(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を直交変換して係数データを生成する直交変換手段と、
前記係数データのうちの所定の係数データに入力データを埋め込んで前記係数データの補正データを生成する係数データ処理手段と、
前記係数データの補正データを符号化処理する符号化手段とを備え、
前記係数データ処理手段は、
前記所定の係数データがトーン性の場合に、前記入力データを埋め込む
ことを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
入力信号を直交変換処理して係数データを生成し、
補正データ処理ステップにより、前記係数データのうちの所定の係数データに入力データを埋め込んで前記係数データの補正データを生成し、
前記係数データの補正データを符号化処理し、
前記補正データ処理ステップは、
前記所定の係数データがトーン性の場合に、前記入力データを埋め込む
ことを特徴とする信号処理方法。
【請求項３】
前記入力信号は、
オーディオ信号であり、
前記直交変換処理は、
前記入力信号を改良離散コサイン変換処理して周波数スペクトラムデータによる前記係数データを生成し、
前記符号化処理は、
前記周波数スペクトラムデータによる係数データを適応符号化処理する
ことを特徴とする請求項２に記載の信号処理方法。
【請求項４】
前記入力信号は、
オーディオ信号であり、
前記信号処理方法は、
前記オーディオ信号を所定の前処理により信号処理して前記直交変換処理し、
前記前処理は、
前記オーディオ信号を帯域分割して出力し、
前記直交変換処理は、
前記前処理による各帯域のオーディオ信号毎の、改良離散コサイン変換処理による直交変換処理であり、
前記符号化処理は、
周波数スペクトラムデータによる係数データを適応符号化処理する
ことを特徴とする請求項２に記載の信号処理方法。
【請求項５】
前記入力信号は、
オーディオ信号であり、
前記信号処理方法は、
前記オーディオ信号を所定の前処理により信号処理して前記直交変換処理し、
前記前処理は、
前記オーディオ信号を帯域分割すると共に信号レベルを補正し、
前記直交変換処理は、
前記信号処理による各帯域のオーディオ信号毎の、改良離散コサイン変換処理による直交変換処理であり、
前記符号化処理は、
周波数スペクトラムデータによる係数データを適応符号化処理する
ことを特徴とする請求項２に記載の信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号処理装置及び信号処理方法に関し、例えば衛星放送を受信して光ディスクに記録する光ディスク装置と、これら光ディスク装置等により記録した光ディスクに適用することができる。本発明は、入力信号を直交変換して生成される係数データにユーザーウォーターマーク等の入力データを埋め込むことにより、ＡＴＲＡＣ（Adaptive Transform Acoustic Coding）、ＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）等によりデータ圧縮する過程でユーザーウォーターマークのデータ等を埋め込むことができる信号処理装置及び信号処理方法、これら信号処理装置及び信号処理方法による記録媒体を提案しようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ディスク等の記録媒体について、いわゆるウォーターマークにより著作権の保護を図る方法が提案されている。この方法は、例えばオーディオ信号等の再生に影響を与えない程度の微小な信号レベルにより著作権に関するデータの変調信号等をオーディオ信号等に重畳するものであり、例えばＣＳ（Communication Satellite ）ディジタル放送等においても利用することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近い将来ＣＳデジタル放送等においては、種々のコンテンツをダウンロードしてミニディスク等に録音し、個人で楽しむことが考えられる。このようなコンテンツの流通経路においては、オリジナルのソースに著作権情報等を埋め込むソースウォーターマークに加えて、ソースを利用する各個人のユーザＩＤ情報等を埋め込むユーザーウォーターマークが必要と考えられる。
【０００４】
この場合、ＣＳディジタル放送においては、各ユーザーがＩＲＤ（Integrated Receiver Decoder ）を介して種々の番組提供を受けることにより、ユーザーウォーターマークをＩＲＤ等の機器で付加することが必要になる。
【０００５】
この場合に、例えばＡＴＲＡＣ、ＭＰＥＧ等によりデータ圧縮する過程でウォーターマークを埋め込むことができれば、その分全体構成を簡略化できると考えられる。またこのとき各圧縮過程でウォーターマークを埋め込むことができれば、圧縮処理による情報量の削減を避けることができると考えられ、その分対圧縮耐性を向上できると考えられる。
