(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蝸牛遅延特性を模擬する蝸牛遅延フィルタを用いて、デジタルデータである音響信号に位相変調を施し、前記位相変調が施された音響信号に電子透かしデータを埋め込む電子透かしデータ埋め込み装置によって、デジタルデータである音響信号に電子透かしデータが埋め込まれた場合に、前記電子透かしデータの埋め込みの際に用いられた蝸牛遅延フィルタの個数と当該蝸牛遅延フィルタのフィルタ係数とに基づいて、前記蝸牛遅延フィルタが模擬する蝸牛遅延特性を推定する蝸牛遅延特性推定手段と、
前記蝸牛遅延特性推定手段により推定された蝸牛遅延特性に基づいて、音響信号に埋め込まれた前記電子透かしデータを検出する電子透かし検出手段と
を備える、電子透かし検出装置。
【請求項２】
前記電子透かしデータ埋め込み装置が、複数の異なる蝸牛遅延フィルタを用いて音響信号に位相変調を施すことにより、複数の異なる位相変調された音響信号を生成し、電子透かしデータに応じて、前記複数の異なる位相変調された音響信号の中から一の音響信号を選択し、選択した音響信号同士を接合することにより、電子透かしデータを埋め込むように構成されており、
前記蝸牛遅延特性推定手段が、前記複数の異なる蝸牛遅延フィルタがそれぞれ模擬する複数の異なる蝸牛遅延特性を推定するように構成され、
前記電子透かし検出手段が、前記蝸牛遅延特性推定手段により推定された前記複数の異なる蝸牛遅延特性に基づいて、電子透かしデータが埋め込まれた音響信号が、前記複数の異なる蝸牛遅延フィルタのうちの何れの蝸牛遅延フィルタが適用されて位相変調が施されたかを判定することにより、電子透かしデータを検出するように構成されている、
請求項１に記載の電子透かし検出装置。
【請求項３】
前記蝸牛遅延特性推定手段が、前記蝸牛遅延フィルタの零点を推定することにより、蝸牛遅延特性を推定するように構成されている、
請求項１又は２に記載の電子透かし検出装置。
【請求項４】
前記蝸牛遅延特性推定手段が、チャープｚ変換を用いて、前記蝸牛遅延フィルタの零点を推定するように構成されている、
請求項３に記載の電子透かし検出装置。
【請求項５】
前記蝸牛遅延特性推定手段により推定された蝸牛遅延特性の逆特性を有するフィルタを電子透かしデータが埋め込まれた音響信号に施すことにより、電子透かしデータが埋め込まれる前の音響信号を取得する原信号取得手段をさらに備える、
請求項４に記載の電子透かし検出装置。
【請求項６】
電子透かしデータが埋め込まれた音響信号の位相変調に適用されたと前記電子透かし検出手段により判定された蝸牛遅延フィルタの逆フィルタを当該音響信号に施すことにより、電子透かしデータが埋め込まれる前の音響信号を取得する原信号取得手段をさらに備える、
請求項２に記載の電子透かし検出装置。
【請求項７】
蝸牛遅延特性を模擬する蝸牛遅延フィルタを用いて、デジタルデータである音響信号に位相変調を施し、前記位相変調が施された音響信号に電子透かしデータを埋め込む電子透かしデータ埋め込み装置によって、デジタルデータである音響信号に電子透かしデータが埋め込まれた場合に、前記電子透かしデータの埋め込みの際に用いられた蝸牛遅延フィルタの個数と当該蝸牛遅延フィルタのフィルタ係数とに基づいて、前記蝸牛遅延フィルタが模擬する蝸牛遅延特性を推定するステップ（ａ）と、
推定された蝸牛遅延特性に基づいて、音響信号に埋め込まれた前記電子透かしデータを検出するステップ（ｂ）と
を有する、電子透かし検出方法。
【請求項８】
前記電子透かしデータ埋め込み装置が、複数の異なる蝸牛遅延フィルタを用いて音響信号に位相変調を施すことにより、複数の異なる位相変調された音響信号を生成し、電子透かしデータに応じて、前記複数の異なる位相変調された音響信号の中から一の音響信号を選択し、選択した音響信号同士を接合することにより、電子透かしデータを埋め込むように構成されており、
前記ステップ（ａ）において、前記複数の異なる蝸牛遅延フィルタがそれぞれ模擬する複数の異なる蝸牛遅延特性を推定し、
前記ステップ（ｂ）において、前記ステップ（ａ）により推定された前記複数の異なる蝸牛遅延特性に基づいて、電子透かしデータが埋め込まれた音響信号が、前記複数の異なる蝸牛遅延フィルタのうちの何れの蝸牛遅延フィルタが適用されて位相変調が施されたかを判定することにより、電子透かしデータを検出する、
請求項７に記載の電子透かし検出方法。
【請求項９】
前記ステップ（ａ）において、前記蝸牛遅延フィルタの零点を推定することにより、蝸牛遅延特性を推定する、
請求項８に記載の電子透かし検出方法。
【請求項１０】
前記ステップ（ａ）においてチャープｚ変換を用いて、前記蝸牛遅延フィルタの零点を推定する、
請求項９に記載の電子透かし検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルデータである音響信号（音声、音楽など）に埋め込まれた電子透かしデータを検出する電子透かし検出装置及び電子透かし検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、インターネット等の通信ネットワークの普及に伴い、デジタル音楽コンテンツの配信サービス等が提供されるようになっている。しかしながら、デジタル音楽コンテンツの場合、音質をほとんど劣化することなく複製することが可能であるため、違法コピーが横行し、社会問題となっている。そこで、デジタル音楽コンテンツの著作権を保護するための技術として、著作権情報またはシリアルナンバー等の付加情報（電子透かしデータ）を音響信号に埋め込むことにより、違法コピー等の防止及び追跡等を図ることができる電子音響透かし技術が注目されている。
【０００３】
電子音響透かし技術としては、例えば、（１）ＬＳＢ（Least Significant Bit replacement）法（非特許文献１を参照）のように符号化／量子化レベルで透かしを埋め込む方法、（２）ＤＳＳ（Direct Spread Spectrum）法（非特許文献２）のように原信号の広範なスペクトルに情報を埋め込む方法がある。また、位相に係わる知覚特性に基づく方法として、（３）エコーハイディング法（以下「ＥＣＨＯ法」、非特許文献３を参照）、（４）周期的位相変調（ＰＰＭ：Periodical Phase Modulation）法（非特許文献４及び特許文献１を参照）等が提案されている。
【０００４】
ところで、人間の聴覚が備える特性の一つに、蝸牛遅延（Cochlear Delay：ＣＤ）特性と呼ばれるものがある。音信号が蝸牛内（前庭階及び鼓室階にある非圧縮性のリンパ液内）を伝搬するとき、それらの二つの階の間の圧力差によって生じる蝸牛の基底膜の振動（伝播）には、信号の周波数に依存して、多少の時間差がみられる。この現象が蝸牛遅延であり、音信号の周波数が低いほど遅延が長くなることが知られている。
【０００５】
非特許文献５においては、上記の蝸牛遅延と音の同時性判断との間にどのような関係があるのかが検討されている。具体的には、（ａ）通常（蝸牛遅延操作なし）の調波複合音、（ｂ）蝸牛の基底膜上において蝸牛遅延を打ち消すような群遅延を与えた調波複合音、（ｃ）蝸牛遅延を増長するような群遅延を与えた調波複合音の三つの複合音を用いて聴覚心理物理実験を行い、その実験結果に基づいて、蝸牛遅延が音の同時性判断にどのような影響を与えるのかが検討されている。この非特許文献５では、複合音（ｂ）よりも、複合音（ｃ）を用いた場合の方が、複合音（ａ）と同等の同時性判断を示すことが明らかにされている。
【０００６】
上記の蝸牛遅延特性に着目し、電子透かしとして埋め込む情報の２値データに対応する二種類の異なる蝸牛遅延に似た遅延パターンを原信号に付与することにより、電子音響透かしを実現する方法（以下、「ＣＤ法」という）が非特許文献６及び７で提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３６２７０２２号
