KR100468009B1 - Feature-based robust image watermarking scheme using bispectral invariant - Google Patents

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KR100468009B1 KR10-2002-0013359A KR20020013359A KR100468009B1 KR 100468009 B1 KR100468009 B1 KR 100468009B1 KR 20020013359 A KR20020013359 A KR 20020013359A KR 100468009 B1 KR100468009 B1 KR 100468009B1
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Abstract

새로운 워터마크 삽입방법 및 탐지방법이 제안된다. 제안된 워터마킹 알고리즘은 종래의 퓨리에-멜린 변환을 사용하는 방법과는 달리 역 변환과정에서 보다 작은 에일리싱(aliasing)을 가지는 라돈 변환을 사용한다. 상기 알고리즘에서의 워터마크 삽입 방법은 원본 이미지에 대하여 2차원의 퓨리에 변환(FT)을 계산한 후 극 좌표 상에 매핑(mapping)하고, 이 정사영들의 이중스펙트럼들로 구성된 특징벡터를 추출하고, 삽입(embedding)을 위한 키(key)를 사용하여 특정 정사영(projection)을 선택한 후, 강도(strength) 매개변수를 사용하여 특징 변형을 위하여 위상(phase) 성분을 수정하며, 변경된 극 좌표 퓨리에 스펙트럼들을 직교 좌표(Cartesian coordinate) 상에 매핑하고 다시 역 FT하고, 아래에 설명하는 워터마크 탐지기를 통과 시켜서 추출된 신호를 워터마크로 사용하는 과정으로 이루어지며, 한편 탐지 방법은 테스트 이미지(test image)의 2차원 상의 퓨리에 변환을 계산하여 극좌표상에 매핑하는 과정을 거쳐서, 상기 매핑된 퓨리에 스펙트럼으로부터 특징 벡터를 추출하고, 키(key)를 사용하여 삽입 위치를 결정하여 상기 추출된 특징 벡터와 삽입된 워터마크 사이의 유사성을 결정한다.A new watermark embedding method and detection method are proposed. The proposed watermarking algorithm uses the Radon transform with smaller aliasing in the inverse transform process, unlike the conventional Fourier-Melin transform method. The watermark embedding method in the algorithm calculates a two-dimensional Fourier transform (FT) for the original image, maps it on polar coordinates, extracts a feature vector composed of double spectra of the orthogonal projections, and inserts it. After selecting a particular projection using the key for embedding, modifying the phase component for feature transformation using the intensity parameter and orthogonalizing the changed polar Fourier spectra Mapping on Cartesian coordinates, inverse FT again, and passing the watermark detector described below to use the extracted signal as a watermark, while the detection method is a two-dimensional image of the test image. The Fourier transform of the image is calculated and mapped to polar coordinates. A feature vector is extracted from the mapped Fourier spectrum and a key is obtained. By determining the insertion position is determined by using the similarity between the watermark and the extracted feature vectors.

상기와 같은 이중스펙트럼과 라돈 변환(Radon transform)을 이용하는 워터마킹 알고리즘은 회전(rotation), 확대/축소(scale), 이동(translation)과 같은 기하학적 변형에 대하여 뛰어난 불변성(invariant)을 가지며 워터마크를 변형 또는 삭제하려는 시도에 대해서도 견고함을 보여준다는 것이 실험적으로 나타났다.The watermarking algorithm using the double spectrum and the Radon transform has an excellent invariant to geometric deformations such as rotation, scale, and translation. It has been shown experimentally that it shows robustness against attempts to modify or delete.

Description

이중스펙트럼의 불변성을 사용한 특징-기초의 강건한 이미지 워터마킹 알고리즘{FEATURE-BASED ROBUST IMAGE WATERMARKING SCHEME USING BISPECTRAL INVARIANT}FEATURE-BASED ROBUST IMAGE WATERMARKING SCHEME USING BISPECTRAL INVARIANT} FEATURE-BASED ROBUST IMAGE WATERMARKING SCHEME USING BISPECTRAL INVARIANT}

본 발명은 디지털 워터마킹(Digital Watermarking)과 관련된다. 보다 구체적으로 오디오, 이미지, 비디오를 비롯한 멀티미디어 데이터 내부에 특정한 코드 값을 은폐시키는 방식으로서 이미지와 음악 등의 저작권 및 판권에 관한 효과적인 보호 효과를 제공할 수 있는 수단과 관련되며 상기 수단을 제공하는 알고리즘과 관련된다.The present invention relates to digital watermarking. More specifically, a method of concealing specific code values inside multimedia data including audio, images, and video, and related to a means for providing effective protection of copyright and copyright of images and music, and an algorithm providing the above means. Is associated with.

