(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アナログカバー信号に補助信号を組み込む方法であって、
ステゴキーに従って所定領域にて前記カバー信号の少なくとも一部を変更することにより、前記カバー信号から複製信号を生成するステップと、
前記複製信号を前記補助信号の関数として変更するステップと、
前記変更された複製信号を前記アナログカバー信号に挿入するステップとからなる方法。
【請求項２】
前記所定領域は、周波数領域である請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記所定領域は、時間領域である請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記所定領域は、空間領域である請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記複製信号は、前記ステゴキーで定める所定量だけ前記カバー信号の前記少なくとも一部の周波数をシフトさせて得る請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記複製信号は、前記ステゴキーで定める所定量だけ前記カバー信号の前記少なくとも一部の位相をシフトさせて得る請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記複製信号は、前記ステゴキーで定める所定量だけ前記カバー信号の前記少なくとも一部の振幅をシフトさせて得る請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記複製信号は、前記ステゴキーで定める所定量だけ前記カバー信号の前記少なくとも一部の周波数、位相および／または振幅の所定の組み合わせをシフトさせて得る請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記変更ステップは、前記複製信号に前記補助信号を掛け合わせるステップを有する請求項１記載の方法。
【請求項１０】
アナログステゴ信号から組込補助信号を抽出する方法であって、
ステゴキーに従って所定領域にて前記ステゴ信号の少なくとも一部を変更することにより、前記ステゴ信号から複製信号を生成するステップと、
前記ステゴ信号を前記複製信号の関数として変更するステップと、
前記変更されたステゴ信号をフィルター処理して前記組込補助信号を抽出するステップとを含む方法。
【請求項１１】
前記所定領域は、周波数領域である請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記所定領域は、時間領域である請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
前記所定領域は、空間領域である請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
前記複製信号は、前記ステゴキーで定める所定量だけ前記ステゴ信号の前記少なくとも一部の周波数をシフトさせて得る請求項１０記載の方法。
【請求項１５】
前記複製信号は、前記ステゴキーで定める所定量だけ前記ステゴ信号の前記少なくとも一部の位相をシフトさせて得る請求項１０記載の方法。
【請求項１６】
前記複製信号は、前記ステゴキーで定める所定量だけ前記ステゴ信号の前記少なくとも一部の振幅をシフトさせて得る請求項１０記載の方法。
【請求項１７】
前記複製信号は、前記ステゴキーで定める所定量だけ前記ステゴ信号の前記少なくとも一部の周波数、位相および／または振幅の所定の組み合わせをシフトさせて得る請求項１０記載の方法。
【請求項１８】
前記変更ステップは、前記複製信号に前記ステゴ信号を掛け合わせるステップを有する請求項１０記載の方法。
【請求項１９】
アナログカバー信号に対して補助信号の組込と抽出を行う装置であって、
ステゴキーに従って所定領域にて前記カバー信号の少なくとも一部を変更することにより、前記カバー信号から複製信号を生成する手段と、
前記複製信号を前記補助信号の関数として変更する手段と、
前記変更された複製信号を前記アナログカバー信号に挿入してステゴ信号を生成する手段と、
前記ステゴ信号を受信する手段と、
