WO2003073772A1 - Error masking method using moving picture electronic watermark of video - Google Patents

Error masking method using moving picture electronic watermark of video Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a sterilizer and a sterilization container.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-200-206 discloses a sterilization apparatus in which a mechanism is provided for automatically opening and closing the door of the apparatus when the apparatus is half-open, and sterilization is performed through the half-open door during the drying process. It discloses that steam is emitted.
  • Japanese Utility Model Laid-Open No. 7-141424 discloses a power cylinder in which a door is movable up and down and rotatable by a support arm provided on the pressure vessel main body, and the door is provided on a side surface of the pressure vessel main body. Opening and closing can be performed automatically by the expansion and contraction of the cylinder.
  • the endoscope In an autoclave device, the endoscope is usually sterilized with high-pressure steam at about 130 ° C, then dried, and adhered to the endoscope. It is. MP EG 1 (1 to 1.5 Mb ps, Video-CD) s MP EG 2 (3 to 16 Mb ps, DVD, digital broadcast), MP EG 1 (1 to 1.5 Mb ps, Video-CD) 4 (16 k to 1 Mb ps, next-generation mopile communication).
  • a low communication speed value means that the amount of data is small, which means that data can be transmitted at a low communication speed. Also, if the communication speed is low, the image quality will generally be poor, but if it is stored on a hard disk, it will mean a small file.
  • MP EG 1 and 2 require very high speed communication lines. Therefore, the only compression technology that can be used with a moderately slow infrastructure is MPEG4.
  • Methods that do not use the motion vector when concealing errors include copying 8x8 blocks corresponding to the part that conceals the error, and using the correct surroundings that cannot be decoded due to filtering. There are two ways to interpolate using pixels.
  • Figure 7 shows a conceptual diagram of how to copy a block.
  • the moving image is considered in frame units, and the current frame and the reference frame are focused on.
  • the solid portion of the frame indicates a block that cannot be decoded due to a communication path error.
  • a block located at the same position as a block that cannot be decoded in a reference frame is copied in the current frame to perform error concealment.
  • this method does not need to calculate a new motion vector, it has a small amount of computation and is effective when error concealment is performed on a part with no motion.However, in a part with motion, the performance of concealment is low. to degrade.
  • a method of interpolating the part that cannot be decoded by the filter processing using the correct pixels in the surrounding area is effective when it is similar to the surrounding block. If there is a significant change, the concealment performance will be degraded.
  • Fig. 8 shows a conceptual diagram of a block copy using a motion vector.
  • the solid portion in the current frame indicates a block that cannot be decoded due to a communication path error.
  • This method uses the motion vector of the block in the reference frame corresponding to the block that cannot be decoded, and replaces the block in the reference frame indicated by the motion vector with the current frame. This is a method of copying to a block that cannot be decoded. In this method, it is necessary to calculate a new motion vector, and since the accuracy of error concealment depends on the accuracy of the motion vector, it is necessary to accurately estimate the motion vector. .
  • Conventional methods for estimating a motion vector include a method of estimating from the motion vector of a surrounding block and a method of estimating from a pixel of a surrounding block.
  • the method of estimating from the motion vectors of the surrounding blocks is to estimate the motion vector of the error block using the motion vectors of the surrounding blocks.
  • Figure 9 shows the concept of this method.
  • the thin arrow in the current frame in the figure is held by the surrounding block
  • the motion vector is shown, and the bold arrow shows the motion vector of the error block estimated from the surrounding motion vector.
  • the method of estimating the motion vector from the pixels of the surrounding blocks uses the motion vector estimated by using the pixels around the error block. This method can cope with sudden movements, etc., and the accuracy of error concealment is improved compared to other methods.However, it is necessary to estimate a new motion vector. The amount of calculation is larger than that of.
  • the conventional technique of estimating the motion vector at the time of decoding has two problems.
  • One is the accuracy of the estimated motion vector. That is, in the conventional method, estimation is performed using only pixels that do not include an error. Therefore, it is difficult to obtain high estimation accuracy when the error rate is high or when a burst error occurs.
  • Another problem is that when decoding, a computationally intensive process called motion estimation is required. This hinders low power consumption and cost reduction of the receiver.
  • the present invention has been made in view of such a problem in the conventional error concealment method, and can reduce the amount of calculation for estimating a motion vector, and can perform accurate motion estimation even at a high error rate.
  • An error concealment method using digital watermarking of moving images which makes it possible to obtain vectors and minimizes the accuracy of the conventional technology to the lower limit, and is designed to have upward compatibility with general-purpose decoders.
