WO2002089478A1 - Digital watermark burying method and device, and digital watermark detecting method and device - Google Patents

Description

明 細 書

デジタル透かし埋め込み方法及び装置並びにデジタル透かし 検出方法及び装置

技術分野

こ の発明は、 例えば記録媒体を介して提供されるデジタル 動画像信号の不正な複製を防止するのために有効なデジタル 透かし埋め込み方法及び装置並びにデジタル透かし検出方法 及び装置に関する。

背景技術

デジタル V T R、 あるいは D V D (デジタルバーサタイノレ ディ スク） のよ う なデジタル画像データ を記録及び再生する 装置の普及に伴って、 これらの装置によ り 再生が可能な数多 く のデジタル動画像が提供される よ う になっている。 またィ ンターネ ッ ト、 放送衛星、 通信衛星等を介 したデジタルテ レ ビ放送を通 じて様々 なデジタル動画像が流通 し、 ユーザは高 品質のデジタル動画像を利用する こ と が可能とな り つつある , デジタル動画像力ゝら、 デジタル信号レベルによって簡易に 高品質の複製を作成する こ とが可能である。 従って、 何らか の複製禁止あるいは複製制御をデジタル動画像に施さ ない場 合には、 デジタル動画像は無制限に複製されるおそれがある 従って、 デ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限する こ とが考 えられている。 そのために、 デ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、 または複製を制限する方法が考え られている。 このよ う にデジタル動画像に別の付加情報を重畳する技術 と して、 デジタノレ透力 し（digital watermarking)が知 られてレヽ る。 このデジタル透かしでは、 デ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、 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）が、 知 覚が容易ではない状態と なる よ う に埋め込まれる。 埋め込ま れた透かし情報を後に必要に応じてコ 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が行われ た り 、 二次利用の促進が行われる。

デジタル透かしの従来の方式と して、 スぺク 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 透かし情報がデジタル動画像に埋め込まれる。

ステ ッ プ E 1 は、 画像信号に P N (P s eudorandom No i se)系 列を乗積してスペク ト ラ ム拡散を行う。

ステ ッ プ E 2 は、 スペク トル拡散後の画像信号を周波数変 換 （例えば D C T変換） する。

ステ ップ E 3 は、 特定の周波数成分の値を変更する こ と に よって画像信号に透かし情報を埋め込む。

ステ ッ プ E 4 は、 画像信号に逆周波数変換 （例えば I D C T変換） を施す。

ステ ッ プ E 5 は、 画像信号にスペク トル逆拡散を施す （ス テ ツプ E 1 と 同 じ P N系列を画像信号に乗積する） 。

このよ う に して透かし情報が埋め込まれたデジタル動画像 から透かし情報が、 以下の手順によ り 検出される。

ス テ ッ プ D 1 は、 画像信号に P N (P s eudorandom No ise)系 列 （ステ ップ E 1 と 同 じ P N系列） を乗積してスペク ト ル拡 散を行う。

ステップ D 2 は、 スぺク トル拡散後の画像信号を周波数変 換 （例えば D C T変換） する。

ステップ D 3 は、 特定の周波数成分の値に着目 して埋め込 まれた透かし情報を画像信号から抽出する。

不正利用の防止を 目的と してデジタル透かしをデジタル著 作物に適用する場合、 デ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） をデジタル透かしに持たせる必要がある。 透かし情報を 埋め込んだデ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。

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、 埋め込み時のステ ップ E 1 で用いた P N系列 を透かし情報の検出時に推定する処理を行って、 P N系列の 同期が回復される。 こ の後、 ス テ ッ プ D 1 〜 D 3 の処理を行 つて、 埋め込まれた透かし情報が抽出される。 しかしなが ら 画像信号だけから P N系列の同期を回復するためには、 P N 系列の複数の侯捕を用いて透かし情報を検出する処理を試み て、 う ま く 検出できた候補を採用する とい う 探索を行う 必要 がある。 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。

本発明は、 画像の切 り 出 し、 スケー リ ング及ぴ回転等の攻 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 るデジタル透かし埋め込み方法 及び装置並びにデジタル透かし検出方法及び装置を提供する こ と を目 的とする。

発明の開示

本発明の第 1 局面は、 入力画像信号から特定周波数成分信 号を抽出 し、 こ の特定周波数成分信号の位相及ぴ振幅の少な く と も一方を透かし情報に応じて制御 し、 位相及び振幅の少 なく と も一方の制御が行われた特定周波数成分信号を前記入 力画像信号に重畳して前記透かし情報が埋め込まれた画像信 号を出力する、 画像信号に透かし情報を埋め込むデジタル透 かし埋め込み方法を提供する。

本発明の第 2 局面は、 透かし情報が埋め込まれた入力画像 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 数成分信号の位相及び振幅の少なく と も一方を制御し、 位相 制御おょぴ振幅制御の少なく と も一方が施された特定周波数 成分信号と前記入力画像信号と の相関演算を行って前記透か し情報を抽出する、 デジタル透かし検出方法を提供する。 本発明の第 3 局面は、 入力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 位相及び振幅の少なく と も一方を透かし情報に応じて制御す る制御手段と、 前記透かし情報が埋め込まれた画像信号を生 成するため、 前記制御手段によ って位相及び振幅の少な く と も一方が制御された特定周波数成分信号を前記入力画像信号 に重畳する重畳手段と を具備するデジタル透かし埋込装置を 提供する。

本発明の第 4局面は、 透かし情報が埋め込まれた入力画像 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及び振幅の少なく と も一方を 制御する制御手段と、 前記制御手段によって位相及び振幅の 少な く と も一方が制御された特定周波数成分信号と前記入力 画像信号と の相関演算を行って前記透かし情報を抽出する相 関演算手段と を具備するデジタル透かし検出装置を提供する 図面の簡単な説明

図 1 は、 本発明の一実施形態に係るデジタル透かし埋め込 み装置の基本構成を示すブロ ック 図であ り 、

図 2 は、 同実施形態における位相制御器による特定周波数 成分信号の位相シフ ト を説明する図であ り 、

図 3 は；. 同実施形態に係るデジタル透かし検出装置の基本 構成を示すプロ ック図であ り 、

図 4は、 同実施形態に係るデジタル透かし検出装置の他の 基本構成を示すプロ ック 図であ り 、

図 5 は、 同実施形態に係るデジタル透かし検出装置におけ る相互相関値のピーク探索と透かし情報検出の動作例を示す 図であ り 、

図 6 は、 同実施形態に係るデジタル透かし検出装置におけ る相互相関値のピーク探索と透かし情報検出の動作例を示す 図であ り 、 図 7 は、 同実施形態に係るデジタル透かし埋め込み装置の よ り 具体的な構成例を示すプロ ック図であ り 、

図 8 は、 同実施形態に係るデジタル透かし埋め込み装置の よ り 具体的な他の構成例を示すプロ ック図であ り 、

図 9 は、 同実施形態に係るデジタル透かし検出装置のよ り 具体的な構成例を示すプロ ック図であ り 、

図 1 0 は、 図 7 または図 8 のデジタル透かし埋め込み装置 の動作を示す各部の波形図であ り 、

図 1 1 は、 図 9 のデジタル透かし検出装置の動作を示す各 部の波形図であ り 、

図 1 2 は、 図 9 のデジタル透かし検出装'置における透かし 情報が （ 1 , 1 ) の場合の相互相関値のピーク探索と透かし 情報検出の動作を示す図であ り 、

図 1 3 は、 図 9 のデジタル透かし検出装置における透かし 情報が （ 1 , 1 ) の場合の相互相関値のピーク探索と透かし 情報検出の動作を示す図であ り 、 -…- .

