JP2006121700A - プリント媒体にデータを埋め込むための方法、プリント媒体に埋め込まれたデータを検索するための方法、プリント媒体にデータを埋め込む機能を有するプリンタ、プリント媒体にデータを埋め込む方法を機器に実行させるための命令プログラムを含んだ機器判読可能な媒体、及びプリント媒体に埋め込まれたデータを検索する方法を機器に実行させるための命令プログラムを含んだ機器判読可能な媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】両面印刷が可能なカラーレーザープリンタのデータ埋め込み法。
【解決手段】両面印刷が可能なカラーレーザープリンタのRGB領域の埋め込みデータの形で透かしを加えるデータ埋め込み技法。データ埋め込みアルゴリズムは２色（シアンとマジェンタ）パッチをベースにしたコード構成を採用する。生データの各ビットは白い空間（「空間領域」）で取り囲まれたシアンかマジェンタかどちらかの色の矩形パッチ（「データ領域」）で符号化される。ある一つのデータ領域と対応する空間領域との結合が「データセル」である。
【選択図】図２

Description

本発明はカラーレーザープリンタのためのデータ埋め込み及び検索アルゴリズムに関し、より具体的には多色パッチベースのコード構成に関する。発明は、方法、命令プログラム（例えば、ソフトウェア）、及び／又は装置に実装可能である。

従来の技術では、プリンタが入れる透かしはほとんどがデータがCMYK領域にあるときに挿入される。（CMYKは、シアン（C）、マジェンタ（M）、黄色（Y）、黒（K）からなる色空間を示す）。これは、デバイスドライバが出力ドットパターンへの完全なアクセスを有するインクジェットプリンタについて、特に言えることである。しかし、カラーレーザープリンタの場合、CMYK領域の透かしは、図１に示すように、プリンタのパイプライン内部の奥深いところにあるCMYKの色空間への直接アクセスが必要である。

両面印刷が可能なレーザプリンタ（a duplex laser printer）の場合、トーンの低下を用いてプレーンペーパー印刷のにじみを減らすことは珍しいことではない。しかし、このステップは、パイプラインのRGB領域かCMYK領域かどちらかの段で入れられた透かしに悪影響を与える可能性がある。トーンの低下を用いると、飽和画素でさえも、スクリーン処理が施された後、プリントアウト上に見えないことがある。これでは、「ドットはドット」ということわざが真実でなくなってしまう。その一方、埋め込み透かしデータを文書の裏面に印刷する場合、にじみの問題を克服しなければならない。さらに考慮しなければならない制約条件は、多くのレーザープリンタエンジン製品が独自の透かしをYチャネルに入れることである。

米国特許第6,694,041号明細書

そこで、本発明の目的は、上記の制約条件を考慮に入れて、先行技術の問題点を克服するデータ埋め込みアルゴリズムを提供することである。

本発明のもう一つの目的は、そうしたデータ埋め込みアルゴリズムを２色パッチベースのコード構成という形で提供することであり、その２色はシアンとマジェンタが好ましい。

本発明の一つの態様によれば、プリント媒体にデータを埋め込むための方法を提供している。この埋め込み方法は、（a）プリンタ媒体に印刷する内容を表わすRGB領域の第１データを取得するステップを有し、（b）プリント媒体に埋め込む第２データの各デジタル要素（例えば、単一ビット）をデータ空間によって取り囲まれたシアンかマジェンタかどちらかのカラーパッチで符号化してデータセルを形成するステップを有し、（c）必要に応じてデータセルを一つ以上のデータブロックにグループ化するステップを有し、各データセルはデータブロックのうちの一つに含まれ、各データブロックは複数のデータセルを含んでおり、（d）データブロックを必要に応じて一つ以上のレイアウト領域にグループ化するステップを有し、各データブロックはレイアウト領域のうちの一つに含まれ、各レイアウト領域は複数のデータブロックを含んでおり、（e）第２データをプリント媒体に埋め込むステップを有する。

プリント媒体は両面で、ステップ（e）は印刷する内容をプリント媒体の片面に印刷するステップをさらに有し、第２データはプリンタ媒体の他方の面に埋め込まれるのが好ましい。第２データは内容が印刷されている淡いトーン（light tone）領域の反対側に埋め込まれるのが好ましい。

