JP4360363B2 - 電子透かし埋め込み方法及び装置及びプログラム - Google Patents
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Description
埋め込み情報を複数のシンボルに分割する埋め込み情報分割ステップ(ステップ1)と、
各フレーム画像について、透かし検出時ノイズ成分の分散及び共分散を算出する埋め込み前信号評価ステップ(ステップ2)と、
各フレーム画像について、透かし検出時ノイズ成分の分散及び共分散と、画質劣化目標値と、検出性能目標値とに基づき、埋め込みシンボル数を決定する多重度決定ステップ(ステップ3)と、
各フレーム画像について、埋め込みシンボル数と画質劣化目標に基づいて、該フレームに埋め込む電子透かしの埋め込み強度を決定する埋め込み強度決定ステップ(ステップ4)と、
複数のシンボルの各シンボルに対してスペクトル拡散処理を行い、各シンボルに対応する拡散パターンを生成し、複数のシンボルの各拡散パターンが複数のフレーム画像に対応する埋め込みパターン全ての中にそれぞれ等しい頻度で出現するように、各シンボルに対応する拡散パターンの中から埋め込みシンボル数分の拡散パターンを各フレーム画像に対して選択し、選択した拡散パターンをフレームごとに合成することで、フレーム画像それぞれに埋め込む埋め込みパターンを生成する埋め込みパターン生成ステップ(ステップ5)と、
各フレームに対し、埋め込み強度に従って、埋め込みパターンを重畳する埋め込みパターン重畳ステップ(ステップ6)と、を行う。
検出性能目標値をE[ρ]、画質劣化目標値をβ、埋め込みシンボル数をn、透かし検出時ノイズ成分の分散を
を満たすnを埋め込みシンボル数として決定する。
透かし検出時ノイズ成分として、各フレーム画像または該フレーム内の部分領域画像を用いる。
透かし検出時ノイズ成分として、映像信号のフレーム間差分、または、該映像信号中の部分領域のフレーム間差分を用いる。
透かし検出時ノイズ成分として、映像信号のフレーム、または、該映像信号中の部分領域に、時間軸方向の畳み込み演算を施した信号を用いる。
透かし検出時ノイズ成分として、映像信号の動きベクトル、または、該映像信号中の部分領域の動きベクトルを用いる。
動きベクトルの大きさの平均を求め、該動きベクトルの大きさの平均と画質劣化の関係を用いて、画質劣化目標を満たすように電子透かしの埋め込み強度を決定する。
埋め込み情報を複数のシンボルに分割する埋め込み情報分割手段101と、
複数のシンボルの各シンボルに対してスペクトル拡散処理を行い、各シンボルに対応する拡散パターンを生成する拡散パターン生成手段と、
各フレーム画像について、透かし検出時ノイズ成分の分散及び共分散を算出する埋め込み前信号評価手段111と、
各フレーム画像について、透かし検出時ノイズ成分の分散及び共分散と、画質劣化目標値と、検出性能目標値とに基づき、埋め込みシンボル数を決定する多重度決定手段112と、
各フレーム画像について、埋め込みシンボル数と画質劣化目標に基づいて、該フレームに埋め込む電子透かしの埋め込み強度を決定する埋め込み強度決定手段113と、
複数のシンボルの各拡散パターンが複数のフレーム画像に対応する埋め込みパターン全ての中にそれぞれ等しい頻度で出現するように、各シンボルに対応する拡散パターンの中から埋め込みシンボル数分の拡散パターンを各フレーム画像に対して選択し、選択した拡散パターンをフレーム毎に加算して合成することで、フレーム画像それぞれに埋め込む埋め込みパターンを生成する埋め込みパターン生成手段102と、
各フレーム画像に対し、埋め込み強度に従って、埋め込みパターンを重畳する埋め込みパターン重畳手段と103、を有する。
多重度決定手段112は、
検出性能目標値をE[ρ]、画質劣化目標値をβ、埋め込みシンボル数をn、透かし検出時ノイズ成分の分散を
