JP2003101747A

JP2003101747A - 電子透かしシステム、電子透かし埋め込み装置、電子透かし検出装置、電子透かし埋め込み方法およびプログラム

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Publication number: JP2003101747A
Application number: JP2001285845A
Authority: JP
Inventors: Kozo Kawada; 耕三河田
Original assignee: Glory Ltd
Current assignee: Glory Ltd
Priority date: 2001-09-19
Filing date: 2001-09-19
Publication date: 2003-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】透かしデータによるメディアデータの性能劣
化を招くことなく、効率良く圧縮や幾何学的変換に強い
電子透かしをおこなうこと。【解決手段】埋め込み器１００が、画像データにガボ
ールフィルタを適用して得られるガボールフィルタ出力
に基づいて、透かしデータを埋め込む埋め込み点を設定
し、設定した埋め込み点のガボール分解に基づいて、透
かしデータを振幅変調または位相変調により前記原メデ
ィアデータに埋め込み、検出器１１０は、入力されたメ
ディアデータにガボールフィルタを適用して得られるガ
ボールフィルタ出力と原メディアデータにガボールフィ
ルタを適用して得られるガボールフィルタ出力に基づい
て、透かしデータを検出する。

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、音楽データ、画
像データおよび映像データなどの原メディアデータに対
して透かしデータを電子的に埋め込む電子透かし埋め込
み装置と、入力されたメディアデータに埋め込まれた透
かしデータを検出する電子透かし検出装置とを有する電
子透かしシステム、電子透かし埋め込み装置、電子透か
し検出装置、電子透かし埋め込み方法およびプログラム
に関し、特に、透かしデータによるメディアデータの性
能劣化を招くことなく、効率良く圧縮や幾何学的変換に
強い電子透かしをおこなうことができる電子透かしシス
テム、電子透かし埋め込み装置、電子透かし検出装置、
電子透かし埋め込み方法およびプログラムに関する。

【０００２】

【従来の技術】ネットワーク社会の進展に伴い、文書、
書籍、音楽、画像、映像などの各種データがデジタル化
されてきたため、最近では、印刷物に頼らなくても時間
的・空間的なロスなく情報を伝達できるようになってき
ている。その反面で、このロスのない情報伝達は、安易
な不正コピーを増長させるという側面も有するため、ロ
スのない情報伝達をおこなううえで著作権問題が大きな
問題となる。

【０００３】具体的には、プログラムの場合には、暗号
鍵などを使ってある程度使用者を制限することができる
わけであるが、音楽データ、画像データおよび映像デー
タなどのメディアデータの場合には、プログラムのよう
に使用者を制限することが難しい。なぜなら、音楽デー
タや映像データを再生するアプリケーションプログラム
や画像データを閲覧するアプリケーションプログラム
は、それぞれメディアデータと独立したものだからであ
る。

【０００４】このため、従来から、かかるメディアデー
タに透かしデータを埋め込むことにより、メディアデー
タの不正コピーを抑制する電子透かし技術が注目を浴び
ている。この電子透かし技術では、正規に音楽データＡ
を購入したユーザＸの透かしデータをユーザが知覚でき
ない程度（ユーザが音楽を聞く上で両者の差異を知覚で
きない程度）に音楽データＡに埋め込んでデータＡxを
作成し、ユーザＸがデータＡxのコピーデータを他人に
配布した場合には、このコピーデータを検出プログラム
によって処理することにより、データＡの不正な流出元
である「ユーザＸ」を特定する。このため、この電子透
かし技術を用いると、ユーザによる不正コピーを抑制す
る効果を期待できる。また、音楽データＡの流出経路上
に位置する各ユーザの透かしデータを音楽データＡに順
次埋め込むことにより、さらに不正コピーを抑制するこ
ともできる。

【０００５】ところで、かかるメディアデータは、通常
はデータ圧縮をおこなってデータ量を削減した後に配布
されることが多い。かかるデータ圧縮技術としては、ビ
ットデータとして完全に復元することが可能なlossless
圧縮と、ビットデータとして完全には復元できないloss
y圧縮とが知られているが、電子透かし技術を採用する
場合にも高圧縮可能なlossy圧縮が用いられることが多
い。また、悪意のあるユーザが、平行移動、回転、拡大
縮小などの幾何学的変換などをおこなって、透かしデー
タの無効化を図る場合もある。

【０００６】このため、lossy圧縮がなされた場合であ
っても透かしデータが除去または改ざんされないように
する措置や、幾何学的変換などに耐えうる措置を講じる
電子透かし技術が知られている。

【０００７】たとえば、「Ingenar J. Cox, Joe Kilian
t, Tom Leighton, and Talal Shamo,”Secure Spread S
pectrum Watermarking for Images,Audio and Video,”
Proc.ICIP96, vol.III, pp243-246, 1996」（従来技術
１）には、スペクトル拡散の考え方を応用し、画像圧縮
変換への耐性を持たせつつ情報を多周波数変換値へ符号
化する技術が開示されている。

【０００８】ところが、この従来技術１によれば、デー
タ検出のロバスト性は向上するものの、かかる透かしデ
ータがノイズ成分として知覚されるため、このノイズ成
分により画質が劣化してしまうという問題がある。

