(57)【要約】【課題】別々の電子透かし情報を埋め込んだ複数の画像からでも同一の固有ＩＤが算出されることを保証するような電子透かし埋め込み処理を実現する。【解決手段】ランダム信号系列計算手段１１は、透かし情報ビットデータのビット数と同数のランダム信号系列を生成する。相関値計算手段１２は、入力画像とランダム信号系列の相関値を計算する。透かし信号係数決定手段１３は、相関値に対して、閾値情報と透かし情報ビットデータとを入力として係数を決定する。透かし信号加算手段１４は、透かし信号係数決定手段１３で決定された係数をランダム信号系列に乗算した値を透かし信号として入力画像のピクセル値に加算し、透かし埋め込み画像として出力する。【選択図】図１
2013009162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鍵情報を元に、透かし情報ビットデータのビット数と同数のランダム信号系列を生成するランダム信号系列計算手段と、
入力画像と前記ランダム信号系列との相関値を計算する相関値計算手段と、
前記相関値に対して、予め設定された閾値情報と前記透かし情報ビットデータとを入力として、透かし信号加算のための係数を決定する透かし信号係数決定手段と、
前記ランダム信号系列に前記透かし信号係数決定手段で決定した係数を乗算した値を、透かし信号として前記入力画像のピクセル値に加算することにより電子透かしを埋め込む透かし信号加算手段とを備えた画像電子透かし埋め込み装置。
【請求項２】
透かし信号係数決定手段は、閾値情報の値として±α（０＜α＜１）を入力とし、ビット１を埋め込む場合は相関絶対値がαより小さくなるように、ビット０を埋め込む場合は相関絶対値がαより大きくなるように係数を決定するか、または、ビット０を埋め込む場合は相関絶対値をαより小さくなるように、ビット１を埋め込む場合は相関絶対値がαより大きくなるように係数を決定することを特徴とする請求項１記載の画像電子透かし埋め込み装置。
【請求項３】
透かし信号係数決定手段は、閾値情報の値として±α１、±α２（０＜α１＜α２＜１）を入力とし、ビット１を埋め込む場合は相関絶対値がα１より大きく、かつα２より小さくなるように、ビット０を埋め込む場合は相関絶対値がα２より大きくなるように、係数を決定するか、または、ビット０を埋め込む場合は相関絶対値がα１より大きく、かつα２より小さくなるように、ビット１を埋め込む場合は相関絶対値がα２より大きくなるように係数を決定することを特徴とする請求項１記載の画像電子透かし埋め込み装置。
【請求項４】
透かし情報ビットデータを入力として、冗長誤り訂正符号化した冗長符号化ビットデータを出力する誤り訂正符号化手段と、
前記冗長符号化ビットデータを入力としてビット変換を行い、透かし信号ビットデータを出力するビット変換手段とを備え、
ランダム信号系列計算手段は、前記透かし情報ビットデータのビット数に代えて前記誤り訂正符号化手段における冗長符号化ビット数とし、当該ビット数と同数のランダム信号系列を生成し、
透かし信号係数決定手段は、前記透かし情報ビットデータに代えて、前記ビット変換手段から出力された透かし信号ビットデータを入力として、透かし信号加算のための係数を決定することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の画像電子透かし埋め込み装置。
【請求項５】
鍵情報を元に、透かし情報のビット数と同数のランダム信号系列を生成するランダム信号系列計算手段と、
入力画像と前記ランダム信号系列との相関値を計算する相関値計算手段と、
前記相関値に対して予め設定された閾値情報を入力として、透かし情報ビットデータを算出する透かし情報算出手段と、
相関値の正負を元にビット情報を決定し、画像の固有ＩＤを算出する固有ＩＤ算出手段とを備えた画像電子透かし検出装置。
【請求項６】
透かし情報算出手段は、閾値情報の値として±α（０＜α＜１）を入力とし、相関絶対値がαより小さい場合はビット１、相関絶対値がαより大きい場合はビット０と判定するか、または、相関絶対値がαより小さい場合はビット０、相関絶対値がαより大きい場合はビット０と判定することを特徴とする請求項５記載の画像電子透かし検出装置。
【請求項７】
透かし情報算出手段は、閾値情報の値として±α１、±α２（０＜α１＜α２＜１）を入力とし、相関絶対値がα１より大きく、かつα２より小さい場合はビット１、相関絶対値がα２より大きい場合はビット０と判定するか、または、相関絶対値がα１より大きく、かつα２より小さい場合はビット０、相関絶対値がα２より大きい場合はビット１と判定することを特徴とする請求項５記載の画像電子透かし検出装置。
【請求項８】
鍵情報を元に、透かし信号ビットデータのビット数と同数のランダム信号系列を生成するランダム信号系列計算手段と、
入力画像と前記ランダム信号系列との相関値を計算する相関値計算手段と、
前記相関値に対して予め設定された閾値情報を入力として、前記透かし信号ビットデータを算出する透かし情報算出手段と、
前記透かし信号ビットデータを入力としてビット変換を行い、冗長符号化ビットデータを出力するビット変換手段と、
前記冗長符号化ビットデータを入力として誤り訂正復号を行い、復号結果として透かし情報ビットデータを出力する誤り訂正復号手段とを備えた画像電子透かし検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像に電子透かしを埋め込む画像電子透かし埋め込み装置及び透かしが埋め込まれた画像から透かし情報と、画像のＩＤ情報とを検出する画像電子透かし検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の画像電子透かし埋め込み装置として、例えば、特許文献１には、ディジタル情報（コンテンツ）のハッシュ値を電子透かしとして埋め込む手法が開示されている。
