JP2001320578A

JP2001320578A - 電子透かし埋込み方法、検証方法及び復元方法

Info

Publication number: JP2001320578A
Application number: JP2000139833A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Mitsui; 靖博三井
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2000-05-12
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2001-11-16
Anticipated expiration: 2020-05-12
Also published as: JP4089128B2

Abstract

(57)【要約】【課題】元画像の復元が可能な電子透かし埋込み方法
を提供する。【解決手段】透かし鍵（２０３）を用いて乱数（２０
８ａ）を発生し（２０７ａ）、元画像（２０１）のデー
タに、乱数により指定される順に、透かし情報を埋め込
んで原本画像（２０４）を作成し、透かし情報（２０
９）を埋め込む前の元画像のデータを含む復元鍵（２１
１）を生成する。このようにして生成された原本画像
（２０４）と、復元鍵（２１１）と、透かし鍵（２０
３）とを用いて元画像を復元する。このように埋込み時
に生成された復元鍵を利用することで、原本画像（２０
４）から元画像（２０１）を復元することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は画像に対する電子
透かし方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子透かし技術は、例えば日経エレクト
ロニクス１９９７．２．２４（ｎｏ．６８３）に述べら
れているように、「著作権保護」の為に適用することが
提案されており、画像品質を損なわないように、そして
埋め込んだ透かしができるだけ消えないようにする方法
が数多く提案されてきた。

【０００３】一方、改竄防止の電子透かしとしては、ハ
ッシュ情報や、特開平１０−２０８０２６に述べられる
ようにスタンピング情報を元画像に埋込み、その情報を
抽出し、比較することによって、改竄を検出するという
技術が提案されている。

【０００４】電子透かしの埋込みまたは検出の際に用い
られる電子透かし鍵は、一般に電子透かしを秘密裏に埋
め込む為のパターンを生成するために用いられている。
つまり電子透かしから擬似乱数を生成し、それを利用し
て埋め込むデータや詰め込む画素の選び方を複雑にする
ことによって、わかりにくくしている。

【０００５】図２３に従来構成を示し、図２４に電子透
かしの基本方法を示す。図２３において、元画像１０１
は電子透かしの埋込みの対象となる画像である。電子透
かし埋込み装置１０２は透かし鍵１０３を基に擬似乱数
生成部１０７ａで乱数１０８ａを生成し、電子透かし埋
込み部１１２は乱数１０８ａを用いて電子透かしを埋込
み（１２０）、原本画像１０４を生成し、出力する。

【０００６】電子透かし検証装置１０５では、透かし鍵
１０３を基に擬似乱数生成部１０７ｂで乱数１０８ｂを
生成し、電子透かし検証部１１５は乱数１０８ｂを用い
て原本画像１０４から電子透かしを抽出し（１２２）、
抽出された電子透かしを検証し、検証結果１０６を出力
する。

【０００７】図２４において、元画像１０１及び原本画
像１０４は画素の集合として表現している。各矩形部分
がそれぞれ１つの画素であり中に画素番号を記述してい
る。矩形部分がハッチングされているか否かで、その画
素の色を示している。ハッチングを施した矩形部分が黒
色であり画素値は「１」、ハッチングされていない矩形
部分が白色で画素値は「０」である。透かし情報１０９
は埋め込む情報を「１」または「０」の２値で示し、矩
形部分のハッチングの有無は画素の色を示している。乱
数１０８ａ、１０８ｂは画素番号をランダムに並べたも
のである。

【０００８】電子透かしを埋め込む際には、乱数１０８
ａを用いて透かし情報１０９を元画像１０１に埋め込
む。乱数１０８ａで示される画素番号の最初の値はで
あり、透かし情報１０９の最初の値は「１」である。そ
のため、元画像１０１の画素の画素値を「１」に置き
換える。乱数１０８ａの次の値はであり、透かし情報
１０９の次の値は「０」であるため、元画像１０１の画
素の画素値を「０」に置き換える。この結果原本画像
１０４ができる。

【０００９】電子透かしを抽出する際には、埋込み時と
同じ乱数１０８ｂ（埋込み時と同じ透かし鍵１０３を基
にして生成された乱数）を用いて透かし情報１１０を原
本画像１０４から抽出する。乱数１０８ｂの最初の値は
であり、原本画像１０４の画素番号の画素値は
「１」であるため、透かし情報１１０の最初の値として
「１」が抽出される。乱数２０３の次の値はであり、
原本画像１０４の画素番号の画素値は「０」であるた
め、透かし情報１１０の次の値として「０」が抽出され
る。これによって抽出された透かし情報１１０は埋め込
んだ透かし情報１０９と同じ値となる。

【００１０】これまでの電子透かしの適用において、電
子透かしの埋込みは、除去を考えて構成されたものでは
なかった。また除去が可能というものも、せいぜい対象
画像とは別に画像全体の元画像との差分情報を保持して
おき、それを用いて電子透かし埋込み済み画像から電子
透かしを除去するものであった。

【００１１】元々電子透かしは、人間の視覚的に影響が
ないように考えられており、視覚的にはそれほど変化が
あるわけではない。しかしながら、元画像に対しては必
ず変化が起きているわけであり、明らかに元画像とは異
なる。また、医療用画像などのように、元画像でないと
利用できないような画像もあり、それらに対しての電子
透かしの適用は、コンピュータセキュリティシンポジウ
ム”９８論文集（ＩＰＳＪ Symposium Series Ｖol.98
No.12）「ＥＺＷビットストリームを用いたＲＯＩ (注
目領域：region of interests)医用画像に適した電子透
かし方式（pp.57−62）」のようにＲＯＩと呼ばれる重
要な部分には電子透かしを埋め込まず、その周りにのみ
埋め込むといった方法をとっていた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来、
元画像を復元することができる好ましい電子透かし埋込
み方法が知られていなかった。