디지털 워터마킹은 원래의 멀티미디어 데이터에 일정한 시그널을 포함시키는 기법으로서 워터마크를 사용해서 새로운 이미지를 만들어내는 방식에는 첫째로 원래의 이미지와 무관하게 워터마킹 시그널을 만드는 경우, 둘째로 워터마킹 시킬 정보와 원래의 이미지를 가지고 만드는 경우로 나눌 수 있다. 일반적으로 워터마킹이 효과적으로 작용하기 위해서는 아래와 같은 요건들을 만족시켜야 한다.Digital watermarking is a technique of embedding a certain signal in the original multimedia data. The method of creating a new image using a watermark is, firstly, when a watermarking signal is generated irrespective of the original image. It can be divided into the case of making with the original image. In general, for watermarking to work effectively, the following requirements must be met.

워터마킹의 포함여부를 식별하기 어려움(Difficult to notice) : 워터마킹의 경우 가장 중요한 요소로서 워터마킹이 포함됨으로서 원래의 데이터에 변형이 일어나지 않아야 하며, JPEG, 또는 MPEG와 같이 손실 압축을 감수하고 사용되는 경우 워터마킹이 된 원래의 데이터를 손실 압축했을 때 워터마킹이 그대로 유지될 수 있어야 한다.Difficult to notice: Difficult to notice: Watermarking is the most important factor in the case of watermarking, so that the original data should not be transformed and lossy compression is used such as JPEG or MPEG. If possible, the watermarking should be maintained when lossy compression of the original data is performed.

견고함의 유지(Robustness) : 이미지의 선명도를 높이거나 색상의 변경 등 원래의 이미지의 변화에 대하여 워터마킹이 정열 상태를 변화시키지 않아야 하며, 또한 변화된 이미지 내에 포함된 워터마크를 필요한 경우 워터마크 뷰어(viewer)를 이용하여 읽어 낼 수 있어야 한다.Robustness: Watermarking should not change the alignment state of the original image, such as improving the sharpness of the image or changing the color, and if necessary, the watermark viewer ( You should be able to read it using the viewer.

워터마크의 손상 또는 삭제에 대한 대처 능력(Tamper-resistance) : 멀티미디어에 워터마크가 포함된 사실이 알려진다면 포함된 워터마크를 손상 또는 삭제시키려는 시도가 존재할 것이다. 워터마킹은 상기와 같은 시도에 대하여 방지할 수 있는 매커니즘을 지녀야 한다.Tamper-resistance against damage or deletion of the watermark: If the fact that the watermark is included in the multimedia is known, there will be an attempt to damage or delete the included watermark. Watermarking should have a mechanism to prevent such attempts.

워터마크의 확장 용이성(Scalability) : 현재의 컴퓨터 디지털 기술이 풀 수 없는 워터마킹의 경우라도 장래에 암호 해독기술이 발달함에 따라 깨어 질 수 있다. 상기와 같은 경우 새로운 워터마킹을 개발하는 것이 아니라 기존의 워터마킹을 확장할 수 있어야 한다.Watermark Scalability: Even in the case of watermarking, where current computer digital technology cannot solve it, it can be broken with the development of decryption technology in the future. In this case, the existing watermarking should be able to be extended rather than developing a new watermarking.

상기와 같은 요건들을 만족시키기 위해 종래 제시된 워터마킹 알고리즘으로는 출원번호 10-2001-7012060 '회전, 스케일, 그리고 변이 회복되는 이미지를 위한 공개 워터마킹'과 출원번호 10-2001-7013591 '이미지에 워터마크를 사용하는 방법' 등이 있다.In order to satisfy the above requirements, conventionally proposed watermarking algorithms are disclosed in Korean Patent Application No. 10-2001-7012060 'Public Watermarking for Rotation, Scale, and Displaced Image' and Application No. 10-2001-7013591 'Watering Images. How to use the mark. "

상기 7012060 출원은 회전(rotation), 스케일(scale), 이동(translation)과 같은 기하학적 왜곡(geometric distortions)으로부터 워터마크가 복구되도록 워터마크를 삽입 또는 검출하기 위한 방법과 관련된 것으로서, 이미지 데이터의 로그-극좌표 퓨리에 변환을 이용하여 로그-극좌표 퓨리에 스펙트럼을 만들고, 상기 퓨리에 스펙트럼을 낮은 차원의 공간으로 투영하여 미리 추출된 신호를 목표로 하는 워터마크 신호로 연산, 비교하여 목표 워터마크 신호의 존재 여부를 확인하는 과정으로 이루어진다.The 7012060 application relates to a method for inserting or detecting a watermark such that the watermark is recovered from geometric distortions such as rotation, scale, and translation. Create a log-polar Fourier spectrum using a polar Fourier transform, project the Fourier spectrum into a lower-dimensional space, calculate and compare the pre-extracted signal to a target watermark signal, and confirm the presence of the target watermark signal. The process is done.

