(57)【要約】【課題】  ディジタル画像へデータを多重する際に、画質劣化を目立たないよう自由にデータ多重位置を選択可能なデータ多重装置を提供する。【解決手段】  ブロック分割部１１は画像全体をＭ×Ｎ画素のブロックへ分割し、ｎ番目のブロックにおいて、ブロック内輝度値加算部１５はブロック内の輝度値を加算して総和を求める。剰余計算部１６は求められた総和を予め決められた鍵データ値ｐを用いて総和の剰余を計算する。減算器１７はｎ番目の埋め込みデータから剰余を減算して埋め込み値を求め、埋め込みデータ分解部１８は埋め込み値に応じてデータを埋め込み画素選択部１３において選択されたブロック内の画素へ加算器１４にて加算する。【選択図】      図１                                                  
2005260515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディジタル画像へデータを多重するデータ多重装置と、前記ディジタル画像から前記データを抽出するデータ抽出装置とを含むデータ多重／抽出システムであって、前記ディジタル画像を予め設定されたブロックに隙間なく分割する手段と、分割された各ブロック内に含まれる画素の輝度値及び色差値のうちの少なくとも一方の総和を求める手段と、前記総和を予め決められた鍵データで割った時の剰余を求める手段と、前記剰余と多重するデータとの差分を求める手段と、その求めた差分から直接埋め込むデータへ分解する手段と、画質劣化が目立たずかつ埋め込みに適した画素を選択する手段と、選択された画素の輝度値及び色差値のうちの少なくとも一方に＋１及び−１のいずれかを加算する手段とを前記データ多重装置に有することを特徴とするデータ多重／抽出システム。
【請求項２】
前記ディジタル画像を予め設定されたブロックに隙間なく分割する手段と、分割された各ブロック内に含まれる画素の輝度値及び色差値のうちの少なくとも一方の総和を求める手段と、前記総和を予め決められた鍵データで割った時の剰余を求める手段とを前記データ抽出装置に含むことを特徴とするデータ多重／抽出システム。
【請求項３】
ディジタル画像へデータを多重するデータ多重装置であって、前記ディジタル画像を予め設定されたブロックに隙間なく分割する手段と、分割された各ブロック内に含まれる画素の輝度値及び色差値のうちの少なくとも一方の総和を求める手段と、前記総和を予め決められた鍵データで割った時の剰余を求める手段と、前記剰余と多重するデータとの差分を求める手段と、その求めた差分から直接埋め込むデータへ分解する手段と、画質劣化が目立たずかつ埋め込みに適した画素を選択する手段と、選択された画素の輝度値及び色差値のうちの少なくとも一方に＋１及び−１のいずれかを加算する手段とを有することを特徴とするデータ多重装置。
【請求項４】
ディジタル画像からデータを抽出するデータ抽出装置であって、前記ディジタル画像を予め設定されたブロックに隙間なく分割する手段と、分割された各ブロック内に含まれる画素の輝度値及び色差値のうちの少なくとも一方の総和を求める手段と、前記総和を予め決められた鍵データで割った時の剰余を求める手段とを有することを特徴とするデータ抽出装置。
【請求項５】
データ多重装置にてディジタル画像へデータを多重し、データ抽出装置にて前記ディジタル画像から前記データを抽出するシステムにおいて前記データの多重及び抽出を行うデータ多重／抽出方法であって、前記データ多重装置側に、前記ディジタル画像を予め設定されたブロックに隙間なく分割するステップと、分割された各ブロック内に含まれる画素の輝度値及び色差値のうちの少なくとも一方の総和を求めるステップと、前記総和を予め決められた鍵データで割った時の剰余を求めるステップと、前記剰余と多重するデータとの差分を求めるステップと、その求めた差分から直接埋め込むデータへ分解するステップと、画質劣化が目立たずかつ埋め込みに適した画素を選択するステップと、選択された画素の輝度値及び色差値のうちの少なくとも一方に＋１及び−１のいずれかを加算するステップとを有することを特徴とするデータ多重／抽出方法。
【請求項６】
