JP4006141B2 - デジタルデータの透かしの挿入及び復号する方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、秘密透かしなどの補助情報項目をデジタルデータに挿入する方法及び装置に関する。
【０００２】
また、本発明は、本発明による挿入方法により挿入されたそのような補助情報項目を復号する方法及び装置に関する。
【０００３】
一般的にいえば、本発明は、デジタルデータに透かしを追加する技術の分野に含まれる。
【０００４】
【従来の技術】
コンピュータによりデジタル化マルチメディアを交換する機会が急増した結果、不正なコピーの作成や配布、一般的な言葉で言えば、データの不法操作が助長さている。
【０００５】
デジタルデータの透かし付けは、デジタル化データに透かしを直接挿入することから成る。この透かしの挿入は、デジタルデータにおける補助データ項目の符号化のようなものである。
【０００６】
従来の透かし付けは、デジタルデータが画像である場合、目に見えるロゴを挿入することにより行われていた。それでも、この画像を不法に操作しようとするユーザにとって、この透かしを除去することは容易である。
【０００７】
そこで、いわゆる目に見えない透かしが頻繁に利用されているが、この種の透かしは品質に関して次のような性質を有していなければならない。
【０００８】
このような透かしは気づかれないものでなければならない。すなわち、このような透かしを挿入しても、デジタルデータの知覚的品質、例えば、画像の視覚的品質又は音声データの聴覚的品質は維持されなければならない。また、透かしが気づかれなければ、その侵害をより困難にもできる。
【０００９】
更に、この透かしは消えないものでなければならない。すなわち、透かしを意図的に破壊しようとする攻撃に対抗するために、透かし挿入デジタルデータの中で透かしを統計的に検出できてはならない。
【００１０】
また、この透かしは、圧縮及び伸張、デジタル／アナログ変換、フィルタリングなどの、従来、デジタルデータに適用されていた処理に対して、強固でなければならない。
【００１１】
最後に、この透かしは高い信頼性を有していなければならない。すなわち、与えられたデジタルデータの所定の透かしが存在しているか否かについて確実に決定できるものでなければならない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
既存の挿入方法、特に、デジタルデータが画像を表現している場合には、デジタルデータに含まれる高周波数又は中間周波数を変形することにより使用されている。高周波数のみを変形すると、挿入透かしの不可視度を確保することはできるが、そのような透かしはひずみに対してごくわずかな強固さしか示さず、特に、中間周波数又は高周波数のスペクトル成分を広く量子化する従来の圧縮には絶えられない。
【００１３】
NEC Corporationの名で欧州特許出願第０７６６４６８号に記載されている透かしを挿入する方法が知られており、この方法においては、知覚的に重大な成分に補助情報を挿入する前に、デジタルデータの周波数変換を実行する。逆周波数変換により、透かし挿入デジタルデータが得られる。全てのデジタルデータ、例えば、画像に、離散的コサイン変換、又は離散的ウェーブレット変換による部分帯域への分解を適用することができる。その後、補助情報を挿入するために、変換のN個の最大周波数成分を変調する。しかし、知覚的に重大な成分の選択を実現するのは困難である。
本発明の目的は、主に、既存の挿入方法を改善し且つ特に不可視度及び強固さに関して、挿入される透かしの品質を向上させることである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様によれば、 秘密透かしなどの補助情報項目（Ｓ）をデジタルデータ（Ｉ）に挿入する方法は、
デジタルデータを多重分解能スペクトル分解する工程（Ｅ１）と、
最低周波数の成分を抽出する工程（Ｅ２）と、
最低周波数の成分の部分集合を選択する工程（Ｅ３）と、
補助情報項目（Ｓ）を挿入するために、前記部分集合の成分を変調する工程（Ｅ４）と、
透かし挿入デジタルデータ（Ｉ’）を逆多重分解能スペクトル再組成する工程（Ｅ５）とを含む。
【００１５】
これに関連する、秘密透かしなどの補助情報項目（Ｓ）をデジタルデータ（Ｉ）に挿入する装置は、
デジタルデータ（Ｉ）を多重分解能スペクトル分解するスペクトル分解手段（１１）と、
最低周波数の成分を抽出する抽出手段（１２）と、
最低周波数の成分の部分集合を選択する選択手段（１３）と、
補助情報項目（Ｓ）を挿入するために、前記部分集合の成分を変調する変調手段（１４）と、
透かし挿入デジタルデータ（Ｉ’）を逆多重分解能スペクトル再組成する手段（１５）とを含む。
【００１６】
本発明の第１の態様よれば、多重分解能スペクトル分解及び最低周波数の成分の抽出により、事前の選択が成される。その結果、スペクトルドメイン全体ではなく、スペクトルの１つの領域で、自動的に変調可能性分の場所を確定することができる。これは、例えば、デジタル化画像における著作権を検証する場合などに、挿入されている透かしを検証するのに非常に適している。
【００１７】
更に、いくつかの成分が補助情報を導入するために変調されているような、最低周波数のスペクトル部分帯域を事前に選択しておくと、様々なデジタルデータ圧縮アルゴリズムに対して、特に、デジタル画像に従来より使用されてきた圧縮及び伸張の処理に対して強固である周波数成分を系統的に選択すことが可能になる。
【００１８】
出願人は、低周波数成分を利用した場合、再構成画像に目に見える重大なひずみを生じさせずにごく小さな変調しか可能にしないことが現時点では容認されているが、多重分解能スペクトル分解の間に十分に低い分解能レベルが達成されるならば、それらの成分に大きなパワー信号を挿入することにより、気づかれないような方式で補助情報項目を追加することが可能であることを示した。
【００１９】
本発明の好ましい態様によれば、多重分解能スペクトル分解レベル（ｄ）は、最低周波数の成分の数（ｎ）が８ｘ８から３２ｘ３２の間であるようにあらかじめ定められる。
【００２０】
出願人は、この大きさの部分帯域が、補助情報項目の不可視度を保証しつつこの補助情報項目を挿入するのに特に適していること実験により示した。
【００２１】
更に、厳密にいえば、補助情報を表現する信号を挿入し且つこの信号を検出する方法は、初期デジタルデータの大きさに対して、変調できるスペースが大幅に縮少されるという点で、特に有効である。
【００２２】
デジタル画像への透かしの挿入に特に適する本発明の有利な態様によれば、スペクトル分解する工程（Ｅ１）で、離散的ウェーブレット変換によりスペクトル分解を実行し、抽出する工程（Ｅ２）では、近似部分帯域（ＬＬ）の成分を選択する。
【００２３】
本発明の、上記の態様に代わる別の有利な態様によれば、スペクトル分解する工程（Ｅ１）で、デジタルデータ（Ｉ）を、デジタルデータ又は先行する近似バージョンの低域フィルタリング及びサブサンプリングに相当する近似バージョンと、デジタルデータから又は先行する近似バージョンからの近似バージョンの減算に相当する詳細バージョンとに繰り返し分解し、抽出する工程（Ｅ２）では、近似バージョンの成分を選択する。
【００２４】
このピラミッド方式による分解は、画像を連続する近似部分帯域に分解する場合にも特に適しており、補助情報を表現する信号を挿入した後も、画像を完璧に再構成することができる。
【００２５】
本発明の好ましい態様によれば、変調する工程（Ｅ４）で、挿入すべき補助情報を表現するデジタル信号（Ｓ）により初期設定される擬似ランダム関数により生成される変調値（Ｗ_k）を加算することにより、前記部分集合の成分を変調する。
【００２６】
擬似ランダム関数により生成される変調値によって補助情報を追加すれば、この情報をマスキングできると共に、この情報の侵害をより困難にするために、情報の不可視度を更に強化することができる。
【００２７】
本発明の有利な態様によれば、選択する工程（Ｅ３）で、挿入すべき補助情報（Ｓ）と関連する機密鍵を表現するデジタル信号（Ｋ）により初期設定される擬似ランダム関数に従って、成分の部分集合を選択する。
【００２８】
この機密鍵は、擬似ランダム方式で変調可能な成分を選択することを可能にし、それにより意図的な攻撃に対する挿入情報の強固さをより向上させ、周波数スペクトルにおける挿入情報の位置を更に識別しにくくする。秘密鍵を使用すると、デジタルデータに挿入された信号の保護を強化することができる。
【００２９】
本発明は、第１の態様による挿入方法に従って初期デジタルデータ（Ｉ）に挿入された、秘密透かしなどの補助情報項目（Ｓ）を透かし挿入デジタルデータ（Ｉ^*）の中で復号する方法であって
透かし挿入デジタルデータ（Ｉ^*）及び初期デジタルデータ（Ｉ）を多重分解能スペクトル分解する工程（Ｅ６）と、
透かし挿入デジタルデータ（Ｉ^*）及び初期デジタルデータ（Ｉ）における最低周波数の成分を抽出する工程（Ｅ７）と、
透かし挿入デジタルデータ（Ｉ^*）及び初期デジタルデータ（Ｉ）から前記挿入方法の選択する工程（Ｅ３）で選択された成分の部分集合を選択する工程（Ｅ８）と、
初期デジタルデータ（Ｉ）の前記部分集合の成分から透かし挿入デジタルデータ（Ｉ^*）の前記部分集合の成分をそれぞれ減算することにより、変調値（Ｗ^*）の推定シーケンスを推定する工程（Ｅ９）と、
前記挿入方法の変調する工程（Ｅ４）で挿入された変調値の前提シーケンス（Ｗ）を生成する工程（Ｅ１０）と、
推定シーケンス（Ｗ^*）と前提シーケンス（Ｗ）と相関値を計算する工程（Ｅ１１）と、
推定シーケンス（Ｗ^*）と前提シーケンス（Ｗ）とが類似しているか否かを前記相関値の関数として決定する工程（Ｅ１２）とを含む復号方法にも関する。
【００３０】
従って、この復号方法により、デジタルデータに補助情報を挿入するために変調されていた最低周波数の成分を容易に見出すことができるようになると共に、挿入情報を前提変調と比較するために挿入情報を推定することが可能になる。そのような復号方法は、送信中又は格納中に雑音を含んでいる可能性のあるデジタルデータにおける著作権の認知に特に適している。
【００３１】
これに関連して、本発明の第１の態様による挿入方法に従って初期デジタルデータ（Ｉ）に挿入された、秘密透かしなどの補助情報項目（Ｓ）を透かし挿入デジタルデータ（Ｉ^*）の中で復号する装置は、
