(57)【要約】【課題】  オーディオ信号の偽変造の防止と検出に適した透かし方法・装置を提供する。【解決手段】  信号の特性値の量子化による透かしの埋込み及び検出方法が開示される。透かしを埋め込むためには、先ず、透かしが埋め込まれる信号を所定の時間周期に区画して得られたフレーム内の信号に対する特性値を所定の方式により算出する。一つ以上の量子化値をそれぞれ含む複数の集合のうち、フレームに埋め込まれるパターン情報の値に対応する集合内の量子化値をそれぞれ特性値と比較し、特性値に最も近づいた量子化値を決定する。特性値が決定された量子化値と同一になるようにフレーム内の信号を変形するために用いられる埋込み強度を算出し、算出された埋込み強度に基づいてフレーム内の信号を変形させる。透かしの検出は、埋込みと類似する過程を経て行われる。これによると、オーディオ信号の認証に特に適した透かしの埋込み及び検出方法が提供される。【選択図】図１
2004310117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透かしの埋込み方法において、
（ａ）透かしが埋め込まれる信号を所定の時間周期に区画して得られたフレーム内の前記信号に対する特性値を所定の方式により算出するステップと、
（ｂ）前記特性値を１つ以上の量子化値をそれぞれ含む複数の集合のうちいずれか１つの集合内の前記量子化値とそれぞれ比較し、前記特性値に最も近づいた前記量子化値を決定するステップであって、前記集合は、前記フレームに埋め込まれたパターン情報の値に対応する決定ステップと、
（ｃ）前記特性値が前記ステップ（ｂ）で決定された前記量子化値と同一になるように前記フレーム内の前記信号を変形するために用いられる埋込み強度を算出するステップと、
（ｄ）前記埋込み強度に基づいて、前記フレーム内の前記信号を変形するステップとを含む透かしの埋込み方法。
【請求項２】
前記ステップ（ａ）の前に、前記信号を所定の周波数範囲にフィルタリングするステップをさらに含み、
フィルタリングされた前記信号に対して、前記特性値が前記ステップ（ａ）で算出される請求項１に記載の透かしの埋込み方法。
【請求項３】
前記信号内の無音部分を検出するステップをさらに含み、
前記ステップ（ａ）乃至前記ステップ（ｄ）は、前記無音部分を除いた前記信号に対して行われる請求項１に記載の透かしの埋込み方法。
【請求項４】
前記パターン情報は、エラー検出コードまたはエラー訂正コードを含む請求項１に記載の透かしの埋込み方法。
【請求項５】
前記パターン情報は、同期信号を含む請求項１に記載の透かしの埋込み方法。
【請求項６】
前記パターン情報は、それぞれの前記フレーム当たり１つのビットで構成される請求項１に記載の透かしの埋込み方法。
【請求項７】
前記パターン情報は、それぞれの前記フレーム当たり複数のビットで構成される請求項１に記載の透かしの埋込み方法。
【請求項８】
前記ステップ（ａ）の前に、前記信号をそれぞれ異なる帯域範囲を有する複数の周波数範囲にフィルタリングするステップをさらに含み、
前記複数のビットは、前記複数の周波数範囲にフィルタリングされたそれぞれの前記信号に対して、それぞれ埋め込まれる請求項７に記載の透かしの埋込み方法。
【請求項９】
前記特性値は、次の数式により算出されることを特徴とする請求項１に記載の透かしの埋込み方法
【数１】
2004310117.tif 000017
【数２】
2004310117.tif 000018
（ここで、ｓ（ｔ）は、透かしが埋め込まれる信号であって１つのフレーム内の信号であり、
ｉ−１、ｉ−１／２、ｉは、１つのフレームをＡ領域とＢ領域に区画したとき、Ａ領域の開始時点、Ａ領域の終了時点（Ｂ領域の開始時点）、Ｂ領域の終了時点をそれぞれ表示した記号であり、また
Ｆは特性値である）
【請求項１０】
前記特性値は、次の数式により算出されることを特徴とする請求項１に記載の透かしの埋込み方法。
【数３】
2004310117.tif 000019
【数４】
2004310117.tif 000020
（ここで、ｓ（ｔ）は、透かしが埋め込まれる信号であって１つのフレーム内の信号であり、
ｉ−１、ｉ−１／２、ｉは、１つのフレームをＡ領域とＢ領域に区画したとき、Ａ領域の開始時点、Ａ領域の終了時点（Ｂ領域の開始時点）、Ｂ領域の終了時点をそれぞれ表示した記号であり、また
Ｆは特性値である）
【請求項１１】
前記信号の変形ステップは、次の数式により行われることを特徴とする請求項１に記載の透かしの埋込み方法。
【数５】
2004310117.tif 000021
（ここで、Ａ領域とＢ領域は１つのフレームを２つの領域に区画したとき、各領域を表示する記号であり、
ｓ（ｔ）は、透かしが埋め込まれる信号であって１つのフレーム内の信号であり、
ｇは前記埋込み強度であり、また
ｓ’（ｔ）は、前記特性値が前記量子化値になるように前記ステップ（ｄ）で前記信号ｓ（ｔ）を変形した後に得られる信号である）
【請求項１２】
請求項１に記載の透かしの埋込み方法により透かしが埋め込まれた信号からの透かしの検出方法において、
（ｅ）前記信号を所定の時間周期に区画して得られたフレーム内の前記信号に対する特定値を前記ステップ（ａ）と同一の方式により算出するステップと、
