JP5710604B2 - ウォーターマーキングとフィンガープリンティングとの組合せ - Google Patents
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Description
[0001]米国では、本出願は2009年5月21日に出願された米国特許仮出願第61/180,415号の利益を主張する。
[00015]Kalker及びOostveen(Kalker,A.、Oostveen,J.、米国特許第7,168,083号、2007年1月23日)は、ウォーターマークがメディア信号に埋め込まれ、そのペイロードがフィンガープリントデータベースのインデックスを表すスキームについて説明している。Kalker及びOostveenは、メディアコンテンツが検索されるデータベースのセクションに関する情報を伝える比較的小さいペイロードを考えている。ウォーターマークを検出した後、ペイロードをインデックスとして使用することで、フィンガープリントデータベースの検索及びフィンガープリントデータベースとの照合に必要なデータベース検索を限定することができる。
[00016]セクション1.1で論じたこのスキームを更に拡大して、埋め込まれるウォーターマークを、メディア信号に関する全ての関連識別情報を伝える完全なペイロードで符号化することができる。ペイロードは、データベースのセクションを識別するのではなく、特定のメディア信号自体を識別することができる。更にペイロードは、(例えば、配信又は使用状況を追跡する目的で)メディア信号の本来的に同一のコピーを一意に識別できるようにする直列化情報も含むことができる。このウォーターマークのタスクは、ビデオを確実にしっかりと識別することである。ウォーターマーク信号の信号対ノイズ比は、メディア信号を通じて同じウォーターマークペイロードを繰り返し埋め込むことによって改善できる。このアプローチにより、メディア信号の特定の領域におけるウォーターマーク信号の強度を調整して、ウォーターマーク信号が知覚できないようにすることもできる。次いで検出中に、ウォーターマーク信号の構成要素がメディア信号の様々な領域又は時間セグメントにわたって集められて、十分な頑強性を実現する。このアプローチでは、ウォーターマークは位置特定情報(すなわち、メディア信号のどの部分からウォーターマークが検出されたか)を提供することができない。位置特定は、フィンガープリンティングによって実現できる。Kalker及びOostveen(Kalker,A.、Oostveen,J.、米国特許第7,168,083号、2007年1月23日)のアプローチのように、ウォーターマークペイロードをインデックスとして使用して、フィンガープリントデータベースにおけるメディア信号に関連するフィンガープリントを識別する。このステップにより、データベース検索が減る(その結果、システムコストが低く抑えられる)。次いで、データベース内で識別されたメディア信号のフィンガープリントと抽出されたフィンガープリントを照合することで、位置特定情報を提供することができる。
[00017]セクション1.2で概説したアプローチとは反対に、コンテンツ識別はフィンガープリンティングを使用して実行できる一方、位置特定はウォーターマーキングを通じて実現できる。コンテンツ識別アプリケーションは、極めて細かい粒度での識別の実行を要求することができる。例えば、ビデオシーケンスの各フレームが一意に識別されなければならないと想定する。フィンガープリンティング技法を使用してあらゆるフレームを一意に識別することは実行不可能であり、その理由は、対応するフィンガープリントデータベースが大きくなり、このデータベースをくまなく検索すると、計算コストが高くなることにある。代わりに、最初に識別がフィンガープリンティング技法を使用して達成され得る。次に位置特定がウォーターマーキング技法を使用して達成され得る。例えば、固有のウォーターマークペイロードがビデオの各フレームに埋め込まれていることがある。このペイロードはビデオ内のフレームの位置を正確に示すが、ビデオ自体を識別することはできない。例えば、ウォーターマークペイロードは、フレームごとに変わるタイムコードからなることがある。そこで、ウォーターマークペイロード内のタイムコードを伝えるための効果的な符号化スキームを利用して、ウォーターマーク信号の頑強性を高めること、又はその強度を低下させることができる。かかるスキームについて、セクション4で説明する。
[00018]ウォーターマークペイロードの読取りは、ウォーターマーク情報ビットが埋め込まれたときの形態にメディア信号が戻るように、メディア信号のコンテンツを同期化することを要求することが多い。通常、同期化は別個の同期信号を埋め込むことによって達成される。知覚不可能性要件によって課される制約が、埋込み可能なウォーターマーク信号(及び同期信号)の強度を制限する。その結果、同期化は、メディア信号への変換の一定範囲において達成できるに過ぎない。この範囲を越えると、同期化されず、ウォーターマークペイロードは読取り不可能になる。