前記データ抽出装置側に、前記ディジタル画像を予め設定されたブロックに隙間なく分割するステップと、分割された各ブロック内に含まれる画素の輝度値及び色差値のうちの少なくとも一方の総和を求めるステップと、前記総和を予め決められた鍵データで割った時の剰余を求めるステップとを含むことを特徴とするデータ多重／抽出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はデータ多重／抽出システム及びデータ多重装置、データ抽出装置並びにそれらに用いるデータ多重／抽出方法に関し、特にベースバンドのディジタル画像に適用可能なデータ多重／抽出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディジタル画像の普及とともに、それを流通する媒体［例えば、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）等］やブロードバンドネットワークの発達に伴い、著作権保護を目的とした電子透かし技術が盛んに検討されている。
【０００３】
電子透かし技術は、ディジタル画像へ著作権に関する情報データを画質劣化が知覚されないように埋め込む技術である。この技術は利用目的を変えれば、ディジタル画像へ種々の情報データを隠すステガノグラフィーやデータハイディングとしても使うことができる。
【０００４】
従来のデータ多重方式では、ｎビットでサンプルされたディジタル画像へｍビットで表現された情報データ列｛ｗｎ｝を多重する際に、情報データ列を全てシリアル化し、ビット列｛ｂｎ｝（ｂｎ＝０ｏｒ１）へ変換する。そのビット列は、画像のＬＳＢ（Ｌｅａｓｔ  Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ  Ｂｉｔ）と置き換えることによって多重する（例えば、特許文献１参照）。全画素のＬＳＢへ情報データを多重すると、画質としてはｎ−１ビット相当の画質に劣化する。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−７８００８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ディジタル画像へ情報データを多重して伝送し、抽出側において、多重された情報データを取り出す装置においては、多重による画質劣化が知覚され難いことが望ましい。
【０００７】
そのため、埋め込む画素を選択して、その画素だけに情報データを多重することを考えると、画質は向上するが、埋め込み位置情報を伝送する必要が出てくる。結果として、従来技術では画質劣化と位置情報の冗長性とは、トレードオフの関係である。
【０００８】
そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、ディジタル画像へデータを多重する際に、画質劣化を目立たないよう自由にデータ多重位置を選択することができるデータ多重／抽出システム及びデータ多重装置並びにそれらに用いるデータ多重／抽出方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、ディジタル画像からデータを抽出する際に、位置情報を知らなくても埋め込みデータを抽出することができるデータ多重／抽出システム及びデータ抽出装置並びにそれらに用いるデータ多重／抽出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によるデータ多重／抽出システムは、ディジタル画像へデータを多重するデータ多重装置と、前記ディジタル画像から前記データを抽出するデータ抽出装置とを含むデータ多重／抽出システムであって、前記ディジタル画像を予め設定されたブロックに隙間なく分割する手段と、分割された各ブロック内に含まれる画素の輝度値及び色差値のうちの少なくとも一方の総和を求める手段と、前記総和を予め決められた鍵データで割った時の剰余を求める手段と、前記剰余と多重するデータとの差分を求める手段と、その求めた差分から直接埋め込むデータへ分解する手段と、画質劣化が目立たずかつ埋め込みに適した画素を選択する手段と、選択された画素の輝度値及び色差値のうちの少なくとも一方に＋１及び−１のいずれかを加算する手段とを前記データ多重装置に備えている。
【００１１】
本発明による他のデータ多重／抽出システムは、上記の構成のほかに、前記ディジタル画像を予め設定されたブロックに隙間なく分割する手段と、分割された各ブロック内に含まれる画素の輝度値及び色差値のうちの少なくとも一方の総和を求める手段と、前記総和を予め決められた鍵データで割った時の剰余を求める手段とを前記データ抽出装置に具備している。
