JP2001061052A - 電子すかしデータ挿入方法及びその装置と電子すかしデータ検出装置 - Google Patents
電子すかしデータ挿入方法及びその装置と電子すかしデータ検出装置Info
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Abstract
画質劣化のない電子すかし及びその検出効率を向上する
ことを課題とする。 【解決手段】 ピクチャタイプ毎に適応する強さの電子
すかしデータを挿入する電子すかしデータ挿入方法にお
いて、画像からk×k画素のブロックを取り出して、当
該ブロックのDCT(離散コサイン変換)を行い、前記
DCT変換後の前記DCTの係数の量子化を行い、前記
ピクチャタイプを決定し、前記各ピクチャタイプ毎に第
1の電子すかしデータから第jの電子すかしデータまで
j種類の電子すかしデータを格納した電子すかしデータ
・テーブルによって前記ピクチャタイプに応じて1種類
の電子すかしデータを選択し、前記DCT変換後のデー
タに前記選択した電子すかしデータを挿入することを特
徴とする。
Description
子すかしデータを挿入する電子すかしデータ挿入方法及
びその装置に関し、特にデジタル画像に特殊な情報を持
つ識別データ(電子すかしデータ)を埋め込む電子すか
しデータ挿入方法及びその装置に関する。
となっている。この違法な複製を防止するために、デジ
タル画像データを暗号化し、正当な暗号解読キーを持つ
再生システムのみが、暗号化されたデジタル画像データ
を再生できるシステムが考えられている。
と、以降の複製を防止することは出来ない。そこで、デ
ジタル画像の不正な使用、及び複製を防止するために、
デジタル画像そのものに特殊な情報(以下、この情報の
ことを電子すかしデータと呼ぶ)を埋め込む方法が考え
られている。
かしデータとして、認識できる可視な電子すかしデー
タ、及び容易に認識できない不可視な電子すかしデータ
の2種類が考えられている。
特殊な文字、あるいは記号等を合成して、視覚的に感知
できるようにしたものであり、画質の劣化を招くが、デ
ジタル画像の使用者に対して、不正な流量の防止を視覚
的に訴える効果がある。
一例が、特開平8−241403号公報に示されてい
る。この方法においては、元になる画像に対して可視な
電子すかしデータを合成する際、電子すかしデータの不
透明な部分に対応する画素の輝度のみを変化させ、色成
分は変化させないようにして電子すかしデータを原画像
に合成している。この際、画素の輝度成分を変化させる
スケーリング値は、色成分、乱数、電子すかしデータの
画素の値等によって決定されている。
を劣化させないように配慮して、電子すかしデータを画
像に埋め込んだものであり、画質の劣化がほとんど無い
ため視覚的には感知できないことが特徴である。
者の識別が可能な特殊な情報を埋め込んでおけば、違法
な複製が行われた後でも、この電子すかしデータを検出
することにより著作者を特定することが可能である。ま
た、複製不可情報を埋め込んでおけば、例えば再生装置
がその複製不可情報を検出した際に、使用者に複製禁止
データであることを通知したり、再生装置内の複製防止
機構を動作させて、VTR等への複製を制限することが
可能である。
ル画像への埋め込み方法の一つとしては、画素データの
LSB(Least Significant Bit:最小量子化ビット)等
の画質への影響の少ない部分に、電子すかしデータとし
て特殊な情報を埋め込む方法がある。しかし、この方法
に対しては、画像から電子すかしデータを取り除くこと
は容易であった。例えば、低域通過フィルタを用いれ
ば、画素のLSBの情報は失われることになり、また、
画像圧縮処理はこのような画質に影響の少ない部分の情
報量を落とすことによりデータ量の削減をはかっている
ので、画像処理により電子すかしデータが失われること
になる。従って、電子すかしデータの再検出が困難とな
るという問題があった。
31号公報に示されている。同公報においては、連続す
るフレームの画像の相関を利用して、図8に示すよう
に、情報埋め込み装置では、画像の映像信号をバッファ
503で受け、隣接画素同士の相関を検出装置501で
検出し、その相関値に応じて制御装置502で制御信号
を生成し、変換装置504でバッファ503の映像信号
の一部領域を電子すかしを挿入した映像信号に変換し、
記録処理装置505に格納する。つぎに、再生装置で
は、再生時に周辺の領域で置き換えても、画像の劣化を
生じない領域を検出し、変換対象領域のレベルを変換し
て、特定の情報を埋め込んである。
装置507で信号欠落部分と、制御装置502で得られ
た変換情報を用いて、制御装置508で識別データを埋
め込んだ領域を特定し、補助装置509でその部分を補
正する事によって画像を復元して、再生映像信号を得て
いる。
66号公報には、違法ダビングを防止するコピー禁止信
号又はコピー許可信号を記録する映像信号記録装置につ
いて記載されている。図9に示すように、アナログ輝度
信号Yと、色差信号PB,PRとをローパスフィルター
601〜603で低域成分だけ取り出し、A/D変換器
でそれぞれデジタル信号を得て、時分割多重(TDM)
エンコーダデジタル信号処理回路607から同期信号を
検出するタイミング発生器608と、同期信号SYNC
を検出するタイミング発生器609と、同期信号後のリ
ザーブエリアにコピー禁止又はコピー許可を示すコピー
制御信号を発生するタイミング発生器610とで各タイ
ミングを発生して、信号加算回路611,612でアナ
ログ輝度信号Yと、色差信号PB,PRとを時間軸多重
して、D/A変換器613,614でD/A変換し、ロ
ーパスフィルター615,616で低域周波数成分を得
て、チャネルA,チャネルBのそれぞれをビデオテープ
に記録される。
周波数変換後の映像信号の周波数帯域よりも低い周波数
