(57)【要約】【課題】ディジタル画像データの信頼性証明におけるデータ改竄の有無を検出するための、電子透かし埋め込み装置、及び電子透かし検出・改竄判定装置を提供する。【解決手段】第１のエリアに前記第１のエリアから得られる画像信号に関する統計的情報を第１の電子透かし情報として埋め込み、前記第１のエリアとは異なる第２のエリアに、前記第１の電子透かし情報とは表現形式の異なる前記第１の電子透かし情報と等価の情報を第２の電子透かし情報とし埋め込む。改竄の検出は、埋め込んだ２つの情報を検出して比較し、前記２つの情報の値が一致した場合には、前記画像信号の第１のエリアに対して改竄なしと判定し、前記２つの情報の値が一致しない場合には、前記画像信号の第１のエリアに対して改竄ありと判定する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された画像信号に第１のエリアと、前記第１のエリアとは異なる第２のエリアとを設定するエリア設定手段と、
前記設定された第１のエリアから得られる前記画像信号に関する統計的情報を、第１の電子透かし情報として前記第１のエリアに埋め込む第１の電子透かし埋め込み手段と、
前記設定された第２のエリアに、前記第１の電子透かし情報とは表現形式の異なる前記第１の電子透かし情報と等価の情報を、第２の電子透かし情報として埋め込む第２の電子透かし埋め込み手段と、
を有することを特徴とする電子透かし埋め込み装置。
【請求項２】
入力された画像信号から２つの電子透かし情報を検出して、画像信号の改竄を判定する電子透かし検出・改竄判定装置であって、
前記画像信号は、第１のエリアに前記第１のエリアから得られる画像信号に関する統計的情報が第１の電子透かし情報として埋め込まれ、前記第１のエリアとは異なる第２のエリアに、前記第１の電子透かし情報とは表現形式の異なる前記第１の電子透かし情報と等価の情報が第２の電子透かし情報として埋め込まれた信号であり、
前記画像信号に対して電子透かし情報を検出するためのエリアとして、前記第１のエリアと前記第２のエリアとを選択的に指定するエリア指定手段と、
前記エリア指定手段により指定された前記第１のエリアから前記第１の電子透かし情報に相当する第３の電子透かし情報を検出する第１の電子透かし検出手段と、
前記エリア指定手段により指定された前記第２のエリアから前記第２の電子透かし情報に相当する第４の電子透かし情報を検出する第２の電子透かし検出手段と、
前記第３の電子透かし情報の値と前記第４の電子透かし情報の値とを比較し、前記２つの値が一致した場合には、前記画像信号の第１のエリアに対して改竄なしと判定し、前記２つの値が一致しない場合には、前記画像信号の第１のエリアに対して改竄ありと判定する改竄判定手段と、
を有することを特徴とする電子透かし検出・改竄判定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタル画像データの信頼性証明におけるデータ改竄の有無を検出するための、電子透かし埋め込み装置、及び電子透かし検出・改竄判定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ディジタル技術の普及によって、ディジタルコンテンツが多く流通するようになってきた。ＣＤ（コンパクト・ディスク）やＭＤ（ミニ・ディスク）やＤＶＤ（ディジタル多用途ディスク）等のパッケージメディアは、その代表的な例である。
【０００３】
一方、パッケージメディア以外にもネットワーク上で、ディジタルの動画や静止画が流通するようになってきた。同時に、ディジタル形式という理由及びネットワーク経路を利用するという理由で、伝送中に第三者によるデータの改竄も行われてきた。
【０００４】
それらのディジタルデータの改竄を検出する方法としては、次の方法が一般的に使われている。まずディジタルデータのハッシュ値を計算して、その計算結果を別データとして保持しておく。「ハッシュ値」とは、「ハッシュ関数」と呼ばれるものによって計算された結果である。「ハッシュ関数」とは、関数値ｙが与えられたときにｈ＿Ｋ（ｘ）＝ｙとなるようなｘを求めることが困難な関数ｈ＿Ｋのことである。
【０００５】
改竄検出にハッシュ関数を利用する場合は、ｘは任意の長さでｙは固定長である。この際、ｈ＿Ｋは送信者と受信者のみが知っている秘密鍵Ｋによって変化するものであり、Ｋ及びｘが与えられたとき、ｈ＿Ｋ（ｘ）は容易に計算出来るように設計しておく必要がある。そして、データにハッシュ値を添付して受信者側に送る。万全を期す場合は、データとハッシュ値を暗号化して送信することもある。
