(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次元の情報信号にウォーターマークを埋め込む方法であって、
前記情報信号のゼロ交差である特徴点を決定するステップと、
歪められた情報信号の特徴点が、与えられたウォーターマーク信号と統計学的に大きな相関関係を有するように、前記情報信号を前記ウォーターマーク信号に応じて時間的に歪ませるステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記ウォーターマーク信号は、バイナリ信号であり、前記情報信号を歪ませる前記ステップは、前記バイナリウォーターマーク信号のあらかじめ決められた値と同時に起こるように特徴点を時間的に歪ませることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ウォーターマーク信号は、実数値をもつ信号であり、前記情報信号を歪ませる前記ステップは、前記ウォーターマーク信号の局所的な極値点の方向に特徴点を時間的に歪ませることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記情報信号から該情報信号の意味上の基本的要素を表す信号を導き出す処理ステップを更に含み、前記情報信号の特徴点は、前記基本的要素を表す信号の特徴点により表される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記処理ステップは、前記情報信号を該情報信号の意味上の基本的要素を表す複数の信号成分に分解し、それぞれの信号成分の特徴点を決定することを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記分解は、前記情報信号のサブバンドフィルタリングを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記情報信号を歪ませる前記ステップが、それぞれの信号成分を時間的に歪ませ、歪められた信号成分を組み合わせて、歪められた情報信号を構成することを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
情報信号内のウォーターマークを検出する方法であって、
前記情報信号のゼロ交差である特徴点を決定するステップと、
前記特徴点と、与えられたウォーターマーク信号との相関関係を決定するステップと、
前記相関関係が統計学的に大きい場合、前記与えられたウォーターマークが前記情報信号に埋め込まれていることを検出するステップと、
を含む方法。
【請求項９】
前記与えられたウォーターマーク信号は、バイナリ信号であり、前記相関関係を決定する前記ステップは、前記バイナリウォーターマーク信号のあらかじめ決められた値と同時に起こる特徴点の割合を決定することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記情報信号から該情報信号の意味上の基本的要素を表す信号を導き出す処理ステップを更に含み、前記情報信号の特徴点は、前記基本的要素を表す信号の特徴点により表される、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記処理ステップは、前記情報信号を該情報信号の意味上の基本的要素を表す信号成分に分解し、それぞれの信号成分の特徴点を決定することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記分解は、前記情報信号のサブバンドフィルタリングを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
情報信号にウォーターマークを埋め込む装置であって、
前記情報信号のゼロ交差である特徴点を決定する手段と、
歪められた情報信号の特徴点が、与えられたウォーターマーク信号と統計学的に大きい相関関係を有するように、前記情報信号を前記ウォーターマーク信号に応じて時間的に歪ませる手段と、
を有する装置。