透かし挿入デジタルデータ（Ｉ^*）及び初期デジタルデータ（Ｉ）を多重分解能スペクトル分解するスペクトル分解手段（６１）と、
透かし挿入デジタルデータ（Ｉ^*）及び初期デジタルデータ（Ｉ）における最低周波数の成分を抽出する抽出手段（６２）と、
透かし挿入デジタルデータ（Ｉ^*）及び初期デジタルデータ（Ｉ）から前記挿入方法の選択する工程（Ｅ３）で選択された成分の部分集合を選択する選択手段（６３）と、
初期デジタルデータ（Ｉ）の前記部分集合の成分から透かし挿入デジタルデータ（Ｉ^*）の前記部分集合の成分をそれぞれ減算することにより、変調値の推定シーケンス（Ｗ^*）を推定する推定手段（６４）と、
前記挿入方法の変調する工程（Ｅ４）で挿入された変調値の前提シーケンス（Ｗ）を生成する生成手段（６５）と、
推定シーケンス（Ｗ^*）と前提シーケンス（Ｗ）との相関値を計算する計算手段（６７）と、
推定シーケンス（Ｗ^*）と前提シーケンス（Ｗ）とが類似しているか否かを前記相関値の関数として決定する決定手段（６８）とを具備する。
【００３２】
この復号装置は本発明の第１の態様による復号方法の利点に類似する利点を有し、例えば、デジタル画像などのデジタルデータの著作権の認知に特に適している。
【００３３】
本発明の挿入方法の実用的で、好都合な実施形態を提供する本発明の第１の態様の好ましい態様によれば、挿入装置のスペクトル分解手段（１１）、抽出手段（１２）、選択手段（１３）、変調手段（１４）及びスペクトル再組成手段（１５）は、
マイクロプロセッサ（１０）と、
補助情報項目（Ｓ）を挿入するためのプログラムを格納する読み取り専用メモリ（１０２）と、
プログラムの実行中に修正される変数を記録するための複数のレジスタを含むランダムアクセスメモリ（１０３）とに組み込まれている。
【００３４】
同様に、本発明の第１の態様による復号方法の実用的で、好都合な実施形態を提供する好ましい態様によれば、復号装置のスペクトル分解手段（６１）、抽出手段（６２）、選択手段（６３）、推定手段（６４）、生成手段（６５）、計算手段（６７）及び決定手段（６８）は、
マイクロプロセッサ（１０）と、
補助情報項目（Ｓ）を復号するためのプログラムを格納する読み取り専用メモリ（１０２）と、
プログラムの実行中に修正される変数を記録するための複数のレジスタ（１０３）を含むランダムアクセスメモリとに組み込まれている。
【００３５】
本発明の第２の態様によれば、秘密透かしなどの補助情報項目（Ｓ）をデジタルデータ（Ｉ）に挿入する方法は、
デジタルデータ（Ｉ）を多重分解能スペクトル分解する工程（Ｅ１０１）と、
１つの周波数部分帯域（ＬＬ）の成分を抽出する工程（Ｅ１０２）と、
前記周波数部分帯域（ＬＬ）の成分をスペクトル変換する工程（Ｅ１０３）と、
前記スペクトル変換の係数（Ｘ_k）の部分集合を選択する工程（Ｅ１０４）と、
補助情報（Ｓ）を挿入するために、前記部分集合の係数（Ｘ_k）を変調する工程（Ｅ１０５）と、
変調された係数の部分集合を含む係数（Ｘ'_k）を逆スペクトル変換する工程（Ｅ１０６）と、
透かし挿入デジタルデータ（Ｉ’）を逆多重分解能スペクトル再組成する工程（Ｅ１０７）とから成る。
【００３６】
これに関連する、秘密透かしなどの補助情報項目（Ｓ）をデジタルデータ（Ｉ）に挿入する装置は、
デジタルデータ（Ｉ）を多重分解能スペクトル分解するスペクトル分解手段（３１）と、
１つの周波数部分帯域（ＬＬ）の成分を抽出する抽出手段（３２）と、
前記周波数部分帯域（ＬＬ）の成分をスペクトル変換するスペクトル変換手段（３３）と、
前記スペクトル変換の係数（Ｘ_k）の部分集合を選択する選択手段（３４）と、
補助情報（Ｓ）を挿入するために、前記部分集合の係数（Ｘk）を変調する変調手段（３５）と、
変調された係数（Ｘ'_k）の部分集合を含む係数を逆スペクトル変換する逆スペクトル変換手段（３６）と、
透かし挿入デジタルデータ（Ｉ’）を逆多重分解能スペクトル再組成するスペクトル再組成手段（３７）とを具備する。
【００３７】
このようなデジタルデータの二重変換によって、変調すべき係数のシークは限られた範囲の周波数について実行される。これは、多重分解能スペクトル分解を経て事前の選択が行われるために、スペクトル範囲全体ではなく、スペクトルの１つの領域で自動的に変調可能な成分の場所を確定できるからである。これは、例えば、デジタル化画像の著作権を検証する場合のように、挿入透かしを検証するのに特に適している。
【００３８】
更に、１つの変調可能周波数帯域を事前に選択しておくと、様々なデジタルデータ圧縮アルゴリズムに対して強固である周波数成分を系統的に選択することができるようになる。
【００３９】
最後に、選択された部分帯域の成分にスペクトル変換を適用しても、後にデジタルデータの空間ドメイン全体に挿入される補助情報は確実に分散される。加えて、このスペクトル変換は、より小さな、初期デジタルデータの１つの部分帯域について実行される。従って、このスペクトル変換は、全ての初期デジタルデータについてスペクトル変換を実行する周知の方法と比べて、はるかに迅速である。
【００４０】
本発明の好ましい態様によれば、抽出する工程で、最低周波数の部分帯域の成分を選択する。
【００４１】
この選択は、後に従来の圧縮方法及び伸張方法に対して強固であるスペクトル範囲の補助情報を挿入するためにデジタル化された画像の場合に特に賢明である。
【００４２】
デジタル画像への透かしの挿入に特に適している有利な態様によれば、スペクトル分解する工程（３１）で、離散的ウェーブレット変換によりスペクトル分解を実行し、抽出する工程（３２）では、近似部分帯域の成分を選択する。
【００４３】
出願人は、最低周波数に対応する近似部分帯域が再構成画像に目に見える重大なひずみを生じさせずにごくわずかな修正しか与えないことは現時点では容認されているが、多重分解能スペクトル分解の間に十分に低い分解能レベルに到達すれば、近似部分帯域の成分に気づかれないように補助情報項目を追加することは可能であることを示した。
【００４４】
ウェーブレット変換分解レベルは、近似部分帯域（ＬＬ）の成分の数（ｎ）が８ｘ８から３２ｘ３２の間にあるようにあらかじめ定められるのが好ましい。
【００４５】
出願人は、この大きさの部分帯域が補助情報項目の不可視度を保証しつつ、その補助情報項目を挿入するのに特に適していることを実験により示した。
【００４６】
本発明の好ましい態様によれば、スペクトル変換（３３）は離散的コサイン変換である。
【００４７】
このようなスペクトル変換の使用は、画像に透かしを挿入するのに特に適しており、挿入透かしが空間ドメイン全体に適切に分布することを保証する。
本発明の好ましい態様によれば、変調する工程で、挿入すべき補助情報を表現するデジタル信号により初期設定される擬似ランダム関数により生成される変調値を加算することにより、部分集合の成分を変調する。
【００４８】
擬似ランダム関数により生成される変調値による補助情報を追加することによって、この情報をマスキングできると共に、この情報の侵害をより困難にするために、情報の不可視度を更に強化することができる。
【００４９】
本発明の有利な態様によれば、選択する工程で、挿入すべき補助情報と関連する機密鍵を表現するデジタル信号により初期設定される擬似ランダム関数に従って、係数の部分集合を選択する。
【００５０】
この機密鍵により、擬似ランダム方式で変調可能係数を選択することができ、従って、周波数スペクトルにおける挿入情報の場所を見出すことをより困難にすることによって、挿入情報を意図的な攻撃に対し、より強固なものにすることができる。
【００５１】
本発明の挿入方法の実用的で、好都合な実施形態を提供する本発明のこの第２の態様の好ましい態様によれば、挿入装置のスペクトル分解手段（３１）、抽出手段（３２）、スペクトル変換手段（３２）、選択手段（３４）、変調手段（３５）、逆スペクトル変換手段（３６）及びスペクトル再組成手段（３７）は、
マイクロプロセッサ（１０）と、
補助情報項目（Ｓ）を挿入するためのプログラムを格納する読み取り専用メモリ（１０２）と、
プログラムの実行中に修正される変数を記録するための複数のレジスタを含むランダムアクセスメモリ（１０３）とに組み込まれている。
【００５２】
この挿入方法と関連して、第２の態様によれば、本発明は、前記挿入方法による挿入方法に従って初期デジタルデータ（Ｉ）に挿入された、秘密透かしなどの補助情報項目（Ｓ）を透かし挿入デジタルデータ（Ｉ^*）の中で復号する方法であって、
透かし挿入デジタルデータ（Ｉ^*）及び初期デジタルデータ（Ｉ）を多重分解能スペクトル分解する工程（Ｅ１１０）と、
透かし挿入デジタルデータ（Ｉ^*）及び初期デジタルデータ（Ｉ）それぞれにおける周波数の部分帯域（ＬＬ）の成分を抽出する工程（Ｅ１１１）と、
透かし挿入デジタルデータ（Ｉ^*）及び初期デジタルデータ（Ｉ）の周波数部分帯域（ＬＬ）の成分をスペクトル変換する工程（Ｅ１１２）と、
透かし挿入デジタルデータ（Ｉ^*）及び初期デジタルデータ（Ｉ）から前記挿入方法の選択する工程（Ｅ１０４）で選択された係数の部分集合を選択する工程（Ｅ１１３）と、
初期デジタルデータ（Ｉ）の前記部分集合の係数から透かし挿入デジタルデータ（Ｉ^*）の前記部分集合の係数をそれぞれ減算することにより、変調値の推定シーケンス（Ｗ^*）を推定する工程（Ｅ１１４）と、
前記挿入方法の変調する工程（Ｅ１０５）で挿入された変調値の前提シーケンス（Ｗ）を生成する工程（Ｅ１１５）と、
推定シーケンス（Ｗ^*）と前提シーケンス（Ｗ）との相関値を計算する工程（Ｅ１１６）と、
推定シーケンス（Ｗ^*）と前提シーケンス（Ｗ）とが類似しているか否かを前記相関値の関数として決定する工程（Ｅ１１７）とを含む復号方法にも関する。
【００５３】
これに関連して、本発明の第２の態様による挿入方法に従って初期デジタルデータ（Ｉ）に挿入された、秘密透かしなどの補助情報項目（Ｓ）を透かし挿入デジタルデータ（Ｉ^*）の中で復号する装置は、
透かし挿入デジタルデータ（Ｉ^*）及び初期デジタルデータ（Ｉ）を多重分解能スペクトル分解するスペクトル分解手段（２１）と、
透かし挿入デジタルデータ（Ｉ^*）及び初期デジタルデータ（Ｉ）それぞれにおける周波数の部分帯域（ＬＬ）の成分を抽出する抽出手段（２２）と、
