JP4199293B2 - 整数ウエーブレット拡散スペクトラムに基づく可逆データ隠蔽のためのシステム及び方法 - Google Patents
整数ウエーブレット拡散スペクトラムに基づく可逆データ隠蔽のためのシステム及び方法 Download PDFInfo
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Description
本明細書でこれまでに記載された及び/又は以下に記載される方法及び装置は標準的なデジタル回路、アナログ回路、ソフトウェア及び/又はファームウェアのプログラムを実行するために動作する任意の公知のプロセッサ、プログラム可能なデジタル機器又はシステム、プログラム可能なアレイ論理機器、又はこれらの任意の組み合わせのような任意の公知の技術を利用して実施されてもよいことに注意されたい。本発明の一つ以上の実施形態はまた、適切な記憶媒体で記憶するためのソフトウェア・プログラムとプロセッサ・ユニットによる実行で実施される。
ウエーブレット変換は画像処理における数多くの異なる作業に広く応用される。ウエーブレット変換係数は非相関性が高く、ウエーブレット変換は人間視覚システム(HVS)の特徴と矛盾しないため、ウエーブレット変換はまた画像データ隠蔽に広く応用される。高周波部分帯におけるウエーブレット変換係数のわずかな修正を示す痕跡を検出することは難しい。従って、本明細書で開示される一つ以上の実施形態において、データは高周波ウエーブレット係数に埋め込まれる。
可逆拡散スペクトラム・データ隠蔽方法の一実施形態をこの章で説明する。前章で説明された一レベル整数ウエーブレット変換を適用した後、次の3高周波部分帯、HL,LH,HHが好適に得られる。ほとんどの高周波ウエーブレット変換係数が小さく、0近傍の大きさであることが観測される。四つの頻繁に利用される画像の高周波係数の大きさの分布が図10に示され、この観測を述べている。以下に開示される方法は上記及び図10で示される、大きさが小さな係数の存在を利用する。
W’=W+A・S (1)
となり、W’は変更された係数、Aはシフト値、及びSは符号ファクタであり、Sは以下の式2で定義される。
Sign(W’)=Sign(W+A*S)=Sign(A*S)=Sign(S) (3)
このことは、W’の符号を調べることにより隠蔽ビットを抽出することができることを示している。すなわち、Sign(W’)が正である場合、ビット「1」が抽出され、Sign(W’)が負である場合、ビット「0」が抽出される。
W=W’−A・S (4)
好適な実施形態において、上記のデータ埋め込み方法が可逆になるために、以下の二条件を満たさなくてはならない。第一は、整数逆ウエーブレット変換を適用するときにオーバーフロー及び/又はアンダーフローが無いことである。この条件を次章で詳細に説明する。第二は、このアルゴリズムの最初に仮定したように、関係|W|<Aが真であることである。(値Aの変化に対するデータ埋め込み容量及びマーク付け画像の視覚品質への効果は本明細書において後に説明される。)
A及び|W|の相対的な値に関する上記仮定が満たされない場合、すなわち|W|≧Aなる状況に注目する。幸いなことに、この状況は|W|≧Aである各係数に擬ビットを埋め込むことにより制御可能である。
(b)W≦−Aである場合、S=−1とする。従って、「0」のビット値の擬ビットが係数Wに好適に埋め込まれる。従って、復号化するときに、W’が負であるのでW’から「0」の値のビットを好適に抽出する。続いて原Wが式(4)を利用して復元される。こうして係数Wの原値が得られる。更に、復号化装置は原係数Wの絶対値(大きさ)がシフト値Aと|W|≧Aの関係があることを判定する。このことが可逆データ隠蔽のための上記第二条件に違反するので、復号化装置は抽出された「0」ビットが擬ビットであることを好適には判断する。従って、復号化装置は安全にこのビットを廃棄することができ、復号化を継続する。
