JP2011147017A - Digital watermark embedding method - Google Patents

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JP2011147017A JP2010007243A JP2010007243A JP2011147017A JP 2011147017 A JP2011147017 A JP 2011147017A JP 2010007243 A JP2010007243 A JP 2010007243A JP 2010007243 A JP2010007243 A JP 2010007243A JP 2011147017 A JP2011147017 A JP 2011147017A
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Motoi Iwata
基 岩田
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Osaka Prefecture University
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Osaka University NUC
Osaka Prefecture University
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a watermark embedding method which allows a user to grasp how a pixel value is varied or is limited during embedding on a color space. <P>SOLUTION: For pixels g(m, n), g^(m, n) in each position (m, n) of a source image and an index image, points P<SB>mn</SB>(L<SB>mn</SB>, a<SB>mn</SB>, b<SB>mn</SB>), P^<SB>mn</SB>(L<SB>mn</SB>, a<SB>mn</SB>, b<SB>mn</SB>) on a Lab space, wherein pixel values of the pixels are to be indicated, are adopted. An average W<SP>-</SP>of a pixel norm total sum is calculated, using pixel norms D(m, n), D^(m, n) which is a distance to an origin of the color space, a further quantized pixel norm W<SP>-</SP><SB>Q</SB>is calculated, bit information is embedded therein, and arithmetic operation is performed so as to move a change of the image at that time on a line connecting P<SB>mn</SB>and P^<SB>mn</SB>. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、画像データに電子透かしを埋め込む電子透かし埋め込み方法に関し、さらに詳細には、電子透かしを埋め込んだときの画質劣化の形式や限界を定めることができる電子透かし埋め込み方法に関する。   The present invention relates to an electronic watermark embedding method for embedding an electronic watermark in image data, and more particularly, to an electronic watermark embedding method capable of determining the form and limit of image quality degradation when embedding an electronic watermark.

電子透かしは、電子画像等のデジタルコンテンツに人が知覚できないように何らかの情報を埋め込む技術であり、埋め込む情報を「透かし」と呼んでいる。電子透かしは著作権保護に利用可能な技術の一つとして注目されており、さまざまな研究、開発がなされている。
ところで、電子画像へ電子透かしを埋め込むと、埋め込まれた透かし入り画像は原画像から画質劣化することになる。
Digital watermarking is a technique for embedding some information in a digital content such as an electronic image so that it cannot be perceived by humans. The embedded information is called “watermark”. Digital watermarks are attracting attention as one of the technologies that can be used for copyright protection, and various researches and developments have been made.
By the way, when an electronic watermark is embedded in an electronic image, the embedded watermarked image deteriorates in image quality from the original image.

そのため、従来から、画質劣化の影響を抑えるために、視覚的に感度が高い輝度成分を避け、色差などの色成分を微小変更する方法などがなされている。例えば、Y(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)、K(ブラック)を用いる画像データにおいては、人間の視覚には検知しにくいイエローを用いて、電子透かし情報を付加する技術がある(特許文献1参照)。また、R(レッド)、G(グリーン)、B(ブルー)表色系の画像データにおいては、人間の視覚には検知しにくい青色成分を用いて電子透かし情報を用いる技術がある(特許文献2参照)。
他の方法としては、画像データの周波数成分の解析を行い、人間の視覚特性を考慮して視覚特性が鈍感な高周波領域は埋め込み強度を強く、低周波領域は埋め込み強度を弱くする方法などが提案されている(特許文献3参照)。
Therefore, conventionally, in order to suppress the influence of image quality degradation, a method of avoiding a luminance component with high visual sensitivity and minutely changing a color component such as a color difference has been used. For example, in image data using Y (yellow), M (magenta), C (cyan), and K (black), there is a technique for adding digital watermark information using yellow that is difficult to detect for human vision. (See Patent Document 1). In addition, in R (red), G (green), and B (blue) color system image data, there is a technology that uses digital watermark information using a blue component that is difficult to detect by human vision (Patent Document 2). reference).
Another method is to analyze the frequency components of the image data, and to increase the embedding strength in the high-frequency region where the visual characteristics are insensitive, considering the human visual characteristics, and decrease the embedding strength in the low-frequency region. (See Patent Document 3).

特許第3251348号公報Japanese Patent No. 3251348 特開2001−148776号公報JP 2001-148776 A 特開2004−023184号公報JP 2004-023184 A

ところで、これらの従来の電子透かし技術では、画質劣化は埋め込み手法ごとに固有であり、画質劣化の度合いも実際に埋め込むまで確定しなかった。このように透かし埋め込みによる画質劣化の形式や劣化の限界が定まらないことが実用化への阻害要因の一つとなっている。電子透かし技術が広く実用されるためには、原画像に透かしを埋め込んだときに、透かし入り画像がどのような形式にどこまで変化していくかをある程度予想できることが望ましい。
そこで、本発明は、原画像に透かし情報を埋め込んだときの色空間上での画素値の変化(画質劣化)があらかじめ設定した指標画像の画素値に近づくようにして、色空間上での変化の仕方や変化の限界が把握できる透かし埋め込み方法を提供することを目的とする。
By the way, in these conventional digital watermark techniques, image quality degradation is unique to each embedding method, and the degree of image quality degradation has not been determined until actual embedding. Thus, the fact that the form of image quality deterioration due to watermark embedding and the limit of deterioration are not determined is one of the factors hindering practical use. In order for the electronic watermarking technique to be widely used, it is desirable to be able to predict to some extent how the watermarked image will change when the watermark is embedded in the original image.
Therefore, the present invention changes the color space so that the pixel value change (image quality degradation) in the color space when the watermark information is embedded in the original image approaches the pixel value of the index image set in advance. It is an object of the present invention to provide a watermark embedding method that can grasp the method of change and the limit of change.

また、実用的な観点から、原画像を画像処理することによりJPEG圧縮画像、ぼかし処理画像、エッジ強調処理画像、フィルタ画像などのさまざまな画像に加工することができるが、これらのいずれかの処理後画像を指標画像として、透かし入り画像の変化が指標画像に近づくように変化の形式(画質劣化の形式)を定めることができ、最大変化した場合でも指標画像となるように画質劣化の限界を規定できることが望ましい。   From a practical viewpoint, the original image can be processed into various images such as a JPEG compressed image, a blurred image, an edge enhancement image, and a filter image by image processing. Using the post-image as the index image, the change format (image quality degradation format) can be determined so that the change in the watermarked image approaches the index image. It is desirable that it can be defined.

そこで、本発明は、あらかじめ、画質劣化の形式を規定したり、画質劣化の許容範囲となる限界(最も画質劣化が激しくなる下限)を規定したりすることができようにして、透かし入り画像に対し一定レベルの画質を保証することができる電子透かし埋め込み技術を提供することを目的とする。   In view of this, the present invention can preliminarily define a format of image quality degradation and a limit that is an allowable range of image quality degradation (a lower limit at which image quality degradation is most severe). An object of the present invention is to provide a digital watermark embedding technique capable of guaranteeing a certain level of image quality.

また、従来の電子透かし技術では、透かし入り画像から透かし情報を抽出(検出)する際に、埋め込み時に用いた何らかの参照用の画像情報が必要になることが多かったが、そのような画像情報を用意することなく、透かし情報を抽出できる電子透かし埋め込み技術を提供することを目的とする。   Further, in the conventional digital watermark technology, when extracting (detecting) watermark information from a watermarked image, some reference image information used at the time of embedding is often required. An object of the present invention is to provide a digital watermark embedding technique capable of extracting watermark information without preparation.

まず、本発明の電子透かし埋め込み方法の概要を説明する。本発明では、透かし埋め込みによる画質劣化の形式や劣化度合いの許容範囲を規定する指標画像(原画像と異なる任意の画像)をあらかじめ規定しておく。指標画像は、原画像の各画素と対をなす画素で構成され、画質劣化の限界の画像として定義する画像であり、色空間上で原画像の画素値を動かして透かし情報を埋め込むときに、原画像の画素値を指標画像の画素値に近づくように変化させる画像である。   First, an outline of the digital watermark embedding method of the present invention will be described. In the present invention, an index image (an arbitrary image different from the original image) that defines the type of image quality deterioration due to watermark embedding and the allowable range of the deterioration degree is specified in advance. The index image is an image that is composed of pixels that are paired with each pixel of the original image and is defined as an image of the limit of image quality deterioration. When watermark information is embedded by moving the pixel value of the original image in the color space, In this image, the pixel value of the original image is changed so as to approach the pixel value of the index image.