【０００６】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、ＡＴＲＡＣ、ＭＰＥＧ等によりデータ圧縮する過程でユーザーウォーターマーク等のデータを埋め込むことができる信号処理装置及び信号処理方法を提案しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため請求項１の発明においては、信号処理装置において、入力信号を直交変換して係数データを生成する直交変換手段と、係数データのうちの所定の係数データに入力データを埋め込んで係数データの補正データを生成する係数データ処理手段と、係数データの補正データを符号化処理する符号化手段とを備えるようにし、前記係数データ処理手段は、前記所定の係数データがトーン性の場合に、前記入力データを埋め込む。
【００１０】
また請求項２の発明は、信号処理方法において、入力信号を直交変換処理して係数データを生成し、補正データ処理ステップにより、係数データのうちの所定の係数データに入力データを埋め込んで係数データの補正データを生成し、係数データの補正データを符号化処理し、補正データ処理ステップは、前記所定の係数データがトーン性の場合に、前記入力データを埋め込む。
【００１２】
多くのデータ圧縮処理においては、入力信号を直交変換処理して係数データを生成する直交変換手段と、この係数データを符号化処理する符号化処理手段により構成される。これにより係数データのうちの所定の係数データに入力データを埋め込んで係数データの補正データを生成する係数データ処理手段を備えるようにすれば、データ圧縮過程において、ユーザーウォーターマーク等の入力データを埋め込むことができる。
【００１５】
さらに信号処理方法において、入力信号を直交変換処理して係数データを生成し、係数データのうちの所定の係数データに入力データを埋め込んで係数データの補正データを生成し、係数データの補正データを符号化処理すれば、直交変換して符号化処理するデータ圧縮過程でユーザーウォーターマーク等のデータを埋め込むことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳述する。
【００１８】
（１）第１の実施の形態
（１−１）第１の実施の形態の構成
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る不正コピー検出の全体システムを示すブロック図である。この実施の形態においては、オーディオソースであるＣＳディジタル放送波が放送局２よりアップリンクされた後、衛星３よりダウンリンクされて一般家庭４で受信される。このとき一般家庭４においては、ＩＲＤ５によりＣＳディジタル放送波を受信し、例えば光磁気ディスク装置等によりこのＣＳディジタル放送波によるディジタルオーディオ信号をミニディスク６等の記録媒体に記録する。さらにこの光磁気ディスク装置におけるデータ圧縮過程で、各ユーザー、ＩＲＤ、光磁気ディスク等に割り当てたユーザーＩＤ等によるユーザーウォーターマークのデータＤＣをディジタルオーディオ信号に埋め込む。なおこの第１の実施の形態は、本願発明の前提の構成を示す実施の形態である。
【００１９】
かくしてこのようにしてディジタルオーディオ信号を記録したミニディスク６を個人で楽しむ分は適法とされるが、市場にて販売すると不正コピーとして摘発の対象となる。これによりこのシステムにおいては、このようにしてディジタルオーディオ信号を記録した媒体であって市場にて流通する媒体６Ａにおいては、ディジタルオーディオ信号を再生する過程でデコーダ７によりユーザーウォーターマークのデータＤＣを検出し、これにより違法コピーの出所を追求する。
【００２０】
図１は、このＩＲＤ５におけるエンコーダを示すブロック図である。このＩＲＤ５は、光ディスク装置を内蔵し、ユーザーの操作に応動してＣＳディジタル放送によるディジタルオーディオ信号を光ディスクに記録する。このときＩＲＤ５は、このエンコーダ１０によりディジタルオーディオ信号ＤＡ１をデータ圧縮して光ディスクに記録し、このデータ圧縮の際にユーザーウォーターマークのデータＤＣをディジタルオーディオ信号ＤＡ１に埋め込む。
【００２１】
すなわちこのエンコーダ１０において、前処理部１１は、このディジタルオーディオ信号ＤＡ１の符号化処理に対応する帯域制限処理、信号レベル補正処理等の前処理を実行してディジタルオーディオ信号ＤＡ１を出力する。直交変換部１２は、この前処理部１１より出力されるディジタルオーディオ信号ＤＡ１を直交変換し、その結果得られる係数データを出力する。エンコード部１３は、この係数データのうちの所定周波数の係数データについて、所定ビットをユーザーウォーターマークのデータＤＣの論理値にセットし、これにより係数データにユーザーウォーターマークデータを埋め込んで出力する。信号圧縮部１４は、このエンコード部１３より出力される係数データを符号化処理し、これにより係数データをデータ圧縮して出力する。
