JP2008288885A - Watermark embedding apparatus, watermark detector, watermark embedding program and watermark detecting program - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば、画像信号や音声信号に電子透かしを埋め込む電子透かし埋め込み装置及び電子透かし埋め込みプログラムと、画像信号や音声信号に埋め込まれている電子透かしを検出する電子透かし検出装置及び電子透かし検出プログラムとに関するものである。 The present invention provides, for example, an electronic watermark embedding device and an electronic watermark embedding program for embedding an electronic watermark in an image signal or an audio signal, an electronic watermark detection device and an electronic watermark detection for detecting an electronic watermark embedded in an image signal or an audio signal It is about the program.
従来より、デジタル画像の改ざんを検出することができるようにするために、電子透かしをデジタル画像に埋め込む電子透かし埋め込み装置が開発されている。
例えば、以下の特許文献1に開示されている電子透かし埋め込み装置では、JPEGなどのデジタル画像を適用対象として、そのデジタル画像をDCT(Discrete Cosine Transform)によって周波数領域に変換する。
そして、電子透かし埋め込み装置は、周波数領域の信号を量子化し、その量子化係数をブロック毎にスキャンして、所定の順序で並べ替えた後、最後の非零の係数の直後に位置する一つの零の係数を“+1”または“−1”に変更することによって、1ビットの情報を埋め込むようにしている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a digital watermark embedding apparatus that embeds a digital watermark in a digital image has been developed so that tampering of the digital image can be detected.
For example, in the digital watermark embedding device disclosed in
Then, the digital watermark embedding apparatus quantizes the frequency domain signal, scans the quantized coefficient for each block, rearranges the quantized coefficient in a predetermined order, and then locates the one located immediately after the last non-zero coefficient. By changing the zero coefficient to “+1” or “−1”, 1-bit information is embedded.
ただし、並べ替えた最後の係数が“0”でない場合は、最後の係数を強制的に“+1”または“−1”に変更するようにしてもよいが、画質の劣化を防止するため、最後の係数だけ、図7に示すようなテーブルにしたがって変更してもよい。
この場合、埋め込み情報が“0”であれば、「…、−5、−3、−1、+2、+4、+6、…」の中で、現在の値に最も近い値に係数を変更する(最初から、これらの値の一つならば、変更しなくてよい)。
埋め込み情報が“1”であれば、現在の係数を「…、−6、−4、−2、+1、+3、+5、…」のいずれかの値とする。
これにより、変更量は高々“1”となるので、電子透かしの埋め込みに伴う画質の劣化が軽減されることになる。
However, if the rearranged last coefficient is not “0”, the last coefficient may be forcibly changed to “+1” or “−1”. However, in order to prevent deterioration in image quality, the last coefficient may be changed. Only the coefficient may be changed according to the table shown in FIG.
In this case, if the embedded information is “0”, the coefficient is changed to a value closest to the current value among “..., −5, −3, −1, +2, +4, +6,. From the beginning, if one of these values, you do not need to change it).
If the embedding information is “1”, the current coefficient is set to one of the values “..., −6, −4, −2, +1, +3, +5,.
As a result, the amount of change is at most “1”, so that deterioration in image quality due to embedding of the digital watermark is reduced.
ここで、デジタル画像を構成する複数のブロックのうち、電子透かしを埋め込むブロックが予め定められている場合(例えば、全てのブロックに1ビットの情報を埋め込む場合や、乱数で抽出されたブロックに順番に情報を埋め込む場合)、電子透かし埋め込み装置と電子透かし検出装置が、予め定められているブロックの情報を共有すれば、電子透かし検出装置が電子透かし埋め込み装置により埋め込まれた電子透かしを誤りなく検出することができる。 Here, among a plurality of blocks constituting a digital image, when a block for embedding a digital watermark is determined in advance (for example, when embedding 1-bit information in all blocks, or in order of blocks extracted with random numbers) If the digital watermark embedding device and the digital watermark detection device share information of a predetermined block, the digital watermark detection device can detect the digital watermark embedded by the digital watermark embedding device without error. can do.
しかし、電子透かしの埋め込み対象となる信号は、一般に画像信号や音信号など、人間が知覚する信号であり、そのような信号に対して、意味内容と無関係に信号を変更する電子透かしの埋め込み処理を行うと、電子透かしの埋め込み場所によっては、その信号の変更が主観的な劣化として知覚されてしまうことがある。
そこで、電子透かしの埋め込み処理においては、一般的に、変更が知覚され難い部分を選択し、そのような部分に電子透かしの埋め込みを行う適応処理が用いられる。
However, a signal to be embedded with a digital watermark is generally a signal perceived by humans, such as an image signal or a sound signal, and a digital watermark embedding process for changing the signal regardless of the meaning content of such a signal. In some cases, the signal change may be perceived as subjective deterioration depending on where the digital watermark is embedded.
