KR100492021B1

KR100492021B1 - 전자무늬의 매립 방법과 매립 장치, 추출 방법과 추출 장치, 및 컴퓨터 판독 가능한 기록매체

Info

Publication number: KR100492021B1
Application number: KR10-2000-7007745A
Authority: KR
Inventors: 마쯔이기네오; 이와키리무네토시
Original assignee: 교와 가부시키가이샤; 마쯔이기네오
Priority date: 1998-01-27
Filing date: 1998-04-01
Publication date: 2005-05-31
Also published as: ATE329338T1; DE69834841T2; WO1999038144A1; JP3986150B2; DE69834841D1; IL137471A0; US6425082B1; EP1052612A1; IL137471A; KR20010034132A; JPH11212463A; CN1284192A; EP1052612B1; CN1173312C; EP1052612A4

Abstract

무늬정보를 원 일차원 데이터에 매립할 때, 먼저, PN계열｛g(t)｝을 이용하여 원 일차원 데이터｛s(t)｝를 스펙트럼 확산하여, 제1의 확산 일차원 데이터｛x(t)｝를 생성한다. 다음에, 이 제1의 확산 일차원 데이터｛x(t)｝에 관하여 변형이산 코사인변환을 행한다. 그리고, MDCT계수의 특정한 주파수성분값을 무늬 정보와 대응짓도록 조정한다. 이 조정 필의 주파수성분을 역 변환함으로써 제2의 확산 일차원 데이터｛x'(t)｝를 생성하여, 최후에, 확산시와 동일한 PN계열을 이용하여 스펙트럼 역 확산함으로써, 무늬정보가 매립된 전자무늬 일차원 데이터를 생성한다.

Description

전자무늬의 매립 방법과 매립 장치, 추출 방법과 추출 장치, 및 컴퓨터 판독 가능한 기록매체{METHOD AND APPARATUS FOR WRITING WATERMARK, METHOD AND APPARATUS FOR EXTRACTING WATERMARK, AND RECORDING MEADIA CONTAINING WATERMARK WRITTEN DATA}

본 발명은, 전자무늬 기술에 관한 것으로, 특히 음성 데이터 등의 일차원 데이터에 무늬정보를 매립한 기술 및 무늬정보가 매립된 일차원 데이터로부터 무늬정보를 추출하는 기술에 관한 것이다.

디지털음성 데이터를 생성하는 방법으로서, PCM(PCM:Pulse Code Modulation)이 널리 이용되고 있다. PCM에서는, 우선 아날로그 음성신호를 표본화하여, 양자화(量子化)한 후에, 선형 펄스부호화를 행함으로써 디지털음성 데이터가 생성된다. 통상의 음악 소프트는, 샘플링 레이트 44.1 kHz, 양자화폭 16비트의 PCM에 의해 디지털화되어 있는 것이 많다. 이 방법에 의하면, 인간의 가청주파수대역의 음성을 양호하게 재현할 수 있기 때문에, 매우 높은 음질을 유지한 채로 음성을 디지털화 할 수 있다.

그런데, 디지털음성 데이터는 용이하게 완전한 형식으로 복제할 수 있다 (즉, 충실한 재현성을 가지고 있다)고 하는 특징이 있다. 이러한 음성 데이터의 충실한 재현성은 디지털화의 큰 이점인 반면, 그 저작권보호의 중요성이 보다 한층 높아지고 있다. 이 대책으로서, 최근에는, 소위「전자무늬」가 이용되고 있다. 전자무늬는, 인간이 지각할 수 없는 형식으로, 저작권정보 등의 무늬정보를 음성 데이터 중에 전자적으로 매립하는 기술이다.

그러나, 종래의 전자무늬 기술에서는, 무늬정보의 매립에 기인하는 잡음이 크기 때문에, 예컨대 음악 소프트에서는 음질이 상당히 열화(劣化)해 버리고, 고품질인 데이터에는 적합하지 않다고 하는 문제가 있었다. 또한, 무늬정보의 비닉성(秘匿性)이 낮고, 제삼자가 무늬정보를 비교적 용이하게 추출할 수 있게 되어 버린다고 하는 문제도 있었다. 이러한 문제는, 음성 데이터로의 전자무늬에 한하지 않고, 계측 데이터나, 디지털제어의 피드백신호등의 다른 여러 가지의 일차원 데이터에 전자무늬를 행하는 경우에도 공통적인 문제였다.

이 발명은, 종래 기술에 있어서의 상술의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 무늬정보의 매립에 기인하는 잡음의 발생을 완화할 수 있고, 또한 무늬정보의 비닉성이 높은 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은, 본 발명의 제1실시예로서의 전자무늬 처리장치의 구성을 나타내는 블럭도,

도 2는, 전자무늬 매립부(42)의 기능을 나타내는 블럭도,

도 3은, 무늬정보의 매립 처리의 순서를 나타내는 플로우 챠트,

도 4는, 스펙트럼확산의 원리를 나타내는 설명도,

도 5는, 변형이산 코사인변환에 사용되는 프레임과 창함수｛w(n)｝와의 관계를 나타내는 설명도,

도 6은, 스탭(S3∼S5)의 처리내용을 나타내는 설명도,

도 7은, 전자무늬 추출부(44)의 기능을 나타내는 블록도,

도 8은, 무늬정보의 추출처리의 순서를 나타내는 플로우 챠트,

도 9는, 무늬정보에 기인하는 잡음의 영향을 나타내는 설명도,

도 1O은, 주파수키(kf)의 값과 신호 대(對) 양자화잡음비(SNRseg)와의 관계를 나타내는 그래프,

도 11은, 주파수키(kf)의 값과 신호 대 양자화잡음비(SNRseg)와의 관계를 나타내는 그래프,

도 12는, 주파수키(kf)의 값과 신호 대 양자화잡음비(SNRseg)와의 관계를 나타내는 그래프,

도 13은, 매립 때와 다른 PN계열 발생키(ks)를 이용하여 무늬정보의 검출을 시도한 경우의 검출률을 나타내는 그래프,

도 14는, 스케일키(kd)를 변화시킨 경우의 음질의 변화를 나타내는 그래프,

도 15는, 무늬정보의 매립이 없는 재생음성 파형과, 매립이 있는 재생음성 파형과, 그것들의 차분(差分)파형을 나타내는 그래프이다.

상술한 과제의 적어도 일부를 해결하기 위해서, 본 발명에서는, 무늬정보를 원(原)일차원 데이터에 매립할 때, 먼저 특정한 절대값을 가지는 정부(正負)의 값을 불규칙적으로 취하는 특정한 정부계열(正負系列)과 상기 원 일차원 데이터를 곱셈하는 연산과 등가인 연산을 행함으로써, 스펙트럼 확산을 실행하고, 이에 의해 제1의 확산 일차원 데이터를 생성한다. 다음에, 상기 제1의 확산 일차원 데이터에 관해서 직교(直交)변환을 행한다. 그리고, 상기 직교변환으로 얻어진 변환계수의 특정한 주파수성분값을, 상기 무늬정보와 대응짓도록 조정한다. 또한, 상기 조정 필(畢) 주파수성분을 역 직교변환함으로써, 제2의 확산 일차원 데이터를 생성한다. 그리고, 상기 특정한 정부계열을 이용하여 상기 제2의 확산 일차원 데이터를 스펙트럼 역 확산함으로써, 상기 무늬정보가 매립된 전자무늬 일차원 데이터를 생성한다.

상기 발명에 의하면, 무늬정보를 매립하기 전에, 원 일차원 데이터에 대하여 특정한 정부계열을 이용한 스펙트럼확산을 행하고 있기 때문에, 이 특정한 정부계열을 모르면, 전자무늬 일차원 데이터로부터 무늬정보를 추출하는 것은 곤란하다. 따라서, 스펙트럼확산을 행함으로써, 무늬정보의 비닉성을 높일 수 있다. 또한, 본 발명에서는, 직교변환계수의 특정한 주파수성분값을 무늬정보와 대응하여 붙이고 있기 때문에, 역 직교변환 된 일차원 데이터에 있어서 발생하는 무늬정보에 의한 잡음을 완화시킬(할) 수가 있다.