（ｆ）前記ステップ（ｅ）で算出された前記特性値と前記透かしの埋込み時の前記特性値の量子化のために用いられた複数の量子化値の集合内のそれぞれの量子化値を比較し、前記特性値に最も近づいた前記量子化値を決定するステップと、
（ｇ）前記ステップ（ｆ）で決定された前記量子化値を含む前記量子化値の集合に対応している値を、前記フレームに埋め込まれているパターン情報として抽出するステップとを含む透かしの検出方法。
【請求項１３】
前記ステップ（ｅ）の前に、前記信号を前記透かしの埋込み時のフィルタリング周波数範囲と同一の周波数範囲にフィルタリングするステップをさらに含み、
前記フィルタリングされた信号に対する前記特性値は、ステップ（ｅ）で算出される請求項１２に記載の透かしの検出方法。
【請求項１４】
前記信号内の無音部分を検出するステップをさらに含み、
前記ステップ（ｅ）乃至（ｇ）は、無音を除いた前記信号に対して行われる請求項１２に記載の透かしの検出方法。
【請求項１５】
それぞれのフレームに対して順次に抽出された前記パターン情報のビット列に対し、エラー検出またはエラー訂正作業を行うステップをさらに含む請求項１２に記載の透かしの検出方法。
【請求項１６】
抽出された前記パターン情報内で同期信号を検出するステップをさらに含む請求項１２に記載の透かしの検出方法。
【請求項１７】
１つの前記フレームに埋め込まれている前記パターン情報は、それぞれ異なる帯域範囲を有する複数の周波数範囲にそれぞれ埋め込まれた複数のビットで構成され、
前記ステップ（ｅ）の前に、前記信号を前記複数の周波数範囲にそれぞれフィルタリングするステップをさらに含み、
前記ステップ（ｅ）乃至（ｇ）は、フィルタリングされたそれぞれの信号に対して行われる請求項１２に記載の透かしの検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透かし方法及び装置に関し、より具体的には、デジタルオーディオ信号の偽変造の識別により無欠性の認証を可能にした透かし方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
透かし技術は、放送モニタリング（Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）、著作権の識別（Ｏｗｎｅｒ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、認証（Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ）、不法流通の追跡のためのフィンガープリンティング（Ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｉｎｇ）、情報秘匿技術（Ｃｏｖｅｒｔ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）、コピー制御（Ｃｏｐｙ ｃｏｎｔｒｏｌ）等の多様な分野において利用されている。このような応用分野において用いられる透かし技術に対する要求条件は、各分野毎に異なるが、共通的には原本著作物と透かしが埋め込まれた著作物との相違点を、人の五感によっては識別不可能であるべきとする条件を有する。
【０００３】
このような多様な応用分野のうち、認証（Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ）分野は最近注目されている応用分野のうちの一つである。認証は、暗号化分野において長年にわたり体系的な研究が進められてきた。透かし分野において、認証に関する問題を初めて提起したのはＦｒｉｅｄｍａｎ（特許文献１参照）であって、イメージの特性値で抽出した暗号化された署名をイメージデータに埋め込むことにより、デジタルイメージに対する認証が可能であることを提案した。ここでは、仮に、一ピクセルの情報でも変更されると、埋め込まれた暗号化された署名と一致する署名を検出できないため、いかなる操作も許容しない。その他にも、Ｌｉｎ＆ＣｈａｎｇはＪＰＥＧ圧縮のように非悪意的な形態のデータ操作を通じては、埋め込まれたデータが変わらなくても、一部のデータの添加又は削除、変更等のような攻撃によっては、埋め込まれた署名が変わるようになる認証方法を提案したこともある。
【０００４】
本発明においては、透かしに関する多様な応用分野のうち、認証分野に関する研究に焦点を置いている。既存に開発された認証においては、イメージとビデオを対象とした研究が主流をなしているが、音声信号とオーディオ信号に対する認証技術は殆どない状態である。最近では、音声記録装置がアナログからデジタル記録装置に変貌しながら、オーディオ信号に対する認証が求められており、ボイスレコーダやＭＰ３プレーヤを利用したデジタル音声記録装置の発展に伴い、その必要性がさらに増大しているのが実情である。
【特許文献１】米国特許第５,４９９,２９４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
