JP4002238B2 - 電子的に描写された画像に透かしを入れる方法およびシステム - Google Patents

Description

本発明は，電子的に描写された画像に透かしを入れる方法およびシステムに関し，画像の無許可の変更を検出できるようにするものである。

器に入った果物などのようなカラー写真は，概して色や陰影の多くのバリエーションがある。リンゴは大部分は赤いが茶色がかったり黄色がかった色合いを持つ領域もあるし，幾分緑の残った部分もありうる。バナナは黄色や茶色の様々な色の濃淡があるし，緑の残った部分もありうる。また，ブドウは紫色をしている。陰影やハイライトはこういった果物の曲面を明らかにしてくれる。こういった視覚的な複雑さにもかかわらず，写真のあらゆる部分が，赤の軸およびそれと直交する緑の軸，そして赤および緑の軸と直行する青の軸により決定される色空間の中の１色で描写できるのである。３原色の軸全てがゼロの値のときのこの光の３原色座標系の起点では，視覚的印象は黒となり，最大値のときの視覚的印象は白となる。起点のときの黒と最大値のときの白との間では，様々な陰影の灰色を描写する線が示される。

様々な陰影の灰色を描写するこの線は，新しい色空間の軸を決定するために使用できる。この軸は輝度軸（通常，文字Ｙで示される）と呼ばれ，新しい色空間において赤クロミナンス軸（通常，ＣｒあるいはＶで示される）および青クロミナンス軸（通常，ＣｂあるいはＵで示される）に付随される。写真のあらゆる部分が光の３原色空間で表されるように，あらゆる部分がＹＣｒＣｂ色空間で表される。光の３原色空間からＹＣｒＣｂへ変換する簡単な方程式が，よく知られている。他の色空間もよく知られ，時機に応じて使用されている。

人間の目はあいまいなレベルでの変化に対しての方が，色の変化に対してよりも敏感である。このことは輝度の情報がクロミナンスの情報よりも重要であり，換言すれば，クロミナンスの情報が破棄されても明らかな画像の質の低下はわずかであるということを意味している。様々な画像符号化技術（一般的にデータ圧縮もできるもの）においては，明らかな画像の質の相応の損失を出すことなく画像ファイルのサイズを小さくするために，このことが利用されている。

この種の符号化技術の一つが，１９９０年代初頭にＪｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐにより紹介された初期のＪＰＥＧ技術である。標準ＩＳＯ／ＩＥＣ １０９１８−１に記載されている。初期ＪＰＥＧ技術（以下，“ＪＰＥＧオリジナル”）について図１Ａおよび１Ｂを参照して要約する。

図１Ａでは，画像符号器２０がデジタルカメラ，スキャナあるいは画像を記憶するメモリ等の画像ソースユニット２２から，入力信号を受信する。入力信号は赤，緑および青の成分を有するデジタル信号とする。符号器２０は入力信号の赤，緑および青の成分をＹＣｒＣｂ色空間に変換する色空間変換器２４を有する。輝度（あるいはＹ）の成分は輝度ブランチ２６に与えられる。赤色クロミナンス（あるいはＣｒ）の成分は赤色クロミナンスブランチ２８に与えられ，青色クロミナンス（あるいはＣｂ）の成分は青色クロミナンスブランチ３０に与えられる。輝度成分の輝度ブランチ２６は再分割装置３２，離散コサイン変換（ＤＣＴ）装置３４，量子化器３６およびエントロピー符号器３８（ハフマン符号器。データワードにコードを割り当てることによりファイルのサイズを小さくするもので，短いコードが，より登場しうるデータワードに割り当てられ，長いコードが，あまり登場しないデータワードに割り当てられる）を有する。

再分割装置３２は輝度成分を，幅および高さ８ピクセルのブロックに分割する。ＤＣＴ装置３４はこれら各ブロックに対し離散コサイン変換（ＤＣＴ）を行う。離散コサイン変換は，フーリエ変換に関し，６４基底関数に対し重み付けする６４係数，あるいは基底画像となる。離散コサイン変換に適用される６４基底関数は基本的には起点となるブロックと同一の広がりをもちブロックの水平方向および垂直方向の変化の頻度を描写するパターンを表す。ここで「頻度」とは，時間ではなく空間の変化の度合いを表す。８×８ブロック，６４画素値で表される起点画像の部分は６４基底関数の合計に等しく，離散コサイン変換を通して生成される係数により重み付けされる。

各ブロックに対しＤＣＴ装置３４で生成された６４係数は所定の順序で整列配置され，量子化器３６へ与えられる。量子化器３６（およびクロミナンスブランチにおける量子化）は，データ圧縮の際の主要な動力となる。量子化器３６は６４ＤＣＴ係数のそれぞれに対する６４の量子化の値を有する量子化テーブルを用いる。所望の圧縮画像の質により異なる量子化テーブルが選択される。質が高くなる毎に，圧縮の度合いは下がる。選択されたテーブルの量子化値は整数値（概して互いに同じものもある）となる。量子化器３６は各係数を対応する量子化値で除すること，そして端数を切り捨てて最も近い整数値にすることによって量子化する。実際には変化の頻度の高い基底関数のＤＣＴ係数は小さくなる傾向にある一方，これら係数に対する量子化値は変化の頻度の低い基底関数に対応する係数の量子化値よりも大きくなる。このため，頻度の高い基底関数のＤＣＴ係数は量子化され０となった頻度となる。量子化プロセス中の端数除去および量子化された係数の実質的な数がゼロになる可能性は，実際には，実質的なデータ圧縮が量子化器３６によってなされるということを意味する。さらなるデータ圧縮は符号器３８によってなされ，エントロピーが量子化されたＤＣＴ係数を符号化し，これらをフォーマット装置４０に与える。

クロミナンス成分のブランチ２８および３０は，概して輝度成分の上記ブランチ２６と同じである。主要な相違点は量子化器にある。人間の目は輝度の空間的な変化に対しての方が色の空間的な変化に対してよりも敏感なため，ブランチ２８および３０の量子化器で用いられる量子化テーブルの方が，量子化器３６で用いられるテーブルにおいて量子化される値よりも大きい量子化値を持つ。この結果は，クロミナンスブランチで破棄されるデータ量の方が輝度ブランチで破棄されるデータ量よりも大きく，データのロスの増加が圧縮された画像の質を目に見えて低下させてはいないということを示している。クロミナンスブランチで量子化され符号化されたＤＣＴ係数は，輝度ブランチで量子化され符号化されたＤＣＴ係数と同様，フォーマット装置４０に与えられる。

フォーマット装置４０は，符号化された画像データフレームを量子化され符号化されたＤＣＴ係数に組み立てる。また，フレームに対し，用いられた量子化テーブルおよび符号器３８による符号化に関する情報を含む様々な情報を有するヘッダーを与え，符号化された画像が再構成される。そしてフレームは記憶装置，フレームを他の場所に送る送信媒体のインターフェース，あるいは画面上に即座に画像を表示させるために画像を再構成する復号器などのような利用装置４２へ送られる。

画像を再構成する画像復号器４４を，図１Ｂに示す。符号化画像ソース４６からの符号化された画像データフレームを受信し，量子化され符号化された輝度係数を輝度ブランチ５０へ送り，量子化され符号化された赤色クロミナンス係数を赤色クロミナンスブランチ５２へ送り，量子化され符号化された青色クロミナンス係数を青色クロミナンスブランチ５４へ送るペイロードエキストラクタ４８を含んでいる。また，ペイロードエキストラクタ４８は量子化および符号化に関する情報をフレームのヘッダーから取り出し，この情報をブランチ５０〜５４に与える。各ブランチは基本的に図１Ａの画像符号器２０の対応ブランチにより行われる操作と逆の操作を行う。例えば，輝度ブランチ５０は符号器３８で符号化されたデータを拡張する復号器５６を含む。拡張されたデータは逆量子化器５８へ与えられ，そこでは量子化された係数と，量子化器３６で除されたときの値と同じ値とが掛け合わされる。計算結果は逆変換装置６０へ与えられ，そこでは逆離散コサイン変換が行われ最初の８×８ブロックに近い画素値の８×８ブロックが再生成される。こういったブロックは，再分割結合装置６２で全輝度画像に組み立てられる。全輝度画像は，ブランチ５２および５４からの全クロミナンス画像とともに，色空間変換器６４へ与えられ，そこで画像は光の３原色空間に戻される。再構成された画像はディスプレイ装置６６に表示される。

