[論文レビュー] Image Authentication Technique in Frequency Domain based on Discrete Fourier Transformation (IATFDDFT)

Nabin Ghoshal, Jyotsna Kumar Mandal|arXiv (Cornell University)|Dec 14, 2012

Advanced Steganography and Watermarking Techniques参考文献 4被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、グレースケール画像の2×2画素ブロックに、メッセージダイジェストやコンテンツを含む認証データを埋め込むために周波数領域における離散フーリエ変換（DFT）を用いた新しい画像認証技術を提案する。DFT係数の実部を変更し、非負の値を保持するためのロバストな正規化を適用することで、人間の目にはほとんど感じられない高精度な耐性を実現し、実験的評価においてDCT、QFT、SCDFTを上回る性能を示した。

ABSTRACT

In this paper a novel data embedding technique in frequency domain has been proposed using Discrete Fourier Transform (DFT) for image authentication and secured message transmission based on hiding a large volume of data into gray images. Image authentication is done by embedding message or image in frequency domain by choosing image blocks of size 2 x 2, called mask, from the source image in row major order and transform it into the frequency domain using DFT. Three bits of authenticating message/image/message-digest are fabricated within the real parts of each source image byte except first frequency component of each mask. The dimension of authenticating image followed by message digest (MD) and the content of authenticating message/image are also embedded. Inverse DFT (IDFT) is performed on embedded data to transform embedded frequency component to spatial component. In order to keep the quantum value positive and non negative in spatial domain a strong and robust technique is incorporated mainly on the first frequency component and sometimes on other component depends upon situations. The decoding is done by applying the reverse algorithm. Experimental results conform that the proposed algorithm performs better than DCT, QFT and SCDFT schemes.

研究の動機と目的

• グレースケール画像向けに安全で人間の目にはほとんど感じられない画像認証技術を開発すること。
• メッセージダイジェストやコンテンツを含む大容量の認証データを周波数領域に埋め込むこと。
• 逆変換後の空間領域において、埋め込まれたデータが耐性があり非負の値を保つようにすること。
• DCT、QFT、SCDFTといった既存手法と比較して、人間の目にはほとんど感じられない性能と耐性の両面で優れること。
• 認証検証のための可逆的かつ信頼性の高い復号メカニズムを提供すること。

提案手法

• 元画像を2×2画素のブロック（マスク）に分割し、行優先順に処理する。
• 各ブロックを離散フーリエ変換（DFT）により周波数領域に変換する。
• DFT係数の実部に、メッセージ、画像、またはメッセージダイジェストの3ビットの認証データを埋め込む（DC成分を除く）。
• 逆DFT後の空間領域における非負のピクセル値を維持するために、DC成分および時々他の成分に対しロバストな正規化技術を適用する。
• 変更された周波数成分を元の空間領域に戻すために逆離散フーリエ変換（IDFT）を適用する。
• 既知のパrameterを用いた同じDFTおよびIDFT操作を逆方向に適用することで、埋め込みプロセスを逆転させ、復号を行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 人間の目にはほとんど感じられない歪みで、グレースケール画像に大容量の認証データを安全に埋め込むにはどうすればよいか？
• RQ2 画像認証において、高い人間の目には感じられない性能と耐性を両立させる周波数領域変換手法は何か？
• RQ3 逆DFT変換後の空間領域において、非負のピクセル値をどのように維持できるか？
• RQ4 提案手法のDFTベースの手法が、DCT、QFT、SCDFTと比較して、画像認証タスクにおいてどの程度優れているか？
• RQ5 可逆的復号プロセスにより、埋め込まれたデータを信頼性高く回復させ、画像の完全性を検証できるか？

主な発見

• 提案されたIATFDDFT手法は、DCT、QFT、SCDFT方式と比較して、画像認証において優れた性能を達成した。
• 2×2ブロックごとにDFT係数の実部に3ビットのデータを埋め込むことで、最小限の歪みで高容量のデータ埋め込みが可能となった。
• DC成分および選択されたAC成分のロバストな正規化により、空間領域における非負のピクセル値が維持され、信頼性が向上した。
• 実験結果から、画像品質が効果的に保持されていることが確認され、人間の目にはほとんど感じられない性能が実証された。
• 復号プロセスは、埋め込まれたデータを正常に回復でき、正確な認証検証が可能となった。
• さまざまな画像処理条件下でも、本手法は耐性と安定性を示し、その耐性が確認された。