[논문]트리플릿을 이용한 바코드 패턴 이미지 워터마크

박병수; 추형석; 안종구

문제 정의

본 논문에서는 트리플릿(Triplet)을 이용하여 주파수 영역삽입을 기반으로 하는 비가시성의 바코드 이미지 워터마크 알고리즘을 제안하였다. 본 논문에서는 이미지를 이산웨이블릿 변환 후 고주파 밴드의 유사성을 이용하여 워터마크 알고리즘을 제안하였고 제안한 워터마크 알고리즘은 워터마크 추출 후 원본의 워터마크가 없어도 가시적으로 식별이 가능하며 여러 공격 (Nosise Attack) 및 크롭(Crop)에 강인성을 갖는 장점을 보였다.
본 논문에서는 트리플릿을 이용한 주파수 영역에서 비가시성 바코드 이미지 워터마크 삽입 방법을 제안하였다. 원본 영상을 2-단계 이산 웨이블릿 변환 후 같은 위치에 있는 세 곳의 대역(LH₂, HL2, HH₂)의 계수들을 각각 비교 후 가장 큰 계수에 제안한 알고리즘을 이용하여 바코드 이미지 워터마크를 삽입하였다.

가설 설정

1) 워터마크 삽입 후 삽입한 워터마크가 시각적으로 식별이 불가능해야한다.

제안 방법

하지만 워터마크의 가중치가 작아질수록 노이즈 공격에 대한 강인성이 떨어짐을 실험에서 확인하였다. 그러므로 삽입한 워터마크는 비가시성을 갖으며 노이즈 공격에 최대한 강인성을 갖도록 워터마크의 가중치를 0.03로 설정하여 실험을 하였다. 표 3은 실험에 사용한 워터마크와 원본 영상에 워터마크를 삽입한 결과를 보여준다.
이로 인하여 고주파 대역에 여러 방법으로 워터마크를 삽입하게 된다. 본 논문에서는 엣지 성분을 포함하고 있는 LH, HL, HH 대역의 트리플릿 특성을 이용하여 같은 위치에 있는 세 대역 계수를 비교한 후 가장 큰 값에 워터마크를 삽입하였다. 엣지 부분에 계수 값이 크게 나타나므로 큰 값에 워터마크를 삽입하게 되면 노이즈 공격이 가해져도 워터마크 추출 시 강인성을 갖게 된다.
저주파 성분에 워터마크를 삽입하면 원본 영상에 손상을 주게 되며 고주파 성분에 워터마크를 삽입하면 원본 영상의 손상이 없어 비가시적으로 큰 효과를 얻을 수 있지만 고주파성분은 필터에 쉽게 제거가 되며 노이즈에 약하다. 본 논문에서는 원본 영상을 2 단계 이산 웨이블릿 변환하여 서로 연관성을 갖는 LH₂, HL2, HH₂의 중간 주파수 대역의 계수를 비교하여 가장 큰 계수의 위치에 워터마크를 삽입하였다. 실험을 위한 워터마크는 일정한 패턴을갖는 바코드 이미지 워터마크를 사용하였다.
이 LH, HL, HH 대역의 연관성을 이용한 기법을 트리플릿(Triplet)기법이라 한다. 본 논문에서는 트리플릿을 이용하여 원본 이미지를 2단계 이산 웨이블릿 변환을 실행한 후 같은 단계에 있는 세 곳의 대역 계수들(Coefficients)을 비교하여 워터마크를 삽입하였다. 워터마크 추출 시에도 이러한 특성을 이용하여 워터마크를 추출하였다.
본 논문에서는 트리플릿을 이용하여 원본 이미지를 2단계 이산 웨이블릿 변환을 실행한 후 같은 단계에 있는 세 곳의 대역 계수들(Coefficients)을 비교하여 워터마크를 삽입하였다. 워터마크 추출 시에도 이러한 특성을 이용하여 워터마크를 추출하였다. 저주파 대역에 워터마크를 삽입하면 원본 이미지에 많은 손상을 주게 된다.
워터마크가 삽입된 이미지에 노이즈 강도를 달리하여 공격을 가한 후 추출한 워터마크는 표 5와 같다’ 표 5의 PSNRe 원본영상과 노이즈 공격을 가한 영상을 비교하였다.
원본 영상을 2-단계 이산 웨이블릿 변환 후 같은 위치에 있는 세 곳의 대역(LH₂, HL2, HH₂)의 계수들을 각각 비교 후 가장 큰 계수에 제안한 알고리즘을 이용하여 바코드 이미지 워터마크를 삽입하였다. 워터마크의 가중치에 따라 PSNR과노이즈 공격에 대한 강인성의 관계를 확인하였으며 본 논문에서 삽입한 워터마크의 가중치는 워터마크가 비가시성이며 노이즈에 대해 강인성을 갖도록 설정하였다. 워터마크로 사용된 바코드 이미지는 일정한 패턴을 이용하여 여러 종류의 워터마크를 만들 수 있으며 바코드 워터마크의 패턴으로 인해 워터마크가 삽입된 영상을 자르거나 회전시켜도 원본 영상을 이용하여 워터마크를 추출 시 삽입된 워터마크를 확인할 수 있었다.
원본 영상을 2-단계 이산 웨이블릿 변환 후 같은 위치에 있는 세 곳의 대역(LH₂, HL2, HH₂)의 계수들을 각각 비교 후 가장 큰 계수에 제안한 알고리즘을 이용하여 바코드 이미지 워터마크를 삽입하였다. 워터마크의 가중치에 따라 PSNR과노이즈 공격에 대한 강인성의 관계를 확인하였으며 본 논문에서 삽입한 워터마크의 가중치는 워터마크가 비가시성이며 노이즈에 대해 강인성을 갖도록 설정하였다.

