JP2001309150A

JP2001309150A - データ埋め込み装置、データ埋め込み方法及び記録媒体

Info

Publication number: JP2001309150A
Application number: JP2000119965A
Authority: JP
Inventors: Masao Hiramoto; 政夫平本
Original assignee: Matsushita Information Systems Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-04-20
Filing date: 2000-04-20
Publication date: 2001-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】２値画像に大量のデータを埋め込むデータ埋
め込み装置を提供する。【解決手段】データ埋め込み装置は、２値画像に電子
透かし埋め込みを行う濃度パターン法を基礎に、複数の
矩形範囲（セル）をブロックとして、このブロック単位
にデータを埋め込むことにより、より多くのデータを埋
め込む。まずブロック桁数算出部において、被埋め込み
データの各ブロックについて、そこに含まれる複数（ｎ
個）のセルを合せた埋め込み可能情報量を算出し、パタ
ーン数値算出部において、前記埋め込み可能なデータ分
だけ埋め込みデータを取り出し、その数値を一意に表わ
せるｎ個の数値を算出する。次に、パターン設定部によ
り、前記算出されたｎ個の数値に対応する「１」値の配
置パターンを被埋め込みデータの各セルのパターンに置
きかえることでデータを埋め込む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は画像データに音声等
の種々のデータを埋め込むデータ埋め込み装置、データ
埋め込み方法及び記録媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の２値画像への電子透かし埋め込み
法は文献等に記載されている。例えば「電子透かし基
礎」（著者：松井甲子雄、出版社：森北出版(株)）で
は、多値画像での画素の輝度情報を、２値の矩形領域の
密度情報に変換して、その２値画像に濃度パターン法に
よりデータを埋め込む方法が示されている。

【０００３】この方法を説明するために、例として輝度
が２の４乗（０から１６の値）の多値画像の各画素を、
矩形領域（ｄ×ｄ）が４×４であるセルの密度情報に変
換するケースを考える。各輝度値（０から１６）は、
「１」値を各々０から１６個持つセルに変換される。こ
の時、例えば輝度値２の画素は「１」値を2個、「０」
値を１４個持つセルに変換されるが、２個の「１」値は
セルのどこに配置されても、セルの大きさが視覚の積分
効果を期待できる程度十分に小さければ、画像としての
密度効果は同様とみなせる。この自由度（組合せ数）を
利用して透かし情報の埋め込みを行う。図６には、この
ケースでの各輝度値における組合せ数、実際に埋め込む
ビット数及び実際に埋め込む情報量を示した。例えばあ
る画素で輝度値が２の場合、それを置きかえるセルの配
置パターンの組合せ数は₁₆Ｃ₂＝１２０通りである。図
４に例を示す、輝度ごとの組合せ数と配置パターンの対
応関係の約束により、情報の埋め込み時には、埋め込む
数値から「１」値の配置パターンが決まりこれを使い、
逆に埋め込み情報の抽出時には、配置パターンから埋め
込まれた数値が分かる。

【０００４】ここで、１２０を超えない最大のビット数
は６であるから、輝度値が２であるセルには６ビットの
情報を埋め込むことができる。上記したように、あるセ
ルにおいて輝度値が２の場合は組み合わせ数が１２０で
あり、７ビットの情報を埋め込もうとしてもそのために
は１２８の組み合わせ数が必要であるため不可となる。
６ビットの情報を埋め込むとすれば６４の組み合わせ数
があればよく、問題なく埋め込めるが、５６の組み合わ
せ数が利用できない。しかし、このいわば端数を活用す
ることは容易ではない。そのため、この文献に示された
方法では、セルを情報を埋め込む単位としており、実際
に埋め込む情報量は図６に示す通りとなっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記文
献に示された濃度パターン法による埋め込み方法では、
埋め込み可能な情報容量が十分に使用されていないとい
う問題がある。図６に示したように、実際に埋め込む量
は埋め込み可能な量（組合わせ数）と比べて少なくなっ
ている。例えば輝度パターンが２の時は、１２０種類の
組合わせ数があるが、実際には１２０種類のうちの６４
種類分しか埋め込みに使っていない。

