JP4891508B2 - ウォーターマーク埋込み及び検出 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばオーディオ信号又はビデオ信号などの情報信号をウォーターマーキングするための方法及び装置に関する。本発明はまた、このような情報信号内のウォーターマークを検出するための方法及び装置にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオ信号をウォーターマーキングする既知方法は、国際特許公開公報WO-A-99/45705に開示されている。この方法では、ウォーターマーク・パターンがビデオ信号に加算される。ウォーターマーク検出器は、疑似信号と同じパターンに相関する。この相関性が所与の閾値を越えるならば、当該パターンは存在すると言える。該パターンの存在又は欠如は、情報の単一ビットに対応する。埋め込まれたウォーターマークはまた複数ビットのペイロードをも保持する。国際特許公開公報WO-A-99/45705で開示されたシステムにおいては、ペイロードは、１つ以上の基本的パターン及び空間的にシフトされたバージョンの組み合わせによって表わされる。ペイロードはそれぞれのシフト・ベクトルに符号化される。ウォーターマーク検出器は各基本パターンを疑似信号と相関させ、基本パターンの空間位置をお互いに対して決定する。検出器はさらに、前記位置が有効なペイロードを構成しているかどうかも確認する。
【０００３】
ウォーターマーク・パターンを疑似信号と相関させるプロセスは、ウォーターマーク検出器が当該パターンを局部的に記録したバージョンを有することを必要とする。この観点から、ウォーターマーキング・システムは数通りの異なるパターンのみを用いることが望ましい。使用されたパターンは外部には秘密にされたままである。しかし、パターンが何であるかわからなくても、自分の意のままに使える関連した埋め込み器があればハッカーはシステムを脅かすことができる。ハッカーは当該埋め込み器に任意の入力信号を送り込み、それがウォーターマークされたバージョンから信号を抜き取れば良いのである。よって得られた差信号は、手元のウォーターマーク埋め込み器で使用された知覚モデルに依って、何れか他のウォーターマークされた信号のウォーターマークと類似する。差信号がウォーターマークされた信号と（例えば、加算されたり又は差し引かれたりして）結合されるならば、埋め込まれたウォーターマークは実質的にキャンセルされるか、又は少なくとも有効なペイロードをもはやこれ以上表わさなくなる。どちらにしても、埋め込まれたウォーターマークは無効になってしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ハッカーが自分の意のままに使えるウォーターマーク埋め込み器を有していたとしても、情報信号にウォーターマークを埋め込むため及びウォーターマークを検出するためのさらなる安全な方法及び装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的のために、本発明による方法は、情報信号の所与の特性を分析し及び当該特性の実際値を決定するステップと、異なるウォーターマークを当該特性の特異な値と対応付けるステップと、前記実際値に対応付けられたウォーターマークを埋め込むステップとを有する。対応するウォーターマーク検出方法は、情報信号の所与の特性を分析し及び当該特性の実際値を決定するステップと、異なるウォーターマークを当該特性の特異な値と対応付けるステップと、前記実際値に対応付けられたウォーターマークを検出するステップとを有する。
【０００６】
埋め込まれたウォーターマーク・パターンは、情報信号コンテンツの関数として時折変化することが本発明で達成される。ウォーターマークに類似する信号を生成するように、埋め込み器に任意の信号を送り込むやり方は、上述したように、任意の信号が異なる特性を持つので、もはや機能しなくなる。本発明の重要な長所は、検出器が記録しなければならない異なるウォーターマーク・パターンの数が、もっと少なく維持され得るということである。前記ウォーターマーク・パターン数は、検出器の複雑さと安全性とをバランスさせた結果である。
【０００７】
埋め込まれるべきウォーターマーク・パターンを選択するために使用され得る情報信号の特性の例は数多くある。満たすべき唯一の条件は、埋め込まれたウォーターマークに関する、その強固さ又は不変性である。特性の有利な実例としては、ビデオ信号の輝度値の特異な分布、又はオーディオ信号の周波数スペクトラムの特異な形状などがある。
【０００８】