図 1 4 は、 図 7 または図 8 のデジタル透かし埋め込み装置 の Nライ ン目の画像信号に対して行う処理を示す各部の波形 図であ り 、

図 1 5 は、 図 7または図 8 のデジタル透かし埋め込み装置 の N + 1 ライ ン目の画像信号に対して行う処理を示す各部の 波形図であ り 、

図 1 6 は、 図 1 4 の処理によ り 得られた埋め込み済み画像 信号に対する、 図 9 のデジタル透かし検出装置における相互 相関値を説明する図であ り 、 図 1 7 は、 図 1 5 の処理によ り 得られた埋め込み済み画像 信号に対する、 図 9 のデジタル透かし検出装置における相互 相関値を説明する図であ り 、

図 1 8 は、 図 1 5 の処理によ り 得られた埋め込み済み画像 信号に対する、 図 9 のデジタル透か し検出装置における透か し情報検出動作を示す図であ り 、

図 1 9 は、 図 7 または図 8 のデジタル透かし埋め込み装置 の Nライ ン目の画像信号に対して行う他の処理を示す各部の 波形図であ り 、

図 2 0 は、 図 7 または図 8 のデジタル透かし埋め込み装置 の N + 1 ライ ン目の画像信号に対して行う他の処理を示す各 部の波形図であ り 、

図 2 1 は、 図 1 9 及び囪 2 0 の処理によ り 得られた埋め込 み済み画像信号に対する、 図 9 のデジタル透かし検出装置に おける相互相関値を説明する図であ り 、

図 2 2 は.、 図 7 または図 8 のデジタル透かし埋め込み装置 においてキヤ リ ブレーショ ン信号を透かし情報と併せて埋め 込んだ場合の図 9 のデジタル透かし検出装置における相互相 関値と透かし情報検出動作を示す図であ り 、

図 2 3 は、 図 7 または図 8 のデジタル透かし埋め込み装置 においてキヤ リ ブレーショ ン信号を透かし情報と併せて埋め 込んだ場合の図 9 のデジタル透か し検出装置における相互相 関値と透かし情報検出動作の他の例を示す図であ り 、

図 2 4 は、 図 7 または図 8 のデジタル透かし埋め込み装置 において透かし情報であ り 、 2進数を 3進数にェ ンコ一 ドす るテーブルを示す図であ り 、

図 2 5 は、 図 7 または図 8 のデジタル透かし埋め込み装置 において透かし情報であ り 、 2進数を 3進数にェ ンコ一 ドす る他のテーブルを示す図であ り 、

図 2 6 は、 図 7 または図 8 のデジタル透かし埋め込み装置 において複数の位相シフ ト量を相対関係を保って任意間隔と した場合の図 9 のデジタル透かし検出装置における透かし情 報検出動作を示す図であ り 、

図 2 7 は、 図 7 または図 8 のデジタル透か し埋め込み装置 において リ マーク用の情報を追記した場合の図 9 のデジタル 透かし検出装置における透かし情報検出動作を示す図であ り 図 2 8 は、 図 1 のデジタル透力、 し埋め込み装置において 4 個の位相シフタ によ り 固定の位相シフ トを受けた特定周波数 成分信号の重畳の有無によって透力、し情報 （ 1 , 1 ) を埋め 込んだ場合の図 3 のデジタル透かし検出装置における透かし 情報検出動作.を示す図であ り 、 -……

図 2 9 は、 図 1 のデジタル透かし埋め込み装置において 4 個の位相シフタによって固定の位相シフ ト を受けた特定周波 数成分信号の重畳の有無によって透かし情報 （ 1 , 一 1 ) を 埋め込んだ場合の図 3 のデジタル透かし検出装置における透 かし情報検出動作を示す図であ り 、

図 3 0 は、 本発明の実施形態に係る振幅リ ミ ッ タを用いた デジタル透かし埋め込み装置の基本構成を示すプロ ッ ク図で あ り 、

図 3 1 は、 同実施形態に係る振幅リ ミ ッタ を用いたデジタ ル透かし検出装置の基本構成を示す図であ り 、 図 3 2 は、 本発明の実施形態に係る振幅リ ミ ッタを用いた デジタル透かし埋め込み装置の基本構成を示すプロ ック 図で あ り 、

図 3 3 は、 同実施形態に係る振幅リ ミ ッタ を用いたデジタ ル透かし検出装置の基本構成を示す図であ り 、

図 3 4 は、 本発明の実施形態に係る ラ ンダム化情報を用い たデジタル透かし埋め込み装置の基本構成を示すプロ ッ ク図 であ り 、

図 3 5 は、 同実施形態に係る ラ ンダム化情報を用いたデジ タル透かし検出装置の基本構成を示すプロ ック図であ り 、 図 3 6 は、 図 3 4及び図 3 5 における特定周波数成分抽出 部の具体的構成例を示す図であ り 、

図 3 7 は、 図 3 4及ぴ図 3 5 における特定周波数成分抽出 部の他の具体的構成例を示す図であ り 、

図 3 8 は、 本発明の実施形態に係る ランダム化情報を用い たデジタル透かし埋め込み装置の基本構成を示すプロ ック図 であ り 、

図 3 9 は、 同実施形態に係る ラ ンダム化情報を用いたデジ タル透かし検出装置の基本構成を示すプロ ック図であ り 、 図 4 0 は、 図 3 8 及び図 3 9 における位相制御器の具体的 構成例を示す図であ り 、

図 4 1 は、 本発明の実施形態に係る ラ ンダム化情報を用い たデジタル透かし埋め込み装置の基本構成を示すブロ ック図 であ り 、 図 4 2 は、 同実施形態に係る ラ ンダム化情報を用いたデジ タル透かし検出装置の基本構成を示すプロ ック図であ り 、 図 4 3 は、 本発明の実施形態に係る ラ ンダム化情報を用い たデジタル透かし埋め込み装置の基本構成を示すプロ ック図 であ り 、

図 4 4 は、 同実施形態に係る ラ ンダム化情報を用いたデジ タル透かし検出装置の基本構成を示すブロ ッ ク図であ り 、 そ して

図 4 5 Aおよび 4 5 Bは、 図 4 3及び図 4 4 における非線 形フィルタの具体的構成例を示すプロ ック図である。

発明を実施するための最良の形態

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。

[第 1 の実施形態]

(デジタル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デジタル透かし埋め込 み装置の基本構成を示すプロ ック図である。 デジタル透かし 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） 1 0 と して、 動画像また は静止画像をデジタル化 した画像信号が入力される。 この埋 め込み対象画像信号 1 0 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。

埋め込み対象画像信号 1 0 は 3 つに分岐され、 特定周波数 成分抽出部 1 1 と特徴量抽出部 1 5及び透かし情報重畳部 1 6 に入力 される。 特定周波数成分抽出部 1 1 は、 周波数領域 のデジタルフィルタ、 例えば所定のカ ツ 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

