(57)【要約】映画館の大きな投影スクリーン上で利用されるであろう、前記デジタル映画フォーマットのために設計されたビデオ電子透かし方式が開示される。前記電子透かしは、ビデオの質に最小の影響しか与えないが、依然手持ち式カメラによる取り込み、及び例えばＶＨＳ、ＣＤビデオ又はＤＶＤフォーマットへの変換の後も検出可能であるように設計される。提案された電子透かしシステムは時間軸だけを利用する。このことは該電子透かしを、かような取り込みによって一般に起こされる幾何学的な歪みによって損傷を受けないようにする。前記電子透かしは、前記電子透かしのサンプルに従って前記フレームのグローバルな属性（例えば平均輝度）を変化することによって埋め込まれる。前記埋め込みの深度は好ましくは、各フレーム内においてそれぞれの画像のローカルな統計データへローカルに適応される。電子透かしの検出は、前記電子透かしのシーケンスをフレームのシーケンスの抽出された平均輝度値と関連付けることにより実行される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動画信号に電子透かしを埋め込む方法であって、前記方法は、
電子透かしのサンプルのシーケンスによって前記電子透かしを表現するステップと、
対応する画像のシーケンスの各画像について、前記画像を構成する画素のグローバルな属性を決定するステップと、
対応する前記電子透かしのサンプルに従って前記画像のシーケンスの各画像の前記グローバルな属性を変更するステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記変更するステップは、同一の前記電子透かしのサンプルに従って、一連の所定の数の連続する画像を変更するステップを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記グローバルな属性は、画像を構成する前記画素の平均輝度である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記変更するステップは、画像内の空間的な活動度に依存して、前記画像の画素を適応的に変更するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記変更するステップは、連続する画像間で検出された動きに依存して画像の画素を適応的に変更するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
動画信号中の電子透かしを検出する方法であって、前記方法は、
参照電子透かしのサンプルのシーケンスとして参照電子透かしを提供するステップと、
対応する画像のシーケンスの各画像について、前記画像を構成する画素のグローバルな属性を決定するステップと、
前記参照電子透かしのサンプルのシーケンスを、対応する前記グローバルな属性のシーケンスと関連付けるステップと、
前記関連付けるステップが、所定の閾値を越える相関値を算出した場合に出力信号を生成するステップと、
を有する方法。
【請求項７】
一連のインタリーブされたグローバルな属性のシーケンスを提供するステップを更に有し、前記関連付けるステップは、一連の相関値を得るために、前記参照電子透かしのサンプルのシーケンスを前記インタリーブされたグローバルな属性のシーケンスの各々と関連付けるステップを有し、前記出力信号を生成するステップは、前記相関値のうち最も大きいものが所定の閾値を越えている場合に前記出力信号を生成するステップを有する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記グローバルな属性は、画像フレームを構成する画素の平均輝度である、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
動画信号に電子透かしを埋め込む装置であって、前記装置は、
電子透かしのサンプルのシーケンスとして前記電子透かしを提供する手段と、
対応する画像のシーケンスの各画像について、前記画像を構成する画素のグローバルな属性を決定する手段と、
対応する前記電子透かしのサンプルに従って前記画像のシーケンスの各画像の前記グローバルな属性を変更する手段と、
を有する装置。
【請求項１０】
動画信号中の電子透かしを検出する装置であって、前記装置は、
参照電子透かしのサンプルのシーケンスとして参照電子透かしを提供する手段と、
対応する画像のシーケンスの各画像について、前記画像を構成する画素のグローバルな属性を決定する手段と、
前記参照電子透かしのサンプルのシーケンスを、対応する前記グローバルな属性のシーケンスと関連付ける手段と、
前記関連付ける手段が、所定の閾値を越える相関値を算出した場合に出力信号を生成する手段と、
を有する装置。
【請求項１１】
