JP4718415B2 - Digital watermark embedding apparatus and digital watermark embedding method - Google Patents
Digital watermark embedding apparatus and digital watermark embedding method Download PDFInfo
- Publication number
- JP4718415B2 JP4718415B2 JP2006292453A JP2006292453A JP4718415B2 JP 4718415 B2 JP4718415 B2 JP 4718415B2 JP 2006292453 A JP2006292453 A JP 2006292453A JP 2006292453 A JP2006292453 A JP 2006292453A JP 4718415 B2 JP4718415 B2 JP 4718415B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- quantization
- input signal
- digital watermark
- frequency
- spreading
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
この発明は、周波数拡散と量子化を用いた電子透かし埋め込みにおいて、量子化幅や入力信号の確率密度分布に合わせて、量子化特性を変えるようにして、周波数拡散の基底が漏洩するのを軽減した電子透かし埋め込み装置及び方法に関するものである。 This invention reduces leakage of the base of frequency spreading by embedding digital watermarking using frequency spreading and quantization by changing the quantization characteristics according to the quantization width and the probability density distribution of the input signal. The present invention relates to a digital watermark embedding apparatus and method.
従来、画像や音楽信号などに、電子透かしで情報を埋め込む方法として、入力信号の一部を量子化などによって情報に依存して他の値に置き換える方法や、入力信号に情報を周波数拡散した信号を加算する方法などが代表的である。一方、非特許文献1には、これら2つを組み合わせた方法が提案されている。この非特許文献1記載の方法は、入力信号の信号系列をx(i)(i=1,…,N)とするとき、まず、次の式(1)によって入力信号x(i)を周波数拡散した信号yを求める。
Conventionally, as a method of embedding information in an image or music signal with a digital watermark, a method in which a part of the input signal is replaced with another value depending on the information by quantization or the like, or a signal in which information is frequency-spread into the input signal The method of adding is representative. On the other hand, Non-Patent
ここで、u(i)(={−1,+1})は情報の送受信者が共有する鍵情報である。 Here, u (i) (= {− 1, + 1}) is key information shared by information senders and receivers.
次に、この周波数拡散した信号yを量子化して、ywに変更する。ここで、ywは埋め込む情報に依存し、例えば、情報が1ビットでその値が0のときは、ywを次の式(2)で表す。 Next, the frequency-spread signal y is quantized and changed to yw . Here, y w depends on the information to be embedded. For example, when the information is 1 bit and the value is 0, y w is expressed by the following equation (2).
また、情報が1ビットでその値が1のときは、ywを次の式(3)で表す。 When the information is 1 bit and the value is 1, y w is expressed by the following equation (3).
ここで、mは整数、Δは量子化幅、sgn(y)はy<0のとき−1、そうでないとき1であるような関数である。この変更は、実際には信号系列x(i)を適当に変更することによって行われる。この信号系列x(i)の変更の仕方には自由度があるが、以下では最も簡単な場合として、全ての信号系列x(i)に一定値δを加減算することによって行うものとする。このように仮定しても、以下の議論は成り立つ。また、mは|y−yw|、すなわちyをywに変更するときの誤差が最小となるように選ばれる。ここで、非特許文献1では、情報理論的な通信容量を達成するために、yを必ずしもywまで変更せず、それに近い値となるように設定しているが、変更後の信号がywを中心に分布することには変わりなく、以下の議論に影響を与えるものではない。情報の受信者は、受信した信号から再び式(1)を計算し、それが式(2)と式(3)のどちらに近いかを判定することによって、伝達された情報を復元する。
Here, m is an integer, Δ is a quantization width, and sgn (y) is a function that is −1 when y <0, and 1 otherwise. This change is actually performed by appropriately changing the signal sequence x (i). Although there is a degree of freedom in changing the signal sequence x (i), in the following, the simplest case is assumed to be performed by adding / subtracting a constant value δ to all signal sequences x (i). Even with this assumption, the following argument holds. Also, m is selected to minimize | y−y w |, that is, the error when changing y to y w . Here, Non-Patent
上述したような従来の電子透かし埋め込み方法は、情報の送信者と受信者以外で、鍵情報u(i)を知らない第3者(以下、攻撃者という)が、電子透かしが埋め込まれた信号(以下、ステゴ信号という)を解析することによって、鍵情報u(i)の一部を知ることができるという問題点があった。 A conventional digital watermark embedding method as described above is a signal in which a digital watermark is embedded by a third party (hereinafter referred to as an attacker) who does not know the key information u (i) other than the sender and receiver of information. There is a problem in that a part of the key information u (i) can be known by analyzing (hereinafter referred to as a stego signal).
ここで、鍵情報u(i)の一部が知られるということは、攻撃者は、推定した鍵情報u(i)を反転した信号をステゴ信号に加えて、攻撃した信号から電子透かしで埋め込んだ情報を検出できないようにできるということを意味し、送受信者間の情報の伝達という電子透かしの目的が達成できなくなることにつながる。 Here, the fact that a part of the key information u (i) is known means that the attacker adds a signal obtained by inverting the estimated key information u (i) to the stego signal and embeds it with a digital watermark from the attacked signal. This means that information cannot be detected, and the purpose of digital watermarking, that is, transmission of information between senders and receivers, cannot be achieved.