  • the task is to provide Disclosure of the invention
  • An error concealment method using a digital watermark of a moving image according to the present invention for solving the above-mentioned problem is as follows: a digital moving image signal is divided into a plurality of blocks or macroblocks composed of pixels at NXN points; When obtaining a difference signal from one of the future and past images by performing motion compensation on the block or macroblock and not obtaining the difference signal, each block or macroblock is converted by a discrete cosine transform. To obtain a discrete cosine transform output, quantize the discrete cosine transform output, obtain a quantized output, and obtain a bit stream by performing variable length coding on the quantized output, while obtaining a motion vector.
  • the digital watermark information is embedded in each block or macro block as digital watermark information, and the digital watermark information can be used for error concealment during decoding. The one in which the features.
  • the data relating to the motion vector embedded in each block or macro block includes data for distinguishing an I picture, a P picture, and a B picture, and data relating to the size of the motion vector.
  • the search window size is ⁇ X
  • the data amount for distinguishing the I picture, P picture, and B picture is 2 bits
  • the data amount related to the size of the motion vector is horizontal, combined vertically 2 n one 1 (2 11 - 1 ⁇ IXI ) a bit.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the input / output relationship of the system at the time of encoding according to the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an input / output relationship of the system at the time of decoding according to the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining information embedding in an AC coefficient according to the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an example of a replacement quantization table according to the present invention.
  • Fig. 5 is a graph showing the experimental results of the effect of embedding a motion vector on an image.
  • Fig. 6 is a graph showing the experimental results of the effect on the image due to the quantization table change.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram showing a block copy method in a conventional error concealment method.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram showing a conventional copy method using a motion vector.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram showing a conventional motion vector estimation method.
  • a calculated motion vector is embedded as digital watermark information in each block or macroblock at the time of encoding, and the digital watermark information is error concealed at the time of decoding.
  • the amount of data related to the motion vector embedded in each block or macroblock distinguishes between I-pictures, P-pictures, and B-pictures. And a motion vector.
  • the required data amount is 10 bits, which is 2 bits for the above identifier, 5 bits for the motion vector and 5 bits for the vertical direction.
  • the required data amount is 10 bits, which is 2 bits for the above identifier, 5 bits for the motion vector and 5 bits for the vertical direction.
  • There is a total of 12 bits for each macroblock. Since one macro block is composed of four luminance signal blocks and two equation difference signals, each luminance signal block needs to be embedded with 12 ⁇ 4 .3 bits per block.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a procedure of a method of embedding a motion vector at the time of encoding according to the present invention.
  • the quantizer outputs one-to-one as well as the input, this configuration always outputs the difference between the previous data and the current data.
  • the portion indicated by the dotted block in the figure is a process that is significantly different from the conventional MPEG encoding.
  • the data must be embedded in the quantized DCT coefficients.
  • a modified quantization table used for quantization is used for decoding.
  • These last three areas are high-frequency areas, and are areas that are least affected by image quality degradation.
  • Figure 4 shows an example of a modified quantization table for embedding 3 bits in each block.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a decoding procedure according to the present invention, in which a dotted arrow indicates a case in which a general MPEG decoder is used, error concealment is not performed, or error concealment is performed. This shows the flow of the motion vector when it is not necessary.
  • a comparative test was performed to confirm the effectiveness of the present invention.
  • the motion vector was embedded in the image, the pixels when decoded by a general-purpose MPEG decoder were examined, and the effectiveness when error concealment was performed using the embedded motion vector was examined.
  • the compressed image is 16 black and white images (704 x 240 pixels) with a bit rate of 1 (Mbps).
  • the structure of the GOP is an I picture, a P picture, and a B picture whose cycle is 9 and the distance between the IZPs is 3.
  • PS NR a decompressed image (P eak S ignalto N oise R atio) (d B), i.e., Equation 1] imagesize X255 2 gamma " ⁇
  • p (i, j) is the pixel value of the frame before compression
  • f (i, j) is the pixel value of the decompressed frame.
  • Rows and coIs are the horizontal and vertical sizes of the image, respectively.
  • the motion vector was embedded in the image, encoded by MP EG, and compared with the image decoded by a general MP EG decoder. .
  • the data to be embedded was 3 bits for each DCT block.
  • Fig. 5 shows the results of this experiment.
  • the horizontal axis represents the frame number, and the vertical axis represents the PSNR (dB) value at that time.
