JP5332345B2 - キャリア信号から電子透かし情報を抽出する装置、方法およびプログラム - Google Patents

Description

この発明は、電子透かし情報の埋め込み伝送技術に係り、特に空気中を伝播する音響信号等に埋め込まれた電子透かし情報の抽出に好適な装置、方法およびプログラムに関する。

オーディオ信号を電子透かし情報の担い手であるキャリア信号とし、このオーディオ信号自体に電子透かし情報を埋め込む技術が各種提案されている。この埋め込み技術によれば、例えば電子透かし情報の埋め込まれたオーディオ信号が音として再生され、この音をマイクにより収音することにより得られるオーディオ信号が録音されて伝播する過程においても、録音されたオーディオ信号に電子透かし情報を留めておくことができる。従って、この埋め込み技術は、圧縮符号化データに電子透かし情報を埋め込む技術に比べて、幅広い用途に使用することができる。
特許第３９５３４２５号 特許第３６５９３２１号 特開２００６−２５１６７６号公報

ところで、キャリア信号を受信した装置がキャリア信号から電子透かし情報を抽出するためには、キャリア信号における電子透かし情報の埋め込み区間が特定されなければならない。このため、例えば電子透かし情報を示すデータシンボルをキャリア信号に埋め込むと共に埋め込み区間を示す同期シンボル列をキャリア信号に埋め込んで伝送するようなシステムでは、キャリア信号を取得した電子透かし情報の抽出装置がキャリア信号を先頭から順次小刻みに解析し、同期シンボルの所在を求めるようにしていた。このため、電子透かし情報の抽出装置全体としての演算量が大きくなり、かつ、電子透かし情報が抽出されるまでの所要時間が長くなるという問題があった。

この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、少ない演算量で、迅速にキャリア信号における電子透かし情報の埋め込み区間を探索し、埋め込み区間内の電子透かし情報を抽出することを可能にする技術的手段を提供することを目的とする。

この発明による電子透かし情報の抽出装置は、一部の区間の一部の帯域の成分に対して、電子透かし情報を示すシンボル列を含む少なくとも１系列のシンボル列による変調処理が施されたキャリア信号を受け取って帯域分割を施し、互いに異なる帯域に属する複数の帯域キャリア信号を出力する帯域分割手段と、前記複数の帯域キャリア信号において少なくとも１系列のシンボル列による変調処理が施された成分を含む帯域キャリア信号に復調処理を施して復調結果信号を出力する復調手段と、前記復調処理により得られる復調結果信号と１または複数の所定のシンボルを示す基準信号との相互相関係数を算出する相関算出手段と、前記キャリア信号の先頭位置から評価区間を所定のステップ幅で順次シフトしつつ、前記キャリア信号の評価区間内の信号に対応した復調結果信号を前記相関算出手段に引き渡す制御を行い、これにより前記相関算出手段から得られる相互相関係数の履歴に基づいて、前記キャリア信号におけるシンボル列による変調が施された埋め込み区間の概略的な位置を探索する概略同期探索手段と、前記概略同期探索手段が求めた概略的な位置に基づいて評価区間の位置を初期設定し、評価区間を前記概略同期探索手段が用いたステップ幅よりも細かいステップ幅で順次シフトしつつ、前記キャリア信号の評価区間内の信号に対応した復調結果信号を前記相関算出手段に引き渡す制御を行い、これにより前記相関算出手段から得られる相互相関係数の履歴に基づいて、前記埋め込み区間の詳細な位置を探索する詳細同期探索手段とを具備する。
かかる抽出装置によれば、評価区間をキャリア信号の先頭から粗いステップでシフトしつつ、概略同期探索手段による埋め込み区間の概略的な位置の探索が行われた後、この概略的な位置に基づいて評価区間の位置の初期設定が行われ、評価区間をより細かいステップでシフトしつつ、詳細同期探索手段による埋め込み区間の詳細な位置の探索が行われる。従って、少ない演算量で、迅速にキャリア信号における電子透かし情報の埋め込み区間を探索し、埋め込み区間内の電子透かし情報を抽出することができる。
なお、電子透かし情報の埋め込みに関連し、かつ、何らかの情報の探索を行う技術に関する文献として特許文献１〜３がある。しかし、特許文献１は、複数のコンテンツを表すキャリア信号において、電子透かし情報を用いてコンテンツ間の境界の探索を行う技術に関するものであり、本発明とは無関係である。また、特許文献２および３は、電子透かし情報の埋め込み区間の探索に関するものであるが、本発明のように埋め込み区間の概略的な位置の探索と詳細な位置の探索という２段階の探索を行うものではない。