データがいくつかのIWT係数に埋め込まれた後の所定の画像に対して、オーバーフロー及び/又はアンダーフローが起こり得る。このことは、逆整数ウエーブレット変換が実行された後、マーク付け画像のいくつかの画素のグレースケール値が上限(上限は八ビットグレースケール画像で255である)及び/又は下限(下限は八ビットグレースケール画像で0である)を超えるかもしれないことを意味する。この状況において、切捨てが一般的に適用されて残ったグレースケール値を許容数値範囲に復元し、それによりデータ隠蔽の可逆性に違反することになる。このことは、あらゆる無損失データ隠蔽アルゴリズムに直面する目標課題である。
ヒストグラムを狭める手順を説明するために、図3〜4に示されるような原画像の大きさが6×6で8=23のグレースケール(6×6×3)である簡単な例を利用する。図3〜5より、修正されたヒストグラムの範囲は0〜7に代わって1〜6、すなわち0又は7いずれのグレースケール値の画素も存在しないことが分かる。修正後、グレースケール値1はグレースケール値2に結合される。グレースケール値0はグレースケール値1になる。同様にして、グレースケール値6はグレースケール値5に結合される。グレースケール値7はグレースケール値6になる。元及び修正後のヒストグラムは図2に示される。元及び修正後のヒストグラムのデータは図5に示される。図6は、記録され、画像に埋め込まれたヒストグラム修正を記載する記帳情報を説明する。
ほとんどの画像に対して、高周波部分帯のほとんどのIWT(CDF(2,2))係数の大きさは小さい。このことは、図10に示されるしばしば利用される画像の統計を見ることで検証される。図10は高周波IWT係数の割合が様々な範囲の係数の大きさに収まることを示す。こうして、例え小さな値のシフト値Aを使っても、ほとんどの高周波係数に一ビットを埋め込むことができる。
[1] ジェイ.エム.バートン、「デジタルデータ内に認証情報を埋め込むための方法及び装置」、米国特許第5,646,997号明細書、1997年。
[2] シー.ダブリュ.ホンジンガー、ピー.ジョーンズ、エム.ラバニ、及びジェイ.シー.ストッフェル、「埋め込みデータを含む原画像の無損失復元」、米国特許第6,278,791号明細書、2001年。
[3] ジェイ.フリードリッヒ、エム.ゴーリャン、及びアール.デュ、「可逆認証」、エスピーアイイー フォトニック ウエスト、マルチメディア・コンテンツの安全性及び透かし 三 議事録、第397巻197〜208頁、カリフォルニア州サン ホセ、2001年1月。
[4] エム.ゴーリャン、ジェイ.フリードリッヒ、及びアール.デュ、「歪みの無いデータ埋め込み」、第4回情報隠蔽会議の議事録、27〜41頁、ペンシルベニア州ピッツバーグ、2001年4月。
[5] ジェイ.ドミンゴ−フェリエール及びエフ.セッベ、「画像認証のための可逆拡散スペクトラム透かし及び確度が重要である透かし画像への多重アクセス」、情報技術の国際会議、符号化及び計算の議事録、152〜157頁、2002年4月。
[6] エム.セリック、ジー.シャーマ、エイ.エム.テカリップ、及びイー.セイバー、「可逆データ隠蔽」、画像処理に関する国際会議の議事録、第2巻、157〜160頁、ニューヨーク州ロチェスター、2002年9月。
[7] ジー.シュアン、ジェイ.ヂュー、ワイ.キュー.シー、ズィ.ニー及びダブリュ.スー、「整数ウエーブレット変換に基づく歪みの無いデータ隠蔽」、アイイーイー・エレクトロニクス・レター、2002年12月、1646〜1648頁。
[8] シー.ド ブレーショウワー、ジェイ.エフ.デライグル及びビー.マック、「メディア財産管理のための無損失透かしにおける全単射変換の円解釈」、アイイーイーイー トラン マルチメディア、第5巻、97〜105頁、2003年3月。
[9] ズィ.ニー、ワイ.キュー.シー、エヌ.アンサリ及びダブリュ.スー、「可逆データ隠蔽」、回路及びシステムに関するアイイーイーイーの国際シンポジウムの議事録、第2巻、912〜915頁、タイ国バンコク、2003年3月。
[10] ジェイ.ティアン、「差分展開を利用する可逆データ埋め込み」、映像技術のための回路及びシステムに関するアイイーイーイーの議事録、2003年8月、890〜896頁。
