(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声や画像の入力ベクトルを、デイジタル符号化すると共にそのデイジタル符号に電子すかし情報を埋め込む電子すかし作成方法において、
上記入力ベクトルと、上記電子すかし情報と、その電子すかし情報を埋め込むべきビット位置を指定する埋め込み位置指定情報とを入力し、
上記埋め込み位置指定情報により埋め込みが指定されていない部分については符号帳から、上記入力ベクトルとの予め決められた尺度での歪が最小となる量子化ベクトルのインデックスを求めて、そのインデックスを上記デイジタル符号として出力し、
上記埋め込み位置指定情報により埋め込みが指定されている部分については、上記符号帳中の上記埋め込み指定されたインデックスのビットを、上記電子すかし情報に固定し、その固定されたインデックス中の量子化ベクトルから入力ベクトルとの予め決められた尺度での歪が最小となるものを選択し、そのインデックスを上記デイジタル符号として出力することを特徴とする電子すかし作成方法。
【請求項２】
ベクトル量子化されたインデックスよりなるデイジタル符号列に電子すかし情報を埋め込む電子すかし作成方法において、
上記デイジタル符号列と、上記電子すかし情報と、その電子すかし情報を埋め込むべきビット位置を指定する埋め込み位置指定情報とを入力し、
上記埋め込み位置指定情報により埋め込みが指定されていない部分については上記入力デイジタル符号をそのまま出力し、
上記埋め込み位置指定情報により埋め込みが指定されている部分については、上記ベクトル量子化に用いた符号帳の上記埋め込み指定されたインデックスのビットを、上記電子すかし情報に固定し、その固定されたインデックス中の量子化ベクトルから、上記入力インデックスと対応する量子化ベクトルとの予め決められた尺度での歪が最小となるものを選択し、そのインデックスを出力することを特徴とする電子すかし作成方法。
【請求項３】
上記埋め込み位置指定情報により埋め込みが指定されている部分については、当該入力デイジタル符号を、上記ベクトル量子化に用いた符号帳で復号して量子化ベクトルを得、この量子化ベクトルと、上記固定されたインデックス中の量子化ベクトルから、上記歪最小となる量子化ベクトルを選択することを特徴とする請求項２記載の電子すかし作成方法。
【請求項４】
上記埋め込み位置指定情報により埋め込みが指定されている部分については、上記符号帳の各量子化ベクトルごとに、その他の量子化ベクトルとの歪みが予め求められたテーブルから、上記入力デイジタル符号の上記符号帳のインデックスを求め、これと、上記埋め込み指定され、上記すかし情報で固定された上記符号帳中のインデックスとの歪を上記テーブルより求め、その最小のインデックスを求めることを特徴とする請求項２記載の電子すかし作成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は音声や画像をデイジタル符号であらわして伝送や蓄積すると同時に、そのビット系列に秘密の情報（電子すかし情報）を埋め込んで不正利用を防ぐ、いわゆる電子すかし作成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子すかしは具体的には以下の２つの条件を同時に満たす仕組みを提供するものである。
（１）通常の復号器では音声や画像が再生できるが、秘密の情報（電子すかし情報）はどこに書かれているか見つけることができないし、その秘密の情報を書き換えたり消したりしようとすると、再生された音声や画像に大きな劣化を生じる。
【０００３】
（２）一方、検査用の復号器では、別の暗号化された情報を使って秘密の情報（電子すかし情報）がどこに埋め込まれているかを捜して、秘密の情報を読み出すことができる。
