JP4169161B2 - Video watermarking device - Google Patents
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Description
この発明は動画像電子透かし装置に関し、特に動画像を配信する際に透かしを埋め込むことにより、著作権の存在を明らかにするための動画像電子透かし装置に関する。 The present invention relates to a moving image digital watermarking device, and more particularly to a moving image digital watermarking device for clarifying the existence of copyright by embedding a watermark when distributing a moving image.
従来から、静止画像に透かしデータを埋め込んで、該画像の著作権を明らかにする試みがなされている。この方式は、フーリエ変換、離散コサイン変換(DCT)、ウェーブレット変換などを用いて、静止画像に透かしデータを埋め込んでいる。静止画像に透かしデータを埋め込むには大きな演算量を必要とするが、静止画像の通信は1画面だけであるので、特に問題になっていない。 Conventionally, attempts have been made to embed watermark data in a still image to clarify the copyright of the image. In this method, watermark data is embedded in a still image using Fourier transform, discrete cosine transform (DCT), wavelet transform, or the like. Embedding watermark data in a still image requires a large amount of calculation, but since there is only one screen for communicating a still image, there is no particular problem.
また、インターネット等の普及に伴い、動画像をデジタル画像で通信あるいは流通する機会が増加することが予想されるが、動画像の著作権を明らかにしようとすると、動画像には非常に多数の画像フレームが存在しているため、全てのフレームに同一の透かしを埋め込むか、あるいは特定のフレームに透かしを埋め込むことが必要になる。この透かしデータの埋め込みに、前記した静止画像に透かしデータを埋め込む方式を適用しようとすると、動画像では多数のフレームに透かしデータを埋め込むことが必要になるため、該透かしデータを埋め込むための演算量が膨大となって実現が難しいという問題がある。また、特定のフレームのみに透かしを埋め込んだ場合には、該透かしが埋め込まれているフレームを探し出すのが難しいという問題がある。 In addition, with the spread of the Internet and the like, it is expected that opportunities to communicate or distribute moving images as digital images will increase. However, when trying to clarify the copyright of moving images, there are a large number of moving images. Since image frames exist, it is necessary to embed the same watermark in all frames or to embed the watermark in a specific frame. When applying the above-described method for embedding watermark data in a still image for embedding the watermark data, since it is necessary to embed the watermark data in a large number of frames in a moving image, the amount of calculation for embedding the watermark data There is a problem that it is difficult to realize because of enormous volume. In addition, when a watermark is embedded only in a specific frame, there is a problem that it is difficult to find a frame in which the watermark is embedded.
一方、動画像に透かしを埋め込む方式として、MPEGの動ベクトルを操作することによって、透かしを埋め込む方式が提案されている。この方式によれば、画像フレーム中の一つのフレームを特定せずとも、透かしを抽出することができ、有用である。なお、本発明と関連する特許として、例えば特開平10−178642号公報がある。
しかしながら、前記のMPEGの動ベクトルを操作する方式では、圧縮データを一旦復号化した後再符号化することによって、簡単に透かしデータを除去されてしまうという問題があった。また、動画像はMPEGで圧縮された形式で配布されることが一般的であるため、MPEGの圧縮された形式のまま透かしを判定することが求められるが、従来はこの点について、十分に配慮がされていなかった。 However, the above-described method for manipulating MPEG motion vectors has a problem that watermark data can be easily removed by once decoding and then re-encoding the compressed data. In addition, since moving images are generally distributed in a format compressed by MPEG, it is required to determine the watermark in the MPEG compressed format, but in the past, sufficient consideration was given to this point. Was not.
本発明の目的は、前記した従来技術の問題点を除去し、MPEG等の圧縮された形式のまま透かしデータを判定することができ、かつ他者からフレームを間引く等の攻撃を受けても大きな耐性を有する動画像電子透かし装置を提供することにある。また、他の目的は透かしデータの埋め込み検出を高速で行うことができる動画像電子透かし装置を提供することにある。 The object of the present invention is to eliminate the above-mentioned problems of the prior art, to determine watermark data in a compressed format such as MPEG, and to be large even when subjected to attacks such as thinning out frames from others. It is an object of the present invention to provide a moving image digital watermarking device having resistance. Another object of the present invention is to provide a moving image digital watermarking apparatus capable of detecting watermark data embedding at high speed.
前記した目的を達成するために、本発明は、圧縮された画像データのブロックから透かしデータの検査対象ブロックを抽出する手段と、該抽出された検査対象ブロックの透かしデータが埋め込まれた第1のDCT係数に対応する近隣のブロックの第2のDCT係数を、該第2のDCT係数の近隣のDCT係数値が、該第1のDCT係数の近隣のDCT係数値を基準とする所定範囲内の値であるか否かによりふるいにかけ、該ふるいにより異常値をもつと判定された第2のDCT係数を除去する手段と、前記第1のDCT係数の値の絶対値が、前記異常値をもつDCT係数を除去された第2のDCT係数値の絶対値平均値より、予定の閾値以上異なっている場合に、透かしデータが埋め込まれていると判定する手段とを具備した点に特徴がある。 In order to achieve the above object, the present invention provides means for extracting a block to be inspected for watermark data from a compressed block of image data, and a first embedded with watermark data for the extracted block to be inspected. The second DCT coefficient of the neighboring block corresponding to the DCT coefficient is determined so that the DCT coefficient value of the second DCT coefficient is within a predetermined range with respect to the DCT coefficient value of the first DCT coefficient. A means for removing the second DCT coefficient determined to have an abnormal value by the sieve, and an absolute value of the value of the first DCT coefficient has the abnormal value And a means for determining that the watermark data is embedded when the absolute value average value of the second DCT coefficient values from which the DCT coefficients have been removed differs by a predetermined threshold value or more.