【００２２】
図３は、このエンコーダ１０における処理手順を示すフローチャートである。エンコーダ１０は、ステップＳＰ１からステップＳＰ２に移り、時系列サンプルデータによりディジタルオーディオ信号ＤＡ１を読み込む。続いてエンコーダ１０は、ステップＳＰ３において、このディジタルオーディオ信号ＤＡ１に対して各圧縮規格固有の帯域分割、ゲイン補正等の前処理を実行する。
【００２３】
続いてエンコーダ１０は、ステップＳＰ４に移り、ディジタルオーディオ信号ＤＡ１をＭＤＣＴ計算すること等により直交変換し、その結果得られる係数データに続くステップＳＰ５においてユーザーウォーターマークデータを埋め込む。続いてエンコーダ１０は、ステップＳＰ６において、各圧縮規格固有のベクトル量子化、適応符号化等の信号圧縮処理による符号化処理を実行し、続くステップＳＰ７において、この符号化処理によるデータを例えばバッファメモリ等に記録して出力する。
【００２４】
エンコーダ１０は、続くステップＳＰ８において、ディジタルオーディオ信号ＤＡ１のデータが終了したか否か判断し、ここで否定結果が得られると、ステップＳＰ２に戻るのに対し、肯定結果が得られると、ステップＳＰ９に移ってこの処理手順を終了する。
【００２５】
図４は、デコーダ７を示すブロック図である。このデコーダ７は、ミニディスク６等を再生して得られるデータ圧縮されてなるディジタルオーディオ信号ＤＡ３をデータ伸長すると共に、このディジタルオーディオ信号ＤＡ３よりユーザーウォーターマークのデータＤＣを検出する。
【００２６】
すなわちこのデコーダ７において、信号伸長部２１は、図１の信号圧縮部１４に対応する信号処理回路であり、ディジタルオーディオ信号ＤＡ３を復号化処理して元の係数データを生成する。デコード部２２は、図１のエンコード部１３に対応する信号処理回路であり、この係数データより、所定の係数データの所定ビットを順次抽出することにより、この係数データに割り当てられたユーザーウォーターマークのデータＤＣを検出して出力する。
【００２７】
逆直交変換部２３は、図１の直交変換部１２に対応する信号処理回路であり、係数データを逆直交変換処理して出力する。後処理部２４は、図１の前処理部１１に対応する信号処理回路であり、逆直交変換処理して生成されるディジタルオーディオ信号ＤＡ４を帯域合成処理、信号レベル補正処理等して出力する。
【００２８】
図５は、このデコーダ７の処理手順を示すフローチャートである。このデコーダ７においては、ステップＳＰ１０からステップＳＰ１１に移り、再生されるディジタルオーディオ信号ＤＡ３をサンプルブロック毎に入力した後、続くステップＳＰ１２において復号して係数データを生成する。ここでこの復号の処理は、データ圧縮のフォーマットに応じて、スペクトラム復号化、逆量子化等により実行される。
【００２９】
続いてデコーダ７は、ステップＳＰ１３に移り、このようして生成した係数データのうちの、所定の係数データの所定ビットを抽出し、これによりユーザーウォーターマークのデータＤＣを検出する。続いてデコーダ７は、ステップＳＰ１４に移り、係数データを逆直交変換処理してディジタルオーディオ信号を復号する。続いてデコーダ７は、ステップＳＰ１５に移り、後処理を実行した後、ステップＳＰ１６においてこのようにして復号されたディジタルオーディオ信号ＤＡ４を例えばバッファメモリ等に記録して出力する。
【００３０】
続いてデコーダ７は、ステップＳＰ１７に移り、ディジタルオーディオ信号ＤＡ３の処理が終了したか否か判断し、ここで否定結果が得られると、ステップＳＰ１１に戻るのに対し、肯定結果が得られると、ステップＳＰ１８に移ってこの処理手順を終了する。
【００３１】
（１−２）第１の実施の形態の動作
以上の構成において、ＣＳディジタル放送により一般家庭に提供されるディジタルオーディオ信号は（図２）、各家庭４において、ＩＲＤ５で受信されて復号され、ユーザーによってはミニディスク６等に記録することになる。
【００３２】
このときこの実施の形態において、ディジタルオーディオ信号ＤＡ１は、ミニディスク６等に記録するデータ圧縮過程において、フォーマットに対応する前処理を受けた後（図１及び図３）、データ圧縮の一般的な処理である直交変換の処理を受け、その結果得られる複数の係数データのうちの、所定の係数データの所定ビットがユーザーウォーターマークのデータＤＣに対応する論理値に設定される。これによりユーザーウォーターマークのデータＤＣが係数データに埋め込まれ、続いて符号化処理されてデータ圧縮の処理が完了する。これによりデータ圧縮過程において、ディジタルオーディオ信号ＤＡ１にユーザーウォーターマークのデータＤＣが埋め込まれ、ミニディスク６等に記録される。
