JPWO2009025019A1 - Digital watermark embedding method, digital watermark detection method, digital watermark embedding device, digital watermark detection device, program, and computer-readable recording medium - Google Patents
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Abstract
電子透かし情報として透かしパターン画像を埋め込んだ動画に対して画面サイズを縮小するダウンサイズ処理を行っても、電子透かし情報として埋め込んだ透かしパターン画像を検出することを可能にするものであり、動画を構成する各フレーム画像に電子透かしとして透かしパターン画像を挿入して埋め込む電子透かし埋め込み方法において、動画を構成する各フレーム画像に電子透かしとして埋め込まれる透かしパターン画像は、周波数空間に基底を作成し、上記基底にパターンの基本成分を挿入し、上記基本成分を挿入した基底を逆フーリエ変換することにより作成されるようにした。Even if a downsizing process is performed to reduce the screen size of a moving image in which a watermark pattern image is embedded as digital watermark information, the watermark pattern image embedded as digital watermark information can be detected. In the digital watermark embedding method for inserting and embedding a watermark pattern image as a digital watermark in each frame image constituting, the watermark pattern image embedded as a digital watermark in each frame image constituting a moving image creates a base in the frequency space, and The basic component of the pattern is inserted into the base, and the base into which the basic component is inserted is created by inverse Fourier transform.
Description
本発明は、電子透かし埋め込み方法、電子透かし検出方法、電子透かし埋め込み装置、電子透かし検出装置、プログラムおよびコンピューター読み取り可能な記録媒体に関し、さらに詳細には、動画に電子透かしを埋め込んだり、動画に埋め込まれた電子透かしを検出したりする際に用いて好適な電子透かし埋め込み方法、電子透かし検出方法、電子透かし埋め込み装置、電子透かし検出装置、プログラムおよびコンピューター読み取り可能な記録媒体に関する。
The present invention relates to a digital watermark embedding method, a digital watermark detection method, a digital watermark embedding device, a digital watermark detection device, a program, and a computer-readable recording medium. More specifically, the present invention embeds a digital watermark in a video or embeds it in a video. The present invention relates to a digital watermark embedding method, a digital watermark detection method, a digital watermark embedding device, a digital watermark detection device, a program, and a computer-readable recording medium suitable for use in detecting a digital watermark.
近年、インターネットを利用したマルチメディア情報が盛んに流通するようになるにつれて、電子透かし技術の需要が高まってきている。
ここで、電子透かしを動画に適用する技術たる動画電子透かし技術（Ｍｏｖｉｅ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）は、動画のフレーム画像に当該動画の著作者の固有情報などを電子透かし情報として密やかに埋め込み、当該動画に関する所有権の所在などを主張する根拠とすることができるようにするなどの技術である。
ところで、各種の応用のために電子透かし情報を埋め込んだ映像などの動画を再加工・編集（画面サイズの縮小変更処理やデータ圧縮など）する処理が行われた場合や、動画に埋め込まれた電子透かし情報を除去するための攻撃行為が行われた場合などには、動画に埋め込んだ電子透かし情報を検出することができなくなり、動画に埋め込んだはずの電子透かしが実質的には消失してしまう恐れがあった。
より詳細には、再加工・編集処理のなかで、動画に埋め込んだ電子透かし情報が検出困難になって、動画に埋め込んだはずの電子透かしが実質的には消失してしまう恐れが最も強いのは、電子透かしを埋め込んだ動画の画面サイズの縮小変更処理（ダウンサイズ処理）である。
即ち、動画を編集する場合には、動画の画面サイズがハイビジョン（１９２０×１１５２ピクセル）から通常のネットワーク配信用のＱＶＧＡ（３２０×２４０ピクセル）まで変更される場合もあるが、こうした幅広い画面サイズの変更に対しては、従来の動画電子透かし技術では対応することができないという問題点があった。
In recent years, as multimedia information using the Internet has been actively distributed, the demand for digital watermark technology has increased.
Here, movie digital watermarking technology, which is a technology for applying a digital watermark to a moving image, secretly embeds, as a digital watermark information, the unique information of the moving image's author in the frame image of the moving image. This is a technology that enables the establishment of ownership and other reasons.
By the way, when processing such as reworking and editing (screen size reduction / change processing, data compression, etc.) of moving images such as images embedded with digital watermark information for various applications, or embedded in moving images When an attack is performed to remove the watermark information, the digital watermark information embedded in the video cannot be detected, and the digital watermark that should have been embedded in the video is virtually lost. There was a fear.
More specifically, the digital watermark information embedded in the video is difficult to detect in the reprocessing / editing process, and the digital watermark that should have been embedded in the video is most likely to disappear. Is a reduction change process (downsize process) of the screen size of a moving image in which a digital watermark is embedded.
In other words, when editing a movie, the screen size of the movie may be changed from high-definition (1920 × 1152 pixels) to QVGA (320 × 240 pixels) for normal network distribution. There is a problem that the conventional moving image digital watermark technology cannot cope with the change.
ここで、従来の動画電子透かし技術について説明すると、現在主流となっている動画電子透かし技術は、非特許文献１に開示された電子透かしを静止画に適用する技術たる静止画電子透かし技術の「スペクトル拡散法」を用いて、電子透かし情報を動画の各フレーム画像に埋め込むというものである。
上記したスペクトル拡散法では、原理的に、強い自己相関性を持つＭ系列という擬似乱数を用いて画像サイズに合わせた乱数パターンを発生して、この乱数パターンを用いて電子透かし情報を画像に挿入するという手法をとっている。
ところが、こうしたスペクトル拡散法を動画電子透かし技術として利用する場合には、スペクトル拡散法により発生した透かしパターン画像は、図１（スペクトル拡散法により発生した透かしパターンの例（２値化画像））に示すように基本的にピクセル単位で表した「１」と「０」との情報で構成されるので、例えば、画面サイズをハイビジョン（１９２０×１１５２ピクセル）から通常のネットワーク配信用のＱＶＧＡ（３２０×２４０ピクセル）まで変更するというような幅広い画面サイズの変更を伴うダウンサイズ処理を行う場合には、画面サイズを縮小されたフレーム画像からは透かしパターン画像を検出することが困難になるという問題点があった。
Here, the conventional moving image digital watermarking technology will be described. The moving image digital watermarking technology that is currently mainstream is a still image digital watermarking technology that applies the digital watermark disclosed in Non-Patent Document 1 to a still image. The digital watermark information is embedded in each frame image of a moving image using a “spread spectrum method”.
In the above spread spectrum method, in principle, a random pattern that matches the image size is generated using a pseudo-random number called M-sequence with strong autocorrelation, and digital watermark information is inserted into the image using this random number pattern. The technique of doing is taken.
However, when such a spread spectrum method is used as a moving image digital watermark technique, a watermark pattern image generated by the spread spectrum method is shown in FIG. 1 (an example of a watermark pattern generated by the spread spectrum method (binarized image)). As shown, it is basically composed of information of “1” and “0” expressed in units of pixels. For example, the screen size is changed from high-definition (1920 × 1152 pixels) to QVGA (320 × In the case of performing a downsize process with a wide screen size change such as changing to 240 pixels), it is difficult to detect a watermark pattern image from a frame image with a reduced screen size. there were.
また、上記したように、動画に電子透かし情報を埋め込む手法として現在主流となっている動画電子透かし技術は、基本的にスペクトル拡散法を用いて電子透かし情報を動画の各フレーム画像に埋め込むというものであるが、スペクトル拡散法により発生した透かしパターンを動画の各フレーム画像に埋め込む処理は、次に示す手順１乃至手順４の処理により行われている。以下、図２（従来の動画電子透かしの埋め込み処理方法）を参照しながら、手順１乃至手順４を説明する。
手順１：動画ファイルから、電子透かしを埋め込む対象の動画（以下、「電子透かしを埋め込む対象の動画」を「電子透かし埋め込み対象動画」と適宜に称する。）を構成する各フレーム画像（Ｆｎ，ｎ＝１，２，３，・・・，ｎ−１，ｎ ただし、ｎは正の整数である。）を抽出する（図２（ａ）参照）。
手順２：静止画電子透かし技術たるスペクトル拡散法を用いて電子透かし情報を透かしパターン画像（Ｗｎ，ｎ＝１，２，３，・・・，ｎ−１，ｎ ただし、ｎは正の整数である。）に変更して、透かしパターン画像（Ｗｎ，ｎ＝１，２，３，・・・，ｎ−１，ｎ ただし、ｎは正の整数である。）を作成する（図２（ｂ）参照）。
手順３：手順１で抽出したフレーム画像に手順２で作成した透かしパターン画像を足し算（加算）することにより、ｎ個の透かしパターン画像をｎ個のフレーム画像にそれぞれ挿入する。より詳細には、ｎ個の透かしパターン画像（Ｗｎ，ｎ＝１，２，３，・・・，ｎ−１，ｎ）をｎ個のフレーム画像（Ｆｎ，ｎ＝１，２，３，・・・，ｎ−１，ｎ）にそれぞれｎを対応させて足し算してゆき、ｎ個の透かしパターン画像を挿入したフレーム画像（以下、「透かしパターン画像を挿入したフレーム画像」を「透かしパターン画像挿入フレーム画像」と適宜に称する。）（ＦＷｎ，ｎ＝１，２，３，・・・，ｎ−１，ｎ ただし、ｎは正の整数である。）を作成する（図２（ｃ）参照）。
ＦＷｎ＝Ｆｎ＋Ｗｎ （ｎ＝１，２，３，・・・，ｎ−１，ｎ ただし、ｎは正の整数である。）
手順４：手順３で作成した透かしパターン画像挿入フレーム画像（ＦＷｎ，ｎ＝１，２，３，・・・，ｎ−１，ｎ ただし、ｎは正の整数である。）を合成して電子透かし埋め込み後の動画（以下、「電子透かし埋め込み後の動画」を「電子透かし埋め込み後動画」と適宜に称する。）を生成して、電子透かし埋め込み後動画を動画ファイルに保存する。なお、電子透かし埋め込み後動画を動画ファイルに保存するのではなく、電子透かし埋め込み後動画を通信手段を利用して動画配信するようにしてもよいことは勿論である。
In addition, as described above, the moving image digital watermark technology that is currently mainstream as a method for embedding digital watermark information in a moving image is basically to embed digital watermark information in each frame image of a moving image using a spread spectrum method. However, the process of embedding the watermark pattern generated by the spread spectrum method in each frame image of the moving image is performed by the following procedures 1 to 4. Hereinafter, procedure 1 to procedure 4 will be described with reference to FIG. 2 (conventional moving image digital watermark embedding processing method).
