JP4424769B2 - 電子透かしの埋め込み装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子透かし技術に関し、特に、画像などのデータに透かし情報を埋め込む技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、デジタル化された画像や音楽などの著作物に、著作権情報を埋め込む電子透かしの技術が種々提案されている。デジタル化されたデータは容易に完全な形式で複製できる（すなわち、忠実な再現性を有している）という特徴があるため、無許可の複製に対する保護対策が必要とされるからである。電子透かしは、人間が知覚できない形式で、著作権情報などの透かし情報を、データの中に電子的に埋め込まれ、必要に応じてこれを取り出すことで、著作権の存在を第三者に対して明確にしようとする技術である。電子透かしには、通常、著作者を特定できる情報が含まれるので、電子透かしが埋め込まれたデータを署名済みのデータと呼ぶことがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の電子透かし技術では、類似の方式で別の情報を上書きすると、もとの透かし情報を正しく取り出すことができなくなるという問題があった。署名済みのデータに対して、埋め込まれた電子透かしを無効にしようとする改竄を、電子透かしに対する上書き攻撃と呼ぶことがある。署名済みのデータが、上書き攻撃を受け、埋め込まれた正規の電子透かしが読みとれなくなると、電子透かしとしての意義は失われてしまう。更に、上書き攻撃を行なったものの透かしのみが残ることになれば、署名の意義自体がなくなってしまう。
【０００４】
また、電子データの配信や保管に際し、その電子データを圧縮することが一般的に行なわれている。しかし、従来の電子透かし技術技術では、このデータ圧縮処理によって電子透かしのデータが変質もしくは消失することがあり、実用性に乏しいという問題があった。
【０００５】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、公開した電子データに対して上書き攻撃やデータ圧縮処理を受けても正規の電子透かしの保存性が高く、かつ第三者に対して、電子透かしの秘匿性を高めた埋め込み方法およびこれに関する技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の透かし情報を原データに埋め込む装置は、
原データを、主として低周波成分に対応した領域を特定可能なデータに変換するデータ変換手段と、
該変換されたデータのうち、前記主として低周波成分に対応した領域に対応するデータを離散フーリエ変換する変換手段と、
該離散フーリエ変換により得られた実数部および虚数部のうち虚数部に、透かし情報として予め定めた位相差パターンに対応した微小変化分を付加する位相差パターン付加手段と、
前記実数部と前記微小変化分が付加された前記虚数部とからなるデータをフーリエ逆変換するフーリエ逆変換手段と、
該フーリエ逆変換された後に、該フーリエ逆変換されたデータに対して、他の領域のデータと共に前記データ変換手段が行なったデータ変換の逆変換を施すことより透かし情報を埋め込んだデータを生成する逆変換手段と
を備えることを要旨とする。
【０００８】
この技術は、原データを周波数領域に離散的にフーリエ変換したとき、スペクトルの実数部または虚数部の一部を増減すると、位相に変化を招く性質があることを利用している。したがって、原データの離散フーリエ変換により得られた実数部または虚数部に、位相差パターンに対応する微小変化を付加し、これを逆変換することにより埋め込まれた透かし情報は、原画像データと比較することにより、この位相差パターンを取り出すことができ、埋め込まれた透かしを位相差パターンとして直感的に把握することができる。しかも、電子透かしが埋め込まれていない原データが特定されない限りは、位相差パターンは、例え上書き攻撃を受けたとしては、取り出すことが可能である。
【０００９】
こうした位相差パターンの書込は、離散フーリエ変換により得られる実数部あるいは虚数部の特定周波数（ｍ，ｎ）のスペクトルＦ（ｍ，ｎ）に微小な変化分ΔＦを付加することにより、容易に実現することができる。
【００１０】
実数部または虚数部に微小な変化分を付加する場合、これら実数部または虚数部の対称性を保存して、微小な変化分ΔＦの付加を行なうことが好ましい。離散フーリエ変換では、実数部は偶対称性、虚数部は奇対称性を持つから、これらの点を考慮して微小な変化分を加えることにより、原データが本来持っていた性質を保存することができる。
【００１１】
電子透かしとして付加する微小変化分は、原データに影響を与えることは免れないから、付加されるスペクトルの２ないし１０パーセントの大きさに留めることが、原データの品質を低下させないという点で有用である。
【００１２】
また、微小変化分を実数部または虚数部に付加する際には、その低周波領域内の成分に対して操作を行なうことが望ましい。高周波成分に付加すると、ＪＰＥＧなどのデータ圧縮により、透かし情報が失われることが考えられるからである。低周波領域に付加しおけば、データ圧縮により、電子透かしとしての位相差パターンが失われることはない。なお、圧縮時にデータを保存しデータの伸張により元の情報を完全に回復可能ないわゆる可逆的な圧縮方法だけを考慮するのであれば、高周波領域に、上記の位相パターンを付加することも何ら差し支えない。
【００１３】
上記の手法で電子透かしを埋め込んだデータ、即ち署名済みデータが存在する場合に、この署名済みデータから、透かし情報を検出する方法の発明は、
前記原データと前記署名済みデータとの差分を位相差パターンとして取り出し、
該位相差パターンを前記署名済みのデータの電子透かしとして検出すること
を要旨とする。
【００１４】
かかる電子透かしの検出方法は、極めて簡便な手法であるが、原データを非公開にしておけば、電子透かしを検出し得るのは、原データの正当な所有者に限られ、有効である。原データなしで、埋め込まれた微小変化分を推定することは極めて困難である。
【００１５】
圧縮などにより電子透かしが失われないよう微小変化分を付加する方法として、原データの離散フーリエ変換に先立って予め原データから、主として低周波成分に対応したデータを得る画像変換を施し、その結果に対して離散フーリエ変換を行ない、該変換により得られた実数部または虚数部に透かし情報として予め定めた位相差パターンに対応した微小変化分を付加しても良い。この場合、微小変化分を付加した後、フーリエ逆変換を行ない、更に上記のデータ変換の逆変換を施せばよい。このデータ圧縮と離散フーリエ変換との組み合わせによれば、電子透かしが低周波領域に確実に埋め込まれるため、上書き攻撃に強い離散フーリエ変換による位相透かしの埋め込み方法の効果を維持しつつ、高圧縮処理に対してもその透かしデータが変質もしくは消失しない相乗的効果が発揮される。このデータ変換およびデータ逆変換としては、例えばウェーブレット変換およびウェーブレット逆変換を用いることが、透かし情報の埋め込みと復元の手続きが簡便となり好適である。なお、ウェブレット変換には、様々な手法が知られており、いずれの変換手法も採用可能であるが、代表的なものを挙げれば、ハール基底を用いる直交ウェブレット変換等がある。ウェブレット変換以外の他のデータ変換およびデータ逆変換であっても、主として低周波成分に対応したデータを得ることができる変換アルゴリズムであれば、採用可能である。
【００１６】
上記の手法で透かし情報が埋め込まれた署名済みデータが存在する場合に、この透かし情報を検出する方法の発明は、
前記原データを前記工程ａ０により変換し、
前記署名済みデータを前記工程ａ０により変換し、
両変換されたデータの差分を位相差パターンとして取り出し、
該位相差パターンを前記署名済みデータの電子透かしとして検出すること
を要旨としている。
【００１７】
かかる電子透かしの検出方法は、極めて簡便な手法であるが、原データを非公開にしておけば、電子透かしを検出し得るのは、原データの正当な所有者に限られ、有効である。原データなしで、埋め込まれた微小変化分を推定することは極めて困難である。更に、主として低周波成分からなる領域が存在する変換方法自体を秘匿しておけば、二重に安全である。
【００１８】
こうした電子透かしの埋め込みの技術は、様々なデータに対して適用可能である。例えば、原データを二次元的な画像データとすることができる。この場合、上記の手法により埋め込まれた位相差パターンは、画像上視認することはできず、画質の低下を招くことはほとんどない。その他、音声などの一次元データにも適用可能である。
【００１９】
なお、上記の埋め込み方法や埋め込み装置は、汎用もしくは専用のコンピュータに、ＩＣカードやフレキシブルディスクあるいはＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体を読み取られ、この記憶媒体に記憶されたプログラムを実行するという形態で実現することができる。
【００２０】
したがって、本発明の記憶媒体は、
透かし情報を原データに埋め込むプログラムをコンピュータにより読み取り可能に記憶した記憶媒体であって、
原データを入力する機能と、
該入力した原データを離散フーリエ変換する機能と、
該フーリエ変換により得られた実数部または虚数部に、透かし情報として予め定めた位相差パターンに対応した微小変化分を付加する機能と、
該微小変化分を付加したデータを逆変換したデータを出力する機能と
をコンピュータにより実現可能に記憶したことを要旨とする。
【００２１】
また、高圧縮処理と離散フーリエ変換との組み合わせによる電子透かしの埋め込み方法をコンピュータなどに実現させる記憶媒体は、
透かし情報を原データに埋め込むプログラムをコンピュータにより読み取り可能に記憶した記憶媒体であって、
原データを入力する機能と、
該入力した原データを、主として低周波成分に対応した領域を特定可能なデータに変換する機能と、
該変換されたデータのうち、前記領域に対応するデータを離散フーリエ変換する機能と、
該フーリエ変換により得られた実数部または虚数部に、透かし情報として予め定めた位相差パターンに対応した微小変化分を付加する機能と、
該微小変化分を付加したデータをフーリエ逆変換する機能と、
該フーリエ逆変換されたデータを他の領域のデータと共に、前記変換の逆変換することにより透かし情報を埋め込んだデータを生成する機能と
をコンピュータにより実現可能に記憶したことを要旨とする。
【００２２】
なお、離散フーリエ変換やデータ圧縮自体は、コンピュータ側がライブラリの形で保有していると考えられるから、上記の各機能のうち、原データを離散フーリエ変換する機能は「入力した原データを、離散フーリエ変換する機能を利用して変換結果としての実数部および虚数部を受け取る機能」として、データ変換機能は「入力した原データを、主として低周波成分に対応した領域を特定可能なデータに変換する機能を利用してその変換結果を受け取る機能」として、実現することも可能である。
【００２３】
ところで、電子透かしが埋め込まれた原データに対する上書き攻撃がなされる場合、異なる手法による電子透かしの上書きは、これを弁別することが容易である。最も問題になるのは、同じ手法による上書き攻撃である。かかる場合、即ち原データＰ０に位相差パターンＷ１の透かし情報を正規に埋め込んだ正規データＰ１に対して請求項１記載の方法により、複数回他の位相差パターンＷｉ（ｉ＝２，３・・・）を透かし情報として埋め込んだデータＰｉが存在する場合に、原データＰ０に埋め込まれた透かし情報である位相差パターンＷ１を証明する方法が存在すれば、上書き攻撃に対する耐性が高いと言える。そこで、上記の発明に関連して、電子透かし情報である位相差パターンＷ１を証明する以下の発明がなされた。即ち、この証明方法の発明は、
（ｄ）原データＰ０と複数回他の位相差パターンが埋め込まれたデータＰｉとの差分を取り出す工程と、
（ｅ）正規データＰ１と複数回他の位相差パターンが埋め込まれたデータＰｉとの差分を取り出す工程と、
（ｆ）前記正規の位相差パターンＷ１を、前記（ｄ）および（ｅ）の工程により取り出された差分の差分として抽出する工程と
を備えたことを要旨とする。
【００２４】
また、原データＰ０を、主として低周波成分からなる領域を特定可能なデータに変換した後、該領域に位相差パターンＷ１の透かし情報を正規に埋め込んだ正規データＱ１に対して、同様の手法により、複数回他の位相差パターンＷｉ（ｉ＝２，３・・・）を透かし情報として埋め込んだデータＱｉが存在する場合に、原データＱ０に埋め込まれた透かし情報である位相差パターンＷ１を証明する方法の発明は、つぎの工程からなる。即ち、
（ｇ）原データＱ０と複数回他の位相差パターンが埋め込まれたデータＱｉとの差分を取り出す工程と、
（ｈ）正規データＱ１と複数回他の位相差パターンが埋め込まれたデータＱｉとの差分を取り出す工程と、
（ｉ）前記正規の位相差パターンＷ１を、前記（ｇ）および（ｈ）の工程により取り出された差分の差分として抽出する工程と
を備えたことを要旨とする。
【００２５】
これらの手法によれば、複数回の上書き攻撃がなされた場合でも、原データに正規に埋め込まれた位相差パターンを抽出することができ、いずれのデータが正規のデータであるかを容易に証明することができる。
【００２６】
【発明の他の態様】
この発明は、以下のような他の態様も含んでいる。第１の態様は、フーリエ変換に変えて、これに等価な変換を用いる態様である。周波数領域への変換により実数部と虚数部を持つような変換であれば、同様に適用することができる。第２の態様は、コンピュータに上記の発明の各工程または各部の機能を実現させるコンピュータプログラムを通信経路を介して供給するプログラム供給装置としての態様である。こうした態様では、プログラムをネットワーク上のサーバなどに置き、通信経路を介して、必要なプログラムをコンピュータにダウンロードし、これを実行することで、上記の方法や装置を実現することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
Ａ．装置の全体構成：
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例としての電子透かし処理装置の構成を示すブロック図である。この電子透かし処理装置は、ＣＰＵ２２と、ＲＯＭおよびＲＡＭを含むメインメモリ２４と、フレームメモリ２６と、キーボード３０と、マウス３２と、表示装置３４と、ハードディスク３６と、モデム３８と、画像を読み取るスキャナ３９と、これらの各要素を接続するバス４０と、を備えるコンピュータである。なお、図１では各種のインターフェイス回路は省略されている。モデム３８は、図示しない通信回線を介してコンピュータネットワークに接続されている。コンピュータネットワークの図示しないサーバは、通信回線を介してコンピュータプログラムを画像処理装置に供給するプログラム供給装置としての機能を有する。
【００２８】
メインメモリ２４には、電子透かし埋め込み部４２の機能を実現するためのコンピュータプログラムが格納されている。電子透かし埋め込み部４２の機能については後述する。
【００２９】
この電子透かし埋め込み部４２の機能を実現するコンピュータプログラムは、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録された形態で提供される。コンピュータは、その記録媒体からコンピュータプログラムを読み取って内部記憶装置または外部記憶装置に転送する。あるいは、通信経路を介してコンピュータにコンピュータプログラムを供給するようにしてもよい。コンピュータプログラムの機能を実現する時には、内部記憶装置に格納されたコンピュータプログラムがコンピュータのマイクロプロセッサによって実行される。また、記録媒体に記録されたコンピュータプログラムをコンピュータが読み取って直接実行するようにしてもよい。
【００３０】
この明細書において、コンピュータとは、ハードウェア装置とオペレーションシステムとを含む概念であり、オペレーションシステムの制御の下で動作するハードウェア装置を意味している。また、オペレーションシステムが不要でアプリケーションプログラム単独でハードウェア装置を動作させるような場合には、そのハードウェア装置自体がコンピュータに相当する。ハードウェア装置は、ＣＰＵ等のマイクロプロセッサと、記録媒体に記録されたコンピュータプログラムを読み取るための手段とを少なくとも備えている。コンピュータプログラムは、このようなコンピュータに、上述の各手段の機能を実現させるプログラムコードを含んでいる。なお、上述の機能の一部は、アプリケーションプログラムでなく、オペレーションシステムによって実現されていても良い。
【００３１】
なお、この発明における「記録媒体」としては、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスク、ＩＣカード、ＲＯＭカートリッジ、パンチカード、バーコードなどの符号が印刷された印刷物、コンピュータの内部記憶装置（ＲＡＭやＲＯＭなどのメモリ）および外部記憶装置等の、コンピュータが読取り可能な種々の媒体を利用することができる。
【００３２】
実施例１
Ｂ．透かし情報の埋め込み処理１：
図２は、離散フーリエ変換の実数部または虚数部の位相を制御することで透かし情報を埋め込む電子透かし埋め込み部４２の機能を示すブロック図である。電子透かし埋め込み部４２は、離散フーリエ変換部５０と、微小変化分付加部５２と、フーリエ逆変換部５４とからなる。これらは、各々、変換手段、位相差パターン付加手段、フーリエ逆変換手段に相当する。
【００３３】
各部の機能を簡単に説明する。フーリエ変換部５０は、スキャナ３９により読み取った画像データに対して離散フーリエ変換を行なう。横方向Ｍ画素，縦方向Ｎ画素からなる画像Ｐの離散フーリエ変換Ｆは、画像Ｐ０の画素値をｐ（ｍ，ｎ）で表わすと、次式（１）により表わすことができる。なお、ｍ＝０，１，・・・Ｍ−１、ｎ＝０，１，・・・Ｎ−１である。
【００３４】
【数１】

【００３５】
上記離散フーリエ変換により得られた行列（フーリエスペクトル）Ｆは、画像Ｐ０の空間周波数成分を表わしている。ここで、オイラーの公式から
ｅｘｐ（−ｊθ）＝ｃosθ±ｊｓinθ
であることから、上記行列Ｆの実数部ＦＲ（ｕ，ｖ）は偶対称性を有し、虚数部ＦＩ（ｕ，ｖ）は奇対称性を有する。そこで、ｕ＝０，１，２・・・・Ｍ−１、ｖ＝０，１，２・・・Ｎ−１であることを利用して、Ｆ（±ｕ，±ｖ）について検討すると、次式（２）の関係が存在することになる。
【００３６】
【数２】

【００３７】
上記行列の周期性に着目して、更に拡張すれば、
Ｆ（ａＭ＋ｕ，ｂＮ＋ｖ）＝Ｆ（ｕ，ｖ）
が成立していることは容易に理解されよう。なお、ａ，ｂは、いずれも整数である。
【００３８】
微小変化分付加部５２は、離散フーリエ変換部５０により得られた上記行列Ｆに、位相差パターンを電子透かしとして埋め込む。位相差パターンの埋め込みの実際については、後述するが、上記のフーリエ変換により得られた行列の対称性を保存するように、行列の所定のスペクトルに微小な偏差を加えている。
【００３９】
フーリエ逆変換部５４は、電子透かしとしての位相差パターンが埋め込まれたデータに対して、フーリエ変換部５０が行なった離散フーリエ変換の逆変換を行なう。この逆変換は、式（１）に対応した記載に従えば、次式（３）として表わすことができる。
【００４０】
【数３】

【００４１】
ここで、逆変換された画素値ｐ（ｍ，ｎ）も、上述した対称性を有しており、
ｐ（ａＭ＋ｍ，ｂＮ＋ｎ）＝ｐ（ｍ，ｎ）
となっている。
【００４２】
