JPWO2007102403A1 - 電子透かし埋め込み方法及び装置及びプログラム及び電子透かし検出方法及び装置及びプログラム - Google Patents

電子透かし埋め込み方法及び装置及びプログラム及び電子透かし検出方法及び装置及びプログラム Download PDF

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Abstract

Ｎ（Nは２以上の整数）以上の次元を持つ入力信号に対して埋め込み情報を電子透かしとして埋め込む電子透かし埋め込み装置と電子透かしを検出する電子透かし検出装置が開示される。電子透かし埋め込み装置は、埋め込み情報に基づき埋め込み系列を生成し、埋め込み系列に基づきＮ−１次元パターンを生成し、Ｎ−１次元パターン上の値に応じて周期信号を変調することによりＮ次元の埋め込みパターンを生成し、該埋め込みパターンを入力信号に重畳して出力する。電子透かし検出装置では、入力信号の一つの次元方向における所定の周期信号の成分を測定し、Ｎ−１次元パターンを求め、Ｎ−１次元パターンの値から検出系列を求め、検出系列と埋め込み系列の相関値の大きさに基づいて、埋め込まれている電子透かしを検出する。

Description

本発明は、電子透かし埋め込み方法及び装置及びプログラム及び電子透かし検出方法及び装置及びプログラムに係り、特に、映像信号を始めとする入力信号に対し、別の副情報を知覚されないように埋め込み、また、副情報の埋め込まれた信号からこの副情報を読み取る電子透かし埋め込み方法及び装置及びプログラム及び電子透かし検出方法及び装置及びプログラムに関する。
従来技術として、デジタルコンテンツに対し電子透かしを埋め込むことで、デジタルコンテンツの著作権保護を行う技術がある。また、デジタルコンテンツに関する著作権情報などのメタデータを参照する技術がある。更に、デジタルコンテンツを広告としての印刷物などのアナログ媒体を介した上でデジタルカメラで撮影し、電子透かしを読み取ることで広告に関連した情報を取得する技術もある。
静止画像に電子透かしを埋め込む方法としては、擬似乱数によって生成された埋め込み系列を画像の直交変換領域（例えば、フーリエ変換領域）の実部及び虚部に埋め込んでおき、埋め込み系列と検出系列の相関を用いて検出を行うスペクトル拡散型の電子透かし方式が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
映像信号においても、一般に映像信号は静止画像であるフレーム画像を連続させたものとして記録されるため、静止画像を対象とした電子透かし方式を応用することで、電子透かしを埋め込むことが可能となる。例えば、上記の特許文献１に記載の電子透かし方法を用いて、映像信号の各フレーム画像に共通の電子透かしを埋め込むことでも映像信号に対する電子透かしを実現できる。
電子透かしの埋め込まれた静止画像が不正に利用されるような場合、画像の一部分を切り取って利用されてしまう場合が考えられる。一部分が切り取られた画像の場合、原画像を利用しない電子透かし検出においては、切り取られた部位が元の画像のどの部分であったかはわからない。これは埋め込まれた電子透かしのパターンが、任意の量、平行移動しているように見えることを意味する。即ち、これは空間方向に電子透かしパターンの同期がずれている状態を意味する。これを「電子透かしの空間同期」と呼び、電子透かしを検出する際には、平行移動量を明らかにするなどの方法で空間同期を合わせる必要がある（一般に電子透かしの空間同期には、アフィン変換などの幾何変形に対する補正も含むことがあるが、本発明においては平行移動に対する補正を対象とする）。
映像信号は、一般に時間方向に連なる複数の静止画像（フレーム）の集合として扱われる。動画像向け電子透かし方式においては、こうしたフレームの集合のうち、一部分の連続するフレームの集合からも電子透かしを検出できることが望まれている。例えば、配布された映像コンテンツの１シーンだけを切り出して不正に利用されてしまうような場合にも不正利用されたシーンのみから電子透かしが検出できることで不正利用抑止の効果を期待できる。また、例えば、映画館等で映写されている映像コンテンツをビデオカメラで撮影される再撮影映像から電子透かしを検出する場合には、必然的に電子透かしの埋め込み時の映像の開始点と撮影された映像の開始点はずれており、このような場合にも電子透かしを検出できることが望まれる。また、例えば、映像コンテンツの、今まさに表示されているシーンから、携帯端末等のカメラを用いて撮影した映像から電子透かしを検出して関連情報を取得するようなアプリケーションも考えられる。これらの例においては、電子透かしの埋め込まれた映像のどの部分が切り出されているかは予め分からないため、電子透かしの検出においては検出対象の部位が電子透かしとして埋め込まれた信号のどの位置に当たるかを知る必要がある。これを電子透かしの時間同期と呼ぶことにする。
従来の電子透かし方式における空間同期、時間同期方法は、大きく次のように分類できる。
（１）網羅的探索：考えられる全ての同期変位量に対して各々電子透かしの検出を順次網羅的に試す。
（２）同期合わせ用信号の埋め込み：同期合わせ用の信号を電子透かしとは別に埋め込み、それを検出することで同期を合わせる。
例えば、上記の特許文献１に記載の電子透かし方法では、電子透かしの空間的な平行移動量を検出するための信号を埋め込み情報と重ねて埋め込んでおき、この信号の同期変位量の網羅的探索を、離散フーリエ変換を用いて効率的に実施することで、空間同期合わせを行っている。
特開２００３−２１９１４８号公報
しかしながら、従来の映像向け電子透かし埋め込み方法では、次のような課題があった。
・高圧縮や再撮影への耐性の課題：
例えば、MPEG1/2/4、ＷＭＶ（Windows(登録商標） Media Video）、DiVX、H.264/AVCなどのような高圧縮率の動画像非可逆符号化を適用（高圧縮）したり、スクリーンやディスプレイといった表示デバイスに出力された映像を再度ビデオカメラや、携帯電話に搭載されたカメラ等を用いて撮影（再撮影）したりした場合には、検出が困難となる場合があった。
また、高圧縮や再撮影によっても検出可能とするためには電子透かしを強く埋め込む必要が生じ、結果として映像の画質の低下を招いていた。
逆に、十分な画質を維持したまま高圧縮や再撮影などに十分な耐性を持たせるためには、映像に埋め込まれる情報長を短くする必要があった。
・拡散系列長の課題：
文献「山本奏、中村高雄、高嶋洋一、片山淳、北原亮、宮武隆「フレーム重畳型動画像電子透かしの検出性能評価に関する一考察」情報科学技術フォーラムFIT2005, J-029, 2005」には、スペクトル拡散と相関計算を利用した電子透かし方式において、スペクトル拡散の拡散系列長を長くすることで、電子透かしの検出の信頼性が高まることが述べられている。前述の特許文献１の電子透かし方式においては、埋め込み系列を埋め込める直交変換領域の周波数係数位置の数は、逆変換により実数値が得られるためのフーリエ係数の対称性制約により制約を受けていた。すなわち、対称位置のフーリエ係数は共役複素数であるとの制約により、埋め込み系列を埋め込める周波数係数は実質的に全体の周波数係数の半分に限られており、スペクトル拡散の拡散系列長を長くすることが難しかった。
・同期の課題：
また、電子透かしの空間同期、時間同期のための従来手法では、次のような問題点があった。
まず、網羅的探索による方法では、全ての同期変位量に対する探索を行うのは非常に時間の掛かる処理となり現実的ではなかった。
また、同期合わせ用信号を埋め込む方法では、同期合わせ信号の分だけ信号に対する改変量を増加させ、全体として信号の品質を落としていた。例えば、映像の場合に映像の品質を劣化させることにつながっていた。また、同期合わせ用信号自体が埋め込み情報の検出に対するノイズ成分として寄与し、検出機能が劣化する可能性もあった。また、特徴的な同期合わせ用信号は予測しやすく、それ自身が攻撃の対象となって電子透かしのセキュリティを劣化させる可能性もあった。
特に、映像の時間同期については次のような課題があった。
スクリーンやＴＶなどに表示された映像がビデオカメラや携帯電話等のカメラで撮影された場合、再生のフレームレートと撮影のフレームレートは同期されていないためにサブフレームでの再サンプリングが生じ、一層同期は困難となっていた。また、携帯電話等の低性能のプロセッサを用いる場合は、撮影のフレームレートが安定せずにサンプリングのタイミングが微小にずれる場合もあり、これもまた同期を困難にする一因となっていた。
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、高圧縮や再撮影に対しても耐性が高く、拡散系列長を長くすることができ、時間同期・空間同期が不要となる、あるいは、時間同期・空間同期を容易に取ることができる電子透かし埋め込み技術、及び電子透かし検出技術を提供することを目的とする。
本発明は、埋め込み系列生成手段、配列生成手段、変調手段、記憶手段、埋め込みパターン重畳手段と、を有する電子透かし埋め込み装置において、Ｎ（Nは２以上の整数）以上の次元を持つ入力信号に対して埋め込み情報を電子透かしとして人間の知覚に感知されないように埋め込む電子透かし埋め込み方法であって、前記埋め込み系列生成手段が、前記埋め込み情報に基づき埋め込み系列を生成し、第１の記憶手段に格納し、前記配列生成手段が、前記第１の記憶手段の前記埋め込み系列に基づきＮ−１次元パターンを生成し、前記変調手段が、前記Ｎ−１次元パターン上の値に応じて周期信号を変調することによりＮ次元の埋め込みパターンを生成し、第２の記憶手段に格納し、前記埋め込みパターン重畳手段が、前記第２の記憶手段に格納されている前記Ｎ次元の埋め込みパターンを取得し、該埋め込みパターンを前記入力信号に重畳する埋め込む、ことを特徴とする電子透かし埋め込み方法として構成できる。
また、本発明は、埋め込み系列生成手段、配列生成手段、変換手段、記憶手段、埋め込みパターン重畳手段、逆変換手段と、を有する電子透かし埋め込み装置において、Ｎ（Nは２以上の整数）以上の次元を持つ入力信号に対して埋め込み情報を電子透かしとして人間の知覚に感知されないように埋め込む電子透かし埋め込み方法であって、前記埋め込み系列生成手段が、前記埋め込み情報に基づき埋め込み系列を生成し、第１の記憶手段に格納し、前記配列生成手段が、前記第１の記憶手段に格納されている前記埋め込み系列に基づきＮ−１次元パターンを生成し、第２の記憶手段に格納し、前記変換手段が、前記入力信号を直交変換し、変換済信号を取得し、前記埋め込みパターン重畳手段が、前記第２の記憶手段に格納されている前記Ｎ−１次元パターンを前記変換済信号の一部のＮ−１次平面に重畳し、逆変換前信号を取得し、前記逆変換手段が、前記逆変換前信号を直交逆変換し、埋め込み済み信号を得る、ことを特徴とする電子透かし埋め込み方法として構成することもできる。
更に本発明は、復調手段、検出系列抽出手段、相関値計算手段、記憶手段と、を有する電子透かし検出装置において、Ｎ（Nは２以上の整数）以上の次元を持つ入力信号に対して予め人間の知覚に感知されないように埋め込まれた電子透かしを検出する電子透かし検出方法であって、前記復調手段が、前記入力信号の一つの次元方向における所定の周期信号の成分を測定し、Ｎ−１次元パターンを求め、前記検出系列抽出手段が、前記Ｎ−１次元パターンの値から検出系列を求め、記憶手段に格納し、前記相関値計算手段が、前記記憶手段に格納された前記検出系列と埋め込み系列の相関値の大きさに基づいて、埋め込まれている電子透かしを検出する、ことを特徴とする電子透かし検出方法として構成することもできる。
また、本発明は、上記の各方法の実施に適した装置、及びコンピュータに上記各方法の処理手順を実行させるプログラムとして構成することもできる。
本発明によれば、高圧縮の動画像非可逆符号化や、表示デバイスに出力された映像の再撮影された映像などのように、電子透かし埋め込み後の信号に大きく改変が加えられている場合においても、十分な耐性があり、品質劣化を抑え、情報長の長い情報を電子透かしとして埋め込む技術を実現できる。また、同期合わせの不要、もしくは容易かつ高速に同期合わせの可能な電子透かしの検出を行う技術を実現できる。つまり、本発明によれば、同期処理による処理時間の増大や同期信号の埋め込みによる信号劣化を防ぎ、高速で耐性、検出性能が高く品質劣化の少ない電子透かし埋め込み／検出が可能となる。
本発明の実施の形態における電子透かし埋め込み方法の概要を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態における電子透かし検出方法の概要を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態における電子透かし埋め込み装置と電子透かし検出装置の概要構成を示す図である。 Ｎ＝２のときの変調後の埋め込み信号の例である。 周期信号の構成例１である。 周期信号の構成例２である。 周期信号の構成例３である。 周期信号の自己相関関数の例１である。 周期信号の自己相関関数の例２である。 周期信号の自己相関関数の例３である。 周期信号に応じた関数ｈ０の複素平面上の軌跡１である。 周期信号に応じた関数ｈ０の複素平面上の軌跡２である。 周期信号に応じた関数ｈ０の複素平面上の軌跡３である。 直交する二つの周期信号の例１である。 直交する二つの周期信号の例２である。 同期ずれ後の信号の例１である。 同期ずれ後の信号の例２である。 同期ずれによるＱ（ｘ）の軌跡の例である。 本発明の第１の実施の形態における電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置の構成例である。 本発明の第１の実施の形態における電子透かし埋め込み装置の動作のフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態における複素パターン生成部の構成例である。 本発明の第１の実施の形態における複素パターン生成部の処理のフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態における埋め込み系列生成部の詳細な動作のフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態におけるシンボルの構成例である。 本発明の第１の実施の形態における複素配列生成部の動作のフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態における複素配列の構成例である。 本発明の第１の実施の形態における時間変調部の構成例である。 本発明の第１の実施の形態における時間変調部の動作のフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態における埋め込みパターンを時間方向に繰り返し重畳する例である。 本発明の第１の実施の形態における埋め込みパターンの縦横にタイリングして重畳する例である。 本発明の第１の実施の形態における埋め込みパターンを拡大して重畳する例である。 本発明の第１の実施の形態における電子透かし検出装置の動作のフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態における埋め込み済み信号の特徴量を算出して抽出する例である。 本発明の第１の実施の形態における時間復調部の構成例である。 本発明の第１の実施の形態における時間復調部の動作のフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態における時間復調部の差分・微分を用いた構成例である。 本発明の第１の実施の形態における検出情報抽出部の構成例である。 本発明の第１の実施の形態における検出情報抽出部の動作のフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態における検出系列抽出部の詳細な動作のフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態における時間変調部の構成例である。 本発明の第２の実施の形態における時間変調部の動作のフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態における時間復調部の構成例である。 本発明の第２の実施の形態における時間復調部の動作のフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態における時間復調部の差分・微分を用いた構成例である。 本発明の第３の実施の形態における複素パターン生成部の構成例である。 本発明の第３の実施の形態における複素パターン生成部の動作のフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態における複素配列生成部における複素配列の要素範囲の例１である。 前記複素配列の要素範囲の例２である。 前記複素配列の要素範囲の例３である。 前記複素配列の要素範囲の例４である。 前記複素配列の要素範囲の例５である。 前記複素配列の要素範囲の例６である。 前記複素配列の要素範囲の例７である。 前記複素配列の要素範囲の例８である。 前記複素配列の要素範囲の例９である。 前記複素配列の要素範囲の例１０である。 前記複素配列の要素範囲の例１１である。 前記複素配列の要素範囲の例１２である。 本発明の第３の実施の形態における検出情報抽出部の構成例である。 本発明の第３の実施の形態における検出情報抽出部の動作のフローチャートである。 本発明の第４の実施の形態における検出情報抽出部の構成例である。 本発明の第４の実施の形態における検出情報抽出部の動作のフローチャートである。 本発明の第４の実施の形態におけるビット値を検出方法の一例を説明するための図である。 本発明の第５の実施の形態における電子透かし検出装置の構成例である。 本発明の第５の実施の形態における電子透かし検出装置の動作のフローチャートである。 本発明の第５の実施の形態における同期検出部の構成例である。 本発明の第５の実施の形態における同期検出部の動作のフローチャートである。 本発明の第５の実施の形態における検出情報抽出部の構成例である。 本発明の第５の実施の形態における検出情報抽出部の他の構成例である。 本発明の第６の実施の形態における時間変調部の構成例である。 本発明の第７の実施の形態における電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置の構成例である。 本発明の第７の実施の形態における電子透かし埋め込み装置の動作のフローチャートである。 本発明の第７の実施の形態における複素パターン生成部の構成例である。 本発明の第７の実施の形態における複素パターン生成部の動作のフローチャートである。 本発明の第７の実施の形態における電子透かし検出装置の動作のフローチャートである。 本発明の第７の実施の形態における検出情報抽出部の構成例である。 本発明の第７の実施の形態における同期変位量の結合の例である。 本発明の第８の実施の形態における電子透かし埋め込み装置の動作のフローチャートである。 本発明の第８の実施の形態における複素パターン生成部の構成例である。 本発明の第８の実施の形態における複素パターン生成部の動作のフローチャートである。 本発明の第８の実施の形態における複数の情報を時分割で連続して埋め込む例である。 本発明の第８の実施の形態における電子透かし検出装置の構成例である。 本発明の第８の実施の形態における電子透かし検出装置の動作のフローチャートである。 本発明の第８の実施の形態における同期のずれた位置からの同期パターンの検出の例である。 本発明の第８の実施の形態における検出情報抽出部の構成例である。 本発明の第８の実施の形態における検出情報抽出部の動作のフローチャートである。 本発明の第９の実施の形態における電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置の構成例である。 本発明の第９の実施の形態における電子透かし埋め込み装置の動作のフローチャートである。
符号の説明
１０２ 第１の記憶手段
１０３ 第２の記憶手段
１００ 電子透かし埋め込み装置
１１０ 複素パターン生成部
１１１ 埋め込み系列生成手段、埋め込み系列生成部
１１２ 配列生成手段、複素配列生成部
１１３ Ｎ−１次元逆フーリエ変換部
１１４ 埋め込み情報分割部
１１５ 同期系列生成部
１１６ 複素配列生成部
１１７ 埋め込み系列生成部
１２０ 配列生成部
１３０ 変調手段、時間変調部
１３１ 周期信号生成部
１３２ 変調部
１３３ 加算部
１３４ １次元逆フーリエ変換部
１３６ 変調部
１４０ 埋め込みパターン重畳手段、埋め込みパターン重畳部
１５０ 第１の記憶部
１６０ 第２の記憶部
２００ 電子透かし検出装置
２０２ 記憶手段
２１０ 復調手段、時間復調部
２１１ 周期信号生成部
２１２ 復調部
２１３ 複素パターン構成部
２１４ １次元フーリエ変換部
２１５ 信号微分部
２１６ １次元フーリエ変換部
２２０ 検出情報抽出部
２２１ 検出系列抽出手段、検出系列抽出部
２２２ 相関値計算手段、相関値計算部
２２３ 最大値判定部
２２４ 検出情報再構成部
２２５ Ｎ−１次元フーリエ変換部
２２６ 複素相関値計算部
２２７ 絶対値算出部
２５０ パターン記憶部
３００ 電子透かし検出装置
３１０ 時間復調部
３２０ 同期検出部
３２１ 複素検出系列抽出部
３２２ 複素相関値計算部
３２３ 絶対値算出部
３２４ 同期検出最大値判定部
３２５ 位相算出部
３３０ 検出情報抽出部
３３１ 検出系列抽出部
３３２ 相関値計算部
３３３ 最大値判定部
３３４ 検出情報再構成部
３４０ パターン記憶部
５００ 電子透かし埋め込み装置
５１０ 複素パターン生成部
５１１ 埋め込み系列生成部
５１２ 複素配列生成部
５２０ 時間変調部
５３０ 埋め込みパターン重畳部
６００ 電子透かし検出装置
６１０ 時間復調部
６２０ 同期検出部
６３０ 検出情報抽出部
６３１ 検出系列抽出部
６３２ 相関値計算部
６３３ 最大値判定部
６３４ 検出情報再構成部
７００ 電子透かし検出装置
７１０ 埋め込み済信号分割部
７２０ 同期時間復調部
７３０ 同期検出部
７４０ 同期済信号分割部
７５０ 時間復調部
７６０ 検出情報抽出部
７６１ 検出系列抽出部
７６２ 相関値計算部
７６３ 最大値判定部
７６４ 検出情報再構成部
７６５ 検出情報連結部
８００ 電子透かし埋め込み装置
８１０ 複素パターン生成部
８２０ 埋め込みパターン重畳部
８３０ 埋め込み前信号変換部
８４０ 埋め込み済信号逆変換部
８５０ 第１の記憶部
９０４ 中間複素パターン
９１１ 埋め込み情報
９１２ 埋め込み前信号
９１３ 埋め込み系列
９１４ 検出情報
９１７ 同期系列
９２１ 埋め込み複素パターン
９２２ 埋め込みパターン
９２３ 埋め込み済信号
９６１ 検出複素パターン
１１１３ 検出系列
１１１４ 相関値
１１１５ 検出複素配列
１１１６ 複素相関値
１１１７ 絶対値
１１１８ 検出複素数系列
１５０１ 検出複素パターン
１５０２ 同期変位量
１５１１ 検出複素系列
１５１２ 複素相関値
１５１３ 絶対値
１５２１ 検出系列
１５２２ 相関値
３１１１ 埋め込み情報
３１１２ 埋め込み前信号
３１１３ 埋め込み済信号
３１１４ 検出情報
３１２１ 埋め込み複素パターン
３１２２ 埋め込みパターン
３１６１ 検出複素パターン
３１６２ 同期変位量
３２１３ 埋め込み系列
３３１３ 検出系列
３３１４ 相関値
３６１３ 検出系列
３６１４ 相関値
３６１５ 部分検出情報
３８１２ 検出情報
３８１３ 同期複素パターン
３８１４ 同期変位量
３８１５ 検出複素パターン
３８１６ 部分埋め込み済信号
３８１７ 同期済部分信号
４０２１ 埋め込み複素パターン
４０２２ 変換済み埋め込み前信号
４０２３ 逆変換前埋め込み済信号
まず、本発明の実施の形態の概要を説明する。図１Ａは、本発明の実施の形態における電子透かし埋め込み方法の概要を示すフローチャートである。
上記電子透かし埋め込み方法は、埋め込み系列生成手段、配列生成手段、変調手段、記憶手段、埋め込みパターン重畳手段と、を有する電子透かし埋め込み装置において、Ｎ（Ｎは２以上の整数）以上の次元を持つ入力信号に対して埋め込み情報を電子透かしとして人間の知覚に感知されないように埋め込む電子透かし埋め込み方法である。この方法は、埋め込み系列生成手段が、埋め込み情報に基づき埋め込み系列を生成し、第１の記憶手段に格納する埋め込み系列生成ステップ（ステップ１）と、配列生成手段が、第１の記憶手段の埋め込み系列に基づきＮ−１次元パターンを生成する配列生成ステップ（ステップ２）と、変調手段が、Ｎ−１次元パターン上の値に応じて周期信号を変調することによりＮ次元の埋め込みパターンを生成し、第２の記憶手段に格納する変調ステップ（ステップ３）と、埋め込みパターン重畳手段が、第２の記憶手段に格納されているＮ次元の埋め込みパターンを取得し、該埋め込みパターンを入力信号に重畳する埋め込みパターン重畳ステップ（ステップ４）とを有している。
図１Ｂは、本発明の実施の形態における電子透かし検出方法の概要を示すフローチャートである。この電子透かし検出方法は、復調手段、検出系列抽出手段、相関値計算手段、記憶手段と、を有する電子透かし検出装置において、Ｎ以上の次元を持つ入力信号に対して予め人間の知覚に感知されないように埋め込まれた電子透かしを検出する電子透かし検出方法である。
この方法は、復調手段が、入力信号の一つの次元方向における所定の周期信号の成分を測定し、Ｎ−１次元パターンを求める復調ステップ（ステップ１１）と、検出系列抽出手段が、Ｎ−１次元パターンの値から検出系列を求め、記憶手段に格納する検出系列抽出ステップ（ステップ１２）と、相関値計算手段が、記憶手段に格納された検出系列と埋め込み系列の相関値の大きさに基づいて、埋め込まれている電子透かしを検出する相関値計算ステップ（ステップ１３）とを有する。
図２は、本発明の実施の形態における電子透かし埋め込み装置と電子透かし検出装置の概要構成を示す図である。
本実施の形態における電子透かし埋め込み装置は、Ｎ（Ｎは２以上の整数）以上の次元を持つ入力信号に対して埋め込み情報を電子透かしとして人間の知覚に感知されないように埋め込む電子透かし埋め込み装置１００であり、埋め込み情報に基づき埋め込み系列を生成し、第１の記憶手段１０２に格納する埋め込み系列生成手段１１１と、第１の記憶手段１０２の埋め込み系列に基づきＮ−１次元パターンを生成する配列生成手段１１２と、Ｎ−１次元パターン上の値に応じて周期信号を変調することによりＮ次元の埋め込みパターンを生成し、第２の記憶手段１０３に格納する変調手段１３０と、第２の記憶手段１０３に格納されているＮ次元の埋め込みパターンを取得し、該埋め込みパターンを入力信号に重畳する埋め込みパターン重畳手段１４０と、を有する。
また、本実施の形態の電子透かし検出装置は、Ｎ以上の次元を持つ入力信号に対して予め人間の知覚に感知されないように埋め込まれた電子透かしを検出する電子透かし検出装置２００であり、入力信号の一つの次元方向における所定の周期信号の成分を測定し、Ｎ−１次元パターンを求める復調手段２１０と、Ｎ−１次元パターンの値から検出系列を求め、記憶手段２０２に格納する検出系列抽出手段２２１と、記憶手段２５０に格納された検出系列と埋め込み系列の相関値の大きさに基づいて、埋め込まれている電子透かしを検出する相関値計算手段２２２と、を有する。
以下、図面と共に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
以下では、まず、本発明の原理となる基本概念とその例を示した後、具体的な電子透かし埋め込み装置、電子透かし検出装置とその方法の実施の形態について説明する。
［基本概念］
まず、本実施形態の原理となる基本概念を以下に示す。
（１）複素相関による電子透かしモデル：
複素数列を用いた相関利用型電子透かしについて以下に示す。
なお、以下の本明細書中で複素数としている部分は、同一の概念として２次元のベクトルに置き換えることができることは言うまでもない。
埋め込み）埋め込み対象の信号列ｉ及び電子透かし系列ｗを次のように定める。
ｉ＝｛ｉ１，ｉ２，…，ｉＬ｝∈ＣＬ （１）
ｗ＝｛ｗ１，ｗ２，…，ｗＬ｝∈ＣＬ （２）
ただし、Ｃは複素数全体の集合であり、ｗは平均０の擬似乱数列とする。
ｉにｗを埋め込み、埋め込み済み信号列ｉ'を得る。
ｉ'＝ｉ＋ｗ （３）
検出）ｉ'が同期ずれにより△θだけ位相がずれたｉ"を考える。
Figure 2007102403
 ここで、ｊは虚数単位である。
ｉ"とｗの相関値を次式のように計算し、電子透かしの検出を行う。
ρ＝ｉ"・ｗ* （５）
ここで、「ｗ*」はｗの各要素の共役複素数をとる数列であり、「・」は数列をベクトルとみたときの内積演算である。なお、このような複素数列同士の相関計算を複素相関と呼ぶことにする。
Figure 2007102403
 ここで、w*ｋはｗｋの共役複素数を表す。
ｉとｗが独立でLが十分大きければ、Σikw*kの期待値は０であり、
Figure 2007102403
 従って、
・ρの絶対値が最大となる埋め込み値を求めることで位相ずれ量△θに関わらず検出が可能となる。即ち、同期合わせなしに検出が可能となる。
・ρの偏角を求めることで位相ずれ量△θを算出可能となる。
ここでｗｋとしては次のような２通りの選び方が考えられる。
１）例えば｛+１，−１｝のいずれかの値を取るといったように実数のみから選ばれている場合；
２）例えば、
Figure 2007102403
 のいずれかの値をとるといったように複素数空間に広がって分布するように選ばれている場合；
上記１）の場合、埋め込み済み信号列ｉ'上で透かしのパターン成分ｗの位相が揃っており、２）の場合は、位相が拡散されていることになる。どちらかの場合であっても、
Σikw*k
の期待値は０となり、電子透かしの検出が可能となるが、│ｗｋ│の分散を等しくして電子透かし成分のエネルギーを揃えた条件下で１）、２）を比べた場合、２）の方が
│Σikw*k│
の分散が小さくなる。これはρの値に埋め込み対象の信号列ｉが与えるノイズ成分の影響が小さくなることを意味し、より信頼性が高い検出が可能となる。
（２）時間方向単一周波数埋め込みによる時間同期不要電子透かし：
同期ずれにより△θだけ位相がずれるような電子透かし埋め込みの例として、時間方向単一周波数への埋め込みを行う例を示す。
具体的には、例えば、映像の空間方向で構成された複素数パターンを時間方向の単一周波数に変調して埋め込む例を示す。
埋め込み）Ｎ次元の信号列にＮ−１次元の複素数パターンＰ（ｘ）を埋め込む。但し、ｘはＮ−１次元空間での位置を表すベクトルで、
ｘ＝（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１） （８）
とする。
Ｎ番目の次元を時間軸と考え、時間軸方向の周期複素関数ｆ（ｔ）を用意する。例えば、
Figure 2007102403
 ここでｊは虚数単位、ωはｆ（ｔ）の周期を表す角速度である。
Ｐ（ｘ）の実部、虚部をそれぞれｆ（ｔ）の実部、虚部でＡＭ変調し合成した、Ｎ次元実数信号Ｗ（ｘ，ｔ）を得る。
Figure 2007102403
 但し、ｆ*(t)はf(t)の共役複素数をとる複素関数である。
Ｎ＝２のときの、Ｗ（ｘ，ｔ）の例を図３に示す。ここで、太線がｗ（ｘ，ｔ）の値を表し、位置ｘ毎に位相のずれたｔ軸方向の周期信号で表現されている。
このような変調により、Ｐ（ｘ）の複素数値の偏角と絶対値で、ｆ（ｔ）の位相と振幅を変調していることになる。