以下、図面を参照し、この発明の一実施形態について説明する。図１は、キャリア信号に電子透かし情報を埋め込む埋め込み装置１００の構成を示すブロック図である。そして、図２は、この電子透かし情報の埋め込まれたキャリア信号から電子透かし情報を抽出する本実施形態による抽出装置２００の構成を示すブロック図である。なお、埋め込み装置１００および抽出装置２００の各々は、キャリア信号へ電子透かし情報を埋め込む処理またはキャリア信号から電子透かし情報を抽出する処理を実行する専用のハードウェアとして実現してもよいし、埋め込み処理や抽出処理をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムとして実現してもよい。

まず、電子透かし情報の埋め込み装置１００について説明する。図１に示すように、埋め込み装置１００は、帯域分割部１１０と、キャリア分離部１２０と、データシンボル埋め込み部１３０と、同期シンボル埋め込み部１４０と、キャリア結合部１５０と、帯域合成部１６０と、変調信号生成部１７０とを有する。

図３は埋め込み装置１００の処理内容を示す図である。埋め込み装置１００は、キャリア信号に対し、電子透かし情報を示すデータシンボル列およびキャリア信号においてデータシンボル列の所在する区間を示す同期シンボル列を埋め込む装置である。キャリア信号は、例えばオーディオ波形を一定のサンプリングレートでサンプリングしたオーディオサンプル列、２次元の画像データをラスタスキャン順に一次元化した画素信号列等である。本実施形態において、データシンボル列を構成する各データシンボルおよび同期シンボル列を構成する各同期シンボルは、同じ時間長を有する。以下では各１個分のデータシンボルおよび同期シンボルが埋め込まれるキャリア信号の区間をシンボルフレームという。１つのシンボルフレームは、Ｎ×Ｌｍ個（Ｎ、Ｌｍは所定の整数）のキャリア信号のサンプルにより構成される。

データシンボル列および同期シンボル列の埋め込みを行う場合、帯域分割部１１０は、キャリア信号のサンプル列をＮ×Ｌｍ個のサンプルからなるシンボルフレームに区切り、さらにシンボルフレームをＮサンプルずつ位相がずれたＬｍ個のブロックに区切り、キャリア信号の各ブロックを互いに異なるＭ個の帯域に属する複数の帯域キャリア信号に各々分割する。

好ましい態様において、帯域分割部１１０は、窓掛け部と、帯域分割フィルタバンクとにより構成されている（図示略）。ここで、窓掛け部は、キャリア信号のサンプル列を１ハーフブロック当たりＮサンプルのハーフブロックに区切る処理と、現在までの最新の１ブロック＝２ハーフブロックのサンプル列に窓関数を乗じて帯域分割フィルタバンクに供給する処理を繰り返す。

帯域分割フィルタバンクは、各々、通過帯域中心角周波数がω_ｉ（ｉ＝０〜Ｍ−１）であるＭ個の複素係数ＢＰＦ（Band Pass Filter；帯域通過フィルタ）からなる。各通過帯域中心角周波数ω_ｉ（ｉ＝０〜Ｍ−１）に対応した各複素係数ＢＰＦは、窓掛け部から窓関数の乗算された１ブロック分のサンプルの列を受け取る都度、受け取ったサンプル列に対して、各通過帯域中心角周波数ω_ｉに対応した複素係数を用いたＢＰＦ処理を施すことにより、サンプル列に含まれた通過帯域中心角周波数ω_ｉの成分を示す複素スペクトラム係数Ｘ（ω_ｉ）を算出し、帯域キャリア信号として出力する。

他の好ましい態様において、帯域分割部１１０は、上記と同様な窓掛け部と、窓掛け部により窓関数が乗算された１ブロック分のサンプル列にＦＦＴ（Fast Fourier Transform；高速フーリエ変換）を施して、角周波数ω_ｉ（ｉ＝０〜Ｍ−１）に各々対応した複素スペクトラム係数Ｘ（ω_ｉ）を算出するＦＦＴ部とにより構成される。

キャリア分離部１２０は、帯域分割部１１０が出力するＭ個の帯域キャリア信号をデータシンボルの埋め込み先となるデータキャリアと同期シンボルの埋め込み先となるパイロットキャリアに分離し、データキャリアをデータシンボル埋め込み部１３０へ、パイロットキャリアを同期シンボル埋め込み部１４０へ供給する。

変調信号生成部１７０は、電子透かし情報の各シンボル（この例ではビット）を示す１系列のデータシンボル列をキャリア信号に埋め込む場合、各々、データシンボル列を示し、かつ、互いに逆相関係にある２相のデータシンボル用変調信号を出力する。２相のデータシンボル用変調信号は、１周期当たりＬｍ個のサンプルにより構成された周期信号であり、１周期当たり１個のデータシンボルを示す。図３に示す例では、データシンボル用変調信号は、三角波信号である。２相のうち正相のデータシンボル用変調信号は、表現するデータシンボルがビット“０”である場合には前半が山、後半が谷の波形となり、表現するデータシンボルがビット“１”である場合には前半が谷、後半が山の波形となる。そして、逆相のデータシンボル用変調信号は、これとは逆相の信号となるのである。また、変調信号生成部１７０は、２相のデータシンボル用変調信号を出力するとき、これと同期し、かつ、互いに逆相関係にある２相の同期シンボル用変調信号を出力する。この２相の同期シンボル用変調信号も、１周期当たりＬｍ個のサンプルにより構成された周期信号であり、１周期当たり１個の同期シンボルを示す。好ましい態様では、同期シンボル列は必要最低限の一定の長さであり、変調信号生成部１７０は、データシンボル用同期信号の先頭と同期シンボル用変調信号の先頭を一致させて、同期シンボル用変調信号を出力する。