대상 데이터

실험을 위한 워터마크는 일정한 패턴을갖는 바코드 이미지 워터마크를 사용하였다. #삽입한 워터마크는 원 영상의 크기 (512x512)의 1/4인 128x128 크기의 워터마크를 사용하였다.
실험은 표 1과 같이 4 종류의 512x512(Pix#s) 흑백 이미지를 사용하였다. 저주파 성분에 워터마크를 삽입하면 원본 영상에 손상을 주게 되며 고주파 성분에 워터마크를 삽입하면 원본 영상의 손상이 없어 비가시적으로 큰 효과를 얻을 수 있지만 고주파성분은 필터에 쉽게 제거가 되며 노이즈에 약하다.
본 논문에서는 원본 영상을 2 단계 이산 웨이블릿 변환하여 서로 연관성을 갖는 LH₂, HL2, HH₂의 중간 주파수 대역의 계수를 비교하여 가장 큰 계수의 위치에 워터마크를 삽입하였다. 실험을 위한 워터마크는 일정한 패턴을갖는 바코드 이미지 워터마크를 사용하였다. #삽입한 워터마크는 원 영상의 크기 (512x512)의 1/4인 128x128 크기의 워터마크를 사용하였다.

성능/효과

JEPG 압축률이 70%이상 되면 삽입한 워터마크추출 시 좋은 성능을 보임을 확인하였다.
표 4와 같은 노이즈 공격을 가하였다. 노이즈 공격을 가한 영상에서 추출한 워터마크는 원본 워터마크와 낮은 상관도를 갖더라고 시각적으로 삽입한 워터마크를 확인할 수 있었다. 워터마크를 삽입한 영상의 노이즈 공격에 대한 결과는 다음과 같다.
제안하였다. 본 논문에서는 이미지를 이산웨이블릿 변환 후 고주파 밴드의 유사성을 이용하여 워터마크 알고리즘을 제안하였고 제안한 워터마크 알고리즘은 워터마크 추출 후 원본의 워터마크가 없어도 가시적으로 식별이 가능하며 여러 공격 (Nosise Attack) 및 크롭(Crop)에 강인성을 갖는 장점을 보였다. 또한 제안한 워터마크는 바코드 워터마크의 패턴의 변화로 사용자만의 고유한 워터마크를 생성할 수 있다.
추출한 결과는 그림 5와 같다. 삽입한 바코드 패턴 이미지 워터마크의 패턴을 실험했던 워터마크보다 좀 더 짧게 하면 크롭에 대한 더 높은 성능을 보였다,
40dB 이상의 PSNR값는 갖는 영상은 인간의 시각으로 원본 영상과 차이점을 구분하지 못한다. 실험 결과 워터마크의 가중치가 낮아질수록 비가시성에 대한 성능은 높아짐을 알 수 있다. 하지만 워터마크의 가중치가 작아질수록 노이즈 공격에 대한 강인성이 떨어짐을 실험에서 확인하였다.
워터마크로 사용된 바코드 이미지는 일정한 패턴을 이용하여 여러 종류의 워터마크를 만들 수 있으며 바코드 워터마크의 패턴으로 인해 워터마크가 삽입된 영상을 자르거나 회전시켜도 원본 영상을 이용하여 워터마크를 추출 시 삽입된 워터마크를 확인할 수 있었다. 워터마크가 삽입된 영상에 노이즈 공격 후워터마크 추출결과 상관도를 구하지 않아도 삽입 된 워터마크를 시각적으로 확인할 수 있었다. 또한 낮은 상관도 값에도 삽입한 워터마크의 가시적 식별이 가능한 장점을 갖는다.
워터마크의 가중치에 따라 PSNR과노이즈 공격에 대한 강인성의 관계를 확인하였으며 본 논문에서 삽입한 워터마크의 가중치는 워터마크가 비가시성이며 노이즈에 대해 강인성을 갖도록 설정하였다. 워터마크로 사용된 바코드 이미지는 일정한 패턴을 이용하여 여러 종류의 워터마크를 만들 수 있으며 바코드 워터마크의 패턴으로 인해 워터마크가 삽입된 영상을 자르거나 회전시켜도 원본 영상을 이용하여 워터마크를 추출 시 삽입된 워터마크를 확인할 수 있었다. 워터마크가 삽입된 영상에 노이즈 공격 후워터마크 추출결과 상관도를 구하지 않아도 삽입 된 워터마크를 시각적으로 확인할 수 있었다.
실험 결과 워터마크의 가중치가 낮아질수록 비가시성에 대한 성능은 높아짐을 알 수 있다. 하지만 워터마크의 가중치가 작아질수록 노이즈 공격에 대한 강인성이 떨어짐을 실험에서 확인하였다. 그러므로 삽입한 워터마크는 비가시성을 갖으며 노이즈 공격에 최대한 강인성을 갖도록 워터마크의 가중치를 0.

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