オーディオ信号の偽変造の識別のための技術は、記録されたオーディオ信号データ内の任意のデータの一部を変更したり、オーディオ信号データに任意のデータを添加する場合、又はオーディオ信号データの一部を除去する場合に、原本の内容が操作されたことを感知できる機能を提供しなければならない。また、ひいては、偽変造が加えられた位置と操作形態を類推して、元の意味を把握するのに情報を提供しなければならない。
【０００６】
このような目的のために要められる技術的な特徴としては、埋め込まれる透かしデータの非可聴性、圧縮に対する強靭性、透かし技術の露出を防止するためのタンパーレジスタンス（Ｔａｍｐｅｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）、そして多様なパターンの埋込み/抽出が可能な信頼性等が挙げられる。また、一般の家電製品の形態にモジュールとして埋め込むことを前提とするため、ハードウェアの具現のための実時間処理が可能となるように速い演算処理が必要であり、制限された量のメモリを用いなければならない。
【０００７】
本発明の目的は、このような仕様を満たすことのできるデータの透かし方法及び装置を提供することであり、特に、オーディオ信号の偽変造の防止と検出に適した透かし方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明による透かし方法は、特性値の算出ステップ、量子化値の決定ステップ、埋込み強度の算出ステップ及び信号変形ステップとを含む。
特性値の算出ステップにおいては、透かしが埋め込まれる信号を所定の時間周期に区画して得られたフレーム内の信号に対する特性値を所定の方式により算出する。
量子化値の決定ステップにおいては、一つ以上の量子化値をそれぞれ含む複数の集合のうち、フレームに埋め込まれるパターン情報の値に対応する集合内の量子化値をそれぞれ特性値と比較し、特性値に最も近づいた量子化値を決定する。
埋込み強度の算出ステップにおいては、特性値が決定された量子化値と同一になるようにフレーム内の信号を変形するために用いられる埋込み強度を算出する。
信号変形ステップにおいては、算出された埋込み強度に基づいてフレーム内の信号を変形する。
【０００９】
この際、特性値の算出ステップの前に、信号を所定の周波数範囲にフィルタリングし、フィルタリングされた信号に対して特性値を算出するようにすることもできる。
また、信号内の無音部分を検出し、特性値の算出ステップ乃至信号変形ステップが無音でない信号を含むフレームに対してのみ行われるようにすることもできる。
透かしとして埋め込まれるパターン情報は、エラー検出コード又はエラー訂正コード、そして透かし検出時の同期化のための同期信号を含むようにするのが好ましい。
【００１０】
パターン情報は、それぞれの前記フレーム当たり一つのビットで構成することができ、それぞれのフレーム当たり複数のビットで構成することもできる。複数のビットを埋め込む方法として、特性値の算出ステップの前に、信号をそれぞれ異なる帯域範囲を有する複数の周波数範囲にフィルタリングし、フィルタリングされたそれぞれの信号に対して複数のビットをそれぞれ埋め込むように構成することができる。
【００１１】
本発明による透かしの検出方法は、特性値の算出ステップ、量子化値の決定ステップ及びパターン情報の抽出ステップを含む。
特性値の算出ステップにおいては、信号を所定の時間周期に区画して得られたフレーム内の信号に対する特性値を透かしの埋込み時の特性値の算出方式と同一の方式により算出する。
量子化値の決定ステップにおいては、透かしの埋込み時の特性値の量子化のために用いられた複数の量子化値の集合内のそれぞれの量子化値を算出された特性値と比較し、特性値に最も近づいた量子化値を決定する。
パターン情報の抽出ステップにおいては、決定ステップで決定された量子化値を含む量子化値の集合に対応している値をフレームに埋め込まれているパターン情報として抽出する。
【００１２】
透かしの埋込み時に信号がフィルタリングされたとすれば、抽出時にもフィルタリングすることが好ましく、この際、透かしの埋込み時に、複数の周波数範囲にフィルタリングされて複数のビットが各周波数範囲別にパターン情報として埋め込まれたとすれば、抽出時にも複数の周波数範囲にフィルタリングして各周波数範囲別にパターン情報を抽出する。
【００１３】
本発明によると、信号の特性値の量子化による、特にオーディオ信号の認証に適した信頼性のある透かしの埋込み方法及び検出方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明においては、オーディオ特性値の量子化を利用したオーディオの透かし技術を提案した。実験結果によると、本発明で提案された技術が、多様な損失圧縮に極めて強く、原本と透かしが埋め込まれた曲とを殆ど区別できないことを検証することができた。本発明において提案された技術によると、検出率は、一般的に正規的な圧縮を経たオーディオ信号の場合は８８％以上であり、その他の攻撃に対してもｐｉｔｃｈ ｓｈｉｆｔを除いてはいずれも８０％以上の検出が可能であった。音質評価の基準として提示したＳＮＲは４９〜６４ｄＢであって、原音と殆ど同じ水準を維持し、原本と透かしが埋め込まれた曲を専門家らも容易に区別できないことを示した。
【００１５】
