JP3829770B2

JP3829770B2 - 電子透かし情報埋め込み装置及び埋め込み方法

Info

Publication number: JP3829770B2
Application number: JP2002210474A
Authority: JP
Inventors: 勝義西谷; 隆幸菅原
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2002-07-19
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2006-10-04
Anticipated expiration: 2022-07-19
Also published as: JP2004056414A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子透かし情報埋め込み装置及び埋め込み方法に係り、特に著作権の所有権を証明し、著作権侵害を識別し、隠されたメッセージを送信するために、画像、音声、マルチメディアデータに電子透かし（ウォーターマーク）情報を埋め込む電子透かし情報埋め込み装置及び埋め込み方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子透かし信号は画像や音声のマルチメディアデータに何らかの情報を埋め込み、隠し持たせる技術である。埋め込む方式は様々なものがある。従来より知られている電子透かし情報埋め込み方法として、例えば、情報をＭＰＥＧ方式により圧縮符号化された符号、特にＤＣＴ係数や、動きベクトル、量子化特性の変更に基づく情報埋め込み手法が提案されている（小川宏他２名、"DCTを用いたデジタル動画像における著作権情報埋め込み方法"、SCIS'97-31G）。
【０００３】
また、他の従来の電子透かし情報埋め込み方法として、直接拡散方式に従い、PN系列で画像信号を拡散し、画像に署名情報を合成する方法も知られている（大西淳児他２名、"PN系列による画像への透かし署名法"、SCIS'97_26B）。この従来方法では、署名を含んだ画像信号を逆拡散すると、署名情報は画像信号全体に拡散し、拡散された信号は非常に弱く、画像信号に対して大きなノイズとはならず、署名情報を含んだ画像信号は見かけ上は原画像と同じである。署名情報を確認するには、拡散符号で画像信号を拡散することにより、署名情報の信号を検出する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記の従来の電子透かし情報埋め込み方法では、透かし情報を画像に埋め込んで送る場合、画像の変換処理に時間、コストがかかるという問題がある。また、ＤＣＴ等の直交変換を用いて算出された変換係数に対して、透かし情報を埋め込むと、簡単な低域フィルタでも透かし情報が欠損する可能性があるという問題もある。
【０００５】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、簡単に電子透かし情報を画像に埋め込み得る電子透かし情報埋め込み装置及び埋め込み方法を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明の他の目的は、フィルタに対して耐性の強い電子透かし情報の記録再生を行い得る電子透かし情報埋め込み装置及び埋め込み方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の電子透かし情報埋め込み装置は、入力された画像信号中の電子透かし情報を埋め込む特定領域を指定する領域指定手段と、電子透かし情報を暗号化して暗号情報として出力する暗号発生手段と、入力された画像信号中の特定領域内の第１の領域の全画素の輝度値又は色差値の平均値と特定領域内の第１の領域以外の第２の領域の各画素の輝度値又は色差値とを大小比較して、第２の領域の全画素のうち、輝度値又は色差値が平均値よりも大きい画素数を示す第１のカウンタ値と、輝度値又は色差値が平均値よりも小さい画素数を示す第２のカウンタ値を求め、その第１及び第２のカウンタ値の大小関係を、暗号発生手段からの暗号情報の第１の値又は第２の値に応じて予め設定した関係とするように、第１の領域と第２の領域の各画素の輝度値又は色差値を相反する方向に変換し、電子透かし情報が埋め込まれた画像信号として出力する混入手段とを有する構成としたものである。
