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문제 정의
- 본 논문에서는 워터마크의 강인성을 비교하기 위해 주파수 대역별로 워터마크를 삽입하고 다양한 공격에 대하여 각 대역에 따라 추출된 워터마크를 분석하였다.
제안 방법
- 그리고 각 대역별로 워터마크를 삽입한 후에 원 영상의 손실 정도를 측정하고 다양한 공격에 대해 추출된 워터마크의 견고성을 비교, 분석하였다.
- 대역으로 분리하였다. 그리고 워터마크의 삽입 및 추출방법은 널리 알려진 Cox[4, 5]의 방법을 확장하여 각각의 대역에 적용하였다.
- 다음으로 워터마크 삽입은 주파수 영역으로 변환된 원영상의 각 주파수 대역을 분리하여 워터마크를 삽입하였다. 마지막으로 주파수의 특정대역에 삽입 후에 역 DFT 수행으로 주파수 대역별 워터마킹 영상을 얻는다.
- 주파수영역으로 변환하였다. 다음으로 워터마크 추출을 위해 주파수 영역으로 변환된 원 영상과 워터마크 영상의 차를 이용하여 각 대역별로 삽입되어 있는 워터마크를 추출하게 된다. 마지막으로 주파수의 특정대역에서 추출된 주파수영역의 워터마크는 역 DFT 수행으로 이진워터마크 영상을 얻게 된다.
- 먼저 원영상과 워터마킹된 영상에 DFT를 수행하여 주파수영역으로 변환하였다. 다음으로 워터마크 추출을 위해 주파수 영역으로 변환된 원 영상과 워터마크 영상의 차를 이용하여 각 대역별로 삽입되어 있는 워터마크를 추출하게 된다.
- 본 논문에서는 각 주파수 대역에 따른 워터마크의 강인성 연구에 중점을 두었으며, 변환영역 중에서 DFT(Discrete Fourier TransformX 사용하여 각 대역별로 이진 워터마크를 삽입하였다. 그리고 각 대역별로 워터마크를 삽입한 후에 원 영상의 손실 정도를 측정하고 다양한 공격에 대해 추출된 워터마크의 견고성을 비교, 분석하였다.
- 본 논문에서는 워터마크의 강인성 연구를 위하여 주파수 변환 방법으로 DFT를 사용하였으며, 변환 후에는 워터마크의 삽입을 위해 변환 영역을 고, 중, 저주파 대역으로 분리하였다. 그리고 워터마크의 삽입 및 추출방법은 널리 알려진 Cox[4, 5]의 방법을 확장하여 각각의 대역에 적용하였다.
- 워터마크의 삽입을 위해 DFT를 수행하여 원 영상과 워터마크를 주파수영역으로 변환하였으며 식은 (1)과 같다.
- 워터마킹된 영상에 대비비율을 변화시켜가며 대비변화 공격에 대한 강인성을 실험하였다. (그림 8) 과 (그림 9)는 그 결과를 나타낸 것이다.
- 워터마킹된 영상에 밝기비율을 높여가며 밝기변화 공격에 대한 워터마크의 강인성을 실험하였다. (그림 10)과 (그림 H)은 그 결과를 나타낸 것이다.
- 워터마킹된 영상에 압축비율을 높여가며 압축 공격에 대한 워터마크의 강인성을 실험하였다. (그림 4)는 압축비율에 따라 주파수 대역별로 추출된 워터마크 영상을 나타낸 것이다.
- 워터마킹된 영상에 잡음비율을 높여가며 잡음 공격에 대한 워터마크의 강인성을 실험하였다. (그림 6)과 (그림 7)은 그 결과를 나타낸 것이다.
- 워터마킹된 영상에 히스토그램 평활화 공격에 대한 워터마크의 강인성을 실험하였다. (그림 12)와 < 표 1>은 그 결과를 나타낸 것이다.
대상 데이터
- 본 논문에서는 원 영상으로 256 X 256 크기의 Baboom 영상에 워터마크의 삽입을 위해 32x32 크기의 시각적으로 쉽게 인지 할 수 있는 이진 영상의 워터마크를 사용하였다. (그림 3)은 실험에 사용한 원영상과 워터마크 영상을 나타낸다.