本発明によると、デジタルで保存される音声データに対する信頼性が付与される。デジタルで記録されるデジタルカメラやデジタルボイスレコーダのようなハードウェア製品に保存されたデータは操作及び変造が可能であるため、法的な効力を持ち得ないだけでなく、何らの証拠資料としても活用できなかった。本発明をハードウェアとして具現して一般の家電製品で駆動するようにすれば、デジタルで保存されるオーディオ信号に対して偽変造の有無を感知することができるため、これまで容易なデータの操作により信頼性を持ち得ないデジタルデータに対する内容の無欠性の認証が可能になる。特に、最近ではＭＰ３プレーヤ、電話相談サービス、ボイスレコーダ等の装備が幅広く普及しており、デジタルで保存されるデータの量が幾何学的に増加している現在の趨勢において、本発明の活用度は極めて大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下においては、図面を参照して本発明の好ましい実施例をより詳細に説明する。
本発明においては、オーディオ特性値のグループ量子化を利用した透かし技術に基づく音声信号の内容無欠性の認証技術を提案する。本発明による透かしの埋込みや抽出は、図１に示されたような基本構成を有する透かし装置により行われる。
図１を参照すると、透かし装置は大きく分けて、透かしの埋込みのための埋込み部１００と偽変造の識別のための抽出部２００とから構成されている。
【００１７】
埋込み部１００は、オーディオ信号入力装置１１０、透かしの事前検知部１２０及び透かしの埋込み部１３０とから構成されている。オーディオ信号入力装置１１０により出力されるデジタルオーディオ信号（ＰＣＭデータ）は、透かしの事前検知部１２０に入力される。透かしの事前検知部１２０は、入力されるオーディオ信号が既に透かしが埋め込まれているデータであるかを検証する。透かしの事前検知部１２０において、オーディオ信号が透かしの埋め込まれていないデータであると判明されれば、オーディオ信号は透かしの埋込み部１３０に伝達される。透かしの埋込み部１３０は、オーディオ信号にパターン信号を透かしで埋め込む。透かしが埋め込まれたオーディオ信号は、デジタル音声録音装置の記憶媒体１５０に保存される。
【００１８】
抽出部２００は、透かしの抽出部２１０、透かしパターンの前処理部２３０及び偽変造区域感知部２４０とで構成されている。透かしの抽出部２１０は、記憶媒体１５０から入力されたオーディオ信号内に埋め込まれた透かしを抽出してパターン信号を生成する。透かしパターンの前処理部２３０は、抽出されたパターン信号に含まれたノイズを除去して、透かし検出過程において発生した誤検知等により歪曲されたパターン信号を浄化する。偽変造区域感知部２４０は、浄化されたパターン信号を利用して偽変造の有無と操作位置等に対する詳細な情報を得る。
【００１９】
このような透かしシステムによって、本発明による透かしの埋込み及び抽出が行われる。以下、本発明の透かしの埋込みと抽出について説明する。
【００２０】
偽変造の有無を判断するのに用いられる透かしは、一般的に半軟弱性透かし（ｓｅｍｉ-ｆｒａｇｉｌｅ ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ）技術を利用する。これは、ファイルフォーマット変換又は圧縮のようなデータ保存のための正常的な行為に対しては透かしが除去されないのに対し、クロッピング（Ｃｒｏｐｐｉｎｇ）、信号添加、音質に深刻な影響を与える攻撃等によっては透かしが除去されて、原本の音声信号が伝達しようとする内容と異なってくる場合に偽変造と判断され得るためである。
【００２１】
イメージデータの場合には、全体のイメージを小さいブロックに分けた後、それぞれのブロックの特性値を抽出し、この特性値を透かし技術を利用して、該当ブロックに保存しておく方法を利用する。若し、一部の領域を他のイメージに代替するか又は除去することになると、特性値と一致する透かし情報を検出することができないため、偽変造の判断が可能となる。
【００２２】
これと類似して、本発明においては、オーディオ信号を一定の大きさのフレームに分けて透かしで予め生成しておいたパターン情報のビット列を各フレームに順次に埋め込んで、オーディオデータから発生する偽変造を識別できるようにする方式に基づく。
図２は、本発明による透かしの埋込み過程を示した順序図である。
【００２３】
本発明による透かしの埋込み方法は、オーディオ信号に対する帯域通過フィルタリング（Ｓ１１０）、フィルタリングされたオーディオ信号の特性値の計算（Ｓ１２０）、計算された特性値に対する量子化水準の決定（Ｓ１３０）、決定された量子化水準に符合する埋込み強度の計算（Ｓ１４０）、計算された埋込み強度を利用した透かしの埋込み（Ｓ１５０）、及び透かしが埋め込まれたオーディオ信号を記憶媒体に記録（Ｓ１６０）過程を経て行われる。
【００２４】
このような透かしの埋込み手続きをステップ別に細分して詳しく説明すると、次のとおりである。
【００２５】
<第１のステップ>：Ｓ１１０ステップ
フレームの区画及び帯域通過フィルタリング