또, 상기 특정한 정부계열은, 특정한 주파수 발생키(key,鍵)에 따라 발생시키는 것이 바람직하다.

이렇게 하면, 특정한 정부계열의 전부를 보존해 둘 필요가 없고, 주파수 발생키를 보존하여 놓으면, 동일의 스펙트럼확산/역 확산처리를 실행할 수가 있다.

또, 상기 직교변환은, 상기 제1의 확산 일차원 데이터 중 2M개(M은 2이상의 정수)의 데이터로 구성되는 각 프레임마다, 소정의 창(窓)함수를 이용한 변환을 행하는 변형이산 (變形離散)코사인 변환이고, 상기 제1의 확산 일차원 데이터는, 인접하는 프레임이 M 개의 데이터구간씩 서로 어긋난 위치를 취하도록, 상기 변형이산 코사인 변환에 있어서 복수의 프레임으로 구분되도록 해도 좋다.

이러한 변형이산 코사인 변환을 이용하면, 프레임 왜곡을 작게 억제할 수 있기 때문에, 잡음의 발생을 더 완화할 수 있다.

또한, 상기 무늬정보와 대응지어지는 상기 특정한 주파수성분은, 거의 M/2에 상당하는 주파수성분인 것이 바람직하다.

이렇게 하면, 잡음의 발생을 더 완화할 수가 있다.

또, 특정한 주파수성분으로의 무늬정보의 매립은, 소정의 정수(整數)(kd)에로 상기 특정한 주파수성분을 양자화함으로써 제1의 양자화값을 생성하고, 상기 제1의 양자화값의 최하위 비트를 상기 무늬정보의 비트값과 대응짓도록 조정함으로써 제2의 양자화값을 생성하고, 상기 제2의 양자화값에 상기 소정의 정수(kd)를 곱함으로 인해, 상기 조정 필 주파수성분을 생성함으로써, 실행하도록 하더라도 좋다.

정수(kd)값을 크게 하면, 전자무늬 일차원 데이터에 어느 정도의 비트 오류가 생기더라도, 올바른 무늬정보를 추출할 수 있는 가능성이 높아진다고 하는 이점이 있다.

한편, 본 발명에 있어서, 무늬정보가 매립된 전자무늬 일차원 데이터로부터 상기 무늬정보를 추출할 때는, 우선, 특정한 절대값을 갖는 정부의 값을 불규칙적으로 취하는 특정한 정부계열과 상기 전자무늬 일차원 데이터를 곱셈하는 연산과 등가인 연산을 행함으로써 스펙트럼확산을 실행하고, 이에 의해 제1의 확산 전자무늬 일차원 데이터를 생성한다. 다음에, 상기 제1의 확산 전자무늬 일차원 데이터에 관하여 직교변환을 행한다. 그리고, 상기 직교변환으로 얻어진 변환계수의 특정한 주파수성분값으로부터, 상기 특정한 주파수성분값에 대응지어진 상기 무늬정보를 추출한다.

이렇게 하면, 상술한 매립 처리에 의해서 매립된 무늬정보를 일차원 데이터로부터 추출하는 것이 가능하다.

또, 본 발명의 태양으로서는, 이하와 같은 여러가지의 것이 있다.

(a)무늬정보를 원 일차원 데이터에 매립하는 방법.

(b)무늬정보를 원 일차원 데이터에 매립하는 장치.

(c)무늬정보를 원 일차원 데이터에 매립하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록매체.

(d)무늬정보가 매립된 전자무늬 일차원 데이터를 기록한 기록매체.

(e)무늬정보를 전자무늬 일차원 데이터로부터 추출하는 방법.

(f)무늬정보를 전자무늬 일차원 데이터로부터 추출하는 장치.

(g)무늬정보를 전자무늬 일차원 데이터로부터 추출하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록매체.

A. 장치의 전체구성

이하, 본 발명의 실시형태를 실시예에 의거하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 제1실시예로서의 전자무늬 처리장치의 구성을 나타내는 블럭도이다. 이 전자무늬 처리장치는, CPU(22)와, ROM 및 RAM을 포함하는 메인 메모리(24)와, 프레임 메모리(26)와, 키보드(30)와, 마우스(32)와, 표시장치(34)와, 하드디스크(36)와, 모뎀(38)과, 이들의 각 요소를 접속하는 버스(40)를 구비하는 컴퓨터이다. 또, 도 1에서는 각종의 인터페이스회로는 생략되어 있다. 모뎀(38)은, 도시하지 않은 통신회선을 거쳐 컴퓨터 네트워크에 접속되어 있다. 컴퓨터 네트워크의 도시하지 않은 서버는, 통신회선을 거쳐 컴퓨터 프로그램을 화상처리장치에 공급하는 프로그램공급장치로서의 기능을 가진다.

메인 메모리(24)에는, 전자무늬 매립부(42)와 전자무늬 추출부(44)의 기능을 각각 실현하기 위한 컴퓨터 프로그램이 격납되어 있다. 이들 각부(42, 44)의 기능에 관해서는 후술한다.

이들 각부(42, 44)의 기능을 실현하는 컴퓨터 프로그램은, 플렉시블 디스크나 CD-ROM 등의, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 기록된 형태로 제공된다. 컴퓨터는, 그 기록매체로부터 컴퓨터 프로그램을 판독하여 내부기억장치 또는 외부기억장치에 전송한다. 또는, 통신경로를 거쳐 컴퓨터에 컴퓨터 프로그램을 공급하도록 하더라도 좋다. 컴퓨터 프로그램의 기능을 실현할 때에는, 내부기억장치에 격납된 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터의 마이크로프로세서에 의해서 실행된다. 또한, 기록매체에 기록된 컴퓨터 프로그램을 컴퓨터가 판독하여 직접 실행하도록 하더라도 좋다.

이 명세서에 있어서, 컴퓨터란, 하드웨어장치와 오퍼레이션 시스템을 포함하는 개념이고, 오퍼레이션 시스템의 제어하에서 동작하는 하드웨어장치를 의미하고 있다. 또한, 오퍼레이션 시스템이 불필요하여 어플리케이션 프로그램 단독으로 하드웨어장치를 동작시키는 것과 같은 경우에는, 그 하드웨어장치 자체가 컴퓨터에 상당한다. 하드웨어장치는, CPU등의 마이크로프로세서와, 기록매체에 기록된 컴퓨터 프로그램을 판독하기 위한 수단을 적어도 구비하고 있다. 컴퓨터 프로그램은, 이러한 컴퓨터에, 상술한 각 수단의 기능을 실현시키는 프로그램 코드를 포함하고 있다. 또, 상술한 기능의 일부는, 어플리케이션 프로그램이 아니고, 오퍼레이션 시스템에 의해서 실현되어 있더라도 좋다.

또, 이 발명에 있어서의「기록매체」로서는, 플렉시블 디스크나 CD-ROM, 광자기디스크, IC 카드, ROM 카트리지, 펀치 카드, 바코드 등의 부호가 인쇄된 인쇄물, 컴퓨터의 내부기억장치(RAM이나 ROM 등의 메모리) 및 외부기억장치 등의, 컴퓨터가 판독 가능한 여러 가지의 매체를 이용할 수 있다.

B. 무늬정보의 매립처리

도 2는, 전자무늬 매립부(42)의 기능을 나타내는 블럭도이다. 전자무늬 매립부(42)는, 제1의 PN계열 발생부(52)와, 제1의 곱셈기(54)와, 프레임 추출부(56)와, MDCT부(변형이산 코사인 변환부)(58)와, 매립부(60)와, IMDCT부(변형이산 코사인 역변환부)(62)와, 프레임 재생부(64)와, 제2의 곱셈기(66)와, 제2의 PN계열 발생부 (68)의 기능을 가지고 있다.

또, 제1의 PN계열 발생부(52)와 제1의 곱셈기(54)는, 스펙트럼확산을 행하는 스펙트럼확산부에 상당한다. 또한, 프레임추출부(56)와 MDCT부(58)는, 직교변환을 행하는 직교변환부에 상당하고, IMDCT부(62)와 프레임재생부(64)는 역직교변환을 행하는 역변환부에 상당한다. 다시, 제2의 곱셈기(66)와 제2의 PN계열 발생부(68)는, 스펙트럼 역 확산을 행하는 역확산부에 상당한다.