信号を持つ情報を埋め込む方法が示されている。この方
法においては、広域通過フィルタを用いて、もとの映像
信号を取り出し、低域通過フィルタを用いて埋め込んだ
識別データを取り出している。
て、画像を周波数変換してスペクトル成分とし、周波数
変換後の映像信号の周波数成分が強い領域に、電子すか
しデータを埋め込む方法が提案されている(日経エレク
トロニクス 1996.4.22(no.660)13
ページ)。この方法においては、周波数成分に電子すか
しデータを埋め込むので、圧縮処理やフィルタリング等
の画像処理に対しても電子すかしデータが失われること
はない。
布に従う乱数」を採用することで、電子すかしデータ同
士の干渉を防ぎ、画像全体に大きな影響を及ぼすことな
く、電子すかしデータを破壊することも困難な方式が提
案されている。
かしデータの埋め込み方法は、元の画像をDCT(離散
コサイン変換)などを用いて周波数成分に変換し、周波
数領域で高いレベル値を示すデータをn個選び、 f(1)、f(2)、・・・、f(n) とし、電子すかしデータ w(1)、w(2)、・・・w(n) を、平均0、分散1である正規分布より選び、 F(i)=f(i)+α×|f(i)|×w(i) を各iについて計算する。ここで、αはスケーリング要
素である。
換えた周波数成分を含むDCT(離散コサイン変換)変
換係数を逆DCTしてから、電子すかしデータが埋め込
まれた画像を得る。
しデータの検出は以下の方法で行う。この検出方法にお
いては、元の画像、及び電子すかしデータ候補w(i)
(但しi=1、2、・・・、n)が既知でなければなら
ない。
入り画像を周波数成分に変換し、周波数領域において、
電子すかしデータを埋め込んだ f(1)、f(2)、・・・、f(n) に対応する要素の値を F(1)、F(2)、・・・、F(n) とする。電子すかしデータ抽出部では、f(i)、及び
F(i)により、電子すかしデータW(i)を W(i)=(F(i)−f(i))/f(i) により計算して、抽出する。
の統計的類似度をベクトルの内積を利用して、 C=W×w/(WD×wD) により計算する。ここで、 W=(W(1)、W(2)、・・・、W(n))、 w=(w(1)、w(2)、・・・、w(n))、 WD=ベクトルWの絶対値、 wD=ベクトルwの絶対値 である。統計的類似度Cがある特定の値以上である場合
には、該当電子すかしデータが埋め込まれていると判定
する。
画像に埋め込んでおけば、原画像を所有している著作者
が、違法な複製と思われるデジタル画像データに対し
て、検出処理を行う場合に有効である。
違法な複製と思われる画像データに対して、原画像を所
有している著作者が検出処理を行う場合には可能である
が、各端末の再生装置では、原画像が無いために電子す
かしデータの検出処理を行うことが出来ない。そこで上
記の方法を端末処理、特にMPEG(Moving PictureEx
perts Group)システム向けに改良した方法が提案され
ている。
ル×8ピクセルのブロックに分割し、このブロックを処
理単位として、電子すかしデータの埋め込み、及び抽出
処理を行う。
ず、MPEG符号化処理の、離散コサイン変換(DCT)
が終わった後の周波数領域でAC成分の周波数成分の低
いものから順に、 f(1)、f(2)、・・・、f(n) とし、電子すかしデータ w(1)、w(2)、・・・w(n) を、平均0、分散1である正規分布より選び、 F(i)=f(i)+α×avg(f(i))×w
(i) を各iについて計算する。ここで、αはスケーリング要
素であり、avg(f(i))はf(i)の近傍3点の
絶対値の平均を取った部分平均である。
き換えて、MPEG符号化処理の後続の処理を行う。
う。この検出方法においては、元の画像は必要ではな
く、データ候補 w(i)(但しi=1、2、・・・、n) が既知であればよい。
のブロックの周波数領域において、周波数成分の低いも
のから順に、 F(1)、F(2)、・・・、F(n) とする。F(i)の近傍3点の絶対値の平均値を部分平
均avg(F(i))として、電子すかしデータW
(i)を W(i)=F(i)/avg(F(i)) により計算し、さらに1画像分のW(i)の総和WF
(i)をi毎に各々計算する。次に、w(i)とWF
(i)の統計的類似度Cをベクトルの内積を利用して、 C=WF×w/(WFD×wD) により計算する。ここで、 W=(WF(1)、WF(2)、・・・、WF
(n))、 w=(w(1)、w(2)、・・・、w(n))、 WFD=ベクトルWFの絶対値、 wD=ベクトルwの絶対値 である。統計的類似度Cが、ある特定の値以上である場
合には該当電子すかしデータが埋め込まれていると判定
する。
6−315131号公報に示される例においては、全て
のフレームに電子すかし情報が埋め込まれないので、電
子すかしを埋め込まれていないフレームに対しては、違
法な複製を防止することは出来ない。また、連続するフ
レームが静止画であり、連続するフレームに変化が無い
ことを前提にしているため、動きの激しい動画において
は、電子すかしデータを埋め込む領域を特定できないた
め、電子すかしデータを埋め込むことが出来ない。
れる例においては、画像の周波数変換後の周波数領域よ
りも低い部分に電子すかしデータを埋め込むため、高帯
域周波数の通過フィルタを用いて電子すかしデータを除
去することが容易に可能である。
は、デジタル信号のMPEGデータに不可視の電子すか
しデータを挿入し及び検出することが記載されている。
MPEGデータは通常動画像の画像情報を8×8の各ブ
ロックに分割して、量子化によってDCT演算によるD
CT係数を丸め、その後電子すかしデータを挿入、検出
する。しかしながら、同公報にはMPEGデータに電子
すかしデータを挿入し、検出することは記載されている
が、MPEGデータの圧縮・伸張に用いるI,P,Bの