透かし挿入デジタルデータ（Ｉ^*）及び初期デジタルデータ（Ｉ）の周波数部分帯域（ＬＬ）の成分をスペクトル変換するスペクトル変換手段（２３）と、
透かし挿入デジタルデータ（Ｉ^*）及び初期デジタルデータ（Ｉ）から前記挿入方法の選択する工程（Ｅ１０４）で選択された係数の部分集合を選択する選択手段（２４）と、
初期デジタルデータ（Ｉ）の前記部分集合の係数から透かし挿入デジタルデータ（Ｉ^*）の前記部分集合の係数をそれぞれ減算することにより、変調値の推定シーケンス（Ｗ^*）を推定する推定手段（２５）と、
前記挿入方法の変調する工程（Ｅ１０５）で挿入された変調値の前提シーケンス（Ｗ）を生成する生成手段（２６）と、
推定シーケンス（Ｗ^*）と前提シーケンス（Ｗ）との相関値を計算する計算手段（２８）と、
推定シーケンス（Ｗ^*）と前提シーケンス（Ｗ）とが類似しているか否かを前記相関値の関数として決定する決定手段（２９）とを具備する。
【００５４】
このようなデジタルデータの二重変換によって、変調された係数は限られた範囲の周波数について探索される。これは、多重分解能スペクトル分解を経て事前の選択が行われるために、スペクトルの１つの領域で自動的に変調可能な成分の場所を確定できるからである。
【００５５】
この復号方法及び装置は、例えば、デジタル化画像の著作権を検証する場合のように、挿入透かしを検証するのに特に適している。
【００５６】
本発明の復号方法の実用的で、好都合な実施形態を提供する本発明のこの第２の態様の好ましい態様によれば、復号装置のスペクトル分解手段（２１）、抽出手段（２５）、スペクトル変換手段（２３）、選択手段（２４）、推定手段（２５）、生成手段（２６）、計算手段（２８）及び決定手段（２９）は、
マイクロプロセッサ（１０）と、
補助情報項目を復号するためのプログラムを格納する読み取り専用メモリ（１０２）と、
プログラムの実行中に修正される変数を記録するための複数のレジスタを含むランダムアクセスメモリ（１０３）とに組み込まれている。
【００５７】
挿入装置又は復号装置に一体化されているか、又は一体化されておらず、オプションとして着脱自在であり、コンピュータ又はマイクロプロセッサにより読み取り可能である情報格納手段は、本発明の第１及び／又は第２の態様に従って補助情報項目を挿入又は復号する方法を実現するプログラムを格納する。
【００５８】
本発明は、本発明の第１及び／第２の態様による挿入又は復号方法を実現するための手段を有するか、又は本発明の第２及び／又は第２の態様による挿入又は復号装置を有するデジタル信号処理装置にも関する。
【００５９】
この処理装置の利点は、本発明の第１及び／又は第２の態様による挿入方法及び装置並びに復号方法及び装置に関連して先に開示した利点と同一である。
【００６０】
挿入方法及び復号方法は、特に、デジタル写真装置、デジタルカメラ、データベース管理システム、コンピュータ、スキャナ、又は医療用画像撮影装置、とりわけ，Ｘ線撮影装置において実現できる。
【００６１】
これに関連して、デジタル写真装置、デジタルカメラ、データベース管理システム、コンピュータ、スキャナ、又は医療用画像撮影装置、とりわけ、Ｘ線撮影装置は、本発明による挿入装置及び／又は復号装置を有する。
【００６２】
上記のデジタル写真装置、デジタルカメラ、データベース管理システム、コンピュータ、スキャナ、又はＸ線撮影装置などの医療用画像撮影装置は、本発明による挿入方法及び装置並びに復号方法及び装置の利点に類似する利点を有する。
【００６３】
本発明のその他の特異性及び利点は、以下の説明から明白になるであろう。
【００６４】
【発明の実施の形態】
まず、デジタルデータに補助情報項目を挿入する装置について説明する。
【００６５】
以下の、限定的な意味をもたない例においては、デジタルデータは画像Ｉを表現する一連のデジタルサンプルから構成されている。画像Ｉは、例えば、一連のバイトにより表現されており、各バイト値は２５６のグレイレベルを有する白黒画像などの画像Ｉの１つの画素を表現する。
【００６６】
補助情報は、画像Ｉ中に認知不可能な、強固な方式で挿入することが望まれる秘密透かしである。この秘密透かしは、例えば、画像Ｉの原作者又は所有者を識別できるようにするものであっても良い。この例においては、補助情報はあるビット数、例えば、３２ビットの識別番号Ｓから構成され、識別番号Ｓは同様にあるビット数で定義される機密鍵(confidential key)Ｋと関連している。この識別番号Ｓと機密鍵Ｋにより、以下に説明するように、画像Ｉに有効に挿入される変調信号を発生させることができる。機密鍵Ｋは任意の方式で識別番号Ｓと関連させることができる。
【００６７】
一般的にいえば、図１に示すように、挿入装置は全体としてエンコーダ１に類似しており、画像ＩにおいてＳ及びＫから定義される透かしを符号化する。透かしが挿入された画像Ｉ'はエンコーダ１の出力端子に供給される。
【００６８】
この画像I'を送信又は格納するために、画像Ｉ'は圧縮及び伸張などの、非線形雑音の追加に類似するいくつかの処理を受ける。また、画像を表示するときには、画像をデジタル／アナログ変換し、あるいは、フィルタリングを実行する場合もある。
【００６９】
処理後に、透かし挿入画像Ｉ'の雑音を含むバージョンに相当する画像Ｉ^*を、エンコーダ１と関連するデコーダ２へ送信することができる。このデコーダ２は、従来通り、初期画像Ｉ及び挿入されている補助情報Ｓ、Ｋから、雑音を含む画像Ｉ^*の中の挿入変調信号Ｗ^*を推定する。雑音を含む画像Ｉ^*の中のこの変調信号Ｗ^*は、画像Iに挿入された変調信号Ｗと共に、検出器３に供給され、そこで、これら２つの信号Ｗ及びＷ^*の類似度を評価し、それにより、例えば、挿入されている著作権情報を検査する。この相関測定については、後に、復号装置及び方法に関連して詳細に説明する。
【００７０】
本発明の第１の態様によれば、図２に示すように、挿入装置１は、
この例では画像Ｉを表現するデジタルデータを多重分解能スペクトル分解する手段１１と、
最低周波数の成分を抽出する抽出手段１２と、
最低周波数の成分の部分集合を選択する選択手段１３と、
補助情報を挿入するために、この部分集合の成分を変調する手段１４と、
透かし挿入画像Ｉ'を再構成するために、デジタル信号を逆多重分解能スペクトル再組成(reverse multi-resolution spectral recomposition)する手段１５とを有する。
【００７１】
本発明の第２の態様によれば、図３に示すように、挿入装置１は
この例では画像Ｉを表現するデジタルデータを多重分解能スペクトル分解する手段３１と、
１つの周波数部分帯域の成分を抽出する抽出手段３２と、
この周波数部分帯域の成分をスペクトル変換する手段３３と、
スペクトル変換の係数の部分集合を選択する選択手段３４と、
補助情報を挿入するために、この部分集合の係数を変調する手段３５と、
変調された係数の部分集合を含む係数を逆スペクトル変換する手段３６と、
透かし挿入画像Ｉ'を再構成するために、デジタルデータを逆多重分解能スペクトル再組成する手段３７とを有する。
【００７２】
多重分解能スペクトル分解手段１１，３１は、離散的ウェーブレット変換を実行するものであり、複数の部分帯域への分解を実行する回路、又は、それぞれがx２デシメータと関連する一組の解析フィルタにより形成される解析回路から構成されるのが好ましい。この分解回路は、画像Ｉの信号を２方向にフィルタリングして、高い空間周波数と、低い空間周波数の複数の部分帯域を得る。この回路は、いくつかの分解能レベルに従って画像Ｉを部分帯域に分解するいくつかの連続する解析ユニットを有する。
【００７３】
従来より、信号の分解能は、その信号を表現するために使用される単位長さ当たりのサンプル数である。画像信号Ｉの場合、部分帯域の分解能は、この部分帯域を水平方向及び垂直方向に表現するために使用される単位長さ当たりのサンプル数と関連している。分解能は、実行されるデシメーションの回数、デシメーション係数及び初期画像の分解能によって決まる。
【００７４】
この部分帯域への分解は良く知られている。次に、画像Ｉを３に等しい分解レベルdで部分帯域に分解する場合に使用される様々な解析工程を図５を参照して簡単に説明する。
【００７５】
第１の解析ユニットは画像信号Ｉを受信し、それぞれ、低域フィルタと高域フィルタである２つのデジタルフィルタを介して、この信号を第１の方向、例えば、水平方向にフィルタリングする。２対１デシメータを通過した後、得られたフィルタリング済み信号は、それぞれ、低域フィルタと高域フィルタである２つのフィルタにより、第２の方向、例えば、垂直方向に再びフィルタリングされる。各信号は２対１デシメータを再度通過する。そこで、この第１の解析ユニットの出力端子では、分解の最高の分解能で４つの部分帯域ＬＬ₁、ＬＨ₁、ＨＬ₁及びＨＨ₁が得られる。
【００７６】
部分帯域ＬＬ₁は、画像信号Ｉの両方向の低周波数の成分を含む。部分帯域ＬＨ₁は画像信号Ｉの第１の方向の低周波数の成分と、第２の方向の高周波数の成分とを含む。部分帯域ＨＬ₁は、第１の方向の高周波数の成分と、第２の方向の低周波数の成分とを含む。最後に、部分帯域ＨＨ₁は両方向の高周波数の成分を含む。
【００７７】
第２の解析ユニットは、部分帯域ＬＬ₁をフィルタリングして、先行するユニットと同様に、分解の中間分解能レベルの４つの部分帯域ＬＬ₂、ＬＨ₂、ＨＬ₂及びＨＨ₂を供給する。最後に、この例では、部分帯域ＬＬ₂を更に第３の解析ユニットにより解析して、この分解の最低の分解能の４つの部分帯域ＬＬ₃、ＬＨ₃、ＨＬ₃及びＨＨ₃を得る。
【００７８】
このようにして、１０の部分帯域と３つの分解能レベルが得られる。最低周波数の部分帯域ＬＬ₃を近似部分帯域と呼び、その他の部分帯域を詳細部分帯域と呼ぶ。
【００７９】
言うまでもなく、分解能レベルの数、従って、部分帯域の数は上記の数とは異なっていても良く、例えば、分解能レベルを４つとし、部分帯域の数を１３とすることもできる。
【００８０】
次に、抽出手段１２，３２は、画像Ｉの分解における最低周波数を有する部分帯域、すなわち、この例においては近似部分帯域ＬＬ₃の成分を選択する。
【００８１】
従って、透かしＳの挿入は、概して、画像の圧縮処理及び伸張処理ではほとんど量子化されない低周波数部分帯域で実行されるので、画像が受ける歪みに対する挿入透かしの強固さは強化される。
【００８２】
出願人は、十分に低い分解能レベルに到達すれば、近似部分帯域に認知不可能なように情報を追加することが可能であると気づいた。