本発明のさらなる態様は、本文献にてこれ以降説明される実施例を参照して明らかになり、解明されるであろう。本実例はビデオ信号でのウォーターマークの埋め込み及び検出に関しているが、本発明はオーディオ信号又はマルチメディア信号の他のどのタイプにも同等に適用されるということも認識されたい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明によるウォーターマーク埋め込み器１の実施例の図を概略的に示す。ここでは埋め込まれたウォーターマークは、１ビット・ペイロードを表わすと見なされる。例えば、ウォーターマークの欠如は、ビデオ信号が自由にコピーされてもよいということを示すが、それに反して、予め決定されたウォーターマークの存在は、当該信号のコピーを行うことは禁止されているということを示す。
【００１０】
前記埋め込み器は、入力ビデオ信号Iを画像のシーケンスの形態で入力し、ウォーターマーク・パターンW_iをそれぞれの画像に加える加算器１１を有する。埋め込み器はさらに、画像分析器１２と、選択器１３と、複数の異なるウォーターマーク・パターンW₁…W_Nが記録されているROMメモリ１４とを有する。分析器１２はビデオ信号を入力し、時間の関数としてビデオ信号の所与の特性Pを分析する。分析器１２によって発見された特性Pの実際値は、選択器１３に付与される。これに応じて、前記選択器は加算器１１に埋め込むために記録されたウォーターマーク・パターンW₁…W_Nのうち１つを選択する。
【００１１】
分析器１２は色々な形態を採っても良い。適切な他の実施例を当業者が設計できるよう十分な教材を提供するために、数通りの実例が示される。分析される特性は、画像中の輝度値の分布（空間分布）、又は画像のシーケンス中の輝度値の分布（時間分布）であってもよい。最初の（空間分布の）例では、分析器はそれぞれの画像を副画像に分割し、どの副画像がもっとも高い平均輝度を持つかを特定する。関連する副画像の数は、特性Pの実際値である。第２番目の例（時間分布）では、分析器は、低い平均輝度を持つ副画像それぞれに「ゼロ」を割り当て、高い平均輝度を持つ副画像それぞれに「１」を割り当てる。Nが副画像の数であるとき、それぞれのビデオ画像はnビットコードによって特徴づけられる。関連するnビットコードは特性Pの実際値である。分析された特性はまた、局部的な画像動作であってもよい。このような分析は周波数ドメイン中で容易に実行され得る。
【００１２】
図２は、本発明によるウォーターマーク検出器２の好ましい実施例の図を概略的に示す。この検出器は、疑似ビデオ信号Jを入力し、埋め込み器１の対応する相当物と全く同じである、画像分析器２２と、選択器２３と、ROMメモリ２４とを有する。従って、分析器２２はビデオ信号の同じ特性Pを分析し、選択器２３は、埋め込み器のときと同じウォーターマーク・パターンWを記録されたパターンW₁…W_Nから選択する。
【００１３】
前記検出器はさらに、疑似ビデオ信号の各画像と付与されたウォーターマーク・パターンW_iとの間の相関性を計算する相関回路２１をも有する。相関性が予め決定された閾値を超えるならば、選択されたウォーターマーク・パターンW_iは存在すると見なされ（D=1）、超えなければW_iは欠如すると見なされる(D=0)。
【００１４】
相関回路２１は好ましくは、画像に関して付与されたウォーターマークの全ての可能な空間位置に対し相関性を為すタイプである。このような相関回路は、国際特許公開公報WO-A-99/45705で開示されている。前記回路は、ウォーターマークの空間位置それぞれに対するピークを呈示する相関パターンを生成する。国際特許公開公報WO-A-99/45705では、複数のピーク位置がペイロードを表わしてもよいと記述している。但し、上述したように、この例のペイロードは１ビットコピー制御信号である。検出回路２は、２以上のピークの存在を無効なペイロード(D=0)と認識するであろう。
【００１５】
ウォーターマーク・パターンW₁…W_Nは秘匿にされ、埋め込み器又は検出回路に問いかけることによって検索されることはどちらもあり得ないと仮定する。次に図３を参照して説明されるように、本発明はハッカーが偶然意のままになる埋め込み器を有することがあったときでも、システムを脅かすことが出来ない。図３では、潜在的なハッカーが埋め込み器1aによりウォーターマークされたビデオ信号V’を受信している。信号V’は、実際の埋め込みが大分前に行われた場合に記録された信号であってよい。埋め込み器1aは図１を参照して上述されたタイプに属する。
【００１６】
ハッカーは自分の意のままに使える同一の埋め込み器1bを持つ。任意のビデオ信号Xが、ウォーターマークされたビデオ信号X’を局部的に生成するように、当該埋め込み器1bに付与される。加算器３は任意の信号XをそのウォーターマークされたバージョンX’から差し引く。（埋め込まれたウォーターマーク・パターンに非常に良く似ている）差信号は次に、他の加算器４によって、ウォーターマーク信号V’と（加えられたり、又は差し引かれたりして）結合される。このように処理された疑似信号V’’は、図２を参照して上述されたように、ウォーターマーク検出器２に付与される。