データシンボル埋め込み部１３０は、キャリア分離部１２０から供給されるデータキャリアのうち２帯域分のデータキャリア（図３に示す例では角周波数ω_２およびω_３の各帯域のデータキャリア）に対し、２相のデータシンボル用変調信号の各相の信号を用いた振幅変調処理または位相変調処理を施すことによりデータシンボル列の埋め込みを行う。ここで、振幅変調処理は、例えばデータキャリアである複素スペクトラム係数を絶対値成分と偏角成分に分離し、絶対値成分にデータシンボル用変調信号に応じた振幅変調を施したのち偏角成分と再結合させるという手順により実行可能である。また、位相変調処理は、例えばデータキャリアである複素スペクトラム係数を絶対値成分と偏角成分に分離し、偏角成分にデータシンボル用変調信号に応じた位相変調（位相シフト操作）を施したのち絶対値成分と再結合させるという手順により実行可能である。同期シンボル埋め込み部１４０は、キャリア分離部１２０から供給されるパイロットキャリアのうち２帯域分のパイロットキャリア（図３に示す例では角周波数ω_０およびω_１の各帯域のパイロットキャリア）に対し、２相の同期シンボル用変調信号の各相の信号を用いた振幅変調処理または位相変調処理を施すことにより同期シンボル列の埋め込みを行う。

キャリア結合部１５０は、データシンボル埋め込み部１３０が出力するデータキャリアおよび同期シンボル埋め込み部１４０が出力するパイロットキャリアを、キャリア分離部１２０による分離前の並び順に戻し、この結果得られるＭ個の帯域キャリア信号を帯域合成部１６０に出力する。そして、帯域合成部１６０は、このＭ個の帯域キャリア信号（複素スペクトム係数）を時間領域の信号に戻して合成し、電子透かし情報の埋め込まれたキャリア信号を出力する。
以上が埋め込み装置１００の詳細である。

次に図２を参照し、電子透かしの抽出装置２００について説明する。本実施形態による抽出装置２００の動作は同期探索フェーズとデータ抽出フェーズとに大別することができる。ここで、同期探索フェーズとは、キャリア信号のパイロットキャリアにおける同期シンボルの埋め込み区間、すなわち、キャリア信号のデータキャリアにおけるデータシンボルの埋め込み区間を探索するフェーズである。また、データ抽出フェーズとは、キャリア信号のデータキャリアにおいて同期探索フェーズにより探索された同期シンボル列の埋め込み区間からデータシンボル列の埋め込み区間を特定し、このデータシンボル列の埋め込み区間からデータシンボル列を抽出するフェーズである。以下説明する各部は、同期探索フェーズとデータ抽出フェーズとで動作が異なる場合がある。

バッファ２１０は、電子透かし情報の埋め込まれたキャリア信号を蓄積する装置である。例えばオーディオ信号をキャリア信号として用いる場合、前述した埋め込み装置１００により電子透かし情報の埋め込まれたキャリア信号（オーディオ信号）は、例えば音として空気中に放音され、図示しない収音装置により収音され、音声波形の時系列サンプルであるキャリア信号となってバッファ２１０に蓄積される。また、画像信号をキャリア信号として用いる態様では、前述した埋め込み装置１００により電子透かし情報の埋め込まれたキャリア信号（画像信号）は、例えばテレビジョン信号に変換され、有線または無線の伝送路を介してテレビジョン受像機に受信され、同テレビジョン受像機内においてラスタスキャン順に１次元化されてバッファ２１０に蓄積される。読出制御部２２０は、このバッファ２１０に記憶されたキャリア信号を読み出す装置である。

帯域分割部２３０は、埋め込み装置１００の帯域分割部１１０と同じ構成を有する。この帯域分割部２３０は、読出制御部２２０によってバッファ２１０から読み出されるキャリア信号のサンプル列を、時間軸上において隣り合うもの同士オーバラップした複数のブロックに区切り、ブロック毎に窓掛け処理および帯域分割処理を施し、各々複素スペクトラム係数列であるＭ帯域分の帯域キャリア信号を出力する。

キャリア抽出部２４０は、同期探索フェーズにおいては、帯域分割部２３０が出力するＭ帯域分の帯域キャリア信号の中から同期シンボルが埋め込まれている２帯域分のパイロットキャリアを抽出し、復調部２５０に供給する。また、キャリア抽出部２４０は、データ抽出フェーズでは、帯域分割部２３０が出力するＭ帯域分の帯域キャリア信号の中からデータシンボルが埋め込まれている２帯域分のデータキャリアを抽出し、復調部２５０に供給する。

