WO2000025510A1

WO2000025510A1 - Procede pour incorporer un filigrane electronique et procede pour decoder ce dernier

Info

Publication number: WO2000025510A1
Application number: PCT/JP1999/005924
Authority: WO
Inventors: Kineo Matsui
Original assignee: Kowa Co., Ltd.
Priority date: 1998-10-27
Filing date: 1999-10-26
Publication date: 2000-05-04
Also published as: JP3881794B2; JP2000134461A; EP1139650A4; CN1324541A; DE69914102T2; EP1139650B1; AU6231099A; KR20010082254A; KR100576664B1; DE69914102D1; EP1139650A1; CN1159902C; US6973195B1

Description

明細書電子透かしの埋め込み方法およびその復号方法技術分野

本発明は、カラー画像の不正コピーを防止する電子透かしの埋め込み方法およびその復号方法に関する。背景技術

インターネットなどのコンピュータネットワークの発展に伴つて、情報のデジ夕ル化が進み、多くのユーザが簡単に必要とする情報にアクセスできるようにつている。その反面、そのデジタル情報に著作権が発生しているデジタルコンテンツについて、その著者に断わりなく容易にデータが複製できるような環境になりつつあり、不正コピーにともなう著作権侵害の問題が注目されてきている。そこで、デジタルコンテンツの主たる情報であるカラー画像に関しての著作権侵害を防止することを目的として、著作権情報を第三者に見えない形で密かに力ラー画像のデータに埋め込み、いつでもその画像から著作権情報を抽出できるような技術、いわゆる電子透かしの技術が注目されている。

従来のこの種の電子透かしに関しては、濃淡画像に対して多くの技術的提案がなされている。カラ一画像についても、その輝度成分（丫成分）を考えれば、濃淡画像と同様に扱うことができるので、濃淡画像に対応する輝度成分に、電子透かしを埋め込む手法が用いられてきた。しかしながら、カラー画像に固有の信号やデータを用いて電子透かしを埋め込もうとする提案は、ほとんどなされていない。電子透かし埋め込み技術として、カラ —プリンタの色空間を利用した「カラー画像の深層情報記録」（画電学会、年次大会予稿集、 7， 20， p p. 47— 48) 、視覚特性を巧みに利用したモデル構成型の「視覚特性を考慮した色彩透かしの一手法」（ I M P S 9 7, 1 - 3. 1 4, p p. 4 5 - 4 6 ( 1 9 9 7) ) 、「デジタル画像への電子透かし埋め込みの一手法」（S I TA 9 7, V o l . 2, p p. 54 1 - 544 (1 997) ) が提案されている。これらの技術は、モデルが煩雑で透かしの埋込み処理が簡単でないといった弱点をもっている。また、カラー画像の下位ビッ卜に透かしを埋め込む方法では、カラー画像の画像品質を劣化させることも指摘されていた。

本発明は、カラー画像に固有の特性を巧みに利用することで、原画像を劣化させること無く、簡便かつ確実に電子透かしを埋め込み、しかもクリッピングや」 P E G圧縮などのデジタル処理に対しても電子透かしを有効に維持できる優れた電子透かしの埋め込み方法およびその復号方法を提供することを目的としてなされた。発明の開示

本発明は、カラ一画像に電子透かし情報を埋め込む電子透かしの埋め込み方法であって、

所定の色空間を、複数のパラメータの組み合わせにより表現可能な第 1の表色系の画像データを、他のパラメータの組み合わせによリ表現する第 2の表色系へ変換する色信号変換行列と、該変換の逆変換を行なう逆色信号変換行列とを用意し、該色信号変換行列に、電子透かし情報となる任意の実数値 Xを成分とし、かつ各行および各列の該成分の和が略 0となる電子透かし変換行列を加減算して、該色信号変換行列を調整し、

該調整済みの色信号変換行列を用いて、前記第 1の表色系の画像データを、第 2 の表色系の画像データに一旦変換し、

該変換により得られた第 2の表色系の画像データを、前記逆色信号変換行列によリ前記第 1の表色系へ逆変換することにより、

電子透かしをカラー画像に埋め込むことを要旨としている。所定の色空間を複数のパラメータによリ表現可能な表色系は、種々知られておリ、かつこれらの表色系間では、変換行列および逆変換行列が定義されている。本発明は、この色信号変換行列と逆色信号変換行列を用い、上記の簡便な演算によって、カラー画像の劣化を防止しつつ各画素毎に電子透かしを埋め込むことが可能となる。このため、画像のクリッピングや圧縮というデジタル処理に対して、高い耐性を発揮する。

