JP3834281B2 - ウォーターマーク埋め込み方法、伝送方法、復元方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はウォーターマークに係り、より詳細には、原情報にウォーターマークを埋め込む方法、伝送する方法、復元する方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ネットワークに基づく通信技術の発達とあいまって、マルチメディア情報がデジタルの形で貯蔵または伝送されることが頻繁になされつつある。デジタル情報は、複製された場合に原本との区別がほとんど不可能である。従って、原本に対する権利を主張するための１方法として、原本に識別情報（以下、ウォーターマーク）を埋め込む。ウォーターマークとしては、原本の著作権情報、著作権者の署名、マークなどが主として使われる。
【０００３】
原本に埋め込まれるデータの容量が増大すれば、外部からの攻撃には強いとはいえ、ウォーターマークされた情報の品質は低下する。埋め込まれるデータの容量が減少すれば、その反対となる。すなわち、ウォーターマークの大きさとウォーターマークされた情報の品質とは互いにトレード−オフの関係にある。テキストをウォーターマークとして埋め込む場合、通常１００ビット未満で十分であるため、大した問題にならない。しかし、映像を埋め込む場合、例えば、比較的に小容量である３２×３２ピクセルの２進映像であっても１０２４ビットが埋め込まなければならないため、原情報の品質低下が問題となる。それにも拘わらず、ウォーターマーク映像の埋め込みの必要性は高まりつつある。映像はテキストに比べて識別力が高く、且つ、ユーザにやさしいためである。
【０００４】
従来、様々なウォーターマーク埋め込み方法が提案されている。しかし、これらはいずれも原情報をいかなる方式により変換した後、いかなる所にいかにウォーターマークデータを埋め込むかに集中している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、埋め込まれるデータの容量を格段に減らせる新たなウォーターマーク埋め込み方法、伝送方法、復元方法及びその装置を提供するところにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、埋め込まれるデータの容量を格段に減らせつつもより攻撃に強い新たなウォーターマーク埋め込み方法、伝送方法、復元方法及びその装置を提供するところにある。
【０００７】
本発明のさらに他の目的は、受信側における復元が容易である新たなウォーターマーク埋め込み方法、伝送方法、復元方法及びその装置を提供するところにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的は、本発明により、原情報にウォーターマークを埋め込む方法において、（ａ）前記ウォーターマークを具現する複数の成分のうち一部を前記原情報に埋め込む段階と、（ｂ）残りの成分は前記ウォーターマークを復元するためのキーとして使用する段階とを含むことを特徴とする方法によって達成される。
【０００９】
前記（ａ）段階は、（ａ１）前記ウォーターマークを複数の成分に分解する段階を含むことが望ましく、特に、ウォーターマーク映像である場合、色成分、位置成分及び大きさ成分に分解する段階を含むことが望ましい。
【００１０】
前記分解段階は、（ａ１１）前記ウォーターマーク映像を色成分が同じ領域に分割して複数のサブブロックを得る段階と、（ａ１２）得られたサブブロックの色成分を表示するビット列を生成する段階と、（ａ１３）生成されたビット列を前記原情報に埋め込む段階とを含むことが望ましい。
【００１１】
前記（ａ１１）段階は、前記ウォーターマーク映像を少なくとも１枚の２進映像に分割する段階と、得られた２進映像を色成分が同じビット値で表わされる領域に分割して複数のサブブロックを得る段階とを含むことが望ましい。
【００１２】
さらに、前記目的は、原情報にウォーターマーク映像を埋め込む方法において、（ａ）領域の大きさを変えていきつつ前記ウォーターマーク映像を検索して色成分が同じビット値で表わされる領域が存在すれば、その領域をサブブロックとして抽出する段階と、（ｂ）抽出されたサブブロックの色成分を表示するビット列を生成する段階と、（ｃ）生成されたビット列を前記原情報に埋め込む段階とを含むことを特徴とする方法によっても達成される。
【００１３】
前記（ａ）段階は、（ａ１）前記ウォーターマーク映像を少なくとも１枚の２進映像に分割する段階と、（ａ２）領域の大きさを変えていきつつ２進映像を検索して色成分が同じビット値で表わされる領域が存在すれば、その領域をサブブロックとして抽出する段階と、（ａ３）残りの２進映像に対して前記（ａ２）段階を繰り返す段階とを含むことが望ましい。
【００１４】
前記（ｂ）段階は、前記サブブロックの大きさ順に対応ビット値を配列して前記色成分を表示するビット列を生成する段階を含むことが効果的である。
【００１５】
さらに、前記目的は、原情報にウォーターマークを埋め込んで伝送する方法において、（ｂ）前記ウォーターマークを具現する複数の成分のうち一部のみを前記原情報に埋め込んで伝送する段階と、（ｃ）残りの成分は前記ウォーターマークを復元するために必要なキーとして伝送する段階とを含むことを特徴とする方法によっても達成される。
【００１６】
前記（ｂ）段階前に、（ａ）前記ウォーターマークを複数の成分に分解する段階を含むことが望ましい。
【００１７】
さらに、前記目的は、ウォーターマークを復元する方法において、（ａ）前記ウォーターマークを具現する複数の成分のうち一部を原情報から抽出する段階と、（ｂ）キーとして受信された残りの成分を組み合わせて前記ウォーターマークを復元する段階とを含むことを特徴とする方法によっても達成される。
【００１８】
前記（ａ）段階は、（ａ１）ウォーターマークされた原情報から前記ウォーターマークの色成分を表示するビット列を抽出する段階であることが望ましい。
【００１９】
前記（ｂ）段階は、（ｂ１）前記ウォーターマークの位置成分及び大きさ成分を前記キーとして受信して前記色成分と組み合わせてウォーターマークを復元する段階を含むことが望ましい。
【００２０】
一方、前記目的は、原情報にウォーターマークを埋め込む装置において、前記ウォーターマークを複数の成分に分解するウォーターマーク分解部と、前記ウォーターマーク分解部を通じて得られた複数の成分のうち一部を前記原情報に埋め込むウォーターマーク埋め込み部と、前記ウォーターマーク分解部を通じて得られた複数の成分のうち残りの成分は前記ウォーターマークを復元するためのキーとして出力するキー生成部とを含むことを特徴とする装置によって達成される。
【００２１】
前記ウォーターマーク分解部は、前記ウォーターマーク映像を色成分が同じ領域に分割して複数のサブブロックを得た後、得られたサブブロックの色成分を表示するビット列を生成し、前記ウォーターマーク埋め込み部は、前記ウォーターマーク分解部により生成されたビット列を前記原情報に埋め込むことが望ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき、本発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の望ましい実施の形態によるウォーターマーク埋め込み装置の構成図である。ウォーターマーク埋め込み装置１０は、原情報及びウォーターマークを入力された後、ウォーターマークが具現可能なデータのうち一部を原情報に埋め込んでウォーターマークされた映像及びキーを出力する装置であって、ウォーターマーク分解部１１、キー生成部１２及びウォーターマーク埋め込み部１３を含む。
【００２４】
ウォーターマーク分解部１１は、ウォーターマークを複数の成分に分解する。ウォーターマークは、様々なデータ表現方式のうち何れか一つにより表示可能である。例えば、ウォーターマークデータを所定の暗号化方式により暗号化させるならば、ウォーターマークは暗号化されたデータ成分と暗号化キー成分とに分解可能である。ウォーターマークがビデオやサウンドである場合、これを周波数帯域別に割り当てられた量子化ビット数に基づき量子化させるならば、ウォーターマークは量子化されたデータ成分と各周波数帯域別に割り当てられた量子化ビット数とに分解可能である。ウォーターマークが音声信号である場合、励起信号とフィルターとに分解可能である。さらには、フォルマントとエンベロープとに分解可能である。ウォーターマークがビデオやサウンドである場合、周波数成分と係数成分とに分解可能である。換言すれば、ウォーターマーク分解部１１は、組み合わせてウォーターマークが復元可能な２つ以上の成分に分解する。この時、入力されたウォーターマーク映像が２進映像ではない場合、少なくとも１枚の２進映像に変換した後に分解する。例えば、カラー映像である場合、色相別の２進映像に分割した後に各２進映像を分解する。本実施の形態において、２進ウォーターマーク映像は、色成分、位置成分及び大きさ成分に分解される。
