JP2001525153A - 透かし検出 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 情報（例えばイメージ又はビデオ）信号の透かしを検出する向上した方法及び装置を開示する。信号間の相関の量（ｄ）を検出する前に疑わしいイメージ（ｑ）及び検出すべき透かし（Ｗ_i）に対称位相専用整合フィルタ処理（２４−２８）を課すことによって、検出が信頼性のあるものとなり、かつ、イメージ処理に対する影響が少なくなる。

Description

【発明の詳細な説明】 透かし検出 発明の分野 本発明は、あり得る埋め込まれた情報信号の透かしを、透かしパターンの（時 間的又は空間的な）対応する値に従って前記情報信号の値を変更することによっ て検出する方法に関するものである。また、本発明は、透かしを検出する装置に 関するものである。 発明の背景 冒頭で規定したような従来の方法は国際特許番号９８／０３０１４に開示され ている。透かしは、疑わしい情報信号の相関及び供給された透かしパターンの比 較並びに相関及び予め設定された値の比較によって検出される。相関がしきい値 より大きい場合、透かしが存在すると考えられ、そうでない場合、透かしが存在 しないと考えられる。相関が大きくなるに従って、検出の信頼性が増大するとと もに、透かしが検出できなくなくまで処理を許容しやすくする。国際特許番号９ ８／０３０１４に開示されているように、情報信号及び／又は透かしパターンは 、相関を算出する前に整合フィルタ処理が課される。これによって、透かし検出 の信頼性が著しく増大する。 従来の透かし検出方法の問題は、情報信号に関する透かしパターンの（時間的 又は空間的な）位置が全く未知なことである。検出器に供給される透かしの位置 が埋込み中の位置と異なる場合、相関は小さく、透かしが存在しないと誤って検 出されるおそれがある。 発明の目的及び要約 本発明の目的は、透かしの検出方法を更に向上させることである。 これを、請求の範囲１に規定した方法及び請求の範囲６に規定した装置によっ て達成する。好適例を従属請求の範囲に規定する。 本発明は、透かしの複数のあり得る位置に対する情報信号及び供給された透か しの相関がフーリエ領域で最適に算出され、かつ、相関前に対称位相専用整合フ ィルタ処理（ＳＰＯＭＦ）を情報信号及び透かしに適用することによって検出の 強固さ及び信頼性を向上させることができるという洞察を利用する。それ自体パ ターン認識の分野で既知のＳＰＯＭＦは、相関検出に要求される大抵の関連情報 がフーリエ係数の位相によって保持されることを要求する。それに従って、複素 フーリエ係数の振幅が正規化されて、ほぼ同一の振幅を有するようになる。 表記ＳＰＯＭＦの形容詞「対称」が情報信号及び透かしのフィルタ処理を言及 するが、本発明者は、フーリエ変換された情報信号の正規化が相関検出の向上に 最も寄与することを確認した。フーリエ変換された透かしの振幅の正規化は本発 明の例にも寄与する。 複素フーリエ係数の振幅を正規化するステップは、各フーリエ係数をその絶対 値によって除算するステップを有する。しかしながら、本発明者は、実数部と虚 数部のうちのいずれが大きいかに依存して各係数をいずれかで除算する場合検出 強度がほとんど減少しないことを確認した。これによって、正規化に対してより 少する。 図面の簡単な説明 図１は、信号に透かしを埋め込む装置を線形的に示す。 図２及び３は、図１に示した埋込み装置の動作を説明する図を示す。 図４は、埋め込まれた透かしを検出する装置を線形的に示す。 図５，６Ａ及び６Ｂは、図４に示した検出器の動作を説明する図を示す。 図７は、埋め込まれた透かしを有するビデオビットストリームを再生する装置 を示す。 図８は、埋め込まれた透かしを検出する装置の好適な実施の形態を線形的に示 す。 図９Ａ及び９Ｂは、図８に示した検出器の動作を説明する図を示す。 図１０は、埋め込まれた透かしを検出する装置の他の実施の形態を線形的に示 す。 好適な実施の形態の説明 簡単のために、本発明による透かし形態を不可視ラベルをビデオ内容に添付す るシステムとして説明するが、その教示を、音声及びマルチメディアを含む他の 内容に添付することができるのは明らかである。以後、この方法をＪＡＷＳ（Ｊ ｕｓｔ Ａｎｏｔｈｅｒ Ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）と称する。 図１は、背景情報を提供する透かし埋込み装置の実例を示す。