Therefore, in the digital watermark embedding process, generally, an adaptive process is used in which a part where change is hardly perceived is selected and the digital watermark is embedded in such a part.
このような適応処理の多くは、人間の知覚のマスキング効果を利用している。
マスキング効果は、新たに加えられる信号が、原信号と似たものであれば、原信号をマスクすることによって、変更が劣化として知覚され難くなる性質のことである。
このことから、例えば、画像信号の場合、明るさや色の変化が激しい部分では、電子透かしによって信号を変更しても劣化が目立たないが、変化が緩やかで平坦な部分では、電子透かしによって信号を変更すると、劣化が目立つため、あまり大きな変更を加えることができないことになる。
Many of these adaptive processes use the masking effect of human perception.
The masking effect is a property in which, if a newly added signal is similar to the original signal, the change is hardly perceived as degradation by masking the original signal.
For this reason, for example, in the case of an image signal, degradation is not noticeable even if the signal is changed by the digital watermark in a portion where the brightness or color changes drastically, but in the portion where the change is slow and flat, the signal is transmitted by the digital watermark. If the change is made, the deterioration is conspicuous, so that it is not possible to make a very large change.
例えば、以下の非特許文献1には、原信号を複数の周波数成分に分解して、電子透かし信号の周波数成分に近い成分の大きさを局所的に計算し、電子透かし信号の周波数成分に近い成分の大きさに応じて、電子透かし信号の大きさをコントロールする手法が開示されている。
このように、原信号の局所的な変化を計算し、目的の信号処理によって導入される歪みが原信号にマスクされるように、歪みの強度を調整する手法は、広く画像処理一般に用いられている手法であり、電子透かしの埋め込みにおいても例外ではない。
For example, in Non-Patent
In this way, the method of calculating the local change of the original signal and adjusting the intensity of the distortion so that the distortion introduced by the target signal processing is masked by the original signal is widely used in general image processing. This technique is no exception in the embedding of digital watermarks.
しかし、このような埋め込み制御を有する従来の電子透かし埋め込み装置には、以下の問題点がある。
まず、電子透かしの埋め込み方法に依存して、適応処理によって選択された埋め込み箇所が正確に特定できなくても、埋め込んだ情報を検出することができる場合がある。
例えば、原信号と相関のない微弱な信号を原信号に足し合わせ、相関によって微弱な信号を検出することにより、埋め込んだ情報を復号する方法がある。
このような場合には、足し合わせる信号に若干の変化があっても(適応処理によって、部分的に信号の変化量を減衰させている場合)、多くの場合、微弱な信号を検出することが可能である。
また、特許文献1のように、一部の信号の状態(例えば、図7のようなテーブルで定義される特定の信号の信号値)によって情報を埋め込む場合でも、誤り訂正の手法を用いれば、適応処理によって部分的に埋め込めなかった部分があったとしても、その部分の誤りを訂正することによって、高い確率で埋め込んだ情報を正しく検出することができる。
However, the conventional digital watermark embedding apparatus having such embedding control has the following problems.
First, depending on the digital watermark embedding method, the embedded information may be detected even if the embedding location selected by the adaptive processing cannot be accurately specified.
For example, there is a method of decoding embedded information by adding a weak signal not correlated with the original signal to the original signal and detecting the weak signal by correlation.
In such a case, even if there is a slight change in the signal to be added (when the change amount of the signal is partially attenuated by adaptive processing), in many cases, a weak signal can be detected. Is possible.
Further, as in
しかし、これらの方法は、いずれも、埋め込み方法に一定の自由度を与えることによって、電子透かしの検出において、厳密な埋め込み場所の特定を回避するものである。
これは、埋め込んだ後の信号を若干変更しても、電子透かしの情報が変更されないことにつながり、冒頭に述べたデジタル画像の改ざんの検出の目的に適さない。
その理由は、電子透かしの情報を変えない自由度の範囲内の変更と、悪意のある改ざんを区別することは、厳密には困難だからである。
改ざんの検出を目的とする場合は、適応的に埋め込みを行った後の信号から、埋め込み箇所を正確に復元できることが望ましく、このようにすれば、信号が僅かでも変化したことを確実に検知することができる。
However, any of these methods avoids strict specification of an embedding place in detection of a digital watermark by giving a certain degree of freedom to the embedding method.
This leads to the fact that the digital watermark information is not changed even if the signal after embedding is slightly changed, which is not suitable for the purpose of detecting the alteration of the digital image described at the beginning.
The reason is that it is strictly difficult to distinguish between a change within a range of freedom that does not change the information of the digital watermark and a malicious alteration.
For the purpose of detecting tampering, it is desirable to be able to accurately restore the embedding location from the signal after adaptively embedding, so that even a slight change in the signal can be reliably detected. be able to.
