JP4383760B2

JP4383760B2 - 電子透かし埋め込み装置、その方法及び当該方法を実行するためのプログラムを記録した記憶媒体

Info

Publication number: JP4383760B2
Application number: JP2003076023A
Authority: JP
Inventors: 尚井上; 賢一乗富; 卓史桂
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2023-03-19
Also published as: JP2003348553A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子透かし埋め込み装置、その方法及び当該方法を実行するためのプログラムを記録した媒体に関し、特に、デジタル画像に電子透かしを埋め込む強度の調整方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、デジタル化された音声や映像データなどのデジタルコンテンツは、オリジナルと全く同じものを簡単に複製できるため、コンテンツの著作権保護が重要な課題となっている。この解決策の一つとして、「電子透かし」が利用されている。
【０００３】
電子透かしは、映像データの中に、人間には画質劣化を知覚できないようにデータを埋め込み、この埋め込み画像データから、埋め込まれたデータを検出する技術である。
【０００４】
さらに、画像圧縮やノイズ付加などの画像処理が施された画像からでも、画像データに埋め込まれた電子透かしは、正しく検出できるように工夫しなくてはならない。本明細書において、このような画像処理を施した際に、電子透かしが検出に耐える度合いを、画像処理に対する耐性と呼ぶ。
【０００５】
この画質劣化と、画像処理に対する耐性は、トレードオフの関係にあり、埋め込み強度の値を調整することで、両者のバランスが図られる。
【０００６】
例えば、埋め込み強度の値を大きくすると、電子透かしを埋め込んだ画像の画質劣化は大きくなるが、画像処理に対する耐性は向上する。逆に、埋め込み強度の値を小さくすると、画質劣化を抑えることができるが、耐性は低下する。
【０００７】
このようなトレードオフの関係を自動的に調整する従来の電子透かし埋め込み方法の一例が、特許文献１に示されている。以下、この文献に記載されている従来の電子透かし埋め込み方法を簡単に説明する。
【０００８】
図４は、従来の電子透かし挿入システムのブロック図である。図４において、カテゴリ分類部４０１は、入力画像の特徴量を計算し、得られた特徴量から画像の属するカテゴリを求め、カテゴリインデックスを蓄積装置４０２へ出力する。
【０００９】
蓄積装置４０２は、カテゴリインデックスごとに、電子透かし強度と画質劣化度とアタック（画像処理）に対する耐性評価値との対応を記述した電子透かし特性表を持ち、カテゴリ分類部４０１から入力されるカテゴリインデックスに応じて、使用する電子透かし特性表を選択する。
【００１０】
電子透かし強度算出部４０３は、電子透かし強度を蓄積装置４０２に出力し、蓄積装置４０２から出力される画質劣化度と耐性評価値と、ユーザから入力される制約情報とを用いて、最適電子透かし強度を算出し、電子透かし挿入部４０４へ出力する。
【００１１】
電子透かし挿入部４０４は、埋め込みデータを、電子透かしに変換し、電子透かし強度算出部４０３から入力した最適電子透かし強度で、入力画像に電子透かしを挿入し、電子透かし挿入画像を出力する。
【００１２】
（１）従来技術では、入力画像の特徴量として、画像全体のアクティビティ（交流周波数成分の二乗平均値）を用いている。
【００１３】
しかしながら、入力画像は、全体的に一様の画像であるとは限らず、変化が多い複雑な部分もあれば、変化の少ない単調な部分もある場合が、殆どである。
【００１４】
電子透かしの埋め込み強度が、画像に対して強すぎると、電子透かしによる画質劣化が目立ってしまう。特に、変化の少ない部分においては、この画質劣化が一層顕著になる。
【００１５】
したがって、従来技術によると、入力画像において、部分的に電子透かしの埋め込み強度が不適切になる場合が多く、画質劣化が避けられないという問題点があった。
【００１６】
（２）従来技術における画質劣化度は、電子透かしを挿入した直後の電子透かし挿入画像と入力画像とで計算した数値である。
【００１７】
しかしながら、実際に映像データをハードディスク等の記録媒体に蓄積・保存し、その後、ネットワークなどで伝送・配信する場合、データ量を削減するために、映像データを構成する画像は、動画であれば、例えばＭＰＥＧ方式など、静止画であれば、例えばＪＰＥＧ方式など、に従って符号化される。
【００１８】