【０００８】
この発明では、電子透かし情報を暗号化した暗号情報に応じて、入力画像信号中の特定領域の第１の領域と第２の領域の各画素の輝度値又は色差値を相反する方向に変換し、電子透かし情報が埋め込まれた画像信号として出力するようにしたため、第１及び第２の領域として隣接する画像ラインを指定することにより、隣接する画像ライン間の相関性が非常に高いという性質を利用した電子透かし情報の埋め込みができる。
【０００９】
ここで、上記の混入手段は、入力された画像信号中の特定領域内の第１の領域の画素の輝度値又は色差値の平均値を算出する平均値算出手段と、平均値と特定領域内の第１の領域以外の第２の領域の各画素とを大小比較し、第２の領域の全画素のうち、輝度値又は色差値が平均値よりも大きい画素数を示す第１のカウンタ値と、輝度値又は色差値が平均値よりも小さい画素数を示す第２のカウンタ値とを算出するカウンタ値算出手段と、第１及び第２のカウンタ値を大小比較するカウンタ値比較手段と、暗号発生手段からの暗号情報の値が第１の値のときには、カウンタ値比較手段により第１のカウンタ値が第２のカウンタ値よりも大なる比較結果が得られ、暗号発生手段からの暗号情報の値が第２の値のときには、カウンタ値比較手段により第１のカウンタ値が第２のカウンタ値よりも小なる比較結果が得られるように、第１の領域と第２の領域の全画素の輝度値又は色差値を相反する方向に変換する変換手段とよりなり、変換手段により第１の領域と第２の領域の各画素の輝度値又は色差値が暗号情報の値に応じて変換された信号を、電子透かし情報が埋め込まれた画像信号として出力することを特徴とする。
【００１０】
また、上記の目的を達成するため、本発明の埋め込み方法は、入力された画像信号中の電子透かし情報を埋め込む特定領域を指定する第１のステップと、電子透かし情報を暗号化して暗号情報として出力する第２のステップと、入力された画像信号中の特定領域内の第１の領域の全画素の輝度値又は色差値の平均値と特定領域内の第１の領域以外の第２の領域の各画素の輝度値又は色差値とを大小比較して、第２の領域の全画素のうち、輝度値又は色差値が平均値よりも大きい画素数を示す第１のカウンタ値と、輝度値又は色差値が平均値よりも小さい画素数を示す第２のカウンタ値を求める第３のステップと、第１及び第２のカウンタ値の大小関係を、暗号情報の第１の値又は第２の値に応じて予め設定した関係とするように、第１の領域と第２の領域の各画素の輝度値又は色差値を相反する方向に変換し、電子透かし情報が埋め込まれた画像信号として出力する第４のステップとを含むことを特徴とする。
【００１１】
この発明では、電子透かし情報を暗号化した暗号情報に応じて、入力画像信号中の特定領域の第１の領域と第２の領域の各画素の輝度値又は色差値を相反する方向に変換し、電子透かし情報が埋め込まれた画像信号として出力するようにしたため、第１及び第２の領域として隣接する画像ラインを指定することにより、隣接する画像ライン間の相関性が非常に高いという性質を利用した電子透かし情報の埋め込みができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。図１は本発明になる電子透かし記録再生装置の記録部の一実施の形態のブロック図を示す。同図において、画像信号は領域指定器１に供給され、ここで電子透かし情報を埋め込まれる領域が決定される。
【００１３】