ここで、第 1または第 2の表色系としては、光の三原色をパラメータとする R G B表色系や輝度信号および色差信号をパラメータとする Y C b C r表色系を適宜採用することができる。これらの表色系は、画像データを扱う場合にしばしば用いられるものであり、かつ相互の変換行列が良く知られたものである。したがって、これからの画像データを取り扱うレタッチソフトなどが多数存在し、電子透かしを簡便に埋め込むことができる。

また、電子透かし情報となる任意の実数値 Xは、一 0 . 1以上かつ 0 . 1以下の任意の値であれば、色信号変換行列の各成分に与える影響が制限され、原画像の力ラー情報に与える影響を抑えることができる。この実数値を制限することにより、カラー画像への影響を、例えば人間の目の通常の視認性の限度内に押さえることが可能である。

更に、電子透かし変換行列により変換した輝度信号および色差信号である Y C b C r表色系のデジタル情報を、光の三原色信号である R G B表色系への逆色信号変換行列により逆変換するに際して、任意の画素値が所定範囲の整数値となるようにアンダフ口一補正またはオーバフロー補正を行なうことがより好ましい。一旦変換した輝度信号および色差信号を逆変換すると、透かし情報を加えたために、逆変換した結果が、元の画像データの範囲からはみ出すことがある。アンダフロー補正やオーバフロー補正を行なうことにより、こうしたはみ出しを補正して、元の画像デ一夕がと採り得る範囲内に、逆変換した結果を納めるのである。例えば、元の画像が R G B各色について、それぞれ 8ビッ卜のデータで表現されており、各色について 0ないし 2 5 5の 2 5 6階調を表現可能な場合、逆変換により、値がマイナスとなった場合には、値 0にアンダフロー補正を行ない、値が 2 5 5を越えた場合には、値 2 5 5にオーバフロー補正を行なうのである。

一方、電子透かしが埋め込まれた画像データから電子透かしを取り出す復号方法の発明は、

電子透かしが埋め込まれたカラー画像を、輝度信号および色差信号である Y C b C r表色系へ色信号変換したデータと、該電子透かしが埋め込まれていない原画像を輝度信号および色差信号である丫 C b C r表色系へ色信号変換したデータとの差分行列を算出し、

該差分行列を各行毎に分解し、前記電子透かし情報となる任意の実数値 Xをそれぞれの行毎に算出し、

各行毎に算出された実数値 Xの平均値を電子透かし情報として推定することを要旨としている。

この方法によれば、輝度信号および色差信号に埋め込まれた電子透かし情報としての任意の実数値 Xを高精度に復号することが可能となる。しかも、その復号には原画像が必要であるため、電子透かしが埋め込まれたカラー画像がどの様に流通しようとも、その流通しているカラー画像だけからは、電子透かしを復号することはできない。

また、差分行列の各行の成分の差分の絶対値が所定範囲であるとき、電子透かし情報となる任意の実数値 Xの算出を行なえば、電子透かしとなる実数値 Xの復号精度がより一層向上する。この絶対値があまりに小さい場合は、データの範囲が拡散して実数値 Xの推定に正確さを欠き、一方、その絶対値が必要以上に大きくなると次第にデータ数が減り、推定値が埋込み値に近づく反面その信頼性が低下するからである。従って、この絶対値は 3〜〗 0の範囲であることが好ましい。

Jl記の電子透かしの埋め込み方法および電子透かしの復号方法は、これを記憶した記憶媒体として実施することができる。係る記憶媒体としては、 C D— R O Mやメモリカード、フレキシブルディスクなどの形態を考えることができる。また、通信回線を介してこれらのプログラムをダウン口一ドする形態も考えることができる。更に、こうした電子透かしの埋め込み方法は、画像データを扱うレタッチソフ卜などに、一体にあるいはプラグインソフ卜として組み込むことができる。もとよリ、電子透かしの埋め込みゃ復号のみを行なう独立したプログラムとして実現することも差し支えない。更に、カラー画像がデジタルコンテンツとして流通する形態を考えると、 J P E Gなどの種々の圧縮技術を用いてこれを圧縮することも多いことから、画像データを圧縮するソフトウェアに一体またはプラグインの形態で組み込むことも差し支えない。あるいは、印刷された画像データをデジタルデータとして読み込むスキヤナゃ読み取りを行なうソフトウェアに一体に組み込むことも考えられる。反対に、デジタルデータを印刷するプリンタドライバやプリンタに、組み込んで用いることも可能である。図面の簡単な説明