本願発明によれば、異常値をもつ第2のDCT係数を予め除去できるので、透かしデータを精度良く検出することができ、透かしデータの有無の検出の精度を向上させることができるようになる。 According to the present gun invention, it is possible to previously removed second DCT coefficients having an abnormal value, it is possible to accurately detect the watermark data, it is possible to improve the accuracy of detection of the presence or absence of the watermark data .
以下に、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。図1は、本発明に関わる透かしデータ埋め込み装置の概略の構成を示すブロック図である。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a watermark data embedding apparatus according to the present invention.
図において、ブロック分割部1は例えば図2(a) の画像フレームを8×8画素のブロックbijに分割する。ブロック抽出部2はテンプレート9から指示されたマクロブロック(16×16画素)mxyを抽出する。DCT部3は該マクロブロックmxyに含まれるブロックmxiyi毎に離散コサイン変換(DCT)する。DCT係数抽出部4は該DCTされたマクロブロックmxyの中の一個のブロックmx2y2(図2(b) 参照)のDCT係数xを、前記テンプレート9の指示に従って抽出する。ここに、テンプレート9は、後述する透かしデータを埋め込む位置を示す情報を提供するものであり、前記ブロック抽出部2では該透かしデータが埋め込まれる位置のマクロブロックを抽出し、DCT係数抽出部4では透かしデータが埋め込まれるDCT係数xを抽出する。
In the figure, the
透かしデータ埋め込み部5は該DCT係数xに透かしデータを埋め込む。例えば、該DCT係数xを下式によって得られる係数x'に変化させることにより、透かしデータを埋め込む。 The watermark data embedding unit 5 embeds watermark data in the DCT coefficient x. For example, watermark data is embedded by changing the DCT coefficient x to a coefficient x ′ obtained by the following equation.
x'=sign(x) *(|x|+a)
ここに、xは元の係数値、aは透かしデータ、すなわち埋め込み値、sign(x) はxの符号である。
x ′ = sign (x) * (| x | + a)
Here, x is an original coefficient value, a is watermark data, that is, an embedded value, and sign (x) is a sign of x.
すなわち、該透かしデータ埋め込み部5は、DCT係数xの+,−の符号を保持したまま、絶対値が大きくなる方向に該DCT係数xを変化させる働きをする。例えば、透かしデータa=5.0とすると、該DCT係数xが+15.7であれば、x'=+20.7となり、該DCT係数xが−15.7であれば、x'=−20.7となる。 That is, the watermark data embedding unit 5 functions to change the DCT coefficient x in the direction in which the absolute value increases while maintaining the + and − signs of the DCT coefficient x. For example, if the watermark data a = 5.0, if the DCT coefficient x is +15.7, x ′ = + 20.7, and if the DCT coefficient x is −15.7, x ′ = − 20. .7.
逆DCT部6は、該透かしデータが埋め込まれたブロック(マクロブロック)を逆DCTする。ブロック合成部7は、該逆DCTされたブロックを、前記ブロック抽出部2で抽出されなかったブロックと合成し、透かしデータが埋め込まれた画像データを生成する。MPEG符号化部8は、配布される動画像コンテンツを作成するために、該透かしデータが埋め込まれた画像データをMPEG符号化(量子化およびハフマン符号化)する。
The
本発明の一実施形態では、前記ブロック抽出部2は動画像のフレームから前記テンプレート9で指示された複数位置のマクロブロックを抽出し、次いでDCT係数抽出部4で該テンプレート9によって指示された同じまたは異なる位置のDCT係数を、該複数位置のマクロブロックの各々から抽出して、前記透かしデータ埋め込み部5で該DCT係数に透かしデータを埋め込むことにする。
In one embodiment of the present invention, the
すなわち、前記ブロック抽出部2は、図3に示されているように、あるフレームFに対しては同図(a) に示されている複数位置の例えば4個のマクロブロックM1 〜M4 を抽出し、他のフレームFに対しては同図(b) に示されている複数位置の例えば4個のマクロブロックM5 〜M8 を抽出する。
That is, as shown in FIG. 3, the
次いで、DCT係数抽出部4は、前記ブロック抽出部2で抽出された4個のマクロブロックに対して、該テンプレート9によって指示された同じ位置のDCT係数あるいは異なる位置のDCT係数を抽出して、前記透かしデータ埋め込み部5で透かしデータを埋め込む。
Next, the DCT
いま、前記図3(a) のマクロブロックの抽出パターンをマークA、(b) のマクロブロックの抽出パターンをマークBと名付けると、同図(c) に示されているような画像フレーム列は、マークAの付されたフレームと、マークBの付されたフレームと、マークの付されていないフレームとに分類されることになる。なお、前記の説明では、前記ブロック抽出部2で抽出されるマクロブロックの個数を4個としたが、本発明はこれに限定されることなく、2個以上であればよい。また、マークの個数をA,Bの2個としたが、これに限定されることなく、1個または3個以上であっても良い。また、図中の■は埋め込みありのマクロブロックを示し、後述する□は埋め込みなしのマクロブロックを示す。
If the macroblock extraction pattern in FIG. 3 (a) is named mark A and the macroblock extraction pattern in (b) is named mark B, then the image frame sequence as shown in FIG. , The frame with the mark A, the frame with the mark B, and the frame without the mark are classified. In the above description, the number of macroblocks extracted by the