  • “No embedding” indicates the case of the original image of MPEG
  • “Proposed method (Ib it)” indicates the case where one bit is embedded in three DCT coefficients by the present invention
  • the proposed method (3 bits) j indicates the case where three bits are embedded in one coefficient.
  • The“ conventional method ” indicates the LSB of DCT coefficients of AC (8), AC (9), and AC (10) (Least Significant Bit) Replacement data is introduced by the conventional method. From these results, it was confirmed that the image according to the conventional method was greatly deteriorated, but the image according to the present invention had a PSNR close to the original image even when embedding was performed.
  • the motion compensation prediction error is an error obtained by a difference between the reference frame and the current frame.
  • Fig. 6 shows the results when the quantization table was changed and when it was not changed. From this, it can be confirmed that in the method in which the quantization table is changed, the image deterioration is small, and in the method in which the quantization table is not changed, the deterioration is more intense than in the method in which the quantization table is changed.
  • the present invention is as described above.
  • the amount of calculation for estimating a motion vector can be reduced, and even when the error rate is high, , which makes it possible to obtain a more accurate motion vector, and can also be used in combination with conventional technology, making the accuracy of conventional technology almost the lower limit, and is upward compatible with general-purpose decoders
  • This has the effect of providing an error concealment method using digital watermarks for moving images that has been considered to have flexibility, and can be used effectively even in infrastructures that are somewhat slow.

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Description

明 細 書
滅菌装置及び滅菌用容器
技術分野
本発明は、 滅菌装置及び滅菌用容器に関する ものである。 背景技術
まず、 第 1 の従来技術について説明する。 特開 2 0 0 0 — 2 0 2 0 0 6 号公報は、 滅菌装置において、 装置の扉が半開 き に 自 動的に開閉する機構を設け、 乾燥工程時に半開き の扉 を介 して滅菌用蒸気を排出する こ と を開示 している。 ま た、 実開平 7 — 1 4 2 6 4 号公報は、 扉を圧力容器本体に設けた 支持腕に よ り 昇降、 回動 自在に し、 当該扉を圧力容器本体の 側面に設けたパワーシ リ ンダの伸縮に よ って 自動的に開閉可 能に してレヽる。
