JP3910987B2 - Digital watermark embedding method and apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、ディジタルデータ化された音声、音楽、動画、静止画等のコンテンツに対して透かし情報を埋め込む電子透かし埋め込み装置及び埋め込み済みコンテンツから透かし情報を検出する電子透かし検出装置に関する。 The present invention relates to a digital watermark embedding device that embeds watermark information in digital data converted into contents such as voice, music, moving images, still images, and the like, and a digital watermark detection device that detects watermark information from embedded content.
電子透かし(digital watermarking)は、ディジタルデータ化された音声、音楽、動画、静止画等の著作権者や利用者の識別情報、著作権者の権利情報、そのデータの利用条件、その利用時に必要な秘密情報、コピー制御情報などの情報(これらを透かし情報と呼ぶ)を知覚が容易ではない状態となるように埋め込み、後に必要に応じて透かし情報をそのデータ内から検出することによって利用制御、コピー制御を含む著作権保護を行ったり、二次利用の促進を行うための技術である。 Digital watermarking is necessary for identification of copyright holders and users such as voice, music, video and still images converted into digital data, copyright holder's rights information, usage conditions for the data, and use Information such as confidential information and copy control information (these are called watermark information) is embedded so that it is not easy to perceive, and usage control is performed by detecting the watermark information from within the data as necessary. This technology protects copyright including copy control and promotes secondary use.
[電子透かしの分類]
従来、画像に対する電子透かしの方式は、画素領域利用型と周波数領域利用型に大別することができる。画素領域利用型の電子透かし方式は、画素値を変更することで直接的に透かし情報の埋め込みを行うものである。一方、周波数領域利用型の電子透かし方式は、直交変換によって、一旦、画素領域から周波数領域へ移り、周波数領域において埋め込みを行った後、再び、逆直交変換によって周波数領域から画素領域に戻るものである。透かし情報は波として埋め込まれることになる。
[Digital watermark classification]
Conventionally, digital watermarking schemes for images can be broadly divided into a pixel domain utilization type and a frequency domain utilization type. The digital watermarking method using a pixel area directly embeds watermark information by changing pixel values. On the other hand, the digital watermarking method using the frequency domain is one that moves from the pixel domain to the frequency domain by orthogonal transformation, and after embedding in the frequency domain, returns to the pixel domain from the frequency domain again by inverse orthogonal transformation. is there. The watermark information is embedded as a wave.
[周波数領域利用型電子透かし方式]
周波数領域利用型の電子透かし方式としては、例えば、文献 [1] Koch,E.and Zhao,J.,“Towards Robust and Hidden Image Copyright Labeling, ”Proceedings of 1995 IEEE Workshop on Nonlinear Signal and Image Processing,452-455,June 20-22,1995.)や、文献[2] Cox,I.J.,Kilian,J.,Leighton,T.and Shamoon,T.,“Secure Spread Spectrum Watermarking for Multimedia, ”NEC Research Institute,Technical Report 95-10,1995.に記載された方式がある。これらの方式では、埋め込み対象となる周波数成分を非可逆圧縮による影響が小さな低周波数から中間周波数に設定している。
[Digital watermarking using frequency domain]
As a digital watermarking method using frequency domain, for example, reference [1] Koch, E. and Zhao, J., “Towards Robust and Hidden Image Copyright Labeling,” Proceedings of 1995 IEEE Workshop on Nonlinear Signal and Image Processing, 452 -455, June 20-22, 1995.) [2] Cox, IJ, Kilian, J., Leighton, T. and Shamoon, T., “Secure Spread Spectrum Watermarking for Multimedia,” NEC Research Institute, Technical There is a method described in Report 95-10, 1995. In these methods, the frequency component to be embedded is set from a low frequency to an intermediate frequency that is less affected by irreversible compression.
[画素領域利用型電子透かし方式]
画素領域利用型の電子透かし方式としては、画素値のLSBを変更することで埋め込みを行う方式がある。その変更は、擬似乱数系列(PN系列)に従って、あるいは、予め用意したマスクパターンに従って、ある固定の大きさの変分を加えるか減ずるかを決定することで行う。
[Digital watermarking using pixel area]
As a digital watermarking method using a pixel area, there is a method of embedding by changing the LSB of a pixel value. The change is performed by determining whether to add or reduce a certain amount of variation according to a pseudo-random number sequence (PN sequence) or according to a mask pattern prepared in advance.
[スペクトラム拡散による電子透かし]
スペクトラム拡散(spread spectrum)とは、通信したい信号に必要な帯域に比べて十分大きな帯域中に、情報を広く分散させて伝送する通信方式をいう。伝送路上のノイズに対する耐性が優れている。元のコンテンツを搬送波、透かし情報を希望波、非可逆圧縮による影響を干渉波(ノイズ)とみなすことで、スペクトラム拡散の考えを電子透かし技術へ適用して非可逆圧縮などへのロバスト性を高める方式がある。
[Digital watermarking by spread spectrum]
Spread spectrum refers to a communication method in which information is widely distributed and transmitted in a sufficiently large band as compared with a band necessary for a signal to be communicated. Excellent resistance to noise on the transmission line. By considering the original content as a carrier wave, watermark information as a desired wave, and the influence of irreversible compression as interference waves (noise), the spread spectrum concept is applied to digital watermark technology to improve robustness to irreversible compression, etc. There is a method.
スペクトラム拡散による電子透かし方式として、画素領域における拡散(文献[3] Smith,J.R.and Comiskey,B.O.,“Modulation and Information Hiding in Images,”Information Hiding,207-226,1996.及び文献[4] 大西淳児,岡一博,松井甲子雄,“PN系列による画像への透かし署名,”SCIS97,26B,1997.参照)と、周波数領域における拡散(先の文献[2]参照)が提案されている。Cox等の方式と大西等の方式は、それぞれ、摂動法、直接拡散法(direct sequence spread spectrum)と呼ばれることがある。
[周波数領域における拡散(摂動法)]
文献[2]の方式では、透かし情報の埋め込みは、画素値に対して直交変換を行い、周波数領域において透かし情報を拡散して埋め込む。拡散は、周波数領域において、複数の周波数成分の値をある乱数列に従って変化させることによって行う。拡散後、逆直交変換を行う。透かし情報の検出は、画素値に対して直交変換を行い、埋め込みが行われた周波数成分の値と埋め込みに用いられた乱数列の間の相関値によって判定を行う。埋め込まれた透かし情報は、画素領域では、画像(ブロック)全体に分散されているため、各種の操作に対してロバストである。また、透かし情報を埋め込んだ周波数成分が低中間周波数領域にあるならば、低周波数通過フィルタによっても透かし情報が失われにくい。
As a digital watermarking method using spread spectrum, pixel region diffusion (Ref. [3] Smith, JR and Comiskey, BO, “Modulation and Information Hiding in Images,” Information Hiding, 207-226, 1996. and Reference [4] Onishi, Kazuhiro Oka and Kokoo Matsui, “Watermark signatures for images using PN sequences,” SCIS 97, 26B, 1997.) and spreading in the frequency domain (see the previous document [2]) have been proposed. The Cox method and Onishi method are sometimes referred to as a perturbation method and a direct sequence spread spectrum, respectively.