【０００６】
受信者側は、送信者と同じ秘密鍵を用いてハッシュ値を計算して、送られてきたハッシュ値と等しいかどうかを検証する。等しければ「改竄なし」で、等しくなければ「改竄あり」と判断する。
【０００７】
以上の手段は一般的に「メッセージ認証」、またｈ＿Ｋの計算結果は「メッセージ認証子」と言われている。
【０００８】
【非特許文献１】
岡本龍明・山本博資、「シリーズ／情報科学の数学  現代暗号」、産業図書株式会社、１９９７年６月３０日、Ｐ１７８〜Ｐ１８０、１１．５  ＥｌＧａｍａｌ  １１．６  ＤＳＡ署名（ＩＳＢＮ４−７８２８−５３５３−Ｘ  Ｃ３３５５）
この文献での署名が上記のメッセージ認証子に相当する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のメッセージ認証子を使った改竄検出とは、改竄検出を行う画像とは別に「メッセージ認証子」という別の情報を付属させておく必要があった。しかしながら、画像をネットワーク流通させる際には、画像信号本体だけ存在すれば再生可能なので、付属情報と共に流通させるのは不便である。また、画像信号のヘッダなどに「メッセージ認証子」の情報を書き込んでも、再符号化が行われてしまえば、そのデータは消失してしまう。
【００１０】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、画像単体でその画像の改竄の有無を判定出来る電子透かし埋め込み装置、及び電子透かし検出・改竄判定装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで、上記課題を解決するために本発明は、下記の電子透かし埋め込み装置、及び電子透かし検出・改竄判定装置を提供するものである。
（１）  入力された画像信号に第１のエリアと、前記第１のエリアとは異なる第２のエリアとを設定するエリア設定手段と、
前記設定された第１のエリアから得られる前記画像信号に関する統計的情報を、第１の電子透かし情報として前記第１のエリアに埋め込む第１の電子透かし埋め込み手段と、
前記設定された第２のエリアに、前記第１の電子透かし情報とは表現形式の異なる前記第１の電子透かし情報と等価の情報を、第２の電子透かし情報として埋め込む第２の電子透かし埋め込み手段と、
を有することを特徴とする電子透かし埋め込み装置。
（２）  入力された画像信号から２つの電子透かし情報を検出して、画像信号の改竄を判定する電子透かし検出・改竄判定装置であって、
前記画像信号は、第１のエリアに前記第１のエリアから得られる画像信号に関する統計的情報が第１の電子透かし情報として埋め込まれ、前記第１のエリアとは異なる第２のエリアに、前記第１の電子透かし情報とは表現形式の異なる前記第１の電子透かし情報と等価の情報が第２の電子透かし情報として埋め込まれた信号であり、
前記画像信号に対して電子透かし情報を検出するためのエリアとして、前記第１のエリアと前記第２のエリアとを選択的に指定するエリア指定手段と、
前記エリア指定手段により指定された前記第１のエリアから前記第１の電子透かし情報に相当する第３の電子透かし情報を検出する第１の電子透かし検出手段と、
前記エリア指定手段により指定された前記第２のエリアから前記第２の電子透かし情報に相当する第４の電子透かし情報を検出する第２の電子透かし検出手段と、
前記第３の電子透かし情報の値と前記第４の電子透かし情報の値とを比較し、前記２つの値が一致した場合には、前記画像信号の第１のエリアに対して改竄なしと判定し、前記２つの値が一致しない場合には、前記画像信号の第１のエリアに対して改竄ありと判定する改竄判定手段と、
を有することを特徴とする電子透かし検出・改竄判定装置。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。まず改竄検出用データの埋め込みについて説明する。図１は、本発明に係る電子透かし埋め込み装置の一実施例を示すブロック図である。
【００１３】
図２のように横７２０画素×縦４８０画素のディジタル画像が入力された場合について説明する。まず、このディジタル画像に対して画像領域分割器１で領域分割を行う。初めに改竄検出を行う領域エリア１（横７２０画素×縦４６４画素）とそれ以外の領域エリア２（横７２０画素×縦１６画素）に分割する。
