JP2008141391A - 電子透かし埋め込み方法、装置およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】埋め込み時と検出時とで画面サイズが大きく異なるようなスケーリング攻撃に対する電子透かしの耐性を向上させる。
【解決手段】電子透かし埋め込み装置は、入力画像信号１００を拡大方向及び縮小方向のいずれか一方の方向にスケーリングする第１のスケーリング部１１、スケーリングされた画像信号から特定周波数成分信号を抽出する抽出部１２、特定周波数成分信号と透かし情報１０２に基づいて電子透かし信号を生成する生成部１３、電子透かし信号を拡大方向及び縮小方向の他方の方向にスケーリングする第２のスケーリング部１４、及びスケーリングされた電子透かし信号を入力画像信号１００に重畳して出力画像信号１０３を生成する重畳する重畳部１５を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば記録媒体を介して提供されるデジタル動画像信号の不正な複製を防止するのに有効な電子透かし埋め込み方法、装置およびプログラムに関する。

デジタルＶＴＲ、あるいはＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）のようなデジタル画像データを記録及び再生する装置の普及により、これらの装置で再生が可能な数多くのデジタル動画像が提供されるようになってきている。またインターネット、放送衛星、通信衛星等を介したデジタルテレビ放送を通じて様々なデジタル動画像が流通し、ユーザは高品質のデジタル動画像を利用することが可能となりつつある。

デジタル動画像は、デジタル信号レベルで簡易に高品質の複製を作成することが可能であり、何らかの複製禁止あるいは複製制御を施さない場合には、無制限に複製されるおそれがある。従って、デジタル動画像の不正な複製（コピー）を防止し、あるいは正規ユーザによる複製の世代数を制御するために、デジタル動画像に複製制御のための情報を付加し、この付加情報を用いて不正な複製を防止し、複製を制限する方法が考えられている。

このようにデジタル動画像に別の付加情報を重畳する技術として、電子透かし（digital watermarking）が知られている。電子透かしは、デジタルデータ化された音声、音楽、動画及び静止画等のコンテンツに対して、コンテンツの著作権者や利用者の識別情報、著作権者の権利情報、コンテンツの利用条件、その利用時に必要な秘密情報、あるいは上述した複製制御情報などの情報（これらを透かし情報と呼ぶ）を知覚が容易ではない状態となるように埋め込み、後に必要に応じて透かし情報をコンテンツから検出することによって利用制御、複製制御を含む著作権保護を行ったり、二次利用の促進を行ったりするための技術である。

電子透かしの方式としては様々な手法が提案されており、電子透かしの一つの方式として、スペクトラム拡散技術を応用した方式が知られている。この方式では、以下の手順により透かし情報をデジタル動画像に埋め込む。

［ステップＥ１］
画像信号にＰＮ(擬似ランダムノイズ／Pseudorandom Noise)系列を乗積してスペクトラム拡散を行う。 ［ステップＥ２］
スペクトル拡散後の画像信号を周波数変換（例えば、ＤＣＴ変換）する。
［ステップＥ３］
特定の周波数成分の値を変更することで透かし情報を埋め込む。
［ステップＥ４］
逆周波数変換（例えば、ＩＤＣＴ変換）を施す。
［ステップＥ５］
スペクトル逆拡散を施す（ステップＥ１と同じＰＮ系列を乗積する）。

一方、こうして透かし情報が埋め込まれたデジタル動画像からの透かし情報の検出は、以下の手順により行う。
［ステップＤ１］
画像信号にＰＮ（擬似ランダムノイズ／Pseudorandom Noise）系列（ステップＥ１と同じＰＮ系列）を乗積してスペクトル拡散を行う。
［ステップＤ２］
スペクトル拡散後の画像信号を周波数変換（例えばＤＣＴ変換）する。
［ステップＤ３］
特定の周波数成分の値に着目し、埋め込まれた透かし情報を抽出する。

一方、動画像に適した電子透かし埋め込み手法の一つとして、埋め込み対象画像信号から抽出された特定周波数成分信号を用いて電子透かし信号を作成し、埋め込み対象画像信号に電子透かし信号を埋め込む技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法で埋め込まれた電子透かし信号を検出する際には、検出側の埋め込み済画像信号から埋め込み側で用いた特定周波数成分信号と同様の特定周波数成分信号を抽出することで検出を行う。
特開２００２−３２５２３３号公報（請求項１、図１参照）

不正利用の防止を目的として電子透かしを適用する場合、デジタル著作物に対して通常に施されると想定される各種の操作や意図的な攻撃によって、透かし情報が消失したり改竄されたりしないような性質（ロバスト性）を持つ必要がある。透かし情報を埋め込んだデジタル画像に対して透かし情報を検出できなくする攻撃としては、画像の切り出し、スケーリング（拡大／縮小）等が考えられる。

