JP3580544B2

JP3580544B2 - Digital information embedding / extracting apparatus and method

Info

Publication number: JP3580544B2
Application number: JP2001175752A
Authority: JP
Inventors: 尚井上; 卓史桂
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-06-14
Filing date: 2001-06-11
Publication date: 2004-10-27
Anticipated expiration: 2021-06-11
Also published as: JP2002094780A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル情報埋込・抽出装置及び方法並びに当該方法を実行するためのプログラムを記録した媒体に関し、より特定的には、デジタル画像信号に著作権情報等のデジタルデータ（以下、デジタル情報と称する）を埋め込み、そして抽出するデジタル情報埋込・抽出装置及び方法並びに当該方法を実行するためのプログラムを記録した媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットを利用した情報の提供が盛んになっている。特にＷＷＷ（ＷｏｒｌｄＷｉｄｅＷｅｂ）は、画像や音声などを統合した情報送受信サービスとして頻繁に利用されている。しかしながら、インターネットのネットワーク上に公開された画像などのデジタル情報は、不特定多数の利用者が容易にコピーすることができる。このため、第三者が著作権を有する画像を当該著作権者に無断で不正コピーを行って、２次的利用をするなどの問題が起こっている。また、画像ベースのコンテンツを用いたインターネット上でのビジネスの展開においても不正コピーへの対策が問題となっており、画像信号の著作権を保護する技術の確立が求められている。
【０００３】
従来、その対策の１つとして知られているものに電子透かし技術がある。電子透かしとは、画像データ内部に人間には知覚できないような形でデジタル情報を埋め込む技術である。この電子透かし技術により、不正に利用された場合、埋め込まれたデジタル情報を抽出し、証明することにより著作権を主張することができる。
【０００４】
従来の電子透かしの埋め込み及び抽出方法の一例が、特開平１０−１９１３３０号公報に示されている。以下、この公報に記載されている従来の電子透かしの埋め込み及び抽出方法を、簡単に説明する。
【０００５】
まず、電子透かしの埋め込み方法について、図１２を用いて説明する。
原画像１１０１のデータは、通常のＪＰＥＧ又はＭＰＥＧの圧縮処理に基づいて、８×８画素のブロック１１０２毎に取り出される。ＤＣＴ（離散コサイン変換）演算器１１０３は、この取り出されたデータに対してＤＣＴ演算を行う。量子化器１１０４は、量子化テーブル１１０５を参照し、ＤＣＴ演算器１１０３でＤＣＴ演算されて周波数成分に変換されたデータを量子化する。透かしデータ埋込器１１０７は、透かしデータ１１０６を量子化器１１０４から出力されるデータに埋め込む。この際、透かしデータ埋込器１１０７は、次式（１）の処理を行って、透かしデータ１１０６を埋め込んだ新たな周波数成分Ｆ（ｉ）を求める。
Ｆ（ｉ）＝ｆ（ｉ）＋ａｖｇ（ｆ（ｉ））×ｗ（ｉ）×定数 …（１）
ただし、ｉは、８×８画素のブロック１００２の周波数成分の要素番号を示し、ｗ（ｉ）は、透かしデータ１１０６の各要素の値を示す。また、ａｖｇ（ｆ（ｉ））は、各要素の近傍３点の絶対値平均、すなわちａｖｇ（ｆ（ｉ））＝（｜ｆ（ｉ−１）｜＋｜ｆ（ｉ）｜＋｜ｆ（ｉ＋１）｜）／３である。
【０００６】
この透かしデータ埋込器１１０７は、量子化器１１０４が出力するデータの近傍３点の絶対値平均ａｖｇ（ｆ（ｉ））を計算する部分平均計算器１１０８、透かしデータ１１０６と部分平均計算器１１０８の出力とを、要素毎に乗算する乗算器１１１０、埋め込む透かしデータ１１０６の大きさを変更するために使用する定数α（スケーリングパラメータ）１１０９を乗算する乗算器１１１１、及び乗算器１１１１の出力と量子化器１１０４の出力とを要素毎に加算する加算器１１１２で構成される。
【０００７】
符号化器１１１３は、透かしデータ埋込器１１０７が出力する周波数成分Ｆ（ｉ）をＪＰＥＧ又はＭＰＥＧの処理に基づいて符号化し、透かしデータが埋め込まれた圧縮データ１１１４を生成する。
【０００８】
次に、透かし抽出方法について、図１３を用いて説明する。
圧縮データ１２０１は、復号化器１２０２によって復号化される。復号化されたデータは、通常のＪＰＥＧ又はＭＰＥＧのデコード処理によって、逆量子化器１２０３により逆量子化され、逆ＤＣＴ演算器１２０４によって逆ＤＣＴ演算されて、再生画像データ１２０５として生成される。
【０００９】
透かしデータ抽出器１２０６は、復号化器１２０２によって復号化されたデータから各要素を抜き出し、Ｆ（ｉ）／ａｖｇ（Ｆ（ｉ））の計算を行って、埋め込まれている透かしデータと思われるデータの抽出を行う。ここで、Ｆ（ｉ）は、復号化された８×８画素のブロックの周波数成分である。また、ａｖｇ（Ｆ（ｉ））は、復号化器１２０２が出力する８×８画素のブロック単位のデータ近傍３点の部分平均、すなわちａｖｇ（Ｆ（ｉ））＝（｜ｆ（ｉ−１）｜＋｜ｆ（ｉ）｜＋｜ｆ（ｉ＋１）｜）／３のことである。
この透かしデータ抽出器１２０６は、データ近傍３点の部分平均ａｖｇ（Ｆ（ｉ））を計算する部分平均計算器１２０７、及び復号化器１２０２が出力する周波数成分Ｆ（ｉ）を部分平均計算器１２０７が出力する部分平均ａｖｇ（Ｆ（ｉ））で除算する除算器１２０８で構成する。
【００１０】
加算器１２０９は、各要素毎に、透かしデータ抽出器１２０６が出力する８×８画素ブロック単位の抽出データの１画面分の総和を求める。１画面分の抽出データの総和が計算された後、内積計算器１２１０は、検出したい透かしデータ１２１１と当該抽出データの総和との内積を計算し、統計的類似度１２１２を出力する。
また、統計的類似度１２１２は、次のように算出される。まず、透かしデータＷ（ｉ）がＷ（ｉ）＝Ｆ（ｉ）／ａｖｇ（Ｆ（ｉ））により計算され、さらに１画面分のＷ（ｉ）の総和ＷＦ（ｉ）が要素ｉ毎に各々計算される。次に、検出したい透かしデータｗ（ｉ）と総和ＷＦ（ｉ）との統計的類似度Ｃが、ベクトルの内積を利用してＣ＝ＷＦ×ｗ／（ＷＦＤ×ｗＤ）により計算される。ここで、Ｗ＝（ＷＦ（１），ＷＦ（２），…，ＷＦ（ｎ））、ｗ＝（ｗ（１），ｗ（２），…，ｗ（ｎ））、ＷＦＤ＝ベクトルＷＦの絶対値、ｗＤ＝ベクトルｗの絶対値である。
【００１１】
そして、この統計的類似度１２１２がある一定の値以上であれば、透かしデータ１２１１と同等の透かしデータが、圧縮データ１２０１に埋め込まれていたものと判断する。この際、例えばこの透かしデータ１２１１が複製禁止を意味するものであれば、この透かしデータ抽出方式を組み込んでいる再生装置は、生成された再生画像データ１２０５について複製防止等の措置をとることが可能である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術では、透かしデータを抽出する際に、８×８画素のブロック単位の各要素毎の周波数成分Ｆ（ｉ）を、部分平均ａｖｇ（Ｆ（ｉ））で除算する必要があるため、演算処理が複雑となる。
また、透かしデータを埋め込む際に、透かしデータの大きさを変更するために使用する定数αが一定であるため、８×８画素のブロックの周波数成分に応じた埋め込み処理が行われていない。そのため、透かしデータの検出率を向上するために定数αの値を大きくすると、画質劣化を生じるという課題があった。
【００１３】
それ故、本発明の主たる目的は、透かしデータを埋め込む時は変換係数の要素毎にその周波数成分に応じた重み数列を用い、透かしデータを抽出する時は変換係数列と疑似乱数列との内積計算を行うことにより、より簡易で算出コストが低く、しかも画質劣化を知覚されにくいデジタル情報埋込・抽出装置及び方法並びに当該方法を実行するためのプログラムを記録した媒体を提供することである。また、本発明の他の目的は、複数のデジタル情報が埋め込まれた圧縮データから、所望のデジタル情報のみを取り除くことができるデジタル情報埋込装置及び方法並びに当該方法を実行するためのプログラムを記録した媒体を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記目的を達成させるために、本発明は、以下に述べる特徴を備えている。
第１の発明は、デジタル画像信号内に固有のデジタル情報を埋め込むデジタル情報埋込装置であって、
デジタル画像信号を周波数成分に分解して、予め定めた画素単位の複数のブロックに応じた変換係数をそれぞれ算出する変換係数算出部と、
固有のデジタル情報を疑似乱数列にマッピングするマッピング部と、
ブロック毎に、変換係数算出部で算出された変換係数から特定の変換係数列を選択し、変換係数列の要素毎に設定した重みを重み数列として用い、当該特定の変換係数列に疑似乱数列を埋め込む情報埋込部と、
埋め込み処理された後の変換係数に対して量子化を行う量子化部と、
量子化された変換係数を符号化する符号化部とを備える。
【００１５】
第２の発明は、デジタル画像信号内に固有のデジタル情報を埋め込むデジタル情報埋込装置であって、
デジタル画像信号を周波数成分に分解して、予め定めた画素単位の複数のブロックに応じた変換係数をそれぞれ算出する変換係数算出部と、
変換係数算出部が出力する変換係数に対して量子化を行う量子化部と、
固有のデジタル情報を疑似乱数列にマッピングするマッピング部と、
ブロック毎に、量子化された変換係数から特定の変換係数列を選択し、変換係数列の要素毎に設定した重みを重み数列として用い、当該特定の変換係数列に疑似乱数列を埋め込む情報埋込部と、
埋め込み処理された後の変換係数を符号化する符号化部とを備える。
【００１６】
第３及び第４の発明は、第１及び第２の発明に従属する発明であって、
重み数列は、変換係数算出部が出力する変換係数の周波数成分が低域から高域になるほど、対応する各要素の値が大きくなるように設定されることを特徴とする。
【００１７】
第５及び第６の発明は、第１及び第２の発明に従属する発明であって、
デジタル画像信号の符号化で使用されている量子化テーブルを、重み数列に用いることを特徴とする。
【００１８】
第７及び第８の発明は、第１及び第２の発明に従属する発明であって、
重み数列は、変換係数算出部が出力する変換係数の直流成分の値に応じて、ブロック毎に動的に設定されることを特徴とする。
【００１９】
第９及び第１０の発明は、第１及び第２の発明に従属する発明であって、
重み数列は、変換係数算出部が出力する変換係数の特定の交流成分の平均値に応じて、ブロック毎に動的に設定されることを特徴とする。
【００２０】
第１１及び第１２の発明は、第１及び第２の発明に従属する発明であって、
情報埋込部は、
変換係数算出部又は量子化部が出力する変換係数から選択された特定の変換係数列の各要素の絶対値を算出する絶対値算出部と、
絶対値算出部が出力する各要素の絶対値に第１の設定値をそれぞれ乗算する第１の乗算器と、
重み数列の各要素に第２の設定値をそれぞれ乗算する第２の乗算器と、
第１の乗算器の出力と第２の乗算器の出力とを要素毎に加算する第１の加算器と、
第１の加算器の出力と疑似乱数列とを要素毎に乗算する第３の乗算器と、
第３の乗算器の出力と変換係数算出部又は量子化部の出力とを要素毎に加算する第２の加算器とを備えることを特徴とする。
【００２１】
第１３の発明は、第１の発明に従属する発明であって、
変換係数算出部が、離散コサイン変換又はフーリエ変換若しくはアダマール変換のいずれかの信号変換を行うことを特徴とする。
【００２２】
第１４の発明は、第１の発明に従属する発明であって、
変換係数算出部が、離散ウェーブレット変換又はサブバンド分割のいずれかの信号変換を行うことを特徴とする。
【００２３】
上記のように、第１〜第１４の発明によれば、所定のブロック単位で原画像の周波数変換を行い、得られた変換係数列の各要素に対応する重み数列を用いて、固有のデジタル情報に対応した疑似乱数列をそれぞれ埋め込む。これにより、簡易な構成・演算で、固有のデジタル情報を埋め込むことができる。しかも、埋め込みの対象となる変換係数列の順序及び長さや、埋め込まれる疑似乱数列を知らない第三者による固有のデジタル情報の解読は、ほとんど困難である。また、固有のデジタル情報そのものではなく、対応する疑似乱数列を埋め込むので、埋め込みに伴う圧縮データの画質劣化が知覚されにくくなる。また、重み数列にデジタル画像信号の符号化で使用されている量子化テーブルを用いることにより、画像劣化を抑えることができる。
【００２４】
第１５の発明は、特定の装置によって、デジタル画像信号を周波数成分に分解して算出される変換係数のうち、特定の変換係数列に埋め込まれた固有のデジタル情報を、抽出するデジタル情報抽出装置であって、
特定の装置が符号化して出力する圧縮データを入力し、復号化する復号化部と、
復号化部が出力するデータを逆量子化する逆量子化部と、
逆量子化部が出力するデータのうちの特定の変換係数列と、特定の装置で固有のデジタル情報に対応させて埋め込まれた疑似乱数列を含む複数の疑似乱数列との、内積をそれぞれ求める相関値算出部と、
相関値算出部が出力する内積値に基づいて、データに埋め込まれた疑似乱数列を決定する疑似乱数列決定部と、
決定した疑似乱数列にマッピングした固有のデジタル情報を生成する情報生成部とを備える。
【００２５】
第１６の発明は、特定の装置によって、デジタル画像信号を周波数成分に分解して算出される変換係数のうち、量子化された特定の変換係数列に埋め込まれた固有のデジタル情報を、抽出するデジタル情報抽出装置であって、
特定の装置が符号化して出力する圧縮データを入力し、復号化する復号化部と、
復号化部が出力するデータのうちの量子化された特定の変換係数列と、特定の装置で固有のデジタル情報に対応させて埋め込まれた疑似乱数列を含む複数の疑似乱数列との、内積をそれぞれ求める相関値算出部と、
相関値算出部が出力する内積値に基づいて、データに埋め込まれた疑似乱数列を決定する疑似乱数列決定部と、
決定した疑似乱数列にマッピングした固有のデジタル情報を生成する情報生成部とを備える。
【００２６】
上記のように、第１５及び第１６の発明によれば、疑似乱数列が埋め込まれた圧縮データを復号化し、変換係数列と疑似乱数列との内積を求めることで相関値を算出し、相関値を予め定めたしきい値と比較することによって埋め込まれている疑似乱数列を特定して、固有のデジタル情報を生成する。これにより、簡易な構成・演算で、固有のデジタル情報を抽出することができる。しかも、埋め込みの対象となる変換係数列の順序及び長さや、埋め込まれる疑似乱数列を知らない第三者による固有のデジタル情報の解読は、ほとんど困難である。また、固有のデジタル情報そのものではなく、対応する疑似乱数列が埋め込まれているので、透かしデータの検出率を向上できる。
【００２７】
第１７の発明は、特定の装置によって、デジタル画像信号を周波数成分に分解して算出される特定の変換係数列に、重み数列に基づいて埋め込まれた複数のデジタル情報のうち、所望のデジタル情報のみを取り除くデジタル情報埋込装置であって、
特定の装置が符号化して出力する圧縮データを入力し、復号化する復号化部と、
復号化部が出力するデータを逆量子化する逆量子化部と、
所望のデジタル情報を疑似乱数列にマッピングするマッピング部と、
逆量子化部が出力するデータから所望のデジタル情報が埋め込まれている特定の変換係数列を選択し、当該特定の変換係数列に疑似乱数列を埋め込む情報埋込部と、
埋め込み処理された後の変換係数に対して量子化を行う量子化部と、
量子化された変換係数を符号化する符号化部とを備える。
【００２８】
第１８の発明は、特定の装置によって、デジタル画像信号を周波数成分に分解して算出される量子化された特定の変換係数列に、重み数列に基づいて埋め込まれた複数のデジタル情報のうち、所望のデジタル情報のみを取り除くデジタル情報埋込装置であって、
特定の装置が符号化して出力する圧縮データを入力し、復号化する復号化部と、
所望のデジタル情報を疑似乱数列にマッピングするマッピング部と、
復号化部が出力するデータから所望のデジタル情報が埋め込まれている量子化された特定の変換係数列を選択し、当該特定の変換係数列に疑似乱数列を埋め込む情報埋込部と、
埋め込み処理された後の変換係数を符号化する符号化部とを備える。
【００２９】
第１９及び第２０の発明は、第１７及び第１８の発明に従属する発明であって、
情報埋込部は、
逆量子化部又は復号化部が出力するデータから選択された特定の変換係数列の各要素の絶対値を算出する絶対値算出部と、
絶対値算出部が出力する各要素の絶対値に第１の設定値をそれぞれ乗算する第１の乗算器と、
特定の装置で用いられた重み数列の各要素に第２の設定値をそれぞれ乗算する第２の乗算器と、
第１の乗算器の出力と第２の乗算器の出力とを要素毎に加算する加算器と、
加算器の出力と疑似乱数列とを要素毎に乗算する第３の乗算器と、
第３の乗算器の出力と逆量子化部又は復号化部の出力とを要素毎に減算する減算器とを備えることを特徴とする。
【００３０】
第２１及び第２２の発明は、第１７及び第１８の発明に従属する発明であって、
情報埋込部は、
逆量子化部又は復号化部が出力するデータから選択された特定の変換係数列の各要素の絶対値を算出する絶対値算出部と、
絶対値算出部が出力する各要素の絶対値に第１の設定値を乗算する第１の乗算器と、
第１の乗算器の出力と疑似乱数列とを要素毎に乗算する第２の乗算器と、
第２の乗算器の出力と逆量子化部又は復号化部の出力とを要素毎に減算する減算器とを備えることを特徴とする。
【００３１】
上記のように、第１７〜第２２の発明によれば、複数埋め込まれている疑似乱数列の中から所定の疑似乱数列のみを減算処理することにより、複数のデジタル情報が埋め込まれた圧縮データから、画質劣化を生じることなく、所望のデジタル情報のみを取り除くことができる。例えば、圧縮データ内に複数の著作権情報が埋め込まれた中から、不要な著作権情報を取り除きたい場合に、この処理を施すことで実現可能である。
【００３２】
第２３の発明は、デジタル画像信号内に固有のデジタル情報を埋め込むデジタル情報埋込方法であって、
デジタル画像信号を周波数成分に分解して、予め定めた画素単位の複数のブロックに応じた変換係数をそれぞれ算出するステップと、
固有のデジタル情報を疑似乱数列にマッピングするステップと、
ブロック毎に、算出された変換係数から特定の変換係数列を選択し、変換係数列の要素毎に設定した重みを重み数列として用い、当該特定の変換係数列に疑似乱数列を埋め込むステップと、
埋め込み処理された後の変換係数に対して量子化を行うステップと、
量子化された変換係数を符号化するステップとを備える。
【００３３】
第２４の発明は、デジタル画像信号内に固有のデジタル情報を埋め込むデジタル情報埋込方法であって、
デジタル画像信号を周波数成分に分解して、予め定めた画素単位の複数のブロックに応じた変換係数をそれぞれ算出するステップと、
算出された変換係数に対して量子化を行うステップと、
固有のデジタル情報を疑似乱数列にマッピングするステップと、
ブロック毎に、量子化された変換係数から特定の変換係数列を選択し、変換係数列の要素毎に設定した重みを重み数列として用い、当該特定の変換係数列に疑似乱数列を埋め込むステップと、
埋め込み処理された後の変換係数を符号化するステップとを備える。
【００３４】
第２５の発明は、特定の装置によって、デジタル画像信号を周波数成分に分解して算出される変換係数のうち、特定の変換係数列に埋め込まれた固有のデジタル情報を、抽出するデジタル情報抽出方法であって、
特定の装置が符号化して出力する圧縮データを入力し、復号化するステップと、
復号化されたデータを逆量子化するステップと、
逆量子化されたデータのうちの特定の変換係数列と、特定の装置で固有のデジタル情報に対応させて埋め込まれた疑似乱数列を含む複数の疑似乱数列との、内積をそれぞれ求めるステップと、
求められた内積値に基づいて、データに埋め込まれた疑似乱数列を決定するステップと、
決定された疑似乱数列にマッピングした固有のデジタル情報を生成するステップとを備える。
【００３５】
第２６の発明は、特定の装置によって、デジタル画像信号を周波数成分に分解して算出される変換係数のうち、量子化された特定の変換係数列に埋め込まれた固有のデジタル情報を、抽出するデジタル情報抽出方法であって、
特定の装置が符号化して出力する圧縮データを入力し、復号化するステップと、
復号化されたデータのうちの量子化された特定の変換係数列と、特定の装置で固有のデジタル情報に対応させて埋め込まれた疑似乱数列を含む複数の疑似乱数列との、内積をそれぞれ求めるステップと、
求められた内積値に基づいて、データに埋め込まれた疑似乱数列を決定するステップと、
決定された疑似乱数列にマッピングした固有のデジタル情報を生成するステップとを備える。
【００３６】
第２７及び第２８の発明は、第２５及び第２６の発明に従属する発明であって、
疑似乱数列を決定するステップは、内積値が予め設定したしきい値より大きい疑似乱数列を、埋め込まれている疑似乱数列であると判断することを特徴とする。
【００３７】
第２９の発明は、特定の装置によって、デジタル画像信号を周波数成分に分解して算出される特定の変換係数列に埋め込まれた複数のデジタル情報のうち、所望のデジタル情報のみを取り除くデジタル情報埋込み方法であって、
特定の装置が符号化して出力する圧縮データを入力し、復号化するステップと、
復号化されたデータを逆量子化するステップと、
所望のデジタル情報を疑似乱数列にマッピングするステップと、
逆量子化されたデータから所望のデジタル情報が埋め込まれている特定の変換係数列を選択し、当該特定の変換係数列に疑似乱数列を埋め込むステップと、
埋め込み処理された後の変換係数に対して量子化を行うステップと、
量子化された変換係数を符号化するステップとを備える。
【００３８】
第３０の発明は、特定の装置によって、デジタル画像信号を周波数成分に分解して算出される量子化された特定の変換係数列に埋め込まれた複数のデジタル情報のうち、所望のデジタル情報のみを取り除くデジタル情報埋込方法であって、
特定の装置が符号化して出力する圧縮データを入力し、復号化するステップと、
所望のデジタル情報を疑似乱数列にマッピングするステップと、
復号化されたデータから所望のデジタル情報が埋め込まれている量子化された特定の変換係数列を選択し、当該特定の変換係数列に疑似乱数列を埋め込むステップと、
埋め込み処理された後の変換係数を符号化するステップとを備える。
【００３９】
第３１の発明は、コンピュータ装置において実行されるプログラムを記録した記録媒体であって、
デジタル画像信号を周波数成分に分解して、予め定めた画素単位の複数のブロックに応じた変換係数をそれぞれ算出するステップと、
固有のデジタル情報を疑似乱数列にマッピングするステップと、
ブロック毎に、算出された変換係数から特定の変換係数列を選択し、変換係数列の要素毎に設定した重みを重み数列として用い、当該特定の変換係数列に疑似乱数列を埋め込むステップと、
埋め込み処理された後の変換係数に対して量子化を行うステップと、
量子化された変換係数を符号化するステップとを、少なくとも実行するためのプログラムを記録している。
【００４０】
第３２の発明は、コンピュータ装置において実行されるプログラムを記録した記録媒体であって、
デジタル画像信号を周波数成分に分解して算出される特定の変換係数列に固有のデジタル情報が埋め込まれた、符号化された圧縮データを入力し、復号化するステップと、
復号化されたデータを逆量子化するステップと、
逆量子化されたデータのうちの特定の変換係数列と、特定の装置で固有のデジタル情報に対応させて埋め込まれた疑似乱数列を含む複数の疑似乱数列との、内積をそれぞれ求めるステップと、
求められた内積値に基づいて、データに埋め込まれた疑似乱数列を決定するステップと、
決定された疑似乱数列にマッピングした固有のデジタル情報を生成するステップとを、少なくとも実行するためのプログラムを記録している。
【００４１】
第３３の発明は、コンピュータ装置において実行されるプログラムを記録した記録媒体であって、
デジタル画像信号を周波数成分に分解して算出される特定の変換係数列に複数のデジタル情報が埋め込まれた、符号化された圧縮データを入力し、復号化するステップと、
復号化されたデータを逆量子化するステップと、
所望のデジタル情報を疑似乱数列にマッピングするステップと、
逆量子化されたデータから所望のデジタル情報が埋め込まれている特定の変換係数列を選択し、当該特定の変換係数列に疑似乱数列を埋め込むステップと、
埋め込み処理された後の変換係数に対して量子化を行うステップと、
量子化された変換係数を符号化するステップとを、少なくとも実行するためのプログラムを記録している。
【００４２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るデジタル情報埋込装置１Ａの構成を示すブロック図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係るデジタル情報抽出装置２Ａの構成を示すブロック図である。
図１において、本実施形態のデジタル情報埋込装置１Ａは、直交変換部１１と、マッピング部１２と、情報埋込部１３と、量子化部１４と、符号化部１５とを備える。図２において、本実施形態のデジタル情報抽出装置２Ａは、復号化部２１と、逆量子化部２２と、相関値算出部２３と、疑似乱数列決定部２４と、情報生成部２５とを備える。
以下、図３〜図８をさらに参照して、本発明の第１の実施形態に係るデジタル情報埋込・抽出装置が行うデジタル情報の埋め込み方法及び抽出方法を、順に説明する。
【００４３】
まず、デジタル情報埋込装置１Ａが行うデジタル情報の埋め込み方法について、図１及び図３〜図７を用いて説明する。図３は、図１のデジタル情報埋込装置１Ａが行う処理を示すフローチャートである。
図３を参照して、直交変換部１１は、原画像１を入力し、予め定めた複数の画素から構成される複数のブロックに分割する（ステップＳ３０１）。そして、直交変換部１１は、その分割したブロック毎に直交変換を行って原画像１を周波数成分に分解し、変換係数を算出する（ステップＳ３０２）。本実施形態では、原画像１を８×８画素サイズのＭ個のブロックに分割し、その分割ブロック毎に直交変換として離散コサイン変換（ＤＣＴ）を行う場合を一例に挙げている。
【００４４】
マッピング部１２は、原画像１に埋め込むべき固有のデジタル情報２に対応した所定の疑似乱数列を、対応表を参照して決定する（ステップＳ３０３）。図４は、マッピング部１２が予め有するデジタル情報と疑似乱数列とを対応付けた対応表の一例を示す図である。例えば、固有のデジタル情報２が著作者名と作成日時とからなる著作者情報の場合、この対応表は、著作者情報と疑似乱数列とを組みとして記述され、対応表中には同一の疑似乱数列が現れないように構成する。この疑似乱数列は、平均値０、分散値１の正規（ガウス）分布又は最長線形符号系列（Ｍ系列）で構成される母集団からランダムに選択することにより生成される。また、疑似乱数列の長さは、対象となる原画像や所望する埋め込みレベル等に応じて、任意に設定できる。さらに、１つの著作者情報に対して複数の疑似乱数列が設定されていてもよい。
マッピング部１２は、原画像１に埋め込むべき固有のデジタル情報２、例えば著作者情報Ａ_１が入力されると、この対応表を参照して疑似乱数列Ｗ_１を情報埋込部１３へ出力する。
【００４５】
次に、情報埋込部１３の処理を図５〜図７を参照して説明する。図５は、情報埋込部１３の詳細な構成の一例を示すブロック図である。
情報埋込部１３は、Ｍ個の分割ブロックのそれぞれについて、直交変換部１１で算出された変換係数のうち、特定の周波数成分の変換係数を変換係数列ｆ（ｉ，ｊ）として選択する（ステップＳ３０４）。そして、情報埋込部１３は、所定の重み数列Ｑ（ｉ，ｊ）を用いて、変換係数列ｆ（ｉ，ｊ）毎に、固有のデジタル情報２に対応した疑似乱数列ｗ（ｋ）が埋め込まれた変換係数列Ｆ（ｉ，ｊ）を算出する（ステップＳ３０５）。
【００４６】
この情報埋込部１３は、図５に示すように、選択された変換係数列ｆ（ｉ，ｊ）の要素毎にその絶対値を算出する絶対値算出部５０１と、絶対値算出部５０１の出力と定数α（埋め込むデータの大きさ変更に使用するスケーリングパラメータ）とを要素毎に乗算する乗算器５０２と、重み数列Ｑ（ｉ，ｊ）の要素毎に定数β（埋め込む疑似乱数系列の重み変更に使用するためのスケーリングパラメータ）を乗算する乗算器５０３と、乗算器５０２の出力と乗算器５０３の出力とを要素毎に加算する加算器５０４と、加算器５０４の出力と疑似乱数列ｗ（ｋ）とを要素毎に乗算する乗算器５０５と、乗算器５０５の出力と変換係数列ｆ（ｉ，ｊ）とを要素毎に加算する加算器５０６とで構成される。
従って、情報埋込部１３では、次式（２）で表される演算が行われて、変換係数列Ｆ（ｉ，ｊ）が算出される。
Ｆ（ｉ，ｊ）＝ｆ（ｉ，ｊ）＋（α｜ｆ（ｉ，ｊ）｜＋βＱ（ｉ，ｊ））ｗ（ｋ） …（２）
ただし、ｉ，ｊは、図６に示すように分割ブロックの周波数成分の要素番号を表している。また、ｋは、疑似乱数列を構成する要素番号を表しており、原画像１の分割ブロック数Ｍ以上であることが好ましい。
【００４７】
ここで、変換係数列ｆ（ｉ，ｊ）として、ｉとｊとを加算した値が一定値になる変換係数が選択されるようにするのが最も好ましい。例えば、ｉ＋ｊ＝２となる変換係数列（ゾーン１）としては、分割ブロックから３つの変換係数ｆ（０，２）、ｆ（１，１）及びｆ（２，０）がそれぞれ選択される。なお、複数の変換係数列（例えば、ゾーン１〜３の全て）に疑似乱数系列ｗ（ｋ）を埋め込みたい場合には、変換係数列ｆ（ｉ，ｊ）毎に上記式（２）の演算を行えばよい。この場合、複数の変換係数列に同一の疑似乱数系列を直列的又は並列的に埋め込んでもよいし、異なる疑似乱数系列を埋め込んでもよい。また、埋め込み後の画像劣化を考慮すれば、値が零でない変換係数にだけ疑似乱数系列を埋め込むことが望ましい。
なお、変換係数列ｆ（ｉ，ｊ）として選択される変換係数は、図６に示した位置（ｉとｊとを加算した値が一定値になる位置）に限ったものではなく、８×８画素サイズの中から任意に選択されてもよい。この場合、選択された位置及び処理の順序等は、デジタル情報埋込装置１Ａとデジタル情報抽出装置２Ａとの間で予め定めておく必要がある。
【００４８】
疑似乱数列ｗ（ｋ）の各要素は、所定の順序で各変換係数列ｆ（ｉ，ｊ）への埋め込みに使用される。例えば、上述のように各分割ブロックのゾーン１の変換係数列に埋め込みを行う場合、第１の分割ブロックのｆ（０，２）にはｗ（１）が、同ｆ（１，１）にはｗ（２）が、同ｆ（２，０）にはｗ（３）が、第２の分割ブロックのｆ（０，２）にはｗ（４）が、同ｆ（１，１）にはｗ（５）が、…、第Ｍの分割ブロックのｆ（２，０）にはｗ（ｋ）が使用されるという具合である。なお、この順序は、埋め込み側と抽出側との整合が図られていれば、この例のように昇順でなくてもよい。
また、この時、全分割ブロックの変換係数列ｆ（ｉ，ｊ）の要素総数と埋め込むべき疑似乱数列ｗ（ｋ）の要素数とが一致していなければ、疑似乱数列を繰り返して又は縮小して変換係数列に埋め込めばよい。
【００４９】
重み数列Ｑ（ｉ，ｊ）は、分割ブロックの各周波数成分の変換係数に対応した要素で構成される。この重み数列Ｑ（ｉ，ｊ）の各要素は、例えば図７（ａ）のように、ｉ又はｊの値が大きくなるほど大きな値を持つように設定するのが好ましい。つまり、直交変換部１１が出力する変換係数の周波数成分が低域から高域になるほど、対応する重み数列の各要素の値が大きくなることが好ましい。これは人間の視覚特性が有する「画像の低域成分より高域成分の変化が知覚しにくい」という性質を利用して、変換係数の高域成分により大きな値を設定するようにしたものである。
本発明が提供するデジタル情報の埋込及び抽出方法の適用範囲は、静止画像信号のみならず動画像信号にまで拡張することができる。ここで、本発明が提供する方法を動画像信号に適用させる場合には、例えばＭＰＥＧ方式の画像符号化で使用されている量子化テーブルの値を重み数列Ｑ（ｉ，ｊ）として用いれば（図７（ｂ））、埋め込み処理に伴う画像劣化が少なくて済む。
【００５０】
また、各分割ブロックに使用する重み数列Ｑ（ｉ，ｊ）を、直交変換部１１で算出された変換係数のＤＣ成分（ｆ（０，０））の値に応じて、動的に変更させてもよい。重み数列Ｑ（ｉ，ｊ）の変更は、例えば、ＤＣ成分の値を重み数列Ｑ（ｉ，ｊ）に加算又は乗算する方法で行ってもよいし、予め値が異なる複数の重み数列Ｑ（ｉ，ｊ）を用意しておき、ＤＣ成分の値に応じていずれか１つを選択する方法で行ってもよい。このように、ＤＣ成分の値に応じて重み数列Ｑ（ｉ，ｊ）を変更することで、視覚的な変化を認識しにくい単調な画像（真白又は真黒な画像）に対しては、重みを大きくして疑似乱数列を埋め込むことができる。
これに対して、各分割ブロックに使用する重み数列Ｑ（ｉ，ｊ）を、直交変換部１１で算出された変換係数のＡＣ成分（ＤＣ成分以外の変換係数）の値に応じて、動的に変更させてもよい。この場合の変更も上記と同様に、値を加算又は乗算する方法や重み数列を選択する方法で実現可能である。なお、ＡＣ成分の値には、ｆ（０，０）以外の全変換係数の平均値や、埋め込み対象の変換係数だけの平均値等を用いればよい。このように、ＡＣ成分の値に応じて重み数列Ｑ（ｉ，ｊ）を変更することで、視覚的な変化を認識しにくい高周波成分を多く含む複雑な画像に対しては、重みを大きくして疑似乱数列を埋め込むことができる。
【００５１】
再び図３を参照して、量子化部１４は、情報埋め込み処理後の変換係数に対して量子化を行う（ステップＳ３０６）。そして、符号化部１５は、量子化された変換係数を符号化して、固有のデジタル情報に対応する疑似乱数列が埋め込まれた圧縮データ４を生成する（ステップＳ３０７）。
これにより、原画像１への固有のデジタル情報の埋め込みが完了する。
【００５２】
次に、デジタル情報抽出装置２Ａが行うデジタル情報抽出方法について、図２及び図８を用いて説明する。図８は、図２のデジタル情報抽出装置２Ａが行う処理を示すフローチャートである。
図８を参照して、復号化部２１は、上述したデジタル情報埋込装置１Ａの符号化部１５が出力する圧縮データ４を入力し、データの復号を行う（ステップＳ８０１）。次に、逆量子化部２２は、復号化部２１によって復号されたデータを逆量子化する（ステップＳ８０２）。
【００５３】
相関値算出部２３は、逆量子化部２２が出力するデータのうち、デジタル情報埋込装置１Ａの情報埋込部１３で選択された変換係数列Ｆ（ｉ，ｊ）を、各分割ブロックから所定の順序で連続的に読み出し、埋め込み対象となった全分割ブロックの変換係数で構成される変換係数列ＡＦ（ｋ）を作成する（ステップＳ８０３）。所定の順序は、デジタル情報埋込装置１Ａとの間で予め整合が図られている。そして、相関値算出部２３は、圧縮データ４に埋め込まれていると推測される候補の１つの疑似乱数列ｗ（ｋ）と変換係数列ＡＦ（ｋ）との内積を、次式（３）に従って計算し、相関値Ｓを求める（ステップＳ８０４）。
【数１】