次に、前記透かしデータ埋め込みの第2の実施形態を、図11を参照して説明する。この実施形態は、例えばユーザX向けと、ユーザY向けとに同じ内容の動画像を配布する場合、各動画像フレームの同じ位置のマクロブロックを透かしデータの埋め込み候補とし、さらに該マクロブロックに透かしデータを埋め込む、埋め込まないの選択をして、動画像の配布先を明らかにする場合が考えられる。例えば、図11(a) 、(b) に示されているように、ユーザXとYに配布する動画像から透かしデータの埋め込み候補として抽出されるマクロブロックX1〜X4とY1〜Y4はそれぞれ同位置であり、ユーザX向けにはマクロブロックX1、X3は透かしデータを埋め込み(=1)、X2、X4には埋め込まない(=0)処理をし、ユーザY向けにはマクロブロックY2、Y4は透かしデータを埋め込み(=1)、Y1、Y3には埋め込まない(=0)処理がなされる場合がある。この処理の利点は、透かしデータの埋め込みの有無で、1ビット情報が表現されているので、例えば1010の2進データが埋め込まれた動画像はユーザXに配布されたものであり、0101の2進データが埋め込まれた動画像はユーザYに配布されたものであることが分かり、例えば前記動画像の海賊版が発行された場合には、該2進データから該海賊版の出処が明らかになる。 Next, a second embodiment of the watermark data embedding will be described with reference to FIG. In this embodiment, for example, when moving images having the same content are distributed to the user X and the user Y, macroblocks at the same position in each moving image frame are set as candidates for embedding watermark data, and watermarks are further added to the macroblocks. A case where the distribution destination of the moving image is made clear by selecting whether to embed data or not is considered. For example, as shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b), macroblocks X1 to X4 and Y1 to Y4 extracted as watermark data embedding candidates from moving images distributed to users X and Y are the same. For the user X, the macroblocks X1 and X3 are processed by embedding watermark data (= 1) and not embedded in X2 and X4 (= 0), and for the user Y, the macroblocks Y2 and Y4 are processed. There is a case where watermark data is embedded (= 1) and not embedded in Y1 and Y3 (= 0). The advantage of this process is that 1-bit information is expressed by whether or not watermark data is embedded. For example, a moving image in which binary data 1010 is embedded is distributed to the user X. It can be seen that the moving image in which the binary data is embedded is distributed to the user Y. For example, when a pirated version of the moving image is issued, the origin of the pirated version becomes clear from the binary data.
このような場合に、ユーザX向けに配布された動画像データのDCT係数からユーザY向けに配布された動画像データのDCT係数が引き算されると、同図(c) のように、透かしデータが埋め込まれた位置の値が1または−1となり、他の位置の値は全て0になる。このため、ユーザに、透かしデータの埋め込み位置、すなわち秘密鍵が露呈してしまうことになる。 In such a case, when the DCT coefficient of the moving image data distributed to the user Y is subtracted from the DCT coefficient of the moving image data distributed to the user X, as shown in FIG. The value of the position in which is embedded is 1 or -1, and the values of other positions are all 0. For this reason, the embedded position of the watermark data, that is, the secret key is exposed to the user.
そこで、本実施形態では、ユーザX,Y等に透かしデータ入り動画像を提供する際に、符号化制御パラメータをユーザ毎に変更してMPEG1圧縮をすることにより、圧縮画像に含まれる符号化雑音成分をユーザ毎に変化させることにする。そうすると、ユーザXとYに配布された動画像のDCT係数が引き算されても、透かしデータが埋め込まれたDCT係数は符号化雑音に埋もれて、容易に探知されることはなくなる。なお、前記のようにMPEG1の符号化制御パラメータを変更しても、復号に支障はなく、復号された画像の品質には何らの問題も生じない。 Therefore, in this embodiment, when providing a moving image with watermark data to users X, Y, etc., encoding noise included in the compressed image is changed by changing the encoding control parameter for each user and performing MPEG1 compression. The component is changed for each user. Then, even if the DCT coefficient of the moving image distributed to the users X and Y is subtracted, the DCT coefficient in which the watermark data is embedded is buried in the coding noise and is not easily detected. Note that even if the MPEG1 encoding control parameter is changed as described above, there is no problem in decoding, and no problem occurs in the quality of the decoded image.
符号化制御パラメータの変更方法としては、例えば公知の符号化制御技術(ISO/IEC JTC1/SC29/WG11/N0400)の「Test Model 5」を用いることができる。該Test Model 5では、マクロブロック毎にそれまでに割り当てられたビット数と実際に発生したビット数から過剰ビット指数dj を計算し、それを用いて下式にて量子化ステップサイズQj を決定する。 As a method for changing the encoding control parameter, for example, “Test Model 5” of a known encoding control technique (ISO / IEC JTC1 / SC29 / WG11 / N0400) can be used. In the Test Model 5, the excess bit exponent dj is calculated from the number of bits allocated so far for each macroblock and the number of bits actually generated, and the quantization step size Qj is determined by using the following equation. .