[00022]SIFTは、Scale−Invariant Feature Transformの頭文字であり、David Loweによって開拓されたコンピュータ視覚技術であり、「Distinctive Image Features from Scale−Invariant Keypoints」International Journal of Computer Vision,60,2(2004年)、91〜110ページ、及び「Object Recognition from Local Scale−Invariant Features」International Conference on Computer Vision,Corfu,Greece(1999年9月)、1150〜1157ページを含むDavid Loweの各種論文並びに特許第6,711,293号で説明されている。
[00038]セクション1.4で説明したアプローチは、フィンガープリンティング又は認識技法を使用して、メディア信号サンプルのコンテンツを識別し、メディア信号サンプルを同期化することで、データベースに保存された基準コピーとの整合性をとり、次いで基準信号を使用してメディア信号サンプルのホストコンテンツを除去し(取り去る)、ウォーターマーク信号のみが残るようにすることにより、更に拡大することができる。ホスト情報(元の画像)を除去することにより、信号対ノイズ比を向上させ、頑強性が高まる。事実上、このアプローチはウォーターマーク検出を非ブラインド型アプローチ(すなわち、通知された(informed)検出)に変える。この場合、ウォーターマークペイロードは直列化又は追跡などのため情報ビットを運ぶ目的で使用できる。
[00039]コンテンツ識別は典型的には、メディア信号のサンプルを識別することに関係する。コンテンツ識別技法は通常、メディア信号サンプルが経験した可能性のある変換を無視する(又は克服さえする)ように設計される。アプリケーションによっては、これはメディア信号が経験した変換の性質を判断することが役立つ場合がある。例えば、サンプルは低解像度ビデオ、高精細度ビデオであるか、又は信号のコンテンツはサイズ変更(スケーリング)若しくは回転されているか。他のアプリケーションでは、これはサンプルの配信経路を判断することが必要な場合がある。例えば、ビデオは元のメディアのモバイル版であったか、ブロードキャスト版であったか。
[00043]このアプローチでは、メディア信号サンプルは、通常どおり認識若しくはフィンガープリンティング技法を使用して(又は更にウォーターマーキングを使用して)識別される。メディアサンプルが識別されると、基準データベースに保存されているこのメディアの基準信号で比較分析を実行できる。この分析は、信号サンプルの忠実度を基準の忠実度と比較することによる、圧縮の存在及び量又は信号品質の推定値を特定するための信号帯域幅の比較を含むことができる。画像又はビデオフレームについては、画像登録技法(L.G.Brown、A survey of image registration techniques、ACM.Computing Surveys 24(1992年)、326〜376)を使用して幾何学的変換(回転の変更、スケール、アフィン変換、クロッピング、縦横比の変更など)を突き止めるためサンプルと基準とを比較することができる。
[00046]場合によっては、メディア信号サンプル自体の識別なしにチャネルが識別されることもある。(例えば、MP3又はAACフォーマットの)圧縮された音声サンプルについて考えたい。このサンプルのビットレートは、音声コンテンツを識別する必要を伴わずにビットストリーム自体から判断できる。また、信号劣化を分析することによってチャネル特性を推測することもでき、例えば、フレームサイズが小さい不鮮明なビデオは、高精細度のソースからのものではないだろうと推測される。こうした情報を使用して、フィンガープリンティング又は認識といった識別技法の頑強性を高めることができる。例えば、フィンガープリントデータベースを低解像度部分及び高解像度部分にセグメント化することができる。音声サンプルについては、識別はデータベースの関連部分に限定できる。サンプルが識別されると、セクション2.1で説明したように更なる分析を実行できる。
[00047]上述のように、フィンガープリントデータベース探索は、信号特性又はチャネルの識別に基づいて調整できる。フィンガープリントデータベースを別個の領域にセグメント化又は分割して、コンテンツ識別タスクをチャネルの識別に集中させることができる。更なる改善として、フィンガープリントデータベースは同じコンテンツの複数の変形形態への参照を包含することができる。例えば、音声フィンガープリントデータベースの64kbpsのセクションは、64kbpsでの関連特性を保存でき、一方で、より高いビットレートのセクションは、当該ビットレートでの関連特性を保存できる。