【請求項１４】
情報信号内のウォーターマークを検出する装置であって、
前記情報信号のゼロ交差である特徴点を決定する手段と、
前記特徴点と、与えられたウォーターマーク信号との相関関係を決定する手段と、
前記相関関係が統計学的に大きい場合、前記与えられたウォーターマークが前記情報信号に埋め込まれていることを検出する手段と、
を有する装置。
【請求項１５】
情報信号にウォーターマークが存在するかどうかに依存して、前記情報信号の記録及び／又は再生を不能にする手段を有する、前記情報信号を記録し、及び／又は再生する装置であって、
請求項１４に記載の前記ウォーターマークを検出する装置を有することを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一次元の情報信号、例えばオーディオ信号にウォーターマークを埋め込むための方法及び装置に関する。本発明は更に、情報信号内のこのようなウォーターマークを検出するための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＰ３のような今日のオーディオ圧縮規格の登場により、オーディオコンテンツの海賊行為及び非合法使用の危険性が高まっている。従って業界では、非合法の行為に対する保護手段を見つけることに取り組んでいる。ウォーターマーキングは、画像、ビデオ、オーディオ、テキスト及びデータのようなデジタルマルチメディアコンテンツの所有者を認証する方法である。それは、コピープロテクションを実現するためのツールである。
【０００３】
通常、ウォーターマークは、信号に特定の低振幅雑音パターンを追加することにより埋め込まれる。雑音パターンが、ウォーターマークを表す。疑わしい信号内に埋め込まれた所与のウォーターマークが存在するか否かは、疑わしい画像と、前記ウォーターマークの与えられたバージョンとの相関関係を計算し、相関関係と閾値とを比較することにより受け取り側で検出される。相関関係が閾値より大きい場合、与えられたウォーターマークが存在していると判断され、それ以外の場合、存在しないと判断される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、一次元の情報信号にウォーターマークを埋め込むための新しい方法及び装置、並びに疑わしい信号内のウォーターマークを検出するための対応する方法及び装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ウォーターマークを埋め込む方法は、情報信号の特徴点（salient points）を決定するステップと、変形させた信号の特徴点が、与えられウォーターマーク信号と統計学的に大きい相関関係を有するように、情報信号を変形させるステップとを含む。
【０００６】
信号の特徴点とは、ここでは、所与の特徴関数（saliency function）の重要な点の時間位置を意味することを理解されたい。特徴関数は、特徴基準をそれぞれのオーディオ信号サンプルに割り当てる関数である。特徴関数は、特徴基準が局所的な特性である（すなわち近傍の短い期間にのみ依存する）という条件で全く任意であり、圧縮、雑音付加、カットアンドペースト、トランスレーション、サブサンプリング、スケーリング等の信号処理の下で可能な限り多く保存される。単純であるが例示的である有用な特徴点の例は、オーディオ信号のゼロ交差である。
【０００７】
ウォーターマーク信号は、バイナリ信号と考えることができ、バイナリ信号の値０及び１は、十分にランダムであり、一様に分布している。任意のオーディオ信号とランダムなウォーターマーク信号との特徴点の間に相関関係がない場合、特徴点の５０％が、ウォーターマーク信号の１と同時に起こる。オーディオ信号は、ここで、ほとんどの特徴点がウォーターマーク信号の値１と同時に起こるように特徴点を時間的に歪ませることによりウォーターマーキングされる。
【０００８】