Qj =(dj ×31)/r
r=2×(固定パラメータ)
ここで、前記rの計算式中で用いられている「2」をパラメータとして異なる値にすることにより、符号化制御を変更することが可能になる。例えば、ユーザX向けには「2」を「1.8」とし、ユーザY向けには「2.1」としてMPEG1圧縮をする。この符号化制御の変更は、例えば図1のMPEG符号化部8にて行うことができる。なお、Qj が大きいほど発生ビット数は減り、画像に乗る雑音は多くなる。
Qj = (dj × 31) / r
r = 2 × (fixed parameter)
Here, the encoding control can be changed by setting “2” used in the calculation formula of r to a different value as a parameter. For example, “2” is set to “1.8” for the user X, and “2.1” is set to “2.1” for the user Y. This change in encoding control can be performed by, for example, the MPEG encoding unit 8 in FIG. As Qj increases, the number of generated bits decreases and the noise on the image increases.
次に、前記のようにして動画像に埋め込まれた透かしデータを検出する透かしデータ検出装置について説明する。図4は、該検出装置の概略の構成を示すブロック図である。 Next, a watermark data detection apparatus that detects watermark data embedded in a moving image as described above will be described. FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of the detection apparatus.
検査されるべきビデオコンテンツ11はMPEG圧縮データの状態にあり、検査対象マクロブロック抽出部12によって、検査対象のマクロブロックが抽出される。この抽出は、テンプレート13からの指示により行うことができる。このテンプレート13は図1の前記テンプレート9と同じ物を用いるのが好適である。すなわち、テンプレート13は前記マークA,Bの情報と、マークA,Bの各マクロブロック内のどの位置のDCT係数に透かしデータxが埋め込まれているかの情報を出力する。
The video content 11 to be inspected is in the state of MPEG compressed data, and the inspection target
テンプレート13からの情報に従って、検査対象マクロブロック抽出部12によって抽出されたマクロブロックはハフマン復号化部14でハフマン復号化され、次に逆量子化部15にて逆量子化される。逆量子化されたDCT係数は、透かしデータ検出部16に送られ、透かしデータが埋め込まれているか否かの検出を行われる。
According to the information from the
具体的には、透かしデータ検出部16にテンプレート13から、DCT係数の透かしデータ埋め込み位置の情報が指示されるので、透かしデータ検出部16は、前記マクロブロックに含まれる4個のブロックmx1y1〜mx2y2(図5参照)から、該透かしデータ埋め込み位置に対応する4個のDCT係数x1 ,x2 ,x3 ,およびxを抽出する。これらのDCT係数x1 ,x2 ,x3 ,およびxは、互いに相関があるから、一般的にはほぼ等しい値である。そこで、透かしデータ検出部16は下式の演算を行う。
Specifically, since the watermark
(|x1 |+|x2 |+|x3 |)/3+s<|x| …(1)
ここに、xは検査対象係数値、sは|x1 |,|x2 |,|x3 |の標準偏差、あるいは固定値である。
(| X1 | + | x2 | + | x3 |) / 3 + s <| x | (1)
Here, x is an inspection target coefficient value, and s is a standard deviation of | x1 |, | x2 |, | x3 |, or a fixed value.
そして、前記の不等式が成立すれば、透かしデータが埋め込まれていると判定し、不成立であれば、埋め込まれていないと判定する。多数決判定部17においては、ビデオコンテンツのフレームのマーク判定が行われる。すなわち、ビデオコンテンツのあるフレームに対して、前記マークAに用いられる複数のマクロブロックのそれぞれに対して前記の検査結果から透かしデータのありなしの判定を行う。また、該あるフレームに対して、前記マークBに用いられる複数のマクロブロックのそれぞれに対しても同様の判定を行う。そして、この判定の結果得られた透かしありと判定されるマクロブロックの数が最も多いマークが該フレームに埋め込まれたマークと判定される。このようにマーク判定できた場合には、透かしデータが埋め込まれたビデオコンテンツであると判断する。
If the inequality is satisfied, it is determined that the watermark data is embedded. If the inequality is not satisfied, it is determined that the watermark is not embedded. The majority
この透かしデータ検出の結果、図6に示されているように、前記マークAとマークBとマークなしのグループが検出されると、動画像のビデオコンテンツの配布者は、著作権を主張できるようになる。この場合、他者によって、フレームを間引くという妨害あるいは攻撃が加えられても、前記マークAとマークBとマークなしのグループを必ず検出することができ、該妨害あるいは攻撃に対しても大きな耐性を示すことができるようになる。また、配布先毎に、透かしデータを埋め込むマクロブロック位置及び/またはDCT係数位置を変えておけば、例えば海賊版が出回った時に、自分が著作権を持っていることを主張できると共に、海賊版の出所を探知することができるようになる。 As a result of the watermark data detection, as shown in FIG. 6, when the mark A, mark B and unmarked groups are detected, the distributor of the video content of the moving image can claim the copyright. become. In this case, even if the obstruction or attack of thinning out the frame is added by another person, the mark A, the mark B, and the group without the mark can be detected without fail, and the resistance to the obstruction or attack is great. Will be able to show. In addition, if the macro block position and / or DCT coefficient position in which the watermark data is embedded is changed for each distribution destination, for example, when a pirated version is released, it can be claimed that it owns the copyright and the origin of the pirated version Will be able to detect.