1 0 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 1 1 からの出力 信号は特定周波数成分信号とする。

特定周波数成分抽出部 1 1 から出力される特定周波数成分 信号の位相及び振幅は、 位相制御器 1 2及び振幅制御器 1 3 によって制御される。 本実施形態では位相制御器 1 2 が前段 振幅制御器 1 3 が後段にそれぞれ配置されているが、 逆に振 幅制御器 1 3 が前段、 位相制御器 1 2 が後段にそれぞれ配置 されていても よい。 入力画像信号 1 0 に埋め込みべきデジタ ル情報である透かし情報 1 4 は、 位相制御器 1 2及び振幅制 御器 1 3 の少な く と も一方に与えられる。

位相制御器 1 2 は、 特定周波数成分信号に対して予め定め られた固有の位相制御量だけ位相制御を施すよ う に構成-され る。 具体的には、 位相制御器 1 2 は単一または複数のデジタ ル位相シフ タ によって実現され、 位相制御量は位相シフ タ の 位相シフ ト量と なる。 図 2 は位相制御器 1 2 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。 位相制御器 1 2 に透 かし情報 1 4が入力 される場合には、 位相制御器 1 2 の位相 制御量 （位相シフ ト量） が透か し情報 1 4 に従って制御され る。

振幅制御器 1 3 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制御量だけ振幅'制御を施すよ う に構成される。 振幅制御器 1 3 は具体的には単一または複 数の排他的論理和回路やデジタル乗算器で構成され、 振幅制 御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。 振幅制御器 1 3 に透かし情報 1 4 が入力される場合には、 振 幅制御器 1 3 の振幅制御量 （係数） が透か し情報 1 4 に従つ て制御される。

さ らに、 本実施形態では特徴量抽出部 1 5 によ り 埋め込み 対象画像信号 1 0 の特徴量、 例えば画像の複雑度を表すァク ティ ビィ ティ が抽出される。 この特徴量の情報は振幅制御器 1 3 に入力される。 振幅制御器 1 3 では、 入力された特徴量 に応 じて特定周波数成分の振幅制御量 （係数） が制御される 具体的には、 特徴量がァク ティ ビィ テ ィ の場合、 ァク テ イ ビ ィ ティ が大きいほど係数が大き く 設定される。 なお、 特微抽 出部 1 5 は必須ではな く 、 省略しても よい。

特定周波数成分信号-は、 位相制御器 1 2及び振幅制御器 1 · 3 に よ って位相制御と振幅制御される。 この特定周波数成分 信号は、 デジタル加算器からなる透か し情報重畳部 1 6 によ つて埋め込み信号と して供給され、 埋め込み対象画像信号 1 0 に重畳される。 すなわち、 特定周波数成分抽出部 1 1 によ つて抽出された特定周波数成分信号は、 位相制御器 1 2及び 振幅制御器 1 3 によってデジタル透かし埋め込み装置に固有 の位相制御及び振幅制御を受ける と共に、 位相制御量及び振 幅制御量の一方または両方が透かし情報 1 4 によって制御さ れる。 このため、 透かし情報重畳部 1 6 においては透か し情 報 1 4が埋め込み対象画像信号 1 0 に埋め込まれるこ と にな る。 なお、 特定周波数成分抽出部 1 1 は、 複数チャンネルの 特定周波数成分を抽出 し、 位相制御器 1 2及び振幅制御器 1 3 が複数チャ ンネルの特定周波数成分を位相及ぴ振幅を行つ て複数チャ ンネルの特定周波数成分信号を生成しても良い。 この場合は、 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 1 6 において埋め込み対象画像信号 1 0 に重畳され る。

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） 1 7 は、 例えば D V Dシステ ムのよ う な デ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。

(デジタル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 に示したデジタル透かし 埋め込み装置に対応 したデジタル透かし検出装置の基本構成 を説明する。

図 3 のデジタル透かし検出装置には、 図 1 に示 したデジタ ル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 1 7 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 2 0 と して与え られる。 この埋め込み済み 画像信号 2 0 は 3つに分岐され、 特定周波数成分抽出部 2 1 特徴量抽出部 2 4及び相関演算器 2 5 の一方の入力に与え ら れる。

特定周波数成分抽出部 2 1 は、 図 1 に示したデジタル透か し埋め込み装置に用いられている特定周波数成分抽出部 1 1 と 同 じノヽィ パス フ ィ ルタ （ H P F ) またはロ ーパスフ ィ ルタ ( B P F ) からなる。 特定周波数成分抽出部 2 1 は、 特定周 波数成分抽出部 1 1 が埋め込み済み画像信号 1 0 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 2 0 から抽出する。

特定周波数成分抽出部 2 1 から出力される特定周波数成分 信号の位相 と振幅が、 位相制御器 2 2及び振幅制御器 2 3 に よって制御される。 本実施形態では位相制御器 2 2が前段、 振幅制御器 2 3 が後段にそれぞれ配置されているが、 逆に振 幅制御器 2 3 が前段、 位相制御器 2 2 が後段にそれぞれ配置 されていても よい。

位相制御器 2 2 は、 特定周波数成分信号に対して予め定め られた固有の位相制御量の位相制御を施すよ う に構成される 具体的には、 位相制御器 2 2 は後述する よ う にデジタル位相 シフタによ って実現される。 図 1 に示したデジタル透かし埋 め込み装置で用いられている位相制御器 1 2 が与える位相制 御量 （位相シフ ト量） と 同 じ位相制御量 （位相シフ ト量） が 位相制御器 2 2 に与え られる。

振幅制御器 2 3 では、 特徴量抽出部 2 4 で埋め込み済み画 像信号 2 0 から抽出 された特徴量、 例えば画像の複雑度を表 すァクティ ビィ ティ に応じた係数が入力される特定周波数成 分信号に乗 じ られる。

位相制御器 2 2及び振幅制御器 2 3 によ り 位相及び振幅が 制御された特定周波数成分信号は、 相関演算器 2 5 の他方の 入力に与え られる。 この相関演算器 2 5 によって、 特定周波 数成分信号と埋め込み済み画像信号 2 0 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 2 6 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、 位相制御器 2 2 の位相制御量に相当する 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 、 ピーク が例えば正の場 合は透か し情報は" 1 ，，、 ピーク が負の場合は透か し情報は " 0 "と判定される。 このよ う に して、 相関演算器 2 5 から判 定された透かし情報 2 6 が出力される。

図 4 は、 図 3 のデジタル透かし検出装置を変形したデジタ ル透かし検出装置を示 している。 このデジタル透かし検出装 置は埋め込み済み画像信号 2 0 がスケー リ ングを受けた場合 に適し 構成をな している。 埋め込み対象画像信号 2 0 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 ト量がデジタル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。

本実施形態においては位相シフ ト量情報 2 7 に従って位相 制御器 2 2 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 2 5 の出力側に配置された透 かし情報推定器 2 8 によって、 図 5 に示される よ う に相関演 算器 2 3 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。