このような攻撃を受けた画像が入力された場合、スペクトラム拡散技術を応用した従来の技術では、まず、透かし情報の検出時に埋め込み時のステップＥ１で用いたＰＮ系列を推定する処理を行って、ＰＮ系列の同期を回復した後、ステップＤ１〜Ｄ３の処理を行って、埋め込まれた透かし情報を抽出する。この場合、攻撃を受けた画像では透かし情報が弱まっているので、攻撃に対応した検出を行っても透かし情報が検出できなくなるという問題がある。

一方、特許文献１に記載されたように埋め込み対象画像信号から抽出された特定周波数成分信号に基づいて生成した電子透かし信号を埋め込み、埋め込み済画像信号から抽出された特定周波数成分信号に基づいて電子透かし信号を検出する技術は、画像の切り出しやスケーリング攻撃に対する耐性が基本的に高い。しかし、高精細テレビジョン方式(High Definition Television:ＨＤＴＶ)の画面サイズから標準テレビジョン方式(Standard Definition Television:ＳＤＴＶ)の画面サイズへの変更といった大きなサイズ変更を伴うスケーリング攻撃に対する耐性については、改善の余地がある。

すなわち、画面サイズの大きな変更があると、埋め込み側で電子透かし信号が埋め込まれた周波数帯域と、検出側における電子透かし信号の抽出対象の周波数帯域が大きく異なることにより、検出側で抽出される特定周波数成分信号のエネルギーが低下するため、電子透かしの検出性能が低下する。この結果、スケーリング攻撃に対する耐性が弱まる。

本発明は、検出側で埋め込み済画像信号の特定周波数成分信号を抽出することで電子透かしを検出する際に、電子透かしの埋め込み時と検出時とで画面サイズが大きく異なるようなスケーリング攻撃に対しても高い耐性が得られる電子透かし埋め込み方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明の一観点によると、入力画像信号を拡大方向及び縮小方向のいずれか一方の方向にスケーリングするステップと；スケーリングされた画像信号から特定周波数成分信号を抽出するステップと；前記特定周波数成分信号と埋め込むべき透かし情報に基づいて電子透かし信号を生成するステップと；前記電子透かし信号を前記拡大方向及び縮小方向の他方の方向にスケーリングするステップと；スケーリングされた電子透かし信号を前記入力画像信号に重畳して出力画像信号を生成するステップと；を具備する電子透かし埋め込み方法が提供される。

本発明の他の観点によると、入力画像信号を拡大方向及び縮小方向のいずれか一方の方向にスケーリングする第１のスケーリング部と；スケーリングされた画像信号から特定周波数成分信号を抽出する抽出部と；前記特定周波数成分信号と透かし情報に基づいて電子透かし信号を生成する生成部と；前記電子透かし信号を前記拡大方向及び縮小方向の他方の方向にスケーリングする第２のスケーリング部と；スケーリングされた電子透かし信号を前記入力画像信号に重畳して出力画像信号を生成する重畳する重畳部と；を具備する電子透かし埋め込み装置が提供される。

本発明のさらに別の観点によると、入力画像信号を拡大方向及び縮小方向のいずれか一方の方向にスケーリングする処理と；スケーリングされた画像信号から特定周波数成分信号を抽出する処理と；前記特定周波数成分信号と埋め込むべき透かし情報に基づいて電子透かし信号を生成する処理と；前記電子透かし信号を前記拡大方向及び縮小方向の他方の方向にスケーリングする処理と；スケーリングされた電子透かし信号を前記入力画像信号に重畳して出力画像信号を生成する処理と；を含む電子透かし埋め込み処理をコンピュータに行わせるためのプログラムが提供される。

本発明によれば、画面サイズを大きく変更させるスケーリング攻撃に対しても高い耐性が得られ、電子透かしの検出性能が向上する。

すなわち、本発明によれば電子透かし検出装置において抽出される特定周波数成分信号と埋め込まれている電子透かし信号の周波数帯域が類似するようになるため、電子透かし検出装置側で抽出が可能な電子透かし信号成分のエネルギーが大きくなる。従って、電子透かし埋め込み済画像信号がスケーリング（拡大／縮小）攻撃を受けても、電子透かしの検出性能は低下しない。

（電子透かし埋め込み装置について）
図１に示されるように、本発明の一実施形態に係る電子透かし埋め込み装置は、第１拡大／縮小器１１、特定周波数成分抽出器１２、透かし信号生成器１３、第２拡大／縮小器１４、及び透かし信号重畳器１５を有する。図２は透かし信号生成器１３の詳細を示しており、図３は図１の電子透かし埋め込み装置の処理手順を示している。

以下、図１及び図３を用いて本実施形態に係る電子透かし埋め込み装置について説明すると、電子透かし埋め込み装置には透かし情報が埋め込まれるべき入力画像信号（以下、埋め込み対象画像信号という）１００として、例えば動画像または静止画のデジタル化された画像信号が入力される。埋め込み対象画像信号１００は、輝度信号及び色差信号の両方を含んでいてもよいが、輝度信号のみであってもよい。埋め込み対象画像信号１００と埋め込み画面サイズ及び検出画面サイズを表す埋め込み／検出画面サイズ情報１０１は、第１のスケーリング部である第１拡大／縮小器１１、及び透かし信号重畳器１５に入力される。