次に、透かしデータを検出する他の方法を、図7を参照して説明する。この方法は、例えば前記の(1) 式において、透かしデータ埋め込み位置に対応する3個のDCT係数x1 ,x2 ,x3 の中に異常値が存在すると、該(1) 式の精度が低下するから、該3個のDCT係数x1 ,x2 ,x3 をふるいにかけて、3個のDCT係数x1 ,x2 ,x3 の中に異常値が存在した場合、この異常値を除去して、(1) 式または他の演算をするようにしたものである。 Next, another method for detecting watermark data will be described with reference to FIG. In this method, for example, if an abnormal value exists in the three DCT coefficients x1, x2, and x3 corresponding to the watermark data embedding position in the above equation (1), the accuracy of the equation (1) decreases. When the three DCT coefficients x1, x2, and x3 are sieved and an abnormal value exists in the three DCT coefficients x1, x2, and x3, the abnormal value is removed, and the equation (1) or others The operation is performed.
この異常値を除去するために、この実施形態では、DCT係数x1 ,x2 ,x3 と、それらと同じブロック内に存在するDCT係数x1',x2',x3'を用いる。図7の例では、注目DCT係数の隣接係数が用いられる。次に、いま透かしデータ埋め込み操作が行われたDCT係数をxとし、その隣接画素のDCT係数をx' とすると、例えば次の(a) 、(b) 、(c) 、…の判定をする。 In order to remove this abnormal value, in this embodiment, DCT coefficients x1, x2, x3 and DCT coefficients x1 ', x2', x3 'existing in the same block are used. In the example of FIG. 7, the adjacent coefficient of the target DCT coefficient is used. Next, assuming that the DCT coefficient for which the watermark data embedding operation has been performed is x and the DCT coefficient of the adjacent pixel is x ′, the following determinations (a), (b), (c),. .
(a) 0≦x' <50であれば、0≦xi'<50(ただし、i=1,2,3)を満足するxi のみを判定に用いる。
(b) 50≦x' <100であれば、50≦xi'<100を満足するxi のみを判定に用いる。
(c) 100≦x' <150であれば、100≦xi'<150を満足するxi のみを判定に用いる。
……
(a) If 0 ≦ x ′ <50, only xi satisfying 0 ≦ xi ′ <50 (where i = 1, 2, 3) is used for determination.
(b) If 50 ≦ x ′ <100, only xi satisfying 50 ≦ xi ′ <100 is used for determination.
(c) If 100 ≦ x ′ <150, only xi satisfying 100 ≦ xi ′ <150 is used for determination.
......
次に、上記の判定を満足するxi を用いて、次の(2) 式の条件が満足されるか否かの判断をする。 Next, using xi that satisfies the above determination, it is determined whether or not the condition of the following equation (2) is satisfied.
x−Σxi /N>α …(2)
(ここに、Nはふるいにかけられた後に残ったxi の個数、αは閾値、ただし、該αはふるいの階級によって変化する)
x-Σxi / N> α (2)
(Where N is the number of xi remaining after sieving, α is a threshold, where α varies depending on the sieving class)
そして、前記の(2) 式の条件が満たされれば、DCT係数xに透かしデータ埋め込み操作が行われていると判定する。この判定方法によれば、DCT係数xi の異常値を予め除去することができるので、透かしデータを精度良く検出することができるようになる。 If the condition of the above equation (2) is satisfied, it is determined that the watermark data embedding operation is performed on the DCT coefficient x. According to this determination method, since the abnormal value of the DCT coefficient xi can be removed in advance, the watermark data can be detected with high accuracy.
次に、透かしデータを検出するさらに他の方法である、透かしデータの埋め込みの有無を高速で検出する方法を説明する。前記した本発明の透かしデータの埋め込みは、画像の局所的なDCT係数の類似度を乱す方式を採っている。このため、例えばMPEG1で符号化する際のフレーム間予測においては、予測が外れるために、必ず透かしデータの埋め込み位置のDCT係数が0でない値になる。したがって、フレーム間予測符号化を用いたMPEG1のPフレーム、Bフレームを用いて、透かしデータの埋め込みの有無を検出することが可能になる。最も単純な方法としては、前記テンプレート9、13から提供された透かしデータの埋め込み位置、換言すれば秘密鍵から分かる位置に、0でない値のDCT係数が存在するか否かを個別に調べ、それを情報埋め込みDCT係数集合において多数決判定することによって、透かしデータの埋め込みがなされたかどうか、すなわちDCT係数が操作されたか否かを高速で判定することができる。
Next, a method for detecting whether or not watermark data is embedded at high speed, which is still another method for detecting watermark data, will be described. The watermark data embedding according to the present invention employs a method of disturbing the similarity of local DCT coefficients of an image. For this reason, for example, in the inter-frame prediction at the time of encoding in MPEG1, since the prediction is lost, the DCT coefficient of the watermark data embedding position is always a non-zero value. Accordingly, it is possible to detect the presence or absence of embedding watermark data using MPEG1 P and B frames using interframe predictive coding. The simplest method is to individually check whether or not a non-zero value DCT coefficient exists at the embedded position of the watermark data provided from the
図12は、該透かしデータ検出方法を利用して、例えば図3で示したようなマークA,Bが画像のフレームに埋め込まれているか否かを検出する方法を説明するフローチャートである。 FIG. 12 is a flowchart for explaining a method for detecting whether or not marks A and B as shown in FIG. 3, for example, are embedded in an image frame using the watermark data detection method.
