JP3662398B2 - 電子透かし重畳装置及び電子透かし検出装置 - Google Patents
電子透かし重畳装置及び電子透かし検出装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像データ中にこの映像データとは異なる情報を担う電子透かしを重畳する電子透かし重畳装置、及びこの電子透かしが重畳された映像データから、かかる電子透かしの検出を行う電子透かし検出装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
現在、情報データの書き込みが可能な光学式記録媒体として、ＤＶＤ−Ｒ、又はＤＶＤ−ＲＡＭが実用化されつつあるが、これらＤＶＤ−ＲＡＭ又はＤＶＤ−Ｒを実用化するにあたり、映像ソフト等の違法コピーを防止する為の策を施す必要がある。
【０００３】
そこで、著作権情報やコピーガードを示す情報を視覚的に目立ちにくい電子透かし（以下、ウォーターマークと称する）と呼ばれるノイズ状の画像パターンにて表し、このウォーターマークを映像データに重畳したものを伝送、又は記録媒体に記録するようにした技術が着目されている。
しかしながら、あくまでこのウォーターマークは、映像データに対してはノイズに過ぎないので、かかるウォーターマークが埋め込まれている映像データにて画像表示を行うと画質劣化が生じてしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、映像表示時における画質劣化を抑えつつも所望の情報を担う電子透かしを映像データ中に重畳することが出来る電子透かし重畳装置及びその検出装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による電子透かし重畳装置は、情報データを電子透かしとして映像データ中に重畳する電子透かし重畳装置であって、前記映像データを所定の複数の画素からなる画素ブロック毎に２次元ＤＣＴ変換することにより周波数成分毎の複数のＤＣＴ係数を生成するＤＣＴ回路と、前記ＤＣＴ係数各々の内の少なくとも１のＤＣＴ係数の値を、前記情報データによって示される値に対応付けされた量子化規則に基づいて量子化して主量子化ＤＣＴ係数を得る主量子化手段と、前記量子化規則による量子化幅よりも小なる量子化幅にて前記１のＤＣＴ係数の値を量子化して副量子化ＤＣＴ係数を得る副量子化手段と、前記主量子化ＤＣＴ係数による量子化誤差が所定値よりも小である場合には前記主量子化ＤＣＴ係数及び前記副量子化ＤＣＴ係数の内の前記主量子化ＤＣＴ係数を選択してこれを選択量子化ＤＣＴ係数とする一方、前記量子化誤差が前記所定値よりも大である場合には前記副量子化ＤＣＴ係数を選択してこれを前記選択量子化ＤＣＴ係数とするセレクタと、前記ＤＣＴ係数各々の内の少なくとも１のＤＣＴ係数の値を前記選択量子化ＤＣＴ係数に置換したものを２次元逆ＤＣＴ変換することにより前記映像データ中に前記情報データに対応した電子透かしを重畳した電子透かし重畳映像データを得る逆ＤＣＴ回路と、を有する。
【０００６】
又、本発明の第１の特徴による電子透かし検出装置は、情報データに対応した電子透かしが重畳されている映像データ中から前記電子透かしの検出を行う電子透かし検出装置であって、前記映像データを所定の複数の画素からなる画素ブロック毎に２次元ＤＣＴ変換することにより周波数成分毎の複数のＤＣＴ係数を生成するＤＣＴ回路と、前記ＤＣＴ係数の内の少なくとも１のＤＣＴ係数の値と、該ＤＣＴ係数を前記情報データによって示される値に対応付けされた量子化規則に基づいて量子化した量子化ＤＣＴ係数の値との差分の絶対値を量子化誤差として求める手段と、前記量子化誤差の値が０近傍の値になった回数と前記画素ブロックの総数との比率を求める統計処理手段と、前記比率が所定比率よりも大である場合に前記映像データ中に前記電子透かしが重畳されていると判定する電子透かし判定手段とを有する。
【０００７】
又、本発明の第２の特徴による電子透かし検出装置は、第１情報データに対応した電子透かし又は第２情報データに対応した電子透かしが重畳されている映像データ中から前記電子透かしの検出を行う電子透かし検出装置であって、前記映像データを所定の複数の画素からなる画素ブロック毎に２次元ＤＣＴ変換することにより周波数成分毎の複数のＤＣＴ係数を生成するＤＣＴ回路と、前記ＤＣＴ係数の内の少なくとも１のＤＣＴ係数の値と、該ＤＣＴ係数を前記第１情報データと対応付けされている量子化規則に基づいて量子化した量子化ＤＣＴ係数の値との差分の絶対値を量子化誤差として求める手段と、前記量子化誤差が所定の下限値よりも小となる回数を下限回数として計数すると共に前記量子化誤差が前記下限値よりも大なる値を有する所定の上限値よりも大となる回数を上限回数として計数し、前記上限回数と前記下限回数との合計回数に対する前記下限回数の比率を求める統計処理手段と、前記比率が所定比率以上である場合には、前記映像データ中には前記第１情報データに対応した電子透かしが重畳されていると判定する一方、前記比率が（１−前記所定比率）以下の値である場合には前記映像データ中には前記第２情報データに対応した電子透かしが重畳されていると判定する電子透かし判定手段とを有する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、記録媒体に記録すべき原映像データ中に、コピー防止等の情報を担うウォーターマークを重畳するウォーターマーク重畳装置の構成を示す図である。図１において、ブロック化回路１２は、上述した如き原映像データとして入力された入力映像データを８ｘ８画素データ毎の画素データブロックに分割し、これをＤＣＴ（discrete cosine transform）回路１３及び後述する第3セレクタ１４に供給する。ＤＣＴ回路５２は、かかる８ｘ８画素データ毎の画素データブロックに対して２次元ＤＣＴ演算を施すことにより６４系統の周波数成分各々に対応したＤＣＴ係数ＤＣ1〜ＤＣ64に変換し、これらをＤＣＴ係数選択回路１５、ＤＣＴ係数総和回路１６及び後述するＤＣＴ係数置換回路１８に夫々供給する。乱数発生器１７は、かかる８ｘ８の画素データからなる画素データブロック毎に"1"〜"64"なる範囲内にて乱数ｒを発生し、これを上記ＤＣＴ係数選択回路１５及び後述するＤＣＴ係数置換回路１８に供給する。
【０００９】
ＤＣＴ係数選択回路１５は、上記ＤＣＴ係数ＤＣ1〜ＤＣ64の内から、上記乱数ｒによって示される次数のＤＣＴ係数ＤＣrを少なくとも１つだけ選択し、これを第１量子化器１９、第２量子化器２０、及び第３量子化器２１、及び減算器２２の各々に供給する。
第１量子化器１９は、上記ＤＣＴ係数ＤＣrを図２（ａ）に示されるが如き量子化規則に従って量子化して得られた第１量子化ＤＣＴ係数ＤＲ1を第1セレクタ２３に供給する。すなわち、第１量子化器１９は、{ｋ・ｎ}以上でありかつ{(ｋ＋１)・ｎ}未満の範囲内にあるＤＣＴ係数ＤＣrの値を(ｋ＋1/2)・ｎなる値を有する第１量子化ＤＣＴ係数ＤＲ1に置換するのである。
【００１０】
第２量子化器２０は、上記ＤＣＴ係数ＤＣrを図２（ｂ）に示される量子化規則に従って量子化して得られた第２量子化ＤＣＴ係数ＤＲ2を第1セレクタ２３に供給する。すなわち、第２量子化器２０は、{(ｋ＋1/2)・ｎ}以上でありかつ{(ｋ＋3/2)・ｎ｝未満の範囲内にある上記ＤＣＴ係数ＤＣrの値を(ｋ＋1)・ｎなる値を有する第２量子化ＤＣＴ係数ＤＲ2に置換するのである。
【００１１】
第３量子化器１８は、上記ＤＣＴ係数ＤＣrを図２（ｃ）に示される量子化規則に従って量子化して得られた第３量子化ＤＣＴ係数ＤＲ3を第２セレクタ２４に供給する。すなわち、第３量子化器１８は、{(1/2)・k・ｎ}以上でありかつ{(1/2)(k＋1)・ｎ}未満の範囲内にある上記ＤＣＴ係数ＤＣrの値を(1/2)(ｋ＋1/2)・ｎなる値を有する第３量子化ＤＣＴ係数ＤＲ3に置換するのである。
【００１２】
尚、これら第１〜第３量子化器各々での上記ｎは量子化パラメータ、上記ｋは整数を表す。