また、非特許文献１には、原画像と複数のランダムガウス信号との相関の正負により、画像に対する固有のＩＤとして、ビジュアルハッシュと称するビットを生成する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３８５４８０４号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Fridrich, Jiri，“Visual Hash For Oblivious Watermarking”，Proc.SPIE Vol.3971，p.286-294，Security and Watermarking of Multimedia Contents II，Ping Wah Wong; Edward J. Delp; Eds.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示される従来の電子透かし埋め込み装置では、画像信号よりハッシュ値を計算するため、画像信号がほんのわずかでも変更された（それが人間の目に感知できないほどの微小な変更であり、一般的には変更されたと見なされないような信号値の変更の）場合でも、ハッシュ情報が変化してしまう、という問題があった。
この問題を解決する方法として、非特許文献１に示されるビット生成方法が存在する。本文献では、微小な画像の変更による影響を受けにくい画像固有のＩＤを算出する方式が示されている。本方式を特許文献１のハッシュ値計算部として採用すれば、ハッシュ値を画像そのものに埋め込んで管理するような場合については解決する。
【０００６】
ところが、ハッシュ情報を画像そのものに埋め込むのではなく、画像の発行元で一元管理するようなシステムにおいて、画像と独立した別の情報を電子透かしとして埋め込んだ画像からハッシュ値を生成する（例えば電子透かしとして配布先情報を埋め込む）ような場合には、別の問題が発生する。
【０００７】
即ち、予め画像と独立した別の情報を電子透かしとして埋め込んだ画像に対してハッシュの計算を行う場合、非特許文献１に示されるハッシュビット生成方法を用いて画像の固有ＩＤを計算しても、異なる電子透かしの情報を埋め込んだ複数の画像に対して常に同じ固有ＩＤが計算できるとは限らない。一般的に、画像に固有のＩＤ情報を保持しつつ、画像に電子透かしを埋め込んで個別のコンテンツを区別する、という所作は相反するものであり、別々の電子透かしを埋め込んだ画像より同じ固有ＩＤ情報が抽出できる確率は低くなる。よって、ハッシュ情報を画像の発行元で一元管理する場合、埋め込んだ電子透かしの情報あるいは電子透かしを埋め込んだ画像そのものと、個別のハッシュ情報とを関連付けるデータベースを構築する必要があり、データベースの構築および運用コストが増大する問題点があった。この点について、もし埋め込んだ電子透かしの情報に依存せず、同じ画像信号からは常に一定のハッシュ情報が算出できることが保証されるのであれば、データベースの範囲は元の画像信号と単一のハッシュ情報との関連付けのみに限定されることになり、構築・運用コストの面で断然有利である。
【０００８】
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、別々の電子透かし情報を埋め込んだ複数の画像からでも同一の固有ＩＤが算出されることを保証するような電子透かし埋め込み処理を実現することのできる画像電子透かし埋め込み装置及びこれを検出する画像電子透かし検出装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る画像電子透かし埋め込み装置は、鍵情報を元に、透かし情報ビットデータのビット数と同数のランダム信号系列を生成するランダム信号系列計算手段と、入力画像とランダム信号系列との相関値を計算する相関値計算手段と、相関値に対して、予め設定された閾値情報と透かし情報ビットデータとを入力として、透かし信号加算のための係数を決定する透かし信号係数決定手段と、ランダム信号系列に透かし信号係数決定手段で決定した係数を乗算した値を、透かし信号として入力画像のピクセル値に加算することにより電子透かしを埋め込む透かし信号加算手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の画像電子透かし埋め込み装置は、入力画像とランダム信号系列との相関値に対して、閾値情報と透かし情報ビットデータとを入力として係数を決定し、この係数をランダム信号系列に乗算した値を透かし信号として入力画像のピクセル値に加算するようにしたので、別々の電子透かし情報を埋め込んだ複数の画像からでも同一の固有ＩＤが算出されることを保証することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１による画像電子透かし埋め込み装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による画像電子透かし埋め込み装置のランダム信号系列計算手段の動作を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１による画像電子透かし埋め込み装置の相関値Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，…，Ｃｎの発生確率分布を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１による画像電子透かし埋め込み装置の透かし埋め込み画像に対して相関値を−α〜＋αの範囲外になるよう設定するための説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１による画像電子透かし検出装置の構成図である。
