JP3950126B2 - Digital watermark detection method and apparatus - Google Patents
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Description
この発明は、例えば記録媒体を介して提供されるディジタル動画像信号の不正な複製を防止するのに有効な電子透かし検出方法及び装置に関する。 The present invention relates to a digital watermark detection method and apparatus effective for preventing illegal duplication of a digital moving image signal provided via a recording medium, for example.
ディジタルVTR、あるいはDVD(ディジタルバーサタイルディスク)のようなディジタル画像データを記録及び再生する装置の普及により、これらの装置で再生が可能な数多くのディジタル動画像が提供されるようになってきている。またインターネット、放送衛星、通信衛星等を介したディジタルテレビ放送を通じて様々なディジタル動画像が流通し、ユーザは高品質のディジタル動画像を利用することが可能となりつつある。 With the widespread use of apparatuses for recording and reproducing digital image data such as digital VTRs or DVDs (Digital Versatile Discs), a large number of digital moving images that can be reproduced by these apparatuses have been provided. In addition, various digital moving images are distributed through digital television broadcasting via the Internet, broadcasting satellites, communication satellites, etc., and users can use high-quality digital moving images.
ディジタル動画像は、ディジタル信号レベルで簡易に高品質の複製を作成することが可能であり、何らかの複製禁止あるいは複製制御を施さない場合には、無制限に複製されるおそれがある。従って、ディジタル動画像の不正な複製(コピー)を防止し、あるいは正規ユーザによる複製の世代数を制御するために、ディジタル動画像に複製制御のための情報を付加し、この付加情報を用いて不正な複製を防止し、複製を制限する方法が考えられている。 A digital moving image can be easily made a high-quality copy at the digital signal level, and there is a possibility that the copy is unlimited without any copy inhibition or copy control. Therefore, in order to prevent illegal copying (copying) of digital moving images or to control the number of generations of copying by authorized users, information for copying control is added to the digital moving images, and this additional information is used. A method of preventing illegal duplication and limiting duplication is considered.
このようにディジタル動画像に別の付加情報を重畳する技術として、電子透かし(digital watermarking)が知られている。電子透かしは、ディジタルデータ化された音声、音楽、動画、静止画等のコンテンツに対して、コンテンツの著作権者や利用者の識別情報、著作権者の権利情報、コンテンツの利用条件、その利用時に必要な秘密情報、あるいは上述した複製制御情報などの情報(これらを透かし情報と呼ぶ)を知覚が容易ではない状態となるように埋め込み、後に必要に応じて透かし情報をコンテンツから検出することによって利用制御、複製制御を含む著作権保護を行ったり、二次利用の促進を行うための技術である。 As a technique for superimposing other additional information on a digital moving image in this way, digital watermarking is known. Digital watermarks are used for digital data such as audio, music, video, still images, etc., content copyright owner and user identification information, copyright owner rights information, content usage conditions, and usage By embedding secret information necessary at times, or information such as the above-mentioned duplication control information (these are called watermark information) so that it is not easy to perceive, and later detecting watermark information from the content as necessary This technology protects copyrights including usage control and copy control, and promotes secondary usage.
電子透かしの一つの方式として、スペクトラム拡散技術を応用した方式が知られている。この方式では、以下の手順により透かし情報をディジタル動画像に埋め込む。 As one method of digital watermarking, a method using spread spectrum technology is known. In this method, watermark information is embedded in a digital moving image by the following procedure.
[ステップE1]画像信号にPN(Pseudorandom Noise)系列を乗積してスペクトラム拡散を行う。 [Step E1] The image signal is multiplied by a PN (Pseudorandom Noise) sequence to perform spread spectrum.
[ステップE2]スペクトル拡散後の画像信号を周波数変換(例えばDCT変換)する。 [Step E2] The image signal after the spread spectrum is subjected to frequency conversion (for example, DCT conversion).
[ステップE3]特定の周波数成分の値を変更することで透かし情報を埋め込む。 [Step E3] The watermark information is embedded by changing the value of a specific frequency component.
[ステップE4]逆周波数変換(例えばIDCT変換)を施す。 [Step E4] Inverse frequency conversion (for example, IDCT conversion) is performed.
[ステップE5]スペクトル逆拡散を施す(ステップE1と同じPN系列を乗積する)。 [Step E5] Perform spectrum despreading (multiply the same PN sequence as in step E1).
一方、こうして透かし情報が埋め込まれたディジタル動画像からの透かし情報の検出は、以下の手順により行う。 On the other hand, the watermark information is detected from the digital moving image in which the watermark information is embedded in the following procedure.
[ステップD1]
画像信号にPN(Pseudorandom Noise)系列(ステップE1と同じPN系列)を乗積してスペクトル拡散を行う。
[Step D1]
The image signal is multiplied by a PN (Pseudorandom Noise) sequence (the same PN sequence as in step E1) to perform spectrum spreading.
[ステップD2]スペクトル拡散後の画像信号を周波数変換(例えばDCT変換)する。 [Step D2] The image signal after the spread spectrum is subjected to frequency conversion (for example, DCT conversion).
[ステップD3]特定の周波数成分の値に着目し、埋め込まれた透かし情報を抽出する。 [Step D3] Focusing on the value of a specific frequency component, the embedded watermark information is extracted.
不正利用の防止を目的として電子透かしを適用する場合、ディジタル著作物に対して通常に施されると想定される各種の操作や意図的な攻撃によって、透かし情報が消失したり改竄されたりしないような性質(ロバスト性)を持つ必要がある。透かし情報を埋め込んだディジタル画像に対して透かし情報を検出できなくする攻撃としては、画像の切り出し、スケーリング(拡大/縮小)及び回転等が考えられる。 When digital watermarking is applied to prevent unauthorized use, the watermark information is not lost or altered by various operations or intentional attacks that are normally assumed to be applied to digital works. It is necessary to have unique properties (robustness). Attacks that make it impossible to detect watermark information for a digital image in which watermark information is embedded include image clipping, scaling (enlargement / reduction), rotation, and the like.
このような攻撃を受けた画像が入力された場合、従来の技術では、まず、透かし情報の検出時に埋め込み時のステップE1で用いたPN系列を推定する処理を行って、PN系列の同期を回復した後、ステップD1〜D3の処理を行って、埋め込まれた透かし情報を抽出する。しかしながら、画像信号だけからPN系列の同期を回復するには、複数の候補で処理を試みて、うまく検出できたものを採用するという探索を行う必要があり、このために演算量や回路規模が増加するという問題がある。 When an image subjected to such an attack is input, the conventional technique first restores the synchronization of the PN sequence by performing a process of estimating the PN sequence used in step E1 at the time of embedding when detecting the watermark information. After that, the processes of steps D1 to D3 are performed to extract the embedded watermark information. However, in order to recover the synchronization of the PN sequence from only the image signal, it is necessary to perform a search that attempts to process with a plurality of candidates and employs those that have been successfully detected. There is a problem of increasing.
本発明は、画像の切り出し、スケーリング及び回転等の攻撃に対して、演算量や回路規模の増大を伴うことなく、埋め込んだ透かし情報を検出できる電子透かし検出方法及び装置を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a digital watermark detection method and apparatus capable of detecting embedded watermark information without increasing the amount of calculation and the circuit scale against attacks such as image clipping, scaling, and rotation. To do.
上記の課題を解決するため、本発明は透かし情報が埋め込まれた画像信号から透かし情報を検出する電子透かし検出方法において、入力される画像信号から特定周波数成分信号を抽出し、抽出された特定周波数成分信号の位相変換を少なくとも一つの変換手段によって行い、位相変換が行われた特定周波数成分信号と前記入力される画像信号との相互相関演算を行い、前記位相変換の位相変換量の変化に対する相互相関値の変化のピークの極性から前記透かし情報を抽出する。 In order to solve the above problems, the present invention extracts a specific frequency component signal from an input image signal in an electronic watermark detection method for detecting watermark information from an image signal in which the watermark information is embedded. The phase conversion of the component signal is performed by at least one conversion means, the cross-correlation operation is performed between the specific frequency component signal subjected to the phase conversion and the input image signal, and the mutual change with respect to the change in the phase conversion amount of the phase conversion is performed. The watermark information is extracted from the polarity of the peak of the correlation value change.
本発明に係る電子透かし検出装置は、入力される画像信号から特定周波数成分信号を抽出する抽出手段と、抽出された特定周波数成分信号の位相変換を行う少なくとも一つの変換手段と、前記変換手段によって位相変換が行われた特定周波数成分信号と前記入力される画像信号との相互相関演算を行い、前記位相変換の位相変換量の変化に対する相互相関値の変化のピークの極性から前記透かし情報を抽出する相関演算手段とを有する。 An electronic watermark detection apparatus according to the present invention includes an extraction unit that extracts a specific frequency component signal from an input image signal, at least one conversion unit that performs phase conversion of the extracted specific frequency component signal, and the conversion unit. Performs cross-correlation operation between the specific frequency component signal that has undergone phase conversion and the input image signal, and extracts the watermark information from the polarity of the peak of the cross-correlation value change with respect to the change in the phase conversion amount of the phase conversion Correlation calculating means.
この電子透かし検出装置においては、前記抽出手段と前記相関演算手段との間に挿入された前記特定周波数信号の振幅を制限する振幅リミッタをさらに有していてもよい。また、前記抽出手段及び変換手段の少なくとも一方の特性をランダム化情報によってランダム化してもよい。さらに、前記変換手段と前記相関演算手段との間に挿入された非線形フィルタをさらに有してもよい。 The digital watermark detection apparatus may further include an amplitude limiter that limits the amplitude of the specific frequency signal inserted between the extraction unit and the correlation calculation unit. Further, at least one characteristic of the extraction unit and the conversion unit may be randomized by randomization information. Furthermore, you may have further the nonlinear filter inserted between the said conversion means and the said correlation calculating means.
本発明によれば画像の切り出し、スケーリング及び回転等の攻撃に対して、演算量や回路規模の増大を伴うことなく、埋め込んだ透かし情報を検出できる電子透かし検出方法及び装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a digital watermark detection method and apparatus capable of detecting embedded watermark information without increasing the amount of computation or the circuit scale against attacks such as image clipping, scaling, and rotation. .
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[第1の実施形態]
(電子透かし埋め込み装置の基本構成)
図1は、本発明の一実施形態に係る電子透かし埋め込み装置の基本構成を示すブロック図である。電子透かし埋め込み装置には、透かし情報が埋め込みされるべき画像信号(埋め込み対象画像信号という)10として、動画像または静止画のディジタル化された画像信号が入力される。この埋め込み対象画像信号10は輝度信号及び色差信号の両方を含んでいてもよいが、輝度信号のみであってもよい。
[First Embodiment]
(Basic configuration of digital watermark embedding device)
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a digital watermark embedding apparatus according to an embodiment of the present invention. A digital image signal of a moving image or a still image is input to the digital watermark embedding device as an
埋め込み対象画像信号10は3分岐され、特定周波数成分抽出部11と特徴量抽出部15及び透かし情報重畳部16に入力される。特定周波数成分抽出部11は、周波数領域のディジタルフィルタ、例えば所定のカットオフ周波数を有するハイパスフィルタ、あるいは所定の通過域中心周波数を有するバンドパスフィルタによって構成され、入力動画像信号10から特定の周波数成分、例えば比較的高い周波数成分を抽出する。以下では、特定周波数成分抽出部11からの出力信号を特定周波数成分信号という。
The embedding
特定周波数成分抽出部11から出力される特定周波数成分信号は、位相変換器12及び振幅変換器13によって位相と振幅が変換される。本実施形態では位相変換器12が前段、振幅変換器13が後段にそれぞれ配置されているが、逆に振幅変換器13が前段、位相変換器12が後段にそれぞれ配置されていてもよい。入力画像信号10に埋め込みべきディジタル情報である透かし情報14は、位相変換器12及び振幅変換器13の少なくとも一方に与えられる。
The phase and amplitude of the specific frequency component signal output from the specific frequency
位相変換器12は、特定周波数成分信号に対して予め定められた固有の位相変換量の位相変換を施すように構成される。具体的には、位相変換器12は単一または複数のディジタル位相シフタによって実現され、位相変換量は位相シフタの位相シフト量となる。図2は位相変換器12による位相シフトの様子を示す図であり、この例では特定周波数成分信号が波形を保って単純に位相シフトされる。位相変換器12に透かし情報14が入力される場合には、位相変換器12の位相変換量(位相シフト量)が透かし情報14に従って制御される。
The
振幅変換器13は、入力される特定周波数成分信号に対して、予め定められた固有の振幅変換量の振幅変換を施すように構成される。振幅変換器13は具体的には単一または複数の排他的論理和回路やディジタル乗算器であり、振幅変換量は入力される特定周波数成分信号に乗じる係数となる。振幅変換器13に透かし情報14が入力される場合には、振幅変換器13の振幅変換量(係数)が透かし情報14に従って制御される。
The
さらに、本実施形態では特徴量抽出部15により埋め込み対象画像信号10の特徴量、例えば画像の複雑度を表すアクティビィティが抽出される。この特徴量の情報は振幅変換器13に入力される。振幅変換器13では、入力された特徴量に応じて特定周波数成分の振幅変換量(係数)が制御される。具体的には、特徴量がアクティビィティの場合、アクティビィティが大きいほど係数が大きく設定される。なお、特徴抽出部15は必須ではなく、省略してもよい。
Further, in the present embodiment, the feature
位相変換器12及び振幅変換器13によって位相変換と振幅変換を受けた特定周波数成分信号は、ディジタル加算器からなる透かし情報重畳部16によって埋め込み信号として供給され、埋め込み対象画像信号10に重畳される。すなわち、特定周波数成分抽出部11によって抽出された特定周波数成分信号は、位相変換器12及び振幅変換器13によって電子透かし埋め込み装置に固有の位相変換及び振幅変換を受けると共に、位相変換量及び振幅変換量の一方または両方が透かし情報14によって制御されるため、透かし情報重畳部16においては透かし情報14が埋め込み対象画像信号10に埋め込まれることになる。なお、特定周波数成分抽出部11によって抽出され、かつ位相変換器12及び振幅変換器13によって位相及び振幅が変換された特定周波数成分信号は、複数チャネル存在してもよく、その場合は複数チャネルの特定周波数成分信号が透かし情報重畳部16において埋め込み対象画像信号10に重畳される。
The specific frequency component signal subjected to the phase conversion and the amplitude conversion by the
こうして透かし情報が埋め込まれた画像信号(埋め込み済み画像信号という)17は、例えばDVDシステムのようなディジタル画像記録再生装置によって記録媒体に記録されたり、あるいはインターネット、放送衛星、通信衛星等の伝送媒体を介して伝送される。 The image signal (embedded image signal) 17 in which the watermark information is embedded in this way is recorded on a recording medium by a digital image recording / reproducing apparatus such as a DVD system, or a transmission medium such as the Internet, a broadcasting satellite, and a communication satellite. Is transmitted through.
