JP2009141554A - Method and device for embedding electronic watermark and device for detecting electronic watermark - Google Patents

Method and device for embedding electronic watermark and device for detecting electronic watermark Download PDF

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JP2009141554A JP2007314432A JP2007314432A JP2009141554A JP 2009141554 A JP2009141554 A JP 2009141554A JP 2007314432 A JP2007314432 A JP 2007314432A JP 2007314432 A JP2007314432 A JP 2007314432A JP 2009141554 A JP2009141554 A JP 2009141554A
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陽 汐崎
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Osaka University NUC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for embedding electronic watermarks which have durability, as well as, have block-to-block boundaries that are made inconspicuous. <P>SOLUTION: An image is divided into blocks and confidential information is embedded in a block (A<SB>ij</SB>). A shift value α is set for the block (A<SB>ij</SB>) to change the average value of pixels in the block according to the confidential information embedded in the block. Each pixel value in the block is increased or decreased by a uniform random number, according to the shift value α so that the average pixel value (<A1<SB>ij</SB>>) of the block, after the confidential information is embedded and the average pixel value (<A0<SB>ij</SB>>) of the block before the confidential information is embedded, satisfy the relation in formula (1): formula (1) (<A1<SB>ij</SB>>)≥ä(<A0<SB>ij</SB>>)+α}where (<A0<SB>ij</SB>>) and (<A1<SB>ij</SB>>) are the respectively average pixel values of the blocks A0<SB>ij</SB>and A1<SB>ij</SB>before and after information embedding and the shift value α is positive, when the confidential information is 1 or negative, when the confidential information is 0. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、画像に秘密情報を電子透かしとして埋め込む方法およびこれを用いた電子透かし埋め込み装置、および電子透かし検出装置に関する。   The present invention relates to a method of embedding secret information as an electronic watermark in an image, an electronic watermark embedding device using the method, and an electronic watermark detection device.

デジタル化された静止画像や動画像は、画像劣化することなく簡単に複製を作ることができることから、著作権が問題となる。そのため著作権保護の対策の一つとして、画像に著作権情報を秘密情報として埋め込む電子透かし技術が利用されている。   Since digitized still images and moving images can be easily duplicated without image deterioration, copyright is a problem. Therefore, as one of the measures for protecting the copyright, a digital watermark technique for embedding copyright information as confidential information in an image is used.

著作権の保護に適用される電子透かしでは、単に画像を見ただけでは埋め込んだ秘密情報が知覚されないこと、秘密情報の埋め込みによる画像の劣化が知覚できないこと、画像に対して様々な加工が施されても埋め込まれた秘密情報が破壊されにくいこと等が要求され、これら要求を満たすことができる埋め込み技術が求められている。   In digital watermarks applied to copyright protection, the embedded secret information cannot be perceived simply by looking at the image, the deterioration of the image due to the embedded confidential information cannot be perceived, and various processing is applied to the image. However, it is required that the embedded secret information is not easily destroyed, and an embedding technique capable of satisfying these requirements is demanded.

著作権情報のような秘密情報を画像内に埋め込む方法の一つとして、画像を小ブロック単位に区切り、ブロック単位で1ビットの秘密情報(「1」or「0」)を埋め込むことがなされている。その場合の秘密情報を埋め込む方法として、各ブロックの画素値(例えば輝度値)の平均値を利用して、1ビットの秘密情報を表現する方法が知られている(例えば非特許文献1参照)。   One method of embedding confidential information such as copyright information in an image is to divide the image into small blocks and embed 1-bit confidential information (“1” or “0”) in blocks. Yes. As a method of embedding secret information in that case, a method of expressing 1-bit secret information using an average value of pixel values (for example, luminance values) of each block is known (for example, see Non-Patent Document 1). .

図12は、ブロックごとの画素値の平均を利用して、秘密情報を埋め込む方法および秘密情報を検出する方法の原理を説明する図である。秘密情報を埋め込む前の原画像を参照画像とし、秘密情報を埋め込んだ後の画像を埋め込み画像とする。ここでは画素値が(Y、Cb,Cs)表色系の輝度情報(Y)であるとして説明するが、画素の情報であれば(R,G,B)で表現される三原色情報、(Y、Cb,Cs)表色系による輝度情報および色情報、(Y、I、Q)表色系による輝度情報および色情報のいずれであってもよい。   FIG. 12 is a diagram for explaining the principle of a method for embedding secret information and a method for detecting secret information using an average of pixel values for each block. An original image before embedding secret information is set as a reference image, and an image after embedding secret information is set as an embedded image. Here, description will be made assuming that the pixel value is luminance information (Y) of the (Y, Cb, Cs) color system, but if it is pixel information, the three primary color information expressed by (R, G, B), (Y , Cb, Cs) luminance information and color information based on the color system, and (Y, I, Q) luminance information and color information based on the color system.

説明の便宜上、画像全体は縦横に3つずつ並んだ9個のブロックにより構成されるものとする。iを行方向のブロック番号、jを列方向のブロック番号とし、参照画像のブロックをRijと呼び、埋め込み画像をSijと呼ぶこととする。したがって図11において、参照画像側のブロックR11、R12、R31、R32は、それぞれ、秘密情報が埋め込まれた埋め込み画像側のブロックS11、S12、S31、S32と1対1に対応する。 For convenience of explanation, it is assumed that the entire image is composed of nine blocks arranged three by three vertically and horizontally. i is a block number in the row direction, j is a block number in the column direction, a block of the reference image is called R ij, and an embedded image is called S ij . Therefore, in FIG. 11, the blocks R 11 , R 12 , R 31 , and R 32 on the reference image side have a one-to-one correspondence with the blocks S 11 , S 12 , S 31 , and S 32 on the embedded image side where the secret information is embedded, respectively. Corresponding to

また、説明の便宜上、各ブロックは4行×4列の画素群で構成され、ブロックR11、R12は画素値の分散が大きく(画素値のばらつきが大きい)、ブロックR31、R32は画素値の分散が最も小さい(画素値がすべて一定)ものとする。 Further, for convenience of explanation, each block is composed of a pixel group of 4 rows × 4 columns, the blocks R 11 and R 12 have a large dispersion of pixel values (a large variation in pixel values), and the blocks R 31 and R 32 have It is assumed that the variance of pixel values is the smallest (the pixel values are all constant).

ブロックごとに、1ビットの秘密情報(「1」or「0」)の埋め込むときの規則として、「1」を埋め込むブロックについては、ブロックの画素値の平均を原画像より大きい値にシフト(変化)することにし、「0」を埋め込むブロックについては当該ブロックの画素値の平均を原画像より小さい値にシフト(変化)することにする。すなわち、i行、j列のブロックSij、Rijの画素値の平均を<Sij>、<Rij>とすると、シフト値α(≠0)だけ画素値の平均を増減するとして、次式が成立するようにブロック内の各画素に演算を行う。
<Sij>=<Rij>+α
ただし、「1」を埋め込むときのαは正の整数、「0」を埋め込むときのαは負の整数とする。
As a rule for embedding 1-bit confidential information (“1” or “0”) for each block, for the block in which “1” is embedded, the average pixel value of the block is shifted (changed) to a value larger than the original image. For the block in which “0” is embedded, the average of the pixel values of the block is shifted (changed) to a value smaller than the original image. That is, assuming that the average of the pixel values of the blocks S ij and R ij in the i row and the j column is <S ij > and <R ij >, the average of the pixel values is increased or decreased by the shift value α (≠ 0). An operation is performed on each pixel in the block so that the equation is established.
<S ij > = <R ij > + α
However, α when embedding “1” is a positive integer, and α when embedding “0” is a negative integer.

このとき、埋め込み対象のブロックAijを構成する各画素値に対し、シフト値αが一様に加算または減算されることにより、平均がαだけシフトすることになる。
例えば、シフト値α=2とし、図12(a)に示すように、ブロックR11、R31に対しては、秘密情報「1」を埋め込むため、一様に2を加算してS11、S31とする。ブロックR12、R32に対しては、秘密情報「0」を埋め込むため、一様に2を減算してS12、S32とする。
At this time, the average is shifted by α by uniformly adding or subtracting the shift value α to each pixel value constituting the block A ij to be embedded.
For example, the shift value alpha = 2, as shown in FIG. 12 (a), the block R 11, against R 31, to embed secret information "1", uniformly adds the 2 S 11, and S 31. In order to embed the secret information “0” for the blocks R 12 and R 32 , 2 is uniformly subtracted to obtain S 12 and S 32 .

この場合、ブロックR11、R31の画素値の平均<R11>、<R31>はそれぞれ4.8125、5である(<R11>は(5+3+10+・・・+8+5+7)/16=4.8125)。ブロックS11、S31の画素値の平均<S11>、<S31>は、それぞれ<R11>および<R31>よりも2ずつ大きい6.8125、7である。同様に、ブロックR12、R32の画素値の平均<R12>、<R32>はそれぞれ5.625、5であり、ブロックS12、S32の画素値の平均<S12>、<S32>は、それぞれ<R12>、<R32>よりも2ずつ小さい3.625、3である。 In this case, the average pixel values <R 11 > and <R 31 > of the blocks R 11 and R 31 are 4.8125 and 5, respectively (<R 11 > is (5 + 3 + 10 +... + 8 + 5 + 7) /16=4.8125). The average pixel values <S 11 > and <S 31 > of the blocks S 11 and S 31 are 6.8125 and 7, respectively, which are two larger than <R 11 > and <R 31 >. Similarly, the average pixel values <R 12 > and <R 32 > of the blocks R 12 and R 32 are 5.625 and 5, respectively, and the average pixel values of the blocks S 12 and S 32 are <S 12 > and <S 32. > Is 3.625, 3 which is smaller by 2 than <R 12 > and <R 32 >, respectively.

一方、秘密情報が埋め込まれた埋め込み画像から秘密情報を検出するときには、画像を埋め込み時と同じブロックに分割し、ブロックR11、R12、R31、R32、S11、S12、S31、S32のそれぞれについて、ブロック内の画素値の平均を算出する。
そして、平均値の差<S11>−<R11>、<S12>−<R12>、<S31>−<R31>、<S32>−<R32>の値を算出することにより、各ブロックのシフト値αの正負を判定する。この場合、<S11>−<R11>、<S31>−<R31>については+2で正数となり、<S12>−<R12>、<S32>−<R32>については−2で負数となっているため、S11、S31には秘密情報「1」が埋め込まれ、S12、S32については秘密情報「0」が埋め込まれていることが検出される。
On the other hand, when detecting the secret information from the embedded image in which the secret information is embedded, the image is divided into the same blocks as at the time of embedding and the blocks R 11 , R 12 , R 31 , R 32 , S 11 , S 12 , S 31 are used. for each of S 32, it calculates the average of the pixel values in the block.
Then, the difference between the average value <S 11> - <R 11 >, <S 12> - <R 12>, <S 31> - <R 31>, <S 32> - calculating the value of <R 32> Thus, the sign of the shift value α of each block is determined. In this case, for <S 11 >-<R 11 > and <S 31 >-<R 31 >, +2 is a positive number, and for <S 12 >-<R 12 >, <S 32 >-<R 32 > because it has a negative -2, the S 11, S 31 is embedded secret information "1", the S 12, S 32 it is detected that is embedded secret information "0".