【０００９】このため、ノイズに対する知覚が輝度変化
の急なエッジ付近で相対的に鈍くなるといういわゆるマ
スキング効果を利用する従来技術が知られている。たと
えば、特開平１０−２７６３２１号公報（従来技術２）
には、様々な周波数特徴がどの位置で発生しているかを
検出することができるウエーブレット変換における多重
解像度表現を用いて透かしデータの埋め込み位置を制御
する技術が開示されている。また、「高橋学，斉藤稔，
野口栄治，“ひずみに対するマスキング効果を利用した
電子透かし画像の高品位化”，信学技報 IE99-152，pp2
3-29，2000」（従来技術３）には、透かし重畳操作と画
質劣化抑制操作（マスキング処理）を分離させ、透かし
重畳によって生じる知覚的な画質劣化をマスキング処理
によって抑圧し、高画質化をおこなう技術が開示されて
いる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術２における多重解像度表現は、画像とウエーブレット
関数との相関を意味するので、画像の周波数成分に対す
る位相がウエーブレット変換の位相と一致しないところ
では、たとえエッジ位置であっても相関値が低くなり、
透かしデータの埋め込みには適さないという問題があ
る。また、低域フィルタや高域強調フィルタなどのフィ
ルタ攻撃に対して弱く、周波数分割に制限があるため
に、フィルタ攻撃自体も受けやすいという問題もある。

【００１１】一方、従来技術３では、輪郭の輝度変化と
同方向の輝度変化には効果があるが、異方性の輝度変化
には効果がないというマスキング効果の異方性という視
覚特性を用いて画像劣化の知覚を緩和することとしてい
るが、その代償として透かし検出の性能劣化を招くとい
う問題がある。

【００１２】具体的には、この従来技術３では、周波数
変換により作成した透かし画像と原画像にガボール（Ga
bor）フィルタを作用させて各々の方向成分に分解し、
方向が一致している透かし成分を重みづけすることによ
り、透かしによる画像劣化を知覚され難くなるよう構成
している。しかし、濃度変化のない平坦部の透かしデー
タは、この重みづけによって消去されることになるの
で、消去された透かしデータが検出誤差となり、結果的
に透かし検出の性能低下を招くことになる。

【００１３】この発明は、上述した従来技術による問題
点を解消するためになされたものであり、透かしデータ
によるメディアデータの性能劣化を招くことなく、効率
良く圧縮や幾何学的変換に強い電子透かしをおこなうこ
とができる電子透かしシステム、電子透かし埋め込み装
置、電子透かし検出装置、電子透かし埋め込み方法およ
びプログラムを提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決して
目的を達成するため、請求項１の発明に係る電子透かし
システムは、音楽データ、画像データおよび映像データ
などの原メディアデータに対して透かしデータを電子的
に埋め込む電子透かし埋め込み装置と、入力されたメデ
ィアデータに埋め込まれた透かしデータを検出する電子
透かし検出装置とを有する電子透かしシステムであっ
て、前記電子透かし埋め込み装置は、前記原メディアデ
ータにガボールフィルタを適用して得られるガボールフ
ィルタ出力に基づいて、前記透かしデータを埋め込む埋
め込み点を設定する埋め込み点設定手段と、前記埋め込
み点設定手段により設定された埋め込み点のガボール分
解に基づいて、前記透かしデータを振幅変調または位相
変調により前記原メディアデータに埋め込む埋め込み手
段とを備え、電子透かし検出装置は、入力されたメディ
アデータにガボールフィルタを適用して得られるガボー
ルフィルタ出力と原メディアデータにガボールフィルタ
を適用して得られるガボールフィルタ出力に基づいて、
前記透かしデータを検出する検出手段を備えたことを特
徴とする。

【００１５】また、請求項２の発明に係る電子透かしシ
ステムは、請求項１の発明において、前記電子透かし埋
め込み装置は、所定の鍵に基づいて実数の乱数を発生す
る乱数発生手段と、前記乱数発生手段により発生した乱
数と前記透かしデータとを乗算して前記埋め込み手段に
より埋め込む埋め込みデータを生成する埋め込みデータ
生成手段とをさらに備えたことを特徴とする。

【００１６】また、請求項３の発明に係る電子透かし埋
め込み装置は、音楽データ、画像データおよび映像デー
タなどの原メディアデータに対して透かしデータを電子
的に埋め込む電子透かし埋め込み装置であって、前記原
メディアデータにガボールフィルタを適用して得られる
ガボールフィルタ出力に基づいて、前記透かしデータを
埋め込む埋め込み点を設定する埋め込み点設定手段と、
前記埋め込み点設定手段により設定された埋め込み点の
ガボール分解に基づいて、前記透かしデータを振幅変調
または位相変調により前記原メディアデータに埋め込む
埋め込み手段とを備えたことを特徴とする。

【００１７】また、請求項４の発明に係る電子透かし埋
め込み装置は、請求項３の発明において、所定の鍵に基
づいて実数の乱数を発生する乱数発生手段と、前記乱数
発生手段により発生した乱数と前記透かしデータとを乗
算して前記埋め込み手段により埋め込む埋め込みデータ
を生成する埋め込みデータ生成手段とをさらに備えたこ
とを特徴とする。

【００１８】また、請求項５の発明に係る電子透かし検
出装置は、音楽データ、画像データおよび映像データな
どの原メディアデータに対して透かしデータを電子的に
埋め込んだメディアデータを入力し、該入力したメディ
アデータに埋め込まれた透かしデータを検出する電子透
かし検出装置であって、入力されたメディアデータにガ
ボールフィルタを適用して得られるガボールフィルタ出
力と原メディアデータにガボールフィルタを適用して得
られるガボールフィルタ出力に基づいて、前記透かしデ
ータを検出する検出手段を備えたことを特徴とする。

【００１９】また、請求項６の発明に係る電子透かし埋
め込み方法は、音楽データ、画像データおよび映像デー
タなどの原メディアデータに対して透かしデータを電子
的に埋め込む電子透かし埋め込み方法であって、前記原
メディアデータにガボールフィルタを適用して得られる
ガボールフィルタ出力に基づいて、前記透かしデータを
埋め込む埋め込み点を設定する埋め込み点設定工程と、
前記埋め込み点設定工程により設定された埋め込み点の
ガボール分解に基づいて、前記透かしデータを振幅変調
または位相変調により前記原メディアデータに埋め込む
埋め込み工程とを含んだことを特徴とする。

