デジタルデータの情報埋め込み装置及び埋込み情報検出装置
【課題】 情報埋め込み対象の原データが欠損することなく、埋込み情報を原データに埋め込むことができるデジタルデータの情報埋め込み装置を提供する。
【解決手段】 情報埋め込み装置１０は、情報埋め込み対象であるデジタルの原データに情報を埋め込む装置であって、原データに誤り訂正符号化の処理を遂行して出力する誤り訂正符号化部１と、誤り訂正符号化部１により誤り訂正符号化された原データに埋込み情報を誤りとして埋め込む情報埋込部２とを備える。
【解決手段】 情報埋め込み装置１０は、情報埋め込み対象であるデジタルの原データに情報を埋め込む装置であって、原データに誤り訂正符号化の処理を遂行して出力する誤り訂正符号化部１と、誤り訂正符号化部１により誤り訂正符号化された原データに埋込み情報を誤りとして埋め込む情報埋込部２とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルデータの情報埋め込み技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ステガノグラフィー(steganography)や電子透かしなどの情報埋め込み技術が知られている。例えば、電子透かしは、画像データ等のデジタルデータに著作権情報や証明書情報などの透かし情報を埋め込むものであり、画像データの一部を透かし情報に置換して電子透かし画像データを生成する。ステガノグラフィーは、画像データ等のデジタルデータを、埋込みデータを隠す伝送媒体（カバーデータ）として用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１７４６２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の情報埋め込み技術は、画像データ等の情報埋め込み対象（原データ）を利用し、埋込み情報を直接原コンテンツデータに埋め込む。例えば、原画像データに文字を埋め込む場合、原画像データをビットプレーンに分解し、その一部のビットプレーンを文字情報に置換するので、原データの一部が埋込み情報に変換されてしまい、原データを完全に複元することが困難であるとの課題がある。
【０００５】
また、原データの一部を埋込み情報に置換して埋め込む場合、原データのデータ構造や複雑さを考慮する必要があり、埋め込み処理が複雑になる課題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、情報埋め込み対象の原データが欠損することなく、埋込み情報を原データに埋め込むことができるデジタルデータの情報埋め込み装置、及び該装置により埋込み情報が埋め込まれた埋込み情報付きデータから埋込み情報を検出する埋込み情報検出装置、これらのプログラム等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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係るデジタルデータの情報埋め込み装置は、情報埋め込み対象の原データを誤り訂正符号化し、誤り訂正符号化された原データに対して埋込み情報を「誤り」として埋め込むことを特徴としている。すなわち、本発明の情報埋め込み装置は、原データに誤り訂正符号化の処理を遂行する誤り訂正符号化部と、誤り訂正符号化された原データに埋込み情報を誤りとして埋め込む情報埋込部と、を備える。
【０００８】
本発明の埋込み情報検出装置は、デジタルの原データに埋込み情報が埋め込まれた埋込み情報付きデータから埋込み情報を検出するための装置であって、埋込み情報付きデータに対して誤りとして埋め込まれた埋込み情報を復元する復元処理部を備える。
【０００９】
また、本発明の他の側面は、情報埋め込み対象であるデジタルの原データに情報を埋め込むためのプログラムであって、原データに誤り訂正符号化を遂行する処理と、誤り訂正符号化された原データに埋込み情報を誤りとして埋め込む処理と、をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明の他の側面は、デジタルの原データに埋込み情報が埋め込まれた埋込み情報付きデータから前記埋込み情報を検出するためのプログラムであって、埋込み情報付きデータに対して誤りとして埋め込まれた埋込み情報を復元する復元処理をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、情報埋め込み対象の原データを誤り訂正符号化し、誤り訂正符号化された原データに対して埋込み情報を「誤り」として埋め込むので、誤り訂正に基づく復元処理を通じて埋込み情報による原データの欠損がない原データの復元及び埋込み情報の抽出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】情報埋め込み装置の第１の実施形態を示すブロック図であり、情報を埋め込む処理を説明する図である。
【図２】第１の実施形態の情報埋め込み装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】埋込み情報検出装置の第１の実施形態を示すブロック図であり、データ復号及び埋込み情報を検出する処理を説明する図である。
【図４】第１の実施形態の埋込み情報検出装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】情報埋め込み装置の第２の実施形態を示すブロック図であり、情報を埋め込む処理を説明する図である。
【図６】第２の実施形態の情報埋め込み装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】埋込み情報検出装置の第２の実施形態を示すブロック図であり、データ復号及び埋込み情報を検出する処理を説明する図である。
【図８】第２の実施形態の埋込み情報検出装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】第１の実施形態に基づく実施例１で用いた畳込み符号器を示す図である。
【図１０】上記実施例１に関するトレリス線図である。
【図１１】第１の実施形態に基づく実施例２を説明するための図であり、実施例２のシステムブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
（情報埋め込み装置の第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。第１の実施形態のデジタルデータの情報埋め込み装置の概要を図１に示す。第１の実施形態の情報埋め込み装置１０は、情報埋め込み対象であるデジタルの原データに情報を埋め込むための装置であって、原データに誤り訂正符号化の処理を遂行して出力する誤り訂正符号化部１と、誤り訂正符号化部１によって誤り訂正符号化された原データに埋込み情報を誤りとして埋め込む情報埋込部２と、を備える。これら各部は、専用のハードウェア装置で構成することができ、或いはソフトウエアプログラムに基づく１または複数のプロセッサの機能として実現することもできる。
【００１５】
なお、ここでは誤り訂正符号化部１による誤り訂正符号化にＢＣＨ符号化方式を用いた場合について説明するが、これに限定されず、ＲＳ（リード・ソロモン）符号、ファイア符号、ゴッパ符号などの代数的符号や畳み込み符号、ターボ符号或いは、組合せ符号などを用いることもできる。
【００１６】
以下、誤り訂正符号化部１による原データの誤り訂正符号化に２ビット短縮の(１３，５)ＢＣＨ符号を用いる場合について説明する。一般に、（ｎ，ｋ）ＢＣＨ符号は、ｋビットのデータに対してｎ−ｋビットの検査ビットを付加した符号長ｎビットの符号であり、多重の誤りを訂正する機能をもつ。
【００１７】
この(１３，５)ＢＣＨ符号化方式では、２重誤りを訂正することができる。まず、抽出された原データを５ビットずつに分割し、それぞれをＢＣＨ符号化すると、符号長１３ビットのＢＣＨ符号系列が生成される。 既述の通り、このＢＣＨ符号においては、１３ビット中、２個の誤りを訂正できる。したがって、埋込み情報を２ビットずつ分割して埋め込みを行い「埋込み情報付きデータ」を作成する。なお、埋込み情報を何ビットずつに分割するかについては、使用される誤り訂正符号化方式の誤り訂正能力以下に設定すればよい。
【００１８】
以下、図２のフローチャートを参照して、情報埋め込み装置１０の動作を、具体例に基づいて説明する。ただし、以下の具体例において、ＢＣＨ符号は、組織化されている（すなわち検査ビット系列がまとまっているＢＣＨ符号である）ものとする。
【００１９】
