(57)【要約】【課題】  実時間で撮影されて記録される映像の認証及び偽変造の防止を可能にするシステムを提供する。【解決手段】  撮影されたデジタル映像に実時間で透かしを埋込み及び検出し、映像の偽変造の有無及び偽変造の位置を確認することができるようにする透かしの埋込み及び検出方法に関する。圧縮過程で用いられる周波数変換後の量子化された係数を用いて透かしを生成し、これを映像に埋め込むことにより映像の圧縮と透かしの埋込みが共に行われる。本来の擬似ランダムシーケンスを距離ｄだけ円状シフトさせたランダムシーケンスを透かしとして映像に埋め込む強靭な透かしの埋込み方法が開示される。映像のＭＰＥＧ圧縮過程中において、量子化されたＤＣＴ係数を用いて透かしを生成及び埋め込む技術が開示され、透かしの生成及び埋込みは、マクロブロック単位またはスライス単位で行われ得る。【選択図】図１
2004328747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像に透かしを埋め込む方法において、
本来の擬似ランダムシーケンスを距離ｄだけ円状シフトさせたランダムシーケンスを透かしとして映像に埋め込むステップを含むことを特徴とする透かしの埋込み方法。
【請求項２】
前記透かしは、強靭な透かしであることを特徴とする請求項１に記載の透かしの埋込み方法。
【請求項３】
前記透かしは、圧縮過程において用いられる周波数変換の量子化された係数を用いて生成されることを特徴とする請求項１に記載の透かしの埋込み方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の透かしの埋込み方法によって実時間で撮影される映像に透かしを埋め込んで記録するデジタルビデオ記録装置。
【請求項５】
映像に透かしを埋め込む方法において、
擬似ランダムシーケンスを生成するステップと、
前記擬似ランダムシーケンスを距離ｄだけ円状シフトさせ、透かしシーケンスを生成するステップと、
前記透かしシーケンスに透かしの埋込み強度を示す係数を乗算するステップと、
前記乗算された透かしシーケンスをウェーブレット変換された原映像と合算させ、周波数変換領域における透かしが埋め込まれた映像を生成するステップと、
前記透かしが埋め込まれた映像をウェーブレット逆変換し、空間領域における透かしが埋め込まれた映像を生成するステップとを含むことを特徴とする透かしの埋込み方法。
【請求項６】
映像に透かしを埋め込む方法において、
擬似ランダムシーケンスを生成するステップと、
前記擬似ランダムシーケンスを距離ｄだけ円状シフトさせ、透かしシーケンスを生成するステップと、
前記透かしシーケンスをウェーブレット逆変換するステップと、
前記ウェーブレット逆変換された透かしシーケンスに透かしの埋込み強度を示す係数を乗算するステップと、
前記乗算された透かしシーケンスを空間領域の原映像と合算させ、透かしが埋め込まれた映像を生成するステップとを含むことを特徴とする透かしの埋込み方法。
【請求項７】
前記擬似ランダムシーケンスは、｛−１、１｝でマッピングされることを特徴とする請求項５または６に記載の透かしの埋込み方法。
【請求項８】
前記透かしは、強靭な透かしであることを特徴とする請求項５または６に記載の透かしの埋込み方法。
【請求項９】
請求項５または６に記載の透かしの埋込み方法によって実時間で撮影される映像に透かしを埋め込んで記録するデジタルビデオ記録装置。
【請求項１０】
映像に透かしを埋め込む方法において、
擬似ランダムシーケンスを生成するステップと、
前記擬似ランダムシーケンスを距離ｄだけ円状シフトさせ、透かしシーケンスを生成するステップと、
原映像を離散コサイン変換させるステップと、
前記原映像の離散コサイン変換された係数のうち、ＤＣまたはＡＣ係数のＬＳＢを前記透かしシーケンスに代替するステップと、
前記ＬＳＢが代替された映像を離散コサイン逆変換するステップとを含むことを特徴とする透かしの埋込み方法。
【請求項１１】
映像に透かしを埋め込む方法において、
擬似ランダムシーケンスを生成するステップと、
前記擬似ランダムシーケンスを距離ｄだけ円状シフトさせ、透かしシーケンスを生成するステップと、
前記透かしシーケンスを離散コサイン逆変換するステップと、
前記離散コサイン変換された透かしシーケンスを原映像と合算するステップとを含むことを特徴とする透かしの埋込み方法。
【請求項１２】
前記透かしは、強靭な透かしであることを特徴とする請求項１０または１１に記載の透かしの埋込み方法。
【請求項１３】
請求項１０または１１に記載の透かしの埋込み方法によって実時間で撮影される映像に透かしを埋め込んで記録するデジタルビデオ記録装置。
【請求項１４】
映像のＭＰＥＧ圧縮を行う過程と共に映像に透かしを埋め込む方法において、
入力映像を離散コサイン変換するステップと、
前記離散コサイン変換された映像を量子化するステップと、
前記量子化されたＤＣＴ係数を用いて透かしを構成するステップと、
前記透かしを前記映像に埋め込むステップと、
前記透かしが埋め込まれた映像に可変長コーディング過程を行うステップとを含むことを特徴とする透かしの埋込み方法。
【請求項１５】
映像のＭＰＥＧ圧縮を行う過程と共に映像に透かしを埋め込む方法において、
前記映像の該当マクロブロックの量子化されたＤＣＴ係数が入力されるステップと、
前記該当マクロブロックの各ＤＣＴブロックを特徴抽出領域と透かしの埋込み領域とに分割するステップと、
前記特徴抽出領域の量子化されたＤＣＴ係数とユーザ情報とを組み合わせるステップと、
前記組み合わされた値をハッシュ関数の入力値としてハッシュ値を求めるステップと、
前記透かしの埋込み領域の量子化されたＤＣＴ係数のＬＳＢに前記ハッシュ値を埋め込むステップとを含むことを特徴とする透かしの埋込み方法。
【請求項１６】
前記マクロブロックは、１６×１６の大きさであり、前記マクロブロックは、８×８の大きさの４個のＤＣＴブロックで構成されることを特徴とする請求項１５に記載の透かしの埋込み方法。
【請求項１７】
映像のＭＰＥＧ圧縮を行う過程と共に映像に透かしを埋め込む方法において、
前記映像の該当スライス内の全てのマクロブロックの量子化されたＤＣＴ係数が入力されるステップと、
前記マクロブロックのそれぞれのＤＣＴブロックを特徴抽出領域と透かしの埋込み領域とに分割するステップと、
前記特徴抽出領域の量子化されたＤＣＴ係数とユーザ情報とを組み合わせるステップと、
前記組み合わされた値をハッシュ関数の入力値としてハッシュ値を求めるステップと、
前記該当スライスの次のスライスの透かしの埋込み領域の量子化されたＤＣＴ係数のＬＳＢに前記ハッシュ値を埋め込むステップとを含むことを特徴とする透かしの埋込み方法。
【請求項１８】
前記ユーザ情報は、製造企業の固有番号及び製品の固有番号の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１４〜１７のいずれかに記載の透かしの埋込み方法。
【請求項１９】
前記透かしは、軟弱な透かしであることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれかに記載の透かしの埋込み方法。
【請求項２０】
請求項１４〜１７のいずれかに記載の透かしの埋込み方法によって実時間で撮影される映像に透かしを埋め込んで記録するデジタルビデオ記録装置。
【請求項２１】
映像のＪＰＥＧ圧縮を行う過程と共に映像に透かしを埋め込む方法において、
入力映像を離散コサイン変換するステップと、
前記離散コサイン変換された映像を量子化するステップと、
前記量子化されたＤＣＴ係数を用いて透かしを構成するステップと、
前記透かしを前記映像に埋め込むステップと、
前記透かしが埋め込まれた映像にエントロピーコーディング過程を行うステップとを含むことを特徴とする透かしの埋込み方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の透かしの埋込み方法によって実時間で撮影される映像に透かしを埋め込んで記録するデジタルビデオ記録装置。
【請求項２３】
映像のウェーブレット圧縮を行う過程と共に映像に透かしを埋め込む方法において、
ウェーブレット圧縮過程中の量子化されたウェーブレット係数を特徴抽出領域と透かしの埋込み領域とに分割するステップと、
前記特徴抽出領域の量子化されたＤＣＴウェーブレット係数とユーザ情報とを組み合わせるステップと、
前記組み合わされた値をハッシュ関数の入力値としてハッシュ値を求めるステップと、
前記透かしの埋込み領域のＬＳＢをゼロとし、ここに前記ハッシュ値ビットを埋め込むステップとを含むことを特徴とする透かしの埋込み方法。
【請求項２４】
前記ウェーブレット圧縮のウェーブレット変換は２段階のウェーブレット変換であり、
前記透かしの埋込み領域としてＬＬ２、ＨＬ２及びＬＨ２領域が用いられることを特徴とする請求項２３に記載の透かしの埋込み方法。
【請求項２５】
前記透かしは、軟弱な透かしであることを特徴とする請求項２３または２４に記載の透かしの埋込み方法。
【請求項２６】
請求項２３または２４に記載の透かしの埋込み方法によって実時間で撮影される映像に透かしを埋め込んで記録するデジタルビデオ記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像に透かしを埋め込む方法及び該方法を用いたデジタルビデオ記録装置に関する。より具体的には、本発明は、撮影されたデジタル映像に実時間で透かしを埋め込み、映像の偽変造の有無及び偽変造の位置を確認することができるようにする透かしの埋込み方法に関し、また前記透かしの埋込みは圧縮と共に行われ得る。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、全体的に本発明の出願人と同一の出願人により出願され、発明の名称が「デジタル映像の偽変造防止のためのネットワークカメラ装置、ネットワークカメラサーバ及びデジタルビデオ記録装置、並びにこれらの装置から出力されたデジタル映像を認証する装置とその方法」である韓国特許出願第２００１−６２９３４号と関連しており、前記出願発明は本発明に参照として含まれる。
【０００３】
前記出願発明は、実時間で撮影される映像信号に強靭な透かしＲＷ（Ｒｏｂｕｓｔ Ｗａｔｅｒｍａｒｋ）及び／又は軟弱な透かしＦＷ（Ｆｒａｇｉｌｅ Ｗａｔｅｒｍａｒｋ）を埋め込み、映像の偽変造を防止する方法及び該方法を採用したネットワークカメラ装置、ネットワークカメラサーバ及びデジタルビデオ記録装置を開示する。特に、前記出願発明においては、デジタル映像信号の圧縮をＲＷの埋込み後、ＦＷの埋込み前に別途に行うことになる。
