JP3881794B2 - 電子透かしの埋め込み方法およびその復号方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラー画像の不正コピーを防止する電子透かしの埋め込み方法およびその復号方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インターネットなどのコンピュータネットワークの発展に伴って、情報のデジタル化が進み、多くのユーザが簡単に必要とする情報にアクセスできるようにっている。その反面、そのデジタル情報に著作権が発生しているデジタルコンテンツについて、その著者に断わりなく容易にデータが複製できるような環境になりつつあり、不正コピーにともなう著作権侵害の問題が注目されてきている。そこで、デジタルコンテンツの主たる情報であるカラー画像に関しての著作権侵害を防止することを目的として、著作権情報を第三者に見えない形で密かにカラー画像のデータに埋め込み、いつでもその画像から著作権情報を抽出できるような技術、いわゆる電子透かしの技術が注目されている。
【０００３】
従来のこの種の電子透かしに関しては、濃淡画像に対して多くの技術的提案がなされている。カラー画像についても、その輝度成分（Ｙ成分）を考えれば、濃淡画像と同様に扱うことができるので、濃淡画像に対応する輝度成分に、電子透かしを埋め込む手法が用いられてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、カラー画像に固有の信号やデータを用いて電子透かしを埋め込もうとする提案は、ほとんどなされていない。電子透かし埋め込み技術として、カラープリンタの色空間を利用した「カラー画像の深層情報記録」（画電学会、年次大会予稿集、７，２０，ｐｐ．４７−４８）、視覚特性を巧みに利用したモデル構成型の「視覚特性を考慮した色彩透かしの一手法」（ＩＭＰＳ ９７，Ｉ−３．１４，ｐｐ．４５−４６ （１９９７））、「デジタル画像への電子透かし埋め込みの一手法」（ＳＩＴＡ ９７，Ｖｏｌ．２，ｐｐ．５４１−５４４ （１９９７））が提案されている。これらの技術は、モデルが煩雑で透かしの埋込み処理が簡単でないといった弱点をもっている。また、カラー画像の下位ビットに透かしを埋め込む方法では、カラー画像の画像品質を劣化させることも指摘されていた。
【０００５】
本発明は、カラー画像に固有の特性を巧みに利用することで、原画像を劣化させること無く、簡便かつ確実に電子透かしを埋め込み、しかもクリッピングやＪＰＥＧ圧縮などのデジタル処理に対しても電子透かしを有効に維持できる優れた電子透かしの埋め込み方法およびその復号方法を提供することを目的としてなされた。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明は、カラー画像に電子透かし情報を埋め込む電子透かしの埋め込み方法であって、
所定の色空間を、複数のパラメータの組み合わせにより表現可能な第１の表色系の画像データを、他のパラメータの組み合わせにより表現する第２の表色系へ変換する色信号変換行列と、該変換の逆変換を行なう逆色信号変換行列とを用意し、
該色信号変換行列に、電子透かし情報となる任意の実数値ｘを成分とし、かつ各行および各列の該成分の和が略０となる電子透かし変換行列を加減算して、該色信号変換行列を調整し、
該調整済みの色信号変換行列を用いて、前記第１の表色系の画像データを、第２の表色系の画像データに一旦変換し、
該変換により得られた第２の表色系の画像データを、前記逆色信号変換行列により前記第１の表色系へ逆変換することにより、
電子透かしをカラー画像に埋め込むことを要旨としている。
【０００７】
所定の色空間を複数のパラメータにより表現可能な表色系は、種々知られており、かつこれらの表色系間では、変換行列および逆変換行列が定義されている。本発明は、この色信号変換行列と逆色信号変換行列を用い、上記の簡便な演算によって、カラー画像の劣化を防止しつつ各画素毎に電子透かしを埋め込むことが可能となる。このため、画像のクリッピングや圧縮というデジタル処理に対して、高い耐性を発揮する。
【０００８】
ここで、第１または第２の表色系としては、光の三原色をパラメータとするＲＧＢ表色系や輝度信号および色差信号をパラメータとするＹＣｂＣｒ表色系を適宜採用することができる。これらの表色系は、画像データを扱う場合にしばしば用いられるものであり、かつ相互の変換行列が良く知られたものである。したがって、これからの画像データを取り扱うレタッチソフトなどが多数存在し、電子透かしを簡便に埋め込むことができる。