画像ファイルを様々な方法で操作できる写真編集ソフトが提供されている。画像を例えばトリミングしたり，あるいは画像の一部を異なる画像からのコンテンツと置き換えることにより変更する。他の編集方法としては，増加傾向にある圧縮，色の調整，画像の一部を他の一部に上書きコピーして他の一部を消す，などがある。こういった変更は肖像写真から汚点を取り除きたいときであれば良い目的となるが，責任を逃れるために自動車事故の写真を詐欺的手段で変造するのであれば悪い目的ということになる。目的に関わらず，画像の変更は画像の完全な状態に対する攻撃という点で特徴付けられる。こういった攻撃を発見できることが望ましい。許容範囲での圧縮（相応の画像の質の低下を伴う）あるいは明度や色の調整を以外の攻撃を発見する手段が，画像に対する透かしである。

本発明の出発点は，Ｃｈｉｎｇ‐Ｙｕｎｇ Ｌｉｎ，および，Ｓｈｉｈ‐Ｆｕ Ｃｈａｎｇ（ここでの共同発明者の一人）の共同論文“Ｓｅｍｉ−Ｆｒａｇｉｌｅ Ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ ｆｏｒ Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｎｇ ＪＰＥＧ Ｖｉｓｕａｌ Ｃｏｎｔｅｎｔ”（Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ，Ｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｎｄ Ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｃｏｎｔｅｎｔｓ，Ｓａｎ Ｊｏｓｅ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，Ｊａｎｕａｒｙ ２０００）の１４０〜１５０ページに記載されている透かし技術である。ここで“ｓｅｍｉ−ｆｒａｇｉｌｅ”とは，透かし技術が，適度の圧縮のような許容範囲の画像の変更を受け入れるのには十分弾力的であるが，他の画像変更に対しては許容範囲が狭いという意味である。

上記論文に記載の透かし技術，いわゆる「特徴量」ビットは画像より生成され，画像に組み込まれる。特徴量ビットを生成するために，画像の８×８ブロックはシークレットマッピング機能を用いて対のグループに分けられる。各ブロック対に対し，所定のＤＣＴ係数が選ばれる。特徴量ビットは一対のブロックの一方に対し選択された係数の大きさと他方に対し選択された係数の大きさとの関係に基づいて生成される。具体的には，一方のブロックに対する係数が他方のそれよりも小さい場合，特徴量ビット０が生成される。他の場合，１が生成される。以下の式で表される。

ここで，Ｓ_ｉはｉ番目の特徴量ビットを表し，ブロック対のブロック１および２より生成されたｉ番目のＤＣＴ係数Ｆ_ｉ間の関係を特徴付ける。

特徴量ビットＳ_ｉは，シークレットマッピング機能を用いて組み込まれ，組み込みのホストの役割を果たすブロック対より生じる係数が選ばれる。組み込みはホスト係数のうち最も小さい特徴量ビットを特徴量ビットに応じて調整することにより行われる。

特徴量ビットを生成し，これらが組み込まれるホスト係数を選択するこの手順は，図２Ａ〜２Ｃを参照して例示される。図２Ａは，家および上空の太陽の画像６８である。第１のシークレットマッピング機能を用いて８画素×８画素のブロック７０，７２，７４が選択され，８画素×８画素のブロック７６，７８，８０と対にされる。図２Ｂは，ブロック７０の輝度成分より生成される６４ＤＣＴ係数を受信する配列７０’を示している。さらに図２Ｃは，ブロック７６の輝度成分より生成される６４ＤＣＴ係数を受信する配列７６’を示しており，ブロック７６はブロック７０と対になっている。更にマッピングルールを用いて，特徴量ビットを生成する際に使用される配列７０’および７６’における特徴量ソース係数が選択され，特徴量ビットが組み込まれるホスト係数も同様に選択される。この例では，このことは図２Ｂおよび２Ｃの中で丸印を用いて示され，特徴量ビットを生成するために選択されたソース係数を示している。特徴量ビットを組み込む際に選択されたホスト係数を示すために六角形が用いられる。

説明のために，例えばブロック対７０，７６の第１特徴量ビットＳ_ｉは配列７０’の列１行１の係数および配列７６’の列１行１の対応する係数より生成され，この特徴量ビットが列５行６の係数に組み込まれるとする。方程式（１）を用いると，配列７０’の列１行１の係数が配列７６’の列１行１の係数と同じかこれより大きい場合，組み込まれる特徴量ビットの式はＳ１＝１となり，配列７０’の列１行１の係数が配列７６’の列１行１の係数より小さい場合，組み込まれる特徴量ビットの式はＳ１＝０となる。

上記論文に記載された組み込み作業は通常配列７０’の列５行６に現れるＤＣＴ係数Ｆ_６，５（つまり，この例におけるホスト係数）を，参照係数と呼ばれる変更値Ｆ^＊ _６，５に置き換えることによりなされる。計算には，２段階の手順を経る。まず，続く量子化プロセスの中で特徴量ビットＳ_ｉ（この例ではｉ＝１）と量子化値Ｑ_６，５の和で，通常Ｆ_６，５を除する。この第１段階では，Ｆ_６，５およびＱ_６，５は中間値を求める際に以下のように用いられる。

ここで“ＩｎｔｅｇｅｒＲｏｕｎｄ”とは，最も近い整数値に切り上げあるいは切り捨てられた値ということである。第２段階では，参照係数Ｆ^＊ _６，５は以下のようにして求められる。

ここで“ｓｇｎ”とは，続く式が負の場合マイナス１，負でなければプラス１ということである。

認証プロセスにおいて，特徴量ビットは受信された画像から抽出され上記論文に示された基準に合致しているかどうかのチェックを受ける。この論文には２つの法則が記されている。第１の法則は，量子化の前後で，画像のなかの重複しない２つの８×８ブロックより生成されたＤＣＴ係数間には不変の関係がある，ということを基本的に示している。第２の法則は，一定の条件下では量子化されていない係数の正確な値は量子化の後再構成される，ということを基本的に示している。特に，第２の法則は，ＤＣＴ係数が，続くＪＰＥＧ圧縮の中でとりうる全ての量子化値よりも大きい所定の量子化値の整数倍の値に変更されると，この変更された係数は最初に用いられた同じ量子化値の使用により，続くＪＰＥＧ圧縮のなかで正しく再構成されることを示している。この法則は参照係数Ｆ^＊を用いるための根拠となる。方程式（３）より，先述の論文に記載された特徴量ビットを組み込んだ結果，最悪の場合，量子化値の中ではかなり小さい値が得られることになる，ということがわかる。この手順により，多くの場合画像が攻撃された箇所が特定できる。

上記の論文では，誤報の可能性について述べられており，許容範囲の使用の可能性についても触れられている。こういった誤報は雑音によって，特に雑音が明度調整のための編集等の受容可能な変更を伴う場合に起こる。方程式（１）を用いたときにブロック対のｉ番目の係数が互いに近い数値となる場合，誤報の可能性は特に高くなる。これは，この場合特徴量ビットＳ_ｉが小さい正または負の数をもとに決定されるためである。許容範囲Ｍは，特徴量チェックの段階で定められ，係数間の差の絶対値がＭ以下であれば攻撃がなされたかどうかの判断は保留される。以下のとおりである。

このことは図２Ｄも参照して示される。横軸は，画像が符号化されたとき（つまり，特徴量生成側）のブロック対のｉ番目の係数の差を表し，縦軸は符号化された画像が復号化されたとき（つまり，特徴量照合側）に決定された差を表している。差が０以上（方程式（１）参照）のとき，あるいは縦軸の右側に等しいとき，Ｓ_ｉ＝０の特徴量ビットは特徴量生成側に生成される。許容範囲Ｍがなければ，攻撃が無い限り照合場所の係数間の差が０以上になると予想することになる。許容範囲Ｍがすることは，図２Ｄの横軸に沿って幅２Ｍの判定を留保する帯域を提供するということである。