【００３３】
このようにしてミニディスク６に記録されたディジタルオーディオ信号においては、ユーザー個人が試聴して楽しむ場合には適法とされ、市場にて流通経路に置かれると、著作権の侵害となる。この場合市場にて不正コピーの疑いのある記録媒体においては、対応する再生装置の再生過程で得られる係数データを符号化処理してなるディジタルオーディオ信号ＤＡ３がデータ伸長処理されることなくデコーダ７に入力される。
【００３４】
このディジタルオーディオ信号ＤＡ３は（図３及び図４）、係数データが復号された後、所定の係数データの所定ビットよりユーザーウォーターマークのデータＤＣが抽出され、また係数データが逆直交変換処理された後、後処理されて元のディジタルオーディオ信号が再生される。これによりデータ伸長過程において、ユーザーウォーターマークのデータがデコードされ、不正コピーを検出することが可能となる。またこのユーザーウォーターマークのデータの検出により２次複製物の作成を禁止して、さらなる不正コピーを防止することが可能となる。
【００３５】
（１−３）第１の実施の形態の効果
以上の構成によれば、直交変換して得られる係数データにユーザーウォーターマークのデータを埋め込むことにより、データ圧縮過程においてユーザーウォーターマークのデータを埋め込むことができる。
【００３６】
（２）第２の実施の形態
図６は、本発明の第２の実施の形態に係るエンコーダを示すブロック図である。このエンコーダ３０は、図１について上述したエンコーダ１０に代えて、ミニディスク６にディジタルオーディオ信号ＤＡ１を記録する場合に適用され、ＡＴＲＡＣによりディジタルオーディオ信号ＤＡ１をデータ圧縮する。なおこの第２の実施の形態は、本願発明の前提の構成を示す実施の形態である。
【００３７】
このエンコーダ３０において、前処理部３１は、ディジタルオーディオ信号ＤＡ１を帯域分割することにより、ディジタルオーディオ信号ＤＡ１を前処理する。すなわち前処理部３１において、帯域分割部３２は、例えばＱＭＦ（Quadrature Mirror Filter）フィルタにより構成され、ディジタルオーディオ信号ＤＡ１を周波数０〜１１〔ｋＨｚ〕帯域のディジタルオーディオ信号と、周波数１１〜２２〔ｋＨｚ〕帯域のディジタルオーディオ信号に分割する。
【００３８】
続く帯域分割部３３は、帯域分割部３２と同様に例えばＱＭＦ（Quadrature Mirror Filter）フィルタにより構成され、帯域分割部３２より出力される周波数０〜１１〔ｋＨｚ〕帯域のディジタルオーディオ信号を、周波数０〜５．５〔ｋＨｚ〕帯域のディジタルオーディオ信号と、周波数５．５〜１１〔ｋＨｚ〕帯域のディジタルオーディオ信号に分割する。
【００３９】
ＭＤＣＴ計算部３４、３５、３６は、それぞれ前処理部３１より出力される周波数０〜５．５〔ｋＨｚ〕帯域、周波数５．５〜１１〔ｋＨｚ〕帯域、周波数１１〜２２〔ｋＨｚ〕帯域のディジタルオーディオ信号を直交変換して係数データＳＣを出力する。このときＭＤＣＴ計算部３４、３５、３６は、ＭＤＣＴ変換処理によりディジタルオーディオ信号を直交変換し、各周波数スペクトラムの信号レベルを示す周波数スペクトラムデータによる係数データＳＣを出力する。
【００４０】
エンコード部３７は、このようにして得られる周波数スペクトラムデータＳＣのうちの、所定の周波数スペクトラムデータＳＣの所定ビットをユーザーウォーターマークのデータＤＣに対応する論理値にセットすることにより、この周波数スペクトラムデータのユーザーウォーターマークのデータＤＣを埋め込む。
【００４１】
適応符号化部３８は、エンコード部３７の出力データＳＣ１を適応符号化処理して出力する。これによりエンコーダ３０は、ＡＴＲＡＣによるデータ圧縮過程においてユーザーウォーターマークのデータＤＣをディジタルオーディオ信号ＤＡ１に埋め込む。
【００４２】
図７は、このエンコーダ３０の処理手順を示すフローチャートである。このエンコーダ３０は、ステップＳＰ３１よりステップＳＰ３２に移り、時系列サンプルデータによるディジタルオーディオ信号ＤＡ１を読み込む。続いてエンコーダ３０は、ステップＳＰ３３において、このディジタルオーディオ信号ＤＡ１を帯域分割した後、続くステップＳＰ３４において、ＭＤＣＴ変換処理による直交変換処理を実行する。
【００４３】
エンコーダ３０は、ステップＳＰ３５において、直交変換処理により得られる周波数スペクトラムデータＳＣにユーザーウォーターマークデータＤＣを埋め込んだ後、続くステップＳＰ３６において、適応符号化の処理を実行し、続くステップＳＰ３７においてこの符号化処理によるデータを例えばバッファメモリ等に記録して出力する。
【００４４】
