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【発明の名称】 電子透かし埋め込み装置及び方法
【発明者】 【氏名】中村 高雄

【氏名】山本 奏

【氏名】北原 亮

【氏名】宮武 隆

【氏名】片山 淳

【氏名】安野 貴之
【要約】 【課題】透かし強度と画質劣化の関係が逆転することなく、適切な電子透かし埋め込み制御を実現する。

【構成】本発明は、原画像と透かし情報が入力されると、該透かし情報の該原画像への電子透かし埋め込みによって該原画像に与えられる画素値の変更量を表す透かしパターンを生成し、ＲＧＢ成分毎の画素値変更量であるＲＧＢ基準変更量が格納されている基準変更量記憶手段を参照して、透かしパターンの原画像への重畳の際に生じる量子化による透かし埋め込み対象色成分の誤差が小さくなるように該透かしパターンを変更して変更済み透かしパターンを生成し、変更済み透かしパターンを原画像に重畳して透かし入り画像を出力する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カラー画像に電子透かしを埋め込む電子透かし埋め込み装置であって、
原画像のデータフォーマットで用いられる表色系の各色成分に対する基準変更量を格納する基準変更量記憶手段と、
原画像と透かし情報が入力されると、該透かし情報の該原画像への電子透かし埋め込みによって該原画像に与えられる画素値の変更量を表す透かしパターンを生成する透かしパターン生成手段と、
前記基準変更量記憶手段の基準変更量を参照して、前記透かしパターンの前記原画像への重畳の際に生じる量子化による透かし埋め込み対象色成分の誤差が小さくなるように該透かしパターンを変更して変更済み透かしパターンを生成する透かしパターン変更手段と、
前記変更済み透かしパターンを前記原画像に重畳して透かし入り画像を出力する透かしパターン重畳手段と、
を有することを特徴とする電子透かし埋め込み装置。
【請求項２】
カラー画像に電子透かしを埋め込む電子透かし埋め込み装置であって、
原画像のデータフォーマットで用いられる表色系の各色成分に対する基準変更量を格納する基準変更量記憶手段と、
原画像と透かし情報が入力されると、該透かし情報の該原画像への電子透かし埋め込みによって該原画像に与えられる画素値の変更量を表す透かしパターンを生成する透かしパターン生成手段と、
前記基準変更量記憶手段の基準変更量を参照して、前記透かしパターンの前記原画像への重畳の際に生じる量子化による透かし埋め込み対象色成分以外の色成分の変更量が少なくなるように該透かしパターンを変更して変更済み透かしパターンを生成する透かしパターン変更手段と、
前記変更済み透かしパターンを前記原画像に重畳して透かし入り画像を出力する透かしパターン重畳手段と、
を有することを特徴とする電子透かし埋め込み装置。
【請求項３】
前記透かしパターン変更手段は、
前記透かしパターンを所与のサイズのブロックに分割して透かしパターンブロック群を生成するパターンブロック分割手段と、
前記各透かしパターンブロック中の埋め込み対象色成分の平均値である平均変更量を算出するブロック内平均変更量算出手段と、
前記平均変更量と、埋め込み対象色成分以外の色成分の値が小さい、前記基準変更量記憶手段に格納された基準変更量の埋め込み対象色成分値との比を算出し、算出された該比の値に基づいて前記各透かしパターンブロックの画素値を、該基準変更量を用いて濃度変調して変更済み透かしパターンブロック群を生成する濃度パターン変調手段と、
前記変更済み透かしパターンブロック群を再構成して前記変更済み透かしパターンを出力するパターン再構成手段と、
を有する請求項１または２記載の電子透かし埋め込み装置。
【請求項４】
前記濃度パターン変調手段は、
前記平均変更量の値に基づいて、前記基準変更量記憶手段を参照して、埋め込み対象色成分以外の色成分の値が小さい所与の複数の基準変更量から一つを選択する手段と、
前記平均変更量と選択された基準変更量の埋め込み対象色成分値との比を算出する手段と、
算出された前記比の値に基づいて、前記各透かしパターンブロックの画素値を前記選択された基準変更量を用いて濃度変調して変更済み透かしパターンブロック群を生成する手段と、
を含む請求項３記載の電子透かし埋め込み装置。
【請求項５】
前記基準変更量記憶手段は、
埋め込み対象色成分の値が同符号でかつ埋め込み対象色成分以外の色成分の値が逆符号である所与の基準変更量Ａと基準変更量Ｂの組を格納し、
前記透かしパターン変更手段は、
前記透かしパターンを所与のサイズのブロックに分割して透かしパターンブロック群を生成する透かしパターンブロック分割手段と、
前記各透かしパターンブロック中の埋め込み対象色成分の平均値である平均変更量を算出するブロック内平均変更量算出手段と、
前記基準変更量記憶手段を参照して、前記基準変更量Ａと前記基準変更量Ｂの各埋め込み対象色成分値の絶対値の比αを算出し、前記透かしパターンブロックと同じサイズの画素領域を面積比α：（１−α）で該基準変更量Ａと該基準変更量Ｂに設定した場合の画素領域中の１画素当たりの埋め込み対象成分値を求め、
前記平均変更量と、前記１画素当たりの埋め込み対象成分値との比を参照し、該比の値に基づいて前記各透かしパターンブロック中の変更対象画素群を選択し、
選択された変更対象画素群を画素数比α：（１−α）でグループＡ及びグループＢの画素グループに分割し、
前記グループＡの画素の画素値を前記基準変更量Ａに、前記グループＢの画素の画素値を前記基準変更量Ｂに設定し、それ以外の画素値を０に設定して変更済み透かしパターンブロック群を生成する濃度パターン変調手段と、
前記変更済み透かしパターンブロック群を再構成して変更済み透かしパターンを出力するパターン再構成手段と、
を有する請求項１または２記載の電子透かし埋め込み装置。
【請求項６】
前記基準変更量記憶手段は、
埋め込み対象色成分の値が同符号でかつ埋め込み対象色成分以外の色成分の値が逆符号である所与の基準変更量Ａと基準変更量Ｂの組を複数格納し
前記濃度パターン変調手段は、
前記基準変更量記憶手段を参照して、各組における該基準変更量Ａと該基準変更量Ｂの各埋め込み対象色成分値の絶対値の比αを算出し、前記透かしパターンブロックと同じサイズの画素領域を面積比α：（１−α）で該基準変更量Ａと該基準変更量Ｂに設定した場合の画素領域中の１画素あたりの埋め込み対象成分値を各組について求める手段と、
前記平均変更量に各組の該１画素あたりの埋め込み対象成分値の値に基づいて、前記基準変更量記憶手段の基準変更量Ａと基準変更量Ｂの組を一つ選択する手段と、
前記平均変更量と前記選択された該１画素当たりの埋め込み対象成分値との比を算出する手段と、
算出された前記比の値に基づいて前記各透かしパターンブロック中の変更対象画素群を選択する手段と、
変更対象画素群を前記選択された組における比αを用いて画素数比α：（１−α）でグループＡ及びグループＢの画素グループに分割する手段と、
前記グループＡの画素の画素値を前記選択された基準変更量Ａに、前記グループＢの画素の画素値を前記選択された基準変更量Ｂに設定し、それ以外の画素値を０に設定して変更済み透かしパターンブロック群を生成する手段と、
を含む請求項５記載の電子透かし埋め込み装置。
【請求項７】
前記透かしパターン変更手段は、
前記基準変更量記憶手段を参照して、埋め込み対象色成分以外の色成分の値が小さい所与の一つ以上の基準変更量の埋め込み対象色成分値を用いて、前記透かしパターンを擬似階調を変換して階調変換パレットパターンを生成する手段と、
前記透かしパターンの各画素に対応する前記階調変換されたパレットパターンの要素値であるパレット情報に基づいて、前記基準変更量記憶手段の基準変更量を選択し、選択された基準変更量に基づいて透かしパターンの画素値を設定して変更済み透かしパターンを出力する手段と、
を有する請求項１または２記載の電子透かし埋め込み装置。
【請求項８】
前記基準変更量記憶手段は、
埋め込み対象色成分の値が同符号でかつ埋め込み対象色成分以外の色成分の値が逆符号である所与の基準変更量Ａと基準変更量Ｂの組を複数格納し、
前記透かしパターン変更手段は、
前記基準変更量記憶手段の各組における前記基準変更量Ａと前記基準変更量Ｂの各埋め込み対象色成分値の絶対値の比αを算出し、前記透かしパターンブロックと同じサイズの画素領域を面積比α：（１−α）で該基準変更量Ａと該基準変更量Ｂに設定した場合の画素領域中の１画素あたりの埋め込み対象成分値を各組について求め、
前記各組の１画素あたりの埋め込み対象成分値を用いて、前記透かしパターンを擬似階調変換して、階調変換パレットパターンを生成する透かしパターン階調変換手段と、