Procedure 1: Each frame image (Fn, n) constituting a moving image to be embedded with a digital watermark (hereinafter, “moving image to be embedded with a digital watermark” is appropriately referred to as “moving target image with a digital watermark”) from a moving image file. = 1, 2, 3,..., N−1, n, where n is a positive integer) (see FIG. 2A).
Procedure 2: Spread spectrum method (Wn, n = 1, 2, 3,..., N−1, n, where n is a positive integer) 2) to create a watermark pattern image (Wn, n = 1, 2, 3,..., N−1, n, where n is a positive integer) (FIG. 2B). )reference).
Procedure 3: The watermark pattern image created in Procedure 2 is added (added) to the frame image extracted in Procedure 1, thereby inserting n watermark pattern images into the n frame images, respectively. More specifically, n watermark pattern images (Wn, n = 1, 2, 3,..., N−1, n) are converted into n frame images (Fn, n = 1, 2, 3,. .., N−1, n) are added in correspondence with n, and a frame image in which n watermark pattern images are inserted (hereinafter referred to as a “frame image into which a watermark pattern image has been inserted” is referred to as a “watermark pattern image”). (Referred to as an “inserted frame image”)) (FWn, n = 1, 2, 3,..., N−1, n, where n is a positive integer) (FIG. 2C). reference).
FWn = Fn + Wn (n = 1, 2, 3,..., N−1, n where n is a positive integer)
Procedure 4: The watermark pattern image insertion frame image (FWn, n = 1, 2, 3,..., N−1, n, where n is a positive integer) created in Procedure 3 is synthesized and electronically generated. A moving image after embedding a watermark (hereinafter, “moving image after embedding a digital watermark” is appropriately referred to as “moving image after embedding a digital watermark”) is generated, and the moving image after embedding the digital watermark is stored in a moving image file. Of course, instead of saving the moving image after embedding the digital watermark in a moving image file, the moving image after embedding the digital watermark may be distributed using communication means.
しかしながら、上記した図２に示す現在の主流となっている動画電子透かし技術に用いる電子透かし情報の埋め込み処理方法については、以下に示すような２つの問題点が指摘されていた。
問題点１：図２に示す従来の動画電子透かし技術に用いる電子透かし情報の埋め込み処理方法では、発生した透かしパターン画像を各フレーム画像にそれぞれ足し算（加算）することによって、発生した透かしパターン画像が各フレーム画像に挿入される、即ち、発生した透かしパターン画像が全て同じ足し算によって各フレーム画像に挿入されるので、電子透かしを挿入した動画たる電子透かし埋め込み後動画を再生すると、各フレーム画像に挿入した透かしパターン画像が、動画の内容を変化させていくフレーム画像に対して固定されたパターンとなるので、当該電子透かし埋め込み後動画を視認する視聴者にとっては透かしパターン画像によるノイズの影響が著しくなるという問題点があった。
問題点２：図２に示す従来の動画電子透かし技術に用いる電子透かし情報の埋め込み処理方法では、発生した透かしパターン画像を各フレーム画像にそれぞれ足し算（加算）することによって、発生した透かしパターン画像が各フレーム画像に挿入される、即ち、発生した透かしパターン画像が全て同じ足し算によって各フレーム画像に挿入されるので、特許文献１として提示する特許第３８３１２０４号公報に開示されているように、電子透かし埋め込み後動画から電子透かし情報として挿入された透かしパターン画像を検出するときに、フレーム画像が存在する影響により電子透かし情報として挿入された透かしパターン画像の検出率が低下するものであった。
Problem 1: In the method of embedding digital watermark information used in the conventional moving image digital watermark technique shown in FIG. 2, the generated watermark pattern image is added to each frame image to add the generated watermark pattern image. Inserted into each frame image, that is, all generated watermark pattern images are inserted into each frame image by the same addition, so when playing a video after embedding a digital watermark, which is a video with a digital watermark inserted, it is inserted into each frame image Since the watermark pattern image is a pattern fixed to the frame image that changes the content of the moving image, the effect of noise due to the watermark pattern image becomes significant for the viewer who views the moving image after embedding the digital watermark. There was a problem.
Problem 2: In the method of embedding digital watermark information used in the conventional moving image digital watermark technique shown in FIG. 2, the generated watermark pattern image is added to each frame image to add the generated watermark pattern image. Inserted into each frame image, that is, all generated watermark pattern images are inserted into each frame image by the same addition, so as disclosed in Japanese Patent No. 3831204 presented as Patent Document 1, When a watermark pattern image inserted as digital watermark information is detected from a moving image after embedding, the detection rate of the watermark pattern image inserted as digital watermark information is reduced due to the presence of a frame image.
本発明は、従来の技術の有する上記したような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電子透かし情報として透かしパターン画像を埋め込んだ動画に対して画面サイズを縮小するダウンサイズ処理を行っても、電子透かし情報として埋め込んだ透かしパターン画像を検出することを可能にした電子透かし埋め込み方法、電子透かし検出方法、電子透かし埋め込み装置、電子透かし検出装置、プログラムおよびコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供しようとするものである。
また、本発明は、従来の技術の有する上記したような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電子透かし情報として透かしパターン画像を挿入した動画を再生する際における透かしパターン画像のノイズの影響を低減した電子透かし埋め込み方法、電子透かし検出方法、電子透かし埋め込み装置、電子透かし検出装置、プログラムおよびコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供しようとするものである。
さらに、本発明は、従来の技術の有する上記したような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電子透かし情報として透かしパターン画像を挿入した動画から、電子透かし情報として埋め込んだ透かしパターン画像を検出する際に、フレーム画像が存在する影響により透かしパターン画像の検出率が低下することのないようにした電子透かし埋め込み方法、電子透かし検出方法、電子透かし埋め込み装置、電子透かし検出装置、プログラムおよびコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供しようとするものである。
The present invention has been made in view of the above-described various problems of the prior art, and the object of the present invention is to reduce the screen size of a moving image in which a watermark pattern image is embedded as digital watermark information. A digital watermark embedding method, a digital watermark detection method, a digital watermark embedding device, a digital watermark detection device, a program, and a computer capable of detecting a watermark pattern image embedded as digital watermark information even when downsizing is performed An object of the present invention is to provide a readable recording medium.
In addition, the present invention has been made in view of the above-described various problems of the prior art, and an object of the present invention is to reproduce a moving image in which a watermark pattern image is inserted as digital watermark information. The present invention is to provide a digital watermark embedding method, a digital watermark detection method, a digital watermark embedding device, a digital watermark detection device, a program, and a computer-readable recording medium in which the influence of noise on the watermark pattern image is reduced.
Furthermore, the present invention has been made in view of the above-described various problems of the prior art, and an object of the present invention is to use a digital watermark from a moving image in which a watermark pattern image is inserted as digital watermark information. An electronic watermark embedding method, an electronic watermark detection method, an electronic watermark embedding device, and a method for preventing the detection rate of the watermark pattern image from being reduced due to the presence of a frame image when detecting a watermark pattern image embedded as information, An electronic watermark detection apparatus, a program, and a computer-readable recording medium are provided.