第１セレクタ２３は、上記第１量子化ＤＣＴ係数ＤＲ1及び第２量子化ＤＣＴ係数ＤＲ2の内から、情報を担う２種類のウォーターマークＷＭ１又はＷＭ２のいずれかを指定すべく図示せぬコントローラから供給されてくる情報ビットに応じた方を選択し、これを選択量子化ＤＣＴ係数ＤＳとして減算器２２及び第２セレクタ２４各々に供給する。例えば、第１セレクタ２３は、かかる情報ビットの論理レベルが"０"である場合には、第２量子化器２０から供給された第２量子化ＤＣＴ係数ＤＲ2を選択し、これを上記選択量子化ＤＣＴ係数ＤＳとして減算器２２及び第２セレクタ２４各々に供給する。一方、上記情報ビットの論理レベルが"１"である場合には、第１量子化器１９から供給された第１量子化ＤＣＴ係数ＤＲ1の方を選択し、これを上記選択量子化ＤＣＴ係数ＤＳとして減算器２２及び第２セレクタ２４各々に供給するのである。
【００１３】
減算器２２は、かかる選択量子化ＤＣＴ係数ＤＳと、上記ＤＣＴ係数ＤＣrとの差分を求めこれを量子化雑音値として絶対値化回路２５に供給する。絶対値化回路２５は、かかる量子化雑音値の絶対値を第１比較器２６に供給する。第１比較器２６は、かかる量子化雑音値の絶対値が、所定の画像品質を示す画質パラメータよりも高い場合には論理レベル"1"、低い場合には論理レベル"0"を有する第１選択信号ＳＥ１を第２セレクタ２４に供給する。
【００１４】
第２セレクタ２４は、上記選択量子化ＤＣＴ係数ＤＳ及び第３量子化ＤＣＴ係数ＤＲ3の内から、上記第１選択信号ＳＥ１の論理レベルに応じた方を選択しこれをＤＣＴ係数置換回路１８に供給する。例えば、第２セレクタ２４は、かかる第１選択信号ＳＥ１の論理レベルが"０"である場合には、上記第１セレクタ２３から供給された上記選択量子化ＤＣＴ係数ＤＳを選択し、これをＤＣＴ係数置換回路１８に供給する。一方、第１選択信号ＳＥ１の論理レベルが"１"である場合には、上記第３量子化器２１から供給された上記第３量子化ＤＣＴ係数ＤＲ3の方を選択し、これをＤＣＴ係数置換回路１８に供給するのである。
【００１５】
ＤＣＴ係数置換回路１８は、上記ＤＣＴ回路１３から供給された６４個のＤＣＴ係数ＤＣ1〜ＤＣ64の内、上記乱数ｒによって示される次数のＤＣＴ係数を、上記第２セレクタ２４から供給されたＤＣＴ係数（選択量子化ＤＣＴ係数ＤＳ、又は第３量子化ＤＣＴ係数ＤＲ3）に置換した６４個のＤＣＴ係数を逆ＤＣＴ回路２７に供給する。
【００１６】
逆ＤＣＴ回路２７は、かかるＤＣＴ係数置換回路１８から供給された６４個のＤＣＴ係数に対して８ｘ８の２次元逆ＤＣＴ演算を施すことにより、８ｘ８画素毎の画素データブロック毎にブロック化された映像データを求め、これを第３セレクタ１４に供給する。この際、かかる逆ＤＣＴ回路２７にて求められた映像データは、ウォーターマークが重畳された電子透かし重畳映像データである。
【００１７】
ＤＣＴ係数総和回路１６は、上記ＤＣＴ回路１３から供給されたＤＣＴ係数ＤＣ1〜ＤＣ64各々を加算してＤＣＴ係数の総和を求めこれを第２比較器２８に供給する。第２比較器２８は、かかるＤＣＴ係数の総和が、所定の映像平坦度を表す平坦度パラメータＰHよりも大である場合には論理レベル"1"、一方、小である場合には論理レベル"0"の選択信号ＳＥ２を第３セレクタ１４に供給する。
【００１８】
第３セレクタ１４は、上記ブロック化回路１２にて８ｘ８画素毎の画素データブロックにブロック化された入力映像データと、上記逆ＤＣＴ回路２７によって得られたウォーターマークの重畳された映像データの内から、上記第２選択信号ＳＥ２の論理レベルに応じた方を選択しこれを映像データ合成器２９に供給する。例えば、第３セレクタ１４は、かかる第２選択信号ＳＥ２の論理レベルが"０"である場合には、上記ブロック化回路１２から供給されたウォーターマークの重畳されていない映像データを選択してこれを映像データ合成器２９に供給する。一方、第３セレクタ１４は、かかる第２選択信号ＳＥ２の論理レベルが"１"である場合には、上記逆ＤＣＴ回路２７から供給されたウォーターマークの重畳されている映像データを選択してこれを映像データ合成器２９に供給するのである。
【００１９】
映像データ合成器２９は、かかる第３セレクタ１４から供給された映像データ、すなわち、８ｘ８画素毎の画素データブロックにブロック化されている映像データ各々を、画面の表示ラインに対応した位置に夫々並べ替えて通常の映像データフォーマットに復元して出力する。この出力映像データは、例えば、所定のデータ圧縮符号化及び変調を施されてから記録媒体に記録される。
【００２０】
以下に、かかる図１に示されるウォーターマーク重畳装置の動作について説明する。
先ず、ＤＣＴ回路１３は、８ｘ８画素毎の画素データブロック単位にて、映像データをその周波数成分に対応した６４個のＤＣＴ係数ＤＣ1〜ＤＣ64に変換する。ＤＣＴ係数選択回路１５は、これら６４系統のＤＣＴ係数の内から少なくとも１つをランダムに選択する。第１量子化器１９、及び第２量子化器２０各々は、この選択されたＤＣＴ係数を図２（ａ）及び図２（ｂ）の如き夫々異なる量子化規則に従って量子化することにより、かかるＤＣＴ係数を他の値に置換する。
【００２１】
すなわち、第１量子化器１９にて量子化された第１量子化ＤＣＴ係数ＤＲ1は、図２（ａ）に示されるような、
【００２２】
【数１】
｛0.5n、1.5n、2.5ｎ、3.5n、・・・、(k-1/2)n｝
ｋ：整数
ｎ：量子化パラメータ
のいずれかの値に置換される。
【００２３】
一方、第２量子化器２０にて量子化された第２量子化ＤＣＴ係数ＤＲ2は、図２（ｂ）に示されるような、
【００２４】
【数２】
｛1n、2n、3ｎ、4n、・・・、kn｝
ｋ：整数
ｎ：量子化パラメータ
のいずれかの値に置換される。
【００２５】
この際、上述の如き量子化の違いにより、情報を担う２種類のウォーターマークＷＭ１及びＷＭ２を得ることが出来るのである。第１セレクタ２３は、これら２種類のウォーターマークＷＭ１及びＷＭ２の内から、情報ビットに対応したウォーターマークを得るべく、上記第１量子化ＤＣＴ係数ＤＲ1及び第２量子化ＤＣＴ係数ＤＲ2のいずれか一方を選択する。かかる第１セレクタ２３によって選択された量子化ＤＣＴ係数は、ＤＣＴ係数置換回路１８により６４個のＤＣＴ係数ＤＣ1〜ＤＣ64の内の対応する１つのＤＣＴ係数と置換される。
【００２６】
このように、先ず、６４個のＤＣＴ係数ＤＣ1〜ＤＣ64の内の少なくとも１つを、図２（ａ）又は図２（ｂ）に示されるが如き量子化規則に従って量子化することにより他の値に置換する。次に、これら６４個のＤＣＴ係数の内の少なくとも１つが他の値に置換されたものを、逆ＤＣＴ回路２７による２次元逆ＤＣＴ演算することにより、元の映像データに対してノイズ（視覚上目立たない程度の）成分が重畳した映像データを得る。このノイズ成分が前述した如きウォーターマークである。この際、第１量子化ＤＣＴ係数ＤＲ1を用いることにより映像データ中に重畳されたノイズ成分がウォーターマークＷＭ１であり、第２量子化ＤＣＴ係数ＤＲ2を用いることにより映像データ中に重畳されたノイズ成分がウォーターマークＷＭ２となる。
【００２７】
かかるウォーターマークＷＭ１又はＷＭ２が重畳された映像データは、第３セレクタ１４、及び映像データ合成回路２９を介して出力される。
ただし、図１における減算器２２、絶対値化回路２５、及び第１比較器２６なる構成により、上記ウォーターマークＷＭ１又はＷＭ２の重畳された映像データが所定の画質パラメータ以下にその映像品質が落ちる可能性があると判定された場合には、以下の処理を行う。
【００２８】
すなわち、この際、第２セレクタ２４は、上記選択量子化ＤＣＴ係数ＤＳに代わり、第３量子化器２１によって量子化された第３量子化ＤＣＴ係数ＤＲ3を上記ＤＣＴ係数置換回路１８に供給するのである。ここで、図２（ｃ）に示されるが如き第３量子化器２１による量子化規則によると、第３量子化ＤＣＴ係数ＤＲ3は、
【００２９】
【数３】
｛0.25n、0.75n、1.25n、1.75n、・・・、(1/2k-1/4)n｝
ｋ：整数
ｎ：量子化パラメータ
のいずれかに置換される。
【００３０】
つまり、第３量子化ＤＣＴ係数ＤＲ3は、上記第１量子化ＤＣＴ係数ＤＲ1及び第２量子化ＤＣＴ係数ＤＲ2の中間の値を取るのである。この際、かかる第３量子化ＤＣＴ係数ＤＲ3を用いた際に得られるノイズ成分は、上記ウォータマークＷＭ１及びＷＭ２の如く情報としての意味をもつものではないが、このノイズ成分が重畳された映像データは、所定の映像品質を保ち得るものと言える。
