JP4863944B2

JP4863944B2 - 画像電子透かし埋め込み装置およびそれに電子透かしを画像に埋め込む手順を実行させるプログラム

Info

Publication number: JP4863944B2
Application number: JP2007180758A
Authority: JP
Inventors: 浩伊藤; 麗新名; 豊和菅井; 亮介藤井; 光義鈴木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-07-10
Filing date: 2007-07-10
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2027-07-10
Also published as: JP2009021662A

Description

この発明は、画像の信号に情報を秘匿するために電子透かしを埋め込む画像電子透かし埋め込み装置およびそれに電子透かしを画像に埋め込む手順を実行させるプログラムに関するものである。

従来、画像や音声などの信号に電子透かしを埋め込むことにより情報を秘匿するには、大きく分けて２つの方式がある。第１の方式は、信号にランダムなパターンを加算することによって情報を埋め込み、このパターンを相関によって検出して情報を復元する方式である。この方式は周波数拡散方式（ＳｐｒｅａｄＳｐｅｃｔｒｕｍ方式、ＳＳ方式）と呼ばれている（例えば、非特許文献１参照）。

第２の方式は、信号の一部を量子化などによって特定の範囲の値に変更することによって情報を埋め込み、この信号の値がどの範囲にあるかを検出することによって情報を復元する方式である。この方式は量子化方式と呼ばれている（例えば、非特許文献２参照）。
第２の方式において、量子化する信号が入力信号の複数のサンプル値の一次関数である場合、特にＳｐｒｅａｄＴｒａｎｓｆｏｒｍ方式（ＳＴ方式）と呼ばれている。
パターンの加算または量子化の対象は、信号のサンプル値そのものまたは周波数領域に変換した変換係数である。周波数変換には、離散余弦変換（ＤｉｓｃｒｅｔｅＣｏｓｉｎｅＴｒａｎｓｆｏｒｍ）やウェーブレット変換などを用いる。信号を周波数領域に変換すると、特定の周波数に対して選択的に情報を埋め込みことが容易になる。多くの電子透かしは、信号処理の影響を受けにくい周波数成分を利用することによって、圧縮やフィルタリングなどの一般的な処理を経た後でも、埋め込んだ情報が検出できるように設計される。

一方、電子透かしによる妨害が知覚できないようにするために、人間の知覚特性を利用して、埋め込みにおける信号変化の度合いを局所的に調整する手法が一般に用いられている。このような適応処理の多くは、人間の知覚のマスキング効果を利用している。マスキング効果は、新たに加えられる信号が、もとの信号と似たものであれば、もとの信号がマスクすることによって、変更が劣化として知覚されにくいという性質である。このことから考えれば、画像の場合、明るさや色の変化が激しい部分では、電子透かしによって信号を変更しても目立たないが、変化が緩やかで平坦な部分には、あまり大きな変更を加えることはできないことになる。例えば、原信号を複数の周波数成分に分解して、これに応じて、電子透かし信号の大きさを局所的にコントロールする手法が開示されている（例えば、非特許文献３参照）。

ＲＥＳＥＡＲＣＨＤＥＰＡＲＴＭＥＮＴ著、「ＳＩＭＵＬＴＡＮＥＯＵＳＳＵＢＬＩＭＩＮＡＬＳＩＧＮＡＬＬＩＮＧＩＮＣＯＮＶＥＮＴＩＯＮＡＬＳＯＵＮＤＣＩＲＣＵＩＴＳ：ＡＦＥＡＳＩＢＩＬＩＴＹＳＴＵＤＹ」ＢＢＣ、１９７１年、ＲｅｓｅａｒｃｈＤｅｐａｒｔｍｅｎｔＲｅｐｏｒｔ、Ｎｏ．１９７１／１Ｂ．Ｃｈｅｎ著、外１名、「ＱｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎＩｎｄｅｘＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＡＣｌａｓｓｏｆＰｒｏｖａｂｌｙＧｏｏｄＭｅｔｈｏｄｓｆｏｒＤｉｇｉｔａｌＷａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｍｂｅｄｄｉｎｇ」、ＩＥＥＥＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＯＮＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＴＨＥＯＲＹ、２００１年、５月、ＶＯＬ．４７、ＮＯ．４、ｐｐ．１４２３−１４４３Ｍ．Ｄ．Ｓｗａｎｓｏｎ著、外２名、「ＭｕｌｔｉｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎＳｃｅｎｅ−ＢａｓｅｄＶｉｄｅｏＷａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇＵｓｉｎｇＰｅｒｃｅｐｔｕａｌＭｏｄｅｌｓ」、ＩＥＥＥＪＯＵＲＮＡＬＯＮＳＥＬＥＣＴＥＤＡＲＥＡＳＩＮＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ、１９９８年、５月、ＶＯＬ．１６、ＮＯ．４、ｐｐ．５４０−５５０

