JP2002330279A - 画像へのデータ埋め込み方法及び当該データの抽出方法 - Google Patents

画像へのデータ埋め込み方法及び当該データの抽出方法

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JP2002330279A JP2001135674A JP2001135674A JP2002330279A JP 2002330279 A JP2002330279 A JP 2002330279A JP 2001135674 A JP2001135674 A JP 2001135674A JP 2001135674 A JP2001135674 A JP 2001135674A JP 2002330279 A JP2002330279 A JP 2002330279A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ＪＰＥＧ符号化時にデータを埋め込んだ画像を
標準の復号器で復号することができ、復号時に埋め込ま
れたデータを、非可逆符号化法の使用のもとでも完全に
取り出すことができ、且つデータの埋め込みによる画像
劣化が小さい画像へのデータ埋め込み方法及び当該デー
タの抽出方法を提供することを課題とする。 【解決手段】画像へのデータ埋め込みに当たり、原画像
を８×８画素のブロック単位で分割し、全画面について
各ブロック単位でＤＣＴを行ない、各ブロックについて
量子化テーブルで量子化し、量子化後の係数値を１ビッ
トのデータに置き換えることでデータの埋め込みを行な
い、ランレングス符号化及びハフマン符号化を順に行な
い、更に、前記量子化後に置き換えられた係数値に対応
する前記量子化テーブルの値を１に置き換える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、画像へのデータ埋
め込み方法及び当該データの抽出方法、より詳細には、
ＪＰＥＧ符号化された画像へデータを埋め込み、復号時
に前記データを完全に抽出することができ、しかもデー
タの埋め込み及び抽出に際して画像劣化を起こさない画
像へのデータ埋め込み方法及び当該データの抽出方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、デジタル・コンテンツは、多種多
様なビジネスで利用されている。例えば、その代表的な
分野を示すと図１２のようになる。デジタル・コンテン
ツは、その優れた品質の他に、いくらコピーしても品質
が劣化しない、取扱いが簡単等の特徴があるため、デジ
タル・コンテンツを保有する者にとっては、アイデア次
第で無限のビジネスチャンスがある。
【０００３】一方、デジタル・コンテンツは、コピーし
ても品質が劣化しないという特徴から、容易に違法コピ
ーされてしまうという大きなリスクを背負っている。こ
の違法コピー問題は、デジタル・コンテンツビジネスの
事業化に際して障害の１つになっているので、対策とし
てコンテンツに何らかの保護をする仕組みが必要とな
る。
【０００４】そこで、画像や音等のデジタル・コンテン
ツに、人に気づかれないように著作権者を示す情報を埋
め込む、電子透かしという技術がある。電子透かしは、
デジタル・コンテンツを不正利用から保護するためのも
のである。また、情報をコンテンツ全体に埋め込めば、
改ざんの有無だけでなく、具体的に改ざんの個所を特定
することも可能になる。
【０００５】また、ＪＰＥＧ符号化された画像へデータ
を埋め込み、復号時に前記データを取り出すことを目的
とする画像に対するデータ埋め込み抽出方法が幾つか提
唱されているが、その多くは、画像にデータを埋め込む
ことにより、画像の劣化を招くという問題を抱えてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題を解
決するためになされたもので、ＪＰＥＧ符号化時にデー
タを埋め込んだ画像を標準の復号器で復号することがで
き、復号時に埋め込まれたデータを、非可逆符号化法の
使用のもとでも完全に取り出すことができ、且つデータ
の埋め込みによる画像劣化が小さい画像へのデータ埋め
込み方法及び当該データの抽出方法を提供することを課
題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の請求項１に記載の本発明に係る画像へのデータ埋め込
み方法は、画像へのデータ埋め込みに当たり、原画像を
８×８画素のブロック単位で分割し、全画面について各
