ’の候補を生成し、それぞれをホストデータＶに埋め込んだ場合の透かしの耐性にもとづいて、スクランブルされた透かしデータＸ’の候補の一つを最適第１透かしデータＸ^＊として選択する機能をもつ。第１透かし埋め込み部１４は、選択された最適第１透かしデータＸ^＊を二重透かし埋め込み部１９に与える。

第２透かし埋め込みブロック１２０の変更部１６は、第２透かしデータＹをスクランブルして出力し、第２透かし埋め込み部１８は、秘密鍵Ｋを用いて、スクランブルされた第２透かしデータＹ’をホストデータＶに埋め込む。変更部１６と第２透かし埋め込み部１８は協同して、複数のスクランブルされた透かしデータＹ’の候補を生成し、それぞれをホストデータＶに埋め込んだ場合の透かしの耐性にもとづいて、スクランブルされた透かしデータＹ’の候補の一つを最適第２透かしデータＹ^＊として選択する機能をもつ。第２透かし埋め込み部１８は、最終的に選択された最適第２透かしデータＹ^＊を二重透かし埋め込み部１９に与える。

図２３は、第１透かし埋め込みブロック１１０の変更部１３および第１透かし埋め込み部１４の機能構成図である。この構成は、図２０の構成と基本的には同じであるが、セレクタ３０の動作が異なる。第１埋め込み部２６は、可逆埋め込み方式により、スクランブルされた透かしデータＸ’をホストデータＶに埋め込み、第１埋め込みホストデータＷの候補を生成し、ＳＮＲ計算部２８は、第１埋め込みホストデータＷの候補について、第１透かしデータＸの耐性を評価する。セレクタ３０は、第１透かしデータＸの耐性の評価値が最良である第１埋め込みホストデータＷの候補を選択し、その第１埋め込みホストデータＷに埋め込まれているスクランブルされた透かしデータＸ’を最適第１透かしデータＸ^＊として出力する。

この図２３の構成は、第２透かし埋め込みブロック１２０の変更部１６および第２透かし埋め込み部１８の機能構成としても用いることができる。その場合、図２３において、マルチプレクサ２０に入力される第１透かしデータＸを第２透かしデータＹに置き換え、ホストデータＶに対する埋め込み処理を行う第１埋め込み部２６を同じくホストデータＶに対する埋め込み処理を行う第２埋め込み部２７に置き換えればよい。第２埋め込み部２７は、可逆埋め込み方式により、スクランブルされた透かしデータＹ’をホストデータＶに埋め込み、第２埋め込みホストデータＴの候補を生成し、ＳＮＲ計算部２８は、第２埋め込みホストデータＴの候補について、第１透かしデータＹの耐性を評価する。セレクタ３０は、第２透かしデータＹの耐性の評価値が最良である第２埋め込みホストデータＴの候補を選択し、その第２埋め込みホストデータＴに埋め込まれているスクランブルされた第１透かしデータＹ’を最適第２透かしデータＹ^＊として出力する。

このように、第１透かし埋め込みブロック１１０の変更部１３および第１透かし埋め込み部１４と、第２透かし埋め込みブロック１２０の変更部１６および第２透かし埋め込み部１８とは、同一の機能構成で実現できるため、第１透かしデータＸの埋め込み候補選択と、第２透かしデータＹの埋め込み候補選択は、並列に動作させることができ、順序を問わない。

もっとも、図２３において、マルチプレクサ２０への入力を第１透かしデータＸから第２透かしデータＹへ切り替えれば、図２３の構成をそのまま第２透かし埋め込みブロック１２０の変更部１６および第２透かし埋め込み部１８の構成として流用することも可能であり、その場合、並列動作はできなくなるが、ハードウエアまたはソフトウエアの構成を共有して構成を簡略化することができる。

再び図２２を参照し、二重透かし埋め込み部１９は、第１透かし埋め込み部１４が出力する最適第１透かしデータＸ^＊と、第２透かし埋め込み部１８が出力する最適第２透かしデータＹ^＊を受けて、最適第１透かしデータＸ^＊と最適第２透かしデータＹ^＊を可逆埋め込み方式によりホストデータＶに埋め込み、二重埋め込みホストデータＵを出力する。二重透かし埋め込み部１９は、図２３に示した第１透かし埋め込みブロック１１０の第１埋め込み部２６による埋め込み処理と同じ処理で最適第１透かしデータＸ^＊をホストデータＶに埋め込み、最適第２透かしデータＹ^＊についても同様に、第２透かし埋め込みブロック１２０の第２埋め込み部２７による埋め込み処理と同じ処理でホストデータＶに埋め込む。