【０００４】
本発明は、前記出願発明の強靭な透かし及び軟弱な透かしの埋込み方法を改善した発明であり、特に圧縮を行うと共にＲＷ及び／又はＦＷを埋め込む方法、埋込み情報量を増やす方法、埋込み速度を実時間に近く高める方法、また空間領域と変換領域における透かしの埋込み及び検出の相互運用性（Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ）を可能にする透かしの埋込み方法等が開示される。さらに、前記強靭な透かし及び／又は軟弱な透かしの埋込み方法を採用したデジタルビデオ記録装置ＤＶＲが開示される。
【０００５】
本発明を説明する前に、本発明の方法が適用されるデジタルビデオ記録装置について説明する。デジタルＣＣＴＶ方式システムであるＤＶＲ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅo Ｒｅｃｏｒｄｅｒ）は、既存のＣＣＤカメラとＶＣＲ、ＴＡＰＥ等で構成された監視システムを代替する次世代監視システムとして多く用いられているが、アナログ方式の監視システムは、監視しようとする環境をモニタリングし必要な映像データをＴＡＰＥに録画して検索、記録していたのに対し、ＤＶＲにおいては、撮影された映像データをデジタル信号に変換し、ハードディスクやＤＶＤ−ＲＡＭ等に記録するため、アナログ装備に比べ様々な長所を有していると言える。また、１台のＤＶＲで多数のカメラ（例えば、１６個のカメラ）と多数の映像（１６分割映像）を記録して管理することができる。
【０００６】
一方、本発明における透かしの埋込み及び抽出方法は、主に周波数変換平面の特性を用いる。ここで用いられ得る変換としては、ウェーブレット変換ＷＴ（Ｗａｖｅｌｅｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）及び離散コサイン変換ＤＣＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）があり、この変換は、主に圧縮アルゴリズムから映像の空間的な情報の不要な部分（Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ）を除去するために用いられる変換である。
【０００７】
先ず、ウェーブレット変換は、信号の変化が激しい部分においてはサンプリング間隔を小さくし、信号の変化が緩やかな部分においては間隔を大きくし、信号の特性を抽出するのに有利な変換方式であり、これについては、非特許文献１に開示されている。
【０００８】
ウェーブレット変換は、フーリエ変換と共に１９９０年代に多くの研究が行われた信号処理方法である。ウェーブレット変換においては、周波数が高い信号は、時間軸上でウィンドウサイズを小さくし、周波数が低い信号である場合は、時間軸上でウィンドウサイズを大きくして信号を分析することが分かる。従って、ウェーブレット変換を用いると、周波数情報だけでなく時間情報も各帯域別に分かる。また、帯域別に信号を分けることができるため、所望の帯域の信号のみを処理することができる。
【０００９】
ＤＣＴ変換は、２次元空間のデータを２次元周波数平面に変換させる変換である。ＤＣＴ変換の結果、発生する２次元信号は同一の大きさを有して実数値でのみ表現される。また、大半の映像信号が低周波領域に集中されており、大半のゼロでない係数は、低周波数の帯域部分に集まっており、高周波数成分の係数の大半はゼロまたは小さい値を有する。従って、低周波数帯域の意味のある係数のみを取り、これを離散コサイン逆変換（ＩＤＣＴ）すると、映像から高周波成分が除去された映像信号が得られる。従って、空間領域における各ピクセルの係数を用いて圧縮するよりＤＣＴ変換を行った後、低周波帯域の係数を用いて圧縮を行うのは遥かに圧縮効率を高めることができる。
【非特許文献１】ヤング・ヤン（Ｙａｎｇ Ｙａｎ）、ツァング・ドング（Ｚｈａｎｇ Ｄｏｎｇ）著「Ｍバンドウェーブレット変換によるアルゴリズムの高度化（Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｖｉａ Ｍ−Ｂａｎｄ Ｗａｖｅｌｅｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）」、ＳＰＩＥ生物医学光通信及び光電子イメージング会報（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ）、２０００年、１６５−１６９ページ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、実時間で撮影されて記録される映像の認証及び偽変造の防止を可能にするシステムを提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、圧縮を行う過程と共に強靭な透かし及び／又は軟弱な透かしを埋め込む方法を提供することである。
【００１２】
本発明のまた他の目的は、透かしとして埋め込まれる情報量を増やし、また透かしの埋込み速度を実時間に近く高める方法を提供することである。
【００１３】
本発明のまた他の目的は、空間領域と変換領域における透かしの埋込み及び検出の相互運用性を可能にする透かしの埋込み方法を提供することである。
【００１４】
本発明のまた他の目的は、前記のような強靭な透かし及び／又は軟弱な透かしの埋込み方法を採用したデジタルビデオ記録装置ＤＶＲを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述したような目的を達成するために、本発明は、映像に透かしを埋め込む方法において、本来の擬似ランダムシーケンスを距離ｄだけ円状シフト（ｃｉｒｃｕｌａｒ ｓｈｉｆｔ）させたランダムシーケンスを透かしとして映像に埋め込むステップを含む透かしの埋込み方法を提供する。
【００１６】
本発明の他の目的を達成するために、本発明は、映像に透かしを埋め込む方法において、擬似ランダムシーケンスを生成するステップと、前記擬似ランダムシーケンスを距離ｄだけ円状シフトさせ、透かしシーケンスを生成するステップと、前記透かしシーケンスに透かしの埋込み強度を示す係数を乗算するステップと、前記乗算された透かしシーケンスをウェーブレット変換された原映像と合算させ、周波数変換領域における透かしが埋め込まれた映像を生成するステップと、前記透かしが埋め込まれた映像をウェーブレット逆変換し、空間領域における透かしが埋め込まれた映像を生成するステップとを含む透かしの埋込み方法を提供する。
【００１７】
また、本発明は、映像に透かしを埋め込む方法において、擬似ランダムシーケンスを生成するステップと、前記擬似ランダムシーケンスを距離ｄだけ円状シフトさせ、透かしシーケンスを生成するステップと、前記透かしシーケンスをウェーブレット逆変換するステップと、前記ウェーブレット逆変換された透かしシーケンスに透かしの埋込み強度を示す係数を乗算するステップと、前記乗算された透かしシーケンスを空間領域の原映像と合算させて透かしが埋め込まれた映像を生成するステップとを含む透かしの埋込み方法を提供する。
【００１８】
また、本発明は、映像に透かしを埋め込む方法において、擬似ランダムシーケンスを生成するステップと、前記擬似ランダムシーケンスを距離ｄだけ円状シフトさせ、透かしシーケンスを生成するステップと、原映像を離散コサイン変換させるステップと、前記原映像の離散コサイン変換された係数のうち、ＤＣ係数のＬＳＢを前記透かしシーケンスに代替するステップと、前記ＬＳＢが代替された映像を離散コサイン逆変換するステップとを含む透かしの埋込み方法を提供する。
【００１９】
また、本発明は、映像に透かしを埋め込む方法において、擬似ランダムシーケンスを生成するステップと、前記擬似ランダムシーケンスを距離ｄだけ円状シフトさせ、透かしシーケンスを生成するステップと、前記透かしシーケンスを離散コサイン逆変換するステップと、前記離散コサイン変換された透かしシーケンスを原映像と合算するステップとを含む透かしの埋込み方法を提供する。
【００２０】
本発明のまた他の目的を達成するために、本発明は、映像のＭＰＥＧ圧縮を行う過程と共に映像に透かしを埋め込む方法において、入力映像を離散コサイン変換するステップと、前記離散コサイン変換された映像を量子化するステップと、前記量子化されたＤＣＴ係数を用いて透かしを構成するステップと、前記透かしを前記映像に埋め込むステップと、前記透かしが埋め込まれた映像に可変長コーディング過程を行うステップとを含む透かしの埋込み方法を提供する。
【００２１】
また、本発明は、映像のＭＰＥＧ圧縮を行う過程と共に映像に透かしを埋め込む方法において、前記映像の該当マクロブロックの量子化されたＤＣＴ係数が入力されるステップと、前記該当マクロブロックの各ＤＣＴブロックを特徴抽出領域と透かしの埋込み領域とに分割するステップと、前記特徴抽出領域の量子化されたＤＣＴ係数とユーザ情報とを組み合わせるステップと、前記組み合わされた値をハッシュ関数の入力値としてハッシュ値を求めるステップと、前記透かしの埋込み領域の量子化されたＤＣＴ係数のＬＳＢに前記ハッシュ値を埋め込むステップとを含む透かしの埋込み方法を提供する。
【００２２】
また、本発明は、映像のＭＰＥＧ圧縮を行う過程と共に映像に透かしを埋め込む方法において、前記映像の該当スライス内の全てのマクロブロックの量子化されたＤＣＴ係数が入力されるステップと、前記マクロブロックそれぞれのＤＣＴブロックを特徴抽出領域と透かしの埋込み領域とに分割するステップと、前記特徴抽出領域の量子化されたＤＣＴ係数とユーザ情報とを組み合わせるステップと、前記組み合わされた値をハッシュ関数の入力値としてハッシュ値を求めるステップと、前記該当スライスの次のスライスの透かしの埋込み領域の量子化されたＤＣＴ係数のＬＳＢに前記ハッシュ値を埋め込むステップとを含む透かしの埋込み方法を提供する。
【００２３】
また、本発明は、映像のＪＰＥＧ圧縮を行う過程と共に映像に透かしを埋め込む方法において、入力映像を離散コサイン変換するステップと、前記離散コサイン変換された映像を量子化するステップと、前記量子化されたＤＣＴ係数を用いて透かしを構成するステップと、前記透かしを前記映像に埋め込むステップと、前記透かしが埋め込まれた映像にエントロピーコーディング過程を行うステップとを含む透かしの埋込み方法を提供する。
【００２４】
