JP3423585B2 - 画像処理方法および装置 - Google Patents

画像処理方法および装置

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JP3423585B2
JP3423585B2 JP21846797A JP21846797A JP3423585B2 JP 3423585 B2 JP3423585 B2 JP 3423585B2 JP 21846797 A JP21846797 A JP 21846797A JP 21846797 A JP21846797 A JP 21846797A JP 3423585 B2 JP3423585 B2 JP 3423585B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は画像処理方法および
装置に係り、詳しくは、デジタル画像に対して別の副情
報を情報多重化する際に、人間の知覚に感知されないよ
うにデジタル画像内に情報多重化を行うとともに、デジ
タル画像内に多重化された副情報を正しく読み取る方法
および装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】今日、このような情報多重化および読み
取り技術は、著作権情報や利用ユーザIDなどを情報コ
ンテンツに秘密裏に多重化することによるデジタル情報
コンテンツの著作権保護および不正複製抑止システムに
用いられている。
【0003】しかしながら、従来技術では、デジタル画
像の部分的な編集や非可逆圧縮などを行うことで簡単に
多重化された副情報が消えてしまうといった問題があっ
た。特に非可逆圧縮においては、画像の複雑領域より平
坦領域のほうが画素情報を大きく削除することにより、
より副情報が消えやすいので、平坦部分の多い画像に対
して非可逆圧縮を行った場合には、副情報の読み取りに
失敗するといった問題があった。また、平坦部分につい
ては比較的人間に知覚されやすいため、多重化を行うこ
とが難しいという問題があった。さらには、画像サイズ
の拡大あるいは縮小処理に対して、多重化されている副
情報を正しく読みとることができないという問題があっ
た。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来の人間に知覚されない情報多重化技術が抱えている
問題の、特に画像サイズの拡大あるいは縮小に対して
も、多重化された副情報を正しく読みとることを可能と
し、また、非可逆圧縮や雑音に対する耐性も実現可能と
する画像処理方法および装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、画像に直交変換を施し周波数領域に変
換し、低周波帯域成分を正規化した後に、正規化成分値
を変更し副情報の多重化を行ない、逆正規化・逆直交変
換を施して情報多重化済画像を得る。また、情報多重化
済画像に直交変換を施し周波数領域に変換し、多重化時
と同じく低周波帯域成分を正規化し、正規化成分値から
多重化されている副情報を読み取る。このように、正規
化処理を行うことにより、画像サイズの拡大/縮小に対
する耐性が実現する。また、画像の低周波成分に情報を
多重化することにより、非可逆圧縮や雑音に対する耐性
も実現する。
【0006】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。図1は本発明の画像処理装置に
おける情報多重化装置の一実施例の全体的構成図を示
す。情報多重化装置1はデジタル画像の原画像2、該画
像に多重化したい埋め込み副情報3、多重化に用いる多
重化鍵4および多重化の強さを設定する多重化強度値5
を入力とする。これらの入力をうけた情報多重化装置1
は、まず、直交変換部6において原画像2を周波数成分
行列に変換する。次に、周波数成分正規化部7におい
て、この周波数成分行列を正規化して正規化周波数成分
行列を得、多重化部8の入力とする。多重化部8は、正
規化周波数成分行列の中から多重化鍵4によって選択さ
れた正規化周波数成分の値を、埋め込み副情報3と多重
化強度値5によって変更し、多重化処理を行なう。多重
化処理の後、逆正規化部9において多重化処理済正規化
周波数成分行列を逆正規化し、多重化処理済周波数成分
行列を得る。最後に、逆変換部10において、この多重
化処理済周波数成分行列に対し、直交変換部6で行った
直交変換の逆周波数変換を施し、多重化済画像11を得
る。直交変換やその逆変換自体は周知であるので、以下
では、特に周波数成分正規化部7と多重化部8の処理に
ついて詳述する。
【0007】図2は、本発明における周波数成分正規化
部7の処理を説明する図である。図2において、a,
b,A,Bは次の値をとるものである。 a :直交変換の定義式による入力周波数成分の振幅の
下限値 b :直交変換の定義式による入力周波数成分の振幅の
上限値 A :正規化周波数成分の振幅の下限値 B :正規化周波数成分の振幅の上限値(A,Bは固
定)。
【0008】いま、入力周波数成分行列(n×m)を
[xij]、正規化周波数成分行列(n×m)を[yij
とすると、正規化周波数成分行列[yij]の各項の振幅
【0009】
【数1】
【0010】で得られる。周波数成分正規化部7は、周
波数成分行列[xij]を入力として、数1によって各項
の振幅を正規化し、周波数成分の振幅の範囲が常に決っ
た値に正規化された正規化周波数成分行列[yij]を得
る。
【0011】図3は、本発明における多重化部8の構成
例を示す図である。多重化部8は正規化周波数成分行列
12、埋め込み副情報3、多重化鍵4および多重化強度
値5を入力して、以下の処理手順により、多重化処理済
