(57)【要約】【課題】複数ビットからなる透かし情報を埋め込む場合に透かし情報が失われにくい電子透かし埋め込み装置を提供する。【解決手段】透かし情報３１の各ビットに対応して用意された複数の基底関数波形を対応するビットの値に応じた極性を付与した後に重畳し、かつ正規化して合成波形３３を出力する基底関数波形合成部３２と、合成波形３３の振幅値を整数部と小数部に分離し、小数部の値に応じて予め決められた出現頻度に従って１または０をとる値と整数部とを加算することにより、合成波形３３を離散化して離散化波形３５を出力する確率的離散化部３４と、離散化波形３５を埋め込み対象コンテンツ３０に重畳して埋め込み済みコンテンツ３７を得る波形重畳部３６を有する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋め込み対象コンテンツに対して複数ビットの透かし情報を埋め込み、埋め込み済みコンテンツを得る電子透かし埋め込み装置において、
前記透かし情報の各ビットに対応して用意された複数の基底関数波形を、対応するビットの値に応じた極性を付与した後に重畳し、かつ正規化して合成波形を出力するステップと、
前記合成波形の振幅値を整数部と小数部に分離し、小数部の値に応じて予め決められた出現頻度に従って１または０をとる値と整数部とを加算することにより、前記合成波形を離散化して離散化波形を出力するステップと、
前記離散化波形を前記埋め込み対象コンテンツに重畳するステップとを具備することを特徴とする電子透かし埋め込み方法。
【請求項２】
埋め込み対象コンテンツに対して複数ビットの透かし情報を埋め込み、埋め込み済みコンテンツを得る電子透かし埋め込み装置において、
前記透かし情報の各ビットに対応して用意された複数の基底関数波形を、対応するビットの値に応じた極性を付与した後に重畳し、かつ正規化して合成波形を出力する基底関数波形合成手段と、
前記合成波形の振幅値を整数部と小数部に分離し、小数部の値に応じて予め決められた出現頻度に従って１または０をとる値と整数部とを加算することにより、前記合成波形を離散化して離散化波形を出力する離散化手段と、
前記離散化波形を前記埋め込み対象コンテンツに重畳する重畳手段とを具備することを特徴とする電子透かし埋め込み装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電子透かし埋め込み方法によって透かし情報が埋め込まれたコンテンツを格納した記憶媒体。
【請求項４】
請求項２に記載の電子透かし埋め込み装置によって透かし情報が埋め込まれたコンテンツを格納した記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディジタルデータ化された音声、音楽、動画、静止画等のコンテンツに対して透かし情報を埋め込む電子透かし埋め込み装置及び埋め込み済みコンテンツから透かし情報を検出する電子透かし検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子透かし(digital watermarking)は、ディジタルデータ化された音声、音楽、動画、静止画等の著作権者や利用者の識別情報、著作権者の権利情報、そのデータの利用条件、その利用時に必要な秘密情報、コピー制御情報などの情報(これらを透かし情報と呼ぶ)を知覚が容易ではない状態となるように埋め込み、後に必要に応じて透かし情報をそのデータ内から検出することによって利用制御、コピー制御を含む著作権保護を行ったり、二次利用の促進を行うための技術である。
【０００３】
［電子透かしの分類］  
従来、画像に対する電子透かしの方式は、画素領域利用型と周波数領域利用型に大別することができる。画素領域利用型の電子透かし方式は、画素値を変更することで直接的に透かし情報の埋め込みを行うものである。一方、周波数領域利用型の電子透かし方式は、直交変換によって、一旦、画素領域から周波数領域へ移り、周波数領域において埋め込みを行った後、再び、逆直交変換によって周波数領域から画素領域に戻るものである。透かし情報は波として埋め込まれることになる。
【０００４】
［周波数領域利用型電子透かし方式］  
周波数領域利用型の電子透かし方式としては、例えば、文献 ［１］ Koch,E.and Zhao,J.,“Towards Robust and Hidden Image Copyright Labeling, ”Proceedings of 1995 IEEE Workshop on Nonlinear Signal and Image Processing,452-455,June 20-22,1995.）や、文献［２］ Cox,I.J.,Kilian,J.,Leighton,T.and Shamoon,T.,“Secure Spread Spectrum Watermarking for Multimedia, ”NEC Research Institute,Technical Report 95-10,1995.に記載された方式がある。これらの方式では、埋め込み対象となる周波数成分を非可逆圧縮による影響が小さな低周波数から中間周波数に設定している。
【０００５】
［画素領域利用型電子透かし方式］  
画素領域利用型の電子透かし方式としては、画素値のＬＳＢを変更することで埋め込みを行う方式がある。その変更は、擬似乱数系列(ＰＮ系列)に従って、あるいは、予め用意したマスクパターンに従って、ある固定の大きさの変分を加えるか減ずるかを決定することで行う。