【００１３】本発明の目的は、元画像を復元することが
できる電子透かし埋込み方法を提供することにある。

【００１４】本発明の他の目的は、復元鍵の偽造が困難
な電子透かし埋込み方法を提供することにある。

【００１５】本発明のさらに他の目的は、電子透かしを
埋め込んだ画像と、その画像を復元するための復元情報
を一つの画像として構成することができる電子透かし埋
込み方法を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の電子透かし埋め
込み方法は、透かし鍵を用いて乱数を発生するステップ
と、元画像のデータに、上記乱数により指定される順
に、透かし情報を埋め込んで原本画像を作成するステッ
プと、透かし情報を埋め込む前の元画像のデータを含
む復元鍵を生成するステップとを含む。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１、図２、図３、及び図４はこ
の発明の実施の形態１を示す。図１は電子透かしの埋込
み及び検証を行うための構成を示す。図示の構成は、図
２３に示す従来の構成と同様であるが、従来技術と異な
り、電子透かし埋込み装置２０２の電子透かし埋込み部
２１２から復元鍵２１１を出力する。

【００１８】図２は電子透かし埋込みと復元鍵生成の方
法を示す図である。復元鍵２１１は透かし情報２０９と
同じく「１」または「０」の２値で示し、矩形部分内の
ハッチングの有無は「１」ならば黒色、「０」ならば白
色で示している。

【００１９】図１及び図２に示す構成で、従来と同様な
電子透かしの埋込み及び検証を行う場合には、各装置お
よびその構成部分の動作は従来の構成とほとんど同じで
ある。異なるのは、本発明では画像を復元する為の鍵と
なる復元鍵２１１を出力することである。

【００２０】図１及び図２において、元画像２０１は電
子透かしの埋込みの対象となる画像である。電子透かし
埋込み装置２０２は透かし鍵２０３を基に擬似乱数生成
部２０７ａで乱数２０８ａを生成し、電子透かし埋込み
部２１２は乱数２０８ａを用いて電子透かしを埋込み
（２１９）、原本画像２０４を生成し、出力する。

【００２１】電子透かし検証装置２０５では、透かし鍵
２０３を基に擬似乱数生成部２０７ｂで乱数２０８ｂを
生成し、電子透かし検証部２１５は乱数２０８ｂを用い
て原本画像２０４から電子透かしを抽出し、抽出された
電子透かしを検証し、検証結果２０６を出力する。

【００２２】電子透かし埋込み装置２０２は、上記のよ
うに電子透かしを埋め込む際に電子透かし埋込み部２１
２において復元鍵２１１を生成し、出力する。復元鍵２
１１は透かし情報２０９によって置き換えられた元画像
２０１の画素値である。つまり電子透かしを埋め込む際
に、まず元画像２０１の画素番号の画素値「０」が最
初の透かし情報「１」で置き換えられるため、復元鍵２
１１の最初の値は「０」であり、次に元画像２０１の画
素番号の画素値「１」が２番目の透かし情報「０」で
置き換えられるため、復元鍵２１１の２番目の値は
「１」となる。

【００２３】図３は電子透かし埋込み及び画像復元を行
う際の構成であり、図４は原本画像２０４、乱数２０８
ｂ及び復元鍵２１１から復元画像２２６を生成する方法
を示す。図３に示す画像復元装置２２０は、図１の電子
透かし検証装置２０５と同様の擬似乱数生成部２０７ｂ
を備えるほか、擬似乱数生成部２０７ｂと画像を復元す
る画像復元部２２５を備える。擬似乱数生成部２０７ｂ
は透かし鍵２０３を基に埋込み時と同じ乱数２０８ｂを
生成する。画像復元部２２５は、擬似乱数生成部２０７
ｂで生成された乱数２０８ｂを入力とし、さらに電子透
かし埋込み装置２０２から出力された原本画像２０４と
復元鍵２１１を入力として、画像を復元し（２２１）、
復元された画像である復元画像２２６を出力する。

【００２４】図４に示すように、画像の復元の動作は、
埋込み時と逆である。つまり乱数２０８ｂで示される画
素番号の最初の値はであり、復元鍵２１１の最初の値
は「０」である。そのため、原本画像２０４の画素の
画素値を「０」に置き換える。乱数２０８ｂの次の値は
であり、復元鍵２１１の次の値は「１」であるため、
原本画像２０４の画素の画素値を「１」に置き換え
る。この結果復元画像２２６ができ、これは図２で示し
た元画像２０１と同じ画像である。

【００２５】以上のように、実施の形態１によれば、電
子透かし埋込み時に変更した部分の画素値から復元鍵を
生成し、必要な時に復元鍵を用いて電子透かしを埋め込
んだ画像から元の画像を復元することができる。

【００２６】ここで作成される復元鍵の情報量は位置情
報などを含まず、埋め込まれた透かし情報（即ち、変更
された画素情報）と同じ量であり、復元に必要な最小情
報量である。差分情報と比較しても、差分情報は画像と
同じ大きさとして保持されるか、位置情報と画素情報の
集合として保持されるため、絶対的に少なくなる。また
処理の増加は画素値の置換だけである。