(電子透かし検出装置の基本構成)
次に、図3及び図4を用いて図1に示した電子透かし埋め込み装置に対応した電子透かし検出装置の基本構成について説明する。図3の電子透かし検出装置には、図1に示した電子透かし埋め込み装置によって生成された埋め込み済み画像信号17が記録媒体あるいは伝送媒体を介して、入力の埋め込み済み画像信号20として与えられる。この埋め込み済み画像信号20は3分岐され、特定周波数成分抽出部21と特徴量抽出部24及び相関演算器25の一方の入力に与えられる。
(Basic configuration of digital watermark detection device)
Next, a basic configuration of a digital watermark detection apparatus corresponding to the digital watermark embedding apparatus shown in FIG. 1 will be described using FIG. 3 and FIG. 3 is provided with an embedded
特定周波数成分抽出部21は、図1に示した電子透かし埋め込み装置で用いられている特定周波数成分抽出部11と同じHPFまたはBPFからなり、特定周波数成分抽出部11が埋め込み済み画像信号10から抽出する周波数成分と同じ特定周波数成分を埋め込み済み画像信号20から抽出する。
The specific frequency
特定周波数成分抽出部21から出力される特定周波数成分信号は、位相変換器22及び振幅変換器23によって位相と振幅が変換される。本実施形態では位相変換器22が前段、振幅変換器23が後段にそれぞれ配置されているが、逆に振幅変換器23が前段、位相変換器22が後段にそれぞれ配置されていてもよい。
The phase and amplitude of the specific frequency component signal output from the specific frequency
位相変換器22は、特定周波数成分信号に対して予め定められた固有の位相変換量の位相変換を施すように構成される。具体的には、位相変換器22は後述するようにディジタル位相シフタによって実現され、図1に示した電子透かし埋め込み装置で用いられている位相変換器12が与える位相変換量(位相シフト量)と同じ位相変換量(位相シフト量)が与えられる。
The
振幅変換器23では、入力される特定周波数成分信号に対して、特徴量抽出部24で埋め込み済み画像信号20から抽出された特徴量、例えば画像の複雑度を表すアクティビィティに応じた係数が乗じられる。
In the
位相変換器22及び振幅変換器23により位相及び振幅が変換された特定周波数成分信号は、相関演算器25の他方の入力に与えられ、埋め込み済み画像信号20との相関(より詳しくは相互相関)演算が行われ、埋め込まれた透かし情報26が検出される。すなわち、位相シフト量に対する相互相関値の変化を見た場合、位相変換器22の位相変換量に相当する位相シフト量の位置にピークが現れ、このピークの極性が透かし情報を表す。相互相関値のピークは、透かし情報に応じて正または負のいずれかの値をとり、例えば正の場合は透かし情報は“1”、負の場合は透かし情報は“0”と判定される。このようにして、相関演算器25から判定された透かし情報26が出力される。
The specific frequency component signal whose phase and amplitude have been converted by the
図4は、図3の電子透かし検出装置を変形した実施形態であり、埋め込み済み画像信号20がスケーリングを受けた場合に適した構成となっている。埋め込み対象画像信号20がスケーリングを受けていると、特定周波数成分信号の位相シフト量が電子透かし埋め込み装置において特定周波数成分信号に与えられた位相シフト量と異なった値になる。
FIG. 4 shows a modified embodiment of the digital watermark detection apparatus of FIG. 3, and has a configuration suitable when the embedded
そこで、本実施形態においては位相シフト量情報27に従って位相変換器22の位相シフト量が連続的あるいは段階的に制御される。これに伴い、相関演算器25の出力側に配置された透かし情報推定器28によって、図5に示されるように相関演算器23から出力される相互相関値のピークが探索され、探索されたピークの極性から透かし情報が推定される。この例では相互相関値は正であるため、透かし情報は“1”と推定(判定)される。
Therefore, in the present embodiment, the phase shift amount of the
図1の電子透かし埋め込み装置において、後述するように位相変換器12として位相シフト量の異なる複数の位相シフタが用いられ、振幅変換器13もそれぞれの位相シフタに対応して複数の振幅変換要素が用意されているとする。このような場合、図3あるいは図4の位相変換器22を複数の位相シフタで構成してもよいが、位相シフト量が可変の単一の位相シフタにより構成し、その位相シフト量を図4に示すように位相シフト量情報に従って変化させながら、相関演算器25から出力される相互相関値のピークを透かし情報推定器28によって探索してもよい。この場合、例えば図6に示すように透かし情報が埋め込まれたときの位相シフタの位相シフト量に対応してピークを検出し、各々の透かし情報を推定することができる。
In the digital watermark embedding apparatus shown in FIG. 1, a plurality of phase shifters having different phase shift amounts are used as the
(電子透かし検出装置の具体的構成例その1)
図7は、本発明に係る電子透かし埋め込み装置のより具体的な実施形態を示している。電子透かし埋め込み装置の基本構成を示した図1との対応関係を説明すると、ハイパスフィルタ(HPF)31は特定周波数成分抽出部11に、n個の位相シフタ(PS)32−1〜32−nは位相変換器12に、n個の排他的論理和回路(EXOR)33−1〜33−n及び乗算器(MPY)34−1〜34−nは振幅変換器13に、アクティビティ計算回路35は特徴量抽出部15に、ディジタル加算器36は透かし情報重畳部16にそれぞれ相当する。
(Specific configuration example of digital watermark detection apparatus 1)
FIG. 7 shows a more specific embodiment of the digital watermark embedding apparatus according to the present invention. The correspondence relationship with FIG. 1 showing the basic configuration of the digital watermark embedding apparatus will be described. The high-pass filter (HPF) 31 is supplied to the specific frequency
ハイパスフィルタ31から出力される特定周波数成分信号は、位相シフタ32−1〜32−nにより予め定められた異なるシフト量の位相シフトを受けた後、排他的論理和回路33−1〜33−nの各々の一方の入力に与えられる。排他的論理和回路33−1〜33−nの各々の他方の入力には、nビットの透かし情報14(CCI)の各ビットが与えられる。排他的論理和回路33−1〜33−nの出力は、乗算器34−1〜24−nによりアクティビィティ計算回路35で求められたアクティビィティと乗算される。
The specific frequency component signal output from the high-pass filter 31 is subjected to phase shifts of different shift amounts determined in advance by the phase shifters 32-1 to 32-n, and then the exclusive OR circuits 33-1 to 33-n. Given to one input of each. Each bit of the n-bit watermark information 14 (CCI) is given to the other input of each of the exclusive OR circuits 33-1 to 33-n. The outputs of the exclusive OR circuits 33-1 to 33-n are multiplied by the activity obtained by the
乗算器34−1〜34−nの出力である埋め込み信号が加算器36によって埋め込み対象画像信号10と加算されることにより、埋め込み対象画像信号10に透かし情報14が埋め込まれ、埋め込み済み画像信号17が生成される。
The embedding signal output from the multipliers 34-1 to 34-n is added to the embedding
(電子透かし検出装置の具体的構成例その2)
図8は、図7を変形した電子透かし埋め込み装置であり、図7の排他的論理和回路33−1〜33−n及び乗算器34−1〜34−nに代えて、3入力の乗算器(MPY)37−1〜37−nが用いられている。乗算器37−1〜37−nの第1入力には位相シフタ32−1〜32−nからの位相シフトされた特定周波数成分信号がそれぞれ与えられ、第2入力にはnビットの透かし情報14(CCI)の各ビットがそれぞれ与えられ、第3入力にはアクティビィティ計算回路35で求められたアクティビィティが共通に与えられる。このような構成によっても、図7に示した電子透かし埋め込み装置と同等の機能が得られる。
(Specific configuration example 2 of digital watermark detection apparatus)
FIG. 8 is a digital watermark embedding device which is a modification of FIG. 7, and a 3-input multiplier is substituted for the exclusive OR circuits 33-1 to 33-n and multipliers 34-1 to 34-n of FIG. (MPY) 37-1 to 37-n are used. The first input of the multipliers 37-1 to 37-n is supplied with the phase-shifted specific frequency component signals from the phase shifters 32-1 to 32-n, respectively, and the n-
(電子透かし検出装置の具体的構成例)
図9は、本発明に係る電子透かし検出装置のより具体的な実施形態を示しており、図7の電子透かし埋め込み装置に対応している。電子透かし検出装置の基本構成を示した図4との対応関係を説明すると、ハイパスフィルタ(HPF)41は特定周波数成分抽出部21に、n個の位相シフタ(PS)42−1〜42−nは位相変換器22に、n個の第1乗算器(MPY)43−1〜43−nは振幅変換器23に、アクティビティ計算回路44は特徴量抽出部24に、n個の第2乗算器(MPY)45−1〜45−n及び累積加算器46−1〜46−nは相関演算器25に、CCI推定器47は透かし情報推定器27にそれぞれ相当する。
(Specific configuration example of digital watermark detection apparatus)
FIG. 9 shows a more specific embodiment of the digital watermark detection apparatus according to the present invention, and corresponds to the digital watermark embedding apparatus of FIG. The correspondence relationship with FIG. 4 showing the basic configuration of the digital watermark detection apparatus will be described. The high-pass filter (HPF) 41 sends n phase shifters (PS) 42-1 to 42-n to the specific frequency
ハイパスフィルタ41から出力される特定周波数成分信号は、位相シフタ42−1〜42−nにより図7の位相シフタ32−1〜32−nのシフト量と同じ所定シフト量の位相シフトを受けた後、第1乗算器43−1〜43−nによってアクティビィティ計算回路44で求められたアクティビィティと乗算される。
The specific frequency component signal output from the high-
第1乗算器43−1〜43−nからの出力信号は、第2乗算器45−1〜45−nによって埋め込み済み画像信号20と乗算され、乗算器45−1〜45−nの出力信号は累積加算器45−1〜46−nによって累積加算された後、CCI推定器47に入力され、透かし情報26(CCI)の各ビットが生成される。