[11] ビー.ヤン、エム.ショムッカー、ダブリュ.フンク、シー.ブッシュ、及びエス.サン、「圧伸技術を利用する画像用の整数DCTに基づいた可逆透かし」、エスピーアイイーの議事録第5306巻、5306−41、2004年1月。
[12] ジー.シュアン、ワイ.キュー.シー、ズィ.シー.ニー、ジェイ.チェン、シー.ヤン、ワイ.ツェン、ジェイ.ツェン、「整数ウエーブレット変換に基づく大容量無損失データ隠蔽」、回路及びシステムに関するアイイーイーイー2004国際シンポジウムの議事録、第2巻、29〜32頁、2004年3月、カナダ国バンクーバー。
[13] ビー.スクラー、デジタル通信:基礎及び応用、ニュージャージー州イングルウッド クリフス:ピーティーアール・プレンティス・ホール、1988年。
[14] エイ.アール.カルダーバンク、アイ.ドーベッチイズ、ダブリュ.スウェルデンス、ビー.−エル.ヨ、「整数を整数に写像するウエーブレット変換」、応用及び計算調和解析、1998年7月、332〜369頁。
[15] ラバニ及びアール.ジョーシ、「ジェイペグ2000静止画像圧縮標準の概観」、信号処理:画像通信第17巻、2002年、2〜48頁。
Claims (26)
- 方法であって、
原画素を定義域とする画像に対して整数ウエーブレット変換(IWT)を行い原IWT係数の行列を得ること、
データ埋め込み用の複数の前記原IWT係数を選択すること、
正の値を有するシフト値を前記複数の原係数に対して設定すること、
前記複数の原係数の各々に対応する複数の符号ファクタを設定することであって、
前記シフト値以上の絶対値を有する各前記原係数に対して、前記符号ファクタの符号を前記原係数の符号に等しくなるように設定し、
前記シフト値未満の絶対値を有する各前記原係数に対して、各前記符号ファクタに対応する前記原係数に埋め込まれるべきビット値に基づいて各前記符号ファクタを+1又は−1のいずれかに設定すること、
各前記原係数に対して、マーク付け係数を設定することであって、前記マーク付け係数は前記原係数と前記原係数に対応する前記符号ファクタとに対応し、前記マーク付け係数は前記原係数の値にa)前記原係数に対応する前記符号ファクタとb)前記シフト値との積を加えた値に等しい値に設定される、マーク付け係数を設定すること、
を備える方法。 - 前記シフト値を設定することは、
前記シフト値の大きさをa)前記シフト値を利用して前記マーク付けから生じる前記画像の歪みのレベルとb)前記マーク付けを通じて前記画像に埋め込まれるべきデータの品質との関数として選択すること、
を備える、請求項1に記載の方法。 - 前記シフト値を設定することは、
前記複数の原係数の中の大きさの分布に基づいて前記シフト値を選択すること、
を備える請求項1に記載の方法。 - 各前記原係数に対応する前記符号ファクタを設定することは、前記符号ファクタの符号を設定することを備える、請求項1に記載の方法。
- 前記符号ファクタを設定することは、
前記符号ファクタに対応する前記原係数に埋め込むための候補のビット値が1及び0の一方である場合、各前記符号ファクタを+1に設定すること、
前記符号ファクタに対応する前記原係数に埋め込むための候補のビット値が1及び0の他方である場合、各前記符号ファクタを−1に設定すること、
の少なくとも一つを備える、請求項1に記載の方法。 - 各前記原係数の前記マーク付け係数を設定することは、
前記画像に透かし信号を埋め込むこと、
を備える、請求項1に記載の方法。 - 前記マーク付け係数を設定することは、
前記マーク付け係数に対応する前記原係数の大きさが前記シフト値の大きさよりも小さい場合、透かし信号の一部を形成する信号ビットを前記マーク付け係数に埋め込むこと、
前記マーク付け係数に対応する前記原係数の大きさが前記シフト値以上の場合、擬ビットを前記マーク付け係数に埋め込むこと、
の一つを備える、請求項1に記載の方法。 - 前記マーク付け係数を設定する前に前記画像の初期ヒストグラムを狭めること、