ウォーターマークを検出する対応する方法は、情報信号の特徴点を決定するステップと、前記特徴点と、与えられたウォーターマーク信号との相関関係を決定するステップと、前記相関関係が統計学的に大きい場合、前記与えられたウォーターマークが前記情報信号に埋め込まれていることを検出するステップとを含む。
【０００９】
本願人の国際特許出願公報ＷＯ−Ａ−９９／３５８３６は、画像の特徴点を歪ませることにより、画像にウォーターマークを埋め込む方法を開示していることに注意されたい。しかしながら、画像及びウォーターマーク信号は、この従来技術の公報において２次元信号であり、幾何学な歪みが、空間画像ドメインに適用される。本願の発明者は、一次元（例えばオーディオ）の信号ドメインに同様の技法を適用することができることを見出した。この場合、ウォーターマーク信号は、時間依存信号であり、歪み処理が、時間ドメインにおいて実施される。
【００１０】
特徴点及びさまざまなウォーターマーク信号形式を導き出すための有利な実施例に関する本発明の他の側面は、以下に記述する実施例から明らかになるであろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明によるウォーターマーク埋め込み器を概略的に示している。埋め込み器は、オーディオ信号Ｉ（ｔ）と、前記オーディオ信号に埋め込まれるべきウォーターマーク信号Ｗ（ｔ）とを受け取る。オーディオ信号Ｉ（ｔ）及びウォーターマーク信号Ｗ（ｔ）は、時間の連続関数であり、存続期間Ｔを有する。実際に、オーディオ信号はデジタル形式で与えられる。そのデジタル表現は、時間の離散点ｔｉで得られる有限数ＮのオーディオサンプルＩ（ｔｉ）を有する。２つの連続する時間サンプルｔｉとｔｉ＋１との間の期間は一定であり、ΔＴと示される。補間又はサブサンプリング（図示せず）により、デジタル信号から本当に連続する信号Ｉ（ｔ）が導き出される。ウォーターマーク信号Ｗ（ｔ）は、この実施例においてバイナリ信号である。その遷移は、サンプリング期間ΔＴの中央に位置すると仮定される。
【００１２】
この装置は、特徴点抽出器１１、歪み信号発生器１２、及び変形回路１３を有する。以下、この動作について図２及び図３に示す波形を参照して説明する。図２は、ウォーターマーク信号Ｗ（ｔ）及びオーディオ信号Ｉ（ｔ）を示している。特徴点抽出器１１は、オーディオ信号から特徴点を抽出する。特徴点が生じる時点をｓｉと呼ぶ。単純であるが実際的な特徴点抽出器の例は、それぞれのゼロ交差についてＤｉｒａｃパルスを生成するゼロ交差検出器である。特徴点の位置を規定する一連のＤｉｒａｃパルスは、図２に示す特徴点信号Ｐ（ｔ）を構成する。
【００１３】
いくつかの特徴点は、ウォーターマーク信号Ｗ（ｔ）の「１」と同時に起こる。これらの特徴点は、ウォーターマークの「上」に位置すると判断される。他の特徴点は、ウォーターマーク信号Ｗ（ｔ）の「０」と同時に起こる。これらの特徴点は、ウォーターマークから「外れて」位置すると判断される。ウォーターマーク信号の０及び１は、十分にランダムであり、一様に分布しており、信号全体にわたって等しい可能性をもつ。この特性信号のため、特徴点の約５０％はウォーターマーク上に位置し、５０％はウォーターマークから外れて位置する。図２に示すオーディオ信号は、ウォーターマーク上の４つの特徴点２１と、ウォーターマークから外れた４つの特徴点２２とを有する。
【００１４】
以下に記述するように、埋め込み器は、ウォーターマーク上に位置しない特徴点を時間軸に沿って移動させる。その後、大部分の特徴点は、ウォーターマーク上に位置するようになる。このタイプの処理は、「時間的に歪ませる」処理として従来技術において知られている。図２において、特徴点を時間的に歪ませるプロセスは、特徴点がそれらの元の位置から動かされる方向及び程度を示す矢印２３により示されている。
【００１５】
オーディオ信号を歪ませる方向及び程度は、歪み信号発生器１２により制御される。この回路は、特徴点抽出器１１からの特徴点信号Ｐ（ｔ）と、ウォーターマーク信号Ｗ（ｔ）とを受け取る。歪み信号発生器１２は、それぞれの特徴点ｓｉに適用される時間歪みベクトルｖ（ｓｉ）を決定し、ｔのすべての他の値について時間歪みｖ（ｔ）の値を計算する。時間歪みｖ（ｔ）は、連続信号であり、連続する歪み信号ｖ（ｔ）と呼ばれる。
