JP4506991B2 - ロバストなデジタル電子透かし入れ信号の挿入方法および電子透かし検出方法 - Google Patents
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Description
入れ(デジタル・ウォーターマーキング;digital watermarking)に関する。特に本発明
は、電子透かし入れの目的で埋め込まれた信号の挿入と、検出または抽出とに関する。そ
の挿入、検出手順は、データの小領域(サブリージョン; subregion)の合計に対して適
用される。本発明では、これらの小領域がMPEG(moving picture experts group)やJ
PEG(joint photograph coding experts group)による圧縮および伸長に使用される8
×8ピクセル(画素)のブロックに対応する場合には、電子透かし入れ手順をこれらの圧
縮アルゴリズムと密接に結合して計算量の著しい節減を達成することができる。本発明は
さらに、電子透かし入れされたデータが、電子透かしの挿入の時点と検出の時点との間で
歪みを受けることがあるかもしれないような場合における、電子透かし入れのための信号
の挿入と、挿入された信号の検出とに関する。
アの普及により、その物の源泉の識別を容易にするセキュティシステムに対するニーズが
生じている。
の認証、コピーコントロールおよび管理のために、ソフトウエアおよび/またはハードウ
エア装置により後にでも検出できるような信号を、映像/画像/マルチメディアデータに
埋め込みたいというニーズがある。
挿入することができる。埋め込まれる信号は、画像の忠実性(画質)を保存し、通常の信
号変換に対してロバスト(頑強)でありかつタンパリング(改ざん;tampering)に耐え
る性質を有していなければならない。さらに、現在の要求ではフレーム当たり数ビットと
比較的低いものであるが、システムが提供できるデータレートも考慮しなければならない
。
平9-191394号公報参照)“安全なマルチメディアデータ用スペクトラム拡散電子透かし入
れ(Secure Spread Spectrum Watermarking for Multimedia Data)”には、コンテンツの
所有者を識別するために、画像の知覚的な意味のある領域に電子透かし信号を埋め込むス
ペクトラム拡散電子透かし入れ方法が提示されている。この方法の長所は、電子透かしを
除去するのが非常に困難なことである。事実、この方法では、比較のための原画像または
原データが入手可能な場合にしか、電子透かしを読み出すことができない。これは、電子
透かしの原スペクトラムが非線形乗法手順により画像のスペクトラムに整形(シェーピン
グ)されており、このようなスペクトルシェーピングは、マッチドフィルタによる検出の
前に除去されなければならないからである。これに加え、最大の方からN個のスペクトル
係数に電子透かしが挿入されるが、その係数の大きさの順序は、電子透かし挿入後は挿入
前とは変わってしまい、挿入された係数を特定できなくなるからである。したがって、こ
の方法によって埋め込まれた電子透かしは、いかなるソフトウエアおよびハードウエア装
置をもってしても、電子透かし入れされていないオリジナル(原画)にアクセスすること
なしに、直接読み出すことはできない。
dex.html(Technical Report No. 95-10)から入手できるコックス等(Cox et al.)の文
献“安全なマルチメディア用スペクトラム電子透かし入れ(Secured Spectrum Watermarki
ng for Multimedia)”では、電子透かし入れの目的でデジタルデータに擬似乱数ノイズ列
を埋め込むスペクトラム拡散電子透かし入れが記載されている。
画像スペクトラムから減じる必要がある。そのため、復号器が原画像もしくは原画像スペ
クトラムを利用できない場合には、この方法の使用は制約される。応用によっては、この
ことは大きな困難を伴う。例えば、ある種の操作(例えばコンテンツのコピー)を行った
り、もしくはその操作を拒否したりするための情報を電子透かしとして埋め込んで、サー
ドパーティから提供される装置でこの情報を読み出して制御を行う場合、前述の原画を必
要とする方法を用いることはほとんど不可能である。
込みシグナリング(Embedded Signaling)”では、デジタル情報が符号化されてコードシン
ボル系列が作り出される。コードシンボル系列は、そのコードシンボル系列を表す対応す
るスペクトラム拡散コード信号系列を発生することにより、オーディオ信号へ埋め込まれ
る。コード信号の周波数成分は、オーディオ信号の帯域幅内の予め選定されたシグナリン
グ帯域内に本質的に閉じ込められ、コード信号の連続するセグメントは系列内の連続する
コードシンボルに対応する。オーディオ信号は、シグナリング帯域を包含する周波数帯域
にわたって連続的に周波数解析され、コード信号は、その解析結果の関数としてダイナミ
ックにフィルタ処理される。これにより、コード信号から、各瞬時において対応する周波
数範囲内のオーディオ信号周波数成分のレベルの予め選定された部分であるような周波数
成分レベルを本質的に有する、修正されたコード信号が得られる。修正されたコード信号
およびオーディオ信号を結合して、デジタル情報が埋め込まれた合成オーディオ信号が得
られる。次に、この合成オーディオ信号は、記録媒体上に記録されるか、あるいは送信チ
ャネルへ送られる。この過程での2つのキーとなる要素は、それぞれ、挿入段階および抽
出段階で生じるスペクトル整形(シェーピング)およびスペクトル等化であり、これによ
り、埋め込まれた信号は、電子透かし入れがなされていない原データへアクセスすること
なく、抽出することができる。
子透かし(A Spread Spectrum Watermark for Embedded Signaling)”には、原データある
いは電子透かし入れされていないデータを使用せずに、電子透かし入れされた画像や映像
から、埋め込まれたデータ中の電子透かしを抽出する方法が記載されている。
、画像全体のDCT(離散コサイン変換;Discrete Cosine Transform)およびその逆変
換(IDCT)が計算される必要がある。Nを画像内の画素数として、DCTを(N l
og N)のオーダの計算量で計算する高速アルゴリズム、すなわち、画素数Nの増加に
対して計算量がたかだか(N log N)に比例して長くなるような高速アルゴリズムが
ある。しかしながら、N=512×512(横512画素、縦512画素)であるような
画像に対しては、要求される計算量は依然として大きい。符号化および抽出処理が、映像
レート、すなわち毎秒30フレームの速度で行われなければならない場合は、特にそうで
ある。この方法は、MPEG−2伸長に必要な計算量に比べておよそ30倍の計算量を必
要とする。
しか電子透かし入れをしないことである。しかしながら、コンテンツのオーナは、全ての
映像フレームを保護したいと望む。さらに、どのフレームに埋め込まれた信号が含まれる
かが分かってしまえば、映像信号を著しく劣化させることなくそれらのフレームを除去す
ることは簡単である。したがって、この方法を用いるのは好ましくない。
電子透かしを挿入することである。ブロックサイズを8×8、すなわち、MPEG画像圧
縮に使用するのと同サイズ、に選定すると、電子透かし挿入および抽出手順をMPEGの
圧縮および伸長アルゴリズムと密接に結合することができる。電子透かしの挿入や抽出に
おいて最もコストがかかる計算は、DCTおよびその逆変換の計算に関連しており、これ
らのステップは圧縮および伸長アルゴリズムの一部として既に計算されているため、相当
な計算の節減を達成することができる。したがって、電子透かし入れを行うことに伴うコ
スト増分は非常にわずかなものとなり、典型的にはMPEGに伴う計算要求量の5%より
も少ない。
平10-308867号公報参照)“MPEG/JPEG係数を使用する画像データの電子透かし
入れ(Watermarking of Image Data Using MPEG/JPEG Coefficients)”では、MPEG/