ここで、二重透かし埋め込み部１９において、最適第１透かしデータＸ^＊と最適第２透かしデータＹ^＊を埋め込む際に、視覚劣化の許容範囲を超えないようにお互いの透かしのパワーを調整することが可能である。たとえば、元のホストデータＶに、Ｂ・α・Ｘ^＊＋（１−Ｂ）・β・Ｙ^＊なる透かしデータを埋め込むことで、ほぼ劣化許容範囲内に２種類の透かしを埋め込むことが可能である。たたし、Ｂは０＜Ｂ＜１を満たす定数である。また、最適第１透かしデータＸ^＊と最適第２透かしデータＹ^＊は、ともに元のホストデータＶに埋め込むことを仮定しているため、スケーリングパラメータについては、α＝βである。Ｂ＝０．５のときは、両透かしのパワーを均等にすることができる。２種類の透かしの重要度に応じて、透かしパワーの重みＢを変更することも可能である。

上記の説明では、第１透かし埋め込みブロック１１０の第１透かし埋め込み部１４は、最適第１透かしデータＸ^＊を出力し、二重透かし埋め込み部１９に与えるだけであったが、第１透かし埋め込み部１４は、ホストデータＶに最適第１透かしデータＸ^＊を埋め込んだ第１埋め込みホストデータＷを二重透かし埋め込み部１９に与えるようにしてもよい。その場合、二重透かし埋め込み部１９は、第１透かし埋め込み部１４から第１埋め込みホストデータＷの入力を受け、第２透かし埋め込み部１８から最適第２透かしデータＹ^＊の入力を受け、第１埋め込みホストデータＷにさらに最適第２透かしデータＹ^＊を埋め込み、二重埋め込みホストデータＵを出力する。この場合でも、第２透かしデータＹから最適なスクランブル系列をＧＳ方式により生成するときの計算対象となる埋め込みサンプルは、第１透かしデータＸの埋め込まれた第１埋め込みホストデータＷではなく、元のホストデータＶであることに変わりはない。

このように、本実施の形態の電子透かし埋め込み装置１００では、第１透かしデータＸのホストデータＶへの埋め込み耐性と、第２透かしデータＹのホストデータＶへの埋め込み耐性を個別に評価した上で、耐性の評価値が最良である第１透かしデータＸの候補と第２透かしデータＹの候補をホストデータＶに埋め込むことにより、二重埋め込みホストデータＵを生成する。元のホストデータＶを埋め込み対象として第１透かしデータＸと第２透かしデータＹの最適な埋め込み候補を独立に選択しているため、後述の第１透かしデータＸと第２透かしデータＹの繰り返し復号が有効に行われる。

図２４は、実施の形態５に係る電子透かし抽出装置２００の構成を示す。電子透かし抽出装置２００は、第２透かし抽出ブロック２１０と第１透かし抽出ブロック２２０を含み、これから述べる繰り返し復号処理により、二重埋め込みホスト信号Ｕ＾から第１透かしデータＸと第２透かしデータＹを抽出する。まず、繰り返し復号処理の概略を述べる。

繰り返し復号の１回目において、第２透かし抽出ブロック２１０は、二重埋め込みホスト信号Ｕ＾から第２透かしデータＹを抽出し、二重埋め込みホスト信号Ｕ＾から第２透かしデータＹを除去した第１埋め込みホスト信号Ｗ＾を第１透かし抽出ブロック２２０に供給する。

第１透かし抽出ブロック２２０は、第２透かし抽出ブロック２１０から供給された第１埋め込みホスト信号Ｗ＾から第１透かしデータＸを抽出し、二重埋め込みホスト信号Ｕ＾から第１透かしデータＸを除去した第２埋め込みホスト信号Ｔ＾を第２透かし抽出ブロック２１０にフィードバックする。

繰り返し復号の２回目以降において、第２透かし抽出ブロック２１０は、第１透かし抽出ブロック２２０から供給された第２埋め込みホスト信号Ｔ＾から第２透かしデータＹを抽出し、二重埋め込みホスト信号Ｕ＾から第２透かしデータＹを除去した第１埋め込みホスト信号Ｗ＾を第１透かし抽出ブロック２２０に供給する。以下、一連の処理が繰り返される。