【００１２】
本発明によるデータ多重装置は、ディジタル画像へデータを多重するデータ多重装置であって、前記ディジタル画像を予め設定されたブロックに隙間なく分割する手段と、分割された各ブロック内に含まれる画素の輝度値及び色差値のうちの少なくとも一方の総和を求める手段と、前記総和を予め決められた鍵データで割った時の剰余を求める手段と、前記剰余と多重するデータとの差分を求める手段と、その求めた差分から直接埋め込むデータへ分解する手段と、画質劣化が目立たずかつ埋め込みに適した画素を選択する手段と、選択された画素の輝度値及び色差値のうちの少なくとも一方に＋１及び−１のいずれかを加算する手段とを備えている。
【００１３】
本発明によるデータ抽出装置は、ディジタル画像からデータを抽出するデータ抽出装置であって、前記ディジタル画像を予め設定されたブロックに隙間なく分割する手段と、分割された各ブロック内に含まれる画素の輝度値及び色差値のうちの少なくとも一方の総和を求める手段と、前記総和を予め決められた鍵データで割った時の剰余を求める手段とを備えている。
【００１４】
本発明によるデータ多重／抽出方法は、データ多重装置にてディジタル画像へデータを多重し、データ抽出装置にて前記ディジタル画像から前記データを抽出するシステムにおいて前記データの多重及び抽出を行うデータ多重／抽出方法であって、前記データ多重装置側に、前記ディジタル画像を予め設定されたブロックに隙間なく分割するステップと、分割された各ブロック内に含まれる画素の輝度値及び色差値のうちの少なくとも一方の総和を求めるステップと、前記総和を予め決められた鍵データで割った時の剰余を求めるステップと、前記剰余と多重するデータとの差分を求めるステップと、その求めた差分から直接埋め込むデータへ分解するステップと、画質劣化が目立たずかつ埋め込みに適した画素を選択するステップと、選択された画素の輝度値及び色差値のうちの少なくとも一方に＋１及び−１のいずれかを加算するステップとを備えている。
【００１５】
本発明による他のデータ多重／抽出方法は、上記のステップのほかに、前記データ抽出装置側に、前記ディジタル画像を予め設定されたブロックに隙間なく分割するステップと、分割された各ブロック内に含まれる画素の輝度値及び色差値のうちの少なくとも一方の総和を求めるステップと、前記総和を予め決められた鍵データで割った時の剰余を求めるステップとを具備している。
【００１６】
すなわち、本発明のデータ多重装置は、ディジタル画像を予め決めた適当なブロック（画面全体でもよい）に隙間なく分割し、各ブロック内に含まれる画素の輝度値（または色差値）の総和を求め、その総和を鍵データｐで割った時の余りを求め、求めた余りと多重するデータとの差分から直接埋め込むデータへ分解し、画質劣化が目立たない、埋め込みに適した画素を選択するとともに、選択した画素の輝度値（または色差値）へ＋１または−１を加算している。これによって、本発明のデータ多重装置では、ディジタル画像へデータを多重する際に、画質劣化を目立たないよう自由にデータ多重位置が選択可能となる。
【００１７】
本発明のデータ抽出装置では、多重側と同じブロックに分割し、各ブロック内に含まれる画素の輝度値（または色差値）の総和を求め、その総和を鍵データｐで割って余りを求めている。これによって、本発明のデータ抽出装置では、ディジタル画像からデータを抽出する際に、位置情報を知らなくても、埋め込みデータを抽出することが可能となる。
【００１８】
本発明によるデータ多重／抽出方法は、ディジタル画像を予め決めた適当なブロックに分割し、その総和を鍵データｐで割った余りを多重するデータと一致させることによって、抽出側で多重位置情報を不要とすることが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のデータ多重装置は、以下に述べる構成及び動作とすることで、ディジタル画像へデータを多重する際に、画質劣化を目立たないよう自由にデータ多重位置を選択することができるという効果が得られる。
【００２０】
