JPH10304322A - エンコーダ装置及び方法 - Google Patents

エンコーダ装置及び方法

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JPH10304322A
JPH10304322A JP10079622A JP7962298A JPH10304322A JP H10304322 A JPH10304322 A JP H10304322A JP 10079622 A JP10079622 A JP 10079622A JP 7962298 A JP7962298 A JP 7962298A JP H10304322 A JPH10304322 A JP H10304322A
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video
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ビデオ信号内にデータを透過的に埋め込むと
共に、埋め込んだデータを抽出する。 【解決手段】 信号発生器34がビデオ・タイミングに
応じて擬似ランダム2進シーケンスを発生し、排他的オ
ア・ゲート35がデータ入力と擬似ランダム2進シーケ
ンスからランダム2進パターンを発生する。ミキサ40
が、発振器42からの搬送周波数信号をランダム2進パ
ターンで変調して、サブリミナル・データ信号を発生す
る。加算器20は、サブリミナル・データ信号をビデオ
信号と結合して、ビデオ信号内に透過的にエンコードさ
れたデータを有する出力ビデオ信号を発生する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、データ伝
送、特に、ビデオ信号内にデータを透過的に埋め込ん
で、ビデオ信号の認証、プログラムの所有権、及び/又
は許可・照合を示す方法及び装置に関する。なお、透過
的とは、トランスペアレント(transparen
t)的、即ち、他に影響を与えずにという意味である。
【0002】
【従来の技術】テレビジョン信号は、通常、創作者に著
作権やその他の権利が帰属し、テレビジョン・ネットワ
ーク配信の場合には、再放送のために、テレビジョン信
号が系列放送局に分配される。番組(マテリアル)か
ら、そのマテリアルの制作者や創作者を判別するのはし
ばしば難しいため、無許可の再放送を検出するのは困難
である。このように困難になるのは、特に、短いシーケ
ンス(一連の画面)の場合や、ビデオ画像を切り取った
り変更した場合や、ビデオ画像内に明らかに挿入された
任意の識別ロゴをマスク(隠す)した場合である。
【0003】テレビジョン及びビデオの配信に関するそ
の他の一般的で深刻な問題は、ビデオ信号と共に配信さ
れる聴覚、即ち、オーディオ成分の同期である。MPE
G圧縮の如き大規模な緩衝を必要とする最新のデジタル
信号処理技法は、ビデオ配信に潜在物(見えないもの)
を追加することであり、また、分離してオーディオを配
信又は処理できるので、オーディオ対ビデオのエラー
(リップ同期エラー)や、サウンドに対する動きのエラ
ーがしばしば生じる。ときどき、この潜在物が目に見え
るようになり、継続的な再同期化が必要となる。オーデ
ィオ対ビデオ同期の問題の他に、オーディオ信号が全体
的に破壊されたり、失われたりすることがある。例え
ば、ビデオ信号内にデータとしてオーディオ・エンベロ
ープを埋め込むことにより、受信オーディオ信号を検出
し、元の信号と対比することができる。元の信号は、コ
ード化され、品質の基準及びビデオ対オーディオ遅延の
基準として、ビデオ信号内にデータとして埋め込まれ
る。
【0004】他の問題は、コンピュータで創造できる視
覚的な画像を表すビデオ信号の認証の問題であり、偽造
や詐欺的な信号を検出できるのが望ましい。この場合、
認証されたビデオ・シーケンスから識別するのが困難な
程度にまでビデオ信号が複製されているかもしれない。
また、ビデオ信号の特定のサブシーケンスの初め及び/
又は終わりを検出できることがしばしば望ましい。かか
る特定のサブシーケンスは、MPEG圧縮により処理さ
れたビデオにおけるインサービス・ビデオ品質評価用動
きテスト・シーケンスのようなものである。配信された
ビデオ信号の特別な試験シーケンス・セグメントを捕捉
し、そのセグメントを、非破壊で蓄積されたセグメント
と比較して、ビデオ品質を評価する。そのシーケンス、
そして、そのシーケンスのみを捕捉できるように、その
シーケンスが生じたときを特別に且つ確実に検出するこ
とが可能であるが、これには、一般に、シグナチャ(s
ignature:識別特性)ベクトルに先進の処理を
行うこと、分離チャンネルを介してそのベクトルを伝送
すること、そして、受信器における相関手段が必要であ
る。ビデオ内にデータを透過的に埋め込むことにより、
シグナチャ・ベクトルを予めロードしたり、シグナチャ
・ベクトルを予め処理することなく、受信器が所定の開
始及び終了コードを検出できる。
【0005】ゲオフェリ・ビー・ローズ(Geoffrey B.