繰り返し復号処理のための電子透かし抽出装置２００の詳細な構成と動作を説明する。第２透かし抽出ブロック２１０の第２抽出部４０は、秘密鍵Ｋを用いて、二重埋め込みホスト信号Ｕ＾に埋め込まれた第２透かしデータＹ＾_ｃを抽出する。第２透かし除去部４２は、電子透かし埋め込み装置１００の二重透かし埋め込み部１９による第２透かし埋め込み処理の逆変換を行うことにより、第２抽出部４０により抽出された第２透かしデータＹ＾_ｃを二重埋め込みホスト信号Ｕ＾から除去し、第１埋め込みホスト信号Ｗ＾を出力する。

第１透かし抽出ブロック２２０の第１抽出部４８は、秘密鍵Ｋを用いて、第２透かし抽出ブロック２１０の第２透かし除去部４２から与えられる第１埋め込みホスト信号Ｗ＾に埋め込まれた第１透かしデータＸ＾_ｃを抽出する。第１透かし除去部４３は、電子透かし埋め込み装置１００の二重透かし埋め込み部１９による第１透かし埋め込み処理の逆変換を行うことにより、第１抽出部４８により抽出された第１透かしデータＸ＾_ｃを二重埋め込みホスト信号Ｕ＾から除去し、第２埋め込みホスト信号Ｔ＾を出力する。

第１透かし除去部４３から出力された第２埋め込みホスト信号Ｔ＾は、セレクタ５０に入力される。セレクタ５０は、二重埋め込みホスト信号Ｕ＾と第２埋め込みホスト信号Ｔ＾の入力を受け、繰り返し復号処理の１回目は、二重埋め込みホスト信号Ｕ＾を第２透かし抽出ブロック２１０に与え、２回目以降は、第２埋め込みホスト信号Ｔ＾を第２透かし抽出ブロック２１０に与えるように切り替える。これにより、第２透かし抽出ブロック２１０の第２抽出部４０は、繰り返し復号処理の２回目以降は、推定された第１透かしデータＸ＾_ｃが除去されたホスト信号をもとに、第２透かしデータＹ＾_ｃを抽出する。

以降、第２透かし除去部４２が、新たに抽出された第２透かしデータＹ＾_ｃを二重埋め込みホスト信号Ｕ＾から除去して、第１埋め込みホスト信号Ｗ＾を第１透かし抽出ブロック２２０の第１抽出部４８に与え、一連の復号処理が繰り返されていく。第２透かし抽出ブロック２１０と第１透かし抽出ブロック２２０は、互いに他方の透かしによる干渉の影響を除去しながら、第２透かしデータＹ＾_ｃと第１透かしデータＸ＾_ｃを抽出し、繰り返し復号により、透かしの検出精度を徐々に改善することができる。

なお、第１透かしデータＸ＾_ｃ、第２透かしデータＹ＾_ｃを抽出する際、視覚モデルによるスケーリングパラメータα、βの推定値α＾、β＾が利用される。この推定値α＾、β＾に調整係数η（ただし０＜η≦１）を乗じて、ηα＾、ηβ＾とし、調整係数ηの値を繰り返し復号の初期段階では小さくしておき、繰り返し回数が大きくなるにつれ、徐々に１に向かって大きくするなど、透かしの検出精度の改善に合わせて視覚モデルのスケーリングパラメータを調整してもよい。これにより、繰り返し復号の初期段階での透かしビットの誤判定によるノイズを抑えて、繰り返し復号の収束性を改善することができる。

繰り返し復号処理の最終段階において、第２透かし抽出ブロック２１０のＥＣＣ復号部４４は、第２抽出部４０により抽出された第２透かしデータＹ＾_ｃに付加されているパリティビットを用いて誤り訂正を行い、第２透かしデータＹ＾_ｂを生成する。デスクランブラ４６は、ＥＣＣ復号部４４の出力する第２透かしデータＹ＾_ｂのスクランブルを解除し、先頭部の初期データを取り除いて第２透かしデータＹ＾を出力する。