ピクチャタイプについては、一切記載されていない。
挿入・検出する際に、MPEGデータ中のピクチャタイ
プによって強調される度合いの相違を発見した。
い部分に電子すかしデータを埋め込む場合に、前記の周
波数成分によって電子すかしデータが除去されるという
問題は発生しないが、全てのピクチャタイプのフレーム
に対して共通な電子すかしデータを埋め込んでいた欠点
を見いだした。
0とすると、検出効率を向上させるために強く埋め込む
時には、全てのピクチャタイプ(I.P.B)に、10
という強さの電子すかしデータを埋め込むことになる。
この場合、全てのフレームに対して電子すかしデータを
強く埋め込んでいるために、画質が劣化してしまう。ま
た、逆に画質をよくするために、全てのピクチャタイプ
に5という強さの電子すかしデータを埋め込むと、電子
すかしデータを復調しようとすると検出効率が低下する
という問題が生じてしまう。
して、検出効率を向上させるために電子すかしを強く入
れると画質劣化が生じ、また画質劣化を防ぐ為電子すか
しを弱く入れると検出効率が低下するという問題があっ
た。
に、電子すかしの埋め込み方法の設定に関し、画像に対
して画質劣化のない電子すかし及びその検出効率を向上
することを課題とする。
プごとに適切な強さの電子すかしデータを挿入する電子
すかしデータ挿入方法において、画像からk×k画素の
ブロックを取り出して、当該ブロックのDCT(離散コ
サイン変換)を行い、前記DCT変換後の前記DCTの
係数の量子化を行い、前記ピクチャタイプを決定し、前
記各ピクチャタイプ毎に第1の電子すかしデータから第
jの電子すかしデータまでj種類の電子すかしデータを
格納した電子すかしデータ・テーブルによって前記ピク
チャタイプに応じて1種類の電子すかしデータを選択
し、前記DCT変換後のデータに前記選択した電子すか
しデータを挿入することを特徴とする。
ロックを取り出してDCT(離散コサイン変換)を行
い、DCT変換後のデータによるDCT係数の量子化を
行い、前記画像のピクチャタイプを決定し、第1の電子
すかしデータから第jの電子すかしデータまでj種類の
電子すかしデータを格納する電子すかしデータテーブル
から前記ピクチャタイプに応じて1種類の電子すかしデ
ータを選択し、前記DCT変換後の量子化後のデータに
前記1種類の電子すかしデータを挿入し、前記電子すか
しデータ挿入後のデータをハフマン符号化することを特
徴とする。
ロックを取り出してDCT(離散コサイン変換)を行
い、前記DCT変換後のデータのDCT係数の量子化を
行い、前記画像からピクチャタイプを決定し、前記画像
に予め挿入した電子すかしデータを元の電子すかしデー
タとして元の電子すかしデータ格納手段に格納し、前記
ピクチャタイプに応じて前記元の電子すかしデータに対
してj個の乗算器で乗算を行い、前記j個の乗算結果を
第1の電子すかしデータから第jの電子すかしデータと
してj種類の電子すかしデータを電子すかしデータテー
ブルに格納し、前記電子すかしデータテーブルから1種
類の電子すかしデータを選択し、前記量子化後のデータ
に前記1種類の電子すかしデータを挿入することを特徴
とする。
切な強さの電子すかしデータを挿入する電子すかしデー
タ挿入装置において、画像からk×k画素のブロックを
取り出してDCT(離散コサイン変換)を行いDCT変
換後のデータを出力するDCT変換器と、前記DCT変
換器によるDCT係数の量子化を行う量子化器と、前記
画像のピクチャタイプを決定するピクチャタイプ決定器
と、前記各ピクチャタイプ毎に第1の電子すかしデータ
から第jの電子すかしデータまでj種類の電子すかしデ
ータを格納する電子すかしデータテーブルと、前記ピク
チャタイプ決定器によるピクチャタイプに応じて前記電
子すかしデータテーブルから1種類の電子すかしデータ
を選択する電子すかしデータセレクタと、前記量子化後
のデータに前記1種類の電子すかしデータを挿入する電
子すかしデータ挿入器とを備えたことを特徴とする。
ロックを取り出してDCT(離散コサイン変換)を行い
DCT変換後のデータを出力するDCT変換器と、前記
DCT変換器によるDCT係数の量子化を行う量子化器
と、前記画像のピクチャタイプを決定するピクチャタイ
プ決定器と、第1の電子すかしデータから第jの電子す
かしデータまでj種類の電子すかしデータを格納する電
子すかしデータテーブルと、前記ピクチャタイプに応じ
て前記電子すかしデータテーブルの内から1種類の電子
すかしデータを選択する電子すかしデータセレクタと、
前記量子化後のデータに前記1種類の電子すかしデータ
を挿入する電子すかしデータ挿入器と、前記電子すかし
データを挿入後のデータを符号化するハフマン符号化器
とによって構成することを特徴とする。
ロックを取り出してDCT(離散コサイン変換)を行い
DCT変換後のデータを出力するDCT変換器と、前記
DCT変換器によるDCT係数の量子化を行う量子化器
と、前記画像のピクチャタイプを決定するピクチャタイ
プ決定器と、前記画像に予め挿入した電子すかしデータ
を元の電子すかしデータとして格納する元の電子すかし
データ格納手段と、前記ピクチャタイプ決定器による前
記ピクチャタイプに応じて電子すかしデータに対して乗
算を行うj個の乗算器と、前記j個の乗算器の乗算結果
により第1の電子すかしデータから第jの電子すかしデ
ータまでj種類の電子すかしデータを格納する電子すか
しデータテーブルと、前記電子すかしデータテーブルか
ら1種類の電子すかしデータを選択する電子すかしデー
タセレクタと、前記量子化器の量子化後のデータに前記
1種類の電子すかしデータを挿入する電子すかしデータ
挿入器とを備えたことを特徴とする。
切な強さの電子すかしデータを挿入された画像から前記
電子すかしデータを検出する電子すかしデータ検出装置
において、前記電子すかしデータを挿入した前記画像か
らk×k画素のブロックを取り出してIDCT(逆離散