復調部２５０は、キャリア抽出部２４０から供給されるパイロットキャリアまたはデータキャリアに復調処理を施す装置である。復調処理の内容は、埋め込み装置１００の同期シンボル埋め込み部１４０およびデータシンボル埋め込み部１３０の変調処理の内容に対応したものとなる。同期シンボル埋め込み部１４０が同期シンボルに応じた変調信号により２帯域分のパイロットキャリアに振幅変調を施す場合、復調部２５０は、例えばキャリア抽出部２４０から供給される２帯域分のパイロットキャリアの一方の絶対値（振幅成分）を他方の絶対値（振幅成分）により除算する。そして、除算結果に対し、ＤＣオフセット除去処理と正規化処理を施し、復調結果信号として出力する。ここで、ＤＣオフセット除去処理では、過去一定期間内に得られる除算結果の平均値（すなわち、移動平均値）を求め、現在の除算結果からこの平均値を減算する。また、正規化処理では、過去一定期間内のＤＣオフセット除去後の除算結果の絶対値の最大値を求め、この最大値により現在のＤＣオフセット除去後の除算結果を除算する。また、埋め込み装置１００の同期シンボル埋め込み部１４０が同期シンボルに応じた変調信号により２帯域分のパイロットキャリアに位相変調を施す場合、復調部２５０は、例えばキャリア抽出部２４０から供給される２帯域分のパイロットキャリアの一方の偏角（位相成分）から他方の偏角（位相成分）を減算し、この減算結果に上述と同様なＤＣオフセット処理と正規化処理を施して復調結果信号として出力する。復調部２５０がパイロットキャリアにおいて同期シンボルによる変調処理が施された区間の復調処理を行った場合、復調部２５０が出力する復調結果信号は変調処理に用いられた変調信号に近似した波形の信号となる。以上と同様、データキャリアに対する復調処理の内容も、データシンボル埋め込み部１３０の変調処理の内容に対応したものとなる。

基準信号生成部２６０は、同期化制御部２７０による制御の下、相関算出部２８０に対して基準信号を供給する装置である。さらに詳述すると、基準信号生成部２６０は、同期探索フェーズでは、同期シンボル列を示す変調信号を位相を小刻みにずらしつつ基準信号として出力する動作を繰り返す。このように位相をずらして基準信号を発生するための手段には各種のものが考えられるが、例えば１周期分の基準信号のサンプル列を予めメモリに記憶しておき、読み出し開始ポイントをずらしながら、１周期分のサンプル列を読み出す操作を繰り返す構成としてもよい。また、基準信号生成部２６０は、データ抽出フェーズでは、データシンボル“０”に対応した変調信号とデータシンボル“１”に対応した変調信号を交互に出力する動作を繰り返す。

相関算出部２８０は、同期探索フェーズでは、復調部２５０から出力される復調結果信号と、基準信号生成部２６０から供給される各基準信号（この場合、同期シンボル列を示す変調信号）との相互相関係数を各々算出する。また、相関算出部２８０は、データ抽出フェーズでは、復調部２５０から出力される復調結果信号のうちデータキャリアの埋め込み区間に相当する区間内の信号を１シンボル相当の長さに区切り、区切った１シンボル相当の各信号について、データシンボル“０”に対応した変調信号との相互相関係数とデータシンボル“１”に対応した変調信号との相互相関係数を算出する。

同期化制御部２７０は、キャリア信号における同期シンボル列の埋め込み区間を探索するための制御を行う装置であり、相関履歴蓄積部２７１と、概略同期探索部２７２と、詳細同期探索部２７３とを有する。相関履歴蓄積部２７１は、相関算出部２８０が算出した過去一定期間分の相互相関係数を蓄積する装置である。概略同期探索部２７２および詳細同期探索部２７３は、同期探索フェーズにおける抽出装置２００の各部の制御を行う装置である。具体的には、概略同期探索部２７２は、キャリア信号の先頭位置から評価区間を粗いステップ幅で順次シフトしつつ、キャリア信号の評価区間内の信号に対応した復調結果信号を相関算出部２８０に引き渡すための各部の制御を行う。そして、概略同期探索部２７２は、相関算出部２８０から得られる相互相関係数の履歴に基づいて、キャリア信号における同期シンボル列による変調が施された埋め込み区間の概略的な位置を探索する。また、詳細同期探索部２７３は、概略同期探索部２７２が求めた概略的な位置に基づいて評価区間の位置を初期設定し、評価区間を概略同期探索部２７２が用いたステップ幅よりも細かいステップ幅で順次シフトしつつ、キャリア信号の評価区間内の信号に対応した復調結果信号を相関算出部２８０に引き渡すための制御を行う。そして、詳細同期探索部２７３は、相関算出部２８０から得られる相互相関係数の履歴に基づいて、埋め込み区間の詳細な位置を探索する。なお、概略同期探索部２７２および詳細同期探索部２７３の処理内容については、後に具体例を挙げて詳述する。