【００１６】
歪み信号発生器１２の実際的な実施例において、特徴点に適用されるべき歪みｖ（ｓｉ）は、概して次のように規定される。
v(si)=c.ΔT.(1-W(si)).sign(W(ti+1)-W(ti))
上式で、ｔｉ及びｔｉ＋１は、デジタルオーディオ信号の連続するサンプリング点であり、ΔＴ＝ｔｉ＋１−ｔｉは、サンプリング期間である。この方程式における項（１−Ｗ（ｓｉ））は、ウォーターマーク上に既に位置する特徴点を歪ませないようにすることに注意されたい。方程式の中の量ｃは、埋め込み強度を表す。ｃが大きいほど、特徴点はその初期位置から遠くに動かされる。ウォーターマーキングされた信号における可聴なジッタを回避するため、ｃを可能な限り小さくするべきである。ウォーターマークの強力さのためには、ｃを大きくするべきである。人間の音響心理モデルに従ってウォーターマークの可聴性をマスクするためにｃを選ぶことができることに注意されたい。
【００１７】
特徴点の間のオーディオ信号値は、ウォーターマークから外れて位置する特徴点に関するｖ（ｓｉ）から、ウォーターマーク上に既に位置する特徴点に関するゼロまでの徐々に減少する量により歪ませるべきである。このために、歪み信号発生器１２は、補間の適切な形式を適用することにより、離散的な歪みｖ（ｓｉ）から、時間ｔに適用されるべき歪みを規定する連続する歪み信号ｖ（ｔ）を導き出す。連続する歪み信号ｖ（ｔ）は、可能な限り滑らかであるべきである。これは、適切な補間アルゴリズムにより達成される。図２に示す波形ｖ（ｔ）は一例である。
【００１８】
歪ませる処理は、変形回路１３により実際に実行される。この回路は、オーディオ信号Ｉ（ｔ）及び連続する歪み信号ｖ（ｔ）を受け取り、次式に従ってウォーターマーキングされた信号Ｉｗ（ｔ）を生成する。
Iw(t)=I(t-v(t))
【００１９】
図３は、オーディオ信号のほんの一部分についての上記の動作を示している。この図において、Ｉ（ｔ）は、ウォーターマーキングされていないオーディオ信号であり、Ｉｗ（ｔ）は、ウォーターマーキングされた信号である。ウォーターマーク上に位置する特徴点２１は、歪められない（ｖ（ｔ）＝０）。特徴点２２は、ウォーターマークから外れて位置するものであり、Ｉｗ（ｔ）の特徴点２５を構成するように量ｃ．ΔＴだけ歪められる。他のオーディオ信号値は、ｃ．ΔＴからゼロまでの徐々に減少する量ｖ（ｔ）により歪められる。符号２４は、任意の時点のｖ（ｔ）を示している。ウォーターマーキングされた信号の離散的な音声出力サンプルは、最終的に、上記の方程式からＩｗ（ｔｉ）を計算することにより得られる。
【００２０】
所与の最大埋め込み強度について、歪ませる処理により、ウォーターマーキングされた信号のすべての特徴点が必ずしもウォーターマーク上に位置するようになるわけではないことに注意されたい。いくつかの特徴点は、一般に、ウォーターマーク信号の遷移からかなり遠くに位置するので、ｃ．ΔＴだけ歪ませた後もウォーターマーク上の点になりえない。このような特徴点は、「歪ませることが可能でない」と判断される。歪ませることが可能でない特徴点の発生は、バイナリウォーターマーク信号の典型的な特性である。図２において、特徴点２２のうち最も左のもの及び最も右のものは、歪ませることが可能でない。これらの特徴点を歪ませないようにすることも可能であるが、これが埋め込まれたウォーターマークの知覚可能性に関して最高の性能をもたらすかどうかは前もって確かではない。歪み信号ｖ（ｔ）を可能な限り滑らかにレンダリングするため、歪ませることが可能でない特徴点を歪ませることが好ましいこともある（この言葉遣いの矛盾に注意されたい）。図２において、特徴点２２の最も左のものは歪められるが、最も右のものは歪められない。更に、所望の数の特徴点がウォーターマーク上に位置するようになるまで、歪ませる処理を帰納的に繰り返し、Ｗ（ｔｊ）＝１である最も近傍の時間サンプルｔｊまでそれぞれの特徴点ｓｉを歪ませることが可能である。
【００２１】