次に、図３のフローチャートを参照しつつ、微小変化分付加部５２での処理を中心に、本実施例における電子透かしの埋め込み手法について説明する。図３は、ＣＰＵ２２が実行する電子透かし埋め込み処理ルーチンを示すフローチャートである。画像に電子透かしを埋め込む場合には、まず、画像Ｐ０の読み込みを行なう（ステップＳ１００）。この処理は、既述したように、スキャナ３９を駆動して写真などから直接画像データを読み取るものであってもよいし、予め用意した画像ファイルを読み込むものであっても良い。画像ファイルは、例えばＣＤ−ＲＯＭなどにより提供されるものでもよいし、モデム３８を介して通信により読み込むものであっても良い。図４（Ａ）に、読み込んだ画像Ｐ０の一例を示す。この画像Ｐ０は、２５６×２５６画素からなり、各画素毎に２５６階調（８ビット）の階調値を持っている画像である。
【００４３】
こうして読み込んだ画像データに対して、離散フーリエ変換を行なう（ステップＳ１１０）。この離散フーリエ変換は、上述した通りのものであって、離散フーリエ変換部５０による上記の演算処理として実現される。なお、離散フーリエ変換部５０は、専用のプロセッサにより実現しても良いし、ＣＰＵ２２による演算により実現しても良い。離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を行なう処理はライブラリ化されており、周知のものなので、ここでは説明を省略する。
【００４４】
離散フーリエ変換により、行列Ｆ（ｕ，ｖ）が得られる。得られた行列Ｆの一部を図５に示した。図５では、便宜的に、要素ｕ，ｖ＝０，１，２，３およびｕ，ｖ＝２５３，２５４，２５５の部分のみを示している。図５（Ａ）は実数部ＦＲの係数を、（Ｂ）は虚数部ＦＩの係数を、各々示している。なお、上述した対称性から関連ある箇所を把握し易くするため、図５（Ａ）（Ｂ）では、要素０，０を中心にして示している。この行列Ｆに対して、次に微小変化分の付加を行なう（ステップＳ１２０）。その後、微小変化分が付加された行列Ｆを、逆変換し（ステップＳ１３０）、これを電子透かしが埋め込まれた画像データとして出力する（ステップＳ１４０）。電子透かしが埋め込まれた後の画像Ｐ１を、図４（Ｂ）に示した。
【００４５】
微小変化分を付加する処理（ステップＳ１２０）は、図６にその詳細を示すが、次のように行なわれる。微小変化分ΔＦの付加は、実数部ＦＲまたは虚数部ＦＩに対して行なうことができる。以下の説明では、虚数部ＦＩに付加する場合を取り上げるが、実数部ＦＲに付加することも、対称性の違いに留意すれば、同様に可能である。まず、微小変化分ΔＦを付加する要素を特定する処理を行なう（ステップＳ１２２）。微小変化分ΔＦの付加は、高周波領域に付加するか、あるいは付加する変化分の大きさが小さければ、逆変換により得られる画像上でこれを視認することは困難になる。しかし、高周波領域に付加した場合、データ圧縮により、失われる可能性が生じる。そこで、ここでは、圧縮に対する耐性を高めるために、加える成分の大きさを所定値以下に押さえるものとして、低周波領域に微小変化分ΔＦを加えることにしている。そこで、本実施例では、微小変化分ΔＦを加える領域を低周波領域内で特定している。この実施例では、ＦＩ（０，２）およびＦＩ（２，０）に、微小変化分ΔＦを加えるものとして、要素を特定している。なお、上述した行列Ｆの対称性を示す式（２）に従い、微小変化分ΔＦを減算する要素として、ＦＩ（０，２５４）およびＦＩ（２５４，０）もまた特定する。後述するように、どの要素にどの程度の微小変化分ΔＦを加えるかにより、電子透かしとしての位相差パターンの形態は異なるから、どの要素に微小変化分を加えるかということ自体が電子透かしを埋め込むこと（署名）に直結している。したがって、この実施例では、微小変化分ΔＦを付加する要素を固定したり、微小変化分ΔＦの大きさを固定するといった構成とはしていないのである。
【００４６】
次に、加える微小変化分ΔＦの大きさを特定する処理を行なう（ステップＳ１２４）。上述したように、微小変化分ΔＦの大きさは、電子透かしが埋め込まれた画像の画質に影響を与えるので、その大きさは制限される。したがって、付加しようとする要素の大きさの２ないし１０パーセント程度となるように、この実施例では調整している。ここで、約５パーセントとなるよう特定している。
【００４７】
次に、ステップＳ１２２で特定した要素に、ステップＳ１２４で特定した大きさの微小変化分ΔＦを付加する処理を行なう（ステップＳ１２６）。この実施例では、要素ＦＩ（０，２）、ＦＩ（２，０）に、微小変化分ΔＦとして、
ΔＦ＝１．０×１０⁴
を加算し、要素ＦＩ（０，２５４）およびＦＩ（２５４，０）から同じ値ΔＦを減算した。
【００４８】
以上で微小変化分付加処理を完了し、図３に示したフーリエ逆変換処理を実行することになる。こうして得られた変換済みの画像Ｐ１（図４（Ｂ）参照）は、次の数式（４）により表わされる。
【００４９】
【数４】

【００５０】
上記の処理が施された画像Ｐ１は、その空間周波数における虚数成分のみを変化させているので、位相のみが変化していることになる。即ち、得られた画像Ｐ１は、もとの画像Ｐ０に対して、付加した微小変化分ΔＦに対応する位相成分Δθだけ変化した画像となっている。そこで、二つの画像の画素値ｐの差分を求めると、これが位相差Ｗ０１となる。位相差Ｗ０１は、次式（５）として定義される。
【００５１】
【数５】

【００５２】
この式（５）における位相差Ｗ０１の絶対値｜Ｗ０１｜を求め、これを図示すると、本実施例では、図４（Ｃ）に示すパターンが得られる。このパターンを、位相差パターンと呼ぶ。この位相差パターンＷ０１は、微小変化分を加える要素の座標値（ｕ，ｖ）や、付加する変化分ΔＦの大きさにより、様々な模様を採り得る。したがって、この位相差パターン｜Ｗ０１｜は、電子透かしとして扱うことが可能である。即ち、
（１）微小変化分ΔＦを付加する要素の選択
（２）要素に付加される微小変化分ΔＦの大きさ
の組み合わせを変えることにより、ほぼ無数の位相差パターンのバリエーションを生み出すことができ、電子署名として使用することができるのである。なお、署名として用いられた位相差パターンは、図４（Ｃ）に示したように、二次元的な繰り返しを含む特徴的な形状をしており、図形的なパターンとして人間にとって把握しやすいという利点を有する。また、この電子透かしを埋め込む画像の原画像Ｐ０は、公開せず秘匿しておく。
【００５３】
以上本発明の一実施例としての電子透かしの埋め込み装置および埋め込み方法について説明したが、埋め込まれたデータが電子透かしとして機能するためには、いくつかの条件が必要となる。この条件の一つがデータ圧縮などにより発生するノイズに対する耐性であることは既に述べた。本実施例の埋め込み方法によれば、微小変化分ΔＦは低周波領域に付加されているので、高周波領域の情報を削除するタイプの圧縮に対して高い耐性を発揮することも説明したが、これらの耐ノイズ性という点について、いくつかの実例を挙げて説明する。
【００５４】