以後の説明では、原画像に用いる記号、パラメータと対をなす指標画像の記号、パラメータに、「^」を付すこととする。
本発明では原画像および指標画像の各位置(m,n)の画素g(m,n),g^(m,n)について、それぞれの画素の画素値を示すことになるLab色空間上の点Pmn(Lmn,amn,bmn),P^mn(Lmn,amn,bmn)をとる。ここで「Lab色空間」とは、色情報(画素値)L,a,bをパラメータとする色空間全般を示している。具体的には、L表色系色空間を始め、Luv表色系色空間、XYZ表色系色空間、CIE−RGB表色系色空間、sRGB表色系色空間などが含まれる(本発明が使用される代表的な色空間がL表色系色空間であるため、これに似せてLab色空間と表現している)。
In the following description, “^” is added to the symbol and parameter of the index image paired with the symbol and parameter used for the original image.
In the present invention, for the pixels g (m, n) and g ^ (m, n) at the respective positions (m, n) of the original image and the index image, the pixel values of the respective pixels are indicated on the Lab color space. Take points P mn (L mn , a mn , b mn ), P mn (L mn , a mn , b mn ). Here, the “Lab color space” indicates the entire color space using color information (pixel values) L, a, and b as parameters. Specifically, there are L * a * b * color system color space, Luv color system color space, XYZ color system color space, CIE-RGB color system color space, sRGB color system color space, etc. (A typical color space in which the present invention is used is an L * a * b * color system color space, and is expressed as a Lab color space similar to this).

本発明では、色空間の点Pmn,P^mnと原点との距離である画素ノルムD(m,n),D^(m,n)を算出し、これを用いた演算を行う。
原画像を、透かしのビット情報を埋め込む単位であるブロック単位B(i,j)に分割し、さらに埋め込み処理による影響を調節できるようにサブブロック単位Bs(k,l)に分割し、サブブロック単位で画素ノルムの総和W(k,l)を計算する。さらにブロック内に含まれるサブブロックについての画素ノルムの総和の平均Wを算出する。続いて画素ノルムの総和の平均Wを埋め込み強度を与える量子化値Qで量子化して、これを「透かし評価値W 」とする。この透かし評価値W に対して、ビット情報(透かし)を埋め込む操作を行って調整値にする。調整値はW ,W +1,W −1のいずれかである。いずれの値になるかは、埋め込むビット情報の偶奇による場合分け、および、ブロック内全画素の画素ノルムD(m,n)とD^(m,n)との関係でW +1,W −1のいずれに調整する方が指標画像に近づけるのに有利かを定めるために算出された変化許容量Σ,Σ(詳細は後述する)による場合分けにしたがい決定する。
そしてビット情報埋め込み後と埋め込み前との「画素ノルムの総変化量K」を算出し、さらに画素ノルムの総変化量Kを「各画素別変化量K(m,n)」として各画素に配分する。
色空間上でPmn(Lmn,amn,bmn)からP^mn(Lmn,amn,bmn)に向けた直線上で、画素ノルムD(m,n)を画素別変化量K(m,n)だけ変化させた画素ノルムD’(m,n)となる色空間上の点P’mn(Lmn,amn,bmn)を算出する。
そして色空間上の点P’mn(Lmn,amn,bmn)として表される画素値を透かし入り画像の画素値とする。
以上の手順を各ブロック単位で行い、Lab色空間上で、原画像の点Pmn(Lmn,amn,bmn)から指標画像の点P^mn(Lmn,amn,bmn)に向けた直線上に乗る点P’mn(Lmn,amn,bmn)を色情報(画素値)とする透かし埋め込み画像を得るようにする。
In the present invention, pixel norms D (m, n) and D ^ (m, n), which are the distances between the points P mn and P ^ mn of the color space and the origin, are calculated, and an operation using this is performed.
The original image is divided into block units B (i, j) that are units for embedding watermark bit information, and further divided into sub-block units Bs (k, l) so that the influence of the embedding process can be adjusted. The total pixel norm W (k, l) is calculated in units. Further, an average W of the sum of pixel norms for the sub-blocks included in the block is calculated. Subsequently, the average W of the sum of the pixel norms is quantized with a quantization value Q that gives embedding strength, and this is set as a “watermark evaluation value W Q ”. An operation for embedding bit information (watermark) is performed on the watermark evaluation value W - Q to obtain an adjustment value. The adjustment value is one of W Q , W Q + 1, and W Q− 1. Which value is obtained depends on whether the bit information to be embedded is even or odd, and W Q + 1, W in relation to the pixel norms D (m, n) and D ^ (m, n) of all pixels in the block. - Q allowable change amount of it is calculated to determine whether beneficial to approximate the index image to be adjusted to any of -1 Σ +, Σ - (details will be described later) is determined in accordance with classification case of.
Then, the “total change amount K of pixel norm” after embedding bit information and before embedding is calculated, and the total change amount K of pixel norm is distributed to each pixel as “change amount K (m, n) for each pixel”. To do.
The pixel norm D (m, n) is changed by pixel on a straight line from P mn (L mn , a mn , b mn ) to P ^ mn (L mn , a mn , b mn ) in the color space. A point P ′ mn (L mn , a mn , b mn ) on the color space that becomes the pixel norm D ′ (m, n) changed by K (m, n) is calculated.
A pixel value represented as a point P ′ mn (L mn , a mn , b mn ) on the color space is set as the pixel value of the watermarked image.
Performed in units of blocks of the above procedure, on the Lab color space, P a point of the original image mn (L mn, a mn, b mn) from the index image point P ^ mn (L mn, a mn, b mn) A watermark-embedded image having the color information (pixel value) as a point P ′ mn (L mn , a mn , b mn ) on the straight line directed to is obtained.