図４は、本発明による対応するウォーターマーク検出器を概略的に示している。この検出器は、疑わしいオーディオ信号Ｊ（ｔ）を受け取る。この検出器は、埋め込み器と同じ特徴点抽出器１１、整合回路１４及び決定回路１５を有する。整合回路１４は、特徴点信号Ｐ（ｔ）及び検出されるべきウォーターマーク信号Ｗ（ｔ）を受け取る。整合回路１４は、ウォーターマーク上に位置する特徴点の数Ｓ１と、ウォーターマークから外れて位置する特徴点の数Ｓ０とを数える。数学的表記において、
【数１】
0004771635.tif 000002
上式で、Ｔは、信号の存続期間である。次いで、数Ｓ１及びＳ０は、決定回路１５に与えられる。統計学的に高い割合の特徴点がウォーターマーク上に位置する場合、すなわちＳ１＞＞Ｓ０である場合、ウォーターマークＷ（ｔ）は、疑がわしい信号内に存在し、そうでない場合、ウォーターマークＷ（ｔ）は、疑がわしい信号内に存在しないと判断される。
【００２２】
図５は、ウォーターマーク埋め込み器の他の実施例を示している。この実施例は、オーディオ信号Ｉ（ｔ）が特徴点抽出器１１に与えられる前に前処理回路１６により前処理される点で、図１に示したものとは異なる。前処理の目的は、Ｉ（ｔ）から、より強力な信号Ｒ（ｔ）を導き出すことであり、このような強力な信号Ｒ（ｔ）は、圧縮のような一般のオーディオ信号処理動作の下で可能な限りわずかにしか変化しない。特徴点及び歪み信号ｖ（ｔ）が、強力な信号Ｒ（ｔ）から抽出される。しかしながら、実際に歪ませる処理は、元の信号Ｉ（ｔ）に適用される。
【００２３】
図６は、対応するウォーターマーク検出器を示している。これは、疑わしいオーディオ信号Ｊ（ｔ）が、特徴点抽出器１１に供給される前に同じ前処理回路１６により前処理される点で、図４に示したものとは異なる。
【００２４】
前処理回路１６の簡単な実施例において、強力な信号Ｒ（ｔ）は、ローパスフィルタリングにより得られるＩ（ｔ）の平滑化されたものである。この一例が、図７に示されている。Ｒ（ｔ）は、Ｉ（ｔ）より少ないゼロ交差を有するが、それらの位置はより安定であることに注意されたい。この強力な信号は、バンドパスフィルタリングにより得ることもできる。バンドパスフィルタリングの目的は、オーディオ信号から直流成分を除去することである。これにより、埋め込まれるウォーターマークは、オーディオ信号の振幅軸に沿ったオーディオ信号の変形に対して強力になる。
【００２５】
前処理回路１６の他の実施例は、情報信号が一般に情報のいわゆる「意味上の基本的要素(semantic essence)」を伝えるという認識に基づく。信号の意味上の基本的要素は、生成（再生）及び符号化（復号化）装置によりもたらされるいかなる歪みの下でも保存されるべき信号の一部である。これらの歪みは、人間の知覚の限界以下であると仮定される。オーディオ、特に音楽の場合、ピッチ、ラウドネス、アタック、減衰、スタッカート、レガート、トレモロ、スラー等の特性を直感的にとらえることができる。時間の関数として意味上の基本的要素を表す信号は、強力な信号の良い例である。このような強力な信号から抽出される特徴点は、ＭＰ３等の圧縮を含む一般のオーディオ信号処理に耐えられる可能性が最も高い。例示として、図８は、このようなウォーターマーク埋め込み器及び検出器の実施例を説明するためのさまざまな波形を示している。この実施例において、前処理器１６は、オーディオ信号の主周波数（ピッチ）を抽出し、特徴点抽出器１１は、前記ピッチの大きな変化を検出する。図８において、Ｗ（ｔ）は、ウォーターマーク信号であり、Ｉ（ｔ）は、ウォーターマーキングされるべきオーディオ信号であり、Ｒ（ｔ）は、オーディオ信号から導き出されるとともに、時間の関数としてピッチを表す強力な信号であり、Ｐ（ｔ）は、（Ｄｉｒａｃパルスの代わりの点としてここに示されている）特徴点信号である。特徴点は、この実施例において、強力な信号Ｒ（ｔ）の導関数の局所的な極値点である。図示するように、特徴点８１は、ウォーターマーク上に既に位置するので、歪ませない。特徴点８２は、ウォーターマークから外れて位置しており、新しい位置８４に量８３だけ歪ませる。Ｉｗ（ｔ）は、ウォーターマーキングされた信号である。Ｉｗ（ｔ）は、また、検出器に供給される疑わしい信号Ｊ（ｔ）である。Ｒ’（ｔ）は、検出器においてＪ（ｔ）から導き出される強力な信号であり、Ｐ’（ｔ）は、検出器において抽出される特徴点信号である。特徴点は、８５及び８６である。両方の特徴点は、ここでウォーターマーク上に位置している。従って、検出器は、ウォーターマークＷ（ｔ）が本当に埋め込まれていると決定する。