【００２７】また復元鍵の値は乱数を基にランダムに並
べられている為、乱数生成方法が分からなければ、原本
画像と復元鍵から元画像を生成することは困難である。

【００２８】図２及び図４で示す埋込み及び復元方法で
は、復元鍵をすり替えられた場合に検出する手段がない
ため、一般的な暗号手法と共に使うのが望ましい。例え
ば、システムとして復元鍵は基本的に移動させないで、
特定の復元装置だけで必要な時に復元を行う場合は、復
元鍵を暗号化し電子署名をつけてその装置内に保存し、
復元したい原本画像があれば、それを復元装置に送り署
名確認及び復号化を行った後復元することができるし、
復元装置も分散させ復元鍵を原本画像と共に移動させる
場合は、復元鍵と原本画像を一緒にアーカイブして（ま
とめて圧縮して）暗号化したり、相互に電子署名をつけ
るといった手法を取ることができる。

【００２９】図５及び図６で示す埋込み及び復元方法
（実施の形態２）のように、原本画像の情報を復元鍵に
含めることによって復元鍵の検証を行うことができる。

【００３０】図５において、復元鍵２３１は透かし情報
２０９を画像に埋め込む（２２２）ことによって変化し
た画素の埋込み後と埋込み前の画素値から構成される。
まず画素番号の埋込み後画素値「１」と埋込み前画素
値「０」であり、次に画素番号の埋込み後画素値
「０」と埋込み前画素値「１」である。

【００３１】図６に復元時の動作を示す。不正な偽造復
元鍵２３４が供給された場合、復元（２２３）に際し、
まず画素番号の画素に対して偽造復元鍵２３４の埋込
み後画素値は「１」であり、原本画像２０４の値も
「１」であるため照合が成立し、偽造復元２３４で示さ
れる埋込み前画素値「０」に置き換えられる。次に画素
番号の画素に対して偽造復元鍵２３４の埋込み画素値
は「１」であるが、原本画像２０４の画素値は「０」で
ある。よってこの時点で復元鍵２３４と原本画像２０４
が一致しないことが検出できる。システム的に復元鍵が
改竄されていないことが保証できる場合は、「原本画像
が改竄されているか否かどうか」という検証にもなりう
る。

【００３２】上記のように埋込み画素値と原本画像の画
素値の不一致が検出されたときは、復元画像（２２６）
は生成されないが、不一致が検出されないときは、復元
画像が生成される。

【００３３】この実施の形態２は復元鍵のサイズは実施
の形態１と比べて２倍に増えているが、処理の流れとし
て、実施の形態１と同様に復号する為に必ずアクセスし
なければならない画素だけをチェックしているため、処
理としては比較処理が増えているだけであり、処理時間
の増加は非常に少ない。

【００３４】実施の形態２では変更画素の埋込み後画素
値のみを比較する。意味のある改竄（例えば、画像中に
含まれる文字を他の文字に変える変更、画像中の人物を
他の人物に変える変更）を行う為には或る程度の大きさ
を持った改竄を行う必要があるため、大抵の場合はこの
方法で問題は生じないと考えられる。

【００３５】更に安全にするために、原本画像全体の情
報を復元鍵に含めることもできる。図７に示す埋込み方
法（実施の形態３）では、透かしを埋込む（２１９）こ
とにより生成された原本画像２０４全体のハッシュ値２
４２を生成し（２２４）、これを復元鍵２４１に含める
ことによって原本画像２０４との対応を更に保証する。

【００３６】即ち、このようにして透かしが埋込まれた
原本画像を検証／復元する側においては、図８に示すよ
うに、乱数２０８ｂと、埋込み側から送られた復元鍵２
４１とを用いて、原本画像２０４から復元画像２２６を
得る（２２７）。また、原本画像２０４からハッシュ値
２４３を生成し（２２８）、埋込み側から送られた復元
鍵２４１内のハッシュ値２４２と照合する（一致するか
どうか調べる：２４５）。そして一致していれば、原本
画像２０４及び復元鍵２４１がともに改竄されていない
ものと判断する。一致しなければ、原本画像２０４及び
復元鍵２４１の少なくとも一方が改竄されているものと
判断する。原本画像２０４及び復元鍵２４１の一方につ
いて、他の方法で改竄されていないことが保証される場
合には、これらの他方が改竄されているものと判断す
る。図８の検証結果２４７は、これらの判断の結果を表
わす。

【００３７】このように、実施の形態２と同様に、シス
テム的に復元鍵が改竄されていないことが保証できる場
合は、「原本画像が改竄されているか否かどうか」とい
う検証になりうる。

【００３８】なお、ハッシュ値のサイズはハッシュ関数
によって固定であり、埋め込む電子透かし情報量が多い
場合は、復元鍵のサイズが実施の形態２より小さくなる
という利点もある。

【００３９】また、実施の形態２では埋込み後の画素値
のみを比較しているため、復元鍵の偽造検証として各画
素の電子透かし埋込み前の値だけを変更した場合に不正
が検出できない。そのため埋込み後画素値と埋込み前画
素値の順番がわからないようにランダムに並べ替える方
が安全である。実施の形態３においても復元鍵内におけ
るハッシュ値の位置が固定であると偽造し易いため同様
である。