ステゴキーに従って所定領域にて前記ステゴ信号の少なくとも一部を変更することにより、前記ステゴ信号から複製信号を生成する手段と、
前記受信ステゴ信号を前記受信ステゴ信号の前記複製信号の関数として変更する手段と、
前記変更された受信ステゴ信号をフィルター処理して前記補助信号を抽出する手段とを有する装置。
【請求項２０】
前記所定領域は、周波数領域である請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
前記所定領域は、時間領域である請求項１９記載の装置。
【請求項２２】
前記所定領域は、空間領域である請求項１９記載の装置。
【請求項２３】
前記複製信号は、前記ステゴキーで定める所定量だけ前記カバー信号の前記少なくとも一部の周波数をシフトさせて得る請求項１９記載の装置。
【請求項２４】
前記複製信号は、前記ステゴキーで定める所定量だけ前記カバー信号の前記少なくとも一部の位相をシフトさせて得る請求項１９記載の装置。
【請求項２５】
前記複製信号は、前記ステゴキーで定める所定量だけ前記カバー信号の前記少なくとも一部の振幅をシフトさせて得る請求項１９記載の装置。
【請求項２６】
前記複製信号は、前記ステゴキーで定める所定量だけ前記カバー信号の前記少なくとも一部の周波数、位相および／または振幅の所定の組み合わせをシフトさせて得る請求項１９記載の装置。
【請求項２７】
前記複製信号を変更する手段は、前記複製信号に前記補助信号を掛け合わせる手段を有する請求項１９記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
（発明の属する技術分野）
本発明は、無線や有線通信により送信されたりあるいは光ディスクや磁気ディスク、磁気テープ、またはソリッドステートメモリに記録されている音声、映像、或いはデータ信号などのアナログ信号に対して情報の符号化・組込や復号化・抽出を行う方法と装置に関する。
【０００２】
（背景および関連技術の説明）
本発明は、音響信号や映像信号などの既存の信号に補助情報の組込や抽出を行う技術に関するものである。
【０００３】
本発明の実施例の一部にとって特に関心のある分野は、音楽録音作品市場である。現在、多くの人々はラジオやテレビで音楽録音作品を聴いている。彼らは、購入したいと思うが、その曲名、その演奏アーティスト名、その録音作品が収録されたレコード、テープ、ＣＤアルバムの名前を知らない録音作品を聴くことが度々ある。このため、実際の録音作品の購入数は、ラジオやテレビで聴いて購入したいと思った録音作品がどれであるかを簡単に見つける方法があれば本来購入されているであろう数よりも少ない。
【０００４】
本発明の実施例の一部にとって関心のある他の分野は、コピー規制（デジタル透かしとも称す）である。現在、音楽録音作品のような音響ソフトウェア製品の市場は大きい。この市場の問題の一つは、作品の制作者に対価を支払わずに製品を複製することが容易なことにある。高品質なコピーを可能にするデジタルオーディオテープ(DAT)などの録音技術の出現により、この問題は特に厄介なものになりつつある。このため、電波で放送される音響作品の不正コピーを含む音響録音作品の不正コピーを防止する仕組みの開発が要望されている。また、著作権行使のため、視聴者には判らないが適当な装置によればプログラムの著作権所有者を特定すべく検出することができる著作権者特定用のデジタル著作権情報を音響または映像信号などのプログラムに挿入することも要望されている。
【０００５】
本発明にとって関心のあるさらに他の分野は、使用料の自動追跡と著作権の保護対象物または業務用広告の使用の証明である。これにより、著作権者は使用料請求のため自分の保護対象物の公衆への使用や放送を監視でき、また広告主は料金を支払ったコマーシャルが適正な日時に本当に放送されたかどうかを確認できる。
【０００６】
本発明にとって関心のあるその他の分野は、音響作品や音響映像作品の作者が自分の作品が変更・修正されていないかどうかや別の作品に取り込まれていないかどうかを判断できる完全性検査や改竄検出である。
【０００７】
ソース信号上の付加情報を符号化する様々な従来技術の方法が知られている。例えば、信号をパルス幅変調させて、少なくとも２つの情報部分あるいはその他の有用な部分を搬送する共通または符号化信号を生成する方法が知られている