許容範囲Ｍは誤報を減らす一方，画像の攻撃に対し「安全な場所」も提供してくれる。この理由は，量子化された係数間の差の絶対値がＭより小さい場合，攻撃が発見できないからである。この制約にかなう攻撃が不可能かかなり困難であれば，この脆弱性は見過ごされることになる。残念ながら，ある画像の中の一物体を他の画像のオブジェクトと置き換えたり，画像の中の背景の一部をあるオブジェクトを隠すためにその上にコピーしたり，白い背景から文字を削除したり，オブジェクトを挿入したり，あるいは淡い背景に物体を描写するといったような攻撃は差の小さい量子化係数という結果になるのである。

ＪＰＥＧオリジナルの広範囲での成功例からも明らかなように，圧縮とともに離散コサイン変換を適用した画像符号化技術が非常に有用であることは実証済みである。それでもなお，他の基本的手法を用いた画像符号化技術が注目を浴び続けている。その中の１つが，離散コサイン変換の代わりに，係数を生成するウェーブレット変換を適用したものである。この手法はＪＰＥＧ−２０００のなかで用いられている。ＪＰＥＧ−２０００の仕様書は，ＩＳＯ／ＩＥＣ ＪＴＣ １／ＳＣ ２９／ＷＧＩとして発行されている。

離散コサイン変換と同様に，ウェーブレット変換は周知のフーリエ変換に関係している。しかし離散コサイン変換とは異なり，離散ウェーブレット変換（ＤＷＴ）は，限られた範囲の外ではゼロの値となるコンパクトファンクションを参照して入力信号を分析する。逆に離散コサイン変換は，限られた範囲の外でもゼロの値とはならない。画像符号の分野では，離散ウェーブレット変換は概して，いわゆる「マザーウェーブレット」を他の場所に置き換えたり，係数２を用いマザーウェーブレットを拡張したりすることによって生成される一群の直交するウェーブレットを適用する。ＤＷＴにおいて一群の直交あるいはほぼ直交するウェーブレット生成に使用される様々なマザーウェーブレットが知られている。ＤＷＴを使用し入力信号を分析すると，入力信号がどれだけよくウェーブレットに関係しているかを示す指標を基本的に与える係数が生成される。これら係数は，位置情報（移動を考慮して）に加えて入力信号についての周波数の情報（拡張を考慮して）を提供する。

図３Ａは，画像ソースユニット８２より光の３原色を受け取る画像符号器８０を示している。符号器８０は画像を輝度（Ｙ）の成分に変換する色空間変換器８４を有する。輝度（Ｙ）の成分は輝度ブランチ８６に与えられる。赤色クロミナンス（Ｃｒ）の成分は赤色クロミナンスブランチ８８に与えられ，青色クロミナンス（Ｃｂ）の成分は青色クロミナンスブランチ９０に与えられる。輝度ブランチ８６は輝度成分をタイルとして知られるサブユニットに分離する再分割装置９２を有し，それらタイルは離散ウェーブレット変換（ＤＷＴ）装置９４に与えられる。ＤＷＴ装置９４はデジタルフィルタを用いてウェーブレット係数を生成する。デジタルフィルタは適用されるウェーブレット群を基礎とする特徴をもつ。

図３ＢはＤＷＴ装置９４の概念上の実行状態を概略的に示している。再分割装置９２からの，輝度成分のタイルを表す入力信号が，ハイパスフィルタ９６に与えられる。ハイパスフィルタ９６は行方向に信号を通過させ，ダウンサンプラ９８へ続く。ダウンサンプラ９８は通過した信号を２でダウンサンプルする（１つおきのサンプルが破棄される）。通過しダウンサンプルされた信号はハイパスフィルタ１００に与えられる。ハイパスフィルタ１００は列方向に信号を通過させる。結果，ダウンサンプラ１０２により２でダウンサンプルされたことになる。いわゆる１ＨＨサブバンド（“１”は分解の第１レベルを示し，“ＨＨ”は列方向および行方向でのハイパスフィルタを示す）の１組のＤＷＴ係数である。ダウンサンプラ９８の出力もまたローパスフィルタ１０４に与えられる。ローパスフィルタ１０４は列方向に信号を通過させ，通過した信号はダウンサンプラ１０６により２でダウンサンプルされる。そして１ＨＬサブバンドの１組のＤＷＴ係数が提供される。

ハイパスフィルタ９６により行方向にハイパスフィルタリングさせられるのに加え，再分割装置９２からの信号はフィルタ１０８によりローパスフィルタリングさせられる。結果，ダウンサンプラ１１０により２でダウンサンプルされたことになり，信号はハイパスおよびローパスフィルタ１１２および１１４に与えられる。これらフィルタは列方向に信号を通過させる。フィルタ１１２の出力はダウンサンプラ１１６により２でダウンサンプルされ，１ＬＨサブバンドの１組のＤＷＴ係数が提供される。フィルタ１１４の出力はダウンサンプラ１１８によりダウンサンプルされ，タイル分解の第１レベルが終了する。図３Ｃは第１レベル分解の結果得られたＤＷＴ係数の４つのサブバンドを概略的に示している。

１ＬＬサブバンドは，様々な場所での両通過方向の低周波数情報を表す。両方向で２でダウンサンプルされ，概して最初のタイルでの画像コンテンツの，より小さいサイズ，低品質のものに相当することになる。１ＨＬ，１ＨＨ，１ＬＨのサブバンドの係数は様々な場所での高周波数情報を表す。この高周波数情報は，最初のタイルの画像コンテンツを再構成するために，１ＬＬサブバンドでの低周波数情報を増やす段階で用いられる。しかし，１あるいはそれ以上のレベルでの分解が続けられるのが普通である。

図３Ｂでは，ダウンサンプラ１１８の出力（１ＬＬサブバンドを表す）がハイパスフィルタ１２０に与えられる。ハイパスフィルタ１２０は行方向に信号を通過させ，通過した信号はダウンサンプラ１２２により２でダウンサンプルされ，そしてハイパスおよびローパスフィルタ１２４および１２６に与えられる。これらフィルタはいずれも列方向に通過させる。通過してダウンサンプルされた結果，２ＨＨおよび２ＨＬサブバンドの係数が提供される。ダウンサンプラ１１８の出力もまた行方向に低域で通過させられ，ダウンサンプルされる。そして列方向に高域で通過させられ，ダウンサンプルされて２ＬＨサブバンドの係数が提供される。このローパス剰余に対するフィルタリングおよびダウンサンプルの工程の繰り返しは，続けることができる。図３Ｄは，１ＬＬサブバンド（図３Ｃ参照）が１つの分解レベルしか持たない領域での第２および第３の分解レベルの係数のサブバンドを示している。

図３Ａに戻ると，ＤＷＴ装置９４より生じたＤＷＴ係数が配列に配置され，量子化テーブルの量子化値に従って量子化器１２８により量子化されているのが分かる。量子化テーブルは，この分解のために許容される画像の劣化の程度と連動して，所望の分解の程度によって選ばれたものである（つまり，量子化値の大きさ）。ＤＣＴ変換と同様に，選択されたテーブルの値は，量子化される特定の係数の視覚的な重要性による大きさに依存した大きさにより変化する整数値である。ＤＷＴ係数は，テーブル（テーブル内の量子化値の中には，異なる係数に適用されるにもかかわらず数字の上では同じものもある）のその量子化値で除することにより量子化され，余りは切り捨てられる。

引き続き図３Ａを参照すると，量子化されたＤＷＴ係数はエントロピー符号器１３０に与えられ，フォーマット装置１３２に与えられる。フォーマット装置１３２もまた，量子化され符号化された赤および青色クロミナンス成分のＤＷＴ係数をブランチ８８および９０から受け取る。フォーマット装置１３２は，量子化され符号化された係数を，符号化された画像を再構成するための情報を含む様々な情報とともに，符号化画像データフレームに設置する。フレームはその後，記憶装置，復号器，あるいは符号化された画像データフレームを所望の方向へ伝送する信号送信装置等のような，符号化画像利用装置１３４に与えられる。

