【手続補正書】
【提出日】平成16年10月28日(2004.10.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】    明細書
【発明の名称】  情報信号に透かしを埋め込む方法及び装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】  情報信号に透かしを埋め込む方法であって、
各サブパターンのエネルギースペクトル密度が支配的な方向性を有するサブパターンを、前記透かしパターンから導出するステップと、
前記透かしサブパターンに対する局所的重み係数を、前記支配的な方向性を有する前記情報信号の局所的エネルギースペクトルに基づいて決定するステップと、
前記透かしサブパターンを前記の決定された局所的重み係数に基づいて局所的に重み付けするステップと、
当該局所的に重み付けされた透かしサブパターンを前記情報信号に加算するステップと、
を有する方法。
【請求項２】  前記透かしサブパターンに対する局所的重み係数の前記決定が、前記支配的な方向性を有する前記情報信号の前記局所的空間的エネルギースペクトルに基づく、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】  前記局所的重み係数が更に、前記情報信号の活動状態に基づいて決定される、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】  前記透かしの前記サブパターンがゼロ位相コンボリューションによって得られる、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】  前記サブパターンの合計が前記透かしとほぼ等しい、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】  情報信号に透かしを埋め込む装置であって、
各サブパターンのエネルギースペクトル密度が支配的な方向性を有するサブパターンを、前記透かしパターンから導出する導出手段と、
前記透かしサブパターンに対する局所的重み係数を、前記支配的な方向性を有する前記情報信号の局所的エネルギースペクトルに基づいて決定する決定手段と、
前記透かしサブパターンを前記の決定された局所的重み係数に基づいて局所的に重み付けする重み付け手段と、
当該局所的に重み付けされた透かしサブパターンを前記情報信号に加算する加算手段と、
を有する装置。
【請求項７】  透かしが埋め込まれた情報信号が記憶された記憶媒体であって、
前記透かしが前記情報信号に埋め込まれ、
各サブパターンのエネルギースペクトル密度が支配的な方向性を有するサブパターンが前記透かしパターンから導出され、
前記透かしサブパターンに対する局所的重み係数が、前記支配的な方向性を有する前記情報信号の局所的エネルギースペクトルに基づいて決定され、
前記透かしサブパターンが前記の決定された局所的重み係数に基づいて局所的に重み付けされ、
当該局所的に重み付けされた透かしサブパターンが前記情報信号に加算される
ことを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報信号に透かしを埋め込む方法及び装置、透かしが埋め込まれた情報信号、並びに透かしが埋め込まれた情報信号が記憶された記憶媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現行のマルチメディアデータのデジタル化は二重の効果を持ってきた。デジタル化は、一方でより速くより効率的な、信号の記憶、転送及び処理を可能にしたが、他方ではこのような信号の複製及び改竄も非常に容易且つ検知不能にしてしまった。インターネット等のコンピュータネットワークは、マルチメディア情報の、不法な複製やおそらく改竄された複製の、高速でエラー無しのいかなる移動をも可能にし、このようなコンピュータネットワークの成長と共にマルチメディアデータの著作権侵害に関するセキュリティの問題も増加した。よって、このような開放環境において何らかの著作権情報を保つ必要がある。これらの著作権情報は、検知は容易だが、除去が困難である必要がある。唯一の解決策は、画像、映像及び音声データに、認識不能であって、分離不能なようにオリジナルのデータにしっかり結合されており、且つ、いかなる種類のマルチメディア信号処理にも耐える、二次信号を組み込むことのようである。このような二次情報は通常透かしと呼ばれる。
【０００３】
基本的には、画像への透かしの埋め込みは、画像を見る者がオリジナル画像と透かしを埋め込んだ画像との間に認識可能な変化を発見しないことを保証するような方法で、画像のピクセル値を変化させる処理である。任意の方法でピクセル値を大きく変化させることは、目に見えて分かるアーチファクトを生むことになる。画像のどのピクセル値も、画像の品質に認識可能な相違を生むことなく変化させるには、ある限界までしか変化させることができない。