Yangに対する米国特許4,497,060（１９８５）では、二値データが論理「０」と「１」を表す２つの異なるパルス幅を備えた信号（例えば、論理「１」のパルス幅の持続期間は論理「０」のパルス幅持続期間の二倍である）として送信される。この通信は、クロック信号の決定をも可能とする。
【０００８】
音響信号が音響伝搬を生成するシステムに関して、Bestらに対する米国特許4,876,617 (1989)および5,113,437(1992)には、比較的幅が狭く浅いノッチ（例えば、幅150 Hz、深さ50 dB）を中間周波数の音響信号内に発生させるエンコーダーが開示されている。これらの特許のうち前者にはおよそ２８８３Hzと３４１７Hzを中心とする一対のノッチフィルターが開示されており、また後者にはノッチに付加されている情報の消去や除去を抑制するためにランダムに周波数対を変化させるノッチフィルターが開示されている。エンコーダーは、低周波数域で「０」を高周波数域で「１」を表す信号の形でデジタル情報を付加する。Bestらに対する後者の特許では、エンコーダーが音声信号をサンプリングし、信号レベルを演算しながら信号の遅延を行い、遅延期間中にデータ信号を付加すべきか否かを判断し、付加すべきと判断した場合はどの信号レベルに付加するかを判断する。Bestらに対するこの後者の特許では、ノッチを「疑似ランダムに」移動させてデータ信号の聞き取りをさらに困難にすると述べている。
【０００９】
その他の従来技術では人間の知覚特性の音響心理学モデルを用い、既存の信号成分によってマスクされて認識されなくなるように、変調または未変調音をホスト信号に挿入する。例えば、Preussらに対する米国特許5,319,735やJensenらに対する米国特許5,450,490を参照。こうした技術は大変高価で、その実施は複雑である一方、マスクされた信号成分を除去するよう設計された認識ベース圧縮方法により信号に歪みが生じた場合には耐性にかけるといった問題を有している。
【００１０】
従来技術では、補助信号による符号化の前後において音響または映像周波数信号で略同一の人間知覚型送信（humanly perceived transmission）を行えるように（換言すると、組み込まれた情報が視聴者にとって透明になるように）、人間知覚型送信（すなわち、音やイメージ）を行うためのアナログ音響または映像周波数信号に補助アナログ・デジタル情報信号の組込や抽出を行い、かつノイズの多い通信媒体等による高いレベルの信号の歪みにも耐性のある方法および装置を提供することはできなかった。また従来技術では、人間知覚型音響送信(humanly perceived audio transmissions)を行うための音響・映像周波数信号の中で補助情報を規定する信号の組込抽出を行う比較的簡単で廉価な方法および装置を提供できなかった。
【００１１】
（発明の開示）
本発明は、アナログホストまたはカバー信号に対する（アナログまたはデジタル）補助情報の組込または符号化及び抽出または復号化を、前記アナログ信号をスピーカー、ディスプレイモニター、その他の電気／電子デバイスのような適当な出力装置に印加した時にソース情報の認識に与える影響が最小となるよう行う装置及び方法を提供する。
【００１２】
本発明はさらに、カバー信号をコピーするための装置の能力を制御する、機械が読みとり可能な信号をアナログカバー信号に組込及び抽出する装置及び方法を提供する。
【００１３】
要約すると、本発明は、カバー信号から複製信号を生成し、該複製信号を補助信号の関数として変更し、変更された複製信号をアナログカバー信号に挿入してステゴ信号を生成することでアナログホストまたはカバー信号に補助信号を符号化したりまたは組み込む。さらに本発明は、ステゴ信号の複製を生成し、複製とステゴ信号を相関させることによりステゴ信号から組込補助信号を抽出する。
【００１４】
本発明のその他の態様によれば、アナログカバー信号への補助信号の組込および抽出を行う装置を提供するもので、該装置はカバー信号から複製信号を生成する複製生成器、複製信号を補助信号の関数として変更する変調器、変調された複製信号をアナログカバー信号へ挿入してステゴ信号を生成する加算器、該ステゴ信号を受信する受信器、ステゴ信号から複製信号を生成する生成器、受信ステゴ信号を受信ステゴ信号の複製信号の関数として変更する変調器、及び変調された受信ステゴ信号をフィルター処理して前記補助信号を抽出する抽出器とから構成されている。