従来の電子透かし埋め込み装置は以上のように構成されているので、適応処理では、原信号を基準にして、電子透かしの埋め込みの可否を制御しているが、電子透かし検出装置では、一般に、電子透かしが埋め込まれる前の信号がわからない。このため、電子透かし検出装置では、電子透かしが埋め込まれた位置を正確に特定することができず、電子透かしを正確に復元することができないことがある課題があった。 Since the conventional digital watermark embedding device is configured as described above, the adaptive processing controls whether or not to embed a digital watermark on the basis of the original signal. I do not know the signal before the watermark is embedded. For this reason, the digital watermark detection apparatus has a problem that the position where the digital watermark is embedded cannot be specified accurately and the digital watermark cannot be accurately restored.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、電子透かし検出装置が電子透かしの埋め込み位置を正確に特定することができるように、電子透かしを埋め込むことができる電子透かし埋め込み装置及び電子透かし埋め込みプログラムを得ることを目的とする。
また、この発明は、電子透かし埋め込み装置により埋め込まれた電子透かしの埋め込み位置を正確に特定することができる電子透かし検出装置及び電子透かし検出プログラムを得ることを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-described problem, and a digital watermark embedding apparatus capable of embedding a digital watermark so that the digital watermark detection apparatus can accurately specify the embedding position of the digital watermark. And an electronic watermark embedding program.
Another object of the present invention is to obtain a digital watermark detection apparatus and a digital watermark detection program that can accurately specify the embedding position of a digital watermark embedded by the digital watermark embedding apparatus.
この発明に係る電子透かし埋め込み装置は、複雑度算出手段により算出された各ブロックにおける複雑度を比較して、複雑度が上位のブロックを選択するブロック選択手段を設け、電子透かし埋め込み手段がブロック選択手段により選択されたブロックにおける所定位置の信号の信号値を変更する電子透かしの埋め込み処理を行うようにしたものである。 The digital watermark embedding apparatus according to the present invention includes a block selection unit that compares the complexity in each block calculated by the complexity calculation unit and selects a block having a higher complexity, and the digital watermark embedding unit selects the block An electronic watermark embedding process for changing a signal value of a signal at a predetermined position in the block selected by the means is performed.
この発明によれば、複雑度算出手段により算出された各ブロックにおける複雑度を比較して、複雑度が上位のブロックを選択するブロック選択手段を設け、電子透かし埋め込み手段がブロック選択手段により選択されたブロックにおける所定位置の信号の信号値を変更する電子透かしの埋め込み処理を行うように構成したので、電子透かし検出装置が電子透かしの埋め込み位置を正確に特定することができるように、電子透かしを埋め込むことができる効果がある。 According to this invention, there is provided block selection means for comparing the complexity in each block calculated by the complexity calculation means and selecting a block having a higher complexity, and the digital watermark embedding means is selected by the block selection means. Since the digital watermark embedding process is performed to change the signal value of the signal at a predetermined position in the block, the digital watermark detection device can accurately identify the digital watermark embedding position. There is an effect that can be embedded.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による電子透かし埋め込み装置を示す構成図であり、図において、メモリ1は複数のブロックに分割されたデジタル信号を入力し、そのデジタル信号を記憶する信号格納手段を構成している。
ここで、デジタル信号は、例えば、画像信号や音声信号などが該当する。
画像信号や音声信号は、空間的に隣接する信号間の相関が強いため、信号を周波数領域に変換すると、低域の周波数成分に電力が集中する。
このとき、変換係数を粗く量子化すれば、多くの高域周波数成分は“0”に切り捨てられる。このような信号をスパースな信号と称する。
以下、メモリ1に入力されるデジタル信号は、複数のブロックに分割されたスパースな信号であるものとする。
なお、デジタル信号を周波数領域に変換する際、一般に、DCT(Discrete Cosine Transform)やウェーブレット変換などが用いられる。
FIG. 1 is a block diagram showing a digital watermark embedding apparatus according to
Here, the digital signal corresponds to, for example, an image signal or an audio signal.
Since image signals and audio signals have a strong correlation between spatially adjacent signals, when the signals are converted to the frequency domain, power is concentrated on the low frequency components.
At this time, if the transform coefficient is roughly quantized, many high frequency components are rounded down to “0”. Such a signal is called a sparse signal.
Hereinafter, it is assumed that the digital signal input to the
Note that when converting a digital signal into the frequency domain, DCT (Discrete Cosine Transform), wavelet transform, or the like is generally used.