PN계열 발생부(52,68)는, +1 과 -1의 값을 랜덤하게 취하는 2값(値)의 PN계열(정부계열)｛g(t)｝을 발생한다. PN계열｛g(t)｝의 랜덤한 패턴은, PN계열 발생부(52,68)에 입력되는 PN계열 발생키(ks)(ks는 정수)의 값에 따라 결정된다. 즉, PN계열 발생키(ks)의 값이 동일이면, 2개의 PN계열 발생부(52,68)는 동일의 패턴을 갖는 PN계열｛g(t)｝을 발생한다. PN계열 발생부(52,68)로서는, 예컨대, C 언어 표준의 의사난수(疑似亂數)발생함수를 이용할 수 있고, 이 때 PN계열 발생키(ks)는 난수발생의 시드(seed)로서 함수에 입력된다. 또한, 발생한 난수의 최하위 비트가 1 일 때에는 그 비트값「1」을 그대로 PN계열｛g(t)｝로 하여 출력하고, 한편 최하위 비트가 O일 때에는 -1을 PN 계열｛g(t)｝로 하여 출력한다. 이렇게 하면, +1과 -1의 값을 랜덤하게 취하는 2값의 PN계열｛g(t)｝을 생성할 수가 있다.

PN계열 발생키(ks)를 이용하는 이유는 다음과 같다. 즉, 스펙트럼확산에 이용되는 PN계열은, 일반적으로 팽대(膨大)한 양(量)이 된다. 더구나, 무늬 정보를 추출하기 위해서는, 이 PN계열과 동일한 것이 필요하게 되기 때문에, PN계열의 전체를 완전히 보지(보존)해 놓을 필요가 있다. 거기서, 본 실시예에서는, 의사난수발생기(예컨대 C 언어의 표준함수인 의사난수 발생함수)를 이용하고, 게다가 난수키(ks)를 설정하여 난수를 발생시킴으로써, 팽대한 양의 PN계열 전체를 보지할 것 없이 동일의 PN계열을 발생할 수 있도록 하고 있다.

도 3은, 무늬 정보의 매립 처리의 순서를 나타내는 플로우 챠트이다. 스탭 (S1)에서는, 제1의 곱셈기(54)가, 원 음성신호｛s(t)｝에 PN계열｛g(t)｝을 곱셈함으로써, 제1의 확산음성신호｛x(t)｝를 생성한다. 이 연산은, 다음 수학식 1로 나타낸다.

x(t)=s(t)·g(t)

수학식 1에 나타나는 연산은, 일반적으로 스펙트럼확산의 직접확산방식이라고 불리는 처리에 상당한다. 도 4는, 스펙트럼확산의 원리를 나타내는 설명도이다. 도 4(a)는 원 음성신호｛s(t)｝를 나타내고, 도 4(b)는 PN계열｛g(t)｝을, 또한 도 4(c)는 제1의 확산음성신호｛x(t)｝를 나타내고 있다. 원 음성신호｛s(t)｝는, 예컨대 아날로그 음성신호를 샘플링 레이트 44.1kHz, 양자화 폭 16비트로 디지털화하여 얻어진 디지털 음성신호이다. 본 실시예에 있어서 사용되는 PN계열｛g(t)｝｛도 4(b)｝은, 원 음성신호｛s(t)｝의 샘플링주파수와 같은 주파수로 변화하는 신호이다. 따라서, 이들의 신호｛s(t)｝,｛g(t)｝를 곱셈함으로써 얻어지는 제1의 확산음성신호｛x(t)｝｛도 4(c)｝는, 원 음성신호｛s(t)｝와 같은 주파수를 갖고 있고, 일부의 신호값의 부호가 원 음성신호｛s(t)｝로부터 반전하고 있는 신호이다. 또, 도 4(d)에 나타내는 바와 같이, 동일한 PN계열｛g(t)｝을 제1의 확산음성신호｛x(t)｝에 두 번째 곱셈하면, 원 음성신호｛s(t)｝를 재현할 수 있다. 이 이유는, PN계열｛g(t)｝은 +1과 -1을 취하는 2값 신호이기 때문에, 동일한 PN계열｛g(t)｝을 2승한 값｛g²(t)｝은 1과 같게 되기 때문이다. 이와 같이, PN계열｛g(t)｝을 두 번째 곱하는 처리는, 「역확산」이라고 불리고 있다.

그런데, 스펙트럼확산은, 주로 통신분야에서 이용되어 있는 기술이다. 다만, 통신분야에서는, 원 신호｛s(t)｝로는 디지털변조된 변조신호가 이용된다. 또한, PN 계열｛g(t)｝로는, 원 신호｛s(t)｝의 주파수의 수십 배 이상의 고주파수의 계열이 사용되기 때문에, 확산신호｛x(t)｝의 스펙트럼분포는 원 신호｛s(t)｝에 비해서 수십 배 이상으로 확산된다. 송신기는 확산신호｛x(t)｝를 발신하고, 수신기는 도 4(d)에 나타내는 바와 같이, 수신한 확산신호｛x(t)｝에 동일한 PN신호｛g(t)｝를 곱셈함으로써 원신호｛s(t)｝를 재생한다. 통신경로로 혼입한 방해파 나 간섭파의 스펙트럼분포는, 역확산에 의해서 수십 배로 확산되기 때문에, 스펙트럼 확산통신은 방해파 나 간섭파의 배제능력을 높일 수 있다.

본 실시예에서는, PN계열｛g(t)｝이 원 음성신호｛s(t)｝의 샘플링 주파수와 같은 주파수로 변화하기 때문에, 엄밀한 의미로서는 스펙트럼분포는 확산되어 있지 않다. 그러나, 이 명세서에서는「스펙트럼확산」이라는 용어를, 통상보다도 넓은 의미로 이용하고 있고, PN계열｛g(t)｝이 원 음성신호｛s(t)｝의 샘플링주파수와 같은 주파수로 변화하는 경우에도, 「스펙트럼확산」이라고 부르고 있다. 또, 본 발명에 의한 처리에 있어서도, PN계열｛g(t)｝의 주파수를 원 음성신호｛s(t)｝의 샘플링주파수의 정수배로 설정하는 것이 가능하다.

도 4(a)∼도 4(d)에 나타내는 스펙트럼확산 및 역 확산은, PN계열｛g(t)｝을 키로서 이용하고, 원 음성신호｛s(t)｝를 암호화 및 복호화(復號化)하고 있는 것으로 생각할 수 있다. 따라서, 스펙트럼확산을 행함으로써, 음성신호에 매립되는 무늬정보의 비닉성을 높일 수 있다. 이 점에 관해서는 다시 후술한다.

도 3의 스탭(S2)에서는, 프레임 추출부(56)가 제1의 확산음성신호｛x(t)｝중에서 i 번째(초기 값은 i= 1)의 프레임을 추출하고, MDCT부(58)가 그 프레임에 관해서 변형이산 코사인변환(MDCT)을 실행한다. 여기서, 「프레임」은, 변형이산 코사인변환의 대상이 되는 신호구간을 의미하고 있고, 본 실시예에서는 1 프레임에 2M개(M은 2이상의 정수)의 신호값이 포함된다. i 번째의 프레임에 있어서의 MDCT 계수｛Xi(k)｝는 다음 수학식 2로 주어진다.

0≤k ≤M -1, 0≤n ≤2M -1

여기서, k는 주파수를 나타내는 정수값이다. 또한, 수학식 2의 우측변의 창함수｛w(n)｝와 MDCT 기저(基底)｛c(k,n)｝는, 각각 수학식 3과 수학식 4로 주어진다.

0≤k ≤M -1, 0≤n ≤2M -1

수학식 2로부터 이해하는 바와 같이, 각 프레임의 2M개의 신호값｛x(n+iM)｝은, M개의 변환계수｛Xi(k)｝｛(k=0∼(M-1))｝로 변환된다. 또, k=0의 변환계수｛Xi(0)｝는 직류성분, 그 이외의 변환계수｛Xi(k)(k≠0)｝는 교류성분이라고 불리고 있다.

