JPH1198475A - 画像信号への情報付加方法および情報付加装置 - Google Patents

画像信号への情報付加方法および情報付加装置

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JPH1198475A
JPH1198475A JP25217697A JP25217697A JPH1198475A JP H1198475 A JPH1198475 A JP H1198475A JP 25217697 A JP25217697 A JP 25217697A JP 25217697 A JP25217697 A JP 25217697A JP H1198475 A JPH1198475 A JP H1198475A
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裕司 木村
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望 池田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 画質への影響をできるだけ押さえつつ、付加
情報としてのスペクトラム拡散信号の検出感度を上げら
れる重畳方法、装置を提供する。 【解決手段】 画像信号の1画面分を、複数画素からな
るブロック単位に分割する。このブロック単位に、スペ
クトラム拡散信号からなる付加情報の1チップを割り当
てて、画像信号に付加情報を重畳する。ブロック単位毎
に、当該ブロック内での画像信号のばらつき度を求め
る。求めたばらつき度に応じて、重畳する付加情報の重
畳レベルを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、画像信号に、そ
の再生画像にできるだけ影響のないように付加情報をス
ペクトラム拡散して微小レベルで重畳して伝送するよう
にする画像信号への情報付加方法および情報付加装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】デジタルVTRやMD(ミニディスク)
記録再生装置などのデジタル情報記録装置が普及してお
り、さらには、記録機能を備えたDVD(デジタルビデ
オディスクあるいはデジタルバーサタイルディスク)装
置も登場するようになってきている。これらのデジタル
情報記録装置においては、主情報信号としてのデジタル
画像信号やデジタルオーディオ信号、さらにはコンピュ
ータ等用のデータに付随して、種々の付加情報信号が記
録可能とされる。
【0003】この場合、この付加情報信号はデジタル信
号であり、例えばデジタル情報信号のブロック単位のデ
ータに付加されるヘッダ部や、その他のTOC(Tab
leof Contents)のエリアなど、デジタル
情報信号とは領域的に区別されるようなエリアに記録さ
れるものとして、デジタル情報信号に対して付加され
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
主情報信号に付加情報を重畳して記録するなどして伝送
するシステムの場合、付加情報信号はヘッダ部などのデ
ジタル情報信号に直接的に重畳するのではなく、間接的
な部分に付加するようにしている。このため、フィルタ
リングや改ざんにより、比較的容易に付加情報信号が欠
落してしまい、記録装置や再生装置で、必要な付加情報
信号を検出することが不可能になる場合を生じる。特
に、付加情報信号として、不正な複製を防止するための
制御情報や、著作権情報などが付加される場合、このよ
うな付加情報信号の欠落のため、当初の目的を達成でき
ない状態を現出しまうことになる。
【0005】また、上述のような間接的な部分への付加
情報信号の付加の場合には、デジタル情報信号をアナロ
グ信号に変換したときには、主情報信号しか得られない
ため、付加情報信号は欠落してしまうことになる。この
ことは、付加情報信号として上述のような複製防止制御
信号を重畳して、不正なデジタル情報信号の複製が防止
できるような施策が施されていても、アナログ信号に変
換されたときには、もはや複製防止施策は全く意味を成
さなくなってしまう状態になることを意味している。
【0006】以上のような付加情報信号の欠落の問題点
およびアナログ信号に変換したときの問題点を解決する
付加情報信号の重畳方式として、本出願人は、先に、複
製防止制御信号などの付加情報信号をスペクトラム拡散
し、このスペクトラム拡散した付加情報信号を画像信号
に重畳して、画像信号をデジタル記録あるいはアナログ
記録する方式を提案している(特願平7−339959
号参照)。
【0007】この方式においては、拡散符号として用い
る、例えばPN(Pseudorandom Nois
e)系列の符号(以下、PN符号という)を十分に早い
周期で発生させて、これを付加情報信号に対して掛け合
わせることによりスペクトラム拡散し、狭帯域、高レベ
ルの複製防止制御信号などの付加情報信号を、画像信号
には影響を与えることのない広帯域、微小レベルの信号
に変換させる。そして、このスペクトラム拡散された付
加情報信号、すなわち、スペクトラム拡散信号をアナロ
グ画像信号に重畳して記録媒体に記録するようにする。
この場合、記録媒体に記録する画像信号は、アナログ、
デジタルのどちらでも可能である。
【0008】この方式においては、複製防止制御信号な
どの付加情報信号は、画像信号と同一時間、同一周波数
内に重畳されるため、例えば違法に複製しようとする者
が、重畳された複製防止制御信号を画像信号から取り除
くことは難しい。一方、逆スペクトラム拡散することに
より重畳された複製防止制御信号などの付加情報信号を
検出して、利用することは可能である。
【0009】以上のようにして、画像信号とともに複製
防止制御信号を確実に記録装置側に提供することができ
ると共に、この記録装置側において、この複製防止制御
信号を検出し、検出した複製防止制御信号に応じた複製
制御を確実に行うことができる。
【0010】ところで、上述のように、画像信号に、付
加情報を重畳する場合に、画像信号から付加情報を除去
するわけではないので、前述もしたように、画像信号の
再生画像に影響を与えることのない微小レベルで、付加
情報を画像信号に重畳する必要がある。しかし、微小レ
ベルとはいっても、主情報信号から確実にスペクトラム
拡散信号を検出できることが重要であり、できるだけ重
畳レベルを大きくして誤検出の確率を下げることが望ま
れる。
【0011】このため、スペクトラム拡散信号を画像信
号に重畳する場合には、再生画像への影響の低減と、付
加情報の誤検出確率の低下のいずれかを犠牲にして、両
者について、妥協できる重畳レベルで、付加情報として
のスペクトラム拡散信号を画像信号に重畳するようにし
なければならなかった。
【0012】この発明は、以上の点にかんがみ、再生画
像への影響の低減と、付加情報の誤検出確率の低下のい
ずれをも満足することができる情報付加方法および情報
付加装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1の発明においては、画像信号の1画面分
を、複数画素からなるブロック単位に分割し、このブロ
ック単位に、スペクトラム拡散信号からなる付加情報の
1チップを割り当てて、前記画像信号に前記付加情報を
重畳する方法であって、前記ブロック単位毎に、当該ブ
ロック内での画像信号のばらつき度を求め、その求めた
ばらつき度に応じて、前記重畳する付加情報の重畳レベ
ルを制御するようにしたことを特徴とする画像信号への
情報付加方法を提供する。
【0014】人間の視覚特性として、例えば輝度変化が
少ない平坦な画像の場合には、これに微小なノイズを付
加すると、当該ノイズが目に付きやすいが、変化の激し
い画像の場合には、それにノイズを付加しても気付きに
くいという性質がある。
【0015】上述の請求項1の発明においては、画像信
号のブロック単位毎にスペクトラム拡散信号の1チップ
を割り当てて付加情報を重畳するのであるが、当該1チ
ップ当たりの重畳レベルを、ブロック単位の画像信号の
ばらつき度に応じて制御する。すなわち、例えば、ブロ
ック内の画像が平坦で、ばらつき度が小さいものである
ときには、当該チップの重畳レベルは小さい値に設定
し、また、ブロック内の画像が変化の激しい、ばらつき
度が大きいものであるときには、当該チップの重畳レベ
ルは大きくする。
【0016】このようにばらつき度に応じて、スペクト
ラム拡散信号の重畳レベルを大きくすることができるた
め、重畳される付加情報が画像上、目立たない上に、付
加情報の誤検出確率を下げることができる。
【0017】すなわち、平坦な画像の場合には、付加情
報の重畳量が減るが、後述するように、この平坦な画像
の場合には、画像と拡散符号との相関が小さくなり、後
述するようにもともと検出感度が高い画像に相当するた
め、重畳量が減っても誤検出の確率が上がってしまうこ
とはない。一方、ばらつきが大きい画像の場合には、後
述するようにスペクトラム拡散信号の検出確率は悪いの
であるが、この発明の場合には、重畳レベルが大きくさ
れて、重畳量が増えるために、検出感度が高くなるもの
である。
【0018】以上の画像のばらつき度と、スペクトラム
拡散信号の検出感度との関係をさらに説明する。
【0019】画像信号にスペクトラム拡散信号が重畳さ
れた信号Siから、スペクトラム拡散信号を検出すると
きの逆スペクトラム拡散時の評価関数φは、 φ=ΣSi・pi =Σ(Vi+ki・pi)pi =ΣVi・pi+Σki・pi・pi …(1) となる。Viは画像信号等の主情報信号、piはPN符
号などの拡散符号、kiは係数をそれぞれ示している。
【0020】この(1)式において、第1項目は、画像
信号等の主情報信号と拡散符号との相関を表し、第2項
目がスペクトラム拡散信号と拡散符号との相関を表すも
のである。この(1)式から、主情報信号例えば画像信
号と拡散符号との相関がなければ、あるいは小さけれ
ば、スペクトラム拡散信号の検出感度は大きく、逆に、
画像信号と拡散符号との相関が大きいときには、スペク
トラム拡散信号の検出感度が小さくなってしまうことが
分かる。
【0021】そして、今、1画面当たりのチップ数(=
ブロック数)をN、画像分の分散(ばらつき度に相当)
をσ、拡散符号分の分散をσ、相関係数をγとする
と、 γ≒(1/N)・ΣVi・pi/(σ・σ) となる。
【0022】ここで、σ=1であるので、 ΣVi・pi≒γ・N・σ となり、(1)式の第1項目は、ほぼ画像分のばらつき
分σに比例することになる。したがって、画像のばら
つき度が小さければ、画像信号と拡散符号との相関分が
小さく、(1)式の第1項目が小さくなるので、検出感
度が大きくなる。また、画像のばらつき度が大きけれ
ば、画像信号と拡散符号との相関分が大きくなり、
(1)式の第1項目が大きくなるので、検出感度が低く
なるのである。
【0023】したがって、上述もしたように、請求項1
の発明によれば、ブロック毎のばらつき度に応じて、ス
ペクトラム拡散信号の1チップ当たりの重畳レベルが、
スペクトラム拡散信号の検出感度が小さくなる部分では
大きくされ、スペクトラム拡散信号の検出感度が大きく
なる部分では小さくされるので、スペクトラム拡散信号
である付加情報の誤検出の確率が低くなる。しかも、こ
のように重畳レベルを制御した場合には、前述したよう
に、人間の視覚特性により、付加情報が画像上、目に付
くことが防止される。
【0024】また、請求項2の発明においては、請求項
1に記載の画像信号への情報付加方法において、前記ブ
ロック単位の画像信号を、さらにサブブロックに分割
し、前記サブブロック毎のばらつきを考慮して前記付加
情報の重畳レベルを制御することを特徴とする。
【0025】この請求項2の発明によれば、サブブロッ
ク毎にばらつき度が検出され、そのサブブロック単位の
ばらつき度から、ブロック内でのばらつき度を求めるこ
とができるので、ブロック内における局所的に大きなば
らつきがあっても、それに左右されることなく、ブロッ
ク毎の適切なばらつき度を検出することができる。
【0026】また、請求項3の発明においては、請求項
1に記載の画像信号への情報付加方法において、前記ブ
ロック単位の画像信号を、さらにサブブロックに分割
し、前記付加情報のスペクトラム拡散信号の1チップ当
たりの重畳レベルを、前記サブブロック毎のばらつき度
に応じて、前記ブロック内で前記サブブロック毎に制御
するようにすることを特徴とする。
【0027】この請求項3の発明によれば、1チップ当
たりの重畳レベルが、サブブロック毎に、そのばらつき
度に応じて変えられる。したがって、より詳細に画像上