このための攻撃者の戦略は、次のようなものである。まず、攻撃者は、変数x(i)の候補となる集合Xを知っているものとする。すなわち、電子透かしは公開された集合Xの中から送信者が受信者と共有する鍵に基づいて選択したN個の変数を用いて、上に述べた処理によって埋め込まれるものとする。集合Xが公開されてなくても、それが推定できる場合には、同様の議論が成り立つ。集合Xの要素の数をM=|X|とする。 The attacker's strategy for this is as follows. First, it is assumed that the attacker knows the set X that is a candidate for the variable x (i). That is, it is assumed that the digital watermark is embedded by the above-described process using N variables selected from the public set X based on the key shared by the sender and the receiver. A similar argument holds if the set X can be estimated even if it is not disclosed. Let M = | X |
さて、攻撃者は、どの変数が選択されたかは知らないので、M個の変数の中からm個を選び、その変数にランダムな雑音を加える。このとき、変数の値が正であれば、雑音の符号は負とし、そうでなければ、雑音の値を正とする。すなわち、攻撃者は、常に変数の絶対値を下げる方向に雑音を加える。このような雑音を、以下、「方向性雑音」と呼ぶ。以下に示すように、攻撃者は、Xの変数の一部に方向性雑音を加えるだけで大きな検出誤りを生じさせることができる。ここで、比較のため、同じ大きさの雑音で、変数の符号に関係なく加えられる雑音を「ランダム雑音」と呼ぶことにする。 Now, since the attacker does not know which variable has been selected, m is selected from the M variables, and random noise is added to the variable. At this time, if the value of the variable is positive, the sign of the noise is negative, and if not, the noise value is positive. That is, the attacker always adds noise in the direction of decreasing the absolute value of the variable. Such noise is hereinafter referred to as “directional noise”. As shown below, an attacker can cause a large detection error only by adding directional noise to some of the variables of X. Here, for comparison, noise added with the same magnitude regardless of the sign of the variable will be referred to as “random noise”.
図7は、従来の電子透かし埋め込み方法における方向性雑音及びランダム雑音の実験データを示すグラフである。ここで、ホスト信号(電子透かしの埋め込み対象となる原信号:host signal)は、平均0、分散100のガウス信号とし、N=64、量子化幅Δ=32として電子透かしを埋め込んだ。攻撃は、平均0のガウス雑音を全ての変数に加えて行うものとし、その分散の値(歪み:distortion)はグラフの横軸に示す通りである。ただし、方向性雑音の場合は、その符号は、変数の符号と逆にする。この実験を10000回行ったときに検出が誤った回数(number of errors)が縦軸にとってある。このグラフで、実線はランダム雑音に対する実験データ、点線は方向性雑音に対する実験データである。雑音電力が同じの場合、方向性雑音を加える方が検出の誤り率が大きくなっていることがわかる。 FIG. 7 is a graph showing experimental data of directional noise and random noise in the conventional digital watermark embedding method. Here, the host signal (original signal to be embedded with the digital watermark: host signal) is a Gaussian signal having an average of 0 and a variance of 100, and the digital watermark is embedded with N = 64 and quantization width Δ = 32. The attack is performed by adding average 0 Gaussian noise to all the variables, and the dispersion value (distortion) is as shown on the horizontal axis of the graph. However, in the case of directional noise, the sign is reversed from that of the variable. When this experiment is performed 10,000 times, the number of errors of detection (number of errors) is on the vertical axis. In this graph, the solid line is experimental data for random noise, and the dotted line is experimental data for directional noise. It can be seen that when the noise power is the same, the detection error rate is larger when directional noise is added.
上記の方向性雑音の効果は、電子透かしによって、正の方向に変更された信号と負の方向に変更された信号の確率分布が異なることによって生じたと考えられる。これは、鍵の符号という、鍵に関する情報が部分的に漏洩し、方向性雑音という手法によって、それが解読されてしまったと考えることができる。例えば、図8は、電子透かし埋め込みによって生じた信号分布の差異を示すグラフである。実線は電子透かしの埋め込みによって負の方向に変化した変数の値の分布、点線は正の方向に変化した変数の値の分布である。これらの分布が異なるので、変数の絶対値を下げる方向に雑音を加えれば、電子透かしで与えた信号変化の幾らかがキャンセルされてしまうことが容易に想像できる。なお、変数はランダムに選ばれているので、電子透かしの埋め込みがなければ、2つの分布は一致するはずである。 The effect of the directional noise is considered to be caused by the difference in probability distribution between the signal changed in the positive direction and the signal changed in the negative direction due to the digital watermark. This can be considered that information about the key, which is a key code, is partially leaked and has been deciphered by a technique called directional noise. For example, FIG. 8 is a graph showing a difference in signal distribution caused by digital watermark embedding. The solid line is the distribution of variable values that have changed in the negative direction due to the embedding of the digital watermark, and the dotted line is the distribution of variable values that have changed in the positive direction. Since these distributions are different, it can be easily imagined that some of the signal changes given by the digital watermark will be canceled if noise is added in the direction of decreasing the absolute value of the variable. Since the variables are selected at random, the two distributions should match if no digital watermark is embedded.