【０００６】
［スペクトラム拡散による電子透かし］  
スペクトラム拡散(spread spectrum)とは、通信したい信号に必要な帯域に比べて十分大きな帯域中に、情報を広く分散させて伝送する通信方式をいう。伝送路上のノイズに対する耐性が優れている。元のコンテンツを搬送波、透かし情報を希望波、非可逆圧縮による影響を干渉波(ノイズ)とみなすことで、スペクトラム拡散の考えを電子透かし技術へ適用して非可逆圧縮などへのロバスト性を高める方式がある。
【０００７】
スペクトラム拡散による電子透かし方式として、画素領域における拡散（文献［３］ Smith,J.R.and Comiskey,B.O.,“Modulation and Information Hiding in Images,”Information Hiding,207-226,1996.及び文献［４］ 大西淳児，岡一博，松井甲子雄，“PN系列による画像への透かし署名，”SCIS97,26B,1997.参照）と、周波数領域における拡散（先の文献［２］参照）が提案されている。Cox等の方式と大西等の方式は、それぞれ、摂動法、直接拡散法(direct sequence spread spectrum)と呼ばれることがある。
［周波数領域における拡散(摂動法)］  
文献［２］の方式では、透かし情報の埋め込みは、画素値に対して直交変換を行い、周波数領域において透かし情報を拡散して埋め込む。拡散は、周波数領域において、複数の周波数成分の値をある乱数列に従って変化させることによって行う。拡散後、逆直交変換を行う。透かし情報の検出は、画素値に対して直交変換を行い、埋め込みが行われた周波数成分の値と埋め込みに用いられた乱数列の間の相関値によって判定を行う。埋め込まれた透かし情報は、画素領域では、画像(ブロック)全体に分散されているため、各種の操作に対してロバストである。また、透かし情報を埋め込んだ周波数成分が低中間周波数領域にあるならば、低周波数通過フィルタによっても透かし情報が失われにくい。
【０００８】
［画素領域における拡散(直接拡散法)］
一方、文献［４］の方式では、透かし情報の埋め込みは、ＰＮ(pseudo-random noise)系列を画素値に乗積することにより直接拡散する。得られた画像に対して直交変換を行い、周波数領域において透かし情報を埋め込み、再び、逆直交変換を行う。その後、同じＰＮ系列を画素値に乗積して、逆拡散を行う。透かし情報の検出は、ＰＮ系列によって画素値を直接拡散する。得られた画像に対して直交変換を行い、透かし情報の埋め込みを行った周波数成分の値から判定する。
【０００９】
［電子透かしの検出］  
スペクトラム拡散による電子透かし方式では、電子透かしの抽出は、埋め込みにおいて用いた擬似乱数列と検出対象である画像の画素あるいは周波数成分の値との間の相関値を評価することによって行う。
【００１０】
例えば、文献［２］の方法では、画素値ｆ(ｘ，ｙ)から次式で示す周波数成分値を求める。
【数１】
2005176389.tif 000003
【００１１】
この周波数成分値より、直流成分を除いた周波数成分のうち絶対値の大きなものから予め決められた個数（ｎ個）の周波数成分を選択し、Ｎ(０，１)に従う擬似乱数列Ｗiに従って、Ｆ′(ｕi ,ｖi )＝Ｆ(ｕi ,ｖi )×(１＋αｗi )と変化させてから、逆直交変換によって画素値に戻すことによって、埋め込みを行う。
【００１２】
一方、電子透かしの検出に際しては、検出対象の画像から周波数成分Ｆ* (ｕi ，ｖi )を求め、次式で表される類似度と呼ぶ量がある定められたしきい値を超えるか否かによって、電子透かしが埋め込まれているか否かを判断する。
【数２】
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【００１３】
また、文献［４］の方法でも、埋め込みに際しては、画素値ｆ(ｘ，ｙ)に対して｛−１，１｝に値をとる擬似乱数列ｐ(ｘ，ｙ)を乗積した後、次式の周波数成分を求める。
【数３】
2005176389.tif 000005
【００１４】
ここで、ｍは埋め込みの強さを表すパラメータで、その符号は透かし情報のビットの１と０を表現している。  
そして、この直流成分に対して、次式の変更を加えることで埋め込みを行う。
【数４】
2005176389.tif 000006
【００１５】
一方、電子透かしの検出に際しては、検出対象の画像から周波数成分Ｆ* (ｕi ，ｖi )を求め、次式の符号の正負を判定することで透かし情報の１，０を判定する。
【数５】
2005176389.tif 000007
【００１６】
上に述べた２つの従来例では、電子透かしが埋め込まれているか否か、あるいは、０と１のいずれが埋め込まれているかという１ビットの情報を判定していることになる。
【００１７】
文献［３］では、複数の互いに直交する基底関数φi (ｘ，ｙ)を用意する。これらの基底関数は、擬似乱数となっている。埋め込みは、次式によって行う。
【数６】
2005176389.tif 000008
【００１８】
一方、検出は次式の値を求め、あるしきい値との比較によって行う。
【数７】
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【００１９】
ここで、ｆ*(x,y)は検出対象の画像の画素値とする。この方式では、用意する基底の数だけの多ビットの埋め込みが可能である。しかし、直交性が保証された擬似乱数関数を必要なだけ用意する必要があった。  