を満たすnを埋め込みシンボル数として決定する手段を含む。
埋め込み前信号評価手段111は、
透かし検出時ノイズ成分として、各フレーム画像または該フレーム内の部分領域画像を用いる。
埋め込み前信号評価手段111は、
透かし検出時ノイズ成分として、映像信号のフレーム間差分、または、該映像信号中の部分領域のフレーム間差分を用いる。
埋め込み前信号評価手段111は、
透かし検出時ノイズ成分として、映像信号のフレーム、または、該映像信号中の部分領域に、時間軸方向の畳み込み演算を施した信号を用いる。
埋め込み前信号評価手段111は、
透かし検出時ノイズ成分として、映像信号の動きベクトル、または、該映像信号中の部分領域の動きベクトルを用いる。
動きベクトルの大きさの平均を求め、該動きベクトルの大きさの平均と画質劣化の関係を用いて、画質劣化目標を満たすように電子透かしの埋め込み強度を決定する。
さらに、請求項1に記載された電子透かし埋め込み方法及び請求項10に記載された電子透かし埋め込み装置によれば、電子透かしの埋め込みの対象となる信号の特性と、所与の電子透かし検出性能目標に応じて、最適な電子透かし方式を選択することができ、透かしによる知覚的な画質劣化を同程度に保ったまま、検出の精度を向上させることができる。
さらに、請求項2に記載された電子透かし埋め込み方法及び請求項11に記載された電子透かし埋め込み装置によれば、電子透かし埋め込みの対象となる信号の特性に応じて、最適なすりガラス効果抑制の効果をもつ電子透かし方式を選択することができ、透かしによる視覚的な画質劣化を抑えることができる。
さらに、請求項3に記載された電子透かし埋め込み方法及び請求項12に記載された電子透かし埋め込み装置によれば、電子透かしの埋め込みの対象となる信号の特性と、所与の電子透かし検出性能目標に応じて、最適なすりガラス効果抑制の効果を持つ電子透かし方式を自動的に選択することができ、透かしによる視覚的な画質劣化を同程度に保ったまま、容易に検出の精度を向上させることができる。
<埋め込み多重度に応じて埋め込み強度を切り替える電子透かし埋め込み方法>
さらに、請求項4に記載された電子透かし埋め込み方法及び請求項13に記載された電子透かし埋め込み装置によれば、決定した多重度に応じて、目標の画質劣化の程度を満たす最適な電子透かし埋め込みを自動的に行うことができ、透かしによる視覚的な画質劣化を同程度に保ったまま、容易に検出の精度を向上させることができる。
さらに、請求項5に記載された電子透かし埋め込み方法及び請求項14に記載された電子透かし埋め込み装置によれば、目標とする埋め込み強度と検出精度に応じ、理論的な検出評価値に従う条件を用いることができ、理論的に最適な電子透かし埋め込みを行うことができる。
さらに、請求項6に記載の電子透かし埋め込み方法及び請求項15に記載された電子透かし埋め込み装置によれば、映像信号のフレーム間の相関による影響を抑え、透かし検出時ノイズ成分の分散を小さくすることによって向上した電子透かし検出性能に従って電子透かし方式の制御ができ、その結果、精度よく最適な電子透かし方式の制御を行うことができる。
さらに、請求項7に記載された電子透かし埋め込み方法及び請求項16に記載された電子透かし埋め込み装置によれば、透かし埋め込みの対象となる信号においてすりガラス効果が引き起こされる程度に応じて、最適な電子透かし埋め込みを行うことができ、その結果、画質劣化を防ぐことができる。
さらに、請求項8に記載された電子透かし埋め込み方法及び請求項17に記載された電子透かし埋め込み装置によれば、映像信号の評価結果に応じて、目標の画質劣化の程度を満たす最適な電子透かし埋め込みを自動的に行うことができ、透かしによる視覚的な画質劣化を同程度に保ったまま、容易に検出の精度を向上させることができる。