JPEG係数を使用して画像データを符号化することにより、この作業を進展させている
。
平10-145757号公報参照)“デジタル電子透かし入れ(Digital Watermarking)”には、電
子透かし情報を小画像(サブイメージ)内に格納し、小画像から電子透かし情報を抽出す
ることが記載されている。
の文献"A review of watermarking and the improvement of perceptual modeling"は、
電子透かし入れについての最近の動向をまとめた総説である。
れている。いずれの場合も、各8×8DCTブロック(8画素×8画素のサイズのブロッ
クに、DCTを行って得られる8×8のブロック)は、電子透かしやその一部を含むよう
に修正される。したがって、電子透かしを復号するには、各8×8ブロックを個別に解析
してその中に含まれる電子透かし信号を抽出する必要がある。次に、個別に抽出された信
号を結合して合成電子透かしを形成し、既知の電子透かしと比較する。各ブロックを個別
に解析しなければならないため、非圧縮画像をブロックベースでのDCT表現へ変換し戻
さなければならず、それはコストのかかる計算である。したがって、復号器は、DCTド
メイン(領域)データでは計算の観点からは効率的ではあるが、空間ドメインデータから
電子透かしを抽出するのには、はるかにコストがかかる。
でロバストであり、かつ、アルゴリズムの変更に柔軟に対応できる電子透かしの挿入方法
と、デジタルデータから電子透かしを抽出するためのよりシンプルで効率的でロバストで
あり、かつ、アルゴリズムの変更に柔軟に対応できる電子透かしの検出方法を提供するこ
とにある。さらに本発明は、さまさまな幾何学的歪みの存在下であっても電子透かしを検
出できる電子透かしの挿入方法および検出方法とを提供することも目的とする。
ックを有する電子透かし入れされたデータを受信するステップと、電子透かし入れがなさ
れているデータの複数のn×nブロックを合計して、少なくとも1つのn×nブロックの
合計電子透かしデータを作成するステップと、各n×nブロックからの所定の電子透かし
入れされたデータを合計して、抽出された電子透かしの各要素を生じることにより、少な
くとも1つのn×nブロックから電子透かしを抽出するステップと、を有する、電子透か
し入れがなされたデータから電子透かしを検出する方法が、提供される。
を利用する、電子透かしの新しい挿入方法に関係している。本発明によれば、原画とは区
別できないように電子透かしを挿入した画像であっても、フィッシャーのZ変換値にして
15以上となる(すなわち、電子透かし挿入画像と電子透かしとが無相関である確率が、
正規分布において標準偏差の15倍よりも外側の領域に相当する確率以下となる)ような
大きなレスポンスが得られることがテストから判っている。
度を、その特定のアタックと容易に関連づけられる方法によって制御する。
およびアタック処理技術をあとで変更できる。その結果、すでに多くの検出器を取り付け
た後であっても、電子透かし入れ、特にDVD(デジタルビデオディスク;digital vide
o disk)の電子透かし挿入方式の改良を継続することができる。それは、既存の復号器を
変えずに符号化技術を改良できるMPEGビデオの状況に似ている。
ルな検出アルゴリズムが可能となる。
が容易で、分析が容易で、かつ計算コストが低い新しい検出方法にも関連している。
×n行列であるとみなして、これら複数のn×nブロックのそれぞれに対応する行列の行
列和を算出し、すなわち、行列の要素ごとに加算を行い、算出結果のn×n行列に対応す
るn×nブロックを求めることである。算出結果のn×nブロックのことを合計ブロック
ともいう。
れらのパターンは2つのカテゴリーに分類され、それらは、1)検出中に並進シフトを補
償するためのレジストレーション(位置決め)パターンと、2)電子透かしの情報内容を
符号化する電子透かしパターンである。
あっても電子透かし信号が抽出できるように、抽出可能な電子透かし信号を画像データに
挿入する電子透かし挿入方法であって、電子透かし入れされるべき画像データを準備する
ステップと、画像データをコピーするステップと、画像データのコピーに、予め規定され
た歪みを加えるステップと、画像データの歪んだコピー内に電子透かし信号を挿入するス
テップと、画像データの歪んだコピーに電子透かし信号を挿入して得られた被電子透かし
入れ画像データから、歪んだ画像データのコピーを差し引いて、電子透かしパターンを生
成するステップと、電子透かしパターンに対して逆歪み操作を施し、歪んでいない画像デ
ータに対する電子透かし入れされたパターンを発生するステップと、電子透かし入れされ
るべき画像データと、歪んでいない画像データに対する電子透かしパターンとを結合して
、電子透かし入れされたデータを得るステップと、を含む、電子透かし挿入方法が提供さ
れる。
ータから電子透かしを抽出する電子透かし検出方法であって、受信した歪んでいる電子透
かし入れされた画像データを一連の複数のn×nブロックへ分割するステップと、所定数
のn×nブロック内の電子透かし入れされた画像データをまとめて合計するステップと、
合計されたn×nブロックが空間ドメインでのものでない場合には、その合計されたn×
nブロックを空間ドメインでのものに変換するステップと、合計されたn×nブロックの
2次元並進歪みを決定するステップと、決定された歪みに従って、合計されたn×nブロ
ックをシフトするステップと、シフトされたn×nブロックを変換係数ドメインでのもの
に変換するステップと、変換されたn×nブロックから、考えられる電子透かし信号を抽
出するステップと、考えられる電子透かしと既知の電子透かしとの相関を計算するステッ
プと、考えられる電子透かしの巡回シフトに対して相関を計算するステップを繰り返すス
テップと、相関を計算するステップでの結果に基づいて電子透かしの存在を決定するステ
ップと、を有する、電子透かし検出方法が、提供される。
されたスケール変化を受けた後であっても、電子透かし検出器を変更することなく、電子
透かしを検出することができる電子透かしの挿入方法が提供される。
)においても計算コストが低廉である電子透かしの検出方法が提供される。
電子透かし方法が提供される。
を変えることなく挿入/抽出アルゴリズムの変更に対応でき、シンプルかつ少ない計算量
で電子透かしの挿入や抽出を行えるようになるという効果がある。さらに本発明は、さま
さまな幾何学的歪みの存在下であっても電子透かしを検出できるようになるという効果が
ある。
にするために、本発明では、DCTドメイン内において全ての8×8ブロックを合計した
結果、もしくはDCTドメイン内において全ての8×8ブロックのサブセットを合計した
結果に、電子透かしを挿入することができる。この方法の主要な利点は、画像が空間ドメ
イン内でしか得られない場合には、空間ドメイン内で総和を計算することもできる。この
場合は、総和をとることによっていくつかの8×8ブロックを求め、次に、この1ブロッ
クだけをDCTドメインへ変換すればよい。それは、DCTブロックの合計が、画素値の
合計にDCTを行った結果に等しいためである。したがって、DCTドメインおよび空間
ドメイン内での復号の計算コストはほぼ同じになる。
に電子透かしを配分する等価な方法が無数にあることである。例えば、電子透かしを挿入
するために、DCTブロックを合計して得られるブロックの第i番目の係数をΔiだけ変
化させる必要がある場合、画像内にMブロックがあれば、個別の各ブロックへΔi/Mを
加算することができる。あるいは、画像忠実度の一時的な問題点を無視すれば、ブロック
1においては第i番目の係数にΔiを加算して、残りのM−1ブロックは不変とすること
ができる。この1対多マッピング(ある1つの電子透かし挿入結果を実現する方法が複数
存在すること)により、復号器を変えずに挿入アルゴリズムを変えることができる。この
ことは非常に重要な特徴である。なぜなら、ある電子透かし入れの応用では、多数のハー
ドウェア復号器が出荷されると、復号器を変更することは現実的でなくなるためである。
しかしながら、ここに記載する方法を使用することによって、電子透かしの挿入アルゴリ
