[論文レビュー] Digital Image Watermarking for Arbitrarily Shaped Objects Based On SA-DWT

A. Essaouabi, Elhassane Ibn-Elhaj+1 more|ArXiv.org|Nov 4, 2009

Advanced Steganography and Watermarking Techniques参考文献 8被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、形状に適応する離散ウェーブレット変換（SA-DWT）を用いて、画像内の任意の形状をしたオブジェクトに水 Stam を埋め込む形状に適応するデジタル画像水 Stam 擬方式を提案する。人間視覚系の感度を考慮し、ブロック平均におけるウェーブレット係数を変更することで、知覚的に見えにくく、JPEG や JPEG2000 圧縮、ノイズ、フィルタリングなどの一般的な攻撃に対して耐性を持つことを実現する。

ABSTRACT

Many image watermarking schemes have been proposed in recent years, but they usually involve embedding a watermark to the entire image without considering only a particular object in the image, which the image owner may be interested in. This paper proposes a watermarking scheme that can embed a watermark to an arbitrarily shaped object in an image. Before embedding, the image owner specifies an object of arbitrary shape that is of a concern to him. Then the object is transformed into the wavelet domain using in place lifting shape adaptive DWT(SADWT) and a watermark is embedded by modifying the wavelet coefficients. In order to make the watermark robust and transparent, the watermark is embedded in the average of wavelet blocks using the visual model based on the human visual system. Wavelet coefficients n least significant bits (LSBs) are adjusted in concert with the average. Simulation results shows that the proposed watermarking scheme is perceptually invisible and robust against many attacks such as lossy compression (e.g.JPEG, JPEG2000), scaling, adding noise, filtering, etc.

研究の動機と目的

• 従来の水 Stam 擬方式が全体の画像に水 Stam を埋め込むため、特定の注目オブジェクトを無視するという制限を解消すること。
• 画像所有者が価値あるまたは機密性の高いとみなすオブジェクトのみを、選択的に水 Stam 擬できるようにすること。
• 人間が視認しても水 Stam が見えにくく、一般的な画像処理攻撃に対して耐性を持つようにすること。
• 人間視覚系（HVS）に基づくモデルを活用し、知覚的に透明な方法で水 Stam を埋め込むこと。
• 事前に定義された幾何的制約を必要とせず、任意のオブジェクト形状に適応可能な手法を開発すること。

提案手法

• 選択された任意の形状のオブジェクトを、形状に適応する離散ウェーブレット変換（SA-DWT）によりウェーブレット領域に変換し、形状境界を保持する。
• 局所的リフトに基づく SA-DWT を用いて、オブジェクトの不規則な形状に特化したウェーブレット係数を効率的に計算する。
• ブロック平均と併用して、ウェーブレット係数の最下位ビット（LSB）を変更することで水 Stam を埋め込む。
• 人間視覚系（HVS）モデルを用いて、許容可能な最大歪みを決定し、知覚的に透明な埋め込みを実現する。
• グループ（ブロック）単位でウェーブレット係数を調整し、視覚的品質を維持しながら、整合的な方法で水 Stam データを埋め込む。
• ユーザーが定義した領域（関心領域）内でのみ水 Stam 埋め込み処理を実行することで、オブジェクト固有の保護を実現する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにしてデジタル水 Stam 擬を、画像内の特定の任意形状のオブジェクトにのみ効果的に保護できるように適応できるか？
• RQ2 非長方形の画像領域を水 Stam 擬に適した方法で効率的かつ正確に表現できるウェーブレット変換技術は何か？
• RQ3 どのようにして水 Stam 埋め込みを知覚的に見えにくくし、一般的な画像処理攻撃に対して耐性を持たせられるか？
• RQ4 人間視覚系（HVS）モデルを統合することで、水 Stam 画像の透明性と品質はどの程度向上するか？
• RQ5 本手法は、JPEG や JPEG2000 圧縮、ノイズ、フィルタリングなどのさまざまな画像処理攻撃に対して、どのように性能を発揮するか？

主な発見

• 提案手法は、HVS に基づく係数調整により、人間の視認者にとって水 Stam が見えにくくなる知覚的透明性を達成している。
• 本手法は、JPEG や JPEG2000 などの損失圧縮に対しても耐性を示し、高い圧縮比下でも水 Stam の整合性を維持している。
• スケーリング、フィルタリング、加法的ノイズ攻撃後も水 Stam が検出可能であり、強い耐性が確認された。
• SA-DWT の使用により、ユーザーが定義したオブジェクト形状に正確に水 Stam を局所化でき、関係のない画像領域への干渉を回避した。
• ブロック単位の平均値の変更と LSB の調整を組み合わせることで、透明性と耐性の両方が向上した。
• シミュレーション結果から、本手法が指定されたオブジェクトのみを効果的に保護でき、画像の他の部分に影響を与えることなく、的確な著作権保護を提供することが確認された。