さらに、請求項9に記載された電子透かし埋め込み方法及び請求項18に記載された電子透かし埋め込み装置によれば、目標とする埋め込み強度と検出精度と品質水準に応じ、入力信号の区間内の部分領域ごとに最適な電子透かし埋め込みを行うことができ、その結果全体としての画質劣化を最小に抑えつつ、検出精度を高めることができる。
電子透かし埋め込みのモデルとして、動画像の各フレーム毎に次式で表される透かし埋め込みを行うモデルを考える。なお、以下の記載において“→”はベクトルを示す。また、例えば、
ここで、
W→:透かし埋め込み済み信号;
α:透かし埋め込み強度;
X→:透かし信号;
N→:フレーム原画像信号;
とする。また、X→の各要素は平均0、分散1に正規化されているものとする。
W→={w1,w2,…,wL}
X→={x1,x2,…,xL}
N→={n1,n2,…,nL}
とする。Lは各ベクトルの次元である。
上記の式(1)の電子透かし埋め込みモデルで埋め込まれた電子透かしの検出を、検出性能評価指標として次の透かし検出評価値を用いて行う電子透かし検出モデルを考える。
パターン加算型電子透かしモデルの変形として、次のような電子透かし埋め込みを考える。
・方法1:
k枚のフレーム画像の中から、目的の透かし信号Xi→が含まれているn枚のフレーム画像を選択して重畳した画像に対して検出を行う。
・方法2:
k枚のフレーム画像全てを重畳した画像に対して検出を行う。
・方法1´:
k枚のフレーム画像の中から、目的の透かし信号Xi→が含まれているn枚のフレーム画像を選択し、各フレーム画像に対して検出を行い、n回の検出試行の結果を総合して判定を行う。
・方法2´:
k枚のフレーム画像全てに対し、各々検出を行い、k回の検出試行の結果を総合して判定を行う。
以下で方法1による検出を行った場合の検出評価値について考察する。
以下で方法2による検出を行った場合の検出評価値について考察する。
式(6)(7)(9)の検出評価値について、所定のσn 2,kに対してαを変化させたときのグラフの概形を図示すると、図3のようになる。
・nが小さい場合は、方法1のようにフレームの同期が取れていれば高い検出評価値を得ることができる一方、フレームの同期がとれていなければ低い検出評価値となる。
・nが大きい場合は、方法1のようにフレームの同期がとれていてもnが小さいときほどの検出評価値を得ることはできない一方、フレームの同期が取れていない場合は検出評価値が底上げされる。
多重度nが大きいとき、所定の数のフレームの中で個々のシンボルの含まれるフレームの割合が大きくなる。その結果、電子透かしのパターンがすりガラスとして見えやすくなり全体として画質劣化が大きくなるといえる。一方、すりガラス効果の程度は、原画像信号の特徴にも依存している。さらに、画質劣化は電子透かしの埋め込み強度によっても変化する。
今、電子透かしの検出性能目標として、目標とする検出評価値ρ0及び画質劣化の程度β0が与えられたときに次の条件を満たす電子透かし埋め込み方式を考える。
パターン加算型電子透かしモデルに従う電子透かしとして、例えば次のようなものが挙げられる。なお、本発明は、ここであげる電子透かし方式に限定するものではなく、この他の電子透かし方式であっても構わないことはいうまでもない。
(1)電子透かし情報としてkビットの情報を用意する。
以下の手順により、電子透かしの埋め込まれた映像から、j番目のビット値を取り出す。但し、事前にフレームの同期が取れているものとする。
以下の手順により、電子透かしの埋め込まれた映像からj番目のビット値を取り出す。
まず、本発明の前提となる基本的な電子透かし埋め込み装置の構成について説明する。
埋め込みパターン生成部802における埋め込みパターン生成は、例えば、次のような手順によって行われる。
R=P1+P3+P4
のように計算し、このときRはシンボル1,3,4をそれぞれ「含む」と呼ぶことにする。また、選択した拡散パターンの個数nの値が、前述のパターン加算型電子透かしモデルの変形で述べた多重度に相当する。