ズムを改良すれば、復号器を変えなくても検出結果を改善することができるのである。
和から抽出される電子透かし信号が、忠実性の問題を引き起こすことなくその信号を変更
できる量と比較して、変動が小さいという点である。これはすなわち、得られる画像がオ
リジナルのものと同一に見えることを条件としても、合計DCTブロックが必要な電子透
かし信号と完全に一致するように画像を変化させることが、多くの場合に可能であるとい
うことである。
実行され、幾何学変換などの他の種の問題は空間ドメインでより簡便に対処されることが
、良く知られている。電子透かしを復号する計算コストは今や対称的になったため、電子
透かしを改変させることがあるさまざまな信号変換に対する修正を行うために、空間ドメ
インから周波数ドメインへ意のままに切り替えることができる。
イメージ)およびマルチメディアデータにも同等に適用できることを理解されたい。“電
子透かし(ウォータマーク;watermark)”という用語には、埋め込まれたデータ、シン
ボル、画像、命令もしくは任意の他の識別情報が含まれる。
要を説明し、次に本発明を含む改良についての追加の説明を行う。
元のベクトルとし、W[1,...,N]と表す。以下の記述においては、W[1,...,N]はW[
k](k=1,...,N)と同様に用いる。V[1,...,N]は、画像から抽出されるベクトル
値を表し、その場合、要素V[k]はW[k]に対応する。具体的には、値V[k]は、以下の
式によって与えられるDCT係数の重み付け和である。
式中、D_k[i](i=1,...,n_k)は、V[k]を計算するのに使用されるDCT係
数の集合の項(メンバ)を示し、n_kは項の数を示し、F_k[i](i=1,...,n_k)
は、フィルタ処理に関係する重み付け係数である。F_kの概念は、各係数についてどの
程度の大きさのノイズが予想できるかに従って、DCT係数に重み付けを行おうというも
のである。V[1,...,N]を計算するには、画像全体にわたって最初にn×nのDCT係
数を計算する。次に、その係数をN個の集合に分類し、そのそれぞれをV[1,...,N]の
各要素に関連づける。DCT係数の分類の規則は予め設定したものであり、電子透かしの
挿入および検出の両方に同じ規則を使用する。
に、検出アルゴリズムを画像に適用する。画像が電子透かしを含まない場合、抽出値V[
1,...,N]は、いかなる電子透かしW[1,...,N]とも相関しない、正規分布乱数となろ
う。電子透かしW[1,...,N]は、各D_k[1,...,n_k](k−1,...,N)をわずかに
変化させて抽出値V[1,...,N]が電子透かしW[1,...,N]に強く相関するようにするこ
とによって、画像中に挿入される。ここで、V[1,...,N]のターゲット値をω[1,...,
N]で表す。すなわち、電子透かしW[1,...,N]を挿入することで、値V[1,...,N]を
ω[1,...,N]に変える。ターゲット値ω[1,...,N]は、電子透かしW[1,...,N]と非
常に高い相関を有し、後述するように決定される。
...,n_k]の間で配分する。次に、割り当てられた差値を、対応するDCT係数D_k[1
,...,n_k]に加えることで、電子透かしを挿入する。このDCT係数の変更は、画像の
外観(見た目)を変えないように行わなければならない。
視覚でわかる変化を起こさない変化量は、各DCT係数D_k[i]で異なる。その量は、
人間の視覚プロセスによって決まり、この人間の視覚プロセスは、計算モデルによってほ
ぼシミュレーション可能である。この変化量のことを「スラック(slack)」と称する。ス
ラックを各DCT係数について計算し、それを、DCT係数間での差ω[k]−V[k]の配
分に使用する。次に、人間の視覚プロセスのモデルを用いてスラックの値を計算する方法
について、説明する。
pp. 202-216のアンドリュー ビー. ワトソン(Andrew B. Watson)の文献"DCT Quantiz
ation Matrices Usually Optimized for Indirect Images"に見られる。このモデルは、
1997年2月9〜14日のクリスティン アイ. ポディルチャック(Christine I. Po
dilchuk)およびウェンジュン ツゥエング(Wenjun Zeng)の文献"Digital Image Watermar
king Using Visual Models", Proc. of EI '97, vol. 3016で電子透かし入れに応用され
ている。本発明は、(i)復号器において元の非電子透かし入れ画像を必要としない、(ii)
個別の8×8ブロックからではなく、8×8ブロックの集合の合計からウォータマークを
抽出する、の各点においてポディルチャックおよびツゥエングのそれとは異なっている。
現在はこの視覚モデルを用いているが、他の計算モデルも使用できる。
ック」と呼ばれる値S[i,j]を計算する。このスラック値は、変化が肉眼で認められる
ようになるまでに、ある特定のd[i,j]値をどれだけ変えることができるかを示すもの
である。スラック値は3段階で計算される。第1段階では、人間の視覚系のコントラスト
マスキング現象をモデル化し、各種周波数での視覚感度をモデル化し、変化に対する視覚
感度の周波数間での差を処理する。第2段階では、人間の視覚系の輝度マスキング現象を
モデル化し、視覚系が明領域での変化より暗領域での変化に対して感受性が高いという事
実を処理する。第3段階では、変化に対する感受性が、部分的に、周波数が変化するパー
センテージによって決まる(すなわち、小さい値を有するDCT係数はわずかしか変化し
ないが、相対的に大きい値を有する係数は相対的に大きい変化を起こし得る)という事実
を処理する。
示す値の行列を利用する。この行列を計算する式は、アルバート ジェー. アヒュマダ
ジュニア(Albert J. Ahumada Jr.)およびヘイディ エイ. ピーターソン(Heidi A. P
eterson)の文献"Luminance-Model-Based DCT Quantization for Color Image Compressio
n", SPIE, Vol. 1666(1992), pp. 365-374から得られる。
1,...,n_k]に割り付けることができる。これらのスラックをS_k[1,...,n_k]と称
する。そこで、視覚的影響を最小限としながら、全D_kにVの変化を配分することが可
能である。これは、下記式に従って行う。
V[k]は、それぞれωおよびVのk番目の要素である。この式の効果は、電子透かしベク
トル(ω[k]−V[k])の所定の要素における所望の変化を、V[k]算出の際に合計す
るDCT係数の全体にわたって、それらDCT係数のスラックに応じて比例配分すること
である。説明のため、2つの簡単な例を考える。1)スラックS_k[m]を除く全てのス
ラックがゼロである場合、S_k[j]F_k[j]の全ての値の合計はS_k[m]F_k[m]に
等しく、D_k[m]のみが変化する。それは(ω[k]−V[k])の全値だけ変化する。2
)全てのスラックが等しく、全ての係数F_k[i]=1の場合、各D_k[i]は同じ量だけ
変化する。
果は、電子透かし入れされた画像となる。与えられたkについての全てのD_k[i]F_k
[i]の合計がω[k]に等しいことを示すのは容易である。これを行う処理は、「画像への
オメガの挿入」と称される。画像に対してアタックがまだ行われていない場合、得られた
画像から抽出される電子透かしは、正確にωであり、ω+ノイズではない。
、どのように電子透かしをロバストにするかである。
ここで、αは小さい定数であり、Wはゼロ平均電子透かし信号である。ここでは同じ式
を使用することもできるが、制約が大きいため、本発明によって本来可能である強い電子
透かしを実現することはできない。そこで、このかわりに次式を用いる。
ここでmean()は平均値を与える関数である。これによって、大抵の場合は、画像
に知覚できる変化を生じることなく、電子透かしWと完全な相関を有するωを挿入するこ
とができる。
み付け和である。βが0に設定されると、結果はWと完全な相関を有するωとなる。