電子透かしのサンプルのシーケンスによって表現された、埋め込まれた電子透かしを持つ動画信号であって、
画像のシーケンスの各画像について、前記画像を構成する画素のグローバルな属性が、対応する前記電子透かしのサンプルのシーケンスのそれぞれの電子透かしのサンプルに従って修正されていることを特徴とする動画信号。
【請求項１２】
請求項１１に記載の動画信号が記録された記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動画信号に電子透かしを埋め込む方法及び装置に関する。本発明は、前記電子透かしを検出する方法及び装置にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
動画信号に電子透かしを埋め込む先行技術の方法は、国際特許出願公開公報ＷＯ−Ａ−９９／４５７０５において開示されている。この先行技術の方法においては、電子透かしのサンプルの２次元のシーケンスが完全に、更には複数回、ビデオ信号の画像に埋め込まれる。
【０００３】
電子透かしの埋め込みはコピー保護方法の重要な側面である。殆どのコピー保護方式は、電子的に配布されるコンテンツ（放送、記憶媒体など）の保護を扱うが、コピー保護は映画館で上映される映画のためにも要求される。手持ち式のビデオカメラによる映画における不正なコピーは、既に一般的な方法である。通常、質は非常に低いが、不正なＶＨＳテープ、ＣＤビデオ及びＤＶＤの経済的な影響は莫大なものとなり得る。
【０００４】
今後数年内に、デジタル映画フォーマット、即ち１９２０×１０８０×２４×３６（画素／ライン×ライン／フレーム×フレーム／秒×ビット／画素）が映画館において導入されるであろう。この非常に高い質のデジタルフォーマットを導入することにより、手持ち式のビデオカメラによる不正なコピーの脅威は更に大きくなるであろう。この理由のため、映画の所有者は構内でビデオカメラの存在を防止しなければならない。以降のコンテンツの利用可能性の禁止により、この規則を守らないことは認められ得る。この観点から、ショーの時間の間電子透かしを付加することが考えられる。前記電子透かしは、映画、上映時間、オペレータなどを識別するためのものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
最初の段落で述べたようなものを含む殆どの電子透かし方式は、検出時の整合誤差（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｅｒｒｏｒ）に敏感である。ある種の幾何学的変換について不変な電子透かしをドメインに挿入する、又は検出の間に前記整合を見つけ出すといった解決策が発表されてきた。これらの方法の不利点は、一般に限られた数の幾何学的変換しか処理できないことである。更に、これらの方法は通常他の攻撃に対する強固さを減少させる。
【０００６】
デジタル映画の電子透かしに対する要求は、他のいずれの電子透かし方式と同様に、（ｉ）強固さ、（ｉｉ）認知のされなさ、及び（ｉｉｉ）低い誤検知率である。十分な強固さを達成することは、最も難しいが重要な要求である。手持ち式のカメラはフィルタリング（スクリーンから該カメラまでの光学的な経路、テープへの転送等）によってビデオの品位をひどく落とすだけでなく、該ビデオを幾何学的にひどく歪ませる（移動、縮尺、回転、切断、見通しの変化等）。加えて、これらの幾何学的な歪みはフレームからフレームへと変化し得る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、上述の要求、とりわけ幾何学的な歪みに対する強固さに関する要求を満たす、動画に電子透かしを埋め込む方法を提供することにある。
【０００８】
この目的のため、本発明による方法は、各画像について前記画像を構成する画素のグローバルな属性を決定するステップと、対応する電子透かしのサンプルに従って前記画像のシーケンスの各画像の前記グローバルな属性を変更するステップとを有する。好適な実施例においては、前記グローバルな属性は画像の平均輝度である。
【０００９】
本発明により、電子透かしを構成する該電子透かしのサンプルのシーケンスが、対応する画像のシーケンスに分散される。ここで１つの電子透かしのサンプルは画像毎に埋め込まれる。かくして本方法は時間軸に沿って前記電子透かしを埋め込み、それ故全ての幾何学的歪みに対して本質的に強固である。
【００１０】
人間の視覚システムは空間的な低周波数における明滅に敏感であるため、電子透かしが埋め込まれた信号は、特に動かない単調な領域においてアーティファクト（ａｒｔｉｆａｃｔ）を被るかも知れない。これらのアーティファクトは、一定の数の連続するフレームに同一の電子透かしサンプルを埋め込むことにより、前記電子透かしの明滅の周波数が低下された場合に著しく減少させられることができる。更に、画素についての輝度の変更が、全ての画素に対して決定されるローカルな倍率に依存する、適応型の方式の利用が提案される。前記ローカルな倍率は、動くきめのある（ｔｅｘｔｕｒｅｄ）領域においては高く、動かない単調な領域においては低い。