Rhoads)の公告カナダ特許出願第2174413(A
1)号「識別/認証コーディング方法及び装置(Identi
fication/Authentication Coading Method and Apparat
us)」は、画像信号に認証を与える技術を記載してい
る。このローズの特許出願においては、目に見えないN
ビット識別コードを画像に埋め込むが、わずかなノイズ
・パターンがコード化形式で生じる。特に、2進識別コ
ードのビットを順次参照して、N個の独立したノイズ状
パターンを元の画像信号に加算する。これらパターンの
検出は、N個の連続した相関により行うが、各パターン
の複製(レプリカ)を蓄積しておく。また、これは、
「相関受信器」としてパブリック・ドメインに記載され
ているように、N個の相関器により同時に行える。さら
に、上述のローズの特許出願は、N個の独立したノイズ
状画像を正確に加算又は減算して、検出及び/又はエン
コードした画像品質を改善する。上述のローズの特許出
願で「真の極性(true polarity)」と呼ばれている後
者の変更は、パブリック・ドメインにおいては、相関受
信器用の「双(二)直交(bi-orthogonal)シグナル
(表示)」として記載されており、N個の双直交シンボ
ル(パターン)を加算又は減算して、2^N個の複合シ
ンボル(パターン)を創作できる(なお、2^Nは、2
のN乗を表す)。このローズの特許出願に記載の両方の
方法の欠点は、2^N個が可能な複合パターンの1個を
形成するのに加算又は減算するN個のノイズ状パターン
の各々に対して、複合パターンを画像に付加することに
より、画像劣化が最小になるように、適切に拡大縮小す
ると共に設計する必要があることである。さらに別の欠
点は、検出のために、元のエンコードしていない画像
と、N個のパターンとを受信器内に蓄積して、エンコー
ドされていない画像をエンコードされた画像から減算す
る必要があることである。
【0006】1990年11月6日に発行されたウィリ
アム・ジェイ・オグラディ(William J. O'Grady)及び
ロバート・ジェイ・ダブナー(Robert J. Dubner)の米
国特許第4969041号「ビデオ信号へのデータの埋
め込み」(特公平7−61148号に対応)は、認証目
的又は情報伝送のために、複数の低レベル波形の1つを
ビデオ信号に付加して、低レベル波形のレベルをビデオ
信号のノイズ・レベル未満とすることを記載している。
各低レベル波形は、埋め込むべき特定のデータ・ワード
に対応する。受信側において、ビデオ信号は、同じ組の
低レベル波形と相関しており、1組の相関係数を発生す
る。最大の相関係数は、対応するデータ・ワードに変換
されたレベル波形の特定の1つが存在していることを示
す。上述のローズの特許出願における複合パターンは、
N個の独立したパターンを加算したものを用いるが、こ
れは、N=1のときに1個だけのパターンが一時に伝送
されるので、オグラディ/ダブナーの特許発明の場合と
同じである。Nビットのデータ・ワードに対して、オグ
ラディ/ダブナーの特許発明は、ローズの特許出願の発
明のN個のパターンではなく、2^N個のパターンを蓄
積する必要がある。しかし、N個の双直交サブパターン
を加算することにより、2^N個のパターンを発生でき
るので、ローズの特許出願の発明と同じ方法では、その
効果は同じであり、わずかN個のパターンを蓄積する必
要がある。これら両方の特許発明においては、シンボル
の比率は、1画像又は1フィールドにつき、1パターン
である。
【0007】オグラディ/ダブナーの特許発明の他のい
くつかの欠点は、この発明が、空間的マスクの如く人間
の心理的視覚過程が制限されている点を完全に利用する
ことなく、単一のパターン又はパターンのシーケンスが
隠れる程度が制限されることである。また、この発明
は、相関出力が単極(unipolar)なので、役立つ信号対
ノイズ比を完全には利用しない。さらに、この発明は、
見えないビデオ・フレームにわたって行うエラー補正用
の時間的冗長性を与えるために、埋め込まれたシンボル
が表すデータがコード化されていないことである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】よって、上述の欠点を
改善するのに有効なように、ビデオ信号内に目立たない
データ・パターンを埋め込む方法及び装置が望まれてい
る。
【0009】したがって、本発明の目的は、データを表
すランダム化したパターンにより特定の搬送周波数信号
を変調して、ビデオ信号内にデータを透過的に埋め込む
と共に、埋め込んだデータを抽出する方法及び装置の提
供にある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ランダ
ム化されたパターンは、データと、疑似ランダム2進シ
ーケンス発生器の出力との組み合わせ(結合)でもよ