なお、シフト値αを大きくするほど、埋め込み強度(耐性)が強くなる。図12(b)は、シフト値α=+1、−1にしたとき、および、シフト値α=+3、−3にしたときのS31,S32を示している。
前者は平均値差<S31>−<R31>の値が+1であり、後者は平均値差<S31>−<R31>が+3である。例えば図12(b)に示すように、S31がブロックの列を一列ずらす攻撃を受けてS’31になった場合に、画素値の平均はシフト値α=±1の場合は平均が5.5であり、シフト値α=±3の場合は平均が6.5である。このときの平均差<S’31>−<R31>の値が+0.5であり、後者は平均値差<S31>−<R31>が+1.5であり、シフト値αの大きい方が耐性は強くなる。
"A Digital Image Watermarking Scheme Withstanding StirMark Attack", Jiro Tanimoto, Akira Shiozaki, SCIS'99 The 1999 Symposium on Cryptography and Information Security Kobe, Japan, January 26-29,1999 The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers
As the shift value α is increased, the embedding strength (resistance) is increased. FIG. 12B shows S 31 and S 32 when the shift value α = + 1, −1 and when the shift value α = + 3, -3.
In the former, the average value difference <S 31 > − <R 31 > is +1, and in the latter, the average value difference <S 31 > − <R 31 > is +3. For example, as shown in FIG. 12B, when S 31 is subjected to an attack that shifts a column of blocks by one and becomes S ′ 31 , the average pixel value is 5.5 when the shift value α = ± 1. When the shift value α = ± 3, the average is 6.5. At this time, the average difference <S ′ 31 > − <R 31 > is +0.5, and in the latter, the average value difference <S 31 > − <R 31 > is +1.5, and the shift value α is large. The tolerance becomes stronger.
"A Digital Image Watermarking Scheme Withstanding StirMark Attack", Jiro Tanimoto, Akira Shiozaki, SCIS'99 The 1999 Symposium on Cryptography and Information Security Kobe, Japan, January 26-29,1999 The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers

上述したように、ブロック内の画素値の平均が原画像に比べて大小いずれであるかにより、秘密情報を埋め込むようにした電子透かしでは、シフト値αを大きくするほど、すなわち、ブロック内の各画素に一様に加える値αを大きくするほど耐性を強くすることができる。   As described above, in the digital watermark in which the secret information is embedded depending on whether the average of the pixel values in the block is larger or smaller than that of the original image, as the shift value α is increased, that is, in each block in the block. The tolerance can be increased as the value α uniformly applied to the pixels is increased.

しかしながら、シフト値αを大きくするほど、逆に、ブロック間の境界で画像劣化が目立つようになる。図12においてR11、R12で示したような分散の大きいブロック間では画像の劣化はさほど目立たないが、特に、R31、R32のような分散の小さいブロック間で、かつ、一方のブロックに対しシフト値αを加算し他方のブロックに対しシフト値αを減算する場合については、ブロック間の境界での劣化が大きく、場合によっては筋状の境目が目立つようになる。 However, as the shift value α is increased, the image degradation becomes conspicuous at the boundary between blocks. In FIG. 12, image degradation is not so conspicuous between blocks with large dispersion as indicated by R 11 and R 12 , but in particular, between blocks with small dispersion such as R 31 and R 32 , and one block In the case where the shift value α is added to the other block and the shift value α is subtracted from the other block, deterioration at the boundary between the blocks is large, and in some cases, a streak-like boundary becomes conspicuous.

以上の説明は、画素値の平均に対してシフト値αを加減することにより電子透かしを埋め込む場合であるが、画素値に何らかの画像処理を施す場合に用いる変換係数値に対して電子透かしを埋め込む場合についても同様の問題が生じる。   In the above description, the digital watermark is embedded by adding or subtracting the shift value α with respect to the average of the pixel values. However, the digital watermark is embedded in the conversion coefficient value used when performing some image processing on the pixel value. Similar problems arise in some cases.

そこで、本発明は画像をブロック化し、ブロック内の画素値の平均または変換係数値の平均をシフトさせて電子透かしを埋め込む場合に、これまでの埋め込み方法と同程度の耐性を有するとともに、ブロック間の境界の劣化(筋状の境界線)が目立たないようにした電子透かしの埋め込み方法、電子透かし埋め込み装置および電子透かし検出装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention blocks an image, and when embedding a digital watermark by shifting the average of pixel values or the average of transform coefficient values in the block, the present invention has the same level of resistance as the conventional embedding method and It is an object of the present invention to provide an electronic watermark embedding method, an electronic watermark embedding device, and an electronic watermark detection device that prevent deterioration of the boundary of the image (a streak-like boundary line).

上記課題を解決するためになされた本発明の電子透かし情報埋め込み装置は、画像を構成する各画素の輝度情報や色情報である画素値又は前記画素値に演算を行う変換係数値に対し、秘密情報を埋め込む電子透かし埋込方法であって、(a)画像又は変換係数をM行×N列(M,Nは2以上の整数)の画素群又は変換係数群に区切ってブロック化し、(b)秘密情報を埋め込むブロックに対し、そのブロックに埋め込む秘密情報に応じてブロック内の画素値の平均または変換係数値の平均を変化させるシフト値αを設定し、(c)秘密情報埋め込み後のブロック内の画素値平均または変換係数値平均(<A1ij>)が埋め込み前のブロック内画素値平均または変換係数値平均(<A0ij>)と式(1)の関係となるように、前記ブロック内の各画素値または各変換係数値に対し前記シフト値αに応じた一様乱数を増加または減少するようにしている。
<A1ij> =<A0ij>+α ・・・・(1)
ここで<A1ij>は埋め込み後のブロックA1ij内の画素値または変換係数値の平均
<A0ij>は埋め込み前のブロックA0ij内の画素値または変換係数値の平均
iはブロックの行番号、jはブロックの列番号
シフト値αは、秘密情報が1のときは正で、秘密情報が0のときは負(または、秘密情報が1のときは負で、秘密情報が0のときは正)
The digital watermark information embedding device according to the present invention, which has been made to solve the above-mentioned problems, provides a secret to a pixel value which is luminance information and color information of each pixel constituting an image or a conversion coefficient value which performs an operation on the pixel value. An electronic watermark embedding method for embedding information, in which (a) an image or transform coefficient is divided into M rows × N columns (M and N are integers of 2 or more) and grouped into blocks or blocks (b) ) For a block in which secret information is embedded, a shift value α that changes the average of the pixel values or the average of transform coefficients in the block is set according to the secret information embedded in the block, and (c) the block after the secret information is embedded pixel value average or transform coefficient values mean inner (<A1 ij>) as is interblock-pixel value average or transform coefficient values mean before embedding (<A0 ij>) relationship of the formula (1), the block And so as to increase or decrease the uniform random number in accordance with the shift value α for each pixel value or each transform coefficient values of the inner.
<A1 ij > = <A0 ij > + α (1)
Here, <A1 ij > is the average of pixel values or transform coefficient values in the block A1 ij after embedding <A0 ij > is the average of pixel values or transform coefficient values in the block A0 ij before embedding i is the row number of the block , J is the block column number Shift value α is positive when the secret information is 1, negative when the secret information is 0 (or negative when the secret information is 1, and when the secret information is 0 Positive)

すなわち、本発明によれば、ブロック内の画素値や変換係数値の平均をシフト値αだけシフトさせる際に、ブロック内の各画素に対しシフト値αを一様に加算または減算するのではなく、画素値の平均がシフト値αだけ変化するようにしつつ、シフト値αに応じた一様乱数を求めて、ブロック内の各画素に加減する。   That is, according to the present invention, when shifting the average of the pixel values and transform coefficient values in the block by the shift value α, the shift value α is not uniformly added to or subtracted from each pixel in the block. A uniform random number corresponding to the shift value α is obtained while the average of the pixel values is changed by the shift value α, and is added to or subtracted from each pixel in the block.

本発明によれば、ブロック内の各画素に対し、一様な値ではなく、一様乱数にして加算または減算するので、分散の小さなブロック間に秘密情報を埋め込んだときにも、境界部分の画素値がばらつくようになり、ブロック間の境界を目立ちにくくすることができる。   According to the present invention, since each pixel in a block is added or subtracted as a uniform random number instead of a uniform value, even when secret information is embedded between blocks having a small variance, Pixel values vary, and the boundary between blocks can be made inconspicuous.

(他の課題を解決するための手段および効果)
また、上記課題を解決するためになされた第二の発明である電子透かし埋め込み方法は、画像を構成する各画素の輝度情報や色情報である画素値又は前記画素値に演算を行う変換係数値に対し、秘密情報を埋め込む電子透かし埋込方法であって、画像又は変換係数をM行×N列(M,Nは2以上の整数)の画素群又は変換係数群に区切ってブロック化し、秘密情報を埋め込むブロック(Bij)に対し、そのブロックに埋め込む秘密情報に応じてブロック内の異なる2種類の画素値または異なる2種類の変換係数値についてのそれぞれの平均(<Baij>、<Bbij>)を変化させるときの基準とするシフト値βを設定し、秘密情報埋め込み後のブロック内の前記2種類の画素値平均または変換係数値平均の絶対差(|<Baij>−<Bbij>|)が式(2)の関係となるように、前記ブロック内の各画素値または各変換係数値をシフト値βに応じた一様乱数にしている。
|<Baij>−<Bbij>| ≧β ・・・・(2)
ここで<Baij>は第一の画素値または変換係数値の平均
<Bbij>は第二の画素値または変換係数値の平均
シフト値βは正の数
秘密情報が1のときは<Baij>が<Bbij>より大で、秘密情報が0のときは小(または、秘密情報が1のときは<Baij>が<Bbij>より小で、秘密情報が0のときは大)
(Means and effects for solving other problems)
In addition, a digital watermark embedding method according to a second invention made to solve the above-described problem is a pixel value that is luminance information or color information of each pixel constituting an image, or a conversion coefficient value that performs an operation on the pixel value. In contrast, a digital watermark embedding method for embedding secret information, wherein an image or conversion coefficient is divided into M rows × N columns (M and N are integers of 2 or more) pixels or conversion coefficient groups, and is blocked. For the block (B ij ) in which information is embedded, the average (<Ba ij >, <Bb) for two different pixel values or two different transform coefficient values in the block according to the secret information embedded in the block ij>) sets the shift value β as a reference when changing the said two kinds of pixel value average or converted absolute difference in the coefficient value average within the block after implantation secret information (| <Ba ij> <Bb ij> |) are uniform random number such that the relationship of formula (2), according to the pixel value or the converted coefficient values in the block to shift value beta.
| <Ba ij > − <Bb ij > | ≧ β (2)
Where <Ba ij > is the average of the first pixel value or transform coefficient value <Bb ij > is the average of the second pixel value or transform coefficient value Shift value β is <Ba when the positive number secret information is 1 When ij > is greater than <Bb ij > and the secret information is 0, it is small (or when the secret information is 1, <Ba ij > is less than <Bb ij > and when the secret information is 0, it is large. )

すなわち、本発明によれば、検出時に原画像が利用できない場合に、ブロック内の異なる2種類の画素値または変換係数値の平均(<Baij>、<Bbij>)を用いて、これらの大小関係により秘密情報を埋め込む。その際に、ブロック内の各画素に対し一様な値ではなく、一様乱数にして大小関係を埋め込むので、分散の小さなブロック間に秘密情報を埋め込んだときにも、境界部分での画素値がばらつくようになり、ブロックの境界線を目立ちにくくすることができる。そして、2種類の画素値または変換係数値の平均のいずれが大であるかにより、秘密情報「1」「0」を検出することができる。 That is, according to the present invention, when the original image cannot be used at the time of detection, these two kinds of pixel values or averages of transform coefficient values (<Ba ij >, <Bb ij >) in the block are used. Embed confidential information according to the size relationship. At that time, since the size relationship is embedded as a uniform random number instead of a uniform value for each pixel in the block, even if the secret information is embedded between blocks with small variance, the pixel value at the boundary part The boundary line of the block can be made inconspicuous. The secret information “1” and “0” can be detected depending on which of the two types of pixel values or the average of the conversion coefficient values is larger.

この場合、2種類の画素値として(Y、Cb、Cr)表色系で表現される3種類の画素値のうちCb,Crを用いるのが好ましい。
人間の目は、色成分に対して視感度が低いことから、原画像を利用できない場合に、色成分の影響が大きいCb,Crを埋め込み用の画素値として用いることにより目立ちにくくすることができる。
In this case, it is preferable to use Cb and Cr among the three types of pixel values expressed in the (Y, Cb, Cr) color system as the two types of pixel values.
Since the human eye has low visibility with respect to the color components, when the original image cannot be used, it can be made inconspicuous by using Cb and Cr having large influence of the color components as pixel values for embedding. .

上記発明において、一様乱数は、−U〜V(0<U<V、UおよびVは整数)の整数群からなる乱数であり、シフト値αに対して式(3)の関係が成立するように設定するのが好ましい。
α=(−U+V)/2 ・・・・(3)
本発明によれば、各画素に埋め込む一様乱数の値の範囲−U〜Vを、(3)式を用いて機械的に定めることができる。
In the above invention, the uniform random number is a random number composed of an integer group of −U to V (0 <U <V, U and V are integers), and the relationship of Expression (3) is established with respect to the shift value α. It is preferable to set as follows.
α = (− U + V) / 2 (3)
According to the present invention, the range -U to V of the uniform random number value embedded in each pixel can be mechanically determined using the equation (3).