電子透かし情報抽出部２９０は、データ抽出フェーズでの処理を行う装置である。同期化制御部２７０は、詳細同期探索部２７３が同期シンボル列の埋め込み区間の開始点の詳細な位置を特定すると、キャリア信号における埋め込み区間の信号の読み出しを読出制御部２２０に行わせ、読み出されたキャリア信号の帯域キャリア信号への分割を帯域分割部２３０に行わせる。また、帯域分割部２３０から得られる帯域キャリア信号からデータシンボルが埋め込まれているデータキャリアをキャリア抽出部２４０に抽出させ、その復調を復調部２５０に行わせる。相関算出部２８０は、このとき復調部２５０から得られる復調結果信号を１シンボルフレーム相当の区間に区切り、区間毎にデータシンボル“０”に対応した変調信号との相互相関係数とデータシンボル“１”に対応した変調信号との相互相関係数とを算出する。電子透かし情報抽出部２９０は、復調結果信号を区切った１シンボルフレーム相当の各区間毎に、データシンボル“０”に対応した変調信号との相互相関係数とデータシンボル“１”に対応した変調信号との相互相関係数のうちいずれが大きいかを判断し、前者が大きければ当該区間に埋め込まれたデータシンボルは“０”であり、後者が大きければ当該区間に埋め込まれたデータシンボルは“１”であると判断する。
以上が本実施形態による抽出装置２００の詳細である。

本実施形態の特徴は、抽出装置２００において、同期化制御部２７０による制御の下で行われる概略同期探索および詳細同期探索の動作にある。図４は前者の概略同期探索の動作を例示するものであり、図５は後者の詳細同期探索の動作を例示するものである。

図４に示す例では、キャリア信号を示すストライプが示されている。このストライプを上下方向に区切る実線は、評価区間の境界を例示するものである。また、ストライプ内の破線による三角波は、キャリア信号に内在する同期シンボルに対応した変調信号波形を例示するものであり、上下方向の破線は同期シンボルの境界を例示するものである。

最初、概略同期探索部２７２は、キャリア信号の先頭位置Ｂ_０から始まる同期シンボル列の長さと同じ長さの区間を評価区間として、この評価区間内のキャリア信号のバッファ２１０からの読み出しを読出制御部２２０に行わせる。また、バッファ２１０から読み出された評価区間内のキャリア信号の処理を帯域分割部２３０、キャリア抽出部２４０および復調部２５０に行わせる。そして、このとき復調部２５０から得られる復号結果信号と基準信号生成部２６０が出力する基準信号（同期シンボル列に対応した変調信号）との相互相関係数を相関算出部２８０に算出させ、相関履歴蓄積部２７１に蓄積させる。

さらに詳述すると、このとき基準信号生成部２６０は、例えば基準信号（同期シンボル列に対応した変調信号）のサンプル列に対し、最後尾のサンプルをサンプル列の先頭に移動する、という巡回シフト操作を繰り返し施すことにより、初期位相が１サンプルずつずれた基準信号を順次出力する。なお、このような巡回シフトを行うのではなく、基準信号のサンプル列に対し、前方から“０”を追加しつつ後方にシフトする操作を繰り返すことにより、位相が小刻みにずれた複数の基準信号を順次出力してもよい。相関算出部２８０は、復調部２５０により評価区間内のキャリア信号から生成された復調結果信号と、この基準信号生成部２６０が順次出力する各基準信号との相互相関係数を各々算出し、各相互相関係数を相関履歴蓄積部２７１に蓄積するのである。

概略同期探索部２７２は、この相関履歴蓄積部２７１に蓄積された各相互相関係数の中に所定の閾値を越えるものがあるか否かを判定する。そして、所定の閾値を越える相互相関係数がない場合、概略同期探索部２７２は、キャリア信号の現在の評価区間内に同期シンボル列が埋め込まれていないとみなし、評価区間の先頭を現在の位置Ｂ_０から１シンボルフレーム相当の長さだけ後方の区切り位置Ｂ_１にシフトさせる。そして、区切り位置Ｂ_１から始まる新たな評価区間について上記と同様な処理を繰り返すのである。

評価区間が同期シンボル列の埋め込み区間から完全に外れている間は、相関算出部２８０が出力する相互相関係数はほぼ０（すなわち、無相関）になるので、概略同期探索部２７２は、評価区間の先頭位置を先頭位置Ｂ_０から区切り位置Ｂ_１へ、区切り位置Ｂ_１から区切り位置Ｂ_２へ、…という具合に順次後方へシフトしてゆく。

