JPH1127508A - 情報埋め込み方法と情報検出方法と情報埋め込み装置と情報検出装置と記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 著作権情報などをデジタル画像データに埋め
込む方法と装置において、構成と演算を簡易にし、ＤＣ
Ｔによる画像圧縮処理と親和性が高く、画質劣化に対す
る適応処理が行いやすいものを実現すること。 【解決手段】 画像信号を圧縮装置１に入力し、ＤＣＴ
手段１２と量子化手段１３を含む変換手段２２で画像信
号を２次元周波数に変換して変換係数を求める。ＣＰＵ
２１は情報にＰＮ系列の擬似雑音を乗算する。情報重畳
手段２３は、量子化手段１３からのＤＣＴ係数の垂直周
波数成分が０である変換係数に対して、ＣＰＵ２１の乗
算結果を重畳する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、デジタル画像に著
作権情報やコピー禁止情報などを埋め込む情報埋め込み
方法及び情報埋め込み装置と、あらかじめ埋め込まれた
情報を検出する情報検出方法及び情報検出装置と、これ
らの情報埋め込み方法及び情報検出方法のプログラムを
記載した記録媒体と、これらの方法で画像データを記録
した記録媒体とに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】画像のデジタル化が進展するにつれ、複
製しても画質が劣化しないという特徴から、画像そのも
のの著作権保護の必要性が高まっている。著作権保護の
ためには、ヘッダに著作権情報を付加するなどの手法も
考えられる。この方法では、デジタル画像をアナログに
変換した場合、それらの情報は欠落してしまうという欠
点があった。そこで、画像そのものに情報を埋め込む、
いわゆる電子透かし技術が近年注目されている。

【０００３】以下図面を参考にしながら、上述した電子
透かしを利用した従来の情報埋め込み方法の一例（大
西、岡、松井、“ＰＮ系列による画像への透かし署名
法”、情報とセキュリティシンポジウム'97 、SCIS'97-
26B 、Jan.1997）を説明する。

【０００４】図１５は、従来の情報埋め込み装置の構成
例を示すブロック図である。この情報埋め込み装置は、
ＦＦＴ手段１４１、ＩＦＦＴ手段１４２、第１のＰＮ系
列発生回路１４３、第２のＰＮ系列発生回路１４５、情
報挿入回路１４４を含んで構成される。

【０００５】入力した画像に対し、ＰＮ系列発生回路１
４３で発生したＰＮ系列を乗算し、雑音化する。ＰＮ系
列とは±1 の値をランダムにとる擬似雑音である。ＰＮ
系列を乗算した信号に、再度同じＰＮ系列乗算すると、
元の信号に戻ることが知られている。図１５では、雑音
化した信号をＦＦＴ手段１４１によりＦＦＴして周波数
成分に変換する。そして、その周波数成分、即ちＦＦＴ
係数の特定の係数に情報挿入回路１４４で一定の情報を
加算する。情報を加算した信号をＩＦＦＴ手段１４２に
入力して実時間信号に戻し、前に乗算したＰＮ系列と同
じＰＮ系列をＰＮ系列発生回路１４５により発生させ、
実時間信号に乗算して出力する。

【０００６】このような操作によって、最初に入力した
画像データは元に戻るが、重畳した情報は逆に雑音化さ
れ、画質劣化としては目立たないこととなる。重畳した
情報を検出するには、埋め込み装置におけるＦＦＴ手段
１４１、ＰＮ系列発生回路１４５と同じものを用い、埋
め込んだ際と同じＰＮ系列を乗算してＦＦＴすれば、信
号は雑音化し、埋め込んだ情報のみを抽出することがで
きる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成では以下の問題が生ずる。即ち、デジタル画
像の伝送や蓄積では、データ量が膨大になるため、ＭＰ
ＥＧ２などを用いて信号圧縮を施すのが一般的である。
ＭＰＥＧ２では、画像を２次元周波数成分に変換するた
めにＤＣＴを用いている。一方、従来の技術ではＦＦＴ
を用いるため、画像データに情報を埋め込み、かつ圧縮
する過程でＤＣＴとＦＦＴの双方の回路が必要となり、
ハードウェア規模が大きくなるという問題があった。ま
た、原画を一旦雑音化するため、人間の視覚特性に応じ
た情報の埋め込みが困難で、画質に劣化が生じやすいと
いう問題点をあった。

【０００８】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであって、画像信号を入力し、画像信号
を２次元周波数に変換し、特定の変換係数に情報を重畳
することにより、著作権情報やコピー禁止情報などの情
報を埋め込む情報埋め込み方法及び情報埋め込み装置
と、あらかじめ埋め込まれた情報を検出する情報検出方
法及び情報検出装置と、これらの情報埋め込み方法及び
情報検出方法のプログラムを記載した記録媒体と、これ
らの方法で画像データを記録した記録媒体とを実現する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、本願の請求項１記載の発明は、入力画像信号を
２次元の周波数成分に変換して変換係数を求め、前記変
換係数の２次元周波数成分において、垂直周波数成分が
０である変換係数に情報を重畳することを特徴とするも
のである。

【００１０】また本願の請求項２記載の発明は、入力画
像信号の一定の水平区間の画素値に情報を重畳し、前記
水平区間と同一位置の垂直成分の画素値に対して、最初
の水平区間の前記情報と同じ情報を重畳することを特徴
とするものである。

【００１１】また本願の請求項３記載の発明は、請求項
１又は２の情報埋め込み方法において、重畳すべき前記
情報を、擬似乱数で変調してから重畳することを特徴と
するものである。

【００１２】また本願の請求項４記載の発明は、請求項
３の情報埋め込み方法において、前記情報の変調に用い
る前記擬似乱数の振幅を、視覚的に目立たない特性に変
換することを特徴とするものである。

