디지털 영상에서 워터마킹이란 영상의 저작권 보호를 위한 방법이다. 이때 삽입되는 저작권 정보를 워터마크라 하고 이는 외부의 공격을 받더라도 쉽게 제거되지 않아야 한다. 그러나 대부분의 워터마킹 기법이 영상 압축, 필터링 둥의 파형 공격(waveform attack) 에는 강인하나 회전, 크기 변화, 이동, 잘려짐(cropping) 등과 같은 기하학적 공격(geometrical attack) 에 쉽게 깨어지는 단점을 보인다. 본 논문에서는 기하학적 공격에 대한 해결책으로 영상에서 불변의 무게중심(invariant centroid) 을 구하고 이를 템플릿(template) 으로 이용한 대수-극 좌표계 변환과 이산 여현 변환(Discrete Cosine Transform: DCT) 을 사용하여 워터마크를 삽입하고 검출하는 방법을 제안한다. 워터마크가 첨가된 영상에 가해지는 기하학적 공격은 불변의 무게중심과 대수-극 좌표계를 이용한 방법으로 극복하고, 파형 공격은 DCT 변환을 이용하여 해결하였다. 또한 워터마크 정보만을 역 LPM 변환하여 원 영상에 삽입하는 간접 삽입 방법을 사용함으로써 좌표계 변환으로 인한 화질의 열화를 막을 수 있었다. 실험 결과 제안된 방법은 기존의 방법에서 삽입된 워터마크의 검출이 불가능한 잘림을 동반한 기하학적 공격 후에도 워터마크의 검출이 가능하였다.
디지털 영상에서 워터마킹이란 영상의 저작권 보호를 위한 방법이다. 이때 삽입되는 저작권 정보를 워터마크라 하고 이는 외부의 공격을 받더라도 쉽게 제거되지 않아야 한다. 그러나 대부분의 워터마킹 기법이 영상 압축, 필터링 둥의 파형 공격(waveform attack) 에는 강인하나 회전, 크기 변화, 이동, 잘려짐(cropping) 등과 같은 기하학적 공격(geometrical attack) 에 쉽게 깨어지는 단점을 보인다. 본 논문에서는 기하학적 공격에 대한 해결책으로 영상에서 불변의 무게중심(invariant centroid) 을 구하고 이를 템플릿(template) 으로 이용한 대수-극 좌표계 변환과 이산 여현 변환(Discrete Cosine Transform: DCT) 을 사용하여 워터마크를 삽입하고 검출하는 방법을 제안한다. 워터마크가 첨가된 영상에 가해지는 기하학적 공격은 불변의 무게중심과 대수-극 좌표계를 이용한 방법으로 극복하고, 파형 공격은 DCT 변환을 이용하여 해결하였다. 또한 워터마크 정보만을 역 LPM 변환하여 원 영상에 삽입하는 간접 삽입 방법을 사용함으로써 좌표계 변환으로 인한 화질의 열화를 막을 수 있었다. 실험 결과 제안된 방법은 기존의 방법에서 삽입된 워터마크의 검출이 불가능한 잘림을 동반한 기하학적 공격 후에도 워터마크의 검출이 가능하였다.
Digital image watermarking is the method that can protect the copyright of the image by embedding copyright information, which is called watermark. Watermarking must have robustness to intentional or unintentional data changing, called attack. The conventional watermarking schemes are robust to wave...
Digital image watermarking is the method that can protect the copyright of the image by embedding copyright information, which is called watermark. Watermarking must have robustness to intentional or unintentional data changing, called attack. The conventional watermarking schemes are robust to waveform attacks such as image compression, filtering etc. However, they are vulnerable to geometrical attacks such as rotation, scaling, translation, and cropping. Accordingly, this paper proposes new watermarking scheme that is robust to geometrical attacks by using invariant centroid. Invariant centroid is the gravity center of a central area in a gray scale image that remains unchanged even when the image is attacked by RST including cropping and proposed scheme uses invariant centroids of original and inverted image as the template. To make geometrically invariant domain, template and angle compensated Log -Polar Map(LPM) is used. Then Discrete Cosine Transform(DCT) is performed and the watermark is embedded into the DCT coefficients. Futhermore, to prevent a watermarked image from degrading due to interpolation during coordinate system conversion, only the image of the watermark signal is extracted and added to the original image. Experimental results show that the proposed scheme is especially robust to RST attacks including cropping.