ま た、 従来の滅菌装置において、 内視鏡等の被滅菌物を急 いで使用する場合には、 被滅菌物を滅菌ケースや滅菌パ ッ ク から取 り 出 して冷風や冷水な どを当て るか、 滅菌ケースゃ滅 菌パ ッ ク の外側から冷風を当てて冷却 していた。
次に、 第 2 の従来技術について説明する。 精密電子機器で ある 内視鏡に対 して高圧蒸気滅菌 （オー ト ク レープ） を施す こ と は、 内視鏡を非常に過酷な条件に さ らすこ と になる。 そ のため、 一般の消毒 · 滅菌手段での使用を前提と した内視鏡 に比べ、 高圧対策、 蒸気対策、 高温対策等、 さ ま ざま な対策 を施 してレヽる。
ォー ト ク レーブ装置では、 内視鏡は通常約 1 3 0 °Cの高圧 蒸気で滅菌 された後、 乾燥工程が実施 され、 内視鏡に付着 し である。 それぞれの圧縮の程度や利用目的は通信速度を基準に、 MP E G 1 ( 1 ~ 1. 5Mb p s , V i d e o - CD) s MP EG 2 ( 3〜 1 6Mb p s、 DVD .デジタノレ放送） 、 MP E G 4 ( 1 6 k〜 lMb p s、 次世代モパイル通信） のように分類されている。
通信速度の値が低いということはデータ量が小さいことを意味し、 低 速度の通信速度でも送信できるということである。 また、 通信速度が低 い場合は概して画質は悪くなるが、 ハードディスク等に保存する場合は 小さなファイルとなることを意味する。
MP EG 1、 2は非常に高速な通信回線を必要とする。 従って、 ある 程度低速のインフラでも利用できる圧縮技術は、 MP E G 4だけという ことになる。
近年、 移動体通信路下にて動画像の重要性が高まってきている。 移動 体通信等のビッ ト誤り率の大きい通信回線では、 ビット誤りにより動画 像の一部がデコードできずに大きく画質が劣化するという問題が起こる 力 S、 この問題を回避するために、 MP E G 4では、 デコード時にエラー 隠蔽の処理をすることが許されている。 このような背景から、 MP E G 4に基づく動画像ェンコ一ドにおける、 エラー隠蔽方法に関する研究が 多くなされている。
エラー隠蔽のための代表的な方法と して、 エラー隠蔽の際に動きべク トルを用いないで隠蔽を行なう方法と、 デコード時に動きベク トルを用 いて隠蔽を行なう方法とがある。 一般に、 大きな動きを伴う動画像では 、 後者の方法を採ることが必要であることが知られている。
エラー隠蔽の際に動きべク トルを用いない方法には、 エラーを隠蔽す る部分に対応した 8 X 8ブロックをコピーする方法と、 フィルタ処理に より、 デコード不能となった部分を周辺の正しい画素を用いて補間する 方法の 2つがある。
プロックをコピーする方法の概念図を図 7に示す。 この場合、 動画像 をフレーム単位で考え、 現フレームと参照フレームに着目する。 図中現 フレームの塗り潰し部分は、 通信路エラーによりデコード不能になった ブロックを示す。 プロックをコピーする方法では、 参照フレーム内の、 デコード不能となったプロックと同じ位置にあるプロックを、 現フレー ム内にコピーしてエラー隠蔽を行なう。
この方法は、 動きべク トルを新たに計算する必要がないため、 演算量 が少なく、 動きのない部分に関してエラー隠蔽を行なう場合は有効であ るが、 動きのある部分では、 隠蔽の性能は劣化する。
また、 フィルタ処理によりデコード不能となった部分を周辺の正しい 画素を用いて補間する方法は、 周辺のプロックと似ている場合には有効 であるが、 エラーブロック内にエッジ等、 階調の急激な変化がある場合 には、 隠蔽の性能は劣化する。
デコード時に動きべク トルを用いて隠蔽を行なう方法は、 プロックを コピーする方法を基本としている。 動きベク トルを用いたプロックコピ 一の概念図を図 8に示す。 ここで、 現フレームにおける塗り潰し部分は 、 通信路エラーによりデコード不能となったブロックを示す。
この方法は、 デコード不能となったプロックに対応する参照フレーム 内のブロックが持っていた動きべク トルを利用し、 その動きべク トルで 指し示された参照フレーム内のブロックを、 現フレーム内のデコード不 能となったブロックにコピーする方法である。 この方法では、 動きべク トルを新たに計算する必要があり、 また、 エラー隠蔽の精度が動きべク トルの精度に依存するため、 動きべク トルを精度よく推定することが必 要となる。