[00048]フィンガープリンティング(認識)及びウォーターマーキングは、信号を識別する技法の連続スペクトルの2つの終点として考えることができる。これら2つの終点の間には、コンテンツ由来度の大きい(strongly content derived)(又はコンテンツベースの)識別からコンテンツ由来度の低い(weakly content derived)識別、更にはコンテンツから独立した識別へと変化する1組の技法がある。以下では、これらの技法の一部の例について更に詳しく述べる。
[00049]フィンガープリンティング及び認識技法は、コンテンツからコンテンツを特徴付ける(パターン、特徴、ビット又はフィンガープリントの形での)情報を導出する。識別は、基準データベースに保存された基準パターン、特徴、ビット又はフィンガープリントと照合することによって実行される。これらの技法では、サンプル信号のフィンガープリントが基準データベースのフィンガープリントと高い確率で合致した場合に合致が得られる。メディアのコピーが知覚的に似ている場合、フィンガープリント又は特徴が合致したことになる。これらの組の技法は情報伝達能力を有さない(すなわち、信号は信号自体から独立した無関係の情報を伝達しない)。なお、以前に分析されておらず、基準データベースに保存されていない信号も識別できない。基準データベースのサイズは、識別される必要のあるメディア信号の数に比例して増加する。
[00050]これらの組の技法では、フィンガープリンティング又は認識技法はメディアの(事前に知らされている)いくつかの変換を区別することができる。例えば、メディアの前歪み版から抽出されたフィンガープリントを、後に各々別個の前歪み版を識別するために使用できる。先験的情報は、適用できる起こり得る前歪みの種類に関する知識を含む。ここで、適用される歪みは知覚的に有意であってもなくてもよい。このアプローチの例は、セクション2.2.1で説明したものを含む。これらの技法の識別プロセスはセクション2.1の説明に沿って進むことができる。例えば、最初の識別は前歪みを無視することができる一方、最初の識別の後、信号の更なる検査を実行して、照合する別個の前歪み版を特定することができる。
[00051]事後情報を使用したフィンガープリンティングでは、識別部分は従来型のフィンガープリンティングと同様に実行される。メディアサンプルが識別されると、事後情報を使用してメディア信号サンプルの更なる特性を推測する。こうした特性は、サンプルが配信又は送信されたチャネル並びに信号が経験した可能性のある劣化及び操作に関する情報を含む。事後情報は、メディア信号が様々なチャネルを通じていかに挙動し、劣化するかを分析することによって得られる知識、並びにメディア信号の属性に対する劣化及び操作の影響に関する知識を含む。この知識は、その特定のメディア信号から直接導出することはできないが、関連メディア信号の収集における観察される挙動を一般化したものであり得る。セクション2.1で述べた技法はこのカテゴリーに入る。
[00052]この技法カテゴリーでは、フィンガープリンティング及びウォーターマーキングの両方を用いて、各技法によってもたらされる相補的利益を利用し、それぞれの限界及び弱点を克服する。フィンガープリンティングとウォーターマーキングとの組合せを示すいくつかの例は、セクション1で説明している。更に、技法の組合せは、レガシーメディア及びシステムコストに対処するのに特に役に立つ。例えば、ウォーターマークされていないレガシーメディアは、フィンガープリンティング技法を使用して識別される。また、識別中のシステムコストを下げるため、ウォーターマーク検出が最初に実行される。ウォーターマーク検出が失敗した場合、フィンガープリントを抽出して基準データベースの検索及び基準データベースとの照合を行う。ウォーターマーク検出及びフィンガープリント抽出の両方に共通する信号処理演算を最初に実行して、重複を回避する。
[00053]これらの技法種類では、コンテンツから導出された特性情報(すなわち、フィンガープリント)がウォーターマークペイロード内に保存される。米国特許第7,519,819号を参照されたい。こうして、コンテンツ由来情報はウォーターマーク内にしっかり結び付けられる。これらの技法は認証型アプリケーションで主に使用される。
[00054]この技法種類では、メディア信号に関する情報がウォーターマーキングで使用されるが、ウォーターマークペイロードに直接的に符号化されることはない。通知されたコーディングでは、ウォーターマーク信号(又はペイロード)を含むコード語は、ホストメディア信号の知識によって影響される。通知された埋込みでは、ウォーターマーク信号はホストメディア信号の知識に基づいて変更又は形成される。通知された検出(非ブラインド型検出)では、ウォーターマーク検出プロセスに対し、元のホストメディア信号に関する情報が与えられる(I.J.Cox、M.L.Miller、及びJ.A.Bloom「Digital watermarking」Morgan Kaufmann、2001年。)