【００３１】
すなわち、上記第１量子化ＤＣＴ係数ＤＲ1又は第２量子化ＤＣＴ係数ＤＲ2を用いてウォーターマーク重畳を行ってしまうと、その映像品質が所定の画質以下に劣化すると判定された場合には、これら第１量子化ＤＣＴ係数ＤＲ1又は第２量子化ＤＣＴ係数ＤＲ2に代わり、所定の映像品質を保ち得る上記第３量子化ＤＣＴ係数ＤＲ3を用いる構成としたのである。
【００３２】
尚、かかる第３量子化ＤＣＴ係数ＤＲ3は、後述するウォーターマーク検出時において、その検出対象とはならない不感帯領域に属するものである。
このように、ウォーターマークの重畳された映像データは、上述したように８ｘ８画素毎にブロック化されているので、これを第３セレクタ１４を介して映像データ合成回路２９に供給し、かかる映像データ合成回路２９にてこのブロック化を解除して出力するのである。
【００３３】
しかしながら、この際、ＤＣＴ係数総和回路１６及び第２比較器２８なる構成により、入力された映像データの映像パターンが比較的平坦であると判定された場合には、上記第３セレクタ１４は、この２次元逆ＤＣＴ演算によって求めたウォーターマークの重畳された映像データに代わり、入力された映像データをそのまま出力する。
【００３４】
すなわち、平坦な映像パターン中にウォーターマークを重畳してしまうと、上述した如きノイズとしてのウォーターマークが視覚上において目立ってしまうので、映像データ中の平坦な映像パターンに対応した部分にはウォーターマークを重畳しない構成としたのである。
かかるウォーターマークの重畳方法によれば、映像表示時における画質劣化を極力抑えることが可能となるのである。
【００３５】
次に、上記図１に示される装置によってウォーターマークの重畳された映像データから、かかるウォーターマークの検出を行うウォーターマーク検出装置について説明する。
図３は、かかるウォーターマーク検出装置の構成を示す図である。
図３において、ブロック化回路５１は、上記図１に示されるウォーターマーク重畳装置によって生成された入力映像データを８ｘ８画素データ毎の画素データブロックに分割し、これをＤＣＴ（discrete cosine transform）回路５２に供給する。ＤＣＴ回路５２は、かかる８ｘ８画素データ毎の画素データブロックに対して２次元ＤＣＴ演算を施すことにより周波数成分各々に対応したＤＣＴ係数ＤＣ1〜ＤＣ64を求め、これらをＤＣＴ係数選択回路５３に供給する。乱数発生器５４は、かかる８ｘ８の画素データからなる１画素データブロック毎に"1"〜"64"なる範囲内にて乱数ｒを発生し、これを上記ＤＣＴ係数選択回路５３に供給する。尚、かかる乱数発生器５４は、図１に示されるウォーターマーク重畳装置における乱数発生器１７と同一の乱数発生アルゴリズムにて上記乱数ｒを発生するものである。
【００３６】
ＤＣＴ係数選択回路５３は、上記ＤＣＴ係数ＤＣ1〜ＤＣ64の内から、上記乱数ｒによって示される次数のＤＣＴ係数ＤＣrを少なくとも１つだけ選択し、これを量子化器５５及び減算器５６の各々に供給する。量子化器５５は、上記ＤＣＴ係数ＤＣrを図２（ａ）に示されるが如き量子化規則に従って量子化し、この際得られた量子化ＤＣＴ係数ＤＲを減算器５６に供給する。すなわち、量子化器５５は、{ｋ・ｎ}以上でありかつ{(ｋ＋１)・ｎ}未満の範囲内にあるＤＣＴ係数ＤＣrの値を(ｋ＋1/2)・ｎなる値を有する量子化ＤＣＴ係数ＤＲに量子化し、これを減算器５６に供給するのである。尚、上記ｎは量子化パラメータ、上記ｋは整数を表す。
【００３７】
減算器５６は、かかる量子化ＤＣＴ係数ＤＲと、上記ＤＣＴ係数ＤＣrとの差分により量子化雑音値を求め、これを絶対値化回路５７に供給する。絶対値化回路５７は、かかる量子化雑音値の絶対値を第３比較器５８に供給する。
第３比較器５８は、かかる量子化雑音値の絶対値が不感帯幅パラメータｈによって示される領域の下限値よりも小なる場合には、映像データ中に重畳されているウォーターマークが上記ウォーターマークＷＭ１であると暫定的に判別し、この際、１カウントアップ信号Ｕ１を第１カウンタ５９に供給する。又、第３比較器５８は、かかる量子化雑音値の絶対値が不感帯幅パラメータｈによって示される領域の上限値よりも大なる場合には、映像データ中に重畳されているウォーターマークが上記ウォーターマークＷＭ２であると暫定的に判別し、この際、１カウントアップ信号Ｕ２を第２カウンタ６０に供給する。
【００３８】
図４は、かかる量子化雑音の絶対値、及びその不感帯領域と、上記１カウントアップ信号Ｕ１及びＵ２との対応関係の一例を示す図である。
かかる図４に示されるように、不感帯領域の上限値及び下限値は夫々、
【００３９】
【数４】
上限値＝｛(n/4)+(h/2)}
下限値＝｛(n/4)-(h/2)}
ｎ：量子化パラメータ
ｈ：不感帯幅パラメータ
となる。
【００４０】
第１カウンタ５９は、上記１カウントアップ信号Ｕ１が供給される度にそのカウント値を１カウントアップさせ、かかるカウント値をカウント値Ｃ１として加算器６１及び比率計算回路６２に夫々供給する。又、かかる第１カウンタ５９は、後述する第４比較器６３からリセット信号ＲＳが供給された場合には、そのカウント値Ｃ１をリセットして"０"に戻す。
【００４１】
第２カウンタ６０は、上記第３比較器５８から１カウントアップ信号Ｕ２が供給される度にそのカウント値を１カウントアップさせ、かかるカウント値をカウント値Ｃ２として加算器６１に供給する。又、かかる第１カウンタ５９は、後述する第４比較器６３からリセット信号ＲＳが供給された場合には、そのカウント値Ｃ２をリセットして"０"に戻す。
【００４２】
加算器６１は、上記カウント値Ｃ１及びＣ２各々を加算した加算結果、すなわち（Ｃ１＋Ｃ２）を第４比較器６３及び比率計算回路６２の各々に供給する。
第４比較器６３は、かかる加算結果（Ｃ１＋Ｃ２）が所定の判定個数パラメータｆと等しくなった時に上記リセット信号ＲＳを発生し、これを上記第１カウンタ５９、第２カウンタ６０、及び比率計算回路６２の各々に供給する。
【００４３】
比率計算回路６２は、上記リセット信号ＲＳに応じて上記カウント値Ｃ１と、かかるカウント値Ｃ１及びＣ２の加算結果（Ｃ１＋Ｃ２）との比率Ｈを以下の如く求め、これをＷＭ（ウォーターマーク）判定回路６４に供給する。
【００４４】
【数５】
比率Ｈ＝Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）
ＷＭ判定回路６４は、上記比率Ｈが所定の判定比率パラメータｘ以上の値である場合には、映像データ中にウォーターマークが重畳していることを示す論理レベル"1"のＷＭ検出フラグを出力する。更に、この際、かかる映像データに重畳しているウォーターマークが上記ウォーターマークＷＭ１であることを示す論理レベル"0"の情報ビットを出力する。又、ＷＭ判定回路６４は、上記比率Ｈが、（１−判定比率パラメータｘ）以下の値である場合には、映像データ中にウォーターマークが重畳していることを示す論理レベル"1"のＷＭ検出フラグを出力すると共に、かかる映像データに重畳しているウォーターマークがウォーターマークＷＭ２であることを示す論理レベル"１"の情報ビットを出力する。例えば、これらウォーターマークをコピー防止に用いる際には、ウォーターマークＷＭ１を"コピー禁止"、ウォーターマークＷＭ２は"コピー自由"を示すように規定しておくのである。
【００４５】
又、ＷＭ判定回路６４は、上記比率Ｈが、上述の如き条件のいずれにも該当しない場合には、映像データ中にウォーターマークが重畳していないことを示す論理レベル"0"のＷＭ検出フラグを出力する。
以下に、上記図３に示されるウォーターマーク検出装置の動作による作用について説明する。
【００４６】
先ず、図３におけるブロック化回路５１、ＤＣＴ回路５２、ＤＣＴ係数選択回路５３及び乱数発生器５４なる構成により、８ｘ８画素毎にブロック化された入力映像データに対してＤＣＴ演算を施し、この際得られた６４個のＤＣＴ係数ＤＣ1〜ＤＣ64の中からランダムに少なくとも１つのＤＣＴ係数ＤＣrを選択する。尚、上述したように、かかる乱数発生器５４の乱数発生アルゴリズムは、図１に示されるウォーターマーク重畳装置における乱数発生器１７と同一である。従って、上記ＤＣＴ係数選択回路５３によって選択されたＤＣＴ係数ＤＣrは、かかるウォーターマーク重畳装置における第１量子化器１９〜第３量子化器２０のいずれかによって量子化された量子化ＤＣＴ係数なのである。