なお、相関値算出部２３には、デジタル情報埋込装置１Ａのマッピング部１２が有している対応表（図４）が与えられる。
【００５４】
次に、疑似乱数列決定部２４は、相関値算出部２３で計算された相関値Ｓと予め定めたしきい値ＴＨとを比較する（ステップＳ８０５）。そして、疑似乱数列決定部２４は、相関値Ｓがしきい値ＴＨ以上である場合、候補とした疑似乱数列ｗ（ｋ）が圧縮データ４に埋め込まれていると判定し、相関値Ｓがしきい値ＴＨ未満である場合、候補とした疑似乱数列ｗ（ｋ）が圧縮データ４に埋め込まれていないと判定する。後者の場合、疑似乱数列決定部２４は、疑似乱数列の他の候補について同様の処理を繰り返し（ステップＳ８０６）、埋め込まれている疑似乱数列を特定する（ステップＳ８０４，Ｓ８０５）。このしきい値ＴＨは、伝送路上で圧縮データ４に対して生じる外乱（伝送歪や故意の改竄等）に応じて、埋め込まれている疑似乱数列を最適に特定できるレベルに設定すればよい。ここで、相関値Ｓは、画像内容によって大きく変化するので、しきい値ＴＨを固定的に設定するよりも、復号によって得られた画像の変換係数（すなわち、画像の特徴）に基づいて動的に設定するのが好ましい。例えば、下記式（４）に基づいて動的にしきい値ＴＨを設定することが可能である。
【数２】

