JP2006135922A

JP2006135922A - 電子透かし埋め込み検出システム

Info

Publication number: JP2006135922A
Application number: JP2004349089A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Ozeki; 和夫大関
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2006-05-25

Abstract

【課題】画像や音声などのディジタルメディアに電子透かしを埋め込む方式において、一般性があり、低コストであり、かつ強耐性と検出結果の正当性を合わせて高める方式を提供する。
【解決手段】源情報を短くし、これを複数回繰り返し埋め込むことにより、冗長性を増す。これに伴い、埋め込む透かしの種類の数が十分多いフーリエ変換などを用いる埋め込み方式を使用する。次に、透かし情報を検出するに当たり、その検出処理の正当性を主張するために、検出プログラムを公開し、公開の場で検出処理を行なうことによって、誰でもその透かし情報の有無を検証できるようにする。検出では、複数の埋め込み情報を統合し、正当性を高める。さらに、検出プログラムを公開するに当たり、その公開した検出プログラムの動作解析を行なって、逆に埋め込み方式や埋め込み情報を調べることを防止するため、検出プログラムを公開前に難読化しておくことを行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、著作権や所有権を主張するために、画像や音声などのディジタルメディアに電子透かしを埋め込む方式に関するもので、特に強耐性と検出結果の正当性を合わせて高める方式に関する。

従来より画像の電子透かし方式が実現されているが、簡単な変形処理で埋め込んだ透かし情報が変形したり、失われたりすることが多かった。また、透かしを検出する処理プログラムは、公開されず、検出の正当性が主張できないことが多かった。

非特許文献１は電子透かし方式全体に関する解説書籍であり、各種の電子透かし方式が紹介されているが、十分な耐性を保証された方式はない。また、埋め込み方式を公開する案は示されているが、その公開によって埋め込み方法が判明し、埋め込み情報を変形・除去・改竄するなどのことに対する対策は示されていない。
非特許文献２、３には埋め込み方式を１種の誤り訂正方式と設定し、通信路における一定の誤り率で変形した信号を誤り訂正方式により訂正し、復元する方式が示されている。この方式は、誤り率が一定の限定された範囲にある時は正しい動作が保証されるが、その範囲を超えるときは、正しい動作が行なわれない。また暗号化方式は埋め込み情報が数百ビット以上必要であり、これを誤りなく扱うことは電子透かしの応用においては不可能であり、実用的でない。また、電子透かしとして情報を埋め込んだディジタルメディアを第三者である公的な登録機関に登録する手続きを行い、ディジタルメディアの所有権や著作権を主張するための検証を行なうことがなされているが、公的機関の維持管理のための費用や手続きが多くなるという問題点がある。

松井甲子雄、「電子透かしの基礎−マルチメディアのニュープロテクト技術」森北出版１９９８ＪｏａｃｈｉｍＥｇｇｅｒｓａｎｄＢｅｒｎｄＧｉｒｏｄ，"ＩｎｆｏｒｍｅｄＷａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ"，ＫｌｕｗｅｒＡｃａｄｅｍｉｃＰｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，２００２山口和彦、岩村恵市、今井秀樹「誤り訂正符号を用いたアルゴリズム公開型電子透かし」１９９９年暗号と情報セキュリティシンポジウム講演論文集、ｐｐ７１３−７１８、Ｊａｎ．１９９９．

本発明の課題は、強い耐性と検出の正当性を与えることであり、それを第三者の公的な登録機関などに登録手続きをするなどの手数をかけることなく実現しようとするものである。耐性を強化するためには、埋め込み情報に対する冗長性を大きくする必要がある。埋め込み情報を検出するに当たり、検出の正当性を主張するためには、検出プログラムも画像と合わせて公開する必要がある。検出プログラムを公開するためには、その動作の仕組みが解析されて知られないよう、難読化を図る必要もある。また、埋め込み方式は公開する必要はないが、埋め込む対象である画像や音声などのディジタルメディアは無限に近い数があるので、それに対応して、十分多い数の埋め込みパラメータの種類を用意できることが必要である。

上記課題を解決するため、本発明ではまず、埋め込み情報に対する冗長度を十分高める工夫を行なう。冗長性を高めるため、埋め込みの源情報は限りなく少ない方がよく、たとえば１ビットが最も短い源情報となる。源情報を短くし、これを複数回繰り返し埋め込むことにより、冗長性が増し、変形や通信路エラーに対する耐性が強化される。