図３は、オーディオ信号のフレームを示した図面である。図３のように、先ずオーディオ信号を一定の長さのフレーム・・・、Ｆｉ-１、Ｆｉ、Ｆｉ+１、・・・に分ける。この際、各フレームの長さは１００ｍｓ以下とする。任意のフレームＦｉを同一の長さの２つの領域に区分して、それぞれ“Ａ領域”、“Ｂ領域”とする。
【００２６】
オーディオ信号を一定の大きさのフレームに分けた後は、該当フレームＦｉのオーディオ信号を帯域通過フィルタリングする。帯域通過フィルタリングは、信頼性のあるオーディオ信号の特性値を抽出するための過程であり、およそ２ｋＨｚ〜４ｋＨｚ以内の帯域信号を利用し、帯域幅は１ｋＨｚ以上が適する。
【００２７】
埋め込まれる透かしのパターン情報は予め決定されており、区画されたオーディオ信号の一つのフレームＦｉには、パターン情報内に一つのビットが埋め込まれる。例えば、埋め込まれる透かしのパターン情報が｛１、０、０、０、・・・、１、１｝のように構成されたならば、オーディオ信号の第一のフレームには“１”に該当する値が埋め込まれ、第二のフレームには“０”に該当する値が埋め込まれる。このようにパターン情報を構成する一連のビット列が、各フレームに順次に埋め込まれた後は、次のフレームからは再び同一のパターン情報のビット列が繰返し埋め込まれる。
【００２８】
このように、パターン情報は“１”又は“０”から構成されたビット列により２０〜４０個程度の長さで構成され、オーディオ信号に繰返し埋め込まれる。
【００２９】
<第２のステップ>：Ｓ１２０ステップ
フレームの特性値の算出
一つのフレームＦｉの特性値Ｆを算出する。特性値Ｆを算出するために先ずＡ領域とＢ領域のオーディオ信号の自乗の和を下記の［数式６（数６）］のように求める。
【００３０】
【数６】
2004310117.tif 000003
ここで、ｉ-１、ｉ-１／２、ｉは、それぞれＡ領域の開始時点、Ａ領域の終了時点（Ｂ領域の開始時点）、Ｂ領域の終了時点を表示したものである。また、ｓ（ｔ）は、フィルタリングされたオーディオ信号を示す。上記［数式６］は任意に定義したものであり、このような［数式６］は、後述するように異なって定められることもある。
次に、ＳＡとＳＢを利用してオーディオ信号の特性値Ｆを次の［数式７（数７）］のように求める。
【００３１】
【数７】
2004310117.tif 000004
本発明による透かしの埋込みは、後述するように、このような特性値Ｆが量子化された特性値Ｆ’に変更されるように、原オーディオ信号ｓ（ｔ）に変形を加える方式により行われる。
【００３２】
<第３のステップ>：Ｓ１３０ステップ
特性値Ｆの量子化水準の決定
パターン情報を埋め込むために、オーディオ信号の特性値Ｆを変更すべき量子化基準値を決定する。先ず、次の［数式８（数８）］のような量子化基準値の集合Ｑ０とＱ１を定義する。
【００３３】
【数８】
2004310117.tif 000005
仮に、パターン情報の該当ビット情報（すなわち、該当フレームに埋め込もうとするビット情報）が“０”である場合は、［数式７］から求められた特性値Ｆを［数式８］の集合Ｑ０の元素の値と比較して最も近い値に特性値Ｆを量子化し、該当ビット情報が“１”である場合は、集合Ｑ１の元素のうち最も近い値に特性値Ｆを量子化する。
【００３４】
例えば、［数式７］により求められた特性値Ｆが０.１５の値を有すると、Ｑ０内で０.１５に最も近い値は０.１であり、Ｑ１内で０.１５に最も近い値は０.３である。従って、一つのフレームＦｉ に埋め込もうとするパターン情報の該当ビットの値が“０”であれば、特性値Ｆの量子化値Ｑは０.１であり、一つのフレームＦｉに埋め込もうとするパターン情報の該当ビットの値が“１”であれば、特性値Ｆの量子化値Ｑは０.３である。このように決定された量子化値Ｑと同一の特性値を有するように原オーディオ信号ｓ（ｔ）に変形を加えなければならず、このとき、変形を加える方式は、次の第４のステップのように埋込み強度ｇを求めて、埋込み強度ｇにより原オーディオ信号ｓ（ｔ）を変形する方式を採用する。
【００３５】
<第４のステップ>：Ｓ１４０ステップ
埋込み強度ｇの算出
オーディオ特性値Ｆを量子化するためには、次の［数式９（数９）］のように原オーディオ信号ｓ（ｔ）を変形する。
【００３６】
【数９】
2004310117.tif 000006
ここで、s’（t）は、量子化された特性値Ｆ’を有するように変形された後のオーディオ信号であり、ｇは、変形後のオーディオ信号ｓ’（ｔ）がこのように量子化された特性値Ｆ’を有するように、原オーディオ信号ｓ（ｔ）を変形するために原オーディオ信号ｓ（ｔ）に加えられる変形における埋込み強度である。
【００３７】
上記［数式９］は、［数式６］及び［数式７］のような方式により求められる特性値Ｆが量子化された特性値Ｆ’を有するように原オーディオ信号ｓ（ｔ）を変形することにおいて、フレームＦｉ内のＡ領域においては、原オーディオ信号ｓ（ｔ）に埋込み強度ｇだけ原オーディオ信号ｓ（ｔ）を変形した信号を加え、Ｂ領域においては、原オーディオ信号ｓ（ｔ）に埋込み強度ｇだけ原オーディオ信号ｓ（ｔ）を変形した信号を減ずることを意味する。
【００３８】
このような埋込み強度ｇは、次のような数学的過程により求められる。
変形されたオーディオ信号ｓ’（ｔ）の特性値Ｆ’と決定された量子化値Ｑは同一であるため、次の［数式１０（数１０）］のように、
【００３９】