【００２０】また、請求項７の発明に係るプログラム
は、音楽データ、画像データおよび映像データなどの原
メディアデータに対して透かしデータを電子的に埋め込
む電子透かし埋め込み装置のプログラムであって、前記
原メディアデータにガボールフィルタを適用して得られ
るガボールフィルタ出力に基づいて、前記透かしデータ
を埋め込む埋め込み点を設定する埋め込み点設定工程
と、前記埋め込み点設定工程により設定された埋め込み
点のガボール分解に基づいて、前記透かしデータを振幅
変調または位相変調により前記原メディアデータに埋め
込む埋め込み工程とをコンピュータに実行させることを
特徴とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照して、この
発明に係る電子透かしシステム、電子透かし埋め込み装
置、電子透かし検出装置、電子透かし埋め込み方法およ
びプログラムの好適な実施の形態を詳細に説明する。な
お、本実施の形態では、画像データに対して透かしデー
タを埋め込む場合について示すこととする。

【００２２】まず、本実施の形態に係る電子透かしシス
テムのシステム構成について説明する。図１は、本実施
の形態に係る電子透かしシステムのシステム構成を示す
ブロック図である。同図に示すように、この電子透かし
システムは、原画像データｆに透かしデータｓを埋め込
んで画像データｆ’を生成する埋め込み器１００と、こ
の画像データｆ’から透かしデータｓを検出する検出器
１１０とからなる。なお、この埋め込み器１００は、特
許請求の範囲の電子透かし埋め込み装置に対応し、検出
器１１０は、特許請求の範囲の電子透かし検出装置に対
応する。

【００２３】ここで、この電子透かしシステムでは、マ
スキング効果の異方性という視覚特性を十分に利用でき
るようにするために、位置−周波数領域で不確定性を最
小にするものとして知られているガボール（Gabor）関
数を利用する。具体的には、事前に選んでおいたガボー
ルフィルタ列φを原画像データｆに作用させ、その出力
ｇのガボール分解列から埋め込み点を作成し、この埋め
込み点およびその近傍に透かしデータを変調して画像に
挿入する。

【００２４】本実施の形態では、この変調方式として、
振幅変調方式または位相変調方式を採用している。この
振幅変調方式を用いてデータｓの埋め込みをおこなう場
合には、埋め込み点のガボール分解をｓに比例した量だ
け掛け算したものを原画像データｆに加え、透かしデー
タを検出する場合には、埋め込み点のガボール分解の振
幅が原画像データの何倍であるかを計算して求める。こ
の振幅変調によれば、埋め込み点だけではなくその近傍
にも埋め込まれることになるので、微少な幾何学的変換
があっても透かしデータを検出できることとなり、幾何
学的攻撃に対してロバストになるという効果が得られ
る。

【００２５】これに対して、位相変調方式を用いてデー
タｓの埋め込みをおこなう場合には、埋め込み点のガボ
ール分解をｓに比例した量だけ位置シフトしたものと置
き換え、透かしデータを検出する場合には、埋め込み点
のガボール分解の位相と原画像データの位相とのシフト
量を計算して求める。この位相変調によれば、ガボール
出力の位相が画像劣化を知覚させない低域フィルタまた
は高域強調フィルタに影響を受けにくいという特性を利
用するので、フィルタ攻撃に対してロバストになるとい
う効果が得られる。

【００２６】このように、本実施の形態に係る電子透か
しシステムでは、ガボール関数を介してマスキング効果
の異方性という視覚特性を利用することにより、透かし
データによる画質の劣化を低減するとともに、振幅変調
または位相変調により透かしデータを埋め込むことによ
り、幾何学的攻撃またはフィルタ攻撃にロバストとなる
ようにしている。

【００２７】次に、図１に示した埋め込み器１００およ
び検出器１１０の具体的な構成について説明する。同図
に示すように、埋め込み器１００は、フィルタリング処
理部１０１と、埋め込み点設定部１０２と、乱数発生部
１０３と、変調処理部１０４と、乗算器１０５と、加算
器１０６とを有する。なお、この埋め込み点設定部１０
２、変調処理部１０４、乱数発生部１０３および乗算器
１０５は、それぞれ特許請求の範囲の埋め込み点設定手
段、埋め込み手段、乱数発生手段および埋め込みデータ
生成手段に対応する。

【００２８】フィルタリング処理部１０１は、原画像デ
ータに対してガボールフィルタ列を適用してガボール出
力を取得する処理部である。ここで、このガボールフィ
ルタとは、人間の初期知覚のモデルとして知られる図２
（ａ）に示したガボール関数φで構成した方向依存型フ
ィルタである。このガボール関数φは、図２（ｂ）に示
すような実数部および虚数部からなるものである。

【００２９】埋め込み点設定部１０２は、フィルタリン
グ処理部１０１から出力されるガボール出力に基づい
て、透かしデータｓの埋め込み点を設定する処理部であ
る。具体的には、ガボールフィルタ出力の振幅の大きな
ものからＮ個の埋め込み点（フィルタ番号と座標の組）
を検出し、この埋め込み点を変調処理部１０４に出力す
る。

【００３０】乱数発生部１０３は、埋め込み器１００と
検出器１１０で共通に持つ鍵に基づいて乱数列（実数）
を発生する処理部である。この乱数列は、乗算器１０５
で透かしデータ（１または−１）に乗算され、その乗算
結果（変調度系列）が変調処理部１０４に出力される。

