JP4411791B2 - 電子透かし埋め込み処理装置及び方法、電子透かし検出処理装置及び方法、並びに記憶媒体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像などのコンテンツ中にほとんど知覚できない形で付加的な情報を埋め込むための電子透かし埋め込み処理装置及び方法、並びに電子透かし検出処理装置及び方法に係り、特に、著作権保護などの目的でコンテンツに対して付加的な情報を埋め込むための電子透かし埋め込み処理装置及び方法、並びに電子透かし検出処理装置及び方法に関する。
【０００２】
更に詳しくは、本発明は、確実に検出できるという条件を満たしながら、容易に認知されない電子透かし成分を信号内に埋め込むことができる電子透かし埋め込み処理装置及び方法、並びに電子透かし検出処理装置及び方法に係り、特に、元の信号自身が潜在的に持っている電子透かし成分を利用して知覚的信号劣化の改善並びに検出率の改善を実現した電子透かし埋め込み処理装置及び方法、並びに電子透かし検出処理装置及び方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
最近、デジタルＶＴＲやＭＤ（ミニディスク（商標））記録再生装置などのデジタル記録装置が普及し始めている。さらに、記録機能を備えたＤＶＤ（デジタルビデオディスク（商標）あるいはデジタル・バーサタイル・ディスク）装置も登場し、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）などの機器に搭載されるようになってきている。
【０００４】
このようなデジタル情報記録装置によれば、デジタル形式のデータやコンテンツの複製や改竄は極めて容易であり、著作権侵害の危険に無防備にさらされているとさえ言える。したがって、著作権法やその他の複製に関する法規制を強化するだけでは不充分であり、情報技術の観点からもデータやコンテンツの正当な利用を支援し若しくは不正利用を排除して、著作権の保護を拡充する必要があると思料される。
【０００５】
デジタル情報記録装置において、主情報信号としてのデジタル映像信号やデジタル・オーディオ信号、さらにはコンピュータ用のデジタル・データに付随して、付加情報信号を重畳すなわち埋め込むようにすればよい。付加情報として、例えば、データやコンテンツの複製制御を規定する情報（"COPY ONCE"や"NEVER COPY"など）や著作権情報（著作権表示など）を埋め込めば、所定の情報記録・再生装置においてコンテンツのコピー制御を行なうことができる。
【０００６】
従来のデータ伝送・配信・配布システムにおいては、付加情報は、デジタル情報信号に直接重畳するのではなく、ヘッダ部などの間接的な部分に付加するようにしている。このため、フィルタリングや改竄により、比較的容易に付加情報を欠落させることができるので、記録装置や再生装置で、必要な付加情報を検出することが不可能になるという事態が発生する。特に、付加情報としてデータやコンテンツの不正な複製を防止するための制御情報や著作権情報を含ませているような場合には、付加情報の欠落のために当初の目的を達成できないという事態を招来する。
【０００７】
また、上述のような情報信号の間接的な部分に付加情報を埋め込む場合には、デジタル情報をアナログ信号に変換したときには主情報信号しか得られないため、付加情報は欠落してしまうことになる。このことは、付加情報信号として上述のような複製防止のための制御信号を重畳して、不正なデジタル情報信号の複製を抑制できるような施策が施されていたとしても、アナログ信号に変換された以降の過程ではもはやそのような施策がまったく効果がないことを意味する。
【０００８】
このようなデジタル・データやコンテンツの保護上の技術的問題に鑑み、昨今では付加情報信号をデジタル情報信号本体に付加する技術として「電子透かし」（"Digital Watermarking" 又は"Data Hiding"とも言う）が脚光を浴び、さまざまな提案がなされている。
【０００９】
電子透かしとは、画像や音楽などのコンテンツ中に、ほとんど目に見えない又は耳に聞こえない形で付加情報を埋め込むことを意味する（例えば、「電子透かしを支えるデータ・ハイディング技術（上・下）」（日経エレクトロニクス１９９７年２月２４日号並びに同年３月１０日号）を参照のこと）。
【００１０】
現在、画像に利用する電子透かしにはさまざまな手法が提案されており、その１つとして、元画像が持つ統計的性質に基づいた手法を挙げることができる。すなわち、埋め込み先であるホスト信号の統計的性質を利用して、ホスト信号の一部に元の情報とは異なる情報を挿入することで実現される。例えば、著作権情報を電子透かしとしてホスト信号に埋め込むことで、後にコンテンツを採取したときに、透かしすなわち著作権情報を浮き上がらせて、データの流通経路や使用権の有無を検査したり、コピー制御情報を検証し、ひいては違法コピーを抑制することができる。
【００１１】
ところで、統計的な手法により電子透かしを検出する場合、埋め込むべき電子透かし成分はある一定以上の強さが元画像すなわちホスト信号内に埋め込まれていなければならない。しかしながら、電子透かしを確実に検出できるという条件を満足しながら、電子透かしパターンを元画像に埋め込んだ場合、電子透かしパターンが容易に認知できるある種の画像において、電子透かしを不当な第３者によって認知されてしまうというおそれがある。
【００１２】
逆に、電子透かしパターンの埋め込み時に電子透かしパターンを認知し得る画像であっても電子透かしパターンを認知することが難しいという程度の強度で電子透かしパターンを埋め込んだ場合、検出強度が低下して、電子透かしの検出が困難になる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、確実に検出できるという条件を満たしながら、容易に認知されない電子透かし成分を信号内に埋め込むことができる、優れた電子透かし埋め込み処理装置及び方法、並びに電子透かし検出処理装置及び方法を提供することにある。
【００１４】
本発明の更なる目的は、元の信号自身が潜在的に持っている電子透かし成分を利用して知覚的信号劣化の改善並びに検出率の改善を実現することができる、優れた電子透かし埋め込み処理装置及び方法、並びに電子透かし検出処理装置及び方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面は、元信号に電子透かしパターンを埋め込むための電子透かし埋め込み処理装置又は方法であって、
元信号自身が潜在的に保有している電子透かし成分からなる電子透かしパターン位置を探索する探索部又はステップと、
元信号の該電子透かしパターン位置に電子透かしパターンを埋め込む電子透かしパターン埋め込み部又はステップと、
を具備することを特徴とする電子透かし埋め込み処理装置又は方法である。
【００１６】
元信号自身が潜在的に保有している電子透かしパターン成分とは、要するに、元信号内の信号成分で電子透かしパターンと相関があるもののことである。したがって、本発明の第１の側面に係る電子透かし埋め込み処理装置及び方法によれば、電子透かしパターンと元信号との相関の高い位置に電子透かしを埋め込むことができるので、電子透かし検出時においては、埋め込んだ電子透かしとともに検出されるので、検出強度が強くなり、確実な検出を可能とすることができる。
【００１７】
本発明の第１の側面に係る電子透かし埋め込み処理装置及び方法によれば、元信号自身が潜在的に保有している電子透かしパターン成分を利用して埋め込むことによって、元信号自身が潜在的に保有している電子透かしパターン成分の分だけ電子透かしパターンの埋め込み強度を減少させることができる。
【００１８】
また、本発明の第１の側面に係る電子透かし埋め込み処理装置及び方法によれば、元信号自身が潜在的に保有している電子透かしパターン成分の分を考慮して電子透かしパターンを埋め込むので、実質的に電子透かしパターン埋め込み後の信号と電子透かしパターンとの相関の分布の分散が限りなく０に近づくので、この点でも、電子透かしパターンの埋め込み強度を減少させることができる。
【００１９】
電子透かしパターンの埋め込み強度を弱めることができる結果として、電子透かしの確実な検出を可能としつつ信号の知覚的劣化を防ぐことを可能にすることができる。また、電子透かしパターンと元信号の相関の高い位置に電子透かしパターンを埋め込むので、マスキング効果により電子透かしパターンを知覚する（見破る）ことが困難になる。
【００２０】
また、本発明の第２の側面は、元画像に電子透かしパターンを埋め込むための電子透かし埋め込み処理装置又は方法であって、
元画像と電子透かしパターンの相関が大きくなる電子透かしパターン位置を探索する探索部又はステップと、
元画像の該電子透かしパターン位置に電子透かしパターンを埋め込む電子透かしパターン埋め込み部又はステップと、
を具備することを特徴とする電子透かし埋め込み処理装置又は方法である。
【００２１】
本発明の第２の側面に係る電子透かし埋め込み処理装置及び方法によれば、電子透かしパターンと元画像との相関の高い位置すなわち元画像自身が潜在的に保有している電子透かしパターン成分を利用して埋め込むことによって、元画像自身が潜在的に保有している電子透かしパターン成分の分だけ電子透かしパターンの埋め込み強度を減少させることができる。電子透かしパターンの埋め込み強度を弱めることができる結果として、電子透かしの確実な検出を可能としつつ画像の知覚的劣化を防ぐことを可能にすることができる。また、電子透かしパターンと元画像の相関の高い位置に電子透かしパターンを埋め込むので、マスキング効果により電子透かしパターンを知覚する（見破る）ことが困難になる。
【００２２】
また、本発明の第３の側面は、元画像に電子透かしパターンを埋め込むための電子透かし埋め込み処理装置又は方法であって、
元画像と電子透かしパターンの相関が大きくなる電子透かしパターン位置、角度、縮尺、アスペクト比を探索する探索部又はステップと、
元画像との相関が最も大きくなった電子透かしパターン位置、角度、縮尺、アスペクト比にて電子透かしパターンを埋め込む電子透かしパターン埋め込み部又はステップと、
を具備することを特徴とする電子透かし埋め込み処理装置又は方法である。
【００２３】
本発明の第３の側面に係る電子透かし埋め込み処理装置及び方法によれば、電子透かしパターンの位置だけでなく、その角度、縮尺、アスペクト比を変更して、元画像との相関の高い位置すなわち元画像自身が潜在的に保有している電子透かしパターン成分を探索するようにした。したがって、本発明の第２の側面よりもさらに効果的に電子透かし埋め込み強度を低減させることができる。
【００２４】
また、本発明の第４の側面は、元画像に電子透かしパターンを埋め込むための電子透かし埋め込み処理装置又は方法であって、
複数の電子透かしパターンを用意する電子透かしパターン提供部又はステップと、
該用意された各電子透かしパターンについて、入力された画像と電子透かしパターンの相関が最も大きくなる電子透かしパターン並びにその位置を探索する探索部又はステップと、
該画像との相関が最も大きくなった電子透かしパターン並びにその位置にて電子透かしパターンを埋め込む電子透かしパターン埋め込み部又はステップと、
