JP2005072841A - 情報埋め込み装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】処理遅延を極力小さくすることのできる情報埋め込み装置及び方法を提供する。
【解決手段】１画面分の原映像データからブロック単位非圧縮映像データを生成するブロック単位映像データ生成手段（１２、１３、１４、１５）と、前記ブロック単位非圧縮映像データを第一の種類及び第二の種類のブロック単位非圧縮映像データに選別するブロック選別手段（１６）と、前記第一の種類のブロック単位非圧縮映像データに基づいて固有情報を算出する固有情報計算手段（１７）と、前記第二の種類のブロック単位非圧縮映像データに前記固有情報を電子透かしの手法に従って埋め込む情報埋め込み手段（１９）と、前記第一の種類のブロック単位非圧縮映像データと前記固有情報埋め込み済みの第二の種類のブロック単位非圧縮映像データとを符号化手段（２１、２２、２３）に所定の順序にて供給するブロック配列供給手段（２０）とを有する構成となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子透かしの手法に従って情報を映像データに埋め込む情報埋め込み装置及び方法に関する。

デジタルカメラやデジタルＶＴＲの普及に伴い、従来アナログメディアに記録されていた映像（静止画、動画）がデジタルメディアに記録されるようになってきている。映像情報のデジタル化が進むことで、その映像情報の経年劣化がなくなること、保管スペースの節約、ネットワークでの配信、加工の容易さなど、さまざまなメリットが享受されている。

しかしながら、デジタルデータの加工の容易さは、悪意をもった者がそのデジタルデータを容易に改ざんすることができることを意味することでもある。このため、単なるデジタルデータでは、証拠性が求められる用途ではその展開が難しいものとなっている。そこで、電子透かしの技術が注目されるに至っている。

電子透かしの技術は、任意の情報を画像内に画像として不可分な形式で埋め込む技術であり、その画像が改ざんされたか否かをチェックするために有効な技術とされている。従来、このような電子透かしの技術を用いた認証情報埋め込み装置が提案されている（例えば、特許文献１）。この従来の認証情報埋め込み装置は、一画面分の画像データを第一の領域と第二の領域に分割する領域分割部と、前記第一の領域の画像データに基づいてダイジェスト（例えば、ハッシュ値）を計算するダイジェスト計算部と、得られたダイジェストを認証情報として前記第二の領域の画像データに埋め込むハイディング部と、前記第一の領域の画像データと前記ダイジェストの埋め込まれた第二の領域の画像データとを合成して１画面分の画像データを再構成する領域合成部とから構成されている。このような認証情報埋め込み装置によれば、第一の領域から計算されるダイジェストと、第二の領域に埋め込まれたダイジェストとが一致するか否かを判定することにより、画像が改ざんされたか否かを判定することができることとなる。

ところで、前述した従来の認証情報埋め込み装置は、非圧縮画像データを処理の対象としており、ダイジェスト（認証情報）の埋め込まれた非圧縮画像データの符号化について特別の考慮がなされていない。このため、例えば、現在一般的に流通している符号化画像データを処理する場合には、１画面分の符号化画像データを復号して１画面分の非圧縮画像データを生成した後に、その１画面分の非圧縮画像データに対して前述した領域分割、ダイジェストの埋め込み、領域合成等の処理を行なって認証情報（ダイジェスト）の埋め込まれた非圧縮データを生成することとなる。そして、その認証情報の埋め込まれた１画面分の非圧縮画像データを符号化することにより認証情報埋め込み済みの符号化画像データが生成される。例えば、ＭＰＥＧに従った符号化により得られた符号化映像データを処理の対象とした場合、認証情報埋め込み装置は、図３に示すように構成される。

図３において、この認証情報埋め込み装置は、可変長復号部５１、逆量子化部５２及び逆ＤＣＴ（Discrete Cosine Transform）部５３を備えた復号処理（ＭＰＥＧに従った処理）に係る部分と、フレームバッファ５４と、領域分割部５５、ダイジェスト計算部５６、ハイディング部５７及び領域合成部５８を備えた認証情報の埋め込み処理に係る部分と、フレームバッファ５９と、ＤＣＴ部６０、量子化部６１及び可変長符号化部６２を備えた符号化処理（ＭＰＥＧに従った処理）に係る部分とを有している。