く、このデータは、複数のかかるパターンから選択した
双直交パターンに先ず変換され、次に、ランダム化され
てもよい。その結果の変調された搬送周波数信号を人間
の視覚モデルに応じて振幅変調するので、変調された搬
送周波数信号の振幅は、画像が複雑な(複雑さが高い)
領域よりも大きく、画像が複雑でない(複雑さが低い)
領域よりも小さい。変調された搬送周波数信号が表すサ
ブリミナル・データをビデオ信号に付加する。デコーダ
においては、先ず、ビデオ信号をろ波して、適切な相関
技法を用いて、データを再生し、画像成分に対するサブ
リミナル・データ成分を増加させる。そして、データ成
分を復調して、データ・パターンを発生する。また、そ
のデータ・パターンを可能性のあるデータ・パターンに
相関させて、特定パターン及び関連したデータ・ワード
を識別する。
【0011】本発明のその他の目的、効果及び新規な特
徴は、添付図を参照した以下の説明から明らかになろ
う。
【0012】
【発明の実施の形態】ビデオ信号内に埋め込まれたデー
タが目に見えないということは、互いに作用するいくつ
かの独立した要素による。第1要素は、搬送周波数の直
接シーケンス拡散スペクトラム(Direct-Sequence Spre
ad Spectrum:DSSS)変調によるスペクトラム拡散の
原理である。低帯域幅/低レート・データ・パターン又
はシンボルを高レートの疑似ランダム2進シーケンス
(Pseudo Random Binary Sequence:PRBS)により変
調し、搬送周波数周辺の電力スペクトラムを拡散するの
で、時間領域波形がノイズ状のものを現すか、又は空間
的整合性(spatial coherence)を欠く。これらは、低
レベルにおいて見るということでは、目や頭脳に良い。
また、搬送周波数及び位相を注意深く選択することによ
り、DSSS変調搬送波上のPRBS変調シンボル(パ
ターン)により生じた空間パターンの可視性を更に低下
させることができる。
【0013】第2点としては、埋め込まれた信号を垂直
及び水平の両方向にろ波(フィルタ処理)して、縁の可
視性を低下させ、更に、その全体的な不可視性を強調す
ることも望ましい。重要な第3要素は、ビデオ内容に応
じて、データ信号レベルを可変させて、視覚的なマスク
を利用することである。
【0014】他の要素は、フィールド交番搬送(Field
Alternate Carrier:FAX)周波数と位相との選択であ
り、これは、DSSS変調搬送波になる。この搬送波の
不可視性は、その周波数の関数となるが、あるフィール
ドから次のフィールドへの位相は、非常に重要である。
奇数フィールド(フィールド1)上の全データ・パター
ンを偶数フィールド(フィールド2)上に再び繰り返す
ことにより、1次のキャンセルが生じるが、反転した搬
送波位相により、インターレース・ライン対のキャンセ
ルが生じる。各フィールドの電圧を繰り返すことによ
り、偶数ライン・フィールドのコム(櫛歯)フィルタを
デコーダ内に用いて、フィールドからフィールドへの相
関したビデオをキャンセルし、データ・パターンを再生
する。これは、50%データ・レートという不利な条件
の代償として、3dBの利点がある。進歩した走査ビデ
オ・システムにとっては、フィールド交番搬送周波数及
びデータ繰り返しは、ライン交番搬送(Line Alternate
Carrier)周波数及びデータ繰り返しにより置換され
る。これにより、同じ又は良好な視覚キャンセルが行わ
れ、インターレース走査システムと同じデータ・レート
となる。
【0015】ビデオ信号においては、搬送波、コード及
びデータ・ロックは、同期及びバースト内の豊富なタイ
ミング情報から簡単に導出できるので、デコーダが大幅
に簡単となる。コム・フィルタによる除去の他に、バン
ドパス・フィルタを用いて、番組ビデオ信号の大きな搬
送成分を抑圧する。PRBS相関又は非拡散の後に、種
々の検出方法が可能である。ソフトウェアの双直交M関
係理論(bi-orthogonal M-ary scheme)を駆動する積分
及びダンプ一致フィルタを用いてもよい。チャンネル・
コード化を具えるか具えない2つのオプションを用いて
もよい。多くの代替えには、ワルシュ(Walsh)コード
割り当て(アンガーボエッチ(Ungerboech)TCMと叩き
込み(コンボルーション)コード化との結合や、連結し
た(concatenated)RS(Reed-Solomon)及び叩き込み
がある。
【0016】ホログラム2次元(2D)感覚において、
コム・フィルタを通過したピクセル・セグメントのビデ
オの動きに対する耐性に対してシャッフルなどを行うこ
とにより、チャンネルのコード化を最適に行う。データ
のかかる2Dシャッフルを3次元(3D)シャッフルに
拡張してもよい。これは、ビデオが、静止画像とは異な
り、時間感覚のためである。これは、いくつかのフレー
ムにわたってデータのいくつかを繰り返すことにより行
