CN1496100A - 电子水印嵌入装置、电子水印检测装置、及其方法和记录媒体 - Google Patents

Abstract

一种电子水印嵌入装置，将数字图像信号分割成块，对各个块进行正交变换，变换成多个频率分量。根据从多个频率分量中提取的特征量，选择一个或多个频率分量。根据由嵌入信息形成的嵌入信号，按规定的规则来操控选择的频率分量的值。

Description

电子水印嵌入装置、电子水印检测装置、及其方法和记录媒体

技术领域

本发明涉及将对图像信号嵌入的信息作为电子水印的嵌入装置、以及从图像信号中检测电子水印的装置及其方法和记录了用于执行该方法的程序的媒体。

背景技术

近年来，作为电子化的声音或图像数据的数字内容正在增加。由于能够简单地复制与原版完全相同的数字内容，所以内容的著作权的保护是重要的课题。非法复制、分发的内容与原版没有区别，所以难以出示主张内容的著作权的证据，正在研究著作权保护的方法。

作为数字内容的著作权保护的方法，正在利用着“电子水印”。所谓电子水印，是指在图像数据中嵌入数据，而使人不能感觉图像质量恶化，从该嵌入图像数据中检测嵌入的数据的技术。

作为现有的电子水印嵌入装置，公开于(日本)特开2000-175161号公报(专利文献1)。

以下，用图18来详细说明该现有技术。图18是现有的电子水印嵌入装置的方框图。

在图18中，块分割部1401将活动图像帧(图像数据)进行块分割，块提取部件1402提取由模板1409指示的块。

提取出的块在DCT部1403中进行DCT处理，DCT系数提取部1404提取由模板1409指示的DCT系数。水印数据嵌入部件1405进行增大DCT系数值的处理，嵌入水印数据。

接着，逆DCT部1406对嵌入了水印的DCT系数值进行逆DCT，将图像块输出到块合成部1407。块合成部1407将图像块进行合成，生成1帧图像数据，输出到MPEG编码部1408。

MPEG编码部1408对图像数据进行编码并输出压缩图像数据。例如，图像数据库的服务器将该压缩图像数据配送给用户。

但是，根据现有技术，如果不经过DCT→逆DCT→MPEG编码的路径，则不能配送嵌入了电子水印的压缩图像数据。

另外，如下进行嵌入了水印数据的检测。

首先，比较嵌入了水印数据的块的DCT系数值的绝对值和相邻块的对应的DCT系数值的绝对值的平均值，在DCT系数值的绝对值与DCT系数值的绝对值的平均值相比相差预定的阈值以上时，检测为嵌入了水印数据。

因此，在检测对象块和对应于相邻块的图像复杂性极大不同的情况下，难以进行检测。例如，平坦的图像时，DCT系数的交流分量值小。而边缘多的图像情况下，DCT系数的交流分量大。在这些图像混合在检测对象块和相邻块中的情况下，在专利文献1记载的方法中，存在检测精度差的问题。

而且，在专利文献1记载的方法中，使用模板来确定嵌入电子水印的块，所以因对应于确定的块的图像复杂度，有时图像质量恶化。例如，在由模板确定的块为平坦的图像时，图像质量会因电子水印嵌入而恶化。

另外，作为这种电子水印嵌入方法，例如有特开平11-75166号公报(专利文献2)。专利文献2公开了以图像信号的多个像素为单位，重叠微小电平(1evel)的附加信息的方法。

其中，多个像素单位内的重叠电平图形如规定的固定图形那样，改变多个像素单位内的附加信息的重叠电平，并将附加信息重叠在图像信号上。

在专利文献2记载的方法中，通过对像素空间上各个像素产生微小的变化来嵌入电子水印，所以处理量大。例如，对于原来MPEG编码的图像，在嵌入电子水印时，一旦进行直至像素空间的解压处理，在嵌入电子水印后，需要再次进行编码处理，无法面对实时处理。

发明内容

本发明的第1目的在于提供一种块的图像不易受影响、检测精度高的电子水印技术。

本发明的第2目的在于提供一种抑制图像质量恶化的电子水印技术。

本发明的第3目的在于提供一种处理量小、并且与MPEG编码为代表的标准图像编码的亲和性高的电子水印技术。

在第1发明中，根据从多个频率分量中提取的第1特征量，选择一个或多个频率分量，根据第2特征量，按规定的规则来操控选择的一个或多个频率分量的值。

根据该结构，可以抑制图像质量恶化，可以减小处理量。

在第2发明中，按规定的规则来操控离散余弦变换过的一个或多个频率分量。

根据该结构，可以实现与使用了离散余弦变换的MPEG编码为代表的标准图像编码的亲和性高的电子水印嵌入。

在第3发明中，除了电子水印嵌入造成的变化大的区域以外，还选择与包含在该区域中的像素取接近的值的相邻的区域，并进行运算。

根据该结构，可以仅高效地提取电子水印嵌入造成的变化部分，块的图像不易受影响，可以提供检测精度更高的电子水印技术。

附图说明

图1是本发明第1实施方式的电子水印嵌入装置的方框图；

图2是本发明第1实施方式的电子水印嵌入装置的流程图；

图3是本发明第1实施方式的频率分量的说明图；

图4是本发明第1实施方式的嵌入处理的说明图；

图5(a)、图5(d)、图5(g)、图5(j)是本发明第1实施方式的操控例示图；

图5(b)、图5(e)、图5(h)、图5(k)是本发明第1实施方式的亮度变化量的例示图；

图5(c)、图5(f)、图5(i)、图5(1)是本发明第1实施方式的亮度变化分布的例示图；

图6(a)、图6(d)、图6(g)、图6(j)是本发明第1实施方式的操控例示图；

图6(b)、图6(e)、图6(h)、图6(k)是本发明第1实施方式的亮度变化量的例示图；

图6(c)、图6(f)、图6(i)、图6(1)是本发明第1实施方式的亮度变化分布的例示图；

图7(a)、图7(d)、图7(g)是本发明第1实施方式的操控例示图；

图7(b)、图7(e)、图7(h)是本发明第1实施方式的亮度变化量的例示图；

图7(c)、图7(f)、图7(i)是本发明第1实施方式的亮度变化分布的例示图；

图8是本发明第1实施方式的块的位置关系图；

图9是本发明第1实施方式的MPEG应用图；

图10是本发明第2实施方式的电子水印嵌入装置的方框图；

图11是本发明第2实施方式的电子水印嵌入装置的流程图；

图12是本发明第2实施方式的区域选择的说明图；

图13是本发明第2实施方式的相邻区域选择的说明图；

图14(a)是本发明第3实施方式的比特串的例示图；

图14(b)是本发明第3实施方式的模拟随机数序列的例示图；

图15是本发明第4实施方式的电子水印嵌入装置的方框图；

图16是本发明第4实施方式的电子水印嵌入装置的流程图；

图17是记录了本发明的程序的记录媒体的说明图；以及

图18是现有的电子水印嵌入装置的方框图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。

(第1实施方式)

图1是本发明第1实施方式的电子水印嵌入装置的方框图。

在图1中，电子水印嵌入装置包括嵌入信号形成部件101、块分割部件102、正交变换部件103、第1特征量提取部件104、选择部件105、第2特征量提取部件106和电子水印嵌入部件107。

嵌入信号形成部件101根据嵌入信息形成嵌入信号作为电子水印。块分割部件102将数字图像信号分割成多个像素的单位块。

正交变换部件103对各个块进行正交变换并变换成多个频率分量。电子水印嵌入部件107根据嵌入信号形成部件101形成的嵌入信号，按规定的规则操作多个频率分量的至少一个值，以使块内的图像变化量成为考虑检测的预先特定的图形。

第1特征量提取部件104根据多个频率分量来提取第1特征量。

选择部件105根据提取出的第1特征量，选择多个频率分量的至少一个值。

以下，参照图2，说明本发明的电子水印嵌入装置。图2是图1的电子水印嵌入装置的流程图。

首先，嵌入信号形成部件101将嵌入信息变换成二进制的比特串(步骤201)。

例如，作为嵌入信息，在嵌入‘715’这样的16比特的识别信息时，嵌入信号形成部件101将嵌入信息‘715’变换成用二进制表示的‘0000001011001011’。

接着，块分割部件102将数字图像信号分割成多个像素单位的块(步骤202)。在本方式中，分割成8×8像素构成的块。这样，与MPEG方式的亲和性高。

接着，正交变换部件103对步骤202中分割的各个块进行正交变换，变换成多个频率分量(步骤203)。在本方式中，正交变换部件103进行离散余弦变换。

接着，第1特征量提取部件104从步骤203中变换后的多个频率分量中提取第1特征量(步骤204)。

在本方式中，第1特征量是块内图像的垂直方向、水平方向的各自边缘对应的特定频率分量的总和。

关于这一点，用图3来说明。图3的一个矩形是步骤203中离散余弦变换后的块，在一个矩形中对应一个频率分量。

在图3中，对应于垂直方向边缘的特定频率分量的总和为sumV，设sumV为频率分量AC1、AC5、AC6的绝对值的总和。此外，对应于水平方向边缘的特定频率分量的总和为sumH，设sumH为频率分量AC2、AC3、AC9的绝对值的总和。

这里，sumV在块图像中，根据垂直方向的边缘分量的强度而取得大的值，所以成为垂直方向边缘分量的强度指标。另一方面，sumH成为水平方向边缘分量的强度指标。

接着，选择部件105根据步骤204中提取的第1特征量，选择部件105选择一个或多个频率分量(步骤205)。在本方式中，预先设定的阈值为R，根据以下条件，选择频率分量。

(条件a)在sumV＞R并且sumH≤R时，选择图3中的频率分量AC1。

(条件b)在sumH＞R并且sumV≤R时，选择图3中的频率分量AC2。

(条件c)在不满足条件a和b时，选择图3中的频率分量AC1和频率分量AC2。

接着，第2特征量提取部件106从步骤203中变换的多个频率分量表示的数字图像信号中提取第2特征量(步骤206)。

在本方式中，第2特征量是直流分量值和特定的交流分量值的总和。在图3中，直流分量值是频率分量DC的值，特定的交流分量值的总和是频率分量AC1～AC9的值的总和。

这里，直流分量值DC表示块内的像素的亮度平均值。而特定的交流分量值AC1～AC9的总和根据块的图像复杂性来获取大的值，成为复杂度的指标。

最后，电子水印嵌入部件107以块为单位来分配步骤201中形成的比特串的各个值，根据步骤206中提取的第2特征量，将步骤205中选择的一个或多个频率分量的值增减一个或多个频率分量的值，进行电子水印嵌入(步骤207)。

图4表示单位块的比特串的分配方法。在本方式中，如图4所示，每隔一个块重复分配比特串的值。

设进行增减的频率分量的原来的值为Xorg，增减值为dX，增减后的频率分量的值为Xwm。

增减后的频率分量的值在分配的比特串的值为‘1’时，设

Xwm＝Xorg+dX。在分配的比特串的值为‘0’时，设

Xwm＝Xorg-dx

这里，增减值dX是正的值，相对于基准值，根据直流分量值和特定的交流分量值来进行增减。直流分量值DC对应于亮度平均值，所以根据人的视觉特性，期望在其取不易发觉变化的值时，使增减值dX增加，相反在其取容易发觉的值时，期望使增减值dX减少。

在特定的交流分量值AC1～AC9的总和大时，由于是边缘分量多的复杂图像，所以难以发觉变化，而在小的情况下，由于是平坦的图像，所以容易发觉变化。

因此，在特定的交流分量值的总和大时，期望使增减值dX增加，相反在小的情况下，期望使增减值dX减少。电子水印嵌入部件107对步骤205中选择的频率分量的值进行这种操作。

如以上那样，根据嵌入了电子水印的频率分量，在像素空间上，以块为单位微小地变化像素值，其变化量用离散余弦变换中的基底图像的一个图形或多个组合图形来表示。

图5～图7表示电子水印嵌入后的块内的亮度值的变化。

图5(a)、图5(d)、图5(g)、图5(j)、图6(a)、图6(d)、图6(g)、图6(j)、图7(a)、图7(d)、图7(g)表示嵌入操作。

此时，亮度变化的分布(特定的图形)分别如图5(b)、图5(e)、图5(h)、图5(k)、图6(b)、图6(e)、图6(h)、图6(k)、图7(b)、图7(e)、图7(h)所示。

而且，仅以正负简略表示亮度变化量的分布时，分别如图5(c)、图5(f)、图5(i)、图5(l)、图6(c)、图6(f)、图6(i)、图6(l)、图7(c)、图7(f)、图7(i)所示。

再有，图5(a)、图5(b)、图5(c)对应于步骤205中满足条件b的情况。同样，图5(d)、图5(e)、图5(f)对应于步骤205中满足条件a的情况，图5(g)、图5(h)、图5(i)对应于步骤205中满足条件c的情况。

除了条件a、b、c以外，设定图5(j)～图5(l)、图6、图7所示的条件，也可以进行电子水印的嵌入。

总之，如图5(c)、图5(f)、图5(i)、图5(l)、图6(c)、图6(f)、图6(i)、图6(l)、图7(c)、图7(f)、图7(i)那样，特定的图形交替存在图像变化量为正的区域和图像变化量为负的区域，并保持规则的一致。这样的话，电子水印的嵌入产生的亮度变化量具有规则性，容易检测电子水印，可以防止电子水印的脱落等。

根据本方式的电子水印嵌入装置，根据从多个频率分量中提取出的第1特征量，通过选择一个或多个频率分量，根据第2特征量按规定的规则来操作选择出的一个或多个频率分量的值，可以抑制图像质量恶化。

而且，可以减小处理量，同时通过按规定的规则来操作离散余弦变换后的一个或多个频率分量的值，从而可以实现与使用离散余弦变换的以MPEG编码为代表的标准图像编码亲和性高的电子水印嵌入。

在本方式中，在步骤201中，将嵌入信息变换成二进制的比特串，但并不限于此。

在本方式中，在步骤202中，分割成8×8像素构成的块，但不限于此。例如，也可以使用4×4像素的块。

在本方式中，在步骤202中，作为正交变换，使用离散余弦变换，但如果是正交变换，可不限于此。例如，也可以使用子波(ウエ一ブレツト)变换等。

在本方式中，在步骤204中，作为第1特征量，使用对应于垂直方向、水平方向的各个边缘的特定频率分量的总和，但并不限于此，也可以是图5～图7或其他例子。

也可以使用对应于斜方向边缘的特定频率分量。而且，通过提取在人的视觉特性内的特征量，具有不易发觉图像质量恶化的效果。

在本方式中，在步骤204中，提取嵌入对象块的特征量，但也可以另外提取相邻于嵌入对象块的多个块(以下称为相邻块)的特征量，在步骤205中，根据嵌入对象块和相邻块的特征量，选择一个或多个频率分量。由此，具有可以进一步抑制图像质量恶化的效果。

例如，也有以下方法：在步骤205中，分别对于嵌入对象块和相邻块判定满足条件a～c的哪一个，通过择多确定嵌入对象块中采用的条件。

图8是表示嵌入对象块和相邻块的图。在图8中，块内的记号a、b、c分别对应于条件a、b、c，例如显示为a的块意味着对应于条件a。

在图8中，嵌入对象块对应于条件c，但如果包含相邻块，则对应于条件b的块最多。这种情况下，可以通过择多确定在嵌入对象块中采用条件b。

在本方式中，在步骤205中，根据第1特征量，选择频率分量AC1、频率分量AC2或它们两者，但不限于此。在对选择的频率分量进行规定规则的操作时，期望选择频率分量，以接近第1特征量意义的图形。

在本方式中，在步骤206中，作为第2特征量，使用直流分量值DC和特定的交流分量AC1～AC9的总和，但不限于此。通过提取在人的视觉特性内的特征量，具有难以发觉图像质量恶化的效果。

在本方式中，在步骤207中，每隔一个块重复分配比特串的值，但如果是有规则地分配，则不限于此，电子水印嵌入装置和电子水印检测装置也可以共有分配方法。

此外，在分配的比特串的值为‘1’时，有

Xwm＝Xorg+dX，在分配的比特串的值为‘0’时，有

Xwm＝Xorg-dX，但即使在dX的符号相反的情况下，也可以获得同样的效果。将规定规则下的操作作为频率分量值的增减，但增减只是规定规则下的操作的一例。

在本方式中，在对于数字图像信号进行块分割，并进行正交变换后，对于一个或多个频率分量的值进行规定的操作，进行电子水印的嵌入，但例如对于MPEG流，在进行解码直至为用一个或多个频率分量的值表示的状态后，再进行电子水印嵌入，也可获得同样的效果。

图9表示将图1的电子水印嵌入装置应用于MPEG方式的压缩图像数据的例子。

如图9所示，分离部件901输入基于MPEG方式的压缩图像数据并将其分离后输出到可变长度解码部件902。可变长度解码部件902对分离的压缩图像进行可变长度解码，并将DCT系数值(频率分量)输出到电子水印嵌入部件107。

如上所述，电子水印嵌入部件107将电子水印嵌入在DCT系数值中，嵌入后的DCT系数值被输出到可变长度编码部件903。可变长度编码部件903对嵌入后的DCT值进行可变长度编码，并输出到复用部件904。

如以上那样，如果在DCT系数(频率分量)的状态下嵌入电子水印，则与图18所示的现有技术相比，可以省略逆DCT→块合成→像素空间的编码的处理。

这样的话，例如，如图像服务器那样，保持已经按MPEG方式压缩的图像数据，将电子水印嵌入该数据中，并向客户分发时，一连串的处理内容少，可以减轻图像服务器的处理负担，而且可以良好地保持对客户的响应。

再有，由逆量化部件905对可变长度解码部件902的输出进行逆量化，而且由逆DCT部件906进行逆DCT后，可获得像素空间的图像。如图9中虚线所示，即使在进行了逆量化之后，嵌入电子水印也可以。

(第2实施方式)

以下，参照附图说明本发明的第2实施方式。本方式是从由第1实施方式说明的电子水印嵌入装置嵌入了电子水印的图像信号中，进行电子水印检测的电子水印检测装置。

图10是表示本发明第2实施方式的电子水印检测装置的结构方框图。

在图10中，电子水印检测装置包括输入部件701、块分割部件702、区域选择部件703、运算部件704、比特检测部件705、比特串确定部件706、检测比特串输出部件707和相邻区域选择部件708。

输入部件701输入图像信号。块分割部件702对从输入部件701输入的图像信号分割成多个像素单位的块。

区域选择部件703选择块内的区域。运算部件704根据选择出的区域进行规定的运算。

比特检测部件705根据运算部件704的输出值来检测嵌入的比特的值。比特串确定部件706从比特检测部件705检测出的比特值中确定嵌入的比特串。

检测比特串输出部件707输出比特串确定部件706确定的比特串。相邻区域选择部件708选择与区域选择部件703选择的区域相邻的相邻区域。

以下，还参照图11来说明本发明的电子水印检测装置。图11是图10的电子水印检测装置的流程图。

首先，输入部件701输入嵌入了电子水印的图像信号(步骤801)。

接着，块分割部件702将步骤801中输入的图像信号分割成多个像素单位的块(步骤802)。在本方式中，分割成8×8像素构成的块。

接着，区域选择部件703选择多个由步骤802中分割的块内的一个或多个像素构成的区域(步骤803)。

图12表示该步骤中的8×8像素构成的块的区域选择要领。在图12中，矩形一一对应于一像素。

在图12中，选择区域A和区域B。这里，选择的区域最好选择因电子水印嵌入而变化大的像素。

这里，在第1实施方式的电子水印嵌入装置中，选择对应于进行了增减的频率分量。因此，在电子水印嵌入中，根据进行了增减的频率分量，来变化选择的区域。在这点上，要再次参照图5至图7。

接着，在图10中，相邻区域选择部件708选择多个与步骤803中选择出的区域相邻的一个或多个像素构成的区域(步骤804)。

图13表示该步骤中的区域选择要领。在图13中，选择与区域A和区域B相邻的区域C及区域D。

这里，选择的区域C和D包含最接近步骤803中选择出的区域A和B的像素值的像素，并且最好选择包含几乎不因电子水印嵌入而变化的像素的区域。因此，在本例中，区域C中包含的像素的值最接近区域A，而区域D中包含的像素的值最接近区域B。

在第1实施方式的电子水印嵌入装置中，每隔一个块来分配嵌入比特串，所以不因电子水印嵌入而变化。

接着，运算部件704对步骤803和步骤804中选择出的区域进行规定的运算(步骤805)。设步骤803和步骤804中选择出的区域A、B、C中包含的各个像素值的总和为sumA、sumB、sumC、sumD，则

输出值＝(sumA-sumC)-(sumB-sumD)

这里，即使将sumA-sumB作为输出值，也可以检测电子水印，但在该情况下，因块内的像素值变化，检测精度变差。因此，通过从sumA、sumB中减去获得的像素值接近区域A、B内的像素值的区域C、D的sumC、sumD，可以有效地仅提取电子水印嵌入产生的变化部分。

接着，比特检测部件705根据步骤805中的输出值，检测嵌入的比特的值是‘0’还是‘1’(步骤806)。在步骤805中的输出值为正时，比特的值为‘1’，而在负的情况下，比特的值为‘0’。

接着，比特串确定部件706从步骤806中检测出的各个比特值中确定嵌入的比特串(步骤807)。比特串确定部件706将步骤806中每个块中检测出的多个值顺序地排列而形成比特串。

在第1实施方式的电子水印嵌入装置中，重复嵌入比特串，所以可以检测图像帧内循环的比特串。比特串中的各个值的确定从多次检测出的比特串中使用择多判定来确定。

最后，检测比特串输出部件707输出步骤807中确定的比特串(步骤808)。

如以上那样，根据本实施方式的电子水印嵌入装置，通过选择电子水印嵌入产生的变化大的区域、以及接近该区域附近的像素值并且没有电子水印产生的变化的区域，并进行运算，可以有效地仅提取电子水印嵌入产生的变化部分。可以实现在块的图像上不受影响，检测精度高的电子水印技术。

在本方式中，在步骤805中，求区域内的像素值的总和，计算各个区域间的差分，但也可以使用区域内的像素值的平均值。也可以不是简单地根据总和，而是根据电子水印嵌入中的各像素的变化量，带有加权来进行计算。

在步骤803和步骤804的区域选择中，从存在检测对象块的当前帧图像中选择区域，但除此以外，如果按重放顺序从前面的帧或后面的帧或其两方的中选择区域，则可以进行更显著地检测。这种情况下，前面的帧和后面的帧最好从最接近检测对象块的图像的块中选择。

(第3实施方式)

以下，参照附图来说明本发明的第3实施方式。本发明第3实施方式的电子水印嵌入装置仅在嵌入信号形成部件101(参照图1)的处理的步骤201(参照图2)上与第1实施方式的电子水印嵌入装置有所不同。因此，这里仅说明嵌入信号形成部件101。

嵌入信号形成部件101使用将预先准备的嵌入信息和模拟随机数序列对应的对应表，选择与嵌入信息对应的模拟随机数序列，将选择出的模拟随机数序列形成为嵌入信号。以块为单位来分配形成的嵌入信号的各个比特。

在本方式中，将嵌入信息变换成二进制的比特串，使用将模拟随机数对应于各个比特的比特位置和值的对应表。这里，将嵌入信息变换成二进制的比特串的处理与第1实施方式中说明的内容相同。

对于其后的处理，使用图14来说明。图14(a)表示对嵌入信息进行变换的二进制的比特串和各个比特位置。图14(b)表示与比特位置和值对应的模拟随机数序列的对应表。

嵌入信号形成部件101从比特串的开头起根据该对应表顺序地选择模拟随机数序列。例如，在图14(a)中，由于对应于比特位置{0}的比特值为{0}，所以根据图14(b)而选择模拟随机数{S000}。因此，将模拟随机数{000}的各个比特以块为单位来分配。

如以上那样，将嵌入信息的比特串对应于模拟随机数序列并进行电子水印嵌入。

再有，在本方式中，将嵌入信息变换成二进制的比特串，使用将模拟随机数序列对应于各个比特的比特位置和值的对应表，但也可以使用模拟随机数序列对应于嵌入信息的多个比特单位的对应表。如果是从模拟随机数序列中可以唯一地确定嵌入信息的对应表，则不限于此，对应表也可以由电子水印嵌入装置和电子水印检测装置所共有。

(第4实施方式)

以下，参照附图来说明本发明的第4实施方式。本方式是电子水印检测装置，从通过第3实施方式说明的电子水印嵌入装置嵌入了电子水印的图像信号中，进行电子水印的检测。

图15是本发明的第4实施方式的电子水印检测装置的方框图。

在图15中，电子水印检测装置包括输入部件701、块分割部件702、区域选择部件703、运算部件704、序列记录部件1201、相关值计算部件1202、阈值设定部件1203、比较部件1204、比特串确定部件706、检测比特串输出部件707和相邻区域选择部件708。

序列记录部件1201保持将嵌入信息和模拟随机数序列对应的对应表。

相关值计算部件1202计算运算部件704对每个块运算的输出值的序列和对应表中包含的模拟随机数序列的相关值，在获得的相关值中，输出最大的相关值。

阈值设定部件1203设定相关值的阈值。比较部件1204比较相关值计算部件1202输出的最大相关值和阈值设定部件1203设定的阈值，输出适合于比较结果的模拟随机数序列。

比特串确定部件706根据比较部件1204输出的模拟随机数序列和对应表来确定嵌入比特串。检测比特串输出部件707输出比特串确定部件706确定的比特串。

以下，还参照图16来说明本发明的电子水印检测装置。图16是图15的电子水印检测装置的流程图。

首先，输入部件701输入嵌入了电子水印的图像信号(步骤1301)。

接着，块分割部件702将步骤1301中输入的图像信号分割成多个像素单位的块(步骤1302)。在本方式中，分割成8×8像素构成的块。

接着，区域选择部件703选择多个由步骤1302中分割的块内的一个或多个像素构成的区域(步骤1303)。本步骤的处理内容是与第2实施方式的步骤803(参照图11)相同的处理，所以省略说明。

接着，相邻区域选择部件708选择多个与步骤1303中选择出的区域相邻的一个或多个像素构成的区域(步骤1304)。本步骤的处理内容是与第2实施方式的步骤804(参照图11)相同的处理，所以省略说明。

接着，运算部件704对于步骤1303和步骤1304中选择出的区域进行规定的运算(步骤1305)。本步骤的处理内容是与第2实施方式的步骤805(参照图11)相同的处理，所以省略说明。

序列记录部件1201用对应于嵌入信息的模拟随机数序列的对应表来记录与第3实施方式中使用的对应表相同的内容。

相关值计算部件1202计算步骤1305中对每个块运算出的输出值序列和序列记录部件1201记录的对应表中包含的所有模拟随机数序列的相关值，在获得的相关值中求出最大的相关值(步骤1306)。相关值计算部件1202将最大的相关值和提取该相关的模拟随机数序列输出到比较部件1204。

例如，在使用图14(b)的对应表时，相关值计算部件1202求出32个模拟随机数序列{S000、S001、…、S151}和对每个块运算出的输出值序列的相关值，从中求出最大的相关值。在获得最大的相关值SMAX与模拟随机数序列{S000}相关的情况下，将最大的相关值SMAX和模拟随机数序列{S000}输出到比较部件1204。

接着，阈值设定部件1203设定比较部件1204的阈值(步骤1307)。比较部件1204比较最大的相关值和阈值(步骤1308)，在相关值大的情况下，将与提取了该相关值的模拟随机数序列对应的比特位置和其值输出到比特串确定部件706。例如，在使用图14(b)的对应表时，将与模拟随机数序列{S000}对应的比特位置{0}和其值{0}输出到比特串确定部件706。如果最大的相关值在阈值以下，则不进行处理。

再有，如果发生非法复制等干扰，则可能是比阈值大的相关值完全不存在的情况或比阈值大的相关值存在多个的情况。这时，比较部件1204作为例外的处理，不比较阈值和相关值，仅在最大的相关值S1相对于其他相关值Sn满足一定条件(例如，S1＞Sn的条件)时，可提取对应于该模拟随机数序列的比特位置和其值。

接着，比特串确定部件706保持从比较部件1204输出的比特位置，在嵌入的比特串的所有比特位置和其值一致的时刻，形成比特串并输出到检测比特串输出部件707(步骤1309)。

最后，检测比特串输出部件707输出步骤1309中确定的比特串(步骤1310)。

如以上那样，根据本实施方式的电子水印检测装置，通过使用有嵌入信号对应的模拟随机数序列的相关来进行检测，与单一地检测比特串的情况相比，可以进行可靠性高的检测。

以下，说明了第1～第4实施方式。

再有，代表性地如图17所示，上述实施方式的电子水印嵌入装置和电子水印检测装置实现的各功能可通过存储了电子水印嵌入程序和电子水印检测程序的存储装置1502(ROM、RAM、硬盘等)、以及执行相应程序数据的CPU1501(中央处理单元)来实现。这种情况下，将电子水印嵌入程序和电子水印检测程序存储在CD-ROM或软盘等记录媒体1505中，从该记录媒体1505装载或安装在存储装置1502上。

根据本发明，根据从多个频率分量中提取的第1特征量，选择一个或多个频率分量，按规定的规则来操作选择出的一个或多个频率分量的值，可以抑制图像质量恶化。此外，从进行了正交变换的多个频率分量中提取第2特征量，根据第2特征量来嵌入电子水印，从而可以进一步抑制图像质量恶化。

而且，可以减小处理量，同时通过按规定的规则来操作离散余弦变换后的一个或多个频率分量的值，可以实现与使用了离散余弦变换的以MPEG编码为代表的标准图像编码亲和性高的电子水印嵌入。

通过选择电子水印嵌入产生的变化大的区域和接近该区域附近的像素值、没有电子水印产生的变化的区域，并进行运算，可以有效地仅提取电子水印嵌入产生的变化部分，可以实现检测精度高的电子水印技术。

Claims (39)

1.一种电子水印嵌入装置，包括：

嵌入信号形成部，根据嵌入信息，形成作为电子水印嵌入的嵌入信号；

块分割部，将数字图像信号分割成多个像素单位的块；

正交变换部，将各个所述块进行正交变换并变换为多个频率分量；以及

电子水印嵌入部件，根据所述嵌入信号形成部形成的嵌入信号，按规定的规则操控所述多个频率分量的至少一个值，以考虑检测所述块内的图像变化量并变为预定的特定图形。

2.如权利要求1所述的电子水印嵌入装置，其中，所述特定的图形是所述图像变化量为正的区域和所述图像变化量为负的区域交替存在的图形。

3.如权利要求1所述的电子水印嵌入装置，其中，所述嵌入信号形成部将嵌入信息变换成二进制的比特串，将所述二进制的比特串作为所述嵌入信号。

4.如权利要求1所述的电子水印嵌入装置，其中，所述嵌入信号形成部使用将预先准备的嵌入信息和模拟随机数序列对应附加的对应表，选择与嵌入信息对应的模拟随机数序列，将选择的模拟随机数序列作为嵌入信号。

5.如权利要求1所述的电子水印嵌入装置，其中，还包括：

第1特征量提取部件，根据所述多个频率分量来提取第1特征量；以及

选择部，根据提取的所述第1特征量，选择所述多个频率分量的至少一个值。

6.如权利要求5所述的电子水印嵌入装置，其中，所述第1特征量提取部件根据所述块和相邻所述块的块的多个频率分量来提取所述第1特征量。

7.如权利要求5所述的电子水印嵌入装置，其中，所述第1特征量是所述块内的图像中垂直方向的边缘所对应的特定频率分量的总和、水平方向的边缘所对应的特定频率分量的总和、斜方向的边缘所对应的特定频率分量的总和中的一种或两种以上的组合。

8.如权利要求7所述的电子水印嵌入装置，其中，所述选择部根据所述第1特征量，在所述块内的图像中，判定垂直方向的边缘、水平方向的边缘、斜方向的边缘中的哪一个是支配性的，根据判定结果来选择多个频率分量的至少一个。

9.如权利要求1所述的电子水印嵌入装置，其中，所述电子水印嵌入部件的所述操控是所述值的增减。

10.如权利要求1所述的电子水印嵌入装置，其中，所述正交变换部进行离散余弦变换。

11.如权利要求10所述的电子水印嵌入装置，其中，所述特定图形包含以离散余弦变换的基底图像表示的图形。

12.如权利要求9所述的电子水印嵌入装置，其中，还包括从所述多个频率分量中提取第2特征量的第2特征量提取部件；

所述电子水印嵌入部件根据提取出的所述第2特征量，变更所述值的所述增减的大小。

13.如权利要求12所述的电子水印嵌入装置，其中，所述多个频率分量包括直流分量值和特定的交流分量值，

所述第2特征量是所述直流分量值和所述特定交流分量值的一方或双方的总和。

14.一种电子水印检测装置，包括：

输入部，输入图像信号；

块分割部，将从所述输入部输入的图像信号分割成多个像素单位的块；

区域选择部，选择所述块内的区域；

运算部，根据所述选择的区域进行规定的运算；

比特检测部，根据所述运算部的输出值，检测嵌入的比特值；

比特串确定部，从所述比特检测部检测出的比特值中，确定嵌入的比特串；以及

检测比特串输出部，输出所述比特串确定部确定的比特串。

15.一种电子水印检测装置，包括：

输入部，输入图像信号；

块分割部，将从所述输入部输入的图像信号分割成多个像素单位的块；

区域选择部，选择所述块内的区域；

运算部，根据所述选择的区域进行规定的运算；

序列记录部，保持将嵌入信息和模拟随机数序列对应的对应表；

相关值计算部，计算所述运算部按每块运算的输出值的序列和包含于所述对应表中的模拟随机数的相关值，在获得的相关值中，输出最大的相关值；

阈值设定部，设定相关值的阈值；

比较部，比较所述相关值计算部输出的最大相关值和所述阈值设定部设定的阈值，输出适合比较结果的模拟随机数序列；

比特串确定部，根据所述比较部输出的模拟随机数序列和所述对应表来确定嵌入比特串；以及

检测比特串输出部，输出所述比特串确定部确定的比特串。

16.如权利要求14所述的电子水印检测装置，其中，还包括选择与所述区域选择部选择的区域相邻的相邻区域的相邻区域选择部；

所述运算部根据所述区域选择部选择的区域和所述相邻区域选择部选择的相邻区域来进行规定的运算。

17.如权利要求14所述的电子水印检测装置，其中，所述区域选择部除了所述块存在的当前帧以外，还按重放顺序在所述当前帧的前一帧和所述当前帧的后一帧的至少一个中，选择所述块内的区域。

18.如权利要求16所述的电子水印检测装置，其中，所述相邻区域选择部除了所述块存在的当前帧以外，还按重放顺序在所述当前帧的前一帧和所述当前帧的后一帧的至少一个中，选择与所述区域选择部选择的区域相邻的相邻区域。

19.一种电子水印嵌入方法，包括：

嵌入信号形成步骤，根据嵌入信息，形成作为电子水印嵌入的嵌入信号；

块分割步骤，将数字图像信号分割成多个像素单位的块；

正交变换步骤，将各个所述块进行正交变换并变换为多个频率分量；以及

电子水印嵌入步骤，根据所述嵌入信号形成步骤中形成的嵌入信号，按规定的规则操控所述多个频率分量的至少一个值，以考虑检测所述块内的图像变化量并变为预定的特定图形。

20.如权利要求19所述的电子水印嵌入方法，其中，所述特定的图形是所述图像变化量为正的区域和所述图像变化量为负的区域交替存在的图形。

21.如权利要求19所述的电子水印嵌入方法，其中，所述嵌入信号形成步骤将嵌入信息变换成二进制的比特串，将所述二进制的比特串作为所述嵌入信号。

22.如权利要求19所述的电子水印嵌入方法，其中，所述嵌入信号形成步骤使用将预先准备的嵌入信息和模拟随机数序列对应附加的对应表，选择与嵌入信息对应的模拟随机数序列，将选择的模拟随机数序列作为嵌入信号。

23.如权利要求19所述的电子水印嵌入方法，其中，还包括：

第1特征量提取步骤，根据所述多个频率分量来提取第1特征量；以及

选择步骤，根据提取的所述第1特征量，选择所述多个频率分量的至少一个。

24.如权利要求23所述的电子水印嵌入方法，其中，所述第1特征量提取步骤根据所述块和与所述块相邻的块的多个频率分量来提取所述第1特征量。

25.如权利要求23所述的电子水印嵌入方法，其中，所述第1特征量是所述块内的图像中垂直方向的边缘所对应的特定频率分量的总和、水平方向的边缘所对应的特定频率分量的总和、斜方向的边缘所对应的特定频率分量的总和中的一种或两种以上的组合。

