[論文レビュー] A Novel Effective, Secure and Robust CDMA Digital Image Watermarking in YUV Color Space Using DWT2

Mehdi Khalili|arXiv (Cornell University)|Jun 19, 2012

Advanced Steganography and Watermarking Techniques参考文献 10被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、セキュリティ、不可視性、耐性の向上を図るため、YUV色空間におけるCDMAベースのデジタル画像透か込み方式を提案する。この手法は、疑似乱数列を用いて透かしを暗号化し、直交スプレッドコードを用いて選択されたYチャネルサブバンド係数へ埋め込む。元画像が不要な状態で、JPEG圧縮およびノイズに対して高い耐性を示す。

ABSTRACT

This paper is allocated to CDMA digital images watermarking for ownership verification and image authentication applications, which for more security, watermark W is converted to a sequence and then a random binary sequence R of size n is adopted to encrypt the watermark; where n is the size of the watermark. This adopting process uses a pseudo-random number generator to determine the pixel to be used on a given key. After converting the host image to YUV color space and then wavelet decomposition of Y channel, this adopted watermark is embedded into the selected subbands coefficients of Y channel using the correlation properties of additive pseudo- random noise patterns. The experimental results show that the proposed approach provides extra imperceptibility, security and robustness against JPEG compression and different noises attacks compared to the similar proposed methods. Moreover, the proposed approach has no need of the original image to extract watermarks.

研究の動機と目的

• マルチメディアアプリケーションにおける安全で耐性のあるデジタル画像透かし埋め込みのニーズに対応する。
• 従来の手法が抱える不可視性、セキュリティ、一般的な攻撃に対する耐性の制限を克服する。
• 元画像を必要としない透かし抽出を可能にすることで、実用的利便性を向上させる。
• 鍵に依存する生成器を用いて生成された疑似乱数バイナリ系列を用いて透かしを暗号化することで、セキュリティを強化する。
• 視覚的品質を維持したまま、JPEG圧縮およびさまざまなノイズ攻撃に対して耐性を確保する。

提案手法

• ホスト画像をRGBからYUV色空間に変換し、輝度（Y）と彩色成分を分離する。
• Yチャネルに二重木離散ウェーブレット変換（DWT2）を適用し、複数レベルのサブバンドに分解する。
• 長さnの疑似乱数バイナリ系列R（nは透かしの長さ）を、鍵に依存する生成器を用いて生成し、透かしを暗号化する。
• 鍵から導出される疑似乱数系列に基づいて、特定のサブバンド係数を選択し、暗号化された透かしを埋め込む。
• 直交CDMAスプレッドコードの相関特性を活用して、選択されたサブバンド係数へ透かしを埋め込む。
• 受信側で、同一の鍵と相関検出を用いて透かしを抽出するが、元画像は不要である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 疑似乱数系列を用いた透かしの暗号化により、どのように透かしのセキュリティを強化できるか？
• RQ2 RGBベースの手法と比較して、YUV色空間への埋め込みが、どの程度不可視性を向上させるか？
• RQ3 DWT2とCDMAを組み合わせることで、JPEG圧縮およびノイズ攻撃に対する耐性がどのように向上するか？
• RQ4 元画像が入手不能な状態でも、透かしの抽出を信頼性高く行うことは可能か？
• RQ5 提案手法における不可視性、セキュリティ、耐性の間のトレードオフはいかなるものか？

主な発見

• 提案手法は、水色画像の視覚的品質と低歪み指標（具体的な数値は提示されていない）から、高い不可視性を達成している。
• 品質因子が20にまで低下するJPEG圧縮後でも透かしが検出可能であり、強力な耐性を示している。
• ガウスノイズ、ソルトアンドペッパーノイズ、スペックルノイズなどのさまざまなノイズ攻撃に対し、高い検出精度を維持している。
• 鍵に依存する疑似乱数系列の使用により、強力なセキュリティが確保され、不正な抽出から透かしを保護している。
• 本手法はブラインド透かし抽出を可能にし、元画像が不要であるため、実用的導入が容易になる。
• 実験結果から、本手法は類似手法に比べて耐性およびセキュリティの面で優れており、一般的な画像処理攻撃下でも顕著な優位性を示している。