エンコーダ３０は、続くステップＳＰ３８において、ディジタルオーディオ信号ＤＡ１のデータが終了したか否か判断し、ここで否定結果が得られると、ステップＳＰ３２に戻るのに対し、肯定結果が得られると、ステップＳＰ３９に移ってこの処理手順を終了する。
【００４５】
かくするにつきこの実施の形態においては、このようにしてデータ圧縮して記録したディジタルオーディオ信号をデコードする際に、これら図６及び図７に対応する処理を実行して得られる周波数スペクトラムデータＳＣよりユーザーウォーターマークのデータＤＣを検出することになる。
【００４６】
図６及び図７に示す構成によれば、ＡＴＲＡＣによるデータ圧縮過程において、ユーザーウォーターマークのデータＤＣをディジタルオーディオ信号ＤＡ１に埋め込むことができる。
【００４７】
（３）第３の実施の形態
図８は、本発明の第３の実施の形態に係るエンコーダを示すブロック図である。このエンコーダ４０は、図１について上述したエンコーダ１０に代えて、ミニディスク６にディジタルオーディオ信号ＤＡ１を記録する場合に適用され、ＡＴＲＡＣ２によりディジタルオーディオ信号ＤＡ１をデータ圧縮する。
【００４８】
このエンコーダ４０において、前処理部４１は、ディジタルオーディオ信号ＤＡ１を帯域分割すると共に信号レベルを補正することにより、ディジタルオーディオ信号ＤＡ１を前処理する。すなわち前処理部４１において、帯域分割部４２は、例えばＰＱＦ（Polyphase Quadrature Filter ）フィルタにより構成され、ディジタルオーディオ信号ＤＡ１を周波数０〜５．５〔ｋＨｚ〕帯域、周波数５．５〜１１〔ｋＨｚ〕帯域、周波数１１〜１８．５〔ｋＨｚ〕帯域、周波数１８．５〜２２〔ｋＨｚ〕帯域のディジタルオーディオ信号に分割する。
【００４９】
ゲイン補正部４３、４４、４５、４６は、それそれ帯域分割部４２より周波数０〜５．５〔ｋＨｚ〕帯域、周波数５．５〜１１〔ｋＨｚ〕帯域、周波数１１〜１８．５〔ｋＨｚ〕帯域、周波数１８．５〜２２〔ｋＨｚ〕帯域のディジタルオーディオ信号を受け、信号レベルを補正して出力する。
【００５０】
直交変換部４７は、前処理部４１より出力されるディジタルオーディオ信号をＭＤＣＴ変換処理により直交変換処理する。すなわち直交変換部４７において、ＭＤＣＴ計算部４８、４９、５０、５１は、それぞれゲイン補正部４３、４４、４５、４６よりディジタルオーディオ信号を受け、ＭＤＣＴ変換処理による周波数スペクトラムデータＳＣを出力する。
【００５１】
選択回路５２は、直交変換部４７より周波数スペクトラムデータＳＣを受け、この周波数スペクトラムデータＳＣのうちの、所定の周波数スペクトラムデータＳＣがトーン性かノイズ性か判断し、トーン性の場合には適応符号化部５３に代えてエンコード部５４に出力する。ここでトーン性とは、この対象である周波数スペクトラムデータＳＣが所定値以上で連続する場合である。これに対してノイズ性は、対象である周波数スペクトラムデータＳＣが所定値以上で連続しない場合である。
【００５２】
エンコード部５４は、このようにして選択回路５２より入力される周波数スペクトラムデータＳＣのうちの、所定の周波数スペクトラムデータＳＣの所定ビットをユーザーウォーターマークのデータＤＣに対応する論理値にセットすることにより、この周波数スペクトラムデータＳＣのユーザーウォーターマークのデータＤＣを埋め込んで出力する。
【００５３】
適応符号化部５３は、選択回路５２及びエンコード部５４より出力される周波数スペクトラムデータＳＣを適応符号化処理して出力する。これによりエンコーダ４０は、ＡＴＲＡＣ２によるデータ圧縮過程において、ユーザーウォーターマークのデータをディジタルオーディオ信号ＤＡ１に埋め込む。
【００５４】
図９は、このエンコーダ４０の処理手順を示すフローチャートである。このエンコーダ４０は、ステップＳＰ４１よりステップＳＰ４２に移り、時系列サンプルデータによるディジタルオーディオ信号ＤＡ１を読み込む。続いてエンコーダ４０は、ステップＳＰ４３において、このディジタルオーディオ信号ＤＡ１を帯域分割した後、続くステップＳＰ４４において、信号レベルを補正する。
【００５５】
エンコーダ４０は、続くステップＳＰ４５において、ＭＤＣＴ変換処理による直交変換処理を実行し、続くステップＳＰ４６において、直交変換処理により得られる周波数スペクトラムデータＳＣの所定の周波数スペクトラムデータＳＣがトーン性か否か判断する。ここでエンコーダ４０は、肯定結果が得られると、ステップＳＰ４７において、直交変換処理により得られる周波数スペクトラムデータＳＣにユーザーウォーターマークデータを埋め込んだ後、続くステップＳＰ４８に移る。これに対して否定結果が得られると、ステップＳＰ４６から直接ステップＳＰ４８に移る。
【００５６】