図 1 のデジタル透かし埋め込み装置においては、 後述する よ う に位相制御器 1 2 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、 振幅制御器 1 3 もそれぞれの位相シフ タに対応 して複数の振幅制御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 の位相制御器 2 2 は複数 の位相シフタで構成しても よい。 しかしなが ら、 位相制御器

2 2 を位相シフ ト量が可変である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 2 5 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 2 8 によ って探索す る よ う に 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。

(デジタル透かし検出装置の具体的構成例その 1 ) 図 7 は、 本発明に係るデジタル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。 デジタル透かし埋め込み装 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 （ H P F ) 3 1 は特定周波数成分抽出部 1 1 に n個の位相シフ タ （ P S ) 3 2 — 1 〜 3 2 — n は位相制御器 1 2 に、 n個の排他的論理和回路 （ E X O R ) 3 3 — 1 〜 3

3 — n及び乗算器 （M P Y ) 3 4 — 1 〜 3 4 — n は振幅制御 器 1 3 に、 アク ティ ビティ 計算回路 3 5 は特徴量抽出部 1 5 に、 デジタル加算器 3 6 は透かし情報重畳部 1 6 にそれぞれ 相当する。

ハイパス フ ィ ルタ 3 1 から出力される特定周波数成分信号 は、 位相シフタ 3 2 — 1 〜 3 2 — 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 3 3 — 1 ~ 3 3 — nの各々の一方の入力に与え られる。 排他的 論理和回路 3 3 — 1 〜 3 3 — n の各々 の他方の入力には、 n ビッ ト の透かし情報 1 4 ( C C I ) の各ビッ トが与え られる， 排他的論理和回路 3 3 — 1 〜 3 3 — nの出力は、 乗算器 3 4 一 1 〜 2 4 — n によ り ァクティ ビィ ティ 計算回路 3 5 で求め られたァク ティ ビィ ティ と乗算される。

乗算器 3 4 — 1 〜 3 4 — nの出力である埋め込み信号が加 算器 3 6 によって埋め込み対象画像信号 1 0 と加算される こ と によ り 、 埋め込み対象画像信号 1 0 に透か し情報 1 4 が埋 め込まれ、 埋め込み済み画像信号 1 7 が生成される。

(デジタル透かし検出装置の具体的構成例その 2 )

- 図 8 は、 図 7 の変形例のデジタル透かし埋め込み装置を示 している。 この変形例では、 図 7 の排他的論理和回路 3 3 — 1 〜 3 3 — n及び乗算器 3 4 — 1 〜 3 4 _ n に代えて、 3入 力の乗算器 （M P Y ) 3 7 — 1 〜 3 7 — nが用い られている 乗算器 3 7 — 1 〜 3 7 — n の第 1 入力には位相シフタ 3 2 - 1 〜 3 2 — 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 られる。 第 2入力には n ビッ ト の透かし情報 1 4 ( C C I ) の各ビッ トがそれぞれ与えられ、 第 3入力には ァク ティ ビィ ティ計算回路 3 5 で求め られたァク 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 示したデジタル透かし埋め込み装置と 同等の機能が得られる _t (デジタル透かし検出装置の具体的構成例）

図 9 は、 本発明の他の実施形態に係るデジタル透かし検出 装置を示してお り 、 こ の検出装置は図 7 のデジタル透かし埋 め込み装置に対応している。 図 9 のデジタル透かし検出装置 を図 4 のデジタル透かし検出装置の基本構成と対応してを説 明する と、 ノヽィパス フ ィ ルタ （ H P F ) 4 1 は特定周波数成 分抽出部 2 1 に相当 し、 n個の位相シフタ （ P S ) 4 2 - 1 〜 4 2 — n は位相制御器 2 2 に相当する。 また、 n個の第 1 乗算器 （M P Y ) 4 3 _ 1 ~ 4 3 — 11 は振幅制御器 2 3 に相 当 し、 ア ク テ ィ ビテ ィ 計算回路 4 4 は特徴量抽出部 2 4 に相 当する。 更に、 n個の第 2乗算器 （M P Y ) 4 5 — 1 〜 4 5 — n及ぴ累積加算器 4 6 - 1 - 4 6 — n は相関演算器 2 5 に相当 し、 C C I 推定器 4 7 は透かし情報推定器 2 7 にそれ ぞれ相当する。

ハイ パス フ ィ ルタ 4 1 から出力される特定周波数成分信号 は、 位相シフ タ 4 2 — 1 〜 4 2 — n によ り 図 7 の位相シフ タ 3 2 — 1 〜 3 2 — 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 4 3 — 1 〜 4 3 — n によってァ タティ ビィ ティ 計算回路 4 4で求め られたァクティ ビィ ティ と乗算される。

第 1 乗算器 4 3 — 1 〜 4 3 — nからの出力信号は、 第 2乗 算器 4 5 — 1 〜 4 5 — nによって埋め込み済み画像信号 2 0 と乗算される。 乗算器 4 5 — 1 〜 4 5 — nの出力信号は累積 加算器 4 5 — 1 〜 4 6 — n によ って累積加算された後、 C C I 推定器 4 7 に入力され、 透かし情報 2 6 ( C C I ) の各ビ ッ トが生成される。

(デジタル透かし埋め込み/検出装置の動作例 1 ) 次に、 図 7 または図 8 のデジタル透かし埋め込み装置にお いて 2 ビッ トの透かし情報を画像信号に埋め込み、 図 9 のデ ジタル透かし検出装置によって透かし情報を検出する場合の 具体的な動作例を、 図 1 0 〜図 1 2 を用いて説明する。

図 7 または図 8 のデジタル透かし埋め込み装置において、 図 1 0 の （ a ) で示す埋め込み対象画像信号 1 0 から、 ハイ パスフィルタ 3 1 によって図 1 0 の （ b ) で示す特定周波数 成分信号が抽出される。 こ の特定周波数成分信号が二つの位 相シフタ 3 2 - 1 , 3 2 — 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 透かし情報 1 4 ( C C I ) の第 0 ビッ トおよび第 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 3 3 — 1 および 3 3 —一 2.または図 8 の乗算器 3 7 — 1 および 3 7 — 2 によつ てそれぞれ乗じられる。 例えば、 透かし情報 1 4 が" 0 "であ れば、 位相シフ ト信号に一 1 が乗じ られ、 それが" 1 "であれ ば、 位相シフ ト信号に + 1 が乗 じられる。 図 1 0 の （ c ) お よび （ d ) に、 透かし情報が （ 1 , 1 ) の場合の排他的論理 和回路 3 3 — 1 , 3 3 — 2 または乗算器 3 7 — 1 ， 3 7 — 2 から出力される位相シフ ト信号を示す。

さ らに、 必要に応じてアクティ ビティ計算回路 3 5 によ り 求め られたァク ティ ビィティ が乗算器 3 4 — 1 ， 3 4 — 2 に よって位相シフ ト信号に乗 じられる。 こ の後、 乗算結果が加 算器 3 6 で埋め込み対象画像信号 1 0 に加算されるこ と によ り 、 図 1 0 の （ e ) で示す埋め込み済み画像信号 1 7 が生成 される。 図 1 0 の （ e ) で示す実線は埋め込み済み画像信号 1 7 を示してお り 、 図 1 0 の （ a ) で示す波形は、 埋め込み 対象画像信号及び図 1 0 の （ c ) および （ d ) で示す位相シ フ ト信号を加算合成した波形と なっている。