従来の動きべク トルを推定する方法には、 周囲のブロックの動きべク トルから推定する方法や、 周囲のプロックの画素から推定する方法等が ある。 周囲のブロックの動きベク トルから推定する方法は、 周囲のブロ ックが持っている動きべク トルを用いて、 エラーブロックの動きべク ト ルを推定するものである。 この方法の 念図を図 9に示す。
図中現フレーム内における細い矢印は、 周辺のプロックが持っている 動きべク トルを示し、 また、 太い矢印は、 周辺の動きべク トルから推定 したエラーブロックの動きベク トルを示す。 この方法では、 ェラーブ口 ックが周辺と同方向に動いていた場合には有効であるが、 周辺の動きと 異なってプロックが突発的に動いた場合や、 周辺のプロックにおいてェ ラーが発生した場合等には、 エラー隠蔽の精度は劣化する。
周囲のブロックの画素から動きべク トルを推定する方法は、 ェラーブ 口ックの周辺の画素を用いて推定した動きべク トルを使用するというも のである。 この方法では、 突発的な動き等にも対応することができ、 ェ ラー隠蔽の精度は他の方法に比べ向上するが、 新たに動きべク トルを推 定する必要があるので、 他の方法に比べて演算量が多くなる。
また、 デコード時に動きベク トルを推定する従来の技術には、 2つの 問題点があると考えられる。 1つは、 推定される動きベク トルの精度で ある。 即ち、 従来の方法では、 エラーを含まない画素のみを用いて推定 を行なうため、 エラー率が高い場合やバースト誤り等では高い推定精度 を得ることは困難である。 別の問題は、 デコード時に、 動き推定という 演算量の多い処理が要求されることである,。 このことは、 受信器の低消 費電力化ゃコス トの削減を妨げる。
また、 動きべク トルを埋め込むための電子透かし技術があるが、 従来 の技術は、 揷入されるデータ量が僅かな場合を想定したものであるため 、 これを M P E G 4に直接適用することができない。 更に、 M P E G 4 で用いている動き補償予測の概念では、 挿入されたデータが複数のフレ ームに伝搬されてしまうため、 画質の維持が困難となる。
本発明は、 このような従来のエラー隠蔽方法における問題点に鑑みて なされたもので、 動きべク トルを推定するための演算量を低減でき、 高 い誤り率の場合においても、 正確な動きベク トルを獲得することを可能 にし、 また、 従来の技術における精度をほぼ下限とし、 更に、 汎用のデ コーダと上位互換性を持つように配慮された動画像の電子透かしを用い たエラー隠蔽方法を提供することを課題とする。 発明の開示
上記課題を解決するための本発明に係る動画像の電子透かしを用いた エラー隠蔽方法は、 デジタル動画像信号を、 N X N点の画素から成る複 数のブロック又はマクロブロックに領域分割し、 前記各ブロック又はマ ク口プロックに動き補償して未来及び過去の画像のうち一方との差分信 号を得る場合及び前記差分信号を得ない場合に、 前記各プロック又はマ クロプロックを離散コサイン変換により変換して離散コサイン変換出力 を得て、 前記離散コサイン変換出力を量子化して量子化出力を得て、 前 記量子化出力を可変長符号化することによりビッ トス ト リームを得る一 方、 動きべク トルを電子透かし情報として各ブロック又はマクロブロッ クに埋め込み、 前記電子透かし情報をデコード時にエラー隠蔽のために 利用可能とすることを特徴とするものである。
前記各ブロック又はマクロブ口ックに埋め込まれる動きべク トルに関 するデータは、 I ピクチャ、 Pピクチャ、 Bピクチャを区別するための データと、 動きベク トルの大きさに関するデータとを含み、 好ましくは 、 サーチウィンドウサイズを ± Xとした場合において、 前記 I ピクチャ 、 Pピクチャ、 Bピクチャを区別するためのデータ量が 2ビットであり 、 前記動きべク トルの大きさに関するデータ量が、 水平、 垂直合わせて 2 n一1 ( 2 11 - 1≥ I X I ) ビッ トである。
また、 前記動きべク トルに関するデータを量子化後の D C T係数に埋 め込むこととし、 前記動きベク トルに関するデータを、 D C T係数の高 周波領域に埋め込むこととし、 更に、 エンコード時及びデコード時に、 テーブルの内の A C係数をジグザグスキャン順に並べた最後から必要個 数の係数を 1に固定した修正量子化テーブルを用いることとすることが 好ましい。 図面の簡単な説明 第 1図は、 本発明に係るェンコ一ド時のシステムの入出力関係を示す ブロック図である。 第 2図は、 本発明に係るデコード時のシステムの入 出力関係を示すブロック図である。 第 3図は、 本発明に係る A C係数へ の情報埋め込みを説明するための図である。 第 4図は、 本発明に係る置 き換え量子化テーブルの例を説明するための図である。 第 5図は、 動き ベタ トル埋め込みによる画像への影響の実験結果を示すグラフである。 第 6図は、 量子化テーブル変更に伴う画像への影響の実験結果を示すグ ラフである。 