このような分布の差異が生じる原因を追究すれば、つぎのようになる。ガウス雑音(または式(1)のようなその一次結合)は0に集中して分布しているが、このような変数を粗く量子化するとその値は絶対値が増加する方向に変化する確率が高い。図9は、量子化幅Δ=32の場合の量子化特性を示す図である。この図9で、三角波は入力信号の分布(確率分布密度:pdf(y))を模式的に表したものである。ここで、例えば、−8に量子化されるホスト信号yについて見れば、−8よりも大きい信号(−8より絶対値は小さい)とそうでない信号の分布は偏っていて、量子化によって、絶対値が増加する変数の方が多い。これは、図9の全ての量子化値について言えるから、このような量子化をすれば、量子化後の信号の絶対値は量子化前よりも平均的に増加する。 The reason why such a difference in distribution occurs is as follows. Gaussian noise (or its linear combination as in equation (1)) is concentrated and distributed at 0, but when such a variable is roughly quantized, the value has a probability of changing in the direction of increasing absolute value. high. FIG. 9 is a diagram illustrating the quantization characteristics when the quantization width Δ = 32. In FIG. 9, the triangular wave schematically represents the distribution of input signals (probability distribution density: pdf (y)). Here, for example, regarding the host signal y quantized to -8, the distribution of signals larger than -8 (absolute value is smaller than -8) and signals that are not so is biased. There are more variables with increasing values. This can be said for all the quantized values in FIG. 9, and if such quantization is performed, the absolute value of the signal after quantization increases on average than before the quantization.
ところが、yの絶対値が増幅されると、図10に示すように、電子透かしを埋め込んだ後の信号分布の差異は増幅される。図10は、yの絶対値の増幅後の電子透かし埋め込みによって生じた信号分布の差異を示す図である。図10において、Xpはu(i)・x(i)>0であるような変数の分布、Xmはu(i)・x(i)<0であるような変数の分布を表している。また、Xp、Xm(実線)は電子透かしを埋め込む前の変数の分布を表しているが、Vp、Vm(点線)は電子透かしを埋め込んだ後の変数の分布を表している。この図10から、XpとXmの位置関係によらず、yの絶対値を増幅するためには、常に、右側に分布する信号を正の方向に変化させ、左側に分布する信号を負の方向に変化させなければならず、その分布の差異は電子透かしの埋め込みによってさらに助長されることがわかる。なお、図10(a)はXpがXmより右(正の方向)に分布する場合、図10(b)はその逆の場合を表す。 However, when the absolute value of y is amplified, the difference in signal distribution after embedding a digital watermark is amplified as shown in FIG. FIG. 10 is a diagram showing a difference in signal distribution caused by embedding the digital watermark after amplification of the absolute value of y. In FIG. 10, Xp represents the distribution of variables such that u (i) · x (i)> 0, and Xm represents the distribution of variables such that u (i) · x (i) <0. Xp and Xm (solid lines) represent the distribution of variables before embedding the digital watermark, while Vp and Vm (dotted lines) represent the distribution of variables after embedding the digital watermark. From FIG. 10, in order to amplify the absolute value of y regardless of the positional relationship between Xp and Xm, the signal distributed on the right side is always changed in the positive direction, and the signal distributed on the left side is changed in the negative direction. It can be seen that the difference in distribution is further facilitated by the embedding of the digital watermark. 10A shows a case where Xp is distributed to the right (positive direction) from Xm, and FIG. 10B shows the opposite case.
以上詳細に述べたように、従来の電子透かし埋め込み方法によれば、入力の信号分布の偏りに起因して、量子化によってyの絶対値が増加される確率が高く、そのために、正の方向と負の方向に変化する信号分布の間に差異が生じ、これによって、鍵情報の一部が漏洩するという問題点があった。 As described above in detail, according to the conventional digital watermark embedding method, there is a high probability that the absolute value of y is increased by the quantization due to the bias of the input signal distribution. There is a difference between the distribution of the signal and the signal distribution changing in the negative direction, which causes a problem that a part of the key information leaks.
この場合、例えば、方向性雑音のような簡単な方法で、電子透かしの検出誤りを増加させることができる。このような鍵の漏洩は、電子透かしが埋め込まれた変数の値をみれば、それが、透かしによって正の方向に変化したか負の方向に変化したかを確率的に知ることができるという意味である。このとき、個々の変数について見れば、それがどちらの方向に変化したのかを確定できなくても、多くの変数を総合すれば強い攻撃が可能となることに注意する必要がある。 In this case, for example, the detection error of the digital watermark can be increased by a simple method such as directional noise. This kind of key leakage means that if you look at the value of a variable with an embedded digital watermark, you can probabilistically know whether it has changed in the positive or negative direction due to the watermark. It is. At this time, it should be noted that if an individual variable is viewed, a strong attack is possible if many variables are combined even if it cannot be determined in which direction the variable has changed.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、変数が変化した方向が察知されにくく、方向性雑音に強い電子透かし埋め込み装置及び方法を得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a digital watermark embedding apparatus and method that is difficult to detect the direction in which a variable has changed and is resistant to directional noise.
この発明に係る電子透かし埋め込み装置は、入力信号を周波数拡散する拡散手段と、周波数拡散した入力信号を量子化する量子化手段と、入力された量子化幅に応じて前記量子化手段の量子化特性を変化させる制御手段とを設けたものである。 An electronic watermark embedding device according to the present invention comprises: spreading means for frequency-spreading an input signal; quantization means for quantizing the frequency-spread input signal; and quantization of the quantization means according to an input quantization width And a control means for changing the characteristics.