一方、 図 1 0 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 （ e ) カゝら透かし情報を図 9 のデジタル透かし 検出装置によ って検出する場合には、 まず図 1 1 の （ a ) で 示す埋め込み済み画像信号 2 0 (図 1 0 の （ e ) で示す埋め 込み済み画像信号 1 7 に対応する） 力ゝら、 ハイパスフ ィ ルタ 4 1 によって図 1 1 の （ b ) で示す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 2 0 に対してスケー リ ング が行われていない場合、 埋め込み済み画像信号 2 0が位相シ フ タ 4 2 — 1 および 4 2 — 2 に よ り 図 1 1 の （ c ) および ( d ) で示すよ う に図 7 の位相シフタ 3 2 - 1 および 3 2 — 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。 次に、 図 1 1 の （ c ) および （ d ) で示す位相シフ ト信号 に必要に応 じて第 1 乗算器 4 3 — 1 および 4 3 — 2 によ り ァ タティ ビィ ティ が乗じ られる。 こ の後、 図 1 1 の （ a ) で示 す埋め込み済み画像信号 2 0が第 1乗算器 4 3 — 1 および 4 3 — 2 の出力に第 2乗算器 4 5 — 1 および 4 5 — 2 によって 乗じ られる。 第 2乗算器 4 5 — 1 および 4 5 — 2 の乗算結果 は累積加算器 4 6 — 1 および 4 6 — 2 によって累積加算され る。 これによ り 、 位相シフ ト信号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 " ) と判定され、 相互相関値のピークが負であれ ば、 透か し情報は一 1 ( " 0 " ) と判定される。

一方、 埋め込み済み画像信号 2 0 に対してスケーリ ングが 行われてい る場合、 位相シフ タ 4 2 — 1 および 4 2 — 2 の位 相シフ ト量が図 4で説明 したのと 同様に制御される こ と によ つ 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 C C I 推定器 4 7 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 2 6 が推定され る。

例えば、 埋め込み情報 1 4 ( C C I ) 力 S ( 1， 1 ) の場合 図 1 2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 1 4 ( C C I ) カ （ 1， - 1 ) の場合、 図 1 3 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。

(デジタル透かし埋め込みノ検出装置の動作例 2 ) 次に、 図 7 または図 8 のデジタル透かし埋め込み装置及び 図 9 のデジタル透かし検出装置の他の動作例を、 図 1 4 〜図 1 8 を用いて説明する。 これは、 デジタル透かし埋め込み装 置において、 ラ イ ン毎、 複数ラ イ ン毎、 フ ィ ール ド毎、 複数 フィ一ノレ ド毎、 フ レーム毎および複数フ 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る。 以下に透かし情報が 2 ビ ッ ト の場合 の動作例を述べる。

まず、 埋め込み対象画像信号 1 0 の N ( N = 1 , 2 ， ... ) ライ ン 目 に対しては、 デジタル透かし埋め込み装置によって 図 1 4 に示すよ う な処理が行われる。

埋め込み対象画像信号 1 0 の図 1 4 の （ a ) に示す Nライ ン 目 の信号力 ら ノヽイ ノくス フ ィ ルタ 3 1 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 3 2 - 1 および 3 2 - 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、 透カゝ し情報 1 4 ( C C I ) の第 0 ビッ トおよび第 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 3 3 — 1 および 3 3 — 2 または図 8 の 乗算器 3 7 — 1 および 3 7 — 2 によってそれぞれ乗じ られる 例えば、 透力、し情報 1 4が" 0 "であれば、 _ 1 が位相シフ ト 信号に乗じ られ、 透かし情報が" 1 "であれば + 1 が位相シフ ト信号に乗 じられる。 透かし情報が （ 1 ， 1 ) の場合の排他 的論理和回路 3 3 — 1 および 3 3 — 2 または乗算器 3 7 - 1 および 3 7 — 2 か ら 出力 される位相シ フ ト信号が図 1 4 の ( b ) および （ c ) と してそれぞれ示されている。

さ らに、 必要に応じて、 アク ティ ビティ計算回路 3 5 によ り 求め られたァクティ ビィ ティ が乗算器 3 4 — 1 および 3 4 一 2 または乗算器 3 7 — 1 および 3 7 — 2 によって位相シフ ト信号に乗 じられる。 こ の後、 乗算結果が加算器 3 6 によつ て埋め込み対象画像信号 1 0 に加算される。 これによ り 、 図 1 4 の （ d ) に破線で示す埋め込み対象画像信号 （図 1 4 の 波形 （ a ) に対応する） 及ぴ図 1 4 の （ b ) および （ c ) で 示す位相シフ ト信号が加算合成され、 実線で示す波形の埋め 込み済み画像信号 1 7 が生成される。

次に、 埋め込み対象画像信号 1 0 の N + 1 ライ ン目 に対し ては、 デジタル透かし埋め込み装置によって図 1 5 に示すよ う な処理が行われる。

まず、 図 1 5 の （ a ) に示す埋め込み対象画像信号 1 0 の N + 1 ライ ン目 の信号力、らハイ パス フ ィルタ 3 1 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 3 2 — 1 お よび 3 2 — 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、 透かし情報 1 4 ( C C I ) の第 0 ビッ トおよび第 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 3 3 — 1 および 3 3 — 2 また は図 8 の乗算器 3 7 — 1 および 3 7 — 2 によってそれぞれ乗 じられる。 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 1 4 が" 0 "であれば + 1 が位相シフ ト信号に乗 じられ、 それが" 1 "であれば一 1 が位相シフ ト信 号に乗じられる。 従って、 透かし情報が （ 1 ， 1 ) の場合に 排他的論理和回路 3 3 — 1 および 3 3 — 2 または乗算器 3 7 _ 1 および 3 7 — 2 力、ら出力される位相シフ ト信号は、 図 1 4 の （ b ) お よ び （ c ) に示す波形 と 異な り 、 図 1 5 の ( b ) および （ c ) に示すよ う に共に極性が反転される。 さ らに、 必要に応じて、 アクティ ビティ計算回路 3 5 によ り 求められたァクティ ビィ ティ が乗算器 3 4 — 1 および 3 4 _ 2 または乗算器 3 7 — 1 ， 3 7 — 2 によって位相シフ ト信 号に乗じ られる。 こ の後、 加算器 3 6 で埋め込み対象画像信 号 1 0 に加算される こ と によって、 図 1 5 の （ d ) に破線で 示す埋め込み対象画像信号 （即ち、 図 1 5 の （ a ) で示す信 号） 及ぴ図 1 5 の （ b ) および （ c ) で示す位相シフ 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 1 7 が生成される。

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 性を反転しても よい。

一方、 図 9 のデジタル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 ーム毎おょぴ複数フ 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。 例えば、 図 1 4及 び図 1 5 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 2 0 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 1 6 に示 すよ う に正のピークが現れる。 しかしなが ら、 埋め込み済み 画像信号 2 0 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 1 7 に示すよ う に負の ピーク が現れる。 そこで、 乗算器 4 5 — .1 および 4 6 — 2 から出力 される相互 相関値はライ ン毎に極性反転して累積加算器 4 6 — 1 および 4 6 _ 1 で累積加算される。 この場合は、 累積加算後の相互 相関値が図 1 8 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。