【０００４】
国際特許出願公開第99/45705号から、信号に補助データを埋め込む方法が既知である。データは一つ以上の基本的な透かしパターンの相対的な位置又は位相に符号化される。透かし検知工程において透かしを広い領域で探す必要性を避けるために、透かしは「タイル」と呼ばれるより小さなユニットを、画像の範囲内で反復することにより発生される。更に、局所的深度マップ、又は、局所的重みとも呼ばれる可視度マスクλ (P)が計算される。各ピクセル位置で、λ(P)は追加ノイズの可視度の度合いを提供する。
【０００５】
換言すれば、λ(P)は追加ノイズによる画像の劣化に対する局所的な感度を測定し、実際の状況ではラグランジュハイパスフィルタL = [ -1 -1 -1; -1 8 -1; -1 -1 -1]の応答の程度により決定される。各位置における、タイルにより埋め込まれた透かしの値は、該位置の可視度の値λ(P)で乗算される。従って、透かしが埋め込まれた情報信号の式は以下のようである。
【数１】
2004513587.tif 000001
ここでPは透かしWが埋め込まれる情報信号であり、このPに透かしWが埋め込まれると情報信号Qとなる。
【０００６】
次のステップは、特定の透かしパターンWが、問題となっている信号に含まれているか検知することになる。問題となっている信号Q、及び透かしパターンWは相関を取られ、ここで、問題となっている信号Qは、検知に対する耐性を増加させるため前フィルタ処理されている可能性がある。与えられた閾値よりも相関値が大きければ、透かしパターンWが存在することが検知される。
【０００７】
多くの状況で、これは画像の局所的特性に透かしのエネルギーを適応させるのに有用な方法である。複雑性と簡易性との理由から、パターンWは、各周波数成分がほぼ同じパワーを有するスペクトル的に白いパターンになるよう選択された。この方法は特に、方向に強い優先性がない画像領域で良く機能する。しかし、方向に強い優先性がある画像領域、例えば縁に沿った部分では、透かし強度を適応させるこの方法は、カバー画像にアーチファクトを生じさせる。
【０００８】
1998年のイギリスのBristolでの6th ACM International Multimedia Conferenceにおける、Kankanhalli他による、「コンテンツに基づいた画像への透かし埋め込み」(ウェブ上にても発表：http://info.acm.org/sigmm/MM98/electronic_proceedings/kankanhalli/index.html)において、テクスチャ、縁及び輝度情報等の局所領域の画像コンテンツに基づいて全てのピクセルのノイズ感度を分析する新しい方法が提案されている。これは、透かしを埋め込む画像に対する、何とか気付く程度の歪みマスクを生む結果となる。次に透かしの各ビットは空間的に広げられ、擬似ノイズ列により、振幅が、当該透かしが埋め込まれるべきピクセルのノイズ感度以下に保たれるように形成される。
【０００９】
人間の画像認識に関する研究により、いわゆる人間の視覚系(HVS)が生まれた。これに関する詳細は、1993年10月発行の、Proceedings of the IEEE、81(10)、1385〜1422ページの、Johnston他による、「人間の認識のモデルに基づいた信号圧縮」に記載されている。
【００１０】
人間の視覚系(HVS)は、平行ノイズよりも垂直ノイズに対してより敏感であることが知られており、これは、特に縁という、支配的な方向性を有する領域において透かしのアーチファクトが見られることを説明する。
【００１１】
HVSによれば画像の領域における歪みの可視性は以下に依存する。
‐  画像認識の極めて重要な要素である、画像の縁情報。縁情報は、最も小さなノイズ感度を有し、従って、縁の完全性が損なわれないことは、画像品質を維持するのに不可欠である。
-  平滑なエリアは、縁の情報と共に我々の認識に影響を与える。
-  テクスチャでは歪みの可視性は低い、つまり、強いテクスチャの領域は極めて高いノイズ感度レベルを有する。
-  輝度感度。ノイズの二乗の平均値がバックグラウンドの二乗の平均値と同一である場合、ノイズは中間グレイのバックグラウンドに対して最も良く見える傾向がある、つまり、中灰色の領域は他の領域と比較してノイズに対してより敏感である。
【００１２】