目立たないように付加情報を重畳することができると共
に、誤検出の低下が期待できるように付加情報を重畳す
ることができる。すなわち、ブロック単位のばらつき度
では、付加情報の重畳レベルを上げることができない場
合であっても、サブブロック単位では重畳レベルを上げ
ることができる場合があるので、全体として、付加情報
の検出感度が上がると期待できる。
【0028】
【発明の実施の形態】以下、この発明による画像信号へ
の情報付加方法および装置の実施の形態を、図を参照し
ながら説明する。以下に説明する実施の形態は、画像信
号が映像信号であって、この映像信号を、MPEG2方
式などのDCT(DiscreteCosine Tr
ansform;離散コサイン変換)を用いた圧縮方式
によりデジタル圧縮し、その圧縮映像信号をネットワー
クを通じて伝送する、あるいは記録媒体に記録するなど
の方法により伝送する場合に、デジタル映像信号に、例
えば複製防止制御信号の付加情報信号をスペクトラム拡
散して重畳する場合である。
【0029】この実施の形態においては、図2(A)に
示すように、映像信号は、その1画面分(1フレームあ
るいは1フィールド)を、例えば水平方向×垂直方向=
8画素×8画素からなる矩形領域毎のブロックBLに分
割し、そのブロックBL単位でDCT処理して圧縮する
ようにする。そして、付加情報はスペクトラム拡散信号
として、拡散符号の1チップが1ブロックBLに割り付
けられるようにして、映像信号に重畳する。
【0030】そして、この実施の形態では、映像信号に
対して、スペクトラム拡散信号の1チップの値が「0」
のときには正のレベル(デジタル信号レベル)として、
「1」のときには負のレベルとして、付加情報としての
スペクトラム拡散信号を映像信号に重畳するものであ
る。そして、1チップとして重畳するレベルは、映像信
号の再生画像に対する影響が最小限に押さえられる微小
レベルとされる。
【0031】なお、この実施の形態は、付加情報として
複製防止制御信号を重畳するものであり、伝送されたデ
ジタル映像信号についての複製防止制御を行うことがで
きるようにする場合である。この複製防止制御信号は、
例えば第1世代の複製のみは許可するなどの世代制限を
内容とするものでもよいし、映像信号の複製の禁止また
は許可を示す信号でもよく、1ビットあるいは数ビット
で構成されるものである。
【0032】また、以下の実施の形態では、スペクトラ
ム拡散信号は、映像信号のうちの輝度信号Yに重畳さ
れ、色信号Cには、重畳しない。色信号Cにもスペクト
ラム拡散信号を重畳することも勿論可能である。しか
し、映像信号の色信号の伝送には、例えば色差信号など
の2つの位相軸の成分により行って、これら2軸の位相
により色を再現するようにするため、スペクトラム拡散
信号を色信号に重畳すると、微小レベルであっても、色
相の変化となってしまうので、比較的目立ちやすく、色
相変化に影響なくスペクトラム拡散信号を重畳すること
が困難である。このため、この実施の形態では、輝度信
号にのみスペクトラム拡散信号を重畳するものとする。
ただし、説明の簡単のため、以下の説明においては、輝
度信号Yと色信号Cとを区別することなく、映像信号と
いう表現を用いる。
【0033】図1は、この実施の形態の場合の情報付加
装置の例を示すブロック図である。入力されたアナログ
映像信号Viは、A/D変換部11でデジタル信号に変
換され、有効画面切り出し部12に供給されて、同期信
号部分が除去された後に、ブロック分割部13に供給さ
れる。
【0034】ブロック分割部13では、デジタル映像信
号は、図2(A)に示すように、その1画面分毎につい
て、水平×垂直=8画素×8画素のブロックBL単位に
分割される。そして、このブロック分割部13からのブ
ロックBL単位のデータが、付加情報の重畳部14に供
給される。そして、後述するように、スペクトラム拡散
信号からなる付加情報が、この重畳部14に供給され
て、スペクトラム拡散信号の1チップがブロックBL単
位のデータに丁度割り当てられるように重畳される。
【0035】この重畳部14からの付加情報が重畳され
たデジタル映像信号は、DCT処理部15に供給され
る。このDCT処理部15では、ブロックBL単位のデ
ータについて時間軸領域の信号を周波数領域のDCT係
数に変換するDCT演算処理を行う(図2(B),
(C)参照)。
【0036】DCT処理部15からの演算処理結果は、
量子化部16に供給されて量子化される。量子化部16
の出力は、動き補償回路18を介してDCT処理部15
に供給されて、動き成分のDCT演算が行われる。すな
わち、Iピクチャと呼ばれるイントラフレームでは、当
該フレーム内でDCT演算処理が行われるが、Bピクチ
ャやPピクチャなどのインターフレームでは、前、後の
フレームの差分をとって、その差分をデータとして伝送
するようにするが、その差分をできるだけ小さくするた
め、フレーム間の動きベクトルを検出して、その動き成
分をも伝送するようにするものである。
【0037】量子化部16の出力は、可変長符号化部1
7でハフマン符号を用いた可変長符号化が行われて、例
えば記録などの伝送のために出力信号Dvとして出力さ
れる。
【0038】付加情報は次のようにしてスペクトラム拡
散信号として生成されて、重畳される。すなわち、入力
アナログ映像信号Viは、同期分離部21に供給され
る。この同期分離部21は、アナログ映像信号Viか
ら、水平同期信号Hおよび垂直同期信号Vを分離し、分
離した水平同期信号Hおよび垂直同期信号Vは、タイミ
ング信号発生部22に供給する。
【0039】タイミング信号発生部22は、水平同期信
号Hおよび垂直同期信号Vを基準信号として用いて、映
像信号をデジタル化して圧縮処理を施すためのタイミン
グ信号を生成する。タイミング信号発生部22は、ま
た、後述するように、スペクトラム拡散信号を生成する
ための拡散符号としてのPN符号を発生させる区間を示
すPN発生イネーブル信号ENや、PN符号の発生開始
タイミングを示すPN符号リセットタイミング信号RE
(以下、リセット信号REと略称する)や、PNクロッ
ク信号PNCLKを生成する。
【0040】図3は、この実施の形態のタイミング信号
発生部22を説明するためのブロック図である。この図
3に示すように、この実施の形態のタイミング信号発生
部22は、PN発生タイミング信号生成部221、PL
LからなるPNクロック生成部222、タイミング信号
生成部223を備え、PN発生タイミング信号生成部2
21およびタイミング信号生成部223には、同期分離
部18からの水平同期信号Hおよび垂直同期信号Vが供
給され、PNクロック生成部222には同期分離部18
からの水平同期信号Hが供給される。
【0041】PN発生タイミング信号生成部221は、
垂直同期信号Vを基準信号として用いて、スペクトラム
拡散に用いる拡散用のPN符号列の繰り返し周期を決め
る垂直周期のリセット信号REを生成する。PN発生タ
イミング信号生成部221は、また、PN発生イネーブ
ル信号ENを生成する。
【0042】PNクロック生成部222は、PLL回路
を用いて、水平同期信号Hに同期し、かつ、ブロックB
L単位の画像データ周期のPNクロックPNCLKを生
成する。すなわち、PNクロックPNCLKは、1ブロ
ックBL分のデータ毎の周期、この例では、8×8=6
4画素周期のクロック信号である。このPNクロックP
NCLKは、拡散符号のチップ周期を決めるものであ
る。
【0043】また、タイミング信号生成部223は、垂
直同期信号Vおよび水平同期信号Hに基づいて、前述し
たように、この図1の装置において、映像信号のデジタ
ル化および圧縮処理で用いられる各種のタイミング信号
を生成する。このタイミング信号生成部223からのタ
イミング信号には画素単位のクロックを含む。
【0044】タイミング信号発生部22からのPN発生
イネーブル信号ENおよびリセット信号RE並びにPN
クロックPNCLKは、PN発生部23に供給される。
【0045】PN発生部23は、クロック信号PNCL
Kと、イネーブル信号ENと、リセット信号REとに応
じてPN符号を発生する。すなわち、PN発生部23
は、リセット信号REにより、この例では、垂直周期で
リセットされ、予め決められた符号パターンのPN符号
列PSをその先頭から生成する。そして、PN発生部2
3は、イネーブル信号ENによりPN符号発生可能状態
(イネーブル状態)とされるときにのみ、クロック信号
PNCLKに応じて、PN符号列PSを発生する。
【0046】図4は、PN発生部23の構成例を示す図
である。この例のPN発生部23は、15段のシフトレ
ジスタを構成する15個のDフリップフロップREG1
〜REG15と、このシフトレジスタの適宜のタップ出
力を演算するイクスクルーシブオア回路EX−OR1〜
EX−OR3とからなっている。そして、図4に示すP
N発生部20は、上述したように、イネーブル信号E
N、PNクロック信号PNCLK、PN符号リセットタ
イミング信号REに基づいて、M系列のPN符号列PS
を発生する。
【0047】こうして得られたPN発生部23からのP
N符号列PSは、SS(この明細書において、SSはス
ペクトラム拡散の略である。以下同じ)付加情報生成部
24に供給される。SS付加情報生成部24は、前述し
た複製防止制御信号と、PN発生部23からのPN符号
列PSとを乗算してスペクトラム拡散する乗算部を備
え、SS付加情報として、SS複製防止制御信号を生成
する。この場合、このSS付加情報生成部24に供給さ
れる、あるいはこの生成部24でスペクトラム拡散され
る複製防止制御信号は、少なくとも、各1ブロックBL
内においては、同じ情報ビット内容となるようにされて
いる。
【0048】そして、SS付加情報生成部24は、生成
したSS複製防止制御信号を、重畳レベル制御部25を
通じて重畳部14に供給する。
【0049】この場合、重畳レベル制御部25は、SS
複製防止制御信号のチップの値に応じたデジタルレベル
であって、SS複製防止制御信号のチップの値が「0」
のときには正の微小レベルを重畳レベルとして、「1」
のときには負の微小レベルを重畳レベルとして、出力す
るものであるが、そのそれぞれの重畳レベルを、ブロッ
クBL毎のばらつき度に応じて可変に制御する。
【0050】この重畳レベル制御部25での重畳レベル
の制御のため、ブロック分割部13からのブロックBL
単位の画像データは、ばらつき度演算部26に供給さ
れ、ブロックBL内における輝度レベルのばらつき度が
演算される。この場合、ばらつき度σは、ブロックB
L内の各画素の値をViとし、また、ブロックBL内の
すべての画素の平均値をVevenとしたとき、 σ=Σ(Vi−Veven)2 /M ……(2) として求められる。ここで、MはブロックBL内の画素
数であり、この実施の形態ではM=64である。このば
らつき度演算部26の、ばらつき度の演算結果が、重畳
レベル制御部25に供給される。
【0051】重畳レベル制御部25は、ブロックBL単
位のばらつき度σと、重畳レベルを決定するための係
数との対応テーブルを記憶しているルックアップテーブ
ル251と、重畳レベル設定部としての掛け算回路25
2とからなる。ルックアップテーブル251は、例え
ば、図6に示すようなものとされる。すなわち、ばらつ
き度σが、0≦σ<aのときには、ルックアップテ
ーブル251からの乗算係数値は、「1」とされる。ま
た、ばらつき度σが、a≦σ<bのときには、ルッ
クアップテーブル251からの乗算係数値は、「2」と
される。また、ばらつき度σが、b≦σのときに
は、ルックアップテーブル251からの乗算係数値は、
「3」とされる。
【0052】そして、掛け算回路252で、スペクトラ
ム拡散信号のチップ値「0」「1」に応じた正、負の、
予め設定された微小な初期値に対して、前記ルックアッ
プテーブル251からの乗算係数値が掛け算演算され
る。これにより、重畳レベル制御部25からは、ブロッ
ク毎の画像のばらつき度に応じた重畳レベルとされたス
ペクトラム拡散信号が得られ、これが重畳部14に供給
されて、ブロック単位の画素データに重畳される。すな
わち、図2(B)で網点を付して示すように、1ブロッ
クBL内のすべての画素に均等に、チップ値に応じた
正、負の信号であって、ブロック内の画素値のばらつき
度に応じたレベルの信号が重畳されることになる。
【0053】こうして、映像信号のブロック毎に、ブロ
ック内の画素のばらつき度が大きく、ノイズが重畳され
ても目立たないときには、大きい重畳レベルで、ブロッ
ク内の画素のばらつき度が小さく、ノイズが重畳される
と目に付くような平坦が部分では小さい重畳レベルで、