可変長復号部５１、逆量子化部５２及び逆ＤＣＴ部５２は、ＭＰＥＧに従って外部から供給される符号化映像データを復号し、非圧縮映像データを生成する。そして、その非圧縮映像データはフレームバッファ５４にフレーム単位に蓄積される。領域分割部５５は、フレームバッファ５４に蓄積された各フレームの非圧縮映像データを第一の領域に対応した映像データと第二の領域に対応した映像データに分割する。ダイジェスト計算部５６は、領域分割部５５にて得られる第一の領域に対応した映像データのダイジェスト（例えば、ハッシュ値）を計算する。ハイディング部５７は、領域分割部５５にて得られた第二の領域に対応した映像データに対してダイジェスト計算部５６にて得られたダイジェストを電子透かしの手法に従って埋め込む。領域合成部５８は、前記第一の領域に対応した映像データとダイジェストの埋め込まれた前記第二の領域に対応する映像データとを合成して１フレーム分の映像データを再構成する。この１フレーム分の映像データはフレームバッファ５９に蓄積される。ＤＣＴ部６０、量子化部６１及び可変長符号化部６２は、ＭＰＥＧに従ってフレームバッファ５９に蓄積されたダイジェスト埋め込み済みの映像データをＭＰＥＧに従って符号化し、透かし埋め込み済み符号化映像データを生成する。

このような構成により、符号化映像データから透かし埋め込み済みの符号化映像データを順次生成することができることとなる。
特許第３１５４３２５号公報

しかし、前述したような従来の認証情報埋め込み装置では、符号化映像データから認証情報の埋め込みの対象となる非圧縮映像データを１フレーム（１画面）分蓄積（フレームバッファ５４）した後に認証情報の埋め込み処理を行い、更に、認証情報の埋め込み済みの非圧縮映像データを１フレーム分蓄積（フレームバッファ５９）した後にその符号化の処理を行なうことになるので、処理の遅延が大きくなるという欠点がある。

本発明は、従来の認証情報埋め込み装置の欠点を解決するためになされたもので、処理遅延を極力小さくすることのできる情報埋め込み装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明に係る情報埋め込み装置は、１画面分の原映像データから所定ブロック単位の非圧縮映像データを生成するブロック単位映像データ生成手段と、前記ブロック単位映像データ生成手段にて生成されるブロック単位非圧縮映像データを所定の規則に従って第一の種類および第二の種類のブロック単位非圧縮映像データに選別するブロック選別手段と、前記ブロック選別手段にて得られた第一の種類のブロック単位非圧縮映像データに基づいて固有情報を算出する固有情報計算手段と、前記ブロック選別手段にて得られた第二の種類のブロック単位非圧縮映像データに前記固有情報を電子透かしの手法に従って埋め込む情報埋め込み手段と、前記第一の種類のブロック単位非圧縮映像データと前記固有情報を埋め込み済みの第二の種類のブロック単位非圧縮映像データとを非圧縮画像データを所定のアルゴリズムに従って符号化する符号化手段に所定の順序にて供給するブロック配列供給手段とを有する構成となる。

このような構成により、１画面分の原映像データから所定ブロック単位の非圧縮映像データが生成された後に固有情報の埋め込まれた非圧縮映像デーが１画面分蓄積されることなく、その固有情報の埋め込まれた１画面分の非圧縮映像データをブロック単位に順次符号化手段に供給することができることとなる。

前記原映像データは、符号化映像データであっても非圧縮映像データであってもよい。

前者の場合、本発明に係る情報埋め込み装置は、前記ブロック単位映像データ生成手段が、前記符号化映像データを前記所定ブロック単位に分割するブロック分割手段と、前記ブロック単位の符号化映像データを復号して前記ブロック単位非圧縮映像データを生成する復号手段とを有する構成とすることができる。

このような構成により、１画面分の符号化映像データから生成される１画面分の非圧縮映像データを蓄積することなく、また、固有情報の埋め込まれた１画面分の非圧縮映像データを蓄積することなく、その固有情報の埋め込まれた１画面分の非圧縮映像データをブロック単位に順次符号化手段に供給することができることとなる。

