JP2003512779A - 画像及びビデオの認証システム - Google Patents

画像及びビデオの認証システム

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JP2003512779A
JP2003512779A JP2001531295A JP2001531295A JP2003512779A JP 2003512779 A JP2003512779 A JP 2003512779A JP 2001531295 A JP2001531295 A JP 2001531295A JP 2001531295 A JP2001531295 A JP 2001531295A JP 2003512779 A JP2003512779 A JP 2003512779A
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Abstract

(57)【要約】 画像認証システムが、ディジタル画像署名の符号化されたバージョンを用いて、その情報を画像の変換表示に埋め込む。ディジタル画像署名は好ましくは画像データから取り出される。署名がすぐには識別されないように、その署名は符号化されている。符号化された情報は、画像の変換表示で高周波係数に埋め込まれる。受信した又は後にアクセスした信号の高周波係数のコンテンツは、次に解読されることができ、その信号の整合性を認証するために、直接画像から判断された署名と比較され得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像信号が静止画像であるか動画ビデオ部分であるかに関わらず画
像信号を認証するためのシステム及び方法に関する。本発明によって設計された
システムは、画像に独特なディジタル署名を備えており、その署名に対応する符
号化された情報を画像の変換表示に埋め込んでいる。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタル画像化が次第に割合が多く使用されてきている。圧縮されたディジ
タル画像情報を取り扱うためには２つの規格があり、その中には、静止画像に典
型的に使用されるJPEG(Joint Photographic Experts Group/ジェイペグ/静止画
像の圧縮・伸長の国際標準規格)と、動画ビデオに典型的に使用されるMPEG(Movi
ng Pictures Experts Group/エムペグ/動画の圧縮・伸長の国際標準規格)とがあ
る。
【０００３】 JPEG圧縮規格は、1991年4月にGregory T. Wallaceにより発行されたACM(Audio
Compression Manager/オーディオ・コンプレッション・マネージャ)の通信部会
（Communication）、 34巻, No.4, 31-44ページの「JPEG 静止画像圧縮規格」に
おいて記述されており、本明細書の中にも参照として織り込まれている。
【０００４】 MPEG規格は一般に動画ビデオ圧縮用に使用されている。MPEGは、1994年にPhil
lip E.Mattison、John Wiley及びSonsたちによって発行された「Cプログラミン
グ実例を伴う実用ディジタルビデオ」の11章, 373-393ページに記述され、さら
にDidier Le Gallによって1991年4月に発行されたACM(Audio Compression Manag
er/オーディオ・コンプレッション・マネージャ)の通信部会（Communication）,
34巻, No.4, 47-58ページにも記述され、それら全てが本明細書の中に参照とし
て織り込まれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ディジタル画像化の使用が増加するにつれて、新しい方法で画像情報を取り扱
う必要性もまた増える。１つの例は、画像情報が監視目的で使用される状況にお
ける画像認証の必要性であり、又は受信した画像信号の整合性が重要であるその
他の状況における画像認証の必要性である。画像信号が取り込まれ及び後の観測
用にメモリに記憶されていても、又はリアルタイム観測用にネットワークを通じ
て中央ロケーションに伝送されていてもどちらにしても、無認可の個人が記憶さ
れた画像を不正操作したり又はネットワークを通じて送信される信号に改ざんを
加えたりすることが可能である。
【０００６】 画像情報の機能拡張型の取り扱い方法を提供するために幾つかの試みが今まで
に為されたけれども、そのどれもが安全確実な認証システムのニーズには応えき
れなかった。例えば、英国特許出願公報GB 2,326,048では、ディジタル・ウォー
ターマークを圧縮画像データに埋め込むためのシステムについて記述している。
ただし、ディジタル・ウォーターマークとは、単なる著作権又はその他の著者認
証情報を指し示しているだけである。この文書の開示には、画像信号のコンテン
ツを認証するために十分な安全対策が含まれていない。