ブロック単位でＤＣＴを行ない、各ブロックについて量
子化テーブルで量子化し、量子化後の係数値を１ビット
のデータに置き換えることでデータの埋め込みを行な
い、ランレングス符号化及びハフマン符号化を順に行な
い、更に、前記量子化後に置き換えられた係数値に対応
する前記量子化テーブルの値を１に置き換えることを特
徴とする。
【０００８】上記課題を解決するための請求項２に記載
の本発明に係るデータ抽出方法は、前記置き換えられた
係数値を更に１に置き換えた量子化テーブルをデータの
抽出時に使用することを特徴とする。
【０００９】上記課題を解決するための請求項３に記載
の本発明に係るデータ抽出方法は、請求項１に記載の画
像へのデータ埋め込み方法によって埋め込まれたデータ
と原画像を専用の復号器により分離する方法であって、
各ブロックの係数値を調べ、埋め込まれたデータを抽出
し、逆量子化及びＩＤＣＴを施して画像を復号すること
を特徴とする。
【００１０】上記課題を解決するための請求項４に記載
の本発明に係るデータ抽出方法は、請求項１に記載の画
像へのデータ埋め込み方法によって埋め込まれたデータ
と原画像を標準の復号器により分離する方法であって、
符号化列をそのまま標準復号器に入力して画像を復号
し、復号画像を８×８画素のブロック単位で分割し、全
画面について各ブロック単位でＤＣＴを行ない、係数値
を調べ、埋め込まれたデータを抽出することを特徴とす
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図面に
依拠して説明する。まず、ＪＰＥＧ符号化の手順につい
て説明する。ここでは、画像形式がシーケンシャルＪＰ
ＥＧの場合について説明するが、プログレッシブＪＰＥ
Ｇの場合にも適用できる。
【００１２】図１は、ＪＰＥＧ符号化手順の概略を、図
２は、ハフマン符号化のスキャン順を示す図である。処
理する画像は８×８のブロックに分割され、それぞれの
ブロックにおいて離散コサイン変換（以下ＤＣＴとす
る）、量子化テーブルを用いた量子化、ハフマン符号化
が行なわれる。高域のＤＣＴ係数は、量子化によって零
値になることが多いため、ＡＣ係数は、図２の点線で示
すようにジグザクスキャンされてハフマン符号化が行な
われる。このジグザグスキャンによるＡＣ係数の最後の
零値の集合は、符号化されず、ブロックの終了を示すＥ
ＯＢ（Ｅｎｄ Ｏｆ Ｂｌｏｃｋ）という符号に置き換
えられる。本発明は、このＪＰＥＧ符号化列にデータの
埋め込みを行なうものである。
【００１３】次に、本発明におけるデータ埋め込み方法
について説明する。図３は本発明に係る符号化側のシス
テム構成を示すもので、ここでは、８×８の各ブロック
に最大１ビットのデータを埋め込むものと仮定すると、
例えば、７０４×４８０のグレースケール画像の場合、
最大５２８０ビットのデータを埋め込むことが可能とな
る。以下、ジグザグスキャン順に並べたＡＣ係数をＡＣ
（ｐ）として説明する。但し、ｐは１〜６３である。
【００１４】本発明では、各ブロックにおいて、ｐ番目
のＡＣ係数ＡＣ（ｐ）の量子化後の係数値を１ビットの
データに置き換える。ここでｐは定数とし、全てのブロ
ックで、同じ場所のＡＣ係数に対して置き換えを行なう
ものとする。その結果、復号側では逆量子化前に、その
ＡＣ係数を調べることにより、埋め込まれたデータを知
ることができる。ＪＰＥＧでは、量子化後の処理は可逆
であるので、データが埋め込まれたＡＣ係数の場所が特
定できれば、埋め込まれたデータを復号の際に完全に復
元することができる。
【００１５】また、本発明は、単にＡＣ係数を変更する
だけであり、データを埋め込んだ符号化列も通常のＪＰ
ＥＧ復号器で処理することが可能である。
【００１６】次に、データの埋め込みの際に、画像劣化
を小さく抑える方法について説明する。データを埋め込
むＡＣ係数の選択には自由度があるが、本発明では、 高域の係数は量子化後に零値となることが多く、係数
置き換えによる画像劣化を低く抑えられる。 データが埋め込まれた画像を通常のＪＰＥＧ復号器で
復号した際に、低域の係数に埋め込んだ場合に比べ、高
域の係数への埋め込みは視覚的に目立ち難い。 という理由から、最終係数に埋め込むこととする。
【００１７】上記は、本来の画像データの一部を欠落
させることによる画像劣化を回避するためのものであ
り、上記は、本来の画像には無いデータを加えること
による画像劣化を回避するためのものである。通常のＪ
ＰＥＧ復号器で復号する場合には、埋め込まれたデータ
は、画像に対するノイズとなってしまう。このノイズの
