(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮のために変換、量子化、及びエントロピー符号化されたデジタルデータに透かし信号を挿入する挿入方法であって、
前記デジタルデータから最低周波数係数を抽出する抽出ステップと、
前記最低周波数係数をエントロピー復号化するエントロピー復号化ステップと、
前記エントロピー復号化された係数に前記透かし信号を挿入する挿入ステップと、
前記透かし信号が挿入された係数をエントロピー符号化するエントロピー符号化ステップと、
前記エントロピー符号化された係数を前記抽出ステップで抽出されたデジタルデータの最低周波数係数と置き換える置換ステップとを有することを特徴とする挿入方法。
【請求項２】
前記透かし信号は、前記最低周波数係数の量子化に使用される量子化ピッチに依存する変調振幅に基づいて変調された信号であることを特徴とする請求項１に記載の挿入方法。
【請求項３】
前記変換は、ＤＣＴ変換であり、前記最低周波数係数は、ＤＣ係数であることを特徴とする請求項１又は２に記載の挿入方法。
【請求項４】
前記変換は、離散ウェーブレット変換であり、前記抽出ステップは、最低周波数かつ最低解像度を有するサブバンド信号ＬＬを抽出することを特徴とする請求項１又は２に記載の挿入方法。
【請求項５】
圧縮のために変換、量子化、及びエントロピー符号化されたデジタルデータに透かし信号を挿入する挿入装置であって、
前記デジタルデータから最低周波数係数を抽出する抽出手段と、
前記最低周波数係数をエントロピー復号化するエントロピー復号化手段と、
前記エントロピー復号化された係数に前記透かし信号を挿入する挿入手段と、
前記透かし信号が挿入された係数をエントロピー符号化するエントロピー符号化手段と、
前記エントロピー符号化された係数を前記抽出手段で抽出されたデジタルデータの最低周波数係数と置き換える置換手段とを有することを特徴とする挿入装置。
【請求項６】
前記透かし信号は、前記最低周波数係数の量子化に使用される量子化ピッチに依存する変調振幅に基づいて変調された信号であることを特徴とする請求項５に記載の挿入装置。
【請求項７】
前記変換は、ＤＣＴ変換であり、前記最低周波数係数は、ＤＣ係数であることを特徴とする請求項５又は６に記載の挿入装置。
【請求項８】
前記変換は、離散ウェーブレット変換であり、前記抽出手段は、最低周波数かつ最低解像度を有するサブバンド信号ＬＬを抽出することを特徴とする請求項５又は６に記載の挿入装置。
【請求項９】
圧縮のために変換、量子化、及びエントロピー符号化されたデジタルデータから透かし信号を検出する検出方法であって、
前記デジタルデータから最低周波数係数を抽出する抽出ステップと、
前記最低周波数係数をエントロピー復号化するエントロピー復号化ステップと、
前記エントロピー復号化された係数と透かし信号との間の相関を求め、前記相関の結果に応じて、前記デジタルデータから透かし信号を検出する検出ステップとを有することを特徴とする検出方法。
【請求項１０】
圧縮のために変換、量子化、及びエントロピー符号化されたデジタルデータから透かし信号を検出する検出装置であって、
前記デジタルデータから最低周波数係数を抽出する抽出手段と、
前記最低周波数係数をエントロピー復号化するエントロピー復号化手段と、
前記エントロピー復号化された係数と透かし信号との間の相関を求め、前記相関の結果に応じて、前記デジタルデータから透かし信号を検出する検出手段とを有することを特徴とする検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮のために変換、量子化、及びエントロピー符号化されたデジタルデータに透かし信号を挿入する挿入方法及び装置に関する。
【０００２】
更に、本発明は、圧縮のために変換、量子化、及びエントロピー符号化されたデジタルデータから透かし信号を検出する検出方法及び装置にも関する。
【０００３】
これは一般に、デジタルデータに透かしを入れる電子透かしの技術分野に含まれる。
【０００４】
【従来の技術】
コンピュータによるデジタル化されたマルチメディアデータの交換が普及したことで、不正コピーの作成及び配布、並びに漠然とデータの不法操作が助長されている。
【０００５】
この不法操作を制限するため、例えばデータの所有者、送信者、又は受信者を識別するための、デジタルデータに透かしを直接挿入している電子透かしが使用される。この透かしの挿入は、デジタルデータにおける付加情報項目の符号化と同様である。
【０００６】
従来、デジタルデータが画像である場合に目に見えるロゴを挿入して透かしを入れている。しかし、この透かしは、この画像を不法操作しようとするユーザが簡単に削除することができる。
【０００７】
そこで、透かしを使用するにあたっては、以下の品質要素が求められる。
【０００８】
透かしが知覚できないこと、即ち、このような透かしの挿入がデジタルデータの知覚的品質、例えば画像の視覚的品質やオーディオデータの聴覚的品質を維持していなければならない。透かしが知覚できないと、その盗用が難しくなる。
【０００９】
透かしが消せないこと、即ち、デジタルデータに入れられた透かしが統計的に検出できず、透かしを破壊するための故意の攻撃に耐えられるものである。
【００１０】
透かしが、圧縮及び圧縮解除、デジタル／アナログ変換、フィルタリングなど、デジタルデータに適用される従来の処理に対して堅固（robust）なものでなければならない。
【００１１】
最後に、透かしが信頼できること、即ち、与えられたデジタルデータにおける透かしの有無に関して信頼できる判断が可能なものでなければならない。
【００１２】
既知の透かしを入れる方法は、非圧縮画像に適用される。しかし、実際の多くのケースでは、圧縮画像が、例えばデジタル写真装置によって配送されて手近にある。
【００１３】
従って、圧縮データに透かしを挿入すると有利である。
【００１４】
米国文書第5727092号では、例えば１組の圧縮データに付加データを挿入する方法を提案している。この方法は、１組の圧縮データをエントロピー復号した後に、この１組の復号されたデータに付加データを挿入し、その後、透かしを入れられたのこの１組のデータをエントロピー再符号化することを含む。