このため、符号化される前の電子透かし挿入画像と、符号化された後の電子透かし挿入画像とは、一般に異なるものとなる。
【００１９】
例えば、低圧縮ビットレートで圧縮された電子透かし挿入画像は、圧縮によるブロック歪が顕著にあらわれ、圧縮される前の電子透かし挿入画像に対し、大きく画質が劣化する。
【００２０】
即ち、従来技術では、圧縮前後における画質の変化を何ら考慮していなかったので、好ましい埋め込み強度で、入力画像に電子透かしを埋め込むことができず、画質劣化と画像処理に対する耐性との関係が不適切になりやすいという問題点があった。
【特許文献１】
特開平１１−３４６３０２号公報（第９−１１頁、図１）
【特許文献２】
特開２００１−３５２４４１号公報（第３−４頁、図１）
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第１の目的は、画質劣化を抑制できる技術を提供することである。
【００２２】
本発明の第２の目的は、圧縮を行う場合にも、入力画像に、適切な埋め込み強度で電子透かしを埋め込める技術を提供することである。
【００２３】
第１の発明に係る電子透かし埋め込み装置は、デジタル画像をマクロブロック単位で分割するブロック分割部と、マクロブロック内の各画素の、水平方向の隣接画素との差分の絶対値と垂直方向の隣接画素との差分の絶対値との総和である差分絶対値総和を算出する特徴量算出部と、特徴量算出部が算出した差分絶対値総和が大きい程、強度が大きくなるように対応関係が予め定められた対応表に基づいて第１の強度を算出する第１強度算出部と、予め定められたデジタル画像全体の圧縮ビットレートが小さい程、強度が大きくなるように対応関係が予め定められた対応表に基づいて第２の強度を算出する第２強度算出部と、第１強度算出部が算出した第１の強度と第２強度算出部が算出した第２の強度との加算または乗算によりマクロブロック単位で埋め込み強度を算出する埋め込み強度判定部と、埋め込み強度判定部が算出した埋め込み強度を用いてマクロブロック単位でデジタル画像に電子透かしを埋め込む電子透かし挿入部と、電子透かし挿入部が電子透かしを埋め込んだデジタル画像を、予め定められたデジタル画像全体の圧縮ビットレートで符号化し、圧縮ビットストリームを出力する画像符号化部と、を備える。
【００２４】
この構成により、符号化に使用する圧縮ビットレートと、入力画像の特徴量とに基づいて、電子透かし強度を求めることができる。即ち、画像符号化された後の電子透かし挿入画像の画質を考慮して、電子透かしの埋め込み強度を求め、圧縮の程度を反映して、デジタル画像に電子透かしを埋め込むことができる。
【００２８】
この構成における対応表を使用することにより、圧縮ビットレートを反映して埋め込み強度を調整できる。即ち、画像符号化された後の電子透かし挿入画像の画質を考慮した、埋め込み強度により、デジタル画像に電子透かしを埋め込める。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る電子透かし埋め込み装置の構成を示すブロック図である。
【００３０】
図１に示すように、この電子透かし埋め込み装置は、特徴量算出部１０１と、埋め込み強度判定部１０２と、電子透かし挿入部１０３と、画像符号化部１０４とを備える。ここで、本形態における画像符号化部１０４は、電子透かしが埋め込まれたデジタル画像に対し、所定の信号処理を行う処理部に相当する。
【００３１】
以下、図２から図３をさらに参照して、電子透かし埋め込み処理の内容について説明する。図２は、同電子透かし埋め込む装置のフローチャートである。
【００３２】
まず、特徴量算出部１０１は、入力するデジタル画像を、予め定めた画素単位の複数の部分領域の画像に分割し、部分領域単位で特徴量を算出する（ステップＳ２０１）。
【００３３】
本形態における部分領域は、１６×１６画素サイズのマクロブロックである。また、その部分領域毎の特徴量は、輝度成分の平均値である。
【００３４】
ここで、部分領域は、上述のように、１つのマクロブロックとしたり、１ラインを構成する複数のマクロブロックとしたり、オブジェクト単位とするなど、画像符号化に応じた処理単位にするように変更してもよい。
【００３５】
１ラインを構成する複数のマクロブロックを部分領域とすると、１つのマクロブロックを部分領域とするよりも、演算量を削減できるので、システム資源に余裕がない場合に適用しやすい。
【００３６】
また、特徴量は、輝度成分の平均値の他、次のような、水平および垂直方向隣接画素の差分絶対値の総和を用いてもよい。ここで、部分領域が、１６×１６画素サイズであり、各画素の輝度データがｄ（ｉ，ｊ）（０≦ｉ≦１５，０≦ｊ≦１５）であるとき、
水平方向隣接画素の差分絶対値の総和Ｓｈは、次式で定義できる。
【００３７】
【数１】