The output signals from the first multipliers 43-1 to 43-n are multiplied by the embedded
(電子透かし埋め込み/検出装置の動作例1)
次に、図7または図8の電子透かし埋め込み装置において2ビットの透かし情報を埋め込み、図9の電子透かし検出装置でそれを検出する場合の具体的な動作例について、図10〜図12を用いて説明する。図7または図8の電子透かし埋め込み装置において、図10(a)の埋め込み対象画像信号10から、ハイパスフィルタ31によって図10(b)の特定周波数成分信号が抽出され、この特定周波数成分信号が二つの位相シフタ32−1,32−2によって予め定められた所定のシフト量だけ位相シフトされる。これらの位相シフト信号に対して、透かし情報14(CCI)の第0ビット、第1ビットを表現するファクタが図7の排他的論理和回路33−1,33−2または図8の乗算器37−1,37−2によってそれぞれ乗じられる。例えば、透かし情報14が“0”であれば−1が乗じられ、“1”であれば+1が乗じられる。図10(c)(d)に、透かし情報が(1,1)の場合の排他的論理和回路33−1,33−2または乗算器37−1,37−2から出力される位相シフト信号を示す。
(Operation example 1 of digital watermark embedding / detecting device)
Next, a specific operation example when embedding 2-bit watermark information in the digital watermark embedding apparatus of FIG. 7 or FIG. 8 and detecting it by the digital watermark detection apparatus of FIG. 9 will be described with reference to FIGS. I will explain. In the digital watermark embedding apparatus of FIG. 7 or FIG. 8, the specific frequency component signal of FIG. 10B is extracted from the embedding
さらに、位相シフト信号に対して必要に応じてアクティビティ計算回路35により求められたアクティビィティが乗算器34−1,34−2によって乗じられた後、加算器36で埋め込み対象画像信号10に加算されることにより、図10(e)の埋め込み済み画像信号17が生成される。図10(e)においては、実線が埋め込み済み画像信号17を示しており、破線で示す図10(a)の埋め込み対象画像信号及び図10(c)(d)の位相シフト信号を加算合成した波形となっている。
Furthermore, the activity obtained by the
一方、図10のように透かし情報が埋め込まれた埋め込み済み画像信号から図9の電子透かし検出装置において透かし情報を検出する場合には、まず図11(a)の埋め込み済み画像信号20(図10(e)の埋め込み済み画像信号17に対応する)から、ハイパスフィルタ41によって図11(b)の特定周波数成分信号が抽出される。埋め込み済み画像信号20に対してスケーリングが行われていない場合、位相シフタ42−1,42−2により図11(b)(c)のように図7の位相シフタ32−1,32−2のシフト量と同じ所定のシフト量だけ位相シフトされる。
On the other hand, when the watermark information is detected by the digital watermark detection apparatus of FIG. 9 from the embedded image signal in which the watermark information is embedded as shown in FIG. 10, first, the embedded image signal 20 (FIG. 10) of FIG. The specific frequency component signal shown in FIG. 11B is extracted by the
次に、図11(b)(c)の位相シフト信号に対して必要に応じて第1乗算器44−1,44−2によりアクティビィティが乗じられた後、図11(a)の埋め込み済み画像信号20が第2乗算器45−1,45−2によって乗じられ、さらに累積加算器46−1,46−2によって累積加算されることにより、両者の相互相関値がそれぞれ求められ、その相互相関値のピークから透かし情報が判定される。例えば、相互相関値のピークが正であれば、透かし情報は+1(“1”)、相互相関値のピークが負であれば、透かし情報は−1(“0”)と判定される。
Next, after the activity is multiplied by the first multipliers 44-1 and 44-2 on the phase shift signal of FIGS. 11 (b) and 11 (c) as necessary, the embedding of FIG. 11 (a) is completed. The
一方、埋め込み済み画像信号20に対してスケーリングが行われている場合に対応するために、図4で説明したように位相シフタ42−1,42−2の位相シフト量が制御されることによって、位相シフト量が探索される。すなわち、位相シフト量の制御に伴いCCI推定器47によって相互相関値のピークが探索され、そのピーク位置から透かし情報26が推定される。
On the other hand, in order to cope with the case where scaling is performed on the embedded
例えば、埋め込み情報14(CCI)が(1,1)の場合、図12のように相互相関値の正のピークが原点(位相シフト量が零の点)以外に2箇所存在することにより、透かし情報が判定される。また、透かし情報14(CCI)が(1,−1)の場合、図13のように相互相関値の正のピークが原点の近いところに存在し、負のピークが原点から正のピークより遠いところに存在することにより、透かし情報が判定される。 For example, when the embedded information 14 (CCI) is (1, 1), there are two positive peaks of cross-correlation values other than the origin (point where the phase shift amount is zero) as shown in FIG. Information is determined. Further, when the watermark information 14 (CCI) is (1, −1), the positive peak of the cross-correlation value exists near the origin as shown in FIG. 13, and the negative peak is far from the positive peak from the origin. The watermark information is determined by being present there.
(電子透かし埋め込み/検出装置の動作例2)
次に、図7または図8の電子透かし埋め込み装置及び図9の電子透かし検出装置の他の動作例について、図14〜図18を用いて説明する。これは電子透かし埋め込み装置において、ライン毎/複数ライン毎/フィールド毎/複数フィールド毎/フレーム毎/複数フレーム毎のいずれか、あるいはこれらの適宜の組み合わせで位相シフト信号の極性を反転する方式であり、以下の説明では透かし情報が2ビットの場合について述べる。
(Operation example 2 of digital watermark embedding / detecting device)
Next, another operation example of the digital watermark embedding device of FIG. 7 or FIG. 8 and the digital watermark detection device of FIG. 9 will be described with reference to FIGS. In this digital watermark embedding apparatus, the polarity of the phase shift signal is inverted by any one of line, per line, per field, per field, per frame, per frame, or an appropriate combination thereof. In the following description, the case where the watermark information is 2 bits will be described.
まず、埋め込み対象画像信号10のN(N=1,2,…)ライン目に対しては、電子透かし埋め込み装置によって図14に示すような処理が行われる。埋め込み対象画像信号10の図14(a)に示すNライン目の信号からハイパスフィルタ31によって抽出された特定周波数成分信号が二つの位相シフタ32−1,32−2によって予め定められた所定のシフト量だけ位相シフトされ、これらの位相シフト信号に対して透かし情報14(CCI)の第0ビット、第1ビットを表現するファクタが図7の排他的論理和回路33−1,33−2または図8の乗算器37−1,37−2によってそれぞれ乗じられる。例えば、透かし情報14が“0”であれば−1が乗じられ、“1”であれば+1が乗じられる。図14(b)(c)に、透かし情報が(1,1)の場合の排他的論理和回路33−1,33−2または乗算器37−1,37−2から出力される位相シフト信号を示す。
First, for the N (N = 1, 2,...) Line of the embedding
さらに、位相シフト信号に対して必要に応じてアクティビティ計算回路35により求められたアクティビィティが乗算器34−1,34−2または乗算器37−1,37−2によって乗じられた後、加算器36で埋め込み対象画像信号10に加算されることにより、図14(d)に破線で示す図14(a)の埋め込み対象画像信号及び図14(b)(c)の位相シフト信号が加算合成された、実線で示す波形の埋め込み済み画像信号17が生成される。
Furthermore, the activity obtained by the
次に、埋め込み対象画像信号10のN+1ライン目に対しては、電子透かし埋め込み装置によって図15に示すような処理が行われる。まず、埋め込み対象画像信号10の図15(a)に示すN+1ライン目の信号からハイパスフィルタ31によって抽出された特定周波数成分信号が二つの位相シフタ32−1,32−2によって予め定められた所定のシフト量だけ位相シフトされ、これらの位相シフト信号に対して透かし情報14(CCI)の第0ビット、第1ビットを表現するファクタが図7の排他的論理和回路33−1,33−2または図8の乗算器37−1,37−2によってそれぞれ乗じられる。
Next, a process as shown in FIG. 15 is performed by the digital watermark embedding apparatus on the (N + 1) th line of the embedding
この場合は、Nライン目の信号に対する場合とは逆に、例えば透かし情報14が“0”であれば+1が乗じられ、“1”であれば11が乗じられる。従って、透かし情報が(1,1)の場合の排他的論理和回路33−1,33−2または乗算器37−1,37−2から出力される位相シフト信号は、図14(b)(c)と異なり、図15(b)(c)に示すように共に極性が反転される。
In this case, contrary to the case of the signal on the Nth line, for example, if the
さらに、位相シフト信号に対して必要に応じてアクティビティ計算回路35により求められたアクティビィティが乗算器34−1,34−2または乗算器37−1,37−2によって乗じられた後、加算器36で埋め込み対象画像信号10に加算されることによって、図15(d)に破線で示す図15(a)の埋め込み対象画像信号及び図15(b)(c)の位相シフト信号が加算合成された、実線で示す波形の埋め込み済み画像信号17が生成される。
Furthermore, the activity obtained by the
上述の説明では、埋め込み対象画像信号のNライン目とN+1ライン目で、すなわちライン毎に位相シフト信号の極性を反転させたが、複数ライン毎、フィールド毎、複数フィールド毎、フレーム毎、複数フレーム毎に位相シフト信号の極性を反転するようにしてもよい。 In the above description, the polarity of the phase shift signal is inverted at the Nth and N + 1th lines of the embedding target image signal, that is, for each line. However, every line, every field, every field, every frame, and every frame The polarity of the phase shift signal may be inverted every time.