それぞれスペクトラム拡散信号の各1チップが重畳され
て、映像信号に付加情報が重畳される。したがって、重
畳された付加情報が目立たず、しかも、スペクトラム拡
散信号の検出感度の向上が期待できる状態で、スペクト
ラム拡散信号が映像信号に重畳される。
【0054】この場合に、重畳部14からの信号をDC
T変換したときには、図2(C)に示すように、重畳さ
れたスペクトラム拡散信号の付加情報成分は、すべてD
CT係数の直流成分である係数DCに集中することにな
る。
【0055】そこで、後述もするように、この実施の形
態では、付加情報として重畳されたSS複製防止制御信
号は、逆DCT変換する前のDCT係数のデータの状態
で、DCT係数の直流分、すなわち、係数DCのみを取
り出して、逆スペクトラム拡散することで映像信号から
検出することが可能になる。
【0056】こうして伝送される映像データは、復号化
を行ったときには、逆DCT演算の際に、係数DCにS
S複製防止制御信号が含まれるため、このSS複製防止
制御信号は映像信号にほぼ劣化なく重畳されて復元され
る。周波数の高い成分の場合には、圧縮により、消失し
まうことがあるが、直流成分である係数DCは、必ず、
圧縮信号中に含まれるからである。したがって、SS複
製防止制御信号は確実に伝送され、複製制御が確実に実
施される。
【0057】図5は、以上のように微小レベルで重畳さ
れるスペクトラム拡散信号と、映像信号との関係をスペ
クトルで示したものである。スペクトラム拡散される付
加情報信号は、これに含まれる情報量は少なく、低ビッ
トレートの信号であり、図5(a)に示されるように狭
帯域の信号である。これにスペクトラム拡散を施すと、
図5(b)に示すような広帯域幅の信号となる。このと
きに、スペクトラム拡散信号レベルは帯域の拡大比に反
比例して小さくなる。
【0058】このスペクトラム拡散信号を、重畳部14
で映像信号に重畳させるのであるが、この場合に、図5
(c)に示すように、映像信号などの情報信号のダイナ
ミックレンジより小さいレベルで、スペクトラム拡散信
号を重畳させる。このように重畳することにより映像信
号などの情報信号の劣化がほとんど生じないようにする
ことができる。したがって、スペクトラム拡散信号が重
畳された映像信号がモニター受像機に供給されて、映像
が再生された場合に、スペクトラム拡散信号の影響はほ
とんどなく、良好な再生映像が得られるものである。
【0059】しかし、後述するように、重畳されたスペ
クトラム拡散信号を検出するために、スペクトラム逆拡
散を行うと、図5(d)に示すように、スペクトラム拡
散信号が再び狭帯域の信号として復元される。十分な帯
域拡散率を与えることにより、逆拡散後の付加情報信号
の電力が情報信号を上回り、検出可能となる。
【0060】この場合、映像信号等の情報信号に重畳さ
れた付加情報信号は、映像信号等の情報信号と同一時
間、同一周波数内に重畳されるため、周波数フィルタや
単純な情報の置き換えでは削除および修正が不可能であ
る。
【0061】したがって、必要な付加情報信号を映像信
号等に重畳して記録することにより、映像信号等に付随
して、上述のような複製防止制御信号のような付加情報
信号を確実に伝送することができる。しかも、上述の実
施の形態のように、映像信号などの情報信号に比べて低
い信号電力でスペクトラム拡散された付加情報信号を情
報信号に重畳するようにした場合には、情報信号の劣化
を最小にすることができる。
【0062】したがって、付加情報信号として、例えば
複製防止用信号を映像信号に重畳した場合には、複製防
止用信号の改ざんや除去が上述のように困難であるの
で、不正な複製を確実に防止することができる複製防止
制御が可能になる。
【0063】また、上述の構成においては、垂直同期信
号を基準信号とした、垂直周期のPN符号列を用いてス
ペクトラム拡散を行うようにしたので、このスペクトラ
ム拡散信号を映像信号から検出する場合に必要となる逆
スペクトラム拡散用のPN符号列は、映像信号から検出
した垂直同期信号に同期した信号に基づき容易に生成す
ることができる。すなわち、例えばスライディング相関
器などを用いた逆拡散のためのPN符号の同期制御は不
要となる。このように、容易に逆拡散用のPN符号列を
生成することができるので、逆スペクトラム拡散を迅速
に実行し、迅速にスペクトラム拡散されて映像信号に重
畳されている複製防止制御信号などの付加情報信号を検
出することができる。
【0064】なお、図1の例では、SS複製防止制御信
号は、デジタル映像信号に重畳するようにしたが、A/
D変換前のアナログ映像信号に対して、ブロックBL単
位のデータに対応する複数画素に、スペクトラム拡散信
号の1チップが対応するようにして重畳することも、も
ちろん可能である。
【0065】[付加情報の検出装置]図7は、以上のよ
うにして、SS付加情報が重畳された圧縮映像信号デー
タから、元の映像信号を復元すると共に、付加情報であ
る複製防止制御信号を検出する装置の実施の形態を示す
ものである。
【0066】図7に示すように、例えばDVDディスク
から読み出される等して得られる圧縮映像信号データD
vは、可変長復号化部31に供給されて、復号化され、
逆量子化部32に供給される。そして、この逆量子化部
32で逆量子化処理されることにより、DCT係数から
なるビットストリームのデータに戻される。この逆量子
化部32からのデータは、逆DCT処理部33に供給さ
れて、周波数領域のDCT係数から、時間領域の画像デ
ータに戻される。そして、この逆DCT処理部33の出
力がブロック分解部34に供給されて、ブロックBL単
位のデータから元の時系列の画像データに戻され、D/
A変換器35によりアナログ映像信号Viに戻される。
【0067】付加情報の検出は、この例の場合、次のよ
うにしてなされる。すなわち、逆量子化部32からのD
CT係数からなるビットストリームのデータは、直流成
分抽出部41に供給されて、DCT係数の直流成分であ
る係数DCが抽出される。
【0068】この係数DCは、BピクチャーやPピクチ
ャーなどのインターフレームでの差分を積算して正しい
データを抽出するための加算器42に供給される。この
加算器42の出力信号は、直流成分メモリ43に一時格
納される。直流成分メモリ43は、ブロック単位の1フ
レーム分の記憶領域を備え、各ブロック単位の記録領域
