(57)【要約】画像ファイルに透かしを埋め込むシステムは（図４Ａ），秘密に保たれる選択方式を用いて係数を選び，選ばれた係数を係数ペアに割り当てる（図４Ｂ要素２３２）。ペアの係数の間の差分は，変動する値によりバイアスされていて（図４Ｂ要素２３６），可変値は好ましくは擬似乱数の方法で生成される。バイアス差分は，真正の画像を特徴付ける特徴量ビットを別の位置で生成するために使われる。画像ファイルに透かしを埋め込んだ後に行われた未認証の変更を検出するために，特徴量ビットを生成するのに元来使用したのと同じ秘密の方式を用いて係数ペアを選択する（図４Ｄの要素２４２）。可変バイアス値を使うことにより，可変バイアス値を使わない場合に生じる画像への攻撃の証拠が許容帯域内に隠される危険を回避しながら，誤報を減らすために許容帯域を使用することを可能にする（図４Ｆ−４Ｈ）。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報を提供する変換係数を含有する第１ファイルに電子透かしを埋め込む方法であって，
（ａ）所定の選択規則を用いて第１ファイルの係数群を選択するステップと，
（ｂ）各群の係数から所定の計算式を用いて計算値を定めるステップと，
（ｃ）計算値をバイアス値と組み合わせてバイアス計算値を生成するステップと，
（ｄ）バイアス計算値を所定の数値と比較し，第１ファイルのための特徴量を生成するステップと，
（ｅ）第２ファイルが第１ファイルの真正のバージョンであるかを判定するのに用いるために特徴量を保存するステップと，
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１ファイルが画像の内容を含有することを特徴とする，請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記変換係数が量子化されていることを特徴とする，請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記変換係数がＤＣＴ係数であることを特徴とする，請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記変換係数がＤＷＴ係数であることを特徴とする，請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記（ａ）のステップで選択される係数群が係数ペアであることを特徴とする，請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記計算値がペアの係数間の差分であることを特徴とする，請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記バイアス値が擬似乱数であることを特徴とする，請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記第１ファイルが画像ファイルであり，前記係数は輝度成分の係数であることを特徴とする，請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記第１ファイルが画像ファイルであり，前記係数はクロミナンス成分の係数であることを特徴とする，請求項１記載の方法。
【請求項１１】
情報を提供する変換係数を含有する第１ファイルに電子透かしを埋め込み，かつ第２ファイルが第１ファイルの真正のバージョンかを判定する方法であって，
（ａ）所定の選択規則を用いて第１ファイルの係数群を選択するステップと，
（ｂ）各群の係数から所定の計算式を用いて第１計算値を定めるステップと，
（ｃ）第１計算値をバイアス値と組み合わせて第１バイアス計算値を生成するステップと，
（ｄ）第１バイアス計算値を所定値の数字と比較し，第１ファイルのための特徴量を生成するステップと，
（ｅ）第２ファイルの係数群を，（ａ）のステップで用いられた所定の選択規則と同一の規則を用いて選択するステップと，
（ｆ）（ｅ）のステップで選択された各群の係数から（ｂ）のステップで用いられた計算式と同一の式を用いて第２計算値を定めるステップと，
（ｇ）第２計算値を（ｃ）のステップで用いられたバイアス値と同一のバイアス値と組み合わせて第２バイアス計算値を生成するステップと，
（ｈ）第２バイアス計算値を特徴量と比較するステップと，
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記第１ファイルおよび前記第２ファイルが画像内容を含むことを特徴とする，請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記変換係数が量子化されていることを特徴とする，請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
前記変換係数がＤＣＴ係数であることを特徴とする，請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
前記変換係数がＤＷＴ係数であることを特徴とする，請求項１１記載の方法。
【請求項１６】
前記（ａ）のステップおよび前記（ｅ）のステップにおいて選択された係数群が係数のペアであることを特徴とする，請求項１１記載の方法。
【請求項１７】
前記第１計算値および前記第２計算値が係数ペアの係数の差分であることを特徴とする，請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記第１ファイルおよび前記第２ファイルが画像ファイルであり，係数は輝度成分の係数であることを特徴とする，請求項１１記載の方法。
【請求項１９】
前記第１ファイルおよび前記第２ファイルが画像ファイルであり，係数はクロミナンス成分の係数であることを特徴とする，請求項１１記載の方法。
【請求項２０】
変換係数を含有する第１ファイルが，変換係数を含有しかつ所定の選択規則を用いて第２ファイルから係数群を選択することにより生成した特徴量に関連付けられた第２ファイルの真正のバージョンかを判定し，各群の係数から所定の計算式を用いて計算値を定めて，計算値をバイアス値と組み合わせてバイアス計算値を生成し，そしてバイアス計算値を所定の数値と比較し第２ファイルの特徴量を生成する方法であって，
（ａ）第１ファイルの係数群を，第２ファイルの係数群を選択するのに用いた所定の選択規則と同じ規則を用いて選択するステップと，
（ｂ）（ａ）のステップで選択した各群の係数から第２ファイルで用いられた所定の計算式と同じ計算式を用いて計算値を定めるステップと，
（ｃ）（ｂ）のステップで計算した計算値を，第２ファイルで用いられたのと同じであるバイアス値と組み合わせて第１ファイルのバイアス計算値を生成するステップと，
（ｄ）第１ファイルのバイアス計算値を特徴量と比較するステップと，
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
前記第１ファイルおよび前記第２ファイルが画像内容を含むことを特徴とする，請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記変換係数が量子化されていることを特徴とする，請求項２０記載の方法。
【請求項２３】
前記変換係数がＤＣＴ係数であることを特徴とする，請求項２０記載の方法。
【請求項２４】
前記変換係数がＤＷＴ係数であることを特徴とする，請求項２０記載の方法。
【請求項２５】
前記第１ファイルおよび前記第２ファイルで選択された係数群が係数のペアであることを特徴とする，請求項２０記載の方法。
【請求項２６】
前記計算値が係数ペアの係数の差分であることを特徴とする，請求項２５の方法。
