JP4534530B2 - 電子透かし検出方法および電子透かし検出装置 - Google Patents
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Description
図1はこの発明の実施の形態における電子透かし埋め込み装置を示すブロック図である。
図において、11は電子透かし埋め込み装置である。電子透かし埋め込み装置11は、時間方向拡散符号発生部12、アドレス発生部13、ブロック化部14、情報埋め込み部15、ビット発生部16、ブロック解除部17、第1の積算手段100、第2の積算手段101から構成される。
以下の説明では、映像に埋め込む電子透かし情報は、所定のビット数のビット列からなるデジタル情報であって、ここではビット数N(Nは正の整数)であるものとする。
まず、電子透かし情報の埋め込み対象である入力映像を電子透かし埋め込み装置11に入力する。なお、入力映像はオリジナルの映像から抽出した各フレーム毎の低域成分の信号としてもよい。
この拡散符号は、固定的な拡散符号列を使っても良いし、あるいはセキュリティを考慮して、たとえば+1および−1を出力する乱数の種として秘密の値を用いて拡散符号列を発生させてもよい。
たとえば、簡単のため入力映像が2×2画素の大きさのフレーム列から構成され、あるフレームの画素値が走査順に10、200、50、35であり、当該フレームに対応する拡散符号が−1であるとする。このとき、当該フレームと当該拡散符号を積算した結果の画素値は走査順に−10、−200、−50、−35となる。以後、積算された結果のフレームを「拡散フレーム」と呼ぶ。この各拡散フレームは、ブロック化部14に入力される。
なお、上記領域としては、隣接する画素の集まりとしてもよいし、離れた画素をランダムに抽出した集まりとしてもよい。
以上の実施形態1では、+1および−1からなる時間方向の拡散符号列を発生させ、入力映像を構成する各フレームごとに当該拡散符号列の1つ1つを順番に対応させ、フレームを構成する各画素値に対してその符号を積算して拡散フレームを生成し、当該拡散フレームに電子透かし情報を埋め込み後、先に積算したものと同一の時間方向の拡散符号列を再度付加することによって電子透かしを埋め込んだ情報を画像信号に戻す処理を実行するようにしたものであるが、次に時間方向の拡散符号列に加え、空間方向の拡散符号列も利用する場合の実施形態を示す。
図4は、このような場合の電子透かしの埋め込み装置を示すブロック図であり、図1において説明した構成に、空間方向拡散符号発生部41、および第3の積算部400、第4の積算部401を追加したものである。
実施の形態1と同様、時間方向拡散符号発生部12において、+1および−1からなる拡散符号列を発生させ、入力映像を構成する各フレームごとに当該拡散符号列の1つ1つを順番に対応させ、フレームを構成する各画素値に対してその符号を積算する。
たとえば、簡単のため入力映像が2×2画素の大きさのフレーム列から構成され、あるフレームの画素値が走査順に10、200、50、35であり、当該フレームに対応する拡散符号が−1であるとする。このとき、当該フレームと当該拡散符号を積算した結果の画素値は走査順に−10、−200、−50、−35となる。以後、積算された結果のフレームを「時間方向拡散フレーム」と呼ぶ。
図5に複数の空間方向拡散符号列の組み合わせによって最終的に空間方向拡散符号発生部41において発生させる空間方向拡散符号列の例を示す。図5において、51は+1と−1とを画素ごとに交互に設定した空間方向拡散符号列1であり、52は2×2画素単位で+1と−1とを交互に設定した空間方向拡散符号列2であり、53は空間方向拡散符号列1と空間方向拡散符号列2とを組み合わせて生成した最終的な空間方向拡散符号列である。
図6において、61は+1と−1とを画素ごとに固定的に交互に設定した空間方向拡散符号列1であり、62は2×2画素単位で+1と−1とを交互にランダムに設定した空間方向拡散符号列3であり、63は空間方向拡散符号列1と空間方向拡散符号列3とを組み合わせて生成した最終的な空間方向拡散符号列である。