は加算器42からの対応するブロックの新たな出力によ
り更新される。そして、この直流成分メモリ43からの
各ブロック毎の直流成分出力は、スイッチ回路44の一
方の入力端に供給される。また、スイッチ回路44の他
方の入力端には、直流成分として「ゼロ(“0”)」が
供給される。
【0069】このスイッチ回路44は、可変長復号化部
31における入力デジタル圧縮データ中のヘッダ情報に
含まれるイントラフレームか、インターフレームかの情
報に応じて、切り換え制御される。すなわち、圧縮解凍
中のデータが、イントラフレームのものであるとき、つ
まりIピクチャでは、スイッチ回路44は、“0”側に
切り換えられる。このときの各ブロックBLのデータ
は、そのフレーム内で完結するデータであって、前後の
フレームとの差分ではない当該フレーム内のデータであ
るからである。
【0070】一方、圧縮解凍中のデータが、インターフ
レームのデータであるときには、スイッチ回路44は、
直流成分メモリ43側に切り換えられ、各ブロックにつ
いての差分がメモリ43に蓄積され、その差分が次のフ
レームのデータに加算されて、正しいデータが復元され
るものである。
【0071】以上のようにして、復元されたDCT係数
の直流成分は、逆拡散部45に供給される。一方、この
逆拡散部45には、重畳側のPN符号と同期するPN符
号列が供給されて、逆拡散が施され、DCT係数の直流
成分に重畳されている付加情報が検出される。この場
合、DCT係数の直流成分には、前述したように、スペ
クトラム拡散信号である付加情報が、画像のばらつき度
に応じて、再生画像上で目立たないブロック部分では重
畳レベルが大きくされているので、逆拡散部45での検
出感度は上がっており、重畳されている付加情報が確実
に検出される。検出された付加情報は、付加情報判定部
46に供給されて、付加情報のビットが判定される。
【0072】逆拡散用のPN符号列は、次のようにし
て、重畳側に対して、同期して発生する。すなわち、圧
縮映像信号データDvは、同期タイミング抽出部47に
供給されて、同期タイミング信号が生成される。この同
期タイミング信号は、ブロック同期タイミング信号やフ
レーム単位のデータの同期タイミング信号を含む。この
同期タイミング抽出部47からの同期タイミング信号
は、タイミング信号生成部48に供給され、これにおい
て、圧縮を解凍するために使用するクロックなどのタイ
ミング信号や、逆拡散用の拡散符号を発生させるための
タイミング信号が生成される。
【0073】逆拡散用の拡散符号は、PN発生部49か
ら発生する。このPN発生部49は、前述した図4に示
したPN発生部とまったく同一の構成を有するものであ
る。そして、タイミング信号生成部48は、同期タイミ
ング抽出部47からの同期タイミング信号に基づいて、
SS付加情報の重畳側で用いられたタイミング信号と同
期するリセット信号RE、イネーブル信号EN、クロッ
ク信号PNCLKを生成し、それらをPN発生部49に
供給する。
【0074】したがって、PN発生部49からは、重畳
側のPN符号列と同期するPN符号列が発生する。この
PN発生部49からのPN符号列により、逆拡散部45
においては、加算器42の出力信号から付加情報が検出
されるものである。
【0075】以上のようにして、検出され、判定された
付加情報としての複製防止制御信号により、この実施の
形態では、ビットストリームの段階のデジタル圧縮映像
データについての複製が可能であるか否かを検出するこ
とができる。例えば、複製禁止であれば、バッファに取
り込んだビットストリームデータを読み出さずに廃棄し
てしまう等の処理を行うようにすることができる。
【0076】そして、このように複製防止制御信号など
の付加情報を検出するためにだけであれば、逆DCT処
理部は不要であるので、付加情報検出装置としての構成
が簡単になり、安価になるというメリットがある。
【0077】例えば、DVD再生装置やDVD記録再生
装置では、MPEG2により圧縮された映像信号を時間
軸領域の信号に戻すMPEGデコーダを備えているた
め、圧縮された映像信号を逆DCT処理を行って、時間
軸領域の映像信号に戻した後に、逆拡散を行って、付加
情報を検出するようにすることが勿論できる。
【0078】しかし、DVD−ROMドライバの場合に
は、MPEGデコーダは備えておらず、このDVD−R
OMドライバが接続されるパーソナルコンピュータなど
において、MPEGデコードされることになる。その場
合に、そのMPEGデコード前に、不正な複製を防止で
きれば有効な複製防止制御ができる。
【0079】そこで、上述した図7の各部31、32、
41〜49からなる付加情報検出装置を、DVD−RO
Mドライバに装備させるようにすれば、MPEGデコー
ダのような高価な装置を用いなくても、比較的安価に、
パーソナルコンピュータに取り込む前の段階で、ビット
ストリームのデータについて、複製防止などの制御処理
が可能になる。
【0080】また、図7の各部31、32、41〜49
からなる付加情報検出装置をDVD−ROMドライバ等
とパーソナルコンピュータ等との間にアダプタ的に接続
するようにしても、同様の作用効果が得られる。
【0081】なお、付加情報の検出は、以上のようにD
CT係数の直流成分から検出するのではなく、逆DCT
処理部33からのブロックBL単位のデータについて行
っても、勿論よい。
【0082】また、以上の実施の形態においては、垂直
周期のPN符号列によりスペクトラム拡散を行い、イン
ターフレームにおける差分を考慮して、加算器42およ
び直流成分メモリ43を設けた構成としてが、垂直周期
のPN符号列を、1差分をとるフレーム周期で反転させ
て、付加情報をスペクトラム拡散して重畳するようにす
ることにより、前記加算器42および直流成分メモリ4
3は、省略することができる。
【0083】[他の実施の形態]以上の実施の形態にお
いては、ばらつき度演算部26では、ブロックBL内の
すべての画素の平均値を用いて、ブロックBL内のすべ
ての画素により、ばらつき度σを、前述の(2)式に
より求めるようにしたが、ブロックBLをさらに細かく
サブブロックに分割し、そのサブブロック単位のばらつ
き度を考慮して、ブロック単位のスペクトラム拡散信号
の1チップ当たりの重畳レベルを決定するようにするこ
ともできる。
【0084】すなわち、例えば、図8(A)に示すよう