を具備することを特徴とする電子透かし埋め込み処理装置又は方法である。
【００２５】
また、本発明の第５の側面は、元画像に電子透かしパターンを埋め込むための電子透かし埋め込み処理装置又は方法であって、
複数の電子透かしパターンを用意する電子透かしパターン提供部又はステップと、
該用意された各電子透かしパターンについて、入力された画像と電子透かしパターンの相関が最も大きくなる電子透かしパターン並びにその位置、角度、縮尺、アスペクト比を探索する探索部又はステップと、
該画像との相関が最も大きくなった電子透かしパターン並びにその位置、角度、縮尺、アスペクト比にて電子透かしパターンを埋め込む電子透かしパターン埋め込み部又はステップと、
を具備することを特徴とする電子透かし埋め込み処理装置又は方法である。
【００２６】
本発明の第４並びに第５の各側面に係る電子透かし埋め込み処理装置又は方法は、上記した本発明の第２並びに第３の各側面に係る電子透かし埋め込み処理装置又は方法に対して、電子透かしパターンそのものを置き換えるという処理を追加変更した構成を備えている。したがって、複数の電子透かしパターンの中から元画像に適合したものを取捨選択しながら電子透かし埋め込み処理を行うことができるので、さらに効果的に電子透かし埋め込み強度を低減させることができる。
【００２７】
また、本発明の第６の側面は、信号に埋め込まれた電子透かしパターンを検出する電子透かし検出処理装置又は方法であって、
入力された信号と電子透かしパターンの相関が大きくなる位置を探索する探索部又はステップと、
該信号と電子透かしパターンとの相関が最も大きくなった位置にて検出された情報を出力する検出部又はステップと、
を具備することを特徴とする電子透かし検出処理装置又は方法である。
【００２８】
本発明の第６の側面に係る電子透かし検出処理装置又は方法は、上記した本発明の第１の側面に係る電子透かし埋め込み処理装置又は方法に対応した電子透かしパターンの検出処理を行うことができる。すなわち、電子透かしパターンと元信号の相関の高い位置に電子透かしを埋め込むため、元信号上の電子透かしパターン埋め込み位置は電子透かしパターンを潜在的に保有していることと同義である。したがって、電子透かし検出時においては埋め込んだ電子透かしとともに検出されるので、埋め込み強度が弱くても電子透かしを確実に検出することができる。
【００２９】
また、本発明の第７の側面は、画像に埋め込まれた電子透かしパターンを検出する電子透かし検出処理装置又は方法であって、
入力された画像と電子透かしパターンの相関が大きくなる位置を探索する探索部ステップと、
該画像と電子透かしパターンとの相関が最も大きくなった位置にて埋め込み情報を検出する検出部ステップと、
を具備することを特徴とする電子透かし検出処理装置又は方法である。
【００３０】
本発明の第７の側面に係る電子透かし検出処理装置又は方法は、上記した本発明の第２の側面に係る電子透かし埋め込み処理装置又は方法に対応した電子透かしパターンの検出処理を行うことができる。すなわち、電子透かしパターンと元画像との相関の高い位置すなわち元画像自身が潜在的に保有している電子透かしパターン成分を利用して電子透かしパターンが埋め込れているので、入力画像内で電子透かしパターンとの相関が大きくなる位置を探索して、その位置で埋め込み情報を検出することによって、埋め込み強度が弱くても電子透かしを確実に検出することができる。
【００３１】
また、本発明の第８の側面は、画像に埋め込まれた電子透かしパターンを検出する電子透かし検出処理装置又は方法であって、
入力された画像と電子透かしパターンの相関が大きくなる位置、角度、縮尺、アスペクト比を探索する探索部又はステップと、
該画像と電子透かしパターンとの相関が最も大きくなった位置、角度、縮尺、アスペクト比にて埋め込み情報を検出する検出部又はステップと、
を具備することを特徴とする電子透かし検出処理装置又は方法である。
【００３２】
本発明の第８の側面に係る電子透かし検出処理装置又は方法は、上記した本発明の第３の側面に係る電子透かし埋め込み処理装置又は方法に対応した電子透かしパターンの検出処理を行うことができる。すなわち、電子透かしパターンと元画像との相関の高い位置、角度、縮尺、アスペクト比にて電子透かしパターンが埋め込れているので、入力画像内で電子透かしパターンとの相関が大きくなる位置、角度、縮尺、アスペクト比を探索して、その位置、角度、縮尺、アスペクト比にて埋め込み情報を検出することによって、埋め込み強度が弱くても電子透かしを確実に検出することができる。
【００３３】
また、本発明の第９の側面は、画像に埋め込まれた電子透かしパターンを検出する電子透かし検出処理装置又は方法であって、
複数の電子透かしパターンを用意する電子透かしパターン提供部又はステップと、
該用意された各電子透かしパターンについて、入力された画像と電子透かしパターンの相関が最も大きくなる電子透かしパターン並びにその位置を探索する探索部又はステップと、
該画像との相関が最も大きくなった電子透かしパターン並びにその位置にて埋め込み情報を検出する検出部又はステップと、
を具備することを特徴とする電子透かし検出処理装置又は方法である。
【００３４】
また、本発明の第１０の側面は、画像に埋め込まれた電子透かしパターンを検出する電子透かし検出処理装置又は方法であって、
複数の電子透かしパターンを用意する電子透かしパターン提供部又はステップと、
該用意された各電子透かしパターンについて、入力された画像と電子透かしパターンの相関が最も大きくなる電子透かしパターン並びにその位置、角度、縮尺、アスペクト比を探索する探索部又はステップと、
該画像との相関が最も大きくなった電子透かしパターン並びにその位置、角度、縮尺、アスペクト比にて埋め込み情報を検出する検出部又はステップと、
を具備することを特徴とする電子透かし検出処理装置又は方法である。
【００３５】
本発明の第９並びに第１０の各側面に係る電子透かし検出処理装置又は方法は、上記した本発明の第７並びに第８の各側面に係る電子透かし検出処理装置又は方法に対して、電子透かしパターンそのものを置き換えるという処理を追加変更した構成を備えている。したがって、複数の電子透かしパターンの中から入力画像に適合したものを取捨選択しながら電子透かし埋め込み処理を行うことができるので、埋め込み強度が弱くても電子透かしを確実に検出することができる。
【００３６】
また、本発明の第１１の側面は、元画像に電子透かしパターンを埋め込む電子透かし埋め込み処理をコンピュータ・システム上で実行するように記述されたコンピュータ・ソフトウェアをコンピュータ可読形式で物理的に格納した記憶媒体であって、前記コンピュータ・ソフトウェアは、
元画像と電子透かしパターンの相関が大きくなる電子透かしパターン位置を探索する探索ステップと、
元画像の該電子透かしパターン位置に電子透かしパターンを埋め込む電子透かしパターン埋め込みステップと、
を具備することを特徴とする記憶媒体である。
【００３７】
また、本発明の第１２の側面は、元画像に電子透かしパターンを埋め込む電子透かし埋め込み処理をコンピュータ・システム上で実行するように記述されたコンピュータ・ソフトウェアをコンピュータ可読形式で物理的に格納した記憶媒体であって、前記コンピュータ・ソフトウェアは、
元画像と電子透かしパターンの相関が大きくなる電子透かしパターン位置、角度、縮尺、アスペクト比を探索する探索ステップと、
元画像との相関が最も大きくなった電子透かしパターン位置、角度、縮尺、アスペクト比にて電子透かしパターンを埋め込む電子透かしパターン埋め込みステップと、
を具備することを特徴とする記憶媒体である。
【００３８】
また、本発明の第１３の側面は、画像に埋め込まれた電子透かしパターンを検出する電子透かし検出処理をコンピュータ・システム上で実行するように記述されたコンピュータ・ソフトウェアをコンピュータ可読形式で物理的に格納した記憶媒体であって、前記コンピュータ・ソフトウェアは、
入力された画像と電子透かしパターンの相関が大きくなる位置を探索する探索ステップと、
該画像と電子透かしパターンとの相関が最も大きくなった位置にて埋め込み情報を検出する検出ステップと、
を具備することを特徴とする記憶媒体である。
【００３９】
また、本発明の第１４の側面は、画像に埋め込まれた電子透かしパターンを検出する電子透かし検出処理をコンピュータ・システム上で実行するように記述されたコンピュータ・ソフトウェアをコンピュータ可読形式で物理的に格納した記憶媒体であって、前記コンピュータ・ソフトウェアは、
入力された画像と電子透かしパターンの相関が大きくなる位置、角度、縮尺、アスペクト比を探索する探索ステップと、
該画像と電子透かしパターンとの相関が最も大きくなった位置、角度、縮尺、アスペクト比にて埋め込み情報を検出する検出ステップと、
を具備することを特徴とする記憶媒体である。
【００４０】
本発明の第１１乃至第１４の各側面に係る記憶媒体は、例えば、様々なプログラム・コードを実行可能な汎用コンピュータ・システムに対して、コンピュータ・ソフトウェアをコンピュータ可読な形式で提供する媒体である。このような媒体は、例えば、ＣＤ（Compact Disc）やＦＤ（Floppy Disk）、ＭＯ（Magneto-Optical disc）などの着脱自在で可搬性の記憶媒体である。あるいは、ネットワーク（ネットワークは無線、有線の区別を問わない）などの伝送媒体などを経由してコンピュータ・ソフトウェアを特定のコンピュータ・システムに提供することも技術的に可能である。
【００４１】
このような記憶媒体は、コンピュータ・システム上で所定のコンピュータ・ソフトウェアの機能を実現するための、コンピュータ・ソフトウェアと記憶媒体との構造上又は機能上の協働的関係を定義したものである。換言すれば、本発明の第１１乃至第１４の各側面に係る記憶媒体を介して所定のコンピュータ・ソフトウェアをコンピュータ・システムにインストールすることによって、コンピュータ・システム上では協働的作用が発揮され、本発明の第２及び第３の各側面に係る電子透かし埋め込み処理装置及び方法、並びに第７及び第８の各側面に係る電子透かし検出処理装置及び方法と同様の作用効果を得ることができる。
【００４２】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施例や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【００４３】
【発明の実施の形態】
本発明は、ホスト信号すなわち元画像自身が潜在的に持っている電子透かし成分を利用することで、電子透かし検出強度を同程度に保ちつつ電子透かしパターン埋め込み量を減少させて、画質劣化の改善及び検出率の改善を実現するものである。
【００４４】
ここでは、まず電子透かしの埋め込みや電子透かしの検出などについて説明する。
【００４５】
電子透かしの埋め込み
画像に利用する電子透かしにはさまざまな手法が提案されているが、そのうちの１つとして統計的性質に基づいた手法を挙げることができる。電子透かしを埋め込む元画像をＰとし、−１と１からなる電子透かしパターンをＷとする。このとき、下式の性質を満たすものとする。
【００４６】
【数１】