【数１０】
2004310117.tif 000007
の関係がある。
上記［数式１０］を満たすように埋込み強度ｇを選択するために、［数式６］を［数式７］に代入し、［数式７］においてｓ（ｔ）を［数式９］のｓ’（ｔ）で置換すると、次のような［数式１１（数１１）］が得られる。
【００４０】
【数１１】
2004310117.tif 000008
ここで、ｓ１（ｔ）とｓ２（ｔ）は、それぞれＡ領域とＢ領域におけるオーディオ信号ｓ（ｔ）を示し、Ｓ’ＡとＳ’Ｂは、それぞれ変形された後のオーディオ信号ｓ’（ｔ）に対する［数式６］の値である。
この［数式１１］において最も右側の項を展開し、ｇ２が含まれた項は埋込み強度が十分に小さいため、式において省略すると、次の［数式１２（数１２）］のように整理される。
【００４１】
【数１２】
2004310117.tif 000009
このとき、次の［数式１３（数１３）］のように、
【００４２】
【数１３】
2004310117.tif 000010
と定義すると、［数式７］から、
【００４３】
【数１４】
2004310117.tif 000011
のような式が成立するため、［数式１２］は次の［数式１５（数１５）］のように整理され、［数式１５］においてｇの値を求めると、埋込み強度ｇの値が［数式１６（数１６）］で表現される。
【００４４】
【数１５】
2004310117.tif 000012
【数１６】
2004310117.tif 000013
このようにして、埋込み強度ｇ、即ち、現在のオーディオ信号ｓ（ｔ）の特性値Ｆが量子化値Ｑと同一の特性値Ｆ’を有するように、原オーディオ信号ｓ（ｔ）に対して変形を加えたオーディオ信号ｓ’（ｔ）を求めるための値が得られる。
【００４５】
〈第５のステップ〉：Ｓ１５０ステップ
透かしの埋込み
［数式１６］のように埋込み強度ｇが求められると、原オーディオ信号ｓ（ｔ）に対して［数式９］を適用して変形されたオーディオ信号ｓ’（ｔ）を得る。このように変形されたオーディオ信号ｓ’（ｔ）は量子化された特性値Ｆ’を有するようになる。
変形されたオーディオ信号ｓ’（ｔ）を得ることにより、本発明による透かしの埋込み手続きが完了される。得られたオーディオ信号ｓ’（ｔ）を記憶媒体１５０に記録する（Ｓ１６０）。この際、記録する前に別途のオーディオデータ圧縮過程が行われることもある。
【００４６】
上記手続きを開始するステップにおいて、オーディオ特性値Ｆを求めるために用いられる信号は、オーディオ信号の一部の周波数成分を利用すればよい。即ち、全てのオーディオ信号を利用せず、ある特定帯域１ｋＨｚ程度だけ利用すればよい。従って、どのような周波数を用いるかを公開しなければ、透かしを識別し、又は見つけ出すことが極めて難しくなる。また、オーディオ特性値Ｆを求めるのに用いられる［数式６］、量子化レベルを定義した［数式８］も多様な変化が可能であり、このような変化は、透かしの安全性を高めるための一つの方法となり得る。また、このようにいくつかの媒介変数を変更することにより、透かしを埋め込む方法が無限に増加し得る。
【００４７】
例えば、上記の数式は、次のように変形されることもある。
［数式６］の場合、次のような［数式１７（数１７）］に代替され得る。
【００４８】
【数１７】
2004310117.tif 000014
［数式６］においては、特性値Ｆを求めるための全ステップにおけるＳＡ値及びＳＢ値がそれぞれＡ領域とＢ領域におけるオーディオ信号の自乗の和で求められたものであるが、［数式１７］においては、ＳＡ値及びＳＢ値がそれぞれＡ領域とＢ領域におけるオーディオ信号の絶対値で求められたものである。
【００４９】
この場合、上記［数式１０］を満たすように埋込み強度ｇを選択するために、［数式１７］を［数式７］に代入し、［数式７］においてｓ（ｔ）を［数式９］のｓ’（ｔ）で置換し整理した後、上述したのと同様の過程を経ると、埋込み強度ｇが次の［数式１８（数１８）］のように得られる。
【００５０】
【数１８】
2004310117.tif 000015
また、量子化の基準値であるＱ０とＱ１の値も、例えば、次の［数式１９（数１９）］のように変形され得る。
【００５１】
【数１９】
2004310117.tif 000016
このような変形は例示的なものであり、設計の仕様又は目的に応じて多様に変形することができる。このような変形に関する情報を露出させない場合、承認されない外部のハッカーが著作物に埋め込まれている情報を抽出することが難しくなる。従って、アルゴリズムの安全性を強化できる。
【００５２】
透かしを埋め込む過程において音楽の開始部分に存在する無音は考慮すべき要因のうちの一つである。無音は信号の強度が極めて弱いだけでなく、情報を埋め込んでも抽出が難しいため、無音信号は用いず、音響信号が発生する部分から情報を埋め込むことが好ましい。
【００５３】
一般的に、オーディオの開始部分には、殆ど１秒から数秒に及ぶ無音が存在する。この無音を識別するための研究は、オーディオ信号を分析する分野において活発な研究が進められてきた。ここでは、一般的にヒストグラム、エネルギー関数、ＳＶＦ（ｓｐｅｃｔｒａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）等を主に利用し、特に無音を識別する技術を利用してオーディオ信号の音節又は音素を分解するのに利用したりもする。