一方、暗号発生器２では、画像信号に埋め込まれる電子透かし情報を暗号化する。暗号化の間単な一例としては、ＡＳＣＩＩ文字を送る場合、文字は１バイト（８ビット）で表されるので、８個のビットを１ビットずつ順に送るものとすればよいし、また、後述する図２の電子透かし情報再生部の暗号復号器６との整合性がとれれば、ハフマンテーブルのようなテーブルを用いて符号化したものを１ビットずつ送ってもよい。
【００１４】
暗号混入器３は、領域指定器１により指定された画像信号の特定領域に、暗号発生器２から送出される暗号情報に基づいて、画像信号の輝度値を変換する。ここでは、図３に点線で示した、画像信号の上端２ラインの領域１０を特定領域とし（図３中、白丸が奇数ラインの画素、黒丸が偶数ラインの画素を示す）、画像信号の１ライン当りの有効画素数をＮ画素とする。
【００１５】
特定領域１０の奇数ラインと偶数ラインにおいて、まず、偶数ラインの画像信号の輝度値の平均値Ｐ_ＡＶＥ（ＥＶＥＮ）を次式により算出する。
【００１６】
【数１】

ただし、（１）式中、Ｐi（ＥＶＥＮ）は、特定領域１０の偶数ラインの画像信号の輝度値を示す。
【００１７】
次に算出された偶数ラインの画像信号の輝度値の平均値Ｐ_ＡＶＥ（ＥＶＥＮ）と、特定領域１０の奇数ラインの画像信号の輝度値Ｐi（ＯＤＤ）とを比較し、次式の不等式
Ｐi（ＯＤＤ）−Ｐ_ＡＶＥ（ＥＶＥＮ）＞０（i=1,2,..,N）（２）
が成立するときには、正のカウンタＣＮＴposiを１インクリメントし、逆に
Ｐi（ＯＤＤ）−Ｐ_ＡＶＥ（ＥＶＥＮ）＜０（i=1,2,..,N）（３）
が成立するときには、負のカウンタＣＮＴnegaを１インクリメントする。この比較を特定領域内の奇数ラインのすべての画素の輝度値に対して行う。
【００１８】
ここで、予め電子透かし情報記録部と、電子透かし情報再生部での暗号情報の意味付けを設定しており、ここでは埋め込む暗号情報のビットが”１”である場合、
ＣＮＴposi＞ＣＮＴnega （４）
となり、埋め込む暗号情報のビットが”０”である場合は、
ＣＮＴposi＜ＣＮＴnega （５）
となるように、奇数ラインの画像信号の輝度値及び偶数ラインの画像信号の輝度値を、奇数ラインの画像信号の輝度値を修正する方向とは相反する方向に修正する。
【００１９】
（４）式を満足するためには（暗号情報のビット”１”を埋め込むためには）、奇数ラインの画像信号の輝度値に対して、すべて１ずつ輝度レベルを上げ、再度偶数ラインの画像信号の輝度値の平均値Ｐ_ＡＶＥ（ＥＶＥＮ）と比較を行い、もし（４）式を満足すれば、処理を終了する。しかし、依然として（４）式を満足しない場合は、再度奇数ラインの画像信号の輝度値に対して、すべて１ずつ輝度レベルを上げ、再び偶数ラインの画像信号の輝度値の平均値Ｐ_ＡＶＥ（ＥＶＥＮ）と比較を行うことを、（４）式を満足するようになるまで繰り返す。
【００２０】
このとき、輝度値のレベルが２以上上がる画素においては、インクリメントする動作の偶数番目は、偶数ライン側の画像信号の輝度値を、奇数ライン側の画像信号の輝度値を修正する方向とは相反する方向に修正することで、相対的に、偶数ラインの画像信号の輝度値から見て奇数ラインの画像信号の輝度値を２回インクリメントしたと同等になるような処理を施す。
【００２１】
同様にして、暗号情報のビット”０”を埋め込む場合、奇数ラインの画像信号の輝度値に対して、すべて１ずつ輝度レベルを下げる修正を行ってから、再度偶数ラインの画像信号の輝度値の平均値Ｐ_ＡＶＥ（ＥＶＥＮ）と比較を行うことを、（５）式を満足するまで繰り返す。
【００２２】
このとき、輝度値のレベルが２以上下がる画素においては、デクリメントする動作の偶数番目は、偶数ライン側の画像信号の輝度値を、奇数ライン側の画像信号の輝度値を修正する方向とは相反する方向に修正することで、相対的に、偶数ラインの画像信号の輝度値から見て奇数ラインの画像信号の輝度値を２回デクリメントしたと同等になるような処理を施す。
【００２３】