上記目的を達成するために、本発明は、動画を構成する各フレーム画像に電子透かし情報として挿入する透かしパターン画像の作成の手法を改良したものである。
従って、本発明によれば、電子透かし情報として改良した透かしパターン画像を動画のフレーム画像に埋め込むことができるため、透かしパターン画像を埋め込んだ動画に対して画面サイズを縮小するダウンサイズ処理を行っても、電子透かし情報として埋め込んだ改良した透かしパターン画像を検出することことができるようになる。
In order to achieve the above object, the present invention is an improvement of a method of creating a watermark pattern image to be inserted as digital watermark information into each frame image constituting a moving image.
Therefore, according to the present invention, since the watermark pattern image improved as the digital watermark information can be embedded in the frame image of the moving image, a downsize process for reducing the screen size is performed on the moving image in which the watermark pattern image is embedded. In addition, it becomes possible to detect an improved watermark pattern image embedded as digital watermark information.
また、上記目的を達成するために、本発明は、透かしパターン画像を各フレーム画像に挿入する際に足し算（加算）と引き算（減算）とを交互に用いて挿入するようにしたものであり、また、このように足し算と引き算とを交互に用いて透かしパターン画像を挿入されたフレーム画像から透かしパターンを検出するようにしたものである。
より詳細には、本発明は、動画ファイルから各フレーム画像を抽出し、この抽出した各フレーム画像に透かしパターン画像を挿入する際に、奇数番目のフレーム画像に対しては、当該フレーム画像に透かしパターン画像を足し算（または当該フレーム画像から透かしパターン画像を引き算）するようにしてフレーム画像と透かしパターン画像とを合成し、一方、偶数番目のフレーム画像に対しては、当該フレーム画像から透かしパターン画像を引き算（または当該フレーム画像に透かしパターン画像を足し算）するようにしてフレーム画像と透かしパターン画像とを合成するようにしたものであり、連続するフレーム画像に対して透かしパターン画像の足し算と引き算とを交互に行うようにしたものである。そして、こうして透かしパターン画像を挿入された各フレーム画像は、動画ファイルに保存あるいは動画配信するなどして再生に用いられる。
In order to achieve the above object, the present invention inserts a watermark pattern image into each frame image by alternately using addition (addition) and subtraction (subtraction). In addition, the watermark pattern is detected from the frame image in which the watermark pattern image is inserted by alternately using addition and subtraction in this way.
More specifically, the present invention extracts each frame image from a moving image file and inserts a watermark pattern image into each extracted frame image. The frame image and the watermark pattern image are synthesized by adding the pattern images (or subtracting the watermark pattern image from the frame image). On the other hand, for even-numbered frame images, the watermark pattern image is extracted from the frame image. Is added (or the watermark pattern image is added to the frame image) to synthesize the frame image and the watermark pattern image, and the watermark pattern image is added to and subtracted from the continuous frame image. Are performed alternately. Each frame image in which the watermark pattern image is inserted in this way is used for reproduction by storing it in a moving image file or distributing it.
また、上記目的を達成するために、本発明は、奇数番目のフレーム画像に対しては透かしパターン画像を足し算（または引き算）により挿入され、一方、偶数番目のフレーム画像に対しては透かしパターン画像を引き算（または足し算）により挿入された各フレーム画像よりなる動画から、透かしパターン画像を検出するようにしたものである。
従って、本発明によれば、電子透かし情報として透かしパターン画像を挿入した動画を再生した場合に、各フレーム画像に挿入した透かしパターン画像は、動画の内容を変化させていくフレーム画像に対して固定されたパターンとはならないので、電子透かし情報として透かしパターン画像を挿入した動画を再生する際における透かしパターン画像のノイズの影響を低減することができる。
また、本発明によれば、発生した透かしパターン画像が足し算と引き算とを交互に行って各フレーム画像に挿入されるので、電子透かし情報として挿入された透かしパターン画像を検出するときに、フレーム画像が存在する影響による透かしパターン画像の検出率の低下を抑止することができる。
In order to achieve the above object, the present invention inserts a watermark pattern image into an odd-numbered frame image by addition (or subtraction), while, on the even-numbered frame image, a watermark pattern image. The watermark pattern image is detected from the moving image made up of each frame image inserted by subtraction (or addition).
Therefore, according to the present invention, when a moving image in which a watermark pattern image is inserted as digital watermark information is played back, the watermark pattern image inserted in each frame image is fixed to the frame image that changes the content of the moving image. Therefore, it is possible to reduce the influence of noise of the watermark pattern image when reproducing a moving image in which the watermark pattern image is inserted as digital watermark information.
Further, according to the present invention, since the generated watermark pattern image is inserted into each frame image by alternately performing addition and subtraction, the frame image is detected when detecting the watermark pattern image inserted as digital watermark information. It is possible to suppress a decrease in the detection rate of the watermark pattern image due to the influence of the presence of the.
即ち、本発明は、動画を構成する各フレーム画像に電子透かしとして透かしパターン画像を挿入して埋め込む電子透かし埋め込み方法において、動画を構成する各フレーム画像に電子透かしとして埋め込まれる透かしパターン画像が、周波数空間に基底を作成し、上記基底にパターンの基本成分を挿入し、上記基本成分を挿入した基底を逆フーリエ変換することにより作成されるようにしたものである。
また、本発明は、動画を構成する各フレーム画像に電子透かしとして透かしパターン画像を挿入して埋め込む電子透かし埋め込み方法において、動画を構成する連続するフレーム画像のそれぞれに、電子透かしとして透かしパターン画像を交互に足し算あるいは引き算することにより挿入して埋め込むようにしたものである。
また、本発明は、上記透かしパターン画像が、周波数空間に基底を作成し、上記基底にパターンの基本成分を挿入し、上記基本成分を挿入した基底を逆フーリエ変換することにより作成されるようにしたものである。
また、本発明は、動画を構成する各フレーム画像に電子透かしとして透かしパターン画像を挿入して埋め込む電子透かし埋め込み装置において、動画を構成する各フレーム画像に電子透かしとして埋め込まれる透かしパターン画像を生成する透かしパターン画像生成手段と、上記透かしパターン画像生成手段により生成された透かしパターン画像を動画を構成する各フレーム画像に挿入して埋め込む透かしパターン画像埋め込み手段とを有し、上記透かしパターン画像生成手段は、周波数空間に基底を作成する基底作成手段と、上記基底作成手段により作成された基底にパターンの基本成分を挿入する挿入手段と、上記挿入手段により基本成分を挿入した基底を逆フーリエ変換して透かしパターン画像を生成する生成手段とを有するようにしたものである。
また、本発明は、動画を構成する各フレーム画像に電子透かしとして透かしパターン画像を挿入して埋め込む電子透かし埋め込み装置において、動画を構成する各フレーム画像に電子透かしとして埋め込まれる透かしパターン画像を生成する透かしパターン画像生成手段と、上記透かしパターン画像生成手段により生成された透かしパターン画像を動画を構成する各フレーム画像に挿入して埋め込む透かしパターン画像埋め込み手段とを有し、上記透かしパターン画像埋め込み手段は、連続する上記フレーム画像のそれぞれに上記透かしパターン画像を交互に足し算あるいは引き算することにより挿入して埋め込むようにしたものである。
また、本発明は、上記透かしパターン画像生成手段が、周波数空間に基底を作成する基底作成手段と、上記基底作成手段により作成された基底にパターンの基本成分を挿入する挿入手段と、上記挿入手段により基本成分を挿入した基底を逆フーリエ変換して透かしパターン画像を生成する生成手段とを有するようにしたものである。
また、本発明は、動画を構成する各フレーム画像に電子透かしとして埋め込まれた透かしパターン画像を検出する電子透かし検出方法において、透かしパターン画像を挿入された連続する２個のフレーム画像の一方から他方を引き算し、該引き算の算出結果から透かしパターン画像を検出するようにしたものである。
また、本発明は、上記連続する２個のフレーム画像の上記一方が、上記透かしパターン画像を足し算することにより挿入して埋め込まれ、上記連続する２個のフレーム画像の上記他方が、上記透かしパターン画像を引き算することにより挿入して埋め込まれるようにしたものである。
また、本発明は、動画を構成する各フレーム画像に電子透かしとして埋め込まれた透かしパターン画像を検出する電子透かし検出装置において、透かしパターン画像を挿入された連続する２個のフレーム画像の一方から他方を引き算する引き算手段と、上記引き算手段による引き算の算出結果から透かしパターン画像を検出する検出手段とを有するようにしたものである。
また、本発明は、上記連続する２個のフレーム画像の上記一方が、上記透かしパターン画像を足し算することにより挿入して埋め込まれ、上記連続する２個のフレーム画像の上記他方が、上記透かしパターン画像を引き算することにより挿入して埋め込まれるようにしたものである。
また、本発明は、本発明による電子透かし埋め込み方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
また、本発明は、本発明による電子透かし埋め込み装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムである。
また、本発明は、本発明による電子透かし検出方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
また、本発明は、本発明による電子透かし埋検出装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムである。
また、本発明は、本発明によるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
That is, according to the present invention, in a digital watermark embedding method in which a watermark pattern image is inserted and embedded as a digital watermark in each frame image constituting a moving image, the watermark pattern image embedded as a digital watermark in each frame image constituting the moving image A base is created in a space, a basic component of a pattern is inserted into the base, and the base into which the basic component is inserted is created by inverse Fourier transform.