【００４７】
例として、元画像Ｐとこれに埋め込む電子透かしパターンＷを下式のように置く。すなわち、
【００４８】
【数２】

【００４９】
但し、上式では説明の簡素化のため、元画像Ｐの大きさを５×４とした。画像では隣り合うピクセルは一般に近い値を持つという性質があることから、元画像Ｐの隣り合う各要素を近い値とした。［数２］に示す例では、元画像Ｐと電子透かしパターンＷの大きさを同じにしたが、必ずしも同じ大きさである必要はない。同じ大きさでないときは、元画像Ｐと電子透かしパターンＷの重なっている部分について演算を施すことになる。
【００５０】
電子透かしの埋め込みは、下式を用いて行われる。すなわち、
【００５１】
【数３】

【００５２】
ここで、Ｍは元画像Ｐに対して電子透かしパターンＷを埋め込んだ画像である。上記の［数２］で示した例では、下式のように計算される。すなわち、
【００５３】
【数４】

【００５４】
電子透かしの検出
一方、電子透かしの検出は、この電子透かしパターンＷを用いて行う。電子透かしの埋め込まれていない元画像Ｐに対する電子透かしの検出を下式のように定義する。すなわち、
【００５５】
【数５】

【００５６】
ここで、演算子"・"は行列の内積のことであり、ｓは元画像Ｐと電子透かしパターンＷとの内積値である。
【００５７】
電子透かしパターンＷの要素の総和が０であることと（［数１］を参照のこと）、画像の隣り合うピクセルは近い値を持つという一般的傾向から、内積値ｓは０の近傍値となる。上記の［数２］に示した例では、その内積値は以下のようになる。すなわち、
【００５８】
【数６】

【００５９】
次いで、電子透かしの埋め込まれている画像Ｍに対して同様の演算を施す。すなわち、
【００６０】
【数７】

【００６１】
元画像Ｐと電子透かしパターンＷとの内積値ｓが０の近傍値になるのに対して、電子透かしの埋め込まれた画像Ｍと電子透かしパターンの内積値ｓ'は、下式に示す電子透かしパターンＷ自身の内積値の近傍値となる。
【００６２】
【数８】

【００６３】
この内積値Ｗ・Ｗは、電子透かしの埋め込み強度の尺度として利用することができる。電子透かしパターンを埋め込む際に目標とする内積値Ｗ・Ｗが大きいことを電子透かしの埋め込み強度が「強い」と表現し、逆に、内積値Ｗ・Ｗが小さいことを電子透かしの埋め込み強度が「弱い」と表現する。
【００６４】
また、元画像Ｐと電子透かしパターンＷとの内積値ｓ、電子透かしの埋め込まれた画像Ｍと電子透かしパターンＷとの内積値ｓ'の絶対値が大きな値となるとき、電子透かしの検出強度が「強い」と表現し、逆に、内積値ｓや内積値ｓ'の絶対値が小さな値となるとき、電子透かしの検出強度が［弱い］と表現する。
【００６５】
また、電子透かしの検出強度が強いことを、画像と電子透かしパターンとの相関が「大きい」又は「高い」と表現し、逆に、電子透かしの検出強度が弱いことを、画像と電子透かしパターンとの相関が「小さい」又は「低い」と表現することもある。
【００６６】
元画像Ｐと電子透かしパターンＷとの内積値ｓ、電子透かしの埋め込まれた画像Ｍと電子透かしパターンＷとの内積値ｓ'をさまざまな画像において求めると、それらの相対頻度分布は確率密度関数ｆとｆ'によって表され、図１に示したようになる。
【００６７】
画像に電子透かしが埋め込まれているかどうかを判断する際は、電子透かしの埋め込まれていない画像Ｐと電子透かしパターンＷとの内積が０を中心に分布することと、電子透かしが埋め込まれている画像Ｍと電子透かしパターンＷとの内積値がＷ・Ｗを中心に分布することを利用する。電子透かしの有無を確認したい画像と電子透かしパターンＷとの内積値ｓ"を求め、所定の閾値ｔｈに対して以下のように電子透かしパターンの有無の判別基準を定める。すなわち、
【００６８】
【数９】

【００６９】
これを図示すると、図２に示す通りとなる。この閾値ｔｈは、内積値ｓの確率密度関数ｆと内積値ｓ'の確率密度関数ｆ'の統計的性質に基づいて定まる値である。
【００７０】
電子透かしが埋め込まれていないにも拘わらず閾値ｔｈを越えること、すなわち電子透かしが埋め込まれていないにも拘わらず電子透かしが埋め込まれていると判定することを"false positive"という。逆に、電子透かしが埋め込まれているにも拘わらず閾値ｔｈを越えないこと、すなわち電子透かしが埋め込まれているにも拘わらず電子透かしが埋め込まれていないと判定することを"false negative"という。false positiveになる確率Ｐ_FPとfalse negativeになる確率Ｐ_FNを定めると、閾値ｔｈが定まる。但し、確率密度関数ｆ'の分布の中心Ｗ・Ｗが充分に大きくないと、確率Ｐ_FPと確率Ｐ_FNをともに満足させることが不可能になりうる。そこで、電子透かしパターンＷの元画像への埋め込み処理を、上記の［数３］から下式に変更する。すなわち、
【００７１】
【数１０】

【００７２】
ｃは負でないスカラー値である。この変更に伴い、電子透かしの埋め込み強度を電子透かしパターンＷ自身の内積値Ｗ・Ｗから、スカラー値ｃを乗じたｃＷ・Ｗとする。
【００７３】
閾値ｔｈを定めるためには、まず電子透かしを用いるアプリケーションにおいて必要とされる確率Ｐ_FPと確率Ｐ_FNをそれぞれ定め、そのときの境界値ｔｈ_FPと境界値ｔｈ_FNを定める。このとき、下式が満たされていなければならない。すなわち、
【００７４】
【数１１】

【００７５】
次に、ｔｈ_FP≦ｔｈ_FNを満たすように確率密度関数ｆと確率密度関数ｆ'の統計的性質を勘案しながら、確率密度関数ｆ'の中心位置ｃＷ・Ｗを定める。最後に、閾値ｔｈを定める。閾値ｔｈのとり得る範囲を図３に示しておく。
【００７６】
電子透かしパターンＷを元画像Ｐに埋め込む際、元画像に対する変更が多ければ多いほど、すなわちｃＷ・Ｗが大きければ大きいほど、画像の受けるダメージは大きくなる。そこで、ｃＷ・Ｗが所望の確率Ｐ_FPと確率Ｐ_FNを満たし、且つ、ｃＷ・Ｗが最小となるようにスカラー値ｃを定めることが一般的である。つまり、下式に示すような関係が成立し、図４に示すようになる。
【００７７】
【数１２】