しかし、従来の電子透かし埋め込み方式は、ＳＳ方式と量子化方式のどちらにおいても、ホスト信号と相関のない信号を加算するので、このことを利用して、透かしを埋め込んだ信号から両者が分離される可能性を否定できず、悪意のある攻撃に対して安全性が十分でないという問題がある。

また、局所適応処理を併用すれば、一般にホスト信号の変化の激しいところでは透かし信号の変化も大きくなるので、大局的には、両者の一致度は向上する。しかし、この場合でも、局所的に見れば、ホスト信号と透かしの形状は異なっており、悪意のある攻撃に対して十分な安全性を確保することができないという問題がある。

この発明の目的は、埋め込まれた情報が破壊されにくい安全な電子透かしを画像に埋め込む画像電子透かし埋め込み装置およびそれに電子透かしを画像に埋め込む手順を実行させるプログラムを提供することである。
なお、電子透かしの安全性とは、電子透かしが埋め込まれた信号を処理することにより、秘匿情報が検出できなくなったり、別の情報が検出されてしまったりする可能性に対する耐性のことである。また、悪意のある攻撃とは、情報の消去・改ざんの意図を持って行われる信号処理のことである。

この発明に係る画像電子透かし埋め込み装置は、ホスト信号の局所的な相関を解析する解析手段と、上記ホスト信号の局所的な相関に合うよう透かし信号を局所的に整形する整形手段と、上記整形された透かし信号のレベルを検出し且つ上記検出したレベルが、秘匿情報が最も確実に検出されるときの透かし信号のレベルである目標レベルに合うように、前記透かし信号のレベルと前記目標レベルとの比と、調節の最大値とを比べて、大きい方の値を調節値を定める検出手段と、上記調節値により上記整形された透かし信号のレベルを調節する調節手段と、上記ホスト信号に上記調節手段からの透かし信号を加算する加算手段と、を備える。

この発明に係る画像電子透かし埋め込み装置の効果は、ホスト信号の局所的な周波数特性を解析し、解析した局所的な周波数特性に透かし信号の局所的な周波数特性を合わせるよう整形し、整形により変化した透かし信号のレベルを目標レベルに調節した後でホスト信号に加算するので、透かし信号とホスト信号を分離しにくい安全な電子透かしを画像に埋め込むことができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る画像電子透かし埋め込み装置を示す構成図である。
この発明の実施の形態１に係る画像電子透かし埋め込み装置は、図１に示すように、原信号（以下、「ホスト信号」と称す）１０の局所的性質を解析する解析手段としての解析回路１１０、透かし信号２０を解析回路１１０の出力に合わせて整形する整形手段としての整形回路１２０、整形された透かし信号のレベルを検出する検出手段としての検出回路１３０、整形された透かし信号のレベルを調節する調節手段としての調節回路１４０、整形され調節された透かし信号をホスト信号１０に加算する加算手段としての加算回路１５０を備える。
この画像電子透かし埋め込み装置は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インターフェース回路を有するコンピュータから構成され、コンピュータに所定の手順を実行させるプログラムがＲＯＭに記憶されている。

次に、この発明の実施の形態１に係る電子透かし埋め込み装置の動作について説明する。
整形回路１２０に入力される透かし信号２０は、ＳＳ方式の場合は、ホスト信号１０と相関のないランダム信号であり、量子化方式の場合は、ホスト信号１０と量子化代表値との差信号である。この透かし信号２０は、ホスト信号１０と次元と大きさが同じである。