Further, according to the present invention, in a digital watermark embedding method in which a watermark pattern image is inserted and embedded as a digital watermark into each frame image constituting a moving image, a watermark pattern image is added as a digital watermark to each successive frame image constituting the moving image. Inserted and embedded by alternately adding or subtracting.
In the present invention, the watermark pattern image is generated by creating a base in a frequency space, inserting a basic component of the pattern into the base, and performing inverse Fourier transform on the base into which the basic component is inserted. It is a thing.
Further, the present invention generates a watermark pattern image to be embedded as a digital watermark in each frame image constituting a moving image in an electronic watermark embedding apparatus that inserts and embeds a watermark pattern image as a digital watermark in each frame image constituting the moving image. A watermark pattern image generating means; and a watermark pattern image embedding means for inserting and embedding the watermark pattern image generated by the watermark pattern image generating means in each frame image constituting the moving image, the watermark pattern image generating means A base creation means for creating a base in the frequency space; an insertion means for inserting a basic component of the pattern into the base created by the base creation means; and a base into which the basic component is inserted by the insertion means by performing an inverse Fourier transform. Generating means for generating a watermark pattern image It is intended.
Further, the present invention generates a watermark pattern image to be embedded as a digital watermark in each frame image constituting a moving image in an electronic watermark embedding apparatus that inserts and embeds a watermark pattern image as a digital watermark in each frame image constituting the moving image. A watermark pattern image generating means; and a watermark pattern image embedding means for inserting and embedding the watermark pattern image generated by the watermark pattern image generating means in each frame image constituting the moving image, The watermark pattern image is inserted and embedded by alternately adding or subtracting each of the continuous frame images.
In the present invention, the watermark pattern image generation means includes a base creation means for creating a base in a frequency space, an insertion means for inserting a basic component of a pattern into the base created by the base creation means, and the insertion means And generating means for generating a watermark pattern image by performing inverse Fourier transform on the base into which the basic component is inserted.
The present invention also provides a digital watermark detection method for detecting a watermark pattern image embedded as a digital watermark in each frame image constituting a moving image, from one of two consecutive frame images into which the watermark pattern image is inserted to the other. Is subtracted, and a watermark pattern image is detected from the calculation result of the subtraction.
In the present invention, the one of the two consecutive frame images may be inserted and embedded by adding the watermark pattern image, and the other of the two consecutive frame images may be the watermark pattern. The image is inserted and embedded by subtracting.
The present invention also provides a digital watermark detection apparatus for detecting a watermark pattern image embedded as a digital watermark in each frame image constituting a moving image, from one of two consecutive frame images into which the watermark pattern image is inserted to the other. And subtracting means for subtracting, and detecting means for detecting a watermark pattern image from the subtraction result of the subtracting means.
In the present invention, the one of the two consecutive frame images may be inserted and embedded by adding the watermark pattern image, and the other of the two consecutive frame images may be the watermark pattern. The image is inserted and embedded by subtracting.
Further, the present invention is a program for causing a computer to execute the digital watermark embedding method according to the present invention.
Further, the present invention is a program for causing a computer to function as the digital watermark embedding apparatus according to the present invention.
Further, the present invention is a program for causing a computer to execute the digital watermark detection method according to the present invention.
Further, the present invention is a program for causing a computer to function as the digital watermark embedding detection apparatus according to the present invention.
The present invention is also a computer-readable recording medium on which the program according to the present invention is recorded.
本発明は、以上説明したように構成されているので、電子透かし情報として透かしパターン画像を埋め込んだ動画に対して画面サイズを縮小するダウンサイズ処理を行っても、電子透かし情報として埋め込んだ透かしパターン画像を検出することができるようになるという優れた効果を奏する。
また、本発明は、以上説明したように構成されているので、電子透かし情報として透かしパターン画像を挿入した動画を再生する際に、透かしパターン画像のノイズの影響を低減することができるようになるという優れた効果を奏する。
さらに、本発明は、以上説明したように構成されているので、電子透かし情報として透かしパターン画像を挿入した動画から、電子透かし情報として埋め込んだ透かしパターン画像を検出する際に、フレーム画像が存在する影響による透かしパターン画像の検出率の低下を防止することができるようになるという優れた効果を奏する。
Since the present invention is configured as described above, the watermark pattern embedded as the digital watermark information even if the downsizing process for reducing the screen size is performed on the moving image in which the watermark pattern image is embedded as the digital watermark information. There is an excellent effect that an image can be detected.
In addition, since the present invention is configured as described above, it is possible to reduce the influence of noise in the watermark pattern image when playing back a moving image in which the watermark pattern image is inserted as digital watermark information. There is an excellent effect.
Furthermore, since the present invention is configured as described above, a frame image exists when a watermark pattern image embedded as digital watermark information is detected from a moving image in which the watermark pattern image is inserted as digital watermark information. There is an excellent effect that a drop in the detection rate of the watermark pattern image due to the influence can be prevented.
１０ 電子透かし埋め込み装置
１２ 電子透かし情報入力部
１４ 透かし基本パターン発生部
１６ 透かしパターン画像発生部
１８ フレーム画像抽出部
２０ 透かしパターン画像埋め込み処理部
２２ 透かしパターン画像挿入フレーム画像合成部
１００ 電子透かし検出装置
１０２ フレーム画像抽出部
１０４ 透かしパターン画像検出処理部
１０６ 電子透かし情報検出処理部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Digital watermark embedding apparatus 12 Digital watermark information input part 14 Watermark basic pattern generation part 16 Watermark pattern image generation part 18 Frame image extraction part 20 Watermark pattern image embedding process part 22 Watermark pattern image insertion frame image synthesis part 100 Digital watermark detection apparatus 102 Frame image extraction unit 104 Watermark pattern image detection processing unit 106 Digital watermark information detection processing unit
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による電子透かし埋め込み方法、電子透かし検出方法、電子透かし埋め込み装置、電子透かし検出装置、プログラムおよびコンピュータ読み取り可能な記録媒体の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
Hereinafter, an example of an embodiment of an electronic watermark embedding method, an electronic watermark detection method, an electronic watermark embedding device, an electronic watermark detection device, a program, and a computer-readable recording medium according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Shall be explained.
１．実施の形態１
１−１．システム構成
図３（電子透かしの埋め込み処理のシステム構成）には、本発明の実施の形態の一例による電子透かし埋め込み装置のブロック構成説明図が示されており、この電子透かし埋め込み装置１０は、電子透かし情報を透かしパターン画像発生部１６（後述する。）へ入力する電子透かし情報入力部１２と、透かし基本パターンを発生して当該発生した透かし基本パターンを透かしパターン画像発生部１６へ入力する透かし基本パターン発生部１４と、電子透かし情報入力部１２から入力された電子透かし情報と透かし基本パターン発生部１４から入力された基本パターンとに基づいて透かしパターン画像を発生する透かしパターン画像発生部１６と、入力された電子透かし埋め込み対象動画から当該電子透かし埋め込み対象動画を構成する各フレーム画像を抽出するフレーム画像抽出部１８と、フレーム画像抽出部１８で抽出された各フレーム画像に透かしパターン画像発生部１６で発生した透かしパターン画像を挿入して埋め込む処理をすることにより透かしパターン画像挿入フレーム画像を生成する透かしパターン画像埋め込み処理部２０と、透かしパターン画像埋め込み処理部２０で生成された透かしパターン画像挿入フレーム画像を合成して電子透かし埋め込み後の動画を生成して出力する透かしパターン画像挿入フレーム画像合成部２２とを有して構成されている。
1. Embodiment 1
1-1. System Configuration FIG. 3 (system configuration of the digital watermark embedding process) shows a block configuration explanatory diagram of a digital watermark embedding device according to an example of the embodiment of the present invention. An electronic watermark information input unit 12 that inputs watermark information to a watermark pattern image generation unit 16 (described later), and a watermark basic that generates a watermark basic pattern and inputs the generated watermark basic pattern to the watermark pattern image generation unit 16. A pattern generation unit 14, a watermark pattern image generation unit 16 that generates a watermark pattern image based on the digital watermark information input from the digital watermark information input unit 12 and the basic pattern input from the watermark basic pattern generation unit 14, The digital watermark embedding target video is composed of the input digital watermark embedding target video. A frame image extracting unit 18 for extracting each frame image to be formed, and processing for inserting and embedding the watermark pattern image generated by the watermark pattern image generating unit 16 in each frame image extracted by the frame image extracting unit 18 A watermark pattern image embedding processing unit 20 that generates a watermark pattern image inserting frame image and a watermark pattern image inserting frame image generated by the watermark pattern image embedding processing unit 20 are combined to generate and output a moving image after embedding a digital watermark. And a watermark pattern image inserting frame image synthesizing unit 22.