【００１３】また本願の請求項５記載の発明は、請求項
３の情報埋め込み方法において、前記情報の変調に用い
る前記擬似乱数の振幅を、前記入力画像信号の振幅に応
じて変更することを特徴とするものである。

【００１４】また本願の請求項６記載の発明は、請求項
３の情報埋め込み方法において、前記情報の変調に用い
る擬似乱数の位相を、水平方向に一定の間隔で変えて重
畳することを特徴とするものである。

【００１５】また本願の請求項７記載の発明は、請求項
３の情報埋め込み方法において、前記情報の変調に用い
る擬似乱数の位相を、一定のフレーム間隔で変えること
を特徴とするものである。

【００１６】また本願の請求項８記載の発明は、請求項
１又は２の情報埋め込み方法において、重畳すべき前記
情報を、前記入力画像信号の特定のフレームにのみ重畳
することを特徴とするものである。

【００１７】また本願の請求項９記載の発明は、請求項
１又は２の情報埋め込み方法において、重畳すべき前記
情報を、水平方向に一定の間隔で繰り返して重畳するこ
とを特徴とするものである。

【００１８】また本願の請求項１０記載の発明は、請求
項１又は２の情報埋め込み方法において、前記情報の重
畳すべき水平位置を、一定のフレーム間隔で変えること
を特徴とするものでる。

【００１９】また本願の請求項１１記載の発明は、請求
項１記載の情報埋め込み方法で情報が埋め込まれた画像
信号を入力し、前記入力画像信号から２次元周波数の変
換係数を復号し、復号された変換係数の２次元周波数成
分において垂直周波数成分が０である変換係数を抽出し
て一定の重み関数を乗算し、乗算結果から重畳した情報
を検出することを特徴とするものである。

【００２０】また本願の請求項１２記載の発明は、請求
項１又は２記載の情報埋め込み方法で情報が埋め込まれ
た画像信号を入力し、復号された変換係数の２次元周波
数成分において、前記情報を埋め込んだ画像信号の水平
方向に一定の重み関数を乗算し、乗算結果から重畳した
情報を検出することを特徴とするものである。

【００２１】また本願の請求項１３記載の発明は、請求
項８記載の情報埋め込み方法で情報が埋め込まれた画像
信号を入力し、前記入力画像信号から２次元周波数の変
換係数を復号し、特定のフレームに対して復号された変
換係数の２次元周波数成分において垂直周波数成分が０
である変換係数を抽出して一定の重み関数を乗算し、乗
算結果から重畳した情報を検出することを特徴とするも
のである。

【００２２】また本願の請求項１４記載の発明は、請求
項９記載の情報埋め込み方法で情報が埋め込まれた画像
信号を入力し、復号された変換係数の２次元周波数成分
において、前記情報を埋め込んだ画像信号の水平方向に
一定の重み関数を乗算し、乗算結果から重畳した情報を
検出できないとき、画像信号を１画素ごとにずらして情
報の再検出を行うことを特徴とするものである。

【００２３】また本願の請求項１５記載の発明は、請求
項１０記載の情報埋め込み方法で情報が埋め込まれた画
像信号を入力し、重畳した情報を検出するまでは、同じ
水平位置でフレーム単位に情報の検出を行うことを特徴
とするものである。

【００２４】また本願の請求項１６記載の発明は、入力
画像信号を２次元の周波数成分に変換して変換係数を求
める変換手段と、前記変換手段で得られた変換係数の２
次元周波数成分において、垂直周波数成分が０である変
換係数に情報を重畳する情報重畳手段と、前記埋め込む
情報を、変換係数の位置に応じて変更する埋め込み情報
制御手段と、を具備することを特徴とするものである。

【００２５】また本願の請求項１７記載の発明は、入力
画像信号の一定の水平区間に情報を重畳する情報重畳手
段と、前記水平区間と同一位置の垂直成分の画素値に対
して、最初の水平区間の前記情報と同じ情報を重畳する
ように制御する埋め込み情報制御手段と、を具備するこ
とを特徴とするものである。

【００２６】また本願の請求項１８記載の発明は、入力
画像信号を２次元の周波数成分に変換して変換係数を求
める変換手段と、擬似乱数を生成する擬似乱数生成手段
と、前記擬似乱数生成手段で生成した擬似乱数と埋め込
み情報とを乗算する変調手段と、前記変換手段で得られ
た２次元変換係数の周波数成分において、垂直周波数成
分が０である変換係数に、前記変調手段の出力情報を重
畳する情報重畳手段と、を具備することを特徴とするも
のである。

【００２７】また本願の請求項１９記載の発明は、請求
項１８の情報埋め込み装置で情報が埋め込まれた画像信
号から情報を検出する情報検出装置であって、入力され
た前記画像信号に一定の信号を乗算する乗算手段と、前
記乗算手段の乗算結果毎に得られた各信号を加算する加
算手段と、請求項１８の情報埋め込み装置で生成された
擬似乱数と同一の擬似乱数を生成する擬似乱数生成手段
と、前記情報を埋め込んだ画像信号、前記擬似乱数生成
手段の出力、前記加算手段の出力とに基づいて、入力画
像信号に埋め込まれた情報を検出する情報検出手段と、
を具備することを特徴とするものである。

【００２８】また本願の請求項２０記載の発明は、画像
信号を入力し、複数のフィールド又はフレームの少なく
とも一部の画素値の平均値を各フィールド又はフレーム
単位に計算し、前記計算によって得た平均値に対し、情
報を重畳することを特徴とするものである。

