(57)【要約】【課題】  電子透かし信号の埋め込みにおける適応処理において、画質劣化が抑えられ、かつ柔軟な電子透かし強度の制御を実現することを目的とする。【解決手段】  画像信号に対する電子透かし情報の埋め込みに際し、画像信号に対する電子透かし情報の埋め込み密度を制御することにより、画像信号への電子透かし情報の埋め込み強度を制御するようにする。また、電子透かし情報の埋め込み密度と埋め込み信号の値の大きさとを制御して埋め込み強度を制御する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像信号に対する電子透かし情報の埋め込み密度を制御することにより画像信号への電子透かし情報の埋め込み強度を制御する制御部を備えたことを特徴とする電子透かし適応処理装置。
【請求項２】
画像信号に対する電子透かし情報の埋め込み密度と、埋め込み信号の値の大きさとを制御することにより画像信号への電子透かし情報の埋め込み強度を制御する制御部を備えたことを特徴とする電子透かし適応処理装置。
【請求項３】
画像信号に対する電子透かし情報の埋め込み密度を制御するか、あるいは埋め込み信号の値の大きさを制御するかを適応的に決定し、この決定に基き画像信号への電子透かし情報の埋め込み強度を制御する制御部を備えたことを特徴とする電子透かし適応処理装置。
【請求項４】
画像信号に対する電子透かし情報の埋め込み密度を制御するか、埋め込み信号の値の大きさを制御するか、あるいは埋め込み密度と埋め込み信号の値の大きさとを制御するかを適応的に決定し、この決定に基き画像信号への電子透かし情報の埋め込み強度を制御する制御部を備えたことを特徴とする電子透かし適応処理装置。
【請求項５】
画像信号に対する電子透かし情報の埋め込み密度を制御することにより画像信号への電子透かし情報の埋め込み強度を制御することを特徴とする電子透かし適応処理方法。
【請求項６】
画像信号に対する電子透かし情報の埋め込み密度と、埋め込み信号の値の大きさとを制御することにより画像信号への電子透かし情報の埋め込み強度を制御することを特徴とする電子透かし適応処理方法。
【請求項７】
画像信号に対する電子透かし情報の埋め込み密度を制御するか、あるいは埋め込み信号の値の大きさを制御するかを適応的に決定し、この決定に基き画像信号への電子透かし情報の埋め込み強度を制御することを特徴とする電子透かし適応処理方法
【請求項８】
画像信号に対する電子透かし情報の埋め込み密度を制御するか、埋め込み信号の値の大きさを制御するか、あるいは埋め込み密度と埋め込み信号の値の大きさとを制御するかを適応的に決定し、この決定に基き画像信号への電子透かし情報の埋め込み強度を制御することを特徴とする電子透かし適応処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、たとえば著作権管理などを目的として、本来のデータに他の情報（署名等の透かし情報）を秘匿する電子透かし技術に関し、特に透かし情報の埋め込み強度を決定するための電子透かし適応処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
透かし情報の埋め込み強度の制御は、埋め込み先の信号の特徴に応じて、主に埋め込み信号の大きさを変化させることによって行なっていた。ここで、埋め込み先の信号とは、たとえば画像では、画素値や周波数変換後の周波数係数などであり、埋め込み信号とは、埋め込み先の信号に加算や減算するための信号を言う。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−７８７５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の適応処理方法では、適応処理として透かし信号の値の変化を小さくしたとしても、値の変化がある領域に集中したときなどに画質劣化が視認できることがあるという問題があった。また、適応処理制御の柔軟性に欠けるという問題があった。