各データセルのパッチの大きさは印刷する内容のトーンレベルに基づくのが好ましい。

もう一つの態様において、発明はプリント媒体に埋め込まれたデータを検索するための方法が係わっている。この検索方法は印刷された媒体をデジタルデータに変換して複数のデータブロックを回復するステップを有し、データブロックは各々が複数のデータセルを含み、データセルは各々がシアンかマジェンタかどちらかのカラーパッチとデータ領域を取り囲む空間領域とを含んでおり、検索方法はさらにブロックマッチングルーチンを実行して各データブロックの最良の一致場所を見出すステップを有すると共に、各データセルからデジタル要素を抽出するコード検索ルーチンを実行するステップを有する。コード検索ルーチンは、データセルごとにシアン信号推定量及びマジェンタ信号推定量を算定し、ある特定のセルについてシアン信号推定量とマジェンタ信号推定量を比較してそのセルから抽出された特定のデジタル要素を判定することからなる。

発明の別の態様は、プリント媒体にデータを埋め込む機能を有するプリンタが係わっている。このプリンタは、プロセッサ、そのプロセッサと通信しているメモリ、及び上記の埋め込みを実行するためにプロセッサ及びメモリと協働して動作するように構成された透かしモジュールとを備える。

発明のさらなる態様によれば、上記の方法又はそのステップのどれも命令プログラム（例えば、ソフトウェア）によって指定することができ、命令プログラムを実行のためにコンピュータ又はその他のプロセッサ制御機器に記憶しても、又は伝えても構わない。さもなければ、命令プログラムをハードウェアに埋め込むことも、或いはソフトウェアとハードウェアの組合せとして実現しても構わない。

添付の図面と共に下記の説明及び請求項を読めば、発明の理解が深まると共にその他の目的及び功績が明らかになるだろう。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図２において、印刷システム１０はプリンタ１１を含み、プリンタ１１はレーザープリンタが好ましい。レーザープリンタ１１はCMMモジュール１２を含み、CMMモジュール１２はRGBからCMYKへの変換を含む高性能３Ｄカラーマッチング管理（CMM）を実行する。レーザープリンタ１１はハーフトーンモジュール１３も含んでおり、ハーフトーンモジュール１３はハーフトーンスクリーン処理及びパルス幅変調（PWM）を実行する。透かし入れモジュール１４及び１５もプリンタの処理パイプラインの中に配置されており、片方はCMMとハーフトーンモジュールとの間に配置され、他方はハーフトーンモジュールの後に配置されている。プリンタ１１は一般的には、計算機資源を提供し、もしあれば、外部ホストと協働してプリンタを制御するプロセッサ１６を含んでいる。プロセッサ１６はマイクロプロセッサ又は同様のものでインプリメントすることができる。プリンタ１１はメモリ１７をさらに含んでおり、メモリ１７はランダムアクセスメモリ（RAM）及び読み出し専用メモリ（ROM）の形になっていて構わない。図に示した実施例において、全ての主だったシステムコンポーネントはバス１８に接続しており、バス１８は一つ以上の物理的バスを表わしていることがある。レーザープリンタ１１は一般的にはその他の構成要素も含んでいるが、そうした構成要素は発明に直接関係がないので、発明を不要に曖昧にしないために削除してある。

印刷システムは、プリンタ処理パイプラインの上流にバイナリからRGBへの変換器２１及びRGB領域透かしモジュール２２も含んでいる。
１．埋め込みアルゴリズム
本発明のデータ埋め込みアルゴリズムは主として両面印刷可能なカラーレーザープリンタ（a duplex color laser printer）向けに設計されており、このアルゴリズムにおいては、バイナリデータが先ずRGBデータに変換され、そのRGBデータは次に本発明に従ってRGB透かしモジュール２２においてデータが埋め込まれ、つまり、透かしが入れられ、プリンタのパイプラインに送り込まれる。透かしモジュール２２が採用している基本的な透かし入れアルゴリズムは２色（シアン及びマジェンタ）パッチベースのコード構成である。より具体的には、生データの各ビットが白い空間で取り囲まれたシアンかマジェンタかどちらかの色の矩形パッチで符号化される。図３に示すように、矩形パッチを「データ領域」と呼び、空間を「空間領域」と呼び、この２つの領域の組合せを「データセル」と呼んでいる。

