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JP3850035B2 - ディジタル符号化ビデオ及び／又はオーディオ信号のマーキング技術 - Google Patents

ディジタル符号化ビデオ及び／又はオーディオ信号のマーキング技術 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、ディジタル符号化ビデオ及び／又はオーディオ信号を認証プログラムマテリアルとして分類するようマーキングする方法及び装置に関するものである。本発明は前記マーキングされた信号を復号化する装置及び前記マーキングされた信号が記録された記録媒体にも関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオ及びオーディオ信号はますますディジタル符号化形態、例えばＭＰＥＧビットストリームの形態で伝送及び記録されている。前記信号内にマーカを設けてこの信号を認証プログラムマテリアルとして分類する必要性が増大している。電子透かしマーク（ウォーターマーク）とも称されるマークは、その信号がコピー保護マテリアルを構成することを示す単一ビットの形、又はそのマテリアルの出所を表すマルチビットコードの形を取ることができる。電子透かしマーキングはビデオ及びオーディオ信号に電子スタンプを押すのに相当する。
【０００３】
オーディオ及びビデオ圧縮に対する既知のＭＰＥＧ標準では、この目的のためにコピー保護ビットが規定されている。しかし、この既知の方法の欠点は、この保護ビットは容易に検出することができ、次いで著作権保護機構を回避するよう変更することができる点にある。
【０００４】
本発明の目的は、電子透かしマークを容易に検出しうるが、消去するのは困難である方法を提供することにある。
【０００５】
本発明は、上述の方法において、所定の符号化パラメータに所定の値を割当て、この所定の値を変更すると、前記ビデオ信号を正しく復号化するためには複数の他のパラメータも変更することが必要になるようにすることを特徴とする。
【０００６】
本発明は、圧縮オーディオ又はビデオ信号（例えばＭＰＥＧビットストリーム）は複数の符号化パラメータを含んでいるという洞察に基づくものである。多数の符号化パラメータの値はビットストリームを復号化しなくても容易に検出することができる。しかし、幾つかのパラメータの変更は一般に規定のフォーマット（例えばＭＰＥＧシンタックス）を満足しないビットストリームを導くか、或いは復号化処理にエラーを導くことになる。従って、このような符号化パラメータに所定の値を割り当てることにより得られた電子透かしマークは容易に検出しうるが、変更、即ち消去することはできない。この電子透かしマークを変更すると、信号を最初に画素領域に復号化し、次いで新しいビットストリームに再符号化することが必要になる。この処理は、高価な復号化装置を使用しない限り、品質の低下を導く。
【０００７】
本発明の一実施例では、所定の符号化パラメータは選択したＭＰＥＧ符号化ビデオフレーム内のスライスの数とする。選択したフレームはすべてのフレーム又は所定のタイプ（Ｉ，Ｐ，Ｂ）のフレームのみを含むものとすることができる。選択したフレームはＧＯＰの最初のＩフレームを意味するものとすることもできる。
【０００８】
通常、ビデオフレーム内のスライスの数はビデオコンテンツに応じて変化する。本発明では、スライスの数を前もって制御する。この場合には、エンコーダを所定数のスライスを発生するようにせしめることにより電子透かしマークを発生させる。このスライス数は必ずしも一定にする必要はない。このスライス数は整数Ｎの整数倍にすることもできる。本発明の好適実施例では、スライス数を交互の選択フレームにおいてＮの整数倍及びＭの整数倍にする。この場合には、入力信号が静止であっても、”ノーマル”エンコーダがこのような数のスライスを発生する確率が極めて小さくなる。
【０００９】
好適な符号化パラメータの他の例は量子化マトリクス設定値、ＭＰＥＧビットストリームのＰＥＳパケット長、又はＭＰＥＧ信号内のイントラフレーム（Ｉ），予測符号化フレーム（Ｐ）及び双方向符号化フレーム（Ｂ）のシーケンスである。
【００１０】
【発明の実施形態】
