(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル画像信号から複数の周波数帯域の変換係数を導出し、前記変換係数の全てもしくはその一部を要素として構成した数列に、デジタル情報をマッピングされた乱数列を乗算し、前記乗算の結果と前記数列とを用いて帯域合成により再構成されたデジタル画像信号を入力として、前記デジタル情報を抽出するデジタル情報抽出装置であって、
入力されたデジタル画像信号を複数の周波数帯域に分割し、前記分割された複数の周波数帯域の各周波数帯域ごとの変換係数を生成し、前記生成された変換係数の全てもしくはその一部を要素とした変換係数数列を出力する帯域分割手段と、
前記変換係数数列と、固有のデジタル情報がマッピングされた疑似乱数列との内積により相関値を算出する相関値算出部と、
前記相関値が所定の閾値よりも大きい場合に前記疑似乱数列を有意であると判定し、前記相関値が前記所定の閾値よりも小さい場合に前記疑似乱数列は埋め込まれていないと判定する擬似乱数列決定部と、
前記疑似乱数列決定部によって有意であると判定された前記疑似乱数列にマッピングされた前記固有のデジタル情報を生成する情報生成部と、
を含むデジタル情報抽出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル情報埋込み・抽出装置および方法並びに当該方法を実行するためのプログラムを記録した記録媒体に関し、より特定的には、デジタルデータの著作権保護のため、画像信号に著作者情報などのデジタルデータを埋込み、そして、抽出するデジタル情報埋込み・抽出装置および方法並びに当該方法を実行するためのプログラムを記録した記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、デジタル技術の進展により、音声、画像、映像などのマルチメディアデータをデジタル化し、高速大量に伝送し、利用するようになってきた。しかしながら、デジタル化されたマルチメディアデータは容易に複製できる。このため、著作権者からの正当な許諾を受けていない者が、デジタル画像を当該著作権者に無断で不正コピーを行い、二次的利用をするなどの問題が起こっている。
【０００３】
これらの対策の一つとして知られているものに電子透かし技術がある。電子透かしとは、画像データ内部に人間には知覚できないような形でデジタル情報を埋込む技術である。電子透かし技術により、著作権者の情報を人間に知覚できないような形で画像データなどに埋込むことにより、不正に利用された場合、埋込まれた情報を取り出し、証明することにより著作権を主張することができる。
【０００４】
従来の電子透かしの方法として、例えば、特開平９−１９１３９４号公報は、データをスペクトル分解し、知覚的に重要な成分中に正規分布あるいはランダム分布に従った透かし値を埋込む方法を提案している。より具体的には、透かしをＷｉ、透かし処理されるデータの周波数係数をｆｉ、透かし処理後の周波数係数をｆｉ’、スケーリングパラメータをαとすると、（数１）を用いて埋込みを行い、（数２）で抽出する。
【０００５】
【数１】
0004178647.tif 000002
【０００６】
【数２】
0004178647.tif 000003
【０００７】
この方法は、透かしを除去することが困難であるという長所があるが、透かしを挿入した周波数係数の位置を保存していないため、透かし値を抽出する際に透かし値を埋込む前のオリジナルデータを必要とする。
これに対し、特開平１０−３０８８６７号公報は、オリジナルデータの不要な方法を開示している。透かしをＷｉ、透かし処理されるデータの周波数係数をｆｉ、透かし処理後の周波数係数をｆｉ’、スケーリングパラメータをα、ａｖｇ（ｆｉ）をｆｉの局部平均とすると、（数３）を用いて埋込み、（数４）で抽出する。
【０００８】
【数３】
0004178647.tif 000004
【０００９】
【数４】
0004178647.tif 000005
【００１０】
（数４）の右辺からｆｉが消えたことによりオリジナルデータは不要になるが、ＤＣＴ（離散的コサイン変換）および、データの局部平均の逆数を計算する必要があり、画像データのような大量データに適用する場合、その算出コストが高くなる。
【００１１】