ここで、Ｑ（ｋ）は、所定の順序で読み出したＦ（ｉ，ｊ）に対応するＱ（ｉ，ｊ）の全体の系列を表現する。
【００５５】
なお、圧縮データ４に外乱が生じた場合、ある程度高い相関値Ｓを示す疑似乱数列が複数存在する場合が考えられる。このような場合には、単純に最も高い相関値Ｓを示す疑似乱数列が埋め込まれていると特定してもよいし、最も高い相関値Ｓが他の相関値Ｓに比べてある比率を満足する場合にのみ、その疑似乱数列が埋め込まれていると特定してもよい。
【００５６】
そして、埋め込まれている疑似乱数列ｗ（ｋ）が特定されると、情報生成部２５は、デジタル情報埋込装置１Ａのマッピング部１２において当該疑似乱数列ｗ（ｋ）にマッピングされた固有のデジタル情報を生成する（ステップＳ８０７）。この生成は、デジタル情報埋込装置１Ａのマッピング部１２が有している対応表（図４）と同一の対応表を参照することで、容易に行える。
【００５７】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係るデジタル情報埋込装置によれば、８×８画素のブロック単位で原画像の直交変換を行い、得られた変換係数列の各要素に対応する重み数列を用いて、固有のデジタル情報に対応した疑似乱数列をそれぞれ埋め込む。一方、本発明の第１の実施形態に係るデジタル情報抽出装置によれば、疑似乱数列が埋め込まれた圧縮データを復号化し、変換係数列と疑似乱数列との内積を求めることで相関値を算出し、相関値を予め定めたしきい値と比較することによって埋め込まれている疑似乱数列を特定して、固有のデジタル情報を生成する。
これにより、簡易な構成・演算で、固有のデジタル情報を埋め込み及び抽出することができる。しかも、埋め込みの対象となる変換係数列の順序及び長さや、埋め込まれる疑似乱数列を知らない第三者による固有のデジタル情報の解読は、ほとんど困難である。また、固有のデジタル情報そのものではなく、対応する疑似乱数列を埋め込むので、埋め込みに伴う圧縮データの画質劣化が知覚されにくくなると共に、透かしデータの検出率を向上できる。
【００５８】
なお、上記実施形態のデジタル情報埋込装置１Ａにおいて、情報埋込部１３と量子化部１４との順序を入れ替えて、量子化された変換係数列に埋め込み処理を行い、また、デジタル情報抽出装置２Ａにおいて、逆量子化部２２の処理を行わず、復号化部２１で復号化された後の量子化された変換係数列と疑似乱数列との内積を求めるようにしてもよい。このような手順で埋め込み及び抽出処理を行っても、上述した本発明の有用な効果と同様の効果を奏することは明らかである。
【００５９】
（第２の実施形態）
図９は、本発明の第２の実施形態に係るデジタル情報埋込装置の構成を示すブロック図である。図９において、本実施形態のデジタル情報埋込装置１Ｂは、復号化部２１と、逆量子化部２２と、マッピング部１２と、情報埋込部９１と、量子化部１４と、符号化部１５とを備える。なお、デジタル情報埋込装置１Ｂにおいて、復号化部２１及び逆量子化部２２は、上記第１の実施形態に係るデジタル情報抽出装置２Ａの復号化部２１及び逆量子化部２２と同様の構成であり、またマッピング部１２、量子化部１４及び符号化部１５は、上記第１の実施形態に係るデジタル情報埋込装置１Ａのマッピング部１２、量子化部１４及び符号化部１５と同様の構成であるので、以下当該構成については同一の参照番号を付してその説明を一部省略する。
【００６０】
復号化部２１は、圧縮データ５を入力してデータの復号を行う。この圧縮データ５には、上記第１の実施形態に係るデジタル情報埋込装置１Ａ等を用いて、複数の固有のデジタル情報が既に埋め込まれているものとする。以下の例では、第１の固有のデジタル情報がマッピングされた第１の疑似乱数列と、第２の固有のデジタル情報がマッピングされた第２の疑似乱数列が埋め込まれている場合を説明する。逆量子化部２２は、復号化部２１によって復号されたデータを逆量子化する。マッピング部１２は、図４の対応表から所望のデジタル情報（著作者情報）に対応する疑似乱数列を、情報埋込部９１へ出力する。この例では、第２の疑似乱数列を出力したものとする。
【００６１】
図１０は、情報埋込部９１の詳細な構成の一例を示すブロック図である。
情報埋込部９１は、逆量子化部２２が出力するデータのうち、予め定めた順序で変換係数列ｆ（ｉ，ｊ）をそれぞれ読み出し、所定の重み数列Ｑ（ｉ，ｊ）を用いて、特定の疑似乱数列ｗ（ｋ）を変換係数列ｆ（ｉ，ｊ）に負の値で埋め込んだ変換係数列Ｆ（ｉ，ｊ）を算出する。すなわち、情報埋込部９１は、既に埋め込まれている特定の疑似乱数列ｗ（ｋ）を除去した変換係数列Ｆ（ｉ，ｊ）を算出する。
【００６２】
この情報埋込部９１は、図１０に示すように、読み出された変換係数列ｆ（ｉ，ｊ）の要素毎にその絶対値を算出する絶対値算出部５０１と、絶対値算出部５０１の出力と定数α（埋め込むデータの大きさ変更に使用するスケーリングパラメータ）とを要素毎に乗算する乗算器５０２と、重み数列Ｑ（ｉ，ｊ）の要素毎に定数β（埋め込む疑似乱数系列の重み変更に使用するためのスケーリングパラメータ）を乗算する乗算器５０３と、乗算器５０２の出力と乗算器５０３の出力とを要素毎に加算する加算器５０４と、加算器５０４の出力とマッピング部１２から出力された第２の疑似乱数列ｗ（ｋ）とを要素毎に乗算する乗算器５０５と、変換係数列ｆ（ｉ，ｊ）から乗算器５０５の出力を要素毎に減算する減算器１００１とで構成される。
従って、情報埋込部９１では、次式（５）で表される演算が行われて、変換係数列Ｆ（ｉ，ｊ）が算出される。
Ｆ（ｉ，ｊ）＝ｆ（ｉ，ｊ）−（α｜ｆ（ｉ，ｊ）｜＋βＱ（ｉ，ｊ））ｗ（ｋ） …（５）
なお、図１０に示した情報埋込部９１の構成中、減算器１００１以外は上記図５に示した情報埋込部１３の構成と同じである。
【００６３】
そして、量子化部１４は、情報埋め込み処理後、すなわちこの例では、第２の疑似乱数列ｗ（ｋ）が除去された各分割ブロックの変換係数に対して、量子化を行う。符号化部１５は、量子化部１４で量子化された変換係数を符号化して、第１の疑似乱数列のみが埋め込まれた圧縮データ６を生成する。
【００６４】
以上のように、本発明の第２の実施形態に係るデジタル情報埋込装置１Ｂによれば、上記第１の実施形態に係るデジタル情報埋込装置１Ａによる埋め込み処理（式（２））と逆の処理（式（５））を行う。つまり、複数埋め込まれている疑似乱数列の中から所定の疑似乱数列のみを減算処理することにより、複数のデジタル情報が埋め込まれた圧縮データから、画質劣化を生じることなく、所望のデジタル情報のみを取り除くことができる。
例えば、圧縮データ内に複数の著作権情報が埋め込まれた中から、不要な著作権情報を取り除きたい場合には、この第２の実施形態による埋め込み処理を施すことで実現可能である。
【００６５】
また、本第２の実施形態の埋め込み方式及び上記第１の実施形態の抽出方式を組み込んでいる再生装置は、埋め込まれているデジタル情報が利用期間の限定等を意味するものであれば、次のような処理を行うことができる。埋め込み処理によって利用期間が過ぎた圧縮データに対して該当するデジタル情報を取り除き、抽出処理において内積計算より求める相関値を予め定めたしきい値より小さくさせることで、その圧縮データに対する利用等を禁止することができる。しかも、このような使用の場合には、新たに固有のデジタル情報を埋め込む必要がないため、画質劣化を生じることもない。
【００６６】
なお、式（５）は、上記第１の実施形態に係るデジタル情報埋込装置１Ａの埋め込み処理に関する式（２）に対応する処理であるため、この式（２）が変更されれば、それに対応した逆の処理を行うようにすればよい。
例えば、式（２）を下記式（６）に変更してデジタル情報の埋め込み処理を行えば、式（５）は下記式（７）に変更しても上記第２の実施形態で説明した有用な効果と同様の効果を奏することは明らかである。
Ｆ（ｉ，ｊ）＝ｆ（ｉ，ｊ）＋α｜ｆ（ｉ，ｊ）｜ｗ（ｋ） …（６）
Ｆ（ｉ，ｊ）＝ｆ（ｉ，ｊ）−α｜ｆ（ｉ，ｊ）｜ｗ（ｋ） …（７）
【００６７】
また、上記第１及び第２の実施形態では、原画像に応じた変換係数を算出する直交変換方式として離散コサイン変換（ＤＣＴ）を用いた例を挙げて説明したが、原画像を周波数成分に分解できるものであれば、フーリエ変換、アダマール変換、離散ウェーブレット変換又はサブバンド分割等の他の変換方式を用いてもよい。
例えば、原画像中の４×４画素ブロックに対応するウェーブレット係数ＨＬ２、ＬＨ２及びＨＨ２（各１画素）とＨＬ１、ＬＨ１及びＨＨ１（各４画素）とに、疑似乱数列を埋め込む場合を考える（図１１）。この場合、重み数列を、周波数帯域が高域になるほど（つまりＨＬ２、ＬＨ２及びＨＨ２よりＨＬ１、ＬＨ１及びＨＨ１の方が）、大きな値を持つように構成する。また、重み数列を、ＬＬ２のウェーブレット係数（ＭＲＡ）の値に応じて動的に変更してもよいし、ＭＲＡを除くＭＲＲ（ここではＨＬ２、ＬＨ２、ＨＨ２、ＨＬ１、ＬＨ１及びＨＨ１）の値に応じて動的に変更してもよい。
【００６８】
さらに、上記第１及び第２の実施形態で説明した定数α及びβは、変換係数列の要素毎に同一の値でなくてもよい。
【００６９】
なお、典型的には、上記第１及び第２の実施形態に係るデジタル情報埋込・抽出装置が実現する各機能は、所定のプログラムデータが格納された記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等）と、当該プログラムデータを実行するＣＰＵ（セントラル・プロセッシング・ユニット）とによって実現される。この場合、各プログラムデータは、ＣＤ−ＲＯＭやフロッピーディスク等の記録媒体を介して導入されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るデジタル情報埋込装置１Ａの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るデジタル情報抽出装置２Ａの構成を示すブロック図である。
【図３】図１のデジタル情報埋込装置１Ａが行う処理を示すフローチャートである。
【図４】図１のマッピング部１２が有する固有のデジタル情報と疑似乱数列との対応表の一例を示す図である。
【図５】図１の情報埋込部１３の詳細な構成の一例を示すブロック図である。
【図６】８×８画素のブロックの周波数成分の要素番号を示す図である。
【図７】ＭＰＥＧで用いられる量子化テーブルを示す図である。
【図８】図２のデジタル情報抽出装置２Ａが行う処理を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２の実施形態に係るデジタル情報埋込装置１Ｂの構成を示すブロック図である。
【図１０】図９の情報埋込部９１の詳細な構成の一例を示すブロック図である。
【図１１】直交変換方式として使用可能な離散ウェーブレット変換を説明する図である。
【図１２】従来の透かし埋め込み方法の構成の一例を示すブロック図である。
【図１３】従来の透かし抽出方法の構成の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，１１０１…原画像
２…固有のデジタル情報
３…重み数列
４〜６，１１１４，１２０１…圧縮データ
１Ａ，１Ｂ…デジタル情報埋込装置
２Ａ…デジタル情報抽出装置
１１…直交変換部
１２…マッピング部
１３，９１…情報埋込部
１４，１１０４…量子化部
１５，１１１３…符号化部
２１，１２０２…復号化部
２２，１２０３…逆量子化部
２３…相関値算出部
２４…疑似乱数列決定部
２５…情報生成部
５０１…絶対値算出部
５０２，５０３，５０５，１１１０，１１１１…乗算器
５０４，５０６，１１１２，１２０９…加算器
１００１…減算器
１１０２…８×８画素サイズのブロック
１１０３…ＤＣＴ演算器
１１０５…量子化テーブル
１１０６，１２１１…透かしデータ
１１０７…透かしデータ埋込器
１１０８，１１０７…部分平均計算器
１１０９…定数
１２０４…逆ＤＣＴ演算器
１２０５…再生画像データ
１２０６…透かしデータ抽出器
１２０８…除算器
１２１０…内積計算器
１２１２…統計的類似度[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus and method for embedding and extracting digital information, and a medium on which a program for executing the method is recorded. More specifically, the present invention relates to digital data (hereinafter referred to as digital information) such as copyright information, The present invention relates to a digital information embedding / extracting apparatus and method for embedding and extracting digital information, and a medium recording a program for executing the method.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the provision of information using the Internet has become popular. In particular, WWW (World Wide Web) is frequently used as an information transmission / reception service integrating images, sounds, and the like. However, digital information such as images published on the Internet network can be easily copied by an unspecified number of users. For this reason, there has been a problem that a third party illegally copies an image having a copyright without permission of the copyright holder and uses the image for secondary use. Also, measures against illegal copying have become a problem in business development on the Internet using image-based contents, and there is a need to establish a technology for protecting the copyright of image signals.
[0003]
Conventionally, a digital watermarking technique has been known as one of the measures. Digital watermarking is a technique for embedding digital information in image data in a manner that humans cannot perceive. With this digital watermarking technology, when illegally used, embedded digital information can be extracted and certified to claim copyright.
[0004]
An example of a conventional digital watermark embedding and extracting method is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. Hei 10-191330. Hereinafter, a conventional digital watermark embedding and extracting method described in this publication will be briefly described.
[0005]
First, a method of embedding a digital watermark will be described with reference to FIG.
The data of the original image 1101 is extracted for each 8 × 8 pixel block 1102 based on normal JPEG or MPEG compression processing. A DCT (discrete cosine transform) calculator 1103 performs a DCT calculation on the extracted data. The quantizer 1104 refers to the quantization table 1105, and quantizes the data that has been DCT-calculated by the DCT calculator 1103 and converted into frequency components. The watermark data embedding unit 1107 embeds the watermark data 1106 in the data output from the quantizer 1104. At this time, the watermark data embedding unit 1107 performs the processing of the following equation (1) to obtain a new frequency component F (i) in which the watermark data 1106 is embedded.
F (i) = f (i) + avg (f (i)) × w (i) × constant (1)
Here, i indicates the element number of the frequency component of the block 1002 of 8 × 8 pixels, and w (i) indicates the value of each element of the watermark data 1106. Avg (f (i)) is the average of the absolute values of three points near each element, that is, avg (f (i)) = (| f (i-1) | + | f (i) | + | f (I + 1) |) / 3.
[0006]
The watermark data embedding unit 1107 calculates a partial average value avg (f (i)) of three neighboring points of the data output from the quantizer 1104, a watermark data 1106 and a partial average calculator 1108. , The multiplier 1110 that multiplies the output of the multiplier 1110 by a constant α (scaling parameter) 1109 used to change the size of the watermark data 1106 to be embedded, and the output of the multiplier 1111 and the quantum And an adder 1112 for adding the output of the converter 1104 to each element.
[0007]
The encoder 1113 encodes the frequency component F (i) output from the watermark data embedding unit 1107 based on JPEG or MPEG processing, and generates compressed data 1114 in which the watermark data is embedded.
[0008]
Next, a watermark extraction method will be described with reference to FIG.
The compressed data 1201 is decoded by the decoder 1202. The decoded data is inversely quantized by an inverse quantizer 1203 by a normal JPEG or MPEG decoding process, subjected to an inverse DCT operation by an inverse DCT operation unit 1204, and generated as reproduced image data 1205.
[0009]
The watermark data extractor 1206 extracts each element from the data decoded by the decoder 1202, calculates F (i) / avg (F (i)), and seems to be embedded watermark data. Perform data extraction. Here, F (i) is the frequency component of the decoded block of 8 × 8 pixels. Further, avg (F (i)) is a partial average of three points in the vicinity of data in block units of 8 × 8 pixels output from the decoder 1202, that is, avg (F (i)) = (| f (i-1) ) | + | F (i) | + | f (i + 1) |) / 3.
The watermark data extractor 1206 calculates a partial average avg (F (i)) of three points near the data, and a partial average calculator that calculates the frequency component F (i) output from the decoder 1202. A divider 1208 divides by the partial average avg (F (i)) output by 1207.
[0010]
The adder 1209 calculates, for each element, the total sum of the extracted data in units of 8 × 8 pixel blocks output by the watermark data extractor 1206 for one screen. After the sum of the extracted data for one screen is calculated, the inner product calculator 1210 calculates the inner product of the watermark data 1211 to be detected and the sum of the extracted data, and outputs a statistical similarity 1212.
The statistical similarity 1212 is calculated as follows. First, the watermark data W (i) is calculated by W (i) = F (i) / avg (F (i)), and the total sum WF (i) of W (i) for one screen is calculated for each element i. Each is calculated. Next, the statistical similarity C between the watermark data w (i) to be detected and the sum WF (i) is calculated by C = WF × w / (WFD × wD) using the inner product of the vectors. Here, W = (WF (1), WF (2),..., WF (n)), w = (w (1), w (2),..., W (n)), WFD = vector WF Absolute value, wD = absolute value of vector w.
[0011]
If the statistical similarity 1212 is equal to or greater than a certain value, it is determined that watermark data equivalent to the watermark data 1211 has been embedded in the compressed data 1201. At this time, for example, if the watermark data 1211 means that copying is prohibited, a reproducing apparatus incorporating the watermark data extracting method can take measures such as preventing duplication of the generated reproduced image data 1205. It is.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional technique, when extracting watermark data, it is necessary to divide the frequency component F (i) of each element in block units of 8 × 8 pixels by the partial average avg (F (i)). Therefore, the arithmetic processing becomes complicated.
Further, when embedding the watermark data, since the constant α used to change the size of the watermark data is constant, the embedding process according to the frequency component of the block of 8 × 8 pixels is not performed. Therefore, when the value of the constant α is increased in order to improve the detection rate of watermark data, there is a problem that image quality is deteriorated.
[0013]
Therefore, a main object of the present invention is to use a weight sequence corresponding to the frequency component for each transform coefficient element when embedding watermark data, and to use the inner product of a transform coefficient sequence and a pseudo-random sequence when extracting watermark data. It is an object of the present invention to provide a digital information embedding / extracting apparatus and method by which a calculation is made simpler, the calculation cost is lower, and image quality deterioration is hardly perceived, and a medium recording a program for executing the method. Another object of the present invention is to record a digital information embedding apparatus and method capable of removing only desired digital information from compressed data in which a plurality of digital information are embedded, and to record a program for executing the method. Is to provide a medium that has been developed.
[0014]
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention
In order to achieve the above object, the present invention has the following features.
A first invention is a digital information embedding device for embedding unique digital information in a digital image signal,
A transform coefficient calculating unit that decomposes the digital image signal into frequency components and calculates transform coefficients corresponding to a plurality of blocks in a predetermined pixel unit,
A mapping unit that maps unique digital information to a pseudo-random number sequence;
For each block, select a specific conversion coefficient sequence from the conversion coefficients calculated by the conversion coefficient calculation unit, The weight set for each element of the transformation coefficient sequence is used as the weight sequence. An information embedding unit for embedding a pseudo-random number sequence in the specific conversion coefficient sequence,
A quantization unit that performs quantization on the transform coefficient after the embedding process,
An encoding unit that encodes the quantized transform coefficient.
[0015]
A second invention is a digital information embedding device for embedding unique digital information in a digital image signal,
A transform coefficient calculating unit that decomposes the digital image signal into frequency components and calculates transform coefficients corresponding to a plurality of blocks in a predetermined pixel unit,
A quantization unit that performs quantization on the transform coefficient output by the transform coefficient calculation unit,
A mapping unit that maps unique digital information to a pseudo-random number sequence;
For each block, select a specific transform coefficient sequence from the quantized transform coefficients, The weight set for each element of the transformation coefficient sequence is used as the weight sequence. An information embedding unit for embedding a pseudo-random number sequence in the specific conversion coefficient sequence,
An encoding unit that encodes the transform coefficient after the embedding process.
[0016]
The third and fourth inventions are inventions dependent on the first and second inventions,
The weight sequence is set so that the value of each corresponding element increases as the frequency component of the transform coefficient output from the transform coefficient calculation unit changes from a low band to a high band.
[0017]
The fifth and sixth inventions are inventions dependent on the first and second inventions,
The quantization table used in the encoding of the digital image signal is used for the weight sequence.
[0018]
The seventh and eighth inventions are inventions dependent on the first and second inventions,
The weight sequence is dynamically set for each block according to the value of the DC component of the transform coefficient output from the transform coefficient calculation unit.
[0019]
The ninth and tenth inventions are inventions dependent on the first and second inventions,
The weight sequence is dynamically set for each block according to the average value of a specific AC component of the transform coefficient output from the transform coefficient calculation unit.
[0020]
The eleventh and twelfth inventions are inventions dependent on the first and second inventions,
The information embedding part
An absolute value calculation unit that calculates the absolute value of each element of a specific conversion coefficient sequence selected from the conversion coefficient output by the conversion coefficient calculation unit or the quantization unit,
A first multiplier for multiplying the absolute value of each element output by the absolute value calculation unit by a first set value,
A second multiplier for multiplying each element of the weight sequence by a second set value,
A first adder for adding an output of the first multiplier and an output of the second multiplier element by element;
A third multiplier that multiplies the output of the first adder and the pseudo-random number sequence element by element;
A second adder that adds the output of the third multiplier and the output of the transform coefficient calculator or the quantizer for each element.
[0021]
A thirteenth invention is an invention dependent on the first invention,
The transform coefficient calculation unit performs any one of discrete cosine transform, Fourier transform, and Hadamard transform.
[0022]
A fourteenth invention is an invention dependent on the first invention,
The transform coefficient calculator performs one of discrete wavelet transform and subband division signal transforms.
[0023]
As described above, according to the first to fourteenth aspects, the frequency conversion of the original image is performed in a predetermined block unit, and the unique digital sequence is performed using the weight sequence corresponding to each element of the obtained conversion coefficient sequence. A pseudo-random number sequence corresponding to the information is embedded. Thus, unique digital information can be embedded with a simple configuration and calculation. Moreover, it is almost difficult for a third party who does not know the order and length of the transform coefficient sequence to be embedded or the pseudo random number sequence to be embedded to decode the unique digital information. In addition, since the corresponding pseudo-random number sequence is embedded instead of the unique digital information itself, the deterioration of the image quality of the compressed data due to the embedding is hardly perceived. In addition, by using a quantization table used for encoding a digital image signal for the weight sequence, image degradation can be suppressed.
[0024]
A fifteenth invention is a digital information extracting device for extracting, from a transform coefficient calculated by decomposing a digital image signal into frequency components by a specific device, unique digital information embedded in a specific transform coefficient sequence. And
A decoding unit that inputs and decodes compressed data that is encoded and output by a specific device,
An inverse quantization unit that inversely quantizes data output by the decoding unit;
An inner product of a specific transform coefficient sequence of the data output by the inverse quantization unit and a plurality of pseudo-random number sequences including a pseudo-random number sequence embedded in correspondence with digital information specific to a specific device is obtained. A correlation value calculation unit,
A pseudo-random number sequence determining unit that determines a pseudo-random number sequence embedded in data based on an inner product value output by the correlation value calculating unit;
An information generation unit that generates unique digital information mapped to the determined pseudo-random number sequence.
[0025]
A sixteenth invention extracts specific digital information embedded in a specific quantized transform coefficient sequence from transform coefficients calculated by decomposing a digital image signal into frequency components by a specific device. A digital information extraction device,
A decoding unit that inputs and decodes compressed data that is encoded and output by a specific device,
An inner product of a specific quantized transform coefficient sequence of the data output by the decoding unit and a plurality of pseudo random number sequences including a pseudo random number sequence embedded in correspondence with digital information unique to a specific device. A correlation value calculation unit for calculating
A pseudo-random number sequence determining unit that determines a pseudo-random number sequence embedded in data based on an inner product value output by the correlation value calculating unit;
An information generation unit that generates unique digital information mapped to the determined pseudo-random number sequence.
[0026]
As described above, according to the fifteenth and sixteenth aspects, the correlation value is calculated by decoding the compressed data in which the pseudo-random number sequence is embedded, and calculating the inner product of the transform coefficient sequence and the pseudo-random number sequence. The embedded pseudo-random number sequence is specified by comparing the value with a predetermined threshold value to generate unique digital information. Thereby, unique digital information can be extracted with a simple configuration / operation. Moreover, it is almost difficult for a third party who does not know the order and length of the transform coefficient sequence to be embedded or the pseudo random number sequence to be embedded to decode the unique digital information. Further, since the corresponding pseudo-random number sequence is embedded instead of the unique digital information itself, the detection rate of the watermark data can be improved.
[0027]
According to a seventeenth aspect, among a plurality of digital information embedded based on a weight sequence in a specific transform coefficient sequence calculated by decomposing a digital image signal into frequency components by a specific device, desired digital information A digital information embedding device that removes only
A decoding unit that inputs and decodes compressed data that is encoded and output by a specific device,
An inverse quantization unit that inversely quantizes data output by the decoding unit;
A mapping unit that maps desired digital information to a pseudo-random number sequence;
An information embedding unit that selects a specific transform coefficient sequence in which desired digital information is embedded from the data output by the inverse quantization unit, and embeds a pseudo-random number sequence in the specific transform coefficient sequence;
A quantization unit that performs quantization on the transform coefficient after the embedding process,
An encoding unit that encodes the quantized transform coefficient.
[0028]
According to an eighteenth aspect, among a plurality of digital information embedded based on a weight sequence in a specific quantized transform coefficient sequence calculated by decomposing a digital image signal into frequency components by a specific device, A digital information embedding device that removes only desired digital information,