次に、透かし情報を検出するに当たり、その検出処理の正当性を主張するために、検出プログラムを公開し、公開の場で検出処理を行なうことによって、誰でもその透かし情報の有無を検証できるようにする。

さらに、検出プログラムを公開するに当たり、その公開した検出プログラムの動作解析を行なって、逆に埋め込み方式や埋め込み情報を調べることを防止するため、検出プログラムを公開前に難読化しておくことを行なう。
発明の実施形態：

以下、本発明の実施の諸形態について図面を参照して説明する。まず、図１参照して、本発明の実施形態に係わる電子透かしの埋め込み検出システムの全体構成について説明する。入力ディジタル画像１０２は埋め込み処理部１０３で源情報１０５を埋め込み方式１０４によって埋め込み形式にしたものを埋め込む。点線１０１で囲まれた内部は電子透かしを埋め込む者が行なう、非公開な処理の部分である。透かし情報を埋め込んだ画像は、公開領域に公開される。公開領域では、画像処理や圧縮の符号化処理と復号処理等によって各種の変形を受ける。これを攻撃とも呼ぶ。公開領域にある画像は、検出プログラム１０７を難読化処理部１０８で難読化アルゴリズムによって難読化されたあと公開された検出プログラムによって、検出処理部１０９にて検出処理がなされ、源情報の出力がなされる。

本発明によれば、まず、従来の不完全な耐性を、大幅に向上させることができる。たとえば、６４ビットの透かし情報を埋め込む方式においては、埋め込み方の工夫で耐性の向上を図るだけであったものが、埋め込みの源情報を１ビットにすることも出来るため、数値の比率だけでも従来の６４倍の耐性を達成できることになる。

次に、検出プログラムを公開するため、第三者に登録して電子透かしの有無の検出を依頼する必要がなくなる。これにより、安価に、手軽に、必要な画像の著作権や所有権を主張することが可能になる。また、埋め込みの源情報を少なくするため、埋め込み情報の総数を天文学的な膨大な数にすることが可能で、これにより、本発明に基づく透かしの埋め込みが可能なディジタルメディアの総数が天文学的な数になり、ほぼ万人が任意の数のディジタルメディアの著作権や所有権を登録料などのコストをかけずに主張するための電子透かしを埋め込み可能となる。

図１は、本発明の実施形態に係わる電子透かし埋め込み検出システムの基本構成の例である。図２に電子透かしを埋め込む、埋め込み処理部１０３で源情報１０５を埋め込む処理の流れを示す。入力画像の画素値は２０１にて複素フーリエ変換される。画素値はカラー画像などの場合は、輝度信号と色差信号分離した後、輝度信号について扱うようにしてもよい。複素フーリエ変換は、

連続関数のフーリエ変換を、

として定義する。また、フーリエ逆変換は

連続関数ｇ（ｔ）を間隔ＴごとにサンプルしたＮ個の数列
｛ｇ（Ｏ），ｇ（Ｔ），ｇ（２Ｔ），・・・・，ｇ（（Ｎ−１）Ｔ）｝
を離散データといい、信号をＡ／Ｄ変換した場合は、各データは更に所定の数値に量子化され、制限された値のみをとる。このデータの離散複素フーリエ変換と逆変換は

となる。これは、１次元の変換であるが、音声などの１次元ディジタルメディアに対してはこれを１回変換し、画像などの２次元ディジタルメディアに対しては、水平方向と垂直方向に２回の変換を行なう。

ここでは、離散複素フーリエ変換を用いて説明するが、他の離散コサイン変換的な変換である実フーリエ変換、離散コサイン変換、離散サイン変換、アダマール変換、ウェーブレット変換等を用いてもよい。

２０２で変換データの中から、周波数成分の低域のＮ×Ｎ画素を取り出す。以下量子化幅Δ＝８０の場合を代表例として説明する。そのデータに対し、２０３で量子化幅８０で量子化し、識別のため、更に奇数番目のデータに対しては２０４で４０を加える。偶数番目のデータに対しては加える処理を行なわない。複素フーリエ変換では、実数の入力に対しては、点対称で共役複素数の配置になるため、２０５で透かしを埋め込んだ領域と点対称な領域にあるＮｘＮの成分を複素共役値で置き換える。２０６でフーリエ逆変換を行い、画像データに戻し、透かし埋め込み処理が終了する。