また、別の観点からなされた本発明の電子透かし埋め込み装置は、画像を構成する各画素の輝度情報や色情報である画素値又は前記画素値に演算を行う変換係数値に対し、秘密情報を埋め込む電子透かし埋込装置であって、画像又は変換係数をM行×N列(M,Nは2以上の整数)の画素群又は変換係数群に区切ってブロック化するブロック化部と、ブロック内の画素値の平均または変換係数値の平均を変化させるシフト値αが設定されるシフト値設定部と、シフト値αに基づいて、秘密情報埋め込み後のブロック内の画素値平均または変換係数値平均(<A1ij>)が埋め込み前のブロック内画素値平均または変換係数値平均(<A0ij>)と式(1)の関係となるように、前記ブロック内の各画素値または変換係数値に対して前記シフト値αに応じた一様乱数を算出して、ブロック内の各画素に付加する一様乱数付加部とを備えるようにしている。 In addition, the digital watermark embedding device of the present invention, which has been made from another point of view, provides secret information with respect to a pixel value that is luminance information and color information of each pixel constituting an image or a conversion coefficient value that performs an operation on the pixel value. An electronic watermark embedding apparatus for embedding, wherein a block forming unit that blocks an image or transform coefficient into pixels divided by M rows × N columns (M and N are integers of 2 or more) or transform coefficients, and blocks A shift value setting unit in which a shift value α for changing the average of the pixel values or the average of the conversion coefficient values is set, and the average of the pixel values or the conversion coefficient values in the block after embedding the secret information based on the shift value α Each pixel value or transform coefficient value in the block is set so that (<A1 ij >) has the relationship of the pixel value average or transform coefficient value average (<A0 ij >) in the block before embedding and Expression (1). On the other hand, A uniform random number corresponding to the foot value α is calculated, and a uniform random number adding unit for adding to each pixel in the block is provided.

本発明によれば、ブロック化部は、画像又は変換係数をM行×N列(M,Nは2以上の整数)の画素群又は変換係数群に区切ってブロック化する。このときブロックの行数や列数は、2以上であれば特に限定されないが、行数、列数を大きくするほど耐性は強くなる反面、埋め込み情報量(ビット数)が減少することになるので適当な行数、列数にしておく。シフト値設定部は、ブロック内の画素値の平均または変換係数値の平均を変化させるシフト値αが設定される。シフト値αは予め一定値が設定されるようにしてもよいし、ブロックごとの画素値の分散によって変化(例えば分散が小さいときはαを小さく、分散が大きいときはαを大きく)するように設定されてもよい。そして、一様乱数付加部は、シフト値αに基づいて、秘密情報埋め込み後のブロック内の画素値平均または変換係数値平均(<A1ij>)が埋め込み前のブロック内画素値平均または変換係数値平均(<A0ij>)と式(1)の関係となるように、ブロック内の各画素値または変換係数値に対してシフト値αに応じた一様乱数を算出して、ブロック内の各画素に付加する。 According to the present invention, the blocking unit divides an image or transform coefficients into blocks by dividing them into pixel groups or transform coefficient groups of M rows × N columns (M and N are integers of 2 or more). At this time, the number of rows and the number of columns of the block is not particularly limited as long as it is 2 or more. However, as the number of rows and the number of columns increases, the durability increases, but the amount of embedded information (number of bits) decreases. Set the appropriate number of rows and columns. The shift value setting unit sets a shift value α that changes the average of the pixel values or the average of the transform coefficient values in the block. The shift value α may be set to a predetermined value in advance, or may be changed by dispersion of pixel values for each block (for example, α is small when the variance is small and α is large when the variance is large). It may be set. Then, based on the shift value α, the uniform random number adding unit calculates the average pixel value or average conversion coefficient value (<A1 ij >) in the block after embedding the secret information as the average pixel value or conversion factor in the block before embedding. A uniform random number corresponding to the shift value α is calculated for each pixel value or transform coefficient value in the block so that the relationship between the numerical average (<A0 ij >) and the expression (1) is obtained. It is added to each pixel.

本発明によれば、電子透かし埋め込み装置は、シフト値αを、ブロック内の各画素に対し一様に加算または減算するのではなく、一様乱数にして埋め込むので、分散の小さなブロック間に秘密情報を埋め込んだときにも、境界部分での画素値がばらつくようになり、ブロックの境界線を目立ちにくくすることができる。   According to the present invention, the digital watermark embedding apparatus embeds the shift value α as a uniform random number, instead of uniformly adding or subtracting it to each pixel in the block. Even when information is embedded, pixel values at the boundary portions vary, and the boundary lines of the blocks can be made inconspicuous.

また、上記電子透かし埋め込み装置により作成された電子透かしを検出するためになされた本発明の別の発明である電子透かし検出装置は、秘密情報が埋め込まれた埋め込み画像と原画像とについて、秘密情報を埋め込んだときと同じM行×N列(M,Nは2以上の整数)の画素群又は変換係数群からなるブロック単位に区切るブロック化部と、埋め込み画像における秘密情報が埋め込まれた各ブロック、および、これに対応する原画像の各ブロックのそれぞれに対し、ブロック内の画素値の平均または変換係数値の平均をブロック平均値として算出するブロック平均値算出部と、算出された互いに対応する埋め込み画像および原画像のブロック平均値の大小関係に基づいて、ブロックごとの秘密情報を抽出する秘密情報抽出部とを備えるようにしている。   The digital watermark detection apparatus according to another aspect of the present invention, which is made to detect a digital watermark created by the digital watermark embedding apparatus, includes a secret information about an embedded image in which secret information is embedded and an original image. A block forming unit that is divided into block units each consisting of a pixel group or transform coefficient group of the same M rows × N columns (M and N are integers of 2 or more), and each block in which secret information in the embedded image is embedded And a block average value calculation unit that calculates an average of pixel values or an average of transform coefficient values in the block as a block average value for each block of the original image corresponding to the block, and the calculated block corresponding to each other A secret information extraction unit that extracts secret information for each block based on the magnitude relationship between the block average values of the embedded image and the original image; It has to.

本発明によれば、電子透かし検出装置のブロック化部は、秘密情報が埋め込まれた埋め込み画像と原画像とについて、秘密情報を埋め込んだときと同じM行×N列(M,Nは2以上の整数)の画素群又は変換係数群からなるブロック単位に区切る。ブロック平均値算出部は、埋め込み画像における秘密情報が埋め込まれた各ブロック、および、これに対応する原画像の各ブロックのそれぞれに対し、ブロック内の画素値の平均または変換係数値の平均をブロック平均値として算出する。秘密情報抽出部は、算出された互いに対応する埋め込み画像および原画像のブロック平均値の大小関係に基づいて、ブロックごとの秘密情報を抽出する。
これにより、埋め込み画像と原画像とにより、一様乱数を利用して埋め込まれた秘密情報を抽出することができる。
According to the present invention, the blocking unit of the digital watermark detection apparatus uses the same M rows × N columns (M and N are two or more) as those when the secret information is embedded in the embedded image and the original image in which the secret information is embedded. Are divided into block units composed of pixel groups or conversion coefficient groups. The block average value calculation unit calculates the average of the pixel values or the average of the transform coefficient values in each block for each block in which the confidential information is embedded in the embedded image and each block of the corresponding original image. Calculate as an average value. The secret information extraction unit extracts secret information for each block based on the calculated magnitude relationship between the block average values of the embedded image and the original image corresponding to each other.
Thereby, the embedded secret information can be extracted from the embedded image and the original image using a uniform random number.

また、別の観点からなされた本発明の他の電子透かし埋め込み装置は、画像を構成する各画素の輝度情報や色情報である画素値又は前記画素値に演算を行う変換係数値に対し、秘密情報を埋め込む電子透かし埋込装置であって、画像又は変換係数をM行×N列(M,Nは2以上の整数)の画素群又は変換係数群に区切ってブロック化するブロック化部と、秘密情報を埋め込むブロック(Bij)に対し、そのブロックに埋め込む秘密情報に応じてブロック内の異なる2種類の画素値または異なる2種類の変換係数値についてのそれぞれの平均(<Baij>、<Bbij>)を変化させるときの基準となるシフト値βが設定されるシフト値設定部と、秘密情報埋め込み後のブロック内の前記2種類の画素値平均または変換係数値平均の絶対差(|<Baij>−<Bbij>|)が式(2)の関係となるように、前記ブロック内の各画素値または各変換係数値に対しシフト値βに応じた一様乱数を算出して、2種類の画素または変換係数を一様乱数にする一様乱数付加部とを備えるようにしている。
|<Baij>−<Bbij>| ≧β ・・・・(2)
ここで<Baij>は第一の画素値または変換係数値の平均
<Bbij>は第二の画素値または変換係数値の平均
シフト値βは正の数
秘密情報が1のときは<Baij>が<Bbij>より大で、秘密情報が0のときは小(または、秘密情報が1のときは<Baij>が<Bbij>より小で、秘密情報が0のときは大)
Further, another digital watermark embedding device of the present invention, which has been made from another point of view, provides a secret to a pixel value that is luminance information and color information of each pixel constituting an image or a conversion coefficient value that performs an operation on the pixel value. A digital watermark embedding device for embedding information, wherein the image or transform coefficient is divided into M rows × N columns (M and N are integers of 2 or more) pixel groups or transform coefficient groups, and a blocking unit; For the block (B ij ) in which the secret information is embedded, the averages (<Ba ij >, <<) of two different pixel values or two different transform coefficient values in the block according to the secret information embedded in the block. A shift value setting unit in which a shift value β serving as a reference when changing Bb ij >) is set, and an absolute value of the average of the two types of pixel values or the average of transform coefficient values in the block after embedding the secret information A uniform random number corresponding to the shift value β is applied to each pixel value or each transform coefficient value in the block so that the difference (| <Ba ij > − <Bb ij > |) is in the relationship of the expression (2). A uniform random number adding unit that calculates and converts two types of pixels or conversion coefficients into uniform random numbers is provided.
| <Ba ij > − <Bb ij > | ≧ β (2)
Where <Ba ij > is the average of the first pixel value or transform coefficient value <Bb ij > is the average of the second pixel value or transform coefficient value Shift value β is <Ba when the positive number secret information is 1 When ij > is greater than <Bb ij > and the secret information is 0, it is small (or when the secret information is 1, <Ba ij > is less than <Bb ij > and when the secret information is 0, it is large. )

本発明によれば、ブロック化部が画像又は変換係数をM行×N列(M,Nは2以上の整数)の画素群に区切ってブロック化する。シフト値設定部は、秘密情報を埋め込むブロックに対し、そのブロックに埋め込む秘密情報に応じてブロック内の異なる2種類の画素値又は変換係数値についてのそれぞれの平均または異なる2種類の変換係数値についての平均(<Baij>、<Bbij>)をシフトさせるときの基準とするシフト値βが設定される。シフト値βは予め一定値が設定されるようにしてもよいし、ブロックごとの画素値の分散によって変化するように設定されてもよい。そして、一様乱数付加部は、シフト値βに基づいて、秘密情報埋め込み後のブロック内の2種類の画素値平均または変換係数値平均の絶対差(|<Baij>−<Bbij>|)が式(2)の関係となるように、ブロック内の各画素値または各変換係数値をシフト値βに応じた一様乱数を算出して、2種類の画素または変換係数を一様乱数にする。 According to the present invention, the blocking unit divides an image or transform coefficient into blocks of pixels divided into M rows × N columns (M and N are integers of 2 or more). The shift value setting unit, for the block in which the secret information is embedded, for each average or two different types of transform coefficient values for two different pixel values or transform coefficient values in the block according to the secret information embedded in the block A shift value β is set as a reference when shifting the average of (<Ba ij >, <Bb ij >). The shift value β may be set to a predetermined value in advance, or may be set to change depending on the dispersion of pixel values for each block. Then, the uniform random number adding unit, based on the shift value β, calculates the absolute difference (| <Ba ij > − <Bb ij > |) between the average of two types of pixel values or the average of transform coefficient values in the block after embedding the secret information. ) In the equation (2), a uniform random number corresponding to the shift value β is calculated for each pixel value or each conversion coefficient value in the block, and the two types of pixels or conversion coefficients are determined as a uniform random number. To.