【００２９】また本願の請求項２１記載の発明は、請求
項２０記載の情報埋め込み方法で情報が埋め込まれた画
像信号を入力し、複数のフィールド又はフレームの少な
くとも一部の画素の平均値を各フィールド又はフレーム
単位に計算し、前記計算して得た画素の平均値から、埋
め込んだ情報を抽出することを特徴とするものである。

【００３０】また本願の請求項２２記載の発明は、請求
項１，２，２０のうち、いずれか１項記載の情報埋め込
み方法で生成した画像データを記録したものである。

【００３１】また本願の請求項２３記載の発明は、請求
項１６、１７、１８のうち、いずれか１項記載の情報埋
め込み装置で生成した画像データを記録したことを特徴
とするものである。

【００３２】また本願の請求項２４記載の発明は、請求
項１，２，２０記載のうち、いずれか１項記載の情報埋
め込み方法のプログラムを記憶したものである。

【００３３】また本願の請求項２５記載の発明は、請求
項１１，１２，１３，１４，１５のうち、いずれか１項
記載の情報検出方法のプログラムを記憶したものであ
る。

【００３４】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）以下本発明の実施の形態１における情
報埋め込み方法及びその装置について、図面を参照しな
がら説明する。図１は本実施の形態における情報埋め込
み装置を含む圧縮装置の構成を示すブロック図である。
本図において圧縮装置１はＭＰＥＧ２方式により画像信
号を圧縮し、秘匿情報を埋め込み、デジタル画像信号を
出力するものである。

【００３５】圧縮装置１は、ブロック化手段１１、ＤＣ
Ｔ手段１２、量子化手段１３、逆量子化手段１４、逆Ｄ
ＣＴ手段１５、フレームメモリ１６、動き補償手段１
７、動き検出手段１８、可変長符号化手段１９を含んで
構成される。圧縮装置１から出力された画像信号は、伝
送媒体３を介して画像再生装置に送信されたり、記録媒
体４に記録されたりする。

【００３６】また、情報埋め込み装置２は、埋め込み情
報制御手段であるＣＰＵ２１、変換手段２２、情報重畳
手段２３を含んで構成される。変換手段２２は、圧縮装
置１の一部を構成するＤＣＴ手段１２，量子化手段１３
を共用している。

【００３７】また、図２はＭＰＥＧ２における画像の予
測構造を示すフレームの配置図である。図３はＤＣＴに
おける画素値とＤＣＴ係数の一例を示す説明図である。
図４は情報埋め込みの例を示す説明図である。図５はＣ
ＰＵ２１の動作を含めた情報埋め込み装置全体の処理の
流れを示したフローチャートであり、図６は図５の情報
埋め込み演算処理において、演算手順を示すフローチャ
ートである。

【００３８】以上のように構成された情報埋め込み装置
の動作について図１〜図６を用いて説明する。画像信号
を図１のブロック化手段１１に入力し、８×８の２次元
ブロックに分割する。ＭＰＥＧ２方式の圧縮方式では、
８×８の２次元ブロックを水平２×垂直２の計４個のブ
ロックをまとめたものをマクロブロックとし、このマク
ロブロックの単位で動き補償を行う。ＤＣＴそのものは
８×８のブロックで行う。

【００３９】ＭＰＥＧ２の圧縮方式では、図２に示すよ
うなフレーム内符号化フレーム（以後、Ｉフレームとい
う）、片方向予測符号化フレーム（Ｐフレーム）、両方
向予測符号化フレーム（Ｂフレーム）の３種類のフレー
ムから成る。最も一般的には、ＩフレームとＰフレーム
の間に２枚のＢフレームを挿入する。２次元ブロックに
おいて、Ｉフレームはそのまま量子化し、Ｐ及びＢフレ
ームは動き補償手段１７で生成した予測値との差分をＤ
ＣＴし、量子化する。

【００４０】ＣＰＵ２１は擬似乱数生成手段と変調手段
とを有し、まず、図５のステップＳ５１において情報の
重畳に用いるＰＮ系列の符号を生成する。ここではＰＮ
系列の長さを１６とする。一般にＰＮ系列は、長い方が
雑音化されやすく好ましいが、複雑さが増すため、ここ
ではマクロブロックと同じ長さに選んでいる。勿論この
長さに限るものではなく、重畳する情報量や、検出の精
度、信頼性に応じて最適な値を選択する。次のステップ
Ｓ５２では、ＰＮ系列を重畳したことによる画質の劣化
を目立たなくするため、ローパスフィルタ等の視覚特性
に対応した重み関数をＰＮ系列にかけ、周波数特性を持
たせる。

【００４１】画質劣化を最小限にとどめるため、埋め込
みフレームをＢフレームのみとする。ステップＳ５３で
は入力フレームがＢフレームか否かを調べ、Ｂフレーム
でなければ、埋め込みを行わず、Ｂフレームであればス
テップＳ５４に進む。このステップでは、前回挿入した
Ｂフレームに対し、ＰＮ系列の位相を１つずらし、情報
を埋め込む。ＢフレームはＩフレームやＰフレームと異
なり、他のフレームの予測に用いないため、情報を埋め
込んでもそれによる劣化が他のフレームに影響しない。
また、ＢフレームはＩフレームやＰフレームに比べ、画
質を落としても画像シーケンス全体に及ぼす影響が少な
いことが知られている。このようにＢフレームに情報を
埋め込んだ際、画質劣化が生じても、全体の画質はほと
んど変わらない。

【００４２】次のステップＳ５５で、ＣＰＵ２１はＤＣ
Ｔ係数に情報を重畳するための演算を行う。図６はステ
ップＳ５５の具体的な処理手順を示すフローチャートで
ある。ここではすべてのＤＣＴ係数に重畳するのではな
く、ステップＳ６１に示すように、２つのブロックの１
行目のＤＣＴ係数を抽出する。ステップＳ６２では、抽
出した１６個のＤＣＴ係数について平均振幅Ｄmeanを計
算する。次のステップＳ６３では、変調手段を用いて挿
入すべき情報Ｘに平均振幅Ｄmeanと視覚特性の重み係数
αとを乗算し、これらの乗算結果にＰＮ系列を乗算す
る。

