JP2002543692A - 画像に透かし模様を挿入する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 当該方法は、画像送信前に、当該画像のデータ特性を変更することによるメッセージ（１）を画像に挿入し、初期画像の原点座標を受信側にて決定するために、２値行列Ｐを当該画像に周期的に挿入することによる相互透かし（２）を実行し、挿入されたメッセージを読み込むこと（５）を可能にするために、前記原点からの受信画像を一致させることにある。本発明は、静止またはビデオ画像の送信に使用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】

本発明は、静止及びビデオ画像の加工と伝送のために画像に透かしを入れる方
法に係わる。

【０００２】

【従来技術】

電気通信において、画像の透かし挿入は、当該画像または受信画像シーケンス
に知覚可能な変化を生じさせずに、１枚の画像または連続した画像によって、情
報を送信する技術である。この処理は、「透かし」としてもよく知られている。

【０００３】 この定義は、秘匿（隠された）方法によってメッセージを送信する技術である
、サブリミナルチャネル伝送とも呼ばれる、権限を有する受信者によってのみ読
み取り可能な隠されたメッセージを含む外見上無害な情報を使用する、ステガノ
グラフィの定義を連想させるものである。暗号化とは異なって、ステガノグラフ
ィは、サブリミナルメッセージの存在自体を隠すものである。

【０００４】 画像の透かしとステガノグラフィとの間の本質的な相異は、秘匿メッセージを
含む生文メッセージを意味する、「カバーチャネル」の選択にある。

【０００５】 透かしの場合、送信者が選択をしなければならないのに対して、ステガノグラ
フィでは、送信者自身がこの選択を実施することができる。ステガノグラフィの
送信者は、検閲する者が疑念を想起しないようなやり方で秘密情報の通信を望ん
でいるのに対して、透かし画像の送信者は、秘匿メッセージが知覚的に著作を妨
げるべきではなく、容易にスクランブルがかけられるべきではないということを
望んではいるが、画像に秘匿メッセージが存在することに誰もが気づく可能性が
あるという事実は問題ではなく、反対に、例えば、透かしを当該画像が著作権や
使用料の支払いによって保護されていることの証として使用する時は、有益な抑
止効果を与えることができるので、２つの技術を使用する目的は同一ではない。

【０００６】 この場合、当該透かしは、当該著作、および、その所有者を特徴づける情報を
１画像または連続画像内に埋め込むことで実現される。埋め込まれた情報の自動
読み出しによって、当該著作が違法に流されたものか否か、または、著作者が実
際に相応の使用料の支払いを受けているか否かを検査することが可能になる。埋
め込まれた情報が、購入者の特徴を示すものであれば、違法複製または不正配給
が行われた場合には、画像透かしによって、追跡を行い、不正行為を行った者を
自動的に突き止めることが可能となる。

【０００７】 画像の自動スライドまたは画像シーケンスの適用についても同じである。

【０００８】 透かし技術を使用する魅力は、自動チェックが可能な点である。多数の伝送チ
ャネルが存在することを考えると、オーディオビジュアル著作の放送を手動でチ
ェックすることは、実際上、不可能である。画像の透かしは、著作物に基づいて
識別番号およびできればその発生源を自動的に決定することを可能にし、当該著
作が合法的に放送されているか否かを著作者組合に任せることによって、この問
題を部分的に解決することができる。「ディジタルビデオディスク」の標準的な
略称である「ＤＶＤ」のハードウェア的な保護とは異なり、様々な当事者との間
の標準化や事前合意を必要としない利点を有する。

【０００９】 画像を介してメッセージの伝送を可能とするために、何らかの方法で画像を修
正する必要がある。しかし、透かしによる当該修正は、想定される利用態様に適
合するように、複数の条件を満足しなければならない。

【００１０】 このように、透かしは、画像修正によって目に見えて品質低下を招くべきでは
ない。したがって、透かしは慎重に行われるべきである。

【００１１】 後に示すように、当該分野の文献に記述された多くの透かしの方法は、メッセ
ージを読み込むときに、修正画像に加えて、元の画像の存在を必要とする。実際
に透かしを読み込むことによって当該著作物がその著作者の物であると証明され
る前に、当該著作を当該著作者に属する物であると表示して違法に放送すること
を前提としているので、これらの方法は、著作権による著作の保護には全く適し
ていない。この場合は、透かしを読み込むよりも２つの著作を比較するほうがず
っと速い。修正画像のみからの透かしの読み込みは、自動「監視」アプリケーシ
ョンを可能にする。しかし、読み込み時に２つの画像を使用した透かしの方法は
、上記にて遠回しに言及している追跡アプリケーション、確認される著作の同一
性を条件として、複製発生源に関する通知を可能にする透かしに利用されるに過
ぎない。

【００１２】 透かし画像がどんな方法でも修正されないことが確かである場合には、透かし
は些細な課題となる。それは、画素の下位ビットを修正することで十分であり、
これは、完全に目に見えない操作であって、存在する画素と同じ数のビットを埋
め込むことが可能となる。しかし、画像、および、特に画像シーケンスは、伝送
中に受信可能なビット速度を得るために、あるいは、格納時の記憶領域を節約す
るために、ほとんど常に圧縮されているので、この理想的な場合に、実際上、決
して遭遇することはない。この圧縮は、「ＪＰＥＧ ｕｓｅｌｅｓｓ」という名
の通り、無損失であるかもしれないが、普通、圧縮は、ＪＰＥＧやＭＰＥＧによ
れば、たいていの場合は、画像伝送にかかる有効性に起因して復元不可能である
。したがって、当該透かしがこれらの変換に準拠しうることは、不可欠なもので
ある。これは、圧縮が低いビット率で行われるので一層困難である。結果として
、マーキングは十分に強くなければならず、これは、上記の不可視の要件と相反
するものである。