図〗は、本発明の一実施例である電子透かし情報の埋め込みおよび復号処理の原理説明図である。

図 2は、その方法によリ電子透かし値 Xの値を埋め込んだデジタル力ラー画像である。

図 3は、電子透かし埋め込み処理の詳細なァルゴリズ厶を説明するフローチヤ一卜である。

図 4は、電子透かし復号処理の詳細なァルゴリズムを説明するフローチヤ一卜である。

図 5は、透かし情報 x = 0 . 1を埋め込んだ画像からその Xを算出したヒス卜グラムである。

図 6は、各種デジタル処理に供した透かし情報 x = 0 . 1を埋め込んだ画像の説明図である。図 7は、切り抜き処理された後の画像データから復元された値 xのヒス卜グラムである。

図 8は、データ圧縮後の画像データから復元された値 Xのヒス卜グラムである。図 9は、 S t i r M a r k攻撃された後の画像データから復元された値 xのヒス卜グラムである。

図 1 0は、同じアルゴリズムで上書きされた後の画像データから復元された値 X のヒス卜グラムである。

図 1 1は、実施例における電子透かしの埋め込み処理および復号処理を実行する電子透かし処理装置の概略構成を示すプロック図である。発明を実施するための最良の形態

以下本発明の好適な実施の形態について説明する。

ぐ電子透かし埋め込み、復号の原理説明 >

図 1は、実施例であるデジタルカラー画像への電子透かしの埋め込み方法およびその復号方法の処理原理の説明図である。図示する R G B表色系で表現された原画像であるデジタルカラー画像は、その水平解像度（以下、 H S i z eという）と垂直解像度（以下、 V S i z eという）で決定されるマトリックス状に配置された多数の画素の集合体として定義される。また、これらの各画素の色 Ρ · ( Γ ' 」は行列を示す。以下同じ）は、所定の分解能（例えば、 0から 2 5 5までの 2 5 6段階）で表現される光の三原色である赤（ r ) 、緑（g ) 、青（b ) それぞれの色成分の濃度によって P ' = [ r , g， b ] ' ( Γ 」は転置行列を示す。以下同じ）のように定義される。また、各画素の色を定義する方式としては、上記の様な R G B表色系ばかりでなく、輝度信号と色差信号とによる Y C b C r表色系が広く知られており、この表色系による各画素の色 F ' は、 F ' = [ y， c b， c r ] t として定義される。

この 2つの表色系はそれぞれに独立しているのではなく、下記の式（1 ) 、（2 ) に示すように色信号変換行列 A' 、その逆行列 A ：ょリ相互変換することが可能である。

F · = A ' P (1 )

P · = A"¹ F (2) 但し、式（ 1 ) (2) において、行列 A 、転置行列は、本実施例では、以下の通りである。

1.000 -0.001 1.4021

Α' 1.000 - 0.344 一 0.714

1.000 1.772 0.001

そこで、本実施例では、 R G Β表色系の原画像の画素 Ρ· を YC b C r表色系の画素 F' に変換する際に電子透かし情報 Xを埋め込み、これを再度 RG B表色系に逆変換する方法を採用する。

ここで、電子透かし情報を埋め込む際の重要な条件として、透かしの埋込みによる画質劣化をできるだけ防ぐことが必要である。そこで、変換行列 Α· の要素を考察すると、各行の成分の絶対値の和がすべて 1 となっていることに注目する。すなわち、変換行列の各要素は相互に絶対値の和が 1 となるような関係を保持することが、画質劣化を防止しながら R G B表色系の原画像の画素 P ' を Y C b C r表色系の画素 F' に変換するために不可欠である。従って、この変換行列 Α· に透かし情報を埋め込むには、要素の相互関係を崩さないことが好ましい。このような推察のもとにつぎの透かし行列 X' を準備する。 0 - x x

x 0 -x

-χ χ 0

(3) 但し、 xは透かし情報であり、実数値をとるものとする。この透かし行列 X ·を用いて、カラー画像に電子透かしを施す。すなわち、ある画素 P ' に対して次式（4) の演算を行なう。

F ' (X) = (Α· +Χ· ) Ρ · (4) この演算処理をすベての画素に対して実行すると、電子透かしの埋め込みが完了する。この F' (X) 信号に対して、次式（5) により、逆変換行列 Α—¹で復号することができる。

Ρ - (X) =Α一¹ F ' (X) =A^_1 (A ' Ρ · + X - Ρ ' )