第１拡大／縮小器１１は、埋め込み／検出画面サイズ情報１０１に基づいて埋め込み画面サイズと検出画面サイズとの差があるしきい値以下に小さくなるか、もしくは等しくなるように、埋め込み対象画像信号１００を縮小もしくは拡大する（ステップＳ１１）。例えば、埋め込み画面サイズがＨＤＴＶサイズ、検出画面サイズがＳＤＴＶサイズであるとすると、第１拡大／縮小器１１では埋め込み対象画像信号１００をＨＤＴＶサイズからＳＤＴＶサイズへ縮小する。ＨＤＴＶサイズとはＨＤＴＶの画面サイズを意味し、ＳＤＴＶサイズとはＳＤＴＶの画面サイズを意味する。

周知のように、ＳＤＴＶは現行のアナログ地上波放送などで使われている方式であり、４８０ｉ，４８０ｐがＳＤＴＶと呼ばれる。ＨＤＴＶは、ＳＤＴＶが５２５本の走査線で画像を表示させていたのに対し、１１２５本または１２６０本に増やして映像を表示させるテレビジョン規格であり、現行の衛星デジタル放送または地上波デジタル放送などで使われている。画面の縦横比は、ＳＤＴＶでは横４：縦３であり、ＨＤＴＶでは横１６：縦９であり、映画などで使われている比率である。ＨＤＴＶの放送方式としては、１０８０ｉと７２０ｐ方式の二つがある。

ここで、埋め込み画面サイズとは、電子透かし埋め込み装置における埋め込み対象画像信号１００の画面サイズである。検出画面サイズとは、電子透かし検出装置が検出対象として想定している埋め込み済み画像の画面サイズである。より具体的には、検出画面サイズは例えば入力される埋め込み済画像信号を電子透かし検出装置を通した後に、画像の再生（表示）を行う画像再生装置（テレビジョン受像機）が扱うことのできる画像信号の画面サイズである。画像再生装置がＨＤＴＶに対応していれば、検出画面サイズはＨＤＴＶサイズ、画像再生装置がＳＤＴＶのみに対応していれば、検出画面サイズはＳＤＴＶサイズということになる。

第１拡大／縮小器１１により縮小もしくは拡大された画像信号は、特定周波数成分抽出器１２に入力される。特定周波数成分抽出器１２は、電子透かし検出時と同等の特定周波数成分、例えば比較的高い周波数成分を抽出する（ステップＳ１２）。特定周波数成分抽出器１２には、周波数領域のフィルタ、例えば所定のカットオフ周波数を有するローパスフィルタやハイパスフィルタ、あるいは所定の通過域中心周波数を有するバンドパスフィルタが用いられる。ここで、特定周波数成分抽出器１２で用いるフィルタは、後述する電子透かし検出装置で用いられる抽出器（特定周波数成分抽出器）と同じフィルタを用いても構わない。

次に、特定周波数成分抽出器１２から出力される特定周波数成分信号と、埋め込むべき透かし情報１０２に基づいて、透かし信号生成器１３により電子透かし信号が生成される（ステップＳ１３）。透かし情報１０２は、例えばデジタル信号の“１”と“０”の信号列である。

透かし信号生成器１３によって生成された電子透かし信号は、第２のスケーリング部である第２拡大／縮小器１４により電子透かし信号の画面サイズと埋め込み画面サイズ（埋め込み対象画像信号１００の画面サイズ）との差が小さくなるか、もしくは等しくなるように拡大もしくは縮小される（ステップＳ１４）。例えば、埋め込み画面サイズがＨＤＴＶサイズ、検出画面サイズがＳＤＴＶサイズであるとすると、第２拡大／縮小器１４では電子透かし信号をＳＤＴＶサイズからＨＤＴＶサイズへ拡大する。

第２拡大／縮小器１４により拡大もしくは縮小された電子透かし信号は、透かし信号重畳器１５によって埋め込み対象画像信号１００に重畳され（ステップＳ１５）、これにより透かし情報が埋め込まれた出力画像信号（以下、埋め込み済画像信号という）１０３が生成される。透かし信号重畳器１５は、例えばデジタル加算器が用いられる。

特定周波数成分抽出器１２によって抽出される特定周波数成分信号は、複数チャネル存在してもよい。その場合、複数チャネルの電子透かし信号が第２拡大／縮小器１４により拡大もしくは縮小された後、透かし情報重畳器１５により埋め込み対象画像信号１００に重畳され、埋め込み済画像信号１０３が生成される。

このようにして電子透かし信号が埋め込まれた埋め込み済画像信号１０３は、例えばＤＶＤシステムのようなデジタル画像記録再生装置によって記録媒体に記録されたり、映画素材として映画館で上映されたり、あるいはインターネット、放送衛星、通信衛星等の伝送媒体を介して伝送される。