一方、図9の電子透かし検出装置においては、ライン毎/複数ライン毎/フィールド毎/複数フィールド毎/フレーム毎/複数フレーム毎のいずれか、あるいはこれらの適宜の組み合わせによる位相シフト信号の極性反転に対応して、累積加算時に適宜極性を反転させる。 On the other hand, in the digital watermark detection apparatus of FIG. 9, the polarity of the phase shift signal is inverted by any one of line, multiple lines, fields, fields, frames, frames, or an appropriate combination thereof. Correspondingly, the polarity is appropriately reversed during cumulative addition.
例えば、図14及び図15で説明したようにライン毎に位相シフト信号の極性反転が行われた場合、埋め込み済み画像信号20のNライン目に対する相互相関値は、位相シフト量に対して図16に示すように正のピークが現れるが、埋め込み済み画像信号20のN+1ライン目に対する相互相関値は、位相シフト量に対して図17に示すように負のピークが現れる。
For example, when the polarity of the phase shift signal is inverted for each line as described with reference to FIGS. 14 and 15, the cross-correlation value for the Nth line of the embedded
そこで、乗算器45−1,46−2から出力される相互相関値をライン毎に極性反転して累積加算器46−1,46−1で累積加算する。この場合は、累積加算後の相互相関値が図18に示すように正のピークが連続して現れることによって、透かし情報は(1,1)と判定される。 Therefore, the cross-correlation values output from the multipliers 45-1 and 46-2 are inverted in polarity for each line and cumulatively added by the cumulative adders 46-1 and 46-1. In this case, the cross-correlation value after the cumulative addition appears as a positive peak continuously as shown in FIG. 18, whereby the watermark information is determined to be (1, 1).
このように透かし情報の埋め込みの際に位相シフト信号の極性反転を組み合わせ、透かし情報の検出の際にはこれに対応して相互相関値を極性反転して累積加算することによって、画像上で透かし情報を目立たないようにしつつ、透かし情報の改竄をより効果的に防止することができる。 In this way, the polarity inversion of the phase shift signal is combined at the time of embedding the watermark information, and when detecting the watermark information, the cross-correlation value is inverted correspondingly and cumulatively added to thereby add the watermark on the image. While making the information inconspicuous, the falsification of the watermark information can be prevented more effectively.
(電子透かし埋め込み/検出装置の動作例3)
次に、図7または図8の電子透かし埋め込み装置及び図9の電子透かし検出装置の別の動作例について、図19〜図21を用いて説明する。これは電子透かし埋め込み装置において、位相シフト量をライン毎に左右反転する方式であり、以下の説明では透かし情報が2ビットの場合について述べる。
(Operation example 3 of digital watermark embedding / detecting device)
Next, another operation example of the digital watermark embedding apparatus of FIG. 7 or FIG. 8 and the digital watermark detection apparatus of FIG. 9 will be described with reference to FIGS. This is a method in which the phase shift amount is horizontally reversed for each line in the digital watermark embedding apparatus. In the following description, the case where the watermark information is 2 bits will be described.
まず、埋め込み対象画像信号10のN(N=1,2,…)ライン目に対しては、電子透かし埋め込み装置によって図19に示すような処理が行われる。埋め込み対象画像信号10の図19(a)に示すNライン目の信号からハイパスフィルタ31によって抽出された特定周波数成分信号が二つの位相シフタ32−1,32−2によって右側に、すなわち位相が進む方向に所定のシフト量だけ位相シフトされる。これらの位相シフト信号に対して先と同様に透かし情報14(CCI)の第0ビット、第1ビットを表現するファクタが図7の排他的論理和回路33−1,33−2または図8の乗算器37−1,37−2によってそれぞれ乗じられる。図19(b)(c)は、透かし情報が(1,1)の場合の排他的論理和回路33−1,33−2または乗算器37−1,37−2から出力される位相シフト信号を示す。
First, the N-th (N = 1, 2,...) Line of the embedding
さらに、位相シフト信号に対して必要に応じてアクティビティ計算回路35により求められたアクティビィティが乗算器34−1,34−2または乗算器37−1,37−2によって乗じられた後、加算器36で埋め込み対象画像信号10に加算されることにより、図19(d)に破線で示す図19(a)の埋め込み対象画像信号及び図19(b)(c)の位相シフト信号を加算合成した、実線で示す波形の埋め込み済み画像信号17が生成される。
Furthermore, the activity obtained by the
一方、埋め込み対象画像信号10のN+1ライン目に対しては、電子透かし埋め込み装置によって図20に示すような処理が行われる。埋め込み対象画像信号10の図20(a)に示すN+1ライン目の信号からハイパスフィルタ31によって抽出された特定周波数成分信号が二つの位相シフタ32−1,32−2によって左側に、すなわち位相が遅れる方向に所定のシフト量だけ位相シフトされる。これらの位相シフト信号に対して先と同様に透かし情報14(CCI)の第0ビット、第1ビットを表現するファクタが図7の排他的論理和回路33−1,33−2または図8の乗算器37−1,37−2によってそれぞれ乗じられる。図20(b)(c)は、透かし情報が(1,1)の場合の排他的論理和回路33−1,33−2または乗算器37−1,37−2から出力される位相シフト信号を示す。
On the other hand, for the (N + 1) th line of the embedding
さらに、位相シフト信号に対して必要に応じてアクティビティ計算回路35により求められたアクティビィティが乗算器34−1,34−2または乗算器37−1,37−2によって乗じられた後、加算器36で埋め込み対象画像信号10に加算されることにより、図20(d)に破線で示す図20(a)の埋め込み対象画像信号及び図20(b)(c)の位相シフト信号を加算合成した、実線で示す波形の埋め込み済み画像信号17が生成される。
Furthermore, the activity obtained by the
一方、図9の電子透かし検出装置においては、単純にライン毎に相互相関値の累積加算を行い、ピークを探索して透かし情報を検出する。但し、動作例2で説明したようにライン毎/複数ライン毎/フィールド毎/複数フィールド毎/フレーム毎/複数フレーム毎のいずれか、あるいはこれらの適宜の組み合わせによる位相シフト信号の極性反転を行っている場合は、累積加算単位毎に極性反転を併せて行う。 On the other hand, in the digital watermark detection apparatus shown in FIG. 9, the cumulative information of the cross-correlation values is simply added for each line, and the peak information is searched to detect the watermark information. However, as described in the operation example 2, the polarity of the phase shift signal is reversed by any one of line, multiple lines, fields, fields, frames, frames, or an appropriate combination thereof. If so, polarity inversion is performed for each cumulative addition unit.