発明者らによる先の提案（文献［５］ 村谷博文，加藤拓，遠藤直樹，“電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置”,特願平10-340019,1998.）では、文献［４］の方法をベースに、埋め込みは、擬似乱数列を乗積後の画像を直交変換した次式の周波数成分に対して、透かし情報のビットｂi 毎にある周波数成分Ｆ(ｕi ，ｖi )の値を変更することで透かし情報を表現している。
【数８】
2005176389.tif 000010
【００２０】
この方法は、文献［３］の方法に比べ、基底の直交性が擬似乱数列の性質によらずに、直交変換の基底の性質から自動的に満足されていることと、文献［４］の方法に比べ、多ビット化されている上に、直交変換のコストを省略する方法があるという特長を備えている。
【００２１】
［電子透かしの多ビット化］  
実際の電子透かしの応用では、権利者情報、利用者情報や利用制御情報など、多ビットの情報を埋め込む必要性がある。この要求に対して、１ビットの透かし情報を埋め込む電子透かし方式を多ビットの透かし情報を埋め込む方式に転用する方法が考えられてきた。
【００２２】
第１の方法は、埋め込み対象画像を複数のブロックに分割し、それぞれのブロックに対して透かし情報を１ビットずつ埋め込みを行う方法である。しかし、この方法は埋め込み対象画像の一部が切り取られた場合には、偶然、その部分にあったブロックに埋め込んだビットの情報が失われてしまうという欠点がある。
【００２３】
第２の方法は、擬似乱数列の空間を利用することである。相互に相関の小さなｎ個の擬似乱数列を用意し、それぞれに透かし情報の各ビットを割り当てて、それらを重畳するように埋め込む方法である。
【００２４】
空間領域利用型の場合では、文献［３］に記載されたfully spread versionや、文献［５］における複数の周波数成分に対する埋め込みが第２の方法の例である。また、周波数領域利用型の場合については、例えば文献［６］ Herrigel,Alexander,Nasir Memon and Minerva M.Yeung,“Secure Copyright Protection Techniques for Digital Images,”Second Information Hiding Workshop,169-190,1998.等に開示されている。この第２の方法によると、画像の一部が失われたとしても、透かし情報のどのビットも他の部分から復元できる可能性がある。但し、文献［６］の方法では、複数の擬似乱数列を用意する代わりに、一つの擬似乱数列をシフトさせて使用し、そのオフセット値によって符号化を行っている。この方法の場合、擬似乱数列は自己相関がないことが必要である。
【００２５】
［離散値の重畳の問題］  
上述した第２の方法は文献［６］のように周波数領域に適用する場合、周波数成分値は連続値(小数)で表現されているので、図１０（ａ）に示すように透かし情報の各ビットに対応する基底関数を重畳してから、図１０（ｂ）に示すように画質への影響を考慮して適当な正規化を行っても、重畳された関数の形は維持されるため、透かし情報が大きく失われる恐れはない。
【００２６】
一方、同様の方法を文献［３］のように空間領域（画素領域）に適用する場合には、図１１（ａ）に示すように透かし情報の各ビットに対応する基底関数波形を重畳した後、画質への影響を考慮して図１１（ｂ）に示すように正規化を行い、これに伴いさらに図１１（ｃ）に示すように再離散化を行うと、重畳された関数波形の形が大きく損なわれるため、丸め誤差により透かし情報が大きく失われる恐れがある。重畳された関数波形の形を残すために正規化を行わない場合には、画像に与える影響が大きくなってしまう。
【００２７】
［電子透かしの判定と抽出］  
電子透かし技術には、電子透かし検出装置において検出（detection）と抽出（extraction）という処理が存在する。判定とは、コンテンツに電子透かしが埋め込まれているか否かを判定する処理である。一方、抽出とは埋め込まれている透かし情報を抽出して読み取る処理である。
【００２８】
このために、抽出されるべき本来の意味での透かし情報に加えて、判定のための透かし情報（電子透かしの有無を指定する情報）をもコンテンツに埋め込む方法がある。後者の透かし情報は、抽出された透かし情報が正しい透かし情報であるのか、それとも実際には透かし情報が埋め込まれていないにも関わらず、偶然に透かし情報として読み取られた情報であるかを識別するためである。しかし、２種類の異なる透かし情報を埋め込むことは、コンテンツの品質に与える影響を大きくするという問題がある。
【００２９】
また、電子透かしが埋め込まれているか否かを判定して、埋め込まれているという判定が行われてから、透かし情報を抽出するような電子透かし検出装置においては、判定処理を待ってから抽出処理を行うための処理時間の遅れが生ずる。この問題は、判定処理を待たずに並列に抽出処理を行うことで解決されるが、並列化のためのハードウェアコストが大きくなるという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
上述したように、従来の電子透かし技術において、透かし情報の各ビットに対応する基底関数波形を重畳して正規化し再離散化する方法では、丸め誤差によって透かし情報が失われてしまうおそれがあった。