【００４３】この場合の情報Ｘは例えば「０」又は
「１」である。ＤＣＴ係数の平均値Ｄmeanで重みをつけ
るのは、平均値Ｄmeanが大きな値であれば、情報を埋め
込むことによる劣化が目につかないためである。このた
め大きな値を埋め込み、検出精度を上げる。ステップＳ
６４において、図１の情報重畳手段２３は、乗算したＰ
Ｎ系列を１行目のＤＣＴ係数のみに情報を重畳する。こ
の処理は、そのブロックの垂直方向の全画素に対して、
実空間で同じ値を加えることに相当する。

【００４４】図３にその例を示す。図３（ａ）は実空間
の８×８の画素値において、垂直エッジの一部を示す。
水平方向にはエッジが存在し、画素値が変化している
が、垂直方向では全く変化がない。このブロックを２次
元ＤＣＴすると、図３（ｂ）のようになり、１行目のＤ
ＣＴに０でない係数が出現する。

【００４５】図５のステップ５６に進むと、同様のプロ
セスが水平全ブロックについて行われたか否かを判定す
る。終了していなければ、ステップＳ５７に進み、垂直
方向に１ブロック進める。ステップＳ５８において垂直
方向の全ブロックで終了したか否かを判定し、終了であ
ればステップＳ５９に進み、１フレームの処理が終了し
たかを判定する。

【００４６】以上の処理を行うと、図４のように水平２
ブロック即ち１６画素ごと、垂直１ブロック即ち８ライ
ンごとに、異なる雑音が重畳される。この例では振幅の
平均値で重みをつけているため、垂直ブロック間で雑音
は異なるが、同じ情報を重畳している。このように同じ
情報を重畳すると、検出精度を高くすることができる。

【００４７】振幅で重みをつけたのと同様に、ブロック
単位でＰＮ系列を変えたり、重畳する情報そのものを変
えることも可能である。検出精度は落ちるが、それぞれ
安全性、情報量の点で優れたものとなる。さらに８の倍
数の１例である１６個の係数に情報を重畳することに限
定するのではなく、８の倍数以外の係数を抽出して情報
を重畳してもよい。更に１６個の係数を選択する場合で
も、隣接ブロックで８個の係数を重ねて選択するなど、
種々の方法をとることが可能である。

【００４８】次のＢフレームに情報を重畳する場合、同
じＰＮ系列を用いると、一旦ＰＮ系列の内容が判ってし
まった際、情報がすべて既知となる恐れがある。それを
避けるため、図５のステップＳ５４で示したように、次
のフレームではＰＮ系列の位相を１つずらす。ＰＮ系列
は、位相をずらしてもやはりＰＮ系列となる。安全性を
高める必要がない場合は、フレームごとにＰＮ系列をシ
フトさせる必要はない。また、より安全性を高めるため
には、水平ブロックごと、垂直ブロックごと、フレーム
ごとで、夫々異なるＰＮ系列を用いることもできる。

【００４９】以上の情報埋め込み装置及び情報埋め込み
方法によれば、秘匿情報をデジタル画像に埋め込むこと
が可能となる。上記の方法により情報を埋め込んだＤＣ
Ｔ係数を、可変長符号化手段１９で可変長符号化し、画
像データを伝送媒体３を用いて伝送したり、記録媒体４
に記録する。

【００５０】次に、上記の情報埋め込み装置で埋め込ん
だ情報を検出する情報検出装置について図７を用いて説
明する。図７は本実施の形態における復号装置と情報検
出装置の関係を示すブロック図である。本図において復
号装置７は、可変長復号手段７１、逆量子化手段１４、
逆ＤＣＴ手段１５、フレームメモリ１６、動き補償手段
１７を含んで構成される。また可変長復号化手段７１の
出力部に情報検出装置８が接続される。

【００５１】情報検出装置８の構成図を図８に示す。こ
の情報検出装置８は、ＰＮ系列発生手段８１，ＣＰＵ８
２，加算手段８３，乗算手段８４を含んで構成される。
また、情報検出方法の全体の流れを図９及び図１０のフ
ローチャートに示す。

【００５２】図９のステップＳ９１において、ＣＰＵ８
２はＰＮ系列発生手段８１を用いて、情報埋め込み装置
と同じＰＮ系列の符号を発生させる。更にＣＰＵ８２は
ステップＳ９２に進むと、入力信号に対して情報埋め込
み装置と同じ重み関数αを乗算する。ステップＳ９２１
では入力フレームがＢフレームか否かを調べ、Ｂフレー
ムでなければ検出を行わず、Ｂフレームであればステッ
プＳ９３に進む。情報検出の対象となるのは、図７の可
変長復号手段７１が出力したＢフレームの量子化された
ＤＣＴ係数である。ステップＳ９３では入力フレームが
処理対象の最初のフレームか否かを調べ、最初のフレー
ムであればステップＳ９４に進み、情報検出演算の処理
を開始する。このステップの情報検出演算は、情報埋め
込み装置と同様に図６と同じフローチャートに従って行
うものとする。情報埋め込み装置で説明したように、情
報は各ブロックの１行目のＤＣＴ係数のみに埋め込まれ
ているので、検出演算は１行目のＤＣＴ係数のみに対し
て行う。