１−２．透かし基本パターンの発生
次に、透かし基本パターン発生部１４における、透かし基本パターンを発生する処理の詳細について説明する。
まず、透かし基本パターンについて説明すると、透かし基本パターンは、電子透かし情報入力部１２により入力される「０」と「１」との２値よりなる電子透かし情報の「０」と「１」とを表すパターンである。
こうした透かし基本パターンは、透かし基本パターン発生部１４において、以下の処理を行うことにより発生する。
ここで、図４（透かし基本パターン発生処理ルーチン）には、透かし基本パターン発生部１４において実行される透かし基本パターン発生処理ルーチンのフローチャートが示されており、この図４に示すフローチャートを参照しながら、透かし基本パターンの発生処理について説明する。
なお、この透かし基本パターン発生処理ルーチンは、例えば、予め設定された起動コマンドを入力することによりその実行が開始される。
透かし基本パターン発生処理ルーチンが起動すると、まず、周波数空間に透かし基本パターンの基底を作成する（ステップＳ４０２）。
ここで、この実施の形態においては、透かし基本パターンの基底は、６４×６４ピクセルに定義されるものとする。
次に、ステップＳ４０２で作成した透かし基本パターンの基底に、パターンの周波数成分を挿入する（ステップＳ４０４）。
より詳細には、透かし基本パターンの基底における基本成分は、図５（透かし基本パターンの周波数エリア（基底））に示す透かしパターンの基底の４隅における微細ドット模様で示す４つの低周波数成分エリアに、４×ｎ（ただし、１＜ｎ＜８である。）本の基本成分を、それぞれ４×ｎ個の位置、即ち、（ｕｎ１，ｖｎ１）、（ｕｎ２，ｖｎ２）、（ｕｎ３，ｖｎ３）、（ｕｎ４，ｖｎ４）に挿入して作成される。
ここで、（ｕｎ１，ｖｎ１）、（ｕｎ２，ｖｎ２）、（ｕｎ３，ｖｎ３）、（ｕｎ４，ｖｎ４）の位置づけは、以下の式（１）により表される。
式（１）：
ここで、ｎ＝２の場合を例にして説明すると、成分（ｕ１１，ｖ１１）と（ｕ２１，ｖ２１）の位置が、それぞれ（３，６）と（６，３）に定義された場合、成分（ｕ１２，ｖ１２）と（ｕ２２，ｖ２２）、（ｕ１３，ｖ１３）と（ｕ２３，ｖ２３）、（ｕ１４，ｖ１４）と（ｕ２４，ｖ２４）の位置は、それぞれ（６０，６）と（５７，３）、（３，５７）と（６，６０）、（６０，５７）と（５７，６０）になる。
次に、ステップＳ４０４で作成した基本成分を挿入した透かし基本パターンの基底を逆フーリエ変換することにより、画像空間での透かし基本パターンを発生し、画像空間での透かし基本パターンを取得し（ステップＳ４０６）、この透かし基本パターン発生処理ルーチンを終了する。
ここで、図６（ａ）（発生した透かし基本パターンの例（２値化））に示す透かし基本パターンは、パターンの基本成分が、ｎ＝２，ｕ１１＝６，ｖ１１＝３，ｕ２１＝３，ｖ２１＝６で構成した例を表している。
ここで、上記のようにして作成した透かし基本パターンの最大の特徴は、パターンのサイズが倍以上で縮小されても、図６（ｂ）（画像サイズを倍以上縮小された透かし基本パターン）に示すように、基本パターンの形状に変更がないことである。
1-2. Generation of Watermark Basic Pattern Next, details of the processing for generating the watermark basic pattern in the watermark basic pattern generation unit 14 will be described.
First, the watermark basic pattern will be described. The watermark basic pattern is obtained by adding “0” and “1” of digital watermark information composed of binary values “0” and “1” input by the digital watermark information input unit 12. It is a pattern to represent.
Such a watermark basic pattern is generated by performing the following processing in the watermark basic pattern generation unit 14.
Here, FIG. 4 (watermark basic pattern generation processing routine) shows a flowchart of the watermark basic pattern generation processing routine executed in the watermark basic pattern generation unit 14, while referring to the flowchart shown in FIG. The watermark basic pattern generation process will be described.
The execution of this watermark basic pattern generation processing routine is started, for example, by inputting a preset activation command.
When the watermark basic pattern generation processing routine is started, first, the base of the watermark basic pattern is created in the frequency space (step S402).
Here, in this embodiment, the base of the watermark basic pattern is defined to be 64 × 64 pixels.
Next, the frequency component of the pattern is inserted into the base of the watermark basic pattern created in step S402 (step S404).
More specifically, the basic components at the base of the watermark basic pattern are divided into four low-frequency component areas indicated by fine dot patterns at the four corners of the base of the watermark pattern shown in FIG. 5 (frequency area (base) of the watermark basic pattern). 4 × n (where 1 <n <8) basic components are divided into 4 × n positions, that is, (u n1 , v n1 ), (u n2 , v n2 ), (u n3 , vn3 ) and ( un4 , vn4 ).
Here, the positioning of (u n1 , v n1 ), (u n2 , v n2 ), (u n3 , v n3 ), (u n4 , v n4 ) is expressed by the following equation (1).
Formula (1):
Here, the case of n = 2 will be described as an example. The positions of the components (u 11 , v 11 ) and (u 21 , v 21 ) are defined as (3, 6) and (6, 3), respectively. In this case, the components (u 12 , v 12 ) and (u 22 , v 22 ), (u 13 , v 13 ) and (u 23 , v 23 ), (u 14 , v 14 ) and (u 24 , v 24 ) Are (60, 6) and (57, 3), (3, 57) and (6, 60), (60, 57) and (57, 60), respectively.
Next, by performing inverse Fourier transform on the base of the watermark basic pattern into which the basic component created in step S404 is inserted, a watermark basic pattern in the image space is generated, and a watermark basic pattern in the image space is acquired (step S406). ), This watermark basic pattern generation processing routine is terminated.
Here, in the watermark basic pattern shown in FIG. 6A (example of generated watermark basic pattern (binarization)), the basic components of the pattern are n = 2, u 11 = 6, v 11 = 3, u. In this example, 21 = 3 and v 21 = 6.
Here, the greatest feature of the watermark basic pattern created as described above is shown in FIG. 6B (watermark basic pattern in which the image size is reduced more than twice) even if the pattern size is reduced by more than twice. As shown, there is no change in the shape of the basic pattern.
１−３．透かしパターン画像の発生
次に、透かしパターン画像発生部１６における、透かしパターン画像を発生する処理の詳細について説明する。
透かしパターン画像発生部１６における透かしパターン画像の発生に際しては、透かしパターン画像埋め込み処理部２０において、フレーム画像抽出部１８で抽出した電子透かし埋め込み対象動画を構成する各フレーム画像の１フレーム画像毎に電子透かし情報を挿入するものであるため、透かし基本パターン発生部１４で発生された透かし基本パターンを用いて、電子透かし埋め込み対象動画を構成する各フレーム画像と同じサイズの透かしパターン画像を作成することになる。
この透かしパターン画像発生部１６において実行される透かしパターン画像の発生処理の概要について説明すると、まず、基本サイズの透かしパターン画像を発生し、この発生した基本サイズの透かしパターン画像を電子透かし埋め込み対象動画を構成する各フレーム画像の画像サイズに拡大（または縮小）し、この拡大（または縮小）した透かしパターン画像を透かしパターン埋め込み処理部で用いる透かしパターン画像として発生する。
なお、この実施の形態においては、透かしパターン画像の基本サイズは、ＱＶＧＡサイズ（３２０×２４０ピクセル）に定義されるものとする。また、１つの透かしパターン画像に埋め込む透かし情報は、１５ビットであるものとする。
ここで、図７（透かしパターン画像発生処理ルーチン）には、透かしパターン画像発生部１６において実行される透かしパターン画像発生処理ルーチンのフローチャートが示されており、この図７に示すフローチャートを参照しながら、透かしパターン画像の発生処理について詳細に説明する。
なお、この透かしパターン画像発生処理ルーチンは、例えば、予め設定された起動コマンドを入力することによりその実行が開始される。
透かしパターン画像発生処理ルーチンが起動されると、まず、図８（基本サイズ（３２０×２４０ピクセル）の透かしパターン画像のブロック分割）に示す基本サイズの透かしパターン画像（この実施の形態においては、基本サイズはＱＶＧＡサイズ（３２０×２４０ピクセル）である。）をブロック分割する（ステップＳ７０２）。
より詳細には、図８に示す基本サイズたるＱＶＧＡサイズの透かしパターン画像における微細ドット模様で表示する部分を、６４×６４ピクセルのブロック単位で１５ブロックに分割する。
次に、電子透かし情報入力部１２から入力された１５ビットの電子透かし情報により、透かし基本パターンを挿入する（ステップＳ７０４）。
より詳細には、式（２）に表すように、電子透かし情報入力部１２から入力された１５ビットの電子透かし情報（ビットストリーム）によって、透かし基本パターン発生部１４で発生した透かし基本パターン（Ｗ）を、図８に示すブロックパターンＰｎ（ｎ＝１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５）に挿入し、基本サイズの透かしパターン画像（以下、「基本サイズの透かしパターン画像」を「基本透かしパターン画像」と適宜に称する。）を発生する。
式（２）：
次に、ステップＳ７０４で発生した基本透かしパターン画像の画像サイズを、フレーム画像抽出部１８で抽出した電子透かし埋め込み対象動画を構成する各フレーム画像の画像サイズ（以下、「フレーム画像抽出部１８で抽出した電子透かし埋め込み対象動画を構成する各フレーム画像の画像サイズ」を「実フレームサイズ」と適宜に称する。）に拡大（または縮小）し（ステップＳ７０６）、この透かしパターン画像発生処理ルーチンの処理を終了する。
より詳細には、ステップＳ７０４で発生した基本透かしパターン画像の画像サイズを実フレームサイズに拡大（または縮小）し、この拡大（または縮小）した実フレームサイズの透かしパターン画像を透かしパターン埋め込み処理部２０で用いる透かしパターン画像として発生して、この透かしパターン画像発生処理ルーチンの処理を終了する。
1-3. Generation of Watermark Pattern Image Next, details of the process of generating a watermark pattern image in the watermark pattern image generation unit 16 will be described.