この発明に係る電子透かし埋め込み装置は、変数が変化した方向が察知されにくく、方向性雑音に強いという効果を奏する。 The digital watermark embedding device according to the present invention has an effect that the direction in which the variable has changed is not easily detected and is resistant to directional noise.
実施の形態1.
この発明の実施の形態1に係る電子透かし埋め込み装置について図1から図3までを参照しながら説明する。図1は、この発明の実施の形態1に係る電子透かし埋め込み装置の構成を示すブロック図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
A digital watermark embedding apparatus according to
図1において、この実施の形態1に係る電子透かし埋め込み装置100は、入力端子1からの入力信号を周波数拡散する拡散手段10と、拡散手段10の出力を量子化して出力端子2から出力する量子化手段20と、入力端子3から入力された量子化幅に基づき量子化手段20の量子化特性を変化させる制御手段30とが設けられている。
In FIG. 1, a digital
つぎに、この実施の形態1に係る電子透かし埋め込み装置の動作について図面を参照しながら説明する。 Next, the operation of the digital watermark embedding apparatus according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.
図2は、この発明の実施の形態1に係る電子透かし埋め込み装置の量子化幅Δ=32、パラメータb=Δ/4の場合の量子化特性を示す図である。図2において、横軸はホスト信号y、縦軸はyの頻度である。三角波は入力信号の分布(確率分布密度:pdf(y))を模式的に表したものである。また、図3は、この発明の実施の形態1に係る電子透かし埋め込み装置における方向性雑音及びランダム雑音の実験データを示すグラフである。図3において、横軸は歪み(distortion)、縦軸は誤り回数(number of errors)である。
FIG. 2 is a diagram showing the quantization characteristics when the quantization width Δ = 32 and the parameter b = Δ / 4 of the digital watermark embedding apparatus according to
まず、拡散手段10は、入力端子1から入力された入力信号x(i)(i=1,…,N)に対して、式(1)に基づいて、その一次結合(周波数拡散した信号)yを計算する。
First, the spreading
次に、量子化手段20は、周波数拡散した信号(ホスト信号)yを量子化して出力端子2から出力する。なお、情報を埋め込む点は従来例と同じだが、その特性が可変である点で異なる。この量子化手段20の量子化特性は、例えば、次の式(4)で示すように与えられる。 Next, the quantization means 20 quantizes the frequency-spread signal (host signal) y and outputs it from the output terminal 2. The point of embedding information is the same as that of the conventional example, except that the characteristics are variable. The quantization characteristic of the quantization means 20 is given as shown by the following formula (4), for example.
ここで、式(4)の右辺は量子化手段20の量子化特性、bは制御手段30によって量子化特性を可変にするためのパラメータであり、yw(量子化手段20の出力)に量子化するy(量子化手段20の入力)の値の範囲をシフトするためのものである。 Here, the right side of the equation (4) is the quantization characteristic of the quantization means 20, b is a parameter for making the quantization characteristic variable by the control means 30, and y w (output of the quantization means 20) is quantized. This is for shifting the range of the value of y (the input of the quantizing means 20).
図2に示す量子化特性では、例えば、−32から+16までの変数は「−8」に量子化される。また、+16から+48までの変数は「+24」に量子化される。ここで、量子化後の値(量子化代表値という)は、そこに量子化される入力信号の範囲(量子化範囲)の中央でないことに注意されたい。このシフトはパラメータbによって与えられたものである。 In the quantization characteristic shown in FIG. 2, for example, variables from −32 to +16 are quantized to “−8”. Further, the variables from +16 to +48 are quantized to “+24”. Here, it should be noted that the value after quantization (referred to as a quantization representative value) is not the center of the range (quantization range) of the input signal quantized there. This shift is given by the parameter b.
さて、「−8」に量子化される変数について見ると、−32から−8までと、+8から+16までの変数は「−8」よりも絶対値が大きい。また、−8から+8までの変数は「−8」よりも絶対値が小さい。したがって、量子化によって−32から−8までと+8から+16までの変数は絶対値が減少し、−8から+8までの変数は絶対値が増加する。図2において、絶対値が減少する変数の範囲をグレー(網掛)で表示した。 Looking at the variables quantized to “−8”, the variables from −32 to −8 and +8 to +16 have larger absolute values than “−8”. Further, the variables from -8 to +8 have smaller absolute values than "-8". Accordingly, the absolute values of the variables from −32 to −8 and +8 to +16 are decreased by quantization, and the absolute values of the variables from −8 to +8 are increased. In FIG. 2, the range of the variable whose absolute value decreases is displayed in gray (shaded).
図9の従来の量子化特性と比べると、図2の量子化特性では、このグレーの範囲の変数の頻度は増加し、そうでない変数の頻度は減少していることが明らかである。このことは、他の全ての量子化代表値についても言えるので、式(4)の量子化特性を用いれば、電子透かし埋め込み後のyの絶対値の増加が平均的に抑制されることがわかる。既に説明したように、絶対値の増加は反対方向に変更される信号分布の差異を助長し、方向性雑音に対する耐性を低下させる原因であった。図2の量子化特性は、絶対値の増加を抑制するので、方向性雑音に強い電子透かし埋め込みを行うことができるという効果を奏する。 Compared with the conventional quantization characteristic of FIG. 9, it is clear that in the quantization characteristic of FIG. 2, the frequency of the variable in the gray range increases and the frequency of the variable other than that decreases. This can also be said for all other quantized representative values, and it can be seen that the increase in the absolute value of y after digital watermark embedding is suppressed on average by using the quantization characteristic of equation (4). . As described above, the increase in absolute value promotes the difference in the signal distribution that is changed in the opposite direction, and causes a decrease in the resistance to directional noise. The quantization characteristic shown in FIG. 2 suppresses an increase in absolute value, so that an electronic watermark embedding resistant to directional noise can be performed.