図21は、この場合のライン毎の累積加算後の相互相関値を示している。位相シフト量の探索時に、位相シフト量を正方向に振って探索した場合と、負方向に振って探索した場合で、ほぼ同じ形状、すなわち中心に対して線対称の相互相関値が得られる。このような相互相関値の性質を利用して、探索時には片方向(例えば、右方向)のみの探索を行うことによっても、透かし情報を検出することができる。 FIG. 21 shows the cross-correlation value after cumulative addition for each line in this case. When searching for the phase shift amount, when the phase shift amount is searched in the positive direction and the search is performed in the negative direction, cross-correlation values that are approximately the same shape, that is, line-symmetric with respect to the center, are obtained. By utilizing such a property of the cross-correlation value, the watermark information can also be detected by searching only in one direction (for example, right direction) at the time of searching.
(電子透かし埋め込み/検出装置の動作例4)
次に、図7または図8の電子透かし埋め込み装置及び図9の電子透かし検出装置のさらに他の動作例について、図22〜図25を用いて説明する。以下説明する例は、透かし情報の埋め込み時にキャリブレーション信号を併せて埋め込み、それを透かし情報の検出に利用する方法である。以下に、具体的な動作例を挙げる。
(Operation example 4 of digital watermark embedding / detecting device)
Next, still another operation example of the digital watermark embedding apparatus of FIG. 7 or FIG. 8 and the digital watermark detection apparatus of FIG. 9 will be described with reference to FIGS. In the example described below, a calibration signal is embedded together when watermark information is embedded, and the method is used for detection of watermark information. A specific operation example is given below.
(1)電子透かし埋め込み装置において、Nビットの透かし情報を埋め込む場合、N+1ビットの位相シフト信号を生成し、透かし情報の目込みの使用するNビット以外の1ビットについてはキャリブレーション信号として、それを必ず+1(または−1)のレベルとなるように埋め込む。このキャリブレーション信号は、透かし情報の検出時の基準となる信号である。 (1) When embedding N-bit watermark information in the digital watermark embedding apparatus, an N + 1-bit phase shift signal is generated, and one bit other than N bits used for watermark information embedding is used as a calibration signal. Are always embedded at a level of +1 (or -1). This calibration signal is a signal that serves as a reference when watermark information is detected.
一方、電子透かし検出装置においては、各位置の相互相関値とキャリブレーション信号に対応する相互相関値との相対関係が既知であることを利用して、この相対関係により透かし情報を検出する。例えば、キャリブレーション信号を+1(または−1)のレベルで埋め込んだことを仮定した場合、図22に示すようにキャリブレーション信号に相当する位置の相互相関値と他の埋め込み位置の相互相関値が同極性の場合は+1(または−1)とし、異極性の場合は−1(または+1)とする。 On the other hand, in the digital watermark detection apparatus, the watermark information is detected based on the known relative relationship between the cross-correlation value at each position and the cross-correlation value corresponding to the calibration signal. For example, if it is assumed that the calibration signal is embedded at a level of +1 (or −1), the cross-correlation value at the position corresponding to the calibration signal and the cross-correlation value at other embedding positions are as shown in FIG. In the case of the same polarity, +1 (or -1) is set.
(2)電子透かし埋め込み装置において、キャリブレーション信号を位相シフト量が最小または最大の位置に埋め込んでもよい。その場合、電子透かし検出装置では位相シフト量が最小または最大であるキャリブレーション信号を検出して、そのキャリブレーション信号との相対関係で埋め込まれた透かし情報を判定する。 (2) In the digital watermark embedding apparatus, the calibration signal may be embedded at a position where the phase shift amount is minimum or maximum. In this case, the digital watermark detection apparatus detects a calibration signal having a minimum or maximum phase shift amount, and determines watermark information embedded in a relative relationship with the calibration signal.
(3)電子透かし埋め込み装置において、キャリブレーション信号を位相シフト量が最小(または最大)の位置に所定の値(例えば、+1または−1)として埋め込むと共に、複数の位相シフト量を等間隔に設定し、各位相シフト位置にそれぞれ{+1,0,−1}の3値の情報を埋め込む。 (3) In the digital watermark embedding apparatus, the calibration signal is embedded as a predetermined value (for example, +1 or −1) at a position where the phase shift amount is minimum (or maximum), and a plurality of phase shift amounts are set at equal intervals. Then, ternary information {+1, 0, −1} is embedded in each phase shift position.
具体的には、例えば3値情報が{+1}の場合は正の乗数を乗じた位相シフト信号を埋め込み対象画像信号10に加算し、{−1}の場合は負の乗数を乗じた位相シフト信号を埋め込み対象画像信号10に加算し、{0}の場合は埋め込み対象画像信号10に何も加算しないようにする。
Specifically, for example, when the ternary information is {+1}, a phase shift signal multiplied by a positive multiplier is added to the embedding
一方、電子透かし検出装置においては、キャリブレーション信号から推定される、透かし情報の位相シフト位置における相互相関値を求める。図23に示すように、この相互相関値が0近傍の場合は、3値情報を{0}と判定し、0近傍でない場合は、キャリブレーション信号の相互相関値との相対関係により3値情報の{+1,−1}を判定する。以下に、(3)の応用例を示す。 On the other hand, the digital watermark detection apparatus obtains a cross-correlation value at the phase shift position of the watermark information estimated from the calibration signal. As shown in FIG. 23, when the cross-correlation value is near 0, the ternary information is determined to be {0}, and when it is not near 0, the ternary information is determined by the relative relationship with the cross-correlation value of the calibration signal. {+1, -1} is determined. The following is an application example of (3).
(3−1)電子透かし埋め込み装置において、図24に示すように透かし情報として予め2進数を3進数表現にエンコードしておき、これらを上述のように3値情報として埋め込む。電子透かし検出装置においては、3値情報として検出された3進数をデコードとして、元の2進数の透かし情報を検出する。 (3-1) In the digital watermark embedding apparatus, as shown in FIG. 24, binary numbers are encoded in advance as ternary numbers as watermark information, and these are embedded as ternary information as described above. In the electronic watermark detection apparatus, the original binary watermark information is detected by decoding the ternary number detected as the ternary information.
(3−2)上記と同様に電子透かし埋め込み装置において、透かし情報として予め2進数を3進数表現にエンコードしておき、これらを上述のように3値情報として埋め込むが、図25に示すように埋め込み情報が全て0となる組み合わせは用いない(forbidden)。電子透かし検出装置においては、3値情報として検出された3進数をデコードとして、元の2進数の透かし情報を検出する。 (3-2) In the digital watermark embedding apparatus as described above, binary numbers are encoded in advance as ternary numbers as watermark information, and these are embedded as ternary information as described above. As shown in FIG. A combination in which the embedded information is all 0 is not used (forbidden). In the electronic watermark detection apparatus, the original binary watermark information is detected by decoding the ternary number detected as the ternary information.
(3−3)CCIのキャリーに3値を用いる。 (3-3) Three values are used for CCI carry.
(3−4)Copy Free(複製可)を+1、Copy Once(一回のみ複製可)を0、そしてNever Copy(複製不可)を−1として透かし情報の埋め込み及び検出を行う。この場合、透かし情報のRemark(リマーク)時は0のところに−1を埋め込むことになるので、キャンセルする手間を省くことができる。 (3-4) Embedding and detecting watermark information with Copy Free (replicatable) as +1, Copy Once (replicatable only once) as 0, and Never Copy (replicatable as impossible) as -1. In this case, when watermark information is remarked, −1 is embedded at 0, so that it is possible to save time and effort for cancellation.
(電子透かし埋め込み/検出装置の動作例5)
次に、図7または図8の電子透かし埋め込み装置及び図9の電子透かし検出装置の別の動作例について説明すると、電子透かし埋め込み装置において複数の位相シフト量を任意の間隔とするが、それぞれの相対関係は崩さないようにする。この場合、電子透かし検出装置では、図26に示すように相互相関値のピークを数え、例えば最も原点に近い最内側をビット0、次に外側をビット1、…のように判定する。
(Operation example 5 of digital watermark embedding / detecting device)
Next, another operation example of the digital watermark embedding apparatus in FIG. 7 or FIG. 8 and the digital watermark detection apparatus in FIG. 9 will be described. In the digital watermark embedding apparatus, a plurality of phase shift amounts are set at arbitrary intervals. Do not break the relative relationship. In this case, the digital watermark detection apparatus counts the cross-correlation value peaks as shown in FIG. 26, and determines, for example, the innermost side closest to the origin as
(電子透かし埋め込み/検出装置の動作例6)
次に、図7または図8の電子透かし埋め込み装置及び図9の電子透かし検出装置の別の動作例について図27を用いて説明する。電子透かし埋め込み装置において透かし情報が埋め込まれた既存の埋め込み位置の最も外側を求め、その外側にRemark用の情報を追記する。
(Operation example 6 of digital watermark embedding / detecting device)
Next, another operation example of the digital watermark embedding apparatus of FIG. 7 or FIG. 8 and the digital watermark detection apparatus of FIG. 9 will be described with reference to FIG. In the digital watermark embedding apparatus, the outermost position of the existing embedding position where the watermark information is embedded is obtained, and information for Remark is additionally written on the outermost position.