後者の場合、本発明に係る情報埋め込み装置は、前記ブロック単位映像データ生成手段が、前記非圧縮映像データを前記所定ブロック単位に分割してブロック単位非圧縮映像データを生成するブロック分割手段を有する構成とすることができる。

このような構成により、固有情報の埋め込まれた１画面分の非圧縮映像データを蓄積することなく、その固有情報の埋め込まれた１画面分の非圧縮映像データをブロック単位に順次符号化手段に供給することができることとなる。

また、本発明に係る情報埋め込み装置は、前記所定ブロックが、前記符号化手段における符号化処理の単位となるブロックに相当するように設定された構成とすることができる。

このような構成により、前記符号化手段は、前記ブロック配列供給手段から供給されるブロック単位非圧縮映像データ（第一の種類及び第二の種類）を特に分割、合成することなく所定のアルゴリズムに従って符号化できる。従って、符号化手段での処理遅延を極力小さくすることができることとなる。

更に、本発明に係る情報埋め込み装置は、前記ブロック配列供給手段が、前記第一の種類のブロック単位非圧縮映像データと前記固有情報を埋め込み済みの第二の種類のブロック単位非圧縮映像データとを前記ブロック選別手段による選別前の順番に再配列するブロック再配列手段を有する構成とすることができる。

このような構成により、１画面を分割した順序に従って第一の種類のブロック単位非圧縮映像データと固有情報を埋め込み済みの第二の種類のブロック単位非圧縮映像データとを順次符号化手段に供給することができることとなる。従って、符号化手段での処理の効率化が可能となる。

本発明に係る情報埋め込み方法は、１画面分の原映像データから所定ブロック単位の非圧縮映像データを生成するブロック単位映像データ生成ステップと、前記ブロック単位映像データ生成ステップにて生成されるブロック単位非圧縮映像データを所定の規則に従って第一の種類および第二の種類のブロック単位非圧縮映像データに選別するブロック選別ステップと、前記ブロック選別ステップにて得られた第一の種類のブロック単位非圧縮映像データに基づいて固有情報を算出する固有情報計算ステップと、前記ブロック選別ステップにて得られた第二の種類のブロック単位非圧縮映像データに前記固有情報を電子透かしの手法に従って埋め込む情報埋め込みステップと、前記第一の種類のブロック単位非圧縮映像データと前記固有情報を埋め込み済みの第二の種類のブロック単位非圧縮映像データとを非圧縮画像データを所定のアルゴリズムに従って符号化する符号化手段に所定の順序にて供給するブロック配列供給ステップとを有する構成となる。

また、前記原映像データが符号化映像データとなる場合、本発明に係る情報埋め込み方法は、前記ブロック単位映像データ生成ステップは、前記符号化映像データを前記所定ブロック単位に分割するブロック分割ステップと、前記ブロック単位の符号化映像データを復号して前記ブロック単位非圧縮映像データを生成する復号ステップとを有する構成とすることができる。

更に、前記原映像データが非圧縮映像データとなる場合、本発明に係る情報埋め込み方法は、前記ブロック単位映像データ生成ステップは、前記非圧縮映像データを前記所定ブロック単位に分割してブロック単位非圧縮映像データを生成するブロック分割ステップを有する構成することができる。

上述したような情報埋め込み装置及び方法によれば、１画面分の原映像データから所定ブロック単位の非圧縮映像データが生成された後に固有情報の埋め込まれた非圧縮映像デーが１画面分蓄積されることなく、その固有情報の埋め込まれた１画面分の非圧縮映像データをブロック単位に順次符号化手段に供給することができることとなるので、処理遅延を極力小さくすることのできるという効果を有する情報埋め込み装置及び方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

本発明の第一の実施の形態に係る認証情報埋め込み装置は、図１に示すように構成される。この認証情報埋め込み装置は、ＭＰＥＧに従って符号化された符号化映像データに認証情報を埋め込むようにしている。