【０００９】
また、電子透かし情報となる任意の実数値ｘは、−０．１以上かつ０．１以下の任意の値であれば、色信号変換行列の各成分に与える影響が制限され、原画像のカラー情報に与える影響を抑えることができる。この実数値を制限することにより、カラー画像への影響を、例えば人間の目の通常の視認性の限度内に押さえることが可能である。
【００１０】
更に、電子透かし変換行列により変換した輝度信号および色差信号であるＹＣｂＣｒ表色系のデジタル情報を、光の三原色信号であるＲＧＢ表色系への逆色信号変換行列により逆変換するに際して、任意の画素値が所定範囲の整数値となるようにアンダフロー補正またはオーバフロー補正を行なうことがより好ましい。一旦変換した輝度信号および色差信号を逆変換すると、透かし情報を加えたために、逆変換した結果が、元の画像データの範囲からはみ出すことがある。アンダフロー補正やオーバフロー補正を行なうことにより、こうしたはみ出しを補正して、元の画像データがと採り得る範囲内に、逆変換した結果を納めるのである。例えば、元の画像がＲＧＢ各色について、それぞれ８ビットのデータで表現されており、各色について０ないし２５５の２５６階調を表現可能な場合、逆変換により、値がマイナスとなった場合には、値０にアンダフロー補正を行ない、値が２５５を越えた場合には、値２５５にオーバフロー補正を行なうのである。
【００１１】
一方、電子透かしが埋め込まれた画像データから電子透かしを取り出す復号方法の発明は、
電子透かしが埋め込まれたカラー画像を、輝度信号および色差信号であるＹＣｂＣｒ表色系へ色信号変換したデータと、該電子透かしが埋め込まれていない原画像を輝度信号および色差信号であるＹＣｂＣｒ表色系へ色信号変換したデータとの差分行列を算出し、
該差分行列を各行毎に分解し、前記電子透かし情報となる任意の実数値ｘをそれぞれの行毎に算出し、
各行毎に算出された実数値ｘの平均値を電子透かし情報として推定すること
を要旨としている。
【００１２】
この方法によれば、輝度信号および色差信号に埋め込まれた電子透かし情報としての任意の実数値ｘを高精度に復号することが可能となる。しかも、その復号には原画像が必要であるため、電子透かしが埋め込まれたカラー画像がどの様に流通しようとも、その流通しているカラー画像だけからは、電子透かしを復号することはできない。
【００１３】
また、差分行列の各行の成分の差分の絶対値が所定範囲であるとき、電子透かし情報となる任意の実数値ｘの算出を行なえば、電子透かしとなる実数値ｘの復号精度がより一層向上する。この絶対値があまりに小さい場合は、データの範囲が拡散して実数値ｘの推定に正確さを欠き、一方、その絶対値が必要以上に大きくなると次第にデータ数が減り、推定値が埋込み値に近づく反面その信頼性が低下するからである。従って、この絶対値は３〜１０の範囲であることが好ましい。
【００１４】
上記の電子透かしの埋め込み方法および電子透かしの復号方法は、これを記憶した記憶媒体として実施することができる。係る記憶媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭやメモリカード、フレキシブルディスクなどの形態を考えることができる。また、通信回線を介してこれらのプログラムをダウンロードする形態も考えることができる。更に、こうした電子透かしの埋め込み方法は、画像データを扱うレタッチソフトなどに、一体にあるいはプラグインソフトとして組み込むことができる。もとより、電子透かしの埋め込みや復号のみを行なう独立したプログラムとして実現することも差し支えない。更に、カラー画像がデジタルコンテンツとして流通する形態を考えると、ＪＰＥＧなどの種々の圧縮技術を用いてこれを圧縮することも多いことから、画像データを圧縮するソフトウェアに一体またはプラグインの形態で組み込むことも差し支えない。あるいは、印刷された画像データをデジタルデータとして読み込むスキャナや読み取りを行なうソフトウェアに一体に組み込むことも考えられる。反対に、デジタルデータを印刷するプリンタドライバやプリンタに、組み込んで用いることも可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の好適な実施の形態について説明する。