【００１３】 特に放映中に、著作が伝送を容易にするために修正されることはまれではない
。ポストプロダクションは、例えば、「クロッピング」、つまり、シーケンスの
カット割を頻繁に挿入する。それらの形式は特に、アメリカのテレビの標準（３
０Ｈｚで７２０×４８０の画像）からヨーロッパ形式（２５Ｈｚで７２０×５７
６の画像）への転送時に、同様に変更される可能性がある。画像の拡大、または
、縮小のための再サンプリングも頻繁である。

【００１４】 画像の透かしの流れにおいて、これらの変換は２つの形式の課題を提案する。
一方、チョッピング時及び画像の縮小時に画像の高周波数の情報の多くが失われ
るので、一般的に復元不可能である。他方、元の画像と変換された画像との間に
存在している変換は一般的に未知である。従って、透かしは、幾何学的な変換に
対して不変であるか、あるいは同期を可能とする付加情報を伴っていることが必
要である。この変換は、実施された変換を決定することを可能とした独特の透か
しの形式を採用する。

【００１５】 デジタル画像及びフィルムの操作は、使用者が非常に基本的な画像ソフトウェ
アを使うなら、特に容易である。最も単純な幾何学的な変換は、画像チョッピン
グ、拡大または縮小、複数のシーケンスのモンタージュ、コラージュ、および、
かなりまれに、回転である。周波数の変更は、カラーから白黒に、または、フィ
ルムではその逆に転換する測色操作と同様に、ヒストグラムの変換などであって
、比較的容易である。画像の複写、ビデオデッキのデジタル化などのデジタルか
らアナログの変換、または、その逆は、幾何学的または比色的歪と同様に付加的
な雑音を伴うことに注目する必要がある。

【００１６】 透かしは、著作権料を支払わずに著作を放映することができるように、マーク
を破壊する目的で行う著作権侵害者からの意図的な攻撃に対する防御も必要であ
る。その攻撃過程は、２つのタイプがあり、１つは、やみくもに、もしくは、マ
ーキングのアルゴリズムの部分的または完全な知識を得て、マーキング処理の逆
をたどっていく試み、他は、例えば雑音を付加することやフィルタ処理によって
メッセージに雑音を混入することを内容とするものである。攻撃の第１番目のタ
イプには、秘密キーを使用する暗号過程と同様の過程を使用して対抗することが
できる。攻撃の２番目のタイプにおいて、著作権侵害者は、雑音混入と結果的に
生じる品質低下との間で妥協点を見つける必要がある。この状況は、ごく僅かだ
け可視性の閾値以下である力でマークして良好な透かしを実現するために利用す
ることができ、課題はつまり、この閾値を正確に決定することである。

【００１７】 最後に、透かしは、複雑性の低いものでなければならない。複雑性は、実際の
体系においては非常に重要な課題である。書き込みが場合によってはオフライン
で実行されるのに対し、「監視」アプリケーションについてはオンラインで読み
込み可能であることは必須であり、この過程は、計算時間に関して最も不経済な
過程である。

【００１８】 透かし技術分野は、比較的近年の技術であるが、多数の文献にはすでに多くの
手法が提案されている。それらは、空間的なまたは画素式の透かし方式、変換ベ
ースまたは周波数ベースの方式、および、符号化ベースの透かし方式に分類され
る様々な透かし方式である。

【００１９】 他の手法は、オーディオの透かしに対しても研究されており、文章、または、
コンピュータで作り出された画像形式は、独自のアルゴリズムを提案する。他の
提案は、本課題のさらに全般的で系統的な論述を、特に、情報理論に関して提案
している。それらを記述する論文は、透かしメッセージに有効な周波数通過帯を
更に正確に量子化しようとしている。他の論文は、特定の、または、さらに一般
的な透かし技術に対する攻撃方法を明らかにしている。同時に、さらに強いシス
テムを創作することを目的として、例えば、ゲーム理論または暗号及びステガノ
グラフィの概念を使用して、これらの攻撃技術を定式化する技術が発表されてい
る。

【００２０】 空間透かし方式において、メッセージの書き込みは、一般的には、画素の輝度
を変更することによって、画像の面に直接実行される。

【００２１】 変換ベースの透かしの方式では、メッセージの書き込みは、画像、または、シ
ーケンスの変換によって実行される。使用される変換は、全般的にフーリエ変換
、余弦変換またはウェーブレットタイプの変換である。

【００２２】 最後に、符号化ベースの透かし方式において、当該透かしは、復号化時に得ら
れた複数の要素を直接変更して挿入される。これは、例えば、ＭＰＥＧ符号化の
運動ベクトル、ブロックでの符号化、または、フラクタル圧縮の符号化する「適
合ブロック」に関連する。「離散余弦変換」の省略として、余弦変換によるＤＣ
Ｔ符号化方法は、このカテゴリーの中にも含まれるであろう。

【００２３】 これらの大きなファミリーは、ブロック毎の符号化方式と画像符号化方式を含
む２つの下位ファミリーに分けることも可能である。例えば、ＤＣＴ形式のブロ
ック毎の符号化方式、または、画素符号化方式において、符号化ユニットは、１
つ以上のビットが挿入されるブロックである。画像符号化方式において、透かし
は、例えば、画像の全フーリエ変換を使用することによって、画面上で画像全体
に対して実行される。

【００２４】 空間方式は、最も古くて、最も単純である。これらの方法の長所は、それらに
よれば、フーリエ変換に基づく場合とは異なり、複雑な変換を必要とせずに透か
しの高速な書き込みが可能なことである。しかし、それらは、ＤＣＴ変換演算に
基づく圧縮技術に比較すれば耐性が低い。