図3はこの効果を実証する実験データである。この図3のグラフは、図7の従来例と同じ条件で攻撃をかけて、電子透かし埋め込みと検出を行った場合の誤り回数(縦軸)を示すものである。ただし、量子化特性は式(4)を用い、パラメータb=Δ/4とした。点線の実験データ(方向性雑音に対する誤り回数)が低下し、実線の実験データ(ランダム雑音に対する誤り回数)と同程度になっていることがわかる。 FIG. 3 shows experimental data demonstrating this effect. The graph of FIG. 3 shows the number of errors (vertical axis) when an electronic watermark is embedded and detected under the same conditions as in the conventional example of FIG. However, the quantization characteristic is expressed by equation (4), and the parameter b = Δ / 4. It can be seen that the dotted line experimental data (the number of errors with respect to directional noise) has decreased to the same level as the solid line of experimental data (the number of errors with respect to random noise).
さて、これまで説明してきたことからわかるように、上記の効果を得るには、絶対値が増加する場合を抑制して、絶対値が減少する場合と程よくバランスするように量子化特性を決めればよいことがわかる。制御手段30は、このために設けられたもので、送信者が入力端子3から量子化幅Δを与え、この量子化幅Δに応じて、パラメータb(=Δ/4)を変化させるようにしたものである。
As can be seen from the above explanation, in order to obtain the above effect, it is necessary to suppress the case where the absolute value increases, and to determine the quantization characteristic so as to balance the case where the absolute value decreases. I know it ’s good. The control means 30 is provided for this purpose, and the sender gives a quantization width Δ from the
一般に、量子化幅Δが小さければ(量子化が細かければ)、絶対値の増加と減少の差は小さいので、パラメータbの値は小さくてよい。量子化幅Δは電子透かしの強度を与えるパラメータであり、これを大きくすると強度は増加する(情報は破壊されにくい)が、電子透かし埋め込みによる劣化(量子化ひずみ)は増加する。制御手段30を設けることで、幅広い透かし強度に対して、鍵の安全性の意味で、常に最適な量子化特性を選択することができる。 In general, if the quantization width Δ is small (if the quantization is fine), the difference between the increase and decrease in the absolute value is small, so the value of the parameter b may be small. The quantization width Δ is a parameter that gives the strength of the digital watermark. When the quantization width Δ is increased, the strength increases (information is not easily destroyed), but the deterioration (quantization distortion) due to the digital watermark embedding increases. By providing the control means 30, it is possible to always select an optimum quantization characteristic in terms of key security for a wide range of watermark strengths.
以上のように、この実施の形態1によれば、量子化において変数の絶対値が平均的に増加することを抑制したので、周波数拡散の鍵の漏洩を防ぎ、方向性雑音に強い電子透かし埋め込みを行うことができるという効果を奏する。 As described above, according to the first embodiment, since the absolute value of the variable is prevented from increasing on average in quantization, leakage of the key for frequency spreading is prevented, and digital watermark embedding that is strong against directional noise There is an effect that can be performed.
なお、以上の説明では、パラメータbは全ての量子化代表値について同一のものとして説明したが、量子化代表値に合わせて、その値を変えてもよい。また、本実施の形態1の効果は、量子化特性を最適化して、量子化後の変数の絶対値の増加を抑制すれば得られるものであり、その量子化特性は式(4)に限られるものではない。 In the above description, the parameter b is described as being the same for all quantized representative values. However, the value may be changed according to the quantized representative value. In addition, the effect of the first embodiment can be obtained by optimizing the quantization characteristic and suppressing the increase in the absolute value of the variable after quantization. The quantization characteristic is limited to the equation (4). It is not something that can be done.
また、以上の説明では、拡散手段10の入力信号は電子透かしを埋め込む対象となる信号としたが、この信号は対象となる信号を変換したもの、またはその一部であってもよい。例えば、DCT(Discrete Cosine Transform)やウェーブレット変換の変換係数やその一部は電子透かしの埋め込みによく用いられる。このような変数は、上記で説明したガウス信号と同様にその分布が0に集中しているので、図3と図7で示した実験上の効果は同様に得られる。
In the above description, the input signal of the diffusing
さらにつけ加えれば、本実施の形態1のおいては、入力信号と量子化代表値との対応関係を変更するものであり、(秘匿)情報は、量子化代表値によって伝達されるから、本実施の形態1によって電子透かしが埋め込まれた信号から情報を検出する場合には、受信者側の従来の検出器(図示せず)をそのまま使用することができる。 In addition, in the first embodiment, the correspondence relationship between the input signal and the quantized representative value is changed, and the (secret) information is transmitted by the quantized representative value. In the case of detecting information from a signal in which a digital watermark is embedded in the first embodiment, a conventional detector (not shown) on the receiver side can be used as it is.
実施の形態2.