本実施の形態では、多重度と強度を制御する電子透かし埋め込み装置について説明する。
本実施の形態では、動きベクトル評価によるすりガラス抑制埋め込み制御について説明する。
p=amv+bσv 2
を求め、pが所定の閾値を越えているかどうかで制御するようにされていてもよい。但し、a,bは予め決められた重み付けパラメータである。
本実施の形態では動きベクトル評価結果に基づいたシンボル多重度決定について説明する。
本実施の形態では、検出性能目標に応じて動きベクトルを利用した埋め込みについて説明する。
101、801,1101,1201,1301 埋め込み情報分割手段、埋め込み情報分割部
102,802,1102,1202,1302 埋め込みパターン生成手段、埋め込みパターン生成部
103,803,1103、1203,1303 埋め込みパターン重畳手段、埋め込みパターン重畳部
104、804,1104,1204,1304 埋め込み情報
105,805,1105,1205,1305 埋め込み前信号
106,806,1106,1206,1306 埋め込み済み信号
111,1111,1211,1311 埋め込み前信号評価手段、埋め込み前信号評価部
112、1212,1312 多重度決定手段、多重度決定部
113,1313 埋め込み強度決定手段、埋め込み強度決定部
114,1314 検出性能目標
115,1315 画質劣化目標
120 記憶手段
601,701 条件に該当する領域
800,1100,1200,1300 電子透かし埋め込み装置
1001 埋め込みパターン
Claims (15)
- 複数のフレーム画像からなる映像信号を入力信号として、埋め込み情報に基づいて構成された埋め込みパターンを、画質劣化目標値、検出性能目標値に基づいて人間の知覚に感知されにくいように重畳する電子透かし埋め込み方法であって、
前記埋め込み情報を複数のシンボルに分割する埋め込み情報分割ステップと、
各フレーム画像について、透かし検出時ノイズ成分の分散及び共分散を算出する埋め込み前信号評価ステップと、
前記各フレーム画像について、透かし検出時ノイズ成分の分散及び共分散と、画質劣化目標値と、検出性能目標値とに基づき、埋め込みシンボル数を決定する多重度決定ステップと、
前記各フレーム画像について、前記埋め込みシンボル数と前記画質劣化目標に基づいて、該フレームに埋め込む電子透かしの埋め込み強度を決定する埋め込み強度決定ステップと、
前記複数のシンボルの各シンボルに対してスペクトル拡散処理を行い、各シンボルに対応する拡散パターンを生成し、前記複数のシンボルの各拡散パターンが前記複数のフレーム画像に対応する埋め込みパターン全ての中にそれぞれ等しい頻度で出現するように、前記各シンボルに対応する拡散パターンの中から前記埋め込みシンボル数分の拡散パターンを前記各フレーム画像に対して選択し、前記選択した拡散パターンをフレームごとに合成することで、前記フレーム画像それぞれに埋め込む前記埋め込みパターンを生成する埋め込みパターン生成ステップと、
前記各フレームに対し、前記埋め込み強度に従って、前記埋め込みパターンを重畳する埋め込みパターン重畳ステップと、
を行うことを特徴とする電子透かし埋め込み方法。 - 前記検出性能目標値をE[ρ]、前記画質劣化目標値をβ、埋め込みシンボル数をn、前記透かし検出時ノイズ成分の分散を
を満たすnを前記埋め込みシンボル数として決定する
ことを特徴とする請求項1記載の電子透かし埋め込み方法。 - 前記透かし検出時ノイズ成分として、各フレーム画像または該フレーム内の部分領域画像を用いる
請求項1記載の電子透かし埋め込み方法。 - 前記透かし検出時ノイズ成分として、前記映像信号のフレーム間差分、または、該映像信号中の部分領域のフレーム間差分を用いる