【００２５】
キー生成部１２は、検証キーを生成する。検証キーとは、ウォーターマーク映像からウォーターマークを抽出するために、または抽出されたデータからウォーターマークを復元するために必要なデータを意味する。本実施の形態において、キー生成部１２は、ウォーターマーク分解部１１を通じて得られた複数の成分のうち原情報に埋め込まれる成分を除いた残りの成分をウォーターマークを復元するためのキーとして貯蔵しておくか、ウォーターマーク映像を伝送する時にウォーターマーク映像とは別途に受信端に伝送する。
【００２６】
ウォーターマーク埋め込み部１３は、ウォーターマーク分解部１１により生成された複数の成分のうち一部を原情報に埋め込む。原情報は、映像（静止映像及び動映像を共に含む）、またはサウンド（音声信号を含む）である場合がほとんどである。原情報にデータを埋め込む方式は、様々であり、従来公知のウォーターマーク埋め込み方式が利用可能である。例えば、原情報を離散コサイン変換（ＤＣＴ）、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）、離散ウェーブレット変換（ＤＷＴ）などを通じて周波数ドメインのデータに変換した後、人間の視覚にあまり敏感ではない部分にウォーターマークデータを埋め込む方式が利用可能である。さらには、ウォーターマークデータを埋め込む時、スケーリング因子を割り当てても良い。スケーリング因子とは、ウォーターマークの強じん性とウォーターマーク映像の画質との間に存在するトレード−オフを調整する因子を言う。スケーリング因子を割り当てる場合、部分的にその値を相異ならしめても良い。但し、ウォーターマークは、受信端で完壁に復元されなければならないため、ウォーターマークを損失圧縮して埋め込む方式は使用しないことが望ましい。さらに、攻撃による誤りが発生することを考慮して、ランレングス方式のように誤り伝播の可能性がある圧縮方式は使用しないことが望ましい。
【００２７】
図２は、本発明により図１のウォーターマーク埋め込み装置に取り付けられてウォーターマークされた原情報を貯蔵または伝送する装置の構成図である。ウォーターマーク伝送装置は、貯蔵部２０及びサーバ３０を含む。貯蔵部２０は、本発明によりウォーターマークされた情報及びキーを貯蔵する。貯蔵部２０は、ウォーターマークされた情報を貯蔵する一般貯蔵部及びキーを貯蔵するセキュリティ貯蔵部を備える。サーバ３０は、ウォーターマークされた情報及びキーをネットワークを通じて他のシステム５０に伝送する。ネットワークは、ローカルエーリアネットワーク（ＬＡＮ）またはインターネットなどのワイドエーリアネットワーク（ＷＡＮ）を含んでも良く、両方とも含んでも良い。他のシステム５０は、ウォーターマークされた情報から送られてきたキーを使ってウォーターマークを抽出して復元することができる。さらには、ディスプレー装置（図示せず）及び／またはプリンタ（図示せず）を備えて、ウォーターマークされた情報及び復元されたウォーターマークをディスプレーしたりプリントしたりできる。
【００２８】
図３及び図４は、本発明によりウォーターマークを分解する過程を示す参考図である。図３を参照すれば、ウォーターマーク分解部１１は、ウォーターマークをＭ個の成分に分解する（Ｍは整数）。そのうちｍ個（ｍはＭより小さい整数）の成分Ａはウォーターマークとして原情報に埋め込み、残りのＭ−ｍ個の成分Ｂはキーとして使用する。
【００２９】
図４を参照すれば、本発明の一実施の形態によりウォーターマーク映像は色成分、位置成分及び大きさ成分に分解された後に、色成分は原情報に埋め込まれ、位置成分及び大きさ成分はキーとして使われる。
【００３０】
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の一実施の形態によりウォーターマーク映像を分解する過程を示す参考図である。
【００３１】
前述したように、ウォーターマーク分解部１１は、ウォーターマーク映像を２進映像に分割した後、２進映像に対して分解を行う。図５Ａを参照すれば、２進映像は、参照番号１，２，３，４の領域よりなる。■の部分はビット‘０’を、□の部分はビット‘１’を表わす。領域３及び４は色成分が同一であるために、すなわち、色成分が同じビットで表わされるために、サブブロックＷ（０）として抽出される。次に、領域１がサブブロックＷ（１）として抽出される。次に、領域２のうち色成分が同じビットで表わされる領域２−１及び２−３がサブブロックＷ（２）として抽出される。残りの領域のうち色成分が同じビットで表わされる領域２−４がサブブロックＷ（３）として抽出される。次に、領域２−２−１、領域２−２−２、領域２−２−３及び領域２−２−４が各々サブブロックＷ（４），Ｗ（５），Ｗ（６），Ｗ（７）として抽出される。抽出されたサブブロックの順に従い対応ビットを配列すれば、最終的に‘１００１０１０１’が得られる。すなわち、色成分を表示するビット列は、‘１００１０１０１’となる。
【００３２】
図５Ｂには、図５Ａのウォーターマーク映像の分解中に得られた大きさ成分及び位置成分が示されている。各長方形の大きさは該当サブブロックの大きさ成分を表わし、長方形に付された参照番号は該当サブブロックの位置成分を表わす。大きさ成分及び位置成分は様々な方式により表示可能である。
【００３３】
図６は、他のシステム５０でウォーターマークを復元する過程を示す参考図である。他のシステム５０は、ウォーターマーク映像から色成分を表示するビット列‘１００１０１０１’を抽出した後、キーとして受信された大きさ成分及び位置成分を組み合わせてウォーターマークを復元する。
【００３４】
前記の如き構成に基づき本発明の望ましい実施の形態によるウォーターマーク埋め込み方法及び伝送方法を説明すれば、下記の通りである。
【００３５】
図７は、本発明に係るウォーターマーク埋め込み方法を説明するためのフローチャートである。ウォーターマーク埋め込み装置は、ウォーターマークを具現する複数の成分のうち一部を原情報に埋め込んだ後（第７０１段階）、残りの成分はウォーターマークを復元するためのキーとして使用する（第７０２段階）。ここで、キーとして使用するということは、キーとして貯蔵しておくか、第７０１段階で得られたウォーターマーク映像を受信端に伝送する時、キーとして伝送するということを意味する。
【００３６】
図８は、本発明の一実施の形態によるウォーターマーク埋め込み方法を説明するためのフローチャートである。ウォーターマーク埋め込み装置は、ウォーターマーク映像を色成分が同じ領域に分割して複数のサブブロックに分割した後（第８０１段階）、得られたサブブロックの色成分を表示するビット列を生成する（第８０２段階）。より具体的に、ウォーターマーク埋め込み装置は、ウォーターマーク映像を構成する２進映像のピクセル数が（ｘ，ｙ）である時、サブブロックを構成するピクセル数を（ｘ，ｙ）としてｋ値を０に初期化させる。次に、２進映像の全領域を検索して同じビット値で表わされ、且つ、最初に設定されたサブブロックと同じ大きさを有する領域が存在すれば、これをサブブロックＷ（ｋ）として抽出する。抽出されたサブブロック内の全てのビットが‘１’であればＷ（ｋ）は１となり、‘０’であれば０となる。サブブロックが抽出されれば、ｋ値は１だけインクリメントされる。さらに、サブブロックの大きさを（ｘ／２，ｙ）及び（ｘ，ｙ／２）に変えていきつつウォーターマーク映像を検索する。この時に抽出されたサブブロックに該当する領域は検索から除外される。（ｘ，ｙ）が（１，１）となるまでサブブロックの横ピクセル数または縦ピクセル数を半分ずつ減らしていきつつ検索を繰り返し行い、該当サブブロックを抽出する。各サブブロックから得られたビットをサブブロックの大きさ順に配列すれば、ビット列が生成される。
【００３７】