図３Ｅは，画像復号器１３６を示している。画像復号器１３６は符号化された画像データフレームをソース１３８から受け取る。ペイロードエキストラクタ１４０は画像復号のための情報を取り出し，量子化されエントロピー符号化された輝度成分の係数を輝度ブランチ１４２に与える。量子化されエントロピー符号化された赤および青色クロミナンスの係数はクロミナンスブランチ１４４および１４６に与えられる。輝度ブランチ１４２では，復号器１４８がエントロピー符号化されたデータを，輝度成分のタイルの量子化された係数を逆量子化器１５０に与えるために拡張する。逆量子化器１５０は，量子化された係数にテーブルの値を乗じる。これらの値は，画像符号器８０により適用される量子化プロセスの間に係数が除される値と一致する。装置１５２による逆ＤＷＴ変換の後，タイルは再分割結合装置１５４で全輝度画像に組み合わせられる。装置１５２は，ＤＷＴ係数から得られた輝度成分のタイルの画素値を再生成する。輝度およびクロミナンス成分の組み合わされた画素値は，変換器１５６により光の３原色空間へ変換されて戻され，ディスプレイ装置１５８に与えられる。

本発明の第１の目的は，エラーの少ない，しかし従来技術でエラーを少なくするのに必要とされてきた攻撃に対する脆弱性のない，透かしを入れる方法およびシステムを提供することである。

本発明の他の目的は，範囲値あるいは範囲値の組が，特徴量生成側の選択された係数グループより生成された値と比較され，異なる範囲値が，特徴量照合側の係数グループより生成された値と比較される，透かしを入れる方法およびシステムを提供することである。

本発明のさらなる目的は，画像ファイルを特徴づける生の特徴量を生成し，これら生の特徴量を生の特徴量の組に集め，短縮された特徴量を生の特徴量の組の代わりに用いる方法およびシステムを提供することである。関連目的は，生特徴量コードの組の出現の可能性により，生の特徴量の組を短縮された特徴量にマッピングすることである。

続く詳細な説明の中で明らかになるこれらおよび他の目的は，所定の選択ルールを用いて第１ファイルの係数グループが選択され；所定の計算式を用いて，各グループの係数より第１計算値が決定され；第１計算値は，少なくとも１つの所定の第１範囲値と比較され，前記第１ファイルにマルチビットの生の特徴量が生成され；第１ファイルで用いられたのと同じ選択ルールを用いて第２ファイルの係数グループが選択され；第１ファイルで用いられたのと同じ計算式を用いて，第２ファイルで選択されたグループの前記係数より第２計算値が決定され；第２計算値は，第１範囲値とは異なる複数の第２範囲値と比較され，第２ファイルで選択されたグループの受容可能な生の特徴量を決定し，；および，第２ファイルで選択されたグループの受容可能な生の特徴量は，第１ファイルで生成された生の特徴量と比較される発明の第１の観点に従って得られる。

発明の他の観点に従えば，所定の選択ルールを用いて第１ファイルの係数グループが選択され；所定の計算式を用いて，各グループの係数より第１計算値が決定され；第１計算値は，少なくとも１つの所定の第１範囲値と比較され，第１ファイルにマルチビットの生の特徴量が生成され；生の特徴量は生の特徴量の組に集められ；生の特徴量の組より，短縮された特徴量が決定され；第１ファイルで用いられたのと同じ選択ルールを用いて第２ファイルの係数グループが選択され；第２計算値は，複数の第２範囲値と比較され，第２ファイルで選択されたグループの受容可能な生の特徴量が決定され；短縮された特徴量より，生の特徴量の組を確認する工程と；および，短縮された特徴量より確認された生の特徴量の組は，受容可能な生の特徴量とを比較する，方法が提供される。

（第１の実施の形態）
図４Ａは，本発明の第１の実施形態にかかる，画像符号化システムにおける画像符号器２００を示している。画像符号器２００は，デジタルカメラ，スキャナあるいは記憶装置等のような画像ソース２０２から，光の３原色を表す信号を受信する。光の３原色空間は，色空間変換器２０４によってＹＣｒＣｂ色空間に変換される。色空間変換器２０４は，輝度（Ｙ）の成分を輝度ブランチ２０６に与える。同様に，赤色クロミナンス（Ｃｒ）の成分は赤色クロミナンスブランチ２０８に，青色クロミナンス（Ｃｂ）の成分は青色クロミナンスブランチ２１０にそれぞれ与えられる。

輝度ブランチ２０６は，画像の輝度成分を８ピクセル×８ピクセルのブロックに再分割する再分割装置２１２を有する。これらブロックは各ブロックの画素値に対し離散コサイン変換を行う離散コサイン変換（ＤＣＴ）装置２１４に与えられ，ＤＣＴ係数６４を各ブロックに生成する。各ブロックに対する係数６４はグループ分けの後整列配置され，所望の画像の外見の質に基づき選択された量子化テーブルに従って，量子化器２１６により量子化される。量子化された係数は符号器２１８によって符号化され，輝度成分の各ブロックの量子化され符号化された係数は，フォーマット装置２２０に与えられる。量子化器２１６は透かし装置２２２に接続される。透かし装置２２２は，１組の生特徴量ビットＳ_ｉ（後述する）を量子化された係数より生成する。生特徴量ビットＳ_ｉもまたフォーマット装置２２０に与えられる。

クロミナンスブランチ２０８と２１０は同じものであるが，それぞれの量子化器は，輝度ブランチ２０６で用いられる量子化テーブルよりも大きな量子化値を有する量子化テーブルを用いている。

フォーマット装置２２０は，ブランチ２０６〜２１０により生成された量子化され符号化された係数により，符号化された画像データフレームを形成し，フレームのヘッダーに対し，符号化された画像を再構成するための様々な情報を与える（例えば，符号器２１８により用いられた量子化テーブルおよび符号化を確認するための情報，およびクロミナンスブランチ中の数に入れていない符号器に関する情報）。フォーマット装置２２０はまた生の特徴量Ｓ_ｉをヘッダーに与える。完成した画像データフレームはその後，符号化画像利用装置２２３（記憶装置，符号化された画像データフレームを他の場所へ伝送する手段，あるいは画像をディスプレイ装置で再生成する復号器等のような装置）に与えられる。

図４Ｂは，透かし装置２２２の一例を示している。透かし装置２２２は減算器２２４を有する。減算器２２４は，量子化器２１６より入力ポート２２５を経た輝度成分の全ブロックのＤＣＴ係数の配列を受け取る。減算器２２４はまた，特徴量生成係数選択器２２６に接続されている。特徴量生成係数選択器２２６は，係数の組ｐ_ｉおよびｑ_ｉを，減算器２２４に対し一致させる。これら係数は秘密のルールに従って選択される。減算器２２４は係数ｐ_ｉの値から係数ｑ_ｉの値を引き，引き算の結果求められた差の値，ｉ番目の（ｐ_ｉ−ｑ_ｉ）が，生特徴量生成器２２８に与えられる。

係数の組ｐ_ｉおよびｑ_ｉを確認するために選択器２２６により適用されたルールの１つの可能性について，図４Ｃを参照して述べる。この図は家と，家を照らしている太陽の画像２３０を示している。始めに，所定の選択リストに従ってブロックＰ_１，Ｐ_２，・・・，Ｐ_Ｉ，・・・，Ｐ_Ｎが選択されるが，画像の中央領域より外側の様々な位置が好ましい。そして乱数発生器が用いられ，ベクトルＶ_１，Ｖ_２，・・・，Ｖ_Ｉ，・・・，Ｖ_Ｎを定義するｘおよびｙ値が生成される。ブロックＰ_ＩおよびランダムベクトルＶ_Ｉのベクトル加法は，ターゲットブロックＱ_Ｉを生成する。ターゲットブロックＱ_Ｉは，ブロックＰ_１と対になる。また，ブロック対の画素より生成された６４ＤＣＴ係数値の中から特定の１つを選択するための手順を踏むことが必要である。ひとつの方法は，選択基準としてｉ ｍｏｄ ６４を用いることである。つまり，ブロックｐ_１およびｑ_１に対し，最初の６４係数が係数ｐ_１およびｑ_１として選択され，さらにブロックｐ_２およびｑ_２に対し，第２の６４係数が係数ｐ_２およびｑ_２として選択され，ｐ_６４およびｑ_６４まで続き，６４番目の係数はｐ_６４およびｑ_６４の両方から選択される。そして，次の係数の対ｐ_６５およびｑ_６５が，ブロックｐ_６５およびｑ_６５に対し生成された第１のＤＣＴ係数より始まるのである。