図１において、この認証情報埋め込み装置は、外部ユニットから供給される例えばＭＰＥＧ２フォーマットの符号化映像データをフレーム単位に蓄積するフレームバッファ１１及びマクロブロック分割部（以下、ＭＢ分割部という）１２を有すると共に、可変長復号部１３、逆量子化部１４及び逆ＤＣＴ部１５を備えた復号処理（ＭＰＥＧ２に従った処理）に係る部分と、選択部１６、固有情報計算部１７、一時メモリ１８及び埋め込み部１９を備えた認証銃砲の埋め込み処理に係る部分と、再構成部２０と、ＤＣＴ部２１、量子化部２２及び可変長符号化部２３を備えた符号化処理（ＭＰＥＧ２に従った処理）に係る部分とを有している。ＭＢ分割部１２は、フレームバッファ１１に蓄積された１フレーム分の符号化映像データをマクロブロック単位の符号化映像データに分割して読み出す。このマクロブロックは、前記符号化処理の単位となるマクロブロック（例えば、１６×１６画素のブロック）に相当したものとして設定されている。フレームバッファ１１から読み出されたマクロブロック単位の符号化映像データは可変長復号部１２、逆量子化部１４及び逆ＤＣＴ部１５にて順次復号され、マクロブロック単位非圧縮映像データが生成される。

ＭＢ分割部１２は、各マクロブロックの符号化映像データに対して連番となるブロック番号を付与しており、以後の処理においてそのブロック番号にて各マクロブロックが特定される。選択部１６は、逆ＤＣＴ部１５から順次供給されるマクロブロック単位非圧縮映像データを所定の規則に従って固有情報計算部１７及び埋め込み部１９のいずれかに振り分ける。例えば、奇数ブロック番号（第一の種類）のマクロブロック単位非圧縮映像データは固有情報計算部１７に振り分けられ、偶数ブロック番号（第二の種類）のマクロブロック単位非圧縮映像データが埋め込み部１９に振り分けられる。また、固有情報計算部１７に振り分けられるマクロブロック単位非圧縮映像データは再構成部２０に供給される。

固有情報計算部１７は、選択部１６からのマクロブロック単位非圧縮映像データから固有情報、例えば、ＭＤ５（ハッシュ値）を算出する。この固有情報は次にマクロブロック単位非圧縮映像データの固有情報が算出されるまで一時メモリ１８に格納される。埋め込み部１９は、選択部１６からのマクロブロック単位非圧縮映像データに電子透かしの手法に従って一時メモリ１８に格納された固有情報を認証情報として埋め込む。固有情報の埋め込まれたマクロブロック単位非圧縮映像データは埋め込み部１９から再構成部２０に供給される。これにより、奇数ブロック番号のマクロブロック単位非圧縮映像データから算出された固有情報がその奇数ブロック番号のマクロブロック単位非圧縮映像データに続く偶数ブロック番号のマクロブロック非圧縮映像データに認証情報として埋め込まれることとなる。

再構成部２０は、選択部１６からの偶数ブロック番号のマクロブロック単位非圧縮映像データと埋め込み部１９からの前記固有情報の埋め込まれた偶数ブロック番号のマクロブロック単位非圧縮映像データとを連続するブロック番号となるように再配列して順次ＤＣＴ部２１に供給する。これにより、固有情報の算出されたマクロブロック単位非圧縮映像データと固有情報の埋め込まれたマクロブロック単位非圧縮映像データとが選択部１６により振分がなされる前の順番に配列されてＤＣＴ部２１に供給される。そして、ＤＣＴ部２１、量子化部２２及び可変長符号化部２３によって前記マクロブロック単位非圧縮映像データが順次ＭＰＥＧ２に従って符号化される。その結果、可変長符号化部２３から順次透かし埋め込み済み符号化映像データが出力される。

前述したような認証情報埋め込み装置によれば、処理の過程で１フレーム分の非圧縮映像データが蓄積されることはなく、マクロブロック単位にて処理されるので、その処理遅延は、マクロブロックに対する処理時間に相当したものとなる。従って処理遅延を極力小さくすることができることとなる。また、順次生成されるマクロブロック単位非圧縮映像データから固有情報を抽出すべきマクロブロック単位非圧縮映像データとその固有情報を埋め込むべきマクロブロック単位非圧縮映像データとが交互に選択されるので、固有情報の算出された領域（マクロブロックに相当）とその固有情報の埋め込まれた領域（マクロブロックに相当）とが１画面分の画像全体に分布することになり、その画像の小さな改ざんも高精度にて検出することが可能となる。更に、前記マクロブロック単位非圧縮映像データが符号化処理（ＤＣＴ部２１、量子化部２２及び可変長符号化部２３）での処理単位となるマクロブロックに相当するように設定されることから、非圧縮映像データの再分割、合成等の処理を行なうことなくその符号化処理を効率的に行なうことができるようになる。