これにより、電子透かし埋め込み装置は、シフト値βを、ブロック内の各画素に対し一様に加算または減算するのではなく、一様乱数にして埋め込むので、分散の小さなブロック間に秘密情報を埋め込んだときにも、境界部分での画素値の差がばらつくようになり、ブロックの境界を目立ちにくくすることができる。そして、<Baij>が<Bbij>より大か小かによって、秘密情報が1または0であることを検出する。 As a result, the digital watermark embedding apparatus embeds the shift value β as a uniform random number rather than uniformly adding or subtracting it to each pixel in the block, so that the secret information is embedded between the blocks having a small variance. Even at this time, the difference in pixel values at the boundary portion varies, and the boundary of the block can be made inconspicuous. Then, it is detected that the secret information is 1 or 0 depending on whether <Ba ij > is larger or smaller than <Bb ij >.

また、上記電子透かし埋め込み装置により作成された電子透かしを検出するためになされた電子透かし検出装置は、秘密情報が埋め込まれた埋め込み画像について、秘密情報を埋め込んだときと同じM行×N列(M,Nは2以上の整数)の画素群又は変換係数群からなるブロック単位に区切るブロック化部と、埋め込み画像における秘密情報が埋め込まれた各ブロックに対し、ブロック内の異なる2種類の画素値の平均の差または変換係数値の平均の差をブロック平均の差として算出するブロック平均差算出部と、算出されたブロック平均差の大小関係に基づいて、ブロックごとの秘密情報を抽出する秘密情報抽出部とを備えるようにしている。   In addition, the digital watermark detection apparatus for detecting the digital watermark created by the digital watermark embedding apparatus has the same M rows × N columns (when the secret information is embedded) with respect to the embedded image in which the secret information is embedded. M and N are integers greater than or equal to 2) Blocking unit that divides into block units consisting of pixel groups or transform coefficient groups, and two different pixel values in the block for each block in which the confidential information in the embedded image is embedded Block average difference calculation unit for calculating the average difference of the transform coefficients or the average difference of the transform coefficient values, and the secret information for extracting the secret information for each block based on the magnitude relationship of the calculated block average difference And an extraction unit.

本発明によれば、電子透かし検出装置のブロック化部は、秘密情報が埋め込まれた埋め込み画像について、秘密情報を埋め込んだときと同じM行×N列(M,Nは2以上の整数)の画素群又は変換係数群からなるブロック単位に区切る。ブロック平均値算出部は、秘密情報が埋め込まれた各ブロックに対し、異なる2種類の画素値の平均の差または変換係数値の平均の差をブロック平均値として算出する。秘密情報抽出部は、算出された2種類のブロック平均の大小関係に基づいて、ブロックごとの秘密情報を抽出する。
これにより、一様乱数を利用して埋め込まれた秘密情報を抽出することができる。
According to the present invention, the blocking unit of the digital watermark detection apparatus has the same M rows × N columns (M and N are integers of 2 or more) as in the case of embedding the secret information for the embedded image in which the secret information is embedded. The block is divided into pixel units or transform coefficient groups. The block average value calculation unit calculates, as the block average value, an average difference between two different types of pixel values or an average difference between transform coefficient values for each block in which secret information is embedded. The secret information extraction unit extracts secret information for each block based on the calculated magnitude relationship between the two types of block averages.
Thereby, the secret information embedded using the uniform random number can be extracted.

(実施形態1)
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。ここでは埋め込み画像から秘密情報を検出する際に、原画像が利用できる場合の実施形態について説明する。図1は、本発明の一実施形態である電子透かし埋込装置10の構成を示すブロック図である。
電子透かし埋込装置10は、秘密情報を埋め込む処理を実行するためのプログラムからなるソフトウェアと、このプログラムを実行して演算処理を行うCPU、プログラムの実行に必要な制御パラメータを記憶するとともに演算の作業領域となるメモリ、画像データ、制御パラメータ、命令の入出力を行う入出力装置を含むハードウェアとを有するコンピュータ装置からなる。
(Embodiment 1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, an embodiment in which an original image can be used when detecting secret information from an embedded image will be described. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a digital watermark embedding apparatus 10 according to an embodiment of the present invention.
The digital watermark embedding device 10 stores software including a program for executing processing for embedding secret information, a CPU for executing arithmetic processing by executing the program, control parameters necessary for execution of the program, and calculation processing. The computer device includes a memory serving as a work area, image data, control parameters, and hardware including an input / output device that inputs and outputs commands.

本装置による実行される具体的な処理、機能を説明するために、装置構成を機能ブロックごとに分けて説明すると、電子透かし情報埋込装置10は、ブロック化部11、シフト値設定部12、一様乱数付加部13からなる。   In order to explain specific processes and functions executed by the apparatus, the apparatus configuration is described separately for each functional block. The digital watermark information embedding apparatus 10 includes a blocking unit 11, a shift value setting unit 12, It consists of a uniform random number adding unit 13.

ブロック化部11は、原画像データに基づいて、画像を小ブロック単位に分割する処理を行う。このブロック単位の大きさは、埋め込む情報量や埋め込み強度(耐性)に応じて、ブロック単位の大きさ(画素数)を変更できるようにしてもよい。具体的には行数、列数を適当な値に選択する。ここではブロック単位を、4行×4列に予め設定しておく。   The blocking unit 11 performs processing for dividing the image into small blocks based on the original image data. The block unit size may be changed according to the amount of information to be embedded and the embedding strength (resistance). Specifically, the number of rows and the number of columns are selected to appropriate values. Here, the block unit is preset to 4 rows × 4 columns.

シフト値設定部12は、秘密情報を埋め込む際に利用するシフト値αが設定される。すなわち、秘密情報を埋め込むために、ブロック内の画素値の平均をシフト値αだけ変化する処理を行うが、その処理を行う前に、シフト値αの大きさが予め設定される。具体的には、シフト値αを定数として予め初期設定しておいてもよいし、入力装置からの数値入力により適切なシフト値αを与えるようにしてもよい。画像全体の行数、列数と埋め込む情報量(ビット数)との関係からブロック単位の行数、列数を算出して設定してもよい。本実施形態では、シフト値αとして、2が設定されているものとする。   The shift value setting unit 12 sets a shift value α used when embedding secret information. That is, in order to embed the secret information, a process of changing the average of the pixel values in the block by the shift value α is performed. Before the process is performed, the magnitude of the shift value α is set in advance. Specifically, the shift value α may be initialized as a constant in advance, or an appropriate shift value α may be given by numerical input from the input device. The number of rows and columns in units of blocks may be calculated and set from the relationship between the number of rows and columns of the entire image and the amount of information to be embedded (number of bits). In the present embodiment, it is assumed that 2 is set as the shift value α.

一様乱数付加部13は、設定されているシフト値αに基づいて、秘密情報埋め込み後のブロック内の画素値平均(<A1ij>)が埋め込み前のブロック内画素値平均(<A0ij>)と式(1)の関係となるように、ブロック内の各画素値に対してシフト値αに応じた一様乱数を算出して、ブロック内の各画素に付加する演算を行う。 Based on the set shift value α, the uniform random number adding unit 13 calculates the pixel value average (<A1 ij >) in the block after embedding the secret information as the pixel value average (<A0 ij >) in the block before embedding. ) And the expression (1), a uniform random number corresponding to the shift value α is calculated for each pixel value in the block, and an operation for adding to each pixel in the block is performed.

次に、電子透かし埋め込み装置10による動作を説明する。図2は電子透かし埋め込み装置10による動作手順例を示すフローチャートである。また図3は秘密情報を埋め込んだ画素値の状態を説明する図である。
ここでは原画像A0から埋め込み画像A1を作成する場合について説明する。まず、原画像A0(参照画像)を、4行×4列のブロック単位に分割する(S1001)。iを行方向のブロック番号、jを列方向のブロック番号とし、参照画像A0の各ブロックをA0ij、埋め込み画像A1の各ブロックをA1ijと表現する。そして分割したブロックのすべてあるいは一部を、秘密情報を埋め込む埋め込みブロックとして選択する(S1002)。ここでは図3において、ブロックA011、A012を、埋め込み対象のブロックとする。なお、ブロックA031、A032は、比較のために、従来方法で秘密情報を埋め込んだブロックとする。これらブロックは、便宜上、分散が最も小さいブロックを選択してあり(すべての画素値を一定値5)、秘密情報が埋め込まれたときに、境界線が目立ちやすいブロックにしてある。
Next, the operation of the digital watermark embedding device 10 will be described. FIG. 2 is a flowchart showing an example of an operation procedure performed by the digital watermark embedding apparatus 10. FIG. 3 is a diagram for explaining the state of pixel values in which secret information is embedded.
Here, a case where the embedded image A1 is created from the original image A0 will be described. First, the original image A0 (reference image) is divided into blocks of 4 rows × 4 columns (S1001). i the row direction of the block number, the j and the column direction of the block number, each block of the reference image A0 A0 ij, each block of the embedded image A1 is expressed as A1 ij. Then, all or part of the divided blocks are selected as embedded blocks in which secret information is embedded (S1002). Here, in FIG. 3, the blocks A0 11 and A0 12 are the blocks to be embedded. The blocks A0 31 and A0 32 are blocks in which secret information is embedded by a conventional method for comparison. For the sake of convenience, the block having the smallest variance is selected for convenience (all pixel values are a constant value 5), and the boundary line is easily noticeable when the secret information is embedded.

続いて、シフト値αを設定する。ここではシフト値αは予め2が設定され、メモリに記憶されているので、その値(=2)を読み出す(S1003)。   Subsequently, the shift value α is set. Here, since the shift value α is set in advance and stored in the memory, the value (= 2) is read (S1003).

続いて、(1)式を満たすような一様乱数を算出する。
<A1ij> ≧ <A0ij>+α ・・・・(1)
ここで<A1ij>は埋め込み後のブロックA1ij内の画素値の平均
<A0ij>は埋め込み前のブロックA0ij内の画素値の平均
iはブロックの行番号、jはブロックの列番号
シフト値αは、秘密情報が1のときは正で、秘密情報が0のときは負
Subsequently, a uniform random number that satisfies Equation (1) is calculated.
<A1 ij > ≧ <A0 ij > + α (1)
Here, <A1 ij > is the average of the pixel values in the block A1 ij after embedding <A0 ij > is the average of the pixel values in the block A0 ij before embedding i is the row number of the block, j is the column number of the block The value α is positive when the secret information is 1, and negative when the secret information is 0.

すなわち、埋め込み後のブロックA111、A112内の画素値の平均が(埋め込み前のブロックA011に対して)+2変化し、あるいは(埋め込み前のブロックA012に対して)−2変化するような一様乱数の組み合わせを算出する。本実施形態では1ブロック(4行×4列)あたりに16個の画素群が含まれるので、A111、A112それぞれについて、16個の乱数の組み合わせが算出される。
一様乱数は、いろいろな数の組み合わせをとることができる。例えば、−U〜V(0<U<V、UおよびVは整数)の整数群からなる乱数であり、シフト値αに対して式(3)の関係が成立するようにすればよい。
α=(−U+V)/2 ・・・・(3)
具体例で説明すると、αが2と設定されている場合、乱数の最大値Vを5に設定しておくことにより、(3)式から−Uが−1と定まる。したがって一様乱数として、{−1、0、1、2、3、4、5}の数が選択され、これらの数が一様な確率で16個の画素に対し分配される。なお一様乱数の最大値Vを異なる値に設定すれば、異なる一様乱数の集合が得られることになる。
That is, the average of the pixel values in the blocks A1 11 and A1 12 after embedding changes by +2 (relative to the block A0 11 before embedding) or changes by -2 (relative to the block A0 12 before embedding). A uniform random number combination is calculated. In the present embodiment, since 16 pixel groups are included per block (4 rows × 4 columns), a combination of 16 random numbers is calculated for each of A1 11 and A1 12 .
The uniform random number can take various combinations. For example, it is a random number consisting of an integer group of −U to V (0 <U <V, U and V are integers), and the relationship of Expression (3) may be established with respect to the shift value α.
α = (− U + V) / 2 (3)
Specifically, when α is set to 2, by setting the maximum random number V to 5, −U is determined to be −1 from the equation (3). Therefore, the numbers {-1, 0, 1, 2, 3, 4, 5} are selected as uniform random numbers, and these numbers are distributed to 16 pixels with a uniform probability. If the uniform random maximum value V is set to a different value, different sets of uniform random numbers can be obtained.