コサイン変換)を行いIDCT変換後のデータを出力す
るIDCT変換器と、前記IDCT変換器によるIDC
T係数から電子すかしデータを抽出する電子すかしデー
タ抽出器と、前記電子すかしデータ抽出器の電子すかし
データから抽出データを格納する抽出データメモリと、
前記各ピクチャタイプ毎に第1の電子すかしデータから
第jの電子すかしデータまでj種類の電子すかしデータ
を格納する電子すかしデータテーブルと、前記ピクチャ
タイプに応じて前記電子すかしデータテーブルから1種
類の電子すかしデータを選択する電子すかしデータセレ
クタと、前記抽出データメモリの抽出データと前記1種
類の電子すかしデータとからを電子すかしデータを検出
する電子すかしデータ検出器とからなることを特徴とす
る。
切な強さの電子すかしデータを挿入された画像から前記
電子すかしデータを検出する電子すかしデータ検出装置
において、前記電子すかしデータを挿入した前記画像か
らk×k画素のブロックを取り出してIDCT(逆離散
コサイン変換)を行いIDCT変換後のデータを出力す
るIDCT変換器と、前記IDCT変換器によるIDC
T係数から電子すかしデータを抽出する電子すかしデー
タ抽出器と、前記電子すかしデータ抽出器の電子すかし
データから抽出データを格納する抽出データメモリと、
前記電子すかしデータを挿入した前記画像からピクチャ
タイプを検出するピクチャタイプ検出器と、前記ピクチ
ャタイプ検出器のピクチャタイプに応じて予め前記画像
に元の電子すかしデータを挿入した元の電子すかしデー
タ画像を格納した元の電子すかしデータ画像格納部と、
前記元の電子すかしデータ画像に前記ピクチャタイプ検
出器のピクチャタイプに応じて所定の乗算係数を乗算す
る第1の乗算器から第jの乗算器を含むj個の乗算器
と、前記j個の乗算器の乗算結果を格納する第1の電子
すかしデータから第jの電子すかしデータのj個の電子
すかしデータ格納部と、前記j個の電子すかしデータ格
納部から1種類の電子すかしデータを選択する電子すか
しデータセレクタと、前記抽出データメモリの抽出デー
タと前記1種類の電子すかしデータとから電子すかしデ
ータを検出する電子すかしデータ検出器とからなること
を特徴とする。
挿入方法およびその装置は、ピクチャタイプごとに適切
な強さの電子すかしデータを挿入することを特徴とす
る。ピクチャタイプごとに適切な強さの電子すかしデー
タを挿入することによって、画質劣化を招くこと無しに
検出効率の高い電子すかしデータ挿入方法を実現するこ
とができる。
れば、ピクチャタイプ決定部106はピクチャタイプ、
例えばイントラ符号化画像(Intra-Picture。以下、I
ピクチャという)、プレディクティブ符号化画像(Pred
ictive-Picture。以下、Pピクチャという)、またはバ
イディレクショナリ・プレディクティブ符号化画像(Bi
directionally-Predictive-Picture。以下、Bピクチャ
という)などのピクチャタイプのなかからその一つを決
定する。電子すかしデータセレクタ107は電子すかし
データテーブル108の中から、ピクチャタイプに応じ
た電子すかしデータを選択する。電子すかしデータ挿入
器105はピクチャタイプに応じた電子すかしデータを
挿入する。
図面を参照しつつ詳細に説明する。
システムブロック図である。
原画像101中の画像からk×k(kは画素のビット
数)画素のブロックを取り出して、DCT(離散コサイ
ン変換)を行い周波数成分に変換してDCT変換データ
として出力するDCT変換器103、DCT変換データ
のDCT係数の量子化を行う量子化器104、ピクチャ
タイプを決定するピクチャタイプ決定器106、各ピク
チャタイプW(I),W(B),W(P)毎に、適切な
値に計算された第1の電子すかしデータから第jの電子
すかしデータまでj種類の電子すかしデータを格納する
電子すかしデータテーブル108、ピクチャタイプに応
じて1種類の電子すかしデータを選択する電子すかしデ
ータセレクタ107、DCT変換後のデータに電子すか
しデータを挿入する電子すかしデータ挿入器105、電
子すかしデータが挿入されたk×kのブロックに対して
逆量子化を行う逆量子化器109、逆量子化したデータ
にIDCT(逆離散コサイン変換)を行うIDCT変換
器110、IDCT変換器110の出力を電子すかしデ
ータの挿入された画像112として表示する表示器11
1、及びk×kのブロックに対して符号化を行うハフマ
ン符号化器113、ハフマン符号化したデータを圧縮デ
ータとして記録する記録媒体114とによって構成す
る。
EG2の場合には、Iピクチャはフレーム内符号化画像
で画面の全てをイントラ符号化する画面であり、Pピク
チャはフレーム間順方向予測符号化画像で、画面内の小
ブロック単位の部分ではイントラ符号化を含む場合もあ
り、原画像と同じ順序で符号化される。Gピクチャは、
双方向予測符号化画像であり、I,Pピクチャを先に処
理した後で、その間に挿入されるBピクチャを符号化
し、画面内の小ブロック単位の部分では、イントラ符号
化を含む場合もある。本実施形態では、主にI,P,B
各ピクチャはそれぞれフレーム単位で表現されているも
のとして説明する。従って、ピクチャタイプ決定器10
6は、動画像の原画像101の動きから、MPEG用の
圧縮画像に変換して圧縮符号化した後に、各画像符号化
に付帯するピクチャタイプのI,P,Bピクチャを検出
することによって、各ピクチャタイプを決定することが
できる。
は、ピクチャタイプのI,P,Bと、それぞれの電子す
かしデータの強度、例えば、10:7:5に割り振った
強度とからなるデータをテーブル化したものである。こ
のテーブル108は、各ピクチャタイプの電子すかし強
度を各ピクチャタイプの強度とする。また、テーブルを
参照するのはあくまで強度であり、電子すかしデータそ