正規化周波数成分行列15を出力する。 (手順1) 処理対象周波数成分決定部13において、
次のビット多重化部14で処理される処理対象周波数成
分を、多重化鍵4によって決定する。 (手順2) ビット多重化部14において、埋め込み副
情報3(k bit)とするの先頭ビットから順に1ビット
ずつ取り出したビット値を、処理対象周波数成分の値を
変更することで多重化する。変更量は多重化強度値5に
依存している。 (手順3) 上記手順1および手順2の処理を、埋め込
み副情報3の全てのビットを多重化するまで繰り返す。
全てのビットの多重化が終了したら、変更した正規化周
波数成分行列12を、多重化処理済正規化周波数成分行
列15として出力する。
【0012】図4は、図3における処理対象周波数成分
決定部13の詳細構成例を示す図である。処理対象周波
数成分決定部13は、正規化周波数成分行列12に対し
ローパスフイルタ17をかけて低周波帯の周波数成分を
取り出す。また、多重化鍵4を初期値とする乱数列を乱
数生成器16によって生成し、ローパスフィルタ17の
出力の低周帯の正規化周波数成分行列中の上記乱数列に
よって定まる処理対象周波数成分18を出力する。図5
に、正規化周波数成分行列と出力される処理対象周波数
成分の関係を示す。
【0013】図6は、図3におけるビット多重化部14
の処理を説明する図である。図6において、strengthは
多重化強度値、xは処理対象周波数成分の振幅、yは処
理対象周波数成分の変更後の振幅である。また、pとq
は次のように定義される。
【0014】
【数2】
【0015】ビット多重化部14は、処理対象周波数決
定部13で決定した処理対象周波数成分の振幅を、被多
重化ビット(bit)の値により以下のように変更する。 (1)bit=0の場合 p<strength×0.75のとき : y=q+strength
×0.25 p≧strength×0.75のとき : y=q+strength
×1.25 (2)bit=1の場合 p<strength×0.25のとき : y=q−strength
×0.25 p≧strength×0.25のとき : y=q+strength
×1.25。
【0016】図1の逆正規化部9では、多重化部8から
出力される多重化済正規化周波数成分行列15に対し、
正規化部7の正規化と逆の処理を行って多重化済周波数
成分行列を出力する。具体的には a:直交変換の定義式による入力周波数成分の振幅の下
限値 b:直交変換の定義式による入力周波数成分の振幅の上
限値 A:正規化周波数成分の振幅の下限値 B:正規化周波数成分の振幅の上限値(A,Bは固定) [zij]:多重化済正規化周波数成分行列(n×m) [wij]:多重化済周波数成分行列(n×m) として、多重化済周波数成分行列の各項の振幅を、次の
数3を適用して求める。
【0017】
【数3】
【0018】図1の逆変換部10では、逆正規化部9か
ら出力される多重化済周波数成分行列に対し、直交変換
部6の直交変換と逆の処理を行って多重化済画像11を
出力する。
【0019】図1の情報多重化装置においては、原画像
2に視覚的な影響を与えずに、該画像2内に副情報3を
多重化することができる。
【0020】図7は、本発明の画像処理装置における情
報読み取り装置の一実施例の全体的構成図を示す。情報
読み取り装置19は、読み取り対象画像20、多重化鍵
21および多重化強度値22を入力として、まず、直交
変換部23において読み取り対象画像20を周波数成分
行列に変換する。次に、周波数成分正規化部24におい
て、周波数成分行列を正規化し、正規化周波数成分行列
を得る。最後に、読み取り部25において、正規化周波
数成分行列の中から多重化鍵21によって選択された正
規化周波数成分の値と多重化強度値22によって、読み
取り対象画像20から読み取り副情報29を抽出して出
力する。ここで、多重化鍵21および多重化強度値22
は、情報多重化装置1で用いた多重化鍵4および多重化
強度値5と同じものである。また、直交変換部23と周
波数成分正規化部24の処理は、情報多重化装置1の直
交変換部6、正規化部7と基本的に同じである。以下で
は、特に読み取り部25について詳述する。
【0021】図8は、本発明における読み取り部25の
構成例を示す図である。読み取り部25は情報多重化済
み正規化周波数成分行列28、多重化鍵21および多重
化強度値22を入力として、以下の処理手順により読み
取り副情報29を抽出する。 (手順1′) 処理対象周波数成分決定部26におい
て、正規化周波数成分行列28の中から、次のビット読
み取り部27で処理される処理対象周波数成分を、多重
化鍵4によって決定する。該処理対象周波数成分決定部
26の構成は図4と基本的に同じである。 (手順2′) ビット読み取り部27において、処理対
象周波数成分の値からビット値を読み取り、読み取り副
情報29(k bit)の先頭ビットから順に格納する。 (手順3′) 上記手順1´および手順2´の処理を、
読み取り副情報29の全てのビットが得られるまで繰り
返す。全てのビットの読み取りが終了したら、読み取り
副情報29を出力する。
【0022】図9は、図8におけるビット読み取り部2
7の処理を説明する図である。図9において、strength
は多重化強度値、xは処理対象周波数成分の振幅、bit
は読み取りビット値である。また、p、qは次のように
定義される。
【0023】
【数4】
【0024】ビット読み取り部27は、処理対象周波数
成分決定部26で決定された処理対象周波数の成分の振
幅から、以下のようにして読み取りビット値を得る。 (1)p<strength×0.5のとき:bit=0 (2)p≧strength×0.5のとき:bit=1。
【0025】図7の情報読み取り装置においては、多重
化された画像に劣化が生じたり、画像が拡大あるいは縮
小された場合でも、画像内に多重化された副情報を正し
く読み取ることができる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
情報を多重化された画像が拡大あるいは縮小された場合
でも、正規化処理を行なうことによって正しく多重化さ
れた情報を読みとることができる。また画像の低周波成
分に情報を多重化することにより、非可逆圧縮や雑音に
対する耐性も実現している。さらに動画像の各フレーム
に対し本発明を適用することにより、動画像への情報多
重化および動画像からの情報読みとりも可能である。
【0027】本発明をデジタルコンテンツの著作権保護
に用いることにより、従来技術で実現されていた非可逆
圧縮や雑音に対する耐性に加え、拡大あるいは縮小処理
された画像からも多重化された副情報を正しく読みとる
ことができ、拡大あるいは縮小されたコンテンツについ
ても著作者の特定や不正複製者の特定ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における情報多重化装置の一実施例の構
成を示す図である。
【図2】図1における周波数成分正規化部の処理を説明
する図である。
【図3】図1における多重化部の構成例を示す図であ
る。
【図4】図3における処理対象周波数成分決定部の構成
例を示す図である。
【図5】処理対象周波数成分決定部の処理を説明する図
である。
【図6】図3におけるビット多重化部の処理を説明する
図である。
【図7】本発明における情報読み取り装置の一実施例の
構成を示す図である。
【図8】図7における読み取り部の構成例を示す図であ
る。
【図9】図8のビット読み取り部の処理を説明する図で
ある。
【符号の説明】
1 情報多重化装置 6 直交変換部 7 周波数成分正規化部 8 多重化部 9 逆正規化部 10 逆変換部 19 情報読み取り装置 23 直交変換部 24 周波数成分正規化部 25 読み取り部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H04N 7/30 (56)参考文献 特開 平9−191394(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 1/387

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 デジタル画像内に別の副情報を多重化す
    る際に、画像を周波数成分行列に変換し、周波数成分を
    正規化し、該正規化周波数成分行列の周波数成分の振幅
    を変更することで副情報を多重化し、該多重化後、逆正
    規化、逆周波数変換して多重化済画像を得ることを特徴
    とする画像処理方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の画像処理方法において、
    多重化済画像から副情報を読み取る際に、多重化済画像
    を周波数成分行列に変換し、周波数成分を正規化し、該
    正規化周波数成分行列の周波数成分の振幅の値から多重
    化された副情報を読み取ることを特徴とする画像処理方
    法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の画像処理方法において、
    周波数成分の振幅を変更する際に、低周波帯の周波数成
    分の振幅を変更することにより副情報を多重化すること
    を特徴とする画像処理方法。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の画像処理方法において、
    周波数成分の振幅を変更する際に、周波数成分の振幅の
    値によって意味づけをし、多重化したい副情報を意味す
    る値に振幅を変更することを特徴とする画像処理方法。
  5. 【請求項5】 請求項2記載の画像処理方法において、
    周波数成分から副情報を読み取る際に、低周波帯の周波
    数成分の振幅から副情報を読みとることを特徴とする画
    像処理方法。
  6. 【請求項6】 請求項2記載の画像処理方法において、
    周波数成分から副情報を読み取る際に、周波数成分の振
    幅の値によって意味づけをし、与えられた振幅の値から
    その意味する副情報を読み取ることを特徴とする画像処
    理方法。
  7. 【請求項7】 画像を周波数成分行列に変換する手段
    と、周波数成分行列の周波数成分を正規化する手段と、
    正規化周波数成分行列と多重化すべき副情報と多重化鍵
    と多重化強度値を入力として、多重化鍵により任意の正
    規化周波数成分を選択し、該正規化周波数成分の値を副
    情報と多重化強度値によって変更して副情報を多重化す
    る手段と、多重化済正規化周波数成分行列を逆正規化、
    逆周波数変換して多重化済画像を得る手段とを有するこ
    とを特徴とする画像処理装置。
  8. 【請求項8】 請求項7記載の画像処理装置で得られた
    多重化済画像から副情報を読み取る画像処理装置であっ
    て、多重化済画像を周波数成分行列に変換する手段と、
    周波数成分行列の周波数成分を正規化する手段と、正規
    化周波数成分行列と多重化に用いられた多重化鍵と多重
    化強度値を入力として、多重化鍵により任意の正規化周
    波数成分を選択し、該正規化周波数成分の値と多重化強
    度値によって副情報を抽出する手段とを有することを特
    徴とする画像処理装置。
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