続いて、算出された16個の一様乱数を、それぞれの画素に加算あるいは減算する(S1005)。
図3に示した埋め込み画像は、このときの画素値の状態を示している。A111は、{−1、0、1、2、3、4、5}の一様乱数がA011に加算されている。また、A112は、{−1、0、1、2、3、4、5}の一様乱数がA012から減算されている。
このように、各画素値に対しシフト値αを一様に加算または減算するのではなく、画素値の平均がシフト値αだけ変化するようにしつつ、シフト値αに応じた一様乱数を求めて、ブロック内の各画素に加減される。
その結果、分散が小さいブロックA011とブロックA112間に対して、一方は平均値を上げる秘密情報が埋め込まれ、他方は平均値を下げる秘密情報が埋め込まれた場合であっても、ブロックA111とブロック1112間の境界で値がランダムになり、境目が知覚されにくくなる。
Subsequently, the calculated 16 uniform random numbers are added to or subtracted from each pixel (S1005).
The embedded image shown in FIG. 3 shows the state of the pixel value at this time. A1 11 is - uniform random number {1,0,1,2,3,4,5} is added to A0 11. Further, A1 12 are - uniform random number {1,0,1,2,3,4,5} is subtracted from A0 12.
Thus, instead of uniformly adding or subtracting the shift value α to each pixel value, a uniform random number corresponding to the shift value α is obtained while the average of the pixel values is changed by the shift value α. Thus, it is adjusted to each pixel in the block.
As a result, even if the secret information for increasing the average value is embedded in the block A0 11 and the block A1 12 having a small variance, and the secret information for decreasing the average value is embedded in the other block A1 the value at the boundary between the 11 and the block 11 12 is randomly boundary is less likely to be perceived.

ちなみに、比較のために、従来の埋め込み方法を用いて一様にシフト値±2だけ各画素値を変化させたブロックA031、A032では、境界部分に画素値の大きな段差が一列に形成され、これが筋状に知覚されるようになる。 Incidentally, for comparison, in blocks A0 31 and A0 32 in which each pixel value is uniformly changed by a shift value ± 2 using the conventional embedding method, a step having a large pixel value is formed in a line at the boundary portion. This will be perceived as a streak.

次に、電子透かし検出装置について説明する。図4は、本発明の一実施形態である電子透かし情報検出装置30の構成を示すブロック図である。電子透かし検出装置30は、電子透かし埋込装置10と同様のコンピュータ装置からなる。なお、電子透かし埋込装置10と電子透かし検出装置30とは、別装置として説明しているが、1台の装置に組み込んで、秘密情報の埋め込みと検出との双方が行えるようにしてもよい。   Next, a digital watermark detection apparatus will be described. FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of the digital watermark information detection apparatus 30 according to the embodiment of the present invention. The digital watermark detection apparatus 30 includes a computer device similar to the digital watermark embedding apparatus 10. Although the digital watermark embedding device 10 and the digital watermark detection device 30 are described as separate devices, they may be incorporated into one device so that both embedding and detection of secret information can be performed. .

本装置により実行される具体的な処理、機能を説明するために、機能ブロックごとに分けて説明すると、電子透かし情報検出装置30は、ブロック化部31、ブロック平均値算出部32、秘密情報抽出部33からなる。   In order to explain specific processes and functions executed by the present apparatus, it will be described separately for each functional block. The digital watermark information detecting apparatus 30 includes a blocking unit 31, a block average value calculating unit 32, and secret information extraction. Part 33.

ブロック化部31は、原画像データおよび埋め込み画像について、これら画像を小ブロックごとの単位に分割する処理を行う。このブロック単位の大きさは、埋め込み装置10で秘密情報を埋め込んだときと同じブロック単位に分割する。ここではブロック単位は4行×4列にされる。   The blocking unit 31 performs a process for dividing the original image data and the embedded image into units of small blocks. The size of this block unit is divided into the same block unit as when the secret information is embedded by the embedding device 10. Here, the block unit is 4 rows × 4 columns.

ブロック平均値算出部32は、埋め込み画像における秘密情報が埋め込まれたブロック、および、これに対応する原画像のブロックのそれぞれに対し、ブロック内の画素値の平均をブロック平均値として算出する。
秘密情報抽出部33は、算出された互いに対応する埋め込み画像および原画像のブロック平均値の大小関係に基づいて、ブロックごとの秘密情報を抽出する。具体的には、埋め込み画像と原画像との間で互いに対応するブロックにおけるブロック平均値を比較し、埋め込み画像の画素値の平均が原画像の画素値の平均よりも大きいときは秘密情報「1」が埋め込まれていると判定する。埋め込み画像の画素値の平均が原画像の画素値の平均よりも小さいときは秘密情報「0」が埋め込まれていると判定する。両者が同じときは埋め込まれていないと判定する。これらにより、そのブロックの秘密情報が「1」「0」のいずれであるかを抽出する。
The block average value calculation unit 32 calculates the average of the pixel values in the block as the block average value for each of the block in which the confidential information is embedded in the embedded image and the corresponding block of the original image.
The secret information extraction unit 33 extracts the secret information for each block based on the calculated magnitude relationship between the block average values of the embedded image and the original image corresponding to each other. Specifically, the block average values in the blocks corresponding to each other are compared between the embedded image and the original image, and when the average of the pixel values of the embedded image is larger than the average of the pixel values of the original image, the secret information “1 "Is embedded. When the average pixel value of the embedded image is smaller than the average pixel value of the original image, it is determined that the secret information “0” is embedded. When both are the same, it is determined that they are not embedded. Thus, it is extracted whether the secret information of the block is “1” or “0”.

図5は電子透かし情報検出装置30による動作例を示すフローチャートである。ここでは図3の原画像A0と埋め込み画像A1から秘密情報を抽出する場合を説明する。まず、原画像A0と埋め込み画像A1とを、4行×4列のブロック単位に分割する(S1101)。続いて、原画像および埋め込み画像の各ブロックについて、それぞれA011、A111から順に、画素値のブロック平均値を算出する(S1102)。
続いて、対応する原画像と埋め込み画像とのブロック平均値の差を算出し、大小比較を行う(S1103)。その結果、それぞれのブロックに埋め込まれている秘密情報「1」または「0」の値を抽出する(S1104)。
以上の処理を全ブロックについて行い、すべての秘密情報を抽出する。
これにより、電子透かし情報を検出することができる。
FIG. 5 is a flowchart showing an operation example of the digital watermark information detection apparatus 30. Here, a case where secret information is extracted from the original image A0 and the embedded image A1 in FIG. 3 will be described. First, the original image A0 and the embedded image A1 are divided into block units of 4 rows × 4 columns (S1101). Subsequently, for each block of the original image and the embedded image, block average values of pixel values are calculated in order from A0 11 and A1 11 respectively (S1102).
Subsequently, the difference between the block average values of the corresponding original image and the embedded image is calculated, and the size is compared (S1103). As a result, the value of the secret information “1” or “0” embedded in each block is extracted (S1104).
The above processing is performed for all blocks, and all secret information is extracted.
Thereby, digital watermark information can be detected.

(実施例)
次に、本発明の効果を確かめるために、均一な画像をブロック分割し、各ブロックにそれぞれ1ビットの秘密情報(輝度情報)を、以下の方法で埋め込んだときの画像の例を示す。
(Example)
Next, in order to confirm the effect of the present invention, an example of an image when a uniform image is divided into blocks and 1-bit secret information (luminance information) is embedded in each block by the following method will be shown.

図6の(a)(c)は、画素値平均を増減する際に、各ブロックの画素値を一様乱数で増減させている。(b)(d)は画素値平均を増減原する際に、各ブロックの画素値を一様に増減させている。(a)〜(d)はいずれも画素値平均は同じである。
(a)と(b)を比べ、(c)と(d)とを比べると、(a)(c)の方がブロック間の境界が目立ちにくくなっている。
6A and 6C, the pixel value of each block is increased or decreased by a uniform random number when increasing or decreasing the pixel value average. In (b) and (d), when the pixel value average is increased or decreased, the pixel value of each block is increased or decreased uniformly. All of (a) to (d) have the same pixel value average.
When (a) and (b) are compared and (c) and (d) are compared, the boundaries between the blocks are less conspicuous in (a) and (c).

また、ブロックへ埋込む秘密情報のパターン(ブロックへの輝度の増減パターン)は、(a)と(c)とが異なるパターン、(b)と(d)とが異なるパターンにしてあり、(a)と(b)、(c)と(d)とは同じパターンにしてある。
画素値を一様に増減させた場合、同一の画像に、異なる秘密情報のパターンが入っている2枚の画像を持ち寄って、それらの画像の差分をとれば、どのような大きさのブロックに秘密情報が埋め込まれているか、2枚の各ブロックに埋め込まれているビット(秘密情報)が同一か異なるか、が推測できるようになる。例えば、図6(f)は、(b)と(d)との差分を抽出した画像データであり、ブロック単位が容易に推測できる。これらの情報が推測されてしまうと、埋め込まれた透かし(秘密情報)が削除されたり、書き換えられたりする危険がある。
Also, the secret information pattern embedded in the block (the luminance increase / decrease pattern in the block) is a pattern in which (a) and (c) are different, and (b) and (d) are different in pattern (a ) And (b) and (c) and (d) have the same pattern.
If the pixel value is increased or decreased uniformly, bring two images with different secret information patterns into the same image, and take the difference between the images to find out what size block It can be estimated whether the secret information is embedded or whether the bits (secret information) embedded in the two blocks are the same or different. For example, FIG. 6F is image data obtained by extracting the difference between (b) and (d), and the block unit can be easily estimated. If such information is estimated, there is a risk that the embedded watermark (secret information) may be deleted or rewritten.

一方、図6(e)は、(a)と(c)との差分を抽出した画像データである。(a)(c)のように、一様乱数を用いて秘密情報を埋め込むと、これら2つの画像の差分をとっても、どのような大きさのブロックに秘密情報が埋め込まれているかを隠すことができる。それゆえ、安全性が高くなる。   On the other hand, FIG. 6E shows image data obtained by extracting the difference between (a) and (c). As shown in (a) and (c), when secret information is embedded using a uniform random number, even if the difference between these two images is taken, it is possible to hide what size block the secret information is embedded in. it can. Therefore, safety is increased.

(実施形態2)
次に本発明の第二の実施形態について図面を用いて説明する。ここでは埋め込み画像から秘密情報を検出する際に、原画像が利用できない場合の実施形態について説明する。すなわち、検出の際に、埋め込み画像のみを用いるようにし、埋め込み画像に含まれる2種類の画素値を求めて、これらの平均の大小関係から秘密情報を検出する方法を採用する例について説明する。具体的には、2種類の画素値として、(Y,Cb、Cr)表色系のCb、Crの2種類の色情報を用いて秘密情報を埋め込むようにする。Cb、Crを用いるのは、秘密情報の埋め込みを行った場合に、輝度情報Yよりも人の目にとって劣化が目立ちにくいためである。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, an embodiment in which the original image cannot be used when detecting the secret information from the embedded image will be described. That is, an example will be described in which only the embedded image is used for detection, two types of pixel values included in the embedded image are obtained, and the secret information is detected from the average magnitude relationship of these. Specifically, the secret information is embedded using two types of color information of Cb and Cr of the (Y, Cb, Cr) color system as two types of pixel values. The reason why Cb and Cr are used is that deterioration is less conspicuous for human eyes than luminance information Y when secret information is embedded.