=Α一¹ A. P " +A— 'Χ· Ρ ·

=Ρ· +Α— 'Χ Ρ · (5) この Ρ· (X)は透かし情報 χが埋め込まれた R G B色信号に相当する。式（5) から明らかなように、画素ベクトル P' (X) は本来の信号 Ρ· に透かし情報 Xを含む Α— ' Χ· Ρ ' からなるノイズが重畳された形式で表されることになる。一例として、 — 0. 1≤ χ≤0. 1の範囲の種々の実数値 Xを用いて、この変換を施した画像を、図 2 (a) ないし（d) に示す。透かし情報 Xの値にしたがって色彩は、少しずつ変化するが、図 2に白黒画像として示したように、輝度情報は、保存されており、色彩の変化もなめらかで違和感は生じることはない。この色彩の変化は極めて僅かであり、オリジナルのカラー画像の画質を劣化させてはいない。なお、用いる実数値 Xは、この範囲外の値であっても差し支えなく、演算精度との兼ね合いで、数値は決定すれば良い。

ここで、 R G B信号のデータは整数値であるが、丫 C b C r信号のデータは式 (1 ) より実数化されてしまうため、 YC bC r— RGB逆変換するとき、整数化しなければならない。このとき、式（2) で逆変換し、整数化する際に、画素値が負となり、アンダフローを発生するか画素値の上限を超えて、オーバフローとなることがある。この問題を解決するため、本実施例ではアンダフロー補正および才ーバフロー補正を行う。すなわち、画素値が負となった場合には 0とし、そのビッ卜表現の上限値（たとえば 255) を超えるならば、その上限値を採用する。

つぎに、以上のような処理によって電子透かしが埋め込まれた画像 P' (X) から、透かし情報 Xを復号する処理について説明する。画像 P' (X) から電子透かし情報 Xを復号するためには、原画像のデータ P' が必要である。

いま、 Ρ · (X) に対して公知の色信号変換行列 Αを乗ずると、次式（6) に従い、行列 H ' を得る。

H ' (X) = A ' Ρ · (X) = A ' (Ρ· + A^-1 X " Ρ · )

= A · Ρ - +Α· Α一' X ' Ρ · = A ' P ' + X - Ρ · … (6) そこで、原画像を行列 A' で変換した信号 F' を Η· (X) から引けば、その差分は、次式（7) により求めることができる。

H · (X) - F · = (A - Ρ· +Χ· Ρ · ) -A' P ' =X ' P ' ■■■ (7) ここで、差分 X Pの成分を y 1， y 2, y 3として行列に表現すれば、次式（8) を得る。 X'P' 2

. •

(8) この式を分解すれば、次式（9) のように、各成分を用いて表現することができる。したがって、これらの各成分から、式（1 0) に示したように、値 Xを求めることができる。 y 1 = b X— g X

y 2= r x— b x (9)

y 3= g x - r x

x 1= y 1/ (b-g)

x2= y 2/ ( r— b) (1 0)

x 3= y 3/ (g - r )

ここで、式（1 0) において分母が 0に近くなると xの算出に際して誤差を招き、さらに、ノイズが加わることも考えられる。そこで、式（1 0) における差分の絶対値が所定値（例えば 5)より大きいことを条件に電子透かし情報の算出を行なうことが好ましい。すなわち、この値が小さいならば、データの範囲が拡散して Xの推定に正確さを欠き、一方、この値が大きくなると、次第にデータ数が減り、推定値が埋込み値に近づくが、信頼性が低下するからである。

この様な条件を満たすならば、式（1 0) を用いて、（xl， x2, x3) を求め、これらの 3つの値から、その平均値 xavを

xav= ( X 1 + X 2+ X 3) / 3

として算出することができる。この算出値 x avを、透かし情報 Xの推定値とする。この方法による透かし情報 X の推定を各画素ごとに実行し、統計的に最も確からしい値を、透かし情報 Xとして確定する。

<電子透かし埋め込み、復号のアルゴリズム説明 >

次に、以上説明した本実施例のカラ一画像への電子透かしの埋め込み方法およびその復号方法の具体的なアルゴリズムについて図 3および図 4のフローチヤ一卜を参照しつつ詳述する。

まず、図 3の電子透かし埋め込み処理について説明する。原画像の画素集合（以下単に画素ということがある） Ρ· の R, G， B成分の濃度値が R ( i , j ) ， G ( i， j ) ， B ( i， j ) であるとする。但し、 iは 1から原画像の垂直方向サイズ（V S i z e) までの整数、 jは 1から原画像の水平方向サイズ（H S i z e) までの整数である。初めに、電子透かし情報とする Xの値を決定し、値 Xを式（3) に代入して透かし行列 X' を決定する（ステップ S 1 00) 。そして、この透かし行列 X· を式（4) に代入し、原画像の画素の集合 Ρ· を丫 C b C r表色系の画素の集合 F' に変換する。ここでは、画素 F，（X) の輝度成分、色差成分を Y ' ( i， j ) , C b ' ( i， j ) ， C r ' ( i， j ) であるとすると、これらは次式（1 1 ) ないし（1 3) によって算出される。