次に、透かし信号生成器１３の具体例として、位置設定／振幅制御を用いる場合について図２を用いて説明する。透かし情報１０１は複数のビット（この例では、Ｎビット）のデータから構成されるものとする。図２に示す透かし信号生成器１３によると、振幅制御／位置設定部１６−１〜１６−Ｎにより、特定周波数成分抽出器１２から出力される特定周波数成分信号の振幅を各ビットの値に応じて制御し、拡大もしくは縮小された入力画像信号上で透かし情報１０２の各ビットにそれぞれ対応する埋め込み位置を設定し、この設定された埋め込み位置に、各ビットの値に応じて振幅を制御した特定周波数成分信号を加算部１７で重畳することにより、電子透かし信号を生成する。

具体的には、埋め込み位置の設定は単一または複数のデジタル位相シフタによって実現され、位相シフタの位相シフト量によって埋め込み位置が変化する。図５は位相シフトの様子を示す図であり、この例では特定周波数成分信号が波形を保って単純に位相（位置）がシフトされている。振幅制御は、具体的には単一または複数の排他的論理和回路やデジタル乗算器によって実現される。振幅制御時の符号や大きさは、透かし情報１０２や、画像の複雑度を表すアクティビティなどに応じて制御され、入力される特定周波数成分信号に乗じる係数（埋め込み強度）となる。例えば、アクティビティが大きいほど、係数は大きく設定される。位相設定と振幅制御の具体例については、後に詳しく説明する。

（電子透かし検出装置について）
次に、図１の電子透かし埋め込み装置により得られた埋め込み済画像信号１０３から、電子透かし信号として埋め込まれている透かし情報を検出する電子透かし検出装置について説明する。

図４に示される本実施形態に係る電子透かし検出装置には、図１の電子透かし埋め込み装置によって透かし情報１０２が埋め込まれた埋め込み済画像信号１０３が記録媒体あるいは伝送媒体を介して入力される。透かし情報１０２としては、前述したようにデジタル信号の“１”または“０”の信号列が埋め込まれているとする。

埋め込み済画像信号１０３は、抽出器２０及び第１直交変調器２１Ａに入力される。第１直交変換器２１Ｂでは、埋め込み済画像信号１０３に対してフーリエ変換のような直交変換が施される。抽出器２０では、埋め込み済画像信号１０３中の特定周波数成分信号が抽出される。抽出器２０は、図１の電子透かし埋め込み装置で用いられている特定周波数成分抽出器１２と同じ周波数領域のデジタルフィルタ、例えば所定のカットオフ周波数を有するローパスフィルタやハイパスフィルタ、あるいは所定の通過域中心周波数を有するバンドパスフィルタが用いられる。なお、抽出器２０は埋め込み済画像信号１０３の全ての周波数成分の信号を抽出する場合も考えられる。抽出器２０によって抽出された特定周波数成分信号は、もう一つの第１直交変換器２１Ｂによりフーリエ変換のような直交変換が施される。

第１直交変換器２１Ａ（例えば、フーリエ変換）後の成分と第１直交変換器２１Ｂ（例えば、フーリエ変換）後の成分は、合成器２２により複素合成される。合成された合成信号は振幅圧縮器２３に入力され、振幅成分が圧縮される。こうして圧縮された信号に対して、第２直交変換器２４により逆フーリエ変換のような直交変換（逆直交変換）が施される。第２直交変換は第１直交変換と対になっている必要があり、第１直交変換でフーリエ変換が用いられた場合には、第２直交変換はフーリエ変換または逆フーリエ変換が用いられる。第２直交変換後の信号は推定器２５に入力され、推定器２５により透かし情報１０４が推定される。

上述した直交変換、複素合成及び振幅圧縮による相関手法は位相限定相関と呼ばれる。直交変換、複素合成及び振幅圧縮のそれぞれの処理を行う位置は、図４と異なっても構わない。埋め込み済画像信号１０３と特定周波数成分信号の相関に関しては、位相限定相関に代えて相互相関などの他の相関を用いても構わない。

次に、推定器２５によって透かし情報１０４を推定する具体的な方法について図５及び図６を用いて説明する。
推定器２５では、埋め込み済画像信号１０３（特定周波数成分信号の位相シフト／振幅変換信号が埋め込まれた画像信号）、抽出器２０により抽出された特定周波数成分信号の相関（相互相関や位相限定相関）値が入力される。図６は、この相関値と位相シフト量との関係であり、相関値として相互相関値を用いた場合について示している。

図６に示されるように、相関値の変化を見た場合、ある位相シフト量の位置にピークが現れ、このピークの極性が透かし情報を表す。例えば、相互相関値のピークは透かし情報の値に応じて正、負のいずれかの値をとり、例えばピークが正の場合、透かし情報は“１”、ピークが負の場合、透かし情報は“０”と判定される。このようにして、推定器２５から判定結果である透かし情報１０４が出力される。