【００２５】 特に、空間透かし方式の中で、ベンダー、グルウル、モリモトによって「パッ
チワーク」と呼ばれる、ＳＰＩＥ公報の９５年２月、Ｖｏｌ．２４２０、ｐ．４
０にて公表された「データ秘匿技術」という題名の論文に開示されたアルゴリズ
ムは、任意に選択された大きな値であるＮ個に関して「平均的」には同一な、パ
ワーの小さいノイズのように見える輝度の小さな変化に対しては、視覚は鈍感で
あるという測定結果に依拠するものである。

【００２６】 このアルゴリズムにおいて、書き込みは秘密のキーと画像での擬似ランダム的
に選択される、輝度ａ_ｉとｂ_ｉのそれぞれ各点の組Ａ_ｉとＢ_ｉを使用することに
よって行われる。選択された点の輝度は、ａ_ｉ’＝ａ_ｉ＋１及びｂ_ｉ’＝ｂ−１
の関係に従って変更される。当該点は、ランダムに選択され、差 ａ_ｉ−ｂ_ｉは
、Ｎが十分に大きいと概ねゼロになる。もう一方で、差 ａ_ｉ’−ｂ_ｉ’は、概
ね２と等しくなり、結果的に復号化が可能になる。

【００２７】 初期点を再び見つけ出すために、読み込みは、秘密のキーを用いて行われる。
総和Ｓの計算式

【数１】 は、Ｓ≒２Ｎであれば、画像に透かしが挿入されていると決定することができる
。

【００２８】 この方法によれば、画像に１ビットを挿入することだけが可能であるが、複数
のばらばらの点のセットを選択することによって、複数のビットに関する一般化
を行うことができる。その方法は、不可視性が高く、圧縮、雑音の付加のような
変換に対して良好な耐性を示す長所を有し、特に数字Ｎが大きい場合には効果が
大きい。それは、情報が分散しているために画像のチョッピングに対して良好な
耐性を有し、キーが知られてさえいなければ攻撃にも良好な耐性を示す。

【００２９】 もう一方で、幾何学的変換に対して耐性が低く、挿入されるべきビット数とメ
ッセージの耐性との間の妥協が必要になる欠点がある。

【００３０】 「振幅変調を使用したカラー画像のデジタル信号」と題する、クッター、ジョ
ーダン、ボッセンによる、ＳＰＩＥ ＥＩ ９７によって出版された論文に掲載
された色差の振幅変調を使用した別の方法は、目が比較的鈍感な色差信号の青色
成分を修正し、網膜は輝度そのものよりもコントラストに対して感度が高い事実
と輝度が高い場合には目の感度が落ちる事実に基づいて輝度信号を変調してマー
キング機能を持たせる方法である。ジグザグの走査を実行することによって画像
の大きさを無視する。読み取りは、線形予測によって実行される。この方法によ
ると、当該メッセージは、同じビットを複数回挿入することによって、耐性の高
い書き込みを行う。ジグザグに走査することで、画像の大きさを無視することと
、画像の下または左が切り取られても同期を無視することができる。この方法は
、攻撃に対する耐性も良好である。他方で、この方式は、パラメーター空間にお
いて極めて大がかりな調査を要するので、幾何学的な変換を実施する必要がある
場合の演算の複雑さは莫大である。

【００３１】 「デジタル透かし」と言うタイトルで、９７年１月のタリスマン計画報告書で
、著者ジャン フランソワ デレグルとブノワ マックによって記述された別の
空間透かしの方式は、寸法ｎ×ｎの画像ブロックごとに１ビットの挿入を可能に
するアルゴリズムを実現するものである。ブロックは画素ＡとＢの２つのグルー
プに分けられる。２つのグループの画素の値は、グループＡとＢの輝度の平均の
差が送信されるべきビットを表すように変更される。これらの変更は、良好な不
可視性を維持するように、ブロックの輝度の平均を変更することなく実行される
。マーキング力は、パラメータＩに依存する。この方法は、マーキング輝度レベ
ルＩ＝５に対して、５％の誤り率で７０％のＪＰＥＧ標準による符号化に対する
耐性を生じる。当該マーキングは、８＞Ｉという高すぎない程度のマーキングレ
ベルの場合には目に見えないが、所定のマーキングレベルにおいては、可視性と
耐性がブロックの大きさに依存する。しかし、この方法は、言い換えると、幾何
学的な変換と行削除または列削除形式の攻撃に対する耐性が低いという大きな欠
点がある。

【００３２】 特許出願ＤＥ１９５２１９６９で記述された１つのような、周波数変換を元と
した符号化方法は、２つの意味において魅力的である。１つには、変更の可能性
が極めて小さい画像要素に透かし情報を書き込むことによって圧縮に備えること
が可能となり、また、人間の目が最も知覚しにくい成分をマークに使用するよう
人の視覚特性を利用するからである。

【００３３】 圧縮技術は特に視覚特性に依存しているので、これらの２つの局面は理論的に
は相反するものである。

【００３４】 「複製保護のための耐性の高いラベルの画像挿入」と題した論文で、エックハ
ード コッチとジアン ザオによって公表された、最初の手法によれば、９５年
８月、オーストリア ウィーンの専門情報、知識及び新技術の知的財産権国際会
議論文集で、透かしメッセージの書き込みは、圧縮時に透かしが確実に残るよう
に、ＪＰＥＧまたはＭＰＥＧ処理に従って実行された画像圧縮に伴う量子化雑音
を予想することによってＤＣＴ離散余弦変換係数を変更する。この手法は、量子
化雑音がマーキング時に予期されるので、量子化雑音はもはやランダム雑音では
ないために、良好な圧縮耐性を得ることを可能にする。その耐性は、当然、マー
キング時に使用される量子化要素Ｑによって決まる。要素Ｑが高いほど、耐性が
向上するが、目に見えるようになる可能性がある。その方法は、透かしアルゴリ
ズムが、透かしアルゴリズムをＪＰＥＧやＭＰＥＧ符号化器に直接導入して、圧
縮時に実施されたＤＣＴ係数の計算を直接利用することができる点においても魅
力的である。しかし、画像のＤＣＴ係数のブロックが元の画像の係数ブロックと
一致しないとき、その方法の性能は顕著に劣化するが、例えば、画像が僅かにず
れているときに、量子化雑音はもはや予測不可能となり、この様なことが起こる
。