ウォーターマーク埋め込み装置は、得られたビット列を原情報に埋め込む（第８０３段階）。ビット列を原情報に埋め込む方法としては、従来のウォーターマーク埋め込み方法が利用可能である。さらには、スケーリング因子をビット別に異ならしめて埋め込んでも良い。重要な成分には大きいスケーリング因子を与え、そうでない成分には小さいスケーリング因子を与える。例えば、相対的に大き目のサブブロックのビットには大きいスケーリング因子を、相対的に小さ目のサブブロックには小さいスケーリング因子を割り当てる。一方、サブブロックの大きさ成分及び位置成分は、キーとして使われる（第８０４段階）。
【００３８】
図９は、本発明の他の実施の形態によるウォーターマーク伝送方法を説明するためのフローチャートである。ウォーターマーク伝送装置は、ウォーターマーク映像を色成分が同じ領域に分割して複数のサブブロックに分割した後（第９０１段階）、得られたサブブロックの大きさ順に該当色成分を表示するビット列を生成する（第９０２段階）。この時、図８の第８０１段階及び第８０２段階での方式が使われる。また、相対的に大き目のサブブロックであるほど大きい値のスケーリング因子を与える（第９０３段階）。次に、ウォーターマーク伝送装置は、スケーリング因子の割り当てられたビット列を原映像に埋め込んで他のシステム５０に伝送する（第９０４段階）。原映像は、静止映像及び動映像を共に含む。同様に、ビット列を原映像に埋め込む方法として、従来公知のウォーターマーク埋め込み方法が利用可能である。さらには、スケーリング因子をビット別に異ならしめて埋め込んでも良い。重要な成分には大きいスケーリング因子を与え、そうでない成分には小さいスケーリング因子を与える。例えば、相対的に大き目のサブブロックのビットには大きいスケーリング因子を、相対的に小さ目のサブブロックには小さいスケーリング因子を割り当てる。一方、サブブロックの大きさ順に大きさ成分及び位置成分を配列した後、キーとして他のシステム５０に伝送する（第９０５段階）。
【００３９】
図１０は、ウォーターマークを復元する方法を説明するためのフローチャートである。他のシステム５０は、ネットワークを通じてウォーターマーク映像及びキーを受信し（第１００１段階）、ウォーターマーク映像からサブブロックの色成分を表示するビット列を抽出する（第１００２段階）。一方、受信されたキーからサブブロックの大きさ成分及び位置成分を抽出する（第１００３段階）。前記第１００２段階で抽出されたビット列に前記第１００３段階で抽出された大きさ成分に応じて対応する大きさを有し、対応するビット値で表わされるサブブロックを復元する。最後に、位置成分に基づき復元されたサブブロックを並べ替えることにより、ウォーターマーク映像を復元する（第１００４段階）。
【００４０】
前述したように、本発明によれば、ウォーターマーク映像を復元するためには、埋め込まれた成分とキーとが共に正確でなければならない。これにより、本発明に係るウォーターマーク埋め込み方法、伝送方法及びその装置の強じん性が保障される。例えば、キーとして他のウォーターマーク映像に関する位置情報及び大きさ情報を受信すれば、サブブロックの数が互いに一致しないため、当該ウォーターマーク映像が復元できなくなる。ウォーターマークを埋め込むアルゴリズムを知っていて埋め込まれた成分を表示するビット列を抽出するとしても、サブブロックの大きさ成分及び位置成分が知らなければ、ウォーターマーク映像が正常に復元できない。ハッキングを通じてキーが分かるとしても、埋め込まれた色成分を知らなければサブブロックのビットが満たせないために、復元が不可能である。
【００４１】
実験の結果、本発明に係るウォーターマーク埋め込み装置の性能は、下記の通りに測定された。まず、実験に使われた装置は、原映像をＤＷＴ変換してＤＷＴ係数を得た後、埋め込まれるビット列のビット値が‘０’であれば該当係数を臨界値Ｔ１に置換し、ビット値が‘１’であれば該当係数を臨界値Ｔ２に置換する方式を使用した。Ｔ１とＴ２との距離を決める因子は、スケーリング因子である。スケーリング因子は、様々な方式により決められるが、この実験では、「Ｓａｎｇ−Ｗｏｏｋ Ｋｅｅｍ， Ｓａｎｇ−Ｈｅｕｍ Ｏｈ， Ｙｏｎｇ−Ｊｕｎ Ｒｙｕ， Ｋｅｙｎ−Ｙｏｕｎｇ Ｌｅｅ，“Ａ Ｒｏｂｕｓｔ ｄｉｇｉｔａｌ ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＤＷＴ”， Ｐｒｏｃ． ＩＥＥＫ． Ｓｕｍｍｅｒ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ２００１，ｖｏｌ ２４， Ｎｏ．１，ｐｐ７７−８０，Ｊｕｎ ２００１」に開示された方法に従い、スケーリング因子αは１から０．８まではΔα＝０．２と、０．６から０．４５まではΔα＝０．１５と、０．３から０．１まではΔα＝０．１と変化を与えた。
【００４２】
図１１は、テスト映像として使われたウォーターマーク映像である。（ａ）“ＤＭ ＬＡＢ”は、１２８×１２８ビット／ピクセルであり、（ｂ）“ＳＡＭＳＵＮＧ”は、１５０×３９ビット／ピクセルであり、（ｃ）“Ｓｉｇｎａｔｕｒｅ”は、６４×６４ビット／ピクセルである。
【００４３】
図１２は、図１１のテスト映像から本発明により抽出された色成分のビット列を比較するための表である。図１２を参照すれば、（ａ）“ＤＭ ＬＡＢ”の場合に１１６７ビットで表示可能であることが分かる。これは、従来に１６３８４ビットを埋め込まなければならなかったことに比較すれば、約９０％減っている。（ｂ）の“ＳＡＭＳＵＮＧ”及び（ｃ）の“Ｓｉｇｎａｔｕｒｅ”もまた従来に比べて約８５％減っていることが分かる。
【００４４】
図１３は、テスト映像として使われた原映像である。図１３を参照すれば、（ａ）“Ｌｅｎｎａ”、（ｂ）“Ｂａｂｏｏｎ”及び（ｃ）“Ｃａｍｍａｎ”はいずれも２５６×２５６ピクセルである。
【００４５】
図１４は、図１３の原映像に本発明により図１１のウォーターマーク映像を埋め込んだ場合に得られたウォーターマーク映像の画質と従来の方式による場合の画質とを比較したグラフである。但し、「Ｓａｎｇ−Ｗｏｏｋ Ｋｅｅｍ， Ｓａｎｇ−Ｈｅｕｍ Ｏｈ， Ｙｏｎｇ−Ｊｕｎ Ｒｙｕ， Ｋｅｙｎ−Ｙｏｕｎｇ Ｌｅｅ， “Ａ Ｒｏｂｕｓｔ ｄｉｇｉｔａｌ ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＤＷＴ”， Ｐｒｏｃ． ＩＥＥＫ． Ｓｕｍｍｅｒ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ２００１， ｖｏｌ ２４， Ｎｏ．１， ｐｐ７７−８０， Ｊｕｎ ２００１」に開示された方法によれば、ウォーターマークを３回ずつ埋め込むようになっているが、“ＤＭ ＬＡＢ”のようにデータが大容量であるウォーターマーク映像の場合、圧縮抜きで３回ずつ埋め込むことは不可能であるため、１回ずつ埋め込んだ。
【００４６】
図１４を参照すれば、本発明に係る方式によりウォーターマーク映像を埋め込んだところ、画質が最小１．８ｄＢから最大５．６３ｄＢまで改善されたことが分かる。一方、ＰＳＮＲは、ピーク信号対雑音比（Ｐｅａｋ Ｓｉｇｎａｌ ｔｏＮｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）を意味する。
【００４７】
図１５は、本発明により得られたウォーターマーク映像の強じん性を示すグラフである。“ＤＭ ＬＡＢ”を“Ｂａｂｏｏｎ”に埋め込んで圧縮した後、１０％から９０％まで圧縮率を変えていきつつＪＰＥＧ圧縮を行ったところ、本発明によれば、平均２．３３％（１６３８４ビットのうち３８１ビット）のエラーが発生したのに対し、本発明を適用しなかった場合には２２．８６％（１６３８４ビットのうち３７４５ビット）のエラーが発生した。本発明によれば、約１０倍ほどエラー発生率が減るということが確認できる。
【００４８】
図１６は、本発明により得られたウォーターマーク映像のフィルタリングに対する強じん性を示す参考図である。“ＳＡＭＳＵＮＧ”を“Ｃａｍｍａｎ”に埋め込んだ後にＪＰＥＧ圧縮を行って“Ｓｔｉｒｍａｒｋ Ａｔｔａｃｋ”フィルタリングに対する強じん性を実験したところ、（ａ）は、ガウスフィルタを通った場合、（ｂ）は、２×２メディアンフィルタを通った場合、（ｃ）は、３×３メディアンフィルタを通った場合、そして（ｄ）は３×３ウォーターマーク映像のエッジを強調した場合に各々抽出されたウォーターマーク映像を表わす。いずれも約９５％以上の復元率を示している。
【００４９】
図１７は、本発明により得られたウォーターマーク映像のクロッピングに対する強じん性を示す参考図である。（ａ）は、クロッピングされた“Ｌｅｎｎａ”を表わし、（ｂ）は、（ａ）から復元されたウォーターマーク映像“Ｓｉｇｎａｔｕｒｅ”を表わす。このような攻撃にも“Ｓｉｇｎａｔｕｒｅ”は約９７％以上復元される強じん性を示している。