解析回路１１０は、ホスト信号１０の局所的な相関または周波数特性を解析する。以下、この解析回路１１０の具体的な動作を図２と図３とを用いて説明する。図２は、垂直エッジからなる画像信号の例である。図２に示された画像の水平方向にＸ軸、上下方向にＹ軸を設定する。今、画像の中央部分の８×８の画素からなるブロックに注目し、このブロックの左上の画素をＸＹ座標の原点として、Ｘ軸の右方向およびＹ軸の下方向を正とする。図２の場合、画像信号は水平方向に大きく変化し、上下方向には変化がない。したがって、ブロック内の画像とその周辺の画像との相関について考えると、水平方向には相関がなく、上下方向に相関があるということになる。
このことは、ブロックを真上または真下にずらせば、ブロックの信号とずらした先の信号はよく一致し、それ以外の方向にずらせばあまり一致しないことからわかる。

解析回路１１０は、図２の点線で示す範囲にブロックを動かして、動かした方向と距離に応じて、信号がどの程度よく一致するかを計算する。このため、例えば、ブロックを水平方向にｐ、上下方向にｑだけずらしたときの前後の画像信号の差ｄ（ｐ，ｑ）は、式（１）により求める。ここで、ｆ（ｉ，ｊ）は座標（ｉ，ｊ）における画像の明るさ（輝度）、Ｌはブロックの大きさである。

そして、解析回路１１０は、画像信号の差ｄ（ｐ，ｑ）を所定の閾値Ｔと比較し、画像信号の差ｄ（ｐ，ｑ）が閾値未満のとき１、画像信号の差ｄ（ｐ，ｑ）が閾値Ｔ以上のとき０となる二値信号ｒ（ｐ，ｑ）を、すべてのｐ、ｑについて求め、ｐを横軸、ｑを縦軸にとって、図３のようなマップを得る。
このマップは、ブロックに含まれる画像の局所的な相関の特性を表し、１が立つ方向に相関があり、０の方向には相関がないことを示している。
そして、解析回路１１０は、画像全体をブロックに分割して、ブロック毎にこのマップを作成する。

整形回路１２０は、解析回路１１０から与えられるマップに応じて、ブロック毎に透かし信号を整形する。今、一つのブロックの透かし信号をｇ（ｘ，ｙ）、このブロックのマップの値をｒ（ｉ，ｊ）とすれば、整形回路１２０は、透かし信号ｇ（ｘ，ｙ）を式（２）により整形して整形された透かし信号ｇ’（ｘ，ｙ）を求める。ここで、ｗ（ｉ，ｊ）は重み関数であり、最も簡単な場合は、すべてのｉ，ｊについて、重み関数ｗ（ｉ，ｊ）を１とすればよい。また、ｍは正規化のための定数であり、式（３）で与えられる。

整形回路１２０は、ｇ（ｘ、ｙ）に対して、その周辺にある信号値の重み付け和を計算し、ｇ（ｘ、ｙ）をこの重み付け和で置き換えている。しかし、この加算は二値信号ｒ（ｉ，ｊ）が１の場合にだけ行われ、二値信号ｒ（ｉ，ｊ）が０の画素に対しては行わない。このような重み付けが低域通過フィルタ（ＬＰＦ）の機能を持つことは明らかである。そして、その特性はホスト信号に合わせて制御される。
さらに正確に言えば、整形回路１２０は、解析回路１１０によるホスト信号の局所的な周波数特性を受けて、ホスト信号が持つ周波数成分だけを通過させるフィルタを構成することによって、透かし信号の周波数特性をホスト信号に合わせている。
この整形は画像全体にわたって局所的に行われるので、画像の全ての部分において、透かし信号の周波数特性（相関と言ってもよい）はホスト信号とよく一致するようになる。

例えば、図２に示した例では、図３のマップで、垂直方向に１が並んでいることから、整形回路１２０は垂直方向の画素値を加算することになり、これは垂直方向のＬＰＦの機能を持つ。
図２の画像において、垂直方向には信号が変化しないから、画像信号を周波数分析すれば、そのスペクトルは垂直方向に広がりを持たないのは明らかであり、これは垂直方向のＬＰＦと特性がよく一致する。重み関数ｗ（ｉ，ｊ）を変化させれば、その周波数特性を調節することができ、一般に、このようなフィルタでは、座標（ｐ，ｑ）が（０，０）の近傍で大きな値とし、周辺に行くにしたがって、小さな値を取るように設定されることが普通である。