生成器２２８により生成された生の特徴量Ｓ_ｉは，マルチビット値を持つ。このマルチビット値は，特徴量照合側（図４Ｅを参照して後述する画像復号器）で，小さな変更は誤報を鳴らす代わりに受け入れる，いわゆる「緩い」判断を下すために用いられる。表２はこのプロセスの一例である。

図４Ｄに示すように，表２において“ｒ”は，ｐ_ｉ−ｑ_ｉの差の全てのとりうる値の組を３つの領域に分割するために選択された大きさの範囲値を表す。範囲値ｒは実質的にｐ_ｉ−ｑ_ｉの差を３つの生の特徴量，Ｓ_ｉ＝０，Ｓ_ｉ＝１およびＳ_ｉ＝２に，量子化する。

特徴量照合側では，受容可能な生の特徴量Ｓ_ｉは表３に従って決定される。

２つの範囲値Ｒ_１およびＲ_２が表３で用いられている。図４Ｄから明らかなように，これらは１つの特徴量のみ受容可能である範囲間の，許容範囲を狭めたギャップを提供するために選択されている。各ギャップにおいて，２つのうちどちらかの生の特徴量が受容可能であるが，第３の生の特徴量は受容可能ではない。

表４および５は，さらなる可能性を示している。表４は特徴量生成側で，２つの範囲値ｒ_１およびｒ_２を適用し，表５は特徴量照合側で，３つの範囲値ｒ_１，ｒ_２およびｒ_３を適用している。

図４Ｅに戻って，図４Ａの画像符号器２００とともに用いられる画像復号器２３２について述べる。画像復号器２３２は，符号化画像ソース２３４からの符号化された画像データフレームを受信する。ペイロードエキストラクタ２３６は量子化され符号化された３つの成分の係数を画像データフレームから取り出し，輝度（Ｙ）ブランチ２３８，赤色クロミナンス（Ｃｒ）ブランチ２４０，青色クロミナンス（Ｃｂ）ブランチ２４２にそれぞれ与える。画像データフレームのヘッダーにおける，成分を符号化するのに必要な情報（例えば，用いられた量子化テーブルおよびエントロピー符号化を確認するための情報）もまたブランチ２３８，２４０および２４２へ与えられる。さらに，ヘッダーに位置する生の特徴量Ｓ_ｉは，画像符号器２００で使用された係数ｐ_ｉ，ｑ_ｉの組を決定する情報とともに特徴量照合器２４４へ送られる。

ブランチ２３８はエントロピー符号化された値を拡張する復号器２４６，逆量子化器２４８，逆ＤＣＴ装置２５０，再分割結合装置２５２を含む。再分割結合装置２５２は，輝度成分のブロックを全輝度画像に組み合わせる。クロミナンスブランチ２４０と２４２は同じものである。色空間変換器２５４は，全輝度画像および全クロミナンス画像を受け取って，それらを光の３原色空間に変換する。

特徴量照合器２４４は，ブロック対Ｐ_ＩおよびＱ_Ｉの中の選択された係数の，ｐ_ｉ−ｑ_ｉの差の値を計算し，これらの差の値を適当な範囲値（例えば，表２が特徴量生成側で用いられた場合の表３の例）を用いて評価する。もし不一致が検出されれば，関連するブロックが，再構成された画像を映し出すディスプレイ装置２５６に示される。

図４Ｆは，特徴量照合器２４４の構成を示している。特徴量照合器２４４は，輝度照合装置２５８，赤色クロミナンス照合装置２６０，青色クロミナンス照合装置２６２，およびマーキング装置２６４を有する。装置２５８は，復号器２４６（図４Ｅ）から輝度成分の係数を受け取りこれら係数を減算器２６８に与えるポート２６６を有する。ポート２７０はペイロードエキストラクタ２３６から情報を受け取る。この情報は，画像符号器により生成された生の特徴量Ｓ_ｉを含み，これら生の特徴量Ｓ_ｉは生特徴量チェッカ２７４へ与えられる。ペイロードエキストラクタ２３６から受け取った情報はまた，ブロックＰ_Ｉを確認するデータおよびベクトルＶ_Ｉが導かれた乱数列を確認するデータを含む。この情報は特徴量生成係数選択器２７２へ与えられる。特徴量生成係数選択器２７２はその後，ブロックＰ_Ｉと対になったブロックＱ_Ｉを計算し，これらブロックの中で係数ｐ_ｉ，ｑ_ｉの組を決定する。係数ｐ_ｉ，ｑ_ｉの組は減算器２６８に与えられる。そして減算器２６８は，係数の組を確認する情報を用い，特徴量照合側に生成されたｐ_ｉ−ｑ_ｉの差の値を生成する。これら差の値は生特徴量チェッカ２７４へ与えられる。そしてチェッカ２７４は，表３（特徴量生成側で用いられたのが表２であると仮定して）に従って，ｐ_ｉ−ｑ_ｉの差の値が受容可能な生特徴量Ｓ_ｉに適合するかどうかを決定する。チェッカ２７４はマーキング装置２６４に対する不一致を確認する。

クロミナンス照合装置２６０および２６２は，輝度照合装置２５８と実質的に同じものである。マーキング装置２６４は，照合装置２５８〜２６２により決定された不一致（もしあれば）を，ポート２７６で色空間変換器２５４（図４Ｅ）より受け取った光の３原色の画像信号と相互に関連付け，信号を，出力ポート２７８経由でディスプレイ装置２５６に送信する。この出力信号は，不一致（もしあれば）を表す表示を再構成された画像の上に重ね合わせ，攻撃を受けた領域を示す。

離散コサイン変換の代わりに離散ウェーブレット変換を利用する第１の実施の形態について，図４Ｇから４Ｉを参照して簡潔に述べる。図４Ｇはソースユニット２８２より光の３原色の画像を受け取る画像符号器２８０を示している。符号器２８０は，光の３原色の画像をＹＣｒＣｂ画像に変換する変換器２８４を有する。輝度成分は輝度ブランチ２８６に与えられ，赤色クロミナンス（Ｃｒ）の成分はクロミナンスブランチ２８８に，青色クロミナンス（Ｃｂ）の成分はクロミナンスブランチ２９０にそれぞれ与えられる。輝度ブランチ２８６は，輝度成分を再分割し成分のタイルをＤＷＴ装置２９４へ与える再分割装置２９２を有する。装置２９４は，図３Ａから３Ｅを参照して述べたウェーブレット係数を生成するために構成されるデジタルフィルタを用いて，ダウンサンプリングとともに，縦および横方向に通過させる。説明のために，装置２９４は３つのレベルでの分解を輝度成分の各タイルに対し実行し，各タイルの，３つのレベルでの分解の結果得られたサブバンドのウェーブレット係数を量子化器２９６へ送る。

量子化器２９６は，テーブルの量子化値に従って係数を量子化し，量子化された係数を符号器２９８に与える。符号器２９８は，輝度成分の各タイルの係数をエントロピー符号化し，フォーマット装置３００へ与える。量子化器２９６はまた，ウェーブレット係数を透かし装置３０２に与える。透かし装置３０２は，与えられたサブバンドの中の係数ｐ_１，ｐ_２，・・・，ｐ_ｉ，・・・，ｐ_ｎを所定の選択ルールを用いて確認し，１組のベクトルｖ_１，ｖ_２，・・・，ｖ_ｉ，・・・，ｖ_ｎを乱数発生器を用いて生成し，ベクトルを係数ｐ_１，・・・，ｐ_ｎと結びつく位置に加えることにより，各係数ｐ_ｉと係数ｑ_ｉとを対にする。図４Ｈに一例を示す。ここでは，係数Ｐ_ｉが係数ｑ_ｉと，同じサブバンド（図中の１ＨＬサブバンド）で対になっている。１以上のサブバンドの係数が，同じ方法で対になってもよい。なお，対になるのはサブバンドベースである。つまり，異なるサブバンドの係数同士は対になれない。

透かし装置３０２は係数を対にした後，係数ｐ_ｉの値から対の係数ｑ_ｉの値を引いてｐ_ｉ−ｑ_ｉの差の値を生成し，生の特徴量Ｓ_ｉを表２または４に従って生成し，その生の特徴量をフォーマット装置３００へ与える。各特徴量が生成したサブバンドを確認する情報もまた，フォーマット装置３００へ与えられる。