同様に、繰り返し復号処理の最終段階において、第１透かし抽出ブロック２２０のＥＣＣ復号部４５は、第１抽出部４８により抽出された第１透かしデータＸ＾_ｃに付加されているパリティビットを用いて誤り訂正を行い、第１透かしデータＸ＾_ｂを生成する。デスクランブラ４７は、ＥＣＣ復号部４５の出力する第１透かしデータＸ＾_ｂのスクランブルを解除し、先頭部の初期データを取り除いて第１透かしデータＸ＾を出力する。

本実施の形態によれば、二重に透かしが埋め込まれたホストデータから一方の透かしを抽出する際に、他方の透かしを除去したホストデータをもとに透かしビットを推定するため、他方の透かしによる干渉がキャンセルされ、検出精度が改善される。また、それぞれの透かしデータが除去されたホストデータを互いに利用し合って、透かしの抽出処理を繰り返すことにより、透かしビットの誤りを徐々に減らし、より高い精度で透かしを抽出することができる。特に透かし間の干渉が大きい場合に、繰り返し復号による検出精度の改善の効果が大きい。

実施の形態６
図２５は、実施の形態６に係る電子透かし抽出装置２００の構成図である。図２４に示した実施の形態５の電子透かし抽出装置２００は、第２透かし抽出ブロック２１０と第１透かし抽出ブロック２２０が「直列」に接続された構成であり、第２透かし抽出ブロック２１０の処理結果が第１透かし抽出ブロック２２０で利用され、第１透かし抽出ブロック２２０の処理結果がさらに第２透かし抽出ブロック２１０にフィードバックされることにより、第２透かしの抽出と第１透かしの抽出が順次繰り返される。一方、本実施の形態の電子透かし抽出装置２００は、第２透かし抽出ブロック２１０と第１透かし抽出ブロック２２０が「並列」に接続された構成であり、第２透かし抽出ブロック２１０と第１透かし抽出ブロック２２０が並列に動作して、互いの処理結果を利用し合うことにより、第２透かしの抽出と第１透かしの抽出が並行して行われる。

第１透かし抽出ブロック２２０の第１透かし除去部４３から出力される第２埋め込みホスト信号Ｔ＾は、第２透かし抽出ブロック２１０の前段に設けられたセレクタ５０に入力される。また、第２透かし抽出ブロック２１０の第２透かし除去部４２から出力される第１埋め込みホスト信号Ｗ＾は、第１透かし抽出ブロック２２０の前段に設けられたセレクタ５１に入力される。

第２透かし抽出ブロック２１０の前段のセレクタ５０は、二重埋め込みホスト信号Ｕ＾と第２埋め込みホスト信号Ｔ＾の入力を受け、繰り返し処理の第１回目は、二重埋め込みホスト信号Ｕ＾を第２透かし抽出ブロック２１０に与え、２回目以降は、第２埋め込みホスト信号Ｔ＾を第２透かし抽出ブロック２１０に与えるように切り替える。同様に、第１透かし抽出ブロック２２０の前段のセレクタ５１は、二重埋め込みホスト信号Ｕ＾と第１埋め込みホスト信号Ｗ＾の入力を受け、繰り返し処理の第１回目は、二重埋め込みホスト信号Ｕ＾を第１透かし抽出ブロック２２０に与え、２回目以降は、第１埋め込みホスト信号Ｗ＾を第１透かし抽出ブロック２２０に与えるように切り替える。

繰り返し処理の２回目以降は、第２透かし抽出ブロック２１０の第２抽出部４０は、第１透かし除去部４３により第１透かしデータＸ＾_ｃが除去されたホスト信号をもとに、第１透かしデータＹ＾_ｃを抽出し、それと並行して、第１透かし抽出ブロック２２０の第１抽出部４８は、第２透かし除去部４２により第２透かしデータＹ＾_ｃが除去されたホスト信号をもとに、第２透かしデータＸ＾_ｃを抽出する。繰り返し復号処理により、第２抽出部４０が抽出する第２透かしデータＹ＾_ｃの精度と、第１抽出部４８が抽出する第１透かしデータＸ＾_ｃの精度が徐々に改善される。

実施の形態７
図２６は、実施の形態７に係る電子透かし抽出装置２００の構成図である。図２４に示した実施の形態５の電子透かし抽出装置２００は、誤り訂正前の第２透かしデータＹ＾_ｃ、第１透かしデータＸ＾_ｃをもとに、二重埋め込みホスト信号Ｕ＾から透かしを除去したが、本実施の形態の電子透かし抽出装置２００では、誤り訂正後の第２透かしデータＹ＾_ｂ、第１透かしデータＸ＾_ｂを利用して、二重埋め込みホスト信号Ｕ＾から透かしを除去する点が異なる。