また、本発明のデータ抽出装置は、以下に述べる構成及び動作とすることで、ディジタル画像からデータを抽出する際に、位置情報を知らなくても埋め込みデータを抽出することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施例によるデータ多重／抽出システムにおけるデータ多重装置の構成を示すブロック図である。図１において、データ多重装置１はブロック分割部１１と、エッジ検出部１２と、埋め込み画素選択部１３と、加算器１４と、ブロック内輝度値加算部１５と、剰余計算部１６と、減算器１７と、埋め込みデータ分解部１８とから構成されている。
【００２２】
図２は図１のブロック分割部１１によるブロック分割動作を示す図であり、図３は本発明の一実施例によるデータ多重装置１でのｎ番目のブロックのデータ多重例を示す図であり、図４は本発明の一実施例によるデータ多重処理を示すフローチャートである。これら図１〜図４を参照して本発明の一実施例によるデータ多重処理について説明する。尚、以下の説明では画像の輝度成分だけについて述べるが、色差成分においても、この画像の輝度成分に対する動作と同様の動作が可能である。
【００２３】
データ多重装置１においては、最初に、ブロック分割部１１にて画像全体をＭ×Ｎ画素（Ｍ，Ｎは正の整数）のブロックへ分割する（図２参照）（図４ステップＳ１）。尚、画像全体を１つのブロックとすることも原理的には可能である。以下の説明では、分割されたｎ番目のブロックに着目して行う。
【００２４】
データ多重装置１はｎ番目のブロックにおいて、ブロック内輝度値加算部１５にてブロック内の輝度値を加算して総和Ｓn を求める（図４ステップＳ２）。剰余計算部１６は求められた総和Ｓn を予め決められた鍵データ値ｐ（自然数）を用いて総和Ｓn の剰余（＝Ｓn   ｍｏｄ  ｐ）を計算する（図４ステップＳ３）。
【００２５】
減算器１７はｎ番目の埋め込みデータｗn から剰余（＝Ｓn   ｍｏｄ  ｐ）を減算して埋め込み値ｄn を求める（図４ステップＳ４）。埋め込みデータ分解部１８は埋め込み値ｄn が正数であれば（図４ステップＳ５）、ｄn 個の＋１へデータ分解し、その＋１データを埋め込み画素選択部１３において選択されたブロック内ｄn 個の画素へ加算器１４にて加算する（図３参照）（図４ステップＳ６）。
【００２６】
埋め込みデータ分解部１８は埋め込み値ｄn が負数であれば（図４ステップＳ５）、ｄn 個の−１を選択されたブロック内ｄn 個の画素へ加算する（図４ステップＳ７）。
【００２７】
データ多重装置１は埋め込み画素を、埋め込みによって生じる画質劣化ができるだけ目立たないように選択する（図４ステップＳ８）。その選択法としては、乱数を発生させてランダムに位置を決める方法等、色々な方法が考えられるため、本実施例では選択法について特定しない。ここでは、画質劣化を目立たなくする一つの手法として、エッジ検出部１２において画像のエッジを検出し、そのエッジに当たる画素を埋め込み画素として選択する方法を採用している。
【００２８】
このエッジ検出処理を各ブロックで行い、埋め込みデータを多重する画素の候補を決定しておく。これら候補画素の内、ブロック総和の剰余と埋め込みデータとの差分値から決まるｄn に相当する個数の画素へデータ（＋１  ｏｒ  −１）を多重する（図４ステップＳ９）。
【００２９】
データ多重装置１は上記の処理を分割された各ブロック全てについて繰り返し行う（図４ステップＳ２〜Ｓ１１）。
【００３０】
図５は本発明の一実施例によるデータ多重／抽出システムにおけるデータ抽出装置の構成を示すブロック図である。図５において、データ抽出装置２はブロック分割部２１と、ブロック内輝度値加算部２２と、剰余計算部２３とから構成されている。
【００３１】
図６は本発明の一実施例によるデータ抽出装置２でのｎ番目のブロックのデータ抽出例を示す図であり、図７は本発明の一実施例によるデータ抽出処理を示すフローチャートである。これら図５〜図７を参照して本発明の一実施例によるデータ抽出処理について説明する。
【００３２】
データ抽出装置２ではブロック分割方法と鍵データｐとだけ既知であれば、データ多重した位置の情報がなくても、埋め込みデータｗn を抽出して復元することができる。以下、その抽出手順について説明する。
【００３３】
データ抽出装置２ではブロック分割部２１において、上述した多重側と同様に、画像全体をＭ×Ｎ画素のブロックへ分割する（図７ステップＳ２１）。以下、分割されたブロックのｎ番目についてだけ説明する。
【００３４】