エンコーダ４０は、このステップＳＰ４８において、適応符号化の処理を実行し、続くステップＳＰ４９においてこの符号化処理によるデータを例えばバッファメモリ等に記録して出力する。エンコーダ４０は、続くステップＳＰ５０において、ディジタルオーディオ信号ＤＡ１のデータが終了したか否か判断し、ここで否定結果が得られると、ステップＳＰ４２に戻るのに対し、肯定結果が得られると、ステップＳＰ５１に移ってこの処理手順を終了する。
【００５７】
かくするにつきこの実施の形態においては、このようにしてデータ圧縮して記録したディジタルオーディオ信号をデコードする際に、これら図８及び図９に対応する処理を実行して得られる周波数スペクトラムデータＳＣよりユーザーウォーターマークのデータＤＣを検出することになる。
【００５８】
図８及び図９に示す構成によれば、ＡＴＲＡＣ２によるデータ圧縮過程において、ユーザーウォーターマークのデータＤＣをディジタルオーディオ信号ＤＡ１に埋め込むことができる。
【００５９】
（４）第４の実施の形態
図１０は、第４の実施の形態に係るエンコーダに適用されるエンコード部を示すブロック図である。このエンコード部６０は、第２及び第３の実施の形態について上述したエンコード部３７、５４に代えて適用される。なおこの第４の実施の形態は、本願の参考例としての実施の形態である。
【００６０】
すなわちＭＤＣＴ変換して得られる計算結果においては、入力信号の位相に応じてスペクトラム値が変化する。従って上述の第２及び第３の実施の形態に係る構成において、周波数スペクトラムデータの所定ビットにユーザーウォーターマークのデータを埋め込んだ場合、ディジタル信号の形式でコピーする場合には、コピーした記録媒体よりユーザーウォーターマークのデータを正しく検出できるのに対し、一旦アナログ信号の形式に変換してコピーする場合、アナログディジタル変換処理による位相に応じてはユーザーウォーターマークのデータＤＣを埋め込んだ周波数スペクトラムデータを正しく検出できない恐れがある。
【００６１】
これはユーザーウォーターマークのデータＤＣを発見困難にしてデータの秘匿性を向上できる反面、周波数スペクトラムデータの振幅を細かく設定してユーザーウォーターマークのデータＤＣを埋め込む場合、ユーザーウォーターマークのデータＤＣ自体も発見困難になる。
【００６２】
しかしながら単一正弦波の入力信号についてサンプリング位相の変化を隣接する２つのスペクトラム値（ＭＤＣＴ変換して得られるスペクトラム値）について見れば、π／２だけ位相がずれて、入力信号の位相に応じて三角関数的に変化することが判った。すなわちこれら２本のスペクトラムにおいては、スペクトラム値のＲＭＳ（２乗平均平方根）が位相に依存せずに一定値をとることが示された。
【００６３】
またＭＤＣＴ計算結果においては、入力信号が単一正弦波の場合、位相を変化させても、スペクトラムエネルギーの分布は、その殆どが理論値であるピークスペクトラム値周辺の４本に集中し、これらエネルギーの集中するスペクトラム値が対象とする周波数スペクトラム値ｓｐｅｃi 、その直前の１本の周波数スペクトラム値ｓｐｅｃi-1 、その直後の２本のスペクトラム値ｓｐｅｃi+1 、ｓｐｅｃi+2 となることが判った。
【００６４】
これにより代表値計算部６１は、この実施の形態では、周波数３〔ｋＨｚ〕の周波数スペクトラムをｓｐｅｃi 、その直前の１本の周波数スペクトラム値をｓｐｅｃi-1 、その直後の２本のスペクトラム値をｓｐｅｃi+1 、ｓｐｅｃi+2 とおいて、次式の演算処理を実行する。これにより代表値計算部６１は、偶数番目のスペクトラム値の絶対値和の２乗と、奇数番目のスペクトラム値の絶対値和の２乗とを加算し、その加算値の平方根を計算して目的の周波数スペクトラム値の代表値Ｐを計算する。
【００６５】
【数１】
0004029307.tif 000002
【００６６】
代表値計算部６１は、このようにして計算した代表値Ｐと周波数スペクトラムデータとを続くビット操作部６２に出力する。
【００６７】
ビット操作部６２は、このようにして各サンプルブロック毎に得られる代表値Ｐが値２n 以上か否か判断し、値２n 以上の場合、この代表値ＰにユーザーウォーターマークのデータＤＣを埋め込む。この埋め込みの処理において、ビット操作部６２は、例えば最下位ビットより上位側４ビット目を入力データＤＣの極性に対応する論理値に設定する。なおこの論理レベルを設定するビットが最上位ビットに近いほど音質劣化を抑えることができるが、攻撃に対する耐性は弱くなることから、この論理レベルを設定するビットは必要に応じて適宜選定される。なおこの実施の形態では、この音質劣化を知覚困難にするために、代表値Ｐが値２n 以上のサンプルブロックについて選択的にビット操作の処理を実行することになる。
【００６８】
ビット操作部６２は、このようにしてユーザーウォーターマークのデータＤＣを埋め込んだディジタルオーディオ信号をアナログ信号に変換した後、再びディジタル信号に変換した場合に、このディジタル信号に変換する際の量子化誤差によってもこのように論理値を設定したビットにおいて論理値を正しく再現できるように、この論理値を設定したビット以下にオフセット値をセットする。
