[논문]디지털 영상을 위한 에너지 기반 워터마킹 알고리즘

최동진; 황동국; 이상주; 이우람; 전병민

디지털 영상을 위한 에너지 기반 워터마킹 알고리즘
An Energy-Based Watermarking Algorithm for Digital Images 원문보기

본 논문에서는 원영상의 에너지 크기에 기반하여 워터마크를 생성하고, 이를 치환을 통해 영상 내에 삽입하는 새로운 워터마킹 알고리즘을 제안한다. 원영상의 에너지와 일정 비율이 되는 에너지를 갖도록 생성된 워터마크는 영상에 삽입된 후에도 영상의 에너지를 유지시켜 주어 워터마킹된 영상의 품질 훼손을 줄 일 뿐만 아니라, 큰 에너지를 갖고 삽입되기에 공격에 대한 견고성도 강화시켜 준다. 실험 결과를 통해 제안한 알고리즘이 평균 PSNR 47.6dB의 우수한 비가시성을 가지며, 다양한 공격이 가해진 후에도 평균 98.9%의 메시지를 복원해 내는 우수한 견고성을 가짐을 확인할 수 있다.

In this paper, we present a new watermarking algorithm in which a watermark is created based on the energy of the original image and embedded into the image by replacement. The watermark is adjusted to have a certain proportional amount of energy based on one of the original image and embedded into the DFT magnitude component replacing original coefficients. This scheme reduces degree of quality degradation in a watermarked image by maintaining energy and strengthen robustness against attacks by embedding a strong watermark. From the result of experiment, we confirmed that the proposed algorithm had high invisibility of 47.6dB of PSNR and could reconstruct 98.9% of message on average.

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 원영상의 에너지 크기에 기반하여 워터마크를 생성하고, 영상 내에 치환을 통해 삽입하는 새로운 워터마킹 알고리즘을 제안하였다. 원영상의 에너지와 일정 비율이 되는 에너지를 갖도록 생성된 워터마크는 영상에 삽입된 후에도 영상의 에너지를 유지시켜주어 워터마킹된 영상의 품질 훼손을 줄여 주었다.
이러한 문제점을 개선하고자 본 논문에서는 원 영상의 에너지 크기를 이용하여 워터마크를 생성하고 삽입하는 새로운 워터마킹 알고리즘을 제안한다. 워터마크는 삽입 위치에 있는 주파수 스펙트럼 크기 성분들의 에너지와 일정한 비율이 되는 에너지를 갖도록 증폭되어 영상에 삽입된다.

제안 방법

JPEG 압축에서 원영상의 품질 보존 수준을 나타내는 Quality 인자를 80%, 50%, 30%로 달리하며 측정하였다. 품질 훼손이 거의 발생하지 않는 80%로 압축한 경우 메시지복원에서 발생한 에러 비트의 수는 0으로 나타났다.
첫 번째는 메시지로부터 워터마크의 형태를 결정하는 단계이다. 다양한 응용을 위해서 제안한 알고리즘에서는 비트 시퀀스 형태의 메시지를 사용한다. 워터마크의 형태는 메시지의 비트 값에 따라 식 (6)의 코딩 방식을 사용하여 결정된다.
만약 워터마크의 검출이 실패하고 메시지를 복원할 수 없다면 그 워터마킹 알고리즘은 쓸모없게 된다. 몇몇 예상되는 공격 하에서 제안된 알고리즘의 견고성을 평가하기 위해 영상에 기록된 메시지와 복원된 메시지 사이의 에러 비트 수를 평가 인자로 사용하였다. 복원 비트의 에러는 삽입된 워터마크가 손상되었음을 의미하기 때문에 에 러 비트 수가 적을수록 견고성이 높다고 볼 수 있다.
실시하였다. 삽입 메시지는 길이가 100인 비트 시퀀스를 사용하였으며, 매 실험 마다 메시지의 내용과 워터마크의 삽입 위치를 달리하여 보다 정확한 성능을 측정할 수 있도록 하였다.
성능에 많은 영향을 준다. 여기서는 견고성과 비가시성 측면에서 영상에 따른 최적의 에너지 비율을 사용하여 워터마크를 생성하고, 치환을 통해 영상 내에 삽입하는 워터마킹 알고리즘을 제안한다.
제안한 알고리즘에서는 워터마크의 스케일 인자 a를 에너지 정보를 이용하여 결정한다.
EM 은 영상 j의 에너지로 주파수 스펙트럼의 크기 계수들을 전부 합하여 구한다. 제안한 알고리즘은 영상 전체의 에너지 보다는 주파수 스펙트럼의 일부 크기 성분들의 에너지 정보만을 이용한다. 식 (3)에서 L은 워터마크를 삽입하기 위해 선택된 주파수 성분들의 집합이다.