まず、誤り訂正符号化部１は、情報の埋込み対象となる原データを所定の記憶媒体から抽出し、該抽出された原データを、５ビットずつ分割する（ステップＳ１）。例えば、原データが1011001101の場合には、
原データ：10110 01101・・・分割原データ（１）
として、２つのブロックに分割される。
【００２０】
次に、誤り訂正符号化部１は、予め定められた符号長（本実施例では符号長１３）で、原データのＢＣＨ符号化を行う（ステップＳ２）。この例では、原データ（１）の各５ビットを誤り訂正符号化部１でＢＣＨ符号化することにより、
1011001111010 0110101001101・・・符号化データ（２）（３）
となり、（２）及び（３）の２つの符号化データブロックが生成される。ここで、各符号化データブロック（２）（３）は、各々、５ビットの原データに８ビットの検査ビットが付加されたものである。生成された各符号化データブロック（２）（３）は、情報埋込部２に提供される。
【００２１】
続いて、情報埋込部２は、原データに埋め込む埋込み情報を所定の記憶媒体から抽出し、かかる埋込み情報を所定ビット（本例では２ビット）ずつ分割する（ステップＳ３）。例えば、埋込み情報が1101100101の場合には、
埋込み情報：11 01 10 01 01・・・ 埋込み情報（４）
と分割される。なお、本実施形態では、ステップＳ３の処理を情報埋込部２が行うこととしているが、これに限定されず、情報埋込部２の前段にステップＳ３の処理を行うデバイスを設けてもよい。
【００２２】
次に、情報埋込部２は、１３ビットのＢＣＨ符号すなわち符号化データブロック（２）、（３）への埋込み情報を挿入するための挿入位置を識別する（ステップＳ４）。ここで、挿入位置は、任意の位置とすることが可能であり、１３ビット中任意の２箇所を予め設定しておく。この例では、埋込み情報の挿入位置として、ＢＣＨ符号の各ブロックの３ビット目と８ビット目が設定された場合について説明する。
【００２３】
なお、他の実施の形態として、埋込み情報の挿入位置を時間的に変えることによってスクランブルをかけるようにすることもできるが、ここでは説明を省略する。
【００２４】
続いて、情報埋込部２は、１３ビットのＢＣＨ符号における各ブロックの所定位置（３ビット目と８ビット目）に埋込み情報ビットを加えることで（ステップＳ５）、埋込み情報の埋込み処理を行う。ここでの加法は、例えば排他的論理和とする。
【００２５】
この例では、先頭から１３ビットまでの１番目のブロック（２）の３ビット目の”１”と 埋込み情報（４）の１ビット目の”１”を排他的論理和で加えることで、１＋１＝０が算出され、該算出値の０が１番目のブロック（２）の３ビット目に埋め込まれる。同様に、１番目のブロック（２）の８ビット目の”１”と埋込み情報（４）の２ビット目の”１”を排他的論理和で加えることで、１＋１＝０が算出され、該算出値の０が１番目のブロック（２）の８ビット目に埋め込まれる。
【００２６】
さらに、次の１３ビットである２番目のブロック（３）の３ビット目の”１”と埋込み情報（４）の３ビット目の”０”を排他的論理和で加えることで、１＋０＝１が算出され、該算出値の１が２番目のブロック（３）の３ビット目に埋め込まれる。同様に、２番目のブロック（３）の８ビット目の”０”と埋込み情報（４）の４ビット目の”１”を排他的論理和で加えることで、０＋１＝１が算出され、該算出値の１が２番目のブロック（３）の８ビット目に埋め込まれる。
【００２７】
実際の処理では、原データのＢＣＨ符号につき３番目以降のブロックが存在することとなるので、以下は、埋込み情報（４）の埋め込みができなくなるまで情報埋込部２で同様の処理を続行し、埋め込みが出来なくなるとステップＳ５の処理を終了する。処理が完了した埋込み情報付きデータは、ステップＳ６で、情報埋込部２によって、所定のフォーマットでファイル化され、適宜、所定の記憶媒体に格納され、或いは目的の装置に送信される。
【００２８】
上述のような埋め込み処理を行うことによって、符号化された原データのＢＣＨ符号データの先頭から３，８，１６，２１，・・・ビット目の値が、それぞれ０，０，１，１，・・・となる。したがって、本例での埋込み情報付きデータは
1001001011010 0110101101101・・・ 埋込み情報付きデータ（５）
となる。
【００２９】
（埋込み情報検出装置の第１の実施形態）
次に、上述した情報埋め込み装置に対応する埋込み情報検出装置について説明する。第１の実施形態の埋込み情報検出装置の概要を図３に示す。第１の実施形態の埋込み情報検出装置２０は、埋込み情報が埋め込まれたデジタルデータ（埋込み情報付きデータ）から埋込み情報を検出する装置であって、埋込み情報付きデータに対して誤りとして埋め込まれた埋込み情報を復元する復号器３（復元処理部）を備える。
【００３０】
以下、図４のフローチャートを参照して、埋込み情報検出装置２０の動作及び埋込み情報付きデータの復号の原理を、上述した具体例に基づいて説明する。
【００３１】
上述のように、原データが「1011001101」の場合には、ステップＳ１で５ビットずつの「10110」「01101」に分割され（分割原データ（１））、ステップＳ２でＢＣＨ符号化（８ビットの検査ビット付加）が行われ、「1011001111010」「0110101001101」の２つの符号化データブロック（２）（３）が生成される。そして、ステップＳ３で埋込み情報が２ビットずつに分割され、「11 01 10 01 01」の埋込み情報（４）が生成される。さらに、ステップＳ５で１３ビットのＢＣＨ符号における各ブロックの所定位置（３ビット目と８ビット目）に埋込み情報ビットを加えることで、埋込み情報の埋込み処理が行われ、埋込み情報付きデータ（５）として「1001001011010」「0110101101101」が生成される。すなわち、埋込み情報付きデータ（５）では、各ブロックの３ビット目と８ビット目に埋込み情報が埋め込まれている。
【００３２】
まず、復号器３は、ステップＳ１１で埋込み情報付きデータ（５）を入力し、入力された埋込み情報付きデータ（５）の復号処理をステップＳ１２で実行する。
【００３３】
復号とは、誤り訂正符号化により原データに付加された冗長ビット（検査ビット）を利用して、符号化されたデータに含まれ得る誤りを検出・訂正することである。知られている復号法に、ユークリッド復号法、ピーターソン復号法、ウェルチ・バーレカンプ復号法、レディ・ロビンソン復号法、ビタビ復号法などがあるが、ここではよく使われているユークリッド復号法を用いて復号器３で復号処理を行う場合について説明する。上記の埋込み情報付きデータ（５）をユークリッド復号法で処理すると、データ（５）において埋込み情報の「１」が埋め込まれた所定の位置が「誤り位置」として検出される。
【００３４】
この例では、第１ブロックの３ビット目と８ビット目、第２ブロックの８ビット目に１が加えられているから、この第１ブロックの３ビット目と８ビット目及び第２ブロックの８ビット目が誤り位置として検出、出力される（ステップＳ１３）。第２ブロックの３ビット目は、埋込み情報「0」が加えられているため誤り位置としては検出されない。
【００３５】
このとき、復号器３は、誤りの検出された所定の位置には１を、検出されない所定の位置には0を対応させることで埋込み情報の復元処理を行う（ステップＳ１４）。かかる復元処理により、本例での埋込み情報が、「１１０１・・・」と推定される。そして、ステップＳ１５で、復号器３は、かかる推定値を埋込み情報付きデータ（５）の各ブロックの３ビット目と８ビット目に（排他的論理和で）加えることにより、誤り訂正符号化された原データの復元処理を行う。
【００３６】
具体的には、ステップＳ１５の処理で、ＢＣＨ符号化された原データとして、
1001001011010 ＋ 0010000100000 = 1011001111010 ・・・符号化データ（２）
0110101101101 ＋ 0000000100000 = 0110101001101 ・・・符号化データ（３）
が復元される。
【００３７】
続くステップＳ１６で、復号器３は、ステップＳ１５で復元された符号化データ（符号化データブロック）（２），（３）の先頭から所定ビット（本例では５ビット）を抽出し、抽出順に並べることで原データの抽出及び復元を行う。
【００３８】
具体的には、ステップＳ１６の処理で、符号化データ（２）から「10110」が、符号化データ（２）から「01101」が各々抽出され、
10110 01101・・・ 原データ（１）
となり、原データが完全に復元される。
【００３９】