この発明の実施の形態2に係る電子透かし埋め込み装置について図4を参照しながら説明する。図4は、この発明の実施の形態2に係る電子透かし埋め込み装置の構成を示すブロック図である。
Embodiment 2. FIG.
A digital watermark embedding apparatus according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the digital watermark embedding apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
図4において、この実施の形態2に係る電子透かし埋め込み装置100Aは、入力端子1からの入力信号を周波数拡散する拡散手段10と、拡散手段10の出力を量子化して出力端子2から出力する量子化手段20と、入力端子1からの入力信号の統計的分布(確率分布密度)を演算する解析手段40と、解析手段40の出力と入力端子3から入力された量子化幅に基づき量子化手段20の特性を変化させる制御手段30Aとが設けられている。
In FIG. 4, the digital
つぎに、この実施の形態2に係る電子透かし埋め込み装置の動作について図面を参照しながら説明する。 Next, the operation of the digital watermark embedding apparatus according to the second embodiment will be described with reference to the drawings.
入力信号の分布があらかじめわかっている場合には、上記の実施の形態1のように、制御手段30は量子化幅Δだけに基づいて量子化特性を決めればよい。しかし、入力信号の分布が未知の場合は、入力信号の分布を計算する解析手段40を設ければ、幅広い信号に対応した電子透かし埋め込み方法が得られる。 When the distribution of the input signal is known in advance, the control means 30 may determine the quantization characteristic based only on the quantization width Δ as in the first embodiment. However, if the distribution of the input signal is unknown, an electronic watermark embedding method corresponding to a wide range of signals can be obtained by providing an analysis means 40 for calculating the distribution of the input signal.
この実施例2の電子透かし埋め込み装置の動作は、解析手段40が設けられたことを除いて、上記の実施の形態1の電子透かし埋め込み装置と同じである。解析手段40は、入力信号の分布を計算するものであり、例えば、一定期間に入力される信号のヒストグラム(頻度)を測定するなどすればよい。この結果は制御手段30Aに与えられる。制御手段30Aは、入力端子3から入力される量子化幅と合わせて、量子化手段20の特性を最適に調整する。つまり、制御手段30Aは、量子化幅Δと、入力信号の統計的分布(確率分布密度)に基づきパラメータbを求める。この調整のしかたは実施の形態1と同様であり、量子化後の変数の絶対値の増加を抑制するように行えばよい。
The operation of the digital watermark embedding apparatus according to the second embodiment is the same as that of the digital watermark embedding apparatus according to the first embodiment, except that the
以上のように、この実施の形態2においては、入力信号の分布を計算する解析手段40を設けたので、幅広い信号に対応して、周波数拡散の鍵の漏洩を防ぎ、方向性雑音に強い電子透かし埋め込みが行える効果がある。 As described above, in the second embodiment, since the analysis means 40 for calculating the distribution of the input signal is provided, it is possible to prevent the leakage of the key of the frequency spread corresponding to a wide range of signals, and to resist the directional noise. There is an effect that watermark embedding can be performed.
実施の形態3.
この発明の実施の形態3に係る電子透かし埋め込み装置について図5を参照しながら説明する。図5は、この発明の実施の形態3に係る電子透かし埋め込み装置の構成を示すブロック図である。
A digital watermark embedding apparatus according to
図5において、この実施の形態3に係る電子透かし埋め込み装置100Bは、入力端子1からの入力信号を周波数拡散する拡散手段10と、拡散手段10の出力とパラメータbを加算する加算器50と、加算器50の出力を量子化して出力端子2から出力する量子化手段20Aと、入力端子1からの入力信号と入力端子3から入力された量子化幅に基づき量子化手段20Aの特性を変化させるパラメータbを加算器50に出力する制御手段30Bとが設けられている。
In FIG. 5, a digital
つぎに、この実施の形態3に係る電子透かし埋め込み装置の動作について図面を参照しながら説明する。 Next, the operation of the digital watermark embedding apparatus according to the third embodiment will be described with reference to the drawings.
式(4)の量子化特性は、図3に示したように、鍵の漏洩を低減することに対して一定の効果を持っている。明示的に、この量子化特性を実現すれば、より簡単な構成で、方向性雑音に強い電子透かし埋め込み方法が得られる。 The quantization characteristic of equation (4) has a certain effect on reducing key leakage, as shown in FIG. If this quantization characteristic is explicitly realized, a digital watermark embedding method that is resistant to directional noise can be obtained with a simpler configuration.
この実施の形態3の電子透かし埋め込み装置は、明示的に、式(4)の量子化を実行するものであり、加算器50において、周波数拡散した入力信号yにシフトパラメータbが加算される。この加算器50の出力は、量子化手段20Aで量子化されるが、その入力はすでにシフトを与えたものとなっているので、この場合の量子化手段20Aは従来例で説明した通常の(量子化範囲の中央値を量子化代表値とする)量子化であればよい。式(4)を実現するためには、このシフトパラメータbの値は入力信号に依存して決めなければならない。そのため、制御手段30Bには、入力端子3からの量子化幅とともに、入力端子1からの入力信号が与えられている。つまり、制御手段30Bは、量子化幅Δと、入力信号に基づきパラメータbを求める。
The digital watermark embedding apparatus according to the third embodiment explicitly executes the quantization of Expression (4), and the
以上のように、この実施の形態3においては、量子化手段20Aの前に加算器50を設けてシフトを与えるようにしたので、簡単な構成で、周波数拡散の鍵の漏洩を防ぎ、方向性雑音に強い電子透かし埋め込みが行える効果がある。
As described above, in the third embodiment, the
実施の形態4.