ブロック化部14では、アドレス発生部13から入力された画素位置に関する情報に基づいて、電子透かしのビット数に応じたN個の画素値集合(ブロック)を抽出する。
また、上述したアドレス発生部13が、ブロック化部14によってブロック化される画素値集合に含まれる画素値の位置が一様に分布するように画素位置に関するアドレス情報を発生するように構成しても良い。このとき、画像上で一様に画素が分布していさえすれば、ランダムに画素が配置されていても、画素が規則的な配列をなしていてもよい。
情報埋め込み部15では、ビット発生部16から入力された電子透かし情報のビットごとのデジタル値(埋め込み情報)に応じて、対応するブロック内の各画素値をあらかじめ決められた変位だけ加算あるいは減算する。ブロック解除部11は、電子透かしを埋め込んだ情報を画像信号に戻す処理を実行し、電子透かし埋め込み済みの空間・時間拡散フレーム列として出力する。
たとえば、簡単のため入力映像が2×2画素の大きさのフレーム列から構成されている場合、ある電子透かし情報埋め込み済みの空間・時間拡散フレームの画素値が走査順に−9、+201、−49、+36であり、当該電子透かし埋め込み済み空間・時間フレームの各画素に対応する空間方向拡散符号がそれぞれ+1、−1、+1、−1、であるとする。このとき、当該電子透かし埋め込み済み空間・時間拡散フレームと当該空間拡散符号を積算した結果の画素値は走査順に−9、−201、−49、−36となる。積算した結果のフレーム列を「電子透かし埋め込み後時間拡散フレーム列」と呼ぶことにする。
上記の例では、ある電子透かし埋め込み後時間拡散フレームの画素値が走査順に−9、−201、−49、−36であり、これに対応する入力映像を構成する各フレームごとに対応させて積算したものと同一の時間方向拡散符号が−1であるので、当該電子透かし埋め込み後時間拡散フレームと当該時間方向拡散符号を積算した結果の画素値は走査順に9、201、49、36となる。
つまり、電子透かし埋め込みプログラムをコンピュータに実行させて図1や図4に示す各構成要素として機能させることにより、本発明による電子透かし埋め込みを実行することができるものである。
次に、電子透かしの検出について説明する。図7はこの発明の実施の形態における電子透かし検出装置を示すブロック図である。
図7において、71は電子透かし検出装置である。電子透かし検出装置71は、時間方向拡散符号発生部72、アドレス発生部73、フレーム積分部74、ブロック化部75、検出部76、第5の積算部700から構成される。
以下の説明では、検出する電子透かし情報は、所定のビット数のビット列からなるデジタル情報であって、ここではビット数N(Nは正の整数)であるものとする。
まず、電子透かし情報の検出対象である入力映像を電子透かし検出装置71に入力する。なお、電子透かし情報の埋め込みがオリジナルの映像から抽出した低域成分映像に対して行われた場合、低域成分映像を入力映像としてもよい。
この拡散符号は、固定的な拡散符号列を使っても良いし、あるいはセキュリティを考慮して、たとえば+1および−1を出力する乱数の種として秘密の値を用いて拡散符号列を発生させてもよい。
たとえば、簡単のため入力映像が2×2画素の大きさのフレーム列から構成され、あるフレームの画素値が走査順に10、200、50、35であり、当該フレームに対応する拡散符号が−1であるとする。このとき、当該フレームと当該拡散符号を積算した結果の画素値は走査順に−10、−200、−50、−35となる。以後、積算された結果のフレーム列を「拡散フレーム列」と呼ぶ。拡散フレーム列はフレーム積分部74に入力される。
ここで、フレーム積分時にフレーム積分対象となっている拡散フレームに対応する拡散パターンの正負の符号数が一致しない場合に、符号数が一致するまでフレーム積分数を動的に増加させるようにしてもよい。
このとき、増加させるフレーム積分数の上限を定め、上限に達したときにはフレーム積分を打ち切るようにしてもよい。
また、フレーム積分時にフレーム積分対象となっている拡散フレームに対応する拡散パターンの正負の符号数が一致しない場合に、符号数が一致するまでフレーム積分数を動的に減少させるようにしてもよい。