クロミナンスブランチ２８８および２９０は同じであるが，主要な相違点はこれらブランチの量子化器が，概して，輝度ブランチ２８６のそれより大きな量子化ステップとなる量子化テーブルを用いているという点にある。量子化され符号化された係数，画像に関する関連情報（ファイル名等）および符号器２８０に関する関連情報（用いられた量子化テーブルおよびエントロピー符号化テーブルを確認する情報等），および生の特徴量Ｓ_ｉが，装置３００により，符号化された画像データフレームにフォーマットされ，そして符号化画像利用装置３０４（例えば，符号化された画像データフレームの記憶装置，符号化された画像データフレームを他の場所へ伝送する手段，あるいは画像をディスプレイ装置で再生成するために復元する画像復号器等）に与えられる。

図４Ｉは，画像符号器２８０で符号化された画像を復号する画像復号器３０６を示している。符号化された画像データフレームは，ソース（例えば，記憶装置）３０８により復号器３０６に与えられる。ペイロードエキストラクタ３１０は量子化され符号化された係数を，これらの生成に用いられた量子化およびエントロピー符号化の情報とともに輝度ブランチ３１２，クロミナンスブランチ３１４および３１６に与える。輝度ブランチは復号器３１８（エントロピー符号化された値を拡張する），逆量子化器３２０（ウェーブレット係数と，最初の係数が画像符号器２８０で量子化されたときに除数となった値と同じ量子化値とを乗じる），逆ＤＷＴ装置３２２（ウェーブレット係数からの輝度成分のタイルの画素値を生成する），および再分割結合装置３２４（輝度成分のブロックを全輝度画像に組み合わせる）を含む。クロミナンスブランチ３１４および３１６は同じである。全輝度およびクロミナンス画像は，色空間変換器３２６に与えられる。色空間変換器３２６は，ＹＣｒＣｂ成分を光の３原色空間に変換する。

輝度ブランチ２８６の復号器３１８およびクロミナンスブランチの同じ復号器からの，復号化されたがまだ量子化されているウェーブレット係数は生特徴量照合器３２８に与えられる。（特徴量生成側で，生成のために用いられた各サブバンドに対する）生の特徴量Ｓ_ｉ，用いられた各サブバンドで選択された係数Ｐ_ｉを確認するための情報，およびベクトルＶ_ｉを特徴付ける乱数に関する情報もまた，符号化された画像データフレームのヘッダーからペイロードエキストラクタ３１８により取り出され，照合器３２８に与えられる。照合器３２８はその後，復元された画像の中でｐ_ｉ−ｑ_ｉの差の値を計算し，その結果と表３（表１が特徴量生成側で使用されていれば表５）の範囲値Ｒとを比較し，生の特徴量Ｓ_ｉが受容可能かを決定する。もし可能でなければ，復元された画像が装置３３０に表示されたときに，特徴量照合器３２８は攻撃されたと判定した領域を示す。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では，マルチビットの生の特徴量を適用したので，これらを組み込む係数を，画像を受容不可能な程度にまで劣化させるような係数にしてもよい。第１の実施の形態では，生の特徴量を符号化された画像データフレームのヘッダーに位置させることによりこのリスクは避けられ，マルチビットの生の特徴量を記憶する分離ファイルもまた画像の劣化のリスクを避けられた。しかし本実施形態では，生の特徴量は短縮され，ホスト係数に組み込むデータが少なくてすむ。この場合，データをヘッダーあるいは分離ファイルに記憶させるよりも組み込む方が望ましい。

図５Ａは，画像符号器のある成分（輝度成分等）のブランチ４００を示している。ブランチは，成分をより小さい領域に再分割する再分割装置４０２，各領域を特徴付ける１組の係数を生成する変換装置４０４，量子化テーブルに従って係数を量子化する量子化器４０６，特徴量組み込み器４０８（後述する），および量子化された係数（特徴量データが組み込まれたものも含む）のエントロピー符号器４１０を有する。透かし装置４１２は，ブランチ４００に接続されている。透かし装置４１２は，秘密の選択ルール（係数ｐ_ｉの配置を特定し，これら係数ｐ_ｉを擬似ランダムベクトルｖ_ｉを用いて係数ｑ_ｉと対にさせるような）に従ってソース係数ｐ_ｉおよびｑ_ｉを選択する生特徴量生成係数選択器４１４を有する。減算器４１６は，量子化された係数を量子化器４０６から受け取り，ｐ_ｉ−ｑ_ｉの差を求め，その差を生特徴量生成器４１８に与える。ｐ_ｉ−ｑ_ｉの各差に対し，生成器４１８は生特徴量Ｓ_ｉを表４に従って計算する。なお，表４の生特徴量Ｓ_ｉは０から４の特徴量をもつ。

一続きの生特徴量Ｓ_ｉは生特徴量バッファ４２０に与えられる。生特徴量バッファ４２０は，１組の４つの生特徴量を格納し，その組を特徴量短縮装置に与える。以下，これら４つの生特徴量は特徴量Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄと呼ぶこととし，４つの生特徴量の組は［Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ］と示すこととする。

図５Ｂは，４つの生特徴量の組をツリー配列で概略的に示している。この配列の中で，生特徴量Ａが最初で，最上層に位置している。特徴量生成側の２つの範囲値ｒ_１およびｒ_２で，表４は生特徴量Ｓ_ｉ＝０，Ｓ_ｉ＝１，Ｓ_ｉ＝２，Ｓ_ｉ＝３，Ｓ_ｉ＝４の，５つの可能性を示している。図５Ｂは，生特徴量Ａからの，それぞれのとりうる生特徴量を示す５つのブランチを示している。図５Ｂの例では，生特徴量ＡについてＳ_ｉ＝１の場合，続く生特徴量はＢで，また５つのとりうる生特徴量を持つ。そして生特徴量ＢについてＳ_ｉ＝２の場合，続く生特徴量はＣで，また５つのとりうる生特徴量Ｓ_ｉの値を持つ。生特徴量ＣについてＳ_ｉ＝４の場合，続く生特徴量はＤで，また５つのとりうる生特徴量Ｓ_ｉの値を持つ。ここで，生特徴量ＤについてＳ_ｉ＝０とすると，４つの生特徴量の組は［１，２，４，０］となる。

図５Ｂの例からわかるように，［Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ］がとりうる値は［０，０，０，０］から［４，４，４，４］まで５^４，つまり６２５通りある。特徴量Ｓ_ｉを短縮するために，これら６２５通りの値は１６の短縮された特徴量に圧縮される。各特徴量コードは４ビットで表される。生特徴量の組［Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ］を１６の特徴量コードに圧縮するにあたり，およそ４０の生特徴量の組が１６の短縮された特徴量のそれぞれにマッピングされる。図５Ｃに一例を示す。図５Ｂの例で述べた生特徴量の組［１，２，４，０］は，短縮された特徴量（１１１１）（例えば）にマッピングされる生特徴量の組の１つであることが分かる。図５Ｃでの，記号表示［．．．，．．．，．．．，．．．］および（．．．）は，さらに多数の生特徴量の組，また，より多数の短縮された特徴量が存在することを示しているが，図示はしない。

図５Ａに戻ると，特徴量短縮装置４２２が，生特徴量の組［Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ］をバッファ４２０から受け取り，その生特徴量の組に割り当てられた，短縮された特徴量（図５Ｃの例では“１１１１”）を決定するために参照テーブルを用いる。特徴量短縮装置４２２はその後，その短縮された特徴量を特徴量組み込み器４０８に送信する。特徴量組み込み器４０８は，秘密のルールに従ってホスト係数を選択し，その短縮された特徴量を所望の方法でホスト係数に組み込む。例えば，４つの連続した係数が，コード“１１１１”の４ビットを受け取るためのホストとして選択されるようなケースである。この場合，各ホスト係数の最小の有効なビットは，コードのビットの１つに基づき変更される。他の可能性としては，本明細書の「技術分野」の項で取り上げたＬｉｎおよびＣｈａｎｇの論文に従って，離散コサイン変換を適用した画像符号化システムにおいて，コードの４つのビットを４つの連続したホスト係数（あるいは連続しないホスト係数，それに関する限りでは，それらを決定するルールが確立されている限り）に組み込むということが考えられる。