まず、データ圧縮の場合について検討する。原画像Ｐ０に対して上述した手法により電子透かしを埋め込んだ。即ち、原画像Ｐ０のフーリエスペクトルに対して位相差パターンＷ01に対応した微小変化分ΔＦを付加し、これを逆変換して画像Ｐ１を得た。次に、この画像Ｐ１をＪＰＥＧ方式で７５パーセントに圧縮した。圧縮により、元の画像の情報の一部が失われ、ノイズが発生する。図７にこの一例を示す。図７に示した例では、画像Ｐ１に埋め込まれている位相差パターン｜Ｗ01｜（図７（Ａ）参照）に対して、圧縮後の画像Ｐ１′から抽出された位相差パターン｜Ｗ01′｜は、図７（Ｂ）のようになり、かなりのノイズが重畳されることが理解される。しかし、この場合でも、位相差パターンの形態自体は崩れておらず、これを署名として利用することができる。
【００５５】
次に、下位ビットプレーンの削除に対して、本実施例の電子透かしがどの程度の耐性を持っているかを示す。図８（Ａ）は、原画像Ｐ０に埋め込まれる位相差パターンをしめす。署名された画像Ｐ１において、その下位ビットプレーン０から２までのデータを削除し、替わりに０で埋める処理を行なった。この結果得られた画像Ｐ１′を、図８（Ｂ）に示した。下位ビットプレーン０ないし２を、０で埋めたことによりノイズが生じるが、この画像Ｐ１′と原画像Ｐ０との差分として抽出される位相差パターン｜Ｗ01′｜は、図８（Ｃ）に示すように、埋め込んだ位相差パターンの特徴を残しており、電子透かしとして機能する。
【００５６】
更に、位相差パターンを電子透かしとして埋め込んだ画像に、−４０ｄＢから＋４０ｄＢのホワイトノイズを加えた場合についても検討した。図９（Ａ）に示す位相差パターン｜Ｗ01｜を埋め込んだ後、上記のホワイトノイズが付加された画像を図９（Ｂ）に示した。この画像Ｐ１′と原画像Ｐ０との差分として抽出される位相差パターン｜Ｗ01′｜は、図９（Ｃ）に示すように、埋め込んだ位相差パターンの特徴を良く残している。したがって、こうしたホワイトノイズが重畳した場合でも、本実施例による電子透かしは十分に機能することが了解される。
【００５７】
以上、本実施例の電子透かしが、種々のノイズに対して耐性が高いことを示したが、電子透かしに要求されるもう一つの条件は、正規の権限を有するものだけが透かしを取り出すことができ、また不正な手法でこの透かし情報を消去したり改竄したりできないことである。この点について以下説明する。
【００５８】
本実施例では電子透かしを埋め込んだ画像Ｐ１は、公開するが、原画像Ｐ０は、公開しない。とすると、電子透かしが埋め込まれた画像Ｐ１から、権限なき者が透かし情報を読み取ることができないことがまず必要とされる。電子透かしが埋め込まれた画像Ｐ１は、原画像Ｐ０とそのフーリエスペクトルに加えた微小変化分ΔＦのみから作り出されている。したがって、原画像Ｐ０が秘匿されていれば、署名済みの画像Ｐ１から、第三者が署名に相当する位相差パターン｜Ｗ０１｜を取り出すことはできない。
【００５９】
しかも、署名済みの画像Ｐ１をフーリエ変換してフーリエスペクトルを得たとしても、微小変化分ΔＦの大きさおよびこれが付加された要素Ｆ（ｕ，ｖ）を特定することもできない。位相差パターン｜Ｗ０１｜を分離するために必要な微小変化分ΔＦの大きさは要素の値に対して数パーセントで足りるから、フーリエスペクトルを見ても際だって目立つことはない。したがって、本実施例のように、５パーセント程度変化させられている要素の値から、いずれかの要素に加えた微小変化分を推定することはできない。
【００６０】
次に、この電子透かしに対して上書きがなされた場合について検討する。電子透かしに対する上書きには、様々な手法が考えられるが、最も影響が大きいものの一つは、同じアルゴリズムを用いた上書きである。上述した署名済みの画像Ｐ１から、微小変化分ΔＦの大きさやこれが付加された要素Ｆ（ｕ，ｖ）を判読または推定することはできないから、全く同じ条件で微小変化分が付加されることはあり得ないと考える。しかし、この位相差パターンの考え方を理解している者が、同じアルゴリズムを用いた上書き攻撃を試みる可能性は存在する。そこで署名済みの画像Ｐ１に対して１回以上の上書き攻撃がなされた場合を考える。このとき、ｉ番目の攻撃を行なった者（以下、ｉ番目の偽造者と呼ぶ）は、入手した画像Ｐi-1 を原画像であると考えてこれに位相差パターンを埋め込み、得られた画像Ｐｉを公開して署名済みの画像であると主張する。この場合ｉ番目の偽造者は、両画像の差
Ｗi-1,i ＝Ｐi-1 −Ｐi （ｉ＝２，３，・・・）
をもって正規の透かしパターンであると主張することになる。
【００６１】
このとき、画像Ｐ０の正当な所有者（正規の署名者）は、自己が公開した画像Ｐ１と、ｉ番目の偽造者が公開した画像Ｐｉとを用いて、容易に、
Ｗ0i＝Ｐ０−Ｐｉ
Ｗ1i＝Ｐ１−Ｐｉ
を作成することができる。こうして得られた位相差Ｗ0i，Ｗ1iの更に差分を求めると、
ΔＷ＝Ｗ0i−Ｗ1i＝Ｐ０−Ｐｉ−（Ｐ１−Ｐｉ）＝Ｐ０−Ｐ１＝Ｗ01
となり、画像Ｐ０の正当な所有者は、偽造されて公開された画像Ｐｉから、直ちに自己の署名Ｗ01を取り出すことができる。これは、公開した画像Ｐ１に、多重に上書き攻撃を加えても、画像Ｐｉには、依然として、正規の署名が保存されていることを意味している。
【００６２】
この関係をｉ＝２のケースについて例示したのが、図１０（ａ）ないし（ｇ）である。図１０（ａ）に示した原画像Ｐ０に対して正規の署名として図１０（ｄ）の位相差パターン｜Ｗ01｜を加える処理Ｓ１がなされ、この処理により得られた画像Ｐ１（図１０（ｂ））に、偽造者により他の位相差パターンを加える処理Ｓ２がなされて、図１０（ｃ）に示す画像Ｐ２が公開されたとする。この場合、公開された画像Ｐ２と原画像Ｐ０とから図１０（ｅ）に示した位相パターン｜Ｗ02｜を得ることができる。同様に、正規の所有者が公開した画像Ｐ１と原画像Ｐ０とから図１０（ｆ）に示した位相差パターン｜Ｗ12｜を得ることもできる。両者の差分を求めると、図１０（ｇ）に示す位相差パターンを得ることができる。これは、正規の所有者が原画像に与えた署名と一致している。この例では、ｉ＝２としたので、偽造者が加えた位相差パターンＷ12自体が求められているが、ｉ＝３以上の場合のように、偽造者が加えた位相差パターン自体は未知であって差し支えない。本発明の署名によれば、偽造者が加えた位相差パターンが不明であっても、正規の所有者が埋め込んだ位相差パターンを、複数回の上書き攻撃がなされた画像から取り出すことができるのである。
【００６３】
以上説明したように、本実施例の電子透かしの埋め込み方法により埋め込んだ電子透かしは、データ圧縮に対してもまた複数回の上書き攻撃に対しても、十分な耐性を有する。なお、図７ないし図９を用いて説明したノイズやデータ圧縮と上記の上書き攻撃とが重複した場合でも、原画像Ｐ０に加えた位相差パターンは保存され、電子透かしとして用いることができる。