第 7図は、 従来のエラー隠蔽方法におけるブロックコピー 方法を示す概念図である。 第 8図は、 従来の動きベク トルを用いたプロ ックコピー方法を示す概念図である。 第 9図は、 従来の動きベク トル推 定方法を示す概念図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明の実施の形態を添付図面に依拠して説明する。 本発明に係る動 画像の電子透かしを用いたエラー隠蔽方法は、 エンコード時に、 計算さ れる動きべク トルを電子透かし情報として各プロック又はマクロプロッ クに埋め込み、 前記電子透かし情報を、 デコード時にエラー隠蔽のため に利用することを特徴とするものであり、 エラー隠蔽特性改善のために 、 各ブロック又はマクロブロックに埋め込まれる動きべク トルに関する データ量は、 I ピクチャ、 Pピクチャ、 Bピクチャを区別するための識 別子と、 動きべク トルに対応するものとなる。
以下、 1 6 X 1 6のマクロブロック単位に電子透かし情報を埋め込む 場合について説明する。 なお、 8 X 8のブロック単位に電子透かし情報 を埋め込む場合については、 同様の処理を行なうので説明を省略する。 サーチウィンドウサイズを ± Xとすると、 必要なデータ量は、 I ピク チヤ、 Pピクチャ、 Bピクチャを区別するための識別子に 2ビッ ト、 動 きベク トルの大きさに関するデータ量が、 水平、 垂直合わせて 2 11— 1 ( 2 n— 1≥ I X I ) ビッ トであり、 各マク口ブロックに対し合計 2 n + 2 ビットとなる。 1つのマクロブロックは、 輝度信号 4ブロックと、 式差 信号 2ブロックで構成されるので、 各輝度信号ブロックには、 1プロッ ク当たり （2 n + 2 ) ÷ 4ビッ トの埋め込みが必要となる。
例えば、 サーチウィンドウサイズを ± 1 5とすると、 必要なデータ量 は、 上記識別子に 2ビッ ト、 動きベク トルに水平方向 5ビッ ト、 垂直方 向 5ビットの合わせて 1 0ビッ トであり、 各マクロブロックに対し合計 1 2ビットとなる。 1つのマクロブロックは、 輝度信号 4ブロックと、 式差信号 2ブロックで構成されるので、 各輝度信号ブロックには、 1ブ ロック当たり 1 2 ÷ 4 =. 3ビッ トの埋め込みが必要となる。
後述するように本発明では、 各ブロックに 3ビッ トのデータを埋め込 むことにより、 その埋め込みに伴う画質劣化を小さく抑え、 更に、 デコ ーダに、 その埋め込んだデータを利用する機能がない場合にも互換性を 持ってデコードできることが実験によっても証明されている。
次に、 電子透かしによる動きべク トルの埋め込み方法とエラー隠蔽方 法について説明する。 図 1は、 本発明のエンコード時に動きベク トルを 埋め込む方法の手順を示すプロック図である。 この図で量子化器が入力 と同様に 1対 1で出力するとすれば、 この構成は常に 1回前のデータと 現在のデータの差分を出力する。 そして、 図中点線のブロックで示す部 分が、 従来の M P E Gエンコードと大きく異なる処理である。
画像や埋め込み情報を扱う際には、 データのバイナリ性の保障と、 デ ータ埋め込みに伴う画像劣化の抑制とに注意を払う必要がある。
データのバイナリ性を保障するためには、 データは、 量子化後の D C T係数に埋め込む必要がある。 3ビッ トデータの埋め込みは、 各ブロッ クに 6 4個から必要個数の D C T係数を選び、 その値を 1又は 0に置き 換える形式で実行される （図 3参照） 。 その位置は、 例えば、 3個の D C T係数を必要とすると、 A C係数の高域に相当する A C ( p ) 、 p = 6 1〜 6 3が選択される。 但し、 A C ( ρ ) 、 p = 6 1〜 6 3とは、 A - C係数をジグザダスキャン順に並べた p番目の係数である。 また、 データ埋め込みに伴う画像劣化を抑えるため、 量子化に使用さ れた量子化テーブルを修正したものをデコード時に使用する。 具体的に は、 量子化時に使用したテーブルの A C ( p ) 、 p = 6 1〜6 3に対応 する値を 1にしたものがデコード時に使用される。 この最後の 3個の領 域は高周波領域であり、 画質劣化の影響が最も少ない領域である。 各プ ロックに 3ビッ ト埋め込む際の修正量子化テーブルの例を図 4に示す。 あるマクロブロックの動きべク トノレ情報をどのマクロブロックに埋め 込むかという問題には自由度がある。 例えば、 埋め込み場所として、 1 フレーム前の同じ場所や同じフレーム内の他のプロック等が考えられる 力 s、 エラーが発生した場合の安定性や処理の容易さ等を考慮して決定す る必要がある。