なお、「データの誤り」とは、データの正しいビットに１が加えられることを意味するものであり、このようにユークリッド復号法などの復号法を用いると、データの誤り箇所が出力される。
【００４０】
（情報埋め込み装置の第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態のデジタルデータの情報埋め込み装置の概要を図５に示す。第２の実施形態の情報埋め込み装置１０Ａは、情報埋め込み対象であるデジタルの原データに情報を埋め込むための装置であって、原データに誤り訂正符号化の処理を遂行して出力する第１の誤り訂正符号化部１と、埋込み情報に誤り訂正符号化の処理を遂行して出力する第２の誤り訂正符号化部１１と、誤り訂正符号化された原データに誤り訂正符号化された埋込み情報を誤りとして埋め込む情報埋込部２と、を備える。すなわち、第２の実施形態では、埋込み情報にも誤り訂正符号を行う構成となっている。これら各部は、専用のハードウェア装置で構成することができ、或いはソフトウエアプログラムに基づく１または複数のプロセッサの機能として実現することもできる。
【００４１】
なお、以下では第１の誤り訂正符号化部１と第２の誤り訂正符号化部１１の両方でＢＣＨ符号化方式を用いた場合について説明するが、これに限定されず、ＢＣＨ符号化より訂正能力の高い畳込み符号やRS（リード・ソロモン）符号などを用いることもできる。
【００４２】
以下、第２の誤り訂正符号化部１１による埋込み情報の誤り訂正符号化にも(１３，５)ＢＣＨ符号を用いる場合について、図６のフローチャートを参照して説明する。第１の誤り訂正符号化部１による原データの処理については、上述した第１の実施形態の場合と同様であるため、同一例を用い、また、フローチャートの同一の処理には同一のステップ番号を付し、適宜説明を省略する。
【００４３】
ステップＳ１及びＳ２は、第１の誤り訂正符号化部１が行う処理であり、第１の実施形態で上述したステップＳ１及びＳ２と同様である。
【００４４】
一方、第２の誤り訂正符号化部１１は、埋込み情報のデータを所定の記憶媒体から抽出し、かかる抽出データを５ビットずつに分割する（ステップＳ３１）。例えば、埋込み情報が1011011010の場合には、
埋込み情報：10110 11010 ・・・埋込み情報データ（６）
の２つのブロックに分割される。
【００４５】
次に、第２の誤り訂正符号化部１１は、予め定められた符号長（本例では１３）で、埋込み情報データのＢＣＨ符号化を行う（ステップＳ３２）。この例では、埋込み情報データ（６）の各５ビットをＢＣＨ符号化することで、
1011000011011 1101011010110・・・符号化埋込み情報（７）
の２つの符号化ブロックからなるＢＣＨ符号が生成される。ここで、各符号化データブロックは、各々、５ビットの埋込み情報に８ビットの検査ビットが付加されたものである。
【００４６】
続いて、第２の誤り訂正符号化部１１は、生成された符号化埋込み情報（７）を所定ビット（本例では２ビット）ずつに分割する（ステップＳ３３）。本例では、ステップＳ３３の処理により、
10 11 00 00 11 01 11 10 10 11 01 01 10 ・・・ 埋込み情報（８）
が生成される。生成された埋込み情報（８）は、情報埋込部２に提供される。
【００４７】
次に、情報埋込部２は、原データの１３ビットのＢＣＨ符号すなわち符号化データブロック（２）（３） 1011001111010 0110101001101・・・の各ブロックの所定の位置（３ビット目と８ビット目）を識別し（ステップＳ４）、かかる位置に埋込み情報ビットを加えることで（ステップＳ５）、第１の実施形態と同様に埋込み情報の埋込み処理を行う。
【００４８】
かかる埋込み処理により、
１＋１＝０，１＋０＝１，１＋１＝０，０＋１＝１，・・・により、符号化埋込み情報付きデータとして、
1001001111010 0100101101101・・埋込み情報付きデータ（８）
が生成される。生成された埋込み情報付きデータ（８）は、ステップＳ６で、情報埋込部２によって、所定のフォーマットでファイル化され、適宜、記憶媒体に格納され、或いは目的の装置に送信される。
【００４９】
第２の実施形態では、このように予め「埋込み情報」を符号化することで、符号化埋込み情報付きデータ（９）に３個以上の誤り（すなわちＢＣＨ符号化された原データの持つ誤り訂正能力が２個であり、これを超える誤り）を含んでいる場合でも、埋込み情報の持つ誤り訂正能力を利用することで、符号化埋込み情報（７）に正しく復号できる可能性が高くなる。
【００５０】
（埋込み情報検出装置の第２の実施形態）
次に、上述した第２の実施形態の情報埋め込み装置１０Ａに対応する埋込み情報検出装置について説明する。第２の実施形態の埋込み情報検出装置の概要を図７に示す。第２の実施形態の埋込み情報検出装置２０Ａは、符号化された埋込み情報である符号化埋込み情報が誤りとして埋め込まれたデジタルデータから埋込み情報を検出する装置であって、デジタルデータから、原データと、誤りとして埋め込まれた符号化埋込み情報とを復元する第１の復号器３（第１の復元処理部）と、第１の復元処理部３で復元された符号化埋込み情報に対して誤り訂正を行って埋込み情報を復元する第２の復号器３１（第２の復元処理部）と、を備える。
【００５１】
以下、図８のフローチャートを参照して、埋込み情報検出装置２０Ａの動作及び符号化埋込み情報付きデータの復号の原理を、上述した具体例に基づいて説明する。すなわち本例では、符号化埋込み情報（７）を埋め込んだ埋込み情報付きデータ（９）として「1001001111010」「0100101101101」・・が生成されている場合である。
【００５２】
まず、第１の復号器３は、ステップＳ１１で埋込み情報付きデータ（９）を入力し、入力された埋込み情報付きデータ（９）の復号処理をステップＳ１２で実行する。なお、ステップＳ１１乃至ステップＳ１３の処理は、第１の実施形態と同様である。
【００５３】
符号化埋込み情報付きデータ（９）「1001001111010 0100101101101・・・」をユークリッド復号法で処理すると（ステップＳ１２）、１を埋め込んだ第１ブロックの３ビット目、第２ブロックの３ビット目と８ビット目が誤り（誤り位置）として検出され（ステップＳ１３）、その位置に埋め込まれたビットは１である。埋込みの所定位置に誤りが検出されないときは、その位置に埋め込まれたビットは0である。このような処理によって、埋込み情報はビット系列1011・・・と推定される（ステップＳ２１）。
【００５４】
しかしながら、符号化埋込み情報付きデータ（９）が３個以上の誤り（すなわちＢＣＨ符号化された原データの持つ誤り訂正能力を超える誤り）を含む場合がある。この場合は正しく復号されず、符号化埋込み情報（７）とはならない。
【００５５】
そこで、この埋込み所定位置から抽出された埋込み情報のビット系列にユークリッド復号を施すと、１３個の抽出ビット当たり２個以下の誤りであれば訂正することができる。このような理由で、常に、予め設定された埋込み所定位置から求めたビット系列にユークリッド復号を施す。したがって、２個以下の誤りならば完全に訂正され、そのとき第１の復号器３から符号化埋込み情報（７）が抽出される（ステップＳ２１）。更に、抽出された符号化埋込み情報（７）を第２の復号器３１でユークリッド復号し（ステップＳ２２）、ビット誤り位置を検出し（ステップＳ２３）、検出されたビット誤り位置に所定ビットを対応させることで、埋込み情報（６）である「10110 11010・・・」を得る（ステップＳ２４）。この後は、第１の実施形態と同様にして原データが完全に復元される（ステップＳ２５）。
【００５６】
本発明の最大の特徴は、原データに何ら変更を加えることなく、そこに他の情報を埋め込めることができる点にある。これは、本発明の埋込み・抽出手法から明らかである。従来の方法では、原データの一部を埋込みデータに置換するために、その結果、原データには変更が加えられる。画像などのデータ量の多い対象であれば、多少のデータ欠損があっても、見た目に影響は与えない。しかしながら、テキストデータなどのデータ量の少ない対象や完全なデータであることが求められる対象に従来の埋込み方法は使えない。本発明の手法を用いると、この問題は解消される。
【００５７】
（実施例）
以下、本発明の実施例を説明する。但し、本発明がこの実施例に限定されるものではない。
【００５８】
（実施例１）