【００３１】変調処理部１０４は、フィルタリング処理
部１０１から受け取ったガボールフィルタ出力、埋め込
み点設定部１０２から受け取った埋め込み点および変調
度系列に基づいて、振幅変調または位相変調により透か
し画像データを作成する処理部である。なお、この変調
処理部１０４の詳細な処理内容については後述する。

【００３２】そして、この変調処理部１０４により作成
された透かし画像データは、加算器１０６により原画像
データと加算され、その加算結果が埋め込み器１００か
ら出力される。また、埋め込み器１００から出力された
画像データは、図示しない圧縮器などによりＭＰＥＧな
どの圧縮処理がされるため、検出器１１０に入力される
までに圧縮などに起因するノイズが付加された状態とな
る。なお、ここでは説明の便宜上、データ伝送に伴うノ
イズは考慮しないものとする。

【００３３】次に、図１に示した検出器１１０の構成に
ついて説明する。同図に示すように、この検出器１１０
は、フィルタリング処理部１１１と、変調度検出部１１
２と、乱数発生部１１３と、相関判定部１１４とを有す
る。なお、この検出器１１０は、埋め込み器１００が使
用した鍵と同じ鍵を保有するとともに、埋め込み器１０
０が設定したＮ個の埋め込み点の情報（フィルタ番号と
埋め込み位置の座標におけるガボール出力）を前もって
受け取るものとする。このフィルタリング処理部１１
１、変調度検出部１１２および相関判定部１１４は、特
許請求の範囲の検出手段に対応する。

【００３４】フィルタリング処理部１１１は、検出対象
となる画像データに上記ガボールフィルタ列を適用して
ガボールフィルタ出力を得る処理部である。変調度検出
部１１２は、Ｎ個の埋め込み点における２つの画像の値
を用いて振幅変調または位相変調の変調度系列を復元す
る処理部である。なお、この変調度検出部１１２の詳細
な処理内容については後述する。

【００３５】乱数発生部１１３は、すでに説明した埋め
込み器１００の乱数発生部１０３と同様に、鍵に基づい
て乱数列（実数）を発生する処理部である。相関判定部
１１４は、２つの変調度系列の相関を算出して透かしデ
ータを推定する処理部である。

【００３６】次に、図１に示した埋め込み器１００の処
理手順について説明する。図３は、図１に示した埋め込
み器１００の処理手順を示すフローチャートである。同
図に示すように、この埋め込み器１００は、原画像デー
タを入力すると（ステップＳ３０１）、この原画像デー
タをフィルタリング処理部１０１に入力して原画像デー
タのガボールフィルタ出力を取得する（ステップＳ３０
２）。

【００３７】その後、このガボールフィルタ出力が埋め
込み点設定部１０２に入力され、この埋め込み点設定部
１０２では、後述する手順によりガボールフィルタ出力
の振幅の大きなものからＮ個の埋め込み点（フィルタ番
号と座標の組）を検出する（ステップＳ３０３）。

【００３８】また、この埋め込み器１００では、乱数発
生部１０３において鍵に基づいて実数の乱数列を発生し
（ステップＳ３０４）、発生した乱数列に透かしデータ
（１または−１）を掛けて変調度系列を作成する（ステ
ップＳ３０５）。

【００３９】そして、変調処理部１０４は、この変調度
系列、ガボールフィルタ出力および埋め込み点を受け取
ったならば、後述する振幅変調または位相変調により透
かし画像データを作成し（ステップＳ３０６）、作成し
た透かし画像データを原画像データを加える（ステップ
Ｓ３０７）。

【００４０】次に、図３のステップＳ３０３に示したＮ
個の埋め込み点の検出手順について具体的に説明する。
図４は、図３のステップＳ３０３に示したＮ個の埋め込
み点の検出手順を示すフローチャートである。

【００４１】同図に示すように、埋め込み点を検出する
際には、まず全てのガボールフィルタ出力の振幅データ
をワーク領域にコピーするとともに、変数ｋを１に初期
化する（ステップＳ４０１）。そして、このワーク領域
から最大点（フィルタ番号ｉと座標ｘの組）を検出し
（ステップＳ４０２）、ガボールフィルタｉの振幅関数
をＦＩＲフィルタで近似し、その台εを求める（ステッ
プＳ４０３）。

【００４２】そして、座標ｘを原点としたときにε以内
にあるワーク領域の値をゼロとし（ステップＳ４０
４）、変数ｋをインクリメントした後に（ステップＳ４
０５）、変数ｋをＮと比較する（ステップＳ４０６）。
そして、この変数ｋがＮよりも大きくない場合には（ス
テップＳ４０６否定）、ステップＳ４０２に移行する処
理を繰り返す。

【００４３】次に、図１に示した検出器１１０の処理手
順について説明する。図５は、図１に示した検出器１１
０の処理手順を示すフローチャートである。ここでは、
埋め込み器１００が使用する鍵と同じ鍵を検出器１１０
側で共有し、埋め込み点設定部１０２により設定された
埋め込み点を検出器１１０があらかじめ受け取っている
ものとする。

【００４４】同図に示すように、この検出器１１０は、
透かしデータの検出対象となる画像データを入力すると
（ステップＳ５０１）、フィルタリング処理部１１１
が、この画像データのガボールフィルタ出力を取得する
（ステップＳ５０２）。

【００４５】また、乱数発生部１１３は、埋め込み器１
００と共有する鍵に基づいて実数からなる乱数列を発生
し（ステップＳ５０３）、変調度検出部１１２は、Ｎ個
の埋め込み点における２つの画像データの値を用いて変
調度系列を復元し（ステップＳ５０４）、相関判定部１
１４は、２つの相関度系列の相関を算出して透かしデー
タを推定し（ステップＳ５０５）、推定した透かしデー
タを出力する。