【００７８】
電子透かしを用いるアプリケーションによっては、確率Ｐ_FPと確率Ｐ_FNに関して極めて小さな値が求められることがある。特に、確率Ｐ_FPはその要求が顕著である。例えば、電子透かしを著作権保護に利用する場合、違法複製画像を合法的な画像と誤って判断したとしても、ユーザ・クレームにつながり難いのに対して、合法的な画像を誤って違法複製画像と判断すると、末端ユーザにおいて合法的な複製行為を果たし得ず、ユーザ・クレームにつながる可能性が大きいので、確率Ｐ_FPに対する要求は自ずと高くなる。図５には、図４よりもさらに確率Ｐ_FPと確率Ｐ_FNを小さくした例を示している。
【００７９】
確率Ｐ_FPと確率Ｐ_FNは限りなく０に近いことが理想的である。しかしながら、そのように閾値ｔｈを定めると、埋め込まなければならない電子透かしの強度ｃＷ・Ｗが増大してしまい、電子透かしの埋め込みによる画質への影響を無視できなくなる。電子透かしの検出の信頼性と電子透かしによる画質への影響はトレードオフの関係にある。
【００８０】
電子透かしの検出の信頼性を確保しつつ、電子透かしの画質への影響を極力抑えるために、今までにも数多の手法が提案されている。広く採用されている基本的な方法として、元画像内のエッジ部分に強く埋め込み、平坦な部分には弱く埋め込むというものが挙げられる。これは、ピクセル値の変更が数値的に同じであるとき、平坦な部分ではその変更が目立ち易いが、エッジ部分ではその変更が目立ち難いという人間の一般的な視覚特性を利用したものである。エッジ部分と平坦部分で電子透かしの埋め込み強度に強弱を付けた場合であっても、画像全体として一定量の電子透かしパターンが埋め込まれていれば、その電子透かしの検出の信頼性はほぼ同程度となる。
【００８１】
埋め込み情報の多ビット化
上述した電子透かし埋め込み検出方法では、画像に電子透かしパターンが埋め込まれているのかそれとも埋め込まれていないのかという２通りしか判別することができない。言い換えれば、１ビットの情報しか表現することができない。以下では、埋め込む情報を多ビット化する方法について説明する。
【００８２】
多ビットの情報を電子透かしによって画像に埋め込む方法は、複数の電子透かしパターンを用いる方法と、画像を小領域に分割する方法と、これらを複合して用いる方法とに大別される。
【００８３】
複数の電子透かしパターンを用いる方法では、複数の電子透かしパターンのそれぞれに異なる意味を持たせ排他的に画像に埋め込むことによって所望の情報を表現する方法と、複数の電子透かしパターンを同時に重ねて画像に埋め込みその組み合わせによって所望の情報を表現する方法、そして、これら２つの方法を複合して用いる方法が考えられる。複数の電子透かしパターンを元画像に埋め込む様子を図６に示している。
【００８４】
複数の電子透かしパターンのそれぞれに異なる意味を持たせ排他的に画像に埋め込むことによって所望の情報を表現する方法では、画像に埋め込みたい情報のビット数をｂとしたとき、必要となる電子透かしパターンの種類ｎはｎ＝ｂ²となる。他方、複数の電子透かしパターンを同時に重ねて画像に埋め込みその組み合わせによって所望の情報を表現する方法では、必要となる電子透かしパターンの種類ｎはｎ＝ｂとなる。但し、後者は電子透かしパターンの種類が少なくて済むものの、複数の電子透かしパターンを画像に重ねて埋め込むため、画像の劣化に対する適切な処置を必要とする場合が多い。最後に、これら２つの方法を複合した方法では、必要となる電子透かしパターンの種類はｂ≦ｎ≦ｂ²となり、上記の各方法の特徴を併せ持つことができる。
【００８５】
画像を小領域に分割する方法は、多ビットの情報を電子透かしによって埋め込むもう１つの方法であり、小領域毎に異なる役割を持たせることで、画像の中に複数の電子透かしを同時に存在させようというものである。小領域の配置の仕方に関してはさまざまな提案がなされている。ここでは、図７に示すように、小領域を格子状に配置した場合を例にとって説明する。但し、同図において添え字ｉ，ｊは負でない整数である。
【００８６】
画像を小領域に分割する際には、分割数が問題になる。画像に埋め込みたい情報がｂビットであるとき、画像をｂ個の小領域に分割する方法がまず考えられる。しかしながら、さまざまな画像に対して電子透かしパターンを埋め込む場合、画像の持つ視覚特性を考慮して電子透かしパターンを埋め込むことが多いことから、この方法では問題が発生し易い。例えば、エッジ部分に強く、平坦部分に弱く埋め込むなどの処理を施すとき、あるビットに対応する小領域が偶然にも平坦部分であった場合に、そこの領域に埋め込まれている電子透かしを検出できなくなるおそれがある。たとえ１箇所でも検出に失敗した領域があると、残りの領域に埋め込まれている電子透かしが検出されたとしても、複数の電子透かし全体の組み合わせとしての意味がなくなるという事態に陥る。画像を小領域に分割するときには、埋め込みたい情報量ｂよりも多い個数の小領域に分割する方が、さまざまな画像に対して安定して電子透かしの検出を行えるという利点がある。たとえ１つの小領域で電子透かしパターンの埋め込み強度が非常に弱くなったとしても、同じビット情報を埋め込む残りの小領域で必要な電子透かしパターンの埋め込み量が確保されていれば、全体として電子透かしの検出が可能となるのである。
【００８７】
図８には、埋め込み情報が８ビットであるときの画像を小領域に分割した例を示している。同じビットに対応する複数の小領域が画像中に割り当てられているという点を充分理解されたい。
【００８８】
電子透かし埋め込み画像の位置ずれ対策
動画像に電子透かしを適用するとき、デジタル−アナログ−デジタル変換などの経路を通過した画像が多少の位置ずれを起こしている可能性があることも考慮しなければならない。
【００８９】
一般用のモニタは画像の全領域を表示するようには作られていないこと（すなわちホスト信号中に非表示部分を含むこと）が多いため、多少の位置ずれは視聴者に気付かれる可能性はほとんどない。このため、位置ずれを起こしても大きな問題にはなり難い。これに対し、電子透かしを画像から検出しようとするとき、電子透かしパターンを埋め込んだ画像が位置ずれを起こした場合、電子透かしの検出がまったく行えないことすらあり得る。電子透かしの検出においては、画像の位置ずれが起きても検出が行えるよう対処することが必要不可欠である。
【００９０】
画像のずれ位置は単純な作業によって調べることができる。例えば、すべての画像ずれを想定して、電子透かしの検出を行うときに電子透かしパターンをずらすことで調べることができる。起こり得るすべてのずれについて電子透かしの検出を行った場合、画像のずれ位置と電子透かしパターンのずれ位置が一致したときが最も強く電子透かしを検出するはずである。このときの検出値を検出結果として用いることができる。但し、電子透かしパターンをずらす際に、ただずらしただけでは、ずらせばずらすほど検出強度が下がってしまい比較にならない。そこで、電子透かしパターンをずらすときには、電子透かしパターンが途切れず続いているものとして処理する。連続的な電子透かしパターンを考えるとき、基本となる最小の電子透かしパターンをのこと、本明細書では「基本電子透かしパターン」と名付ける。
【００９１】
図９には、電子透かしパターンがトーラス状に連続している場合を例示している。
【００９２】
電子透かしパターンをずらして検出を行うときにもう１つ問題になるのが、小領域毎に埋め込む電子透かしパターンどうしの相関の度合いである。特定の小領域どうしで電子透かしパターンの相関が強い場合、電子透かしとして埋め込んだ情報とは異なる情報を検出し得る。図９に示す例では、ビットｂ₀とビットｂ₃、ビットｂ₄とビットｂ₇、ビットｂ₁とビットｂ₂、ビットｂ₅とビットｂ₆のそれぞれに対応する小領域に埋め込む電子透かしパターンの相関が互いに大きい場合には、画像のずれ位置の検索は垂直方向に本来の位置から画像半分だけずれた位置を本来の位置だと誤って判定してしまう可能性がある。したがって、異なる小領域に埋め込む電子透かしパターンどうしは相関が低いこと、理想的には相関がないことが望まれる。
【００９３】
また、図１０に示すように、画像のずれ位置を探索するために、ずれ位置探索専用の電子透かしパターンＷ_LOCATIONを元画像に別途埋め込むという方法を採用することもできる。この方法によれば、多ビット情報を埋め込むための電子透かしパターンＷにおける情報ビット毎に割り当てられる小領域に対応する電子透かしパターンどうしの相関の度合いは問題とならない。ずれ位置探索専用の電子透かしパターンＷ_LOCATION自身がずれたときの相関が低く抑えられていなければならないのは上述と同様である。
【００９４】
電子透かしパターンが繰り返し連続していると設定したとき、基本電子透かしパターンの大きさを元画像の大きさと同じにすることに理由がなくなる。また、電子透かしパターンを移動させることで画像のずれ量を探索するとき、図１１に示すように、基本電子透かしパターンの大きさが小さい方がずれ位置を探索しなければならない場合の数が少なくて済む。例えば、基本電子透かしパターンの大きさを７２０×４８０ピクセル相当とし、画像ずれがピクセル単位で発生したと仮定すると、７２０×４８０通り探索しなければならない。これに対し、基本電子透かしパターンの大きさをもっと小さい３６０×２４０ピクセル相当とすると、３６０×２４０通りの探索で事足りる。
【００９５】
電子透かしパターンの埋め込みの流れ
図１２には、電子透かしパターンを元画像に埋め込む電子透かしパターン埋め込み装置の構成を模式的に示している。以下、同図を参照しながら電子透かしパターンの埋め込み処理について説明する。
【００９６】
元画像１２０１は、電子透かしパターンの埋め込む先となる画像であり、例えば、テープやハード・ディスクなどの一般的な画像蓄積装置（図示しない）から読出し／再生されたり、あるいはカメラなどの一般的な画像取り込み装置（図示しない）から供給される。
【００９７】
電子透かしパターン生成部１２０４は、画像に埋め込む情報１２０２と電子透かしパターン生成キー記憶部１２０３に格納された電子透かしパターン生成キーを基に電子透かしパターンを生成する。
【００９８】
電子透かしパターン埋め込み部１２０５は、電子透かしパターン生成部１２０４によって生成された電子透かしパターンを元画像１２０１に埋め込む。元画像のエッジ部分や平坦部分での電子透かしパターンの埋め込み強度を調整するのは、この電子透かしパターン埋め込み部１２０５である。電子透かしパターンが埋め込まれた画像は、電子透かし埋め込み画像１２０６として出力される。
【００９９】
電子透かしパターン生成キーは、図７に示した画像の小領域への分割の仕方や、図８に示した埋め込み情報のビットに対応する小領域の割り当て方などの規定を表現したデータで構成される。
【０１００】
電子透かしの検出の流れ
図１３には、電子透かしを検出するための電子透かし検出装置の構成を模式的に示している。但し、同図に示す電子透かし検出装置は、図１０に示したような画像のずれ位置探索用電子透かしを別途に用いない構成例である。
【０１０１】
電子透かしパターン生成部１３０３は、電子透かしパターン生成キー記憶部１３０２に格納された電子透かしパターン生成キーを基に電子透かしパターンを生成する。
【０１０２】
画像ずれ位置探索部兼情報検出部１３０４は、電子透かしパターン生成部１３０３にて生成された電子透かしパターンを用いて、画像ずれ位置を探索しながら、入力画像１３０１の電子透かしを検出する。画像ずれ位置探索部兼情報検出部１３０４で検出された情報は、検出情報１３０５として電子透かし検出装置外へ出力される。
【０１０３】
また、図１４には、電子透かしパターンの検出処理を行う電子透かし検出装置に関する他の構成例を示している。同図に示す例は、図１０に示したような画像ずれ位置探索用電子透かしを別途に用いている。
【０１０４】
画像ずれ位置探索部１４０３は、画像ずれ位置探索用電子透かしパターン記憶部１４０２が記憶する画像ずれ位置探索用電子透かしパターンを用いて、入力画像のずれ位置を探索する。
【０１０５】
電子透かしパターン生成部１４０５は、電子透かしパターン生成キー記憶部１４０４が記憶する電子透かしパターン生成キーを基に電子透かしパターンを生成する。
【０１０６】
情報検出部１４０６は、画像と画像ずれ位置情報を画像ずれ位置探索部１４０３から入力するとともに、情報用電子透かしパターンを電子透かしパターン生成部１４０５から入力して、これらに基づいて埋め込み情報を検出する。情報検出部１４０６にて検出された情報は検出情報１４０７として電子透かし検出装置外へ出力される。
【０１０７】
なお、画像ずれ位置探索用電子透かしパターンが固定ではなく電子透かしパターン生成キー１４０４に依存するような場合は、画像ずれ位置探索用電子透かしパターン記憶部１４０２を画像ずれ位置探索用電子透かしパターンを動的に生成する生成部として装置構成を改めて、電子透かしパターン生成キー記憶部１４０４が記憶する電子透かしパターン生成キーを用いて動的生成するようにすればよい。
【０１０８】
電子透かしパターンと元画像との相関を利用した電子透かしパターン埋め込み
前述したように、本発明は、元画像自身が潜在的に持っている電子透かし成分を利用することで、電子透かし検出強度を同程度に保ちつつ電子透かしパターン埋め込み量を減少させて、画質劣化の改善及び検出率の改善を実現するものである。
【０１０９】
本発明がかかる作用効果を備えていることの根拠を、図１５を参照しながら説明する。
【０１１０】
図１に示したように、元画像と電子透かしパターンとの内積値の分布は確率密度関数ｆによって表されるが、同一画像内で電子透かしパターンをずらしていった場合の内積値の分布も類似の確率密度関数ｆ_Lで表すことができる。
【０１１１】
電子透かし検出時には、画像と電子透かしパターンの内積値が所定の閾値ｔｈに達しているときに、電子透かしが埋め込まれていると判断する。したがって、電子透かしパターンと元画像との内積値がｓ₁となる電子透かしパターン位置にて電子透かしパターンを元画像に埋め込む場合は、少なくともｔｈ−ｓ₁の強度で電子透かしパターンを埋め込まなければならない。これに対し、電子透かしパターンと元画像との内積値がｓ₂となる電子透かしパターン位置にて電子透かしパターンを元画像に埋め込む場合はｔｈ−ｓ₂の強度で電子透かしを埋め込むことで、その検出時には所定の閾値ｔｈに達する。電子透かしパターンの元画像への埋め込み強度には、ｓ₂−ｓ₁だけの相違があるにも拘わらず、それぞれの電子透かし埋め込み画像における検出強度は同程度になる。
【０１１２】
電子透かしパターンをずらして元画像に埋め込む処理は、図９並びに図１１を参照しながら既に説明したように、電子透かしパターンをずらして元画像と相関をとることで電子透かしを検出した方法と同様のやり方である。電子透かしパターンが連続的に続いているように設定して、元画像に対応する電子透かしパターン部分を元画像に埋め込むようにすればよい。
【０１１３】
本発明では、図１５に示したように、電子透かしパターンの埋め込み位置に応じて元画像と電子透かしパターンとの相関が相違するという性質を積極的に利用する。したがって、電子透かし埋め込み装置側は、電子透かしパターンの元画像への埋め込み処理に電子透かしの検出処理を追加したシステム構成となる。すなわち、電子透かしパターン埋め込み処理の前処理として、元画像と電子透かしパターンの相関が大きくなる電子透かしパターン位置を探索し、その位置に電子透かしパターンを埋め込むことで、元画像自身が潜在的に保有している電子透かしパターン成分を利用することができるのである。本明細書中では、「元画像自身が潜在的に保有している電子透かしパターン成分」とは、元画像内の映像成分で電子透かしパターンと相関があるもののことと定義する。
【０１１４】
図１６には、従来の手法に従って電子透かしを元画像に埋め込む場合の電子透かしパターン埋め込み強度ｑ_normal＝ｃＷ・Ｗと、本発明に従って元画像自身が潜在的に保有している電子透かしパターン成分を利用して電子透かしを元画像に埋め込む場合の電子透かしパターン埋め込み強度ｑ_newの相違をグラフで示している。
【０１１５】
従来の手法では、元画像と電子透かしパターンの相関の分布を考慮して、安定的に閾値ｔｈに達するように電子透かしパターンの埋め込み強度ｑ_normalを設定していた。これに対して、本発明では、元画像自身が潜在的に保有している電子透かしパターン成分を利用して埋め込むことによって、元画像自身が潜在的に保有している電子透かしパターン成分の分だけ電子透かしパターンの埋め込み強度を減少させることができる。
【０１１６】
また本発明に係る手法によれば、元画像自身が潜在的に保有している電子透かしパターン成分の分を考慮して電子透かしパターンを埋め込むので、実質的に電子透かしパターン埋め込み後の画像と電子透かしパターンとの相関の分布は、分散が限りなく０に近づく。このため、電子透かしパターンの埋め込み強度の目標値は閾値ｔｈそのものとなり、この点でも従来の手法よりも電子透かしパターンの埋め込み強度を減少させることができる。
【０１１７】
上述した理由により、従来の手法に比し、本発明に係る元画像自身が潜在的に保有している電子透かしパターン成分を利用した電子透かしパターン埋め込み方法は、同程度の電子透かし検出強度を実現しながら、電子透かしパターンの埋め込み強度をｑ_normal−ｑ_newだけ減少させることができる訳である。
【０１１８】
元画像が潜在的に保有する電子透かしパターン成分を利用した埋め込み
図１７には、本発明に係る電子透かしパターンを元画像に埋め込む電子透かし埋め込み装置の一構成例を模式的に示している。同図に示す例は、元画像が潜在的に保有する電子透かしパターン成分を利用して、電子透かしパターンを元画像に埋め込むものである。
【０１１９】
元画像１７０１は、電子透かしパターンの埋め込む先となる画像であり、例えば、テープやハード・ディスクなどの一般的な画像蓄積装置（図示しない）から読出し／再生されたり、あるいはカメラなどの一般的な画像取り込み装置（図示しない）から供給される。
【０１２０】
電子透かしパターン生成部１７０４は、電子透かしパターン生成キー記憶部１７０３が記憶する電子透かしパターン生成キーを用いて、埋め込み情報１７０２から電子透かしパターンを生成する。
【０１２１】
探索部１７０５は、元画像１７０１と電子透かしパターン１７０４が出力する電子透かしパターンの相関が大きくなる埋め込み位置を探索する。
【０１２２】
電子透かしパターン埋め込み部１７０６は、元画像と電子透かしパターンの相関が大きくなる電子透かしパターン位置情報並びに元画像を探索部１７０５から入力するとともに、電子透かしパターン生成部１７０４から電子透かしパターンを入力して、元画像と電子透かしパターンの相関が大きくなる電子透かしパターン位置に電子透かしパターンを埋め込む。
【０１２３】
このようにして電子透かしパターンが埋め込まれた画像は、電子透かし埋め込み済み画像１７０７として出力される。
【０１２４】
図１８には、図１７に示した電子透かしパターン埋め込み装置上において、ただ１つの電子透かしパターンを用いて、電子透かしパターンと元画像の相関が高くなるパターン位置を選んで元画像に電子透かしパターンを埋め込むための処理手順をフローチャートの形式で示している。以下、このフローチャートを参照しながら、ただ１つの電子透かしパターンを用いて、電子透かしパターンと元画像の相関が高くなるパターン位置を選んで元画像に電子透かしパターンを埋め込む処理について説明する。
【０１２５】
まず、電子透かしで埋め込む情報と電子透かしパターン生成キーを基に、電子透かしパターンを生成する（ステップＳ１）。
【０１２６】
次いで、電子透かしの埋め込み先となる元画像を入力して（ステップＳ２）、この元画像と電子透かしパターンの相関が大きくなる電子透かしパターン位置を探索する（ステップＳ３）。
【０１２７】
そして、ステップＳ１で生成された電子透かしパターンを、前ステップＳ３で探索された電子透かしパターン埋め込み位置で埋め込んで（ステップＳ４）、この電子透かしが埋め込まれた画像を電子透かし埋め込み装置外に出力する（ステップＳ５）。
【０１２８】
このような電子透かし埋め込み方法、すなわち、元画像と電子透かしパターンの相関が大きくなる電子透かしパターン位置に電子透かしパターンを埋め込むという方法は、図１３並びに図１４に示したような電子透かし検出装置に対して設計変更・修正を加える必要がほとんどない。
【０１２９】
これに対し、従来の電子透かし検出方法に変更を加えることで可能となる新たな電子透かしパターン埋め込み方法も想到される。例えば、図１９に示したような探索方法である。
【０１３０】
図１９（ａ）では、電子透かしパターンを元画像に対して回転させることで、元画像との相関が大きくなる角度を探索する。また、図１９（ｂ）では、電子透かしパターンの縮尺を変えることで、元画像との相関が大きくなる縮尺を探索する。また、図１９（ｃ）では、電子透かしパターンのアスペクト比を変更することで、元画像との相関が大きくなるアスペクト比を探索する。図９並びに図１１に示した場合と同様に、電子透かしパターンが繰り返し連続的に続いているという設定である。
【０１３１】
元画像と電子透かしパターンの相関が大きくなる電子透かしパターン位置、角度、縮尺、アスペクト比を利用した電子透かしパターン埋め込み処理を行うためには、図１７に示した電子透かし埋め込み装置のうち、探索部１７０５と電子透かしパターン埋め込み部１７０６の機能構成を変更・修正する必要がある。すなわち、探索部１７０５では、元画像と電子透かしパターンの相関が大きくなる電子透かしパターン位置、角度、縮尺、アスペクト比を探索して、該探索された電子透かしパターン埋め込み位置、角度、縮尺、アスペクト比と元画像を電子透かしパターン埋め込み部１７０６に送出する。また、電子透かしパターン埋め込み部１７０６は、これらの探索情報及び電子透かしパターンを用いて元画像に電子透かしパターンを埋め込む。
【０１３２】
このように、電子透かし埋め込み処理に対して図１９に示したような電子透かしの角度、縮尺、アスペクト比などを探索するという追加変更を行う場合、図１３並びに図１４に示した電子透かしパターンの検出処理を行う電子透かし検出装置の構成は、それぞれ図２０並びに図２１のように変更すればよい。
【０１３３】
まず、図２０に示した電子透かし検出装置について説明する。
【０１３４】
電子透かしパターン生成部２００３は、電子透かしパターン生成キー記憶部２００２に格納された電子透かしパターン生成キーを基にして電子透かしパターンを生成する。
【０１３５】
図１３に示した画像ずれ位置探索部兼情報検出部１３０４は、入力画像と電子透かしパターンの相関の大きい位置の探索を行っていた。これに対して、探索部兼情報検索部２００４は、入力画像と電子透かしパターンの相関の大きい位置、角度、縮尺、アスペクト比の探索を行う。そして、入力画像との相関が最も大きくなった位置、角度、縮尺、アスペクト比になったときに検出された情報は、検出情報２００５として装置外へ出力される。
【０１３６】
一方、図２１に示した電子透かし検出装置においては、図１４中の画像ずれ位置探索部１４０３が入力画像と電子透かしパターンの相関の大きい位置を探索していたのに対して、探索部２１０３は、画像ずれ位置の探索の他、元画像と電子透かしパターンの相関の大きい位置、角度、縮尺、アスペクト比の探索を行う。
【０１３７】
電子透かしパターン生成部２１０５は、電子透かしパターン生成キー記憶部２１０４が記憶する電子透かしパターン生成キーを基に電子透かしパターンを生成する。
【０１３８】
情報検出部２１０６は、位置、角度、縮尺、アスペクト比、及び入力画像を探索部２１０３から入力するとともに、情報用電子透かしパターンを電子透かしパターン生成部２１０５から入力して、位置、角度、縮尺、アスペクト比などの情報に基づいて埋め込み情報を検出する。情報検出部２１０６にて検出された情報は検出情報２１０７として出力される。
【０１３９】
電子透かしパターンの位置、角度、縮尺、アスペクト比を変更して元画像との相関が大きい位置、角度、縮尺、アスペクト比を求めるだけでなく、電子透かしパターンそのものを他の電子透かしパターンに置き換えるという方法も想到される。すなわち、電子透かしパターンを他のものに入れ替えていき、元画像と各電子透かしパターンとの相関を順に求めて、大きな相関が得られる電子透かしパターンを探索すればよい。図２２には、電子透かしパターンを順次入れ替えていき、元画像と相関の大きな電子透かしパターンを探索する様子を示している。
【０１４０】
このようにして、複数の電子透かしパターンの中から元画像との相関の大きなものを選択的に利用して電子透かし埋め込み処理を行った場合、電子透かしパターンを検出するためには、図２０及び図２１にそれぞれ示された電子透かし検出装置の構成を変更・修正する必要がある。図２３には、複数の電子透かしパターンの中から入力画像との相関の大きなものを選択的に利用して埋め込まれた電子透かしを検出するための、図２０に示した電子透かし検出装置の変形例を示している。また、図２４には、複数の電子透かしパターンの中から入力画像との相関の大きなものを選択的に利用して埋め込まれた電子透かしを検出するための、図２１に示した電子透かし検出装置の変形例を示している。
【０１４１】
まず、図２３に示した電子透かし検出装置について説明する。
【０１４２】
電子透かしパターン生成部２３０３は、電子透かしパターン生成キー記憶部２３０２に格納された電子透かしパターン生成キーを基にして電子透かしパターンを生成する。
【０１４３】
探索部兼情報検出部２３０４は、入力画像２３０１と電子透かしパターン生成部２３０３から供給される電子透かしパターンを用いて、入力画像と電子透かしの相関が大きくなる位置、角度、縮尺、アスペクト比を探索する。
【０１４４】
続いて、電子透かしパターン生成部２３０３は、電子透かしパターン生成キー記憶部２３０２から新たな電子透かしパターン生成キーを得て、電子透かしパターンを生成する。
【０１４５】
探索部兼情報検出部２３０４は、電子透かしパターン生成部２３０３から新たな電子透かしパターンを入力し、入力画像とこの電子透かしパターンの相関の大きくなる位置、角度、縮尺、アスペクト比を探索する。
【０１４６】
この電子透かし検出装置には、複数の電子透かしパターンが用意されており、すべての電子透かしパターンについて上述と同様の処理を繰り返し実行する。そして、入力画像との相関が最も大きくなった電子透かしパターン、位置、角度、縮尺、アスペクト比になったときの検出情報を検出情報２３０５として装置外へ出力する。
【０１４７】
一方、図２４に示した電子透かし検出装置においては、まず、探索用電子透かしパターン記憶部２４０２から探索部２４０３に対して探索用電子透かしパターンが送られる。探索部２４０３は、入力画像とこの電子透かしパターンの相関が大きくなる位置、角度、縮尺、アスペクト比を探索する。
【０１４８】
続いて、新たな電子透かしパターンが探索用電子透かしパターン記憶部２４０２から探索部２４０３に送らる。そして、探索部２４０３では、入力画像と電子透かしパターンの相関が大きくなる位置、角度、縮尺、アスペクト比の探索が行われる。
【０１４９】
用意されている複数の電子透かしパターンについて同様の探索処理を繰り返し実行する。そして、入力画像と電子透かしパターンとの相関が最も大きくなる電子透かしパターン、位置、角度、縮尺、アスペクト比になったときの位置、角度、縮尺アスペクト比の情報と入力画像を後段の情報検出部２４０６に送る。
【０１５０】
電子透かしパターン生成部２４０５は、電子透かしパターン生成キー記憶部２４０４に記憶されている電子透かしパターン生成キーを用いて電子透かしパターンを生成して、情報検索部２４０６に送る。
【０１５１】
情報検索部２４０６は、探索部２４０３から位置、角度、尺度、アスペクト比と入力画像を得るとともに、電子透かしパターン生成部２４０５から電子透かしパターンを得て、これらを基に情報の検索を行う。ここで検出された情報は、検出情報２４０７として装置外に出力される。
【０１５２】
探索用電子透かしパターンが電子透かしパターン生成キーを利用して電子透かしパターンを動的に生成する場合には、探索用電子透かしパターン記憶部２４０２を探索用電子透かしパターン生成部として装置構成を変更して、電子透かしパターン生成キー記憶部２４０４から電子透かしパターン生成キーを受け取るようにすればよい。
【０１５３】
図２５には、本発明の他の実施形態に係る電子透かし埋め込み装置の構成を模式的に示している。この電子透かし埋め込み装置は、電子透かしパターンの位置、角度、縮尺、アスペクト比を変更して元画像との相関が大きい位置、角度、縮尺、アスペクト比を求めるだけでなく、電子透かしパターンそのものを他の電子透かしパターンに入れ替えるという手法により電子透かしパターンを元画像に埋め込む処理を行う。
【０１５４】
元画像２５０１は、電子透かしパターンの埋め込む先となる画像であり、例えば、テープやハード・ディスクなどの一般的な画像蓄積装置（図示しない）から読出し／再生されたり、あるいはカメラなどの一般的な画像取り込み装置（図示しない）から供給される。
【０１５５】
電子透かしパターン生成部２５０４は、電子透かしパターン生成キー記憶部２５０３が記憶する電子透かしパターン生成キーを用いて埋め込み情報２５０２から電子透かしパターンを生成する。
【０１５６】
探索部２５０５は、元画像２５０１と電子透かしパターン生成部２５０４が生成した電子透かしパターンとの相関が大きくなる埋め込み位置、角度、縮尺、アスペクト比を探索する。
【０１５７】
続いて、電子透かしパターン生成部２５０４は、電子透かしパターン生成キー記憶部２５０３から入力される新たな電子透かしパターン生成キーを用いて、電子透かしパターンを新たに生成する。この電子透かしパターンと元画像２５０１を用いて、相関が大きくなる埋め込み位置、角度、縮尺、アスペクト比を探索する。そして、用意されている複数の電子透かしパターンのすべてについて同様な処理を繰り返し実行して、相関が最も大きくなったときの電子透かしパターン、位置、角度、縮尺、アスペクト比の情報を、電子透かしパターン埋め込み部２５０６に送出する。
【０１５８】
電子透かしパターン埋め込み部２５０６は、探索部２５０５から元画像と電子透かしパターンの相関が大きくなる電子透かしパターン、位置、角度、縮尺、アスペクト比の情報と元画像を入力するとともに、電子透かしパターン生成部２５０４から電子透かしパターンを入力して、元画像と電子透かしパターンの相関が大きくなる電子透かしパターン、位置、角度、縮尺、アスペクト比で埋め込む。電子透かしパターンが埋め込まれた画像は、電子透かし埋め込み済み画像２５０７として装置外へ出力される。
【０１５９】
図２６には、図２５に示した電子透かし埋め込み装置上で電子透かしパターンを元画像に埋め込むための処理手続をフローチャートの形式で示している。この処理手順に従えば、電子透かしパターンの位置、角度、縮尺、アスペクト比を変更して元画像との相関が大きい位置、角度、縮尺、アスペクト比を求めるだけでなく、電子透かしパターンそのものを他の電子透かしパターンに入れ替えるという方法によって電子透かしパターンを元画像に埋め込むことができる。以下、このフローチャートを参照しながら、電子透かし埋め込み処理について説明する。
【０１６０】
まず、元画像を入力し（ステップＳ１１）、次いで、埋め込み情報と電子透かしパターン生成キーを基にして電子透かしパターンを生成する（ステップＳ１２）。
【０１６１】
そして、この電子透かしパターンを用いて、元画像と電子透かしパターンとの相関が大きくなる電子透かしパターンの位置、角度、縮尺、アスペクト比を探索する（ステップＳ１３）。ステップＳ１４では用意されたすべての電子透かしパターンについて探索が終わったか否かを判別し、未探索の電子透かしパターンが残っている場合にはステップＳ１２に戻って電子透かしパターンの生成と探索を繰り返し行う。
【０１６２】
ステップＳ１５では、このような探索結果に基づいて、元画像と相関が最も大きくなった電子透かしパターン、位置、角度、縮尺、アスペクト比にて元画像に電子透かしパターンを埋め込む。そして、ステップＳ１６では、電子透かしパターンが埋め込まれた画像を出力する。
【０１６３】
［追補］
以上、特定の実施例を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施例の修正や代用を成し得ることは自明である。
【０１６４】
本明細書では、画像コンテンツに電子透かしパターンを埋め込む場合を例にとって説明してきたが、本発明の要旨はこれに限定されない。例えば、元信号が音楽など画像・映像以外のメディア・コンテンツである場合であっても、本発明を同様に適用し同等の作用効果を奏することができる。
【０１６５】
要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、限定的に解釈されるべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
【０１６６】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明によれば、確実に検出できるという条件を満たしながら、容易に認知されない電子透かし成分を信号内に埋め込むことができる、優れた電子透かし埋め込み処理装置及び方法を提供することができる。
【０１６７】
本発明に係る電子透かし埋め込み処理装置及び方法によれば、電子透かしパターンと元画像の相関の高い位置に電子透かしを埋め込むので、元画像上の電子透かしパターン埋め込み位置は電子透かしパターンを潜在的に保有していることと同義であり、電子透かし検出時に埋め込んだ電子透かしとともに検出されるため、検出強度が強くなり、確実な電子透かし検出を可能とする。
【０１６８】
また、本発明に係る電子透かし埋め込み処理装置及び方法によれば、電子透かしパターンと元画像の相関の高い位置に電子透かしを埋め込むので、元画像上の電子透かしパターン埋め込み位置は電子透かしパターンを潜在的に保有していることと同義であり、電子透かし検出時に埋め込んだ電子透かしとともに検出されるため、電子透かしを埋め込むことが困難な画像の場合に埋め込む電子透かしの強度を弱めることで、画像の知覚的劣化を防ぐことを可能とすると同時に、電子透かしの確実な検出を可能とする。
【０１６９】
また、本発明に係る電子透かし埋め込み処理装置及び方法によれば、電子透かしパターンと元画像の相関の高い位置に電子透かしを埋め込むので、元画像上の電子透かしパターン埋め込み位置は電子透かしパターンを潜在的に保有していることと同義であり、電子透かし検出時に埋め込んだ電子透かしとともに検出されるため、潜在的な電子透かしパターンを多量に保有している場合に埋め込む電子透かしの強度を弱めることで、電子透かしの確実な検出を可能としつつ、画像の知覚的劣化を防ぐことを可能とする。
【０１７０】
また、本発明に係る電子透かし埋め込み処理装置及び方法によれば、電子透かしパターンと元画像の相関の高い位置に電子透かしパターンを埋め込むので、マスキング効果により電子透かしパターンを知覚し難く、通常のコンテンツ鑑賞時に支障をきたさない。
【図面の簡単な説明】
【図１】元画像Ｐと電子透かしパターンＷとの内積値ｓと、電子透かしの埋め込まれた画像Ｍと電子透かしパターンＷとの内積値ｓ'との相対頻度分布を示した図である。
【図２】電子透かしの有無の判別基準を説明するための図である。
【図３】閾値ｔｈのとり得る範囲を示した図である。
【図４】ｃＷ・Ｗが所望の確率Ｐ_FPと確率Ｐ_FNを満たし、且つ、ｃＷ・Ｗが最小となるようにスカラー値ｃを定めた様子を示した図である。
【図５】図４よりもさらに確率Ｐ_FPと確率Ｐ_FNを小さくした例を示した図である。
【図６】複数の電子透かしパターンを元画像に埋め込む様子を示した図である。
【図７】元画像内で小領域を格子状に配置した様子を示した図である。
【図８】埋め込み情報が８ビットであるときの小領域の分割例を示した図である。
【図９】電子透かしパターンがトーラス状に連続している様子を示した図である。
【図１０】ずれ位置探索専用の電子透かしパターンＷ_LOCATIONを元画像に別途埋め込んだ様子を示した図である。
【図１１】基本となる電子透かしの大きさが小さい場合にずれ位置を探索する様子を示した図である。
【図１２】電子透かしパターンを元画像に埋め込む電子透かし埋め込み装置の構成を模式的に示した図である。
【図１３】画像から電子透かしパターンを検出するための電子透かし検出装置の構成を模式的に示した図である。
【図１４】画像ずれ位置探索用電子透かしを別途に用いた場合の電子透かしを検出するための電子透かし検出装置の構成を模式的に示した図である。
【図１５】本発明が及ぼす作用効果を説明するための図である。
【図１６】従来の手法に従って電子透かしを元画像に埋め込む場合の電子透かしパターン埋め込み強度ｑ_normal＝ｃＷ・Ｗと、本発明に従って元画像自身が潜在的に保有している電子透かしパターン成分を利用して電子透かしを元画像に埋め込む場合の電子透かしパターン埋め込み強度ｑ_newの相違を示した図である。
【図１７】元画像が潜在的に保有する電子透かしパターン成分を利用して電子透かしパターンを元画像に埋め込む電子透かし埋め込み装置の構成を模式的に示した図である。
【図１８】図１７に示した電子透かしパターン埋め込み装置上において、ただ１つの電子透かしパターンを用いて、電子透かしパターンと元画像の相関が高くなるパターン位置を選んで元画像に電子透かしパターンを埋め込むための処理手順を示したフローチャートである。
【図１９】電子透かしの探索方法に関する他の例を説明するための図である。
【図２０】電子透かしの角度、尺度、アスペクト比などの追加変更を行うために、図１３に示した電子透かし検出装置を追加変更した構成例を示した図である。
【図２１】電子透かしの角度、尺度、アスペクト比などの追加変更を行うために、図１４に示した電子透かし検出装置を追加変更した構成例を示した図である。
【図２２】電子透かしパターンを順次入れ替えていき、元画像と相関の大きな電子透かしパターンを探索する様子を示した図である。
【図２３】複数の電子透かしパターンの中から元画像との相関の大きなものを選択的に利用して埋め込まれた電子透かしを検出するための、図２０に示した電子透かし検出装置の変形例を示した図である。
【図２４】複数の電子透かしパターンの中から元画像との相関の大きなものを選択的に利用して埋め込まれた電子透かしを検出するための、図２１に示した電子透かし検出装置の変形例を示した図である。
【図２５】電子透かしパターンの位置、角度、縮尺、アスペクト比を変更して元画像との相関が大きい位置、角度、縮尺、アスペクト比を求めるだけでなく、電子透かしパターンそのものを他の電子透かしパターンに入れ替えて電子透かしパターンを元画像に埋め込む処理を行う、本発明の実施形態に係る電子透かし埋め込み装置の構成を模式的に示した図である。
【図２６】電子透かしパターンそのものを他の電子透かしパターンに入れ替えるという方法によって電子透かしパターンを元画像に埋め込むための処理手順を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１７０３…電子透かしパターン生成キー記憶部
１７０４…電子透かしパターン生成部
１７０５…探索部
１７０６…電子透かしパターン埋め込み部
２００２…電子透かしパターン生成キー記憶部
２００３…電子透かしパターン生成部
２００４…情報部兼情報検索部
２１０２…探索用電子透かしパターン記憶部又は生成部
２１０３…探索部
２１０４…電子透かしパターン生成キー記憶部
２１０５…電子透かしパターン生成部
２１０６…情報検索部
２３０２…電子透かしパターン生成キー記憶部
２３０３…電子透かしパターン生成部
２３０４…探索部兼情報検出部
２４０２…探索用電子透かしパターン記憶部又は生成部
２４０３…探索部
２４０４…電子透かしパターン生成キー記憶部
２４０５…電子透かしパターン生成部
２４０６…情報検索部
２５０３…電子透かしパターン生成キー記憶部
２５０４…電子透かしパターン生成部
２５０５…探索部
２５０６…電子透かしパターン埋め込み部

Claims (10)

1. 元画像に電子透かしパターンを埋め込むための電子透かし埋め込み処理装置であって、
   元画像と電子透かしパターンの相関が大きくなる電子透かしパターン位置を探索する探索部と、
   元画像の該電子透かしパターン位置に電子透かしパターンを埋め込む電子透かしパターン埋め込み部と、
   を具備することを特徴とする電子透かし埋め込み処理装置。
2. 元画像に電子透かしパターンを埋め込むための電子透かし埋め込み処理装置であって、
   元画像と電子透かしパターンの相関が大きくなる電子透かしパターン位置、角度、縮尺、アスペクト比を探索する探索部と、
   元画像との相関が最も大きくなった電子透かしパターン位置、角度、縮尺、アスペクト比にて電子透かしパターンを埋め込む電子透かしパターン埋め込み部と、
   を具備することを特徴とする電子透かし埋め込み処理装置。
3. 元画像に電子透かしパターンを埋め込むための電子透かし埋め込み処理装置であって、
   複数の電子透かしパターンを用意する電子透かしパターン提供部と、
   該用意された各電子透かしパターンについて、入力された画像と電子透かしパターンの相関が最も大きくなる電子透かしパターン並びにその位置を探索する探索部と、
   該画像との相関が最も大きくなった電子透かしパターン並びにその位置にて電子透かしパターンを埋め込む電子透かしパターン埋め込み部と、
   を具備することを特徴とする電子透かし埋め込み処理装置。
4. 元画像に電子透かしパターンを埋め込むための電子透かし埋め込み処理装置であって、
   複数の電子透かしパターンを用意する電子透かしパターン提供部と、
   該用意された各電子透かしパターンについて、入力された画像と電子透かしパターンの相関が最も大きくなる電子透かしパターン並びにその位置、角度、縮尺、アスペクト比を探索する探索部と、
   該画像との相関が最も大きくなった電子透かしパターン並びにその位置、角度、縮尺、アスペクト比にて電子透かしパターンを埋め込む電子透かしパターン埋め込み部と、
   を具備することを特徴とする電子透かし埋め込み処理装置。
5. 元画像に電子透かしパターンを埋め込むための電子透かし埋め込み処理方法であって、
   元画像と電子透かしパターンの相関が大きくなる電子透かしパターン位置を探索する探索ステップと、
   元画像の該電子透かしパターン位置に電子透かしパターンを埋め込む電子透かしパターン埋め込みステップと、
   を具備することを特徴とする電子透かし埋め込み処理方法。
6. 元画像に電子透かしパターンを埋め込むための電子透かし埋め込み処理方法であって、
   元画像と電子透かしパターンの相関が大きくなる電子透かしパターン位置、角度、縮尺、アスペクト比を探索する探索ステップと、
   元画像との相関が最も大きくなった電子透かしパターン位置、角度、縮尺、アスペクト比にて電子透かしパターンを埋め込む電子透かしパターン埋め込みステップと、
   を具備することを特徴とする電子透かし埋め込み処理方法。
7. 元画像に電子透かしパターンを埋め込むための電子透かし埋め込み処理方法であって、
   複数の電子透かしパターンを用意する電子透かしパターン提供ステップと、
   該用意された各電子透かしパターンについて、入力された画像と電子透かしパターンの相関が最も大きくなる電子透かしパターン並びにその位置を探索する探索ステップと、
   該画像との相関が最も大きくなった電子透かしパターン並びにその位置にて電子透かしパターンを埋め込む電子透かしパターン埋め込みステップと、
   を具備することを特徴とする電子透かし埋め込み処理方法。
8. 元画像に電子透かしパターンを埋め込むための電子透かし埋め込み処理方法であって、
   複数の電子透かしパターンを用意する電子透かしパターン提供ステップと、
   該用意された各電子透かしパターンについて、入力された画像と電子透かしパターンの相関が最も大きくなる電子透かしパターン並びにその位置、角度、縮尺、アスペクト比を探索する探索ステップと、
   該画像との相関が最も大きくなった電子透かしパターン並びにその位置、角度、縮尺、アスペクト比にて電子透かしパターンを埋め込む電子透かしパターン埋め込みステップと、
   を具備することを特徴とする電子透かし埋め込み処理方法。
9. 元画像に電子透かしパターンを埋め込む電子透かし埋め込み処理をコンピュータ・システム上で実行するように記述されたコンピュータ・ソフトウェアをコンピュータ可読形式で物理的に格納した記憶媒体であって、前記コンピュータ・ソフトウェアは、
   元画像と電子透かしパターンの相関が大きくなる電子透かしパターン位置を探索する探索ステップと、
   元画像の該電子透かしパターン位置に電子透かしパターンを埋め込む電子透かしパターン埋め込みステップと、
   を具備することを特徴とする記憶媒体。
10. 元画像に電子透かしパターンを埋め込む電子透かし埋め込み処理をコンピュータ・システム上で実行するように記述されたコンピュータ・ソフトウェアをコンピュータ可読形式で物理的に格納した記憶媒体であって、前記コンピュータ・ソフトウェアは、
    元画像と電子透かしパターンの相関が大きくなる電子透かしパターン位置、角度、縮尺、アスペクト比を探索する探索ステップと、
    元画像との相関が最も大きくなった電子透かしパターン位置、角度、縮尺、アスペクト比にて電子透かしパターンを埋め込む電子透かしパターン埋め込みステップと、
    を具備することを特徴とする記憶媒体。

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