に、水平方向×垂直方向=8×8画素のブロックBL
を、4×4画素の4つのサブブロックSB1,SB2,
SB3,SB4に分割し、そのサブブロックSB1,S
B2,SB3,SB4毎に、図8(B)に示すように、
前記(2)式によりばらつき度σ1、σ2、σ
3、σ4を求める。そして、そのサブブロック毎の
ばらつき度の、例えば平均を求め、σ=(σ1+σ
2+σ3+σ4)/4としてブロックBLのばら
つき度σを求めるようにし、その求めたブロックBL
単位のばらつき度により、前述の実施の形態と同様にし
て、重畳レベルを決定するようにする。
【0085】このように、サブブロックSB1,SB
2,SB3,SB4について求めたばらつき度から、ブ
ロックBL単位のばらつき度を求めた場合、より詳細な
画像内容情報により、付加情報の重畳レベルが決定され
るので、再生画像上で付加情報が目に付きにくく、か
つ、検出感度を向上するというこの発明の目的を、より
効果的に達成することができる。
【0086】また、サブブロックに分割したときに、ス
ペクトラム拡散信号の1チップの重畳レベルを、ブロッ
クBL内で一定ではなく、サブブロック毎に、そのばら
つき度に応じて変えるようにしてもよい。
【0087】図9は、その場合の例である。すなわち、
図9(A)に示すように、上述の例と同様に、ブロック
BLを4つのサブブロックSB1,SB2,SB3,S
B4に分割し、そのサブブロックSB1,SB2,SB
3,SB4毎に、前記(2)式によりばらつき度σ
1、σ2、σ3、σ4を求める。そして、その
ばらつき度σ1、σ2、σ3、σ4に応じて、
各サブブロック単位の画素データに付いての重畳レベル
を設定するようにする。
【0088】この場合のサブブロック単位の重畳レベル
の設定方法としては、2通りがある。その一つは、ルッ
クアップテーブル251をサブブロック単位で参照し、
重畳レベルを変えるようにする方法である。
【0089】また、他の一つは、サブブロック単位のば
らつき度σ1、σ2、σ3、σ4の平均によ
り、ブロック単位のばらつき度σを求め、そのばらつ
き度σに応じてルックアップテーブル251を参照
し、その参照結果の係数になるように、ブロック内の係
数を、サブブロック毎に、そのばらつき度σ1、σ
2、σ3、σ4に応じて配分する方法である。
【0090】後者の方法の例を図9(B)に示す。例え
ばブロック単位のばらつき度σによりルックアップテ
ーブルを参照した結果の掛け算係数が「2」であったと
きに、サブブロック単位のばらつき度が、σ1>σ
2>σ4>σ3という関係があったとする。このと
きには、図9(B)に示すように掛け算係数をサブブロ
ック単位に配分して、ブロックBL全体としては、掛け
算係数が「2」となるようにするものである。
【0091】いずれの方法においても、重畳レベルは、
1チップ内で一定ではなく、サブブロック単位で重畳レ
ベルが変わるようになる。このため、この実施の形態の
場合には、DCT係数の直流成分のみに付加情報が含ま
れる訳ではなくなるので、付加情報の検出は、逆DCT
変換を行った後の、ブロック単位のデータについて行う
ものである。
【0092】[変形例]以上の説明では、SS付加情報
は、1ブロックに1チップを対応させて映像信号に重畳
するようにしたが、1ブロック以上の複数ブロック毎に
1チップを割り当ててもよく、例えば4ブロック分であ
るマクロブロックが1チップに対応するように重畳して
もよい。
【0093】また、水平および垂直の両方向の複数画素
からなるブロックではなく、水平方向または垂直方向の
一方向の複数画素からなるブロック毎に、あるいは、複
数ブロック毎に1チップを割り当てて重畳するようにす
ることもできる。
【0094】また、この発明は、画像信号を圧縮して伝
送する場合に限らず、ブロック単位にスペクトラム拡散
信号の1チップを割り当てて重畳する場合のすべてに適
用可能である。
【0095】また、スペクトラム拡散のための拡散符号
のリセット周期は、1垂直周期ではなく、複数垂直周期
であってもよい。さらに、拡散符号のリセット周期は、
1水平周期または複数水平周期であってもよい。
【0096】また、上述の例では、拡散符号のチップの
「0」「1」に応じて、重畳レベルを正、負に設定する
ようにしたが、一方が零レベルで、他方が正または負の
レベルとして重畳するようにしてもよく、その場合には
正または負のレベルについて上述したような固定パター
ンの重畳レベルパターンとすることにより、この発明は
適用可能である。
【0097】また、上述の説明では、スペクトラム拡散
して重畳する付加情報信号は、複製防止制御信号の場合
であったが、この付加情報信号としては、複製防止制御
信号に限らず、例えばデジタル映像信号に関連する情
報、例えば各フィールドを識別するためのタイムコード
情報、著作権情報などとすることもできる。著作権情報
としては、例えば当該記録装置を特定する装置番号を用
いることができる。この装置番号がデジタル映像信号V
iに重畳して記録されていれば、複製された履歴を追跡
することが容易にできるものである。
【0098】また、上述の説明では、デジタル映像信号
にスペクトラム拡散信号を重畳する場合として説明した
が、アナログ映像信号にスペクトラム拡散信号を重畳す
るようにすることも、もちろん可能であり、その場合に
も、この発明は適用できることは言うまでもない。ま
た、この発明は、映像信号ではなく、例えばイメージス
キャナにより読み取った画像等の画像信号にスペクトラ
ム拡散信号として付加情報を重畳する場合にも、勿論適
用できる。
【0099】また、上述の説明では、付加情報ビットを
PN符号によりスペクトラム拡散するようにしたが、付
加情報ビットに応じて系列の異なるPN符号を重畳し、
それらのPN符号を検出することにより、スペクトラム
拡散信号を検出する場合にももちろん適用できる。
【0100】また、例えば、PN符号を重畳した場合に
は「1」、重畳しない場合には「0」をそれぞれ伝送し
たものとすると言うように定めて、スペクトラム拡散信
号としてPN符号そのものを映像信号に重畳する場合に
も、この発明は適用可能である。
【0101】また、拡散符号としては、PN符号に限ら
れるものではなく、ゴールド符号など、その他の符号を
用いることもできることは言うまでもない。
【0102】また、以上の説明では、記録再生システム