本願発明者は、第１の実施形態による第１の実験を行った。この実験では、原データに画像データを使用し、埋込み情報に音楽データを使用した。また、誤り訂正符号には畳込み符号を用いた。図９は画像データのビット系列｛ｉｔ｝の誤り訂正符号化に用いた畳込み符号器を示す図であり、図１０は復号に用いたレトリス線図である。図９においてＭ１及びＭ２は遅延素子であり、また、符号ブロック長は１４とした。畳込み符号器に関し、雑音の少ない通信路ではパンクチャド符号化によって符号化率を２／３に高めることもできる。この符号器で生成される畳込み符号を用いると、符号ブロック当たり２個の誤りを訂正することができる。
【００５９】
図９の符号器の入力と出力との関係は、
W１ｔ＝ｉｔ＋ｉｔ−１＋ｉｔ−２
W２ｔ＝ｉｔ＋ｉｔ−２
で与えられる。但し、記号＋は排他的論理和である。
【００６０】
この実験では、まず、画像データからＲＧＢ成分のデータを取得し、それぞれの成分のビット系列を７ビットずつに分割したものを次々に畳込み符号化して符号ブロック系列を得る。次に、得られた符号ブロック系列に音楽データを埋め込むこととした。すなわち、音楽データを２ビットずつに分割し、その各２ビットの埋め込み位置として、符号ブロックの１ビット目から１０ビット目の間の２つの所定位置として、１ビット目と５ビット目を選択した。なお、１１ビット目から１４ビット目に埋め込み位置を選択すると復号誤りが生じやすかった。埋め込まれた情報は、復号前の「埋込み情報付きデータ」とビタビ復号により得られた復号系列とを比較することにより取得できた。
【００６１】
かかる実験の結果、図９の畳み込み符号器を用いて３．５ＭＢのビットマップ画像（原データ）を誤り訂正符号化し、それに１６０Ｋｂｐｓの音楽データを埋め込むとき、約５１秒間の音楽データを埋め込むことができた。このとき、「埋込み情報付きデータ」は約７ＭＢのファイルサイズになった。なお、埋め込める情報量は、画像データの大きさに比例し、埋め込む音楽データのビットレートに反比例する。次に、図１０のトレリス線図を用いてビタビ復号を実行し、ビットマップ画像データと埋め込まれた音楽データとそれぞれ抽出したところ、原データ（画像）と埋込み情報（音楽）のいずれも欠損することなく再現することができた。
【００６２】
（実施例２）
本願発明者は、第１の実施形態による第２の実験を行った。この実験では、原データに画像データを使用し、埋込み情報にも画像データを使用した。そして、図１１に示すように、この実験では、誤り訂正符号化部１として畳込み符号化器を用い、復号器３（復元処理部）としてビタビ復号器を用い、情報埋込部２の出力データを通信路を介してビタビ復号器に伝送した。畳込み符号化器は、拘束長５，符号化率１／２の畳込み符号を行うものを使用した。原画像及び埋込み画像の大きさは、それぞれ３２０×２４０ピクセル、１６０×１２０ピクセルとした。また、通信路における誤り（雑音）として加法性白色ガウス雑音を実装した。
【００６３】
かかる実験の結果、ＢＥＲ＝０．０４２の通信路において原データの情報量の最大２５％の埋込み情報量を秘匿に伝送できることが確認された。かかる結果から、秘匿性が高く情報量の大きなステガノグラフィを容易に作ることができることが明らかになった。
【００６４】
（本発明の応用例）
・ステガノグラフィへの応用
従来のステガノグラフィでは、原データである画像等の情報埋込み対象（カバーデータ）の性質を利用して、秘密情報をカバーデータに直接埋め込む。これに対し本発明は、まず秘密情報の伝送媒体である画像や音声などのカバーデータを誤り訂正符号化し、次いで埋め込みたい画像・音声などの秘密情報をその符号化されたデータに「誤り」として挿入しステゴオブジェクトを作成する。ステゴオブジェクトを復号する際に、誤り訂正符号の持つ誤り訂正機能によって挿入した秘密情報が「誤り」として抽出される。本発明によれば、単にステゴオブジェクトを復元してもカバーデータが復元されるだけで、秘密情報は全く感知されない特徴がある。
【００６５】
・携帯電話や地上デジタル放送機器への応用
携帯電話や地上デジタル放送の機器では畳込み符号を用いてデータを符号化しているので、このような機器に本発明を組み込むのは容易であり、時間的に連続して情報の埋込みを行うことが可能となる。
【００６６】
・デジタルカメラや携帯電話の画像への応用
例えば、携帯電話の800×600ピクセル画像には、約400Kバイトの情報を埋め込むことができる。
【００６７】
・QRコードへの応用
QRコードのデータコード部に秘密情報を埋め込むことができる。
【００６８】
・医用画像への応用
レントゲンなどの医用画像に個人情報や心音などの情報を埋め込むことができる。
【００６９】
・災害時の携帯電話への応用
災害時の携帯電話は不通になりやすく、その対策としてデータ通信などの代用が考えられている。本発明を用いると、音声付き画像が容易に作れるので、会話の代わりに使うと災害時の回線使用率を下げることが可能となる。
【符号の説明】
【００７０】
１０，１０Ａ 情報埋め込み装置
１，１１ 誤り訂正符号化部
２ 情報埋込部
２０，２０Ａ 埋込み情報検出装置
３，３１ 復号器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルデータの情報埋め込み技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ステガノグラフィー(steganography)や電子透かしなどの情報埋め込み技術が知られている。例えば、電子透かしは、画像データ等のデジタルデータに著作権情報や証明書情報などの透かし情報を埋め込むものであり、画像データの一部を透かし情報に置換して電子透かし画像データを生成する。ステガノグラフィーは、画像データ等のデジタルデータを、埋込みデータを隠す伝送媒体（カバーデータ）として用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１７４６２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の情報埋め込み技術は、画像データ等の情報埋め込み対象（原データ）を利用し、埋込み情報を直接原コンテンツデータに埋め込む。例えば、原画像データに文字を埋め込む場合、原画像データをビットプレーンに分解し、その一部のビットプレーンを文字情報に置換するので、原データの一部が埋込み情報に変換されてしまい、原データを完全に複元することが困難であるとの課題がある。
【０００５】
また、原データの一部を埋込み情報に置換して埋め込む場合、原データのデータ構造や複雑さを考慮する必要があり、埋め込み処理が複雑になる課題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、情報埋め込み対象の原データが欠損することなく、埋込み情報を原データに埋め込むことができるデジタルデータの情報埋め込み装置、及び該装置により埋込み情報が埋め込まれた埋込み情報付きデータから埋込み情報を検出する埋込み情報検出装置、これらのプログラム等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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係るデジタルデータの情報埋め込み装置は、情報埋め込み対象の原データを誤り訂正符号化し、誤り訂正符号化された原データに対して埋込み情報を「誤り」として埋め込むことを特徴としている。すなわち、本発明の情報埋め込み装置は、原データに誤り訂正符号化の処理を遂行する誤り訂正符号化部と、誤り訂正符号化された原データに埋込み情報を誤りとして埋め込む情報埋込部と、を備える。
【０００８】
本発明の埋込み情報検出装置は、デジタルの原データに埋込み情報が埋め込まれた埋込み情報付きデータから埋込み情報を検出するための装置であって、埋込み情報付きデータに対して誤りとして埋め込まれた埋込み情報を復元する復元処理部を備える。
【０００９】
また、本発明の他の側面は、情報埋め込み対象であるデジタルの原データに情報を埋め込むためのプログラムであって、原データに誤り訂正符号化を遂行する処理と、誤り訂正符号化された原データに埋込み情報を誤りとして埋め込む処理と、をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明の他の側面は、デジタルの原データに埋込み情報が埋め込まれた埋込み情報付きデータから前記埋込み情報を検出するためのプログラムであって、埋込み情報付きデータに対して誤りとして埋め込まれた埋込み情報を復元する復元処理をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、情報埋め込み対象の原データを誤り訂正符号化し、誤り訂正符号化された原データに対して埋込み情報を「誤り」として埋め込むので、誤り訂正に基づく復元処理を通じて埋込み情報による原データの欠損がない原データの復元及び埋込み情報の抽出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】情報埋め込み装置の第１の実施形態を示すブロック図であり、情報を埋め込む処理を説明する図である。