のものではないので、復調側にテーブルを持つ必要はな
く、復調側でI,P,Bピクチャタイプの強度が事前に
通知されていれば、画質の劣化防止と検出効率の向上と
を満足させることができる。
ータを再生する電子すかしデータ検出方式のシステムブ
ロック図である。図2を参照すると、電子すかしデータ
検出方式の実施形態は、MPEGデータの復号化を行う
復号器202、IDCT(逆離散コサイン変換)を行う
IDCT変換器203、抽出したデータを格納する抽出
データ格納領域205、IDCT変換器203が出力す
るk×k画素分の周波数データから電子すかしデータを
抽出し抽出データテーブル206の所定の位置にデータ
を格納する電子すかしデータ抽出器204、電子すかし
データテーブル208から各ピクチャタイプW(I),
W(B),W(P)と、第m(m=1、2、・・・、
j)番目のデータを取り出し、抽出データと電子すかし
データの統計的類似度を算出する電子すかしデータ検出
器207によって構成する。
応する番号の電子すかしデータテーブル108,20
8、及び電子すかしデータ位置テーブルの内容は一致し
なければならない。すなわち、挿入側と検出側の対応す
る第m(m=1、2、・・・、j)番目の電子すかしデ
ータテーブルの内容は一致しなければならない。
タの構造について説明する。ここではMPEG標準の画
像データに説明する。MPEG標準の符号化方式による
画像データは、図3のような構造を持っている。画像の
書くフレームまたはフィールドの情報は、シーケンスヘ
ッダコード(SHC)を有するシーケンス層(a)のG
OP(Group Of Picture)層(b)中ピクチャスタート
コード(PSC)に続くピクチャ層(c)は以下に記述
される。
クチャ、Pピクチャ、Bピクチャの3種類のピクチャタ
イプ形式で符号化される。図4のように、Pピクチャお
よびBピクチャは時間的に離れた他の画像を参照画像と
し、その画像との差分値のみを画像情報として符号化す
る。また、ピクチャはブロックに細分され、ブロック単
位でDCT(離散コサイン変換)を行い、適当な量子化
係数で量子化され、ハフマン符号化される。各フレーム
のフィールド情報はスライススタートコード(SSC)
に続くスライス層(d)の以下にあるマクロブロック
(MB)層(e)内にあり、輝度情報Yを示すブロック
層(f)が4つ、色差情報Cb,Crを表わすブロック
層が2つの計6つのブロック層(e)により表わされ
る。
周波数fHと垂直空間周波数fVとのテーブルで、図示
する数字の順序で走査され、64個の1次元系列に変換
される。図中の1の位置はDCT変換領域の直流(D
C)成分を表わしており、この位置から右方向にいくほ
ど水平方向のDCT変換領域が高域になり、下方向にい
くほど垂直方向のDCT変換領域が高域になる。従っ
て、最初左上隅の1の位置から走査を始め、2,3,
…,64の順、すなわちDCT変換領域の低域から高域
に斜め方向にジグザグ走査を行う。
する。まず、DCT変換器103は、原画像101から
8×8画素のサイズのブロックデータ102を取り出
し、DCT変換の離散コサイン変換を行う。次に量子化
器104はピクチャ決定部106からのピクチャタイプ
に従って、離散コサイン変換されたブロックデータ10
2のDCT係数の量子化を行う。つぎに、電子すかしデ
ータ挿入器105は、電子すかしデータテーブル108
から8×8ブロックデータを取り出した位置およびピク
チャタイプに一致する電子すかしデータW(j)を取り
出し、量子化器104が出力する量子化後のデータに電
子すかしデータを挿入する。
子すかしデータをW(e)とするとW(j)=k×W
(e)の式で表すことができ、kの値は各ピクチャタイ
プ毎に与えられる係数である。その後、逆量子化器10
9で逆量子化を行う。IDCT変換器110は、逆量子
化器109が出力するデータに対してIDCT変換を行
い、電子すかしデータを挿入した画像格納領域111に
対して、DCT変換器103が8×8ブロックデータを
取り出した位置と同じ位置112にデータを格納する。
画面の全ての領域に8×8のブロックを単位として電子
すかしデータを挿入する。また、電子すかしデータ挿入
器105の出力に圧縮データを生成する場合は、電子す
かしデータ挿入器105の出力データをハフマン符号化
器112で符号化し、圧縮データ114として出力す
る。
出方式の動作説明を行う。復号化器202は、圧縮デー
タ201より8×8画素のサイズのブロックデータを取
り出し、復号化を行い、その後、IDCT変換203
で、IDCT変換を行う。電子すかしデータ抽出器20
4は、8×8ブロックデータを取り出した位置およびピ
クチャタイプ情報をもとに、電子すかしデータテーブル
208から抽出すべき電子すかしデータの番号を取得す
るとともに、IDCT変換器203が出力するIDCT
変換後の周波数データから電子すかしデータを抽出し、
抽出データ格納領域205に格納する。上記の動作を1
画面分の全ての8×8ブロックに対して行う。
域205に格納された後、電子すかしデータ検出器20
6は、抽出データ格納領域205と電子すかしデータテ
ーブル208から電子すかしデータを取り出し、統計的
類似度を算出し、結果209を出力する。
の動作の説明を行う。図5を参照すると、I(Intra-co
de:フレーム内符号化画像)ピクチャに電子すかしデー
タ埋め込みを行うとDCT成分はIからI+W(I)と
なる。B(Bi-directionallypredictive coded:双方向
予測符号化画像)ピクチャに電子すかしデータ埋め込み
を行うとDCT成分はBからB+W(B)となる。P
(Predicted coded:順方向予測符号化画像)ピクチャに
電子すかしデータ埋め込みを行うとDCT成分は、Pか
らP+W(P)となる。
分、BはBピクチャが持つDCT成分、PはPピクチャ
が持つDCT成分であり、また、W(I)はIピクチャ