【図６】この発明の実施の形態２による画像電子透かし埋め込み装置の閾値情報を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態２による画像電子透かし埋め込み装置の透かし信号係数の説明図である。
【図８】この発明の実施の形態３による画像電子透かし埋め込み装置の構成図である。
【図９】この発明の実施の形態３による画像電子透かし埋め込み装置のビット変換の操作の概念を示す説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態３による画像電子透かし検出装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による画像電子透かし埋め込み装置を示す構成図である。図１に示す画像電子透かし埋め込み装置１０は、ランダム信号系列計算手段１１と相関値計算手段１２と透かし信号係数決定手段１３と透かし信号加算手段１４とを備えている。
【００１３】
ランダム信号系列計算手段１１は、特定の鍵情報と透かし情報ビット数を入力として、透かし情報ビット数と同数のランダム信号系列を生成する手段である。相関値計算手段１２は、透かしを埋め込む対象となる原画像とランダム信号系列計算手段１１で算出された複数のランダム信号系列との相関値を計算する手段である。透かし信号係数決定手段１３は、相関値計算手段１２で算出された相関値を元に、透かし情報ビットデータと閾値情報を入力として後段の透かし信号加算手段１４でランダム信号系列を加算するための係数を計算する手段である。透かし信号加算手段１４は、ランダム信号系列計算手段１１で算出された複数のランダム信号系列に透かし信号係数決定手段１３で算出された係数を乗算した信号系列を原画像に加算することにより、透かし埋め込み済みの出力画像を生成する手段である。
【００１４】
次に、実施の形態１の画像電子透かし埋め込み装置１０の動作について説明する。
画像電子透かし埋め込み装置１０は、透かし埋め込み対象となる原画像Ｏ、鍵情報Ｋ、透かし情報ビットデータＷ、閾値情報αを入力情報とする。
まず、ランダム信号系列計算手段１１において、鍵情報Ｋ、透かし情報ビットデータＷのうち透かし情報ビット数（図内では入力線を省略している）、原画像Ｏの画像サイズを入力として、原画像Ｏの画像サイズのピクセル数と同数のランダム信号から成るランダム信号系列を、透かし情報ビット数と同数分だけ算出する。
【００１５】
図２にその具体的処理を示す。ランダム信号系列計算手段１１は、入力された鍵情報Ｋを用いて、［原画像Ｏの画像サイズ］×［透かし情報ビット数（ｎビットとする）］の数だけ乱数値を生成する。図内では、その乱数値を原画像Ｏの画像サイズ毎にまとめ、「Ｒａｎｄｏｍ  Ｉｍａｇｅ」としてＲ１、Ｒ２、Ｒ３、・・・、Ｒｎと表現している。そして、それらの乱数値集合に対してＬＰＦ（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）による処理を行う。これを図内では「Ｒａｎｄｏｍ  Ｓｍｏｏｔｈ  Ｐａｔｔｅｒｎｓ」としてＰ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・Ｐｎとして表現している。ランダム信号系列計算手段１１は、このＰ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・Ｐｎをランダム信号系列として出力する。
【００１６】
次に、相関値計算手段１２において、原画像Ｏとランダム信号系列Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・Ｐｎとの相関値を算出する。原画像Ｏとランダム信号系列Ｐ１との相関値をＣ１、原画像Ｏとランダム信号系列Ｐ２との相関値をＣ２、原画像Ｏとランダム信号系列Ｐ３との相関値をＣ３、・・・原画像Ｏとランダム信号系列Ｐｎとの相関値をＣｎと表現し、相関値計算手段１２はＣ１、Ｃ２、Ｃ３、・・・Ｃｎを出力する。
【００１７】
次に、透かし信号係数決定手段１３において、相関値算出手段１２で算出した相関値Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、・・・Ｃｎを用いて、後段の透かし信号加算手段１４で原画像Ｏにランダム信号系列計算手段で算出したランダム信号系列Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・Ｐｎを加算するための係数を算出する。
【００１８】
ここで、電子透かしの埋め込みの方式を説明する。
図３は、相関値Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、・・・Ｃｎの発生確率分布の概念を示したものである。通常、ランダム信号系列は原画像Ｏとはほぼ無関係の画像であるため、その相関値は０付近に集中して発生し、逆に±１付近にはほぼ発生が見られないことが想定される。そこで、相関の閾値として±α（０＜α＜１）という値を設定し、閾値±αの外側の事象（相関値の絶対値がα以上となる事象）の発生確率がおおむね０に近いようにする（例えば１０の−８乗など）。この±αが「閾値情報」である。