整形回路１２０の意味は、次のように考えてもよい。ホスト信号が図２のような場合ならば、もともと信号は垂直高周波成分を含まないから、垂直方向のＬＰＦをかけても、ホスト信号はあまり変化しない。このとき、もし、透かし信号に垂直高周波成分が含まれていれば、同じフィルタによって透かし信号を減衰させることができる。これを、ステゴ信号に対して行えば、ホスト信号をあまり変化させることなく、透かし信号だけを取り除くことができるということを示唆している。
または、整形回路１２０によって、ステゴ信号からホスト信号と透かし信号を分離できると考えてもよい。このような電子透かしが安全でないことは明らかである。

整形回路１２０は、画像のすべての部分において、透かし信号の周波数特性をホスト信号に合わせることによって、それらが容易に分離できないように作用している。
しかし、整形回路１２０は入力された透かし信号のレベルを変化させるので、この出力を直接ホスト信号に加算しても、期待すべき情報を埋め込むことができない。検出回路１３０と調節回路１４０は、整形回路１２０における透かし信号のレベルの変化を補償するために設けられている。

検出回路１３０は、整形回路１２０から出力される整形された透かし信号のレベルを検出し、検出した透かし信号のレベルをその目標値と比較することによって、整形回路１２０で透かし信号がどのくらい変化したかを検出する。ここで、透かし信号のレベルとは、具体的には、秘匿情報の復号時に測定されて復号値の決定に影響を与える信号の大きさであり、例えば、ＳＳ方式の場合は検出パターンと透かし信号の相関値、量子化方式の場合は透かし信号の信号値そのもの、ＳＴ方式の場合は複数の透かし信号の一次変換の値である。
また、その目標値とは、秘匿情報が最も確実に検出されるときの、透かし信号のレベルである。

検出回路１３０は、整形回路１２０から出力される整形された透かし信号のレベルＹ_１を検出し、検出した整形された透かし信号のレベルＹ_１と目標レベルＹ_０との比を求める。それから、検出回路１３０は、式（４）に従って、レベルＹ_０とレベルＹ_１との比と調節の最大値Ｔとを比べて大きい方の値を調節値αとして調節回路１４０に伝達する。なお、調節の最大値Ｔは、画像の平坦な部分などで整形された透かし信号のレベルＹ_１が非常に小さい場合に、ホスト信号に埋め込んだ透かし信号のレベルが、人間に知覚される限度を超えて増幅されるのを防ぐために設けられている。

調節回路１４０は、整形回路１２０から出力される整形された透かし信号を調節値α倍して出力する。ここで、整形回路１２０の出力は、入力された透かし信号２０の重み付け和、すなわち、整形された透かし信号の一次結合で表わされている。一方、透かし信号２０のレベルも、やはり、方式によらず透かし信号２０の一次結合で表される。よって、整形回路１２０の出力を調節値α倍すれば、透かし信号２０のレベルも調節値α倍されることになる。ところが、調節値αは式（４）で定義されているから、調節の最大値Ｔの打切りがない範囲では、調節された透かし信号のレベルは、式（５）となって、もとの透かし信号２０のレベルに戻ることになる。

調節回路１４０から出力される信号を加算回路１５０でホスト信号１０に加えれば、もとの情報が確実に付加された出力信号が得られる。
以下、例としてＳＴ方式の場合を説明する。ＳＴ方式は、ステゴ画像の特定の信号からなるベクトルＸをＸ＝（ｘ_１，ｘ_２，・・・，ｘ_Ｎ）とするとき、式（６）で表されるこの成分の一次結合の値が一次元数直線上のどの範囲にあるかによって０または１の情報を復号する。ここで、Ｎはベクトルの次元であり、数直線は情報の０と１に対応する領域に交互に分割されている。

電子透かしの埋め込みにおいては、ステゴ信号３０の値が秘匿情報に対応する領域に入るように、ホスト信号１０のベクトルＵ＝（ｕ_１，ｕ_２，・・・，ｕ_Ｎ）に、透かし信号のベクトルＶ＝（ｖ_１，ｖ_２，・・・，ｖ_Ｎ）を加算すればよい。すなわち、式（７）で表現される。また、透かし信号のレベルＹ_０は、式（８）で表現される。

復号を最も確実に行う目標値として、透かし信号のレベルを式（６）のｙが当該領域の中央値となるようなレベルとし、このレベルをＹ_０で表す。このレベルは図１において、整形回路１２０に入力される透かし信号２０のレベルに等しい。ところが、整形回路１２０によって、整形された透かし信号の電力は減衰し、そのレベルはＹ_１＝αＹ_０となったとする。すなわち、式（９）が成り立つとする。ここで、Ｖ’＝（ｖ’_１，ｖ’_２，・・・，ｖ’_Ｎ）は整形後の透かし信号のベクトルである。