前記透かしパターンの各画素に対応する前記階調変換パレットパターンの要素値であるパレット情報に基づいて、前記基準変更量記憶手段の基準変更量の組を選択し、
選択された基準変更量の組のいずれか一方を確率αで、他方を確率１−αで選択し、選択された基準変更量の値に基づいて透かしパターンの画素値を設定して変更済み透かしパターンを出力する画素値マッピング手段と、
を有する請求項１または２記載の電子透かし埋め込み装置。
【請求項９】
カラー画像に電子透かしを埋め込む電子透かし埋め込み方法であって、
透かしパターン生成手段において、原画像と透かし情報が入力されると、該透かし情報の該原画像への電子透かし埋め込みによって該原画像に与えられる画素値の変更量を表す透かしパターンを生成する透かしパターン生成ステップと、
透かしパターン変更手段において、原画像のデータフォーマットで用いられる表色系の各色成分に対する基準変更量を格納する基準変更量記憶手段を参照して、前記透かしパターンの前記原画像への重畳の際に生じる量子化による透かし埋め込み対象色成分の誤差が小さくなるように該透かしパターンを変更して変更済み透かしパターンを生成する透かしパターン変更ステップと、
透かしパターン重畳手段において、前記変更済み透かしパターンを前記原画像に重畳して透かし入り画像を出力する透かしパターン重畳ステップと、
を行うことを特徴とする電子透かし埋め込み方法。
【請求項１０】
カラー画像に電子透かしを埋め込む電子透かし埋め込み方法であって、
透かしパターン生成手段において、原画像と透かし情報が入力されると、該透かし情報の該原画像への電子透かし埋め込みによって該原画像に与えられる画素値の変更量を表す透かしパターンを生成する透かしパターン生成ステップと、
透かしパターン変更手段において、原画像のデータフォーマットで用いられる表色系の各色成分に対する基準変更量を格納する基準変更量記憶手段を参照して、前記透かしパターンの前記原画像への重畳の際に生じる量子化による透かし埋め込み対象色成分以外の色成分の変更量が少なくなるように該透かしパターンを変更して変更済み透かしパターンを生成する透かしパターン変更ステップと、
透かしパターン重畳手段において、前記変更済み透かしパターンを前記原画像に重畳して透かし入り画像を出力する透かしパターン重畳ステップと、
を行うことを特徴とする電子透かし埋め込み方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子透かし埋め込み装置及び方法に係り、特に、画像や映像などのコンテンツに別の副情報を知覚されないように埋め込む電子透かし技術における、電子透かし埋め込み装置及び方法に関する。
【０００２】
今日、電子透かし技術は、コンテンツの著作権保護・管理システムや、コンテンツ関連サービス提供システムなどに用いられている。
【背景技術】
【０００３】
画像、映像といったコンテンツの流通の際、コンテンツ識別・管理や著作権保護・管理、関連情報提供などの目的のため、コンテンツ内に知覚できないように別の情報を埋め込む電子透かし技術を用いる方法がある。特に、画像・映像コンテンツに対する電子透かし技術において、画素値の微小変更に基づく方法が一般的である。また、電子透かし埋め込みに伴う画質劣化を抑えるために、視覚的に感度が高い輝度成分を避け、色差などの色成分を微小変更する方法も存在する（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】中村、山本、北原、宮武、片山：「リアルタイム検出可能な動画向けモバイル電子透かし」、第１３回マルチメディア通信と分散処理ワークショップ論文集，pp. 161-166, 2005年１１月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、デジタル表現された画素値は、例えば、８ビットすなわち２５６値に量子化された値であり、電子透かし埋め込みは、この画素値の微小変更である。例えば、カラー画像データがＲ，Ｇ，Ｂ各々８ビットで表現された２４ビットカラーデータについて考える。ＲＧＢデータから輝度、色差信号への変換は、例えば、ＣＣＩＲ６０１などで定義された変換式
【０００５】
【数１】


などを用いて相互に変換可能である。今、画質劣化を抑えるために視覚感度の高い輝度Ｙを避け、例えば、Ｃｂ成分を微小量△ｃｂだけ変更して電子透かしを埋め込むことを考える。この場合、例えば、△ｃｂ±１であるとすると、埋め込みによって生じるＲＧＢの変化量△ｒ，△ｇ，△ｂは式（２）からそれぞれ、△ｒ＝０，△ｇ＝±０．３３６，△ｂ＝±１．７３２となるが、ここで、量子化による丸め誤差を考えると（四捨五入則を用いるとして）、△Ｒ＝△Ｇ＝０，△Ｂ±２となる。すなわち、この場合は、Ｃｂ成分の微小変更量はＢ成分にしか反映されない。このとき量子化後の△ｒ△ｇ△ｂをＹＣｂＣｒ色空間に変換すると、
△ｙ＝±０．１１４×２，
△ｃｂ＝±０．５１１×２，
△ｃｒ＝±０．０８３×２
となり、本来変更を施さなかったＹ及びＣｒ成分値が変化していることがわかる。特に、輝度成分Ｙが変化することにより、電子透かし埋め込みによる視覚劣化が目立ちやすくなるという問題があった。
【０００６】
さらに、式（２）の変換式から、│△ｃｂ│＜０．５／１．７３２の変更を与えても量子化による丸め誤差のため△ｒ＝△ｇ＝△ｂ＝０となって画像に全く変更を与えられないため、電子透かしが埋め込まれないことが分かる。
【０００７】
また、０．５／１．７３２≦│△ｃｂ│＜１．５／１．７３２では、△ｒ＝△ｇ＝０，△ｂ＝±１であるなど、電子透かし埋め込みによる変化量△ｃｂを連続的に指定しても、量子化によって実際の画素値の変更量は離散的になってしまう。
【０００８】
さらに、加えて、△ｃｂ＝±３とした場合、△ｒ＝０，△ｇ＝±０．３３６×３，△ｂ＝±１．７３２×３、量子化を行うと、△ｒ＝０，△ｇ＝±１，△ｂ＝±５となり、量子化後の△ｒ△ｇ△ｂをＹＣｂＣｒ色空間に変換すると、
△ｙ＝±（−０．５８７×１＋０．１１４×５）＝±０．０１７
となり、前述の△ｃｂ＝±１の時の△ｙ＝±０．１１４×２より変化量が小さくなる。すなわち、Ｃｂ成分の変化量を小さくしても、画質劣化の主要因であるＹ成分の変化量が量子化により大きくなってしまうことがある。以上のことからわかるように、従来技術においては、電子透かし技術の運用上の重要なポイントである、埋め込み強度によって画質劣化と耐性のトレードオフバランスを細かく正確に制御する、ということが困難であるという問題があった。
【０００９】
以上要約すると、
（１）画質劣化を抑えるためＹ成分を避けてＣｂ成分など色成分のみの変更を行っても、最終的な埋め込み後画素値（ＲＧＢ値）が整数しかとりえないため、量子化誤差によってＹ成分が変動してしまう；
（２）最終的な埋め込み後画素値（ＲＧＢ値）が整数しかとりえないため、強度を細かく調整することができない；
（３）強度を下げても画質劣化が増大することがあるため、強度で耐性・画質トレードオフを適切に制御できない；
という問題があった。
【００１０】
本発明は、従来の技術では不可能であった、色信号の微小変更に伴う輝度の変化量を少なくし、さらに、埋め込み強度を用いて画質劣化と耐性のトレードオフバランスの細かな制御が可能であり、強度と画質劣化の関係が逆転することなく、適切に制御可能な電子透かし埋め込み装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
図１は、本発明の原理構成図である。
【００１２】
本発明（請求項１）は、カラー画像に電子透かしを埋め込む電子透かし埋め込み装置であって、
原画像のデータフォーマットで用いられる表色系の各色成分に対する基準変更量を格納する基準変更量記憶手段１２５と、
原画像と透かし情報が入力されると、該透かし情報の該原画像への電子透かし埋め込みによって該原画像に与えられる画素値の変更量を表す透かしパターンを生成する透かしパターン生成手段１１０と、
基準変更量記憶手段１２５の基準変更量を参照して、透かしパターンの原画像への重畳の際に生じる量子化による透かし埋め込み対象色成分の誤差が小さくなるように該透かしパターンを変更して変更済み透かしパターンを生成する透かしパターン変更手段１２０と、
変更済み透かしパターンを原画像に重畳して透かし入り画像を出力する透かしパターン重畳手段１３０と、を有する。
【００１３】
本発明（請求項２）は、カラー画像に電子透かしを埋め込む電子透かし埋め込み装置であって、
原画像のデータフォーマットで用いられる表色系の各色成分に対する基準変更量を格納する基準変更量記憶手段１２５と、