これらの発明を改善するものとして特開平１０−１４５７５７号公報がある。透かしをＷｉ、透かし処理されるデータの周波数係数をｆｉ、透かし処理後の周波数係数をｆｉ’、スケーリングパラメータをα、ａｖｇ（ｆｉ）をｆｉの局部平均、｜ｆｉ｜をｆｉの絶対値とすると、（数５）を用いて埋込み、（数６）で抽出する。
【００１２】
【数５】
0004178647.tif 000006
【００１３】
【数６】
0004178647.tif 000007
【００１４】
これは特開平１０−３０８８６７号公報において高くなった算出コストを削減するために透かし処理を小区域に分割し、透かしの部分集合を埋込む方式である。特に小区域が８×８の場合、動画像の圧縮符号化の一つであるＭＰＥＧの手順と結合することが可能であり、計算を節約できるという長所がある。しかし、データの局部平均の逆数を計算する必要があることには変わりはなく、算出コストは高い。
【００１５】
特開平１０−１４５７５７号公報はＭＰＥＧとの結合を考慮した発明であるので、以下、特開平１０−３０８８６７号公報の透かし埋込み方法および透かし抽出方法について説明する。
【００１６】
まず、透かし埋込み方法について、図１０を用いて説明する。透かし信号は、誤り訂正符号器８１へ入力される。誤り訂正符号器８１の出力は、拡散スペクトル変調器８２に入力される。拡散スペクトル変調器８２の出力は第１のスペクトル変換器８３に入力される。第１のスペクトル変換器８３の出力はスペクトル整形器８４に第１の入力として与えられる。一方、透かし処理を施すべきデータが第２のスペクトル変換器８５に入力される。第２のスペクトル変換器８５の出力は局部平均器８６で時間的あるいは空間的局部平均された後にスペクトル整形器８４に第２の入力として与えられるとともに、遅延器８７にも与えられる。スペクトル整形器８４の出力は加算器８８において遅延器８７の出力と加算される。加算器８８の出力は逆変換器８９で逆変換され、透かし処理済みデータが得られる。
【００１７】
次に透かし抽出方法について、図１１を用いて説明する。透かし処理済みデータをスペクトル正規化ユニット９１によりスペクトル正規化し、過去に施されたスペクトル整形を取り除く。次に、正規化された信号を相関器バンク９２Ａ〜９２Ｚにより分析する。各相関器は特定の疑似乱数シーケンスがあれば、そのシーケンスを検出し、正規化された信号とこれらの疑似乱数シーケンスとの相関を取り、相関関係の度合いを示す出力を判定回路９３に出力する。判定回路９３は、通常最大出力を示す相関器を選択し、当該相関器の出力を到来する現シンボルに対する最尤現シンボルとして、順次選択する。次に、最尤現シンボルのシーケンスを誤り訂正器９４に入力し、判定回路９３の判定結果の誤りを訂正する。誤り訂正器９４の出力として、抽出された透かし信号が得られる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の技術では、オリジナルデータを不要とするために、透かしを埋込む際に局部平均を求め、局部平均を用いてスペクトル整形を行う必要がある。また、透かしを抽出する際に、透かし信号埋込み時に行ったスペクトル整形を取り除くためにスペクトル正規化を行う。これは実際には、局部平均の逆数を計算することになる。さらに、透かし抽出時に複数の相関器を用い、最後に誤り訂正の処理が必要であった。従って、透かし信号を抽出する際の算出コストが高いという課題があった。
【００１９】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、透かし埋込み時に簡易なスペクトル整形を行い、透かし抽出時は内積計算を行うことにより、より簡易で算出コストが低く、しかも第三者には埋込んだデジタル情報が解読されにくい秘匿性を有するデジタル情報の埋込み・抽出を行なうことを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、離散ウェーブレット変換またはサブバンド分割のいずれかを用いて、デジタル画像信号を複数の周波数帯域の変換係数に分割する帯域分割手段と、固有のデジタル情報を疑似乱数列にマッピングするマッピング手段と、分割された前記複数の周波数帯域のうち、最も低い周波数帯域（以下、ＭＲＡという）以外の複数の周波数帯域（以下、ＭＲＲという）の変換係数の全てもしくはその一部で構成した数列に前記疑似乱数列を埋込む情報埋込み手段と、情報埋込み処理後の前記ＭＲＲと前記ＭＲＡとを用いて、前記疑似乱数列を埋込んだデジタル画像信号を再構成する帯域合成手段とを備える。