상기 7013591 출원은 이미지를 전송할 때 이미지의 데이터 특성을 변경하여 이미지 내에 메시지를 삽입하는 단계, 상기 메시지가 삽입된 이미지를 수신하는 경우 최초 이미지의 원점의 좌표를 결정하고 삽입된 이미지를 판독하여 상기 원점에 대하여 수신된 이미지의 레지스트레이션(registration)을 허용하기 위해 바이너리 매트릭스 P를 이미지에 주기적으로 삽입하여 코-워터마킹(co-watermarking)하는 단계들을 이용하여 수행된다.The 7013591 application includes inserting a message into an image by changing a data characteristic of the image when transmitting an image, and when receiving the image in which the message is inserted, determine the coordinates of the origin of the original image and read the inserted image to obtain the origin. It is performed using steps of periodically inserting a binary matrix P into the image and co-watermarking to allow registration of the received image with respect to.

상기 발명들은 워터마킹의 변환 기반 방법으로서 퓨리에 변환, 코사인 변환 또는 웨이블릿 변환들을 사용하여 기하학적 왜곡에 대한 불변성, 시스템상의 수행복잡성, 이미지 또는 이미지 시퀀스의 모든 인덱싱 어플리케이션에 대하여 적용할 수 있어야 한다는 점들을 어느 정도 해결했지만, 상기한 워터마킹의 알고리즘이 가져야 할 특성들을 보다 명확하게 해결할 수 없다는 문제점을 지니고 있었다. 특히 기하학적 왜곡에 대한 불변성, 워터마크를 없애기 위한 시도 등에 대한 대처 능력, 원본 이미지와의 분리 후 탐지 가능성의 문제를 효과적으로 해결할 수 없었다.The above inventions can be applied to any indexing application of invariant to geometric distortion, performance complexity on the system, image or image sequence using Fourier transform, cosine transform or wavelet transform as a transform based method of watermarking. Although solved to some extent, there was a problem in that the characteristics of the watermarking algorithm cannot be solved more clearly. In particular, it could not effectively solve the problems of invariant to geometric distortion, ability to cope with watermark, and detectability after separation from original image.

본 발명은 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것이다.The present invention is to solve such problems.

종래의 이미지 워터마킹(image watermarking) 알고리즘은 기하학적 변형들에 대하여 민감하다. 이미지가 회전(rotation), 스케일(scale), 이동(translation)과 같은 기하학적 변형으로 인하여 왜곡되어 임베딩(embedding)된 워터마크가 정열의 변화로 인하여 탐지되지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 워터마킹의 본래의 목적을 위하여 임베딩된 워터마크는 이미지를 구성하는 신호들의 일반적인 일그러짐 즉 이미지의 선명도를 높인다거나 또는 오디오 신호의 베이스 주파수를 변형 또는 이미지를 압축시키는 등의 경우에 데이터 내부의 워터마킹이 깨지지 않고 유지될 수 있어야 하며 또한 워터마크 뷰어(watermark viewer)가 상기와 같이 변경된 데이터 내부의 워터마크를 읽을 수 있어야 한다.Conventional image watermarking algorithms are sensitive to geometric deformations. An image may be distorted due to geometric deformation such as rotation, scale, and translation, and thus embedded watermark may not be detected due to a change in alignment. Watermarks embedded for the original purpose of watermarking are watermarking within the data in the case of general distortion of the signals constituting the image, i.e. increasing the sharpness of the image, or modifying the base frequency of the audio signal or compressing the image. It must be able to remain unbroken and the watermark viewer should be able to read the watermark inside the modified data as above.

즉 데이터 내부에 임베딩된 워터마크는 불변성(invariant)을 가져야 한다.In other words, the watermark embedded in the data should be invariant.

본 발명은 상기와 같이 이미지가 변형되는 경우 내부의 워터마크가 유지될 수 있는 견고성(Robustness)을 지니도록 하는 알고리즘을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide an algorithm for having a robustness (robustness) that can be maintained when the watermark inside the image is deformed as described above.