原画像と透かし情報が入力されると、該透かし情報の該原画像への電子透かし埋め込みによって該原画像に与えられる画素値の変更量を表す透かしパターンを生成する透かしパターン生成手段１１０と、
基準変更量記憶手段１２５の基準変更量を参照して、透かしパターンの原画像への重畳の際に生じる量子化による透かし埋め込み対象色成分以外の色成分の変更量が少なくなるように該透かしパターンを変更して変更済み透かしパターンを生成する透かしパターン変更手段１２０と、
変更済み透かしパターンを原画像に重畳して透かし入り画像を出力する透かしパターン重畳手段１３０と、を有する。
【００１４】
また、本発明（請求項３）は、透かしパターン変更手段１２０において、
透かしパターンを所与のサイズのブロックに分割して透かしパターンブロック群を生成するパターンブロック分割手段と、
各透かしパターンブロック中の埋め込み対象色成分の平均値である平均変更量を算出するブロック内平均変更量算出手段と、
平均変更量と、埋め込み対象色成分以外の色成分の値が小さい、基準変更量記憶手段の基準変更量の埋め込み対象色成分値との比を算出し、算出された該比の値に基づいて各透かしパターンブロックの画素値を、該基準変更量を用いて濃度変調して変更済み透かしパターンブロック群を生成する濃度パターン変調手段と、
変更済み透かしパターンブロック群を再構成して変更済み透かしパターンを出力するパターン再構成手段と、を有する。
【００１５】
また、本発明（請求項４）は、濃度パターン変調手段において、
平均変更量の値に基づいて、基準変更量記憶手段を参照して、埋め込み対象色成分以外の色成分の値が小さい所与の複数の基準変更量から一つを選択する手段と、
平均変更量と選択された基準変更量の埋め込み対象色成分値との比を算出する手段と、
算出された比の値に基づいて、各透かしパターンブロックの画素値を選択された基準変更量を用いて濃度変調して変更済み透かしパターンブロック群を生成する手段と、を含む。
【００１６】
また、本発明（請求項５）は、基準変更量記憶手段１２５において、
埋め込み対象色成分の値が同符号でかつ埋め込み対象色成分以外の色成分の値が逆符号である所与の基準変更量Ａと基準変更量Ｂの組を格納し、
透かしパターン変更手段１１０において、
透かしパターンを所与のサイズのブロックに分割して透かしパターンブロック群を生成する透かしパターンブロック分割手段と、
各透かしパターンブロック中の埋め込み対象色成分の平均値である平均変更量を算出するブロック内平均変更量算出手段と、
基準変更量記憶手段１２５を参照して、基準変更量Ａと基準変更量Ｂの各埋め込み対象色成分値の絶対値の比αを算出し、透かしパターンブロックと同じサイズの画素領域を面積比α：（１−α）で該基準変更量Ａと該基準変更量Ｂに設定した場合の画素領域中の１画素当たりの埋め込み対象成分値を求め、
平均変更量と、１画素当たりの埋め込み対象成分値との比を参照し、該比の値に基づいて各透かしパターンブロック中の変更対象画素群を選択し、
選択された変更対象画素群を画素数比α：（１−α）でグループＡ及びグループＢの画素グループに分割し、
グループＡの画素の画素値を基準変更量Ａに、グループＢの画素の画素値を基準変更量Ｂに設定し、それ以外の画素値を０に設定して変更済み透かしパターンブロック群を生成する濃度パターン変調手段と、
変更済み透かしパターンブロック群を再構成して変更済み透かしパターンを出力するパターン再構成手段と、を有する。
【００１７】
また、本発明（請求項６）は、基準変更量記憶手段１２５において、
埋め込み対象色成分の値が同符号でかつ埋め込み対象色成分以外の色成分の値が逆符号である所与の基準変更量Ａと基準変更量Ｂの組を複数格納し
濃度パターン変調手段は、
基準変更量記憶手段１２５を参照して、各組における該基準変更量Ａと該基準変更量Ｂの各埋め込み対象色成分値の絶対値の比αを算出し、透かしパターンブロックと同じサイズの画素領域を面積比α：（１−α）で該基準変更量Ａと該基準変更量Ｂに設定した場合の画素領域中の１画素あたりの埋め込み対象成分値を各組について求める手段と、
平均変更量に各組の該１画素あたりの埋め込み対象成分値の値に基づいて、基準変更量記憶手段の基準変更量Ａと基準変更量Ｂの組を一つ選択する手段と、
平均変更量と選択された該１画素当たりの埋め込み対象成分値との比を算出する手段と、
算出された比の値に基づいて各透かしパターンブロック中の変更対象画素群を選択する手段と、
変更対象画素群を選択された組における比αを用いて画素数比α：（１−α）でグループＡ及びグループＢの画素グループに分割する手段と、
グループＡの画素の画素値を選択された基準変更量Ａに、グループＢの画素の画素値を選択された基準変更量Ｂに設定し、それ以外の画素値を０に設定して変更済み透かしパターンブロック群を生成する手段と、を含む。
【００１８】
また、本発明（請求項７）は、透かしパターン変更手段１２０において、
基準変更量記憶手段を参照して、埋め込み対象色成分以外の色成分の値が小さい所与の一つ以上の基準変更量の埋め込み対象色成分値を用いて、透かしパターンを擬似階調を変換して階調変換パレットパターンを生成する手段と、
透かしパターンの各画素に対応する階調変換されたパレットパターンの要素値であるパレット情報に基づいて、基準変更量記憶手段の基準変更量を選択し、選択された基準変更量に基づいて透かしパターンの画素値を設定して変更済み透かしパターンを出力する手段と、を有する。
【００１９】
また、本発明（請求項８）は、基準変更量記憶手段１２５において、
埋め込み対象色成分の値が同符号でかつ埋め込み対象色成分以外の色成分の値が逆符号である所与の基準変更量Ａと基準変更量Ｂの組を複数格納し、
透かしパターン変更手段１２０は、
基準変更量記憶手段の各組における基準変更量Ａと基準変更量Ｂの各埋め込み対象色成分値の絶対値の比αを算出し、透かしパターンブロックと同じサイズの画素領域を面積比α：（１−α）で該基準変更量Ａと該基準変更量Ｂに設定した場合の画素領域中の１画素あたりの埋め込み対象成分値を各組について求め、
各組の１画素あたりの埋め込み対象成分値を用いて、透かしパターンを擬似階調変換して、階調変換パレットパターンを生成する透かしパターン階調変換手段と、
透かしパターンの各画素に対応する階調変換パレットパターンの要素値であるパレット情報に基づいて、基準変更量記憶手段１２５の基準変更量の組を選択し、
選択された基準変更量の組のいずれか一方を確率αで、他方を確率１−αで選択し、選択された基準変更量の値に基づいて透かしパターンの画素値を設定して変更済み透かしパターンを出力する画素値マッピング手段と、を有する。
【００２０】
図２は、本発明の原理を説明するための図である。
【００２１】
本発明（請求項９）は、カラー画像に電子透かしを埋め込む電子透かし埋め込み方法であって、
透かしパターン生成手段において、原画像と透かし情報が入力されると、該透かし情報の該原画像への電子透かし埋め込みによって該原画像に与えられる画素値の変更量を表す透かしパターンを生成する透かしパターン生成ステップ（ステップ１）と、
透かしパターン変更手段において、原画像のデータフォーマットで用いられる表色系の各色成分に対する基準変更量を格納する基準変更量記憶手段を参照して、透かしパターンの原画像への重畳の際に生じる量子化による透かし埋め込み対象色成分の誤差が小さくなるように該透かしパターンを変更して変更済み透かしパターンを生成する透かしパターン変更ステップ（ステップ２）と、
透かしパターン重畳手段において、変更済み透かしパターンを原画像に重畳して透かし入り画像を出力する透かしパターン重畳ステップ（ステップ３）と、を行う。
【００２２】
本発明（請求項１０）は、カラー画像に電子透かしを埋め込む電子透かし埋め込み方法であって、
透かしパターン生成手段において、原画像と透かし情報が入力されると、該透かし情報の該原画像への電子透かし埋め込みによって該原画像に与えられる画素値の変更量を表す透かしパターンを生成する透かしパターン生成ステップと、
透かしパターン変更手段において、原画像のデータフォーマットで用いられる表色系の各色成分に対する基準変更量を格納する基準変更量記憶手段を参照して、透かしパターンの原画像への重畳の際に生じる量子化による透かし埋め込み対象色成分以外の色成分の変更量が少なくなるように該透かしパターンを変更して変更済み透かしパターンを生成する透かしパターン変更ステップと、
透かしパターン重畳手段において、変更済み透かしパターンを原画像に重畳して透かし入り画像を出力する透かしパターン重畳ステップと、を行う。
【発明の効果】