を更に備える、請求項1に記載の方法。 - 前記狭めることは、
特定の閾値より小さいグレースケール値の画素数を前記初期ヒストグラムの中央に再配置すること、
前記初期ヒストグラムの最大のグレースケール値から前記特定の閾値を引いた値以上のグレースケール値の画素数を前記初期ヒストグラムの中央に再配置すること、
を備える、請求項8に記載の方法。 - 前記ヒストグラムの前記狭めたことを記術するデータを記帳データとして記録することを更に備える、請求項8に記載の方法。
- 前記記帳情報を前記画像に埋め込むことを更に備える、請求項10に記載の方法。
- 前記選択することは、
IWT係数の前記行列の少なくとも一つの周波数部分帯内の前記IWT係数を選択すること、
を備える、請求項1に記載の方法。 - 前記少なくとも一つの周波数部分帯はHL部分帯、LH部分帯、及びHH部分帯から成るグループから選択される少なくとも一つの周波数部分帯を備える、請求項1に記載の方法。
- ソフトウェア・プログラムの命令に対して動作するプロセッサを含む装置であって、
原画素を定義域とする画像に対して整数ウエーブレット変換(IWT)を行い原IWT係数の行列を得ること、
データの埋め込み用の複数の前記原IWT係数を選択すること、
正の値を有するシフト値を前記複数の原係数に対して設定すること、
前記複数の各原係数に対応する複数の符号ファクタを設定することであって、
前記シフト値以上の絶対値を有する各前記原係数に対して、前記符号ファクタの符号を前記原係数の符号に等しくなるように設定し、
前記シフト値未満の絶対値を有する各前記原係数に対して、各前記符号ファクタに対応する前記原係数に埋め込まれるべきビット値に基づいて各前記符号ファクタを+1又は−1のいずれかに設定すること、
各前記原係数に対して、マーク付け係数を設定することであって、前記マーク付け係数は前記原係数と前記原係数に対応する前記符号ファクタとに対応し、前記マーク付け係数は前記原係数にa)前記原係数に対応する前記符号ファクタとb)前記シフト値との積を加えた値に等しくなるように設定される、マーク付け係数を設定すること、
を備える動作を前記ソフトウェア・プログラムが前記装置に実行させる装置。 - ソフトウェア・プログラムを含む記憶媒体であって、前記ソフトウェア・プログラムの命令でプロセッサを含む装置に、
原画素を定義域とする画像に対して整数ウエーブレット変換(IWT)を行い原IWT係数の行列を得ること、
データの埋め込み用の複数の前記原IWT係数を選択すること、
正の値を有するシフト値を前記複数の原係数に対して設定すること、
前記複数の原係数各々に対応する複数の符号ファクタを設定することであって、
前記シフト値以上の絶対値を有する各前記原係数に対して、前記符号ファクタの符号を前記原係数の符号に等しくなるように設定し、
前記シフト値未満の絶対値を有する各前記原係数に対して、各前記符号ファクタに対応する前記原係数に埋め込まれるべきビット値に基づいて各前記符号ファクタを+1又は−1のいずれかに設定すること、
各前記原係数に対して、マーク付け係数を設定することであって、前記マーク付け係数は前記原係数と前記原係数に対応する前記符号ファクタとに対応し、前記マーク付け係数は前記原係数にa)前記原係数に対応する前記符号ファクタとb)前記シフト値との積を加えた値に等しくなるように設定される、マーク付け係数を設定すること、
を含む動作を実行させるように動作可能なソフトウェア・プログラムを含む記憶媒体。 - マーク付けされた画素を定義域とする画像に対して整数ウエーブレット変換(IWT)を行いウエーブレット係数の行列を得ること、
埋め込まれた情報を含む前記行列から複数の前記係数を選択すること、
画像をマーク付けするために利用され、正の値を有するシフト値を前記複数の係数に対 して設定すること、
各前記選択された係数に対して、前記係数に埋め込まれたデータ・ビットを抽出することであって、
前記係数の符号ファクタを判定し、
