(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル画像信号内に予め定めた改ざん検出用の情報を埋め込む装置であって、
前記デジタル画像信号を複数の周波数帯域に分割する帯域分割手段と、
予め定めた鍵データを用いて疑似乱数系列を作成し、当該疑似乱数系列から認証データを作成する認証データ作成手段と、
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）の変換係数に、前記鍵データを埋め込む鍵データ埋込手段と、
前記複数の周波数帯域のうち、前記ＭＲＡ以外の周波数帯域（以下、ＭＲＲという）の変換係数に、前記認証データを埋め込む認証データ埋込手段と、
データ埋め込み処理後の前記ＭＲＡと前記ＭＲＲとを用いて、情報の埋め込みがなされた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、改ざん検出用情報埋込装置。
【請求項２】
設定値Ｔ（Ｔは、正の整数）および設定値ｍ（ｍは、Ｔ以下の正の整数）を予め定め、また、変換係数を所定の量子化ステップサイズで割った値をｑとして予め定め、
前記認証データ埋込手段は、
前記変換係数の絶対値と前記設定値Ｔとをそれぞれ比較して、前記変換係数の絶対値が前記設定値Ｔ未満の場合、埋め込むべき前記認証データのビット値に応じて、当該変換係数を前記設定値＋ｍまたは−ｍに設定し、前記変換係数の絶対値が前記設定値Ｔ以上の場合、埋め込むべき前記認証データのビット値に応じて、当該変換係数を前記値ｑに最も近い偶数または奇数の整数値に設定することによって、
前記ＭＲＲの各変換係数に、前記認証データをそれぞれ埋め込むことを特徴とする、請求項１に記載の改ざん検出用情報埋込装置。
【請求項３】
特定の装置によってデジタル画像信号内に埋め込まれた改ざん検出用情報を用いて、デジタル画像の改ざんを検出する装置であって、
前記デジタル画像信号を複数の周波数帯域に分割する帯域分割手段と、
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）の変換係数から、前記特定の装置で埋め込まれた鍵データを抽出する鍵データ抽出手段と、
前記鍵データを用いて疑似乱数系列を作成し、当該疑似乱数系列から認証データを作成する認証データ作成手段と、
前記複数の周波数帯域のうち、前記ＭＲＡ以外の周波数帯域（以下、ＭＲＲという）の変換係数から、前記特定の装置で前記鍵データに基づいて埋め込まれた埋込情報を抽出する埋込情報抽出手段と、
前記認証データと前記埋込情報とを比較照合して、前記デジタル画像の改ざんの有無を判定する改ざん判定手段とを備える、改ざん検出装置。
【請求項４】
前記改ざん判定手段は、
デジタル画像を、予め定めた複数の画素で構成される複数の単位ブロックに分割するブロック分割手段と、
前記単位ブロック毎に、当該単位ブロックと同一の空間的領域を表現する前記ＭＲＲ内に埋め込まれている情報を、前記埋込情報の中から系列的に読み出す領域対応埋込情報読出手段と、
前記単位ブロック毎に、前記領域対応埋込情報読出手段で系列的に読み出された埋込情報と同じ位置に対応するデータを、前記認証データの中から系列的に読み出す領域対応認証データ読出手段と、
読み出された前記埋込情報の系列と前記認証データの系列とを、前記単位ブロック毎に比較することによって、前記単位ブロック毎の改ざんの有無を判定するブロック改ざん判定手段とを備えることを特徴とする、請求項３に記載の改ざん検出装置。
【請求項５】
設定値Ｔ（Ｔは、正の整数）および変換係数を量子化ステップサイズで割り四捨五入した値をｐとして予め定め、
前記埋込情報抽出手段は、
前記変換係数の絶対値と前記設定値Ｔとをそれぞれ比較して、前記変換係数の絶対値が前記設定値Ｔ未満の場合、当該変換係数の値が正か負かを判定し、当該判定の結果に基づいて当該変換係数に埋め込まれた情報のビット値を抽出し、前記変換係数の絶対値が前記設定値Ｔ以上の場合、前記値ｐが偶数か奇数かを判定し、当該判定の結果に基づいて当該変換係数に埋め込まれた情報のビット値を抽出することによって、
前記ＭＲＲの各変換係数から、そこに埋め込まれた前記埋込情報をそれぞれ抽出することを特徴とする、請求項３または４に記載の改ざん検出装置。
【請求項６】
デジタル画像信号内に予め定めた改ざん検出用の情報を埋め込む方法であって、
前記デジタル画像信号を複数の周波数帯域に分割するステップと、
予め定めた鍵データを用いて疑似乱数系列を作成し、当該疑似乱数系列から認証データを作成するステップと、
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）の変換係数に、前記鍵データを埋め込むステップと、
前記複数の周波数帯域のうち、前記ＭＲＡ以外の周波数帯域（以下、ＭＲＲという）の変換係数に、前記認証データを埋め込むステップと、
データ埋め込み処理後の前記ＭＲＡと前記ＭＲＲとを用いて、情報の埋め込みがなされたデジタル画像信号を再構成するステップとを備える、改ざん検出用情報埋込方法。
【請求項７】
設定値Ｔ（Ｔは、正の整数）および設定値ｍ（ｍは、Ｔ以下の正の整数）を予め定め、また、変換係数を所定の量子化ステップサイズで割った値をｑとして予め定め、
前記認証データを埋め込むステップは、
前記変換係数の絶対値と前記設定値Ｔとをそれぞれ比較するステップと、
比較の結果、前記変換係数の絶対値が前記設定値Ｔ未満の場合、埋め込むべき前記認証データのビット値に応じて、当該変換係数を前記設定値＋ｍまたは−ｍに設定するステップと、
比較の結果、前記変換係数の絶対値が前記設定値Ｔ以上の場合、埋め込むべき前記認証データのビット値に応じて、当該変換係数を前記値ｑに最も近い偶数または奇数の整数値に設定するステップとを含み、
前記ＭＲＲの各変換係数に、前記認証データをそれぞれ埋め込むことを特徴とする、請求項６に記載の改ざん検出用情報埋込方法。
【請求項８】
特定の装置によってデジタル画像信号内に埋め込まれた改ざん検出用情報を用いて、デジタル画像の改ざんを検出する方法であって、
前記デジタル画像信号を複数の周波数帯域に分割するステップと、
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）の変換係数から、前記特定の装置で埋め込まれた鍵データを抽出するステップと、
前記鍵データを用いて疑似乱数系列を作成し、当該疑似乱数系列から認証データを作成するステップと、
前記複数の周波数帯域のうち、前記ＭＲＡ以外の周波数帯域（以下、ＭＲＲという）の変換係数から、前記特定の装置で前記鍵データに基づいて埋め込まれた埋込情報を抽出するステップと、
前記認証データと前記埋込情報とを比較照合して、前記デジタル画像の改ざんの有無を判定するステップとを備える、改ざん検出方法。
【請求項９】
前記改ざんの有無を判定するステップは、
デジタル画像を、予め定めた複数の画素で構成される複数の単位ブロックに分割するステップと、
前記単位ブロック毎に、当該単位ブロックと同一の空間的領域を表現する前記ＭＲＲ内に埋め込まれている情報を、前記埋込情報の中から系列的に読み出すステップと、
前記単位ブロック毎に、前記系列的に読み出された埋込情報と同じ位置に対応するデータを、前記認証データの中から系列的に読み出すステップと、
読み出された前記埋込情報の系列と前記認証データの系列とを、前記単位ブロック毎に比較することによって、前記単位ブロック毎の改ざんの有無を判定するステップとを備えることを特徴とする、請求項８に記載の改ざん検出方法。
【請求項１０】
設定値Ｔ（Ｔは、正の整数）および変換係数を量子化ステップサイズで割り四捨五入した値をｐとして予め定め、
前記埋込情報を抽出するステップは、
前記変換係数の絶対値と前記設定値Ｔとをそれぞれ比較するステップと、
比較の結果、前記変換係数の絶対値が前記設定値Ｔ未満の場合、当該変換係数の値が正か負かを判定し、当該判定の結果に基づいて当該変換係数に埋め込まれた情報のビット値を抽出するステップと、
比較の結果、前記変換係数の絶対値が前記設定値Ｔ以上の場合、前記値ｐが偶数か奇数かを判定し、当該判定の結果に基づいて当該変換係数に埋め込まれた情報のビット値を抽出するステップとを含み、
前記ＭＲＲの各変換係数から、そこに埋め込まれた前記埋込情報をそれぞれ抽出することを特徴とする、請求項８または９に記載の改ざん検出方法。
【請求項１１】
デジタル画像信号内に予め定めた改ざん検出用の情報を埋め込む方法が、コンピュータ装置で実行可能なプログラムとして記録された媒体であって、
前記デジタル画像信号を複数の周波数帯域に分割するステップと、
予め定めた鍵データを用いて疑似乱数系列を作成し、当該疑似乱数系列から認証データを作成するステップと、
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）の変換係数に、前記鍵データを埋め込むステップと、
前記複数の周波数帯域のうち、前記ＭＲＡ以外の周波数帯域（以下、ＭＲＲという）の変換係数に、前記認証データを埋め込むステップと、
データ埋め込み処理後の前記ＭＲＡと前記ＭＲＲとを用いて、情報の埋め込みがなされたデジタル画像信号を再構成するステップとを、少なくとも実行するためのプログラムを記録した、記録媒体。
【請求項１２】
設定値Ｔ（Ｔは、正の整数）および設定値ｍ（ｍは、Ｔ以下の正の整数）を予め定め、また、変換係数を所定の量子化ステップサイズで割った値をｑとして予め定め、
前記認証データを埋め込むステップは、
前記変換係数の絶対値と前記設定値Ｔとをそれぞれ比較するステップと、
比較の結果、前記変換係数の絶対値が前記設定値Ｔ未満の場合、埋め込むべき前記認証データのビット値に応じて、当該変換係数を前記設定値＋ｍまたは−ｍに設定するステップと、
比較の結果、前記変換係数の絶対値が前記設定値Ｔ以上の場合、埋め込むべき前記認証データのビット値に応じて、当該変換係数を前記値ｑに最も近い偶数または奇数の整数値に設定するステップとを含み、
前記ＭＲＲの各変換係数に、前記認証データをそれぞれ埋め込むことを特徴とする、請求項１１に記載の記録媒体。
【請求項１３】
特定の装置によってデジタル画像信号内に埋め込まれた改ざん検出用情報を用いて、デジタル画像の改ざんを検出する方法が、コンピュータ装置で実行可能なプログラムとして記録された媒体であって、
前記デジタル画像信号を複数の周波数帯域に分割するステップと、
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）の変換係数から、前記特定の装置で埋め込まれた鍵データを抽出するステップと、
前記鍵データを用いて疑似乱数系列を作成し、当該疑似乱数系列から認証データを作成するステップと、
前記複数の周波数帯域のうち、前記ＭＲＡ以外の周波数帯域（以下、ＭＲＲという）の変換係数から、前記特定の装置で前記鍵データに基づいて埋め込まれた埋込情報を抽出するステップと、
前記認証データと前記埋込情報とを比較照合して、前記デジタル画像の改ざんの有無を判定するステップとを、少なくとも実行するためのプログラムを記録した、記録媒体。
【請求項１４】
前記改ざんの有無を判定するステップは、
デジタル画像を、予め定めた複数の画素で構成される複数の単位ブロックに分割するステップと、
前記単位ブロック毎に、当該単位ブロックと同一の空間的領域を表現する前記ＭＲＲ内に埋め込まれている情報を、前記埋込情報の中から系列的に読み出すステップと、
前記単位ブロック毎に、前記系列的に読み出された埋込情報と同じ位置に対応するデータを、前記認証データの中から系列的に読み出すステップと、
読み出された前記埋込情報の系列と前記認証データの系列とを、前記単位ブロック毎に比較することによって、前記単位ブロック毎の改ざんの有無を判定するステップとを備えることを特徴とする、請求項１３に記載の記録媒体。
【請求項１５】
設定値Ｔ（Ｔは、正の整数）および変換係数を量子化ステップサイズで割り四捨五入した値をｐとして予め定め、
前記埋込情報を抽出するステップは、
前記変換係数の絶対値と前記設定値Ｔとをそれぞれ比較するステップと、
比較の結果、前記変換係数の絶対値が前記設定値Ｔ未満の場合、当該変換係数の値が正か負かを判定し、当該判定の結果に基づいて当該変換係数に埋め込まれた情報のビット値を抽出するステップと、
比較の結果、前記変換係数の絶対値が前記設定値Ｔ以上の場合、前記値ｐが偶数か奇数かを判定し、当該判定の結果に基づいて当該変換係数に埋め込まれた情報のビット値を抽出するステップとを含み、
前記ＭＲＲの各変換係数から、そこに埋め込まれた前記埋込情報をそれぞれ抽出することを特徴とする、請求項１３または１４に記載の記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、改ざん検出用情報埋込／改ざん検出装置および方法並びに当該方法を実施するプログラムを記録した記録媒体に関し、より特定的には、デジタル画像の部分的な改ざんの有無および改ざんの位置を検出するため、デジタル画像信号に改ざん検出用の認証データを埋め込み、そして抽出（検出）する装置、およびこの装置で行われる方法、並びにこの方法を実施する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、インターネットを利用した情報の提供が盛んになっている。特に、ＷＷＷ（Ｗｏｒｌｄ  Ｗｉｄｅ  Ｗｅｂ）は、画像や音声などを統合した情報送受信サービスとして頻繁に利用されている。しかしながら、こうしたオープンなネットワーク環境では、不特定多数の者が画像などのデジタル情報を容易にコピーすることができる。しかも、これら不特定多数の者は、市販の画像処理ソフトウェアを利用して、簡単にデジタル画像を編集・加工することが可能である。このため、送信途中でデジタル画像が第三者によって改ざんされても、改ざんされたことが受信者に気付かれない場合が想定される。
そこで、送信されたデジタル画像が改ざんされているか否かを判定できる改ざん検出技術の確立が、早急に求められている。従来、その対策の１つとして知られているものに、電子認証技術がある。
【０００３】
図１４は、従来の電子認証の手順の概要を説明する図である。
送信側は、オリジナルのデジタル画像に、ハッシュ関数によるデータ圧縮を施して、デジタル画像のダイジェストを作成する。次に、送信側は、送り手において予め定められた秘密鍵で、ダイジェストを暗号化する。そして、送信側は、オリジナルのデジタル画像および暗号化されたダイジェストを、ネットワークを通して受信側へ送信する。
受信側は、まず送信側と同様に、ネットワークを通して受信したデジタル画像に、ハッシュ関数によるデータ圧縮を施して、デジタル画像のダイジェストを作成する。これと共に、受信側は、ネットワークを通して受信した暗号化されたダイジェストに対して、送り手において予め定められた公開鍵を用いた暗号解読を行って、ダイジェストを復号する。そして、受信側は、デジタル画像から作成したダイジェストと復号したダイジェストとを比較し、両方のダイジェストが同一であれば改ざんされていないと判定し、逆に異なっていれば改ざんされていると判定する（電子認証）。
【０００４】
ところが、上述した従来の電子認証を行う場合、送信側は、オリジナルのデジタル画像および暗号化されたダイジェストの２種類のデータを、受信側へ送信する必要がある。このため、デジタル画像が大量である場合には、ネットワークを通して２種類のデータを送信する際に、どのデジタル画像に対してどのダイジェストが対応しているのかを、送信側で適切に管理することが必要不可欠となる。
【０００５】
そこで、このような管理を行うことなく（すなわち、２種類のデータを送信することなく）電子認証が可能である手法として、従来、電子透かし技術を用いた手法がある。電子透かしとは、デジタル画像のデータ内部に、人間には知覚できないような形でデジタル情報を埋め込む技術である。この電子透かしを用いた電子認証に関する典型的な従来技術は、例えば、文献「ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳ  ＯＦ  ＴＨＥ  ＩＥＥＥ，ＶＯＬ．８７，ＮＯ．７，ＪＵＬＹ  １９９９  ｐ１１６７−１１８０」で開示されている。
【０００６】
ここで、電子透かし技術を、上述したダイジェストを用いる電子認証に応用した場合を考えてみる。
送信側は、デジタル画像（の各画素）の上位ビットから予め定めたビット数分だけ、デジタル画像のダイジェストを作成する。次に、送信側は、このダイジェストを、送り手において予め定められた秘密鍵で暗号化する。そして、送信側は、デジタル画像の下位ビットに、暗号化したダイジェストを埋め込んだ後、ネットワークを通して受信側へ送信する。
受信側は、ネットワークを通して受信したデジタル画像の下位ビットに埋め込まれている暗号化されたダイジェストを抽出する。次に、受信側は、抽出したダイジェストに対して、送り手において予め定められた公開鍵を用いた暗号解読を行って、ダイジェストを復号する。一方、受信側は、受信したデジタル画像の上位ビットから予め定めたビット数分だけ、照合用のダイジェストを作成する。そして、受信側は、この照合用のダイジェストと復号したダイジェストとを比較し、両方のダイジェストが同一であれば改ざんされていないと判定し、逆に異なっていれば改ざんされていると判定する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の電子透かし技術では、送信途中でデジタル画像が改ざんされたことを受信側で発見できても、デジタル画像中のどの部分が改ざんされたかを特定することができないという課題があった。
また、上述した電子透かし技術は、一般に人間の目には知覚しにくい高周波成分を利用して、特定の情報を埋め込むようにしている。このため、情報が埋め込まれた後にＪＰＥＧなどの非可逆的な画像処理（圧縮や伸長）が行われた場合、埋め込まれた情報が変化してしまい、正しく情報が読み出せないという課題があった。すなわち、悪意を持った者による故意のデジタル画像の改ざんと、悪意はないが一般的に行われる非可逆的な画像処理によるデジタル画像の改ざんとの、区別ができないという課題があった。
さらに、画像の高周波成分に対応する部分は、一般的にエッジやテクスチャ部分であるため、平坦な部分が多い画像（コントラストの変化があまりない画像）では、画像全体に情報が埋め込まれないことになる。そのため、平坦部分が改ざんされた場合には、埋め込まれた情報を検出できない場合が発生する可能性があるという課題もある。
【０００８】
それ故、本発明の目的は、画像の高周波成分だけではなく、画像全体に特定の情報を埋め込み、すなわち比較的低周波成分の変換係数に特定の情報を埋め込み、後に埋め込まれた情報を抽出することにより、画像の改ざん行為と非可逆的な画像処理とを区別することができ、しかも改ざん部分の特定が可能な改ざん検出用情報埋込装置、改ざん検出装置および当該装置で行われる方法並びに当該方法を実施するプログラムを記録した記録媒体を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明は、デジタル画像信号内に予め定めた改ざん検出用の情報を埋め込む装置であって、
デジタル画像信号を複数の周波数帯域に分割する帯域分割部と、
予め定めた鍵データを用いて疑似乱数系列を作成し、当該疑似乱数系列から認証データを作成する認証データ作成部と、
複数の周波数帯域のうち、最も低い周波数帯域（ＭＲＡ）の変換係数に、鍵データを埋め込む鍵データ埋込部と、
複数の周波数帯域のうち、ＭＲＡ以外の周波数帯域（ＭＲＲ）の変換係数に、認証データを埋め込む認証データ埋込部と、
データ埋め込み処理後のＭＲＡとＭＲＲとを用いて、情報の埋め込みがなされたデジタル画像信号を再構成する帯域合成部とを備える。
【００１０】
上記のように、第１の発明によれば、デジタル画像信号が複数の階層に帯域分割され、ＭＲＲ中の変換係数に、認証データが埋め込まれる。しかも、認証データが、鍵データを用いて疑似乱数系列から作成され、その鍵データがＭＲＡの変換係数に埋め込まれる。
このように、比較的低周波成分の変換係数に情報を埋め込んでいるので、非可逆的な画像処理が行われても、埋め込まれた鍵データおよび認証データの変化は、故意の改ざんによる変化よりも小さくなる。すなわち、改ざん検出装置において、非可逆的な画像処理と故意の改ざん行為とを区別させることが可能となる。また、第１の発明では、埋め込まれた周波数帯域や変換係数、変換係数の読み出し順序および鍵データ等の情報を知らない第三者による認証データの解読が困難なため、第三者による埋め込み情報の上書きやすり替えが不可能になる。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明に従属する発明であって、
設定値Ｔ（Ｔは、正の整数）および設定値ｍ（ｍは、Ｔ以下の正の整数）を予め定め、また、変換係数を所定の量子化ステップサイズで割った値をｑとして予め定め、
認証データ埋込部は、
変換係数の絶対値と設定値Ｔとをそれぞれ比較して、変換係数の絶対値が設定値Ｔ未満の場合、埋め込むべき認証データのビット値に応じて、当該変換係数を設定値＋ｍまたは−ｍに設定し、変換係数の絶対値が設定値Ｔ以上の場合、埋め込むべき認証データのビット値に応じて、当該変換係数を値ｑに最も近い偶数または奇数の整数値に設定することによって、
ＭＲＲの各変換係数に、認証データをそれぞれ埋め込むことを特徴とする。
【００１２】
上記のように、第２の発明は、第１の発明における認証データを埋め込むための好ましい手法を示したものである。この手法を用いることにより、少ない画質劣化で高精度な情報埋め込みを実現することができる。
【００１３】
第３の発明は、特定の装置によってデジタル画像信号内に埋め込まれた改ざん検出用情報を用いて、デジタル画像の改ざんを検出する装置であって、
デジタル画像信号を複数の周波数帯域に分割する帯域分割部と、
複数の周波数帯域のうち、ＭＲＡの変換係数から、特定の装置で埋め込まれた鍵データを抽出する鍵データ抽出部と、
鍵データを用いて疑似乱数系列を作成し、当該疑似乱数系列から認証データを作成する認証データ作成部と、
複数の周波数帯域のうち、ＭＲＲの変換係数から、特定の装置で鍵データに基づいて埋め込まれた埋込情報を抽出する埋込情報抽出部と、
認証データと埋込情報とを比較照合して、デジタル画像の改ざんの有無を判定する改ざん判定部とを備える。
【００１４】
第４の発明は、第３の発明に従属する発明であって、
改ざん判定部は、
デジタル画像を、予め定めた複数の画素で構成される複数の単位ブロックに分割するブロック分割部と、
単位ブロック毎に、当該単位ブロックと同一の空間的領域を表現するＭＲＲ内に埋め込まれている情報を、埋込情報の中から系列的に読み出す領域対応埋込情報読出部と、
単位ブロック毎に、領域対応埋込情報読出部で系列的に読み出された埋込情報と同じ位置に対応するデータを、認証データの中から系列的に読み出す領域対応認証データ読出部と、
読み出された埋込情報の系列と認証データの系列とを、単位ブロック毎に比較することによって、単位ブロック毎の改ざんの有無を判定するブロック改ざん判定部とを備えることを特徴とする。
【００１５】
上記のように、第３および第４の発明によれば、デジタル画像を予め定めた複数の画素から構成される単位ブロックに分割し、各単位ブロックと同一の空間的領域を表現するＭＲＲの変換係数内に埋め込まれた埋込情報を読み出して、改ざん検出用情報埋込装置で埋め込まれたであろう認証データとこの埋込情報とを比較照合する。
これにより、デジタル画像中の改ざん部分の位置を、単位ブロックに基づく領域別で検出することができる。また、改ざん検出用情報埋込装置において、比較的低周波成分の変換係数に情報が埋め込まれているので、非可逆的な画像処理が行われても、埋め込まれた鍵データおよび認証データの変化は、故意の改ざんによる変化よりも小さくなる。すなわち、非可逆的な画像処理と故意の改ざん行為とを区別することがでる。
【００１６】
第５の発明は、第３および第４の発明に従属する発明であって、
設定値Ｔおよび変換係数を量子化ステップサイズで割り四捨五入した値をｐとして予め定め、
埋込情報抽出部は、
変換係数の絶対値と設定値Ｔとをそれぞれ比較して、変換係数の絶対値が設定値Ｔ未満の場合、当該変換係数の値が正か負かを判定し、当該判定の結果に基づいて当該変換係数に埋め込まれた情報のビット値を抽出し、変換係数の絶対値が設定値Ｔ以上の場合、値ｐが偶数か奇数かを判定し、当該判定の結果に基づいて当該変換係数に埋め込まれた情報のビット値を抽出することによって、
ＭＲＲの各変換係数から、そこに埋め込まれた埋込情報をそれぞれ抽出することを特徴とする。
【００１７】
上記のように、第５の発明は、第３および第４の発明における埋め込まれた認証データを抽出するための好ましい手法を示したものである。この手法を用いることにより、少ない画質劣化で高精度な情報抽出を実現することができる。
【００１８】
第６の発明は、デジタル画像信号内に予め定めた改ざん検出用の情報を埋め込む方法であって、
デジタル画像信号を複数の周波数帯域に分割するステップと、
予め定めた鍵データを用いて疑似乱数系列を作成し、当該疑似乱数系列から認証データを作成するステップと、
複数の周波数帯域のうち、ＭＲＡの変換係数に、鍵データを埋め込むステップと、
複数の周波数帯域のうち、ＭＲＲの変換係数に、認証データを埋め込むステップと、
データ埋め込み処理後のＭＲＡとＭＲＲとを用いて、情報の埋め込みがなされたデジタル画像信号を再構成するステップとを備える。
【００１９】
上記のように、第６の発明によれば、デジタル画像信号が複数の階層に帯域分割され、ＭＲＲ中の変換係数に、認証データが埋め込まれる。しかも、認証データが、鍵データを用いて疑似乱数系列から作成され、その鍵データがＭＲＡの変換係数に埋め込まれる。
このように、比較的低周波成分の変換係数に情報を埋め込んでいるので、非可逆的な画像処理が行われても、埋め込まれた鍵データおよび認証データの変化は、故意の改ざんによる変化よりも小さくなる。すなわち、改ざん検出時において、非可逆的な画像処理と故意の改ざん行為とを区別させることが可能となる。また、第６の発明では、埋め込まれた周波数帯域や変換係数、変換係数の読み出し順序および鍵データ等の情報を知らない第三者による認証データの解読が困難なため、第三者による埋め込み情報の上書きやすり替えが不可能になる。
【００２０】
第７の発明は、第６の発明に従属する発明であって、
設定値Ｔおよび設定値ｍを予め定め、また、変換係数を所定の量子化ステップサイズで割った値をｑとして予め定め、
認証データを埋め込むステップは、
変換係数の絶対値と設定値Ｔとをそれぞれ比較するステップと、
比較の結果、変換係数の絶対値が設定値Ｔ未満の場合、埋め込むべき認証データのビット値に応じて、当該変換係数を設定値＋ｍまたは−ｍに設定するステップと、
比較の結果、変換係数の絶対値が設定値Ｔ以上の場合、埋め込むべき認証データのビット値に応じて、当該変換係数を値ｑに最も近い偶数または奇数の整数値に設定するステップとを含み、
ＭＲＲの各変換係数に、認証データをそれぞれ埋め込むことを特徴とする。
【００２１】
上記のように、第７の発明は、第６の発明における認証データを埋め込むための好ましい手法を示したものである。この手法を用いることにより、少ない画質劣化で高精度な情報埋め込みを実現することができる。
【００２２】
第８の発明は、特定の装置によってデジタル画像信号内に埋め込まれた改ざん検出用情報を用いて、デジタル画像の改ざんを検出する方法であって、
デジタル画像信号を複数の周波数帯域に分割するステップと、
複数の周波数帯域のうち、ＭＲＡの変換係数から、特定の装置で埋め込まれた鍵データを抽出するステップと、
鍵データを用いて疑似乱数系列を作成し、当該疑似乱数系列から認証データを作成するステップと、
複数の周波数帯域のうち、ＭＲＲの変換係数から、特定の装置で鍵データに基づいて埋め込まれた埋込情報を抽出するステップと、
認証データと埋込情報とを比較照合して、デジタル画像の改ざんの有無を判定するステップとを備える。
【００２３】
第９の発明は、第８の発明に従属する発明であって、
改ざんの有無を判定するステップは、
デジタル画像を、予め定めた複数の画素で構成される複数の単位ブロックに分割するステップと、
単位ブロック毎に、当該単位ブロックと同一の空間的領域を表現するＭＲＲ内に埋め込まれている情報を、埋込情報の中から系列的に読み出すステップと、単位ブロック毎に、系列的に読み出された埋込情報と同じ位置に対応するデータを、認証データの中から系列的に読み出すステップと、
読み出された埋込情報の系列と認証データの系列とを、単位ブロック毎に比較することによって、単位ブロック毎の改ざんの有無を判定するステップとを備えることを特徴とする。
【００２４】
上記のように、第８および第９の発明によれば、デジタル画像を予め定めた複数の画素から構成される単位ブロックに分割し、各単位ブロックと同一の空間的領域を表現するＭＲＲの変換係数内に埋め込まれた埋込情報を読み出して、埋め込み時に埋め込まれたであろう認証データとこの埋込情報とを比較照合する。
これにより、デジタル画像中の改ざん部分の位置を、単位ブロックに基づく領域別で検出することができる。また、改ざん検出用情報の埋め込み時において、比較的低周波成分の変換係数に情報が埋め込まれているので、非可逆的な画像処理が行われても、埋め込まれた鍵データおよび認証データの変化は、故意の改ざんによる変化よりも小さくなる。すなわち、非可逆的な画像処理と故意の改ざん行為とを区別することがでる。
【００２５】
第１０の発明は、第８および第９の発明に従属する発明であって、
設定値Ｔおよび変換係数を量子化ステップサイズで割り四捨五入した値をｐとして予め定め、
埋込情報を抽出するステップは、
変換係数の絶対値と設定値Ｔとをそれぞれ比較するステップと、
比較の結果、変換係数の絶対値が設定値Ｔ未満の場合、当該変換係数の値が正か負かを判定し、当該判定の結果に基づいて当該変換係数に埋め込まれた情報のビット値を抽出するステップと、
比較の結果、変換係数の絶対値が設定値Ｔ以上の場合、値ｐが偶数か奇数かを判定し、当該判定の結果に基づいて当該変換係数に埋め込まれた情報のビット値を抽出するステップとを含み、
ＭＲＲの各変換係数から、そこに埋め込まれた埋込情報をそれぞれ抽出することを特徴とする。
【００２６】
上記のように、第１０の発明は、第８および第９の発明における埋め込まれた認証データを抽出するための好ましい手法を示したものである。この手法を用いることにより、少ない画質劣化で高精度な情報抽出を実現することができる。
【００２７】
第１１の発明は、デジタル画像信号内に予め定めた改ざん検出用の情報を埋め込む方法が、コンピュータ装置で実行可能なプログラムとして記録された媒体であって、
デジタル画像信号を複数の周波数帯域に分割するステップと、
予め定めた鍵データを用いて疑似乱数系列を作成し、当該疑似乱数系列から認証データを作成するステップと、
複数の周波数帯域のうち、ＭＲＡの変換係数に、鍵データを埋め込むステップと、
複数の周波数帯域のうち、ＭＲＲの変換係数に、認証データを埋め込むステップと、
データ埋め込み処理後のＭＲＡとＭＲＲとを用いて、情報の埋め込みがなされたデジタル画像信号を再構成するステップとを、少なくとも実行するためのプログラムを記録している。
【００２８】
第１２の発明は、第１１の発明に従属する発明であって、
設定値Ｔおよび設定値ｍを予め定め、また、変換係数を所定の量子化ステップサイズで割った値をｑとして予め定め、
認証データを埋め込むステップは、
変換係数の絶対値と設定値Ｔとをそれぞれ比較するステップと、
比較の結果、変換係数の絶対値が設定値Ｔ未満の場合、埋め込むべき認証データのビット値に応じて、当該変換係数を設定値＋ｍまたは−ｍに設定するステップと、
比較の結果、変換係数の絶対値が設定値Ｔ以上の場合、埋め込むべき認証データのビット値に応じて、当該変換係数を値ｑに最も近い偶数または奇数の整数値に設定するステップとを含み、
ＭＲＲの各変換係数に、認証データをそれぞれ埋め込むことを特徴とする。
【００２９】
第１３の発明は、特定の装置によってデジタル画像信号内に埋め込まれた改ざん検出用情報を用いて、デジタル画像の改ざんを検出する方法が、コンピュータ装置で実行可能なプログラムとして記録された媒体であって、
デジタル画像信号を複数の周波数帯域に分割するステップと、
複数の周波数帯域のうち、ＭＲＡの変換係数から、特定の装置で埋め込まれた鍵データを抽出するステップと、
鍵データを用いて疑似乱数系列を作成し、当該疑似乱数系列から認証データを作成するステップと、
複数の周波数帯域のうち、ＭＲＲの変換係数から、特定の装置で鍵データに基づいて埋め込まれた埋込情報を抽出するステップと、
認証データと埋込情報とを比較照合して、デジタル画像の改ざんの有無を判定するステップとを、少なくとも実行するためのプログラムを記録している。
【００３０】
第１４の発明は、第１３の発明に従属する発明であって、
改ざんの有無を判定するステップは、
デジタル画像を、予め定めた複数の画素で構成される複数の単位ブロックに分割するステップと、
単位ブロック毎に、当該単位ブロックと同一の空間的領域を表現するＭＲＲ内に埋め込まれている情報を、埋込情報の中から系列的に読み出すステップと、
単位ブロック毎に、系列的に読み出された埋込情報と同じ位置に対応するデータを、認証データの中から系列的に読み出すステップと、
読み出された埋込情報の系列と認証データの系列とを、単位ブロック毎に比較することによって、単位ブロック毎の改ざんの有無を判定するステップとを備えることを特徴とする。
【００３１】
第１５の発明は、第１３および第１４の発明に従属する発明であって、
設定値Ｔおよび変換係数を量子化ステップサイズで割り四捨五入した値をｐとして予め定め、
埋込情報を抽出するステップは、
変換係数の絶対値と設定値Ｔとをそれぞれ比較するステップと、
比較の結果、変換係数の絶対値が設定値Ｔ未満の場合、当該変換係数の値が正か負かを判定し、当該判定の結果に基づいて当該変換係数に埋め込まれた情報のビット値を抽出するステップと、
比較の結果、変換係数の絶対値が設定値Ｔ以上の場合、値ｐが偶数か奇数かを判定し、当該判定の結果に基づいて当該変換係数に埋め込まれた情報のビット値を抽出するステップとを含み、
ＭＲＲの各変換係数から、そこに埋め込まれた埋込情報をそれぞれ抽出することを特徴とする。
【００３２】
上記のように、第１１〜第１５の発明は、第６〜第１０の発明の改ざん検出用情報埋込／改ざん検出方法を実行するためのプログラムを記録した媒体である。これは、既存の装置に対し、第６〜第１０の発明の改ざん検出用情報埋込／改ざん検出方法を、ソフトウェアの形態で供給することに対応させたものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態に係る改ざん検出用情報埋込装置１の構成を示すブロック図である。図２は、本発明の一実施形態に係る改ざん検出装置２の構成を示すブロック図である。
図１において、本実施形態に係る改ざん検出用情報埋込装置１は、帯域分割部１１と、認証データ作成部１２と、鍵データ埋込部１３と、認証データ埋込部１４と、帯域合成部１５とを備える。図２において、本実施形態に係る改ざん検出装置２は、帯域分割部１１と、鍵データ抽出部２１と、鍵データ判定部２２と、認証データ作成部１２と、埋込情報抽出部２３と、領域対応埋込情報読出部２４と、領域対応認証データ読出部２５と、ブロック改ざん判定部２６とを備える。
【００３４】
なお、本実施形態に係る改ざん検出装置２の帯域分割部１１および認証データ作成部１２は、本実施形態に係る改ざん検出用情報埋込装置１の帯域分割部１１および認証データ作成部１２と同様の構成であり、以下当該構成について、同一の参照番号を付してその説明を省略する。
以下、図３〜図１３をさらに参照して、本実施形態に係る改ざん検出用情報埋込装置１および改ざん検出装置２が行うデジタル画像の改ざんを検出するための方法を、順に説明する。
【００３５】
最初に、図１および図３〜図９を用いて、本実施形態に係る改ざん検出用情報埋込装置１が行う情報埋め込み方法について説明する。
図３は、本実施形態に係る改ざん検出用情報埋込装置１が行う処理を示すフローチャートである。
【００３６】
まず、図４〜図６を参照して、従来の離散ウェーブレット変換処理を用いて、デジタル画像信号を３階層へ帯域分割する帯域分割部１１の処理を説明する。図４は、図１の帯域分割部１１の構成の一例を示すブロック図である。図４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、各周波数帯域毎のウェーブレット係数（以下、変換係数という）を算出する（ステップＳ３０１）。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。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。
【００３７】
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と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５は、図４の第１の帯域分割フィルタ１００の構成の一例を示すブロック図である。図５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。
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、第１の２帯域分割部１０１は、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。
【００３９】
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。なお、第２および第３の帯域分割フィルタ２００および３００も、入力する信号に対して上記と同様の処理を行う。
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個の周波数帯域に分割される。図６は、これらを２次元周波数領域で表現した図である。ここで、最も低い周波数帯域ＬＬ３信号をＭＲＡといい、ＭＲＡ以外の周波数帯域、つまり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信号をＭＲＲという。
【００４０】
図６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６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（２×２サイズ）」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（４×４サイズ）」となる。
【００４１】
従って、例えば、ＬＬ３信号の左上の１個のデータに関しては、ＬＨ３信号、ＨＬ３信号およびＨＨ３信号のそれぞれ左上の１個のデータが、ＬＨ２信号、ＨＬ２信号およびＨＨ２信号のそれぞれ左上の正方形の４個のデータが、ＬＨ１信号、ＨＬ１信号およびＨＨ１信号のそれぞれ左上の正方形の１６個のデータが、原画像上での同一画素を表現することとなる（図６中、黒で塗りつぶしてある部分である）。つまり、画像信号において左上の正方形の６４個（８×８サイズ）の画素データは、上記各周波数帯域の変換係数と同一の空間的領域を表現する。
【００４２】
次に、認証データ作成部１２は、予め定めた鍵データを用いて疑似乱数系列を作成し、当該疑似乱数系列から認証データを作成する（ステップＳ３０２）。具体的には、認証データ作成部１２は、生成された疑似乱数系列のランダムな実数値が正か負かをそれぞれ判断し、正の場合はビット値「１」と、負の場合はビット値「０」として認証データを作成する。例えば、下記のように疑似乱数系列ＰＮから認証データＡＤが作成される。
ＰＮ＝｛0.12,-0.23,-1.21,0.23,1.1,-0.34,0.01,-0.51,…,-0.33｝
ＡＤ＝｛  １,   ０,   ０,  １, １,   ０,  １,   ０,…,   ０｝
鍵データには、例えば、疑似乱数系列を生成するための初期値、乱数発生関数の種類、系列のビット長を示す情報等が含まれる。本実施形態では、簡単のために、鍵データは８ビットのデータ長で表される値とする。また、以下の説明において、認証データは、ビット値「１」と「０」とに２進数化されたビットストリームであるとする。
なお、鍵データの情報は、埋め込み処理を行うためのキー情報であり、これらの情報は、改ざん検出装置２においてデータが抽出される際にも用いられる。従って、改ざん検出用情報埋込装置１および改ざん検出装置２の双方間で、予め鍵データの情報を決定しておく必要がある。
【００４３】
次に、鍵データ埋込部１３は、帯域分割部１１で分割された画像信号のＭＲＡの変換係数を予め定めた順序で読み出し、予め定めた手法に従って変換係数に鍵データを埋め込む（ステップＳ３０３）。この鍵データの埋め込みには、様々な手法を用いることができるが、本願発明者が以前に提案（先願）した埋め込み手法（特開平１１−１９６２６２号公報）を用いれば、少ない画質劣化で高精度な埋め込みを実現することができる。この本願発明者が先願した埋め込み手法とは、変換係数を量子化ステップサイズＱで割った値をｑとして、変換係数に対応する鍵データのビット値に応じてｑの値を最も近い偶数または奇数の整数値に設定し、鍵データを埋め込むものである。
なお、ＭＲＡの変換係数を読み出す予め定めた順序は、埋め込み処理を行うためのキー情報であり、これらの順序は、改ざん検出装置２において鍵データが抽出される際にも用いられる。また、鍵データを暗号化したまたは誤り訂正符号を付加したデジタル情報に変換し、そのデジタル情報を埋め込むようにしてもよい。さらに、埋め込むデジタル情報のビット数が、ＭＲＡの変換係数より少ない場合は、例えば、デジタル情報を一通り埋め込んだ後に、当該デジタル情報の第１ビットに戻って引き続き埋め込むようにすればよい。
【００４４】
次に、認証データ埋込部１４が行う処理（ステップＳ３０４）を、図７を参照して説明する。図７は、図１の認証データ埋込部１４が行う処理の一例を示すフローチャートである。
まず、認証データ埋込部１４は、帯域分割部１１で分割された画像信号のＭＲＲの中から、図４で示したＬＨ３信号の変換係数Ｗｉを予め定めた順序で読み出す（ステップＳ７０１）。次に、認証データ埋込部１４は、読み出した変換係数の絶対値｜Ｗｉ｜が、予め定めた設定値Ｔ以上であるか否かを判定する（ステップＳ７０２）。
このステップＳ７０２の判定において変換係数の絶対値｜Ｗｉ｜が設定値Ｔ未満である場合、認証データ埋込部１４は、認証データ作成部１２で作成された変換係数に対応する認証データのビット値に応じて、変換係数Ｗｉを予め定めた数値＋ｍまたは値−ｍに設定する（ステップＳ７０３）。この数値ｍは、設定値Ｔより小さな値であれば自由に定めることができる。しかし、数値ｍを小さくすると画質劣化は少なくなるが攻撃に対して弱くなり、大きくすると攻撃に対しては強くなるが置換量が大きくなるので画質劣化が顕著になるため、装置の使用目的および扱う画像信号のレベル等に対応させて、適宜任意に設定するようにすればよい。これに対し、ステップＳ７０２の判定において変換係数の絶対値｜Ｗｉ｜が設定値Ｔ以上である場合、認証データ埋込部１４は、上述した鍵データ埋込部１３と同様に、変換係数Ｗｉを量子化ステップサイズＱで割った値をｑとして、変換係数に対応する認証データのビット値に応じて、ｑの値を最も近い偶数または奇数の整数値に設定する（ステップＳ７０４）。
以上の処理を行い、変換係数Ｗｉに認証データのビット値を埋め込み、埋め込み処理された変換係数Ｗｉ’を作成する。
【００４５】
上記ＬＨ３信号に対する処理が完了すると、認証データ埋込部１４は、続いてＬＨ２信号の変換係数Ｗｉを予め定めた順序で読み出して、上述したステップＳ７０１〜Ｓ７０３の処理を行う。
なお、ここでは、ＬＨ３信号の変換係数に対する処理に続いて、ＬＨ２信号の変換係数に対する処理を行ったが、この処理の順序は逆であってもよい。また、認証データの埋め込みは、ＬＨ３信号およびＬＨ２信号内の全ての変換係数Ｗｉに対して行う必要はなく、例えば、縦横１つ毎に行ってもよい（後述する改ざん検出装置２での説明を参照）。こうすることで、情報の埋め込みに伴う画質劣化を低減させることができる。
このＬＨ３信号とＬＨ２信号との処理順序、ＬＨ３信号およびＬＨ２信号の変換係数を読み出すための予め定めた順序は、埋め込み処理を行うためのキー情報であり、これらの情報は、改ざん検出装置２においてデータを抽出する際にも用いられる。また、ＬＨ２信号とＬＨ３信号の変換係数を比較する設定値Ｔは、必ずしも同一でなくてもよい。好ましくは、ＬＨ３信号の変換係数を比較する設定値は、ＬＨ２信号の変換係数を比較する設定値より小さくする方がよい。例えば、ＬＨ３信号の変換係数を比較する設定値は「７」、ＬＨ２信号の変換係数を比較する設定値は「１０」、数値ｍは「２」等と決めておく。
【００４６】
次に、帯域合成部１５が行う処理を、図８および図９を用いて説明する。
図８は、図１の帯域合成部１５の構成の一例を示すブロック図である。図８において、帯域合成部１５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（ステップＳ３０５）。第１の帯域合成フィルタ４００は、ＬＬ３信号、ＬＨ３信号、ＨＬ３信号およびＨＨ３信号を入力し、これらを合成してＬＬ２信号を作成する。次に、第２の帯域合成フィルタ５００は、上記合成されたＬＬ２信号と、ＬＨ２信号、ＨＬ２信号および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、上記合成されたＬＬ１信号と、ＬＨ１信号、ＨＬ１信号および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。
【００４７】
図９は、図８の第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９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。
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。
【００４８】
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。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１５は、上述のように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個の周波数帯域信号を、埋め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。
【００４９】
次に、本実施形態に係る改ざん検出装置２が行う改ざん検出方法を、図２および図１０〜図１３を参照して説明する。