ここで、std(X)はXの標準偏差である。
を選択する方法が数多くある。
、明示的な人間の視覚のモデリングが含まれるが、電子透かしをロバストにするための方
法は、明示的には何も含まれていない。事実、これまでに記載した方法では、高い周波数
が最大スラックを有するため、電子透かしのできるだけ多くの部分を高い周波数へ配分す
るよう試みるが、それはロバストさの点からは思わしくないことである。
最初に、これらのアタックが画像内の8×8DCTのさまざまな係数にどのように影響す
るかを考慮する必要がある。次に、アタックもしくは信号劣化により同じように影響され
るDCT係数が分類され、あたかも独立した画像であるかのように電子透かし入れがなさ
れる。
るものとする。画像の左側から24列(カラム)の画素(ピクセル)を切り取る、もしく
は画像の右側から24列の画素を切り取るものとする。その結果、3グループのDCT係
数が生じ、それは、左端3列の8×8DCTブロックからのもの、右端3列からのもの、
および画像の残りの列からのものである。これらの各グループ内の全てのDCT係数が、
任意の所与のアタックにより、共に生き残るかもしくは破壊される。各グループが独立し
た画像であるかのように電子透かし入れされると、少なくとも1グループからの電子透か
しが一般的にアタックから生き残り(24列の切り取り攻撃が考えられる唯一のアタック
であるとする)、抽出される電子透かしはそのグループからの正しい電子透かしと、アタ
ックによりダメージを受けたグループからの幾分ノイズの多い電子透かしを合わせたもの
となる。
つのグループに分類することが可能であり、全ての高周波数成分を1以上の他のグループ
に分類することができる。DCT係数をN個の集合に分類するための所定の規則が、各集
合が多くの異なる周波数の係数を含むように作られている場合、完全な電子透かしを各グ
ループに挿入することができる。このとき、もし高周波数成分が除去されても、電子透か
しはまだ低周波数成分で検出することができ、その逆もいえる。
しかし、目に見える歪みを生じることなく変化を分散させることが次第に困難となるため
、コストが生じる。よって、グループの数とこのコストとのバランスをとることが重要に
なる。
、分割でのグループ数とコストとの最善のバランスを達成できるということである。検出
器を全く変えることなく、多様なアタックに対して電子透かしをロバストにすべく挿入ア
ルゴリズムを修正することができる。
CT係数をまとめるたものである。他の2つのグループは、それぞれ、より高い周波数を
代表するものである。
、それらがアタック(検出で使用されるフィルタの設計によって処理される)の影響を受
けやすいからではない。むしろ、相対的に高い周波数に電子透かしを入れると、MPEG
圧縮率がかなり低くなるからである。ただし、より高い周波数を含む他のグループを加え
ることも、別の選択肢として考えられよう。
て、デジタル画像が、n×nブロック(縦横それぞれn画素であるブロック)からなる集
まり、好ましくは複数個の8×8ブロック、へ分割される。そして、各ブロックの離散コ
サイン(余弦)変換(DCT)が周知の方法で計算され(ステップ12)、さまざまなア
タックに対して同じように応答するグループへDCT係数を分離する(ステップ14)。
そしてまず、第1のグループGを選択する(ステップ16)。
(ステップ18)。Vに類似しているが電子透かしWと高い相関を有するように、新しい
信号(ターゲット値)ωを決定する(ステップ20)。
プ22)。そして、グループGが最後のグループであるかどうか確認する(ステップ24
)。最後のグループでなければ、次のグループGを選択して(ステップ26)、ステップ
18に戻り、ステップ18において、次のグループG内の項だけを使用して電子透かしV
を抽出し、ステップ24において最後のグループGが見つかるまで、この手順を継続する
。ステップ24で最後のグループであると判断したときは、次に、ステップ28において
、ブロックの逆DCTを計算して、電子透かし入れされた画像を得る。
Vとの間の差の分配を推計的に行って、タンパリングの防止を助け、タンパリングへの感
受性を低減することができる。
できる。例えば、挿入プログラムは、画像へのさまざまなアタックをシミュレートして、
DCT係数の値に及ぼす影響を求めることができる。そしてプログラムは、同様な影響を
受けるグループへ適切に係数を割り当てることができる。
2つのパラメータを設定することができる。2つのパラメータは、(1)原画像と電子透
かし入れされた画像との間の最大知覚差(J)と、(2)所定の集合のアタックのいずれ
かの後で検出できなくなることへの最大許容確率と、である。アルゴリズムは、許容知覚
変化Jにしたがい、多数の画像内へ自動的に電子透かしを挿入する。そして、アタックの
シミュレーションを行って各々の画像をチェックする。もし、画像が、指定されたロバス
トさ制約(検出もれの最大許容確率)を満たすことができない場合には、ユーザに知らせ
、ユーザは画像忠実度を補償するかどうか、あるいはロバストネスに対して画像忠実度を
釣り合わせるかどうかを手動で決定することができる。
化を明示的に補償することができる。上述の電子透かし挿入方法を用いると、電子透かし
入れされたデータでの電子透かしの劣化が生じる場合がある。電子透かし入れされたデー
タにおいてMPEG圧縮後に電子透かしを増強するために、いくつかの方法が可能である
。
ピクチャのMPEG−2符号化を実行する上で、あるいは組み合わされたフレーム間予測
とDCT符号化を実行する上で、不可欠の要素を示してある。入力画像データ(入力画像
シーケンス)から予測画像を減じるための減算器30が設けられており、入力画像データ
は減算器30の一方の入力に与えられる。予測画像は、フレームメモリ32内に格納され
、減算器30の他方の入力に与えられている。また、符号化器には、減算器30の出力側
に接続して離散コサイン変換(DCT)を行うDCT計算器34と、DCT計算器34の
出力に接続した量子化器36と、量子化器36の出力がそれぞれ入力される可変長符号化
器38および逆量子化器40と、逆量子化器40の出力が入力される逆DCT計算器42
と、IDCT計算器42の出力とフレームメモリ32からの(前フレームの)予測画像と
を加算してフレームメモリ32に格納する加算器44とが設けられている。
算器30からの出力信号に対し、離散余弦変換(DCT)を行い、得られたDCT係数は
、量子化装置36で量子化される。量子化装置36の出力である量子化DCT係数は、ハ
フマン符号化が行われる可変長符号化器38に送られ、このハフマン符号化の結果は、符
号列として可変長符号化器38から出力される。量子化DCT係数は、逆量子化装置40
にも送られてそこで逆量子化され、この逆量子化されたDCT係数は、逆DCT計算器4
2によって、逆離散コサイン変換(IDCT;逆DCT)を施される。逆DCTの結果は
、加算器44で、フレームメモリ32から出力された予測画像に加算され、これにより、
復号器で取得されるものと同じであると予想される画像を再構築する。再構築画像は、「
局所復号画像」と称する。この局所復号画像をフレームメモリ32に保存して、予測画像
を形成する。
たMPEG−2符号化器の構成を模式的に示すブロック図である。
データへのDCTを実行するDCT計算器50と、DCT計算器50の出力に電子透かし
を加算する加算器52と、加算器52の出力に対して逆DCTを実行して加算器30に出
力する逆DCT計算器54と、予測画像に対してDCTを実行するDCT計算器56と、
量子化器36の出力が入力されるもう一つの逆量子化器58と、DCT計算器56の出力
と逆量子化器58の出力とを加算する加算器60と、量子化器36からの量子化情報を利
用し、加算器60からの出力に基づいて電子透かしの修正を行う電子透かし修正部62と
、量子化器36の出力と電子透かし修正部62の出力とを加算する加算器64と、を設け
た点で相違し、加算器64の出力が可変長符号化器38および逆量子化器40に入力され
ている。
像についてDCTが実行され、加算器52において、DCT計算器50からのDCT係数
に電子透かし信号が加算される。電子透かし情報を含む出力DCT係数に対して、逆DC