【００１５】
挿入された付加データはバイナリデータであり、ビット数及び挿入「位置」が、処理される圧縮データセットの特定の統計特性に依存する。
【００１６】
この目的で前の分析ステップ中に、処理される圧縮データセットで類似の係数の対、即ち、互いに近似の値及び同様の発生頻度を有する対について探索が行われる。処理されるデータセットに特有のこれらの対が、付加データの挿入に使用される。
【００１７】
後で付加情報を抽出できるようにするために、使用される対を表すキーを符号化データに付加する必要がある。
【００１８】
従って、この方法は透かしを入れるデータセットのすべての係数に対する動作が必要となる。これらの動作には時間とメモリスペースが必要である。
【００１９】
更に、この結果は、エラーを導入する可能性のあるフィルタリングなど後続の動作に対して堅固ではない。
【００２０】
会議議事録EUSIPCO98（1998年9月8〜12日）の2285〜2288ページに所載の文書「Robust image watermarking in the sub-band or discrete cosine transform domain」は圧縮に対して堅固な透かしを入れる方法を提案している。この方法は透かしを入れる、圧縮されていない信号の非量子化低周波係数を使用するものである。
【００２１】
この方法は、低周波係数が、その後に他のすべてのサブバンドとかなり精細に比較されて量子化され、或いはまったく量子化されない場合に使用すると有利である。圧縮は、透かしを入れた後に行われる。
【００２２】
これらの２つの文書では現時点までに、圧縮データ上で堅固な透かしを入れることは考えられておらず、これら２つの態様それぞれに特有の制約は異なる。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来技術よりも堅固で、かつ、迅速に、デジタルデータに透かし信号を挿入するための方法及び装置を提供することにより、従来技術の欠点を改善することである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
この目的で、本発明は、圧縮のために変換、量子化、及びエントロピー符号化されたデジタルデータに透かし信号を挿入する挿入方法であって、前記デジタルデータから最低周波数係数を抽出する抽出ステップと、前記最低周波数係数をエントロピー復号化するエントロピー復号化ステップと、前記エントロピー復号化された係数に前記透かし信号を挿入する挿入ステップと、前記透かし信号が挿入された係数をエントロピー符号化するエントロピー符号化ステップと、前記エントロピー符号化された係数を前記抽出ステップで抽出されたデジタルデータの最低周波数係数と置き換える置換ステップとを有することを特徴とする挿入方法を提案する。
【００２５】
相関的に本発明は、圧縮のために変換、量子化、及びエントロピー符号化されたデジタルデータに透かし信号を挿入する挿入装置であって、前記デジタルデータから最低周波数係数を抽出する抽出手段と、前記最低周波数係数をエントロピー復号化するエントロピー復号化手段と、前記エントロピー復号化された係数に前記透かし信号を挿入する挿入手段と、前記透かし信号が挿入された係数をエントロピー符号化するエントロピー符号化手段と、前記エントロピー符号化された係数を前記抽出手段で抽出されたデジタルデータの最低周波数係数と置き換える置換手段とを有することを特徴とする挿入装置を提案する。
【００２６】
本発明による方法及び装置は、適度な堅固さを提供しながら、透かし信号をデジタルデータに迅速に挿入することを可能にする。
【００２７】
透かし信号は、前記最低周波数係数の量子化に使用される量子化ピッチに依存する変調振幅に基づいて変調された信号である。
【００３３】
また本発明は、圧縮のために変換、量子化、及びエントロピー符号化されたデジタルデータから透かし信号を検出する検出方法であって、前記デジタルデータから最低周波数係数を抽出する抽出ステップと、前記最低周波数係数をエントロピー復号化するエントロピー復号化ステップと、前記エントロピー復号化された係数と透かし信号との間の相関を求め、前記相関の結果に応じて、前記デジタルデータから透かし信号を検出する検出ステップとを有することを特徴とする検出方法に関する。
【００３４】
更に本発明は、圧縮のために変換、量子化、及びエントロピー符号化されたデジタルデータから透かし信号を検出する検出装置であって、  前記デジタルデータから最低周波数係数を抽出する抽出手段と、前記最低周波数係数をエントロピー復号化するエントロピー復号化手段と、前記エントロピー復号化された係数と透かし信号との間の相関を求め、前記相関の結果に応じて、前記デジタルデータから透かし信号を検出する検出手段とを有することを特徴とする検出装置に関する。
【００３５】
この検出方法及び装置により、処理済みデータ中に一定の透かしが存在するかどうかを検出することが可能になる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下の例では、限定されない例により、デジタルデータは画像Ｉを表す一連のデジタルサンプルからなる。
【００４０】
付加情報は、知覚できず堅固な方法で画像Ｉに挿入することが望まれる、目に見えない透かしである。この目に見えない透かしで、例えば画像Ｉの作成者又は所有者を識別することができるようになる。この例では、付加情報は親展キーＫによって生成される電子透かし信号Ｗから構成される。この透かし信号Ｗが画像Ｉに挿入される。
【００４１】
透かしを入れるには、２つのカテゴリがあり、主にそれらの使用法と復号器の構造が異なる。透かし入れの第１のカテゴリは、続く復号フェーズで検出が試行される所定の透かし信号の挿入からなる。この検出には、使用される透かし信号の知識及び復号時間が前提とされる。
【００４２】
透かし入れの第２のカテゴリは、それについての事前の知識なしに、続く復号フェーズで抽出が試行される透かし信号の挿入からなる。
【００４３】
これら２つのカテゴリは、図１ａ及び図１ｂで示されている。
【００４４】