【００４６】次に、図１に示した変調処理部１０４およ
び変調度検出部１１２による振幅変調を用いた埋め込み
および検出について具体的に説明する。図６は、図１に
示した変調処理部１０４および変調度検出部１１２によ
る振幅変調を用いた埋め込みおよび検出の概念を説明す
るための説明図である。ただし、ここでは区間［−１，
１］の一様乱数ｒ０ｋと透かしデータ（１または−1）
との積を変調度ｒk（ｋ=１，…，N）とし、α＝０．１
とする。

【００４７】同図（ａ）に示すように、この変調処理部
１０４が振幅変調を用いた埋め込みをおこなう場合に
は、画像データｆにガボールフィルタを適用してガボ
ールフィルタ出力を得るとともに、ガボールフィルタ
の振幅を取得する。

【００４８】そして、このガボールフィルタ出力とガ
ボールフィルタの振幅との積をとり、それにαおよび
変調度ｒkを積算した後、この積算値を画像データｆ
に加える処理をＮ回繰り返す。

【００４９】同図（ｂ）に示すように、変調度検出部１
１２による振幅変調を用いた検出をおこなう場合には、
原画像データのガボール出力と、埋め込み画像デー
タのガボール出力とから、（ｇ’−ｇ）／ｇを求め
る。雑音がなければ、この値がα×ｒkに近いものにな
る。

【００５０】次に、変調処理部１０４による振幅変調を
用いた埋め込み手順について説明する。図７は、変調処
理部１０４による振幅変調を用いた埋め込み手順を示す
フローチャートである。

【００５１】同図に示すように、正の実数値である埋め
込み強度ａを入力するとともに、透かし画像データδｆ
（ｘ）＝０、変数ｋ＝１とおいた後（ステップＳ７０
１）、ｋ番目の埋め込み点（フィルタ番号ｉと位置ｘ）
と変調度ｒkを得る（ステップＳ７０２）。そして、フ
ィルタ番号ｉのガボールフィルタの振幅を位置ｘだけシ
フトしてφ’（ｘ）を得る（ステップＳ７０３）。

【００５２】その後、フィルタ番号ｉのガボールフィル
タ出力ｇ（ｘ）を入力し（ステップＳ７０４）、 δｆ（ｘ）＝δｆ（ｘ）＋ａ×ｒk×φ’（ｘ）×｛Re
[g(x)]＋Im[g(x)]｝の算定式によりδｆ（ｘ）を算定する（ステップＳ７０
５）。ただし、Re[g(x)]はｇ（ｘ）の実数部を示し、Im
[g(x)]はｇ（ｘ）の虚数部を示すものとする。

【００５３】そして、変数ｋをインクリメントした後
（ステップＳ７０６）、変数ｋをＮと比較して（ステッ
プＳ７０７）、この変数ｋがＮを越えるまでは（ステッ
プＳ７０７否定）ステップＳ７０２に移行し、変数ｋが
Ｎを越えた時点で（ステップＳ７０７肯定）処理を終了
する。

【００５４】次に、変調度検出部１１２による振幅変調
を用いた変調度系列の検出手順について説明する。図８
は、変調度検出部１１２による振幅変調を用いた変調度
系列の検出手順を示すフローチャートである。

【００５５】同図に示すように、まず埋め込み強度ａを
入力し、ｋ＝１とした後に（ステップＳ８０１）、ｋ番
目の埋め込み点（フィルタ番号ｉと位置ｘ）を得る（ス
テップＳ８０２）。

【００５６】そして、フィルタ番号ｉの位置ｘにおける
検出対象となる画像データおよび原画像データの各ガボ
ールフィルタ出力の振幅を検出し、それぞれｇA’、ｇA
とする（ステップＳ８０３）。その後、ｋ番目の変調度
ｒk’をｒk’＝（ｇA’−ｇA）／（ａ×ｇA）によって推定する（ステップＳ８０４）。

【００５７】そして、変数ｋをインクリメントした後
（ステップＳ８０５）、変数ｋをＮと比較して（ステッ
プＳ８０６）、この変数ｋがＮを越えるまでは（ステッ
プＳ８０６否定）ステップＳ８０２に移行し、変数ｋが
Ｎを越えた時点で（ステップＳ８０６肯定）処理を終了
する。

【００５８】相関判定部１１４では乱数ｒ０ｋと変調度
ｒk’の正規化相関値を求め、正規化相関値がゼロに近
い場合は透かしが無く、１（または−１）に近い場合は
透かしデータは１（または−1）であると推定する。

【００５９】次に、図１に示した変調処理部１０４およ
び変調度検出部１１２による位相変調を用いた埋め込み
および検出について具体的に説明する。図９は、図１に
示した変調処理部１０４および変調度検出部１１２によ
る位相変調を用いた埋め込みおよび検出の概念を説明す
るための説明図である。ただし、ここでは区間［−１，
１］の一様乱数ｒ０ｋと透かしデータ（１または−1）
との積を変調度ｒk（ｋ=１，…，N）とし、α＝０．３
とする。

【００６０】同図（ａ）に示すように、この変調処理部
１０４が位相変調を用いた埋め込みをおこなう場合に
は、画像データｆにガボールフィルタを適用してガボ
ールフィルタ出力を得るとともに、ガボールフィルタ
の振幅を取得する。

【００６１】そして、このガボールフィルタ出力とガ
ボールフィルタの振幅との積をとるとともに、ガボー
ルフィルタ出力をα×ｒk×（π／ωi）ずらし、この
値とガボールフィルタの振幅との積をとる。そして、
画像データｆからの値を減算しの値を加算する置き
換えをおこなう。上記一連の処理をＮ回繰り返す。