【００５３】ステップＳ９５で情報検出ができた場合は
ステップＳ９６に進み、検出カウンタの値Ｎを１にす
る。情報検出ができなけばステップＳ９９７を経てステ
ップＳ９９８に移る。一般にフレームごとにＰＮ系列の
位相が異なっているため、同期をとる必要がある。従っ
て最初に情報が検出されなかった場合、同じブロック、
例えば長さ１６のＰＮ系列を用いた場合には、８×８ブ
ロックの２ブロック分に対して、ＰＮ系列の位相を１ず
つ変える。即ちステップＳ９９７では、長さ１６のＰＮ
系列に対し、１６回の検出演算が行われたか否かをチェ
ックする。１６回の検出演算が終了すると、ステップＳ
９９５に移り、水平全ブロックで検出演算が終了したか
否かをチェックし、終了していなければ、ステップＳ９
９６に進み、水平１ブロック分移動する。こうして情報
が埋め込まれているか否かを確認する。

【００５４】以上のように２ブロックに対し演算を行
い、情報が検出されなかった場合、確認のため、水平全
ブロックに対し検出を行うのである。埋め込まれた情報
が大きく、２ブロックのみの試行で埋め込まれているか
否かが判断できる場合は、水平全ブロックに対し行う必
要はない。

【００５５】なお、上述したように同一ブロックに対し
ＰＮ系列の位相を変化させて同期を検出するのではな
く、同じＰＮ系列を用いて情報が検出できるまでフレー
ムを選択していってもよい。この方法では、フレーム単
位にＰＮ系列の位相がずれている場合、上記した方法に
比べて時間は要するが、同じ効果を得ることができる。

【００５６】ステップＳ９５において情報が検出される
と、検出カウンタＮの値を１にし、図１０のステップＳ
９７に進む。ステップＳ９７以降では、情報の信頼性を
確認するため、同じ水平位置のブロックに対し、垂直方
向の全ブロックの検出を行う（ステップＳ９７，９８，
９９）。ステップＳ９８１で検出された回数Ｎを加算
し、ステップＳ９９１で垂直全ブロックの処理が終了す
れば、ステップＳ９９２に移る。ステップＳ９９２で
は、検出回数Ｎが垂直ブロック数の１／４を越えたか否
かを調べ、１／４を越えていればステップＳ９９３に進
み、情報が埋め込まれていると判断し、情報抽出を行
う。

【００５７】ステップＳ９９３１では、同様の演算処理
が水平全ブロックに対して終了したか否かを調べ、終了
していなければ、ステップＳ９７〜ステップＳ９９３の
処理を繰り返す。こうしてステップＳ９９４で１フレー
ムの処理を完了させる。

【００５８】情報抽出において、ＰＮ系列を乗算する
と、画像信号は雑音化し、情報はピークとなって現れ
る。そのピークの大きさが情報を表すが、その前に図６
におけるステップＳ６３の過程で、ＤＣＴ係数の振幅の
平均値Ｄmean×αで、埋め込み装置と検出装置双方で重
みをかけている。このため、得られたピークの値を、
［平均値Ｄmean×α］の２乗で除算する必要がある。

【００５９】なお、上記の方法では、検出のめやすを全
ブロックの１／４としたが、これに限るものではなく、
埋め込んだ情報の大きさ、画像信号の振幅によって、シ
ステムに適応した値をとることが可能である。

【００６０】また、以上では検出回数で信頼性を確保し
たが、図８の加算手段８３を用いて、ＰＮ系列を乗算し
た結果を加算し、その加算結果で検出することも可能で
ある。複数ブロックを加算すれば、情報が存在した場合
にＰＮ系列によるピークが大きくなることが期待でき
る。さらに、図８の情報検出装置８を用いれば、ＣＰＵ
の制御方法を変えることで、必要な部分のみに対するＰ
Ｎ系列の乗算や検出のための加算を行うことが可能であ
る。

【００６１】情報をあるフレームで検出すると、次のフ
レームからはＰＮ系列の位相が１ずつシフトしているこ
とが判るため、上記したＰＮ系列の位相をシフトしなが
ら、最初のフレームのような情報を検出する過程を経る
ことなく、予めシフトしたＰＮ系列を用いて検出演算を
行うことができる。以上の情報検出装置を用いることに
より、上述した情報埋め込み装置で、重畳した情報を信
頼性よく検出するこができる。

【００６２】以上の実施の形態では、Ｂフレームのみに
情報を重畳したが、これに限るものではなく、画質劣化
が問題にならない場合には、Ｉフレーム、Ｐフレームに
重畳することも可能である。また、ＰＮ系列を乗算する
場合、ＤＣＴ係数の振幅の大きさで重みをつけたが、こ
れも画質劣化に大きく影響しない場合は、省いても良
い。

【００６３】さらに実施の形態１では、量子化後のＤＣ
Ｔ係数に情報を埋め込むとした。本手法を用いると、画
質に対する影響は大きいが、確実に情報を埋め込むこと
ができる。画質劣化を最小に留めるには、量子化前のＤ
ＣＴ係数に情報を重畳し、検出時も逆量子化後の係数を
用いることができる。この場合には、情報成分も量子化
されるため、圧縮率が高い場合に失われる可能性が高く
なる。従って情報埋め込みの強度、重みを適当に制御す
る必要がある。

【００６４】実施の形態１における情報埋め込み装置、
情報検出装置では、変換手段を共用したが、これに限る
ものではなく、変換手段を圧縮装置とは別に設けてもよ
い。こうすると実時間空間で情報を検出することがで
き、ハードウェア又はプロセス的に圧縮装置と情報埋め
込み装置、復号装置と情報検出装置を分離することがで
き。

