JP3986226B2 - データ埋め込み装置,データ抽出装置およびそれらの方法ならびに該方法を記録した記録媒体 - Google Patents

データ埋め込み装置,データ抽出装置およびそれらの方法ならびに該方法を記録した記録媒体 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、データに任意の情報を埋め込むデータ埋め込み装置、埋め込まれたデータを抽出する装置、およびそのための方法ならびに該方法を記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関わり、特に画像に情報を埋め込む電子透かし技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
画像データに適用した場合の電子透かし技術では、データを変更しても視覚的に変化が知覚できない部分等に対して画素の輝度値や画像の周波数成分等を変更し、それによってビット値“0”または“1”等を表現させることで情報を埋め込んでいる。
情報を埋め込んだ画像は、原画像と比較した際、視覚的に変化があってはならない為、従来の電子透かし技術では以下の2点を条件としている。
【0003】
1)対象画像は、写真や絵画等に代表される、色数が多くかつ複雑な形状(または模様)で構成される比較的大サイズのディジタルコンテンツ
2)埋め込む情報量は少量
電子透かし技術に求められる条件に関しては、例えば、1998第56回情報処理学会全国論文集3−37頁から3−38頁の、小林他、“近傍ピクセルの性質を用いたデータハイディング − 近傍ピクセルの統計的性質 −”で述べられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電子透かし技術を、企業ロゴマーク等に代表される、色数が少なくかつ単純な形状(または模様)で構成される画像に適用した場合、画素や周波数成分のわずかな変更でも品質の劣化を知覚できる。また、比較的小サイズの画像に多量の情報を埋め込むためには、画素の輝度値や画像の周波数成分等を大幅に変更しなければならず、それにより顕著な品質の劣化が生じる。
【0005】
本発明の目的は、企業ロゴマーク等に代表される、色数が少なくかつ単純な形状(または模様)で構成される比較的小サイズの画像に多量の情報を埋め込み可能で、かつ原画像と比較しても品質が劣化しないデータ埋め込み装置,データ抽出装置およびそれらの方法ならびに該方法を記録した記録媒体を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記の課題を解決するために、以下の手段を提案する。
但し、本発明で対象とする画像データ構造は、画像中で使用している全ての色をインデクス番号順に管理している色情報格納領域と、各画素毎に前記インデクス番号を指定することで間接的に使用する色を指定している画素情報格納領域を構成要素として持つこととする。
【0007】
まず、画像データ構造中の色情報格納領域を複数の小領域に分けて考え、この小領域毎に対応させるビット値を定義する。これにより、あるインデクス番号によって定義されている色について、それが格納されている小領域を特定することにより、対応するビット値を特定することができる。
【0008】
次に、画素情報格納領域中の各画素毎に格納されているインデクス番号を、埋め込む情報のビット値に対応する小領域に属するインデクス番号に変更する。これにより、1画素当り1ビット以上(色情報格納領域の分割数に依存)の情報を埋め込むことが可能となる。
【0009】
また、上記手段で埋め込んだ情報は、画素情報格納領域中に格納されているインデクス番号を取り出し、そのインデクス番号が含まれている小領域に対応するビット値を特定することで抽出が可能である。
【0010】
また、上述した情報の埋め込み方法をプログラムコード化して磁気ディスクや光メディアなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録したり、あるいは上記埋め込み方法により情報を埋め込んだ画像を記録した記録媒体により本発明を広く市場に流通させることが可能になる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を、図を用いて説明する。なお、以下の説明は本発明の実施形態の一例を示すものであり、本発明を限定するものではない。
【0012】