【００１９】
電子透かしのビット情報の埋め込み方の一例として、
・ｉビット目にビット１を埋め込む場合は、Ｐｉと透かし埋め込み画像との相関を−α〜＋αの範囲外になるようにする。
・ｉビット目にビット０を埋め込む場合は、Ｐｉと透かし埋め込み画像との相関を−α〜＋αの範囲内になるようにする。
という方式が考えられる。すなわち、ランダム信号系列Ｐｉとの画像相関が範囲（−α，＋α）にある場合とその範囲外にある場合とで透かしビット情報を区別しようとする考え方である（もちろん、上記例とビット１／０が入れ替わっても良く、ビット１を−α〜＋αの範囲内、ビット０を−α〜＋αの範囲外、と設定しても良い）。
【００２０】
透かし埋め込み画像に対して相関値を−α〜＋αの範囲外になるよう設定するために、原画像Ｏにランダム信号系列Ｐｉの加算を行う。一般に、原画像Ｏにランダム信号系列Ｐｉを加算すると相関値は増加するため、元の相関値Ｃｉが正の値で、ｉビット目にビット１を埋め込む場合には、相関値を＋α以上にすべくランダム信号系列Ｐｉを加算すれば良い。これを表したのが図４である。なお、図４の例は元の相関値Ｃｉが正の値の場合であり、逆に元の相関値Ｃｉが負の値なら、ｉビット目にビット１を埋め込む場合には、相関値を−αより小さくするため加算ではなく減算を行う必要がある。
【００２１】
ただし、ただ単純に原画像Ｏに対してＰｉそのものを足しあわせた（あるいは減算した）だけだと、通常は閾値＋αを大きく超えることができる一方、透かし埋め込み画像が元の原画像Ｏに対し大きく劣化する懸念が存在する。そのため、原画像Ｏにランダム信号系列Ｐｉをそのまま加算するのではなく、ある特定の係数値ｍｉ（０＜ｍｉ＜１）を乗算した値を加算するものとする。これを「透かし信号係数」と呼ぶ。透かし信号係数決定手段１３ではこの透かし信号係数ｍｉを計算することを主な処理とする。
【００２２】
透かし信号係数算出処理の一例を次に示す。
原画像Ｏのピクセル値をｘｊ、ランダム信号系列Ｐｉのピクセル値をｙｊ（ｊはピクセル番号）とすると、入力信号Ａとランダム信号系列Ｐｉの相関値ｒｘｙは、その定義より次式で表現される。
2013009162.tif 000003
【００２３】
ここで、図４に示すように、ランダム信号系列Ｐｉと、透かし信号係数ｍｉを乗算したランダム信号系列Ｐｉを原画像Ｏに加算した画像信号との相関値を計算する場合、その相関値ｒｘｙ’は次式のようになる。
2013009162.tif 000004
ここで、
2013009162.tif 000005
として、式１を変形すると、次式のように表現される。
2013009162.tif 000006
【００２４】
こうして得られる相関値が範囲（−α，＋α）の範囲外にあるためには、その二乗の値がα２を上回る必要がある。すなわち、
2013009162.tif 000007
を満たす必要がある。この式を変形すると、
2013009162.tif 000008
となる。この式はｍｉに関する連立二次不等式と見ることができる。この不等式を解くと、
2013009162.tif 000009
となる（｜α｜＜１、かつ相関値の定義より（ｖｘｖｙ−ｖｘｙ２）≧０が常に成り立つため、上記不等式解の２つの境界値は、どちらも常に実数値を取ることになる）。
【００２５】
従って、ビット１を埋め込む場合には、Ｐｉと透かし埋め込み画像との相関を−α〜＋αの範囲外にすべく、ｍｉを上記の不等式を満たす範囲に設定し、ビット０を埋め込む場合には、Ｐｉと透かし埋め込み画像との相関を−α〜＋αの範囲内にすべく、ｍｉを上記の不等式を満たさない範囲に設定（すなわち、上記不等式解の境界値の間に挟まれた範囲に設定）すれば良い（なお、ｍｉ＝０を取り得る場合には、画質劣化を避けるために極力ｍｉ＝０とする）。なお、元の相関値ｒｘｙが正であれば、上記条件の範囲下でｍｉを正の値に、負であればｍｉを負の値に設定する。
【００２６】
このようにすれば、ｒｘｙと同一の符号に保ったまま埋め込みビット情報に合わせてｒｘｙ’を−α〜＋αの範囲内外に振り分けるように透かし信号係数ｍｉを決定することは可能である。透かし信号係数決定手段１３では、透かし情報ビットデータＷの各ビット値に対し、原画像Ｏの各ピクセル値、ランダム信号系列計算手段１１より出力されたランダム信号系列Ｐｉの各ピクセル値、および閾値情報αを用いて、上記方法により各ビットに対応する透かし信号係数ｍｉを算出して出力する。
【００２７】
次に、透かし信号加算手段１４では、透かし信号係数決定手段１３で出力されたｍｉを用いて、ランダム信号系列計算手段１１より出力されたランダム信号系列Ｐｉの各ピクセル値にｍｉを乗算し、その乗算結果を原画像Ｏの対応する各ピクセルに加算する。そして、その結果としての画像Ｅを透かし埋め込み画像として出力する。透かし埋め込み画像Ｅは画像電子透かし埋め込み装置１０の出力画像となる。
【００２８】
続いて、電子透かしの検出について説明する。
図５は本発明の示す画像電子透かし検出装置の構成図である。図５の画像電子透かし検出装置２０は、ランダム信号系列計算手段２１と、相関値計算手段２２と、透かし情報算出手段２３と、固有ＩＤ算出手段２４とを備えている。
【００２９】
