본 논문은 비트 플레인별 적응적 임계값을 이용한 대용량 스테가노그라피 방법을 제안하였다. 모든 비트 플레인에 고정적인 임계값을 적용하여 정보를 삽입하면, 비트 플레인에 따라 화질의 열화가 생긴다. 따라서 본 논문에서는 고정 임계값의 문제점을 해결하기 위하여 비트 플레인별 가중치를 정의하였다. 그리고 비트 플레인의 삽입 용량을 적응적으로 증가시키기 위하여, 비트 플레인별 평균 복잡도와 가중치를 이용하여 새로운 적응적 임계값 설정 방법을 제안하였다. 실험에서는 각 표준 이미지에 동일한 화질과 정보량을 삽입하고, 이에 따른 삽입 용량과 화질을 비교하였다. 그 결과, 제안한 방법이 기존의 방법보다 삽입 용량면에서 평균 약 6%의 정도 증가되었고, 화질면에서도 평균 약 2.4dB 향상되었다.
본 논문은 비트 플레인별 적응적 임계값을 이용한 대용량 스테가노그라피 방법을 제안하였다. 모든 비트 플레인에 고정적인 임계값을 적용하여 정보를 삽입하면, 비트 플레인에 따라 화질의 열화가 생긴다. 따라서 본 논문에서는 고정 임계값의 문제점을 해결하기 위하여 비트 플레인별 가중치를 정의하였다. 그리고 비트 플레인의 삽입 용량을 적응적으로 증가시키기 위하여, 비트 플레인별 평균 복잡도와 가중치를 이용하여 새로운 적응적 임계값 설정 방법을 제안하였다. 실험에서는 각 표준 이미지에 동일한 화질과 정보량을 삽입하고, 이에 따른 삽입 용량과 화질을 비교하였다. 그 결과, 제안한 방법이 기존의 방법보다 삽입 용량면에서 평균 약 6%의 정도 증가되었고, 화질면에서도 평균 약 2.4dB 향상되었다.
In this paper, we proposed a new method of the large capacity steganography using adaptive threshold on bit planes. Applying fixing threshold, if we insert information into all bit planes, all bit planes showed different image quality. Therefore, we first defined the bit plane weight to solve the fi...
In this paper, we proposed a new method of the large capacity steganography using adaptive threshold on bit planes. Applying fixing threshold, if we insert information into all bit planes, all bit planes showed different image quality. Therefore, we first defined the bit plane weight to solve the fixing threshold problem. We then proposed a new adaptive threshold method using the bit plane weight and the average complexity to increase insertion capacity adaptively. In the experiment, we inserted information into the standard images with the same image quality and same insertion capacity, and we analyzed the insertion capacity and image duality. As a result, the proposed method increased the insertion capacity of about 6% and improved the image quality of about 24dB than fixed threshold method.
In this paper, we proposed a new method of the large capacity steganography using adaptive threshold on bit planes. Applying fixing threshold, if we insert information into all bit planes, all bit planes showed different image quality. Therefore, we first defined the bit plane weight to solve the fixing threshold problem. We then proposed a new adaptive threshold method using the bit plane weight and the average complexity to increase insertion capacity adaptively. In the experiment, we inserted information into the standard images with the same image quality and same insertion capacity, and we analyzed the insertion capacity and image duality. As a result, the proposed method increased the insertion capacity of about 6% and improved the image quality of about 24dB than fixed threshold method.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 Niimi and Kawaguchi의 고정 임계 값에 따른 문제를 해결하기 위하여 비트 플레인별 가중치를 이용한 적응적 삽입 방법을 제안하였다. 이는 커버 이미지의 특징을 반영하는 적응적 임계값을 산출하여 삽입 용량을 증가시키고, 기존의 Niimi and Kawaguchi 방법보다 정보 삽입 및 추출이 간단하고 복잡도에 따른 계산량이 줄어드는 새로운 비트 플레인기반의 스테가노그라피 방법이다.