に埋め込まれたDCT成分、W(B)はBピクチャに埋
め込まれたDCT成分、W(P)はPピクチャに埋め込
まれたDCT成分である。それぞれのピクチャータイプ
に応じて、図1,図2の電子すかしデータ・テーブル1
08,208として格納され、電子すかしデータセレク
タ107,207にて選択されて抽出される。
208には、例えば電子すかしデータ8ビット(例え
ば、10101010)のような電子すかしデータが格納されて
おり、それに各ピクチャタイプ毎にテーブルから参照さ
れる強度を掛け合わせたものであり、各ピクチャタイプ
の電子すかし強度を変化させ、検出効率と画質を評価
し、一番良好な結果を得られた強度を各ピクチャの強度
とする。例えば、Iピクチャが10,Pピクチャが7,
Bピクチャが5というように、ピクチャタイプ毎に強度
を変えて、埋め込みを行うことにより、ある値以上の検
出効率を保ちながら、画質劣化を最小限に留めることが
できる。
の比率をそれぞれ10:7:5に割り振った場合に、ほ
ぼ復調された電子すかしデータの検出効率の悪化がな
く、画質的にも劣化することのないことが、複数の動画
に本発明を適用した結果得られた。また、画質劣化につ
いては、Iピクチャーを正規化して、I:P:Bの総合
値の(I+P+B)の値が大きいほど、画質劣化が大き
いこともわかった。例えば、I+P+B=1+0.7+
0.5=2.2が基準とすると、I+P+B=3とした
場合、基準に対して画質劣化が大きいことがわかった
し、I+P+B=1.5程度とした場合、画質劣化が少
ないが、電子すかしデータの検出効率が悪化する事実も
得た。
第2の実施形態について図面を参照して詳細に説明す
る。図7は、本発明の電子すかしデータ挿入方式および
装置の実施形態のシステムブロック図である。
子すかしデータ挿入装置は、原画像107の画像からk
×k画素のブロック102を取り出して、DCT(離散
コサイン変換)を行い、DCT変換後のデータを出力す
るDCT変換器103と、DCT係数の量子化を行う量
子化器104と、ピクチャタイプを決定するピクチャタ
イプ決定器106と、元の電子すかしデータを格納する
元の電子すかしデータ格納手段120と、ピクチャタイ
プに応じて電子すかしデータに対して乗算を行うj個の
乗算器(第1の乗算機121、第2の乗算器122、
…、第jの乗算器123)と、第1の電子すかしデータ
から第jの電子すかしデータまでj種類の電子すかしデ
ータを格納する電子すかしデータテーブル108と、8
×8画素のサイズのブロック位置に応じて1種類の電子
すかしデータを選択する電子すかしデータセレクタ10
7と、DCT変換後のデータに電子すかしデータを挿入
する電子すかしデータ挿入器105と、電子すかしデー
タが挿入されたk×kのブロックに対して逆量子化を行
う逆量子化器109と、IDCT(逆離散コサイン変
換)を行うIDCT変換器110とによって構成する。
の電子すかしデータ・テーブル108にピクチャタイプ
毎に特定していない状態の電子すかしデータであり、電
子すかしデータ8ビット(例えば、10101010)として、
1ビット目は著作権有り/無し、2ビット目はコピーの
可/否、3ビット目はコピー可の場合1回だけか2回目
までか、等のデータも含まれる。従って、ピクチャタイ
プ決定部106からのピクチャタイプに応じた電子すか
し強度の乗算係数を第1,第2,第jの乗算器121,
122,123によって、図1に示した電子すかしデー
タ・テーブル108と同様なテーブルができあがる。
動作を説明する。DCT変換器103は原画像101か
ら8×8画素のサイズのブロックデータ102を取り出
し、DCT変換を行う。次に量子化器104はピクチャ
タイプに応じてDCT係数の量子化を行う。j個の乗算
器121〜123はピクチャタイプに応じて元の電子す
かしデータに対して所定の係数の乗算を行い、電子すか
しデータテーブル108にj個の電子すかしデータを格
納する。
ある乗算係数は、上述したように、ピクチャタイプに応
じて、画像劣化が小さくて、電子すかしの検出効率が最
も良いという条件下で決めておく。勿論、乗算係数が1
である場合は、その乗算器は省略してもよいことは言う
までもない。電子すかしデータ挿入器105は、電子す
かしデータ・テーブル108から8×8画素のサイズの
ブロック位置に一致する電子すかしデータを取り出し、
量子化器104が出力する量子化後のデータに電子すか
しデータを挿入する。IDCT変換器110は、逆量子
化器109が出力するデータに対してIDCT変換を行
い、電子すかしデータを挿入した画像格納領域108に
対して、DCT変換器103が8×8ブロックデータを
取り出した位置と同じ位置109にデータを格納する。
画面の全ての領域に8×8のブロックを単位として電子
すかしデータを挿入する。
タを挿入した画像に対して、この電子すかしデータを検
出する方法として、図1に対応する図2に示したすかし
データ検出装置と同様に構成すれば、以下の構成によっ
て電子すかしデータを検出できる。
は、電子すかしデータを挿入した画像からk×k画素の
ブロックを取り出してIDCT(逆離散コサイン変換)
を行いIDCT変換後のデータを出力するIDCT変換
器と、IDCT変換器によるIDCT係数から電子すか
しデータを抽出する電子すかしデータ抽出器と、電子す
かしデータ抽出器の電子すかしデータから抽出データを
格納する抽出データメモリを有する。
らピクチャタイプを検出するピクチャタイプ検出器と、
前記ピクチャタイプ検出器のピクチャタイプに応じて予
め画像に元の電子すかしデータを挿入した元の電子すか
しデータ画像を格納した元の電子すかしデータ画像格納
部と、前記元の電子すかしデータ画像に前記ピクチャタ
イプ検出器のピクチャタイプに応じて所定の乗算係数を
乗算する第1の乗算器から第jの乗算器を含むj個の乗
算器と、前記j個の乗算器の乗算結果を格納する第1の