【０００６】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、濃度パターン法による電子透かし埋め
込み方法を基礎としつつ、不使用部分を減らし、より多
くの情報を埋め込むことのできるデータ埋め込み装置、
データ埋め込み方法及び記録媒体を提供するものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、前記した濃
度パターン法を基礎に、より多くの情報を埋め込むため
に、対象となる２値要素からなる被埋め込みデータに対
して、要素を複数含むセルと呼ぶ領域を複数（ｎ個）ま
とめてブロックを構成し、情報を埋め込む単位をこのブ
ロックとすることにより、不使用部分を大幅に減らすこ
とにした。

【０００８】まず、種類数取出し部において、各ブロッ
クについてそこに含まれるｎ個の各セルごとにそのなか
の要素が「１」値であるものの数を読み取り、その数に
対応した「１」値の配置パターンの種類数（各セルに埋
め込める最大の情報量）を得る。ブロック桁数算出部に
おいて、これをｎ個分まとめてブロック単位で扱い、こ
こに埋め込み可能な桁数を算出する。この桁数の２進数
がブロックに実際に埋め込む情報量となる。次にパター
ン数値算出部において、その桁数分あるいは桁数以下の
桁数を有する埋め込みデータを取出し、この数値を一意
に表わせるｎ個の各セルの配置パターン種類数未満の数
値を算出する。続いてパターン設定部において、これら
ｎ個の算出された数値の個々に対応する新しい「１」値
配置パターンを求めて、もとの「１」値配置に置き換え
ることで、データが埋め込めることになる。このような
構成とすることにより、従来のセルごとにデータを埋め
込む方法と比べて、より多くの情報を埋め込むことが可
能となる。

【０００９】また、被埋め込みデータの各ブロックに含
まれるセルのなかの「１」値の数を、当該セルのなかの
「１」値の数と「０」値の数を比較し「１」値の数が少
なければ「１」値の数を増加させ、「１」値の数が多け
れば「１」値の数を減少させた数とみなすことによっ
て、より多くの情報を埋め込むことが可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】（発明の実施の形態１）図１は、
請求項１に記載の発明の１実施の形態であるデータ埋め
込み装置のブロック図である。図１において、１１はデ
ータ設定部である。１２はデータ埋め込み部であり、そ
こに含まれる１２１は種類数取出し部、１２２はブロッ
ク桁数算出部、１２３はパターン数値算出部、１２４は
パターン設定部である。１３はデータ取出し部である。
１６はデータＡ格納部、１７はデータＢ格納部である。
１４は種類数格納部、１５は対応表格納部である。

【００１１】次に、処理の流れを説明する。図１におい
て、データ設定部１１は被埋め込みデータをデータＡ格
納部１６に設定し、音声データ、文字データ等の埋め込
みデータをデータＢ格納部１７に設定する。ここで被埋
め込みデータは、画像を構成する各画素の輝度値（０か
ら１６の値をとる）を密度情報に変換したものとする。
例えば輝度値が２の場合、その密度情報は「１」値が２
個、「０」値が１４個から構成され、輝度値が３の場
合、その密度情報は「１」値が３個、「０」値が１３個
から構成される、というように輝度値がｎの場合の密度
情報はｎ個の「１」値と１６−ｎ個の「０」値からな
る。１つの密度情報は４×４個の要素からなる１つのセ
ルに対応する。すなわち密度情報を構成する１６個の
「１」値及び「０」値それぞれがセルの各要素に対応
し、ディスプレイ等には各輝度レベルの密度情報を表わ
すセルを出力することとする。以下、本実施形態におい
ては、特に区別する必要がないので「密度情報」も「セ
ル」も、単に「セル」と呼ぶこととする。