When the watermark pattern image generation unit 16 generates a watermark pattern image, the watermark pattern image embedding processing unit 20 performs electronic processing for each frame image of each frame image constituting the digital watermark embedding target moving image extracted by the frame image extraction unit 18. Since the watermark information is inserted, the watermark basic pattern generated by the watermark basic pattern generation unit 14 is used to create a watermark pattern image having the same size as each frame image constituting the digital watermark embedding target moving image. Become.
The outline of the watermark pattern image generation processing executed in the watermark pattern image generation unit 16 will be described. First, a basic size watermark pattern image is generated, and the generated basic size watermark pattern image is converted into a digital watermark embedding target moving image. Is enlarged (or reduced) to the image size of each frame image, and the enlarged (or reduced) watermark pattern image is generated as a watermark pattern image used in the watermark pattern embedding processing unit.
In this embodiment, the basic size of the watermark pattern image is defined as the QVGA size (320 × 240 pixels). Also, it is assumed that the watermark information embedded in one watermark pattern image is 15 bits.
Here, FIG. 7 (watermark pattern image generation processing routine) shows a flowchart of the watermark pattern image generation processing routine executed in the watermark pattern image generation unit 16, with reference to the flowchart shown in FIG. The watermark pattern image generation process will be described in detail.
The execution of this watermark pattern image generation processing routine is started by, for example, inputting a preset activation command.
When the watermark pattern image generation processing routine is started, first, a basic size watermark pattern image shown in FIG. 8 (block division of a basic size (320 × 240 pixels) watermark pattern image) (in this embodiment, a basic pattern image) The size is QVGA size (320 × 240 pixels). The block is divided (step S702).
More specifically, a portion to be displayed as a fine dot pattern in the QVGA size watermark pattern image as the basic size shown in FIG. 8 is divided into 15 blocks in units of 64 × 64 pixels.
Next, a watermark basic pattern is inserted using the 15-bit digital watermark information input from the digital watermark information input unit 12 (step S704).
More specifically, as represented by Expression (2), the watermark basic pattern (W) generated by the watermark basic pattern generation unit 14 based on the 15-bit digital watermark information (bit stream) input from the digital watermark information input unit 12. ) Is inserted into the block pattern P n (n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15) shown in FIG. Watermark pattern image (hereinafter, “basic size watermark pattern image” will be referred to as “basic watermark pattern image” as appropriate).
Formula (2):
Next, the image size of the basic watermark pattern image generated in step S704 is extracted from the image size of each frame image constituting the digital watermark embedding target moving image extracted by the frame image extracting unit 18 (hereinafter, “extracted by the frame image extracting unit 18”). The image size of each frame image constituting the digital watermark embedding target moving image ”is enlarged (or reduced) appropriately (referred to as“ actual frame size ”) (step S706), and the processing of this watermark pattern image generation processing routine is performed. finish.
More specifically, the image size of the basic watermark pattern image generated in step S704 is enlarged (or reduced) to the actual frame size, and the watermark pattern image having the enlarged (or reduced) actual frame size is added to the watermark pattern embedding processing unit 20. Is generated as a watermark pattern image to be used in the above, and the processing of this watermark pattern image generation processing routine is terminated.
１−４．フレーム画像への透かしパターン画像の挿入
次に、透かしパターン画像埋め込み処理部２０における、フレーム画像抽出部１８で抽出した電子透かし埋め込み対象動画を構成する各フレーム画像へ透かしパターン画像を挿入して埋め込む処理の詳細について説明する。
即ち、透かしパターン画像発生部１６で発生した透かしパターン画像を、フレーム画像抽出部１８で抽出した電子透かし埋め込み対象動画を構成する各フレーム画像のそれぞれに挿入する場合には、図９（連続する２つのフレーム画像に透かしパターン画像を反転して埋め込む方法）に示すように、フレーム画像抽出部１８で抽出した電子透かし埋め込み対象動画を構成するｎ個のフレーム画像（Ｆｎ，ｎ＝１，２，３，・・・，ｎ−１，ｎ ただし、ｎは正の整数である。）を前後連続２フレームずつで１組みにして、式（３）に示すように順位が奇数の場合、即ち、ｎが奇数の場合には足し算（加算）により、また、順位が偶数の場合、即ち、ｎが偶数の場合には引き算（減算）により、ｎ個のフレーム画像（Ｆｎ，ｎ＝１，２，３，・・・，ｎ−１，ｎ ただし、ｎは正の整数である。）と透かしパターン画像発生部１６で１５ビットの電子透かし情報により発生した透かしパターン画像（Ｗｎ，ｎ＝１，２，３，・・・，ｎ−１，ｎ ただし、ｎは正の整数である。）とを合成することによりフレーム画像に透かしパターン画像を挿入して、フレーム画像に透かしパターン画像を埋め込んだ透かしパターン画像挿入フレーム画像を生成する。
式（３）：
なお、透かしパターン画像埋め込み処理部２０で生成された透かしパターン画像挿入フレーム画像は、透かしパターン画像挿入フレーム画像合成部２２により電子透かし埋め込み後動画として合成されて出力され、電子透かし埋め込み後動画は動画ファイルに保存されたり動画配信されたりして利用に供される。
ここで、透かしパターン画像埋め込み処理部２０による上記した手法で透かしパターン画像を挿入された電子透かし埋め込み後動画は、以下に示すような優れた２つの特徴点を備えている。
第１の特徴点：透かしパターン画像埋め込み処理部２０による上記した手法で透かしパターン画像を挿入された電子透かし埋め込み後動画を再生したときには、人間の目に残る前後フレーム画像の平均像ＦＷにおいては、式（４）に示す人間の目での平均効果によって、図１０（前後のフレームで透かしパターン画像を反転して挿入する方法により作成した電子透かし埋め込み後動画を再生するときのノイズの影響の改善効果）に示すように透かしパターン画像（Ｗ１，Ｗ２）のノイズの影響が小さくなる。
式（４）：
第２の特徴点：後に詳述するように、透かしパターン画像埋め込み処理部２０による上記した手法で透かしパターン画像を挿入された電子透かし埋め込み後動画から透かしパターン画像を検出するときに、前後フレームに残る画像の残差による透かしパターン画像の検出への影響が最小限になる。
1-4. Insertion of watermark pattern image into frame image Next, the watermark pattern image embedding processing unit 20 inserts and embeds a watermark pattern image into each frame image constituting the digital watermark embedding target moving image extracted by the frame image extracting unit 18 Details will be described.
That is, when the watermark pattern image generated by the watermark pattern image generation unit 16 is inserted into each of the frame images constituting the digital watermark embedding target moving image extracted by the frame image extraction unit 18, FIG. As shown in the method of inverting and embedding a watermark pattern image in one frame image), n frame images (Fn, n = 1, 2, 3) constituting the digital watermark embedding target moving image extracted by the frame image extracting unit 18 ,..., N-1, n (where n is a positive integer)) is a pair of two consecutive frames before and after, and the order is odd as shown in equation (3), that is, n When n is an odd number, addition (addition) is performed, and when the rank is an even number, that is, when n is an even number, subtraction (subtraction) results in n frame images (Fn, n = 1, 2, 3). , ... .., N−1, n where n is a positive integer) and a watermark pattern image (Wn, n = 1, 2, 3,...) Generated by the watermark pattern image generator 16 using 15-bit digital watermark information. .., N−1, n (where n is a positive integer)), a watermark pattern image is inserted into the frame image, and the watermark pattern image is embedded in the frame image. Generate an image.