도 5는, 변형이산 코사인변환에 사용되는 프레임과 창함수｛w(n)｝와의 관계를 나타내는 설명도이다. 도 5에는, 인접하는 2개의 프레임의 위치관계와, 각 프레임에 적용되는 창함수｛w(n)｝의 형상이 나타나 있다. 이와 같이, 각 프레임은, M 개분의 신호값｛x(t)｝에 상당하는 구간씩 순차 어긋난 위치로 설정되기 때문에, 인접하는 2개의 프레임에는, 공통하는 M 개의 신호값｛x(t)｝이 포함되어 있다. 따라서, 1 프레임에 포함되는 실효적(실질적)인 신호값의 개수는 M 이다.

창함수｛w(n)｝는, 각 프레임의 중앙에서 피크를 갖는 사인(sine)함수이다. 또, 창함수｛w(n)｝로서는, 사인함수 이외의 함수를 쓰는 것도 가능하고, 일반적으로는, 변형이산 코사인변환과 그 역 변환을 가역적으로 행할 수 있는 것 같이 임의의 함수를 사용할 수 있다.

또, 변형이산 코사인변환 대신에, 다른 여러 가지의 직교변환｛이산 코사인변환(DCT), 이산 푸리에(Fourier)변환(DFT), 아다말(Hadamard)변환 등｝을 이용할 수가 있다. 다른 직교변환에서는 프레임(「블럭」이라고도 한다)이 서로 중복하지 않도록 설정된다. 한편, 변형이산 코사인변환으로서는, 인접하는 프레임이 부분적으로 중복하도록 프레임이 설정되기 때문에, 주파수 분리도를 높게 할 수가 있고, 또한, 프레임 왜곡(블럭 왜곡)을 억제할 수가 있다고 하는 이점이 있다. 따라서, 변형이산 코사인변환을 이용하면, 다른 직교변환을 이용한 경우에 비해서, 무늬정보의 매립에 기인하는 음질의 열화를 줄일 수가 있다.

도 3의 스탭(S3∼S6)에서는, 매립부(60)에 의해서, 변환계수의 특정한 주파수성분에 무늬정보가 매립된다. 무늬정보는 복수의 비트로 구성되어 있고, 이하에서는, 무늬정보의 각 비트를「무늬비트(bi)」라고 한다. 무늬비트 (bi)의 매립시는, 주파수키(kf)와 스케일키(kd)가 사용된다. 주파수키(kf)는, 1 프레임분의 M개의 MDCT 계수｛Xi(k)｝｛(k= O∼(M-1))｝중에서, 무늬비트(bl)가 매립되는 특정한 주파수성분｛Xi(kf)｝의 주파수를 나타내는 정수이다. 주파수키(kf)로서는, 0∼M의 범위로부터 바람직한 정수값이 미리 선택된다. 또한, 스케일키(kd)는, MDCT 계수｛Xi(kf)｝의 양자화를 행할 때의 양자화폭이고, 0이외의 임의의 정(正)의 정수(整數)로 설정된다. 주파수 키(kf)와 스케일 키(kd)의 바람직한 값에 관해서는 후술한다.

스탭(S3)에서는, 다음 수학식 5에서 나타내는 바와 같이, 주파수키(kf)에서 특정되는 주파수성분｛Xi(kf)｝을 스케일키(kd)로 나누고, 소수점 이하를 잘라버림으로써, 정수값(ei)(「양자화값」이라고 한다)을 구한다.

스탭(S4)에서는, 양자화값(ei)과 매립비트(bi)가, 다음 2개의 조건중의 어느 한 쪽을 만족하는 지 여부를 판단한다.

[조건 1] ei가 홀수이고 동시에 bi= O,

[조건 2] ei가 짝수이고 동시에 bi= 1.

조건 1, 2의 어느 한 쪽이 성립하는 경우에는, 다음 수학식 6으로 나타내는 바와 같이, MDCT계수｛Xi(kf)｝를 스케일키(kd)로 나누고, 소수점이하를 잘라 올림한 값을 양자화값(ei)으로 채용한다 (스탭S5).

한편, 상기조건 1, 2가 어느 것이나 성립하지 않은 경우에는, 스탭(S3)으로 얻어진 양자화값(ei)이 그대로 채용된다. 이 결과, 무늬비트(bi)가 O 이면 양자화 값(ei)이 짝수(최하위 비트가 O)로 설정되고, 무늬비트(bi)가 1이면 양자화값 (ei)이 홀수(최하위 비트가 1)로 설정된다. 즉, 스탭(S3∼S5)의 처리에서는, MDCT 계수｛Xi(kf)｝의 양자화값(ei)이 무늬비트(bi)에 대응하여 붙여지도록 양자화값(ei)이 조정되어 있고, 이 결과, 양자화값(ei) 중에 무늬비트(bi)가 매립된다.

또, MDCT계수｛Xi(kf)｝를 스케일키(kd)에서 나눗셈한 값｛Xi(kf)/kd｝이 소수(小數)부를 포함하지 않고, 정수인 경우에는, 스탭(S5)에서 절상을 행하더라도 양자화값(ei)이 스탭(S3)의 값과 비교하여 변하지 않는다. 따라서, 스탭(S5)의 처리로서는, 절상 대신에, 스탭(S3)에서 얻어진 양자화값(ei)에 1을 가산하던가, 또는 1을 감산하는 연산을 채용하도록 하더라도 좋다.

도 6은, 스탭(S3∼S5)의 처리내용을 나타내는 설명도이다. 도 6의 우측에 도시되어 있는 바와 같이, 스케일키(kd)의 범위에 걸친 MDCT계수｛Xi(kf)｝에 대한 양자화값(ei)은, 무늬비트(bi)가 O 이면 절상에 의해 얻어지고, 한편, 무늬비트(bi)가 1이면 절사에 의해 얻어진다. 또, 도 6의 좌측의「사사오입 범위」는, 비교를 위해, 사사오입으로 양자화값(ei)이 홀수가 되는 범위를 나타낸 것이다.

도 3의 스탭(S6)에서는, 다음 수학식 7에 나타나는 바와 같이, 무늬비트 (bi)가 매립된 양자화값(ei)에 스케일키(kd)를 곱함으로써, 역 양자화를 행하고 무늬비트(bi)가 매립된 MDCT계수｛X'i(kf)｝를 생성한다.

또, 상기 스탭(S3)의 처리는, 변환계수의 특정한 주파수성분｛Xi(kf)｝을 스케일키(kd)로 양자화하는 양자화부로서의 기능에 대응하고 있다. 또한, 스탭(S4,S 5)의 처리는, 양자화값(ei)의 최하위 비트를 무늬비트(bi)와 대응하여 붙이도록 조정하는 비트조정부로서의 기능에 대응하고 있다. 다시, 스탭(S6)의 처리는, 무늬비트가 매립된 양자화값(ei)에 스케일키(kd)를 곱함으로써, 역 양자화를 행하는 역 양자화부로서의 기능에 대응하고 있다.

스탭(S7)에서는, 무늬비트(bi)가 매립된 주파수성분｛X'i(kf)｝을 포함하는 1 프레임분의 MDCT계수｛X'i(kf)(k= O∼(M-1))｝에 관해, IMDCT부(62)(도 2)가 변형이산 코사인 역 변환을 실행한다. 또, 무늬 비트(bi)가 매립된 주파수 성분｛X'i(kf)｝이외의 MDCT 계수｛X'i(k)(k≠kf)｝의 값은, 스탭(S2)에서 얻어진 MDCT계수｛Xi(k)｝와 같다. 변형이산 코사인 역 변환은, 다음 수학식 8로 표시된다.

O≤k ≤M -1, 0≤n ≤2M -1

또, 역변환에 이용되는 창함수｛w(n)｝와 기저｛c(k,n)｝는, 순 변환과 같은 것이다.

스탭(S7)에서는, 다시 프레임재생부(64)가 다음 수학식 9에 따라서, 시계 열 신호로서 제2의 확산음성신호｛x'i(t)｝를 생성한다.

O≤n ≤M -1

여기서, x'i-1(n+M)은 i-1번째의 프레임의 역 변환신호, x'i(n)는 i 번째의 프레임의 역 변환신호이고, x'i-1(n+M)과 x'i(n)는 서로 중복하는 구간(도 5)의 신호이다.