즉, 본 발명은 회전(rotation), 스케일(scale), 이동(translation)에 대하여 불변성을 가지는 워터마킹(watermarking)의 알고리즘을 제공하는 것을 목적으로 한다.That is, an object of the present invention is to provide an algorithm of watermarking invariant with respect to rotation, scale, and translation.

최근에, 기하학적 변형들에 대하여 불변성을 가지는 워터마킹 방법들이 보고되었다(Lin, C. Y., Wu, M., Bloom, J.A., Cox, I. J., Miller, M. L., 및 Lui, Y. M. : 'Rotation, scale, and translation resilient watermarking for images', IEEE Trans. Image Process., 2001, 10(5), pp.767-782; Ruanaidh, J., J., 와 Pun, T., : 'Rotation, scale and translation invariant spread spectrum digital image watermarking', Signal Processing, 1998, 66, pp.303-317). 상기에서 기술된 방법들은 퓨리에-멜린 변환(Fourier-Mellin Transform)을 기초로 이루어지므로, 임베딩과 역-로그-극좌표-매핑(inverse log-polar-mapping) 절차를 수행하는 과정에서 어려움이 발생한다. 본 발명은 이미지들에 대하여 RST(Rotation, Scale, Translation) 불변 특성을 가지는 새로운 워터마킹 알고리즘을 제시한다. 제시된 알고리즘은 퓨리에-멜린 변환을 사용하는 기존의 방법과는 다른 방법이며 역 변환(inverse procedure) 동안 상기 로그-극-매핑에 비하여 작은 에일리싱(aliasing)을 가지는 라돈 변환(Radon transform)을 사용한다는 점이다. 제시된 방법은 퓨리에 위상 스펙트럼(phase spectrum)에 워터마크 신호를 임베딩하며, 상기 임베딩은 제안된 시스템이 퓨리에 진폭 스펙트럼을 사용하는 방법들에 기초하는 퓨리에-멜린 변환에 비하여 워터마킹을 없애기 위한 시도에 대한 대처능력이 뛰어나도록 만든다.Recently, watermarking methods with invariances to geometric deformations have been reported (Lin, CY, Wu, M., Bloom, JA, Cox, IJ, Miller, ML, and Lui, YM: 'Rotation, scale, and translation resilient watermarking for images ', IEEE Trans.Image Process., 2001, 10 (5), pp.767-782; Ruanaidh, J., J., and Pun, T.,:' Rotation, scale and translation invariant spread spectrum digital image watermarking ', Signal Processing, 1998, 66, pp.303-317). Since the methods described above are based on the Fourier-Mellin Transform, difficulties arise in the process of embedding and inverse log-polar-mapping procedures. The present invention proposes a new watermarking algorithm having RST (Rotation, Scale, Translation) invariant characteristics for images. The proposed algorithm differs from the conventional method using the Fourier-Melin transformation and uses a Radon transform with small aliasing compared to the log-pole-mapping during the inverse procedure. Is the point. The proposed method embeds a watermark signal in the Fourier phase spectrum, which embeds an attempt to eliminate watermarking compared to the Fourier-Meline transformation based on methods in which the proposed system uses the Fourier amplitude spectrum. Make your coping skills excellent.

즉, 본 발명의 다른 목적은 라돈 변환을 사용하여 워터마크를 없애기 위한 시도에 대처할 수 있는 능력이 뛰어난 워터마킹 알고리즘을 제공하는 것이다.That is, another object of the present invention is to provide a watermarking algorithm having excellent ability to cope with an attempt to remove a watermark using a radon transform.

본 발명에서 제안된 방법은 패턴 인식(pattern recognition)에 있어서 사용되는 이중스펙트럼(bispectrum)을 사용하여 뛰어난 불변성을 가진다(Chandran, V., Carswell, B. , Bosahash, B, 및 Elgar, S., : 'Pattern recognition using invariants defined from higher order spectra : 2-D image inputs', IEEE Trans. Image Process., 1997, 6, (5), pp703-712). 본 발명에서 제안된 알고리즘에 따르면 워터마크는 이미지의 라돈 변환으로부터 정의되는 이중스펙트럼 특징 벡터(bispectrum feature vector)를 형성하는 것에 의하여 임베딩되며 수정된 특징 벡터를 워터마크로서 사용한다.The method proposed in the present invention has excellent invariability using the bispectrum used for pattern recognition (Chandran, V., Carswell, B., Bosahash, B, and Elgar, S., : 'Pattern recognition using invariants defined from higher order spectra: 2-D image inputs', IEEE Trans.Image Process., 1997, 6, (5), pp703-712). According to the algorithm proposed in the present invention, the watermark is embedded by forming a bispectrum feature vector defined from the radon transform of the image and uses the modified feature vector as the watermark.