本実施形態の透かし検出装置は、埋め込み済み画像信号１０３がスケーリング（拡大／縮小）攻撃を受けた場合に適している。埋め込み済画像信号１０３がスケーリング（拡大／縮小）攻撃を受けていると、特定周波数成分信号の位相シフト量が透かし埋め込み装置において特定周波数成分信号に与えられた位相シフト量と異なった値になる。そこで、本実施形態においては推定器２５によって位相シフト量を連続的あるいは段階的に制御し、それに伴って出力される相関値のピークを探索し、探索されたピークの位置と極性や大きさから透かし情報を推定して検出する。図６に示した例では相関値は正であるため、透かし情報は“１”と推定（判定）される。このようにして、スケーリング攻撃を受けた画像に対しても、推定器２５により検出された透かし情報１０４が出力される。

本実施形態によると、埋め込み済画像信号１０３から特定周波数成分信号を抽出し、この特定周波数成分信号と埋め込み済画像信号１０３との相関（相互相関や位相限定相関）の相関結果により透かし情報を検出する。この場合、位相シフト（位置変化）させながら相関演算を行うことで、相関値のピークが探索できるので、スケーリング(拡大／縮小)攻撃を受けた電子透かし信号埋め込み済画像１０３からも容易に透かし情報１０４の検出が可能となる。

（電子透かし埋め込み／検出の具体的動作例）
次に、図１の電子透かし埋め込み装置において２ビットの透かし情報１０２を画像信号に埋め込み、図４の電子透かし検出装置によって透かし情報を検出する場合の具体的な動作例を図７〜図１０を用いて説明する。ここで、簡単のため第１拡大／縮小器１１及び第２拡大／縮小器１４では１倍の拡大／縮小が行われると仮定して、拡大／縮小処理を無視して説明を行うこととするが、拡大／縮小率が１倍でない場合も、同様に考えることが可能である。

図１の電子透かし埋め込み装置において、埋め込み対象画像信号１００が図７（ａ）であるとすると、この埋め込み済画像信号１００はデジタルフィルタを用いた特定周波数成分抽出器１２により図７（ｂ）に示す特定周波数成分信号（特定周波数成分の画像に対応する）が抽出される。この特定周波数成分信号は透かし信号生成器１３に入力され、まず二つの位相シフタによって予め定められた所定のシフト量だけ位相シフトされる。

次に、位相シフト信号に透かし情報１０２の第０ビット及び第１ビットを表現するファクタが乗じられる。例えば、透かし情報１０２が“０”であれば位相シフト信号に−１が乗じられ、透かし情報１０２が“１”であれば位相シフト信号に＋１が乗じられる。図７（ｃ）及び（ｄ）に、透かし情報１０２が（１，１）（第０ビット及び第１ビットが共に“１”）の場合の位相シフト信号１及び２を示す。ここで、画像の位相は画像中の位置に対応するため、位相シフトは画面内の位置の移動を表している。図７（ｃ）及び（ｄ）によると、位相シフトにより特定周波数成分信号と位相シフト信号１及び２とでは信号の位相が異なっており、最も左にあるピークの位置が異なっている。このようなピークの位置の違いは、位相がシフトされることにより生じる。

この後、ビット表現のためのファクタが乗じられた位相シフト信号１及び２が透かし信号重畳器１５で埋め込み対象画像信号１００に加算されることにより、図７（ｅ）で示す埋め込み済画像信号１０３が生成される。図７（ｅ）中の実線は電子透かし信号埋め込み済画像１０３を示しており、図７（ｅ）で示す波形は埋め込み対象画像信号１００と図７（ｃ）及び（ｄ）で示す位相シフト信号１及び２を加算合成した波形となっている。

一方、図７のように透かし情報１０２が埋め込まれた埋め込み済画像信号１０３から透かし情報１０２を図４の透かし検出装置によって検出する場合には、まず図８（ａ）で示す埋め込み済み画像信号１０３（図７（ｅ）で示す埋め込み済み画像信号１０３に対応する）から、デジタルフィルタなどの抽出器２０によって図８（ｂ）で示す特定周波数成分信号が抽出される。埋め込み済画像信号１０３に対してスケーリング（拡大／縮小）攻撃が行われていない場合、埋め込み済み画像信号１０３が位相シフタにより図８（ｃ）及び（ｄ）で示すように図７（ｃ）及び（ｄ）のシフト量と同じ所定のシフト量だけ位相シフトされる。

次に、埋め込み済画像信号１０３と位相シフト信号との相関値が第１直交変換器２１Ａ，２１Ｂ、合成器２２、振幅圧縮器２３、第２直交変換器２４及び推定器２５を通して求められ、その相関値のピークから透かし情報が判定される。例えば、相関値のピークが正であれば、透かし情報は＋１（“１”）と判定され、相関値のピークが負であれば、透かし情報は−１（“０”）と判定される。

ここで、埋め込み済画像信号１０３に対してスケーリング(拡大／縮小)攻撃が行われている場合、位相シフト量が図６で説明したのと同様に制御されることによって、位相シフト量が探索される。すなわち、位相シフト量の制御に伴い推定器２５によって相関値のピークが探索され、そのピーク位置から透かし情報１０４が推定される。例えば、埋め込まれている透かし情報１０２が（１，１）の場合、図９のように相関値の正のピークが原点（位相シフト量が零の点）以外に２箇所存在することにより、透かし情報１０２が判定される。また、透かし情報１０２が（１，−１）の場合、図１０のように相関値の正のピークが原点の近いところに存在し、負のピークが原点から正のピークより遠いところに存在することにより、透かし情報が判定される。なお、図９と図１０では、相関値として相互相関値を用いた場合について示している。