【００６５】また、図８の情報検出装置を、ＰＮ系列発
生手段８１，ＣＰＵ８２、加算手段８３にわけて説明し
たが、これらは物理的に分かれている必要はない。例え
ば、ＣＰＵ８２の処理速度が十分であれば、すべて内部
で処理しても構わないが、機能的には実施の形態で説明
したような手順となる。

【００６６】（実施の形態２）次に本発明の実施の形態
２における情報埋め込み方法及び情報埋め込み装置につ
いて、図面を参照しながら説明する。図１１は本実施の
形態における情報埋め込み装置並びに圧縮装置の構成を
示すブロック図である。本図において実施の形態１と同
様に、圧縮装置１はブロック化手段１１、ＤＣＴ手段１
２、量子化手段１３、逆量子化手段１４、逆ＤＣＴ手段
１５、フレームメモリ１６、動き補償手段１７、動き検
出手段１８、可変長符号化手段１９を含んで構成され
る。また、情報埋め込み装置２は、埋め込み情報制御手
段と擬似乱数生成手段であるＣＰＵ２１、情報重畳手段
２３を含んで構成される。

【００６７】実施の形態１と異なるのは、情報をＤＣＴ
係数ではなく、空間領域で埋め込むため、情報埋め込み
装置２をブロック化手段１１の後段に設けたことであ
る。本実施の形態における情報埋め込み演算を図１２の
フローチャートに示す。図６と異なるのは、実施の形態
１ではブロックの１行目のＤＣＴ係数を抽出してＰＮ系
列を重畳した。しかし本実施の形態では、図１２のステ
ップＳ１１１で各ラインの１６画素を抽出し、ステップ
Ｓ１１２で１６画素の平均振幅Ｐmeanを計算する。次の
ステップＳ１１３では、平均値Ｐmeanと重み係数αとＰ
Ｎ系列とを情報に乗算する。そしてステップＳ１１４で
は以上の乗算結果を各画素に加算（重畳）する。

【００６８】垂直方向も同様に同じ情報を重畳する。水
平方向と同じ雑音となるように情報を埋め込む場合に
は、８ラインの画素振幅を求め、その振幅で重みをつけ
たＰＮ系列を用いて、同じ情報を８ライン重畳すれば良
い。このようにしても情報を埋め込むことが可能とな
る。実施の形態１と比較すると、ＤＣＴ演算が不要な
分、ハードウェア規模は少なくて済むが、画素そのもの
の値を変更するため、画質への影響が大きい。

【００６９】本実施の形態における情報検出装置のブロ
ック構成を図１３に示す。本図において復号装置７は、
実施の形態１と同様に可変長復号手段７１、逆量子化手
段１４、逆ＤＣＴ手段１５、フレームメモリ１６、動き
補償手段１７を含んで構成される。なお逆ＤＣＴ手段１
５後段の加算器に、情報検出装置１２１が接続される。

【００７０】本実施の形態では、空間領域に情報を埋め
込んでいるため、圧縮画像をすべて復号し、空間領域に
戻した状態で情報の検出を行う。具体的な検出方法は、
図９に示した実施の形態１における検出方法の情報検出
演算と同様である。この場合、実施の形態１ではＰＮ系
列の同期をとるために１６回位相を変えて行ったが、本
実施の形態でも同様の動作で実現できる。またＰＮ系列
の位相ではなく、演算を開始する位置を１画素ずつずら
しても、結果的にはＰＮ系列の位相をずらすのと同じこ
ととなる。

【００７１】（実施の形態３）次に本発明の実施の形態
３における情報埋め込み方法について、図面を参照しな
がら説明する。図１４は本実施の形態における情報埋め
込み方法の動作手順を示すフローチャートである。本実
施の形態では、画素やＤＣＴ係数に直接情報を重畳する
のではなく、フレームの全画素の平均値を１６フレーム
分計算し、その平均値に情報を埋め込む。

【００７２】具体的には図１４に示すように、ステップ
Ｓ１３１で長さ１６のＰＮ系列を発生する。次のステッ
プＳ１３２では、１６フレームの画像データを抽出し、
ステップＳ１３３に進んで各フレームの平均値を計算す
る。そしてステップＳ１３４では、１６フレームの平均
値に情報とＰＮ系列を乗算したものを加算する。ステッ
プＳ１３５では、フレームへの各画素への配分は、振幅
に比例して行う。ステップＳ１３６で全フレームが終了
か否かを調べ、終了でなければ同様の処理を繰り返す。

【００７３】こうして画像としては平均値が大きくなっ
たり小さくなったりするので、全体として明るくなった
り暗くなったりするが、実施の形態１や２のような局所
的な劣化はない。また、画像の平均値は一般的に圧縮や
変形しても残るので、情報の欠落を防ぐことが容易とな
る。しかしながら、画像の全体又は一部の平均値を用い
るため、埋め込める情報に制限があるという欠点があ
る。従って、使用するシステムに応じて使い分けること
が望ましい。

【００７４】なお、実施の形態３において、１６フレー
ムの平均値を計算するとしたが、これに限るものではな
く、検出の信頼性、安全性を考慮して長さを変えること
が可能である。またフレームではなく、フィールドを単
位として平均値演算を行っても良い。

【００７５】また、情報を重畳した平均値を各画素に反
映するため、各画素の振幅に応じて配分するとしたが、
これに限るものではなく、視覚的に目立たない部分の画
素のみを選んで、その画素に配分することもできる。

【００７６】さらに、平均値は全画素の平均を計算する
としたが、演算量の削減のため、中心部分のみをとると
か、全体の２／３のみの画素を用いて計算するなどして
も良い。平均値演算も、必ずしも画素を用いて行う必要
はなく、ＤＣＴ係数を用いて行っても同じ結果が得られ
る。