【００２１】
第２の発明は、デジタル画像信号を離散ウェーブレット変換またはサブバンド分割のいずれかにより分割し、最も低い周波数帯域（以下、ＭＲＡという）以外の複数の周波数帯域（以下、ＭＲＲという）の変換係数の全てもしくはその一部に第１の疑似乱数列を埋込み、更に再構成したデジタル画像信号を入力し、離散ウェーブレット変換またはサブバンド分割のいずれかを用いて、前記デジタル画像信号を複数の周波数帯域の変換係数に分割する帯域分割手段と、分割された前記複数の周波数帯域のうち、前記ＭＲＲの変換係数で構成した数列と第２の疑似乱数列との内積を求める相関値算出手段と、前記相関値算出装置の出力から第１の疑似乱数列を決定する疑似乱数列決定手段と、決定した第１の疑似乱数列にマッピングした固有のデジタル情報を生成する情報生成手段とを備える。
【００２２】
第３の発明は、疑似乱数列として、平均値０、分散値１の正規分布から選ばれた数列を用いる。
【００２３】
第４の発明は、相関値算出手段が出力する値が予め設定したしきい値より大きい場合に該当する疑似乱数列であると判断する疑似乱数列決定手段を備える。
【００２４】
第５の発明は、デジタル画像信号を複数の周波数帯域の変換係数に分割する際に、複数の階層に分割する帯域分割手段と、分割された複数の周波数帯域の中で第２階層以上のＭＲＲの変換係数の全てもしくはその一部で構成した数列に疑似乱数列を埋込む情報埋込み手段とを備える。
【００２５】
第６の発明は、ＭＲＲのうち水平方向が高周波数成分で垂直方向が低周波数成分である領域（以下、ＨＬ領域という）の変換係数の全てもしくはその一部と水平方向が低周波数成分で垂直方向が高周波数成分である領域（以下、ＬＨ領域という）の変換係数の全てもしくはその一部とで構成した数列に疑似乱数列を埋込む情報埋込み手段を備える。
【００２６】
第７の発明は、ＭＲＲのうち水平方向が高周波数成分で垂直方向が低周波数成分である領域（以下、ＨＬ領域という）の変換係数、および水平方向が低周波数成分で垂直方向が高周波数成分である領域（以下、ＬＨ領域という）の変換係数のいずれか一方の全てもしくはその一部から構成される数列に疑似乱数列を埋込む情報埋込み手段を備える。
【００２７】
第８の発明は、離散ウェーブレット変換またはサブバンド分割のいずれかを用いて、デジタル画像信号を複数の周波数帯域の変換係数に分割するステップと、固有のデジタル情報を疑似乱数列にマッピングするステップと、分割された前記複数の周波数帯域のうち、最も低い周波数帯域（以下、ＭＲＡという）以外の複数の周波数帯域（以下、ＭＲＲという）の変換係数の全てもしくはその一部で構成される数列に前記疑似乱数列を埋込むステップと、情報埋込み処理後の前記ＭＲＲと前記ＭＲＡとを用いて、前記疑似乱数列を埋込んだデジタル画像信号を再構成するステップとを備える。
【００２８】
第９の発明は、デジタル画像信号を離散ウェーブレット変換またはサブバンド分割のいずれかにより分割した最も低い周波数帯域（以下、ＭＲＡという）以外の複数の周波数帯域（以下、ＭＲＲという）の変換係数の全てもしくはその一部で構成した数列に第１の疑似乱数列を埋込み、更に再構成したデジタル画像信号を入力し、離散ウェーブレット変換またはサブバンド分割のいずれかを用いて、前記デジタル画像信号を複数の周波数帯域の変換係数に分割するステップと、分割された前記複数の周波数帯域のうち、前記ＭＲＲの変換係数で構成した数列と第２の疑似乱数列との内積を求めるステップと、求めた内積の値から第１の疑似乱数列を決定するステップと、決定した第１の疑似乱数列にマッピングした固有のデジタル情報を生成するステップとを備える。
【００２９】
第１０の発明は、疑似乱数列として、平均値０、分散値１の正規分布から選ばれた数列を用いる。
【００３０】
第１１の発明は、求めた内積が予め設定したしきい値より大きい場合に該当する疑似乱数列であると判断するステップを備える。
【００３１】
第１２の発明は、デジタル画像信号を複数の周波数帯域の変換係数に分割する際に、複数の階層に分割するステップと、分割された複数の周波数帯域の中で第２階層以上の前記ＭＲＲの変換係数の全てもしくはその一部で構成した数列に疑似乱数列を埋込むステップを備える。