すなわち、上記課題を解決するためになされた本発明の電子透かし埋め込み方法は、以下の構成を有する。
原画像に透かし情報を埋め込む電子透かし埋め込み方法であって、原画像とは画像が異なる指標画像を設定する指標画像設定工程と、原画像および指標画像を、1ビットの透かし情報を埋め込む単位となるブロックB(i,j),B^(i,j)ごとに分割するとともに、各ブロックについてサブブロックBs(k,l),Bs^(k,l)に分割するブロック・サブブロック分割工程と、原画像および指標画像の各位置(m,n)の画素g(m,n),g^(m,n)について、画素値L,a,bにより色情報が指定されるLab色空間上の点Pmn(Lmn,amn,bmn),P^mn(Lmn,amn,bmn)と色空間の原点との距離となる画素ノルムD(m,n),D^(m,n)を算出する画素ノルム算出工程と、原画像および指標画像における対応する画素g(m,n),g^(m,n)どうしの画素ノルムD(m,n),D^(m,n)の差分ΔD(m,n)を算出する画素ノルム差分算出工程と、ブロック内で正の画素ノルム差分ΔD(m,n)を有する画素の画素ノルム差分の総和Σ、ブロック内で負の画素ノルム差分ΔD(m,n)を有する画素の画素ノルム差分の総和Σを、それぞれ原画像を指標画像に近づけるときにブロック単位で画素ノルムの総和を正側に変化させることができる許容量、負側に変化させることができる許容量として算出する変化許容量算出工程と、サブブロック単位で画素ノルムD(m,n)の総和W(k,l)を算出する画素ノルム総和算出工程と、ブロック内に含まれる各サブブロックの画素ノルム総和W(k,l)の平均を埋め込み前の画素ノルム総和平均Wとして算出する画素ノルム総和平均算出工程と、埋め込み前の画素ノルム総和平均Wに対して埋め込み強度を与える量子化値Qを用いて量子化した透かし評価値W を算出する量子化工程と、透かし評価値W の偶奇と電子透かしのビット情報の偶奇とが一致するときは透かし評価値W をそのまま調整値として用い、また、透かし評価値W の偶奇と電子透かしのビット情報の偶奇とが一致しないときは正および負の画素ノルム差分総和Σ+,Σ-の大小関係に応じて透かし評価値W を+1増または−1減させた値を調整値として用いて、調整値と量子化値Qとに基づいて透かし埋め込み後の画素ノルム総和平均W’を算出する埋め込み後画素ノルム総和平均算出工程と、埋め込み後画素ノルム総和平均W’と埋め込み前の画素ノルム総和平均Wとの差をビット情報の埋め込みに要する画素ノルムの総変化量Kとして算出する総変化量算出工程と、各画素g(m,n)ごとに総変化量Kの正負および画素ノルム差分ΔD(m,n)の正負に応じて画素ノルムD(m,n)を変化させる画素別変化量K(m,n)を算出する画素別変化量算出工程と、色空間上で原画像の画素g(m,n)の点Pmn(Lmn,amn,bmn)を指標画像の画素g^(m,n)の点P^mn(Lmn,amn,bmn)に向けた直線上で移動させ、画素ノルムD(m,n)を画素別変化量K(m,n)だけ変化させた画素ノルムD’(m,n)となる色空間上の点P’mn(Lmn,amn,bmn)を算出することによって埋め込み後の画素g’(m,n)の色情報を算出する埋め込み後色情報算出工程とを備えるようにしている。
That is, the digital watermark embedding method of the present invention made to solve the above problems has the following configuration.
An electronic watermark embedding method for embedding watermark information in an original image, an index image setting step for setting an index image different from the original image, and a unit for embedding the original image and the index image in 1-bit watermark information A block / subblock dividing step of dividing each block B (i, j), B ^ (i, j) and dividing each block into subblocks Bs (k, l), Bs ^ (k, l); In the Lab color space in which color information is specified by pixel values L, a, and b for pixels g (m, n) and g ^ (m, n) at each position (m, n) of the original image and the index image Pixel norms D (m, n), D ^ (D (), which are the distances between the points P mn (L mn , a mn , b mn ), P mn (L mn , a mn , b mn ) and the origin of the color space a pixel norm calculation step for calculating m, n); A difference ΔD (m, n) between pixel norms D (m, n) and D ^ (m, n) of corresponding pixels g (m, n) and g ^ (m, n) in the original image and the index image is obtained. A pixel norm difference calculating step to calculate, a sum Σ + of pixel norm differences of pixels having a positive pixel norm difference ΔD (m, n) in the block, and a negative pixel norm difference ΔD (m, n) in the block Huh a, it is possible to change the original image respectively allowance the sum of pixel norm in blocks when close to the index image can be changed to the positive side, the negative side - the sum Σ of pixels norm difference of pixels having A change allowance calculating step for calculating as a capacity, a pixel norm sum calculating step for calculating a sum W (k, l) of pixel norms D (m, n) in units of sub-blocks, and for each sub-block included in the block Pixel norm sum W (k , The average embedding previous pixel norm total average W a l) - Quantum using the quantization value Q give embedding strength against - and pixel norm sum average calculation step of calculating a pixel norm total average W before embedding used as it is as the adjustment value Q - a quantization step of calculating a Q, watermark evaluation value W - - phased watermark evaluation value W watermark evaluation value W when the parity of Q of even-odd and the watermark bit information matches In addition, when the even-oddness of the watermark evaluation value W - Q does not match the even-oddity of the bit information of the digital watermark, the watermark evaluation value W - Q is set according to the magnitude relationship between the positive and negative pixel norm difference sums Σ +, Σ−. +1 increase or -1 Gensa value was used as the adjustment value, the adjustment value and a quantized value Q and based on watermarking after the pixel norm total average W - 'average calculated after implantation pixel norm sum to calculate the A step, pixel norm total average W after implantation - 'and Embedding previous pixel norm total average W - the total change amount calculation step of calculating a total amount of change in pixel norm requiring a difference in the embedded bit information of the K, the A pixel-specific change amount K (m, n) that changes the pixel norm D (m, n) in accordance with the positive / negative of the total change amount K and the positive / negative of the pixel norm difference ΔD (m, n) for each pixel g (m, n). ) And a point P mn (L mn , a mn , b mn ) of the pixel g (m, n) of the original image in the color space is converted into a pixel g ^ (m, n) a pixel that is moved on a straight line toward a point P ^ mn (L mn , a mn , b mn ), and a pixel norm D (m, n) is changed by a pixel-specific change amount K (m, n). norm D '(m, n) point in the color space which is a P' mn (L mn, a mn, b mn) Pixel g '(m, n) after implantation by calculating so that and a color information calculating step after implantation of calculating color information.

本発明によれば、原画像に透かし情報を埋め込んだときの画素値の変化(色空間上での点の位置の変化)を、あらかじめ設定した指標画像の画素値に近づくように変化させることができるので、色空間上での変化の仕方や変化の限界が把握できる。
したがって、JPEG圧縮画像、ぼかし処理画像、エッジ強調処理画像、フィルタ画像などのさまざまな画像を指標画像として、透かし入り画像が指標画像に近づくように変化の形式(画質劣化の形式)を定めることができ、最大変化した場合でも指標画像を越えないように画質劣化の限界を規定できる。
According to the present invention, a change in pixel value (change in the position of a point in the color space) when watermark information is embedded in an original image can be changed so as to approach a pixel value of a preset index image. Because it can, you can understand how to change in color space and the limit of change.
Therefore, using various images such as a JPEG compressed image, a blurred image, an edge enhancement image, and a filter image as an index image, a change format (image quality degradation format) can be determined so that a watermarked image approaches the index image. The limit of image quality deterioration can be specified so that the index image does not exceed the index image even when the maximum change occurs.

また、透かし入り画像から透かし情報を抽出する際には、透かし入り画像について、画素ノルム総和W(k,l)の平均Wを算出し、量子化値Qで量子化したときの偶奇を抽出することで透かし情報を得ることができるので、指標画像などの参照用の画像情報を用意することなく、透かし情報を抽出できる。 In addition, when extracting watermark information from a watermarked image, the average W of the pixel norm sum W (k, l) is calculated for the watermarked image, and even / odd when quantized with the quantization value Q is extracted. By doing so, the watermark information can be obtained, so that the watermark information can be extracted without preparing image information for reference such as an index image.

本発明の一実施形態である電子透かし埋め込み方法の手順を示す図である。It is a figure which shows the procedure of the electronic watermark embedding method which is one Embodiment of this invention. 原画像と指標画像の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an original image and a parameter | index image. 原画像と指標画像についてブロック分割およびサブブロック分割を示すための図である。It is a figure for showing block division and subblock division about an original picture and an index picture. 色空間での点の移動(画素値の変化)を示した図である。It is the figure which showed the movement (change of a pixel value) of the point in L * a * b * color space. ビット情報(透かし)を埋め込むときの透かし評価値と調整値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the watermark evaluation value and adjustment value when embedding bit information (watermark).

以下、本発明の実施形態について説明する。最初に本発明で用いる表色系について説明し、続いて電子透かしの埋め込み方法、抽出方法、誤差減少処理について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. First, a color system used in the present invention will be described, and then a digital watermark embedding method, extraction method, and error reduction processing will be described.

(表色系)
表色系には、色刺激値と関係するXYZ表色系、CIE−RGB表色系、モニタ画面上に表示されるRGB値であるsRGB表色系、JPEG圧縮に用いられるYCbCr表色系、均等色空間であるL表色系、L表色系など、さまざまな表色系が存在し、それぞれの特徴に適した用途で使用されている。
(Color system)
The color system includes an XYZ color system related to the color stimulus value, a CIE-RGB color system, an sRGB color system that is an RGB value displayed on the monitor screen, a YCbCr color system used for JPEG compression, There are various color systems such as the L * u * v * color system and the L * a * b * color system which are uniform color spaces, and they are used in applications suitable for their respective characteristics.

本発明では、透かし情報を埋め込むときに用いる表色系として、いずれの表色系を用いた場合でも、当該表色系の色空間上で原画像を指標画像の画素値に近づくように変化させることができ、当該表色系の色空間上での変化の仕方や変化の限界を把握することができる。   In the present invention, regardless of which color system is used as the color system used when embedding watermark information, the original image is changed so as to approach the pixel value of the index image in the color space of the color system. It is possible to grasp how to change in the color space of the color system and the limit of the change.