【００１２】種類数格納部１４にはブロック内のセルに
含まれる「１」値の数と、その数でのセル内の「１」値
の配置パターンの種類数が対応付けられて格納される。
すなわち「１」値の数は輝度レベルに相当し、種類数は
組み合わせ数に相当するので、種類数格納部１４の記憶
内容は、図６における輝度と組み合わせ数とを対応させ
て記憶しているのと同じである対応表格納部１５にはセ
ル内の「１」値の数ごとに、その数での「１」値の配置
パターンの種類数までの各数値と「１」値の特定配置パ
ターンの対応表が格納される。すなわち対応表格納部１
５は、図４に示すように、輝度毎に、１から組み合わせ
数（種類数）までの各数値と組み合わせ数分の異なる配
置パターンとを対応させて記憶する。

【００１３】データ埋め込み部１２は被埋め込みデータ
上に埋め込みデータを埋め込む。まず、種類数取出し部
１２１で、データＡ格納部１６から被埋め込みデータの
１ブロックを取出し、そのなかのｎ個の各セルについて
「１」値の数を読み取り、各セルの「１」値の数に対応
した種類数を種類数格納部１４から取出す。ブロック桁
数算出部１２２で、これらｎ個の種類数に基づいて埋め
込み可能な桁数を算出する。より具体的には、ｎ個の種
類数すべてを掛け合わせることにより１ブロック全体の
組み合わせ数を算出し、その組み合わせ数を表わす最大
の桁数を算出する。例えば１ブロック全体の組み合わせ
数をＣとすると、最大の桁数はｌｏｇ₂Ｃの整数部分と
なる。

【００１４】次に、パターン数値算出部１２３で、この
桁数またはそれ以下の桁数分の埋め込みデータをデータ
Ｂ格納部１７から取出し、この数値を一意に表わせるｎ
個の、「１」値の数に対応した種類数の数値未満の数
を、パターン数値として算出する。この算出方法につい
ては後に詳しく説明する。次にパターン設定部１２４
で、ｎ個のパターン数値の個々について、「１」値の数
に対応する配置パターン対応表を選びそこからそのパタ
ーン数値に対応する特定の配置パターンを対応表格納部
１５から取出し、各セルの新しい２値データとしてデー
タＡ格納部１６に設定する。以上の処理を、被埋め込み
データの全ブロックについて繰り返し実行することで、
データの埋め込みが終了する。最後にデータ取出部１３
で、データＡ格納部１６から被埋め込みデータを取出す
ことにより処理は完了する。

【００１５】次に、図２、図３、図４を使って本実施形
態におけるデータ埋め込みの詳細を説明する。この説明
では、被埋め込みデータとして２値画像を想定してお
り、セルの大きさが２値要素（画素と呼ぶ）の矩形（４
×４）であり、１ブロックが３つのセル（ｎ＝３）から
なる例である。データ埋め込み部１２は、データＡ格納
部１６に格納されている被埋め込みデータから１ブロッ
クずつ取出して順次に以下の埋め込みを実行するものと
する。図２は当初の被埋め込みデータにおけるあるブロ
ックの３つのセルの例である。同図のブロックの各セル
を左からＮｏ１セル、Ｎｏ２セル、Ｎｏ３セルと呼ぶこ
ととする。データ埋め込み部１２の種類数取出し部１
２１は、対象ブロックのＮｏ１セル内の「１」の数を読
み取る。その数は２個であり、「１」の数が２個ある場
合の「１」の配置の組み合わせ数を種類数格納部１４か
ら取出す。その数は図６に示すように１２０（Ｎ１とも
記す）通りである。次にＮｏ２セル、Ｎｏ３のセルにつ
いても同様に処理すると、Ｎｏ２セルでは「１」の数は
３個であり、「１」の配置の組み合わせ数は５６０（Ｎ
２とも記す）通り、Ｎｏ３のセルでは「１」のセルでは
「１」の数は４個であり、「１」の配置の組み合わせ数
は１８２０（Ｎ３とも記す）通りである。