【００５０】
図１８は、本発明により得られたウォーターマーク映像のワーピングに対する強じん性を示す参考図である。（ａ）は、ワーピングされた“Ｌｅｎｎａ”を表わし、（ｂ）は、（ａ）から復元されたウォーターマーク映像“ＳＡＭＳＵＮＧ”を表わす。このような攻撃にも“ＳＡＭＳＵＮＧ”は９７％以上に復元される強じん性を示している。
【００５１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、埋め込まれるべきデータの容量が格段に減るのでウォーターマーク情報の劣化を防止すると同時に、伝送時に様々に発生する攻撃に一層強じんになる。すなわち、埋め込まれるべきウォーターマークを複数の成分に分解した後に一部の成分のみ埋め込むことにより、ウォーターマーク映像の画質が改善され、残りの成分をキーとして伝送することにより攻撃に対する強じん性が高まる。受信端ではウォーターマークされた原情報から抽出された一部の成分とキーとして伝送された残りの成分とを組み合わせて始めてウォーターマークが完全に復元可能になるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の望ましい実施の形態によるウォーターマーク埋め込み装置の構成図である。
【図２】図１のウォーターマーク埋め込み装置に取り付けられてウォーターマークされた原本を貯蔵または伝送する装置の構成図である。
【図３】本発明によりウォーターマークを分解する過程を示す参考図である。
【図４】ウォーターマークを分解する過程の一実施の形態を示す参考図である。
【図５Ａ】本発明の一実施の形態によりウォーターマーク映像を分解する過程を示す参考図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施の形態によりウォーターマーク映像を分解する過程を示す参考図である。
【図６】他のシステム５０でウォーターマークを復元する過程を示す参考図である。
【図７】本発明に係るウォーターマーク埋め込み方法を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明の一実施の形態によるウォーターマーク埋め込み方法を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の他の実施の形態によるウォーターマーク伝送方法を説明するためのフローチャートである。
【図１０】ウォーターマークを復元する方法を説明するためのフローチャートである。
【図１１】テスト映像として使われたウォーターマーク映像である。
【図１２】図１１のテスト映像から本発明により抽出された色成分のビット列を比較するための表である。
【図１３】テスト映像として使われた原映像である。
【図１４】本発明により得られたウォーターマーク映像の画質と従来の方式による場合の画質とを比較したグラフである。
【図１５】本発明により得られたウォーターマーク映像の強じん性を示すグラフである。
【図１６】本発明により得られたウォーターマーク映像のフィルタリングに対する強じん性を示す参考図である。
【図１７】本発明により得られたウォーターマーク映像のクロッピングに対する強じん性を示す参考図である。
【図１８】本発明により得られたウォーターマーク映像のワーピングに対する強じん性を示す参考図である。
【符号の説明】
１０ ウォーターマーク埋め込み装置
１１ ウォーターマーク分解部
１２ キー生成部
１３ ウォーターマーク埋め込み部
２０ 貯蔵部
３０ サーバ
５０ システム
【発明の属する技術分野】
本発明はウォーターマークに係り、より詳細には、原情報にウォーターマークを埋め込む方法、伝送する方法、復元する方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ネットワークに基づく通信技術の発達とあいまって、マルチメディア情報がデジタルの形で貯蔵または伝送されることが頻繁になされつつある。デジタル情報は、複製された場合に原本との区別がほとんど不可能である。従って、原本に対する権利を主張するための１方法として、原本に識別情報（以下、ウォーターマーク）を埋め込む。ウォーターマークとしては、原本の著作権情報、著作権者の署名、マークなどが主として使われる。
【０００３】
原本に埋め込まれるデータの容量が増大すれば、外部からの攻撃には強いとはいえ、ウォーターマークされた情報の品質は低下する。埋め込まれるデータの容量が減少すれば、その反対となる。すなわち、ウォーターマークの大きさとウォーターマークされた情報の品質とは互いにトレード−オフの関係にある。テキストをウォーターマークとして埋め込む場合、通常１００ビット未満で十分であるため、大した問題にならない。しかし、映像を埋め込む場合、例えば、比較的に小容量である３２×３２ピクセルの２進映像であっても１０２４ビットが埋め込まなければならないため、原情報の品質低下が問題となる。それにも拘わらず、ウォーターマーク映像の埋め込みの必要性は高まりつつある。映像はテキストに比べて識別力が高く、且つ、ユーザにやさしいためである。
【０００４】
従来、様々なウォーターマーク埋め込み方法が提案されている。しかし、これらはいずれも原情報をいかなる方式により変換した後、いかなる所にいかにウォーターマークデータを埋め込むかに集中している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、埋め込まれるデータの容量を格段に減らせる新たなウォーターマーク埋め込み方法、伝送方法、復元方法及びその装置を提供するところにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、埋め込まれるデータの容量を格段に減らせつつもより攻撃に強い新たなウォーターマーク埋め込み方法、伝送方法、復元方法及びその装置を提供するところにある。
【０００７】
本発明のさらに他の目的は、受信側における復元が容易である新たなウォーターマーク埋め込み方法、伝送方法、復元方法及びその装置を提供するところにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的は、本発明により、原情報にウォーターマークを埋め込む方法において、（ａ）前記ウォーターマークを具現する複数の成分のうち一部を前記原情報に埋め込む段階と、（ｂ）残りの成分は前記ウォーターマークを復元するためのキーとして使用する段階とを含むことを特徴とする方法によって達成される。
【０００９】
前記（ａ）段階は、（ａ１）前記ウォーターマークを複数の成分に分解する段階を含むことが望ましく、特に、ウォーターマーク映像である場合、色成分、位置成分及び大きさ成分に分解する段階を含むことが望ましい。
【００１０】
前記分解段階は、（ａ１１）前記ウォーターマーク映像を色成分が同じ領域に分割して複数のサブブロックを得る段階と、（ａ１２）得られたサブブロックの色成分を表示するビット列を生成する段階と、（ａ１３）生成されたビット列を前記原情報に埋め込む段階とを含むことが望ましい。
【００１１】
前記（ａ１１）段階は、前記ウォーターマーク映像を少なくとも１枚の２進映像に分割する段階と、得られた２進映像を色成分が同じビット値で表わされる領域に分割して複数のサブブロックを得る段階とを含むことが望ましい。
【００１２】
さらに、前記目的は、原情報にウォーターマーク映像を埋め込む方法において、（ａ）領域の大きさを変えていきつつ前記ウォーターマーク映像を検索して色成分が同じビット値で表わされる領域が存在すれば、その領域をサブブロックとして抽出する段階と、（ｂ）抽出されたサブブロックの色成分を表示するビット列を生成する段階と、（ｃ）生成されたビット列を前記原情報に埋め込む段階とを含むことを特徴とする方法によっても達成される。
【００１３】
前記（ａ）段階は、（ａ１）前記ウォーターマーク映像を少なくとも１枚の２進映像に分割する段階と、（ａ２）領域の大きさを変えていきつつ２進映像を検索して色成分が同じビット値で表わされる領域が存在すれば、その領域をサブブロックとして抽出する段階と、（ａ３）残りの２進映像に対して前記（ａ２）段階を繰り返す段階とを含むことが望ましい。
【００１４】
前記（ｂ）段階は、前記サブブロックの大きさ順に対応ビット値を配列して前記色成分を表示するビット列を生成する段階を含むことが効果的である。
【００１５】