【００３５】 「マルチメディアの安全な拡散スペクトラムの透かし」というタイトルで９７年
１２月のＮｏ．１２、Ｖｏｌ．６ 画像処理に関するＩＥＥＥ 論文集で公表さ
れた論文において、インジマー コックス、ジョー キリアン、トムソン レイ
トン、タラル シャムーンによって発表された別の方法は、ＤＣＴ係数を計算し
た後に、画像のすべての周波数成分に透かしメッセージを挿入した「拡散帯域」
によって、周波数それぞれにおいて、メッセージのエネルギーを識別できなくし
て、他方、信号対雑音比を高くする手法である。周波数成分によるマーキング力
の重み付けを行うために、さらに可視基準を使用する。この方法の長所は、ＪＰ
ＥＧとＭＰＥＧ形式の圧縮に非常に良好な耐性を示し、これらの変換が周知であ
る以上、幾何学変換に非常に良好な耐性を提供することである。その方法は、複
数透かしの可能性を示唆する。その方法は、異なる透かしを有する文書に関して
平均化することによって意図的な攻撃に対する耐性を備え、また、透かしメッセ
ージを知らなければ、透かしを破壊するために、画像の視覚品質を低下させるほ
どに強い雑音をすべての周波数に付与する必要があるために、雑音を混入させる
攻撃に対しても耐性がある。。しかし、この方法は言い換えると、透かしを復元
するために元の画像が必要性であるという大きな欠点を有し、透かしは、変換さ
れた元の画像から変換された透かし付き画像を引き算することによって得られる
。

【００３６】 サンタバーバラでのＩＥＥＥ ＩＣＩＰ論文梗概集９７ Ｖｏｌ．１、ｐ５３
６−５３９で公表された「回転、測定度、転換の不変デジタル画像の透かし」と
題する、ジョセフ オルアナイド、チアリー プンによる論文にて記述された別
の方法は、画面上で実行される幾何学的変換を無視するために、回転、転換及び
測定度において、不変である空間を使用することを内容とするものである。これ
は、フーリエ−メリン変換の特性を利用することによって行われる。その方法は
、予め同期を行うことなく、幾何学変換に高い耐性を示す長所がある。しかし、
そのフーリエ−メリン変換の不変特性は、循環変換が、「クロッピング」によっ
て置き換えられた場合は、もう維持されない。さらに、対数−極平面座標で変換
を要求する計算は、相対的に複雑である。

【００３７】 ＩＣＩＰ ９６によって公表された「デジタル画像の位相透かし」というタイ
トルでジョセフ オルアナイド、Ｗ．ダウリング、Ｆ．ボランドによる論文に記
述された別の方法は、位相変調を用いて透かしメッセージを書き込むフーリエ変
換を使用する。その方法は、ＪＰＥＧとＭＰＥＧの圧縮過程に耐性を提供する長
所を有する。しかし、位相変化は振幅変調よりも見やすいという欠点を有する。

【００３８】 ９８年５月号Ｎｏ．４Ｖｏｌ．１６ 通信に選定された地域にてＩＥＥＥ論文
集で公表された「知覚モデルを使用したマルチ解像度画面ベースのビデオ透かし
」というタイトルでミッチェル スワンソン、ビン ジュ、アハメッド テゥフ
ィックによる論文で記述された別の方法は、明らかにビデオシーケンスの透かし
を目的としている。それは、知覚モデルを使用した時間の関数であるウェーブレ
ットに分解して得られた変換空間を使用する。その方法によれば、透かしメッセ
ージは、２つのキーを用いて作成し、１つは送信情報に対応するもので、もう１
つは、元のビデオシーケンスを用いて計算されものである。２番目のキーは、所
有者のメッセージを具備したシーケンスを再度透かしをして、その後、所有者の
透かしの所有権を請求して著作権侵害を防止するといわれている、周知の問題を
解決することを可能にする。この情報は、ＢＢＳ発生器を用いて暗号化される。
ビデオシーケンスは、その後、シーン別に分割されて、各シーンは、シーンの各
統計的な要素を低周波数にて生じさせて、シーンの動的要素を高周波数に生じさ
せるために、時間の関数であるウェーブレットに分解される。空間的知覚マスク
は、各ウェーブレット係数を計算し、それから各ウェーブレット係数は、周波数
マスクを設定し、このように決定されたマスクを用いて透かしの形の具現化を実
行し、時間関数としてのウェーブレットに適用するように、ＤＣＴ係数の計算に
よって分解される。受信側にて透かしメッセージを検波するために、挿入された
透かしメッセージと同様に、元のシーケンスも認識することが必要である。これ
は、復元したシーケンスに関して時間同期情報無しで実行することができる。そ
の方法は、ビデオシーケンスにて実行された変更に良好な耐性を示し、マスキン
グ基準の使用を通じて可視性によって適切な方法を設定でき、複数の周波数帯で
行われる情報の書き込みで高い余剰性を示す長所を有する。しかし、この方法の
短所は、透かしの読み込みのために元のシーケンスの使用を必要とすることと、
単一ビットの挿入のみを許可することである。