【００６９】
すなわちこのような量子化誤差は、例えば最下位ビットに対する加減算処理により検討することができ、例えば４ビット目から最下位ビットまでを論理０にセットした場合、最下位ビットに値１を加算する処理においては、論理値の変化は観察されない。ところが最下位ビットより値１を減算する処理においては、論理値の変化が観察される。
【００７０】
これによりこのビット操作部６２は、少なくとも最下位ビットに対する加算及び減算によりユーザーウォーターマークのデータＤＣによる論理値が変化しないように、この所定ビットより下位ビットの論理値を設定し、これにより量子化誤差によって正しく代表値Ｐを再生できない場合でもユーザーウォーターマークのデータを検出できるようにする。
【００７１】
ビット操作部６２は、このようにしてビット操作してなる代表値Ｐの補正データＰ１を周波数スペクトラムデータＳＣと共に、スペクトラム補正部６３に出力する。
【００７２】
スペクトラム補正部６３は、このようにしてビット操作した代表値Ｐ１に基づいて代表値Ｐの計算に供した周波数スペクトラム値を補正する。ここでスペクトラム補正部６３は、次式の演算処理を実行し、これによりビット操作による代表値Ｐの変化分を各スペクトラム値ｓｐｅｃに応じて比例配分する。
【００７３】
【数２】
0004029307.tif 000003
【００７４】
なおここでｓｐｅｃは、ビット操作前の代表値Ｐを、ｓｐｅｃ’は、ビット操作後の代表値Ｐを示す。これによりエンコード部６０は、周波数スペクトラム信号のうちの所定の周波数スペクトラム近傍の複数のスペクトラム値の２乗和のデータである代表値Ｐにおいて、所定ビットがユーザーウォーターマークのデータＤＣの論理値に対応した論理値になるように、周波数スペクトラムデータＳＣ１に入力データＤＣを埋め込む。
【００７５】
さらにこのとき代表値Ｐの所定ビットをユーザーウォーターマークのデータＤＣの論理値に対応した論理値に設定することにより、所定周波数スペクトラム近傍の狭周波数帯域に、データを分散させてユーザーウォーターマークのデータＤＣを埋め込む。
【００７６】
図１１は、このエンコード部６０における処理手順を示すフローチャートである。エンコード部６０は、ステップＳＰ６１からステップＳＰ６２に移り、代表値Ｐを計算した後、ステップＳＰ６３において、この代表値ＰにユーザーウォーターマークのデータＤＣを埋め込む。このときエンコード部６０は、この代表値Ｐが所定値以上か否か判断し、所定値以上の場合に限り、ユーザーウォーターマークのデータＤＣを埋め込む。
【００７７】
続いてエンコード部６０は、ステップＳＰ６４において、ユーザーウォーターマークのデータＤＣを埋め込んだビットより下位ビットの論理値を論理０にセットし、さらに所定のオフセット値を加算し、これにより量子化誤差によってもユーザーウォーターマークのデータＤＣを正しく検出できるようにする。
【００７８】
続いてエンコード部６０は、ステップＳＰ６５に移り、代表値Ｐの検出に供した周波数スペクトラム値を補正して出力し、続くステップＳＰ６６においてこの処理手順を終了する。
【００７９】
図１２は、図１０のエンコード部６０に対応するデコード部を示すブロック図である。このデコード部７０は、図１０のエンコード部によりユーザーウォーターマークのデータＤＣが周波数スペクトラムデータに埋め込まれている場合に、データ伸長するデコーダに適用される。またデータ伸長したディジタルオーディオ信号よりユーザーウォーターマークのデータＤＣを検出する場合に適用される。
【００８０】
すなわちデコード部７０は、データ伸長過程においては、復号された周波数スペクトラムデータＳＣ１による係数データを入力する。またデータ伸長したディジタルオーディオ信号よりユーザーウォーターマークのデータＤＣを検出する場合、ＭＤＣＴ変換処理により生成された周波数スペクトラムデータＳＣ１による係数データを入力する。
【００８１】
デコード部７０において、代表値計算部７１は、この周波数スペクトラムデータＳＣ１をサンプルブロック毎に読み込む。さらに代表値計算部７１は、各サンプルブロック毎に、（１）式の演算処理を実行し、これにより所定の周波数の代表値Ｐ１を検出する。
【００８２】
ビット検出部７２は、この代表値Ｐ１がエンコード部６０において判定した所定値に対応する値以上の場合、この代表値Ｐ１の所定ビットを選択的に取り込む。ビット検出部７２は、このようにして順次サンプルブロックより取り込んだビット列によるデータをユーザーウォーターマークのデータＤＣとして出力する。
【００８３】