実験から、印刷プロセス及びスキャンプロセスは一様でないスケーリング歪み（scaling distortion）を発生させることが分かっている。ほとんどの場合、プリンタの非線形性とスキャナの非線形性との結合は１％未満で、これは本発明のために想定されている。大局的にとらえると、６００dpiでスキャンされたレターサイズ用紙上のフルページの画像の１％はおよそ６７画素で、その補償は普通は非常に難しい。しかし、スケーリング誤差を許容するために、本発明によれば、ブロック構造のレイヤーがパッチ構造の上に追加される。より具体的には、n x nのデータセルが「データブロック」にグループ化される。次に、各ページは複数のデータブロックから構成され、図３に示すように、データブロックは各々が複数のデータセルを含んでいる。

この埋め込まれたデータは文書の裏面に印刷され、その際、この埋め込みデータがにじんで表面に印刷された情報の判読を妨害することのないよう措置が講じられているのが好ましい。にじみによる干渉を避けるために、埋め込まれたデータは淡いトーン領域にある。にじみをさらに回避するために、データセルは飽和色の無地のパッチではない。先に述べたように、両面印刷が可能なカラーレーザープリンタの場合、プレーンペーパー印刷のにじみを減らすためにトーンの低下を用いるのはめずらしいことではない。トーンの低下を用いると、飽和画素でさえもスクリーン処理がなされた後にはプリントアウト上に現れないことがある。いずれにしても、ラインスクリーンの場合には、図４に示すように、スクリーン周波数によって最小パッチサイズが決まる。図４は３つの異なるトーンレベルで模式的パッチを表示している。実験から、５×５の最小パッチサイズを選んだ。

透かし（つまり、埋め込まれたデータ）の可視性とそのにじみを制御する２つのパラメータがある。図５に示すように、トーンレベルを維持しながら空間領域を増大するか、又はパッチサイズを最小値以上に維持しながらトーンレベルを下げるかどちらかである。トーンレベルが非常に低くそれと同時にパッチが小さすぎるのは避ける。そうした状態では不安定な透かしになる。最小パッチサイズを用いる一つの実施例においては、可視性を下げるために間隔領域（spacing area）が大きくなっている。その実施例では、図６（a）に示すように、２０×２０の画素空間領域内の５×５の画素データ領域を符号化するために３０％のトーンレベルを選んだ。別の実施例においては、トーンレベルをさらに下げられるようにパッチサイズ（データ領域）を大きくすることができる。その実施例では、図６（b）に示すように、２０×２０の画素空間領域内の１５×１５の画素データ領域を符号化するために１０％のトーンレベルを選んだ。
２．検索アルゴリズム
スキャンされたRGBビットマップイメージから符号化データを検索するアルゴリズムは２つの基本的なステップからなる。つまり、ブロック毎に最良の一致場所を見出すためのブロックマッチングと、各データセルから単一ビットを検索するためのコード検索とからなる。ブロックマッチングルーチンは、各データ領域内のシアン及びマジェンタの画素数を最大にするために各ブロックを平行移動及び回転させてブロックの場所を見出だす。コード検索ルーチンは、シアン及びマジェンタチャネルの各々について、にじみを含む前景信号を背景信号（にじみのみ）と比較することでシアン及びマジェンタデータ信号の各々を推定する。

検索アルゴリズムの入力は６００dpiでスキャンされたRGB画像である。作業環境は、入力データの回転は５度未満で入力データの平行移動は２インチ未満である普通のオフィス環境であると想定する。そうした想定の下では、図７に示すように、最良の一致場所を見出すのに各ブロックを平行移動及び回転させてブロック場所を見出すためにブロックマッチングルーチンを用いる。

コード検索ルーチンは各データセルから単一ビットを検索する。データは文書の裏面に埋め込まれる。文書のコンテンツいかんによって、にじみが発生することがある。そのために、検索アルゴリズムは、にじみのトーンはある特定のデータセルにおいて一定と想定することで、そのことを考慮に入れる。より具体的には、にじみを推定するのに単一データセルの中の空間領域の平均のトーン、つまり、背景を用いる。シアンのにじみ値をBG_cyanで示し、マジェンタのにじみ値をBG_magentaで示す。前景はにじみを含んでいるから加法的（additive）と想定する。したがって、信号とにじみとの和を推定するにはある単一データセルのデータ領域の平均トーンを用いる。シアンの前景信号にシアンのにじみを足したものをFG_cyanで示し、マジェンタの前景信号にマジェンタのにじみを足したものをFG_magentaで示す。