【００３９】 符号化の方法において、透かしは、例えば、ＭＰＥＧ標準、または、フラクタ
ル圧縮の「マッチングブロック」による符号化の運動ベクトルのような、符号化
時に得られた画像の一定の要素を変更することによって挿入される。これらの方
法によれば、復号化画像を直接処理することが可能であり、これは、書き込み、
及び、さらに高速の透かしの読み取りを可能にする。それらの方法は、符号化に
よって生じた歪をうまく考慮することも許可する。残念ながらこの上述の点は、
異なるパラメーターで再び復号化したときには当てはまらない可能性がある。

【００４０】 複製保護とＩＣＩＰ９６のマルチメディアサービスのアクセス制御の上で特別
なセッションの前もって印刷された「運動ベクトルを使用したビデオシーケンス
におけるデジタル信号の挿入」と題した、Ｔ．バイン、Ｆ．ジョーダンにより記
述された第１番目の方法は、ＭＰＥＧ符号化過程の運動ベクトルを変更すること
によって透かしメッセージを書き込むことを内容としたものである。復号化手続
きは、透かし情報を挿入するために、画像に１セットのブロックを選択し、各ブ
ロックについて前の画像に関する最適運動ベクトルを計算することによって開始
する。メッセージの書き込みは、運動ベクトルの成分の下位ビットを変更するこ
とによって実行される。透かしの可視性は、元の運動ベクトルと変更された運動
ベクトルを用いて得られたブロックの差異が十分近似していることを保証するこ
とによって低減することができる。この方法の長所は、ＭＰＥＧの送信の流れで
直接透かしを入れることが可能なことである。もう一方では、この方法は、使用
された運動推定量と再復号化に影響されやすい。

【００４１】 ９６年１０月号、Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ完全サービスネットワークのビデオ技術
とソフトウェア「デジタル信号を画像に挿入すべきフラクタル圧縮図の使用」と
題した論文に記述された著者、ジョーン ピュート、Ｆ．ジョーダンの第２番目
の符号化方法は、フラクタル符号化で使用されたパラメータを変更することによ
って透かしを書き込むことを内容としたものである。その方法の耐性は、符号化
を実行するために使用された画像のパーティションブロックの大きさによって決
定される。ブロックの大きさが大きくなるほど、この方法の耐性は増すが、獲得
した画像の品質は低下する。他方では、計算時間は、かなり大きい。

【００４２】 本発明の目的は、前述の短所を軽減することである。

【００４３】 したがって、本発明は、初期画像の原点座標を受信側で決定し、挿入されたメ
ッセージを読み込むことが可能なように、この原点に関して受信画像を登録でき
るように、２値行列Ｐを画像に周期的に挿入することによって相互透かしを実行
することを特徴とする、送信前に、画像のデータ特性を変更して画像にメッセー
ジを埋め込む静止またはビデオ画像処理と送信のための画像の透かしを挿入する
方法を目的とする。

【００４４】 本発明による方法は、同時に耐久性と信頼性と複雑性の低さを具備した透かし
の実行が可能となる長所を有する。

【００４５】 透かしの不可視性は、超高品質で専門的な視覚機器に対しても申し分のないも
のである。

【００４６】 前述従来技術の方法とは異なり、当該透かしは、透かしの入っていない元の画
像を必要とせずに、読み出し可能である。このことによって、当該方法を放送に
対して自動的に適用することが可能になる。

【００４７】 マーキングは、ＭＰＥＧとＪＰＥＧ圧縮に対して強い耐性がある。

【００４８】 相互透かし方法は、現在のビデオ符号化及び送信システムにおいて重要な要件
である、画像チョッピングに対して耐性がある。読み込みに関するこのアルゴリ
ズムの複雑性の低さは、例えば、ＥＰＦＬの空間アルゴリズムのような全面検索
による同調方法に対して明白な長所を有する。

【００４９】 最後に、このメッセージの品質に関する情報を与えることによって、メッセー
ジ読み出しの信頼性を確実にすることが可能である。結論待ち時間と同様に、最
終メッセージの誤り率は、各アプリケーションにおける制約を調整するためにパ
ラメーター化することができる。

【００５０】

【詳細な説明】

図１に示される本発明による画像送信の透かし過程は、透かしメッセージを画
像に挿入可能にする基礎透かしアルゴリズム１、空間的な画像がずれた時に、そ
れを空間的に再同調させる相互透かしアルゴリズム２、及び、基礎透かし４と相
互透かし５の読み込みから得られるデータに信頼性を与える後処理アルゴリズム
３の３つアルゴリズムを実施する。これらのアルゴリズムは、静止画像の処理に
も、ビデオ画像の透かしにも使用できる。

【００５１】 基礎透かしアルゴリズム１の機能は、画像の変換ブロックのＤＣＴ係数を変調
することである。この変換を実施する前に、画像がＮ×Ｎの大きさの隣接したブ
ロックに分解され、次に、各ブロックは、周知の関係を通じて得られたＮ×Ｎの
係数Ｆ（ｕ，ｖ）のブロックにて変換される。

【数２】

【００５２】 図２の例によって示されたように、Ｎ×Ｎ画素の画像の各ブロック４は、Ｎ×
ＮのＤＣＴ係数のブロック５の基となる。画像ブロックにおいて、各画素が当該
ブロックの原点に関する座標（ｘ，ｙ）によって参照しやすく配列されている。
同様に、ＤＣＴブロックの各係数は、当該ブロックの原点に関する座標（ｕ，ｖ
）によって参照しやすく配列されている。透かしメッセージの挿入は、図２と３
に表されているように、ＤＣＴブロックを構成する係数を変更することによって
実現される。当該ブロックとその係数は、各ブロックの変更すべき係数を決定す
るブロックアドレス発生器６を用いて、図４で表示すように、ランダムに選択さ
れる。挿入されるべき当該メッセージの各ビットｂ_ｉは、画像ブロックと関連づ
けられる。このビットは、このブロックの２つの係数ｃ_０とｃ_１を変更すること
によって挿入される。