える。これは、ビデオ・シーケンス識別用に価値があ
る。ビデオ・シーケンスを認識するデータに、低いエネ
ルギー、即ち、ビデオ・シーケンス内の特定のフレーム
を識別するデータよりも少ないピクセルを与えてもよ
い。これは、シーケンスの中に多くのフレームがある間
に、各フレームは1回だけ到来するためである。データ
・エンコードによるデータの安全性は、常にチャンネル
のコード化とは別に適用されて、デコーダの設計が周知
となるか、一般的な標準になる。
【0017】図1は、本発明によりビデオ信号内にデー
タを透過的に埋め込むエンコーダのブロック図である。
エンコーダ10は、アナログ・ビデオ信号を受ける。こ
のビデオ信号は、アンチ・エリアシング・ロウパス・フ
ィルタ12に入力し、その出力信号は、同期/バースト
分離器(発生器)14に入力し、必要なタイミング信号
を発生する。また、フィルタ12の出力信号は、アナロ
グ・デジタル(A/D)変換器16にも入力して、デジ
タル・ビデオ信号が発生する。同期/バースト発生器1
4からのタイミング信号の1つ(副搬送波周波数信号f
sc)に応答するサンプル・クロック位相拘束ループ
(PLL)18は、副搬送波周波数の4倍の周波数(4
fsc)のサンプル・クロックを発生する。入力信号が
デジタル・ビデオ信号の場合、タイミング信号をデジタ
ル・ビデオ信号から抽出し、ロウパス・フィルタ12及
びA/D変換器16が不要になる。デジタル・ビデオ信
号を加算器(結合回路)20に入力し、サブリミナル・
データ信号をこのデジタル・ビデオ信号に付加する。そ
の結果のデジタル・ビデオ信号をデジタル・アナログ
(D/A)変換器(DAC)22に入力して、変調され
たアナログ・ビデオ信号を発生する。出力ロウパス再構
成フィルタ24がD/A変換器22からのアナログ・ビ
デオ信号処理して、最終的にエンコードされたアナログ
・ビデオ信号を発生する。デジタル信号を配信する際に
は、D/A変換器22及びフィルタ24は不要である。
【0018】変調回路30は、加算器20の入力用のサ
ブリミナル・データを発生する。この変調回路30は、
入力として、同期/バースト発生器14からの垂直及び
水平タイミング信号と、デジタル・ビデオ信号に付加
(加算)すべき所望のサブリミナル・データを受ける。
このサブリミナル・データは、循環シフト・レジスタ
(SR)32に入力する。このシフト・レジスタ32
は、水平及び垂直タイミング(同期)信号も受ける。循
環シフト・レジスタ32からのサブリミナル・データ
は、排他的オア・ゲート35に入力し、ここで、サブリ
ミナル・データは、疑似ランダム2進シーケンス(pseu
do random binary sequence;PRBS)発生器34から
の出力信号と組み合わされる(結合される)。PRBS
発生器34は、垂直同期信号によりリセット(RST)
され、局部(LO)PLL36及び分周器38から得た
クロック信号によりクロックされる。排他的オア・ゲー
ト35の出力信号は、一連の+/−1であり、ミキサ
(混合器)40に入力する。数値制御発振器(NCO)
42は、変調器用周波数信号foを発生し、ミキサ40
に供給する。ミキサ40の出力信号は、変調された周波
数信号であり、これは、PRBS発生器34の出力信号
と、循環シフト・レジスタ32からのデータとにより変
調されたDSSS(直接シーケンス拡散スペクトラム;
Direct-Sequence SpreadSpectrum)信号である。
【0019】フィールド交番搬送周波数信号を発生する
には、垂直(インターバル)タイミング信号を受け、そ
の出力信号を別の排他的オア・ゲート39に供給する2
分周回路37を用いて、ミキサ(変調器)40への入力
信号の位相をフィールドごとに反転する。排他的オア・
ゲート39は、図示のように、他の入力端は、第1排他
的オア・ゲート35の出力端に結合しており、その出力
端がミキサ40に結合している。この代わりに、排他的
オア・ゲート39をNCO42及びミキサ40の間、循
環シフト・レジスタ32及び第1排他的オア・ゲート3
5の間、又は、PRBS発生器34及び第1排他的オア
・ゲート35の間に設けてもよい。進歩した走査システ
ムにとっては、2分周回路37の入力信号は、水平イン
ターバル・タイミング信号であるので、ライン交番搬送
周波数を実現できる。いずれの場合も、ビデオ画像シー
ケンスの各完全なフレーム内の交番ラインは、同じデー
タであるが、位相が反転されているので、デコーダ内の
コム・フィルタによる交番ラインの減算がサブリミナル
・データ信号を強調する。
【0020】変調された周波数信号は、2次元の水平及
び垂直空間周波数ソフト(軽減)化フィルタ44に入力
する。このフィルタ44は、2個のフィルタ44A及び
44Bを具えている。水平フィルタ(帯域フィルタ:B
PF)44Aは、ほぼ変調器周波数foを中心として、
変調された周波数信号内の任意の高速エッジを軽減す