本実施形態では、Pフレーム、Bフレームをマーク検出の対象フレームとする。ステップS1では、マーク数、換言すれば画像のフレームに透かしデータが埋め込まれているマクロブロックの位置のパターン数をiとし、i=0と置く。図3の例ではマークの個数は、2である。ステップS2では、最後のマークか否かの判断をし、この判断が否定の時にはステップS3に進んでiに1を加算する。ステップS4では、テンプレートで示されるi=1のマーク、例えばマークAを選択し、該マークAに含まれる4個のブロックM1 〜M4 の各DCT係数の所定位置の値、例えば(0,3)位置のDCT係数値が0以外の個数を、n(i) とする。なお、前記所定位置である(0,3)位置は、例えば前記テンプレートで示される。ステップS5では、該テンプレートで示される4か所のDCT(0,3)係数の絶対値和をa(i) とする。ステップS6では、x(i) =a(i) ×n(i) を求める。 In this embodiment, the P frame and the B frame are set as target frames for mark detection. In step S1, the number of marks, in other words, the number of patterns at the position of a macroblock in which watermark data is embedded in an image frame is set to i, and i = 0. In the example of FIG. 3, the number of marks is two. In step S2, it is determined whether or not it is the last mark. If this determination is negative, the process proceeds to step S3 and 1 is added to i. In step S4, the i = 1 mark indicated by the template, for example, mark A, is selected, and the values at predetermined positions of the DCT coefficients of the four blocks M1 to M4 included in the mark A, for example, (0, 3). Let n (i) be the number of DCT coefficient values other than 0 for the position. The (0, 3) position, which is the predetermined position, is indicated by the template, for example. In step S5, the absolute value sum of the four DCT (0, 3) coefficients indicated by the template is a (i). In step S6, x (i) = a (i) .times.n (i) is obtained.
その後、再度ステップS2に戻って、次のサイクルに入る。ステップS4では、テンプレートで示されるi=2のマーク、例えばマークBが選択され、これに含まれる4個のブロックM5 〜M8 の各DCT係数の所定位置の値、例えば(0,3)位置のDCT係数値が0以外の個数を、n(i) とする。ステップS5では、該テンプレートで示される4か所のDCT(0,3)係数の絶対値和をa(i) とし、ステップS6では、x(i) =a(i) ×n(i) を求める。 Then, it returns to step S2 again and enters the next cycle. In step S4, a mark of i = 2 shown in the template, for example, mark B is selected, and a value of a predetermined position of each DCT coefficient of the four blocks M5 to M8 included therein, for example, (0, 3) position. Let n (i) be the number of DCT coefficient values other than zero. In step S5, the sum of absolute values of the four DCT (0, 3) coefficients indicated by the template is a (i). In step S6, x (i) = a (i) × n (i) is set. Ask.
その後、再度ステップS2に戻って、前記の動作が繰返される。この繰返し動作の結果、ステップS2の判断が肯定になると、ステップS7に進む。ステップS7では、{x(i) }のうちで最大のx(i) となるiをマークIとする。いま、埋め込まれている情報を検出されるフレームのマークが前記マークAであるとすると、x(1) >x(2) となり、前記マークBであるとすると、x(2) >x(1) となることは明らかである。 Then, it returns to step S2 again and the said operation | movement is repeated. As a result of this repeated operation, if the determination in step S2 becomes affirmative, the process proceeds to step S7. In step S7, i which becomes the maximum x (i) in {x (i)} is set as a mark I. Now, assuming that the mark of the frame from which the embedded information is detected is the mark A, x (1)> x (2), and if the mark B is, x (2)> x (1 It is clear that
ステップS8では、x(I) ≧20が成立するか否かの判断をし、この判断が肯定であれば、ステップS9に進み、当該フレームにはマークIが埋め込まれていると判定する。一方、ステップS8の判断が否定であれば、ステップS10に進んで、当該フレームにはマーク、例えばマークA、Bは埋め込まれていないと判定する。なお、前記の数値20は一例であり、この数値に限定されるものではない。
In step S8, it is determined whether x (I) ≧ 20 is satisfied. If this determination is affirmative, the process proceeds to step S9, and it is determined that the mark I is embedded in the frame. On the other hand, if the determination in step S8 is negative, the process proceeds to step S10, and it is determined that no marks, for example, marks A and B are embedded in the frame. The
次に、本発明の他の実施形態を、図8を参照して説明する。この実施形態では、フレームに透かし情報を埋め込むマクロブロック位置のパターンを予め複数パターン決めておき、これをテンプレートとして用意しておく。例えば、図8に示されているような、グループAとグループBの二つのパターンを用意しておく。図示の例では、グループAはフレームの左上の画素から右下の画素に向かう順に「1010」のパターンであり、グループBは「0010」のパターンである。 Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a plurality of patterns of macro block positions for embedding watermark information in a frame are determined in advance and prepared as templates. For example, two patterns of group A and group B as shown in FIG. 8 are prepared. In the illustrated example, the group A has a pattern “1010” in order from the upper left pixel to the lower right pixel, and the group B has a pattern “0010”.
透かし情報の埋め込み者は、埋め込み情報の2進表現に従って、0の時は埋め込みを行わず、1の時は埋め込みを行う。なお、□は埋め込みなしのマクロブロックを示し、■は埋め込みありのマクロブロックを示している。 In accordance with the binary representation of the embedded information, the watermark information embeder does not embed when 0, and embeds when 1. Note that □ indicates a macro block without embedding, and ■ indicates a macro block with embedding.