以上の手法では、隣接する画像ライン間の相関が非常に高いことから、輝度レベルの修正も比較的小さな値で済むため、視覚特性上の画質劣化も認知しにくいレベルに抑えられ、簡単に暗号情報の埋め込みが実現できる。こうして、暗号情報のビットに基づいて、特定領域の奇数ラインの各画素の輝度値を修正された画像信号が、電子透かし埋め込み画像信号として暗号混入器３から出力され、図示しない公知の記録手段により記録媒体に記録される。
【００２４】
ここで、片側の特定領域の画素値だけを修正する場合は、図４で表される。すなわち、図４は奇数ラインのみの各画素の輝度値を修正されると仮定した場合の様子を示しており、偶数ラインのデータを点線ですべて基準の値として仮定し、奇数ラインのデータのみを例えば＋２、若しくは−２する例を示す。この図４における画素修正値とは、特定の１画素の輝度値の場合もあるし、ラインの輝度平均値の場合もあり得ることを概念的に示す。
【００２５】
これに対し、本発明では特定領域の片側のラインの輝度値だけを修正するのではなく、図５に示すように、特定領域の奇数ラインと偶数ラインの両方の輝度値を相反する方向へ修正する。すなわち、偶数ラインと奇数ラインの輝度値差を相対的に見れば図４と同じであるが、双方のラインを修正することで奇数及び偶数のうちの片側のライン（図４では奇数ライン）だけを修正するときに、変化させる値の半分の値で済ませることも可能となる。
【００２６】
この奇数ラインと偶数ラインの輝度値を相反する方向へ修正するという方法は、片側のラインだけ使用すると仮定した場合の輝度値の変化量を、少なくとも２以上変化させるときに使用する。すなわち、図４のような奇数ラインのみの各画素の輝度値を修正する場合に比較して、奇数ラインと偶数ラインの各画素の輝度値を相反する方向へ修正する場合は、図５に示すようになる。
【００２７】
図５では、偶数ラインのデータと奇数ラインのデータの相対的な差を同じにして、その差の中央を点線で基準の値として仮定し、奇数ラインのデータを例えば＋１、若しくは−１し、偶数ラインのデータを相反する方向に、例えば−１、若しくは＋１する例を示したものである。この図５における画素修正値とは、特定の１画素の輝度値の場合もあるし、ラインの輝度平均値の場合もあることを概念的に示す。
【００２８】
次に、再生部の構成及び動作について説明する。図２は電子透かし記録再生装置の再生部の一実施の形態のブロック図を示す。同図において、記録媒体から公知の再生手段により再生された電子透かし埋め込み画像信号は、領域指定器４に入力され、ここで電子透かし情報記録部の領域指定器１と整合性のとれる透かし情報が混入された領域を指定する。
【００２９】
暗号抽出器５は、領域指定器４で指定された領域の画像データに対して、前記の暗号混入器３と同様の手順を行って暗号を抽出する。すなわち、まず、領域指定器４で指定された特定領域の画像信号の偶数ラインの輝度値の平均値を算出する。次に、この偶数ラインの画像信号の輝度値の平均値と特定領域の奇数ラインの画像信号の輝度値とを比較し、偶数ラインの画像信号の輝度値の平均値の方が大きい場合はカウンタＣｎｔ（ＥＶＥＮ）を１インクリメントし、偶数ラインの画像信号の輝度値の平均値の方が小さい場合はカウンタＣｎｔ（ＯＤＤ）を１インクリメントする。
【００３０】
こうして、特定領域の奇数ラインのすべての画素の輝度値と偶数ラインの画像信号の輝度値の平均値を比較し、その比較によりＣｎｔ（ＯＤＤ）＞Ｃｎｔ（ＥＶＥＮ）の場合は、暗号として”１”を得、逆にＣｎｔ（ＯＤＤ）＜Ｃｎｔ（ＥＶＥＮ）の場合は、暗号として”０”を得る。こうして得られた暗号情報は、暗号復号器６に入力され、復号化されて元の透かし情報を得る。この実施の形態では、特定領域が隣接する画像ラインであるので、水平方向のフィルタ等による帯域制限手段に対して、耐性の強い電子透かし情報の記録、再生ができる。
【００３１】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、例えば、上記の実施の形態では、電子透かし情報が埋め込まれた画像信号、すなわち、透かし埋め込み画像を記録媒体に記録し、再生するように説明したが、上記の透かし埋め込み画像をインターネットや有線回線あるいは無線回線などを介して配信し、配信された透かし埋め込み画像を受信して透かし情報を再生するようにしてもよい。