なお、図７及び図８は画像の１ラインの信号を例示的に示しており、そのため一次元の信号として描かれている。ここで、特定周波数成分信号を埋め込み対象画像信号１００に加算して埋め込み済画像信号１０３を作成する際に、ライン毎、複数ライン毎、フィールド毎、複数フィールド毎、フレーム毎及び複数フレーム毎のいずれか、あるいはこれらの適宜の組み合わせで位相シフト信号の極性を反転する方式も考えられる。また、位相シフト量をライン毎に左右反転する方式も考えられる。

また、キャリブレーション信号を併せて埋め込み、それを透かし情報の検出に利用する方式なども考えられる。さらに、特定周波数成分信号１００を加算する際に振幅を制限して画質劣化を抑える方式、抽出手段及び位相振幅変換手段の少なくとも一方の特性をランダム化情報によってランダム化する方式なども考えられる。

さらに、本実施形態によると電子透かし埋め込み装置において第１拡大／縮小器１１により埋め込み対象画像信号１００の縮小もしくは拡大を行い、電子透かし信号を第２拡大／縮小器１４により電子透かし信号の拡大もしくは縮小を行うことにより、埋め込み済画像信号１０３が大きなスケーリング攻撃を受けた場合でも、電子透かし検出装置における電子透かしの検出性能が低下しにくいという利点がある。以下、この利点について説明する。

図１１（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は、特許文献１に記載された手法による電子透かし埋め込み／検出の動作例を説明するための電子透かし信号（ＷＭ）の振幅周波数特性を示している。図１１（ａ）に示される埋め込み時の電子透かし信号は、埋め込み対象画像信号から抽出された特定周波数成分信号が用いられる。図１１（ａ）の電子透かし信号である特定周波数成分信号は、電子透かし検出装置において埋め込み済画像信号から抽出される特定周波数成分信号と同様であるとする。

ここで、電子透かし埋め込み装置において電子透かし信号をＨＤＴＶサイズで埋め込み、電子透かし検出装置においてＳＤＴＶで検出する場合を考える。すなわち、埋め込み画面サイズはＨＤＴＶサイズ、検出画面サイズはＳＤＴＶサイズであるとする。言い換えれば、電子透かし信号が埋め込まれた埋め込み済画像信号は、ＨＤＴＶサイズからＳＤＴＶサイズへの縮小のスケーリング攻撃を受けた後、埋め込まれた電子透かし信号の検出がなされる。

図１１（ｂ）は、このような場合の検出時の電子透かし信号の振幅周波数特性であり、図１１（ａ）に比較して高域側に電子透かし信号が集中していることが分かる。これは図１１（ａ）の電子透かし信号が埋め込まれた埋め込み済画像信号の画面サイズがＨＤＴＶサイズからＳＤＴＶサイズへと変更（縮小）されることにより、電子透かし信号の周波数成分が高域側にシフトするためである。

次に、電子透かし検出装置において、図１１（ｂ）の電子透かし信号が埋め込まれた埋め込み済画像信号から、図１１（ｃ）に示すように図１１（ａ）の埋め込みと同じ周波数帯域の特定周波数成分信号を抽出することにより、図１１（ｂ）に示される電子透かし信号を抽出する。この場合、図１１（ｂ）の埋め込まれた電子透かし信号は前述したように高域側に集中しているため、その周波数帯域は電子透かし検出装置において抽出される図１１（ｃ）の特定周波数成分信号の周波数帯域より狭くなっている。従って、抽出される図１１（ｃ）の特定周波数成分信号のエネルギーは、図１１（ａ）に示した埋め込み時の電子透かし信号のエネルギーと比較して低減しているため、スケーリング（拡大／縮小）攻撃により電子透かしの検出性能は低下することが分かる。

一方、図１２（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は、本実施形態による電子透かし埋め込み／検出の動作例を説明するための電子透かし信号（ＷＭ）の振幅周波数特性を示している。電子透かし検出装置では、電子透かし信号が埋め込まれた埋め込み済画像信号１０３がスケーリングなどの攻撃を受けて検出装置に入力される場合、受けた攻撃を特定することは非常に困難であり、従って抽出器２０が特定周波数成分信号を抽出する帯域を、埋め込み済画像１０３が受けた攻撃に応じて変更するようなことも困難である。そこで、本実施形態では埋め込み装置における電子透かし信号の振幅周波数特性を想定される攻撃に応じて変更する。

以下、先と同様に図１の電子透かし埋め込み装置において電子透かし信号をＨＤＴＶサイズで埋め込み、図４の電子透かし検出装置においてＳＤＴＶサイズで検出する場合を考える。すなわち、電子透かし埋め込み装置により電子透かし信号が埋め込まれた埋め込み済画像信号１０３は、ＨＤＴＶサイズからＳＤＴＶサイズへの縮小のスケーリング攻撃を受けた後、電子透かし検出装置において電子透かし信号が検出される。