Ｗ（ｘ，ｔ）を埋め込み対象の信号Ｉ（ｘ，ｔ）に埋め込み、埋め込み済み信号Ｉ'（ｘ，ｔ）を得る。
Ｉ'（ｘ，ｔ）＝Ｉ（ｘ，ｔ）＋Ｗ（ｘ，ｔ） （１１）
検出）Ｉ'（ｘ，ｔ）が同期ずれにより、△ｔだけずれた信号Ｉ"（ｘ，ｔ）を考える。
Figure 2007102403
 例えば、映像信号などを考えた場合、ビデオカメラによる再撮影やアナログ変換などが行われた際にも、通常は空間上の位置が異なっていても、時間方向の同期変位量は一定となる。（電子透かしに対する攻撃として空間位置毎に異なる時間方向同期ずれが与えられた場合、画質は著しく劣化し、映像コンテンツとしての価値が損なわれるため攻撃としては成り立たない）このことから、上記のように時間方向（ｔ方向）の同期変位量△ｔは、位置ｘによらず一定であると考えることができる。
また、例えば、画像信号を考えた場合、画像の平行移動のみが加えられている場合には、例えば画像信号が横方向の位置ｘが異なっていても、縦方向に加えられた平行移動の大きさは一定となる。この場合にも、上記のように縦方向（ｔ方向）の同期変位量△ｔは、横方向の位置ｘによらず一定であると考えることができる。
今、区間０≦ｔ≦Ｔ（Ｔはｆ（ｔ）の周期の整数倍）で与えられたＩ"（ｘ，ｔ）に対し、ｆ（ｔ）で復調するため次のような積分を計算する。
Figure 2007102403
 但し、下記の関係を用いた。
Figure 2007102403
 であることから、
Figure 2007102403
 なお、ここでの例では、信号Ｉ"（ｘ，ｔ）が連続信号として得られている場合を例に説明したが、信号I"（ｘ，ｔ）が離散信号として得られている場合も、積分の代わりに積和計算により同様の処理が可能である。
即ち、
Figure 2007102403
 透かし系列
ｗ｛ｗ１，…，ｗＬ｝∈ＣＬ
とＰ（ｘ）との線形変換Trans及び逆変換Trans−１が定義されているとき、電子透かしの埋め込みに際し、
Ｐ（ｘ）＝Trans（ｗ） （１９）
でＰ（ｘ）を生成し、電子透かし検出に際し、
ｗ'＝Trans−１（Q（x）） （２０）
とすれば、
Figure 2007102403
 が得られる。但し、ｎ＝Trans−１（Ｎ（ｘ，△ｔ））。
線形変換Transの例としては、例えば、単にｗの各値をＮ−１次元空間上に順に並べるだけの変換であっても良いし、ｗの各値をＮ−１次元空間上に順に並べた後に逆フーリエ変換等の直交変換を行う変換であっても良い。
前節の議論を当てはめ、複素相関を取ることで、
Figure 2007102403
 から電子透かしの検出、同期変位量△ｔの算出が可能である。
（３）差分（微分）相関による検出：
上記の検出方式において、Q（x）を求める計算の代わりに、I"（ｘ，ｔ）の差分もしくは、微分からｆ（ｔ）を用いて復調するようにしても良い。
即ち、例えば信号が離散的な場合、
△Ｉ"（ｘ，τ）＝Ｉ"（ｘ，τ＋１）−Ｉ"（ｘ，τ）
として、
Figure 2007102403
 ここで、
Figure 2007102403
 は既知であるから、同様の検出が可能である。
また、例えば、信号が連続的な場合には、
Figure 2007102403
 を用いた同様の計算により、同様の検出が可能である。
例えば、映像信号などを考えた場合、信号のフレーム間の相関が大きいことが知られている。二つのフレームの時間間隔が短いほどフレーム間の相関は高いことから、上記のようにフレーム間差分を計算すると、周期信号による相殺分以上に原画成分が大きくキャンセルされ、上記のＮ１（ｘ，△ｔ）−Ｎ０（ｘ，△ｔ）の項の絶対値が非常に小さくなり、電子透かしのエネルギーが相対的に増大して検出がしやすくなるという利点がある。
（４）任意の周期信号を用いた場合の時間同期不要電子透かし：
次に、周期信号として任意の関数ｆ（ｔ）を用い、これの位相を変化させて電子透かしを埋め込む場合を考える。ここではｆ（ｔ）は実関数を考える。
埋め込み）Ｐ（ｘ）の絶対値、偏角でｆ（ｔ）の振幅、位相を変調した、Ｎ次元実数信号Ｗ（ｘ，ｔ）を得る。
例えば、
Ｗ（ｘ，ｔ）＝│Ｐ（ｘ）│ｆ（ｔ＋ｓ（ｘ）） （２４）
ここで、
Figure 2007102403
 Ｔはｆ（ｔ）の周期であるとする。
Ｗ（ｘ，ｔ）を埋め込み対象の信号Ｉ（ｘ，ｔ）に埋め込み、埋め込み済み信号Ｉ'（ｘ，ｔ）を得る。
Ｉ'（ｘ，ｔ）＝Ｉ（ｘ，ｔ）＋Ｗ（ｘ，ｔ） （２５）
検出）Ｉ'（ｘ，ｔ）が同期ずれにより、△ｔだけずれた信号Ｉ"（ｘ，ｔ）を考える。
Ｉ"（ｘ，ｔ）＝Ｉ'（ｘ，ｔ＋△ｔ） （２６）
=Ｉ（ｘ，ｔ＋△ｔ）＋Ｗ（ｘ，ｔ＋△ｔ）
=Ｉ（ｘ，ｔ＋△ｔ）+│Ｐ（ｘ）│ｆ（ｔ＋△ｔ＋ｓ（ｘ））
今、区間０≦ｔ≦Ｔで与えられたＩ"（ｘ，ｔ）に対し、ｆ（ｔ）及びｆ（ｔ）の位相をπ／４変位させたｆ（ｔ-π／４）で復調するための次のような積分を計算する。
Figure 2007102403
 この積分計算はｆ（）の自己相関を求めるのと同様の計算になっており、ｆ（ｔ）の自己相関関数をｇ（ｔ）とすると。
Figure 2007102403
 と表せる。
今、
Figure 2007102403
 とすれば、
Figure 2007102403
 となるが、これから前述の正弦波を用いた例と同様な電子透かしの検出ができるためには、ｈ（ｘ，△ｔ）の偏角Arg[ｈ（ｘ，△ｔ）]が、埋め込まれた信号の位相
Figure 2007102403
 に近い値をとっていれば良い。すなわち、
Figure 2007102403
 で△ψが十分小さい値をとるような関数ｈであれば良い。
このとき、複素相関における積演算は次のように表され、
Figure 2007102403
 複素相関値としてこれの総和を求めることになり、複素相関値の偏角から同期変位量△ｔと△ψに応じた誤差の範囲で求めることができる。
ただし、
Figure 2007102403
 であることを利用した。また、理解を容易にするために線形変換Transを省き直接Ｐ（ｘ）での相関演算を行う例を示した。
以上の議論は、周期信号が正弦波の場合には△ψ＝０となる一方、正弦波以外の周期信号の場合、△ψ≠０となり、同期変位量△ｔの測定に誤差が生じることを表している。
（５） 周期信号の例：
周期信号は、次の特徴を持つ周期関数を用いれば良い。
１）１周期分積分した結果が０となる。
２）自己相関関数が鋭敏なピークを持たない。
上記の１）の条件は例えば、
Figure 2007102403
 としても良い。ここでＴは周期関数の周期である。
また、上記２）の条件は例えば、「自己相関関数の頂点付近の２階微分の値が頂点の符号と一致しない」、という条件を用いても良い。
周期信号の例を図４Ａ〜Ｃに示す。同図の周期信号は、（図４Ａ）（ａ）正弦波、（図４Ｂ）（ｂ）三角波、（図４Ｃ）（ｃ）矩形波であり、各信号を０≦ｔ<Ｔ（Ｔは信号の周期）の範囲で式で表すと下記のようになる。なお、これらの例に限定するものではなく、上記の特徴を持つ任意の周期信号を用いて良いことは言うまでもない。
Figure 2007102403
 １）の条件は、検出時の積分の結果Ｉ"（ｘ，ｔ）のｔ方向の直流成分をキャンセルできることを表す。
２）の条件の意味について下記に説明する。
図５Ａ〜Ｃに図４Ａ〜Ｃの各周期信号の自己相関関数を示す。さらに、図６Ａ〜Ｃに、それぞれの周期信号の場合に複素平面上で複素関数ｈ（）の動く軌跡を示す。
（図５Ａ、図６Ａ）正弦波の例では、自己相関関数が滑らかに変化しており、ｈ（）の軌跡は円となる。これは、△ψ＝０となり、同期変位量△ｔを高い精度で求められることを意味する。
（図５Ｂ、図６Ｂ）三角波の例では、やはり自己相関関数が滑らかに変化しており、頂点付近の２階微分の値が頂点の符号とは異なっており（符号が正の頂点付近の２階微分の値は負であり符号は一致していない）、鋭敏なピークは持たない自己相関関数となっている。結果、ｈ（）の軌跡はほぼ円に等しくなり、△ψは十分小さな値となり、やはり同期変位量△ｔを高い精度で求められることを意味する。
（図５Ｃ、図６Ｃ）矩形波の例では、自己相関関数は滑らかとは言えないが、頂点付近の２階微分の値が頂点の符号とは異なっており（符号が正の頂点付近の２階微分の値が０であり符号は一致していない）、やはり鋭敏なピークは持たない自己相関関数となっている。結果、ｈ（）の軌跡は円ではないが菱形となり、△ψは比較的小さな値となり、同期変位量△ｔをある程度の精度で求められることを意味する。
一般に、正弦波の値を計算するより矩形波や三角波の値を計算する方が高速に処理が可能であるため、正弦波の代わりに三角波や矩形波などの上記の条件を満たす他の周期関数を用いることで、同期変位量の若干の誤差を犠牲に全体として高速な電子透かし検出が可能となる。例えば、携帯電話等の携帯端末での電子透かし検出のように、非常に限られた計算資源において電子透かし検出を行う場合や、大量の電子透かし検出を行う場合に高速処理が要求される場合に特に有効である。
（６）直交する２つの周期関数を用いた場合の時間同期不要電子透かし：
次に、周期信号として同一の基本周波数を持ち直交する２つの周期関数ｆ１（ｔ）、ｆ２（ｔ）を用いた場合を考える。
この場合、上記の時間方向単一周波数埋め込みによる時間同期不要電子透かしの説明における周期複素関数ｆ（ｔ）をｆ（ｔ）=ｆ１（ｔ）+ｊｆ２（ｔ）とすることに等しい。
例えば、ｆ１（ｔ）とし周期４の矩形波、ｆ２（ｔ）として周期４の三角波を考え、それぞれ、図７Ａ、Ｂのような信号として定義されるものを考える。
このとき、ｆ１（ｔ）、ｆ２（ｔ）はどちらも基本周波数１／４を持ち、１周期分の積分
Figure 2007102403
 となり、直交している。但し、Ｔは信号周期であり、この例ではＴ＝４である。
この場合、例えば、あるｘ＝ｘ０に対してＰ（ｘ０）＝１＋０ｊであったとき、対応するＷ（ｘ０，ｔ）は図７Ａのｆ１（ｔ）と同一になる。
同期ずれがない場合、原画成分を除いて記述すると図８Ａの信号Ｇ１（ｔ）が検出時に得られる。これとｆ１（ｔ），ｆ２（ｔ）との相関計算の結果、
Figure 2007102403
 となり、Ｑ（ｘ０）＝４＋０ｊとなる。
同期ずれにより位相が９０度ずれた場合、原画成分を除いて記述すると図８Ｂのような信号Ｇ２（ｔ）が検出時に得られる。これとｆ１（ｔ）、ｆ２（ｔ）との相関計算の結果
Figure 2007102403
 となり、
Figure 2007102403
 となる。
同様に考えると、同期ずれの大きさによってＱ（ｘ０）は図９の複素平面上を軌跡１を辿って変化することになる。
また、例えばあるｘ＝ｘ１に対してＰ（ｘ１）＝０＋１ｊであったとき、対応するＷ（ｘ１，ｔ）は図７Ｂのｆ２（ｔ）と同一になり、同様の考察により、同期ずれの大きさによってＱ（ｘ１）は、図９の複素平面上を軌跡２を辿って変換することになる。
Ｑ（ｘ）の偏角は前述した複素相関値の計算と同様の計算により、複素相関値の偏角から同期変位量△ｔを、計算で定まる誤差の範囲で求めることができる。
このように、周期信号として同一の基本周波数を持ち直交する２つの周期関数ｆ１（ｔ）ｆ２（ｔ）を用いた場合にも、若干の誤差を犠牲にして全体として同期変位量を求めることが可能になる。
［第１の実施の形態］
図１０は、本発明の第１の実施の形態における電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置の構成を示す。
<電子透かし埋め込み装置>
まず、電子透かし埋め込み装置について説明する。
電子透かし埋め込み装置１００は、複素パターン生成部１１０、時間変調部１３０、埋め込みパターン重畳部１４０、第１の記憶部１５０、第２の記憶部１６０から構成され、埋め込み情報９１１、埋め込み前信号９１２を入力し、埋め込み済み信号９２３を出力する。
以下に、電子透かし埋め込み装置１００の動作を説明する。
図１１は、本発明の第１の実施の形態における電子透かし埋め込み装置の動作のフローチャートである。電子透かし埋め込み装置１００による電子透かしの埋め込み処理は以下の手順で実施される。
ステップ１００）複素パターン生成部１１０において、入力された埋め込み情報９１１に基づいて埋め込み複素パターン９２１を生成し、メモリ等の第１の記憶部１５０に格納する。
埋め込み複素パターン９２１は、複素数から構成されるＮ−１次元パターンであり、埋め込み情報の内容を表している。複素パターン生成部１１０の動作の詳細については図１２において後述する。
なお、後述する複素数へのその他の埋め込み方法に示すように、時間変調部１３０の処理によっては、Ｎ−１次元パターンを実数値のパターンとして構成することも可能である。
ステップ１１０） 時間変調部１３０において、複素パターン生成部１１０で生成され、第１の記憶部１５０に格納された埋め込み複素パターン９２１に基づいて埋め込みパターン９２２を生成し、メモリ等の第２の記憶部１６０に格納する。埋め込みパターン９２２は、埋め込み複素パターン９２１に対し時間軸方向の変調を行い、実数値で構成されるＮ次元パターンとして生成したものである。
時間変調部１３０の動作の詳細については後述する。
ステップ１２０） 埋め込みパターン重畳部１４０において、時間変調部１３０で生成され、第２の記憶部１６０に格納されている埋め込みパターン９２２を、入力された埋め込み前信号９１２に重畳し、埋め込み済み信号９２３を出力する。
埋め込みパターン重畳部１４０の動作の詳細については後述する。
<電子透かし埋め込み装置−複素パターン生成部>
図１２は、本発明の第１の実施の形態における複素パターン生成部の構成例を示す。
複素パターン生成部１１０ａは、埋め込み系列生成部１１１、複素配列生成部１１２から構成され、埋め込み情報９１１を入力し、埋め込み複素パターン９２１を出力する。
複素パターン生成部１１０ａによる埋め込み複素パターンの生成処理は以下の手順で実施される。
図１３は、本発明の第１の実施の形態における複素パターン生成部の処理のフローチャートである。
ステップ１０１） 埋め込み系列生成部１１１において、入力された埋め込み情報９１１に基づいて、埋め込み情報を表す数値の列である埋め込み系列９１３を生成する。埋め込み系列生成部１１１の動作の詳細については後述する。
ステップ１０２） 複素配列生成部１１２において、埋め込み系列生成部１１１で生成された埋め込み系列９１３を、Ｎ−１次元複素配列上の要素の実部及び虚部に割り当て、埋め込み複素パターン９２１を生成し、第１の記憶部１５０に格納する。複素配列生成部１１２の詳細については後述する。
<電子透かし埋め込み装置−埋め込み系列生成部>
埋め込み系列生成部１１１では、次のような処理により埋め込み系列９１３を生成する。
埋め込み系列９１３の生成は、例えば、特許文献１や、「中村高雄、小川宏、富岡淳樹、高嶋洋一、"電子透かしにおける平行移動・切り取り耐性向上の一手法"1999年暗号と情報セキュリティシンポジウム、SCIS99-W3-2.1, pp.193-198, 1999」や、「中村高雄、片山淳、山室雅司、曽根原登"カメラ付き携帯電話機を用いたアナログ画像からの高速電子透かし検出方式"、信学論D-II, Vol. J87-D-II, No.12, pp. 2145-2155, 2004」に示されているような埋め込み系列の構成方法と同様の方法をとることができる。
以下に、埋め込み情報９１１の例として、
・電子透かしが埋め込まれている、という事実だけを表す場合の例；
・１bitの情報である場合の例；
・ｎbitの情報である場合の１つ目の例；
・ｎbitの情報である場合の２つ目の例；
とについて説明する。なお、これらの例に限定するものではなく、この他の埋め込み系列生成の方法をとっても良い。
（例１）埋め込み情報９１１が「電子透かしが埋め込まれている」という事実だけを表す場合、埋め込み系列９１３は、例えば、擬似乱数列を用いて表された数値列として計算されても良い。即ち、平均０の擬似乱数列ＰＮ＝｛ＰＮ１，ＰＮ２，…，ＰＮＬ｝（Ｌは系列の長さ）とするとき、埋め込み系列ｗ＝｛ｗ１，ｗ２，…，ｗＬ｝を
ｗ=ＰＮ＝｛ＰＮ１，ＰＮ２，…，ＰＮＬ｝ （４０）
のように決定しても良い。
また、擬似乱数列としては例えばＭ系列やGOLD系列を用いても良い。
（例２）埋め込み情報９１１が１bitの情報である場合、埋め込み系列９１３は、例えば、その1bitの情報を擬似乱数列を用いてスペクトル拡散した数値列として計算されても良い。すなわち、埋め込み情報をｂ、平均０の擬似乱数列をＰＮ＝｛ＰＮ１，ＰＮ２，…，ＰＮＬ｝（Ｌは系列の長さ）とするとき、埋め込み系列ｗ=｛ｗ１，ｗ２，…，ｗＬ｝を
Figure 2007102403
 のように決定しても良い。
また、擬似乱数列としては、例えば、Ｍ系列やGOLD系列を用いても良い。
（例３）埋め込み情報９１１がｎbitから構成される情報である場合、埋め込み系列９１３は、例えば、そのｎbitの情報をｍbit毎に分割したシンボル毎に擬似乱数列を用いてスペクトル拡散した数値列を多重化したものとして計算されても良い。すなわち、下記のような手順で行われても良い。
図１４は、本発明の第１の実施の形態における埋め込み系列生成部の詳細な動作のフローチャートである。
ステップ２０１） ｎbitの埋め込み情報９１１を複数のシンボルＳ１，Ｓ２，…，Ｓｋに分割する。このとき全てのシンボルが同じmbitずつであっても良いし、各シンボルが異なるビット数分の情報を表現していても良い。
ここで、「シンボル」とは、それぞれ埋め込み情報のうちの一部分の情報を表し、実際の電子透かし埋め込みの処理単位となる情報であり、例えば、埋め込み情報９１１が６４bit長の二進数値で与えられたとき、図１５に示すように１２bitずつの情報に区切って１２bitの情報の各々がシンボルとするようにされていても良い。あるいは１シンボルで1bitの情報を表すようにされていても良い。図１５の例のように埋め込み情報９１１の長さ（ここでは６４bit）が各シンボルの長さ（１２bit）で割り切れない場合は、一部のシンボル（ここでは最後のシンボル）の一部のbitを固定の値（ここでは値０）でpaddingするようにしても良い。
ステップ２０２） ステップ２０１で得られた各シンボルに対してスペクトル拡散処理を行い、各シンボルに対応した拡散系列Ｐ１，…，Ｐｋを生成する。
スペクトル拡散の方法としては、例えば次のような方法がある。
例えば、１シンボルが1bitの情報を表現している場合には、各シンボルＳ１，…，Ｓｋに対して、それぞれ｛１，−１｝の値をとる計ｋ通りのＰＮ系列ＰＮ１＝（pn11,pn12,…，），…ＰＮk=（pnk1,pnk2,…）を生成し、シンボルｉに対して、シンボルの値がビット１を表す場合はＰＮｉを、シンボルの値がビット０を表す場合は−ＰＮｉを拡散系列Ｐｉとして用いるようにしても良い。
また、例えば、１シンボルが１２bitの情報を表現している場合には、各シンボルに対してそれぞれ４０９６通りのＰＮ系列PN(1,0)，…，PN(1,4095)，PN(2,0)，…，ＰＮ(k,4095)を用意し、シンボルｉに対して、シンボルｉの値が１２bitで整数値ｘを表す場合にＰＮ(i,x)を拡散系列Pｉとして用いるようにしても良い。
また、PN系列（擬似乱数列）としては例えばM系列やGOLD系列を用いても良い。
ステップ２０３） 拡散系列Ｐiから埋め込み系列wを下記のように計算する。
Figure 2007102403
 例えば、上記のステップ２０２で後者の例の場合は以下のようになる。
Figure 2007102403
 上記の式において、
Figure 2007102403
 を乗じているのは、系列各要素の標準偏差が１になるようにするためであるが、後の計算において埋め込み強度が適切に制御されていれば必ならずしも
Figure 2007102403
 を乗じる必要はない。
（例４） 埋め込み情報９１１がnbitから構成される情報である場合、埋め込み系列９１３は、例えば、そのnbitの情報をｍ倍の長さに擬似乱数を用いて直接スペクトル拡散したものとして計算されても良い。すなわち、下記のような手順で行われても良い。
１） ｎbitの埋め込み情報９１１をｂ０，ｂ１．ｂ２，…，ｂｎとし、各ｂｉｔをｍ回ずつ繰り返した系列Ｓを得る。但し、各bitｂｉは＋１、−１のいずれかの値をとるものとする。
Figure 2007102403
 ２） Sを｛＋１，−１｝をとる擬似乱数列PN={PN1，PN2，…，PNmn}で拡散し、埋め込み系列wを求める。すなわち、w=｛w１，w２，…，ｗｍｎ｝とするとき、
w１=ｂ０ＰＮ1 ｂ０ＰＮ2 …ｂ０ＰＮm （４５）
（１bit目がb０×ＰＮ１，２bit目がb0×ＰＮ１…であることを表す。以下同様）
ｗ２=ｂ１ＰＮｍ＋１ ｂ１ＰＮｍ＋２ …ｂ１ＰＮ２ｍ
・
wmn=ｂnＰＮ(m-1)n+1 ｂnＰＮ(m-1)n+2 …ｂｎＰＮｍｎ
これらのような埋め込み系列の生成方法については「中村高雄、片山淳、山室雅司、曽根原登"カメラ付き携帯電話機を用いたアナログ画像からの高速電子透かし検出方式"、信学論D-II, Vol. J87-D-II, No.12, pp. 2145-2155, 2004」にも述べられている。
<電子透かし埋め込み装置−複素配列生成部>
埋め込み複素パターン生成部１１０ａの複素配列生成部１１２では、次のような処理により複素パターン９２１を生成する。
複素パターン生成部１１０ａの複素配列生成部１１２の動作を以下に示す。
図１６は、本発明の第１の実施の形態における複素配列生成部の動作のフローチャートである。
ステップ３０１） 全ての要素の値が０である、大きさＭ１×Ｍ２×…ＭＮ−１のＮ−１次元複素数配列を用意する。但し、Ｍ１，Ｍ２，…，ＭＮ−１は、予め定められた要素数である。
ステップ３０２） 埋め込み系列９１３から順に２つずつ値を取り出し、ステップ３０１で用意した配列の位置（０，０，…，０）から順に、取り出した値がその要素値の実部、虚部になるように配列に値を設定する。すなわち、複素配列がＡ［ｐ１，ｐ２，…，ｐＮ−１］（ｐｎ≧０）、埋め込み系列９１３がｗ１，ｗ２，…，ｗＬと表されているとき、
Ａ［０，０，…，０］＝ｗ１＋ｊｗ２
Ａ［１，０，…，０］＝ｗ３＋ｊｗ４ （４６）
但し、ｊは虚数単位とする。
図１７にこの様子を示す。但し、図１７は２次元の複素配列の場合の例を示している。
ステップ３０３） 上記のステップ３０２で生成された複素配列を埋め込み複素パターン９２１として出力する。
このように、Ｎ−１次元の埋め込み複素パターン９２１を、擬似乱数を用いて作られた埋め込み系列９１３に基づいた複素数の配列として生成することで、埋め込み複素パターン９２１の各要素の値は複素数空間に広がって分布するように決定される。この結果、後述する時間変調の結果得られる埋め込みパターン９２２における位相がＮ−１次元空間上の位置によって異なるように拡散され、電子透かしの検出時に埋め込み前信号９１２に起因して現れるノイズ成分の大きさがより小さくなる。
また、上記のステップ３０２の手順に先立ち、埋め込み系列９１３の順序を擬似乱数を用いて、ランダムな順序に入れ替えておいても良い。これにより、埋め込まれている情報の不正な解析や、書き換えなどの攻撃を困難にさせることができると共に、インタリーブ符号化としての効果を持ち、埋め込み済み信号９２３に対する局所的な耐性の不均衡を防ぐことに寄与する。その場合、順序の入れ替えに使用する擬似乱数の種の値を電子透かし埋め込みの鍵として与え、同一の鍵を電子透かしの検出時に使用することになる。
また、埋め込み系列９１３の上で順序の入れ替えを行う代わりに、ステップ３０２で得られた複素配列の要素を入れ替えるようにしても構わない。
<電子透かし埋め込み装置−時間変調部>
以下に時間変調部１３０の動作の詳細を説明する。
図１８は、本発明の第１の実施の形態における時間変調部の構成例である。
時間変調部１３０ａは、周期信号生成部１３１、変調部１３２、加算部１３３から構成され、埋め込み複素パターン９２１を入力し、埋め込みパターン９２２を出力する。
時間変調部１３０ａによる埋め込みパターン９２２の生成処理は以下の手順で実施される。
図１９は、本発明の第１の実施の形態における時間変調部の動作のフローチャートである。
ステップ４０１） 周期信号生成部１３１において、同一の基本周波数を持ち直交する２つの周期信号を生成する。例えば、１つの周期信号を基にそれぞれ位相が９０°、すなわち１／４周期分異なるように２つの周期信号を生成しても良い。生成する周期信号の例については後述する。
ステップ４０２） 変調部１３２において、入力された埋め込み複素パターン９２１の実部、虚部をステップ４０１で生成された２つの周期信号によってそれぞれ時間方向に変調する。変調の具体例については後述する。
ステップ４０３） 加算部１３３において、変調部１３２において変調された２つのＮ次元信号を加算し、埋め込みパターン９２２を取得し、第２の記憶部１６０に格納する。
ステップ４０１で生成される周期信号の例を説明する。
周期信号生成部１３１で生成される周期信号は、図４Ａ〜Ｃに示すように、（図４Ａ）（ａ）正弦波、（図４Ｂ）（ｂ）三角波、（図４Ｃ）（ｃ）矩形波であり、各信号を０≦ｔ<Ｔ（Ｔは信号の周期）の範囲で式で表すと下記のようになる。
Figure 2007102403
 これらの周期信号の詳細については既に述べたとおりである。
次に、変調部１３２における変調は、Ｎ−１次元の複素パターン９２１の各位置毎の値の実部、虚部の値で、周期信号生成部１３１で生成された周期信号を搬送波として、ＡＭ変調することで、Ｎ次元のパターンに変換することで行われる。
すなわち、具体的には、例えば、次のように行われる。
今、Ｎ−１次元の複素パターンがＰ（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１）で表されているものとする。このとき、Ｐの実部、虚部をＰr，Ｐiで表すものとし、
P（ｘ1，ｘ2，…，ｘN-1）＝Ｐr（ｘ1，ｘ2，…，ｘN-1)+ｊ・Ｐi(ｘ1，ｘ2，…，ｘN-1)
（４７）
とする。但し、ｊは虚数単位である。
周期信号生成部１３１において２つの周期信号ｆｒ（ｔ）、ｆｉ（ｔ）が生成されたものとする。ここでは、ｆｒとｆｉは同一の周期信号を元に位相が９０°異なるように生成された場合を例にとり、
ｆｉ（ｔ）＝ｆｒ（ｔ−Ｔ／４） （４８）
とする。Ｔは周期信号の周期である。
Ｐｒ，Ｐｉをそれぞれｆｒ（ｔ）、ｆｉ（ｔ）で変調し、次式でＮ次元のパターンＷｒ，Ｗｉを得る。
Ｗｒ（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，ｔ）＝Ｐｒ（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１）×ｆｒ（ｔ）
（４９）
Ｗｉ（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，ｔ）＝Ｐｉ（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１）×ｆｉ（ｔ）
（５０）
上記のステップ４０３において、このＷｒ，Ｗｉを加算し、埋め込みパターン９２２として下記のＮ次元信号Ｗを得る。
Ｗ（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，ｔ）＝Ｗｒ（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，ｔ）
＋Ｗｉ（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，ｔ）（５１）
下記にＮ＝３の映像信号に対し、周期信号として正弦波を用いた場合の例を示す。
ｆｒ（ｔ）＝cosωｔ （５２）
ｆｉ（ｔ）＝sinωｔ （５３）
とすると、
Ｗ（ｘ，ｙ，ｔ）＝Ｐｒ（ｘ，ｙ）cosωｔ＋Ｐｉ（ｘ，ｙ）sinωｔ （５４）
となる。但し、ωは周期Ｔに対応する角速度で、ω＝２π／Ｔである。
これらの計算を、２つの周期信号を表す関数として複素関数
ｆ（ｔ）＝ｅｊωｔ＝cosωｔ＋ｊsinωｔ
を用いて次のように行っても構わないことは言うまでもない。
Figure 2007102403
 但し、ｆ(*)（ｔ）はｆ（ｔ）の共役複素数、
Figure 2007102403
 はＣの実部を取り出す演算である。である。
<電子透かし埋め込み装置−埋め込みパターン重畳部>
以下に、埋め込みパターン重畳部１４０の動作の詳細を説明する。
埋め込みパターン重畳部１４０では、埋め込み前信号９１２として入力されたＮ次元信号に対し、時間変調部１３０ａで生成され、第２の記憶部１６０に格納されているＮ次元の埋め込みパターン９２２を加算することで重畳し、重畳した結果のＮ次元信号を埋め込み済信号９２３として出力する。
埋め込み強度）埋め込みパターン９２２を加算する際に、所定の強度パラメータαによって強調して埋め込むようにされていても良い。すなわち、Ｎ次元の埋め込み前信号９１２をＩ（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，ｔ）、埋め込みパターン９２２をＷ（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，ｔ）とするとき、埋め込み済み信号９２３Ｉ'(ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，ｔ)を、
Ｉ'(ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，ｔ)＝Ｉ(ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，ｔ)
＋α・Ｗ(ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，ｔ) （５６）
のように求める。
強度パラメータαは、埋め込み前信号９１２全体や、埋め込み前信号９１２のうち演算の対象とする部位から算出される特徴量に応じて変化するように構成されていても構わない。例えば、埋め込み前信号９１２が映像信号である場合に、フレーム画像のテクスチャ領域や動きの激しい領域などの加算された埋め込みパターンが目立ちにくい部位については強く（すなわち、αが大きな値を取るように）、フレーム画像の平坦な領域や、ゆっくりとした統一的な動きの領域など目立ちやすい部位については弱く（すなわちαが小さな値を取るように）埋め込みが行われるように構成されていても構わない。
埋め込みパターンの繰り返し）埋め込みパターンの重畳の際、埋め込み前信号９１２の大きさが埋め込みパターン９２２の大きさよりも大きい場合は、埋め込みパターン９２２を繰り返すように加算しても良い。
埋め込み前信号９１２の大きさが埋め込みパターン９２２の大きさよりも大きい場合の例としては、例えば次のようなものがある。
１）埋め込み前信号９１２が映像信号である場合において、埋め込み前信号９１２の時間方向の長さ（フレーム数）が埋め込みパターン９２２の時間方向の長さよりも長い場合、図２０のように、埋め込みパターン９２２を複数回繰り返すようにしても良い。
２）埋め込み前信号９１２が映像信号である場合において、埋め込み前信号９１２のフレーム画像の大きさ（画角）が埋め込みパターン９２２の大きさ（画角）よりも大きい場合、図２１のように、埋め込みパターン９２２を縦横にタイル状に敷き詰めるように加算しても良い。
埋め込みパターンの拡大） また、埋め込みパターンの重畳に先立ち、埋め込みパターン９２２を任意の大きさ、もしくは埋め込み前信号９１２の大きさに揃うように拡大するようにしても良い。図２２に例を示す。図２２では、２倍に拡大する例と埋め込み前信号９１２の大きさに合わせて拡大する例を示したが、この他の大きさに拡大されても良いことは言うまでもない。
拡大にはどのようなアルゴリズムを用いても構わない。図２２のように、拡大された１ブロックに一つの値が対応するようにし、拡大後のブロックを全て同じ値にするようにしても良いし、線形補完やバイキュービックなどの公知の補間手法を用いるようにしても良い。