【００５４】
ここで、無音とは、人の耳には聞こえない音をいう。即ち、ノイズであっても、その音が極めて大きい場合は意味のある音として処理する。このように無音を識別する手続きを極めて単純化させた理由は、第一は、無音を識別する時間に対する制約のために、第二は、無音の識別に対する信頼度を極大化させることができる単純且つ正確な方法を見つけ出すために、第三は、オーディオ信号に利用される信号の区分技術（ｓｉｇｎａｌ ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）が音楽にうまく適用されないためである。
【００５５】
無音の識別過程と共に透かしを検出するために先に行われるべき手続きのうちの一つが同期化（ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）過程である。ここで、同期化は、１〜２つのサンプル単位の誤差も許容しないスプレッドスペクトル方式とは異なり、５〜１０％以内の誤差内において情報が埋め込まれたフレームの位置が一致するように合わせればよい。
【００５６】
従って、透かしを検出する開始ステップと検出過程中に同期が合うかを確認しなければならない。上述した無音の識別過程において誤差が発生し得るため、最初に同期を一度合わせ、情報を検出する過程で２〜３回追加して同期を合わせることにより、同期がずれて発生され得る誤謬の伝播を防ぐ。
【００５７】
同期信号は、透かしの埋込み法と同一の方法により１６ビットから２０ビット以内の信号を埋め込む。同期信号を検出するために、フレームの長さの３〜５％分ずつ移動しながら繰り返して１６ビットの同期信号を検出するようになると、同期信号に対する相関度グラフが得られる。このとき、最も高い相関度を有する領域の中心を同期信号の一致点とする。同期信号をフレームの長さの３％ずつ移動しながら検出した結果によると、同期誤差が１５％以内で高い相関度が得られるようになる。
【００５８】
上記実施例においては、オーディオ信号のフレームごとに１つのビットを埋め込む例を説明したが、１つのフレームに複数のビットの情報を埋め込むようにすることもできる。また、短いオーディオ信号に多くの情報を埋め込まなければならない場合は、フィルタリングステップでいくつかの帯域信号を抽出してそれぞれの帯域信号にビット情報を埋め込めば、１つのフレームに２〜３ビットも埋め込むことができる。もちろん、この場合は、フィルタリングされた信号間の干渉が発生しないように帯域を設定しなければならず、埋込み強度を決定する時より慎重さを要するようになる。
【００５９】
透かしの検出後、偽変造検証の信頼度を高めるために、パターン情報の埋込みと共に埋め込まれるパターン情報に対するエラー検出またはエラー訂正コードを埋め込むこともできる。例えば、それぞれのフレームに１ビットの情報を埋め込むと、７２ビットの情報を埋め込むためにはＣＲＣ用１６ビットを含む８８ビットを埋め込む。８８ビットをターボコード（ｔｕｒｂｏ ｃｏｄｅ）でインコードすれば２７０ビットが生成されるため、７２ビットのために３倍の大きさの２７０ビットを埋め込む。
【００６０】
本発明の実験においては、フレームの大きさを８０ｍｓで利用して約２５秒程度のオーディオ信号に２７０ビット情報を埋め込んだ。若し、オーディオが３分程再生可能な長さであれば、約７回繰り返して情報が埋め込まれる。
【００６１】
ＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｏｄｅ）を実際の情報のように埋め込む理由は、検出された情報が埋め込まれた情報であることを認証するためのものである。仮に、誤った情報が検出される場合、これを正しい値と認識するようになれば、全システムにとって致命的な弱点となり得るためである。
埋め込まれたパターン情報の抽出過程は、埋込み過程と殆ど類似する。
【００６２】
図４は、パターン情報の抽出による偽変造の識別手続きを示したものである。
任意のオーディオ信号に埋め込まれた情報を抽出しようとすれば、埋込み過程と同様に、無音及びノイズ信号の長さを識別して除去し、実際の音響信号が始まる部分から埋込み手続きに用いられた帯域フィルタによりフィルタリングする（Ｓ２１０）。このような無音の識別過程及び/又はフィルタリング過程は透かしの埋込み時と同様に省略することができる。しかし、無音の識別及び/又はフィルタリングが透かしの埋込み時に行われたならば、透かしの抽出時にも行われるようにすることが好ましい。また、透かしの検出時の信頼度を高めるためには、無音の識別は透かしの埋込み時と同一の方式により行われなければならず、フィルタリング周波数も透かしの埋込み時と同一でなければならない。
【００６３】
次のステップとして、フィルタリングされたオーディオ信号の特性値Ｆを求める（Ｓ２２０）。特性値Ｆは透かしの埋込み時と同一の方式により求められる。即ち、仮に、透かしの埋込み時に［数式７］により特性値Ｆが求められたならば、抽出時にも同様に［数式７］により特性値が求められなければならない。
【００６４】