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】N. Cvejic and T. Seppanen, “Digital audio watermarking techniques and technologies,” IGI Global, 2007
【非特許文献２】Boney, L., Tewfik, H. H., and Hamdy, K. N., “Digital watermarks for audio signals,” Proc. ICMCS, 473-480, 1996
【非特許文献３】Daniel Gruhl, Anthony Lu Walter Bender, “Echo Hiding,”Proc. Information Hiding 1st Workshop, pp.295-315, Cambridge Univ., 1996
【非特許文献４】西村竜一、鈴木陽一、「周期的位相変調に基づく音響電子透かし」、日本音響学会誌、vol.60、no.5、pp.269-272、2004
【非特許文献５】E. Aiba, S. Tanaka, M. Tsuzaki, and M. Unoki, “Judgment of perceptual synchrony between two pulses and its  relation to the cochlear delays,” Proc. Fechner day 2007, 211-214, 2007
【非特許文献６】Unoki, M. and Hamada, D. “Audio watermarking method based on the cochlear delay characteristics,”Proc. IIHMSP2008, 616-619, 2008
【非特許文献７】Unoki, M. and Hamada, D. “Method of digital-audio watermarking based on cochlear delay characteristics,”Int. J. Innv. Comp., Inf. Cont., 6(3(B)), 1325-1346, 2010
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般に、電子音響透かし技術では、知覚不可能性（埋め込み情報が利用者に知覚されず、埋め込みによる原信号の知覚可能な歪みが生じないこと）、頑健性（通常の信号変換処理及び埋め込み情報を削除するといった悪意のある攻撃に対して影響を受けないこと）、及び秘匿性（情報が埋め込まれていることに気付かせないこと、気付かれてもその情報を容易に検出されないこと）が要求されている。
【００１０】
上記（１）のＬＳＢ法は、振幅情報に大きく影響を与えない下位ビットに情報を埋め込むため、知覚不可能性を満たすが、ビット変化に敏感なため頑健性に問題がある。また、上記（２）のＤＳＳ法の場合、スペクトル全体に情報を埋め込むため、信号変形処理には頑健であるが、埋め込まれた情報を容易に知覚できるため知覚不可能性に問題がある。
【００１１】
上記（３）のＥＣＨＯ法は、エコー時間及び１次反射音の振幅を調整することで歪みがなく、知覚不可能な埋め込みを実現できるが、自己相関法及びケプストラム処理を利用することで透かし情報を容易に検出・除去できるため、上記の従来の方法の中でもっとも頑健性・秘匿性に欠ける。また、上記（４）のＰＰＭ法は、周期的な位相変調が比較的知覚され難いという聴覚特性に基づいているが、位相変調が高い周波数成分の位相スペクトルをランダムに歪ませるため、知覚不可能性に問題がある。
【００１２】
他方、上記のＣＤ法の場合、知覚不可能性、秘匿性、及び頑健性を十分に満足するものの、埋め込まれた情報を検出するために原信号を参照することが必要となるため、応用範囲が限定されるという問題がある。
【００１３】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、ＣＤ法により埋め込まれた情報を、原信号を参照することなく検出することができる電子透かし検出装置及び電子透かし検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決するために、本発明の一の態様の電子透かし検出装置は、蝸牛遅延特性を模擬する蝸牛遅延フィルタを用いて、デジタルデータである音響信号に位相変調を施し、前記位相変調が施された音響信号に電子透かしデータを埋め込む電子透かしデータ埋め込み装置によって、デジタルデータである音響信号に電子透かしデータが埋め込まれた場合に、前記電子透かしデータの埋め込みの際に用いられた蝸牛遅延フィルタの個数と当該蝸牛遅延フィルタのフィルタ係数とに基づいて、前記蝸牛遅延フィルタが模擬する蝸牛遅延特性を推定する蝸牛遅延特性推定手段と、 前記蝸牛遅延特性推定手段により推定された蝸牛遅延特性に基づいて、音響信号に埋め込まれた前記電子透かしデータを検出する電子透かし検出手段とを備える。
【００１５】
この態様において、前記電子透かしデータ埋め込み装置が、複数の異なる蝸牛遅延フィルタを用いて音響信号に位相変調を施すことにより、複数の異なる位相変調された音響信号を生成し、電子透かしデータに応じて、前記複数の異なる位相変調された音響信号の中から一の音響信号を選択し、選択した音響信号同士を接合することにより、電子透かしデータを埋め込むように構成されており、前記蝸牛遅延特性推定手段が、前記複数の異なる蝸牛遅延フィルタがそれぞれ模擬する複数の異なる蝸牛遅延特性を推定するように構成され、前記電子透かし検出手段が、前記蝸牛遅延特性推定手段により推定された前記複数の異なる蝸牛遅延特性に基づいて、電子透かしデータが埋め込まれた音響信号が、前記複数の異なる蝸牛遅延フィルタのうちの何れの蝸牛遅延フィルタが適用されて位相変調が施されたかを判定することにより、電子透かしデータを検出するように構成されていてもよい。
【００１６】
また、前記態様において、前記蝸牛遅延特性推定手段が、前記蝸牛遅延フィルタの零点を推定することにより、蝸牛遅延特性を推定するように構成されていてもよい。
【００１７】
また、前記態様において、前記蝸牛遅延特性推定手段が、チャープｚ変換を用いて、前記蝸牛遅延フィルタの零点を推定するように構成されていてもよい。
【００１８】
また、前記態様において、前記蝸牛遅延特性推定手段により推定された蝸牛遅延特性の逆特性を有するフィルタを電子透かしデータが埋め込まれた音響信号に施すことにより、電子透かしデータが埋め込まれる前の音響信号を取得する原信号取得手段をさらに備えていてもよい。
【００１９】
また、前記態様において、電子透かしデータが埋め込まれた音響信号の位相変調に適用されたと前記電子透かし検出手段により判定された蝸牛遅延フィルタの逆フィルタを当該音響信号に施すことにより、電子透かしデータが埋め込まれる前の音響信号を取得する原信号取得手段をさらに備えていてもよい。
【００２０】
本発明の一の態様の電子透かし検出方法は、蝸牛遅延特性を模擬する蝸牛遅延フィルタを用いて、デジタルデータである音響信号に位相変調を施し、前記位相変調が施された音響信号に電子透かしデータを埋め込む電子透かしデータ埋め込み装置によって、デジタルデータである音響信号に電子透かしデータが埋め込まれた場合に、前記電子透かしデータの埋め込みの際に用いられた蝸牛遅延フィルタの個数と当該蝸牛遅延フィルタのフィルタ係数とに基づいて、前記蝸牛遅延フィルタが模擬する蝸牛遅延特性を推定するステップ（ａ）と、推定された蝸牛遅延特性に基づいて、音響信号に埋め込まれた前記電子透かしデータを検出するステップ（ｂ）とを有する。