図7は、本発明の一実施形態である電子透かし埋込装置20の構成を示すブロック図である。
電子透かし埋込装置20は、秘密情報を埋め込む処理を実行するためのプログラムからなるソフトウェアと、このプログラムを実行して演算処理を行うCPU、プログラムの実行に必要な制御パラメータを記憶するとともに演算の作業領域となるメモリ、画像データ、制御パラメータ、命令の入出力を行う入出力装置を含むハードウェアとを有するコンピュータ装置からなる。
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of the digital watermark embedding apparatus 20 according to the embodiment of the present invention.
The digital watermark embedding device 20 stores software including a program for executing processing for embedding secret information, a CPU for executing arithmetic processing by executing this program, control parameters necessary for execution of the program, and calculation processing. The computer device includes a memory serving as a work area, image data, control parameters, and hardware including an input / output device that inputs and outputs commands.

本装置により実行される具体的な処理、機能を説明するために、装置構成を機能ブロックごとに分けて説明すると、電子透かし情報埋込装置20は、ブロック化部21、シフト値設定部22、一様乱数付加部23からなる。   In order to explain specific processes and functions executed by the apparatus, the apparatus configuration is described separately for each functional block. The digital watermark information embedding apparatus 20 includes a blocking unit 21, a shift value setting unit 22, It consists of a uniform random number adding unit 23.

ブロック化部21は、原画像データに基づいて、画像を小ブロック単位に分割する処理を行う。このブロック単位の大きさは、埋め込む情報量や埋め込み強度(耐性)に応じて、ブロック単位の大きさ(画素数)を変更するようにしてもよい。ここではブロック単位を、4行×4列に予め設定しておく。   The blocking unit 21 performs processing for dividing the image into small blocks based on the original image data. The block unit size (number of pixels) may be changed according to the amount of information to be embedded and the embedding strength (resistance). Here, the block unit is preset to 4 rows × 4 columns.

シフト値設定部22は、秘密情報を埋め込むブロックに対し、そのブロックに埋め込む秘密情報に応じて、ブロック内の異なる2種類の色情報の画素値Cb、Crについて、それぞれの画素値平均を変化させるときの基準に用いるシフト値βが設定される。
このシフト値βは、2種類の画素値Cb、Crの平均値の差の下限とする値である。なお、βが大きいほど耐性が大きくなるが、境界が目立ちやすくなる。ここではβとして2を設定する。
なお、以下の説明において、秘密情報を埋め込むブロックをBij、Cbについての画素値をBaij、Crについては画素値をBbijと、一般化した表現で説明する。すなわち、色成分Cb、Crに代えて、他の画素値の組み合わせによっても、本実施形態が利用できるように一般化した形で説明し、他の画素値を用いる場合にもそのまま適用できるようにする。
The shift value setting unit 22 changes the average of pixel values of pixel values Cb and Cr of two different types of color information in a block in accordance with the secret information embedded in the block for the block in which the secret information is embedded. A shift value β used as a reference for the time is set.
This shift value β is a value that is the lower limit of the difference between the average values of the two types of pixel values Cb and Cr. Note that the larger β is, the greater the resistance is, but the boundary is more conspicuous. Here, 2 is set as β.
In the following description, a block in which secret information is embedded will be described in a generalized expression as B ij , a pixel value for Cb as Ba ij , and a pixel value for Cr as Bb ij . That is, instead of the color components Cb and Cr, a description will be given in a generalized form so that the present embodiment can be used by combining other pixel values, and the present invention can be applied as it is when other pixel values are used. To do.

一様乱数付加部23は、秘密情報埋め込み後のブロック内の2種類の画素値平均または変換係数値平均の絶対差(|<Baij>−<Bbij>|)が式(2)の関係となるように、ブロック内の各画素値を、シフト値βに応じた一様乱数を算出して、ブロックBijの2種類の画素値Baij、Bbijを一様乱数に置き換える演算を行う。このとき、秘密情報が1のときは画素値平均<Baij>が画素値平均<Bbij>よりもシフト値βほど(あるいはそれ以上)大になり、秘密情報が0のときは逆に小になる。 The uniform random number adding unit 23 determines that the absolute difference (| <Ba ij > − <Bb ij > |) of the average of two types of pixel values or the average of the conversion coefficient values in the block after embedding the secret information is a relation of the formula (2). as a, each pixel value in the block, and calculates a uniform random number in accordance with the shift value beta, performs calculation to replace two of the pixel values Ba ij of block B ij, the Bb ij uniform random numbers . At this time, when the secret information is 1, the pixel value average <Ba ij > is larger than the pixel value average <Bb ij > by a shift value β (or more), and conversely when the secret information is 0 become.

次に、図8を用いて、秘密情報を埋め込みの際の規則について説明する。図8(a)に示すように、ブロックBijに埋め込む秘密情報が「1」であるときは、色情報Cbの画素値側の平均<Baij>が、Crの画素値平均<Bbij>よりもβ(=2)だけ大きくなるようにする。また、ブロックBijに埋め込む秘密情報が「0」であるときは色情報Cbの画素値平均<Baij>が、Crの画素値平均<Bbij>よりもβだけ小さくなるようにする。そして、当初よりこのような大小関係が成り立っているブロックについてはそのまま現在の画素値を利用し、この大小関係が成り立っていないブロックについては、強制的にこの大小関係が成り立つように、ブロック内の画素値を変化させる。 Next, rules for embedding secret information will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 8A, when the secret information embedded in the block B ij is “1”, the average <Ba ij > on the pixel value side of the color information Cb is equal to the average pixel value <Bb ij > of Cr. Is made larger by β (= 2). When the secret information embedded in the block B ij is “0”, the pixel value average <Ba ij > of the color information Cb is set to be smaller by β than the Cr pixel value average <Bb ij >. Then, from the beginning, the current pixel value is used as it is for the block that has such a magnitude relationship, and the block within the block is forcibly established for the block that does not have this magnitude relationship. Change the pixel value.

具体例で説明すると、図8(b)に示すように、ブロックB11、B12はいずれも画素成分Ba、Bbの画素値の分散が小さく(画素値が一定)、画素成分Ba(Cb)は7であり、画素成分Bb(Cr)については3であるとする。 More specifically, as shown in FIG. 8B, the blocks B 11 and B 12 both have a small variance of the pixel values of the pixel components Ba and Bb (the pixel values are constant), and the pixel component Ba (Cb). Is 7 and 3 for the pixel component Bb (Cr).

今、B11に秘密情報「0」を埋め込み、B12に秘密情報「1」を埋め込むとする。仮に、画素値を一様に変化させる場合には、βとして2が設定されているので、例えば、ブロックB11の画素成分Baについては6、画素成分Bbについては8が埋め込まれることになる。(画素成分Baはβ/2だけ一様に減算して6とし、画素成分Bbはβ/2だけ一様に加算して8としている)。同様に、ブロックB12の画素成分Baについては8、画素成分Bbについては6が埋め込まれることになる。この結果、B11については、画素値平均<Ba11>が画素値平均<Bb11>よりも2小さくなり、秘密情報「0」が埋められていることになる。一方、B12については<Ba12>が、<Bb12>よりも2大きくなり、秘密情報「1」が埋められていることになる。 Assume that the secret information “0” is embedded in B 11 and the secret information “1” is embedded in B 12 . If, in the case of uniformly changing the pixel values, since the 2 as β is set, for example, for the pixel component Ba of the block B 11 6, so that 8 is embedded for the pixel component Bb. (Pixel component Ba is uniformly subtracted by β / 2 to 6 and pixel component Bb is uniformly added by β / 2 to 8). Similarly, for the pixel component Ba of the block B 12 is 8, so that the 6 is embedded for the pixel component Bb. As a result, for B 11 , the pixel value average <Ba 11 > is 2 smaller than the pixel value average <Bb 11 >, and the secret information “0” is buried. On the other hand, with respect to B 12 , <Ba 12 > is 2 larger than <Bb 12 >, and the secret information “1” is embedded.

この場合、ブロックB11とブロックB12との境界には、一列に画素値の段差が生じており、筋状の境界が目立ってしまうようになる。
そこで、ブロック内の画素値を一様に変化させるのではなく、絶対差|<Baij>−<Bbij>| ≧β の関係を満たしつつ、画素値を一様乱数で与えるようにする。上述した例では、ブロックB11の成分Ba、ブロックB12の成分Ba、ブロックB12の成分Ba、ブロックB12の成分Bbの画素値を、図8(c)に示す例のように一様乱数とする。すなわち、ブロックB11の成分BaおよびブロックB12の成分Bbについては画素値平均<Ba11>、<Bb12>が6となり、ブロックB12の成分BaおよびブロックB11の成分Bbについては画素値平均<Ba12>、<Bb11>が8となるようにしつつ、それぞれの画素値を一様乱数にする。
In this case, the boundary between the block B 11 and the block B 12 is stepped pixel value occurs in a row, so streaky boundary becomes conspicuous.
Therefore, the pixel values in the block are not uniformly changed, but the pixel values are given by uniform random numbers while satisfying the relationship of absolute difference | <Ba ij > − <Bb ij > | ≧ β. In the above example, component Ba of the block B 11, the component of the block B 12 Ba, components of the block B 12 Ba, a pixel value of a component Bb of the block B 12, as in the example shown in FIG. 8 (c) uniform Use random numbers. That is, the pixel value average for component Bb components Ba and block B 12 of the block B 11 <Ba 11>, < Bb 12> is next 6, the pixel values for the component Bb components Ba and block B 11 of the block B 12 While the average <Ba 12 > and <Bb 11 > are 8, the respective pixel values are made uniform random numbers.

一様乱数はいろいろ選択し得るが、一例を説明すると、画素成分Baはβ/2だけ一様に加算または減算し、画素成分Bbはβ/2だけ一様に減算または加算し、これにより、画素成分BaとBbとの間に、βの絶対差を設ける。このときのブロックの画素値平均<Baij>、<Bbij>を求めた上で、平均値がこの<Baij>、<Bbij>と同じかこれより大きくなるように16個の一様乱数を選択するようにすればよい。 Various uniform random numbers can be selected. For example, the pixel component Ba is uniformly added or subtracted by β / 2, and the pixel component Bb is uniformly subtracted or added by β / 2. An absolute difference of β is provided between the pixel components Ba and Bb. After obtaining the average pixel values <Ba ij > and <Bb ij > of the block at this time, 16 uniform values are obtained so that the average value is equal to or larger than the <Ba ij > and <Bb ij >. A random number may be selected.

次に、電子透かし埋込装置20による、上述した埋め込み規則を用いた動作手順例について説明する。図9は電子透かし埋め込み装置20による動作例を示すフローチャートである。再び図8を用いながら埋め込み動作について説明する。
まず、図8(b)に示すように、画像Bを4行×4列のブロック単位に分割する(S2001)。予め秘密情報を埋め込むブロックの順を定めておき、情報量(ビット数)に応じて順に秘密情報を埋め込む。ここでは、最初のブロックB11、B12を、埋め込み対象のブロックとする。B11、B12は分散が最も小さいブロックであり、秘密情報が埋め込まれたときに、境界が最も目立ちやすいブロックになっている。
Next, an operation procedure example using the above-described embedding rule by the digital watermark embedding apparatus 20 will be described. FIG. 9 is a flowchart showing an operation example of the digital watermark embedding apparatus 20. The embedding operation will be described with reference to FIG. 8 again.
First, as shown in FIG. 8B, the image B is divided into blocks of 4 rows × 4 columns (S2001). The order of blocks in which the secret information is embedded is determined in advance, and the secret information is embedded in order according to the information amount (number of bits). Here, the first blocks B 11 and B 12 are the blocks to be embedded. B 11 and B 12 are blocks with the smallest variance, and the boundaries are the most conspicuous blocks when the secret information is embedded.

続いて、シフト値βを設定する(S2002)。シフト値βは予め2が設定され、メモリに記憶されているので、その値(=2)を読み出す。   Subsequently, the shift value β is set (S2002). Since the shift value β is set to 2 in advance and stored in the memory, the value (= 2) is read out.