【００１１】
埋め込まれた前記電子透かしは、検出端における前記グローバルな属性を決定し、前記グローバルな属性のシーケンスを参照（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）電子透かしサンプルと関連付け、関連度が所定の閾値を越えた場合に出力信号を生成することにより検出される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による電子透かし埋め込み器の模式的な図を示す。前記埋め込み器は、フレームｎの空間的位置ｘにおける、輝度Ｆ（ｘ，ｎ）を持つＨＤＴＶビデオ信号の形式で映画を受信する。前記埋め込み器は更に、長さＮの擬ランダム的なシーケンスｗ（ｎ）の形式で電子透かしを受信する。ここで、ｗ（ｎ）∈〔−１，１〕である。この適用のためのＮの適切な値はＮ＝１０２４である。
【００１３】
前記電子透かし検出器の最も単純な実施例においては、シーケンスｗ（ｎ）は、全てのフレームに１つの電子透かしサンプルを埋め込む、埋め込み段１へ直接供給される。好適な実施例においては、このことはフレームｎの全ての画素の輝度を、前記電子透かしサンプルがｗ（ｎ）＝＋１である場合は１だけ増加し、ｗ（ｎ）＝−１の場合は１だけ減算することにより実行される。フレームの前記シーケンスの平均輝度はかくして前記電子透かしによって変化される。前記電子透かしはＮ個のフレーム毎にそれ自身を繰り返す。
【００１４】
前記電子透かしによって変化されることができるフレームのパラメータの他の例は、画像ヒストグラム（該画像中の輝度値の相対的な周波数のリスト）又は高次モーメント（パワーｋに対する輝度値の平均）のようなそこから得られる特徴である。前記平均輝度は後者の特殊な例（ｋ＝１）である。
【００１５】
人間の視覚システム（ＨＶＳ）は低い空間的な周波数における明滅に敏感であるため、この単純な実施例は、特に動かない単調な領域においてアーティファクトを被るかも知れない。これらのアーティファクトは、前記電子透かしの明滅の周波数を低下することにより著しく減少させられることができる。このことは、所定の数Ｔの連続する画像の間各電子透かしサンプルを繰り返す、繰り返し段２によって実行される。同一の電子透かしがかくして多数の連続するフレームに埋め込まれる。
【００１６】
図１に示される前記埋め込み器の好適な実施例は、画像コンテンツに依存する埋め込み深度（ｄｅｐｔｈ）を更に適応させる。この目的のため、前記埋め込み器は、各電子透かしサンプルをローカルな倍率（ｓｃａｌｉｎｇ ｆａｃｔｏｒ）ν（ｘ，ｎ）によって乗算する乗算器３を有する。前記ローカルな倍率は、動くきめのある領域においては大きく、動かない単調な領域においては低い。このことを達成するため、ローカルな倍率ν（ｘ，ｎ）は空間倍率λ（ｘ，ｎ）及び動き倍率μ（ｘ，ｎ）のうちの最小のものである。更に、前記ローカルな倍率が最大許容輝度変化νｍａｘを超えた場合、その結果は切り落とされる。この操作は選択器１１によって実行される。
【００１７】
空間的な適応は、ラプラシアンフィルタ４、乗算器５及び絶対値算出手段６を有する、空間適応段により実現される。前記空間適応段は輝度値Ｆ（ｘ，ｎ）を受信し、前記ラプラシアンフィルタの応答の絶対値と以下に従ったグローバル因子ｓとの乗算とを利用してローカルな倍率λ（ｘ，ｎ）を生成する。
【００１８】
【数１】
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グローバル倍率は視認性と強固さとの間のトレードオフである。
【００１９】
動き倍率μ（ｘ，ｎ）は、フレームメモリ７、減算器８及び絶対値算出手段９を有する動き検出器によって生成される。前記検出器は、前のフレームとの絶対差を決定することにより全ての画素について動き倍率μを算出する。動きのないシーケンスに電子透かしを埋め込むことができるように、加算器１０によって小さなオフセットμｍｉｎがフレームの前記絶対差に加算される。
【００２０】
電子透かしを埋め込まれたフレームＦｗ（ｘ，ｎ）は、結果の電子透かしＷ（ｘ，ｎ）を元のフレームＦ（ｘ，ｎ）に追加することによって得られる。映画のスクリーンに投影されるものは、この電子透かしが埋め込まれた信号Ｆｗ（ｘ，ｎ）である。
【００２１】