第２透かし抽出ブロック２１０のＥＣＣ部５２は、ＥＣＣ復号部４４により誤り訂正された第２透かしデータＹ＾_ｂの入力を受け、誤り訂正後の第２透かしデータＹ＾_ｂに再び誤り訂正のためのパリティを付加した第２透かしデータＹ＾_ｃ’を生成し、第２透かし除去部４２に与える。第２透かし除去部４２は、ＥＣＣ部５２により誤り訂正符号化された第２透かしデータＹ＾_ｃ’を二重埋め込みホスト信号Ｕ＾から除去し、第１埋め込みホスト信号Ｗ＾を出力する。第２透かし除去部４２は、いったんＥＣＣ復号部４４により誤り訂正された信頼性の高い透かしデータを利用することにより、より高い精度で透かしを除去することができる。

第１透かし抽出ブロック２２０の構成も、第２透かし抽出ブロック２１０と同様であり、第１透かし抽出ブロック２２０のＥＣＣ部５３は、ＥＣＣ復号部４５により誤り訂正された第１透かしデータＸ＾_ｂの入力を受け、誤り訂正後の第１透かしデータＸ＾_ｂに再び誤り訂正のためのパリティを付加した第１透かしデータＸ＾_ｃ’を生成し、第１透かし除去部４３に与える。第１透かし除去部４３は、ＥＣＣ部５３により誤り訂正符号化された第１透かしデータＸ＾_ｃ’を二重埋め込みホスト信号Ｕ＾から除去し、第２埋め込みホスト信号Ｔ＾を出力する。

本実施の形態の電子透かし抽出装置２００は、誤り訂正された信頼性の高い透かしデータをもとに透かしの除去処理を行うため、多重透かしの抽出精度を一層高めることができる。なお、本実施の形態の電子透かし抽出装置２００の第２透かし抽出ブロック２１０と第１透かし抽出ブロック２２０を実施の形態６のように並列型に構成してもよい。

実施の形態８
図２７は、実施の形態８に係る電子透かし抽出装置２００の構成図である。本実施の形態の電子透かし抽出装置２００は、図２６に示した実施の形態７の電子透かし抽出装置２００と同様に、誤り訂正後の第２透かしデータＹ＾_ｂ、第１透かしデータＸ＾_ｂを利用して、二重埋め込みホスト信号Ｕ＾から透かしを除去するが、軟値出力を利用する点が異なる。

第２透かし抽出ブロック２１０のＥＣＣ復号部４４は、ビタビ（Viterbi）復号、ターボ（Turbo）復号、ＭＡＰ（Maximum A posteriori Probability）復号などの軟値出力復号器で構成され、第２透かしデータＹ＾_ｃの入力を受けて、第２透かしデータＹ＾_ｃの軟値Ｚ＾_Ｙを出力し、第２透かし除去部４２に与える。第２透かし除去部４２は、ＥＣＣ復号部４４により誤り訂正符号化された軟値の第２透かしデータＺ＾_Ｙを二重埋め込みホスト信号Ｕ＾から除去し、第１埋め込みホスト信号Ｗ＾を出力する。すなわち、図２６の場合は、埋め込みの逆演算を行うことで第２透かしの干渉成分β＾・Ｙ＾_ｃ’を除去していたのに対し、図２７では、信頼度に比例した第２透かしの干渉成分β＾・Ｚ＾_Ｙを除去することになる。ただし、Ｚ＾_Ｙが１を超える場合には、Ｚ＾_Ｙ＝１として第２透かしの除去を行う。

第１透かし抽出ブロック２２０の構成も、第２透かし抽出ブロック２１０と同様であり、第１透かし抽出ブロック２２０のＥＣＣ復号部４５は、軟値出力復号器で構成され、第１透かしデータＸ＾_ｃの入力を受けて、第１透かしデータＸ＾_ｃの軟値Ｚ＾_Ｘを出力し、第１透かし除去部４３に与える。第１透かし除去部４３は、ＥＣＣ復号部４５により誤り訂正符号化された軟値の第１透かしデータＺ＾_Ｘを二重埋め込みホスト信号Ｕ＾から除去し、第２埋め込みホスト信号Ｔ＾を出力する。すなわち、図２６の場合は、埋め込みの逆演算を行うことで第１透かしの干渉成分α＾・Ｘ＾_ｃ’を除去していたのに対し、図２７では、信頼度に比例した第１透かしの干渉成分α＾・Ｚ＾_Ｘを除去することになる。ただし、Ｚ＾_Ｘが１を超える場合には、Ｚ＾_Ｘ＝１として第１透かしの除去を行う。