とりわけ、人間の視覚に合わせた均等色空間の一つであるL表色系を適用した場合は、視覚に沿った色情報の変更ができるので、以下の説明では、L表色系を用いる。
表色系どうしは、少し複雑な座標変換の計算さえ行えば、例えばXYZ表色系を介して互いにデータ変換できるので、一つの表色系で実行できる透かし埋め込み処理(色情報の変更処理)は他の表色系でも実行することができることになる。
In particular, when the L * a * b * color system, which is one of uniform color spaces adapted to human vision, is applied, color information can be changed in line with vision. In the following description, L * a * b * color system is used.
Since the color systems can perform data conversion with each other via, for example, the XYZ color system, if only a little complicated coordinate conversion is performed, the watermark embedding process (color information changing process) that can be executed in one color system is It can be executed with other color systems.

一般に、画像をモニタ画面に表示するときの画素値として、sRGB表色系が用いられる。したがってsRGB表色系とL表色系とを対応付けるため、XYZ表色系、CIE−RGB表色系を介したデータ変換を行う。このときの変換式を以下に示す。 In general, the sRGB color system is used as a pixel value when an image is displayed on a monitor screen. Therefore, in order to associate the sRGB color system with the L * a * b * color system, data conversion is performed via the XYZ color system and the CIE-RGB color system. The conversion formula at this time is shown below.

CIE−RGB表色系とXYZ表色系との変換式を(1)に示す。
γ,Gγ,BγはCIE−RGB値であり、デジタル画像に画素値として保存されているRGB(sRGB値)とは異なる。sRGBとCIE−RGBとの変換式を(2)に示す。
ここで、R’,G’,B’は、sRGBの各値を255で割り、[0.0,1.0]の範囲に補正した値とする。
A conversion formula between the CIE-RGB color system and the XYZ color system is shown in (1).
R γ , G γ , and B γ are CIE-RGB values, which are different from RGB (sRGB values) stored as pixel values in a digital image. A conversion formula between sRGB and CIE-RGB is shown in (2).
Here, R ′, G ′, and B ′ are values obtained by dividing each value of sRGB by 255 and correcting it to a range of [0.0, 1.0].

Figure 2011147017
Figure 2011147017

Figure 2011147017
Figure 2011147017

次に、XYZ座標系からL色空間への変換式を(3)に示す。 Next, (3) shows a conversion formula from the XYZ coordinate system to the L * a * b * color space.

Figure 2011147017
Figure 2011147017

標準の光D65光源下のとき、Xn=95.045,Yn=100,Zn=108,892となる。L成分は明度、a成分は緑から赤への色度座標、b成分は黄から青への色度座標である。 Under the standard light D65 light source, Xn = 95.045, Yn = 100, Zn = 108,892. The L * component is lightness, the a * component is chromaticity coordinates from green to red, and the b * component is chromaticity coordinates from yellow to blue.

色空間の特徴は、色Cと色C間の色空間上の距離と色Cと色C間との色空間上の距離とが等しいとき、色Cと色Cとの色の違いと色Cと色C間との色の違いとが等しいように人間が知覚できることである。 Characterized in the L * a * b * color space, when a distance on the color space and between the color C 1 and the color C distance and color C 3 in the color space between the 2 and the color C 4 is equal, the color C 1 The color difference between the color C 2 and the color C 2 and the color difference between the color C 3 and the color C 4 can be perceived by humans.

(電子透かしの埋め込み方法)
次に、本発明である電子透かしの埋め込み方法について図を用いて説明する。図1は、本発明の電子透かし埋め込み方法の手順を示すフロー図である。
(How to embed digital watermark)
Next, a digital watermark embedding method according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a flowchart showing the procedure of the digital watermark embedding method of the present invention.

図2に示すように、透かし埋め込みに用いる幅W、高さHの原画像1と指標画像1^とが用意される(St1)。
指標画像1^は、原画像1と異なる画像であって、原画像1の各画素に対し、対となる画素を対応付けることができる画像であればよい。例えば原画像1を加工したJPEG圧縮画像、ぼかし処理画像、エッジ強調処理画像、フィルタ画像などでもよいし、極端な場合は原画像とは別の被写体画像を指標画像としてもよい。
As shown in FIG. 2, an original image 1 and an index image 1 ^ having a width W and a height H used for watermark embedding are prepared (St1).
The index image 1 ^ may be an image that is different from the original image 1 and that can associate a pair of pixels with each pixel of the original image 1. For example, a JPEG compressed image obtained by processing the original image 1, a blurred image, an edge enhancement image, a filter image, or the like may be used. In an extreme case, a subject image different from the original image may be used as the index image.

図3に示すように、原画像1および指標画像1^をL×Lピクセルのブロックに分割するとともに、さらに各ブロックをLs×Lsピクセルのサブブロックに分割する(St2)。
原画像1、指標画像1^における水平方向にi番目、垂直方向にj番目のブロックをB(i,j),B^(i,j)とし、B(i,j),B^(i,j)内の水平方向にk番目、垂直方向にl番目のサブブロックをそれぞれBs(k,l),Bs^(k,l)とする。
ここで、
0≦i<W/L, 0≦j<H/L,
0≦k<L/Ls,0≦l<L/Ls
である(図3では0≦i<4,0≦j<5,0≦k<2,0≦l<2)。
As shown in FIG. 3, the original image 1 and the index image 1 ^ are divided into L × L pixel blocks, and each block is further divided into Ls × Ls pixel sub-blocks (St2).
The i-th block in the horizontal direction and the j-th block in the vertical direction in the original image 1 and the index image 1 ^ are B (i, j) and B ^ (i, j), and B (i, j) and B ^ (i , J) are denoted by Bs (k, l) and Bs ^ (k, l), respectively, in the horizontal direction and the l-th sub-block in the vertical direction.
here,
0 ≦ i <W / L, 0 ≦ j <H / L,
0 ≦ k <L / Ls, 0 ≦ l <L / Ls
(In FIG. 3, 0 ≦ i <4, 0 ≦ j <5, 0 ≦ k <2, 0 ≦ l <2).

あるブロックB(i,j)に埋め込むビット情報(0または1)をbijとする。以下の手順で1ブロックに対して1ビットの情報を埋め込む処理を行う。 Bit information (0 or 1) embedded in a certain block B (i, j) is defined as b ij . The following procedure is used to embed 1-bit information in one block.

B(i,j)中の位置(m,n)(0≦m<L、0≦n<L)における画素をg(m,n)とし、g(m,n)の画素値を表すL色空間上の点を点Pmn(L mn,a mn,b mn)とする(図4参照)。同様にB^(i,j)中の画素g^(m,n)のL色空間上の点をP^mn(L mn,a mn,b mn)とする。
上記色空間の原点Oと点Pmnとの距離をD(m,n)とし、原点Oと点P^mnとの距離をD^(m,n)とし、これらを画素ノルムD(m,n),D^(m,n)と呼ぶ。
各画素g(m,n)の画素ノルムD(m,n),D^(m,n)を、次式(4)を用いて算出する(St3)。
A pixel at a position (m, n) (0 ≦ m <L, 0 ≦ n <L) in B (i, j) is g (m, n), and L represents a pixel value of g (m, n). A point on the * a * b * color space is a point P mn (L * mn , a * mn , b * mn ) (see FIG. 4). Similarly, a point on the L * a * b * color space of a pixel g ^ (m, n) in B ^ (i, j) is defined as P ^ mn (L * mn , a * mn , b * mn ). .
The distance between the origin O and the point P mn in the color space is D (m, n), the distance between the origin O and the point P ^ mn is D ^ (m, n), and these are the pixel norms D (m, n). n) and D ^ (m, n).
The pixel norms D (m, n) and D ^ (m, n) of each pixel g (m, n) are calculated using the following equation (4) (St3).