一般には、図１ａに示すように、挿入装置は、画像ＩにおいてキーＫによって定義される透かし信号Ｗを符号化する符号器Ｃ１とほぼ同様である。透かし信号は、例えば疑似ランダムである。透かしを入れられた画像Ｉ’は、符号器Ｃ１の出力に提供される。
【００４５】
この画像Ｉ’は、伝送又は記憶するために非線形ノイズの付加、表示するためにデジタル／アナログ変換、縮尺の変更や画像の一部の除去などの幾何的変形、或いはフィルタリングにたとえられるある数の処理を受けることができる。
【００４６】
処理後、透かしを入れられた画像Ｉ’のノイズバージョンに相当する画像Ｉ*は、符号器Ｃ１に関連する復号器Ｄ１に伝送される。この復号器Ｄ１は、従来の方法で、親展キーＫ及び透かし信号Ｗを使用して画像Ｉ*が挿入された変調信号Ｗを含んでいるかを推定する。この検出は、復号装置及び方法を参照しながら後に詳細に説明する相関測定に基づいて行われる。
【００４７】
図１ｂでは、符号器Ｃ２が所定数のビットを有するバイナリ信号である透かし信号を挿入する。この場合、キーＫは、透かし信号Ｗが挿入される方法を個別化（personalize）できるようにする。この透かし信号は疑似ランダムではなく、情報を含んでいる。
【００４８】
復号器Ｄ２は、キーＫを単独で使用し、透かし信号Ｗの推定である透かし信号Ｗ*を抽出するために画像Ｉ*を処理する。
【００４９】
以下に、透かし挿入／検出の例についてより詳述する。もちろん、本発明は、透かしの挿入／抽出の場合にも適用される。
【００５０】
選択され図２に示された実施形態によれば、データに付加情報項目を挿入するための装置は、例えばコンピュータ、デジタル写真装置、スキャナなどのデータ処理装置ＴＤ１に組み込まれている。
【００５１】
非符号化データのソース１には、例えば非符号化データを記憶するためのランダム・アクセス・メモリ、ハードディスク、ディスケット、コンパクトディスクなどの記憶手段があり、この記憶手段はそこに入っているデータを読み取るための適切な読取手段と関連している。この記憶手段にデータを記録するための手段も設けることができる。このソース１は、デジタル装置に組み込んでも組み込まなくてもよい。
【００５２】
既に述べたように、符号化されるデータは画像Ｉを表す一連のデジタルサンプルであり、以下に更に詳細に考察する。
【００５３】
ソース１は、変換回路２の入力にデジタル画像信号ＳＩを提供する。この画像信号ＳＩは、一連のデジタルワード、例えばバイトである。各バイト値は、ここでは２５６グレイレベルである１ピクセルの画像Ｉ又は白黒画像を表す。
【００５４】
多スペクトル画像の場合には、例えば赤緑青タイプ又は輝度及びクロミナンスタイプの３つの周波数帯域に分かれた成分を有するカラー画像の場合、必要なら、輝度及びクロミナンス成分によって表すために画像が最初に変換される。次に、そこへ透かし信号を挿入するために輝度信号が処理され、単一スペクトル画像の場合と同様に、この処理によってクロミナンス成分は変更されない。
【００５５】
ここで考えている変換は、信号の周波数分析を行うためのデータ信号の分解である。
【００５６】
変換回路２は、量子化回路３に接続される。この量子化回路３は、それ自体、周知の量子化、例えば回路２によって提供された信号の係数又は係数グループの、スカラ量子化又はベクトル量子化を使用する。
【００５７】
量子化回路３は、量子化回路３により量子化されたデータのエントロピー符号化、例えばハフマン符号化又は算術符号化を実行するエントロピー符号化回路４に接続される。
【００５８】
変換回路２、量子化回路３、及びエントロピー符号化回路４は従来のものであり、例えばデジタル画像などのデータをバイナリストリーム形式で圧縮データに変換する。
【００５９】
更に詳細に考察する例示的な実施形態では、変換回路２、量子化回路３、及びエントロピー符号化回路４で実行される符号化は、静止画像の処理に頻繁に使用されるＪＰＥＧ（Joint Photographic Expert Group）方式の符号化である。
【００６０】
このソース画像Ｉは、８×８画素サイズのＮ個の隣接する正方形ブロックに分割され、ここでＮは整数である。初期ブロックと同じサイズのＮブロックの変換された係数を形成するために、離散コサイン変換（ＤＣＴ）方式が各ブロックに適用される。順位ｉの所与のブロックの場合、変換された係数の内の１つがｄｃiで表される低周波係数、ここでは連続した成分であり、その他の６３個の係数は高周波成分である。
【００６１】
この変換された係数は、量子化回路３によって量子化テーブルを使用して量子化される。量子化テーブルはそれ自体が符号化され、符号化データを含んだバイナリストリームに組み込まれ、符号化データと共に復号器に送られる。
【００６２】
次に、この量子化された係数が、係数に対してエントロピー符号化を実行するエントロピー符号化回路４に提供される。使用される符号化は、ハフマン符号化又は算術符号化である。低周波係数は高周波係数とは統計分布が異なるため、異なる方法で別に符号化される。
【００６３】
エントロピー符号化の前に、予測符号化が低周波係数で実行される。従って、各低周波係数は微分係数で置き換えられる。第１符号化ブロックでは、その場合、低周波係数ｄｃ1に対する予測は０に等しくなる。従って、対応する微分係数ｄ1は、ｄｃ1に等しくなる。後続ブロックでは、低周波係数ｄｃiに対する予測は、前述したブロックの低周波係数ｄｃi-1に等しくなる。その場合、微分係数ｄiは、その差異（ｄｃi−ｄｃi-1）に等しくなる。
【００６４】
いくつかのエントロピー符号化テーブルが一般に使用される。エントロピー符号化テーブルは、バイナリストリームに符号化され、復号器に送られる。
【００６５】
エントロピー符号化回路４は、圧縮画像のデータを含むバイナリストリームを送出する。図３は、バイナリストリームの一部を示しており、より具体的には、選ばれた画像の連続する２つのブロックの符号化データを示している。順位ｉ又は順位ｉ＋１のブロックは、微分係数Ｄi又はＤi+1によって、並びに高周波係数のシーケンスを表す符号化イベントＡＣi,k又はＡＣi+1,kによって符号化される。ブロックの終わりは、エンドワードＥＯＢでマークされる。
【００６６】
画像のブロックは、所定の順序、例えばビデオ走査順序で考察及び処理されること、並びに所与のブロックでは係数も所定の順序で、例えば左上隅から右下隅までジグザグに考察されることに留意されたい。
【００６７】
本発明によれば、この装置は、変換回路２、量子化回路３、及びエントロピー符号化回路４によって圧縮されたデータ、この場合は圧縮画像に、目に見えない透かしを挿入する、透かし入れ回路５を有する。
【００６８】
透かし入れ回路５は、圧縮画像の低周波係数のサブセットを抽出する係数抽出回路５１を含む。
【００６９】
係数抽出回路５１は、係数抽出回路５１によって抽出される係数のエントロピー復号を実行する、エントロピー復号回路５２に接続される。このエントロピー復号は、エントロピー復号が低周波係数にのみ関係する点以外は、エントロピー符号化回路４が実行するエントロピー符号化に対応している。
【００７０】
エントロピー復号回路５２は、エントロピー復号回路５２によって復号された係数を透かし入れするために、回路５３に接続される。回路５３は、透かし信号により透かし入れされるべき係数の変調を実行する。
【００７１】
回路５３は、回路５３によって透かし入れされた係数のエントロピー符号化を行うエントロピー符号化回路５４に接続される。エントロピー符号化は、これが低周波係数にのみ関係する点以外は、エントロピー符号化回路４が実行するエントロピー符号化と同一である。
【００７２】
エントロピー符号化回路５４は、バイナリストリーム内に、抽出された係数の代わりに透かしを入れられ、符号化された係数を配置する、挿入回路５５に接続される。
【００７３】
透かし入れ回路５は、圧縮装置とは異なる装置で使用可能であり、その場合はこの２つの装置が相互に通信するためのインタフェースを有することに留意されたい。
【００７４】
符号化されたデータを使用する手段６は、この透かし入れ装置５の出力に接続される。
【００７５】
このユーザ手段６は、例えば符号化されたデータを記憶する手段、及び／又は符号化されたデータを伝送する手段を含む。
【００７６】
前述の挿入装置に対応する、付加情報を検出するための装置が図４に示されている。データ内の付加情報項目を検出するための装置は、例えばコンピュータ、デジタル写真装置、ファクシミリ装置などのようなデータ処理装置ＴＤ２に組み込まれる。
【００７７】
検出装置は、ここでは圧縮され、透かしを入れられている可能性もある画像Ｉ*を、前述の係数抽出回路５１と同様の抽出回路２１に提供する、圧縮データのソース２０を有する。
【００７８】
この抽出回路２１は、前述のエントロピー復号回路５２と同様のエントロピー復号回路２２に接続される。エントロピー復号回路２２はそれ自体が、装置ＴＤ２に提供された画像が所定の透かしを含んでいるかチェックする、チェック回路２３に接続される。装置ＴＤ２の機能については、以下に詳細に開示する。
【００７９】
図５を参照しながら、本発明を実施する装置１０の例について記載する。この装置は、以下に展開された例に基づき、デジタル信号における透かし信号の挿入及び／又は検出に適合される。
【００８０】
ここで装置１０は、以下のものが接続される通信バス１０１を有するマイクロコンピュータである。
【００８１】
−中央処理装置（ＣＰＵ）１００
−読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）１０２
−ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）１０３
−スクリーン１０４
−キーボード１１４
−ハードディスク１０８
−ディスケット１１０を受け入れるように適合されたディスクドライブ１０９
−ネットワーク１１３と通信するための通信インタフェース１１２
−マイクロフォン１１１に接続される入出力カード１０６
ハードディスク１０８は、本発明を実施するプログラム並びに本発明に基づき符号化されるデータ及び符号化されたデータを記憶する。これらのプログラムはディスク１１０上で読み取るか、通信ネットワーク１１３を介して受信するか、読み出し専用メモリ１０２に記憶することもできる。
【００８２】
更に、一般には、このプログラムは本発明に基づいて記憶手段に記憶される。この記憶手段はコンピュータで又はマイクロプロセッサで読み取ることができる。この記憶手段は装置に組み込まれることも組み込まれないこともあり、取外し可能な場合もある。例えば磁気テープ、ディスケット、又はＣＤ−ＲＯＭ（固定記憶コンパクト・ディスク）を備えることができる。
【００８３】
装置に電源が投入されると、本発明の実行可能コード及び本発明を実施するのに必要な変数を含む、本発明によるプログラムは、ランダム・アクセス・メモリ１０３に転送される。
【００８４】
装置１０は、デジタル写真装置、スキャナ、或いはデータを獲得又は記憶するその他の手段のような周辺装置１０７から、符号化されるデータを受信することができる。
【００８５】
装置１０は、通信ネットワーク１１３を介してリモート装置から符号化されるデータを受信し、符号化されたデータを、再度通信ネットワーク１１３を介してリモート装置に伝送することもできる。
【００８６】
装置１０は、符号化されるデータをマイクロフォン１１１から受信することもできる。その後、これらのデータは音声信号になる。
【００８７】
スクリーン１０４は、特に符号化されるデータをユーザに表示可能とし、キーボード１１４と共に、ユーザインタフェースとしての機能を果たす。
【００８８】
次に、本発明による透かし挿入装置及び透かし検出装置の機能について、アルゴリズムを用いて説明する。
【００８９】
図６のアルゴリズムは、本発明に基づく挿入装置の一般機能を示している。
【００９０】
ステップＥ１は、画像Ｉの圧縮である。この画像は、上記で開示されたように、変換され、量子化され、その後エントロピー符号化される。実行される符号化はＪＰＥＧタイプのものであるか、ＤＣＴ変換、ウェーブレット法による変換のような、一般に圧縮用に適合されるスペクトル及び統計的表示を生成する変換を必然的に伴う。この圧縮の結果が圧縮画像ＩＣである。
【００９１】
図３に示すように、圧縮画像ＩＣはバイナリストリームに組み入れられる。
【００９２】