상기 워터마크는 원본 이미지(original image)가 없는 상태에서 탐지될 수 있다.The watermark may be detected in the absence of an original image.

즉, 본 발명의 목적은 수정된 특징 벡터를 워터마크로서 사용하여 원본 이미지가 없는 상태에서 탐지될 수 있는 워터마킹 알고리즘을 제공하는 것을 목적으로 한다.That is, an object of the present invention is to provide a watermarking algorithm that can be detected in the absence of an original image by using a modified feature vector as a watermark.

도 1은 본 발명에 따른 워터마킹 계획을 도시한 것으로서1 illustrates a watermarking plan according to the present invention.

(a)는 삽입 과정(insertion procedure)을 도시한 블록도이며(a) is a block diagram showing an insertion procedure;

(b)는 탐지과정(detection procedure)을 도시한 블록도이다.(b) is a block diagram showing a detection procedure.

도 2는 워터마크된 레나 이미지를 나타낸 것이며2 shows a watermarked Lena image

(a)는 r = 35° 및 125°에서 워터마크된 것이며(a) is watermarked at r = 35 ° and 125 °

(b)는 워터마크된 것과 원본 이미지의 증폭된 차이를 도시한 것이다.(b) shows the amplified difference between the watermarked and the original image.

이하 라돈 변환(Radon transform)에 기초한 RST 불변 특성을 가지는 견고한 워터마킹 알고리즘을 설명한다.A robust watermarking algorithm with RST invariant characteristics based on the Radon transform is described below.

특성 벡터의 정의(Definition of feature vector)Definition of feature vector

일차원의 결정될 수 있는 실수 값을 가진 시퀀스(sequence)의 이중스펙트럼, B(f1,f2)가 아래와 같이 정의된다;The double-spectrum, B (f 1, f 2 ) of a sequence with one-dimensionally determined real values, is defined as follows;

B(f1, f2) = X(f1)X(f2)X*(f1+f1) … … … (1)B (f 1 , f 2 ) = X (f 1 ) X (f 2 ) X * (f 1 + f 1 ). … … (One)

상기에서 X(f)는 주파수 f에서 시퀀스의 불연속 시간(discrete-time) 퓨리에 변환을 나타낸다.X (f) denotes a discrete-time Fourier transform of the sequence at frequency f.

매개변수 p는 f1= f2가 되는 직선을 따르는 적분된 이중스펙트럼의 상(phase of the integrated bispectrum)으로서 아래와 같이 정의된다;The parameter p is defined as the phase of the integrated bispectrum along a straight line such that f 1 = f 2 ;

(2) (2)

길이 N인 불변 특징 벡터P는 아래와 같이 정의된다.An invariant feature vector P of length N is defined as

P= (p1, p2,... ...,pN) (3)상기에서 pi는 이미지의 라돈 변환에 의하여 생성된 정사영(projection) i의 매개변수 p를 의미한다.P는 dc-레벨 변이(shift), 증폭(amplification), 이동(translation), 스케일링(scaling) 및 가우시안 노이즈(Gaussian noise)에 대하여 불변성을 가진다(Chandran, V., Carswell, B., Boashash, B. 및 Elgar, S. : 'Pattern recognition using invariants defined from higher order spectra: 2-D image inputs', IEEE Trans. Image Process., 1997, 6, (5), pp.703-712). 이미지 회전은 라돈 변환의 특성에 따라P의 순환적 변이라는 결과를 발생시킨다. P = (p 1 , p 2 , ..., p N ) (3) In the above, p i denotes a parameter p of projection i generated by radon transformation of an image. P is invariant to dc-level shift, amplification, translation, scaling, and Gaussian noise (Chandran, V., Carswell, B., Boashash, B). And Elgar, S .: 'Pattern recognition using invariants defined from higher order spectra: 2-D image inputs', IEEE Trans.Image Process., 1997, 6, (5), pp.703-712). Image rotation results in a cyclical variation of P depending on the nature of the radon transform.