【００５３】 これらの係数の選択はキーに依存する。それらは、一般的に、ＤＣＴ係数ブロ
ックの底部左角に位置する、画像の低周波数成分から選択される。安全性だけの
理由で、２つの係数値ｃ_０とｃ_１は、ランダム表示によって図３に示されたよう
に選択される。この選択は、各ビットｂ_ｉに対して、係数（ｕ_０ ｖ_０）及び（
ｕ_１ ｖ_１）を具備した２つのアドレスを選択するブロックアドレス６のランダ
ム発生器から図４で表されたように実施される。選択されたＤＣＴ係数の当該組
ｃ_０及びｃ_１のマップが記憶領域７に格納される。透かしの作成そのものは、図
５のフローチャート上で表された処理ステップ９から１９までに述べられた過程
によって、係数ｃ_０とｃ_１の値を変更することによって実行される。この過程に
よれば、ステップ９で計算された各組の係数ｃ_０、ｃ_１のＤＣＴ係数の絶対値は
、ステップ１０で特定の閾値Ｓと比較される。ステップ１０で実行された比較の
結果が閾値Ｓより小さくない場合、係数ブロックはステップ１１で拒絶されて、
その過程は、次のブロックの係数組の分析のためにステップ１４に進む。逆に、
ステップ１０で、比較結果が閾値Ｓより小さい場合、ビットｂ_ｉの挿入が、選択
されたＤＣＴ係数の組の値を変更することによって実行される。この変更は、関
数ｆが、｜ｃ’_１｜−｜ｃ’_０｜≧ｄの関係を満たすような、関数ｆを介して１
対１の方法で各組の係数（ｃ_０，ｃ_１）を新規の組（ｃ’_０，ｃ’_１）に変換す
る、ステップ１２から１７_ｂを実行することによって行われる。ステップ１２に
おいて、挿入されるべきビットｂ_ｉの値が０である場合、係数ｃ_１の絶対値は、
ステップ１３_ａで指定された成長値を係数ｃ’_０の絶対値に付加することによっ
て得られた絶対値｜ｃ’_１｜を取る。逆の場合、ステップ１２において、書き込
まれるべきビットｂ_ｉの値が１なら、他の係数ｃ_０の値が、ステップ１３_ｂで、
成長値ｄを係数ｃ’_１の絶対値に付加することによって得られた絶対値｜ｃ’_０ ｜と変更した値となる。係数ｃ’_０とｃ’_１の記号を決定するために、ステップ
１５_ａと１５_ｂでテストが実行される。テスト１５_ａと１５_ｂの結果が正である
場合、それぞれ係数ｃ’_０、ｃ’_１に与えられた記号は正である。さもなければ
、記号は、ステップ１６_ａ、１６_ｂ及び１７_ａ、１７_ｂで表されるように、負と
なる。

【００５４】 一定のビットｂ_ｉは、ステップ１０のテストが正である係数ｃ_０とｃ_１を導く
ので、使用できないという事実を補うために、アルゴリズムはすべての画像ブロ
ックに対して繰り返され、このために、例えば、フレーム当たりに５７６行と７
２０列を具備したテレビ画像標準に対して、６４８０ブロックが透かし挿入可能
である。

【００５５】 受信側において、図１のフローチャートのステップ５にて実行される透かしメ
ッセージの読み込みは、透かしメッセージの各ビットｂ_ｉに対応した係数の組ｃ _０ 、ｃ_１の復号化によって、図６のフローチャートのステップ１８から２２まで
で表されたように行われる。ステップ１８において、係数ｃ_０、ｃ_１の組の絶対
値の差の絶対値は、ビットｂ_ｉの挿入時に、送信に使用された閾値Ｓと比較され
る。比較の結果が正である場合、対応するビットｂ_ｉの値は、ステップ１９では
確定していないものとみなされ、その過程は、次に挿入されるビットｂ_ｉ＋１に
対応した係数ブロックの係数の組ｃ_０，ｃ_１の復号化に進む。他方、ステップ１
８で、テストの結果が負である場合、ビットｂ_ｉの値を決定することが可能とな
り、係数ｃ_０，ｃ_１の絶対値の差をゼロと比較するステップ２０に移り、ステッ
プ２０の比較結果が正であれば、ステップ２１において、ビットｂ_ｉが、「ゼロ
」と決定し、ステップ２０の比較結果が負であれば、ステップ２２において、ビ
ット値ｂ_ｉは「１」と決定する、。

【００５６】 図１に示すフローチャートのステップに示した相互透かしは、ステップ４を実
行することで、例えば、別の透かしの読み込みに同期させる目的で、受信者によ
って受信されて、チョップされるか移動されたときに、初期画像の原点座標を復
元を可能にする。

【００５７】 画像の原点座標を復元するために、この場合には、第１番目の解決法は、既に
述べたウイリアム ベンダー、ダニエル グルール、モリモト ノリシゲの周知
の「パッチワーク」アルゴリズムを用いることである。この場合、合計Ｓが最大
となるもののみ原点座標として維持しながら、あらゆる可能な変換、つまり、画
像の各点の輝度の差の合計を計算することで十分である。しかし、この読み込み
の過程は、複雑かつ時間がかかる。

【００５８】 本発明による相互透かし方法は、例えば、ＭＰＥＧ、ＪＰＥＧ符号化または記
録装置によってもたらされた処理の結果として、歪が起こる静止画像または動画
像の変換で直面した課題を能率的に解決し、この過程を明らかに単純化すること
ができる。原点の表示なしでは、メッセージを有する透かしを読み取ることは困
難または不可能である。