T計算器54で逆DCTが施される。逆DCT計算器54の出力は、電子透かしを含む画
像である。これらの電子透かし入れされた画像は、MPEG−2符号化器へ送られ、上述
したようにMPEG−2符号化が行われる。さらにこの実施の形態では、MPEG−2圧
縮に適合するように、電子透かし情報が修正される。
器56によって計算する。量子化器36から出力された量子化値を、逆量子化器58で逆
量子化する。これら逆量子化の結果とDCT計算器56から出力されたDCT係数とは、
加算器60によって加算される。この加算結果は、復号器で形成されると予想される復号
画像についてのDCT係数と対応する。そのDCT係数は、電子透かし修正部62に入力
する。電子透かし修正部62は、電子透かし補正信号を出力する。加算器64は、電子透
かし修正部62からの電子透かし補正信号を、量子化器36からの量子化値に加算する。
加算装置64の出力は、可変長符号化器38および逆量子化装置40への入力として用い
られる。
説明するために、いくつかの新たな表記を導入する。D_k[i]に相当する量子化値、す
なわち値Vを計算するためのk番目の集合のi番目の項の量子化値をDq_k[i]とする
。Dq_k[i]を得る上で使用される量子化ステップサイズの大きさをQ_k[i]とする。
逆量子化器58で計算されたDq_k[i]の逆量子化値を、DCT計算器56から出力さ
れた対応するDCT係数に加算することで得られる加算器60の出力値を、Dr_k[i]
とする。電子透かしの挿入において値V[1,...,N]を計算したのと同じ方法で、加算器
60の出力値Dr_k[i]から抽出された値を、Vr[1,...,N]とする。電子透かし修正
部62では、ターゲット値ω[1,...,N]も利用可能であると仮定する。
初に、電子透かし要素の指数(インデックス)kを1に設定する(ステップ500)。次
に、Vr[k]の値を下記式によって計算する(ステップ502)。
式中、重み付け係数F_k[1,...,n_k]は、V[k]の計算で使用したものと同じ値で
ある。次に、値Vr[k]とターゲット値ω[k]との間の差の絶対値と、その差の符号を、
以下の式によって計算する(ステップ504)。
s=Sign(Vr[k]−ω[k])
ここで、
しの歪みに対応する。
生する。ステップ506での処理は後述する。電子透かしのk番目の要素に関係するDC
T係数についての電子透かし補正信号の発生の後、ステップ508において指数kをNと
比較する。k>Nの場合、処理は終了する。k≦Nの場合、ステップ510で値kを1だ
け増加させ、処理をステップ502に戻す。このようにして電子透かし補正処理が行われ
、得られた電子透かし補正信号が最終的に加算器64に出力される。
て、さらに詳しく説明する。このステップ506では、電子透かしのk番目の要素に関係
するDCT係数についての電子透かし補正信号を発生する。
ロに設定する。次に、ステップ522において、値jを1に設定する。そして、ステップ
523において、並べ替え関数p(j)によって、DCT係数の指数(インデックス)iを
見出す。関数p(j)は、1からn_kまでの整数を並べ換えた後に得られた順列のj番目
の値を返す。最も簡単な例はp(j)=jである。次に、ステップ524において、ΔDq
_k[i]に値−sを格納し、値DifをQ_k[i]F_k[i]だけ小さくする。これは、加
算器64でΔDq_k[i]をDq_k[i]に加算することで、量子化値Dq_k[i]を−s
だけ変化させることを示している。値sは1または−1であり、このことから、量子化値
における変化は1である。すなわち、復号器の逆量子化器で得られた逆量子化値は、−Q
_k[i]、すなわち1ステップサイズだけ変化する。その更新後の値Difは、補正され
た量子化値Dq_k[i]+ΔDq_k[i](i=1,...,n_k)を用いて計算したω[k]と
Vr[k]との間の差の絶対値と同一である。ステップ524の後、ステップ526におい
て、値Difとゼロ、および指数jとn_kとを比較する。Dif<0またはj>n_kの
場合、このサブルーチンは終了する。この条件が満足されない場合は、ステップ528で
指数jを一定量Δjだけ大きくしてから、処理をステップ523に戻す。
て用いることができる。図7に示した処理手順では、量子化値Dq_k[i]がゼロである
か否かをチェックするステップ530を、図6におけるステップ523とステップ524
の間に加え、ステップ524が、量子化値Dq_k[i]がゼロ以外の値である場合にのみ
実行されるようにする。ゼロからゼロ以外の値への量子化値の変更によってビット数が大
幅に上昇するのが一般的であることから、これによって、電子透かし情報を補正したこと
に起因するビット数の上昇を抑えることができる。
た別のMPEG−2符号化器の構成を模式的に示すブロック図である。この符号化器の基
本的概念は、図3を用いて説明したものと同じであるが、入力原画像からの予測画像の減
算を、空間ドメインではなく、DCTドメイン内で実行している点で相違する。したがっ
て、図4に示す符号化器は、図3に示す符号化器と比較して、減算器30、IDCT計算
器54、DCT計算器34,56が設けられておらず、その代わり、予測画像のDCTを
実行するDCT計算器70と、加算器52の出力からDCT計算器70の出力を減算する
減算器72を設けた構成となっている。減算器72の出力が量子化器36に与えられると
ともに、DCT計算器70の出力は加算器60にも与えられている。この符号化器では、
入力画像データのMPEG圧縮のためのDCTは、初段のDCT計算器50で行われる。
実行され、その結果は、減算器72により、電子透かし入れされたDCT係数から差し引
かれる。減算の結果は量子化器36に送られ、その後、図3に示したものと同様にして、
電子透かし補正が実行される。減算器72から出力される結果は、DCTの線形性により
、図3でのDCT計算器34から出力された結果と同じである。従って、これらの処理と
それに続く量子化器36での量子化によって得られた結果は、図3に示したものと同じで
ある。図4に示す符号化器によれば、図3に示すものよりも、DCT計算の回数が減る。
透かしWが存在するか否かを決定する。ここで、W[1,...,N]は、試験対象の電子透か
しである。
少なくとも各Iフレーム)に関して、8×8のDCT係数のアレイが得られる。
を得る。ベクトルVと試験対象の電子透かしWとの間の相関係数Cを以下のように計算す
る。
るが(すなわち、Z≧4の場合は、電子透かしが存在することを意味する)、間違ったア
ラームおよび検出の見落としについての所望の発生確率に応じて、他の値を用いることも
できる。
G映像は、ハフマン復号器・パーシャルパーサ80へ送られる。ハフマン復号器・パーシ
ャルパーサ80の出力は、映像入力のn×n、好ましくは8×8の大きさのブロックのD
CT係数の集合である。
アキュムレータ(蓄積器)82へ与えられる。電子透かしアキュムレータ82は、電子透
かしの長さと同じ長さのメモリを備えている。ハフマン復号器・部分パーサ80からのD
CT係数は、所定の規則に従って分類され、前述のような電子透かし抽出のために加算さ
れ、結果はメモリに蓄積される。抽出された電子透かしは比較器(コンパレータ)84へ
与えられ、そこで、前述のように抽出された電子透かしと可能性のある電子透かしとの間
の相関係数を計算することにより、画像内にある可能性がある電子透かしと比較される。
可能性のある電子透かしとは、映像データ内へ挿入されているであろう電子透かしの全体
である。電子透かしアキュムレータやコンパレータの詳細は、例えば、上述した米国特許
出願第08/746,022号に記載されている。
尤度(正規化されたフィッシャーZ統計値)であり、尤度は可能性のある電子透かしそれ
ぞれに対して算出される。そして、最尤電子透かしが決定され、それが画像内の電子透か
しであるとみなされる。あるいは、どの電子透かしに対する尤度も所定のしきい値を越え
ない場合には、電子透かしは画像中に存在しないと判定する。
DCTを実行することで得られたDCT係数に上記の方法を提供することで、埋め込まれ
た電子透かしを検出することができる。その場合、各8×8ブロックについてDCTを行