[Diffusion in the frequency domain (perturbation method)]
In the method of document [2], watermark information is embedded by orthogonally transforming pixel values, and watermark information is diffused and embedded in the frequency domain. Spreading is performed by changing the values of a plurality of frequency components according to a random number sequence in the frequency domain. After spreading, inverse orthogonal transform is performed. The watermark information is detected by performing orthogonal transform on the pixel value, and determining the correlation value between the embedded frequency component value and the random number sequence used for embedding. Since the embedded watermark information is distributed over the entire image (block) in the pixel area, it is robust to various operations. Further, if the frequency component in which the watermark information is embedded is in the low intermediate frequency region, the watermark information is not easily lost even by the low frequency pass filter.
[画素領域における拡散(直接拡散法)]
一方、文献[4]の方式では、透かし情報の埋め込みは、PN(pseudo-random noise)系列を画素値に乗積することにより直接拡散する。得られた画像に対して直交変換を行い、周波数領域において透かし情報を埋め込み、再び、逆直交変換を行う。その後、同じPN系列を画素値に乗積して、逆拡散を行う。透かし情報の検出は、PN系列によって画素値を直接拡散する。得られた画像に対して直交変換を行い、透かし情報の埋め込みを行った周波数成分の値から判定する。
[Diffusion in the pixel area (direct diffusion method)]
On the other hand, in the method of document [4], embedding of watermark information is directly diffused by multiplying a pixel value by a PN (pseudo-random noise) sequence. Orthogonal transformation is performed on the obtained image, watermark information is embedded in the frequency domain, and inverse orthogonal transformation is performed again. Then, despreading is performed by multiplying the pixel value by the same PN sequence. In the detection of watermark information, pixel values are directly diffused by a PN sequence. An orthogonal transform is performed on the obtained image, and determination is made from the value of the frequency component into which watermark information is embedded.
[電子透かしの検出]
スペクトラム拡散による電子透かし方式では、電子透かしの抽出は、埋め込みにおいて用いた擬似乱数列と検出対象である画像の画素あるいは周波数成分の値との間の相関値を評価することによって行う。
[Digital watermark detection]
In the digital watermark method using spread spectrum, the digital watermark is extracted by evaluating a correlation value between the pseudo random number sequence used in embedding and the value of the pixel or frequency component of the image to be detected.
例えば、文献[2]の方法では、画素値f(x,y)から次式で示す周波数成分値を求める。
この周波数成分値より、直流成分を除いた周波数成分のうち絶対値の大きなものから予め決められた個数(n個)の周波数成分を選択し、N(0,1)に従う擬似乱数列Wiに従って、F′(ui ,vi )=F(ui ,vi )×(1+αwi )と変化させてから、逆直交変換によって画素値に戻すことによって、埋め込みを行う。 From this frequency component value, a predetermined number (n) of frequency components having a large absolute value are selected from the frequency components excluding the DC component, and according to a pseudo random number sequence Wi according to N (0, 1), Embedding is performed by changing to F ′ (ui, vi) = F (ui, vi) × (1 + αwi) and then returning to the pixel value by inverse orthogonal transformation.
一方、電子透かしの検出に際しては、検出対象の画像から周波数成分F* (ui ,vi )を求め、次式で表される類似度と呼ぶ量がある定められたしきい値を超えるか否かによって、電子透かしが埋め込まれているか否かを判断する。
また、文献[4]の方法でも、埋め込みに際しては、画素値f(x,y)に対して{−1,1}に値をとる擬似乱数列p(x,y)を乗積した後、次式の周波数成分を求める。
ここで、mは埋め込みの強さを表すパラメータで、その符号は透かし情報のビットの1と0を表現している。
そして、この直流成分に対して、次式の変更を加えることで埋め込みを行う。
Then, the direct current component is embedded by changing the following equation.
一方、電子透かしの検出に際しては、検出対象の画像から周波数成分F* (ui ,vi )を求め、次式の符号の正負を判定することで透かし情報の1,0を判定する。
上に述べた2つの従来例では、電子透かしが埋め込まれているか否か、あるいは、0と1のいずれが埋め込まれているかという1ビットの情報を判定していることになる。 In the two conventional examples described above, 1-bit information indicating whether a digital watermark is embedded or whether 0 or 1 is embedded is determined.
文献[3]では、複数の互いに直交する基底関数φi (x,y)を用意する。これらの基底関数は、擬似乱数となっている。埋め込みは、次式によって行う。
一方、検出は次式の値を求め、あるしきい値との比較によって行う。
ここで、f*(x,y)は検出対象の画像の画素値とする。この方式では、用意する基底の数だけの多ビットの埋め込みが可能である。しかし、直交性が保証された擬似乱数関数を必要なだけ用意する必要があった。
発明者らによる先の提案(文献[5] 村谷博文,加藤拓,遠藤直樹,“電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置”,特願平10-340019,1998.)では、文献[4]の方法をベースに、埋め込みは、擬似乱数列を乗積後の画像を直交変換した次式の周波数成分に対して、透かし情報のビットbi 毎にある周波数成分F(ui ,vi )の値を変更することで透かし情報を表現している。
In the previous proposal by the inventors (Reference [5] Hirofumi Muratani, Taku Kato, Naoki Endo, “Digital watermark embedding device and digital watermark detection device”, Japanese Patent Application No. 10-340019, 1998.) Based on the method, the embedding is performed for the frequency component F (u i , v i ) for each bit b i of the watermark information with respect to the frequency component of the following equation obtained by orthogonal transform of the image after multiplication of the pseudo random number sequence. The watermark information is expressed by changing the value.
この方法は、文献[3]の方法に比べ、基底の直交性が擬似乱数列の性質によらずに、直交変換の基底の性質から自動的に満足されていることと、文献[4]の方法に比べ、多ビット化されている上に、直交変換のコストを省略する方法があるという特長を備えている。 Compared with the method of Reference [3], this method automatically satisfies the orthogonality of the basis from the property of the basis of the orthogonal transformation, regardless of the property of the pseudorandom number sequence, and the method of Reference [4]. Compared with the method, it has a feature that there is a method in which the number of bits is increased and the cost of orthogonal transformation is omitted.
[電子透かしの多ビット化]
実際の電子透かしの応用では、権利者情報、利用者情報や利用制御情報など、多ビットの情報を埋め込む必要性がある。この要求に対して、1ビットの透かし情報を埋め込む電子透かし方式を多ビットの透かし情報を埋め込む方式に転用する方法が考えられてきた。
[Multi-bit digital watermark]
In actual application of digital watermarking, it is necessary to embed multi-bit information such as right holder information, user information, and usage control information. In response to this requirement, there has been considered a method of diverting a digital watermark method for embedding 1-bit watermark information to a method for embedding multi-bit watermark information.
第1の方法は、埋め込み対象画像を複数のブロックに分割し、それぞれのブロックに対して透かし情報を1ビットずつ埋め込みを行う方法である。しかし、この方法は埋め込み対象画像の一部が切り取られた場合には、偶然、その部分にあったブロックに埋め込んだビットの情報が失われてしまうという欠点がある。 The first method is a method in which an embedding target image is divided into a plurality of blocks, and watermark information is embedded in each block bit by bit. However, this method has a drawback that, when a part of an embedding target image is cut out, information on bits embedded in a block in that part is accidentally lost.