なお、固有情報を算出すべきマクロブロック単位非圧縮映像データと固有情報を埋め込むべきマクロブロック単位非圧縮映像データの振分規則は、前述したものに限られることはない。例えば、複数のマクロブロック単位非圧縮映像データから一または複数の固有情報を算出し、その一または複数の固有情報を単一のマクロブロック単位非圧縮映像データに埋め込むようにすることもできる。

また、外部ユニットからの符号化映像データのフォーマットはＭＰＥＧ２フォーマットに限られるものではなく、他のフォーマット、例えば、Motion-JPEGやDVCPROであってもよい。この場合、再構成部２０の後段に続く符号化処理に係る部分は、それぞれのフォーマットに対応した構成とすることができる。

次に本発明の第二の実施の形態に係る認証情報埋め込み装置について説明する。

本発明の第二の実施の形態に係る認証情報埋め込み装置は、図２に示すように構成される。この情報埋め込み装置は、符号化されていない非圧縮映像データを外部ユニットから入力する点で前述した第一の実施の形態に係る認証情報埋め込み装置と相違する。なお、図２において、図１に示す部分と同一の部分については同一の参照番号が付されている。

図２において、この認証情報埋め込み装置は、外部ユニットから供給される非圧縮映像データをフレーム単位に蓄積するフレームバッファ３１及びフレームバッファ３１に格納された１フレーム分の非圧縮映像データを前述したマクロブロック単位の非圧縮映像データに分割して読み出すマクロブロック（ＭＢ）分割部３２を有している。また、この認証情報埋め込み装置は、前述した第一の実施の形態の場合と同様に、選択部１６、固有情報計算部１７、一時メモリ１８、埋め込み部１９、再構成部２０、ＤＣＴ部２１、量子化部２２及び可変長符号化部２３を有している。このような構成により、ＭＢ分割部３２から順次出力されるマクロブロック単位非圧縮映像データが固有情報計算部１７及び埋め込み部１９に交互に振り分けられ、固有情報計算部１７にてマクロブロック単位非圧縮映像データから算出された固有情報が認証情報として埋め込み部１９にて次のマクロブロック単位非圧縮映像データに埋め込まれる。そして、固有情報が算出されたマクロブロック単位非圧縮映像データと固有情報が埋め込まれたマクロブロック単位非圧縮映像データが、再構成部２０にてＭＢ分割部３２から出力される順番に配列された状態でＤＣＴ部２１に順次供給され、ＤＣＴ部２１、量子化部２２及び可変長符号化部２３によって順次符号化される。その結果、可変長符号化部２３から順次透かし埋め込み済み符号化映像データが出力される。

前述したような認証情報埋め込み装置によれば、符号化処理前に固有情報（認証情報）の埋め込まれた非圧縮映像データを１フレーム分蓄積することなく、マクロブロック単位にて処理されるので、その処理遅延は、マクロブロックに対する処理時間に相当したものとなる。従って処理遅延を極力小さくすることができることとなる。

以上のように、本発明に係る情報埋め込み装置及び方法は、処理遅延を極力小さくすることのできるという効果を有し、電子透かしの手法に従って情報を映像データに埋め込む情報埋め込み装置及び方法として有用である。

本発明の第一の実施の形態に係る情報埋め込み装置を示すブロック図 本発明の第二の実施の形態に係る情報埋め込み装置を示すブロック図 従来の情報埋め込み装置の一例を示すブロック図