る。垂直フィルタ44Bは、高速の垂直エッジ(ライン
からラインへの遷移)を軽減する。この変調された周波
数信号は、サブリミナル・データ信号であり、ブランキ
ング・ゲート46を介して加算器20に入力するので、
デジタル・ビデオ信号のアクティブ・ビデオ部分のみの
期間中に加算が行われる。なお、ブランキング・ゲート
46の制御回路は、説明を省略する。
【0021】人間の視覚モデル(human vision model:
HVM)回路48は、加算器20にも入力するデジタル
・ビデオ信号を受ける。人間の視覚モデルに応じて視覚
をマスクする実例を先ず説明する。人間の視覚モデルの
第1観点は、密な空間的細部の領域におけるノイズ許容
度である。これは、ソベル(Sovel)フィルタの如き2
次元ハイパス・フィルタ41により制御される。このハ
イパス・フィルタ41の出力信号は、包絡線二乗器(en
velope square:SQ)43を介して、第1制御増幅器4
5に入力する。第2観点は、異なる場所での対比による
ノイズへの感度である。これは、2次元ロウパス・フィ
ルタ47により制御される。このロウパス・フィルタ4
7の出力信号は、伝達オフセット回路49を介して第2
制御増幅器51に入力する。映像マテリアルの範囲にわ
たる所望で最小のデータ・パターン可視性用に、第1及
び第2制御増幅器45、51が表すパラメータA1及び
A2を調整する。第3観点は、時間的マスク(temporal
masking)回路55であり、スクリーン上のノイズがカ
ットされるか、動きが一時的に可視でなくなる。これら
経路からの出力信号は、デジタル・ビデオ信号が与える
画像の複雑さを示し、加算器53で加算されて、マルチ
プライヤ(乗算器)50を制御する制御信号を発生す
る。このマルチプライヤ50には、加算器20に供給さ
れる前の変調された周波数信号も入力する。よって、画
像の動きが変化しない、及び/又は、空間細部、コント
ラスト又は色/影の変化が粗であるデジタル・ビデオ信
号の部分に対しては、利得が比較的に低い。また、動き
及び/又は密な空間細部により、画像が複雑であるなら
ば、利得は比較的に高い。実際には、サブリミナル・デ
ータ信号の振幅は、デジタル・ビデオ信号の複雑な領域
内のノイズ・フロアよりも低くする必要がなく、不可視
性の許容レベルを維持する。なお、ブロック55は、オ
プションである(必要に応じて用いる)ため、点線で示
してある。
【0022】第1及び第2制御増幅器45、51が表す
パラメータ値A1、A2と、伝達オフセット回路49の
伝達曲線(伝達特性)を決定するための帰還モデル60
を図2に示す。なお、図1のエンコーダは、ブロック1
0で示す。所望又は許容可能な歪み値は、プリセットさ
れており、人間の視覚モデルに基づいた帰還によりダイ
ナミックに維持される。画像シーケンスをビデオ・バッ
ファ62に蓄積し、繰り返し出力した出力信号をデータ
・エンコーダ10及び人間の視覚モデル(HVM)回路
64に供給する。人間の視覚モデル(HVM)回路64
からの出力信号は、データ・エンコード10の出力信号
を受ける人間視覚モデル66から得た画像シーケンスと
比較される。人間視覚モデル回路64、66の出力信号
の比較は、平均絶対差(MAD)、又は、平均二乗エラ
ー(MSE)のアルゴリズム回路68で行う。この結果
の差、即ち、エラーを比較器69に入力する。この比較
器69には、不可視性の所望値に調整可能な歪みレベル
も入力する。第1及び第2制御増幅器45、51のパラ
メータと、伝達オフセット回路49の伝達曲線を調整し
て、比較器69の出力信号を高に維持する。これは、典
型的な画像シーケンスの範囲にわたって繰り返される。
次に、これは、エンコードされる総てのビデオに対して
固定できる上述のパラメータの許容可能な予測を行う。
人間視覚システムの主要な要素がマスクの所望レベルに
関連するので、その主要な要素に一致するのに必要なだ
け人間視覚モデルが精密であるにすぎない。
【0023】マルチプライヤ(乗算器)50の入力用の
パターン・レベル利得信号を直接決定する反復方法にお
いて、マスク変調器48を用いることなく、この帰還モ
デルを用いてもよい。すなわち、各ピクセルに対して最
大になる利得信号値のベクトル又は配列は、人間視覚モ
デル帰還に基づいて決まり、歪みを所望レベルに維持し
ながら、埋め込まれた疑似ノイズ・パターンの実効値
(RMS)を最適にする。なお、マルチプライヤ50
は、図1に実線で示した位置に配置してもよいし、点線
で示した2ヶ所のいずれかの位置に配置してもよい。
【0024】循環シフト・レジスタ32に入力する前
に、フォワード・エラー補正(FEC)回路52にサブ
リミナル・データを入力することにより、フォワード・
エラー補正機能を変調器30に付加する。これは、循環
シフト・レジスタ32からのデータが排他的オア・ゲー
ト35に直接入力する際に、ビット又はバイト・エラー
に対するエラー補正を行う。FEC回路52は、ゴレー