【０００５】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、従来より画質劣化を抑えることができる電子透かし強度の適応処理制御を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、画像信号に対する電子透かし情報の埋め込み密度を制御することにより画像信号への電子透かし情報の埋め込み強度を制御するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、電子透かし情報の埋め込み密度を制御することにより画像信号への電子透かし情報の埋め込み強度を制御するようにしたので、電子透かしを埋め込んだ画像の画質劣化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態における電子透かし埋め込み装置の構成図であり、図において１００は画像信号に電子透かし情報を埋め込む電子透かし埋めこみ部、１０１は画像信号をウェーブレット変換するウェーブレット変換部、１０２はこのウェーブレット変換部１０１によるウェーブレット変換の結果に基き、画像信号に対する電子透かし情報の埋め込み密度を決定する埋め込み密度決定部である。この例では、ウェーブレット変換部１０１、埋め込み密度決定部１０２により、画像信号に対する電子透かし情報の埋め込み密度を制御する制御部が構成される。なお、画像信号は動画でもよいし静止画でもよい。
【０００９】
この発明では、画像に対する電子透かし情報の埋め込み強度、すなわち画像に対し電子透かし情報を埋め込む度合いを、電子透かし情報の埋め込み密度に基き制御する。埋め込み密度とは、画像を構成する各画素のうち電子透かし情報を埋め込む画素と埋め込まない画素との比率であり、この発明では、画像全体の画素に電子透かし情報を埋め込むのではなく、この埋め込み密度を適応的に変えて柔軟に電子透かし情報を埋め込むようにすることで、画像の劣化を抑えるものである。
【００１０】
なお、埋め込み強度は、この埋め込み密度と、埋め込む情報の大きさ（例えば、透かし情報を埋め込む画素の画素値を変化させて埋め込む場合にはその変化量）により決まる。一般に、埋め込み強度が強ければ、画像の変化（アナログ処理や符号化/量子化誤差）における電子透かし情報の耐性は増すが、画像の劣化も大きくなり、埋め込み強度が小さければ、電子透かし情報の耐性、画像の劣化も小さい。
【００１１】
次に動作について説明する。図２はこの電子透かし埋め込み装置の動作を示すフローチャートであり、特に電子透かし情報の埋め込み密度制御を詳細に示すものである。
図において、１１は電子透かし埋め込み装置へ画像信号を入力するステップ、１２は入力画像の高域成分を抽出するために入力画像をウェーブレット変換するステップ、１３は埋め込み密度を決定するステップ、１４は入力画像から電子透かし埋め込み先候補画素を選択するステップ、１５は電子透かし埋め込み優先度決定のための輝度値を基準にした埋め込み候補画素の並べ替えを行なうステップ、１６は優先度順に並べ替えられた候補画素の上位から埋め込み密度と同じ割合の候補画素を選択するステップ、１７はステップ１６で選択された画素に対して電子透かし信号を埋め込むステップ、１８は電子透かし埋め込み済みの画像を出力するステップである。
【００１２】
まずステップ１１で電子透かし情報を埋め込む画像を入力する。その後、ステップ１３でこの入力された画像に対して電子透かし情報を埋め込む際の埋め込み密度を決定するが、この実施形態では、入力画像をウェーブレット変換して得られる入力画像の周波数成分を利用して埋め込み密度を決定する。そのため、入力画像のウェーブレット変換をウェーブレット変換部１０１にて行う（ステップ１２）。
【００１３】
そして、このウェーブレット変換部１０１におけるウェーブレット変換により得られたる入力画像の周波数成分を利用して、埋めこみ密度決定部１０２により、画像に対して電子透かし情報を埋め込む際の埋め込み密度を決定する（ステップ１３）。
ここで、ステップ１３における埋め込み密度の決定について説明する。ここでは、ウェーブレット変換部１０１により抽出される入力画像の高域成分を利用する方法を例にして説明する。図３は入力画像をウェーブレット変換した際の各成分を示すものである。図３に示すように、画像に対してウェーブレット変換を１回施せば、低域成分画像（ＬＬ画像２１）と高域成分画像（ＬＨ画像２３、ＨＬ画像２２、ＨＨ画像２４）が得られる。
【００１４】
これらのうち、たとえば高域成分ＬＨ画像２３を利用して、画像に対して電子透かし情報を埋め込む際の埋め込み密度を決定する場合、まず、ＬＨ画像２３の画素値の標準偏差σを計算し、ある正の値δをしきい値として設定する。