わなければならないが、DCT係数をN個の集合に分類する上で精巧に作成された規則に
よって、DCTを多数回実行することが回避される。DCT計算を減らす方法について説
明する前に、いくつかの表記について定義する。
の指数をマッピングする関数集合をh_m(i,j)(i=1,...,8,j=1,...,8,m=
0,...,M−1)とする。Mは関数の数を示す。従って、k=h_m(i,j)の場合、指数
が(i,j)であるDCT係数をDCT係数のk番目の集合に分類して、値V[k]を計算
する。ここでは、M個の異なる関数h_m(i,j)(m=0,...,M−1)を準備する。あ
る8×8ブロックについてどの関数を選択するかは、そのブロックの行と列の番号がそれ
ぞれrおよびcで示されるとして、そのブロックの数値rおよびcに依存する。そうして
最初に、値rおよびcに従って、関数の指数mを見出し、次に、h_m(i,j)によって、
各DCT係数に対する集合の指数kを求める。本明細書において、発明の詳細な説明のこ
こ以降の部分では、DCT係数の分類において、この関数h_m(i,j)を用いるものとす
る。
同一であるブロックの和を各m=0,...,M−1について計算する。その加算ブロックを
VB_m[i,j](m=0,...,M−1)で表す。次に、M個の加算ブロックVB_m[i,j
](m=0,...,M−1)についてDCTを実行する。最後に、加算ブロックのDCT係数
を、値h_m(i,j)に従ってN個の集合に分類し、各集合内で加算して、V[1,...,N]
を得る。DCTが線形変換であることから、すなわちDCTブロックの合計がブロックの
合計についてのDCTの結果に等しいことから、得られた結果V[1,...,N]は、上記の
方法によって得られたV[1,...,N]と同じである。Mが画像中のブロックの総数よりか
なり小さい場合は、DCT計算の回数は大幅に減少する。そうしてこの方法によって、小
さい計算コストで電子透かしを抽出することができる。
ある。
×8ブロックを格納する8×8アキュムレータ90へ、与えられる。メモリの必要量は、
関数h_m(i,j)の数のn2倍である。各指数mについて、同じ指数mを有するブロック
を加算し、得られたM個の加算ブロックをメモリで蓄積する。
って、離散コサイン変換が施される。変換の回数は、関数h_m(i,j)の数に比例する。
変換結果は、n×nDCTの一群であり、関数h_m(i,j)に従ってN個の集合に分類さ
れ、加算されて、上述の電子透かし抽出が行われる。得られた電子透かしは、電子透かし
アキュムレータ94に供給され、蓄積される。電子透かしアキュムレータ94についての
メモリの必要量は、電子透かしの長さに比例する。抽出された電子透かしは、入力として
比較器96に供給される。比較器96への他の入力は、入力画像データに挿入されている
かもしれない、と考えられる電子透かしである。比較器は、各考えられる電子透かしごと
にその電子透かしが画像データ中に挿入されている確率(正規化フィッシャーZ統計値)
すなわち尤度を計算する。最も可能性の高い電子透かし(最尤電子透かし)が決定され、
それが画像中の電子透かしであるみなされる。
えば、画像が右方向に2画素移動すると、DCT係数が大幅に変わるために、電子透かし
を検出することができない。さらに、スケーリングや回転などの一般的な変形によっても
、電子透かしを検出できなくなる。
ることができる。第1の可能な変更点は、映像の規定された歪みに耐えるように設計され
た複数の電子透かしを画像データに挿入することであり、第2の変更点は、複数回の加算
を行うことなく、並進を補償できるよう配置するというものである。必要に応じて、その
第2の変更点は、映像の任意の並進を補償するために、改良された電子透かし検出器が使
用することができるレジストレーションパターンを各電子透かしに対応して1つずつ挿入
するように、さらに修正することができる。
時に使用されたのと同じn×nブロックのグリッドに基づいて、画像を分割する必要があ
る。ここでn×nブロックのグリッドとは、画像をn画素×n画素の複数のブロックに分
割する際のブロック間の境界となるべき線のことである。電子透かしの挿入後に画像が並
進していれば、電子透かしの検出時に、挿入時のグリッドに適合するように正しくグリッ
ドを決定することが困難となる。多くの応用において、ある特定のこのような変換が画像
に施されることが考えられるため、これは重要な問題である。例えば、DVD(デジタル
・ビデオ・ディスク;digital Video Disk)に記録された映像は、“パンスキャン(pansc
an)”もしくは“レターボックス(letterbox)”モードへ変換し、これによってこの映像を
標準テレビ画面に適合するように修正することが考えられる。“パンスキャン”モードで
は、水平解像度が高くなり、画面は所定のオフセットで切り取られて、得られる画像は3
×4アスペクト(縦横)比のテレビ画面上で見る時に正しくなるようにされる。“レター
ボックス”モードでは、画像は垂直にスケーリング(この場合は縮小)され、画面の上端
部および下端部に黒が加えられて、全体画像が3×4アスペクト比の画面に正しく適合す
るようにされる。これら2つの幾何学的変換は、他の変換よりも多く使用されるため、特
にこれらパンスキャンモードおよびレターボックスモードへの変換に対応できるようにす
ることが妥当である。
用頻度の高い各変換に対応して付加的な電子透かしを挿入することにより解決される。こ
れらの各付加的な電子透かしは、電子透かしの挿入後に画像に対して対応する既知の変換
を行う場合に、電子透かしの挿入時に使用したn×nブロックのグリッドが、検出時に使
用される所定のグリッドと一致するように設計されている。したがって、例えばDVDの
場合、画像に対して変換が施されない場合には、検出時のグリッドは(何の変換もうけて
いない)通常の電子透かしのものと一致し、通常の電子透かしが検出される。付加的な電
子透かしとして、“パンスキャン”用の電子透かしを挿入しておけば、画像に対して“パ
ンスキャン”変換を行うと、検出時のグリッドが“パンスキャン”用の電子透かしのもの
と一致し、“パンスキャン”用の電子透かしが検出される。“レターボックス”変換もし
くは任意他の所定の変換についても同様に、対応する付加的な電子透かしを挿入すること
によって対処できるようになる。
れる。
像に適用する。例えば、ITは、垂直方向に収縮することにより画像Iを“レターボック
ス”モードへ変換したもののコピーになる。
電子透かし入れされたバージョンを生成する。
よって生じる差分WT=IT’−ITを空間ドメインで求める。
の画像Iに対応する差分画像Wを得る。例えば、補償すべき変換が“レターボックス”モ
ードへの変換であった場合には、WTを垂直に拡張してWが得られる。
電子透かし挿入時に用いたグリッドが通常のグリッドに一致するようになるため、通常の
電子透かしを検出するように設計された同じ手順により、電子透かしが検出される。
他の電子透かしの検出可能性(検出度)が低下するため、この手順は考慮する変換の数が
少ない場合にしか使用できない。しかしながら、3つの電子透かし、すなわち、変換され
た画像に対する2つの電子透かしと変換されない画像に対する1つの電子透かしを挿入し
た場合であっても、画像の忠実度を許容できる範囲内に保ちながら電子透かしの良好な検
出度が得られることが、テストにより判明した。別法として、ビデオについては、各電子
透かしを時間多重の形態で挿入することができる。
いは、各変換ごとに独立した電子透かしを挿入するとしてそのような変換が非常に多くあ
ることが考えられる場合には、上述した変換補償方法は最適ではない。したがって、本発
明には、電子透かしの挿入時と電子透かしの検出時との間で画像に対して加えられた任意
の並進を補償する改良が、加えられている。
合における、x方向またはy方向の8ピクセルのちょうど整数倍だけの距離の並進による
ものである。関数h_m(i,j)の指数mとブロックの行rおよび列cとの間の関係に以下
の制約を課すことによって、任意の並進を容易に補償することができる。まず、下記式に
よって、指数mを求める。
式中、f(r,c)はrおよびcの線形関数であり、f(0,1)およびf(1,0)は整数で