調節回路１４０は、整形後の透かし信号を１／α倍し、加算回路１５０はそれをホスト信号１０に加算する。よって、加算される透かし信号のレベルは、式（１０）で表され、もとの透かし信号２０のレベルに等しい。

これは整形回路１２０の出力を増幅したものであるから、レベルはもとの透かし信号２０と等しいが、形状は異なり、ホスト信号１０の局所的形状を近似するものとなっている。

次に、この発明の実施の形態１に係る画像電子透かし埋め込み装置に電子透かしを画像に埋め込む手順を実行するプログラムについて説明する。図４は、この発明の実施の形態１に係る画像に電子透かしを埋め込む手順を示すフローチャートである。
ステップＳ１００において、ホスト信号１０を読み込みステップＳ１１０に進む。
ステップＳ１１０において、透かし信号２０を読み込みステップＳ１２０に進む。
ステップＳ１２０において、目標レベルを読み込みステップＳ１３０に進む。

ステップＳ１３０において、ホスト信号１０の局所的な周波数特性を解析し、ブロック毎のマップを得てステップＳ１４０に進む。
ステップＳ１４０において、ブロック毎のマップを用いて透かし信号２０の周波数特性をホスト信号の周波数特性に合わすよう整形してステップＳ１５０に進む。
ステップＳ１５０において、整形された透かし信号のレベルを検出してステップＳ１６０に進む。

ステップＳ１６０において、整形された透かし信号のレベルを調節してステップＳ１７０に進む。
ステップＳ１７０において、整形されレベルが調節された透かし信号をホスト信号１０に加算してステップＳ１８０に進む。
ステップＳ１８０において、透かし信号が加算されたホスト信号をステゴ信号３０として出力して終了する。

なお、上の説明では、ホスト信号１０が静止画の場合を説明したが、解析回路１１０はさらに時間軸方向に信号を解析して３次元テーブルを出力し、整形回路１２０は３次元フィルタの機能を果たすようにしてもよい。このようにすれば、この発明の実施の形態１に係る電子透かし埋め込み装置を動画像に適用することができる。

また、上の説明では、１ビットの情報を埋め込む場合について説明したが、複数ビットの情報を埋め込む場合は、ビット毎に対応する透かし信号２０に対して、同様の処理を順次行えばよい。

この発明の実施の形態１に係る電子透かし埋め込み装置は、ホスト信号１０の局所的な周波数特性を解析し、ホスト信号に加算する透かし信号の周波数特性をそれに合わせるようにしたので、透かし信号とホスト信号１０を分離しにくい安全な電子透かしを埋め込むことができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態１に係る画像電子透かし埋め込み装置では、整形回路１２０から出力される透かし信号を調節して直接ホスト信号１０に加算するが、複数ビットの情報を埋め込む場合には、ビットの整形結果が互いに影響を与え、正確なレベルの調節ができない場合がある。すなわち、あるビットに対応する透かし信号のレベルを変更すれば、他のビットのレベルがそれに連動して変化してしまい、すべてのビットのレベルを目標値に設定することができない場合がある。
この発明の実施の形態２に係る画像電子透かし埋め込み装置は、この問題を解決したものである。

図５は、この発明の実施の形態２に係る電子透かし埋め込み装置の構成を示す図である。
この発明の実施の形態２に係る画像電子透かし埋め込み装置は、図５に示すように、ホスト信号１０の局所的性質を解析する解析回路１１０、レベルが調節された透かし信号をホスト信号１０の局所的性質に合うよう整形する整形手段としての整形回路２２０、整形された透かし信号を累積して記憶される記憶手段としてのメモリ回路２６０、メモリ回路２６０に記憶されている透かし信号のレベルを検出し、検出したレベルが目標レベルに収束したときメモリ回路２６０に記憶されている透かし信号を加算回路２５０に出力し、検出したレベルが目標レベルに収束していないとき検出したレベルを調節回路２４０に出力する検出手段としての検出回路２３０、メモリ回路２６０に記憶されている透かし信号のレベルが入力されたとき透かし信号２０のレベルを調節する調節手段としての調節回路２４０、メモリ回路２６０に記憶されている透かし信号のレベルが目標レベルに収束したときまたは透かし信号のレベルの調節が所定の回数を超えて行われたときメモリ回路２６０に記憶されている透かし信号をホスト信号１０に加算する加算手段としての加算回路２５０を備える。