【００３２】
第１３の発明は、ＭＲＲのうち水平方向が高周波数成分で垂直方向が低周波数成分である領域（以下、ＨＬ領域という）の変換係数の全てもしくはその一部と水平方向が低周波数成分で垂直方向が高周波数成分である領域（以下、ＬＨ領域という）の変換係数の全てもしくはその一部とで構成した数列に疑似乱数列を埋込むステップを備える。
【００３３】
第１４の発明は、ＭＲＲのうち水平方向が高周波数成分で垂直方向が低周波数成分である領域（以下、ＨＬ領域という）の変換係数、または水平方向が低周波数成分で垂直方向が高周波数成分である領域（以下、ＬＨ領域という）の変換係数のいずれか一方の全てもしくはその一部から構成される数列に疑似乱数列を埋込むステップを備える。
【００３４】
【発明の実施形態】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るデジタル情報埋込み・抽出装置の構成を示すブロック図である。図１において、第１の実施形態に係るデジタル情報埋込み部１ａは、帯域分割部１１と、マッピング部１２と、情報埋込み部１３と、帯域合成部１４とを備える。
【００３５】
帯域分割部１１について、図２を用い、離散ウェーブレット変換処理を用いて３階層に帯域分割を行う処理について説明する。
【００３６】
図２において、帯域分割部１１は、それぞれ同じ構成を有する第１〜第３の帯域分割フィルタ１００、２００および３００を備える。第１〜第３の帯域分割フィルタ１００、２００および３００は、入力した画像を４つの周波数帯域に分割し、各周波数帯域ごとのウェーブレット変換係数（以下、単に変換係数という）を算出する。なお、サブバンド分割によっても、離散ウェーブレット変換による帯域分割と等価である変換係数を得ることもできる。
【００３７】
帯域分割部１１は、デジタル画像信号７１を第１の帯域分割フィルタ１００に入力する。第１の帯域分割フィルタ１００は、デジタル画像信号７１を水平周波数成分と垂直周波数成分のパラメータに基づいて４つの帯域の信号、すなわち、ＬＬ１信号、ＬＨ１信号、ＨＬ１信号およびＨＨ１信号（以下、これらを総称して第１の階層信号という）に分割する。第２の帯域分割フィルタ２００は、上記第１の階層信号のうち最も低域のＬＬ１信号を入力し、さらに４つの帯域のＬＬ２信号、ＬＨ２信号、ＨＬ２信号およびＨＨ２信号（以下、これらを総称して第２の階層信号という）に分割する。そして、第３の帯域分割フィルタ３００は、上記第２の階層信号のうち最も低域のＬＬ２信号を入力し、さらに４つの帯域のＬＬ３信号、ＬＨ３信号、ＨＬ３信号およびＨＨ３信号（以下、これらを総称して第３の階層信号という）に分割する。
【００３８】
図３は、図２の第１の帯域分割フィルタ１００の詳細な構成の一例を示すブロック図である。図３において、第１の帯域分割フィルタ１００は、第１〜第３の２帯域分割部１０１〜１０３を備える。この第１〜第３の２帯域分割部１０１〜１０３は、それぞれ１次元の低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１１１〜１１３と、１次元の高域通過フィルタ（ＨＰＦ）１２１〜１２３と、信号を２：１に間引くダウンサンプラ１３１〜１３３および１４１〜１４３とを備える。
【００３９】
第１の２帯域分割部１０１は、デジタル画像信号７１を入力し、水平方向成分に関してＬＰＦ１１１およびＨＰＦ１２１により低域および高域のフィルタリングを行い、２つの信号を出力する。そして、低域および高域のフィルタリングがされた信号をそれぞれダウンサンプラ１３１および１４１を用いて２：１に間引いた後、次段に出力する。第２の２帯域分割部１０２は、ダウンサンプラ１３１からの信号を入力し、垂直方向成分に関してＬＰＦ１１２およびＨＰＦ１２２によりそれぞれフィルタリングを行い、ダウンサンプラ１３２および１４２を用いて２：１に間引いた後、ＬＬ１信号とＬＨ１信号の２つの信号を出力する。一方、第３の２帯域分割部１０３は、ダウンサンプラ１４１からの信号を入力し、垂直方向成分に関してＬＰＦ１１３およびＨＰＦ１２３によりそれぞれフィルタリングを行い、ダウンサンプラ１３３および１４３を用いて２：１に間引いた後、ＨＬ１信号とＨＨ１信号の２つの信号を出力する。
【００４０】
これにより、第１の帯域分割フィルタ１００からは、水平方向・垂直方向共に低域のＬＬ１信号、水平方向に低域で垂直方向に高域のＬＨ１信号、水平方向に高域で垂直方向に低域のＨＬ１信号および水平方向・垂直方向共に高域のＨＨ１信号の４つの信号、すなわち、変換係数が出力される。
【００４１】
なお、第２および第３の帯域分割フィルタ２００および３００も、入力される信号に対して上記と同様の処理を行う。
【００４２】
上述した第１〜第３の帯域分割フィルタ１００、２００および３００による帯域分割処理の結果、デジタル画像信号７１は、ＬＬ３信号、ＬＨ３信号、ＨＬ３信号、ＨＨ３信号、ＬＨ２信号、ＨＬ２信号、ＨＨ２信号、ＬＨ１信号、ＨＬ１信号およびＨＨ１信号の１０の帯域信号に分割される。図４は、これらを２次元周波数領域で表現した図である。
【００４３】
図４において、縦軸は垂直方向の周波数成分を表し下側に行くほど高域となり、横軸は水平方向の周波数成分を表し右側に行くほど高域となる。図４における各々の領域は１つの画像としてのデータであり、その領域の面積比は各々の帯域信号が有するデータ数の比に一致する。すなわち、第３の階層信号であるＬＬ３信号、ＬＨ３信号、ＨＬ３信号およびＨＨ３信号のデータ数を１とした場合、第２の階層信号であるＬＨ２信号、ＨＬ２信号およびＨＨ２信号のデータ数は４となり、第１の階層信号であるＬＨ１信号、ＨＬ１信号およびＨＨ１信号のデータ数は１６となる。
【００４４】
図１におけるマッピング部１２は、固有のデジタル情報に対応する疑似乱数列を生成する。この疑似乱数列は、平均値０、分散値１の正規分布で構成される母集団からランダムに選択することにより生成する。疑似乱数列は固有のデジタル情報に対して、ユニークなものを選択する。マッピング部１２は固有のデジタル情報と疑似乱数列との対応表を保持している。例えば、固有のデジタル情報が著作者名と作成日時から成る著作者情報の場合、この対応表は著作者情報と疑似乱数列を組みとして記述され、対応表中には同一の疑似乱数列は現れないように構成する。固有のデジタル情報、例えば著作者情報が入力されると、前記の対応表を参照して、疑似乱数列を出力する。
【００４５】
図１における情報埋込み部１３の一例を図５を用いて説明する。帯域分割部１１で分割した信号のＭＲＲの中から図２で示したＬＨ２の変換係数を予め設定した順序で読み出し、絶対値算出部３１の入力として与えると共に遅延器３２の入力として与える。絶対値算出部３１の出力は乗算器３３に第１の入力として与える。遅延器３２の出力は加算器３４に第１の入力として与える。一方、図１のマッピング部１２からの出力である疑似乱数列は乗算器３３に第２の入力として与えられる。乗算器３３では、絶対値算出部３１の出力と疑似乱数列Wiとを乗算し、さらにスケーリングパラメータαを乗ずる。乗算器３３の出力は加算器３４に第２の入力として与えられ、遅延器３２の出力と加算される。変換係数をｆｉ、｜ｆｉ｜をｆｉの絶対値、マッピング部１２からの出力である疑似乱数列をＷｉ、埋込み処理された変換係数をｆｉ’とすると、以上の処理は（数７）で表される。αは１より小さい正数を用いる。
【００４６】
【数７】
0004178647.tif 000008
【００４７】
上記に続いて、ＬＨ３の変換係数を予め設定した順序で読み出し、絶対値算出部３１の入力として与えると共に遅延器３２の入力として与える。以降の処理は、ＬＨ２の変換係数に対するものと同様である。なお、ここでは、ＬＨ２の変換係数に対する処理に続いて、ＬＨ３の変換係数に対する処理を行なったが、この処理の順序は、ＬＨ３の変換係数に対する処理を先に行なってもよい。ＬＨ２とＬＨ３の処理順序、およびＬＨ２、ＬＨ３の変換係数を読み出すために予め設定した順序は、埋込み処理を行なうためのキー情報であり、固有のデジタル情報を抽出する際にも用いる。
【００４８】
次に帯域合成部１４の処理について図６を用いて説明する。帯域合成部１４は、それぞれ同じ構成を有する第１〜第３の帯域合成フィルタ４００、５００および６００を備える。第１〜第３の帯域合成フィルタ４００、５００および６００は、４つの周波数帯域信号を入力し、１つの信号に合成して出力する。
【００４９】
第１の帯域合成フィルタ４００は、ＬＬ３信号、ＨＬ３信号およびＨＨ３信号、疑似乱数列の埋込み処理が終ったＬＨ３信号とを入力し、これらを合成してＬＬ２信号を作成する。第２の帯域合成フィルタ５００は、上記合成したＬＬ２信号と疑似乱数列の埋込み処理が終ったＬＨ２信号、およびＨＬ２信号とＨＨ２信号とを入力し、これらを合成してＬＬ１信号を作成する。そして、第３の帯域合成フィルタ６００は、上記合成したＬＬ１信号とＬＨ１信号、ＨＬ１信号、ＨＨ１信号とを入力し、これらを合成してデジタル画像信号７２を再構成する。
【００５０】
図７は、第１の帯域合成フィルタ４００の構成の一例を示すブロック図である。図７において、第１の帯域合成フィルタ４００は、第１〜第３の２帯域合成部４０１〜４０３を備える。この第１〜第３の２帯域合成部４０１〜４０３は、それぞれＬＰＦ４１１〜４１３と、ＨＰＦ４２１〜４２３と、信号に対して２：１の割合で零を挿入するアップサンプラ４３１〜４３３および４４１〜４４３と、加算器４５１〜４５３とを備える。
【００５１】
第１の２帯域合成部４０１は、ＬＬ３信号とＬＨ３信号とを入力して、それぞれアップサンプラ４３１および４４１を用いて２倍のサイズの信号に変換し、変換した２つの信号を垂直方向成分に関してＬＰＦ４１１およびＨＰＦ４２１でフィルタリングした後、加算して出力する。一方、第２の２帯域合成部４０２は、ＨＬ３信号とＨＨ３信号とを入力して、それぞれアップサンプラ４３２および４４２を用いて２倍のサイズの信号に変換し、変換した２つの信号を垂直方向成分に関してＬＰＦ４１２およびＨＰＦ４２２でフィルタリングした後、加算して出力する。そして、第３の２帯域合成部４０３は、加算器４５１および４５２の出力を入力して、それぞれアップサンプラ４３３および４４３を用いて２倍のサイズの信号に変換し、変換した２つの信号を水平方向成分に関してＬＰＦ４１３およびＨＰＦ４２３でフィルタリングした後、加算して出力する。
【００５２】
これにより、第１の帯域合成フィルタ４００からは、第２の階層信号である水平・垂直方向共に低域のＬＬ２信号が出力される。
【００５３】
なお、第２および第３の帯域合成フィルタ５００および６００も、入力する信号に対して上記と同様の処理を行う。帯域合成部１４は、上述のようにＬＬ３信号、ＬＨ１信号、ＬＨ２信号、ＬＨ３信号、ＨＬ１信号、ＨＬ２信号、ＨＬ３信号、ＨＨ１信号、ＨＨ２信号、ＨＨ３信号の１０の周波数帯域信号を、埋込み処理が行われたデジタル画像信号７２に再構成して出力する。
【００５４】
以上のように、本第１の実施形態に係るデジタル情報埋込み部１ａによれば、３階層に帯域分割を行い、ＭＲＲの中からＬＨ２、ＬＨ３の変換係数の絶対値と疑似乱数列とを任意の順に乗算し、さらにスケーリングパラメータを乗じた後に、ＬＨ２、ＬＨ３の変換係数を加算し、疑似乱数列を埋込む。
【００５５】
これにより、圧縮符号化を行っても埋込んだ疑似乱数列は保持される。すなわち、疑似乱数列に対応した固有のデジタル情報は保持され、簡易な構成でデジタル情報埋込み装置を実現できる。
【００５６】
なお、本第１の実施形態に係るデジタル情報埋込み部１ａにおいて行う離散ウェーブレット変換は、３つの階層に限られるものではなく、ＬＬ信号が１×１の要素になるまでならば、何回階層でも階層化してよい。
【００５７】
また、埋込みに用いる帯域はＬＨ２、ＬＨ３に限ったものではなく、ＭＲＲの中から任意の帯域を選択して用いてもよく、また、ＭＲＲ全域を用いてもよい。この場合、帯域の変換係数に対する処理の順序は、いずれの順序でもよいが、その順序は予め設定しておく必要がある。
【００５８】
（第２の実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態に係るデジタル情報埋込み・抽出装置の構成を示すブロック図である。第２の実施形態に関わるデジタル情報抽出部１ｂは、上記第１の実施形態に係るデジタル情報埋込み部１ａによって埋込まれたデジタル情報を抽出するためのものである。図８において、デジタル情報抽出部１ｂは、帯域分割部１１と、相関値算出部２１と、疑似乱数列決定部２２と、情報生成部２３とを備える。
【００５９】
なお、本第２の実施形態に係るデジタル情報抽出部１ｂの帯域分割部１１は、上記第１の実施形態に係るデジタル情報埋込み部１ａの帯域分割部１１と同様の構成であり、以下当該構成については、同一の参照番号を付してその説明を省略する。
【００６０】