透かしは、特定の画像領域のノイズ感度に応じてスケール変更又は重み付けを行うことにより画像に埋め込まれる。これは、透かしが、変更に対する感度の高いエリアを最も少なく歪ませることを保証し、詳細で高い構造の領域で空間的認識冗長性を活用する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術から既知の透かし埋め込み方法は、情報信号に透かしエネルギーを組み込むのに空間的認識冗長性を完全には活用しないということを共通して持っている。
【００１４】
本発明の目的は、情報信号に透かしを埋め込む方法において、透かしの検知は変更されず、前記透かしが既知の透かしと比較してより耐性があるような方法を提供することである。更に、これに対応する、情報信号に透かしを埋め込む装置、透かしが埋め込まれた情報信号、及び透かしが埋め込まれた情報信号が記憶された記憶媒体が提供される。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この目的は、本発明による、請求項１に記載される方法、請求項６に記載される装置及び請求項７に記載される記憶媒体により達成される。
【００１６】
本発明は主に、透かしは、透かしパターンから透かしサブパターンを導出することにより情報信号に埋め込まれるという考えに基づいている。これらの導出されたサブパターンのそれぞれは支配的な方向性を有するエネルギースペクトルを有する。前記サブパターンに対する局所的重み係数は、前記支配的な方向性を有する情報信号の局所的エネルギースペクトルに基づいて決定され、透かしサブパターンはこの決定された局所的重み係数を用いて局所的に重み付けされる。最後に、局所的に重み付けされた透かしサブパターンが情報信号に加算される。よって、情報信号の方向性の冗長性は、認識可能な歪みなしに更なる透かしエネルギーを情報信号に組み込むのに活用されることができる。
【００１７】
本発明の一側面では、前記サブパターンに対する局所的重み係数は、前記支配的な方向性を有する情報信号の局所的空間的エネルギースペクトルに基づいて決定される。よって、情報信号の空間的方向性冗長性は、情報信号により多くの透かし信号エネルギーを組み込むのに活用することができる。
【００１８】
本発明の一側面によれば、局所的重み係数を決定する際に情報信号の活動状態が考慮される。
【００１９】
本発明の更なる側面では、前記サブパターンの合計は前記透かしとほぼ等しい。従って、既知の透かし検知方法を前記サブパターンを検知するのに用いることができる。
【００２０】
本発明の更なる側面では、情報信号に透かしを埋め込む装置が提供される。前記装置は、各サブパターンのエネルギースペクトル密度が支配的な方向性を有するサブパターンを、前記透かしパターンから導出する手段を有する。局所的重み係数を前記支配的な方向性を有する情報信号の局所的エネルギースペクトルに基づいて決定する決定手段と、前記透かしサブパターンを前記局所的重み係数に基づいて局所的に重み付けする重み付け手段とも、装置に含まれている。最後に、前記装置は、局所的に重み付けされた透かしサブパターンを情報信号に加算する加算手段を有する。
【００２１】
本発明は更に、透かしが埋め込まれた情報信号と、請求項７に記載の、透かしが埋め込まれた情報信号を記憶した記憶媒体と、として実施される。情報信号と記憶媒体とが更に開発されることが可能であり、これらの更なる実施例があるということが理解されるであろう。これらの開発例や実施例は、請求項１の従属請求項に公開された、情報信号に透かしを埋め込む方法を参照して上述された開発例及び実施例に等しいか又は類似している。
【００２２】
本発明の他の好適な実施例は、従属項に公開される。
【００２３】
本発明及び本発明の好適な実施例は、図を参照して以下に詳細に説明される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１に情報信号に透かしを埋め込む埋め込み器が図示される。埋め込み器は、情報信号Pを作成する画像ソース11と、重み係数λ(P)及び全域深度パラメータdを決定するパラメータ決定手段16と、透かしW(P)を重み係数λ(P)で変調させるための変調器17と、変調された透かしW(P)を全域深度パラメータdで乗算するための乗算器18と、透かしWを情報信号Pに加算し、透かしが埋め込まれた情報信号Qを生じさせる、加算器12とを含む。これで得られる、透かしを埋め込んだ情報信号Qは、記憶媒体50に記憶することができる。
【００２５】
図２に、パラメータ決定手段16がより詳細に示される。パラメータ決定手段16は、空間的データ分析手段163を含み、該手段は情報信号Pを入力として受信し、重み係数決定手段166及び全域深度パラメータ決定手段165と出力側で接続されている。重み係数決定手段166は、重み係数λ(P)を出力信号として発生させる。全域深度パラメータ決定手段165は、全域深度パラメータdを出力信号として発生させる。
【００２６】