解析回路１１０は、実施の形態１と同様に、画像全体をブロックに分割し、ブロック毎に、画像信号の差ｄ（ｐ，ｑ）を所定の閾値Ｔと比較し、画像信号の差ｄ（ｐ，ｑ）が閾値未満のとき１、画像信号の差ｄ（ｐ，ｑ）が閾値Ｔ以上のとき０となる二値信号ｒ（ｐ，ｑ）を、すべてのｐ、ｑについて求め、ｐを横軸、ｑを縦軸にとって、図３のようなマップを得て整形回路２２０に送る。

整形回路２２０は、解析回路１１０からのマップに応じて、ブロック毎に調節回路２４０から出力されるレベルが調節された透かし信号を実施の形態１と同様に整形する。
また、整形回路２２０は、整形した透かし信号をメモリ回路２６０に出力する。

メモリ回路２６０には、初期状態のとき、すべてに０が設定され、メモリ回路２６０は、整形回路２２０から整形した透かし信号が入力される度にすでに記憶されている透かし信号に累積する。
検出回路２３０は、メモリ回路２６０に記憶されている透かし信号のレベルを検出する。
また、検出回路２３０は、検出した透かし信号のレベルが目標レベルに収束したとき、または、透かし信号の調節した回数が所定の回数を超えているとき、メモリ回路２６０に記憶されている透かし信号を加算回路２５０に出力する。
加算回路２５０は、メモリ回路２６０に記憶されている透かし信号をホスト信号１０に加算し、ステゴ信号４０として出力する。

調節回路２４０は、メモリ回路２６０に記憶されている透かし信号のレベルが目標レベルに収束していないとき、整形回路２２０の出力がこの差を縮小するように、透かし信号２０のレベルを調節する。ここで、透かし信号２０のレベルの調節について詳細に説明する。
メモリ回路２６０に記憶されている透かし信号のｉ番目のビットに対するレベルをＹ_ｉとする。そして、初期状態では、メモリ回路２６０に記憶されている透かし信号は０であるから、すべてのビットｉについてレベルＹ_ｉが０である。また、ビットｉの透かし信号の目標レベルをＹ_０ｉとする。また、整形回路２２０によって、透かし信号のレベルはα_ｉ倍に変化するものとする。このα_ｉの値は、過去の整形回路２２０の動作から推定する。初期状態では、すべてのビットｉについて、α_ｉ＝１とする。

調節回路２４０は、ビットｉに対応する透かし信号２０に、（β（Ｙ_０ｉ−Ｙ_ｉ）／α_ｉ）を乗算することにより調節し、調節した透かし信号を整形回路２２０に入力する。ここで、βは１未満の正の定数である。

この調節をすべてのビットｉについて１回行うことにより、メモリ回路２６０に記憶されている透かし信号のレベルがβ（Ｙ_ｉ０−Ｙ_ｉ）だけＹ_０ｉに近づく。そして、βが１より小さい定数であるので、ビット間の干渉が存在する場合であってもメモリ回路２６０に記憶されている透かし信号のレベルが少しずつ目標に近づく。

この発明の実施の形態２に係る画像電子透かし埋め込み装置は、ホスト信号１０の局所的な周波数特性を解析し、ホスト信号１０に加算する透かし信号の局所的な周波数特性をそれに合わせるようにしたので、透かし信号とホスト信号１０を分離しにくい安全な透かし信号を埋め込むことができる。
また、メモリ回路２６０に記憶されている透かし信号のレベルが少しずつ目標レベルに近づくように、レベルが調節された透かし信号の整形を繰り返して行うようにしたので、秘匿情報のビット数が２以上の場合も、そのステゴ信号４０が目標の透かしレベルを正確に保持できる。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る画像電子透かし埋め込み装置は、コンピュータから構成され、ＲＯＭに記憶されているプログラムを読み出して画像に電子透かしを埋め込む手順を実行する。図６は、この発明の実施の形態３に係る画像に電子透かしを埋め込む手順を示すフローチャートである。
ステップＳ２００において、ホスト信号を読み込みステップＳ２１０に進む。
ステップＳ２１０において、透かし信号を読み込みステップＳ２２０に進む。
ステップＳ２２０において、目標レベルを読み込みステップＳ２３０に進む。
ステップＳ２３０において、コンピュータのメモリに記憶されている透かし信号を消去してステップＳ２４０に進む。