【００４０】図９に示す埋込み方法（実施の形態４）で
は、電子透かしを元画像２０１に埋込んで原本画像を得
るとともに（２２２）、電子透かし埋込み及び抽出に使
う乱数２０８ａを利用して復元鍵２３１をランダム化し
て（ランダムに並べ替えて）復元鍵２５１を生成する
（２４９）。即ち、復元鍵２３１のデータに最初から順
番に番号付け（例では〜）し、乱数２０８ａでの出
現順序によってデータを並び替える。図示の例では、乱
数２０８ａの最初がのため、復元鍵２５１の最初の値
は復元鍵２３１の２番目の値「０」、乱数２０８ａの２
番目の値はのため復元鍵２５１の２番目の値は復元鍵
２３１の４番目の値「１」、残る「１」と「３」のう
ち、乱数２０８ａの中で次に「１」が出現する為、復元
鍵２５１の３番目の値は復元鍵２３１の１番目の値であ
る「１」、復元鍵２５１の最後の値は復元鍵２３１の３
番目の値である「０」となる。この方法であれば、乱数
はもともと生成されている為、復元鍵の値を並び替える
処理を追加するだけで良い。

【００４１】なお、復元鍵のランダム化に用いる乱数と
しては、埋込み位置の決定に用いる乱数とは異なるもの
を用いても良い。この場合には、復元鍵のランダム化に
用いた乱数を発生する鍵を復元側にも与える必要があ
る。

【００４２】図９の方法で透かしを埋込まれた原本画像
を復元するには、図１０に示すように、埋込み側から送
られて来た復元鍵を逆ランダム化し（復元鍵のデータの
順序を元に戻し：２５２）して元の復元鍵２５３を生成
し、これを（乱数２０８ｂとともに）用いて、画像を復
元する（２５４）。この場合（復元鍵を逆ランダム化す
る場合）、ランダム化（データの順序の変更）の逆を行
う。上記の例では、復元鍵は４ビットであり、乱数の順
番から、、、、と並んでいるので、その順番を
並び変える。

【００４３】代りに、埋込み側から送られて来た復元鍵
をそのまま（乱数２０８ｂとともに）用いて、画像を復
元しても良い。この場合（逆ランダム化を行わない場
合）、ランダム化（データの順序を変える）前の復元鍵
とランダム化後の復元鍵の関係は、乱数（ランダム化に
用いた乱数）から分かり、またランダム化前の復元鍵と
復元画素値も乱数から分かる。上記の例では、最初の値
は、ランダム化前の復元鍵の値、その値はまた乱数を
見て、画素の復元画素の値であることが分かる。それ
以下も、「ランダム化前の復元鍵のの値→画素復元
画素値」、「ランダム化前の復元鍵のの値→画素の
復元画素値」と同様に復元画素値を得る。

【００４４】実施の形態１ないし実施の形態４では、元
画像を復元する為の情報を復元鍵として外部に出力して
いたが、管理が複雑となる。以下に述べる実施の形態５
ないし９は、復元鍵を生成せず、代りに画像データを拡
張し復元情報を画像データ内に含めるものである。

【００４５】図１１及び図１２に実施の形態５を示す。

【００４６】図１１は、電子透かし埋込み方法を示す。
元画像２０１は１ビットのビットプレーンから成る画像
（１ビット画像と呼ぶ）、拡張画像３０１はビットプレ
ーン１３０２、ビットプレーン０３０３の２ビット
のビットプレーンから成る画像（２ビット画像と呼ぶ）
であり、原本画像３０４は、ビットプレーン０３０５
及びビットプレーン１３０６から成るもので、拡張画
像３０１（ビットプレーン３０２、３０３から成る）に
乱数１０８ａを用いて透かし情報１０９を埋め込んだ画
像である。

【００４７】即ち、１ビット画像である画像２０１は２
ビット画像である拡張画像３０１（ビットプレーン３０
２、３０３から成る）に拡張される（２６１）。この例
では拡張は元画像２０１をビットプレーン１３０２と
し、ビットプレーン０３０３の値はすべて「０」とし
た。

【００４８】電子透かしの埋込み（２６３）はビットプ
レーン１３０２に対して、先に述べた実施の形態、例
えば図２の実施の形態と同様に埋込みが行われ、その結
果原本画像のビットプレーン１３０５が生成される。
それと共に透かし情報が埋め込まれた画素（例では画素
番号との画素）の埋込み前画素値を原本画像のビッ
トプレーン０３０６に保持することによって、原本画
像３０５，３０６を生成する。

【００４９】図１２は、電子透かし抽出および画像復元
方法を示す。原本画像３０４（ビットプレーン３０５、
３０６から成る）は電子透かしが埋め込まれ、かつ復元
情報を持っている。透かし情報３１９は電子透かし抽出
によって抽出された情報である。復元画像３０７のうち
ビットプレーン１３０８は復元された画像である（ビ
ットプレーン０３０９は復元後不要であるので、必ず
しも生成されるものではないが、生成可能であることを
示すため図示している）。

【００５０】図１２において、電子透かしの抽出（２６
５）は原本画像のビットプレーン１３０５から従来と同
様の抽出方法で行うことができる。画像復元（２６５）
は電子透かし抽出と共に行われ、電子透かし抽出を行っ
た画素のプレーン０３０９の画素値をプレーン１３
０５の画素値にコピーする。その結果生成されたビット
プレーン１３０８が復元された復元画像であり、これ
は図１１に示す元画像２０１と同一である（同一となる
はずのものである）。