스탭(S8)에서는, 전(全)프레임으로의 무늬정보의 매립이 종료되었는가의 여부가 판단되며, 종료되지 않고 있으면 스탭(S9)에서 i를 인크리먼트하여 스탭(S2)으로 되돌아간다. 한편, 전 프레임으로의 무늬정보의 매립이 종료되면, 스탭(S8)으로부터 스탭(S10)으로 이행하고, 제2의 곱셈기(66)가 제2의 확산음성신호｛x'i(t)｝에 PN계열｛g(t)｝을 곱함으로써, 스펙트럼 역 확산을 행한다. 이 결과, 무늬 정보가 매립된 음성신호｛s'(t)｝가 얻어진다. 이하에서는, 이 음성신호｛s' (t)｝를「전자무늬 음성신호」라고 한다.

본 실시예에서는, 1 프레임분의 전자무늬 음성신호｛s'(t)｝에 1 비트의 무늬정보가 매립되어 있고, 또한, 1 프레임은 실질적으로 M개의 신호값로 구성되어 있다. 따라서, 무늬정보의 매립 비율(Br)은, 다음 수학식 10으로 주어진다.

여기서, fs는 원 음성신호｛s(t)｝의 샘플링주파수이다.

또, 무늬 정보가 N 비트로 구성되어 있는 경우에는, N 프레임분의 음성신호구간에 1개의 무늬정보를 매립할 수 있다. 따라서, N 비트의 무늬정보는, N 프레임마다 되풀이하여 매립된다.

이렇게 해서 얻어진 전자무늬 음성신호｛s'(t)｝는 여러 가지의 형태로 배포할 수가 있다. 예컨대, 통신회선을 개재하여 전자무늬 음성신호｛s'(t)｝를 전송(傳送)하는 것이 가능하다. 또한, CD-ROM이나 DVD 등의 음악전용의 기록매체나, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체 등에 수납된 형태로 배포하는 것도 가능하다. 이 때, 전자무늬 음성신호｛s'(t)｝를 변조하기도 하고, 압축하기도 하는 것도 가능하다. 특히, 전자무늬 음성신호｛s'(t)｝가 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 수납되어 있는 경우에는, 그 기록매체로부터 전자무늬 음성신호｛s'(t)｝를 판독출력하여, 무늬정보를 추출할 수 있다.

또, 상술한 바와 같이, 무늬정보는, MDCT계수에 매립된 후에 역 직교변환 되기 때문에, 무늬정보에 기인하는 음질열화는 종래에 비해서 낮게 억제된다. 무늬정보의 매립과 음질열화와의 관계에 대해서는, 다시 후술한다.

C. 무늬정보의 추출처리

도 7은, 전자무늬 추출부(44)(도 1)의 기능을 나타내는 블럭도이다. 전자무늬 추출부(44)는, PN계열 발생부(72)와, 곱셈기(74)와, 프레임 추출부(76)와, MDCT부(78)와, 디코드부(80)의 기능을 가지고 있다. PN계열 발생부(72)는, 도 2에 나타낸 PN계열 발생부(52,68)와 같은 것이고, PN계열발생키(ks)의 값에 따른 특정한 PN계열｛g(t)｝을 발생한다. 또한, 곱셈기(74), 프레임 추출부(76) 및 MDCT부(78)도 도 2에 나타내는 곱셈기(54), 프레임 추출부(56) 및 MDCT부(58)와 각각 같은 구성과 기능을 가지고 있다.

도 8은, 무늬정보의 추출처리의 순서를 나타내는 플로우 챠트이다. 스탭(S 11)에서는, 곱셈기(74)가, 매립시와 동일한 PN계열｛g(t)｝을 이용하여 전자무늬 음성신호｛s'(t)｝를 스펙트럼 확산함으로써, 확산음성신호｛x'(t)｝를 생성한다. 이 처리는 다음 수학식 11로 표시된다.

여기서는, PN계열｛g(t)｝이, g²(t)= 1 이 되는 성질｛도 4(d)참조｝을 가지고 있는 것을 이용하고 있다.

스탭(S12)에서는, 프레임 추출부(76)가, 확산음성신호｛x' (t)｝중에서 i 번째(초기값은 i= 1)의 프레임을 추출하고, MDCT부(78)가 그 프레임에 관해서 변형이산 코사인변환을 실행한다. 스탭(S13)에서는, 디코드부(80)가, 1 프레임분의 MDCT 계수｛X'i(k)｝의 중에서, 매립시에 이용한 주파수키(kf)로 특정되는 주파수 성분｛X'i(kf)｝을 추출하고, 다시 다음 수학식 12에 따라, 그 주파수성분｛X'i(kf)｝을 스케일키(kd)로 양자화한 양자화값(e'i)을 구한다.

여기서, 연산자｛Round()｝는, 사사오입에 의해서 정수값을 얻는 연산을 나타낸다.

또, 변형이산 코사인변환은 가역변환이기 때문에, 수학식 12의 우측변의 괄호 내의 값｛「X'i(kf)/kd」｝은 통상 정수가 되어, 사사오입 연산을 할 필요는 없다. 다만, 제삼자가 부정한 파형 처리를 행한 경우 등과 같이, 어떠한 원인으로 비트오류가 생긴 경우에는, 스케일키(kd)에서 나눗셈한 값｛「X'i(kf)/kd」｝이 옳은 정수값으로 되지 않는 것이 있다. 이 경우에도, 수학식 10과 같이, 이 값｛「X' i(kf)/kd」｝을 사사오입함으로써, 전자무늬 음성신호｛s'(t)｝의 변형에 의한 무늬정보의 추출오류를 정정할 수 있는 가능성이 있다. 즉, 사사오입을 행함으로써, 무늬정보의 오류내성(耐性)이 향상한다. 이 오류내성은, 스케일키(kd)가 클수록 크다. 예컨대, 스케일키(kd)를 큰 값으로 설정하면, 전자무늬 음성신호 ｛s'(t)｝가 어느 정도 큰 변형을 받더라도, 무늬정보를 바르게 추출할 수가 있다. 한편, 후술하는 바와 같이, 스케일키(kd)가 커질수록 음질열화가 증대하는 경향이 있다. 즉, 스케일키(kd)를 보다 작은 값으로 하면, 전자무늬 음성신호｛s' (t)｝의 변형에 의한 무늬 정보의 소실의 가능성은 높아지지만, 음질열화는 보다 적어진다.

도 8의 스탭(S14)에서는, 디코드부(80)가, 양자화값(e'i)에 따라 무늬비트(boi)를 복원한다. 즉, 양자화값(e'i)이 짝수의 경우에는 무늬비트(boi)가 0 이라고 결정하고, 홀수의 경우에는 무늬비트 (boi)가 1 이라고 결정한다. 스탭(S15)에서는, 전(全) 프레임으로부터의 무늬정보의 추출이 종료되었는가의 여부가 판단되고, 종료되지 않고 있으면, 스탭(S16)에 있어서 파라미터(i)를 인크리먼트하여 스탭(S12)으로 되돌아간다. 한편, 전 프레임으로부터의 무늬정보의 추출이 종료되면, 처리를 종료한다. 이 결과, 복수비트로 구성되는 무늬정보가 추출된다. 또, 복수비트로 구성되는 옳은 무늬정보가 1회 추출되었을 때에, 도 8의 처리를 즉시 종료하도록 하더라도 좋다.

또, 무늬의 추출처리에 이용되는 PN계열이, 매립 처리에 이용된 PN계열과 다른 경우에는, 전자무늬 추출부(44)의 곱셈기(74)로부터 출력되는 신호는, 매립 처리부(42)에 있어서 무늬정보가 매립된 확산음성신호｛x'(t)｝와는 다른 신호가 된다. 따라서, 이 경우에는, 옳은 무늬정보를 복원할 수 없다. 즉, 본 실시예에서는, 스펙트럼확산을 이용함으로써, 무늬정보의 비닉성이 높아지고 있다. 특히, 본 실시예에서는, 무늬정보의 매립이 음질에 주는 영향을 적게 하기 위해서, 특정한 주파수의 변환계수에 매립을 행하고 있기 때문에, 스펙트럼확산을 이용하지 않는 경우에는, 제삼자가 무늬정보를 추출하는 것은 비교적 용이하다. 한편, PN계열을 이용한 스펙트럼확산을 행하면, 그 PN계열을 일종의 암호화/복호화의 키로서 사용할 수 있기 때문에, 음성 데이터 등의 일차원 데이터에 매립된 무늬정보의 비닉성을 높일 수 있다고 하는 이점이 있다.