【請求項２７】
前記第１ファイルおよび前記第２ファイルが画像ファイルであり，係数が輝度成分の係数であることを特徴とする，請求項２０記載の方法。
【請求項２８】
前記第１ファイルおよび前記第２ファイルが画像ファイルであり，係数がクロミナンス成分の係数であることを特徴とする，請求項２０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，ファイルの未認証の変更が検出されることができるように，電子的に描写されたファイルに，特に画像ファイルに，透かしを埋め込むための方法およびシステムを対象としている。
【背景技術】
【０００２】
果物を盛った鉢のような場面のカラー写真は典型的に色の変化と色の濃淡を多く含んでいる。りんごは主に赤いかも知れないが，褐色か黄色を帯びている所もあり，また，まだ緑色の所も多少残っていることもあり得る。バナナは黄色と褐色の色合いであり，いくらか緑色の箇所もあり得る。葡萄は紫色である。影と光輝点が果物の屈曲を示唆している。しかし，この視覚的な複雑さにもかかわらず，写真上のすべての点は，赤の軸，赤の軸に直交な緑の軸，および赤の軸と緑の軸両方に直交な青の軸によって定義される色空間において描写できる。このＲＧＢ座標系の原点では三原色がすべて０の値であり視覚的な印象は黒である。赤の軸，緑の軸，および青の軸に沿ったある最大値では，視覚的な印象は白である。黒の原点と，３つの軸に沿ったある共通の最大値である白の点の間に線を引くと，灰色の様々な中間調を描写できる。
【０００３】
灰色の様々な中間調を描写するこの線は，新しい色空間においての軸を設定するのに使える。この軸は，輝度軸（一般的にＹの文字で示される）と呼ばれて，新しい色空間はそれとともに赤クロミナンス軸（一般的にＣｒあるいはＶで示される）および青クロミナンス軸（一般的にＣｂあるいはＵで示される）によって構成される。写真上のすべての点がＲＧＢ色空間の中で表現できたように，すべての点はＹＣｒＣｂ色空間の中でも表現できる。ＲＧＢ色空間からＹＣｒＣｂ色空間に変換し，また同様に逆変換するための簡単な方程式はよく知られている。他の色空間も知られており，時々使われる。
【０００４】
人の目は，色の変化により，グレーレベルの変化にずっと敏感である。これは輝度情報がクロミナンス情報より重要であると意味する。すなわち，クロミナンス情報を廃棄するに伴い，見掛け上の画質が緩やかにだけ低下することを意味している。様々な画像符号化方式は，通常データ圧縮を可能にするが，この事実を利用して見掛け上の画質の低下を抑制しながら，画像ファイル規模を縮小している。
【０００５】
そのような符号化方式の一つは１９９０年代初期にＪｏｉｎｔ  Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｅｘｐｅｒｔｓ  Ｇｒｏｕｐ（写真専門家共同グループ）によって提唱された初版のＪＰＥＧ方式である。同方式はＩＳＯ／ＩＥＣ１０９１８−１規格に記述されている。オリジナルのＪＰＥＧ方式（今後「ＪＰＥＧオリジナル」と呼ぶ）の概要を図１Ａおよび図１Ｂを参照しながら説明する。
【０００６】
図１Ａにおいて，画像符号化器２０は，デジタルカメラ，スキャナ，あるいは画像を格納する記憶装置等の画像源部２２から入力信号を受け取る。入力信号は赤，緑，青の成分を持つデジタル信号であると仮定する。符号化器２０は，入力信号の赤，緑，青の成分をＹＣｒＣｂ色空間に変換する色空間変換器２４を含む。輝度（またはＹ）成分は輝度分岐線２６に与えられる。赤クロミナンス（またはＣｒ）成分は赤クロミナンス分岐線２８に与えられ，青クロミナンス（またはＣｂ）成分は青クロミナンス分岐線３０に与えられる。輝度成分の分岐線２６は細分割部３２，離散コサイン変換（ＤＣＴ）器３４，量子化器３６，およびエントロピー符号化器３８を含む。同エントロピー符号化器はハフマン符号化器であり，より短いコードが，より出現率の高いデータワードに割り当てられる一方，より長いコードが，より出現率の低いデータワードに割り当てられるという，コードをデータワードに割り当てることによってファイルの大きさを縮小する符号化器である。
【０００７】
細分割部３２は，輝度成分を高さ８画素，幅８画素のブロックに分ける。ＤＣＴ変換器３４は，これらの各ブロックに離散コサイン変換またはＤＣＴ変換を行う。フーリエ変換と関連する離散コサイン変換を行った結果，６４個の基底関数または基底画像に加重するための６４個の係数を生成する。離散コサイン変換において使用される６４個の基底関数は，本質的には元のブロックと同一の広がりを有していてかつブロックの横方向と縦方向においての変化の頻度を描写しているパターンを表している。ここでの，「頻度」は時間ではなく空間においての変化の割合のことをいう。８×８ブロックの６４画素値に表されている元の画像の一部分は，離散コサイン変換経由で生成された係数によって加重された６４個の基底関数の総和に等しい。
【０００８】
ＤＣＴ変換器３４によって生成された各ブロックの６４個の係数は所定の順序に応じて配列に配置され，そして量子化器３６に提供される。データ圧縮の主要機関であるのはクロミナンス分岐線の量子化器とともに量子化器３６である。量子化器３６は６４個のＤＣＴ係数のそれぞれに対応する６４個の量子化値を有する量子化テーブルを使用する。圧縮された画像の所望の画質に応じて別の量子化テーブルも選べる。画質がより高いほど，圧縮率はより少ない。選ばれたテーブルの量子化値は整数であり，一般的にはその整数のうちのいくつかが同じである。量子化器３６は各係数をそれに対応する量子化値によって除算し，端数を切り捨てることによって，ＤＣＴ係数を量子化する。より高周波の変化を有する基底関数の係数は実際は小さい傾向にあり，また，これらの係数のための量子化値は，より低周波の基底関数に対応する係数の量子化値より絶対値が大きいので，より高周波の基底関数のためのＤＣＴ係数は頻繁に０に量子化される。量子化過程中の端数の切り捨てと，かなりの数の量子化された係数が実際は０になるということは，実際はかなりのデータ圧縮が量子化器３６によって達成されることを意味している。さらなるデータ圧縮は符号化器３８によって達成される。同符号化器は量子化されたＤＣＴ係数をエントロピー符号化し，それをフォーマット化部４０に供給する。
【０００９】
クロミナンス成分の分岐線２８と３０は，一般的には上述の輝度成分の分岐線２６と同じである。主要な違いは量子化器にある。人の目が，輝度の空間的変動より色の空間的な変動に鈍感なので，分岐線２８と３０の量子化器によって使われる量子化テーブルの量子化値は，量子化器３６で使用されるテーブルの量子化値より絶対値が大きい。この結果，クロミナンス分岐線で廃棄されるデータ量が輝度分岐線で廃棄されるデータ量より大きく，大量のデータを廃棄するのにも関わらず，圧縮された画像の見掛け上の画質は顕著に低下しない。クロミナンス分岐線の，量子化および符号化されたＤＣＴ係数は，輝度分岐線の量子化および符号化されたＤＣＴ係数と同様に，フォーマット化部４０に供給される。
【００１０】
フォーマット化部４０は，量子化および符号化された係数を符号化された画像データフレームに組み立てる。同フォーマット化部は，符号化された画像を再構築できるように，使用された量子化テーブルおよび符号化器３８による符号化に関する情報を含めて様々な情報を有するヘッダーをフレームに添付する。フレームはそして記憶装置，フレームを別の場所に伝達する伝送媒体へのインタフェース，あるいは表示装置に即時表示するために画像を再構築する復号化器等，の画像利用装置４２に送られる。
【００１１】