【００６２】同図（ｂ）に示すように、変調度検出部１
１２による位相変調を用いた検出をおこなう場合には、
原画像データのガボール出力と、埋め込み画像デー
タのガボール出力とから、arctan｛Im(g')/Re(g')｝
−arctan｛Im(g)/Re(g)｝を求める。雑音がなければ、
この値がα×ｒk×πと近いものになる。

【００６３】次に、変調処理部１０４による位相変調を
用いた埋め込み手順について説明する。図１０は、変調
処理部１０４による位相変調を用いた埋め込み手順を示
すフローチャートである。

【００６４】同図に示すように、透かし画像データδｆ
（ｘ）＝０、埋め込み強度ａを入力、ｋ＝１とした後
（ステップＳ１００１）、ｋ番目の埋め込み点（フィル
タ番号ｉと位置ｘ）と変調度ｒkを得る（ステップＳ１
００２）。そして、フィルタ番号ｉのガボールフィルタ
の振幅を位置ｘだけシフトしてφ’（ｘ）を得る（ステ
ップＳ１００３）。

【００６５】その後、フィルタ番号ｉのガボールフィル
タ出力ｇ（ｘ）を入力し（ステップＳ１００４）、フィ
ルタ番号ｉのガボールフィルタの中心周波数に対応する
周期ベクトルｔを用いて、変調度ｒkから位置シフト量
ａ×ｒk×ｔを求める（ステップＳ１００５）。

【００６６】そして、ｇ（ｘ）を位置シフト量ａ×ｒk
×ｔだけシフトしたものからｇ（ｘ）を減算してδｇ
（ｘ）を取得し（ステップＳ１００６）、 δｆ（ｘ）＝δｆ（ｘ）＋φ’（ｘ）×｛Re[δg(x)]＋
Im[δg(x)]｝の算定式によりδｆ（ｘ）を算定する（ステップＳ１０
０７）。

【００６７】そして、変数ｋをインクリメントした後
（ステップＳ１００８）、変数ｋをＮと比較して（ステ
ップＳ１００９）、この変数ｋがＮを越えるまでは（ス
テップＳ１００９否定）ステップＳ１００２に移行し、
変数ｋがＮを越えた時点で（ステップＳ１００９肯定）
処理を終了する。

【００６８】次に、変調度検出部１１２による位相変調
を用いた変調度系列の検出手順について説明する。図１
１は、変調度検出部１１２による位相変調を用いた変調
度系列の検出手順を示すフローチャートである。

【００６９】同図に示すように、まず埋め込み強度ａを
入力し、ｋ＝１とした後に（ステップＳ１１０１）、ｋ
番目の埋め込み点（フィルタ番号ｉと位置ｘ）を得る
（ステップＳ１１０２）。

【００７０】そして、フィルタ番号ｉの位置ｘにおける
検出対象となる画像データおよび原画像データの各ガボ
ールフィルタ出力の位相を検出し、それぞれｇP’、ｇP
とする（ステップＳ１１０３）。その後、ｋ番目の変調
度ｒk’をｒk’＝（ｇP’−ｇP）／（ａ×π）によって推定する（ステップＳ１１０４）。

【００７１】そして、変数ｋをインクリメントした後
（ステップＳ１１０５）、変数ｋをＮと比較して（ステ
ップＳ１１０６）、この変数ｋがＮを越えるまでは（ス
テップＳ１１０６否定）ステップＳ１００２に移行し、
変数ｋがＮを越えた時点で（ステップＳ１１０６肯定）
処理を終了する。

【００７２】相関判定部１１４では乱数ｒ０ｋと変調度
ｒk’の正規化相関値を求め、正規化相関値がゼロに近
い場合は透かしが無く、１（または−１）に近い場合は
透かしデータは１（または−1）であると推定する。

【００７３】このように、本実施の形態では、マスキン
グ効果の異方性という視覚特性に基づく処理をおこなっ
ているので、知覚を考慮した場合の画質劣化が少なくな
る。ここで、このマスキング効果における輪郭の輝度変
化はガボールフィルタ出力に相当し、重畳されるべき透
かしデータは、輝度変化の振幅変調または位相変調によ
る微少な変量として構成される。

【００７４】また、低域フィルタや高域強調フィルタに
よるフィルタ攻撃によって、ガボールフィルタ出力の振
幅がフィルタゲインの周波数特性に比例して変化する
が、位相については直接には影響を受けない。このた
め、位相変調の場合には、フィルタ攻撃に対するロバス
ト性が高くなる。ただし、すべてのガボール関数をその
中心周波数の絶対値が同じ値となるように設計すれば、
攻撃するフィルタがガボールフィルタ出力に及ぼす影響
が揃うため、振幅変調の場合でも、相関を用いた検出を
おこなうことにより、フィルタ攻撃による影響を受ける
ことなく透かしデータを検出することができる。

【００７５】一方、幾何学的変換に対しては、一般的に
は画像データのマッチングでその変換パラメータを検出
できるため、その効果を用いて画像データに逆変換を施
せば良い。本実施の形態では、制御位置だけではなくそ
の近傍にも透かしデータを埋め込むこととしているの
で、マッチング誤差が残る場合にも、振幅変調ではロバ
ストに検出することができる。なお、位相変調の場合に
は、マッチング誤差が透かしデータに対して直接ノイズ
として作用するので、検出精度を上げるためには幾何学
的変換による誤差をゼロに近づける必要がある。

【００７６】また、本実施の形態では、どの位置にどの
ような周波数特性があるかを検出しているので、広い意
味では上記従来技術２（特開平１０−２７６３２１号公
報）と同様のウエーブレット変換を用いていることにな
るが、ここでは複素ウエーブレット関数を用いているの
で、実ウエーブレット関数を用いる従来技術２とは本質
的に異なる。また、本実施の形態では、周波数分割方法
（中心周波数の設定）の自由度が大きいため、たとえば
個々の画像データごとに周波数分割を変えることがで
き、その情報を秘密にすることによって安全性を高める
ことができる。