図１０は、本実施形態に係る改ざん検出装置２が行う処理を示すフローチャートである。
【００５０】
図２において、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、上記改ざん検出用情報埋込装置１の帯域合成部１５から出力されるデジタル画像信号７２が、送信途中で圧縮符号化・伸長化の処理、あるいは改ざん処理等が施された信号である。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、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信号に分割し、それぞれの変換係数を算出する（ステップＳ１００１）。
【００５１】
次に、鍵データ抽出部２１は、帯域分割部１１で分割されたデジタル画像信号７３のＭＲＡの変換係数を、上記改ざん検出用情報埋込装置１の鍵データ埋込部１３で行われたのと同じ順序で読み出し、そこに埋め込まれている鍵データを抽出する（ステップＳ１００２）。この鍵データの抽出には、様々な手法を用いることができるが、上述した本願発明者の先願に開示されている技術を用いれば、少ない画質劣化で高精度に鍵データを抽出することができる。すなわち、変換係数を量子化ステップサイズＱで割った後に四捨五入した値をｐとして、このｐの値が偶数か奇数かを判定して埋め込まれた鍵データのビット値を抽出する。
【００５２】
次に、鍵データ判定部２２は、鍵データ抽出部２１で抽出された鍵データが、改ざん検出用情報埋込装置１において用いられた鍵データと同一であるか否かの正当性を判定する（ステップＳ１００３）。この正当性の判定は、鍵データ抽出部２１で抽出された鍵データと、予め有している改ざん検出用情報埋込装置１において用いられた鍵データとを、比較することで行われる。ここで、改ざん検出用情報埋込装置１において複数の鍵データが用いられる場合には、鍵データ判定部２２は、対応する複数の鍵データを予め有しておき、鍵データ抽出部２１で抽出された鍵データとこれらの複数の鍵データとを、それぞれ比較するようにすればよい。
【００５３】
このステップＳ１００３において、上記抽出された鍵データが予め有している鍵データと同一であると判定された場合、鍵データ判定部２２は、ステップＳ１００４以降の処理を行う。一方、ステップＳ１００３において、上記抽出された鍵データが予め有している鍵データと同一でないと判定された場合、鍵データ判定部２２は、デジタル画像信号７３に改ざんが有ると判断する（ステップＳ１０１１）。
なお、この鍵データ判定部２２は、改ざん検出装置２において必須の構成ではない。しかし、このように鍵データの正当性を判定することにより、本発明のデジタル画像の改ざんを検出するための改ざん検出装置２における信頼性が増し、実用上好ましくなる。
【００５４】
次に、認証データ作成部１２は、上述したように、予め有している改ざん検出用情報埋込装置１において用いられた鍵データ（疑似乱数系列を生成するための初期値、乱数発生関数の種類、系列のビット長を示す情報等を含む）を用いて、疑似乱数系列を作成し、当該疑似乱数系列から認証データＫを作成する（ステップＳ１００４）。
【００５５】
次に、埋込情報抽出部２３の処理（ステップＳ１００５）を、図１１を参照して説明する。図１１は、図２の埋込情報抽出部２３が行う処理の一例を示すフローチャートである。
まず、埋込情報抽出部２３は、帯域分割部１１で分割されたデジタル画像信号７３のＭＲＲの中から、ＬＨ３信号およびＬＨ２信号の変換係数Ｗｉを、改ざん検出用情報埋込装置１の認証データ埋込部１４で行ったのと同じ順序、すなわちＬＨ３信号、ＬＨ２信号の順かつ予め定めた順序で読み出す（ステップＳ１１０１）。次に、埋込情報抽出部２３は、読み出した変換係数の絶対値｜Ｗｉ｜が、予め定めた設定値Ｔ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１１０２）。
このステップＳ１１０２の判定において変換係数の絶対値｜Ｗｉ｜が設定値Ｔ未満である場合、埋込情報抽出部２３は、変換係数Ｗｉの値が正か負かをさらに判定し、当該判定の結果に基づいて、変換係数毎に埋め込まれた情報のビット値を抽出する（ステップＳ１１０３）。これに対し、ステップＳ１１０２の判定において変換係数の絶対値｜Ｗｉ｜が設定値Ｔ以上である場合、埋込情報抽出部２３は、上記鍵データ抽出部２１と同様に、変換係数Ｗｉを量子化ステップサイズＱで割った後に四捨五入した値をｐとして、このｐの値が偶数か奇数かをさらに判定し、当該判定の結果に基づいて、変換係数毎に埋め込まれた情報のビット値を抽出する（ステップＳ１１０４）。
以上の処理を行い、埋込情報抽出部２３は、各変換係数に埋め込まれた情報からなる埋込情報Ｄ（これは、改ざん検出用情報埋込装置１で埋め込まれたであろう認証データに相当する）を抽出する（ステップＳ１００５）。
【００５６】
次に、領域対応埋込情報読出部２４および領域対応認証データ読出部２５の処理を、図１２を参照して説明する。図１２は、デジタル画像信号７３の改ざんの有無を判断するブロック（以下、単位ブロックという）のサイズを３２×３２画素とした場合における、画像中の左上の網掛けされた位置の単位ブロックと同一の空間的領域を表現するＬＨ３信号およびＬＨ２信号の変換係数（図１２中の太い実線の枠線部分に対応する）を示している。すなわち、デジタル画像信号７３の単位ブロックサイズが３２×３２画素である場合、ＬＨ３信号およびＬＨ２信号において対応する各ブロックサイズは、それぞれ４×４画素および８×８画素となる。
なお、ここで説明する単位ブロックサイズ（３２×３２画素）は一例であり、この単位ブロックサイズは、どの程度のブロックサイズ（領域）を単位としてデジタル画像信号７３が改ざんされているかを判断したいかによって、任意に設定することが可能である。
【００５７】
今、ＬＨ３信号およびＬＨ２信号の変換係数を読み出す予め定めた順序（すなわち、改ざん検出用情報埋込装置１において情報が埋め込まれた順序）が、縦横１つ毎である場合を一例に挙げて説明する。この場合、３２×３２画素の単位ブロックに対応する埋込情報は、ＬＨ３信号内の４個とＬＨ２信号内の１６個となる（図１２中、黒で塗りつぶした部分である）。
従って、この例の場合では、領域対応埋込情報読出部２４は、埋込情報抽出部２３で抽出された埋込情報Ｄの中から、改ざんの有無を判断する単位である上記２０個の変換係数を、３２×３２画素の単位ブロックに対応する埋込情報ＢＤとして読み出す（ステップＳ１００６）。
同様に、領域対応認証データ読出部２５は、認証データ作成部１２で作成された認証データＫの中から、埋込情報ＢＤと同じ位置に対応する２０個の認証データを、３２×３２画素の単位ブロックに対応する認証データＢＫとして読み出す（ステップＳ１００７）。
【００５８】
例えば、領域対応埋込情報読出部２４および領域対応認証データ読出部２５において読み出された埋込情報ＢＤおよび認証データＢＫが、それぞれ、
ＢＤ＝｛１,０,１,１,１,０,０,１,１,０,０,１,１,１,０,１,０,１,０,１｝
ＢＫ＝｛１,１,１,０,１,０,０,１,１,０,０,０,１,０,０,１,０,１,０,１｝
であるとする。
この例では、第２、第４、第１２および第１４番目のビットの４箇所が、異なっている。
【００５９】
次に、ブロック改ざん判定部２６は、まず上記読み出された埋込情報ＢＤと認証データＢＫとの同一位置のビットについて排他的論理和をそれぞれ演算し、その結果の総和Ｓを求める（ステップＳ１００８）。図１３は、排他的論理和による演算の一例を示す図であり、互いのビット値が異なる場合は値「１」を出力し、互いのビット値が同じ場合は値「０」を出力する。そして、ブロック改ざん判定部２６は、求めた総和Ｓと予め定めた設定値ＢＴとを比較することにより、単位ブロックに分割した部分画像（この例では、３２×３２画素のブロック）において、改ざんがされている否かを判定する（ステップＳ１００９）。
例えば、ブロック改ざん判定部２６は、求めた総和Ｓが予め定めた設定値ＢＴより大きい場合は、改ざんがされていると判定し、反対に小さい場合は、改ざんがされていないと判定する。この予め定めた設定値ＢＴは、どの程度の改ざんを判定するかによって自由に定めることができ、この定め方によって画像の改ざん行為と非可逆的な画像処理とを区別することが可能となる。
上記埋込情報ＢＤおよび認証データＢＫの例では、４箇所のビットが異なっているので、求められた総和Ｓは「４」となる。従って、設定値ＢＴが「３」に設定されている場合、総和Ｓが設定値ＢＴより大きいため、この単位ブロックは改ざんされていると判定される。
【００６０】
なお、ブロック改ざん判定部２６で演算される排他的論理和は、上述した論理と逆であってもよい。すなわち、互いのビット値が異なる場合は値「０」となり、互いのビット値が同じ場合は値「１」となる。この場合、ブロック改ざん判定部２６は、総和Ｓが設定値ＢＴより小さい場合は、改ざんがされていると判定し、反対に大きい場合は、改ざんがされていないと判定すればよい。また、排他的論理和の総和Ｓを求める代わりに、埋込情報ＢＤと認証データＢＫとのビットが一致している個数またはその内積を求めてもよい。さらに、埋込情報ＢＤおよび認証データＢＫのビット値「０」に代えて値「−１」を与え、その内積を計算してもよい。
【００６１】
そして、改ざん検出装置２は、上記ステップＳ１００９における判定の結果、改ざんがされていると判断した場合は、この単位ブロックの位置（３２×３２画素サイズ内）には改ざんが有るという情報を、一方、改ざんがされていないと判断した場合は、この単位ブロックの位置には改ざんが無いという情報を、メモリに格納またはディスプレイに表示（共に図示せず）する（ステップＳ１０１０，Ｓ１０１１）。
以上のステップＳ１００６〜ステップＳ１００９の処理を、全ての単位ブロックに対して繰り返し行うことにより、デジタル画像中の改ざん部分の位置を検出する。
【００６２】
以上のように、本発明の一実施形態によれば、改ざん検出用情報埋込装置１において、デジタル画像信号が３つの階層に帯域分割され、ＭＲＲ中のＬＨ３信号およびＬＨ２信号の変換係数に、認証データが埋め込まれる。しかも、認証データが、鍵データを用いて疑似乱数系列から作成され、その鍵データがＭＲＡの変換係数に埋め込まれる。また、改ざん検出装置２において、デジタル画像を予め定めた複数の画素から構成される単位ブロックに分割し、各単位ブロックと同一の空間的領域を表現するＭＲＲの変換係数内に埋め込まれた埋込情報を読み出して、改ざん検出用情報埋込装置１で埋め込まれたであろう認証データとこの埋込情報とを比較照合する。
これにより、改ざん検出装置２は、デジタル画像中の改ざん部分の位置を、単位ブロックに基づく領域別で検出することができる。また、改ざん検出用情報埋込装置１において、比較的低周波成分の変換係数に情報を埋め込んでいるので、非可逆的な画像処理が行われても、埋め込まれた鍵データおよび認証データの変化は、故意の改ざんによる変化よりも小さくなる。すなわち、非可逆的な画像処理と故意の改ざん行為とを区別することがでる。さらに、本発明の改ざん検出用情報埋込方法および改ざん検出方法では、埋め込まれた周波数帯域や変換係数、変換係数の読み出し順序および鍵データ等の情報を知らない第三者による認証データの解読が困難なため、第三者による埋め込み情報の上書きやすり替えが不可能になる。
【００６３】
なお、上記実施形態の帯域分割部１１で行われる離散ウェーブレット変換による階層化は、上述した３つの階層に限られるものではなく、ＬＬ信号が１×１の要素になるまで何回行ってもよい。また、認証データの埋め込みに用いる帯域は、ＬＨ３信号およびＬＨ２信号に限ったものではなく、ＭＲＲの他の帯域であっても、またＭＲＲの全帯域であってもよい。この場合も同様に、処理する帯域の順序を、予め定めておく必要がある。
ただ、本発明の有用な効果を十分に発揮させるためには、より深い階層信号のみの変換係数に認証データを埋め込むのが好ましい。すなわち、図４において、第３の階層信号のＬＨ３信号とＨＬ３信号、および／または、第２の階層信号のＬＨ２信号とＨＬ２信号の全てもしくはその一部に、認証データを埋め込むようにするのが最も好ましい。
【００６４】
また、上記実施形態では、認証データ埋込部１４において、予め定めた順序で読み出された変換係数毎に認証データを順番に埋め込むようにしているが、単位ブロックと同一の空間的領域を表現するＭＲＲ内の変換係数には、単位ブロック毎に同じ認証データを繰り返し埋め込むようにしてもよい。
【００６５】
さらに、上記実施形態の改ざん検出用情報埋込装置１において、鍵データを公開鍵または共通鍵を用いて暗号化した後に埋め込み、改ざん検出装置２において、暗号化されて埋め込まれた情報を復号する場合は、双方の装置間で予め公開鍵または共通鍵を決定しておく必要がある。
【００６６】
なお、典型的には、上記実施形態に係る改ざん検出用情報埋込装置１および改ざん検出装置２が実現する各機能は、所定のプログラムデータが格納された記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ，ハードディスク等）と、当該プログラムデータを実行するＣＰＵ（セントラル・プロセシング・ユニット）とによって実現される。この場合、各プログラムデータは、ＣＤ−ＲＯＭやフロッピーディスク等の記録媒体を介して導入されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る改ざん検出用情報埋込装置１の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る改ざん検出装置２の構成を示すブロック図である。
【図３】図１の改ざん検出用情報埋込装置１が行う処理を示すフローチャートである。
【図４】図１の帯域分割部１１の構成の一例を示すブロック図である。
【図５】図４の第１の帯域分割フィルタ１００の構成の一例を示すブロック図である。
【図６】離散ウェーブレット変換によって得られる各信号を２次元周波数領域で表現した図である。
【図７】図１の認証データ埋込部１４が行う処理の一例を示すフローチャートである。
【図８】図１の帯域合成部１５の構成の一例を示すブロック図である。
【図９】図８の第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１０】図２の改ざん検出装置２が行う処理を示すフローチャートである。
【図１１】図２の埋込情報抽出部２３が行う処理の一例を示すフローチャートである。
【図１２】３２×３２画素サイズのブロックと同一の空間的領域を表現するＬＨ３信号およびＬＨ２信号の変換係数を模式的に示す図である。
【図１３】排他的論理和による演算の一例を説明する図である。
【図１４】従来の電子認証の手順の概要を説明する図である。
【符号の説明】
１…改ざん検出用情報埋込装置
２…改ざん検出装置
１１…帯域分割部
１２…認証データ作成部
１３…鍵データ埋込部
１４…認証データ埋込部
１５…帯域合成部
２１…鍵データ抽出部
２２…鍵データ判定部
２３…埋込情報抽出部
２４…領域対応埋込情報読出部
２５…領域対応認証データ読出部
２６…ブロック改ざん判定部
７１〜７３…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】
0004310041.tif 000002
【図２】
0004310041.tif 000003
【図３】
0004310041.tif 000004
【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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