【０００７】 当業者は伝送された信号の整合性を確実にするための新しい方法を開発しよう
とずっと努力してきた。前進が見られた１つの領域は、画像データに基づく画像
用のディジタル署名を導出したことである。この発明は、ディジタル署名情報を
画像の変換表示に埋め込むことを併用したディジタル署名抽出方法を活用してい
る。受信位置（ロケーション）において、埋め込まれた情報が解読されることが
でき、受信された信号の整合性が照合されることができるように、期待された画
像署名と比較され得る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、その信号が静止画像であっても、動画ビデオ信号部分であってもど
ちらにしても、画像信号を認証するために有効である。本発明は、圧縮された信
号フォーマットに最も有効であり、画像の信憑性が立証されるように、画像のコ
ンテンツに対応する画像の変換表示に埋め込まれる符号化された署名を備えてい
る。
【０００９】 本発明によって設計されたシステムは、画像信号を認証するために有効である
。当該システムは画像の変換表示を生成する変換モジュールを含む。変換表示は
高周波係数を含む。署名エキストラクタ・モジュールは、画像データのコンテン
ツに基づいているので、画像に独特なディジタル署名を生成する。署名埋め込み
モジュールが、ディジタル署名に対応する高周波係数へ新しい値を割り当てる。
このようにして、ディジタル署名の符号化されたバージョンが画像の変換表示へ
埋め込まれる。ディジタル署名の符号化されたバージョンは受信位置で解読され
ることができ、受信された信号の信憑性が立証されることができるように、画像
データに基づく適切な署名と比較され得る。
【００１０】 本発明のその他の態様は、幾つかの基本的なステップを含む画像信号を認証す
る方法である。画像の変換表示が生成される。好ましくは画像データ情報を利用
することによって、画像に独特なディジタル署名が特定される。画像の変換表示
は、識別された高周波係数を含む。次に高周波係数は、ディジタル署名の符号化
されたバージョンが画像の変換表示に埋め込まれるように、ディジタル署名に対
応する新しい値を割り当てられる。
【００１１】 本発明のその他の態様は、画像信号を認証するためにコンピュータ実行可能な
命令を複数有しているコンピュータ可読媒体を提供することである。本発明によ
って設計されたコンピュータ可読媒体は、好ましくは、コンピュータが画像の変
換表示を生成するように仕向ける第１プログラム・モジュールを含んでいる。変
換表示は高周波係数を好ましくは含む。第２プログラム・モジュールは、コンピ
ュータが、好ましくは画像データ・コンテンツに基づく画像に独特なディジタル
署名を特定するように仕向ける。第３プログラム・モジュールは、コンピュータ
が変換表示において高周波係数へ新しい値を割り当てるように仕向ける。高周波
係数に割り当てられた値は、ディジタル署名に対応している。高周波係数で割り
当てられた値は、画像の変換表示に埋め込まれたディジタル署名の符号化バージ
ョンであり、受信位置で解読されることができ、受信された信号を認証するため
に画像署名と比較されることができる。
【００１２】 本発明の様々な特徴及び利点が、以下で詳細に記述される現行における好まし
い実施例から、当業者には明らかになるであろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、画像が静止画に対応していても、動画ビデオ信号部分であってもどち
らにしても有用である、画像信号を認証するためのシステム２０を概略的に図示
している。画像データはデータソース２２から供給される。変換モジュール２４
が画像データをデータ圧縮方式の一部分として処理する。現行における好ましい
実施例では、従来技術で既知のように、離散コサイン変換が用いられている。デ
ータ圧縮方式の一部分として使用される異なる変換アルゴリズムは従来技術で知
られている。変換モジュール２４は効果的に画像の変換表示を生成する。
【００１４】 変換表示が、画像用のディジタル署名を特定する署名エキストラクタ・モジュ
ール２６に設けられている。ディジタル署名は、画像に独特であるように、画像
データのコンテンツに好ましくは基づいている。本発明の現行における好ましい
実施例は、画像からのウィンドウ又は副画像のセットを選択することによって、
画像署名を取り出すことを包含している。副画像又はウィンドウは、例えばJPEG
ブロック又は複数ブロックのような画像データのサンプルであり得る。ウィンド
ウの選択されたペア又はサンプル間の関連性が、次に署名を構築するために用い
られる。
【００１５】 例えば、画像は３２個のウィンドウに分割され、１６対のペアに分かれる。１
６ビットの署名が所望される場合には、各ペアが署名におけるビットの１つに割
り当てられる。データサンプルの各ペア用に値が計算される。そのウィンドウの
代表値を計算するために、評価機能が画像の各ウィンドウに適用される。代表値
は次に比較で使用され、その比較結果は署名の一部分としてビット値を生成する