この埋込み装置 （ｅｍｂｅｄｄｅｒ）は、イメージＰを発生させるイメージソース１１と、透か しＷをイメージＰに添付する加算器１２とを具える。透かしＷを、イメージと同 一サイズ、例えば水平方向にＮ₁画素及び垂直方向にＮ₂画素を有する雑音パター ンとする。透かしＷは、キーＫ、すなわち、受信端で検索すべきマルチビットコ ードを表す。 透かし検出プロセスがＮ₁×Ｎ₂スペースの広範囲に亘って透かしＷを探索する 必要を回避するために、透かしを、必要な場合には打ち切りながらイメージの内 容全体に亘って「タイル」Ｗ（Ｋ）と称する小単位を繰り返すことによって発生 させる。このタイル化操作（１５）を図２に示す。タイルＷ（Ｋ）は固定サイズ Ｍ×Ｍを有する。タイルサイズＭを非常に小さくすべきではない。Ｍを小さくす ることはＷ（Ｋ）における対称性を一層必要とし、したがって安全リスクが高く なる。一方では、Ｍを非常に大きくすべきではない。大きな値のＭは、検出器の 探索スペースが大きくなることを意味し、したがって、複雑さが増大する。ＪＡ ＷＳにおいて、理想的な折衷としてＭ＝１２８を選択する。 その後、局所的な深さマップすなわち可視性マスクλ（Ｐ）を算出する(１６) 。各画素位置において、λ（Ｐ）は、添付する雑音の可視性に対する目安を提供 する。マップλ（Ｐ）を、１に等しい平均値を有するように構成する。拡張した シーケンスＷ（Ｋ）をλ（Ｐ）で順次変調し、すなわち、タイル化した透かしＷ （Ｋ）の値に、その位置のλ（Ｐ）の可視性の値を乗算する。したがって、結果 的に得られる雑音シーケンスＷ（Ｋ，Ｐ）は、キーＫ及びＰのイメージ内容に依 存する。Ｗ（Ｋ，Ｐ）を、イメージＰに適応させる際に適応透かしと称する。 最後に、最終的な透かしの強度は、Ｗ（Ｋ，Ｐ）の全体的なスケーリング（１ ８）を行う全体的な深さパラメータｄによって決定される。大きな値のｄは、強 固であるが可視性の透かしに対応する。小さな値は、ほとんど知覚できないが弱 い透かしに対応する。ｄの実際の選択は、強固さの要求と知覚可能性の要求との 間の折衷となる。透かしを埋め込んだイメージＱは、Ｗ＝ｄ×Ｗ（Ｋ，Ｐ）にＰ を添付し、整数の画素値に丸め、かつ、許容される画素値範囲にクリップするこ とによって得られる。 透かしＷに多数ビットコードを埋め込むために、各タイルＷ（Ｋ）を、 従って、制限されたセットの相関のない基本タイル{Ｗ₁.. Ｗ_n}及びそのシフト 形態から構成する。この場合、“ｓｈｉｆｔ(Ｗ_i，Ｗ_j)”は、循環するベクトル 及びシフトｋは、符号化関数Ｅ（１３）を介したキーＫに依存する。符号ｓ_i及 びシフトｋ_iの検索の値にＫを再構成するのは検出器のタスクである。各基本タ イルＷ_iが数回発生するおそれがある。図１において、エンコーダ１３はＷ（Ｋ ）＝Ｗ₁＋Ｗ₂−Ｗ₂’を発生させ、この場合、Ｗ₂’を、Ｗ₂のシフト形態とする 。図３はその動作を示す。 図４は、本発明による透かし検出器の線形図を示す。透かし検出器は、あり得 る透かしを埋め込んだイメージＱを受信する。ＪＡＷＳの透かし検出を単一フレ ームごとに行わずにフレーム群ごとに行う。複数のフレームの累算（２１）によ って、検出の統計が向上し、従って検出の信頼性が向上する。累算したフレーム は、その後サイズＭ×Ｍのブロックに区分し(２２)、全てのブロックを、サイズ Ｍ×Ｍのバッファｑにスタックする(２３)。この動作は折りたたみとして既知で ある。図５は、この折りたたみの動作を示す。 検出プロセスの次のステップは、特定の雑音パターンのバッファｑにおける存 在を表明することである。バッファｑが特定の透かしパターンＷを有するか否か を検出するために、バッファ内容及びその透かしバターンに相関を課す。透かし パターンｗを有する疑惑情報信号ｑの相関の算出は、情報信号値及び透かしパタ ーンの対応する値の内積ｄ＝＜ｑ,ｗ＞の算出を具える。１次元情報信号ｑ＝{ｑ_n }及び透かしパターンｗ＝{ｗ_n}に対して、これを、のような数式で書くことができる。２次元情報信号ｑ＝{ｑ_ij}及び透かしパター ンｗ＝{ｗ_ij}に対して、内積は、 となる。 原理的には、タイルＷ_iがシフトしたベクトルｋ_iを、相違するベクトルｋを有 するＷ_iを検出器に連続的に供給するとともにどのｋに対して相関が最大になる かを決定することによって見つけることができる。しかしながら、この蓄力供給 探索アルゴリズムは時間消費が多い。さらに、イメージＱが透かし検出前に(変 換やクロッピングのような)種々の処理形態を経験し、その結果、検出器は、イ メージＱに対する基本透かしパターンＷ_iの空間位置については未知である。 蓄力探索の代わりに、ＪＡＷＳはパターンＷ（Ｋ）の構造を利用する。バッフ ァｑは、基本パターンの存在、その符号及びシフトに対して検査される。イメー ジｑ及び基本パターンｗの相関ｄ_kはベクトルｋによってシフトされる。（水平 方向のｋ_x画素及び垂直方向のｋ_y画素を、 とする。） 基本パターンＷ_iのあり得る全てのシフトベクトルｋに対する相関値ｄ_kは、高 速フーリエ変換を用いて同時に算出される。図４に示すように、バッファｑの内 容及び基本透かしパターンＷ_iの内容は、変換回路２４及び２５においてそれぞ れ高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が課される。これら動作は、 相関の算出は、ｑの畳込み及びＷ_iの共役の算出に類似する。変換領域にとい て、これは、 ｉｃａｔｉｏｎ）を表し、ｃｏｎｊ（）は、引数（ａｒｇｕｍｅｎｔ）の虚数部 点別乗算を乗算器２７によって実行する。相関値ｄ＝{ｄ_k}のセットは、上記乗 算の逆フーリエ変換によって得られる。 によって得られ、それは、逆ＦＦＴ回路２８によって図４で実行される。透かし パターンＷ_iは、相関値ｄ_kが所定のしきい値より大きい場合に存在が検出される 。 図６Ａは、イメージＱの透かしパターンＷ₁（図１及び３参照）の存在を検査 した場合の相関値ｄ_kのグラフを示す。ピーク６１は、Ｗ₁を実際に見つけたこと を示す。このピークの位置（０，０）は、検出器に供給されたパターンＷ₁がイ メージＱに対して埋込み装置に供給されたパターンＷ₁と同一の空間位置を有す るようになることを表す。図６Ｂは、透かしパターンＷ₂が検出器に供給される 場合の相関値のグラフを示す。２個のピークが見つかる。（０，０）における正 のピーク６２は透かしＷ₂の存在を示し、（４８，６０）における負のピーク６ ３は、透かし−Ｗ₂’の存在を示す。埋め込まれたデータＫは、このように見つ けたベクトルから取り出される。 埋込み情報は、例えば、著作権者又は内容の表現を識別する。ＤＶＤコピー防 止に当たり、マテリアルに対して「一度コピー」「コピー不可」「無制限」「これ以上 のコピー不可」等のラベルを付すことができる。図７は、ディスク７１に記録し たＭＰＥＧビットストリームを再生するＤＶＤドライブを示す。記録された信号 は、スイッチ７２を経て出力端子７３に供給される。出力端子を、外部のＭＰＥ Ｇデコーダ及び表示装置（図示せず）に接続する。本発明に関連しない他の条件 を満足しない場合には予め設定された埋込み透かしを有するビデオ信号をＤＶＤ ドライブが再生しないものと仮定する。例えば、透かしを埋め込んだ信号は、デ ィスク７１が所定の「ウォッブル」キーを有する場合にのみ再生される。透か しを検出するために、ＤＶＤドライブは、上記透かし検出器７４を具える。検出 器は、記録された信号を受信するとともに、透かしを検出したか否かに応じてス イッチ７２を制御する。 振幅及び位相を有する。本発明者は、振幅情報を考慮せずに位相のみを考慮する 場合検出器の信頼性が著しく向上することを確認した。図８は、検出器の相関回 路の好適例を示す。本例は、振幅正規化回路３０を乗算器２７と逆フーリエ変換 回路２８との間に挿入した点が図４のものと異なる。正規化回路の動作は、振幅 による各係数の点別除算を具える。数式では、 となり、この場合、Φは点別除算を表し、ａｂｓ（）は、 を表す。この場合、Ｒ（）及びＩ（）はそれぞれ引数の実数部及び虚数部を表す 。 振幅の上記正規化を、対称位相専用整合フィルタ処理（ＳＰＯＭＦ：Ｓｙｍｍ ｅｔｒｉｃａｌ Ｐｈａｓｅ Ｏｎｌｙ Ｍａｔｃｈｅｄ Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）と 称する。図９Ａ及び９Ｂは、ＳＰＯＭＦ相関の効果を示す。より詳しくは、図９ Ａは、線形相関を用いるすなわち振幅正規化回路３０を有しない場合の相関値ｄ_k を示す。全マトリックスの標準偏差の単位で相関値ｄ₀₀は９．７９に達する。 図９Ｂは、ＳＰＯＭＥを用いた場合の相関値を示す。この場合、相関値ｄ₀₀は標 準偏差の６２．７７倍となる。図９Ｂのピークを図９Ａのピークに比べで高い信 頼性で検出することができることがわかる。 回路３０をＦＦＴ回路２４及び２５の後方の２個の正規化回路に置換することが できる。しかしながら、埋め込まれた透かしが既に理想的な白色（平坦）周波数 スペクトルを有する。その理由は、それが実際には擬似ランダム雑音パターンだ からであり、各サンプルは互いに依存せず、かつ、正規分布から同一的に取り出 される。それに関して、情報信号の振幅の正規化のみで十分であることが確認さ れた。図１０はそのような例を示す。この場合、振幅正規化回路３０はＦＦＴ２ んど同一である。 供給された透かしＷ_iのＦＦＴ及び共役（図４，８及び１０の回路２５及び２ リに格納することができる。 本発明者は、正規化に対してより粗い近似を用いる場合検出強度が著しく減少 しないことを確認した。式（１）及び（２）によって規定したような振幅で各フ ーリエ係数を除算する代わりに、いずれが大きいかに応じてその実数部又は虚数 で変動し、検出強度は１％しか減少しない。複雑な演算を省略するという利点が ある。その理由は、式（２）の平方根を計算する必要がないからである。そのよ うな例において、正規化回路３０は以下のアルゴリズムを実行する。 正規化が２の累乗のみによって除算される場合複雑さを更に減少させることが ない。２の累乗による除算は、複素係数の実数部及び虚数部が 符号・仮数・２^cxp として表される最も一般的な浮動小数点数において特に有効である。この場合、 仮数を、１と２との間の数の固定点表示とする。上記正規化は以下のように簡単 にすることができる。 要約すると、情報（例えばイメージ又はビデオ）信号の透かしを検出する向上 した方法及び装置を開示する。信号間の相関の量（ｄ）を検出する前に疑わしい イメージ（ｑ）及び検出すべき透かし（Ｗ_i）に対称位相専用整合フィルタ処理 （２４−２８）を課すことによって、検出が信頼性のあるものとなり、かつ、イ メージ処理に対する影響が少なくなる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デニッセン アドリアヌス イェー エム オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．情報信号の透かしを検出する方法であって、 − 前記情報信号及び透かしの相関を表示する値を算出するステップと、 − 前記相関値が予め設定されたしきい値より上か否かを検出するステップとを 具える方法において、 − 前記算出ステップが、前記情報信号及び透かしをフーリエ係数にそれぞれフ ーリエ変換するステップと、対応する係数を乗算して、前記情報信号に関する透 かしの複数の位置うちの１個に対応する相関値を表すフーリエ係数を得るステッ プと、前記相関値を表すフーリエ係数を逆変換するステップとを具え、 − 前記検出ステップが、前記相関値の少なくとも１個が予め設定されたしきい 値より大きいか否かを検出するステップを具え、 − 前記相関値を表すフーリエ係数をほぼ同一の振幅に正規化するステップを更 に有することを特徴とする方法。 ２．前記正規化ステップを、前記情報信号を表すフーリエ係数に適用することを 特徴とする請求の範囲１記載の方法。 ３．前記正規化ステップを、前記透かしを表すフーリエ係数に適用することを特 徴とする請求の範囲１記載の方法。 ４．前記正規化ステップが、各フーリエ係数を各振幅によって除算することを特 徴とする請求の範囲１記載の方法。 ５．前記正規化ステップが、どれが最大であるかに依存して実数又は虚数部で各 フーリエ係数を除算するステップを有することを特徴とする請求の範囲１記載の 方法。 ６．前記除算ステップが、２の累乗によって除算するステップを具えることを特 徴とする請求の範囲５記載の方法。 ７．情報信号の透かしを検出する装置であって、 − 前記情報信号及び透かしの相関を表示する値を算出する手段と、 − 前記相関値が予め設定されたしきい値より上か否かを検出する手段とを具え る装置において、 − 前記算出手段が、前記情報信号及び透かしをフーリエ係数にそれぞれフーリ エ変換する手段と、対応する係数を乗算して、前記情報信号に関する透かしの複 数の位置うちの１個に対応する相関値を表すフーリエ係数を得る手段と、前記相 関値を表すフーリエ係数を逆変換する手段とを具え、 − 前記検出手段が、前記相関値の少なくとも１個が予め設定されたしきい値よ り大きいか否かを検出する手段を具え、 − 前記相関値を表すフーリエ係数をほぼ同一の振幅に正規化する手段を更に有 することを特徴とする装置。 ８．情報信号を記録し及び／又は再生する装置であって、前記信号の透かしの存 在に依存して非で尾信号の記録及び／又は再生を不可能にする手段を具える装置 において、前記装置が、請求の範囲７に記載した信号の透かしを検出する装置を 具えることを特徴とする装置。