【００４７】
次に、量子化器５５、減算器５６及び絶対値化回路５７なる構成は、かかるＤＣＴ係数ＤＣrを図２（ａ）に示されるが如き量子化規則に従って量子化し、この量子化によって生じた量子化誤差の絶対値を求める。この際、ＤＣＴ係数ＤＣrが第１量子化器１９によって量子化された量子化ＤＣＴ係数、すなわち、図２（ａ）に示されるが如き量子化規則に従って量子化されたものであるならば、かかる量子化ＤＣＴ係数によって求められる上記量子化誤差の絶対値は"０"近傍の値となる。又、上記ＤＣＴ係数ＤＣrが第２量子化器２０によって量子化された量子化ＤＣＴ係数、すなわち、図２（ｂ）に示される量子化規則に従って量子化されたものであるならば、上記量子化誤差の絶対値は"n/2"近傍の値となる。又、上記ＤＣＴ係数ＤＣrが第３量子化器２１によって量子化された量子化ＤＣＴ係数、すなわち、図２（ｃ）に示される量子化規則に従って量子化されたものであるならば、上記量子化誤差の絶対値は"n/4"近傍の値となるのである。
【００４８】
第３比較器５８は、かかる量子化誤差の絶対値が、上述した如き"０"及び"n/2"のどちらにより近い値であるのかを比較判定することにより、映像データ中に重畳されているウォーターマークの種別、すなわち、ウォーターマークＷＭ１であるのか、又はＷＭ２であるのかを暫定的に判断する。かかる比較判定を行うべく、第３比較器５８は、図４に示されるが如き不感帯領域の上限値及び下限値をその判定基準となるスレッショルドとして用いている。これは、量子化誤差の絶対値が、"０"及び"n/2"の中間値である"n/4"の近傍、つまり"０"及び"n/2"の双方から離れた値となっている場合には、これを"０"及び"n/2"のどちらかに判定するにはそのデータとしての信頼性が低いと考えられるからである。つまり、上記量子化誤差の絶対値に基づいてウォーターマークの暫定的な種別判別を行うにあたり、この量子化誤差の絶対値が上記不感帯領域内にある場合には、これを判定対象外としているのである。従って、上記ＤＣＴ係数ＤＣrが、図１における第３量子化器２１にて量子化されたものである場合にも判定対象外となるのである。
【００４９】
かかる処置によれば、信頼性の高いデータのみでウォーターマークの判定が為されるようになるので、ウォーターマークの検出精度を高めることが出来るのである。
このように、上述した如き構成によれば、映像データ中の８ｘ８画素データブロック毎に重畳されているウォーターマークがウォーターマークＷＭ１であるのか、あるいはウォーターマークＷＭ２であるのかを暫定的に判別することが出来る。
【００５０】
しかしながら、前述したように図１に示されるウォーターマーク重畳装置においては、映像データの全ての区間にウォーターマークを重畳するものではない。従って、このウォーターマークが重畳されていない区間中に得られる上記ウォーターマークの暫定的な判別結果は、誤ったものとなる。
そこで、図３に示されるウォーターマークの検出装置においては、第１カウンタ５９、第２カウンタ６０、加算器６１、第４比較器６３、比率計算回路６２及びＷＭ判定回路６４なる構成によって、ウォーターマークＷＭ１であると暫定判別したブロックの累算数（カウント値Ｃ１）と、ウォーターマークＷＭ２であると暫定判別したブロックの累算数（カウント値Ｃ２）とを用いた統計処理を行って、最終的なウォーターマーク判別を行うようにしたのである。
【００５１】
すなわち、先ず、
【００５２】
【数６】
比率Ｈ＝Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）
なる計算により、ウォーターマークＷＭ１であると暫定判別したブロックの累算数（カウント値Ｃ１）と、ウォーターマークＷＭ２であると暫定判別したブロックの累算数（カウント値Ｃ２）との総和（Ｃ１＋Ｃ２）、すなわち全ブロック数に対するウォーターマークＷＭ１であると暫定判別したブロックの累算数（カウント値Ｃ１）の比率Ｈを求める。
【００５３】
この際、かかる比率Ｈが所定の判定比率パラメータｘ以上の値である場合には、映像データ中にはウォーターマークＷＭ１が重畳しており、又、この比率Ｈが（１−判定比率パラメータｘ）以下の値である場合には、ウォーターマークＷＭ２が重畳していると判定できるのである。
更に、上記比率Ｈが、所定の判定比率パラメータｘよりも小であり、かつ（１−判定比率パラメータｘ）よりも大なる場合には、映像データ中にはウォーターマークが重畳されていないと判定できるのである。
【００５４】
よって、上記図３に示されるウォーターマーク検出装置によれば、映像データ中におけるウォーターマークの重畳区間が既知でなくとも、かかる映像データ中からこのウォーターマークの存在区間を検出し、更に、その種別を明らかにすることが可能となるのである。
尚、上記図１に示されるウォーターマーク重畳装置、及び図３に示されるウォーターマーク検出装置では、そのウォーターマークを重畳するデータ対象を映像データとしているが、音声データであっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるウォーターマーク重畳装置の構成を示す図である。
【図２】 第１量子化器１９、第２量子化器２０、及び第３量子化器２１各々における量子化規則を示す図である。
【図３】本発明によるウォーターマーク検出装置の構成記を示す図である。
【図４】量子化雑音の絶対値及びその不感帯領域と、１カウントアップ信号Ｕ１及びＵ２との対応関係示す図である。
【符号の簡単な説明】
１３ ＤＣＴ回路
１４ 第３セレクタ
１５ ＤＣＴ係数選択回路
１６ ＤＣＴ係数総和回路
１７ 乱数発生器
１８ ＤＣＴ係数置換回路
１９ 第１量子化器
２０ 第２量子化器
２１ 第３量子化器
２２ 減算器
２３ 第１セレクタ
２４ 第２セレクタ
２５ 絶対値化回路
２６ 第１比較器
２７ 逆ＤＣＴ回路
２８ 第２比較器
５８ 第３比較器
５９ 第１カウンタ
６０ 第２カウンタ
６１ 加算器
６２ 比率計算回路
６３ 第４比較器
６４ ＷＭ判定回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像データ中にこの映像データとは異なる情報を担う電子透かしを重畳する電子透かし重畳装置、及びこの電子透かしが重畳された映像データから、かかる電子透かしの検出を行う電子透かし検出装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
現在、情報データの書き込みが可能な光学式記録媒体として、ＤＶＤ−Ｒ、又はＤＶＤ−ＲＡＭが実用化されつつあるが、これらＤＶＤ−ＲＡＭ又はＤＶＤ−Ｒを実用化するにあたり、映像ソフト等の違法コピーを防止する為の策を施す必要がある。
【０００３】
そこで、著作権情報やコピーガードを示す情報を視覚的に目立ちにくい電子透かし（以下、ウォーターマークと称する）と呼ばれるノイズ状の画像パターンにて表し、このウォーターマークを映像データに重畳したものを伝送、又は記録媒体に記録するようにした技術が着目されている。
しかしながら、あくまでこのウォーターマークは、映像データに対してはノイズに過ぎないので、かかるウォーターマークが埋め込まれている映像データにて画像表示を行うと画質劣化が生じてしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、映像表示時における画質劣化を抑えつつも所望の情報を担う電子透かしを映像データ中に重畳することが出来る電子透かし重畳装置及びその検出装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による電子透かし重畳装置は、情報データを電子透かしとして映像データ中に重畳する電子透かし重畳装置であって、前記映像データを所定の複数の画素からなる画素ブロック毎に２次元ＤＣＴ変換することにより周波数成分毎の複数のＤＣＴ係数を生成するＤＣＴ回路と、前記ＤＣＴ係数各々の内の少なくとも１のＤＣＴ係数の値を、前記情報データによって示される値に対応付けされた量子化規則に基づいて量子化して主量子化ＤＣＴ係数を得る主量子化手段と、前記量子化規則による量子化幅よりも小なる量子化幅にて前記１のＤＣＴ係数の値を量子化して副量子化ＤＣＴ係数を得る副量子化手段と、前記主量子化ＤＣＴ係数による量子化誤差が所定値よりも小である場合には前記主量子化ＤＣＴ係数及び前記副量子化ＤＣＴ係数の内の前記主量子化ＤＣＴ係数を選択してこれを選択量子化ＤＣＴ係数とする一方、前記量子化誤差が前記所定値よりも大である場合には前記副量子化ＤＣＴ係数を選択してこれを前記選択量子化ＤＣＴ係数とするセレクタと、前記ＤＣＴ係数各々の内の少なくとも１のＤＣＴ係数の値を前記選択量子化ＤＣＴ係数に置換したものを２次元逆ＤＣＴ変換することにより前記映像データ中に前記情報データに対応した電子透かしを重畳した電子透かし重畳映像データを得る逆ＤＣＴ回路と、を有する。