워터마크 삽입과정(watermark insertion)Watermark insertion

임베딩 과정(embedding procedure)은 도 1(a)에 도시되어 있다. 이하 도면과 관련하여 워터마크 삽입과정을 설명한다. 먼저 원본 이미지 I(x, y)에 대한 2차원 퓨리에 변환(Fourier Transform) F(w1,w2) 을 계산한다(S1). 상기 계산 과정(S1)에서 나타난 값들을 극 좌표 상에 매핑하여(S2), 0°와 180°사이에 1도씩 균일하게 분포하는 N개의 θ값들에 대한 Fp(w,θ)를 만든다(S2). 이 과정은 라돈 변환(Radon Transform) 후에 퓨리에 변환을 한 것과 동일한 결과를 갖는다. 임의의 키 k를 사용하여 워터마크를 삽입하게 될 정사영(projection)의 각도인 r∈(0°∼ 180°)를 선택하기 위하여 사용된다. 이 정사영으로부터 식 (3)과 같이 특징벡터P를 구하고, 이 특징벡터를 변형하는 방식으로 워터마크를 삽입하게 된다. 이러한 특징 형성(feature shaping) 과정은 강도(strength) 매개변수 δ를 사용하여 아래 식에 따라 Fp(w,r)의 위상(phase) 성분들을 변화시키는 것에 의하여 수행된다(S3);The embedding procedure is shown in Fig. 1 (a). Hereinafter, a watermark embedding process will be described with reference to the drawings. First, a two-dimensional Fourier transform F (w 1 , w 2 ) for the original image I (x, y) is calculated (S1). Mapping the values shown in the calculation process (S1) on the polar coordinates (S2), to make F p (w, θ) for N θ values uniformly distributed by 1 degree between 0 ° and 180 ° (S2) ). This process has the same result as the Fourier transform after the Radon transform. It is used to select r (0 ° to 180 °), which is the angle of the projection at which the watermark is to be inserted using an arbitrary key k. From this orthographic projection, the feature vector P is obtained as shown in equation (3), and the watermark is inserted in such a manner that the feature vector is transformed. This feature shaping process is performed by changing the phase components of F p (w, r) using the strength parameter δ according to the following equation (S3);

∠Fp'(w,r) = ∠Fp(w,r) + δ … … … (4)∠ F p '(w, r) = ∠ F p (w, r) + δ... … … (4)

이와 같이 위상이 수정된 후, 워터마크가 삽입된 특징 벡터(feature vector)P'가 만들어진다(S3).After the phase is corrected as described above, a feature vector P ' having a watermark inserted therein is created (S3).

워터마크가 삽입된 후, 워터마크된 이미지 I'(x,y)를 얻기 위하여 역 극좌표 변환(S4) 후에 역 퓨리에 변환을 계산한다(S5). 워터마크가 삽입된 이미지로부터 특징벡터P"를 추출해 내고(S6-S8), 이것을 탐지기(detector)에 넘겨주어 워터마크를 검출할 때에 이용한다. 상기 벡터P'는 삽입과정에서 특징형성 과정으로 변형되어지므로, 검출기에서는 이러한 변형이 고려된 최종벡터인P"P'대신에 사용하게 되는 것이다.After the watermark is inserted, the inverse Fourier transform is calculated after the inverse polar coordinate transformation S4 to obtain the watermarked image I '(x, y) (S5). The feature vector P " is extracted from the watermarked image (S6-S8) and passed to a detector to detect the watermark. The vector P ' is transformed into a feature forming process during insertion. therefore, the detector will be used in place of these variations are considered a final vector, P "P '.

워터마크 탐지(watermark detection)Watermark detection

탐지 과정은 도 1(b)에 도시되어 있다. 임베딩된 워터마크는 원본 이미지 없이 재생될 수 있다. 시험 이미지 I*의 2차원 FT가 계산되고(P1) 극좌표로 매핑된다(P2). 특징 벡터P * 가 극좌표로 매핑된 후 퓨리에 스펙트럼으로부터 평가된다(P3).The detection process is shown in Figure 1 (b). The embedded watermark can be played back without the original image. The two-dimensional FT of the test image I * is calculated (P1) and mapped to polar coordinates (P2). The feature vector P * is mapped from polar coordinates and then evaluated from the Fourier spectrum (P3).

키 k를 사용하여, 삽입위치(insertion location) r이 결정된다. 추출된 특징 벡터P * 와 임베딩된 워터마크P"사이의 유사성(similarity) s가 아래와 같은 방법으로 계산된다(P4);Using the key k, the insertion location r is determined. The similarity s between the extracted feature vector P * and the embedded watermark P " is calculated in the following manner (P4);

… … … (4) … … … (4)

상기에서 L은 상호 관련된 인접하는 특징 매개변수들의 길이를 결정한다. 만약 s가 문턱값(threshold) T 보다 더 작다면, 워터마크가 존재하는 것으로 결정한다.Where L determines the length of the interrelated adjacent feature parameters. If s is smaller than the threshold T, it is determined that a watermark is present.