この発明の実施の形態4に係る電子透かし埋め込み装置について図6を参照しながら説明する。図6は、この発明の実施の形態4に係る電子透かし埋め込み装置の構成を示すブロック図である。
A digital watermark embedding apparatus according to
図6において、この実施の形態4に係る電子透かし埋め込み装置100Cは、入力端子1からの入力信号を周波数拡散する拡散手段10と、拡散手段10の出力とパラメータbを加算する加算器50と、加算器50の出力を量子化して出力端子2から出力する量子化手段20Aと、入力端子1からの入力信号の統計的分布(確率分布密度)を演算する解析手段40と、入力端子1からの入力信号と解析手段40の出力と入力端子3から入力された量子化幅に基づき量子化手段20Aの特性を変化させるパラメータbを加算器50に出力する制御手段30Cとが設けられている。
In FIG. 6, a digital
つぎに、この実施の形態4に係る電子透かし埋め込み装置の動作について図面を参照しながら説明する。 Next, the operation of the digital watermark embedding apparatus according to the fourth embodiment will be described with reference to the drawings.
上記の実施の形態3において、さらに、入力信号の分布を計算する解析手段40を設ければ、別の形態が得られる。 In the third embodiment, another form can be obtained by further providing an analysis means 40 for calculating the distribution of the input signal.
この実施の形態4の電子透かし埋め込み装置の動作は、入力信号の分布を求める解析手段40が追加されただけで、上記の実施の形態3と同じである。この解析手段40の動作は、上記の実施の形態2の解析手段40と同じである。制御手段30Cは、量子化幅Δと、入力信号の統計的分布(確率分布密度)と、入力信号に基づきパラメータbを求める。
The operation of the digital watermark embedding apparatus according to the fourth embodiment is the same as that of the third embodiment described above, except that the analysis means 40 for obtaining the distribution of the input signal is added. The operation of the analyzing
この実施の形態4においては、量子化手段20Aの前に加算器50を設けてシフトを与えるようにし、入力信号の分布を計算する解析手段40を設けたので、簡単な構成で幅広い信号に対応して、周波数拡散の鍵の漏洩を防ぎ、方向性雑音に強い電子透かし埋め込みが行える効果がある。
In the fourth embodiment, the
1 入力端子、2 出力端子、3 入力端子、10 拡散手段、20、20A 量子化手段、30、30A、30B、30C 制御手段、40 解析手段、50 加算器、100、100A、100B、100C 電子透かし埋め込み装置。 1 input terminal, 2 output terminal, 3 input terminal, 10 diffusion means, 20, 20A quantization means, 30, 30A, 30B, 30C control means, 40 analysis means, 50 adder, 100, 100A, 100B, 100C electronic watermark Implantation device.
Claims (8)
周波数拡散した入力信号を量子化する量子化手段と、
入力された量子化幅に応じて前記量子化手段の量子化特性を変化させる制御手段と
を備えたことを特徴とする電子透かし埋め込み装置。 Spreading means for frequency spreading the input signal;
A quantization means for quantizing the frequency-spread input signal;
An electronic watermark embedding apparatus comprising: a control unit that changes a quantization characteristic of the quantization unit according to an input quantization width.
周波数拡散した入力信号を量子化する量子化手段と、
前記入力信号の統計的分布を計算する解析手段と、
前記統計的分布及び入力された量子化幅に応じて前記量子化手段の量子化特性を変化させる制御手段と
を備えたことを特徴とする電子透かし埋め込み装置。 Spreading means for frequency spreading the input signal;
A quantization means for quantizing the frequency-spread input signal;
Analyzing means for calculating a statistical distribution of the input signal;
A digital watermark embedding apparatus comprising: a control unit that changes a quantization characteristic of the quantization unit according to the statistical distribution and an input quantization width.
周波数拡散した入力信号に定数を加える加算器と、
前記加算器の出力を量子化する量子化手段と、
前記入力信号及び入力された量子化幅に応じて前記加算器に加える定数を変化させる制御手段と
を備えたことを特徴とする電子透かし埋め込み装置。 Spreading means for frequency spreading the input signal;
An adder that adds a constant to the frequency-spread input signal;
Quantization means for quantizing the output of the adder;
A digital watermark embedding apparatus comprising: control means for changing a constant applied to the adder in accordance with the input signal and the input quantization width.
周波数拡散した入力信号に定数を加える加算器と、
前記加算器の出力を量子化する量子化手段と、
前記入力信号の統計的分布を計算する解析手段と、
前記入力信号、前記統計的分布及び入力された量子化幅に応じて前記加算器に加える定数を変化させる制御手段と
を備えたことを特徴とする電子透かし埋め込み装置。 Spreading means for frequency spreading the input signal;
An adder that adds a constant to the frequency-spread input signal;
Quantization means for quantizing the output of the adder;
Analyzing means for calculating a statistical distribution of the input signal;
A digital watermark embedding apparatus comprising: control means for changing a constant applied to the adder according to the input signal, the statistical distribution, and the input quantization width.