Figure 2011147017
Figure 2011147017

各画素について、画素ノルムD(m,n)と画素ノルムD^(m,n)との差分ΔD(m,n)を、式(5)を用いて算出する(St4)。
ΔD(m,n)を「画素ノルム差分」と呼ぶ。
For each pixel, a difference ΔD (m, n) between the pixel norm D (m, n) and the pixel norm D ^ (m, n) is calculated using Expression (5) (St4).
ΔD (m, n) is referred to as “pixel norm difference”.

Figure 2011147017
Figure 2011147017

そして、ブロック単位で、ブロック内の各画素を、正の画素ノルム差分ΔD(m,n)を有する画素群と負の画素ノルム差分ΔD(m,n)を有する画素群とに分ける。そして式(6)を用いて、前者の画素群に対応する正の画素ノルム差分ΔD(m,n)の和Σと、後者の画素群に対応する負の画素ノルム差分ΔD(m,n)の和Σとを算出する(St5)。
Σを「正の画素ノルム差分総和」、Σを「負の画素ノルム差分総和」と呼ぶ。
Σ,Σは、原画像の画素値を指標画像の画素値に近づけるときに、ブロック単位で画素ノルムの総和を正側に変化させることができる許容量、負側に変化させることができる許容量となる。このことから、Σ,Σを総称して変化許容量と呼ぶ。すなわち、正負の変化許容量Σ〜Σの範囲内で画素ノルムの総和を動かすことができることになる。このΣ,Σは、詳細は後述するが、ビット情報を埋め込む操作を行うときに「透かし評価値」を正側に操作するか負側に操作するかの判定基準として用いられることになる。
Then, on a block basis, each pixel in the block is divided into a pixel group having a positive pixel norm difference ΔD (m, n) and a pixel group having a negative pixel norm difference ΔD (m, n). Then, using equation (6), the sum Σ + of the positive pixel norm difference ΔD (m, n) corresponding to the former pixel group and the negative pixel norm difference ΔD (m, n) corresponding to the latter pixel group the sum of) Σ - to calculate the (St5).
The sigma + "positive pixel norm difference sum", sigma - referred to as "negative pixel norm difference sum".
Σ + and Σ can be changed to an allowable amount that can change the sum of pixel norms to the positive side and to the negative side in units of blocks when the pixel value of the original image approaches the pixel value of the index image. Allowable amount. For this reason, Σ + and Σ are collectively referred to as allowable change amounts. That is, the sum of the pixel norms can be moved within the range of positive and negative change allowances Σ − to Σ + . As will be described in detail later, Σ + and Σ are used as criteria for determining whether to operate the “watermark evaluation value” on the positive side or the negative side when performing an operation of embedding bit information. .

Figure 2011147017
Figure 2011147017

正、負の画素ノルム差分総和Σ,Σの算出とは別に、サブブロックBs(k,l)内におけるD(m,n)の総和Wを、式(7)で算出する(St6)。
サブブロックBs(k,l)内におけるD(m,n)の総和W(k,l)を「画素ノルム総和」と呼ぶ。
Separately from the calculation of the positive and negative pixel norm difference sums Σ + and Σ , the sum W of D (m, n) in the sub-block Bs (k, l) is calculated by the equation (7) (St6). .
The sum W (k, l) of D (m, n) in the sub-block Bs (k, l) is referred to as “pixel norm sum”.

Figure 2011147017
Figure 2011147017

そして、ブロック内に含まれる画素ノルム総和W(k,l)の平均値Wを、次式(8)を用いて算出する(St7)。
を「埋め込み前の画素ノルム総和平均」と呼ぶ。
埋め込み前の画素ノルム総和平均Wは、後述する埋め込み後の画素ノルム総和平均W’との間の演算に用いられる。
Then, the average value W of the pixel norm summation W contained in the block (k, l) - a, is calculated using the following equation (8) (St7).
W − is referred to as “pixel norm sum average before embedding”.
The pixel norm sum average W before embedding is used for calculation between the pixel norm sum average W ′ after embedding.

Figure 2011147017
Figure 2011147017

次いで埋め込み前の画素ノルム総和平均Wを、量子化値Qで割って四捨五入することにより量子化する(St8)。具体的には式(9)による計算を行う。量子化値Qの大きさは透かしの埋め込み強度を与えることになり、Qを大きくすると埋め込み強度を強くすることができる。ただし、(ブロック分割やサブブロック分割との関係で)Qをあまり大きくし過ぎると、埋め込み後の画素値がL色空間上の点Pmn(L mn,a mn,b mn)と点P^mn(L mn,a mn,b mn)との間に存在できなくなるので、適当なQを選ぶことになる。
量子化した画素ノルム総和平均W は、次工程でビット情報が埋め込まれる対象となるので「透かし評価値」と呼ぶ。
Next, the pixel norm sum average W before embedding is quantized by dividing by the quantized value Q and rounding off (St8). Specifically, the calculation according to the equation (9) is performed. The magnitude of the quantized value Q gives the watermark embedding strength. Increasing Q can increase the embedding strength. However, (in relation to the block division and the sub block division) Too much larger Q, points on the pixel value after embedding L * a * b * color space P mn (L * mn, a * mn, b * mn ) and the point P ^ mn (L * mn , a * mn , b * mn ) cannot be present, so an appropriate Q is selected.
The quantized pixel norm sum average W - Q is called a “watermark evaluation value” because bit information is embedded in the next process.

Figure 2011147017
Figure 2011147017

続いて、透かし評価値W に対し、透かしとなるビット情報b(bはブロック(i,j)のビット情報bijであり0または1となる)が埋め込まれた後の透かし評価値に相当する「調整値」を計算する。さらに、この調整値と量子化値Qとを用いて、埋め込み前の画素ノルム総和平均と同レベルの値を算出する(St9)。
具体的には、図5に示すように、b=0とするブロックについては透かし評価値W が偶数(2Q,4Q,・・・)、b=1とするブロックについては透かし評価値W が奇数(1Q,3Q,・・・)となるように、以下に説明する場合分けで透かし評価値W の値を調整する操作を行い、調整値を算出する。さらに、この調整値に対して式(10),(11)で示すように量子化値Qで掛け算を行い、画素ノルム総和平均Wと同じレベルの値W’に戻す。W’を「埋め込み後の画素ノルム総和平均」と呼ぶ。
Subsequently, in the watermark evaluation value W - Q , the watermark evaluation value after the bit information b (b is bit information b ij of the block (i, j) and becomes 0 or 1) is embedded in the watermark evaluation value W - Q. The corresponding “adjustment value” is calculated. Furthermore, using this adjustment value and the quantized value Q, a value at the same level as the pixel norm sum average before embedding is calculated (St9).
Specifically, as shown in FIG. 5, the watermark evaluation value W - Q is an even number (2Q, 4Q,...) For the block with b = 0, and the watermark evaluation value W for the block with b = 1. The adjustment value is calculated by performing an operation of adjusting the watermark evaluation value W - Q according to the case classification described below so that Q is an odd number (1Q, 3Q,...). Further, this adjustment value is multiplied by the quantized value Q as shown in the equations (10) and (11), and returned to the value W ′ at the same level as the pixel norm sum average W . W ′ is referred to as “pixel norm sum average after embedding”.

まず、W ≡b mod 2のとき((9)で計算された透かし評価値W の偶奇が埋め込むビット情報bと一致しているとき)は、そのままW の値を調整値とする。 First, W - Q ≡b when mod 2 ((9) at the calculated watermark evaluation value W - when parity of Q matches the bit information b to be embedded) is directly W - adjustment value the value of Q And

Figure 2011147017
Figure 2011147017

一方、W ≠b mod 2のとき((9)で計算された透かし評価値W の偶奇が埋め込むビット情報bと一致していないとき)は、W +1、または、W −1を調整値とする。W +1,W −1のいずれをとるかは正負の変化許容量Σの絶対値、Σの絶対値の大小により決定する。
すなわち、
|Σ| ≧ |Σ|のときは、(W +1)を調整値とする。
|Σ| < |Σ|のときは、(W −1)を調整値とする。
正負の変化許容量Σ,Σは、原画像の画素値を指標画像の画素値に近づけるときに画素ノルムの総和を正側に変化させることができる許容量、負側に変化させることができる許容量なので、上記のように調整値を定めることによって、変更できる余地の大きい方を選択できる。変更できる余地が大きいということはすなわち、より柔軟に埋め込み強度を設定できることを意味する。
On the other hand, W - Q ≠ b when mod 2 ((9) in computed watermark evaluation value W - when parity of Q does not coincide with the bit information b to be embedded) is, W - Q +1 or,, W - Let Q -1 be the adjustment value. W - Q + 1, W - is one or take the Q -1 sign of the allowable change amount sigma + absolute value, sigma - determined by the magnitude of the absolute value of.
That is,
| Σ + | ≧ | Σ - | When the, - the adjustment value (W Q +1).
| Σ + | <| Σ - | When the, - the adjustment value (W Q -1).
The positive and negative permissible change amounts Σ + and Σ can be changed to the negative side, which is a permissible amount that can change the sum of the pixel norms to the positive side when the pixel value of the original image approaches the pixel value of the index image. Since this is an allowable amount, by setting the adjustment value as described above, it is possible to select the one with the larger room for change. The large room for change means that the embedding strength can be set more flexibly.