さらに、前記目的は、原情報にウォーターマークを埋め込んで伝送する方法において、（ｂ）前記ウォーターマークを具現する複数の成分のうち一部のみを前記原情報に埋め込んで伝送する段階と、（ｃ）残りの成分は前記ウォーターマークを復元するために必要なキーとして伝送する段階とを含むことを特徴とする方法によっても達成される。
【００１６】
前記（ｂ）段階前に、（ａ）前記ウォーターマークを複数の成分に分解する段階を含むことが望ましい。
【００１７】
さらに、前記目的は、ウォーターマークを復元する方法において、（ａ）前記ウォーターマークを具現する複数の成分のうち一部を原情報から抽出する段階と、（ｂ）キーとして受信された残りの成分を組み合わせて前記ウォーターマークを復元する段階とを含むことを特徴とする方法によっても達成される。
【００１８】
前記（ａ）段階は、（ａ１）ウォーターマークされた原情報から前記ウォーターマークの色成分を表示するビット列を抽出する段階であることが望ましい。
【００１９】
前記（ｂ）段階は、（ｂ１）前記ウォーターマークの位置成分及び大きさ成分を前記キーとして受信して前記色成分と組み合わせてウォーターマークを復元する段階を含むことが望ましい。
【００２０】
一方、前記目的は、原情報にウォーターマークを埋め込む装置において、前記ウォーターマークを複数の成分に分解するウォーターマーク分解部と、前記ウォーターマーク分解部を通じて得られた複数の成分のうち一部を前記原情報に埋め込むウォーターマーク埋め込み部と、前記ウォーターマーク分解部を通じて得られた複数の成分のうち残りの成分は前記ウォーターマークを復元するためのキーとして出力するキー生成部とを含むことを特徴とする装置によって達成される。
【００２１】
前記ウォーターマーク分解部は、前記ウォーターマーク映像を色成分が同じ領域に分割して複数のサブブロックを得た後、得られたサブブロックの色成分を表示するビット列を生成し、前記ウォーターマーク埋め込み部は、前記ウォーターマーク分解部により生成されたビット列を前記原情報に埋め込むことが望ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき、本発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の望ましい実施の形態によるウォーターマーク埋め込み装置の構成図である。ウォーターマーク埋め込み装置１０は、原情報及びウォーターマークを入力された後、ウォーターマークが具現可能なデータのうち一部を原情報に埋め込んでウォーターマークされた映像及びキーを出力する装置であって、ウォーターマーク分解部１１、キー生成部１２及びウォーターマーク埋め込み部１３を含む。
【００２４】
ウォーターマーク分解部１１は、ウォーターマークを複数の成分に分解する。ウォーターマークは、様々なデータ表現方式のうち何れか一つにより表示可能である。例えば、ウォーターマークデータを所定の暗号化方式により暗号化させるならば、ウォーターマークは暗号化されたデータ成分と暗号化キー成分とに分解可能である。ウォーターマークがビデオやサウンドである場合、これを周波数帯域別に割り当てられた量子化ビット数に基づき量子化させるならば、ウォーターマークは量子化されたデータ成分と各周波数帯域別に割り当てられた量子化ビット数とに分解可能である。ウォーターマークが音声信号である場合、励起信号とフィルターとに分解可能である。さらには、フォルマントとエンベロープとに分解可能である。ウォーターマークがビデオやサウンドである場合、周波数成分と係数成分とに分解可能である。換言すれば、ウォーターマーク分解部１１は、組み合わせてウォーターマークが復元可能な２つ以上の成分に分解する。この時、入力されたウォーターマーク映像が２進映像ではない場合、少なくとも１枚の２進映像に変換した後に分解する。例えば、カラー映像である場合、色相別の２進映像に分割した後に各２進映像を分解する。本実施の形態において、２進ウォーターマーク映像は、色成分、位置成分及び大きさ成分に分解される。
【００２５】
キー生成部１２は、検証キーを生成する。検証キーとは、ウォーターマーク映像からウォーターマークを抽出するために、または抽出されたデータからウォーターマークを復元するために必要なデータを意味する。本実施の形態において、キー生成部１２は、ウォーターマーク分解部１１を通じて得られた複数の成分のうち原情報に埋め込まれる成分を除いた残りの成分をウォーターマークを復元するためのキーとして貯蔵しておくか、ウォーターマーク映像を伝送する時にウォーターマーク映像とは別途に受信端に伝送する。
【００２６】
ウォーターマーク埋め込み部１３は、ウォーターマーク分解部１１により生成された複数の成分のうち一部を原情報に埋め込む。原情報は、映像（静止映像及び動映像を共に含む）、またはサウンド（音声信号を含む）である場合がほとんどである。原情報にデータを埋め込む方式は、様々であり、従来公知のウォーターマーク埋め込み方式が利用可能である。例えば、原情報を離散コサイン変換（ＤＣＴ）、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）、離散ウェーブレット変換（ＤＷＴ）などを通じて周波数ドメインのデータに変換した後、人間の視覚にあまり敏感ではない部分にウォーターマークデータを埋め込む方式が利用可能である。さらには、ウォーターマークデータを埋め込む時、スケーリング因子を割り当てても良い。スケーリング因子とは、ウォーターマークの強じん性とウォーターマーク映像の画質との間に存在するトレード−オフを調整する因子を言う。スケーリング因子を割り当てる場合、部分的にその値を相異ならしめても良い。但し、ウォーターマークは、受信端で完壁に復元されなければならないため、ウォーターマークを損失圧縮して埋め込む方式は使用しないことが望ましい。さらに、攻撃による誤りが発生することを考慮して、ランレングス方式のように誤り伝播の可能性がある圧縮方式は使用しないことが望ましい。
【００２７】
図２は、本発明により図１のウォーターマーク埋め込み装置に取り付けられてウォーターマークされた原情報を貯蔵または伝送する装置の構成図である。ウォーターマーク伝送装置は、貯蔵部２０及びサーバ３０を含む。貯蔵部２０は、本発明によりウォーターマークされた情報及びキーを貯蔵する。貯蔵部２０は、ウォーターマークされた情報を貯蔵する一般貯蔵部及びキーを貯蔵するセキュリティ貯蔵部を備える。サーバ３０は、ウォーターマークされた情報及びキーをネットワークを通じて他のシステム５０に伝送する。ネットワークは、ローカルエーリアネットワーク（ＬＡＮ）またはインターネットなどのワイドエーリアネットワーク（ＷＡＮ）を含んでも良く、両方とも含んでも良い。他のシステム５０は、ウォーターマークされた情報から送られてきたキーを使ってウォーターマークを抽出して復元することができる。さらには、ディスプレー装置（図示せず）及び／またはプリンタ（図示せず）を備えて、ウォーターマークされた情報及び復元されたウォーターマークをディスプレーしたりプリントしたりできる。
【００２８】
図３及び図４は、本発明によりウォーターマークを分解する過程を示す参考図である。図３を参照すれば、ウォーターマーク分解部１１は、ウォーターマークをＭ個の成分に分解する（Ｍは整数）。そのうちｍ個（ｍはＭより小さい整数）の成分Ａはウォーターマークとして原情報に埋め込み、残りのＭ−ｍ個の成分Ｂはキーとして使用する。
【００２９】
図４を参照すれば、本発明の一実施の形態によりウォーターマーク映像は色成分、位置成分及び大きさ成分に分解された後に、色成分は原情報に埋め込まれ、位置成分及び大きさ成分はキーとして使われる。
【００３０】
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の一実施の形態によりウォーターマーク映像を分解する過程を示す参考図である。
【００３１】
前述したように、ウォーターマーク分解部１１は、ウォーターマーク映像を２進映像に分割した後、２進映像に対して分解を行う。図５Ａを参照すれば、２進映像は、参照番号１，２，３，４の領域よりなる。■の部分はビット‘０’を、□の部分はビット‘１’を表わす。領域３及び４は色成分が同一であるために、すなわち、色成分が同じビットで表わされるために、サブブロックＷ（０）として抽出される。次に、領域１がサブブロックＷ（１）として抽出される。次に、領域２のうち色成分が同じビットで表わされる領域２−１及び２−３がサブブロックＷ（２）として抽出される。残りの領域のうち色成分が同じビットで表わされる領域２−４がサブブロックＷ（３）として抽出される。次に、領域２−２−１、領域２−２−２、領域２−２−３及び領域２−２−４が各々サブブロックＷ（４），Ｗ（５），Ｗ（６），Ｗ（７）として抽出される。抽出されたサブブロックの順に従い対応ビットを配列すれば、最終的に‘１００１０１０１’が得られる。すなわち、色成分を表示するビット列は、‘１００１０１０１’となる。
【００３２】
図５Ｂには、図５Ａのウォーターマーク映像の分解中に得られた大きさ成分及び位置成分が示されている。各長方形の大きさは該当サブブロックの大きさ成分を表わし、長方形に付された参照番号は該当サブブロックの位置成分を表わす。大きさ成分及び位置成分は様々な方式により表示可能である。
【００３３】
図６は、他のシステム５０でウォーターマークを復元する過程を示す参考図である。他のシステム５０は、ウォーターマーク映像から色成分を表示するビット列‘１００１０１０１’を抽出した後、キーとして受信された大きさ成分及び位置成分を組み合わせてウォーターマークを復元する。
【００３４】
前記の如き構成に基づき本発明の望ましい実施の形態によるウォーターマーク埋め込み方法及び伝送方法を説明すれば、下記の通りである。
【００３５】
図７は、本発明に係るウォーターマーク埋め込み方法を説明するためのフローチャートである。ウォーターマーク埋め込み装置は、ウォーターマークを具現する複数の成分のうち一部を原情報に埋め込んだ後（第７０１段階）、残りの成分はウォーターマークを復元するためのキーとして使用する（第７０２段階）。ここで、キーとして使用するということは、キーとして貯蔵しておくか、第７０１段階で得られたウォーターマーク映像を受信端に伝送する時、キーとして伝送するということを意味する。
【００３６】
図８は、本発明の一実施の形態によるウォーターマーク埋め込み方法を説明するためのフローチャートである。ウォーターマーク埋め込み装置は、ウォーターマーク映像を色成分が同じ領域に分割して複数のサブブロックに分割した後（第８０１段階）、得られたサブブロックの色成分を表示するビット列を生成する（第８０２段階）。より具体的に、ウォーターマーク埋め込み装置は、ウォーターマーク映像を構成する２進映像のピクセル数が（ｘ，ｙ）である時、サブブロックを構成するピクセル数を（ｘ，ｙ）としてｋ値を０に初期化させる。次に、２進映像の全領域を検索して同じビット値で表わされ、且つ、最初に設定されたサブブロックと同じ大きさを有する領域が存在すれば、これをサブブロックＷ（ｋ）として抽出する。抽出されたサブブロック内の全てのビットが‘１’であればＷ（ｋ）は１となり、‘０’であれば０となる。サブブロックが抽出されれば、ｋ値は１だけインクリメントされる。さらに、サブブロックの大きさを（ｘ／２，ｙ）及び（ｘ，ｙ／２）に変えていきつつウォーターマーク映像を検索する。この時に抽出されたサブブロックに該当する領域は検索から除外される。（ｘ，ｙ）が（１，１）となるまでサブブロックの横ピクセル数または縦ピクセル数を半分ずつ減らしていきつつ検索を繰り返し行い、該当サブブロックを抽出する。各サブブロックから得られたビットをサブブロックの大きさ順に配列すれば、ビット列が生成される。
【００３７】
ウォーターマーク埋め込み装置は、得られたビット列を原情報に埋め込む（第８０３段階）。ビット列を原情報に埋め込む方法としては、従来のウォーターマーク埋め込み方法が利用可能である。さらには、スケーリング因子をビット別に異ならしめて埋め込んでも良い。重要な成分には大きいスケーリング因子を与え、そうでない成分には小さいスケーリング因子を与える。例えば、相対的に大き目のサブブロックのビットには大きいスケーリング因子を、相対的に小さ目のサブブロックには小さいスケーリング因子を割り当てる。一方、サブブロックの大きさ成分及び位置成分は、キーとして使われる（第８０４段階）。
【００３８】
図９は、本発明の他の実施の形態によるウォーターマーク伝送方法を説明するためのフローチャートである。ウォーターマーク伝送装置は、ウォーターマーク映像を色成分が同じ領域に分割して複数のサブブロックに分割した後（第９０１段階）、得られたサブブロックの大きさ順に該当色成分を表示するビット列を生成する（第９０２段階）。この時、図８の第８０１段階及び第８０２段階での方式が使われる。また、相対的に大き目のサブブロックであるほど大きい値のスケーリング因子を与える（第９０３段階）。次に、ウォーターマーク伝送装置は、スケーリング因子の割り当てられたビット列を原映像に埋め込んで他のシステム５０に伝送する（第９０４段階）。原映像は、静止映像及び動映像を共に含む。同様に、ビット列を原映像に埋め込む方法として、従来公知のウォーターマーク埋め込み方法が利用可能である。さらには、スケーリング因子をビット別に異ならしめて埋め込んでも良い。重要な成分には大きいスケーリング因子を与え、そうでない成分には小さいスケーリング因子を与える。例えば、相対的に大き目のサブブロックのビットには大きいスケーリング因子を、相対的に小さ目のサブブロックには小さいスケーリング因子を割り当てる。一方、サブブロックの大きさ順に大きさ成分及び位置成分を配列した後、キーとして他のシステム５０に伝送する（第９０５段階）。
【００３９】
図１０は、ウォーターマークを復元する方法を説明するためのフローチャートである。他のシステム５０は、ネットワークを通じてウォーターマーク映像及びキーを受信し（第１００１段階）、ウォーターマーク映像からサブブロックの色成分を表示するビット列を抽出する（第１００２段階）。一方、受信されたキーからサブブロックの大きさ成分及び位置成分を抽出する（第１００３段階）。前記第１００２段階で抽出されたビット列に前記第１００３段階で抽出された大きさ成分に応じて対応する大きさを有し、対応するビット値で表わされるサブブロックを復元する。最後に、位置成分に基づき復元されたサブブロックを並べ替えることにより、ウォーターマーク映像を復元する（第１００４段階）。
【００４０】
前述したように、本発明によれば、ウォーターマーク映像を復元するためには、埋め込まれた成分とキーとが共に正確でなければならない。これにより、本発明に係るウォーターマーク埋め込み方法、伝送方法及びその装置の強じん性が保障される。例えば、キーとして他のウォーターマーク映像に関する位置情報及び大きさ情報を受信すれば、サブブロックの数が互いに一致しないため、当該ウォーターマーク映像が復元できなくなる。ウォーターマークを埋め込むアルゴリズムを知っていて埋め込まれた成分を表示するビット列を抽出するとしても、サブブロックの大きさ成分及び位置成分が知らなければ、ウォーターマーク映像が正常に復元できない。ハッキングを通じてキーが分かるとしても、埋め込まれた色成分を知らなければサブブロックのビットが満たせないために、復元が不可能である。
【００４１】
実験の結果、本発明に係るウォーターマーク埋め込み装置の性能は、下記の通りに測定された。まず、実験に使われた装置は、原映像をＤＷＴ変換してＤＷＴ係数を得た後、埋め込まれるビット列のビット値が‘０’であれば該当係数を臨界値Ｔ１に置換し、ビット値が‘１’であれば該当係数を臨界値Ｔ２に置換する方式を使用した。Ｔ１とＴ２との距離を決める因子は、スケーリング因子である。スケーリング因子は、様々な方式により決められるが、この実験では、「Ｓａｎｇ−Ｗｏｏｋ Ｋｅｅｍ， Ｓａｎｇ−Ｈｅｕｍ Ｏｈ， Ｙｏｎｇ−Ｊｕｎ Ｒｙｕ， Ｋｅｙｎ−Ｙｏｕｎｇ Ｌｅｅ，“Ａ Ｒｏｂｕｓｔ ｄｉｇｉｔａｌ ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＤＷＴ”， Ｐｒｏｃ． ＩＥＥＫ． Ｓｕｍｍｅｒ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ２００１，ｖｏｌ ２４， Ｎｏ．１，ｐｐ７７−８０，Ｊｕｎ ２００１」に開示された方法に従い、スケーリング因子αは１から０．８まではΔα＝０．２と、０．６から０．４５まではΔα＝０．１５と、０．３から０．１まではΔα＝０．１と変化を与えた。
【００４２】
図１１は、テスト映像として使われたウォーターマーク映像である。（ａ）“ＤＭ ＬＡＢ”は、１２８×１２８ビット／ピクセルであり、（ｂ）“ＳＡＭＳＵＮＧ”は、１５０×３９ビット／ピクセルであり、（ｃ）“Ｓｉｇｎａｔｕｒｅ”は、６４×６４ビット／ピクセルである。
【００４３】
図１２は、図１１のテスト映像から本発明により抽出された色成分のビット列を比較するための表である。図１２を参照すれば、（ａ）“ＤＭ ＬＡＢ”の場合に１１６７ビットで表示可能であることが分かる。これは、従来に１６３８４ビットを埋め込まなければならなかったことに比較すれば、約９０％減っている。（ｂ）の“ＳＡＭＳＵＮＧ”及び（ｃ）の“Ｓｉｇｎａｔｕｒｅ”もまた従来に比べて約８５％減っていることが分かる。
【００４４】
図１３は、テスト映像として使われた原映像である。図１３を参照すれば、（ａ）“Ｌｅｎｎａ”、（ｂ）“Ｂａｂｏｏｎ”及び（ｃ）“Ｃａｍｍａｎ”はいずれも２５６×２５６ピクセルである。
【００４５】
図１４は、図１３の原映像に本発明により図１１のウォーターマーク映像を埋め込んだ場合に得られたウォーターマーク映像の画質と従来の方式による場合の画質とを比較したグラフである。但し、「Ｓａｎｇ−Ｗｏｏｋ Ｋｅｅｍ， Ｓａｎｇ−Ｈｅｕｍ Ｏｈ， Ｙｏｎｇ−Ｊｕｎ Ｒｙｕ， Ｋｅｙｎ−Ｙｏｕｎｇ Ｌｅｅ， “Ａ Ｒｏｂｕｓｔ ｄｉｇｉｔａｌ ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＤＷＴ”， Ｐｒｏｃ． ＩＥＥＫ． Ｓｕｍｍｅｒ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ２００１， ｖｏｌ ２４， Ｎｏ．１， ｐｐ７７−８０， Ｊｕｎ ２００１」に開示された方法によれば、ウォーターマークを３回ずつ埋め込むようになっているが、“ＤＭ ＬＡＢ”のようにデータが大容量であるウォーターマーク映像の場合、圧縮抜きで３回ずつ埋め込むことは不可能であるため、１回ずつ埋め込んだ。
【００４６】
図１４を参照すれば、本発明に係る方式によりウォーターマーク映像を埋め込んだところ、画質が最小１．８ｄＢから最大５．６３ｄＢまで改善されたことが分かる。一方、ＰＳＮＲは、ピーク信号対雑音比（Ｐｅａｋ Ｓｉｇｎａｌ ｔｏＮｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）を意味する。
【００４７】
図１５は、本発明により得られたウォーターマーク映像の強じん性を示すグラフである。“ＤＭ ＬＡＢ”を“Ｂａｂｏｏｎ”に埋め込んで圧縮した後、１０％から９０％まで圧縮率を変えていきつつＪＰＥＧ圧縮を行ったところ、本発明によれば、平均２．３３％（１６３８４ビットのうち３８１ビット）のエラーが発生したのに対し、本発明を適用しなかった場合には２２．８６％（１６３８４ビットのうち３７４５ビット）のエラーが発生した。本発明によれば、約１０倍ほどエラー発生率が減るということが確認できる。
【００４８】
図１６は、本発明により得られたウォーターマーク映像のフィルタリングに対する強じん性を示す参考図である。“ＳＡＭＳＵＮＧ”を“Ｃａｍｍａｎ”に埋め込んだ後にＪＰＥＧ圧縮を行って“Ｓｔｉｒｍａｒｋ Ａｔｔａｃｋ”フィルタリングに対する強じん性を実験したところ、（ａ）は、ガウスフィルタを通った場合、（ｂ）は、２×２メディアンフィルタを通った場合、（ｃ）は、３×３メディアンフィルタを通った場合、そして（ｄ）は３×３ウォーターマーク映像のエッジを強調した場合に各々抽出されたウォーターマーク映像を表わす。いずれも約９５％以上の復元率を示している。
【００４９】
図１７は、本発明により得られたウォーターマーク映像のクロッピングに対する強じん性を示す参考図である。（ａ）は、クロッピングされた“Ｌｅｎｎａ”を表わし、（ｂ）は、（ａ）から復元されたウォーターマーク映像“Ｓｉｇｎａｔｕｒｅ”を表わす。このような攻撃にも“Ｓｉｇｎａｔｕｒｅ”は約９７％以上復元される強じん性を示している。
【００５０】
図１８は、本発明により得られたウォーターマーク映像のワーピングに対する強じん性を示す参考図である。（ａ）は、ワーピングされた“Ｌｅｎｎａ”を表わし、（ｂ）は、（ａ）から復元されたウォーターマーク映像“ＳＡＭＳＵＮＧ”を表わす。このような攻撃にも“ＳＡＭＳＵＮＧ”は９７％以上に復元される強じん性を示している。
【００５１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、埋め込まれるべきデータの容量が格段に減るのでウォーターマーク情報の劣化を防止すると同時に、伝送時に様々に発生する攻撃に一層強じんになる。すなわち、埋め込まれるべきウォーターマークを複数の成分に分解した後に一部の成分のみ埋め込むことにより、ウォーターマーク映像の画質が改善され、残りの成分をキーとして伝送することにより攻撃に対する強じん性が高まる。受信端ではウォーターマークされた原情報から抽出された一部の成分とキーとして伝送された残りの成分とを組み合わせて始めてウォーターマークが完全に復元可能になるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の望ましい実施の形態によるウォーターマーク埋め込み装置の構成図である。
【図２】図１のウォーターマーク埋め込み装置に取り付けられてウォーターマークされた原本を貯蔵または伝送する装置の構成図である。
【図３】本発明によりウォーターマークを分解する過程を示す参考図である。
【図４】ウォーターマークを分解する過程の一実施の形態を示す参考図である。
【図５Ａ】本発明の一実施の形態によりウォーターマーク映像を分解する過程を示す参考図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施の形態によりウォーターマーク映像を分解する過程を示す参考図である。
【図６】他のシステム５０でウォーターマークを復元する過程を示す参考図である。
【図７】本発明に係るウォーターマーク埋め込み方法を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明の一実施の形態によるウォーターマーク埋め込み方法を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の他の実施の形態によるウォーターマーク伝送方法を説明するためのフローチャートである。
【図１０】ウォーターマークを復元する方法を説明するためのフローチャートである。
【図１１】テスト映像として使われたウォーターマーク映像である。
【図１２】図１１のテスト映像から本発明により抽出された色成分のビット列を比較するための表である。
【図１３】テスト映像として使われた原映像である。
【図１４】本発明により得られたウォーターマーク映像の画質と従来の方式による場合の画質とを比較したグラフである。
【図１５】本発明により得られたウォーターマーク映像の強じん性を示すグラフである。
【図１６】本発明により得られたウォーターマーク映像のフィルタリングに対する強じん性を示す参考図である。
【図１７】本発明により得られたウォーターマーク映像のクロッピングに対する強じん性を示す参考図である。
【図１８】本発明により得られたウォーターマーク映像のワーピングに対する強じん性を示す参考図である。
【符号の説明】
１０ ウォーターマーク埋め込み装置
１１ ウォーターマーク分解部
１２ キー生成部
１３ ウォーターマーク埋め込み部
２０ 貯蔵部
３０ サーバ
５０ システム
Claims (20)
- 原情報にウォーターマークを埋め込む方法において、
（ａ）前記ウォーターマークを具現する複数の成分のうち一部を前記原情報に埋め込む段階と、
（ｂ）残りの成分は前記ウォーターマークを復元するためのキーとして使用する段階とを含み、
前記（ａ）段階は、
ウォーターマーク映像を前記原情報に埋め込む色成分、前記キーとして使用する位置成分及び大きさ成分に分解する段階を含み、
前記分解する段階は、
（ａ１）前記ウォーターマーク映像を色成分が同じ領域に分割して複数のサブブロックを得る段階と、
（ａ２）得られたサブブロックの色成分を表すビット列を生成する段階と、
（ａ３）生成されたビット列を前記原情報に埋め込む段階と
を含むことを特徴とする方法。 - 原情報にウォーターマーク映像を埋め込む方法において、
（ａ）前記ウォーターマークを具現する複数の成分のうち一部を前記原情報に埋め込む段階と、
（ｂ）残りの成分は前記ウォーターマークを復元するためのキーとして使用する段階とを含み、
前記（ａ）段階は、
ウォーターマーク映像を前記原情報に埋め込む色成分、前記キーとして使用する位置成分及び大きさ成分に分解する段階を含み、
前記分解する段階は、
（ａ１）ウォーターマーク映像を分割する領域の大きさを変えていきつつ前記ウォーターマーク映像を検索して色成分が同じビット値で表わされる領域が存在すれば、その領域をサブブロックとして抽出する段階と、
（ａ２）抽出されたサブブロックの色成分を表すビット列を生成する段階と、
（ａ３）生成されたビット列を前記原情報に埋め込む段階と