【００１５】
以後使用されるカバー信号という用語は、組込または隠蔽補助データを搬送するまたは搬送することを意図された音響信号、映像信号またはその他の情報信号のようなホストまたはソース信号を言う。
【００１６】
（好適な実施態様の詳細な説明）
（第１実施例）
本発明は、所定周波数、時間領域および／または空間領域内で音響信号、映像信号あるいはその他のアナログ信号等のカバー信号（以下、「カバー信号」と称す）の複製を生成し、前記カバー信号に付加する情報である補助信号で前記複製を変調し、変調された複製を前記カバー信号に挿入することにより情報またはデータをカバー信号に組み込む方法および装置に関する。本発明は、デジタルプロセッサをソフトウェアでプログラムして実施したり、単体電子デバイスのようなアナログ、デジタルまたは混合信号集積回路として実施したり、あるいはそれらの組み合わせなど異なる複数の方法で実施できる。前記複製とカバー信号は、時間領域コンテンツ及び周波数領域コンテンツの点では類似しているが、正規な受信装置でなくては通常は分からないステゴキー（stego key）で指定される特定の変数の点では異なる。
【００１７】
図１を参照して、本発明では組込器１０を用いることでコンテンツ及び品質の点でカバー信号２の情報と略同等のステゴ信号(stego signal)４を生成する。例えば、カバー信号２が映像または音響信号の場合、ビデオディスプレイまたはラウドスピーカーなどの出力装置に入力されると、ステゴ信号４は略同一の映像または音声プログラムまたは情報を生成する。
【００１８】
ステゴキー９を用いて、組み込み工程の変数と共に、補助信号６を組み込む複製中の時間、周波数領域および／または時間領域の特定部分が決定および特定される。
【００１９】
組込器は複製を適当に変調または変更し、その複製をカバー信号に付加してステゴ信号４を得る。ステゴ信号４は送信することもできるし、あるいは磁気テープ、ＣＤ−ＲＯＭ、ソリッドステートメモリ等の記憶媒体に記憶させて後から呼び出しおよび／または送信することもできる。組み込まれた補助信号は、補助信号６を抽出するためにステゴ信号４上で動作するステゴキー９の知識を有している、またはそのステゴキー９にアクセスする抽出器２０によって再生される。
【００２０】
【数１】
0004217381.tif 000002
【００２１】
ここで、ｓバー(t)はステゴ信号４を、ｓ(t)はカバー信号２を、ｗi(t)は電子透かしとしても知られているｉ番目の隠し信号８（図２参照）をそれぞれ表している。この点、組込器は、信号毎に異なるステゴ信号キー９を用いて複数の補助信号６を同時に挿入することができる。補助信号６が１つだけ挿入される場合は、ステゴキー９が１つだけ使用され、隠し信号ｗ(t)は１つだけとなる。式（１）および以下の説明では、説明を簡単にするため、１次元信号（すなわち、時間などの単一次元に従って変化する信号）を考慮する。しかしながら、本発明は一次元信号にのみ限定されるのではなく、ｔをベクトルと定義することで本発明をイメージ（２次元）や映像（３次元）信号のような多次元信号まで容易に拡張できる。
【００２２】
本発明によれば、カバー信号２自体の複製を補助信号６の搬送波として使用する。周波数コンテンツの点では複製はカバー信号と本質的に類似しているため、デジタル透かしのような補助信号を隠すのにカバー信号の分析は不要である。
【００２３】
一方、上述した従来技術では、補助信号を疑似ランダムシーケンス（Preussら）またはカバー信号の周波数帯域全体に渡り分散している多重音（Jensenら）の形で組み込んでいる。こうした信号が透明と認識されるようにそれらを「隠蔽」するためには、カバー信号を周波数領域で分析して電子透かし信号を観察者に識別できなくする必要がある。このような分析は、二つの信号が十分に類似している場合は、人間の知覚では大きな信号の存在下で小さい信号が検出できないという現象に基づいている。通常、この現象はマスク効果として通常知られている。
【００２４】
本発明の組込信号８は以下の式で表すことができる。
【００２５】
【数２】
0004217381.tif 000003