＜電子透かし埋め込み、復号の原理説明＞
図１は、実施例であるデジタルカラー画像への電子透かしの埋め込み方法およびその復号方法の処理原理の説明図である。図示するＲＧＢ表色系で表現された原画像であるデジタルカラー画像は、その水平解像度（以下、ＨＳｉｚｅという）と垂直解像度（以下、ＶＳｉｚｅという）で決定されるマトリックス状に配置された多数の画素の集合体として定義される。また、これらの各画素の色Ｐ^・ （「^・ 」は行列を示す。以下同じ）は、所定の分解能（例えば、０から２５５までの２５６段階）で表現される光の三原色である赤（ｒ）、緑（ｇ）、青（ｂ）それぞれの色成分の濃度によってＰ^・ ＝［ｒ，ｇ，ｂ］^t （「^t 」は転置行列を示す。以下同じ）のように定義される。また、各画素の色を定義する方式としては、上記の様なＲＧＢ表色系ばかりでなく、輝度信号と色差信号とによるＹＣｂＣｒ表色系が広く知られており、この表色系による各画素の色Ｆ^・ は、Ｆ^・ ＝［ｙ，ｃｂ，ｃｒ］^t として定義される。
【００１６】
この２つの表色系はそれぞれに独立しているのではなく、下記の式（１）、（２）に示すように色信号変換行列Ａ^・ 、その逆行列Ａ^-1により相互変換することが可能である。
【００１７】
【数１】

【００１８】
但し、式（１）（２）において、行列Ａ^・ 、転置行列Ａ^t は、本実施例では、以下の通りである。
【００１９】
【数２】

【００２０】
そこで、本実施例では、ＲＧＢ表色系の原画像の画素Ｐ^・ をＹＣｂＣｒ表色系の画素Ｆ^・ に変換する際に電子透かし情報ｘを埋め込み、これを再度ＲＧＢ表色系に逆変換する方法を採用する。
【００２１】
ここで、電子透かし情報を埋め込む際の重要な条件として、透かしの埋込みによる画質劣化をできるだけ防ぐことが必要である。そこで、変換行列Ａ^・ の要素を考察すると、各行の成分の絶対値の和がすべて１となっていることに注目する。すなわち、変換行列の各要素は相互に絶対値の和が１となるような関係を保持することが、画質劣化を防止しながらＲＧＢ表色系の原画像の画素Ｐ^・ をＹＣｂＣｒ表色系の画素Ｆ^・ に変換するために不可欠である。従って、この変換行列Ａ^・ に透かし情報を埋め込むには、要素の相互関係を崩さないことが好ましい。このような推察のもとにつぎの透かし行列Ｘ^・ を準備する。
【００２２】
【数３】

【００２３】
この透かし行列Ｘ・を用いて、カラー画像に電子透かしを施す。すなわち、ある画素Ｐ^・ に対して次式（４）の演算を行なう。
【００２４】
【数４】

【００２５】
この演算処理をすべての画素に対して実行すると、電子透かしの埋め込みが完了する。このＦ^・ （Ｘ）信号に対して、次式（５）により、逆変換行列Ａ^-1で復号することができる。
【００２６】
【数５】

【００２７】
このＰ^・ （Ｘ）は透かし情報ｘが埋め込まれたＲＧＢ色信号に相当する。式（５）から明らかなように、画素ベクトルＰ^・ （Ｘ）は本来の信号Ｐ^・ に透かし情報ｘを含むＡ^-1Ｘ・Ｐ^・ からなるノイズが重畳された形式で表されることになる。一例として、−０．１≦ｘ≦０．１の範囲の種々の実数値ｘを用いて、この変換を施した画像を、図２（ａ）ないし（ｄ）に示す。透かし情報ｘの値にしたがって色彩は、少しずつ変化するが、図２に白黒画像として示したように、輝度情報は、保存されており、色彩の変化もなめらかで違和感は生じることはない。この色彩の変化は極めて僅かであり、オリジナルのカラー画像の画質を劣化させてはいない。なお、用いる実数値ｘは、この範囲外の値であっても差し支えなく、演算精度との兼ね合いで、数値は決定すれば良い。
【００２８】
ここで、ＲＧＢ信号のデータは整数値であるが、ＹＣｂＣｒ信号のデータは式（１）より実数化されてしまうため、ＹＣｂＣｒ−ＲＧＢ逆変換するとき、整数化しなければならない。このとき、式（２）で逆変換し、整数化する際に、画素値が負となり、アンダフローを発生するか画素値の上限を超えて、オーバフローとなることがある。この問題を解決するため、本実施例ではアンダフロー補正およびオーバフロー補正を行う。すなわち、画素値が負となった場合には０とし、そのビット表現の上限値（たとえば２５５）を超えるならば、その上限値を採用する。
【００２９】