すると、やがて評価区間の後方部分がキャリア信号における同期シンボル列の埋め込み区間の前方部分とオーバラップする。これにより、評価区間と同期シンボル列の埋め込み区間が完全に離れている場合に比べて、相関算出部２８０が出力する相互相関係数の最大値が上昇する。そして、さらに評価区間が後方に移動して、評価区間と同期シンボル列の埋め込み区間とのオーバラップ部分の長さが長くなると、相関算出部２８０が出力する相互相関係数の最大値がさらに上昇する。そして、理想的には、図４に例示する区切り位置Ｂ_ｋから始まる区間が評価区間となり、評価区間の先頭の１シンボルフレーム相当の区間内に同期シンボル列の先頭部分が位置するような位相関係になったとき、相関算出部２８０から得られる相互相関係数の最大値がピークに達する。そこで、概略同期探索部２７２は、相関履歴蓄積部２７１に蓄積される相互相関係数の履歴を監視し、例えば相互相関係数がピークとなったときの評価区間を埋め込み区間の概略的な位置と判断するのである。

詳細同期探索部２７３は、以上のようにして概略同期探索部２７２が求めた埋め込み区間の概略的な位置（図４および図５の例では位置Ｂ_ｋ）に基づいて評価区間の位置を初期設定し、１シンボルフレームよりも短い時間長のステップ、具体的にはキャリア信号の１サンプリング周期に相当する刻み幅Δｔずつ評価区間を後方にシフトしつつ、評価区間内のキャリア信号のバッファ２１０からの読み出しを読出制御部２２０に行わせ、読み出された評価区間内のキャリア信号の処理を帯域分割部２３０、キャリア抽出部２４０および復調部２５０に行わせる。そして、復調部２５０から得られる復号結果信号と基準信号生成部２６０が出力する基準調信号との相互相関係数を相関算出部２８０に算出させ、相関履歴蓄積部２７１に蓄積させる。この場合の基準信号生成部２６０および相関算出部２８０の動作の詳細は、概略的同期探索において行われたものと同様である。

詳細同期探索において、評価区間の位置をシフトさせる範囲をどのように定めるかについては各種考えられるが、本実施形態では、概略同期探索部２７２が求めた埋め込み区間の概略的な位置からハーフブロックのサイズＮだけ前に戻った位置を評価区間の初期位置とし、概略的な位置から１ハーフブロックのサイズＮだけ後方の位置を評価区間の最終位置とする。詳細同期探索部２７３は、この初期位置から最終位置まで評価区間を小刻みにシフトさせつつ、この間に、相関算出部２８０から相関履歴蓄積部２７１に書き込まれる相互相関係数の履歴を監視し、例えば相互相関係数がピークとなる評価区間を見つける。そして、この評価区間を同期シンボル列の埋め込み区間と判断する。データ抽出フェーズでは、バッファ２１０内のキャリア信号の中からこのようにして求められた埋め込み区間内の信号が読み出され、データシンボルの抽出が行われるのである。なお、刻み幅Δｔは、１サンプリング周期であることが望ましいが、同期探索の時間を短くしたい場合には、それよりも多少大きい刻み幅（１ハーフブロックのサイズＮの約数が好ましい）としてもよい。

以上説明した本実施形態によれば、次の効果が得られる。

（１）抽出装置２００は、キャリア信号において同期シンボル列に対応した変調信号との相互相関の評価の対象となる評価区間を粗いステップでシフトしながら、キャリア信号における同期シンボル列の埋め込み区間の概略的な位置の探索を行い、この概略的な位置を初期値として、評価区間を細かいステップでシフトしながらキャリア信号における同期シンボル列の埋め込み区間の詳細な位置の探索を行う。従って、評価区間をキャリア信号の先頭から細かいステップでシフトしながら埋め込み区間の探索を行う場合に比べて、少ない演算量で同期シンボル列の埋め込み区間、すなわち、データシンボルの埋め込み区間の詳細な位置を求めることができる。

（２）抽出装置２００の概略同期探索部２７２は、バッファ２１０内のキャリア信号の先頭から１シンボルフレームずつ評価区間の先頭位置をシフトしながら、同期シンボル列の埋め込み区間の概略的な位置の探索を行う。ここで、シフト操作により順次設定される各評価区間の中には、同期シンボル列の埋め込み区間とのオーバラップ部分が長い評価区間が存在する。しかし、そのような評価区間であっても、一般的に同期シンボル列の埋め込み区間からは位相がずれている。しかしながら、本実施形態では、位相が小刻みにずれた複数の基準信号を発生し、評価区間内の復調結果信号とこれらの各基準信号との各相互相関係数を算出するようにしている。このため、評価区間と同期シンボル列の埋め込み区間とが正確に一致していなくても、評価区間と埋め込み区間のオーバラップ部分がある程度長ければ、相関算出部２８０により算出される相互相関係数の最大値が高くなり、埋め込み区間の概略的な位置を安定して求めることが可能になる。