第2の方法は、擬似乱数列の空間を利用することである。相互に相関の小さなn個の擬似乱数列を用意し、それぞれに透かし情報の各ビットを割り当てて、それらを重畳するように埋め込む方法である。 The second method is to use the space of the pseudo random number sequence. In this method, n pseudo-random number sequences having small correlations are prepared, each bit of watermark information is assigned to each of them, and they are embedded so as to be superimposed.
空間領域利用型の場合では、文献[3]に記載されたfully spread versionや、文献[5]における複数の周波数成分に対する埋め込みが第2の方法の例である。また、周波数領域利用型の場合については、例えば文献[6] Herrigel,Alexander,Nasir Memon and Minerva M.Yeung,“Secure Copyright Protection Techniques for Digital Images,”Second Information Hiding Workshop,169-190,1998.等に開示されている。この第2の方法によると、画像の一部が失われたとしても、透かし情報のどのビットも他の部分から復元できる可能性がある。但し、文献[6]の方法では、複数の擬似乱数列を用意する代わりに、一つの擬似乱数列をシフトさせて使用し、そのオフセット値によって符号化を行っている。この方法の場合、擬似乱数列は自己相関がないことが必要である。 In the case of the space domain utilization type, the fully spread version described in the document [3] and the embedding for a plurality of frequency components in the document [5] are examples of the second method. In the case of using the frequency domain, for example, reference [6] Herrigel, Alexander, Nasir Memon and Minerva M. Yeung, “Secure Copyright Protection Techniques for Digital Images,” Second Information Hiding Workshop, 169-190, 1998. Is disclosed. According to this second method, even if a part of the image is lost, there is a possibility that any bit of the watermark information can be restored from the other part. However, in the method of document [6], instead of preparing a plurality of pseudo-random number sequences, one pseudo-random number sequence is shifted and used, and encoding is performed using the offset value. In this method, the pseudo-random number sequence needs to have no autocorrelation.
[離散値の重畳の問題]
上述した第2の方法は文献[6]のように周波数領域に適用する場合、周波数成分値は連続値(小数)で表現されているので、図10(a)に示すように透かし情報の各ビットに対応する基底関数を重畳してから、図10(b)に示すように画質への影響を考慮して適当な正規化を行っても、重畳された関数の形は維持されるため、透かし情報が大きく失われる恐れはない。
[Discrete value superposition problem]
When the second method described above is applied to the frequency domain as in the document [6], the frequency component value is expressed by a continuous value (decimal number), so that each piece of watermark information as shown in FIG. Even if the basis function corresponding to the bit is superimposed and then proper normalization is performed in consideration of the influence on the image quality as shown in FIG. 10B, the shape of the superimposed function is maintained. There is no fear that the watermark information will be lost greatly.
一方、同様の方法を文献[3]のように空間領域(画素領域)に適用する場合には、図11(a)に示すように透かし情報の各ビットに対応する基底関数波形を重畳した後、画質への影響を考慮して図11(b)に示すように正規化を行い、これに伴いさらに図11(c)に示すように再離散化を行うと、重畳された関数波形の形が大きく損なわれるため、丸め誤差により透かし情報が大きく失われる恐れがある。重畳された関数波形の形を残すために正規化を行わない場合には、画像に与える影響が大きくなってしまう。 On the other hand, when the same method is applied to the spatial region (pixel region) as in [3], after the basis function waveform corresponding to each bit of the watermark information is superimposed as shown in FIG. In consideration of the influence on the image quality, normalization is performed as shown in FIG. 11 (b), and when re-discretization is performed as shown in FIG. 11 (c), the shape of the superimposed function waveform is obtained. Is greatly impaired, and watermark information may be largely lost due to rounding errors. If normalization is not performed in order to leave the superimposed function waveform shape, the effect on the image becomes large.
[電子透かしの判定と抽出]
電子透かし技術には、電子透かし検出装置において検出(detection)と抽出(extraction)という処理が存在する。判定とは、コンテンツに電子透かしが埋め込まれているか否かを判定する処理である。一方、抽出とは埋め込まれている透かし情報を抽出して読み取る処理である。
[Determination and extraction of digital watermark]
In the digital watermark technology, there are processes of detection and extraction in a digital watermark detection apparatus. Determination is processing for determining whether or not a digital watermark is embedded in the content. On the other hand, extraction is a process of extracting and reading embedded watermark information.
このために、抽出されるべき本来の意味での透かし情報に加えて、判定のための透かし情報(電子透かしの有無を指定する情報)をもコンテンツに埋め込む方法がある。後者の透かし情報は、抽出された透かし情報が正しい透かし情報であるのか、それとも実際には透かし情報が埋め込まれていないにも関わらず、偶然に透かし情報として読み取られた情報であるかを識別するためである。しかし、2種類の異なる透かし情報を埋め込むことは、コンテンツの品質に与える影響を大きくするという問題がある。 For this reason, there is a method of embedding watermark information for determination (information specifying the presence or absence of a digital watermark) in the content in addition to the original watermark information to be extracted. The latter watermark information identifies whether the extracted watermark information is correct watermark information or whether it is accidentally read as watermark information even though the watermark information is not actually embedded. Because. However, embedding two types of different watermark information has a problem of increasing the influence on the quality of content.
また、電子透かしが埋め込まれているか否かを判定して、埋め込まれているという判定が行われてから、透かし情報を抽出するような電子透かし検出装置においては、判定処理を待ってから抽出処理を行うための処理時間の遅れが生ずる。この問題は、判定処理を待たずに並列に抽出処理を行うことで解決されるが、並列化のためのハードウェアコストが大きくなるという問題がある。 Further, in a digital watermark detection apparatus that extracts watermark information after determining whether or not a digital watermark is embedded and determining that the digital watermark is embedded, extraction processing is performed after waiting for a determination process. There is a delay in the processing time for performing. This problem can be solved by performing the extraction process in parallel without waiting for the determination process, but there is a problem that the hardware cost for parallelization increases.
上述したように、従来の電子透かし技術において、透かし情報の各ビットに対応する基底関数波形を重畳して正規化し再離散化する方法では、丸め誤差によって透かし情報が失われてしまうおそれがあった。 As described above, in the conventional digital watermark technique, in the method of normalizing and re-discretizing by superimposing the basis function waveform corresponding to each bit of the watermark information, the watermark information may be lost due to a rounding error.
従って、本発明の目的は、複数ビットからなる透かし情報を埋め込む場合に透かし情報が失われにくい電子透かし埋め込み方法及び装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a digital watermark embedding method and apparatus in which watermark information is not easily lost when embedding watermark information consisting of a plurality of bits.
上記の課題を解決するため、本発明本発明に係る電子透かし埋め込み装置は、埋め込み対象コンテンツに対して埋め込まれるべき複数ビットの透かし情報の各ビットに対応して用意された複数の基底関数波形を対応するビットの値に応じた極性を付与した後に合成し、かつ正規化して合成波形を出力する基底関数波形合成手段と、この合成波形を離散化して離散化波形を出力する離散化手段と、この離散化波形を埋め込み対象コンテンツに重畳する重畳手段とを有する。 In order to solve the above-described problem, the digital watermark embedding apparatus according to the present invention is provided with a plurality of basis function waveforms prepared corresponding to each bit of a plurality of bits of watermark information to be embedded in the embedding target content. Basis function waveform synthesizing means for synthesizing after normalizing according to the value of the corresponding bit and normalizing and outputting the synthesized waveform; and discretizing means for discretizing the synthesized waveform and outputting a discretized waveform; Superimposing means for superimposing the discretized waveform on the embedding target content.