複雑度算出部2はメモリ1に格納されたデジタル信号の各ブロックにおける複雑度を算出する処理を実施する。なお、複雑度算出部2は複雑度算出手段を構成している。
ブロック選択部3は複雑度算出部2により算出された各ブロックにおける複雑度を比較して、複雑度が上位m個のブロックを選択する処理を実施する。なお、ブロック選択部3はブロック選択手段を構成している。
電子透かし埋め込み部4はブロック選択部3により選択されたブロックにおける所定位置の信号の信号値を変更する電子透かしの埋め込み処理を実施する。なお、電子透かし埋め込み部4は電子透かし埋め込み手段を構成している。
The
The
The digital
図1の例では、電子透かし埋め込み装置の構成要素である複雑度算出部2、ブロック選択部3及び電子透かし埋め込み部4がそれぞれ専用のハードウェア(例えば、CPUなどを実装している半導体集積回路基板)で構成されているものを想定しているが、電子透かし埋め込み装置がコンピュータで構成される場合、複雑度算出部2、ブロック選択部3及び電子透かし埋め込み部4の処理内容が記述されている電子透かし埋め込みプログラムをコンピュータのメモリに記憶し、当該コンピュータのCPUが当該メモリに記憶されている電子透かし埋め込みプログラムを実行するようにしてもよい。
In the example of FIG. 1, the
図2はこの発明の実施の形態1による電子透かし検出装置を示す構成図であり、図において、メモリ11は電子透かし埋め込み装置により電子透かしが埋め込まれたデジタル信号を入力し、そのデジタル信号を記憶する信号格納手段を構成している。
複雑度算出部12はメモリ11に格納されたデジタル信号の各ブロックにおける複雑度を算出する処理を実施する。なお、複雑度算出部12は複雑度算出手段を構成している。
2 is a block diagram showing a digital watermark detection apparatus according to
The
ブロック選択部13は複雑度算出部12により算出された各ブロックにおける複雑度を比較して、複雑度が上位m個のブロックを選択する処理を実施する。なお、ブロック選択部13はブロック選択手段を構成している。
電子透かし復号部14はブロック選択部13により選択されたブロックにおける所定位置の信号の信号値から埋め込まれた電子透かしを復号する処理を実施する。なお、電子透かし復号部14は電子透かし復号手段を構成している。
The
The digital
図2の例では、電子透かし検出装置の構成要素である複雑度算出部12、ブロック選択部13及び電子透かし復号部14がそれぞれ専用のハードウェア(例えば、CPUなどを実装している半導体集積回路基板)で構成されているものを想定しているが、電子透かし検出装置がコンピュータで構成される場合、複雑度算出部12、ブロック選択部13及び電子透かし復号部14の処理内容が記述されている電子透かし検出プログラムをコンピュータのメモリに記憶し、当該コンピュータのCPUが当該メモリに記憶されている電子透かし検出プログラムを実行するようにしてもよい。
In the example of FIG. 2, the
図3はこの発明の実施の形態1による電子透かし埋め込み装置の処理内容を示すフローチャートである。
図4はこの発明の実施の形態1による電子透かし検出装置の処理内容を示すフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart showing the processing contents of the digital watermark embedding apparatus according to
FIG. 4 is a flowchart showing the processing contents of the digital watermark detection apparatus according to
次に動作について説明する。
最初に、図1の電子透かし埋め込み装置による電子透かしの埋め込み処理について説明する。
複数のブロックに分割されたスパースな信号であるデジタル信号が電子透かし埋め込み装置に入力されると、そのデジタル信号がメモリ1に格納される(図3のステップST1)。
Next, the operation will be described.
First, a digital watermark embedding process by the digital watermark embedding apparatus in FIG. 1 will be described.
When a digital signal, which is a sparse signal divided into a plurality of blocks, is input to the digital watermark embedding device, the digital signal is stored in the memory 1 (step ST1 in FIG. 3).
複雑度算出部2は、デジタル信号がメモリ1に格納されると、そのデジタル信号のブロック毎に、当該ブロックの複雑度を算出する(ステップST2)。
以下、各ブロックにおける複雑度の算出処理を具体的に説明する。
ここでは、スパースな信号であるデジタル信号のブロックサイズが、例えば、8×8のサイズであるものとする。
When the digital signal is stored in the
Hereinafter, the complexity calculation process in each block will be described in detail.
Here, it is assumed that the block size of a digital signal that is a sparse signal is 8 × 8, for example.
複雑度算出部2は、スパースな信号であるデジタル信号を量子化し、例えば、デジタル信号がDCTによって周波数領域に変換されている場合、図5に示すようなスキャン順序で、その量子化係数の読み出しを行う。
ここで、図5の左上の量子化係数は周波数が低く、右下に行くほど周波数が高くなる。
例えば、画像信号などのデジタル信号では、高域周波数の電力が小さいため、図5に示すような順序で信号を並べると、多くの場合、あるところ以上で、全ての信号値が“0”になる。
複雑度算出部2は、最後の非零の量子化係数がn番目に現われ、n番目以降の量子化係数が全て“0”であれば、当該ブロックの複雑度が“n”であるとする。
The
Here, the quantization coefficient at the upper left in FIG. 5 has a lower frequency, and the frequency becomes higher as it goes to the lower right.