【００１６】十分に数多い画素からなる画像データを想
定すれば、図２に示すNo１セルの２個の「１」値の配置
は、これと違った配置であっても２個の「１」値があれ
ば画像としては同様の濃度効果を持つため、画像として
の効果を考える限り他の配置パターンに置き換えること
ができる。その配置パターンを、埋め込むデータに基づ
いて決めることにより情報が埋め込める。

【００１７】ブロック桁数算出部１２２は、各セルの組
み合わせ数からこのブロック全体の「１」の配置の組み
合わせ数として、１２０×５６０×１８２０（＝１２２
３０４０００）を得る。続いて埋め込み可能な桁数を得
るために、この数を２進数で表したときの桁数を求め
る。桁数は２７ビットとなるが、最上位ビットは組み合
わせ数が不足しており使えないため、２６ビットの桁数
の情報がこのブロックに埋め込める。

【００１８】次に、パターン数値算出部１２３は、埋め
込みデータをこの桁数分（２６ビット）取出して（取出
した値をＸとする）、この数を一意に表わせる３個の各
セルの種類数未満の数の例として、Ａ、Ｂ、Ｃを求め
る。Ａ、Ｂ、Ｃは次の式を満たすものである。（式１）Ｘ＝Ａ×（Ｎ２×Ｎ３）＋Ｂ×（Ｎ３）＋ＣＡ、Ｂ、Ｃを得る計算手順を次に示す。まず、Ｘ値を
（Ｎ２×Ｎ３）で割り、その商をＡとする。次にそのあ
まりを（Ｎ３）で割り、その商をＢ、余りをＣとする。
Ａは０〜（Ｎ１−１）、Ｂは０〜（Ｎ２−１）、Ｃは０
〜（Ｎ３−１）の各値となる。

【００１９】あとは、パターン設定部１２４が、上記得
られたＡ、Ｂ、Ｃの値に対応する特定の配置パターンを
決めればよい。前もって「１」値の数ごとに、その配置
パターンの種類数の各数値と配置パターンの対応表を対
応表格納部１５に設定しておく。この例を図４に示す。
パターン設定部は、前記のように得られたＡ、Ｂ、Ｃに
基づいてＡ＋１、Ｂ＋１、Ｃ＋１の値に対応した配置パ
ターンを図４に示すように選択し、これを各セルの新し
い画素パターンとする。これを図３に示す。これにより
埋め込みデータを埋め込むことができる。

【００２０】逆に、埋め込みデータの抽出は次のように
処理して実現できる。図３に示す埋め込み後のデータの
各ブロックについて、そこに含まれる３つのセルの
「１」値の数と配置パターンを読み取り、図４に示す
「１」値の数ごとの前記対応表に基づき、そのパターン
に対応する数値（前記Ａ＋１、Ｂ＋１、Ｃ＋１）を取出
して、「１」値の数に基づく種類数（Ｎ１、Ｎ２、Ｎ
３）とＡ、Ｂ、Ｃから前記（式１）を使用して計算する
ことにより得る。埋め込まれる２進数のビット数は、３
つのセルの「１」値の配置パターン種類数から決まる。

【００２１】なお、埋め込みデータを一意に表わせる数
を得るための（式１）はその一例であり、これに限られ
ない。なお、上記詳細の説明においては、被埋め込みデ
ータとして２値画像を想定したが、２値画像に限らず、
どのような２値データであってもかまわない。また、セ
ルの大きさを矩形（４×４）としたがこれに限るもので
はない。また、埋め込みデータについては請求項４にお
いて音声データとしたが、これに限られずキャラクター
データほかどのような２値データであってもかまわな
い。（発明の実施の形態２）請求項２に記載の発明の実施の
形態は、図１に示すブロック図からなるデータ埋め込み
装置である。図１において、１１はデータ設定部であ
る。１２はデータ埋め込み部であり、そこに含まれる１
２１は種類数取出し部、１２２はブロック桁数算出部、
１２３はパターン数値算出部、１２４はパターン設定部
である。１３はデータ取出し部である。１６はデータＡ
格納部、１７はデータＢ格納部である。１４は種類数格
納部、１５は対応表格納部である。