次に検出プログラム２０７の動作について図３を用いて説明する。まず、入力画像の複素フーリエ変換を行い、透かしとして埋め込んだ周波数成分の低域のＮ×Ｎ画素を取り出す。偶数番目のデータに対し、８０の倍数±２０の範囲にあるかどうか調べ、その範囲内にあれば、透かし情報有りと判定し、その範囲内になければ、透かし情報なしと判定する。同じく、奇数番目のデータに対し、（８０の倍数＋４０）±２０の範囲にあるかどうか調べ、その範囲内にあれば、透かし情報有りと判定し、その範囲内になければ、透かし情報なしと判定する。

以下、表１、２、３に、量子化幅Δの一般形の場合の関係を示す。表１は透かしを埋め込む場合の第一の量子化規則で、偶数部分のデータに対しては、Δの整数倍とする処理であり、奇数部分のデータに対しては、Δの整数倍にΔ／２を加えた値とする処理である。整数倍やそのΔ／２ずれた値であればよいので、奇数の場合、Δ／２を加えないで、引いてもよい。

表２に第一の基本となる量子化が終了したものに対し、透かしの有無で、状態を反転するという第二の透かし埋め込み処理を行なう場合の処理規則を示す。いずれの場合も、これから透かしを入れる場合は、Δ／２だけずれた値とする。表中、＋Δ／２とあるのは−Δ／２としてもよい。

表３に個々の透かしの検出規則を示す。また、図４に量子化した後の透かしがあると判定できる値の範囲と、Δ／２ずれた値の位置関係を示す。図４はΔで正規化されているもので、軸に付した値にΔを乗じて考える。整数（１、２．．）倍を基準とし、そこにΔ／２に対応する値０．５を加えた１．５が透かし判定の基準位置となる。この１．５から、幅±０．２５の間にあるデータを透かし有り（１成分）と判定し、その両側の幅０．５の区間を透かし無し（０成分）との判定を行なう。

次に、各検出データの統合を行なう。これまでの透かし検出は、ＮｘＮ画素ごとの個別の検出である。これらＮｘＮ個の検出結果を統合すれば、より正確な検出結果を得られるようになる。ここでは、ＮｘＮ個の検出結果を多数決によって統合し判定する例を示す。Ｎ＝８の場合、６４個の透かし情報があり、これらに対し、透かしを埋め込んだものが埋め込まれた状態として検出された時、また、透かしを埋め込まなかったものが埋め込まれていない状態として検出された時、それらは、正しい透かし情報を検出したものと見なせる。そうでない場合は、正しくないと考える。６４個中正しいものが３３個以上あれば、多数決原理により、透かしの源情報は埋め込まれていたと判定する。

この例では、６４個の埋め込みを行なったが、一般には画像サイズとして７２０ｘ４８０画素程度のものを想定している。埋め込みの可能な領域を中域の３００ｘ２００点とした場合、これから６４個の点を取り出す組み合わせは、_{６００００}Ｃ_６４で、透かしのパターンの数は、約４．８×１０^２１６種となる。２進数のビットで表すと、約７１９ビットになる。これは２００ビット程度の公開鍵暗号方式が実用化されたことから、電子透かし化し用途としては、十分に多い数である。更に量子化の種類や変換の種類を変えることができる。たとえば、量子化の種類は容易に１０通り程度の量子化幅が用意可能であるが、他のパターンも設定可能である。また、変換も標準的なフーリエ変換以外に傾斜した変換は１００種以上容易に生成可能であり、また他の変換も数多く採用可能である。このように、透かしの埋め込み位置と個数は天文学的に十分多くなり、事実上いくらでも異なる透かしを埋め込み続けることができると考えられる。

次に検出プログラムの難読化処理１０８について述べる。検出プログラムは、埋め込み処理の一種の逆演算であり、検出プログラムの動作がわかれば、埋め込み処理も推測可能となる。したがって、公開前に、ソースコードを隠し、実行型にしておくと伴に、動作自体を複雑化して難読化しておくことが必要となる。この難読化は、本発明をシステムとして実現するためには、必要な処理であるが、どの程度まで難読化すればよいかは公開するディジタルメディアの価値などのよって異なりうる。ここでは、ある難読化処理の例を示すことにして、高度な難読化の方式の説明は行なわない。