A decoding unit that inputs and decodes compressed data that is encoded and output by a specific device,
A mapping unit that maps desired digital information to a pseudo-random number sequence;
An information embedding unit that selects a quantized specific transform coefficient sequence in which desired digital information is embedded from the data output by the decoding unit, and embeds a pseudo random number sequence in the specific transform coefficient sequence;
An encoding unit that encodes the transform coefficient after the embedding process.
[0029]
The nineteenth and twentieth inventions are inventions dependent on the seventeenth and eighteenth inventions,
The information embedding part
An absolute value calculation unit that calculates the absolute value of each element of a specific transform coefficient sequence selected from the data output by the inverse quantization unit or the decoding unit,
A first multiplier for multiplying an absolute value of each element output by the absolute value calculation unit by a first set value,
A second multiplier for multiplying each element of the weight sequence used by the specific device by a second setting value,
An adder for adding an output of the first multiplier and an output of the second multiplier element by element;
A third multiplier that multiplies the output of the adder and the pseudo-random number sequence element by element;
A subtractor for subtracting an output of the third multiplier and an output of the inverse quantization unit or the decoding unit for each element.
[0030]
The twenty-first and twenty-second inventions are inventions dependent on the seventeenth and eighteenth inventions,
The information embedding part
An absolute value calculation unit that calculates the absolute value of each element of a specific transform coefficient sequence selected from the data output by the inverse quantization unit or the decoding unit,
A first multiplier for multiplying an absolute value of each element output by the absolute value calculation unit by a first set value;
A second multiplier for multiplying an output of the first multiplier by a pseudo-random number sequence element by element;
A subtractor for subtracting an output of the second multiplier and an output of the inverse quantization unit or the decoding unit for each element.
[0031]
As described above, according to the seventeenth to twenty-second aspects, by subtracting only a predetermined pseudo random number sequence from a plurality of embedded pseudo random number sequences, compressed data in which a plurality of digital information is embedded Therefore, only desired digital information can be removed without causing image quality deterioration. For example, when it is desired to remove unnecessary copyright information from a plurality of pieces of copyright information embedded in the compressed data, this can be realized by performing this processing.
[0032]
A twenty-third invention is a digital information embedding method for embedding unique digital information in a digital image signal,
Decomposing the digital image signal into frequency components and calculating transform coefficients corresponding to a plurality of blocks in a predetermined pixel unit,
Mapping unique digital information to a pseudo-random number sequence;
For each block, select a specific transform coefficient sequence from the calculated transform coefficients, The weight set for each element of the transformation coefficient sequence is used as the weight sequence. Embedding a pseudo-random number sequence in the specific transform coefficient sequence;
Quantizing the transform coefficients after the embedding process;
Encoding the quantized transform coefficients.
[0033]
A twenty-fourth invention is a digital information embedding method for embedding unique digital information in a digital image signal,
Decomposing the digital image signal into frequency components and calculating transform coefficients corresponding to a plurality of blocks in a predetermined pixel unit,
Performing quantization on the calculated transform coefficients;
Mapping unique digital information to a pseudo-random number sequence;
For each block, select a specific transform coefficient sequence from the quantized transform coefficients, The weight set for each element of the transformation coefficient sequence is used as the weight sequence. Embedding a pseudo-random number sequence in the specific transform coefficient sequence;
Encoding the transform coefficient after the embedding process.
[0034]
A twenty-fifth invention is a digital information extracting method for extracting unique digital information embedded in a specific transform coefficient sequence from transform coefficients calculated by decomposing a digital image signal into frequency components by a specific device. And
Inputting and decoding compressed data to be encoded and output by a specific device;
Dequantizing the decoded data;
A step of respectively calculating an inner product of a specific transform coefficient sequence of the dequantized data and a plurality of pseudo-random number sequences including a pseudo-random number sequence embedded in correspondence with digital information unique to a specific device; ,
Determining a pseudo-random number sequence embedded in the data based on the obtained inner product value;
Generating unique digital information mapped to the determined pseudo-random number sequence.
[0035]
A twenty-sixth invention extracts specific digital information embedded in a quantized specific transform coefficient sequence from transform coefficients calculated by decomposing a digital image signal into frequency components by a specific device. A digital information extraction method,
Inputting and decoding compressed data to be encoded and output by a specific device;
The inner product of a specific quantized transform coefficient sequence of the decrypted data and a plurality of pseudo-random number sequences including a pseudo-random number sequence embedded in correspondence with digital information specific to a specific device, respectively. The steps required,
Determining a pseudo-random number sequence embedded in the data based on the obtained inner product value;
Generating unique digital information mapped to the determined pseudo-random number sequence.
[0036]
The twenty-seventh and twenty-eighth inventions are inventions dependent on the twenty-fifth and twenty-sixth inventions,
The step of determining a pseudo-random number sequence is characterized in that a pseudo-random number sequence whose inner product value is larger than a preset threshold value is determined to be an embedded pseudo-random number sequence.
[0037]
A twenty-ninth aspect of the present invention is a digital information embedding method for removing only desired digital information from a plurality of digital information embedded in a specific transform coefficient sequence calculated by decomposing a digital image signal into frequency components by a specific device. The method,
Inputting and decoding compressed data to be encoded and output by a specific device;
Dequantizing the decoded data;
Mapping desired digital information to a pseudo-random number sequence;
Selecting a specific transform coefficient sequence in which desired digital information is embedded from the dequantized data, and embedding a pseudo-random number sequence in the specific transform coefficient sequence;
Quantizing the transform coefficients after the embedding process;
Encoding the quantized transform coefficients.
[0038]
According to a thirtieth aspect, of a plurality of pieces of digital information embedded in a specific quantized transform coefficient sequence calculated by decomposing a digital image signal into frequency components by a specific device, only desired digital information is extracted. Digital information embedding method to remove,
Inputting and decoding compressed data to be encoded and output by a specific device;
Mapping desired digital information to a pseudo-random number sequence;
Selecting a quantized specific transform coefficient sequence in which desired digital information is embedded from the decoded data, and embedding a pseudo-random number sequence in the specific transform coefficient sequence;
Encoding the transform coefficient after the embedding process.
[0039]
A thirty-first invention is a recording medium recording a program executed in a computer device,
Decomposing the digital image signal into frequency components and calculating transform coefficients corresponding to a plurality of blocks in a predetermined pixel unit,
Mapping unique digital information to a pseudo-random number sequence;
For each block, select a specific transform coefficient sequence from the calculated transform coefficients, The weight set for each element of the transformation coefficient sequence is used as the weight sequence. Embedding a pseudo-random number sequence in the specific transform coefficient sequence;
Quantizing the transform coefficients after the embedding process;
Encoding the quantized transform coefficients at least.
[0040]
A thirty-second invention is a recording medium recording a program executed in a computer device,
A digital image signal is embedded with specific digital information embedded in a specific transform coefficient sequence calculated by decomposing into frequency components, input encoded compressed data, and decoding,
Dequantizing the decoded data;
A step of respectively calculating an inner product of a specific transform coefficient sequence of the dequantized data and a plurality of pseudo-random number sequences including a pseudo-random number sequence embedded in correspondence with digital information unique to a specific device; ,
Determining a pseudo-random number sequence embedded in the data based on the obtained inner product value;
Generating unique digital information mapped to the determined pseudo-random number sequence, at least.
[0041]
A thirty-third invention is a recording medium recording a program to be executed in a computer device,
A plurality of digital information embedded in a specific transform coefficient sequence calculated by decomposing a digital image signal into frequency components, input encoded compressed data, decoding,
Dequantizing the decoded data;
Mapping desired digital information to a pseudo-random number sequence;
Selecting a specific transform coefficient sequence in which desired digital information is embedded from the dequantized data, and embedding a pseudo-random number sequence in the specific transform coefficient sequence;
Quantizing the transform coefficients after the embedding process;
Encoding the quantized transform coefficients at least.
[0042]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a digital information embedding device 1A according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the digital information extracting device 2A according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the digital information embedding device 1A of the present embodiment includes an orthogonal transform unit 11, a mapping unit 12, an information embedding unit 13, a quantization unit 14, and an encoding unit 15. 2, the digital information extraction device 2A of the present embodiment includes a decoding unit 21, an inverse quantization unit 22, a correlation value calculation unit 23, a pseudo random number sequence determination unit 24, and an information generation unit 25. .
Hereinafter, the digital information embedding / extracting method performed by the digital information embedding / extracting device according to the first embodiment of the present invention will be described in order with further reference to FIGS.
[0043]
First, a method of embedding digital information performed by the digital information embedding apparatus 1A will be described with reference to FIG. 1 and FIGS. FIG. 3 is a flowchart showing a process performed by the digital information embedding device 1A of FIG.
Referring to FIG. 3, orthogonal transformation unit 11 receives original image 1 and divides the original image 1 into a plurality of blocks each including a plurality of predetermined pixels (step S301). Then, the orthogonal transformation unit 11 performs an orthogonal transformation for each of the divided blocks, decomposes the original image 1 into frequency components, and calculates a transformation coefficient (step S302). In the present embodiment, an example is described in which the original image 1 is divided into M blocks each having a size of 8 × 8 pixels, and discrete cosine transform (DCT) is performed as an orthogonal transform for each of the divided blocks.
[0044]
The mapping unit 12 determines a predetermined pseudo-random number sequence corresponding to the unique digital information 2 to be embedded in the original image 1 with reference to the correspondence table (Step S303). FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a correspondence table in which digital information and a pseudo-random number sequence that the mapping unit 12 has in advance are associated with each other. For example, when the unique digital information 2 is author information including an author name and a creation date and time, this correspondence table is described as a set of author information and a pseudo-random number sequence, and the same pseudo table is included in the correspondence table. It is configured so that a random number sequence does not appear. This pseudo-random number sequence is generated by randomly selecting a population composed of a normal (Gaussian) distribution having an average value of 0 and a variance value of 1 or a longest linear code sequence (M sequence). The length of the pseudo-random number sequence can be arbitrarily set according to the target original image, the desired embedding level, and the like. Further, a plurality of pseudo-random number sequences may be set for one piece of author information.
The mapping unit 12 includes a unique digital information 2 to be embedded in the original image 1, for example, the author information A ₁ Is input, the pseudo-random number sequence W ₁ Is output to the information embedding unit 13.
[0045]
Next, the processing of the information embedding unit 13 will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a block diagram illustrating an example of a detailed configuration of the information embedding unit 13.
The information embedding unit 13 selects, for each of the M divided blocks, a transform coefficient of a specific frequency component among the transform coefficients calculated by the orthogonal transform unit 11, as a transform coefficient sequence f (i, j) ( Step S304). Then, the information embedding unit 13 uses the predetermined weight sequence Q (i, j) to generate a pseudo-random sequence w (k) corresponding to the unique digital information 2 for each transform coefficient sequence f (i, j). Is calculated (step S305).
[0046]
As shown in FIG. 5, the information embedding unit 13 includes an absolute value calculating unit 501 that calculates the absolute value of each element of the selected transform coefficient sequence f (i, j), A multiplier 502 for multiplying the output by a constant α (scaling parameter used for changing the size of the data to be embedded) for each element; and a constant β (weight of the pseudo-random number sequence to be embedded) Multiplier 503 that multiplies the output of the multiplier 502 and the output of the multiplier 503 for each element, an output of the adder 504, and a pseudo-random number sequence w. (K) is multiplied for each element, and an adder 506 for adding the output of the multiplier 505 and the transformation coefficient sequence f (i, j) for each element.
Therefore, the information embedding unit 13 performs an operation represented by the following equation (2), and calculates a transform coefficient sequence F (i, j).
F (i, j) = f (i, j) + (α | f (i, j) | + βQ (i, j)) w (k) (2)
Here, i and j represent the element numbers of the frequency components of the divided block as shown in FIG. Further, k represents an element number constituting the pseudo random number sequence, and is preferably equal to or more than the number M of divided blocks of the original image 1.
[0047]
Here, it is most preferable to select, as the conversion coefficient sequence f (i, j), a conversion coefficient having a constant value obtained by adding i and j. For example, three transform coefficients f (0,2), f (1,1) and f (2,0) are selected from the divided block as a transform coefficient sequence (zone 1) where i + j = 2. If it is desired to embed a pseudo-random number sequence w (k) in a plurality of transform coefficient sequences (for example, all of the zones 1 to 3), the above equation (2) is calculated for each transform coefficient sequence f (i, j) Should be performed. In this case, the same pseudo random number sequence may be embedded serially or in parallel in a plurality of transform coefficient sequences, or different pseudo random number sequences may be embedded. Also, in consideration of image degradation after embedding, it is desirable to embed a pseudo-random number sequence only in a transform coefficient whose value is not zero.
Note that the transform coefficient selected as the transform coefficient sequence f (i, j) is not limited to the position shown in FIG. 6 (a position at which the value obtained by adding i and j becomes a constant value), and is 8 × Any of the eight pixel sizes may be selected. In this case, the selected position, the processing order, and the like need to be determined in advance between the digital information embedding device 1A and the digital information extracting device 2A.
[0048]
Each element of the pseudo-random number sequence w (k) is used for embedding in each of the transform coefficient sequences f (i, j) in a predetermined order. For example, when embedding is performed in the transform coefficient sequence of zone 1 of each divided block as described above, w (1) is replaced by f (0, 2) and f (1, 1) of the first divided block. Is w (2), w (3) is f (2,0), w (4) is f (0,2) of the second divided block, and f (1,1) is f (1,1). Is w (5),..., W (k) is used for f (2,0) of the M-th divided block. This order does not have to be ascending as in this example as long as the embedding side and the extracting side are matched.
At this time, if the total number of elements of the transform coefficient sequence f (i, j) of all divided blocks does not match the number of elements of the pseudo random number sequence w (k) to be embedded, the pseudo random number sequence is repeated or reduced. May be embedded in the conversion coefficient sequence.
[0049]
The weight sequence Q (i, j) is composed of elements corresponding to the transform coefficients of each frequency component of the divided block. Each element of the weight sequence Q (i, j) is preferably set to have a larger value as the value of i or j becomes larger, for example, as shown in FIG. In other words, it is preferable that the value of each element of the corresponding weight number sequence increases as the frequency component of the transform coefficient output from the orthogonal transform unit 11 changes from a low band to a high band. This is to set a larger value for the high-frequency component of the transform coefficient, utilizing the property of human visual characteristics that the change of the high-frequency component is less perceptible than the low-frequency component of the image. .
The application range of the method for embedding and extracting digital information provided by the present invention can be extended not only to a still image signal but also to a moving image signal. Here, when the method provided by the present invention is applied to a moving image signal, for example, a value of a quantization table used in image coding of the MPEG system is used as a weight sequence Q (i, j) ( In FIG. 7B, image deterioration due to the embedding process is small.
[0050]
The weight sequence Q (i, j) used for each divided block is dynamically changed according to the value of the DC component (f (0, 0)) of the transform coefficient calculated by the orthogonal transform unit 11. You may. The change of the weight sequence Q (i, j) may be performed, for example, by adding or multiplying the value of the DC component to the weight sequence Q (i, j), or a plurality of weight sequence Q ( i, j) may be prepared and any one of them may be selected according to the value of the DC component. As described above, by changing the weight sequence Q (i, j) in accordance with the value of the DC component, a weight is assigned to a monotonous image (white or black image) in which a visual change is difficult to recognize. It can be enlarged to embed a pseudo-random number sequence.
On the other hand, the weight sequence Q (i, j) used for each divided block is dynamically changed according to the value of the AC component (transform coefficient other than the DC component) of the transform coefficient calculated by the orthogonal transform unit 11. May be changed. The change in this case can be realized by a method of adding or multiplying the values or a method of selecting a weight sequence similarly to the above. As the AC component value, an average value of all transform coefficients other than f (0, 0), an average value of only the transform coefficients to be embedded, and the like may be used. As described above, by changing the weight sequence Q (i, j) according to the value of the AC component, the weight is increased for a complex image including many high-frequency components in which a visual change is difficult to recognize. To embed a pseudo-random number sequence.
[0051]
Referring to FIG. 3 again, quantization section 14 performs quantization on the transform coefficients after the information embedding processing (step S306). Then, the encoding unit 15 encodes the quantized transform coefficient to generate the compressed data 4 in which the pseudo random number sequence corresponding to the unique digital information is embedded (Step S307).
Thus, embedding of the unique digital information into the original image 1 is completed.
[0052]
Next, a digital information extraction method performed by the digital information extraction device 2A will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a flowchart showing a process performed by the digital information extracting device 2A of FIG.
Referring to FIG. 8, decoding section 21 receives compressed data 4 output from coding section 15 of digital information embedding apparatus 1A described above, and decodes the data (step S801). Next, the inverse quantization unit 22 inversely quantizes the data decoded by the decoding unit 21 (Step S802).
[0053]
The correlation value calculation unit 23 converts the transform coefficient sequence F (i, j) selected by the information embedding unit 13 of the digital information embedding device 1A from the data output by the inverse quantization unit 22 from each divided block. The transform coefficient sequence AF (k) is read out continuously in a predetermined order, and is composed of the transform coefficients of all the divided blocks to be embedded (step S803). The predetermined order is previously matched with the digital information embedding device 1A. Then, the correlation value calculation unit 23 calculates the inner product of one pseudo random number sequence w (k) of the candidate estimated to be embedded in the compressed data 4 and the conversion coefficient sequence AF (k) by the following equation (3). To calculate the correlation value S (step S804).
(Equation 1)