【００２３】
上述のように、本発明を用いれば、色成分の微小変更に伴う輝度の変化量を少なくし、さらに埋め込み強度を用いて画質劣化と耐性のトレードオフバランスの細かな制御が可能であり、強度と画質劣化の関係が逆転することなく適切に制御可能な電子透かし埋め込み処理を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面と共に本発明の実施の形態を説明する。
【００２５】
各実施の形態を説明する前に、全実施の形態に対して共通な、電子透かし埋め込み装置の構成及び処理の流れについて説明する。
【００２６】
図３は、本発明の実施の形態共通の電子透かし埋め込み装置の構成を示す。同図に示す電子透かし埋め込み装置１００は、透かしパターン生成部１１０、透かしパターン変更部１２０、透かしパターン重畳部１３０から構成される。
【００２７】
図４は、本発明の実施の形態共通の電子透かし埋め込み装置の処理の流れを示す。
【００２８】
ステップ１０１） 電子透かし埋め込み装置１００は、まず、透かしパターン生成部１１０において、透かし情報に基づいて透かしパターンを生成し、ブロック内平均変更量算出部１２２と濃度パターン変調部１２３に出力する。透かしパターンは、原画像の画素サイズと同じサイズの実行列３つ（△Ｒ，△Ｇ，△Ｂとする）から構成され、電子透かし埋め込みによって原画像の各画素に与えられる画素値変更量をＲＧＢ成分毎に指定するものである。この透かしパターンの定義によれば、任意の電子透かし方法において透かしパターンが得られることは自明である（埋め込み後の画素と原画像との差分画像が透かしパターンとなるため、一旦電子透かし埋め込み画像を作成して原画像との差分を取ることにより、どのような電子透かし方法でも透かしパターンを求めることができる）。また、例えば、文献Ａ（T. Nakamura, H. Ogawa, A. Tomioka, and Y. Takashima, Improved Digital Watermark Robustness against Translation and/or Cropping of an Image Area, IEICE Trans. Fundamentals, Vol. E83-A, No.1, pp. 68-76, January 2000.）のように、透かし強度パラメタによって透かしパターンの振幅を増幅したり、画像内容に依存して適応的に埋め込み強度を変更するなど、画素値の変更量を左右するファクタも、全て透かしパターン生成部１１０に包含されているものとする。すなわち、透かしパターン生成部１１０で生成される透かしパターンは、透かし強度や適応的埋め込みなどのファクタも加味した上で、最終的に原画像に与える画素値変更量であるとする。但し、透かしパターンで表される画素値変更量は、実数、すなわち、量子化による丸めを行わず、画素値変更量をそのまま実数値として取るようにする。これは、例えば、Ｒ成分の画素値変更量が＋０．８という値の場合は、実際には原画像のＲ成分に０．８を加えて四捨五入などによって丸められることで＋１．０となってしまうが、透かしパターンの△Ｒ成分の要素値は＋０．８のままとする、という意味である。
【００２９】
ステップ１０２） 次に、透かしパターン変更部１２０において、実際に原画像の画素値の変更時に行う量子化丸めによって生じる画質劣化が小さくなるように透かしパターンを変更して、変更済み透かしパターンを生成する。変更の具体的な方法については後述する。
【００３０】
ステップ１０３） 最後に、透かしパターン重畳部１３０において、変更済み透かしパターンを原画像に重畳し、透かし入り画像を得る。
【００３１】
また、本発明の実施の形態においては、説明の簡便さのため、次に述べるような具体的な電子透かし方法を用いて説明を行う。
【００３２】
図５に示すように、１ビットの透かし情報を擬似乱数列でスペクトラム拡散変調し、拡散された透かし情報の各項の値で原画像の各ブロックのＣｂ成分値を変更することで、電子透かしの埋め込みを行うものである。このため、透かしパターン△Ｒ，△Ｇ，△Ｂをブロック分割し、ｎ番目のブロック内の要素については、式（２）を用いてＣｂ成分の変化量をＲＧＢ成分に変換した値を（実数のまま）要素値として設定するようにすることになる。
【００３３】
また、電子透かしの検出は、図６に示すように、検出対象画像をブロック分割し、各ブロック内の平均Ｃｂ成分値から検出対象系列を得て、これを擬似乱数列を用いてスペクトル拡散復調し、相関値の正負によって検出透かし情報のビット値を決定する。
【００３４】
本発明は、上記の電子透かし方法例への適用のみに限定されるものではない。例えば、前述の非特許文献１のように動画像の各フレームに対して透かしを埋め込むものであったり、あるいは、文献Ａのように透かしのパターンがブロックではなくテクスチャ上のものであったり、あるいは、スペクトラム拡散変調に基づくものでなくてもかまわない。さらに、上記の例では画質劣化を避けるためＹＣｂＣｒ表色系のＣｂ成分に埋め込みを行うようにしているが、これをＣｒ成分としたり、別の表色系のいずれかの成分とするなど任意に選択可能である。
【００３５】
［第１の実施の形態］
図７は、本発明の第１の実施の形態における透かしパターン変更部の構成を示し、図８は、本発明の第１の実施の形態における透かしパターン変更部の処理のフローチャートであり、図９は、本発明の第１の実施の形態における透かしパターン変更部の処理を説明するための図である。
【００３６】
透かしパターン変更部１２０は、透かしパターンブロック分割部１２１、ブロック内平均変更量算出部１２２、濃度パターン変調部１２３、パターン再構成部１２４及びＲＧＢ基準変更量記憶部１２５から構成される。透かしパターン変更部１２０は、透かしパターン生成部１１０からの透かしパターンを入力とし、変更済み透かしパターンを出力する。
【００３７】
ステップ２０１） 透かしパターン変更部１２０は、まず透かしパターンブロック分割部１２１において、透かしパターン生成部１１０から入力された透かしパターンを透かしパターンブロックに分割する。このとき、ブロック分割サイズは、図５及び図６で示した電子透かし方式のブロックサイズと同じでもよいし、異なっていてもよい。
【００３８】
ステップ２０２） 次に、ブロック内平均変更量算出部１２２で、１つの透かしパターンブロック中のＣｂ成分の平均変更量を算出する。透かしパターンは、各画素におけるＲＧＢ成分の変更量を表すデータであるので、各画素のＲＧＢ成分変更量△ｒ，△ｇ，△ｂに対して式（１）を用いることで、Ｃｂ成分の変更量△ｃｂを求めることができる。これをブロック中の全ての画素に対して行うことで平均変更量μ（△ｃｂ）を求めることができる。
【００３９】
ステップ２０３） 次に、濃度パターン変調部１２３において、透かしパターンブロックに対して、ＲＧＢ基準変更量記憶部１２５から取得したＲＧＢ基準変更量を用いて濃度パターン変調を施し、変更済み透かしパターンブロックを得る。具体的には図９に示すように、ＲＧＢ基準変更量が（△ｒ１，△ｇ１，△ｂ１）であったとき、ＲＧＢ基準変更量によるＣｂ成分変更量△ｃｂ１を前述の式（１）を用いて求めておき、△ｃｂ１とブロック内平均変更量
μ（△ｃｂ）の比β＝μ（△ｃｂ）／△ｃｂ１
を求める。ここで、ＲＧＢ基準変更量は、△ｃｂ１＞０でかつ十分大きく（電子透かし方式で想定される最も強い電子透かし埋め込み強度による画素値変更量と比べて同程度かそれ以上となる、という意味）、さらに、ＲＧＢ基準変更量による（量子化丸めによって生じる）輝度変更量△ｙ１が小さくなるようなものを選ぶようにするとよい。例えば（△ｒ１，△ｇ１，△ｂ１）＝（０，０，２）では、△ｃｂ１＝１．０２２、△ｙ１＝０．２２８であるが、（△ｒ１，△ｇ１，△ｂ１）＝（０，−１，５）では、△ｃｂ１＝２．８９４、△ｙ１＝０．０１７である。△ｃｂ１＝１．０２２が小さすぎると判断できる場合や、あるいはどちらの△ｃｂ１も十分に大きいと判断できる場合では△ｙ１が小さい方を選ぶことになるので、（△ｒ１，△ｇ１，△ｂ１）＝（０，−１，５）をＲＧＢ基準変更量とするのがよい。
【００４０】
次に、ブロック内の画素数がｋ画素であるとして、ブロック内のβｋ個の画素を変更対象画素として選択することによって、ブロックの変更量を濃度パターンに変調する。選択方法としてはランダムに選ぶ、あるいはブロック内画素位置に１…ｋのラベルを貼っておき、このうちβｋ番目までのラベルの貼られた画素を選択するなど様々な方法があり得る。
【００４１】