【００３８】
また、垂直方向隣接画素の差分絶対値の総和Ｓｖは、次式で定義できる。
【００３９】
【数２】

【００４０】
さらに、人間の視覚特性にあった特徴量を算出して実施すると、画質劣化を知覚されにくく、埋め込み強度を大きくできる効果がある。勿論、以上述べた特徴量は、いずれも例示に過ぎず、本発明は、他の特徴量を用いる場合も含む。
【００４１】
次に、埋め込み強度判定部１０２の処理（ステップＳ２０２）について、図３を用いて説明する。図３（ａ）に示すテーブル１と、図３（ｂ）に示すテーブル２とは、それぞれ特徴量と圧縮ビットレートとに対する、埋め込み強度の対応表である。
【００４２】
テーブル１を用いるときには、特徴量算出部１０１で算出した特徴量と、予め定めたしきい値Ｙ１、Ｙ２（Ｙ２＜Ｙ１）とが、比較される。そして、特徴量の範囲に基づいて、「強度１」が求められる。例えば、特徴量の値が、しきい値Ｙ１より大きい場合には、「強度１」として「３」が出力される。
【００４３】
テーブル２を用いるときには、画像符号化部１０４が使用する圧縮ビットレートと、予め定めたしきい値Ｂ１，Ｂ２（Ｂ２＜Ｂ１）とが、比較される。そして、圧縮ビットレートの範囲に基づいて、「強度２」が求められる。例えば、圧縮ビットレートの値が、しきい値Ｂ２より小さい場合には、「強度２」として「３」が出力される。
【００４４】
さらに、埋め込み強度判定部１０２は、「強度１」と「強度２」を加算し、これらの和を、埋め込み強度として、電子透かし挿入部１０３へ出力する。上記例では、埋め込み強度は、３＋３＝６となる。
【００４５】
なお、以上では、出力される埋め込み強度は、「強度１」と「強度２」との和であるが、本発明は、これに限定されない。出力される埋め込み強度は、例えば、「強度１」と「強度２」との積であってもよい。
【００４６】
次に、電子透かし挿入部１０３は、埋め込み強度判定部１０２で求めた埋め込み強度を用いて、部分領域（ここではマクロブロック）の画像に電子透かしを埋め込み、埋め込み済みの部分領域の画像を、画像符号化部１０４へ出力する（ステップＳ２０３）。
【００４７】
このようにすると、特徴量算出部１０１、電子透かし挿入部１０３及び画像符号化部１０４の各処理が、マクロブロック単位で並行して進行することになり、待ち時間が少なく効率が良い。
【００４８】
次に、画像符号化部１０４は、電子透かしが挿入された部分領域の画像を、予め定めた圧縮ビットレートに応じて、符号化し、圧縮されたビットストリームを出力する（ステップＳ２０４）。
【００４９】
以上のように、本形態に係る電子透かし埋め込み装置によれば、デジタル画像を予め定めた画素単位の複数の部分領域に分割し、部分領域ごとの特徴量を算出する。そして、特徴量と予め定めた圧縮ビットレートに応じた対応表を用いて埋め込み強度を判定する。
【００５０】
これにより、入力画像の小さな領域ごとの特徴量を計算することで、領域ごとの埋め込み強度を調整でき、画質劣化を抑えることができる。しかも、圧縮ビットレートに応じた埋め込み強度を調整することで、画像符号化された後の電子透かし挿入画像の画質を考慮した埋め込み強度の判定を行うことができる。
【００５１】
なお、典型的には、本形態に係る電子透かし埋め込み装置が実現する各機能は、所定のプログラムデータが格納された記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等）と、当該プログラムデータを実行するＣＰＵ（セントラル・プロセッシング・ユニット）とによって実現される。この場合、各プログラムデータは、ＣＤ−ＲＯＭやフレキシブルディスク等の記憶媒体を介して導入されてもよい。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、入力画像の小さな領域ごとに特徴量を算出するので、領域ごとの埋め込み強度を調整でき、画質劣化を抑えることができる。また、予め定めた圧縮ビットレートに応じた対応表を用いて埋め込み強度を調整することで、画像符号化された後の電子透かし挿入画像の画質を考慮して、埋め込み強度を決定できる。
【００５３】
この結果、ＭＰＥＧなどの標準画像符号化に対する耐性が向上できる。例えば、低圧縮ビットレート（高圧縮・低画質）で圧縮した場合、埋め込み強度を大きくすることで、圧縮に対する耐性を向上できる。しかも、埋め込みによる画質劣化よりも圧縮によるブロック歪等の画質劣化が知覚されやすくなることで、埋め込み強度を大きくしても埋め込みによる画質劣化を抑えることができる。
【００５４】
反対に、高圧縮ビットレート（低圧縮・高画質）で圧縮した場合、埋め込み強度を小さくすることで、埋め込みによる画質劣化を抑えることができる。しかも、圧縮による劣化が小さいことで、埋め込み強度を小さくしても圧縮に対する耐性は維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における電子透かし埋め込み装置のブロック図
【図２】同電子透かし埋め込み装置のフローチャート
【図３】（ａ）同対応表（特徴量）の例示図
（ｂ）同対応表（圧縮ビットレート）の例示図
【図４】従来の電子透かし埋め込み装置のブロック図
【符号の説明】
１０１特徴量算出部
１０２埋め込み強度判定部
１０３電子透かし挿入部
１０４画像符号化部
４０１カテゴリ分類部
４０２蓄積装置
４０３電子透かし強度算出部
４０４電子透かし挿入部

