[論文レビュー] Spatial Domain Watermarking Scheme for Colored Images Based on Log-average Luminance

Jamal Ali Hussein|arXiv (Cornell University)|Jan 20, 2010

Advanced Steganography and Watermarking Techniques参考文献 4被引用数 40

ひとこと要約

本稿では、埋め込みブロックの選定に対数平均輝度を用いた、色画像向けの空間ドメイン水印埋め込み方式を提案する。RGBからYCbCrに変換し、中心から渦巻き状に高輝度ブロックを選別し、輝度変調（白（255）の場合はαを加算、黒（0）の場合はαを減算）により1024バイトのモノクロ水印を埋め込むことで、グレースケール変換、クロッピング、JPEG圧縮に対して高い耐性を示し、視認的歪みは最小限に抑えられる。

ABSTRACT

In this paper a new watermarking scheme is presented based on log-average luminance. A colored-image is divided into blocks after converting the RGB colored image to YCbCr color space. A monochrome image of 1024 bytes is used as the watermark. To embed the watermark, 16 blocks of size 8X8 are selected and used to embed the watermark image into the original image. The selected blocks are chosen spirally (beginning form the center of the image) among the blocks that have log-average luminance higher than or equal the log-average luminance of the entire image. Each byte of the monochrome watermark is added by updating a luminance value of a pixel of the image. If the byte of the watermark image represented white color (255) a value is added to the image pixel luminance value, if it is black (0) the is subtracted from the luminance value. To extract the watermark, the selected blocks are chosen as the above, if the difference between the luminance value of the watermarked image pixel and the original image pixel is greater than 0, the watermark pixel is supposed to be white, otherwise it supposed to be black. Experimental results show that the proposed scheme is efficient against changing the watermarked image to grayscale, image cropping, and JPEG compression.

研究の動機と目的

• 一般的な画像操作に対して耐性を保ちつつ、視認的品質を維持する水印埋め込み方式の開発を目的とする。
• 目に見えるアーチファクトを引き起こさずに色画像に水印を埋め込む課題に対処することを目的とする。
• 従来の水印埋め込み方式が破壊されやすい、グレースケール変換、クロッピング、JPEG圧縮に対する耐性を向上させることを目的とする。
• 耐性を高めるために、最適な埋め込みブロックの選定基準として対数平均輝度を活用することを目的とする。

提案手法

• 入力色画像をRGBからYCbCr色空間に変換し、輝度（Y）と彩度（Cb, Cr）を分離する。
• Y平面を8×8の重複なしブロックに分割し、各ブロックの対数平均輝度を計算する。
• 画像全体の対数平均輝度以上である16のブロックを選別し、中心から始まる渦巻きパターンに従って配置する。
• 1024バイトのモノクロ水印を、1ブロックあたり1ピクセルの輝度値を変更することで埋め込む：白（255）の場合はαを加算、黒（0）の場合はαを減算する。
• 抽出時にも同一の渦巻き選択法を用い、埋め込まれたピクセルの位置を特定し、元画像と水印付き画像の輝度差の符号に基づいて水印ビットを決定する。
• しきい値ルールを適用する：輝度差が0より大きい場合、水印ビットは白と判定する。それ以外の場合は黒と判定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 対数平均輝度は、空間ドメイン水印埋め込みにおける耐性のある埋め込みブロックの選定に有効に利用できるか？
• RQ2 画像中心から始まる渦巻きベースのブロック選択が、水印埋め込みの耐性をどのように向上させるか？
• RQ3 本手法は、輝度ベースの方式に対して一般的な攻撃であるグレースケール変換に対して、どの程度耐性を示すか？
• RQ4 JPEG圧縮および画像クロッピングに対して、本手法はどの程度効果的か？
• RQ5 αに基づく輝度変調の使用は、視認的品質を保持すると同時に、信頼性の高い抽出を可能にするか？

主な発見

• 提案手法はグレースケール変換に対し耐性を示し、グレースケールに変換された画像においても水印の整合性が保持された。
• 画像クロッピング後も水印の可視性と正確性が維持されたことから、空間的改ざんに対して耐性があることが示された。
• JPEG圧縮においても、品質因子が75にまで低下しても水印が生存したため、強い圧縮耐性を示した。
• ブロック選定に対数平均輝度を用いることで、視覚的に安定した領域に集中させ、埋め込みの信頼性が向上した。
• 渦巻き選択戦略により、歪みに弱くない中心部の高輝度ブロックを優先的に選択し、耐性が向上した。
• 視認的評価により、水印の埋め込みが人間観測者にとってほとんど見えないほど最小限の視覚的歪みであることが確認された。