【００２２】次に、処理の流れを説明する。請求項２の
発明は、発明の実施の形態１に記載の処理の流れにおい
て、図１の種類数取出し部１２１で、各ブロックのなか
のｎ個のセルについて「１」値の数を、当該セルのなか
の「１」値の数と「０」値の数を比較し「１」値の数が
少なければ「１」値の数を増加させ、「１」値の数が多
ければ「１」値の数を減少させた数とみなす処理を追加
することによって実現できる。

【００２３】請求項３に記載の、被埋め込みデータの各
ブロックに含まれるセルのなかの「１」値の数を、その
セルの「１」値の数と「０」値の数の大小によって増減
させた数とする方法の具体的な例は、「１」値の数が
「０」値の数より２以上少ない場合にひとつ加え、
「１」値の数が［０］値の数より２以上多い場合にひと
つ減じた数とすることで実現できる。この方法により、
図６に示す輝度、つまり「１」値の数が０から７の場合
に１から８に増え、９から１６の場合に８から１５に減
る。図６の各輝度における組合わせ数は増加しており、
埋め込める情報量は大きく増加する。被埋め込みデータ
が厳密さを要求しない２値画像などであれば、十分に鑑
賞に堪えるものとなる。

【００２４】なお、発明の実施の形態１および２におい
て、種類数取出し部１２は各セルについて、「１」値の
数を読み取り、その数に対応した種類数を種類数格納部
１４から取出すとしたが、その代わりに種類数取出し部
１２１において、その都度計算によって種類数を得ても
かまわない。なお、以上述べてきた本発明は、図５に示
すとおりデータ埋め込み方法を実行させるプログラムを
コンピュータに読み込める形態として記録媒体に記録し
てもかまわない。この記録媒体は、図５に示す例に限ら
れず、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク等であってもかま
わない。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、従来の濃度パターン法に
おけるセル単位でのデータ埋め込み方法を改善して、セ
ルを複数まとめてブロックとし、このブロック単位にデ
ータを埋め込む構成の埋め込み装置とすることにより、
またセルのなかの「１」値の数を、そのセルの「１」値
の数と「０」値の数の大小によって増減させた数とみな
すことにより、従来に比べより多くのデータを埋め込む
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施形態であるデータ埋め込み装置
のブロック図。