【００２６】
ここで、ｇi＜１は耐性と透明性のトレードオフを考慮して算出されるゲイン（倍率）変数であり、ｍi(t)は補助信号６である。ここで、｜ｍi(t)｜≦１であり、ｒi(t)はカバー信号２の複製である。ゲイン係数ｇiは所定の適用に合わせた所定定数とすることができ、また、透明性と耐性状態の動的変化を考慮できるように適合可能とすることもできる。例えば、透明性のレベルが同じでも、高音色楽節ではゲインは低くなり、一方スペクトル的に豊かな音声信号またはノイズの多い音声信号ではゲインは高くなる。他の実施例では、組込器が、望ましい検出性を下回る信号を識別するために抽出工程をシミュレーションし、それに応じてゲインを増加させ得ることとしてもよい。
【００２７】
図２は組込器１０の好適な実施例のブロック図を示す。図示の通り、カバー信号２、ステゴキー９、および補助信号６が組込信号発生器１１に入力される。組込信号発生器は、ステゴキー９に従ってカバー信号２から複製ｒi(t)を生成し、補助信号６（ｍi(t)）で複製ｒi(t)を変調または変更し、ゲイン変数ｇiを用いてその結果を変倍し、更に、組込信号８（ｗi(t)）を生成する。組込信号８は、次にステゴ信号４（ｓバー（ｔ））を生成するために加算器１２内部でカバー信号２（ｓ（ｔ））に加算される。
【００２８】
ステゴキー９が定める所定時間領域、周波数領域および／または空間領域内でカバー信号２の一部を取り出し、同じくステゴキー９が定めるように該信号部分に若干の変更を行って複製ｒi(t)を得る。人間の音響心理的・映像心理的システムにより複製とカバー信号の類似性が維持されていると判断されるように、信号部分への変更は少なくする必要があるが、そうした変更はステゴキー９の知識を有し、またはステゴキー９へのアクセスを行うよう適切に設計された抽出器が検出できる程度に大きくなくてはならない。後ほど説明するように、こうした条件を満足する異なる変更方式が複数種類見出されている。
【００２９】
複製ｒi(t)は、積変調として知られているプロセスに従って補助信号ｍi(t)により変調されることが式（２）から分かる。積変調によると、補助信号のスペクトル幅に比例して組込信号のスペクトルが拡張される。組込信号のスペクトルをカバー信号のスペクトルに類似させるため（組込工程の透明性を維持するため）、補助信号のスペクトルの幅は複製のスペクトルの最も低い周波数よりも狭くなくてはならない。この要求は、補助チャンネルの容量に制限を課し、カバー信号の低周波成分は複製生成時に組み込むには適さないことを規定する。
【００３０】
本発明の好適実施例において、変調信号（補助信号）ｍ(t)は次の式で定義される二値データ信号である。
【００３１】
【数３】
0004217381.tif 000004
【００３２】
ここで、Ｎはメッセージ内の二値数字またはビット数を、ｂn∈（−１，１）はｎ番目のビット値を、Ｔはビット間隔、ｈ(t)はビットを表すパルスの波形を示している。通常、ｈ(t)は、変調（補助）信号のスペクトル幅を制限するために矩形パルスをローパスフィルターで処理することにより取得される。
【００３３】
図３は信号組込データメッセージの生成に使用される組込信号生成器１１の詳細を示す。カバー信号２は、フィルター/マスク信号３１を生成するために、フィルター/マスクブロック３０でフィルター処理および/またはマスク処理される。フィルター/マスク信号３１は、異なる組込メッセージに使用されるカバー信号の領域を分割する。例えば、フィルター/マスクブロックは、周波数領域内でカバー信号から１０００Ｈｚから３０００Ｈｚの周波数帯域部分を分離したり、時間領域内でカバー信号からｔ＝１０秒からｔ＝３０秒の時間間隔部分を分離したり、空間領域内でカバー信号の右上４分の１の空間領域（カバー信号がＭＰＥＧ，ＪＰＥＧまたは同等の信号の場合に）を分離し、このようにして分離された領域は補助信号の組み込みに使用される。
【００３４】