따라서 잡음과 같은 하위 비트 플레인也=1)들은 작은 가중치를 가지며, 형태 정보영역이 많은 상위 비트 플레인3=8)은 큰 값을 갖는다. 따라서 본 연구에서는 정보 삽입량을 적응적으로 증가하기 위하여, 비트 플레인 가중치를 이용하여 새로운 적응적 임계 값을 제안하고자 한다.
본 연구에서는 비트 플레인별 적응적 임계값을 이용한 대용량 스테가노라피 방법을 연구하였다. 모든 비트 플레인에 고정 임계값을 적용하여 정보를 삽입한 결과, 비트 플레인에 따라 화질의 변화가 다름을 알 수 있었다.
본 연구에서는 적응적 삽입 방법을 개발하기 위하여, 비트 플레인별 복잡도와 각 비트 플레인에 다양한 임계값(a) 을 적용하여 이에 대한 화질 변화를 살펴보았다.
제안 방법
Baboon, Lena 등의 표준 이미지들을 이용하여 제안한 방법과 기존의 Niimi and Kawaguchi 방법을 이용한 방법에 대하여, 동일한 화질과 동일한 정보량을 삽입하고 이에 따른 삽입 용량과 화질을 비교하였다. 그 결과, 제안한 방법이 기존의 방법보다 삽입 용량면에서 평균 약 6%의 정도 증가되었고, 화질면에서도 평균 약 2.
이를 위하여 비트 플레인의 특성을 고려하여 비트 플레인별 위치 가중치를 정의하였다. 그리고 비트플레인의 평균 복잡도와 가중치를 이용하여 새로운 적응적 임계 값을 제안하였다.
다음은 고정적인 임계값을 이용하여 비트 플레인에 정보를 삽입하고 비트 플레인의 위치에 따른 화질의 변화를 알아보았다. (그림 2)는 LSB와 MSB에 고정적인 임계값(a = 0.
본 연구에서는 비트 플레인별 적응적 임계값을 이용하여 삽입 용량과 화질을 실험하였다. 실험을 위하여 ・8bit/pixel 의 512x512 크기의 Baboon, Lena 그리고 Girl 등의 표준 그레이 이미지들을 사용하였고, 삽입 정보는 텍스트나 다양한 이미지로 실험하였다.
<표 1>은 기존 방법과 제안한 방법을 이용하여 동일한 용량을 삽입하고 이에 대한 화질을 평가하였다. 대표적인 예로, 복잡한 이미지인 Babom에서는 제안한 방법이 약 2dB 정도 화질이 개선되었다.
제안한 적응적 스테가노그라피 방법은 Niimi and Kawaguchi의 고정 임계값 문제를 해결하고 정보 삽입량을 적응적으로 증가하였다. 이를 위하여 비트 플레인의 특성을 고려하여 비트 플레인별 위치 가중치를 정의하였다. 그리고 비트플레인의 평균 복잡도와 가중치를 이용하여 새로운 적응적 임계 값을 제안하였다.
대상 데이터
실험은 커버의 용량이 262, 144byte인 표준 이미지에 대하여 평균 약 32dB의 화질을 기준으로 실험하였다. 고정임계 값을 이용한 Kawaguchi의 방법은 평균 약41%의 정보가 삽입되었고, 적응적 임계값을 이용한 제안한 방법은 평균 약 47%의 정보가 삽입되었다.
용량과 화질을 실험하였다. 실험을 위하여 ・8bit/pixel 의 512x512 크기의 Baboon, Lena 그리고 Girl 등의 표준 그레이 이미지들을 사용하였고, 삽입 정보는 텍스트나 다양한 이미지로 실험하였다.
이론/모형
그리고 생성된 위치맵은 정보 추출시에 사용되는 키 정보로 무손실 압축방식으로 압축한 뒤, SHA256 방법으로 암호화하여 전송한다.
일반적으로 이진 이미지에 대한 복잡도 산출 방밥은 표준으로 정의되어 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 이진 이미지의 흑백 경계 길이boarder length)를 이용한 Niimi and Kawaguchi의 복잡도를 사용한다[8, 9].
