[論文レビュー] Improved DWT Based Watermarking Using JPEG-YCbCr

Mehdi Khalili, David Asatryan|arXiv (Cornell University)|Jun 20, 2012

Advanced Steganography and Watermarking Techniques参考文献 8被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、JPEG-YCbCrのYチャンネルの低周波数係数に埋め込む前に、XOR演算を用いてランダムなバイナリーシーケンスでウォーターマークを暗号化することにより、セキュリティと不可知性を向上させる、盲目的で安全かつ耐障害性のあるDWTベースのウォーターマーキング方式を提案する。本手法は、先行研究と比較してウェーブレット圧縮およびクロッピング攻撃に対する耐性が向上している。

ABSTRACT

In this paper a blind, Secure, imperceptible and robust watermarking algorithm based on wavelet transform domain is proposed in which for more security, the 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 image. Afterwards, the encrypted watermark sequence W1 is generated by executing exclusive-OR operation on W and R. This generated watermark embeds into low frequency selected coefficients of Y channel wavelet decomposition of JPEG-YCbCr using LSB insertion technique. The experimental results show that the proposed algorithm increases the security and imperceptibility of watermark and has better robustness against wavelet compression and cropping attacks compared to the earlier work in [1].

研究の動機と目的

• ウォーターマークの暗号化にランダムバイナリーシーケンスを導入することで、DWTベースのウォーターマーキングのセキュリティを向上させること。
• JPEG-YCbCrのY（輝度）成分に暗号化されたウォーターマークを埋め込むことで、不可知性を向上させること。
• ウェーブレット圧縮およびクロッピングなどの一般的な画像攻撃に対して耐性を高めること。
• オリジナル画像が不要な盲検出機能を維持することにより、ウォーターマークの抽出を可能にすること。
• 実験結果による検証を通じて、既存手法に比べてセキュリティ、不可知性、耐性の面で優れていること。

提案手法

• ウォーターマーク画像をサイズnのバイナリーシーケンスWに変換する。
• 同じサイズnのランダムバイナリーシーケンスRを生成し、ウォーターマークを暗号化する。
• XORを用いて暗号化ウォーターマークW1を計算する：W1 = W ⊕ R。
• JPEG-YCbCr画像のYチャンネルを離散ウェーブレット変換（DWT）を用いて分解し、低周波数係数を取得する。
• LSB挿入技術を用いて、暗号化ウォーターマークW1を低周波数DWT係数に埋め込む。
• 水色マーキング画像のYチャンネルの対応するDWT係数からLSBを抽出することで、ウォーターマーク検出を盲検出で行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ウォーターマークの暗号化にどのようにランダムバイナリーシーケンスを用いることで、DWTベースのウォーターマーキングのセキュリティを向上させられるか？
• RQ2 JPEG-YCbCrのYチャンネルに埋め込むことで、どの程度不可知性が向上するか？
• RQ3 本手法は、既存の手法と比較してウェーブレット圧縮およびクロッピング攻撃に対してどのように性能を発揮するか？
• RQ4 耐性とセキュリティを向上させつつも、盲検出メカニズムを効果的に維持できるか？
• RQ5 ウォーターマーク暗号化にランダムバイナリーシーケンスを用いることで、全体のシステム性能にどのような影響を与えるか？

主な発見

• ワンタイムのランダムバイナリーシーケンスを用いてXORでウォーターマークを暗号化することで、本手法は高いセキュリティを達成している。
• JPEG-YCbCrのYチャンネルへの埋め込みにより、人間の視覚系が輝度変化に敏感であるため、高い不可知性が確保されている。
• 本アルゴリズムは、[1]で参照された手法と比較して、ウェーブレット圧縮およびクロッピング攻撃に対して優れた耐性を示している。
• 実験結果により、顕著な画像処理が施された後でもウォーターマークが検出可能であることが確認され、強力な耐性が裏付けられている。
• 低周波数DWT係数におけるLSB挿入の使用により、一般的な信号歪みに対してもウォーターマークの整合性が保たれている。
• 本手法は盲検出機能を維持しており、オリジナル画像が不要なため、効率的で実用的なウォーターマーク回収が可能である。