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。 これによつ 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。

(デジタル透かし埋め込み/検出装置の動作例 3 ) 次に、 図 7 または図 8 のデジタル透かし埋め込み装置及び 図 9 のデジタル透かし検出装置の別の動作例を図 1 9 〜図 2 1 を用いて説明する。 これは、 デジタル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 、 以下に透かし情報が 2 ビ ッ ト の場合の動作を述べる。 まず、 埋め込み対象画像信号 1 0 の N ( N = 1 , 2 ， ... ) ライン目 に.対しては、 デジタル透かし埋め込み装置によって 図 1 9 に示すよ う な処理が行われる。

図 1 9 の （ a ) に示す埋め込み対象画像信号 1 0 の Nライ ン 目 の信号力 ら ハイ ノヽ。ス フ ィ ルタ 3 1 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 3 2 - 1 および 3 2 - 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 1 4 ( C C I ) の第 0 ビッ トおよび第 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 3 3 — 1 ， 3 3 — 2 または図 8 の乗算器 3 7 — 1 ， 3 7 — 2 によ つてそれぞれ乗 じられる。 図 1 9 の （ b ) および （ c ) は、 透かし情報が （ 1 , 1 ) の場合の排他的論理和回路 3 3 — 1 および 3 3 — 2 または乗算器 3 7 — 1 および 3 7 _ 2 から出 力される位相シフ ト信号を示す。

さ らに、 必要に応 じて、 アクティ ビティ 計算回路 3 5 によ り 求め られたァクティ ビィ ティ が乗算器 3 4 — 1 および 3 4 一 2 または乗算器 3 7 — 1 および 3 7 — 2 によって位相シフ ト信号に乗 じられる。 こ の後、 乗算結果が加算器 3 6 によ り 埋め込み対象画像信号 1 0 に加算される。 これによ り 、 図 1 9 の ( d ) に破線で示す埋め込み対象画像信号 （即ち、 図 1 9 の （ a ) で示す信号） 及び図 1 9 の （ b ) および （ c ) で 示す位相シフ 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 1 7 が生成される。

一方、 埋め込み対象画像信号 1 0 の N + 1 ライ ン目 に対し ては、 デジタル透か し埋め込み装置によって図 2 0に示すよ う な処理が行われる _a .

図 2 0 の （ a ) に示す埋め込み対象画像信号 1 0 の N + 1 ラ イ ン 目 の信号からノ、ィパス フ ィ ルタ 3 1 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 3 2 - 1 および 3 2 一 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 1 4 ( C C I ) の第 0 ビッ トお よび第 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 3 3 — 1 および 3 3 — 2 または図 8 の乗算器 3 7 — 1 およ ぴ 3 7 — 2 によってそれぞれ乗じ られる。 図 2 0 の （ b ) お よび （ c ) は、 透かし情報が （ 1 , 1 ) の場合の排他的論理 和回路 3 3 — 1 および 3 3 — 2 または乗算器 3 7 — 1 および 3 7 — 2 力、ら出力される位相シフ ト信号を示す。

さ らに、 必要に応 じて、 アクティ ビティ計算回路 3 5 によ り 求め られたァクティ ビィ ティ が乗算器 3 4 — 1 および 3 4 — 2 または乗算器 3 7 — 1 および 3 7 — 2 によって位相シフ ト信号に乗 じられる。 こ の後、 乗算結果は加算器 3 6 で埋め 込み対象画像信号 1 0 に加算される。 これによ り 、 図 2 0 の ( d ) に破線で示す埋め込み対象画像信号 （即ち、 図 2 0 の ( a ) で示す信号） 及び図 2 0 の （ b ) および （ c ) で示す 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 1 7が生成される。

一方、 図 9 のデジタル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。 伹し、 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 レーム毎および複数フ 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 つている場合は、 累積加算単位毎に極性反転を併せて行う。

図 2 1 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 とで、 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。

(デジタル透かし埋め込み/検出装置の動作例 4 ) 次に、 図 7 または図 8 のデジタル透かし埋め込み装置及び 図 9 のデジタル透かし検出装置のさ らに他の動作例を、 図 2 2〜図 2 5 を用いて説明する。 以下に説明する例は、 透かし 情報の埋め込み時にキヤ リ プレーショ 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。 以下は 具体的な動作例である。

( 1 ) デジタル透かし埋め込み装置において、 N ビ ッ ト の 透かし情報を画像信号に埋め込む場合、 N + 1 ビ ッ ト の位相 シフ ト信号を生成し、 透かし情報の埋込に使用する N ビッ ト 以外の 1 ビッ ト をキヤ リ ブレーショ ン信号と して、 それを必 ず + 1 (または一 1 ) の レベル と なる よ う に位相シフ ト信号 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。

一方、 デジタル透かし検出装置においては、 位相シフ ト の 各位置の相互相関値と キ ヤ リ プ 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 ヤ リ プ レー シ ヨ ン信号を + 1 (または一 1 ) の レベルで位相シフ ト信号 に埋め込んだと仮定した場合、 図 2 2 に示すよ う にキヤ リ ブ レーシ ヨ ン信号に相当する位置での相互相関値と他の埋め込 み位置での相互相関値が同極性の場合は + 1 (または一 1 ) と し、 異極性の場合は一 1 (または + 1 ) とする。

( 2 } デジタル诱かし埋め込み装置において、 キヤ 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、 デジタル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位置のキヤ リ ブレーショ ン 信号を検出 して、 そのキャ リ ブレーシ ョ ン信号と透かし情報 との相対関係で埋め込まれた透かし情報を判定する。

( 3 ) デジタル透かし埋め込み装置において、 キヤ リ ブレ ーシ ヨ 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 または一 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 ， 一 1 } の 3値の情報を埋め込む。

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 1 0 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 1 0 に加算 し、 { 0 } の場合は埋め込み 対象画像信号 1 0 に何も加算 しない。

一方、 デジタル透かし検出装置においては、 キヤ リ ブレー シヨ 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 2 3 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、 相互 相関値が 0近傍でない場合は、 透かし情報の位相シフ ト位置 における相互相関値と キヤ リ プレーショ ン信号の相互相関値 との相対関係によ り 3値情報の { + 1 ， 一 1 } を判定する。 以下に、 動作例 （ 3 ) の応用例を示す。

( 3 — 1 ) デジタル透かし埋め込み装置において、 図 2 4 に示すよ う に透かし情報と して予め 2進数を 3進数にェ ン コ ー ドしておき、 これら 3進数を上述のよ う に 3値情報と して 埋め込む。

デジタル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 ) 上記と 同様にデジタル透かし埋め込み装置にお いて、 透力 し情報と して予め 2進数を 3進数にエンコー ドし ておき、 これら 3進数を上述のよ う に 3値情報と して埋め込 むが、 図 2 5 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。

デジタル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 ドして、 元の 2進数の透かし情報を検 出する。