【００３１】
従って、本発明の目的は、複数ビットからなる透かし情報を埋め込む場合に透かし情報が失われにくい電子透かし埋め込み方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
上記の課題を解決するため、本発明本発明に係る電子透かし埋め込み装置は、埋め込み対象コンテンツに対して埋め込まれるべき複数ビットの透かし情報の各ビットに対応して用意された複数の基底関数波形を対応するビットの値に応じた極性を付与した後に合成し、かつ正規化して合成波形を出力する基底関数波形合成手段と、この合成波形を離散化して離散化波形を出力する離散化手段と、この離散化波形を埋め込み対象コンテンツに重畳する重畳手段とを有する。
【００３３】
ここで、離散化手段は、入力された合成波形の振幅値を整数部と小数部に分離し、小数部の値に応じて予め決められた出現頻度に従って１または０をとる値と整数部とを加算して離散化波形を出力するように構成される。
【００３４】
この電子透かし埋め込み装置によると、離散化波形の振幅値に合成波形の振幅値の小数部が反映されるようになるため、従来の再離散化で問題となっていた丸め誤差の影響を小さくすることができ、これによる透かし情報の消失という問題が解決される。
【００３５】
さらに、本発明によれば上述した電子透かし埋め込み装置によって透かし情報が埋め込まれたコンテンツを格納した記憶媒体が提供される。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば埋め込み対象コンテンツに対して埋め込まれるべき複数ビットの透かし情報の各ビットに対応して用意された複数の基底関数波形を対応するビットの値に応じた極性を付与した後に合成し、かつ正規化して得た合成波形に対し、離散化波形の振幅値に合成波形の振幅値の小数部が反映されるように再離散化を行って埋め込み対象コンテンツに重畳することにより、再離散化波形の振幅値に合成波形の振幅値の小数部が反映されるようになるため、従来の再離散化で問題となっていた丸め誤差により透かし情報の消失を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。  
図１は、本発明の電子透かし埋め込み装置１と電子透かし検出装置２が適用されるコンテンツ流通システムの概念図を示す。  
画像や音声などの埋め込み対象コンテンツと、複数ビットからなる透かし情報（多ビット透かし情報）が電子透かし埋め込み装置１に入力され、ここで得られた埋め込み済みコンテンツがこれを格納する記憶媒体を含む流通経路３を経て流通する。電子透かし検出装置２では、多ビット透かし情報が検出される。
【００３８】
以下、本発明による電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置の実施形態について説明する。  
（第１の実施形態）  
本実施形態では、複数ビットからなる透かし情報を埋め込む場合に、埋め込み対象画像の一部が切り取られたような場合でも透かし情報が失われにくい電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置について述べる。
【００３９】
まず、図２を用いて本発明の第１の実施形態に係る電子透かし埋め込み装置について説明する。  
電子透かし埋め込み装置には、埋め込み対象画像１０が入力される。この埋め込み対象画像１０は、それぞれが(1,1)成分、(2,1)成分、(1,2)成分、(2,2)成分と書かれた４つの小領域をそれぞれ含む複数の部分領域１１Ａ，１１Ｂ，…，１１Ｍ，１１Ｎ，…に分割されている。
【００４０】
なお、小領域は一例として例えば４画素×４画素といった大きさであるが、これに限定されるものではなく、１画素×１画素でもよいし、もっと大きくともよい。部分領域１１Ａ，１１Ｂ，…，１１Ｍ，１１Ｎ，…は、この例では横方向、縦方向に各２つ、合計で４つの小領域を含んでいるが、さらに多数の小領域を含んでいてもよく、また例えば小領域が横方向に２つ、縦方向に１つというように細長い形状であっても構わない。
【００４１】
埋め込み対象画像１０は、(1,1)成分抽出部１２−１、(2,1)成分抽出部１２−２、(1,2)成分抽出部１２−３、(2,2)成分抽出部１２−４に入力され、各部分領域１１Ａ，１１Ｂ，…，１１Ｍ，１１Ｎ，…から選択された(1,1)成分の組１３−１、(2,1)成分の組１３−２、(1,2)成分の組１３−４、(2,2)成分の組１３−４がそれぞれ抽出される。すなわち、各成分抽出部１２−１、１２−２、１２−３、１２−４では、従来の技術で［電子透かしの多ビット化］の項で挙げた第１の方法のブロック分割のように領域的に近接した部分からではなく、埋め込み対象画像１０全体に分散した小領域から画像データの成分を抽出する。
【００４２】
また、各成分抽出部１２−１、１２−２、１２−３、１２−４では、部分領域１１Ａ，１１Ｂ，…，１１Ｍ，１１Ｎ，…から、各部分領域内での相対位置を同じくする小領域の成分を抽出しているが、部分領域内での相対位置を異にする小領域の成分を抽出するようにしてもよい。例えば、部分領域１１Ａの(1,1)成分、部分領域１１Ｂの(2,1)成分、部分領域１１Ｍの(1,2)成分、部分領域１１Ｎの(2,2)成分を組として一つの成分抽出部で抽出し、部分領域１１Ａの(2,1)成分、部分領域１１Ｂの(1,1)成分、部分領域１１Ｍの(2,2)成分、部分領域１１Ｎの(1,2)成分を組として別の成分抽出部で抽出するという具合である。
