[論文レビュー] Adaptive Blind Image Watermarking Using Fuzzy Inference System Based on Human Visual Perception

Maedeh Jamali, Shima Rafiee+5 more|arXiv (Cornell University)|Sep 5, 2017

Advanced Steganography and Watermarking Techniques参考文献 44被引用数 13

ひとこと要約

本稿では、人間視覚系（HVS）に基づく埋め込み強度の最適化を図るため、ファジィ推論システムを活用した適応的ブラインド画像水 Stamming方式を提案する。視覚的重要な領域における知覚的歪みを低減しつつ、透明性と耐性の両立を実現する。画像の重要度、明るさ、エッジ集中度の特徴をファジィ論理制御器に統合し、ウェーブレット変換後の画像においてDCT領域に冗長な埋め込みを適用することで、同等の水印サイズを有する既存手法と比較して優れた性能を達成する。

ABSTRACT

Development of digital content has increased the necessity of copyright protection by means of watermarking. Imperceptibility and robustness are two important features of watermarking algorithms. The goal of watermarking methods is to satisfy the tradeoff between these two contradicting characteristics. Recently watermarking methods in transform domains have displayed favorable results. In this paper, we present an adaptive blind watermarking method which has high transparency in areas that are important to human visual system. We propose a fuzzy system for adaptive control of the embedding strength factor. Features such as saliency, intensity, and edge-concentration, are used as fuzzy attributes. Redundant embedding in discrete cosine transform (DCT) of wavelet domain has increased the robustness of our method. Experimental results show the efficiency of the proposed method and better results are obtained as compared to comparable methods with same size of watermark logo.

研究の動機と目的

• デジタル画像水 Stammingにおける透明性と耐性のトレードオフを解消すること。
• 人間視覚系（HVS）の感度に応じた埋め込み強度の適応的調整により、水印の透明性を向上させること。
• 画像のコンテンツ特徴（例：重要度、明るさ、エッジ集中度）に基づき、埋め込み強度を動的に調整するファジィ推論システムの構築。
• ウェーブレット変換後の画像のDCT領域における冗長な埋め込みを活用し、耐性を向上させること。

提案手法

• ファジィ推論システム（FIS）を設計し、重要度、明るさ、エッジ集中度を入力特徴として、最適な埋め込み強度を決定する。
• 画像を離散ウェーブレット変換（DWT）で分解し、選択されたサブバンドに対して離散コサイン変換（DCT）を適用して水印を埋め込む。
• FISにより埋め込み強度を適応的に制御し、視覚的に重要な領域における知覚的歪みを最小限に抑える。
• DCT領域における冗長な水印埋め込みを適用し、一般的な攻撃に対して高い耐性を発揮する。
• 埋め込みは中周波数のDCT係数に施され、可視性と耐性のバランスを最適化する。
• 本手法はブラインド方式であり、復元に元画像を必要としないため、実用的応用が可能である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 知覚的歪みを最小限に抑えつつ耐性を維持するため、埋め込み強度をどのように適応的に制御できるか？
• RQ2 人間視覚系の特徴を組み込むことで、水印の透明性はどの程度向上するか？
• RQ3 ウェーブレット変換後の画像のDCT領域における冗長な埋め込みは、視覚的品質を損なわずに耐性を向上させられるか？
• RQ4 ファジィ推論システムは、固定値またはヒューリスティックな埋め込み戦略と比較して、性能面でどの程度優れているか？
• RQ5 重要度、明るさ、エッジ集中度の各特徴が、最適な埋め込み強度の決定に与える影響は何か？

主な発見

• ファジィ推論システムの指針に従い、視覚的に敏感な領域では埋め込み強度を低減することで、本手法は高い透明性を達成した。
• ウェーブレット変換後の画像のDCT領域における冗長な埋め込みのおかげで、耐性が顕著に向上した。
• 実験結果から、同じ水印ロゴサイズを用いた類似手法と比較して、本手法は優れた性能を示した。
• 本手法は高い透明性を維持しており、高埋め込みレート下でも最小限の視覚的歪みが生じた。
• ファジィ論理制御器は、多様な画像コンテンツにおいて透明性と耐性のトレードオフを効果的にバランスさせた。