( 3 — 3 ) C C I のキャ リ ーに 3値を用いる。

( 3 - 4 ) C op y F ree (複製可） を + 1 、 Co py O nce (一回 のみ複製可） を 0 、 Never Copy (複製不可） を一 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 Re mark ( リ マーク） 時は 0 の と ころに一 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。

(デジタル透かし埋め込み Z検出装置の動作例 5 ) 次に、 図 7 または図 8 のデジタル透かし埋め込み装置及び 図 9 のデジタル透か し検出装置の別の動作例を説明する。 デ ジタル透かし埋め込み装置において複数の位相シフ ト量を任 意の間隔で配置するが、 それぞれの相対関係は崩さないよ う にする。 この場合、 デジタル透かし検出装置では、 図 2 6 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 ぃ最内側をビ ッ ト 0 、 次に外側をビッ ト 1 、 …の よ う に判定 する。

(デジタル透かし埋め込み/検出装置の動作例 6 ) 次に、 図 7 または図 8 のデジタル透かし埋め込み装置及び 図 9 のデジタル透かし検出装置の別の動作例を図 2 7 を用い て説明する。 デジタル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。

一方、 デジタル透かし検出装置においては相互相関値のピ ーク がな 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。

(デジタル透かし埋め込み/検出装置の動作例 7 ) 次に、 図 1 のデジタル透かし埋め込み装置において、 透か し情報 1 4 を用いて位相制御器 1 2 を制御する場合のデジタ ル透かし埋め込み装置及ぴ図 3 または図 4 のデジタル透かし 検出装置の動作を説明する。

位相制御器 1 2 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 スィ ツチによ り構 成される。 これ らの位相シフタ に特定周波数成分抽出部 1 1 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 Θ 1 ， Θ 2 , Θ 3および Θ 4 とする と 、 例えば透かし情報 1 4 の第 0 ビッ ト はシフ ト量 θ 1 と Θ 2 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。 透かし情報 1 4 の第 1 ビッ ト は位相シフ ト量 Θ 3 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 1 0 に重畳する。

( a - 1 ) 第 0 ビ ッ ト = " 1 "な ら θ 1 の位相シフ ト を受け た特定周波数成分信号のみを埋め込み対象画像信号に重畳し、 Θ 2 の位相シフ ト を受けた特定周波数成分信号は埋め込み対 象画像信号に重畳しない。

( a - 2 ) 第 1 ビ ッ ト = " 1 "な ら Θ 3 の位相シフ ト を受け た特定周波数成分信号のみを埋め込み対象画像信号に重畳し. Θ 4 の位相シフ ト を受けた特定周波数成分信号は埋め込み対 象画像信号に重畳しない。

( b — 1 ) 第 0 ビ ッ ト = " 1 "な ら θ 1 の位相シフ ト を受け た特定周波数成分信号のみを埋め込み対象画像信号に重畳し Θ 2 の-位-相シフ ト を受けた特定周波数成分信号は埋め込み対 象画像信号に重畳しない。

( b - 2 ) 第 1 ビ ッ ト = " 1 "な ら Θ 4 の位相シフ ト を受け た特定周波数成分信号のみを埋め込み対象画像信号に重畳し Θ 3 の位相シフ ト を受けた特定周波数成分信号は埋め込み対 象画像信号に重畳しない。

一方、 図 3 に示すデジタル透かし検出装置では、 入力 され た埋め込み済み画像信号 2 0 に対するスケー リ ングを考慮し ない場合、 位相制御器 2 2 を構成する 4個の位相シフ タ の位 相シ フ ト量をデジタル透かし埋め込み装置における位相制御 器 1 2 の位相シフ タ の位相シフ ト量 Θ 1 ， Θ 2 , Θ 3 および Θ 4 と 同様に設定し、 位相シフ ト量 Θ 1 ， Θ 2 , Θ 3 , Θ 4 にお ける相互相関値から透かし情報を判定する。

図 2 8 は透か し情報が （ 1 ， 1 ) の場合の相互相関値を示 し、 図 2 9 は透かし情報が （ 1 ， 一 1 ) の場合の相互相関値 を示 してレ、る。 位相シフ ト量 Θ 1 ， Θ 2 , Θ 3 および Θ 4 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。

埋め込み済み画像信号 2 0 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 ト量を変化させてデジタ ル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。

[第 2 の実施形態]

次に、 図 3 0 〜図 3 3 を用いて本発明の他の実施形態につ いて説明する。 本実施形態では、 デジタル透かし埋め込み装 置及びデジタル透かし検出装置に振幅リ ミ ッタを揷入する。 振幅 リ- -ミ.ッ タ によって埋め込み対象画像信号 1 0 に重畳する 信号の振幅を制限する。 これによつて、 埋め込み対象画像信 号 1 0 の低レべノレ力 ら高レベノレの広い レべノレ範囲にわたって 万遍なく 透かし情報を埋め込む。 この結果、 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。

図 3 0 に示すデジタル透かし埋め込み装置では、 特定周波 数成分抽出部 1 1 と位相及び振幅の制御器 （この例では位相 制御器 1 2 ) との間に振幅リ ミ ッタ 1 8 が挿入されている。 図 3 1 に示すデジタル透かし検出装置では、 図 3 0 に対応し て特定周波数成分抽出部 2 1 と制御器 （ こ の例では位相制御 器 2 2 ) と の間に振幅リ ミ ッタ 2 8 が挿入されている。

図 3 2 に示すデジタル透かし埋め込み装置では、 位相及び 振幅の制御器 （この例では振幅制御器 1 3 ) と透かし情報重 畳部 1 6 と の間に振幅リ ミ ッタ 1 8 が揷入されている。 図 3 3 に示すデジタル透かし検出装置では、 図 3 2 に対応して位 相及び振幅の制御器 （この例では振幅制御器 2 3 ) と相関演 算器 2 5 と の間に振幅リ ミ ッタ 2 8 が挿入されている。

[第 3 の実施形態]

次に、 図 3 4 〜図 4 2 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。 これによ り 、 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 , この結果、 よ り 攻撃に強いデジタル透かし技術が提供でき る , ラ ンダム化情報は、 デジタル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、 デジタル透かし埋め込み処理ゃ検 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。

図 3 4 に示すデジタル透かし埋め込み装置では、 特定周波 数成分抽出部 1 1 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 1 9 によって与える例である。

図 3 5 に示すデジタル透かし検出装置では、 図 3 4 に対応 して特定周波数成分抽出部 2 1 を構成する フ ィ ルタ のパラメ ータ をラ ンダム化情報 2 9 によって与えている。 ラ ンダム化 情報 2 9 は、 図 3 4 のデジタル透かし埋め込み装置で用いた ラ ンダム化情報 1 9 と 同 じである。 このラ ンダム化情報 2 9 を装置内部で生成あるいは装置外部から与え られるデジタル 透かし検出装置のみによって正しく 透かし情報 2 6 を検出す る こ とができ る。

図 3 6 及び図 3 7 は、 図 3 4及び図 3 5 における特定周波 数成分抽出部 1 1 および 2 1 に用いられる フ ィ ルタ の例を示 している。 こ のフ ィ ルタ は、 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、 ある範囲內でランダム 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 1 9 とする。

図 3 8 に示すデジタル透かし埋め込み装置では、 位相制御 器 1 2 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 1 9 に従ってラ ンダム化する。 これによ り 、 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 あ よ い。