本発明のまた他の目的を達成するために、本発明は、映像のウェーブレット圧縮を行う過程と共に映像に透かしを埋め込む方法において、ウェーブレット圧縮過程中の量子化されたウェーブレット係数を特徴抽出領域と透かしの埋込み領域とに分割するステップと、前記特徴抽出領域の量子化されたＤＣＴウェーブレット係数とユーザ情報とを組み合わせるステップと、前記組み合わされた値をハッシュ関数の入力値としてハッシュ値を求めるステップと、前記透かしの埋込み領域のＬＳＢをゼロとし、ここに前記ハッシュ値ビットを埋め込むステップとを含む透かしの埋込み方法を提供する。
【００２５】
併せて、本発明は、上述の透かしの埋込み方法によって実時間で撮影される映像に透かしを埋め込んで記録するデジタルビデオ記録装置を提供する。
【発明の効果】
【００２６】
上述のような本発明によると、実時間で撮影されて記録される映像の認証及び偽変造の防止を可能にするシステムを提供する効果がある。また、圧縮を行う過程と共に強靭な透かし及び／又は軟弱な透かしを埋め込むことができ、透かしとして埋め込まれる情報量を増やし、また透かしの埋込み速度を実時間に近く高める効果がある。更に、空間領域と変換領域における透かしの埋込み及び検出の相互運用性を可能にする効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、添付の図を参照として本発明の好ましい実施例について詳細に説明する。図１は、本発明の透かしの埋込み方法が適用されるシステムの構成を示すブロック図である。図１のシステムは、撮影されて入力される映像信号を圧縮し、また透かしを埋め込む構成が適用され得るネットワークカメラ、カメラサーバ、特にデジタルビデオカメラである。
【００２８】
図１を参照とすると、本発明の透かしの埋込み装置１００は、映像データ処理部（Ａ／Ｄ）１１０、固定情報生成部１２０、任意情報生成部１３０、透かし生成部１４０、圧縮及び透かし埋込み部１５０、映像データ処理部（デコーダ＋Ｄ／Ａ）１６０、ネットワーク連結部１７０及び映像記録部１８０を含んで構成され得る。
【００２９】
映像データ処理部（Ａ／Ｄ）１１０は、撮影されて入力される映像信号がアナログである場合に必要な構成要素であり、アナログ映像信号をデジタル映像信号にＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換する部分である。
【００３０】
固定情報生成部１２０は、映像記録装置の固有数字、入力映像のカメラ情報等を生成する部分であり、任意情報生成部１３０は、映像が録画される時間とユーザが任意に記録しようとする情報を生成する部分である。透かし生成部１４０は、前記固定情報生成部１２０と任意情報生成部１３０から生成された情報を用いて、デジタル映像に埋め込まれる透かしを生成する部分である。圧縮及び透かし埋込み部１５０は、入力されるデジタル映像に圧縮と透かしの埋込みを行う部分であり、この部分については、図３を参照として詳細に後述する。実時間運営部１９０は、図１のシステムの構成要素の機能遂行が実時間で行われるように制御する部分である。
【００３１】
圧縮及び透かし埋込み部１５０に出力された透かしが埋め込まれた圧縮映像信号は、映像データ処理部（デコーダ＋Ｄ／Ａ）１６０、ネットワーク連結部１７０または映像記録部１８０（ハードディスク、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＷマグネティックテープ等のデジタル記録装置）に入力され得る。
【００３２】
映像データ処理部（デコーダ＋Ｄ／Ａ）１６０は、圧縮された映像の圧縮を解除すると共に、圧縮が解除されたデジタル映像をアナログ映像に変換する部分である。アナログに変換された映像は、モニタ等の映像出力部を通じて一般ユーザがこれを観察することができるようになる。
【００３３】
ネットワーク連結部１７０は、圧縮されたデジタル映像を遠隔地から記録、観察することができるようにネットワークにデータを伝送する部分である。映像記録部１８０は、圧縮されたデジタル映像を記録して保管する部分である。映像記録部１８０に記録されたデジタル映像は、デジタル映像出力装置により外部に出力される。デジタル出力装置は、フロッピーディスク、汎用シリアルバス装置ＵＳＢ、ＣＤ等のような装置となり得る。
【００３４】
図２は、本発明の透かしの埋込み方法が適用されるシステムの構成を示すブロック図であり、透かしの埋込み装置に複数の映像入力装置からの映像が受信されることが図１のシステムと異なる点である。図２のシステムは、特に本発明の透かしの埋込み方法がデジタルビデオ記録装置ＤＶＲに適用される例となり得る。現在用いられているＤＶＲは、通常４〜１６チャンネルのカメラ入力を受け入れ、これをそれぞれ別途のファイルで記録管理する。
【００３５】
図２のシステムの一般的な構成要素及びその機能は、図１のシステムと同一であるので、その具体的な説明は省略する。但し、複数の映像入力装置２０２から映像信号が入力され、入力された映像信号は、映像信号統合部２０４において時分割方法により統合され、映像データ処理部２１０に入力されることになる。
【００３６】
本発明に係る透かしの埋込み方法は、（１）デジタル映像が圧縮される前に透かし（特に、ＲＷ）を埋め込む方法（図３ａ）、（２）デジタル映像の圧縮と共に透かしを埋め込む方法（図３ｂ）、及び（３）デジタル映像が圧縮された後に透かしを埋め込む方法（図４）に分類され、以下においては、図３及び図４を参照としてこれを説明する。
【００３７】
図３ａは、デジタル映像が圧縮される前に透かしを埋め込む構成を示す図である。このようなデジタル映像の圧縮及び透かしの埋込みは、図１または図２のシステム内の圧縮及び透かし埋込み部３００ａで行われる。
【００３８】
デジタル映像は、先ずＲＷ埋込み部３１０ａに入力される。ＲＷ埋込み部３１０ａは、デジタル映像に強靭な透かし（Ｒｏｂｕｓｔ Ｗａｔｅｒｍａｒｋ）を埋め込む部分であり、このとき、強靭な透かしは空間領域（ｓｐａｔｉａｌ ｄｏｍａｉｎ）で埋め込まれる。
【００３９】
映像圧縮部３２０ａは、ＲＷが埋め込まれたデジタル映像をＭＰＥＧ、ＭＪＰＥＧ、Ｗａｖｅｌｅｔ等の圧縮技法を用いて圧縮する部分であり、ＦＷ埋込み部３３０ａは、軟弱な透かし（Ｆｒａｇｉｌｅ Ｗａｔｅｒｍａｒｋ）を埋め込む部分であり、圧縮ストリームに軟弱な透かしを埋め込む部分である。
【００４０】
図３ａの実施例において、ＦＷの埋込みは映像の圧縮と共に行われる。即ち、デジタル映像を圧縮する過程において軟弱な透かしを埋め込み、これにより従来に比べて透かしの埋込み速度が非常に速い効果がある。その理由は、従来の場合、デジタル映像を圧縮した後にＦＷを埋め込んでおり、この場合は圧縮ファイルに透かしを埋め込むために、圧縮ファイルを再び復元した後にＦＷを埋め込み、ＦＷを埋め込んだ後に再び圧縮する過程を経なければならなかったため、ＦＷの実時間での埋込みが困難であったのに対し、本発明においては、圧縮を行う過程においてＦＷを埋め込むために、圧縮ファイルを再び復元する過程が不要であるからである。ＦＷの埋込みと映像圧縮の同時遂行に関する具体的な説明は後述する。
【００４１】
図３ｂは、デジタル映像の圧縮と共に透かしを埋め込む構成を示す図である。即ち、デジタル映像の圧縮、ＲＷの埋込み及びＦＷの埋込みが全て共に行われる実施例である。
このとき、デジタル映像内のＲＷが埋め込まれる領域と、ＦＷが埋め込まれる領域とは互いに重なることもあり、また互いに異なる場合もある。しかし、ＦＷの埋込みにより、ＲＷが抽出されることで受ける影響を最小化するために、好ましくはＲＷとＦＷは、その領域を異にして埋込み及び抽出される。ＲＷ及びＦＷの埋込みと映像圧縮の同時遂行に関する具体的な説明もまた後述する。
【００４２】
図４は、デジタル映像が圧縮された後に透かしを埋め込む本発明のシステム構成を示すブロック図である。即ち、図１乃至図３の実施例とは異なり、圧縮と共にＲＷ及び／又はＦＷを埋め込まず、圧縮されて記録された映像データを外部に運ぶとき、透かしを埋め込む方法である。
【００４３】
図４の実施例は、特に現在透かし機能がないＤＶＲに適用するのに適した技術である。即ち、撮影されて入力されるデジタル映像を、先ず圧縮部４５０で圧縮してＤＶＲ内の映像記録部４８０で記録した後に、別途の透かし埋込み部４９２でデジタル映像にＲＷ及び／又はＦＷを埋め込む場合である。図４の実施例においては、デジタル映像を圧縮して記録した後に、圧縮された映像データに透かしを埋め込むため、透かしを実時間で埋め込まなければならない必要性はない。
【００４４】
以下においては、圧縮されたデジタル映像に透かしを埋め込む方法をそれぞれデジタル映像がＭＰＥＧ圧縮された場合とウェーブレット圧縮された場合とに分けて説明する。図５ａは、ＭＰＥＧ圧縮されたデジタル映像に透かしを埋め込む過程を示す図である。デジタル映像が圧縮されて生成されたビットストリームが透かし埋込み部に入力されると、透かしの埋込みに先立って、デコーディングを行なって圧縮を解除した後に透かしを埋め込み、そして再び圧縮を行って本来のビットストリームに復元する。
【００４５】
図５ａを参照とすると、入力されたＭＰＥＧビットストリームは、可変長デコーディングＶＬＤ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｌｅｎｇｔｈ Ｄｅｃｏｄｉｎｇ）が行われた後、逆量子化ＤＱ（Ｄｅｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ）過程を経る。逆量子化された係数は、逆離散コサイン変換ＩＤＣＴを経て、動き補償ＭＣ（Ｍｏｔｉｏｎ Ｃｏｍｐａｎｓａｔｉｏｎ）を行い、ビットストリームは、空間領域の原ビデオデータ（Ｒａｗ Ｖｉｄｅｏ Ｄａｔａ）に復元される。
【００４６】
原ビデオデータから再びＭＰＥＧビットストリームを作るためには、先ず動き推定ＭＥ（Ｍｏｔｉｏｎ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）を行い、これを用いて得られた領域のデータをマクロブロック単位で離散コサイン変換ＤＣＴする。ＤＣＴされた係数は量子化Ｑを経て、可変長コーディングＶＬＣ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｌｅｎｇｔｈ Ｃｏｄｉｎｇ）過程を経て再びＭＰＥＧビットストリームになる。
【００４７】
このような図５ａにおけるＭＰＥＧビットストリームの原ビデオデータへの復元過程及び原ビデオデータから再びＭＰＥＧビットストリームに作る過程中に、透かしを埋込み及び抽出することができる方法は、図５ａに示された５つの可能な場合、即ち（１）、（１’） 〜 （５）、（５’） がある。（１）、（１’）ステップにおいて、透かしを埋込み及び抽出する方法は、ＭＰＥＧビットストリームを全くデコーディングすることなく透かしを埋め込む方法であり、従って、透かしの埋込み及び抽出方法の複雑度は低いのに対し、埋め込まれた透かしの強靭性が足りない。