図５Ｄは，画像復号器のブランチを示している。ブランチは，係数を（逆変換する前に）特徴量照合装置４２８に与える逆変換装置４２６を有する。装置４２８は，係数の組ｐ_ｉ，ｑ_ｉを，（特徴量生成側の）画像符号器で適用されたルールと同じ選択ルールを用いて確認する生特徴量生成係数選択器４３０を有する。減算器４３２は係数を逆変換装置４２６から受け取り，選択器４３０で確認された係数を引き算し，ｐ_ｉ−ｑ_ｉの差の値を計算する。これら差の値は，差分バッファ４３４に与えられる。差分バッファ４３４は，１組の４つの連続した差の値を集め，その組を受容可能生特徴量セット生成器４３６に与える。生成器４３６は，バッファ４３４からの差の値を受け，表５の基準を用いて受容可能な生特徴量の組を生成する。表６および７の例を以下に示す。この例では，バッファ４３４より受け取った４つの差の組に対する受容可能な生特徴量（表５参照）が，表６に示されていることが分かる。そして，バッファ４３４より受け取った差の組に対する，全ての受容可能な生特徴量の組は，表７に示されている。

表６：特定の４係数の差の値の組に対する受容可能な生特徴量Ｓ_ｉ

表７：受容可能な生特徴量の組

（逆変換前の）装置４２６からの係数も，ホスト係数選択器４３８へ与えられる。ホスト係数選択器４３８は，画像符号器（つまり，特徴量生成側）で適用されたルールと同じ秘密のルールでホスト係数を確認する。選択器４３８は，これらホスト係数を短縮特徴量抽出器４４０へ送る。短縮特徴量抽出器４４０は，ホスト係数から，短縮された特徴量のビットを抽出し，これらのビットを４つ１組で短縮特徴量バッファ４４２に格納する。バッファ４４２で保持された４つのビットは，短縮された特徴量の１６のコードを表す。短縮／生特徴量変換器４４４は参照テーブルを適用し，バッファ４４４で保持されている特定のコードにマッピングされるおよそ４０の生特徴量の組［Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ］を配置させる。このことは実質的に，図５Ｃで示されたマッピング手順の逆を示している。

変換器４４４からの生特徴量の組は，生成器４３６からの受容可能な生特徴量の組と，比較器４４６により比較される。変換器４４４からの生特徴量の少なくとも１組が生成器４３６からの１組の受容可能な生特徴量の組と一致していなければ，比較器４４６は，ポート４４８経由で攻撃がなされた旨示す信号を発する。この信号は，攻撃の位置情報を再構成された画像に重ね合わせるマーキング装置に送信される。

（第３の実施の形態）
第２の実施の形態では，比較的多くの生特徴量の組が比較的少数の短縮された特徴量にマッピングされている。上述した４数字１組の生特徴量の組［Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ］および４ビットの短縮された特徴量では，およそ４０の生特徴量の組がそれぞれの短縮された特徴量にマッピングされなければならなかった。このことは，攻撃から生じるｐ_ｉ−ｑ_ｉの差の値が，該当する係数の（攻撃が無い場合の）論理的な差の値と同じ受容可能な生特徴量の組にたまたま該当する場合，攻撃が発見されないかも知れないというリスクを招く。

第３の実施の形態では，以下の方法で限られた数の使用できる短縮された特徴量を割り当てることによりこのリスクは減少する。より多くの短縮された特徴量が，生特徴量の最もとりうる組に割り当てられ，生特徴量の組の，短縮された特徴量に対する割合が，最も可能性の高い生特徴量の組でも４０未満となる。もちろん，この割合は最も可能性の低い生特徴量の組では相応に増す。

図６に，全ての生特徴量の組が３つ別々のサブセットに分割された場合の一例を示す。サブセットの１つは，最も高い可能性のサブセットで，他方は最も低い可能性のサブセット，そしてこれらの間に中間のサブセットが存在する。全ての短縮された特徴量も，３つのサブセットに分割される。１６の使用可能な短縮された特徴量（仮に，４つのビットコードが使用されるとする）が，以下の方法でこれら３つのサブセットに分配される。リッチサブセットの各コードにマッピングされる生特徴量の組の数は比較的少ない（なお，最も可能性の高い生特徴量の組だけがリッチサブセットにマッピングされる）。短縮された特徴量のシンサブセットの各コードにマッピングされる生特徴量の組の数は比較的多い（なお，最も可能性の低い生特徴量の組だけがシンサブセットにマッピングされる）。中間の可能性をもつ生特徴量の組は，短縮された特徴量の中間サブセットにマッピングされる。中間サブセットの短縮された特徴量の数は，生特徴量の組の短縮された特徴量に対する割合が，リッチサブセットのそれよりも小さく，シンサブセットのそれよりも大きくなるように選択される。

生特徴量の組を異なる可能性のカテゴリにランク分けするために，数々の異なる手法が可能である。１つは表４によるもので，中央の生の特徴量はＳ_ｉ＝２であることが分かる。ゆえに，生特徴量の組［Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ］の中央値は［２，２，２，２］となると予想することになる。そして生特徴量の組とこの中央値との距離Ｘは，次のようにして求められる。

あらゆる生特徴量の組［Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ］について距離Ｘがゼロに近いほど，生特徴量の組は中間値に近くなり，ゆえに可能性も高くなると考えることができる。このことは，図６に示される可能性のサブセットを確立する基礎となる。例えば，距離Ｘが１．５より短いすべての生特徴量の組は，最も高い可能性のサブセットにグループ分けされ，距離Ｘが４より長いすべての生特徴量の組は，最も低い可能性のサブセットにグループ分けされ，残るすべての生特徴量の組は，中間のサブセットにグループ分けされる。

（変更例）
上述された特定の実施例が，多数の変更例および修正例に影響されやすいことは，当業者には明らかである。ゆえに，こういった変更例および修正例は，付加された請求の範囲と同等の意味合いや範囲に含まれると考える。これら変更例および修正例の中の数例につき，以下に簡単に述べる。

ここでは，係数の組間の関係が差ｐ_ｉ−ｑ_ｉを用いて特徴付けられたが，この関係は異なる方法ででも特徴付けられる。１つは，平均１／２（ｐ_ｉ＋ｑ_ｉ）を用いるものである。他にも平均から差を引いたり，あるいは差に所定の数を加える等，多数の可能性が存在する。

上記実施例では，係数は対にグループ分けされたが，他のグループ分けを用いることも可能である。１つは，３つ１組の係数ｐ_ｉ，ｑ_ｉおよびｒ_ｉを用いるものである。この第３の係数ｒ_ｉは，例えば，第２の擬似ランダムベクトルを生成し，係数ｐ_ｉに対応する位置にそれを加えることにより求められる。４つまたはそれ以上の係数の組も適用可能である。
上記実施例では，符号器および復号器に対しＤＣＴあるいはＤＷＴ変換を適用したが，本発明はこの例に限定されない。実際には，変換は全く使われる必要はないし，既述の技術は画素領域に適用できる。

第１の実施の形態では，透かし装置を画像符号器の全ての３ブランチに適用し，照合装置を画像復号器の全ての３ブランチに適用したが，受容可能な結果は１つの透かし装置のみおよび１つの照合装置のみを使用することでも得られる。１つの透かし装置および１つの照合装置を使用する場合，これらは輝度ブランチに配置されることが好ましい。理由は，攻撃に先立ちカラー画像がグレースケール画像に変更されても攻撃を発見できるからである。