情報信号Pの各ピクセルをそれぞれ変調すなわち乗算する、重み係数λ(P)を決定するとき、情報信号Pの空間的データが、人間の視覚系HVSの特性に基づいて、空間的データ分析手段により静止画像のために分析される。これは例えば、良く知られたJPEG量子化テーブルを評価することにより実行することができる。分析結果は、どの程度の透かしエネルギーを認識されずに情報信号Pのそれぞれのピクセルに埋め込むことができるかの情報を提供する。分析結果に基づいて情報信号Pの各ピクセルに対する重み係数λ(P)が決定され、透かしが、透かしピクセルをそれぞれの局所的重み係数で乗算することにより重み付けされ、前記加算器12により情報信号のそれぞれのピクセルに加えられる。
【００２７】
方向に強い優先性を有する画像領域、例えば縁に沿った領域では、従来技術で既知の、透かし強度を適応させる方法は、カバー画像の支配的な方向に直交する方向にアーチファクト性を生じさせる。これらのアーチファクトの主要な理由は、主には透かしパターンW及び局所的重み付けλ(P)の両方の非方向性である。前記局所的重み付けλ(P)は方向性がないため、支配的な局所方向がある場合、透かし埋め込み方法により直交した透かし周波数成分が導入されることになる。
【００２８】
従って本発明の実施例では、図１に示されるように、透かしパターンWはサブパターン導出手段30により、各サブパターンが支配的方向性を有する幾つかのサブパターンWiに分割される。透かしを埋め込むのに、ホスト信号のエネルギー、つまり情報信号のエネルギーは、空間的データ分析手段163で、支配的な方向のそれぞれにおいて決定される。この情報は、重み係数決定手段166へ転送され、これに従って、それぞれのサブパターンに対する重み係数が決定される。各サブパターンWiは、決定された重み係数に従って乗算器17により重み付けされ、加算器12により情報信号に加えられる。この、透かしパターンWの幾つかのサブパターンWiへの分割により、透かしパターンは方向性を有するようになる。パターンWiの合計がオリジナルパターンWと等しくなることを保証することで、透かしの検知は、問題となっている信号をオリジナルのマザーパターンと関連付けることにより達成される。
【００２９】
一つの透かしパターンWから導出されたサブパターンWiのそれぞれは、エネルギーのほとんどが方向i(i=水平、垂直又は斜め)に集中したパワースペクトル密度を持つ。
【００３０】
上記は例を挙げることにより最も良く説明される。オリジナルのラプラス感度測度がL = [-1 -1 -1; -1 8 -1; -1 -1 -1]であると考えよう。この感度の測度は、既に上述のとおり方向性に対して影響を受けないが、容易に以下のように、方向に影響を受ける四つの測度に分割することができる。
【数２】
2004513587.tif 000002
【００３１】
四つの方向性フィルタ{Li}は、合計がオリジナルの感度フィルタLと等しくなるという特性を有する。方向性透かしパターンWiは次のように構成されるようになる。
【数３】
2004513587.tif 000003
ここでeは、Lが0のときの特異点を防ぐ小さい正の定数である。この定義(i)において、パターンWiはフィルタLiに対応する支配的な方向を有し、四つのパターンの合計はオリジナル(マザー)パターンWとほぼ等しい。
【数４】
2004513587.tif 000004
【００３２】
局所的重み係数λ(P)は、これに従って四つの局所的重み係数マトリックス又は四つの局所的深度マトリックスΛ = Λh + Λv + Λd + Λdに変化させることができる。
【００３３】
これで透かしの埋め込みの式は以下のようになる。
【数５】
2004513587.tif 000005
ここでdは全域透かし強度を表す。テクスチャのあるエリアでは、方向に優先性がなければ、この埋め込み式は、オリジナルの方向性のない埋め込み方法と事実上等しい。
【数６】
2004513587.tif 000006
【００３４】
まだ四つのパターンのそれぞれはマザーパターンWと強い関連性を有する(Wの自己相関性のほぼ四分の一)ため、透かしの検知は一つのパターンWとの相関性を用いることによりまだ可能である。
【００３５】
透かしの検知は、国際特許出願公開第99/45 705号に説明されたように達成することができる。従って、既知の透かし検知方法を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による、情報信号に透かしを埋め込む装置の模式的ブロック図。
【図２】  図１に基づいた、情報信号に透かしを埋め込む装置で用いられるパラメータ決定装置のブロック図。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2004513587.tif 000007