【０００６】
又、本発明の第１の特徴による電子透かし検出装置は、情報データに対応した電子透かしが重畳されている映像データ中から前記電子透かしの検出を行う電子透かし検出装置であって、前記映像データを所定の複数の画素からなる画素ブロック毎に２次元ＤＣＴ変換することにより周波数成分毎の複数のＤＣＴ係数を生成するＤＣＴ回路と、前記ＤＣＴ係数の内の少なくとも１のＤＣＴ係数の値と、該ＤＣＴ係数を前記情報データによって示される値に対応付けされた量子化規則に基づいて量子化した量子化ＤＣＴ係数の値との差分の絶対値を量子化誤差として求める手段と、前記量子化誤差の値が０近傍の値になった回数と前記画素ブロックの総数との比率を求める統計処理手段と、前記比率が所定比率よりも大である場合に前記映像データ中に前記電子透かしが重畳されていると判定する電子透かし判定手段とを有する。
【０００７】
又、本発明の第２の特徴による電子透かし検出装置は、第１情報データに対応した電子透かし又は第２情報データに対応した電子透かしが重畳されている映像データ中から前記電子透かしの検出を行う電子透かし検出装置であって、前記映像データを所定の複数の画素からなる画素ブロック毎に２次元ＤＣＴ変換することにより周波数成分毎の複数のＤＣＴ係数を生成するＤＣＴ回路と、前記ＤＣＴ係数の内の少なくとも１のＤＣＴ係数の値と、該ＤＣＴ係数を前記第１情報データと対応付けされている量子化規則に基づいて量子化した量子化ＤＣＴ係数の値との差分の絶対値を量子化誤差として求める手段と、前記量子化誤差が所定の下限値よりも小となる回数を下限回数として計数すると共に前記量子化誤差が前記下限値よりも大なる値を有する所定の上限値よりも大となる回数を上限回数として計数し、前記上限回数と前記下限回数との合計回数に対する前記下限回数の比率を求める統計処理手段と、前記比率が所定比率以上である場合には、前記映像データ中には前記第１情報データに対応した電子透かしが重畳されていると判定する一方、前記比率が（１−前記所定比率）以下の値である場合には前記映像データ中には前記第２情報データに対応した電子透かしが重畳されていると判定する電子透かし判定手段とを有する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、記録媒体に記録すべき原映像データ中に、コピー防止等の情報を担うウォーターマークを重畳するウォーターマーク重畳装置の構成を示す図である。図１において、ブロック化回路１２は、上述した如き原映像データとして入力された入力映像データを８ｘ８画素データ毎の画素データブロックに分割し、これをＤＣＴ（discrete cosine transform）回路１３及び後述する第3セレクタ１４に供給する。ＤＣＴ回路５２は、かかる８ｘ８画素データ毎の画素データブロックに対して２次元ＤＣＴ演算を施すことにより６４系統の周波数成分各々に対応したＤＣＴ係数ＤＣ1〜ＤＣ64に変換し、これらをＤＣＴ係数選択回路１５、ＤＣＴ係数総和回路１６及び後述するＤＣＴ係数置換回路１８に夫々供給する。乱数発生器１７は、かかる８ｘ８の画素データからなる画素データブロック毎に"1"〜"64"なる範囲内にて乱数ｒを発生し、これを上記ＤＣＴ係数選択回路１５及び後述するＤＣＴ係数置換回路１８に供給する。
【０００９】
ＤＣＴ係数選択回路１５は、上記ＤＣＴ係数ＤＣ1〜ＤＣ64の内から、上記乱数ｒによって示される次数のＤＣＴ係数ＤＣrを少なくとも１つだけ選択し、これを第１量子化器１９、第２量子化器２０、及び第３量子化器２１、及び減算器２２の各々に供給する。
第１量子化器１９は、上記ＤＣＴ係数ＤＣrを図２（ａ）に示されるが如き量子化規則に従って量子化して得られた第１量子化ＤＣＴ係数ＤＲ1を第1セレクタ２３に供給する。すなわち、第１量子化器１９は、{ｋ・ｎ}以上でありかつ{(ｋ＋１)・ｎ}未満の範囲内にあるＤＣＴ係数ＤＣrの値を(ｋ＋1/2)・ｎなる値を有する第１量子化ＤＣＴ係数ＤＲ1に置換するのである。
【００１０】
第２量子化器２０は、上記ＤＣＴ係数ＤＣrを図２（ｂ）に示される量子化規則に従って量子化して得られた第２量子化ＤＣＴ係数ＤＲ2を第1セレクタ２３に供給する。すなわち、第２量子化器２０は、{(ｋ＋1/2)・ｎ}以上でありかつ{(ｋ＋3/2)・ｎ｝未満の範囲内にある上記ＤＣＴ係数ＤＣrの値を(ｋ＋1)・ｎなる値を有する第２量子化ＤＣＴ係数ＤＲ2に置換するのである。
【００１１】
第３量子化器１８は、上記ＤＣＴ係数ＤＣrを図２（ｃ）に示される量子化規則に従って量子化して得られた第３量子化ＤＣＴ係数ＤＲ3を第２セレクタ２４に供給する。すなわち、第３量子化器１８は、{(1/2)・k・ｎ}以上でありかつ{(1/2)(k＋1)・ｎ}未満の範囲内にある上記ＤＣＴ係数ＤＣrの値を(1/2)(ｋ＋1/2)・ｎなる値を有する第３量子化ＤＣＴ係数ＤＲ3に置換するのである。
【００１２】
尚、これら第１〜第３量子化器各々での上記ｎは量子化パラメータ、上記ｋは整数を表す。
第１セレクタ２３は、上記第１量子化ＤＣＴ係数ＤＲ1及び第２量子化ＤＣＴ係数ＤＲ2の内から、情報を担う２種類のウォーターマークＷＭ１又はＷＭ２のいずれかを指定すべく図示せぬコントローラから供給されてくる情報ビットに応じた方を選択し、これを選択量子化ＤＣＴ係数ＤＳとして減算器２２及び第２セレクタ２４各々に供給する。例えば、第１セレクタ２３は、かかる情報ビットの論理レベルが"０"である場合には、第２量子化器２０から供給された第２量子化ＤＣＴ係数ＤＲ2を選択し、これを上記選択量子化ＤＣＴ係数ＤＳとして減算器２２及び第２セレクタ２４各々に供給する。一方、上記情報ビットの論理レベルが"１"である場合には、第１量子化器１９から供給された第１量子化ＤＣＴ係数ＤＲ1の方を選択し、これを上記選択量子化ＤＣＴ係数ＤＳとして減算器２２及び第２セレクタ２４各々に供給するのである。
【００１３】
減算器２２は、かかる選択量子化ＤＣＴ係数ＤＳと、上記ＤＣＴ係数ＤＣrとの差分を求めこれを量子化雑音値として絶対値化回路２５に供給する。絶対値化回路２５は、かかる量子化雑音値の絶対値を第１比較器２６に供給する。第１比較器２６は、かかる量子化雑音値の絶対値が、所定の画像品質を示す画質パラメータよりも高い場合には論理レベル"1"、低い場合には論理レベル"0"を有する第１選択信号ＳＥ１を第２セレクタ２４に供給する。
【００１４】
第２セレクタ２４は、上記選択量子化ＤＣＴ係数ＤＳ及び第３量子化ＤＣＴ係数ＤＲ3の内から、上記第１選択信号ＳＥ１の論理レベルに応じた方を選択しこれをＤＣＴ係数置換回路１８に供給する。例えば、第２セレクタ２４は、かかる第１選択信号ＳＥ１の論理レベルが"０"である場合には、上記第１セレクタ２３から供給された上記選択量子化ＤＣＴ係数ＤＳを選択し、これをＤＣＴ係数置換回路１８に供給する。一方、第１選択信号ＳＥ１の論理レベルが"１"である場合には、上記第３量子化器２１から供給された上記第３量子化ＤＣＴ係数ＤＲ3の方を選択し、これをＤＣＴ係数置換回路１８に供給するのである。
【００１５】
ＤＣＴ係数置換回路１８は、上記ＤＣＴ回路１３から供給された６４個のＤＣＴ係数ＤＣ1〜ＤＣ64の内、上記乱数ｒによって示される次数のＤＣＴ係数を、上記第２セレクタ２４から供給されたＤＣＴ係数（選択量子化ＤＣＴ係数ＤＳ、又は第３量子化ＤＣＴ係数ＤＲ3）に置換した６４個のＤＣＴ係数を逆ＤＣＴ回路２７に供給する。
【００１６】