【図２】第１の実施形態の情報埋め込み装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】埋込み情報検出装置の第１の実施形態を示すブロック図であり、データ復号及び埋込み情報を検出する処理を説明する図である。
【図４】第１の実施形態の埋込み情報検出装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】情報埋め込み装置の第２の実施形態を示すブロック図であり、情報を埋め込む処理を説明する図である。
【図６】第２の実施形態の情報埋め込み装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】埋込み情報検出装置の第２の実施形態を示すブロック図であり、データ復号及び埋込み情報を検出する処理を説明する図である。
【図８】第２の実施形態の埋込み情報検出装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】第１の実施形態に基づく実施例１で用いた畳込み符号器を示す図である。
【図１０】上記実施例１に関するトレリス線図である。
【図１１】第１の実施形態に基づく実施例２を説明するための図であり、実施例２のシステムブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
（情報埋め込み装置の第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。第１の実施形態のデジタルデータの情報埋め込み装置の概要を図１に示す。第１の実施形態の情報埋め込み装置１０は、情報埋め込み対象であるデジタルの原データに情報を埋め込むための装置であって、原データに誤り訂正符号化の処理を遂行して出力する誤り訂正符号化部１と、誤り訂正符号化部１によって誤り訂正符号化された原データに埋込み情報を誤りとして埋め込む情報埋込部２と、を備える。これら各部は、専用のハードウェア装置で構成することができ、或いはソフトウエアプログラムに基づく１または複数のプロセッサの機能として実現することもできる。
【００１５】
なお、ここでは誤り訂正符号化部１による誤り訂正符号化にＢＣＨ符号化方式を用いた場合について説明するが、これに限定されず、ＲＳ（リード・ソロモン）符号、ファイア符号、ゴッパ符号などの代数的符号や畳み込み符号、ターボ符号或いは、組合せ符号などを用いることもできる。
【００１６】
以下、誤り訂正符号化部１による原データの誤り訂正符号化に２ビット短縮の(１３，５)ＢＣＨ符号を用いる場合について説明する。一般に、（ｎ，ｋ）ＢＣＨ符号は、ｋビットのデータに対してｎ−ｋビットの検査ビットを付加した符号長ｎビットの符号であり、多重の誤りを訂正する機能をもつ。
【００１７】
この(１３，５)ＢＣＨ符号化方式では、２重誤りを訂正することができる。まず、抽出された原データを５ビットずつに分割し、それぞれをＢＣＨ符号化すると、符号長１３ビットのＢＣＨ符号系列が生成される。 既述の通り、このＢＣＨ符号においては、１３ビット中、２個の誤りを訂正できる。したがって、埋込み情報を２ビットずつ分割して埋め込みを行い「埋込み情報付きデータ」を作成する。なお、埋込み情報を何ビットずつに分割するかについては、使用される誤り訂正符号化方式の誤り訂正能力以下に設定すればよい。
【００１８】
以下、図２のフローチャートを参照して、情報埋め込み装置１０の動作を、具体例に基づいて説明する。ただし、以下の具体例において、ＢＣＨ符号は、組織化されている（すなわち検査ビット系列がまとまっているＢＣＨ符号である）ものとする。
【００１９】
まず、誤り訂正符号化部１は、情報の埋込み対象となる原データを所定の記憶媒体から抽出し、該抽出された原データを、５ビットずつ分割する（ステップＳ１）。例えば、原データが1011001101の場合には、
原データ：10110 01101・・・分割原データ（１）
として、２つのブロックに分割される。
【００２０】
次に、誤り訂正符号化部１は、予め定められた符号長（本実施例では符号長１３）で、原データのＢＣＨ符号化を行う（ステップＳ２）。この例では、原データ（１）の各５ビットを誤り訂正符号化部１でＢＣＨ符号化することにより、
1011001111010 0110101001101・・・符号化データ（２）（３）
となり、（２）及び（３）の２つの符号化データブロックが生成される。ここで、各符号化データブロック（２）（３）は、各々、５ビットの原データに８ビットの検査ビットが付加されたものである。生成された各符号化データブロック（２）（３）は、情報埋込部２に提供される。
【００２１】
続いて、情報埋込部２は、原データに埋め込む埋込み情報を所定の記憶媒体から抽出し、かかる埋込み情報を所定ビット（本例では２ビット）ずつ分割する（ステップＳ３）。例えば、埋込み情報が1101100101の場合には、
埋込み情報：11 01 10 01 01・・・ 埋込み情報（４）
と分割される。なお、本実施形態では、ステップＳ３の処理を情報埋込部２が行うこととしているが、これに限定されず、情報埋込部２の前段にステップＳ３の処理を行うデバイスを設けてもよい。
【００２２】
次に、情報埋込部２は、１３ビットのＢＣＨ符号すなわち符号化データブロック（２）、（３）への埋込み情報を挿入するための挿入位置を識別する（ステップＳ４）。ここで、挿入位置は、任意の位置とすることが可能であり、１３ビット中任意の２箇所を予め設定しておく。この例では、埋込み情報の挿入位置として、ＢＣＨ符号の各ブロックの３ビット目と８ビット目が設定された場合について説明する。
【００２３】
なお、他の実施の形態として、埋込み情報の挿入位置を時間的に変えることによってスクランブルをかけるようにすることもできるが、ここでは説明を省略する。
【００２４】
続いて、情報埋込部２は、１３ビットのＢＣＨ符号における各ブロックの所定位置（３ビット目と８ビット目）に埋込み情報ビットを加えることで（ステップＳ５）、埋込み情報の埋込み処理を行う。ここでの加法は、例えば排他的論理和とする。
【００２５】
この例では、先頭から１３ビットまでの１番目のブロック（２）の３ビット目の”１”と 埋込み情報（４）の１ビット目の”１”を排他的論理和で加えることで、１＋１＝０が算出され、該算出値の０が１番目のブロック（２）の３ビット目に埋め込まれる。同様に、１番目のブロック（２）の８ビット目の”１”と埋込み情報（４）の２ビット目の”１”を排他的論理和で加えることで、１＋１＝０が算出され、該算出値の０が１番目のブロック（２）の８ビット目に埋め込まれる。
【００２６】
さらに、次の１３ビットである２番目のブロック（３）の３ビット目の”１”と埋込み情報（４）の３ビット目の”０”を排他的論理和で加えることで、１＋０＝１が算出され、該算出値の１が２番目のブロック（３）の３ビット目に埋め込まれる。同様に、２番目のブロック（３）の８ビット目の”０”と埋込み情報（４）の４ビット目の”１”を排他的論理和で加えることで、０＋１＝１が算出され、該算出値の１が２番目のブロック（３）の８ビット目に埋め込まれる。
【００２７】
実際の処理では、原データのＢＣＨ符号につき３番目以降のブロックが存在することとなるので、以下は、埋込み情報（４）の埋め込みができなくなるまで情報埋込部２で同様の処理を続行し、埋め込みが出来なくなるとステップＳ５の処理を終了する。処理が完了した埋込み情報付きデータは、ステップＳ６で、情報埋込部２によって、所定のフォーマットでファイル化され、適宜、所定の記憶媒体に格納され、或いは目的の装置に送信される。
【００２８】
上述のような埋め込み処理を行うことによって、符号化された原データのＢＣＨ符号データの先頭から３，８，１６，２１，・・・ビット目の値が、それぞれ０，０，１，１，・・・となる。したがって、本例での埋込み情報付きデータは
1001001011010 0110101101101・・・ 埋込み情報付きデータ（５）
となる。
【００２９】
（埋込み情報検出装置の第１の実施形態）
次に、上述した情報埋め込み装置に対応する埋込み情報検出装置について説明する。第１の実施形態の埋込み情報検出装置の概要を図３に示す。第１の実施形態の埋込み情報検出装置２０は、埋込み情報が埋め込まれたデジタルデータ（埋込み情報付きデータ）から埋込み情報を検出する装置であって、埋込み情報付きデータに対して誤りとして埋め込まれた埋込み情報を復元する復号器３（復元処理部）を備える。