【００５９】 本発明によれば、相互透かし過程は、画像サイズｍ×ｍで、ゼロ平均でかつ、
自己相関関数が最小となる位置の原点からの距離が可能な限り小さい２値擬似乱
数行列Ｐを使用する。図７で示されたように、この行列は、ビットのｍシーケン
スを対称化することによって得られる。例において、生成多項式の方程式はｘ^４ ＋ｘ^３＋１であるが、原始多項式の他の形式が使用されてもよい。行列Ｐは、図
８で表されるように、行列の周期的な繰り返しによって、透かしが入れられるべ
き画像Ｉのサイズの画像Ｉ_pを作成するために使用される。画像Ｉで座標（ｉ，
ｊ）を具備した画素の輝度値Ｉ（ｉ，ｊ）は、以下の関係に従って、２値画像の
対応する画素の２値形式「＋１」または「−１」によって決まる正または負のマ
ーキング振幅ｄを画像Ｉに適用することによって変更される。 Ｉ_ｐ（ｉ，ｊ）＝１ ならば Ｉ’（ｉ，ｊ）＝Ｉ（ｉ，ｊ）＋ｄ （２） Ｉ_ｐ（ｉ，ｊ）＝−１ ならば Ｉ’（ｉ，ｊ）＝Ｉ（ｉ，ｊ）−ｄ （３）

【００６０】 （２）と（３）の関係を用いて、マーキング振幅は、マーキングの可視性を低
下させるように、画像に基づいて作成される。

【００６１】 受信側において、透かしを挿入された画像の読み込みは、図９に表わされたよ
うに、受信した透かし入りの画像Ｉ’からｍ×ｍサイズの画像行列Ｍを作成する
ことによって実行される。

【数３】 これは画像のＮ×Ｎサイズのブロック総和に一致する。

【００６２】 行列Ｍと元の２値行列Ｐとの間の相互相関の計算は、その後に、行列Ｍのすべ
ての可能な変換に関して実行される。この計算は、以下の関係に従って実行され
る。

【数４】

【００６３】 計算の結果として、原点と決めた座標ｘｏとｙｏは、数Ｓ（ｘｏ，ｙｏ）が最
大値となる座標である。

【００６４】 相互透かしアルゴリズムは、原点モジュロの座標の数ｍを復元することを可能
にする。当然のことながら、ｍ＝Ｎで元の画像のサイズになるとき、従来技術の
「パッチワーク」アルゴリズムの条件が適用される。

【００６５】 図１のフローチャートの後処理のステップ３を実行する目的は、超低速ビット
速度でのＭＰＥＧ送信のように、送信条件が整っていないときに、特に自動点検
アプリケーションによって、基礎透かしからのデータの信頼性を点検することで
ある。その使用されたアルゴリズムは、透かしの書き込み時に導かれた冗長性を
使用し、統計的基準を用いて、読み出しメッセージの品質と信頼性を評価する。
この冗長性は、画像間の冗長または一時的な冗長の形式を取る。画像間の冗長は
、静止画像及びビデオ画像の透かしの場合において用いられても良い。それは、
メッセージを書き込み時に、誤り訂正符号または繰返し訂正符号によるものであ
る。一時的な冗長は、各ビデオ画面上にて同じメッセージを繰り返すことによっ
て行われ、予め、メッセージ読み出しのビットの分布の概念を与えることによっ
て、メッセージ読み出しの品質を評価することを可能にする。例えば、単一ビッ
トを、画像内にて１０度繰り返して挿入されると仮定すると、この場合、メッセ
ージ読み出しに誤りがなければ、１１１１１１１１１１または００００００００
００が読み出される。もし、送信後に、メッセージ読み出しが、０００１０００
０００である場合、それは、少なくとも１つの誤りがあって、かなりの信頼性で
、ゼロビットが送信されていると想定できることを意味する。他方、メッセージ
読み出しが０１１１０１００１１の形式である場合、６ビットが１の状態にあっ
て、４ビットが０の状態であるから、１ビットが送信されていると決定すること
ができる。しかし、後者の場合には結果の信頼性は低く、決定を行わないのが慎
重な判断である。

【００６６】 このアルゴリズムの実施は、図１０のフローチャートにて説明されている。こ
のフローチャートで、Ｓ_０ｉは、０値が読まれた横列ｉのビットｂ_ｉの数であり
、Ｓ_１ｉは、値１を有するビットの数である。ステップ２３で、第１番目のテス
トが数Ｓ_０ｉ及びＳ_１ｉを比較するために実行される。その数Ｓ_０ｉが、Ｓ_１ｉ より小さい場合、ステップ２４において、数Ｓ_０ｉ回の送信誤りがあり、送信ビ
ットが、おそらく、値１を有していたと決定される。他方、逆の場合に、数Ｓ_{０ ｉ} が数Ｓ_１ｉより大きい場合、ステップ２５にて、Ｓ_１ｉ回の送信誤りがあり、
送信ビットｂ_ｉが、おそらく、０値を有していたと決定される。これらの結果を
もたらす信頼の大きさは、その後、ベルヌーイの２項確率則によってモデル化さ
れ、それらの２項式のテストによって、次のステップ２７にて規定される。テス
ト品質が明らかに十分である場合、ビットｂ_ｉはステップ２７で有効になり、逆
の場合では、ステップ２８にて却下される。ステップ２７と２８の完了時に、シ
ステムは、受信メッセージの次のビットｂ_ｉ＋１のテストに進む。