【００７７】また、本実施の形態では、埋め込み位置を
積極的に制御することとしているので、単にガボールフ
ィルタを用いる上記従来技術３などとは異なる。本実施
の形態によれば、平坦部はガボールフィルタ振幅出力が
小さいことから埋め込むべき位置とは判定されないの
で、何の情報も埋め込まれることがない。このため、上
記従来技術に見られたような情報の消去は起こらず、透
かしデータ検出時の性能劣化が生じないという効果が得
られる。

【００７８】上述してきたように、本実施の形態によれ
ば、埋め込み器１００が、画像データにガボールフィル
タを適用して得られるガボールフィルタ出力に基づい
て、透かしデータを埋め込む埋め込み点を設定し、設定
した埋め込み点のガボール分解に基づいて、透かしデー
タを振幅変調または位相変調により前記原メディアデー
タに埋め込み、検出器１１０は、入力されたメディアデ
ータにガボールフィルタを適用して得られるガボールフ
ィルタ出力と原メディアデータにガボールフィルタを適
用して得られるガボールフィルタ出力に基づいて、透か
しデータを検出するよう構成したので、透かしデータに
よる画像データの性能劣化を招くことなく、効率良く圧
縮や幾何学的変換に強い電子透かしをおこなうことがで
きる。

【００７９】なお、本実施の形態では、画像データに対
して透かしデータを埋め込む場合を示したが、本発明は
これに限定されるものではなく、音声データや映像デー
タなどの他のメディアデータに対して透かしデータを埋
め込む場合に適用することもできる。

【００８０】また、本実施の形態では、埋め込み器１０
０の埋め込み点設定部１０２により設定された埋め込み
点を検出器１１０に出力することとしたが、原画像デー
タを検出器１１０に入力し、この検出器１１０で埋め込
み器１００と同様に埋め込み点を設定することもでき
る。同じ原画像データであれば、この場合でも同じ埋め
込み点を取得することができる。

【００８１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、電子透かし埋め込み装置が、原メディアデータ
にガボールフィルタを適用して得られるガボールフィル
タ出力に基づいて、透かしデータを埋め込む埋め込み点
を設定し、設定した埋め込み点のガボール分解に基づい
て、透かしデータを振幅変調または位相変調により前記
原メディアデータに埋め込み、電子透かし検出装置は、
入力されたメディアデータにガボールフィルタを適用し
て得られるガボールフィルタ出力と原メディアデータに
ガボールフィルタを適用して得られるガボールフィルタ
出力に基づいて、透かしデータを検出するよう構成した
ので、透かしデータによるメディアデータの性能劣化を
招くことなく、効率良く圧縮や幾何学的変換に強い電子
透かしをおこなうことが可能な電子透かしシステムが得
られるという効果を奏する。

【００８２】また、請求項２の発明によれば、電子透か
し埋め込み装置が、所定の鍵に基づいて実数の乱数を発
生し、この乱数と透かしデータとを乗算して埋め込みデ
ータを生成するよう構成したので、透かしデータをラン
ダムな実数値に変換してメディアデータに埋め込み、も
ってユーザにとって埋め込みデータをよりトランスペア
レント（透過的）にすることが可能な電子透かしシステ
ムが得られるという効果を奏する。

【００８３】また、請求項３の発明によれば、原メディ
アデータにガボールフィルタを適用して得られるガボー
ルフィルタ出力に基づいて、透かしデータを埋め込む埋
め込み点を設定し、設定された埋め込み点のガボール分
解に基づいて、透かしデータを振幅変調または位相変調
により原メディアデータに埋め込むよう構成したので、
透かしデータによるメディアデータの性能劣化を招くこ
となく、効率良く圧縮や幾何学的変換に強い電子透かし
を埋め込むことが可能な電子透かし埋め込み装置が得ら
れるという効果を奏する。

【００８４】また、請求項４の発明によれば、所定の鍵
に基づいて実数の乱数を発生し、この乱数と透かしデー
タとを乗算して埋め込みデータを生成するよう構成した
ので、透かしデータをランダムな実数値に変換してメデ
ィアデータに埋め込み、もってユーザにとって埋め込み
データをよりトランスペアレント（透過的）にすること
が可能な電子透かし埋め込み装置が得られるという効果
を奏する。

【００８５】また、請求項５の発明によれば、入力され
たメディアデータにガボールフィルタを適用して得られ
るガボールフィルタ出力と原メディアデータにガボール
フィルタを適用して得られるガボールフィルタ出力に基
づいて、透かしデータを検出するよう構成したので、効
率良く圧縮や幾何学的変換に強い電子透かしの検出をお
こなうことが可能な電子透かし検出装置が得られるとい
う効果を奏する。

【００８６】また、請求項６の発明によれば、原メディ
アデータにガボールフィルタを適用して得られるガボー
ルフィルタ出力に基づいて、透かしデータを埋め込む埋
め込み点を設定し、設定された埋め込み点のガボール分
解に基づいて、透かしデータを振幅変調または位相変調
により原メディアデータに埋め込むよう構成したので、
透かしデータによるメディアデータの性能劣化を招くこ
となく、効率良く圧縮や幾何学的変換に強い電子透かし
を埋め込むことが可能な電子透かし埋め込み方法が得ら
れるという効果を奏する。

【００８７】また、請求項７の発明によれば、原メディ
アデータにガボールフィルタを適用して得られるガボー
ルフィルタ出力に基づいて、透かしデータを埋め込む埋
め込み点を設定し、設定された埋め込み点のガボール分
解に基づいて、透かしデータを振幅変調または位相変調
により原メディアデータに埋め込むよう構成したので、
透かしデータによるメディアデータの性能劣化を招くこ
となく、効率良く圧縮や幾何学的変換に強い電子透かし
を埋め込む処理をコンピュータにより実行することが可
能なプログラムが得られるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態に係る電子透かしシステ
ムのシステム構成を示すブロック図である。