図1は、本発明のシステム構成の一実施例を示した図である。本発明による、データ埋め込み・抽出システム101は、パーソナルコンピュータやワークステーション等の電子計算機上に実装されるものとし、本発明によるデータ埋め込み方法より成るデータ埋め込み装置102とデータ抽出装置108とから構成される。
【0013】
データ埋め込み装置102は、色情報格納領域編集手段103と画素情報格納領域変更手段104より構成され、マルチメディアデータとしての原画像105と埋め込みデータ106を入力し、データ埋め込み画像107を出力する。
データ抽出装置108は、画素情報格納領域のインデクス番号判定(ビット値抽出)手段109と抽出したビット値の結合手段110より構成され、データ埋め込み画像111を入力し、埋め込みデータ112を出力する。
【0014】
但し、本実施例ではデータ埋め込み装置102とデータ抽出装置108を同一の電子計算機上に実装しているが、各装置を別々の電子計算機上に実装することも可能である。
【0015】
図2は、本発明を実施する際の前提である、色情報格納領域と画素情報格納領域、及び領域分割数格納領域を持つ画像データ構造の一例を示した図である。
縦画素数3、横画素数3(総画素数9)で表される表示画像201において、実際のデータ構造202は、色情報格納領域203と画素情報格納領域206、及び領域分割数格納領域207から成るものとする。
【0016】
但し、上記データ構造には、色情報格納領域203と画素情報格納領域206、及び領域分割数格納領域207とは別に、画像データの各種情報を示すヘッダ情報等が格納されていても問題無い。データ構造202は、データ構造を格納した記憶手段に格納される。色情報格納領域203、画素情報格納領域206、領域分割数格納領域207をそれぞれ別に記憶手段に格納しても良い。
【0017】
データ構造202中の色情報格納領域203は、最大で256色分の色情報を格納できるとする。この時、インデクス番号204は、(0)から(255)まで順に並んでいるとし、各インデクス番号毎に、個別に色情報205が格納されているとする。ここで、各色情報の値は、それぞれR(赤)、G(青)、B(緑)各8ビットの計24ビット(10進数表現では、0〜約1677万)の値で表されているとする。すなわち、上記の例で示した構造を持つ画像データでは、約1677万色中256色を利用可能であることを意味している。
【0018】
画素情報格納領域206は、各画素毎に1色ずつ、利用したい色を上記色情報格納領域203から選択し、そのインデクス番号(0〜255)を格納している。図に示した通り、表示画像201の全9画素分の色に対応するインデクス番号が順番に指定されている。
【0019】
領域分割数格納領域207は、本発明による画像へのデータ埋め込み処理において、色情報格納領域203を、いくつの小領域に分割するかを示す値を格納する。従って、色情報格納領域203の分割数を固定とする場合においては、本領域はなくても構わない。
【0020】
図3は、本発明による画像へのデータ埋め込み方法のフローチャートである。ステップ301で、領域分割数格納領域207から、色情報格納領域203の分割数を取得する。ステップ302で、色情報格納領域203のデータを編集し、小領域毎に対応させるビット値を定義する。ステップ303で、画像データ中に埋め込むデータを1ビット分取り出す。ステップ304で、画素情報格納領域206に格納されている画素データ(インデクス番号)を一画素分取り出す。
【0021】
ステップ305では、ステップ303で取得したビット値に基づいて、ステップ304で取得した画素データ(インデクス番号)を、ステップ302で定義した対応する値へと変更する。ステップ306で、すべてのデータの埋め込みが完了したか判定し、完了していなければ、ステップ303からステップ305までを繰り返す。
【0022】
全データの埋め込みが完了したら、ステップ307で終了コードを埋め込む。但し、終了コードとは、埋め込みデータの終了位置を明示するために用いるビット列とする。
【0023】
図4は、画像データ構造202中の色情報格納領域203の編集手順の具体的な実施例を示した図である。
本実施例では、色情報格納領域を2つに分ける場合についてのみ述べる。図に示した通り、256色分の色情報格納領域を、2つの128色分の小領域401,402に分けて考える。但し、これは実際に画像データ構造そのものに対して操作・改変等を行うわけではない。
【0024】