【００４３】
なお、埋め込み対象画像１０の上記のような分割及び各成分抽出部１２−１、１２−２、１２−３、１２−４での抽出は、実際には埋め込み対象画像１０のデータを一時蓄えるバッファメモリ（フレームメモリ）からの読み出しを制御する動作によって実現できる。
【００４４】
このようにして抽出された(1,1)成分、(2,1)成分、(1,2)成分、(2,2)成分のそれぞれの組１３−１、１３−２、１３−３、１３−４は、第１基底関数重畳部１４−１、第２基底関数重畳部１４−２、第３基底関数重畳部１４−３、第４基底関数重畳部１４−４にそれぞれ入力され、多ビット透かし情報、この例では４ビットからなる透かし情報１５の第１ビット、第２ビット、第３ビット、第４ビットのそれぞれの値に対応して例えば極性が変化する基底関数波形がそれぞれ重畳される。
【００４５】
ただし、場合によっては埋め込み済み画像２０は埋め込み後に非可逆圧縮やＤ−Ａ−Ｄ(Digital-Analog-Digital)変換等の操作を受けており、埋め込み直後とは若干異なる値のデータに加工されている場合もある。
【００４６】
こうして基底関数波形が重畳された後の(1,1)成分の組１６−１、(2,1)成分の組１６−２、(1,2)成分の組１６−３、(2,2)成分の組１６−４は再構成部１７に入力され、これらが画像中のそれぞれに対応する領域に位置するように合成されることにより、埋め込み対象画像１０と同一コンテンツで、かつ透かし情報１５が埋め込まれた埋め込み済み画像１８が再構成される。
【００４７】
次に、図３を用いて本実施形態に係る図２の電子透かし埋め込み装置に対応する電子透かし検出装置について説明する。  
電子透かし検出装置には、埋め込み済み画像２０が入力される。この埋め込み済み画像２０は、図１の電子透かし埋め込み装置から出力される埋め込み済み画像１８と同様の画像であり、それぞれが(1,1)成分、(2,1)成分、(1,2)成分、(2,2)成分と書かれた４つの小領域をそれぞれ含む複数の部分領域に分割されている。
【００４８】
埋め込み済み画像２０は、(1,1)成分抽出部２２−１、(2,1)成分抽出部２２−２、(1,2)成分抽出部２２−３、(2,2)成分抽出部２２−４に入力され、各部分領域から選択された(1,1)成分の組２３−１、(2,1)成分の組２３−２、(1,2)成分の組２３−３、(2,2)成分の組２３−４がそれぞれ抽出される。
【００４９】
なお、埋め込み済み画像２０の上記のような分割及び各成分抽出部２２−１、２２−２、２２−３、２２−４での抽出は、実際には埋め込み済み画像２０のデータを一時蓄えるバッファメモリ（フレームメモリ）からの読み出しを制御する動作によって実現できる。
【００５０】
このようにして抽出された(1,1)成分の組２３−１、(2,1)成分の組２３−２、(1,2)成分の組２３−３、(2,2)成分の組２３−４は、第１基底関数相関判定部２４−１、第２基底関数相関判定部２４−２、第３基底関数相関判定部２４−３、第４基底関数相関判定部２４−４にそれぞれ入力され、多ビット透かし情報である４ビットからなる透かし情報２５の第１ビット、第２ビット、第３ビット、第４ビットの情報がそれぞれ得られる。
【００５１】
すなわち、基底関数相関判定部２４−１、２４−２、２４−３、２４−４においては、入力された各成分の組２３−１、２３−２、２３−３、２３−４と透かし情報の第１ビット、第２ビット、第３ビット、第４ビットにそれぞれ対応して用意された第１、第２、第３、第４基底関数波形との相関をそれぞれ判定することにより、埋め込まれていた透かし情報の第１、第２、第３、第４ビットの“１”，“０”を判定して透かし情報２５を出力する。
【００５２】
上述した本実施形態の構成によると、従来の電子透かしの多ビット化技術の問題点を解決することができる。  
まず、従来の［電子透かしの多ビット化］の項で挙げた第１の方法では、埋め込み対象画像を複数のブロックに分割して、各ブロックに透かし情報を１ビットずつ埋め込んでいたため、埋め込み済み画像が切り取られるなどして一部が消失すると、その消失部分に含まれるブロックに埋め込まれた透かし情報のビットが失われてしまい、透かし情報を正しく検出できないという問題点があった。
【００５３】
これに対し、本実施形態では透かし情報の各ビットに対応する基底関数波形が埋め込み対象画像１０の全体に分散した小領域に広がって埋め込まれるため、埋め込み済み画像１８が一部切り取られるなどにより消失した場合でも、それ以外の部分に残された基底関数波形の情報から透かし情報を容易に再現することが可能である。
【００５４】
また、従来の［電子透かしの多ビット化］の項で述べた第２の方法のうち、空間領域に適用した文献［３］に記載されたfully spread versionによる透かし情報の埋め込みでは、図１１で説明したように透かし情報の各ビットに対応する基底関数波形を同一画素上で重畳した後、正規化、再離散化を行うことにより、丸め誤差によって重畳された基底関数波形の形が大きく損なわれ、透かし情報が大きく失われるおそれがあった。
【００５５】
一方、本実施形態では透かし情報の各ビットに対応する基底関数波形はそれぞれ異なる小領域に分散されるので、fully spread versionによる透かし情報の埋め込みのように、同一画素上で複数の基底関数波形を重畳することに伴って必要とした正規化、再離散化の処理が不要となる。従って、再離散化による丸め誤差によって透かし情報が損なわれるという問題がない。
【００５６】
(第２の実施形態)  
次に、本発明の第２の実施形態として、第１の実施形態と同様に複数ビットからなる透かし情報を埋め込む場合に、埋め込み対象画像の一部が切り取られたような場合でも透かし情報が失われにくい電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置について述べる。  
まず、図４を用いて本実施形態に係る電子透かし埋め込み装置について説明する。  
電子透かし埋め込み装置には、埋め込み対象画像３０と複数ビットからなる透かし情報３１が入力される。透かし情報３１は、基底関数波形合成部３２に入力され、透かし情報３１の各ビットに対応して用意された複数の基底関数波形を対応するビットの値に応じた極性が付与された後に重畳（合成）され、かつ正規化が行われることにより、合成波形３３が生成される。
【００５７】
すなわち、基底関数波形合成部３２においては、透かし情報３１の各ビットに対応して用意された基底関数波形が透かし情報３１の対応するビットの値に応じて、例えば当該ビットの値が“１”ならばそのままの極性で、また“０”ならば極性（符号）が反転された後に、他のビットの値に対応する基底関数波形と重畳され、さらに画質への影響を考慮して正規化されることにより、合成波形３３が出力される。
【００５８】
基底関数波形合成部３２から出力される合成波形３３は、確率的離散化部３４に入力され、後述するように出力に小数点が反映された形となるように再離散化されることによって、離散化波形３５が出力される。確率的離散化部３４から出力される離散化波形３５は、埋め込み対象画像３０に重畳される。確率的離散化部３４は、従来の再離散化を行う離散化部と異なり、丸め誤差の影響が小さくなるように構成されたものであり、その具体的な構成を図５に示す。
【００５９】
図５に示す確率的離散化部３４においては、基底関数波形合成部３２からの合成波形３３が小数部分離部４１に入力され、合成波形３３の各振幅値が整数部と小数部とに分離される。整数部は加算部４４に直接入力され、小数部は比較部４３を介して加算部４４に入力される。比較部４３は、小数部と与えられる所定の小数列、この例では乱数生成部４２から出力される［０，１］の範囲内に値をランダムにとる一様乱数とを比較し、両者の大小関係に応じて０または１をとる値を出力する。
【００６０】
そして、この比較部４３の出力と整数部とが加算部４４で加算され、確率的離散化部３４の出力となる。このような処理を合成波形３３の全体にわたって、つまり各画素に対して行うことにより、離散化波形３５が得られる。
【００６１】
図６に、合成波形３３と離散化波形３５の例を示す。確率的離散化部３４の上述の処理によって、離散化波形３５の振幅値には合成波形３３の振幅値の小数部が反映されるため、図１１で説明したような従来の再離散化で生じていた小数部を切り捨てていたことによる丸め誤差の発生がなく、これによる透かし情報の消失という問題が解決される。
【００６２】
なお、上述の例では比較部４３において乱数生成部４２で生成された乱数を用いて出力を決定したが、これに代えて、例えば、［０，１］をｍ個の区間に等分し、小数部が［ｋ／ｍ，(ｋ＋１)／ｍ］の区間内に値をとる場合に、比較部４３の出力が(ｍ＋１)回に(ｋ＋１)回の頻度で“１”となり、それ以外は“０”となるようにしてもよい。その場合、乱数生成部４２に代えてラウンドロビン回路を用いてもよい。
【００６３】
このように本実施形態によると、基底関数波形合成部３２で透かし情報３１の各ビットに対応して用意された複数の基底関数波形を対応するビットの値に応じた極性が付与された後に重畳し、かつ正規化して得られた合成波形３３を図５に示した構成の確率的離散化部３４により再離散化することにより、再離散化において丸め誤差が生じなくなる。従って、丸め誤差によって波形重畳部３６で得られる埋め込み済み画像３７に埋め込まれている透かし情報が大きく失われるという問題を避けることができる。
【００６４】
(第３の実施形態)  
次に、本発明の第３の本実施形態として、電子透かしの判定と抽出の両方の機能を持つ透かし情報をコンテンツへの影響を少なく埋め込む電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置について述べる。
【００６５】
まず、図７を用いて本実施形態に係る電子透かし埋め込み装置について説明する。  
電子透かし埋め込み装置には、埋め込み対象画像５０と１ビットの検出用透かし情報ａ及び複数（ｎ）ビットｂ１，ｂ２，…，ｂｎからなる抽出用透かし情報が入力される。検出用透かし情報ａ及び抽出用透かし情報の各ビットｂ１，ｂ２，…，ｂｎは、いずれも１，０のいずれかの値をとる情報であり、透かし情報変換部５１によりこれら判定用及び抽出用透かし情報の両方を反映させたｎビットの透かし情報の各ビット（３値）Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂｎに変換された後、第１基底関数重畳部５２−１、第２基底関数重畳部５２−２、第３基底関数重畳部５２−３、…、第ｎ基底関数重畳部５２−ｎに供給される。
【００６６】
一方、埋め込み対象画像５０は第１成分抽出部５３−１、第２成分抽出部５３−２、…、第ｎ成分抽出部５３−ｎに入力され、これらの成分抽出部５３−１，５３−２，…，５３−ｎで埋め込み対象画像５０から第１、第２、…、第ｎ基底関数波形がそれぞれ重畳されるべき成分（領域）の情報が抽出される。抽出された各成分は、基底関数重畳部５２−１，５２−２，…，５２−ｎに入力され、第１、第２、…、第ｎ基底関数波形がそれぞれ重畳される。