(Golay)コードの如きビット・エラー補正コードを用
いてもよい。この場合、フォワード・エラー補正アルゴ
リズムは、ビット・エラーに対するデータの完全さ(品
質)を改善するか、又は、従来の周知な連結した(conc
atenated)コンボルーション及びリード・ソロモン(Re
ed-Solomon:RS)コードの如き一層精巧なチャンネル
・コード化を用いてもよい。これらコード化技術をビッ
ト・シフトと組み合わせて、フレームにまたがったエラ
ー補正を行うので、データのいかなる損失もなく、全フ
レームを失うかもしれない。なお、FEC回路52は、
オプションである。
【0025】例えば、FEC回路52は、RSワード・
エラー補正を行うように設計できる。ここで、各フレー
ムは、mデータ・ビットの固定長のコード化された2進
ワードを含んでおり、失ったワード(フレーム)を、隣
接ワード(フレーム)内の冗長から完全に再生できる。
この場合、循環シフト・レジスタ32からの出力信号を
ワルシュ(Walsh)エンコーダの如き直交パターン選択
器(エンコーダ)54に入力して、排他的オア・ゲート
35への1組の直交パターンの1つを選択するコード化
されたサブリミナル・データを発生してもよい。ワルシ
ュ・コードは、既知のIS−95コード・ディビジョン
・マルチプル・アクセス無線電話標準規格で用いる1次
元直交シーケンスである。また、ワルシュ・シーケンス
は、ハアダマード(Haadamard)パターンと呼ばれる特
に既知の2次元直交パターンを基準としている。直交パ
ターンは、その組の別の総てのパターンと相関した際
に、これらパターンの1つのみに対して正相関係数を発
生する。なお、これら別のパターンの総ては、ゼロ相関
係数を発生する。なお、パターン選択器54もオプショ
ンである。
【0026】各パターンがmビットを表す場合、2^m
個のパターンの総てが必要となり、循環シフト・レジス
タ32からのデータが、パターン選択器54へのアドレ
スとして作用する。双直交パターンを用いて、2^(m
−1)個のパターン又はシーケンスがmビット用に必要
である。排他的オア・ゲート35を必要とすることな
く、これらパターンをミキサ40に直接入力してもよい
が、双直交パターン又はワルシュ・シーケンスは、視覚
的にはランダムに全く現れない。これは、番組ビデオ信
号に付加した場合、一層可視性が増す。しかし、このパ
ターンをPRBS発生器の出力信号と排他的オア処理を
すると、変調器40の出力端におけるその結果の軽いパ
ターンは、見かけが一層ランダムになり、ノイズと区別
するのが困難になる。この結果の変調は、ランダム化し
た二相変調であり、搬送波の周囲にスペクトラム・エネ
ルギーを拡散する。循環シフト・レジスタ32により、
データ又はデータ・パターンがインターレース・フィー
ルドで繰り返すので、上述のように、デコーダ内で視覚
ライン対キャンセル及びフィールド・コム・データ分離
器を用いてもよい。
【0027】図3は、本発明によりビデオ信号内に埋め
込まれたデータを抽出するデコーダ70のブロック図で
ある。入力部分72は、エンコーダ10の入力部分と同
じであり、ロウパス・アンチエリアシング・フィルタ
(LPF)74と、タイミング信号を発生する同期/バ
ースト分離器76と、サンプル・クロックを発生するP
LL78と、デジタル・ビデオ信号を発生するアナログ
・デジタル(A/D)変換器80とを具えている。ま
た、デコーダ70は、局部発振器(LO)部分82も具
えており、この部分82は、局部(LO)PLL86及
び分周器88を有するPRBS発生器84と、復調搬送
周波数信号foを発生する数値制御発振器(NCO)9
0とを含んでいる。PRBS発生器84及びNCO90
の出力信号は、ミキサ91に入力し、ダウン・コンバー
タ・ミキサ102用の疑似ランダム変調局部(LO)信
号(Bi-Phase Shift Keyed: BPSK:二相シフト・キ
ード)を発生する。
【0028】デジタル・ビデオ信号は、前処理フィルタ
92に入力する。このフィルタ92は、変調器周波数f
oを中心とする帯域フィルタ(BPF)94と、フィー
ルド遅延回路98及び減算器(一方の入力がマイナスの
加算器)100を有するハイパス・フィールド・コム・
フィルタ96とを具えている。これらフィルタは、番組
ビデオ信号の大部分を除去し、サブリミナル埋め込みデ
ータ信号の検出を強化する。埋め込まれたデータ・パタ
ーンは、隣接したフィールドで極性を反転して繰り返す
ので、フィールド・コム・フィルタ96は、特に有効で
ある。よって、隣接したフィールドで相関した番組ビデ
オ信号を除去している間、フィールドの出力端のレベル
が2倍になる。ろ波されたデジタル・ビデオ信号は、ダ
ウン・コンバータ・ミキサ102に入力し、疑似ランダ
ム変調局部周波数信号と混合されて、復調される。その
結果のベースバンド・デジタル信号は、相関/一致フィ
ルタ回路104に入力する。