【００６４】
実施例２
Ｃ．透かし情報の埋め込み処理２：
図１１は、電子透かし埋め込み部４２の他の実施例である機能ブロック図である。この実施例における電子透かし埋め込み部４２は、データ圧縮処理とフーリエ変換の実数部または虚数部の位相を制御する処理とを組み合わせることで、透かし情報を埋め込む。従って、データ圧縮関連の処理を除いては前述の実施例１と同様であるため、以下は本実施例に特徴的な部分について説明する。
【００６５】
電子透かし埋め込み部４２は、データ圧縮処理部６０と、実施例１と同じ離散フーリエ変換部６２，微小変化分付加部６４，フーリエ逆変換部６６と、データ逆圧縮（伸長）処理部６８とからなる。このデータ圧縮処理部６０がデータ変換手段に、データ逆圧縮（伸長）処理部６８が逆変換手段に相当する。
【００６６】
本実施例に特有の機能を簡単に説明する。データ圧縮処理部６０は、スキャナ３９により読み取った画像データに対してウェーブレット変換（ＷａｖｅｌｅｔＴｒａｎｓｆｏｒｍ）を行なう。このウェーブレット変換の詳細は「ウェーブレットビギナーズガイド」（東京電機大学出版局 １９９５）に詳しい。本実施例では、その中でも最も簡単なハール（Ｈａａｒ）基底を用いる直交ウェーブレット変換について述べる。
【００６７】
図１２（ａ）に示す２×２画素の領域に対して次式（６）の変換を定義する。
【００６８】
【数６】

【００６９】
その結果を同図（ｂ）に示す。この演算規則を与えられた画像の全域に対して図１３に示す手順で逐次１／２×１／２の領域に適用する方法をハールウェーブレット変換と呼んでいる。この分割はＬＬｎ部分が１×１要素になるまでｎ回再帰的に繰り返すことが可能である。また、原画像が縦横半分に分割されたとき、第１階層におけるＬＬ１は直流成分、ＬＨ１は横方向の差分、ＨＬ１は縦方向の差分、ＨＨ１は斜め方向の差分情報をそれぞれ表現している。また、ＬＬは多重解像度近似（ＭＲＡ成分と呼ぶ）、ＬＨ，ＨＨ，ＨＬは多重解像度表現（ＭＲＲ成分と呼ぶ）を表している。すなわち、ＬＬ部分が画像の内容を表す低周波成分をもっており、他の部分は画像の高周波成分を示している。
【００７０】
一方、一般に行なわれているデータ圧縮技術においては、画像のもつ高周波成分を削除するアルゴリズムが主流である。従って、画像の高周波領域に透かし情報を埋め込むと、この画像を圧縮する際、透かし情報が失われてしまう可能性がある。
【００７１】
そこで、実施例１にて説明したフーリエ変換に先立って原画像データをウェーブレット変換し、原画像の輝度情報を豊富に保有している多重解像度近似（ＭＲＡ）成分にフーリエ変換を施し、位相差パターンによる透かし情報を埋め込むのである。この処理方法によれば、フーリエ変換による位相差パターンの埋め込み単独では弱いデータ圧縮処理への耐性が強化され、ウェーブレット変換単独では防ぐことができない上書き攻撃を容易に識別することができるという優れた相乗効果を発揮する。
【００７２】
こうしたデータ圧縮処理部６０による処理の後に、実施例１と同じ離散フーリエ変換部６２，微小変化分付加部６４，フーリエ逆変換部６６による処理を行なって位相差データを埋め込み、最後にウェーブレット逆変換を行なうデータ逆圧縮（伸長）処理部６８によって電子透かし埋め込み済みの画像データを得るのである。
【００７３】
以下、図１４のフローチャートを参照しつつ、本実施例における電子透かしの埋め込み手法について説明する。図１４は、ＣＰＵ２２が実行する電子透かし埋め込み処理ルーチンを示すフローチャートである。画像に電子透かしを埋め込む場合には、まず、画像Ｐ０の読み込みを行ない（ステップＳ２００）、読み込んだ画像データに対して、ウェーブレット変換を行なう（ステップＳ２１０）。図１５は、前述した実施例同様に図４（Ａ）の画像データＰ０を原画像とし、第２階層へと分解したときの画像データを示している。破線で囲った領域ＬＬ２が、ＭＲＡ成分を示しているが、上述した式（６）から了解されるように、この領域はダウンサンプリングされた通常のデータと何ら変わるところがなく、主として低周波成分からなる領域である。
【００７４】
この領域ＬＬ２の画像データに対して離散フーリエ変換を施し（ステップＳ２２０）、こうして得られた虚数部ＦＩの座標（０，２）及び（２，０）に注目し、透かし信号Ｓ１としてΔＦＩ（０，２）＝ΔＦＩ（２，０）＝１．０×１０² を付加する（ステップＳ２３０）。なお、この時には同時に、その対称性を維持するためにΔＦＩ（０，６２）およびΔＦＩ（６２，２）に、−１．０×１０² を加える処理を行なう。
【００７５】
この結果をフーリエ逆変換し（ステップＳ２４０）、その後、図１５に示した全画像に対して、最上位層までウェーブレット逆変換を施し（ステップＳ２５０）、最終目的である電子透かし情報が埋め込まれた画像を出力する（ステップＳ２６０）。この一連の処理により得られた変換済みの画像Ｑ１（＝｛ｑ１（ｍ，ｎ）｜ｍ，ｎ＝０，１，２，・・・・，２５５｝）は、図１６（ａ）に示すように、微小変化分ΔＦＩに対応して、位相成分がΔθだけ変化した画像となる。電子透かし情報を付加したことによる原画像Ｐ０からの画質の劣化は認められない。また、こうして得られた画像Ｑ１を、高周波成分を削除するいわゆる非可逆的な圧縮方法で圧縮しても、電子透かしは、低周波成分に対応した領域ＬＬ２に加えられていることから、失われることがない。
【００７６】
こうして付加された電子透かし、即ち位相差パターンは、２つの画像｛Ｐ０，Ｑ１｝間の各画素値の差分、すなわち位相差Ｗ０１として、第１実施例同様、次のようにして得られる。図１５に示す画像ＬＬ２に何の処理も施さず、そのまま最上階層までウェーブレット逆変換した画像をＱ０（＝｛ｑ０（ｍ，ｎ）｜ｍ，ｎ＝０，１，２，・・・・，２５５｝）で表すと、Ｑ０≒Ｐ０であるから、このＱ０と変換済みの画像Ｑ１との位相差Ｗ０１の絶対値｜Ｗ０１｜を求めて図示すると、前述の図１６（ｂ）の位相差パターンが得られる。これを、電子透かしとして扱うことが可能である。
【００７７】
本実施例にあっても、位相差パターンを求めるに当たり原画像Ｐ０が必要であるから、この原画像を秘密状態に保管しておけば、第三者は、変換済みの画像Ｑ１のみから、電子透かしの情報を抽出することはできない。また、Ｑ１からΔＦＩ（ｕ，ｖ）を推定することも前記第１実施例同様に困難である。
【００７８】
更に、同じアルゴリズムを用いた上書き攻撃についても、同様に十分な耐性を有する。すなわち、ｉ番目の攻撃を行なう者は、入手した画像Ｑi-1 を原画像であると考えてこれをウェーブレット変換し、同じアルゴリズムを使って透かし信号Ｓｉを加え、ウェーブレット逆変換してＱｉを作成する。そして、この画像Ｑｉを公開し、Ｗi-1＝Ｑi-1−Ｑｉをもって偽造者ｉの透かしパターンであると主張する。
【００７９】
そこで、画像Ｐ０の正当な所有者（正規の署名者）は、自己が公開した画像Ｑ１と、ｉ番目の偽造者が公開した画像Ｑｉとを用いて、容易に、
Ｗ0i＝Ｑ０−Ｑｉ
Ｗ1i＝Ｑ１−Ｑｉ
を作成することができる。そして、画像Ｑ０（≒Ｐ０）の所有者は、公開された画像Ｑｉの中に既にＷ0１が埋め込まれていることを次のように証明することができる。すなわち、
Ｗ0i−Ｗ1i＝（Ｑ０−Ｑｉ）−（Ｑ１−Ｑｉ）＝Ｑ０−Ｑ１＝Ｗ01 （７）
となり、画像Ｑ０の正当な所有者は、偽造されて公開された画像Ｑｉから、直ちに自己の署名Ｗ01を取り出すことができるのである。
【００８０】
この関係をｉ＝２のケースについて例示したのが、図１７（ａ）ないし（ｇ）である。図１７（ａ）に示した原画像Ｑ０に対する透かし信号Ｓ１によってＱ１が得られ、画像Ｑ０，Ｑ１から位相差パターン図（ｄ）が生成される。同様な透かし信号Ｓ２によってＱ１が上書きされても、同図（ｇ）に示すように画像Ｑ２の中に、正当な位相差パターンが保存されていることが直ちに理解される。
【００８１】
更に過酷な上書き攻撃として結託攻撃がある。これは、原画像Ｐ０の所有者が２人以上の人物に、原画像Ｐ０のコピー（但し、埋め込まれた電子透かし情報は異なる）を正当な手段で配布したとき、その受領者が結託して原画像Ｐ０を推定することが可能であるか否かという問題である。電子透かしは、配布の形態を考えると、同じ画像に対して、異なる署名を用いなければならない場合が存在する。例えば、一つの画像を二以上のものに正規に配布した後で、不正なコピーが配布された場合は、その流出元を探索するためには、正規に配布された画像には、異なる署名がなされていることが必要になる。複数のコピーを、異なるチャンネルに正規に配布する場合には、異なる署名を付加することが望ましいが、同じアルゴリズムで異なる電子透かしを埋め込んだ２以上の画像が存在すると、原画像を秘密状態に保管しておいても、配布された２以上の画像から、電子透かしを特定し、これを攻撃することが容易となりやすい。
【００８２】
この結託攻撃に対する本実施例の電子透かしの耐性について簡略に検討する。議論を簡単にするために、コピー受領者をａ，ｂとし、それぞれに異なる透かし信号を埋め込んだ画像Ｑ１ａ，Ｑ１ｂを配布したとする。このとき、Ｑ１ａ，Ｑ１ｂのフーリエ変換による周波数スペクトルＦ１ａ，Ｆ１ｂの差分を作ると、透かし信号Ｓ１ａ，Ｓ１ｂを知ることができる。従って、仮にＳ１ａ≠Ｓ１ｂならば（Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ）の結果とフーリエスペクトルＦ１ａ，Ｆ１ｂから、原画像のフーリエスペクトルＦ０を推定し、これを逆変換することで原画像Ｐ０の近似画像Ｑ０を再構築することができる。この場合、結果的に透かし信号Ｓ１を察知することができることになる。そこで、こうした結託攻撃に対処するためには、微小変化分ΔＦを、微小変化分ΔＦを埋め込んだ後、画像を異なる圧縮率で圧縮して、周波数スペクトルＦ１ａ，Ｆ１ｂの分布を歪ませておけばよい。あるいは、付加する微小変化分ΔＦの絶対値は異ならせるものの、微小変化分ΔＦを加えるフーリエスペクトル上の位置を同一にしておけばよい。後者の例を、図１７（ｈ）ないし（ｊ）に示す。図１７（ｈ）は、周波数スペクトルＦ１ａ，Ｆ１ｂ上の同一個所に異なる量の透かし信号Ｓ３を埋め込んだときに得られる画像を、同図（ｉ）は透かし信号Ｓ３に対する位相差パターンを、各々示している。この例では、同図（ｊ）に示す周波数スペクトルＦ１ａ，Ｆ１ｂの差分値｜Ｓ１ａ−Ｓ１ｂ｜は、同じ箇所に累積した値として現われるから、二つのコピー画像にそれぞれ付加した電子透かしに対応したスペクトル値を予想することは実質上まったく困難である。
【００８３】
以下、その他の画像処理に対する本実施例の優位性について説明する。図１８（ａ）〜（ｃ）は、電子透かしを埋め込んだ画像Ｑ１を作成するために必要とした微小変化分ΔＦ１（ｕ，ｖ）の値を変化させたときの出力画像、位相差パターンを、対応づけて示す説明図である。埋め込み情報が大きくなるに従い画質の劣化を招き、画像が乱れるが、埋め込み量がΔＦ１（ｕ，ｖ）＝２．０×１０² 程度までは出力画像に視覚的な劣化は認められず、必要十分な実用性が認められることが理解されよう。
【００８４】
図１９は、データ圧縮処理と上書き攻撃についての実験である。図１９（ａ）は、第２実施例の手法により電子署名が埋め込まれた画像Ｑ１の位相差パターン｜Ｗ０１｜を示しており、この画像Ｑ１をＪＰＥＧ方式で７５パーセントに圧縮した場合の画像を、同図（ｂ）に示す。この画像Ｑ′１には、非圧縮のＱ０（≒Ｐ０）との差分に相当するノイズが生じる。このとき、位相差パターンＷ０１は、同図（ｃ）に示したように、Ｗ′０１＝Ｑ０−Ｑ′１に変化する。そして、このＱ′１に対して第三者が、同図（ｄ）に示す位相差パターンＷ′′１２（＝Ｑ′１−Ｑ′２）を、電子透かしとして埋め込むと、画像の位相差パターンＷ０２は、同図（ｅ）に示すように、Ｗ′０２に変化する。この場合でも、画像Ｑ１と画像Ｑ２との差分として得られる位相差パターンのＷ′１２（図１９（ｆ）参照）を用いて、
Ｗ′０２−Ｗ′１２＝Ｗ′０１≒Ｗ０１ （８）
として元の位相差パターンＷ０１を取り出すことができる。
【００８５】
図２０は、下位ビットプレーンの削除に対して、第２実施例の電子透かしがどの程度の耐性を持っているかを示す説明図である。同図（ａ）は、電子透かしとして付加された位相差パターン｜Ｗ０１｜を示す。この透かし信号Ｓ１を埋め込んだ画像Ｑ１のビットプレーン０から１までのデータを削除し、替わりに０で埋め、最大値が２５５になるような正規化する処理を行なった。このとき得られた画像Ｑ′１を、同図（ｂ）に示した。下位のビットプレーンを削除すると、この画像Ｑ′１と原画像Ｐ０との差分にノイズが発生し、位相差パターンＷ０１は、同図（ｃ）に示す位相差パターンＷ′０１に、変化した。この画像Ｑ′１に対し、第三者が、同図（ｄ）に示す位相差パターンＷ′′１２（＝Ｑ′１−Ｑ′２）を、新たな電子透かしとして埋め込んだとき、同図（ｅ）に示した位相差パターンＷ′０２が得られる。この場合でも、同図（ｆ）に示した位相差パターンＷ′１２を用いて、上式（８）で示したように、元の位相差パターンＷ０１とほぼ同じパターンを得ることが可能である。また、削除するビットプレーンを変えて実験を行なった結果、ビットプレーンは０〜３までであれば、削除しても、位相差パターンを復元できた。
【００８６】