Y ' (i, j)*-R(i, j)*0.299+G(i, j)*(0.587-x)+B(i, j)*(0.114+x) (11)

Cb ' (i, j)— R(i, j)*(-0.169+x)-G(i, j)*0.33HB(i， j)*(0.5-x) (12)

Cr ' (i, j)*-R(i, j)*(0.5-x)+G(i, j)*(-0.419+x)-B(i, j)*0.081 (13) これらの式（ 1 1 )〜（ 1 3) に基づく変換を総ての i , jについて繰り返し実行することで（ステップ S 1 1 0， S 1 20) 、電子透かし情報 Xが埋め込まれた画像の Y C b C r表色系のデータが得られる。

デジタルカラ一画像は、例えばコンピュータ上などでは R G B表色系によって表現されることが一般的であるため、こうして得られた F' (X)信号に対して、次式により逆変換行列 A - ¹操作を行なつて R G B表色系に再度変換し、その各画素での値が整数値となるようにアンダフロー補正またはオーバフロー補正を行なう（ステツプ S 1 30) 。

かかる補正は、次の処理により実現される。つまり、次の第 1行では、各成分を演算して R成分をもとめ、これが値 0以下であれば値 0に補正し、値 25 5を越えていれば値 255に補正するのである。他の色 G， Bについても同様の処理を行なう。

R ' (i, j)<-Y' (i, j)*l. O-Cb ' (i, j)*0. OOHCr' (i, j)*1.402

if R ' (i, j)<0 then R' (i， j)<-0

else if R ' (i, j)>255 then R' (i, j)— 255 同様に、

G ' (i, j) Y' (i， O-Cb ' (i， j)*0.344-Cr' (i, j)*0.714)

if G ' (i, j)〈0 then G' (i, j)<-0

else if G ' (i, j)>255 then G' (i, j) 255 同様 I

B ' (i, j) Y' (i， O+Cb ' (i， j)*l.772+Cr' (i, j)*0.001

if B ' (i， j)<0 then B' (i， j)— 0

else if B ' (i, j)>255 then B' (i, j) 255 このステップ S 1 3 0の処理を総ての i， jについて繰り返し実行することで (ステップ S 1 40)、目的としていた電子透かし情報 Xが埋め込まれた画像の R G B表色系のデータが得られる。

次に、こうして得られた電子透かし情報 Xが埋め込まれたデジタルカラー画像から透かし情報 Xを復号する処理について説明する。この処理の一例を、図 4のフロ一チヤ一卜に示した。この処理の初めには、これから透かし情報 Xを復号するために利用するに足る信頼性のある画素であるか否かを、 808表色系の値が1〜25 4の範囲の整数値であるか否かをもって判断する（ステップ S 200)。これは、上述した電子透かしの埋め込み処理におけるオーバフロー処理およびアンダフ口一処理により、値 255または値 0の場合には、オーバフロー誤差およびアンダフロー誤差が生じている可能性があるからである。 if (R ' (ί， j) or G' (i, j) or B ' (i, j)) = (0 or 255)

else goto ステップ S 250 この条件が満足される画素である場合には、もう一つの条件、すなわち原画像における当該画素の差分の絶対値が所定値（本アルゴリズムでは「5」を採用）より大きいか否かを判断する（ステップ S 2 1 0) 。このアルゴリズムは、以下のように表わすことができる。 if (B(i, j)-G(i, j) or R(i, j)-B(i, j) or G(i， j)-R(i， j))の絶対値 > 5

else goto ステップ S 250 そして、これら 2条件が共に満足される原画像の画素および透かし情報が埋め込まれた画素のそれぞれについて、次式にしたがって、 YC b C r表色系への変換を行なう（ステップ S 220) 。ここで、丫， C b， C rとは、原画像の画素を Y C b C r表色系へ変換した際の輝度丫，色差 C b， C r信号を言う。また、 Y '' ， C b '' ， C r '' は、電子透かし情報 Xを埋め込んだ画素を、 YC b C r表色系へ変換した際の輝度丫，色差 C b， C r信号である。