【0029】相関/一致フィルタ回路104は、ベース
バンド・デジタル信号と、水平及び垂直インターバル・
タイミング信号とを受ける。これらタイミング信号は、
ワルシュ発生器の如き直交パターン発生器106に入力
する。この発生器は、エンコーダ10内の直交パターン
発生器と同等である。これらタイミング信号は、一致フ
ィルタ108にも入力する(接続線を図示せず)。この
フィルタ108には、ベースバンド・デジタル信号も入
力する。一致フィルタ108は、積分及びダンプ回路1
10と、その後段のサンプル回路112とを含んでい
る。上述の如く、埋め込まれたデータが、単に、FEC
チャンネル・コードによりエンコードされたビットなら
ば、一致フィルタ108の出力信号は、スライス回路1
24により2進データに変換され、FECデコーダ(エ
ラー補正EC機能も有する)126に直接入力されて、
デコード(復調)されエラー補正されたサブリミナル・
データを出力する。データが双直交パターンとしてコー
ド化された場合、サンプル回路112からの出力信号を
双直交相関受信器114に入力する。この受信器114
は、パターン発生器106が発生したパターンの各々に
対する相関ミキサ116を具えているので、このサンプ
ル回路112の出力信号は、各パターンと相関してい
る。
【0030】相関ミキサ116の出力信号は、積分器1
18の各々で積分され、最大値選択器120に入力す
る。パターンの直交性のために、積分器118の出力信
号の1つのみが顕著な振幅を有し、この振幅を、振幅及
び極性選択器でもある最大値選択器120が、各パター
ンに割り当てる所定mビット・パターン又はデータ・ワ
ードの1つとして検出する。これらm個のデータ・ワー
ドは、上述の如く、FECコード化したものでもよい。
この場合、デコーダ機能も有するエラー補正器126
が、他のデコードされたデータ・ワード内の冗長に基づ
いてワード・エラーを補正するように設計されており、
失われたビデオ・フレーム又は激しく破壊された埋め込
みデータ・パターンからのデータ・エラーを補正する。
振幅選択器120は、最大の振幅を選択するのみではな
く、その振幅の極性も検出して、特別なビットを発生す
る。すなわち、8個のパターンが、8個の反転したパタ
ーン用の3ビット・プラス・1ビットを表し、m=4ビ
ットとする。
【0031】損失のある圧縮/伸張(逆圧縮)処理によ
り、いくつかのビデオ・フレームが失われたか、ビデオ
・フレームの一部が切り取られるか歪んだとしても、本
発明が提供するサブリミナル・データ・チャンネルを用
いて、ビデオ・シーケンス上に識別マークを付けてもよ
い。この識別マークが、アクティブ・ビデオ内における
オーディオ信号か、このオーディオの少なくともシグナ
チャを表し、遠隔ビデオ受信器が、オーディオ・シグナ
チャと受信したオーディオとを比較し、ビデオ・タイミ
ングに対して、相対的にオーディオを自動的に進ますか
遅らせて、信号源にてエンコードされたように、サウン
ド対ビデオの同期を維持できるようにしてもよい。サブ
リミナル・データ・チャンネルは、ビデオ内の最新暗号
デジタル・シグナチャ認証を表してもよい。ビデオ品質
評価のために、捕捉すべき試験シーケンス又はその一部
を識別するのに本発明を用いてもよい。かかるビデオ品
質評価については、1996年2月12日に出願したボ
ジダー・ジャンコ及びデビッド・ケイ・フィブシュの米
国特許出願第08/605241号「圧縮ビデオ品質の
自動測定用プログラミング可能機器」(特開平9−23
3502号に対応)に記載されている。このサブリミナ
ル・データ・チャンネルを用いて、サービスの時期を検
討してもよい。すなわち、全体の中の所望時点に放送さ
れたビデオを捕らえてもよい。
【0032】
【発明の効果】したがって、本発明は、特定の搬送周波
数信号を変調し、2^(m−1)個の双直交パターンの
特別な1個を有するインターレース・フィルタ可視マス
クを行って、ビデオ画像内にデータを透過的にエンコー
ドできる。なお、このパターンは、mビットを表す。ま
た、この際、パターンをPRBSシーケンスでランダム
化して可視性を低下させる。ランダム・パターンで変調
された搬送信号を振幅変調して、埋め込み信号振幅を最
大とし、視覚マスクを利用する人間の視覚モデルを基本
にした可視性を最小にする。その結果のパターン変調周
波数信号をビデオに付加するので、適切な相関技術を用
いて、データを再生できる。よって、ビデオ信号内に目
立たないデータ・パターンを埋め込むと共に、それを抽
出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によりビデオ信号内にデータを透過的に
埋め込むエンコーダのブロック図である。
【図2】本発明により人間視覚モデル用のパラメータ値
を決定する帰還モジュールのブロック図である。
【図3】本発明によりビデオ信号内に埋め込まれたデー
タを抽出するデコーダのブロック図である。