図１２（ａ）に示される埋め込み時の電子透かし信号は、埋め込み対象画像信号１００から第１拡大／縮小器１１、特定周波数成分抽出器１２、透かし信号生成器１３及び第２拡大／縮小器１３を経て生成された信号である。すなわち、埋め込み対象画像信号１００は第１拡大／縮小器１１によりＨＤＴＶサイズからＳＤＴＶサイズへと縮小され、縮小後の埋め込み対象画像信号から特定周波数成分抽出器１２により特定周波数成分信号が抽出される。抽出された特定周波数成分信号から、透かし情報１０２を用いて透かし信号生成器１３により電子透かし信号が生成され、さらに第２拡大／縮小器１３によりＳＤＴＶサイズからＨＤＴＶサイズへと拡大されることによって、図１２（ａ）の電子透かし信号が生成される。従って、図１２（ａ）の電子透かし信号の周波数帯域は図１１（ａ）に示した電子透かし信号の帯域に対して低域側に拡がっている。

ここで、図１２（ａ）の電子透かし信号の周波数帯域は、電子透かし検出装置において入力される埋め込み済画像信号１０３から抽出される特定周波数成分信号の周波数帯域と同様であるとする。すなわち、図１２（ａ）の電子透かし信号中の特定周波数成分信号の周波数帯域は、電子透かし検出装置側でＳＤＴＶの画面サイズで電子透かし信号を検出する際に抽出器２０により抽出される図１２（ｃ）の特定周波数成分信号の周波数帯域と同じになるように決定される。

一方、電子透かし検出装置では図１２（ｂ）及び（ｃ）に示すように電子透かし信号を検出する。電子透かし検出装置に入力される埋め込み済画像信号１０３中の電子透かし信号の成分は、図１２（ｂ）に示される。ここで、埋め込まれた電子透かし信号は画面サイズがＨＤＴＶサイズからＳＤＴＶサイズへ変更されることにより、電子透かし検出装置に入力される際には、周波数帯域が図１２（ｂ）に示すように高域側に寄ることが分かる。

次に、電子透かし検出装置において図１２（ｂ）の電子透かし信号が埋め込まれている埋め込み済画像信号１０３から、図１２（ｃ）に示したように特定周波数成分信号を抽出することで、埋め込まれている電子透かし信号を抽出することを考える。図１２（ｃ）の検出時の電子透かし信号の振幅周波数特性は、受ける攻撃に関わらず一定、つまり図１１（ｃ）と同一である。この場合、電子透かし検出装置において抽出器２０により抽出される図１２（ｃ）の特定周波数成分信号と埋め込まれている図１２（ｂ）の電子透かし信号の周波数帯域が類似するため、電子透かし検出装置側で抽出が可能な電子透かし信号成分のエネルギーが大きくなる。従って、電子透かし埋め込み済画像信号がスケーリング（拡大／縮小）攻撃を受けても、電子透かしの検出性能は低下しない。

上記の実施形態では、埋め込み画面サイズがＨＤＴＶサイズ、検出画面サイズがＳＤＴＶサイズとして説明したが、本発明は埋め込み画面サイズと検出画面サイズが異なる場合全般に適用することが可能である。例えば、埋め込み画面サイズがＳＤＴＶサイズ、検出画面サイズがＨＤＴＶサイズの場合にも、同様に考えることができる。その場合、第１拡大／縮小器１１では埋め込み大小画像信号１００の画面サイズをＳＤＴＶサイズからＨＤＴＶサイズへ拡大し、第２拡大／縮小器１３では電子透かし信号の画面サイズをＨＤＴＶサイズからＳＤＴＶサイズへと縮小すればよい。さらに、埋め込み画面サイズがＨＤＴＶサイズよりも大きい場合（例えば、スーパーハイビジョン(7,680×4,320画素)、４Ｋデジタルシネマ規格(4,096×2,160画素)）、検出画面サイズがＳＤＴＶサイズの場合でも同様に考えることができる。

さらに、本発明の他の実施形態として図１に示した電子透かし埋め込み装置を埋め込み画面サイズと検出画面サイズが等しい場合に、第１拡大／縮小器１１及び第２拡大／縮小器１３がない電子透かし埋め込み装置として機能させるようにしてもよい。具体的には、例えば図１３に示すように第１拡大／縮小器１１及び第２拡大／縮小器１３に例えばバイパススイッチ３１及び３２を接続し、埋め込み画面サイズと検出画面サイズが異なる場合はスイッチ３１及び３２をオフ状態とし、埋め込み画面サイズと検出画面サイズが等しい場合にはスイッチ３１及び３２をオン状態として第１拡大／縮小器１１及び第２拡大／縮小器１３をバイパスさせめようにすればよい。