【００２１】
この態様において、前記電子透かしデータ埋め込み装置が、複数の異なる蝸牛遅延フィルタを用いて音響信号に位相変調を施すことにより、複数の異なる位相変調された音響信号を生成し、電子透かしデータに応じて、前記複数の異なる位相変調された音響信号の中から一の音響信号を選択し、選択した音響信号同士を接合することにより、電子透かしデータを埋め込むように構成されており、前記ステップ（ａ）において、前記複数の異なる蝸牛遅延フィルタがそれぞれ模擬する複数の異なる蝸牛遅延特性を推定し、前記ステップ（ｂ）において、前記ステップ（ａ）により推定された前記複数の異なる蝸牛遅延特性に基づいて、電子透かしデータが埋め込まれた音響信号が、前記複数の異なる蝸牛遅延フィルタのうちの何れの蝸牛遅延フィルタが適用されて位相変調が施されたかを判定することにより、電子透かしデータを検出するようにしてもよい。
【００２２】
また、前記態様において、前記ステップ（ａ）において、前記蝸牛遅延フィルタの零点を推定することにより、蝸牛遅延特性を推定するようにしてもよい。
【００２３】
また、前記態様において、前記ステップ（ａ）においてチャープｚ変換を用いて、前記蝸牛遅延フィルタの零点を推定するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る電子透かし検出装置及び電子透かし検出方法によれば、原信号を参照することなく、ＣＤ法により埋め込まれた電子透かしデータを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態に係る電子透かし埋込装置の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の実施の形態に係る電子透かし埋込装置の構成を示す機能ブロック図。
【図３】本発明の実施の形態における電子透かし埋込装置が備える蝸牛遅延フィルタの特性を示すグラフ。
【図４】本発明の実施の形態に係る電子透かし検出装置の構成を示すブロック図。
【図５】本発明の実施の形態に係る電子透かし検出装置の構成を示す機能ブロック図。
【図６】蝸牛遅延フィルタの極及び零点を説明するためのグラフ。
【図７】チャープｚ変換による周波数分析の結果を示すグラフ。
【図８】本発明の実施の形態における電子透かし埋込装置が実行する電子透かし埋込処理の手順を示すフローチャート。
【図９】本発明の実施の形態における電子透かし検出装置が実行する電子透かし検出処理の手順を示すフローチャート。
【図１０】客観評価実験の結果を示すグラフ。
【図１１】本発明の実施の形態における電子透かし検出装置が実行する原信号取得処理の手順を示すフローチャート。
【図１２】透かし入り音響信号についての客観評価実験の結果を示すグラフ。
【図１３】本発明の実施の形態の原信号取得処理により電子透かしデータを削除する前及び削除した後における客観評価実験の結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す各実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための方法及び装置を例示するものであって、本発明の技術的思想は下記のものに限定されるわけではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において種々の変更を加えることができる。
【００２７】
本実施の形態に係る電子透かし検出装置は、原信号に埋め込まれた電子透かしデータをその原信号を参照することなく検出することができる装置である。このように原信号を参照することなく電子透かしデータを検出することを、本明細書では「ブラインド検出」と称する。以下、この電子透かし検出装置と、電子透かしデータを埋め込む電子透かし埋込装置について説明する。
【００２８】
［電子透かし埋込装置の構成］
図１は、本発明の実施の形態に係る電子透かし埋込装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、電子透かし埋込装置１は、ＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、信号入力部１４、信号出力部１５及びハードディスク１６を備えており、これらのＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、信号入力部１４、信号出力部１５及びハードディスク１６は、バス１７によって接続されている。
【００２９】
ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２及びハードディスク１６に記憶されているコンピュータプログラムを実行する。これにより、電子透かし埋込装置１は、後述するような動作を実行し、音響信号に対する電子透かしデータの埋め込みを実現する。
【００３０】
ＲＯＭ１２は、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、又はＥＥＰＲＯＭ等によって構成されており、ＣＰＵ１１によって実行されるコンピュータプログラム及びこれに用いられるデータ等を記憶している。
【００３１】
ＲＡＭ１３は、ＳＲＡＭまたはＤＲＡＭ等によって構成されており、ハードディスク１６に記憶されているプログラムの読み出しに用いられる。また、ＲＡＭ１３は、ＣＰＵ１１がコンピュータプログラムを実行するときに、ＣＰＵ１１の作業領域としても利用される。
【００３２】
信号入力部１４は、処理対象となる原信号である音響 信号及びその音響信号に埋め込まれる電子透かしデータの入力を、外部の装置から受け付ける。また、信号出力部１５は、電子透かしデータが埋め込まれた音響信号（以下、「透かし入り音響信号」という）を外部の装置へ出力する。
【００３３】
なお、本実施の形態においては、原信号である音響信号はデジタルデータである。しかし、当該音響信号がアナログデータであってもよく、その場合は、Ａ／Ｄ変換機能を備えた信号入力部１４が、入力された音響信号をＡ／Ｄ変換することによりデジタルデータに変換した上で、その後の処理を行うようにすればよい。
【００３４】
ハードディスク１６には、オペレーティングシステム及びアプリケーションプログラム等、並びにＣＰＵ１１に実行させるための種々のコンピュータプログラムおよび当該コンピュータプログラムの実行に用いられるデータ等がインストールされている。このコンピュータプログラムには、電子透かしデータの埋め込みを行うための電子透かし埋込プログラム１６Ａが含まれる。
【００３５】
ハードディスク１６にインストールされる電子透かし埋込プログラム１６Ａは、フレキシブルディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、またはＤＶＤ−ＲＯＭドライブ等の外部記憶装置（図示せず）を介して、可搬型記録媒体から読み出される。
【００３６】
なお、このように可搬型記録媒体によって提供されるのみならず、電気通信回線（有線、無線を問わない）を介して電子透かし埋込装置１と通信可能に接続された外部の装置から電子透かし埋込プログラム１６Ａを提供することも可能である。例えば、電子透かし埋込プログラム１６Ａがインターネット上のサーバコンピュータのハードディスク内に格納されている場合において、このサーバコンピュータに電子透かし埋込装置１がアクセスして、当該コンピュータプログラムをダウンロードし、これをハードディスク１６にインストールすることも可能である。
【００３７】
ハードディスク１６には、例えば米マイクロソフト社が製造販売するWindows（登録商標）等のマルチタスクオペレーティングシステムがインストールされている。以下の説明において、本実施の形態に係る電子透かし埋込プログラム１６Ａは当該オペレーティングシステム上で動作するものとする。