ここで、離散化手段は、入力された合成波形の振幅値を整数部と小数部に分離し、小数部の値に応じて予め決められた出現頻度に従って1または0をとる値と整数部とを加算して離散化波形を出力するように構成される。 Here, the discretization means separates the amplitude value of the input composite waveform into an integer part and a decimal part, and a value that takes 1 or 0 according to the appearance frequency that is predetermined according to the value of the decimal part and the integer part. Are added to output a discretized waveform.
この電子透かし埋め込み装置によると、離散化波形の振幅値に合成波形の振幅値の小数部が反映されるようになるため、従来の再離散化で問題となっていた丸め誤差の影響を小さくすることができ、これによる透かし情報の消失という問題が解決される。 According to this digital watermark embedding device, since the fractional part of the amplitude value of the composite waveform is reflected in the amplitude value of the discretized waveform, the influence of the rounding error, which has been a problem in the conventional re-discretization, can be reduced. This solves the problem of loss of watermark information.
さらに、本発明によれば上述した電子透かし埋め込み装置によって透かし情報が埋め込まれたコンテンツを格納した記憶媒体が提供される。 Furthermore, according to the present invention, there is provided a storage medium that stores content embedded with watermark information by the above-described digital watermark embedding apparatus.
本発明によれば埋め込み対象コンテンツに対して埋め込まれるべき複数ビットの透かし情報の各ビットに対応して用意された複数の基底関数波形を対応するビットの値に応じた極性を付与した後に合成し、かつ正規化して得た合成波形に対し、離散化波形の振幅値に合成波形の振幅値の小数部が反映されるように再離散化を行って埋め込み対象コンテンツに重畳することにより、再離散化波形の振幅値に合成波形の振幅値の小数部が反映されるようになるため、従来の再離散化で問題となっていた丸め誤差により透かし情報の消失を防止することができる。 According to the present invention, a plurality of basis function waveforms prepared corresponding to each bit of watermark information of a plurality of bits to be embedded with respect to the embedding target content are synthesized after imparting polarity according to the value of the corresponding bit. In addition, for the synthesized waveform obtained by normalization, re-discretization is performed by performing re-discretization so that the fractional part of the amplitude value of the synthesized waveform is reflected in the amplitude value of the discretized waveform and superimposing it on the embedding target content. Since the fractional part of the amplitude value of the combined waveform is reflected in the amplitude value of the digitized waveform, it is possible to prevent the disappearance of the watermark information due to the rounding error that has been a problem in the conventional re-discretization.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の電子透かし埋め込み装置1と電子透かし検出装置2が適用されるコンテンツ流通システムの概念図を示す。
画像や音声などの埋め込み対象コンテンツと、複数ビットからなる透かし情報(多ビット透かし情報)が電子透かし埋め込み装置1に入力され、ここで得られた埋め込み済みコンテンツがこれを格納する記憶媒体を含む流通経路3を経て流通する。電子透かし検出装置2では、多ビット透かし情報が検出される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram of a content distribution system to which a digital
Content to be embedded, such as images and sounds, and watermark information (multi-bit watermark information) consisting of a plurality of bits are input to the digital
以下、本発明による電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置の実施形態について説明する。
(第1の実施形態)
本実施形態では、複数ビットからなる透かし情報を埋め込む場合に、埋め込み対象画像の一部が切り取られたような場合でも透かし情報が失われにくい電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置について述べる。
Embodiments of a digital watermark embedding device and a digital watermark detection device according to the present invention will be described below.
(First embodiment)
In the present embodiment, a digital watermark embedding device and a digital watermark detection device are described in which, when embedding watermark information consisting of a plurality of bits, even if a part of an embedding target image is cut off, the watermark information is not easily lost.
まず、図2を用いて本発明の第1の実施形態に係る電子透かし埋め込み装置について説明する。
電子透かし埋め込み装置には、埋め込み対象画像10が入力される。この埋め込み対象画像10は、それぞれが(1,1)成分、(2,1)成分、(1,2)成分、(2,2)成分と書かれた4つの小領域をそれぞれ含む複数の部分領域11A,11B,…,11M,11N,…に分割されている。
First, the digital watermark embedding apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
An embedding target image 10 is input to the digital watermark embedding apparatus. The embedding target image 10 includes a plurality of portions each including four small regions written as (1,1) component, (2,1) component, (1,2) component, and (2,2) component, respectively. Are divided into
なお、小領域は一例として例えば4画素×4画素といった大きさであるが、これに限定されるものではなく、1画素×1画素でもよいし、もっと大きくともよい。部分領域11A,11B,…,11M,11N,…は、この例では横方向、縦方向に各2つ、合計で4つの小領域を含んでいるが、さらに多数の小領域を含んでいてもよく、また例えば小領域が横方向に2つ、縦方向に1つというように細長い形状であっても構わない。
For example, the small area has a size of, for example, 4 pixels × 4 pixels, but is not limited thereto, and may be 1 pixel × 1 pixel or may be larger. The
埋め込み対象画像10は、(1,1)成分抽出部12−1、(2,1)成分抽出部12−2、(1,2)成分抽出部12−3、(2,2)成分抽出部12−4に入力され、各部分領域11A,11B,…,11M,11N,…から選択された(1,1)成分の組13−1、(2,1)成分の組13−2、(1,2)成分の組13−4、(2,2)成分の組13−4がそれぞれ抽出される。すなわち、各成分抽出部12−1、12−2、12−3、12−4では、従来の技術で[電子透かしの多ビット化]の項で挙げた第1の方法のブロック分割のように領域的に近接した部分からではなく、埋め込み対象画像10全体に分散した小領域から画像データの成分を抽出する。
The embedding target image 10 includes a (1,1) component extraction unit 12-1, a (2,1) component extraction unit 12-2, a (1,2) component extraction unit 12-3, and a (2,2) component extraction unit. 12-4, a (1,1) component set 13-1, a (2,1) component set 13-2 selected from the
また、各成分抽出部12−1、12−2、12−3、12−4では、部分領域11A,11B,…,11M,11N,…から、各部分領域内での相対位置を同じくする小領域の成分を抽出しているが、部分領域内での相対位置を異にする小領域の成分を抽出するようにしてもよい。例えば、部分領域11Aの(1,1)成分、部分領域11Bの(2,1)成分、部分領域11Mの(1,2)成分、部分領域11Nの(2,2)成分を組として一つの成分抽出部で抽出し、部分領域11Aの(2,1)成分、部分領域11Bの(1,1)成分、部分領域11Mの(2,2)成分、部分領域11Nの(1,2)成分を組として別の成分抽出部で抽出するという具合である。
Further, in each of the component extraction units 12-1, 12-2, 12-3, and 12-4, a small relative position in each partial region is set from the
なお、埋め込み対象画像10の上記のような分割及び各成分抽出部12−1、12−2、12−3、12−4での抽出は、実際には埋め込み対象画像10のデータを一時蓄えるバッファメモリ(フレームメモリ)からの読み出しを制御する動作によって実現できる。 The division of the embedding target image 10 and the extraction by the component extraction units 12-1, 12-2, 12-3, and 12-4 are actually buffers that temporarily store the data of the embedding target image 10. This can be realized by an operation for controlling reading from the memory (frame memory).