Y(i, j) ― R(i, j)*0.299+G(i, j)*0.587+B(i, j)*0.114

Cb(i， j) -R(i, j)*0. 169-G(i, j)*0.331+B(i, j)*0.5

Cr(i, j) R(i, j)*0.5-G(i, j)*0.419-B(i, j)*0.081

Y " (i, j) ― R ' (i, j)*0.299+G' (i, j)*0.587+B ' (i, j)*0.114

Cb " (i, j) — — R ' (i, j)*0. 169-G' (i, j)*0.33HB ' (i， j)*0.5

Cr " (i, j) ― R ' (i, j)*0.5- G' (i， j)*0.419 - B ' (i, j)*0.081 こうして、一定精度が確保された画素についての原画像および電子透かし情報が埋め込まれた画像からの Y C b C r表色系の各値が求まると、これらの値から次式により X ( 1 ) ， X (2) ， X (3) 算出し、これらの平均値 xav、すなわち透かし情報 Xの推定値を算出する（ステップ S 230) 。

"1)— (Y " (i, j)-Y(i, j))/(B(i, j)-G(i, j))

x(2)— (Cb " (i, j)-Cb(i, j))/(R(i, j)-B(i, j))

x(3)— (Cr " (i, j)-Cr(i, j))/(G(i, j)-R(i, j))

xav<-(x(l)+x(2)+x(3))/3 こうして 1つの画素についての xavが得られると、得られたの xavの個数をカウン卜するためのカウンタ nをカウン卜アップし（ステップ S 240)、以上の処理を総ての画素（ i ， j ) について終了するまで繰り返し実行する（ステップ S 25 0) 。ぐ実験例 > 前述の埋め込み手法を用いて、透かし情報 Xを図 2のカラー画像（2 5 6 X 2 5 6画素、 R G B各 2 5 6階調）に埋め込み、実験した結果について説明する。

透かし情報 Xを指定して、埋込み処理後に上述した復号ァルゴリズ厶にしたがい、 Xの推定値を求めた。その出現頻度を図 5に示す。各 Xの値に対応してヒス卜ダラ厶の山が Xとして正確に推定されていることが確かめられる。復号時の推定誤りを少なくするには Xの絶対値が大きいほど有利であるが、式（5 ) から明らかなようにその値が大きいほど画質の劣化を引き起こすことになるので、注意が必要である。逆に、 Xの値が小さすぎるとを判定するのが困難になる。これらを考慮に入れ、最適な Xの値は一 1 . 0〜1 . 0であり、好ましくは一 0 . 5〜0 . 5、より好ましくは一 0 . 1〜0 . 1の範囲で選択することが望ましい。また、値 Xの判定を容易にするためには、できるだけ多くの画素を対象に同一の X値で変換することが望ましく、図 5の結果からも推定値 Xは埋め込んだ X値の付近に集中しておリ、誤リなく透かし情報 Xが判定できることが理解できる。

なお、本実験例ではフレーム全体に、一つの Xの値を埋め込んでいるが、埋め込む Xの種類は 1つに限定されるものではない。例えば、画素数の大きなデジタル力ラー画像や画素データの変化が比較的単調なデジタルカラー画像など、その対象毎に複数の透かし情報を埋め込んでもなんら差し支えない。

次に、電子透かしを埋め込んだデジタルカラー画像に対する不測のデジタル処理あるいは第三者の攻撃に対する耐性評価結果を、 x = 0 . 1の透かし情報を埋め込んだデジタルカラー画像（図 6 )に対するクリッビング（切り抜き）、画像圧縮（本実験では広く利用されている」 P E G圧縮を採用している）、 S t i r M a r k攻撃、画像への上書きの順に説明する。

( 1 ) 切り抜き

まず、画像を図 6に示す三つの部分（領域 1， 2， 3 ) の画像（1 0 0 X 1 0 0 画素）にクリップ（切り抜き）し、各クリップ画像から上述のアルゴリズムにより復号した X値を図 7 ( a ) ， ( b ) ，（c ) に示す。この図 7から明らかなように、画素数が 1 3に切り抜き処理されたあらゆる画像からでも、 X値である「0. 1 J に明らかなピーク値が現れ、電子透かしの復号を確実に行なうことができた。すなわち、本アルゴリズムによる電子透かし埋め込みおよび復号技術を用いれば、たとえ流通しているカラ一画像の一部を切り出して使用されても、その画像に埋め込んだ電子透かし情報 X値を正しく復号することができるのである。

(2) J P E G圧縮

つぎに、電子透かし埋め込み画像を」 P EG圧縮した場合の Xの推定値について説明する。図 8 (a) ，（b) ，（c) は、図 6の画像を 80%， 60%, 40% の画質設定で」 P EG圧縮し画像データから、 X値を取り出した結果である。これらの結果に示すように、圧縮率を 80%— 40%程度に設定した場合には、 J P E G圧縮された画像データからも容易に電子透かし値 Xを復号することができた。なお、カラー画像を 40%以下に圧縮した場合には、画質劣化が著しく、実用に供し得るのは極めて特殊な場合に限定されると考えられる。従って、本アルゴリズムに基づく電子透かしの埋め込みおよび復号技術は、一般的な力ラー画像への実用性を十分に有しているといえる。