Figure 2011147017
Figure 2011147017

続いて、埋め込み後画素ノルム総和平均W’と埋め込み前の画素ノルム総和平均Wとの差Kを算出する(St10)。
差Kは、ビット情報の埋め込みに必要な画素ノルムの総変化量に相当する値であるので、「画素ノルム総変化量」と呼ぶ。
Subsequently, a difference K between the post-embedding pixel norm sum average W ′ and the pre-embedding pixel norm sum average W is calculated (St10).
Since the difference K is a value corresponding to the total change amount of the pixel norm necessary for embedding bit information, it is called “the total change amount of pixel norm”.

Figure 2011147017
Figure 2011147017

続いて、式(12)で算出した画素ノルム総変化量Kを、ブロック内の各画素g(m,n)の画素ノルムに振り分けて変化させる(St11)。画素ノルム総変化量Kは、ブロック内のすべての画素に均等に振り分けるのではなく、Kの正負によって場合分けし、Kが正の場合は画素ノルム差分ΔD(m,n)が正となる画素g(m,n)の群に対して、総変化量Kを比例配分(ΔD/Σ)し、サブブロックの個数分を倍増させた変化量K(m,n)を振り分ける。Kが負の場合は画素ノルム差分ΔD(m,n)が負となる画素g(m,n)の群に対して、総変化量Kを比例配分(ΔD/Σ)し、サブブロックの個数分を倍増させた変化量K(m,n)を振り分ける。この変化量K(m,n)を「画素別変化量」と呼ぶ。
具体的には、ブロック内の各画素のD(m,n)を変化させる画素別変化量K(m,n)は式(13),(14)で計算する。
このようにKが正のときはΔDが正となる画素群のD(m,n)だけを変化させ、Kが負のときはΔDが負となる画素群のD(m,n)だけを変化させることにより、ビット情報を埋め込んだときの画素値が色空間上で指標画像の画素値に近づく画素だけを変化させてビット情報を埋め込むことになる。
Subsequently, the pixel norm total change amount K calculated by Expression (12) is distributed and changed to the pixel norm of each pixel g (m, n) in the block (St11). The pixel norm total change amount K is not distributed evenly to all the pixels in the block, but is classified according to the sign of K. When K is positive, the pixel norm difference ΔD (m, n) is positive. The total amount of change K is proportionally distributed (ΔD / Σ + ) to the group of g (m, n), and the amount of change K (m, n) obtained by doubling the number of sub-blocks is distributed. When K is negative, the total variation K is proportionally distributed (ΔD / Σ ) to the group of pixels g (m, n) in which the pixel norm difference ΔD (m, n) is negative, and the sub-block The amount of change K (m, n) that is doubled by the number is distributed. This change amount K (m, n) is referred to as “a change amount for each pixel”.
Specifically, the pixel-by-pixel change amount K (m, n) for changing D (m, n) of each pixel in the block is calculated by equations (13) and (14).
Thus, when K is positive, only D (m, n) of the pixel group in which ΔD is positive is changed, and when K is negative, only D (m, n) of the pixel group in which ΔD is negative is changed. By changing, only the pixel whose pixel value when the bit information is embedded approaches the pixel value of the index image in the color space is changed and the bit information is embedded.

Figure 2011147017
Figure 2011147017

Figure 2011147017
Figure 2011147017

続いて、図4に示すように色空間上において、原画像の画素g(m,n)の点Pmn(Lmn ,a mn,b mn)から指標画像の画素g^(m,n)の点P^mn(L mn,a mn,b mn)に向けた直線上で点を移動させ、画素ノルムD(m,n)を画素別変化量K(m,n)だけ変化させた画素ノルムD’(m,n)となる色空間上の点P’mn(Lmn ,a mn,b mn)を算出する(St12)。 Next, as shown in FIG. 4, in the color space, from the point P mn (L mn * , a * mn , b * mn ) of the pixel g (m, n) of the original image, the pixel g ^ (m , N), the point is moved on a straight line toward the point P ^ mn (L * mn , a * mn , b * mn ), and the pixel norm D (m, n) is changed per pixel K (m, n). ), A point P ′ mn (L mn * , a * mn , b * mn ) on the color space that becomes the pixel norm D ′ (m, n) changed by () is calculated (St12).

移動後の点P’mn(Lmn ,a mn,b mn)は、式(15)を満たす点に移動することになる。 The point P ′ mn (L mn * , a * mn , b * mn ) after the movement moves to a point that satisfies Expression (15).

Figure 2011147017
Figure 2011147017

ここで、tはPmnをP^mnに近づける比率であり、式(16)を満たし、かつ、0≦t≦1を満たす値である。 Here, t is the ratio closer to P mn to P ^ mn, it satisfies the equation (16), and is a value satisfying 0 ≦ t ≦ 1.

Figure 2011147017
Figure 2011147017

したがって、ビット情報(透かし)を埋め込んだ透かし入り画像のL色空間上での点P’mnは、図4に示すように、原画像の点Pmnから指標画像の点P^mnに向けた直線上で、画素ノルムD(m,n)をD’(m,n)に変化させた位置にくるようになり、色空間上での変化の仕方や変化の限界が把握できる。
さらに、均等色空間であるL色空間上で変化させているので、人間の知覚に合わせた色情報の変化となり、埋め込み後の画像の予測ができるようになる。また、最大変化したときの画質劣化がP’mnとなるので、画質劣化の保証が可能になる。
Therefore, the point P ′ mn on the L * a * b * color space of the watermarked image in which bit information (watermark) is embedded is changed from the point P mn of the original image to the point P of the index image as shown in FIG. ^ On the straight line toward mn , the pixel norm D (m, n) comes to the position where it is changed to D '(m, n), and the method of change in color space and the limit of change are grasped. it can.
Further, since the color information is changed in the L * a * b * color space, which is a uniform color space, the color information changes in accordance with human perception, and the embedded image can be predicted. Further, since the image quality degradation at the maximum change is P ′ mn , it is possible to guarantee the image quality degradation.

(透かし情報の抽出方法)
次に、ビット情報(透かし)が埋め込まれた透かし入り画像からビット情報を抽出する工程について説明する。
(Watermark information extraction method)
Next, a process of extracting bit information from a watermarked image in which bit information (watermark) is embedded will be described.

埋め込み時と同様に、透かし入り画像をブロック分割、サブブロック分割する。以下では、ブロックB(i,j)からビット情報bijを抽出する処理について説明する。 As with embedding, the watermarked image is divided into blocks and sub-blocks. Below, the process which extracts bit information bij from block B (i, j) is demonstrated .

まず、ブロックB(i,j)内の画素g(m,n)について、画素値を表すL色空間上の点Pmn(Lmn ,a mn,b mn)を得る。 First, for the pixel g (m, n) in the block B (i, j), a point P mn (L mn * , a * mn , b * mn ) on the L * a * b * color space representing the pixel value. Get.

続いて、式(4),(7)を用いて、サブブロック内における画素ノルム総和W(k,l)を計算する。   Subsequently, the pixel norm sum W (k, l) in the sub-block is calculated using the equations (4) and (7).