【００３０】
以下、図４のフローチャートを参照して、埋込み情報検出装置２０の動作及び埋込み情報付きデータの復号の原理を、上述した具体例に基づいて説明する。
【００３１】
上述のように、原データが「1011001101」の場合には、ステップＳ１で５ビットずつの「10110」「01101」に分割され（分割原データ（１））、ステップＳ２でＢＣＨ符号化（８ビットの検査ビット付加）が行われ、「1011001111010」「0110101001101」の２つの符号化データブロック（２）（３）が生成される。そして、ステップＳ３で埋込み情報が２ビットずつに分割され、「11 01 10 01 01」の埋込み情報（４）が生成される。さらに、ステップＳ５で１３ビットのＢＣＨ符号における各ブロックの所定位置（３ビット目と８ビット目）に埋込み情報ビットを加えることで、埋込み情報の埋込み処理が行われ、埋込み情報付きデータ（５）として「1001001011010」「0110101101101」が生成される。すなわち、埋込み情報付きデータ（５）では、各ブロックの３ビット目と８ビット目に埋込み情報が埋め込まれている。
【００３２】
まず、復号器３は、ステップＳ１１で埋込み情報付きデータ（５）を入力し、入力された埋込み情報付きデータ（５）の復号処理をステップＳ１２で実行する。
【００３３】
復号とは、誤り訂正符号化により原データに付加された冗長ビット（検査ビット）を利用して、符号化されたデータに含まれ得る誤りを検出・訂正することである。知られている復号法に、ユークリッド復号法、ピーターソン復号法、ウェルチ・バーレカンプ復号法、レディ・ロビンソン復号法、ビタビ復号法などがあるが、ここではよく使われているユークリッド復号法を用いて復号器３で復号処理を行う場合について説明する。上記の埋込み情報付きデータ（５）をユークリッド復号法で処理すると、データ（５）において埋込み情報の「１」が埋め込まれた所定の位置が「誤り位置」として検出される。
【００３４】
この例では、第１ブロックの３ビット目と８ビット目、第２ブロックの８ビット目に１が加えられているから、この第１ブロックの３ビット目と８ビット目及び第２ブロックの８ビット目が誤り位置として検出、出力される（ステップＳ１３）。第２ブロックの３ビット目は、埋込み情報「0」が加えられているため誤り位置としては検出されない。
【００３５】
このとき、復号器３は、誤りの検出された所定の位置には１を、検出されない所定の位置には0を対応させることで埋込み情報の復元処理を行う（ステップＳ１４）。かかる復元処理により、本例での埋込み情報が、「１１０１・・・」と推定される。そして、ステップＳ１５で、復号器３は、かかる推定値を埋込み情報付きデータ（５）の各ブロックの３ビット目と８ビット目に（排他的論理和で）加えることにより、誤り訂正符号化された原データの復元処理を行う。
【００３６】
具体的には、ステップＳ１５の処理で、ＢＣＨ符号化された原データとして、
1001001011010 ＋ 0010000100000 = 1011001111010 ・・・符号化データ（２）
0110101101101 ＋ 0000000100000 = 0110101001101 ・・・符号化データ（３）
が復元される。
【００３７】
続くステップＳ１６で、復号器３は、ステップＳ１５で復元された符号化データ（符号化データブロック）（２），（３）の先頭から所定ビット（本例では５ビット）を抽出し、抽出順に並べることで原データの抽出及び復元を行う。
【００３８】
具体的には、ステップＳ１６の処理で、符号化データ（２）から「10110」が、符号化データ（２）から「01101」が各々抽出され、
10110 01101・・・ 原データ（１）
となり、原データが完全に復元される。
【００３９】
なお、「データの誤り」とは、データの正しいビットに１が加えられることを意味するものであり、このようにユークリッド復号法などの復号法を用いると、データの誤り箇所が出力される。
【００４０】
（情報埋め込み装置の第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態のデジタルデータの情報埋め込み装置の概要を図５に示す。第２の実施形態の情報埋め込み装置１０Ａは、情報埋め込み対象であるデジタルの原データに情報を埋め込むための装置であって、原データに誤り訂正符号化の処理を遂行して出力する第１の誤り訂正符号化部１と、埋込み情報に誤り訂正符号化の処理を遂行して出力する第２の誤り訂正符号化部１１と、誤り訂正符号化された原データに誤り訂正符号化された埋込み情報を誤りとして埋め込む情報埋込部２と、を備える。すなわち、第２の実施形態では、埋込み情報にも誤り訂正符号を行う構成となっている。これら各部は、専用のハードウェア装置で構成することができ、或いはソフトウエアプログラムに基づく１または複数のプロセッサの機能として実現することもできる。
【００４１】
なお、以下では第１の誤り訂正符号化部１と第２の誤り訂正符号化部１１の両方でＢＣＨ符号化方式を用いた場合について説明するが、これに限定されず、ＢＣＨ符号化より訂正能力の高い畳込み符号やRS（リード・ソロモン）符号などを用いることもできる。
【００４２】
以下、第２の誤り訂正符号化部１１による埋込み情報の誤り訂正符号化にも(１３，５)ＢＣＨ符号を用いる場合について、図６のフローチャートを参照して説明する。第１の誤り訂正符号化部１による原データの処理については、上述した第１の実施形態の場合と同様であるため、同一例を用い、また、フローチャートの同一の処理には同一のステップ番号を付し、適宜説明を省略する。
【００４３】
ステップＳ１及びＳ２は、第１の誤り訂正符号化部１が行う処理であり、第１の実施形態で上述したステップＳ１及びＳ２と同様である。
【００４４】
一方、第２の誤り訂正符号化部１１は、埋込み情報のデータを所定の記憶媒体から抽出し、かかる抽出データを５ビットずつに分割する（ステップＳ３１）。例えば、埋込み情報が1011011010の場合には、
埋込み情報：10110 11010 ・・・埋込み情報データ（６）
の２つのブロックに分割される。
【００４５】
次に、第２の誤り訂正符号化部１１は、予め定められた符号長（本例では１３）で、埋込み情報データのＢＣＨ符号化を行う（ステップＳ３２）。この例では、埋込み情報データ（６）の各５ビットをＢＣＨ符号化することで、
1011000011011 1101011010110・・・符号化埋込み情報（７）
の２つの符号化ブロックからなるＢＣＨ符号が生成される。ここで、各符号化データブロックは、各々、５ビットの埋込み情報に８ビットの検査ビットが付加されたものである。
【００４６】
続いて、第２の誤り訂正符号化部１１は、生成された符号化埋込み情報（７）を所定ビット（本例では２ビット）ずつに分割する（ステップＳ３３）。本例では、ステップＳ３３の処理により、
10 11 00 00 11 01 11 10 10 11 01 01 10 ・・・ 埋込み情報（８）
が生成される。生成された埋込み情報（８）は、情報埋込部２に提供される。
【００４７】
次に、情報埋込部２は、原データの１３ビットのＢＣＨ符号すなわち符号化データブロック（２）（３） 1011001111010 0110101001101・・・の各ブロックの所定の位置（３ビット目と８ビット目）を識別し（ステップＳ４）、かかる位置に埋込み情報ビットを加えることで（ステップＳ５）、第１の実施形態と同様に埋込み情報の埋込み処理を行う。
【００４８】
かかる埋込み処理により、
１＋１＝０，１＋０＝１，１＋１＝０，０＋１＝１，・・・により、符号化埋込み情報付きデータとして、
1001001111010 0100101101101・・埋込み情報付きデータ（８）
が生成される。生成された埋込み情報付きデータ（８）は、ステップＳ６で、情報埋込部２によって、所定のフォーマットでファイル化され、適宜、記憶媒体に格納され、或いは目的の装置に送信される。
【００４９】
第２の実施形態では、このように予め「埋込み情報」を符号化することで、符号化埋込み情報付きデータ（９）に３個以上の誤り（すなわちＢＣＨ符号化された原データの持つ誤り訂正能力が２個であり、これを超える誤り）を含んでいる場合でも、埋込み情報の持つ誤り訂正能力を利用することで、符号化埋込み情報（７）に正しく復号できる可能性が高くなる。
【００５０】
（埋込み情報検出装置の第２の実施形態）