図２２では、埋め込み前信号９１２が映像信号である場合に、フレーム画像を単位に空間方向に拡大する例を示しているが、時間方向にも拡大を行うようになされていても構わないことは言うまでもない。
特徴量への埋め込み） また、埋め込み前信号９１２に埋め込みパターン９２２を重畳する際、埋め込み前信号９１２の信号値に直接埋め込みパターン９２２の値を加算する代わりに、埋め込み前信号９１２の所定の特徴量が埋め込みパターン９２２の値、もしくはそのスカラー倍だけ変更されるように埋め込み前信号９１２を変更することによって重畳を行っても良い。
上記の特徴量の例としては、例えば、埋め込み前信号９１２の信号値や、ブロック毎の信号値の平均値などがある。埋め込み前信号９１２が映像信号や画像信号の場合には、例えば、映像、画像の画素の輝度値や色差、ＲＧＢの色信号値などを用いても良い。
<電子透かし検出装置>
図１０に示す電子透かし検出装置２００は、時間復調部２１０、検出情報抽出部２２０、パターン記憶部２５０から構成され、埋め込み済み信号９２３を入力し、検出情報９１４を出力する。
以下に、電子透かし検出装置２００の動作を説明する。
図２３は、本発明の第１の実施の形態における電子透かし検出装置の動作のフローチャートである。
ステップ５０１） 時間復調部２１０において、入力された埋め込み済み信号９２３に基づいて時間軸方向の復調を行い、検出複素パターン９６１を取得し、パターン記憶部２５０に格納する。検出複素パターン９６１は、複素数から構成されるＮ−１次元パターンである。時間復調部２１０の動作の詳細については後述する。
なお、時間復調部２１０による時間復調処理に先立ち、埋め込み済み信号９２３に対して前処理によって例えば幾何変形補正、ノイズ除去、フィルタリング、ブロック重畳、ブロック化などの処理を行っても良い。これらの例については後述する。
ステップ５０２） 検出情報抽出部２２０において、時間復調部２１０で得られ、パターン記憶部２５０に格納されている検出複素パターン９６１を解析し、電子透かし埋め込み装置１００で埋め込まれた電子透かし情報を抽出し、検出情報９１４として出力する。
検出情報抽出部２２０の動作の詳細については後述する。
なお、検出情報抽出部２２０による検出情報抽出処理に先立ち、検出複素パターン９６１に対して前処理によって例えばＮ−１次元空間での幾何変形補正、ノイズ除去、フィルタリング、ブロック重畳、ブロック化などの処理を行ってもよい。これらの例については後述する。
<埋め込み済み信号に対する前処理>
以下に、電子透かし検出装置２００における埋め込み済み信号９２３に対する前処理の例を示す。
幾何変形補正） 電子透かし埋め込み装置１００において電子透かしの埋め込まれた埋め込み済み信号９２３に対し、拡大、縮小、回転、平行移動、アスペクト比変更、射影変換などの幾何変形が加えられた場合、そのままでは電子透かしの検出が困難となる場合があるため、これを補正する前処理を行っても良い。
幾何変形補正は、例えば、文献「Csurka, G., Deguillaume, F., Ruanaidh, J.J. K. O, and Pun, T.,"A Bayesian Approach to Affine Transformation Resistant Image and Video Watermarking," Information Hiding, Proceedings Lecture Notes in Computer Science 1768, pp. 270-285, Springer-Verlag (2000)」に示されているように、電子透かしの情報とは別に、幾何的な補正を行うための信号を信号に埋め込んでおき、これを検出することで信号に加えられた改変の程度を推定し、信号に対して推定された改変の逆変換を施すことで補正しても良い。また、例えば、文献「Honsinger, C., "Data Embedding using Phase Dispersion, "IEE Seminar on Secure Images and Image Authentication (Ref. No. 2000/039), pp.5/1-5/7 (2000)」に示されているように、電子透かしとして埋め込む情報を有する埋め込みパターンそのものに、繰り返しを持つ周期的なパターンを用い、検出時に自己相関関数からその周期の変化を観測することによって拡大・縮小率を算出し、得られた拡大・縮小率に基づき改変の逆変換を施すことで補正しても良い。また、例えば、対象とする信号が画像や映像の場合に、文献「片山淳、中村高雄、山室雅司、曽根原登、"電子透かし読み取りのためのｉアプリ高速コーナ検出アルゴリズム"、信学論D=II, Vol. J88-D-II, No.6, pp.1035-1046,2005」に示されているような方法で画像内の矩形領域を抽出し、そこに電子透かしが埋め込まれているものとして幾何補正を行うようにされていても良い。
フィルタ処理） 電子透かしの埋め込まれた埋め込み済み信号９２３に対し、ノイズが付加されている場合にノイズを除去するフィルタ処理や、電子透かしの信号成分を残しつつ元の埋め込み前信号の成分を除去できるようなフィルタ処理を加えても良い。
ブロック重畳） 電子透かし埋め込み装置１００において、埋め込み前信号９１２の大きさが埋め込みパターン９２２の大きさよりも大きい場合に、埋め込みパターン重畳部１４０において埋め込みパターン９２２を繰り返すように加算されている場合は、埋め込み済み信号９２３を繰り返されたパターンの部位毎に切り分け、それらを一つに重畳加算して１つのブロックにまとめるようなブロック重畳処理を施しても良い。
ブロック化） 電子透かし埋め込み装置１００において、埋め込み前信号９１２の大きさが埋め込みパターン９２２の大きさよりも大きい場合に、埋め込みパターン重畳部１４０において、埋め込みパターン９２２を拡大するようにされている場合は、埋め込み済み信号９２３を縮小した後に電子透かしの検出を行うようにされていても良い。
特徴量からの検出） 電子透かし埋め込み装置１００において、埋め込み前信号９１２に埋め込みパターン９２２を重畳する際、埋め込み前信号９１２の所定の特徴量が埋め込みパターン９２２の値、もしくはスカラー倍だけ変更されるように埋め込み前信号９１２を変更することによって重畳を行うようにされている場合には、埋め込み済み信号９２３から所定の特徴量を算出したものに基づいて電子透かしの検出を行うようにしても良い。
例えば、図２４のように、埋め込み済み信号９２３−１をブロック毎に切り分け、各ブロックの特徴量を算出して特徴量の列を構成するようにし、これから電子透かしを検出するようにしても良い。特徴量の例としては、例えばブロック内の信号値の平均値を用いても良い。また、信号が映像信号や画像信号の場合には、例えば、映像、画像の画素の輝度値や色差、ＲＧＢの色信号値などを用いても良い。
これら例にあげた前処理を、検出情報抽出部２２０での検出情報抽出処理の前処理として、検出複素パターン９６１に対して行うようにしてもよい。特に、幾何変形補正について、映像信号においてＮ次元目の軸が時間方向である場合、埋め込み済み信号９２３に対する前処理として時間方向の伸縮を補正し、検出複素パターン９６１に対する前処理として空間方向の幾何変形補正を行うことで、効率的かつ精度よく空間的な幾何変形補正を行うことが可能である。
<電子透かし検出装置−時間復調部>
以下に、時間復調部２１０の動作の詳細を説明する。
図２５は、本発明の第１の実施の形態における時間復調部の構成例を示す。
同図に示す時間復調部２１０は、周期信号生成部２１１、復調部２１２、複素パターン構成部２１３から構成され、埋め込み済み信号９２３を入力し、検出複素パターン９６１を出力する。
なお、図２５においては、図１８との対応の理解を容易にするため、下から上に情報が流れるように構成が記載されていることに注意されたい。
時間復調部２１０による埋め込み済み信号９２３の復調処理は以下の手順で実施される。
図２６は、本発明の第１の実施の形態における時間復調部の動作のフローチャートである。
ステップ６０１） 周期信号生成部２１１において、同一の基本周波数を持ち直交する２つの周期信号を生成する。例えば、一つの周期信号を基にそれぞれ位相が９０°、すなわち、１／４周期分異なるように２つの周期信号を生成しても良い。生成する周期信号は前述の電子透かし埋め込み装置１００における時間変調部１３０ａの備える周期信号生成部１３１に対応するものである。周期信号の例については既に述べたとおりである。
ステップ６０２） 復調部２１２において、入力された埋め込み済み信号９２３の時間方向成分を基にステップ６０１で生成された２つの周期信号のそれぞれで復調し、２つのＮ−１次元信号を得る。復調の具体例については後述する。
ステップ６０３） 複素パターン構成部２１３において、復調部２１２において復調された２つのＮ−１次元信号が、それぞれ実部、虚部となるようにした複素数のＮ−１次元パターンである検出複素パターン９６１を得る。
具体的には、２つのＮ−１次元信号をそれぞれＱｒ（ｘ１，ｘ２，…ｘＮ−１），Ｑｉ（ｘ１，ｘ２，…ｘＮ−１）とするとき、検出複素パターン９６１をＱ（ｘ１，ｘ２，…ｘＮ−１）として、
Ｑ（ｘ１，ｘ２，…ｘＮ−１）＝Ｑｒ（ｘ１，ｘ２，…ｘＮ−１）
＋ｊＱｉ（ｘ１，ｘ２，…ｘＮ−１） （５７）
で求める。但し、ｊは虚数単位である。
ここで、時間復調の具体例を説明する。
復調部２１２における復調は、Ｎ次元の埋め込み済み信号９２３の、周期信号生成部２１１で生成された周期信号の位相を求めることで行われる。特に下記のように二つの周期信号に対してそれらの成分の大きさを求めることで、周期信号の位相を容易に測定することができる。
すなわち、具体的には例えば次のように行われる。
以下、Ｎ次元の埋め込み済み信号９２３がＩ"（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，ｔ）で表されているものとする。
また、周期信号生成部２１１において２つの周期信号ｆｒ（ｔ）、ｆｉ（ｔ）が生成されたものとする。ここでは、ｆｒとｆｉは同一の周期信号を基に位相が９０°異なるように生成された場合を例にとり、
ｆｉ（ｔ）＝ｆｒ（ｔ−Ｔ／４） （５８）
とする。
Ｉ"をｆｒ（ｔ）、ｆｉ（ｔ）で復調し、次式で二つのＮ−１次元信号Ｑｒ（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１），Ｑｉ（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，ｔ）を得る。
Figure 2007102403
 ここで、ｔ１，ｔ２は埋め込み済み信号９２３のうち検出の対象とする区間のそれぞれ開始点及び終了点である。例えば、入力された埋め込み済み信号９２３の全てを検出対象とするように、ｔ１＝−∞，ｔ２=∞としても良いし、入力された埋め込み済み信号９２３のｎ周期分を取り出すようにｔ１＝０，ｔ２＝ｎＴ（但し、Ｔは周期信号生成部２１１で生成される周期信号の周期）としても良い。
また、埋め込み済み信号９２３が離散信号として得られている場合には、次のような積和計算によって２つのＮ−１次元信号Ｑｒ，Ｑｉを求めても良い。
Figure 2007102403
 また、例えば、映像信号等において、携帯電話等の低性能のプロセッサを用いて再撮影された映像から電子透かしを検出する場合は、撮影のフレームレートが安定せずにサンプリングのタイミングが微小にずれる場合もある。このような場合は離散的に得られた信号Ｉ"（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，１），Ｉ"（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，２），…，Ｉ"（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，ｎ）に対して、それぞれの信号の検出時刻ｔ１，ｔ２，…，ｔｎを用いて次のようにｉ番目のサンプルに対してｉ番目の測定時刻における周期関数の値ｆ（ｔｉ）との積を元に積和計算することで、不安定なフレームレートを補正し、計算結果の精度を保つことができる。
Figure 2007102403
 また、スクリーンやＴＶなどに表示された映像がビデオカメラや携帯電話等のカメラで撮影された場合、再生のフレームレートと撮影のフレームレートに関する情報が得られている場合が殆どであり、それを用いてｔｉを求めれば、離散的に得られた信号Ｉ"（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，１），Ｉ"（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，２），…，Ｉ"（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，ｎ）に対して、次のように計算することができる。
Figure 2007102403
 但し、Ｆは撮影時のフレームレートである。
次に、差分・微分を用いた時間復調について説明する。上記の代わりに、埋め込み済み信号９２３Ｉ"（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，ｔ）のｔ軸方向の差分もしくは微分を用いて復調するようにしても良い。このような時間復調部３１０の構成例を図２７に示す。
図２７に示す時間復調部２１０ｂは、図２５の時間復調部２１０ａと略同様の構成を持っており、埋め込み済み信号９２３が一旦信号微分部２１５に入力された後に、復調部２１２に入力されるように構成されている点が異なる。
信号微分部２１５では、入力された埋め込み済み信号９２３に対し、Ｎ次元目の軸、すなわち、ｔ軸方向の差分もしくは微分を計算し、復調部２１２に出力するようにされている。
例えば、映像信号などを考えた場合、信号のフレーム間の相関が大きいことが知られている。２つのフレームの時間間隔が短いほどフレーム間の相関は高いことから、フレーム間差分や微分値を計算すると、周期信号による相殺分以上に原画成分が大きくキャンセルされ、電子透かしのエネルギーが相対的に増大することになり、このような差分値、微分値から復調することで電子透かしの検出が容易になり、検出精度が向上するという利点がある。逆に、より弱い電子透かしの埋め込みであっても同程度の検出性能を保つことができるため、信号の劣化のより少ない電子透かしの埋め込みが可能である。
<電子透かし検出装置−検出情報抽出部>
次に、検出情報抽出部２２０について詳細に説明する。
図２８は、本発明の第１の実施の形態における検出情報抽出部の構成例を示す。
検出情報抽出部２２０ａは、検出系列抽出部２２１、相関値計算部２２２、最大値判定部２２３、検出情報再構成部２２４から構成され、パターン記憶部２５０から検出複素パターン９６１を入力し、検出情報９１４を出力する。
なお、図２８においては、図１２との対応の理解を容易にするため、下から上に情報が流れるように構成が記載されていることに注意されたい。
検出情報抽出部２２０ａによる検出情報抽出処理は、以下の手順で実施される。
図２９は、本発明の第１の実施の形態における検出情報抽出部の動作のフローチャートである。
ステップ７０１） 検出系列抽出部２２１において、入力された検出複素パターン９６１から得られる複素数値から、実部、虚部の値を取り出して並べた検出系列１１１３を構成する。検出系列抽出部２２１の動作の詳細については後述する。
ステップ７０２） 相関値計算部２２２において、検出系列抽出部２２１で構成された検出系列１１１３と想定される埋め込み系列に基づいて構成された埋め込み系列との相関を計算し、相関値１１１４を求める。
埋め込み系列の種類によって異なる値が埋め込まれている場合には、考えられる複数の埋め込み系列に基づいて構成された複数の埋め込み系列との相関をそれぞれ計算し、対応する相関値１１１４を求める。相関値計算部２２２の動作の詳細については後述する。
ステップ７０３） 最大値判定部２２３において、相関値計算部２２２で得られた相関値１１１４が最大となるものを見つけ、最大となる相関値１１１４に対応する相関値計算部２２２での相関計算で用いられた埋め込み系列を決定する。
なお、電子透かし埋め込み装置１００における埋め込み系列の構成方法によっては、最大値判定部２２３による最大値判定の代わりに、他の方法で判定を行うようにされていても良い。
最大値判定部２２３の動作の詳細及び、代替となる他の方法の詳細については後述する。
ステップ７０４） 検出情報再構成部２２４において、最大値判定部２２３で決定された埋め込み系列に基づき、実際に埋め込まれていたと判断する検出情報９１４を再構成する。なお、検出情報再構成部２２４の動作の詳細については後述する。
<電子透かし検出装置−検出情報抽出部−検出系列抽出部>
次に、上記の検出系列抽出部２２１の詳細について説明する。
検出系列抽出部２２１は、電子透かし埋め込み装置１００の複素パターン生成部１１０ａにおける複素配列生成部１１２に対応する検出側の機能を司り、検出複素パターン９６１から得られる複素数値から検出系列１１１３を構成する。
検出系列抽出部２２１での処理は以下の手順で実施される。
図３０は、本発明の第１の実施の形態における検出系列抽出部の詳細な動作のフローチャートである。
ステップ８０１） 検出複素パターン９６１から大きさＭ１×Ｍ２×…×ＭＮ−１のＮ−１次元の複素配列を構成し、メモリ（図示せず）に格納する。但し、Ｍ１，Ｍ２，…，ＭＮ−１は電子透かし埋め込み装置１００の複素配列生成部１１２で用いたのと同様の要素数である。
検出複素パターン９６１が離散信号として得られている場合はそれをそのままＮ−１次元の複素配列であると見做す。検出複素パターン９６１が連続信号として得られている場合は、検出複素パターン９６１を任意の標本化手段を用いて標本化したものをＮ−１次元複素配列として用いる。
ステップ８０２） メモリ（図示せず）からステップ８０１で得られた複素配列から複素数値を順に一つずつ取り出し、取り出した複素数値の実部、虚部をそれぞれ単独の実数値としてみて並べる。即ち、複素配列がＡ［ｐ１，ｐ２，…，ｐＮ−１］（ｐｎ≧０）、検出系列１１１４が、ｉ"１，ｉ"２，…，ｉ"Ｌと表されているとき、
Figure 2007102403
 但し、
Figure 2007102403
 は、複素数のそれぞれ実部、虚部を取り出す演算である。である。
これは、電子透かし埋め込み装置１００の複素配列生成部１１２の生成と対称的な処理である。
ステップ８０３） 得られたｉ"１，ｉ"２，…，ｉ"Ｌを、検出系列１１１３として出力する。また、電子透かし埋め込み装置１００の複素配列生成部１１２において、複素配列の構成に先立ち、埋め込み系列９１３の順序を擬似乱数を用いてランダムな順序に入れ替えられて埋め込みがなされた場合には、当該ステップ８０３に先立ち、検出系列１１１３の順序を、擬似乱数を用いて、複素配列生成部１１２のときと逆に入れ替えることにより、埋め込み系列９１３と対応のつく順序に戻す。その場合、順序の入れ替えに使用する擬似乱数の種の値は、電子透かし検出の鍵として、電子透かしの埋め込み時に用いられたのと同一の鍵を与える。
また、電子透かし埋め込み装置１００の複素配列生成部１１２において、埋め込み系列９１３の上で順序の入れ替えを行う代わりに、得られた複素配列の要素を入れ替えることで行っている場合は、ステップ８０２に先立って、ステップ８０１で構成した複素配列の要素を複素配列生成部１１２のときと逆に入れ替えることで戻すようにしても良い。
<電子透かし検出装置−検出情報抽出部−相関値計算部>
次に、検出情報抽出部２２０ａの相関値計算部２２２の動作の詳細について説明する。
相関値計算部２２２における相関値計算処理は、以下の手順で実施される。
１） 相関値計算部２２２は、電子透かし埋め込み装置１００の埋め込み系列生成部１１１と同様の手順により、考えられる埋め込み系列ｗ（１），ｗ（２），…を生成する。
ここで、考えられる埋め込み系列とは埋め込まれている可能性のある全ての埋め込み系列であり、埋め込み系列生成部１１１での埋め込み系列の生成に応じて、例えば次のように決めることができる。
（例１）例えば、埋め込み系列生成部１１１の（例１）のように埋め込み系列が生成されている場合には、考えられる埋め込み系列は、
ｗ=ＰＮ＝｛ＰＮ１，ＰＮ２，…，ＰＮＬ｝ （６９）
１通りである。
（例２）例えば埋め込み系列生成部１１１の（例２）のように埋め込み系列が生成されている場合には、考えられる埋め込み系列は、
ｗ（１）=ＰＮ＝｛ＰＮ１，ＰＮ２，…，ＰＮＬ｝ （７０）
ｗ（２）＝−ＰＮ＝｛−ＰＮ１，−ＰＮ２，…，−ＰＮＬ｝ （７１）
の２通りである。
（例３）例えば、埋め込み系列生成部１１１の（例３）で、各シンボルが１bitの情報を表現している例のように埋め込み系列が生成されている場合には、考えられる埋め込み系列は各シンボルｉに対して
ｗ（ｉ，１）＝ＰＮｉ＝｛ｐｎｉ１，ｐｎｉ２，…，ｐｎｉＬ｝ （７２）
ｗ（ｉ，２）＝−ＰＮｉ＝｛−ｐｎｉ１，−ｐｎｉ２，…，−ｐｎｉＬ｝ （７３）
の２通りである。
また、埋め込み系列生成部１１１の（例３）で、各シンボルが１２ビットの情報を表現している例のように埋め込み系列が生成されている場合には、考えられる埋め込み系列は各シンボルｉに対して、
ｗ（ｉ，１）＝ＰＮ（ｉ，０） （７４）
ｗ（ｉ，２）＝ＰＮ（ｉ，１）
・
・
ｗ（ｉ，４０９６）＝ＰＮ（ｉ，４０９５）
の４０９６通りである。
（例４）例えば、埋め込み系列生成部１１１の（例４）の例のように埋め込み系列が生成されている場合には、単純に全ての場合を網羅すると考えられる埋め込み系列は２ｎ通りとなる。後の相関計算において、検出系列１１１３をｍ個ずつ分割し、一つのbitｂｉに対して次の２通りの埋め込み系列との相関を分割した検出系列１１１３とので相関計算を行うようにしても良い。
Figure 2007102403
 このような方法は、前述の文献「中村高雄、片山淳、山室雅司、曽根原登"カメラ付き携帯電話機を用いたアナログ画像からの高速電子透かし検出方式"、信学論D-II, Vol. J87-D-II, No.12, pp. 2145-2155, 2004」にも記載されている。
２） 検出系列抽出部２２１で得られた検出系列１１１３と上記の１）で得られた各埋め込み系列ｗ（１），ｗ（２），…との相関をそれぞれ計算する。
相関計算は、例えば、特許文献１や、文献「中村高雄、小川宏、富岡淳樹、高嶋洋一"電子透かしに置ける平行移動・切り取り耐性向上の一手法"、1999年暗号と情報セキュリティシンポジウム、SCIS99-W3-2.1, pp. 193-198, 1999」に示されているような電子透かしの検出で行われるものと同様であり、例えば、次式のような積和演算によって求められる。ここで、ρ(j)を求めたい相関値、ｉ"＝｛ｉ"１，ｉ"２，…，ｉ"Ｌ｝を検出系列１１１３、ｗ(j)=｛ｗ(j) １，ｗ(j) ２，…，ｗ(j) Ｌ｝を今対象としている埋め込み系列とする。
Figure 2007102403
 但し、"・"は数列をベクトルと見たときの内積演算である。
また、前述の文献「中村高雄、片山淳、山室雅司、曽根原登"カメラ付き携帯電話機を用いたアナログ画像からの高速電子透かし検出方式"、信学論D-II, Vol. J87-D-II, No.12, pp. 2145-2155, 2004」にあるような検出信頼性の評価基準を揃えるため、例えば、ｉ"及びｗ(j)の各要素を予め平均０、分散１となるように正規化しておき、以下のように相関値計算で定数項を乗じて演算を行っても構わない。
Figure 2007102403
 <電子透かし検出装置−検出情報抽出部−最大値判定部>
次に、検出情報抽出部２２０ａの最大値判定部２２３について詳細に説明する。
最大値判定部２２３における処理は以下の手順で実施される。
１）相関値計算部２２２で得られた相関値１１１４、ρ(1)，ρ(2)，…から、値が最大となる相関値ρ(j)を見つける。
Figure 2007102403
 但し、MAX()、は最大値を返す演算である。
２） ρ(max)に対応する埋め込み系列w(max)を得る。
また、最大の相関値ρ(max)が所定の閾値を越えているかどうかを判断し、所定の閾値を越えていない場合には電子透かしが埋め込まれていなかったものと判断するようにしても良い。
以下に、最大値判定部２２３の代替となる動作について説明する。
最大値判定部２２３による最大値判定の代わりに、相関値計算部２２２ですべての埋め込み系列w(1)，w(2)，…に対して相関を計算せずに、埋め込み系列ｗ(1)から順に相関を計算し、得られた相関値が所定の閾値を越えているかどうかで判定し、閾値を越えた埋め込み系列をw(max)として、その時点で相関計算を終了するようにされていても良い。
また、電子透かし埋め込み装置１００における埋め込み系列が、例えば、埋め込み系列生成部１１１の（例１）で示したような、１通りの埋め込み系列だけで構成されて埋め込まれている場合には、相関値は一つだけが計算されるため、最大値判定部２２３による最大値判定には意味がない。代わりに得られた相関値が所定の閾値を越えているかどうかで判定をするようにされていても良い。
また、電子透かし埋め込み装置１００における埋め込み系列が、例えば、埋め込み系列生成部１１１の（例２）で示したような、１通りの埋め込み系列の正負の違いで構成されて埋め込まれている場合には、符号の逆転した相関値が計算されるため、相関値計算部２２２での相関計算は一方の埋め込み系列についてのみ行い、最大値判定部２２３による最大値判定の代わりに、得られた相関値の符号で埋め込まれていた値を判定するようにされていても良い。また、得られた相関値の絶対値が所定の閾値を越えているかどうかで判定をするようにされていても良い。
また、相関値の大きさで透かし検出の信頼度を評価するようにしても良い。
<電子透かし検出装置−検出情報抽出部−検出情報再構成部>
次に、検出情報抽出部２２０ａの検出情報再構成部２２４について詳細に説明する。
検出情報再構成部２２４における処理は以下の手順で実施される。
１） 最大値判定部２２３によって得られた埋め込み系列w(max)から、電子透かし埋め込み装置１００の埋め込み系列生成部１１１での埋め込み系列生成方法に応じて対応する埋め込み情報の値を検出情報として構成する。例えば、埋め込み系列９１３をスペクトル拡散する形で構成されている場合は、ｗ(max)を逆スペクトル拡散する形で検出情報を再構成する。
（例１） 例えば、埋め込み系列生成部１１１の（例１）のように、埋め込み系列が生成されている場合には、電子透かしが埋め込まれていたか否か、という情報自体が検出情報となる。
（例２） 例えば、埋め込み系列生成部１１１の（例２）のように、埋め込み系列が生成されている場合には、ｗ(max)＝PNであれば検出情報はビット値１、ｗ(max)＝−PNであれば検出情報はビット値０となる。
（例３） 例えば、埋め込み系列生成部１１１の（例３）で、各シンボルが１bitの情報を表現している例のように埋め込み系列が生成されている場合には、シンボルｉに対して、ｗ(max)＝PNｉであればシンボル値は１、ｗ(max)＝−PNｉであればシンボル値は０となる。これを全てのシンボルに対して行い、得られたシンボル値を連結することで検出情報を得る。
また、埋め込み系列生成部１１１の（例３）で、各シンボルが１２bitの情報を表現している例のように埋め込み系列が生成されている場合には、シンボルｉに対して、ｗ(max)＝PN(i,x)であればシンボル値はｘとなる。これを全てのシンボルに対して行い、得られたシンボル値を連結することで検出情報を得る。
（例４） 例えば、埋め込み系列生成部１１１の（例４）の例のように、埋め込み系列が生成されている場合には、ビットbｉに対して
w(max)={＋PNim+1，+PNim+2，…，＋PNim+m}
であれば、ビット値＋１、
w(max)={−PNim+1，−PNim+2，…，−PNim+m}
であれば、ビット値−1となる。これを全てのビットに対して行い、得られたビット値を連結することで検出情報９１４を得る。
２） 上記で得られた検出情報９１４を出力する。
<複素数へのその他の埋め込み方法>
次に、複素数へのその他の埋め込み方法について説明する。
上記の構成例では、電子透かし埋め込み装置１００の複素配列生成部１１２において、埋め込み系列９１３から複素配列の要素値を設定する際、埋め込み系列９１３から取り出した値が要素値の実部、虚部になるようにした。また、これに対応して、電子透かし検出装置２００の検出系列抽出部２２１において検出複素パターン９６１から検出系列１１１３を構成する際には、検出複素パターン９６１の複素数値の実部、虚部の値を取り出して並べることで検出系列１１１３を構成するようにした。
これらの例では、複素数の実部と虚部を利用するようにしたが、複素配列生成部１１２と検出系列抽出部２２１の動作が対応付けられていれば、これとは異なるように複素数値を使用しても構わない。
例えば、複素配列生成部１１２において、埋め込み系列９１３から取り出した値w1，ｗ２とするとき、これを複素配列の要素値の偏角と絶対値となるように設定しても良い。この場合、検出系列抽出部２２１においては、検出複素パターン９６１の複素数値の偏角と絶対値を用いて検出系列１１１３を構成すれば良い。
また、例えば、埋め込み系列９１３から取り出した一つの値w１を一つの複素数値の偏角に対応させて埋め込んでも良い。このとき、複数数値の絶対値は、例えば、１に固定しても良い。例えば、埋め込み系列の値が＋１、−１のいずれかをとるとき、複素数値の偏角をそれぞれπ／４、３π／４とするようにしても良い。この場合、検出系列抽出部２２１においては、検出複素パターン９６１の複素数値の偏角のみを用いて検出系列１１１３を構成すれば良い。このような構成方法をとった場合、複素配列を複素数の配列として計算する代わりに、偏角の値を表す実数値の配列として構成し、この値を用いて周期変数の位相を制御するように時間変調部１３０を構成しても良い。このような構成方法をとった場合、複素数の実部と虚部に値を設定するようにした場合と比較して、埋め込み系列の長さは半分になる。
また、例えば、w１、ｗ２に対して、次のような式により複素配列の要素値ｐを決定しても良い。
p=ａｗ1+ｂｗ2 （７９）
ここで、ａ，ｂは
Figure 2007102403
 となる任意の複素数である。上記の（ｗ１，ｗ２）から複素数ｐへの変換が直交変換となるように、ａ，ｂを複素平面上で直交する、即ち、
Figure 2007102403
 となる複素数としても良い。ここで、＊は複素共役を表し、
Figure 2007102403
 は、それぞれ複素数の実部、虚部を取り出す演算である。
この場合、検出系列抽出部２２１においては、検出複素パターン９６１の複素数ｑから上記の変換の逆変換を用いて検出系列１１１３の値ｉ"１，ｉ"２を求めれば良い。
また、例えば、埋め込み系列９１３から取り出した一つの値のｗ１の値に応じて、ＱＡＭ変調のように複素平面上の点（例えば、
Figure 2007102403
 の４点）を選択するようにして、選択された点の複素数値を用いるようにしても良い。
<第１の実施の形態の特徴>
上記の本実施の形態には、以下に示す特徴がある。
ノイズ成分の削減） 本実施の形態の電子透かし埋め込み装置１００及び電子透かし検出装置２００によれば、電子透かしの埋め込みにおいて時間変調部１３０で周期信号によって変調して埋め込まれた電子透かしに対し、電子透かしの検出において時間復調部２１０で周期信号との積分計算を行って検出を行う。これにより、電子透かしにとってノイズとなる埋め込み前信号９１２やその後加えられたノイズ成分の分散が小さくなる。（これは、周期信号が１周期分積分をした値が０となるように決められていることによる）特に映像信号においては、近接する各フレーム間の相関が比較的高いことが知られており、周期信号と積分計算によって、周期内で時間方向の相関が高い成分が除去され、結果として埋め込み前信号９１２に起因する分散が劇的に小さくなる。