繰り返し復号処理の最終段階では、第２透かし抽出ブロック２１０のＥＣＣ復号部４４は、入力された第２透かしデータＹ＾_ｃを硬判定により誤り訂正した第２透かしデータＹ＾_ｂを出力し、デスクランブラ４６に与え、同様に、第１透かし抽出ブロック２２０のＥＣＣ復号部４５は、入力された第１透かしデータＸ＾_ｃを硬判定により誤り訂正した第１透かしデータＸ＾_ｂを出力し、デスクランブラ４７に与える。

透かしの繰り返し復号処理の初期段階では、ＥＣＣ復号部４４、４５による復号結果の信頼性が低いため、軟値Ｚ＾_Ｙ、Ｚ＾_Ｘは一般にゼロに近い値をとるが、埋め込んだ透かしビットが１であるにもかかわらず、たとえば−０．２という復号結果が得られる場合もある。これを硬判定して透かしビットを−１と復号すると、繰り返し復号の過程でノイズが増幅する。本実施の形態の電子透かし抽出装置２００では、復号結果を硬判定せずに、軟値を第２透かし除去部４２、第１透かし除去部４３に与えて透かしを除去することにより、ノイズの増幅を抑えつつ、繰り返し処理により、復号結果を徐々に改善していくことができる。したがって、透かしビットを検出する際のビット誤り率（ＢＥＲ）をさらに低減することができる。

ＥＣＣ復号部４４、４５がターボ復号などのようにそれ自体が繰り返し復号器である場合は、ターボ復号の繰り返し回数を、透かし除去の繰り返し回数に比例させることにより、さらなるビット誤り率の改善を図ることができる。すなわち、透かしの繰り返し復号処理の初期段階では、復号結果の信頼性が低いため、ターボ復号の繰り返し回数を低く抑え、透かし除去の繰り返し回数が増えるとともに、ターボ復号の繰り返し回数を増やすことで、ビット誤り率の低減効果を一層高めることができる。

なお、本実施の形態の電子透かし抽出装置２００の第２透かし抽出ブロック２１０と第１透かし抽出ブロック２２０を実施の形態６のように並列型に構成してもよい。

以上述べたように、実施の形態によれば、電子透かしを埋め込む対象となるメディアデータが与えられると、そのメディアデータに応じて、透かしデータを埋め込み易い位置を検出して、透かしを埋め込むことができ、埋め込まれる透かしの耐性を強化することができる。また、ＧＳ方式を用いて、透かしビット系列をそのメディアデータに埋め込みやすいビット系列に変換した上で埋め込むことができる。したがって信号処理、幾何変換、圧縮、データの改ざんなどに対する電子透かしの耐性を強化することができ、透かしの検出精度が大幅に改善する。

また、透かしが多重に埋め込まれたメディアデータに対して、透かしを順次抽出する際、先に抽出した透かしデータをメディアデータから完全に除去した後に、次の透かしデータを抽出するため、複数の透かしの干渉による誤検出を防ぐことができる。さらに、透かしの繰り返し復号処理により、透かしビットの誤りが徐々に改善され、透かし検出の精度が向上する。また、透かしの繰り返し復号において軟値を利用することにより、ビット誤り率をさらに低減することができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

そのような変形例として、実施の形態１の実透かし埋め込み部１１２およびメタ透かし埋め込み部１２２に、それぞれ実施の形態４の第１透かし埋め込みブロック１１０および第２透かし埋め込みブロック１２０の機能構成を利用して、ＧＳ方式で実透かしとメタ透かしの埋め込みを行うようにしてもよい。また実施の形態２の実透かし埋め込み部１１２および第２透かし埋め込み部１２４に、それぞれ実施の形態３の第１透かし埋め込みブロック１１０および第２透かし埋め込みブロック１２０の機能構成を利用して、埋め込み位置情報をＧＳ方式でスクランブルするようにしてもよい。