[00056]この技法カテゴリーでは、ウォーターマークペイロードはホストメディア信号コンテンツから独立している。一方、フィンガープリンティング及び認識技法を使用して、コンテンツ自体から補助的情報を抽出する。かかる補助的情報は、メディア信号の属性(例えば、支配的な色が青である、又は支配的なテクスチャが砂のようである、など)、更には意味情報(赤い車を運転している人物)を含むことができる。次いで、かかる情報を使用して、(コンテンツを事前分析することなく)知的検索及び取出し能力を促進することができる。
[00057]通常のウォーターマーキングでは、ウォーターマーク信号(ペイロード)によって伝えられる情報は、ウォーターマークが埋め込まれているホストコンテンツから独立している。識別は、ウォーターマーク信号の存在を検出し、符号化されたメッセージを復号し、ペイロード情報ビットを回復することによって実行される。ペイロードを回復するのに基準データベースは必要とされない。通常、ウォーターマークはホストメディアコンテンツに知覚不可能な形で埋め込まれる。ウォーターマーキングを使用して、メディア信号の本来的に同一のコピーは別個のアイデンティティを、別個のペイロードを当該コピーに埋め込むことによって与えられる。メディアコンテンツは、ウォーターマーキングシステムで有用となる前にウォーターマークされなければならない。
[00058]適応アプローチは、1つの技法から別の技法へとシームレスに切り替わり、利用可能な処理能力、バッテリー電力、ネットワーク接続、帯域幅、検出コスト、検索及び照合コスト、接続コストといったパラメータに基づき適合し、検出はクライアントで実行されるべきか、それともサーバで実行されるべきかを決定する。例えば、ウォーターマークされ、更にフィンガープリントデータベースで参照されるメディア信号について考えたい。モバイルデバイスにおけるこの信号のサンプルの検出のため、ウォーターマーキング又はフィンガープリンティングを使用することができる。ウォーターマーク検出をデバイス自体でローカルに容易に実行できる場合、当該検出から始めることができる。ウォーターマークが発見されなかった場合、システムはサンプルからフィンガープリントを抽出すること、及び基準データベースと照合することを求める。デバイス能力(処理)がローカルフィンガープリント抽出をサポートしないが、帯域幅及び接続が制約とならない場合、デバイスはフィンガープリントの抽出及び照合のため、サンプル(又はその縮小版)を遠隔サーバに送信することができる。バッテリー電力が制限されている場合、システムは(送信がローカルCPUでの処理より多くの電力を必要とすると仮定した場合)送信前に大半の処理ステップをローカルで実行する。上記で参照により組み込まれる米国特許公開第20060031684号は、様々な要素に基づきコンテンツ認識を調整するデバイスについて説明している。
[00059]タイムコードをウォーターマークペイロードに効果的に符号化し、その後、当該コードの性質を利用することにより検出している間に復号することができる。時間情報は様々な方法でウォーターマークペイロード内に含まれ得る。1つの方法は、タイムコードを文字列、例えば日、月及び年を表すDD:MM:YYYY又は時間、分及び秒を表すHH:MM:SSとして扱うことである。別の方法は、例えば32ビット又は64ビットコードの整数コードの形で時間情報を符号化することである。整数コードは所定の出発点からのクロックチック数をカウントする。この一例では、コードの種類がUNIX(登録商標)オペレーティングシステムにあり、時間が1970年1月1日からの経過秒数としてカウントされる。
[00081]特定の実施態様に関して本技術の原理について説明し、示してきたが、本技術は多くの他の異なる形式で実施できることが認識されよう。本明細書を過度に長くすることなく包括的に開示するため、出願人は参照により上記の特許及び特許出願を組み込む。
Claims (16)
- プログラムされたプロセッサによって、コンテンツ信号を識別する方法であって、
前記コンテンツ信号の受信された部分のフィンガープリントを計算するステップと、
前記フィンガープリントを使用して基準データベース内の前記コンテンツ信号を識別するステップであって、前記基準データベースは、前記フィンガープリントを当該基準データベース内の基準フィンガープリントと照合することによって、前記コンテンツ信号のアイデンティティを用意する、当該識別するステップと、
前記基準データベースにおける前記コンテンツ信号のアイデンティティに基づき、前記コンテンツ信号の基準コピーを取得するステップと、
前記基準コピーを使用して前記コンテンツ信号の前記受信された部分からデジタルウォーターマークを抽出し、前記受信された部分内のコンテンツの位置特定情報を決定するステップと、
を含む方法。 - 前記コンテンツ信号が、前記コンテンツ信号内の位置に対応する複数の固有のデジタルウォーターマークを含み、前記位置特定情報が、前記コンテンツ信号内の位置に対応する前記抽出されたデジタルウォーターマークにおける固有の情報から決定される、請求項1に記載の方法。
- 前記固有の情報が、前記コンテンツ信号における時間的位置を提供するタイムコードを含む、請求項2に記載の方法。