【００１４】
その次に、図３のようにさらにエリア１に対して所定の単位（横３６０画素×縦２３２画素）で画像をエリア１１〜エリア１４に４分割する。同様に図４のようにエリア２に対しても所定の単位（横１２８画素×縦１６画素）で画像をエリア２１〜エリア２４に４分割する。さらに各エリア２１〜エリア２４を所定の単位（横８画素×縦１６画素）で画像を８分割する。例えばエリア２１に対しては、図５のようにエリア２１１〜エリア２１８に８分割する。
【００１５】
次に、平均値算出器２で各分割領域の平均輝度値の算出を行う。まず、エリア１１の平均輝度値を求める。エリア１１の各画素の輝度値をＹ１、Ｙ２、Ｙ３、・・・、Ｙ８３５２０（０≦Ｙｉ≦２５５、１≦ｉ≦８３５２０）、さらにＳＵＭ１を
ＳＵＭ１＝Ｙ１＋Ｙ２＋Ｙ３＋・・・＋Ｙ８３５２０
（以下、各分割領域の画素数８３５２０＝３６０×２３２をＮ１と置く）
とすると、平均輝度値ＡＶＧ１は、
ＡＶＧ１＝ＳＵＭ１／／Ｎ１
で求まる。（演算子／／は除算後小数点以下の四捨五入を表す）
この平均輝度値ＡＶＧ１が、後述するように第１のエリアから得られる画像信号に関する統計的情報である第１の電子透かし情報となる。
【００１６】
次に、加減算量算出器３で各分割領域の加減算量の算出を行う。加減算量ＤＥＬＴＡ１は以下のようにして求まる。
【００１７】
ＤＥＬＴＡ１＝｜ＳＵＭ１−ＡＶＧ１×Ｎ１｜
次に、画素操作器４で上記のＤＥＬＴＡ１に応じて各分割領域の画素操作を行う。まず、ＳＵＭ１−ＡＶＧ１×Ｎ１が正か負かを計算する。正ならば、各画素の輝度値の合計ＳＵＭ１がＡＶＧ１×Ｎ１になるように、ＤＥＬＴＡ１だけ画素値を減算する。逆に負ならば、加算する。
【００１８】
ここで、輝度値の合計をＤＥＬＴＡ１だけ加減算する理由を以下に説明する。電子透かし改竄検出データ埋め込み後にＭＰＥＧ等に符号化される場合に、基本的には各ＤＣＴブロックの平均輝度値は保存される、つまりエリア１１のＡＶＧ１は保存される。しかしながら、ＭＰＥＧの各計算ステップで行われる整数演算やプリ・ポストフィルタ等の画像処理によって、多少の計算誤差が出てくる。それによって、ＭＰＥＧ符号化前のＡＶＧ１と符号化後に計算したＡＶＧ１は、異なる値になる可能性がある。この事とＡＶＧ１が四捨五入演算である事を考慮して、ＡＶＧ１が整数になるようにＤＥＬＴＡ１だけ加減算する。
【００１９】
また、上記のＡＶＧ１、ＳＵＭ１、Ｎ１の関係より、
ＤＥＬＴＡ１＜Ｎ１
が成り立つ。したがって減算の方法は、画質劣化を防ぐために一定のエリアに集中しないように、かつ大きな値を減算しないように行うことにする。例えば、図６のように３画素ごとに輝度値を１減算して、ＤＥＬＴＡ１が０になるまで同様の作業を続ける。もしくは、画像の輝度変化の目立ちにくい部分を予め計算で選んでから、減算を行ってもよい。
【００２０】
このようにして、結果的にエリア１１に平均輝度値ＡＶＧ１が、第１の電子透かし情報として埋め込まれる。
【００２１】
次に、電子透かし埋め込み器５でエリア１１に対応するエリア２内の領域エリア２１に対する電子透かし埋め込みを行う。図７は、電子透かし埋め込み器５の内部構成を示す図である。まず、データ変換器５１でエリア１１の平均輝度値ＡＶＧ１を２進数表現（ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４、ｂ５、ｂ６、ｂ７、ｂ８）に変換する。ｂ１が最上位ビット、ｂ８が最下位ビットとする。この２進数表現された平均輝度値ＡＶＧ１が、後述するように第１の電子透かし情報とは表現形式の異なる前記第１の電子透かし情報と等価の情報である第２の電子透かし情報となる。
【００２２】
次に、平均値算出器で図５に示すエリア２１１の平均輝度値ＡＶＧ２を求める。ＡＶＧ１と同様にエリア２１１の全画素の輝度値の合計をＳＵＭ２、全画素数をＮ２とすると、
ＡＶＧ２＝ＳＵＭ２／／Ｎ２
で求まる。
【００２３】
次に、判定器５３及び画素操作器５４で最上位ビットｂ１の値によってエリア２１１の画素操作を行う。もし２進数の値ｂ１が０ならば、ＡＶＧ２を偶数にするための加減算を行う。加減算量ＤＥＬＴＡ２は、もしＡＶＧ２が偶数の場合は、以下のようにして求まる。
【００２４】
ＤＥＬＴＡ２＝｜ＳＵＭ２−ＡＶＧ２×Ｎ２｜
また、ＡＶＧ２が奇数の場合は
ｄ１＝｜ＳＵＭ２−（ＡＶＧ２＋１）×Ｎ２｜
ｄ２＝｜ＳＵＭ２−（ＡＶＧ２−１）×Ｎ２｜
のうち小さい方をＤＥＬＴＡ２とする。
【００２５】