まず、データ抽出装置２ではブロック内輝度値加算部２２にてブロック内の輝度値を全て加算し、総和Ｓn ’を求める（図７ステップＳ２２）。その後、データ抽出装置２は剰余計算部２４にて、総和Ｓn ’から予め定められた鍵データｐを用いて総和Ｓn ’の剰余（＝Ｓn ’  ｍｏｄ  ｐ）を求める（図７ステップＳ２３）。
【００３５】
この剰余は、上記の図３に示す埋め込み原理から埋め込みデータｗn と一致する。これによって、データ抽出装置２ではデータを埋め込んだ位置を知ることなしに、埋め込みデータｗn を検出することができる（図７ステップＳ２４）。
【００３６】
データ抽出装置２は上記の処理を分割された各ブロック全てについて繰り返し行う（図７ステップＳ２２〜Ｓ２６）。
【００３７】
上述したように、本実施例の基本原理は、各ブロックの総和を鍵データｐで割った時の余りを埋め込みデータと一致させるように、ブロック毎にデータを加算することである。ここで、少し具体的な数値を用いて、この基本原理について説明する。
【００３８】
仮に、２×２画素のブロックがあり、その画素値が｛２，４，９，５｝であったとする。ここでブロックの総和は「２０」となる。今、埋め込みたいデータを「３」、鍵データを「５」とする。
【００３９】
すると、埋め込み前の鍵データによる剰余は、「０」である。したがって、埋め込みたいデータとの差ｄn は「＋３」となり、３個の＋１へデータ分解することになる。
【００４０】
エッジ検出によって、３個の画素を選択した結果、１番目、２番目、４番目の画素となったとする。分解された３個のデータを３画素へ加算し、｛３，５，９，６｝とデータ埋め込みが完了する。
【００４１】
抽出側では、２×２画素のブロック｛３，５，９，６｝の総和を求める。すると、「２３」となり、鍵データ「５」で割れば、余りは「３」となる。この余り「３」こそが埋め込まれたデータである。
【００４２】
このように、本実施例では、埋め込み位置情報がなくても埋め込みデータを抽出可能な方法を実現している。そのため、本実施例では、埋め込みの位置情報を抽出側へ伝送する必要が全くない。
【００４３】
また、本実施例では、埋め込みデータ（＋１  ｏｒ  −１）の多重位置（画素）は、画質劣化が目立たないように自由に選択することができる。
【００４４】
さらに、本実施例では、ブロックサイズ、ブロックに多重する最大画素数を、要求される画質に応じて決定する。パラメータが変更されても、手順は全く変える必要がないため、画質要求条件のダイナミックな変更へ容易に対応することができ、非常にフレキシブルな装置となる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施例によるデータ多重／抽出システムにおけるデータ多重装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のブロック分割部によるブロック分割動作を示す図である。
【図３】本発明の一実施例によるデータ抽出装置でのｎ番目のブロックのデータ抽出例を示す図である。
【図４】本発明の一実施例によるデータ多重処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施例によるデータ多重／抽出システムにおけるデータ抽出装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の一実施例によるデータ抽出装置でのｎ番目のブロックのデータ抽出例を示す図である。
【図７】本発明の一実施例によるデータ抽出処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
１  データ多重装置
２  データ抽出装置
１１，２１  ブロック分割部
１２  エッジ検出部
１３  埋め込み画素選択部
１４  加算器
１５，２２  ブロック内輝度値加算部
１６，２３  剰余計算部
１７  減算器
１８  埋め込みデータ分解部
【図１】
2005260515.tif 000003
【図２】
2005260515.tif 000004
【図３】
2005260515.tif 000005
【図４】
2005260515.tif 000006
【図５】
2005260515.tif 000007
【図６】
2005260515.tif 000008
【図７】
2005260515.tif 000009