つぎに、以上のような処理によって電子透かしが埋め込まれた画像Ｐ^・ （Ｘ）から、透かし情報ｘを復号する処理について説明する。画像Ｐ^・ （Ｘ）から電子透かし情報ｘを復号するためには、原画像のデータＰ^・ が必要である。
【００３０】
いま、Ｐ^・ （Ｘ）に対して公知の色信号変換行列Ａを乗ずると、次式（６）に従い、行列Ｈ^・ を得る。
【００３１】
【数６】

【００３２】
そこで、原画像を行列Ａ^・ で変換した信号Ｆ^・ をＨ^・ （Ｘ）から引けば、その差分は、次式（７）により求めることができる。
【００３３】
【数７】

【００３４】
ここで、差分ＸＰの成分をｙ1，ｙ2，ｙ3として行列に表現すれば、次式（８）を得る。
【００３５】
【数８】

【００３６】
この式を分解すれば、次式（９）のように、各成分を用いて表現することができる。したがって、これらの各成分から、式（１０）に示したように、値ｘを求めることができる。
【００３７】
【数９】

【００３８】
【数１０】

【００３９】
ここで、式（１０）において分母が０に近くなるとｘの算出に際して誤差を招き、さらに、ノイズが加わることも考えられる。そこで、式（１０）における差分の絶対値が所定値（例えば５）より大きいことを条件に電子透かし情報の算出を行なうことが好ましい。すなわち、この値が小さいならば、データの範囲が拡散してｘの推定に正確さを欠き、一方、この値が大きくなると、次第にデータ数が減り、推定値が埋込み値に近づくが、信頼性が低下するからである。
【００４０】
この様な条件を満たすならば、式（１０）を用いて、（ｘ1，ｘ2，ｘ3）を求め、これらの３つの値から、その平均値ｘavを
ｘav＝（ｘ1＋ｘ2＋ｘ3）／３
として算出することができる。
【００４１】
この算出値ｘavを、透かし情報ｘの推定値とする。この方法による透かし情報ｘの推定を各画素ごとに実行し、統計的に最も確からしい値を、透かし情報ｘとして確定する。
【００４２】
＜電子透かし埋め込み、復号のアルゴリズム説明＞
次に、以上説明した本実施例のカラー画像への電子透かしの埋め込み方法およびその復号方法の具体的なアルゴリズムについて図３および図４のフローチャートを参照しつつ詳述する。
【００４３】
まず、図３の電子透かし埋め込み処理について説明する。原画像の画素集合（以下単に画素ということがある）Ｐ^・ のＲ，Ｇ，Ｂ成分の濃度値がＲ（ｉ，ｊ），Ｇ（ｉ，ｊ），Ｂ（ｉ，ｊ）であるとする。但し、ｉは１から原画像の垂直方向サイズ（ＶＳｉｚｅ）までの整数、ｊは１から原画像の水平方向サイズ（ＨＳｉｚｅ）までの整数である。初めに、電子透かし情報とするｘの値を決定し、値ｘを式（３）に代入して透かし行列Ｘ^・ を決定する（ステップＳ１００）。そして、この透かし行列Ｘ^・ を式（４）に代入し、原画像の画素の集合Ｐ^・ をＹＣｂＣｒ表色系の画素の集合Ｆ^・ に変換する。ここでは、画素Ｆ・（Ｘ）の輝度成分、色差成分をＹ‘（ｉ，ｊ），Ｃｂ’（ｉ，ｊ），Ｃｒ‘（ｉ，ｊ）であるとすると、これらは次式（１１）ないし（１３）によって算出される。
【００４４】
Y‘(i,j)←R(i, j)*0.299+G(i,j)*(0.587-x)+B(i,j)*(0.114+x) (11)
Cb‘(i,j)←R(i,j)*(-0.169+x)-G(i,j)*0.331+B(i,j)*(0.5-x) (12)
Cr‘(i,j)←R(i,j)*(0.5-x)+G(i,j)*(-0.419+x)-B(i,j)*0.081 (13)
【００４５】
これらの式（１１）〜（１３）に基づく変換を総てのｉ，ｊについて繰り返し実行することで（ステップＳ１１０,Ｓ１２０）、電子透かし情報ｘが埋め込まれた画像のＹＣｂＣｒ表色系のデータが得られる。
【００４６】
デジタルカラー画像は、例えばコンピュータ上などではＲＧＢ表色系によって表現されることが一般的であるため、こうして得られたＦ^・ （Ｘ）信号に対して、次式により逆変換行列Ａ^-1操作を行なってＲＧＢ表色系に再度変換し、その各画素での値が整数値となるようにアンダフロー補正またはオーバフロー補正を行なう（ステップＳ１３０）。
【００４７】
かかる補正は、次の処理により実現される。つまり、次の第１行では、各成分を演算してＲ成分をもとめ、これが値０以下であれば値０に補正し、値２５５を越えていれば値２５５に補正するのである。他の色Ｇ，Ｂについても同様の処理を行なう。
【００４８】

【００４９】