透かし情報の抽出者は、前記した透かしデータの検出方法を用いて、画像フレーム列から、透かし情報の埋め込まれているマクロブロックと埋め込まれていないマクロブロックとを検出し、第1実施例と同様に、グループAとグループBを検出する。そして、該画像フレーム列から該グループA,Bが検出されると、動画像のビデオコンテンツの配布者は、著作権を主張できるようになる。 The extractor of the watermark information detects the macroblock in which the watermark information is embedded and the macroblock in which the watermark information is not embedded from the image frame sequence by using the watermark data detection method described above, and the same as in the first embodiment. Then, group A and group B are detected. When the groups A and B are detected from the image frame sequence, the distributor of the video content of the moving image can claim the copyright.
この実施形態によれば、透かしデータの埋め込み位置だけではなく、透かしデータの埋め込みの有無で表されたビット情報をも、著作権を明らかにするデータとして使用することができるようになる。 According to this embodiment, not only the watermark data embedding position but also the bit information represented by the presence or absence of watermark data embedding can be used as data for clarifying the copyright.
次に、前記透かしデータ埋め込みのさらに他の実施形態を、図10を参照して説明する。透かしデータの検出は、前述の説明から明らかになるように、マクロブロックの対応する位置のDCT係数が互いに相関をもつことを利用して行われる。そこで、前記した第1実施形態では、例えば図8(a) のマクロブロックA1 〜A4 の一つまたは複数個のDCT係数に相関がない事態が起きた場合、例えば該マクロブロックA1 〜A4 の一つまたは複数個がたまたま画像の境界部分、たとえば背景と物体の輪郭を含むようになった場合には、当該マクロブロックに埋め込まれた透かしデータが安定的に検出できなくなり、埋め込みの有無の判定によって抽出される「0」と「1」を正確に決定できなくなる恐れが生ずる。 Next, still another embodiment of the watermark data embedding will be described with reference to FIG. As will be apparent from the above description, the watermark data is detected using the fact that the DCT coefficients at the corresponding positions of the macroblock are correlated with each other. Therefore, in the first embodiment described above, for example, when a situation occurs in which there is no correlation between one or a plurality of DCT coefficients of the macroblocks A1 to A4 in FIG. 8A, for example, one of the macroblocks A1 to A4. If one or more happens to include the border of the image, such as the background and the contour of the object, the watermark data embedded in the macroblock cannot be detected stably, There is a possibility that the extracted “0” and “1” cannot be accurately determined.
この実施形態は、前記の不具合に鑑みてなされたものであり、まず動画像フレームを複数のグループA,B,…,Nに分類し、各グループ毎に、透かしデータを埋め込むマクロブロックを複数個、例えば4個抽出する。この複数個のマクロブロックの抽出位置は例えば前記テンプレート9で決められ、互いに異なるものとする。図示の例では、グループAにおいては、マクロブロックA1,A2,A3,およびA4を抽出し、グループBでは、これらと異なる位置のマクロブロックB1,B2,B3,およびB4を抽出する。また、グループNにおいても、同様に、異なる位置のマクロブロックN1,N2,N3,およびN4を抽出する。そして、透かしデータの埋め込まれた情報埋め込みDCT係数集合S1={A1,B1,…,N1}、S2={A2,B2,…,N2}、S3={A3,B3,…,N3}、およびS4={A4,B4,…,N4}を定義する。
This embodiment has been made in view of the above-mentioned problems. First, the moving image frames are classified into a plurality of groups A, B,..., N, and a plurality of macro blocks in which watermark data is embedded for each group. For example, four pieces are extracted. The extraction positions of the plurality of macroblocks are determined by, for example, the
この実施形態では、抽出されたマクロブロック中の透かしデータ埋め込みの有無を、前記情報埋め込みDCT係数集合毎に総合的に判定する。例えば、前記情報埋め込みDCT係数集合毎の多数決判定で決定する。例えば、情報埋め込みDCT係数集合S1={A1,B1,…,N1}に透かしデータが埋め込まれているか否かは、A1〜N1の多数決判定で決定する。したがって、たまたまマクロブロックA1が画像の境界部分を含み、そのDCT係数に相関がなく、透かしデータが埋め込まれていないと検出されたとしても、他のマクロブロックB1〜N1が画像の境界部分を含む可能性は小さいので、これらのマクロブロックには透かしデータが埋め込まれていか否かを正しく検出されることになる。その結果、多数決判定によりS1 全体として透かしデータが埋め込まれているか否かが正しく判定され、前記不具合を回避できるようになる。 In this embodiment, the presence or absence of watermark data embedding in the extracted macroblock is comprehensively determined for each information embedding DCT coefficient set. For example, it is determined by majority decision for each information embedded DCT coefficient set. For example, whether or not watermark data is embedded in the information embedding DCT coefficient set S1 = {A1, B1,..., N1} is determined by the majority decision of A1 to N1. Therefore, even if it is detected that the macroblock A1 includes the boundary portion of the image, the DCT coefficient is not correlated, and the watermark data is not embedded, the other macroblocks B1 to N1 include the boundary portion of the image. Since the possibility is small, whether or not watermark data is embedded in these macroblocks is correctly detected. As a result, whether or not the watermark data is embedded as the whole S1 is correctly determined by the majority decision, and the above-mentioned problem can be avoided.