【００６７】
基底関数重畳部５２−１，５２−２，…，５２−ｎにより基底関数波形が重畳された後の各成分は合成部５４により合成され、一枚の埋め込み済み画像５５として再構成されて出力される。
【００６８】
次に、図８に示すフローチャートを用いて透かし情報変換部５１の処理について説明する。  
透かし情報変換部５１では、まず検出用透かし情報ａの値が１か０かを調べ（ステップＳ１）、ａ＝１、つまり電子透かしを埋め込む場合には、さらに抽出用透かし情報の各ビットｂｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）の値が１か０かを調べる（ステップＳ２）。この結果、ｂｉ＝１の場合はＢｉ＝１とし（ステップＳ４）、ｂｉ＝０の場合はＢｉ＝−１とする（ステップＳ５）。一方、ステップＳ１においてａ＝０、つまり電子透かしを埋め込まない場合には、Ｂｉ＝０とする（ステップＳ３）。
【００６９】
基底関数重畳部５２−１，５２−２，…，５２−ｎでは、変換後の透かし情報の対応する各ビットＢ１，Ｂ２，…，Ｂｎの値（Ｂｉ）に応じて、埋め込み対象画像５０の対応する成分に対する基底関数波形の重畳が制御される。すなわち、基底関数重畳部５２−１，５２−２，…，５２−ｎにおいて、Ｂｉ＝０の場合は埋め込み対象画像５０の対応する成分に対して基底関数波形は重畳されず、Ｂｉ＝１の場合は基底関数波形がそのままの極性で重畳され、またＢｉ＝−１の場合は基底関数波形が極性反転された後に重畳される。
【００７０】
従って、合成部５４から出力される埋め込み済み画像５５には、検出用透かし情報ａと抽出用透かし情報（ｂ１，ｂ２，…，ｂｎ）の両方の情報が反映された基底関数重畳波形からなる透かし情報が埋め込まれることになる。
【００７１】
このように本実施形態の電子透かし埋め込み装置においては、透かし情報変換部５１により検出用透かし情報と複数ビットの抽出用透かし情報の両方を反映させた透かし情報を生成し、この変換後の透かし情報を基底関数波形として、埋め込み対象画像５０から抽出された各成分に重畳することで、埋め込み済み画像５５を作成することにより、判定用と抽出用としてそれぞれ個別の透かし情報を埋め込む従来の方法に比較して、埋め込み済み画像５５の品質に与える影響を最小限に抑えることができる。
【００７２】
なお、本実施形態においては、透かし情報の各ビットに対応する基底関数波形を埋め込み対象画像５０に埋め込む際、前述したfully spread versionのように同一領域に重畳する形で埋め込んでもよいし、異なるブロックにタイル状に埋め込んでもよく、さらには第１の実施形態のように空間的に分散した小領域の組に分散して埋め込むようにしても構わない。
【００７３】
さらには、空間領域利用型あるいは周波数領域利用型のスペクトル拡散による電子透かし法において、用いる擬似乱数列をｎ個の部分的な擬似乱数列に分割し、それぞれに透かし情報のビットを対応させても構わない。
【００７４】
次に、図９を用いて本実施形態に係る電子透かし検出装置について説明する。なお、この電子透かし検出装置は図８の電子透かし埋め込み装置により得られた埋め込み済み画像に対して適しているが、これに限られるものではなく、多ビットの透かし情報が埋め込まれた埋め込み済み画像であれば、基本的に適用することが可能である。
【００７５】
図９の電子透かし検出装置には、埋め込み済み画像６０が入力される。この埋め込み済み画像６０は、例えば図１の電子透かし埋め込み装置から出力される埋め込み済み画像１８と同様の画像であり、検出用透かし情報ａと抽出用透かし情報（ｂ１，ｂ２，…，ｂｎ）の両方の情報が反映された透かし情報が基底関数重畳波形として埋め込まれている。
【００７６】
この埋め込み済み画像６０は、第１成分抽出部６１−１、第２成分抽出部６１−２、…、第ｎ成分抽出部６１−ｎに入力され、これらの成分抽出部６１−１，６１−２，…，６１−ｎで埋め込み済み画像６０から基底関数波形がそれぞれ重畳された第１、第２、…、第ｎ成分の情報が抽出される。成分抽出部６１−１，６１−２，…，６１−ｎで抽出された各成分は、第１相関値計算部６３−１、第２相関値計算部６３−２、…、第ｎ相関値計算部６３−ｎにそれぞれ入力され、第１基底関数波形、第２基底関数波形、…、第ｎ基底関数波形との相関値である第１、第２、…、第ｎ相関値ｃi（ｉ＝１，２，…，ｎ）がそれぞれ計算で求められる。
【００７７】
こうして求められた第１、第２、…、第ｎ相関値ｃiは、全体相関計算部６４と第１ビット抽出部６６−１、第２ビット抽出部６６−２、…、第ｎビット抽出部６６−ｎに入力される。全体相関計算部６４では、第１、第２、…、第ｎ相関値ｃiから埋め込み済み画像全体の基底関数波形との相関値（全体相関値）が計算される。この全体相関値Ｃは、例えば次式に示すように第１、第２、…、第ｎ相関値ｃiの絶対値和として計算される。
【数９】
2005176389.tif 000011
【００７８】
こうして計算された全体相関値Ｃは、電子透かし判定部６５に入力され、ここで電子透かしの有無、すなわち透かし情報が埋め込まれているか否かが判定される。この判定は、全体相関値Ｃがあるしきい値Ｔを超えるか否かで行うことができる。例えば、Ｃ＞Ｔならば透かし情報が埋め込まれており、そうでなければ埋め込まれていないと判定する。