図8に時間方向拡散符号列を使ったときのフレーム積分の実施例を示す。図8において、81は電子透かし検出装置71に入力された入力映像のフレーム列、82は時間方向拡散符号発生部72において生成された拡散符号列、83は入力映像を構成する各フレームごとに当該拡散符号列の1つ1つを順番に対応させてフレームを構成する各画素値に対してその符号を積算した結果得られた拡散フレーム列、84は拡散フレーム内の同じ位置にある画素の値を足し合わせた結果得られたフレーム積分画像である。
ここで、ブロック内の画素値集合の分布の統計的な性質から検出情報の信頼度を計算し、信頼度が低い場合はあらかじめ定めた信頼度に至るまでフレーム積分数を増加させるために、フレーム積分部74に増加させたフレーム積分数を改めて指定して処理を戻しても良い。
このとき、増加させるフレーム積分数の上限を定め、上限に達したときにはフレーム積分を打ち切るようにしてもよい。
また、ブロック内の画素値集合の分布の統計的な性質から検出情報の信頼度を計算し、信頼度が低い場合はあらかじめ定めた信頼度に至るまでフレーム積分数を減少させるために、フレーム積分部74に減少させたフレーム積分数を改めて指定して処理を戻しても良い。
信頼度として、たとえば画素値の分散を用いることができる。すなわち、分散があらかじめ定めた値よりも小さい場合には検出に必要な信頼度を満たしていると判断し、分散があらかじめ定めた値以上の場合には検出に必要な信頼度を満たしていないと判断する。分散の変わりに標準偏差を使ってもよい。検出部76では検出結果を出力する。
以上の実施の形態3では、+1および−1からなる拡散符号列を発生させ、入力映像を構成する各フレームごとに当該拡散符号列の1つ1つを順番に対応させ、フレームを構成する各画素値に対してその符号を積算して拡散フレーム列を生成し、当該拡散フレーム列から指定された数だけ隣接フレームを抽出し、抽出したすべての拡散フレーム内の同じ位置にある画素の値を足し合わせて1枚のフレーム積分画像を生成し、当該フレーム積分画像から埋め込み時と同一の画素位置に関する情報に基づいて、電子透かしのビット数に応じたN個の画素値集合(ブロック)を抽出し、抽出した当該ブロック内の画素値の統計値を調べ、埋め込まれているビットの種類を判断するようにしたものであるが、次に時間方向の拡散符号列に加え、空間方向の拡散符号列も利用する場合の実施形態を示す。
図9は、このような場合の電子透かし検出装置を示すブロック図であり、図7において説明した構成に、空間方向拡散符号発生部91および第6の積算部900を追加したものである。
実施の形態3と同様、時間方向拡散符号発生部72において、+1および−1からなる拡散符号列を発生させ、入力映像を構成する各フレームごとに当該拡散符号列の1つ1つを順番に対応させ、フレームを構成する各画素値に対してその符号を積算する。
たとえば、簡単のため入力映像が2×2画素の大きさのフレーム列から構成され、あるフレームの画素値が走査順に10、200、50、35であり、当該フレームに対応する拡散符号が−1であるとする。このとき、当該フレームと当該拡散符号を積算した結果の画素値は走査順に−10、−200、−50、−35となる。以後、積算された結果のフレーム列を「時間方向拡散フレーム列」と呼ぶ。
上述した図5に複数の空間方向拡散符号列の組み合わせによって最終的に空間方向拡散符号発生部41において発生させる空間方向拡散符号列の例を示す。
また、空間方向拡散符号列として固定的な拡散符号列を使っても良いし、あるいはセキュリティを考慮して、たとえば+1および−1を出力する乱数の種として秘密の値を用いて拡散符号列を発生させてもよい。
上述した図6に2つの空間方向拡散符号列の組み合わせによって最終的に空間方向拡散符号発生部41において発生させるときに、そのうちの1つの空間方向拡散符号列が+1および−1を出力する乱数の種として秘密の値を用いて発生させた拡散符号列である場合の例を示す。
ここで、フレーム積分時にフレーム積分対象となっている空間・時間方向拡散フレームに対応する時間方向拡散パターンの正負の符号数が一致しない場合に、符号数が一致するまでフレーム積分数を動的に増加させるようにしてもよい。