周波数拡散した入力信号を量子化する量子化ステップと、
入力された量子化幅に応じて量子化特性を変化させる制御ステップと
を含むことを特徴とする電子透かし埋め込み方法。 A spreading step for frequency spreading the input signal;
A quantization step for quantizing the frequency-spread input signal;
A digital watermark embedding method comprising: a control step of changing a quantization characteristic in accordance with an input quantization width.
周波数拡散した入力信号を量子化する量子化ステップと、
前記入力信号の統計的分布を計算する解析ステップと、
前記統計的分布及び入力された量子化幅に応じて量子化特性を変化させる制御ステップと
を含むことを特徴とする電子透かし埋め込み方法。 A spreading step for frequency spreading the input signal;
A quantization step for quantizing the frequency-spread input signal;
An analysis step of calculating a statistical distribution of the input signal;
And a control step of changing a quantization characteristic in accordance with the statistical distribution and the inputted quantization width.
周波数拡散した入力信号に定数を加える加算ステップと、
加算後の信号を量子化する量子化ステップと、
前記入力信号及び入力された量子化幅に応じて前記定数を変化させる制御ステップと
を含むことを特徴とする電子透かし埋め込み方法。 A spreading step for frequency spreading the input signal;
An addition step of adding a constant to the frequency spread input signal;
A quantization step for quantizing the signal after addition;
A digital watermark embedding method comprising: a control step of changing the constant according to the input signal and an input quantization width.
周波数拡散した入力信号に定数を加える加算ステップと、
加算後の信号を量子化する量子化ステップと、
前記入力信号の統計的分布を計算する解析ステップと、
前記入力信号、前記統計的分布及び入力された量子化幅に応じて前記定数を変化させる制御ステップと
を含むことを特徴とする電子透かし埋め込み方法。 A spreading step for frequency spreading the input signal;
An addition step of adding a constant to the frequency spread input signal;
A quantization step for quantizing the signal after addition;
An analysis step of calculating a statistical distribution of the input signal;
And a control step of changing the constant according to the input signal, the statistical distribution, and the input quantization width.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006292453A JP4718415B2 (en) | 2006-10-27 | 2006-10-27 | Digital watermark embedding apparatus and digital watermark embedding method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006292453A JP4718415B2 (en) | 2006-10-27 | 2006-10-27 | Digital watermark embedding apparatus and digital watermark embedding method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008109566A JP2008109566A (en) | 2008-05-08 |
JP4718415B2 true JP4718415B2 (en) | 2011-07-06 |
Family
ID=39442530
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006292453A Expired - Fee Related JP4718415B2 (en) | 2006-10-27 | 2006-10-27 | Digital watermark embedding apparatus and digital watermark embedding method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4718415B2 (en) |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3589111B2 (en) * | 1998-09-04 | 2004-11-17 | 日本電信電話株式会社 | Digital watermarking method and apparatus |
JP2001008019A (en) * | 1999-06-18 | 2001-01-12 | Canon Inc | Image processing unit and its method |
JP2003219140A (en) * | 2002-01-18 | 2003-07-31 | Kiyoshi Tanaka | Apparatus and method for processing electronic watermark and electronic watermark processing program |
JP4118776B2 (en) * | 2003-09-26 | 2008-07-16 | 興和株式会社 | Digital watermark embedding method and extraction method, and digital watermark device |
-
2006
- 2006-10-27 JP JP2006292453A patent/JP4718415B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2008109566A (en) | 2008-05-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Eggers et al. | Communications approach to image steganography | |
Kalantari et al. | A logarithmic quantization index modulation for perceptually better data hiding | |
Eggers et al. | Quantization effects on digital watermarks | |
Eggers et al. | Estimation of amplitude modifications before SCS watermark detection | |
US6718287B2 (en) | Watermark detection | |
Xiang et al. | Efficient PVO-based reversible data hiding by selecting blocks with full-enclosing context | |
JP4104552B2 (en) | Embed and extract watermark data | |
Amirtharajan et al. | Tri-layer stego for enhanced security-A keyless random approach | |
Kouhi et al. | Prediction error distribution with dynamic asymmetry for reversible data hiding | |
JP4718415B2 (en) | Digital watermark embedding apparatus and digital watermark embedding method | |
Raja et al. | Genetic algorithm based steganography using wavelets | |
Chandramouli | Data hiding capacity in the presence of an imperfectly known channel | |
Zhang et al. | A novel look-up table design method for data hiding with reduced distortion | |
Tang et al. | Reversible data hiding for JPEG images based on block difference model and Laplacian distribution estimation | |
Sedghi et al. | Analysis of channel capacity of spread spectrum audio watermarking system | |
Hogan et al. | ML detection of steganography | |
Singh et al. | An overview of pixel value differencing based data hiding techniques | |
Pal et al. | A Robust Audio Steganographic Scheme in Time Domain (RASSTD) | |
Shimizu | Performance analysis of information hiding | |
Comesana et al. | Weber's law-based side-informed data hiding | |
Amiruzzaman et al. | Concurrent covert communication channels | |
Liu et al. | Security and robustness enhancement for image data hiding | |
Pérez-González et al. | Dither-modulation data hiding with distortion-compensation: Exact performance analysis and an improved detector for JPEG attacks | |
Comesana et al. | An information-theoretic framework for assessing security in practical watermarking and data hiding scenarios | |
Bai et al. | A satellite communication zero steganography algorithm |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090820 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110311 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110329 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110331 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140408 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |