(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分割手段が、画像を分割して分割領域を設定する分割ステップと、
決定手段が、前記分割ステップで分割した前記分割領域の数により、前記画像の画像データに挿入される透かし情報により表現される情報の最大ビット数を決定する決定ステップと、
を含み、
前記分割ステップでは、
透かし情報を前記分割領域毎に挿入した上で圧縮による歪みを印加したデータについて、挿入した各透かし情報の検出可能性が規定値以上となる範囲で、前記画像を４分木分割することを特徴とする画像処理方法。
【請求項２】
更に、表示手段が、前記決定ステップにおいて決定された最大ビット数を表示するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の画像処理方法。
【請求項３】
画像を分割して分割領域を設定する分割手段と、
前記分割手段が分割した前記分割領域の数により、前記画像の画像データに挿入される透かし情報により表現される情報の最大ビット数を決定する決定手段と、
を備え、
前記分割手段は、
透かし情報を前記分割領域毎に挿入した上で圧縮による歪みを印加したデータについて、挿入した各透かし情報の検出可能性が規定値以上となる範囲で、前記画像を４分木分割することを特徴とする画像処理装置。
【請求項４】
更に、前記決定手段によって決定された最大ビット数を表示する手段を有することを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。
【請求項５】
請求項１または２のいずれかに記載の画像処理方法をコンピュータに実行させるプログラムを記憶した記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像に透かし情報を挿入する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルデータに透かしを入れることは、例えばデータと著作権情報を関連付けることによって、これらのデータを保護することを可能にする。原則として、透かしを入れることは、追加情報をデータとして符号化することに例えられる消えない透かしをデジタルデータに挿入することから成る。この追加情報を復号することは、挿入されている著作権情報をチェックすることを可能にする。
【０００３】
この挿入される透かしは、結果的に、デジタル画像に印加される特定の歪みに対して非感知的かつ堅固であり、しかも高い信頼度で検出可能でなくてはならない。従来、デジタル画像に透かし信号を挿入する通常の技法は、デジタル画像を表す係数の少なくとも１つの部分集合が、重み付け係数を使用したこの線形モデルに従って変調される線形変調モデルを使用することから成る。
【０００４】
デジタル画像の少なくとも一部分を表す係数の集合をＸ＝｛Ｘｉ，１≦ｉ≦Ｎ｝で表し、サイズＰ≦Ｎの透かしをｗ＝｛ｗｊ，１≦ｊ≦Ｐ｝で表すことにより、分布が既知であって平均がゼロの疑似ランダム信号の線形の挿入式を次に示す：
Ｘ'ｊ＝Ｘｊ＋ｂαｊｗｊ、但し、１≦ｊ≦Ｐ
ここに、｛Ｘｊ，１≦ｊ≦Ｐ｝は係数Ｘの集合の部分集合であり、ｂは１個の情報ビットであり、αｊは変調振幅とも呼ばれる重み付け係数である。
【０００５】
従って、透かしの検出は、疑似ランダム数列ｗが係数の集合内に挿入されているかどうかを検出することにある。この検出は、元の画像を用いずに実行され、正しい検出の確率算定を可能にする標準化された統計的テストに基づくことが可能である。ディテクタからの応答はバイナリ（イエス／ノー）であるので、この種の挿入技法は透かしの挿入により１つの単一情報を挿入することを可能にする。
【０００６】
比較的多数の情報ビットをデジタル画像に挿入するためには、特に、例えば当該画像の所有者または著者の名前またはアドレスを表示するＱビットのコード１つが必要とされる場合には、挿入されるべき情報ビットが存在する度毎に、既に述べた挿入方法を繰り返すことが必要である。一般に、２進信号を挿入するには、ｂ１かｂ−１のいずれかが用いられる。
【０００７】
他の方法において、Ｑ個の係数部分集合を選定し、これらの部分集合の変調がＱ個の透かしを選択することによって実行されなければならないものとする。係数の個別部分集合は、変調操作が相互に重なることのないように選定されることが好ましい。この場合、変調操作が相互に重なると、検出を妨害するか、或いは、面倒な視覚的効果を引き起こすことがあり得る。従って、前記の選択は、デジタル画像を表す係数をＱ個の個別部分集合へ分割する方法を選定する問題を意味する。ここに、各部分集合が１つの情報ビットを担持する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
既知の多数の方法は、スペクトル拡張によって所与のサイズの透かし信号を挿入する技法を使用する。これらの方法については、例えば、I.J.COXらによる「Secure spread spectrum watermarking for maultimedia」（議事録、ＩＣＩＰ、２４３−２４６頁、１９９６年９月）、F.HARTUNGらによる「Digital watermarking of raw and compressed video」（議事録、ＳＰＩＥ  ２９５２）、「Digital Compression Technologies and Systems for Video Communication」（２０５−２１３頁、１９９６年１０月）に記載済みである。これらの方法の欠点は、各々のブロックに実施される変調の検出可能性については一切保証なしに、画像を固定サイズのブロックへ随意に分割する技法が用いられることである。
【０００９】
本発明の目的は、画像に挿入する透かし情報の検出可能性を保証することにある。
【００６０】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像処理方法は、分割手段が、画像を分割して分割領域を設定する分割ステップと、決定手段が、前記分割ステップで分割した前記分割領域の数により、前記画像の画像データに挿入される透かし情報により表現される情報の最大ビット数を決定する決定ステップと、を含み、前記分割ステップでは、透かし情報を前記分割領域毎に挿入した上で圧縮による歪みを印加したデータについて、挿入した各透かし情報の検出可能性が規定値以上となる範囲で、前記画像を４分木分割することを特徴とする。
【００６３】
また、本発明の画像処理装置は、画像を分割して分割領域を設定する分割手段と、前記分割手段が分割した前記分割領域の数により、前記画像の画像データに挿入される透かし情報により表現される情報の最大ビット数を決定する決定手段と、を備え、前記分割手段は、透かし情報を前記分割領域毎に挿入した上で圧縮による歪みを印加したデータについて、挿入した各透かし情報の検出可能性が規定値以上となる範囲で、前記画像を４分木分割することを特徴とする。
【００９６】
また、本発明によれば、上記画像処理方法をコンピュータに実行させるプログラムを記憶した記憶媒体が提供される。
【００９７】
また、本発明の他の特殊性および利点は本発明に関する以下の記述からも明らかになるはずである。添付図面において、限定的意味をもつことのない例を示すこととする。
【００９８】
【発明の実施の形態】
先ずデジタル画像Ｉを表す１組の係数への透かし挿入に関する図１を参照して説明する。
【００９９】
このデジタル画像Ｉは、空間ドメイン或いは変換ドメインのどちらかにおける１組の係数で表すことができる。後者の場合における係数はハイブリッド係数、即ち、空間ドメインおよび周波数ドメインの両方に所在する係数である。この種の画像表現は、例えば離散型ウェーブレット分解のような画像の空間‐周波数分解から生じるサブバンドを用いて求められる。
【０１００】
この場合、透かしの挿入は、デジタル画像Ｉの空間‐周波数変換によって得られる画像の空間‐周波数表現の係数の変調により、拡張スペクトル挿入技法を介して達成される。
【０１０１】
一例として、図２において図式的に表される離散型ウェーブレット分解Ｓを用いることができる。この空間‐周波数分解は、画像処理の分野ではよく知られているので、その原理だけを以下に復習する。前記分解は、画像を周波数のサブバンドに分割し、ハイブリッド係数、即ち、この場合の平面内である空間内に同様に位置するスペクトル係数を得ることを可能にする。
【０１０２】
画像Ｉは一連のデジタルサンプルから成る。画像Ｉは、例えば一連のバイトによって表され、各バイト値は、２５６個のグレーレベルをもつ黒白画像であっても差し支えない画像Ｉの１つの画素を表す。
【０１０３】
多重解像度スペクトル分解手段は、それぞれ２によるディバイダと関連する１組の分析フィルタによって形成されるサブバンド分解回路または分析回路から成る。この分解回路は、２つの方向における画像信号Ｉを、高空間周波数および低周波数のサブバンドに濾波する。回路は、幾つかの解像度レベルに従って画像Ｉをサブバンドへ分類する幾つかの連続した分析ブロックを含む。
【０１０４】
一例として、この場合、画像Ｉは、分解レベルｄが３に等しいサブバンドに分類されるものとする。
【０１０５】
第１分析ブロックは、画像信号Ｉを受け取り、２つのそれぞれローパス及びハイパスデジタルフィルタを経て当該信号を第１方向、例えば水平方向に濾波する。２によるディバイダを経てパスした後で、結果として得られる濾波済み信号は、次に、２つのそれぞれローパス及びハイパスフィルタにより、第２方向、例えば垂直方向に濾波される。各信号は、再び、２によるディバイダを経てパスされる。従って、４つのサブバンドＬＬ１、ＬＨ１、ＨＬ１、ＨＨ１が、分解における最高解像度をもってこの第１分析ブロックの出力で得られる。
【０１０６】
サブバンドＬＬ１は、画像信号Ｉの２つの方向における低周波成分を含む。サブバンドＬＨ１は、画像信号Ｉの第１方向に沿った低周波成分および第２方向に沿った高周波成分を含む。サブバンドＨＬ１は、第１方向に沿った高周波成分および第２方向に沿った低周波成分を含む。最後に、サブバンドＨＨ１は、２つの方向に沿った高周波成分を含む。
【０１０７】
次に、第２分析ブロックは、同じ方法で、分解における中間レベル解像度もつ４つのサブバンドＬＬ２、ＬＨ２、ＨＬ２、ＨＨ２を供給するように低周波ＬＬ１のサブバンドを濾波する。次に第３分析ブロックは、４つのサブバンドＬＬ３、ＬＨ３、ＨＬ３、ＨＨ３を供給するように低周波ＬＬ２のサブバンドを濾波する。この例においては、最後に、この分解における最低解像度をもつ４つのサブバンドＬＬ４、ＬＨ４、ＨＬ４、ＨＨ４を供給するために、サブバンドＬＬ３が第４分析ユニットによって分析される。
【０１０８】
従って、１３のサブバンドと４つの解像度レベルが得られる。明らかなように、解像度レベルの個数、従ってサブバンドの個数は異なるように選択可能である。明らかなように、例えば離散型フーリエ変換、離散型コサイン変換、または、フーリエ−メリーン変換のような他のタイプのスペクトル変換も使用できる。
【０１０９】
一般的な方法において、その中に透かしを挿入可能な１組のスペクトル係数を形成することによって周波数サブバンドが得られる。ここでは、透かしを挿入するために、最高解像度ＨＨ１の高周波サブバンドを考察することができる。従って、このサブバンドＨＨ１は、例えば、サイズがＮに等しい１組の係数Ｘを供給する。
【０１１０】
デジタル画像Ｉを表す係数の集合をＸ＝｛Ｘｉ，１≦ｉ≦Ｎ｝とする。明らかなように、デジタル画像Ｉの一部のみを表すこの集合Ｘの係数の部分集合を考察することが可能なはずである。
【０１１１】
この係数Ｘの集合に透かしを挿入するための一技法は、この疑似ランダム信号をスペクトル分析または統計的分析によって検出不可能にするように、そのスペクトルを拡大することによって、疑似ランダム信号を挿入することである。
【０１１２】
ｗ＝｛ｗｊ，１≦ｊ≦Ｐ｝を、サイズＰ≦Ｎの透かし、即ち、超関数が既知であって平均がゼロの疑似ランダム信号であるものとする。最も広範囲にわたる超関数は２進超関数｛−１，１｝、［−１，１］全域に渡る超関数、および、中心正規化ガウス超関数Ｎ（０，１）である。
【０１１３】
線形挿入式を次に示す。
【０１１４】
Ｘ'ｊ＝Ｘｊ＋ｂσｊｗｊ、但し、１≦ｊ≦Ｐ
ここに、｛Ｘｊ、１≦ｊ≦Ｐ｝は係数Ｘの集合の部分集合であり、ｂは情報ビットであり、αｊは、変調振幅振幅とも呼ばれる重み付け係数である。集合｛ｊ，１≦ｊ≦Ｐ｝も同様に情報ビット挿入キャリヤである。
【０１１５】
幾つかの情報ビットから形成可能な信号を挿入するために、領域の個数またはこの集合内の利用可能な挿入キャリヤの個数を決定するように係数の集合を分割することは価値あることである。それを実施するために、本発明にしたがった挿入デバイス１０は分割１１および挿入手段１２を決定するデバイスを含む。
【０１１６】
分割１１を決定するためのデバイスは、挿入された透かしの検出可能性の関数として、係数の集合の適応分割を実施するために適する。適応分割を実施するこの方法は、不可視性およびおよび適正検出確率に関してそれぞれ設定された判定基準を同時に満足させるように、当該透かしの情報ビットを挿入するために変調される係数の個数を変化させることにある。
【０１１７】
先ず、第図３を参照しながら、画像に挿入される情報ビットの個数を最大化するように求めた領域の個数を最大化することを可能にするデジタル画像の区分けされた領域への分割を決定する方法について説明することとする。
【０１１８】
空間領域または変換領域のどちらであっても、すなわち、空間領域および周波数領域の両方における係数の集合によるデジタル画像の表現について考察する。尤も、変換領域の場合には当該係数はハイブリッドである。この種の画像表現は、例えば、画像の空間と周波数分解から発散するサブバンドを用いることによって、既に述べた離散型ウェーブレット分解として求められる。
【０１１９】
画像の分割は各領域の係数の変調によって透かし信号を挿入するために実施される。本発明によれば、この領域への分割は、この領域へ挿入される情報ビットの検出可能性の判定基準の関数として適応分割することによって実施される。検出可能性の判定基準の拘束条件下において求められる領域の個数は、デジタル画像の最大容量を定義することを可能にする。この最大容量は、検出可能性の判定基準に適合するという条件付きでデジタル画像へ挿入可能な情報ビットの個数に対応する。
【０１２０】
初めに、ステップＥ１００において、この容量Ｑは０に初期化され、開始点は、ここではサイズＰの単一領域Ｒに制限される初期分割である。当然のことながら、初期分割は異なることが可能であり、サイズが異なる可能性のある幾つかの区分けされた領域を既に含んでいる。この初期領域ＲのサイズＰは、係数の統計的に有意なサンプルの最小サイズに対応するＰｓｔａｔで表される最小サイズよりも大きいと仮定する。一般に、この最小のサイズは１００に固定できる。この初期領域Ｒは、検討中の係数表現の集合、または、この表現の部分集合で構成可能である。
【０１２１】
次に、テストステップＥ１０１は、初期領域Ｒに挿入された透かし信号の検出可能性を検査する。この検出可能性検査は初期領域Ｒの係数に関する実際の変調および検出操作によって実施される。実際には、画像に直接透かししないように、初期領域Ｒの全ての係数がワーキングメモリにコピーされる。
【０１２２】
次に、初期領域Ｒの全ての係数が、透かし信号を挿入することによって変調される。この変調を実施するためには、従来と同様に、次の手順に従う：
初期領域が１つの係数集合から成る場合：
Ｘ：｛Ｘｉ，ｉ＝１、．．．Ｐ｝
通常、次に示すタイプの線形変調が用いられる：
Ｘｉ＊＝Ｘｉ±αｉＷｉ、但し、ｉ＝１，．．．，Ｐ
ここに、Ｗ：｛Ｗｉ、ｉ＝１，．．．，Ｐ｝は、既知分布と平均ゼロの疑似ランダム数列として選ばれた透かし信号である。
【０１２３】
変調の±符号値は、挿入されるべき２進値に依存する：例えば、―符号値は値０に対応し、＋符号値は値１に対応する。一例として、インタバル［−１，１］をもつ均一則にに従う疑似ランダム数列を選定することが可能である。
【０１２４】
当然のことながら、既知分布と平均ゼロのあらゆる疑似ランダム透かし付けが適当であり得る。透かし信号Ｗとして最も一般的な分布は、前述の均一分布［−１，１］は別として、２進分布｛−１，１｝、及び、中心標準化ガウス分布Ｎ（０，１）である。変調は、例えば、疑似ランダム数列Ｗを再現するための核を特徴付けるシークレットキーによって随意に保護可能である。
【０１２５】
αｉ項は係数Ｘｉへ適用された変調振幅または重み付け係数である。一定の重み付け係数は、領域Ｒの全ての係数に対して、例えば、あらゆるｉに対してαｉ＝αｖのように使用可能である。この場合、重み付け係数αｖの値は、前記デジタル画像を表す係数の集合の変調に対する透かし信号の非感知性を保証する最大値に等しい。
【０１２６】
この最大値αｖ（最小可知差異、または、ＪＮＤ振幅と称する）は、実際に、透かし信号Ｗの数列の長さと共に、従って、変調可能な係数の個数と共に減少する。デジタル画像表現の全ての係数が変調用に用いられる場合に容量Ｑが最大化されるものとすれば、画像を表す係数の集合数に等しい個数の変調可能な係数に関する変調ＪＮＤ振幅を決定することが賢明である。
【０１２７】
この最大の値αｖ、または、ＪＮＤ振幅は、これを超過すると復元された透かし入りの画像における変化を観察者が視覚的に検出可能であるような前述の線形挿入モデルにおいて使用可能な最大変調振幅に対応する。
【０１２８】
このＪＮＤ振幅を決定するためには、異なるパラメータ、即ち、用いられる空間‐周波数変換Ｓを介する号の表現、挿入のために考察されるサブバンド、透かし信号数列Ｗの分布のタイプ、および、数列Ｗの長さＰに基づいて透かし操作の可視性を予測することを可能にする可視性のモデルを使用することが可能である。
【０１２９】
WATSONによって開発され、「Visibility of wavelet quantization noise」（Ａ．Ｂ．ＷＡＴＳＯＮ等著、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．ｏｎ  Ｉｍａｇｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ６（８）、１１６４−１１７５、１９９７年）と題する論文に記載の単純モデルは、１つの単一被変調係数の測定値から変調済み係数の集合の可視性予測を可能にする。このモデルの詳細な記述に関してこの文書を有利に参照することができる。
【０１３０】
従って、透かし信号Ｗの長さＰ、使用する変換Ｓのタイプ、及び、挿入に関して考慮されるべき（基底）サブバンドに依存するが、透かしを入れるべき全ての係数Ｘから独立した関数を利用する。
【０１３１】
用いられるこの計算関数を次に示す：
【０１３２】
【数８】
0004208382.tif 000002
ここに、αｂａｓｅ（Ｓ）は、このサブバンドの１つの単一係数の変調に際して非感知性を保証する最大重み付け係数の使用する変換Ｓおよび挿入に関して考慮されるべき（基底）サブバンドに依存する基底値であり、
βは２より厳密に大きく、Ｅ［｜ｗ｜β］は、関数｜ｗ｜βの数学的期待値である。
【０１３３】
基底値αｂａｓｅ（Ｓ）は、ウェーブレット分解における係数の各サブバンドに対して、１つの単一精神視覚測定から一度だけ全てに関して測定可能であり、視覚的振幅表内に記憶可能である。βはミンコフスキー和の累乗の指数であり、例えば５に選定可能である。数学的期待Ｅ［｜ｗ｜β］は関数｜ｗ｜βの平均推定に対応する。
【０１３４】
この可視性モデルは、それ自体に透かしが入れられる画像Ｉを考慮せず、従って、それから独立している。これは、画像Ｉが均一であると見なすことに等価である。これは、画像信号の存在がそれ自体の変調を視覚的にマスクすることを可能にするので、「最悪状態」モデルの問題である。
【０１３５】
従って、検討中のサブバンドの全ての変調可能係数の集合数に等しい透かし信号Ｗの長さＰに関してＪＮＤ振幅が算定可能である。ただし、画像信号自体が変調をマスクすることを可能にするという事実を利用することは賢明である。
【０１３６】
従って、この例において、変調されるべき各係数Ｘｉに関して、式αｉ＝ｋｉ.αｖの法則に従った重み付け係数が用いられる。ここに、ｋｉは領域Ｒ上で考察される係数の近くに位置する係数に依存する変調係数であり、αｖは重み付け係数の最大ＪＮＤ値に等しい。
【０１３７】
従って、各係数は局所内容に従って変調され、検出可能性の利益が得られる程度まで変調振幅を局所的に増大することを可能にする。
【０１３８】
次に、検査ステップＥ１０１において検出可能性を検査するために、検出可能性の範囲が検出可能性の判定基準から算定され、検出可能性の範囲と、Ｔｃで表される所定のしきい値とを比較することによって、この検出可能性の判定基準が検査される。
【０１３９】
全ての変調された係数Ｘ＊とマーキング信号Ｗとの間の相関関係Ｃ（Ｘ＊，Ｗ）が一般的に算定され、相関関係（Ｘ＊，Ｗ）算定結果が所定のしきい値Ｔｃより大きい場合に、画像の透かし入れが実際に実施されたかどうかが決定される。
【０１４０】
例えば、I.PITASによる「A method for signature casting on digital images」（議事録：ＩＣＩＰ、２１５−２１８頁、１９９６年９月）に記載されている標準化された統計的検査を検出のために使用できる。次に、検出は確率に関して特徴付けれれる。従って、固定した検出確率レベル、例えば９９．９５％に対応するしきい値Ｔｃを選定することが可能である。
【０１４１】
従って、固定した重み付け係数αをもつサイズＰの係数Ｘ集合を定義する所与領域Ｒに関して検出可能性の範囲を算定し、この領域Ｒ上の検出可能性の判定基準が妥当であるかどうかを検査するために算定結果としきい値Ｔｃとを比較する。
【０１４２】
検出可能性の判定基準は、実際には、領域ＲのサイズＰ、必要とされる検出確率に関係する検出しきい値Ｔｃ、透かし信号Ｗ、領域Ｒにおいて変調されるべき係数Ｘの分散σ2ｘおよび、上述の線形モデルに基づいて係数Ｘを変調するために使用する重み付け係数αに依存する理論上の関数である。
【０１４３】
従って、例えば、標準化された仮説テスト及び領域Ｒの全ての係数Ｘｉに関するαｖに等しく、一定である値の重み付け係数αによる検出に関して、最小長さＰｍｉｎ（Ｘ）は、次の関数によって定義される。
【０１４４】
【数９】
0004208382.tif 000003
ここに、ａ、ｂ、ｃ、ｄは定数に一致させることが可能である。信号が非静止的、即ち、分散σ２ｘが空間の関数であり、透かし信号によって生成された変調長さＰを画像信号に適応させることはが実際に必要である。
【０１４５】
復号に際して、係数Ｘの集合は変調され、この関数も、挿入された透かしの分散σ２ｗに依存する。
【０１４６】
更に、変調の後で画像に生じる可能性のある、例えば画像の圧縮に起因するあらゆる歪に対処することが必要である。
【０１４７】
このノイズが加法的であって係数と相関性がないと見なされる場合には、変調後の前記係数へ適応されるあらゆる歪みをモデル化するこの加法的ノイズの分散σ２ｑに依存するモデルを使用することが可能である。
【０１４８】
従って、所与の重み付け係数αに対して、挿入される透かし信号、復号に際して必要な検出確率の関数として固定された検出しきい値Ｔｄ、および、選定された係数Ｘの一集合の非可視性を保証することを可能にすることは、この場合にも挿入される透かし信号の検出可能性を保証することを可能にする最小変調長さＰｍｉｎ（Ｘ）に対応する。
【０１４９】
復号に際し、標準化された仮説検査による検出に関して、この最小長さＰｍｉｎ（Ｘ）は、次のように関数によって定義される
【０１５０】
【数１０】
0004208382.tif 000004
ここに、ａ、ｂ、ｃ、ｄは定数に同一化され得る。
【０１５１】
従って、符号化と復号に際して同じ検出可能性検査が用いられる場合には、当該画像の復号に際して同じ分割を見付けることが出来るようにするために復号時に使用するＴｄより大きい符号化時のしきい値Ｔｃを選定することが必要である。
【０１５２】
実際には、復号に際して用いようとするしきい値Ｔｄは、例えば、検出が標準化された仮説検査によって行われる場合に必要とされる検出確率レベルに固定され、透かし信号Ｗにおける分散、および、画像が受ける後続処理の影響を予測するように演繹的に固定された加法的ノイズの分散を考慮するために、符号化に際して一層高いしきい値Ｔｃが選定される。
【０１５３】
従って、この条件は、透かし信号Ｗの挿入時に実施される分割をデコーダに伝達することなしに、デジタル画像の分割を拘束する同じ検出可能性の判定基準を見付けることを可能にする。
【０１５４】
一例としてのこの実施形態においては、デジタル画像の反復的分割による分割が実施される。従って、ステップＥ１０１においては、算定された検出‐振幅が所定のしきい値Ｔｃ以上である場合に、検出可能性の判定基準が満足させられることが考察される。
【０１５５】
検出可能性の判定基準が満足させられない場合には、一般に検出確率は領域のサイズと共に減少するので、サイズが更に小さい初期領域Ｒの小領域（サブリージョン）においても検出可能性の判定基準が満足させられない可能性が大きいはずである。分割を決定する方法を停止するステップＥ１０２は、画像の反復的分割過程の停止を可能にする。
【０１５６】
初期領域Ｒにおける挿入が可能であると判断されない場合には、従って、画像の容量Ｑはゼロである。一方、検出可能性の判定基準が満足させられている、即ち、検出振幅がしきい値Ｔｃ以上である場合には、初期領域Ｒの小領域に対しても検出可能性の判定基準が満足させられていることが可能である。
【０１５７】
従って、検出可能性の判定基準が満足させられている限り、容量Ｑを増大するために領域Ｒの分割を試行することは賢明である。勿論、領域ＲのサイズＰｊの小領域Ｒｊへの空間的分割を実施することが可能な幾つかの手段がある。ここに、ｊ＝１，．．．Ｋである。この例においては、図４に示すような、４分木が選定されている。この区分方法は各領域を同一サイズの４個の小領域に分割することから成る。
【０１５８】
従って、一例として図２に示すように、初期サイズＮのデジタル画像は、サイズＮ／４の２個の小領域Ｒ５とＲ６、サイズＮ／１６の７個の小領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ７４、Ｒ８、Ｒ９、及び、サイズＮ／６４の４個の小領域Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３に分割される。
【０１５９】
従って、区分ステップＥ１０３において、領域ＲはサイズＰｊの小領域Ｒｊ、ｊ＝１、．．．、Ｋに分割される。４分木に区分する場合には、Ｋ＝４及びＰｊ＝Ｐ／４である。
【０１６０】
ステップＥ１０４において、指数ｊ（例えばｊ＝１）の第１小領域が考察され、ＧＱで表される容量における潜在的利得の値は−１に初期化される。分割決定方法は、領域ＲｊのサイズＰｊを、既に述べたように前記領域に挿入される透かし信号の検出に関して統計的に有意なサンプルの最小サイズに対応する最小サイズＰｓｔａｔと比較する前のステップＥ１０５を含む。
【０１６１】
ステップＥ１０８において領域ＲｊのサイズＰｊがこの最小サイズＰｓｔａｔ未満である場合には、後続小領域Ｒｊ＋１を処理するために、指数Ｊ＝Ｊ＋１がインクレメントされる。
【０１６２】
そうでない場合には、ステップＥ１０１に関して既に述べた方法と同じ方法で、小領域Ｒｊにおける検出可能性の判定基準がチェックされる。
【０１６３】
実際には、透かし信号は、前記領域Ｒｊの係数に挿入され、検出振幅が算定され、この検出可能性の範囲がしきい値Ｔｃと比較される。検出振幅は変調信号Ｘ＊と透かし信号Ｗのキャリヤまたは標準化済み仮説検査の結果との間の相関値であり得る。検出可能性の判定基準が確認される場合には、容量ＧＱにおける潜在利得の値は、ステップＥ１０７において、１単位だけ増大される。
【０１６４】
次に、ステップＥ１０８において、小領域の指数ｊがインクレメントされ、この指数ｊがＫの数以下であることが、検査ステップＥ１０９においてチェックされる。肯定的である場合には、ステップＥ１０５からＥ１０９までが、その次の小領域上で繰り返される。
【０１６５】
そうでない場合には、指数ｊ＝Ｋ＋１であれば、容量値ＧＱにおける潜在利得が厳密に正であるかどうか、すなわち、それに関して検出可能性の判定基準が確認された初期領域Ｒの少なくとも２つの領域Ｒｊが存在するかどうかが検査ステップＥ１１０においてチェックされる。
【０１６６】
否定的である場合には、初期領域Ｒ上で実施される更に高いランクの分割は確認されず、この領域Ｒは保存される。これは、任意の小領域Ｒｊまたは１つの単一小領域Ｒｊに関して検出可能性の判定基準が確認されなかった場合である。
【０１６７】
後者の場合、サイズＰは確認された単一の小領域Ｒｊのサイズより大きいので、透かし信号の挿入用として領域Ｒを保持することが好ましい。
【０１６８】
次に、ステップＥ１１２において、容量Ｑの値は１単位だけ増大され、分割におけるサイズＰの領域Ｒが保持される。
【０１６９】
次に、領域Ｒの係数の変調による実際の挿入ステップＥ１１３は、既に述べた線形挿入モデルを用いる通常の仕方において、実行される。
【０１７０】
次に、除去ステップＥ１１４は、処理されるべき領域のスタックから領域Ｒを除去することを可能にする。
【０１７１】
一方、ステップＥ１１０において、潜在利得容量Ｇｃの値が厳密に正である場合には、追加ステップＥ１１１において、それに関する検出可能性の判定基準が処理されるべき領域Ｒのスタック内で確認される全ての小領域Ｒｊが追加される。
【０１７２】
戻りステップＥ１１５は、反復的様式においてスタックの領域を処理するために、ステップＥ１０３からＥ１１３までの全てのステップを繰り返すことを可能にする。
【０１７３】
上記の反復分割方法の終わりにおいて、透かし信号を挿入するための画像最大容量に対応する容量値Ｑｍが求められ、この信号の正しい検出を保証する。この最大容量Ｑｍは検出可能性の判定基準が確認された前記分割によって得られる区分けされた領域の集合数に等しい。
【０１７４】
更に、挿入ステップ自体Ｅ１１３は、第１「パス」に際して省略可能であり、これによって、画像の最大容量Ｑｍおよび確認済み領域のみを決定することが可能になる。一旦、最大容量Ｑｍが算定され、対応する分割がメモリに記憶されると、ユーザは、最大容量Ｑｍに等しい情報ビット数に対応する挿入しようとするメッセージを決定し、以前に決定した分割によって得られた異なる領域の係数を変調することにより、通常の仕方において、このメッセージを挿入することが可能である。
【０１７５】
さて、図５を参照し、画像Ｉ内に固定容量Ｑｓのメッセージを挿入しようとする本発明の第２実施形態について述べることとする。当然のことながら、この固定容量Ｑｓは、透かしを入れようとするデジタル画像の最大容量Ｑｍ未満の値でなければならない。
【０１７６】
図５に示すように、この実施形態において分割を決定する方法はステップＥ１００からＥ１１３までを含む。これらのステップは、図３の実施形態の分割を決定する方法のステップと同じであり、再びここで記述することは必要でない。以前の場合のように、隣接する高い方のランクの分割が確認されない場合には、ステップＥ１１２において、容量Ｑの値がインクレメントされる。
【０１７７】
次に、本方法は、容量Ｑのこの値が固定容量値Ｑｓと比較される比較ステップＥ１１６を含む。実際には、ステップＥ１１６において、容量値Ｑが固定容量値Ｑｓに等しいかどうかが検査される。
【０１７８】
肯定的である場合には、挿入しようとする情報ビットＯｓ数に等しい数の領域が所在するので、停止ステップＥ１１７は、画像の反復的分割の停止を可能にする。そうでない場合には、除去ステップＥ１１４において、ステップＥ１１１において形成された処理されるべき領域Ｒのスタックから処理済み領域が除去される。
【０１７９】
この実施形態において、分割を決定する本方法は、これらの領域Ｒに関して算定された検出可能性の範囲値によって、スタックにおける処理されるべき領域Ｒを分類する分類ステップＥ１１８も含む。従って、戻りステップＥ１１５は、処理されるべき他の全ての領域の間の最高検出可能性の範囲を持つスタック内領域Ｒに関して、区分ステップＥ１０３から分割を繰り返す。
【０１８０】
演繹的に一層良好な検出可能性を備えた最大領域を優先的に処理するように、サイズが小さくなる順序に従って処理されるべき領域を分類することから成る分類用の変形種も可能である。当然のことながら、デジタル画像を反復的に結合することによる分割は、例えば、同様に、４分木分割構造を用いる同じ方法において、実施可能である。
【０１８１】
次に、初期分割は、以前に定義済みの最小サイズＰｓｔａｔ以上であって、比較的小さい許容サイズの領域によって構成される。検出可能性の判定基準が確認されない分割を構成する各領域の場合、この領域は当該分割に属する他の領域と合併される。
【０１８２】
当該分割に属するこの別の領域は、可能であれば、容量を増大するようには検出可能性の判定基準が確認されない領域である。その代りに、さらに別の領域は、検出を信頼可能にするように検出可能性の判定基準を満足させる領域であり得る。
【０１８３】
結合されるべき領域の選択には多くの可能性がある。各領域について算定した検出振幅を結合判定基準として使用し、例えば最低検出振幅と関連した領域を結合することが可能である。
【０１８４】
４分木分割構造における結合に関するこの特定の場合において、結合することは構造的に拘束され、かつ４個の隣接ブロックであるかどうか、例えば図４におけるＲ１、Ｒ２、Ｐ３、Ｒ４が結合されなければならないかどうかを決定することによって構成される。
【０１８５】
図６を参照して、デジタル画像に挿入された透かし信号が抽出される場合に分割を見付けることを可能にする関連する復号方法について説明することとする。実際には、デジタル画像への分割適用であるので、この分割は、デコーダにおいて演繹的に既知ではない。
【０１８６】
従って、復号方法は、一般に、許容される全ての分割をテストすることによって構成される。透かしを挿入するための分割が決定された場合に使用されると同じ反復的実行技法が用いられる。
【０１８７】
従って、図３を参照して説明した実施形態の分割決定方法を用いる場合に対称な、４分木においてブロック別分割による区分の場合における一例としての実施形態について説明することとする。
【０１８８】
初期化ステップＥ２００において、サイズＰの単一領域Ｒに限定された初期分割が行われる。この領域は、透かし信号の挿入時に用いられる場合と同じデジタル画像の表現に含まれる全ての係数から成る。
【０１８９】
検査ステップＥ２０１は、以前に述べたように、初期領域ＲのサイズＰが最小サイズＰｓｔａｔよりも実際に大きいことを検査することを可能にする。
【０１９０】
肯定的である場合には、ステップＥ２０３において、この領域Ｒにおける係数の復号によって得られ、領域Ｒへ挿入される情報ビットの検出可能性の判定基準が確認される。実際には、領域Ｒの全ての係数に関して検出振幅が算定され、この検出振幅と復号に関する所定のしきい値Ｔｄとを比較することによって検出可能性の判定基準が確認される。標準化された統計的テスト、および、その結果の所定しきい値Ｔｄとの比較により継続可能である。
【０１９１】
以前に説明したように、符号化と復号に際して同じ検出可能性テストが用いられる場合には、後処理によってノイズの多い複合が実施された場合であっても、画像の復元用に同じ配分を見付けようとする場合には、復号に用いられるＴｄより大きい符号化用しきい値Ｔｃを選定することが必要である。
【０１９２】
従って、この条件は、透かし信号Ｗが挿入された時に実施された分割をデコーダへ伝達することなしにデジタル画像の分割を拘束する同じ検出可能性の判定基準を見付けることを可能にする。
【０１９３】
検出可能性の判定基準がステップＥ２０３において確認されない場合には、ステップＥ２０４において、領域ＲのサイズＰｊの小領域Ｒｊへの分割が実施される。ここに、ｊ＝１，．．．、Ｋである。次に、符号化に際して、即ち、この例においては同じサイズの４個の小領域Ｒｊへの領域Ｒの分割に際して用いられる分割構造と同じ分割構造が用いられる。
【０１９４】
次に、追加ステップＥ２０５において、処理されるべき領域Ｒのスタックに小領域Ｒｊが加えられ、戻りステップＥ２０２において、復号方法が検査ステップＥ２０１からスタックの各領域Ｒに回帰的に繰り返される。
【０１９５】
検出可能性の判定基準Ｅ２０３を算定するステップにおいて、領域Ｒに関して、後者が確認された場合には、この領域Ｒに挿入された情報ビットが、抽出ステップＥ２０６において、デジタル画像Ｉに挿入された方法のエレメントとして、抽出される。この抽出は、検出振幅を算定することにより、従来の様式において実施される。テストの結果は、復号のしきい値Ｔｄと比較されるべき検出振幅を絶対値で与える。この場合、符号は、挿入された情報ビットの値０または１を与える。
【０１９６】
この抽出は、検出ステップＥ２０３期間中に、既に部分的に実施されているので、検出ステップＥ２０３と抽出ステップＥ２０６とは構造的に結合していることに注意されたい。
【０１９７】
追加ステップＥ２０５において形成された処理されるべき領域のスタックから領域Ｒを除去するために、除去ステップＥ２０７が実行され、次に、戻りステップＥ２０２は、処理されるべきスタックの各領域Ｒに復号方法を反復的に実行することを可能にする。
【０１９８】
さて、図７及び８を参照して、本発明の特定実施形態におけるデジタル画像の分割を決定する方法の実用的な応用について説明することとする。この応用において、透かし信号は、図２に関して既に述べたように、デジタル画像Ｉの空間‐周波数変換Ｓによって得られる画像の空間‐周波数表現の係数を変調することによって、スペクトル拡張による挿入技法により挿入される。
【０１９９】
一般的な表現において、Ｊ＝１，．．．、Ｍを用いてＳｊサブバンドが得られる。この場合には、変換ステップＥ３００におけるＭは１３に等しい。
【０２００】
次に、ステップＥ３０１において考察される指数ｊの各サブバンドＳｊに関して、図３に関して既に述べた分割を決定する方法を実行することにより、分割はステップＥ３０２において実施される。このように、容量Ｑｊは各サブバンドＳｊに関して導出される。
【０２０１】
次に、係数の変調による挿入ステップＥ３０３は、Ｑｊ情報ビットの確認済みＱｊ領域への挿入を可能にする。
【０２０２】
次に、ステップＥ３０４及び３０５において、全てのサブバンドＳｊが処理されていない限り、後続するサブバンドについて考察され、容量Ｑｊの透かし信号を分割および挿入するステップＥ３０２およびＥ３０３が各サブバンドＳｊに繰り返される。
【０２０３】
次に、各サブバンドＳｊに関して算定した容量Ｑｊの和に等しい全容量Ｑの透かし入りの画像を得るために、逆変換Ｓ−１を画像に適用する。
【０２０４】
従って、符号化および復号の両方において実施されるべき適応分割に関して、表現の各サブバンドが独立して考察される。
【０２０５】
図８に示すように、この実施形態における復号方法は、図６に関して記述した復号方法を用いて同様の様式において実行され、この場合、初期領域Ｒは毎回画像分解のサブバンドに対応する。
【０２０６】
ステップＥ３００と同じステップＥ４００は画像Ｉを、ｊ＝１，．．．，Ｍとした場合のＳｊサブバンドに分割する。
【０２０７】
第１サブバンドＳｊはステップＥ４０１において考察される。サブバンドの処理順序は順次挿入されたメッセージを抽出するための符号化に際して用いられる順序と同じである。
【０２０８】
適応分割は、サブバンドＳｊの容量Ｑｊを算定するための分割ステップＥ４０２において実行される。次に、抽出ステップＥ４０３において、Ｑｊ情報ビットは、分割におけるＱｊ領域の係数を復号することによって抽出される。
【０２０９】
検査ステップＥ４０４及びＥ４０５において、通常の仕方において、全てのサブバンドが処理済みであることがチェックされ、反対に、復号ステップＥ４０２及びＥ４０３（分割および抽出）が残りのサブバンドに繰り返される。
【０２１０】
このようにして、デコーダの出力において、Ｑビットのメッセージが得られる。ここに、Ｑは、各サブバンドＳｊの容量Ｑｊの和に等しい。
【０２１１】
図９に示す方法の変形種において、画像が受けるあらゆる後処理に対する透かし信号の演繹的頑強性を得るために、後処理された画像信号に分割を実施することが可能である。
【０２１２】
この変形種の原理は、この段階においては、以前に述べた分割Ｅ３０２および挿入Ｅ３０３ステップには結合されていない検査ステップＥ３０９において検出可能性検査を実施することによって構成される。
【０２１３】
透かし信号を領域に挿入した後において、透かし入りの画像を見つけるために、まず第一に逆変換Ｓ−１がステップＥ３０６において実施される。次に、ステップＥ３０７において、例えばデジタル画像の圧縮のような後処理が適用される。
【０２１４】
次に、ステップＥ３０７において画像に後処理を実施することによってでき得ればノイズの多い状態に作成された透かし入り係数を見付けるために、ステップＥ３０８において変換Ｓが反復され、検出可能性の判定基準が以前に述べたように算定される。
【０２１５】
この場合には、例えば関連領域Ｒを４つに分割することによって、画像の別の許容分割に関してステップＥ３００からＥ３０９までが繰り返され、ステップＥ３０９において、４つの小領域に関して検出可能性検査が実施される。
【０２１６】
この分割が容量における利得を表す場合にのみ、換言すれば、この４分木区分の例において、検出可能性の判定基準が少なくとも２つの小領域において確認された場合にのみ、この分割が採用される。この一変種実施形態は、デジタル画像へ適応される後処理を直接考慮することを可能にする。
【０２１７】
さて、図１０を参照し、本発明の好ましい一実施形態に従って分割を決定する方法について説明することとする。デジタル画像Ｉに透かしを挿入する方法が採用されるものとする。本挿入方法は先ず第一にデジタル画像Ｉを表す係数の集合の分割を決定する方法を含む。
【０２１８】
この分割は挿入された情報ビットの検出可能性の判定基準の関数として分割の各領域へ適応される。実際には、透かしの挿入に関して、この画像の実際容量を確かめるように、最大数の検出可能性の判定基準を満足させる領域へのデジタル画像の分割を探索することが出来ることに注意されたい。デジタル画像のこの最大容量は、デジタル画像へ挿入可能な情報ビット数に対応し、同時に、検出可能性の判定基準に適合する。
【０２１９】
所与の透かしに関して、画像Ｉの最大容量未満の所与個数の情報ビットを含むことを条件に、可能な最大サイズの領域において挿入された透かしの不可視性を最も良く保証するように所与の検出確率に対して、所与の長さの透かしの挿入を可能にする画像Ｉの可能な最良の分割を探索することも可能である。
【０２２０】
分割を決定する方法は、先ず第一に、以前に述べた（離散型ウェーブレット変換またはＤＷＴ）ウェーブレット分解型のスペクトル分解ステップＥ５００を含む。従って、デジタル画像Ｉを表すスペクトル係数Ｘが得られる。これらのスペクトル係数は、分解ステップＥ５００の完成に際して、図２に略図的に示すように周波数サブバンドへ配分される。係数Ｘの集合のサイズは、方形画像に関してＮ＝ＭｘＭに等しい。明らかなように、矩形画像に対しても同じ方法が適用できる。
【０２２１】
本発明のこの実施形態において、本方法は、画像Ｉを表す係数Ｘ集合の集合数Ｎに等しいサイズＮの中心擬似ランダム数列を生成するステップＥ５０１を含む。この疑似ランダム数列をｗ＝｛ｗｍｎ，０≦ｍ，ｎ≦Ｍ｝であるものとする。
【０２２２】
この疑似ランダム数列ｗは、中心擬似ランダムサブ数列ｗｋから形成される。疑似ランダム数列は、疑似ランダムサブ数列ｗｋの結合体と見なすことができる。この場合、中心擬似ランダム数列ｗは、単位ブロックと呼ばれる係数Ｘ集合のブロックに対応する同じサイズの疑似ランダムサブ数列ｗｋから形成される。明らかなように、疑似ランダムサブ数列ｗｋのサイズは相互に異なる。
【０２２３】
この場合、これら単位ブロックのサイズは、当該領域全体に渡り検出可能性の判定基準を満足させるために統計的に有意なサイズの領域形成に適した係数の最小数に対応する。後で述べるように、標準化済み統計的検出テストが係数集合に適用される場合には、このテストが有意であるためには最小数の係数が必要である。
【０２２４】
疑似ランダムサブ数列ｗｋのサイズは係数のこの最小数以上のＡ＝ＬｘＬである。この最小サイズに等しいサイズの疑似ランダムサブ数列ｗｋが選定されることが好ましい。画像の初期区分からのブロックをサイズＬｘＬの単位ブロックに組み合わせることによる反復組合わせによって分割が達成される場合に、この特性は特に有利である。従って、初期区分は、適用可能な画像の最大分割に対応する。この最大分割を越えると、生成される係数のブロックは、情報ビットの挿入および検出に関して、もはや統計的に有意ではない。例えば、Ｌ＝８が選定されるものとする。この場合、疑似ランダム数列ｗは、単位ブロックを形成するＮ／６４個の疑似ランダムサブ数列ｗｋの結合体である。
【０２２５】
本発明に従えば、各単位ブロックに関して、シークレットキーＫおよび各単位ブロックのインデックスｋに依存する関数に基づいて事前定義済み分布（ガウス分布、均一分布、等々）の中心擬似ランダム信号が生成されなければならない。このキーはｆ（Ｋ、ｋ）で表示可能である。次に、実際には、各単位ブロック全体に渡る信号ｗｋの平均が厳密にゼロに等しいことを保証することが必要である。
【０２２６】
この種の中心擬似ランダム数列を生成する第１の方法は、対称化による決定論的方法により数列に中心を与えることによって構成される。この方法は、偶数サイズＡの疑似ランダム数列の生成に適する。
【０２２７】
この場合、各々の中心擬似ランダムサブ数列ｗｋは、既知の有中心分布疑似ランダム数ゼネレータを介して、サブ数列の疑似ランダムサンプルの半分Ａ／２を生成し、疑似ランダムサブ数列ｗｋのサンプルのもう一方の半分Ａ／２を求めるために、このようにして生成された疑似ランダムサンプルを対称化することによって作成される。
【０２２８】
従って、単一次元数列の場合には、サイズＡ／２｛ｗｊ，１≦ｊ≦Ａ／２）のサンプルの一集合が生成され、この集合は、サンプルのもう一方の半分｛ｗｊ＝−ｗＡ−ｊ，Ａ／２＜ｊ≦Ａ）を求めるために対称化される。
【０２２９】
このようにして得られた数列のランダム特性を強化するために、シークレットキーを使うことよって得られたサンプル集合｛ｗｊ，１≦ｊ≦Ａ）に置き換えを実施することができる。
【０２３０】
中心擬似ランダム数列を生成する第２の方法は、疑似ランダム数ゼネレータを介して疑似ランダムサンプルを生成し、各サンプル全体に亙って生成されたこれらの疑似ランダムサンプルの和を再配分することによって各々の中心擬似ランダムサブ数列ｗｋを作ることによって構成される。
【０２３１】
従って、まず第一に、シークレットキーｆ（Ｋ、ｋ）を使用することにより、単位ブロックと同じサイズＡの一連の疑似ランダムサンプル、即ち｛ｗｊ，１≦ｉ≦Ａ）が生成される。次に、これらサンプルの厳密な和が算定される：
【０２３２】
【数１１】
0004208382.tif 000005
次に、この和Ｓｋは、中心擬似ランダム数列、すなわち、和が厳密にゼロに等しい数列が得られるようにサンプル全体に亙って再配分される。このようにして、ｗ＝｛ｗｉ−Ｓｋ／Ａ，１≦ｉ≦Ａ｝が得られる。
【０２３３】
従って、疑似ランダム数列ｗは、中心擬似ランダム数列ｗによって変調された係数の分割が、同様に中心擬似サンダムサブ数列によって変調された係数の部分集合を生じるような方法における、中心を持つサブ数列ｗｋの結合によって構成される。明らかなように、中心を持つランダム数列を生成するために他の技法を使用することができる。
【０２３４】
次に、図１０に示すように、スペクトル分解から生成される係数集合に情報ビットを挿入するために、中心擬似ランダム数列ｗにより係数集合を変調するステップＥ５０２が実行される。実際には、画像Ｉに直接マークしないように、係数集合は、例えばコンピュータのランダムアクセスメモリのようなワーキングメモリにコピーされる。
【０２３５】
同じ情報ビットは、次に示す変調論式に基づいて、例えばこの場合にはｂ＝１である係数集合に変調される。
【０２３６】
Ｘ'ｉ＝Ｘｉ＋αｉｗｉ、但し、０≦ｉ≦Ｎ。
【０２３７】
重み付け振幅αｉは、挿入される情報ビットの不可視性を保証するような通常の方法で選定される。
【０２３８】
全ての係数に対して、例えば全てのαｉに対してαｉ＝αｖのような、一定の重み付け係数を使用できる。この場合、重み付け係数αｖの値は、デジタル画像を表す係数集合を変調する透かしの非感知性を保証する最大値に等しい。
【０２３９】
画像信号自体が変調をマスクすることを可能にするという事実を利用することは有益であり得る。
【０２４０】
そのためには、変調されるべき各係数Ｘｉに関して、式αｉ＝ｋｉαｖの法則に従って重み付け係数を使用することが可能である。ここに、ｋｉは、問題の係数の近傍に位置する係数に依存する変調係数であり、αｖは、当該係数集合の変調用透かしの非感知性を保証する重み付け係数の最大値に等しい。従って、各係数は、画像の局所内容の関数として変調され、変調振幅を検出可能性の利益が得られるまで局所的に増加させることを可能にする。
【０２４１】
本発明のこの実施形態においては、画像Ｉが受けるあらゆる後処理に対する挿入された透かしの強固性を演繹的に得るために、後処理された画像信号に分割を適用することが望ましい。そうするために、歪みステップＥ５０３において、変調済み係数の集合に歪みがかけられる。
【０２４２】
分割の各レベルへ適用されるべきもう一方の所要歪みとは無関係に係数の各小領域が変調される従来の技法とは対照的に、歪みステップＥ５０３は、中心擬似ランダム数列に基づき単一操作における係数の変調によって、分割の決定に際してただ１度だけ実行可能である。
【０２４３】
この場合、歪みを適用するステップＥ５０３は、図１０に示すように、次のサブステップを含むので、これは一層有利である：
透かしを入れた画像を得るために変調される係数Ｘｉ集合の逆スペクトル変換サブステップＥ５Ｏ３ａ、
透かしを入れた画像を適用する適用自体のサブステップＥ５０３ｂ、
歪み適用後の変調済み係数集合を得るために透かし入りの画像をスペクトル変換するスペクトル変換サブステップＥ５０３ｃ、を含む。
【０２４４】
適用される歪みは、例えばノイズの追加、コントラストの変更、圧縮、ローパスまたはハイパス濾波のような、当該画像のジオメトリを変えることなしに画素の値を変える歪みである。この場合、画像の圧縮は、ＪＰＥＧ規格（Joint Photographic Expert Groupに関する）に従い、一般にＪＰＥＧ圧縮に関するデフォルトによるｑ＝７５であるように規定された品質係数を用いて考察される。
【０２４５】
実際には、ここで、逆ウェーブレット変換ＤＷＴ−1が適用され、次に、画像の圧縮解除が後続する圧縮が適用され、最終的に、スペクトルドメインに挿入された情報ビットの検出可能性を推定することが可能であるように、再び順方向ウェーブレット変換が適用される。
【０２４６】
次に、そに中へ挿入された各情報ビットが、固定した検出可能性似従って、適正に検出可能であるような当該係数集合の配分を探索るために、係数集合の反復的分割が適用される。従って、分割期間中に決定される領域の個数は当該画像Ｉの実用的な挿入容量に対応する。容量を計算することによって決定されたＱビットをユーザへディスプレイするための手段がなくてはならない。既に述べたように、区分／結合による反復区分のために種々の技法を使用できる。
【０２４７】
本発明の好ましい実施形態を実施する第１の方法について、図１１を参照して節目ゐすることとする。この形態において、これらの領域全体に渡り検出可能性の判定基準を確認するために、係数集合の初期区分に基づいて統計的に有意なサイズの領域へ反復的に分割することによって分割が達成される。
【０２４８】
上述したように、変換Ｅ６００、生成Ｅ５０１、変調Ｅ５０２、及び、歪みＥ５０３の各ステップに続くステップＥ５０４において、分割されるべき係数集合として、第１周波数サブバンドについて考察することとする。
【０２４９】
この係数集合の初期分割は、既に定義済みであるように、画像Ｉを単位サイズのブロックへ空間分割することに対応する。その構造に起因して、疑似ランダム変調数列はこれらの単位ブロックの各々に中心を置く。
【０２５０】
４分木モードの組合わせにおいては、常に、「親ブロック」を形成する「子ブロック」と呼ばれる等しいサイズの４個のブロックが一緒にグループを形成し、この組合わせが繰り返して再開始され、回帰の概念を与える。明らかなように、分割は、スペクトル分解から生じる信号の周波数サブバンド毎に行われる。
【０２５１】
さて、ステップＥ５０５において、例えば左から右へ、および、底部から最上部へ、サブバンドを走査する順序に従って、各単位ブロックについて考察することとする。未処理の第１単位ブロック全体に渡り有効性判定基準が適用される。
【０２５２】
計算ステップＥ５０６において、変調された係数Ｘｉのこの単位ブロックへ統計的検出テストが適用される。標準化された統計的テストの例を次に示す。
【０２５３】
疑似ランダム数列ｗの挿入および予歪みの印加の後でテストされるべき係数集合をＸ'ｉ，１＜ｉ＜Ｐとする。テストはサイズＰのこの集合に関して計算することを意味する。
【０２５４】
【数１２】
0004208382.tif 000006
ここに、Ｍは各係数Ｘ'ｉの値と、変調ｗｉの値と、これらの値の分散Ｖとの間の相関平均値を表す。
【０２５５】
従って、実際には、
【０２５６】
【数１３】
0004208382.tif 000007
但し、
【０２５７】
【数１４】
0004208382.tif 000008
および、
【０２５８】
【数１５】
0004208382.tif 000009
このテスト値Ｔの計算には、上述した全ての生成ステップＥ５０１において１度だけ生成される疑似ランダム変調数列ｗの知識を必要とする。
【０２５９】
検出可能性は、このテスト値Ｔと特定のしきい値Ｐｐとの比較によって与えられ、テストされる２つの仮説（透かしが存在するか、または、欠如する）に関して、テストＴが分散１のガウスの法則に従う場合には、適正検出確率ｐ％に理論的に対応する。比較ステップＥ５０７は、このテスト値Ｔと、しきい値Ｐｐ、または、適正検出レートとの比較を可能にする。
【０２６０】
この比較の完成に際して、計算値Ｔが適正検出レートより高い場合には、テストされたブロックは、情報ビットの挿入に利用可能な領域として、メモリ記憶ステップＥ５０９において、記憶される。
【０２６１】
実際には、テストされた係数の全てのブロックに関して、当該ブロックが情報ビットの挿入に適している場合には、容量値が１単位だけ増加するような方法で容量計算ステップＥ５１０は実行可能である。
【０２６２】
これとは対照的に、計算値Ｔが適正検出レートＰｐ未満である場合には、組合わせステップＥ５０８において、更に高いレベルのブロックが選定される、即ち、親ブロックは４単位ブロックの組合わせに対応し、テスト値Ｔを計算するステップＥ５０６および適正検出レートＰｐとの比較ステップＥ５０７がこの新規ブロック全体に亙って繰り返される。
【０２６３】
親ブロックを形成するための子ブロックの組合わせに際して、これらの子ブロックには、検出可能性の判定基準が満足させられていないブロックが選定されることが好ましい。
【０２６４】
この検出可能性の判定基準を適用する場合の検出には、例えば次に示すような、あらゆる標準化された統計的テストを用いることができる。即ち、I.PITASによる「A method for signature casting on digital images」（議事録：ＩＣＩＰ、２１５−２１８頁、１９９６年９月）は、検出を確率によって特徴付けることを可能にする。検出確率の固定レベルに対応するしきい値Ｐｐは、例えば、９９．９５％に選定できる。
【０２６５】
従って、固定した重み付け係数αを用いたサイズ寸Ｐの係数Ｘ集合を画定する所与領域に関しては、この領域全体に渡り検出可能性の判定基準の有効性を検査するために、検出可能性の範囲を計算し、しきい値Ｐｐと比較することが可能である。
【０２６６】
一般的方法において、検出確率は、テストされる領域のサイズと共に減少するので、例えば、透かしを挿入するために使われる係数ブロックのサイズを増大するために領域を組み合わせることによって、この新規ブロック全体に渡りテスト値Ｔが増大される。
【０２６７】
従って、適応分割Ｅ５０４からＥ５０８までのステップの完了に際して、画像挿入容量は、この容量Ｑに対応する画像の適切な分割が可能であるように、Ｑビットに等しく決定可能である。従って、透かしは、Ｑビットに等しい長さを用いて形成可能であり、分割の各種領域にビットを１つずつ挿入できる。
【０２６８】
明らかなように、透かし挿入ステップＥ５２０自体は、検出可能性テストＥ５０６、Ｅ５０７の結論に関して利用可能な各領域が、この領域の係数の変調による情報ビットの挿入によって実際に透かしを入れることができるような方法において、分割の決定と結合させることができる。
【０２６９】
挿入ステップＥ５２０は、上記の変調論式において係数値をｂ＝１または＝−１に選定することにより、透かしの情報ビットを実際に挿入することを可能にする。この場合、＋／−１ビットを交互に変えることにより、挿入されたメッセージの内容が伝達される。
【０２７０】
中心を持つ既知の分布の疑似ランダム数列は、分割の各領域に対して差をつけて、使用することが可能であり、図１に示すようにシークレットキーＫ'によって初期化可能である。このシークレットキーＫ'は、適切であれば、分割を決定するために疑似ランダム数列ｗの生成に際して用いられるシークレットキーＫと同じであっても差し支えないことに注意されたい。
【０２７１】
更に、生成ステップＥ５０１において生成される数列と同じであるような中心擬似ランダム数列ｗが生成可能である。ステップＥ５０４からＥ５０８までの結論に関して画像Ｉの分割の一例を図１０に示す。この場合、例えば２５個の個別領域が作成され、２５ビットの透かしを挿入可能にする。明らかなように、他の分割技法も使用できる。
【０２７２】
次に、本発明の好ましい実施形態を実施する第２の方法について、図１２を参照しながら説明することとする。この場合、係数集合の反復分割にって分割が達成される。
【０２７３】
上述した変換Ｅ５００、生成Ｅ５０１、変調Ｅ５０２、歪みＥ５０３の各ステップの結論に関して、分割されるべき係数集合として、ステップＥ５１１における第１周波数サブバンドについて考察する。
【０２７４】
ここでは、４分木モード区分について考察することとする。この場合、「親ブロック」と呼ばれる１つのブロックは常に、「子ブロック」と呼ばれる等しいサイズの４個のブロックに分割される。明らかなように、分割は、スペクトル分解から発生する信号の周波数サブバンド毎に実施される。従って、ステップＥ５１２における、第１周波数サブバンドに対応する初期ブロックについて考察する。この初期ブロックは、メモリ内の、処理されるべきブロックのリストＬに記憶される。
【０２７５】
次に、ステップＥ５１３において処理されるべきブロックのリストＬから入来する処理されるべき第１ブロックＢについて考察する。検出可能性の判定基準は、チェックステップＥ５１４において、このブロックＢに適用される。
【０２７６】
実際には、既に述べたように、変調済み係数のこのブロックに関する統計的検出テストの値Ｔは計算ステップＥ５１４ａにおいて算定される。このステップは、図１１に関して説明した計算ステップＥ５０６に類似する。
【０２７７】
次に、検出可能性は、このテスト値Ｔと特定のしきい値Ｐｐとの比較によって求められ、テストＴが分散１のガウスの法則に従う場合には、テストされた２つの仮説（透かしが存在するか、または、欠如する）に関して、理論的に適正な検出可能性ｐ％に対応する。
【０２７８】
比較ステップＥ５１４ｂは、このテスト値Ｔをしきい値Ｐｐ、または適正検出レートと比較することを可能にする。この比較ステップＥ５１４ｂは、図１１に関して記述した比較ステップＥ５０７に類似する。
【０２７９】
この比較の完了に際して、算定値Ｔが適正検出レートＰｐ未満であれば、テストステップＥ５１５において、処理されるべきブロックがリストＬ内に残っているかどうかに関してチェックが行われる。残っていない場合には、反復的分割アルゴリズムが終了する。そうでない場合には、リストＬ内の次のブロックＢが、ステップＥ５１３において考察され、チェックステップＥ５１４が繰り返される。
【０２８０】
比較ステップＥ５１４ｂの完了に際して、テストＴの算定値が適正検出レートＰｐより高い場合には、チェックステップＥ５１６におけるこの親ブロックＢの各子ブロック全体に渡り検出可能性がテストされる。
【０２８１】
実際には、親ブロックＢは４個の子ブロックに分割され、検出可能性の判定基準が  既に述べたチェックステップＥ５１４に類似のステップに従い、これらのブロックの各々に関してチェックされる。テストＥ５１７は、少なくとも１つの子ブロック全体に渡り検出可能性の判定基準が妥当であるかどうかを確認することを可能にする。
【０２８２】
イエスであれば、実際にブロックＢを４個の子ブロックに分割するために分割ステップＥ５１８が実行され、追加ステップＥ５１９はこれらの子ブロックが処理されるべきブロックリストＬに加えられることを可能にする。
【０２８３】
次にテスト及びチェックステップＥ５１３からＥ５１９までが、リストＬのブロックの各々の全体に渡り、リストが空になるまで繰り返される。これとは対照的に、テストＥ５１７の結論に際して、検出可能性の判定基準が  親ブロックＢのあらゆる子ブロックにおいて満足させられない場合には、テストされたブロックＢが、メモリ記憶ステップＥ５０９におて、情報ビット挿入に利用可能な領域としてメモリ内に保持される。
【０２８４】
実際には、容量更新ステップＥ５１０が既に述べたように、情報ビットの挿入に適したテスト済み係数ブロックの各々に関して、前記容量の値が１単位だけ増大するような方法で実行可能である。従って、これらの適応分割ステップＥ５１１からＥ５１９までの終了に際して、画像挿入容量が決定可能であって、Ｑビットに等しく、この容量Ｑに対応する画像の適切な分割が達成される。
【０２８５】
次に、長さＱビットの透かしが形成可能であり、分割の種々領域へ１ビットずつ挿入可能である。明らかなように、以前と同様に、このブロックＢの係数を変調することによる情報ビットの挿入によって、検出可能性テストＥ５０７の結論に関して利用可能な各ブロックＢに実際にウォータマイクが入れられるような方法において、透かしの挿入ステップＥ５２０自体は分割の決定と結合可能である。
【０２８６】
反復的な組み合わせによって分割が達成されると同様な方法で、挿入ステップＥ５２０が実施される。更に、この分割技法を反復分割によって強化した一実施形態において、子ブロックへの親ブロックＢの分割は、検出可能性テストＥ５０７の完了に際して、容量における利得を表す場合に限り採用可能である。即ち、検出可能性の判定基準が少なくとも２つの子ブロックにおいて満足させられる場合に限り４分木モード分割が実施される。そうでない場合には、挿入された透かしの一層良好な不可視性を保証するために、比較的大きいサイズの親ブロックを保持することが好ましい。明らかなように、以前に述べた分割技法は、あらゆる点で制限されない。
【０２８７】
明確に、既に述べた４分木ブロック分割だけでなくグラフ分割も含まれる分割／結合による各種の反復区分技法を使用することが可能である。一般に、反復分割手段が結合または分割のどちらであるかに応じて、いわゆる、下から上へ向かう方法も上から下へ向かう方法もあり得る。
【０２８８】
従って、適切であれば、分割と結合による２つの分割技法を組み合わせることも可能である。この場合には、一方では、１つの単一領域であり、もう一方では、許容される最小サイズの領域への分割である両極端の中間的な初期分割が選定され、分割および結合の両操作を可能にする。
【０２８９】
幾つかの異なる分割技法を使用し、次に、当該デジタル画像に対して最大容量Ｑを提供する分割を選定することによってデジタル画像の容量を最大にするように分割を決定する方法を実行することも可能である。
【０２９０】
更に、できる限り最良の分割決を定することも可能である。即ち、透かしを入れようとするデジタル画像の最大容量未満の固定長さのメッセージを挿入するために可能な最大サイズの係数集合を作ることが可能である。
【０２９１】
全ての場合に、本発明は、疑似ランダム数列を生成し、挿入を実施するために利用可能な係数集合全体に亙って１度だけ挿入し、必然的に、係数集合にただ１つの予歪みを印加することを可能にする。従って、分割決定に際して印加される「歪みなし」と「所定の歪みあり」の間に所在する歪みの全範囲に対して固定した適正検出確率を以て透かしを挿入することを可能にする係数集合の分割を急速に求めることができる。更に、挿入以前における最大歪みのシミュレーションは、理論統計的計算に関する利点を提供する殆ど決定論的な操作である。
【０２９２】
次に、好ましい一実施形態として本発明に従う挿入方法について説明することとする。透かし信号は、サブバンドにドメイン変換された係数集合内に、変換ステップＥ６００の後で挿入される。
【０２９３】
図１３に示すように、選択ステップＥ６０１において、例えば、水平および垂直方向におけるハイパス濾波に対応する第１解像度レベルの高周波サブバンドＨＨ１が選定される。
【０２９４】
従って、例えばＸ＝｛Ｘｉ，１＜ｉ＜Ｎ｝で表されるＮに等しい集合数の空間周波数係数集合がある。サイズ５１２ｘ５１２の画像Ｉに関し、サブバンドＨＨ１のサイズＮ＝２５６ｘ２５６である。
【０２９５】
透かしは非感知的かつ消去不可能でなくてはならず、従って、著作権侵害による位置特定および除去が困難でなくてはならないので、疑似ランダム透かし信号の挿入が選定され、この信号のスペクトル分析または統計的分析による検出不能にするためにそのスペクトルを拡散する。
【０２９６】
例えば、疑似ランダム数列ｗが考察される。この数列は、条件｛ｗｉ＝１≦ｉ≦Ｐ｝付きインタバル［−１，１］に関する均一法則に従い、その長さＰはＮ以下である。当然のことながら、既知分布であってゼロ平均のあらゆる疑似ランダム透かし信号が適する。透かし信号ｗに関する最も一般的な分布は、上記の［−１，１］に関する均一分布は別として、２進分布｛−１，１｝及び中心を持つ標準化されたガウス分布Ｎ（０，１）である。
【０２９７】
透かし信号を挿入するために係数に適用しようとする変調は次に示すタイプの線形モデルである。
【０２９８】
Ｘ'ｊ＝Ｘｊ（ｉ）＋αｗｊ、ここに、１≦ｊ≦Ｐであり、Ｘｊ（ｉ）は、係数Ｘ集合から選定されたスクトル係数の部分集合であり、αは重み付け係数である。重み付け係数αはあらゆるｊに関して一定である。
【０２９９】
一例としてのこの実施形態においては、非感知性および検出可能性に関する所定の判定基準を満たす状態の下において、透かし信号ｗの係数Ｘ集合への挿入が実際に可能かどうかを決定することが探索される。
【０３００】
本発明によれば、この挿入方法は先ず第一に、重み付け係数αの最大値αを透かし信号ｗの非感知性を保証する透かし信号ｗの長さＰの関数として算定するステップＥ６０２を含む。
【０３０１】
この最大値または視覚的振幅αｖは前述の線形挿入モデルに使用できる最大変調振幅に対応する。前記最大変調振幅を越えると、再現された透かし入りの画像のレベルにおける変化を観察者が視覚的に検出することが可能である。
【０３０２】
この実施形態においては、透かし操作の可視性を、使用される空間周波数変換Ｔを介した信号の表現、挿入に関して考慮されるサブバンドＨＨ１、透かし信号ｗの数列の分布のタイプ、および、数列ｗの長さＰである異なるパラメータの関数として、予測することを可能にする可視性モデルが使用される。
【０３０３】
WATSONによって開発され、A.B.WATSONらによる「Visibility of wavelet quaantization noise」（I IEEE  Trans. on mage Process ６（８）、１１６４−１１７５、１９９７年）に記載されている単純モデルは、１つの変調された単一係数の可視性の測定値から変調済み係数集合の可視性を予測することを可能にする。このモデルの詳細な記述に関して、この文書を有利に参照できる。
【０３０４】
最大値αを算定するステップＥ６０２において、透かし信号ｗの長さＰ、および、用いられるスペクトル変換のタイプＴには依存するが、透かしを入れられるべき係数Ｘ集合とは関係のない関数が用いられる。用いられる計算関数を次に示す。
【０３０５】
【数１６】
0004208382.tif 000010
ここにαｂａｓｅ（Ｓ）は、用いられる変換Ｓおよび挿入に関して考慮される（基底）サブバンドに依存し、このサブバンドの単一係数が変調される時に非感知性を保証する最大重み付け係数の基底値である。
【０３０６】
βは厳密に２よりに大きく、Ｅ［｜ｗ｜β］は関数｜ｗ｜βの数学的期待値である。
【０３０７】
基底値αｂａｓｅ（Ｓ）は、ウェーブレット分解における係数の各サブバンドの全てに関してただ１度だけ単一精神視覚的測定から測定可能であり、視覚的振幅表に記憶される。βはミンコフスキ和のべき指数であり、例えば５に選定可能である。数学的予測Ｅ［｜ｗ｜β］は関数｜ｗ｜βの平均の推測値に対応する。
【０３０８】
この可視性のモデルは、ウォータマスクが入れられるべき画像Ｉ自体は考慮せず、従って、それとは関係ない。これは、画像Ｉが均一であると見なすことに等価である。画像信号の存在がそれ自体の変調を視覚的にマスクすることを可能にするので、「最悪状況」モデルの問題である。
【０３０９】
この例においては、変調可能な係数Ｘ集合の集合数Ｎに等しい透かし信号ｗの長さＰに関する重み付け係数αの最大値αｖを算定するために計算ステップＥ６０２が実行される。従って、感知性の限界における透かし信号ｗの非感知性を保証するαｖ（Ｎ）で表される最大値が算定される。
【０３１０】
ここに示す一例としての実施形態において、β＝５の値に関して、サブバンドＨＨ１の係数集合に関する視覚的振幅は次式で与えられる。
【０３１１】
【数１７】
0004208382.tif 000011
【０３１２】
次に、計算ステップＥ６０３において、算定された前記最大値αｖ（Ｎ）に等しい重み付け係数αの最小値αＤおよび所定の検出確率レベルに関して、透かし信号ｗの長さＰが算定される。
【０３１３】
その理由は、所定の検出可能性の判定基準に適合するためには、重み付け係数αが検出振幅と呼ばれる最小値αＤより大きくなければならないことに因る。デコーダにおいて、当該画像に特定の歪みが印加されたために、おそらくノイズを含んで作成される透かし入り初期画像に対応する受け取られた画像Ｉ＊は、変調された係数集合を再度見付けるために、先ず第一に、透かし信号の挿入に際して用いられた変換と同じ方法によって変換される。
【０３１４】
このようにして、変調されようとする係数集合を表す集合Ｘ＊＝｛Ｘｉ＊，1≦ｉ≦Ｎ｝が得られる。仮説により、これらの係数に影響を及ぼすあらゆる歪みは添加されたノイズによってモデル化されることが可能であり、画像信号自体ｎ＝｛ｎｉ，１≦ｉ≦Ｎ｝とは相関性を失う。従って、各係数は次のように表される。
【０３１５】
Ｘｉ＊＝Ｘｉ＋αｗｉ＋ｎｉ、但し、１≦ｉ≦Ｎ
挿入された透かし信号ｗの検出は、「信号ｗがＸ＊に挿入されているか」という質問に返答するための仮説テストを構成することから成る。仮説テストを構成することの利点は、仮説テストは既知の分布に対して標準化されているので、その結果が当該判断に理論上の信頼レベル付与を可能にすることにある。
【０３１６】
相関性に基づく統計的テストのクラスは、この検出振幅が次に示すタイプの計算関数から算定可能であることを示す。
【０３１７】
【数１８】
0004208382.tif 000012
ここに、σ２ｘは変調されるべき係数の分散に等しく、σ２ｎは添加されたノイズの分散に等しく、ａ、ｂ、ｃは透かし信号ｗの分布および所要検出確率レベルｐに依存する定数である。
【０３１８】
従って、この最小値αＤは、透かし信号ｗの長さＰ、検出確率レベルｐ、変調されるべき係数の分散、透かし信号の分布、および、でき得ればは、当該係数に印加されたあらゆる歪みと相関性を持たない添加ノイズの分散に明確に従って決定される。
【０３１９】
これとは逆に、Ｐ°によって表される最小検出長さも、固定した検出確率レベルに関する重み付け係数αの関数として次のように表現することができる。
【０３２０】
【数１９】
0004208382.tif 000013
【０３２１】
この結果は、σ２ｎ以下のエネルギを持つあらゆる添加ノイズに対して強固であるはずの透かし信号ｗの挿入を可能にするパラメータをチェックするために使用可能なはずである。
【０３２２】
図１４の曲線に示すように、挿入されるべき透かし信号の長さＰの関数として算定された視覚的振幅αｖから挿入方法は、一般に、透かし信号ｗの長さＰおよび検出確率レベルｐの決定されたこれらの値に関して、決定された重み付け係数αの値が最大値または視覚的振幅αｖ以下であり、しかも、最小値または検出振幅αＤ以上であるように、透かし信号ｗの長さＰ、重み付け係数α、および、確率レベルｐの適合可能な値を決定するステップを含む。
【０３２３】
従って、重み付け係数α、透かし信号ｗの長さＰ、および、検出確率レベルｐは、次に示す不均等性が満足させられるように、決定されなければならない。
αＤ≦α≦αＶ
図１４に示すように、前述の不均等性が満足させられる透かし信号ｗの最小値Ｐ°を算定するために、α＝αｖ（Ｎ）および検出確率レベルｐ％の条件付きで、透かし信号ｗの長さＰを重み付け係数αの振幅と連結する論式が用いられる。
【０３２４】
この例においては、透かしを含む信号Ｘ＊と挿入された透かし信号ｗの間の相関性に基づき、例えば下記の論文における提案に従い、標準化された統計的テストが行われる。即ち、「On Resolving Rightful Ownerships of Digital Images by Invisible Watermarks」（議事録ＩＣＩＰ９７、Ｗ．ＺＥＮＧ、及び、Ｂ．ＬＩＵ．による、５５２−５５５頁、１９９７年１０月）。このテストに関する論式を次に示す。
【０３２５】
【数２０】
0004208382.tif 000014
【０３２６】
従って、計算ステップＥ６０４は、次に示す前述の３つの定数ａ、ｂ、及び、ｃを算定可能にする。
【０３２７】
【数２１】
0004208382.tif 000015
【０３２８】
ここに、値Ｅ（ｗ２）及び
【０３２９】
【数２２】
0004208382.tif 000016
は、ｗの分布の関数として理論的に算定可能である。ここで考察される均一分布に関する理論値は、Ｅ（ｗ２）＝１／３、及び、
【０３３０】
【数２３】
0004208382.tif 000017
である。
【０３３１】
値ｔ０は、適正検出確率ｐに依存するしきい値ｔ０＝２×ｔｐである。ｔｐの値は中心を持つガウスの法則の百分率表現であり、その分散は１である。これらの値は、例えば次に示す書籍に、現行科学水準における数値表として記載されている。即ち、「Probability and Statistics」（Ａ．ＰＡＰＯＵＬＩＳによる、Ｐｒｅｎｔｉｃｅ‐Ｈａｌｌ、１９９０年）。
【０３３２】
例えば、ｔｐ＝３．２９１はｐ＝０．９９９５に対応する。即ち、検出確率レベルは９９．９５％に等しい。この数値例においては、一切の添加ノイズが考慮されていないので、σｎ＝０である。
【０３３３】
推定ステップＥ６０５においては、係数Ｘ集合の分散も同様に推定される。この分散は次の論式に基づいて推定される。
【０３３４】
【数２４】
0004208382.tif 000018
但し、
【０３３５】
【数２５】
0004208382.tif 000019
次に、９９．９５％に固定された検出確率関しては、挿入されるべき透かし信号ｗの長さＰと重み付け係数αをリンクする次に示す関数が導出される。
【０３３６】
【数２６】
0004208382.tif 000020
【０３３７】
計算ステップＥ６０３においては、計算ステップＥ６０２において算定された最大値αｖ（Ｎ）に等しい重み付け係数に関して最小長さＰ°が上式から決定される。
【０３３８】
この例実施形態における挿入方法は、この算定長さＰ°を変調可能な係数Ｘ集合の集合数Ｎと比較するステップＥ６０６を含む。
【０３３９】
この比較ステップＥ６０６において、算定長さＰ０が変調可能な係数Ｘ集合の集合数Ｎ以下である場合には、長さＰ°の透かし信号ｗの挿入が可能であり、要求される非感知性および検出判定基準に適合することが推論される。
【０３４０】
実際には、この透かし信号の長さＰが算定値Ｐ°と変調可能な係数Ｘの集合の集合数Ｎの間に位置するので、これらの判定基準に適合する透かし信号ｗの挿入を実施することが可能である。
【０３４１】
次に、長さＰの透かし信号の挿入自体は、算定最大値αｖ（Ｎ）に等しい重み付け係数αを用いた線形変調レベルに従って集合数Ｐの係数部分集合を変調することによって実行される。挿入方法は、コーダの出力において透かし入りの画像Ｉ＊を得ることを可能にする逆方向空間周波数変換ステップを通常の仕方において含む。
【０３４２】
挿入が可能ある場合には、挿入され得る理論上のビット数を算定することも可能である。理由は、デコーダにおける復号操作が、疑似ランダム数列ｗが挿入されているかどうかを検出することによって構成されることに因る。レスポンスはバイナリ（イエス／ノー）であるので、長さＰの疑似ランダム数列は、画像に対して、１つの情報ビットを挿入および抽出可能にできるものと見なされる。スペクトル係数の幾つか部分集合に挿入操作を繰り返すことにより、幾つかの情報ビットを挿入及び抽出することが可能である。
【０３４３】
従って、この例においては集合数Ｎの係数集合が存在し、情報ビットの挿入および検出にはＰ°個だけの係数が必要であるので、画像容量Ｑ＝Ｎ／Ｐ°と呼ばれる挿入され得る情報ビットの全体数Ｑを導出することが可能である。
【０３４４】
更に、比較ステップＥ６０６において、算定長さＰ°が変調可能な係数Ｘ集合の集合数Ｎより大きい場合には、非感知性およに検出可能性の判定基準に適合する透かし信号の挿入が可能でないことが演繹的に推論される。
【０３４５】
この場合、必要に応じて、挿入方法は、変調可能な係数Ｘ集合の集合数Ｎに等しい透かし信号ｗの長さＰに関して算定された最大値αｖ（Ｎ）に等しい重み付け係数最小値αＤに関して得られる検出確率レベルｐを算定する追加計算ステップを含むことが出来る。９９．９５％に初期固定されたレベルよりも低いこの検出確率レベルが満足であると判断される場合には、Ｎに等しい長さの透かし信号の挿入が実施可能である。即ち、周波数ＨＨ１のサブバンドの全ての係数が変調される。
【０３４６】
本発明の第２実施形態において、挿入方法は、図１４に示すように、透かし信号ｗの長さのしきい値Ｐ＊を算定するステップを含むことができる。重み付け係数の最小値αＤが、このしきい値Ｐ＊および所定の検出確率レベルｐに等しい透かし信号ｗの長さＰに関する重み付け係数の最大値αｖに等しいように、このしきい値Ｐ＊が決定される。
【０３４７】
この計算ステップは、検出振幅αＤおよび視覚的な振幅αｖを表現する式から、明確に透かし信号ｗの長さＰの関数として、それから得られる重み付け係数αが不等式αＤ≦α≦αｖを満足させる挿入信号の最小値Ｐ＊を決定することを可能にする。
【０３４８】
図１４において、この最小値Ｐ＊は、所定の検出確率レベルに関する挿入された透かし信号ｗの長さＰの関数として、視覚的な振幅αｖの変化および検出振幅の変化を表す２つの曲線の交差によって与えられる。従って、一般に、本発明に従う挿入方法は、画像に挿入しようとする透かし信号の検出確率および非感知性を演繹的かつ理論的に制御することができるという利点を持つ。当然のことながら、本発明の範囲から逸脱することなしに上述した例としての例実施形態に多くの改変を施すことができる。
【０３４９】
従って、使用される挿入技法は、係数の変調以前に一切の空間周波数振変換を受けることなしに、未加工のデジタル画像に適用可能である。この場合、変調された係数は、空間領域のみにおけるデジタル画像を表す係数である。更に、画像へ適用される空間周波数変換は、上記の場合と異なる分析および合成フィルタを使用することが可能であり、或いは、離散型フーリエ変換、離散型コサイン変換、または、フーリエ−メリーン変換以外の変換であってさえも差し支えない。これらの変換は、一般的なデジタル画像処理に現在使用されている。
【０３５０】
更に、本発明は、記載された例としての実施形態のみに限定されることなく、重み付け係数α、透かしの長さＰ、および、検出確率レベルｐの値が不等式αＤ≦α≦αｖを満足させるような相関様式において決定されるあらゆる実施形態にも関係する。
【０３５１】
本発明は、既に述べた分割および復号する方法を実行する分割を決定するデバイス及び復号するデバイスにも関係する。分割を決定する及び復号するこれらのデバイスは、図１５に示すように、コンピュータ５０において、独立的に、または同一コンピュータ５０内において使用できる。分割決定デバイスは、各領域へ挿入された情報ビットの検出可能性の判定基準に従って適応分割を実施するように構成された分割手段５００、５０２、５０３を有する。
【０３５２】
これらの分割手段は、既に述べたように出来るだけ各係数に依存する変調因子Ｋと共に、前記デジタル画像を表す全ての係数を変調するために透かし信号非感知性を保証する重み付け係数の最大値αｖをコード化することを利用する。
【０３５３】
また、分割を決定するこのデバイスは、分割の各領域のサイズＰを前記領域に挿入された透かし信号の検出に関する統計的の有意なサンプルの最小サイズに対応する最小サイズＰｓｔａｔと比較する手段５００、５０２、５０３も有する。
【０３５４】
また、本デバイスは、検出可能性の判定基準を算定する以前に予歪みを印加する手段５００、５０２、５０３も備える。分割手段は、透かし信号を挿入することによって各領域の全ての係数を変調する手段５００、５０２、５０３、検出可能性の判定基準から検出可能性の範囲を算定する手段５００、５０２、５０３、および検出可能性の範囲を所定のしきい値Ｔｃと比較するように構成された検出可能性の判定基準の有効性を検査する手段５００、５０２、５０３を有する。
【０３５５】
分割手段５００、５０２、５０３は、数値画像の反復的な区分によって分割を実施するように構成され、有効性検査手段５００、５０２、５０３は、前記分割における一ランクにおける各領域に関して、検出可能性の判定基準の有効性が確認された領域の少なくとも２つの小領域が存在し、かつ存在する場合に限り当該領域における更に高いランクの分割の有効性を検査するように構成される。
【０３５６】
また、このデバイスは、分割における一ランクにおける各領域に関して、直接の上位ランクの分割が有効であるとされなかった時に容量値Ｑをインクレメントするように構成されたデジタル画像の容量Ｑ値をインクレメントする手段５００、５０２、５０３も含み、この場合の容量Ｑは、検出可能性の判定基準が妥当であると確認された分割によって得られた区分けされた領域の集合数に等しい。
【０３５７】
他の実施形態において、分割を決定するこのデバイスは、分割の一ランクにおける各領域Ｒに関して、直接高位のランクの分割が有効であるとされなかった場合に容量Ｑ値をインクレメントするように構成されたインクリメント手段５００、５０２、５０３、容量Ｑの値を固定した容量値Ｑｓと比較する比較手段５００、５０２、５０３、および容量値Ｑが固定した容量値Ｑｓ未満である時に処理されるべき他の全ての領域の間の最高検出可能性を持つ領域に関して分割を繰り返すように構成された反復手段５００、５０２、５０３を有する。
【０３５８】
本発明の第３実施形態において、分割手段５００、５０２、５０３は、デジタル画像の反復的な結合によって分割を実施するように構成され、かつ、検出可能性の判定基準が有効であるとされなかった分割の各領域に関して、当該領域を分割の他の領域、および、好ましくは検出可能性の判定基準が有効であるとされなかった分割の他の領域と結合するように構成される。
【０３５９】
各領域の係数を復号することによって得られた情報ビットの検出可能性の判定基準とされる関数に適応した分割によって実施されるように構成された、完全に類似する様式において、デジタル画像内の透かし信号を復号するデバイスは、復号されるべきデジタル画像を区分けされた領域に分割する手段５００、５０２、５０３を有する。また、それは、分割の各領域Ｒのサイズ寸Ｐと当該領域に挿入された透かし信号の検出に関する統計的に有意なサンプルの最小サイズに対応する最小サイズＰｓｔａｔとを比較する手段５００、５０２、５０３も備える。
【０３６０】
それは、検出可能性の判定基準から検出振幅を算定する手段５００、５０２、５０３、および、検出振幅と復号に関する所定のしきい値Ｔｄとを比較するように構成された、検出可能性の判定基準の有効性検査を行う手段５００、５０２、５０３を有する。
【０３６１】
復号に関するこの所定しきい値Ｔｄは、既に述べた分割決定方法に際して用いられる所定のしきい値Ｔｃ未満である。
【０３６２】
好ましい実施形態において、分割を決定するデバイスは、各領域全体に渡る当該領域の係数の変調により、ゼロ平均の疑似ランダム数列によって挿入された情報ビットの検出可能性の判定基準をチェックする手段５００、５０２、５０３を含む。
【０３６３】
また、それは、画像を表す係数集合のここではＮである集合数に等しいサイズであって中心擬似ランダム数列を生成する手段５００、５０２、５０３も含む。この係数集合に、同じ情報ビットを挿入するために、中心擬似ランダム数列によって係数Ｘの集合を変調する手段５００、５０２、５０３も、図１に示すうに、分割を決定するデバイス１１に組み込まれる。
【０３６４】
また、後者（分割決定デバイス）は、通常はデジタル画像の圧縮である特定のタイプの歪みの場合には、それを記憶するために、挿入された透かしの強固さを提供して、それを保証することを可能にする歪みＤを印加する手段５００、５０２、５０３も含む。
【０３６５】
歪みを印加するこれらの手段は、変調された係数集合全体に亙って所定の歪みをシミュレートすることを実際に可能にする。ここに、集合Ｘの係数がスペクトル係数である場合には、それらの手段には、透かし入りの画像を得るために変調された係数集合を逆スペクトル変換する手段５００、５０２、５０３、この透かし入りの画像に歪みを印加する手段５００、５０２、５０３、および、歪みの後で、変調済み係数集合を復元するために透かし入りの画像をスペクトル変換する手段５００、５０２、５０３が含まれる。
【０３６６】
この例において、逆方向スペクトル変換手段は多重解像度スペクトルウェーブレット再合成の実行に適し、順方向スペクトル変換手段はデジタル画像Ｉのウェーブレットへの分割の再反復に適する。
【０３６７】
第１の方法において、分割決定デバイス１１は、係数Ｘ集合の初期区分に基づく反復組合わせによる分割手段も含む。
【０３６８】
これらの領域全体に渡る検出可能性の判定基準の有効性検査のために統計的に有意なサイズの領域集合に係数Ｘ集合を区分することをこの初期区分が可能にすることが好ましい。
【０３６９】
反復的組合わせによる分割手段５００、５０２、５０３は、検出可能性の判定基準が満足されない分割の各領域に関して、当該領域を分割の他の領域と組み合わせることに適する。
【０３７０】
明らかなように、分割手段５００、５０２、５０３は、本発明の好ましい実施形態を実施する第２の方法に従ったデジタル画像の反復的分割による画像のこの分割を形成することにも適する。
【０３７１】
この分割決定デバイス１１は係数Ｘ集合の領域への分割を出力として得ることを可能にし、それにより、信頼できる検出可能性および所与の歪みに対する強固性を保持して、これらの領域の各々に情報ビットを挿入することを可能にする。集合Ｘの適応分割によって得られる領域の最大個数は、この集合Ｘの実用的な挿入容量に対応する。
【０３７２】
図１に示すように、既に述べた分割決定デバイス１１を含む挿入デバイス１０は、更に、幾つかの情報ビットを含む挿入されるべき透かしを読み取る手段１３を有する。一切限定的意味をもたない一例として、２進透かしは、透かしを入れられるべき画像の著者名コード化を表す１０００１１１であっても差し支えない。挿入手段１２自体は従来型であって、透かしの各種情報ビットを変調により分割決定デバイス１１によって決定される各種挿入キャリヤに挿入することを可能にする。
【０３７３】
本発明による透かし信号ｗを挿入するためのデバイスは、画像Ｉの空間周波数変換手段５００、５０２、５０３、および、例えば画像Ｉのウェーブレット分解を実施するように構成された２つのフィルタによってデシメータと関連した分析フィルタを含む。また、それ（前記デバイス）は、サブバンドに変換された領域に透かし信号を挿入した後で、画像Ｉを再構成する逆方向空間周波数再構成手段５００、５０２、５０３も含む。
【０３７４】
また、それ（前記デバイス）は、重み付け係数αを用いる既に述べた線形モデルに従い、集合数Ｐの係数部分集合を変調するように構成された長さＰの透かし信号ｗを挿入する手段５００、５０２、５０３も含む。
【０３７５】
また、この挿入デバイスは、透かし信号の非感知性を保証する透かしの長さＰの関数として、重み付け係数の最大値αｖを計算する手段５００、５０２、５０３を含む。これらの計算手段は、既に記述された透かし信号ｗの長さＰに依存する関数αｖ（Ｐ、Ｔ）、および画像信号Ｉを分解するために用いられるスペクトル変換Ｔを使用する。
【０３７６】
一般に、この挿入デバイスは、決定された重み付け係数の値が、透かし信号ｗの長さＰおよび検出確率レベルｐの決定値に関する最大値αｖ未満であり、しかも最小値αｖ以上であるように、透かし信号ｗの長さＰ、重み付け係数α、及び確率レベルｐの適合可能な値を決定する手段５００、５０２、５０３も有する。
【０３７７】
また、計算手段５００、５０２、５０３も次に示すタイプの計算機能を用いて最小値または検出振幅αＤを決定するように構成される。
【０３７８】
【数２７】
0004208382.tif 000021
【０３７９】
本発明の一実施形態において、挿入デバイスは、感知限界における透かし信号ｗの非感知性を保証する変調可能な係数集合の集合数Ｎに等しい透かし信号ｗの長さＰおよび所定の検出確率ｐに関して算定された最大値αｖ（Ｎ）に等しい重み付け係数の最小値αＤに関して透かし信号ｗの長さＰ°を算定する手段５００、５０２、５０３、および、この算定された長さＰ°と変調可能な係数Ｘ集合の集合数Ｎとを比較する手段５００、５０２、５０３も備える。
【０３８０】
また、それ（前記挿入デバイス）は、変調可能な係数Ｘ集合の集合数Ｎに等しい透かし信号の長さＰに関して算定された最大値αｖに等しい重み付け係数の最小値αＤに関して得られる検出確率レベルｐ'を算定する手段５００、５０２、５０３も含む。
【０３８１】
他の一実施形態において、挿入デバイスは、重み付け係数の最小値αＤがこのしきい値Ｐｔおよび所定の検出確率レベルｐに等しい透かし信号ｗの長さＰの重み付け係数の最大値αｖに等しいように、決定された透かし信号ｗの長さのしきい値Ｐ＊を算定する手段５００、５０２、５０３を含む。
【０３８２】
既に述べた全てデバイスはコンピュータ５０のマイクロプロセッサ５００に組み込まれ、読取り専用メモリ５０２は分割用、及び／又は、透かし信号決定用、及び／又は、透かし信号復号用プログラムを記憶するように構成され、ランダムアクセスメモリ５０３は、前記プログラムの実行期間中に修正される変数を記憶するように構成されたレジスタを含む。
【０３８３】
マイクロプロセッサ５００はコンピュータ５０に統合され、ドキュメントを受信および記憶するために入力／出力カード５０６によって、異なる周辺装置、例えば、デジタルカメラ５０７またはマイクロホン５１１へ接続可能である。デジタルカメラ５０７は、透かし信号を挿入することによって認証されるべき画像を供給することを明確に可能にする。
【０３８４】
このコンピュータ５０は、透かしが入られるべき画像を、必要に応じて受け取るために通信ネットワーク５１３へ接続された通信インターフェイス５１２を備える。また、コンピュータ５０は、ハードディスク５０８のようなドキュメント記憶手段も備え、ディスクドライブ５０９によって、ディスケット５１０のような取外し可能なドキュメント記憶手段と協調するように構成される。
【０３８５】
これらの固定または取外し可能な記憶手段は本発明に基づく異なる方法のコードを含むことも可能であり、マイクロプロセッサ５００によって一旦読取られた前記コードはハードディスク５０８に記憶される。一例として、デバイスが本発明を実行できるようにするプログラムは読取り専用メモリ５０２に記憶され得る。第２の例として、プログラムは、上に述べたように、通信ネットワーク５１３によって受け取り可能である。
【０３８６】
また、コンピュータ５０は、例えばキーボード５１４または他の任意の手段によるオペレータとのインタフェースとして役立つスクリーン５０４も備える。中央ユニット５００（ＣＰＵ）は、本発明の具体化に関する命令を実行する。例えば読取り専用メモリ５０２のような持久メモリによって記憶されている本発明に関係するプログラム及び方法は、電力供給に際して、ランダムアクセスメモリ５０３（ＲＡＭ）に転送される。従って、前記メモリは、本発明の実行可能なコードおよび本発明を実行するために必要な変数を含むことになる。
【０３８７】
このランダムアクセスメモリ５０３は、当該プログラムの実行に必要な変数を記憶する異なるレジスタ、および、特に、検出可能性の判定基準、最小値Ｐｓｔａｔ、及び、それぞれ符号化と復号に関するしきい値ＴｃとＴｄを確認するために一時的に変調または復号される領域Ｒの係数を記憶するレジスタを含む。また、このランダムアクセスメモリ５０３は、検出可能性の判定基準をチェックするために一時的に変調または復号される領域の係数を記憶するためのＸｉ、Ｘｊレジスタ、及び、集合Ｘの分割を決定するために生成された中心擬似ランダム数列を記憶するためのレジスタｗも含む。
【０３８８】
最後に、ランダムアクセスメモリ５０３は、αｂａｓｅ（Ｔ）の視覚的振幅表を記憶するレジスタ、スペクトル係数Ｘを記憶するレジスタ、非感知性限界における視覚的振幅αｖ（Ｎ）を算定するレジスタ、透かし信号ｗ長Ｐ°の関数として検出振幅αＤを決定するために必要な分散σｘ２の定数ａ、ｂ、ｃの値を記憶するレジスタ、及び、算定された最小値Ｐ０を記憶するレジスタを含む。
【０３８９】
通信バス５０１はコンピュータ５０の、又は、それにリンクした異なるサブエレメント間の通信を提供する。バス５０１の表現は限定的でなく、また、マイクロプロセッサ５００は、明確に、あらゆるサブエレメントに対して直接的または他のサブエレメントによって命令を指示すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】透かしをデジタル画像に挿入するデバイスを示す全体的なダイアグラムである。
【図２】透かしの挿入に際して用いられるスペクトル分解のステップを概略的に示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る分割を決定する方法のアルゴリズムを示す図である。
【図４】領域の分割の例を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る分割を決定する方法のアルゴリズムを示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る復号する方法のアルゴリズムを示す図である。
【図７】図１の分割を決定する方法のデジタル画像への適用を例示するアルゴリズムを示す図である。
【図８】図４の復号する方法のデジタル画像への適用を例示するアルゴリズムを示す図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る分割を決定する方法の異種実施形態を示す構成図である。
【図１０】本発明の好ましい実施形態に係るデジタル画像への分割を決定する方法の適用を示す図である。
【図１１】本発明の好ましい実施形態の第１の方法に係る分割を決定する方法のアルゴリズムを示す図である。
【図１２】本発明の好ましい実施形態の第２の方法に係る分割を決定する方法のアルゴリズムを示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る挿入方法のアルゴリズムを示す図である。
【図１４】図１３の挿入方法をグラフとして示す図である。
【図１５】本発明による方法を実行するように構成されたデバイスを示す構成図である。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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