For example, since a digital signal such as an image signal has low high-frequency power, when the signals are arranged in the order shown in FIG. 5, in many cases, all signal values become “0” above a certain level. Become.
The
また、複雑度算出部2は、スパースな信号であるデジタル信号が、例えば、ウェーブレット変換によって周波数領域に変換されている場合、図6に示すようなスキャン順序で、量子化係数の読み出しを行う。
ウェーブレット変換の場合は、一般に変換がブロック内に閉じていないが、その場合でも、空間的に近い量子化係数をまとめてブロックに分割することができる。
図6の例でも、周波数の低い左上の成分から順番にスキャンが行われるが、ウェーブレット変換では、高域の周波数成分が粗く分割されるので、DCTの場合とは異なるスキャン順序になっている。
ウェーブレット変換の場合も、最後の非零の量子化係数がn番目に現われ、n番目以降の量子化係数が全て“0”であれば、当該ブロックの複雑度が“n”であるとする。
Further, when the digital signal that is a sparse signal is converted into the frequency domain by, for example, wavelet transform, the
In the case of the wavelet transform, generally, the transform is not closed in a block, but even in that case, spatially close quantization coefficients can be collectively divided into blocks.
In the example of FIG. 6 as well, scanning is performed in order from the lower left component having a low frequency. However, in the wavelet transform, the high frequency components are roughly divided, so that the scanning order is different from that in the case of DCT.
Also in the case of the wavelet transform, if the last non-zero quantization coefficient appears nth and all the nth and subsequent quantization coefficients are all “0”, the complexity of the block is assumed to be “n”.
複雑度算出部2は、上記のようにして、各ブロックの複雑度を算出するが、スパースな信号であるデジタル信号が、DCTによって周波数領域に変換されている場合でも、ウェーブレット変換によって周波数領域に変換されている場合でも、予めスキャン順序が決められていれば、ブロックの複雑度を一意に決定することができる。
The
ブロック選択部3は、複雑度算出部2が各ブロックの複雑度を算出すると、各ブロックの複雑度を比較して、複雑度が上位m個のブロックを選択する(ステップST3)。
ただし、ブロック選択部3は、ブロック内の信号の個数がN個である場合(ブロックサイズが8×8である場合、N=64)、複雑度がNのブロック(複雑度が最大のブロック)と複雑度がN−1のブロックについては、複雑度が同値であるものとして取り扱う。また、複雑度が同値のブロックについては、検索順序が先のブロックを優先的に選択するものとする。
以下、ブロック選択部3におけるブロックの選択処理を具体的に説明する。
When the
However, when the number of signals in the block is N (N = 64 when the block size is 8 × 8), the
Hereinafter, the block selection process in the
ブロック選択部3は、全てのブロックに順番に1〜kの番号をつけて、複雑度算出部2により算出された複雑度が大きい順にブロックをソートする。
ソートの詳細は以下の通りである。
ただし、i番目のブロックをBi、j番目のブロックをBjと表記し、ブロックBiの複雑度をC(Bi)、ブロックBjの複雑度をC(Bj)と表記する。
The
Details of the sorting are as follows.
However, the i-th block is denoted as Bi, the j-th block is denoted as Bj, the complexity of the block Bi is denoted as C (Bi), and the complexity of the block Bj is denoted as C (Bj).
ブロック選択部3は、ブロックBiとブロックBjが、次の関係を満たすように、ブロックB1〜Bkの並べ替えを行う。
(1)min(C(Bi),N−1)>min(C(Bj),N−1)の場合
→ ブロックBiの順位をブロックBjの順位より上にする
(2)min(C(Bi),N−1)=min(C(Bj),N−1)の場合
i<j → ブロックBiの順位をブロックBjの順位より上にする
i≧j → ブロックBiの順位をブロックBjの順位より下にする
(3)min(C(Bi),N−1)<min(C(Bj),N−1)
→ ブロックBiの順位をブロックBjの順位より下にする
ただし、min(A,B)は、AとBのうち、大きくない方を選択する旨を表す演算子である。
The
(1) When min (C (Bi), N-1)> min (C (Bj), N-1) → The order of block Bi is set higher than that of block Bj (2) min (C (Bi ), N-1) = min (C (Bj), N-1) i <j → rank block Bi higher than block Bj i ≧ j → rank block Bi rank block Bj (3) min (C (Bi), N-1) <min (C (Bj), N-1)
→ The order of the block Bi is made lower than the order of the block Bj. However, min (A, B) is an operator indicating that the smaller one of A and B is selected.
上記のブロックのソートでは、複雑度が大きいブロックが、複雑度が小さいブロックよりも順位が上になる。
ただし、ブロックBiの複雑度がN(最大の複雑度)、ブロックBjの複雑度がN−1であれば、複雑度が同値であるものとしてソートされる。
2つのブロックBi,Bjの複雑度が同値の場合には、番号が小さいブロック(検索順序が先のブロック)の方が、順位が上になる。
In the above block sorting, a block having a higher complexity ranks higher than a block having a lower complexity.