【００１７】
本発明の対処がなくしては、埋め込み器1a及び1b双方ともが同じウォーターマークをそれぞれの入力信号に埋め込んでしまう。これにより、疑似信号V’’におけるウォーターマークのキャンセルか、又は異なる位置でウォーターマーク・パターンWが複数起こることによる無効なペイロードをもたらすことになる。双方の場合において、検出器は出力信号D=0を生成し、不正侵入攻撃（ハッキング・アタック）が成功する。
【００１８】
本発明の対処を持ってすれば、元のビデオ信号V及びXのコンテンツが異なるため、信号V’のウォーターマークW_i(i=1…N)は通常、信号X’のウォーターマークW_j（j=1…N）とは異なる。検出器２の特性分析アルゴリズムは、信号Vのコンテンツとほぼ同じである信号V’’のコンテンツに応じる。従って、検出器２により確認されたウォーターマーク・パターンは、埋め込み器1aにより既に埋め込まれているウォーターマーク・パターンW_iである。検出器は異なるパターンW_jの付加的な存在を無視し、よって不正侵入攻撃（ハッキング・アタック）は失敗する。
【００１９】
起こり得るワークアラウンド（生じる問題）としては、埋め込み器1aのときと同じウォーターマークW_iを埋め込み器1bが無理矢理選んでしまうように、任意の信号Xの代わりにウォーターマークされた信号V’を埋め込み器1bに送る場合がある。これを避けるために、埋め込み器1a及び1bが、信号内で既にウォーターマークされているウォーターマークを埋め込むことを控えるタイプであることが望ましい。図４は、このような埋め込み器の概略的な図を示す。これは、図１に示される埋め込み器と同じ加算器１１と、画像分析器１２と、選択器１３と、ROM１４とを有する。これはさらに、図２に示されるものと同じ検出器の相関回路２１をも有する。相関回路２１は、入力信号Iがすでに埋め込まれるべきウォーターマーク・パターンW_iを含んでいるかどうかを検出する。もし(D=1)のケースならば、スイッチ１５はウォーターマーク・パターンW_iが複数回埋め込まれないように制御される。
【００２０】
図５は、ビデオ信号に複数ビット・ペイロードを埋め込むためのウォーターマーク埋め込み器の概略的な図を示す。当該埋め込み器は、図１を参照して前述されたものと同じ加算器１１と、画像分析器１２と、選択器１３と、ROM１４とを有する。ROM１４は、ここではウォーターマーク・パターンの複数のセットを記録する。前記埋め込み器はさらに、基本ウォーターマーク・パターンであるW_i1, W_i2, …の選択されたセットiを入力する符号化回路１６をも含み、複数ビット・ペイロードdを前記パターンの関連位置に符号化する。基本パターンは比較的小さいサイズ（例えば、128×128ピクセルなど）を有する。符号器１６により生成されたウォーターマーク・パターンは続いて、タイリング回路１７によって、画像全体にタイルのように分割して並べられる。ROM１４は、信号特性Ｐの異なる値用に、基本パターンの異なるセットを記録する。符号器１６に適用された基本パターンの実際値は、特性Ｐの実際値により制御され、時間の関数として変化する。
【００２１】
図６は、対応するウォーターマーク検出器を示す。この検出器は、相関性に先立ってバッファに128×128ピクセルの画像セグメントをフォールディングし記録するためのフォールディング回路２５を有する。前記検出器はさらに図２を参照して前述されたものと同じ相関回路２１と、画像分析器２２と、選択器２３と、ROM２４とを有する。ROM２４は、信号特性Ｐの異なる値用に基本パターンの異なるセットを記録する。相関回路２１に適用される基本パターンの実際値は、特性Ｐの実際値によって制御される。
【００２２】
本発明は、実施例で説明されたウォーターマーキング・システムに限定されないことに留意されたい。例えば、n通りの異なるウォーターマーク・パターンを用い、各パターンが１つのnビット・ペイロードの１ビットに対応する、ウォーターマーキング・システムが知られている。本発明によれば、このようなシステムの埋め込み器及び検出器は、nパターンの異なるセットを含む。特定のセットが次に、信号特性の実際値に応じて選択される。
【００２３】
要約すると、情報信号にウォーターマークを埋め込み及び検出するための方法及び装置が開示される。信号の特性Ｐに依存して、複数のウォーターマーク(W₁…W_N)から、埋め込まれたウォーターマーク(W_i)が選択される（１３）。このような特性の例としては、分析回路（１２）により計算される現行ビデオ画像の輝度値の分布がある。対応するウォーターマーク検出器は同じ動作、すなわち、該ウォーターマークが同じ信号特性に依存して探されるという動作を実行する。埋め込まれたウォーターマークは、情報信号コンテンツの関数として、時折変化するので、容易に不正侵入（ハック）され得ないということが、本発明で達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるウォーターマーク埋め込み器の図を概略的に示す。