【００２６】
特徴点の抽出のために１つの強力な信号を使用する代わりに、強力な信号成分のアレイをもつことも有用でありうる。フィルタバンクが、このような信号成分のアレイを構成することができる。このようなアレイが強力であるとする２つの理由がある。第１に、オーディオ信号を周波数帯で分割することにより、特定の周波数帯域のウォーターマーキングされた信号に損害を与える攻撃に対する保護を提供する。第２に、人間の聴覚は、実際に、フィルタバンクによりモデル化することができる。フィルタ出力に影響が及ぶ態様で信号が腐敗している場合、人間の聴覚はこれを検出する。図９は、前処理器１６及び特徴点抽出器１１の装置をこれらのラインに沿って概略的に示している。この装置は、Ｎ個のバンドパスフィルタ９１−１…９１−Ｎを有する。それぞれの周波数成分は二乗され（９２−１..９２−Ｎ）、それぞれが個々のローパスフィルタ９３−１..９３−Ｎに供給される。ローパスフィルタは、移動平均を計算する。このプロセスの出力Ｒ１..ＲＮは、強力な信号成分のアレイを集合的に形成する。これらの信号成分は、実際に、異なる周波数帯における信号のエネルギー−時間展開を表す。出力Ｒｉはそれぞれ特徴点抽出を受ける（９４−１..９４−Ｎ）。ここでは、特徴点は、Ｒｉの２次導関数がゼロであるとともに１次導関数が大きな時間点である。特徴点信号Ｐ（ｔ）は、すべてのＲｉｓの特徴点を結合したもの（９５）である。
【００２７】
強力な信号Ｒ（ｔ）を生成するための前処理回路１６をもつウォーターマーク埋め込み器の上記の例においては、実際に歪ませっる処理が、なお元のオーディオ信号Ｉ（ｔ）に適用されている。本発明者は、オーディオ信号を強力な信号から復元することができるという条件で、強力な信号に歪みを適用することもできることを見出した。例えば、強力な信号が解析フィルタバンクから得られる信号のアレイである場合、上記の条件が満たされる。解析フィルタバンクは、相補的な合成フィルタバンクと協働して、（知覚可能性に関して）完全に復元するフィルタバンクを構成する。図１０は、このようなウォーターマーク埋め込み器の実施例を示している。この装置は、完全に復元するフィルタバンクを集合的に形成する解析フィルタバンク１０１及び合成フィルタバンク１０２を有する。このようなフィルタバンクは、従来技術において知られている。解析フィルタバンク１０１は、ウォーターマーク埋め込み器１０３−１..１０３−Ｎの個々のものにそれぞれ与えられる複数の信号Ｒ１（ｔ）..ＲＮ（ｔ）を供給する。埋め込み器１０３−ｉについて詳しく示したように、それぞれの埋め込み器は、図１に示した埋め込み器の構造及び機能を有する。すべての埋め込み器は、同じウォーターマーク信号Ｗ（ｔ）を受け取り、信号内に見つけられた特徴点に応じて、個々のＲｉ（ｔ）を歪ませた信号Ｒｗｉ（ｔ）に変形させる。合成フィルタバンク１０２は、ウォーターマーキングされた成分を受け取り、ウォーターマーキングされたオーディオ信号Ｉｗ（ｔ）を合成する。埋め込み器１０３−ｉは、合成フィルタと結合回路１０２１との間の合成フィルタバンク１０２内に位置してもよい。
【００２８】
バイナリウォーターマーク信号は、多くの特徴点が歪ませることが可能でないという特性をもつことは既に述べた。多くの特徴点は、ウォーターマーク信号の遷移からかなり遠くに位置するので、量ｃ．ΔＴだけ歪ませた後もウォーターマーク上の点になりえない。実数値をもつウォーターマーク信号Ｗ（ｔ）はこの特性をもたない。実数値をもつウォーターマーク信号は、例えば−１と＋１との間の実数値を有する。値は、一様に分散され、信号の極性は、十分頻繁に変わる。更に、好適には、信号は、どこにおいても一定でない。一例が図１１に示されている。この例において、ウォーターマークは、時間軸に沿って値−１及び＋１の組として規定されている。連続するウォーターマーク信号Ｗ（ｔ）が、そこから線形補間により得られる。Ｗ（ｔ）の平均は、０となるべきである。