フィルター/マスク信号３１は、ステゴキー９により指定されるようにカバー信号の選択領域からなり、その選択領域は次いで複製信号４１の生成に利用される。次に、この信号３１は複製生成器４０へ入力され、ここでは、ステゴキー９が指定するように該信号の所定変数が変更され、複製ｒi(t)４１が生成される。複製４１を乗算器４２ａにて補助信号ｍi(t)で変調し、変調された信号を選択されたゲイン係数ｇiに従って乗算器４２ｂで変倍して組込信号成分８（すなわち、式（２）中のｗi(t)）を生成する。この組込信号成分８は、ステゴ信号４を得るために、加算器１２（図２参照）でカバー信号２に加算される。カバー信号２と組込信号成分８の同期を維持するため、フィルター/マスクブロック３０と複製生成器ブロック４０に存在する固有処理遅延を、図２に示すカバー信号の回路通路（カバー信号入力端と加算器１２の間）にそれと同じ遅延を加えることで補償する。
【００３５】
さらに、それぞれがカバー信号２に付加される複数の組込信号成分が生成されるように、カバー信号の異なる特徴を変更させおよび/またはカバー信号の複数の異なる領域を使用するために各々が異なるステゴキーを用いる複数の組込信号生成器を用いることで、カバー信号２に複数の補助データ信号を組み込むことも可能である。あるいは、異なるステゴキーを用いて１つの組込器の出力が異なる組込器の入力となるようデータ信号をカスケード状に組み込んでもよい。いずれにせよ、組込信号成分間の相互干渉を最小にする必要がある。この要求は、以下に説明するように、信号の周波数、時間または空間について非重複領域を使用するか、適当な複製生成変数を選択することで達成することができる。
【００３６】
ステゴ信号に組み込まれている補助データの生成に使用される抽出器の回路図を図４に示す。ステゴ信号４はフィルター/マスクブロック３０ａでフィルター/マスク処理され、補助データ組込領域が分離される。フィルター処理信号３１ａは、組込器内の複製生成器４０におけるカバー信号の複製ｒi(t)と同様に、同じステゴキー９を用いてステゴ信号の複製を生成する複製生成器４０ａに入力される。ステゴ信号４の複製ｒiバー(t)４１ａは以下の式で表すことができる。
【００３７】
【数４】
0004217381.tif 000005
【００３８】
ここで、Ｒ（ｍi(t)ｒi(t)）は変調カバー信号複製の複製を表している。ゲイン係数ｇiが十分に小さいため、ステゴ信号の複製はカバー信号の複製と略同じである。
【００３９】
抽出器２０では、乗算器４２ｃにより複製ｒiバー(t)４１ａとステゴ信号３１ａが乗算されて相関積が得られる。
【００４０】
【数５】
0004217381.tif 000006
【００４１】
複製信号を設計する際、一つの目的は、低周波成分をあまり含まない積ｒj(t)ｓ(t)と積ｒi(t)ｒj(t) 、但しｉ≠ｊ、のスペクトルを得ることである。他方、積ｒj(t)ｒj(t)＝ｒj2(t)のスペクトルには強いＤＣ成分が含まれており、このため、相関積ｃ(t)はｇiｍi(t)と(ｒj2)の平均との積（ｇiｍi(t)mean(ｒj2)）の式の項を含んでいる、すなわち、相関積ｃ(t)は変倍された補助信号ｍi(t)を加算項として含んでいる。
【００４２】
相関積ｃ(t)から補助信号ｍi(t)を抽出するため、補助信号のスペクトルとフィルター特性が適合するフィルター４４でｃ(t)がフィルター処理される。例えば、矩形パルス形状の二値データ信号の場合は、ビット間隔期間にわたる積分が適合するフィルター処理に該当する。デジタル信号処理の場合は、フィルター処理の次に生成器４６でシンボル生成が行われる。抽出された複数のデータシンボルは周知のエラー検出、エラー補正および同期処理され、実際のメッセージの存在や該メッセージの内容の適正な解釈が確認される。
【００４３】
複製生成器４０の一好適実施例を図５に示す。この実施例では、ステゴキー９で規定される所定オフセット周波数ｆiだけフィルター処理カバー信号３１の周波数をシフトさせて複製信号４１を得る。このシフト処理は、単側帯振幅変調または周波数変調としても知られている。図５に示す処理の他に、当該技術分野では前記処理を行うことができる複数の異なる処理が知られている。
【００４４】
ブロック５２と５４は入力信号ｓ(t)の異相シフトをそれぞれ表している。所望の周波数シフトを行うため、異相シフト間の関係を以下のように規定する必要がある。
【００４５】
【数６】
0004217381.tif 000007
【００４６】
それぞれ異相シフトされた複数の信号は、それぞれ乗算器５６ａと５６ｂにおいて周波数ｆiの正弦波信号と乗算される。ブロック５８は、乗算器５６ｂに印加される正弦波信号の９０度位相シフトを示している。こうして得られた信号は加算器５９にて結合される。このため、複製信号４１は次のように表すことができる。