【００８３】
そこで、画像Ｉの大きさに従って分解レベルの数ｄを調整することが必要である。これは、Ｎ×Ｎサイズの画像Ｉの場合、この例における非常に低い周波数の部分帯域の大きさがＮ／２^d×Ｎ／２^dになるためである。
【００８４】
近似部分帯域ＬＬ_dの成分の数ｎが８×８から３２×３２の間にあるように、ウェーブレットへの変換による分解のレベルの数ｄはあらかじめ定められるのが好ましい。
【００８５】
試験によれば、ｎ＝１６×１６であるのが好ましいことがわかっている。これは、画像ＩがＮ×Ｎ＝５１２×５１２の大きさを有するときの５つの分解レベルに相当する。
【００８６】
そこで、近似部分帯域ＬＬ₅の０≦ｉ≦Ｎ／２d^-1及び０≦ｊ≦Ｎ／２^d−１である成分Ｉ_ijを抽出する。
【００８７】
変形例として、図６に示す本発明の別の実施形態によれば、デジタルデータＩをデジタルデータＩ又は先行する近似バージョンの低域フィルタリング及びサブサンプリングに相当する近似バージョンと、デジタルデータから又は先行する近似バージョンからの近似バージョンの減算に相当する詳細バージョンとに繰り返し分解する。このような連続ピラミッド型近似の方式は、Burt及びAdelsonの「The Laplacian pyramid as a compact image code」（IEEE、Trans．on Communications、３１（４）：５３２−５４０ページ、１９８３年）により提案されている。この方式は、水平と垂直の各方向に２に等しい係数による低域フィルタリング及びサブサンプリングを実行することにより、考慮すべき画像Ｉの低分解能バージョンを抽出することからなる。このようにレベル１近似を得る。初期画像Ｉと同じ大きさのレベル０詳細画像は、初期画像Ｉからレベル１近似を減算することにより生成される。この減算を実行するために、まず、低分解能バージョンの補間により、初期画像と同一の大きさの画像を予測し、次に、この予測画像を初期画像から減算して、詳細画像を求める。画像の十分に簡略化された近似を獲得し、補助情報を近似バージョンに見えないように挿入できるようにするために、低分解能画像に対して、この方式を必要な回数だけ繰り返し実行することができる。この場合には、レベル１近似バージョンに対して分解を繰り返すと、近似バージョンはレベル２近似バージョンと、レベル１詳細バージョンとに分解されることになる。次に、抽出する工程においては、最低の分解能を有するバージョン、ここでは、同様にｉ及びｊがそれぞれ第１及び第２の方向でレベル２近似バージョンの長さに沿ってそれぞれ変化するような成分Ｉ_ijの集合により形成されるレベル２近似バージョンを選択する。
【００８８】
本発明の第１の態様では、成分Ｉ_ijの部分集合を選択する手段１３は、挿入すべき補助情報Ｓと関連する機密鍵を表現するデジタル信号Ｋにより初期設定される擬似ランダム関数で数発生器１６と協働する。
【００８９】
擬似ランダム関数に従って数を取り出すと、擬似ランダム方式で変調すべき成分を選択することにより、挿入される透かしの強固さを強化することができる。使用される機密鍵と擬似ランダム関数の知識があるだけで、変調されていた非常に低い周波数の成分を見つけ出すことができる。
【００９０】
同様に、変調手段１４は、挿入すべき追加情報を表現するデジタル信号Ｓにより初期設定される擬似ランダム関数により生成される変調値の発生器１６と協働し、それらの変調値を先に選択された部分集合の成分に追加する手段１５を有する。
【００９１】
スペクトル再組成手段１５は、２の乗算器と関連する一連の合成フィルタを具備する従来通りの再組成回路を有し、そこで、いくつかの、この例では３に等しい数の再組成レベルの後、透かし挿入画像Ｉ'はコーダ１の出力端子に供給される。
【００９２】
本発明の第２の態様においては、スペクトル変換手段３３は離散的コサイン変換、すなわち、ＤＣＴを実行する。
【００９３】
従来より画像処理で使用されているこのＤＣＴ変換は、画像Ｉの１つの小さな部分帯域に限定されているために、ここでは有効に利用されている。このＤＣＴ変換により、後に、画像Ｉの空間ドメイン全体にわたる挿入透かしＳの分布を得ることができる。
【００９４】
係数の部分集合を選択する手段３４は、挿入すべき補助情報Ｓと関連する機密鍵を表現するデジタル信号Ｋにより初期設定される擬似ランダム関数で数発生器３８と協働する。
【００９５】
擬似ランダム数を取り出すと、変調すべきＤＣＴの係数を無作為に選択することにより、挿入透かしの強固さを強化することができる。使用される機密鍵と擬似ランダム関数の知識があるだけで、変調されているＤＣＴの係数を見出すことができる。
【００９６】
同様に、変調手段３５は、挿入すべき追加情報を表現するデジタル信号Ｓにより初期設定される擬似ランダム関数により生成される変調値の発生器３８と協働し、それらの変調値を先に選択された部分集合の係数に追加する手段３５を有する。
【００９７】
逆スペクトル変換手段３６は、この例では、画像処理において通常使用される逆離散的コサイン変換である。
【００９８】
同様に、スペクトル再組成手段３７は、２の乗算器と関連する一連の合成フィルタを具備する従来通りの再組成回路を含み、そこで、いくつかの、この例では３に等しい数の再組成レベルの後に、透かし挿入画像Ｉ'はコーダ１の出力端子に供給される。
【００９９】
図４に示すように、スペクトル分解手段１１と、抽出手段１２と、選択手段１３と、変調手段１４と、スペクトル再組成手段１５と、擬似ランダム数発生器１６は、マイクロプロセッサ又はコンピュータ１０、補助情報項目Ｓを挿入するためのプログラムを格納する読み取り専用メモリ１０２（ＲＯＭ）、及びプログラムの実行中に修正される変数を記録するための複数のレジスタを含むランダムアクセスメモリ１０３（ＲＡＭ）に組み込まれているのが好ましい。
【０１００】
同様に、スペクトル分解手段３１と、抽出手段３２と、スペクトル変換手段３３と、選択手段３４と、変調手段３５と、逆スペクトル変換手段３６と、スペクトル再組成手段３７と、擬似ランダム数発生器３８とは、マイクロプロセッサ又はコンピュータ１０、補助情報項目Ｓを挿入するためのプログラムを格納する読み取り専用メモリ１０２（ＲＯＭ）、及びプログラムの実行中に修正される変数を記録するための複数のレジスタを含むランダムアクセスメモリ１０３（ＲＡＭ）に組み込まれているのが好ましい。
【０１０１】
言うまでもなく、補助情報項目を挿入するためのプログラムをコンピュータ１０のハードディスク１０８に格納することも可能である。
【０１０２】
この挿入プログラム全体または一部を、着脱自在ではあるが、コンピュータプロパーには一体化されていない格納手段に格納することも可能である。すなわち、通信インタフェース１１２によってコンピュータに接続された通信ネットワーク１１３により読み取り専用メモリ１０２又はハードディスク１０８から受信したり、読み取り専用メモリ１０２又はハードディスク１０８にロードしたりすることができる。又、先にディスケット１１０に格納されているプログラム命令を読み取るディスクドライブ１０９によってプログラムをロードすることも考えられる。言うまでもなく、ディスケットの代わりに、固定メモリコンパクトディスク（ＣＤ−ＲＯＭ）、磁気テープ又はメモリカードなどの情報媒体を使用することも可能である。
【０１０３】
中央装置１００（ＣＰＵ）により、挿入プログラムの命令を実行できる。すなわち、パワーアップ時、不揮発性メモリの１つ、例えば、読み取り専用メモリ１０２に格納されているプログラムをランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０３へ転送する。ランダムアクセスメモリ１０３は、本発明の第１及び第２の態様に従った挿入方法を実現するために必要な変数も格納している。
【０１０４】
ランダムアクセスメモリ１０３は、特に、プログラムの実行中に修正される変数を格納するためのいくつかのレジスタを含むことができる。すなわち、ランダムアクセスメモリ１０３は、例えば、各分解レベルにおける近似部分帯域の大きさを格納するレジスタと、変調すべき成分を確定するために引き出される擬似ランダム数を格納するレジスタと、選択された成分の部分集合を格納するレジスタと、変調値を格納するレジスタと、変調成分を格納するレジスタとを有する。
【０１０５】
通信バス１０１は従来のようにコンピュータの様々な部分要素の間で通信を実行する。
【０１０６】
コンピュータ１０は、例えば、透かしを挿入すべき画像Ｉを表示すると共に、ユーザが、例えば、キーボード１１４を使用して、挿入方法を実現するためのいくつかのデータをパラメータ化することができるように、ユーザとの間のインタフェースとして機能する画面１０４を更に有する。
【０１０７】
例えば、データの原作者を識別するために、秘密透かしを挿入したいデータのコンピュータ１０への供給は、様々な周辺装置、特に、グラフィックスカードに接続するデジタルカメラ１０７、又はスキャナ、Ｘ線撮影装置、あるいはその他の画像収集手段又は画像格納手段により実行できる。
【０１０８】
通信ネットワーク１１３も、透かしを挿入すべきデジタル画像を供給することができる。ディスケット１１０も、同様に、デジタルデータを格納することができる。
【０１０９】
変形例として、マイクロホン１１１が入出力カード１０６によりコンピュータ１０に接続している。この変形例における透かしを挿入すべきデジタルデータは、音声信号である。
【０１１０】
格納または処理されたデジタルデータに透かしを形成する為に、本挿入装置は各種のデジタル処理装置または直接デジタル写真装置やデジタルカメラに内蔵されてもよく、データベース管理システムと一体化されてもよい。
【０１１１】
次に、本発明の第１の態様による挿入方法を、特に図７及び図８を参照して説明する。
【０１１２】
本発明によれば、デジタルデータ、ここでは画像Ｉに秘密透かしなどの補助情報項目Ｓを挿入する方法は、次のような工程を含む。
【０１１３】
ａ） デジタルデータＩを多重分解能スペクトル分解する工程Ｅ１，
ｂ） 最低周波数の成分を抽出する工程Ｅ２．
この場合、挿入方法は，Ｎ＝５１２バイトであるＮｘＮの大きさの画像Ｉに適用される。
【０１１４】