【図面の簡単な説明】 本発明の他の特徴及び長所は、添付図にある説明を用いて明らかとなる。

【図１】 本発明に従って画像透かしの送信を実行する処理過程の原理であ
る。

【図２】 本発明に従って実施されたＤＣＴ変換によって符号化することに
よる透かしの方法の説明である。

【図３】 本発明に従って実施されたＤＣＴ変換によって符号化することに
よる透かしの方法の説明である。

【図４】 本発明に従って実施された画面全体にわたってＤＣＴ透かし係数
を位置付けする手続きを説明したフローチャートである。

【図５】 本発明に従ってフローチャート形式で表された透かし手続きの各
図の過程である。

【図６】 本発明に従ってフローチャート形式で表された透かし手続きの各
図の過程である。

【図７】 本発明に従ったて相互透かし行列の取得である。

【図８】 本発明に従って相互透かしの書き込みの原理を説明したダイアグ
ラムである。

【図９】 本発明に従って相互透かしの読み込みの原理を説明したダイアグ
ラムである。

【図１０】 本発明に従ってフローチャート形式で実行された後処理の複数
の過程である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 シモン， キャトリーヌ フランス国 92210 サン−クルー， ブ ールヴァール ドゥ ラ レピュブリック 124 (72)発明者 ン’ギエン， フィリップ フランス国 92100 ブーローニュ ビヤ ンクール， アヴニュ ジー． ベー． クレモン 101 Ｆターム(参考） 5B057 CB19 CE08 CG07 DA07 5C063 AB07 AC01 AC02 AC10 CA11 CA29 DA02 DA07 DA13 5C076 AA14 BA06 5J104 AA14 NA15

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送信前に、画像のデータ特性を変更して画像にメッセージを
   埋め込む（１）静止またはビデオ画像の処理と送信のための透かし挿入方法であ
   って、受信側で初期画像の原点座標を決定し、挿入されたメッセージを読み込む
   ことが可能なようにこの原点に関して受信画像を登録できるように、２値行列Ｐ
   を画像に周期的に挿入することによって相互透かし（２）を実行することを特徴
   とする画像に透かし模様を挿入する方法。
2. 【請求項２】 相互透かし２値行列が、２値のｍシーケンスの対称性によっ
   て得られたｍ×ｍサイズの擬似乱数行列Ｐであることを特徴とする請求項１に記
   載の方法。
3. 【請求項３】 擬似乱数行列Ｐの周期的な繰り返しによって、透かしを入れ
   られた画像のサイズ画像Ｉ_ｐを作成して、各画素に対して、透かし行列の周期的
   な繰り返しによって得られた画像内で一致する画素の値次第でマーキングの振幅
   によって相互透かし行列の周期的な繰り返しによって得られた画像の座標に相応
   する画像の座標（ｉ，ｊ）を具備した画素の輝度値Ｉ（ｉ，ｊ）を変更すること
   を特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の方法。
4. 【請求項４】 受信側において初期画像の原点座標を決定するために、受信
   画像をブロックに分割し、ｍ×ｍサイズの行列Ｍを形成するブロックを合計し、
   行列Ｐに対して行列Ｍを連続的に移動させながら相互透かし２値行列Ｐと行列Ｍ
   との相互相関を求め、原点座標として相互相関積が最大である座標を取ることを
   特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 【請求項５】 ビデオ画像上に透かし（１）を設けるために、画像をＤＣＴ
   係数のブロックに変換し、画像の復元時に挿入されたメッセージが見えないよう
   適応マーキングを実行するためにＤＣＴ係数（９，．．２２）を変調し、冗長性
   を用いて劣化に対してメッセージを強化することを特徴とする請求項１ないし４
   のうちいずれか１つに記載の方法。
6. 【請求項６】 挿入されるべきメッセージの各ビットｂ_ｉにＤＣＴ係数ブロ
   ックのうち２つの係数を対応させ、挿入されるべきメッセージのビットの２値の
   関数として選択された２つの係数の値を変更（１０，．．．１７）することを特
   徴とする請求項５に記載の方法。
7. 【請求項７】 各ブロックから選ばれた係数の組の絶対値の差を所定の閾値
   Ｓと比較し（１０）、比較の結果が所定の閾値より小さい場合、透かしを実行す
   るために、挿入されるべきメッセージのビットの２値状態の関数として係数の内
   の１つの絶対値を変更（１３，．．．１７）することを特徴とする請求項６に記
   載の方法。
8. 【請求項８】 ビデオ画像の透かしを読み込むために、係数の組の絶対値の
   差の絶対値を固有の閾値Ｓと比較（１８）することによって挿入されたメッセー
   ジのビットに対応したＤＣＴ係数の組を復号化し、比較結果が閾値Ｓの値より小
   さいときには、対応する挿入されたビットの２値状態を決定するために、係数の
   組の絶対値の差をゼロ値と比較（２０）し、あるいは、比較の結果が閾値Ｓの値
   よりも大きければ挿入されたビットの２値状態は不定であると宣言する（１９）
   ことを特徴とする請求項５ないし７のうちいずれか１つに記載の方法。
9. 【請求項９】 画像のすべての点に関して、透かしを実行することを特徴と
   する請求項１ないし８のうちいずれか１つに記載の方法。
10. 【請求項１０】 挿入されたメッセージの冗長性を使用することによって挿
    入されたメッセージの品質と信頼性を評価するために、受信画像に対して後処理
    （３； ２３，．．．，２８）を実行することを特徴とする請求項１ないし９の
    いずれか１つに記載の方法。
11. 【請求項１１】 第１番目の状態に従って受信される回数及び第２番目の状
    態に従って受信される回数を透かしメッセージの各ビットに対して比較（２、３
    ）することによって、指定された回数の間に各ビデオ画像上で透かしメッセージ
    を繰り返し、このように得られた総和値をベルヌーイの２項確率則によって決定
    された所定の閾値と比較することを特徴とする請求項１０に記載の方法。