画像を再構築するための画像復号化器４４を図１Ｂに示す。同復号化器は，符号化された画像源４６から符号化された画像データフレームを受け取り，かつペイロード抽出部４８を含む。同ペイロード抽出部は輝度の量子化および符号化された係数を輝度分岐線５０に，赤クロミナンスの量子化および符号化された係数を赤クロミナンス分岐線５２に，そして青クロミナンスの量子化および符号化された係数を青クロミナンス分岐線５４に提供する。ペイロード抽出部４８はさらにフレームのヘッダーから量子化と符号化についての情報を取出し，この情報を分岐線５０−５４に供給する。これらの各分岐線は，基本的には図１Ａにおける画像符号化器２０のこれらに相当する分岐線によって行われる操作の逆の操作を行う。例えば，輝度分岐線５０は，符号化器３８によって符号化されたデータを伸張する復号化器５６を含む。伸張されたデータは逆量子化器５８に提供され，同逆量子化器は，量子化された係数を，同係数が量子化器３６で除算されたときに除数として用いられたのと同一の量子化値で乗算する。処理した信号は逆変換器６０に提供される。逆変換器は，元の８×８ブロックに近似する画素値の８×８ブロックを再生するために逆離散コサイン変換を実行する。このようなブロックは組み立て部６２によって全体の輝度画像に組み立てられる。全体の輝度画像はそして分岐線５２と５４からの全体のクロミナンス画像とともに色空間変換器６４に供給され，同色空間変換器は画像をＲＧＢ空間に変換しなおす。再構築された画像はそして表示機器等の画像利用機器６６において表示できる。
【００１２】
画像ファイルに多種多様な方法で画像処理を施すことを可能にする写真編集ソフトウェアが入手可能である。画像の一部を切り取るとか，画像の一部を別の画像から取った内容と交換するとかが例えば可能である。その他には圧縮率を増やす，色を調整する，画像の一方の部分を他方の部分の上に写して他方の部分を抹殺する等のことも可能である。これらの画像処理は，肖像画から汚点を削除するときのような当たり障りのない目的の事例もあれば，詐欺で責任を回避しようと自動車事故の写真を改竄する等の悪質な目的の事例もあり得る。目的を問わずに，画像の変更は画像の完全性への攻撃と見なされることができる。そのような攻撃を検出できることが望ましい。許容範囲内の圧縮（圧縮に伴って画質が低下する），または輝度あるいは色の調整以外の攻撃を検出する手段が提供されている画像を電子透かし入りの画像と呼ぶ。
【００１３】
本発明の出発点は，“Ｓｅｍｉ−Ｆｒａｇｉｌｅ  Ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ  ｆｏｒ  Ａｕｔｈｅｔｉｃａｔｉｎｇ  ＪＰＥＧ  Ｖｉｓｕａｌ  Ｃｏｎｔｅｎｔ”（ＪＰＥＧの視覚的内容を認証するためのややこわれやすい電子透かし），Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ（国際光工学会会報），  Ｓｅｃｕｒｉｔｙ  ａｎｄ  Ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ  ｏｆ  Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ  Ｃｏｎｔｅｎｔｓ（マルチメディア内容のセキュリティと電子透かし），Ｓａｎ  Ｊｏｓｅ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ（カリフォルニア州サンノゼ市），１４０−１５１頁，２０００年１月，という題名でＣｈｉｎｇ−Ｙｕｎｇ  Ｌｉｎと本発明の共同発明者であるＳｈｉｈ−Ｆｕ  Ｃｈａｎｇ共著の記事に詳述された電子透かし挿入方式である。ここでの「Ｓｅｍｉ−Ｆｒａｇｉｌｅ」とは，透かし挿入方式が，適度の圧縮等容認できる画像処理に適応するのに十分な柔軟性を持っているが，他の種類の画像処理に対しては許容度が低い，と意味している。
【００１４】
上記ＬｉｎとＣｈａｎｇ共著の記事によって説明された透かし挿入方式においては，いわゆる「特徴量」ビットは画像から生成されて，そして画像に埋め込まれる。特徴量ビットを生成するには，画像の８×８ブロックは，秘密のマッピング関数を使って，ブロックのペアにグループ化される。各ブロックペアには所定のＤＣＴ係数が選択される。特徴量ビットは，あるペアの一方のブロックに選択された係数の絶対値と，同ペアの他方のブロックに選択された係数の絶対値との間の関係に基づいて生成される。より具体的には，あるペアの第１ブロックの指定された係数が同ペアの第２ブロックの指定された係数より小さいならば，０の特徴量ビットが生成される。もしそうでなければ，１の特徴量ビットが生成される。これは下記の通り表現できる。
【００１５】
【数１】
2004531989.tif 000003
【００１６】
ここでのＳｉはｉ列目の特徴量ビットであり，ブロック２個で構成するペアの第１ブロックと第２ブロックから生成するｉ列目のＤＣＴ係数Ｆｉの間の相関を特徴付ける。
【００１７】
特徴量ビットＳｉの埋め込みは，埋め込みのホストとして機能する係数を選ぶ秘密のマッピング関数を用いて行う。特徴量ビットに応じてホスト係数の最下位ビット（ＬＳＢ）を調節することにより埋め込みを実施する。
【００１８】
特徴量ビットを生成し，それらが埋め込まれるホスト係数を選択する過程を図２Ａ−２Ｃを参照しながら例示する。図２Ａは，家とそれの上空の太陽の画像６８を示している。第１の秘密マッピング関数を用いて，８画素のブロック７０，７２，および７４を選択し，それらを８画素のブロック７６，７８，および８０とペアにする。図２Ｂは例えばブロック７０の輝度成分から生成された６４個のＤＣＴ係数を受け取る配列７０’を図示している。同様に，図２Ｃはブロック７０とペアを構成するブロック７６の輝度成分から生成された６４個のＤＣＴ係数を受け取る配列７６’を図示している。さらなるマッピング規則を使って，特徴量ビットを生成するために使われる配列７０’および７６’の特徴量源係数を選択し，特徴量ビットが埋め込まれるホスト係数もまた選択する。この例では，特徴量ビットを生成するために選択された特徴量源係数を図２Ｂと２Ｃにおいて円で示す。特徴量ビットを埋め込むのに選ばれたホスト係数を六角形で示す。
【００１９】
一例として，ブロックのペア７０，７６の第１特徴量ビットＳ１が，配列７０’の１行目，１列目にある係数，および配列７６’の上記係数に対応する１行目，１列目にある係数から生成され，同特徴量ビットを配列７０’の６行目，５列目の係数に埋め込むと仮定する。方程式（１）を適用すると，もし配列７０’の１行目，１列目の係数が，配列７６’の１行目，１列目の係数以上であれば，埋め込められる特徴量ビットはＳ１＝１であり，もし配列７０’の１行目，１列目の係数が，配列７６’の１行目，１列目の係数未満であれば，Ｓ１＝０である。
【００２０】
上記ＬｉｎとＣｈａｎｇ共著の記事によって説明された埋め込み操作は，配列７０’の６行目，５列目（つまりこの実施例でのホスト係数）に通常配置されるＤＣＴ係数Ｆ６，５を基準係数と呼ばれる修正値Ｆ＊６，５と交換することにより実行する。同修正値は２段階の過程を経て，Ｆ６，５，特徴量ビットＳｉ（この実施例ではｉ＝１），および量子化値Ｑ６，５から算出される。量子化値Ｑ６，５は，通常その後の量子化過程でＦ６，５を除算するのに除数として用いる。第１の段階では，Ｆ６，５とＱ６，５を用いて下記の通り中間値を計算する。
【００２１】
【数２】
2004531989.tif 000004
【００２２】
ここでは，“ＩｎｔｅｇｅｒＲｏｕｎｄ”は小数を四捨五入することを意味する。第２段階では基準係数Ｆ＊６，５を下記の通り計算する。
【００２３】
【数３】
2004531989.tif 000005
【００２４】
