[논문 리뷰] Digital Image Watermarking for Arbitrarily Shaped Objects Based On SA-DWT

A. Essaouabi, Elhassane Ibn-Elhaj외 1명|ArXiv.org|2009. 11. 04.

Advanced Steganography and Watermarking Techniques참고 문헌 8인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 인간 시각 시스템의 민감도를 고려하여 블록 평균값을 수정함으로써 인식적으로 투명하고 일반적인 공격(예: JPEG, JPEG2000 압축, 노이즈, 필터링)에 강건한, 임의의 모양을 가진 물체에 워터마크를 삽입하기 위해 형태 적응형 이산 웨이브렛 변환(SA-DWT)을 사용하는 형태 적응형 디지털 이미지 워터마킹 기법을 제안한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 전통적인 워터마킹 기법이 전체 이미지에 걸쳐 워터마크를 삽입함으로써 관심 있는 특정 물체를 무시하는 한계를 해결한다.
• 이미지 소유자가 중요하거나 민감하다고 여겨지는 물체만 선택적으로 워터마킹할 수 있도록 한다.
• 워터마크가 인간 시각 시스템에 의해 인식되지 않도록 하면서도 일반적인 이미지 처리 공격에 강건성을 유지한다.
• 인간 시각 시스템(HVS) 기반 모델을 통합하여 인식적으로 투명한 방식으로 워터마크 삽입을 유도한다.
• 사전에 정의된 기하학적 제약 조건이 필요 없이 임의의 물체 형태에 적응할 수 있는 방법을 개발한다.

제안 방법

• 선택된 임의의 모양을 가진 물체를 형태 적응형 이산 웨이브렛 변환(SA-DWT)을 사용하여 웨이브렛 도메인으로 변환함으로써 모양 경계를 유지한다.
• 효율적인 계산을 위해 현장 내에서의 리프팅 기반 SA-DWT를 적용하여 물체의 비정규형 모양에 특화된 웨이브렛 계수를 계산한다.
• 블록 평균값과 함께 웨이브렛 계수의 최소 유효 비트(LSB)를 수정하여 워터마크를 삽입한다.
• 인간 시각 시스템(HVS) 모델을 활용하여 허용 가능한 최대 왜곡을 결정함으로써 인식적 투명성을 확보한다.
• 블록 단위로 그룹화하여 계수를 조정함으로써 시각적 품질을 유지하면서도 워터마크 데이터를 조율된 방식으로 삽입한다.
• 사용자가 정의한 관심 영역 내에서만 워터마크 삽입 프로세스를 적용하여 물체 기반 보호를 보장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 디지털 워터마킹은 어떻게 이미지 내에서 특정 임의의 모양을 가진 물체만 선택적으로 보호할 수 있도록 적응시킬 수 있는가?
• RQ2 비직사각형 이미지 영역을 워터마킹에 효율적이고 정확하게 표현하기 위해 어떤 웨이브렛 변환 기법이 유용한가?
• RQ3 워터마크 삽입을 어떻게 인식적으로 투명하게 만들 수 있으며, 동시에 일반적인 이미지 공격에 강건성을 확보할 수 있는가?
• RQ4 인간 시각 시스템(HVS) 모델의 통합이 수중 워터마크 이미지의 투명성과 품질 향상에 얼마나 기여하는가?
• RQ5 JPEG, JPEG2000 압축, 노이즈 및 필터링과 같은 다양한 이미지 처리 공격 하에서 제안된 방법의 성능은 어떠한가?

주요 결과

• 제안된 워터마킹 기법은 HVS 기반 계수 조정 덕분에 인간 시각 시스템에 의해 인식되지 않아 인식적으로 투명성을 확보한다.
• 이 방법은 JPEG 및 JPEG2000를 포함한 손실 압축에 대해 강건성을 보이며, 높은 압축 비율에서도 워터마크의 무결성을 유지한다.
• 스케일링, 필터링 및 가감성 노이즈 공격 후에도 워터마크가 탐지 가능하여 강력한 내성을 확인한다.
• SA-DWT의 사용은 사용자가 정의한 물체 형태에 정확하게 워터마킹을 국한시켜 관련 없는 이미지 영역에 간섭을 방지한다.
• 블록 단위 평균값 수정과 LSB 조정의 조합은 투명성과 강건성의 향상을 동시에 증가시킨다.
• 시뮬레이션 결과는 이 기법이 지정된 물체만 효과적으로 보호하며, 나머지 이미지 영역에 영향을 주지 않고 타겟 기반 저작권 보호를 제공함을 확인한다.