続いて、秘密情報埋め込み後のブロック内の2種類の画素値平均または変換係数値平均の絶対差(|<Baij>−<Bbij>|)が式(2)の関係となるように、ブロック内の各画素値に対しシフト値βに応じた一様乱数を算出する(S2003)。
|<Baij>−<Bbij>| ≧β ・・・・(2)
ここで<Baij>は第一の画素値の平均
<Bbij>は第二の画素値の平均
シフト値βは正の数
秘密情報が1のときは<Baij>が<Bbij>より大で、秘密情報が0のときは小(または、秘密情報が1のときは<Baij>が<Bbij>より小で、秘密情報が0のときは大)
Subsequently, the absolute difference (| <Ba ij > − <Bb ij > |) between the two types of pixel value averages or transform coefficient value averages in the block after embedding the secret information is in the relationship of Equation (2): A uniform random number corresponding to the shift value β is calculated for each pixel value in the block (S2003).
| <Ba ij > − <Bb ij > | ≧ β (2)
Where <Ba ij > is the average of the first pixel values <Bb ij > is the average of the second pixel values Shift value β is <Ba ij > from <Bb ij > when the positive number secret information is 1 Large and small when secret information is 0 (or large when secret information is 1 and <Ba ij > is smaller than <Bb ij > and secret information is 0)

すなわち、(2)式を満たすとともに、ブロックB11、B12内の2種類の画素値がそれぞれ一様乱数となる数の組み合わせを算出する。本実施形態では1ブロック(4行×4列)あたりに16個の画素群が含まれるので、ブロックB11の成分Baおよび成分Bb、ブロックB12の成分Baおよび成分Bbのそれぞれについて、16の乱数の組み合わせが算出される。 That is, a combination of numbers satisfying the expression (2) and the two types of pixel values in the blocks B 11 and B 12 are respectively uniform random numbers is calculated. In the present embodiment, 16 pixel groups are included in one block (4 rows × 4 columns), so that each of the component Ba and the component Bb of the block B 11 and the component Ba and the component Bb of the block B 12 A combination of random numbers is calculated.

続いて、算出された16個の一様乱数を各ブロックのそれぞれの画素に付与する。(S2004)。
図8(c)に示した埋め込み画像は、このときの画素値の状態を示している。B11のBaは、{3、4、5、6、7、8、9}の一様乱数が、画素値平均<Ba11>が6となるように付与されている。また、B12のBbは、{5、6、7、8、9、10、11}の一様乱数が、画素値平均<Bb12>が8となるように付与される。
Subsequently, the calculated 16 uniform random numbers are assigned to each pixel of each block. (S2004).
The embedded image shown in FIG. 8C shows the state of the pixel value at this time. Ba of B 11 is assigned a uniform random number of {3, 4, 5, 6, 7, 8, 9} so that the pixel value average <Ba 11 > is 6. Further, Bb of B 12 is assigned a uniform random number of {5, 6, 7, 8, 9, 10, 11} so that the pixel value average <Bb 12 > is 8.

このように、各画素値を一様に変化するのではなく、画素値の平均差がシフト値βだけ変化するようにしつつ、一様乱数を求めて、ブロック内の各画素に付与される。
その結果、分散が小さいブロックB11とブロックB12間に対してでも、境界の値がランダムになり、境目が知覚されにくくなる。
In this way, instead of changing each pixel value uniformly, a uniform random number is obtained and applied to each pixel in the block while changing the average difference of the pixel values by the shift value β.
As a result, the boundary value is random even between the block B 11 and the block B 12 having a small variance, and the boundary is hardly perceived.

次に、電子透かし検出装置について説明する。図10は、本発明の一実施形態である電子透かし情報検出装置40の構成を示すブロック図である。電子透かし検出装置40は、電子透かし埋込装置20と同様のコンピュータ装置からなる。なお、電子透かし埋込装置20と電子透かし検出装置40とを、1台の装置に組み込み、秘密情報の埋め込みと検出との双方が行えるようにしてもよい。   Next, a digital watermark detection apparatus will be described. FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a digital watermark information detection apparatus 40 according to an embodiment of the present invention. The digital watermark detection device 40 is composed of the same computer device as the digital watermark embedding device 20. The digital watermark embedding device 20 and the digital watermark detection device 40 may be incorporated into one device so that both the embedding and detection of secret information can be performed.

本装置により実行される具体的な処理、機能を説明するために、機能ブロックごとに分けて説明すると、電子透かし検出装置40は、ブロック化部41、ブロック平均値算出部42、秘密情報抽出部43からなる。   In order to explain specific processes and functions executed by the apparatus, the explanation will be made separately for each functional block. The digital watermark detection apparatus 40 includes a blocking unit 41, a block average value calculating unit 42, a secret information extracting unit. 43.

ブロック化部41は、埋め込み画像について、小ブロックごとの単位に分割する処理を行う。このブロック単位の大きさは、埋め込み装置20で秘密情報を埋め込んだときと同じブロック単位に分割する。ここではブロック単位は4行×4列にされる。   The blocking unit 41 performs processing for dividing the embedded image into units for each small block. The size of this block unit is divided into the same block unit as when the secret information is embedded by the embedding device 20. Here, the block unit is 4 rows × 4 columns.

ブロック平均値算出部42は、埋め込み画像におけるブロックのそれぞれに対し、ブロック内の2種類の画素値Ba,Bbの平均<Baij>,<Bbij>をブロック平均値として算出する。
秘密情報抽出部43は、算出された2種類のブロック平均値の大小関係に基づいて、ブロックごとの秘密情報を抽出する。具体的には、<Baij>が<Bbij>より大きいときは「1」、小さいときは「0」を秘密情報として検出する。
The block average value calculation unit 42 calculates, for each block in the embedded image, the average <Ba ij > and <Bb ij > of the two types of pixel values Ba and Bb in the block as the block average value.
The secret information extraction unit 43 extracts the secret information for each block based on the calculated magnitude relationship between the two types of block average values. Specifically, “1” is detected as secret information when <Ba ij > is larger than <Bb ij >, and “0” is detected when it is smaller.

図11は電子透かし検出装置30による動作例を示すフローチャートである。まず画像を4行×4列のブロック単位に分割する(S2101)。続いて、埋め込み画像の各ブロックについて、それぞれ2種類の画素値Ba,Bbのブロック平均値<Baij>、<Bbij>を算出する(S2102)。
続いて、2種類のブロック平均値の差を算出し、大小比較を行う(S2103)。その結果に応じて、それぞれのブロックに埋め込まれている秘密情報「1」または「0」の値を抽出する(S2104)。
以上の処理を全ブロックについて行い、すべての秘密情報を抽出する。
このようにして、ブロック間の境目が目立たない電子透かしを埋め込んだり、検出したりすることができる。
FIG. 11 is a flowchart illustrating an operation example of the digital watermark detection apparatus 30. First, the image is divided into block units of 4 rows × 4 columns (S2101). Subsequently, for each block of the embedded image, block average values <Ba ij > and <Bb ij > of two types of pixel values Ba and Bb are calculated (S2102).
Subsequently, a difference between the two types of block average values is calculated, and a size comparison is performed (S2103). According to the result, the value of the secret information “1” or “0” embedded in each block is extracted (S2104).
The above processing is performed for all blocks, and all secret information is extracted.
In this way, it is possible to embed or detect a digital watermark in which the boundary between blocks is not noticeable.

なお、実施形態1、実施形態2では画像データをブロック分割して秘密情報を埋め込んだが、画像データに圧縮変換等を行う際に用いる変換係数を用いて、これをブロック分割して秘密情報を埋め込んでもよい。この場合も、画像の場合と同様のやり方で埋め込み、検出を行うことができる。   In the first and second embodiments, the image data is divided into blocks and the secret information is embedded. However, the image data is divided into blocks using the conversion coefficient used when compression conversion is performed, and the secret information is embedded. But you can. Also in this case, embedding and detection can be performed in the same manner as in the case of an image.

本発明は、画像に秘密情報を電子透かしとして埋め込む電子透かし埋め込み装置、および、埋め込まれた電子透かしを検出する電子透かし検出装置に利用することができる。   The present invention can be used in a digital watermark embedding device that embeds confidential information as an electronic watermark in an image, and a digital watermark detection device that detects an embedded digital watermark.

本発明の一実施形態である電子透かし埋め込み装置10の構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing a configuration of a digital watermark embedding device 10 according to an embodiment of the present invention. 電子透かし埋め込み装置10の動作例を示すフローチャート。6 is a flowchart showing an operation example of the digital watermark embedding apparatus 10. 秘密情報を埋め込んだ画素値の状態を説明する図。The figure explaining the state of the pixel value which embedded secret information. 本発明の一実施形態である電子透かし情報検出装置30の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the digital watermark information detection apparatus 30 which is one Embodiment of this invention. 電子透かし情報検出装置30による動作例を示すフローチャート。5 is a flowchart showing an operation example by the digital watermark information detection apparatus 30. 秘密情報を埋め込んだ画像例を示す図。The figure which shows the example of an image which embedded confidential information. 秘密情報を埋め込んだ画像例を示す図。The figure which shows the example of an image which embedded confidential information. 秘密情報を埋め込んだ画像例を示す図。The figure which shows the example of an image which embedded confidential information. 本発明の一実施形態である電子透かし埋込装置20の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the digital watermark embedding apparatus 20 which is one Embodiment of this invention. 電子透かし埋め込み装置20による埋め込み処理の原理を示す図。FIG. 5 is a diagram showing the principle of embedding processing by the digital watermark embedding device 20. 電子透かし埋め込み装置20による動作例を示すフローチャート。5 is a flowchart showing an operation example by the digital watermark embedding apparatus 20. 本発明の一実施形態である電子透かし情報検出装置40の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the digital watermark information detection apparatus 40 which is one Embodiment of this invention. 電子透かし検出装置30による動作例を示すフローチャート。5 is a flowchart showing an operation example by the digital watermark detection apparatus 30. ブロックごとの画素値の平均を利用して、秘密情報を埋め込む方法および秘密情報を検出する従来方法の原理を説明する図。The figure explaining the principle of the method of embedding secret information and the conventional method of detecting secret information using the average of the pixel value for every block.

符号の説明Explanation of symbols

10、20: 電子透かし埋込装置
11、21: ブロック化部
12、22: シフト値設定部
13、23: 一様乱数付加部
30、40: 電子透かし検出装置
31、41: ブロック化部
32、42: ブロック平均値算出部
33、43: 秘密情報抽出部
10, 20: Digital watermark embedding device 11, 21: Blocking unit 12, 22: Shift value setting unit 13, 23: Uniform random number adding unit 30, 40: Digital watermark detecting device 31, 41: Blocking unit 32, 42: Block average value calculation unit 33, 43: Secret information extraction unit

Claims (8)

