[論文レビュー] Spread Spectrum based Robust Image Watermark Authentication

Tirtha Shankar Das, Vijay H. Mankar+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2012

Advanced Steganography and Watermarking Techniques参考文献 11被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、二つの先行状態を持つ単一吸引子を有する（TPSA）細胞オートマトン（CA）を用いた、耐障害性に優れた画像認証を目的とした新しいスペクトラム拡散（SS）水印埋め込み方式を提案する。波ドメインにおける盲目的水印埋め込みにTPSA-CAを統合することで、安全性、完全性、画像劣化に対する耐性が向上し、実験結果により、インターリーブおよび干渉キャンセレーション技術を用いることで機密性、否認不能性、視認不能性の優れた性能が確認された。

ABSTRACT

In this paper, a new approach to Spread Spectrum (SS) watermarking technique is introduced. This problem is particularly interesting in the field of modern multimedia applications like internet when copyright protection of digital image is required. The approach exploits two-predecessor single attractor (TPSA) cellular automata (CA) suitability to work as efficient authentication function in wavelet based SS watermarking domain. The scheme is designed from the analytical study of state transition behaviour of non-group CA and the basic cryptography/encryption scheme is significantly different from the conventional SS data hiding approaches. Experimental studies confirm that the scheme is robust in terms of confidentiality, authentication, non-repudiation and integrity. The transform domain blind watermarking technique offers better visual & statistical imperceptibility and resiliency against different types of intentional & unintentional image degradations. Interleaving and interference cancellation methods are employed to improve the robustness performance significantly compared to conventional matched filter detection.

研究の動機と目的

• マルチメディアアプリケーションにおける、安全かつ耐障害性のあるデジタル画像の著作権保護の増大するニーズに対応すること。
• 意図的および不測の画像攻撃に対して、水印埋め込みシステムの耐性を向上させること。
• 従来のSS手法を凌駕する安全性を実現するため、TPSA-CAを用いた新たな認証メカニズムを開発すること。
• 高い視覚的および統計的視認不能性を維持しつつ、強力な認証および完全性を確保すること。
• 変換ドメインにおけるインターリーブおよび干渉キャンセレーションを用いて、検出性能を最適化すること。

提案手法

• 本手法は、擬似ランダムシーケンスの生成に非群的CAとしての二つの先行状態を持つ単一吸引子（TPSA）細胞オートマトンを用いる。
• 視認不能性および耐障害性を向上させるために、離散ウェーブレット変換（DWT）ドメインで水印埋め込みを実行する。
• バースト型攻撃に対する耐性を高めるために、水印シーケンスにインターリーブを適用する。
• 検出プロセスにおいて干渉キャンセレーション技術を用いることで、相関に基づく水印抽出の精度を向上させる。
• 本手法は盲検出プロセスを採用しており、検証時に元画像の必要がない。
• TPSA-CAの暗号的強度により、高い機密性および cryptanalysis 攻撃に対する耐性を確保する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 TPSA-CAは、スペクトラム拡散画像水印埋め込みの安全性および耐障害性をどのように効果的に向上させることができるか？
• RQ2 インターリーブは、バースト型歪みに対して水印の耐性をどの程度向上させるか？
• RQ3 干渉キャンセレーション技術は、ノイズおよび歪みの存在下で検出精度を顕著に向上させることができるか？
• RQ4 本手法は、従来の一致フィルタ検出法と比較して、耐障害性および視認不能性の面でどの程度優れているか？
• RQ5 非群的細胞オートマトンの使用が、水印画像の認証および完全性に与える影響は何か？

主な発見

• 提案手法は、高い視覚的および統計的視認不能性を達成しており、ホスト画像への歪みが著しく小さい。
• 実験結果により、圧縮、フィルタリング、クロッピングなどのさまざまな画像劣化に対して強い耐性が確認された。
• インターリーブおよび干渉キャンセレーションは、従来の一致フィルタ検出法と比較して、検出性能を顕著に向上させた。
• TPSA-CAに基づくアプローチは、複雑な状態遷移挙動のおかげで、強化された機密性および cryptanalytic 攻撃に対する耐性を提供する。
• 本システムは、元画像が不要な盲検出を実現し、否認不能性、完全性検証、および盲検出を効果的にサポートした。
• 本手法は、水印の検証が承認済みの当事者に限られる強力な認証能力を示した。