このようにして抽出された(1,1)成分、(2,1)成分、(1,2)成分、(2,2)成分のそれぞれの組13−1、13−2、13−3、13−4は、第1基底関数重畳部14−1、第2基底関数重畳部14−2、第3基底関数重畳部14−3、第4基底関数重畳部14−4にそれぞれ入力され、多ビット透かし情報、この例では4ビットからなる透かし情報15の第1ビット、第2ビット、第3ビット、第4ビットのそれぞれの値に対応して例えば極性が変化する基底関数波形がそれぞれ重畳される。
The respective sets 13-1, 13-2, 13-3 of the (1,1) component, (2,1) component, (1,2) component, and (2,2) component extracted in this way 13-4 is input to the first basis function superimposing unit 14-1, the second basis function superimposing unit 14-2, the third basis function superimposing unit 14-3, and the fourth basis function superimposing unit 14-4, respectively. Bit watermark information, in this example, a basis function waveform whose polarity changes in accordance with each value of the first bit, the second bit, the third bit, and the fourth bit of the
ただし、場合によっては埋め込み済み画像20は埋め込み後に非可逆圧縮やD−A−D(Digital-Analog-Digital)変換等の操作を受けており、埋め込み直後とは若干異なる値のデータに加工されている場合もある。 However, in some cases, the embedded image 20 is subjected to operations such as irreversible compression and D-A-D (Digital-Analog-Digital) conversion after embedding, and is processed into data slightly different from that immediately after embedding. There may be.
こうして基底関数波形が重畳された後の(1,1)成分の組16−1、(2,1)成分の組16−2、(1,2)成分の組16−3、(2,2)成分の組16−4は再構成部17に入力され、これらが画像中のそれぞれに対応する領域に位置するように合成されることにより、埋め込み対象画像10と同一コンテンツで、かつ透かし情報15が埋め込まれた埋め込み済み画像18が再構成される。
After the basis function waveforms are superimposed in this manner, the (1,1) component set 16-1, the (2,1) component set 16-2, the (1,2) component set 16-3, (2,2 ) The component set 16-4 is input to the reconstructing
次に、図3を用いて本実施形態に係る図2の電子透かし埋め込み装置に対応する電子透かし検出装置について説明する。
電子透かし検出装置には、埋め込み済み画像20が入力される。この埋め込み済み画像20は、図1の電子透かし埋め込み装置から出力される埋め込み済み画像18と同様の画像であり、それぞれが(1,1)成分、(2,1)成分、(1,2)成分、(2,2)成分と書かれた4つの小領域をそれぞれ含む複数の部分領域に分割されている。
Next, a digital watermark detection apparatus corresponding to the digital watermark embedding apparatus of FIG. 2 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
The embedded image 20 is input to the digital watermark detection apparatus. The embedded image 20 is the same image as the embedded image 18 output from the digital watermark embedding apparatus of FIG. 1, and each includes a (1,1) component, a (2,1) component, and a (1,2) It is divided into a plurality of partial areas each including four small areas written as a component and (2,2) component.
埋め込み済み画像20は、(1,1)成分抽出部22−1、(2,1)成分抽出部22−2、(1,2)成分抽出部22−3、(2,2)成分抽出部22−4に入力され、各部分領域から選択された(1,1)成分の組23−1、(2,1)成分の組23−2、(1,2)成分の組23−3、(2,2)成分の組23−4がそれぞれ抽出される。 The embedded image 20 includes a (1,1) component extraction unit 22-1, a (2,1) component extraction unit 22-2, a (1,2) component extraction unit 22-3, and a (2,2) component extraction unit. 22-4, a (1,1) component set 23-1, a (2,1) component set 23-2, and a (1,2) component set 23-3 selected from each partial region, The (2,2) component set 23-4 is extracted.
なお、埋め込み済み画像20の上記のような分割及び各成分抽出部22−1、22−2、22−3、22−4での抽出は、実際には埋め込み済み画像20のデータを一時蓄えるバッファメモリ(フレームメモリ)からの読み出しを制御する動作によって実現できる。 The division of the embedded image 20 as described above and the extraction by the component extraction units 22-1, 22-2, 22-3, and 22-4 are actually buffers that temporarily store the data of the embedded image 20. This can be realized by an operation for controlling reading from the memory (frame memory).
このようにして抽出された(1,1)成分の組23−1、(2,1)成分の組23−2、(1,2)成分の組23−3、(2,2)成分の組23−4は、第1基底関数相関判定部24−1、第2基底関数相関判定部24−2、第3基底関数相関判定部24−3、第4基底関数相関判定部24−4にそれぞれ入力され、多ビット透かし情報である4ビットからなる透かし情報25の第1ビット、第2ビット、第3ビット、第4ビットの情報がそれぞれ得られる。 The (1,1) component set 23-1, the (2,1) component set 23-2, the (1,2) component set 23-3, and the (2,2) component extracted in this way The set 23-4 is assigned to the first basis function correlation determining unit 24-1, the second basis function correlation determining unit 24-2, the third basis function correlation determining unit 24-3, and the fourth basis function correlation determining unit 24-4. The information of the first bit, the second bit, the third bit, and the fourth bit of the 4-bit watermark information 25, which is multi-bit watermark information, is respectively input.
すなわち、基底関数相関判定部24−1、24−2、24−3、24−4においては、入力された各成分の組23−1、23−2、23−3、23−4と透かし情報の第1ビット、第2ビット、第3ビット、第4ビットにそれぞれ対応して用意された第1、第2、第3、第4基底関数波形との相関をそれぞれ判定することにより、埋め込まれていた透かし情報の第1、第2、第3、第4ビットの“1”,“0”を判定して透かし情報25を出力する。 That is, in the basis function correlation determination units 24-1, 24-2, 24-3, and 24-4, the input sets 23-1, 23-2, 23-3, and 23-4 and watermark information are input. Embedded by determining the correlation with the first, second, third, and fourth basis function waveforms prepared corresponding to the first bit, second bit, third bit, and fourth bit, respectively. The watermark information 25 is output by determining “1”, “0” of the first, second, third, and fourth bits of the watermark information.
上述した本実施形態の構成によると、従来の電子透かしの多ビット化技術の問題点を解決することができる。
まず、従来の[電子透かしの多ビット化]の項で挙げた第1の方法では、埋め込み対象画像を複数のブロックに分割して、各ブロックに透かし情報を1ビットずつ埋め込んでいたため、埋め込み済み画像が切り取られるなどして一部が消失すると、その消失部分に含まれるブロックに埋め込まれた透かし情報のビットが失われてしまい、透かし情報を正しく検出できないという問題点があった。
According to the configuration of the present embodiment described above, the problems of the conventional digital watermark multi-bit technology can be solved.
First, in the first method described in the section of [Multi-bit digital watermarking], the embedding target image is divided into a plurality of blocks, and watermark information is embedded in each block one bit. When a part of the image is lost, for example, by cutting the completed image, the bits of the watermark information embedded in the block included in the lost part are lost, and the watermark information cannot be detected correctly.
これに対し、本実施形態では透かし情報の各ビットに対応する基底関数波形が埋め込み対象画像10の全体に分散した小領域に広がって埋め込まれるため、埋め込み済み画像18が一部切り取られるなどにより消失した場合でも、それ以外の部分に残された基底関数波形の情報から透かし情報を容易に再現することが可能である。 On the other hand, in the present embodiment, the basis function waveform corresponding to each bit of the watermark information is embedded in a small area dispersed throughout the embedding target image 10, so that the embedded image 18 is lost due to partial clipping or the like. Even in this case, it is possible to easily reproduce the watermark information from the information of the basis function waveform remaining in other portions.
