[논문]강인한 디지털 워터마킹을 위한 웨이브릿에서의 유사도 비교

송상주; 박두순

강인한 디지털 워터마킹을 위한 웨이브릿에서의 유사도 비교
A Comparison of Similarity in Wavelet for Robust Digital Watermarking 원문보기

본 논문에서는 웨이브릿 변환 알고리듬을 이용하여 영상을 다해상도 변환하고, 중간주파대역의 중요한 계수에 각종 워터마크 시퀀스를 삽입 후 이의 강인성을 유사도 비교를 통하여 측정한다. 웨이브릿 변환은 주파수 영역 특성과 공간 영역의 특성을 함께 갖고 있는 장점을 가지고 있다. 다양한 공격에 대하여 실험한 결과 카오스 시퀀스가 다른 시퀀스들에 비해 높은 유사도를 보임으로써 향후 워터마크 시퀀스로 사용하기에 적합함을 보인다.

We show that image make converts of multiplex resolution using wavelet transform algorithm. To evaluate the robustness, we have measured comparison of similarity using various sequences which is inserted important coefficient of middle frequency band. The wavelet transform is advantage that it has a special quality of frequency domain and a special quality of spatial domain. As result of experiments, it is to certify that The chaos sequence similarity is higher than other sequence. So the chaos sequence will be used for watermark sequence.

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문제 정의

물론 시각적(Visible)인 형태의 워터마크가 존재할 수 있지만 이는 영상을 기본적으로 회손하기 때문에 워터마크를 안보이게 표시하는 연구들이 많이 이루어지고 있다. 따라서, 여러 가지 워터마크 시퀀스들이 있을 수 있는데, 본 연구에서는 이 시퀀스들이 어느 정도 공격에서도 살아남는 강인성과 비가시성을 가지고 있는지를 알아보고자 하였다.
본 논문에서도 웨이브릿 변환의 특성을 이용하여 정지영상을 다해상도 분해하고 중간 레벨의 중요한 계수에 다양한 워터마크 시퀀스를 삽입 후, 이의 강인성과 비가시성을 유사도 비교와 그래프를 통하여 측정하고자 한다. 워터마크는 일종의 잡음으로 불리는 시퀀스로써 다양한 형태로 존재할 수 있다.
워터마크 삽입과정을 통하여 각 시퀀스의 강인성을 보고자하며 각 대역별 가중치와 임계값을 적절히 설정함으로서 더욱 정교하게 워터마크가 삽입될 수 있도록 한다.
워터마크는 일종의 잡음으로 불리는 시퀀스로써 다양한 형태로 존재할 수 있다. 이들 시퀀스들 중 웨이브릿 영역에서 다양한 형태의 공격에서도 강인한 특성을 갖는 워터마크 시퀀스를 제시하고자 한다.

제안 방법

다음으로 검출 단계에서는 원영상과 공격당한 영상을 DWT하여 각 계수들을 구한 후 이들의 차 (difference)를 가진 워터마크를 추출해내고 원래의 워터마크와 비교하여 PSNR 및 유사도(similarity)를 측정한다.
방법으로는 각 영상을 웨이브릿 변환 후 계수 값 중 5, 10 이상 각각의 임계값에 워터마크를 삽입 후 각종 공격을 가하고, 유사도를 측정하여 비교하였다.
본 논문에서는 주파수 영역에서 웨이블릿 변환 알고리듬을 이용하여 영상을 다해상도 분해하고, 중간대역의 중요한 계수에 각종 워터마크 시퀀스를 삽입 후 이의 강인성과 비가시성을 PSNR과 유사도 비교를 통하여 측정하였다. 워터마크 삽입 방법으로는 영상을 웨이브릿 변환을 이용하여 주파수 영역으로 변환한 뒤, 인간 시각 시스템에 기반하여 인간이 감지하지 못하는 주파수 공간을 찾아 임계치를 적용하여 워터마크를 삽입하였다.
통하여 측정하였다. 워터마크 삽입 방법으로는 영상을 웨이브릿 변환을 이용하여 주파수 영역으로 변환한 뒤, 인간 시각 시스템에 기반하여 인간이 감지하지 못하는 주파수 공간을 찾아 임계치를 적용하여 워터마크를 삽입하였다. 임의 난수, 가우시안 시퀀스 카오스 시퀀스 그리고 소벨 시퀀스를 이용하여 PSNR 및 유사도를 측정한 결과 다양한 공격에 대하여 카오스 시퀀스가 다른 시퀀스들에 비해 높은 유사도를 보임으로써 향후 워터마크 시퀀스로 사용하기에 적합함을 보였다.
워터마크 삽입 위치는 원영상을 이용하여 웨이브릿 변환을 한 후, [그림 5.1]에서 보는 것처럼 LL3영역, LH1영역, HH1영역 그리고 HL1영역을 제외한 영역에 각각의 워터마크 시퀀스를 워터마크로 삽입한다.