信号を２つの色チャネルで比較することで、個々のチャネルの信号対雑音比を高めずに偽の正周波数を低減する。

上記の説明から実証されるように、本発明はRGB領域で印刷された文書にデータセルの形で透かしを入れるデータ埋め込み技法を提供している。CMY(K)段階ではなく、この段階で透かしを加えるのは、総体的なプリンタのパイプライン設計にそれほど立ち入らないし且つRGB領域の透かしは機器依存性も低くなるので、効果がある。その上、もしそうしたければ、修正変更せずに結果をCMY(K)領域に移すこともできる。さらに、個々のデータセルを設計し、にじみを制限するようなやり方で印刷された媒体に挿入するので効果がある。にじみが発生した場合でも、本発明はそれを補償可能である。本発明のデータ埋め込み技法は、黄色（Y）チャネルに自分の透かしを加えるレーザプリンタとの干渉を回避するように設計されているのも有益である。

上記の説明から分かるように、発明のデータ埋め込み技法は、プリンタ、特にカラーレーザープリンタに組み入れることができる。そのために、埋め込みアルゴリズムをカラーレーザープリンタとの関連で説明及び例証してきた。しかし、埋め込みアルゴリズムはプリンタに限定されるものではない。すなわち、必要な処理を実行した後、透かし入りデータを印刷のためにプリンタに送信する機能を有するその他の機器でインプリメントしても構わない。さらに、プリンタは、例えば、スキャン、コピーなど他の機能も備えた多機能機器で構わない。こうしたインプリメンテーションの変形例を考えれば、ブロック及びフローチャート図はある特定の指定機能の性能及びそうした機能間の関係を表示していると理解されるべきである。こうした機能ブロックの境界は説明の便宜上ここでは任意に決められている。指定機能が実行され、そうした機能間の関係がしかるべく維持される限り、他の境界を決めても構わない。図面及び説明は、当業者が、回路を作り或いは必要な処理を実行するソフトウェアコードを書くのに必要な機能情報を提供している。

発明をいくつかの具体的な実施例と共に説明してきたが、当業者ならば、上記の説明に照らして、数多くの更なる変形例、修正例、変更例、応用例が明白になるであろう。したがって、ここで説明した発明は、添付の請求項の精神及び範囲から逸脱しない限りにおいて、そうした変形例、修正例、変更例、応用例を全て包含するつもりである。

レーザープリンタの処理パイプライン。 発明の実施例によるレーザープリンタ及びその処理パイプラインのブロック図。 発明の実施例による符号化階層を示す図。 異なるトーンレベルの模式的パッチ。 トーンレベルとパッチサイズとの関係を示すグラフ表現。 データ領域対空間領域の割合が異なる２つの模式的データセル構成。 発明の実施例によるデータ検索アルゴリズムのブロックマッチングオペレーションを示す図。

符号の説明

11 レーザープリンタ
12 ＣＭＭモジュール
13 ハーフトーンモジュール
14 透かしモジュール
15 透かしモジュール
16 プロセッサ
17 メモリ
18 バス
21 バイナリからＲＧＢへの変換器
22 ＲＧＢ領域透かしモジュール

Claims (14)