ここで，“ｓｇｎ”の値は同関数の変数が負数である場合は−１で，同関数の変数が負数でない場合は＋１である。
【００２５】
認証過程においては，受信した画像から特徴量ビットを抽出し，それらがＬｉｎとＣｈａｎｇ共著の記事に記載されている基準を満たしているかを判定する。同記事は２つの定理を提唱している。そのうち第１の定理は基本的に，画像の２つの重複しない８×８ブロックから生成されたＤＣＴ係数の間には，量子化の前後に不変の関係があると規定する。第２の定理は基本的に，一定の条件下では，量子化していない係数の正確な値を量子化後に再構築できると規定する。第２の定理は具体的には，ＤＣＴ係数が，後のＪＰＥＧ圧縮で出現可能なすべての量子化値より大きい所定の量子化値の整数倍に変更されるならば，この変更された係数は，ＪＰＥＧ圧縮に続いて，元の変更に用いられたのと同じ量子化値を使用することによって正確に再構築できると主張する。この定理は基準係数Ｆ＊を使う論理的根拠を提供する。上記ＬｉｎとＣｈａｎｇ共著の記事によって説明される特徴量ビット埋め込みの結果は，最悪の場合でも量子化された値が微量増減することだと方程式（３）から明らかになる。この方法は，画像が攻撃された箇所を多くの場合識別できるようにする。
【００２６】
上記ＬｉｎとＣｈａｎｇ共著の記事は，誤報が生じる可能性と許容範囲を使う可能性について言及した。そのような誤報が生じる可能性があるのはノイズがある場合，また特にノイズに伴い，輝度を調整するための編集等，容認される変更が行われた場合である。方程式（１）を適用するときに，ペアのブロックのｉ列目の係数がお互いに近似する数値の場合は，特徴量ビットＳｉが小さい正数あるいは小さい負数に基づいて定められるから，誤報の確率は顕著な水準になる。係数間の差分の絶対値が下記の通り許容限度Ｍより小さい場合に攻撃が行われたかの判断を保留するために，特徴量認証段階中に同許容限度Ｍを設定できる。
【００２７】
【表１】
2004531989.tif 000006
【００２８】
これは図２Ｄを参照しながら理解できる。横軸は画像が符号化されたときの（すなわち特徴量生成側の）１つのペアの２つのブロックのｉ列目の係数の差分を表していて，縦軸は符号化された画像が復号化されたときの（すなわち特徴量認証側の）差分を表している。差分が０以上であるか（方程式（１）を参照），または縦軸の右側であるときは，Ｓｉ＝０の値を有する特徴量ビットが生成される。もし許容限度Ｍがなければ，攻撃が無かった場合は認証部での係数の差分が０以上であると期待する。許容限度Ｍは，図２Ｄにおいて横軸に沿って幅２Ｍの判定を留保する帯域を提供する。
【００２９】
許容限度Ｍは誤報を減らすと同時に，画像を攻撃するための「避難所」を提供する。理由は，もし量子化された係数の差分の絶対値がＭより少なければ攻撃を検出できないからである。この条件を満たす攻撃が不可能か，あるいは非常に困難でさえあれば，この弱点は無視できる。不利なことに，一方の画像の物体を他方の画像の物体と交換する，画像の背景の一部を物体の上に写し物体を隠蔽する，白色の背景から文字を削除する，物体を挿入する，または薄い色の背景に物体を描く等の攻撃が行われた場合では量子化された係数の差分は小さいことがあり得る。
【００３０】
ＪＰＥＧオリジナルの幅広い成功によって証明されているように，圧縮とともに離散コサイン変換を用いる画像符号化方式は，非常に有益であることが分かっている。それにもかかわらず，他の基本方式を用いた画像符号化方式も注意を集め続けている。代替方式の１つは，係数を生成するのに，離散コサイン変換の代わりにウェーブレット変換を使用する。この方式はＪＰＥＧ−２０００で採用された。ＪＰＥＧ−２０００の仕様はＩＳＯ／ＩＥＣ  ＪＴＣ  １／ＳＣ  ２９／ＷＧ１規格で開示されている。
【００３１】
離散コサイン変換と同様に，ウェーブレット変換も有名なフーリエ変換に関連する。しかし離散コサイン変換とは違って，離散ウェーブレット変換は，限られた範囲外は値が０になっている有界な関数に基づいて入力信号を解析する。対照的に，コサイン項数は限られた範囲外は循環する非零値を有する。画像符号化の分野においては一般的に，離散ウェーブレット変換は「マザーウェーブレット」を他の位置に移動するか（平行移動），同マザーウェーブレットを２倍拡張（または拡大）することによって生成される直交のウェーブレット族を使用する。ＤＷＴに用いる直交あるいはほとんど直交のウェーブレット族を生成するのに使用できる様々なマザーウェーブレットが知られている。ＤＷＴ変換を用いて入力信号を解析すると，基本的には，どれほどよく入力信号がウェーブレットと相関しているかの指数を知らせる係数を生成する。係数は，入力信号の位置情報（拡張に鑑みて）のみならず周波数情報（平行移動に鑑みて）もまた提供する。
【００３２】
図３Ａは画像源部８２からＲＧＢ画像を受け取る画像符号化器８０を図示している。符号化器８０は色空間変換器８４を含む。同変換器は，画像を輝度分岐線８６に供給される輝度（Ｙ）成分，赤クロミナンス分岐線８８に供給される赤クロミナンス（Ｃｒ）成分，および青クロミナンス分岐線９０に供給される青クロミナンス（Ｃｂ）成分に変換する。輝度分岐線８６は，輝度成分をタイルと呼ばれる細区分に分割する細分割部９２を含む。タイルは離散ウェーブレット変換器９４に供給される。ＤＷＴ変換器９４はデジタルフィルタを用いてウェーブレット係数を生成する。デジタルフィルタは使用するウェーブレット族に基づく特徴を有する。
【００３３】
図３ＢはＤＷＴ変換器９４の実施形態の概略図である。輝度成分のタイルを表している細分割部９２からの入力信号は高域通過フィルタ９６に供給される。同高域通過フィルタは横方向にフィルタ処理し，それに続くダウンサンプル部９８がフィルタ処理した信号を２倍ダウンサンプル処理する（これは１つおきのサンプルを廃棄することを意味する）。フィルタ処理およびダウンサンプル処理された信号はそして縦方向にフィルタ処理する高域通過フィルタ１００に供給される。処理された信号はダウンサンプル部１０２によって２倍ダウンサンプル処理される。この結果はいわゆる１ＨＨサブバンドのＤＷＴ係数群である。１ＨＨの名称の「１」は第１段階の分解と「ＨＨ」は高域通過フィルタ処理を縦横両方向に行ったことを意味している。また，ダウンサンプル部９８の出力は，縦方向にフィルタ処理する低域通過フィルタ１０４に供給されて，フィルタ処理された出力はダウンサンプル部１０６によって２倍ダウンサンプル処理される。これが１ＨＬサブバンドのＤＷＴ係数群を提供する。
【００３４】
フィルタ９６によって横方向に高域通過フィルタ処理されるのに加えて，細分割部９２からの信号はフィルタ１０８によって横方向に低域通過フィルタ処理される。処理された信号は，ダウンサンプル部１１０によって２倍ダウンサンプル処理されて，そして縦方向にフィルタ処理する高域通過フィルタ１１２と縦方向にフィルタ処理する低域通過フィルタ１１４に供給される。フィルタ１１２の出力は，１ＬＨサブバンドにＤＷＴ係数群を提供するためにダウンサンプル部１１６によってダウンサンプル処理される。フィルタ１１４の出力はダウンサンプル部１１８でダウンサンプル処理され，タイルの第１段階の分解が完了する。第１段階の分解の結果生じたＤＷＴ変換係数の４つのサブバンドを図３Ｃに図示する。
【００３５】
１ＬＬサブバンドは様々な位置において両方向のフィルタ処理による低周波情報を表している。両方向に２倍ダウンサンプル処理するので，一般的には元のタイルより小さい規模で，より低い画質のバージョンに該当する。１ＨＬ，１ＨＨ，および１ＬＨサブバンドは様々な位置での高周波情報を表している。この高周波情報は，元のタイルの画像内容を再構築するように，この段階で１ＬＬサブバンドの低周波情報に追加するのに使用できる。しかし，分解をさらに１段階以上続けるのが一般的である。