図１は本発明によるエンコーダを示す。１０１はスライスのレベルまでのビデオシーケンスを符号化する回路を示し、１０２はスライスエンコーダを示し、１０３はスライス内の画像データを符号化する回路を示す。１０４はスライス境界を決定する回路を示す。回路１０１−１０４は慣例のＭＰＥＧエンコーダの部分であり、これ以上説明する必要はないであろう。慣例のＭＰＥＧエンコーダでは、スライス境界はビデオソースマテリアルにより決まり、スライスエンコーダ１０２の入力端子１０５に直接供給される。このエンコーダにより発生されるビットストリームは各フレームの開始点にフレーム開始ヘッダＦを具えるとともに各スライスの開始点にスライス開始コードＳを具える。
【００１１】
図１に示すエンコーダでは、スライス境界がスライス境界変更回路１０６により変更される。このとき、スライス境界はシーケンス発生器１０７により発生される信号に応答して選択される。この信号は各フレーム内のスライスの数を決定する。本実施例では、シーケンス発生器が交互の整数ｎ及びｍを、n mod N = 0及びm mod M = 0に従って発生する。Ｎ及びＭは３及び７にすることができる。この場合、スライスの数は交互のフレームで３及び７の整数倍にされる。この特定のパターンが電子透かしマークを表す。慣例のＭＰＥＧエンコーダはフレーム毎に上記の数のスライスを有するビットストリームを発生することは全くあり得ない。これに加えて、エンコーダは量子化スケール値を特定のソースマテリアルに対し必要以上に頻繁に適応させることもできる。これは、ハッカーがスライスの数を変更するのを一層困難にする。
【００１２】
図２は本発明によるデコーダを示す。入力端子１のＭＰＥＧビットストリームはスイッチ２が閉じると出力端子に転送される。スイッチ２はブロック信号９により制御される。スライス検出回路３はＭＰＥＧビットストリーム内のスライス開始コードＳの存在を検出する。同様に、フレーム検出回路４はフレーム開始ヘッダＦの存在を検出する。カウンタ１３は各フレーム内のスライスの数をカウントする。このカウンタは遅延素子１３を介して新しいフレームの開始時にリセットされる。比較器６は、カウンタ１３の出力が制御回路１１により供給される係数値に等しい場合にカウンタ１３をリセットする。エンコーダの説明からみて、この係数値は交互のフレームに対しＮ及びＭとすることが理解される。従って、カウンタ１３は交互にモジュロ−Ｎカウンタ及びモジュロ−Ｍカウンタとして動作する。他の比較器５は、その入力が零のとき１を出力する。ＡＮＤゲート７は、新フレームの開始時にカウント状態が零のときパルス信号８を発生する。遅延素子１２は、カウンタ１３がフレーム開始ヘッダによりリセットされる前に零検出が行われるようにする。制御回路１１は、所定数のフレームの期間に亘って、スライス数／フレームmod N がコピー保護イメージに対し特定の規則に従うか否かを検査する。
【００１３】
ビットストリームがコピー保護されている場合、制御回路１１は認証信号１０が存在するかも検査する。信号がコピー保護されているが、認証信号が存在しない場合には、このＭＰＥＧ信号は不法コピーである。このような場合には、制御回路１１がスイッチ２を開き、このＭＰＥＧ信号は出力端子に転送されない。真正オリジナルコピー保護ＭＰＥＧビットストリームが不当な認証信号１０を同伴する場合には、スイッチ２が閉じ、ビットストリームが復号化される。コピー保護されてないホーム記録マテリアルはそれとして検出され、スイッチ２が閉じる。
【００１４】
スライスヘッダを除去すると、その結果として、ｑスケールパラメータを適合させなければならなくなるとともにマクロブロックアドレスを含めなければならなくなる。ＭＰＥＧストリームにおけるこのような変化はロングラン中に正しくないバッファコンテンツを発生する。適正動作を得るためには更なる変更が必要になる。
【００１５】
図３は観察ＭＰＥＧビットストリームを与えるディスクが不法コピーである確率Ｐを線図的に示す。ディスクの再生はｔ＝ｔaで開始し、最初のＰＥＳヘッダがｔ＝ｔ0に到来する。ハッカー又は侵害者が慣例のコピービットを除去又は変更しない場合には、基本エンジンが次のＰＥＳヘッダを受信するとき直ちに不正ディスクが認識される（曲線ａ）。このビットが変更されているがハッシュ関数が除去されていない場合には、少し後で不正が確実に発見される（曲線ｂ）。もっと巧緻なハッカーがハッシュチェックを除去するが、電子透かしマークを除去しない場合には、ｔ＝ｔbにおいて、コピーが１−ｅの確率で不正であることを決定することができる（曲線ｃ）。ハッカーが（ｔ＝ｔcにおいて）電子透かしマークの部分も変更する場合、又はコンテントプロバイダが正しくない透かしマークを含めた場合（例えばオーディオバイトがＦ又はＳシーケンスをシミュレートする場合）には、不正コピーが後に認識される。代表的には、ｅは極めて小さく選択してホームビデオが偶然にコピー保護電子透かしマーク（フォールスアラーム）をシミュレートすることがないようにする。ランダムコーダにより発生されるＭＰＥＧシーケンス及びランダムに選択されるコンテントがウォーターマークをシミュレートする確率を減少することなく、発見時間td−t0を十分小さく設計する必要がある。