次に、電子透かしを埋め込んだ画像に種々のノイズを加えた場合の透かしの保存性について説明する。図２１は、原画像Ｐ０に、（ａ）に示す位相差パターンＷ０１を電子透かし信号Ｓ１として埋め込んだ画像Ｑ１に対し、−４０ｄＢから＋４０ｄＢのガウス性雑音を加えた場合についての検討結果を示す説明図である。雑音が付加された画像Ｑ′１を、同図（ｂ）に示す。この場合、原画像Ｐ０との差分がノイズとなり、埋め込まれた位相差パターンＷ０１は、同図（ｃ）に示すように、パターンＷ′０１に変化する。かかるノイズが加えられた画像Ｑ′１に対し、第三者が同図（ｄ）に示す位相差パターンＷ′′１２（＝Ｑ′１−Ｑ′２）を、電子透かしとして埋め込んだとき、位相差パターンＷ′０２は、同図（ｅ）のように変化する。かかる場合でも、二つの画像の差分として得られる位相差パターンＷ′１２（図２１（ｆ）参照）を用いて、式（８）で示したように、正規の電子透かしに対応した位相差パターンＷ０１とほぼ同じパターンを得ることが可能である。すなわち、こうしたノイズの重畳に対しても本実施例による電子透かしは十分に機能する。
【００８７】
図２２は、誤差拡散法を用いた階調変換に対する検討結果を示す説明図である。同図（ａ）は位相差パターン｜Ｗ０１｜を示しており、この位相差パターンＷ０１を、透かし信号Ｓ１として埋め込んだ画像Ｑ１を６階調に落とす処理を行なった結果を、同図（ｂ）に示した。階調を低減したことにより画像Ｑ′１が得られた。この画像Ｑ′１と原画像Ｐ０との差分にはノイズが発生し、埋め込まれた位相差パターンＷ０１は、同図（ｃ）に示したパターンＷ′０１に変化する。この画像Ｑ′１に対し、第三者が同図（ｄ）に示す位相差パターンＷ′′１２（＝Ｑ′１−Ｑ′２）を電子透かしとして埋め込んだとき、位相差パターンＷ０２は、同図（ｅ）に示したパターンＷ′０２に変化する。この場合でも、同図（ｆ）に示した位相差パターンＷ′１２を用い、上述した式（８）で示した演算操作を行なうことにより、容易に、正規の電子透かしに対応した位相差パターンＷ０１とほぼ同じパターンを得ることができる。
【００８８】
以上説明したように、第２実施例の電子透かしの埋め込み方法により埋め込んだ電子透かしは、データ圧縮に対してもまた複数回の上書き攻撃に対しても、十分な耐性を有するばかりでなく、最も悪意的な結託攻撃に対しても実用的な耐性を付与することができる。また、図１９ないし図２２を用いて説明したノイズやデータ圧縮と上記の上書き攻撃とが重複した場合でも、原画像Ｐ０に加えた位相差パターンは保存され、電子透かしとして用いることができる。
【００８９】
以上本発明のいくつかの実施例について説明したが、本発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。例えばフーリエ変換により得られた行列の実数部に、微小変化分を付加することも何ら差し支えない。また、フーリエ変換された行列の高周波領域に対応する要素に、微小変化分を付加するものとしても良い。更に、主として低周波成分からなる領域が特定できる変換方法としては、ウェッブレット変換に何ら限定されるものではなく、他の変換方法を採用することも何ら差し支えない。もとより、ウェッブレット変換も、ハール基底を用いるものに限定されるものではなく、他の手法を用いたウェッブレット変換を用いこるともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例としての電子透かし処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２】電子透かし埋め込み部４２の機能を示すブロック図である。
【図３】実施例１の透かし情報の埋め込み処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】本実施例において扱われる原画像Ｐ０、電子透かしを埋め込んだ画像Ｐ１および埋め込まれた位相差パターンＷ０１の一例を示す説明図である。
【図５】実施例において得られたフーリエ変換スペクトルの実数部ＦＲ，虚数部ＦＩの一部を示す説明図である。
【図６】微小変化分付加ルーチンの詳細を示すフローチャートである。
【図７】データ圧縮による実施例の位相差パターンの変化の様子を示す説明図である。
【図８】同じく下位ビットレートの一部代替による画像と位相差パターンの変化の様子を示す説明図である。
【図９】同じくホワイトノイズによる画像と位相差パターンの変化の様子を示す説明図である。
【図１０】多重攻撃を受けた画像と位相差パターンの一例を示す説明図である。
【図１１】実施例２の透かし情報の埋め込み処理の手順を示すフローチャートである。
【図１２】ハールウェーブレット変換の説明図である。
【図１３】画像の多重解像度解析手順の説明図である。
【図１４】実施例２の遠視透かし埋め込み処理ルーチンのフローチャートである。
【図１５】実施例２の第２階層への分解を説明する説明図である。
【図１６】その透かし埋め込み画像と位相差パターン図である。
【図１７】その透かし埋め込み画像への多重上書き攻撃の一例の説明図である。
【図１８】透かし埋め込みによる画質の評価結果の説明図である。
【図１９】ＪＰＥＧ圧縮への耐性の評価結果の説明図である。
【図２０】下位ビットプレーン削除処理への耐性の評価結果の説明図である。
【図２１】雑音付加への耐性の評価結果の説明図である。
【図２２】階調変換への耐性の評価結果の説明図である。
【符号の説明】
２２…ＣＰＵ
２４…メインメモリ
２６…フレームメモリ
３０…キーボード
３２…マウス
３４…表示装置
３６…ハードディスク
３８…モデム
３９…スキャナ
４０…バス
４２…電子透かし埋め込み部
５０…離散フーリエ変換部
５２…微小変化分付加部
５４…フーリエ逆変換部
６０…データ圧縮処理部
６２…離散フーリエ変換部
６４…微小変化分付加部
６６…フーリエ逆変換部
６８…データ逆圧縮処理部

Claims (1)

1. 透かし情報を原データに埋め込む装置であって、
   原データを、主として低周波成分に対応した領域を特定可能なデータに変換するデータ変換手段と、
   該変換されたデータのうち、前記主として低周波成分に対応した領域に対応するデータを離散フーリエ変換する変換手段と、
   該離散フーリエ変換により得られた実数部および虚数部のうち虚数部に、透かし情報として予め定めた位相差パターンに対応した微小変化分を付加する位相差パターン付加手段と、
   前記実数部と前記微小変化分が付加された前記虚数部とからなるデータをフーリエ逆変換するフーリエ逆変換手段と、
   該フーリエ逆変換された後に、該フーリエ逆変換されたデータに対して、他の領域のデータと共に前記データ変換手段が行なったデータ変換の逆変換を施すことより透かし情報を埋め込んだデータを生成する逆変換手段と
   を備える電子透かしの埋め込み装置。

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