従来のデータのバイナリ性を保障した形式で J P E Gや M P E G画像 にデータを埋め込む方法は、 すでに行なわれている。 しかし、 これらの 方法は、 各ブロックに 1 ビッ トを埋め込む形式であり、 また、 I フレー ム以外の Pフレーム及び Bフレームへの埋め込みは検討されていない。
M P E Gでは Pフレーム、 Bフレームにおいて他のフレームの情報を 用いて圧縮しているため、 画素値の誤差が 1枚のフレーム内に止まらず に、 他のフレームにも伝搬してしまう。 そのため、 量子化テーブルの値 に大きく影響を受けるが、 従来の方法においては、 このような動き補償 予測に伴う誤差伝搬は全く検討されていない。
また、 図 2は、 本発明のデコード時の手順を示すプロック図であり、 そこにおいて点線の矢印は、 一般的な M P E Gデコーダを使用した場合 や、 エラー隠蔽を行なわない場合、 あるいは、 エラー隠蔽の必要がない 場合の動きべク トルの流れを示している。
本発明の有効性を確認するための対比試験を行なった。 この試験にお いては、 画像に動きベク トルを埋め込み、 汎用的な M P E Gデコーダで デコードした場合の画素について検討し、 埋め込まれた動きべク トルを 利用してエラー隠蔽を行なった場合の有効性について検証した。 この試験は、 汎用的な MP E G 1及び MP E G 2のェンコ一ド .デコ ードソフトウェア （MP EG 2 e n c o d e r /d e c o d e r v e r s i o n 1. 2 ) を用い、 M P E G 1に基づき情報圧縮を行なつ た。 圧縮を行なった画像は、 白黒の 1 6枚の画像 （ 7 04 X 24 0画素 ) で、 ビッ ト ' レートは 1 (Mb p s ) である。 また、 GO Pの構造は 、 周期が 9、 I ZP間の距離が 3の I ピクチャ、 Pピクチャ、 Bピクチ ャとした。
画像の評価の基準として、 伸長された画像の P S NR (P e a k S i g n a l t o N o i s e R a t i o) ( d B) 、 即ち、 【数 1】 imagesize X2552 Γ」ηΊ
PSNR =101og °10 r ~ows co Ils LdB]
EE {p(i,j)-f(i,i) }2
を用いる。 p ( i， j ) は圧縮前のフレームの画素値、 f ( i， j ) は 伸長したフレームの画素値である。 また、 r o w s、 c o I sは、 それ ぞれ画像の横と縦のサイズである。
ここでは、 動きべク トル埋め込みによる画像への影響を評価するため 、 動きべク トルを画像に埋め込み、 MP E Gでェンコ一ドし、 一般的な MP E Gデコーダでデコードした時の画像を比較した。 埋め込むデータ は、 各 D C Tプロック当たり 3ビッ トとした。
図 5はこの実験結果を示すもので、 横軸はフレーム番号を示し、 縦軸 はそのときの P S NR ( d B) 値を示している。 「埋め込みなし」 は M P EGオリジナルの画像の場合を示し、 「提案方法 （ l b i t ) 」 は本 発明により 3箇所の D CT係数に 1ビットづっ埋め込んだ場合を示し、
「提案方法 （3 b i t s ) j は 1つの係数に 3ビッ ト埋め込んだ場合を 示す。 また、 「従来方法」 は、 AC ( 8) 、 AC ( 9) 、 AC ( 1 0) の DCT係数の L S B (最下位ビッ ト） に置き換えデータを揷入する、 従来の方法によった場合を示す。 この結果より、 従来の方法によるものは大幅に画像が劣化しているが 、 本発明によるものは、 埋め込みを行なった場合にもオリジナル画像に 近い P S N Rを持つことが確認された。
J P E Gでは、 3箇所の D C T係数にそれぞれ 1ビッ トづっ埋め込ん だ場合も、 1筒所の D C T係数に 3ビッ ト埋め込んだ場合も P S N Rの 違いは少ない。 しかしながら、 この結果より、 M P E Gにおいては、 こ れら 2つの方法による P S N Rの違いは大きい。 これらの違いは、 動き 補償予測誤差伝搬に起因すると考えられる。 動き補償予測誤差とは、 参 照フレームと現フレームの差により得られる誤差のことである。
また、 図 6に、 量子化テーブルを変化させた場合と変化させなかった 場合についての結果を示す。 これより、 量子化テーブルを変化させた方 法の場合は、 画像劣化が少なく、 量子化テーブルを変化させない方法は 、 変化させた方法に比べて劣化が激しいことが確認できる。
この結果は、 M P E Gでは動き補償予測を使用しているため、 他のフ レームに誤りがあると、 その誤差が伝搬して伸長画像の P S N Rが低下 することを示している。 埋め込みによる誤差を小さく抑えることは、 そ のフレーム内の誤差を小さくするだけでなく、 他のフレームへの誤差伝 搬も小さくする。 この結果より、 量子化テーブルを変化させることは有 効であることが確認できる。