ために利用される。例えば、もしも１対のペアの第１ウィンドウが第２ウィンド
ウより大きい値を有し、その差が選ばれた閾値を超えたとすると、署名の対応す
るビットはゼロのディジタル値を割り当てられる。もう１つの選択肢として、も
しも第２ウィンドウが選ばれた閾値によって第１ウィンドウよりも大きい値を有
すると、署名のビット値は１に設定される。ウィンドウの値は、グレイ値、エッ
ジポイント、周波数、又はグレイ値の変動性などの指標を使用して、決定され得
る。選ばれた指標は、個別な状況のニーズに応じて、変動されても良い。
【００１６】 画像データから署名を取り出す、現行において最も好ましい方法に関するさら
なる詳細は、米国特許公報USP No. 5,915,038に載っており、その教示は参照と
して本明細書に織り込まれている。その他の取り出し方法又は識別方法が、個別
な状況のニーズに応じて、使用されても良い。この記述があれば、当業者はそれ
ぞれのニーズに最適な署名取り出し方策を選択することが可能になるであろう。
【００１７】 いったんディジタル署名が取り出されると、画像の変換表示に沿って、署名埋
め込みモジュール２８に供給される。ディジタル署名は好ましくは極秘方法で符
号化され、画像の変換表示に埋め込まれる。署名埋め込みモジュール２８は、好
ましくは、画像の変換表示内の高周波係数にアクセスし、ディジタル署名ビット
の値に対応する当該係数へ新しい値を割り当てる。
【００１８】 いったん符号化された署名が所望された通りに埋め込まれると、画像信号は個
別な状況のニーズに応じて信号プロセッサ３０によって取り扱われる。例えば、
信号プロセッサ３０は、画像情報をメモリに置いたり、又は第２位置へ画像情報
を伝送することが例として可能である。
【００１９】 図１では記述の都合上、単独のモジュールが図示されているけれども、本発明
は別々のコンポーネント又は装置を多数持つ装置においても限定されないことに
留意されたい。本記述のメリットを活かせるものなら、概略的に図示されている
モジュールによって実施された機能を実践するために、ハードウェア、ソフトウ
ェア及びその２つの様々なコンビネーションが利用され得るということに気が付
くであろう。
【００２０】 図２は、本発明の好ましい方法を図示するフローチャート図４０である。４２
では、好ましくはブロックベースの変換手順が高周波係数を含む画像の変換表示
を生成するために実施される。４４では、画像署名が画像データに基づいて取り
出される。４６では、変換表示内の高周波係数が識別される。４８では、新しい
係数値が、ディジタル署名の符号化されたバージョンに対応する高周波係数へ割
り当てられる。図２に図示されたステップは、好ましくは、例えば送信位置（ロ
ケーション）で実施されている。受信位置では、埋め込まれ、符号化された署名
情報がアクセスされ、又は高周波係数から取り出され、及び受信された画像の埋
め込まれたディジタル署名を決定するために解読される。その署名は画像から直
接決定された署名と比較される。もしも２つの署名が合致するなら、受信信号は
照合され、画像コンテンツが信憑性があるものとして認識される。
【００２１】 図３は、符号化された署名情報を埋め込む好ましい方法を概略的に図示してい
る。８ビットを有したディジタル署名５０が図示され、各ビットがゼロ値又は１
の値を持つようなバイナリ形式である。AからHまでの複数のブロックを有した画
像５２が、概略的に図示されている。各ブロックは少なくとも１つの高周波係数
を含み、それぞれ概略的に５４，５６，５８，６０，６２，６４，６６及び６８
で図示される。無論、図３における概略図は、従来技術で知られるような画像の
変換表示を大幅に簡略化している。
【００２２】 ディジタル署名に対応する画像の変換表示に情報を埋め込むために、コードが
好ましくは使用されている。一つの例として、偶数値が署名５０におけるゼロ値
ビットに対応するブロックの高周波係数に埋め込まれている。同様にして、奇数
値が１のバイナリ値を持つ署名のビットに対応する高周波係数に割り当てられて
いる。図３に示されるように、署名５０の第１ビットはゼロであり、高周波係数
５４が偶数値に割り当てられている。図示されたそれぞれの高周波係数は署名中
の１つのビットに対応する。上記に言及された方策を持ってすれば、当然の結果
として、高周波係数６０及び６４が偶数値を持つことと同様に高周波係数５６も
偶数値を持つ。１の値を持つ署名でのビットに対応するそれぞれの高周波係数は
、奇数値を割り当てられている。よって、高周波係数５８，６２，６６及び６８
はそれぞれ奇数値を有する。
【００２３】 画像の変換表示において高周波係数を用いれば、符号化された署名情報を埋め
込むために好都合な場所を設けられる。高周波係数は画像信号において、一般に
ノイズと見なされるものの画像信号の知覚表示には影響を及ぼさない程度の高周
波コンポーネントと通常対応づけられている。それゆえに、高周波係数のコンテ
ンツを符号化された署名情報を含むように変更することは、最終的に提供される
画像の品質には何ら知覚できるほどのインパクトを与えるものではないと確信さ
れる。
【００２４】 図３の例では、ブロック毎に１つのビットが符号化された署名情報を埋め込む
ために使用されている。ブロック毎に少なくとも１つのビットが使用されること
が好ましい。ブロック毎に６４ビット（すなわち係数）までが使用され得る。画
像の変換表示のDC値を変更しないことが重要である。従って、最小１個及び最高
６４個の高周波係数が、符号化された署名情報を埋め込むために好ましい。
【００２５】 代替えの符号化方策も使用され得る。例えば、ディジタル署名の各ビットに対
応するために、複数の数値が組み合わせて使用されることができる。さらに、デ
ィジタル署名が署名内に存在するブロックよりも少ないビットしか含まない場合
などに例えば、ディジタル署名は繰り返されることもできる。画像全体で繰り返
された符号化署名を有することにより、認可されていない個人が画像信号を不正
変更しようとする行為をさらに困難にさせるなおいっそうの強固な仕組みを備え
ることになる。
【００２６】 本記述をもとに、当業者はコンピュータ又はマイクロコントローラをプログラ
ミングするため、あるいは上記で記述された機能を実行するための専用回路を開
発したりするために必要なソフトウェアコードを開発することが可能になるであ
ろう。同様にして、本記述のメリットを活かせる者は、製品化されているコンポ
ーネントの中から選んで、本記述によって実施されるシステムを開発することも
可能になるであろう。
【００２７】 上記の記述は、事実上限定的というよりむしろ典型的なものである。当業者に
は、本発明の意図及び基本原理から離れる必要なく、開示された実施例のバリエ
ーション及び改良が明らかになるであろう。本発明に施された法的保護の適用範
囲は、以下の請求項を熟慮することによってのみ特定され得るであろう。
【図面の簡単な説明】
詳細記述に添付される図面については、以下のように簡略に説明され得る。
【図１】本発明によって設計されたシステムを概略的に図示する。
【図２】本発明の方法を図示するフローチャート図である。
【図３】署名情報を画像信号の変換表示に埋め込む好ましい方法の概略図で
ある。
【符号の説明】
５０ ディジタル署名 ５２ 画像 ５４，５６，５８，６０，６２，６４，６６，６８ 高周波係数
───────────────────────────────────────────────────── 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 AA20 CB19 CE08 CG05 CG07 5C063 AB03 AB07 AC01 CA11 CA12 CA23 DA01 DA07 DA13 DB09 5C076 AA14 BA06 5J104 AA08 AA09 PA05 PA14

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 画像信号を認証する方法であって、 (A) 画像の変換表示を生成するステップと、 (B) 前記画像に独特なディジタル署名を決定するステップと、 (C) 前記変換表示中における高周波係数を識別するステップと、 (D) 前記ディジタル署名に対応する前記高周波係数への値を割り当てるステ
    ップとを有する方法。
  2. 【請求項２】 ステップ（D）が係数値の予め選択されたパターンの使用を
    含み、当該係数値が前記ディジタル署名の対応値を表す、請求項１に記載の方法
    。
  3. 【請求項３】 前記ディジタル署名が複数のディジットを有するバイナリ数
    字であって、各ディジットが１又は０のどちらかである値を持ち、前記予め選択
    されたパターンが、第１数値を１の値を持つ署名ディジットに対応する係数に割
    り当てること及び第２数値を０の値を持つ署名ディジットに対応する係数に割り
    当てることを含む、請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記第１数値が偶数値であり、前記第２数値が奇数値である
    、請求項３に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記ディジタル署名が複数のディジットを持つバイナリ数字
    であり、各ディジットが１又は０のどちらかである値を持ち、前記予め選択され
    たパターンが、第１選択数値を１の値を持つ署名ディジットに一括対応する複数
    の係数に割り当てること及び第２選択数値を０の値を持つ署名ディジットに一括
    対応する複数の係数に割り当てることを含む、請求項２に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記第１選択数値が偶数値であり、前記第２選択数値が奇数
    値である、請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記ディジタル署名は複数のディジットを持ち、前記画像の