- プログラムされたプロセッサによって実行されるコンテンツ認識方法であって、
コンテンツ信号の受信された部分のフィンガープリントを計算するステップと、
前記フィンガープリントを基準データベースに送信して前記コンテンツ信号を識別するステップであって、前記基準データベースは、前記フィンガープリントを当該基準データベース内の基準フィンガープリントと照合することによって、前記コンテンツ信号のアイデンティティを用意する、当該ステップと、
前記基準データベースにおける前記コンテンツ信号のアイデンティティに基づき、前記コンテンツ信号の基準コピーを取得するステップと、
前記コンテンツ信号の前記受信された部分の歪みを、前記受信された部分と前記基準コピーとの比較分析に基づき判断するステップと、
を含む、コンテンツ認識方法。 - 前記基準コピー及び前記受信された部分が、前記基準コピーとの比較で前記受信された部分の幾何学的変換を判断するために使用される、請求項4に記載のコンテンツ認識方法。
- 前記幾何学的変換を適用して、前記受信された部分からデジタルウォーターマークを抽出するために前記受信された部分を同期化するステップ、を含む、請求項5に記載のコンテンツ認識方法。
- 前記受信された部分から前記デジタルウォーターマークを抽出するステップ、を含む、請求項6に記載のコンテンツ認識方法。
- 前記歪みが、前記受信された部分の配信チャネルを判断するために使用される、請求項4に記載の方法。
- プログラムされたプロセッサによって実行されるコンテンツ認識方法であって、
コンテンツ信号の受信された部分を分析して、前記コンテンツ信号の信号劣化を推測するステップと、
前記信号劣化から配信チャネルを判断するステップと、
前記コンテンツ信号の前記受信された部分のフィンガープリントを計算するステップと、
前記フィンガープリントを基準データベースに送信して前記コンテンツ信号を識別するステップであって、前記基準データベースが、前記フィンガープリントを前記配信チャネルに対応する前記データベース内の1組の基準フィンガープリントと照合することによってアイデンティティを用意し、前記データベースが配信チャネルに対応する様々な組の基準フィンガープリントにセグメント化され、それにより前記様々な組が共通の組のコンテンツ信号の基準フィンガープリントを含むが、前記様々な配信チャネルに関係する信号特性に基づき計算される前記共通の組のコンテンツ信号の様々な基準フィンガープリントを保存する、当該ステップと、
前記配信チャネルを使用して、前記様々な組のうちのどれを使用して前記コンテンツ信号を識別するかを決定するステップと、
を含む、コンテンツ認識方法。 - 前記配信チャネルが圧縮フォーマットに対応する、請求項9に記載の方法。
- プログラムされたプロセッサによって実行されるコンテンツ認識方法であって、
様々な版のコンテンツ信号を受信するステップであって、前記様々な版が様々な配信チャネルに対応する、当該ステップと、
前記様々な版の基準フィンガープリントを計算し、前記基準フィンガープリントをセグメント化されたデータベースの対応するセクションに保存するステップであって、前記対応するセクションが特定の配信チャネルに関連する、当該ステップと、
要求に応じて、受信されたフィンガープリントの合致を、前記受信されたフィンガープリントに関連する配信チャネルに対応する前記データベースのセクションで合致を検索することによって、決定するステップと、
を含むコンテンツ認識方法。 - 前記プログラムされたプロセッサによって実行される、
コンテンツ信号の受信された部分のフィンガープリントを計算するステップと、
前記フィンガープリントを基準データベースに送信して前記コンテンツ信号を識別するステップであって、前記基準データベースは、前記フィンガープリントを当該基準データベース内の基準フィンガープリントと照合することによって、前記コンテンツ信号のアイデンティティを用意する、当該ステップと、
前記基準データベースにおける前記コンテンツ信号のアイデンティティに基づき、前記コンテンツ信号の基準コピーを取得するステップと、
前記コンテンツ信号の前記受信された部分の歪みを、前記受信された部分と前記基準コピーとの比較分析に基づき判断するステップと、
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記基準コピー及び前記受信された部分が、前記基準コピーとの比較で前記受信された部分の幾何学的変換を判断するために使用される、請求項12に記載の方法。
- 前記幾何学的変換を適用して、前記受信された部分からデジタルウォーターマークを抽出するために前記受信された部分を同期化するステップ、を含む、請求項13に記載の方法。
- 前記受信された部分から前記デジタルウォーターマークを抽出するステップ、を含む、請求項14に記載の方法。
- 前記歪みが、前記受信された部分の配信チャネルを判断するために使用される、請求項12に記載の方法。
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