視覚への影響を小さくするために、高域の係数を選択す
ることとしたものである。
【００１８】また、定数ｐの決定は、画像劣化の原因で
ある画像符号化列のファイルサイズにも関係してくる。
図４は、本発明において推奨する最高域の係数（ｐ＝６
３）にデータを埋め込む場合の例を示すものであり、こ
こで、最高域の係数に１というデータが埋め込まれた場
合、埋め込まなかったときに比べ、途中の零値のランレ
ングス符号化分と最後の１の係数分だけ符号語が増える
こととなる。この増加符号語が、符号化列のファイルサ
イズの増加につながる。従って、ファイルサイズの上限
に制限がある場合には、より粗い量子化を行なう必要が
生じる。
【００１９】次に、逆量子化の際に使用する量子化テー
ブルについて説明する。ＪＰＥＧ符号化器の場合、一般
に符号化の際に使用した量子化テーブルをそのままハフ
マン符号化し、復号側において、その量子化テーブルを
利用する。しかし、本発明では、既存のＪＰＥＧ復号器
による画像の劣化を抑えるために、符号化の際に使用し
た量子化テーブルとは異なる量子化テーブルをハフマン
符号化する。
【００２０】通常のＡＣ係数における量子化テーブルの
値は非常に大きく（図５参照）、量子化後に入れた値が
１という小さな値であっても、逆量子化により非常に大
きい値に変換され、その結果、復号画像において非常に
大きな劣化を招いてしまう。この問題を解決するため
に、データが埋め込まれた場所（ｐ）に相当する量子化
テーブルの値を、量子化後に１に置き換え、逆量子化の
際にそれを利用することとする（図６参照）。
【００２１】このような方法でデータを埋め込んだ場
合、埋めこむことができるデータ量は、最大で８×８に
分割したブロック数である。これ以上のデータを埋め込
みたい場合には、１つのブロック毎に複数のデータを埋
め込む方法や、色差信号に埋め込む方法等があり、本発
明の方法を、そのような場合に適用することは容易であ
る。
【００２２】次に、上述した方法によりデータが埋め込
まれた符号化列から再びデータを抽出する方法を説明す
る。その方法には、専用復号器により直接データを取り
出す方法と、標準復号器により復号した後にその復号画
像から後処理によりデータを取り出す方法の２つが考え
られる。
【００２３】専用復号器を用いる場合は、復号化の際
に、埋め込まれたデータと画像を専用の復号器により分
離する必要がある。そのためには、 各ブロックのＡＣ（６３）を調べ、埋め込まれたデー
タを抽出する。 ＡＣ（６３）を０値に戻す。 逆量子化、逆離散コサイン変換（以下ＩＤＣＴとす
る）を施して画像を復号する。 という処理を行なう（図７参照）。
【００２４】上述した方法の場合は受信側において特別
な復号器を準備する必要があるが、そのような特別な復
号器を用いることなく、復号処理を標準の復号器で行な
い、その復号画像より埋め込みデータを取り出すことも
可能である。そのためには、 符号化列をそのまま標準復号器に入力し、復号画像を
得る。 復号画像を８×８のブロックに分割し、ＤＣＴを施
す。 ＡＣ（ｐ）の値を調べ、データを抽出する。 という処理を行なう（図８参照）。
【００２５】この場合、復号画像に対しＤＣＴ計算を行
なう必要があるが、計算すべきＡＣ係数の値は１つだけ
であり、計算量は、通常の８×８点ＤＣＴの１／６４で
済む。また、既存の安価な通常の復号器を使用して、復
号画像を得ることができる。
【００２６】この第２の方法では、標準ＪＰＥＧ復号器
の復号画像に対して後処理として埋め込みデータの取り
出しを行なうため、埋め込みデータを取り出す過程にお
いて、ＤＣＴとＩＤＣＴの処理が行なわれることにな
る。このため、埋め込みデータの０と１を誤りなく取り
出せるだけのＤＣＴとＩＤＣＴの精度が必要となるが、
本発明者は、固定小数点のＤＳＰを使用する等の現実的
な計算精度のもとでも、十分データの抽出が可能である
ことを確認している。
【００２７】データを抽出しない場合には、標準のＪＰ
ＥＧ復号器をそのまま使用することができる（図９参
照）。この場合、各ブロックに付加されたデータは、単
なるノイズとなるが、対応するＡＣ係数の量子化テーブ
ルの値が１となっているため、画像に与える影響を小さ
く抑えることができる。
【００２８】次に、ＭＰＥＧ画像へのデータの埋め込み
方法について説明する。まず、ＭＰＥＧ符号化の手順を
説明する。図１０は、ＭＰＥＧ符号化手順の概略を示す
図である。ＭＰＥＧ画像ではＩピクチャ、Ｐピクチャ、
Ｂピクチャの３種類の画像が存在する。入力された画像
は、ＪＰＥＧの場合と同じように、通常８×８画素単位