【００４７】
【数７】
0004217381.tif 000008
【００４８】
ここで、ｓ(t,φi)はφiだけ位相シフトされた信号ｓ(t)を示している。加算工程における−または＋の符号はｆiだけ位相が上方または下方に変更されたことを表している。文献として出版されている音響心理学モデルによれば、位相を上方へ変更させるとマスキングが改善されるとある。従って、当該好適実施例では式（７）に減算を用いている。φ1＝９０°およびφ2＝０°の特別な場合には、式（７）は次のようになる。
【００４９】
【数８】
0004217381.tif 000009
【００５０】
ここでＳh(t)は入力信号のヒルベルト変換を表しており、以下の式として定義される。
【００５１】
【数９】
0004217381.tif 000010
【００５２】
ヒルベルト変換は、式（８）をデジタル信号処理に合わせ、周知の様々なアルゴリズムによりソフトウェアとして実施してもよい。アナログ信号処理の場合は、ヒルベルト変換を行うより、信号スペクトルの全域に渡って９０°相対位相シフトが維持されるよう回路対を設計するほうが簡単である。
【００５３】
特定の周波数オフセット値ｆiを広い周波数範囲から選択し、ステゴキーで指定することができる。異なる周波数オフセット値を持たせることで、複数の補助信号を同じカバー信号の同じ時間域、周波数域および/または空間域へ挿入し、補助信号を「階層化」して補助チャンネルのスループットを増加させることができる。
【００５４】
補助情報が示すデジタル透かしの安全性を向上させるために、周波数オフセット値を所定秘密パターンに従って時間的に変化させてもよい（「周波数ホッピング」として知られている）。
【００５５】
周波数オフセット値の特定の選択は、特定の適用分野の状況や変数で決まり、試行錯誤によりさらに調整することができる。実験結果によれば、周波数オフセット値が変調補助信号ｍ(t)のスペクトル周波数の大半よりも大きい場合には、チャンネル歪みが存在する中で最適な信号耐性が得られた。他方、周波数オフセット値がカバー信号の最低周波数よりも実質的に小さい場合には、最適な透明性が得られた。例として、音響信号について、２５ｂｐｓのビットレートを有する二値データ信号を変調信号としつつ、５００Ｈｚ程度のカバー信号への組み込みに５０Ｈｚの周波数オフセット値が使用された。
【００５６】
複製生成器の他の実施例において、その複製は、カバー信号のフィルター/マスク部３１の位相を、ｉ番目の組込信号の関数φiが定める所定量だけシフトさせることにより生成される。この場合、複製生成器４０および４０ａは以下に定義する伝達関数を備えた線形システムである。
【００５７】
【数１０】
0004217381.tif 000011
【００５８】
ここでＡiは周波数に関する定数であり、ｊは虚数√−１、φi(f)はシステムの位相特性である。式（１０）で表される回路は、当該技術分野では全通過フィルターまたは位相補正器として知られており、そのデザインは当業者には周知である。
【００５９】
人間の聴覚システムは位相シフトをほとんど感知できないため、本実施例は音響信号への補助信号の組込に特に適している。関数φi(f)は、複製とカバー信号の積が最小の低周波成分を含むという目的が達成されるよう定義される。この目的は、フィルター/マスク部３１内の全ての周波数成分について少なくとも９０°のシフトを維持することで達成することができる。異なるメッセージの周波数成分の位相シフトがスペクトル成分の大部分で９０°以上である場合は、ほとんど干渉を生じずに複数のメッセージが組み込まれた。関数φi(f)の厳密な選択が行えるかどうかは、コストと安全性のトレードオフの考慮により決まる。すなわち、たとえ周知のカバー信号を用いても無許可の人物がステゴ信号を分析して信号構造を明らかにできないよう関数は十分複雑なものとしながらも、安価に演算を実施できるようにする。異なる関数を所定間隔で切り換える関数ホッピングパターンは、ステゴキーの一部として、さらに安全性を向上させるために用いることができる。
【００６０】
τiを定数とする以下の式で定義される位相シフト関数の特別クラスは、
【００６１】
【数１１】