【００３６】
図３Ｂにおいて，ダウンサンプル処理部１１８の出力は（１ＬＬサブバンドを表す），横方向にフィルタ処理する高域通過フィルタ１２０に提供されて，フィルタ処理した信号は，ダウンサンプル部１２２で２倍ダウンサンプル処理されて，それから縦方向にフィルタ処理する高域通過フィルタ１２４と縦方向にフィルタ処理する低域通過フィルタ１２６に供給される。フィルタ処理した信号は，２ＨＨと２ＨＬサブバンドにおいて係数を提供するようにダウンサンプル処理される。さらに，ダウンサンプル処理部１１８の出力は，横方向にフィルタ処理され，ダウンサンプル処理され，縦方向に高域通過フィルタ処理され，そしてダウンサンプル処理され，２ＬＨサブバンドに係数を提供する。低域通過フィルタ処理で残留した信号を繰り返しフィルタ処理およびダウンサンプル処理するプロセスを続けることができる。図３Ｄは，第２段階と第３段階の分解を行った結果の係数のサブバンドを図示しており，これらのサブバンドは，もし１段階だけ分解を行った場合の１ＬＬサブバンド（図３Ｃを参照）の領域にある。
【００３７】
図３Ａに戻り説明を続ける。ＤＷＴ変換器９４からのＤＷＴ係数は，配列に配置され，量子化器１２８により量子化テーブルの量子化値に従って量子化されるが，選択される量子化テーブル（すなわち量子化値の絶対値）は所望の圧縮率とともに同圧縮率を達成するのに容認される画質の劣化に依存する。ＤＣＴ変換の場合と同様に，選択されたテーブルの値は，それらが量子化する係数の視覚的な重要度に依存して絶対値が変動する整数である。ＤＷＴ係数は，テーブルの量子化値を除数として除算し，端数を切り捨てることにより量子化される。同テーブルの量子化値のいくつかは，それらが個別の係数に適用されるにもかかわらず同一の数値であるかも知れない。
【００３８】
図３Ａを参照しながら説明を続ける。量子化されたＤＷＴ係数はエントロピー符号化器１３０に供給され，そしてフォーマット化部１３２に供給される。同フォーマット化部はまた分岐線８８と９０からの赤および青クロミナンス成分のための量子化および符号化されたＤＷＴ係数を受け取る。フォーマット化部１３２は，符号化された画像を再生するのに用いる情報含めて他の情報とともに，量子化および符号化された係数を符号化された画像データフレーム内に配置する。フレームはそして記憶装置，復号化器，または所望の目的地に符号化された画像データフレームを伝送する信号伝送機器等の符号化画像利用部１３４に供給される。
【００３９】
図３Ｅに画像復号化器１３６を示す。同復号化器は画像源１３８から符号化された画像データフレームを受け取る。画像を復号化するための情報をペイロード抽出器１４０が取出し，輝度成分の量子化およびエントロピー符号化された係数を輝度分岐線１４２に供給する。赤クロミナンスおよび青クロミナンスの量子化およびエントロピー符号化された係数はクロミナンス分岐線１４４と１４６に供給される。輝度分岐線１４２では，輝度成分のタイルの量子化された係数を逆量子化器１５０に供給するように，復号化器１４８がエントロピー符号化されたデータを伸張する。逆量子化器は量子化された係数とテーブルの数値を乗算する。これらテーブルの数値は，係数が画像符号化器８０によって使用された量子化方式において，係数を除算するのに用いた除数と一致する。ＤＷＴ係数から輝度成分のタイルの画素値を再生する逆ＤＷＴ変換器１５２は逆ＤＷＴ変換を行い，その後タイルは組み立て部１５４によって全体の輝度画像に統合される。輝度成分とクロミナンス成分の統合されたタイルの画素値は変換器１５６によってＲＧＢ空間に変換され，それから表示装置などの利用機器１５８に供給される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４０】
本発明への目的は，従来の技術において，低い誤り率を達成するのに不可避であった攻撃に対する脆弱性を伴うことなく，低い誤り率を有する電子透かし挿入方法およびシステムを提供することである。
【００４１】
本発明のさらなる目的は，電子透かし挿入方法およびシステムにおいて，下記の特徴を有する許容帯域を提供することである。誤報を減らすための許容帯域は，第１のファイル（例えば第１の画像ファイル）から抽出した特徴により定義された一方の次元と，第２のファイル（例えば第１ファイルの真正の改訂版であるかを判定することになっている第２の画像ファイル）から抽出した特徴により定義された他方の次元とで構成される平面上に事実上移動させ，そうしなければ許容帯域内に隠されてしまう攻撃の証拠を発見することである。これに関連した目的は，許容帯域を同平面上の様々に位置に擬似乱数の方法で移動させることである。
【課題を解決するための手段】
【００４２】
上記およびその他の目的は後述の詳細の説明により明らかになる。これらの目的は本発明の第１の側面に従って下記の方法によって実現できる。すなわち，第１ファイルの係数を所定の選択規則を用いて係数グループ（例えばペア等）を選ぶ方法を提供し；所定の計算式（例えば，あるペアにおける一方の係数を同ペアにおける他方の係数から減算する等）を使って，各グループでの係数から第１計算値を定め；第１計算値をバイアス値と組み合わせ，バイアス計算値を生成し；バイアス計算値を所定の数値（例えば０）と比較し第１ファイルの特徴量を計算し；そして，第２ファイルが第１ファイルの真正のバージョンであるかどうかを後で判定するために使えるように，特徴量を保存することである。
【００４３】
本発明の第２の側面に従い，第１ファイルの係数グループを所定の選択規則を用いて選択し；所定の計算式を用いて各グループの係数から第１計算値を定め；第１計算値をバイアス値と組み合わせて第１バイアス計算値を生成し；第１計算値を所定の数値と比較して第１ファイルの特徴量を生成し；第１ファイルに適用されたのと同じ所定の選択規則を用いて第２ファイルの係数グループを選択し；第１ファイルに適用されたのと同じ所定の計算式を用いて第２ファイルの各グループの係数から第２計算値を定め；第２計算値を第１ファイルに適用されたのと同じバイアス値と組み合わせて第２バイアス計算値を生成し；そして第２計算値を特徴量と比較する方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
（第１の実施形態）
図４Ａは本発明の第１の実施形態による画像信号符号化システムの画像符号化器２００を図示する。符号化器２００はデジタルカメラ，スキャナ，あるいは記憶装置等の画像源２０２からＲＢＧ画像を表している信号を受け取る。ＲＧＢ色空間は色空間変換器２０４によってＹＣｂＣｒ色空間に変換される。色空間変換器２０４は画像の輝度（Ｙ）成分を輝度分岐線２０６に伝達する。同様に，赤クロミナンス成分Ｃｒと青クロミナンス成分Ｃｂはそれぞれ赤クロミナンス分岐線２０８と青クロミナンス分岐線２１０に供給される。
【００４５】
輝度分岐線２０６は，画像の輝度成分を８画素×８画素のブロックに細分割する細分割部２１２を含む。これらのブロックは離散コサイン変換（ＤＣＴ）器２１４に供給されるが，同変換器は各ブロックの画素値を対象に離散コサイン変換を行い各ブロックに６４個のＤＣＴ係数を生成する。各ブロックの６４個の係数は配列にグループ分けされ，所望の見掛け上の画質に基づいて選択される量子化テーブルに従い量子化器２１６により量子化される。量子化された係数は，信号埋め込み部２１８（これの目的は後に詳述する）によって受け取られ，エントロピー符号化器２２０によって符号化される。輝度成分の各ブロックの量子化および符号化された係数はフォーマット化部２２２に供給される。
【００４６】