Formula (3):
The watermark pattern image insertion frame image generated by the watermark pattern image embedding processing unit 20 is synthesized and output as a moving image after embedding a digital watermark by the watermark pattern image inserting frame image synthesizing unit 22, and the moving image after embedding the digital watermark is a moving image. It is saved in a file or delivered as a video for use.
Here, the digital watermark-embedded moving image into which the watermark pattern image is inserted by the watermark pattern image embedding processing unit 20 as described above has two excellent feature points as described below.
First feature point: When a moving image after embedding a digital watermark into which a watermark pattern image has been inserted by the above-described method by the watermark pattern image embedding processing unit 20 is reproduced, an average image FW of frame images remaining before and after human eyes is Improvement of the influence of noise when reproducing a moving image after embedding a digital watermark created by the method of inserting the watermark pattern image in the previous and next frames by inverting the watermark pattern by the average effect of the human eye shown in Equation (4) (Effect), the influence of noise on the watermark pattern image (W1, W2) is reduced.
Formula (4):
Second feature point: As described in detail later, when a watermark pattern image is detected from a digital watermark-embedded moving image into which a watermark pattern image has been inserted by the watermark pattern image embedding processing unit 20 as described above, The influence on the detection of the watermark pattern image by the residual of the remaining image is minimized.
２．実施の形態２
２−１．システム構成
図１１（透かしの検出処理のシステム構成）には、本発明の実施の形態の一例による電子透かし検出装置のブロック構成説明図が示されており、この電子透かし検出装置１００は、上記した実施の形態１による電子透かし埋め込み装置１０により透かしパターン画像を挿入された電子透かし埋め込み後動画を入力して、当該電子透かし埋め込み後動画を構成する各フレーム画像を抽出するフレーム画像抽出部１０２と、フレーム画像抽出部１８で抽出された各フレーム画像から透かしパターン画像を検出する透かしパターン画像検出処理部１０４と、透かしパターン画像検出処理部１０４により検出された透かしパターン画像から電子透かし情報を検出する電子透かし情報検出処理部１０６とを有して構成されている。
2. Embodiment 2
2-1. System Configuration FIG. 11 (system configuration of watermark detection processing) shows a block configuration explanatory diagram of a digital watermark detection apparatus according to an example of the embodiment of the present invention. A frame image extraction unit 102 for inputting a moving image after embedding a digital watermark into which a watermark pattern image has been inserted by the digital watermark embedding device 10 according to the first embodiment, and extracting each frame image constituting the moving image after embedding the digital watermark; A watermark pattern image detection processing unit 104 that detects a watermark pattern image from each frame image extracted by the frame image extraction unit 18, and an electronic device that detects digital watermark information from the watermark pattern image detected by the watermark pattern image detection processing unit 104 And a watermark information detection processing unit 106.
２−２．動作
透かしパターン画像検出処理部１０４は、上記した実施の形態１による電子透かし埋め込み装置１０の透かしパターン画像の挿入方法により作成した電子透かし埋め込み後動画のフレームから、挿入された透かしパターン画像を検出するときは、図１２（前後のフレームで透かしパターン画像を反転して挿入する方法により作成した電子透かし埋め込み後動画から透かしパターン画像を検出する際の改善効果）に示すように、式（５）で示す演算、即ち、連続する透かしパターン画像挿入フレームを用いて一方から他方を減算する処理を行えばよく、電子透かし埋め込み後動画から透かしパターン画像を検出するときに、前後フレームに残る画像の残差による透かしパターン画像の検出への影響が最小限になる。
なお、式（５）においては、透かしパターン画像を挿入された連続する２個のフレーム画像たる透かしパターン画像挿入フレーム画像の一方から他方を引き算（減算）する際に、連続する２個の透かしパターン画像挿入フレーム画像の上記一方は、透かしパターン画像を足し算（加算）することにより挿入して埋め込まれたものであり、連続する２個のフレーム画像の上記他方は、透かしパターン画像を引き算（減算）することにより挿入して埋め込まれたものである。
即ち、一般に、動画における各前後フレームの変換は少ないので、式（５）で前後フレームを引き算することにより得られる両者の差分である前後フレームに残る画像の残差は小さな値となり、このため透かしパターン画像を検出する際における影響を最小限にすることができる。
式（５）：
In Expression (5), when subtracting (subtracting) the other one of the watermark pattern image insertion frame images, which are two consecutive frame images into which the watermark pattern image has been inserted, The one of the image insertion frame images is inserted and embedded by adding (adding) the watermark pattern image, and the other of the two consecutive frame images is subtracting (subtracting) the watermark pattern image. It is inserted and embedded by doing.
That is, generally, since there is little conversion of each frame before and after in a moving image, the residual of the image remaining in the frame before and after which is obtained by subtracting the frame before and after in Equation (5) is a small value. The influence on detecting the pattern image can be minimized.
Formula (5):
３．実施の形態３
次に、透かしの埋め込み処理の変形例について説明すると、上記において説明した動画透かし埋め込み手法によりＮ×１５ビットの電子透かし情報を２×Ｎ枚のフレーム画像に挿入する場合には、図１３（動画のフレームへの電子透かし情報の埋め込み）のフローチャートに示すように、下記の処理を行えばよい。
ステップＳ１３０２：透かし基本パターンを作成する（上記「１−２．透かし基本パターンの発生」を参照する。）。
ステップＳ１３０４：Ｎ×１５ビットの電子透かし情報により、Ｎ枚の基本サイズ（基本サイズは、ＱＶＧＡサイズ（３２０×２４０ピクセル）である。）の透かしパターン画像を作成する（上記「１−３．透かしパターン画像の発生」を参照する。）。
ステップＳ１３０６：透かしパターン画像を挿入するフレームの画像サイズがＮ枚の基本サイズ（基本サイズは、ＱＶＧＡサイズ（３２０×２４０ピクセル）である。）以上になる場合には、発生したＮ枚の基本サイズの透かしパターン画像を実フレームサイズに拡大する。
ステップＳ１３０８：２×Ｎ枚のフレーム画像を取得する。
ステップＳ１３１０：２枚連続のフレームに１枚の透かしパターン画像を前後反転して挿入することで、Ｎ枚の透かしパターン画像を２×Ｎ枚のフレームに挿入する。
そして、透かしパターン画像を挿入すべき全てのフレームの処理を終わるまで、ステップＳ１３０８とステップＳ１３１０とを繰り返し実行する。
3. Embodiment 3
Next, a modified example of the watermark embedding process will be described. When N × 15-bit digital watermark information is inserted into 2 × N frame images by the moving image watermark embedding method described above, FIG. As shown in the flowchart of (embedding digital watermark information in the frame), the following processing may be performed.
Step S1302: A watermark basic pattern is created (see “1-2. Generation of Watermark Basic Pattern” above).
Step S1304: Based on the N × 15-bit digital watermark information, a watermark pattern image of N basic sizes (the basic size is a QVGA size (320 × 240 pixels)) is created (see “1-3. Watermark” above). See “Generating Pattern Images”).
Step S1306: If the image size of the frame into which the watermark pattern image is inserted is equal to or larger than N basic sizes (the basic size is the QVGA size (320 × 240 pixels)), the generated N basic sizes The watermark pattern image is enlarged to the actual frame size.
Step S1308: 2 × N frame images are acquired.
Step S1310: N watermark pattern images are inserted into 2 × N frames by inserting one watermark pattern image into two consecutive frames while being inverted.
Steps S1308 and S1310 are repeatedly executed until the processing of all the frames into which the watermark pattern image is to be inserted is completed.
４．各実施の形態の変形例
上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（４）に示すように変形することができるものである。
（１）上記した実施の形態１においては、電子透かし埋め込み装置について説明したが、本発明は、例えば、パーソナルコンピューターなどの汎用コンピューターなどを用いて、本発明による電子透かし埋め込み方法を実行させるプログラムによって具現化することもできる。即ち、電子透かし埋め込みプログラムをコンピュータに実行させて、図３に示す各構成要素として機能させることにより、本発明による電子透かし埋め込みを実行することができるものである。
（２）上記した実施の形態２においては、電子透かし検出装置について説明したが、本発明は、例えば、パーソナルコンピューターなどの汎用コンピューターなどを用いて、本発明による電子透かし検出方法を実行させるプログラムによって具現化することもできる。即ち、電子透かし検出プログラムをコンピュータに実行させて、図１１に示す各構成要素として機能させることにより、本発明による電子透かし検出を実行することができるものである。
（３）上記した実施の形態においては、連続するフレーム画像が奇数番目の場合には当該フレーム画像に透かしパターン画像を足し算（加算）して挿入し、一方、連続するフレーム画像が偶数番目の場合には当該フレーム画像から透かしパターン画像を引き算（減算）して挿入したが、これに限られるものではないことは勿論である。即ち、上記とは逆に、連続するフレーム画像が奇数番目の場合には、当該フレーム画像から透かしパターン画像を引き算（減算）して挿入し、一方、連続するフレーム画像が偶数番目の場合には、当該フレーム画像に透かしパターン画像を足し算（加算）して挿入するようにしてもよい。
（４）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（３）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
4). Modification Examples of Each Embodiment The above-described embodiment can be modified as shown in the following (1) to (4).