スペクトル分解する工程Ｅ１は、図７の実施形態においては、不連続のウェーブレットへの変換によって実行される。離散的ウェーブレット変換による分解のレベルの数ｄは、近似部分帯域ＬＬの成分の数ｎが８×８から３２×３２の間であるようにあらかじめ定められる。
【０１１５】
このようにして、閾値Ｔを、例えば、３２×３２に固定し、試験する工程Ｅ２１中に、各分解能レベルで、近似部分帯域ＬＬの成分の数ｎをこの閾値Ｔと比較する。
【０１１６】
試験が否定であれば、すなわち、ｎが閾値Ｔより大きい場合には、部分帯域をより高い分解レベルで分解する。
【０１１７】
この例では、画像Ｉが正方形であり且つ大きさが５１２×５１２バイトに等しいとき、２対１デシメータによる部分帯域への分解を採用する。同様に正方形である部分帯域ＬＬの大きさは、各分解レベルｄで、Ｎ／２^d×Ｎ／２^dに等しい。
【０１１８】
閾値Ｔを３２ｘ３２に固定することにより、４に等しい分解レベルｄに適する大きさの部分帯域ＬＬが得られる。
【０１１９】
工程Ｅ２では、その結果として、０≦ｉ≦Ｎ／２^d−１及び０≦ｊ≦Ｎ／２^d−１として、成分Ｉ_ijにより形成される最低周波数の近似部分帯域ＬＬ₄を選択する。
【０１２０】
図８に示す別の実施形態においては、画像信号Ｉを先に図６を参照して説明したピラミッド型の分解により分解する。各分解レベルにおいて、工程Ｅ２１では、得られた近似の成分の数ｎを、例えば、３２×３２に固定された閾値Ｔと比較して、離散的ウェーブレット変換の場合と同じように、近似の大きさが十分に小さいか否か又はより高いレベルで分解を繰り返さなければならないか否かを判定する。
【０１２１】
本発明によれば、工程Ｅ３では、抽出された非常に低い周波数の部分帯域の成分Ｉ_ijの部分集合を選択する。従って、変調すべき成分を限定されたスペクトル領域内で選択することになる。
【０１２２】
以上の実施形態では、変調の際に、抽出される非常に低い周波数の部分帯域のカバレージの程度ｘ％を固定する。例えば、ｘ＝８０を選択する。
【０１２３】
この例においては、挿入すべき補助情報Ｓと関連する機密鍵を表現するデジタル信号Ｋにより初期設定される擬似ランダム関数に従って、成分の部分集合を選択する。
【０１２４】
成分Ｉ_ijを走査する順序は定義されている。これらの成分がＮ／２^d×Ｎ／２^dの大きさの行列の中にあるとき、映像走査の順序は、例えば、左上角から右下角に向かうジグザグの形態で設定される。
【０１２５】
成分Ｉ_ijごとに、工程Ｅ３１では、０と１との間の擬似乱数ｂ_k＝Ｕ（Ｋ）が得られるように、Ｋにより初期設定される、間隔［０，１］に関する均一法則Ｕなどの所定の均一法則Ｕに従って取り出しを実行する。
【０１２６】
周知のように、この間隔に関する均一法則Ｕは、間隔［０，１］にわたって均一に分布する一連の実数からなり、各間隔数は同じ出現確率を有する。そこでは、各初期設定値Ｋに、所定の一連の実数が対応している。この初期設定値Ｋは秘密鍵になぞらえることができ、これを知っていれば、その一連の実数を全く同じように再構成することが可能である。
【０１２７】
ｂ_kを取り出すたびに、すなわち、均一法則Ｕにより定義される一連の実数の連続する値ごとに、試験する工程Ｅ３２で、この数ｂ_kをカバレージ度ｘ／１００と比較する。ｂ_kがここでは０．８に等しいｘ／１００より小さければ、変調するために、関連する成分Ｉ_ijを採用する。これに対し、数ｂ_kが０．８より大きい場合には、関連する成分Ｉ_ijを変化させず、工程Ｅ３３で、この成分を非常に低い周波数の部分帯域に再び挿入する。
【０１２８】
この特定の例においては、変調される成分Ｉ_ijの割合は、統計的には、工程Ｅ２で抽出される非常に低い周波数の成分の五分の四に等しい。
【０１２９】
言うまでもなく、機密鍵Ｋがないときには、変調すべき成分の選択は、例えば、５つの係数の中から続けて４つを選択することにより、系統的に実行できる。また、最も大きい係数を選択するか、又は非常に低い周波数の部分帯域のジグザグに進む順で最初の係数を選択することも可能である。
【０１３０】
更に、本発明によれば、選択された部分集合の成分Ｉ_ijを、工程Ｅ４で、挿入すべき追加情報を表現するデジタル信号Ｓにより工程Ｅ４１で初期設定される擬似ランダム関数により生成される変調値を加算することにより変調する。
【０１３１】
例えば、ガウスの法則Ｇ（０，１）を使用し、挿入すべき信号Ｓにより擬似乱数発生器１６で初期設定する。
【０１３２】
工程Ｅ４１では、変調すべき成分Ｉ_ijごとに、変調値ｗ_k＝Ｇ（Ｓ）を取り出す。指標ｋは、事前に定義された走査の順序でｋ番目の成分Ｉ_ijに相当する。各初期設定信号Ｓに、平均が０に等しく且つ標準偏差が１に等しい独自の、あらかじめ定められた一連の変調値ｗ_kが対応している。
【０１３３】
工程Ｅ４２で、修正係数αを計算する。この係数αは変調すべき全ての成分Ｉ_ijに対して一定であることができ、典型的には、１に等しい。これは、挿入情報Ｓが確実に見えないように保証するものである。
【０１３４】
各成分Ｉの変調は、工程Ｅ４で、変調値：
Ｉ'_ij＝Ｉ_ij＋αｗ_k
を加算することにより得られる。
【０１３５】
ウェーブレットへの分解又はピラミッド型の分解を利用するこれらの実施形態においては、成分Ｉ_ijが同等の大きさの順序を有しているならば、一定の修正係数αを選択すれば十分である。
【０１３６】
工程Ｅ４で、変調値：
Ｉ'_ij＝Ｉ_ij＋α_ijｗ_k
を加算することにより各成分Ｉ_ijの変調が得られるように、係数Ｉ_ijに従って修正係数αを決定することもできるであろう。
【０１３７】
α_ij＝０．１×Ｉ_ijとなるように、変調された成分の値に従って係数α_ijに重み付けすることができる。
【０１３８】
また、変調された成分にごく近い値Ｉ_ijの平均に係数α_ijを対応させることもできる。
【０１３９】
更に、秘密透かしを挿入するための成分の変調が視覚的に許容される最大ひずみを越えないように心理視覚マスキングを行うために、局所可視限界を考慮に入れることも可能である。
【０１４０】
次に、工程Ｅ３３では、初期成分Ｉ_ijの代わりに、変調成分Ｉ'_ijを非常に低い周波数の成分に挿入する。
【０１４１】
工程Ｅ３４では、非常に低い周波数の全ての成分Ｉ_ijを走査し終わったか否かを判定するために、試験を実行する。
【０１４２】
その答えが否定であれば、走査順で次の成分Ｉ_ijを考慮し、工程Ｅ３から、この成分Ｉ_ijを変調すべきか否かを判定するために次の擬似乱数ｂ_kを取り出すことにより、プロセスを繰り返す。
【０１４３】
走査が終了すると、最終逆多重分解能スペクトル再組成する工程Ｅ５で、透かし挿入画像Ｉ'を再構成する。
【０１４４】
図７に示す実施形態では、逆ウェーブレット返還を実現するために、合成フィルタを使用している。
【０１４５】
図８の例では、連続する近似バージョンと詳細バージョンから透かし挿入画像Ｉ'を再構成している。
【０１４６】
本発明の第１の態様に従った挿入方法により、画像Ｉ'中の挿入透かしＳは、後続する画像Ｉ'の処理に対してはるかに強固なものになっている。加えて、挿入される変調は周波数の一帯域に限定されており、挿入透かしの検査をはるかに迅速に実行できる。
【０１４７】
次に、本発明のこの第１の態様における挿入透かしの復号について、特に図９から図１１を参照して説明する。
【０１４８】
デコーダ２（図１を参照）は雑音を含む画像Ｉ^*を受信し、初期画像Ｉ並びに機密鍵Ｋと関連する情報Ｓも利用する。
【０１４９】
図９に示すように、本発明の第１の態様による復号装置は、
透かし挿入デジタルデータＩ^*及び初期デジタルデータＩを多重分解能スペクトル分解するスペクトル分解手段６１と、
透かし挿入デジタルデータＩ^*及び初期デジタルデータにおける最低周波数の成分を抽出する抽出手段６２と、
透かし挿入デジタルデータＩ^*及び初期デジタルデータから、先に説明した挿入方法の選択する工程Ｅ３で選択された成分の部分集合を選択する選択手段６３と、
初期デジタルデータＩの前記部分集合の成分Ｉ_ijから透かし挿入デジタルデータＩ^*の前記部分集合の成分Ｉ'_ij ^*をそれぞれ減算することにより、変調値ｗ_k ^*の推定シーケンスＷ^*を推定する推定手段６４と、
前記挿入方法の変調する工程Ｅ４で挿入された変調値ｗ_kの前提シーケンスＷを生成する生成手段６５と、
推定シーケンスＷ^*と前提シーケンスＷとの相関値を計算する計算手段と、
推定シーケンスＷ^*と前提シーケンスＷとが類似しているか否かを前記相関値に従って決定する決定手段６８とを有する。
【０１５０】
挿入装置と同様に、スペクトル分解手段６１は離散的ウェーブレット変換を実行し、抽出手段６２は近似部分帯域ＬＬの成分を選択する。このスペクトル分解に関しては先に詳細に説明した。
【０１５１】
本発明の第２の実施形態においては、スペクトル分解手段６１は初期デジタルデータＩ及び透かし挿入デジタルデータＩ^*を、デジタルデータ又は先行する近似バージョンの低域フィルタリング及びサブサンプリングに相当する近似バージョンと、デジタルデータから又は先行する近似バージョンからの近似バージョンの減算に相当する詳細バージョンとに繰り返し分解し、抽出手段６２は近似バージョンの成分を選択する。
【０１５２】
これらのスペクトル分解手段の選択が秘密情報Ｓの挿入中に使用された分解の種類によって決まることは容易に理解されるであろう。
【０１５３】
変調値の前提シーケンスＷを生成する生成手段６５は、復号すべき補助情報を表現するデジタル信号Ｓにより初期設定される擬似ランダム関数によって生成される変調値を生成する発生器６６と協働する。
【０１５４】
この発生器６６は挿入装置で使用される発生器１６と同一であり、復号することが望まれている補助情報を表現するデジタル信号Ｓにより初期設定される同じガウスの法則Ｇを使用する変調値ｗ_kを再計算することが可能になる。
【０１５５】
同様に、選択手段６３は、復号すべき補助情報Ｓと関連する機密鍵を表現するデジタル信号Ｋにより初期設定される擬似ランダム関数に従って数ｂ_kを生成する発生器６６と協働する。
【０１５６】
図４に示すように、スペクトル分解手段６１、抽出手段６２、選択手段６３、推定手段６４、生成手段６５、計算手段６７及び決定手段６８は、マイクロプロセッサ１０と、補助情報項目Ｓを復号するためのプログラムを格納する読み取り専用メモリ１０２と、プログラムの実行中に修正される変数を記録するためのレジスタを含むランダムアクセスメモリ１０３とに組み込まれている。
【０１５７】