【００２９】
図１１は、図２に示したものと同じオーディオ信号Ｉ（ｔ）及び対応する特徴点信号Ｐ（ｔ）を示している。特徴点は、また、ウォーターマーク信号波形においてドット３１として示されている。ウォーターマーキングされていない信号Ｉ（ｔ）について、ウォーターマーク信号Ｗ（ｔ）と、特徴点信号Ｐ（ｔ）との相関関係Ｄは、ほぼゼロに等しい。
【数２】
0004771635.tif 000003
上式で、Ｔは、オーディオ信号の存続期間である。オーディオ信号は、ここで「登る方」に、すなわち図１１の矢印３２により示すようにＷ（ｔ）の極大点の方へ特徴点を歪ませることによりウォーターマーキングされる。時間ｔ＝ｓｉに特徴点に適用されるべき離散的な歪みｖ（ｓｉ）は、矢印３３により示されている。歪みｖ（ｓｉ）は、次式により規定される。
v(si)=c.ΔT.sign(W(ti+1)-W(ti))
上式で、ｔｉ及びｔｉ＋１は、連続するデジタルオーディオ信号のサンプリング点であり、ΔＴは、サンプリング期間である。バイナリ値をもつウォーターマーク信号に関する歪み信号とは異なり、ほとんどすべての特徴点を歪ませることに注意されたい。更に、上記の方程式における式ｓｉｇｎ（）は、歪みの方向を規定している点に注意されたい。ウォーターマーク信号Ｗ（ｔ）が滑らかな場合、離散的な歪みｖ（ｓｉ）は、次のように規定することもできる。
【数３】
0004771635.tif 000004
ウォーターマーク埋め込み器は更に、前述したように動作する。従って、滑らかな連続する歪み関数ｖ（ｔ）が補間によりｖ（ｓｉ）から導き出され、オーディオ信号は、次式に従って歪められる。
Iw(t)=I(t-v(t))
【００３０】
ウォーターマーク信号Ｗ（ｔ）に関して特徴点を「登る方」に歪める影響は、歪められた（すなわちウォーターマーキングされた）オーディオ信号についての相関関係、
【数４】
0004771635.tif 000005
がゼロから大きく外れることである。この理由のため、更に量Ｄが検出強度として参照される。ウォーターマーク検出器は、受け取られた疑わしい信号について相関関係Ｄを計算する。Ｄがある閾値Ｄｔより大きい場合、ウォーターマークが存在すると判断される。
【００３１】
Ｄｔについての適切な値は、以下の考察から分かる。相関関係Ｄが前記クラスにおけるすべてのウォーターマークについて計算される場合、Ｄが、平均値μ（Ｄ）及び標準偏差σ（Ｄ）をもつ正規分布を有するという種類のウォーターマーク信号について考える。前記平均値及び標準偏差が与えられるとき、Ｄの正規分布は、平均値０及び標準偏差１を有するＤ’の標準正規分布に変形することができる。ここで、
【数５】
0004771635.tif 000006
Ｄｔに対応する閾値Ｄ’ｔは、いかなる所望の誤警報可能性Ｐについても計算することができる（誤警報とは、ウォーターマーキングされていない信号内にウォーターマークが検出される状況である）。例えば、Ｐ＝１０−６の場合、以下の閾値が使用されるべきである。
【数６】
0004771635.tif 000007
【００３２】
図１２は、上述した動作を実行するウォーターマーク検出器を概略的に示している。この検出器は、図４に示したものと同じ特徴点抽出器１１と、上記で規定した方程式に従ってウォーターマーク信号Ｗ（ｔ）及び特徴点信号Ｐ（ｔ）の関数として相関関係Ｄを計算するための相関関係検出器１７と、相関関係Ｄを閾値Ｄｔと比較するための決定回路１８とを有する。
【００３３】
図１２に示す検出器は、一般的なウォーターマーク検出器である。この装置は、バイナリ値をもつウォーターマークの検出のために使用することもできる。これは、バイナリ値を有するウォーターマークの存在についての基準、すなわち
【数７】
0004771635.tif 000008
