KR100938499B1 - The watermark embedding and detecting method using b-spline curve modeling and mesh-spectral transform - Google Patents

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Abstract

본 발명은 B-스프라인 곡선 모델링과 메시-스펙트럼 변환을 이용한 워터마크 삽입 및 추출 방법에 관한 것으로서, (a) B-스프라인 모델화함으로써 곡선을 생성하고, 상기 곡선의 제어점들을 추출하는 과정; (b) 상기 (a) 과정을 통해 추출된 곡선의 제어점들을 바탕으로 n개의 메시-스펙트럼 계수를 계산하는 과정; (c) 상기 (b) 과정을 통해 계산된 메시-스펙트럼 계수에 대하여 계수 값을 변경시킴으로써, 워터마크를 삽입하는 과정; 및 (d) 상기 (c) 과정을 통해 삽입된 메시-스펙트럼 계수를 메시-스펙트럼 역변환하여 워터마크가 삽입된 제어점을 계산하고, 상기 제어점을 바탕으로 B-스프라인 곡선을 재구성하는 과정; 을 포함한다.The present invention relates to a method for embedding and extracting watermarks using B-spline curve modeling and mesh-spectrum transformation, comprising: (a) generating a curve by B-spline modeling and extracting control points of the curve; (b) calculating n mesh-spectrum coefficients based on the control points of the curve extracted through step (a); (c) inserting a watermark by changing coefficient values with respect to the mesh-spectrum coefficients calculated in step (b); And (d) calculating a control point in which a watermark is inserted by inversely transforming the mesh-spectrum coefficients inserted through the process (c), and reconstructing a B-spline curve based on the control point. It includes.

B-스프라인 곡선, 워터마크, 메시-스펙트럼 변환 B-spline curves, watermarks, and mesh-spectrum transformations

Description

B-스프라인 곡선 모델링과 메시-스펙트럼 변환을 이용한 워터마크 삽입 및 추출 방법{THE WATERMARK EMBEDDING AND DETECTING METHOD USING B-SPLINE CURVE MODELING AND MESH-SPECTRAL TRANSFORM}WATERMARK EMBEDDING AND DETECTING METHOD USING B-SPLINE CURVE MODELING AND MESH-SPECTRAL TRANSFORM}

본 발명은 이미지의 선에 대하여 워터마크 정보를 삽입 및 추출하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존의 워터마킹 기술이 이미지의 픽셀 밝기 값을 이용하는 것과 달리, 이미지의 곡선들을 B-스프라인 곡선으로 모델화하여 B-스프라인 제어점을 추출하고 이를 주파수 영역으로 변환하여 워터마크를 삽입하며, 삽입된 워터마크를 원본 선 이미지를 사용하여 추출하는, 디지털 콘텐츠의 저작권 보호를 위한 디지털 워터마킹 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a method of inserting and extracting watermark information on a line of an image. More specifically, the conventional watermarking technique uses a B-spline curve to convert the curves of the image, unlike the conventional watermarking technique. The digital watermarking technology for copyright protection of digital content is extracted by extracting the B-spline control point, converting it into a frequency domain, inserting a watermark, and extracting the inserted watermark using an original line image. will be.

주지된 바와 같이, 산업 발달이 가속화되면서 컴퓨터, 고성능 스캐너 및 프린터와 같은 전문 기기가 저가에 보급되고 있어, 이러한 디지털 기기와 소프트웨어를 이용하여 각종 콘텐츠가 쉽게 불법 복제되고 있는 실정이다.As is well known, as industrial development is accelerated, specialized devices such as computers, high performance scanners and printers are being distributed at low prices, and various contents are easily illegally copied using such digital devices and software.

현재 영상 콘텐츠의 불법 복제를 대비한 콘텐츠 보안 기술 중 하나로 디지털 워터마킹 기술이 연구 및 실용화되어 있다. 디지털 워터마킹 기술은 원본 콘텐츠에 저작권 정보를 비인지적으로 삽입하여 저작권 침해를 방지할 수 있는 기술이다. 지 금까지 연구된 이미지 워터마킹 방법은 이미지의 픽셀 밝기 값을 미세하게 조정하여 워터마크를 삽입하였다. At present, digital watermarking technology has been researched and put into practice as one of contents security technologies for illegal copying of video contents. Digital watermarking technology is a technology that can prevent copyright infringement by inserting copyright information into the original content unknowingly. The image watermarking method studied so far has inserted a watermark by finely adjusting the pixel brightness value of the image.