ランダム信号系列計算手段２１は、特定の鍵情報と透かし情報ビット数を入力として、透かし情報ビット数と同数のランダム信号系列を生成する手段である。相関値計算手段２２は、透かしを検出する対象となる原画像とランダム信号系列計算手段２１で算出された複数のランダム信号系列との相関値を計算する手段である。透かし情報算出手段２３は、相関値計算手段２２で算出された相関値および閾値情報を元に、透かしとして埋め込まれたビット情報を算出する手段である。固有ＩＤ算出手段２４は、相関値計算手段２２で算出された相関値を元に、画像に固有のＩＤ情報を算出する手段である。
【００３０】
次に、画像電子透かし検出装置２０の動作について説明する。
画像電子透かし検出装置２０は、透かし検出対象となる画像Ｅ、鍵情報Ｋ、透かし情報ビット数ｎ、閾値情報αを入力情報とする。
まず、ランダム信号系列計算手段２１において、鍵情報Ｋ、透かし情報ビット数ｎ、検出対象画像Ｅの画像サイズを入力として、検出対象画像Ｅの画像サイズのピクセル数と同数のランダム信号から成るランダム信号系列を、透かし情報ビット数と同数分だけ算出する。その具体的処理については画像電子透かし埋め込み装置１０のランダム信号系列計算手段１１と同様で、図２に示した通りなので、ここでは説明を省略する。
【００３１】
次に、相関値計算手段２２において、検出対象画像Ｅとランダム信号系列Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・Ｐｎとの相関値を算出する。検出対象画像Ｅとランダム信号系列Ｐ１との相関値をＣ１、検出対象画像Ｅとランダム信号系列Ｐ２との相関値をＣ２、検出対象画像Ｅとランダム信号系列Ｐ３との相関値をＣ３、・・・検出対象画像Ｅとランダム信号系列Ｐｎとの相関値をＣｎと表現し、相関値計算手段２２はＣ１、Ｃ２、Ｃ３、・・・Ｃｎを出力する。
【００３２】
次に、透かし情報算出手段２３において、相関値算出手段２２で算出した相関値Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、・・・Ｃｎ、および画像電子透かし検出装置２０に入力された閾値情報αを用いて、検出対象画像Ｅに透かしとして埋めこまれた透かし情報ビットデータＷを算出する。具体的には、前述の通り、電子透かしのビット情報の埋め込み方は、
・ｉビット目にビット１を埋め込む場合は、相関値を−α〜＋αの範囲外になるようにする。
・ｉビット目にビット０を埋め込む場合は、相関値を−α〜＋αの範囲内になるようにする。
としていたので、透かし情報算出手段２３では閾値情報αを用いて、
・Ｃｉが−α〜＋αの範囲外の場合は、ｉビット目にビット１を埋め込んであると判断する。
・Ｃｉが−α〜＋αの範囲内の場合は、ｉビット目にビット０を埋め込んであると判断する。
という方式で、各ビット情報の検出を実施する。その検出結果を合わせて、透かし情報ビットデータＷとして出力する。透かし情報ビットデータＷは画像電子透かし検出装置２０の出力情報となる。
【００３３】
一方、固有ＩＤ算出手段２４では、相関値算出手段２２で算出した相関値Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、・・・Ｃｎを用いて、画像に固有のＩＤ情報を算出する。具体的には、相関値Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、・・・Ｃｎの正負を見て、「正であればビット１」「負であればビット０」と判断する（もちろんその逆に「正であればビット０」「負であればビット１」と判断するとしてもよい）。その算出結果を合わせて、画像固有ＩＤ情報Ｉとして出力する。画像固有ＩＤ情報Ｉは画像電子透かし検出装置２０の出力情報となる。
【００３４】
なお、画像電子透かし埋め込み装置１０での電子透かし埋め込み方式は、元の入力画像とランダム信号系列との相関値に対する正負を動かさないように電子透かしを埋め込んでいるため、このようにして算出される画像固有ＩＤは、透かし埋め込み前の元画像の画像固有ＩＤに原理的に一致する。
【００３５】
以上説明したように、実施の形態１の画像電子透かし埋め込み装置によれば、鍵情報を元に、透かし情報ビットデータのビット数と同数のランダム信号系列を生成するランダム信号系列計算手段と、入力画像とランダム信号系列との相関値を計算する相関値計算手段と、相関値に対して、予め設定された閾値情報と透かし情報ビットデータとを入力として、透かし信号加算のための係数を決定する透かし信号係数決定手段と、ランダム信号系列に透かし信号係数決定手段で決定した係数を乗算した値を、透かし信号として入力画像のピクセル値に加算することにより電子透かしを埋め込む透かし信号加算手段とを備えたので、元の画像に対してランダム信号系列との相関値の正負より固有ＩＤを算出する方式に対してビット値の変更を伴う等の影響を与えることなく電子透かし情報を埋め込むことが可能になるという効果を有する。
【００３６】
また、実施の形態１の画像電子透かし埋め込み装置によれば、透かし信号係数決定手段は、閾値情報の値として±α（０＜α＜１）を入力とし、ビット１を埋め込む場合は相関絶対値がαより小さくなるように、ビット０を埋め込む場合は相関絶対値がαより大きくなるように係数を決定するか、または、ビット０を埋め込む場合は相関絶対値をαより小さくなるように、ビット１を埋め込む場合は相関絶対値がαより大きくなるように係数を決定するようにしたので、ビット値の変更を伴う等の影響を与えることなく電子透かし情報を埋め込むことができる。
【００３７】