(3) S t i r M a r k攻撃

. G. K u h nによって提案された S t i r M a r kというタイプの電子透かしに対する攻撃が存在する。かかる攻撃ツール S t i r M a r kを用いて、図 6への攻撃を行なった。なお、各パラメータはデフォルト値を用いている。この様な力ラー画像に埋め込まれた電子透かしに対する攻撃に遭っても、その攻撃後の画像からは、本実施例により埋め込まれた電子透かしを抽出することができた。上記アルゴリズムによる電子透かしの復元結果を、図 9に示す。同図から、透かし値 Xの推定は可能であり、 S t i r Ma r kなどの十分な耐性を有することが分かる。

(4) 画像への上書き

次に、透かし情報 X 1 =0. 1を埋め込んだ画像図 6に対して、さらに、透かし情報 x 2=— 0. 1 (≠x 1 ) を上書きした場合について説明する。上書きされた画像から、透かし情報を抽出したものを、図 1 0 ( a ) に示した。この例では、 x = 0においてピーク値が発生し、偽の透かし情報を示すことになる。そこで、 X 1を埋め込んだ画像を手がかりに、この画像との差分をとリ、その結果を復号すれば、上書きされた透かし情報 X 2を分離することができる。その結果を図 1 0 ( b ) に示す。すなわち、本アルゴリズムによれば、透かし情報の上書き攻撃にも十分耐えることが可能であり、しかもその上書きされた情報 X 2を分離することもできる。

( 5 ) ァフィン変換

本実施例の透かし法は、画素ごとに透かし情報を埋め込むため、各種のァフィン変換に対してほとんど影響を受けないことは自明である。

ぐ装置の全体構成 >

以上、本発明の実施例として、カラ一画像への電子透かしの埋め込みとその復号について説明したが、これらの処理は、図 1 1 に示す電子透かし処理装置により実施された。この電子透かし処理装置は、 C P U 2 2と、 R O Mおよび R A Mを含むメインメモリ 2 4と、フレームメモリ 2 6と、キーボード 3 0と、マウス 3 2と、表示装置 3 4と、ハードディスク 3 6と、モデム 3 8と、画像を読み取るスキャナ 3 9と、これらの各要素を接続するバス 4 0と、を備えるコンピュータである。なお、図 1 1では各種のインターフェイス回路は省略されている。モデム 3 8は、図示しない通信回線を介してコンピュータネッ卜ワークに接続されている。コンビュ一タネッ卜ワークの図示しないサーバは、通信回線を介してコンピュータプログラ厶を画像処理装置に供給するプログラム供給装置としての機能を有する。

メインメモリ 2 4には、電子透かし埋め込み部 4 2および電子透かし復号部 4 4 の機能を実現するためのコンピュータプログラムが格納されている。電子透かし埋め込み部 4 2および電子透かし復号部 4 4の機能については既に詳しく説明した通りである。

この電子透かし埋め込み部 4 2や復号部 4 4の機能を実現するコンピュータプログラムは、フレキシブルディスクや C D— R O M等の、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録された形態で提供される。コンピュータは、その記録媒体からコンピュータプログラムを読み取って内部記憶装置または外部記憶装置に転送する。あるいは、通信経路を介してコンピュータにコンピュータプログラムを供給するようにしてもよい。コンピュータプログラムの機能を実現する時には、内部記憶装置に格納されたコンピュータプログラムがコンピュータのマイクロプロセッサによって実行される。また、記録媒体に記録されたコンピュータプログラムをコンピュー夕が読み取つて直接実行するようにしてもよい。

この明細書において、コンピュータとは、ハードウェア装置とオペレーションシステムとを含む概念であり、オペレーションシステムの制御の下で動作するハ一ドウェア装置を意味している。また、オペレーションシステムが不要でアプリケーションプログラム単独でハードウェア装置を動作させるような場合には、そのハードウェア装置自体がコンピュータに相当する。ハードウェア装置は、 C P U等のマイクロプロセッサと、記録媒体に記録されたコンピュータプログラムを読み取るための手段とを少なくとも備えている。コンピュータプログラムは、このようなコンビユー夕に、上述の各手段の機能を実現させるプログラムコードを含んでいる。なお、上述の機能の一部は、アプリケーションプログラムでなく、オペレーションシステ厶によって実現されていても良い。更に、電子透かしの埋め込み処理ゃ復号処理を行なうプログラムは、画像処理を行なうプログラムに対して、プラグインの形式で付加されるものとしてもよい。