ステップＳ２４０において、解析回路１１０と同様、ホスト信号の局所的な周波数特性を解析し、ブロック毎のマップを得てステップＳ２５０に進む。
ステップＳ２５０において、調節回路２４０と同様、透かし信号２０のレベルを調節してステップＳ２６０に進む。
ステップＳ２６０において、整形回路２２０と同様、レベルが調節された透かし信号の周波数特性をホスト信号の周波数特性に合わすよう整形してステップＳ２７０に進む。
ステップＳ２７０において、整形した透かし信号をコンピュータのメモリに記憶されている透かし信号に累積しステップＳ２８０に進む。
ステップＳ２８０において、検出回路２３０と同様、コンピュータのメモリに記憶されている透かし信号のレベルを検出してステップＳ２９０に進む。

ステップＳ２９０において、検出した透かし信号のレベルが目標レベルに収束したか判断し、検出した透かし信号のレベルが目標レベルに収束したときステップＳ３１０に進み、検出した透かし信号のレベルが目標レベルに収束しないときステップＳ３００に進む。
ステップＳ３００において、透かし信号の調節の回数が所定の回数を超過したか判断し、透かし信号の調節の回数が所定の回数を超過したときステップＳ３１０に進み、透かし信号の調節の回数が所定の回数以下のときステップＳ２５０に戻る。
ステップＳ３１０において、コンピュータのメモリに記憶されている透かし信号をホスト信号に加算してステップＳ３２０に進む。
ステップＳ３２０において、透かし信号が加算されたホスト信号をステゴ信号４０として出力して終了する。

この発明の実施の形態３に係る画像電子透かし埋め込み装置は、実施の形態２に係る画像電子透かし埋め込み装置と同様に、ホスト信号１０の局所的な周波数特性を解析し、ホスト信号に加算する透かし信号の局所的な周波数特性をそれに合わせるようにしたので、透かし信号とホスト信号１０を分離しにくい安全な透かし信号が埋め込まれる。
また、コンピュータのメモリに記憶されている透かし信号のレベルが少しずつ目標に近づくように、レベルを調節した透かし信号の整形を繰り返して行うようにしたので、秘匿情報のビット数が２以上の場合も、そのステゴ信号４０が目標の透かしレベルを正確に保持できる。

実施の形態４．
上述の実施の形態１乃至３に係る画像電子透かし埋め込み装置では、透かし信号を時間領域で表現しているが、この発明は、周波数領域で表現した透かし信号に対しても、適用することができる。なお、時間または空間座標だけの関数で与えられた信号を時間領域の信号、周波数を含む関数で与えられた信号を周波数領域の信号という。

図７は、この発明の実施の形態４に係る画像電子透かし埋め込み装置の構成図である。
この発明の実施の形態４に係る画像電子透かし埋め込み装置は、画像に周波数領域で透かし信号を埋め込み、この発明の実施の形態１に係る画像電子透かし埋め込み装置と検出手段としての検出回路３３０、調節手段としての調節回路３４０、加算手段としての加算回路３５０が異なり、周波数変換手段としての変換回路３７０が追加されている。それ以外は同様であるので、同様な部分には同じ符号を付記し説明は簡略化した。
変換回路３７０は、検出回路３３０の前段に設けられ、整形回路１２０の出力を周波数領域に変換する。

次に、この発明の実施の形態４に係る画像電子透かし埋め込み装置の動作について説明する。
上述の実施の形態１乃至３における説明からわかるように、解析回路１１０によるホスト信号１０の解析は、本質的に時間領域の信号に対して実施される。このことは、ホスト信号１０の局所的な周波数特性は、実際にはその近辺の信号の相関によって測定されており、信号の相関は時間領域の信号の波形または形状がどちらの方向に連続しているかによって測定されていることから明らかである。

また、整形回路１２０による透かし信号２０の整形は、これがトランスバーサル型のデジタルフィルタと等価であることからわかるように、やはり、時間領域の信号に対して実行される。したがって、電子透かしを、ＤＣＴなどを用いて周波数領域に変換して埋め込む場合には、処理の途中で時間領域の信号を周波数領域に変換する必要が生じる。
変換回路３７０はこのために設けられたもので、時間領域の信号を、電子透かしが埋め込まれる周波数領域に変換する。