次に、透かしパターンブロックの△Ｒ，△Ｇ，△Ｂの全画素を一旦ゼロクリアし、上記選択された画素位置の△Ｒ，△Ｇ，△Ｂプレーンの画素値を、それぞれ△ｒ１，△ｇ１，△ｂ１、すなわち、ＲＧＢ基準変更量となるようにセットして、変更済み透かしパターンブロックとして出力する。
【００４２】
なお、図１０に示すように、ブロック内画素数ｋに対してβｋ個の画素を変更箇所として各カラープレーン毎に選択し、透かしパターンブロックの各カラープレーン毎に、ＲＧＢ基準変更量の対応する成分値を用いて、濃度パターンに変調するようにしてもよい。
【００４３】
ステップ２０４） 上記の濃度パターン変調部１２３の処理を全ての透かしパターンブロックに対して施した場合は、ステップ２０５に移行し、そうでない場合はステップ２０２に移行する。
【００４４】
ステップ２０５） 上記の透かしブロック内平均変更量算出部１２２から濃度パターン変調部１２３までの処理を、全ての透かしパターンブロックに対して施した後に、透かしパターン再構成部１２４において、変更済み透かしパターンブロック群の各々を元の透かしパターンブロックと置き換えることによって、変更済み透かしパターンを生成して出力する。
【００４５】
＜第１の実施の形態の効果＞
上記の第１の実施の形態においては、最終的に電子透かし埋め込み装置が出力する画素値は、（０，０，０）、すなわち変更なしか、あるいは、ＲＧＢ基準変更量（△ｒ１，△ｇ１，△ｂ１）の２通りのどちらかである。上記の通り、ＲＧＢ基準変更量は輝度成分の変化量が小さいものとして選ばれているので、各画素においては輝度変化が一切ない（変更無しの場合）か、僅かな輝度変化のみ（ＲＧＢ基準変更量で変化した場合）となり、画像全体として見れば透かし入り画像の原画像に対する輝度変化量が少なくなっている、にも関わらず、各ブロック単位に平均Ｃｂ成分をマクロに見れば、ブロック中のＲＧＢ基準変更量による変更画素の比率βと、ＲＧＢ基準変更量によるＣｂ成分変更量△ｃｂ１の積、すなわち、
μ（△ｃｂ）／△ｃｂ１×△ｃｂ１＝μ（△ｃｂ）
となって、透かしパターン変更前と後でＣｂ成分の値は変化していない。これによって電子透かしは確実に埋め込まれ、そして検出できることになる。
【００４６】
また、透かしパターンは量子化丸めを行う前の状態で濃度パターンに変調される。これによって、電子透かし埋め込み強度や適応的埋め込みによって元の透かしパターンの振幅が変動していた場合に、従来技術では各画素毎に独立に変更するため、例えば、
０．５／１．７３２≦│△ｃｂ│＜１．５／１．７３２
のようなＣｂ成分変更量では、量子化丸め誤差のため変動が表現されず、全て同じ変更量となってしまう。しかし、本実施の形態によれば、ブロック中のＲＧＢ基準変更量による変更画素の比率βによって、ブロック内の平均Ｃｂ成分変更量は細かく制御されることになる。
【００４７】
さらに、本実施の形態によれば、埋め込み強度の増加は、ブロック中のＲＧＢ基準変更量による変更画素数の増加に相当し、これによるブロック中の輝度成分の変更量はβｙ１であるから埋め込み強度に対して輝度成分の変更量は単調増加である。すなわち、従来技術で問題となっていた、量子化誤差のために埋め込み強度を下げても画質劣化が増大するといった逆転現象が起きず、耐性・画質トレードオフを適切に判断できるようになる。
【００４８】
［第２の実施の形態］
本実施の形態では、以下に説明する部分を除き、前述の第１の実施の形態と同様である。
【００４９】
図１１は、本発明の第２の実施の形態における透かしパターン変更部の構成を示し、図１２は、本発明の第２の実施の形態における透かしパターン変更部の処理のフローチャートである。
【００５０】
本実施の形態の透かしパターン変更部１２０では、ＲＧＢ基準変更量記憶部２２５において、予め定められたＲＧＢ基準変更量を複数記憶する点において前述の第１の実施の形態の構成と異なる。
【００５１】
透かしパターン変更部１２０の動作は、ブロック内平均変更量算出部１２２において各透かしパターンブロック中のＣｂ成分の平均変更量を算出する処理（ステップ２０２）までは、第１の実施の形態と同様である。
【００５２】
ステップ３０１） 次に、濃度パターン変調部１２３において、上記算出された平均変更量に依存して、ＲＧＢ基準変更量記憶部２２５に複数記憶されているＲＧＢ基準変更量から一つを選択する処理を伴う部分が、第１の実施の形態と異なる。
【００５３】
図１３にＲＧＢ基準変更量の選択方法の例を示す。今、ＲＧＢ基準変更量が（１）〜（ｎ）まで、ｎ個用意されているとする。また、各ＲＧＢ基準変更量（ｉ）に対して、値ｘ１が対応付けられているとする。このとき、ＲＧＢ基準変更量の添え字が大きくなるほど、画素値の変更に伴うＣｂ成分の変更量が大きい。すなわち、透かしが強く埋め込まれるようにし、また、０＜ｘ１＜ｘ２＜…＜ｘｎとなるように、ｘｉを定めておく。また、各ＲＧＢ基準変更量（ｉ）については、第１の実施の形態と同様に、輝度成分の変更量が小さいものを選ぶようにするとよい。選択処理は、入力されたＣｂ成分の平均変更量の絶対値ｙを求め、ｙがｘｊ−１＜ｙ≦ｘｊなる区間内の値であるときに、ｊ番目のＲＧＢ基準変更量（ｊ）を選択する。図１３の例では、入力された平均変更量（図中の黒丸）がｘ１＜ｙ≦ｘ２であるので、ＲＧＢ基準変更量（２）が選択される。このようにＲＧＢ基準変更量を一つ選択した後の処理（ステップ２０３〜２０５）は、第１の実施の形態と同様である。
【００５４】
＜第２の実施の形態の効果＞
本実施の形態においては、ＲＧＢ基準変更量を透かしブロックパターン中の平均変更量の大きさに応じて段階的に選択している。第１の実施の形態のようにＲＧＢ基準変更量が１つしかない場合には、想定される最大の画素値変更量を基準にして比較的大きな変更量が一つ選ばれていた場合に、僅かな変更量を表現するためにはブロックパターン中の少数の画素を変更対象にすることで対応しているが、一画素あたりの変更量が大きいために、視覚劣化が大きくなってしまう恐れがあった。また、透かし強度は、ブロック中の変更画素数の取りうる値程度の段階でしか制御できず、特にブロックが小さい場合にはきめ細かい制御ができなかった。これに対して本実施の形態によれば、透かしブロックパターン中の平均変更量が小さいときには変更量の小さなＲＧＢ基準変更量を、平均変更量が大きいときには、変更量の大きなＲＧＢ基準変更量を選択するので、画質の向上が期待できる。
【００５５】
さらに、複数のＲＧＢ基準変更量を切り替えることにより、第１の実施の形態より更にきめ細かな透かし強度の制御が可能となるという効果がある。
【００５６】
［第３の実施の形態］
図１４は、本発明の第３の実施の形態における透かしパターン変更部の構成を示し、図１５は、本発明の第３の実施の形態における透かしパターン変更部の処理のフローチャートを示し、図１６は、本発明の第３の実施の形態における透かしパターン変更部の処理を説明するための図である。
【００５７】
透かしパターン変更部１２０は、透かしパターンブロック分割部１２１、ブロック内平均変更量算出部１２２、濃度パターン変調部１２３、パターン再構成部１２４、及びＲＧＢ基準変更量記憶部３２５から構成される。本実施の形態におけるＲＧＢ基準変更量記憶部３２５は、予め定められたＲＧＢ基準変更量ＡとＲＧＢ基準変更量Ｂの組を記憶する。
【００５８】
透かしパターン変更部１２０は、透かしパターン生成部１１０からの透かしパターンを入力とし、変更済み透かしパターンを出力する。
【００５９】
ステップ４０１） 透かしパターン変更部１２０は、まず、透かしパターンブロック分割部１２１において、透かしパターン生成部１１０から入力された透かしパターンを透かしパターンブロックに分割する。このときのブロック分割サイズは、図５、図６で示した電子透かし方式のブロックサイズと同じでもよいし、異なっていてもよい。透かしパターンブロック分割部１２１は、透かしパターンブロックをブロック内平均変更量算出部１２２及び濃度パターン変調部１２３に出力する。
【００６０】
ステップ４０２） 次に、ブロック間平均変更量算出部１２２で、１つの透かしパターンブロック中のＣｂ成分の平均変更量を算出する。透かしパターンは各画素におけるＲＧＢ成分の変更量を表すデータであるので、各画素のＲＧＢ成分変更量△ｒ，△ｇ，△ｂに対して式（１）を用いることでＣｂ成分の変更量△ｃｂを求めることができる。これをブロック中の全ての画素に対して行うことで平均変更量μ（△ｃｂ）を求めることができる。
【００６１】
次に、濃度パターン変調部１２３において、透かしパターンブロックに対して、予めＲＧＢ基準変更量記憶部３２５に格納されているＲＧＢ基準変更量を用いて濃度パターン変調を施し、変更済み透かしパターンブロックを得る。具体的には、まず、ＲＧＢ基準変更量Ａが（△ｒＡ，△ｇＡ，△ｂＡ）、ＲＧＢ基準変更量Ｂが（△ｒＢ，△ｇＢ，△ｂＢ）であったとき、ＲＧＢ基準変更量ＡによるＹ成分変更量△ｙＡ及びＲＧＢ基準変更量ＢによるＹ成分変更量△ｙＢを式（１）を用いて求めておき、両者の絶対値を用いて比の値αを、
α＝│△ｙＡ│／（│△ｙＡ│＋│△ｙＢ│）
のようにして求めておく。ここで、△ｙＡと△ｙＢは符号が正負逆になるように、かつ、ＲＧＢ基準変更量ＡによるＣｂ成分変更量△ｃｂＡ及びＲＧＢ基準変更量ＢによるＣｂ成分変更量△ｃｂＢが同じ符号（本実施の形態では正とする）となるように、ＲＧＢ基準変更量ＡとＲＧＢ基準変更量Ｂの組が予めＲＧＢ基準変更量記憶部３２５に格納されているとする。例えば、ＲＧＢ基準変更量Ａが（△ｒＡ，△ｇＡ，△ｂＡ）＝（０，０，１），ＲＧＢ基準変更量Ｂが（△ｒＢ，△ｇＢ，△ｂＢ）＝（−１，０，０）であるとすると、式（１）から
△ｙＡ＝０．１１４，
△ｙＢ＝−０．２９９，
△ｃｂＡ＝０．５１１、
△ｃｂＢ＝０．１７２
となるので、これは条件を満たす組である。
【００６２】
ステップ４０３） また、濃度パターン変調部１２３は、
△ｃｂＡＢ＝α・△ｃｂＡ＋（１−α）・△ｃｂＢ
を求めておく。△ｃｂＡＢは、ブロック中の画素に対して面積比αでＲＧＢ基準変更量記憶部３２５のＲＧＢ基準変更量Ａを用いて画素値変更を行い、面積比（１−α）でＲＧＢ基準変更量記憶部３２５のＧＢ基準変更量Ｂを用いて画素値変更を行った場合の、１画素当たりの平均のＣｂ成分変更量である。第１の実施の形態などと同様に、ＲＧＢ基準変更量ＡとＢの組は、△ｃｂＡＢ＞０でかつ十分大きく（電子透かし方式で想定される最も強い電子透かし埋め込み強度による画素値変更量と比べて同程度かそれ以上となる、という意味）、さらにＲＧＢ基準変更量ＡまたはＢによる（量子化丸めによって生じる）輝度変更量△ｙＡ，△ｙＢが小さくなるようなものを選ぶようにするとよい。
【００６３】
ステップ４０４） 次に、濃度パターン変調部１２３は、△ｃｂＡＢとブロック内平均変更量μ（△ｃｂ）の比β＝μ（△ｃｂ）／△ｃｂＡＢを求める。
【００６４】
ステップ４０５） そして、ブロック内の画素数がｋ画素であるとして、ブロック内のβｋ個の画素を変更対象画素として選択する。選択の方法としてはランダムに選ぶ、あるいは、ブロック内画素位置に１…ｋのラベルを貼っておき、このうちβｋ番目までのラベルの張られた画素を選択するなど、様々な方法があり得る。
【００６５】
ステップ４０６） 次に、選択されたβｋ個の変更対象画素を、αβｋ個の画素のグループＡと（１−α）βｋ個の画素のグループの２つに分割する。この分割の仕方についてもランダムに選ぶ、あるいは、予めブロック内画素位置に１…ｋのラベルを貼っておき、ｊ番目の画素位置がグループＡまたはグループＢのどちらに属すかをマップしておき（ブロック内ではグループＡの画素がαｋ個、グループＢの画素が（１−α）ｋ個となるようにしておく）、上記選択されたβｋ個の変更対象画素の各画素位置について、このマップを用いてグループＡとグループＢに分類するなど、様々な方法がありうる。
【００６６】
ステップ４０７） 次に、濃度パターン変調部１２３は、透かしパターンブロックの△Ｒ，△Ｇ，△Ｂの全画素を一旦ゼロクリアし、上記のステップ４０６で選択されたβｋ個の画素位置の△Ｒ，△Ｇ，△Ｂプレーンの画素値について、グループＡに属するものは（△ｒＡ，△ｇＡ，△ｂＡ）、すなわちＲＧＢ基準変更量Ａとなるようにセットし、グループＢに属するものは（△ｒＢ，△ｇＢ，△ｂＢ）、すなわちＲＧＢ基準変更量Ｂとなるようにセットして、変更済み透かしパターンブロックとしてパターン再構成部１２４に出力する。
【００６７】
ステップ４０８） 上記の濃度パターン変調部１２３の処理を全ての透かしパターンブロックに対して施した場合にはステップ４０９に移行し、そうでない場合は、ステップ４０４に移行する。
【００６８】
ステップ４０９） パターン再構成部１２４において、変更済み透かしパターンブロックを対応する元の透かしパターンブロックと置き換えて再構成して、変更済み透かしパターンを生成して出力する。
【００６９】
なお、図１７に示すように、ブロック内画素数ｋに対してβｋ個の画素を変更箇所として各カラープレーン毎に選択し、更にグループＡとグループＢの分割も各カラープレーン毎に独立に行い、各カラープレーン毎にグループＡの画素とグループＢの画素を、ＲＧＢ基準変更量記憶部３２５に格納されているＲＧＢ基準変更量ＡまたはＢの対応する成分値を用いて設定するようにしてもよい。
【００７０】
＜第３の実施の形態の効果＞
本実施の形態においては、最終的に電子透かし埋め込み装置が出力する画素値は（０，０，０）すなわち変更なしか、ＲＧＢ基準変更量Ａ＝（△ｒＡ，△ｇＡ，△ｂＡ）か、あるいはＲＧＢ基準変更量Ｂ＝（△ｒＢ，△ｇＢ，△ｂＢ）の三通りのいずれかである。さらに、上記のとおり、ＲＧＢ基準変更量Ａによる△ｙＡとＲＧＢ基準変更量Ｂによる△ｙＢは逆符号であるから、ブロック中にＲＧＢ基準変更量Ａによる変更とＲＧＢ基準変更量Ｂによる変更が混在しているときには、画素毎ではなくブロックというマクロな視点で見れば輝度の増減が相殺される効果が得られる。本実施の形態のように、△ｙＡと△ｙＢの絶対値を用いた比αによってＲＧＢ基準変更量Ａによる変更とＲＧＢ基準変更量Ｂによる変更の対象となる画素の面積比率を定めれば、マクロに見た際に輝度の増減は完全に相殺される。すなわち、従来問題であった、画質劣化の主要因である意図しない輝度成分の変更を（マクロに）ゼロにすることができ、電子透かし埋め込みによる画質劣化の低減に大きく寄与する。この点で本実施の形態は第１の実施の形態よりも優れたものとなっている。
【００７１】
また、ＲＧＢ基準変更量Ａによる△ｃｂＡとＲＧＢ基準変更量Ｂに△ｃｂＢが同じ符号であるから、透かしの埋め込みチャネルであるＣｂ成分については相殺されない。すなわち確実に電子透かしを埋め込むことができる。
【００７２】
さらに、第１の実施の形態と同様に、ブロック中の変更対象画素数によって透かしの埋め込みレベルを制御できるため、量子化による丸め誤差の問題を避け、従来技術よりも正確な値を埋め込み可能であり、きめ細かな制御も可能である。
【００７３】
［第４の実施の形態］
本実施の形態では、以下に説明する部分を除き第３の実施の形態と同様である。
【００７４】
図１８は、本発明の第４の実施の形態における透かしパターン変更部の構成を示し、図１９は、本発明の第４の実施の形態における透かしパターン変更部の処理のフローチャートである。
【００７５】
本実施の形態における透かしパターン変更部１２０においては、ＲＧＢ変更量記憶部４２５に、ＲＧＢ基準変更量ＡとＲＧＢ基準変更量Ｂの組を複数記憶する点において第３の実施の形態と異なる。
【００７６】
透かしパターン変更部１２０は、ブロック内平均変更量算出部１２２において各透かしパターンブロック中のＣｂ成分の平均変更量を算出する処理（ステップ４０１〜４０４）までは第３の実施の形態と同様である。
【００７７】
ステップ５０１） 濃度パターン変調部１２３において、ブロック内平均変更量算出部１２２で算出された平均変更量に依存して、ＲＧＢ変更量記憶部４２５に複数記憶されているＲＧＢ基準変更量Ａ／Ｂの組の中から一つの組を選択する処理を伴う部分が第３の実施の形態と異なる。図２０に、ＲＧＢ基準変更量の組の選択方法の例を示す。今、ＲＧＢ基準変更量Ａ／Ｂの組が（１）〜（ｎ）まで、ｎ個用意されているとする。また、各ＲＧＢ基準変更量Ａ／Ｂ（ｉ）に対して、値ｘｉが対応付けられているとする。このとき、ＲＧＢ基準変更量Ａ／Ｂの添え字が大きくなるほど、画素値の変更に伴うＣｂ成分の変更量が大きい、すなわち、透かしが強く埋め込まれるようにし、また、０＜ｘ１＜ｘ２＜…＜ｘｎとなるようにｘｉを定めておく。また、各ＲＧＢ基準変更量Ａ／Ｂ（ｉ）については、第３の実施の形態と同じように、輝度成分の変更量が逆符号であり、Ｃｂ成分の変更量が同符号であるものとする。また、ＲＧＢ基準変更量Ａ／Ｂの各々について、輝度変更量が少ないものが望ましい。入力されたＣｂ成分の平均変更量の絶対値ｙを求め、ｙがｘｊ−１＜ｙ≦ｘｊなる区間内の値であるときに、ｊ番目のＲＧＢ基準変更量の組ＲＧＢ基準変更量Ａ／Ｂ（ｊ）を選択する。図２０の例では、入力された平均変更量（図中の黒丸）がｘ１＜ｙ≦ｘ２であるので、ＲＧＢ基準変更量Ａ／Ｂ（２）が選択される。
【００７８】
このようにＲＧＢ基準変更量の組を一つ選択した後の処理は、第３の実施の形態と同じである。
【００７９】
＜第４の実施の形態の効果＞