ここで、ここで絶対値差分が小さくなる方選択するようにしたのは、以下の作業にて差分値ＤＥＬＴＡ２が画素ブロック内の画素の加減算に反映されることによる画質劣化を極力抑える為である。そして、エリア１１のときと同様に、ＳＵＭ２、ＡＶＧ２、Ｎ２の関係を見て、ＤＥＬＴＡ２だけ輝度値の加算もしくは減算を画質劣化のないように行う。
【００２６】
一方、ｂ１が１の場合もＡＶＧ２を奇数にするために同様の操作を行う。次に、ｂ２の値に応じてエリア２１２に対して操作を行い、さらに同様の操作をエリア２１８まで行う。
【００２７】
このようにして、結果的にエリア２１に２進数表現された平均輝度値ＡＶＧ１が、第２の電子透かし情報として埋め込まれる。（２進数表現されたビットｂ１がエリア２１１に、ｂ２がエリア２１２というように、結果的にｂ１〜ｂ８の各ビットがそれぞれエリア２１１〜エリア２１８に電子透かし情報として埋め込まれる。）
以上述べてきた作業が、エリア１１に対する電子透かし埋め込みの説明である。これを、エリア１４まで行えば入力画像に対する改竄検出用データ埋め込みの作業は終了である。
【００２８】
次に、改竄検出について説明する。図８は、本発明に係る電子透かし検出・改竄判定装置の一実施例を示すブロック図である。
【００２９】
まず、領域分割器６で画像の領域分割を埋め込み時と同様の手順で行う。次に平均値算出器でエリア１１の平均輝度値を算出する。これも埋め込み時と同様に、
ＡＶＧ１＝ＳＵＭ１／／Ｎ１
で求める。（この算出されたＡＶＧ１が前記第１の電子透かし情報に相当する第３の電子透かし情報である。）
次に電子透かし検出器でエリア２１に埋め込まれている電子透かしＷＭを検出する。まず、エリア２１１の平均値ＡＶＧ２を埋め込み時と同様に、
ＡＶＧ２＝ＳＵＭ２／／Ｎ２
で求める。ＡＶＧ２が偶数ならばｂ１＝０、奇数ならばｂ１＝１とする。同様の作業をエリア２１８まで行う。そして、ｂ１を最上位ビット、ｂ８を最下位ビットとして２進数表現（ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４、ｂ５、ｂ６、ｂ７、ｂ８）を１０進法の数値ＷＭに変換する。（この算出された２進数表現の電子透かしＷＭが前記第２の電子透かし情報に相当する第４の電子透かし情報である。）
ここで、判定器９において
ＡＶＧ１＝ＷＭ  （１）
が成立すれば改竄なし、成立しなければエリア１１で改竄ありと判定する。
【００３０】
ここで、式（１）を改竄判定の基準にしたのは、ユーザがエリア１１の一部分を別の画像で置き換えた場合にエリア１１の平均輝度値が変化することによって、改竄前の平均値ＷＭとの比較によって改竄の有無が判るという理由からである。
【００３１】
以上述べてきたステップが、エリア１１に対する電子透かし改竄検出の説明である。これを、エリア１４までもしくは改竄ありの判定が出るまで行えば入力画像に対する改竄検出の作業は終了である。
【００３２】
なお、上述の実施例では第１の電子透かし情報として平均輝度値を用いたが、他の統計的情報である、平均色差値、合計輝度値、合計色差値等を用いてもよい。また、上述の実施例では第２の電子透かし情報の表現形式として２進表現（バイナリ表現）を用いたが、１０進表現、１６進表現（ヘキサ表現）等を用いてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明を用いれば、画像信号に、第１のエリアと等価な画像信号に関する統計的情報を第２のエリアに埋め込むことによって、メッセージ認証子や付属情報を必要とせず画像信号単体で、その画像信号の改竄の有無を判定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子透かし埋め込み装置の一実施例を示すブロック図である。
【図２】画像の領域分割方法の一例を示す図である。
【図３】画像の領域分割方法の一例を示す図である。
【図４】画像の領域分割方法の一例を示す図である。
【図５】画像の領域分割方法の一例を示す図である。
【図６】輝度値の減算方法の一例を示した図である。
【図７】図１に示す実施例における電子透かし埋め込み器の内部構成を示す図である。
【図８】本発明に係る電子透かし検出・改竄判定装置の一実施例を示すブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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