It should be noted that the correlation value calculation unit 23 is provided with a correspondence table (FIG. 4) included in the mapping unit 12 of the digital information embedding device 1A.
[0054]
Next, the pseudo-random number sequence determination unit 24 compares the correlation value S calculated by the correlation value calculation unit 23 with a predetermined threshold value TH (Step S805). When the correlation value S is equal to or greater than the threshold value TH, the pseudo random number sequence determination unit 24 determines that the candidate pseudo random number sequence w (k) is embedded in the compressed data 4, and determines that the correlation value S is If it is less than the threshold value TH, it is determined that the pseudo-random number sequence w (k) as a candidate is not embedded in the compressed data 4. In the latter case, the pseudo-random number sequence determination unit 24 repeats the same process for other candidates of the pseudo-random number sequence (step S806), and specifies the embedded pseudo-random number sequence (steps S804 and S805). The threshold value TH may be set to a level at which the embedded pseudo-random number sequence can be optimally specified in accordance with disturbance (transmission distortion, intentional tampering, or the like) occurring on the compressed data 4 on the transmission path. Here, since the correlation value S greatly changes depending on the image content, the correlation value S is dynamically set based on the conversion coefficient of the image obtained by decoding (that is, the feature of the image), rather than setting the threshold value TH fixedly. It is preferable to set For example, the threshold value TH can be dynamically set based on the following equation (4).
(Equation 2)