1. プリント媒体にデータを埋め込むための方法であって、
   （a）プリンタ媒体に印刷する内容を表わすRGB領域の第１データを取得するステップと、
   （b）プリント媒体に埋め込む第２データの各デジタル要素をデータ空間によって取り囲まれたシアン又はマジェンタどちらかのカラーパッチで符号化してデータセルを形成するステップと、
   （c）データセルを必要に応じて一つ以上のデータブロックにグループ化するステップとを有し、前記データセルの各々はデータブロックのうちの一つに含まれ、各データブロックは複数のデータセルを含んでおり、
   （d）データブロックを必要に応じて一つ以上のレイアウト領域にグループ化するステップとを有し、前記データブロックの各々はレイアウト領域のうちの一つに含まれ、各レイアウト領域は複数のデータブロックを含んでおり、
   （e）プリント媒体に第２データを埋め込むステップとを含む、データ埋め込み方法。
2. プリント媒体は両面媒体で、ステップ（e）は印刷する内容をプリント媒体の片面に印刷することからなり、第２データはプリント媒体の他面に埋め込まれる、請求項１に記載のデータ埋め込み方法。
3. 第２データは内容が印刷されている淡いトーン領域の反対側に埋め込まれる、請求項２に記載のデータ埋め込み方法。
4. 各データセルのパッチサイズは印刷する内容のトーンレベルに基づく、請求項１に記載のデータ埋め込み方法。
5. 各デジタル要素は単一ビットである、請求項１に記載のデータ埋め込み方法。
6. プリント媒体に埋め込まれたデータを検索するための方法であって、
   （a）印刷された媒体をデジタルデータに変換して複数のデータブロックを回復するステップを有し、データブロックは各々が複数のデータセルを含み、データセルは各々がシアンかマジェンタどちらかのカラーパッチとデータ領域を取り囲む空間領域とを含んでおり、
   （b）ブロックマッチングルーチンを実行してデータブロック毎に最良の一致場所を見出すステップを有し、
   （c）各データセルからデジタル要素を抽出するコード検索ルーチンを実行するステップを有し、コード検索ルーチンはデータセル毎にシアン信号推定量とマジェンタ信号推定量を算出し、ある特定のセルのシアン信号推定量とマジェンタ信号推定量を比較してそのセルから抽出された特定のデジタル要素を判定することからなる、埋め込みデータ検索方法。
7. プリント媒体にデータを埋め込む機能を有するプリンタであって、
   プロセッサと、
   そのプロセッサと通信しているメモリを備えると共に、
   プリント媒体に印刷する内容を表わすRGB領域の第１データを受け取り、
   プリント媒体に埋め込む第２データの各デジタル要素をデータ空間によって取り囲まれたシアンかマジェンタどちらかのカラーパッチで符号化してデータセルを形成し、
   データセルを必要に応じて一つ以上のデータブロックにグループ化し、各データセルはデータブロックのうちの一つに含まれ、各データブロックは複数のデータセルを含み、
   データブロックを必要に応じて一つ以上のレイアウト領域にグループ化し、各データブロックはレイアウト領域のうちの一つに含まれ、各レイアウト領域は複数のデータブロックを含み、
   プリント媒体に第２データを埋め込む、
   ためにプロセッサ及びメモリと協働して動作するように構成された透かしモジュールとを備えるプリンタ。
8. プリンタはカラーレーザープリンタである、請求項７に記載のプリンタ。
9. プリント媒体にデータを埋め込む方法を機器に実行させるための命令プログラムを含んだ機器判読可能な媒体であって、命令プログラムは、
   （a）プリント媒体に印刷する内容を表わすRGB領域の第１データを受け取るための命令と、
   （b）プリント媒体に埋め込まれる第２データの各デジタル要素をデータ空間によって取り囲まれたシアンかマジェンタどちらかのカラーパッチで符号化してデータセルを形成するための命令と、
   （c）データセルを必要に応じて一つ以上のデータブロックにグループ化するための命令を有し、各データセルはデータブロックのうちの一つに含まれ、各データブロックは複数のデータセルを含んでおり、
   （d）データブロックを必要に応じて一つ以上のレイアウト領域にグループ化する命令を有し、各データブロックはレイアウト領域のうちの一つに含まれ、各レイアウト領域は複数のデータブロックを含んでおり、
   （e）第２データをプリント媒体に埋め込むための命令を有する、機器判読可能な媒体。
10. プリント媒体は両面媒体で、命令（e）は印刷する内容をプリント媒体の片面に印刷するための命令をさらに有し、第２データはプリント媒体の他面に埋め込まれる、請求項９に記載の機器判読可能な媒体。
11. 第２データは内容が印刷された淡いトーン領域の反対側に埋め込まれる、請求項１０に記載の機器判読可能な媒体。
12. 各データセルのパッチサイズは印刷される内容のトーンレベルに基づく、請求項９に記載の機器判読可能な媒体。
13. 各デジタル要素は単一ビットである、請求項９に記載の機器判読可能な媒体。
14. プリント媒体に埋め込まれたデータを検索する方法を機器に実行させるための命令プログラムを含んだ機器判読可能な媒体であって、命令プログラムは、
    （a）印刷された媒体をデジタルデータに変換して複数のデータブロックを回復するための命令を有し、データブロックは各々が複数のデータセルを含み、データセルは各々がシアンかマジェンタかどちらかのカラーパッチとデータ領域を取り囲む空間領域とを含んでおり、
    （b）ブロックマッチングルーチンを実行してデータブロック毎に最良の一致場所を見出すための命令を有し、
    （c）各データセルからデジタル要素を抽出するコード検索ルーチンを実行するための命令を有し、コード検索ルーチンはデータセル毎にシアン信号推定量とマジェンタ信号推定量を算出し、ある特定のセルのシアン信号推定量とマジェンタ信号推定量を比較してそのセルから抽出された特定のデジタル要素を判定することからなる、機器判読可能な媒体。