【００４８】
反面、（５）、（５’）ステップにおいて、透かしを埋込み及び抽出する方法は、ＭＰＥＧビットストリームを原ビデオデータ領域までデコーディングした後に、透かしを空間領域で埋め込んで再び圧縮する方法で、他の方法に比べて埋め込まれた透かしの強靭性は優れているのに対し、その埋込み及び抽出アルゴリズムの複雑度が高い。
【００４９】
本発明においては、前記可能な方法のうち（２）、（２’）方法を用いて、圧縮されたＭＰＥＧビットストリームへの透かしの埋込み及び抽出を行う。透かしの埋込み及び抽出方法の詳細な説明は後述する。
【００５０】
図５ｂは、ウェーブレット圧縮されたデジタル映像に透かしを埋め込む過程を示す図である。図５ｂを参照とすると、入力されたウェーブレット圧縮されたビットストリームにエントロピーデコーディングを行う。エントロピーデコーディングを経た係数は、逆量子化を経て、再びウェーブレット逆変換を経て原ビデオ映像データに復元される。
【００５１】
復元された原ビデオ映像データはウェーブレット変換され、ウェーブレット変換係数が量子化され、量子化された係数にエントロピーコーディングを行い、再びウェーブレット圧縮されたビットストリームが生成される。本発明においては、前記過程中に（１）、（１’）の過程において透かしを埋込み及び抽出し、具体的な透かしの埋込み及び抽出方法は後述する。
【００５２】
次に、図６ａ及び図６ｂを参照とし、図１乃至図５の実施例によって透かしが埋め込まれたデジタル映像を認証する装置及び方法について説明する。図６ａは、透かしが埋め込まれたデジタル映像を認証する装置の概略的な構成を示すブロック図であり、図６ｂは、透かしが埋め込まれたデジタル映像からＲＷまたはＦＷを抽出して映像を認証する方法を示す流れ図である。
【００５３】
このような映像の認証は、主にオフラインで行われ、一般的にパソコンで認証しようとする映像データが入力されて偽変造の有無を判断することになる。即ち、このような透かし検出を用いた映像認証は実時間でなく、映像が記録されてから一定時間以後に別途の装備を用いて認証する場合が大半である。
【００５４】
図６ａを参照とすると、映像入力部は、認証対象のデジタル映像を受信し、入力された映像から透かしを抽出しやすいように映像を変換させる機能を行う。映像認証部は、ＲＷの抽出により映像認証を行うＲＷ認証部とＦＷの抽出により映像認証を行うＦＷ認証部とで構成される。映像認証結果出力部は、映像認証部における認証結果を表示する部分である。
【００５５】
図６ｂを参照とすると、先ず認証する映像を呼び出し（Ｓ５００）、呼び出した映像からＲＷまたはＦＷを抽出する（Ｓ５１０）。また、撮影された映像の記録過程において埋め込まれた透かしＲＷまたはＦＷを映像認証用情報を用いて生成する（Ｓ５０２）。抽出されたＲＷまたはＦＷの変形の有無を判断するために、前記抽出された透かしと映像認証用情報を用いて生成された透かしを相互比較し、その相関関係を計算する（Ｓ５２０）。
【００５６】
前記の結果で計算された相関度によってＲＷまたはＦＷの変形の有無を判断するが（Ｓ５３０）、透かしが変形されたと判断されると、偽変造された映像と判定し及び偽変造された位置を判定し（Ｓ５４０）、そうでないと判断されると、認証された映像と判定する（Ｓ５５０）。
【００５７】
以下においては、本発明の特徴的な透かしの埋込み及び検出方法について、強靭な透かし技法と軟弱な透かし技法とに分けて説明し、またこれらのそれぞれをウェーブレット変換領域における透かし技法、及び離散コサイン変換領域における透かし技法とに分けて説明する。
【００５８】
強靭な透かし技法
本発明においては、圧縮と共に強靭な透かしを埋め込むために、秘密キーにより発生された擬似ランダムシーケンスを埋め込もうとする情報ｄだけ円状シフト（ｃｉｒｃｕｌａｒ ｓｈｉｆｔ）させることにより、透かしを埋め込む方法を用いた。
【００５９】
図７ａは、擬似ランダムシーケンスを円状シフトさせる技法を説明する図である。図７ａを参照とすると、この技法においては、擬似ランダムシーケンス（Ｐｓｅｕｄｏ−Ｒａｎｄｏｍ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）を円状シフト（ｃｉｒｃｕｌａｒ ｓｈｉｆｔ）させるが、シフトされたｄが透かし情報となる。従って、発生した擬似ランダムシーケンスの長さによって埋め込み可能なペイロード、即ち情報量も決定されるが、仮に１０２４個の擬似ランダムシーケンスを発生させた場合、円状シフトの場合は２１０＝１０２４であるので、最大１０ビットの透かし情報の埋込みが可能である。
【００６０】
本発明の方法においては、若し「００００００００１０」である１０ビットのデータを埋め込むためのランダムシーケンスは本来のランダムシーケンス（Ｏｒｉｇｉｎａｌ Ｒａｎｄｏｍ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ：ｗ’）に距離２だけ円状移動（ｃｉｒｃｕｌａｒ ｓｈｉｆｔ）したランダムシーケンスｗ２を透かしｗとして用いて、これは、下記の式（１）のとおりである。
ｗ＝ ｗ２          （１）
【００６１】
本発明の注目すべき点は、透かしの生成過程が変換平面で行われるという点にある。即ち、圧縮過程において用いられる周波数変換を用いて透かしを埋め込むことである。また、本発明においては、更に良い信頼性の確保のために、若干のペイロードを減らして許容誤差帯域を置く。これは、変換平面で生成されたシーケンスは、空間領域で生成された雑音より圧縮等のような変形に強靭な特性を有しているからである。
【００６２】
図７ｂは、円状シフト技法による透かし検出時の相関関係の最高値を示す図である。即ち、図７ｂに示されたように、２ｎシーケンスを２ｍの間隔（ｉｎｔｅｒｖａｌ）で量子化することにより、透かし検出時の相関関係の最高値（Ｐｅａｋ Ｖａｌｕｅ）に許容誤差帯域を与えることで信頼性を確保した。
【００６３】
透かしシーケンスが変換領域で生成されるため、相関関係を求めるに当たって、最高値が外部的な要因により若干のシフトが発生して検出されたとき、多くのビットエラーを発生させる可能性があるため、これを防ぐために、相関関係の最高値の許容誤差帯域を置いた。
【００６４】
例えば、図７ｂにおいて、相関関係の最高値は、２×２ｍ＋２で表されたものとして示している。これから透かし情報を検出すると、（２×２ｍ＋２）／２ｍ＝２．ｘｘｘｘとなる。これを代表値２にマッピングすると、検出された透かしのビットは、ビット長ｎ−ｍを有する値、即ち２＝（００００・・・ ・・・００１０）ｂの透かし情報を有する。 これを一般化してみると、下記の式（２）のとおりである。
2004328747.tif 000003
2004328747.tif 000004
２ｎ：ランダムシーケンスの長さ
２ｍ：許容誤差帯域幅
ここで、２ｍ−１を足した理由は、四捨五入のためのものであり、Ｉｎｆｏは（ｎ−ｍ）ｂｉｔｓの長さを有する２進データである。
【００６５】
以下においては、前記円状シフト技法を用いて、ウェーブレット変換領域と離散コサイン領域において、透かしを生成して埋め込む方法及びこれを検出する方法を説明する。
【００６６】
ウェーブレット変換領域における強靭な透かし技法
一般的にビデオデータは、連続したイメージの列であるため、イメージ透かし技法をそのまま適用することができる。しかし、イメージ透かし技法をそのままビデオ透かし技法として用いるのに最も大きな問題点として浮かび上がる事項は計算の複雑度である。この計算の複雑度を減らすことが、現在ビデオ透かし技法において解決しなければならない重要な課題であると言える。
【００６７】
本発明においても、計算の複雑度を減らしながら、変換領域における透かしの強靭性を確保するために、様々な技術的な提案をしている。ビデオ透かし技法もイメージ透かし技法と同様に、周波数変換技法や空間領域技法を用いて透かしを埋め込むことができる。空間領域技法は圧縮に弱いため、本発明において提案されたアルゴリズムは、圧縮にその焦点を置いた周波数領域技法を用いた。周波数領域技法に用いられる変換方法には、ＤＣＴ、ＦＦＴ、ＤＷＴ等の方法が存在する。離散ウェーブレット変換ＤＷＴ方法は、一般的に所望の帯域まで映像を変換することができ、また圧縮に強靭な帯域を任意に選択することができる。
【００６８】
しかし、周波数変換技法による透かしの埋込みは、動画像透かし技法において必須的に要求される実時間での処理が難しい。なぜなら、変換技法は、透かしを埋め込む度に信号を変換しなければならないからである。従って、本発明においては、変換技法の実時間での処理と圧縮及び外部攻撃の強靭性のための技術を開発することになったのであり、その技術は、以下において述べられる。
【００６９】
図８ａは、ウェーブレット変換の時間、周波数領域の分解能を示すグラフである。図８ａを参照とすると、周波数が高い信号である場合は、時間軸上でウィンドウサイズを小さくし、周波数が低い信号である場合は、時間軸上でウィンドウサイズを大きくして信号を分析することが分かる。従って、ウェーブレット変換を用いると、周波数情報だけでなく時間情報も各帯域別に分かる。また、帯域別に信号を分けることができるため、所望の帯域の信号のみを処理することができるようになる。
【００７０】
ウェーブレット変換されたそれぞれの帯域は、ＦＦＴよりは包括的な周波数領域を含む。一般的に映像の場合、低周波映像が大半であるため、低周波帯域であるほどエネルギー値が更に大きい。また、ＭＰＥＧ圧縮が行われる場合、映像は低周波領域から近似化が行われるため、実際の透かしも低周波領域に埋め込まれて初めて圧縮時の透かしが生き残る確率が高くなる。ところが、低周波領域に透かしを埋め込む場合、圧縮には強靭であるが、若干の係数変化にも容易に目立つという問題点を有することになる。しかし、高周波領域に透かしを埋め込む場合、容易に識別することはできないが、圧縮に非常に弱いという短所を有することになる。従って、適当な帯域の選択のために、様々な帯域を選択して実験した結果、２レベルでウェーブレット変換された映像で図８ｂのようなＬＨ２、ＨＬ２、ＨＨ２帯域を用いた場合、圧縮に強いながらも目立ちにくい結果を示した。図８ｂは、２レベルでウェーブレット変換されたイメージを示す図である。
【００７１】
次に、図９ａ及び図９ｂを参照とし、本発明の円状シフト技法による強靭な透かしの埋込みをウェーブレット変換領域で行う過程を説明する。図９ａは、ウェーブレット変換領域における強靭な透かしの埋込み過程を示すブロック図である。一般的に透かしの埋込みは、下記の式（３）のとおりである。