（３）本実施形態において埋め込み装置１００では、対をなす２個の帯域キャリア信号を１シンボルの埋め込み先とし、シンボルに対応した波形を持った２相の変調信号であって、互いに逆相関係にある２相の変調信号による振幅変調または位相変調を２個の帯域キャリア信号に施すことより、シンボルのキャリア信号への埋め込みを行っている。従って、抽出装置２００側では、シンボルが埋め込まれた２個の帯域キャリア信号の振幅成分の除算または位相成分の減算を行うことにより帯域キャリア信号の変調に用いられた変調信号を検出することができ、しかもその際に、変調に用いられた際の波形を持った変調信号を大きな振幅で得ることができる。

＜他の実施形態＞
以上、この発明の一実施形態を説明したが、この発明には、他にも各種の実施形態が考えられる。例えば次の通りである。

（１）同期シンボル列の長さは、少なくとも概略同期探索において評価区間をシフトする際のステップ幅以上であればよい。また、同期シンボル列の長さと概略同期探索の探索ステップの長さの比は整数比でなくてもよい。

（２）同期シンボルとデータシンボルのシンボルフレームの長さは異なっていてもよい。

（３）同期シンボルを用いない態様も考えられる。この態様において、埋め込み装置１００は、キャリア信号の任意の区間に電子透かし情報を示すデータシンボル列による変調処理を施す。抽出装置２００の基準信号生成部２６０は、同期探索フェーズでは、１つの評価区間が設定される毎に、例えば１個のシンボル“０“を示す基準信号を、初期位相を小刻みにシフトしつつ複数回出力する。概略同期探索部２７２は、キャリア信号を１シンボルフレームの長さの評価期間に区切り、各評価区間のキャリア信号に対応した復調結果信号を相関算出部２８０に引き渡すための各部の制御を行う。この間、評価区間が切り換わるのと並行し、各評価区間について得られた基準信号との相互相関係数の履歴が相関履歴蓄積部２７１に蓄積されてゆく。概略同期探索部２７２は、この相互相関関数の履歴の監視結果に基づき、“０”らしいデータシンボルによる変調処理が施されていると考えられる評価区間および“１”らしいデータシンボルによる変調処理が施されていると考えられる評価区間を推定する。そして、この推定結果に基づき、キャリア信号におけるデータシンボル列の埋め込み区間の概略的な位置を求めるのである。詳細同期探索の動作も評価区間をシフトする際のステップ幅が小刻みになる点を除けば、概略同期探索の動作と同様である。

（４）上記実施形態では、概略同期探索において相互相関係数の最大値がピークとなる評価区間の位置を同期シンボル列の埋め込み区間の概略的な位置と判定したが、安全性を考慮して、相互相関係数の最大値がピークとなる評価区間の位置よりもやや前の位置を概略的な位置としてもよい。

この発明の一実施形態において用いられる電子透かし情報の埋め込み装置１００の構成を示すブロック図である。 同実施形態による電子透かし情報の抽出装置２００の構成を示すブロック図である。 同埋め込み装置１００の処理内容を示す図である。 同抽出装置２００の概略同期探索部２７２の処理内容を示す図である。 同抽出装置２００の詳細同期探索部２７３の処理内容を示す図である。

符号の説明

１００……埋め込み装置、２００……抽出装置、１１０，２３０……帯域分割部、１２０……キャリア分離部、１３０……データシンボル埋め込み部、１４０……同期シンボル埋め込み部、１５０……キャリア結合部、１６０……帯域合成部、１７０……変調信号生成部、２１０……バッファ、２２０……読出制御部、２４０……キャリア抽出部、２５０……復調部、２６０……基準信号生成部、２７０……同期化制御部、２８０……相関算出部、２９０……電子透かし情報抽出部、２７１……相関履歴蓄積部、２７２……概略同期探索部、２７３……詳細同期探索部。

Claims (6)