대상 데이터

실험 환경은 펜티엄 Ⅲ 933MHz 상에서 비주얼 C++로 구현하여 시뮬레이션 하였다. 웨이브릿 필터는 도우비치 필터를 사용하였으며, 영상은 256×256 크기의 8비트 그레이 레벨을 갖는 Lanna 영상과 Camera 영상, Peppers 영상 그리고 고주파수 성분이 많은 Baboon영상, Bridge 영상을 사용하여 실험하였다.
구현하여 시뮬레이션 하였다. 웨이브릿 필터는 도우비치 필터를 사용하였으며, 영상은 256×256 크기의 8비트 그레이 레벨을 갖는 Lanna 영상과 Camera 영상, Peppers 영상 그리고 고주파수 성분이 많은 Baboon영상, Bridge 영상을 사용하여 실험하였다. 다음은 실험에 사용한 영상들이다.

이론/모형

영상의 객관적인 비교를 위하여 PSNR(Peak Signal-to-Noise Ratio)의 측정은 아래의 식으로 주어지는 최대신호대잡음비(PSNR)를 사용하였다.

성능/효과

임의 난수, 가우시안 시퀀스 카오스 시퀀스 그리고 소벨 시퀀스를 이용하여 PSNR 및 유사도를 측정한 결과 다양한 공격에 대하여 카오스 시퀀스가 다른 시퀀스들에 비해 높은 유사도를 보임으로써 향후 워터마크 시퀀스로 사용하기에 적합함을 보였다. 또한, 워터마크 삽입 후 각종 공격(잡음, 압축, 공모, 절단, 재크기)에서 워터마크된 영상들의 시각적인 저하가 거의 없음을 확인할 수 있었다.
실험 결과 카오스 시퀀스가 모든 공격에서 고르게 높은 유사도를 나타내었으며, 압축공격과 재크기에서 다른 공격에 비하여 특히 높은 유사도를 나타내고 있다. 그리고 너무 많은 계수에 워터마크를 삽입하는 것은 좋지 않음을 보여주며 잡음 및 공모 등에서 나타났듯이 임의 난수 경우는 워터마크로서 적합하지 않음을 보여주고 있다.
워터마크 삽입 방법으로는 영상을 웨이브릿 변환을 이용하여 주파수 영역으로 변환한 뒤, 인간 시각 시스템에 기반하여 인간이 감지하지 못하는 주파수 공간을 찾아 임계치를 적용하여 워터마크를 삽입하였다. 임의 난수, 가우시안 시퀀스 카오스 시퀀스 그리고 소벨 시퀀스를 이용하여 PSNR 및 유사도를 측정한 결과 다양한 공격에 대하여 카오스 시퀀스가 다른 시퀀스들에 비해 높은 유사도를 보임으로써 향후 워터마크 시퀀스로 사용하기에 적합함을 보였다. 또한, 워터마크 삽입 후 각종 공격(잡음, 압축, 공모, 절단, 재크기)에서 워터마크된 영상들의 시각적인 저하가 거의 없음을 확인할 수 있었다.

후속연구

있다는 특징을 지닌다. 그리고 디지털 워터마킹 기술이 적절하게 사용된다면, 소유권의 증거로서, 내용인증 도구로서 그리고 데이터에 삽입하는 지문장치의 수단으로서 데이터의 부적절한 사용에 대한 추적도 가능하게 될 것이다[5].
연구 또한 필요하다. 더 나아가 전자상거래를 위한 Web 기반의 디지털 워터마킹 기술의 개발에 대한 폭넓은 연구가 필요하다.
향후 연구과제로는 압축 기술의 발달로 MPEG, 오디오와 같은 압축 동영상이나 오디오에 대해서도 워터마크 삽입 및 추출 방법을 연구해야 할 것이며, 다양한 실험영상에 대하여 정형화된 시스템을 구축해야하므로, 무감지성과 강인성에 대한 워터마크 량의 상반관계에 의한 적정점을 찾는 연구 그리고 카오스 시퀀스를 효율적으로 워터마크로 이용하기 위한 연구 또한 필요하다. 더 나아가 전자상거래를 위한 Web 기반의 디지털 워터마킹 기술의 개발에 대한 폭넓은 연구가 필요하다.

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