帯域分割部１１は、デジタル画像信号７３を入力する。このデジタル画像信号７３は、上記第１の実施形態に係るデジタル情報埋込み部１ａの帯域合成部１４が出力するデジタル画像信号７２、あるいは圧縮符号化、伸長化の処理を行った信号である。帯域分割部１１は、入力されたデジタル画像信号７３に関して離散ウェーブレット変換を行って１０個の周波数帯域ＬＬ３信号、ＬＨ１信号、ＬＨ２信号、ＬＨ３信号、ＨＬ１信号、ＨＬ２信号、ＨＬ３信号、ＨＨ１信号、ＨＨ２信号、ＨＨ３信号に分割し、それぞれの変換係数を算出する。帯域分割部１１で分割したＭＲＲの中からＬＨ２、ＬＨ３の変換係数を第１の実施形態で行なったのと同じ順序、すなわちＬＨ２、ＬＨ３の順に、第１の実施例と同一の予め設定した順序で読み出し、数列の形で相関値算出部２１の第１の入力として与える。相関値算出部２１の第２の入力はデジタル画像信号７３に埋込まれていると推測される疑似乱数列を与える。相関値算出部２１では第１の入力であるＬＨ２、ＬＨ３の変換係数で構成される数列と第２の入力である疑似乱数列の内積を取り、疑似乱数列の長さで割る。この算出値は、ＬＨ２とＬＨ３の変換係数で構成した数列をｆｉ＊（処理あるいは改竄によってｆｉ’と微妙に異なると考える）、疑似乱数列をＶｉとすると（数８）で表される。
【００６１】
【数８】
0004178647.tif 000009
【００６２】
ここでＭはＬＨ２とＬＨ３の変換係数で構成した数列ｆｉ＊、および疑似乱数列Ｖｉの長さである。デジタル画像信号７３が５１２画素×５１２画素である場合、Ｍは最大２０４８０となる。（数８）において、疑似乱数列Ｖｉが（数７）の疑似乱数列Ｗｉと等しい場合（Ｖｉ＝Ｗｉ）、（数８）のｚはＶｉ≠Ｗｉの場合と比べ大きな値となる。
【００６３】
相関値算出部２１の出力は、疑似乱数列決定部２２に入力される。疑似乱数列決定部２２では予め設定されたしきい値と相関値算出部２１の出力を比較する。
【００６４】
疑似乱数列決定部２２で用いるしきい値の一例として、（数９）の値を用いる。
【００６５】
【数９】
0004178647.tif 000010
【００６６】
ここで、αは第１の実施形態で用いたスケーリングパラメータであり、ｐは２以上の正数である。
【００６７】
疑似乱数列決定部２２において、相関値算出部２１の出力がしきい値より大きい場合には、相関値算出部２１で用いた疑似乱数列が有意であるという出力を情報生成部２３の入力として与える。情報生成部２３では有意となった疑似乱数列を用いて、この疑似乱数列にマッピングした固有のデジタル情報を生成する。このマッピングには、第１の実施形態におけるマッピング部１２の保持する対応表と同一のものを用いて行なう。
【００６８】
一方、疑似乱数列決定部２２において、相関値算出部２１の出力が予め設定されたしきい値より小さい場合は、埋込まれていると推測される第２の疑似乱数列を用いて、同じ処理を行なう。埋込まれていると推測される全ての疑似乱数列を用いても、疑似乱数列決定部２２において疑似乱数列が有意であると判断できない場合は、疑似乱数列は埋込まれていないものと判断する。
【００６９】
以上のように、本第２の実施形態に係るデジタル情報抽出部１ｂによれば、埋込まれた周波数帯域の変換係数と埋込んだと思われる疑似乱数列との内積を求めることで相関値を算出し、予め設定されたしきい値と比較することにより、疑似乱数列を有意とし、固有のデジタル情報を生成する。
【００７０】
これにより、簡易な演算で固有のデジタル情報を抽出することができる。しかも、埋込まれた周波数帯域の情報、具体的には、用いた変換係数、変換係数の数列作成順序、疑似乱数列の長さを知らない第３者による固有のデジタル情報の解読を困難にしている。
【００７１】
なお、本第２の実施形態に係るデジタル情報抽出部１ｂにおいて行う相関値算出は、周波数帯域の変換係数と疑似乱数列との内積をその長さで割ったものに限るものではなく、内積の値でも同様な相関値を算出することができる。
【００７２】
なお、上記第１〜第２の実施形態に係るデジタル情報埋込み・抽出装置は、デジタル画像信号であればいずれでもよく、静止画像や動画像でもよい。例えば、毎秒３０フレームから構成されている動画像信号は、全てのフレームもしくは一部のフレーム（例えば５フレーム毎）に対して上述したデジタル情報の埋込み処理および抽出処理を適用すればよい。
【００７３】