次のステップＥ２は圧縮画像ＩＣの低周波係数の抽出である。ＪＰＥＧタイプの符号化の場合、前述のように、サブイメージと呼ばれ、Ｎ個の低周波係数Ｄ1〜ＤNを含む１組を形成する８×８サイズの係数から１ブロック当たり１つの低周波係数が抽出される。
【００９３】
次のステップＥ３は、抽出された係数Ｄ1〜ＤNのエントロピー復号である。このエントロピー復号は、ステップＥ１で実行されたエントロピー符号化に対応している。ステップＥ２及びＥ３については、図７で詳細に説明する。
【００９４】
ステップＥ３の結果は、復号された低周波係数ｄｃ1〜ｄｃNを含むサブイメージである。これらの係数は量子化される。
【００９５】
次のステップＥ４は、マーキング信号Ｗを用いるサブイメージの変調である。以下に詳細に説明するこのステップによって透かしを入れられたサブイメージ、即ち１組の量子化され透かしを入れられた係数が生成される。
【００９６】
ステップＥ４の次は、透かしを入れられたサブイメージの係数をエントロピー符号化するステップＥ５である。実行されるエントロピー符号化はこちらの方が関係する係数が少ない点以外は、ステップＥ１で実行されるエントロピー符号化と同じである。そして、ステップＥ６では、圧縮画像内でこれらの符号化された係数Ｄ’iが、処理された係数の代わりに置き換えられる。その結果が、透かしを入れられた圧縮画像ＩＣＭである。
【００９７】
図７に、圧縮画像ＩＣの低周波係数の抽出及びエントロピー復号（ステップＥ２及びＥ３）をより詳細に表す。これらの動作は、ステップＥ２０からＥ２９で行われる。
【００９８】
ステップＥ２０は、圧縮画像ＩＣを表すバイナリストリームを含むファイルにおけるエントロピー符号化テーブルの読み取り及び格納である。
【００９９】
次のステップＥ２１は、作業パラメータｉを１に初期化する。パラメータｉは、サブイメージ内での低周波係数の順位を示す。
【０１００】
次のステップＥ２２は、バイナリストリーム内における第１の低周波係数Ｄ1の読み取りである。
【０１０１】
次のステップＥ２３は、ステップＥ２０で読み取ったエントロピー符号化テーブルを用いる係数Ｄ1のエントロピー復号である。復号された係数ｄ1は、メモリに格納されている係数ｄｃ1に等しい。
【０１０２】
次のステップＥ２４は、バイナリストリーム内で次のブロックの終わりワードＥＯＢの探索である。
【０１０３】
次のステップＥ２５は、バイナリストリーム内で次の微分係数Ｄiを考察するために、変数ｉの増分である。この係数は、バイナリストリーム内で、ステップＥ２４で読み取ったブロックの終わりワードＥＯＢの後ろにある。微分係数Ｄiは、ステップＥ２６で読み取られる。
【０１０４】
次のステップＥ２７は、ステップＥ２０で読み取ったエントロピー符号化テーブル用いる微分係数Ｄiのエントロピー復号である。復号された係数はｄiと表される。
【０１０５】
次のステップＥ２８は、次式により低周波係数ｄｃiを決定することができるようにする微分復号である。
【０１０６】
ｄｃi＝ｄｃi-1＋ｄi
ステップＥ２８の結果は、低周波係数ｄｃiとしてメモリに格納される。
【０１０７】
次のステップＥ２９は、すべての低周波係数が復号されたかどうかを判定するテストである。応答が否定の場合、次のステップＥ２４を実行する。ステップＥ２９で応答が肯定の場合、低周波係数ｄｃ1〜ｄｃNのサブイメージは完全に決定される。前述のように、これらの係数は量子化された量である。
【０１０８】
本来、これまでに記載した低周波係数の抽出は、ＪＰＥＧの使用に関する一例である。例えば、いわゆるＪＰＥＧのプログレッシブバージョンで、低周波情報はバイナリストリームの一部にまとめられる。従って、エントロピー復号を適用する前に単一の動作で抽出することができる。
【０１０９】
図８に、ステップＥ２０からＥ２９によって決定される低周波係数ｄｃ1からｄｃNのサブイメージにおいて、直接変調と呼ばれる、透かし信号の変調の第１の実施形態を示す。この変調の実施形態は、ステップＥ４０からＥ４３を含む。直接変調は量子化された量、例えば整数のみを使用し、変調の最後で量子化動作を行わないことが好ましい。
【０１１０】
ステップ４０はサブイメージの各低周波係数ｄｃiを、所定のスキャン順序で連続的に考察する。
【０１１１】
ステップＥ４１では、例えば画像の所有者を識別する目に見えないキーである数値Ｋで初期設定された、例えばバイナリ法の疑似ランダム描画（drowing）が実行される。
【０１１２】
疑似ランダム描画の結果は、画像の係数の数に等しいＮ個の係数ｗiを含む疑似ランダム信号Ｗである。例えば、係数ｗiは＋１又は−１に等しい。
【０１１３】
ステップＥ４２は、透かしを入れられた係数ｄｃ’iを提供するための、現在の低周波係数ｄｃiで透かし信号自体の変調である。この変調は、次式に従って実行される。
【０１１４】
ｄｃ’i＝ｄｃi＋αiｗi
この式で、αiは、様々な方法で選択することのできる変調振幅を示す整数である。
【０１１５】
好ましくは、変調振幅は低周波係数の量子化に使用される量子化ピッチに依存しており、その結果下記に開示するように、画像に入れられた透かしを検出するために使用される検出しきい値は量子化ピッチに依存しない。例えば、ＪＰＥＧ符号化が少なくとも７５の品質要素で考察されるならば、αi＝ＩＮＴ｛α0/P｝を選択することが可能であり、この式でＩＮＴは整数部分、Ｐは量子化ピッチを表し、α０は８に等しくすることが可能である。
【０１１６】
変調振幅は、用いられる量子化ピッチに比例する定数とすることができる。
【０１１７】
変調振幅は、現在の低周波係数に近い低周波係数の重み付き平均とすることができる。そして、量子化ピッチも自動的に考慮される。
【０１１８】
変調振幅は、心理的視覚的（psychovisual）マスキングを提供するためにローカル可視性限界を考慮して、透かし入れの不可視性を保証している。
【０１１９】
あらゆる場合において、変調振幅は整数である。
【０１２０】
次のステップＥ４３は、処理されるサブイメージのすべての係数に対し、ステップＥ４０へのループを実行可能にする。すべての係数が処理された場合、その結果は透かし信号が適用されたサブイメージとなる。サブイメージは量子化され透かしを入れられた係数を含む。
【０１２１】
図９に、ステップＥ２０からＥ２９によって決定される低周波係数のサブイメージにおける透かし信号の変調（ステップＥ４）の第２の実施形態を示す。この変調の実施形態は、ステップＥ４００からＥ４０４を含む。
【０１２２】
この実施形態において、スペクトル変換は、透かしを入れる挿入の前に低周波係数｛ｄｃi｝のセットに最初に適用される。この実施形態は、低周波係数の周波数特性を考慮し、画像に入れられた透かしの存在によりどんな可視人工物も制限することができる。
【０１２３】
ステップＥ４００は、例えば離散ウェーブレットへの分割などのサブイメージの多重解像度スペクトル分割である。このサブイメージ｛ｄｃi｝の分割は従来の形式であり、いくつかの解像度レベルに基づいてサブバンド信号を生成する。例えば、図１０に示すように、この分割により、３つの解像度レベルに基づいて分配される１０のサブバンド信号における結果である。この分割は、デシメータ（decimator）に関連付けられた従来の高域フィルタと低域フィルタのセットで実行される。
【０１２４】
ステップＥ４０１は、例えば分割内で最低周波数及び最低解像度を有するサブバンド信号ＬＬなど、分割のサブバンド信号の抽出である。本来、分割内の別のサブバンドを選択することができる。
【０１２５】
次のステップＥ４０２は、ステップＥ４０１で抽出された信号ＬＬ上での透かし信号Ｗ１の変調である。ステップＥ４０２は、ステップＥ４０１で抽出されたサブバンド信号に適用される前述したステップＥ４０からＥ４３と同様である。ここで使用される透かし信号Ｗ１は、ステップＥ４０１で抽出されたサブバンド信号ＬＬの係数の数に対応するいくつかの係数を有する。
【０１２６】
スペクトル分割が従来のフィルタリング動作で実行される場合、得られた量はそれ以上量子化されない。それゆえ、量子化が変調の終わりに実行されるので、量子化された量を用いて変調を実行する必要はない。
【０１２７】
係数ｗi及び変調振幅は、量子化された量である必要はない。特に、変調振幅が上記で開示したように選択されるか、或いは、例えば現在の低周波係数αi＝０，１．ｄｃiに比例することも可能である。そして、量子化ピッチが自動的に考慮される。
【０１２８】
次のステップＥ４０３で、変調されたサブバンド信号ＬＬ’は、抽出された信号ＬＬの代わりにサブイメージの分割で置き換えられる。
【０１２９】
次のステップＥ４０４は、ステップＥ４００で実行される変換に対する逆変換である。ステップＥ４０４は、透かし信号が適用されたサブイメージを生成する。
【０１３０】
次にステップＥ４０４は、透かしを入れられた係数ｄｃ’iがその以前に算出された値に最も近い整数値で量子化されるように、透かしを入れられたサブイメージの係数の再量子化を含む。従って、この量子化動作は、かなり複雑性の低い単純な数値丸めである。
【０１３１】
図１１に、ステップＥ２０からＥ２９によって決定される低周波係数のサブイメージにおける透かし信号の変調（ステップＥ４）の第３の実施形態を示す。この実施形態は、ステップＥ４０００からＥ４００４を含む。
【０１３２】
この実施形態では、透かし信号の適切な変調を行う前に、第２の実施形態とは異なるスペクトル変換が低周波係数｛ｄｃi｝のセットに適用される。このスペクトル変換は、ここでは更にグローバルな、即ち画像全体に適用される、離散コサイン変換（ＤＣＴ）である。この変換を実行すると、特定の画像に対し、処理された特定画像を検出する際の不可視性と堅固さとの間でより良い妥協点を得ることが可能になる。更に、この変換により、処理された画像に適合される透かし信号のスペクトル分布が可能となる。
【０１３３】
更に、透かし信号が実際に変調される係数のセットは、第２の実施形態による方法（図９）とは異なる方法で決定される。
【０１３４】
ステップＥ４０００は、低周波係数｛ｄｃi｝のサブイメージをグローバル離散コサイン変換するアプリケーションからなる。このステップを実行すると、１組のＮスペクトル係数が生成され、ここでＮは処理された画像の係数｛ｄｃi｝の数である。これらＮ個の係数の中から考察中のサブイメージ全体の平均値を示す「低周波」係数である、第１係数が区別される。
【０１３５】
第２のステップＥ４００１は、前のステップで形成されたＮ個の係数の組からＰ個のスペクトル係数Ｘiのサブセットの抽出からなり、ここで数値Ｐは所定の値である。例えば、第１スペクトル係数はそのまま残され、ＪＰＥＧ標準のブロックの実行で説明したように、続くＰ個のスペクトル係数が、ジグザグの読み取り順序で抽出される。この方法はそれ自体が周知であるが、この場合、低周波係数のサブイメージが限定数の計算だけを実行する縮小サイズであるため、有利に適用される。
【０１３６】
次のステップＥ４００２は、抽出されたスペクトル係数Ｘiの数に等しい長さＰの透かし信号Ｗ２の変調からなる。このステップは、抽出されたスペクトル係数のサブセットに適用される、前述のステップＥ４０からＥ４３と同様である。
【０１３７】
ステップＥ４００１で選択されたような「中周波」係数である抽出された係数｛Ｘi｝で変調が実行されると、抽出された係数の大きさも考慮に入れることが好ましい。特に、この変調の振幅は、例えば式：αi＝０，１｜Ｘi｜に基づいて選択することができる。従って、係数の大きさ及び量子化ピッチが自動的に考慮される。前述の変調振幅を選択するその他の方法も適用できる。係数ＸiはＤＣＴ適用後には量子化されないので、量子化された値による変調を実行する必要がないことに留意されたい。
【０１３８】
次のステップＥ４００３は、ステップＥ４００１の抽出の際に決められた所定の順序で、スペクトル係数のセットにおいて前述のステップで処理されたスペクトル係数を置き換えることからなる。
【０１３９】
次のステップＥ４００４は、変調された低周波係数ｄｃ’iのセットを得るように、逆ＤＣＴ変換を適用することからなる。ステップＥ４００４は、逆変換によって得られた実係数ｄｃ’iに最も近い整数値を選択することに等しい低周波係数ｄｃiと同じビット数での係数の再量子化も含む。
【０１４０】
図１２に、画像内に透かしを入れられた係数のエントロピー符号化及び再挿入（ステップＥ５及びＥ６）を示す。これらの動作は、ステップＥ５０からＥ６１で実行される。