Here, Q (k) represents the entire sequence of Q (i, j) corresponding to F (i, j) read in a predetermined order.
[0055]
When a disturbance occurs in the compressed data 4, there may be a case where a plurality of pseudo-random number sequences exhibiting a relatively high correlation value S exist. In such a case, it may be simply specified that the pseudo random number sequence indicating the highest correlation value S is embedded, or the highest correlation value S satisfies a certain ratio compared to other correlation values S. Only when this is done, it may be specified that the pseudo random number sequence is embedded.
[0056]
Then, when the embedded pseudo-random number sequence w (k) is specified, the information generation unit 25 maps the unique pseudo-random number sequence w (k) mapped to the pseudo-random number sequence w (k) in the mapping unit 12 of the digital information embedding device 1A. Digital information is generated (step S807). This generation can be easily performed by referring to the same correspondence table as the correspondence table (FIG. 4) included in the mapping unit 12 of the digital information embedding apparatus 1A.
[0057]
As described above, according to the digital information embedding device according to the first embodiment of the present invention, the orthogonal transformation of the original image is performed in units of 8 × 8 pixels, and each element of the obtained transformation coefficient sequence is A pseudo-random number sequence corresponding to the unique digital information is embedded using the corresponding weight sequence. On the other hand, according to the digital information extraction device according to the first embodiment of the present invention, the correlation value is obtained by decoding the compressed data in which the pseudo-random number sequence is embedded, and calculating the inner product of the transform coefficient sequence and the pseudo-random number sequence. The calculated pseudo-random number sequence is identified by comparing the correlation value with a predetermined threshold value, and unique digital information is generated.
Thereby, unique digital information can be embedded and extracted with a simple configuration / operation. Moreover, it is almost difficult for a third party who does not know the order and length of the transform coefficient sequence to be embedded or the pseudo random number sequence to be embedded to decode the unique digital information. In addition, since the corresponding pseudo-random number sequence is embedded instead of the unique digital information itself, deterioration of the image quality of the compressed data due to the embedding is hardly perceived, and the detection rate of the watermark data can be improved.
[0058]
In the digital information embedding device 1A of the above embodiment, the order of the information embedding unit 13 and the quantization unit 14 is switched to perform embedding processing on the quantized transform coefficient sequence. In 2A, the process of the inverse quantization unit 22 is not performed, and the inner product of the quantized transform coefficient sequence decoded by the decoding unit 21 and the pseudo random number sequence may be obtained. Obviously, even if the embedding and extracting processes are performed in such a procedure, the same advantageous effects as those of the present invention described above can be obtained.
[0059]
(Second embodiment)
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a digital information embedding device according to the second embodiment of the present invention. 9, a digital information embedding device 1B according to the present embodiment includes a decoding unit 21, an inverse quantization unit 22, a mapping unit 12, an information embedding unit 91, a quantization unit 14, an encoding unit 15 is provided. Note that, in the digital information embedding device 1B, the decoding unit 21 and the inverse quantization unit 22 have the same configuration as the decoding unit 21 and the inverse quantization unit 22 of the digital information extraction device 2A according to the first embodiment. The mapping unit 12, the quantization unit 14, and the encoding unit 15 are the same as the mapping unit 12, the quantization unit 14, and the encoding unit 15 of the digital information embedding device 1A according to the first embodiment. Since the configuration is the same, the same reference number is given to the configuration below, and the description is partially omitted.
[0060]
The decoding unit 21 receives the compressed data 5 and decodes the data. It is assumed that a plurality of unique digital information are already embedded in the compressed data 5 using the digital information embedding device 1A or the like according to the first embodiment. In the following example, a case will be described in which a first pseudo-random number sequence to which first unique digital information is mapped and a second pseudo-random number sequence to which second unique digital information is mapped are embedded. . The inverse quantization unit 22 inversely quantizes the data decoded by the decoding unit 21. The mapping unit 12 outputs a pseudo-random number sequence corresponding to desired digital information (author information) from the correspondence table of FIG. 4 to the information embedding unit 91. In this example, it is assumed that a second pseudo random number sequence has been output.
[0061]
FIG. 10 is a block diagram illustrating an example of a detailed configuration of the information embedding unit 91.
The information embedding unit 91 reads out the transform coefficient sequence f (i, j) from the data output by the inverse quantization unit 22 in a predetermined order, and uses a predetermined weight sequence Q (i, j). , A specific pseudo random number sequence w (k) is embedded in the conversion coefficient sequence f (i, j) with a negative value to calculate a conversion coefficient sequence F (i, j). That is, the information embedding unit 91 calculates the transform coefficient sequence F (i, j) from which the specific pseudo random number sequence w (k) already embedded is removed.
[0062]
As shown in FIG. 10, the information embedding unit 91 includes an absolute value calculating unit 501 that calculates the absolute value of each element of the read transform coefficient sequence f (i, j), and an absolute value calculating unit 501. And a constant α (scaling parameter used for changing the size of the data to be embedded) for each element, and a constant β (a pseudo random number sequence to be embedded) for each element of the weight sequence Q (i, j). A multiplier 503 for multiplying the output of the multiplier 502 and the output of the multiplier 503 for each element; an output of the adder 504 and the mapping unit 12; And a subtractor 1001 for subtracting the output of the multiplier 505 from the transform coefficient sequence f (i, j) for each element. It is composed of
Therefore, in the information embedding unit 91, the calculation represented by the following equation (5) is performed, and the transform coefficient sequence F (i, j) is calculated.
F (i, j) = f (i, j)-(α | f (i, j) | + βQ (i, j)) w (k) (5)
The configuration of the information embedding unit 91 shown in FIG. 5 is the same as that of the information embedding unit 13 shown in FIG. 5 except for the subtractor 1001 in the configuration of the information embedding unit 91 shown in FIG.
[0063]
After the information embedding process, that is, in this example, the quantization unit 14 performs quantization on the transform coefficient of each divided block from which the second pseudo random number sequence w (k) has been removed. The encoding unit 15 encodes the transform coefficient quantized by the quantization unit 14 to generate the compressed data 6 in which only the first pseudo random number sequence is embedded.
[0064]
As described above, according to the digital information embedding device 1B according to the second embodiment of the present invention, the embedding process (formula (2)) by the digital information embedding device 1A according to the first embodiment is reversed. (Equation (5)). That is, by subtracting only a predetermined pseudo-random number sequence from a plurality of embedded pseudo-random number sequences, only desired digital information can be obtained from compressed data in which a plurality of digital information is embedded without deteriorating image quality. Can be removed.
For example, when it is desired to remove unnecessary copyright information from a plurality of pieces of copyright information embedded in the compressed data, this can be realized by performing the embedding process according to the second embodiment.
[0065]
In addition, a reproducing apparatus incorporating the embedding method of the second embodiment and the extraction method of the first embodiment can perform the following operations if the embedded digital information means that the use period is limited. Can be performed. The corresponding digital information is removed from the compressed data whose usage period has passed by the embedding process, and the use of the compressed data is prohibited by making the correlation value obtained from the inner product calculation smaller than a predetermined threshold value in the extraction process. can do. In addition, in such a case, there is no need to embed new unique digital information, so that image quality does not deteriorate.
[0066]
Since equation (5) is a process corresponding to equation (2) relating to the embedding process of digital information embedding device 1A according to the first embodiment, if equation (2) is changed, The corresponding reverse process may be performed.
For example, if the embedding process of the digital information is performed by changing the equation (2) to the following equation (6), even if the equation (5) is changed to the following equation (7), the usefulness described in the second embodiment is useful. It is clear that the same effect as the simple effect is achieved.
F (i, j) = f (i, j) + α | f (i, j) | w (k) (6)
F (i, j) = f (i, j) -α | f (i, j) | w (k) (7)
[0067]
In the first and second embodiments, an example is described in which the discrete cosine transform (DCT) is used as an orthogonal transform method for calculating a transform coefficient according to an original image. Other transform methods such as Fourier transform, Hadamard transform, discrete wavelet transform, or subband division may be used as long as they can be decomposed.
For example, consider a case where a pseudo random number sequence is embedded in wavelet coefficients HL2, LH2, and HH2 (one pixel each) and HL1, LH1, and HH1 (each four pixels) corresponding to a 4 × 4 pixel block in the original image (FIG. 11). In this case, the weight sequence is configured to have a larger value as the frequency band becomes higher (that is, HL1, LH1 and HH1 are higher than HL2, LH2 and HH2). Further, the weight sequence may be dynamically changed according to the value of the wavelet coefficient (MRA) of LL2, or may be changed to the value of MRR (here, HL2, LH2, HH2, HL1, LH1, and HH1) excluding MRA. It may be changed dynamically in response.
[0068]
Further, the constants α and β described in the first and second embodiments do not have to be the same value for each element of the transform coefficient sequence.
[0069]
Typically, each function realized by the digital information embedding / extracting device according to the first and second embodiments is a storage device (ROM, RAM, hard disk, etc.) storing predetermined program data. And a CPU (Central Processing Unit) that executes the program data. In this case, each program data may be introduced via a recording medium such as a CD-ROM or a floppy disk.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a digital information embedding device 1A according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a digital information extracting device 2A according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing a process performed by the digital information embedding device 1A of FIG.
4 is a diagram showing an example of a correspondence table between unique digital information and a pseudo-random number sequence that the mapping unit 12 of FIG. 1 has.
FIG. 5 is a block diagram illustrating an example of a detailed configuration of an information embedding unit 13 in FIG. 1;
FIG. 6 is a diagram showing element numbers of frequency components of a block of 8 × 8 pixels.
FIG. 7 is a diagram showing a quantization table used in MPEG.
FIG. 8 is a flowchart showing a process performed by the digital information extracting device 2A of FIG. 2;
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a digital information embedding device 1B according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a block diagram illustrating an example of a detailed configuration of an information embedding unit 91 in FIG. 9;
FIG. 11 is a diagram illustrating a discrete wavelet transform that can be used as an orthogonal transform method.
FIG. 12 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a conventional watermark embedding method.
FIG. 13 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a conventional watermark extraction method.
[Explanation of symbols]
1,1101 ... Original image
2. Unique digital information
3 ... weight sequence
4 to 6, 1114, 1201 ... compressed data
1A, 1B: Digital information embedding device
2A ... Digital information extraction device
11 orthogonal transform unit
12: Mapping unit
13, 91 ... information embedding part
14, 1104: Quantization unit
15, 1113 ... coding unit
21, 1202... Decoding part
22, 1203 ... inverse quantization unit
23: Correlation value calculation unit
24 ... Pseudo random number sequence determination unit
25 ... Information generator
501: absolute value calculation unit
502, 503, 505, 1110, 1111 ... multiplier
504, 506, 1112, 1209 ... adder
1001 ... Subtractor
1102 ... 8 × 8 pixel size block
1103 ... DCT calculator
1105: quantization table
1106, 1211 ... watermark data
1107: watermark data embedding device
1108, 1107 ... partial average calculator
1109… Constant
1204: inverse DCT operator
1205: Reproduction image data
1206 ... watermark data extractor
1208: Divider
1210 ... dot product calculator
1212 ... Statistical similarity

Claims

A digital information embedding device for embedding unique digital information in a digital image signal,
Decomposing the digital image signal into frequency components, and a conversion coefficient calculation unit that calculates conversion coefficients corresponding to a plurality of blocks in a predetermined pixel unit,
A mapping unit that maps unique digital information to a pseudo-random number sequence;
For each block, a specific transform coefficient sequence is selected from the transform coefficients calculated by the transform coefficient calculation unit, and the weight set for each element of the transform coefficient sequence is used as a weight sequence, and the specific transform coefficient sequence is An information embedding section for embedding a pseudo-random number sequence,
A quantization unit that performs quantization on the transform coefficient after the embedding process,
A digital information embedding device comprising: an encoding unit that encodes the quantized transform coefficient.

A digital information embedding device for embedding unique digital information in a digital image signal,
Decomposing the digital image signal into frequency components, and a conversion coefficient calculation unit that calculates conversion coefficients corresponding to a plurality of blocks in a predetermined pixel unit,
A quantization unit that performs quantization on the transform coefficient output by the transform coefficient calculation unit,
A mapping unit that maps unique digital information to a pseudo-random number sequence;
For each of the blocks, a specific transform coefficient sequence is selected from the quantized transform coefficients, and the weight set for each element of the transform coefficient sequence is used as a weight sequence, and the pseudo random number sequence is used as the specific transform coefficient sequence. Information embedding part to embed,
A digital information embedding device comprising: an encoding unit that encodes the transform coefficient after the embedding process.