このステップＳ１３０の処理を総てのｉ，ｊについて繰り返し実行することで（ステップＳ１４０）、目的としていた電子透かし情報ｘが埋め込まれた画像のＲＧＢ表色系のデータが得られる。
【００５０】
次に、こうして得られた電子透かし情報ｘが埋め込まれたデジタルカラー画像から透かし情報ｘを復号する処理について説明する。この処理の一例を、図４のフローチャートに示した。この処理の初めには、これから透かし情報ｘを復号するために利用するに足る信頼性のある画素であるか否かを、ＲＧＢ表色系の値が１〜２５４の範囲の整数値であるか否かをもって判断する（ステップＳ２００）。これは、上述した電子透かしの埋め込み処理におけるオーバフロー処理およびアンダフロー処理により、値２５５または値０の場合には、オーバフロー誤差およびアンダフロー誤差が生じている可能性があるからである。
【００５１】
if (R‘(i,j) or G'(i, j) or B‘(i, j))=(0 or 255)
else goto ステップＳ２５０
この条件が満足される画素である場合には、もう一つの条件、すなわち原画像における当該画素の差分の絶対値が所定値（本アルゴリズムでは「５」を採用）より大きいか否かを判断する（ステップＳ２１０）。このアルゴリズムは、以下のように表わすことができる。
【００５２】
if(B(i,j)-G(i,j) or R(i,j)-B(i,j) or G(i,j)-R(i,j))の絶対値＞５
else goto ステップＳ２５０
そして、これら２条件が共に満足される原画像の画素および透かし情報が埋め込まれた画素のそれぞれについて、次式にしたがって、ＹＣｂＣｒ表色系への変換を行なう（ステップＳ２２０）。ここで、Ｙ，Ｃｂ，Ｃｒとは、原画像の画素をＹＣｂＣｒ表色系へ変換した際の輝度Ｙ，色差Ｃｂ，Ｃｒ信号を言う。また、Ｙ‘’，Ｃｂ‘’，Ｃｒ‘’は、電子透かし情報ｘを埋め込んだ画素を、ＹＣｂＣｒ表色系へ変換した際の輝度Ｙ，色差Ｃｂ，Ｃｒ信号である。
【００５３】
Y(i,j) ← R(i,j)*0.299+G(i,j)*0.587+B(i,j)*0.114
Cb(i,j) ← -R(i,j)*0.169-G(i,j)*0.331+B(i,j)*0.5
Cr(i,j) ← R(i,j)*0.5-G(i,j)*0.419-B(i,j)*0.081
Y‘'(i,j) ← R‘(i,j)*0.299+G'(i,j)*0.587+B‘(i,j)*0.114
Cb‘'(i,j) ← -R‘(i,j)*0.169-G'(i,j)*0.331+B‘(i,j)*0.5
Cr‘'(i,j) ← R‘(i,j)*0.5-G'(i,j)*0.419-B‘(i,j)*0.081
【００５４】
こうして、一定精度が確保された画素についての原画像および電子透かし情報が埋め込まれた画像からのＹＣｂＣｒ表色系の各値が求まると、これらの値から次式によりｘ（１），ｘ（２），ｘ（３）算出し、これらの平均値ｘav、すなわち透かし情報ｘの推定値を算出する（ステップＳ２３０）。
【００５５】
x(1)←(Y‘'(i,j)-Y(i,j))/(B(i,j)-G(i,j))
x(2)←(Cb‘'(i,j)-Cb(i,j))/(R(i,j)-B(i,j))
x(3)←(Cr‘'(i,j)-Cr(i,j))/(G(i,j)-R(i,j))
xav←(x(1)+x(2)+x(3))/3
【００５６】
こうして１つの画素についてのｘavが得られると、得られたのｘavの個数をカウントするためのカウンタｎをカウントアップし（ステップＳ２４０）、以上の処理を総ての画素（ｉ，ｊ）について終了するまで繰り返し実行する（ステップＳ２５０）。
【００５７】
＜実験例＞
前述の埋め込み手法を用いて、透かし情報ｘを図２のカラー画像（２５６×２５６画素、ＲＧＢ各２５６階調）に埋め込み、実験した結果について説明する。
【００５８】
透かし情報ｘを指定して、埋込み処理後に上述した復号アルゴリズムにしたがい、ｘの推定値を求めた。その出現頻度を図５に示す。各ｘの値に対応してヒストグラムの山がｘとして正確に推定されていることが確かめられる。復号時の推定誤りを少なくするにはｘの絶対値が大きいほど有利であるが、式（５）から明らかなようにその値が大きいほど画質の劣化を引き起こすことになるので、注意が必要である。逆に、ｘの値が小さすぎるとを判定するのが困難になる。これらを考慮に入れ、最適なｘの値は−１．０〜１．０であり、好ましくは−０．５〜０．５、より好ましくは−０．１〜０．１の範囲で選択することが望ましい。また、値ｘの判定を容易にするためには、できるだけ多くの画素を対象に同一のｘ値で変換することが望ましく、図５の結果からも推定値ｘは埋め込んだｘ値の付近に集中しており、誤りなく透かし情報ｘが判定できることが理解できる。