本実施の形態においては、第１の実施の形態に対する第２の実施の形態と同じ効果を、第３の実施の形態の効果に更に加えることができる。すなわち、第３の実施の形態の効果に加え、ＲＧＢ基準変更量Ａ／Ｂの組を透かしブロックパターン中の平均変更量の大きさに応じて段階的に選択しているので、視覚的劣化を抑え、かつきめ細かい強度の制御が可能となるといった効果を同時に得ることができる。
【００８０】
［第５の実施の形態］
本実施の形態では、前述の第１〜第４の実施の形態とは異なり、ブロック平均画素値に基づく透かしパターンだけではなく、図２１に示すような任意の透かしパターンにも対応するものとする。例えば、文献Ａのような電子透かし方法に適用可能である。
【００８１】
図２２は、本発明の第５の実施の形態における透かしパターン変更部の構成を示し、図２３は、本発明の第５の実施の形態における透かしパターン変更部の処理のフローチャートである。
【００８２】
本実施の形態における透かしパターン変更部１２０は、透かしパターン階調変換部５１０、画素値マッピング部５２０、及び予め定められた１つ以上のＲＧＢ基準変更量を格納したＲＧＢ基準変更量記憶部５０１から構成される。透かしパターン変更部１２０は、透かしパターン生成部１１０からの透かしパターンを入力とし、変更済み透かしパターンを出力する。複数のＲＧＢ基準変更量は、前述の第１〜第４の実施の形態と同様に、Ｙ成分変更量が少ないものを選ぶようにする。
【００８３】
ステップ６０１） 透かしパターン変更部１２０は、まず、透かしパターン階調変換部５１０において、入力された透かしパターンのＣｂ成分変更量を擬似階調変換し、階調変換パレットパターンを得る。透かしパターン階調変換部５１０における擬似階調レベルについて、図２４を用いて説明する。まず、予めＲＧＢ基準変更量記憶部５０１に格納されているｎ個のＲＧＢ基準変更量（ｉ）（ｉ＝１…ｎ）の各々について、Ｃｂ成分変更量△ｃｂｉを式（１）を用いて求めておく。次に、透かしパターンの各画素値のＣｂ成分変更量ｘ（△Ｒ，△Ｇ，△Ｂに式（１）を適用して得られる、正負の値をとる）を、−△ｃｂｉ，０，△ｃｂｉ（ｉ＝ｉ…ｎ）の２ｎ＋１個の値を用いて量子化する写像を定義する。具体的には、図２４のように、透かしパターンのＣｂ、成分変更量ｘが正の場合、０≦ｘ＜△ｃｂ１／２の場合は０に量子化し、△ｃｂ１／２≦ｘ＜△ｃｂ１＋△ｃｂ２／２の場合は、△ｃｂ１に量子化し、…、
【００８４】
【数２】


の場合は、△ｃｂｉに量子化し、…，
【００８５】
【数３】


の場合は、△ｃｂｎに量子化する、といった手続きを行う。ｘが負の場合も同様にすればよい。このようにして、もともと実数値であった透かしパターンのＣｂ成分変更量ｘを、２ｎ＋１レベルの離散的な値に写像する。このとき、−△ｃｂｉを表すパレット番号を［−ｉ］，［０］を表すパレット番号を［０］、△ｃｂｉを表すパレット番号を［ｉ］とすれば、実数値ｘは［±ｉ］（ｉ＝０，…，ｎ）の２ｎ＋１個のパレット情報に写像されることになる。
【００８６】
この写像を用いて、透かしパターンの擬似階調変換を行って階調変換パレットパターンを生成する。具体的には図２５に示すように、例えば、Floyd-Steinberg誤差拡散法を用いた擬似階調変換を行う。よく知られている２値化の場合と同様に、各画素のＣｂ成分変更量について上記のような写像で量子化値に置き換え、置き換えによって生じた元のＣｂ成分変更量との誤差を、未処理の近傍画素へ拡散する、という手続きによって、多値化誤差拡散を行うことができる。図２５では、ＲＧＢ基準変更量が１つ、すなわち、ｎ＝１の場合であるため、擬似階調表現は３値レベルで行われている。図２３（Ｂ）の階調変換パレットパターン中の黒画素はパレット番号［−１］、すなわち−△Ｃｂ１を、灰色画素は［０］、すなわち０を、白画像は［１］、すなわち△Ｃｂ１を表している。本実施の形態では、Floyd-Steinberg誤差拡散法を用いたが、別の擬似階調表現方法、例えば、組織的ディザ法など任意のものを用いても良い。
【００８７】
ステップ６０２） 次に、画像値マッピング部５２０において、階調変更パレットパターンの各パレット情報を用いて透かしパターンの各画素値を変更して、変更済み透かしパターンを出力する。図２６を用いて画素値マッピング部５２０における処理を説明する。
【００８８】
階調変換パレットパターンの各要素値は、上記のようにＲＧＢ基準変化量（ｉ）と対応付けられたパレット情報［ｉ］となっている。そこで、画素値マッピング部５２０では、階調変換パレットパターンの各パレット情報に対応するＲＧＢ基準変更量を、対応する透かしパターンの画素値として設定することで、変更済み透かしパターンを生成する。このとき、パレット情報が負の場合は、上記のパレット情報とＲＧＢ基準変更量の対応付けに従って、パレット情報の絶対値│ｉ│に対応するＲＧＢ基準変更量（│ｉ│）＝（△ｒｉ，△ｇｉ，△ｂｉ）を用いて、透かしパターンの対応する画素値を（−△ｒｉ，−△ｇｉ，−△ｂｉ）に設定するようにする。図２６では、ＲＧＢ基準変更量が一つの場合を示しているが、複数の場合も同様の手順で処理を行う。
【００８９】
＜第５の実施の形態の効果＞
本実施の形態においては、透かしパターンを擬似階調変換し、量子化された値をＲＧＢ基準変更量と対応付け、これに基づいて変更済み透かしパターンを得るため、第１〜第４の実施の形態のように、ブロックベースの処理の場合に生じるブロック歪を生じさせず、画質の改善が図れる。特に、図２１に示したようなテクスチャ的な透かしパターンに適している。また、各ＲＧＢ基準変更量はＹ成分の変更量が少ないものであるため、変更済み透かしパターンのＹ成分変更量も低く抑えられるため、画質の改善を図ることができる。また、擬似階調表現によって、透かしパターンの振幅レベルを細かく表現でき、画質劣化と耐性のトレードオフバランスの細かな制御が可能となる。
【００９０】
［第６の実施の形態］
本実施の形態においては、以下に説明する点を除き、第５の実施の形態と同様である。
【００９１】
図２７は、本発明の第６の実施の形態における透かしパターン変更部の構成を示し、図２８は、本発明の第６の実施の形態における透かしパターン変更部の処理のフローチャートを示す。
【００９２】
本実施の形態における透かしパターン変更部１２０は、透かしパターン階調変換部５１０、画素値マッピング部５２０、及び、予め定められた１つ以上のＲＧＢ基準変更量ＡとＲＧＢ基準変更量Ｂの組を格納したＲＧＢ基準変更量記憶部５０２から構成される。透かしパターン変更部１２０は、透かしパターン生成部１１０からの透かしパターンを入力とし、変更済み透かしパターンを出力する。
【００９３】
ＲＧＢ基準変更量記憶部５０２は、第４の実施の形態などと同様に、ＲＧＢ基準変更量Ａ／Ｂの組が（１）〜（ｎ）まで、ｎ個用意されているとする。また、ＲＧＢ基準変更量Ａ／Ｂの添え字が大きくなるほど、画素値の変更に伴うＣｂ成分の変更量が大きい。すなわち、透かしが強く埋め込まれるようにし、各組におけるＡとＢでは、輝度成分の変更量が逆符号であり、Ｃｂ成分の変更量が同符号であるものとする。
【００９４】
ステップ７０１） 透かしパターン変更部１２０は、まず、透かしパターン階調変更部５１０において、入力された透かしパターンのＣｂ成分変更量を擬似階調変換し、階調変換パレットパターンを得る。
【００９５】
透かしパターン階調変換部５１０における擬似階調ラベルについて、図２４を用いて説明する。まず、ＲＧＢ基準変更量記憶部５０２に格納されている予め定められたｎ個のＲＧＢ基準変更量Ａ／Ｂ（ｉ）（ｉ＝１…ｎ）の各組について、ＲＧＢ基準変更量Ａ（ｉ）が（△ｒＡｉ，△ｇＡｉ，△ｂＡｉ）、ＲＧＢ基準変更量Ｂ（ｉ）が（△ｒＢｉ，△ｇＢｉ，△ｂＢｉ）であったとき、ＲＧＢ基準変更量Ａ（ｉ）によるＹ成分変更量△ｙＡｉ及びＲＧＢ基準変更量Ｂ（ｉ）によるＹ成分変更量△ｙＢｉを式（１）を用いて求めておき、両者の絶対値を用いて比の値αｉを、
αｉ＝│△ｙＡｉ│／（│△ｙＡｉ│＋│△ｙＢｉ│）
のようにして求めておく。
【００９６】
ステップ７０２） 次に、ＲＧＢ基準変更量Ａ（ｉ）によるＣｂ成分変更量△ｃｂＡｉと、ＲＧＢ基準変更量Ｂ（ｉ）によるＣｂ成分変更量△ｃｂＢｉと、今求めたαｉを用いて、
△ｃｂｉ＝αｉ・△ｃｂＡｉ＋（１−αｉ）・△ｃｂＢｉを求める。
【００９７】
ステップ７０３） これを用いて、第５の実施の形態と同様に階調変換パレットパターンを生成する。
【００９８】