실험 결과(experimental results)Experimental results

실험은 256 ×256 레나(Lena)와 512 ×512 피싱보트(Fishingboat) 이미지를 이용하여 행해졌다. 두 개의 수직으로 교차하는 특징 벡터들(feature vectors)이 δ= 5°를 이용하여 수정된다. 워터마크 신호가 두 개의 각으로 임베딩될 때, s는 L=30으로 두 개의 간격들(intervals)로 측정되고 상기 두 개의 측정값들의 평균값이 취해진다. 문턱값(threshold) T = 2.5 가 탐지 문턱값으로 사용된다. 도 2a에는 워터마크된 레나 이미지가 도시되어 있고 도 2b에는 원본 이미지와 워터마크된 이미지 사이의 증폭된 차이가 도시되어 있다. 상기 워터마크된 이미지는 36dBd의 PSNR을 나타내고 임베딩된 신호는 나타나지 않았다.Experiments were conducted using 256 × 256 Lena and 512 × 512 Fishingboat images. Two perpendicularly intersecting feature vectors are corrected using δ = 5 °. When the watermark signal is embedded at two angles, s is measured at two intervals with L = 30 and the average of the two measurements is taken. The threshold T = 2.5 is used as the detection threshold. 2A shows a watermarked Lena image and FIG. 2B shows an amplified difference between the original image and the watermarked image. The watermarked image exhibited a PSNR of 36 dBd and no embedded signal appeared.

스터마크(stirmark) 3.1 프로그램이 알고리즘을 평가하기 위하여 사용되었다(Fabien A. P. Petitcolas, Ross J.Anderson, Markus G. Kuhn : 'Attack on copyright marking systems', in David Aucsmith(Ed), Informing Hiding, Second International Workshop, IH'98, Protland, Oregon, U.S.A., April 15-17, 1998, Precessings, LNCS 1525, Springer-Verlag, ISBN 3-540-65386-4, pp.219-239). 각각의 경우에 대하여, 성공적인 워터마크 탐지 비율이 계산되었다. 비율 1은 100% 탐지 성공을 의미하고 비율 0은 완전히 탐지 실패를 의미한다. 실험 결과는 표 1과 같이 나타났다.The Stirmark 3.1 program was used to evaluate the algorithm (Fabien AP Petitcolas, Ross J. Anderson, Markus G. Kuhn: 'Attack on copyright marking systems', in David Aucsmith (Ed), Informing Hiding, Second International Workshop, IH'98, Protland, Oregon, USA, April 15-17, 1998, Precessings, LNCS 1525, Springer-Verlag, ISBN 3-540-65386-4, pp.219-239). For each case, a successful watermark detection rate was calculated. Rate 1 means 100% detection success and rate 0 means detection failure completely. The experimental results are shown in Table 1.

표 1 여러 어택(attacks)에 대한 워터마크 탐지 비율Table 1 Watermark Detection Rate for Multiple Attacks

어택(attacks)Attacks 탐지 비율Detection rate 스케일링Scaling 1.001.00 작은 각의 회전 및 산출 결과Small angle rotation and output result 0.950.95 임의의 기하학적 변형Random geometric deformation 0.930.93 JPEG 압축JPEG compression 1.001.00 가우시안 노이즈1Gaussian Noise1 1.001.00

스케일링에 대하여 워터마크는 0.5-2 사이의 범위에서 성공적으로 탐지되었다. 상기 사실들은 본 발명에서 사용된 특징 벡터가 50% 이하의 비율에 대하여 충분한 불변성을 가진다는 것을 보여주었다. -2°- 2°사이 범위의 작은 각으로 회전시키는 경우, 워터마크는 시간 일치성 절차(synchronization procedure) 없이 성공적으로 탐지되었다. 그러나, 상기 범위보다 큰 각에 대해서는 s를 측정하기 전에 특징 벡터를 시간 일치성을 가지도록 만들 필요가 있었다. 본 명세서에서 사용된 알고리즘은 JPEG 압축에 대해서는 10 퀄러티 팩터(quality factor)까지 상당히 좋은 수행성을 보여주었다. 상기와 같은 결과는 일반적인 삽입방식이 아닌 영상의 특성을 워터마크로 사용하기 때문에 나타난다. 본 명세서에서 사용된 특징 벡터는 또한 가우시안 노이즈에 대하여 좋은 수행성을 나타내었다.For scaling the watermark was successfully detected in the range between 0.5-2. The above facts show that the feature vector used in the present invention has sufficient invariance for proportions up to 50%. When rotating at small angles in the range of -2 ° to 2 °, the watermark was successfully detected without a time synchronization procedure. However, for angles larger than this range, it was necessary to make the feature vector time consistent before measuring s. The algorithm used here has shown a fairly good performance up to 10 quality factors for JPEG compression. The above results are shown because the characteristics of the image are used as the watermark rather than the general embedding method. The feature vectors used herein also showed good performance against Gaussian noise.