그러나, 네비게이션 시스템, GIS 디지털 지도, 만화의 경우 이미지를 직선과 곡선으로 표현하는데 이는 기존 이미지의 표현법과는 다른 방법으로, 기존의 워터마킹 기술을 적용하기에 어려움이 있다. 따라서 이에 적합한 워터마킹 기술이 필요하다.However, navigation systems, GIS digital maps, and cartoons represent images with straight lines and curves, which is difficult to apply to existing watermarking techniques in a way that is different from conventional image representation. Therefore, there is a need for a suitable watermarking technology.

이에 따른 관련기술로서, Solachidis와 Pitas는 선 이미지에 대하여 푸리에 기술자의 크기 성분에 워터마크를 삽입하는 알고리즘을 제안하였는데 이는 기하학적인 공격에 강인한 성질을 나타내었다. 이외에도 Gou와 Wu와 Ohbuchi et al.은 각각 B-스프라인 곡선 모델을 이용한 워터마킹 기법과 메시-스펙트럼 계수를 활용한 워터마킹 방법에 대해 제안하였다. 이하에서는, 이들 기법에서 사용한 방법과 문제점에 대하여 알아보도록 한다. As a related technique, Solachidis and Pitas proposed an algorithm that embeds a watermark into the size component of a Fourier descriptor for a line image, which is robust to geometric attacks. In addition, Gou, Wu and Ohbuchi et al. Proposed watermarking technique using B-spline curve model and watermarking technique using mesh-spectrum coefficients, respectively. Hereinafter, the methods and problems used in these techniques will be described.

1. B-스프라인 곡선의 제어점을 이용한 워터마킹1. Watermarking Using Control Points of B-Spline Curves

Gou와 Wu는 B-스프라인 곡선 모델을 이용하여 지도상의 선 이미지에 대하여 제어점을 추출하고, 이에 워터마크를 삽입하는 연구를 하였다. 제어점은 곡선의 형태를 제어하는 곡선 외부의 점들을 말한다. 제어점을 구하기 위해 다음과 같이 곡선 상의 점들의 집합 P를 B-스프라인 모델로 표현할 수 있다. Gou and Wu studied the extraction of control points for line images on a map using a B-spline curve model and the insertion of watermarks. Control points are points outside the curve that control the shape of the curve. In order to find the control point, the set P of curve points can be expressed as a B-spline model as follows.

Figure 112008013422509-pat00001
Figure 112008013422509-pat00001

이때, c는 제어점, n은 제어점의 수이고, t = 0,1,2...,n 이다. B는 가중치 함수이고, k는 가중치 함수의 차수이다. Where c is the control point, n is the number of control points, and t = 0,1,2 ..., n. B is a weight function and k is the order of the weight function.

위의 수식을 이용하여 원본 곡선 P와 B-스프라인으로 모델화된

Figure 112008013422509-pat00002
의 차이를 최소화하는 n개의 제어점을 구할 수 있다. 마지막으로 노이즈 형태의 워터마크를 생성하여 제어점 좌표에 스프레드 스펙트럼 형태로 삽입하고 상관 계수 기반 추출 방법을 통하여 삽입된 워터마크를 확인한다. Modeled with original curves P and B-splines using the above equation
Figure 112008013422509-pat00002
We can get n control points to minimize the difference between. Finally, a watermark in the form of noise is generated and inserted into the spread spectrum in the control point coordinates, and the inserted watermark is confirmed through a correlation coefficient based extraction method.

도 1 은 종래 B-스프라인 곡선의 제어점을 이용한 워터마킹 기법을 설명하는 일예시도로서, (A)에서 보는 바와 같이 원본 곡선을 보이고 이 곡선에서 추출한 제어점을 원으로 표시하였다. 이는 곡선의 제어점이 곡선 형태를 제어하고 있음을 볼 수 있다.1 is an exemplary view illustrating a watermarking technique using a control point of a conventional B-spline curve. As shown in (A), an original curve is shown and a control point extracted from the curve is indicated by a circle. It can be seen that the control point of the curve controls the shape of the curve.