以上説明した本発明の実施形態に基づく電子透かし埋め込み処理及び電子透かし検出処理は、ハードウェアでも実現可能であるが、パーソナルコンピュータのようなコンピュータを用いてソフトウェアにより実行することも可能である。従って、本発明によれば以下に挙げるようなプログラム、あるいは当該プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明は、デジタルＶＴＲまたはＤＶＤのようなデジタル画像データを記録及び再生する装置に好適である。

本発明の一実施形態に係る電子透かし埋め込み装置を示すブロック図 図１中の透かし信号生成器の具体例を示すブロック図 同実施形態に係る電子透かし埋め込み手順を示すフローチャート 同実施形態に係る電子透かし検出装置を示すブロック図 位相制御器による特定周波数成分信号の位相シフトを説明する図 図１の電子透かし検出装置における相関値のピーク探索と透かし情報検出の動作例を示す図 図１の電子透かし埋め込み装置の動作を示す各部の波形図 図４の電子透かし検出装置の動作を示す各部の波形図 図４の電子透かし検出装置における透かし情報が（１，１）の場合の相関値のピーク探索と透かし情報検出の動作を示す図 図４の電子透かし検出装置における透かし情報が（１，−１）の場合の相関値のピーク探索と透かし情報検出の動作を示す図 スケーリング攻撃がある場合の埋め込み／検出の概念を示す図 同実施形態に係る電子透かし埋め込み／検出の概念を示す図 本発明の他の実施形態に係る電子透かし埋め込み装置を示すブロック図

符号の説明

１１・・・第１拡大／縮小器（第１のスケーリング部）
１２・・・特定周波数成分抽出器
１３・・・透かし信号生成器
１４・・・第２拡大／縮小器（第２のスケーリング部）
１５・・・透かし信号重畳器
２０・・・抽出器
２１Ａ・・・第１直交変換器
２１Ｂ・・・第１直交変換器
２２・・・合成器
２３・・・振幅圧縮器
２４・・・第２直交変換器
２５・・・推定器
３１，３２・・・バイパススイッチ
１００・・・埋め込み対象画像信号
１０１・・・埋め込み／検出画面サイズ情報
１０２・・・透かし情報
１０３・・・埋め込み済画像信号
１０４・・・透かし情報

Claims (6)

1. 入力画像信号を拡大方向及び縮小方向のいずれか一方の方向にスケーリングするステップと；
   スケーリングされた画像信号から特定周波数成分信号を抽出するステップと；
   前記特定周波数成分信号と埋め込むべき透かし情報に基づいて電子透かし信号を生成するステップと；
   前記電子透かし信号を前記拡大方向及び縮小方向の他方の方向にスケーリングするステップと；
   スケーリングされた電子透かし信号を前記入力画像信号に重畳して出力画像信号を生成するステップと；を具備する電子透かし埋め込み方法。
2. 入力画像信号を拡大方向及び縮小方向のいずれか一方の方向にスケーリングする第１のスケーリング部と；
   スケーリングされた画像信号から特定周波数成分信号を抽出する抽出部と；
   前記特定周波数成分信号と透かし情報に基づいて電子透かし信号を生成する生成部と；
   前記電子透かし信号を前記拡大方向及び縮小方向の他方の方向にスケーリングする第２のスケーリング部と；
   スケーリングされた電子透かし信号を前記入力画像信号に重畳して出力画像信号を生成する重畳する重畳部と；
   を具備する電子透かし埋め込み装置。
3. 前記透かし情報は複数ビットのデータを含み、前記生成部は前記スケーリングされた画像信号上で前記複数ビットの各々に対応する埋め込み位置を設定し、前記特定周波数成分信号の振幅を前記各ビットの値に応じて制御した信号を前記埋め込み位置に重畳する請求項２に記載の電子透かし埋め込み装置。
4. 前記入力画像信号は高精細テレビジョン方式（ＨＤＴＶ）の画面サイズを有し、前記第１のスケーリング部は前記入力画像信号を標準テレビジョン方式（ＳＤＴＶ）の画面サイズに縮小し、前記第２のスケーリング部は前記電子透かし信号を前記ＨＤＴＶの画面サイズに拡大することを特徴とする請求項２に記載の電子透かし埋め込み装置。
5. 前記入力画像信号は標準テレビジョン方式（ＳＤＴＶ）の画面サイズを有し、前記第１のスケーリング部は前記入力画像信号を高精細テレビジョン方式（ＨＤＴＶ）の画面サイズに拡大し、前記第２のスケーリング部は前記電子透かし信号を前記ＳＤＴＶの画面サイズに縮小することを特徴とする請求項２に記載の電子透かし埋め込み装置。
6. 入力画像信号を拡大方向及び縮小方向のいずれか一方の方向にスケーリングする処理と；
   スケーリングされた画像信号から特定周波数成分信号を抽出する処理と；
   前記特定周波数成分信号と埋め込むべき透かし情報に基づいて電子透かし信号を生成する処理と；
   前記電子透かし信号を前記拡大方向及び縮小方向の他方の方向にスケーリングする処理と；
   スケーリングされた電子透かし信号を前記入力画像信号に重畳して出力画像信号を生成する処理と；を含む電子透かし埋め込み処理をコンピュータに行わせるためのプログラム。

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