However, if the complexity of the block Bi is N (maximum complexity) and the complexity of the block Bj is N-1, the complexity is sorted as having the same value.
When the complexity of the two blocks Bi and Bj is the same, the block with the smaller number (the block with the earlier search order) has a higher rank.
ブロック選択部3は、ブロックB1〜Bkの並べ替えを行うと、順位が“1”から“m”までのブロックを選択する。mは電子透かしを埋め込む情報のビット数である。
ここで、図8は複雑度算出部2により算出された各ブロックの複雑度の数値例を示す説明図であり、図8では、ブロックの総数が10個である例を示している。
また、図9はブロック選択部3によるソート結果を示す説明図である。
図9において、ブロックB6,B7の順位がブロックB8の順位より上である理由は、ブロックB8の複雑度が64(=N)であり、ブロックB6,B7の複雑度が63(=N−1=64−1)であるため、ブロックB6,B7,B8の複雑度が同値であるものとして扱われ、番号が小さいブロックの方が、順位が上になるようにしているからである。
When the
Here, FIG. 8 is an explanatory diagram showing a numerical example of the complexity of each block calculated by the
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a sorting result by the
In FIG. 9, the reason why the ranks of the blocks B6 and B7 are higher than the rank of the block B8 is that the complexity of the block B8 is 64 (= N) and the complexity of the blocks B6 and B7 is 63 (= N−1). = 64-1), the complexity of the blocks B6, B7, and B8 is treated as the same value, and the block with the smaller number is arranged so that the rank is higher.
例えば、ビット数がm=5の情報を埋め込む場合、ブロック選択部3は、上位5個のブロックとして、ブロックB3,B6,B7,B8,B2を選択する。
なお、ブロック選択部3は、上位m個のブロックを選択すれば足りるため、ソートは全てのブロックについて行う必要はない。ソート処理を上位m個のブロックに制限すれば、ブロック選択部3の処理の簡単化を図ることができる。
For example, when embedding information with a bit number of m = 5, the
Note that the
電子透かし埋め込み部4は、ブロック選択部3が上位m個のブロックを選択すると、上位m個のブロックにおける所定位置の信号の信号値を変更する電子透かしの埋め込み処理を実施する(ステップST4)。
即ち、電子透かし埋め込み部4は、ブロック選択部3により選択されたブロック毎に、当該ブロック内の量子化係数を一定の規則で並び替えを行う(例えば、図5や図6のスキャン順に並び替えを行う)。
When the
That is, the digital
そして、電子透かし埋め込み部4は、一番後ろの非零の量子化係数が、当該ブロックの最後の量子化係数でなければ、一番後ろの非零の量子化係数の次の量子化係数を“+1”または“−1”に変更することによって、1ビットの情報の埋め込みを行う。
一方、一番後ろの非零の量子化係数が、当該ブロックの最後の量子化係数であれば、当該ブロックの最後の量子化係数だけ、図7に示すようなテーブルにしたがって変更する。
この場合、埋め込み情報が“0”であれば、「…、−5、−3、−1、+2、+4、+6、…」の中で、現在の量子化係数に最も近い値に量子化係数を変更する(最初から、これらの値の一つならば、変更しなくてよい)。
埋め込み情報が“1”であれば、現在の量子化係数を「…、−6、−4、−2、+1、+3、+5、…」のいずれかの値とする。
Then, if the last non-zero quantization coefficient is not the last quantization coefficient of the block, the digital
On the other hand, if the last non-zero quantization coefficient is the last quantization coefficient of the block, only the last quantization coefficient of the block is changed according to the table shown in FIG.
In this case, if the embedded information is “0”, the quantization coefficient is a value closest to the current quantization coefficient among “..., −5, −3, −1, +2, +4, +6,. (From the beginning, if it is one of these values, you do not need to change it.)
If the embedded information is “1”, the current quantization coefficient is set to one of the values “..., −6, −4, −2, +1, +3, +5,.
電子透かし埋め込み部4による電子透かしの埋め込み処理では、ブロックの複雑度が高々“1”しか増加しない。
即ち、電子透かしが埋め込まれた量子化係数が、ブロック最後の量子化係数でない場合は、複雑度は“1”だけ増加し、電子透かしが埋め込まれた量子化係数が、ブロック最後の量子化係数である場合は、複雑度は変化しない。
このため、電子透かしが埋め込まれた後のブロックから、ブロック選択部3により選択されたブロックを、順序とともに正確に特定することができる。
In the digital watermark embedding process by the digital
That is, when the quantization coefficient in which the digital watermark is embedded is not the last quantization coefficient of the block, the complexity increases by “1”, and the quantization coefficient in which the digital watermark is embedded becomes the quantization coefficient at the end of the block. The complexity does not change.