【００５１】以上のように、実施の形態５によれば、電
子透かしを埋め込んだ画像とその画像を元画像に復元す
る為の復元情報を１つの画像として構成することができ
る。

【００５２】この方法において復元情報は原本画像のビ
ットプレーン０にしか含まれておらず、またこのプレー
ンの変更に対する検証がないため、このプレーンに復元
情報が含まれていることがわかると復元情報の偽造が可
能であり、またプレーン１に埋め込まれた電子透かしの
解析もわかりやすくなってしまう。このため、改竄検出
を行える電子透かしを、復元情報を含むビットプレーン
に適用する方法（実施の形態６）を図１３及び図１４に
示す。

【００５３】図１３において、拡張画像３０１（プレー
ン１３０２及びプレーン０３０３から成る）は、図
１１に示すものと同じである。拡張画像３０１のプレー
ン１３０２に対する電子透かし２０９の埋込み（２６
７）も図１１の透かし埋込み２６３と同様である。但
し、プレーン１３０２への透かし埋込み前の画素値を
復元情報として保持するビットプレーン０３１３（図
１１のプレーン０３０６と同じ）は中間画像３１１を
構成するものとして、これにさらに、透かしを埋め込む
（２６９）ことによって、原本画像３１４の第０のプレ
ーン３１６を生成する。原本画像３１４のプレーン１
３１５は、図１１のプレーン１３０５と同じものであ
る。

【００５４】プレーン０３１３に対する透かしの埋込
みに当たっては、プレーン１３０２に対する透かし埋
込み（２６７）で使用したのと同じ乱数２０８ａのう
ち、上記透かし埋込み（２６７）で使っていない画素番
号に対応するものを使用する。それによって、プレーン
０３１３に含まれた復元情報を壊さないで透かし情報
３２９を埋め込むことができる。この例では乱数の１番
目（値：）と２番目の値（値：）はプレーン１に電
子透かしを埋め込むために使用しているため、プレーン
０への電子透かしは３番目（値：）と４番目（値）
で示される画素に透かし情報３２９を埋め込む。その結
果、プレーン０３１３の画素番号の画素値は、透か
し情報３２９の１番目の値「０」で、画素番号の画素
値は、透かし情報３２９の２番目の値「１」で置き換え
られ、原本画像のプレーン０３１６が生成できる。

【００５５】復元時には、図１４に示すように、まずプ
レーン０の透かし情報（３２９）を抽出し（２７０）、
その値を検証することによって、改竄検出可能な電子透
かしを検証し、改竄されていないことを確認し（２７
１）、その後プレーン０の復元情報をプレーン１に適用
することによって画像の復元を行う（２７３）ことがで
きる。

【００５６】プレーン０に改竄検出可能な電子透かしを
埋め込むことによって、プレーン０の改竄を検出するこ
とができ、また復元情報しか含まれていなかったプレー
ン０に新たな電子透かしの情報が入り画像の複雑度が増
し、プレーン１へ埋め込んだ電子透かしへの攻撃が難し
くなる。

【００５７】上記の実施の形態５及び実施の形態６並び
に後述の実施の形態７はビットプレーン拡張可能な画像
であれば適用可能である。ビットマップフォーマットと
して良く知られたＢＭＰ/ＤＩＢ (device independent
bitmap) 形式としては、１ビット、４ビット、８ビッ
ト、１６ビット、２４ビット、３２ビットがある。また
基本的に電子透かしは１つの画素に１ビット若しくは３
ビット（ＲＧＢ毎に１ビット）程度しか埋め込むことは
ないため、１ビット画像→（１＋１）ビット必要→４ビット画像４ビット画像→（４＋１）ビット必要→８ビット画像８ビット画像→（８＋１）ビット必要→１６ビット画像１６ビット画像→（１６＋３）又は（１６＋１）ビット
必要→２４または３２ビット画像２４ビット画像→（２４＋３）又は（２４＋１）ビット
必要→３２ビット画像に拡張して適用できる。

【００５８】ビットプレーン拡張の方法として、実施の
形態５で示したように単純に０または１に値が固定され
たプレーンを追加することが一番簡単である。しかしな
がら、ビットプレーンが複数ある画像を拡張する場合、
固定値のプレーンを追加するだけでは元画像との色の違
いが大きくなる。そのためその場合は画素値を考慮した
ビットプレーン拡張を行う必要がある。

【００５９】図１５に２ビットのビットプレーンを持つ
元画像の値のプレーン拡張を例として示すが、単純にプ
レーン追加では最適な画素値にならないため、画素値が
最適な値になるように（即ち、元画像の各画素の値と拡
張画像の対応する画素の値とが等価な関係となるよう
に）画素値を決めることによって元画像と等価に見える
拡張画像を作ることができる。

【００６０】上記方法で生成した最適な拡張画像は単純
プレーン追加の場合と異なり、ほとんどの場合使ってい
ないプレーンが無い。そのため電子透かし埋込み方法も
変える必要がある。

【００６１】図１６に最適な拡張を行った拡張画像に電
子透かしを埋め込む値の割当て例を示す。埋め込む際に
埋め込んだ値と元の画素値が分かる（埋込み後の値から
元の画素値を一意的に決めることができる）画素値にす
ることで、電子透かしを埋込み、かつ画像を復元するこ
とができる。