そして、σ＜δの場合は密度ｄを０％、δ≦σ＜２δの場合は密度ｄを２５％、２δ≦σ＜３δの場合は密度ｄを５０％、３δ≦σ＜４δの場合は密度ｄを７５％、４δ＜σの場合は密度ｄを１００％、などと定める。
この例では、ＬＨ画像２３の標準偏差の値が高くなるに従って密度を高くしており、標準偏差σが大きいときは集中的に電子透かし情報を埋めこんでも比較的目立たない画像であると推定して密度を大きくし、標準偏差σが小さいときは、電子透かし情報を埋めむと比較的目立ち易い画像であると推定して密度を低くして電子透かし情報を埋めこむ。
ただし、埋め込み密度の決定は上述のものに限られず、適宜決定すればよい。
【００１５】
次にステップ１４では、入力画像から電子透かし情報を埋め込むため画素の候補を選択する。候補画素の選択方法にはさまざまな方法が考えられ、例えば予め決められた所定の領域の画素としたり、ランダムに抽出する方法など種々の方法を適用することが可能である。
【００１６】
次に、ステップ１４で選択された複数の電子透かし埋め込み候補画素について、電子透かしを埋め込む画素を決定するが、ここでは、候補画素の輝度の大きいほうから順に埋め込み画素とする場合を説明する。
ステップ１５において、ステップ１４で選択された複数の電子透かし埋め込み候補画素について、電子透かしを埋め込む優先度を決定するために、候補画素の輝度の大きいほうから順に優先度が高いものとして並べかえる。
【００１７】
ステップ１６では、ステップ１５で並べ替えた候補画素について、優先度上位の候補画素からステップ１２で決定した密度と同じ割合となるようｍ個の候補画素を選択する。すなわち、密度をｄ、候補画素の総数をＮとした場合、ｍ＝Ｎｄとなるようにｍを定める。なお、Ｎｄの値が整数にならない場合は、切り上げや切り下げ、四捨五入など適当な方法を使って整数化したものをｍの値とする。
【００１８】
そして、電子透かし埋め込み部１００により、ステップ１６で選択したｍ個の候補画素に対して、電子透かし情報を付加する（ステップ１７）。電子透かし情報の付加としては、例えば画素のなんらかの値に対して所定量の変化を加える等がある。ここで、さらに適応処理として電子透かし信号の強さ（例えば画素値の変化量）を変化させてもよい。
そして、ステップ１８で電子透かし埋め込み済み画像を出力する。
【００１９】
以上のように、この実施の形態によれば、電子透かし埋め込み時の適応処理として、埋め込み密度を用いて埋め込み強度を制御するようにしているので、電子透かしを埋め込む画像に応じて電子透かしを埋め込む画素を適応的に制御することができ、電子透かしを埋め込む際の画像画質劣化を抑制することができる。また、柔軟な適応処理制御が可能になる。
【００２０】
なお、以上の説明においては、入力された画像に対して電子透かし情報を埋め込む際の埋め込み密度を決定する際、入力画像をウェーブレット変換して得られる入力画像の周波数成分を利用して埋め込み密度を決定するものを示したが、入力画像の周波数成分の抽出にはＤＣＴやフーリエ変換など他の方法を使っても良い。さらには、別の方法で埋め込み密度を決定してもよい。例えば、画素の輝度値などその他の要素を用いて埋め込み密度を決定しても良い。
【００２１】
また、以上の説明においては、電子透かし埋め込み候補画素の中から電子透かしを埋め込む画素を決める際、候補画素の輝度の大きいほうから順に埋め込む画素として決定した場合を示したが、これとは別の決め方でもよく、たとえば、ステップ１４で選択した電子透かし埋め込み候補画素の１つ１つについて電子透かしを埋め込むか埋め込まないかを確率的に決定しても良い。このような例としては、たとえば、埋め込み密度が、ｄ＝２５％と決まったとすると、１から１００までランダムな値を発生させる乱数器を使い、電子透かし埋め込み候補画素ごとに乱数器を使って値を出力させ、その値が１から２５までの範囲となれば埋め込み画素として選択し、そうでなければ埋め込まない画素とすればよい。
【００２２】
実施形態２．
上記の実施形態１では、最初に定めた埋め込み密度を用いて埋め込み強度を制御するようにしたものであるが、次に個々の電子透かし情報の埋め込み時に適宜埋め込み密度を決定して適応制御を施す場合の実施形態を示す。