1. 一部の区間の一部の帯域の成分に対して、電子透かし情報を示すデータシンボル列を含む少なくとも１系列のシンボル列による変調処理が施されたキャリア信号を受け取って帯域分割を施し、互いに異なる帯域に属する複数の帯域キャリア信号を出力する帯域分割手段と、
   前記複数の帯域キャリア信号において少なくとも１系列のシンボル列による変調処理が施された成分を含む帯域キャリア信号に復調処理を施して復調結果信号を出力する復調手段と、
   前記復調処理により得られる復調結果信号と前記データシンボル列に同期した同期シンボル列を示す変調信号から構成される基準信号との相互相関係数を算出する相関算出手段と、
   前記キャリア信号の先頭位置から評価区間を所定のステップ幅で順次シフトしつつ、前記キャリア信号の評価区間内の信号に対応した復調結果信号を前記相関算出手段に引き渡す制御を行い、これにより前記相関算出手段から得られる相互相関係数の履歴に基づいて、前記キャリア信号におけるシンボル列による変調が施された埋め込み区間の概略的な位置を探索する概略同期探索手段と、
   前記概略同期探索手段が求めた概略的な位置に基づいて評価区間の位置を初期設定し、評価区間を前記概略同期探索手段が用いたステップ幅よりも細かいステップ幅で順次シフトしつつ、前記キャリア信号の評価区間内の信号に対応した復調結果信号を前記相関算出手段に引き渡す制御を行い、これにより前記相関算出手段から得られる相互相関係数の履歴に基づいて、前記埋め込み区間の詳細な位置を探索する詳細同期探索手段と
   を具備することを特徴とする電子透かし情報の抽出装置。
2. 前記キャリア信号は、互いに異なる帯域に属し、電子透かし情報を示すデータシンボル列による変調処理が施された成分と前記データシンボル列に同期した同期シンボル列による変調処理が施された成分とを含み、
   前記概略同期探索手段および前記詳細同期探索手段が前記埋め込み区間の探索を行う間、前記復調手段は、前記同期シンボル列による変調処理が施された成分を含む帯域キャリア信号に復調処理を施して復調結果信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の電子透かし情報の抽出装置。
3. 前記相関算出手段は、前記評価区間内のキャリア信号に対応した復調結果信号について、位相が順次シフトされた複数の基準信号の各々との間の各相互相関係数を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の電子透かし情報の抽出装置。
4. 前記キャリア信号は、対をなす２つの帯域の成分に対し、シンボルを示し、かつ、逆相関係にある２相の変調信号を用いた変調処理が施されており、
   前記復調手段は、前記対をなす２つの帯域の成分を各々含む各帯域キャリア信号から前記変調処理に用いられた変調信号の波形を示す復調結果信号を発生することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１の請求項に記載の電子透かし情報の抽出装置。
5. 一部の区間の一部の帯域の成分に対して、電子透かし情報を示すデータシンボル列を含む少なくとも１系列のシンボル列による変調処理が施されたキャリア信号を受け取って帯域分割を施し、互いに異なる帯域に属する複数の帯域キャリア信号を出力する帯域分割過程と、
   前記複数の帯域キャリア信号において少なくとも１系列のシンボル列による変調処理が施された成分を含む帯域キャリア信号に復調処理を施して復調結果信号を出力する復調過程と、
   前記復調処理により得られる復調結果信号と前記データシンボル列に同期した同期シンボル列を示す変調信号から構成される基準信号との相互相関係数を算出する相関算出過程と、
   前記キャリア信号の先頭位置から評価区間を所定のステップ幅で順次シフトしつつ、前記キャリア信号の評価区間内の信号に対応した復調結果信号を前記相関算出過程に引き渡す制御を行い、これにより前記相関算出過程において得られる相互相関係数の履歴に基づいて、前記キャリア信号におけるシンボル列による変調が施された埋め込み区間の概略的な位置を探索する概略同期探索過程と、
   前記概略同期探索過程において得られた概略的な位置に基づいて評価区間の位置を初期設定し、評価区間を前記概略同期探索過程において用いたステップ幅よりも細かいステップ幅で順次シフトしつつ、前記キャリア信号の評価区間内の信号に対応した復調結果信号を前記相関算出過程に引き渡す制御を行い、これにより前記相関算出過程において得られる相互相関係数の履歴に基づいて、前記埋め込み区間の詳細な位置を探索する詳細同期探索過程と
   を具備することを特徴とする電子透かし情報の抽出方法。
6. コンピュータに、
   一部の区間の一部の帯域の成分に対して、電子透かし情報を示すデータシンボル列を含む少なくとも１系列のシンボル列による変調処理が施されたキャリア信号を受け取って帯域分割を施し、互いに異なる帯域に属する複数の帯域キャリア信号を出力する帯域分割過程と、
   前記複数の帯域キャリア信号において少なくとも１系列のシンボル列による変調処理が施された成分を含む帯域キャリア信号に復調処理を施して復調結果信号を出力する復調過程と、
   前記復調処理により得られる復調結果信号と前記データシンボル列に同期した同期シンボル列を示す変調信号から構成される基準信号との相互相関係数を算出する相関算出過程と、
   前記キャリア信号の先頭位置から評価区間を所定のステップ幅で順次シフトしつつ、前記キャリア信号の評価区間内の信号に対応した復調結果信号を前記相関算出過程に引き渡す制御を行い、これにより前記相関算出過程において得られる相互相関係数の履歴に基づいて、前記キャリア信号におけるシンボル列による変調が施された埋め込み区間の概略的な位置を探索する概略同期探索過程と、
   前記概略同期探索過程において得られた概略的な位置に基づいて評価区間の位置を初期設定し、評価区間を前記概略同期探索過程において用いたステップ幅よりも細かいステップ幅で順次シフトしつつ、前記キャリア信号の評価区間内の信号に対応した復調結果信号を前記相関算出過程に引き渡す制御を行い、これにより前記相関算出過程において得られる相互相関係数の履歴に基づいて、前記埋め込み区間の詳細な位置を探索する詳細同期探索過程と
   を実行させることを特徴とするプログラム。
   

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