【００５９】
なお、本実験例ではフレーム全体に、一つのｘの値を埋め込んでいるが、埋め込むｘの種類は１つに限定されるものではない。例えば、画素数の大きなデジタルカラー画像や画素データの変化が比較的単調なデジタルカラー画像など、その対象毎に複数の透かし情報を埋め込んでもなんら差し支えない。
【００６０】
次に、電子透かしを埋め込んだデジタルカラー画像に対する不測のデジタル処理あるいは第三者の攻撃に対する耐性評価結果を、ｘ＝０．１の透かし情報を埋め込んだデジタルカラー画像（図６）に対するクリッピング（切り抜き）、画像圧縮（本実験では広く利用されているＪＰＥＧ圧縮を採用している）、ＳｔｉｒＭａｒｋ攻撃、画像への上書きの順に説明する。
【００６１】
（１）切り抜き
まず、画像を図６に示す三つの部分（領域１，２，３）の画像（１００×１００画素）にクリップ（切り抜き）し、各クリップ画像から上述のアルゴリズムにより復号したｘ値を図７（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。この図７から明らかなように、画素数が１／３に切り抜き処理されたあらゆる画像からでも、ｘ値である「０．１」に明らかなピーク値が現れ、電子透かしの復号を確実に行なうことができた。すなわち、本アルゴリズムによる電子透かし埋め込みおよび復号技術を用いれば、たとえ流通しているカラー画像の一部を切り出して使用されても、その画像に埋め込んだ電子透かし情報ｘ値を正しく復号することができるのである。
【００６２】
（２）ＪＰＥＧ圧縮
つぎに、電子透かし埋め込み画像をＪＰＥＧ圧縮した場合のｘの推定値について説明する。図８（ａ），（ｂ），（ｃ）は、図６の画像を８０％，６０％，４０％の画質設定でＪＰＥＧ圧縮し画像データから、ｘ値を取り出した結果である。これらの結果に示すように、圧縮率を８０％−４０％程度に設定した場合には、ＪＰＥＧ圧縮された画像データからも容易に電子透かし値ｘを復号することができた。なお、カラー画像を４０％以下に圧縮した場合には、画質劣化が著しく、実用に供し得るのは極めて特殊な場合に限定されると考えられる。従って、本アルゴリズムに基づく電子透かしの埋め込みおよび復号技術は、一般的なカラー画像への実用性を十分に有しているといえる。
【００６３】
（３）ＳｔｉｒＭａｒｋ攻撃
Ｍ．Ｇ．Ｋｕｈｎによって提案されたＳｔｉｒＭａｒｋというタイプの電子透かしに対する攻撃が存在する。かかる攻撃ツールＳｔｉｒＭａｒｋを用いて、図６への攻撃を行なった。なお、各パラメータはデフォルト値を用いている。この様なカラー画像に埋め込まれた電子透かしに対する攻撃に遭っても、その攻撃後の画像からは、本実施例により埋め込まれた電子透かしを抽出することができた。上記アルゴリズムによる電子透かしの復元結果を、図９に示す。同図から、透かし値ｘの推定は可能であり、ＳｔｉｒＭａｒｋなどの十分な耐性を有することが分かる。
【００６４】
（４）画像への上書き
次に、透かし情報ｘ１＝０．１を埋め込んだ画像図６に対して、さらに、透かし情報ｘ２＝−０．１（≠ｘ１）を上書きした場合について説明する。上書きされた画像から、透かし情報を抽出したものを、図１０（ａ）に示した。この例では、ｘ＝０においてピーク値が発生し、偽の透かし情報を示すことになる。そこで、ｘ１を埋め込んだ画像を手がかりに、この画像との差分をとり、その結果を復号すれば、上書きされた透かし情報ｘ２を分離することができる。その結果を図１０（ｂ）に示す。すなわち、本アルゴリズムによれば、透かし情報の上書き攻撃にも十分耐えることが可能であり、しかもその上書きされた情報ｘ２を分離することもできる。
【００６５】
（５）アフィン変換
本実施例の透かし法は、画素ごとに透かし情報を埋め込むため、各種のアフィン変換に対してほとんど影響を受けないことは自明である。
【００６６】
＜装置の全体構成＞