0004217381.tif 000012
【００６２】
カバー信号の時間シフト複製を発生させる。このクラスの関数は、コストと安全性のトレードオフの点で特別な特性を有しており、この特性は当該開示内容の範囲を越えるものでここではこれ以上扱わない。
【００６３】
本発明のさらにその他の実施例によれば、複製生成器はカバー信号を位相変調させて複製信号を得る。位相変調は以下の式で表すことができる。
【００６４】
【数１２】
0004217381.tif 000013
【００６５】
ここで、ａi(t)は直交関数のクラスである。図６（ａ）〜６（ｃ）は振幅シフト複製信号の生成に使用される３つの初等関数ａ1(t)、ａ2(t)、ａ3(t)の組を示しており、各関数は間隔（０，Ｔ）の期間にわたって定義されており、ここでＴは補助信号のビット間隔に等しい。より長い複製は、一連の初等関数を用いて生成される。抽出器内部におけるポスト相関フィルター処理は間隔Ｔに渡る積分により実行され、補助チャンネルビットｂj、nは式ｂバーj,n＝sign(Ａj,n)に従って抽出される。ここで、
【００６６】
【数１３】
0004217381.tif 000014
【００６７】
上記の近似は、以下の関係より成立する。
【００６８】
【数１４】
0004217381.tif 000015
【００６９】
但し、ｉ≠ｊ、ａj2(t)＝１である。
【００７０】
式（１３）からも明らかなように、ｎ番目のビット間隔期間では、符号Ａj,n（及び受信ビット値）はｍj(t)の符号、すなわち送信ビット値で決まる。振幅変調に使用される関数は、通常わずかな低周波成分やフィルター/マスク信号の最低周波数よりも低いスペクトルを有するべきであり、かつ、互いに直交しているべきである。関数の特定の選択は特定の利用分野に基づき、かつ、ステゴキーで指定される。
【００７１】
さらにその他の実施例によれば、異なる領域における異なるシフトの組み合わせは、複製信号を生成するために同時に実行され得る。例えば、時間シフトは周波数シフトと組み合わされることができ、また振幅シフトは位相シフトと組み合わされることができる。このように様々な種類のシフトを組み合わせることにより、組込システムの隠蔽（安全）特性はさらに改善され、またカバー信号との相違を増大させることで組込信号の検出能が改善される。
【００７２】
安全性に関しては、ステゴキーの変数を明らかにするよう設計された分析方法を取り入れた攻撃も予想される。こうした変数が明らかになった場合、同じステゴキーの使用により組込信号の書き換えや削除が可能となる。様々な種類のシフトが組み合わされると、変数空間が拡大されて、こうした分析がより困難となる。
【００７３】
検出能に関しては、自然発生する一部の信号が複製信号と同じ内容を有する場合がある。例えば、音響信号のエコーは位相シフト信号を生成し、音楽プログラム中の合唱楽節は周波数シフト信号を生成し、トレモロは振幅シフトを生成する場合があるが、これらは組込信号の検出に干渉を及ぼす。様々な種類のシフトを組み合わせて使用することで、自然現象がステゴキーの変数にぴったりと一致して信号検出に干渉を及ぼす可能性は減少する。
【００７４】
本発明を説明してきたが、本発明の思想及び範囲から離れることなく様々な方法で変更できることは当業者にとっては明らかである。当業者に自明なこうした変更は上記の請求項で網羅されるよう意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明で使用されるデータ信号組込及び抽出工程のブロック図である。
【図２】  図２は、図１の組込器１０の一実施例のブロック図である。
【図３】  図３は、図２の組込信号発生器１１の一実施例のブロック図である。
【図４】  図４は、本発明によるデータ信号抽出器２０の一実施例のブロック図である。
【図５】  図５は、周波数シフトされたカバー信号複製をオリジナルから生成する複製生成器の一実施例のブロック図である。
【図６】  図６（ａ）〜６（ｃ）は、本発明の一実施例による振幅変調複製の生成に使用される一組の直交関数を表すグラフである。
【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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