また、従来の[電子透かしの多ビット化]の項で述べた第2の方法のうち、空間領域に適用した文献[3]に記載されたfully spread versionによる透かし情報の埋め込みでは、図11で説明したように透かし情報の各ビットに対応する基底関数波形を同一画素上で重畳した後、正規化、再離散化を行うことにより、丸め誤差によって重畳された基底関数波形の形が大きく損なわれ、透かし情報が大きく失われるおそれがあった。 Further, in the conventional second method described in [Multi-biting of digital watermark], watermark information embedding by the fully spread version described in the document [3] applied to the spatial domain is shown in FIG. As explained, after superimposing the basis function waveform corresponding to each bit of the watermark information on the same pixel, normalization and re-discretization, the shape of the basis function waveform superimposed by the rounding error is greatly impaired, There was a risk that the watermark information would be lost.
一方、本実施形態では透かし情報の各ビットに対応する基底関数波形はそれぞれ異なる小領域に分散されるので、fully spread versionによる透かし情報の埋め込みのように、同一画素上で複数の基底関数波形を重畳することに伴って必要とした正規化、再離散化の処理が不要となる。従って、再離散化による丸め誤差によって透かし情報が損なわれるという問題がない。 On the other hand, in this embodiment, the basis function waveform corresponding to each bit of the watermark information is distributed in different small areas, so that a plurality of basis function waveforms are formed on the same pixel as in the case of embedding watermark information by a fully spread version. The normalization and re-discretization processes that are necessary in accordance with the superposition are not necessary. Therefore, there is no problem that the watermark information is lost due to a rounding error caused by re-discretization.
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態として、第1の実施形態と同様に複数ビットからなる透かし情報を埋め込む場合に、埋め込み対象画像の一部が切り取られたような場合でも透かし情報が失われにくい電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置について述べる。
まず、図4を用いて本実施形態に係る電子透かし埋め込み装置について説明する。
電子透かし埋め込み装置には、埋め込み対象画像30と複数ビットからなる透かし情報31が入力される。透かし情報31は、基底関数波形合成部32に入力され、透かし情報31の各ビットに対応して用意された複数の基底関数波形を対応するビットの値に応じた極性が付与された後に重畳(合成)され、かつ正規化が行われることにより、合成波形33が生成される。
(Second Embodiment)
Next, as a second embodiment of the present invention, when embedding a plurality of bits of watermark information as in the first embodiment, the watermark information is lost even when a part of the embedding target image is cut off. A digital watermark embedding apparatus and a digital watermark detection apparatus which are difficult to be described will be described.
First, the digital watermark embedding apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
The digital watermark embedding apparatus receives an embedding
すなわち、基底関数波形合成部32においては、透かし情報31の各ビットに対応して用意された基底関数波形が透かし情報31の対応するビットの値に応じて、例えば当該ビットの値が“1”ならばそのままの極性で、また“0”ならば極性(符号)が反転された後に、他のビットの値に対応する基底関数波形と重畳され、さらに画質への影響を考慮して正規化されることにより、合成波形33が出力される。
That is, in the basis
基底関数波形合成部32から出力される合成波形33は、確率的離散化部34に入力され、後述するように出力に小数点が反映された形となるように再離散化されることによって、離散化波形35が出力される。確率的離散化部34から出力される離散化波形35は、埋め込み対象画像30に重畳される。確率的離散化部34は、従来の再離散化を行う離散化部と異なり、丸め誤差の影響が小さくなるように構成されたものであり、その具体的な構成を図5に示す。
The synthesized
図5に示す確率的離散化部34においては、基底関数波形合成部32からの合成波形33が小数部分離部41に入力され、合成波形33の各振幅値が整数部と小数部とに分離される。整数部は加算部44に直接入力され、小数部は比較部43を介して加算部44に入力される。比較部43は、小数部と与えられる所定の小数列、この例では乱数生成部42から出力される[0,1]の範囲内に値をランダムにとる一様乱数とを比較し、両者の大小関係に応じて0または1をとる値を出力する。
In the
そして、この比較部43の出力と整数部とが加算部44で加算され、確率的離散化部34の出力となる。このような処理を合成波形33の全体にわたって、つまり各画素に対して行うことにより、離散化波形35が得られる。
Then, the output of the
図6に、合成波形33と離散化波形35の例を示す。確率的離散化部34の上述の処理によって、離散化波形35の振幅値には合成波形33の振幅値の小数部が反映されるため、図11で説明したような従来の再離散化で生じていた小数部を切り捨てていたことによる丸め誤差の発生がなく、これによる透かし情報の消失という問題が解決される。
FIG. 6 shows an example of the synthesized
なお、上述の例では比較部43において乱数生成部42で生成された乱数を用いて出力を決定したが、これに代えて、例えば、[0,1]をm個の区間に等分し、小数部が[k/m,(k+1)/m]の区間内に値をとる場合に、比較部43の出力が(m+1)回に(k+1)回の頻度で“1”となり、それ以外は“0”となるようにしてもよい。その場合、乱数生成部42に代えてラウンドロビン回路を用いてもよい。
In the above example, the output is determined by the
このように本実施形態によると、基底関数波形合成部32で透かし情報31の各ビットに対応して用意された複数の基底関数波形を対応するビットの値に応じた極性が付与された後に重畳し、かつ正規化して得られた合成波形33を図5に示した構成の確率的離散化部34により再離散化することにより、再離散化において丸め誤差が生じなくなる。従って、丸め誤差によって波形重畳部36で得られる埋め込み済み画像37に埋め込まれている透かし情報が大きく失われるという問題を避けることができる。
As described above, according to the present embodiment, the basis function
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の本実施形態として、電子透かしの判定と抽出の両方の機能を持つ透かし情報をコンテンツへの影響を少なく埋め込む電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置について述べる。
(Third embodiment)
Next, as a third embodiment of the present invention, a digital watermark embedding device and a digital watermark detection device for embedding watermark information having both functions of digital watermark determination and extraction with little influence on contents will be described.
まず、図7を用いて本実施形態に係る電子透かし埋め込み装置について説明する。
電子透かし埋め込み装置には、埋め込み対象画像50と1ビットの検出用透かし情報a及び複数(n)ビットb1,b2,…,bnからなる抽出用透かし情報が入力される。検出用透かし情報a及び抽出用透かし情報の各ビットb1,b2,…,bnは、いずれも1,0のいずれかの値をとる情報であり、透かし情報変換部51によりこれら判定用及び抽出用透かし情報の両方を反映させたnビットの透かし情報の各ビット(3値)B1,B2,…,Bnに変換された後、第1基底関数重畳部52−1、第2基底関数重畳部52−2、第3基底関数重畳部52−3、…、第n基底関数重畳部52−nに供給される。
First, the digital watermark embedding apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
The digital watermark embedding device receives an embedding target image 50, 1-bit detection watermark information a, and extraction watermark information including a plurality of (n) bits b1, b2,. Each of the bits b1, b2,..., Bn of the detection watermark information a and the extraction watermark information is information having a value of 1 or 0, and the watermark
一方、埋め込み対象画像50は第1成分抽出部53−1、第2成分抽出部53−2、…、第n成分抽出部53−nに入力され、これらの成分抽出部53−1,53−2,…,53−nで埋め込み対象画像50から第1、第2、…、第n基底関数波形がそれぞれ重畳されるべき成分(領域)の情報が抽出される。抽出された各成分は、基底関数重畳部52−1,52−2,…,52−nに入力され、第1、第2、…、第n基底関数波形がそれぞれ重畳される。 On the other hand, the embedding target image 50 is input to the first component extraction unit 53-1, the second component extraction unit 53-2,..., The nth component extraction unit 53-n, and these component extraction units 53-1, 53-. 2,..., 53-n, information on components (regions) on which the first, second,. The extracted components are input to the basis function superimposing units 52-1, 52-2,..., 52-n, and the first, second,.
基底関数重畳部52−1,52−2,…,52−nにより基底関数波形が重畳された後の各成分は合成部54により合成され、一枚の埋め込み済み画像55として再構成されて出力される。
The components after the basis function waveform is superimposed by the basis function superimposing units 52-1, 52-2,..., 52-n are synthesized by the
次に、図8に示すフローチャートを用いて透かし情報変換部51の処理について説明する。
透かし情報変換部51では、まず検出用透かし情報aの値が1か0かを調べ(ステップS1)、a=1、つまり電子透かしを埋め込む場合には、さらに抽出用透かし情報の各ビットbi(i=1,2,…,n)の値が1か0かを調べる(ステップS2)。この結果、bi=1の場合はBi=1とし(ステップS4)、bi=0の場合はBi=−1とする(ステップS5)。一方、ステップS1においてa=0、つまり電子透かしを埋め込まない場合には、Bi=0とする(ステップS3)。
Next, the processing of the watermark
The watermark
基底関数重畳部52−1,52−2,…,52−nでは、変換後の透かし情報の対応する各ビットB1,B2,…,Bnの値(Bi)に応じて、埋め込み対象画像50の対応する成分に対する基底関数波形の重畳が制御される。すなわち、基底関数重畳部52−1,52−2,…,52−nにおいて、Bi=0の場合は埋め込み対象画像50の対応する成分に対して基底関数波形は重畳されず、Bi=1の場合は基底関数波形がそのままの極性で重畳され、またBi=−1の場合は基底関数波形が極性反転された後に重畳される。
In the basis function superimposing units 52-1, 52-2,..., 52-n, the embedding target image 50 is converted according to the values (Bi) of the
従って、合成部54から出力される埋め込み済み画像55には、検出用透かし情報aと抽出用透かし情報(b1,b2,…,bn)の両方の情報が反映された基底関数重畳波形からなる透かし情報が埋め込まれることになる。
Therefore, the embedded
このように本実施形態の電子透かし埋め込み装置においては、透かし情報変換部51により検出用透かし情報と複数ビットの抽出用透かし情報の両方を反映させた透かし情報を生成し、この変換後の透かし情報を基底関数波形として、埋め込み対象画像50から抽出された各成分に重畳することで、埋め込み済み画像55を作成することにより、判定用と抽出用としてそれぞれ個別の透かし情報を埋め込む従来の方法に比較して、埋め込み済み画像55の品質に与える影響を最小限に抑えることができる。
As described above, in the digital watermark embedding device of this embodiment, the watermark
なお、本実施形態においては、透かし情報の各ビットに対応する基底関数波形を埋め込み対象画像50に埋め込む際、前述したfully spread versionのように同一領域に重畳する形で埋め込んでもよいし、異なるブロックにタイル状に埋め込んでもよく、さらには第1の実施形態のように空間的に分散した小領域の組に分散して埋め込むようにしても構わない。 In this embodiment, when the basis function waveform corresponding to each bit of the watermark information is embedded in the embedding target image 50, it may be embedded in the same region as in the above-described fully spread version, or different blocks may be embedded. Alternatively, it may be embedded in tiles, or may be embedded in a set of spatially dispersed small regions as in the first embodiment.
さらには、空間領域利用型あるいは周波数領域利用型のスペクトル拡散による電子透かし法において、用いる擬似乱数列をn個の部分的な擬似乱数列に分割し、それぞれに透かし情報のビットを対応させても構わない。 Furthermore, in the digital watermarking method using the spread spectrum using the space domain or the frequency domain, the pseudo random number sequence to be used may be divided into n partial pseudo random number sequences, and the bits of the watermark information may be associated with each. I do not care.
次に、図9を用いて本実施形態に係る電子透かし検出装置について説明する。なお、この電子透かし検出装置は図8の電子透かし埋め込み装置により得られた埋め込み済み画像に対して適しているが、これに限られるものではなく、多ビットの透かし情報が埋め込まれた埋め込み済み画像であれば、基本的に適用することが可能である。 Next, the digital watermark detection apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. This digital watermark detection apparatus is suitable for the embedded image obtained by the digital watermark embedding apparatus of FIG. 8, but is not limited to this, and the embedded image in which multi-bit watermark information is embedded. If so, it can be basically applied.
図9の電子透かし検出装置には、埋め込み済み画像60が入力される。この埋め込み済み画像60は、例えば図1の電子透かし埋め込み装置から出力される埋め込み済み画像18と同様の画像であり、検出用透かし情報aと抽出用透かし情報(b1,b2,…,bn)の両方の情報が反映された透かし情報が基底関数重畳波形として埋め込まれている。
The embedded
この埋め込み済み画像60は、第1成分抽出部61−1、第2成分抽出部61−2、…、第n成分抽出部61−nに入力され、これらの成分抽出部61−1,61−2,…,61−nで埋め込み済み画像60から基底関数波形がそれぞれ重畳された第1、第2、…、第n成分の情報が抽出される。成分抽出部61−1,61−2,…,61−nで抽出された各成分は、第1相関値計算部63−1、第2相関値計算部63−2、…、第n相関値計算部63−nにそれぞれ入力され、第1基底関数波形、第2基底関数波形、…、第n基底関数波形との相関値である第1、第2、…、第n相関値ci(i=1,2,…,n)がそれぞれ計算で求められる。
The embedded
こうして求められた第1、第2、…、第n相関値ciは、全体相関計算部64と第1ビット抽出部66−1、第2ビット抽出部66−2、…、第nビット抽出部66−nに入力される。全体相関計算部64では、第1、第2、…、第n相関値ciから埋め込み済み画像全体の基底関数波形との相関値(全体相関値)が計算される。この全体相関値Cは、例えば次式に示すように第1、第2、…、第n相関値ciの絶対値和として計算される。
こうして計算された全体相関値Cは、電子透かし判定部65に入力され、ここで電子透かしの有無、すなわち透かし情報が埋め込まれているか否かが判定される。この判定は、全体相関値Cがあるしきい値Tを超えるか否かで行うことができる。例えば、C>Tならば透かし情報が埋め込まれており、そうでなければ埋め込まれていないと判定する。
The calculated overall correlation value C is input to the digital
一方、第1ビット抽出部66−1、第2ビット抽出部66−2、…、第nビット抽出部66−nでは、例えば各相関値ciを所定のしきい値tiと比較することにより、抽出用透かし情報の各ビットが判定される。例えば、ci>tiならば抽出用透かし情報の対応するビットは“1”、ci<tiならば“0”と判定する。第1ビット抽出部66−1、第2ビット抽出部66−2、…、第nビット抽出部66−nからは、これらの判定結果が透かし情報(抽出用透かし情報)の各ビットbiとして出力される。 On the other hand, in the first bit extraction unit 66-1, the second bit extraction unit 66-2,..., The nth bit extraction unit 66-n, for example, by comparing each correlation value ci with a predetermined threshold value ti, Each bit of the watermark information for extraction is determined. For example, if ci> ti, the corresponding bit of the extraction watermark information is determined to be “1”, and if ci <ti, it is determined to be “0”. The first bit extraction unit 66-1, the second bit extraction unit 66-2,..., The nth bit extraction unit 66-n output these determination results as each bit bi of the watermark information (extraction watermark information). Is done.