【符号の説明】
10 エンコーダ 12、74 ロウパス・フィルタ 14、76 同期/バースト発生器 16、80 A/D変換器 18 PLL 20 加算器(結合回路) 22 D/A変換器 24 出力ロウパス再構成フィルタ 30 変調回路 32 循環シフト・レジスタ 34 疑似ランダム2進シーケンス発生器 35、39 排他的オア・ゲート 36 局部PLL 38 分周器 40 ミキサ 42 数値制御発振器 44 水平及び垂直空間周波数ソフト化フィルタ 48 マスク変調器 52 フォワード・エラー補正回路 54 パターン選択器 62 ビデオ・バッファ 64、66 人間視覚モデル回路 68 平均二乗エラーアルゴリズム回路 70 デコーダ 72 入力部分 82 局部発振器部分 92 前処理フィルタ 104 相関/一致フィルタ回路 108 一致フィルタ 114 双直交相関受信器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダニエル・ジー・ベイカー アメリカ合衆国 オレゴン州 97007 ビ ーバートン サウス・ウェスト ロクスレ ー・ドライブ 17779

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ビデオ信号内にデータを透過的にエンコ
    ードする装置であって、 エンコードするデータと、上記ビデオ信号に関連したビ
    デオ・タイミング信号とからランダム化した2進パター
    ンを発生する手段と、 上記ランダム化した2進パターンで搬送周波数信号を変
    調し、サブリミナル・データ信号を発生する手段と、 上記サブリミナル・データ信号を上記ビデオ信号と結合
    して、上記ビデオ信号内に透過的にエンコードされたデ
    ータを有する出力ビデオ信号を発生する手段とを具えた
    エンコーダ装置。
  2. 【請求項2】 ビデオ信号内にデータを透過的にエンコ
    ードする方法であって、 エンコードするデータと、上記ビデオ信号に関連したビ
    デオ・タイミング信号とからランダム化した2進パター
    ンを発生し、 上記ランダム化した2進パターンで搬送周波数信号を変
    調し、サブリミナル・データ信号を発生し、 上記サブリミナル・データ信号を上記ビデオ信号と結合
    して、上記ビデオ信号内に透過的にエンコードされたデ
    ータを有する出力ビデオ信号を発生することを特徴とす
    るエンコード方法。
  3. 【請求項3】 ビデオ信号内に透過的にデータを埋め込
    む装置であって、 上記ビデオ信号に関連したタイミング信号及び埋め込ま
    れるデータを入力として受け、ランダム化されたパター
    ン信号を発生するパターン発生器と、 上記ランダム化されたパターン信号と、上記ランダム化
    されたパターン信号に同期した搬送周波数信号とを入力
    として受け、サブリミナル・データ信号を発生する変調
    回路と、 上記サブリミナル・データ信号及び上記ビデオ信号を入
    力として受け、上記データが透過的に埋め込まれビデオ
    信号を発生する結合回路とを具えたデータ埋め込み装
    置。
  4. 【請求項4】 搬送周波数信号を変調したランダム化2
    進パターンであり、透過的に埋め込まれたデータをビデ
    オ信号から抽出する装置であって、 上記搬送周波数付近のビデオ信号を、ランダム2進シー
    ケンス変調搬送周波数で復調して、広帯域ビデオ信号を
    発生する手段と、 上記広帯域ビデオ信号を複数の2進パターンと相関させ
    て、上記埋め込まれたデータを再生する手段とを具えた
    データ抽出装置。
  5. 【請求項5】 搬送周波数信号を変調したランダム化2
    進パターンであり、透過的に埋め込まれたデータをビデ
    オ信号から抽出する方法であって、 上記搬送周波数付近のビデオ信号を、ランダム2進シー
    ケンス変調搬送周波数で復調して、広帯域ビデオ信号を
    発生し、 上記広帯域ビデオ信号を複数の2進パターンと相関させ
    て、上記埋め込まれたデータを再生することを特徴とす
    るデータ抽出方法。
  6. 【請求項6】 搬送周波数信号を変調したランダム化2
    進パターンであり、透過的に埋め込まれたデータをビデ
    オ信号から抽出する装置であって、 ランダム2進シーケンスで変調された搬送周波数信号
    と、ビデオ信号とを入力として受け、広帯域ビデオ信号
    を発生する復調器と、 上記広帯域ビデオ信号と、上記ビデオ信号に関連したタ
    イミング信号とを入力として受け、上記広帯域ビデオ信
    号を複数の2進パターンと比較して、上記埋め込まれた
    データを回復する相関受信器とを具えたデータ抽出装
    置。
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