逆ＤＣＴ回路２７は、かかるＤＣＴ係数置換回路１８から供給された６４個のＤＣＴ係数に対して８ｘ８の２次元逆ＤＣＴ演算を施すことにより、８ｘ８画素毎の画素データブロック毎にブロック化された映像データを求め、これを第３セレクタ１４に供給する。この際、かかる逆ＤＣＴ回路２７にて求められた映像データは、ウォーターマークが重畳された電子透かし重畳映像データである。
【００１７】
ＤＣＴ係数総和回路１６は、上記ＤＣＴ回路１３から供給されたＤＣＴ係数ＤＣ1〜ＤＣ64各々を加算してＤＣＴ係数の総和を求めこれを第２比較器２８に供給する。第２比較器２８は、かかるＤＣＴ係数の総和が、所定の映像平坦度を表す平坦度パラメータＰHよりも大である場合には論理レベル"1"、一方、小である場合には論理レベル"0"の選択信号ＳＥ２を第３セレクタ１４に供給する。
【００１８】
第３セレクタ１４は、上記ブロック化回路１２にて８ｘ８画素毎の画素データブロックにブロック化された入力映像データと、上記逆ＤＣＴ回路２７によって得られたウォーターマークの重畳された映像データの内から、上記第２選択信号ＳＥ２の論理レベルに応じた方を選択しこれを映像データ合成器２９に供給する。例えば、第３セレクタ１４は、かかる第２選択信号ＳＥ２の論理レベルが"０"である場合には、上記ブロック化回路１２から供給されたウォーターマークの重畳されていない映像データを選択してこれを映像データ合成器２９に供給する。一方、第３セレクタ１４は、かかる第２選択信号ＳＥ２の論理レベルが"１"である場合には、上記逆ＤＣＴ回路２７から供給されたウォーターマークの重畳されている映像データを選択してこれを映像データ合成器２９に供給するのである。
【００１９】
映像データ合成器２９は、かかる第３セレクタ１４から供給された映像データ、すなわち、８ｘ８画素毎の画素データブロックにブロック化されている映像データ各々を、画面の表示ラインに対応した位置に夫々並べ替えて通常の映像データフォーマットに復元して出力する。この出力映像データは、例えば、所定のデータ圧縮符号化及び変調を施されてから記録媒体に記録される。
【００２０】
以下に、かかる図１に示されるウォーターマーク重畳装置の動作について説明する。
先ず、ＤＣＴ回路１３は、８ｘ８画素毎の画素データブロック単位にて、映像データをその周波数成分に対応した６４個のＤＣＴ係数ＤＣ1〜ＤＣ64に変換する。ＤＣＴ係数選択回路１５は、これら６４系統のＤＣＴ係数の内から少なくとも１つをランダムに選択する。第１量子化器１９、及び第２量子化器２０各々は、この選択されたＤＣＴ係数を図２（ａ）及び図２（ｂ）の如き夫々異なる量子化規則に従って量子化することにより、かかるＤＣＴ係数を他の値に置換する。
【００２１】
すなわち、第１量子化器１９にて量子化された第１量子化ＤＣＴ係数ＤＲ1は、図２（ａ）に示されるような、
【００２２】
【数１】
｛0.5n、1.5n、2.5ｎ、3.5n、・・・、(k-1/2)n｝
ｋ：整数
ｎ：量子化パラメータ
のいずれかの値に置換される。
【００２３】
一方、第２量子化器２０にて量子化された第２量子化ＤＣＴ係数ＤＲ2は、図２（ｂ）に示されるような、
【００２４】
【数２】
｛1n、2n、3ｎ、4n、・・・、kn｝
ｋ：整数
ｎ：量子化パラメータ
のいずれかの値に置換される。
【００２５】
この際、上述の如き量子化の違いにより、情報を担う２種類のウォーターマークＷＭ１及びＷＭ２を得ることが出来るのである。第１セレクタ２３は、これら２種類のウォーターマークＷＭ１及びＷＭ２の内から、情報ビットに対応したウォーターマークを得るべく、上記第１量子化ＤＣＴ係数ＤＲ1及び第２量子化ＤＣＴ係数ＤＲ2のいずれか一方を選択する。かかる第１セレクタ２３によって選択された量子化ＤＣＴ係数は、ＤＣＴ係数置換回路１８により６４個のＤＣＴ係数ＤＣ1〜ＤＣ64の内の対応する１つのＤＣＴ係数と置換される。
【００２６】
このように、先ず、６４個のＤＣＴ係数ＤＣ1〜ＤＣ64の内の少なくとも１つを、図２（ａ）又は図２（ｂ）に示されるが如き量子化規則に従って量子化することにより他の値に置換する。次に、これら６４個のＤＣＴ係数の内の少なくとも１つが他の値に置換されたものを、逆ＤＣＴ回路２７による２次元逆ＤＣＴ演算することにより、元の映像データに対してノイズ（視覚上目立たない程度の）成分が重畳した映像データを得る。このノイズ成分が前述した如きウォーターマークである。この際、第１量子化ＤＣＴ係数ＤＲ1を用いることにより映像データ中に重畳されたノイズ成分がウォーターマークＷＭ１であり、第２量子化ＤＣＴ係数ＤＲ2を用いることにより映像データ中に重畳されたノイズ成分がウォーターマークＷＭ２となる。
【００２７】
かかるウォーターマークＷＭ１又はＷＭ２が重畳された映像データは、第３セレクタ１４、及び映像データ合成回路２９を介して出力される。
ただし、図１における減算器２２、絶対値化回路２５、及び第１比較器２６なる構成により、上記ウォーターマークＷＭ１又はＷＭ２の重畳された映像データが所定の画質パラメータ以下にその映像品質が落ちる可能性があると判定された場合には、以下の処理を行う。
【００２８】
すなわち、この際、第２セレクタ２４は、上記選択量子化ＤＣＴ係数ＤＳに代わり、第３量子化器２１によって量子化された第３量子化ＤＣＴ係数ＤＲ3を上記ＤＣＴ係数置換回路１８に供給するのである。ここで、図２（ｃ）に示されるが如き第３量子化器２１による量子化規則によると、第３量子化ＤＣＴ係数ＤＲ3は、
【００２９】
【数３】
｛0.25n、0.75n、1.25n、1.75n、・・・、(1/2k-1/4)n｝
ｋ：整数
ｎ：量子化パラメータ
のいずれかに置換される。
【００３０】
つまり、第３量子化ＤＣＴ係数ＤＲ3は、上記第１量子化ＤＣＴ係数ＤＲ1及び第２量子化ＤＣＴ係数ＤＲ2の中間の値を取るのである。この際、かかる第３量子化ＤＣＴ係数ＤＲ3を用いた際に得られるノイズ成分は、上記ウォータマークＷＭ１及びＷＭ２の如く情報としての意味をもつものではないが、このノイズ成分が重畳された映像データは、所定の映像品質を保ち得るものと言える。
【００３１】
すなわち、上記第１量子化ＤＣＴ係数ＤＲ1又は第２量子化ＤＣＴ係数ＤＲ2を用いてウォーターマーク重畳を行ってしまうと、その映像品質が所定の画質以下に劣化すると判定された場合には、これら第１量子化ＤＣＴ係数ＤＲ1又は第２量子化ＤＣＴ係数ＤＲ2に代わり、所定の映像品質を保ち得る上記第３量子化ＤＣＴ係数ＤＲ3を用いる構成としたのである。
【００３２】
尚、かかる第３量子化ＤＣＴ係数ＤＲ3は、後述するウォーターマーク検出時において、その検出対象とはならない不感帯領域に属するものである。
このように、ウォーターマークの重畳された映像データは、上述したように８ｘ８画素毎にブロック化されているので、これを第３セレクタ１４を介して映像データ合成回路２９に供給し、かかる映像データ合成回路２９にてこのブロック化を解除して出力するのである。
【００３３】
しかしながら、この際、ＤＣＴ係数総和回路１６及び第２比較器２８なる構成により、入力された映像データの映像パターンが比較的平坦であると判定された場合には、上記第３セレクタ１４は、この２次元逆ＤＣＴ演算によって求めたウォーターマークの重畳された映像データに代わり、入力された映像データをそのまま出力する。
【００３４】
すなわち、平坦な映像パターン中にウォーターマークを重畳してしまうと、上述した如きノイズとしてのウォーターマークが視覚上において目立ってしまうので、映像データ中の平坦な映像パターンに対応した部分にはウォーターマークを重畳しない構成としたのである。
かかるウォーターマークの重畳方法によれば、映像表示時における画質劣化を極力抑えることが可能となるのである。
【００３５】
次に、上記図１に示される装置によってウォーターマークの重畳された映像データから、かかるウォーターマークの検出を行うウォーターマーク検出装置について説明する。
図３は、かかるウォーターマーク検出装置の構成を示す図である。