【図２】本発明の１実施形態であるデータ埋め込み装置
の当初の被埋め込みデータ例を示す図。

【図３】本発明の１実施形態であるデータ埋め込み装置
の埋め込み後の被埋め込みデータ例を示す図。

【図４】本発明の１実施形態であるデータ埋め込み装置
の「１」値の数ごとの組合せ番号と配置パターンの対応
表例を示す図。

【図５】本発明の１実施形態であるデータ埋め込み方法
を実行させるプログラムを記録した記録媒体を示す図。

【図６】従来例での輝度ごとの埋め込み情報量を示す
図。

【符号の説明】

１１データ設定部１２データ埋め込み部１３データ取出部１４種類数格納部１５対応表格納部１６データＡ設定部１７データＢ設定部１２１種類数取出し部１２２ブロック桁数算出部１２３パターン数値算出部１２４パターン設定部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】「０」又は「１」の２値を持つ要素から
なる被埋め込みデータに別途２値からなる埋め込みデー
タを埋め込む装置であって、前記被埋め込みデータの要素を複数含むあらかじめ決め
られた範囲であるセルのなかの「１」値の数と、当該数
でのセル内の「１」値の配置パターンの種類数を格納し
た種類数格納部と、前記セル内の「１」値の数ごとに、当該数での「１」値
の配置パターンの種類数までの各数値と「１」値の特定
の配置パターンを対応づけた対応表格納部と、前記被埋め込みデータにおいて、前記セルをｎ個まとめ
たものであるブロックについて、各ブロックに含まれる
ｎ個のセルについて順次「１」値の数を読み取り、前記
種類数格納部から当該数に対応した種類数をｎ個取り出
す種類数取出し部と、前記ｎ個の種類数に基づいて埋め込み可能な桁数を算出
するブロック桁数算出部と、前記埋め込みデータから、前記算出された桁数または当
該桁数以下のデータを取り出し、当該取出したデータの
値を一意に表せる、前記種類数取出し部で得られたｎ個
の各セルの種類数未満の数値であるパターン数値を算出
するパターン数値算出部と、前記得られたｎ個のパターン数値の各々についてその数
値に対応する配置パターンを前記対応表格納部から取り
出して前記セルの新しい２値データとするパターン設定
部とから構成されることを特徴とするデータ埋め込み装
置。
【請求項２】前記パターン算出部は、埋め込みデータ
から取出したデータを、ｎ個の種類数で割り算すること
により一意に表せるｎ個のパターン数値を算出すること
を特徴とする請求項１記載のデータ埋め込み装置。
【請求項３】被埋め込みデータの各ブロックに含まれ
るセルのなかの「１」値の数を、当該セルのなかの
「１」値の数と「０」値の数を比較し「１」値の数が少
なければ「１」値の数を増加させ、「１」値の数が多け
れば「１」値の数を減少させた数とみなした請求項１ま
たは２に記載のデータ埋め込み装置。
【請求項４】被埋め込みデータが、画像データである
ことを特徴とする請求項１または請求項３に記載のデー
タ埋め込み装置。
【請求項５】埋め込みデータが、音声データであるこ
とを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のデー
タ埋め込み装置。
【請求項６】「０」又は「１」の２値を持つ要素から
なる被埋め込みデータに別途２値からなる埋め込みデー
タを埋め込む方法であって、前記被埋め込みデータの要素を複数含むあらかじめ決め
られた範囲であるセルのなかの「１」値の数と、当該数
でのセル内の「１」値の配置パターンの種類数を対応づ
ける表を作成する手順と、前記セル内の「１」値の数ごとに、当該数での「１」値
の配置パターンの種類数までの各数値と「１」値の特定
の配置パターンを対応づける表を作成する手順と、前記被埋め込みデータにおいて、前記セルをｎ個まとめ
たものであるブロックについて、各ブロックに含まれる
ｎ個のセルについて順次「１」値の数を読み取り、前記
種類数の対応表から当該数に対応した種類数をｎ個取り
出す手順と、前記ｎ個の種類数に基づいて埋め込み可能な桁数を算出
する手順と、前記埋め込みデータから、前記算出された桁数または当
該桁数以下のデータを取り出し、当該取出したデータの
値を一意に表せる、前記取り出したｎ個の各セルの種類
数未満の数値であるパターン数値を算出する手順と、前記得られたｎ個のパターン数値の各々についてその数
値に対応する配置パターンを前記配置パターンの対応表
から取り出して前記セルの新しい２値データとする手順
とから構成されることを特徴とするデータ埋め込み方
法。
【請求項７】被埋め込みデータの各ブロックに含まれ
るセルのなかの「１」値の数を、当該セルのなかの
「１」値の数と「０」値の数を比較し「１」値の数が少
なければ「１」値の数を増加させ、「１」値の数が多け
れば「１」値の数を減少させた数とみなした請求項６に
記載のデータ埋め込み方法。
【請求項８】請求項６に記載のデータ埋め込み方法を
コンピュータに実行させるためのプログラムを記録した
コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項９】請求項７に記載のデータ埋め込み方法を
コンピュータに実行させるためのプログラムを記録した
コンピュータ読み取り可能な記録媒体。