【００３８】
次に、上記の電子透かし埋込装置１の構成を、図２に示す機能ブロック図を参照しながら説明する。なお、以下において、ｎはサンプリング番号を、ｋは音響信号のフレーム番号をそれぞれ示している。
図２に示すように、電子透かし埋込装置１は、音響信号ｘ（ｎ）をフレーム化するフレーム処理部１０１と、２つの蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び１０２ｂと、電子透かしデータｓ（ｋ）の値に応じて第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂの何れかを選択するフィルタ選択部１０３とを備えている。
【００３９】
フィルタ選択部１０３は、電子透かしデータのビット値が“０”である場合に第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａを選択し、同じく“１”である場合に第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂを選択する。第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂでは、後述するようにして音響信号に群遅延を与える。このようにして群遅延が付与された音響信号が統合され、電子透かしデータが埋め込まれた音響信号である透かし入り音響信号ｙ（ｎ）が生成される。
【００４０】
なお、本実施の形態において、これらのフレーム処理部１０１、第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂ、並びにフィルタ選択部１０３は、ＣＰＵ１１が電子透かし埋込プログラム１６Ａを実行することによって実現される。
【００４１】
［蝸牛遅延フィルタ］
以下、第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂの詳細について説明する。これらの第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂは、人間の聴覚の蝸牛遅延特性を模擬したデジタルフィルタであり、具体的には、振幅成分にはまったく影響を与えず、位相特性のみを変化させる全域通過フィルタで構成される。
【００４２】
本実施の形態において、蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び１０２ｂは、以下の式（１）の伝達関数Ｈ（ｚ）により定義される１次の無限インパルス応答型全域通過フィルタで構成される。
【数１】
0005879075.tif 000002
ここで、ｂｍはＨｍ（ｚ）のフィルタ係数を表している。
このように、第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂを１次の無限インパルス応答型全域通過フィルタで構成することにより、高速な処理が可能になる。
【００４３】
なお、無限インパルス応答型全域通過フィルタの群遅延特性が蝸牛遅延特性をより正確に表していれば、フィルタ次数は１次以上であってもよく、また、フィルタのカスケード段数は１段以上であってもよい。
【００４４】
第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂにより与えられる群遅延γｍ（ω）は以下の式（２）により算出される。
【数２】
0005879075.tif 000003
【００４５】
図３は、本発明の実施の形態１における電子透かし埋込装置１が備える第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂの特性を示すグラフである。図３において、縦軸は群遅延を、横軸は音響信号の周波数をそれぞれ示している。
【００４６】
図３において、細い実線は、人間の聴覚における蝸牛遅延を１／１０倍に縮小した蝸牛遅延特性を示している。また、太い実線は、フィルタ係数ｂ＝0.795の場合に上記式１により定義される第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａの特性を示し、破線は、フィルタ係数ｂ＝0.865の場合に同じく定義される第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂの特性を示している。
【００４７】
なお、図３において細い実線で示されている蝸牛遅延特性は、「T. Dau, O. Wegner, V. Mellert, and B. Kollmeier, “Auditory brainstem responses (ABR) with optimized  chirp signals compensating basilar membrane dispersion,” J. Acoust. Soc. Am., 107, 1530-1540, 2000」を参考にして定めたものである。
【００４８】
以上より、第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂを音響信号にかけると、実際の蝸牛遅延の１／１０倍の蝸牛遅延を当該音響信号に付与することになる。したがって、人間の実際の蝸牛遅延特性を近似するためには、このような蝸牛遅延フィルタを１０段カスケード接続する必要がある。しかし、実際と同様の蝸牛遅延量を音響信号に与えることにすると、その音響信号を知覚する際の群遅延量は実際の蝸牛遅延量の２倍になってしまうため、遅延が大きすぎると考えられる。そこで、本実施の形態においては、上記のように実際の蝸牛遅延の１／１０倍の蝸牛遅延を音響信号に与えることにしている。
【００４９】
本実施の形態において、第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂはそれぞれ、下記の式（３）及び式（４）にしたがって、原信号である音響信号ｘ（ｎ）に蝸牛遅延パターンを付与し、中間信号ｗ０（ｎ）及びｗ１（ｎ）を得る。そして、フィルタ選択部１０３が、電子透かしデータのビット値に応じて、フレーム毎に中間信号ｗ０（ｎ）及びｗ１（ｎ）を選択・統合することにより、下記の式（５）に示す透かし入り音響信号ｙ（ｎ）を取得する。
【数３】
0005879075.tif 000004
ただし、（ｋ−１）ΔＷ＜ｎ≦ｋΔＷを満足する。ここで、ΔＷ（＝ｆs／Ｎbit）はフレーム長であり、ｆsは原信号のサンプリング周波数を、Ｎbitは１秒あたりの情報埋込ビットレートをそれぞれ表している。
【００５０】
［電子透かし検出装置の構成］
図４は、本発明の実施の形態に係る電子透かし検出装置の構成を示すブロック図である。図４に示すように、電子透かし検出装置２は、上記の 電子透かし埋込装置１と同様に、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、信号入力部２４、及びハードディスク２５を備えており、これらのＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、信号入力部２４及びハードディスク２５は、バス２６によって接続されている。
【００５１】
ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２及びＲＡＭ２３のそれぞれについては、電子透かし埋込装置１が備えるＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２及びＲＡＭ１３と同様であるので、説明を省略する。
【００５２】
信号入力部２４は、透かし入り音響信号の入力を外部の装置から受け付ける。この透かし入り音響信号は、信号入力部２４に対して電子透かし埋込装置１から直接入力されてもよく、他の装置及び／又は通信ネットワーク等を介して入力されてもよい。
【００５３】
ハードディスク２５には、電子透かし埋込装置１の場合と同様に、オペレーティングシステム及びＣＰＵ２１に実行させるための種々のコンピュータプログラム等がインストールされている。このコンピュータプログラムには、電子透かしデータの検出を行うための電子透かし検出プログラム２５Ａが含まれる。
【００５４】
電子透かし埋込プログラム１６Ａの場合と同様に、ハードディスク２５にインストールされる電子透かし検出プログラム２５Ａは、可搬型記録媒体によって提供されてもよく、電気通信回線を介して提供されてもよい。また、この電子透かし検出プログラム２５Ａは、電子透かし埋込プログラム１６Ａの場合と同様に、ハードディスク２５にインストールされているオペレーティングシステム上で動作するものとする。
【００５５】
次に、上記の電子透かし検出装置２の構成を、図５に示す機能ブロック図を参照しながら説明する。
図５に示すように、電子透かし検出装置２は、電子透かし埋込装置１により生成された透かし入り音響信号ｙ（ｎ）をフレーム化するフレーム処理部２０１と、フレーム化された透かし入り音響信号ｙ（ｎ）に対して、チャープｚ変換を施す２つのチャープｚ変換部２０２ａ及び２０２ｂと、これらの第１チャープｚ変換部２０２ａ及び第２チャープｚ変換部２０２ｂによるチャープｚ変換の結果に基づいて、電子透かしデータのビット値を検出するビット値検出部２０３とを備えている。なお、本実施の形態において、これらのフレーム処理部２０１、第１チャープｚ変換部２０２ａ及び第２チャープｚ変換部２０２ｂ、並びにビット値検出部２０３は、ＣＰＵ２１が電子透かし検出プログラム２５Ａを実行することによって実現される。
【００５６】
［チャープｚ変換］
第１チャープｚ変換部２０２ａ及び第２チャープｚ変換部２０２ｂが実行するチャープｚ変換（ＣＺＴ）は、周波数スペクトルのフレキシブルな分析を可能とする手法として知られ（例えば、「Wang, T. T. “The segmented chirp z-transform and its application in spectrum analysis,”IEEE Trans. Instrumentation and measurement, 39(2), 318-323, 1990」を参照）、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の実装にも活用されている。このチャープｚ変換は、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）と比較して、周波数分解能及び周波数応答のダイナミックレンジを自由に変えられるという特徴を有している。また、ｚ平面上で任意のＭ点でのｚ変換を効率良く求めることができるという特徴も有している。
【００５７】
一般に、チャープｚ変換は、ｚ＝ｒexp（ｊωｎ）でＮ点のＤＦＴと結ばれる（大きさｒ＝１で正規化周波数ωｎ＝２πｎ／Ｎのとき単位円周上のＤＦＴと等価である）関係にある。ここで、チャープｚ変換は下記の式（６）により表される。
【数４】
0005879075.tif 000005
ただし、Ａ＝Ａ０ｅｘｐ（ｊ２πθ０）、Ｗ＝Ｗ０ｅｘｐ（ｊ２πφ０）である。ここで、θ０及びφ０は初期位相である。上述したように、Ａ＝１、Ｍ＝Ｎ、Ｗ＝ｅｘｐ（−ｊ２π／Ｎ）のとき、ＣＺＴはＤＦＴに一致する。
【００５８】
［ブラインド検出の原理］
本実施の形態では、上記のチャープｚ変換を用いることにより、第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂを用いて音響信号に埋め込まれた電子透かしデータのブラインド検出を実現する。以下、このブラインド検出の原理について説明する。
【００５９】
第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂの極及び零点は、図６に示すとおりに配置される。これらの蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び１０２ｂは、上述したように１次ＩＩＲ型全域通過フィルタであり、その特徴として極（図６中の“×”）及び零点（図６中の“○”）は中心点から単位円に向かって垂線を描いたときに交差する半径及びその逆数（ｂｍ及び１／ｂｍ）の関係にある。一般に、ｂｍの値が減少するにしたがい、極は中心点に近付き、零点は単位円から外側に向かって離れていく。反対に、ｂｍの値が増加するにしたがい、極及び零点は互いに単位円に向かって近付いていく。この場合の群遅延量は、図３に示すように、ｂｍの値の増加とともに増加する。なお、図６において、太字の“○”及び“×”は第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａの曲及び零点をそれぞれ示し、細字の“○”及び“×”は第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂの曲及び零点をそれぞれ示している。
【００６０】
透かし入り音響信号ｙ（ｎ）は、上述したような遅延情報が埋め込まれた信号として観測されることになる。そのため、ｙ（ｎ）から遅延情報、すなわち遅延情報の付与に利用された蝸牛遅延フィルタの極及び零点の位置を推定することにより、ブラインド検出を実現することができる。
【００６１】
なお、原信号ｘ（ｎ）自体も数列の特性として極及び零点を持つため（音源が有界であるとして、その信号の減衰に関係する極など）、観測信号ｙ（ｎ）から仮に極及び零点の位置を推定できたとしても、それはＩＩＲ型全域通過フィルタ（蝸牛遅延フィルタ）によって付与されたものなのか、原信号そのものが持つものであるのかを見極める必要がある。
【００６２】
チャープｚ変換を用いることにより、蝸牛遅延フィルタの極及び零点の位置を推定することができることを示すために、上記の式（１）の蝸牛遅延フィルタの零点ｒ＝１／ｂｍを通るようにｒを選択して、原信号ｘ（ｎ）及び遅延情報を埋め込んだ信号ｙ（ｎ）をチャープｚ変換（Ａ＝ｒ、Ｍ＝Ｎ、Ｗ＝ｅｘｐ（−ｊ２π／Ｎ））することにより周波数分析を行う。
【００６３】
以下、原信号である楽器音をｘ（ｎ）とし、第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂを利用して“AIS-Lab.”の電子透かしデータを埋め込んだ信号をｙ（ｎ）とする。ここでは、第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂはいずれも直流成分のところに極及び零点を配置しており、ｒ＝１／ｂ０又はｒ＝１／ｂ１としたチャープｚ変換の周波数分析を行う。なお、サンプリング周波数は４４．１ｋＨｚ、ビットレートはＮｂｉｔ＝４ｂｐｓとして、１フレーム（２５０ｍｓ）に１ビット相当の遅延情報を埋め込むものとする。
【００６４】
図７は、その分析結果を示すグラフである。図７（ａ）乃至（ｉ）は、左から右にフレーム＃１でのｘ（ｎ）、フレーム＃１でのｙ（ｎ）、フレーム＃２のｙ（ｎ）の周波数スペクトルを、上から下にｒ＝１、ｒ＝１／ｂ０、ｒ＝１／ｂ１でのチャープｚ変換により分析した結果をそれぞれ示している。図７（ｇ）に示すように、ｘ（ｎ）に関する分析結果では、極及び零点配置の周波数付近でのスペクトルには特段変化がみられない。他方、フレーム＃１のｙ（ｎ）ではｒ＝１／ｂ１でのチャープｚ変換の結果（図９（ｈ））において、フレーム＃２のｙ（ｎ）ではｒ＝１／ｂ０でのチャープｚ変換の結果（図９（ｆ））において、最も低い周波数領域（直流成分から低周波数域までの範囲；例えば図３に示す遅延が見られる周波数帯）のところでスペクトル成分が劇的に減少していることがわかる（図中の矢印で示す箇所）。これは、零点の影響によるディップ（くぼみ）に対応しているため、原理的にはその大きさは−∞ｄＢになる。それ以外の分析（ｒ＝１、ｒ＝１／ｂ０（フレーム＃１の場合）、及びｒ＝１／ｂ１（フレーム＃２の場合））では、最も低い周波数のところでスペクトル成分の変化はほとんど見られない（すなわち、−∞ｄＢ（線形で０）に近付かない）。なお、この結果に関しては、他のフレーム及び他の対象信号でも同様のことが起こることが確認されている。