に分割され、それぞれのブロックに対してＤＣＴ計算、
量子化テーブルを用いた量子化、ハフマン符号化が行な
われる。また、量子化後のジグザグスキャンもＪＰＥＧ
の場合と同じように行なわれる。各フレームの処理は、
ＪＰＥＧと同じなので、上述したＪＰＥＧへのデータの
埋め込みと同様の処理を行なえばよい。
【００２９】
【発明の効果】本発明は上述した通りであって、本発明
による画像へのデータ埋め込み方法及び当該データの抽
出方法においては、ＪＰＥＧ符号化時にデータを埋め込
んだ画像を標準の復号器で復号し、復号時に埋め込まれ
たデータを完全に取り出すことができ、且つデータの埋
め込みによる画像劣化を小さく抑えることができる効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＪＰＥＧ符号化手順の概略を示す
図である。
【図２】本発明に係るハフマン符号化のスキャン順を示
す図である。
【図３】本発明に係る符号化側のシステム構成を示す図
である。
【図４】本発明に係る最高域の係数にデータを埋め込む
場合の例を示す図である。
【図５】本発明に係る量子化テーブルの例を示す図であ
る。
【図６】本発明に係る置き換え後の量子化テーブルの例
を示す図である。
【図７】本発明に係る復号側のシステムを示す図であ
る。
【図８】本発明に係る復号側の別のシステムを示す図で
ある。
【図９】本発明に係る復号側の更に別のシステムを示す
図である。
【図１０】本発明に係るＭＰＥＧにおける符号化側のシ
ステム構成を示す図である。
【図１１】本発明に係るＭＰＥＧにおける復号側のシス
テム構成を示す図である。
【図１２】デジタル・コンテンツが利用されている代表
的な分野を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── 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 7/081 Ｆターム(参考） 5B057 CA08 CA12 CA16 CB08 CB12 CB16 CC01 CE08 CG05 CH08 5C059 KK01 KK43 MA00 MA23 MC01 MC14 MC26 ME02 ME05 PP01 PP05 PP06 PP07 RB12 RC35 UA02 UA05 5C063 AB03 AB07 AC02 CA09 CA23 CA34 CA36 5C076 AA14 BA06 5J064 AA01 BA08 BA09 BA16 BC02 BC16

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 画像へのデータ埋め込みに当たり、原画
    像を８×８画素のブロック単位で分割し、全画面につい
    て各ブロック単位でＤＣＴを行ない、各ブロックについ
    て量子化テーブルで量子化し、量子化後の係数値を１ビ
    ットのデータに置き換えることでデータの埋め込みを行
    ない、ランレングス符号化及びハフマン符号化を順に行
    ない、更に、前記量子化後に置き換えられた係数値に対
    応する前記量子化テーブルの値を１に置き換えることを
    特徴とする画像へのデータ埋め込み方法。
  2. 【請求項２】 請求項１において置き換えられた係数値
    を更に１に置き換えた量子化テーブルをデータの抽出時
    に使用することを特徴とするデータ抽出方法。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の画像へのデータ埋め込
    み方法によって埋め込まれたデータと原画像を専用の復
    号器により分離する方法であって、各ブロックの係数値
    を調べ、埋め込まれたデータを抽出し、逆量子化及びＩ
    ＤＣＴを施して画像を復号することを特徴とするデータ
    抽出方法。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の画像へのデータ埋め込
    み方法によって埋め込まれたデータと原画像を標準の復
    号器により分離する方法であって、符号化列をそのまま
    標準復号器に入力して画像を復号し、復号画像を８×８
    画素のブロック単位で分割し、全画面について各ブロッ
    ク単位でＤＣＴを行ない、係数値を調べ、埋め込まれた
    データを抽出することを特徴とするデータ抽出方法。
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