Ｆ’＝Ｆ＋αｗ      （３）
ここで、Ｆは、ウェーブレット変換された原映像をいい、αは埋込み強度、ｗは透かし、Ｆ’は透かしが埋め込まれた映像を意味する。
【００７２】
図９ａの透かしの埋込み過程は、変換平面で透かしを生成し、圧縮と共に強靭な透かしを埋め込むことができる（図４と関連する）ことに特徴があり、その具体的な過程は、下記のとおりである。
【００７３】
前処理過程として、先ず秘密キーを用いてＷＭ部で擬似ランダムシーケンスを生成する。擬似ランダムシーケンスは｛−１、１｝にマッピングされる。次に、透かし情報を示すｄだけ擬似ランダムシーケンスを円状シフトさせ、変換領域における透かしシーケンスｗを生成する。
【００７４】
生成された透かしシーケンスｗをウェーブレット係数領域中、選択された帯域に位置させる（例えば、図８ｂの３個の領域）。埋め込まれたランダム雑音を除く全ての帯域の係数は‘０’値を有することにする。透かしシーケンスｗは、スケーリングファクターαで強度が調節されてαｗとなる。
【００７５】
原映像ｆは、ＤＷＴ部で離散ウェーブレット変換ＤＷＴを経てウェーブレット変換された原映像Ｆとなり、ウェーブレット変換された原映像Ｆは、前記強度調節された透かしシーケンスαｗと変換領域（即ち、周波数領域）で合算され、透かしが埋め込まれた映像Ｆ’となり、再び離散ウェーブレット逆変換ＩＤＷＴを経て、変換平面で透かしが埋め込まれた空間領域における映像ｆ’が生成される。
【００７６】
一方、図９ａの実施例によると、透かしが埋め込まれた映像Ｆ’は、ウェーブレット領域で透かしが埋め込まれたため、必須的に再び逆変換されて初めて空間領域で見ることのできる映像となる。その結果、このような方法が、強靭な透かしの埋込みと映像の圧縮の同時遂行の効果はあるが、一度透かしを行う度に、映像が２度のウェーブレット変換（ウェーブレット変換とウェーブレット逆変換）を経なければならないため、透かしの埋込みの実時間での処理を難しくする。
【００７７】
このような透かしの埋込みの実時間での処理を可能にする方法として、以下に説明する図９ｂの実施例のように、透かしを埋め込む方法がある。図９ｂは、ウェーブレット変換領域における強靭な透かしの埋込み過程の他の実施例を示すブロック図である。
【００７８】
周波数変換技法は、下記の式（４）及び（５）の共通の特徴を有している。
2004328747.tif 000005
2004328747.tif 000006
即ち、それぞれの変換技法は、線形的特徴を有しており、これは、透かしの埋込みの実時間での具現の解決方法を提供する。
【００７９】
図９ｂのように、透かしの埋込みのアルゴリズムが具現されると（詳細な説明は後述する）、毎回周波数領域に変えて透かしを埋め込む必要がなく、空間領域で透かしを埋め込んでも周波数領域に透かしを埋め込むときと同一の効果を供することができる。
【００８０】
これは、空間領域における足し算演算は、変換領域でも足し算演算が維持されるという変換の線形的な特徴を用いたものである。透かしを埋め込むことは、単に空間領域で原映像に透かし信号を足せば良い。そのため、映像を２度変換（即ち、ＤＷＴとＩＤＷＴ）しなければならない複雑性を、透かしを逆変換して空間領域で足し算を行うことにより、透かしの実時間での埋込みを可能にし、その具体的な過程は下記のとおりである。
【００８１】
前処理過程として、ＷＭ部で秘密キーを用いて擬似ランダムシーケンスを生成する。擬似ランダムシーケンスは｛−１、１｝にマッピングされる。透かし情報を示すｄだけ擬似ランダムシーケンスを円状シフトさせ、変換領域における透かしシーケンスｗを生成する。
【００８２】
生成された透かしシーケンスｗをウェーブレット係数領域中、選択された帯域に位置させる。埋め込まれたランダム雑音を除く全ての帯域の係数は‘０’値を有することにする。生成された透かしシーケンスｗは、ＩＤＷＴ部で離散ウェーブレット逆変換を経て空間領域における透かしシーケンスｗを生成させる。
【００８３】
生成された透かしシーケンスと同じ大きさのブロック単位で原映像ｆを分割し、分割されたイメージブロックのピクセルに対応する透かしシーケンス値をαでスケールした後に足して、透かしが埋め込まれた空間領域における映像ｆ’が生成される。ここで、αはイメージの全域的（ｇｌｏｂａｌ）な特性及び地域的（ｌｏｃａｌ）な特性を反映したスケーリングファクターである。
【００８４】
本発明において提案しているこのような強靭な透かしのアルゴリズムは、ウェーブレット変換技法を用いて透かしを埋め込んだ。また、埋込み情報量（Ｐａｙｌｏａｄ）を高めるためにシフト透かし技法を用いており、実時間での埋込みのために変換技法の線形性を用いた（図９ｂの実施例）。
【００８５】
次に、図９ｃ及び図９ｄを参照として、前記ウェーブレット変換領域で強靭な透かしが埋め込まれた映像から透かしを検出する過程を説明する。図９ｃは、変換領域における強靭な透かし検出過程を示す図であり、図９ｄは、空間領域における強靭な透かし検出過程を示す図である。
【００８６】
図９ｃを参照とすると、先ずイメージ空間領域におけるピクセル映像を得て、ピクセル映像を透かしの埋込み過程において用いたブロック単位に分割した後、ブロック単位でウェーブレット変換を進める。
【００８７】
ウェーブレット変換されたブロック映像の透かしが埋め込まれた特定帯域のウェーブレット係数と透かしの埋込み過程において用いたキーによって生成されたランダム雑音との相互相関度（Ｃｒｏｓｓ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）を求める。若し、入力された映像に透かしが埋め込まれていればピークが存在し、そのピークが任意の臨界値より大きい場合、透かしが埋め込まれた映像と判定して透かしを解析する。ここでは、ピークの位置が透かし情報となる。臨界値より小さい場合、透かしがないものと判定する。
【００８８】
図９ｄの実施例は、空間領域で相関度を計算して透かしを検出する実施例に関する。前記において提案した透かしのアルゴリズムを用いて、透かし情報を埋め込んだ後の映像を図１０に示した。図１０は、本発明によって強靭な透かしが埋め込まれた映像を示す図である。左側の映像が原本映像であり、右側の映像が透かしが埋め込まれた映像である。視覚的に透かしの埋込みの有無を区分することができず、ＰＳＮＲも４０ｄＢ以上あった。３５２×２８８イメージを対象とした結果は、表１のとおりである。
【００８９】
【表１】
2004328747.tif 000007
【００９０】
離散コサイン変換領域における強靭な透かし技法
離散コサイン変換ＤＣＴは、現在停止映像や動画像の圧縮に最も汎用的に用いられている変換である。本発明においては、離散コサイン変換領域で実時間で透かしを埋め込むために、イントラフレームのＤＣＴ係数のうちＤＣまたはＡＣ係数のＬＳＢにシフトシーケンス透かし技法を用いて透かしを埋め込む。この方法を用いると、非常に簡単かつ効率的に透かしを埋め込むことができ、圧縮に極めて強靭な特性を示す。
【００９１】
また、この方法は、空間領域で埋め込まれた透かしを変換領域で検出することが可能であり、その逆も可能な相互運用性（Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ）の特性を有する（これに関する具体的な説明は後述する）。本明細書の実施例においては、簡単な透かしの埋込みのために、ＤＣＴ ＤＣ係数を用いているが、透かしのペイロードや強靭性を更に高めるために、低周波領域のＡＣ係数も同じ方法で用いられ得る。ＤＣＴ ＡＣ係数が用いられることにより、多くのデータを更に強靭に埋め込むことができるが、その代わりに計算の複雑度が増加する短所がある。
【００９２】
次に、図１１ａ及び図１１ｂを参照として、本発明の円状シフト技法による強靭な透かしの埋込みを離散コサイン変換（ＤＣＴ）領域で行う過程を説明する。図１１ａは、離散コサイン変換領域における強靭な透かしの埋込み過程を示すブロック図である。図１１ａの透かしの埋込み過程は、一般的な圧縮標準であるＭＰＥＧと同じ８×８ブロック単位で進められる。図１１ａを参照とすると、空間領域における原映像ｆ（ｉ、ｊ）は、ＤＣＴ部で８×８ブロック単位で離散コサイン変換され、ランダムシーケンス発生部（Ｒａｎｄｏｍ Ｓｅｑ． Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）では、ユーザが定義した任意の秘密キーを用いて、Ｎ（０、１）の分布を有する擬似ランダムシーケンスを発生させる。
【００９３】
発生された擬似ランダムシーケンスｒは、シフトシーケンス部（Ｓｈｉｆｔｅｄ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）で透かし情報であるｄだけ円状シフトされ、透かしシーケンスｗを発生させる。ＬＳＢ変更部で８×８ブロック単位で離散コサイン変換された係数のうち、ＤＣまたはＡＣ係数のＬＳＢを透かしシーケンスｗに代替させる。離散コサイン逆変換部ＩＤＣＴで映像信号は再び離散コサイン逆変換され、透かしが埋め込まれた空間領域における映像ｆ’（ｉ、ｊ）が出力される。
【００９４】
このような透かしの埋込みの実時間での処理を可能にする方法として、以下において説明する図１１ｂの実施例のように、透かしを埋め込む方法がある。図１１ｂは、離散コサイン変換領域における強靭な透かしの埋込み過程の他の実施例を示すブロック図である。図１１ｂは、図１１ａと埋込み方法は同一であるが、変換領域で埋め込まず、空間領域で埋込みを進めるという点に差がある。即ち、図１１ａにおけるように、映像が２度の離散コサイン変換ＤＣＴ及びＩＤＣＴを経るのでなく、透かしシーケンスｗを離散コサイン逆変換した後、空間領域で足し算をして透かしを埋め込むことにより、実時間の透かしの埋込みを可能にするものである。前記において説明した図９ｂの実施例のような原理であり、周波数変換の演算の線形性を用いた。空間領域におけるイメージ値を構成するとき、該当する係数に対して８×８ピクセル値を計算して構成し、その値をイメージの対応するピクセルに足す。
【００９５】
次に、図１１ｃ及び図１１ｄを参照として、前記離散コサイン変換領域で強靭な透かしが埋め込まれた映像から透かしを検出する過程を説明する。図１１ｃは、変換領域における強靭な透かし検出過程を示す図であり、図１１ｄは、空間領域における強靭な透かし検出過程を示す図である。
【００９６】