難読化に関しては、非特許文献４などがある。難読化したプログラムの複雑度は各種評価法があり、分岐の数も一つの有力な評価尺度とされている。図５にプログラムに対し、形式的な分岐を追加し、複雑度をあげる例を示す。プログラム中、ａ＜ｂのａ、ｂは既知の定数で常にａ＜ｂが成り立つとして、図５（ａ）難読化前では、部分プログラム１とｆｏｒループ内で部分プログラム２と３を実行する形になっている。一方、図５（ｂ）難読化後ではその前にｉｆ文による条件判定の分岐が加わり、判定後、難読化前と同じプログラムが実行される。また、条件判定の成立しないときは、他のプログラム４、５が実行されるように記述されている。
神崎雄一郎，門田暁人，中村匡秀，松本健一，"命令コードの実行時置き換えによるプログラムの解析防止，"電子情報通信学会技術研究報告，ＩＳＥＣ０２−９８，２００２．

このような難読化処理により、プログラムを難読化できる。説明の都合上簡易な例を示したが、条件判定分岐の結果があらかじめ決まらない形や、このような単一の難読化処理への変形を繰り返し適用することによって、難読化の程度を十分高度にあげることは可能である。

本発明は、画像や音声などのディジタルメディアの公開、配布において有効である。たとえば、インターネットのホームページでの画像の公開において、各画像ごとに本発明に従った透かし情報を異なる透かし位置、異なる量子化特性で埋め込んでおき、それに対する検出プログラムをディジタル画像合わせて公開すれば、その埋め込みのパラメータを知られることなく、誰でもが、検出の動作確認が可能であり、公開したディジタルデータの所有権や著作権の主張が可能となる。また、難読化の程度を十分高度化しておけば、公開したデータからは埋め込みパラメータを推定することはできない。また、埋め込みデータの種類は画像サイズが一定以上であれば、天文学的な数となり、事実上いくらでも異なる透かしを入れ続けることができると伴に、透かしの位置や量子化の幅を試行的に調べ上げるには、膨大な時間がかかり、計算量的に不可能な構成をとることが可能である。

は本発明による電子透かし埋め込み検出システム全体のブロック構成である。は本発明による電子透かしの埋め込み処理の流れ図である。は本発明による電子透かしの埋め込み情報の検出処理の流れ図である。は本発明による電子透かしの埋め込み処理における量子化の説明図である。は本発明による電子透かしの難読化処理の例を説明する図である。

符号の説明

１０１透かし処理のうち、埋め込み者が行なう、非公開領域と、公開領域の境界を示す。
１０２入力画像
１０３埋め込み処理
１０４埋め込み方式
１０５源情報
１０６変形（攻撃）
１０７検出プログラム
１０８難読化処理
１０９検出処理
１１０検出された源情報

２０１画素値をフーリエ変換する処理
２０２周波数成分の低域のＮ×Ｎ画素を取り出す処理
２０３８０の倍数で量子化する処理
２０４４０を加算する処理
２０５点対称高域（Ｎ，Ｎ）成分に共役値を代入する処理
２０６フーリエ逆変換する処理

３０１画素値をフーリエ変換する処理
３０２周波数成分の低域のＮ×Ｎ画素を取り出す処理
３０３８０の倍数±２０の範囲にあるか判定する処理
３０４８０の倍数＋４０）±２０の範囲にあるか判定する処理
３０５透かしの有無の判定結果
３０６透かしの有無の判定結果
３０７透かしの有無の判定結果
３０８透かしの有無の判定結果

Claims

画像または音声などのディジタルメディアに埋め込む一つの電子透かし源情報を決定し非公開にする手段と、少なくとも１億個以上の種類のパラメータを有する埋め込み手段と、前記一つの埋め込み情報を前記埋め込みパラメータの中から複数個選んで埋め込む手段と、埋め込み後のディジタルメディアを公開する手段と、前記埋め込み後のディジタルメディアから複数個の埋め込み情報を検出するプログラムを難読化する手段と、難読化後の検出プログラムを公開する手段と、前記公開された検出プログラムを実行することにより埋め込み後のディジタルメディアから複数個の埋め込み情報を検出する手段とを有し、検出された複数個の埋め込み情報を統合し一つの埋め込み源情報の有無を判定する方式を特徴とする電子透かし埋め込み検出システム。