量子化器２１６は透かし挿入部２２４と接続されているが，同透かし挿入部は量子化された係数から特徴量ビットＳｉを生成する。同特徴量ビットについては後に詳述する。特徴量ビットＳｉは信号埋め込み部２１８に供給される。
【００４７】
クロミナンス分岐線２０８および２１０は似ているが，それらの量子化器は輝度分岐線２０６で使われる量子化テーブルより大きい量子化値を有する量子化テーブルを使う。
【００４８】
フォーマット化部２２２は，分岐線２０６−２１０により生成された量子化および符号化された係数から，符号化された画像データフレームを形成し，画像を再構築するための情報をフレームのヘッダーに追加する。この情報は例えば量子化テーブルを特定する情報，および符号化器２１８と番号を付与していないクロミナンス分岐線の符号化器で行われる符号化を特定する情報である。完成した画像データフレームは，符号化された画像利用機器２２６（例えばデータ格納装置，符号化された画像データフレームを別の場所に伝送するための手段，または表示装置のために画像を再生する画像復号化器等）に提供される。
【００４９】
図４Ｂは透かし挿入部２２４を示している。輝度成分のすべてのブロックのＤＣＴ係数の配列を，量子化器２１６から入力ポート２３０経由で受け取る減算器２２８を含む。減算器２２８はまた特徴量生成係数選択器２３２に接続されていて，同特徴量生成係数選択器は減算器２２８に係数ペアｐｉとｑｉを特定する情報を知らせる。これらの係数ペアは，秘密に保たれる規則に従って選ばれる。減算器２２８は係数ｐｉの数値から係数ｑｉの数値を減算し，減算の結果であるｉ列目の差分（ｐｉ−ｑｉ）を加算器２３４に供給する。加算器２３４はまた可変バイアス生成器２３６からバイアス値Ｂｉを受け取るが，同可変バイアス生成器は選択器２３２からインデックスと「ｉ」の現在値を示す信号（図示していない）を受け取る。加算器２３４は，バイアス値Ｂｉを差分ｐｉ−ｑｉに加算することによりバイアス差分値を生成し，同バイアス差分値を特徴量生成器２３８に供給する。特徴量生成器２３８は下記に従って特徴量ビットＳｉを定める。
【００５０】
【数４】
2004531989.tif 000007
【００５１】
特徴量ビットＳｉは出力ポート２４０経由で特徴量埋め込み部２１８に供給される。本文書の「発明の背景」章で詳述したＬｉｎとＣｈａｎｇ共著の記事によって開示されているように，埋め込み部２１８はホスト係数の最下位ビットを選択的に変更する。ホスト係数は，秘密に保たれる選択手続に従って選ばれる。
【００５２】
その名称が示唆するように，可変バイアス生成器２３６は，値が変動するバイアス値Ｂｉを生成する。バイアス値は擬似乱数の方法で，かつ限定された範囲内で変動するのが好ましい。本実施形態においては，バイアス値Ｂｉは−１６から＋１６に及ぶ整数である。そのようなバイアス値Ｂｉは，所定の角度（例えば円周率／１０）と擬似乱数の数列のｉ列目の値を乗算し，その乗数の正弦を求め，それを１６倍にし，そしてそれを整数に四捨五入することにより生成することができる。
【００５３】
選択器２３２が係数ペアｐｉ，ｑｉを指定するのに使用できる規則の一例を図４Ｃを参照しながら説明する。この図は家と家の上で輝いている太陽の画像２４２を示している。所定の選択リストに従い，好ましくは画像中心部から外へ離れた様々な位置で，開始ブロックＰ１，Ｐ２，…ＰＩ，…ＰＮを選択する。乱数発生器を用いて，ベクトルＶ１，Ｖ２，…，Ｖｌ，…ＶＮを定義するｘ値とｙ値を生成する。開始ブロックＰＩと乱数ベクトルＶｌをベクトル加算した結果，開始ブロックＰＩとペアを構成する目標ブロックＱＩを生成する。ブロックのペアにおける画素から生成される６４個のＤＣＴ係数値のうち１つの値を選択するための方法がここで必要になる。１つの方法は選択基準としてｉ  ｍｏｄ  ６４を使うことである。すなわちブロックＰ１とＱ１には６４個の係数の１列目の係数をｐ１とｑ１として選択し，ブロックＰ２とＱ２には，６４個の係数の２列目の係数をｐ２とｑ２として選択し，同様にその他ブロックにも選択し，Ｐ６４とＱ６４には両ブロックから６４列目の係数をｐ６４とｑ６４として選択する。ブロックＰ６５とＱ６５のための次の係数ペアｐ６５とｑ６５は最初のＤＣＴ係数で再び始める。同じブロックＰｉと同じベクトルＶｉを１回以上選択することにより，同じブロックのペアにおいて係数のペアを複数選択できることは注目に値する。
【００５４】
図４Ｄを参照しながら図４Ａの符号化器２００と一緒に使用する画像復号化器２４２を説明する。復号化器２４２は，符号化された画像源２４４から符号化された画像データフレームを受け取る。ペイロード抽出器２４６は符号化された画像データフレームから３成分の符号化および量子化された係数を取出し，それらをそれぞれ輝度分岐線（Ｙ）２４８，赤クロミナンス分岐線（Ｃｒ）２５０，および青クロミナンス分岐線（Ｃｂ）２５２に供給する。また，画像データフレームのヘッダーの中に格納されていて，成分を復号化するのに必要な情報（例えば使用された量子化テーブルおよびエントロピー符号を特定する情報）を分岐線２４８，２５０および２５２に分配する。
【００５５】
分岐線２４８は，エントロピー符号化された値を伸張するための復号化器２５４，逆量子化器２５６，逆ＤＣＴ変換器２５８，および輝度成分のブロックを全体の輝度画像に組み立てる組み立て部２６０を含む。クロミナンス分岐線２４４と２４６は類似している。色空間変換器２６２は全体の輝度画像と全体のクロミナンス画像を受け取り，それらをＲＧＢ色空間に変換する。
【００５６】
特徴量認証部２６４は復号化器２５４から量子化された係数を受け取り，特徴量ビットＳｉが特徴量認証側（すなわち画像復号化器２４２）で定められた係数ｐｉとｑｉと一致しているかどうかを検査する。もし一致しなければ，特徴量認証部２６４は不一致を有するブロックを特定する信号をマーキング部２６６に送信する。マーキング部２６６はそして攻撃された領域を特定するために，変換器２６２からのビデオ画像にマークを重ね合わせる。ビデオ画像と（もしあるとすれば）それに重ね合わせられたマークは画像利用機器２６８に供給される。同画像利用機器は通常表示装置であるが，画像記憶装置あるいは画像を別の場所に伝達する手段もあり得る。
【００５７】
特徴量認証部２６４の構成を図４Ｅに示す。画像符号化器２００によって使用されたのと同じ秘密の選択手続を使って，特徴量生成の係数選択器２７０は係数ペアを選ぶ。係数ペアｐｉ，ｑｉを特定する情報が減算器２７２に知らされ，同減算器は係数ペア自体はポート２７４を経て復号化器２５４から受け取る。減算器２７２は選択器２７０によって特定された係数の差分ｐｉ−ｑｉを求めて，この差分を加算器２７４に供給する。可変バイアス生成器２７６は，生成器２３６（図４Ｂを参照）によって生成されたのと同じバイアス値Ｂｉを生成し，このバイアス値の数列を加算器２７４に供給する。同加算器はバイアス差分（すなわちｐｉ−ｑｉ＋Ｂｉ）を基準検査部２７６に供給する。
【００５８】
ホスト係数選択器２７８は特徴量検索部２８０にホスト係数を指定する情報を知らせ，また同特徴量検索部はポート２７５を経て係数自体を受け取る。選択器２７８は，特徴量生成側の信号埋め込み部２１８によって使用されたのと同じ秘密の選択手続を使って，ホスト係数を選ぶ。好ましくは上記ＬｉｎとＣｈａｎｇ共著の記事によって概説された再生方式を使って，特徴量検索部２８０は，選択器２７８によって特定された係数から特徴量ビットＳｉを再生する。特徴量ビットは基準検査部２７６に供給され，同検査部は表２に従ってバイアス差分を特徴量ビットに対照して検査する。
【００５９】
【表２】
2004531989.tif 000008
【００６０】
特徴量Ｓｉを検査する基準
（「Ｍ」はデータ圧縮，ノイズ，あるいは変換の精度の変動による誤報を減らすための許容限度の値である。）
