[논문 리뷰] Improved DWT Based Watermarking Using JPEG-YCbCr

Mehdi Khalili, David Asatryan|arXiv (Cornell University)|2012. 06. 20.

Advanced Steganography and Watermarking Techniques참고 문헌 8인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 JPEG-YCbCr의 Y 채널의 저주파수 계수에 삽입하기 전에 워터마크를 랜덤 이진 수열을 사용한 XOR 연산으로 암호화하여 보안성과 미시민감도를 향상시키는 빔드, 안전하고 강력한 DWT 기반 워터마킹 기법을 제안한다. 기존 연구 대비 웨이블릿 압축 및 자르기 공격에 대해 향상된 저항성을 보여준다.

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].

연구 동기 및 목표

• 워터마크를 암호화하기 위해 랜덤 이진 수열을 도입하여 DWT 기반 워터마킹의 보안성을 향상시키기.
• JPEG-YCbCr의 Y(휘도) 성분에 암호화된 워터마크를 삽입하여 미시민감도를 향상시키기.
• 웨이블릿 압축 및 자르기와 같은 일반적인 이미지 공격에 대한 강력성을 높이기.
• 원본 이미지 없이도 워터마크를 추출할 수 있는 빔드 검출 기능을 유지하기.
• 실험 결과로 검증된 바와 같이, 기존 방법에 비해 보안성, 미시민감도 및 강력성 측면에서 우수한 성능을 보이기.

제안 방법

• 워터마크 이미지를 크기 n인 이진 수열 W로 변환한다.
• 크기 n인 동일한 랜덤 이진 수열 R을 생성하여 워터마크를 암호화한다.
• XOR를 사용하여 암호화된 워터마크 W1을 계산한다: W1 = W ⊕ R.
• JPEG-YCbCr 이미지의 Y 채널을 이산 웨이블릿 변환(DWT)을 사용하여 분해하여 저주파수 계수를 확보한다.
• 암호화된 워터마크 W1을 최소 유효 비트(LSB) 삽입 기법을 사용하여 저주파수 DWT 계수에 삽입한다.
• 수정된 이미지의 Y 채널에 해당하는 DWT 계수에서 LSB를 추출하여 워터마크 검출을 빔드로 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 워터마크 암호화를 통해 DWT 기반 워터마킹의 보안성이 어떻게 향상될 수 있는가?
• RQ2 JPEG-YCbCr의 Y 채널에 삽입하는 것이 미시민감도에 어느 정도 기여하는가?
• RQ3 기존 기법들과 비교했을 때, 제안된 방법은 웨이블릿 압축 및 자르기 공격에 대해 어떻게 성능을 발휘하는가?
• RQ4 강력성과 보안성을 향상시키는 동안 효과적인 빔드 검출 메커니즘이 유지될 수 있는가?
• RQ5 워터마크 암호화에 랜덤 이진 수열을 사용할 경우 시스템 전반적인 성능에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 제안된 방법은 XOR을 통해 일회용 랜덤 이진 수열을 사용하여 워터마크를 암호화함으로써 보안성을 향상시킨다.
• JPEG-YCbCr의 Y 채널에 삽입함으로써 인간 시각 시스템이 휘도 변화에 민감하기 때문에 높은 미시민감도를 확보한다.
• 제안된 알고리즘은 참고 문헌 [1]의 방법보다 웨이블릿 압축 및 자르기 공격에 대해 더 뛰어난 강력성을 보여준다.
• 실험 결과 워터마크가 상당한 이미지 처리 후에도 여전히 검출 가능함을 확인하여 강력한 내성성을 입증한다.
• 저주파수 DWT 계수에 LSB 삽입을 사용함으로써 일반적인 신호 왜곡 상황에서도 워터마크의 무결성이 유지된다.
• 이 기법은 빔드 검출 기능을 유지하여 원본 이미지 없이도 효율적이고 실용적인 워터마크 회수를 가능하게 한다.