이미지의 불변 특징에 기초하는 새로운 RST 불변 워터마킹 방법이 발명되었다. 이중스펙트럼 특징 벡터는 워터마크로서 사용되고 상기 워터마크는 RST가 적용되는 경우 높은 견고성을 가진다. 사용된 임베딩 절차는 워터마크 탐지기에서 실패율을 감소시키도록 설계된다. 실험 결과는 사용된 스킴(scheme)이 RST 적용, JPEG 압축, 임의의 기하학적 적용 및 가우시안 노이즈를 포함하는 넓은 범위의 적용에 대하여 우수하다는 것을 보여주었다.A new RST invariant watermarking method based on the invariant features of the image has been invented. The dual spectrum feature vector is used as a watermark and the watermark has high robustness when RST is applied. The embedding procedure used is designed to reduce the failure rate in the watermark detector. Experimental results show that the scheme used is good for a wide range of applications, including RST applications, JPEG compression, arbitrary geometrical applications, and Gaussian noise.

본 명세서에서 제시된 방법들과 실험 결과들은 단지 예시적이며 본 발명의 범위는 상기 방법들과 실험들에 의하여 제한되는 것은 아니며 단지 아래의 청구범위에 의하여 한정된다.The methods and experimental results presented herein are exemplary only and the scope of the present invention is not limited by the methods and experiments but only by the claims below.

Claims (4)

원본 이미지(original image)에 대하여 2차원의 퓨리에 변환(Fourier Transform)을 계산한 후 극 좌표 상에 매핑하는 단계;Calculating a two-dimensional Fourier Transform (Fourier Transform) of the original image and mapping it on the polar coordinates; 강도(strength) 매개변수를 사용하여 특징 형성(feature shaping)을 위하여 위상(phase) 성분을 수정하여 하나의 특징 벡터(a feature vector)를 만드는 단계;Modifying a phase component for feature shaping using a strength parameter to create a feature vector; 임베딩(embedding)을 위한 정사영(projection)을 선택하기 위하여 키(key)를 사용하는 단계;Using a key to select a projection for embedding; 상기 극좌표에 매핑된 원본 이미지를 역 퓨리에 변환을 이용하여 직각 좌표(Cartesian coordinate) 상에 매핑하여 이중스펙트럼(bispectrum) 벡터를 얻는 단계;Mapping the original image mapped to the polar coordinates onto Cartesian coordinates using an inverse Fourier transform to obtain a bispectrum vector; 상기 이중스펙트럼을 워터마크(watermark)로서 사용하는 단계;Using the dual spectrum as a watermark; 들을 포함하는 라돈 변환(Radon transform) 또는 이와 동일한 퓨리에 변환과 극좌표 매핑을 이용하는 회전(rotation), 스케일(scale), 이동(translation)에 대하여 불변성(invariant)을 가지는 디지털 이미지 또는 이미지 시퀀스(sequence)에 워터마크를 삽입시키는(insertion) 방법.To a digital image or sequence of images that is invariant to rotation, scale, and translation using a Radon transform or equivalent Fourier transform and polar mapping. How to insert a watermark. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 이중스펙트럼은 일차원의 결정될 수 있는 실수 값을 가진 시퀀스인 것을 포함하는 워터마크를 삽입시키는 방법.And wherein said double spectrum is a sequence having a one-dimensional determined real value. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 하나의 특징 벡터는 이미지의 라돈 변환에 의하여 발생된 정사영(projection)으로부터 만들어지는 것을 특징으로 하는 워터마크를 삽입시키는 방법.Wherein said one feature vector is created from a projection generated by radon transformation of an image. 테스트 이미지(test image)의 2차원 상의 퓨리에 변환을 계산하여 극좌표상에 매핑하는 단계;Calculating and mapping Fourier transforms on a two-dimensional image of a test image to polar coordinates; 상기 매핑된 퓨리에 스펙트럼으로부터 특징 벡터를 평가하는 단계;Evaluating a feature vector from the mapped Fourier spectrum; 키(key)를 사용하여 삽입 위치를 결정하는 단계;Determining an insertion position using a key; 상기 추출된 특징 벡터와 임베딩된 워터마크 사이의 유사성을 결정하는 단계;Determining similarity between the extracted feature vector and the embedded watermark; 들을 포함하는 워터마크 탐지(watermark detection) 방법.Watermark detection method comprising a.
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