図３において、ブロック化回路５１は、上記図１に示されるウォーターマーク重畳装置によって生成された入力映像データを８ｘ８画素データ毎の画素データブロックに分割し、これをＤＣＴ（discrete cosine transform）回路５２に供給する。ＤＣＴ回路５２は、かかる８ｘ８画素データ毎の画素データブロックに対して２次元ＤＣＴ演算を施すことにより周波数成分各々に対応したＤＣＴ係数ＤＣ1〜ＤＣ64を求め、これらをＤＣＴ係数選択回路５３に供給する。乱数発生器５４は、かかる８ｘ８の画素データからなる１画素データブロック毎に"1"〜"64"なる範囲内にて乱数ｒを発生し、これを上記ＤＣＴ係数選択回路５３に供給する。尚、かかる乱数発生器５４は、図１に示されるウォーターマーク重畳装置における乱数発生器１７と同一の乱数発生アルゴリズムにて上記乱数ｒを発生するものである。
【００３６】
ＤＣＴ係数選択回路５３は、上記ＤＣＴ係数ＤＣ1〜ＤＣ64の内から、上記乱数ｒによって示される次数のＤＣＴ係数ＤＣrを少なくとも１つだけ選択し、これを量子化器５５及び減算器５６の各々に供給する。量子化器５５は、上記ＤＣＴ係数ＤＣrを図２（ａ）に示されるが如き量子化規則に従って量子化し、この際得られた量子化ＤＣＴ係数ＤＲを減算器５６に供給する。すなわち、量子化器５５は、{ｋ・ｎ}以上でありかつ{(ｋ＋１)・ｎ}未満の範囲内にあるＤＣＴ係数ＤＣrの値を(ｋ＋1/2)・ｎなる値を有する量子化ＤＣＴ係数ＤＲに量子化し、これを減算器５６に供給するのである。尚、上記ｎは量子化パラメータ、上記ｋは整数を表す。
【００３７】
減算器５６は、かかる量子化ＤＣＴ係数ＤＲと、上記ＤＣＴ係数ＤＣrとの差分により量子化雑音値を求め、これを絶対値化回路５７に供給する。絶対値化回路５７は、かかる量子化雑音値の絶対値を第３比較器５８に供給する。
第３比較器５８は、かかる量子化雑音値の絶対値が不感帯幅パラメータｈによって示される領域の下限値よりも小なる場合には、映像データ中に重畳されているウォーターマークが上記ウォーターマークＷＭ１であると暫定的に判別し、この際、１カウントアップ信号Ｕ１を第１カウンタ５９に供給する。又、第３比較器５８は、かかる量子化雑音値の絶対値が不感帯幅パラメータｈによって示される領域の上限値よりも大なる場合には、映像データ中に重畳されているウォーターマークが上記ウォーターマークＷＭ２であると暫定的に判別し、この際、１カウントアップ信号Ｕ２を第２カウンタ６０に供給する。
【００３８】
図４は、かかる量子化雑音の絶対値、及びその不感帯領域と、上記１カウントアップ信号Ｕ１及びＵ２との対応関係の一例を示す図である。
かかる図４に示されるように、不感帯領域の上限値及び下限値は夫々、
【００３９】
【数４】
上限値＝｛(n/4)+(h/2)}
下限値＝｛(n/4)-(h/2)}
ｎ：量子化パラメータ
ｈ：不感帯幅パラメータ
となる。
【００４０】
第１カウンタ５９は、上記１カウントアップ信号Ｕ１が供給される度にそのカウント値を１カウントアップさせ、かかるカウント値をカウント値Ｃ１として加算器６１及び比率計算回路６２に夫々供給する。又、かかる第１カウンタ５９は、後述する第４比較器６３からリセット信号ＲＳが供給された場合には、そのカウント値Ｃ１をリセットして"０"に戻す。
【００４１】
第２カウンタ６０は、上記第３比較器５８から１カウントアップ信号Ｕ２が供給される度にそのカウント値を１カウントアップさせ、かかるカウント値をカウント値Ｃ２として加算器６１に供給する。又、かかる第１カウンタ５９は、後述する第４比較器６３からリセット信号ＲＳが供給された場合には、そのカウント値Ｃ２をリセットして"０"に戻す。
【００４２】
加算器６１は、上記カウント値Ｃ１及びＣ２各々を加算した加算結果、すなわち（Ｃ１＋Ｃ２）を第４比較器６３及び比率計算回路６２の各々に供給する。
第４比較器６３は、かかる加算結果（Ｃ１＋Ｃ２）が所定の判定個数パラメータｆと等しくなった時に上記リセット信号ＲＳを発生し、これを上記第１カウンタ５９、第２カウンタ６０、及び比率計算回路６２の各々に供給する。
【００４３】
比率計算回路６２は、上記リセット信号ＲＳに応じて上記カウント値Ｃ１と、かかるカウント値Ｃ１及びＣ２の加算結果（Ｃ１＋Ｃ２）との比率Ｈを以下の如く求め、これをＷＭ（ウォーターマーク）判定回路６４に供給する。
【００４４】
【数５】
比率Ｈ＝Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）
ＷＭ判定回路６４は、上記比率Ｈが所定の判定比率パラメータｘ以上の値である場合には、映像データ中にウォーターマークが重畳していることを示す論理レベル"1"のＷＭ検出フラグを出力する。更に、この際、かかる映像データに重畳しているウォーターマークが上記ウォーターマークＷＭ１であることを示す論理レベル"0"の情報ビットを出力する。又、ＷＭ判定回路６４は、上記比率Ｈが、（１−判定比率パラメータｘ）以下の値である場合には、映像データ中にウォーターマークが重畳していることを示す論理レベル"1"のＷＭ検出フラグを出力すると共に、かかる映像データに重畳しているウォーターマークがウォーターマークＷＭ２であることを示す論理レベル"１"の情報ビットを出力する。例えば、これらウォーターマークをコピー防止に用いる際には、ウォーターマークＷＭ１を"コピー禁止"、ウォーターマークＷＭ２は"コピー自由"を示すように規定しておくのである。
【００４５】
又、ＷＭ判定回路６４は、上記比率Ｈが、上述の如き条件のいずれにも該当しない場合には、映像データ中にウォーターマークが重畳していないことを示す論理レベル"0"のＷＭ検出フラグを出力する。
以下に、上記図３に示されるウォーターマーク検出装置の動作による作用について説明する。
【００４６】
先ず、図３におけるブロック化回路５１、ＤＣＴ回路５２、ＤＣＴ係数選択回路５３及び乱数発生器５４なる構成により、８ｘ８画素毎にブロック化された入力映像データに対してＤＣＴ演算を施し、この際得られた６４個のＤＣＴ係数ＤＣ1〜ＤＣ64の中からランダムに少なくとも１つのＤＣＴ係数ＤＣrを選択する。尚、上述したように、かかる乱数発生器５４の乱数発生アルゴリズムは、図１に示されるウォーターマーク重畳装置における乱数発生器１７と同一である。従って、上記ＤＣＴ係数選択回路５３によって選択されたＤＣＴ係数ＤＣrは、かかるウォーターマーク重畳装置における第１量子化器１９〜第３量子化器２０のいずれかによって量子化された量子化ＤＣＴ係数なのである。
【００４７】
次に、量子化器５５、減算器５６及び絶対値化回路５７なる構成は、かかるＤＣＴ係数ＤＣrを図２（ａ）に示されるが如き量子化規則に従って量子化し、この量子化によって生じた量子化誤差の絶対値を求める。この際、ＤＣＴ係数ＤＣrが第１量子化器１９によって量子化された量子化ＤＣＴ係数、すなわち、図２（ａ）に示されるが如き量子化規則に従って量子化されたものであるならば、かかる量子化ＤＣＴ係数によって求められる上記量子化誤差の絶対値は"０"近傍の値となる。又、上記ＤＣＴ係数ＤＣrが第２量子化器２０によって量子化された量子化ＤＣＴ係数、すなわち、図２（ｂ）に示される量子化規則に従って量子化されたものであるならば、上記量子化誤差の絶対値は"n/2"近傍の値となる。又、上記ＤＣＴ係数ＤＣrが第３量子化器２１によって量子化された量子化ＤＣＴ係数、すなわち、図２（ｃ）に示される量子化規則に従って量子化されたものであるならば、上記量子化誤差の絶対値は"n/4"近傍の値となるのである。
【００４８】
第３比較器５８は、かかる量子化誤差の絶対値が、上述した如き"０"及び"n/2"のどちらにより近い値であるのかを比較判定することにより、映像データ中に重畳されているウォーターマークの種別、すなわち、ウォーターマークＷＭ１であるのか、又はＷＭ２であるのかを暫定的に判断する。かかる比較判定を行うべく、第３比較器５８は、図４に示されるが如き不感帯領域の上限値及び下限値をその判定基準となるスレッショルドとして用いている。これは、量子化誤差の絶対値が、"０"及び"n/2"の中間値である"n/4"の近傍、つまり"０"及び"n/2"の双方から離れた値となっている場合には、これを"０"及び"n/2"のどちらかに判定するにはそのデータとしての信頼性が低いと考えられるからである。つまり、上記量子化誤差の絶対値に基づいてウォーターマークの暫定的な種別判別を行うにあたり、この量子化誤差の絶対値が上記不感帯領域内にある場合には、これを判定対象外としているのである。従って、上記ＤＣＴ係数ＤＣrが、図１における第３量子化器２１にて量子化されたものである場合にも判定対象外となるのである。