【００３２】
また、上記の実施の形態では、暗号混入器３及び暗号抽出器５において、奇数ラインの画像信号の輝度値を修正するように説明したが、偶数ラインの画像信号の輝度値を修正するようにしても構わない。
【００３３】
また、透かし情報を混入する画像信号の特定領域を連続する２ラインとしたが、領域指定器１及び領域指定器４において、整合性がとれていれば、任意の矩形領域や特殊な形状の領域を指定しても構わない。この場合、領域内の奇数ラインと偶数ラインをペアとして、上記と同様の暗号混入、抽出処理を行うことにより、１ビット以上の暗号を送ることが可能となるし、また、領域内の任意の１ラインの輝度の平均値と残りのラインの輝度値との比較とを行うことで暗号混入、抽出が可能になる。
【００３４】
更に、領域指定器１及び領域指定器４において、整合性がとれていれば、透かし情報を混入する画像信号の特定領域を画像内部に複数設けても構わない。更にまた、暗号発生器２における暗号化方式についても、暗号復号器６との整合性がとれていれば、どのような暗号化方式を用いても構わない。また、輝度値の修正の代わりに、特定領域内の任意領域の画素の色差値の平均値と、その任意領域以外の画素の色差値の大小を比較し、その比較結果に応じて電子透かし情報の埋め込みを行うようにしてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電子透かし情報を暗号化した暗号情報に応じて、入力画像信号中の特定領域内の第１の領域と第２の領域の各画素の輝度値又は色差値を、互いに相反する方向へ変換し、電子透かし情報が埋め込まれた画像信号として出力するようにしたため、元の入力画像信号の変化させる値を、第１の領域及び第２の領域のどちらか一方の各画素の輝度値又は色差値を変換する場合に比べて、約半分の値で済ませることも可能となり、入力画像信号からの画素当たりの変化量を少なくでき、よって、高画質な画像伝送を確保しつつ電子透かし情報を埋め込むことができる。
【００３６】
また、本発明によれば、特定領域として隣接する画像ラインを指定することにより、隣接する画像ライン間の相関性が非常に高いという性質を利用した電子透かし情報の埋め込みができるため、暗号情報の値に応じた特定領域の輝度値又は色差値の修正が比較的小さな値で済み、視覚特性上の画質劣化が認知しにくくでき、また、簡単に電子透かし情報を埋め込むことができる。
【００３７】
また、本発明によれば、特に特定領域を画像ラインとした場合、水平方向のフィルタ等による帯域制限手段に対して、耐性の強い電子透かし情報埋め込みや再生ができる。
【００３８】
更に、本発明によれば、電子透かし情報を埋め込んだ画像と入力画像との差分をとるなどの攻撃にあった場合にも、画像全体に差分がでてくるので、アルゴリズムを解析しにくくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の記録部の一実施の形態のブロック図である。
【図２】本発明装置により埋め込まれた電子透かし情報の再生部の一例のブロック図である。
【図３】本発明により暗号を混入する特定領域の一例を示す図である。
【図４】特定領域内の奇数ラインの画素値を電子透かし情報に応じて修正することを説明する図である。
【図５】本発明により、特定領域内の奇数ラインと偶数ラインの各画素値を、電子透かし情報に応じて相反する方向に修正することを説明する図である。
【符号の説明】
１、４領域指定器
２暗号発生器
３暗号混入器
５暗号抽出器
６暗号復号器
１０特定領域

Claims

入力された画像信号中の電子透かし情報を埋め込む特定領域を指定する領域指定手段と、
前記電子透かし情報を暗号化して暗号情報として出力する暗号発生手段と、