For this reason, the block selected by the
その理由は、ブロック選択部3により選択されたブロックの複雑度が全てNであるならば、ブロック番号を参照すれば、ブロック選択部3により選択されたブロックを特定することができる。
例えば、ブロック選択部3により選択されたブロックにおいて、電子透かしが埋め込まれる前の複雑度がN−1である場合には、電子透かしの埋め込みによって複雑度がNになる。
このとき、ブロック選択部3は、複雑度がNとN−1のブロックについては、同一の複雑度であるとしてソートしているので、複雑度がNのブロックをブロック番号の順番に選択すれば、ブロック選択部3により選択されたブロックを特定することができるとともに、選択されたブロックの順序を特定することができる。
また、埋め込み前の複雑度がN−2以下のブロックが選択された場合には、埋め込み前後で順位が変わらないので、特定することができる。
The reason is that if all the complexity levels of the blocks selected by the
For example, in the block selected by the
At this time, the
In addition, when a block having a complexity level of N-2 or less before being embedded is selected, the order does not change before and after the embedding, so that it can be specified.
図10は電子透かしが埋め込まれた前後の複雑度の変化を示す説明図である。
図10の例では、上位5個のブロックに電子透かしが埋め込まれており、ブロックB3とB8については、埋め込み前において既に複雑度が64であるため、透かしの埋め込みによって複雑度の変化がない。
電子透かしの埋め込み後の複雑度に注目すると、ブロックB3,B6,B7,B8のブロックの複雑度は64であるため、ブロックB3,B6,B7,B8をブロック番号の順番に並べれば、1位から4位までのブロックが決まる(1位:ブロックB3、2位:ブロックB6、3位:ブロックB7、4位:ブロックB8)。
なお、5位のブロックは、次に複雑度が大きいブロックB2である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a change in complexity before and after the digital watermark is embedded.
In the example of FIG. 10, digital watermarks are embedded in the top five blocks, and the complexity of blocks B3 and B8 is already 64 before embedding, so there is no change in complexity due to watermark embedding.
When attention is paid to the complexity after embedding the digital watermark, the complexity of the blocks B3, B6, B7, and B8 is 64. Therefore, if the blocks B3, B6, B7, and B8 are arranged in the order of the block numbers, the first place To the 4th place are determined (1st place: block B3, 2nd place: block B6, 3rd place: block B7, 4th place: block B8).
Note that the fifth block is the block B2 having the next highest complexity.
電子透かし埋め込み部4により電子透かしの埋め込まれたブロックはメモリ1に書き込まれ、その後、メモリ1から電子透かしの埋め込まれたブロックを含む全てのブロックが読み出される(ステップST5)。
The block in which the digital watermark is embedded by the digital
次に、図2の電子透かし検出装置による電子透かしの検出処理について説明する。
複数のブロックに分割されたスパースな信号であるデジタル信号が電子透かし検出装置に入力されると、そのデジタル信号がメモリ11に格納される(図4のステップST11)。
Next, digital watermark detection processing by the digital watermark detection apparatus in FIG. 2 will be described.
When a digital signal that is a sparse signal divided into a plurality of blocks is input to the digital watermark detection apparatus, the digital signal is stored in the memory 11 (step ST11 in FIG. 4).
複雑度算出部12は、デジタル信号がメモリ11に格納されると、電子透かし埋め込み装置の複雑度算出部2と同様の方法で、そのデジタル信号のブロック毎に、当該ブロックの複雑度を算出する(ステップST12)。
When the digital signal is stored in the
ブロック選択部13は、複雑度算出部12が各ブロックの複雑度を算出すると、各ブロックの複雑度を比較して、複雑度が上位m個のブロックを選択する(ステップST13)。
以下、ブロック選択部3におけるブロックの選択処理を具体的に説明する。
When the
Hereinafter, the block selection process in the
ブロック選択部13は、全てのブロックに順番に1〜kの番号をつけて(ブロック番号は、埋め込み時と同じ規則で付ける)、複雑度算出部12により算出された複雑度が大きい順にブロックをソートする。
ソートの詳細は以下の通りである。
ただし、i番目のブロックをBi、j番目のブロックをBjと表記し、ブロックBiの複雑度をC(Bi)、ブロックBjの複雑度をC(Bj)と表記する。
The
Details of the sorting are as follows.
However, the i-th block is denoted as Bi, the j-th block is denoted as Bj, the complexity of the block Bi is denoted as C (Bi), and the complexity of the block Bj is denoted as C (Bj).