【００６２】図１６の値割当て例を用いた電子透かし埋
込み（４１１）の例を実施の形態７として図１７に示
す。乱数４０３ａの１番目の値がであり透かし情報４
０２の１番目の値が「０」であるため、画素番号の画
素に「０」を埋め込むために拡張画像４０４の画素番号
の画素値「０１０１」を「０１００」に変更し、乱数
４０３ａの２番目の値がであり透かし情報４０２の２
番目の値が「１」あるため、画素番号の画素に「１」
を埋め込むために拡張画像４０４の画素番号の画素値
「１０１０」を「１０１１」に変更し、乱数４０３ａの
３番目の値がであり、透かし情報４０２の３番目の値
が「１」であるため、画素番号の画素に「１」を埋め
込むために拡張画像４０４の画素番号の画素値「００
００」を「０００１」に変更し、乱数４０３ａの４番目
の値がであり透かし情報４０２の４番目の値が「０」
であるため、画素番号の画素に「０」を埋め込むため
の拡張画像４０４の画素番号の画素値「１１１１」を
「１１１０」に変更することによって原本画像４０６を
生成する。

【００６３】図１８に電子透かし抽出（４１３）及び画
像復元（４１５）の例を示す。乱数４０３ｂの１番目の
値がであり原本画像４０６の画素番号の画素値が
「０１００」であるため、「０」が埋め込まれているこ
とが分かり透かし情報４２２の１番目の値は「０」と抽
出され、画素値「０１００」の元の画素値は必ず「０１
０１」であるため「０１０１」に変更する。同様にすべ
ての透かし情報を抽出し、画素値を復元することによっ
て拡張画像４２４が復元できる。また、拡張画像４２４
の各画素値から元の画像の画素値は一意的に決まるた
め、元画像４２１が復元できる。原本画像から拡張画
像、また拡張画像から元画像への画素値対応はどちらも
一意的であるため、拡張画像を生成しなくても、原本画
像から元画像を生成することもできる。

【００６４】実施の形態７では、埋込み方法としてビッ
トプレーン０だけを変更した埋込み値を示したが、別の
埋込み値を利用することも可能である。この例の様にビ
ットプレーンが２倍に増えた場合、取り得る画素値は４
倍になっており、図１９に示す例のように各画素値が重
なり合わない画素値であればどの画素値でも利用するこ
とができる。図１９の例では元の画素値が「０：０００
０」の場合、電子透かしを埋め込んだ後の画素値とし
て、「０：００００」、「１：０００１」、「２：００
１０」、「３：００１１」の画素値のどれかを使うこと
ができ、それらはすべて復元時に画素値「０：０００
０」に復元できる。

【００６５】拡張画像の画素値と埋込み後の画素値の対
応パターンが一つであると、埋込み後の画素値から拡張
画像の画素値を推測して、元画像が取出される可能性が
ある。そのため図２０に示す実施の形態８のように複数
の対応パターンを準備して、処理途中で変更することに
よって、拡張画像の画素値を推測しにくくすることがで
きる。対応パターンは画質劣化の許容範囲内で用意して
おき、処理の順番（例えば１番目の画素はパターン０、
２番目の画素はパターン１、…）等によって、使用する
対応パターンを変化させるわけである。

【００６６】電子透かしを用いて埋め込む値の割当てを
変化させる方法もある。「０」と「１」の２値を埋め込
む場合、図２１に示す埋込み値割当てパターン例の様に
４つの対応画素値があれば、割当てパターンは ₄Ｐ₂
＝４！／（４−２）！＝１２パターン存在する。そ
の割当てパターンを処理途中で変更するわけである。

【００６７】図２２に図２１で示した埋込み値割当てパ
ターン例を使った実施の形態９の電子透かし埋込み例
（４１７）を示す。ここでは処理の順番によって割当て
パターンを図２１の割当てパターン順番で適用してい
る。まず乱数４３３の１番目の値はであり画素番号
の画素に透かし情報４３２の１番目の値「０」を埋め込
むために１番目の割当てパターンであるパターン０（０
埋込み：００００，１埋込み：０００１）を適用する。
同様に２番目の画素番号の画素にはパターン１（０埋
込み：０００１，１埋込み：００１１）を、３番目の画
素番号の画素にはパターン２（０埋込み：００１１，
１埋込み：０１００）を適用すると、原本画像４３６が
できる。この例を見て分かるように、拡張画像の画素値
と埋め込む透かし情報の値が同じ場合でも画素値が異な
る原本画像が生成される。

【００６８】なお、実施の形態１ないし実施の形態４
で、復元鍵をそのまま出力したが、圧縮して出力すれば
更に短い復元鍵とすることができる。

【００６９】実施の形態５ないし実施の形態９では、
「０」「１」の２値の埋込み例を示したが、別の埋込み
値を利用することも可能である。この例の様にビットプ
レーンが２倍に増えた場合、取り得る画素値は４倍にな
っており、４値まで埋め込むことが可能である。

【００７０】実施の形態１ないし実施の形態４で画素の
復元のために変更前画素値を復元鍵のデータとしていた
が、２値の場合、復元の為の画素演算「そのまま」か
「反転」のデータとすることも可能である。同様に実施
の形態５（図１１）でプレーン０の値も、変更前画素値
でなく画素演算「そのまま」か「反転」のデータとする
ことができる。