【００７９】
一方、第１ビット抽出部６６−１、第２ビット抽出部６６−２、…、第ｎビット抽出部６６−ｎでは、例えば各相関値ｃiを所定のしきい値ｔiと比較することにより、抽出用透かし情報の各ビットが判定される。例えば、ｃi＞ｔiならば抽出用透かし情報の対応するビットは“１”、ｃi＜ｔiならば“０”と判定する。第１ビット抽出部６６−１、第２ビット抽出部６６−２、…、第ｎビット抽出部６６−ｎからは、これらの判定結果が透かし情報（抽出用透かし情報）の各ビットｂｉとして出力される。
【００８０】
ここで、第１ビット抽出部６６−１、第２ビット抽出部６６−２、…、第ｎビット抽出部６６−ｎでの上述した抽出用透かし情報の抽出処理は、電子透かし検出部６５での電子透かしの有無の検出結果に従って行うことが望ましい。すなわち、電子透かし検出部６５で透かし情報が埋め込まれていると判定されたときのみ、抽出用透かし情報の抽出処理を行う。これにより、無駄な処理を省くことができる。
【００８１】
このように本実施形態の電子透かし検出装置では、全体相関判定部６４及び電子透かし検出部６５による電子透かしの有無の検出と、各ビット抽出部６６−１，６６−２，…，６６−ｎによる複数ビットの透かし情報の抽出（ビット判定）の処理を共に相関値計算部６３−１，６３−２，…，６３−ｎで得られた相関値に基づいて行うので、両方の処理を順次行う方法に比較して処理コストが小さく、また処理の遅延も少なくなる。また、処理の並列化によるハードウェアの増大という問題を回避しつつ、処理速度の向上を図ることができる。
【００８２】
さらに、埋め込まれている透かし情報の抽出（ビットの判定）に比較して、透かし情報が埋め込まれているか否かの判定の方が誤りが少ないことが一般に要求されるが、本実施形態では後者の判定により多くの基底関数波形の相関値を累積して全体相関値を求め、この全体相関値から透かし情報が埋め込まれているか否かの判定を行っているため、このような要求を満たすことができる。
【００８３】
なお、上述した各実施形態では、コンテンツが画像（特に静止画）の場合について説明を行ったが、動画や音声などのコンテンツに対しても同様に本発明を適用でき、同様な効果を期待することができる。例えば第１の実施形態を一次元信号である音声に適用する場合には、音声波形を時間軸方向に例えばフレーム単位に分割し、各フレームをサブフレームのような小領域に分割して、先と同様の処理を行えばよい。
【００８４】
また、第１、第２の実施形態は基本的にコンテンツの空間領域（画素領域）を利用した電子透かしであるが、第３の実施形態に関しては、コンテンツの周波数領域を利用した電子透かしにも適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明に係る電子透かし埋め込み装置及び検出装置を含むコンテンツ流通システムの概略構成を示す図
【図２】本発明の第１実施形態に係る電子透かし埋め込み装置の構成を示すブロック図
【図３】本発明の第１の実施形態に係る電子透かし検出装置の構成を示すブロック図
【図４】本発明の第２の実施形態に係る電子透かし埋め込み装置の構成を示すブロック図
【図５】図４における確率的離散化部の構成を示すブロック図
【図６】確率的離散化部の作用を説明する波形図
【図７】本発明の第３の実施形態に係る電子透かし埋め込み装置の構成を示すブロック図
【図８】図７における透かし情報変換部の処理を説明するフローチャート
【図９】本発明の第３の実施形態に係る電子透かし検出装置の構成を示すブロック図
【図１０】従来技術について説明するための小数の値を持つ基底関数波形の重畳の様子を示す図
【図１１】他の従来技術について説明するための離散値を持つ基底関数波形の重畳の様子を示す図
【符号の説明】
【００８６】
１０…埋め込み対象画像
１１Ａ，１１Ｂ，…，１１Ｍ，１１Ｎ…部分領域
１２−１，１２−２，１２−３，１２−４…小領域成分抽出部
１４−１，１４−２，１４−３，１４−４…基底関数重畳部
１５…透かし情報
１７…再構成部
１８…埋め込み済み画像
２０…埋め込み済み画像
２２−１，２２−２，２２−３，２２−４…小領域成分抽出部
２４−１，２４−２，２４−３，２４−４…基底関数相関判定部
２５…透かし情報
３０…埋め込み対象画像
３１…透かし情報
３２…基底関数重畳波形合成部
３４…確率的離散化部
３６…波形重畳部
３７…埋め込み済み画像
４１…小数部分離部
４２…乱数生成部
４３…比較部
４４…加算部
５０…埋め込み対象画像
５１…透かし情報変換部
５２−１，５２−２，…，５２−ｎ…基底関数重畳部
５３−１，５３−２，…，５３−ｎ…成分抽出部
５４…合成部
５５…埋め込み済み画像
６０…埋め込み済み画像
６１−１，６１−２，…，６１−ｎ…成分抽出部
６３−１，６３−２，…，６３−ｎ…相関値計算部
６４…全体相関計算部
６５…電子透かし検出部
６６−１，６６−２，…，６６−ｎ…透かし情報抽出部
【図１】
2005176389.tif 000012
【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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【図９】
2005176389.tif 000020
【図１０】
2005176389.tif 000021
【図１１】
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