図３は、この実施形態において図１に示した装置と同様の構成の電子透かし埋め込み装置の動作を示すフローチャートであり、特に電子透かし情報の埋め込み密度制御を詳細に示すものである。
図において、３１は電子透かし埋め込み装置へ画像を入力するステップ、３２は入力画像にウェーブレット変換を施して低域成分（ＬＬ成分）と高域成分（ＬＨ、ＨＬ、ＨＨ成分）とに分割するステップ、３３はステップ３２のウェーブレット変換によって得られたＬＬ成分およびＬＨ成分を同様にブロック分割するステップ、３４はステップ３３で得られたＬＬ成分のブロックごとに、対応するＬＨ成分ブロック内の画素値の分散を計算するステップ、３５はステップ３４で計算した分散値を基にブロックごとの埋め込み密度を決定するステップ、３６はステップ３５で決定した埋め込み密度に従って電子透かし信号をＬＬ成分に埋め込むステップ、３７は電子透かしを埋め込んだＬＬ成分とステップ３２で得られた高域成分（ＬＨ、ＨＬ、ＨＨ成分）とを使ってウェーブレット逆変換を施して電子透かし埋め込み済み画像を生成するステップ、３８はステップ３７で生成した電子透かし埋め込み済み画像を出力するステップである。
【００２３】
ステップ３２では、ステップ３１で入力された画像に対してウェーブレット変換を施して低域成分（ＬＬ成分）と高域成分（ＬＨ、ＨＬ、ＨＨ成分）とに分割する。ここでは、低域成分に電子透かしを埋め込むとともに、電子透かし埋め込み時の適応処理において電子透かし信号を埋め込む強度（ここでは埋め込み密度と埋め込み情報を大きさ）を決定するために高域成分を利用する方法を例として説明する。なお、低域成分の抽出にはＤＣＴやフーリエ変換など他の方法を使っても良い。
また、適応処理における電子透かし信号埋め込み強度の決定にウェーブレット変換の高域成分を使う方法を例として説明するが、画素の輝度値などその他の要素を用いて埋め込み強度を決定しても良い。
【００２４】
ステップ３３では、ステップ３２で抽出したＬＬ成分をブロックに分割する。このブロックは、あらかじめブロックの大きさを決めて分割しても良いし、他にアドレス発生器などを追加してブロック内の画素値集合に含まれる画素の位置が一様に分布するように画素位置に関するアドレス情報を発生するようにしてもよい。また、Ｎビットの電子透かしを埋め込みときに、１ビットに１ブロック割り当てても良いし、１ビットに数ブロック割り当てても良い。
また、ステップ３３ではＬＬ成分で分割したブロックと同じブロックをＬＨ成分から抽出し、ＬＬ成分の各ブロックとＬＨ成分の各ブロックとを対応させる。
【００２５】
ステップ３４では、ステップ３３で抽出したＬＬ成分のブロックごとに、対応するＬＨ成分ブロック内に含まれる画素値の分散値を計算する。
【００２６】
ステップ３５では、ステップ３４で計算したＬＨ成分ブロックの分散値に基き、ブロックごとの埋め込み密度ｄを決定する。密度ｄを決定する方法として、たとえば当該ＬＨ成分ブロック内の画素値の標準偏差σを計算し、ある正の値δをしきい値として設定し、σ＜δの場合は密度ｄを０％、δ≦σ＜２δの場合は密度ｄを２５％、２δ≦σ＜３δの場合は密度ｄを５０％、３δ≦σ＜４δの場合は密度ｄを７５％、４δ＜σの場合は密度ｄを１００％、などと定める。
【００２７】
ステップ３６では、ステップ３５で決定した密度と同じ割合となるようＬＬ成分ブロックの中から、対応するＬＨ成分ブロック内の対応画素値の大きさが大きいものから順にｍ個の画素を選択して埋め込み画素とする。このとき、密度をｄ、ブロック内の画素の総数をＮとした場合、ｍ＝Ｎｄとなるようにｍを定める。また、Ｎｄの値が整数にならない場合は、切り上げや切り下げ、四捨五入など適当な方法を使って整数化したものをｍの値とする。そして、このように決められた画素に対して、電子透かし情報を埋め込む。
【００２８】
ステップ３７では電子透かしを埋め込んだＬＬ成分とステップ３２で得られた高域成分（ＬＨ、ＨＬ、ＨＨ成分）とを使ってウェーブレット逆変換を施して電子透かし埋め込み済み画像を生成し、ステップ３８でその電子透かし埋め込み済み画像を出力する。
【００２９】
以上のように、この実施の形態によれば、個々の電子透かし信号の埋め込み時に適宜埋め込み密度を決定して適応制御を施すようにしているので、電子透かしを埋め込む画像に応じて電子透かしを埋め込む画素を、適応的に制御することができ、電子透かしを埋め込む際の画像画質劣化を抑制することができる。また、柔軟な適応処理制御が可能になる。