一方、電子透かし検出装置においては相互相関値のピークをなくなるまで探索し、最も外側に埋め込まれた情報からRemark後の情報を判定する。 On the other hand, the digital watermark detection apparatus searches until the peak of the cross-correlation value disappears, and determines the information after the remark from the information embedded on the outermost side.
(電子透かし埋め込み/検出装置の動作例7)
次に、図1の電子透かし埋め込み装置において、透かし情報14を用いて位相変換器12を制御する場合の電子透かし埋め込み装置及び図3または図4の電子透かし検出装置の動作について説明する。
(Operation example 7 of digital watermark embedding / detecting device)
Next, the operations of the digital watermark embedding apparatus and the digital watermark detection apparatus of FIG. 3 or 4 when the
位相変換器12は、例えば位相シフト量の異なる4個の位相シフタとこれらの位相シフタを選択するスイッチにより構成され、これらの位相シフタに特定周波数成分抽出部11からの特定周波数成分信号が並列に入力されるものとする。4個の位相シフタの位相シフト量をθ1,θ2,θ3,θ4とすると、例えば透かし情報14の第0ビットはθ1とθ2の位相シフトを受けた特定周波数成分信号の重畳の有無で表され、透かし情報14の第1ビットはθ3とθ4の位相シフトを受けた特定周波数成分信号の重畳の有無で表される。具体的には、例えば以下の(a−1)(a−2)の組み合わせか、(b−1)(b−2)の組み合わせに従って、特定周波数成分信号を埋め込み対象画像信号10に重畳する。
The
(a−1)第0ビット=“1”ならθ1の位相シフトを受けた特定周波数成分信号のみを重畳し、θ2の位相シフトを受けた特定周波数成分信号については重畳しない。(a−2)第1ビット=“1”ならθ3の位相シフトを受けた特定周波数成分信号のみを重畳し、θ4の位相シフトを受けた特定周波数成分信号については重畳しない。 (A-1) If the 0th bit = “1”, only the specific frequency component signal subjected to the phase shift of θ1 is superimposed, and the specific frequency component signal subjected to the phase shift of θ2 is not superimposed. (A-2) If the first bit = “1”, only the specific frequency component signal subjected to the phase shift of θ3 is superimposed, and the specific frequency component signal subjected to the phase shift of θ4 is not superimposed.
(b−1)第0ビット=“1”ならθ1の位相シフトを受けた特定周波数成分信号のみを重畳し、θ2の位相シフトを受けた特定周波数成分信号については重畳しない。(b−2)第1ビット=“1”ならθ4の位相シフトを受けた特定周波数成分信号のみを重畳し、θ3の位相シフトを受けた特定周波数成分信号については重畳しない。 (B-1) If the 0th bit = “1”, only the specific frequency component signal subjected to the phase shift of θ1 is superimposed, and the specific frequency component signal subjected to the phase shift of θ2 is not superimposed. (B-2) If the first bit = “1”, only the specific frequency component signal subjected to the phase shift of θ4 is superimposed, and the specific frequency component signal subjected to the phase shift of θ3 is not superimposed.
一方、図3に示す電子透かし検出装置では、入力された埋め込み済み画像信号20に対するスケーリングを考慮しない場合、位相変換器22を構成する4個の位相シフタの位相シフト量を電子透かし埋め込み装置における位相変換器12の位相シフタの位相シフト量θ1,θ2,θ3,θ4と同様に設定し、θ1,θ2,θ3,θ4における相互相関値から透かし情報を判定する。
On the other hand, in the digital watermark detection apparatus shown in FIG. 3, when scaling with respect to the input embedded
図28は透かし情報が(1,1)の場合の相互相関値を示し、図29は透かし情報が(1,−1)の場合の相互相関値を示している。位相シフト量θ1,θ2,θ3,θ4での相互相関値から、透かし情報を判定することができる。 FIG. 28 shows the cross-correlation value when the watermark information is (1, 1), and FIG. 29 shows the cross-correlation value when the watermark information is (1, -1). The watermark information can be determined from the cross-correlation values at the phase shift amounts θ1, θ2, θ3, and θ4.
埋め込み済み画像信号20に対するスケーリングを考慮する場合には、前述と同様に位相シフト量を変化させて電子透かし埋め込み装置で与えられた位相シフト量を探索し、相互相関値を判定すればよい。
When considering the scaling for the embedded
[第2の実施形態] 次に、図30〜図33を用いて本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、電子透かし埋め込み装置及び電子透かし検出装置に振幅リミッタを挿入して、埋め込み対象画像信号10に重畳する信号の振幅を制限することによって、透かし情報を埋め込み対象画像信号10の低レベルから高レベルの広いレベル範囲にわたって万遍なく埋め込むことで、画質劣化をより効果的に防止することを可能にしている。
Second Embodiment Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The present embodiment inserts an amplitude limiter into the digital watermark embedding device and the digital watermark detection device to limit the amplitude of the signal to be superimposed on the embedding
図30に示す電子透かし埋め込み装置では、特定周波数成分抽出部11と位相及び振幅の変換部(この例では位相変換器12)との間に振幅リミッタ18が挿入されている。図31に示す電子透かし検出装置では、図30に対応して特定周波数成分抽出部21と変換部(この例では位相変換器22)との間に振幅リミッタ28が挿入されている。
In the digital watermark embedding device shown in FIG. 30, an
図32に示す電子透かし埋め込み装置では、位相及び振幅の変換部(この例では振幅変換器13)と透かし情報重畳部16との間に振幅リミッタ18が挿入されている。図33に示す電子透かし検出装置では、図32に対応して位相及び振幅の変換部(この例では振幅変換器23)と相関演算器25との間に振幅リミッタ28が挿入されている。
In the digital watermark embedding apparatus shown in FIG. 32, an
[第3の実施形態]
次に、図34〜図42を用いて本発明のさらに別の実施形態を説明する。本実施形態は、ランダム化情報に依存した透かし情報の埋め込み及び検出を行うことによって、ランダム化情報を知らなければ透かし情報を検出できないようにすることで、より攻撃に強い電子透かし技術を提供する。
[Third Embodiment]
Next, still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment provides a digital watermark technique that is more resistant to attacks by embedding and detecting watermark information depending on randomized information, thereby preventing watermark information from being detected without knowing the randomized information. .
ランダム化情報は、電子透かし埋め込み装置や検出装置の内部で発生されるようにしてもよいし、安全性が保たされるならば装置外部から入力されてもよい。ランダム化情報は一定であってもよいし、電子透かし埋め込み処理や検出処理の途中で随時変更されてもよい。例えば、画像信号の同一ライン中で左半分(1水平走査期間の前半)と右半分(1水平走査期間の後半)とで異なるランダム化情報を用いたり、ライン毎に異なるランダム化情報を用いるなどの変更を行ってもよい。 The randomized information may be generated inside the digital watermark embedding device or the detection device, or may be input from the outside of the device if safety is maintained. The randomized information may be constant or may be changed as needed during the digital watermark embedding process or the detection process. For example, different randomized information is used in the left half (first half of one horizontal scanning period) and right half (second half of one horizontal scanning period) in the same line of the image signal, or different randomized information is used for each line. Changes may be made.