일반적으로 비트 플레인 기반의 스테가노그라피는 하위 비트 플레인을 이용하여 정보를 삽입한다. 본 논문에서는 정보를 삽입할 영역을 선택하기 위하여 블록 복잡도(complixity)를 이용한다..
성능/효과
(그림 10)(3는 Kawaguchi 방법인 고정적인 임계값을 이용하여 정보를 삽입한 결과이다. 결과 이미지에서 보는 것과 같이 모자의 깃털이나 모자 테두리 및 머리카락 등의 영역에서 화질의 열화가 매우 심하였다. (그림 10)(c)는 제안한 방법인 적응적 임계 값을 이용하여 정보를 삽입한 결과이다.
실험은 커버의 용량이 262, 144byte인 표준 이미지에 대하여 평균 약 32dB의 화질을 기준으로 실험하였다. 고정임계 값을 이용한 Kawaguchi의 방법은 평균 약41%의 정보가 삽입되었고, 적응적 임계값을 이용한 제안한 방법은 평균 약 47%의 정보가 삽입되었다. 따라서 제안한 방법이 Kawaguchi 방법보다 삽입용량면에서 평균 약 6% 정도 증가되었다.
삽입 용량과 화질을 비교하였다. 그 결과, 제안한 방법이 기존의 방법보다 삽입 용량면에서 평균 약 6%의 정도 증가되었고, 화질면에서도 평균 약 2.4dB 향상되었다.
복잡하고 평탄한 부분이 혼합된 Lena에서도 동일한 용량을 삽입했을 때 약 3dB 정도 화질이 개선되었다. 그리고 대체적으로 평탄한 이미지인 Peppers나 F16에서도 제안한 방법이 약 1.7〜2.7dB 정도 향상되었다. 실험 결과, 적웅적 임계값을 사용한 제안한 방법이 Kawaguchi 방법보다 전체적으로 약 2.
삽입하고 이에 대한 화질을 평가하였다. 대표적인 예로, 복잡한 이미지인 Babom에서는 제안한 방법이 약 2dB 정도 화질이 개선되었다. 복잡하고 평탄한 부분이 혼합된 Lena에서도 동일한 용량을 삽입했을 때 약 3dB 정도 화질이 개선되었다.
따라서 모든 비트 플레인에 고정 임계값을 적용하여 정보를 삽입할 경우, 비트 플레인에 따라 화질의 변화가 다름을 알 수 있었다.
고정임계 값을 이용한 Kawaguchi의 방법은 평균 약41%의 정보가 삽입되었고, 적응적 임계값을 이용한 제안한 방법은 평균 약 47%의 정보가 삽입되었다. 따라서 제안한 방법이 Kawaguchi 방법보다 삽입용량면에서 평균 약 6% 정도 증가되었다.
스테가노라피 방법을 연구하였다. 모든 비트 플레인에 고정 임계값을 적용하여 정보를 삽입한 결과, 비트 플레인에 따라 화질의 변화가 다름을 알 수 있었다. 이것은 MSB 와 LSB의 비트 플레인 자체의 위치가 중요하기 때문이다.
7dB 정도 향상되었다. 실험 결과, 적웅적 임계값을 사용한 제안한 방법이 Kawaguchi 방법보다 전체적으로 약 2.4dB 정도 화질이 향상되었다.
이것은 MSB 와 LSB의 비트 플레인 자체의 위치가 중요하기 때문이다. 제안한 적응적 스테가노그라피 방법은 Niimi and Kawaguchi의 고정 임계값 문제를 해결하고 정보 삽입량을 적응적으로 증가하였다. 이를 위하여 비트 플레인의 특성을 고려하여 비트 플레인별 위치 가중치를 정의하였다.
참고문헌 (10)
F. A. P. Petitcolas, R. J. Anderson and M. G. Kuhn, 'Information Hiding-A Survery,' Proc. of the IEEE, special issue on protection of multimedia content, Vol.98, No.7, pp.1062-1078, 1999
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E. Kawaguchi, 'A Research on Bit-Plane Complexity Segmentation Based Steganography,' IPSJ JOURNAL, Vol.43, No.05, 1999
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