このとき、増加させるフレーム積分数の上限を定め、上限に達したときにはフレーム積分を打ち切るようにしてもよい。また、フレーム積分時にフレーム積分対象となっている空間・時間方向拡散フレームに対応する時間方向拡散パターンの正負の符号数が一致しない場合に、符号数が一致するまでフレーム積分数を動的に減少させるようにしてもよい。
図10に空間方向拡散パターンを適用したときのフレーム積分の実施例を示す。図10において、81は電子透かし検出装置71に入力された入力映像のフレーム列、1001は空間方向拡散符号発生部91において生成された空間方向拡散符号列、82は時間方向拡散符号発生部72において生成された拡散符号列、1002は入力映像を構成する各フレームごとに時間方向拡散符号列および空間方向拡散符号列の1つ1つを順番に対応させてフレームを構成する各画素値に対してその符号を積算した結果得られた空間・時間方向拡散フレーム列、1003は空間・時間方向拡散フレーム内の同じ位置にある画素の値を足し合わせた結果得られたフレーム積分画像である。
このとき、増加させるフレーム積分数の上限を定め、上限に達したときにはフレーム積分を打ち切るようにしてもよい。また、ブロック内の画素値集合の分布の統計的な性質から検出情報の信頼度を計算し、信頼度が低い場合はあらかじめ定めた信頼度に至るまでフレーム積分数を減少させるために、フレーム積分部74に減少させたフレーム積分数を改めて指定して処理を戻しても良い。信頼度として、たとえば画素値の分散を用いることができる。すなわち、分散があらかじめ定めた値よりも小さい場合には検出に必要な信頼度を満たしていると判断し、分散があらかじめ定めた値以上の場合には検出に必要な信頼度を満たしていないと判断する。分散の変わりに標準偏差を使ってもよい。検出部76では検出結果を出力する。
つまり、電子透かし検出プログラムをコンピュータに実行させて図7や図9に示す各構成要素として機能させることにより、本発明による電子透かし埋め込みを実行することができるものである。
12 時間方向拡散符号発生部
13 アドレス発生部
14 ブロック化部
15 情報埋め込み部
16 ビット発生部
17 ブロック解除部
21 入力映像を構成する各フレーム
22 入力映像を構成する各フレームに対応した拡散符号
31 拡散符号列
41 空間方向拡散符号発生部
51 空間方向拡散符号列
52 空間方向拡散符号列
53 空間方向拡散符号列
61 空間方向拡散符号列
62 空間方向拡散符号列
63 空間方向拡散符号列
71 電子透かし検出装置
72 時間方向拡散符号発生部
73 アドレス発生部
74 フレーム積分部
75 ブロック化部
76 検出部
81 入力映像のフレーム列
82 拡散符号列
83 拡散フレーム列
84 フレーム積分画像
91 空間方向拡散符号発生部
100 第1の積算部
101 第2の積算部
400 第3の積算部
401 第4の積算部
700 第5の積算部
900 第6の積算部
1001 空間方向拡散符号列
1002 空間・時間方向拡散フレーム列
1003 フレーム積分画像
Claims (4)
- 映像を構成する映像フレーム毎に設定された+1および−1からなる時間方向拡散符号列を発生させ、各映像フレームに対応した時間方向拡散符号を対応する映像フレームの各画素値に積算した時間方向拡散フレームを得る積算ステップと、
この積算ステップで得られた時間方向拡散フレームについて、隣接フレームを指定フレーム数だけフレーム積分したフレーム積分画像を得る積分ステップと、
この積分ステップでフレーム積分される上記指定フレーム数の時間方向拡散フレームに積算された、上記積算ステップが発生させた時間方向拡散符号列の正負の符号数が一致しない場合に、上記正負の符号数が一致するまで上記指定フレーム数を変更する変更ステップと、
上記積分ステップで得たフレーム積分画像において、上記映像に埋め込まれた電子透かし情報を検出する上記フレーム積分画像上の画素位置を決定する画素位置決定ステップと、