が、
【数８】
0004771635.tif 000009
に数学的に等しいという考えから分かる。
【００３４】
時間的歪みが、所望の効果を得るために信号を変形させる唯一の方法でないことに注意されたい。代替の方法は、ウォーターマーク上に位置する特徴点の特徴（saliency）が増大され、ウォーターマークから外れて位置する特徴点の特徴が増大され、その後「最も強い」特徴点のほとんどがウォーターマーク上に位置することになる振幅変調を適用することである。このプロセスは、次のように記述することができる。
Iw(t)=I(t).(1+ε(t))
上式で、ε（ｔ）＜＜１は、以下の条件を満たす。
【数９】
0004771635.tif 000010
【００３５】
オーディオ信号に埋め込まれるウォーターマークは、例えば、著作権者又はコンテンツの記述を識別しうる。このようなウォーターマークは、対象のものが、「１度だけコピー可」、「コピー不可」、「制限なし」、「これ以上コピー不可」等に分類されることを可能にする。図１３は、ディスク１３１上に記録されているオーディオビットストリームを再生するための装置を示している。記録された信号は、スイッチ１３２を介して再生装置１３３に与えられる。本発明に関連しない他の条件が満たされない限り、この装置は、あらかじめ決められた埋め込みウォーターマークをもつビデオ信号を再生することができないものとする。例えば、ディスク１３１が所与の物理的な「ウォブル（wobble）」キーを含む場合のみ、ウォーターマーキングされた信号が再生されうる。ウォーターマークを検出するために、この装置は、上述したウォーターマーク検出器１３４を有する。検出器は、記録された信号を受け取り、ウォーターマークが検出されるか否かに応じてスイッチ１３２を制御する。
【００３６】
以上のことをまとめてみると、１次元信号、特にオーディオ信号にウォーターマーキングするための方法及び装置が開示されている。例えば一様に分散された０及び１を有するバイナリ信号（Ｗ（ｔ））であるウォーターマークは、ウォーターマーキングされた信号（Ｉｗ（ｔ））の特徴点の時間分布の統計量がウォーターマーク信号に関して大幅に変更される程度にゼロ交差（２２）のような特徴点を歪ませること（２３）により、オーディオ信号（Ｉ（ｔ））に埋め込まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるバイナリ値をもつウォーターマークを埋め込むための装置を示す概略図。
【図２】図１に示すウォーターマーク埋め込み器の動作を説明するための波形を示す図。
【図３】図１に示すウォーターマーク埋め込み器の動作を説明するための波形を示す図。
【図４】本発明によるウォーターマークを検出するための装置を示す概略図。
【図５】前処理回路を有するウォーターマーク埋め込み器の実施例を示す図。
【図６】前処理回路を有する検出器の実施例を示す図。
【図７】図５及び図６に示す埋め込み器及び検出器の動作を説明するための波形を示す図。
【図８】図５及び図６に示す埋め込み器及び検出器の動作を説明するための波形を示す図。
【図９】前処理回路の実施例を示す図。
【図１０】本発明によるウォーターマーク埋め込み器の他の実施例を示す概略図。
【図１１】実数値をもつウォーターマーク信号を埋め込むための装置の動作を説明するための波形を示す図。
【図１２】本発明による、ウォーターマークを検出するための一般的な装置を示す概略図。
【図１３】本発明によるウォーターマーク検出器を有する、オーディオ信号を再生するための装置を示す図。
【符号の説明】
１１    特徴点検出器
１２    歪み信号発生器
１３    変形回路
１４    マッチング回路
１５    決定回路
１６    前処理回路
１０１    解析フィルタバンク
１０２    合成フィルタバンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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