대상 데이터

제안된 알고리즘의 성능 평가를 위한 실험은 임의로 선택된 60장의 512x512 영상을 대상으로 실시하였다. 삽입 메시지는 길이가 100인 비트 시퀀스를 사용하였으며, 매 실험 마다 메시지의 내용과 워터마크의 삽입 위치를 달리하여 보다 정확한 성능을 측정할 수 있도록 하였다.

성능/효과

JPEG 손실 압축 저역 통과 필터링 그리고 잡음 추가라는 몇몇 공격에 대한 견고성 측정 실험을 통해 평균 1.1 비트의 에러 발생이라는 결과를 얻었다. 실험을 통해얻어진 우수한 메시지 복원 성능은 주로 원영상이 에너지에 기반하여 영상의 품질을 저하시키지 않으면서도 큰 에너지를 갖는 강인한 워터마크를 삽입한 결과로 볼 수 있다.
7로 다른 공격에 비해 조금 많은 에러가 발생한 것을 알 수 있다. Salt & Pepper 잡음의 경우에도 평균 1.85비트의에러가 발생하여 제안된 알고리즘이 잡음에 대해 상대적으로 더 민감함을 보였다. 그러나 평균적으로 발생한 에러 비트 수는 3비트 이내의 소량으로 메시지의 복원에는 큰 영향을 주지 않아 제안된 알고리즘이 잡음에 대한 우수한 견고성을 가짐을 확인할 수 있다.
85비트의에러가 발생하여 제안된 알고리즘이 잡음에 대해 상대적으로 더 민감함을 보였다. 그러나 평균적으로 발생한 에러 비트 수는 3비트 이내의 소량으로 메시지의 복원에는 큰 영향을 주지 않아 제안된 알고리즘이 잡음에 대한 우수한 견고성을 가짐을 확인할 수 있다.
실험을 통해 메시지 복원 시 약간의 비트 에러가 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 비록 소량이지만 워터마킹에 있어 메시지는 매우 중요한 요소이기에 완전한 복원을 위해서는 FEC(Forward Error Correction) 에러정정 기법의 도입과 같은 비트 에러를 복구하기 위한 연구의 진행이 요구된다.
이러한 성능은 JPEG 압축과정에서 상대적으로 손실이 적게 발생하는 저주파 영역에 원영상의 에너지에 기반한 큰 에너지를 갖는 워터마크를 삽입하였기에 얻어진 결과이다. 이러한 결과로부터 제안된 알고리즘이 JPEG 손실 압축에 대해서 우수한 견고성을 가짐을 확인할 수 있다.
그러나 심한 경우 6비트 정도의 복원 에러가 발생하기도 하였다. 이러한 복원 에러는 주로 필터링과 잡음 처리 후에 나타나 제안한 알고리즘이 상대적으로 이들 처리에 취약함을 보여주었다. 그러나 이 정도의 복원 에러는 소량이므로 전체 메시지의 복원에 심각한 영향을 주지 않을 뿐 더러 간단한 에러 정정 기법의 도입으로 쉽게 개선이 가능하므로 염려의 대상이 되지는 않는다.
또한 큰 에너지를 갖고 삽입되기에 공격에 대한 견고성도 강화시키는 효과를 나타내었다. 평균 PSNR 47.6dB의 비가시성 측정 결과와 JPEG 압축, 저역 통과 필터링, 잡음 추가 공격으로부터 측정된 평균 L1 비트의 에러 즉, 98.9%의 메시지 복구 성능이 이 사실을 잘 보여준다. 치환에 의한 삽입 방법은 원영상 데이터로부터 독립적으로 워터마크를 삽입하여, 사후 워터마킹된 영상만으로도 삽입된 워터마크의 검출을 가능하게 하였다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

디지털 영상을 위한 에너지 기반 워터마킹 알고리즘
An Energy-Based Watermarking Algorithm for Digital Images 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

디지털 영상을 위한 에너지 기반 워터마킹 알고리즘 An Energy-Based Watermarking Algorithm for Digital Images 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

최동진 (3) 이상주 (2) 이우람 (10) 전병민 (40)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

디지털 영상을 위한 에너지 기반 워터마킹 알고리즘
An Energy-Based Watermarking Algorithm for Digital Images 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper