DE69822950T2

DE69822950T2 - Verfahren und System zum Einbetten von Information in Daten

Info

Publication number: DE69822950T2
Application number: DE69822950T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Yoshiura; Isao Echizen; Junichi Taguchi; Akira Maeda; Takao Arai; Toshifumi Takeuchi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-09-03
Filing date: 1998-09-01
Publication date: 2009-09-24
Anticipated expiration: 2018-09-02
Also published as: DE69822950D1; KR19990029441A; US20020076086A1; EP0901274A3; EP0901274A2; US6826291B2; KR100332033B1; EP0901274B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbetten beliebiger Information in Daten und mehr im Besonderen ein Verfahren zum Einbetten von Information in Daten, ohne die Daten zu verschlechtern.
Zwar sind Techniken zum Einbetten von Information in Bezug auf verschiedene Daten (d. h. digitalisierte Daten) wie etwa Bilder, ein Audiosignal, Text, Zeichnungen und dergleichen entwickelt werden, aber vorliegend wird nun die Informationseinbettung in ein Bild als typisches Beispiel genannt. Allgemein wird, wie zum Beispiel im IBM System Journal, Bd. 35, Nr. 3 & 4, Seiten 313–336, 1996 offenbart ist, gemäß der Technik zur Informationseinbettung in ein Bild Information eingebettet, indem zu einem Wert eine kleine Änderung addiert wird, wie etwa die Intensität oder dergleichen eines Pixels.
Vom Standpunkt der praktischen Verwendung aus bestehen im Hinblick auf eine derartige Wertänderung die folgenden Anforderungen.

(1) Die Änderung des Werts kann nicht vom menschlichen Auge erfasst werden (oder, wenn sie erfasst werden kann, wird dies nicht zu einem Hindernis für die Bildbezugnahme des menschlichen Auges).
(2) Selbst wenn ein Vorgang wie eine JPEG-Komprimierung oder dergleichen an dem Bild durchgeführt wird, in das Information eingebettet worden ist, wird die eingebettete Information nicht gelöscht.

Gemäß der herkömmlichen Informationseinbettungstechnik, wie sie in der vorstehenden Literatur offenbart ist, sind einige Vorrichtungen im Hinblick auf die Art des Werts als Ziel der Änderung zur Erfüllung der Anforderung entwickelt worden. Das heißt, zu dem Wert wird eine Änderung addiert, so dass die Änderung unauffällig und schwer zu löschen ist. Beispielsweise wird das Bild durch einen Frequenzwert ausgedrückt und eine Änderung wird zu dem Koeffizienten der Mittelbereichswerte addiert.
Die Beziehung zwischen der Wertänderung des tatsächlichen Bilds und der Änderung, die vom menschlichen Auge erkannt wird, unterscheidet sich von Bild zu Bild und hängt außerdem von dem Bereich in dem Bild ab. Beispielsweise ist zwar sogar eine geringe Wertveränderung in einem flachen Bereich erkennbar, aber selbst eine große Wertänderung ist in einem Wirrwarrbereich wie etwa der Fotografie eines Walds nicht zu sehen.
Gemäß der vorstehend genannten herkömmlichen Techniken ist dies jedoch in Bezug auf den Aspekt des Optimierens der Größe einer Wertänderung in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Bilds nicht ausreichend.
Wenn daher die Verhinderung der visuellen Änderung Priorität hat, ist es notwendig, die Wertänderung zu verringern, indem der Fall angenommen wird, dass ein flachen Bild vorliegt und die Fähigkeit, die Bildbearbeitung zu überdauern, gering ist. Wenn dagegen die Fähigkeit, die Bildbearbeitung zu überdauern, Priorität hat, ist es notwendig, die Wertänderung zu erhöhen, und in einem flachen Bild tritt eine visuelle Änderung auf. Das bedeutet, gemäß dem konventionellen System ist es schwierig, sowohl die Verhinderung der visuellen Änderung wie auch die Verbesserung der Fähigkeit, die Bildbearbeitung zu überdauern, zu erreichen.
Auf dem Gebiet der medizinischen Bildbearbeitung wird zur Zeit ein Filter untersucht, das die Diagnose eines Arztes anhand der Fotografie eines Menschen, die unter Verwendung eines Röntgenapparats oder einer Kernspinresonanztomografie fotografiert wurde, leicht machen soll. Das fortschrittlichste medizinische Filter weist die folgende Beschaffenheit auf, wie sie in den Dokumenten von The Institute of Electronics Information and Communication Engineers of Japan, D-II, Bd. J79-D-II, Nr. 8, Seiten 1347–1353 offenbart ist.

(1) Bildfehler werden durch ein Glättungsverfahren entfernt.
(2) Die Form wird in Bezug auf die Kanteninformation, die für das menschliche Auge wichtig ist, erhalten, d. h. ein Teil, in dem sich die Beschaffenheit eines Umrisses oder einer Ebene eines Gegenstands verändert und ein Punkt (Einzelpunkt), an dem die Farbe oder Helligkeit im Vergleich zur jener des umliegenden Teils besonders unterschiedlich ist.

Wenn man es von einem anderen Standpunkt aus betrachtet, ist der Gedanke möglich, dass das medizinische Filter die folgende Beschaffenheit aufweist.

(1) Der Wert des Bildes ändert sich.
(2) Das Bild verändert sich nicht visuell. Oder auch wenn es sich verändert, wird dies nicht zu einem Hindernis für die Bezugnahme durch den Menschen.

Die WO 96/25005 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Codieren von Information durch Einfügen eines Codes auf eine nicht sichtbare Art und Weise in stark herausgestellte Bereiche eines Bilds.
Es ist ein Ziel der Erfindung, wie in den Ansprüchen 1–9 definiert ist, ein Verfahren zum Einbetten von Information in Daten zur Verfügung zu stellen, wodurch sowohl die Verhinderung einer visuellen Änderung und die Verbesserung der Fähigkeit, eine Bildbearbeitung zu überdauern, erreicht werden kann, und ein Programm zur Verfügung zu stellen, um ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung zum Ausführen dieses Verfahrens und Programms zu realisieren.
Die Erfinderin hatte die Idee, die vorstehenden Probleme durch Nutzung der Beschaffenheit des vorstehend erwähnten medizinischen Filters zu lösen. Das heißt, die vorstehenden Probleme können durch ein Informationsverarbeitungssystem gelöst werden, das eine Vorrichtung zur Eingabe von Daten und eine Vorrichtung zum Einbetten von Information in die Daten aufweist, wobei eine Wertänderung der Daten, die für den Menschen nicht wahrnehmbar ist oder die für den Menschen zu keinem Hindernis für die Bezugnahme auf die Daten wird, durch Verwendung des vorstehend erwähnten medizinischen Filters durchgeführt wird, ein Bereich zwischen dem Wert vor der Änderung und dem Wert nach der Änderung auf einen Änderungsbereich des Werts in der Informationseinbettung gesetzt wird und die Information eingebettet wird, indem der Wert der Daten innerhalb des Änderungsbereichs verändert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Funktionskonstruktionsdiagramm gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Pixelintensitätsveränderungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Funktionsblockschaltdiagramm eines Informationseinbettungssystems der ersten Ausführungsform;
4 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Durchführung des Einfügevorgangs 306 in 3;
5 ist ein detailliertes Flussdiagramm zur Erläuterung des Einfügevorgangs 306 in 3;
6 ist ein Funktionsblockschaltdiagramm eines Informationseinbettungssystems der zweiten Ausführungsform;
7 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Durchführung des Einfügevorgangs 604 in 6;
8 ist ein Flussdiagramm eines weiteren Einfügevorgangs;
9 ist ein schematisches Diagramm eines Wasserzeichen-Einfügeblocks;
10 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines weiteren Intensitätswertveränderungsvorgangs; und
11 ist ein Hardwareaufbau eines Informationseinbettungssystems.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein grundlegender Teil einer Ausführungsform der Erfindung wird nun nachstehend unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben. In der Ausführungsform wird angenommen, dass ein Standbild als Ziel verwendet wird und die Information durch Änderung der Intensität eines Pixels eingebettet wird.
1 ist ein Funktionskonstruktionsdiagramm gemäß der Erfindung. Elemente, die durch Rechtecke dargestellt sind, d. h. eine Eingabe/Ausgabe 101, eine Berechnung 103 des Änderungsbereichs und eine Informationseinbettung 105, bezeichnen Vorgänge und werden von der CPU eines Computers ausgeführt. Elemente, die durch eine Ellipse dargestellt sind, nämlich ein Bild 102, ein Änderungsbereich 104 und ein Wasserzeichen-Einfügebild 106, bezeichnen Daten und werden von einer Speichereinrichtung des Computers realisiert.
Nachstehend wird etwas, das dadurch erreicht wird, dass man Information einem bestimmten Muster entsprechen lässt, das für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar ist, als „Wasserzeichen” bezeichnet, und ein Bild, in dem Information eingebettet worden ist, wird als „Bild mit eingefügtem Wasserzeichen” bezeichnet.
Der Eingabe-/Ausgabe-Vorgang 101 gibt ein Bild ein und speichert es in eine Speichereinrichtung. In dem Vorgang 103 zur Berechnung des Änderungsbereichs wird das vorstehende medizinische Filter oder eine diesem ähnliche Bildbearbeitung zuerst auf die Bilddaten 102 angewendet. Dadurch wird ein Bild erhalten, in dem sich eine Intensität von jener der Bilddaten 102 unterscheidet und das diesen visuell ähnlich ist. Danach werden in dem Vorgang 103 zur Berechnung des Änderungsbereichs die Intensität, bevor die Bildbearbeitung angewendet wurde, und die Intensität nach ihrer Anwendung bei jedem Pixel gespeichert. Dies sind die Daten 104 des Änderungsbereichs.
Im Informationseinbettungsvorgang 105 werden Pixel, deren Intensitäten verändert werden, unter Pixeln der Bilddaten 102 ausgewählt. Danach wird in Bezug auf jedes der ausgewählten Pixel durch Ändern der Intensität auf einen bestimmten Wert die Information eingebettet. Dadurch werden die Informationseinfügebilddaten 106 erhalten. Die Informationseinfügebilddaten 106 werden nach außen durch den Eingabe-/Ausgabevorgang 101 ausgegeben.
Ein Entwurf des vorstehenden medizinischen Filters sieht folgendermaßen aus.

(1) Die Vorgänge (2) und (3) werden in Bezug auf jedes Pixel in dem Bild ausgeführt.

Das „Pixel” bezeichnet das kleinste Teilbild, das das Bild aufbaut, und wird im Allgemeinen durch die Intensität und zwei Arten von Farbdifferenzen oder durch drei Arten von Farben (drei Primärfarben) angegeben. Es wird nun angenommen, dass das Pixel durch die Intensität und die Farbdifferenzen aufgebaut ist.

(2) Die Intensitäten des betreffenden Pixels und seiner umliegenden Pixel werden analysiert, wodurch man einen Normalenvektor der Intensität in dem betreffenden Pixel erhält. Dieser Vektor gibt die Richtung an, in der die Änderung der Intensität am größten ist. Ein Vektor, der den vorgenannten Vektor senkrecht schneidet und durch das betreffende Pixel hindurchgeht, gibt die Richtung an, in welcher die Änderung der Intensität am geringsten ist, d. h. eine Kante, die durch das betreffende Pixel hindurchgeht.
(3) Ein eindimensionaler Glättungsvorgang wird entlang der vorstehend genannten Kante ausgeführt.

Durch den vorgenannten Vorgang erhält das medizinische Filter die vorstehend genannte Beschaffenheit.
Im Vorgang 103 zur Berechnung des Änderungsbereichs wird ein Bild erhalten, in dem eine Intensität sich von jener der Bilddaten 102 unterscheidet und die ihnen visuell ähnlich ist.
Es wird nun ein Verfahren zur Änderung der Intensität bei dem Informationseinbettungsvorgang 105 unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Nun wird angenommen, dass ein Wert der Intensität eines Pixels innerhalb eines Bereichs von 0 bis 255 liegt. 2 zeigt den Intensitätswert des Pixels durch eine Nummernlinie an. In der Ausführungsform entspricht ein weißer Kreis auf der Nummernlinie, nämlich ein Punkt, an dem der Wert ein Vielfaches von „16” ist, der Einbettungsinformation „0”. Ein schwarzer Punkt, nämlich ein Punkt, an dem der Wert gleich einem (Vielfachen von „16” + 8) ist, entspricht der Einbettungsinformation „1”.
In dem Informationseinbettungsvorgang 105 wird Information durch Änderung der Intensität des Pixels der Bilddaten 102 in den nächsten weißen oder schwarzen Kreis eingefügt. Das heißt, wenn die in das Pixel einzubettende Information gleich „0” ist, wird die Intensität in den weißen Kreis geändert. Wenn sie gleich „1” ist, wird die Intensität in den schwarzen Kreis geändert. Beispielsweise wird in dem Fall, in dem die Intensität des Pixels gleich Δ ist, nämlich 30 in dem Diagramm, und die einzubettende Information gleich „0” ist, die Intensität des Pixels in 32 geändert. Wenn die einzubettende Information gleich „1” ist, wird die Intensität in 24 geändert.
Nun wird die Verwendung der Daten 104 des Änderungsbereichs beschrieben. In der vorstehend erwähnten grundlegenden Operation gibt es den Fall, in dem, da die Änderung der Intensität des Pixels zu groß ist, das Bild visuell verändert wird. Um eine solche Situation zu verhindern, wird der Wert des Pixels innerhalb des Bereichs der Daten 104 des Änderungsbereichs verändert. Beispielsweise wird nun angenommen, dass die Intensität des Pixels gleich Δ, nämlich 30, ist und der Änderungsbereich der Intensität des Pixels innerhalb eines Bereichs von 26 bis 33 liegt. In diesem Fall wird, wenn die einzubettende Information gleich „0” ist, die Intensität des Pixels in 32 entsprechend der vorstehenden grundlegenden Operation geändert. Wenn jedoch die einzubettende Information gleich „1” ist, wird, da die Intensität 24 der Änderungszielseite nicht in dem Änderungsbereich enthalten ist, die Intensität in 26 als einem Wert geändert, der 24 am nächsten liegt.
Schließlich wird nun die Abfrage von Information aus den Bilddaten 106 mit eingefügtem Wasserzeichen beschrieben. Zunächst wird ein Pixel, dessen Wert bezeichnet werden soll, ausgewählt. Bei der Auswahl des Pixels wird dieselbe Regel wie die Pixelauswahlregel bei dem Informationseinbettungsvorgang 105 angewendet. Daher werden die Pixel ausgewählt, deren Intensitäten geändert wurden.
Danach wird in Bezug auf jedes der ausgewählten Pixel die Intensität abgefragt und es wird unterschieden, ob die eingebettete Information gleich 0 oder 1 ist, indem überprüft wird, welchem der Vielfachen von 16 und (dem Vielfachen von 16 + 8) der Intensitätswert näher kommt.
Wie zuvor erwähnt wurde, gibt es bei dem Informationseinbettungsvorgang 105, da die Intensität in den Daten 104 des Änderungsbereichs geändert wird, einen Fall, in dem die Intensität nicht exakt in das Vielfache von 16 oder (das Vielfache von 16 + 8) geändert werden kann. Daher tritt ein Fehler mit einer vorbestimmten Wahrscheinlichkeit bei der Abfrage der Information auf. Dieses Problem kann durch überlappendes Einbetten derselben Information in mehrere Pixel und Durchführung einer Majoritätsentscheidung bei der Abfrage gelöst werden.
Gemäß der Ausführungsform, wie sie vorstehend erwähnt ist, wird die Information in das Bild eingebettet und die eingebettete Information kann abgefragt werden. Bei der Informationseinbettung kann der Wert des Bilds nur in einem Bereich verändert werden, in dem garantiert ist, dass es keine visuelle Verschlechterung des Bilds, d. h., nur in dem Änderungsbereichs, gibt. Da der Änderungsbereich bei jedem Pixel berechnet wird, indem der Wert bei jedem Pixel so sehr wie möglich geändert wird, kann die Fähigkeit, die Bildbearbeitung zu überstehen, verbessert werden.
Gemäß der Ausführungsform wird in dem System zur Einbettung von Information in ein Standbild durch ändern des Intensitätswerts der Intensitätswertänderungsbereich, in dem es keine visuelle Minderung gibt, bei jedem Pixel erhalten und der Intensitätswert kann innerhalb eines solchen Bereichs geändert werden. Dadurch tritt die visuelle Minderung des Bilds wie in dem Fall einer gleichmäßig großen Änderung der Intensität nicht auf. Eine Situation, dass etwa die eingefügte Information wie in dem Fall einer gleichmäßigen Änderung der Intensität in einen kleinen Wert leicht entfernt wird, tritt nicht auf. Sowohl die Verhinderung der Bildqualitätsverschlechterung wie auch die Fähigkeit des Überdauerns der eingebetteten Information können erreicht werden.
Nun wird unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 eine Ausführungsform in dem Fall beschrieben, in dem die Erfindung auf eine praktischere Einrichtung angewendet wird.
Es wird beabsichtigt, mit der Erfindung einen Änderungsbetrag eines Werts in dem Fall zu optimieren, in dem der Wert des Bilds geändert und Information eingefügt wird. Die Erfindung kann zu einem beliebigen Bild, Bildwert, Informationstyp und Ausdrucksverfahren kom biniert werden, ohne von der Bildart, der Art des zu ändernden Pixelwerts, der Art der einzufügenden Information und dem Ausdrucksverfahren der Einfügeinformation in dem Bild abzuhängen. Der folgende Fall wird nun als Beispiel betrachtet.
(1) Bildart
Es werden nun Bewegtbilddaten betrachtet. Die Bewegtbilddaten umfassen 30 Standbilder pro Sekunde. Jedes Standbild besteht aus 720×480 Pixeln. In der Ausführungsform werden die Standbilder eines nach dem anderen aus den Bewegtbilddaten abgefragt und die Information wird darin eingebettet. Der Informationseinfügevorgang wird bei jedem Standbild abgeschlossen.
(2) Zu ändernder Bildwert
Der Intensitätswert jedes Pixels des Standbilds wird geändert.
(3) Einzufügende Information

Information von 6 Bits, d. h., 64 Ziffernarten von 0 bis 63.

(4) Ausdruck von Information im Standbild
(a) Blockauswahl
Das Standbild wird auf der Einheitsbasis eines Blocks von 8×8 Pixeln unterteilt.
Im Fall des Standbilds von 720×480 Pixeln, das in den Daten häufig verwendet wird, wird das Standbild in 90 × 60 (= 5400) Blocks unterteilt.
In Bezug auf jede der 64 Arten (6 Bits) Einfügeinformation wird der Block auf der Grundlage einer Korrespondenzbeziehung (die vorbestimmt ist und beispielsweise einer Tabelle festgehalten wird) hinsichtlich des Werts des (mindestens einen) Blocks, der von den 5400 Blocks geändert wird, ausgewählt. Die Intensitäten der Pixel in dem ausgewählten Block werden geändert.
(b) Änderung der Intensität in dem Block
Die Intensität jedes Pixels wird geändert, so dass die Summe der Intensitäten von 64 Pixeln in dem ausgewählten Block gleich einem Wert ist, der n-mal so groß wie die nächste ganze Zahl A ist. Obwohl A den Wert bezeichnet, der durch den Benutzer der Ausführungsform festgelegt wird, wird vorliegend 512 verwendet.
Wenn Information abgefragt wird, werden die Standbilder eines nach dem anderen aus dem Bewegtbild abgefragt, in das die Information eingefügt worden ist, und die Information wird aus jedem Standbild abgefragt.
Nachdem die Information durch das vorstehende Verfahren eingebettet wurde, gibt es, wenn eine Bildbearbeitung wie etwa eine Komprimierung oder dergleichen ausgeführt wird, den Fall, dass sich die Intensität ändert und die Intensitätssumme nicht gleich dem Wert ist, der gerade n-mal so groß wie als die ganze Zahl A zum Zeitpunkt der Abfrage ist. Daher wird bei der Informationsabfrage aus dem Standbild, ob die Intensitätssumme gleich dem Wert ist, der n-mal so groß wie A ist oder ein Wert in der Nähe eines solchen Wert ist oder nicht, im Hinblick auf jeden der 5400 Blocks unterschieden.
Der Begriff „in der Nähe” wird nun so definiert, dass die Intensitätssumme größer oder gleich (A × n – A/4) ist und kleiner oder gleich (A × n + A/4) ist. Diese Definition ist ein Beispiel und es ist auch eine andere Definition möglich.
Wenn der Bildvorgang wie etwa eine Komprimierung oder dergleichen nicht an dem Bild durchgeführt wird, in das die Information eingebettet worden ist und keine Intensitätsänderung auftritt, besteht keine Notwendigkeit, „in der Nähe” zu definieren.
Wenn die Intensitätssumme gleich dem Wert ist, der n-mal so groß wie A oder ein Wert in der Nähe eines solchen Werts ist, wird festgelegt, dass die Intensität des Blocks geändert worden ist. Eine der eingefügten 64 Arten von Information wird durch Verwendung der Information spezifiziert, die angibt, von welchem der 5400 Blocks die Intensität verändert worden ist und die die vorstehende Korrespondenzbeziehung angibt.
Bei der vorstehenden Abfrage führt, wenn die Intensitätssumme des Blocks trotz der Tatsache, dass die Intensität nicht geändert ist, zufällig gleich dem Wert ist, der n-mal so groß wie A ist, dies zu einer fehlerhaften Erfassung.
Um dies zu verhindern, wird die Anzahl der Intensitätsveränderungsblöcke auf mehrere eingestellt, und wenn die Anzahl der Blöcke, worin in jedem die Intensitätssumme des Blocks gleich dem Wert ist, der n-mal so groß wie A oder ein Wert ist, der in der Nähe eines solchen Wert liegt oder größer als ein vorbestimmter Wert (beispielsweise die Hälfte) durch Einsetzen der Majoritätsentscheidungslogik ist, wird festgestellt, dass das Wasserzeichen eingebettet worden ist.
Zu den Informationsausdrucks-, -einfüge- und -abfrageverfahren, die in der erfindungsgemäßen Ausführungsform erwähnt worden sind, gibt es die japanische Patentanmeldung Nr. 9-238030 , die in Kürze als hierzu entsprechende US-Patentanmeldung eingereicht werden wird und deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Ein Verfahren zur Optimierung des Intensitätsveränderungsbetrags wird nun nachstehend unter der Annahme der vorstehenden Informationsausdrucks-, -einfüge- und -abfrageverfahren als Vorbedingung genannt.
11 ist ein Hardware-Konstruktionsdiagramm der Ausführungsform. Eine Eingabe-/Ausgabeeinrichtung 1101 wird durch eine E/A-Einrichtung oder dergleichen eines Computers realisiert. Ein Bewegtbild und eine einzubettende Information werden nach außen eingegeben und in eine Speichervorrichtung 1103 durch eine Rechenoperationsvorrichtung 1102 gespeichert. Das Bewegtbild, in das die Information eingebettet worden ist, wird von der Rechenoperationsvorrichtung 1102 empfangen und nach außen ausgegeben. Die Rechenoperationsvorrichtung 1102 wird von einer CPU des Computers realisiert, liest das Bewegtbild und die einzufügende Information aus, die in der Speichervorrichtung 1103 gespeichert worden sind, fügt die Information in das Bewegtbild ein und gibt das entstehende Bewegtbild an die Eingabe-/Ausgabevorrichtung 1101 aus. Bei diesem Beispiel wird die Information unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Filters eingebettet, um das Bild visuell nicht zu mindern. Die Speichervorrichtung 1103 wird durch einen Halbleiter, eine Festplatte, eine Bildplatte oder dergleichen realisiert und speichert das Bewegtbild und die einzufügende Information.
3 ist ein Funktionskonstruktionsdiagramm der Ausführungsform.
Die Blocks 301 bis 306 bezeichnen Vorgänge, die durch die Rechenoperationsvorrichtung 1102 ausgeführt werden und durch Ausführen eines Programms durch die CPU des Computers realisiert werden. Die Blöcke 307 bis 313 geben Daten an, die in einem Speicher, nämlich der Speichervorrichtung 1103 des Computers, gespeichert werden.
Das Programm kann in einem Zustand verteilt werden, in dem es in einem Speichermedium gespeichert worden ist, oder kann von einem Server über ein Netzwerk verteilt werden.
Das Programm kann auch so aufgebaut werden, dass es auf der Grundlage des Betriebssystems eines Personalcomputers funktioniert.
Eine Eingabe/Ausgabe 301 gibt Bewegtbilddaten 307 ein und speichert sie im Speicher. Die Bewegtbilddaten sind eine Abfolge von mehreren ununterbrochenen Standbildern. Jedes Standbild besteht aus 720×480 Pixeln.
Die Eingabe/Ausgabe 301 gibt einzufügende Information 310 in das Bild ein und speichert sie im Speicher. Die einzufügende Information ist eine 6-Bit-Information. Das heißt, die Anzahl der einzufügenden Information ist gleich 64 (= 2⁶) Arten.
Des Weiteren gibt die Eingabe/Ausgabe 301 einen Wert (die vorgenannte ganze Zahl A) 312 ein, der als Bezug dient, wenn die Information von der Eingabe-/Ausgabevorrichtung 1101 in das Bild eingefügt wird und sie im Speicher speichert. Es wird nun angenommen, dass der Wert der ganzen Zahl A auf 512 gesetzt wird. Der Wert, der n-mal so groß wie die ganze Zahl A ist, wird nachstehend als Zielwert bezeichnet.
Die Eingabe/Ausgabe 301 liest ein Bewegtbild 313 aus, in dem Wasserzeichen-Information aus dem Speicher eingefügt worden ist, und gibt es von der Eingabe-/Ausgabevorrichtung 1101 nach außen aus.
Eine Steuerung 302 aktiviert ein Filter 303, eine Differenzberechnung 304, eine Einfügestellenentscheidung 305 und eine Einfügung 306 für jedes Standbild im Bewegtbild 307 und bettet die Einfügeinformation 310 ein.
Das Filter 303 ist der medizinische Filter in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform. Die Standbilder im Bewegtbild 307 werden eines nach dem andern ausgelesen, der vorgenannte Filtervorgang wird auf die ausgelesenen Standbilder angewendet und ein sich ergebendes Filterbild 308 wird im Speicher gespeichert.
Die Differenzberechnung 304 erhält eine Differenz zwischen den Intensitäten eines Standbilds in dem Bewegtbild 307 und dem davon für jedes Pixel erhaltenen Filterbild 308 und speichert einen sich ergebenden Wert als einen Änderungsbereich 309 im Speicher. Der Anderungsbereich 309 bezeichnet einen Bereich, in dem die Intensität in Bezug auf jedes Pixel eines Standbilds in dem Bewegtbild 307 geändert werden kann.
Die Einfügestellenentscheidung 305 teilt das Standbild von 720×480 Pixeln in Blöcke, die jeder aus 8×8 Pixeln bestehen, so dass 5400 (= 90 × 60) Blöcke erhalten werden. Der Block, dessen Pixelwert geändert ist, wird entsprechend der Einfügeinformation 310 durch das vorstehende Verfahren ausgewählt und wird als Einfügeblock 311 verwendet.
Die Einfügung 306 verändert die Summe der Intensitäten und wird dadurch zum Zielwert 312 (dem Wert, der n-mal so groß wie die ganze Zahl A ist) in Bezug auf jeden Block des Einfügeblocks 311. Dadurch wird ein Standbild, in dem die Information eingefügt ist, erhalten und zu dem Bewegtbild 313 mit eingefügtem Wasserzeichen hinzugefügt.
4 ist ein Flussdiagramm für die Operation der Einfügung 306. Zunächst wird in Schritt 401 die Summe der Intensitäten des (8×8)-Pixelblocks 311 als Ziel berechnet. In Schritt 402 wird der Wert, der n-mal so groß wie 512 ist und der in Schritt 401 berechneten Intensitätssumme am nächsten kommt, als Zielwert verwendet.
Die Vorgänge in Schritt 403 und die nachfolgenden Schritte sind tatsächliche Einfügevorgänge. Zunächst wird in Schritt 403 die Intensität jedes Pixels im Zielblock innerhalb des Änderungsbereichs 309 verändert und gleichzeitig wird auch die Intensitätssumme geändert. In Schritt 404 wird eine Überprüfung durchgeführt, um festzustellen, ob die Intensitätssumme nach der Änderung mit dem Zielwert übereinstimmt. Wenn sie übereinstimmen, ist die Einfügeoperation beendet. Wenn sie nicht übereinstimmen, wird der Intensitätswert des Blocks auf den Wert vor der Änderung zurückgestellt (d. h. kein Wasserzeichen wird in den Block eingefügt) und danach ist die Einfügeoperation beendet.
5 ist ein detailliertes Flussdiagramm für den Einfügevorgang. Nun wird zur Vereinfachung der Erläuterung ein Fall betrachtet, bei dem die Summe der Intensitätswerte vor der Änderung kleiner ist als der Zielwert. Es wird angenommen, dass die Pixel in jedem Block durch die Pixelzahlen 1 bis 64 ausgedrückt werden.
Zunächst wird in Schritt 501 die Pixelzahl I auf 1 gesetzt. Der Schritt 502 bezeichnet einen Diskriminierungsvorgang des Pixels Nr. I = 64 und wird hier später erläutert. In Schritt 503 wird unter der nunmehrigen Annahme, dass der Änderungsbereich 309 des Pixels I als R(I) bezeichnet wird, eine Überprüfung vorgenommen, um festzustellen, ob R(I) positiv ist. Das heißt, es wird unterschieden, ob es zu dem Intensitätswert des Pixels I addiert werden kann oder nicht. Wenn es nicht addiert werden kann, wird der Wert von I in Schritt 507 erhöht und die Bearbeitungsroutine geht zum Diskriminierungsvorgang in Schritt 502 weiter. Wenn es addiert werden kann, geht die Bearbeitungsroutine zu Schritt 504 und den nachfolgenden Schritten weiter.
In Schritt 504 wird nur „1” zum Intensitätswert des Pixels I addiert. In Schritt 505 wird nur „1” zur Summe der Intensitätswerte des Zielblocks addiert, zu dem das Pixel I gehört. In Schritt 506 wird „1” von dem Wert des Änderungsbereichs R(I) durch Addition des Pixels I subtrahiert.
Schritt 404 bezeichnet den vorgenannten Diskriminierungsvorgang. Wenn die Summe der Intensitätswerte gleich dem Zielwert ist, wird es so betrachtet, dass das Wasserzeichen in den Zielblock eingefügt worden ist, und der Bearbeitungsvorgang ist beendet. Wenn sie nicht gleich sind, wird der Wert der Pixelzahl I erhöht und es folgt Schritt 502.
Schritt 502 bezeichnet einen Diskriminierungsvorgang des Pixels Nr. I = 64. I = 64 wird in den folgenden beiden Fällen entschieden.

(1) Ein Fall, in dem es unter 64 Pixeln im Zielblock, obwohl der Additionsvorgang einmal für das veränderbare Pixel ausgeführt wurde, immer noch einige andere Pixel gibt, bei denen der Intensitätswert geändert werden kann. In diesem Fall folgt, da R(I) bei einigen Pixeln in Schritt 508 nicht gleich 0 ist, Schritt 501 und der Additionsvorgang des Intensitätswert wird wiederum ausgeführt.
(2) Unter 64 Pixeln im Zielblock wird der Additionsvorgang mehrere Male in Bezug auf die veränderbaren Pixel ausgeführt. Dadurch wird die Änderung des Intensitätswert bei allen Pixeln unmöglich, bevor die Summe der Intensitätswerte den Zielwert erreicht.

In diesem Fall folgt Schritt 405, da R(I) = 0 bei allen Pixeln in Schritt 508, und der Intensitätswert jedes Pixels wird auf den Wert vor der Änderung zurückgestellt. Die Verarbeitungsroutine wird ohne Einfügen eines Wasserzeichens beendet.
Gemäß der Ausführungsform können in dem System zum Einbetten der Information in das Bewegtbild durch ändern der Intensität sowohl die Verhinderung der Bildqualitätsminderung wie auch die Fähigkeit des Überdauerns der eingebetteten Information durch einen Grund erzielt werden, der ähnlich jenem in der vorhergehenden Ausführungsform ist.
Ein Verfahren zur Verwendung detaillierterer Parameter zum Zeitpunkt der Einfügung eines Wasserzeichens wird nun unter Bezugnahme auf die 6 und 7 beschrieben.
Was die Art des Bilds, die Art der Einfügeinformation und dergleichen betrifft, wird ein Ausdrucksverfahren, das ähnlich jenem der Ausführungsform ist, die bereits beschrieben worden ist, verwendet.
6 ist ein Funktionskonstruktionsdiagramm der Ausführungsform. Die Dateien 601 bis 603 als Parameter zum Zeitpunkt der Einfügung von Information und ein Einfügevorgang 604, die sich von jenen im Funktionskonstruktionsdiagramm der 3 unterscheiden, werden nun beschrieben.
Ein oberer Grenzwert 601 ist ein Parameter, um die obere Grenze des Änderungsbereichs 309 festzulegen und verhindert die Änderung des Intensitätswerts des oberen Grenzwerts oder mehr bei der Einfügung 306.
Der obere Grenzwert 601 wird beispielsweise unter der UND-Bedingung mit dem von dem Filter 303 ausgegebenen Änderungsbereich 309 verwendet. Die obere Grenze des Änderungsbereichs wird verwendet, wenn die Bedienperson nach einer anderen Bedingung bestimmen will.
Ein Abstandswert 602 setzt den oberen Grenzwert, in dem der Intensitätswert geändert werden kann, und gibt den oberen Grenzwert in dem Fall an, in dem die Bedienperson den Intensitätswert auf einen Wert über dem von dem Filter 303 ausgegebenen Änderungsbereich 309 verändern will.
Ein Einfügezulassungs-/-sperrdiskriminationsbezug 603 gibt einen Diskriminationsbezug an, der zum Zeitpunkt der Einfügung in einem anderen als dem vorstehend genannten Fall verwendet wird. Zum Beispiel kann durch Überprüfen eines streubaren Werts der Intensität des Blocks ein Kontrastmangelausmaß des Blocks unterschieden werden. Ein solcher Vorgang, dass kein Wasserzeichen in einen Teil eingefügt wird, der zu kontrastarm im Hinblick auf ein Bild in der Einfügung 306 ist, kann durchgeführt werden.
7 ist ein Flussdiagramm für die Durchführung der Einfügung 604 in der Ausführungsform. Da die Vorgänge außer den Schritten 701 bis 704 jenen in 4 ähnlich sind, wird auf deren Beschreibung verzichtet.
In Schritt 701 wird als Einfügezulassungs-/-spendiskriminationsbezug unterschieden, ob die Streuung der Intensitäten des relevanten Blocks größer oder gleich einem Bezugswert ist. Wenn sie geringer als der Bezugswert ist, ist die Bearbeitungsroutine beendet. Wenn sie größer oder gleich dem Bezugswert ist, geht die Bearbeitungsroutine über die Schritte 401 und 402 zu Schritt 702 weiter.
In Schritt 702 wird der Intensitätswert des Pixels im Zielblock innerhalb des von dem Filter zugelassenen Bereichs verändert. Jedoch ist die Änderung des oberen Grenzwerts 601 oder mehr nicht zugelassen. Wenn die Intensitätssumme den Zielwert in Schritt 404 nicht erreicht, wird die Intensität des Pixels wiederum innerhalb des Bereichs des Abstandswerts 602 in Schritt 703 verändert. Es folgt Schritt 704.
In Schritt 704 wird eine Überprüfung durchgeführt, um festzustellen, ob die Summe der geänderten Intensitätswerte den Zielwert oder einen Wert (Zielwert ±64) in der Nähe des Zielwerts erreicht hat. Wenn sie ihn erreicht hat, ist die Wasserzeicheneinfügung abgeschlossen und die Verarbeitungsroutine ist beendet. Wenn sie ihn nicht erreicht hat, folgt Schritt 405 und die Bearbeitungsroutine ist beendet, ohne die Wasserzeicheneinfügung durchzuführen (durch Zurückstellen des Intensitätswerts des Pixels auf den Wert vor der Änderung).
Gemäß dem in den 6 und 7 gezeigten Verfahren wird, da das Intensitätsveränderungsverfahren ohne Bildqualitätsminderung in der vorhergehenden Ausführungsform noch verfeinert werden kann, die verhindernde Wirkung der Bildqualitätsminderung verbessert.
In einem Bewegtbild oder dergleichen gibt es, wenn die Intensitätssumme des ausgewählten Blocks zur Übereinstimmung mit dem Zielwert ungeachtet der Differenz vom Zielwert (dem Wert, der n-mal so groß wie 512 ist) gebracht wird, eine Situation der Art, dass im Fall der Reproduktion des Bewegtbilds in Echtzeit oder dergleichen aufgrund einer plötzlichen Änderung des Intensitätswerts oder dergleichen ein Flimmern auf dem Bildschirm auftritt und die Wasserzeichenstelle visuell erkennbar ist.
Daher wird nun ein Verfahren unter Bezugnahme auf 8 beschrieben, um die Einfügeinformation weiter unkenntlich zu machen.
8 zeigt den Schritt 801, der zwischen den Schritten 401 und 402 in den Flussdiagrammen der 4 und 7 ausgeführt wird. Da die Vorgänge außer dem Schritt 801 ähnlich jenen in den 4 und 7 sind, wird auf ihre Beschreibung hier verzichtet.
Im Schritt 801 wird nach Maßgabe eines (nicht gezeigten) voreingestellten zweiten oberen Grenzwerts einer Differenz zwischen der Intensitätssumme vor der Änderung des Blocks und des Zielwerts der Block unterschieden, wodurch entschieden wird, ob das Wasserzeichen eingefügt ist oder nicht. Nun wird unter der Annahme, dass der zweite obere Grenzwert auf 32 eingestellt ist, der Block, in dem die Intensitätssumme nicht innerhalb des folgenden Bereichs liegt, als Ziel der tatsächlichen Wasserzeicheneinfügung verwendet. Mit anderen Worten, es wird eine solche Idee angewendet, dass, wenn die In tensitätssumme innerhalb des folgenden Bereichs liegt, wenn das Wasserzeichen eingefügt wird, die Differenz von der ursprünglichen Intensitätssumme steigt und die Wasserzeicheneinfügung erkennbar ist, so dass das Wasserzeichen nicht eingefügt wird. Wert von n-mal 512 + 256 – 32 < Intensitätssumme < Wert von n-mal 512 + 256 + 32
In diesem Ausdruck bezeichnet 512 die vorgenannte ganze Zahl A und 256 bezeichnet A/2. Der zweite obere Grenzwert wird von der Eingabe-/Ausgabevorrichtung 1101 eingesetzt und in der Speichervorrichtung 1103 gespeichert.
Die Wasserzeicheneinfügung wird nicht im Block innerhalb des vorgenannten Bereichs durchgeführt und die Vorgänge werden beendet.
Gemäß diesem Verfahren kann im Hinblick auf den Block, in dem die Differenz zwischen der Intensitätssumme und dem Zielwert groß ist, da das Wasserzeichen nicht eingefügt wird, im Fall einer Reproduktion des Bewegtbilds in Echtzeit die Einfügeinformation weiter unkenntlich gemacht werden. Dadurch wird die verhindernde Wirkung der Bildqualitätsminderung weiter verbessert.
Eine noch andere Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 9 und 10 beschrieben.
9 ist ein schematisches Diagramm eines Wasserzeicheneinfügeblocks, der das System der Ausführungsform verwendet. Da der Intensitätswert eines Wasserzeicheneinfügeblocks 91 durch die Einfügung des Wasserzeichens verändert wird, ergibt sich ein Fall, in dem der Block in einem Teil eines flachen Bilds oder dergleichen er kennbar ist. Wie in 9 gezeigt ist, kann durch Ausbilden von vier Zonen 92 bis 95 rund um den Wasserzeicheneinfügeblock 91 und schrittweises Ändern der Intensitätswerte der vier Zonen nach Maßgabe der Intensitätsveränderung des Blocks 91 der Wasserzeicheneinfügeblock unkenntlich gemacht werden.
10 ist ein Flussdiagramm für einen Änderungsvorgang der Intensitätswerte der Zonen 92 bis 95. Zur einfacheren Erläuterung wird nun die Änderung der Intensitätswerte der in 9 gezeigten vier (8 × 2) Teilzonen (A1, A2, A3, A4) 92 bis 95 betrachtet.
In Schritt 1001 richtet sich die Aufmerksamkeit auf den rechten benachbarten Block des Wasserzeicheneinfügeblocks 91 und der Änderungsbetrag des Intensitätswerts dieses Teils wird erhalten. In Schritt 1002 wird der in Schritt 1001 berechnete Intensitätswertänderungsbetrag mit 0,8 multipliziert und der Ergebniswert wird zum Intensitätswert der A1-Zone 92 addiert. In Schritt 1003 wird der Intensitätswertänderungsbetrag auf ähnliche Weise mit 0,6 multipliziert und der Ergebniswert wird zum Intensitätswert der A2-Zone 93 addiert. In Schritt 1004 wird der Intensitätswertänderungsbetrag auf ähnliche Weise mit 0,4 multipliziert und der Ergebniswert wird zum Intensitätswert der A3-Zone 93 addiert. In Schritt 1005 wird der Intensitätswertänderungsbetrag auf ähnliche Weise mit 0,2 multipliziert und der Ergebniswert wird zum Intensitätswert der A4-Zone 95 addiert. Der Änderungsvorgang des Intensitätswerts ist beendet.
Bei diesem Beispiel ist die Erfindung, obwohl die Zonen, die rund um den Wasserzeicheneinfügeblock 91 vorgesehen sind, ausgebildet wurden, indem ein Block in vier Teile geteilt wurde, nicht auf dieses Verfahren beschränkt. Unterschiedliche Modifikationen, beispielsweise, dass mehr Blöcke in mehr Zonen unterteilt werden und der Intensitätswert glatter verändert wird und dergleichen, sind möglich.
In jeder der vorstehenden Ausführungsformen ist die Erfindung nicht auf dieses Verfahren beschränkt, obwohl die Intensität des Pixels als Verfahren zur Einbettung der Information verändert wurde. Das Informationseinbettungsverfahren kann auch durch Ändern des Werts irgendeiner von drei Primärfarben, die jedes Pixel aufbauen, oder von Werten einer beliebigen Kombination davon oder durch Ändern des Werts von entweder einer oder einer beliebigen Kombination der Intensität und der Farbdifferenzen oder der Werte einer beliebigen Kombination davon realisiert werden.
Die Erfindung kann beispielsweise außer auf Bilder auch auf Musik angewendet werden. Zum Beispiel kann der Änderungsbereich eines Klangvolumens, einer Klangfarbe oder dergleichen erhalten werden, und es wird innerhalb eines solchen Bereichs verändert. Die Durchführung ist auch auf eine solche Art und Weise möglich, dass Information durch Änderung eines Klangvolumens, einer Klangfarbe oder dergleichen in eine kleine Abschnittseinheitsbasis eingebettet wird und der Wert wird auch Stück für Stück an Stellen vor und nach dem kleinen Abschnitt verändert, wodurch er unkenntlich gemacht wird.
Die durch das vorstehende Verfahren eingebettete Information kann von Personen nicht entfernt werden, außer von jener Person, die das Einbettungsverfahren (Stelle, Muster) oder die Information zur Erfassung und Entfernung kennt. Ganz im Gegenteil, da die Person, die das Einbettungsverfahren und die Information zur Erfassung und Entfernung kennt, die eingebettete Information gemäß der Erfindung abfragen kann, ist die Erfindung dazu geeignet, Copyright-Informationen oder dergleichen der Daten zu verwalten.
Gemäß der Erfindung kann bei der Informationseinbettung in die Daten sowohl die Verhinderung der Verminderung wie auch die Fähigkeit des Überdauerns der Einbettungsinformation erreicht werden, da die Daten so stark wie möglich innerhalb des Bereichs, in dem die Daten sich nicht verschlechtern, verändert werden.

Claims

Verfahren zum Einbetten von Information in ein Bild durch Ändern des Wertes eines beliebigen Pixels im Bild, gekennzeichnet durch die Schritte (A) Bestimmen des Änderungsbereichs für das Pixel durch folgende Schritte: (1) Bestimmen einer Richtung auf der Grundlage eines Ausmaßes der Änderung der Werte des bestimmten Pixels und der umgebenden Pixel, (2) Vornehmen von Bildbearbeitung längs der ermittelten Richtung, und (3) Ermitteln eines Unterschiedes zwischen dem Wert des bestimmten Pixels vor der Bildverarbeitung und dem Wert nach der Bildverarbeitung als Änderungsbereich, und (B) Einbetten von Information in ein Bild durch Ändern des Wertes des Pixels innerhalb des Änderungsbereichs.
Verfahren nach Anspruch 1, mit den Schritten: (4) Setzen mehrerer vorbestimmter Pixel, (5) Durchführen der Schritte (1) bis (3) für jedes der im Schritt (4) vorbestimmten Pixel, und (6) Ändern des Werts jedes vorbestimmten Pixels auf der Grundlage des jeweiligen Änderungsbereichs.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das eine oder mehrere der folgenden Bedingungen erfüllt: (a) der Bestimmungsschritt (1) wird auf der Grundlage von Ausmaßen der Änderung der Werte längs einer durch das vorbestimmte Pixel laufenden Richtung durchgeführt, (b) der Bildverarbeitungsschritt (2) ist ein Glättungsvorgang, und (c) der Änderungsbetrag des Schrittes (6) wird auf einen Wert niedriger als der Änderungsbereich festgelegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit dem Schritt des Bestimmens eines Änderungsbetrags eines Werts eines jeden vorbestimmten Pixels abermals so, dass eine Berechnung, die die bestimmten Änderungsbeträge des Schritts (6) verwendet, eine vorbestimmte Bedingung erfüllt.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Berechnung eine Addition ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Pixelwert die Intensität des Pixels ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, mit den weiteren Schritten: (7) Vornehmen der Schritte (4) bis (6) für Pixel für jeweilige Bits der einzubettenden Information, (8) Ändern der Pixelwerte auf der Grundlage der bestimmten Änderungsbeträge, und (9) Ausgeben des Bildes, in dem Pixelwerte geändert sind.
Programm zum Einbetten von Information in ein Bild durch Ändern eines Werts eines vorbestimmten Pixels im Bild, wobei das Programm durch einen Computer ausführbar ist und Codes zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.
Computerlesbare Programmspeichervorrichtung, die ein Programm von durch den Computer ausführbaren Befehlen verkörpert, so dass ein Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 7 ausgeführt werden kann.