この画素位置決定ステップで決定された画素位置の画素値集合の統計値に基づいて上記電子透かし情報を検出する検出ステップと
を備えたことを特徴とする電子透かし検出方法。 - 映像を構成する映像フレーム毎に設定された+1および−1からなる時間方向拡散符号列を発生させ、各映像フレームに対応した時間方向拡散符号を対応する映像フレームの各画素値に積算した時間方向拡散フレームを得る第1の積算ステップと、
この第1の積算ステップで得られた時間方向拡散フレーム毎に設定された+1および−1からなる空間方向拡散符号列を発生させ、各時間方向拡散フレームに対応した空間方向拡散符号を対応する時間方向拡散フレームの各画素値に積算した空間・時間方向拡散フレームを得る第2の積算ステップと、
この第2の積算ステップで得られた空間・時間方向拡散フレームについて、隣接フレームを指定フレーム数だけフレーム積分したフレーム積分画像を得る積分ステップと、
この積分ステップでフレーム積分される上記指定フレーム数の空間・時間方向拡散フレームに対応した上記時間方向拡散フレームに積算された、上記第1の積算ステップが発生させた時間方向拡散符号列の正負の符号数が一致しない場合に、上記正負の符号数が一致するまで上記指定フレーム数を変更する変更ステップと、
上記積分ステップで得たフレーム積分画像において、上記映像に埋め込まれた電子透かし情報を検出する上記フレーム積分画像上の画素位置を決定する画素位置決定ステップと、
この画素位置決定ステップで決定された画素位置の画素値集合の統計値に基づいて上記電子透かし情報を検出する検出ステップと
を備えたことを特徴とする電子透かし検出方法。 - 映像を構成する映像フレーム毎に設定された+1および−1からなる時間方向拡散符号列を発生させ、各映像フレームに対応した時間方向拡散符号を対応する映像フレームの各画素値に積算した時間方向拡散フレームを得る積算部と、
この積算部で得られた時間方向拡散フレームについて、隣接フレームを指定フレーム数だけフレーム積分したフレーム積分画像を得る積分部と、
この積分部でフレーム積分される上記指定フレーム数の時間方向拡散フレームに積算された、上記積算部が発生させた時間方向拡散符号列の正負の符号数が一致しない場合に、上記正負の符号数が一致するまで上記指定フレーム数を変更する変更部と、
上記積分部で得たフレーム積分画像において、上記映像に埋め込まれた電子透かし情報を検出する上記フレーム積分画像上の画素位置を決定する画素位置決定部と、
この画素位置決定部で決定された画素位置の画素値集合の統計値に基づいて上記電子透かし情報を検出する検出部と
を備えたことを特徴とする電子透かし検出装置。 - 映像を構成する映像フレーム毎に設定された+1および−1からなる時間方向拡散符号列を発生させ、各映像フレームに対応した時間方向拡散符号を対応する映像フレームの各画素値に積算した時間方向拡散フレームを得る第1の積算部と、
この第1の積算部で得られた時間方向拡散フレーム毎に設定された+1および−1からなる空間方向拡散符号列を発生させ、各時間方向拡散フレームに対応した空間方向拡散符号を対応する時間方向拡散フレームの各画素値に積算した空間・時間方向拡散フレームを得る第2の積算部と、
この第2の積算部で得られた空間・時間方向拡散フレームについて、隣接フレームを指定フレーム数だけフレーム積分したフレーム積分画像を得る積分部と、
この積分部でフレーム積分される上記指定フレーム数の空間・時間方向拡散フレームに対応した上記時間方向拡散フレームに積算された、上記第1の積算部が発生させた時間方向拡散符号列の正負の符号数が一致しない場合に、上記正負の符号数が一致するまで上記指定フレーム数を変更する変更部と、
上記積分部で得たフレーム積分画像において、上記映像に埋め込まれた電子透かし情報を検出する上記フレーム積分画像上の画素位置を決定する画素位置決定部と、
この画素位置決定部で決定された画素位置の画素値集合の統計値に基づいて上記電子透かし情報を検出する検出部と
を備えたことを特徴とする電子透かし検出装置。
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