画像を構成する各画素の輝度情報や色情報である画素値又は前記画素値に演算を行う変換係数値に対し、秘密情報を埋め込む電子透かし埋込方法であって、
画像又は変換係数をM行×N列(M,Nは2以上の整数)の画素群又は変換係数群に区切ってブロック化し、
秘密情報を埋め込むブロック(Aij)に対し、そのブロックに埋め込む秘密情報に応じてブロック内の画素値の平均または変換係数値の平均を変化させるシフト値αを設定し、
秘密情報埋め込み後のブロック内の画素値平均または変換係数値平均(<A1ij>)が埋め込み前のブロック内画素値平均または変換係数値平均(<A0ij>)と式(1)の関係となるように、前記ブロック内の各画素値または各変換係数値に対し前記シフト値αに応じた一様乱数を増加または減少することを特徴とする電子透かし埋め込み方法。
<A1ij> ≧ <A0ij>+α ・・・・(1)
ここで<A1ij>は埋め込み後のブロックA1ij内の画素値または変換係数値の平均
<A0ij>は埋め込み前のブロックA0ij内の画素値または変換係数値の平均
iはブロックの行番号、jはブロックの列番号
シフト値αは、秘密情報が1のときは正で、秘密情報が0のときは負(または、秘密情報が1のときは負で、秘密情報が0のときは正)
An electronic watermark embedding method for embedding secret information in a pixel value that is luminance information and color information of each pixel constituting an image or a conversion coefficient value that performs an operation on the pixel value,
The image or conversion coefficient is divided into M rows × N columns (M and N are integers of 2 or more) and divided into blocks to form blocks.
For a block (A ij ) that embeds secret information, a shift value α that changes the average of pixel values or the average of transform coefficient values in the block according to the secret information embedded in the block is set.
The pixel value average or transform coefficient value average (<A1 ij >) in the block after embedding the secret information is the relationship between the pixel value average or transform coefficient value average (<A0 ij >) in the block before embedding and the relationship of Equation (1): The digital watermark embedding method, wherein the uniform random number corresponding to the shift value α is increased or decreased for each pixel value or each transform coefficient value in the block.
<A1 ij > ≧ <A0 ij > + α (1)
Here, <A1 ij > is the average of pixel values or transform coefficient values in the block A1 ij after embedding <A0 ij > is the average of pixel values or transform coefficient values in the block A0 ij before embedding i is the row number of the block , J is the block column number Shift value α is positive when the secret information is 1, negative when the secret information is 0 (or negative when the secret information is 1, and when the secret information is 0 Positive)
画像を構成する各画素の輝度情報や色情報である画素値又は前記画素値に演算を行う変換係数値に対し、秘密情報を埋め込む電子透かし埋込方法であって、
画像又は変換係数をM行×N列(M,Nは2以上の整数)の画素群又は変換係数群に区切ってブロック化し、
秘密情報を埋め込むブロック(Bij)に対し、そのブロックに埋め込む秘密情報に応じてブロック内の異なる2種類の画素値または異なる2種類の変換係数値についてのそれぞれの平均(<Baij>、<Bbij>)を変化させるときの基準とするシフト値βを設定し、
秘密情報埋め込み後のブロック内の前記2種類の画素値平均または変換係数値平均の絶対差(|<Baij>−<Bbij>|)が式(2)の関係となるように、前記ブロック内の各画素値または各変換係数値をシフト値βに応じた一様乱数にすることを特徴とする電子透かし埋め込み方法。
|<Baij>−<Bbij>| ≧β ・・・・(2)
ここで<Baij>は第一の画素値または変換係数値の平均
<Bbij>は第二の画素値または変換係数値の平均
シフト値βは正の数
秘密情報が1のときは<Baij>が<Bbij>より大で、秘密情報が0のときは小(または、秘密情報が1のときは<Baij>が<Bbij>より小で、秘密情報が0のときは大)
An electronic watermark embedding method for embedding secret information in a pixel value that is luminance information and color information of each pixel constituting an image or a conversion coefficient value that performs an operation on the pixel value,
The image or conversion coefficient is divided into M rows × N columns (M and N are integers of 2 or more) and divided into blocks to form blocks.
For the block (B ij ) in which the secret information is embedded, the averages (<Ba ij >, <<) of two different pixel values or two different transform coefficient values in the block according to the secret information embedded in the block. Set a shift value β as a reference when changing Bb ij >),
The block so that the absolute difference (| <Ba ij > − <Bb ij > |) of the average of the two types of pixel values or the average of the transform coefficient values in the block after embedding the secret information is in the relationship of Expression (2). A digital watermark embedding method characterized in that each pixel value or each conversion coefficient value is a uniform random number corresponding to the shift value β.
| <Ba ij > − <Bb ij > | ≧ β (2)
Where <Ba ij > is the average of the first pixel value or transform coefficient value <Bb ij > is the average of the second pixel value or transform coefficient value Shift value β is <Ba when the positive number secret information is 1 When ij > is greater than <Bb ij > and the secret information is 0, it is small (or when the secret information is 1, <Ba ij > is less than <Bb ij > and when the secret information is 0, it is large. )
前記2種類の画素値として(Y、Cb、Cr)表色系で表現される3種類の画素値のうちCb,Crを用いる請求項2に記載の電子透かし埋め込み方法。 3. The digital watermark embedding method according to claim 2, wherein Cb and Cr are used among the three types of pixel values expressed in the (Y, Cb, Cr) color system as the two types of pixel values. 前記一様乱数は、−U〜V(0<U<V、UおよびVは正整数)の整数群からなる乱数であり、シフト値αに対して式(3)の関係が成立する請求項1に記載の電子透かし埋込方法。
α=(−U+V)/2 ・・・・(3)
The uniform random number is a random number composed of an integer group of −U to V (0 <U <V, U and V are positive integers), and the relationship of Expression (3) is established with respect to the shift value α. 2. The digital watermark embedding method according to 1.
α = (− U + V) / 2 (3)
画像を構成する各画素の輝度情報や色情報である画素値又は前記画素値に演算を行う変換係数値に対し、秘密情報を埋め込む電子透かし埋込装置であって、
画像又は変換係数をM行×N列(M,Nは2以上の整数)の画素群又は変換係数群に区切ってブロック化するブロック化部と、
ブロック内の画素値の平均または変換係数値の平均を変化させるシフト値αが設定されるシフト値設定部と、
シフト値αに基づいて、秘密情報埋め込み後のブロック内の画素値平均または変換係数値平均(<A1ij>)が埋め込み前のブロック内画素値平均または変換係数値平均(<A0ij>)と式(1)の関係となるように、前記ブロック内の各画素値または各変換係数値に対して前記シフト値αに応じた一様乱数を算出して、ブロック内の各画素に付加する一様乱数付加部とを備えたことを特徴とする電子透かし埋め込み装置。
<A1ij> ≧ <A0ij>+α ・・・・(1)
ここで<A1ij>は埋め込み後のブロック内の画素値または変換係数値の平均
<A0ij>は埋め込み前のブロック内の画素値または変換係数値の平均
iはブロックの行番号、jはブロックの列番号
シフト値αは、秘密情報が1のときは正で、秘密情報が0のときは負(または、秘密情報が1のときは負で、秘密情報が0のときは正)
An electronic watermark embedding device that embeds secret information into a pixel value that is luminance information and color information of each pixel constituting an image or a conversion coefficient value that performs an operation on the pixel value,
A blocking unit that blocks an image or transform coefficient into a pixel group or transform coefficient group of M rows × N columns (M and N are integers of 2 or more);
A shift value setting unit in which a shift value α for changing the average of the pixel values in the block or the average of the transform coefficient values is set;
Based on the shift value α, the pixel value average or transform coefficient value average (<A1 ij >) in the block after embedding the secret information is equal to the pixel value average or transform coefficient value average (<A0 ij >) in the block before embedding. A uniform random number corresponding to the shift value α is calculated for each pixel value or each transform coefficient value in the block so as to satisfy the relationship of Expression (1), and is added to each pixel in the block. An electronic watermark embedding apparatus comprising a random number adding unit.
<A1 ij > ≧ <A0 ij > + α (1)
Where <A1 ij > is the average of pixel values or transform coefficient values in the block after embedding <A0 ij > is the average of pixel values or transform coefficient values in the block before embedding i is the block row number, and j is the block The column number shift value α is positive when the secret information is 1, and negative when the secret information is 0 (or negative when the secret information is 1, and positive when the secret information is 0).
請求項5に記載の電子透かし埋め込み装置により埋め込まれた秘密情報を検出する電子透かし検出装置であって、
秘密情報が埋め込まれた埋め込み画像と原画像とについて、秘密情報を埋め込んだときと同じM行×N列(M,Nは2以上の整数)の画素群又は変換係数群からなるブロック単位に区切るブロック化部と、
埋め込み画像における秘密情報が埋め込まれた各ブロック、および、これに対応する原画像の各ブロックのそれぞれに対し、ブロック内の画素値の平均または変換係数値の平均をブロック平均値として算出するブロック平均値算出部と、
算出された互いに対応する埋め込み画像および原画像のブロック平均値の大小関係に基づいて、ブロックごとの秘密情報を抽出する秘密情報抽出部とを備えたことを特徴とする電子透かし検出装置。
An electronic watermark detection apparatus for detecting secret information embedded by the electronic watermark embedding apparatus according to claim 5,
The embedded image and the original image in which the secret information is embedded are divided into block units each including a pixel group or a transform coefficient group of the same M rows × N columns (M and N are integers of 2 or more) as when the secret information is embedded. A blocking unit;
A block average that calculates the average of pixel values or the average of transform coefficient values in each block as a block average value for each block in which embedded confidential information is embedded in the embedded image and each block of the original image corresponding to the block. A value calculator,
A digital watermark detection apparatus, comprising: a secret information extraction unit that extracts secret information for each block based on a calculated magnitude relationship between a block average value of an embedded image and an original image corresponding to each other.
画像を構成する各画素の輝度情報や色情報である画素値又は前記画素値に演算を行う変換係数値に対し、秘密情報を埋め込む電子透かし埋込装置であって、
画像又は変換係数をM行×N列(M,Nは2以上の整数)の画素群又は変換係数群に区切ってブロック化するブロック化部と、
秘密情報を埋め込むブロック(Bij)に対し、そのブロックに埋め込む秘密情報に応じてブロック内の異なる2種類の画素値または異なる2種類の変換係数値についてのそれぞれの平均(<Baij>、<Bbij>)を変化させるときの基準となるシフト値βが設定されるシフト値設定部と、
秘密情報埋め込み後のブロック内の前記2種類の画素値平均または変換係数値平均の絶対差(|<Baij>−<Bbij>|)が式(2)の関係となるように、前記ブロック内の各画素値または各変換係数値をシフト値βに応じた一様乱数を算出して、前記2種類の画素または変換係数を一様乱数にする一様乱数付加部とを備えたことを特徴とする電子透かし埋め込み装置。
|<Baij>−<Bbij>| ≧β ・・・・(2)
ここで<Baij>は第一の画素値または変換係数値の平均
<Bbij>は第二の画素値または変換係数値の平均
シフト値βは正の数
秘密情報が1のときは<Baij>が<Bbij>より大で、秘密情報が0のときは小(または、秘密情報が1のときは<Baij>が<Bbij>より小で、秘密情報が0のときは大)
An electronic watermark embedding device that embeds secret information into a pixel value that is luminance information and color information of each pixel constituting an image or a conversion coefficient value that performs an operation on the pixel value,
A blocking unit that blocks an image or transform coefficient into a pixel group or transform coefficient group of M rows × N columns (M and N are integers of 2 or more);
For the block (B ij ) in which the secret information is embedded, the averages (<Ba ij >, <<) of two different pixel values or two different transform coefficient values in the block according to the secret information embedded in the block. A shift value setting unit in which a shift value β serving as a reference when changing Bb ij >) is set;
The block so that the absolute difference (| <Ba ij > − <Bb ij > |) of the average of the two types of pixel values or the average of the transform coefficient values in the block after embedding the secret information is in the relationship of Expression (2). A uniform random number adding unit that calculates a uniform random number corresponding to the shift value β for each pixel value or each conversion coefficient value in the pixel value and converts the two types of pixels or conversion coefficients into a uniform random number. A digital watermark embedding device as a feature.
| <Ba ij > − <Bb ij > | ≧ β (2)
Where <Ba ij > is the average of the first pixel value or transform coefficient value <Bb ij > is the average of the second pixel value or transform coefficient value Shift value β is <Ba when the positive number secret information is 1 When ij > is greater than <Bb ij > and the secret information is 0, it is small (or when the secret information is 1, <Ba ij > is less than <Bb ij > and when the secret information is 0, it is large. )
請求項7に記載の電子透かし埋め込み装置により埋め込まれた秘密情報を検出する電子透かし検出装置であって、
秘密情報が埋め込まれた埋め込み画像について、秘密情報を埋め込んだときと同じM行×N列(M,Nは2以上の整数)の画素群又は変換係数群からなるブロック単位に区切るブロック化部と、
埋め込み画像における秘密情報が埋め込まれた各ブロックに対し、ブロック内の異なる2種類の画素値の平均の差または変換係数値の平均の差をブロック平均の差として算出するブロック平均差算出部と、
算出されたブロック平均差に基づいて、ブロックごとの秘密情報を抽出する秘密情報抽出部とを備えたことを特徴とする電子透かし検出装置。
A digital watermark detection apparatus for detecting secret information embedded by the digital watermark embedding apparatus according to claim 7,
A block forming unit that divides the embedded image in which the secret information is embedded into blocks each including a pixel group or transform coefficient group of the same M rows × N columns (M and N are integers of 2 or more) when the secret information is embedded; ,
A block average difference calculation unit that calculates an average difference between two different pixel values in a block or an average difference between transform coefficient values as a block average difference for each block in which secret information in an embedded image is embedded;
An electronic watermark detection apparatus comprising: a secret information extraction unit that extracts secret information for each block based on the calculated block average difference.
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KR101354609B1 (en) 2013-09-23 2014-01-23 주식회사 알아이 Image based data hiding device and method
KR101472495B1 (en) 2014-06-13 2014-12-19 동국대학교 산학협력단 Data hiding device and method for information security

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