各前記選択された係数に対して、前記係数から前記シフト値と前記判定された符合との積を引いた値の絶対値が、前記シフト値の大きさよりも小さい場合、前記判定された符号ファクタが+1又は−1であることに基づいてビット値を判定すること、
を含む、データ・ビットを抽出すること、
を備える方法。 - 前記選択された複数の係数はIWT係数の前記行列の少なくとも一つの周波数部分帯内にある係数を含む、請求項16に記載の方法。
- 前記選択された複数の係数はHL部分帯、LH部分帯、及びHH部分帯からなるグループから選択される少なくとも一つの周波数部分帯内に位置する係数を含む、請求項16に記載の方法。
- 前記選択された複数の係数は、
乱数発生装置の出力により示される係数を含み、前記乱数発生装置は符号化装置に利用されるシードを採用してデータを埋め込むための前記選択された複数の係数を識別する、請求項16に記載の方法。 - 前記抽出は、
各前記選択された係数に対して、前記係数の前記符号ファクタが正及び負の一方である場合、「1」のビット値を抽出すること、
前記係数の符号ファクタが正及び負の他方である場合、「0」のビット値を抽出すること、
の少なくとも一つを備える、請求項16に記載の方法。 - 前記抽出することは、
各前記選択された係数に対して、前記係数から前記シフト値と前記判定された符合との積を引いた値の絶対値が、前記シフト値の大きさ以上の場合、前記データ・ビットから排除されるべき擬ビットを抽出すること、
を備える、請求項16に記載の方法。 - 各前記選択された係数に対して、前記係数にデータを埋め込む前に存在した係数値を復元し、前記埋め込みの前の前記画像の状態を復元すること、
を更に備える、請求項16に記載の方法。 - 前記画像の初期ヒストグラムは前記埋め込みの前に狭められ、且つ記帳データは前記狭めることを記述して保存され、方法は更に、
前記保存された記帳データを利用して前記画像の前記初期ヒストグラムを復元すること、
を備える、請求項22に記載の方法。 - ウエーブレット係数の前記行列から前記記帳データを抽出すること、
を更に備える、請求項23に記載の方法。 - ソフトウェア・プログラムの命令で動作するプロセッサを含む装置であって、
マーク付け画像を定義域とする画像に対して整数ウエーブレット変換(IWT)を行いウエーブレット係数の行列を得ること、
埋め込み情報を含む前記行列から複数の前記係数を選択すること、
画像をマーク付けするために利用され、正の値を有するシフト値を前記複数の係数に対して設定すること、
各前記選択された係数に対して、前記係数に埋め込まれたデータ・ビットを抽出することであって、
前記係数の符号ファクタを判定し、
各前記選択された係数に対して、前記係数から前記シフト値と前記判定された符合と の積を引いた値の絶対値が、前記シフト値の大きさよりも小さい場合、前記判定された符号ファクタが+1又は−1であることに基づいてビット値を判定すること、
を含む、データ・ビットを抽出すること、
を備える動作を前記ソフトウェア・プログラムが前記装置に実行させる装置。 - ソフトウェア・プログラムを含む記憶媒体であって、前記ソフトウェア・プログラムの命令でプロセッサを含む装置に、
マーク付け画素を定義域とする画像に対して整数ウエーブレット変換(IWT)を行いウエーブレット係数の行列を得ること、
埋め込み情報を含む前記行列から複数の前記係数を選択すること、
画像をマーク付けするために利用され、正の値を有するシフト値を前記複数の係数に対して設定すること、
各前記選択された係数に対して、前記係数に埋め込まれたデータ・ビットを抽出することであって、
前記係数の符号ファクタを判定し、
各前記選択された係数に対して、前記係数から前記シフト値と前記判定された符合との積を引いた値の絶対値が、前記シフト値の大きさよりも小さい場合、前記判定された符号ファクタが+1又は−1であることに基づいてビット値を判定すること、
を含む、データ・ビットを抽出すること、
を備える動作を実行させるように動作可能なソフトウェア・プログラムを備える記憶媒体。
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