図１１ｃを参照とすると、ランダムシーケンス発生部では、透かしの埋込み過程において用いた秘密キーを用いて、｛−１、１｝で構成された擬似ランダムシーケンスを発生させる。透かしが埋め込まれた映像は、離散コサイン変換部で離散コサイン変換された後、ＬＳＢ抽出部で透かしが埋め込まれている係数からＬＳＢのみが抽出され、｛−１、１｝にマッピングされたシーケンスが生成される。
【００９７】
相関関係計算部において、前記秘密キーを用いて発生された擬似ランダムシーケンスと前記抽出されたＬＳＢシーケンスの相互相関度（Ｃｒｏｓｓ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）が計算される。計算された相互相関度が最大となる支点のインデックスｄを把握して透かし情報を検出する。
【００９８】
図１１ｄの実施例は、空間領域で相関度を計算して透かしを検出する実施例に関する。次に、図１２を参照として上述のウェーブレット変換領域及び離散コサイン変換領域における強靭な透かし技法が有する相互運用性（Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ）について説明する。図１２は、本発明に係る透かし技法が有する相互運用性について説明する図である。
【００９９】
透かしにおいて、相互運用性特性とは、透かしの埋込み及び抽出を空間領域で行うか、または変換領域で行うかに構わず、いずれにおいても埋込み及び抽出が可能であるという意味であり、空間領域で埋め込まれた透かしは、空間領域だけでなく、変換領域からも検出され、またその逆に変換領域で埋め込まれた透かしが変換領域だけでなく、空間領域からも検出される特性をいう。
【０１００】
従って、本発明において提案する上述の強靭な透かしのアルゴリズムは、空間領域または圧縮される過程の変換領域のいずれにおいても強靭な透かしを埋込み、抽出することができる。このような特徴のため、図３ａ及び図３ｂにおける圧縮及び透かし埋込み部の構成が可能である。図１２において、「Ｃｏｄｅｃ−Ｃｏｍｐｌｉａｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ」とは、該当圧縮標準に用いられる変換をいうものであり、ＭＰＥＧ圧縮である場合はＤＣＴとなり、ＪＰＥＧ２ｋである場合はウェーブレット変換となる。
【０１０１】
このような本発明の透かし方法の相互運用性は、変換方法が無損失であるということに起因する。即ち、離散コサイン変換やウェーブレット変換において、変換前の値とこれを変換して再び逆変換した後の値が、量子化エラー程度を除いてはほぼ等しいということに起因する。
【０１０２】
また、これは、上述の変換の線形性による特性、即ち透かしの埋込み過程や透かしの生成過程において、空間領域における足される値の特性が、変換領域でも維持されるように設計されたためでもある。このような特性は、上述の図９ａ乃至９ｄ及び図１１ａ乃至１１ｄで具体的に説明したとおりである。
【０１０３】
これまで、本発明の特徴的な強靭な透かし技法について説明した。以下においては、本発明の特徴的な軟弱な透かし技法について説明し、またこれを離散コサイン変換領域における透かし技法とウェーブレット変換領域における透かし技法とに分けて説明する。
【０１０４】
２．  軟弱な透かし技法
軟弱な透かしは、映像の偽変造の有無と偽変造された領域を見つけ出すために用いられる。強靭な透かしは、原映像の一部分を偽変造した場合にも透かし情報が抽出される可能性があるため、強靭な透かしの埋込み、検出だけでは正確な偽変造領域を見つけ出すことは不可能である。従って、本発明の目的である撮影されてＡ／Ｄ変換されたデジタル映像の偽変造の防止及び偽変造領域の検出のためには、必ず軟弱な透かしが用いられなければならない。本発明において提案される軟弱な透かし技法は、圧縮過程と共に透かしを埋め込む方法であり、映像の圧縮過程において圧縮されたビットストリームに軟弱な透かしを埋め込む方法である。
【０１０５】
（１）  離散コサイン変換領域における軟弱な透かし技法
埋め込まれるビットストリームの位置を知るために、代表的な動画像圧縮フォーマットであるＭＰＥＧ−２構造を図１３に示した。図１３は、ＭＰＥＧ構造を説明する図である。
【０１０６】
図１３を参照とすると、圧縮ビットストリーム層（Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｌａｙｅｒ）は、多数のＧＯＰ（Ｇｒｏｕｐ Ｏｆ Ｐｉｃｔｕｒｅ）とこれに伴うヘッダーとで構成される。その下位層としてＧＯＰ層があり、ＧＯＰ層は多数のピクチャーからなっている。ピクチャーのうち、ＩはＩｎｔｒａ−Ｐｉｃｔｕｒｅを、ＢはＢｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙ ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ−Ｐｉｃｔｕｒｅを、ＰはＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅ−Ｐｉｃｔｕｒｅをそれぞれ意味する。
【０１０７】
その下位層はピクチャー層であり、それぞれのピクチャーは多数のスライス（Ｓｌｉｃｅ）で構成される。その下位層である各スライス層は多数のマクロブロック（Ｍａｃｒｏ Ｂｌｏｃｋ：ＭＢ）からなっている。各マクロブロック層は４個のブロック層からなっており、それぞれのブロックには８×８ピクセルに該当する映像信号を圧縮したデータが記録されている。
【０１０８】
本発明においては、軟弱な透かしをマクロブロック（ＭＢ）単位で埋め込んで抽出する。このように、本発明においては、透かしをＭＰＥＧ圧縮過程において用いるマクロブロック単位で埋込み処理するため、透かしの埋込みが圧縮過程のうち、圧縮と共に行われることが可能である（図３ａ及び図３ｂ参照）。このように、マクロブロック単位で透かしを埋め込むことにより、偽変造領域を検出することができる最小単位は16×16ピクセルの映像区間である。
【０１０９】
図１４を参照として、ＭＰＥＧ圧縮を行う過程において量子化されたＤＣＴ係数を用いて、透かしを埋め込む過程を説明する。図１４は、ＭＰＥＧ圧縮過程において圧縮と共に軟弱な透かしを埋め込む過程を示すブロック図である。即ち、前記の図３ａ及び図３ｂの圧縮及び透かし埋込み部において、圧縮と共に軟弱な透かしを埋め込むことに関する。動き補償予測器（Ｍｏｔｉｏｎ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｐｒｅｄｉｃｔｏｒ：ＭＣ）と動き推定器（Ｍｏｔｉｏｎ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ：ＭＥ）とを用いて、動きベクターが求められる。
【０１１０】
ＤＣＴ部は、入力される映像について離散コサイン変換ＤＣＴを行う。量子化部Ｑは、量子化（Ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ）過程を行う部分であり、逆量子化部Ｑ−１と離散コサイン逆変換部ＩＤＣＴはいずれも、動きベクターを生成するために用いられる部分である。
【０１１１】
本発明においては、ＭＰＥＧ圧縮を行う過程において透かしを埋め込むものであり、このような圧縮遂行過程と共に透かしを埋め込むことが可能であるのは、本発明においては、周波数変換後の量子化された係数を用いて透かしを埋め込むからである。具体的に、軟弱な透かしの埋込みのために、量子化部Ｑで量子化されたＤＣＴ係数を２部分に分割する。即ち、量子化されたＤＣＴ係数を、特徴（Ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）を抽出する部分である特徴抽出領域のＤＣＴ係数と、透かし情報を埋め込む部分である透かしの埋込み領域のＤＣＴ係数とに分割する。
【０１１２】
本発明の好ましい実施例においては、特徴（Ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）を抽出するための方法としてハッシュ関数（ｈａｓｈ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を用いる。ハッシュ関数としては、ＭＤ４、ＭＤ５等のいかなるハッシュ関数を用いても構わないが、本発明の好ましい実施例においては、ＭＤ５（Ｍｅｓｓａｇｅ Ｄｉｇｅｓｔ ５）を用いた。
【０１１３】
特徴抽出領域の量子化されたＤＣＴ係数を用いて特徴を抽出し、抽出された特徴とユーザ情報（例えば、製造企業の固有番号、製品の固有番号等）とを組み合わせて透かし情報を構成する。構成された透かし情報を再び透かしの埋込み領域の量子化されたＤＣＴ係数に埋め込む。ここで、特徴抽出領域と透かしの埋込み領域を選択する方法は任意に行うことができる。
【０１１４】
可変長コーディング（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｌｅｎｇｔｈ Ｃｏｄｉｎｇ：ＶＬＣ）は、入力されるデータを無損失圧縮する方式であり、通常頻度数が高い入力データについては長さが短いコードを割り当て、頻度数が低い入力データについては長いコードを割り当て、全体的に最小限のコードで入力データを圧縮する方式である。
【０１１５】
バッファは、現在フレーム及び以前フレームのデータを臨時保管する場所であり、連続するフレーム間の不要な部分（Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ）を除去して圧縮の効率性を高めるためである。このような過程を経て軟弱な透かしが埋め込まれた圧縮ＭＰＥＧビットストリームが出力される。
【０１１６】
本発明においては、透かしの埋込みを、（１）マクロブロック単位で行うか、または（２）スライス単位で行うことにする。以下においては、これを分けて説明する。先ず、マクロブロック単位の透かしの埋込みについて説明する。各マクロブロックＭＢは１６×１６の大きさであり、８×８ＤＣＴブロック４個が集まって構成される。それぞれのＤＣＴブロックは、前記で説明したように、特徴抽出領域と透かしの埋込み領域とに分割する。
【０１１７】
図１５は、ＤＣＴブロックのジグザグスキャンを示す図である。本発明の一実施例においては、図１５のジグザグスキャンにおけるＤＣＴのＡＣ係数６〜２０番までの係数を透かしの埋込み領域として設定し、残りの係数を特徴抽出領域として設定する。もちろん、これは説明のための一例に過ぎず、他の任意の領域を特徴抽出領域と透かしの埋込み領域として設定することができることは当業者にとって自明である。
【０１１８】