符号の説明

１１ フレームバッファ
１２ マクロブロック分割部
１３ 可変長復号部
１４ 逆量子化部
１５ 逆ＤＣＴ部
１６ 選択部
１７ 固有情報計算部
１８ 一時メモリ
１９ 埋め込み部
２０ 再構成部
２１ ＤＣＴ部
２２ 量子化部
２３ 可変長符号化部
５１ 可変長復号部
５２ 逆量子化部
５３ 逆ＤＣＴ部
５４ フレームバッファ
５５ 領域分割部
５６ ダイジェスト計算部
５７ ハイディング部
５８ 領域合成部
５９ フレームバッファ
６０ ＤＣＴ部
６１ 量子化部
６２ 可変長符号化部

Claims (8)

1. １画面分の原映像データから所定ブロック単位の非圧縮映像データを生成するブロック単位映像データ生成手段と、
   前記ブロック単位映像データ生成手段にて生成されるブロック単位非圧縮映像データを所定の規則に従って第一の種類および第二の種類のブロック単位圧縮映像データに選別するブロック選別手段と、
   前記ブロック選別手段にて得られた第一の種類のブロック単位非圧縮映像データに基づいて固有情報を算出する固有情報計算手段と、
   前記ブロック選別手段にて得られた第二の種類のブロック単位非圧縮映像データに前記固有情報を電子透かしの手法に従って埋め込む情報埋め込み手段と、
   前記第一の種類のブロック単位非圧縮映像データと前記固有情報を埋め込み済みの第二の種類のブロック単位非圧縮映像データとを非圧縮画像データを所定のアルゴリズムに従って符号化する符号化手段に所定の順序にて供給するブロック配列供給手段とを有することを特徴とする情報埋め込み装置。
2. 前記原映像データは符号化映像データであり、
   前記ブロック単位映像データ生成手段は、前記符号化映像データを前記所定ブロック単位に分割するブロック分割手段と、
   前記ブロック単位の符号化映像データを復号して前記ブロック単位非圧縮映像データを生成する復号手段とを有することを特徴とする請求項１記載の情報埋め込み装置。
3. 前記原データは非圧縮映像データであり、
   前記ブロック単位映像データ生成手段は、前記非圧縮映像データを前記所定ブロック単位に分割してブロック単位非圧縮映像データを生成するブロック分割手段を有することを特徴とする請求項１記載の情報埋め込み装置。
4. 前記所定ブロックは、前記符号化手段における符号化処理の単位となるブロックに相当するように設定されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の情報埋め込み装置。
5. 前記ブロック配列供給手段は、前記第一の種類のブロック単位非圧縮映像データと前記固有情報を埋め込み済みの第二の種類のブロック単位非圧縮映像データとを前記ブロック選別手段による選別前の順番に再配列するブロック再配列手段を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の情報埋め込み装置。
6. １画面分の原映像データから所定ブロック単位の非圧縮映像データを生成するブロック単位映像データ生成ステップと、
   前記ブロック単位映像データ生成ステップにて生成されるブロック単位非圧縮映像データを所定の規則に従って第一の種類および第二の種類のブロック単位非圧縮映像データに選別するブロック選別ステップと、
   前記ブロック選別ステップにて得られた第一の種類のブロック単位非圧縮映像データに基づいて固有情報を算出する固有情報計算ステップと、
   前記ブロック選別ステップにて得られた第二の種類のブロック単位非圧縮映像データに前記固有情報を電子透かしの手法に従って埋め込む情報埋め込みステップと、
   前記第一の種類のブロック単位非圧縮映像データと前記固有情報を埋め込み済みの第二の種類のブロック単位非圧縮映像データとを非圧縮画像データを所定のアルゴリズムに従って符号化する符号化手段に所定の順序にて供給するブロック配列供給ステップとを有することを特徴とする情報埋め込み方法。
7. 前記原映像データは符号化映像データであり、
   前記ブロック単位映像データ生成ステップは、前記符号化映像データを前記所定ブロック単位に分割するブロック分割ステップと、
   前記ブロック単位の符号化映像データを復号して前記ブロック単位非圧縮映像データを生成する復号ステップとを有することを特徴とする請求項６記載の情報埋め込み方法。
8. 前記原データは非圧縮映像データであり、
   前記ブロック単位映像データ生成ステップは、前記非圧縮映像データを前記所定ブロック単位に分割してブロック単位非圧縮映像データを生成するブロック分割ステップを有することを特徴とする請求項６記載の情報埋め込み方法。

Images