マイクロプロセッサ１０自体及びその機能は、先に本発明の第１の態様による挿入装置及び方法について説明したのと全く同じである。
【０１５８】
補助情報項目を復号するためのプログラムは、コンピュータ１０のハードディスク１０８に格納するか、あるいはその全体又は一部を着脱自在ではあるが、コンピュータプロパーに一体化されていない格納手段に格納することが可能であろう。
【０１５９】
中央装置１００（ＣＰＵ）により、復号プログラムの命令を実行できる。すなわち、パワーアップ時、不揮発性メモリの１つ、例えば、読み取り専用メモリ１０２に格納されているプログラムをランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０３に格納する。ランダムアクセスメモリ１０３は、本発明による復号方法を実現するのに必要な変数も格納している。
【０１６０】
ランダムアクセスメモリ１０３は、特に、プログラムの実行中に修正される変数を格納するためのいくつかのレジスタを含むことができる。すなわち、ランダムアクセスメモリ１０３は、例えば、分解レベルごとの近似部分帯域の大きさを格納するレジスタ、変調すべき成分を確定するために取り出される擬似乱数を格納するレジスタ、選択された成分の部分集合を格納するレジスタ、変調値の推定シーケンスを格納するレジスタ、変調値の前提シーケンスを格納するレジスタ及び相関値の計算を格納するレジスタを有する。
【０１６１】
例えば、原作者を識別するために、秘密透かしを復号することが望まれるデータのコンピュータ１０への供給は、様々な周辺装置、特に、グラフィックスカードに接続するデジタルカメラ１０７、又はスキャナ、あるいはＸ線撮影装置、その他の画像収集手段又は画像格納手段により実行できる。
【０１６２】
通信ネットワーク１１３も復号すべきデジタル画像を供給できる。同様に、ディスケット１１０もデジタルデータを格納することができる。
【０１６３】
この復号装置はどのような種類のデジタル処理装置にも組み込むことができ、デジタル写真装置又はデジタルカメラに直接に組み込んだり、格納又は処理されるデジタルデータを復号するためにデータベース管理システムに一体化することが可能である。
【０１６４】
次に、本発明の第１の態様による挿入方法に従ってデジタルデータＩに挿入された補助情報項目Ｓを復号する本発明による復号方法を更に詳細に説明する。
【０１６５】
図１０及び図１１を参照すると、この復号方法は、
透かし挿入デジタルデータＩ^*及び初期デジタルデータＩを多重分解能スペクトル分解する工程Ｅ６と、
透かし挿入デジタルデータＩ^*及び初期デジタルデータＩから最低周波数の成分を抽出する工程Ｅ７と、
透かし挿入デジタルデータＩ^*及び初期デジタルデータＩから前記挿入方法の選択する工程Ｅ３で選択された成分の部分集合を選択する工程Ｅ８と、
初期デジタルデータＩの前記部分集合の成分から透かし挿入デジタルデータＩ^*の前記部分集合の成分をそれぞれ減算することにより、変調値の推定シーケンスＷ^*を推定する工程Ｅ９と、
前記挿入方法の変調工程Ｅ４で挿入された変調値の前提シーケンスＷを生成する工程Ｅ１０と、
推定シーケンスＷ^*と前提シーケンスＷとの相関値を計算する工程Ｅ１１と、推定シーケンスＷ^*が前提シーケンスＷと類似するか否かを前記相関値に従って決定する工程Ｅ１２とを含む。
【０１６６】
図１０及び図１１は分解する工程Ｅ６及び抽出する工程Ｅ７以外は同じ復号方法を示す。
【０１６７】
図１０に示す第１の実施形態では、離散的ウェーブレット変換によりスペクトル分解を実行し、抽出する工程Ｅ７では、近似部分帯域ＬＬの成分を選択する。
【０１６８】
このような復号方法は、補助情報Ｓが図７を参照して説明した本発明の第１の実施形態による挿入方法を使用して挿入されている場合に使用される。
【０１６９】
図１１に示す復号方法の第２の実施形態においては、スペクトル分解の工程Ｅ６中に、初期デジタルデータＩ及び透かし挿入デジタルデータＩ^*を、デジタルデータ又は先行する近似バージョンの低域フィルタリング及びサブサンプリングに相当する近似バージョンと、デジタルデータから又は先行する近似バージョンからの近似バージョンの減算に相当する詳細バージョンとに繰り返し分解し、抽出する工程Ｅ７では、近似バージョンの成分を選択する。
【０１７０】
このような復号方法は、補助情報Ｓが図８を参照して説明した挿入方法の第２の実施形態による挿入方法を使用して挿入されている場合に使用される。
【０１７１】
いずれの場合にも、多重分解能スペクトル分解方法は、関連する挿入方法において使用されている方法と同一である。
【０１７２】
各分解レベルで、試験する工程Ｅ７１において、近似部分帯域の大きさが閾値Ｔより小さいか否かを検査し、その答えが否定であれば、より高い分解レベルでスペクトル分解を繰り返す。使用される閾値Ｔは、先に説明した挿入方法で使用した閾値と同一である。
【０１７３】
選択する工程Ｅ８では、復号すべき補助情報Ｓと関連する機密鍵を表現するデジタル信号Ｋにより初期設定される擬似ランダム関数に従って成分の部分集合を選択する。
【０１７４】
挿入方法の間に使用した法則と同一であり、機密鍵Ｋにより初期設定される均一法則Ｕを使用して、同じ一連の擬似実乱数を見出す。従って、雑音を含む画像Ｉで変調された全ての成分Ｉ'ｉｊ^*と、変調されている初期成分Ｉ_ijとを見出すことが可能である。
【０１７５】
初期デジタルデータＩ及び透かし挿入デジタルデータＩ^*の近似部分帯域ＬＬの所定の走査順序で取り出される成分Ｉ_ij及びＩ_ij ^*ごとに、工程Ｅ８１で、ｂ_k＝Ｕ（Ｋ）の取り出しを実行する。工程Ｅ８２では、この数ｂ_kをここでは０．８に等しいカバレージ比ｘ／１００と比較する。
【０１７６】
ｂ_kが０．８より大きければ、あらかじめ定義された走査順序の次の成分を直接に送り出す。
【０１７７】
そうでなければ、工程Ｅ９で、変調成分ごとに、挿入される変調値ｗ_kの推定シーケンスＷ_k ^*を得るために、成分Ｉ_ijとＩ'_ij ^*との差を生成する。
【０１７８】
Ｗ_k ^*＝(Ｉ'_ij−Ｉ_ij)／α
工程Ｅ８３では、部分帯域ＬＬの走査が終了したか否かを試験する。その答えが否定であれば、走査順序で次に続く成分に対して工程Ｅ８以降を繰り返す。
【０１７９】
このようにして、一連の推定値ｗ_k ^*に対応するシーケンスＷ^*を獲得する。
【０１８０】
デコーダは更に情報Ｓを有し、生成する工程Ｅ１０において、変調値ｗ_kの前提シーケンスＷ，すなわち、全てのｗ_k値を挿入方法の変調工程Ｅ４中に使用されたガウスの法則Ｇ（Ｓ）に従って計算することができる。
【０１８１】
次に、計算する工程Ｅ１１で、例えば、標準化相関測定を利用して、ＷとＷ^*との相関の測定を実行する。
【０１８２】
【数１】

【０１８３】
１００ × corr（Ｗ，Ｗ^*）による類似度の計算によって、決定する工程Ｅ１２において、２つのシーケンスＷ及びＷ^*が類似しているか否かを決定できるようになる。
【０１８４】
５０％を越えると、相関はデコーダ３の出力端子で肯定の応答を与えるのに十分であると考えられる。言うまでもなく、相関が１００％に近いほど、検出の信頼性は高く、従って、挿入されている情報項目Sの認知も高まる。
【０１８５】
ここで、本発明の第１の態様による挿入方法は、復号の時点で、非常に劣化した画像に相当する品質係数５まで、ＪＰＥＧ（Joint Photographic Expert Group）などの様々な圧縮アルゴリズムに対して７５％を越える類似度をもたらすことに注意すべきである。
【０１８６】
次に、特に図１２を参照して本発明の第２の態様による挿入方法を説明する。
【０１８７】
本発明によれば、秘密透かしなどの補助情報項目Ｓをデジタルデータ、ここでは画像Ｉに挿入する方法は、
ａ）デジタルデータＩを多重分解能スペクトル分解する工程Ｅ１０１と、
ｂ）１つの周波数部分帯域の成分を抽出する工程Ｅ１０２とを含む。
【０１８８】
この場合、挿入方法は、例えば、Ｎ＝５１２バイトであるＮ×Ｎサイズの画像Ｉに適用される。
【０１８９】
スペクトル分解する工程Ｅ１０１は、例えば、離散的ウェーブレット変換によって実行される。ウェーブレット変換による分解のレベルの数ｄは、近似部分帯域ＬＬの成分の数ｎが８×８から３２×３２の間にあるようにあらかじめ定められる。
【０１９０】
このようにして、閾値Ｔを、例えば、３２×３２に固定し、分解レベルごとに、試験する工程Ｅ１２１中に、近似部分帯域ＬＬの成分の数ｎを閾値Ｔと比較する。
【０１９１】
試験が否定であれば、すなわち、ｎが閾値Ｔより大きい場合には、部分帯域をより高い分解レベルで分解する。
【０１９２】
この例では、画像Ｉが正方形であり且つ５１２ｘ５１２バイトに等しい大きさであるとき、２対１デシメータによる部分帯域への分解を採用する。同様に正方形である部分帯域ＬＬの大きさは、各分解レベルｄにおいて、Ｎ／２^d×Ｎ／２^dに等しい。
【０１９３】
閾値Ｔを３２×３２バイトに固定することにより、４に等しい分解レベルｄに適する大きさの部分帯域ＬＬが得られる。
【０１９４】
工程Ｅ１０２では、低周波数の近似部分帯域ＬＬ４を結果として選択することになる。
【０１９５】
本発明の第２の態様の方法によれば、工程Ｅ１０３で、周波数部分帯域ＬＬ４の成分のスペクトル変換を実行する。このスペクトル変換は、ここでは、離散的コサイン変換、すなわち、ＤＣＴである。
【０１９６】
このＤＣＴ変換は、初期画像Ｉよりはるかに小さい、ここでは画像Ｉの１６分の１の大きさである行列ＬＬ₄について実行される。従って、変換の速度ははるかに速くなる。
【０１９７】
その代わりに、高速フーリエ変換、すなわち、ＦＦＴを実行することも可能であろう。
【０１９８】
本発明によれば、工程Ｅ１０４で、部分帯域ＬＬ４に限定されたＤＣＴスペクトル変換の係数Ｘ_kの部分集合の選択を実行する。従って、変調すべき係数Ｘ_kは限定された一組のスペクトル係数から選択されることになる。
【０１９９】
変調すべき係数の数Ｐを確定する。例えば、Ｐは（Ｎ／２^d×Ｎ／２^d）／２に等しい。
【０２００】
変調すべき係数の組から、連続成分（ＤＣ係数）を除外する。
【０２０１】
この例では、挿入すべき補助情報Ｓと関連する機密鍵を表現するデジタル信号Ｋにより初期設定される擬似ランダム関数に従って、係数の部分集合を選択する。
【０２０２】