ある。さらに、h_m(i,j)を下記式で表される関数とする。
式中、aは整数である。
試験対象の電子透かしの全ての巡回シフトと抽出された電子透かしとの相関を計算するこ
とによる基本検出アルゴリズムにより、シフト補償を実行する。それは、水平方向および
/または垂直方向に8の倍数画素だけ移動した電子透かし入れされた画像から得られたV
B_m[i,j]値が、指数mを巡回シフトしている点を除き、移動前の画像から得られる値
VB_m[i,j](m=0,...,M−1)と同一であるためである。結果的に、8の複数倍
画素だけ移動した電子透かし入れされた画像から得られる抽出値V[1,...,N]は、要素
V[k]が巡回シフトされている点を除き、移動前の画像から得られる値V[1,...,N]と
同一である。n×nグリッド形式の場合、水平方向および/または垂直方向でのnの複数
倍の移動に同じことが当てはまる。
、全部で64(=82)通りの考えられる場合の全数探索を実施して、64×M個のZ値
(尤度)の組の中から最大のZ値を取り出す。Mは8×8アキュムレータの数である。本
発明者らのテストでは、Mとして64を選択した。ここでMをかけているのは、各シフト
に対する検出では、M通りの巡回シフトを考慮するためである。これによって、8画素よ
りも少ないシフト量を求めることができる。
、次にM個の8×8ブロックの各々のDCTを実施する必要がある。これは考えられる各
シフトごとに1回ずつ、計64回実施される。したがって、64×M回の8×8DCTを
実施する必要がある。Mの値が大きく、この計算に時間や費用がかかり過ぎる場合には、
後述する代わりの方法を使用することができる。
を合わせるためのパターンを用いる方法である。このパターンのことをレジストレーショ
ン(位置決め)パターンと呼ぶことにする。レジストレーションパターンは、電子透かし
の挿入時に挿入することができる。電子透かしの検出時に、レジストレーションパターン
が予め規定されたパターンと最も一致する位置を見つけることにより、復号器は、電子透
かしを抽出する前にどれだけデータをシフトすべきかを決定することができる。このシフ
トは空間ドメインで行わなければならないが、後述するように、アキュムレータにより実
施することができ、それによって、画像全体のブロック全てに対して変換を行うことが回
避される。
しい位置決めを空間ドメイン内で行い、アキュムレータアレイ内で画素をシフトすること
により、画像の並進の補償がなされる。M個の8×8アキュムレータだけがDCTドメイ
ンに変換され、上述したようにして電子透かしの抽出が実行される。
相関するように画像中に挿入された、8×8空間パターンである。ビデオがn×nブロッ
クである場合は、n×n空間パターンを用いる。レジストレーションパターンは、上述し
た電子透かし挿入方法を用いることで挿入することができる。全ての8×8画素ブロック
を合計してできる合計ブロックとレジストレーションパターンのDCT係数同士が相互に
大きな相関を有する場合、合計ブロックは、レジストレーションパターンと高い相関性を
有するようになる。さらに、合計ブロックのDCT係数は、DCTの線形性により、全D
CTブロックの合計に等しい。そのようにして、レジストレーションパターンのDCT係
数を電子透かしWとみなし、全ての8×8DCTブロックの合計を値Vとみなすことによ
り、上記の電子透かし挿入方法と類似の方法を用いて、レジストレーションパターンを挿
入することができる。
フィルタ係数Fkが異なる上述の基本的な挿入アルゴリズムを使用することによって、レ
ジストレーションパターンの挿入が実施される。ここでは、レジストレーションパターン
のDCT係数での各AC(交流)項は、電子透かしの1つの要素W[k]と考えられる。す
なわち、指数(インデックス)kは、DCT係数の周波数インデックスそのものに相当す
る。したがって、この要素を抽出するために一緒に合計される1組のDCT係数Dkは、
単純に、W[k]と同じ周波数指数をもつ画像内の8×8DCT係数の全てである。そして
、全てのFkが1に設定される。これらのDkおよびFkを使用して、挿入アルゴリズムに
よりレジストレーションパターンが、画像データに挿入される。これと一緒に、元のDk
およびFkによる電子透かしも挿入される。
クを合計して、典型的には8×8である、単一のn×n画素ブロックを形成する。本発明
者らの試験では、適宜に64個のブロックを使用した。この単一のブロックは、挿入過程
によってそこに配置されたレジストレーションパターンを含んでいる。次に、フレームの
水平方向及び垂直方向の並進量を決定するために、空間ドメインにおいて8×8画素平均
ブロックとレジストレーションパターンとの相関を調べる処理(以後相関プロセスと呼ぶ
)を実施し、これらの並進によるオフセットを決定する。可能である8通りの水平並進量
及び8通りの垂直並進量の各々について相関プロセスが実施され、計64回の相関プロセ
スが実施される。8×8パッチ領域を水平方向または垂直方向にシフトする際、ラップア
ラウンドシフト、すなわち前と重なり合うようなシフト動作が実施される。
)およびf(1,0)がMに対しては互いに素であると仮定する。
間ドメイン内で一緒に加算して、各mについて1つの合計ブロックVB_m[i,j]を得る
。AB[i,j]によって示される、全てのn×n個のブロックについての合計を、下記式
によって計算する。
相関係数を計算する。この相関係数の計算後、値AB[i,j]を水平方向に1列だけ巡回
シフトさせ、AB[i,j]とR[i,j]との間の相関係数を同様に計算する。各シフトにつ
いて同じ演算を繰り返す。n回シフトさせた後、AB[i,j]は、最初のシフトを行う前
のAB[i,j]と同一となる。次に、値AB[i,j]を垂直方向に1行だけ巡回シフトさせ
、相関係数の計算と水平方向への1列だけのシフトを繰り返す。このようにして、全ての
n2個の可能なシフトについての相関係数を計算することができる。同時に、最大の相関
係数を与える、(X,Y)で表されるシフト値(オフセット)を調べる。
を空間ドメインでシフトさせる。
最初に、値VB_m[i,j](m=0,...,M−1)を、n×nMの配列VB1[i,j](i
=1,...,n,j=1,...,nM)にコピーする。値VB_m[i,j]をコピーする際に、ブ
ロック間の空間的関係、すなわちあるブロックがどのブロックに隣接しているかを考慮す
る。関数f(r,c)は線形であることから、下記式のようになる。
これは、指数mが
m1=(m0+f(0,1)) mod M
に等しいブロックが、m=m0であるブロックに隣接していることを意味している。そこ
で、行列VB1において、値VB_m1を値VB_m0の隣りにコピーする。そのため、各
I(I=0,...,M−1)について、VB_m’[i,j](i=1,...,n,j=1,...,n
,m’=I×f(0,1) mod M)を、左上の角の指数を(1,nI+1)とする、VB
1内のn×nの正方形領域にコピーする。全ての値Iをコピーした後、f(0,1)とMが
互いに素であることから、配列VB1は値VB_m[i,j]で埋まる。次に、配列VB1中
の値を水平方向にXだけ巡回シフトさせる。
各I(I=0,...,M)について、VB_m’[i,j](i=1,...,n,j=1,...,n,
m’=I×f(0,1) mod M)に代入することで、VB1における値をVB_mに返す
。こうして、全体画像自体をシフトさせることなく、水平方向オフセット値Xを補償する
ことができる。
i,j](m=0,...,M−1)をnM×nの配列VB2[i,j](i=1,...,nM,j=
1,...,n)にコピーする。値VB_m[i,j]をコピーする際に、ブロック間の空間的関
係を考慮する。関数f(r,c)が線形であることから、下記式のようになる。
これは、指数mが
m1=(m0+f(1,0))mod M
に等しいブロックが、m=m0であるブロック下にあることを意味している。そこで、行
列VB2において、値VB_m1を値VB_m0下にコピーする。そのため、各I(I=0
,...,M−1)に対して、VB_m’[i,j](i=1,...,n,j=1,...,n,m’=I