に適用した場合について説明したが、画像信号に付加情
報を重畳して、種々の伝送媒体、例えば電波、ケーブ
ル、赤外線などにより、伝送する場合にも適用可能であ
る。
【0103】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、画像信号をブロック分割し、そのブロック単位にば
らつき度を求めて、そのばらつき度に応じてスペクトラ
ム拡散信号の重畳レベルを制御するので、ばらつきの大
きな画像部分では比較的大きなレベルで重畳することが
でき、付加情報の検出感度を上げることができて、付加
情報の誤検出確率を低下させることができる。しかも、
ばらつきの大きい画像部分では、人間の視覚的な特性に
より、大きいレベルで重畳された付加情報は目に付きに
くいため、再生画像の画質に対する付加情報の重畳によ
る影響は少ない。
【0104】また、ばらつき度の小さい画像部分では、
もともとスペクトラム拡散信号の検出感度が高いので、
このばらつき度の小さい画像部分で付加情報の重畳レベ
ルが低くても、付加情報の誤検出確率は低くなるもので
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による情報付加方法の実施の形態が適
用された情報付加装置の例を示すブロック図である。
【図2】この発明による情報付加方法の実施の形態を説
明するための図である。
【図3】図1の装置の一部の構成例を示す図である。
【図4】図1の装置の一部の構成例を示す図である。
【図5】情報信号と、スペクトラム拡散信号としての付
加情報の重畳レベルとの関係を説明するための図であ
る。
【図6】図1の装置の一部の構成を説明するための図で
ある。
【図7】この発明による付加情報の重畳伝送方法の実施
の形態が適用された付加情報検出側の装置の例を示すブ
ロック図である。
【図8】この発明の他の実施の形態を説明するための図
である。
【図9】この発明の他の実施の形態を説明するための図
である。
【符号の説明】
11…A/D変換器、12…有効画面切り出し部、13
…ブロック分割部、14…重畳部、15…DCT処理
部、16…量子化部、17…可変長符号化部、18…動
き補償回路、21…同期分離部、22…タイミング信号
発生部、23…PN発生部、24…SS付加情報生成
部、25…重畳レベル制御部、26…ばらつき度演算部
フロントページの続き (72)発明者 荻野 晃 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 池田 望 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】画像信号の1画面分を、複数画素からなる
    ブロック単位に分割し、このブロック単位に、スペクト
    ラム拡散信号からなる付加情報の1チップを割り当て
    て、前記画像信号に前記付加情報を重畳する方法であっ
    て、 前記ブロック単位毎に、当該ブロック内での画像信号の
    ばらつき度を求め、その求めたばらつき度に応じて、前
    記重畳する付加情報の重畳レベルを制御するようにした
    ことを特徴とする画像信号への情報付加方法。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の画像信号への情報付加方
    法において、 前記ブロック単位の画像信号を、さらにサブブロックに
    分割し、前記サブブロック毎のばらつきを考慮して前記
    付加情報の重畳レベルを制御することを特徴とする画像
    信号への情報付加方法。
  3. 【請求項3】請求項1に記載の画像信号への情報付加方
    法において、 前記ブロック単位の画像信号を、さらにサブブロックに
    分割し、前記付加情報のスペクトラム拡散信号の1チッ
    プ当たりの重畳レベルを、前記サブブロック毎のばらつ
    き度に応じて、前記ブロック内で前記サブブロック毎に
    制御するようにすることを特徴とする画像信号への情報
    付加方法。
  4. 【請求項4】画像信号の1画面分を、複数画素からなる
    ブロック単位に分割するブロック化手段と、 付加情報をスペクトラム拡散信号として発生する付加情
    報発生手段と、 前記ブロック化手段からのブロック単位の画像信号に、
    前記付加情報発生手段からのスペクトラム拡散信号の1
    チップを割り当てて、前記画像信号に前記付加情報を重
    畳する重畳手段と、 前記ブロック単位毎に、当該ブロック内での画像信号の
    ばらつき度を求めるばらつき度の検出手段と、 前記付加情報発生手段と前記重畳手段との間に設けら
    れ、前記ばらつき度の検出手段で求められた前記ブロッ
    ク毎のばらつき度に応じて、前記付加情報発生手段から
    のスペクトラム拡散信号の1チップ毎のレベルを制御す
    る重畳レベル制御手段と、 を備えることを特徴とする画像信号への情報付加装置。
  5. 【請求項5】請求項4に記載の画像信号への情報付加装
    置において、 前記ばらつき度の検出手段は、前記ブロック単位の画像
    信号を、さらにサブブロックに分割して、前記サブブロ
    ック毎のばらつき度を検出し、 前記重畳レベル制御手段は、前記サブブロック毎のばら
    つきを考慮して前記付加情報の重畳レベルを制御するこ
    とを特徴とする画像信号への情報付加装置。
  6. 【請求項6】請求項4に記載の画像信号への情報付加装
    置において、 前記ばらつき度の検出手段は、前記ブロック単位の画像
    信号を、さらにサブブロックに分割して、前記サブブロ
    ック毎のばらつき度を検出し、 前記重畳レベル制御手段は、前記付加情報のスペクトラ
    ム拡散信号の1チップ当たりの重畳レベルを、前記サブ
    ブロック毎のばらつき度に応じて、前記ブロック内でサ
    ブブロック毎に制御するようにすることを特徴とする画
    像信号への情報付加装置。
JP25217697A 1997-09-17 1997-09-17 画像信号への情報付加方法および情報付加装置 Expired - Fee Related JP4003098B2 (ja)

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