ステップ７０４） 次に、画素値マッピング部５２０において、階調変換パレットパターンの各パレット情報を用いて透かしパターンの各画素値を変更して、変更済み透かしパターンを出力する。図２９を用いて画素値マッピング部における処理を説明する。階調変換パレットパターンの各要素値は、ＲＧＢ基準変更量Ａ／Ｂ（ｉ）と対応付けられたパレット情報［ｉ］となっている。そこで、画素値マッピング部５２０では、階調変換パレットパターンの各パレット情報に対応するＲＧＢ基準変更量Ａ／Ｂを用いて、変更済み透かしパターンを生成する。具体的には、上記の比αｉをＲＧＢ基準変更量Ａ（ｉ）が選ばれる確率、（１−αｉ）をＲＧＢ基準変更量Ｂ（ｉ）が選ばれる確率とみなして、パレット情報［ｉ］の画素値を、この確率に従ってＲＧＢ基準変更量Ａ（ｉ）または、ＲＧＢ基準変更量Ｂ（ｉ）に設定する。これは、図２９に示すように、同一のパレット情報を持つ画素領域を、面積比αｉ：１−αｉにランダムにグループ分けすることに相当する。パレット情報が負の場合は、第５の実施の形態と同様にして、パレット情報の絶対値│ｉ│に対応するＲＧＢ基準変更量Ａ／Ｂ（│ｉ│）を用いて、変更画素値を正負逆転させればよい。
【００９９】
なお、上記の各実施の形態においては、Ｃｂ成分への電子透かし埋め込みについて説明したが、勿論Ｃｒ成分でもかまわない。さらに、ＨＳＶ表示色におけるＨ成分やＳ成分などであってもかまわない（この場合はＶ（明度）成分がＹｃｂＣｒ成分におけるＹ相当であると考え、Ｖの変更量を抑えるように本発明を適用すればよい）。その他の表色系であっても同様に適用可能である。
【０１００】
また、本実施の形態において、原画像のデータフォーマットがＲＧＢ表色系に基づいている場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、原画像データフォーマットが、例えばＪＰＥＧやＭＰＥＧなどのようにＹＣｂＣｒ表色系に基づくものであったり、あるいは、ＨＳＶ表色系であっても適用可能である。また、本実施の形態においては、原画像のデータフォーマットがＲＧＢ表色系、電子透かし埋め込みをＹＣｂＣｒ表色系で行う場合を説明したが、第１，２，５の実施の形態のように濃度変調する場合は、これら２つの表色系が同じでもかまわない。さらに、第３，４，６の実施の形態のように特定色成分の変更量を相殺する場合では、原画像のデータフォーマットの表色系と電子透かし埋め込み対象色成分の表色系が異なっていれば、どのような組み合わせでも本発明が適用可能である。
【０１０１】
さらに、上記の各実施の形態では、静止画像への電子透かしについて説明したが、非特許文献１のような動画像への電子透かしを考えた場合は、動画像の各フレーム画像またはフィールド画像を静止画像とみなして本発明を適用すればよい。
【０１０２】
なお、上記の第１〜第６の実施の形態における電子透かし埋め込み装置の各構成要素の動作をプログラムとして構築し、電子透かし埋め込み装置として利用されるコンピュータにインストールして実行させる、または、ネットワークを介して流通させることが可能である。
【０１０３】
また、構築されたプログラムをハードディスクや、フレキシブルディスク・ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬記憶媒体に格納し、電子透かし埋め込み装置として利用されるコンピュータにインストールする、または、配布することが可能である。
【０１０４】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において種々変更・応用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明は、コンテンツの著作権保護・管理システムや、コンテンツ関連サービス提供システム等に用いられる電子透かし技術に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の原理構成図である。
【図２】本発明の原理を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態共通の電子透かし埋め込み装置の構成図である。
【図４】本発明の実施の形態共通の電子透かし埋め込み装置の処理のフローチャートである。
【図５】本発明の説明に用いる電子透かし埋め込み方法を説明するための図である。
【図６】本発明の説明に用いる電子透かし検出方法を説明するための図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における透かしパターン変更部の構成図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における透かしパターン変更部の処理のフローチャートである。
【図９】本発明の第１の実施の形態における透かしパターン変更部の処理を説明するための図（その１）である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における透かしパターン変更部の処理を説明するための図（その２）である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態における透かしパターン変更部の構成図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態における透かしパターン変更部の処理のフローチャートである。
【図１３】本発明の第２の実施の形態における濃度パターン変調部のＲＧＢ基準変更量の選択処理を説明するための図である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態における透かしパターン変更部の構成図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態における透かしパターン変更部の処理のフローチャートである。
【図１６】本発明の第３の実施の形態における透かしパターン変更部の処理を説明するための図（その１）である。
【図１７】本発明の第３の実施の形態における透かしパターン変更部の処理を説明するための図（その２）である。
【図１８】本発明の第４の実施の形態における透かしパターン変更部の構成図である。
【図１９】本発明の第４の実施の形態における透かしパターン変更部の処理のフローチャートである。
【図２０】本発明の第４の実施の形態における濃度パターン変調部のＲＧＢ基準変更量の選択処理を説明するための図である。
【図２１】本発明の第５の実施の形態を適用する透かしパターンの例である。
【図２２】本発明の第５の実施の形態における透かしパターン変更部の構成図である。
【図２３】本発明の第５の実施の形態における透かしパターン変更部の処理のフローチャートである。
【図２４】本発明の第５の実施の形態における透かしパターン階調変換部の処理を説明するための図（その１）である。
【図２５】本発明の第５の実施の形態における透かしパターン階調変換部の処理を説明するための図（その２）である。
【図２６】本発明の第５の実施の形態における画素値マッピング部の処理を説明するための図である。
【図２７】本発明の第６の実施の形態における透かしパターン変更部の構成図である。
【図２８】本発明の第６の実施の形態における透かしパターン変更部の処理のフローチャートである。
【図２９】本発明の第６の実施の形態における画素値マッピング部の処理を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１００ 電子透かし埋め込み装置
１１０ 透かしパターン生成手段、透かしパターン生成部
１２０ 透かしパターン変更手段、透かしパターン変更部
１２１ 透かしパターンブロック分割部
１２２ ブロック内平均変更量算出部
１２３ 濃度パターン変調部
１２４ パターン再構成部
１２５ 基準変更量記憶手段、ＲＧＢ基準変更量記憶部
１３０ 透かしパターン重畳手段、透かしパターン重畳部
２２５ ＲＧＢ基準変更量記憶部
３２５ ＲＧＢ基準変更量記憶部
４２５ ＲＧＢ基準変更量記憶部
５０１ ＲＧＢ基準変更量記憶部
５０２ ＲＧＢ基準変更量記憶部
５１０ 透かしパターン階調変換部
５２０ 画素値マッピング部
【出願人】 【識別番号】０００００４２２６
【氏名又は名称】日本電信電話株式会社
【出願日】 平成１８年７月７日（２００６．７．７）
【代理人】 【識別番号】１０００７０１５０
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦

【識別番号】１００１２４８４４
【弁理士】
【氏名又は名称】石原 隆治
【公開番号】 特開２００８−１７２８９（Ｐ２００８−１７２８９Ａ）
【公開日】 平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【出願番号】 特願２００６−１８８０１１（Ｐ２００６−１８８０１１）