以上、本発明の実施例として、カラー画像への電子透かしの埋め込みとその復号について説明したが、これらの処理は、図１１に示す電子透かし処理装置により実施された。この電子透かし処理装置は、ＣＰＵ２２と、ＲＯＭおよびＲＡＭを含むメインメモリ２４と、フレームメモリ２６と、キーボード３０と、マウス３２と、表示装置３４と、ハードディスク３６と、モデム３８と、画像を読み取るスキャナ３９と、これらの各要素を接続するバス４０と、を備えるコンピュータである。なお、図１１では各種のインターフェイス回路は省略されている。モデム３８は、図示しない通信回線を介してコンピュータネットワークに接続されている。コンピュータネットワークの図示しないサーバは、通信回線を介してコンピュータプログラムを画像処理装置に供給するプログラム供給装置としての機能を有する。
【００６７】
メインメモリ２４には、電子透かし埋め込み部４２および電子透かし復号部４４の機能を実現するためのコンピュータプログラムが格納されている。電子透かし埋め込み部４２および電子透かし復号部４４の機能については既に詳しく説明した通りである。
【００６８】
この電子透かし埋め込み部４２や復号部４４の機能を実現するコンピュータプログラムは、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録された形態で提供される。コンピュータは、その記録媒体からコンピュータプログラムを読み取って内部記憶装置または外部記憶装置に転送する。あるいは、通信経路を介してコンピュータにコンピュータプログラムを供給するようにしてもよい。コンピュータプログラムの機能を実現する時には、内部記憶装置に格納されたコンピュータプログラムがコンピュータのマイクロプロセッサによって実行される。また、記録媒体に記録されたコンピュータプログラムをコンピュータが読み取って直接実行するようにしてもよい。
【００６９】
この明細書において、コンピュータとは、ハードウェア装置とオペレーションシステムとを含む概念であり、オペレーションシステムの制御の下で動作するハードウェア装置を意味している。また、オペレーションシステムが不要でアプリケーションプログラム単独でハードウェア装置を動作させるような場合には、そのハードウェア装置自体がコンピュータに相当する。ハードウェア装置は、ＣＰＵ等のマイクロプロセッサと、記録媒体に記録されたコンピュータプログラムを読み取るための手段とを少なくとも備えている。コンピュータプログラムは、このようなコンピュータに、上述の各手段の機能を実現させるプログラムコードを含んでいる。なお、上述の機能の一部は、アプリケーションプログラムでなく、オペレーションシステムによって実現されていても良い。更に、電子透かしの埋め込み処理や復号処理を行なうプログラムは、画像処理を行なうプログラムに対して、プラグインの形式で付加されるものとしてもよい。
【００７０】
なお、この発明における「記録媒体」としては、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスク、ＩＣカード、ＲＯＭカートリッジ、パンチカード、バーコードなどの符号が印刷された印刷物、コンピュータの内部記憶装置（ＲＡＭやＲＯＭなどのメモリ）および外部記憶装置等の、コンピュータが読取り可能な種々の媒体を利用することができる。
【００７１】
以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である電子透かし情報の埋め込みおよび復号処理の原理説明図である。
【図２】その方法により電子透かし値ｘの値を埋め込んだ画像を示す説明図である。
【図３】電子透かし埋め込み処理の詳細なアルゴリズムを説明するフローチャートである。
【図４】電子透かし復号処理の詳細なアルゴリズムを説明するフローチャートである。
【図５】透かし情報ｘ＝０．１を埋め込んだ画像からそのｘを算出したヒストグラムである。
【図６】各種デジタル処理に供した透かし情報ｘ＝０．１を埋め込んだ画像の説明図である。
【図７】切り抜き処理された後の画像データから復元された値ｘのヒストグラムである。
【図８】データ圧縮後の画像データから復元された値ｘのヒストグラムである。
【図９】ＳｔｉｒＭａｒｋ攻撃された後の画像データから復元された値ｘのヒストグラムである。
【図１０】同じアルゴリズムで上書きされた後の画像データから復元された値ｘのヒストグラムである。
【図１１】実施例における電子透かしの埋め込み処理および復号処理を実行する電子透かし処理装置の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