図２は本発明による電子透かし検出器の模式的な図を示す。元の信号は検出の間利用可能であるが、前記検出器は元のものに関するいずれの知識も利用しない。前記検出器は電子透かし信号Ｆｗ（ｘ，ｎ）の記録されたバージョンＦ’ｗ（ｘ，ｎ）を受信する。この構成は、全ての画像ｎの平均輝度Ｙ（ｎ）を算出する、輝度抽出手段２１を有する。Ｎ・Ｔ個の画像の前記抽出された輝度値Ｙ（ｎ）は、Ｔ個のバッファ２２１、２２２、・・・に分配される。ここで上述したように、Ｔは同一の電子透かしサンプルが埋め込まれた連続する画像の数である。各バッファは、Ｎ個の平均輝度値を保存する。前記電子透かしの長さＮ及び電子透かしサンプル毎のフレームの数Ｔの典型的な値は、それぞれ１０２４及び５である。従って、第１のバッファ２２１は平均輝度値Ｙ（１）、Ｙ（６）、Ｙ（１１）、・・・を含み、第２のバッファ２２２は平均輝度値Ｙ（２）、Ｙ（７）、Ｙ（１２）、・・・を含む等する。このことは、電子透かし検出の粒度は、ＰＡＬビデオに対しては凡そ３分２５秒であることを示す。前記検出を増強するために、前記バッファの内容はＦＩＲフィルタ〔−１ ２ −１〕によってフィルタリングされ、次いで前記バッファ中のデータを等化するために−１０と＋１０との間に切り落とされても良い。前記フィルタリング及び等化ステップは図には示されていない。
【００２２】
前記電子透かしは、１又は場合によるとより多くの参照電子透かしｗ（ｎ）との各バッファの内容の類似性を決定することにより検出される。例えば各電子透かしは１つの映画館を識別する。類似性の良く知られた例は相互相関であるが、他の基準も可能である。前記各バッファの内容はそれぞれ相関器２３１、２３２、・・・の参照電子透かしと相互相関されている。前記関連付けは好ましくはＳＰＯＭＦ（Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ Ｐｈａｓｅ Ｏｎｌｙ Ｍａｔｃｈｅｄ Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）を利用して実行される。ＳＰＯＭＦの説明のため、国際特許出願公開公報ＷＯ９９／４５／４５７０６が参照される。本文献においては、前記関連付けは２次元の空間的領域において実行される。Ｎ×Ｎの画素のブロックはＮ×Ｎの参照電子透かしに関連付けられる。電子透かしが埋め込まれている場合には、前記ＳＰＯＭＦ操作の結果は１以上のピークを示す相関値のＮ×Ｎのパターンである。
【００２３】
Ｔ個の相関器２３１、２３２・・・は１次元の時間領域において動作する。各相関器の出力は、Ｔ個のバッファ２４１、２４２、・・・のうち対応するものに保存された一連のＮ個の相関値である。ピーク検出器２５はＴ個のバッファ中の最も高い相関値を探し、前記ピーク値を閾値回路２６へ供給する。少なくとも１つの前記バッファの前記ピーク値が、与えられた閾値よりも大きい場合、前記電子透かしが存在することが決定される。そうでなければ、前記内容は電子透かしが埋め込まれていないものと分類される。適切な閾値は１．４３×１０−６の誤警告率に相当する５つの標準偏差であると見出されている。
【００２４】
最初の段落で既に引用した国際特許出願公開公報ＷＯ−Ａ−９９／４５７０５において開示されているものと同様の方法によって電子透かしｗ（ｎ）のシフトされたバージョンを埋め込むことにより、ペイロード（ｐａｙｌｏａｄ）が前記信号中に符号化されることができる。Ｔ個の並列の相関器が図２に示されたが、時間的にシーケンシャルな方法でそれぞれの操作を実行することが有利であり得ることも留意されるべきである。
【００２５】
映画館の大きな投影スクリーン上で利用されるであろう、前記デジタル映画フォーマットのために設計されたビデオ電子透かし方式が開示された。前記電子透かしは、ビデオの質に最小の影響しか与えないが、依然手持ち式カメラによる取り込み、及び例えばＶＨＳ、ＣＤビデオ又はＤＶＤフォーマットへの変換の後も検出可能であるように設計される。提案された電子透かしシステムは時間軸だけを利用する。このことは該電子透かしを、かような取り込みによって一般に起こされる幾何学的な歪みによって損傷を受けないようにする。前記電子透かしは、前記電子透かしのサンプルに従って前記フレームのグローバルな属性（例えば平均輝度）を変化することによって埋め込まれる。前記埋め込みの深度は好ましくは、各フレーム内においてそれぞれの画像のローカルな統計データへローカルに適応される。電子透かしの検出は、前記電子透かしのシーケンスをフレームのシーケンスの抽出された平均輝度値と関連付けることにより実行される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電子透かし埋め込み器の模式的な図を示す。
【図２】本発明による電子透かし検出器の模式的な図を示す。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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