【図２】本発明によるウォーターマーク検出器の図を概略的に示す。
【図３】ウォーターマーク埋め込み器及び検出器の動作を図示するための装置を示す。
【図４】本発明によるウォーターマーク埋め込み器のさらなる実施例を示す。
【図５】本発明によるウォーターマーク埋め込み器のさらなる実施例を示す。
【図６】本発明によるウォーターマーク検出器のさらなる実施例を示す。
【符号の説明】
１ ウォーターマーク埋め込み器
１１ 加算器
１２ 画像分析器
１３ 選択器
１４ ＲＯＭ
Ｐ 信号の特性
Ｉ 入力ビデオ信号
W₁, W₂, …W_N 複数のウォーターマーク
W_I 埋め込まれたウォーターマーク

Claims (11)

1. 情報信号にウォーターマーク・パターンを埋め込む方法であって、
   前記情報信号の所与のコンテンツの特性を分析し、前記特性の実際値を決定するステップと、
   異なるウォーターマーク・パターンを前記特性の異なる値と対応づけるステップと、
   前記情報信号内に埋め込むため前記実際値に対応付けられた前記ウォーターマーク・パターンを選択するステップとを有する、方法。
2. 前記情報信号はビデオ画像のシーケンスであり、前記分析ステップは輝度値の空間又は時間分布の分析を有し、輝度値の異なる分布それぞれが前記情報信号の前記特性の値を構成する、請求項１に記載の方法。
3. 前記情報信号はオーディオ信号セグメントのシーケンスであり、前記分析ステップは前記オーディオ・セグメントの周波数スペクトラムの形態の分析を有し、前記周波数スペクトラムの異なる形態それぞれが前記情報信号の前記特性の値を構成する、請求項１に記載の方法。
4. 前記埋め込まれたウォーターマーク・パターンは、前記情報信号の前記特性の前記実際値に依存して基本ウォーターマーク・パターンの複数のセットから選択された基本ウォーターマーク・パターンのセットを構成する、２つ以上の基本ウォーターマーク・パターンの組み合わせである、請求項１に記載の方法。
5. 情報信号内のウォーターマーク・パターンを検出する方法であって、
   前記情報信号の所与のコンテンツの特性を分析し、前記特性の実際値を決定するステップと、
   異なるウォーターマーク・パターンを前記特性の異なる値と対応付けるステップと、
   前記実際値に対応付けられた前記ウォーターマーク・パターンを選別し検出するステップとを有する、方法。
6. 前記情報信号はビデオ画像のシーケンスであり、前記分析ステップは輝度値の空間又は時間分布の分析を有し、輝度値の異なる分布それぞれが前記情報信号の前記特性の値を構成する、請求項５に記載の方法。
7. 前記情報信号はオーディオ信号セグメントのシーケンスであり、各セグメント用に前記周波数スペクトラムを計算するステップを有し、前記周波数スペクトラムの異なる形態それぞれが前記情報信号の前記特性の値を構成する、請求項５に記載の方法。
8. 前記埋め込まれたウォーターマーク・パターンは、前記情報信号の前記特性の前記実際値に依存して基本ウォーターマーク・パターンの複数のセットから選択された基本ウォーターマーク・パターンのセットを構成する、２つ以上の基本ウォーターマーク・パターンの組み合わせである、請求項５に記載の方法。
9. 情報信号内にウォーターマーク・パターンを埋め込むためのウォーターマーク埋め込み器であって、
   前記情報信号の所与のコンテンツの特性を分析し、前記特性の実際値を決定するための手段と、
   異なるウォーターマーク・パターンを前記特性の異なる値と対応付けるための手段と、
   前記情報信号内に埋め込むため前記実際値に対応付けられた前記ウォーターマーク・パターンを選択するための手段とを有する、ウォーターマーク埋め込み器。
10. 情報信号内のウォーターマークを検出するためのウォーターマーク検出器であって、
    前記情報信号の所与のコンテンツの特性を分析し、前記特性の実際値を決定するための手段と、
    異なるウォーターマーク・パターンを前記特性の異なる値と対応付けるための手段と、
    前記実際値に対応付けられた前記ウォーターマーク・パターンを選択し及び検出するための手段とを有する、ウォーターマーク検出器。
11. 請求項９に記載のウォーターマーク埋め込み器であって、前記ウォーターマーク埋め込み器がさらに、請求項１０に記載のウォーターマーク検出器を含み、前記検出器が前記情報信号内の前記選択されたウォーターマーク・パターンを検出するのに応じて前記選択されたウォーターマーク・パターンの埋め込みを控えるための手段をも有する、ウォーターマーク埋め込み器。

Images