(1) In the first embodiment described above, the digital watermark embedding apparatus has been described. However, the present invention uses, for example, a program for executing the digital watermark embedding method according to the present invention using a general-purpose computer such as a personal computer. It can also be embodied. That is, the electronic watermark embedding according to the present invention can be executed by causing the computer to execute the electronic watermark embedding program and function as each component shown in FIG.
(2) In the above-described second embodiment, the digital watermark detection apparatus has been described. However, the present invention uses, for example, a program for executing the digital watermark detection method according to the present invention using a general-purpose computer such as a personal computer. It can also be embodied. That is, the electronic watermark detection program according to the present invention can be executed by causing a computer to execute the electronic watermark detection program and function as each component shown in FIG.
(3) In the above-described embodiment, when consecutive frame images are odd-numbered, a watermark pattern image is added (added) to the frame image and inserted. On the other hand, when consecutive frame images are even-numbered Although the watermark pattern image is subtracted (subtracted) from the frame image and inserted, it is needless to say that the present invention is not limited to this. That is, contrary to the above, when the consecutive frame images are odd-numbered, the watermark pattern image is subtracted (subtracted) from the frame image and inserted. On the other hand, when the consecutive frame images are even-numbered, The watermark pattern image may be added (added) to the frame image and inserted.
(4) You may make it combine suitably the embodiment shown above and the modification shown in said (1) thru | or (3).
本発明は、動画に電子透かしを埋め込んだ入り、動画に埋め込んだ電子透かしを検出する際に利用することができるものである。 The present invention can be used when an electronic watermark is embedded in a moving image and a digital watermark embedded in the moving image is detected.
Claims (15)
動画を構成する各フレーム画像に電子透かしとして埋め込まれる透かしパターン画像は、
周波数空間に基底を作成し、
前記基底にパターンの基本成分を挿入し、
前記基本成分を挿入した基底を逆フーリエ変換する
ことにより作成される
ことを特徴とする電子透かし埋め込み方法。In a digital watermark embedding method for inserting and embedding a watermark pattern image as a digital watermark in each frame image constituting a moving image,
A watermark pattern image embedded as a digital watermark in each frame image constituting a movie is
Create a basis in frequency space,
Insert the basic component of the pattern into the base,
An electronic watermark embedding method, comprising: generating a base into which the basic component is inserted by performing an inverse Fourier transform.
動画を構成する連続するフレーム画像のそれぞれに、電子透かしとして透かしパターン画像を交互に足し算あるいは引き算することにより挿入して埋め込む
ことを特徴とする電子透かし埋め込み方法。In a digital watermark embedding method for inserting and embedding a watermark pattern image as a digital watermark in each frame image constituting a moving image,
A digital watermark embedding method, wherein a watermark pattern image is inserted and embedded by alternately adding or subtracting as a digital watermark into each of continuous frame images constituting a moving image.
前記透かしパターン画像は、
周波数空間に基底を作成し、
前記基底にパターンの基本成分を挿入し、
前記基本成分を挿入した基底を逆フーリエ変換する
ことにより作成される
ことを特徴とする電子透かし埋め込み方法。The digital watermark embedding method according to claim 2,
The watermark pattern image is
Create a basis in frequency space,
Insert the basic component of the pattern into the base,
An electronic watermark embedding method, comprising: generating a base into which the basic component is inserted by performing an inverse Fourier transform.
動画を構成する各フレーム画像に電子透かしとして埋め込まれる透かしパターン画像を生成する透かしパターン画像生成手段と、
前記透かしパターン画像生成手段により生成された透かしパターン画像を動画を構成する各フレーム画像に挿入して埋め込む透かしパターン画像埋め込み手段と
を有し、
前記透かしパターン画像生成手段は、
周波数空間に基底を作成する基底作成手段と、
前記基底作成手段により作成された基底にパターンの基本成分を挿入する挿入手段と、
前記挿入手段により基本成分を挿入した基底を逆フーリエ変換して透かしパターン画像を生成する生成手段と
を有する
ことを特徴とする電子透かし埋め込み装置。In a digital watermark embedding device that inserts and embeds a watermark pattern image as a digital watermark in each frame image constituting a video,
Watermark pattern image generation means for generating a watermark pattern image to be embedded as a digital watermark in each frame image constituting a moving image;
Watermark pattern image embedding means for embedding by inserting the watermark pattern image generated by the watermark pattern image generating means into each frame image constituting the moving image;
The watermark pattern image generating means
A basis creation means for creating a basis in a frequency space;
Inserting means for inserting a basic component of a pattern into the base created by the base creating means;
An electronic watermark embedding apparatus, comprising: generation means for generating a watermark pattern image by performing inverse Fourier transform on a base into which a basic component has been inserted by the insertion means.
動画を構成する各フレーム画像に電子透かしとして埋め込まれる透かしパターン画像を生成する透かしパターン画像生成手段と、
前記透かしパターン画像生成手段により生成された透かしパターン画像を動画を構成する各フレーム画像に挿入して埋め込む透かしパターン画像埋め込み手段と
を有し、
前記透かしパターン画像埋め込み手段は、連続する前記フレーム画像のそれぞれに前記透かしパターン画像を交互に足し算あるいは引き算することにより挿入して埋め込む
ことを特徴とする電子透かし埋め込み装置。In a digital watermark embedding device that inserts and embeds a watermark pattern image as a digital watermark in each frame image constituting a video,
Watermark pattern image generation means for generating a watermark pattern image to be embedded as a digital watermark in each frame image constituting a moving image;
Watermark pattern image embedding means for embedding by inserting the watermark pattern image generated by the watermark pattern image generating means into each frame image constituting the moving image;
The digital watermark embedding device, wherein the watermark pattern image embedding unit inserts and embeds the watermark pattern image in each successive frame image by alternately adding or subtracting.
前記透かしパターン画像生成手段は、
周波数空間に基底を作成する基底作成手段と、
前記基底作成手段により作成された基底にパターンの基本成分を挿入する挿入手段と、
前記挿入手段により基本成分を挿入した基底を逆フーリエ変換して透かしパターン画像を生成する生成手段と
を有する
ことを特徴とする電子透かし埋め込み装置。The digital watermark embedding apparatus according to claim 5,
The watermark pattern image generating means
A basis creation means for creating a basis in a frequency space;
Inserting means for inserting a basic component of a pattern into the base created by the base creating means;
An electronic watermark embedding apparatus, comprising: generation means for generating a watermark pattern image by performing inverse Fourier transform on a base into which a basic component has been inserted by the insertion means.
透かしパターン画像を挿入された連続する２個のフレーム画像の一方から他方を引き算し、該引き算の算出結果から透かしパターン画像を検出する
ことを特徴とする電子透かし検出方法。In a digital watermark detection method for detecting a watermark pattern image embedded as a digital watermark in each frame image constituting a moving image,
A digital watermark detection method, comprising: subtracting one from two consecutive frame images into which a watermark pattern image is inserted, and detecting the watermark pattern image from a calculation result of the subtraction.
前記連続する２個のフレーム画像の前記一方は、前記透かしパターン画像を足し算することにより挿入して埋め込まれ、前記連続する２個のフレーム画像の前記他方は、前記透かしパターン画像を引き算することにより挿入して埋め込まれたものである
ことを特徴とする電子透かし検出方法。The digital watermark detection method according to claim 7,
The one of the two consecutive frame images is inserted and embedded by adding the watermark pattern image, and the other of the two consecutive frame images is calculated by subtracting the watermark pattern image. An electronic watermark detection method characterized by being inserted and embedded.
透かしパターン画像を挿入された連続する２個のフレーム画像の一方から他方を引き算する引き算手段と、
前記引き算手段による引き算の算出結果から透かしパターン画像を検出する検出手段と
を有することを特徴とする電子透かし検出装置。In a digital watermark detection apparatus for detecting a watermark pattern image embedded as a digital watermark in each frame image constituting a moving image,
Subtracting means for subtracting one of two consecutive frame images into which the watermark pattern image has been inserted;
An electronic watermark detection apparatus comprising: detection means for detecting a watermark pattern image from a subtraction calculation result by the subtraction means.
前記連続する２個のフレーム画像の前記一方は、前記透かしパターン画像を足し算することにより挿入して埋め込まれ、前記連続する２個のフレーム画像の前記他方は、前記透かしパターン画像を引き算することにより挿入して埋め込まれたものである
ことを特徴とする電子透かし検出装置。The digital watermark detection apparatus according to claim 9, wherein
The one of the two consecutive frame images is inserted and embedded by adding the watermark pattern image, and the other of the two consecutive frame images is calculated by subtracting the watermark pattern image. An electronic watermark detection apparatus characterized by being inserted and embedded.
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