【００６５】
以上より、対象信号に係わらず、蝸牛遅延フィルタの零点を交差するようにｚ平面上の軌跡に沿ってチャープｚ変換を行うことにより、ｙ（ｎ）から蝸牛遅延フィルタの零点の位置を推定することが可能であることが分かる。なお、原理的には、ｒを零点ではなく極の値にしてチャープｚ変換を行うことも可能である（極の場合は∞ｄＢのスペクトルピークを得ることになる）が、計算機上でのダイナミックレンジ内のオーバーフローを検出しなければならないため、零点を用いる方が望ましい。零点を利用する場合は、ダイナミックレンジ内の０を探せばよいため、より容易な処理で足りることになる。
【００６６】
本実施の形態では、第１チャープｚ変換部２０２ａがｒ＝１/ｂ０のｚ平面上の軌跡に沿ったチャープｚ変換を行い、第２チャープｚ変換部２０２ｂがｒ＝１/ｂ１のｚ平面上の軌跡に沿ったチャープｚ変換を行う。これらのチャープｚ変換の結果を用いることにより、対象信号が、第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ（フィルタ係数ｂ０）及び第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂ（フィルタ係数ｂ１）の何れにより群遅延が与えられたものであるのかを推定することが可能になる。
【００６７】
［電子透かし埋込装置１及び電子透かし検出装置２の動作］
次に、上述したように構成された本実施の形態の電子透かし埋込装置１及び電子透かし検出装置２の動作について、図８及び図９に示すフローチャートと図２及び図５とを参照しながら説明する。
【００６８】
［電子透かし埋込処理］
図８は、本発明の実施の形態における電子透かし埋込装置１が実行する電子透かし埋込処理の手順を示すフローチャートである。
電子透かし埋込装置１は、フレーム処理部１０１において、外部から入力された音響信号（原信号）を各フレームに分割する（Ｓ１０１）。次に、電子透かし埋込装置１は、フィルタ選択部１０３において、電子透かしデータのビット値に応じて適用する蝸牛遅延フィルタの選択を行う。具体的には、外部から入力され、２進数表現のデータに変換された電子透かしデータのビット値が“０”及び“１”の何れであるかを判定し（Ｓ１０２）、その判定結果に応じて第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂの何れかを選択する。なお、電子透かしデータとしては、例えば著作権者名等の著作権情報またはシリアルナンバー等が挙げられる。
【００６９】
ステップＳ１０２において電子透かしデータのビット値が“０”であると判定した場合（Ｓ１０２で“０”）、電子透かし埋込装置１は、第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａを用いて、音響信号（原信号）に対して位相変調を施す（Ｓ１０３）。他方、電子透かしデータのビット値が“１”であると判定した場合（Ｓ１０２で“１”）、電子透かし埋込装置１は、第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂを用いて、音響信号（原信号）に対して位相変調を施す（Ｓ１０４）。これらのステップＳ１０３及びＳ１０４により、電子透かしデータが音響信号により埋め込まれることになる。
【００７０】
次に、電子透かし埋込装置１は、当該フレームに埋め込む電子透かしデータのすべてのビットが処理されたか否かを判定する（Ｓ１０５）。ここでまだ処理されていないビットがあると判定した場合（Ｓ１０５でＮＯ）、電子透かし埋込装置１は、ステップＳ１０２へ戻り、それ以降の処理を繰り返す。他方、すべてのビットが処理されたと判定した場合（Ｓ１０５でＹＥＳ）、電子透かし埋込装置１は、ステップＳ１０３及びＳ１０４により電子透かしデータの各ビットが埋め込まれた音響信号を接合することにより、透かし入り音響信号を生成する（Ｓ１０６）。
【００７１】
上記の電子透かし埋込処理をすべてのフレームについて行い、それらを接続することにより、透かし入り音響信号ｙ（ｎ）が生成される。なお、フレームの接続箇所に不連続点が生じることにより（スペクトル拡散の原因でもある）知覚不可能性に影響が出ることを防止するために、接続部前のフレームの後ろ数点（１ｍｓ程度）をスプライン（Spline）補間で滑らかにすることが望ましい。
【００７２】
［電子透かし検出処理］
次に、上記のようにして電子透かしデータが埋め込まれた透かし入り音響信号から、当該電子透かしデータを検出する電子透かし検出処理について説明する。本実施の形態では、上述したように、原信号を参照しないブラインド検出を行う。なお、電子透かし検出装置２は、電子透かし埋込装置１により電子透かしデータが埋め込まれた際のビットレートを示す情報を記憶しており、当該情報に基づいて下記のセグメントの設定を行うものとする。
【００７３】
図９は、本発明の実施の形態における電子透かし検出装置２が実行する電子透かし検出処理の手順を示すフローチャートである。
電子透かし検出装置２は、フレーム処理部２０１において、外部から入力された透かし入り音響信号を各フレームに分割する（Ｓ２０１）。次に、電子透かし検出装置２は、処理対象のセグメントを設定し（Ｓ２０２）、第１チャープｚ変換部２０２ａにおいて、当該セグメントの音響信号に対してチャープｚ変換を行う（Ｓ２０３）。さらに、第２チャープｚ変換部２０２ｂにおいて、同じ音響信号に対してチャープｚ変換を行う（Ｓ２０４）。
【００７４】
次に、電子透かし検出装置２は、ステップＳ２０３及びＳ２０４により得られた２つの周波数スペクトルのうちの何れが、最も低い周波数でのスペクトルの値が急激に減少しているか否かを判定し、その判定結果に基づき、当該音響信号に対して位相変調を施した蝸牛遅延フィルタの零点を推定する（Ｓ２０５）。本実施の形態の場合、上記のようにスペクトルの値が急激に減少しているのが第１チャープｚ変換部２０２ａにより得られた周波数スペクトルである場合は当該零点が１／ｂ０であると推定され、同じく第２チャープｚ変換部２０２ｂにより得られた周波数スペクトルである場合は当該零点が１／ｂ１であると推定される。
【００７５】
次に、電子透かし検出装置２は、ビット値検出部２０３において、ステップＳ２０５により推定された蝸牛遅延フィルタの零点が１／ｂ０及び１／ｂ１の何れであるかを判定すし（Ｓ２０６）、１／ｂ０と判定した場合（Ｓ２０６で１／ｂ０）はビット値“０”を検出する（Ｓ２０７）。他方、１／ｂ１と判定した場合（Ｓ２０６で１／ｂ１）はビット値“１”を検出する（Ｓ２０８）。
【００７６】
その後、電子透かし検出装置２は、処理対象のフレームのすべてのセグメントについて処理を行ったか否かを判定する（Ｓ２０９）。ここで、まだ処理を行っていないセグメントがあると判定した場合（Ｓ２０９でＮＯ）、電子透かし検出装置２は、ステップＳ２０２へ戻り、それ以降の処理を繰り返す。他方、すべてのセグメントについて処理を行ったと判定した場合（Ｓ２０９でＹＥＳ）、電子透かし検出装置２は、ステップＳ２０７及びＳ２０８においてビット値検出部２０３により検出したビット値を接合することにより、電子透かしデータを復元する（Ｓ２１０）。
【００７７】
以上のようにして、蝸牛遅延フィルタを用いて音響信号に埋め込まれた電子透かしデータをブラインド検出することができる。
【００７８】
［他の手法との比較評価］
次に、上述した本実施の形態の電子透かし埋込処理により埋め込まれた電子透かしデータの知覚不可能性と、同じく電子透かし検出処理によるビット検出の正確性とについて、他の手法と比較評価する。
【００７９】
本発明者等は、ＲＷＣ音楽データベース（後藤、橋口、西村、岡、“RWC 研究用音楽データベース:音楽ジャンルデータベースと楽器音データベース,” 情処学研究報告、2002-MUS-45-4, 19-26, 2002）の全１０２曲を評価用の原信号（サンプリング周波数４４．１ｋＨｚ、１６ビット量子化）として利用して、客観評価実験を行った。ここでは、冒頭１０秒間を元曲として、８文字の情報（“AIS-Lab.”）を透かし情報として各原信号に埋め込んだ。また、Ｎｂｉｔ＝４ｂｐｓをベースとし、１２条件のＮｂｉｔ（Ｎｂｉｔ = 4，8，16，32，64，128，256，512，1024，2048，4096，819ｂｐｓ）で、電子透かしデータを原信号の両チャンネルに埋め込み、その特性評価を行った。音質評価に関しては、「Y. Lin and W. H. Abdulla, “Perceptual evaluation of audio watermarking using objective quality measure,” Proc. ICASSP2008, 1745-1748, 2008」に基づき、オーディオ信号に対する知覚評価尺度（ＰＥＡＱ）（P. Kabal, “An examination and interpretation of ITU-R BS.1387: Perceptual evaluation of audio quality,”TSP Lab. Technical Report, Dept. Electrical & Computer Engineering, McGUniv. 2002）及び対数スペクトル歪尺度（ＬＳＤ）を利用した。
【００８０】
比較対象の手法としては、代表的な電子音響透かし法であるＬＳＢ法、ＤＳＳ法、ＥＣＨＯ法、ＰＰＭ法を利用した。なお、これらの手法は、ＰＰＭ法を除き、何れもブラインド検出法である。また、発明者等により非特許文献６及び７にて提案されているＣＤ法も比較対象とした。以下、この比較対象のＣＤ法をＣＤ（Non-Blind）法とし、本実施の形態の電子透かし検出方法をＣＤ（Blind）法と表現する。
【００８１】
図１０は、上記の客観評価実験の結果を示すグラフであり、（ａ）乃至（ｃ）はそれぞれＰＥＡＱ、ＬＳＤ、ビット検出率についての実験結果を示している。なお、図１０では、上記１０２曲についての平均値が示されている。
【００８２】
まず、図１０（ａ）に示す結果について検討する。ＰＥＡＱのＯＤＧ（Objective Difference Grade）値は０（知覚不可能）〜−４（非常に耳障りである）であるため、ここでは−１（知覚される可能性があるが耳障りではない）を知覚不可能性の閾値と定めた。図１０（ａ）に示されるように、ＤＳＳ法が最も悪く、ＥＣＨＯ法もビットレートが８ｂｐｓ以降から先で急激に悪くなっている。また、ＰＰＭ法は全般的にＯＤＧが−２程度となっている。他方、ＬＳＢ法は、今回の全てのビットレートにおいて良好な結果が得られている。また、ＣＤ（Non-Blind）法では、ビットレートが４ｂｐｓでは全く問題がないが、１２８ｂｐｓあたりからＯＤＧ値が減少し、１０２４ｂｐｓ程度以降で閾値−１を下回っている。これらに対し、本実施の形態のＣＤ（Blind）法では、６４ｂｐｓの時点で既に−１．０付近となり、ｂｐｓの増加とともに−３．０付近まで低下している。
【００８３】
次に、図１０（ｂ）に示す結果について検討する。一般にＬＳＤは１ｄＢ内の歪みであれば音質がよいといわれているため、ここでは、ＬＳＤの閾値を１ｄＢに設定した。図１０（ｂ）に示すように、ＬＳＢ法は、ビットレートを変えても埋め込みによる歪みの影響を受けておらず、良好な結果が得られている。他方、ＤＳＳ法の場合、ビットレートの増加にかかわらず評価閾値の上にあり、音質評価では問題があることが分かる。ＥＣＨＯ法及びＰＰＭ法は、いずれも評価閾値内にあり、特に音質に関して問題があるとはいえない。また、ＣＤ（Non-Blind）法は、すべてのビットレートで閾値内にあり、２５６ｂｐｓまでは０．５ｄＢ以内を維持するという良好な結果となっている。これらに対し、ＣＤ（Blind）法は、ビットレートの増加に対して単調増加しており、Ｎｂｉｔ＜１０２４ｂｐｓまでは閾値以下（−１ｄＢ）にあるものの、ＣＤ（Non-Blind）法と比較すると若干大きな値となっている。しかし、４〜６４ｂｐｓの付近では、ＣＤ（Blind）法でのＬＳＤがＣＤ（Non-Blind）法のものよりも若干小さい値になっている。なお、ＣＤ（Blind）法及びＣＤ（Non-Blind）法のＬＳＤでの差は、図１０（ａ）に示すＰＥＡＱの場合ほど大きくはなっていない。これは、単純なスペクトル歪みでみる場合と比べると、聴覚的な印象に基づく尺度では両者により違いが現れるためであると考えられる。
【００８４】
最後に、図１０（ｃ）に示す結果について検討する。ここでは、ビット検出率の閾値を７５％とした。図１０（ｃ）に示すように、ＬＳＢ法を除き、いずれの手法ともビットレートの増加に伴いビット検出率の低下が見られる。ＣＤ（Non-Blind）法は、Ｎｂｉｔ＝１０２４ｂｐｓ程度で閾値を切るが、他の従来手法ではもっと低いビットレートで閾値を切っている。他方、本実施の形態のＣＤ（Blind）法では、ビット検出率の低下はほとんど見られず、ＣＤ（Non-Blind）法と比べても良好な結果が得られている。具体的には、Ｎｂｉｔ＜５１２まではほぼ１００％であり、１０２４ｂｐｓに至って９８％となっている。
【００８５】
なお、上記の客観評価実験では、ＬＳＢ法が最も良い結果を出しているが、ＬＳＢ法の場合、埋め込みされた信号が少しでも改変された場合に検出できないため、頑健性に大きな問題があることが非特許文献６及び７等で指摘されている。これに対し、ＣＤ（Non-Blind）法の場合、「Unoki, M., Imabeppu, K., Hamada, D., Haniu, A., and Miyauchi, R. “Embedding limitations with digital-audio watermarking method based on cochlear delay characteristics,” J. Information Hiding and Multimedia Signal Processing, 2(1), 1-23, 2011」等に示されるように、十分な頑健性を備えている。しかしながら、ＣＤ（Non-Blind）法ではブラインド検出ができないという問題があり、本実施の形態のＣＤ（Blind）法では、この問題を解消しつつ、優れた知覚不可能性及び頑健性を得ることが可能である。
【００８６】
［原信号取得処理］
従来の多くの電子音響透かし技術では、電子透かしデータを原信号に埋め込んだ後、それを検出することのみが考慮され、検出後にその電子透かしデータを取り除くことまでは検討されていない。そのため、埋め込まれた電子透かしデータを取り除くための工夫はなされず、除去が困難な態様で電子透かしデータの埋め込みを行っている。このことから、従来の多くの技術は、非可逆的な電子音響透かし技術であるといえる。これに対し、本実施の形態では、原信号に対して蝸牛遅延フィルタにより位相変調を施すという比較的単純な処理で電子透かしデータの埋め込みを行っており、その後検出された電子透かしデータを利用することにより、簡易な方法で当該電子透かしデータを取り除いて原信号を取得することができる。このように、本実施の形態では、可逆型の電子音響透かし技術を実現することができる。以下、この原信号を取得するための処理について説明する。
【００８７】
図１１は、本発明の実施の形態における電子透かし検出装置２が実行する原信号取得処理の手順を示すフローチャートである。なお、以下では、電子透かし検出装置２が、電子透かし埋込装置１が備える第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂの逆フィルタ、すなわち第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａ及び第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂが模擬する蝸牛遅延特性の逆特性を有するフィルタを備えているものとする。
【００８８】
電子透かし検出装置２は、フレーム処理部２０１において、外部から入力された透かし入り音響信号を各フレームに分割する（Ｓ３０１）。次に、電子透かし検出装置２は、上記の電子透かし検出処理により検出された電子透かしデータを参照し（Ｓ３０２）、その電子透かしデータのビット値が“０”及び“１”の何れであるかを判定する（Ｓ３０３）。
【００８９】
ステップＳ３０３において電子透かしデータのビット値が“０”であると判定した場合（Ｓ３０３で“０”）、電子透かし検出装置２は、第１蝸牛遅延フィルタ１０２ａの逆フィルタを用いて、透かし入り音響信号に対して位相変調を施す（Ｓ３０４）。他方、電子透かしデータのビット値が“１”であると判定した場合（Ｓ３０３で“１”）、電子透かし検出装置２は、第２蝸牛遅延フィルタ１０２ｂの逆フィルタを用いて、透かし入り音響信号に対して位相変調を施す（Ｓ３０５）。
【００９０】
次に、電子透かし埋込装置１は、当該フレームに埋め込まれている電子透かしデータのすべてのビットについて処理がなされたか否かを判定する（Ｓ３０６）。ここでまだ処理がなされていないビットがあると判定した場合（Ｓ３０６でＮＯ）、電子透かし検出装置２は、ステップＳ３０３へ戻り、それ以降の処理を繰り返す。他方、すべてのビットについて処理がなされたと判定した場合（Ｓ３０６でＹＥＳ）、電子透かし検出装置２は、ステップＳ３０４及びＳ３０５により位相変調が施された音響信号を接合することにより、原信号を復元する（Ｓ３０７）。
【００９１】
上記の原信号取得処理をすべてのフレームについて行い、それらを接続することにより、原信号が取得されることになる。なお、電子透かし埋込処理の場合と同様に、フレームの接続箇所に不連続点が生じることにより知覚不可能性に影響が出ることを防止するために、接続部前のフレームの後ろ数点（１ｍｓ程度）をスプライン補間で滑らかにすることが望ましい。
【００９２】
［原信号取得処理の評価］
上述した原信号取得処理により取得された信号が実際の原信号と一致しているか等の点について確認するために、上記の客観評価実験と同様の実験を行った。以下、この結果について検討する。
【００９３】
図１２は、ＣＤ（Non-Blind）法及びＣＤ（Blind）法における電子透かし埋込処理により生成された透かし入り音響信号についての上記客観評価実験の結果を示すグラフであり、（ａ）乃至（ｃ）はそれぞれＰＥＡＱ、ＬＳＤ、ビット検出率についての実験結果を示している。なお、図１２には、上記１０２曲についての平均値が示されている。
【００９４】
図１２において、ＣＤ（Blind）法の結果は、上述したスプライン補間を行った場合（Blind（Splineあり））と行っていない場合（Blind（Splineなし））とに分けて示されている。図１２を参照すると、スプライン補間を行っている方が、ＰＥＡＱ、ＬＳＤ、ビット検出率の何れについても良い結果が出ていることが分かる。ただし、ビット検出率についてはほとんど違いがない。
【００９５】
他方、図１３は、本実施の形態の原信号取得処理により電子透かしデータを削除する前及び削除した後における上記の客観評価実験の結果を示すグラフであり、（ａ）乃至（ｃ）はそれぞれＰＥＡＱ、ＬＳＤ、ＳＮＲ（Signal-Noise Ratio）についての実験結果を示している。このＳＮＲにおいて、Ｓは原信号、Ｎは原信号と回復信号（上記の原信号取得処理により得られた信号）との差を意味している。なお、ここでも、上記１０２曲についての平均値が示されている。
【００９６】
図１３を参照すると、電子透かしデータを削除する前よりも、削除した後の方が全般的に良好な結果となっていることが分かる。特に、図１３（ｃ）に示すＳＮＲではそのことが顕著となっている。回復信号が原音に近付くほどＳＮＲは高い値になるため、図１３（ｃ）に示す結果は、本実施の形態の原信号取得処理により取得された信号が原信号に近いこと、換言すると透かし入り音響信号から埋め込まれた電子透かしデータを効果的に削除することができたことを表しているといえる。
【００９７】
このように、本実施の形態では、蝸牛遅延フィルタの逆フィルタを用いて位相変調を行うという簡易な処理で、透かし入り音響信号から電子透かしデータを除去して原信号を取得することができる。このように、原信号を取得することができるため、その原信号に新たな電子透かしデータを埋め込み、これを流通させるようなことも可能となる。これにより、埋め込み情報（例えば、著作権情報、シリアルナンバー等）の内容を更新することができる電子音響透かし技術を実現することができる。
【００９８】
（その他の実施の形態）
上記の各実施の形態においては、電子透かしデータの埋め込み処理及び検出処理がソフトウェアにより実現されているが、本発明はこれに限定されるわけではない。例えば、これらの処理の全部又は一部が、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の専用のハードウェア回路によって実現されてもよい。
【００９９】
また、上記の各実施の形態においては、原信号であるモノラル音楽信号に対して電子透かしデータを埋め込んでいるが、本発明はこれに限られるわけではなく、ステレオ音楽信号の両チャンネルに対して電子透かしデータを埋め込むことも可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明の電子透かし検出装置及び電子透かし検出方法はそれぞれ、種々の音楽ジャンルの音響信号に電子透かしデータが埋め込まれている場合に当該電子透かしデータを検出する電子透かし検出装置及び電子透かし検出方法等として有用である。
【符号の説明】
【０１０１】
１  電子透かし埋込装置
１１  ＣＰＵ
１２  ＲＯＭ
１３  ＲＡＭ
１４  信号入力部
１５  信号出力部
１６  ハードディスク
１６Ａ  電子透かし埋込プログラム
１７  バス
１０１  フレーム処理部
１０２ａ  第１蝸牛遅延フィルタ
１０２ｂ  第２蝸牛遅延フィルタ
１０３  フィルタ選択部
２  電子透かし検出装置
２１  ＣＰＵ
２２  ＲＯＭ
２３  ＲＡＭ
２４  信号入力部
２５  ハードディスク
２５Ａ  電子透かし検出プログラム
２６  バス
２０１  フレーム処理部
２０２ａ、２０２ｂ  変換部
２０２ａ  第１チャープｚ変換部
２０２ｂ  第２チャープｚ変換部
２０３  ビット値検出部
【図１】
0005879075.tif 000006
【図２】
0005879075.tif 000007
【図３】
0005879075.tif 000008
【図４】
0005879075.tif 000009
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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