×f(0,1) mod M)を、左上の角の指数を(nI+1,1)とする、VBI内のn×
nの正方形領域にコピーする。全ての値Iをコピーした後、f(1,0)とMが互いに素で
あることから、配列VB2は値VB_m[i,j]で埋まる。次に、配列VB2中の値を垂直
方向にYだけ巡回シフトさせる。
各I(I=0,...,M)について、VB_m’[i,j](i=1,...,n,j=1,...,n,
m’=I×f(0,1) mod M)に代入することで、VB2における値をVB_mに返す
。こうして、全体画像自体をシフトさせることなく、垂直方向オフセット値Yを補償する
ことができる。
述のように、図10のレジストレーション処理108で行われる。nの倍数の移動はこれ
らの処理を行った後にも残っているが、上述したように電子透かしを巡回的にシフトさせ
ることによって電子透かしWと抽出値Vとの間の相関係数が計算されるので、そのシフト
は電子透かしの検出には影響を及ぼさない。以上のレジストレーション処理を適用した後
、M個のブロックVB_m(m=0,...,M−1)をDCTドメインに変換し戻す。
映像)の場合における、並進レジストレーションを補償するように修正された基本的な検
出アルゴリズムを示している。
8×8DCTブロックを、関数h_m(i,j)の指数mに従ってM個のグループに分類し、
M個の合計ブロックを生成するためにグループ内で加算し、その後、得られた合計ブロッ
クを8×8アキュムレータ102で蓄積する。次に、8×8アキュムレータ102内のM
個の合計ブロックは、逆DCT変換器104で逆DCT演算を行うことで空間ドメインに
変換され、8×8アキュムレータ106に蓄積される。8×8グリッドのオフセット値の
検索とそのオフセットの補償を、上記の方法に従って、レジストレーション処理108に
おいて、8×8アキュムレータ106からの出力について実行する。レジストレーション
処理108から出力されたレジストレーションデータは、8×8アキュムレータ110に
蓄積され、DCT変換器112によってDCTドメインに変換される。DCT変換器11
2の出力に対し、8×8アキュムレータ114、電子透かし抽出器116および電子透か
し復号器118を使用して、電子透かし抽出が行われる。
が、関数h_m(i,j)に従ってN個の集合に分類され、加算され、これによって電子透か
し抽出が行われる。得られた電子透かしは電子透かし復号器118に出力される。電子透
かし復号器118は、抽出された電子透かしに対応する電子透かしを検索するために、図
8に示す比較器84での処理を実行する。挿入されたと考えられる電子透かしが、電子透
かし復号器118から出力される。
h_m(i,j)の指数に従って8×8アキュムレータ106に蓄積される。その後、レジス
トレーション処理108を行ってから、DCT変換器112でDCTドメインに変換され
、その後は、MPEG映像の場合と同様に処理が行われる。
32 フレームメモリ
34,50,56,70, DCT計算器
36 量子化器
38 可変長符号化器
40,58 逆量子化器
42,54 逆DCT計算器
44,52,60,64 加算器
62 電子透かし修正部
80 ハフマン復号器・パーシャルパーサ
82,94 電子透かしアキュムレータ(蓄積器)
84,96 比較器
90,102,106,110,114 8×8アキュムレータ
92,112 DCT変換器
104 逆DCT変換器
108 レジストレーション処理
116 電子透かし抽出器
118 電子透かし復号器
Claims (10)
- 入力ビデオ画像を受信するステップと、
前記入力ビデオ画像に対して離散余弦変換(DCT)を行って、入力ビデオ画像DCT値を得るステップと、
前記入力ビデオ画像DCT値に電子透かし信号を加えて、電子透かし入りDCT値を得るステップと、
前記電子透かし入りDCT値に対して逆DCTを行って、電子透かし画像を得るステップと、
前記電子透かし画像から、メモリに蓄積された予測画像を引いて、残差画像を生成するステップと、
前記残差画像に離散余弦変換を行い、残差画像DCT値を得て、前記残差画像DCT値を量子化し、残差画像量子化DCT値を得るステップと、
前記残差画像量子化DCT値を逆量子化し、残差画像逆量子化DCT値を得るステップと、
前記予測画像の離散余弦変換を行い、予測画像DCT値を得るステップと、
前記残差画像逆量子化DCT値と前記予測画像DCT値とを合計して、復号画像DCT係数を得るステップと、
前記復号画像DCT係数に対して電子透かし抽出を適用し、得られた抽出値と電子透かしのターゲット値とを比較して補正信号を計算する補正信号算出ステップと、
前記補正信号を前記残差画像量子化DCT値に加算して、出力信号を得るステップと、
前記出力信号の逆量子化を行って、出力信号逆量子化値を得、前記出力信号逆量子化値の逆DCTを行い、得られた信号を前記予測画像と合計することで、加算信号を得るステップと、
前記加算信号から予測画像を生成し、前記メモリに格納するステップと、
前記出力信号を可変長符号化して、前記入力ビデオ画像の電子透かし入れされたMPEGビデオ信号を得るステップと、
を有する、ビデオ画像中に電子透かし信号を挿入する方法。 - 前記補正信号算出ステップにおいて、前記抽出値が対応する前記ターゲット値を超える場合には前記補正信号として負の値が生成し、前記抽出値が対応する前記ターゲット値より小さい場合には前記補正信号として正の値が生成する、請求項1に記載の電子透かし信号を挿入する方法。
- 前記正の値が+1であり、前記負の値が−1である請求項2に記載の電子透かし信号を挿入する方法。
- 前記補正信号算出ステップにおいて、対応する前記残差画像量子化DCT値がゼロである場合に、補正信号としてゼロが発生する請求項2に記載の電子透かし信号を挿入する方法。
- 前記正の値が+1であり、前記負の値が−1である請求項4に記載の電子透かし信号を挿入する方法。
- 入力ビデオ画像を受信するステップと、
前記入力ビデオ画像に対して離散余弦変換(DCT)を行って、入力ビデオ画像DCT値を得るステップと、
前記入力ビデオ画像DCT値に電子透かし信号を加えて、電子透かし入りDCT値を得るステップと、
メモリに蓄積された予測画像に対して離散余弦変換を行って、予測画像DCT値を得るステップと、
前記電子透かし入りDCT値から前記予測画像DCT値を引いて、残差画像DCT値を得るステップと、
前記残差画像DCT値を量子化して、残差画像量子化DCT値を得るステップと、
前記残差画像量子化DCT値を逆量子化して残差画像逆量子化DCT値を得、前記残差画像逆量子化DCT値と前記予測画像DCT値とを合計して、復号画像DCT係数を得るステップと、
前記復号画像DCT係数に対して電子透かし抽出を適用し、得られた抽出値と電子透かしのターゲット値とを比較して補正信号を計算する補正信号算出ステップと、
前記補正信号を前記残差画像量子化DCT値と合計して、出力信号を得るステップと、
前記出力信号の逆量子化を行って出力信号逆量子化値を得、前記出力信号逆量子化値の逆DCTを行い、得られた信号を前記予測画像と合計することで、局所復号画像を得るステップと、
前記局所復号画像から予測画像を生成し、前記メモリに格納するステップと、
前記出力信号を可変長符号化して、前記入力ビデオ画像の電子透かし入れされたMPEGビデオ信号を得るステップと、
を有する、ビデオ画像中へ電子透かし信号を挿入する方法。 - 前記補正信号算出ステップにおいて、前記抽出値が対応する前記ターゲット値を超える場合には前記補正信号として負の値が生成し、前記抽出値が対応する前記ターゲット値より小さい場合には前記補正信号として正の値が生成する、請求項6に記載の電子透かし信号を挿入する方法。
- 前記正の値が+1であり、前記負の値が−1である請求項7に記載の電子透かし信号を挿入する方法。
- 前記補正信号算出ステップにおいて、対応する前記残差画像量子化DCT値がゼロである場合に、補正信号としてゼロが発生する請求項7に記載の電子透かし信号を挿入する方法。
- 前記正の値が+1であり、前記負の値が−1である請求項9に記載の電子透かし信号を挿入する方法。
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