ブロック選択部13は、ブロックBiとブロックBjが、次の関係を満たすように、ブロックB1〜Bkの並べ替えを行う。
(1)C(Bi)>C(Bj)
→ ブロックBiの順位をブロックBjの順位より上にする
(2)C(Bi)=C(Bj)の場合
i<j → ブロックBiの順位をブロックBjの順位より上にする
i≧j → ブロックBiの順位をブロックBjの順位より下にする
(3)C(Bi)<C(Bj)
→ ブロックBiの順位をブロックBjの順位より下にする
The
(1) C (Bi)> C (Bj)
→ The order of block Bi is made higher than the order of block Bj (2) When C (Bi) = C (Bj) i <j → The order of block Bi is made higher than the order of block Bj i ≧ j → block The order of Bi is made lower than the order of block Bj. (3) C (Bi) <C (Bj)
→ Lower the rank of block Bi below the rank of block Bj
なお、ブロック選択部13は、電子透かし埋め込み装置のブロック選択部3と異なり、複雑度がNとN−1のブロックを同じ複雑度に分類しないので、並べ替えの規則において、演算子min()を使用していない。
ブロック選択部13が、電子透かし埋め込み装置のブロック選択部3により選択されたブロックを正確に特定(順序の特定を含む)することができる理由は、上述した通りである。
Note that, unlike the
The reason why the
電子透かし復号部14は、ブロック選択部13が上位m個のブロックを選択すると、上位m個のブロックにおける所定位置の信号の信号値から埋め込まれた電子透かしを復号する処理を実施する(ステップST15)。
即ち、電子透かし復号部14は、電子透かし埋め込み装置の電子透かし埋め込み部4と同一の規則を用いて、ブロック内の量子化係数の並び替えを行う。つまり、ブロック選択部13により選択されたブロック毎に、当該ブロック内の量子化係数を、例えば、図5や図6のスキャン順に並び替えを行う。
When the
That is, the digital
電子透かし復号部14は、ブロック内の量子化係数を並び替えると、最後の非零の量子化係数の値によって、電子透かし埋め込み装置によって埋め込まれた情報が“0”または1であるのかを判定する。
電子透かし復号部14は、上記の判定処理をブロック選択部13により選択されたブロックの個数だけ繰り返し実施し、その判定結果をmビットのバイナリ信号(電子透かしの復号信号)として出力する。
When the digital
The digital
ここでは、デジタル信号の全体がメモリ11に格納されるものとして説明したが、電子透かしの埋め込みの場合と異なり、メモリ11から意味のある信号として、再び読み出す必要がないので、電子透かしの検出に必要な最低限の情報だけをメモリ11が保持するようにしてもよい。
例えば、ブロックの複雑度が算出された後は、その複雑度の値とブロックの最後の非零の量子化係数とを格納しておけば、電子透かしの検出には十分である。
Here, the entire digital signal has been described as being stored in the
For example, after the complexity of a block is calculated, storing the complexity value and the last non-zero quantization coefficient of the block is sufficient for detecting a digital watermark.
以上で明らかなように、この実施の形態1によれば、複雑度算出部2により算出された各ブロックにおける複雑度を比較して、複雑度が上位m個のブロックを選択するブロック選択部3を設け、電子透かし埋め込み部4がブロック選択部3により選択されたブロックにおける所定位置の信号の信号値を変更する電子透かしの埋め込み処理を行うように構成したので、電子透かし検出装置が電子透かしの埋め込み位置を正確に特定することができるように、電子透かしを埋め込むことができる効果を奏する。
As is apparent from the above, according to the first embodiment, the
また、この実施の形態1によれば、複雑度算出手部12により算出された各ブロックにおける複雑度を比較して、複雑度が上位m個のブロックを選択するブロック選択部13を設け、電子透かし復号部14がブロック選択部13により選択されたブロックにおける所定位置の信号の信号値から埋め込まれた電子透かしを復号するように構成したので、電子透かし埋め込み装置により埋め込まれた電子透かしの埋め込み位置を正確に特定して、正確に電子透かしを復号することができる効果を奏する。
Further, according to the first embodiment, the
実施の形態2.
上記実施の形態1では、複雑度算出部2,12がブロック内の先頭の量子化係数から最後の非零の量子化係数までの個数を当該ブロックの複雑度として算出するものについて示したが、ブロック内の非零の量子化係数を計数し、ブロック内の非零の量子化係数の個数を当該ブロックの複雑度として算出するようにしてもよい。
この場合も、電子透かし埋め込み装置は、複雑度を高々1しか増加させないので、上記実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
In the first embodiment, the
Also in this case, the digital watermark embedding apparatus can increase the complexity only by 1, so that the same effect as in the first embodiment can be obtained.
1,11 メモリ(信号格納手段)、2,12 複雑度算出部(複雑度算出手段)、3,13 ブロック選択部(ブロック選択手段)、4 電子透かし埋め込み部(電子透かし埋め込み手段)、14 電子透かし復号部(電子透かし復号手段)。 1, 11 memory (signal storage means), 2, 12 complexity calculation section (complexity calculation means), 3, 13 block selection section (block selection means), 4 digital watermark embedding section (digital watermark embedding means), 14 electrons Watermark decoding unit (digital watermark decoding means).
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