続いて、式(8)を用いて、ブロック内に含まれる画素ノルム総和W(k,l)の平均値Wを算出する。
続いて、式(9)を用いて、量子化した画素ノルム総和平均W を計算する。
このとき、W の値が偶数であればbij=0、W の値が奇数であればbij=1を、それぞれビット情報として抽出する。
以上の処理をすべてのブロックについて実行することで画像に埋め込まれたすべての透かし情報が抽出される。
Subsequently, an average value W of the pixel norm sum W (k, l) included in the block is calculated using Expression (8).
Subsequently, the quantized pixel norm sum average W - Q is calculated using Equation (9).
At this time, if the value of W Q is an even number, b ij = 0 is extracted as bit information, and if the value of W Q is an odd number, b ij = 1 is extracted as bit information.
All the watermark information embedded in the image is extracted by executing the above processing for all the blocks.

したがって、ビット情報の抽出には、指標画像のような参照用の画像は必要ではなく、埋め込み時に用いた量子化値Qの情報だけが与えられれば抽出が可能になる。   Therefore, extraction of bit information does not require a reference image such as an index image, and extraction is possible if only information on the quantization value Q used at the time of embedding is given.

(誤差減少処理)
既述のように、本発明はL色空間を始め、さまざまな色空間(Lab空間として説明)を用いて利用することができる。そのため、sRGB色空間以外を用いた場合には、L色空間などの成分値からsRGB色空間の成分値に変換し、さらにそれらを整数値化しなければならない。このため、抽出の際に透かし入り画像のRGB値から計算したL成分値と、透かし埋め込み直後のL成分値との間には、誤差が生じる。
(Error reduction processing)
As described above, the present invention can be used by using various color spaces (explained as Lab spaces) including the L * a * b * color space. Therefore, when a color other than the sRGB color space is used, it is necessary to convert the component value such as the L * a * b * color space into the component value of the sRGB color space and further convert them into integer values. For this reason, an error occurs between the L * a * b * component value calculated from the RGB value of the watermarked image at the time of extraction and the L * a * b * component value immediately after embedding the watermark.

したがって、透かし情報の抽出率を高めるために、誤差減少処理を追加することが望ましい。従来、異なる色空間の間で成分値を変換し、整数値化する場合は、全画素を四捨五入で整数値化していた。
しかし、変換前後の色空間に線形関係がない場合は、四捨五入では誤差を除去できず、かえって誤差を助長する場合がある。そこで、本発明では、以下の手順で誤差減少処理を行うようにして透かし情報の抽出精度を高めるようにしている。
Therefore, it is desirable to add an error reduction process in order to increase the extraction rate of watermark information. Conventionally, when converting component values between different color spaces and converting them to integer values, all pixels are rounded to integer values.
However, if there is no linear relationship between the color spaces before and after conversion, rounding off cannot remove the error, but it may promote the error. Therefore, in the present invention, the accuracy of watermark information extraction is improved by performing error reduction processing according to the following procedure.

透かしのビット情報が埋め込まれた位置(r,s)(0≦r<W,0≦s<H)における画素のL成分値L rs’、a rs’、b rs’を、sRGB表色系に変換して得られた各成分値をR rs,G rs,B rsとする。 L * a * b * component values L * rs ′, a * rs ′, b * of the pixel at the position (r, s) (0 ≦ r <W, 0 ≦ s <H) where the watermark bit information is embedded The component values obtained by converting rs ′ to the sRGB color system are R to rs , G to rs , and B to rs .

各成分値の少数点以下の切り上げ、切り捨てを行う。すなわち、式(17)を用いて、Xrs ,Xrs (X∈{R,G,B})の計算を行う。 Round up each component value to the nearest decimal point. That is, X rs u , X rs d (Xε {R, G, B}) is calculated using the equation (17).

Figure 2011147017
Figure 2011147017

続いて、Rrs ,Grs ,Brs (p∈{u,d})から、L系色空間への変換を経て計算される原点からの距離d(画素ノルム)を、すべてのpの組み合わせについて計算する。
すなわち、式(18)を用いて8とおりの原点からの距離d値を計算する。
Subsequently, the distance d i (pixel) from the origin calculated through the conversion from R rs p , G rs p , B rs p (pε {u, d}) to the L * a * b * system color space Norm) is calculated for all p combinations.
That is, the distance d i values from the eight origins are calculated using equation (18).

Figure 2011147017
Figure 2011147017

ここで、f(x,y,z)は、x,y,zをL色空間に変換したときの原点からの距離を示す。 Here, f (x, y, z) represents a distance from the origin when x, y, z is converted into the L * a * b * color space.

続いて、式(19)を用いて、位置(r,s)の画素の原点からの距離とd値との差の絶対値ΔEを計算する。 Then, using Equation (19), calculates the absolute value Delta] E i of the difference between the distance and d i values from the origin pixel position (r, s).

Figure 2011147017
Figure 2011147017

ここで、0≦i≦7である。   Here, 0 ≦ i ≦ 7.

式(19)で得られた8つのΔEのなかから、式(20)により、最小値ΔEminを求める。 From the eight ΔE i obtained by the equation (19), the minimum value ΔE min is obtained by the equation (20).

Figure 2011147017
Figure 2011147017

ΔEminを計算するのに用いたXrs (X∈{R,G,B},p∈{u,d})を、透かし入り画像の位置(r,s)における画素のR,G,B値と決定する。 X rs p (X∈ {R, G, B}, p∈ {u, d}) used to calculate ΔE min is expressed as R, G, and R of the pixel at the position (r, s) of the watermarked image. B value is determined.

このようにして、四捨五入ではなく、切り上げ、切り捨てにより得られる8とおりの組み合わせのなかから、最も原点からの距離が近い1つを選択することにより、誤差を最小にすることができる。   In this way, the error can be minimized by selecting one closest to the distance from the origin from eight combinations obtained by rounding up and down instead of rounding off.

(変形例)
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限られず発明の趣旨を逸脱しない範囲で変形実施することができるので、変形例について説明する。
(Modification)
The embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to this, and modifications can be made without departing from the spirit of the invention. Therefore, modifications will be described.

上述した電子透かしの埋め込み方法では、ブロック分割を4×5個のブロックに分割し、1つのブロックを2×2個のサブブロックに分割する例を用いて説明した。サブブロックは、最小1×1個のサブブロック(すなわち1ブロック全体が1つのサブブロック)とした場合でも、計算は理論上実行できるのでこの場合も本発明に含まれるものとする。   In the digital watermark embedding method described above, the block division is divided into 4 × 5 blocks, and one block is divided into 2 × 2 sub-blocks. Even if the sub-block is a minimum of 1 × 1 sub-blocks (that is, the whole block is one sub-block), the calculation can be performed theoretically, and this case is also included in the present invention.

上述した実施形態ではL色空間を用いたが、他の色空間に本発明を適用した場合にも、当該色空間上で、原画像の点から指標画像の点に向けた線上で透かし入り画像の点を表すことができるので、当該色空間上での画像の変化を予測することができるようになる(sRGB表色系に変換すればモニタ画像も予測できるようになる)。 In the above-described embodiment, the L * a * b * color space is used. However, when the present invention is applied to another color space, the point of the original image is directed to the point of the index image on the color space. Since a point of a watermarked image can be represented on a line, a change in the image on the color space can be predicted (a monitor image can be predicted if converted to the sRGB color system). .

本発明は、画像データに電子透かしを埋め込む技術として利用することができる。   The present invention can be used as a technique for embedding a digital watermark in image data.