前述の文献「山本奏、中村高雄、高嶋陽一、片山淳、北原亮、宮武隆「フレーム重畳型動画像電子透かしの検出性能評価に関する一考察」情報科学技術フォーラムFIT2005, J-029, 2005」によると、スペクトル拡散と相関計算を利用した電子透かしの場合、電子透かしの偽陽性の意味での検出の信頼性を表す検出評価値は、埋め込み前信号の分散値が小さいほど検出評価値が大きくなる。（上記の式（３）、（４）で、分母のＢ，Ｃに含まれる
Figure 2007102403
 が小さいほど検出評価値の期待値Ｅ［ρ］が大きくなる）これは、相関値計算部２２２での相関計算において、ｉ"に含まれるノイズ成分の分散が小さいほど信頼性の高い検出が可能となることを意味しており、本発明の電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置では検出の信頼性が高いことを表す。
また、Ｎ−１次元の埋め込み複素パターン９２１を、擬似乱数を用いて作られた埋め込み系列９１３に基づいた複素数配列として生成し、それを位相の９０°異なる周期信号で変調することで、埋め込みパターン９２２の位相がＮ−１次元空間上で拡散されるようになり、電子透かしの検出時に埋め込み前信号９１２に起因して現れるノイズ成分の大きさがより小さくなる。結果、より信頼性の高い電子透かしの埋め込み、検出が可能となり、また従来と同程度の信頼性でより品質劣化の少ない電子透かしの埋め込み、検出が可能となる。
スペクトル拡散系列長増大） また、複素数のＮ−１次元パターンとして電子透かしの埋め込み系列を埋め込むことで、例えば、前述の文献「中村高雄、小川宏、富岡淳樹、高嶋洋一"電子透かしにおける平行移動・切り取り耐性向上の一手法"、1999年暗号と情報セキュリティシンポジウム、SCIS99-W3-2.1, pp. 193-198, 1999」のような静止画向けの電子透かしを繰り返し各フレームに埋め込む電子透かし方法と比較して、２倍のスペクトル拡散系列長を用いることができる。
前述の文献「山本奏、中村高雄、高嶋陽一、片山淳、北原亮、宮武隆「フレーム重畳型動画像電子透かしの検出性能評価に関する一考察」情報科学技術フォーラムFIT2005, J-029, 2005」によると、スペクトル拡散と相関計算を利用した電子透かしの場合、電子透かしの偽陽性の意味での検出の信頼性を表す検出評価値はスペクトル拡散の系列長の平方根に比例して大きくなる（上記の文献の式（３）、（４）でＥ［ρ］は、分子√ｌに比例している）これは、スペクトル拡散系列長が長くなれば、その分信頼性の高い検出が可能となることを意味しており、本発明の電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置では従来方式と比較して√２倍の検出評価値が得られ、検出の信頼性が高いことを表す。
また、従来と同程度の検出の信頼性が必要な場合であれば、スペクトル拡散系列長を２倍にする代わりに、それぞれ別々な情報を埋め込むことで、全体として埋め込み情報長を２倍にすることもできる。
Ｎ次元方向への変調） 時間変調部１３０において、Ｎ−１次元の空間にスペクトル拡散されたＮ−１次元の埋め込みパターンを、それと直交するＮ次元目の方向に周期信号を用いて変調しており、Ｎ次元目の方向に与えられる同期変位に対してＮ−１次元の空間では共通の影響を及ぼすようにしているという特徴を持つ。
また、Ｎ−１次元のパターンの埋め込み情報をＮ次元空間に広めた冗長性により、例えば、映像信号の場合に、高圧縮や再撮影などの改変に対しても十分な耐性があり、信号の一部（映像信号の場合例えば一部のフレーム）を改変された場合や、信号の一部を切り出した場合（映像信号の場合、例えば、一部のフレーム区間を抜き出した場合）にも電子透かしの検出が可能となり、これらの場合に対しても品質劣化を抑え、情報長の長い情報について電子透かしの検出ができる。
脆弱なフレーム発生の防止） また、時間変調部１３０では直交する、もしくは、位相の異なる２つの周期信号で変調した信号の和を埋め込みパターンとして用いている。もし一つの周期信号だけで変調した場合、例えば、映像信号への埋め込みの場合に、埋め込みパターンの全ての値が最低の映像信号量子化値未満になって実際には電子透かしの埋め込みがなされないフレームが発生する可能性がある。また、そのようなフレームを残し、実際に透かしの成分の振幅が大きく十分に埋め込まれているフレームを狙って改変することで電子透かしを削除する攻撃も可能となってしまう。本実施の形態の電子透かし埋め込み装置のように直交する、もしくは位相の異なる二つの周期信号で変調した信号の和を埋め込みパターンとして用いることで、最低の映像信号量子化値未満になって実際には電子透かしの埋め込みがなされないフレームが発生するのを防ぐことができ、電子透かしの伝送路としての映像信号を有効利用できると共に、電子透かしの振幅の大きいフレームを狙って改変するといった攻撃に対する耐性を増すことができる。
差分・微分からの検出の効果） また、時間復調部２１０として、図２７の構成を用いれば、差分値、微分値から復調することで、周期信号による相殺分以上に原画成分が大きくキャンセルされ、電子透かしの検出が容易になり、検出精度が向上するという利点がある。逆に、より弱い電子透かしの埋め込みであっても同程度の検出性能を保つことができるため、信号の劣化のより少ない電子透かしの埋め込みが可能である。
同期の課題の解決） また、本実施の形態における電子透かし検出装置では、利用していないが、本実施の形態における電子透かし埋め込み装置では、後述する第４の実施の形態、第５の実施の形態で述べる電子透かし検出装置を用い、Ｎ−１次元の空間でスペクトル拡散された埋め込み系列がＮ次元目の方向で同期ずれに対して共通の影響を受けることを利用した、同期合わせの不要、もしくは容易かつ高速に同期合わせの可能な電子透かしを埋め込むことができるという特徴を持つ。
時間方向スケーリングへの耐性） また、本実施の形態における電子透かし埋め込み装置において、時間変調部１３０で用いる周期信号の周波数として、比較的低い周波数を用いるようにすれば、例えば、フレームレート変換やフレームドロップ、フレーム挿入などの時間方向の伸縮を伴う攻撃に対しても、ある程度の耐性のある電子透かし検出が可能である。
全体の効果） また、全体として電子透かしの検出の信頼度が高く、耐性が増していることから、従来と同程度の検出の信頼度や耐性を得るために必要な電子透かしの埋め込みの強度が小さくて済むため、電子透かしによる信号の品質劣化をより小さくすることができ、例えば、映像信号への埋め込みの場合に、電子透かし入り映像の画質を高くすることができる。
［第２の実施の形態］
<一次元ＦＦＴ時間変調>
以下に、第２の実施の形態における電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置について説明する。
本実施の形態の電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置は、第１の実施の形態の電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置の時間変調、復調処理を、一次元フーリエ変換処理で実現した例である。
実施の形態の電子透かし埋め込み装置は、第１の実施の形態の電子透かし埋め込み装置１００と同様の構成を持ち、時間変調部１３０のみが異なる構成を持っている。
また、本実施の形態の電子透かし検出装置は、第１の実施の形態の電子透かし検出装置２００と同様の構成を持ち、時間復調部２１０のみが異なる構成を持っている。
<電子透かし埋め込み装置−時間変調部>
図３１は、本発明の第２の実施の形態における電子透かし埋め込み装置における時間変調部の構成例を示す。同図に示す時間変調部１３０ｂは、一次元逆フーリエ変換部１３４を有する。一次元逆フーリエ変換部１３４は、埋め込み複素パターン９２１が入力され、埋め込みパターン９２２を出力する。
時間変調部１３０ｂによる埋め込みパターン９２２の生成処理は、一次元逆フーリエ変換部１３４において以下の手順で実施される。
図３２は、本発明の第２の実施の形態における時間変調部の動作のフローチャートである。
ステップ９０１） 埋め込み複素パターン９２１の位置(ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１)に対するＰ（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１）を、Ｎ次元目の軸（例えば時間軸）における特定の周波数に対するフーリエ係数であると見る。
ステップ９０２） ステップ９０１のフーリエ係数をＮ次元目の軸に対して離散逆フーリエ変換し、位置（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１）に対する一次元系列を得る。
ステップ９０３） ステップ９０２の一次元系列を各位置の値とするＮ次元パターンを埋め込みパターン９２２とする。
具体的に式を用いて以下に説明する。
埋め込み複素パターン９２１をＰ（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１）とする。
Ｐ（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１）を用いて次のように離散フーリエ係数パターンξ（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，ｕ）を構成する。
Figure 2007102403
 但し、＊は複素共役を表し、ｕ０は予め決められた周波数、Ｕは周波数標本の数であるとする。ｕ＝ｕ０とｕ＝Ｕ−ｕ０でＰの共役複素数を与えるのは離散逆フーリエ変換の結果得られる信号が実数値となるためである。
上記のξを、ｕについて一次元離散逆フーリエ変換し、埋め込みパターンＷ（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，ｔ）を得る。
<電子透かし検出装置−時間復調部>
次に、第２の実施の形態における電子透かし検出装置２００の時間復調部２１０について説明する。
図３３は、本発明の第２の実施の形態における時間復調部の構成例を示す。
図３３の時間復調部２１０ｃは、１次元フーリエ変換部２１４を有し、埋め込み済み信号９２３が入力され、検出複素パターン９６１を出力する。
なお、図３３においては図３１との対応を容易にするため、下から上に情報が流れるように構成が記載さていることに注意されたい。
時間復調部２１０ｃによる埋め込み済み信号９２３の復調処理は以下の手順で実施される。
図３４は、本発明の第２の実施の形態における時間復調部の動作のフローチャートである。
ステップ１００１） 入力された埋め込み済み信号９２３から所定の区間Ｔを取り出す。
ステップ１００２） ステップ１００１の区間Ｔを位置（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１）毎に一次元離散フーリエ変換し、周波数分解する。
ステップ１００３） ステップ１００２の結果から、所定の周波数のフーリエ係数を取り出し、検出複素パターン９６１とする。
具体的に式を用いて以下に説明する。
埋め込み済み信号９２３をＩ"（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，ｔ）とする。
Ｉ"（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，ｔ）を次のように一次元離散フーリエ変換し、η（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，ｕ）を得る。
Figure 2007102403
 但し、Ｔは予め決められた所定の標本数であるとする。
検出複素パターン９６１をＱ（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１）で表すものとし、η（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，ｕ）からＱ（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１）を
Ｑ（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１）＝η（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，ｕ０） （８３）
で求める。但し、ｕ０は予め決められた周波数であるとする。
ここで、差分・微分を用いた時間復調について説明する。
第１の実施の形態で示したのと同様に、上記の代わりに埋め込み済み信号９２３Ｉ" （ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，ｔ）のｔ軸方向の差分もしくは微分を一次元離散フーリエ変換し復調するようにしても良い。すなわち、例えば差分を用いた場合、
Figure 2007102403
 但し、Ｔは予め決められた所定の標本数であるとする。また、△ｔは所定の標本間隔である。例えば、△ｔ＝１の場合、１標本間隔で差分を算出することを示し、映像信号を例にとると、隣接するフレーム間の差分を計算することを表す。△ｔは１以外の数であっても構わない。
このような時間復調部２１０の構成例を図３５に示す。
図３５の時間復調部２１０ｄは、図３３の時間復調部２１０ｃとほぼ同様の構成を持っており、埋め込み済み信号９２３が一旦信号微分部２１５に入力された後に１次元フーリエ変換部２１６に入力されるように構成されている点が異なる。
信号微分部２１５では入力された埋め込み済み信号９２３に対し、Ｎ次元目の軸、すなわち、ｔ軸方向の差分もしくは微分を計算し、１次元フーリエ変換部２１６に出力するようにされている。
埋め込み済み信号９２３Ｉ" （ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，ｔ）のｔ軸方向の差分もしくは微分を一次元離散フーリエ変換し、復調するようにすることの効果は、第１の実施の形態における図２７の時間復調部２１０ｂにおける効果と同様である。
<第２の実施の形態の特徴>
本実施の形態の特徴を説明する。
本実施の形態の電子透かし埋め込み装置と電子透かし検出装置は、第１の実施の形態の電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置と同様の効果を得る電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置を、一次元フーリエ変換を用いて実現した例である。
一次元フーリエ変換を用いることで、既存のフーリエ変換装置を利用して容易に電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置を構成することができる。
なお、第１の実施の形態と本実施の形態の電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置を組み合わせて使用しても構わない。すなわち、電子透かし埋め込み装置の時間変調部１３０ｂを、第１の実施の形態の時間変調部１３０aとし、電子透かし検出装置の時間復調部２１０ｃを本実施の形態の時間復調部２１０ｄとして組み合わせて使用しても良いし、電子透かし埋め込み装置の時間変調部１３０ａを本実施の形態における時間変調部１３０ｂとし、電子透かし検出装置の時間復調部２１０ｃを本実施の形態における時間復調部２１０ｄとしても良い。
［第３の実施の形態］
<２次元ＦＦＴ係数埋め込み>
以下に、本発明の第３の実施の形態における電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置について説明する。
本実施の形態は、第１の実施の形態の電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置において、電子透かし埋め込みを直交変換領域で行うようにした例である。
本実施の形態の電子透かし埋め込み装置は、第１の実施の形態の電子透かし埋め込み装置と同様の構成であるが、複素パターン生成部のみが異なる。
また、本実施の形態の電子透かし検出装置は、第１の実施の形態の電子透かし検出装置と同様の構成であるが、検出情報抽出部のみが異なる。
<電子透かし埋め込み装置−複素パターン生成部>
以下に、本実施の形態における複素パターン生成部について説明する。
図３６は、本発明の第３の実施の形態における複素パターン生成部の構成を示す。
同図に示す複素パターン生成部１１０ｂは、埋め込み系列生成部１１１、複素配列生成部１１２、Ｎ−１次元逆フーリエ変換部１１３から構成され、図１２の構成にＮ−１次元逆フーリエ変換部１１３が加えられた構成であり、埋め込み情報９１１が入力され、埋め込み複素パターン９２１を出力する。
複素パターン生成部１１０ｂによる埋め込み複素パターンの生成処理は以下手順で実施される。
図３７は、本発明の第３の実施の形態における複素パターン生成部の動作のフローチャートである。
ステップ１１０１） 埋め込み系列生成部１１１において、入力された埋め込み情報９１１に基づいて、埋め込み情報を表す数値の列である埋め込み系列９１３を生成する。埋め込み系列生成部１１１の動作は、第１の実施の形態と同様である。
ステップ１１０２） 複素配列生成部１１２において、埋め込み系列生成部１１２で生成された埋め込み系列９１３を、Ｎ−１次元の複素配列上の要素の実部及び虚部に割り当て、中間複素パターン９０４を生成する。
複素配列生成部１１２の動作については後述する。
ステップ１１０３） Ｎ−１次元逆フーリエ変換部１１３において、複素配列生成部１１２で生成された中間複素パターン９０４に対し、Ｎ−１次元の逆フーリエ変換を行い、同じくＮ−１次元の埋め込み複素パターン９２１を生成する。Ｎ−１次元逆フーリエ変換部１１３の動作の詳細については後述する。
<電子透かし埋め込み装置−複素パターン生成部−複素配列生成部>
次に、上記のステップ１１０２の複素配列生成部１１２の動作について詳細に説明する。
複素配列生成部１１２の動作は、第１の実施の形態の複素配列生成部１１２と同様の動作であってもよいが、より効果的な電子透かしの埋め込みのため下記のように処理しても良い。
１）全ての要素の値が０である、大きさＭ１×Ｍ２×…×ＭＮ−１のＮ−１次元複素数配列を用意する。但し、Ｍ１，Ｍ２，…，ＭＮ−１は予め定められた要素数である。
２）複素配列の中で埋め込み系列９１３の割り当てを行うべき要素の範囲を決定する。範囲の例については後述する。
３）埋め込み系列９１３から順に二つずつ値を取り出し、上記の１）の配列の中で上記２）で定めた範囲内の要素に対し、順に取り出した値がその要素値の実部、虚部になるように配列に値を設定する。
４）上記３）で生成された複素配列を中間複素パターン９０４としてＮ−１次元逆フーリエ変換部１１３に出力する。
また、第１の実施の形態における複素配列生成部１１２と同様に、上記の３）に先立ち、埋め込み系列９１３の順序を擬似乱数を用いて、ランダムな順序に入れ替えておいても良いことは言うまでもない。
このような複素配列生成の処理は、特許文献１に示されている透かし係数行列の生成に類似している。但し、本発明においては、中間複素パターン９０４は後にＮ−１次元逆フーリエ変換部１１３で逆フーリエ変換されるが、逆フーリエ変換された結果が実数値となる必要はなく、複素数となっても良いため、中間複素パターン９０４が、フーリエ変換係数の対称性を保持している必要はない。すなわち、上記の２）の範囲の全ての要素を用いて埋め込み系列９１３の埋め込みを行うことができ、特許文献１と比較して、２倍の長さの埋め込み系列９１３を埋め込めることを表す。
上記の２）における要素の範囲について説明する。
図３８Ａ〜３８Ｆは、本発明の第３の実施の形態における複素配列生成部における複素配列の要素範囲の各例である。図３８Ａ，Ｂ，Ｃに複素配列生成部１１２における複素配列の要素の範囲の例を示す。Ｎ＝３で２次元の複素配列を用いた場合を例に示している。図３８Ａ〜３８Ｆにおいて、正方形部分が複素配列を表し、網の掛かった領域が埋め込み系列９１３の割り当てを行うべき要素の範囲を示す。
複素配列は、後にＮ−１次元逆フーリエ変換部１１３で逆フーリエ変換されることから、埋め込みパターンに対する周波数領域での表現であると考えることができる。
今、配列の要素（０，０）がＤＣ成分を表すため、図３８Ｄ，Ｅ，Ｆのように、複素配列を配列の要素（０，０）が中心にくるように巡回的に書き直すことで、埋め込み系列９１３がどのような周波数帯域を利用して埋め込まれるかを理解することができる。
図３８Ｄでは、矩形領域、図３８Ｅでは円形領域、図３８Ｆでは菱形領域でいずれも中周波数帯域への埋め込みとなる。
例えば、画像や映像への電子透かし埋め込みを考えた場合、高周波数帯域に埋め込まれた電子透かしは、MPEG２やH.264などの映像符号化によって容易に削除されてしまうことが考えられる一方、低周波領域への埋め込みは視覚的な影響が大きいことから中周波数帯域への埋め込みを例に挙げた。
また、人間の視覚特性上、高周波域において、斜め方向の周波数は縦横方向の周波数と比較して視覚感度が低いことが知られて（"宮原誠「系統的画像符号化」、アイピーシー,1990，pp.87"）おり、縦横と比較して低い周波数帯への埋め込みを行っても目立ちにくいという特性がある。また、例えば、JPEGやMPEGなど画像、映像符号化等で斜め方向の量子化ステップは縦横方向よりも大きめに設定されていることから、斜め方向の方が縦横方向と比較して高周波が符号化により削減されやすい傾向がある。図３８Ｃ、Ｆのように菱形領域への埋め込みを行うことで、このような状況においても画像品質が高く、耐性の高い電子透かし埋め込みを行うことができる。
また、図３９Ａ〜３９Ｆは、本発明の第３の実施の形態における複素配列生成部における複素配列の要素範囲の各例である。映像への電子透かし埋め込みの場合に、本発明のように時間方向の長期間の信号、すなわち、多くのフレーム数を利用し、検出性能の高い電子透かし検出を行う場合には、電子透かしの埋め込みの強度を小さくすることができる。その結果、図３９Ａ〜３９Ｆに示すような低周波数領域への埋め込みを行っても視覚的な影響を小さくすることができ、このような埋め込み方法をとることも可能である。
<電子透かし埋め込み装置−複素パターン生成部−Ｎ−１次元逆フーリエ変換部>
次に、複素パターン生成部１１０ｂのＮ−１次元逆フーリエ変換部１１３の動作について詳細に説明する。
Ｎ−１次元逆フーリエ変換部１１３におけるフーリエ変換は以下の手順で行われる。
１）複素配列生成部１１２で生成されたＮ−１次元の中間複素パターン９０４を
Ａ［ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１］
とする。
２）Ａ（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１）をＮ−１次元の離散逆フーリエ変換し、埋め込み複素パターンＰ（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１）を求める。
Figure 2007102403
 但し、Ｍ１，Ｍ２，…，ＭＮ−１は複素配列生成部１１２で生成されたＮ−１次元の中間複素パターン９０４の大きさ(各次元の要素数)である。
<電子透かし検出装置−検出情報抽出部>
次に、本発明の第３の実施の形態における電子透かし検出装置２００の検出情報抽出部２２０ｂについて説明する。
図４０は、本発明の第３の実施の形態における検出情報抽出部の構成例を示す。
同図に示す検出情報処理部２２０ｂは、Ｎ−１次元フーリエ変換部２２５、検出系列抽出部２２１、相関値計算部２２２、最大値判定部２２３、検出情報再構成部２２４から構成され、検出複素パターン９６１が入力され、検出情報９１４を出力する。
なお、図４０においては、図３６との対応の理解を容易にするため、下から上に情報が流れるように構成が記載されていることに注意されたい。
検出情報抽出部２２０ｂによる検出情報抽出処理は、以下の手順で実施される。
図４１は、本発明の第３の実施の形態における検出情報抽出部の動作のフローチャートである。
ステップ１２０１） Ｎ−１次元フーリエ変換部２２５において、入力された検出複素パターン９６１に対し、Ｎ−１次元のフーリエ変換を行い、同じくＮ−１次元の検出複素配列１１１５を生成する。
Ｎ−１次元フーリエ変換部２２５の動作の詳細については後述する。
ステップ１２０２） 検出系列抽出部２２１において、Ｎ−１次元フーリエ変換部２２５で生成された検出複素配列１１１５から、要素値の実部、虚部の値を取り出して並べた検出系列１１１３を構成する。
検出系列抽出部２２１の動作の詳細については後述する。
ステップ１２０３） 相関値計算部２２２において、検出系列抽出部２２１で構成された検出系列１１１３と、想定される埋め込み系列に基づいて構成された埋め込み系列との相関を計算し、相関値１１１４を求める。
相関値計算部２２２の動作は、第１の実施の形態と同様である。
ステップ１２０４） 最大値判定部２２３において、相関値計算部２２２で得られた相関値１１１４が最大となるものを見つけ、最大となる相関値１１１４に対応する相関値計算部２２２での相関計算で用いられた埋め込み系列を決定する。
最大値判定部２２３の動作は、第１の実施の形態と同様である。電子透かし埋め込み装置１００における埋め込み系列の構成方法によっては、最大値判定部２２３による最大値判定の代わりに、他の方法で判定を行うようにされていても良いことは言うまでもない。
ステップ１２０５） 検出情報再構成部２２４において、最大値判定部２２３で判定された埋め込み系列に基づき、実際に埋め込まれていたと判断する検出情報９１４を再構成する。
検出情報再構成部２２４の動作は第１の実施の形態と同様である。
<電子透かし検出装置−検出情報抽出部−Ｎ−１次元逆フーリエ変換部>
次に、上記の検出情報抽出部２２０ｂのＮ−１次元フーリエ変換部２２５の動作の詳細について説明する。
Ｎ−１次元フーリエ変換部２２５におけるフーリエ変換処理は以下の手順で行われる。
１）入力された検出複素パターン９６１から大きさＭ１×Ｍ２×…×ＭＮ−１のＮ−１次元の複素配列を構成する。但し、Ｍ１，Ｍ２，…，ＭＮ−１は電子透かし埋め込み装置１００の複素配列生成部１１２で用いたのと同様の要素数である。
検出複素パターン９６１が離散信号として得られている場合はそれをそのままＮ−１次元の複素配列であると見做す。検出複素パターン９６１が連続信号として得られている場合は、検出複素パターン９６１を任意の標本化手段を用いて標本化したものをＮ−１次元複素配列として用いる。
２）上記の１）の複素配列をＱ（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１）とするとき、これをＮ−１次元の離散フーリエ変換し、Ａ［ｕ１，ｕ２，…，ｕＮ−１］を求める。
Figure 2007102403
 ３） 上記の２）で求めたＡ［u１，u２，…，uＮ−１］を検出複素配列１１１５として検出系列抽出部２２１に出力する。
<電子透かし検出装置−検出情報抽出部−検出系列抽出部>
次に、検出情報抽出部２２０ｂの検出系列抽出部２２１の動作の詳細について説明する。
検出系列抽出部２２１の動作は、第１の実施の形態と基本的には同様であるが、本実施の形態における複素配列生成部１１２の動作に合わせ、下記のように処理しても良い。
検出系列抽出部２２１での処理は以下の手順で実施される。
１） Ｎ−１次元フーリエ変換部２２５で得られた検出複素配列１１１５から、電子透かし埋め込み装置１００の複素配列生成部１１２で用いた範囲の要素を取り出し、取り出した複素数値の実部、虚部をそれぞれ単独の実数値としてみて並べる。これは、電子透かし埋め込み装置１００の複素配列生成部１１２での複素配列の生成と対称的な処理である。
２） 得られた系列をｉ"１，ｉ"２，…，ｉ"Ｌとし、検出系列１１１３として出力する。
電子透かし埋め込み装置１００の複素配列生成部１１２において、埋め込み系列９１３の順序もしくは複素配列の要素の入れ替えがなされている場合にはその順序を戻す点は第１の実施の形態と同様である。
<第３の実施の形態の特徴>
以下に、本実施の形態の特徴を述べる。
本実施の形態の電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置によれば、例えば、特許文献１にて示されているものと同様に、映像信号の符号化やノイズ不可においても残り易く、かつ視覚的な影響の少ない帯域に電子透かしを埋め込むことができるため、耐性が高く、画質の高い電子透かし埋め込みが可能である。
特に、周波数領域での埋め込みの範囲を、菱形領域にて行うことで、映像符号化等での圧縮によりロバストな電子透かし埋め込みが可能である。
また、埋め込みパターンは信号全体に拡散されているため、特許文献１にて示されているようなオフセット探索方法をとれば、埋め込み済み信号から部分的に切り出した信号からも電子透かし検出が可能である。
さらに、本発明では、特許文献１にて示された電子透かし方式と異なり、中間複素パターン９０４は、特許文献１の段落番号０１９７に記載されている透かし係数行列などと比較して、フーリエ変換係数の対称性を保つ必要がないため、２倍の長さの埋め込み系列９１３を埋め込むことができる。すなわち、２倍のスペクトル拡散系列長を用いることができる。
既に述べたように、スペクトル拡散系列長が長くなれば、その分信頼性の高い検出が可能となり、また、従来と同程度の検出の信頼性であれば、埋め込み情報長を２倍にすることができ、また、従来と同程度の検出信頼性と情報長であれば、より品質劣化の少ない電子透かし埋め込みが可能となるため、本発明により、信頼性が高く、情報長が長く、品質劣化の少ない電子透かし埋め込みが可能となることを示している。
また、本実施の形態と第２の実施の形態の時間変調部１３０ｂまたは、時間復調部２１０ｂとを組み合わせて実施することも可能である。
また、本実施の形態と第２の実施の形態の時間変調部１３０または、時間復調部２１０ｂとを組み合わせる場合には、Ｎ−１次元逆フーリエ変換部１１３のＮ−１次元逆フーリエ変換処理と時間変調部１３０の一次元逆フーリエ変換処理とを一括してＮ次元の逆フーリエ変換処理として実施することもできる。同様に、Ｎ−１次元フーリエ変換部２２５のＮ−１次元変換処理と時間復調部２１０の一次元フーリエ変換処理とを一括してＮ次元のフーリエ変換処理として実施することもできる。
［第４の実施の形態］
<時間同期不要検出>
以下に、第４の実施の形態における電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置について説明する。
本実施の形態は、電子透かしの埋め込みが第１の実施の形態における電子透かし埋め込み装置１００を用いて行われた場合に、電子透かし検出装置において、時間軸（Ｎ番目の次元の軸）の方向で同期のずれた信号が入力された場合に、同期合わせを行う必要なしに電子透かし検出を行う例である。
本実施の形態の電子透かし検出装置は、第１の実施の形態の電子透かし検出装置２００と同様の構成を持ち、検出情報抽出部２２０のみが異なる構成を持っている。
また、時間復調部２１０については、本発明のその他の実施の形態の時間復調部を用いても良い。例えば、第２の実施の形態の時間復調部２１０ｂ、２１０ｃを用いても構わない。
なお、本実施の形態では、第１の実施の形態における電子透かし埋め込み装置１００を用いて電子透かしの埋め込みが行われた場合を例に記載しているが、他の実施の形態における電子透かし埋め込み装置を用いて電子透かしの埋め込みが行われた場合の検出についても同様に組み合わせて適用することができる。例えば、第３の実施の形態における電子透かし埋め込み装置で埋め込みを行い、第３の実施の形態における電子透かし検出装置のＮ−１次元フーリエ変換部２２５を組み合わせて検出を行うようにしても良い。それらの場合、個々の手順に相応の変更が必要な場合があるが、それらの必要な変更は、本実施の形態の説明及びそれらの電子透かしの埋め込みについての説明に基づけば明らかであることは言うまでもない。
<電子透かし検出装置−検出情報抽出部>
以下に、本実施の形態の電子透かし検出装置における検出情報抽出部の動作を説明する。
図４２は、本発明の第４の実施の形態における検出情報抽出部の構成を示す。同図において、図２８及び図４０と同一構成部分には同一符号を付す。
同図に示す検出情報抽出部２２０ｃは、検出系列抽出部２２１、複素相関値計算部２２６、絶対値算出部２２７、最大値判定部２２３、検出情報再構成部２２４から構成され、検出複素パターン９６１が入力され、検出情報９１４を出力する。
検出情報抽出部２２０ｃによる検出情報抽出処理は、以下の手順で実施される。
図４３は、本発明の第４の実施の形態における検出情報抽出部の動作のフローチャートである。
ステップ１３０１） 検出系列抽出部２２１において、入力された検出複素パターン９６１から得られる複素数値を並べた検出複素数系列１１１８を構成する。検出系列抽出部２２１の詳細な動作については後述する。
ステップ１３０２） 複素相関値計算部２２６において、検出系列抽出部２２１で構成された検出複素数系列１１１８と、想定される埋め込み系列に基づいて構成された複素数系列との複素相関を計算し、複素数で表される複素相関値１１１６を求める。
埋め込み系列の種類によって異なる値が埋め込まれている場合には、考えられる複数の埋め込み系列に基づいて構成された複数の複素数系列との複素相関をそれぞれ計算し、対応する複素相関値１１１６を求める。
複素相関値計算部２２６の動作の詳細については後述する。
ステップ１３０３） 絶対値算出部２２７において、複素相関値計算部２２６で得られた複素相関値１１１６の絶対値１１１７を算出する。絶対値を算出することで、同期のずれた信号が入力された場合にも同期変位量に関わらず検出複素数系列との相関の高い埋め込み系列を決定することができる。
ステップ１３０４） 最大値判定部２２３において、絶対値算出部２２７で得られた絶対値１１１７が最大となるものを見つけ、最大となる絶対値に対応する複素相関値計算部２２６での相関計算で用いられた埋め込み系列を決定する。
なお、電子透かし埋め込み装置１００における埋め込み系列の構成方法によっては、最大値判定部２２３による最大値判定の代わりに、他の方法で判定を行うようにされていても良い。
最大値判定部２２３の動作の詳細及び、代替となる他の方法の詳細については後述する。
ステップ１３０５） 検出情報再構成部２２４においては、最大値判定部２２３で決定された埋め込み系列に基づき、実際に埋め込まれていたと判断する検出情報９１４を再構成する。
検出情報再構成部２２４の動作は、第１の実施の形態と同様である。
なお、電子透かしの埋め込みが、第３の実施の形態における電子透かし埋め込み装置１００を用いて行われた場合には、検出系列抽出部２２１に先立ち、第３の実施の形態におけるＮ−１次元フーリエ変換部２２５と同様のフーリエ変換処理が必要となる。
また、最大値判定部２２３で埋め込み系列を決定した後、その埋め込み系列を用い、入力信号を順次同期を変位させた信号を用いて、第１の実施の形態における検出情報抽出部２２０ａと同様の処理を総当り的に行い、同期変位量を測定し、検出情報抽出部２２０で得られた相関値に基づいてより正確な検出相関評価値の取得を行っても構わない。この場合でも全ての考えられる埋め込み系列について全ての同期変位を総当り的に探索するよりもはるかに高速に検出が可能となることは言うまでもない。
<電子透かし検出装置−検出情報抽出部−検出系列抽出部>
次に、上記の検出情報抽出部２２０ｃの検出系列抽出部２２１の動作の詳細について説明する。
検出系列抽出部２２１は、検出複素パターン９６１から得られる複素数値から検出複素数系列１１１８を構成する。
検出系列抽出部２２１での処理は以下の手順で実施される。
１） 検出複素パターン９６１から大きさＭ１×Ｍ２×…×ＭＮ−１のＮ−１次元の複素配列を構成する。構成の仕方は、前述の第１の実施の形態における図３０のステップ８０１の処理と同様である。
２） 上記１）で得られた複素配列から、順に一つずつ複素数値を取り出して並べ、これを検出複素数系列１１１８とする。すなわち、複素配列がＡ［ｐ１，ｐ２，…，ｐＮ−１］（ｐｎ≧０）、検出複素数系列１１１８がｉ"１，ｉ"２，…，ｉ"Ｎ−１と表されているとき、
ｉ"１＝Ａ［０，０，…，０］ （８８）
ｉ"２＝Ａ［１，０，…，０］
・
・
３）得られた系列ｉ"１，ｉ"２，…，ｉ"Ｌを、検出系列１１１５として出力する。
電子透かし埋め込み装置１００の複素配列生成部１１２において、埋め込み系列９１３の順序もしくは複素配列の要素の入れ替えがなされている場合には、その順序を戻す点は、第１の実施の形態における検出系列抽出部２２１と同様である。
なお、電子透かし埋め込みが、第３の実施の形態における電子透かし埋め込み装置１００を用いて行われた場合には、上記の２）の処理において、第３の実施の形態における電子透かし埋め込み装置１００の複素配列生成部１１２で用いた範囲内の要素の複素数値を取り出して並べるようにする。
<電子透かし検出装置−検出情報抽出部−複素相関値計算部>
次に、上記の検出情報抽出部２２０ｃの複素相関値計算部２２６の動作に詳細について説明する。
複素相関値計算部２２６における複素相関値計算処理は、以下の手順で実施される。
１） 電子透かし埋め込み装置１００の埋め込み系列生成部１１１と同様の手順により、考えられる埋め込み系列ｗ（１），ｗ（２），…を生成する。生成の方法は、前述の第１の実施の形態における相関値計算部２２２と同様である。
２） 上記の１）で得られた埋め込み系列ｗ（１），ｗ（２），…から、電子透かし埋め込み装置１００の複素配列生成部１１２において一つの複素数値の実部と虚部に割り当てられた値を組にして同様の複素数列を構成し、これを埋め込む複素数系列ξ（１），ξ（２），…とする。すなわち、図１７のように複素配列が構成されているならば、
Figure 2007102403
 （但し、Ｌ'＝Ｌ／２）とするとき、
Figure 2007102403
 とする。
埋め込み複素数系列の構成方法は、この例に限定されるものではなく、電子透かし埋め込み装置１００の複素配列生成部１１２での複素配列の構成に対応するように構成されていればどのような構成方法であっても構わないことは言うまでもない。
３）検出系列抽出部２２１で得られた検出系列１１１５と、上記の２）で得られた各埋め込み系列ξ（１），ξ（２），…との相関を、複素相関を用いてそれぞれ計算する。
相関計算は次のように行う。ρ(ｊ)を求めたい複素相関値１１１６とすると、
Figure 2007102403
 ここで、ξ（j）*は、ξ(j)の要素の共役複素数からなる数列を表し、ξｋ （j）*はξk (ｊ)の共役複素数であるとする。また、"・"は数列をベクトルと見たときの内積演算を表す。
ここで、ρ(j)は、複素数となる。
また、前述の文献「中村高雄、片山淳、山室雅司、曽根原登"カメラ付き携帯電話機を用いたアナログ画像からの高速電子透かし検出方式"、信学論D-II, Vol. J87-D-II, No.12, pp. 2145-2155, 2004」にあるような検出信頼性の評価基準を揃えるため，例えば、ｉ"及びξ(j)の各要素を予め平均０、分散の絶対値が１となるように正規化しておき、相関値計算で定数項を乗じて演算を行っても良いことは、第１の実施の形態における相関値計算部２２２と同様である。
このような演算で同期のずれた入力に対して電子透かしの検出が可能であることを以下に説明する。
今、電子透かし埋め込み装置で埋め込まれた系列がｗ＝｛ｗ１，ｗ２，…，ｗＬ｝で、これを複素数に並べたものがξ＝{ξ１，ξ２，…，ξＬ'}とする。
電子透かしの埋め込みにより、埋め込み前信号及びその他のノイズ信号が加わった後の複素系列をｉ'＝｛ｉ１，ｉ２，…，ｉＬ'｝とすると、
ｉ'＝ｉ＋ξ （９１）
さらに、これに時間方向の同期変位が与えられた後に得られる系列をｉ"とすると、
ｉ"＝ｉ'ｅｊ△θ （９２）
上記の式でξとの相関を計算すると、
Figure 2007102403
 ｉとξが独立でＬ'が十分大きければ、
Figure 2007102403
 の期待値は０であり、
Figure 2007102403
 よって、
Figure 2007102403
 一方、電子透かしが埋め込まれていない場合は、
Figure 2007102403
 であり、この期待値は０であるから│ρ│は電子透かしの埋め込まれている場合の期待値
Figure 2007102403
 と比較して十分小さく、電子透かしの検出が可能である。
<電子透かし検出装置−検出情報抽出部−最大値判定部>
次に、検出情報抽出部２２０ｃの最大値判定部２２３について詳細に説明する。
最大値判定部２２３における処理は以下の手順で実施される。
１） 絶対値算出部２２７で得られた絶対値１１１７
│ρ（１）│，│ρ（２）│，…
から、値が最大となる絶対値│ρ(ｊ)│を見つける。
│ρ(max)│＝ＭＡＸ（│ρ(１)│，│ρ(２)│，…） （９７）
但し、ＭＡＸ（）は最大値を返す演算である。
２） │ρ(max)│に対応する埋め込み系列ｗ(ｍａｘ)を得る。
また、最大の相関値│ρ(ｊ)│が所定の閾値を越えているかどうかを判断し、所定の閾値を越えていない場合には電子透かしが埋め込まれていなかったものと判断するようにしても良い。
以下に、最大値判定部２２３の代替となる動作をについて説明する。
最大値判断部２２３による最大値判定の代わりに、複素相関値計算部２２６で全ての埋め込み系列ｗ(１)，ｗ（２），…に対応する複素系列に対して複素相関を計算せずに、埋め込み系列ｗ（１）に対応する複素数系列ξ（１）から順に複素相関を計算し、得られた複素相関値の絶対値が所定の閾値を越えているかどうかで判定し、閾値を越えた埋め込み系列をｗ（ｍａｘ）として、その時点で相関計算を終了するようにされていても良い。
また、電子透かし埋め込み装置１００における埋め込み系列が、例えば、埋め込み系列生成部１１１の（例１）で示したような、１通りの埋め込み系列だけで構成されて埋め込まれている場合や、例えば、埋め込み系列生成部１１１の（例２）、（例４）で示したような、１通りの埋め込み系列の正負の違いで構成されて埋め込まれている場合には、複素相関値は一つだけが計算されるため、最大値判定部２２３による最大値判定には意味がない。代わりに得られた絶対値が所定の閾値を越えているかどうかで判定するようにされていても良い。
また、複素相関値の絶対値の大きさで透かし検出の信頼度を評価するようにしても良い。
また、電子透かし埋め込み装置１００における埋め込み系列が、例えば、埋め込み系列生成部１１１の（例２）、（例４）で示したような、埋め込み系列の正負の違いでビット値の０／１を表現するように構成されて埋め込まれている場合には、同期ずれによって位相が半波長ずれた信号が入力された場合と全てのビット値が反転した情報が埋め込まれている場合との区別がつかない。そのような場合には、例えばビット値の内１ビットを判定用ビットとして必ず１（もしくは０）をとるように埋め込み系列を構成しておき、そのビット値を用いてビット反転を補正するようにしても良い。また、非対称な誤り訂正符号を用いて符号化することで判定可能としても良い。また、本発明の電子透かしとは異なる電子透かし信号を用いて判断するようにしても良い。これらの例に限定するものではなく、その他の方法でビット反転の補正を行っても良いことは言うまでもない。
また、埋め込み系列生成部１１１の（例４）で示したような、埋め込み系列の部分列を用いてビット毎に正負の極性で拡散されている場合には、以下のようにしてよりロバストな検出処理を行うことができる。
検出複素数列１１１８の中のａ番目のビット位置に対応する部分複素系列を
Figure 2007102403
 とする。また、ａ番目のビット位置のビット値の拡散に用いた複素埋め込み系列を
Figure 2007102403
 とする。そして、次のように各ビット位置ａ毎の複素相関値λ（ａ）を算出する。
Figure 2007102403
 次に、ｎ個の複素相関値λ（ａ）の方向を揃える。具体的には、例えば０≦Argλ（ａ）<πとなるλ（ａ）については変更を行わず、π≦Argλ（ａ）<２πとなるλ（ａ）についてはｅｊπを乗じて偏角を１８０度回転させる。この変更処理によって、全てのλ（ａ）は複素平面上の第一および第二象限内の値をとるようになる。なお、方向の揃え方はこの例に限らない。例えば複素平面上の第一および第四象限内の値をとるようにすることができるのは明らかである。
次に上記の変更処理を施された複素相関値λ（ａ）の総和λを以下のようにして求める。
Figure 2007102403
 そして複素平面上で原点をとおりArgλと直交する直線を境界線として複素平面を２つの領域に分割し、上記の変更処理の前のλ（ａ）が２つの領域のどちらに属するかで、ａ番目のビット位置の検出ビット値を定める。この定め方でも上述のようなビット反転の不確定性があるが、例えばビット値内の１ビットをビット反転判定用のフラグとして用いることなどにより不確定性を解決できる。
例えばｎ＝２の場合において、図４４に示すように、λ（１）は０≦Argλ（１）<πであるので変更を行わず、λ（２）はπ≦Argλ（２）<２πなのでｅｊπを乗じて偏角を１８０度回転させる。そして、これらの総和λを求め、複素平面上で原点をとおりArgλと直交する直線を境界線として複素平面を２つの領域に分割し、一方の領域のビット値を"１"とし、他方の領域を"０"として、変更処理の前のλ（１）、λ（２）が、２つの領域のどちらに属するかで、それぞれのビット位置の検出ビット値を定める。
上記のような検出方法がうまく作用する理由を説明する。埋め込み時には、各ビット位置用の複素埋め込み系列に対して、ビット値に応じて＋１または−１を乗じることで変調されていた。よって、各ビット位置ａ毎の複素相関値λ（ａ）は埋め込まれているビット値が異なると位相がπだけずれた値をとることになる。しかし、πの位相ずれを同一視すれば、全てのλ（ａ）は入力信号の位相ずれ量Δθの方向で揃うことになる。同一視の方法として、上記のような変更処理を行えばよいことは明らかである。
また、各ビット毎の複素埋め込み系列の長さｍは全複素埋め込み系列の長さＬ´より短い。すなわち、各ビット毎の複素埋め込み系列は拡散率が低いため、各ビット毎のビット値を検出すると拡散率ｍによる利得しか得られないため耐性が低くなる。しかしながら、上記のようにπの位相ずれを同一視する変更を施して全てのλ（ａ）の向きを揃えた上で総和λを求めることで全埋め込み系列長Ｌ´に相当する利得を得ることができる。よって、Argλと直交する境界線を用いて再度変更前の各λ（ａ）を評価することで検出ビット値を検出することにより、各ビット毎に検出するよりもビット判定誤りが少なくなり、より高い耐性を実現することができる。なお、上記のλの絶対値の大きさで電子透かし検出の信頼度を評価するようにしてもよい。
<第４の実施の形態の特徴>
次に、本実施の形態の特徴について説明する。
本実施の形態の電子透かし検出装置によれば、電子透かしの検出において、電子透かしの検出対象の信号の同期がずれているときにも電子透かしの検出ができる。すなわち、Ｎ−１次元の空間でスペクトル拡散された埋め込み系列は、Ｎ次元目の方向での同期ずれに対して共通の影響を受けることを利用し、Ｎ−１次元の空間での拡散された系列の複素相関値を利用することによって、同期合わせの不要な電子透かしの検出ができる。
例えば、映像信号の場合に、時間方向で検出を開始するフレームがずれている場合にも特別な同期合わせの方法を用いることなしに電子透かしの検出が可能である。これは、例えば、ビデオカメラ等を用いて再撮影された映像から電子透かしを検出する場合や、ビデオテープなどアナログデータに一旦変換された映像から電子透かしを検出する場合など、時間同期が困難な利用状況において非常に有効である。
スクリーンやＴＶなどに表示された映像がビデオカメラや携帯電話等のカメラで撮影された場合、再生のフレームレートと撮影のフレームレートは同期されていないためにサブフレームでの再サンプリングが生じる場合もある。これは結果としてサブフレームレベル（１フレームより短い間隔）で同期がずれている状態を表す。このような状況においても、時間復調において周期信号の位相を測ることは可能であり、上記に述べたように同期合わせの不要な電子透かしの検出が可能である。
上記の電子透かし検出により、同期のずれた信号に対する効率的な検出が可能であると共に、特別な同期合わせ信号を加える必要がないことから、同期合わせ信号による信号の劣化や電子透かしの検出性能の劣化がなく、品質が高く検出性能の高い電子透かし検出が可能となる。
［第５の実施の形態］
<同期変位量測定>
以下に、第５の実施の形態における電子透かし検出装置について説明する。
本実施の形態は、電子透かしの埋め込みが本発明の第１の実施の形態における電子透かし埋め込み装置１００を用いて行われた場合に、電子透かし検出装置において、時間軸(Ｎ番目の次元の軸)の方向で同期のずれた信号が入力された場合に、同期の変位量を検出して電子透かしの検出を行う例である。
なお、本実施の形態では、第１の実施の形態における電子透かし埋め込み装置１００を用いて電子透かしの埋め込みが行われた場合を例に記載しているが、他の実施の形態における電子透かし埋め込み装置を用いて電子透かしの埋め込みが行われた場合の検出についても同様に組み合わせて適用することができる。例えば、第３の実施の形態における電子透かし埋め込み装置で埋め込みを行い、第３の実施の形態における電子透かし検出装置のＮ−１次元フーリエ変換部２２５を組み合わせて検出を行うようにしても良い。それらの場合、個々の手順に相応の変更が必要な場合があるが、それらの必要な変更は、本実施の形態の説明及びそれらの電子透かし埋め込みについての説明に基づけば明らかであることは言うまでもない。
<電子透かし検出装置>
本実施の形態における電子透かし検出装置の構成について説明する。
図４５は、本発明の第５の実施の形態における電子透かし検出装置の構成例を示す。
同図に示す電子透かし検出装置３００は、時間復調部３１０、同期検出部３２０、検出情報抽出部３３０ａ、パターン記憶部３４０から構成され、埋め込み済み信号９２３が入力され、検出情報９１４を出力する。
時間復調部３１０については、第１の実施の形態における時間復調部２１０と同様である。また、その他の実施の形態の時間復調部を用いても良い。例えば、第２の実施の形態の時間復調部２１０ｃ、２１０ｄを用いても良い。
なお、図４５においては、図１０との対応の理解を容易にするため、下から上に情報が流れるように構成が記載されていることに注意されたい。
電子透かし検出装置３００による電子透かしの検出処理は、以下の手順で実施される。
図４６は、本発明の第５の実施の形態における電子透かし検出装置の動作のフローチャートである。
ステップ１４０１） 時間復調部３１０において、時間軸方向の復調を行い、検出複素パターン１５０１を得て、パターン記憶部３４０に格納する。処理の内容は第１の実施の形態の電子透かし検出装置２００の時間復調部２１０と同様である。
なお、時間復調部３１０による時間復調処理に先立ち、埋め込み済み信号９２３に対して前処理を行っても良いことは第１の実施の形態の電子透かし検出装置２００と同様である。
ステップ１４０２） 同期検出部３２０において、時間復調部３１０で得られ、パターン記憶部３４０に格納されている検出複素パターン１５０１から、埋め込み済み信号９２３に対して予め加えられていた時間軸（Ｎ番目の次元の軸）の方向で同期変位の大きさを検出し、同期変位量として出力する。
同期検出部３２０の動作の詳細については後述する。
ステップ１４０３） 検出情報抽出部３３０ａにおいて、時間復調部３１０で得られ、パターン記憶部３４０に格納されている検出複素パターンを解析し、同期検出部３２０で得られた同期変位量１５０２に基づいて電子透かし埋め込み装置１００で埋め込まれた電子透かし情報を抽出し、検出情報９１４として出力する。
検出情報抽出部３３０ａの動作の詳細については後述する。
<電子透かし検出装置−同期検出部>
次に、上記の同期検出部３２０の動作の詳細を説明する。
図４７は、本発明の第５の実施の形態における同期検出部の構成例を示す。
同期検出部３２０は、複素検出系列抽出部３２１、複素相関値計算部３２２、絶対値算出部３２３、同期検出最大値判定部３２４、位相算出部３２５から構成され、検出複素パターン１５０１をパターン記憶部３４０から読み込み、同期変位量１５０２を出力する。
なお、図４７においては、図４５との対応の理解を容易にするため、下から上に情報が流れるように構成が記載されていることに注意されたい。
同期検出部３２０による同期検出処理は以下の手順で実施される。
図４８は、本発明の第５の実施の形態における同期検出部の動作のフローチャートである。
ステップ１５０１） 複素検出系列抽出部３２１において、入力された検出複素パターン１５０１から得られる複素数値を並べた検出複素数系列１５１１を構成する。
複素検出系列抽出部３２１の動作は、第４の実施の形態の電子透かし検出装置２００における検出系列抽出部２２１の動作と同様である。
ステップ１５０２） 複素相関値計算部３２２において、検出系列抽出部３２１で構成された検出複素数系列１５１１と、想定される埋め込み系列に基づいて構成された複素数系列との複素相関を計算し、複素数で表される複素相関値１５１２を求める。
埋め込み系列の種類によって異なる値が埋め込まれている場合には、考えられる複数の埋め込み系列に基づいて構成された複数の複素数系列との複素相関をそれぞれ計算し、対応する複素相関値１５１２を求める。
また、電子透かし埋め込み装置１００における埋め込み系列が、例えば、埋め込み系列生成部１１１の（例３）や（例４）で示したような、複数のシンボルまたは複数のビットで構成されている場合には、一部のシンボルまたはビットに対応する埋め込み系列に基づいて構成された複素数系列との複素相関を計算するようにしてもよい。すなわち、複数のシンボルまたはビットの一部を用いて同期を合わせることに相当する。
複素相関値計算部３２２の動作は、第４の実施の携帯の電子透かし検出装置２００における複素相関値計算部２２６の動作と同様である。
ステップ１５０３） 絶対値算出部３２３において、複素相関値計算部３２２で得られた複素相関値１５１２の絶対値１５１３を算出する。
絶対値算出部３２３の動作は、第４の実施の形態の電子透かし検出装置２００における絶対値算出部２２７と同様の動作である。
ステップ１５０４） 同期検出最大値判定部３２４において、絶対値算出部３２３で得られた絶対値１５１３が最大となるものを見つけ、最大となる絶対値１５１３に対応する複素相関値１５１２を決定する。
なお、電子透かし埋め込み装置１００における埋め込み系列の構成方法によっては、同期検出最大値判定部３２４による最大値判定の代わりに、他の方法で判定を行うようにされていても良い。
同期検出最大値判定部３２４の動作の詳細については後述する。同期検出最大値判定部３２４の代替となる他の方法については、第４の実施の形態の電子透かし検出装置２００における最大値判定部２２３の場合と同様である。
ステップ１５０５） 位相算出部３２５において、同期検出最大値判定部３２４で決定された複素相関値の位相を算出し、これをもとに同期変位量１５０２を算出して検出情報抽出部３３０に出力する。
位相算出部３２５の動作の詳細については後述する。
なお、電子透かしの埋め込みが第３の実施の形態における電子透かし埋め込み装置１００を用いて行われた場合には、複素検出系列抽出部３２１の処理に先立ち、第３の実施の形態におけるＮ−１次元フーリエ変換部２２５と同様のフーリエ変換処理が必要となる。
<電子透かし検出装置−同期検出部−同期検出最大値判定部>
次に、上記の同期検出部３２０の同期検出最大値判定部３２４の動作の詳細について説明する。
同期検出最大値判定部３２４の動作は、第４の実施の形態における電子透かし検出装置２００の最大値判定部２２３と略同様であるが、結果として埋め込み系列を得る代わりに、絶対値が最大となる複素相関値を求める点が異なっている。
同期検出最大値判定部３２４における処理は以下の手順で実施される。
１）絶対値算出部３２３で得られた絶対値１５１３│ρ(１)│，│ρ(２)│，…から、値が最大となる絶対値│ρ(ｊ)│を見つける。
│ρ（ｍａｘ）│＝ＭＡＸ（│ρ(１)│，│ρ(２)│，…） （９８）
但し、ＭＡＸ（）は最大値を返す演算である。
２） │ρ（ｍａｘ）│の元になった複素相関値ρ（ｍａｘ）を位相算出部３２５に出力する。
また、最大の相関値│ρ(ｊ)│が所定の閾値を越えているかどうかを判定し、所定の閾値を越えていない場合には電子透かしが埋め込まれていなかったものと判定するようにしても良い。
<電子透かし検出装置−同期検出部−位相算出部>
次に、上記の同期検出部３２０の位相算出部３２５の動作の詳細について説明する。
位相算出部３２５における処理は以下の手順で実施される。
１） 同期検出最大値判定部３２４で得られた複素相関値ρ（ｍａｘ）の偏角△θを求める。
△θ＝Arg[ρ（ｍａｘ）] （９９）
但し、Arg[]は複素数の偏角を求める演算である。
２） △θは、位相のずれ量を表すからこれから同期変位量１５０２△ｔを次のように、求め、出力する。
Figure 2007102403
 但し、Ｔは周期信号の周期である。
△θが位相のずれ量を表す点について以下に説明する。
複素相関値は、第４の実施の形態の電子透かし検出装置２００における複素相関値計算部２２６についての説明で述べたように、次式のように得られている。
Figure 2007102403
 従って、
Arg[ρ（ｍａｘ）]＝△θ （１０２）
であり、これは、埋め込み済み信号９２３に対してＮ次元目の軸の方向(例えば時間方向)で与えられた同期変位量に依存して決定される位相のずれ量を示している。
なお、電子透かし埋め込み装置１００における埋め込み系列が、例えば埋め込み系列生成部１１１の（例２）、（例４)で示したような、埋め込み系列の正負の違いでビット値の０／１を表現するように構成されて埋め込まれている場合には、同期ずれによって位相が半波長ずれた信号が入力された場合と全てのビット値が反転した情報が埋め込まれている場合との区別がつかない。すなわち、上記で得られた同期変位量△ｔと半波長ずれた
Figure 2007102403
 とのどちらが正しい同期変位量であるかの区別がつかない。
そのような場合には、例えば、ビット値の内１ビットを判定用ビットとして必ず１（もしくは０）をとるように埋め込み系列を構成しておき、そのビット値が正しい値となる方の同期変位量であると判断しても良い。また、非対称な誤り訂正符号を用いて符号化することで判定可能としても良い。また、本発明の電子透かしとは異なる電子透かしや信号を用いて判断するようにしても良い。また、同期変位量としては暫定的に一方の値として判定しておき、検出情報抽出部３３０ａでの処理の中で、上記のような手順でビット反転を補正するようにしても良い。これらの例に限定するものではなく、その他の方法で補正を行っても良いことは言うまでもない。
また、埋め込み系列生成部１１１の（例４）で示したような、埋め込み系列の部分列を用いてビット毎に正負の極性で拡散されている場合には、第４の実施の形態の最後に図４４を参照して説明したビット値検出方法において算出されるビット位置毎の複素相関値λ（ａ）の総和λの偏角Argλを同期変位量Δθとすることによって、各ビット毎の複素相関値に基づいて同期変位量を求めるよりも、より確実で精度の高い同期変位量の測定が可能となる。なお、この方法でもビット反転の不確定性があるが、例えばビット値内の１ビットをビット反転判定用のフラグとして用いることにより、不確定性を解決できる。
<電子透かし検出装置−検出情報抽出部>
次に、上記の検出情報抽出部３３０ａの動作の詳細を説明する。
図４９は、本発明の第５の実施の形態における検出情報抽出部の構成例を示す。
検出情報抽出部３３０ａは、第１の実施の形態の検出情報抽出部２２０と同様の構成であり、検出系列抽出部３３１、相関値計算部３３２、最大値判定部３３３、検出情報再構成部３３４から構成され、第１の実施の形態の検出情報抽出部２２０に同期変位量１５０２を入力するようにされている点のみが異なる。
なお、図４９においては、図４５との対応の理解を容易にするため、下から上に情報が流れるように構成が記載されていることに注意されたい。
検出情報抽出部３３０ａによる検出情報抽出処理は、検出系列抽出部３３１の動作の詳細を除き、第１の実施の形態の検出情報抽出部２２０における検出情報抽出処理と同様である。
なお、電子透かしの埋め込みが第３の実施の形態における電子透かし埋め込み装置１００を用いて行われた場合には、検出系列抽出部３３１の処理に先立ち、第３の実施の形態におけるＮ−１次元フーリエ変換部２２５と同様のフーリエ変換処理が必要となる。
<電子透かし検出装置−検出情報抽出部−検出系列抽出部>
以下に、検出情報抽出部３３０ａの検出系列抽出部３３１の動作の詳細について説明する。
検出系列抽出部３３１での処理は以下の手順で実施される。
１） 検出複素パターン１５０１から大きさＭ１×Ｍ２×…×ＭＮ−１のＮ−１次元の複素配列を構成する。構成の仕方は、前述の第１の実施の形態における検出系列抽出部２２１でのステップ８０１）と同様である。
２） 上記の１）で得られた複素配列から、順に１つずつ複素数値を取り出して並べた複素数列を得る。すなわち、複素配列がＡ［ｐ１，ｐ２，…，ｐＮ−１］（ｐｎ≧０）と表されているとき、
ｃ１＝Ａ［０，０，…，０］
ｃ２＝Ａ［１，０，…，０］
・
・
なお、電子透かし埋め込み装置１００における埋め込み時に用いた埋め込み系列９１３の長さをＬとするとき、Ｌ'＝Ｌ／２である。
３） 上記の２）で得られた複素数列の各要素の位相を、入力された同期変位量１５０２に基づいて逆変位させる。すなわち、同期変位量１５０２を
Figure 2007102403
 とするとき、
Figure 2007102403
 ４） 上記の３）で得られた複素数列から、順に１つずつ複素数値を取り出し、取り出した複素数値の実部、虚部をそれぞれ単独の実数値としてみて並べる。すなわち、検出系列１５２１がｉ"１，ｉ"２，…，ｉ"Ｌと表されているとき、
Figure 2007102403
 但し、
Figure 2007102403
 は複素数のぞれぞれ実部、虚部を取り出す演算である。
５） 得られたｉ"１，ｉ"２，…，ｉ"Ｌを、検出系列１５２１として相関値計算部３３２に出力する。
電子透かし埋め込み装置１００の複素配列生成部１１２において、埋め込み系列９１３の順序もしくは複素配列の要素の入れ替えがなされている場合には、その順序を戻す点は第１の実施の形態における検出系列抽出部２２１と同様である。
なお、電子透かしの埋め込みが第３の実施の形態における電子透かし埋め込み装置１００を用いて行われた場合には、上記の２）において、第３の実施の形態における電子透かし埋め込み装置の複素配列生成部１１２で用いた範囲内の要素の複素数値を取り出して並べるようにする。
<検出情報抽出部の他の構成例>
また、検出情報抽出部３３０ａを、最大値判定部３３３を用いずに、検出系列抽出部３３１、相関値計算部３３２、検出情報再構成部３３４のみから構成し、次のような処理をさせることで検出情報の抽出を行っても良い。このような構成例を図５０に示す。
図５０に示す検出情報抽出部３３０ｂでは、同期検出部３２０で最大の複素相関値を得た埋め込み系列を持って検出情報を再構成すると共に、同期検出部３２０で得られた同期変位量１５０２に基づいて、該検出情報の信頼性を評価するための相関値を改めて計算し直すものである。これにより、より高速に電子透かしの検出を行えるようになる。
１） 検出系列抽出部３３１の処理は、上述の処理と同様である。
２） 相関値計算部３３２においては、第１の実施の形態における相関値計算部２２２とは異なり、考えられる全ての埋め込み系列との相関値を計算する代わりに、同期検出部３２０において、同期検出最大値判定部３２４の処理で最大の絶対値を取ると判断された複素相関値に対応する埋め込み系列をメモリ（図示せず）に記憶しておき、相関値計算部３３２においてこの埋め込み系列のみとの相関値を計算する。
この相関値が所定の閾値よりも大きいかどうかで、信頼性のある電子透かし検出ができたかどうかを判定する。
３） 検出情報再構成部３３４においては、上記の２）で用いた埋め込み系列を用いて検出情報の再構成を行う点を除いては、第１の実施の形態の検出情報再構成部２２４と同様である。
<第５の実施の形態の特徴>
本実施の形態の電子透かし検出装置３００によれば、電子透かしの検出において、電子透かしの検出対象の信号の同期がずれているときにも、電子透かし信号自身を用いて同期変位量を検出することができる。すなわち、Ｎ−１次元の空間でスペクトル拡散された埋め込み系列は、Ｎ次元目の方向での同期ずれに対して共通の影響を受けることを利用し、Ｎ−１次元の空間での拡散された系列の複素相関値を利用することによって、容易かつ高速に同期合わせの可能な電子透かしの検出ができる。
例えば、映像信号の場合に、時間方向で検出を開始するフレームがずれている場合にも特別な同期合わせの方法を用いることなしに電子透かしの検出が可能である。これは、例えば、ビデオカメラ等を用いて再撮影された映像から電子透かしを検出する場合や、ビデオテープなどアナログデータに一旦変換された映像から電子透かしを検出する場合など、時間同期が困難な利用状況において非常に有効である。
スクリーンやＴＶなどに表示された映像がビデオカメラや携帯電話等のカメラで撮影された場合、再生のフレームレートと撮影のフレームレートは同期されていないためにサブフレームでの再サンプリングが生じる場合もある。これは結果としてサブフレームレベル（１フレームより短い間隔）で同期がずれている状態を表す。このような状況においても、時間復調において周期信号の位相を測ることは可能であり、上記に述べたように同期変位量を検出することができる。
特に、本実施の形態の電子透かし検出装置によれば、変位量を順次試すといった総当り的な手法によらず、計算により同期変位量を検出することができるため、高速に効率的な電子透かし検出が可能となる。また、特別な同期合わせ信号を加える必要がないことから、同着合わせ信号による信号の劣化や電子透かしの検出性能の劣化がなく、品質が高く検出性能の高い電子透かし検出が可能となる。
また、上述した検出情報抽出部の他の構成例のように、検出情報抽出部３３０ｂを構成すれば、更に高速に電子透かしを検出することが可能となる。
［第６の実施の形態］
<位相変調>
以下に、本発明の第６の実施の形態における電子透かし埋め込み装置について説明する。
本実施の形態は、第１の実施の形態における電子透かし埋め込み装置１００において、時間変調部１３０における変調処理を周期信号の遅延を用いて行う例を示す。
本実施の形態における電子透かし埋め込み装置の構成は、第１の実施の形態における電子透かし埋め込み装置１００と同様であり、時間変調部１３０のみが異なっている。
なお、本実施の形態では、第１の実施の形態を元に例示しているが、時間変調部１３０以外の構成においてその他の実施の形態の構成を用いても構わない。例えば、複素パターン生成部１１０において、第３の実施の形態の電子透かし埋め込み装置における複素パターン生成部１１０ｂを用いるようにしても良い。
<電子透かし埋め込み装置−時間変調部>
図５１は、本発明の第６の実施の形態における時間変調部の構成例を示す。
同図に示す時間変調部１３０ｃは、周期信号生成部１３１、変調部１３６から構成され、埋め込み複素パターン９２１が入力され、埋め込みパターン９２２を出力する。
時間変調部１３０ｃによる埋め込みパターン９２２の生成処理は以下の手順で実施される。
１） 周期信号生成部１３１において周期信号を生成する。生成する周期信号は、第１の実施の形態の時間変調部１３０ａの周期信号生成部１３１における周期信号の例と同様である。
２） 変調部１３６において、入力された埋め込み複素パターン９２１の複素数値に応じて、上記の１）で生成された周期信号を次のように変調し、Ｎ次元の埋め込みパターン９２２を得る。
−複素数値の絶対値に応じて周期信号の振幅を決定する。
−複素数値の偏角に応じて周期信号を遅延させる、すなわち、位相を変化させる。
次に、上記の時間変調の具体例を説明する。
変調部１３６における変調は、Ｎ−１次元の複素パターン９２１の各位置毎に複素数値に応じて、周期信号生成部１３１で生成された周期信号を搬送波として、ＱＡＭ（直交振幅）変調することで、Ｎ次元のパターンに変換することで行われる。
但し、搬送波である周期信号は、前述したように正弦波とは限らない。
また、埋め込み複素パターン９２１の値が全て実数値のみから構成されている場合に、その実数値に応じて周期信号の位相を変化させるようにし、周期信号の振幅を一定とするようにしても良い。
具体的には例えば次のように行われる。
今、Ｎ−１次元の複素パターンがＰ（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１）で表されているものとする。このとき、Ｐの実部、虚部をＰｒ，Ｐｉで表すものとし、
Figure 2007102403
 とする。但し、ｊは虚数単位であり、ωが周期信号の基本周波数の角速度である。
周期信号生成部１３１において周期信号ｆ（ｔ）が生成されたものとする。
Ｂ，τを、ｆ（ｔ）で変調し、次式でＮ次元のパターンＭを得る。
Figure 2007102403
 一般的なＱＡＭ変調とは異なり、ベースバンド信号Ｐは時間方向ではなく、時間方向と直交するＮ−１次元の方向（例えば、映像信号の場合の空間方向）で変動していることに注意されたい。
このような時間変調により、Ｎ次元の埋め込みパターン９２２の位相がＮ−１次元空間上の位置によって異なるように拡散されていることになり、電子透かし検出時に埋め込み前信号９１２に起因して現れるノイズ成分の大きさがより小さくなる。
<第６の実施の形態の特徴>
本実施の形態の電子透かし埋め込み装置は、第１の実施の形態の電子透かし埋め込み装置における時間変調部１３０ａの異なる構成例を示したものであり、第１の実施の形態の電子透かしにおける特徴と同様の特徴を持つ。
特に、時間変調部１３０ｃにおいて、Ｎ−１次元の空間にスペクトル拡散されたＮ−１次元の埋め込みパターンを、それと直交するＮ次元目の方向に周期信号の位相と絶対値を用いて変調しており、Ｎ次元目の方向に与えられる同期変位に対してＮ−１次元の空間では共通の影響を及ぼすようにしているという特徴を持つ。
また、時間変調部１３０ｃにおいて、時間方向と直交するＮ−１次元の方向（例えば映像信号の場合の空間方向）で、埋め込みパターン９２２の位相が異なるようにすることで、例えば、映像信号の場合に、最低の映像信号量子化値未満になって実際には電子透かしの埋め込みがなされないフレームが発生するのを防ぐことができ、電子透かしの伝送路としての映像信号を有効利用できると共に、電子透かしの振幅の大きいフレームを狙って改変するといった攻撃に対する耐性を増すことができる。
また、埋め込みパターンＮ−１次元空間上で位相が拡散されていることにより、相関計算の結果の中で埋め込み前信号に起因して現れるノイズ成分の大きさがより小さくなり、結果、より信頼性の高い電子透かしの埋め込み、検出が可能となり、また従来と同程度の信頼性でより品質劣化の少ない電子透かしの埋め込み、検出が可能となる。
［第７の実施の形態］
<時間軸複数周波数帯域埋め込み>
以下に、本発明の第７の実施の形態における電子透かし埋め込み装置について説明する。
本実施の形態は、第１の実施の形態における電子透かし埋め込み装置１００の電子透かし埋め込みを異なる周期信号に基づいて複数同時に行い、より長いスペクトル拡散系列を用いて埋め込み情報を埋め込む例である。
図５２は、本発明の第７の実施の形態における電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置の構成例を示す。
<電子透かし埋め込み装置>
図５２に示す電子透かし埋め込み装置５００は、複素パターン生成部５１０、時間変調部５２０、埋め込みパターン重畳部５３０から構成され、埋め込み情報３１１１、埋め込み前信号３１１２が入力され、埋め込み済み信号３１１３を出力する。
電子透かし埋め込み装置５００による電子透かしの埋め込み処理は以下の手順で実施される。
図５３は、本発明の第７の実施の形態における電子透かし埋め込み装置の動作のフローチャートである。
ステップ１６０１） 複素パターン生成部５１０において、入力された埋め込み情報３１１１に基づいて、複数の埋め込み複素パターン３１２１を生成する。
各埋め込み複素パターン３１２１は、複素数から構成されるＮ−１次元パターンであり、埋め込み情報の内容を表している。
複素パターン生成部５１０の動作の詳細については後述する。
ステップ１６０２） 時間変調部５２０において、各複素パターン生成部５１０で生成された各埋め込み複素パターン３１２１に基づいて埋め込みパターン３１２２を生成する。
時間変調部５２０の動作は、第１の実施の形態における時間変調部１３０と同様である。但し、各時間変調部５２０において生成する周期信号はそれぞれが互いに直交する周期関数であるとする。例えば、それぞれ基本周波数の異なる周期関数であっても良い。
また、時間変調部５２０として、第１の実施の形態以外の実施の形態で示した時間変調部を用いても構わない。例えば、第２の実施の形態、もしくは第６の実施の形態の時間変調部を用いても構わない。
時間変調部５２０として、第２の実施の形態の時間変調部１３０ｂを利用する場合には、複数の周波数の時間変調の処理を一度のフーリエ変換で実施することも可能である。
ステップ１６０３） 埋め込みパターン重畳部５３０において、各時間変調部５２０で生成された各埋め込みパターン３１２２を、入力された埋め込み前信号３１１２に重畳し、埋め込み済み信号３１１３を出力する。
埋め込みパターン重畳部５３０の動作の詳細については後述する。
<電子透かし埋め込み装置−複素パターン生成部>
以下に、上記の複素パターン生成部５１０の動作の詳細を説明する。
図５４は、本発明の第７の実施の形態における複素パターン生成部の構成例を示す。
複素パターン生成部５１０は、埋め込み系列生成部５１１、複数の複素配列生成部５１２から構成され、埋め込み情報３１１１が入力され、埋め込み複素パターン３１２１を出力する。
複素パターン生成部５１０による埋め込み複素パターン生成処理は以下の手順で実施される。
図５５は、本発明の第７の実施の形態における複素パターン生成部の動作のフローチャートである。
ステップ１７０１） 埋め込み系列生成部５１１において、入力された埋め込み情報３１１１に基づいて、埋め込み情報を表す数値の列を生成し、これを分割して複数の埋め込み系列３２１１を生成する。
埋め込み系列生成部５１１の動作の詳細については後述する。
ステップ１７０２） 複素配列生成部５１２において、埋め込み系列生成部５１１で生成された各埋め込み系列３２１３を、Ｎ−１次元の複素配列上の要素の実部及び虚部に割り当て、埋め込み複素パターン３１２１を生成する。
個々の複素配列生成部５１２の動作は、第１の実施の形態における複素配列生成部１１２の動作と同様である。
また、複素パターン生成部５１０を第３の実施の形態における複素パターン生成部１１０ｂに基づいて構成するようにしても良い。すなわち、複素配列生成部５１２で得られたパターンを更に、第３の実施の形態におけるＮ−１次元逆フーリエ変換部１１３と同様の処理によりフーリエ変換した結果を埋め込む複素パターン３１２１としても良い。
<電子透かし埋め込み装置−複素パターン生成部−埋め込み系列生成部>
埋め込み系列生成部５１１では、第１の実施の形態における埋め込み系列生成部１１１と同様の手順によって埋め込み系列を生成した後、埋め込み系列を複数の部分に分割する。例えば、埋め込み系列生成部１１１と同様の手順によって系列ｗ＝｛ｗ１，ｗ２，…，ｗｎＬ｝が生成されたとき、各埋め込み系列３２１３ｗ［１］，ｗ［２］，…，ｗ［ｎ］を、
Figure 2007102403
 とする。
但し、ｎは分割の総数である。
なお、ここでは埋め込み系列を先頭から順に所定の数ずつ分割する例を示したが、予め決められた分割方法で分割すればどのように分割しても良い。例えば、
Figure 2007102403
 のようにしても良い。
<電子透かし埋め込み装置−埋め込みパターン重畳部>
以下に、埋め込みパターン重畳部５３０の動作の詳細を説明する。
埋め込みパターン重畳部５３０の動作は、第１の実施の形態における埋め込みパターン重畳部１４０と略同様であるが、以下の点のみが異なっている。
埋め込みパターン重畳部５３０では、埋め込み前信号３１１２として入力されたＮ次元信号に対し、各時間変調部５２０で生成されたＮ次元の各埋め込みパターン３１２２を加算することで重畳し、重畳した結果のＮ次元信号を埋め込み済み信号３１１３として出力する。このとき、複数の埋め込みパターン３１２２を全て加算して重畳する。また、埋め込み強度として各埋め込みパターン３１２２を異なる強度で強調して重畳しても構わない。例えば、埋め込みを行う各埋め込みパターン３１２２の周波数帯域に対する劣化特性が異なる場合などにそれぞれ埋め込み強度を異ならせるようにして、各埋め込みパターンの検出が同様の精度で行われるようにしても良い。
<電子透かし検出装置>
本実施の形態における電子透かし検出装置６００は、複数の同期検出部６２０、検出情報抽出部６３０から構成され、埋め込み済み信号３１１３が入力され、検出情報３１１４を出力する。
電子透かし検出装置６００による電子透かし検出処理は以下の手順で実施される。
図５６は、本発明の第７の実施の形態における電子透かし検出装置の動作のフローチャートである。
ステップ１８０１） 各時間復調部６１０において時間軸方向の復調を行い、検出複素パターン３１６１を得る。各時間復調部６１０における処理の内容は第１の実施の形態の電子透かし検出装置２００における時間復調部２１０と同様であるが、各時間復調部６１０毎に、電子透かし埋め込み装置５００の時間変調部５２０で用いた周期関数をそれぞれ用いる。
なお、時間復調部６１０による時間復調処理に先立ち、埋め込み済み信号３１１３に対して前処理を行っても良いことは第１の実施の形態の電子透かし検出装置２００と同様である。
また、時間復調部６１０として、第１の実施の形態以外の実施の形態で示した時間復調部を用いても構わない。例えば、第２の実施の形態における時間復調部２１０ｃを用いても構わない。
時間復調部６１０として、第２の実施の形態の時間復調部２１０ｃを利用する場合には、複数の周波数の時間復調処理を一度のフーリエ変換で実施することも可能である。
ステップ１８０２） 各同期検出部６２０において、時間復調部６１０で得られた各検出複素パターン３１６１から、それぞれ埋め込み済み信号３１１３に対して予め加えられていた時間軸（Ｎ番目の次元の軸）の方向で同期変位の大きさを検出し、同期変位量３１６２として出力する。
同期検出部６２０の動作は、第５の実施の形態における電子透かし検出装置３００の同期検出部３２０と同様である。
ステップ１８０３） 検出情報抽出部６３０において、時間復調部６１０で得られた各同期変位量３１６２に基づいて電子透かし埋め込み装置５００で埋め込まれた電子透かし情報を抽出し、検出情報３１１４として出力する。
検出情報抽出部６３０の動作の詳細については後述する。
<電子透かし検出装置−検出情報抽出部>
以下に、検出情報抽出部の動作を詳細に説明する。
図５７は、本発明の第７の実施の形態における検出情報抽出部の構成を示す。
同図に示す検出情報抽出部６３０は、第５の実施の形態の検出情報抽出部３３０に類似した構成であり、検出系列抽出部６３１が、入力された各検出複素パターン３１６１及び各同期変位量３１６２毎に容易されている点が異なる。
なお、図５７においては、図５４との対応の理解を容易にするため、下から上に情報が流れるように構成が記載されていることに注意されたい。
検出情報抽出部６３０による検出情報抽出処理は、複数の検出系列抽出部６３１が、それぞれ入力された検出複素パターン３１６１及び同期変位量３１６２に基づいて検出系列３３１３を抽出する点と、相関値計算部６３２の動作の詳細とを除き、第５の実施の形態の検出情報抽出部３３０における検出情報抽出処理と同様である。
また、第５の実施の形態で述べた検出情報抽出部３３０の他の構成例のように、最大値判定部６３３を用いず、同期検出部３２０において最大の複素相関値を得た埋め込み系列を持って検出情報を再構成すると共に、同期検出部３２０で得られた同期変位量に基づいて、当該検出情報の信頼性を評価するための相関値を改めて計算しなおすようにしても良い。
<電子透かし検出装置−検出情報抽出部−相関値計算部>
以下に相関値計算部６３２の動作について詳細に説明する。
相関値計算部６３２における処理は以下の手順で実施される。
１） 検出系列抽出部６３１によって得られた各検出系列３３１３ｉ"［１］，ｉ"［２］，…を統合し、系列ｉ"を得る。すなわち、
Figure 2007102403
 ここで、ｉ"の肩に記載した［ｋ］は、ｋ番目の検出系列抽出部６３１によってｋ番目の検出複素パターン３１６１から得られた検出系列であることを表し、ｎは入力される検出複素パターン３１６１の総数である。なお、ここでは、各検出系列を単純に連結する例を示したが、電子透かし埋め込み装置５００の埋め込み系列生成部５１１における埋め込み系列の分割方法に対応していれば、各検出系列から予め決められた順序で値を取り出して系列を結合するようにされていても構わない。例えば、次のように結合しても構わない。
Figure 2007102403
 ２） 上記の１）で得られた系列ｉ"を元に、第５の実施の形態の電子透かし検出装置３００の相関値計算部３３２と同様の処理により、相関値３３１４を求める。但し、相関計算の対象となる考えられる埋め込み系列は、電子透かし埋め込み装置５００の埋め込み系列生成部５１１において生成され、分割される前の系列ｗ＝｛ｗ１，ｗ２，…，ｗｎＬ｝であることに注意されたい。
<同期変位量の統合による精度向上>
同期検出部６２０において、各検出複素パターン３１６１毎に得られた同期変位量３１６２に基づき、次のような手順によってより精度の高い同期変位量を求めるようにしても良い。
１） 各同期変位量３１６２を、
Figure 2007102403
 とする。ここで、Ｔ１，Ｔ２，…は、各時間復調部６１０の周期信号の周期である。
２） △ｔ１，△ｔ２，…から最大のものを一つ選び△ｔｍａｘとする。あるいは、周期が最大の周期信号に対応する△ｔｉを選んでも良い。
３） 各ｉに対して△ｔｉ，Ｔｉ，△ｔｍａｘから次の方程式を考えｎｉを求める。
Figure 2007102403
 ４） 各ｎｉに最も近い整数値をそれぞれｎ'ｉとする。
５） ｎ'ｉを用いて下記の△ｔ'ｉを求める。
Figure 2007102403
 これは、各周期信号毎に、△ｔｍａｘの位置に合わせて、ｎ'i周期目の位置でのＮ次元目の軸方向での変位量を△ｔ'ｉとして求めたことになる。
図５８に２つの周期信号を用いた場合の上記の計算の様子を示す。同図では周期６の周期信号１に対して、△θ１＝５π／３，周期４の周期信号２に対して△θ２＝π／２が得られており、これが白丸で表されている。このとき△ｔ１＝５，△ｔ２＝１となる。また、△ｔ２＋Ｔ２，△ｔ２＋２Ｔ２の位置を黒丸で表している。△ｔｍａｘとして△ｔ１が選ばれ、上記の手順３）、４）によりｎ' ２＝１が得られる。これは、２つの黒丸のうち、左側の黒丸の位置で、２つの周期信号のそれぞれ位相が△θ１、△θ２の点が重なることを表す。結果、△ｔ' ２＝△ｔ２＋ｎ' ２Ｔ２＝５が得られる。
なお、△ｔｍａｘとして選んだ周期信号に対応するｉについては、ｎ'ｉ＝１となる。
６） 上記のようにして得た△ｔ'ｉの平均値を求め、全体としての変位量△ｔとする。
Figure 2007102403
 但し、ｋは周期信号の個数である。
図５８の例では、各同期変位量の検出に誤差がない場合の例を示したが、各同期変位量の検出に誤差があった場合には、ｎｉが整数とはならない可能性がある。上記の手順４）でｎ'ｉを整数として求め、最後に△ｔ'ｉの平均値を求めることで、誤差を考慮したＮ次元目の軸における変位量の最尤値を求めることになる。
また、△ｔ'ｉの平均値を求める際、例えば、明らかに位置のずれた変位量を無視するようにしても良い。これにより、例えば、特定の周期信号に対応する周波数に対して攻撃が加えられ、検出複素パターン３１６１から得られる同期変位量の検出に失敗してしまった場合を除去して考えることができる。
７） △ｔは実際のＮ次元目の方向の変位量を精度よく求められた値であるから、これから各周期信号の同期変位量
Figure 2007102403
 を求めなおす。
Figure 2007102403
 上記のように各検出複素パターン３１６１毎に得られた同期変位量３１６２に基づいてＮ次元目の方向の変位量を精度良く求め、それを用いて同期変位量を求め直すことで、より精度の高い同期変位量を算出することが可能となり、結果、電子透かしの検出精度を高めることができる。
<第７の実施の形態の特徴>
本実施の形態の電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置によれば、複数の周波数帯域を用いることでより情報長の長い埋め込み情報を電子透かしとして埋め込むことができる。
また、各個々別々に同期合わせが行われて得られた結果の検出系列を、最終的に全体として相関値を計算して検出の信頼性を評価することで、個々別々に電子透かしを埋め込み、検出を行うよりもより正確に全体の検出結果の信頼性を明らかにすることができる。
また、スペクトル拡散系列長をより長くすることができ、より信頼性の高い電子透かし埋め込みを行うことができる。これについて下記に説明する。
前述の文献「山本奏、中村高雄、高嶋陽一、片山淳、北原亮、宮武隆「フレーム重畳型動画像電子透かしの検出性能評価に関する一考察」情報科学技術フォーラムFIT2005, J-029, 2005」によると、スペクトル拡散と相関計算を利用した電子透かしの場合、電子透かしの偽陽性の意味での検出の信頼性を表す検出評価値は、スペクトル拡散の系列長の平方根に比例して大きくなる。一方、本実施の形態のように複数の周波数帯域に重畳して電子透かしを埋め込むとき、全体の信号劣化を抑えるためには各周波数帯域毎の透かし信号のエネルギーを少なくする必要がある。すなわち、信号劣化の程度を変化させずに（例えば、PSNRの値を変化させずに）ｎ個の周波数帯域に多重化する場合、個々の透かし信号のエネルギーは単独の周波数帯域に埋め込む場合と比較して１／ｎとなり、振幅は１／√ｎとなる。これは、個々の埋め込み強度が１／√ｎとなることと等しい。
前述の文献「山本奏、中村高雄、高嶋陽一、片山淳、北原亮、宮武隆「フレーム重畳型動画像電子透かしの検出性能評価に関する一考察」情報科学技術フォーラムFIT2005, J-029, 2005」によると、埋め込み強度が１／√ｎとなるとき、透かしにとってノイズとなる原画成分が十分小さければ、電子透かしの検出評価値は、埋め込み強度によらず一定となる（当該文献の図１でαが大きくなる極限、すなわち埋め込み強度が原画成分に比べて十分に大きくなるとき、Ｅ［ρ］は√ｌに漸近する）また、透かしにとってノイズとなる原画成分が十分大きければ、電子透かしの検出評価値は、１／√ｎとなる（当該文献の図１でαが小さくなる極限、すなわち埋め込み強度が原画成分に比べて十分に小さくなるとき、Ｅ［ρ］は原点を通る直線に近づく）。
結果として、ｎ個の周波数帯域に多重化する場合、単独の周波数帯域に埋め込む場合と比較して、
−透かしにとってノイズとなる原画成分が十分小さければ、電子透かしの検出評価値は、スペクトル拡散の系列長の平方根に比例して大きくなり、
−透かしにとってノイズとなる原画成分が十分大きい場合でも、最悪でも電子透かしの検出評価値は変化しない
こととなり、全体としては検出評価値は大きくなり、結果としてより信頼度の高い検出が可能となる。
また、各検出複素パターン３１６１毎に得られた同期変位量３１６２に基づいてＮ次元目の方向の変位量を精度良く求め、それを用いて同期変位量を求め直す方法を用いれば、より精度の高い同期変位量を算出することが可能となり、電子透かしの検出精度を高めることができ、逆に同程度の検出精度であれば電子透かしの埋め込みを弱くすることができ、品質劣化の少ない電子透かしを実現できる。
また、時間変調部５２０及び時間復調部６１０として、本発明の第２の実施の形態の時間変調部１３０ｂ及び時間復調部２１０ｃ、２１０ｄを利用する場合には、複数の周波数の時間変調、時間復調の処理を一度のフーリエ変換で実施することができ、より高速な処理が可能となる。
［第８の実施の形態］
<時間多重埋め込み>
以下に、本発明の第８の実施の形態における電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置について説明する。
本実施の形態は、第５の実施の形態における電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置を利用し、入力前信号に対して同期パターンとそれに続く複数の埋め込み情報に基づく埋め込みパターンを埋め込み、同期の変位量を検出して多量の埋め込み情報を効率よく埋め込み、検出する例である。
<電子透かし埋め込み装置>
本実施の形態における電子透かし埋め込み装置は、第１の実施の形態における電子透かし埋め込み装置１００と同様の構成を持っており、複素パターン生成部１１０の動作が一部異なっている。
本実施の形態における電子透かし埋め込み装置１００による電子透かしの埋め込み処理は以下の手順で行われる。
図５９は、本発明の第８の実施の形態における電子透かし埋め込み装置の動作のフローチャートである。
ステップ１９０１） 複素パターン生成部１１０において、入力された埋め込み情報９１１に基づいて埋め込み複素パターン９２１を生成する。このとき、時間変調部１３０の周期信号生成部１３１の生成する周期信号の１周期毎に、埋め込み情報に基づいて埋め込み複素パターン９２１が変化するように生成する。
複素パターン生成部１１０の動作の詳細については後述する。
ステップ１９０２） 時間変調部１３０において、複素パターン生成部１１０で生成され第１の記憶部１５０に格納されている複素パターン９２１に基づいて埋め込みパターン９２２を生成し、第２の記憶部１６０に格納する。
時間変調部１３０の動作は、複素パターン生成部１１０の生成した埋め込み複素パターン９２１に応じて、埋め込みパターン９２２が周期毎に変化する点を除いて、第１の実施の形態における時間変調部１３０の動作と同様である。
なお、時間変調部１３０については、その他の実施の形態の時間変調部を用いてもよい。例えば、第２の実施の形態の時間変調部１３０ｂを用いても構わないし、第６の実施の形態の時間変調部１３０ｃを用いても構わない。
ステップ１９０３） 埋め込みパターン重畳部１４０において、時間変調部１３０で生成され、第２の記憶部１６０に格納されている埋め込みパターン９２２を、入力された埋め込み前信号９１２に重畳し、埋め込み済み信号９２３を出力する。
埋め込みパターン重畳部１４０の動作は、第１の実施の形態と同様である。
<電子透かし埋め込み装置−複素パターン生成部>
以下に、複素パターン生成部１１０ｃの動作の詳細を説明する。
図６０は、本発明の第８の実施の形態における複素パターン生成部の構成例を示す。
複素パターン生成部１１０ｃは、埋め込み系列生成部１１７、複素配列生成部１１６、埋め込み情報分割部１１４、同期系列生成部１１５から構成され、埋め込み情報９１１が入力され、埋め込み複素パターン９２１を出力する。
複素パターン生成部１１０ｃによる埋め込み複素パターンの生成処理は以下の手順で実施される。
図６１は、本発明の第８の実施の形態における複素パターン生成部の動作のフローチャートである。
ステップ２００１） 同期系列生成部１１５において、予め決められた同期合わせ用の数値の列である同期系列９１７を生成する。
同期系列生成部１１５の動作の詳細については後述する。
ステップ２００２） 埋め込み情報分割部１１４において、入力された埋め込み情報９１１を複数の部分埋め込み情報９１６に分割する。分割の方法はどのようなものでも構わない。例えば、埋め込み情報９１１の前から順にＫビットずつ分割するようなものであってもよい。
ステップ２００３） 埋め込み系列生成部１１７において、埋め込み情報分割部１１４で得られた部分埋め込み情報９１６に基づいて、埋め込み情報を表す数値の列である埋め込み系列９１３を生成する。
埋め込み系列生成部１１７の動作は、複数の部分埋め込み情報９１６のそれぞれに対して埋め込み系列９１３を生成する点を除いて、第１の実施の形態の埋め込み系列生成部１１１と同様である。
ステップ２００４） 複素配列生成部１１６において、同期系列生成部１１５で生成された同期系列９１７及び、埋め込み系列生成部１１７で生成された各埋め込み系列９１３を、それぞれＮ−１次元の複素配列上の要素の実部及び虚部に割り当て、複数の埋め込み複素パターン９２１を生成する。
複素配列生成部１１６の動作の詳細については後述する。
<電子透かし埋め込み装置−複素パターン生成部−同期系列生成部>
同期系列生成部１１５では、次のような処理により同期系列１１５を生成する。
同期系列１１５は、電子透かし検出装置において同期合わせに用いる値の列であり、他の埋め込み系列と重複しないように擬似乱数列を用いて生成する。すなわち、擬似乱数列ＳＰＮ＝｛ＳＰＮ１，ＳＰＮ２，…，ＳＰＮＬ｝（Ｌは系列の長さ）とするとき、同期系列ｓ＝｛ｓ１，ｓ２，…，ｓＬ｝を
ｓ＝ＳＰＮ＝｛ＳＰＮ１，ＳＰＮ２，…，ＳＰＮＬ｝ （１１６）
のように決定しても良い。
<電子透かし埋め込み装置−複素パターン生成部−複素配列生成部>
複素配列生成部１１６の動作は、第１の実施の形態の電子透かし埋め込み装置における複素配列生成部１１２と類似しているが、同期系列９１７及び複数の埋め込み系列９１３のそれぞれに対応する複素配列を構成し、それを時間変調部１３０の周期信号生成部１３１の生成する周期信号の１周期毎に、埋め込み複素パターン９２１が順次入れ替わるように生成する点が異なっている。
複素配列生成部１１６では、次のような処理により埋め込み複素パターン９２１を生成する。
１） 第１の実施の形態の電子透かし埋め込み装置１００における複素配列生成部１１２と同様の手順により、同期系列生成部１１５で生成された同期系列９１７に基づいた埋め込み複素パターンＳＰを生成する。