上記実施例では画像ファイルを参照して述べたが，本発明はオーディオビジュアルファイルや他の形態のファイルにも適用可能である。

本出願は，２００１年６月２９日出願のアメリカ合衆国仮出願番号６０／３０２，１８８の優先権の特典を主張する。この開示は，参照により組み入れられる。

離散コサイン変換を用いた従来の画像符号器を概略的に示した図である。 図１Ａの配置により符号化された画像を再生成する従来の画像符号器を概略的に示した図である。 従来技術に従ったブロック対の選択例を示した図である。 ブロック対のＤＣＴ係数の配列を示した図であり，丸や六角形で印された従来技術に従って，特徴量ビットおよび特徴量ビットが組み込まれる係数を生成するために用いられる係数の例とともに示している。 ブロック対のＤＣＴ係数の配列を示した図であり，丸や六角形で印された従来技術に従って，特徴量ビットおよび特徴量ビットが組み込まれる係数を生成するために用いられる係数の例とともに示している。 誤報を減らす許容範囲を示すグラフである。 離散ウェーブレット変換を用いた従来の画像符号器を概略的に示した図である。 ウェーブレット係数を生成する従来のフィルタおよびダウンサンプル配置を概略的に示した図である。 画像の，ウェーブレット係数のサブバンドへの分解を示した図である。 画像の，ウェーブレット係数のサブバンドへの分解を示した図である。 図３Ａの配置により符号化された画像を再生成する従来の画像復号器を概略的に示した図である。 本発明の第１の実施形態に従った画像符号器を概略的に示した図である。 図４Ａに適用された透かし装置を概略的に示した図である。 ブロック対の選択例を示した図である。 特徴量生成側および特徴量照合側の係数差の，異なる範囲値の使用例を示した図である。 本発明の第１の実施形態に従った画像復号器を概略的に示した図である。 図４Ｅに示される配置に適用される生特徴量照合器を概略的に示した図である。 本発明の第１の実施形態に従った他の画像符号器を概略的に示した図である。 サブバンドの係数の対の選択を示した図である。 図４Ｇに示される配置により符号化された画像の画像復号器を概略的に示した図である。 本発明の第２の実施形態に従った画像符号器の一部を概略的に示した図である。 生特徴量の組の形成，および生特徴量の組の短縮された特徴量へのマッピングを示した図である。 生特徴量の組の形成，および生特徴量の組の短縮された特徴量へのマッピングを示した図である。 本発明の第２の実施形態に従った画像復号器の一部を概略的に示した図である。 本発明の第３の実施形態に従った，生の特徴量の組の可能性による，生特徴量の組の短縮された特徴量へのマッピングを示した図である。

Claims (19)

1. 画像を符号化するための変換係数を含む第１ファイルに透かしを入れ，第２ファイルが前記第１ファイルの認証版であることを検知する方法であって，
   （ａ）秘密の選択ルールを用いて前記第１ファイルの係数グループを選択する工程と；
   （ｂ）離散コサイン変換を用いて，各グループの前記係数より第１計算値を決定する工程と；
   （ｃ）前記第１計算値と，少なくとも１つの所定の第１範囲値とを比較し，前記第１ファイルにマルチビットの量子化された特徴量を生成する工程と；
   （ｄ）工程（ａ）で用いられたのと同じ選択ルールを用いて前記第２ファイルの係数グループを選択する工程と；
   （ｅ）工程（ｂ）で用いられたのと同じ離散コサイン変換を用いて，工程（ｄ）で選択された各グループの前記係数より第２計算値を決定する工程と；
   （ｆ）前記第２計算値と，複数の所定の第２範囲値（第２範囲値は少なくとも１つの第１範囲値とは異なる）とを比較し，工程（ｄ）で選択されたグループの受容可能な量子化された特徴量を決定する工程と；
   （ｇ）工程（ｆ）で決定された前記受容可能な量子化された特徴量と，工程（ｃ）で生成された前記量子化された特徴量とを比較する工程と；
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記第１および第２ファイルは画像コンテンツを含むことを特徴とする，請求項１に記載の方法。
3. 前記変換係数は量子化されることを特徴とする，請求項１に記載の方法。
4. 前記変換係数はＤＣＴ係数であることを特徴とする，請求項１に記載の方法。
5. 前記変換係数はＤＷＴ係数であることを特徴とする，請求項１に記載の方法。
6. 工程（ａ）および（ｄ）で選択された前記係数グループは係数の対をなすことを特徴とする，請求項１に記載の方法。
7. 前記第１および第２計算値は，前記対の前記係数間で異なることを特徴とする，請求項６に記載の方法。
8. 前記係数は輝度成分の係数であることを特徴とする，請求項１に記載の方法。
9. 前記係数はクロミナンス成分の係数であることを特徴とする，請求項１に記載の方法。
10. 画像を符号化するための変換係数を含む第１ファイルに透かしを入れ，第２ファイルが前記第１ファイルの認証版であることを検知する方法であって，
    （ａ）秘密の選択ルールを用いて前記第１ファイルの係数グループを選択する工程と；
    （ｂ）離散コサイン変換を用いて，各グループの前記係数より第１計算値を決定する工程と；
    （ｃ）前記第１計算値と，少なくとも１つの所定の第１範囲値とを比較し，前記第１ファイルにマルチビットの量子化された特徴量を生成する工程と；
    （ｄ）前記量子化された特徴量を集めて量子化された特徴量の組を形成する工程と；
    （ｅ）前記量子化された特徴量の組より，圧縮された特徴量を決定する工程と；
    （ｆ）工程（ａ）で用いられたのと同じ所定の選択ルールを用いて前記第２ファイルの係数グループを選択する工程と；
    （ｇ）工程（ｆ）で用いられたのと同じ離散コサイン変換を用いて，工程（ｄ）で選択された各グループの前記係数より第２計算値を決定する工程と；
    （ｈ）前記第２計算値と，複数の所定の第２範囲値とを比較し，工程（ｆ）で選択されたグループの受容可能な量子化された特徴量を決定する工程と；
    （ｉ）前記短縮された特徴量より，量子化された特徴量の組を確認する工程と；
    （ｊ）工程（ｈ）で確認された前記量子化された特徴量の組と，工程（ｇ）で決定された前記受容可能な量子化された特徴量とを比較する工程と；
    を含むことを特徴とする方法。
11. 前記第１および第２ファイルは画像コンテンツを含むことを特徴とする，請求項１０に記載の方法。
12. 前記第２範囲値は少なくとも１つの第１範囲値とは異なることを特徴とする，請求項１０に記載の方法。
13. 前記圧縮された特徴量および前記生の特徴量は，ビットを有するデジタルデータであり，前記量子化された特徴量の組のビット数は実質的に前記圧縮された特徴量のビット数より大きいことを特徴とする，請求項１０に記載の方法。
14. 前記量子化された特徴量の組は，前記圧縮された特徴量にマッピングされ，前記マッピングは前記量子化された特徴量の組の出現確率により決定されることを特徴とする，請求項１３に記載の方法。
15. 工程（ａ）および（ｆ）で選択された前記係数グループは係数の対をなすことを特徴とする，請求項１０に記載の方法。
16. 前記第１および第２計算値は，前記対の前記係数間で異なることを特徴とする，請求項１５に記載の方法。
17. 前記係数は輝度成分の係数であることを特徴とする，請求項１０に記載の方法。
18. 前記係数はクロミナンス成分の係数であることを特徴とする，請求項１０に記載の方法。
19. 画像を符号化するための変換係数を含む第１画像ファイルに透かしを入れ，第２画像ファイルが前記第１画像ファイルの認証版であることを検知する方法であって，
    （ａ）秘密の選択ルールを用いて前記第１ファイルの画像を符号化するための変換係数のグループを選択する工程と；
    （ｂ）離散コサイン変換を用いて，各グループの前記画像情報の装置より第１計算値を決定する工程と；
    （ｃ）前記第１計算値と，少なくとも１つの所定の第１範囲値とを比較し，前記第１ファイルにマルチビットの量子化された特徴量を生成する工程と；
    （ｄ）工程（ａ）で用いられたのと同じ選択ルールを用いて前記第２ファイルの画像を符号化するための変換係数のグループを選択する工程と；
    （ｅ）工程（ｂ）で用いられたのと同じ離散コサイン変換を用いて，工程（ｄ）で選択された各グループの前記画像を符号化するための変換係数より第２計算値を決定する工程と；
    （ｆ）前記第２計算値と，複数の所定の第２範囲値（第２範囲値は少なくとも１つの第１範囲値とは異なる）とを比較し，工程（ｄ）で選択されたグループの受容可能な量子化された特徴量を決定する工程と；
    （ｇ）工程（ｆ）で決定された前記受容可能な量子化された特徴量と，工程（ｃ）で生成された前記量子化された特徴量とを比較する工程と；
    を含むことを特徴とする方法。

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