1 原画像
1^ 指標画像
1 Original image 1 ^ Index image

Claims (3)

原画像に透かし情報を埋め込む電子透かし埋め込み方法であって、
原画像と画像が異なる指標画像を設定する指標画像設定工程と、
原画像および指標画像を、1ビットの透かし情報を埋め込む単位となるブロックB(i,j),B^(i,j)ごとに分割するとともに、各ブロックについてサブブロックBs(k,l),Bs^(k,l)に分割するブロック・サブブロック分割工程と、
原画像および指標画像の各位置(m,n)の画素g(m,n),g^(m,n)について、画素値L,a,bにより色情報が指定されるLab色空間上の点Pmn(Lmn,amn,bmn),P^mn(Lmn,amn,bmn)と前記色空間の原点との距離となる画素ノルムD(m,n),D^(m,n)を算出する画素ノルム算出工程と、
原画像および指標画像における対応する画素g(m,n),g^(m,n)どうしの画素ノルムD(m,n),D^(m,n)の差分ΔD(m,n)を算出する画素ノルム差分算出工程と、
ブロック内で正の画素ノルム差分ΔD(m,n)を有する画素の画素ノルム差分の総和Σ、ブロック内で負の画素ノルム差分ΔD(m,n)を有する画素の画素ノルム差分の総和Σを、それぞれ原画像を指標画像に近づけるときにブロック単位で画素ノルムの総和を正側に変化させることができる許容量、負側に変化させることができる許容量として算出する変化許容量算出工程と、
サブブロック単位で画素ノルムD(m,n)の総和W(k,l)を算出する画素ノルム総和算出工程と、
ブロック内に含まれる各サブブロックの画素ノルム総和W(k,l)の平均を埋め込み前の画素ノルム総和平均Wとして算出する画素ノルム総和平均算出工程と、
埋め込み前の画素ノルム総和平均Wに対して埋め込み強度を与える量子化値Qを用いて量子化した透かし評価値W を算出する量子化工程と、
透かし評価値W の偶奇と電子透かしのビット情報の偶奇とが一致するときは透かし評価値W をそのまま調整値として用い、また、透かし評価値W の偶奇と電子透かしのビット情報の偶奇とが一致しないときは正および負の画素ノルム差分総和Σ,Σの大小関係に応じて透かし評価値W を+1増または−1減させた値を調整値として用いて、調整値と量子化値Qに基づいて透かし埋め込み後の画素ノルム総和平均W’を算出する埋め込み後画素ノルム総和平均算出工程と、
埋め込み後画素ノルム総和平均W’と埋め込み前の画素ノルム総和平均Wとの差をビット情報の埋め込みに要する画素ノルムの総変化量Kとして算出する総変化量算出工程と、
各画素g(m,n)ごとに総変化量Kの正負および画素ノルム差分ΔD(m,n)の正負に応じて画素ノルムD(m,n)を変化させる画素別変化量K(m,n)を算出する画素別変化量算出工程と、
色空間上で原画像の画素g(m,n)の点Pmn(Lmn,amn,bmn)を指標画像の画素g^(m,n)の点P^mn(Lmn,amn,bmn)に向けた直線上で移動させ、画素ノルムD(m,n)を画素別変化量K(m,n)だけ変化させた画素ノルムD’(m,n)となる色空間上の点P’mn(Lmn,amn,bmn)を算出することによって埋め込み後の画素g’(m,n)の色情報を算出する埋め込み後色情報算出工程とを備えたことを特徴とする電子透かし埋め込み方法。
An electronic watermark embedding method for embedding watermark information in an original image,
An index image setting step for setting an index image that is different from the original image, and
The original image and the index image are divided into blocks B (i, j) and B ^ (i, j), which are units for embedding 1-bit watermark information, and subblocks Bs (k, l), Block / sub-block dividing step of dividing into Bs ^ (k, l);
On the Lab color space in which color information is designated by the pixel values L, a, and b for the pixels g (m, n) and g ^ (m, n) at each position (m, n) of the original image and the index image. Pixel norms D (m, n), D ^ (D (), which are distances between the points P mn (L mn , a mn , b mn ), P mn (L mn , a mn , b mn ) and the origin of the color space. a pixel norm calculation step for calculating m, n);
A difference ΔD (m, n) between pixel norms D (m, n) and D ^ (m, n) of corresponding pixels g (m, n) and g ^ (m, n) in the original image and the index image is obtained. A pixel norm difference calculation step to calculate;
Sum of pixel norm differences of pixels having positive pixel norm difference ΔD (m, n) in the block Σ + , Sum of pixel norm differences of pixels having negative pixel norm difference ΔD (m, n) in the block Σ - a tolerance, the allowable change amount calculation step of calculating a permissible amount which can be changed to the negative side, which can alter the summation of the pixels norms positive side in blocks when the respective approximate the original image as an index image When,
A pixel norm sum calculating step of calculating a sum W (k, l) of pixel norms D (m, n) in sub-block units;
A pixel norm sum average calculating step of calculating an average of pixel norm sums W (k, l) of each sub-block included in the block as a pixel norm sum average W before embedding;
A quantization step of calculating a Q, - embedding the previous pixel norm total average W - quantized using the quantization value Q that gives the embedding strength to watermark evaluation value W
Watermark evaluation value W - Q of even-odd and watermark evaluation value when the the even-odd bit information of the digital watermark matches W - Q used directly as adjustment values, also watermark evaluation value W - Q bits of even-odd and watermark When the even / odd information does not match, the value obtained by increasing the watermark evaluation value W Q by +1 or −1 according to the magnitude relationship between the positive and negative pixel norm difference sums Σ + and Σ is used as the adjustment value. A post-embedding pixel norm sum average calculating step of calculating a pixel norm sum average W ′ after watermark embedding based on the adjustment value and the quantized value Q;
The total change amount calculation step of calculating a total amount of change in pixel norm requiring a difference in the embedded bit information with K, - pixel norm total average W after implantation - 'and Embedding previous pixel norm total average W
A pixel-specific change amount K (m, n) that changes the pixel norm D (m, n) in accordance with the positive / negative of the total change amount K and the positive / negative of the pixel norm difference ΔD (m, n) for each pixel g (m, n). n) a pixel-by-pixel change amount calculating step for calculating n);
Point P mn of pixels g of the original image on the color space (m, n) (L mn , a mn, b mn) pixels of the index image g ^ (m, n) of a point P ^ mn (L mn, a mn , b mn ), and a color space that becomes a pixel norm D ′ (m, n) obtained by moving the pixel norm D (m, n) by a pixel-specific change amount K (m, n). And a post-embedding color information calculation step of calculating color information of the pixel g ′ (m, n) after embedding by calculating the upper point P ′ mn (L mn , a mn , b mn ). A digital watermark embedding method as a feature.
Lab色空間として、L表色系色空間が使用され、算出されたL色空間上の点P’mn(L mn,a mn,b mn)をsRGB表色系色空間の色情報に変換して画像を出力する請求項1に記載の電子透かし埋め込み方法。 The L * a * b * color system color space is used as the Lab color space, and the calculated point P ′ mn (L * mn , a * mn , b * mn ) on the L * a * b * color space The digital watermark embedding method according to claim 1, wherein the image is output by converting the color information into color information of an sRGB color system color space. 表色系色空間からsRGB表色系色空間の色情報に変換する際に行う整数値化を、色空間上のP’mn(L mn,a mn,b mn)をsRGB表色系色空間に変換したときの3つの成分値R,G,Bの小数点以下を切り上げ、切り捨てすることにより得られる8とおりのR,G,Bの整数値群を作成し、
各整数値群ごとに、L表色系色空間に逆変換したときの原点からの距離dを求めて、点P’mn(L mn,a mn,b mn)の原点からの距離との絶対差ΔEを算出し、ΔEが最小となる整数値群のR,G,Bを透かし入り画像のRGB値とする請求項2に記載の電子透かし埋め込み方法。
Integer value conversion when converting from L * a * b * color system color space to color information of the sRGB color system color space is performed as P ′ mn (L * mn , a * mn , b * on the color space) . mn ) is converted into the sRGB color system color space, and eight R, G, B integer value groups are obtained by rounding up and rounding off the decimals of the three component values R, G, B. ,
For each integer value group, the distance d from the origin when converted back to the L * a * b * color system color space is obtained, and the point P ′ mn (L * mn , a * mn , b * mn ) The digital watermark embedding method according to claim 2, wherein an absolute difference ΔE with respect to a distance from the origin is calculated, and R, G, B of an integer value group that minimizes ΔE is used as an RGB value of the watermarked image.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2013141640A1 (en) * 2012-03-22 2013-09-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for inserting or extracting concealed information in or from image data
CN109410113A (en) * 2018-09-13 2019-03-01 五邑大学 The error modeling method and device of prediction context towards reversible image watermark

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013141640A1 (en) * 2012-03-22 2013-09-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for inserting or extracting concealed information in or from image data
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