請求項1記載の電子透かし埋め込み方法。 - 前記透かし検出時ノイズ成分として、前記映像信号のフレーム、または、該映像信号中の部分領域に、時間軸方向の畳み込み演算を施した信号を用いる
請求項1記載の電子透かし埋め込み方法。 - 前記透かし検出時ノイズ成分として、前記映像信号の動きベクトル、または、該映像信号中の部分領域の動きベクトルを用いる
請求項1記載の電子透かし埋め込み方法。 - 前記動きベクトルの大きさの平均を求め、該動きベクトルの大きさの平均と画質劣化の関係を用いて、画質劣化目標を満たすように電子透かしの埋め込み強度を決定する
請求項6記載の電子透かし埋め込み方法。 - 複数のフレーム画像からなる映像信号を入力信号として、埋め込み情報に基づいて構成された埋め込みパターンを、画質劣化目標値、検出性能目標値に基づいて人間の知覚に感知されにくいように重畳する電子透かし埋め込み装置であって、
前記埋め込み情報を複数のシンボルに分割する埋め込み情報分割手段と、
前記複数のシンボルの各シンボルに対してスペクトル拡散処理を行い、各シンボルに対応する拡散パターンを生成する拡散パターン生成手段と、
各フレーム画像について、透かし検出時ノイズ成分の分散及び共分散を算出する埋め込み前信号評価手段と、
前記各フレーム画像について、透かし検出時ノイズ成分の分散及び共分散と、画質劣化目標値と、検出性能目標値とに基づき、埋め込みシンボル数を決定する多重度決定手段と、
前記各フレーム画像について、前記埋め込みシンボル数と前記画質劣化目標に基づいて、該フレームに埋め込む電子透かしの埋め込み強度を決定する埋め込み強度決定手段と、
前記複数のシンボルの各拡散パターンが前記複数のフレーム画像に対応する埋め込みパターン全ての中にそれぞれ等しい頻度で出現するように、前記各シンボルに対応する拡散パターンの中から前記埋め込みシンボル数分の拡散パターンを前記各フレーム画像に対して選択し、前記選択した拡散パターンをフレーム毎に加算して合成することで、前記フレーム画像それぞれに埋め込む前記埋め込みパターンを生成する埋め込みパターン生成手段と、
前記各フレーム画像に対し、前記埋め込み強度に従って、前記埋め込みパターンを重畳する埋め込みパターン重畳手段と、
を有することを特徴とする電子透かし埋め込み装置。 - 前記多重度決定手段は、
前記検出性能目標値をE[ρ]、前記画質劣化目標値をβ、埋め込みシンボル数をn、前記透かし検出時ノイズ成分の分散を
を満たすnを前記埋め込みシンボル数として決定する手段を含む
請求項8記載の電子透かし埋め込み装置。 - 前記埋め込み前信号評価手段は、
前記透かし検出時ノイズ成分として、各フレーム画像または該フレーム内の部分領域画像を用いる
請求項8記載の電子透かし埋め込み装置。 - 前記埋め込み前信号評価手段は、
前記透かし検出時ノイズ成分として、前記映像信号のフレーム間差分、または、該映像信号中の部分領域のフレーム間差分を用いる
請求項8記載の電子透かし埋め込み装置。 - 前記埋め込み前信号評価手段は、
前記透かし検出時ノイズ成分として、前記映像信号のフレーム、または、該映像信号中の部分領域に、時間軸方向の畳み込み演算を施した信号を用いる
請求項8記載の電子透かし埋め込み装置。 - 前記埋め込み前信号評価手段は、
前記透かし検出時ノイズ成分として、前記映像信号の動きベクトル、または、該映像信号中の部分領域の動きベクトルを用いる
請求項8記載の電子透かし埋め込み装置。 - 前記動きベクトルの大きさの平均を求め、該動きベクトルの大きさの平均と画質劣化の関係を用いて、画質劣化目標を満たすように電子透かしの埋め込み強度を決定する
請求項13記載の電子透かし埋め込み装置。 - 請求項8乃至14の何れか1項に記載の電子透かし埋め込み装置を構成する手段としてコンピュータを機能させるための電子透かし埋め込みプログラム。
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