特性値Ｆを求めた後には、該特性値Ｆが量子化値の集合Ｑ内の各量子化値とそれぞれ比較される。ここで、量子化値の集合Ｑも、透かしの埋込み時に用いられていた量子化値の集合と同一のものが用いられなければならない。
比較の結果、特性値Ｆに最も近似した量子化値を決定する。このような決定のための１つの方法として、どの量子化値の集合の元素と最も近似した値を有するかを判断し、その近似度を−１．０〜１．０以内の値で求める。例えば、Ｆが０．１５であれば、集合Ｑ０の元素０．１に、またＱ１の元素０．３に最も近い値となる。図５はこのような関係を図式化したものである。
【００６５】
図５に示されたように、特性値Ｆに最も近似したＱ０内の値の０．１とＱ１内の値の０．３をそれぞれ−１．０と１．０に対応させる。そうすれば、現在の特性値Ｆの値の０．１５は−０．５に対応する。対応する値が−０．５というのは、現在の特性値がＱ１よりはＱ０に近い値であることを意味し、これは、埋め込まれたパターン情報の該当ビット値が“０”であることを意味する。即ち、逆に考えると、透かしの埋込み過程でビット値が“０”である情報を該当ビット列に埋め込むために量子化、埋込み強度の算出、及びオーディオ信号の変形過程を行ったことがわかる。
【００６６】
このような過程をフレームごとに行うことにより、フレームごとに埋め込まれたパターン情報のビット列を順に求めることができる（Ｓ２３０）。
上述のとおり、埋め込まれたパターン情報が７２ビットである場合に、ＣＲＣコードとターボコードを合わせて総２７０ビットの情報が埋め込まれているため、２７０ビットの情報を上記のように順に求めた後にターボコードのデコード手続きを通じて埋め込まれた情報である７２ビットとＣＲＣ１６ビットが得られる。
【００６７】
最後に、パターン情報と共に埋め込まれたエラー訂正コード及び/又はエラー検出コードに対するデコードを行う。透かしの埋込み時にエラー検出コードとして上述したようにＣＲＣが埋め込まれたならば、抽出された透かしの情報が実際埋め込まれた情報と一致するかをＣＲＣチェックを通じて検証することにより偽変造の有無を識別する（Ｓ２４０）。若し、ＣＲＣ検査の結果が一致するものと判断されれば埋め込まれた情報を出力し、そうでないものと判断されれば“ＮＯＮＥ”という文字を出力し、続けて透かしを検出するようになる。この説明においては、一旦埋め込まれた透かしの情報を全て抽出するようにしたが、実際のシステムでは透かしが検出されれば抽出手続きが終了するようになる。
【００６８】
抽出されたパターン情報が埋め込まれたパターン情報と一致すれば、オーディオ信号にはいかなる偽変造のような変形も加えられなかったと判定することができる。このとき、一致の程度は完全に一致する必要はなく、一定の臨界値、例えば、８０％以上の一致度を超える場合は一致するものとみなす。一致度が８０％以下である場合は、原オーディオ信号に偽変造が加えられたものと判定することができる。
【００６９】
また、上述した透かしの埋込み時の多様な変形例において記述したとおり、透かしの埋込み時に透かしが埋め込まれる信号がフレームの異なる帯域範囲を有する複数の周波数範囲にフィルタリングされ、また、フィルタリングされた周波数範囲毎にそれぞれパターン情報が埋め込まれ、１つのフレームに複数のビットが埋め込まれたならば、透かしの抽出時にも各ビットのパターン情報を抽出する作業が行われなければならない。このために、特性値の算出前に信号を透かしの埋込み時のフィルタリング周波数と同一の複数の周波数範囲にそれぞれフィルタリングし、フィルタリングされた各信号に対して特性値の算出（Ｓ２２０）、パターンの抽出（Ｓ２３０）、及び偽変造の識別（Ｓ２４０）等が行われなければならない。
【００７０】
以上においては、本発明の好ましい実施例について図示して説明したが、本発明の範囲は上述した特定の実施例に制限されておらず、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の要旨から外れない範囲での多様な変形実施が可能であり、そのような変形実施は、本発明の特許請求の範囲に記載の保護範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明による透かしの埋込み及び検出方法を行う透かしシステムのブロック図である。
【図２】本発明による透かしの埋込み方法の順序図である。
【図３】透かしが埋め込まれる信号のフレームを示す図である。
【図４】本発明による透かしの検出方法の順序図である。
【図５】検出された特性値と量子化値の相互関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１００  埋込み部
１１０  オーディオ信号入力装置
１２０  透かしの事前検知部
１３０  透かしの埋込み部
２００  抽出部
２１０  透かしの抽出部
２３０  透かしパターンの前処理部
２４０  偽変造区域感知部
【図１】
2004310117.tif 000022
【図２】
2004310117.tif 000023
【図３】
2004310117.tif 000024
【図４】
2004310117.tif 000025
【図５】
2004310117.tif 000026