電子すかしデータから第jの電子すかしデータのj個の
電子すかしデータ格納部とで、j個の電子すかしデータ
格納部から1種類の電子すかしデータを選択する電子す
かしデータセレクタとによって、図7に示した電子すか
しデータ挿入器105に挿入したデータと同様な構成を
備えている。
と1種類の電子すかしデータとから電子すかしデータを
検出する電子すかしデータ検出器とによって、電子すか
しデータを挿入された画像から電子すかしデータを検出
できる。これは、j個の電子すかしデータ格納部のデー
タと上述した電子すかしデータテーブル108とが同一
であるという前提から可能となるものである。
号化方式によるピクチャタイプを例にして実施形態を説
明したが、DCTを用いる他の画像符号化方式、例えば
H.261においても、本発明を適用できることは勿論
である。
子すかしデータ挿入方式および装置は、ピクチャタイプ
ごとに電子すかしデータの検出効率と画質の劣化とを勘
案して最適な電子すかし強度を決定して電子すかしデー
タを挿入し、検出するので、原画像から電子すかしデー
タ視認することは困難となり、また、所定の検出装置に
よって電子すかしデータを効率よく検出することができ
る。言い換えれば、適切な強さの電子すかしデータを挿
入し、画質劣化を招くこと無しに、検出効率の高い電子
すかしデータ挿入及び検出方式を実現することができ
る。
タ挿入器の構成ブロック図である。
タ検出器の構成ブロック図である。
成図である。
かしデータ挿入の説明図である。
明する説明図である。
タ挿入器の構成ブロック図である。
ロック図である。
ブロック図である。
Claims (13)
- 【請求項1】 ピクチャタイプ毎に適応する強さの電子
すかしデータを挿入する電子すかしデータ挿入方法にお
いて、 画像からk×k画素のブロックを取り出して、当該ブロ
ックのDCT(離散コサイン変換)を行い、前記DCT
変換後の前記DCTの係数の量子化を行い、前記ピクチ
ャタイプを決定し、前記各ピクチャタイプ毎に第1の電
子すかしデータから第jの電子すかしデータまでj種類
の電子すかしデータを格納した電子すかしデータ・テー
ブルによって前記ピクチャタイプに応じて1種類の電子
すかしデータを選択し、前記DCT変換後のデータに前
記選択した電子すかしデータを挿入することを特徴とす
る電子すかしデータ挿入方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載の電子すかしデータ挿入
方法において、前記電子すかしデータを挿入後、前記電
子すかしデータが挿入されたk×kのブロックに対して
逆量子化を行い、当該逆量子化した前記k×kのブロッ
クのデータにIDCT(逆離散コサイン変換)を行うこ
とを特徴とする電子すかしデータ挿入方法。 - 【請求項3】 画像からk×k画素のブロックを取り出
してDCT(離散コサイン変換)を行い、DCT変換後
のデータによるDCT係数の量子化を行い、前記画像の
ピクチャタイプを決定し、第1の電子すかしデータから
第jの電子すかしデータまでj種類の電子すかしデータ
を格納する電子すかしデータテーブルから前記ピクチャ
タイプに応じて1種類の電子すかしデータを選択し、前
記DCT変換後の量子化後のデータに前記1種類の電子
すかしデータを挿入し、前記電子すかしデータ挿入後の
データをハフマン符号化することを特徴とする電子すか
しデータ挿入方法。 - 【請求項4】 画像からk×k画素のブロックを取り出
してDCT(離散コサイン変換)を行い、前記DCT変
換後のデータのDCT係数の量子化を行い、前記画像か
らピクチャタイプを決定し、前記画像に予め挿入した電
子すかしデータを元の電子すかしデータとして元の電子
すかしデータ格納手段に格納し、前記ピクチャタイプに
応じて前記元の電子すかしデータに対してj個の乗算器
で乗算を行い、前記j個の乗算結果を第1の電子すかし
データから第jの電子すかしデータとしてj種類の電子
すかしデータを電子すかしデータテーブルに格納し、前
記電子すかしデータテーブルから1種類の電子すかしデ
ータを選択し、前記量子化後のデータに前記1種類の電
子すかしデータを挿入することを特徴とする電子すかし
データ挿入方法。 - 【請求項5】 請求項4に記載の電子すかしデータ挿入
方法において、前記電子すかしデータ挿入後、前記電子
すかしデータが挿入されたk×kのブロックに対して逆
量子化を行い、前記逆量子化後IDCT(逆離散コサイ
ン変換)を行うことを特徴とする電子すかしデータ挿入
方法。 - 【請求項6】 ピクチャタイプごとに適切な強さの電子
すかしデータを挿入する電子すかしデータ挿入装置にお
いて、 画像からk×k画素のブロックを取り出してDCT(離
散コサイン変換)を行いDCT変換後のデータを出力す
るDCT変換器と、前記DCT変換器によるDCT係数
の量子化を行う量子化器と、前記画像のピクチャタイプ
を決定するピクチャタイプ決定器と、前記各ピクチャタ
イプ毎に第1の電子すかしデータから第jの電子すかし
データまでj種類の電子すかしデータを格納する電子す
かしデータテーブルと、前記ピクチャタイプ決定器によ
るピクチャタイプに応じて前記電子すかしデータテーブ
ルから1種類の電子すかしデータを選択する電子すかし
データセレクタと、前記量子化後のデータに前記1種類
の電子すかしデータを挿入する電子すかしデータ挿入器
とを備えたことを特徴とする電子すかしデータ挿入装
置。 - 【請求項7】 請求項6に記載の電子すかしデータ挿入
装置において、更に、前記電子すかしデータが挿入され
たk×kのブロックに対して逆量子化を行う逆量子化器
と、前記逆量子化後のデータにIDCT(逆離散コサイ
ン変換)を行うIDCT変換器とを構成することを特徴
とする電子すかしデータ挿入装置。 - 【請求項8】 画像からk×k画素のブロックを取り出