以下においては、図１６ａ及び図１６ｂを参照として、マクロブロック単位で透かしを埋め込む方法について説明する。図１６ａは、マクロブロック単位で透かしを埋め込む過程を図式的に示す図であり、図１６ｂは、マクロブロック単位で透かしを埋め込む過程を示す流れ図である。
【０１１９】
図１６ａ及び図１６ｂを参照とすると、先ず各ピクチャー中からｉ番目のマクロブロックＭＢの量子化されたＤＣＴ係数データが入力される（Ｓ６００）。入力されたマクロブロックの各８×８ＤＣＴブロック毎に、これを特徴抽出領域と透かしの埋込み領域とに分割する（Ｓ６１０）。
【０１２０】
特徴抽出領域の量子化されたＤＣＴ係数とユーザ情報とを組み合わせて、ハッシュ関数の入力値として取る（Ｓ６２０）。ハッシュ関数の出力値であるハッシュ値が透かし情報として生成、出力され（Ｓ６３０）、同一のｉ番目のマクロブロックの透かしの埋込み領域のＤＣＴ係数のＬＳＢ（Ｌｅａｓｔ Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ Ｂｉｔ）にハッシュ値を埋め込む（Ｓ６４０）。次に、透かしの埋込み過程は、ｉ＋１番目のマクロブロックに移動する（Ｓ６５０）。
【０１２１】
次に、図１７ａ及び図１７ｂを参照として、スライス単位で透かしを埋め込む方法について説明する。図１７ａは、スライス単位で透かしを埋め込む過程を図式的に示す図であり、図１７ｂは、スライス単位で透かしを埋め込む過程を示す流れ図である。
【０１２２】
図１３において示したように、１つのピクチャーは多数のスライスで構成されている。ＭＰＥＧ圧縮の場合、圧縮コーデックで実時間での具現のために、大半の圧縮過程をマクロブロック単位で処理する。上記で説明したように、１つのスライスには多数のマクロブロックがある。従って、実時間の透かしの埋込みのためには、前のスライスのマクロブロックの特徴値を抽出してハッシュ値を求めた後、次のスライスのマクロブロックでそのハッシュ値を透かしとして埋め込むことが必要である。
【０１２３】
図１７ａ及び図１７ｂを参照とすると、先ずｉ番目のスライス内の全てのマクロブロックの量子化されたＤＣＴ係数データが入力される（Ｓ７００）。入力されたマクロブロックの各８×８ＤＣＴブロック毎に、これを特徴抽出領域と透かしの埋込み領域とに分割する（Ｓ７１０）。
【０１２４】
ｉ番目のスライス内のマクロブロックの特徴抽出領域の量子化されたＤＣＴ係数とユーザ情報とを組み合わせてハッシュ関数の入力値として取る（Ｓ７２０）。ハッシュ関数の出力値であるハッシュ値が透かし情報として生成、出力される（Ｓ７３０）。
【０１２５】
このようにして出力されたハッシュ値をｉ＋１番目のスライス内の各マクロブロックの透かしの埋込み領域の量子化されたＤＣＴ係数のＬＳＢに埋め込む（Ｓ７４０）。このような過程をピクチャーが終わるまで続ける（Ｓ７５０及びＳ７６０）。ピクチャーの最後のスライスのマクロブロックの特徴抽出領域の特徴値は、その次のピクチャーの１番目のスライスのマクロブロックの透かしの埋込み領域に透かしとして埋め込む。このようにすることにより、ピクチャーが漏れるか、または追加される変形があったか否かが分かる。
【０１２６】
次に、図１８ａ及び図１８ｂを参照として、上述のマクロブロック単位で軟弱な透かしが埋め込まれた映像から透かしを検出する過程を説明する。図１８ａは、ＭＰＥＧ圧縮されたビットストリームから軟弱な透かしを検出する過程を示すブロック図であり、図１８ｂは、ＭＰＥＧ圧縮されたビットストリームから軟弱な透かしを検出する過程を示す流れ図である。
【０１２７】
図１８ａを参照とすると、入力されるＭＰＥＧ圧縮ビットストリームはバッファに臨時に記録され、これから可変長デコーディング（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｌｅｎｇｔｈ Ｄｅｃｏｄｉｎｇ：ＶＬＤ）が行われて量子化されたＤＣＴ係数が出力される。ここで出力された量子化されたＤＣＴ係数を用いて、透かし抽出及び抽出された透かしを用いた映像認証が行われ、透かしの具体的な検出過程については、図１８ｂを参照として説明する。
【０１２８】
図１８ｂを参照とすると、先ず偽変造の有無を検知しようとする領域のマクロブロックの量子化されたＤＣＴ係数が入力される（Ｓ８００）。入力されたマクロブロックの量子化されたＤＣＴ係数中から、透かしの埋込み時に設定された領域と同一の特徴抽出領域の量子化されたＤＣＴ係数が入力され、これをユーザ情報と組み合わせてハッシュ関数の入力として取る（Ｓ８１０）。
【０１２９】
ハッシュ関数の出力値ｈ１を求め（Ｓ８２０）、マクロブロックの量子化されたＤＣＴ係数中から、透かしの埋込み領域の量子化されたＤＣＴ係数のＬＳＢ値を用いて埋め込まれていた透かし情報ｗ１を抽出する（Ｓ８３０）。
【０１３０】
ハッシュ関数の出力値ｈ１と抽出された透かし情報ｗ１が同一であるか否かが判断され（Ｓ８４０）、若し同一であれば偽変造されていない映像と表示し、同一でなければ偽変造された映像と表示される。前記のような過程は、前記軟弱な透かしの埋込みがマクロブロック単位からなる場合は、マクロブロック単位で映像の偽変造が判定され、軟弱な透かしの埋込みがスライス単位からなる場合は、スライス単位で映像の偽変造が判定される。
【０１３１】
本発明に係る離散コサイン変換領域における軟弱な透かし技法は、上述のＭＰＥＧ圧縮システムだけでなく、後述するＪＰＥＧ圧縮システムにも適用され得る。図１９ａは、ＪＰＥＧ圧縮過程において圧縮と共に軟弱な透かしを埋め込む過程、及び透かしを検出する過程を示すブロック図であり、図１９ｂは、ＪＰＥＧ圧縮過程において透かしを埋め込む過程を図式的に示す図である。
【０１３２】
図１９ａを参照とすると、８×８ピクセル単位のイメージブロックが離散コサイン変換ＤＣＴされ、これを量子化して圧縮を行う。量子化されたＤＣＴ係数は、特徴抽出領域のＤＣＴ係数と透かしの埋込み領域のＤＣＴ係数とに分けられ、特徴抽出領域の量子化されたＤＣＴ係数を用いて特徴を抽出し、抽出された特徴とユーザ情報とを組み合わせて透かし情報を構成する。構成された透かし情報は、再び透かしの埋込み領域の量子化されたＤＣＴ係数に埋め込まれて、透かしが埋め込まれたイメージブロックは、エントロピーコーディングされ、ＪＰＥＧ圧縮及び軟弱な透かしの埋込み過程は終了する。透かし検出は、前記過程の逆過程であり説明は省略する。
【０１３３】
ＪＰＥＧの場合、通常８×８ピクセル単位でＤＣＴして、量子化及び圧縮を行うことになり、前記透かしの埋込みにおいて、１つの８×８ピクセル単位でハッシュ関数を動作させてハッシュ関数を抽出した後、該当８×８ＤＣＴ係数に透かしを埋め込むこともできる。しかし、このようにする場合、透かしの埋込み空間が非常に小さい問題があり、また演算時間を短縮させるために、本発明においては、１６×１６ピクセル（即ち、４個のＤＣＴブロック）を１つの透かし単位として設定して透かしを埋込み及び抽出した。
【０１３４】
図１９ｂを参照とすると、輝度を示すＹは、４個のＤＣＴブロック（８×８ピクセル）で構成され、色相を示す情報であるＣｂ、Ｃｒは、それぞれ１個のＤＣＴブロックで構成される例を示す。これは、デジタル映像フォーマットの一種であり、４：２：０形式で表現したものである。
【０１３５】
このような例から透かし情報であるハッシュ値を求め、これを透かしとして埋め込み、透かし情報が埋め込まれた映像から透かしを抽出する。下記の表２は、Ｑ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｆａｃｔｏｒ）値をそれぞれ５０、７５、９０としたとき、圧縮された映像を原映像とし、透かしを埋め込んだ後、圧縮した映像を雑音が加えられた映像としたときのＰＳＮＲを求めた値である。ほとんどの映像が４０ｄＢを超え、従って軟弱な透かしを埋め込んだことによる映像毀損はほとんど肉眼で確認することができないことが分かる。
【０１３６】
【表２】
2004328747.tif 000008
【０１３７】
（２）  ウェーブレット変換領域における軟弱な透かし技法
前記においては、離散コサイン変換領域において軟弱な透かしを圧縮過程と共に埋め込む方法について説明し、以下においては、本発明によってウェーブレット変換領域において軟弱な透かしを圧縮過程と共に埋め込む方法について説明する。
【０１３８】
図２０は、ウェーブレット変換を用いて映像を変換したときの映像と変換平面の係数の例を示した図である。本実施例においては、２段階のウェーブレット変換を行った。図２０（ａ）は原映像を示し、図２０（ｂ）はウェーブレット変換平面の係数値を示し、図２０（ｃ）はウェーブレット変換の帯域分割過程を示す。
【０１３９】
図２０（ｃ）を参照とすると、右下段ＨＨ１が最も高周波数成分を示し、ＨＬ１、ＬＨ１は、それぞれ列方向と行方向に高周波成分を示す帯域である。ＬＬ２、ＨＬ２、ＬＨ２、ＨＨ２は、ＬＬ１に該当する帯域を再び２次元ウェーブレット変換した帯域である。
【０１４０】
図２０（ｂ）を参照とすると、この中でＬＬ２が最も低周波数成分を示しており、ウェーブレット変換は、離散コサイン変換より低周波数領域に信号成分が更に多く集中されている。従って、この低周波数領域のみをもって再びウェーブレット逆変換を通じた映像の復元を行ったとしても、原映像に近い映像を得ることができる。このような性質を用いてウェーブレット変換を圧縮に用いる。
【０１４１】
図２０（ａ）及び図２０（ｂ）の左上段に示されたボックスは、ウェーブレット変換を行ったとき、原映像に該当するウェーブレット係数の分布を示している。図２０（ａ）の８×８ピクセルの映像領域をウェーブレット変換したとき、ウェーブレット変換平面における該当ピクセルに影響を与えるウェーブレット係数を図２０（ｂ）に示した。このような係数の特徴を用いて軟弱な透かしをウェーブレット変換平面の係数に埋め込むことになる。
【０１４２】
ウェーブレット圧縮を行う過程において量子化されたウェーブレット係数を用いて、透かしを埋め込む過程を図２１ａ及び図２１ｂを参照として説明する。図２１ａは、ウェーブレット圧縮過程において圧縮と共に軟弱な透かしを埋め込む過程を示すブロック図である。即ち、前記の図３ａ及び図３ｂの圧縮及び透かし埋込み部で圧縮と共に軟弱な透かしを埋め込むことに関する。
【０１４３】
図２１ａを参照とすると、先ず映像が入力され、映像の全体フレームが入力されると、ウェーブレット変換が行われる。ウェーブレット変換を用いると、映像信号のエネルギーを低周波数のウェーブレット係数に圧縮する効果がある。ここで不要な部分を切り出すために量子化を行う。量子化過程を通じて映像の認識に影響をそれほど与えない高周波数領域のウェーブレット係数はゼロとする。即ち、損失圧縮が行われるものである。
【０１４４】