また、実施の形態１の画像電子透かし検出装置によれば、鍵情報を元に、透かし情報のビット数と同数のランダム信号系列を生成するランダム信号系列計算手段と、入力画像とランダム信号系列との相関値を計算する相関値計算手段と、相関値に対して予め設定された閾値情報を入力として、透かし情報ビットデータを算出する透かし情報算出手段と、相関値の正負を元にビット情報を決定し、画像の固有ＩＤを算出する固有ＩＤ算出手段とを備えたので、電子透かしが埋め込まれた画像に対して、ランダム信号系列との相関値を算出し、その正負を見ることにより画像固有ＩＤを算出する一方で電子透かしとして埋め込まれた情報を同時並行的に算出することができる。
【００３８】
また、実施の形態１の画像電子透かし検出装置によれば、透かし情報算出手段は、閾値情報の値として±α（０＜α＜１）を入力とし、相関絶対値がαより小さい場合はビット１、相関絶対値がαより大きい場合はビット０と判定するか、または、相関絶対値がαより小さい場合はビット０、相関絶対値がαより大きい場合はビット０と判定するようにしたので、電子透かしとして埋め込まれた情報を確実に検出することができる。
【００３９】
実施の形態２．
実施の形態１では、閾値情報αを設定してランダム信号系列との相関値を範囲（−α、＋α）の範囲内外に振り分けることで電子透かしビット情報を埋め込むようにしたものであるが、次に、閾値情報を複数設定して電子透かしを埋め込むことにより、透かしが埋め込まれていない画像から電子透かし情報が検出されるのを防ぐ例を実施の形態２として示す。
【００４０】
実施の形態１に示した電子透かし検出方式に従って、電子透かしが埋め込まれていない画像信号を入力画像として検出を実行した場合、ランダム信号系列との相関値の発生事象は図３に概念図として示した通り、その大部分は範囲（−α、＋α）内におさまることになる。よって、電子透かしの検出結果としては、ほぼ全ての場合において「全てのビットにおいてビット０が埋め込まれている」と判断されることになる。すなわち、何も埋め込んでいないはずの画像からも（全てビット０の場合に限らず）何らかのビット情報が得られてしまうという現象が発生する（この現象が実際の利用において問題となるかどうかは、その利用方法に依存する）。
【００４１】
本実施の形態では、この現象を回避することを目的とする。なお、実施の形態２における画像電子透かし埋め込み装置の図面上の構成は図１と同様であるため、図１を用いて説明を行う。
図６は、画像電子透かし埋め込み装置１０の入力としての閾値情報をα１、α２と２種類設定した場合の相関値の数直線を示したものである。なお、α１の値は、閾値±α１の外側の事象（相関値の絶対値がα１以上となる事象）の発生確率がおおむね０に近いようにする（例えば１０の−８乗など）。
【００４２】
ここで、透かし信号係数決定手段１３では、透かし情報ビット０／１の埋め込みと相関値との関連において、以下のように判断する。
・      〜−α２：ビット１を埋め込む。
・−α２〜−α１：ビット０を埋め込む。
・−α１〜＋α１：ビットを埋め込まない。
・＋α１〜＋α２：ビット０を埋め込む。
・＋α２〜    ：ビット１を埋め込む。
そこで、各々の閾値情報α１、α２を実施の形態１で示した式２に当てはめ、透かし信号係数ｍｉに対する不等式境界値（α１に対応するものをγ１＋、γ１−、α２に対応するものをγ２＋、γ２−とする）を求めた上で、図７に示すような区分けで透かし信号係数ｍｉの値を決定する。
【００４３】
次に、実施の形態２の画像電子透かし検出装置２０について説明する。なお、実施の形態２の画像電子透かし検出装置２０についても図面上の構成は図５と同様であるため、図５を用いて説明する。
実施の形態２の画像電子透かし検出装置２０の透かし情報算出手段２３では、相関値算出手段２２で算出した相関値Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、・・・Ｃｎ、および画像電子透かし検出装置２０に入力された複数の閾値情報α１、α２を用いて、検出対象画像Ｅに透かしとして埋めこまれた透かし情報ビットデータＷを算出する。具体的には、Ｃｉの値が、
・    〜−α２：ビット１を埋め込んであると判断する。
・−α２〜−α１：ビット０を埋め込んであると判断する。
・−α１〜＋α１：ビットが埋め込まれていないと判断する。
・＋α１〜＋α２：ビット０を埋め込んであると判断する。
・＋α２〜    ：ビット１を埋め込んであると判断する。
というように、透かし情報ビットデータＷの各ビットに対応する相関値への判断を行う。ここで、各ビットのうち１ビットでも「ビットが埋め込まれていないと判断」された場合は、透かし情報ビットデータＷの全体が無効であると判断し、該当の画像には電子透かし情報が埋め込まれていない、と判断する。
【００４４】
以上説明したように、実施の形態２の画像電子透かし埋め込み装置によれば、透かし信号係数決定手段は、閾値情報の値として±α１、±α２（０＜α１＜α２＜１）を入力とし、ビット１を埋め込む場合は相関絶対値がα１より大きく、かつα２より小さくなるように、ビット０を埋め込む場合は相関絶対値がα２より大きくなるように、係数を決定するか、または、ビット０を埋め込む場合は相関絶対値がα１より大きく、かつα２より小さくなるように、ビット１を埋め込む場合は相関絶対値がα２より大きくなるように係数を決定するようにしたので、ビットを埋め込まない相関値の区間が設けられ、何も埋め込んでいないはずの画像から電子透かし情報ビットデータが得られることを防止することができる。
【００４５】