이론/모형
- 원 워터마크와 추출된 워터마크 사이의 객관적인 유사성 측정을 위하여 NC(Normalized Correlation) 를 사용하였다. 본 논문에서 사용한 NC는 식(4)와 같다.
성능/효과
- 나타났다. 그러나 중주파 대역에 삽입한 워터마크는 실험의 모든 공격으로부터 대체로 높은 추출 비율과 워터마킹된 영상의 손실정도도 우수한 것으로 나타났다. 따라서 대역별 성능비교 결과, 중주파 대역에 워터마크를 삽입하는 것이 전반적으로 유리함을 확인할 수 있었다.
- 수 있는 강인함을 보였다. 그리고 중주파에 삽입한 워터마크는 30% 압축률까지, 고주파에 삽입한 워터마크는 20% 압축률까지 워터마크의 형태를 알아볼 수 있었다. (그림 5)의 NC 비교에서도 중주 파와 고주파부분의 워터마크는 압축비율에 따라 그 강인성이 급격히 낮아지는 것을 볼 수 있었다.
- 보였다. 그리나 저주파에 삽입한 워터마크는 -10-10% 정도의 낮은 변화율에도 불구하고 거의 추출되지 않음을 확인할 수 있다. (그림 9)의 NC 값의 비교에서도 같은 결과를 확인할 수 있다.
- 그러나 중주파 대역에 삽입한 워터마크는 실험의 모든 공격으로부터 대체로 높은 추출 비율과 워터마킹된 영상의 손실정도도 우수한 것으로 나타났다. 따라서 대역별 성능비교 결과, 중주파 대역에 워터마크를 삽입하는 것이 전반적으로 유리함을 확인할 수 있었다.
- 실험 결과, (그림 10)과 (그림 11)에서 저주파 대역에 삽입한 워터마크는 -10~10% 정도의 낮은 변화율에도 불구하고 거의 추출되지 않았다. 그러나 고주파와 중주파에 삽입한 워터마크는 -90~90%의 높은 밝기변화율에도 워터마크의 형태를 잘 알아볼 수 있는 강인함을 보였다.
- 실험결과 (그림 6)에서 전 주파수 대역에서 추출된 워터마크들은 약 50% 이상의 잡음을 첨가할 때 워터마크가 많이 손실됨을 볼 수 있다. 또 대역에따라 추출된 워터마크의 손실정도는 거의 차이를 보이지 않았다.
- 실험결과, (그림 12)에서 고주파와 중주파에서 추출된 워터마크가 강인함을 보였으며, 저주파에 삽입한 워터마크는 거의 추출되지 않음을 알 수 있었다. 그리고<표 1>의 NC 비교에서도 저주파의 경우 상당히 낮은 값을 보였다.
- 실험결과, (그림 4)에서 저주파에 삽입한 워터마크는 90%의 높은 압축률에도 워터마크의 형태를 알아볼 수 있는 강인함을 보였다. 그리고 중주파에 삽입한 워터마크는 30% 압축률까지, 고주파에 삽입한 워터마크는 20% 압축률까지 워터마크의 형태를 알아볼 수 있었다.
- 실험결과, (그림 8)에서 고주파와 중주파에 삽입한 워터마크는 -70~90%의 높은 대비변화율에도 워터마크의 형태를 알아볼 수 있는 강인함을 보였다. 그리나 저주파에 삽입한 워터마크는 -10-10% 정도의 낮은 변화율에도 불구하고 거의 추출되지 않음을 확인할 수 있다.
- 실험결과, 고주파나 저주파 대역에 삽입한 워터마크는 특정한 공격에 대해 주출하지 못하는 경우가 있으며, 워터마킹된 영상의 손상도 높게 나타났다. 그러나 중주파 대역에 삽입한 워터마크는 실험의 모든 공격으로부터 대체로 높은 추출 비율과 워터마킹된 영상의 손실정도도 우수한 것으로 나타났다.
후속연구
- 공격에 강인한 워터마킹을 위해서 전 대역에 확산하여 삽입하는 방식을 적용할 경우, 실험 결과에서 우수한 성능을 보이는 중주파 대역에 워터마크의 많은 정보를 분포시키고, 저주파나 고주파 대역에는 좀 더 견고한 알고리즘을 첨가하여 삽입한다면 강인한 워터마킹이 될 것이다.
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