【００７１】

【発明の効果】本発明の実施の形態１ないし実施の形態
４によれば、少量のデータ（復元鍵）を生成して送るだ
けで元画像の復元が可能となる。

【００７２】本発明の実施の形態５ないし実施の形態９
によれば、ビットプレーン拡張を行ったのち透かしの埋
込みを行うので、復元のための情報の改竄が一層困難と
なる。

【００７３】請求項１の方法によれば、復元鍵を生成す
るので、これを利用することで、原本画像から元画像を
復元することができる。

【００７４】請求項２の方法によれば、元画像や原本画
像に比べはるかに少量のデータから成る復元鍵を伝達す
るのみで、元画像の復元を行うことができる。

【００７５】請求項３の方法によれば、復元鍵が原本画
像のデータを含むので、これと原本画像の対応するデー
タとを照合することにより、原本画像又は復元鍵のいず
れかが改竄されていないかどうかの検証を行うことがで
きる。

【００７６】請求項４の方法によれば、元画像や原本画
像に比べはるかに少量のデータを伝達するのみで、原本
画像又は復元鍵の検証を行うことができる。

【００７７】請求項５の方法によれば、復元鍵が原本画
像のハッシュ値を含むので、これを用いて原本画像の全
体又は復元鍵が改竄されていないかどうかの検証を行う
ことができる。しかも、原本画像の全体について上記の
検証を行うことができる。

【００７８】請求項６の方法によれば、元画像や原本画
像に比べはるかに少量のデータを伝達するのみで、原本
画像の全体又は復元鍵の検証を行うことができる。

【００７９】請求項７の方法によれば、復元鍵を構成す
るデータを乱数により並べ替えるので、復元鍵の偽造が
一層困難とである。

【００８０】請求項８の方法によれば、復元鍵の並べ替
えに用いられた乱数を発生するための鍵を別途伝達する
必要がない。

【００８１】請求項１０の方法によれば、復元鍵を構成
するデータを乱数により並べ替えるので、復元鍵の偽造
が一層困難である。

【００８２】請求項１１の方法によれば、電子透かしを
埋め込んだ画像と、その画像を復元するための復元情報
を１つの画像として構成することができる。

【００８３】請求項１４の方法によれば、復元情報の偽
造が困難である。

【００８４】請求項１７の方法によれば、原本画像と元
の画像との類似性が色に関し、一層高くなる。

【００８５】請求項１９の方法には、拡張画像と埋込み
後の画像との対応関係が変化するので、埋込み画像の画
素の値から拡張画像の画素の値を推測するのが困難だと
いう効果がある。

【００８６】請求項２０の方法には、拡張画像の画素の
値の推測が困難だと言う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の透かし埋込み及び検
証のための装置の一例を示すブロック図である。