この時、2つの小領域に格納されている色の値及び並び順に関しては、小領域401と小領域402で同じ値になるように編集する。これは図に示しているように、インデクス番号i(0≦i≦127)に格納されている色と、i+128に格納されている色を同一にすることである。この場合、小領域401の128色分のデータを小領域402に直接コピーすれば良い。但し、あらかじめ上記編集の済んでいる色情報格納領域を用意しておくという前提を置いた場合、本編集処理は不要である。
【0025】
ここで、2つに分けた小領域に対応するビット値を定義する。例えば、小領域401に対応するビット値は“0”とし、小領域402に対応するビット値は“1”と定義しておく。
【0026】
図5は、画像データ構造中の画素情報格納領域のインデクス番号の変更手段の具体的な実施例を示した図である。
前記した色情報格納領域編集手段103によって、色情報格納領域が2つの小領域に分けられた画像データに対して情報を埋め込む。例として、横画素数3、縦画素数3(総画素数9)の画像データに対し、4ビットの情報を埋め込むことを考える。埋め込みデータ501のビット値の並びは「1010」とする。ここで、情報「1010」を埋め込んだ後に、その終了位置を明示するための終了コード503を埋め込みデータ501に付加しておく。本実施例では、図中にあるように、終了コード503を仮に「11」と定義しておく。但し、埋め込みビット数(本実施例での値は4)を、画像データ中のヘッダ等に記しておく場合には、ここで終了コードを埋め込まなくても問題無い。
【0027】
次に、データを埋め込むための原画像について考える。
原画像の画素情報格納領域内のデータ502には、色情報格納領域内を指し示すインデクス番号が全9画素分指定されており、これにより、間接的に各画素の色が指定されている。このとき、画素情報格納領域内のデータ502で指定されているインデクス番号は、すべて図4の小領域401の範囲内で作成されているとする(インデクス番号0〜127の範囲、すなわち最大使用可能色数は128色)。
【0028】
ここで、埋め込みデータ501と、画素情報格納領域内のデータ502を、先頭から順に比較する。図に於いて、破線で囲まれている部分は、埋め込みデータ501のビット値が“1”の部分と、そこに対応する画素情報格納領域内のデータ502のインデクス番号を示している。先に定義したように、ビット値“1”に対応するのは、図4における小領域402である。従って、画素情報格納領域内のデータ502に於いて、埋め込みデータ501のビット値“1”に対応しているインデクス番号を128増加させれば良いことになる。
【0029】
例えば、埋め込みデータ501のビット値“1”に対応する画素情報格納領域内のデータ502の最初のインデクス番号は2であるが、この場合、2に128を加えるので、変更後のインデクス番号は130となる。以下、埋め込みデータ501のビット値“1”に対応する全てのインデクス番号を同様に128増加させていく。このようにして、画素情報格納領域内のデータ502のインデクス番号を変更することにより、画像データ中に情報を埋め込んでいく。
【0030】
本実施例では、1画素あたり1ビットの情報を格納することが可能である。例えば、128色以下の色数で作成可能な、横画素数128、縦画素数128の比較的小サイズの原画像データに本手段を適用した場合、総画素数は16384なので、埋め込みデータの最大値は16384ビット(2048バイト)となる。なお、2つの小領域に分けた色情報格納領域において、インデクス番号i(0≦i≦127)とi+128に格納されている色は、まったく同じ色に編集されていることは先に示した。従って、上記手段によりインデクス番号を変更しても、画像の見た目は一切変化しない。
【0031】
図6は、画像に埋め込んだデータの抽出方式を示すフローチャートである。
まず、ステップ601で、領域分割数格納領域から、色情報格納領域の分割数を取得する。ステップ602で、画素情報格納領域のデータ(インデクス番号)を、1画素分取り出す。ステップ603で、取り出したデータに埋め込まれたビット値の判定を行う。ここでは、ステップ602で取り出したインデクス番号がi≦127の場合は、埋め込まれたビット値は“0”と判定し、インデクス番号がi≧128の場合は埋め込まれたビット値は“1”と判定する。
【0032】
ステップ604で、取り出したデータに終了コードが出現したかチェックする。終了コードが出現するまで、ステップ602からステップ603までを繰り返す。終了コードが出現した時は、全ての埋め込み情報の取得が完了した場合であり、ステップ605で取得したビット値を結合する。この手順によって、最終的に得られたビット値の集合(但し、終了コードは除く)を先頭から順に結合したデータが、画像への埋め込みデータとなる。
【0033】
図7は、本発明を記録媒体に記録するデータに適用した例である。
原画像701に対して埋め込みデータ702を、データ埋め込み手段703によって埋め込む。このデータ埋め込み画像を、媒体固有のフォーマット手段704でフォーマットした記録媒体705に記録することにより、データを埋め込んだ画像を記録した磁気ディスクや光ディスク等のメディアを作成することができる。
【0034】
また、上述した埋め込み方法を実現するための処理をプログラムコード化してコンピュータ読み取り可能な磁気ディスクや光ディスクなどの記録媒体に記録することによって、本発明を市場に広く流通させることができる。
【0035】
また、本実施例では、色情報格納領域を編集し、2つの小領域に分ける例を示したが、色情報格納領域を2つ以上に分け、それぞれの小領域に対応するビット値を定義しても問題無い。
【0036】
【発明の効果】
本発明では、色数が少なくかつ単純な形状(または模様)で構成される比較的小サイズの画像に、多量の情報を品質を劣化させること無しに埋め込み、また埋め込んだ画像から情報を抽出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における画像へのデータ埋め込み装置及びデータ抽出装置のシステム構成の一実施例を示す図である。
【図2】色情報格納領域と画素情報格納領域、領域分割数格納領域から成る画像データ構造の一例を示す図である。
【図3】本発明における画像へのデータ埋め込み方法の一実施例のフローチャートを示す図である。
【図4】画像データ構造中の色情報格納領域を編集する一実施例を示す図である。
【図5】画像データ構造中の画素情報格納領域のインデクス番号を変更する一実施例を示す図である。
【図6】本発明における画像からのデータ抽出方式の一実施例のフローチャートを示す図である。
【図7】本発明を、記録媒体に記録する画像データに適用した一実施例を示す図である。
【符号の説明】
101…データ埋め込み・抽出システム、102…データ埋め込み装置、103…色情報格納領域編集手段、104…画素情報格納領域変更手段、105…原画像、106…埋め込みデータ、107…データ埋め込み画像、108…データ抽出装置、109…画素情報格納領域のインデクス番号判定(ビット値抽出)手段、110…抽出したビット値の結合手段、111…データ埋め込み画像、112…埋め込みデータ、201…表示画像、202…表示画像のデータ構造、203…色情報格納領域、204…色情報格納領域におけるインデクス番号、205…インデクス番号に対応する色情報、206…画素情報格納領域、207…領域分割数格納領域、301…領域分割数の取得処理、302…色情報格納領域編集処理、303…画像中に埋め込むデータを1ビット分取得する処理、304…画素情報格納領域からインデクス番号を1画素分取得する処理、305…インデクス番号を変更する処理、306…埋め込み完了を判定する処理、307…終了コード埋め込み処理、401…色情報格納領域のビット値"0"に対応する小領域、402…色情報格納領域のビット値"1"に対応する小領域、501…画像への埋め込みデータ、502…画素情報格納領域内のデータ(インデクス番号)、503…終了コード、601…領域分割数の取得処理、602…画素情報格納領域のデータ取得処理、603…埋め込まれたビット値の判定処理、604…全埋め込み情報の取得完了判断処理、605…取得したビット値の結合処理、701…原画像、702…埋め込みデータ、703…データ埋め込み手段、704…媒体固有のフォーマット手段、705…記録媒体

Claims (11)

  1. 画像で使用する色をインデクス番号で管理する色情報格納領域と、各画素に該インデクス番号を指定した画素情報格納領域とを有する画像データ記憶手段に、ビットデータを電子透かしで埋め込むデータ埋め込み装置において、
    該色情報格納領域を、複数の領域に分け、それぞれの領域の色情報が同一となるよう、該色情報格納領域の色情報を編集する手段と、
    各領域毎に対応させるビット値を定義する手段と、
    該画素情報格納領域に格納されている各画素毎に、該埋め込みデータのビット値に対応する該領域に存在する色を選択する手段と
    を具備することを特徴とするデータ埋め込み装置。
  2. 画像で使用する色をインデクス番号で管理する色情報格納領域と、各画素に該インデクス番号を設定した画素情報格納領域とを有する画像データ記憶手段に、ビットデータを電子透かしで埋め込むデータ埋め込み装置において、該色情報格納領域を、複数の領域に分け、それぞれの領域の色情報が同一となるよう、該色情報格納領域の色情報を編集する手段と、各領域毎に対応させるビット値を定義する手段と、該画素情報格納領域に格納されている各画素毎に、該埋め込みデータのビット値に対応するインデクス番号を設定する手段とを具備することを特徴とするデータ埋め込み装置。
  3. 画像で使用する色をインデクス番号で管理する色情報格納領域と、各画素に対応して該インデクス番号を指定した画素情報格納領域とを有する画像データに、ビットデータを電子透かしで埋め込むデータの埋め込み方法において、該色情報格納領域を、複数の領域に分け、それぞれの領域の色情報が同一となるよう、色情報格納領域の色情報を編集し、各領域毎に対応させるビット値を定義し、該画素情報格納領域に格納されている各画素毎に、該埋め込みデータのビット値に対応する該領域に存在する色を選択することを特徴とするデータ埋め込み方法。
  4. 画像で使用する色をインデクス番号で管理する色情報格納領域と、各画素に対応して該インデクス番号を設定した画素情報格納領域とを有する画像データに、ビットデータを電子透かしで埋め込むデータの埋め込み方法において、該色情報格納領域を、複数の領域に分け、それぞれの領域の色情報が同一となるよう、色情報格納領域の色情報を編集し、各領域毎に対応させるビット値を定義し、該画素情報格納領域に格納されている各画素毎に、該埋め込みデータのビット値に対応するインデクス番号を設定することを特徴とするデータ埋め込み方法。
  5. 画像で使用する色をインデクス番号管理する色情報格納領域と、各画素に該インデクス番号を指定する画素情報格納領域とを持つ画像データ記憶手段に、ビットデータを電子透かしで埋め込むためのプログラムが記録された記録媒体であって、該プログラムは、情報処理装置に、該色情報格納領域を、複数の領域に分け、それぞれの領域の色情報が同一となるよう、色情報格納領域の色情報を編集するステップと、各領域毎に対応させるビット値を定義するステップと、該画素情報格納領域に格納されている各画素毎に、該埋め込みデータのビット値に対応する該領域に存在する色を選択するステップとを実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  6. 請求項4記載のデータ埋め込み方法により、ビットデータを電子透かしで埋め込んだ画像を記録した記録媒体。
  7. 請求項1記載のデータ埋め込み装置を用いて画像データに電子透かしで埋め込んだビットデータを抽出するため、各画素が指定する色が色情報格納領域において存在する領域を求める手段と、求めた領域に対応するビット値を求める手段と、求めた各画素毎のビット値の集合を結合する手段とを有することを特徴としたデータ抽出装置。
  8. 請求項2記載のデータ埋め込み装置を用いて画像データに電子透かしで埋め込んだビットデータを抽出するため、各画素が指定するインデクス番号を求める手段と、求めたインデクス番号に対応するビット値を求める手段と、求めた各画素毎のビット値の集合を結合する手段とを有することを特徴としたデータ抽出装置。
  9. 請求項3記載のデータ埋め込み方法により画像データに電子透かしで埋め込んだビットデータを抽出するため、各画素が指定する色が色情報格納領域において存在する領域を求め、求めた領域に対応するビット値を求め、求めた各画素毎のビット値の集合を結合することを特徴とするデータ抽出方法。
  10. 請求項4記載のデータ埋め込み方法により画像データに電子透かしで埋め込んだビットデータを抽出するため、各画素が指定するインデクス番号を求め、求めたインデクス番号に対応するビット値を求め、求めた各画素毎のビット値の集合を結合することを特徴とするデータ抽出方法。
  11. 画像データに請求項3または4記載のデータ埋め込み方法により電子透かしで埋め込んだビットデータを復号するためのプログラムが記録された記録媒体であって情報処理装置に、画素情報格納領域の各画素が指定する領域を求めるステップと求めた領域に対応するビット値を求めるステップと、求めた各画素毎のビット値の集合を結合するステップとを実行させるプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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