図１３は、このデコード部７０の処理手順を示すフローチャートである。デコード部７０は、ステップＳＰ７１からステップＳＰ７２に移り、代表値Ｐ１を計算した後、ステップＳＰ７３において、代表値Ｐ１の所定ビットを取り込んでユーザーウォーターマークのデータＤＣを検出する。このときデコード部７０は、代表値Ｐ１が所定値以上か否か判断し、所定値以上の場合にのみ代表値Ｐ１の所定ビットを取り込んでユーザーウォーターマークのデータＤＣを検出する。
【００８４】
このようにしてユーザーウォーターマークのデータＤＣを検出すると、デコード部７０は、ステップＳＰ７４に移ってこの処理手順を終了する。
【００８５】
図１０〜図１３に示す構成によれば、ＭＤＣＴ変換による周波数スペクトラムデータにユーザーウォーターマークのデータを埋め込む場合に、一旦アナログ信号に変換した場合でも、確実にユーザーウォーターマークのデータＤＣを検出することができる。
【００８８】
（５）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、直交変換による係数データ、代表値に所望のデータを埋め込む場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば所望のデータをＰＳＫ変調した後、乱数データにより拡散して所定周波数スペクトラムによる係数データを生成し、この係数データを対応する係数データに付加する場合等、直交変換による係数データを種々に操作して所望のデータを埋め込む場合に広く適用することができる。
【００８９】
さらに上述の実施の形態においては、ユーザーウォーターマークのデータを埋め込む場合について述べたが、本発明はこれに限らず、必要に応じて種々の情報を重畳して伝送する場合に広く適用することができる。
【００９０】
また上述の実施の形態においては、光ディスクにディジタルオーディオ信号を記録し、また再生する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばインターネットを介して種々の情報を伝送する場合等に広く適用することができる。
【００９１】
また上述の実施の形態においては、直交変換の１つであるＭＤＣＴ変換によりディジタルオーディオ信号を周波数スペクトラムデータに変換し、またこれとは逆に逆ＭＤＣＴ変換処理により周波数スペクトラムデータをディジタルオーディオ信号に変換する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ＭＰＥＧ  Ａｕｄｉｏ、Ｄｏｌｂｙ  ＡＣ２、Ｄｏｌｂｙ  ＡＣ３、Ｔｗｉｎ  ＶＱ等直交変換処理による種々のオーディオ信号のデータ圧縮処理に広く適用することができ、さらには例えば映像信号に適用してディスクリートコサイン変換処理、ハール変換処理する場合等、種々の直交変換による処理に広く適用することができる。
【００９２】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、直交変換して得られる係数データに入力データを埋め込むことにより、データ圧縮過程でユーザーウォーターマークのデータ等を埋め込むことができる信号処理装置及び信号処理方法、これら信号処理装置及び信号処理方法による記録媒体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るエンコーダを示すブロック図である。
【図２】図１のエンコーダを適用した不正コピー検出のシステムを示す略線図である。
【図３】図１のエンコーダの処理手順を示すフローチャートである。
【図４】図２のシステムに適用されるデコーダを示すブロック図である。
【図５】図４のデコーダの処理手順を示すフローチャートである。
【図６】第２の実施の形態に係るエンコーダを示すブロック図である。
【図７】図６のエンコーダの処理手順を示すフローチャートである。
【図８】第３の実施の形態に係るエンコーダを示すブロック図である。
【図９】図８のエンコーダの処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】第４の実施の形態に係るエンコーダに適用されるエンコード部を示すブロック図である。
【図１１】図１０のエンコード部の処理手順を示すフローチャートである。
【図１２】第４の実施の形態に係るデコーダに適用されるデコード部を示すブロック図である。
【図１３】図１２のデコード部の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
６……ミニディスク、７……デコーダ、１０、３０、４０……エンコーダ、１１、３１、４１……前処理部、１２、４７……直交変換部、１３、３７、５４、６０……エンコーダ部、２２、７０……デコード部、２３……逆直交変換部、２４……後処理部
【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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