２） 第１の実施の形態の電子透かし埋め込み装置１００における複素配列生成部１１２と同様の手順により、埋め込み系列生成部１１７で生成された各埋め込み系列９１３に基づいた埋め込み複素パターンＡ１，Ａ２，…，Ａｋを生成する。但し、ｋは埋め込み系列生成部１１７で生成された埋め込み系列９１３の数、即ち、埋め込み情報分割部１１４での情報の分割数である。
３） 時間変調部１３０の周期信号生成部１３１の生成する周期信号の１周期毎に、下記の順に埋め込み複素パターンを繰り返し出力する。
ＳＰ，ＳＰ，Ａ１，Ａ２，…，Ａｋ，ＳＰ，ＳＰ，Ａ１，Ａ２，…，Ａｋ，…
（１１７）
末尾の…は、全体が同様に繰り返されることを表す。
ここで、同期系列９１７に基づいた埋め込み複素パターンＳＰを２回繰り返して出力しているが、これは３回以上繰り返すようにしても構わない。その場合は、電子透かし検出装置において複数回繰り返していることを想定して電子透かしの検出を行うようにすることは言うまでもない。
このように生成された埋め込み複素パターン９２１に基づいて埋め込みパターンが生成され、埋め込み前信号に重畳されることで、埋め込み情報を時分割で埋め込むことになる。
図６２に、複数の情報を時分割で連続して埋め込む例を示す。同図のように、各埋め込み複素パターンから生成される埋め込みパターンが連結されて埋め込み前信号に重畳される。
<電子透かし検出装置>
図６３は、本発明の第８の実施の形態における電子透かし検出装置の構成例を示す。
同図に示す電子透かし検出装置７００は、埋め込み済み信号分割部７１０、同期時間復調部７２０、同期検出部７３０、同期済信号分割部７４０、時間復調部７５０、検出情報抽出部７６０、パターン記憶部７７０から構成され、埋め込み済み信号９２３が入力され、検出情報３８１２を出力する。
なお、図６３において、図１０との対応の理解を容易にするため、下から上に情報が流れるように構成が記載されていることに注意されたい。
電子透かし検出装置７００による電子透かしの検出処理は以下の手順で実施される。
図６４は、本発明の第８の実施の形態における電子透かし検出装置の動作のフローチャートである。
ステップ２１０１） 埋め込み済み信号分割部７１０において、電子透かし埋め込み装置１００の時間変調部１３０における周期信号の周期と同じ長さの分の埋め込み済み信号９２３を入力し、部分埋め込み済み信号３８１６を得る。
ステップ２１０２） 同期時間復調部７２０において、ステップ２１０１で分割された部分埋め込み済み信号３８１６に対し、第１の実施の形態における電子透かし検出装置の時間復調部２１０と同様の手順によって複素パターンに復調し、これを同期複素パターン３８１３とする。
なお、同期時間復調部７２０については、本発明のこの他の実施の形態における時間復調部と同様の動作としてもよい。例えば、第２の実施の形態の時間復調部２１０ｃの動作と同様にしても構わない。
ステップ２１０３） 同期検出部７３０において、ステップ２１０２で得られた同期複素パターン３８１３に対し、第５の実施の形態における電子透かし検出装置３００の同期検出部３２０と同様の手順によって同期変位量３８１４を求める。
同期検出部７３０において、同期変位量を求められなかった場合には、ステップ２１０１に戻り、１周期分後ろの埋め込み済み信号に対して処理を繰り返す。
同期検出部７３０の動作の詳細については後述する。
ステップ２１０４） 同期済信号分割部７４０において、ステップ２１０３で得られた同期変位量３８１４の分、埋め込み済信号９２３をシフトさせた位置から、電子透かし埋め込み装置１００の時間変調部１３０における周期信号の周期と同じ長さで埋め込み済み信号９２３を分割し、電子透かし埋め込み装置１００の埋め込み情報分割部１１４で分割された埋め込み情報の数の同期済部分信号３８１７を得る。
同期済信号分割部７４０の動作の詳細については後述する。
ステップ２１０５） 時間復調部７５０において、ステップ２１０４で分割された各同期済み部分信号３８１７に対し、第１の実施の形態における電子透かし検出装置２００の時間復調部２１０と同様の手順によって複素パターンに復調し、これを検出複素パターン３８１５とし、パターン記憶部７７０に格納する。
なお、時間復調部７５０については、本発明のこの他の実施の形態における時間復調部と同様の動作としてもよい。例えば、第２の実施の形態の時間復調部２１０ｃの動作と同様にしても構わない。
ステップ２１０６） 検出情報抽出部７６０において、ステップ２１０５で得られた各検出複素パターン３８１５に対し、第１の実施の形態における電子透かし検出装置２００の検出情報抽出部２２０と同様の手順により各々の検出情報を得た上で、さらに、各検出情報を連結し、全体の検出情報３８１２を出力する。
検出情報抽出部７６０の動作の詳細については後述する。
<電子透かし検出装置−同期検出部>
以下に、同期検出部７３０の動作の詳細を説明する。
同期検出部７３０における動作は、第５の実施の形態における電子透かし検出装置３００の同期検出部３２０と同様であるが、以下の点が異なっている。
第５の実施の形態における複素相関値計算部３２２において、想定される埋め込み系列に基づいて構成された複素数系列との複素相関を計算したのに対し、本実施の形態の複素相関値計算部３２２では、電子透かし埋め込み装置１１０ｃの同期系列生成部１１５で生成される同期系列９１７に基づいて構成された複素数系列との複素相関を計算する。
また、同期検出最大値判定部３２４において、絶対値１５１３の値が所定の閾値を越えていない場合には同期パターンを検出できなかったものと判断し同期変位量１５０２を出力しない。
前述のように埋め込み済み信号分割部７１０で１周期分ずつ順次切り出された埋め込み済信号に対して、同期変位量３８１４が求められるまで繰り返し処理を行うことになり、同期系列が見つかるまで埋め込み済信号を順次スキャンすることになる。
このとき、図６２で示したように、同期系列から構成された埋め込みパターン（図６２の「同期パターン」）は２回繰り返されているため、予め同期の取れていないどのようなタイミングから処理を開始しても、１周期分ずつの処理を行うだけでいずれ１周期分の同期パターンを巡回させたものにあたるため、同期パターンを検出することができる。
このとき、例えば、映像信号の場合などで１フレームずつずらしながら同期パターンを探す必要はなく、１周期分ずつ処理することができるため、効率的に同期パターンの探索が可能である。
この様子を図６５に示す。
<電子透かし検出装置−同期済信号分割部>
以下に、同期済信号分割部７４０の動作の詳細を説明する。
同期済信号分割部７４０では、同期検出部７３０で得られた同期変位量３８１４に基づき、同期を合わせた位置から埋め込み済信号９２３を１周期分ずつ分割する。
すなわち、同期変位量３８１４
Figure 2007102403
 の分だけ埋め込み済信号９２３を読み飛ばす、もしくは、Ｔ−△ｔの分だけ埋め込み済信号９２３を遡って分割を行えば、埋め込みパターンと同期のあった形で１周期分ずつ切り出すことができる。
なお、同期パターンの検出タイミングによって、同期済信号分割部７４０で分割された先頭の同期済部分信号３８１７が同期系列の埋め込まれた区間である場合と、一つ目の埋め込み系列が埋め込まれた区間である場合とありうるが、これについては各区間に対して再度同期系列もしくは該当する埋め込み系列の検出を試行することで容易に判断することが可能である。
このようにして、各埋め込み系列に対応する区間をそれぞれ同期済部分信号３８１７として切り出す。
<電子透かし検出装置―検出情報抽出部>
以下に、検出情報抽出部７６０の構成例を示す。
図６６は、本発明の第８の実施の形態における検出情報抽出部の構成例である。
検出情報抽出部７６０は、検出系列抽出部７６１、相関値計算部７６２、最大値判定部７６３、検出情報再構成部７６４、検出情報連結部７６５から構成され、検出複素パターン３８１５が入力され、検出情報３８１２を出力する。
なお、同図においては、図６０との対応の理解を容易にするため、下から上に情報が流れるように構成が記載されていることに注意されたい。
検出情報抽出部７６０による検出情報抽出処理は、以下の手順で実施される。
図６７は、本発明の第８の実施の形態における検出情報抽出部の動作のフローチャートである。
ステップ２２０１） 検出系列抽出部７６１、相関値計算部７６２、最大値判定部７６３、検出情報再構成部７６４の各部において、第１の実施の形態の電子透かし検出装置２００における検出情報抽出部２２０の対応する各部の動作と同様の処理によって部分検出情報３６１５を得る。
但し、入力された各検出複素パターン３８１５毎にそれぞれ処理を行い、検出情報再構成部７６４が複数の部分検出情報３６１５を出力する点が異なっている。
ステップ２２０２） 検出情報連結部７６５において、検出情報再構成部７６４で得られた複数の部分検出情報３６１５を連結し、検出情報３８１２を構成し、これを出力する。
複数の部分検出情報３６１５の連結は、電子透かし埋め込み装置の埋め込み情報分割部１１４における分割処理の逆処理となっている。例えば、埋め込み情報分割部１１４において埋め込み情報９１１の前から順にＫビットずつに分割するようにされている場合は、部分検出情報３６１５を順に連結するようにしてもよい。
<電子透かし検出装置のその他の構成例>
上記の例において、同期済信号分割部７４０では、１周期分ずつ埋め込み済信号を分割する例を示したが、電子透かし埋め込み装置１００の複素配列生成部１１６において、同期系列に対応する埋め込み複素パターンが、４回以上繰り返すようにして埋め込まれている場合には、同期済信号分割部７４０において、複数周期分ずつ埋め込み済信号を分割するようにしても構わない。
上記の例において、埋め込み済信号分割部７１０では、１周期分ずつ埋め込み済信号９２３を分割する例を示したが、電子透かし埋め込み装置１００の複素配列生成部１１６において、各埋め込み系列に対応する埋め込み複素パターンが、下記の例のように複数回ずつ続けて繰り返すように生成されている場合には、埋め込み済信号分割部７１０において、繰り返しの内の先頭位置を判断した上で複数周期分ずつ埋め込み済信号を分割するようにしてもよい。
ＳＰ，ＳＰ，ＳＰ，ＳＰ，Ａ１，Ａ１，Ａ２，Ａ２，…，Ａｋ，Ａｋ，ＳＰ，ＳＰ，…
（１１８）
繰り返しの内の先頭位置を判断するためには、同期変位量３８１４によって１周期の開始点は既に明らかであるため、１周期分で切り出した区間毎に同期系列もしくは該当する埋め込み系列の検出を試みることで容易に判断することが可能である。
<第８の実施の形態の特徴>
本実施の形態の電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置によれば、時分割で信号の区間毎に異なる部分埋め込み情報を埋め込むことで、多量の埋め込み情報を信号に埋め込むことが可能となる。
電子透かし検出においては、１周期開始点の同期合わせを容易に実施できるため、変位量を順次試すといった総当り的な手法、すなわち例えば映像信号の場合に同期信号を１フレームずれ毎にマッチングして探索するような手法によらず、効率的かつ高速に同期合わせを行い、電子透かしを検出することが可能となる。
また、本実施の形態の電子透かし埋め込み装置の変形例として、同期系列を各埋め込み系列に重畳するように埋め込むようにしてもよい。すなわち、同期系列から生成される埋め込みパターンを各埋め込み系列から生成される埋め込みパターンと加算し、次のように埋め込む。
ＳＰ＋Ａ１，ＳＰ＋Ａ２，ＳＰ＋Ａ３，…，ＳＰ＋Ａｋ，ＳＰ＋Ａ１，…
このように埋め込みを行った場合、同期系列を検出する際のステップ２１０１において、埋め込み済み信号９２３を周期信号の周期と同じ長さに分割せずに、同期系列の検出に十分な量の埋め込み済信号を用いて精度良く同期系列を検出できる。これから得られた同期変位量に基づいて埋め込み済信号を分割して各埋め込み系列を検出することができることは既に述べたものと同様である。
［第９の実施の形態］
<直交変換領域埋め込み>
以下に、第９の実施の形態における電子透かし埋め込み装置について説明する。
本実施の形態は、第１の実施の形態における電子透かし埋め込み装置の別な構成例を示すものである。
<電子透かし埋め込み装置>
図６８は、本発明の第９の実施の形態における電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置の構成例を示す。
本実施の形態における電子透かし埋め込み装置８００は、複素パターン生成部８１０、埋め込みパターン重畳部８２０、埋め込み前信号変換部８３０、埋め込み済信号逆変換部８４０、第１の記憶部８５０から構成され、埋め込み情報９１１、埋め込み前信号９１２が入力され、埋め込み済信号９２３を出力する。
以下に、電子透かし埋め込み装置８００の動作を説明する。
電子透かし埋め込み装置８００による電子透かし埋め込み処理は以下の手順で実施される。
図６９は、本発明の第９の実施の形態における電子透かし埋め込み装置の動作のフローチャートである。
ステップ２３０１） 複素パターン生成部８１０において、入力された埋め込み情報９１１に基づいて埋め込み複素パターン４０２１を生成し、第１の記憶部８５０に格納する。
複素パターン生成部８１０の処理は、第１の実施の形態の電子透かし埋め込み装置１００における複素パターン生成部１１０と同様である。
ステップ２３０２） 埋め込み前信号９１２から所定の区間Ｔの長さの信号を入力する。
ステップ２３０３） 埋め込み前信号変換部８３０において、ステップ２３０２で得た区間の位置（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１）毎に１次元離散フーリエ変換し、周波数分解し、変換済み埋め込み前信号４０２２を得る。
埋め込み前信号変換部８３０の動作の詳細については後述する。
ステップ２３０４） 埋め込みパターン重畳部８２０において、ステップ２３０３で得られた変換済み埋め込み前信号４０２２に対し、ステップ２３０１で得られた埋め込み複素パターン４０２１を重畳し、逆変換前埋め込み済み信号４０２３を得る。
埋め込みパターン重畳部８２０の動作の詳細については後述する。
ステップ２３０５） 埋め込み済信号逆変換部８４０において、ステップ２３０４で得られた逆変換前埋め込み済信号４０２３に対し、位置（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１）毎に一次元離散逆フーリエ変換し、埋め込み済み信号９２３を得る。
埋め込み済信号逆変換部８４０の動作の詳細については後述する。
ステップ２３０６） 埋め込み前信号９１２を全て処理し終えるまで上記のステップ２３０２〜２３０５を繰り返す。
<電子透かし埋め込み装置−埋め込み前信号変換部>
以下に、埋め込み前信号変換部８３０の動作の詳細について説明する。
埋め込み前信号変換部８３０では、埋め込み前信号９１２から取り出された区間Ｔの信号を１次元の離散フーリエ変換し、周波数分解する。
具体的に式を用いて以下に説明する。
埋め込み前信号９１２をＩ（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，ｔ）とする。
Ｉ（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，ｔ）を次のように一次元離散フーリエ変換し、η（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，u）を得る。
Figure 2007102403
 但し、Ｔは予め決められた所定の標本数であるとする。
η（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，u）を変換済み埋め込み前信号４０２２として出力する。
<電子透かし埋め込み装置−埋め込みパターン重畳部>
以下に、埋め込みパターン重畳部８２０の動作の詳細を説明する。
埋め込みパターン重畳部８２０では、埋め込み前信号変換部８３０で得られたN次元の変換済み埋め込み前信号４０２２の、特定の周波数に対応するＮ−１次元平面部分に対し、複素パターン生成部８１０で生成されたＮ−１次元の埋め込み複素パターン４０２１を加算することで重畳し、重畳した結果の周波数を含む全体のN次元の信号を逆変換前埋め込み済み信号４０２３として出力する。
具体的に式を用いて以下に説明する。
埋め込み前信号変換部８３０で得られた変換済み埋め込み前信号４０２２をη（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，u）、複素パターン生成部８１０で得られた埋め込み複素パターン４０２１をP（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１）とし、生成する逆変換前埋め込み済み信号４０２３を、η'（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，u）とする。
Figure 2007102403
 但し、＊は複素共役を表し、ｕ０は予め決められた周波数、Ｕは周波数標本の数であるとする。すなわち、ここでは、ｕ＝ｕ０とｕ＝Ｕ−ｕ０が周波数ｕ０に対応するＮ−１次元平面として選択されていることになる。なお、ｕ＝ｕ０とｕ＝Ｕ−ｕ０でＰの共役複素数を与えるのは離散逆フーリエ変換の結果得られる信号が実数値となるためである。
また、αは強度パラメータであり、埋め込み前信号９１２の全体または部位から算出される特徴量に応じて変化するように構成されていても構わない点は、第１の実施の形態における埋め込みパターン重畳部１４０の場合と同様である。
また、埋め込み前信号９１２の大きさが埋め込み複素パターン４０２１よりも大きい場合は、埋め込み複素パターン４０２１を繰り返すように加算してもよい点も、第１の実施の形態における埋め込みパターン重畳部１４０の場合と同様である。
また、埋め込み複素パターンの重畳に先立ち、埋め込み複素パターン４０２１を複数倍、もしくは埋め込み前信号９１２の大きさに揃うように拡大するようにしても良い点も、第１の実施の形態における埋め込みパターン重畳部１４０の場合と同様である。
また、埋め込み複素パターンの重畳に先立ち、実際に重畳を行うｕ＝ｕ０及びｕ＝ｕ−ｕ０となる変換済み埋め込み信号４０２２の部分をＮ−１次元の離散フーリエ変換で変換した後に重畳を行い、さらに、Ｎ−１次元の離散逆フーリエ変換で逆変換するようにしてもよい。
Ｎ−１次元の離散フーリエ変換を行う場合、埋め込み前信号変換部８３０での一次元離散フーリエ変換と合わせて、１回のＮ次元の離散フーリエ変換として処理してもよい。また、同様に、Ｎ−１次元の離散逆フーリエ変換を、後述の埋め込み済み信号逆変換部８４０での一次元離散逆フーリエ変換と合わせて、１回のＮ次元離散逆フーリエ変換として処理してもよい。但し、上記のように一次元離散フーリエ変換とＮ−１次元の離散フーリエ変換、一次元離散逆フーリエ変換とＮ−１次元の離散逆フーリエ変換とを、個々別々に実施することで、実際に重畳を行うｕ＝ｕ０及びｕ＝Ｕ−ｕ０のＮ−１次元平面についてのみＮ−１次元の離散フーリエ変換、離散逆フーリエ変換を行えば済むことから、処理を高速に行える利点がある。
<埋め込み済信号逆変換部>
以下に埋め込み済み信号逆変換部８４０の動作の詳細について説明する。
埋め込み済信号逆変換部８４０では、逆変換前埋め込み済み信号４０２３を位置（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１）毎に一次元離散逆フーリエ変換し、埋め込み済信号９２３を得る。
具体的に式を用いて以下に説明する。
逆変換前埋め込み済信号４０２３をη'（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，u）とする。
η'（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，u）を次のように一次元離散逆フーリエ変換し、I'（ｘ１，ｘ２，…，ｘＮ−１，ｔ）を得る。
Figure 2007102403
 <第９の実施の形態の特徴>
本実施の形態の電子透かし埋め込み装置によれば、第１の実施の形態の電子透かし埋め込み装置と同様の特徴を持つ電子透かしを埋め込むことができる。
また、第７の実施の形態と同様の方法により、複素パターン生成部８１０において複数の複素パターンを生成し、埋め込みパターン重畳部８２０において、変換済埋め込み前信号４０２２の複数の周波数に対応するＮ−１次元平面部分に各複素パターンを加算するようにすることで、第７の実施の形態の電子透かし埋め込み装置と同様の特徴を持つ電子透かしを埋め込むことができる。
［その他の実施の形態]
以下に本発明のその他の実施の形態として、各実施の形態と組み合わせることができる構成例を示す。
<検出時のプレフィルタ使用>
第１乃至／及び第８の各実施の形態において、周期信号として正弦波を利用した場合、電子透かしが埋め込まれているのはN次元目の方向（例えば映像信号の場合に時間方向）の単一周波数になる。その他の周期信号を用いた場合にも、その基本周波数が最も重要である。電子透かし検出装置による検出に先立ち、埋め込み済み信号に対して該当の周波数を強調するフィルタ処理を行うことでより高精度に電子透かしの検出ができるようにしてもよい。
フィルタの例としては、FIRフィルタやIIRフィルタなどのデジタルフィルタを用いて特定の周波数帯域を強調する帯域通過型フィルタを構成しても良い。また、所定の閾値を越えるまたは下回る信号値を該当閾値に抑えるクリッピングフィルタや、所定の閾値を越えるまたは下回る信号値を０と見做すεフィルタ等といった非線形フィルタを用いることで、原画成分等の電子透かしにとってのノイズ成分を効率的に除去しながら電子透かし成分を残すようなフィルタ処理を行ってもよい。
また、本発明の第７の実施の形態においては、複数の周期信号を用いて複数の周波数帯域を利用して電子透かしを埋め込んでいるが、それぞれの周期信号に対する時間復調の処理に先立って、それぞれの周期信号に合わせた特性を持つフィルタをそれぞれ用いてフィルタ処理を行うようにしてもよい。
特に、本発明ではＮ次元目の方向の単一の周波数を用いて電子透かしの埋め込みを行うため、直線位相特性がなく位相特性の悪いフィルタを使用しても検出性能への影響がない。よってIIRフィルタのように位相特性の悪い代わりに少ないTAP数で鋭敏な周波数特性を持ち高速処理の可能なフィルタを用いることが可能となり高精度な電子透かし検出処理を高速に実行することが可能である。
<埋め込み済信号に対する処理>
本発明の各実施の形態において、例えば、図１０、図５２、図６８などでは、電子透かし埋め込み装置から出力された埋め込み済み信号を直接電子透かし検出装置に入力するように描かれているが、埋め込み済信号を圧縮、符号化、配信、編集、改変などした上で電子透かし検出装置に入力されてもよいことは言うまでもない。また、埋め込み済信号を磁気媒体（例えば、VTR、DVD、フロッピー(登録商標）ディスク、CD、HDD等）やその他の媒体（フィルム等）に一旦記録したり、ネットワークを通じて伝送したり、光学的なデバイスを用いて再生（例えば映画としてスクリーンに映写する、CRTや液晶、プラズマなどのディスプレイで表示する等）したものをビデオカメラ、携帯電話のカメラ、フィルムを用いたカメラ等の撮影手段を用いて再撮影したりしても構わないことは言うまでもない。
<時間変調処理>
本発明の各実施の形態において、便宜上、「時間変調部」「時間復調部」と呼んでいるが、それが実際の信号において、必ずしも時間軸方向の変調を行うものである必要はなく、元のＮ−１次元と直交する次元であれば異なる次元方向の変調であっても構わない。
例えば、２次元の信号からなる画像信号に電子透かしを埋め込む場合に、画像の横方向で定義される１次元複素配列をＮ−１次元の埋め込み複素パターンとして構成し、これを縦方向に変調して２次元の埋め込みパターンを得るようにしても構わない。縦と横を入れ替えてもよいことは言うまでもない。
また、例えば、空間方向（Ｘ，Ｙ）２次元と時間方向１次元で合計３次元の映像信号に電子透かしを埋め込む場合に、画像の横方向と時間方向で定義される２次元複素配列をＮ−１次元の埋め込み複素パターンとして構成し、これを縦方向に変調して３次元の埋め込みパターンを得るようにしても構わない。縦と横を入れ替えてもよいことは言うまでもない。
また、本発明の各実施の形態においては、入力信号である埋め込み前信号はＮ次元の信号である場合を例に説明したが、M（>N）次元の入力信号に対して、Ｎ次元の埋め込みを繰り返すように構成してもよい。
例えば、空間方向（Ｘ，Ｙ）２次元と時間方向１次元で合計３次元の映像信号の入力に対して、映像の各フレーム画像毎に２次元の信号とみなし、上述のように横方向の１次元複素配列を縦方向に変調した２次元の埋め込みパターンを構成して埋め込みを行い、これを全てのフレームに対して繰り返し実施することで、電子透かしの埋め込みを行って構わない。電子透かしの検出に際しては、各フレーム毎に処理を行ってもよいし、各フレーム画像を重畳した信号に対して処理を行っても構わない。
<誤り訂正符号等の利用>
本発明の各実施の形態において、埋め込み系列生成部での埋め込み情報の処理に先立って、誤り訂正符号を用いて埋め込み情報を符号化してもよく、逆に、検出情報の出力に先立って誤り訂正符号を復号するようにしてもよい。
<Ｎ−１次元の直交変換>
本発明の第３の実施の形態では、Ｎ−１次元逆フーリエ変換部１１３、Ｎ−１次元フーリエ変換部２２５におけるＮ−１次元の複素パターンに対する直交変換の例として離散フーリエ変換を用いて説明したが、離散フーリエ変換以外の複素数から複素数の変換を行う直交変換方法を用いても構わない。
なお、Ｎ次元目の方向の同期変位を直交変換された領域で正しく処理できるためにはＮ次元目の方向の同期変位により発生した係数ｅｊ△θが保存される変換であればよく、直交変換は線形変換であることからこの条件は直交変換である時点で既に満たされている。
<一次元の線形変換>
また、第２の実施の形態では、時間変調部１３０ｂにおける一次元の変換の例として離散フーリエ変換を用いて説明したが、離散フーリエ変換以外の複素数から複素数の変換を行う線形変換方法であって、下記の条件を満たす周期関数を基底に持ち、逆変換が存在する線形変換方法であればどのようなものでも構わない。
また、同様に、本発明の第９の実施の形態では、埋め込み前信号変換部８３０及び埋め込み済信号逆変換部８４０における一次元の変換の例として一次元離散フーリエ変換及び一次元離散逆フーリエ変換を用いて説明したが、離散フーリエ変換以外の複素数から複素数の変換を行う線形変換方法であって、下記の条件を満たす周期関数を基底に持ち、逆変換が存在する線形変換方法であればどのようなものでも構わない。
条件：
１）周期分積分した結果が０となる。
２）自己相関関数が鋭敏なピークを持たない。
これらの条件の詳細については既に周期信号の例として述べたとおりである。
例えば、次のような線形変換であっても構わない。
Figure 2007102403
 の線形変換を考え、変換を表す変換行列をＡとする。ここでＣは複素数全体の集合を表す。
Figure 2007102403
 とする。
このときｆ（ｔ）を上記の条件を満たす周期ｎの周期関数とし、
Figure 2007102403
 となる変換行列Ａで表される線形変換であってもよい。ここでｊは虚数単位である。
ｆ（ｔ）は図４Ａ〜Ｃに示したような（図４Ａ）（ａ）正弦波、（図４Ｂ）（ｂ）三角波、（図４Ｃ）（ｃ）矩形波であってもよい。
<同期合わせ信号としての利用>
本発明の第５の実施の形態では、埋め込み情報を表す埋め込みパターン自体を用いて時間方向の同期変位量を検出する方法を示したが、本発明の同期変位量検出方法を任意の電子透かし方法と組み合わせて用いてもよい。すなわち、任意の電子透かし方法による電子透かし埋め込みと併せて、本発明の電子透かし埋め込み方法を用いて専用の同期合わせ信号を埋め込むように電子透かし埋め込み装置を構成しておき、本発明の同期変位量検出方法を用いて該同期合わせ信号から同期合わせを行った後に、任意の電子透かし検出方法を用いて埋め込み情報を検出して出力するよう、電子透かし検出装置を構成しても構わない。
また、同期系列を埋め込むための周期信号の周期を、埋め込み系列を埋め込むための周期信号の周期の整数倍となるようにしてもよい。
<その他>
本発明の各実施の形態で示した構成を適宜組み合わせ使用しても構わない。
また、上記の各実施の形態の電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置の各構成要素の動作をプログラムとして構築し、コンピュータにインストールして実行させる、または、ネットワークを介して流通させることが可能である。
また、構築されたプログラムをハードディスクや、フレキシブルディスク・ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬記憶媒体に格納し、コンピュータにインストールする、または、配布することが可能である。
以上説明したように、本発明の一実施形態によれば、Ｎ（Nは２以上の整数）以上の次元を持つ入力信号に対して埋め込み情報を電子透かしとして人間の知覚に感知されないように埋め込む電子透かし埋め込み装置であって、前記埋め込み情報に基づき埋め込み系列を生成し、第１の記憶手段に格納する埋め込み系列生成手段と、前記第１の記憶手段の前記埋め込み系列に基づきＮ−１次元パターンを生成する配列生成手段と、前記Ｎ−１次元パターン上の値に応じて周期信号を変調することによりＮ次元の埋め込みパターンを生成し、第２の記憶手段に格納する変調手段と、前記第２の記憶手段に格納されている前記Ｎ次元の埋め込みパターンを取得し、該埋め込みパターンを前記入力信号に重畳する埋め込みパターン重畳手段と、を有することを特徴とする電子透かし埋め込み装置が提供される。
この電子透かし埋め込み装置によれば、Ｎ−１次元のパターンをＮ次元目の方向に変調し埋め込みを行うことで、Ｎ−１次元のパターンの埋め込み情報をＮ次元空間に広めた冗長性により、例えば高圧縮や再撮影などの改変に対しても十分な耐性があり、品質劣化を抑え、情報長の長い情報を電子透かしとして埋め込むことができる。
また、Ｎ−１次元の空間でスペクトル拡散された埋め込み系列を利用してＮ次元目の方向での同期変位量に関わらず、同期合わせの不要、もしくは容易かつ高速に同期合わせの可能な電子透かしを埋め込むことができる。
前記変調手段は、前記Ｎ−１次元パターン上の位置によってＮ次元目の方向の位相がそれぞれ異なるようにＮ次元の埋め込みパターンを生成するよう構成してもよい。この構成によれば、周期信号の位相を用いて電子透かしを埋め込むことで、Ｎ−１次元のパターンをＮ次元目の方向に容易かつ高速に変調が可能であると共に、周期信号の位相変位を利用してＮ次元目の方向での同期変位量に関わらず、同期合わせの不要、もしくは容易かつ高速に同期合わせの可能な電子透かしを埋め込むことができる。また、最低の映像信号量子化値未満になって実際には電子透かしの埋め込みがなされないフレームが発生するのを防ぐことができ、電子透かしの伝送路としての映像信号を有効利用できると共に、電子透かしの振幅の大きいフレームを狙って改変するといった攻撃に対する耐性を増すことができる。
また、埋め込みパターンのＮ−１次元空間上で位相が拡散されていることにより、相関計算の結果の中で埋め込み前信号に起因して現れるノイズ成分の大きさがより小さくなり、結果、より信頼性の高い電子透かしの埋め込み、検出が可能となり、また従来と同程度の信頼性でより品質劣化の少ない電子透かしの埋め込み、検出が可能となる。
また、同一の基本周波数を持ち直交する２つの周期信号の和を用いて電子透かしを埋め込むことで、Ｎ−１次元のパターンをＮ次元目の方向に容易かつ高速に変調が可能であると共に、周期信号の位相変位を利用してＮ次元目の方向での同期変位量に関わらず、同期合わせの不要、もしくは容易かつ高速に同期合わせの可能な電子透かしを埋め込むことができる。