【００４９】
かかる処置によれば、信頼性の高いデータのみでウォーターマークの判定が為されるようになるので、ウォーターマークの検出精度を高めることが出来るのである。
このように、上述した如き構成によれば、映像データ中の８ｘ８画素データブロック毎に重畳されているウォーターマークがウォーターマークＷＭ１であるのか、あるいはウォーターマークＷＭ２であるのかを暫定的に判別することが出来る。
【００５０】
しかしながら、前述したように図１に示されるウォーターマーク重畳装置においては、映像データの全ての区間にウォーターマークを重畳するものではない。従って、このウォーターマークが重畳されていない区間中に得られる上記ウォーターマークの暫定的な判別結果は、誤ったものとなる。
そこで、図３に示されるウォーターマークの検出装置においては、第１カウンタ５９、第２カウンタ６０、加算器６１、第４比較器６３、比率計算回路６２及びＷＭ判定回路６４なる構成によって、ウォーターマークＷＭ１であると暫定判別したブロックの累算数（カウント値Ｃ１）と、ウォーターマークＷＭ２であると暫定判別したブロックの累算数（カウント値Ｃ２）とを用いた統計処理を行って、最終的なウォーターマーク判別を行うようにしたのである。
【００５１】
すなわち、先ず、
【００５２】
【数６】
比率Ｈ＝Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）
なる計算により、ウォーターマークＷＭ１であると暫定判別したブロックの累算数（カウント値Ｃ１）と、ウォーターマークＷＭ２であると暫定判別したブロックの累算数（カウント値Ｃ２）との総和（Ｃ１＋Ｃ２）、すなわち全ブロック数に対するウォーターマークＷＭ１であると暫定判別したブロックの累算数（カウント値Ｃ１）の比率Ｈを求める。
【００５３】
この際、かかる比率Ｈが所定の判定比率パラメータｘ以上の値である場合には、映像データ中にはウォーターマークＷＭ１が重畳しており、又、この比率Ｈが（１−判定比率パラメータｘ）以下の値である場合には、ウォーターマークＷＭ２が重畳していると判定できるのである。
更に、上記比率Ｈが、所定の判定比率パラメータｘよりも小であり、かつ（１−判定比率パラメータｘ）よりも大なる場合には、映像データ中にはウォーターマークが重畳されていないと判定できるのである。
【００５４】
よって、上記図３に示されるウォーターマーク検出装置によれば、映像データ中におけるウォーターマークの重畳区間が既知でなくとも、かかる映像データ中からこのウォーターマークの存在区間を検出し、更に、その種別を明らかにすることが可能となるのである。
尚、上記図１に示されるウォーターマーク重畳装置、及び図３に示されるウォーターマーク検出装置では、そのウォーターマークを重畳するデータ対象を映像データとしているが、音声データであっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるウォーターマーク重畳装置の構成を示す図である。
【図２】 第１量子化器１９、第２量子化器２０、及び第３量子化器２１各々における量子化規則を示す図である。
【図３】本発明によるウォーターマーク検出装置の構成記を示す図である。
【図４】量子化雑音の絶対値及びその不感帯領域と、１カウントアップ信号Ｕ１及びＵ２との対応関係示す図である。
【符号の簡単な説明】
１３ ＤＣＴ回路
１４ 第３セレクタ
１５ ＤＣＴ係数選択回路
１６ ＤＣＴ係数総和回路
１７ 乱数発生器
１８ ＤＣＴ係数置換回路
１９ 第１量子化器
２０ 第２量子化器
２１ 第３量子化器
２２ 減算器
２３ 第１セレクタ
２４ 第２セレクタ
２５ 絶対値化回路
２６ 第１比較器
２７ 逆ＤＣＴ回路
２８ 第２比較器
５８ 第３比較器
５９ 第１カウンタ
６０ 第２カウンタ
６１ 加算器
６２ 比率計算回路
６３ 第４比較器
６４ ＷＭ判定回路
Claims (5)
- 情報データを電子透かしとして映像データ中に重畳する電子透かし重畳装置であって、
前記映像データを所定の複数の画素からなる画素ブロック毎に２次元ＤＣＴ変換することにより周波数成分毎の複数のＤＣＴ係数を生成するＤＣＴ回路と、
前記ＤＣＴ係数各々の内の少なくとも１のＤＣＴ係数の値を、前記情報データによって示される値に対応付けされた量子化規則に基づいて量子化して主量子化ＤＣＴ係数を得る主量子化手段と、
前記量子化規則による量子化幅よりも小なる量子化幅にて前記１のＤＣＴ係数の値を量子化して副量子化ＤＣＴ係数を得る副量子化手段と、
前記主量子化ＤＣＴ係数による量子化誤差が所定値よりも小である場合には前記主量子化ＤＣＴ係数及び前記副量子化ＤＣＴ係数の内の前記主量子化ＤＣＴ係数を選択してこれを選択量子化ＤＣＴ係数とする一方、前記量子化誤差が前記所定値よりも大である場合には前記副量子化ＤＣＴ係数を選択してこれを前記選択量子化ＤＣＴ係数とするセレクタと、
前記ＤＣＴ係数各々の内の少なくとも１のＤＣＴ係数の値を前記選択量子化ＤＣＴ係数に置換したものを２次元逆ＤＣＴ変換することにより前記映像データ中に前記情報データに対応した電子透かしを重畳した電子透かし重畳映像データを得る逆ＤＣＴ回路と、を有することを特徴とする電子透かし重畳装置。 - 前記映像データによる映像パターンが所定の映像パターンよりも平坦とはならない区間中は前記電子透かし重畳映像データ及び前記映像データの内の前記電子透かし重畳映像データを選択してこれを出力する一方、前記映像データによる映像パターンが所定の映像パターンよりも平坦となる区間中は前記映像データを選択してこれを出力する出力セレクタを更に備えたことを特徴とする請求項１記載の電子透かし重畳装置。
- 情報データに対応した電子透かしが重畳されている映像データ中から前記電子透かしの検出を行う電子透かし検出装置であって、
前記映像データを所定の複数の画素からなる画素ブロック毎に２次元ＤＣＴ変換することにより周波数成分毎の複数のＤＣＴ係数を生成するＤＣＴ回路と、
前記ＤＣＴ係数の内の少なくとも１のＤＣＴ係数の値と、該ＤＣＴ係数を前記情報データによって示される値に対応付けされた量子化規則に基づいて量子化した量子化ＤＣＴ係数の値との差分の絶対値を量子化誤差として求める手段と、
前記量子化誤差の値が０近傍の値になった回数と前記画素ブロックの総数との比率を求める統計処理手段と、
前記比率が所定比率よりも大である場合に前記映像データ中に前記電子透かしが重畳されていると判定する電子透かし判定手段と、を有することを特徴とする電子透かし検出装置。 - 第１情報データに対応した電子透かし又は第２情報データに対応した電子透かしが重畳されている映像データ中から前記電子透かしの検出を行う電子透かし検出装置であって、
前記映像データを所定の複数の画素からなる画素ブロック毎に２次元ＤＣＴ変換することにより周波数成分毎の複数のＤＣＴ係数を生成するＤＣＴ回路と、
前記ＤＣＴ係数の内の少なくとも１のＤＣＴ係数の値と、該ＤＣＴ係数を前記第１情報データと対応付けされている量子化規則に基づいて量子化した量子化ＤＣＴ係数の値との差分の絶対値を量子化誤差として求める手段と、
前記量子化誤差が所定の下限値よりも小となる回数を下限回数として計数すると共に前記量子化誤差が前記下限値よりも大なる値を有する所定の上限値よりも大となる回数を上限回数として計数し、前記上限回数と前記下限回数との合計回数に対する前記下限回数の比率を求める統計処理手段と、
前記比率が所定比率以上である場合には、前記映像データ中には前記第１情報データに対応した電子透かしが重畳されていると判定する一方、前記比率が（１−前記所定比率） 以下の値である場合には前記映像データ中には前記第２情報データに対応した電子透かしが重畳されていると判定する電子透かし判定手段と、を有することを特徴とする電子透かし検出装置。 - 前記電子透かし判定手段は、前記比率が前記所定比率よりも小であり、かつ（１−前記所定比率）よりも大なる場合には前記映像データ中には電子透かしが重畳されていないと判定することを特徴とする請求項４記載の電子透かし検出装置。
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