産業上の利用可能性
本発明は上述した通りであって、 本発明に係る動画像の電子透かしを 用いたエラー隠蔽方法においては、 動きべク トルを推定するための演算 量が低減でき、 高い誤り率の場合においても、 より正確な動きベク トル を獲得することを可能にし、 また、 従来の技術と組み合わせて使用する ことも可能であり、 従来の技術の持つ精度をほぼ下限とし、 更に、 汎用 のデコーダと上位互換性を持つように配慮された動画像の電子透かしを 用いたエラー隠蔽方法を提供し得る効果があり、 ある程度低速のインフ ラにおいても有効に活用し得るものである。

Claims

求 の 範 囲
1 . デジタル動画像信号を、 N X N点の画素から成る複数のブロック又 はマク口プロックに領域分割し、 前記各ブロック又はマクロブ口ックに 動き補償して未来及ぴ過去の画像のうち一方との差分信号を得る場合及 び前記差分信号を得ない場合に、 前記各プロック又はマクロブ口ックを 離散コサイン変換により変換して離散コサイン変換出力を得て、 前記離 散コサイン変換出力を量子化して量子化出力を得て、 前記量子化出力を 可変長符号化することによりビッ トス トリームを得る一方、 動きべタ ト ルを電子透かし情報として各ブロック又はマクロブ口ックに埋め込み、 前記電子透かし情報をデコード時にエラー隠蔽のために利用可能とする ことを特徴とする動画像の電子透かしを用いたエラー隠蔽方法。
2 . 前記各ブロック又はマクロブ口ックに埋め込まれる動きべク トルに 関するデータは、 I ピクチャ、 Pピクチャ、 Bピクチャを区別するため のデータと、 動きべク トルの大きさに関するデータとを含む請求項 1に 記載の動画像の電子透かしを用いたエラー隠蔽方法。
3 . サーチウィンドウサイズを ± Xとした場合において、 前記 I ピクチ ャ、 Pピクチャ、 Bピクチャを区別するためのデータ量が 2ビッ トであ り、 前記動きべク トルの大きさに関するデータ量が、 水平、 垂直合わせ て 2 n— 1 ( 2 n— 1 I X I ) ビッ トである請求項 2に記載の動画像の電 子透かしを用いたエラー隠蔽方法。
4 . 前記動きべク トルに関するデータを量子化後の D C T係数に埋め込 む請求項 1乃至 3のいずれかに記載の動画像の電子透かしを用いたエラ 一隠蔽方法。
5 . 前記動きベク トルに関するデータを、 D C T係数の高周波領域に埋 め込む請求項 4に記載の動画像の電子透かしを用いたエラー隠蔽方法。
6 . ェンコ一ド時及びデコード時に、 テーブルの内の A C係数をジグザ グスキャン順に並べた最後から必要個数の係数を 1に固定した修正量子 まず、 ユーザーは、 準備工程 （ス テ ッ プ S 1 ) と して操作 パネル ]. の ス ィ ッ チを操作 して、 滅菌装置 1 0 0 の扉 1 3 を 開いて引 き 出 し ト レー 3 を引 き 出す。 次に、 滅菌パッ ク な ど を施 した被滅菌物 2 を引 き 出 し ト レー 3 に載せて、 再び操作 パネル 1 の ス ィ ツチを操作 して引 き 出 し ト レー 3 をチャ ンバ 一 4 内に収納 して扉 1 3 を閉める。
扉 1 3 が閉ま った こ と を確認 してから、 操作パネル 1 の滅 菌処理開始スィ ツチを押す。 滅菌装置 1 0 0 の扉 1 3 が ロ ッ ク さ れて、 一連の滅菌処理が始ま る。 一連の滅菌処理と は、 まずはチャ ンバ一 4 内の空気を真空ポンプ 5 で引 き抜く 真空 工程 （ステ ップ S 2 ) で、 チ ャ ンバ一 4 内を減圧する。 チヤ ンバー 4 内の圧力があ らか じめ設定されてい る圧力 （例えば — 0 . 0 9 M P a ) ま で下がる と真空ポンプ 5 は停止 さ れる ついで、 蒸気発生器 2 7 に よ り 発生された高圧蒸気をチャ ン バー 4 に導入するために給蒸弁 6 が開かれ、 滅菌工程に入る (ステ ップ S 3 ) 。 チ ャ ンバ一 4 内があ ら力 じめ設定された 滅菌温度 （例えば 1 3 5 °C ) になる まで、 蒸気は送 り 込まれ る。 効率を上げる ために、 真空引 き と 給蒸を交互に繰 り 返す よ う に して も よレヽ。
チ ャ ンバ一 4 内の温度が設定された滅菌温度に達した ら、 あ らかじめ設定された滅菌時間 （例えば、 5 分） の間、 チヤ ンバー 4 内を当該温度に保つ。 滅菌時間が過ぎた ら、 チャ ン バー 4 内の高圧蒸気をチャ ンバ一 4 外部に排蒸するための排 蒸気弁 7 が開かれる。 排蒸 された高圧蒸気は、 排蒸気冷却装 置 3 2 において冷却水給水 口 3 3 から供給さ れる冷却水によ
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