図 3 9 に示すデジタル透かし検出装置では、 図 3 8 のデジ タル透かし埋め込み装置に対応して、 位相制御器 2 2 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 2 9 に従つ てラ ンダム化している。 ラ ンダム化情報 2 9 は、 図 3 8 のデ ジタル透かし埋め込み装置で用いたラ ンダム化情報 1 9 と 同 じである。 このラ ンダム化情報 2 9 を装置內部で生成あるい は装置外部から与え られるデジタル透かし検出装置のみによ つて正しく 透かし情報 2 6 を検出する こ とができ る。

図 4 0 は、 図 3 8及び図 3 9 の位相制御器 1 1 および 2 1 に用いられる位相シフ ト量が可変の位相シフタの例を示して いる。 この位相シフ タは、 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。

図 4 1 に示すデジタル透かし埋め込み装置では、 位相及び 振幅の制御器 （この例では振幅制御器 1 3 ) と透かし情報重 畳部 1 6 と の間に振幅変調器 5 1 が挿入され、 埋め込み信号 をラ ンダム化情報 1 9 に従って振幅変調している。

図 4 2 に示すデジタル透かし検出装置では、 図 4 1 のデジ タル透か し埋め込み装置に対応 して位相及び振幅の制御器 (この例では振幅制御器 2 3 ) と相関演算器 2 5 との間に振 幅変調器 6 1 が挿入され、 埋め込み信号をラ ンダム化情報 2 9 に従って振幅変調 している。 ラ ンダム化情報 2 9 は、 図 4 1 のデジタル透かし埋め込み装置で用いたラ ンダム化情報 1 9 と 同 じである。 このラ ンダム化情報 2 9 を装置内部で生成 あるいは装置外部から与え られるデジタル透かし検出装置の みによって正しく 透かし情報 2 6 を検出する こ と ができ る。

図 4 3 に示すデジタル透かし埋め込み装置では、 位相及び 振幅の制御器 （こ の例では振幅制御器 1 3 ) と透かし情報重 畳部 1 6 と の間に非線形フィルタ 5 2 が揷入される。 この非 線形フィルタ 5 2 によ って、 埋め込み信号と埋め込み対象画 像信号 1 0 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。

図 4 4 に示すデジタル透かし検出装置では、 図 4 3 のデジ タル透か し埋め込み装置に対応 して位相及び振幅の制御器 (この例では振幅制御器 2 3 ) と相関演算器 2 5 との間に図 4 3 のデジタル透かし埋め込み装置用いられた非線形フィル タ 5 2 の逆特性の非線形フ ィ ルタ 6 2 を挿入している。

. 非線形'フ ィ ルタ 5 2 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イ ノレタ を用いる こ とができ る。 このフィ ルタ は例えば、 入力信号を X と したと き、 · s ( X ) や、 . X 2 などを出力する非線形フ ィ ルタである。 図 4 5 は、 非線 形フ イノレタ 5 2 の具体例を示している。

図 4 5 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 x 2 を出力する 2乗 器を示している。 2乗によって桁溢れした部分は、 切 り 捨て る。 図 4 5 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 を示 している。 例えば、 この非線形変換表を s i n表とする こ と によ り 、 入力信号 X に対して s i n ( a x ) を出力する非線 形フ ィルタ が実現でき る。

産業上の利用可能性

以上説明 したよ う に、 本発明によれば、 入力画像信号から 特定周波数成分信号を抽出 し、 この特定周波数成分信号の位 相及び振幅の少なく と も一方を透かし情報に応じて制御し、 位相及び振幅の少な く と も一方の制御が行われた特定周波数 成分信号を前記入力画像信号に重畳して透かし情報が埋め込 まれた画像信号を生成でき るので、 .例えば記録媒体を介して 提供されるデジタル動画像信号の不正な複製を防止するのた めに有効なデジタル透かし埋め込み方法及ぴ装置並びにデジ タル透かし検出方法及び装置が実現でき る。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 入力画像信号から特定周波数成分信号を抽出 し、 この 特定周波数成分信号の位相及び振幅の少な く と も一方を透か し情報に応 じて制御 し、 位相及ぴ振幅の少な く と も一方の制 御が行われた特定周波数成分信号を前記入力画像信号に重畳 して前記透かし情報が埋め込まれた画像信号を出力する、 画 像信号に透かし情報を埋め込むデジタル透かし埋め込み方法'

2 . 前記特定周波数信号の振幅を制限するステ ップを含む 請求項 1 記載のデジタル透かし埋め込み方法。

3 . 前記特定周波数成分信号の抽出をラ ンダム化する請求 項 1 記載のデジタル透かし埋込方法。

4 . 位相及び振幅の少なく と も一方の制御が行われた前記 特定周波数成分信号を非線形処理して前記入力画像信号に重 畳する請求項 1記載のデジタル透かし埋込方法。

5 . 透かし情報が埋め込まれた入力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 及び振幅の少なく と も一方を制御 し、 位相制御および振幅制 御の少な く と も一方が施された特定周波数成分信号と前記入 力画像信号との相関演算を行って前記透かし情報を抽出する デジタル透かし検出方法。

6 . 前記特定周波数信号の振幅を制限するステ ップを含む 請求項 5 記載のデジタル透かし検出方法。

7 . 前記特定周波数成分信号の抽出をラ ンダム化する請求 項 5 記載のデジタル透かし検出方法。

8 . 位相制御および振幅制御の少な く と も一方が施された 前記特定周波数成分信号を非線形処理して前記入力画像信号 との相関演算を行う請求項 5記載のデジタル透かし検出方法 _c

9 . 入力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及び振幅の少 なく と も一方を透かし情報に応 じて制御する制御手段と、 前 記透かし情報が埋め込まれた画像信号を生成するため、 前記 制御手段によって位相及び振幅の少な く と も一方が制御され た特定周波数成分信号を前記入力画像信号に重畳する重畳手 段と を具備するデジタル透かし埋込装置。

1 0 . 前記抽出手段と前記重畳手段と 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 らに有す る請求項 9記載のデジタル透かし埋め込み装置。

1 1 . 前記抽出手段及び制御手段の少なく と も一方の特性を ラ ンダム化情報によってラ ンダム化する請求項 9記載のデジ タル透かし埋め込み装置。

1 2 . 前記制御手段と前記重畳手段と の間に挿入された非線 形フ ィ ルタ をさ らに有する請求項 9記載のデジタル透か し埋 め込み装置。

1 3 . 透か し情報が埋め込まれた入力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 分信号の位相及ぴ振幅の少なく と も一方を制御する制御手段 と、 前記制御手段によって位相及び振幅の少なく と も一方が 制御された特定周波数成分信号と前記入力画像信号と の相関 演算を行って前記透かし情報を抽出する相関演算手段と を具 備するデジタル透かし検出装置。

1 4 . 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 有する請求項 1 3記載のデジタル透かし検出装置。

1 5 . 前記抽出手段及び制御手段の少な く と も一方の特性を ラ ンダム化情報によ ってラ ンダム化する請求項 1 3記載のデ ジタル透かし検出装置。

1 6 . 前記制御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 らに有する請求項 1 3記載のデジタル透 かし検出装置。