なお、この発明における「記録媒体」としては、フレキシブルディスクや C D— R O M , 光磁気ディスク、 I Cカード、 R O Mカー卜リッジ、パンチカード、バーコードなどの符号が印刷された印刷物、コンピュータの内部記憶装置（R A Mや R O Mなどのメモリ）および外部記憶装置等の、コンピュータが読取り可能な種々の媒体を利用することができる。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。産業上の利用可能性

本発明は、カラー画像への透かし情報の埋込装置や電子認証などの装置として適用可能である。こうした装置は、著作権情報の埋込などにも適用することができる。また、電子決済などにおける本人認証などの分野でも用いることができる。暗号装置や暗号の埋込、送信、復号などの分野でも用いることができる。

Claims

請求の範囲

1 . カラ一画像に電子透かし情報を埋め込む電子透かしの埋め込み方法であつて、

所定の色空間を、複数のパラメータの組み合わせにより表現可能な第 1の表色系の画像データを、他のパラメータの組み合わせにより表現する第 2の表色系へ変換する色信号変換行列と、該変換の逆変換を行なう逆色信号変換行列とを用意し、該色信号変換行列に、電子透かし情報となる任意の実数値 Xを成分とし、かつ各行および各列の該成分の和が略 0となる電子透かし変換行列を加減算して、該色信号変換行列を調整し、

該変換によリ得られた第 2の表色系の画像データを、前記逆色信号変換行列により前記第〗の表色系へ逆変換することにより、

電子透かしをカラー画像に埋め込み方法。

2 . 前記第 1または第 2の表色系は、光の三原色をパラメータとする R G B表色系であり、第 2または第 1の表色系は、輝度信号および色差信号をパラメータとする Y C b C r表色系である請求の範囲第 1項記載の電子透かしの埋め込み方法。

3 . 任意の実数値 Xは、 — 0 . 1以上かつ 0 . 1以下の任意の値である請求の範囲第 1項記載の電子透かし埋め込み方法。

4 . 請求の範囲第 2項記載の電子透かしの埋め込み方法であつて、

前記調整済みの色信号変換行列による変換によって得られた前記 Y C b C r表色系のデータを、前記逆色信号変換行列により、前記 R G B表色系への逆変換するに際して、任意の画素値が所定範囲の整数値となるようにアンダフロー補正またはオーバフロー補正を行なう電子透かしの埋め込み方法。

5 . 電子透かしが埋め込まれた画像データから電子透かしを取り出す復号方法であって、

各行毎に算出された実数値 Xの平均値を電子透かし情報として推定する電子透かしの復号方法。

6 · 前記差分行列の各行の成分の差分の絶対値が所定値以上である値のみを用いて、電子透かし情報となる任意の実数値 Xの算出を行なう請求の範囲第 5項記載の電子透かしの復号方法。

7 . 力ラー画像に電子透かし情報を埋め込むプログラムをコンピュー夕に読み取リ可能に記憶した記憶媒体であつて、

所定の色空間を、複数のパラメータの組み合わせにより表現可能な第 1の表色系の画像データを、他のパラメータの組み合わせにより表現する第 2の表色系へ変換する色信号変換行列、および該変換の逆変換を行なう逆色信号変換行列と、該色信号変換行列に、電子透かし情報となる任意の実数値 Xを成分とし、かつ各行および各列の該成分の和が略 0となる電子透かし変換行列を加減算して、該色信号変換行列を調整する機能と、該調整済みの色信号変換行列を用いて、前記第 1の表色系の画像データを、第 2 の表色系の画像データに一旦変換する機能と、

該変換により得られた第 2の表色系の画像データを、前記逆色信号変換行列により前記第 1の表色系へ逆変換する機能と

を記録した記憶媒体。

8 . 電子透かしが埋め込まれた画像データから電子透かしを取り出すプロダラ厶をコンピュータに読み取リ可能に記憶した記憶媒体であつて、

電子透かしが埋め込まれたカラ一画像を、輝度信号および色差信号である Y C b C r表色系へ色信号変換したデータと、該電子透かしが埋め込まれていない原画像を輝度信号および色差信号である Y C b C r表色系へ色信号変換したデータとの差分行列を算出する機能と、

該差分行列を各行毎に分解し、前記電子透かし情報となる任意の実数値 Xをそれぞれの行毎に算出する機能と、

各行毎に算出された実数値 Xの平均値を電子透かし情報として推定する機能とを記憶した記憶媒体。