【図２】実施の形態１における透かし埋込み方法を示
す概略図である。

【図３】本発明の実施の形態１の透かし埋込み及び復
元のための装置の一例を示すブロック図である。

【図４】実施の形態１における透かし復元方法を示す
概略図である。

【図５】本発明の実施の形態２の透かし埋込み及び復
元のための装置の一例を示すブロック図である。

【図６】実施の形態２における透かし復元方法を示す
概略図である。

【図７】実施の形態３における透かし埋込みを示す概
略図である。

【図８】実施の形態３における透かし検証／復元を示
す概略図である。

【図９】実施の形態４における透かし埋込みを示す概
略図である。

【図１０】実施の形態４における透かし検証／復元を
示す概略図である。

【図１１】本発明の実施の形態５の透かし埋込み方法
を示す概略図である。

【図１２】実施の形態５の透かし復元を示す概略図で
ある。

【図１３】実施の形態６の透かし埋込みを示す概略図
である。

【図１４】実施の形態６の透かし検証／復元を示す概
略図である。

【図１５】実施の形態７におけるプレーン拡張の例を
示す概略図である。

【図１６】実施の形態７における、透かし埋込み前後
の各プレーンのデータを示す図である。

【図１７】実施の形態７における、透かし埋込みの例
を示す図である。

【図１８】実施の形態７における、電子透かし抽出及
び画像復元の例を示す図である。

【図１９】実施の形態７における、埋込み値の異なる
例を示す図である。

【図２０】実施の形態８における、拡張画像の画素値
と埋込み後の画素値の対応パターンの関係を示す図であ
る。

【図２１】実施の形態９における、電子透かしを用い
て埋め込む値の割当てを変化させる方法の一例を示す図
である。

【図２２】図２１で示した埋込み値割当てパターン例
を使った実施の形態９の電子透かし埋込み例を示す。

【図２３】従来の透かし埋込み及び検証を行う装置の
一例を示すブロック図である。

【図２４】従来の装置における透かし埋込み及び電子
透かしの抽出の方法を示す概略図である。

【符号の説明】

２０２電子透かし埋込み装置、２０５電子透かし
検証装置、２０７ａ、２０７ｂ擬似乱数生成部、
２１２電子透かし埋込み部、２１５電子透かし検
証部、２２０画像復元装置、２２５画像復元
部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 7/08 Ｈ０４Ｌ 9/00 ６０１Ａ 7/081 Ｈ０４Ｎ 7/08 ＺＦターム(参考） 5B057 CA12 CA16 CB12 CB16 CB19 CC03 CE08 CE09 CG07 CH08 CH18 DA07 DA08 DA17 5C063 AB03 AB05 AC02 AC10 CA34 CA36 DA13 5C076 AA01 AA14 BA06 CA10 5J104 AA01 AA08 AA14 AA16 EA04 EA17 JA03 LA02 NA02 NA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透かし鍵を用いて乱数を発生するステッ
プと、上記乱数により指定される元画像のデータに、上記乱数
により指定される順に、透かし情報を埋め込んで原本画
像を作成するステップと、透かし情報を埋め込む前の元画像のデータを含む復元鍵
を生成するステップとを含む電子透かし埋込み方法。
【請求項２】請求項１に記載された上記原本画像と、
上記復元鍵と、上記透かし鍵とを用いて元画像を復元す
るステップとをさらに含む元画像復元方法。
【請求項３】上記復元鍵として、上記元画像のデータ
とともに、これに対応する原本画像のデータを含むもの
を生成することを特徴とする請求項１に記載の電子透か
し埋込み方法。
【請求項４】請求項３に記載された上記原本画像及び
上記復元鍵と、請求項１に記載された上記透かし鍵とを
用いて元画像を復元するステップとをさらに含み、上記復元鍵のうちの原本画像のデータと、上記原本画像
の対応するデータとを照合する（互いに一致するかどう
か検証する）ことにより、原本画像及び復元鍵がともに
正当のものであるかどうか（原本画像又は復元鍵が改竄
されていないかどうか）を検証するステップをさらに含
むことを特徴とする元画像復元方法。
【請求項５】上記復元鍵として、上記元画像のデータ
とともに、上記原本画像のハッシュ値を含むものを生成
することを特徴とする請求項１に記載の電子透かし埋込
み方法。
【請求項６】請求項５に記載された方法で生成された
上記原本画像及び上記復元鍵と、請求項３に記載された
上記透かし鍵とを用いて元画像を復元するステップと、復元の際、原本画像からハッシュ値を生成するステップ
とをさらに含み、上記復元鍵に含まれるハッシュ値と、復元の際に生成し
たハッシュとを照合することにより、原本画像及び復元鍵がともに正当のものであるかどうか
（原本画像又は復元鍵が改竄されていないかどうか）を
検証するステップをさらに含むことを特徴とする元画像
復元方法。
【請求項７】上記復元鍵を構成するデータを乱数によ
り順序を変更するステップをさらに含むことを特徴とす
る請求項１に記載の透かし埋込み方法。
【請求項８】上記復元鍵のデータの順序を変更するた
めに利用する乱数が、上記透かし情報の埋込みのために
利用される乱数と同じものであることを特徴とする請求
項７に記載の透かし埋込み方法。
【請求項９】請求項７又は８に記載の方法でデータの
順序が変更された復元鍵を用いて原本画像から復元画像
を生成することを特徴とする復元方法。
【請求項１０】請求項９に記載された、データの順序
が変更された復元鍵を、上記順序の変更に際用いられた
乱数と同じ乱数を用いて順序を戻し、元の復元鍵を復元
し、該復元された復元鍵を用いて原本画像から復元画像
を生成することを特徴とする復元方法。
【請求項１１】元画像をビットプレーン拡張するステ
ップと、透かし鍵を用いて乱数を発生するステップと、上記乱数により指定される上記ビット拡張した元画像の
画素の値に、上記乱数により指定される順に、透かし情
報を埋め込んで原本画像を作成するステップと透かし情
報を埋め込む前の元画像の画素の値を含む復元鍵を生成
するステップとを含む電子透かし埋込み方法。
【請求項１２】上記ビットプレーン拡張は、復元情報
を含むビットプレーンの生成を含むことを特徴とする請
求項１１に記載の電子透かし埋込み方法。
【請求項１３】請求項１１又は１２に記載された方法
で生成された上記原本画像と、請求項１１に記載された
透かし鍵とを用いて元画像を復元するステップとをさら
に含む元画像復元方法。
【請求項１４】上記復元情報を含むビットプレーン
に、透かし鍵を用いて発生した乱数を用いて電子透かし
を埋め込むことを特徴とするを特徴とする請求項１２に
記載の電子透かし埋込み方法。
【請求項１５】請求項１４に記載のように電子透かし
を埋め込まれた復元情報を含むビットプレーンを、同じ
透かし鍵を用いて発生した乱数を用いて検証を行うこと
を特徴とする検証方法。
【請求項１６】請求項１４に記載のように電子透かし
を埋め込まれた復元情報を含むビットプレーンを用いて
元画像を復元することを特徴とする復元方法。
【請求項１７】元画像の各画素の値と、ビットプレー
ン拡張された画像の対応する画素の値が等価な関係にあ
り、かつビットプレーン拡張された画像の各画素の値か
ら一意的に元画像の対応する画素の値が決まることを特
徴とする請求項１１に記載の埋込み方法。
【請求項１８】請求項１７に記載のようにして形成さ
れたビットプレーン拡張された生成された上記原本画像
と、請求項１１に記載された透かし鍵とを用いて元画像
を復元するステップとをさらに含み、上記復元の際、ビットプレーン拡張された画像の各画素
の値から元画像の対応する画素の値を求めることを特徴
とする元画像復元方法。
【請求項１９】ビットプレーン拡張された元画像の各
画素の値と、透かし埋込み後の原本画像の対応する画素
の値との対応関係を、一枚の画像の処理の途中で変更す
ることを特徴とする請求項１１又は１７に記載の電子透
かし埋込み方法。
【請求項２０】電子透かしを用いて埋め込む値と透か
しを埋め込まれることにより形成される原本画像の各画
素の値の対応関係を一枚の画像の処理の途中で変更する
請求項１７又は１９に記載の方法。