してDCT(離散コサイン変換)を行いDCT変換後の
データを出力するDCT変換器と、前記DCT変換器に
よるDCT係数の量子化を行う量子化器と、前記画像の
ピクチャタイプを決定するピクチャタイプ決定器と、第
1の電子すかしデータから第jの電子すかしデータまで
j種類の電子すかしデータを格納する電子すかしデータ
テーブルと、前記ピクチャタイプに応じて前記電子すか
しデータテーブルの内から1種類の電子すかしデータを
選択する電子すかしデータセレクタと、前記量子化後の
データに前記1種類の電子すかしデータを挿入する電子
すかしデータ挿入器と、前記電子すかしデータを挿入後
のデータを符号化するハフマン符号化器とによって構成
することを特徴とする電子すかしデータ挿入装置。 - 【請求項9】 画像からk×k画素のブロックを取り出
してDCT(離散コサイン変換)を行いDCT変換後の
データを出力するDCT変換器と、前記DCT変換器に
よるDCT係数の量子化を行う量子化器と、前記画像の
ピクチャタイプを決定するピクチャタイプ決定器と、前
記画像に予め挿入した電子すかしデータを元の電子すか
しデータとして格納する元の電子すかしデータ格納手段
と、前記ピクチャタイプ決定器による前記ピクチャタイ
プに応じて電子すかしデータに対して乗算を行うj個の
乗算器と、前記j個の乗算器の乗算結果により第1の電
子すかしデータから第jの電子すかしデータまでj種類
の電子すかしデータを格納する電子すかしデータテーブ
ルと、前記電子すかしデータテーブルから1種類の電子
すかしデータを選択する電子すかしデータセレクタと、
前記量子化器の量子化後のデータに前記1種類の電子す
かしデータを挿入する電子すかしデータ挿入器とを備え
たことを特徴とする電子すかしデータ挿入装置。 - 【請求項10】 請求項9に記載の電子すかしデータ挿
入装置において、更に、前記電子すかしデータ挿入器で
電子すかしデータが挿入されたk×kのブロックに対し
て逆量子化を行う逆量子化器と、前記逆量子化器で逆量
子化したデータにIDCT(逆離散コサイン変換)を行
うIDCT変換器とによって構成することを特徴とする
電子すかしデータ挿入装置。 - 【請求項11】 ピクチャタイプごとに適切な強さの電
子すかしデータを挿入された画像から前記電子すかしデ
ータを検出する電子すかしデータ検出装置において、 前記電子すかしデータを挿入した前記画像からk×k画
素のブロックを取り出してIDCT(逆離散コサイン変
換)を行いIDCT変換後のデータを出力するIDCT
変換器と、前記IDCT変換器によるIDCT係数から
電子すかしデータを抽出する電子すかしデータ抽出器
と、前記電子すかしデータ抽出器の電子すかしデータか
ら抽出データを格納する抽出データメモリと、前記各ピ
クチャタイプ毎に第1の電子すかしデータから第jの電
子すかしデータまでj種類の電子すかしデータを格納す
る電子すかしデータテーブルと、前記ピクチャタイプに
応じて前記電子すかしデータテーブルから1種類の電子
すかしデータを選択する電子すかしデータセレクタと、
前記抽出データメモリの抽出データと前記1種類の電子
すかしデータとからを電子すかしデータを検出する電子
すかしデータ検出器とからなることを特徴とする電子す
かしデータ検出装置。 - 【請求項12】 ピクチャタイプごとに適切な強さの電
子すかしデータを挿入された画像から前記電子すかしデ
ータを検出する電子すかしデータ検出装置において、 前記電子すかしデータを挿入した前記画像からk×k画
素のブロックを取り出してIDCT(逆離散コサイン変
換)を行いIDCT変換後のデータを出力するIDCT
変換器と、前記IDCT変換器によるIDCT係数から
電子すかしデータを抽出する電子すかしデータ抽出器
と、前記電子すかしデータ抽出器の電子すかしデータか
ら抽出データを格納する抽出データメモリと、前記電子
すかしデータを挿入した前記画像からピクチャタイプを
検出するピクチャタイプ検出器と、前記ピクチャタイプ
検出器のピクチャタイプに応じて予め前記画像に元の電
子すかしデータを挿入した元の電子すかしデータ画像を
格納した元の電子すかしデータ画像格納部と、前記元の
電子すかしデータ画像に前記ピクチャタイプ検出器のピ
クチャタイプに応じて所定の乗算係数を乗算する第1の
乗算器から第jの乗算器を含むj個の乗算器と、前記j
個の乗算器の乗算結果を格納する第1の電子すかしデー
タから第jの電子すかしデータのj個の電子すかしデー
タ格納部と、前記j個の電子すかしデータ格納部から1
種類の電子すかしデータを選択する電子すかしデータセ
レクタと、前記抽出データメモリの抽出データと前記1
種類の電子すかしデータとから電子すかしデータを検出
する電子すかしデータ検出器とからなることを特徴とす
る電子すかしデータ検出装置。 - 【請求項13】 ピクチャタイプごとに適切な強さの電
子すかしデータを挿入された画像から前記電子すかしデ
ータを検出する電子すかしデータ検出方法において、 前記電子すかしデータを挿入した前記画像からk×k画
素のブロックを取り出してIDCT(逆離散コサイン変
換)を行うステップと、前記IDCTによるIDCT係
数から電子すかしデータを抽出するステップと、前記抽
出した電子すかしデータから抽出データを抽出データメ
モリに格納するステップと、予め前記各ピクチャタイプ
毎に第1の電子すかしデータから第jの電子すかしデー
タまでj種類の電子すかしデータを電子すかしデータテ
ーブルに格納しておくステップと、前記ピクチャタイプ
に応じて前記電子すかしデータテーブルから1種類の電
子すかしデータを選択するステップと、前記抽出データ
メモリの抽出データと前記1種類の電子すかしデータと
から電子すかしデータを検出するステップとからなるこ
とを特徴とする電子すかしデータ検出方法。
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