例えば、所定の初期設定値Ｋに対して、間隔［０，１］にわたって均一に分布する一連の擬似乱数を関連付ける均一法則Ｕ（０，１）を使用する。実際には、値１も除外する。
【０２０３】
工程Ｅ１８１では、Ｋにより初期設定されるこの所定の均一Ｕ法則に従って取り出しを実行し、それにより、１からＰの間のｋに対してｂ_k＝Ｕ（Ｋ）を得る。ｂ_kは厳密に０から１までの値である。
【０２０４】
工程Ｅ１８１の取り出しごとに、ｂ_k×Ｐの整数部を計算する。これは、０とＰ−１の間の整数ｎ_k＝Ｅｎｔ（ｂ_kＰ）を表す。これは、たとえば、変換後の部分帯域ＬＬ₄の左上角から右下角に向かうジグザグ走査順序で読み取られるＤＣＴの変調可能係数の中のｎ_k番目の係数を変調するために選択される。このようにして、ｋが１からＰまで変化する係数Ｘ_kの部分集合を得る。
【０２０５】
当然のことながら、機密鍵Ｋがなければ、最大の大きさのＰ個の係数、又はジグザグ走査順序で初めのＰ個の係数を常にＤＣ係数を除外して選択することが可能である。
【０２０６】
更に、本発明によれば、工程Ｅ１０５で、挿入すべき補助情報を表現するデジタル信号Ｓにより初期設定される工程Ｅ１８２の擬似ランダム関数により生成される変調値を加算することにより、選択された部分集合の係数Ｘ_kを変調する。
【０２０７】
例えば、挿入すべき信号Ｓにより初期設定されるガウスの法則Ｇ（０，１）を利用する。
【０２０８】
工程Ｅ１８２では、ｋが１からＰまで変化するような係数Ｘ_kごとに、変調値ｗ_k＝Ｇ（Ｓ）の取り出しを実行する。
【０２０９】
工程Ｅ１８３では、修正係数αを計算する。この係数αは変調すべきあらゆる係数Ｘ_kに対して一定であることができ、典型的には０．１に等しい。これは、挿入情報Ｓが確実に見えなくなるように保証する。
【０２１０】
係数Ｘ_kの変調は、工程Ｅ１０５で変調値：
Ｘ'_k＝Ｘ_k（１＋αｗ_k）
を加算することにより得られる。
【０２１１】
工程Ｅ１５２では、選択された部分集合の全ての係数Ｘ_kを変調したか否かを検査するために試験を実行する。
【０２１２】
全ての変調が終了していなければ、次の係数Ｘ_k+1を考慮し、新たな変調値ｗ_k+1を取り出すことにより、工程Ｅ１８２からのプロセスを繰り返す。
【０２１３】
走査が終了すると、工程Ｅ１０６で、変調済み係数Ｘ'_kの部分集合を含む部分帯域ＬＬ₄の係数の逆スペクトル変換、ここでは逆ＤＣＴを実行する。
【０２１４】
次に、最終逆多重分解能スペクトル再組成する工程Ｅ１０７で、この場合のように逆ウェーブレット変換の場合には合成フィルタを使用して、透かし挿入画像Ｉ'を得る。
【０２１５】
本発明の第２の態様に従った挿入方法により、画像Ｉ'中に挿入される透かしＳは、画像Ｉ'のその後の処理に対してはるかに強固なものになる。透かしは画像Ｉ'の空間ドメイン全体に分布しているが、挿入される変調は１つの周波数帯域に限定されている。
【０２１６】
次に、特に図１３及び図１４を参照して、本発明のこの第２の態様による挿入透かしの復号を説明する。
【０２１７】
デコーダ２（図１を参照）は雑音を含む画像Ｉ^*を受信し、また、初期画像Ｉ並びに機密鍵Ｋと関連する情報Ｓを利用できる。
【０２１８】
図１３に示すように、本発明の第２の態様による復号装置は、
透かし挿入デジタルデータＩ^*及び初期デジタルデータＩを多重分解能スペクトル分解するスペクトル分解手段２１と、
透かし挿入デジタルデータＩ^*及び初期デジタルデータＩから１つの周波数部分帯域ＬＬの成分をそれぞれ抽出する抽出手段２２と、
透かし挿入デジタルデータＩ^*及び初期デジタルデータＩの周波数部分帯域ＬＬの成分をスペクトル変換するスペクトル変換手段２３と、
透かし挿入デジタルデータＩ^*及び初期デジタルデータＩから前記挿入方法の選択する工程Ｅ１０４で選択された成分の部分集合を選択する選択手段２４と、
初期デジタルデータＩの前記部分集合の係数から透かし挿入デジタルデータＩ^*の前記部分集合の係数をそれぞれ減算することにより、変調値の推定シーケンスＷ^*を推定する推定手段２５と、
前記挿入方法の変調する工程Ｅ１０５で挿入された変調値の前提シーケンスＷを生成する生成手段２６と、
推定シーケンスＷ^*と前提シーケンスＷとの相関の値を計算する計算手段２８と、
推定シーケンスＷ^*と前提シーケンスＷとが類似しているか否かを前記相関値に従って決定する決定手段２９とを有する。
挿入装置と同様に、抽出手段２２は最低周波数を有する部分帯域ＬＬの成分を選択する。
【０２１９】
この例では、多重分解能スペクトル分解手段２１は離散的ウェーブレット変換を実行し、抽出手段２２は近似部分帯域ＬＬの成分を選択する。このスペクトル分解については先に詳細に説明してあり、復号装置により先に図３に関連して説明した挿入装置と同様にして実現される。
【０２２０】
言うまでもなく、挿入装置によりピラミッド型のスペクトル分解が実行された場合には、関連する復号装置も同じピラミッド型の分解を使用して、挿入された補助情報を復号する。
【０２２１】
同様に、スペクトル変換手段２３は離散的コサイン変換を実行する。
【０２２２】
一般的に、スペクトル分解手段２１、抽出手段２２及びスペクトル変換手段２３が、復号することが望まれる補助情報Ｓを挿入するために挿入装置で使用されたスペクトル分解手段３１、抽出手段３２及びスペクトル変換手段３３と同一であることは容易に理解されるであろう。
【０２２３】
変調値の前提シーケンスＷを生成する生成手段２６は、復号すべき補助情報を表現するデジタル信号Ｓにより初期設定される擬似ランダム関数によって生成される変調値を生成する発生器２７と協働する。
【０２２４】
発生器２７は挿入装置で使用される発生器と同一であり、これにより、同じ擬似ランダム関数を使用して変調値ｗ_kを再計算することができる。
【０２２５】
同様に、選択手段２４は、復号すべき補助情報Ｓと関連する機密鍵を表現するデジタル信号Ｋにより初期設定される擬似ランダム関数に従って数ｂ_kを生成する発生器２７と協働する。
【０２２６】
スペクトル分解手段２１、抽出手段２２、スペクトル変換手段２３、選択手段２４、推定手段２５、生成手段２６、計算手段２８及び決定手段２９は、図４に示すようなマイクロプロセッサ１０に組み込むことができる。このマイクロプロセッサ１０は、先に説明した本発明の第２の態様による挿入装置を組み込むためのマイクロプロセッサと構造の点で同じである。
【０２２７】
読み取り専用メモリ１０２は補助情報項目Ｓを復号するためのプログラムを格納し、ランダムアクセスメモリ１０３は、プログラムの実行中に修正される変数を記録するための複数のレジスタを含む。
【０２２８】
補助情報項目を復号するためのプログラムはコンピュータ１０のハードディスク１０８に格納するか、あるいはその全体又は一部を着脱自在ではあるが、コンピュータプロパーに一体化されていない格納手段に格納することができるであろう。
【０２２９】
中央装置１００（ＣＰＵ）により、復号プログラムの命令を実行できる。
【０２３０】
ランダムアクセスメモリ１０３は、特に、プログラムの実行中に修正される変数を格納するためのいくつかのレジスタを含むことができる。すなわち、ランダムアクセスメモリは、例えば、各分解レベルにおける近似部分帯域の大きさを格納するレジスタ、所定の走査順序のＤＣＴ変換の係数を格納するレジスタ、変調すべき成分を確定するために取り出される擬似乱数を格納するレジスタ、選択された成分部分集合を格納するレジスタ、変調値の推定シーケンスを格納するレジスタ、変調値の前提シーケンスを格納するレジスタ及び修正値の計算を格納するレジスタを有する。
【０２３１】
例えば、原作者を識別するために、秘密透かしを復号することが望まれるデータのコンピュータ１０への供給は、様々な周辺装置、特に、グラフィックスカードに接続するデジタルカメラ１０７、又はスキャナ、Ｘ線撮影装置、あるいはその他の画像獲得手段又は画像格納手段により実行できる。
【０２３２】
この復号装置はどのような種類のデジタル処理装置にも組み込むことができ、デジタル写真装置又はデジタルカメラに直接組み込むか、あるいは格納又は処理されるデジタルデータを復号するためにデータベース管理システムに一体化することも可能である。
【０２３３】
次に、本発明の第２の態様による挿入方法に従ってデジタルデータＩに挿入された補助情報項目Ｓを復号する本発明による復号方法を更に詳細に説明する。
【０２３４】
図１４を参照すると、この復号方法は、
透かし挿入デジタルデータＩ^*及び初期デジタルデータを多重分解能スペクトル分解する工程Ｅ１１０と、
透かし挿入デジタルデータＩ^*及び初期デジタルデータＩから１つの周波数部分帯域ＬＬの成分をそれぞれ抽出する工程Ｅ１１１と、
透かし挿入デジタルデータＩ^*及び初期デジタルデータＩの周波数部分帯域ＬＬの成分をスペクトル変換する工程Ｅ１１２と、
透かし挿入デジタルデータＩ^*及び初期デジタルデータＩから前記挿入方法の選択する工程Ｅ１０４で選択された成分の部分集合を選択する工程Ｅ１１３と、
初期デジタルデータＩの前記部分集合の係数から透かし挿入デジタルデータＩ^*の前記部分集合の係数をそれぞれ減算することにより、変調値の推定シーケンスＷ^*を推定する工程Ｅ１１４と、
前記挿入方法の変調する工程Ｅ１０５で挿入された変調値の前提シーケンスＷを生成する工程Ｅ１１５と、
推定シーケンスＷ^*と前提シーケンスＷとの相関の値を計算する工程Ｅ１１６と、
推定シーケンスＷ^*と前提シーケンスＷとが類似しているか否かを前記相関値に従って決定する工程Ｅ１１７とを含む。
【０２３５】
関連する挿入方法の場合と同様に、スペクトル分解する工程Ｅ１１０では、離散的ウェーブレット変換によってスペクトル分解を実行し、抽出する工程Ｅ１１１では、最低周波数を有する近似部分帯域ＬＬの成分を選択する。
【０２３６】
試験する工程Ｅ１１１１では、各分解レベルで、近似部分帯域の大きさが閾値Ｔより小さいか否かを検査し、その答えが否定であれば、より高い分解レベルでスペクトル分解を繰り返す。使用する閾値Ｔは、先に図１２を参照して説明した挿入方法で使用した閾値と同一である。
【０２３７】
スペクトル変換も同様に離散的コサイン変換ＤＣＴである。
【０２３８】
選択する工程Ｅ１１３では、復号すべき補助情報Ｓと関連する機密鍵を表現するデジタル信号Ｋにより初期設定される擬似ランダム関数に従って係数の部分集合を選択する。
【０２３９】