26.如权利要求25所述的电子水印嵌入方法，其中，所述选择步骤根据所述第1特征量，在所述块内的图像中，判定垂直方向的边缘、水平方向的边缘、斜方向的边缘中的哪一个是支配性的，根据判定结果来选择多个频率分量的至少一个。

27.如权利要求19所述的电子水印嵌入方法，其中，所述电子水印嵌入步骤的所述操控是所述值的增减。

28.如权利要求19所述的电子水印嵌入方法，其中，所述正交变换步骤进行离散余弦变换。

29.如权利要求28所述的电子水印嵌入方法，其中，所述特定图形包含以离散余弦变换的基底图像表示的图形。

30.如权利要求28所述的电子水印嵌入方法，其中，还包括从所述多个频率分量中提取第2特征量的第2特征量提取步骤；

所述电子水印嵌入步骤根据提取出的所述第2特征量，变更所述值的所述增减的大小。

31.如权利要求30所述的电子水印嵌入方法，其中，所述多个频率分量包括直流分量值和特定的交流分量值，

所述第2特征量是所述直流分量值和所述特定交流分量值的一方或双方的总和。

32.一种电子水印检测方法，包括：

输入步骤，输入图像信号；

块分割步骤，将从所述输入步骤输入的图像信号分割成多个像素单位的块；

区域选择步骤，选择所述块内的区域；

运算步骤，根据所述选择的区域进行规定的运算；

比特检测步骤，根据所述运算步骤的输出值，检测嵌入的比特值；

比特串确定步骤，从所述比特检测步骤检测出的比特值中，确定嵌入的比特串；以及

检测比特串输出步骤，输出所述比特串确定步骤中确定的比特串。

33.一种电子水印检测方法，包括：

输入步骤，输入图像信号；

块分割步骤，将从所述输入步骤输入的图像信号分割成多个像素单位的块；

区域选择步骤，选择所述块内的区域；

运算步骤，根据所述选择的区域进行规定的运算；

序列记录步骤，保持将嵌入信息和模拟随机数序列对应的对应表；

相关值计算步骤，计算所述运算步骤按每块运算的输出值的序列和包含于所述对应表中的模拟随机数的相关值，在获得的相关值中，输出最大的相关值；

阈值设定步骤，设定相关值的阈值；

比较步骤，比较所述相关值计算步骤输出的最大相关值和所述阈值设定步骤设定的阈值，输出适合比较结果的模拟随机数序列；

比特串确定步骤，根据所述比较步骤输出的模拟随机数序列和所述对应表来确定嵌入比特串；以及

检测比特串输出步骤，输出所述比特串确定步骤中确定的比特串。

34.如权利要求32所述的电子水印检测方法，其中，还包括选择与所述区域选择步骤选择的区域相邻的相邻区域的相邻区域选择步骤；

所述运算步骤根据所述区域选择步骤选择的区域和所述相邻区域选择步骤选择的相邻区域来进行规定的运算。

35.如权利要求32所述的电子水印检测方法，其中，所述区域选择步骤除了所述块存在的当前帧以外，还按重放顺序在所述当前帧的前一帧和所述当前帧的后一帧的至少一个中，选择所述块内的区域。

36.如权利要求32所述的电子水印检测方法，其中，所述相邻区域选择步骤除了所述块存在的当前帧以外，还按重放顺序在所述当前帧的前一帧和所述当前帧的后一帧的至少一个中，选择与所述区域选择部选择的区域相邻的相邻区域。

37.一种记录媒体，记录计算机可读取的电子水印嵌入程序，其中，该程序包括：

嵌入信号形成步骤，根据嵌入信息，形成作为电子水印嵌入的嵌入信号；

块分割步骤，将数字图像信号分割成多个像素单位的块；

正交变换步骤，将各个所述块进行正交变换并变换为多个频率分量；以及

电子水印嵌入步骤，根据所述嵌入信号形成步骤中形成的嵌入信号，按规定的规则操控所述多个频率分量的至少一个值，以考虑检测所述块内的图像变化量并变为预定的特定图形。

38.一种记录媒体，记录计算机可读取的电子水印检测程序，其中，该程序包括：

输入步骤，输入图像信号；

块分割步骤，将从所述输入步骤输入的图像信号分割成多个像素单位的块；

区域选择步骤，选择所述块内的区域；

运算步骤，根据所述选择的区域进行规定的运算；

比特检测步骤，根据所述运算步骤的输出值，检测嵌入的比特值；

比特串确定步骤，从所述比特检测步骤检测出的比特值中，确定嵌入的比特串；以及

检测比特串输出步骤，输出所述比特串确定步骤中确定的比特串。

39.一种电子水印嵌入装置，包括：

分离部，分离压缩图像信号；

可变长度解码部，对分离的压缩图像信号进行可变长度解码并输出频率分量；

电子水印嵌入部，在输出的频率分量中嵌入电子水印；

可变长度编码部，对嵌入了电子水印的频率分量进行可变长度编码；以及

复用部，对可变长度编码的压缩图像信号进行复用。

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