【図２】本実施の形態で用いるガボール関数を説明する
ための説明図である。

【図３】図１に示した埋め込み器の処理手順を示すフロ
ーチャートである。

【図４】埋め込み点の検出手順を示すフローチャートで
ある。

【図５】図１に示した検出器の処理手順を示すフローチ
ャートである。

【図６】図１に示した変調処理部および変調度検出部に
よる振幅変調を用いた埋め込みおよび検出の概念を説明
するための説明図である。

【図７】変調処理部による振幅変調を用いた埋め込み手
順を示すフローチャートである。

【図８】変調度検出部による振幅変調を用いた変調度系
列の検出手順を示すフローチャートである。

【図９】図１に示した変調処理部および変調度検出部に
よる位相変調を用いた埋め込みおよび検出の概念を説明
するための説明図である。

【図１０】変調処理部による位相変調を用いた埋め込み
手順を示すフローチャートである。

【図１１】変調度検出部による位相変調を用いた変調度
系列の検出手順を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１００埋め込み器１０１フィルタリング処理部１０２埋め込み点設定部１０３乱数発生部１０４変調処理部１０５乗算器１０６加算器１１０検出器１１１フィルタリング処理部１１２変調度検出部１１３乱数発生部１１４相関判定部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】音楽データ、画像データおよび映像デー
タなどの原メディアデータに対して透かしデータを電子
的に埋め込む電子透かし埋め込み装置と、入力されたメ
ディアデータに埋め込まれた透かしデータを検出する電
子透かし検出装置とを有する電子透かしシステムであっ
て、前記電子透かし埋め込み装置は、前記原メディアデータにガボールフィルタを適用して得
られるガボールフィルタ出力に基づいて、前記透かしデ
ータを埋め込む埋め込み点を設定する埋め込み点設定手
段と、前記埋め込み点設定手段により設定された埋め込み点の
ガボール分解に基づいて、前記透かしデータを振幅変調
または位相変調により前記原メディアデータに埋め込む
埋め込み手段とを備え、電子透かし検出装置は、入力されたメディアデータにガボールフィルタを適用し
て得られるガボールフィルタ出力と原メディアデータに
ガボールフィルタを適用して得られるガボールフィルタ
出力に基づいて、前記透かしデータを検出する検出手段
を備えたことを特徴とする電子透かしシステム。
【請求項２】前記電子透かし埋め込み装置は、所定の
鍵に基づいて実数の乱数を発生する乱数発生手段と、前
記乱数発生手段により発生した乱数と前記透かしデータ
とを乗算して前記埋め込み手段により埋め込む埋め込み
データを生成する埋め込みデータ生成手段とをさらに備
えたことを特徴とする請求項１に記載の電子透かしシス
テム。
【請求項３】音楽データ、画像データおよび映像デー
タなどの原メディアデータに対して透かしデータを電子
的に埋め込む電子透かし埋め込み装置であって、前記原メディアデータにガボールフィルタを適用して得
られるガボールフィルタ出力に基づいて、前記透かしデ
ータを埋め込む埋め込み点を設定する埋め込み点設定手
段と、前記埋め込み点設定手段により設定された埋め込み点の
ガボール分解に基づいて、前記透かしデータを振幅変調
または位相変調により前記原メディアデータに埋め込む
埋め込み手段とを備えたことを特徴とする電子透かし埋
め込み装置。
【請求項４】所定の鍵に基づいて実数の乱数を発生す
る乱数発生手段と、前記乱数発生手段により発生した乱
数と前記透かしデータとを乗算して前記埋め込み手段に
より埋め込む埋め込みデータを生成する埋め込みデータ
生成手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項３に
記載の電子透かし埋め込み装置。
【請求項５】音楽データ、画像データおよび映像デー
タなどの原メディアデータに対して透かしデータを電子
的に埋め込んだメディアデータを入力し、該入力したメ
ディアデータに埋め込まれた透かしデータを検出する電
子透かし検出装置であって、入力されたメディアデータにガボールフィルタを適用し
て得られるガボールフィルタ出力と原メディアデータに
ガボールフィルタを適用して得られるガボールフィルタ
出力に基づいて、前記透かしデータを検出する検出手段
を備えたことを特徴とする電子透かし検出装置。
【請求項６】音楽データ、画像データおよび映像デー
タなどの原メディアデータに対して透かしデータを電子
的に埋め込む電子透かし埋め込み方法であって、前記原メディアデータにガボールフィルタを適用して得
られるガボールフィルタ出力に基づいて、前記透かしデ
ータを埋め込む埋め込み点を設定する埋め込み点設定工
程と、前記埋め込み点設定工程により設定された埋め込み点の
ガボール分解に基づいて、前記透かしデータを振幅変調
または位相変調により前記原メディアデータに埋め込む
埋め込み工程とを含んだことを特徴とする電子透かし埋
め込み方法。
【請求項７】音楽データ、画像データおよび映像デー
タなどの原メディアデータに対して透かしデータを電子
的に埋め込む電子透かし埋め込み装置のプログラムであ
って、前記原メディアデータにガボールフィルタを適用して得
られるガボールフィルタ出力に基づいて、前記透かしデ
ータを埋め込む埋め込み点を設定する埋め込み点設定工
程と、前記埋め込み点設定工程により設定された埋め込み点の
ガボール分解に基づいて、前記透かしデータを振幅変調
または位相変調により前記原メディアデータに埋め込む
埋め込み工程とをコンピュータに実行させることを特徴
とするプログラム。