挿入方法の間に使用された法則と同一であり、機密鍵Ｋにより初期設定される均一法則Ｕを使用して、同じ一連の実擬似乱数を見出す。従って、雑音を含む画像Ｉ^*で変調された全ての係数Ｘ'_k ^*と、初期画像Ｉで変調されている初期係数Ｘ_kとを見出すことができる。
【０２４０】
更に厳密にいえば、挿入方法において詳細に説明したように、工程Ｅ１１３１で、数ｂ_k＝Ｕ（Ｋ）の取り出しを実行し、ｂ_k×Ｐの整数部を計算する。なお、Ｐは変調される係数の数である。ｎ_k＝Ｅｎｔ（ｂ_k×Ｐ）を求め、雑音を含む画像Ｉ^*と初期画像Ｉの双方について、ＤＣＴの係数のあらかじめ定義された走査の順序でｎ_k番目の係数を選択する。
【０２４１】
選択された係数の部分集合に関して、推定する工程Ｅ１１４では、次の復調式に従って、ｋが１からＰまで変化するような変調値ｗ_kの推定ｗ_k ^*を得るために、これらの係数Ｘ'_k ^*とＸ_kとの差を生成する。
【０２４２】
【数２】

【０２４３】
画像Ｉ'が重大なひずみを受けており、変調された係数Ｘ_kが低振幅である場合、推定値ｗ_k ^*は非常に大きくなる可能性があり、従って、異常な値になるおそれがある。実際には、この値ｗ_k ^*を制限する必要がある。例えば、ｗ_k ^*が５に固定された閾値より大きい場合には、値１がｗ_k ^*に割り当てられる。
【０２４４】
このようにして、ｋが１からＰまで変化する推定値ｗ_k ^*の連続に相当するシーケンスＷ^*を獲得する。
【０２４５】
生成する工程Ｅ１１５では、復号すべき補助情報を表現するデジタル信号Ｓにより初期設定される擬似ランダム関数により、変調値の前提シーケンスＷを生成する。
【０２４６】
同様に情報Ｓを利用できるデコーダは、実際には、生成する工程Ｅ１１５で、前提シーケンスＷ，すなわち、ｋが１からＰまで変化する全てのｗ_k値を、挿入方法の変調する工程Ｅ１０５中に使用されたガウスの法則Ｇ（Ｓ）に従って計算することができる。
【０２４７】
そこで、計算する工程Ｅ１１６では、例えば、標準相関測定を使用して、ＷとＷ^*との相関の測定を実行する。
【０２４８】
【数３】

【０２４９】
１００ × corr（Ｗ，Ｗ^*）による類似度の計算によって、決定する工程Ｅ１１７で、２つのシーケンスＷ及びＷ^*が類似しているか否かを決定することができる。
【０２５０】
５０％を越えると、相関は検出器３の出力端子で肯定の応答を与えるのに十分であると考えられる。当然のことながら、相関が１００％に近づくほど、検出の信頼性は高くなり、従って、挿入情報項目Ｓの認知の信頼性も高まる。
【０２５１】
図１５は、本発明の第２の態様による挿入方法に従って挿入された情報の強固さと、画像Ｉ全体に適用されるＤＣＴ変換を使用して補助情報を挿入する従来の方法における挿入情報の強固さとを比較した図である。
【０２５２】
この強固さは、挿入された透かしと、画像Ｉ'の処理後に抽出された透かしとの類似度により、使用される処理の品質係数に従って表される。
【０２５３】
この例では、画像Ｉ'は、離散的コサイン変換ＤＣＴに基づくＪＰＥＧ（Joint Photographic Expert Group）規格に従って圧縮及び伸張の処理を受けている。
【０２５４】
本発明による方法においては、分解レベルは５に等しく、双方の場合で、変調される係数の数は１２８に等しい。
【０２５５】
ここでは、本発明の方法は非常に劣化した画像に相当する品質係数５まで９０％の類似度を示し、これに対し、従来の方法は品質係数６０までと、明らかに低いことがわかっている。
【０２５６】
本発明による挿入方法及び関連する装置によって、デジタルデータに挿入される情報の強固さを気づかれないような方式で大幅に向上させることができる。
【０２５７】
言うまでもなく、本発明は先に説明した例にのみ限定されるのではなく、本発明の範囲から逸脱せずに、数多くの変形を実施することができる。
【０２５８】
すなわち、透かしを挿入されるデジタルデータは音声データであっても良いであろう。
【０２５９】
更に、本発明の第２の態様における多重分解能スペクトル分解の近似部分帯域にではなく、詳細部分帯域にスペクトル変換を適用することも可能であろう。
【０２６０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、既存の挿入方法を改善し且つ特に不可視度及び強固さに関して、挿入される透かしの品質を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】デジタル信号への補助情報項目の挿入を示す概略図である。
【図２】第１の態様による本発明の一実施形態の挿入装置を示すブロック線図である。
【図３】第２の態様による本発明の一実施形態の挿入装置の処理の流れを示す図である。
【図４】本発明による方法を実現するためのデジタル信号処理装置のブロック図である。
【図５】画像を複数の部分帯域に分解する第１の方法を概略的に示す図である。
【図６】画像を複数の部分帯域に分解する第２の方法を概略的に示す図である。
【図７】本発明の第１の態様の第１の実施形態に従って補助情報項目を画像に挿入するためのアルゴリズムを示す図である。
【図８】本発明の第１の態様の第２の実施形態に従って補助情報項目を画像に挿入するためのアルゴリズムを示す図である。
【図９】本発明の第１の態様の一実施形態による復号装置の処理の流れを示す図である。
【図１０】本発明の第１の態様の第１の実施形態に従って画像中の補助情報項目を復号するためのアルゴリズムを示す図である。
【図１１】本発明の第１の態様の第２の実施形態に従って画像中の補助情報項目を復号するためのアルゴリズムを示す図である。
【図１２】本発明の第２の態様の一実施形態に従って補助情報項目を画像に挿入するためのアルゴリズムを示す図である。
【図１３】本発明の第２の態様の一実施形態による復号装置の処理の流れを示す図である。
【図１４】本発明の第２の態様の一実施形態に従って画像中の補助情報項目を復号するためのアルゴリズムを示す図である。
【図１５】本発明の第２の態様による挿入方法により挿入された透かしと、従来の方法により挿入された透かしの、ＪＰＥＧ規格に従った圧縮に対する強固さを比較した曲線を示す図である。

Claims (5)

1. 補助情報項目を画像データに秘密透かしとして挿入する方法であって、
   最低周波数の成分の数が８×８乃至３２×３２の間となるまで、前記画像データのサイズに依存した回数分、離散的ウェーブレット変換による多重分解能スペクトル分解する工程と、
   最低周波数の成分の部分集合を選択する工程と、
   前記選択した最低周波数の成分の部分集合をスキャンする過程で、擬似乱数を発生し、発生した擬似乱数が予め設定された閾値以下の値であるとき、該当する成分を補助情報項目を挿入する成分として決定し、変調する工程と、
   変調後の最低周波数の部分集合と、前記多重分解能スペクトル分解の工程で得られた他の周波数成分の部分集合を再組成することで、画像データを生成する工程と
   を備えることを特徴とする挿入方法。
2. 変調する工程で、挿入すべき補助情報を表現するデジタル信号により初期設定される前記擬似乱数により生成される変調値を加算することにより、前記部分集合の成分を変調することを特徴とする請求項１に記載の挿入方法。
3. 補助情報項目を画像データに秘密透かしとして挿入する装置であって、
   最低周波数の成分の数が８×８乃至３２×３２の間となるまで、前記画像データのサイズに依存した回数分、離散的ウェーブレット変換による多重分解能スペクトル分解するスペクトル分解手段と、
   最低周波数の成分の部分集合を選択する選択手段と、
   前記選択した最低周波数の成分の部分集合をスキャンする過程で、擬似乱数を発生し、発生した擬似乱数が予め設定された閾値以下の値であるとき、該当する成分を補助情報項目を挿入する成分として決定し、変調する変調手段と、
   変調後の最低周波数の部分集合と、前記多重分解能スペクトル分解の工程で得られた他の周波数成分の部分集合を再組成することで、画像データを生成する手段と
   を備えることを特徴とする挿入装置。
4. 請求項１又は２に記載の挿入方法に従って補助情報項目が秘密透かしとして挿入された画像データを復号する方法であって、
   透かし挿入前の画像データを画像データＩ、透かし挿入後の画像データを画像データＩ＊としたとき、それぞれの画像データＩ，Ｉ＊の最低周波数の成分の数が８×８乃至３２×３２の間となるまで、それぞれの画像データＩ，Ｉ＊のサイズに依存した回数分、離散的ウェーブレット変換による多重分解能スペクトル分解する工程と、
   画像データＩ，Ｉ＊それぞれの最低周波数の成分の部分集合を選択する工程と、
   前記画像データＩの最低周波数の成分から、前記画像データＩ＊の最低周波数の成分を減算することで、変調値の推定シーケンスＷ＊を得る工程と、
   請求項１又は２に記載の擬似乱数と同一の擬似乱数に基づき、変調値のシーケンスＷを生成する工程と、
   前記推定シーケンスＷ＊と前記シーケンスＷとの相関値を計算する工程と、
   前記推定シーケンスＷ＊と前記シーケンスＷとが類似しているか否かを前記相関値に従って決定する工程と
   を備えることを特徴とする復号方法。
5. 請求項３に記載の挿入装置に従って補助情報項目が秘密透かしとして挿入された画像データを復号する装置であって、
   透かし挿入前の画像データを画像データＩ、透かし挿入後の画像データを画像データＩ＊としたとき、それぞれの画像データＩ，Ｉ＊の最低周波数の成分の数が８×８乃至３２ ×３２の間となるまで、それぞれの画像データＩ，Ｉ＊のサイズに依存した回数分、離散的ウェーブレット変換による多重分解能スペクトル分解する手段と、
   画像データＩ，Ｉ＊それぞれの最低周波数の成分の部分集合を選択する手段と、
   前記画像データＩの最低周波数の成分から、前記画像データＩ＊の最低周波数の成分を減算することで、変調値の推定シーケンスＷ＊を得る手段と、
   請求項３に記載の擬似乱数と同一の擬似乱数に基づき、変調値のシーケンスＷを生成する手段と、
   前記推定シーケンスＷ＊と前記シーケンスＷとの相関値を計算する手段と、
   前記推定シーケンスＷ＊と前記シーケンスＷとが類似しているか否かを前記相関値に従って決定する手段と
   を備えることを特徴とする復号装置。

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