【００１６】
本発明の他の実施例では、電子透かしマークを量子化マトリクス内の選択した特定の値からなるものとする。量子化マトリクスは、ＭＰＥＧシーケンスヘッダを検査することにより簡単に評価することができる。このマトリクスは、もしあれば、６２ビットのスキップ後に検出される。ヘッダバイト後の特定のビットが、マトリクスが存在するか否かを示す。存在しない場合には、デフォルト値が考慮される。
【００１７】
電子透かしマークはオーディオ情報内に埋め込むこともできる。各フレームのオーディオ（２４ｍｓ）に対し、４つの量子化ビットを各サブバンド（最大３２サブバンド）毎に指定する。
【００１８】
記憶媒体、例えばマルチメディアＣＤのコピー保護の応用について以下に説明する。提案のコピー保護方法は、ディスクが記録可能ディスクか、読取り専用プロフェッショナルマスタＭＭ−ＣＤかを示す媒体マーカ（ウォブルキー）と、コンテントがコピー保護されているかを示すコンテントマーカとの組合せを使用する。コンテントマーカは、コピービットと、他のデータ＋コピービットに関するハッシュ関数と、上述した電子透かしマークとを含む１組のマークである。ハッシュ関数が存在する場合（ホームビデオの場合ではない）、ＣＤプレーヤ／レコーダは、ハッシュ関数がコピービットが”保護”にセットされたコンテントに合致するか検査する。ハッシュ関数と電子透かしマークを含めることによりコピービットの消去が技術的に一層困難になる。ハッシュ関数はビットストリームから省略することができるが、少なくともＰＥＳ長の再多重化及び再定義が必要になる。電子透かしマークを消去すると、ＭＰＥＧオーディオ又はビデオコンテントの少なくとも部分的なトランスコーディングが必要になる。
【００１９】
図４につき説明すると、電子透かしマーク検出回路４１はＣＤ４２から読み取られたビットストリーム内に埋め込まれている電子透かしマークを探索する。ウォブルキー検出回路４３がウォブルキーの存在を検証する。回路４３はＣＤドライブの制御ループ内に含めることができ、或いはデータの反射率を測定するものとすることができる。検証回路４４が下記の表に示す簡単なブール演算を実行する。電子透かしマークが正しいウォブルグルーブキーと一緒に存在する場合、又は電子透かしマークが存在しない場合には、スイッチ４５を閉じてＭＰＥＧビットストリームがデマルチプレクサ４６及びＭＰＥＧデコーダ４７に供給される。電子透かしマークが存在するが、対応するウォブルキーが存在しない場合には、スイッチ４５を開いてＣＤリーダがコンテントを阻止する。
【００２０】
【表１】
Figure 0003850035
【００２１】
要するに、コピー保護機構のセキュリティを大きく増大する電子透かしマーキング方法を提案する。この電子透かしマーキング方法は（ＭＰＥＧ）ソース信号の高い階層レベルで作用する。これにより、電子透かしマークは容易に検出することができるが、多大のトランスコーディング処理を用いないでこのマークを消去することは困難になる。このようなトランスコーディングは困難で高価な仕事とみなせ、また画質の損失やビットレートの増大ももたらす可能性がある。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明によるエンコーダを示し、
図２は本発明によるデコーダを示し、
図３は本発明方法の動作説明用タイミング図を示し、
図４は図２に示すデコーダを具えるディスクプレーヤの一実施例を示す。

Claims (6)

  1. ＭＰＥＧ符号化ビデオ信号を真性プログラムマテリアルとして分類するように電子透かしを付与する方法において、
    ビデオ信号をＭＰＥＧビデオ信号フォーマットに従って符号化するＭＰＥＧビデオ符号化処理の選択した符号化パラメータに所定の値を割り当てるステップを具え、前記選択した符号化パラメータは、前記ＰＭＥＧ符号化処理における複数の符号化パラメータの一つであって、前記所定の値が変更されると、前記ＭＰＥＧビデオ信号フォーマットを満足するためには複数の他の符号化パラメータも変更することが必要となるパラメータであり、且つ