ここで、第1ビット抽出部66−1、第2ビット抽出部66−2、…、第nビット抽出部66−nでの上述した抽出用透かし情報の抽出処理は、電子透かし検出部65での電子透かしの有無の検出結果に従って行うことが望ましい。すなわち、電子透かし検出部65で透かし情報が埋め込まれていると判定されたときのみ、抽出用透かし情報の抽出処理を行う。これにより、無駄な処理を省くことができる。
Here, the extraction watermark information extraction processing described above in the first bit extraction unit 66-1, the second bit extraction unit 66-2,..., The nth bit extraction unit 66-n is performed by the digital
このように本実施形態の電子透かし検出装置では、全体相関判定部64及び電子透かし検出部65による電子透かしの有無の検出と、各ビット抽出部66−1,66−2,…,66−nによる複数ビットの透かし情報の抽出(ビット判定)の処理を共に相関値計算部63−1,63−2,…,63−nで得られた相関値に基づいて行うので、両方の処理を順次行う方法に比較して処理コストが小さく、また処理の遅延も少なくなる。また、処理の並列化によるハードウェアの増大という問題を回避しつつ、処理速度の向上を図ることができる。
As described above, in the digital watermark detection apparatus of the present embodiment, the presence / absence of digital watermarks by the overall
さらに、埋め込まれている透かし情報の抽出(ビットの判定)に比較して、透かし情報が埋め込まれているか否かの判定の方が誤りが少ないことが一般に要求されるが、本実施形態では後者の判定により多くの基底関数波形の相関値を累積して全体相関値を求め、この全体相関値から透かし情報が埋め込まれているか否かの判定を行っているため、このような要求を満たすことができる。 Furthermore, it is generally required that the determination of whether or not the watermark information is embedded has fewer errors than the extraction of the embedded watermark information (bit determination). The correlation value of many basis function waveforms is accumulated by the above determination to obtain the overall correlation value, and it is determined whether or not the watermark information is embedded from the overall correlation value. Can do.
なお、上述した各実施形態では、コンテンツが画像(特に静止画)の場合について説明を行ったが、動画や音声などのコンテンツに対しても同様に本発明を適用でき、同様な効果を期待することができる。例えば第1の実施形態を一次元信号である音声に適用する場合には、音声波形を時間軸方向に例えばフレーム単位に分割し、各フレームをサブフレームのような小領域に分割して、先と同様の処理を行えばよい。 In each of the above-described embodiments, the case where the content is an image (particularly a still image) has been described. However, the present invention can be similarly applied to content such as a moving image and audio, and similar effects are expected. be able to. For example, when the first embodiment is applied to speech that is a one-dimensional signal, the speech waveform is divided into, for example, frames in the time axis direction, and each frame is divided into small regions such as subframes. The same processing may be performed.
また、第1、第2の実施形態は基本的にコンテンツの空間領域(画素領域)を利用した電子透かしであるが、第3の実施形態に関しては、コンテンツの周波数領域を利用した電子透かしにも適用が可能である。 The first and second embodiments are basically digital watermarks using a spatial area (pixel area) of content, but the third embodiment also applies to digital watermarks using the frequency domain of content. Applicable.
10…埋め込み対象画像
11A,11B,…,11M,11N…部分領域
12−1,12−2,12−3,12−4…小領域成分抽出部
14−1,14−2,14−3,14−4…基底関数重畳部
15…透かし情報
17…再構成部
18…埋め込み済み画像
20…埋め込み済み画像
22−1,22−2,22−3,22−4…小領域成分抽出部
24−1,24−2,24−3,24−4…基底関数相関判定部
25…透かし情報
30…埋め込み対象画像
31…透かし情報
32…基底関数重畳波形合成部
34…確率的離散化部
36…波形重畳部
37…埋め込み済み画像
41…小数部分離部
42…乱数生成部
43…比較部
44…加算部
50…埋め込み対象画像
51…透かし情報変換部
52−1,52−2,…,52−n…基底関数重畳部
53−1,53−2,…,53−n…成分抽出部
54…合成部
55…埋め込み済み画像
60…埋め込み済み画像
61−1,61−2,…,61−n…成分抽出部
63−1,63−2,…,63−n…相関値計算部
64…全体相関計算部
65…電子透かし検出部
66−1,66−2,…,66−n…透かし情報抽出部
10 ... Embedding
Claims (4)
前記透かし情報の各ビットに対応して用意された複数の基底関数波形を、対応するビットの値に応じた極性を付与した後に重畳し、かつ正規化して合成波形を出力するステップと、
前記合成波形の振幅値を整数部と小数部に分離し、小数部の値に応じて予め決められた出現頻度に従って1または0をとる値と整数部とを加算することにより、前記合成波形を離散化して離散化波形を出力するステップと、
前記離散化波形を前記埋め込み対象コンテンツに重畳するステップとを具備することを特徴とする電子透かし埋め込み方法。 In a digital watermark embedding apparatus that embeds a plurality of bits of watermark information into an embedding target content and obtains embedded content,
A plurality of basis function waveforms prepared corresponding to each bit of the watermark information are superimposed after being given a polarity according to the value of the corresponding bit, and normalized to output a composite waveform;
An amplitude value of the composite waveform is separated into an integer part and a decimal part, and a value that takes 1 or 0 according to an appearance frequency determined in advance according to the value of the decimal part and an integer part are added to the composite waveform. Discretizing and outputting a discretized waveform;
And a step of superimposing the discretized waveform on the content to be embedded.
前記透かし情報の各ビットに対応して用意された複数の基底関数波形を、対応するビットの値に応じた極性を付与した後に重畳し、かつ正規化して合成波形を出力する基底関数波形合成手段と、
前記合成波形の振幅値を整数部と小数部に分離し、小数部の値に応じて予め決められた出現頻度に従って1または0をとる値と整数部とを加算することにより、前記合成波形を離散化して離散化波形を出力する離散化手段と、
前記離散化波形を前記埋め込み対象コンテンツに重畳する重畳手段とを具備することを特徴とする電子透かし埋め込み装置。 In a digital watermark embedding apparatus that embeds a plurality of bits of watermark information into an embedding target content and obtains embedded content,
Basis function waveform synthesizing means that superimposes a plurality of basis function waveforms prepared corresponding to each bit of the watermark information after applying a polarity according to the value of the corresponding bit and normalizes and outputs a synthesized waveform When,
An amplitude value of the composite waveform is separated into an integer part and a decimal part, and a value that takes 1 or 0 according to an appearance frequency determined in advance according to the value of the decimal part and an integer part are added to the composite waveform. A discretization means for discretizing and outputting a discretized waveform;
An electronic watermark embedding apparatus comprising: a superimposing unit that superimposes the discretized waveform on the embedding target content.
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