従来の電子すかし作成方法は画像などの情報圧縮ビット系列のうち、再生した時にほとんど品質が変わらないようなビット位置の中から、電子すかし情報（秘密の情報）を書き込む位置を選択してすかし情報を書き込む方法が知られている。しかし、情報圧縮率が高い場合や、音声や音楽の圧縮ビット系列ではすでに符号化されたビット系列のビットを強制的に書き換えると、大きな歪が生じる場合が多く、品質が変わらないようなビット位置がきわめて限定される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は電子すかし情報を書きこむ際にもとの音声や画像の量子化歪の増加を最小限に抑えることができる電子すかし作成方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、入力ベクトルと、電子すかし情報と、その電子すかし情報を埋め込むべきビット位置を指定する埋め込み位置指定情報とを入力し、
上記埋め込み位置指定情報により埋め込みが指定されていない部分については符号帳から、上記入力ベクトルとの予め決められた尺度での歪が最小となる量子化ベクトルのインデックスを求めて、そのインデックスを上記デイジタル符号として出力し、
上記埋め込み位置指定情報により埋め込みが指定されている部分については、上記符号帳中の上記埋め込み指定されたインデックスのビットを、上記電子すかし情報に固定し、その固定されたインデックス中の量子化ベクトルから入力ベクトルとの予め決められた尺度での歪が最小となるものを選択し、そのインデックスを上記デイジタル符号として出力する。
【０００６】
請求項２の発明によれば、ベクトル量子化されたインデックスよりなるデイジタル符号列と、電子すかし情報と、その電子すかし情報を埋め込むべきビット位置を指定する埋め込み位置指定情報とを入力し、
上記埋め込み位置指定情報により埋め込みが指定されていない部分については上記入力デイジタル符号をそのまま出力し、
上記埋め込み位置指定情報により埋め込みが指定されている部分については、上記ベクトル量子化に用いた符号帳の上記埋め込み指定されたインデックスのビットを、上記電子すかし情報に固定し、その固定されたインデックス中の量子化ベクトルから、上記入力インデックスと対応する量子化ベクトルとの予め決められた尺度での歪が最小となるものを選択し、そのインデックスを出力する。
【０００７】
請求項３の発明では請求項２の発明において、上記埋め込み位置指定情報により埋め込みが指定されている部分については、当該入力デイジタル符号を、上記ベクトル量子化に用いた符号帳で復号して量子化ベクトルを得、この量子化ベクトルと、上記固定されたインデックス中の量子化ベクトルから、上記歪最小となる量子化ベクトルを選択する。
【０００８】
請求項４の発明では請求項２の発明において、上記埋め込み位置指定情報により埋め込みが指定されている部分については、上記符号帳の各量子化ベクトルごとに、その他の量子化ベクトルとの歪みが予め求められたテーブルから、上記入力デイジタル符号の上記符号帳のインデックスを求め、これと、上記埋め込み指定され、上記すかし情報で固定された上記符号帳中のインデックスとの歪を上記テーブルより求め、その最小のインデックスを求める。
【０００９】
以上述べたようにこの発明では一旦符号化されたビット系列に入力ベクトルと無関係に電子すかし情報を埋め込むのではなく、ベクトル量子化の符号帳探索の中で、電子すかし情報を埋め込んだ条件での最適なインデックスを探索することが特徴で、歪の増加を最小限に抑えることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１Ａはこの発明の請求項第１項に対応する実施例を示す構成図である。この例では符号器１１の処理の段階で、すかし情報を考慮した量子化ベクトルの探索を行なう。つまり図１Ｂに示すように入力端子１２よりの画像信号、音響信号などの入力ベクトルが入力され、符号帳１３から選択され、復号器１４で復号された復号ベクトルと、入力ベクトルとの差が加算手段１５でとられ、歪計算制御部１６で予め決められた尺度での復号ベクトルと入力ベクトルに対する歪が最小となる量子化ベクトルが符号帳１３から選択され、その選択された量子化ベクトルを示す符号帳１３のインデックスＩｎが符号化出力端子１７から出力される。
【００１１】
この実施例では符号器１１に端子１８からすかし情報と、端子１９から埋込み位置指定情報とが入力される。埋込み位置指定情報により埋込みが指定されていない場合は、入力ベクトルに対する符号化は先に述べたように従来と同様に行うが、埋込み位置指定情報によりすかし情報の埋込みが指定されている場合は、符号帳１３のインデックス中の上記埋込み指定位置を、その時のすかし情報で固定して、符号帳１３の量子化ベクトルを探索する。つまり図１Ｂに示すように選択制御部２１において、埋込み位置指定情報とすかし情報とにより、符号帳１３から検索する量子化ベクトルが制限される。
【００１２】
例えば図２Ａに示すように５ビットごとのインデックスＩｎ１，Ｉｎ２，…の符号化ビット系列のうち、図２Ｂに示す埋込み位置指定情報により指定された位置のビットが図２Ｃのすかし情報で固定される。この例ではインデックスＩｎ１は本来は、５ビット３２ベクトルの中から歪が最も小さくなる量子化ベクトルを探索するが、埋込み位置指定情報により３番目のビットが、すかし情報により０に固定される。従って図２Ｄに示すように符号帳１３中の３番めのビットが０であるインデックスに対する量子化ベクトル（計１６個）の中から歪が一番小さいものが選ばれる。
【００１３】
この１６個の中から選ばれたものはもともと３２個の中でも最も歪が小さいものであったものと同一かも知れず、そうでなくても、１６個中から選択されたものは最適な量子化ベクトルとの差は平均的には非常に小さい。言い換えれば、このすかし情報が埋め込まれた符号化ビット系列を通常の復号器で再生すると、本来の出力との差は僅かである。
【００１４】
またどのビットが固定されて探索されたかは通常の復号器では検出は困難である。何故なら、符号化出力ビットを１ビットずつ反転して再生してみても、符号帳１３の構成に依存して再生出力は劣化するが、特にすかし情報のビットでも同じように劣化し、そのビットのみで特徴があるわけではないからである。
従来の方法では、入力を考慮せずに、符号化ビットの一部を反転してすかし情報を書き込むので、そのビットを反転することでかえって品質が向上する場合がある。よってこの品質が向上するビットを検出してすかし情報を消去することが可能であるが、この発明の実施例では１ビットのみの反転では品質が向上する可能性は非常に少ない。確かにこの図の例では、３２種類のすべての組合わせでインデックスを変更すると品質が向上する場合があるが、その品質向上はごくわずかであるからその向上するインデックスと符号化されたインデックスとを比較しても、すかし情報の位置やその情報を特定することはできない。また入力の原音や原画の情報がなければ、客観的に品質が向上したかどうか検査する手段はなく、すかし情報の改ざんは難しい。
【００１５】
以上のすかし情報の改ざんは、通常の復号器の動作、つまり復号化手順、および復号化符号帳や、ビットの位置がすべて公開されていることを前提にしているが、つまり全ての量子化ベクトルとそのインデックスとの関係がわかっていることを前提としている。しかし符号帳の一部でも非公開のビットがあると、すかし情報の改ざんは不可能と見なせる。例えば秘密の特定のビットに対する誤り検出符号（例えばパリテイビット）を追加して、そこで誤りが検出されれば復号を中止する処理を通常の復号器に組合わせることが考えられる。すかし情報の部分のインデックスを少ない劣化で他のインデックスにたまたま置き換えること、つまり改ざんすることができても誤り検出符号で、それが検出され、出力を停止させることが可能であり、改ざんしたものを再生することはできない。
【００１６】
以上のようにこの実施例で符号化ビット系列に電子すかし情報を埋込むことができ、その電子すかし情報が埋込まれた符号化ビット系列が出力端子１７に出力される。このすかし情報付符号化ビット系列は伝送又は蓄積された後、通常の復号器２４、つまりすかし情報が埋込まれない符号化ビット列に対する復号器２４により復号化され、その出力端子２５からすかし情報の付加にかかわらず、歪の劣化が少ない出力ベクトルが得られる。
【００１７】
すかし情報は符号化ビット系列から、すかし情報を取出すにはすかし情報復号器２６に入力し、符号器１１側より得た埋込み位置指定情報により、すかし情報付符号化ビット系列からすかし情報ビットのみを取出すことにすかし情報を出力端子２７に得る。埋込み位置指定情報は通常、特別のものしか入手できないように、暗号化され、すかし情報復号器２６側で埋込み位置指定情報を復号化して、その埋込みビット位置を検出する。
【００１８】
図３Ａは請求項２の発明に対応する実施例を示すものである。
この例では入力端子３１にすかし情報とは無関係に符号化された符号化ビット系列が入力される。つまり通常の符号器１１で符号化された符号化ビット系列が伝送され、又は蓄積されたものが読出されて入力端子３１よりすかし情報埋込み器３２に入力され、原入力ベクトルの情報なしにすかし情報が書き込まれる。この際もとの音声や画像の劣化を小さく抑えるために、符号帳の中のすかし情報ビットが固定されたインデックスに対応する量子化ベクトルの中で、本来の再生ベクトルに最も近いもののインデックスに置き換える。つまりすかし情報埋込み器３２においては、その入力端子３１に入力された符号化ビット系列が符号化された際に用いた符号帳と同一の符号帳を備え、入力符号化ビット系列を再生し、その再生ベクトルを、図１について説明したように、端子１９の埋込み位置指定情報にもとづき、符号帳のインデックスの１つのビットを、端子１８のすかし情報で固定した、インデックスから選択した量子化ベクトル中の歪最小のもののインデックスを出力する。
【００１９】
あるいは決められた歪尺度が、一定の場合は、例えば図３Ｂに示すように、各インデックスＩｎ１，Ｉｎ２，…それぞれの量子化ベクトルについて、これと、他の各インデックスの量子化ベクトルとの歪をそれぞれ計算した歪表を用意しておき、また、各埋込み位置指定情報とすかし情報の組合せについて選択可能なインデックスの組を図３Ｃに示すように選択可能表として作っておき、端子１８，１９のすかし情報と埋込み位置指定情報とから、図３Ｃの選択可能インデックス表を参照して選択可能インデックスの組を検出し、その検出した選択可能インデックスの組中のインデックスと、端子３１に入力されたインデックスとの歪が最小のインデックスを図３Ｂの歪表を参照して探し、そのインデックスを出力端子１７へ出力してもよい。あるいは、各入力インデックスについて、すかし情報とその埋込み位置の各場合について、歪最小のインデックスを予め求めておき、これを直ちに出力するようにしてもよい。
【００２０】
この場合、入力情報を使う図１に示した実施例の場合よりすかし情報を埋込むことによる歪は大きくなるが、大きな劣化にはならず、通常の復号器で復号できる。また通常の復号器で、インデックスを取り替えることで品質が改善される可能性も図１の場合より少し大きくなる。しかし、すかし情報をいれるために毎回符号化する必要がないので処理が簡単になる。
【００２１】
なお例えば聴覚重み付けベクトル量子化した場合のように歪尺度が、符号化ビット中のほかのパラメータに依存する場合には、そのパラメータを復号して歪尺度を計算し、その尺度で、最も近い量子化ベクトルのインデックスに置き換える必要がある。
【００２２】
【発明の効果】
この発明によれば、下記の電子すかしの機能を実現でき、しかもこれによる本来の音声や画像からの劣化は僅かなものに抑えることが可能である。
（１）通常の復号器では音声や画像が再生できるが、秘密の情報（すかし情報）はどこに書かれているか見つけることが困難であり、その秘密情報を書き換えたり消したりしようとすると、音声や画像に大きな劣化を生じる。
【００２３】
（２）一方、検査用の復号器では、別の暗号化された埋込み位置指定情報を使って情報がどこに埋め込まれているかを捜して、秘密の情報を読み出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａは請求項１の発明の実施例および請求項５の発明の実施例を示す構成図、Ｂはその符号器１１の具体例を示す機能構成図である。
【図２】Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ符号化ビット系列、埋込み位置指定情報、すかし情報を示す図、Ｄは符号帳の例を示す図である。
【図３】Ａは請求項２の発明の実施例を示すブロック図、Ｂは歪表を示す図、Ｃは選択可能インデックス組の表を示す図である。
【図１】
0003672143.tif 000002
【図２】
0003672143.tif 000003
【図３】
0003672143.tif 000004