次に、上述した第２の実施形態の情報埋め込み装置１０Ａに対応する埋込み情報検出装置について説明する。第２の実施形態の埋込み情報検出装置の概要を図７に示す。第２の実施形態の埋込み情報検出装置２０Ａは、符号化された埋込み情報である符号化埋込み情報が誤りとして埋め込まれたデジタルデータから埋込み情報を検出する装置であって、デジタルデータから、原データと、誤りとして埋め込まれた符号化埋込み情報とを復元する第１の復号器３（第１の復元処理部）と、第１の復元処理部３で復元された符号化埋込み情報に対して誤り訂正を行って埋込み情報を復元する第２の復号器３１（第２の復元処理部）と、を備える。
【００５１】
以下、図８のフローチャートを参照して、埋込み情報検出装置２０Ａの動作及び符号化埋込み情報付きデータの復号の原理を、上述した具体例に基づいて説明する。すなわち本例では、符号化埋込み情報（７）を埋め込んだ埋込み情報付きデータ（９）として「1001001111010」「0100101101101」・・が生成されている場合である。
【００５２】
まず、第１の復号器３は、ステップＳ１１で埋込み情報付きデータ（９）を入力し、入力された埋込み情報付きデータ（９）の復号処理をステップＳ１２で実行する。なお、ステップＳ１１乃至ステップＳ１３の処理は、第１の実施形態と同様である。
【００５３】
符号化埋込み情報付きデータ（９）「1001001111010 0100101101101・・・」をユークリッド復号法で処理すると（ステップＳ１２）、１を埋め込んだ第１ブロックの３ビット目、第２ブロックの３ビット目と８ビット目が誤り（誤り位置）として検出され（ステップＳ１３）、その位置に埋め込まれたビットは１である。埋込みの所定位置に誤りが検出されないときは、その位置に埋め込まれたビットは0である。このような処理によって、埋込み情報はビット系列1011・・・と推定される（ステップＳ２１）。
【００５４】
しかしながら、符号化埋込み情報付きデータ（９）が３個以上の誤り（すなわちＢＣＨ符号化された原データの持つ誤り訂正能力を超える誤り）を含む場合がある。この場合は正しく復号されず、符号化埋込み情報（７）とはならない。
【００５５】
そこで、この埋込み所定位置から抽出された埋込み情報のビット系列にユークリッド復号を施すと、１３個の抽出ビット当たり２個以下の誤りであれば訂正することができる。このような理由で、常に、予め設定された埋込み所定位置から求めたビット系列にユークリッド復号を施す。したがって、２個以下の誤りならば完全に訂正され、そのとき第１の復号器３から符号化埋込み情報（７）が抽出される（ステップＳ２１）。更に、抽出された符号化埋込み情報（７）を第２の復号器３１でユークリッド復号し（ステップＳ２２）、ビット誤り位置を検出し（ステップＳ２３）、検出されたビット誤り位置に所定ビットを対応させることで、埋込み情報（６）である「10110 11010・・・」を得る（ステップＳ２４）。この後は、第１の実施形態と同様にして原データが完全に復元される（ステップＳ２５）。
【００５６】
本発明の最大の特徴は、原データに何ら変更を加えることなく、そこに他の情報を埋め込めることができる点にある。これは、本発明の埋込み・抽出手法から明らかである。従来の方法では、原データの一部を埋込みデータに置換するために、その結果、原データには変更が加えられる。画像などのデータ量の多い対象であれば、多少のデータ欠損があっても、見た目に影響は与えない。しかしながら、テキストデータなどのデータ量の少ない対象や完全なデータであることが求められる対象に従来の埋込み方法は使えない。本発明の手法を用いると、この問題は解消される。
【００５７】
（実施例）
以下、本発明の実施例を説明する。但し、本発明がこの実施例に限定されるものではない。
【００５８】
（実施例１）
本願発明者は、第１の実施形態による第１の実験を行った。この実験では、原データに画像データを使用し、埋込み情報に音楽データを使用した。また、誤り訂正符号には畳込み符号を用いた。図９は画像データのビット系列｛ｉｔ｝の誤り訂正符号化に用いた畳込み符号器を示す図であり、図１０は復号に用いたレトリス線図である。図９においてＭ１及びＭ２は遅延素子であり、また、符号ブロック長は１４とした。畳込み符号器に関し、雑音の少ない通信路ではパンクチャド符号化によって符号化率を２／３に高めることもできる。この符号器で生成される畳込み符号を用いると、符号ブロック当たり２個の誤りを訂正することができる。
【００５９】
図９の符号器の入力と出力との関係は、
W１ｔ＝ｉｔ＋ｉｔ−１＋ｉｔ−２
W２ｔ＝ｉｔ＋ｉｔ−２
で与えられる。但し、記号＋は排他的論理和である。
【００６０】
この実験では、まず、画像データからＲＧＢ成分のデータを取得し、それぞれの成分のビット系列を７ビットずつに分割したものを次々に畳込み符号化して符号ブロック系列を得る。次に、得られた符号ブロック系列に音楽データを埋め込むこととした。すなわち、音楽データを２ビットずつに分割し、その各２ビットの埋め込み位置として、符号ブロックの１ビット目から１０ビット目の間の２つの所定位置として、１ビット目と５ビット目を選択した。なお、１１ビット目から１４ビット目に埋め込み位置を選択すると復号誤りが生じやすかった。埋め込まれた情報は、復号前の「埋込み情報付きデータ」とビタビ復号により得られた復号系列とを比較することにより取得できた。
【００６１】
かかる実験の結果、図９の畳み込み符号器を用いて３．５ＭＢのビットマップ画像（原データ）を誤り訂正符号化し、それに１６０Ｋｂｐｓの音楽データを埋め込むとき、約５１秒間の音楽データを埋め込むことができた。このとき、「埋込み情報付きデータ」は約７ＭＢのファイルサイズになった。なお、埋め込める情報量は、画像データの大きさに比例し、埋め込む音楽データのビットレートに反比例する。次に、図１０のトレリス線図を用いてビタビ復号を実行し、ビットマップ画像データと埋め込まれた音楽データとそれぞれ抽出したところ、原データ（画像）と埋込み情報（音楽）のいずれも欠損することなく再現することができた。
【００６２】
（実施例２）
本願発明者は、第１の実施形態による第２の実験を行った。この実験では、原データに画像データを使用し、埋込み情報にも画像データを使用した。そして、図１１に示すように、この実験では、誤り訂正符号化部１として畳込み符号化器を用い、復号器３（復元処理部）としてビタビ復号器を用い、情報埋込部２の出力データを通信路を介してビタビ復号器に伝送した。畳込み符号化器は、拘束長５，符号化率１／２の畳込み符号を行うものを使用した。原画像及び埋込み画像の大きさは、それぞれ３２０×２４０ピクセル、１６０×１２０ピクセルとした。また、通信路における誤り（雑音）として加法性白色ガウス雑音を実装した。
【００６３】
かかる実験の結果、ＢＥＲ＝０．０４２の通信路において原データの情報量の最大２５％の埋込み情報量を秘匿に伝送できることが確認された。かかる結果から、秘匿性が高く情報量の大きなステガノグラフィを容易に作ることができることが明らかになった。
【００６４】
（本発明の応用例）
・ステガノグラフィへの応用
従来のステガノグラフィでは、原データである画像等の情報埋込み対象（カバーデータ）の性質を利用して、秘密情報をカバーデータに直接埋め込む。これに対し本発明は、まず秘密情報の伝送媒体である画像や音声などのカバーデータを誤り訂正符号化し、次いで埋め込みたい画像・音声などの秘密情報をその符号化されたデータに「誤り」として挿入しステゴオブジェクトを作成する。ステゴオブジェクトを復号する際に、誤り訂正符号の持つ誤り訂正機能によって挿入した秘密情報が「誤り」として抽出される。本発明によれば、単にステゴオブジェクトを復元してもカバーデータが復元されるだけで、秘密情報は全く感知されない特徴がある。
【００６５】
・携帯電話や地上デジタル放送機器への応用
携帯電話や地上デジタル放送の機器では畳込み符号を用いてデータを符号化しているので、このような機器に本発明を組み込むのは容易であり、時間的に連続して情報の埋込みを行うことが可能となる。
【００６６】
・デジタルカメラや携帯電話の画像への応用
例えば、携帯電話の800×600ピクセル画像には、約400Kバイトの情報を埋め込むことができる。
【００６７】
・QRコードへの応用
QRコードのデータコード部に秘密情報を埋め込むことができる。
【００６８】
・医用画像への応用
レントゲンなどの医用画像に個人情報や心音などの情報を埋め込むことができる。
【００６９】
・災害時の携帯電話への応用
災害時の携帯電話は不通になりやすく、その対策としてデータ通信などの代用が考えられている。本発明を用いると、音声付き画像が容易に作れるので、会話の代わりに使うと災害時の回線使用率を下げることが可能となる。
【符号の説明】
【００７０】
１０，１０Ａ 情報埋め込み装置
１，１１ 誤り訂正符号化部
２ 情報埋込部
２０，２０Ａ 埋込み情報検出装置
３，３１ 復号器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報埋め込み対象であるデジタルの原データに情報を埋め込むための装置であって、
前記原データに誤り訂正符号化の処理を遂行する誤り訂正符号化部と、
前記誤り訂正符号化された原データに埋込み情報を誤りとして埋め込む情報埋込部と、
を備えることを特徴とするデジタルデータの情報埋め込み装置。
【請求項２】
前記情報埋込部は、ＢＣＨ符号化、リード・ソロモン符号化、ファイア符号化、ゴッパ符号化、畳み込み符号化、ターボ符号化或いは、組合せ符号化のいずれかの方式により、前記誤り訂正符号化された原データに前記埋込み情報を埋め込むことを特徴とする請求項１記載のデジタルデータの情報埋め込み装置。
【請求項３】
前記誤り訂正符号化部は、前記原データを予め定められたｋビット毎に分割し、該分割ビットに対して所定長の検査ビットを付加してｎビットの符号を生成し、
前記情報埋込部は、前記埋込み情報を予め定められたビット毎に分割し、前記分割ビットの予め定められた所定ビット目の値に対して対応するビットの値を演算し、該演算値を、前記分割ビットの予め定められた所定ビット目の値に置換することで、埋込み情報を埋め込むことを特徴とする請求項１記載のデジタルデータの情報埋め込み装置。
【請求項４】
前記情報埋込部の前段に配置され、前記埋込み情報に誤り訂正符号化の処理を遂行して出力する第２の誤り訂正符号化部をさらに備え、
前記情報埋込部は、前記誤り訂正符号化された原データに誤り訂正符号化された埋込み情報を誤りとして埋め込むことを特徴とする請求項１又は２記載のデジタルデータの情報埋め込み装置。
【請求項５】
デジタルの原データに埋込み情報が埋め込まれた埋込み情報付きデータから前記埋込み情報を検出するための装置であって、
前記埋込み情報付きデータに対して誤りとして埋め込まれた埋込み情報を復元する復元処理部を備えることを特徴とするデジタルデータの埋込み情報検出装置。
【請求項６】
前記復元処理部は、前記埋込み情報付きデータに復号処理を遂行し、該復号された埋込み情報付きデータの予め定められたビットを識別してビット誤り位置を検出し、検出されたビット誤り位置に予め定められたビットを対応させて埋込み情報を復元することを特徴とする請求項５記載のデジタルデータの埋込み情報検出装置。
【請求項７】
前記復元処理部は、復元された前記埋込み情報を前記埋込み情報付きデータの予め定められたビットに演算して前記原データを復元することを特徴とする請求項６記載のデジタルデータの埋込み情報検出装置。
【請求項８】
前記復元処理部は、前記埋込み情報付きデータに対して誤りとして埋め込まれた符号化埋込み情報を復元し、
復元された符号化埋込み情報に対して誤り訂正を行って前記埋込み情報を復元する第２の復元処理部をさらに備えることを特徴とする請求項５記載のデジタルデータの埋込み情報検出装置。
【請求項９】
情報埋め込み対象であるデジタルの原データに情報を埋め込むためのプログラムであって、
前記原データに誤り訂正符号化を遂行する処理と、
前記誤り訂正符号化された原データに埋込み情報を誤りとして埋め込む処理と、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１０】
デジタルの原データに埋込み情報が埋め込まれた埋込み情報付きデータから前記埋込み情報を検出するためのプログラムであって、
前記埋込み情報付きデータに対して誤りとして埋め込まれた埋込み情報を復元する復元処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１】
情報埋め込み対象であるデジタルの原データに情報を埋め込むための装置であって、
前記原データに誤り訂正符号化の処理を遂行する誤り訂正符号化部と、
前記誤り訂正符号化された原データに埋込み情報を誤りとして埋め込む情報埋込部と、
を備えることを特徴とするデジタルデータの情報埋め込み装置。
【請求項２】
前記情報埋込部は、ＢＣＨ符号化、リード・ソロモン符号化、ファイア符号化、ゴッパ符号化、畳み込み符号化、ターボ符号化或いは、組合せ符号化のいずれかの方式により、前記誤り訂正符号化された原データに前記埋込み情報を埋め込むことを特徴とする請求項１記載のデジタルデータの情報埋め込み装置。
【請求項３】
前記誤り訂正符号化部は、前記原データを予め定められたｋビット毎に分割し、該分割ビットに対して所定長の検査ビットを付加してｎビットの符号を生成し、
前記情報埋込部は、前記埋込み情報を予め定められたビット毎に分割し、前記分割ビットの予め定められた所定ビット目の値に対して対応するビットの値を演算し、該演算値を、前記分割ビットの予め定められた所定ビット目の値に置換することで、埋込み情報を埋め込むことを特徴とする請求項１記載のデジタルデータの情報埋め込み装置。
【請求項４】
前記情報埋込部の前段に配置され、前記埋込み情報に誤り訂正符号化の処理を遂行して出力する第２の誤り訂正符号化部をさらに備え、
前記情報埋込部は、前記誤り訂正符号化された原データに誤り訂正符号化された埋込み情報を誤りとして埋め込むことを特徴とする請求項１又は２記載のデジタルデータの情報埋め込み装置。
【請求項５】
デジタルの原データに埋込み情報が埋め込まれた埋込み情報付きデータから前記埋込み情報を検出するための装置であって、
前記埋込み情報付きデータに対して誤りとして埋め込まれた埋込み情報を復元する復元処理部を備えることを特徴とするデジタルデータの埋込み情報検出装置。
【請求項６】
前記復元処理部は、前記埋込み情報付きデータに復号処理を遂行し、該復号された埋込み情報付きデータの予め定められたビットを識別してビット誤り位置を検出し、検出されたビット誤り位置に予め定められたビットを対応させて埋込み情報を復元することを特徴とする請求項５記載のデジタルデータの埋込み情報検出装置。
【請求項７】
前記復元処理部は、復元された前記埋込み情報を前記埋込み情報付きデータの予め定められたビットに演算して前記原データを復元することを特徴とする請求項６記載のデジタルデータの埋込み情報検出装置。
【請求項８】
前記復元処理部は、前記埋込み情報付きデータに対して誤りとして埋め込まれた符号化埋込み情報を復元し、
復元された符号化埋込み情報に対して誤り訂正を行って前記埋込み情報を復元する第２の復元処理部をさらに備えることを特徴とする請求項５記載のデジタルデータの埋込み情報検出装置。
【請求項９】
情報埋め込み対象であるデジタルの原データに情報を埋め込むためのプログラムであって、
前記原データに誤り訂正符号化を遂行する処理と、
前記誤り訂正符号化された原データに埋込み情報を誤りとして埋め込む処理と、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１０】
デジタルの原データに埋込み情報が埋め込まれた埋込み情報付きデータから前記埋込み情報を検出するためのプログラムであって、
前記埋込み情報付きデータに対して誤りとして埋め込まれた埋込み情報を復元する復元処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−５８９６５（Ｐ２０１３−５８９６５Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９６９４８（Ｐ２０１１−１９６９４８）
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 刊行物名 ＥｉＣ 電子情報通信学会 ２０１１年総合大会 情報・システムソサイエティ特別企画 学生ポスターセッション予稿集 発行日 平成２３年３月１４日
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＱＲコード
【出願人】（５０７０９２５７３）Ａ・Ｔコミュニケーションズ株式会社 (15)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 刊行物名 ＥｉＣ 電子情報通信学会 ２０１１年総合大会 情報・システムソサイエティ特別企画 学生ポスターセッション予稿集 発行日 平成２３年３月１４日
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＱＲコード
【出願人】（５０７０９２５７３）Ａ・Ｔコミュニケーションズ株式会社 (15)
【Ｆターム（参考）】
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