【０１４１】
ステップＥ５０は、作業パラメータｉが１に初期化される初期化である。パラメータｉは、透かしを入れられた係数を連続して考察する役割を果たす。
【０１４２】
次のステップＥ５１は、画像の第１ブロックに対応する、第１の量子化され、透かしを入れられた係数ｄｃ’1の読み取りである。
【０１４３】
次のステップＥ５１は、前に読み取った係数のエントロピー符号化である。
【０１４４】
符号化された係数Ｄ’1は、次のステップＥ５３で、圧縮され、透かしを入れられた画像ＩＣＭに対応するバイナリストリームを含む圧縮ファイルに記憶される。
【０１４５】
次のステップＥ５４は、本発明では処理されておらず、現在処理中の第１ブロックの高周波係数｛ＡＣ1,k｝の圧縮ファイルへのコピーである。
【０１４６】
次のステップＥ５５では、次の透かしを入れられた低周波係数を考察するために、パラメータｉが１単位毎に実行される。
【０１４７】
次のステップＥ５６は、現在量子化され、透かしを入れられた低周波係数ｄｃ’iの読み取りである。この係数は、ステップＥ５７で、式：ｄ’i＝ｄｃ’i−ｄｃ’i-1に基づいて微分係数ｄ’iに変換される。
【０１４８】
次のステップＥ５８は、前に決定された微分係数ｄ’iのエントロピー符号化である。符号化された微分係数Ｄ’iは、その後ステップＥ５９で圧縮ファイルに記憶される。
【０１４９】
次のステップＥ６０は、指数ｉの現在のブロックの高周波係数｛ＡＣi,k｝の圧縮ファイルへのコピーである。
【０１５０】
次のステップＥ６１は、考察中のイメージのすべてのブロックが実行されたかどうかを判定するテストである。処理していないブロックが１つでも残っている場合、ステップＥ６１の後に前述のステップＥ５５を実行する。
【０１５１】
すべてのブロックを処理すると、圧縮ファイルには圧縮され透かしを入れられた画像ＩＣＭが格納される。
【０１５２】
次に、所定の既知の透かしが圧縮された画像Ｉ*内にあるかどうかを判定するために、この画像Ｉ*上で実行される処理が行われる。この処理は、前述の復号器又は検出器で実行される。
【０１５３】
図１３に、圧縮画像Ｉ*を含むファイルを処理可能にする、透かし検出の第１の実施形態を示す。この検出は復号器内で実行され、ステップＥ１００及びＥ１０１を含む。
【０１５４】
ステップＥ１００は、圧縮画像の低周波係数の抽出及びエントロピー復号である。これらの動作は、符号化で前述した操作（ステップＥ２とＥ３並びにＥ２０〜Ｅ２９）と同じであり、低周波係数｛ｄｃ*i｝のサブイメージを生成する。
【０１５５】
変形例によれば、透かし信号の検出可能性を向上させるように、ノイズを消去するためにこれらの係数に従来のフィルタリングを行うことは可能である。すべての係数を集中させることも可能である。
【０１５６】
低周波係数｛ｄｃ*i｝のサブイメージは、透かしチェックステップＥ１０１で処理される。このステップは、透かしＷ（又はＷ１）が圧縮画像内に存在するかどうかを探索することからなる。ステップＥ１０１の２つの実施形態について以下に詳述する。
【０１５７】
ステップＥ１０１では、処理された圧縮画像に入れられた透かしを認識したか否かを示す、バイナリ応答を実行する。
【０１５８】
図１４に、非圧縮画像を処理可能にする第２の透かし検出モードを示す。この検出は、ステップＥ２００からＥ２０３を含む。
【０１５９】
ステップＥ２００は、変換回路２で実行される変換と同一の非圧縮画像の変換である。次のステップＥ２０１は、変換された画像の量子化である。この量子化は、量子化回路３で行われる量子化と同一である。
【０１６０】
次のステップＥ２０２は、低周波サブイメージ｛ｄｃ*i｝を形成するための低周波係数の抽出である。
【０１６１】
次のステップＥ２０３は、前述のステップＥ１０１と同一である。
【０１６２】
対応検出装置は、変換、量子化、係数抽出、及びチェック手段を有する。
【０１６３】
図１５に、画像内における透かしチェック（ステップＥ１０１又はＥ２０３）の第１の実施形態を示す。このチェックは、画像内に透かしを入れる挿入の第１のモードに対応しており、ステップＥ５００からＥ５０２を含む。
【０１６４】
ステップＥ５００は、前述のステップＥ４１と同一の疑似ランダム描画であり、サブイメージの係数の数に等しい数の係数ｗiを有する疑似ランダム信号Ｗを生成する。
【０１６５】
ステップＥ５０１では、処理されるサブイメージと疑似ランダム信号Ｗとの間の相関：Ｃ＝Σ（ｄｃ*iｗi）が計算され、その後ステップＥ５０２で、この量と決定しきい値ＳＤとが比較される。
【０１６６】
この比較の結果、処理される画像が該当する透かしを含むかどうかを決定することができる。
【０１６７】
図１６に、画像内における透かしチェック（ステップＥ１０１からＥ２０２）の第２の実施形態を示す。このチェックは、画像内に透かしを入れる挿入の第２のモードに対応しており、ステップＥ６００からＥ６０４を含む。
【０１６８】
ステップＥ６００は、ステップＥ４００で行われるものと同一の、低周波係数のサブイメージの多重スペクトル分割である。次のステップＥ６０１は、ステップＥ４０１と同様の、最低周波数のサブバンド抽出である。最低周波数のサブバンドの係数は、ｄｃ１iと表される。
【０１６９】
ステップＥ６０２は、描画される係数の数がステップＥ６０１で決定されたサブバンド信号の係数の数に等しいということを除き、ステップＥ５００と同様の疑似ランダム描画である。ステップＥ６０２は、係数がｗ１iで示される透かし信号Ｗ１を生成する。
【０１７０】
次のステップＥ６０３は、サブバンド信号と疑似ランダム信号Ｗ１との間の相関Ｃ１＝Σ（ｄｃ１iｗ１i）の計算である。この量は、ステップＥ６０４で、決定しきい値ＳＤ１と比較される。
【０１７１】
この比較の結果、処理される画像が該当する透かしを含むかどうかを決定することができる。
【０１７２】
図１７に、画像内における透かしチェック（ステップＥ１０１又はＥ２０３）の第３の実施形態を示す。このチェックは、図１６で説明した、スペクトル分割と変調された係数を抽出するステップを、図１１を参照しながら説明した透かし信号を挿入する対応ステップと置き換える（ステップＥ４００１及びＥ４００２）チェックに対応している。