    前記変換表示は複数のブロックを含み、当該各ブロックが少なくとも１つの高周
    波係数を持ち、ステップ（D）は前記署名の前記ディジットの１つに対応する各
    ブロック内の１つの係数に値を割り当てることを含む、請求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】 画像の前記表示の中におけるブロックの数が前記署名中にお
    けるディジットの数よりも多く、各ブロックが署名ディジットに対応する値を持
    つ係数を含むように、ステップ（D）は前記署名に対応する前記係数値を何回も
    繰り返すことを含む、請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 画像信号を認証するためのシステムであって、高周波係数を
    含む画像の変換表示を生成する変換モジュールと、前記画像に独特なディジタル
    署名を生成する署名エキストラクタ・モジュールと、前記ディジタル署名に対応
    する前記高周波係数に値を割り当てる署名埋め込みモジュールとを有するシステ
    ム。
  10. 【請求項１０】 前記モジュールのそれぞれがコンピュータ内で実現化され
    ている、請求項９に記載のシステム。
  11. 【請求項１１】 前記モジュールのそれぞれがソフトウェアを有している、
    請求項１０に記載のシステム。
  12. 【請求項１２】 前記署名埋め込みモジュールが、係数値の予め選択された
    パターンの使用を含み、当該係数値が前記ディジタル署名の対応値を表す、請求
    項９に記載のシステム。
  13. 【請求項１３】 前記ディジタル署名が複数のディジットを持つバイナリ数
    字であり、各ディジットは１又は０のどちらかである値を持ち、前記予め選択さ
    れたパターンが、１の値を持つ署名ディジットに対応する各係数のための第１数
    値と０の値を持つ署名ディジットに対応する各係数のための第２数値とを含む、
    請求項１２に記載の前記システム。
  14. 【請求項１４】 前記第１数値が偶数値であり、前記第２数値が奇数値であ
    る、請求項１３に記載のシステム。
  15. 【請求項１５】 前記ディジタル署名が複数のディジットを持つバイナリ数
    字であり、各ディジットは１又は０のどちらかである値を持ち、前記予め選択さ
    れたパターンが、１の値を持つ署名ディジットに一括対応する複数の係数に割り
    当てられた第１選択数値と０の値を持つ署名ディジットに一括対応する複数の係
    数に割り当てられた第２選択数値とを含む、請求項１２に記載のシステム。
  16. 【請求項１６】 前記第１選択数値が偶数値であり、前記第２選択数値が奇
    数値である、請求項１５に記載のシステム。
  17. 【請求項１７】 前記ディジタル署名が複数のディジットを持ち、前記画像
    の前記変換表示が複数のブロックを含み、当該各ブロックは少なくとも１つの高
    周波係数を持ち、前記署名埋め込みモジュールが前記署名の前記ディジットの１
    つに対応する各ブロックの１つの係数へ値を割り当てる、請求項１２に記載のシ
    ステム。
  18. 【請求項１８】 画像の前記表示の中におけるブロッの数が前記署名中にお
    けるディジットの数よりも多く、各ブロックが署名ディジットに対応する値を持
    つ係数を含むように、前記署名埋め込みモジュールが前記署名に対応する前記係
    数値を何回も繰り返す、請求項１７に記載のシステム。
  19. 【請求項１９】 画像信号を認証するためコンピュータ実行可能な命令を複
    数有するコンピュータ可読媒体であって、前記コンピュータが高周波係数を含む
    画像の変換表示を生成するように仕向ける第１プログラムモジュールと、前記コ
    ンピュータが前記画像に独特なディジタル署名を特定するように仕向ける第２プ
    ログラムモジュールと、前記コンピュータが前記ディジタル署名に対応する前記
    高周波係数に値を割り当てるように仕向ける第３プログラムモジュールとを有す
    るコンピュータ可読媒体。
  20. 【請求項２０】 前記高周波係数に割り当てられた前記値が画像の前記署名
    を表示するため解読可能であるように、予め選択されたパターンに従って、前記
    第３プログラムモジュールが前記高周波係数へ値を割り当てる、請求項１９に記
    載のコンピュータ可読媒体。
JP2001531295A 1999-10-15 2000-10-04 画像及びビデオの認証システム Pending JP2003512779A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

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US09/419,671 1999-10-15
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