次に、該実施形態(図10)を、高速で動作させる方法を、図13のフローチャートを参照して説明する。前記情報埋め込みDCT係数集合をS(j) とする。該情報埋め込みDCT係数集合の個数、すなわち図10の各グループのマクロブロックに付与されている数字をjとし、ステップS11では、j=0と置く。なお、図10の場合、情報埋め込みDCT係数の個数は4である。ステップS12では、最後の情報埋め込みDCT係数集合であるか否かの判断がなされ、この判断が否定の時には、ステップS13に進んで、jに1が加算される。ステップS14では、集合S(j) に含まれるDCT(0,3)係数のうち、絶対値が11以上の個数をn(j) とする。ステップS15では、該集合S(j) に含まれるDCT(0,3)係数の個数をm(j) とする。ステップS16では、n(j) /m(j) ≧50%が成立するか否かの判断がなされ、この判断が肯定の時にはステップS17に進んで、集合S(j) の全ての要素の情報ビットは1であると判定する。一方、否定の時にはステップS18に進んで、集合S(j) の全ての要素の情報ビットは0であると判定する。 Next, a method of operating the embodiment (FIG. 10) at high speed will be described with reference to the flowchart of FIG. Let the information-embedded DCT coefficient set be S (j). The number of the information-embedded DCT coefficient sets, that is, the number given to the macroblocks in each group in FIG. 10 is j, and j = 0 is set in step S11. In the case of FIG. 10, the number of information-embedded DCT coefficients is four. In step S12, it is determined whether or not it is the last information-embedded DCT coefficient set. If this determination is negative, the process proceeds to step S13, and 1 is added to j. In step S14, the number of DCT (0, 3) coefficients included in the set S (j) having an absolute value of 11 or more is defined as n (j). In step S15, the number of DCT (0, 3) coefficients included in the set S (j) is m (j). In step S16, it is determined whether or not n (j) / m (j) ≧ 50% is established. If this determination is affirmative, the process proceeds to step S17, and information on all elements of the set S (j) is obtained. It is determined that the bit is 1. On the other hand, when the result is negative, the process proceeds to step S18, and it is determined that the information bits of all elements of the set S (j) are zero.
図4で説明した透かしデータ検出装置では、圧縮データであるビデオコンテンツから、復号化せずに透かしデータを検出するようにしたが、本発明はこれに限定されることなく、図9に示されているように、ビデオコンテンツを一旦復号化し、次いで該復号化された画像をDCT処理して得た係数を用いて、透かしデータを検出するようにしてもよい。 In the watermark data detection apparatus described with reference to FIG. 4, watermark data is detected from video content that is compressed data without decoding. However, the present invention is not limited to this, and is shown in FIG. As described above, watermark data may be detected using a coefficient obtained by decoding video content once and then DCT processing the decoded image.
すなわち、ビデオコンテンツ11をMPEG復号部21で復号化(ハフマン復号、逆量子化を含む)し、マクロブロック抽出部22で、テンプレート13からの指示により、透かしデータが埋め込まれているブロックを抽出する。DCT部23は、該抽出されたブロックをDCT処理する。DCT係数の透かしデータ埋め込み位置の情報は前記テンプレート13から指示されるので、透かしデータ検出部16は、前記マクロブロックに含まれる透かしデータ埋め込み位置に対応するDCT係数を抽出し、前記した手順に従って透かしデータを検出する。多数決判定部17は、透かしデータ検出部16による透かしデータの検出結果を用いて、前記のように多数決判定し、フレームに埋め込まれているマークを判定する。
That is, the video content 11 is decoded by the MPEG decoding unit 21 (including Huffman decoding and inverse quantization), and the block in which the watermark data is embedded is extracted by the
1…ブロック分割部、2…ブロック抽出部、4…DCT係数抽出部、5…透かしデータ埋め込み部、7…ブロック合成部、8…MPEG符号化部、9、13…テンプレート、11…ビデオコンテンツ、12…検査対象マクロブロック抽出部、14…ハフマン復号化部、15…逆量子化部、16…透かしデータ検出部、17…多数決判定部、21…MPEG復号部、22…マクロブロック抽出部、23…DCT部。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
該抽出された検査対象ブロックの透かしデータが埋め込まれた第1のDCT係数に対応する近隣のブロックの第2のDCT係数を、該第2のDCT係数の近隣のDCT係数値が、該第1のDCT係数の近隣のDCT係数値を基準とする所定範囲内の値であるか否かによりふるいにかけ、該ふるいにより異常値をもつと判定された第2のDCT係数を除去する手段と、
前記第1のDCT係数の値の絶対値が、前記異常値をもつDCT係数を除去された第2のDCT係数値の絶対値平均値より、予定の閾値以上異なっている場合に、透かしデータが埋め込まれていると判定する手段とを具備したことを特徴とする動画像電子透かし装置。 Means for extracting an inspection target block of watermark data from the compressed block of image data;
The second DCT coefficient of the neighboring block corresponding to the first DCT coefficient in which the watermark data of the extracted block to be inspected is embedded is the DCT coefficient value of the neighborhood of the second DCT coefficient. It means for removing sieved by whether the value of the predetermined range, the second DCT coefficients is determined to have an abnormal value by the sieve relative to the neighboring DCT coefficient values of the DCT coefficients,
When the absolute value of the value of the first DCT coefficient is different from the absolute value average value of the second DCT coefficient value from which the DCT coefficient having the abnormal value is removed by a predetermined threshold or more, the watermark data is A moving image digital watermarking device comprising: means for determining that the image is embedded.
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