Digital image watermarking is the method that can protect the copyright of the image by embedding copyright information, which is called watermark. Watermarking must have robustness to intentional or unintentional data changing, called attack. The conventional watermarking schemes are robust to waveform attacks such as image compression, filtering etc. However, they are vulnerable to geometrical attacks such as rotation, scaling, translation, and cropping. Accordingly, this paper proposes new watermarking scheme that is robust to geometrical attacks by using invariant centroid. Invariant centroid is the gravity center of a central area in a gray scale image that remains unchanged even when the image is attacked by RST including cropping and proposed scheme uses invariant centroids of original and inverted image as the template. To make geometrically invariant domain, template and angle compensated Log -Polar Map(LPM) is used. Then Discrete Cosine Transform(DCT) is performed and the watermark is embedded into the DCT coefficients. Futhermore, to prevent a watermarked image from degrading due to interpolation during coordinate system conversion, only the image of the watermark signal is extracted and added to the original image. Experimental results show that the proposed scheme is especially robust to RST attacks including cropping.
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문제 정의
따라서 본 논문에서는 영상에 템플릿을 삽입하는 대 신 영상 자체의 특징점으로 불변의 무게중심을 제안하며 이를 템플릿으로 이용한 워터마킹 기법을 제안한다.
본 논문에서는 다양한 디지털 데이타 중 디지털 영상의 워터마킹 기법을 다룬다.
본 논문에서는 영상의 불변의 무게중심을 구하고 이를 템플릿으로 이용하여 두 단계의 과정을 거치는 워터 마킹 기법을 제안한다.
본 논문에서는 템플릿을 이용한 워터마킹 기법들의 문제점을 해결할 수 있는 새로운 기법을 제안하였다.
본 절에서는 첫 번째 단계로 영상에서 기하학적 왜곡 을 바로잡기 위한 템플릿으로 사용되는 불변의 무게중 심과 LPM 변환의 성질에 대해 살펴본다.
제안 방법
.泌'(司 + 力=』/(%)+ 分+ qx “丿3)xM(z、+ i) (5) 그리고 제안된 방법에서는 워터마크가 첨가된 영상의 화질 열화를 막기 위해 워터마크를 주파수 영역에서 직접 삽입하지 않고 워터마크의 LPM 영상만을 역 LPM 과정을 거쳐 원 영상에 더하는 간접 삽입 방삭을 사용 한다.
그래서 제안하는 방법에서는 파형 공격의 영향을 줄이기 위해 영상의 초기 중심값 Co를 원 영상의 저대 역 통과 영상으로부터 식 (1)을 통해 구하고 이를 중심으로 하고 반지름이 &인 원 영역으로부터 다시 원 영역의 무게중심 (刀을 구한다.
따라서 제안하는 방법에서는 LPM의 원점으 로 두 무게중심의 중간점을 사용한다.
본 논문에서는 앞에서 설명한 불변의 무게중심을 템 플릿으로 이용하여 기하학적 변환에 무관한 LFM 으로 영상을 변환한 후 이를 DCT를 이용하여 주파수 영역으 로 변환하고 변환된 주파수 계수에 워터마크를 삽입한다.
본 논문에서는 앞에서 설명한 불변의 무게중심을 템 플릿으로 이용하여 기하학적 변환에 무관한 LPM으로 영상을 변환하여 워터마크를 삽입한다.
본 논문에서는 앞장에서 설명한 LPM 영상을 DCT하여 그 주파수 계수에 워터마크를 삽입하며 그 과정은 그림 6과 같다.
이를 위해서는 적어도 두 개의 점이 필요하며 본 논문에서는 원 영상 과 반전된 영상에서 각각 불변의 무게중심을 구하여 이 두 점을 템플릿으로 사용한다.
제안된 기법은 원 영상과 반전된 영상에서 불변의 무게중 심을 찾아 이를 템플릿으로 사용하였다.
제안된 방법은 영상에 템플릿을 삽입하는 것이 아니라 영상 자체의 특징점을 찾아 이를 템플릿으로 사용함으로써 기존의 TMW의 문제점을 극복하였고, 워터마크를 주파수 영역에서 직접 삽입하지 않고 워터마크 정보를 추출하여 이를 원 영상 에 더하는 간접 삽입방식을 사용함으로써 좌표계 변환 으로 인해 발생하는 화질 열화를 막을 수 있었다.
제안된 워터마킹 기법은 원 영상 없이[21-24] 워터마 크의 존재 유무로써 저작권 정보를 판단한다.
제안하는 방법은 템플릿으로 이용되는 두 점의 중간점을 LPM의 원점으로 하여 영상의 가 운데 영역을 LPM으로 변환한다.
대상 데이터
따라서 이 두 가지 조건을 고려하려하여 7000을 사용하였다.
데이터처리
제안된 워터마킹 알고리즘 구현을 위한 실험 영상으 로 256x256 크기의 Lena, girl, boat 영상을 사용하였으 며 Barni[25]의 방법 영상 정규화에 기반한 워터마킹 방법 (Image Normalization based Watermarking: INW)[26〕과 그 성능을 비교하였다.
이론/모형
위와 같은 LPM의 성질을 그림 2에 예를 들어 나타내었으며 LPM의 성질을 시각적으로 좀 더 명확히 하기 위해 대수-극 좌표계가 아닌 지수-극 좌표계 변환 (exponential -polar map)을 사용하였다.
성능/효과
그림 9는 영상에서 로 다른 1000개의 키로 발생시킨 워터마크 중 500번째 워터마크를 삽입하고, 워터마크가 삽입된 영상과 1000개의 워터마크와의 유사도를 나타낸 것이다. 500 번째 워터마크와의 유사도가 가장 높게 나타났으며 이를 통해 저작권 증명이 가능함을 알 수 있다.
LPM 자체의 특성과 적절한 해상도의선택으로 공격의 효과를 완화할 수 있었다.
눈으로 식 별이 힘든 작은 각의 회전 공격이 있더라도 워터마크의 검출이 어려운 것이 일반적이지만, 본 논문에서 제안한 방법은 실험 결과 문제점을 극복하였다.
따라서 그림 12와 같이 LPM 영상이 몽롱화되어 워터마크의 검출이 어려워지지만, 50% 정도의 축소까지는 적절한 검출이 가능하였다.
본 논문에 사용된 템플릿은 원 영상에서 구해진 불변의 무게중심과 반전된 영상의 불변의 무게중심으로, 이 두 점은 영상의 현저한 왜곡이 없을 경우 일정한 위치를 나타내므로 이를 이용하여 대수-극 좌표 (Log-Polar Map: LPM)로의 변환과 DCT 변환을 수행하여 기하학 적 공격과 파형 공격에서 각각 강인한 결과를 나타낼 수 있다.
실험 결과에서 보듯이 제안된 방법은 여러가지 필터 통과 후뿐만 아니라 복합 적인 공격이 가해진 후에도 워터마크의 검출이 가능하였다.
실험에서 구해진 신호대 잡음비 (PSNR) 는 각각 45.2dB, 49.3dB, 43.2dB로서 비가시성과 강 인성 모두에서 만족할 수 있었다.
제안된 방법은 템플릿으로 사용되는 불변의 무게 중심을 구하는데 걸리는 시간이 실시간 처리가 가능할 정도로 짧은 시간 내에 구해짐을 알 수 있다.
후속연구
또한 제안된 방법은 DCT뿐만 아니라 다른 주파수 영역 변환 도 사용될 수 있으므로 향후 연구에서 각 변환에 따른 성능 평가와 불변의 무게중심을 구하는데 사용되는 반지 름 R의 적응적 결정에 대한 연구가 필요할 것이다.
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