なお、典型的には、上記第１〜第２の実施形態に係るデジタル情報埋込み・抽出装置の各処理は、コンピュータプログラム（以下、デジタル情報埋込み・抽出プログラムという）として実現される。図９は、そのシステム構成図である。５１はＣＰＵで、プログラムの動作を制御する。５２は主記憶装置で、プログラムや各種のデータが記憶される。５３はデジタル情報埋込み・抽出プログラムを記録した記録媒体である。記録媒体５３は、フロッピーディスクやＭＯなど読み書き可能な記録媒体ならば、何でもよい。また、ハードディスクなどの予めシステムに組み込まれ、可搬性のないものでもよい。デジタル情報埋込み・抽出プログラムは主記憶装置５２に読み込まれ、ＣＰＵ５１の制御によって動作する。また、処理に必要な各種の一時データは、主記憶装置５２に確保される。マッピング部１２で用いる固有のデジタル情報と疑似乱数列との対応表は、記録媒体５３に保持される。なお、デジタル情報埋込み・抽出プログラムと前記対応表の格納位置は、それぞれの格納位置が分かれば、いずれでもよい。
【００７４】
【発明の効果】
第１の発明によれば、画質低下を伴うことなく、さらに埋込まれた固有のデジタル情報の位置を記録することなく、固有のデジタル情報を埋込むことができる。
【００７５】
また、第２の発明によれば、簡易な構成で、固有のデジタル情報を抽出することができる。
【００７６】
また、第３の発明によれば、任意の長さの疑似乱数列を容易に生成することができるので、簡易な埋込み装置を構成することができる。さらには十分な長さの数列においては、その総和が０となり、内積を求めることで、相関値ピークを明確に示すことができる。これにより簡易な抽出装置を構成することができる。
【００７７】
また、第４の発明によれば、相関値算出手段の出力値を予め設定したしきい値と比較するだけで判断可能であるので、簡易な抽出装置を構成することができる。
【００７８】
また、第５の発明ないし第７の発明によれば、圧縮符号化のような高周波領域をカットする処理を経ても埋込んだデジタル情報を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るデジタル情報埋込み部１ａの構成を示すブロック図
【図２】図１の帯域分割部１１の構成を示すブロック図
【図３】図２の第１の帯域分割フィルタ１００の構成を示すブロック図
【図４】図１の帯域分割部１１によって離散ウェーブレット変換がされた後の各信号の２次元周波数領域での表現図
【図５】図１の情報埋込み部１３の構成を示すブロック図
【図６】図１の帯域合成部１４の構成を示すブロック図
【図７】図６の第１の帯域合成フィルタの構成を示すブロック図
【図８】本発明の第２の実施形態に係るデジタル情報抽出部１ｂの構成を示すブロック図
【図９】デジタル情報埋込み・抽出プログラムの動作するシステムの構成図
【図１０】従来の透かし埋込み方法の構成を示すブロック図
【図１１】従来の透かし抽出方法の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１ａ  デジタル情報埋込み部
１ｂ  デジタル情報抽出部
１１  帯域分割部
１２  マッピング部
１３  情報埋込み部
１４  帯域合成部
２１  相関値算出部
２２  疑似乱数列決定部
２３  情報生成部
３１  絶対値算出部
３２  遅延器
３３  乗算器
３４  加算器
５１  ＣＰＵ
５２  主記憶装置
５３  記録媒体
７１，７２，７３  デジタル画像信号
１００，２００，３００  帯域分割フィルタ
１０１〜１０３  ２帯域分割部
１１１〜１１３，４１１〜４１３  １次元の低域通過フィルタ（ＬＰＦ）
１２１〜１２３，４２１〜４２３  １次元の高域通過フィルタ（ＨＰＦ）
１３１〜１３３，１４１〜１４３  ダウンサンプラ
４００，５００，６００  帯域合成フィルタ
４０１〜４０３  ２帯域合成部
４３１〜４３３，４４１〜４４３  アップサンプラ
４５１〜４５３  加算器
【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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【図１１】
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