２２…ＣＰＵ
２４…メインメモリ
２６…フレームメモリ
３０…キーボード
３２…マウス
３４…表示装置
３６…ハードディスク
３８…モデム
３９…スキャナ
４０…バス
４２…電子透かし埋め込み部
４４…電子透かし復号部

Claims (8)

1. カラー画像に電子透かし情報を埋め込む電子透かしの埋め込み方法であって、
   所定の色空間を、複数のパラメータの組み合わせにより表現可能な第１の表色系の画像データを、他のパラメータの組み合わせにより表現する第２の表色系へ変換する色信号変換行列と、該変換の逆変換を行なう逆色信号変換行列とを用意し、
   該色信号変換行列に、電子透かし情報となる任意の実数値ｘを成分とし、かつ各行および各列の該成分の和が略０となる電子透かし変換行列を加減算して、該色信号変換行列を調整し、
   該調整済みの色信号変換行列を用いて、前記第１の表色系の画像データを、第２の表色系の画像データに一旦変換し、
   該変換により得られた第２の表色系の画像データを、前記逆色信号変換行列により前記第１の表色系へ逆変換することにより、
   電子透かしをカラー画像に埋め込む方法。
2. 前記第１または第２の表色系は、光の三原色をパラメータとするＲＧＢ表色系であり、第２または第１の表色系は、輝度信号および色差信号をパラメータとするＹＣｂＣｒ表色系である請求項１記載の電子透かしの埋め込み方法。
3. 任意の実数値ｘは、−０．１以上かつ０．１以下の任意の値である請求項１記載の電子透かし埋め込み方法。
4. 請求項２記載の電子透かしの埋め込み方法であって、
   前記調整済みの色信号変換行列による変換によって得られた前記ＹＣｂＣｒ表色系のデータを、前記逆色信号変換行列により、前記ＲＧＢ表色系への逆変換するに際して、任意の画素値が所定範囲の整数値となるようにアンダフロー補正またはオーバフロー補正を行なう電子透かしの埋め込み方法。
5. 電子透かしが埋め込まれた画像データから電子透かしを取り出す復号方法であって、
   電子透かしが埋め込まれたカラー画像を、輝度信号および色差信号であるＹＣｂＣｒ表色系へ色信号変換したデータと、該電子透かしが埋め込まれていない原画像を輝度信号および色差信号であるＹＣｂＣｒ表色系へ色信号変換したデータとの差分行列を算出し、
   該差分行列を各行毎に分解し、前記電子透かし情報となる任意の実数値ｘをそれぞれの行毎に算出し、
   各行毎に算出された実数値ｘの平均値を電子透かし情報として推定する電子透かしの復号方法。
6. 前記差分行列の各行の成分の差分の絶対値が所定値以上である値のみを用いて、電子透かし情報となる任意の実数値ｘの算出を行なう請求項５記載の電子透かしの復号方法。
7. カラー画像に電子透かし情報を埋め込むプログラムをコンピュータに読み取り可能に記憶した記憶媒体であって、
   所定の色空間を、複数のパラメータの組み合わせにより表現可能な第１の表色系の画像データを、他のパラメータの組み合わせにより表現する第２の表色系へ変換する色信号変換行列、および該変換の逆変換を行なう逆色信号変換行列と、該色信号変換行列に、電子透かし情報となる任意の実数値ｘを成分とし、かつ各行および各列の該成分の和が略０となる電子透かし変換行列を加減算して、該色信号変換行列を調整する機能と、
   該調整済みの色信号変換行列を用いて、前記第１の表色系の画像データを、第２の表色系の画像データに一旦変換する機能と、
   該変換により得られた第２の表色系の画像データを、前記逆色信号変換行列により前記第１の表色系へ逆変換する機能と
   を記録した記憶媒体。
8. 電子透かしが埋め込まれた画像データから電子透かしを取り出すプログラムをコンピュータに読み取り可能に記憶した記憶媒体であって、
   電子透かしが埋め込まれたカラー画像を、輝度信号および色差信号であるＹＣｂＣｒ表色系へ色信号変換したデータと、該電子透かしが埋め込まれていない原画像を輝度信号および色差信号であるＹＣｂＣｒ表色系へ色信号変換したデータとの差分行列を算出する機能と、
   該差分行列を各行毎に分解し、前記電子透かし情報となる任意の実数値ｘをそれぞれの行毎に算出する機能と、
   各行毎に算出された実数値ｘの平均値を電子透かし情報として推定する機能と
   を記憶した記憶媒体。

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