また、周期信号として矩形波や三角波といった、自己相関関数が鋭敏なピークを持たない特性を持ち、正弦波と比較して容易に計算可能な周期関数を利用することで、計算資源の乏しい環境においても電子透かしの埋め込み処理をより高速に実現することができる。
また、変調に離散フーリエ変換などの線形変換を利用することで、例えば、高速フーリエ変換などを用いてＮ−１次元のパターンをＮ次元の方向に容易かつ高速に変調が可能であると共に、離散フーリエ変換係数などの線形変換係数を利用してＮ次元目の方向での同期ずれに関わらず、同期合わせの不要、もしくは容易かつ高速に同期合わせの可能な電子透かしを埋め込むことができる。
また、前記電子透かし埋め込み装置において、前記Ｎ−１次元パターンが複素数パターンであって、前記配列生成手段は、前記埋め込み系列の一部を実部、一部を虚部となるように前記Ｎ−１次元パターンを生成するようにしてもよい。
この構成によれば、複素数の実部、虚部を利用して埋め込みを行うと共に、パターンの対称性に関する制約がなく、Ｎ−１次元の空間全体を用いて埋め込みを行うことができ、スペクトル拡散系列長を長くすることができ、検出の信頼性が高く、また従来と同じ程度の信頼性でより長い埋め込み情報長を電子透かしとして埋め込むことができ、従来と同程度の信頼性と情報長でより品質劣化の少ない電子透かしを埋め込むことができる。
また、前記電子透かし埋め込み装置において、前記Ｎ−１次元パターンが複素数パターンであって、前記変調手段は、前記Ｎ−１次元パターン上の複素数の偏角が変調信号の位相となり、絶対値が変調信号の大きさとなるように前記周期信号を変調するようにしてもよい。
この構成によれば、Ｎ次元目の方向での同期変位量に関わらず、同期合わせの不要、もしくは容易かつ高速に同期合わせの可能な電子透かしを埋め込むことができる。また、複素数の偏角がＮ次元目の軸の方向の変調信号の位相となるため、最低の映像信号量子化値未満になって実際には電子透かしの埋め込みがなされないフレームが発生するのを防ぐことができ、電子透かしの伝送路としての映像信号を有効利用できると共に、電子透かしの振幅の大きいフレームを狙って改変するといった攻撃に対する耐性を増すことができる。
また、前記電子透かし埋め込み装置において、前記埋め込み系列生成手段は、生成された前記埋め込み系列を分割して複数の埋め込み系列を生成し、前記第１の記憶手段に格納し、前記配列生成手段は、前記第１の記憶手段に格納された前記複数の埋め込み系列毎に各々対応するＮ−１次元パターンを生成し、前記変調手段は、前記Ｎ−１次元パターン毎に各々対応するＮ次元の埋め込みパターンを生成し、前記第２の記憶手段に格納し、前記埋め込みパターン重畳手段は、前記第２の記憶手段の前記埋め込みパターンを全て加算した後に、前記入力信号に重畳する、ように構成してもよい。
この構成によれば、複数の周期信号を利用して情報を埋め込むことで、より情報長の長い埋め込み情報を電子透かしとして埋め込むことができ、また、検出結果の信頼性をより正確に明らかにすることができると共に、スペクトル拡散系列長を長くすることができ、より信頼性の高い電子透かし埋め込みを行うことができる。
また、本発明の一実施態様によれば、 Ｎ（Nは２以上の整数）以上の次元を持つ入力信号に対して埋め込み情報を電子透かしとして人間の知覚に感知されないように埋め込む電子透かし埋め込み装置であって、前記埋め込み情報に基づき埋め込み系列を生成し、第１の記憶手段に格納する埋め込み系列生成手段と、前記第１の記憶手段に格納されている前記埋め込み系列に基づきＮ−１次元パターンを生成し、第２の記憶手段に格納する配列生成手段と、前記入力信号を直交変換し、変換済信号を得る変換手段と、前記第２の記憶手段に格納されている前記Ｎ−１次元パターンを前記変換済信号の一部のＮ−１次平面に重畳し、逆変換前信号を得る埋め込みパターン重畳手段と、前記逆変換前信号を直交逆変換し、埋め込み済み信号を得る逆変換手段と、を有することを特徴とする電子透かし埋め込み装置が提供される。
この電子透かし埋め込み装置によれば、Ｎ−１次元のパターンをＮ次元目の方向の信号として埋め込み前信号に重畳して埋め込みを行うことで、Ｎ−１次元のパターンの埋め込み情報をＮ次元空間に広めた冗長性により、例えば高圧縮や再撮影などの改変に対しても十分な耐性があり、品質劣化を抑え、情報長の長い情報を電子透かしとして埋め込むことができる。また、パターンの対称性に関する制約がなくＮ−１次元の空間全体を用いて埋め込みを行うことができ、スペクトル拡散系列長を長くすることができ、検出の信頼性が高く、また、従来と同程度の信頼性でより長い埋め込み情報長を電子透かしとして埋め込むことができ、従来と同程度の信頼性と情報長でより品質劣化の少ない電子透かしを埋め込むことができる。また、Ｎ−１次元の空間でスペクトル拡散された埋め込み系列を利用してＮ次元目の方向での同期変位量に関わらず、同期合わせの不要、もしくは容易かつ高速に同期合わせの可能な電子透かしを埋め込むことができる。また、最低の映像信号量子化値未満になって実際には電子透かしの埋め込みがされないフレームが発生するのを防ぐことができ、電子透かしの伝送路としての映像信号を有効利用できると共に、電子透かしの振幅の大きいフレームを狙って改変するといった攻撃に対する耐性を増すことができる。
前記電子透かし埋め込み装置において、前記埋め込み系列生成手段は、複数の埋め込み系列を生成して前記第１の記憶手段に格納し、前記配列生成手段は、前記第１の記憶手段に格納されている前記複数の埋め込み系列毎に各々対応するＮ−１次元パターンを生成し、前記第２の記憶手段に格納し、前記埋め込みパターン重畳手段は、前記第２の記憶手段に格納されている前記Ｎ−１次元パターンを前記変換済み信号の複数のＮ−１次元平面にそれぞれ重畳する、ようにしてもよい。
この構成によれば、変換済みの信号の複数のＮ−１次元平面にＮ−１次元パターンを重畳することで、より情報長の長い埋め込み情報を電子透かしとして埋め込むことができ、また、検出結果の信頼性をより正確に明らかにすることができると共に、スペクトル拡散系列長を長くすることができ、より信頼性の高い電子透かし埋め込みを行うことができる。
また、本発明の一実施態様によれば、Ｎ（Nは２以上の整数）以上の次元を持つ入力信号に対して予め人間の知覚に感知されないように埋め込まれた電子透かしを検出する電子透かし検出装置であって、前記入力信号の一つの次元方向における所定の周期信号の成分を測定し、Ｎ−１次元パターンを求める復調手段と、前記Ｎ−１次元パターンの値から検出系列を求め、記憶手段に格納する検出系列抽出手段と、前記記憶手段に格納された前記検出系列と埋め込み系列の相関値の大きさに基づいて、埋め込まれている電子透かしを検出する相関値計算手段と、を有することを特徴とする電子透かし検出装置が提供される。
この電子透かし検出装置によれば、Ｎ−１次元のパターンの埋め込み情報をＮ次元空間に広めた冗長性により、例えば、高圧縮や再撮影などの改変に対しても十分な耐性があり、品質劣化を抑え、情報長の長い情報を電子透かしの検出ができる。また、Ｎ−１次元の空間でスペクトル拡散された埋め込み系列を利用してＮ次元目の方向での同期変位量に関わらず、同期合わせの不要、もしくは容易かつ高速に同期合わせの可能な電子透かしの検出ができる。
また、復調に離散フーリエ変換などの線形変換を利用することで、例えば、高速フーリエ変換などを用いてＮ次元の信号からＮ−１次元のパターンを容易かつ高速に復調が可能であると共に、離散フーリエ変換係数など線形変換係数を利用してＮ次元目の方向での同期ずれに関わらず、同期合わせの不要、もしくは容易かつ高速に同期合わせの可能な電子透かしの検出ができる。
前記復調手段は、同一の周波数を持つ直交する２つの周期信号を生成し、前記入力信号と前記周期信号との相関に基づいてＮ−１次元パターンを求めるように構成してもよい。
この構成によれば、Ｎ−１次元のパターンをＮ次元目の方向に容易かつ高速に復調が可能であると共に、周期信号の位相変位を利用してＮ次元目の方向での同期変位量に関わらず、同期合わせの不要、もしくは容易かつ高速に同期合わせの可能な電子透かし検出が可能である。
また周期信号として矩形波や三角波といった、自己相関関数が鋭敏なピークを持たない特性を持ち、正弦波と比較して容易に計算可能な周期関数を利用することで、計算資源の乏しい環境においても電子透かしの検出処理をより高速に実現することができる。
また、前記復調手段は、前記入力信号をＮ次元目の方向の差分もしくは微分値に基づいて復調を行うように構成することができる。
この構成によれば、信号の差分もしくは微分を用いて周期信号による復調を行うことで、検出精度の高い電子透かし検出が可能になると共に、同程度の検出性能において信号劣化のより少ない電子透かし方式を可能にする。
前記電子透かし検出装置において、前記Ｎ−１次元パターンが複素数パターンであって、前記検出系列抽出手段は、前記Ｎ−１次元パターンの実部及び虚部の値に基づいて前記検出系列を求め、前記記憶手段に格納することとしてもよい。
この構成によれば、複素数の実部、虚部を利用して埋め込まれた電子透かしの検出により、パターンの対称性に関する制約がなくＮ−１次元の空間全体を用いて埋め込まれているため、スペクトル拡散系列長を長くすることができ、検出の信頼性が高く、また従来と同程度の信頼性でより長い埋め込み情報を電子透かしとして検出することができ、従来と同程度の信頼性と情報長でより品質劣化の少ない電子透かしの検出が可能となる。
また、前記電子透かし検出装置において、前記Ｎ−１次元パターンが複素数パターンであって、前記相関値計算手段が、各ビット毎の複素相関値を求め、各ビット毎の複素相関値の向きを揃えた上でそれらの総和をとり、この総和に基づいて埋め込まれている電子透かしを検出することとしてもよい。この構成によれば、各ビット毎に検出するよりもビット判定誤りが少なくなり、より高い耐性を実現できる。
また、前記電子透かし検出装置において、前記Ｎ−１次元パターンが複素数パターンであって、前記相関値計算手段は、複素相関値の絶対値に基づいて埋め込まれている電子透かしを検出することとしてもよい。
この構成によれば、複素相関値の絶対値を用いて検出を行うことで、Ｎ次元目の方向で同期のずれた入力信号に対しても埋め込み系列との相関を得ることができ、同期合わせの不要な電子透かし検出ができる。
また、前記電子透かし埋め込み装置において、前記Ｎ−１次元パターンが複素数パターンであって、前記相関値計算手段が、各ビット毎の複素相関値を求め、各ビット毎の複素相関値の向きを揃えた上でそれらの総和をとり、この総和の偏角に基づき、前記入力信号の同期変位量を求める同期手段を有するようにしてもよい。これにより、同期変位量を測定することができ、容易かつ高速な同期合わせによる電子透かし検出が可能となる。また、各ビット毎の複素相関値に基づいて同期変位量を求めるよりも、より確実で精度の高い同期変位量の測定が可能となる。
また、前記電子透かし埋め込み装置において、前記Ｎ−１次元パターンが複素数パターンであって、前記検出系列と前記埋め込み系列の複素相関値の偏角に基づき、前記入力信号の同期変位量を求める同期手段を有することとしてもよい。
複素相関値の偏角を用いて検出を行うことで、Ｎ次元目の方向で同期のずれた入力信号に対しても埋め込み系列との相関を得られ、同期変位量を測定することができ、容易かつ高速な同期合わせによる電子透かし検出が可能となる。
前記電子透かし埋め込み装置において、前記復調手段は、複数の周期信号の位相を測定し、複数のＮ−１次元パターンを求め、前記同期手段は、複数のＮ−１次元パターン毎に各々同期変位量を求め、前記検出系列抽出手段は、前記複数のＮ−１次元パターンから各々対応する前記同期変位量に基づいて同期を補正して検出系列を求め、前記記憶手段に格納し、前記相関値計算手段は、前記複数のＮ−１次元パターン毎に得られた前記記憶手段に格納されている前記検出系列を結合した系列と前記埋め込み系列の相関値を計算することとしてもよい。
この構成によれば、複数の周期信号を利用して埋め込まれた電子透かしを検出することで、より情報長の長い埋め込み情報を電子透かしとして検出することができ、また、検出結果の信頼性をより正確に明らかにすることができると共に、スペクトル拡散系列長を長くすることができ、より信頼性の高い電子透かしの検出が可能となる。
また、前記同期手段は、前記複数のＮ−１次元パターン毎に得られた同期変位量を元に、Ｎ次元目の軸方向の全体の変位量を求めるように構成してもよい。この構成によれば、各検出複素パターンの同期変位量を精度よく求めることができ、検出精度の高い、また、同程度の検出精度において品質劣化の少ない電子透かし検出が可能となる。
また、前記同期手段は、予め埋め込まれた同期系列を検出し、同期合わせを行い、前記同期変位量に応じて入力信号を再分割し、残る複数の埋め込み情報を検出する検出手段を有することとしてもよい。この構成によれば、時間方向に分割された埋め込み情報を検出することで、より長い埋め込み情報を信号に埋め込むことができ、電子透かしの適用アプリケーションを拡大することができる。
また、本発明の一実施態様によれば、Ｎ（Nは２以上の整数）以上の次元を持つ入力信号に対して埋め込み情報を電子透かしとして人間の知覚に感知されないように埋め込むための電子透かし埋め込みプログラムであって、コンピュータを、前記埋め込み情報に基づき埋め込み系列を生成し、第１の記憶手段に格納する埋め込み系列生成手段、前記第１の記憶手段の前記埋め込み系列に基づきＮ−１次元パターンを生成する配列生成手段、前記Ｎ−１次元パターン上の値に応じて周期信号を変調することによりＮ次元の埋め込みパターンを生成し、第２の記憶手段に格納する変調手段、前記第２の記憶手段に格納されている前記Ｎ次元の埋め込みパターンを取得し、該埋め込みパターンを前記入力信号に重畳する埋め込みパターン重畳手段、として機能させる電子透かし埋め込みプログラムが提供される。
また、本発明の一実施態様によれば、Ｎ（Nは２以上の整数）以上の次元を持つ入力信号に対して埋め込み情報を電子透かしとして人間の知覚に感知されないように埋め込むための電子透かし埋め込みプログラムであって、コンピュータを、前記埋め込み情報に基づき埋め込み系列を生成し、第１の記憶手段に格納する埋め込み系列生成手段、前記第１の記憶手段に格納されている前記埋め込み系列に基づきＮ−１次元パターンを生成し、第２の記憶手段に格納する配列生成手段、前記入力信号を直交変換し、変換済信号を得る変換手段、前記第２の記憶手段に格納されている前記Ｎ−１次元パターンを前記変換済信号の一部のＮ−１次平面に重畳し、逆変換前信号を得る埋め込みパターン重畳手段、前記逆変換前信号を直交逆変換し、埋め込み済み信号を得る逆変換手段、として機能させる電子透かし埋め込みプログラムが提供される。
更に、本発明の一実施態様によれば、Ｎ（Nは２以上の整数）以上の次元を持つ入力信号に対して予め人間の知覚に感知されないように埋め込まれた電子透かしを検出する電子透かし検出プログラムであって、コンピュータを、前記入力信号の一つの次元方向における所定の周期信号の成分を測定し、Ｎ−１次元パターンを求める復調手段、前記Ｎ−１次元パターンの値から検出系列を求め、記憶手段に格納する検出系列抽出手段、前記記憶手段に格納された前記検出系列と埋め込み系列の相関値の大きさに基づいて、埋め込まれている電子透かしを検出する相関値計算手段、として機能させる電子透かし検出プログラムが提供される。
本発明は、静止画像・動画像に電子透かしを埋め込む技術、及び、電子透かしを検出する技術に適用可能である。
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において種々変更・応用が可能である。
本国際出願は２００６年３月７日に出願された日本国特許出願第２００６−０６１７４５号に基づく優先権を主張するものであり、その全内容を本国際出願に援用する。

Claims (38)

  1. 埋め込み系列生成手段、配列生成手段、変調手段、記憶手段、埋め込みパターン重畳手段と、を有する電子透かし埋め込み装置において、Ｎ（Nは２以上の整数）以上の次元を持つ入力信号に対して埋め込み情報を電子透かしとして人間の知覚に感知されないように埋め込む電子透かし埋め込み方法であって、
    前記埋め込み系列生成手段が、前記埋め込み情報に基づき埋め込み系列を生成し、第１の記憶手段に格納し、
    前記配列生成手段が、前記第１の記憶手段の前記埋め込み系列に基づきＮ−１次元パターンを生成し、
    前記変調手段が、前記Ｎ−１次元パターン上の値に応じて周期信号を変調することによりＮ次元の埋め込みパターンを生成し、第２の記憶手段に格納し、
    前記埋め込みパターン重畳手段が、前記第２の記憶手段に格納されている前記Ｎ次元の埋め込みパターンを取得し、該埋め込みパターンを前記入力信号に重畳する埋め込む、
    ことを特徴とする電子透かし埋め込み方法。
  2. 前記変調手段は、前記Ｎ−１次元パターン上の位置によってＮ次元目の方向の位相がそれぞれ異なるようにＮ次元の埋め込みパターンを生成する請求項１記載の電子透かし埋め込み方法。
  3. 前記Ｎ−１次元パターンが複素数パターンであって、
    前記配列生成手段は、前記埋め込み系列の一部を実部、一部を虚部となるように前記Ｎ−１次元パターンを生成する請求項１または２記載の電子透かし埋め込み方法。
  4. 前記Ｎ−１次元パターンが複素数パターンであって、
    前記変調手段は、前記Ｎ−１次元パターン上の複素数の偏角が変調信号の位相となり、絶対値が変調信号の大きさとなるように前記周期信号を変調する請求項１乃至３のうちいずれか1項記載の電子透かし埋め込み方法。
  5. 前記埋め込み系列生成手段が、生成された前記埋め込み系列を分割して複数の埋め込み系列を生成し、前記第１の記憶手段に格納し、
    前記配列生成手段が、前記第１の記憶手段に格納された前記複数の埋め込み系列毎に各々対応するＮ−１次元パターンを生成し、
    前記変調手段が、前記Ｎ−１次元パターン毎に各々対応するＮ次元の埋め込みパターンを生成し、前記第２の記憶手段に格納し、
    前記埋め込みパターン重畳手段が、前記第２の記憶手段の前記埋め込みパターンを全て加算した後に、前記入力信号に重畳する、
    請求項１乃至４のうちいずれか1項記載の電子透かし埋め込み方法。
  6. 埋め込み系列生成手段、配列生成手段、変換手段、記憶手段、埋め込みパターン重畳手段、逆変換手段と、を有する電子透かし埋め込み装置において、Ｎ（Nは２以上の整数）以上の次元を持つ入力信号に対して埋め込み情報を電子透かしとして人間の知覚に感知されないように埋め込む電子透かし埋め込み方法であって、
    前記埋め込み系列生成手段が、前記埋め込み情報に基づき埋め込み系列を生成し、第１の記憶手段に格納し、
    前記配列生成手段が、前記第１の記憶手段に格納されている前記埋め込み系列に基づきＮ−１次元パターンを生成し、第２の記憶手段に格納し、
    前記変換手段が、前記入力信号を直交変換し、変換済信号を取得し、
    前記埋め込みパターン重畳手段が、前記第２の記憶手段に格納されている前記Ｎ−１次元パターンを前記変換済信号の一部のＮ−１次平面に重畳し、逆変換前信号を取得し、
    前記逆変換手段が、前記逆変換前信号を直交逆変換し、埋め込み済み信号を得る、
    ことを特徴とする電子透かし埋め込み方法。
  7. 前記埋め込み系列生成手段が、複数の埋め込み系列を生成して前記第１の記憶手段に格納し、
    前記配列生成手段が、前記第１の記憶手段に格納されている前記複数の埋め込み系列毎に各々対応するＮ−１次元パターンを生成し、前記第２の記憶手段に格納し、
    前記埋め込みパターン重畳手段が、前記第２の記憶手段に格納されている前記Ｎ−１次元パターンを前記変換済み信号の複数のＮ−１次元平面にそれぞれ重畳する、請求項６記載の電子透かし埋め込み方法。
  8. 復調手段、検出系列抽出手段、相関値計算手段、記憶手段と、を有する電子透かし検出装置において、Ｎ（Nは２以上の整数）以上の次元を持つ入力信号に対して予め人間の知覚に感知されないように埋め込まれた電子透かしを検出する電子透かし検出方法であって、
    前記復調手段が、前記入力信号の一つの次元方向における所定の周期信号の成分を測定し、Ｎ−１次元パターンを求め、
    前記検出系列抽出手段が、前記Ｎ−１次元パターンの値から検出系列を求め、記憶手段に格納し、
    前記相関値計算手段が、前記記憶手段に格納された前記検出系列と埋め込み系列の相関値の大きさに基づいて、埋め込まれている電子透かしを検出する、
    ことを特徴とする電子透かし検出方法。
  9. 前記復調手段が、同一の周波数を持つ直交する２つの周期信号を生成し、前記入力信号と前記周期信号との相関に基づいてＮ−１次元パターンを求める、請求項８記載の電子透かし検出方法。
  10. 前記復調手段が、前記入力信号をＮ次元目の方向の差分もしくは微分値に基づいて復調する、請求項８または９記載の電子透かし検出方法。
  11. 前記Ｎ−１次元パターンが複素数パターンであって、
    前記検出系列抽出手段が、前記Ｎ−１次元パターンの実部及び虚部の値に基づいて前記検出系列を求め、前記記憶手段に格納する、請求項８乃至１０のうちいずれか1項記載の電子透かし検出方法。
  12. 前記Ｎ−１次元パターンが複素数パターンであって、
    前記相関値計算手段が、各ビット毎の複素相関値を求め、各ビット毎の複素相関値の向きを揃えた上でそれらの総和をとり、この総和に基づいて埋め込まれている電子透かしを検出する請求項８乃至１１のうちいずれか1項記載の電子透かし検出方法。
  13. 前記Ｎ−１次元パターンが複素数パターンであって、
    前記相関値計算手段が、複素相関値の絶対値に基づいて埋め込まれている電子透かしを検出する、請求項８乃至１１のうちいずれか1項記載の電子透かし検出方法。
  14. 前記Ｎ−１次元パターンが複素数パターンであって、
    前記相関値計算手段が、各ビット毎の複素相関値を求め、各ビット毎の複素相関値の向きを揃えた上でそれらの総和をとり、同期手段が、この総和の偏角に基づき、前記入力信号の同期変位量を求める請求項８乃至１３のうちいずれか1項記載の電子透かし検出方法。
  15. 前記Ｎ−１次元パターンが複素数パターンであって、
    同期手段が、前記検出系列と前記埋め込み系列の複素相関値の偏角に基づき、前記入力信号の同期変位量を求める請求項８乃至１３のうちいずれか1項記載の電子透かし検出方法。
  16. 前記復調手段が、複数の周期信号の位相を測定し、複数のＮ−１次元パターンを求め、
    前記同期手段が、複数のＮ−１次元パターン毎に各々同期変位量を求め、
    前記検出系列抽出手段が、前記複数のＮ−１次元パターンを各々対応する前記同期変位量に基づいて同期を補正して検出系列を求め、前記記憶手段に格納し、
    前記相関値計算手段が、前記複数のＮ−１次元パターン毎に得られた前記記憶手段に格納されている前記検出系列を結合した系列と前記埋め込み系列の相関値を計算する、
    請求項１５記載の電子透かし検出方法。
  17. 前記同期手段は、前記複数のＮ−１次元パターン毎に得られた同期変位量を元に、Ｎ次元目の軸方向の全体の変位量を求める、請求項１６記載の電子透かし検出方法。
  18. 前記同期手段は、予め埋め込まれた同期系列を検出し、同期合わせを行い、前記同期変位量に応じて入力信号を再分割し、残る複数の埋め込み情報を検出する請求項１５記載の電子透かし検出方法。
  19. Ｎ（Nは２以上の整数）以上の次元を持つ入力信号に対して埋め込み情報を電子透かしとして人間の知覚に感知されないように埋め込む電子透かし埋め込み装置であって、
    前記埋め込み情報に基づき埋め込み系列を生成し、第１の記憶手段に格納する埋め込み系列生成手段と、
    前記第１の記憶手段の前記埋め込み系列に基づきＮ−１次元パターンを生成する配列生成手段と、
    前記Ｎ−１次元パターン上の値に応じて周期信号を変調することによりＮ次元の埋め込みパターンを生成し、第２の記憶手段に格納する変調手段と、
    前記第２の記憶手段に格納されている前記Ｎ次元の埋め込みパターンを取得し、該埋め込みパターンを前記入力信号に重畳する埋め込みパターン重畳手段と、
    を有することを特徴とする電子透かし埋め込み装置。
  20. 前記変調手段は、
    前記Ｎ−１次元パターン上の位置によってＮ次元目の方向の位相がそれぞれ異なるようにＮ次元の埋め込みパターンを生成する請求項１９記載の電子透かし埋め込み装置。
  21. 前記Ｎ−１次元パターンが複素数パターンであって、
    前記配列生成手段は、前記埋め込み系列の一部を実部、一部を虚部となるように前記Ｎ−１次元パターンを生成する請求項１９または２０記載の電子透かし埋め込み装置。
  22. 前記Ｎ−１次元パターンが複素数パターンであって、
    前記変調手段は、前記Ｎ−１次元パターン上の複素数の偏角が変調信号の位相となり、絶対値が変調信号の大きさとなるように前記周期信号を変調する請求項１９乃至２１のうちいずれか1項記載の電子透かし埋め込み装置。
  23. 前記埋め込み系列生成手段は、生成された前記埋め込み系列を分割して複数の埋め込み系列を生成し、前記第１の記憶手段に格納し、
    前記配列生成手段は、前記第１の記憶手段に格納された前記複数の埋め込み系列毎に各々対応するＮ−１次元パターンを生成し、
    前記変調手段は、前記Ｎ−１次元パターン毎に各々対応するＮ次元の埋め込みパターンを生成し、前記第２の記憶手段に格納し、
    前記埋め込みパターン重畳手段は、前記第２の記憶手段の前記埋め込みパターンを全て加算した後に、前記入力信号に重畳する、
    請求項１９乃至２２のうちいずれか1項記載の電子透かし埋め込み装置。
  24. Ｎ（Nは２以上の整数）以上の次元を持つ入力信号に対して埋め込み情報を電子透かしとして人間の知覚に感知されないように埋め込む電子透かし埋め込み装置であって、
    前記埋め込み情報に基づき埋め込み系列を生成し、第１の記憶手段に格納する埋め込み系列生成手段と、
    前記第１の記憶手段に格納されている前記埋め込み系列に基づきＮ−１次元パターンを生成し、第２の記憶手段に格納する配列生成手段と、
    前記入力信号を直交変換し、変換済信号を得る変換手段と、
    前記第２の記憶手段に格納されている前記Ｎ−１次元パターンを前記変換済信号の一部のＮ−１次平面に重畳し、逆変換前信号を得る埋め込みパターン重畳手段と、
    前記逆変換前信号を直交逆変換し、埋め込み済み信号を得る逆変換手段と、
    を有することを特徴とする電子透かし埋め込み装置。
  25. 前記埋め込み系列生成手段は、複数の埋め込み系列を生成して前記第１の記憶手段に格納し、
    前記配列生成手段は、前記第１の記憶手段に格納されている前記複数の埋め込み系列毎に各々対応するＮ−１次元パターンを生成し、前記第２の記憶手段に格納し、
    前記埋め込みパターン重畳手段は、前記第２の記憶手段に格納されている前記Ｎ−１次元パターンを前記変換済み信号の複数のＮ−１次元平面にそれぞれ重畳する、請求項２４記載の電子透かし埋め込み装置。
  26. Ｎ（Nは２以上の整数）以上の次元を持つ入力信号に対して予め人間の知覚に感知されないように埋め込まれた電子透かしを検出する電子透かし検出装置であって、
    前記入力信号の一つの次元方向における所定の周期信号の成分を測定し、Ｎ−１次元パターンを求める復調手段と、
    前記Ｎ−１次元パターンの値から検出系列を求め、記憶手段に格納する検出系列抽出手段と、
    前記記憶手段に格納された前記検出系列と埋め込み系列の相関値の大きさに基づいて、埋め込まれている電子透かしを検出する相関値計算手段と、
    を有することを特徴とする電子透かし検出装置。
  27. 前記復調手段は、同一の周波数を持つ直交する２つの周期信号を生成し、前記入力信号と前記周期信号との相関に基づいてＮ−１次元パターンを求める請求項２６記載の電子透かし検出装置。
  28. 前記復調手段は、前記入力信号をＮ次元目の方向の差分もしくは微分値に基づいて復調を行う、請求項２６または２７記載の電子透かし検出装置。
  29. 前記Ｎ−１次元パターンが複素数パターンであって、
    前記検出系列抽出手段は、前記Ｎ−１次元パターンの実部及び虚部の値に基づいて前記検出系列を求め、前記記憶手段に格納する、請求項２６乃至２８のうちいずれか1項記載の電子透かし検出装置。
  30. 前記Ｎ−１次元パターンが複素数パターンであって、
    前記相関値計算手段が、各ビット毎の複素相関値を求め、各ビット毎の複素相関値の向きを揃えた上でそれらの総和をとり、この総和に基づいて埋め込まれている電子透かしを検出する請求項２６乃至２９のうちいずれか1項記載の電子透かし検出装置。
  31. 前記Ｎ−１次元パターンが複素数パターンであって、
    前記相関値計算手段は、複素相関値の絶対値に基づいて埋め込まれている電子透かしを検出する、請求項２６乃至２９のうちいずれか1項記載の電子透かし検出装置。
  32. 前記Ｎ−１次元パターンが複素数パターンであって、
    前記相関値計算手段が、各ビット毎の複素相関値を求め、各ビット毎の複素相関値の向きを揃えた上でそれらの総和をとり、
    この総和の偏角に基づき、前記入力信号の同期変位量を求める同期手段を有する請求項２６乃至３１のうちいずれか1項記載の電子透かし検出装置。
  33. 前記Ｎ−１次元パターンが複素数パターンであって、
    前記検出系列と前記埋め込み系列の複素相関値の偏角に基づき、前記入力信号の同期変位量を求める同期手段を有する、請求項２６乃至３１のうちいずれか1項記載の電子透かし検出装置。
  34. 前記復調手段は、複数の周期信号の位相を測定し、複数のＮ−１次元パターンを求め、
    前記同期手段は、複数のＮ−１次元パターン毎に各々同期変位量を求め、
    前記検出系列抽出手段は、前記複数のＮ−１次元パターンから各々対応する前記同期変位量に基づいて同期を補正して検出系列を求め、前記記憶手段に格納し、
    前記相関値計算手段は、前記複数のＮ−１次元パターン毎に得られた前記記憶手段に格納されている前記検出系列を結合した系列と前記埋め込み系列の相関値を計算する、
    請求項３３記載の電子透かし検出装置。
  35. 前記同期手段は、
    前記複数のＮ−１次元パターン毎に得られた同期変位量を元に、Ｎ次元目の軸方向の全体の変位量を求める請求項３４記載の電子透かし検出装置。
  36. 前記同期手段は、予め埋め込まれた同期系列を検出し、同期合わせを行い、前記同期変位量に応じて入力信号を再分割し、残る複数の埋め込み情報を検出する検出手段を有する請求項３４記載の電子透かし検出装置。
  37. Ｎ（Nは２以上の整数）以上の次元を持つ入力信号に対して埋め込み情報を電子透かしとして人間の知覚に感知されないように埋め込む電子透かし埋め込みプログラムであって、
    コンピュータを、
    請求項１９乃至２５のうちいずれか1項記載の電子透かし埋め込み装置として機能させることを特徴とする電子透かし埋め込みプログラム。
  38. Ｎ（Nは２以上の整数）以上の次元を持つ入力信号に対して予め人間の知覚に感知されないように埋め込まれた電子透かしを検出する電子透かし検出プログラムであって、
    コンピュータを、
    請求項２６乃至３６のうちいずれか1項記載の電子透かし検出装置として機能させることを特徴とする電子透かし検出プログラム。
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