【００７７】以上の各実施の形態で述べた情報埋め込み
方法及び情報検出方法は、プログラムとして記録媒体に
記録すれば、コンピュータ上で実行することができる。

【００７８】

【発明の効果】請求項１、１１、１６記載の発明によれ
ば、ＤＣＴの１行目の変換係数のみに情報を重畳して埋
め込むことで、ＭＰＥＧ２との親和性が高くなり、画質
劣化に対する適応処理が行いやすい。

【００７９】また請求項２記載の発明によれば、一定の
水平区間の画素値に情報を重畳するようにしているの
で、ＤＣＴ変換を含むＭＰＥＧエンコーダの入力部で重
畳処理ができる。このため既存のエンコーダに簡単な回
路を付加するだけで、情報埋め込みが実現できる。

【００８０】また請求項３、１８、１９記載の発明によ
れば、情報を擬似乱数で変調することにより、情報の埋
め込み位置を画面全体に分散させることができ、埋め込
み画像の劣化をより少なくすることができる。また情報
が第３者に解読されにくくなる。

【００８１】また請求項４、５記載の発明によれば、擬
似乱数を用いた際に情報の埋め込み位置上で画質の劣化
が目立たなくなる。

【００８２】また請求項６、７記載の発明によれば、擬
似乱数を用いた際に情報が第３者に解読されにくくな
る。

【００８３】また請求項８、１３記載の発明によれば、
情報を特定のフレームのみに挿入することで、画像復号
に支障の出るフレーム、例えばＭＰＥＧにおけるＩ、Ｐ
フレームを避けることができる。

【００８４】また請求項９、１４、１７記載の発明によ
れば、情報を水平方向に一定の間隔で繰り返して挿入し
ているので、情報が一部欠落しても、他の水平部分から
検出することが可能となる。

【００８５】また請求項１０及び１５記載の発明によれ
ば、情報の埋め込み位置がフレーム毎に変化するので、
第３者により情報が一層解読されにくくなる。

【００８６】また請求項２０記載の発明によれば、画像
の平均値に対して情報を挿入するので、各フレーム内あ
るいはフィールド内の局所的な画質劣化は生じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における情報埋め込み装
置及び圧縮装置のブロック図である。

【図２】実施の形態１におけるＭＰＥＧ２のフレーム配
列を示す説明図である。

【図３】実施の形態１におけるＤＣＴブロックのデータ
例を示す説明図である。

【図４】実施の形態１における情報埋め込みの例を示す
説明図である。

【図５】実施の形態１における情報埋め込み装置全体の
動作を示すフローチャートである。

【図６】実施の形態１における情報検出演算方法を示す
フローチャートである。

【図７】実施の形態１における情報検出装置及び復号装
置のブロック図である。

【図８】実施の形態１における情報検出装置の構成例を
示すブロック図である。

【図９】実施の形態１における情報検出方法を示すフロ
ーチャート（その１）である。

【図１０】実施の形態１における情報検出方法を示すフ
ローチャート（その２）である。

【図１１】本発明の実施の形態２における情報埋め込み
装置及び圧縮装置のブロック図である。

【図１２】実施の形態２における情報検出演算方法を示
すフローチャートである。

【図１３】実施の形態２における情報検出装置のブロッ
ク図である。

【図１４】本発明の実施の形態３における情報埋め込み
方法を示すフローチャートである。

【図１５】従来の情報埋め込み装置の構成例を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

１ 圧縮装置 ２ 情報埋め込み装置 ３ 伝送媒体 ４ 記録媒体 ７ 復号装置 ８，１２１ 情報検出装置 １１ ブロック化手段 １２ ＤＣＴ手段 １３ 量子化手段 １４ 逆量子化手段 １５ 逆ＤＣＴ手段 １６ フレームメモリ １７ 動き補償手段 １８ 動き検出手段 １９ 可変長符号化手段 ２１，８２ 埋め込み情報制御手段（ＣＰＵ） ２２ 変換手段 ２３ 情報重畳手段 ７１ 可変長復号手段 ８１ ＰＮ系列発生手段 ８２ 埋め込み情報制御手段 ８３ 加算手段 ８４ 乗算手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｎ 7/081 Ｈ０４Ｎ 7/137 Ｚ 7/32 7/167 7/167