複数の透かしデータの候補を生成するために、多様性に富んだ候補の生成が可能なＧＳ方式を用いたが、他のスクランブル方式を適用してもよく、また何らかの方法でランダムに候補のデータを生成してもよい。また実施の形態では、逆スクランブルにより、抽出された透かしデータから元の透かしデータを再現したが、複数種類のスクランブルされた透かしデータと元の透かしデータとを対応づけたテーブルを備え、このテーブルを参照して元の透かしデータを求めてもよい。

またスクランブルの際に初期データとして使用した識別データは、透かしデータの先頭に挿入されて復号側に提供されていたが、この識別データを透かしには埋め込まずに、符号化側で秘密鍵として保持、管理してもよい。その場合、復号側はこの秘密鍵を取得した上で、透かしデータのスクランブルを解除する。あるいは、識別データを新たな透かしデータとして、ホストデータに埋め込んでもよい。

上記のいずれの実施の形態においても、第１透かしの埋め込み後に第２透かしを埋め込む構成を説明したが、埋め込み順序を逆にして、第１透かしを埋め込む前に第２透かしを埋め込み、第２透かし埋め込み後のホストデータに第１透かしを埋め込んでもよい。第１透かしの埋め込み位置情報を第２透かしとして埋め込む場合であっても、第１透かしの埋め込み位置を先に決定し、第１透かしは埋め込まずにいったんメモリに記憶しておく。そして、第１透かしの埋め込み位置情報を第２透かしとして先にホストデータに埋め込み、その後メモリから第１透かしのデータを読み出して、第１透かしをホストデータに埋め込む。この場合、第２透かし埋め込みブロック１２０による第２透かし埋め込み後のホストデータの出力が第１透かし埋め込みブロック１１０に埋め込み対象のホストデータとして入力される構成にすればよい。

実施の形態１に係る電子透かし埋め込み装置の構成図である。実施の形態１に係る電子透かし抽出装置の構成図である。実施の形態２に係る電子透かし埋め込み装置の構成図である。実施の形態２に係る電子透かし抽出装置の構成図である。実施の形態３に係る電子透かし埋め込み装置の構成図である。図５の第１透かし埋め込みブロックの機能構成図である。図５の第２透かし埋め込みブロックの機能構成図である。実施の形態３に係る電子透かし抽出装置の構成図である。図６の第１透かし埋め込みブロックによる第１透かしデータの埋め込み手順を説明するフローチャートである。第２透かしデータとスクランブルされた第２透かしデータとの関係を説明する図である。透かし埋め込み時の畳み込み演算を説明する図である。透かし抽出時の畳み込み演算を説明する図である。図１３（ａ）、（ｂ）は、スクランブルされた透かしデータの埋め込み方法を説明する図である。図７の第２透かし埋め込みブロックによる第２透かしデータの埋め込み手順を説明するフローチャートである。第１透かしベクトルの候補の空間を説明する概念図である。第２透かしベクトルの候補の空間を説明する概念図である。第２透かしベクトルの最適な選択例を説明する図である。第２透かしベクトルの別の最適な選択例を説明する図である。実施の形態４に係る電子透かし埋め込み装置の構成図である。図１９の第１透かし埋め込みブロックの機能構成図である。実施の形態４に係る電子透かし抽出装置の構成図である。実施の形態５に係る電子透かし埋め込み装置の構成図である。図２２の第１透かし埋め込みブロックの機能構成図である。実施の形態５に係る電子透かし抽出装置の構成図である。実施の形態６に係る電子透かし抽出装置の構成図である。実施の形態７に係る電子透かし抽出装置の構成図である。実施の形態８に係る電子透かし抽出装置の構成図である。

符号の説明

１０暗号化部、１２位置検出部、１４第１透かし埋め込み部、１６変更部、１８第２透かし埋め込み部、２０マルチプレクサ、２２スクランブラ、
２４ＥＣＣ部、２６第１埋め込み部、２７第２埋め込み部、２８ＳＮＲ計算部、３０セレクタ、４０第２抽出部、４２第２透かし除去部、４３第１透かし除去部、４４ＥＣＣ復号部、４６デスクランブラ、４８第１抽出部、６０位置情報生成部、１００電子透かし埋め込み装置、１１０第１透かし埋め込みブロック、１２０第２透かし埋め込みブロック、２００電子透かし抽出装置、２１０第２透かし抽出ブロック、２２０第１透かし抽出ブロック。