検出回路３３０と調節回路３４０は、整形された透かし信号の周波数領域でのレベルを検出し、整形された透かし信号の周波数領域でのレベルが目標レベルとなるよう整形された透かし信号を調節して、加算回路３５０に出力する。
透かし信号２０は時間領域の信号であるが、変換回路３７０における周波数変換が線形な場合には、式（４）から導き出される調節値αを周波数領域で計算し、これをそのまま時間領域の信号に適用して差し支えない。通常用いられるＤＣＴやウェーブレット変換は線形な変換である。調節回路３４０の出力は、目標レベルに調節された透かし信号となる。
加算回路３５０は、周波数領域でレベルが調節された透かし信号をホスト信号１０に加算して、透かしが埋め込まれたステゴ信号５０として出力する。

この発明の実施の形態４に係る画像電子透かし埋め込み装置は、電子透かしを周波数領域で埋め込んでいるが、ホスト信号１０の局所的な周波数特性を解析し、ホスト信号１０に加算する透かし信号の周波数特性をそれに合わせるようにしたので、透かし信号とホスト信号を分離しにくい安全な電子透かしを埋め込むことができる。

この発明の実施の形態１に係る画像電子透かし埋め込み装置を示す構成図である。解析回路の動作を説明するためのホスト信号の一例である。解析回路で作製されるマップの一例である。この発明の実施の形態１に係る電子透かしを画像に埋め込む手順を示すフローチャートである。この発明の実施の形態２に係る画像電子透かし埋め込み装置を示す構成図である。この発明の実施の形態３に係る画像に電子透かしを埋め込む手順を示すフローチャートである。この発明の実施の形態４に係る画像電子透かし埋め込み装置を示す構成図である。

符号の説明

１０ホスト信号、２０透かし信号、３０、４０、５０ステゴ信号、１１０解析回路、１２０、２２０整形回路、１３０、２３０、３３０検出回路、１４０、２４０、３４０調節回路、１５０、２５０、３５０加算回路、２６０メモリ回路、３７０変換回路。

Claims

ホスト信号の局所的な相関を解析する解析手段と、
上記ホスト信号の局所的な相関に合うよう透かし信号を局所的に整形する整形手段と、
上記整形された透かし信号のレベルを検出し且つ上記検出したレベルが、秘匿情報が最も確実に検出されるときの透かし信号のレベルである目標レベルに合うように、前記透かし信号のレベルと前記目標レベルとの比と、調節の最大値とを比べて、大きい方の値を調節値と定める検出手段と、
上記調節値により上記整形された透かし信号のレベルを調節する調節手段と、
上記ホスト信号に上記調節手段からの透かし信号を加算する加算手段と、
を備えることを特徴とする画像電子透かし埋め込み装置。
ホスト信号の局所的な相関を解析する解析手段と、
上記ホスト信号の局所的な相関に合うようレベルが調節された透かし信号を局所的に整形する整形手段と、
初期状態では０が記憶され且つ上記整形手段により整形された透かし信号を累積して記憶する記憶手段と、
上記記憶手段に記憶されている透かし信号のレベルを検出するとともに上記検出したレベルが、秘匿情報が最も確実に検出されるときの透かし信号のレベルである目標レベルに収束したとき上記記憶手段に記憶されている透かし信号を加算手段に出力し、また上記検出したレベルが上記目標レベルに収束していないとき上記検出したレベルを調節手段に出力する検出手段と、
上記検出手段から上記検出したレベルが入力されたとき透かし信号に上記目標レベルと上記検出したレベルとの差に１未満の正の実数を乗算して得た値に比例する値を乗算することによりレベルを調節した透かし信号を上記整形手段に出力する上記調節手段と、
上記記憶手段に記憶されている透かし信号が入力されたとき上記ホスト信号に該透かし信号を加算する上記加算手段と、
を備えることを特徴とする画像電子透かし埋め込み装置。
上記整形手段により整形された透かし信号を周波数領域の信号に変換する周波数変換手段を備え、上記検出手段は、周波数領域で透かし信号のレベルを検出することを特徴とする請求項１または２に記載の画像電子透かし埋め込み装置。
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の画像電子透かし埋め込み装置に電子透かしを画像に埋め込む手順を実行させるプログラム。