【０１７３】
ステップＥ７００は、ここではサブイメージに適用されるグローバルＤＣＴであり、ステップＥ４０００で実行されるものと同一の、低周波係数のサブイメージのスペクトル分割である。
【０１７４】
次のステップＥ７０１は、図１１の対応ステップＥ４００２と同一の、周波係数のサブセットの抽出である。抽出される周波係数は、Ｘ*iと表される。
【０１７５】
ステップＥ７０２は、透かし信号Ｗ２の形成を目的とし、キーＫによって初期化される疑似ランダム描画であり、係数はｗ２iと表される。
【０１７６】
ステップＥ７０３は、抽出された周波係数Ｘ*iと透かし信号Ｗ２との間の相関の計算である。
【０１７７】
計算量は、Ｒ＝ΣＸ*iｗ２iである。
【０１７８】
この相関計算の代わりに、他の周知の統計的テストが使用できることに留意されたい。
【０１７９】
次のステップＥ７０４は、相関Ｒの値と所定のしきい値ＳＤ２との比較からなる。この比較の結果により、処理される画像が該当する透かしＷ２を含むかどうかを決定することができる。
【０１８０】
尚、本発明は複数の機器（例えば、ホストコンピュータ，インタフェイス機器，リーダ，プリンタなど）から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置（例えば、複写機，ファクシミリ装置など）に適用してもよい。
【０１８１】
また、本発明の目的は前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（ＣＰＵ若しくはＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。
【０１８２】
この場合、記憶媒体から読出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【０１８３】
プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えばフロッピーディスク，ハードディスク，光ディスク，光磁気ディスク，ＣＤ−ＲＯＭ，ＣＤ−Ｒ，磁気テープ，不揮発性のメモリカード，ＲＯＭなどを用いることができる。
【０１８４】
また、コンピュータが読出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）などが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【０１８５】
更に、記憶媒体から読出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【０１８６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来技術よりも堅固で、かつ、迅速な圧縮デジタルデータに付加情報項目を挿入するための方法及び装置を提供することにより、従来技術の欠点を改善することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】デジタル信号における付加情報項目の挿入及び検出を示す概略図である。
【図１ｂ】デジタル信号における付加情報項目の挿入及び検出を示す概略図である。
【図２】本発明に基づく、データに付加情報項目を挿入するための装置を示す図である。
【図３】図２の装置で形成されるバイナリストリームの一部を示す図である。
【図４】本発明に基づく、データ内の付加情報項目を検出するための装置を示す図である。
【図５】本発明に基づく、装置の一実施形態を示す図である。
【図６】本発明に基づく、データに付加情報項目を挿入するための汎用アルゴリズムを示す図である。
【図７】図６のアルゴリズムで使用されるエントロピー復号アルゴリズムを示す図である。
【図８】図６のアルゴリズムで使用される変調アルゴリズムの第１の実施形態を示す図である。
【図９】図６のアルゴリズムで使用される変調アルゴリズムの第２の実施形態を示す図である。
【図１０】周波数サブバンドに分割された画像を示す図である。
【図１１】図６のアルゴリズムで使用される変調アルゴリズムの第３の実施形態を示す図である。
【図１２】図６のアルゴリズムで使用されるエントロピー符号化アルゴリズムを示す図である。
【図１３】本発明に基づく、データ内の付加情報を検出するためのアルゴリズムの第１の実施形態を示す図である。
【図１４】本発明に基づく、データ内の付加情報を検出するためのアルゴリズムの第２の実施形態を示す図である。
【図１５】図１４のアルゴリズムで使用される、データ内の付加情報を探索するためのアルゴリズムの第１の実施形態を示す図である。
【図１６】図１４のアルゴリズムで使用される、データ内の付加情報を探索するためのアルゴリズムの第２の実施形態を示す図である。
【図１７】図１４のアルゴリズムで使用される、データ内の付加情報を探索するためのアルゴリズムの第３の実施形態を示す図である。
【図１ａ】
0003796386.tif 000002
【図１ｂ】
0003796386.tif 000003
【図２】
0003796386.tif 000004
【図３】
0003796386.tif 000005
【図４】
0003796386.tif 000006
【図５】
0003796386.tif 000007
【図６】
0003796386.tif 000008
【図７】
0003796386.tif 000009
【図８】
0003796386.tif 000010
【図９】
0003796386.tif 000011
【図１０】
0003796386.tif 000012
【図１１】
0003796386.tif 000013
【図１２】
0003796386.tif 000014
【図１３】
0003796386.tif 000015
【図１４】
0003796386.tif 000016
【図１５】
0003796386.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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