を含むことを特徴とする方法。 - 前記（ａ１）段階は、
（ａ１１）前記ウォーターマーク映像を少なくとも１枚の２進映像に分割する段階と、
（ａ１２）領域の大きさを変えていきつつ２進映像を検索して色成分が同じビット値で表わされる領域が存在すれば、その領域をサブブロックとして抽出する段階と、
（ａ１３）残りの２進映像に対して前記（ａ１２）段階を繰り返す段階とを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。 - 前記（ａ２）段階は、
前記サブブロックの大きさ順に対応ビット値を配列して前記色成分を表すビット列を生成する段階を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。 - 前記（ａ３）段階は、
前記ビット列にスケーリング因子を割り当てて埋め込む段階であることを特徴とする請求項２に記載の方法。 - 前記（ａ３）段階は、
前記ビット列の少なくとも一部のビットにスケーリング因子を異ならしめて埋め込む段階であることを特徴とする請求項５に記載の方法。 - 前記（ａ３）段階は、
前記ビット列のうち大きいサブブロックに対応するビットであるほど大きい値のスケーリング因子を割り当てる段階を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。 - 原情報にウォーターマークを埋め込んで伝送する方法において、
（ａ）前記ウォーターマークを複数の成分に分解する段階と、
（ｂ）前記ウォーターマークを具現する複数の成分のうち一部のみを前記原情報に埋め込んで伝送する段階と、
（ｃ）残りの成分は前記ウォーターマークを復元するために必要なキーとして伝送する段階とを含み、
前記（ａ）段階は、
ウォーターマーク映像を前記原情報に埋め込む色成分、前記キーとして使用する位置成分及び大きさ成分に分解する段階を含み、
前記分解する段階は、
（ａ１）前記ウォーターマーク映像を色成分が同じ領域に分割して複数のサブブロックを得る段階と、
（ａ２）得られたサブブロックの色成分を表すビット列を生成する段階と、
（ａ３）得られたサブブロックの位置成分及び大きさ成分を得る段階と
を含むことを特徴とする方法。 - 前記（ａ１）段階は、
前記ウォーターマーク映像を少なくとも１枚の２進映像に分解する段階と、
得られた２進映像を各々色成分が同じビット値で表わされる領域に分割して複数のサブブロックを得る段階とを含む
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。 - 前記（ａ２）段階は、
前記サブブロックの大きさ順に対応ビット値を配列して前記色成分を表すビット列を生成する段階を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。 - 原情報にウォーターマークを埋め込んで伝送する方法において、
（ａ）前記ウォーターマークを複数の成分に分解する段階と、
（ｂ）前記ウォーターマークを具現する複数の成分のうち一部のみを前記原情報に埋め込んで伝送する段階と、
（ｃ）残りの成分は前記ウォーターマークを復元するために必要なキーとして伝送する段階とを含み、
前記（ｃ）段階は、
前記位置成分及び大きさ成分を表すビット列を前記ウォーターマークを復元するためのキーとして送信する段階を含むことを特徴とする方法。 - 原情報にウォーターマークを埋め込む装置において、
前記ウォーターマークを複数の成分に分解するウォーターマーク分解部と、
前記ウォーターマーク分解部を通じて得られた複数の成分のうち色成分を前記原情報に埋め込むウォーターマーク埋め込み部と、
前記ウォーターマーク分解部を通じて得られた複数の成分のうち位置成分及び大きさ成分は前記ウォーターマークを復元するためのキーとして出力するキー生成部とを含み、
前記ウォーターマーク分解部は、前記ウォーターマーク映像を色成分が同じ領域に分割して複数のサブブロックを得た後、得られたサブブロックの色成分を表すビット列を生成し、
前記ウォーターマーク埋め込み部は、前記ウォーターマーク分解部により生成されたビット列を前記原情報に埋め込むことを特徴とする装置。 - 原情報にウォーターマークを埋め込む装置において、
前記ウォーターマークを複数の成分に分解するウォーターマーク分解部と、
前記ウォーターマーク分解部を通じて得られた複数の成分のうち色成分を前記原情報に埋め込むウォーターマーク埋め込み部と、
前記ウォーターマーク分解部を通じて得られた複数の成分のうち位置成分及び大きさ成分は前記ウォーターマークを復元するためのキーとして出力するキー生成部とを含み、
前記ウォーターマーク分解部は、
ウォーターマーク映像を分割する領域の大きさを変えていきつつ前記原映像を検索して色成分が同じビット値で表わされる領域が存在すれば、その領域をサブブロックとして抽出することを特徴とする装置。 - 前記ウォーターマーク分解部は、前記サブブロックの大きさ順に対応ビット値を配列して前記色成分を表すビット列を生成することを特徴とする請求項１２に記載の装置。
- 原情報にウォーターマークを埋め込む装置において、
前記ウォーターマークを複数の成分に分解するウォーターマーク分解部と、
前記ウォーターマーク分解部を通じて得られた複数の成分のうち色成分を前記原情報に埋め込むウォーターマーク埋め込み部と、
前記ウォーターマーク分解部を通じて得られた複数の成分のうち位置成分及び大きさ成分は前記ウォーターマークを復元するためのキーとして出力するキー生成部とを含み、
前記ウォーターマーク分解部は、ウォーターマーク映像を少なくとも１枚の２進映像に分割した後、分割された２進映像を色成分、位置成分及び大きさ成分に分解し、前記ウォーターマーク映像を色成分が同じ領域に分割して複数のサブブロックを得た後、得られたサブブロックの色成分を表すビット列を生成し、
前記ウォーターマーク埋め込み部は、前記ウォーターマーク分解部により生成されたビット列を前記原映像に埋め込むことを特徴とする装置。 - 原情報にウォーターマークを埋め込む装置において、
前記ウォーターマークを複数の成分に分解するウォーターマーク分解部と、
前記ウォーターマーク分解部を通じて得られた複数の成分のうち色成分を前記原情報に埋め込むウォーターマーク埋め込み部と、
前記ウォーターマーク分解部を通じて得られた複数の成分のうち位置成分及び大きさ成分は前記ウォーターマークを復元するためのキーとして出力するキー生成部とを含み、
前記ウォーターマーク分解部は、
ウォーターマーク映像を少なくとも１枚の２進映像に分割した後、分割された２進映像を色成分、位置成分及び大きさ成分に分解し、ウォーターマーク映像を分割する領域の大きさを変えていきつつ前記原映像を検索して色成分が同じビット値で表わされる領域が存在すれば、その領域をサブブロックとして抽出することを特徴とする装置。 - 前記ウォーターマーク分解部は、
前記サブブロックの大きさ順に対応ビット値を配列して前記色成分を表すビット列を生成することを特徴とする請求項１５に記載の装置。 - 原情報にウォーターマークを埋め込む装置において、
前記ウォーターマークを複数の成分に分解するウォーターマーク分解部と、
前記ウォーターマーク分解部を通じて得られた複数の成分のうち色成分を前記原情報に埋め込むウォーターマーク埋め込み部と、
前記ウォーターマーク分解部を通じて得られた複数の成分のうち位置成分及び大きさ成分は前記ウォーターマークを復元するためのキーとして出力するキー生成部とを含み、
前記ウォーターマーク分解部は、ウォーターマーク映像を少なくとも１枚の２進映像に分割した後、分割された２進映像を色成分、位置成分及び大きさ成分に分解し、前記ウォーターマーク映像を色成分が同じ領域に分割して複数のサブブロックを得た後、得られたサブブロックの色成分を表すビット列を生成し、
前記ウォーターマーク埋め込み部は、前記ビット列にスケーリング因子を割り当てて前記原映像に埋め込むことを特徴とする装置。 - 前記ウォーターマーク埋め込み部は、前記ビット列の少なくとも一部のビットにスケーリング因子を異ならしめて埋め込むことを特徴とする請求項１８に記載の装置。
- 前記ウォーターマーク埋め込み部は、前記ビット列のうち大きいサブブロックに対応するビットであるほど大きい値のスケーリング因子を割り当てることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
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