前記入力された画像信号中の前記特定領域内の第１の領域の全画素の輝度値又は色差値の平均値と前記特定領域内の前記第１の領域以外の第２の領域の各画素の輝度値又は色差値とを大小比較して、前記第２の領域の全画素のうち、輝度値又は色差値が前記平均値よりも大きい画素数を示す第１のカウンタ値と、前記輝度値又は色差値が前記平均値よりも小さい画素数を示す第２のカウンタ値を求め、その第１及び第２のカウンタ値の大小関係を、前記暗号発生手段からの前記暗号情報の第１の値又は第２の値に応じて予め設定した関係とするように、前記第１の領域と前記第２の領域の各画素の輝度値又は色差値を相反する方向へ変換し、電子透かし情報が埋め込まれた画像信号として出力する混入手段と
を有することを特徴とする電子透かし情報埋め込み装置。
前記混入手段は、前記入力された画像信号中の前記特定領域内の第１の領域の画素の輝度値又は色差値の平均値を算出する平均値算出手段と、前記平均値と前記特定領域内の前記第１の領域以外の第２の領域の各画素とを大小比較し、前記第２の領域の全画素のうち、輝度値又は色差値が前記平均値よりも大きい画素数を示す第１のカウンタ値と、前記輝度値又は色差値が前記平均値よりも小さい画素数を示す第２のカウンタ値とを算出するカウンタ値算出手段と、前記第１及び第２のカウンタ値を大小比較するカウンタ値比較手段と、前記暗号発生手段からの前記暗号情報の値が第１の値のときには、前記カウンタ値比較手段により前記第１のカウンタ値が前記第２のカウンタ値よりも大なる比較結果が得られ、前記暗号発生手段からの前記暗号情報の値が第２の値のときには、前記カウンタ値比較手段により前記第１のカウンタ値が前記第２のカウンタ値よりも小なる比較結果が得られるように、前記第１の領域と前記第２の領域の全画素の輝度値又は色差値とを相反する方向に変換する変換手段とよりなり、前記変換手段により前記第１の領域と前記第２の領域の各画素の輝度値又は色差値が前記暗号情報の値に応じて変換された信号を、前記電子透かし情報が埋め込まれた画像信号として出力することを特徴とする請求項１記載の電子透かし情報埋め込み装置。
入力された画像信号中の電子透かし情報を埋め込む特定領域を指定する第１のステップと、
前記電子透かし情報を暗号化して暗号情報として出力する第２のステップと、
前記入力された画像信号中の前記特定領域内の第１の領域の全画素の輝度値又は色差値の平均値と前記特定領域内の前記第１の領域以外の第２の領域の各画素の輝度値又は色差値とを大小比較して、前記第２の領域の全画素のうち、輝度値又は色差値が前記平均値よりも大きい画素数を示す第１のカウンタ値と、前記輝度値又は色差値が前記平均値よりも小さい画素数を示す第２のカウンタ値を求める第３のステップと、
前記第１及び第２のカウンタ値の大小関係を、前記暗号情報の第１の値又は第２の値に応じて予め設定した関係とするように、前記第１の領域と前記第２の領域の各画素の輝度値又は色差値を相反する方向に変換し、電子透かし情報が埋め込まれた画像信号として出力する第４のステップと
を含むことを特徴とする電子透かし情報埋め込み方法。
前記第３のステップは、前記入力された画像信号中の前記特定領域内の第１の領域の画素の輝度値又は色差値の平均値を算出する第５のステップと、前記平均値と前記特定領域内の前記第１の領域以外の第２の領域の各画素とを大小比較し、前記第２の領域の全画素のうち、輝度値又は色差値が前記平均値よりも大きい画素数を示す第１のカウンタ値と、前記輝度値又は色差値が前記平均値よりも小さい画素数を示す第２のカウンタ値とを算出する第６のステップとよりなり、前記第４のステップは、前記第１及び第２のカウンタ値を大小比較する第７のステップと、前記暗号情報の値が第１の値のときには、前記第１のカウンタ値が前記第２のカウンタ値よりも大なる比較結果が得られ、前記暗号情報の値が第２の値のときには、前記第１のカウンタ値が前記第２のカウンタ値よりも小なる比較結果が得られるように、前記第１の領域と前記第２の領域の全画素の輝度値又は色差値を相反する方向に変換する第８のステップとよりなることを特徴とする請求項３記載の電子透かし情報埋め込み方法。