D. 매립 주파수의 최적화

이하에서는, 무늬정보의 매립에 의한 음질에의 영향을 검토한다. 우선, MDCT계수의 무늬정보의 매립에 의해 생긴 양자화오차｛i(k)｝를, 다음 수학식 13으로 정의한다.

여기서, Xi(k)는 매립하기 전의 계수값, X'i(k)는 매립후의 계수값이다. 상기 실시예에서는 주파수키(kf)로 특정되는 주파수성분으로 매립을 행하였기 때문에, 다음 수학식 14에서 나타나는 바와 같이, k= kf 이외의 주파수성분의 양자화오차｛i(k)｝는 0 이다.

다만, 양자화오차｛i(kf)｝의 값은 주파수키(kf)의 값에 의존하지 않고, 그 절대값(｜i(kf)｜)은 스케일키(kd) 이하이다.

각 프레임의 음성신호｛xi(n)｝에 생기는 매립의 영향｛Di(n)｝은, 상기 수학식 8(역 변환의 식)과 수학식 14로부터, 다음 수학식 15로 주어진다.

0 n 2M -1

따라서, 무늬정보의 매립이 음성신호에 주는 영향(즉 잡음성분)｛D(n)｝은, 다음 수학식 16으로 주어진다.

0 n M -1

또한, 디지털 음성신호값에 생기는 오차는, 다음 수학식 17에 나타내는 바와 같이, D(n)을 정수화 한 값으로 주어진다.

0 n M -1

그런데, MDCT계수의 특정한 주파수성분｛Xi(kf)｝에 무늬 정보의 매립을 행 하는 것은, 도 9에 나타내는 바와 같이, 좁은 대역의 잡음간섭｛i(kf)｝을 주는 것과 등가이다. 따라서, 무늬정보에 기인하는 잡음의 대역폭은, 음성복원시에는 M배(M은 1 프레임에 포함되는 신호값의 실질개수)로 확대되고, 이 결과 무늬정보의 잡음전력(電力)은 대단히 작게 된다고 생각된다.

그런데, 일반적으로, 음질의 객관적인 평가척도로서 사용되는 기본적인 것에 신호 대 양자화잡음비(SNR)가 있다. SNR[dB]의 평가식은, 입력음성신호｛So(m)｝와 그 양자화오차｛Er(m)｝를 이용하여 다음 수학식 18과 같이 정의된다.

본 실시예에서는, SNR을 개량하여 주관평가와의 대응관계를 향상한 SNRseg(세그먼트 SNR)를 이용한다. SNRseg는 다음 수학식 19로 주어진다.

여기서, Nf는 측정구간의 프레임수를 나타내고, SNRf는, f 번째의 프레임에 있어서의 SNR 이다. 이하에 나타내는 측정예에서는, 1 프레임의 길이를 32ms로 하였다. 또한, 오차가 없는 음성 프레임, 즉 SNRf=의 음성 프레임을 제외하고 측정하였다.

도 10은, 실제로 디지털음성신호를 이용해 주파수키(kf)의 값과 신호 대 양자화잡음비(SNRseg)와의 관계를 구한 결과를 나타내는 그래프이다. 여기서는, 1 프레임에 포함되는 신호값이 실질적인 개수 M(즉 1 프레임분의 변환계수의 수)을 256으로 하였다. 또한, 스케일키(kd)와 PN계열발생키(ks)(도 2)는 어느 것이나 1로 하였다. 도 10의 결과로부터, kf= 127 또는 128 일 때의 파형 왜곡이 다른 경우와 비교하여 아주 적은 것을 알 수 있다. 이 이유는, 상기 수학식 15, 수학식 17에 나타낸 바와 같이, 주파수키(kf)의 틀림에 의한 잡음성분｛Di(n)｝으로의 영향이, MDCT 기저｛c(k,n)｝와 디지탈화의 사사오입 처리에 기인하고 있기 때문이라고 생각된다. 이와 같이, 1 프레임에 포함되는 실질적인 신호값의 개수(M)가 256일 때에는, 주파수 키(kf)의 값을 127 또는 128이라고 하면, 음질의 열화가 최소한으로 억제된다. 일반적으로는, 주파수키(kf)의 값을, 1 프레임에 포함되는 음성신호값의 실질적인 개수(M)의 약 1/2의 값으로 하는 것이 바람직하다.

또, 1 프레임중에 복수의 무늬 비트를 매립하는 것도 가능하다. 예컨대, kf= 127 및 128의 2개의 주파수성분에 무늬비트를 매립하도록 해도 좋다. 이 명세서에 있어서「특정한 주파수성분에 매립한다」고 하는 것은 이와 같이, 1 프레임중에 복수의 무늬비트를 매립하는 경우도 포함하고 있다. 다만, 1 프레임중에 매립되는 무늬정보의 비트수가 증가할수록 음질이 열화하는 경향이 있다.

E. 실험 결과

음질의 높이에 가치가 있는 음악 소프트에 무늬정보의 매립을 행하는 경우에는, 매립에 의해서 음질이 열화하지 않는 것이 중요하다. 그래서, 실제로 고품질의 음악 데이터에 무늬정보의 매립을 행하고, 음질에 주는 영향을 조사하였다. 이 실험에서는, 클래식과, 째즈와, 댄스의 3종류의 음악을, 샘플링주파수 44.1kHz, 양자화폭 16비트로 양자화 한 원 음성신호｛s(t)｝를 이용했다. 다만, 음악 소프트는 통상 스테레오이지만, 그 한쪽편 성분에만 매립을 행하였다.

이 실험에서는, M= 256에 설정하였기 때문에, 무늬정보의 매립량(Br)은, 상기 수학식 10으로부터 약 172비트/초이다. 이 매립을 행한 재생음성신호와 매립이 없는 재생음성신호의 음질을 비교 검토하였다.

도 11은, 스케일키(kd)를 고정하고, 주파수키(kf)를 변화시켜 클래식음악에 매립을 행한 경우의 SNRseg를 나타내는 그래프이다. 여기서는, kd=2, ks= 1 (ks는 PN계열 발생키)로 하였다. 도 11에 있어서도, 주파수키(kf)의 값이 128 부근일 때 최고음질이 얻어지고 있다. 도 12는, PN계열발생키(ks)의 값을 2로 함으로써, 도 11과는 다른 변화 패턴을 가지는 PN계열을 발생시키고, 또한, 스케일키(kd)를 도 11과 같은 값에 설정한 경우의 결과이다.

도 13은, 클래식음악에 무늬정보를 매립한 음성신호에 대하여, 다른 PN 계열발생키(ks)를 이용하여 무늬정보의 검출을 시도한 경우의 검출률을 나타내는 그래프이다. 여기서는, 무늬정보의 매립시 스케일키(kd)를 2, 주파수키(kf)를 128, PN계열발생키(ks)를 128로 하였다. 도 13의 결과로부터, 옳은 PN계열발생키(ks)(= 128)에서 생성한 PN계열로 복호하면, 검출률은 1이고, 무늬정보를 완전히 복호할 수 있지만, PN 계열발생키(ks)가 다른 상이한 값일 때에는 검출률이 0.5가 된다. 검출률이 0.5일 때는, 0과 1의 비트가 랜덤으로 출현되기 때문에 무늬정보를 옳게 검출할 수 없다. 이와 같이, 본 실시예의 전자무늬 기술에 의하면, 매립에 이용한 PN계열｛g(t)｝이 암호화의 키로서 기능하고 있어, 무늬 정보에 관해서 높은 비닉성을 확보할 수 있다. 그러나, 매립에 이용한 PN계열｛g(t)｝과 서로 관계가 높은 PN계열을 우연히 이용한 경우에는, 무늬정보가 부정하게 발견되어 버리는 것도 생각된다. 따라서, PN 계열｛g(t)｝로서는, 서로 관계가 높은 계열을 용이하게 생성할 수 없는 것과 같은 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이 의미에서는, C 언어의 표준함수와 같이 일반적으로 입수가 용이한 PN계열 발생부를 사용하는 것은 바람직하지 못하고, 일반적으로 입수가 곤란한 PN계열 발생부를 사용하는 것이 바람직하다.