2. The weighting sequence according to claim 1, wherein the value of each corresponding element increases as the frequency component of the transform coefficient output from the transform coefficient calculation unit changes from a low band to a high band. A digital information embedding device according to item 1.

The weighting sequence is set such that the value of each corresponding element increases as the frequency component of the transform coefficient output from the transform coefficient calculator changes from a low band to a high band. A digital information embedding device according to item 1.

The digital information embedding device according to claim 1, wherein a quantization table used in encoding of the digital image signal is used for the weight sequence.

The digital information embedding device according to claim 2, wherein a quantization table used in encoding of the digital image signal is used for the weight sequence.

The digital information embedding according to claim 1, wherein the weight sequence is dynamically set for each of the blocks according to a DC component value of a transform coefficient output by the transform coefficient calculation unit. apparatus.

The digital information embedding according to claim 2, wherein the weight number sequence is dynamically set for each of the blocks according to a DC component value of a transform coefficient output by the transform coefficient calculation unit. apparatus.

The digital weight according to claim 1, wherein the weight sequence is dynamically set for each of the blocks according to an average value of a specific AC component of a transform coefficient output by the transform coefficient calculation unit. Information embedding device.

The digital weight according to claim 2, wherein the weight sequence is dynamically set for each block according to an average value of a specific AC component of a transform coefficient output by the transform coefficient calculation unit. Information embedding device.

The information embedding unit,
An absolute value calculation unit that calculates the absolute value of each element of the specific conversion coefficient sequence selected from the conversion coefficients output by the conversion coefficient calculation unit,
A first multiplier for multiplying an absolute value of each element output by the absolute value calculation unit by a first set value,
A second multiplier for multiplying each element of the weight sequence by a second set value,
A first adder for adding an output of the first multiplier and an output of the second multiplier element by element;
A third multiplier for multiplying an output of the first adder and the pseudo-random number sequence element by element;
2. The digital information embedding device according to claim 1, further comprising a second adder that adds an output of the third multiplier and an output of the transform coefficient calculation unit for each element. 3.

The information embedding unit,
An absolute value calculating unit that calculates an absolute value of each element of the specific transform coefficient sequence selected from the transform coefficients output by the quantization unit;
A first multiplier for multiplying an absolute value of each element output by the absolute value calculation unit by a first set value,
A second multiplier that multiplies each element of the weight sequence by a second set value, and a first multiplier that adds an output of the first multiplier and an output of the second multiplier for each element. An adder,
A third multiplier for multiplying an output of the first adder and the pseudo-random number sequence element by element;
The digital information embedding device according to claim 2, further comprising a second adder that adds an output of the third multiplier and an output of the quantization unit for each element.

The digital information embedding device according to claim 1, wherein the transform coefficient calculation unit performs any one of discrete cosine transform, Fourier transform, and Hadamard transform.

The digital information embedding device according to claim 1, wherein the transform coefficient calculation unit performs one of discrete wavelet transform and subband division signal transform.

By a specific device, among the conversion coefficients calculated by decomposing the digital image signal into frequency components, a digital information extraction device for extracting unique digital information embedded in a specific conversion coefficient sequence,
A decoding unit that inputs the compressed data that the specific device encodes and outputs, and decodes the data.
An inverse quantization unit that inversely quantizes the data output by the decoding unit,
The specific transform coefficient sequence of the data output by the inverse quantization unit, and a plurality of pseudo-random number sequences including a pseudo-random number sequence embedded in correspondence with the unique digital information in the specific device, A correlation value calculation unit for calculating each inner product,
A pseudo-random number sequence determination unit that determines a pseudo-random number sequence embedded in data based on the inner product value output by the correlation value calculation unit,
A digital information extraction device, comprising: an information generation unit that generates unique digital information mapped to the determined pseudo-random number sequence.

A digital information extracting device for extracting, from a transform coefficient calculated by decomposing a digital image signal into frequency components by a specific device, unique digital information embedded in a quantized specific transform coefficient sequence. hand,
A decoding unit that inputs the compressed data that the specific device encodes and outputs, and decodes the data.
A plurality of pseudo-random number sequences including a pseudo-random number sequence embedded in the specific device, the quantized specific transform coefficient sequence of the data output by the decoding unit, and the pseudo-random number sequence embedded in the specific device in correspondence with the unique digital information. And a correlation value calculation unit for calculating an inner product of
A pseudo-random number sequence determination unit that determines a pseudo-random number sequence embedded in data based on the inner product value output by the correlation value calculation unit,
A digital information extraction device, comprising: an information generation unit that generates unique digital information mapped to the determined pseudo-random number sequence.

Digital information embedding for removing only desired digital information from a plurality of digital information embedded based on a weight sequence in a specific transform coefficient sequence calculated by decomposing a digital image signal into frequency components by a specific device. Embedded device,
A decoding unit that inputs the compressed data that the specific device encodes and outputs, and decodes the data.
An inverse quantization unit that inversely quantizes the data output by the decoding unit,
A mapping unit that maps the desired digital information to a pseudo-random number sequence,
An information embedding unit that selects a specific transform coefficient sequence in which the desired digital information is embedded from the data output by the inverse quantization unit, and embeds the pseudo random number sequence in the specific transform coefficient sequence;
A quantization unit that performs quantization on the transform coefficient after the embedding process,
A digital information embedding device comprising: an encoding unit that encodes the quantized transform coefficient.

Of a plurality of digital information embedded on the basis of a weight sequence, a specific digital information, which is calculated by decomposing a digital image signal into frequency components, by a specific device, only desired digital information is extracted. Digital information embedding device to remove,
A decoding unit that inputs the compressed data that the specific device encodes and outputs, and decodes the data.
A mapping unit that maps the desired digital information to a pseudo-random number sequence,
An information embedding unit that selects a quantized specific transform coefficient sequence in which the desired digital information is embedded from the data output by the decoding unit, and embeds the pseudo random number sequence in the specific transform coefficient sequence; ,
A digital information embedding device comprising: an encoding unit that encodes the transform coefficient after the embedding process.

The information embedding unit,
An absolute value calculation unit that calculates an absolute value of each element of the specific transform coefficient sequence selected from the data output by the inverse quantization unit;
A first multiplier for multiplying an absolute value of each element output by the absolute value calculation unit by a first set value,
A second multiplier for multiplying each element of the weight sequence used by the specific device by a second set value,
An adder for adding an output of the first multiplier and an output of the second multiplier element by element;
A third multiplier that multiplies the output of the adder and the pseudo-random number sequence element by element;
18. The digital information embedding device according to claim 17, further comprising a subtractor for subtracting an output of the third multiplier and an output of the inverse quantization unit for each element.

The information embedding unit,
An absolute value calculation unit that calculates an absolute value of each element of the specific transform coefficient sequence selected from the data output by the decoding unit,
A first multiplier for multiplying an absolute value of each element output by the absolute value calculation unit by a first set value,
A second multiplier for multiplying each element of the weight sequence used by the specific device by a second set value,
An adder for adding an output of the first multiplier and an output of the second multiplier element by element;
A third multiplier that multiplies the output of the adder and the pseudo-random number sequence element by element;
19. The digital information embedding device according to claim 18, further comprising a subtractor for subtracting an output of the third multiplier and an output of the decoding unit for each element.

The information embedding unit,
An absolute value calculation unit that calculates an absolute value of each element of the specific transform coefficient sequence selected from the data output by the inverse quantization unit;
A first multiplier for multiplying an absolute value of each element output by the absolute value calculation unit by a first set value;
A second multiplier for multiplying an output of the first multiplier and the pseudo-random number sequence element by element;
18. The digital information embedding device according to claim 17, further comprising a subtractor for subtracting an output of the second multiplier and an output of the inverse quantization unit for each element.

The information embedding unit,
An absolute value calculation unit that calculates an absolute value of each element of the specific transform coefficient sequence selected from the data output by the decoding unit,
A first multiplier for multiplying an absolute value of each element output by the absolute value calculation unit by a first set value;
A second multiplier for multiplying an output of the first multiplier and the pseudo-random number sequence element by element;
19. The digital information embedding device according to claim 18, further comprising a subtractor for subtracting an output of the second multiplier and an output of the decoding unit for each element.

A digital information embedding method for embedding unique digital information in a digital image signal,
Decomposing the digital image signal into frequency components, and calculating transform coefficients corresponding to a plurality of blocks in a predetermined pixel unit,
Mapping unique digital information to a pseudo-random number sequence;
For each of the blocks, select a specific transform coefficient sequence from the calculated transform coefficients, use the weight set for each element of the transform coefficient sequence as a weight sequence, and embed the pseudo random number sequence in the specific transform coefficient sequence. Steps and
Performing quantization on the transform coefficient after the embedding process;
Encoding the quantized transform coefficients.

A digital information embedding method for embedding unique digital information in a digital image signal,
Decomposing the digital image signal into frequency components, and calculating transform coefficients corresponding to a plurality of blocks in a predetermined pixel unit,
Performing quantization on the calculated transform coefficient;
Mapping unique digital information to a pseudo-random number sequence;
For each of the blocks, a specific transform coefficient sequence is selected from the quantized transform coefficients, and the weight set for each element of the transform coefficient sequence is used as a weight sequence, and the pseudo random number sequence is used as the specific transform coefficient sequence. Steps to embed,
Encoding the transformed coefficient after the embedding process.

By a specific device, among the conversion coefficients calculated by decomposing the digital image signal into frequency components, a digital information extraction method for extracting unique digital information embedded in a specific conversion coefficient sequence,
Inputting the compressed data to be encoded and output by the specific device, and decoding;
Dequantizing the decoded data;
The inner product of the specific transform coefficient sequence of the dequantized data and a plurality of pseudo-random number sequences including a pseudo-random number sequence embedded corresponding to the unique digital information in the specific device. Steps to ask for each,
Based on the obtained inner product value, determining a pseudo-random number sequence embedded in the data,
Generating unique digital information mapped to the determined pseudo-random number sequence.

A digital information extracting method for extracting, from a transform coefficient calculated by decomposing a digital image signal into frequency components by a specific device, unique digital information embedded in a quantized specific transform coefficient sequence. hand,
Inputting the compressed data to be encoded and output by the specific device, and decoding;
The quantized specific transform coefficient sequence of the decoded data, and a plurality of pseudo random number sequences including a pseudo random number sequence embedded in the specific device in correspondence with the unique digital information. , The inner product is obtained, and
Based on the obtained inner product value, determining a pseudo-random number sequence embedded in the data,
Generating unique digital information mapped to the determined pseudo-random number sequence.

26. The pseudo-random number sequence according to claim 25, wherein the step of determining the pseudo-random number sequence determines that the pseudo-random number sequence whose inner product value is larger than a preset threshold value is an embedded pseudo-random number sequence. Digital information extraction method.

The method according to claim 26, wherein the step of determining the pseudo-random number sequence determines that the pseudo-random number sequence whose inner product value is larger than a preset threshold value is an embedded pseudo-random number sequence. Digital information extraction method.

Among a plurality of digital information embedded in a specific transform coefficient sequence calculated by decomposing a digital image signal into frequency components by a specific device, a digital information embedding method for removing only desired digital information,
Inputting the compressed data to be encoded and output by the specific device, and decoding;
Dequantizing the decoded data;
Mapping the desired digital information to a pseudo-random number sequence;
Selecting a specific transform coefficient sequence in which the desired digital information is embedded from the dequantized data, and embedding the pseudo random number sequence in the specific transform coefficient sequence;
Performing quantization on the transform coefficient after the embedding process;
Encoding the quantized transform coefficients.

Digital information embedding method for removing only desired digital information from a plurality of digital information embedded in a specific quantized transform coefficient sequence calculated by decomposing a digital image signal into frequency components by a specific device And
Inputting the compressed data to be encoded and output by the specific device, and decoding;
Mapping the desired digital information to a pseudo-random number sequence;
Selecting a quantized specific transform coefficient sequence in which the desired digital information is embedded from the decoded data, and embedding the pseudorandom number sequence in the specific transform coefficient sequence;
Encoding the transformed coefficient after the embedding process.

A recording medium recording a program executed in a computer device,
Decomposing the digital image signal into frequency components, and calculating transform coefficients corresponding to a plurality of blocks in a predetermined pixel unit,
Mapping unique digital information to a pseudo-random number sequence;
For each of the blocks, select a specific transform coefficient sequence from the calculated transform coefficients, use the weight set for each element of the transform coefficient sequence as a weight sequence, and embed the pseudo random number sequence in the specific transform coefficient sequence. Steps and
Performing quantization on the transform coefficient after the embedding process;
Encoding the quantized transform coefficients, at least a program for executing the steps.

A recording medium recording a program executed in a computer device,
A digital image signal is embedded with specific digital information embedded in a specific transform coefficient sequence calculated by decomposing into frequency components, input encoded compressed data, and decoding,
Dequantizing the decoded data;
The inner product of the specific transform coefficient sequence of the dequantized data and a plurality of pseudo-random number sequences including a pseudo-random number sequence embedded corresponding to the unique digital information in the specific device. Steps to ask for each,
Based on the obtained inner product value, determining a pseudo-random number sequence embedded in the data,
Generating a unique digital information mapped to the determined pseudo-random number sequence, at least a program for executing the same.

A recording medium recording a program executed in a computer device,
A plurality of digital information embedded in a specific transform coefficient sequence calculated by decomposing a digital image signal into frequency components, input encoded compressed data, decoding,
Dequantizing the decoded data;
Mapping the desired digital information to a pseudo-random number sequence;
Selecting a specific transform coefficient sequence in which the desired digital information is embedded from the dequantized data, and embedding the pseudo random number sequence in the specific transform coefficient sequence;
Performing quantization on the transform coefficient after the embedding process;
Encoding the quantized transform coefficients, at least a program for executing the steps.