本発明の軟弱な透かしの埋込みは、量子化されたウェーブレット係数を用いて行われる。量子化された係数は特徴抽出領域と透かしの埋込み領域とに分割され、ここで分割される単位は任意的となり得る。一般的に、領域が大きいほど演算されるハッシュ関数の頻度が減るため、透かし速度が速くなり、領域が小さいほど演算されるハッシュ関数の頻度が高くなり、透かしによる負荷が増加される。
【０１４５】
図２１ｂは、ウェーブレット変換領域において軟弱な透かしを埋め込む過程を図式的に説明する図であり、透かしの埋込み及び抽出単位を８×８とした場合を例として挙げたものである。
【０１４６】
ハッシュ関数の入力値に用いられる特徴抽出領域のウェーブレット係数としてＨＨ１（１６個）、ＬＨ１（１６個）、ＨＬ１（１６個）、ＨＨ２（４個）の総５２個のウェーブレット係数を取る。前記特徴抽出領域のウェーブレット係数に製造企業の固有番号、製品の固有番号のようなユーザ情報を組み合わせたデータをハッシュ関数の入力とする。このとき、出力されるハッシュ値は固有のハッシュ値となるが、ハッシュ関数の特徴上、任意の入力値があるとき、同じ出力値を有する場合は非常に希である。
【０１４７】
従って、前記のように求めたハッシュ値を透かしの埋込み領域であるＬＬ２（４個）、ＨＬ２（４個）、ＬＨ２（４個）の総１２個のウェーブレット係数に軟弱な透かしとして埋め込む。透かしを埋め込む方式は、前記１２個のＬＳＢをゼロとし、その代わりに前記で求めたハッシュ値ビットを埋め込むものである。
【０１４８】
ハッシュ値が１２８ビット出力を出すＭＤ５を用いた場合は、１２８ビット中にランダムにビットを選択して埋め込むことができる。本例においては、１６バイト（１２８ビット）中の前方からの１２バイトを選択し、各バイトのＭＳＢ（Ｍｏｓｔ Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ Ｂｉｔ）を透かしの埋込み情報とした。
【０１４９】
図２２は、ウェーブレット変換領域において軟弱な透かしが埋め込まれた映像から透かしを検出する過程を説明する流れ図である。図２２を参照とすると、先ず偽変造を検知しようとする領域の量子化されたウェーブレット係数データが入力される（Ｓ９００）。次に、透かしの埋込み時に設定された特徴抽出領域の量子化されたウェーブレット係数とユーザ情報とを組み合わせ、ハッシュ関数の入力として取る（Ｓ９１０）。ここでのハッシュ関数は、前記の透かしの埋込み時に用いたハッシュ関数と同一のものであり、ハッシュ値ｈ１が求められる（Ｓ９２０）。
【０１５０】
偽変造を検知しようとする領域のウェーブレット係数中から、透かしの埋込み領域の量子化されたウェーブレット係数のＬＳＢを用いて透かし値ｗ１を抽出する（Ｓ９３０）。前記ハッシュ値ｈ１と透かし値ｗ１とが一致するか否かを判定し（Ｓ９４０）、２つの値が一致すると、映像の偽変造が行われていない映像と判定し（Ｓ９５０）、２つの値が一致していないと、偽変造が行われた映像と判定する（Ｓ９６０）。
【０１５１】
前記で説明した軟弱な透かしの埋込み方法において、透かしの埋込みのための係数はゼロではない係数を選択して埋め込んだ。また、透かし抽出時に透かしが埋め込まれた係数のみを用いて透かしを抽出させるために、透かしの埋込み後に係数の値がゼロとならないようにした。即ち、透かしが埋め込まれる係数の値が（０００００００１）ｂであり、埋め込む透かし値が０である場合、係数（０００００００１）ｂを０とする代わりにこれを（００００００１０）ｂとした。
【０１５２】
本発明は、前記実施例を参照として特に図示して記述したが、これは、単に例示のために用いられたものであり、本発明の属する通常の知識を有する者であれば、添付の請求の範囲において定義されたように、本発明の技術的思想及び範囲から外れることなく、多様な変形をすることができることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１５３】
【図１】本発明の透かしの埋込み方法が適用されるシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】複数の映像入力装置からの映像が透かしの埋込み装置に受信される本発明の透かしの埋込み方法が適用されるシステムの構成を示すブロック図である。
【図３ａ】デジタル映像が圧縮される前に透かしを埋め込む構成を示す図である。
【図３ｂ】デジタル映像の圧縮と共に透かしを埋め込む構成を示す図である。
【図４】デジタル映像が圧縮された後に透かしを埋め込む本発明のシステム構成を示すブロック図である。
【図５ａ】ＭＰＥＧ圧縮されたデジタル映像に透かしを埋め込む過程を示す図である。
【図５ｂ】ウェーブレット圧縮されたデジタル映像に透かしを埋め込む過程を示す図である。
【図６ａ】透かしが埋め込まれたデジタル映像を認証する装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図６ｂ】透かしが埋め込まれたデジタル映像からＲＷまたはＦＷを抽出して映像を認証する方法を示す流れ図である。
【図７ａ】擬似ランダムシーケンスを円状シフトさせる技法を説明する図である。
【図７ｂ】円状シフト技法による透かし検出時の相関関係の最高値を示す図である。
【図８ａ】ウェーブレット変換の時間、周波数領域の分解能を示すグラフである。
【図８ｂ】２レベルでウェーブレット変換されたイメージを示す図である。
【図９ａ】ウェーブレット変換領域における強靭な透かしの埋込み過程を示すブロック図である。
【図９ｂ】ウェーブレット変換領域における強靭な透かしの埋込み過程の他の実施例を示すブロック図である。
【図９ｃ】変換領域における強靭な透かし検出過程を示す図である。
【図９ｄ】空間領域における強靭な透かし検出過程を示す図である。
【図１０】本発明によって強靭な透かしが埋め込まれた映像を示す図である。
【図１１ａ】離散コサイン変換領域における強靭な透かしの埋込み過程を示すブロック図である。
【図１１ｂ】離散コサイン変換領域における強靭な透かしの埋込み過程の他の実施例を示すブロック図である。
【図１１ｃ】変換領域における強靭な透かし検出過程を示す図である。
【図１１ｄ】空間領域における強靭な透かし検出過程を示す図である。
【図１２】本発明に係る透かし技法が有する相互運用性について説明する図である。
【図１３】ＭＰＥＧ構造を説明する図である。
【図１４】ＭＰＥＧ圧縮過程において圧縮と共に軟弱な透かしを埋め込む過程を示すブロック図である。
【図１５】ＤＣＴブロックのジグザグスキャンを示す図である。
【図１６ａ】マクロブロック単位で透かしを埋め込む過程を図式的に示す図である。
【図１６ｂ】マクロブロック単位で透かしを埋め込む過程を示す流れ図である。
【図１７ａ】スライス単位で透かしを埋め込む過程を図式的に示す図である。
【図１７ｂ】スライス単位で透かしを埋め込む過程を示す流れ図である。
【図１８ａ】ＭＰＥＧ圧縮されたビットストリームから軟弱な透かしを検出する過程を示すブロック図である。
【図１８ｂ】ＭＰＥＧ圧縮されたビットストリームから軟弱な透かしを検出する過程を示す流れ図である。
【図１９ａ】ＪＰＥＧ圧縮過程において圧縮と共に軟弱な透かしを埋め込む過程、及び透かしを検出する過程を示すブロック図である。
【図１９ｂ】ＪＰＥＧ圧縮過程において透かしを埋め込む過程を図式的に示す図である。
【図２０】ウェーブレット変換を用いて映像を変換したときの映像と変換平面の係数の例を示す図である。
【図２１ａ】ウェーブレット圧縮過程において圧縮と共に軟弱な透かしを埋め込む過程を示すブロック図である。
【図２１ｂ】ウェーブレット変換領域において軟弱な透かしを埋め込む過程を図式的に説明する図である。
【図２２】ウェーブレット変換領域において軟弱な透かしが埋め込まれた映像から透かしを検出する過程を説明する流れ図である。
【符号の説明】
【０１５４】
１００  透かしの埋込み装置
１１０  映像データ処理部（Ａ／Ｄ）
１２０  固定情報生成部
１３０  任意情報生成部
１４０  透かし生成部
１５０  圧縮及び透かし生成部
１６０  映像データ処理部（デコーダ＋Ｄ／Ａ）
１７０  ネットワーク連結部
１８０  映像記録部
１９０  実時間運営部
【図１】
2004328747.tif 000009
【図２】
2004328747.tif 000010
【図３ａ】
2004328747.tif 000011
【図３ｂ】
2004328747.tif 000012
【図４】
2004328747.tif 000013
【図５ａ】
2004328747.tif 000014
【図５ｂ】
2004328747.tif 000015
【図６ａ】
2004328747.tif 000016
【図６ｂ】
2004328747.tif 000017
【図７ａ】
2004328747.tif 000018
【図７ｂ】
2004328747.tif 000019
【図８ａ】
2004328747.tif 000020
【図８ｂ】
2004328747.tif 000021
【図９ａ】
2004328747.tif 000022
【図９ｂ】
2004328747.tif 000023
【図９ｃ】
2004328747.tif 000024
【図９ｄ】
2004328747.tif 000025
【図１０】
2004328747.tif 000026
【図１１ａ】
2004328747.tif 000027
【図１１ｂ】
2004328747.tif 000028
【図１１ｃ】
2004328747.tif 000029
【図１１ｄ】
2004328747.tif 000030
【図１２】
2004328747.tif 000031
【図１３】
2004328747.tif 000032
【図１４】
2004328747.tif 000033
【図１５】
2004328747.tif 000034
【図１６ａ】
2004328747.tif 000035
【図１６ｂ】
2004328747.tif 000036
【図１７ａ】
2004328747.tif 000037
【図１７ｂ】
2004328747.tif 000038
【図１８ａ】
2004328747.tif 000039
【図１８ｂ】
2004328747.tif 000040
【図１９ａ】
2004328747.tif 000041
【図１９ｂ】
2004328747.tif 000042
【図２０】
2004328747.tif 000043
【図２１ａ】
2004328747.tif 000044
【図２１ｂ】
2004328747.tif 000045
【図２２】
2004328747.tif 000046