도 14는, 주파수키(kf)를 128의 일정값으로 하여, 스케일키(kd)를 변화시킨 경우의 음질의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 14로부터, 스케일키(kd)를 증대시키면, 복원음성의 음질을 나타내는 SNRseg가 저하하는 것을 알 수 있다. 고음질을 유지하기 위해서는, 스케일키(kd)를 1∼3정도의 비교적 작은 값으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 전자무늬 음성신호로부터 무늬정보를 확실히 검출하기 위해서는, 스케일키(kd)를 될 수 있는 한 큰 값으로 하는 것이 바람직하다. 또, 음악 소프트의 상품적 가치를 잃어버리지 않도록(즉, 음질을 과도하게 열화시키지 않도록) 디지털복사 한 경우에는, 스케일키(kd)가 작은 값이라도 옳은 무늬정보를 집어내는 것이 가능하다. 한편, 음질열화(손실압축)된 음성신호에서도 무늬정보를 집어내고 싶을 때에는, 스케일키(kd)를 큰 값으로 설정하면 좋다.

도 15는, 무늬정보의 매립이 없는 재생음성 파형과, 매립이 있는 재생음성 파형과, 그들의 차분(差分)파형을 나타내는 설명도이다. 이들 파형은, 째즈에 있어서의 피아노의 연주음에 상당하는 부분이다. 도 15(c)에 나타내는 차분 파형으로부터, 도 15(a)와 도 15(b)의 파형에 거의 차이가 없는 것을 알 수 있다.

이와 같이, 상기 실시예에 의하면, 음악 소프트의 음질을 손상하지 않고서 높은 비닉성을 가지는 무늬 정보를 매립할 수 있다. 또한, 상기 실시예에서는, 원 음성신호를 MDCT변환하여 얻어진 변환계수의 특정한 주파수성분에 무늬정보를 매립하고 있기 때문에, 원 음성신호｛s(t)｝의 샘플링주파수가 어떠한 값이더라도, 무늬정보를 매립하기도 하고, 추출하기도 하는 것이 가능하다. 바꾸어 말하면, 상기 실시예의 전자무늬 기술은. 고음질의 음성 데이터에도, 저음질의 음성 데이터에도 적용하는 것이 가능하다.

또, 이 발명은 상기의 실시예나 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지의 태양에 있어서 실시하는 것이 가능하고, 예컨대 다음과 같은 변형도 가능하다.

(1)상기 실시예에 있어서, 하드웨어에 의해서 실현되어 있던 구성의 일부를 소프트웨어로 치환하도록 하여도 좋고, 역으로 소프트웨어에 의해서 실현되어 있던 구성의 일부를 하드웨어로 치환하도록 하여도 좋다. 예컨대, 도 2에 나타낸 전자무늬 매립부(42)의 구성이나, 도 7에 나타낸 전자무늬 추출부(44)의 구성을 하드웨어회로에서 실현하는 것도 가능하다.

(2)상기 실시예에서는, PN계열｛g(t)｝로서, +1과 -1의 2값을 랜덤하게 취하는 계열을 사용하고 있었지만, PN계열｛g(t)｝의 절대값으로서는 1 이외의 정수값 (p)을 이용하는 것도 가능하다. 즉, 일반적으로는, 특정한 절대값(p)을 가지는 정부의 값을 불규칙적으로 취하는 정부계열을 이용할 수 있다. 다만, 이 경우에는, 도 2의 제2의 곱셈기(66)의 출력｛x'(t)·g(t)｝을 정수값(p)의 2승으로 나눗셈함으로써, 전자무늬 음성신호｛s'(t)｝를 생성한다.

(3)스펙트럼확산의 연산으로서는, PN계열(정부계열)을 원 음성신호에 곱셈하는 연산과 등가인 다른 여러 가지의 연산을 이용할 수 있다. 예컨대, 0 레벨과 1 레벨을 랜덤하게 취하는 2값 계열을 쓴 논리연산을 함으로써, 스펙트럼확산을 실현하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 원 음성신호의 각 비트가 입력되는 복수의 EXOR (배타적 논리합)회로를 설치하고, 이들의 복수의 EXOR회로에 2값계열을 공통으로 입력함으로써, PN 계열을 원 음성신호에 곱셈하는 연산과 등가인 연산을 실현할 수 있다. 즉, 복수의 EXOR회로에 2값계열의 0 레벨이 입력되는 경우에는, 원 음성신호가 그대로 출력되기 때문에, 원 음성신호에 +1를 곱셈한 경우와 등가인 연산이 실현된다. 한편, 복수의 EXOR회로에 2값계열의 1 레벨이 입력되는 경우에는. 원 음성신호의 각 비트가 반전되어 출력되기 때문에, 원 음성신호에 -1을 곱셈한 경우와 등가인 연산이 실현된다. 또한, 이렇게 해서 스펙트럼 확산된 확산음성신호에 관해서, 동일한 2값계열을 이용하고 재차 EXOR회로에서 처리를 행하면, 원 음성신호를 재현할 수 있다.

이 발명은, 음성 데이터나, 계측 데이터, 디지털제어의 피드백 신호등의 여러 가지의 일차원 데이터에 전자무늬를 행하는 장치나 방법에 적용 가능하다.

Claims

무늬정보를 원(原) 일차원 데이터에 매립하는 방법으로서,

(a)특정한 절대값을 가지는 정부(正負)의 값을 불규칙적으로 취하는 특정한 정부계열(系列)과 상기 원 일차원 데이터를 곱셈하는 연산과 등가인 연산을 행함으로서 스펙트럼확산을 실행하고, 이에 의해 제1의 확산 일차원 데이터를 생성하는 공정과,

(b)상기 제1의 확산 일차원 데이터에 관하여 직교변환을 행하는 공정과,

(c)상기 직교변환으로 얻어진 변환계수의 특정한 주파수성분값을, 상기 무늬 정보와 대응짓도록 조정하는 공정과,

(d)상기 조정 필(畢) 주파수성분을 역직교 변환함으로써, 제2의 확산 일차원 데이터를 생성하는 공정과,

(e)상기 특정한 정부계열을 이용하여 상기 제2의 확산 일차원 데이터를 스펙트럼 역 확산함으로써, 상기 무늬 정보가 매립된 전자무늬 일차원 데이터를 생성하는 공정을 구비하는 전자무늬의 매립 방법.
제1항에 있어서,

상기 공정(a) 및 공정(e)은, 특정한 주파수발생키에 따라 상기 특정한 정부계열을 발생하는 공정을 각각 포함하는 전자무늬의 매립방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 직교변환은, 상기 제1의 확산 일차원 데이터중의 2M개{M은 2이상의 정수(整數)}의 데이터로 구성되는 각 프레임마다, 소정의 창(窓)함수를 이용한 변환을 행하는 변형이산 코사인 변환이고,

상기 제1의 확산 일차원 데이터는, 인접하는 프레임이 M개의 데이터구간씩 서로 어긋난 위치를 취하도록, 상기 변형이산 코사인 변환에 있어서 복수의 프레임으로 구분되는 전자무늬의 매립방법.
제3항에 있어서,

상기 무늬정보와 대응지어지는 상기 특정한 주파수성분은, 거의 M/2에 상당하는 주파수성분인 전자무늬의 매립 방법.
제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 공정(c)은,

(i)소정의 정수(整數)(kd)로 상기 특정한 주파수성분을 양자화(量子化)함으로써 제1의 양자화값을 생성하는 공정과,

(ii)상기 제1의 양자화값의 최하위 비트를 상기 무늬정보의 비트값과 대응짓도록 조정함으로써 제2의 양자화값을 생성하는 공정과,

(iii)상기 제2의 양자화값에 상기 소정의 정수(kd)를 곱함으로써, 상기 조정 필 주파수성분을 생성하는 공정을 포함하는 전자무늬의 매립 방법.
무늬정보를 원 일차원 데이터에 매립하는 장치로서,