    ビデオ信号を前記所定の値を用いて前記ＭＰＥＧビデオ符号化処理に従って符号化してＭＰＥＧ符号化ビデオ信号内に検出可能な電子透かしマークを含める符号化ステップを具え、該ＭＰＥＧ符号化ビデオ信号は、前記選択した符号化パラメータの値の変更後は、前記符号化信号を最初に前記選択した符号化パラメータの所定の値で復号し、次に前記選択したパラメータと前記他のパラメータの異なる値で再符号化しない限り、正しく復号できないことを特徴とする電子透かし付与方法。
  2. 前記所定の符号化パラメータが選択したＭＰＥＧ符号化ビデオフレーム内のスライスの数であることを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 連続する選択フレームがモジュロ−Ｎ及びモジュロ−Ｍの数のスライス（ここでＮ及びＭは整数）を交互に具えることを特徴とする請求項２記載の方法。
  4. ＭＰＥＧ符号化ビデオ信号内の電子透かしを検出する方法において、
    前記符号化信号をＭＰＥＧ信号フォーマットに従って復号して選択符号化パラメータの値を検出し、該符号化パラメータが前記検出された値と異なる値にされると、前記ＭＰＥＧビデオ信号フォーマットを満足するためには複数の他の符号化パラメータも変更することが必要となる復号化ステップと、
    前記選択符号化パラメータとして、連続する選択フレームがモジュロ−Ｎ及びモジュロ−Ｍの数のスライス（ここでＮ及びＭは整数）を交互に具えるとき前記電子透かしを検出するステップとを具えることを特徴とする復号化方法。
  5. ＭＰＥＧ符号化ビデオ信号を真性プログラムマテリアルとして分類するように電子透かしを付与する装置において、
    ビデオ信号をＭＰＥＧビデオ信号フォーマットに従って符号化するＭＰＥＧビデオ符号化処理の選択した符号化パラメータに所定の値を割り当てる手段を具え、前記選択した符号化パラメータは、前記符号化処理における複数の符号化パラメータの一つであって、前記所定の値が異なる値に変更されると、前記ＭＰＥＧビデオ信号フォーマットを満足するためには複数の他の符号化パラメータも変更することが必要となるパラメータであり、且つ
    符号化信号内に検出可能な電子透かしが含まれるようにビデオ信号を前記所定の値を用いて前記ＭＰＥＧビデオ符号化処理に従って符号化する手段を具え、該符号化信号は、前記選択された符号化パラメータの値の変更後では、前記符号化信号を最初に前記選択された符号化パラメータの所定の値で復号し、次に前記選択されたパラメータと前記他のパラメータの異なる値で再符号化しない限り、正しく復号できないことを特徴とする電子透かし付与装置。
  6. ＭＰＥＧ符号化ビデオ信号内の電子透かしを検出する装置において、
    前記符号化信号をＭＰＥＧ信号フォーマットに従って復号して選択された符号化パラメータの値を検出し、該符号化パラメータが前記検出された値と異なる値にされると、前記ＭＰＥＧビデオ信号フォーマットを満足するためには複数の他の符号化パラメータも変更することが必要となる復号化手段と、
    前記選択符号化パラメータとして、連続する選択フレームがモジュロ−Ｎ及びモジュロ−Ｍの演算数のスライス数（ここでＮ及びＭは整数）を交互に具えるとき前記電子透かしを検出する手段とを具えることを特徴とする電子透かし検出装置。
JP51410197A 1995-10-04 1996-09-25 ディジタル符号化ビデオ及び／又はオーディオ信号のマーキング技術 Expired - Fee Related JP3850035B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
AT95202673.0 1995-10-04
EP95202673 1995-10-04
PCT/IB1996/000992 WO1997013248A1 (en) 1995-10-04 1996-09-25 Marking a digitally encoded video and/or audio signal

Publications (2)

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