また、実施の形態２の画像電子透かし検出装置によれば、透かし情報算出手段は、閾値情報の値として±α１、±α２（０＜α１＜α２＜１）を入力とし、相関絶対値がα１より大きく、かつα２より小さい場合はビット１、相関絶対値がα２より大きい場合はビット０と判定するか、または、相関絶対値がα１より大きく、かつα２より小さい場合はビット０、相関絶対値がα２より大きい場合はビット１と判定するようにしたので、確実に電子透かし情報を得ることができる。
【００４６】
実施の形態３．
上記実施の形態２では、閾値情報を複数設定して電子透かしを埋め込むことにより、透かしを埋め込んでいない画像から電子透かしが検出されるのを防ぐ例を示したが、次に、電子透かしとして埋め込む情報を誤り訂正符号化し、全てビット０となる透かし信号ビットデータが誤り訂正符号化ビットデータの訂正範囲外となるようにビット変換を行う例を実施の形態３として説明する。
【００４７】
図８は本実施の形態で示す画像電子透かし埋め込み装置１０ａの構成図である。画像電子透かし埋め込み装置１０ａは、ランダム信号系列計算手段１１ａ、相関値計算手段１２、透かし信号係数決定手段１３ａ、透かし信号加算手段１４、誤り訂正符号化手段１５、ビット変換手段１６を備えており、相関値計算手段１２及び透かし信号加算手段１４は、実施の形態１、２と同様の手段である。また、誤り訂正符号化手段１５は、透かし情報ビットデータを入力として誤り訂正符号化を行う手段、ビット変換手段１６は、誤り訂正符号化ビットデータをビット変換する手段であり、これら手段は実施の形態３に特有の構成である。更に、実施の形態３のランダム信号系列計算手段１１ａは、透かし情報ビット数（ｎビット）ではなく誤り訂正符号化手段１５で用いる誤り訂正符号化方式の冗長符号化ビット数（ｎ＋ｋビット）の分だけランダム信号系列Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・Ｐｎ＋ｋを出力するよう構成されている。また、透かし信号係数決定手段１３ａは、透かし情報ビット数（ｎビット）ではなく、ビット変換手段１６から出力された透かし信号ビットデータを入力として係数を演算するよう構成されている。
【００４８】
次に、実施の形態３の動作について説明するが、ランダム信号系列計算手段１１ａ、相関値計算手段１２、透かし信号係数決定手段１３ａ、透かし信号加算手段１４の基本的な動作については、実施の形態１、２と同様なのでここでの説明を省略する。ただし、ランダム信号系列計算手段１１ａは、透かし情報ビット数（ｎビット）ではなく誤り訂正符号化手段１５で用いる誤り訂正符号化方式の冗長符号化ビット数（ｎ＋ｋビット）の分だけランダム信号系列Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・Ｐｎ＋ｋを出力する。なお、冗長符号化ビット数は誤り訂正符号化手段１５の誤り訂正符号化方式に合わせて、予めプリセットされているものとする。
【００４９】
誤り訂正符号化手段１５では、透かし情報ビットデータＷを入力として、誤り訂正のための冗長符号化（ＢＣＨ符号など）を行う。冗長符号化の目的としては、誤り訂正による検出能力の向上の他、「電子透かしが検出されない」状態をこの冗長符号化ビット列の訂正能力外に作ることにより、電子透かしが埋め込まれていない画像から有意な電子透かし情報が検出されることを防ぐことにある。ビット変換手段１６では、この目的に沿うためのビット変換を実施する。
【００５０】
これらの操作の概念を符号空間上で示したのが図９である。透かし情報ビットデータＷのビット数をｎとすると、透かし情報ビットデータＷは２ｎビット符号空間上での一つの点（要素）として表現される。これを誤り訂正符号化により（ｎ＋ｋ）ビットの冗長符号化ビットデータＲに変換したとすると、冗長符号化ビットデータＲは２ｎ＋ｋビット符号空間上での一つの点（要素）として表現される。さらに、その誤り訂正符号のビット訂正能力をｒとすると、Ｒに２ｎ＋ｋビット符号空間上の点を中心とする半径ｒの範囲（Ｒと比較して、異なるビット数がｒビット以内である２ｎ＋ｋビット符号データの集合）は誤り訂正可能な範囲として定義される。
【００５１】
ここで、例えばＢＣＨ符号のような誤り訂正符号化方式を用いた場合、情報ビットデータが全て０だと冗長符号化ビットデータも全て０より構成される（ｎ＋ｋ）ビットのビット列となる。一方、何も電子透かしを埋め込まない画像からの電子透かし検出を行った場合、ランダム信号系列Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・Ｐｎ＋ｋとの相関値の発生確率分布は図３に概念として示した通り、その大部分が０付近に集中するため、閾値±αによりビット０／１を判定した場合、その大部分がビット０と判定されてしまう。
【００５２】
このため、「全てビット０」の冗長符号化ビットデータをそのまま電子透かし信号ビットデータとして画像に埋め込んでしまうと、何も電子透かしを埋め込んでいない画像からの電子透かし検出を行った場合の検出結果との区別が付かなくなり、結局、何も電子透かしを埋め込んでいない画像を「全てビット０が埋め込んである」と判定せざるを得なくなってしまう。こうした事態を防ぐため、「全てビット０」が検出される状態を「異常状態」として誤り訂正符号の訂正能力の範囲外にシフトさせることを考える。
【００５３】
ビット変換手段１６において、透かし情報ビットデータＷより生成した冗長符号化ビットデータＲに対し、冗長符号化ビットデータＲと同ビット数の任意に決定した固定ビットデータとのＸＯＲ演算を行うビット変換を実施し、最終的に透かし信号として画像に埋め込むための透かし信号ビットデータＱとして出力する。こうすることで、透かし情報ビットデータＷが「全てビット０」の場合は透かし信号ビットデータＱは「全てビット０」ではなくなり、逆に透かし信号ビットデータとして「全てビット０」が検出された状態を誤り訂正符号化訂正能力外に置くことができる（ＸＯＲ演算を行う任意の固定ビット列の設定の仕方による）。そのため、「何も埋め込まれていない状態」を「誤り訂正不可」として「全てビット０」の透かし情報ビットデータを埋め込んだ場合と明確に区別することが可能となる。