Claims

電子透かしが二重に埋め込まれたホストデータから第１の電子透かしを抽出する第１の抽出部と、
前記電子透かしが二重に埋め込まれたホストデータから前記第１の抽出部により抽出された前記第１の電子透かしを除去する第１の除去部と、
前記第１の抽出部の後段に接続され、前記第１の除去部により前記第１の電子透かしが除去されたホストデータから第２の電子透かしを抽出する第２の抽出部と、
前記電子透かしが二重に埋め込まれたホストデータから前記第２の抽出部により抽出された前記第２の電子透かしを除去する第２の除去部とを含み、
前記第２の除去部により前記第２の電子透かしが除去されたホストデータが前段の前記第１の抽出部にフィードバックされ、前記第１の抽出部が、前記第２の電子透かしが除去されたホストデータから前記第１の電子透かしを抽出することを特徴とする電子透かし抽出装置。
電子透かしが二重に埋め込まれたホストデータから第１の電子透かしを抽出する第１の抽出部と、
前記電子透かしが二重に埋め込まれたホストデータから前記第１の電子透かしを除去する第１の除去部と、
前記電子透かしが二重に埋め込まれたホストデータから第２の電子透かしを抽出する第２の抽出部と、
前記電子透かしが二重に埋め込まれたホストデータから前記第２の電子透かしを除去する第２の除去部とを含み、
前記第２の除去部により前記第２の電子透かしが除去されたホストデータが前記第１の抽出部にフィードバックされ、前記第１の抽出部が、前記第２の電子透かしが除去されたホストデータから前記第１の電子透かしを抽出し、
前記第１の除去部により前記第１の電子透かしが除去されたホストデータが前記第２の抽出部にフィードバックされ、前記第２の抽出部が、前記第１の電子透かしが除去されたホストデータから前記第２の電子透かしを抽出することを特徴とする電子透かし抽出装置。
ホストデータに第１の電子透かしを埋め込む第１の埋め込み部と、
前記第１の電子透かしが埋め込まれたホストデータに前記第１の電子透かしの埋め込み位置に関する情報を第２の電子透かしとして埋め込む第２の埋め込み部とを含む電子透かし埋め込み装置であって、
前記第１の埋め込み部は、
前記第１の電子透かしが埋め込まれるホストデータの埋め込み位置の候補を複数生成する位置情報生成部と、
前記ホストデータの前記埋め込み位置の候補のそれぞれに前記第１の電子透かしを埋め込み、複数の第１の埋め込みホストデータの候補を生成する第１の埋め込み部と、
前記第１の埋め込みホストデータの候補の各々について、当該電子透かしの耐性を評価する第１の評価部と、
前記耐性の評価値に基づいて前記第１の埋め込みホストデータの候補のうちの耐性の評価値が最良の前記第１の埋め込みホストデータの候補を選択して、前記第１の電子透かしが埋め込まれたホストデータとして出力する第１の選択部とを含み、
前記第２の埋め込み部は、
前記埋め込み位置に関する情報をスクランブルして複数の透かしデータの候補を生成するスクランブル部と、
前記複数の透かしデータの候補をそれぞれ前記第１の電子透かしが埋め込まれたホストデータに埋め込み、複数の第２の埋め込みホストデータの候補を生成する第２の埋め込み部と、
前記第２の埋め込みホストデータの候補の各々について、当該電子透かしの耐性を評価する第２の評価部と、
前記耐性の評価値に基づいて前記第２の埋め込みホストデータの候補のうちの耐性の評価値が最良の前記第２の埋め込みホストデータの候補を選択して出力する第２の選択部とを含むことを特徴とする電子透かし埋め込み装置。
電子透かしが二重に埋め込まれたホストデータから第１の電子透かしを抽出することにより、第２の電子透かしの埋め込み位置に関する情報を取得する第１の抽出部と、
前記ホストデータから前記第１の電子透かしを除去する除去部と、
前記除去部により前記第１の電子透かしが除去されたホストデータから前記埋め込み位置に関する情報にもとづいて前記第２の電子透かしを抽出する第２の抽出部とを含み、
前記第１の抽出部は、電子透かしが二重に埋め込まれた前記ホストデータからスクランブルされた透かしデータを抽出する抽出部と、
前記スクランブルされた透かしデータのスクランブルを解除して、前記第２の電子透かしの埋め込み位置に関する情報を取得するデスクランブル部とを含むことを特徴とする電子透かし抽出装置。