【００６１】
もし特徴量ビットＳｉに対照してバイアス差分値ｐｉ−ｑｉ＋Ｂｉが容認不可であれば，不一致を知らせる信号をポート２８２経由でマーキング部２６６（図４Ｃ）に供給する。
【００６２】
図４Ｆ−４Ｈを参照しながら表２の意義をさらに説明する。横軸は，画像が元来符号化されるときの（すなわち特徴量生成側での）量子化された係数ペアの差分を表していて，縦軸は，符号化された画像が再生されるときの（すなわち特徴量認証側での）量子化された係数ペアの差分を表しているという点で，図４Ｆは図２Ｄに類似している。図４Ｆの軸に示す記号は図２Ｄの軸に示す記号とは異なるが物理的な意味は同じである。しかし図２Ｄと違って，図４Ｆは点の集合２８４を示しており，それらのいくつかを図面にＸでマークしてある。このマークは特徴量生成側の係数ペアの差分と特徴量認証側の同じ係数ペアの差分との間に顕著な違いがあり攻撃があったことを示している。しかし図４Ｆにおいては，ノイズとデータ圧縮等少量の（容認できる程度の）画像処理から生じる誤報を減らすために提供される幅２Ｍの許容帯域の中に集合２８４が存在するので，この攻撃は検出されることができない。図４Ｆに示した状況ではバイアス値Ｂｉは０である。
【００６３】
図４Ｇではバイアス値Ｂｉは負数になっているが，集合２８４の点がそれに対応する特徴量Ｓｉと一致しているので，その結果集合２８４は攻撃が検出できる領域にはなく，攻撃はまだ発見できない。図４Ｈではバイアス値Ｂｉが再び変わり，今回は，攻撃を検出できる領域に点の集合２８４が部分的に置かれる。指数「ｉ」の値が変化するのに伴い，集合２８４のいくつかの点は攻撃があったことを検出できるようになる一方，その他の点は検出できないようになる。しかし攻撃があった場合は，特徴量生成時の係数ペアの差分と特徴量認証側の同じ係数ペアの差分により定義された点は現実的には密集した集合をなす傾向があることが発見されている。その結果，可変バイアス値Ｂｉにより２Ｍ許容帯域を様々な位置に移動する際に，攻撃により生じたグループのいくつかの点が，攻撃が発見できる領域の中に移動するという傾向が一般的にある。許容帯域は，誤報を減らすという目的はまだ満たすが，可変バイアス値Ｂｉを用いてその位置を移動させることにより，犯人が許容帯域の中に攻撃を隠蔽することを難しくする。
【００６４】
（第２の実施形態）
第２の実施形態を図５Ａ−５Ｅを参照しながら説明する。図５Ａは，画像源部２８８からＲＧＢ画像を受け取る画像符号化器２８６を示している。符号化器２８６は，ＲＧＢ画像をＹＣｒＣｂ画像に変換する変換器２９０を含む。輝度成分は輝度分岐線２９２に供給され，赤と青クロミナンス成分（ＣｒとＣｂ）はクロミナンス分岐線２９４と２９６に伝達される。輝度分岐線２９２は，輝度成分を細分割する細分割部２９８を含むが，同細分割部は離散ウェーブレット変換器またはＤＷＴ変換器３００に同成分のタイルを提供する。前記の図３Ａ−３Ｅを参照しながら詳述したように，ウェーブレット係数を生成するように設定されたデジタルフィルタを用いて，変換器３００はダウンサンプルを伴い横方向，縦方向のフィルタ処理を実行する。例示のために，変換器３００が輝度成分の各タイルを対象に３段階の分解を実行し，また各タイルについて，この３段階の分解により生じるサブバンドのウェーブレット係数を量子化器３０２に伝達すると仮定する。
【００６５】
量子化器３０２はテーブルの量子化値に従って係数を量子化し，量子化された係数を符号化器３０４に供給し，同符号化器は輝度成分の個々のタイルのための係数をエントロピー符号化し，それらをフォーマット部３０６に供給する。さらに量子化器３０２はウェーブレット係数を透かし挿入部３１８に供給する。同透かし挿入部は与えられたサブバンドの係数ｐ１，ｐ２，…，ｐｉ，…ｐｎを所定の選択規則を用いて指定し，乱数生成器を用いてベクトル群ｖ１，ｖ２，…，ｖｉ，…，ｖｎを生成し，係数ｐ１，…，ｐｎに対応する位置にベクトルを加算することにより各係数ｐｉと係数ｑｉをペアにする。一例を図５Ｂに示す。係数ｐｉは同一のサブバンド（図では１ＨＬサブバンド）の係数ｑｉとペアにされる。その他のサブバンドでも同じ方法で係数をペアにする。ペアにするのはサブバンド毎に行うことをここで言及しておく。一方のサブバンドの係数と他方のサブバンドの係数はペアにしない。
【００６６】
透かし挿入部３０８が係数をペアにした後に，各係数ｑｉをそれのペアになった係数ｐｉから減算することにより差分ｐｉ−ｑｉを生成し，擬似乱数バイアス値Ｂｉを差分に加算し，特徴量Ｓｉをフォーマット部３０６に供給する。各特徴量の出所であるサブバンドを特定する情報もまたフォーマット部３０６に供給される。
【００６７】
クロミナンス分岐線２９４と２９６は似ているが，主な違いは，これらの分岐線の量子化器が用いる量子化テーブルは一般的に，輝度分岐線３０２より大きな量子化ステップをもたらすことである。量子化および符号化された係数，画像に関連する情報（ファイル名等），符号化器２８６に関連する情報（適用された量子化テーブルおよびエントロピー符号化器テーブルを特定する情報等），および特徴量ビットＳｉは，フォーマット化部３０６によって，符号化された画像データフレームにフォーマットされる。同フレームはそして符号化された画像利用機器３１０（例えば符号化された画像データフレームのための記憶装置，同フレームを別の位置に伝送するための手段，または表示装置上に画像を表示できるように画像を再生する画像復号化器）に提供される。第１の実施形態のようにホスト係数に埋め込む代わりに，本実施形態では特徴量ビットＳｉはフォーマット化部３０６によって，符号化された画像データフレームのヘッダーに配置される。
【００６８】
図５Ｃは透かし挿入部３０８の構造を説明する。特徴量生成用係数選択器３１２は係数ペアｐｉ，ｑｉを指定する情報を減算器３１４に知らせ，同減算器はポート３１６経由で量子化器３０２から係数自体を受け取る。さらに選択器３１２は各ペアの第２係数ｑｉを指定する情報を可変バイアス生成器３１８に知らせる。減算器３１４はペアの係数間の差分ｐｉ−ｑｉを計算し，この差分を加算器３２０に供給する。さらに同加算器は生成器３１８からバイアス値Ｂｉも受け取る。加算器は入力からバイアス差分ｐｉ−ｑｉ＋Ｂｉを計算し，このバイアス差分を特徴量生成部３２２に供給する。特徴量生成部３２２は表２に従って特徴量ビットＳｉを定め，ポート３２４を経て特徴量ビットをフォーマット化部３０６に供給する。
【００６９】
もし細分割部２９８（図５Ａ）が輝度成分を横にサンプル１３個，縦にサンプル１７個のタイルに細分割すれば，逆行不可能ないわゆる９−７ウェーブレット変換によりこのタイルの１ＨＬサブバンドにおいて９行，６列の係数の行列が生じる。同様に，他のサブバンドも係数の行列を有するが，これらの行列の行と列の数は特定のサブバンドに依存する。本実施形態において，可変バイアス生成器３１８は，係数行列に対応する擬似乱数行列内の各位置に擬似乱数を割り当てて，バイアス値Ｂｉを選択する。選択されるバイアス値Ｂｉは，当該擬似乱数行列内において，係数行列内における係数ｑｉの位置と同じ位置にある擬似乱数である。
【００７０】
一例を図５Ｄに示す。同図は，｛−６４，−３２，−１６，０，１６，３２，６４｝の集合から選択した数字を無作為に行列の各位置に割り当てて得られた９行，６列の擬似乱数の行列を示す。図５Ｄに示した行列は１ＨＬサブバンドにおけるタイルの係数の行列と同じ寸法（すなわち行と列の数）を有する。その結果，係数の行列におけるいかなる係数ｑｉの所在地は図５Ｄに示された擬似乱数行列内の位置に対応する。擬似乱数行列内の，対応する位置の数値はバイアス値Ｂｉとして生成器３１８によって選択される。最終的な結果は，擬似乱数ベクトルｖｉを係数ｐｉに加算し，ペアを構成する係数ｑｉを定めると同時に，擬似乱数ベクトルｖｉがバイアス値Ｂｉを選択することである。
【００７１】
一定のサブバンドにおける成分（すなわち輝度，赤クロミナンス，または青クロミナンス）のすべてのタイルに同一の乱数行列を使うのが，必要ではないが便利である。
【００７２】
画像符号化器２８６によって符号化された画像を復号化するための画像復号化器３２６を図５Ｅに示す。符号化された画像データフレームは画像源３２８（例えば記憶装置）によって復号化器３２６に供給される。ペイロード抽出器３３０は，量子化および符号化された係数とともに，それらを生成するのに用いた量子化およびエントロピー符号化についての情報を，輝度分岐線３３２およびクロミナンス分岐線３３４と３３６に供給する。輝度分岐線は，復号化器３３８（エントロピー符号化されたデータを伸張する），逆量子化器３４０（元の係数が画像符号化器２８６で量子化されたときに，除数として機能したのと同じ量子化値をウェーブレット係数に乗算する），逆ＤＷＴ変換器３４２（ウェーブレット係数から輝度成分のタイルのための画素値を生成する），および組み立て部３４４（輝度成分のタイルを全体の輝度画像にまとめる）を含む。クロミナンス分岐線３３４と３３６も同様である。全体の輝度およびクロミナンスの画像は色空間変換器３４６に供給される，同変換器はＹＣｒＣｂ成分をＲＧＢ画像に変換する。
【００７３】
輝度分岐線３３２の復号化器３３８およびクロミナンス分岐線の同様な復号化器からの，復号化されたがまだ量子化されたままのウェーブレット係数は特徴量認証部３４８に供給される。さらに，特徴量生成側で特徴量を生成するのに使われた各サブバンドの特徴量Ｓｉ，使用された各サブバンドで選ばれた係数ｐｉを特定する情報，およびベクトルｖｉを特徴付ける擬似乱数についての情報は，ペイロード抽出器３３０によって符号化された画像データフレームのヘッダーから取出され，特徴量認証部３４８に供給される。特徴量認証部３４８は復元された画像において差分ｐｉ−ｑｉを算出し，乱数バイアスＢｉ（画像符号化器２８６により，各当該サブバンドにおいて使用された擬似乱数の行列と同一の行列を使って算出する）を加算し，再構築した画像の係数差分が容認できるかを判定するために，表２に従ってバイアス差分を特徴量ビットＳｉと比較する。もしそうでなければ，復元された画像が画像利用機器３５０上に表示されるとき，攻撃されたと判断される領域に特徴量認証部３４８がマークをする。
【００７４】
（変更例）
前述した特定の実施形態に様々な変更および修正を施すのが可能であることが当業者には明白であるべきである。従ってそのような変更および修正は本発明の特許請求の範囲内に該当するものである。これらの変更および修正のいくつかを簡単に言及する。
【００７５】
係数のペアの間の関係を差分ｐｉ−ｑｉとして特徴付けたが，この関係は他の方法でも特徴付けられる。１つの可能性は，平均値１／２（ｐｉ＋ｑｉ）を使うことである。その他にも，平均値から差分を減算する，あるいは差分に所定の数値を加算する，等と数多くの可能性がある。
【００７６】
前述の実施形態においては係数はペアにグループ化されたが，他のグループも使用できる。１つの可能性は，ｐｉ，ｑｉおよびｒｉの３個の係数に構成される三重項のグループを使うことである。第３係数ｒｉは，例えば第２の擬似乱数ベクトルを生成し，それを係数ｐｉに対応する位置に加算することによって求められる。４つ以上の係数を有するグループも使用できる。
【００７７】
ここに詳述した符号化器と復号化器の実施形態はＤＣＴあるいはＤＷＴ変換を用いるが，本発明はそれに制限されない。実際には，同変換を行う必要は全くなく，詳述した方式は画素空間で使用できる。
【００７８】
上記の実施形態では画像符号化器の分岐線全３本に透かし挿入部を用い，画像復号化器の分岐線全３本に特徴量認証部を用いるが，容認できる成果はただ１つの透かし挿入部とただ１つの特徴量認証部を用いて得られると信じられる。１つの透かし挿入部と１つの特徴量認証部を使うならば，輝度分岐線に配置するのが好ましい。理由は，カラー画像が，攻撃に先がけてグレースケール（白黒）画像に変換されても，攻撃を検出できるようにするためである。
【００７９】
特徴量ビットＳｉは，ホスト係数に埋め込まれるか，符号化された画像データフレームのヘッダーに配置される代りに，別個のファイルに格納されてもよい。
【００８０】
前記の実施形態は，画像ファイルに係って説明したが，本発明は視聴覚のファイルおよび他種類のファイルにも適用可能である。
【００８１】
本特許出願は２００１年６月２９日に出願された米国暫定特許出願６０／３０２，１８４号を基に優先権を主張するとともに，それに開示されている内容をここで参照することにより本出願と合体する。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１Ａ】離散コサイン変換を用いる従来の画像符号化器の概略ブロック図である。
【図１Ｂ】図１Ａの構成により符号化された画像を再生するための従来の画像復号化器の概略ブロック図である。
【図２Ａ】従来技術に応じたブロックのペアの選択を例示している。
【図２Ｂ】ペアのブロックに組まれたＤＣＴ係数の配列を示していて，従来技術により特徴量ビットを生成するために使われる係数を円で示し，特徴量ビットが埋め込まれることになっている係数を六角形で示している。
【図２Ｃ】ペアのブロックに組まれたＤＣＴ係数の配列を示していて，従来技術により特徴量ビットを生成するために使われる係数を円で示し，特徴量ビットが埋め込まれることになっている係数を六角形で示している。
【図２Ｄ】誤報を減らすための許容限界を示すグラフである。
【図３Ａ】離散ウェーブレット変換を用いる従来の画像符号化器の概略ブロック図である。
【図３Ｂ】ウェーブレット係数を生成するための従来技術によるフィルタおよびダウンサンプル処理構成の概略ブロック図である。
【図３Ｃ】画像の，ウェーブレット係数のサブバンドへの分解を示す図である。
【図３Ｄ】画像の，ウェーブレット係数のサブバンドへの分解を示す図である。
【図３Ｅ】図３Ａで示された構成によって符号化された画像を再生するための従来の画像復号化器を例示する概略ブロック図である。
【図４Ａ】本発明の第１実施形態による画像符号化器を例示する概略ブロック図である。
【図４Ｂ】図４Ａで使用される電子透かし挿入部の概略ブロック図である。
【図４Ｃ】ブロックのペアの選択を例示する。
【図４Ｄ】本発明の第１実施形態による画像復号化器を例示する概略ブロック図である。
【図４Ｅ】図４Ｄの画像復号化器の中で使用される特徴量認証部の概略ブロック図である。
【図４Ｆ】可変のバイアス値の効果を示すグラフである。
【図４Ｇ】可変のバイアス値の効果を示すグラフである。
【図４Ｈ】可変のバイアス値の効果を示すグラフである。
【図５Ａ】本発明の第２実施形態による画像符号化器の概略ブロック図である。
【図５Ｂ】画像の３段階の離散ウェーブレット変換を用いる分解によるサブバンドを示し，サブバンドの係数をペア毎にグループ化するための方式を例示する。
【図５Ｃ】図５Ａの画像符号化器の電子透かし挿入部の概略ブロック図である。
【図５Ｄ】７つの値の集合から無作為に選択された乱数の行列を示している。
【図５Ｅ】図５Ａの画像符号化器により符号化されている画像を復号化するための画像復号化器の概略ブロック図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図４Ｈ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
2004531989.tif 000072