Claims

デジタル画像をマクロブロック単位で分割するブロック分割部と、
前記マクロブロック内の各画素の、水平方向の隣接画素との差分の絶対値と垂直方向の隣接画素との差分の絶対値との総和である差分絶対値総和を算出する特徴量算出部と、
前記特徴量算出部が算出した差分絶対値総和が大きい程、強度が大きくなるように対応関係が予め定められた対応表に基づいて第１の強度を算出する第１強度算出部と、
予め定められた前記デジタル画像全体の圧縮ビットレートが小さい程、強度が大きくなるように対応関係が予め定められた対応表に基づいて第２の強度を算出する第２強度算出部と、
前記第１強度算出部が算出した第１の強度と前記第２強度算出部が算出した第２の強度との加算または乗算によりマクロブロック単位で埋め込み強度を算出する埋め込み強度判定部と、
前記埋め込み強度判定部が算出した埋め込み強度を用いてマクロブロック単位で前記デジタル画像に電子透かしを埋め込む電子透かし挿入部と、
前記電子透かし挿入部が電子透かしを埋め込んだデジタル画像を、予め定められた前記デジタル画像全体の圧縮ビットレートで符号化し、圧縮ビットストリームを出力する画像符号化部と、
を備える、電子透かし埋め込み装置。
デジタル画像をマクロブロック単位で分割し、
前記マクロブロック内の各画素の、水平方向の隣接画素との差分の絶対値と垂直方向の隣接画素との差分の絶対値との総和である差分絶対値総和を算出し、
前記差分絶対値総和が大きい程、強度が大きくなるように対応関係が予め定められた対応表に基づいて第１の強度を算出し、
予め定められた前記デジタル画像全体の圧縮ビットレートが小さい程、強度が大きくなるように対応関係が予め定められた対応表に基づいて第２の強度を算出し、
前記第１の強度と前記第２の強度との加算または乗算によりマクロブロック単位で埋め込み強度を算出し、
前記埋め込み強度を用いてマクロブロック単位で前記デジタル画像に電子透かしを埋め込み、
前記電子透かしを埋め込んだデジタル画像を、予め定められた前記デジタル画像全体の圧縮ビットレートで符号化して圧縮ビットストリームを出力する、
電子透かし埋め込み方法。
デジタル画像をマクロブロック単位で分割し、
前記マクロブロック内の各画素の、水平方向の隣接画素との差分の絶対値と垂直方向の隣接画素との差分の絶対値との総和である差分絶対値総和を算出し、
前記差分絶対値総和が大きい程、強度が大きくなるように対応関係が予め定められた対応表に基づいて第１の強度を算出し、
予め定められた前記デジタル画像全体の圧縮ビットレートが小さい程、強度が大きくなるように対応関係が予め定められた対応表に基づいて第２の強度を算出し、
前記第１の強度と前記第２の強度との加算または乗算によりマクロブロック単位で埋め込み強度を算出し、
前記埋め込み強度を用いてマクロブロック単位で前記デジタル画像に電子透かしを埋め込み、
前記電子透かしを埋め込んだデジタル画像を、予め定められた前記デジタル画像全体の圧縮ビットレートで符号化して圧縮ビットストリームを出力する、ことにより電子透かしの埋め込みをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記録媒体。