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力画像信号を２次元の周波数成分に変
   換して変換係数を求め、 前記変換係数の２次元周波数成分において、垂直周波数
   成分が０である変換係数に情報を重畳することを特徴と
   する情報埋め込み方法。
2. 【請求項２】 入力画像信号の一定の水平区間の画素値
   に情報を重畳し、 前記水平区間と同一位置の垂直成分の画素値に対して、
   最初の水平区間の前記情報と同じ情報を重畳することを
   特徴とする情報埋め込み方法。
3. 【請求項３】 重畳すべき前記情報を、擬似乱数で変調
   してから重畳することを特徴とする請求項１又は２記載
   の情報埋め込み方法。
4. 【請求項４】 前記情報の変調に用いる前記擬似乱数の
   振幅を、視覚的に目立たない特性に変換することを特徴
   とする請求項３記載の情報埋め込み方法。
5. 【請求項５】 前記情報の変調に用いる前記擬似乱数の
   振幅を、前記入力画像信号の振幅に応じて変更すること
   を特徴とする請求項３記載の情報埋め込み方法。
6. 【請求項６】 前記情報の変調に用いる擬似乱数の位相
   を、水平方向に一定の間隔で変えて重畳することを特徴
   とする請求項３記載の情報埋め込み方法。
7. 【請求項７】 前記情報の変調に用いる擬似乱数の位相
   を、一定のフレーム間隔で変えることを特徴とする請求
   項３記載の情報埋め込み方法。
8. 【請求項８】 重畳すべき前記情報を、前記入力画像信
   号の特定のフレームにのみ重畳することを特徴とする請
   求項１又は２記載の情報埋め込み方法。
9. 【請求項９】 重畳すべき前記情報を、水平方向に一定
   の間隔で繰り返して重畳することを特徴とする請求項１
   又は２記載の情報埋め込み方法。
10. 【請求項１０】 前記情報の重畳すべき水平位置を、一
    定のフレーム間隔で変えることを特徴とする請求項１又
    は２記載の情報埋め込み方法。
11. 【請求項１１】 請求項１記載の情報埋め込み方法で情
    報が埋め込まれた画像信号を入力し、 前記入力画像信号から２次元周波数の変換係数を復号
    し、 復号された変換係数の２次元周波数成分において垂直周
    波数成分が０である変換係数を抽出して一定の重み関数
    を乗算し、 乗算結果から重畳した情報を検出することを特徴とする
    情報検出方法。
12. 【請求項１２】 請求項１又は２記載の情報埋め込み方
    法で情報が埋め込まれた画像信号を入力し、 復号された変換係数の２次元周波数成分において、前記
    情報を埋め込んだ画像信号の水平方向に一定の重み関数
    を乗算し、 乗算結果から重畳した情報を検出することを特徴とする
    情報検出方法。
13. 【請求項１３】 請求項８記載の情報埋め込み方法で情
    報が埋め込まれた画像信号を入力し、 前記入力画像信号から２次元周波数の変換係数を復号
    し、 特定のフレームに対して復号された変換係数の２次元周
    波数成分において垂直周波数成分が０である変換係数を
    抽出して一定の重み関数を乗算し、 乗算結果から重畳した情報を検出することを特徴とする
    情報検出方法。
14. 【請求項１４】 請求項９記載の情報埋め込み方法で情
    報が埋め込まれた画像信号を入力し、 復号された変換係数の２次元周波数成分において、前記
    情報を埋め込んだ画像信号の水平方向に一定の重み関数
    を乗算し、 乗算結果から重畳した情報を検出できないとき、画像信
    号を１画素ごとにずらして情報の再検出を行うことを特
    徴とする情報検出方法。
15. 【請求項１５】 請求項１０記載の情報埋め込み方法で
    情報が埋め込まれた画像信号を入力し、 重畳した情報を検出するまでは、同じ水平位置でフレー
    ム単位に情報の検出を行うことを特徴とする情報検出方
    法。
16. 【請求項１６】 入力画像信号を２次元の周波数成分に
    変換して変換係数を求める変換手段と、 前記変換手段で得られた変換係数の２次元周波数成分に
    おいて、垂直周波数成分が０である変換係数に情報を重
    畳する情報重畳手段と、 前記埋め込む情報を、変換係数の位置に応じて変更する
    埋め込み情報制御手段と、を具備することを特徴とする
    情報埋め込み装置。
17. 【請求項１７】 入力画像信号の一定の水平区間に情報
    を重畳する情報重畳手段と、 前記水平区間と同一位置の垂直成分の画素値に対して、
    最初の水平区間の前記情報と同じ情報を重畳するように
    制御する埋め込み情報制御手段と、を具備することを特
    徴とする情報埋め込み装置。
18. 【請求項１８】 入力画像信号を２次元の周波数成分に
    変換して変換係数を求める変換手段と、 擬似乱数を生成する擬似乱数生成手段と、 前記擬似乱数生成手段で生成した擬似乱数と埋め込み情
    報とを乗算する変調手段と、 前記変換手段で得られた２次元変換係数の周波数成分に
    おいて、垂直周波数成分が０である変換係数に、前記変
    調手段の出力情報を重畳する情報重畳手段と、を具備す
    ることを特徴とする情報埋め込み装置。
19. 【請求項１９】 請求項１８の情報埋め込み装置で情報
    が埋め込まれた画像信号から情報を検出する情報検出装
    置であって、 入力された前記画像信号に一定の信号を乗算する乗算手
    段と、 前記乗算手段の乗算結果毎に得られた各信号を加算する
    加算手段と、 請求項１８の情報埋め込み装置で生成された擬似乱数と
    同一の擬似乱数を生成する擬似乱数生成手段と、 前記情報を埋め込んだ画像信号、前記擬似乱数生成手段
    の出力、前記加算手段の出力とに基づいて、入力画像信
    号に埋め込まれた情報を検出する情報検出手段と、を具
    備することを特徴とする情報検出装置。
20. 【請求項２０】 画像信号を入力し、複数のフィールド
    又はフレームの少なくとも一部の画素値の平均値を各フ
    ィールド又はフレーム単位に計算し、 前記計算によって得た平均値に対し、情報を重畳するこ
    とを特徴とする情報埋め込み方法。
21. 【請求項２１】 請求項２０記載の情報埋め込み方法で
    情報が埋め込まれた画像信号を入力し、 複数のフィールド又はフレームの少なくとも一部の画素
    の平均値を各フィールド又はフレーム単位に計算し、 前記計算して得た画素の平均値から、埋め込んだ情報を
    抽出することを特徴とする情報検出方法。
22. 【請求項２２】 請求項１，２，２０のうち、いずれか
    １項記載の情報埋め込み方法で生成した画像データを記
    録した記録媒体。
23. 【請求項２３】 請求項１６、１７、１８のうち、いず
    れか１項記載の情報埋め込み装置で生成した画像データ
    を記録したことを特徴とする記録媒体。
24. 【請求項２４】 請求項１，２，２０記載のうち、いず
    れか１項記載の情報埋め込み方法のプログラムを記憶し
    た記憶媒体。
25. 【請求項２５】 請求項１１，１２，１３，１４，１５
    のうち、いずれか１項記載の情報検出方法のプログラム
    を記憶した記憶媒体。