【００５４】
なお、言うまでもないが、誤り訂正符号化手段１５で用いる誤り訂正符号化はＢＣＨ符号に限定するものではなく、ビット変換手段１６で行うビット変換についても任意の固定ビットデータとのＸＯＲ演算に限定するものではない（ただし、誤り訂正符号化手段１５で用いる誤り符号化方式について、そもそも「全てビット０」の符号化ビット列が誤り訂正能力外にあるような方式の場合は、後段のビット変換は不要となる）。
【００５５】
次に、実施の形態３における画像電子透かし検出装置について説明する。
図１０は、本実施の形態の画像電子透かし検出装置２０ａの構成図である。図１０の画像電子透かし検出装置２０ａは、ランダム信号系列計算手段２１ａ、相関値計算手段２２、透かし情報算出手段２３ａ、固有ＩＤ算出手段２４、ビット変換手段２５、誤り訂正復号手段２６を備えている。ここで、相関値計算手段２２及び固有ＩＤ算出手段２４は、図５に示した実施の形態１、２と同様の構成である。ビット変換手段２５は、透かし情報算出手段２３ａより算出された透かし信号ビットデータを変換する手段、誤り訂正復号手段２６は、ビット変換手段２５の出力するデータを入力として、誤り訂正復号処理を行う手段であり、これら手段は本実施の形態に特有の構成である。また、ランダム信号系列計算手段２１ａは、透かし情報算出手段２３ａの透かし信号ビットデータＱのビット数と同数のランダム信号系列を生成するよう構成され、透かし情報算出手段２３ａは、閾値情報αに基づいて透かし信号ビットデータＱを算出するよう構成されている。
【００５６】
ビット変換手段２５は、透かし情報算出手段２３ａの出力する透かし信号ビットデータＱに対して図８の画像電子透かし埋め込み装置１０におけるビット変換手段１６におけるビット変換処理に対応するビット変換手段を行い、冗長符号化ビットデータＲとして出力する。具体的には、ビット変換手段１６と同様、冗長符号化ビットデータと同ビット数の任意に決定した固定ビットデータとのＸＯＲ演算を行うビット変換を実施する。誤り訂正復号手段２６は、ビット変換手段２５の出力する冗長符号化ビットデータＲに対して図８の画像電子透かし埋め込み装置１０ａにおける誤り訂正符号化手段１５の誤り訂正符号化方式（例えばＢＣＨ符号）に対応する誤り訂正復号処理を行い、透かし情報ビットデータＷとして出力する。
【００５７】
以上説明したように、実施の形態３の画像電子透かし埋め込み装置によれば、透かし情報ビットデータを入力として、冗長誤り訂正符号化した冗長符号化ビットデータを出力する誤り訂正符号化手段と、冗長符号化ビットデータを入力としてビット変換を行い、透かし信号ビットデータを出力するビット変換手段とを備え、ランダム信号系列計算手段は、透かし情報ビットデータのビット数に代えて誤り訂正符号化手段における冗長符号化ビット数とし、そのビット数と同数のランダム信号系列を生成し、透かし信号係数決定手段は、透かし情報ビットデータに代えて、ビット変換手段から出力された透かし信号ビットデータを入力として、透かし信号加算のための係数を決定するようにしたので、全てビット０となる透かし信号ビットデータがこの符号化ビット列集合の範囲外となるようにビット変換を行うことにより、何も埋め込んでいないはずの画像から電子透かし埋め込みビット情報が得られることを防止することができる。
【００５８】
また、実施の形態３の画像電子透かし検出装置によれば、鍵情報を元に、透かし信号ビットデータのビット数と同数のランダム信号系列を生成するランダム信号系列計算手段と、入力画像とランダム信号系列との相関値を計算する相関値計算手段と、相関値に対して予め設定された閾値情報を入力として、透かし信号ビットデータを算出する透かし情報算出手段と、透かし信号ビットデータを入力としてビット変換を行い、冗長符号化ビットデータを出力するビット変換手段と、冗長符号化ビットデータを入力として誤り訂正復号を行い、復号結果として透かし情報ビットデータを出力する誤り訂正復号手段とを備えたので、何も埋め込んでいないはずの画像から電子透かし埋め込みビット情報を得るのを防止することができる。
【００５９】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１０，１０ａ  画像電子透かし埋め込み装置、１１，１１ａ，２１，２１ａ  ランダム信号系列計算手段、１２，２２  相関値計算手段、１３，１３ａ  透かし信号係数決定手段、１４  透かし信号加算手段、１５  誤り訂正符号化手段、１６  ビット変換手段、２０，２０ａ  画像電子透かし検出装置、２３，２３ａ  透かし情報算出手段、２４  固有ＩＤ算出手段、２５  ビット変換手段、２６  誤り訂正復号手段。
【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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【図９】
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【図１０】
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