図34に示す電子透かし埋め込み装置では、特定周波数成分抽出部11を構成するフィルタがパラメータによって異なる特性を持つ場合に、そのパラメータを秘密のランダム化情報19によって与える例である。
The digital watermark embedding apparatus shown in FIG. 34 is an example in which, when the filters constituting the specific frequency
図35に示す電子透かし検出装置では、図34に対応して特定周波数成分抽出部21を構成するフィルタのパラメータをランダム化情報39によって与えている。ランダム化情報29は、図34の電子透かし埋め込み装置で用いたランダム化情報19と同じであり、このランダム化情報29を装置内部で生成あるいは装置外部から与えられる電子透かし検出装置のみで正しく透かし情報26を検出することができる。
In the digital watermark detection apparatus shown in FIG. 35, the parameters of the filter constituting the specific frequency
図36及び図37は、図34及び図35における特定周波数成分抽出部11,21に用いられるフィルタの例であり、埋め込み対象画像信号(原信号)の連続する画素値{…p(h−1),p(h),p(h+1),…}に対して係数を乗じ、それらの乗算結果の和をとってフィルタ出力とする。係数は、ある範囲内でランダム化することが可能であるので、これらの係数をランダム化情報19とする。
FIGS. 36 and 37 are examples of filters used in the specific frequency
図38に示す電子透かし埋め込み装置では、位相変換器12を構成する位相シフタの位相シフト量をランダム化情報19に従ってランダム化することで、自己相関値のピークの形をなまらせ、ピークを見にくくする。この場合、ランダム化された位相シフト量を頻繁に変化させることが望ましい。例えば、画面の左半分と右半分で位相シフト量を異なる値に設定する。画面を垂直方向に延びた複数の短冊状の領域に分割し、領域毎に位相シフト量を異なる値に設定してもよい。
In the digital watermark embedding apparatus shown in FIG. 38, the phase shift amount of the phase shifter constituting the
図39に示す電子透かし検出装置では、図38の電子透かし埋め込み装置に対応して、位相変換部22を構成する位相シフタの位相シフト量をランダム化情報29に従ってランダム化している。ランダム化情報29は、図38の電子透かし埋め込み装置で用いたランダム化情報19と同じであり、このランダム化情報29を装置内部で生成あるいは装置外部から与えられる電子透かし検出装置のみで正しく透かし情報26を検出することができる。
In the digital watermark detection apparatus shown in FIG. 39, the phase shift amount of the phase shifter constituting the
図40は、図38及び図39の位相変換器11,21に用いられる位相シフト量が可変の位相シフタの例であり、複数の位相シフト素子を直列接続し、各タップ(位相シフト素子の入出力)からの信号をランダム化情報に従ってセレクタで選択する構成となっている。
FIG. 40 is an example of a phase shifter having a variable phase shift amount used in the
図41に示す電子透かし埋め込み装置では、位相及び振幅の変換部(この例では振幅変換器13)と透かし情報重畳部16との間に振幅変調器51を挿入し、埋め込み信号をランダム化情報19に従って振幅変調している。
In the digital watermark embedding apparatus shown in FIG. 41, an
図42に示す電子透かし検出装置では、図41の電子透かし埋め込み装置に対応して位相及び振幅の変換部(この例では振幅変換器23)と相関演算器25との間に振幅変調器61を挿入し、埋め込み信号をランダム化情報29に従って振幅変調している。ランダム化情報29は、図41の電子透かし埋め込み装置で用いたランダム化情報19と同じであり、このランダム化情報29を装置内部で生成あるいは装置外部から与えられる電子透かし検出装置のみで正しく透かし情報26を検出することができる。
In the digital watermark detection apparatus shown in FIG. 42, an
図43に示す電子透かし埋め込み装置では、位相及び振幅の変換部(この例では振幅変換器13)と透かし情報重畳部16との間に非線形フィルタ52を挿入することによって、埋め込み信号と埋め込み対象画像信号10との相関を小さくすることで、自己相関値にピークが現れなくしている。
In the digital watermark embedding apparatus shown in FIG. 43, an embedding signal and an embedding target image are inserted by inserting a
図44に示す電子透かし検出装置では、図43の電子透かし埋め込み装置に対応して位相及び振幅の変換部(この例では振幅変換器23)と相関演算器25との間に図43の電子透かし埋め込み装置用いられた非線形フィルタ52の逆特性の非線形フィルタ62を挿入している。
The digital watermark detection apparatus shown in FIG. 44 corresponds to the digital watermark embedding apparatus shown in FIG. 43 between the phase and amplitude conversion unit (in this example, the amplitude converter 23) and the
非線形フィルタ52としては、三角関数や高次式による振幅変調を利用はたフィルタを用いることができる。例えば、入力信号をxとしたとき、sin(x)や、x2などを出力する非線形フィルタである。図45に、非線形フィルタ52の具体例を示す。
As the
図45(a)は、乗算器の二つの入力に同一の入力信号を与えることにより、入力信号をxとしたときx2を出力する2乗器である。2乗によって桁溢れした部分は、切り捨てる。図45(b)は、複雑な非線形変換も表現できるように、入力値と出力値の関係を表形式で実装した非線形フィルタである。例えば、この非線形変換表をsin表とすることにより、入力信号xに対してsin(ax)を出力する非線形フィルタを実現できる。 FIG. 45A shows a squarer that outputs x2 when the input signal is x by giving the same input signal to two inputs of the multiplier. The part overflowed by the square is discarded. FIG. 45B shows a nonlinear filter in which the relationship between the input value and the output value is implemented in a tabular form so that complicated nonlinear transformation can be expressed. For example, by using this nonlinear conversion table as a sine table, a nonlinear filter that outputs sin (ax) with respect to the input signal x can be realized.
10…埋め込み対象画像信号
11…特定周波数成分抽出部
12…位相変換器
13…振幅変換器
14…透かし情報
15…特徴量抽出部
16…透かし情報重畳部
17…埋め込み済み画像信号
18…振幅リミッタ
19…ランダム化情報
20…埋め込み済み画像信号
21…特定周波数成分抽出部
22…位相変換器
23…振幅変換器
24…特徴量抽出部
25…相関演算器
26…透かし情報
27…透かし情報推定器
28…振幅リミッタ
29…ランダム化情報
31…ハイパスフィルタ
32−1〜32−n…位相シフタ
33−1〜33−n…排他的論理和回路
34−1〜34−n…乗算器
35…アクティビィティ計算回路
36…加算器
37−1〜37−n…乗算器
41…ハイパスフィルタ
42−1〜42−n…位相シフタ
43−1〜43−n…第1乗算器
44…アクティビィティ計算回路
45−1〜45−n…第2乗算器
46−1〜46−n…累積加算器
47…透かし情報推定器
51…振幅変調器
52…非線形フィルタ
61…振幅変調器
62…非線形フィルタ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
入力される画像信号から特定周波数成分信号を抽出し、
抽出された特定周波数成分信号の位相変換を少なくとも一つの変換手段によって行い、
位相変換が行われた特定周波数成分信号と前記入力される画像信号との相互相関演算を行い、前記位相変換の位相変換量の変化に対する相互相関値の変化のピークの極性から前記透かし情報を抽出する電子透かし検出方法。 In a digital watermark detection method for detecting watermark information from an image signal in which watermark information is embedded,
Extract a specific frequency component signal from the input image signal,
Perform phase conversion of the extracted specific frequency component signal by at least one conversion means,
Performs cross-correlation operation between the specific frequency component signal that has undergone phase conversion and the input image signal, and extracts the watermark information from the polarity of the peak of the cross-correlation value change with respect to the change in the phase conversion amount Digital watermark detection method.
入力される画像信号から特定周波数成分信号を抽出する抽出手段と、
抽出された特定周波数成分信号の位相変換を行う少なくとも一つの変換手段と、
前記変換手段によって位相変換が行われた特定周波数成分信号と前記入力される画像信号との相互相関演算を行い、前記位相変換の位相変換量の変化に対する相互相関値の変化のピークの極性から前記透かし情報を抽出する相関演算手段とを有する電子透かし検出装置。 In a digital watermark detection apparatus for detecting watermark information from an image signal in which watermark information is embedded,
Extraction means for extracting a specific frequency component signal from the input image signal;
At least one conversion means for performing phase conversion of the extracted specific frequency component signal;
A cross-correlation operation between the specific frequency component signal phase-converted by the converting means and the input image signal is performed, and the peak polarity of the change of the cross-correlation value with respect to the change of the phase conversion amount of the phase conversion An electronic watermark detection apparatus comprising correlation calculation means for extracting watermark information.
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