특정한 절대값을 가지는 정부의 값을 불규칙적으로 취하는 특정한 정부계열과 상기 원 일차원 데이터를 곱셈하는 연산과 등가인 연산을 행함으로써 스펙트럼확산을 실행하고, 이에 의해 제1의 확산 일차원 데이터를 생성하는 스펙트럼 확산부와,

상기 제1의 확산 일차원 데이터에 관하여 직교변환을 행하는 직교변환부와,

상기 직교변환으로 얻어진 변환계수의 특정한 주파수성분값을, 상기 무늬 정보와 대응짓도록 조정하는 매립부와,

상기 조정 필 주파수성분을 역 직교변환함으로써, 제2의 확산 일차원 데이터를 생성하는 역변환부와,

상기 특정한 정부계열을 이용하여 상기 제2의 확산 일차원 데이터를 스펙트럼 역 확산함으로써, 상기 무늬정보가 매립된 전자무늬 일차원 데이터를 생성하는 역확산부를 구비하는 전자무늬의 매립 장치.
제6항에 있어서,

상기 스펙트럼 확산부는, 특정한 주파수발생키에 따라 상기 특정한 정부계열을 발생하는 정부계열 발생부를 포함하는 전자무늬의 매립 장치.
제6항 또는 제7항에 있어서,

상기 직교변환부는, 상기 제1의 확산 일차원 데이터중의 2M개(M은 2이상의 정수)의 데이터로 구성되는 각 프레임마다, 소정의 창함수를 이용한 변형이산 코사인변환을 실행하며,

상기 제1의 확산 일차원 데이터는, 인접하는 프레임이 M개의 데이터구간씩 서로 어긋난 위치를 취하도록, 상기 변형이산 코사인변환에 있어서 복수의 프레임으로 구분되는 전자무늬의 매립 장치.
제8항에 있어서,

상기 무늬 정보와 대응지어진 상기 특정한 주파수성분은, 거의 M/2에 상당하는 주파수성분인 전자무늬의 매립 장치.
제6항 또는 제7항중 어느 한 항에 있어서,

상기 매립부는,

소정의 정수(kd)로 상기 특정한 주파수성분을 양자화함으로써 제1의 양자화값을 생성하는 양자화부와,

상기 제1의 양자화값의 최하위 비트를 상기 무늬정보의 비트값과 대응짓도록 조정함으로써, 제2의 양자화값을 생성하는 비트조정부와,

상기 제2의 양자화값에 상기 소정의 정수(kd)를 곱함으로써, 상기 조정 필 주파수성분을 생성하는 역양자화부를 포함하는 전자무늬의 매립 장치.
무늬정보를 원 일차원 데이터에 매립하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체로서,

특정한 절대값을 가지는 정부의 값을 불규칙적으로 취하는 특정한 정부계열과 상기 원 일차원 데이터를 곱셈하는 연산과 등가인 연산을 행함으로써 스펙트럼확산을 실행하고, 이에 의해 제1의 확산 일차원 데이터를 생성하는 스펙트럼확산기능과,

상기 제1의 확산 일차원 데이터에 관하여 직교변환을 행하는 직교변환기능과,

상기 직교변환으로 얻어진 변환계수의 특정한 주파수 성분값을, 상기 무늬 정보와 대응짓도록 조정하는 매립기능과,

상기 조정 필 주파수성분을 역 직교 변환함으로써, 제2의 확산 일차원 데이터를 생성하는 역 변환기능과,

상기 특정한 정부계열을 이용하여 상기 제2의 확산 일차원 데이터를 스펙트럼 역 확산함으로써, 상기 무늬정보가 매립된 전자무늬 일차원 데이터를 생성하는 역 확산기능을 컴퓨터에 실현시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
무늬정보가 매립된 전자무늬 일차원 데이터를 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체로서,

특정한 절대값을 가지는 정부의 값을 불규칙적으로 취하는 특정한 정부계열과, 상기 원 일차원 데이터를 곱셈하는 연산과 등가인 연산을 행함으로써 스펙트럼확산을 실행하고, 이에 의해 제1의 확산 일차원 데이터를 생성하며,

상기 제1의 확산 일차원 데이터에 관하여 직교변환을 행하고,

상기 직교변환으로 얻어진 변환계수의 특정한 주파수성분값을, 상기 무늬 정보와 대응짓도록 조정하며,

상기 조정 필 주파수성분을 역 직교 변환함으로써, 제2의 확산 일차원 데이터를 생성하고,

상기 특정한 정부계열을 이용하여 상기 제2의 확산 일차원 데이터를 스펙트럼 역 확산함으로써, 상기 무늬정보가 매립된 전자무늬 일차원 데이터를 생성함으로써 생성된 상기 전자무늬 일차원 데이터를 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
무늬정보가 매립된 전자무늬 일차원 데이터로부터 상기 무늬정보를 추출하는 방법으로서,

(a)특정한 절대값을 갖는 정부의 값을 불규칙적으로 취하는 특정한 정부계열과 상기 전자무늬 일차원 데이터를 곱셈하는 연산과 등가인 연산을 행함으로써 스펙트럼확산을 실행하고, 이에 의해 제1의 확산 전자무늬 일차원 데이터를 생성하는 공정과,

(b)상기 제1의 확산 전자무늬 일차원 데이터에 관하여 직교변환을 행하는 공정과,

(c)상기 직교변환으로 얻어진 변환계수의 특정한 주파수성분값으로부터, 상기 특정한 주파수성분값에 대응지어진 상기 무늬정보를 추출하는 공정을 구비하는 전자무늬의 추출방법.
무늬정보가 매립된 전자무늬 일차원 데이터로부터 상기 무늬정보를 추출하는 장치로서,

특정한 절대값을 가지는 정부의 값을 불규칙적으로 취하는 특정한 정부계열과 상기 전자무늬 일차원 데이터를 곱셈하는 연산과 등가인 연산을 행함으로써 스펙트럼확산을 실행하고, 이에 의해 제1의 확산 전자무늬 일차원 데이터를 생성하는 스펙트럼 확산부와,

상기 제1의 확산 전자무늬 일차원 데이터에 관하여 직교변환을 행하는 직교변환부와, 상기 직교변환으로 얻어진 변환계수의 특정한 주파수성분값으로부터, 상기 특정한 주파수성분값에 대응지어진 상기 무늬정보를 추출하는 디코드부를 구비하는 전자무늬의 추출장치.
무늬정보가 매립된 전자무늬 일차원 데이터로부터 상기 무늬정보를 추출하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체로서,

특정한 절대값을 가지는 정부의 값을 불규칙적으로 취하는 특정한 정부계열과 상기 전자무늬 일차원 데이터를 곱셈하는 연산과 등가인 연산을 행함으로써 스펙트럼확산을 실행하고, 이에 의해 제1의 확산 전자무늬 일차원 데이터를 생성하는 스펙트럼확산기능과,

상기 제1의 확산 전자무늬 일차원 데이터에 관하여 직교변환을 행하는 직교변환기능과,

상기 직교변환으로 얻어진 변환계수의 특정한 주파수성분값으로부터, 상기 특정한 주파수성분값에 대응지어진 상기 무늬정보를 추출하는 디코드기능을 컴퓨터에 실현시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
무늬 정보가 매립된 전자무늬 일차원 데이터를 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체로서,

특정한 절대값을 가지는 정부의 값을 불규칙적으로 취하는 특정한 정부계열과 상기 전자무늬 일차원 데이터를 곱셈하는 연산과 등가인 연산을 행함으로써 스팩트럼확산을 실행하고, 이에 의해 제1의 확산전자 무늬 일차원 데이터를 생성하며,

상기 제1의 확산 전자무늬 일차원 데이터에 관하여 직교변환을 행하고,

상기 직교변환으로 얻어진 변환계수의 특정한 주파수성분값으로부터, 상기 특정한 주파수성분값에 대응지어진 상기 무늬정보를 추출함으로써, 상기 무늬 정보의 추출이 가능한 상기 전자무늬 일차원 데이터를 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.