【００３０】
なお、以上の説明においては、入力された画像に対して電子透かし情報を埋め込む際の埋め込み密度を決定する際、入力画像をウェーブレット変換して得られる入力画像の周波数成分を利用して埋め込み密度を決定するものを示したが、入力画像の周波数成分の抽出にはＤＣＴやフーリエ変換など他の方法を使っても良い。
【００３１】
また、以上の説明においては、電子透かし埋め込み候補画素の中から電子透かしを埋め込む画素を決める際、ＬＨ成分ブロック内の対応画素値の大きいほうから順に埋め込む画素として決定した場合を示したが、これとは別の決め方でもよく、たとえば、ステップ１４で選択した電子透かし埋め込み候補画素の１つ１つについて電子透かしを埋め込むか埋め込まないかを確率的に決定しても良い。このような例としては、たとえば、そのブロックにおける埋め込み密度が、ｄ＝２５％と決まったとすると、１から１００までランダムな値を発生させる乱数器を使い、電子透かし埋め込み候補画素ごとに乱数器を使って値を出力させ、その値が１から２５までの範囲となれば埋め込み画素として選択し、そうでなければ埋め込まない画素とすればよい。
【００３２】
また、以上の説明においては、ステップ３４で計算したＬＨ成分の分散値を基に、ブロック毎の埋め込み密度を決定し、それに基いて埋め込み画素を決定するようにしていたが、埋め込み画素の決定はこれ以外の方法で行ってもよい。
【００３３】
たとえば、対応するＬＨ成分ブロック内の対応画素値の大きさに基いて、画素ごとに埋め込み画素とするか否かの確率（埋め込み確率）を決め、その確率に応じてその画素を埋め込み画素かそうでないかを決定してもよい。たとえば、ある画素の画素値に対応して決められる埋め込み確率が２５％の場合、１から１００までランダムな値を発生させる乱数器を使い、乱数器を使って値を出力させ、その値が１から２５までの範囲となれば埋め込むこととし、そうでなければ埋め込まないこととする。このような方法によっても、ブロック内の画素における埋め込み密度を制御することができるものである。
また、このとき、さらに適応処理として電子透かし信号の強さ（例えば画素値の変化量）を変化させてもよい。このように、電子透かし信号の強さ（例えば画素値の変化量）を決める場合の実現例としては、例えば図５のようなテーブルを備えることである。このテーブルを参照し、画素のＬＨ値から対応する埋め込み密度（埋め込み確率）と変化量（電子透かし信号の強さ）を求め、これにより上述のような埋め込み処理を行えばよい。このテーブルは一例であり異なるテーブルであってもよいし、複数のテーブルを使いわけてもよい。
【００３４】
また、以上の全ての実施形態の説明において、電子透かし信号の埋め込み密度を変化させる場合と、埋め込み密度に加えて電子透かし信号の値の大きさを変化させる場合を示したが、埋め込み密度を制御する構成を備えた上で、埋め込み密度だけを変化させるか、電子透かし信号の値の大きさだけを変化させるか、あるいは埋め込み密度と電子透かし信号の値の大きさの両方を変化させるかを適応的に決定できるように構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明の実施の形態における電子透かし埋め込み装置の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態における電子透かし埋め込み動作を示すフローチャートである。
【図３】ウェーブレット変換後の各成分を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態における電子透かし埋め込み動作を示すフローチャートである。
【図５】画素のＬＨ値と埋め込み密度および変化量の対応テーブルの説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１００  電子透かし埋めこみ部
１０１  ウェーブレット変換部
１０２  埋め込み密度決定部
【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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