이러한 제어점에 워터마크를 삽입하여 좌표 값을 변경하면 (B)와 같이 곡선의 모양이 변화한다. 그러나, 곡선의 왜곡을 인지하기 어려운 부드러운 곡선을 만들 수 있다. If the coordinate value is changed by inserting a watermark at the control point, the shape of the curve changes as shown in (B). However, it is possible to create a smooth curve that is difficult to recognize the distortion of the curve.

즉, 본 방법은 하나의 곡선을 표현하는 제어점이 유일하지 않기 때문에 추출 과정에서 원본 제어점과 유사한 포인트를 찾아야 하는 문제가 있다. 따라서, 우수한 동기화 알고리즘과 반복적인 연산 과정이 필요하며, 단순히 제어점의 좌표에 워터마크를 삽입한 경우 프린트-스캔 공격에서 상대적으로 워터마크 추출률이 낮고, 재구성된 이미지의 훼손 정도도 큰 문제점이 있다. That is, the present method has a problem in that a point similar to the original control point must be found during the extraction process because the control point representing one curve is not unique. Therefore, an excellent synchronization algorithm and an iterative calculation process are required. When the watermark is simply inserted into the coordinates of the control point, the watermark extraction rate is relatively low in the print-scan attack, and the degree of corruption of the reconstructed image is also large.

2. 2D 메시-스펙트럼 변환을 이용한 워터마킹2. Watermarking with 2D Mesh-Spectrum Transformation

벡터 지도는 정점과 선으로 표현된다. Ohbuchi et al. 는 정점으로 생성한 메시를 이용하여 워터마크를 삽입하는 방법을 제시하였다. 먼저, 정점에 대하여 Delaunay 삼각화를 통하여 생성한 메시로 부터 n×n 라플라시안 행렬을 다음과 같이 계산한다. Vector maps are represented by vertices and lines. Ohbuchi et al. Proposed a method of embedding a watermark using a mesh generated as a vertex. First, the n × n Laplacian matrix is calculated from the mesh generated by Delaunay triangulation for the vertices as follows.

Figure 112008013422509-pat00003
Figure 112008013422509-pat00003

이렇게 생성된 R을 eigen 분석을 하면 n개의 eigen 벡터와 eigen 값을 구할 수 있다. n개의 점을 eigen 벡터에 투사하면 n개의 메시-스펙트럼 계수를 구할 수 있다. 이렇게 지도를 주파수 영역으로 표현한 후, 추출한 계수에 {+1, -1}의 랜덤한 워터마크를 스프레드 스펙트럼 형태로 삽입하고 역변환을 통해서 지도를 재구성한다. 워터마크 추출시에는 주파수 영역의 계수와 워터마크의 상관계수를 계산하여 삽입된 워터마크를 확인한다. The eigen analysis of R generated in this way yields n eigen vectors and eigen values. Projecting n points to an eigen vector yields n mesh-spectrum coefficients. After the map is expressed in the frequency domain, a random watermark of {+1, -1} is inserted into the extracted coefficient in the form of spread spectrum, and the map is reconstructed through inverse transformation. In extracting the watermark, the correlation coefficient between the coefficient in the frequency domain and the watermark is calculated to confirm the inserted watermark.

본 메시-스펙트럼을 이용한 기법에 대해 실험을 통하여 분석해본 결과 기하학적 공격에 강인한 성능을 보였다. 그러나, 본 기법은 지도의 빌딩, 집, 도로 등 다각형의 도형에 대해 적용되었고 곡선에 대해 적용된 모델이 아니며, 모든 정점으로 메시를 계산하는 것이 복잡도가 크다는 한계를 가지고 있다.Experimental analysis of the technique using this mesh-spectrum showed the robust performance against geometric attack. However, this technique is applied to polygonal shapes such as buildings, houses, and roads of a map, and is not a model applied to curves. It has a limitation that it is complicated to calculate a mesh with all vertices.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 이미지 선을 B-스프라인 곡선 모델화한 후 B-스프라인 제어점을 추출하고, 이를 메시-스펙트럼 변환을 통해 중간 주파수 계수에 워터마크를 삽입하게 되어, 무단 복제되어 유통되는 콘텐츠에 대하여 삽입된 워터마크를 추출함으로써 저작권 소유자를 인증하여 지적 소유권을 보호할 수 있는, B-스프라인 곡선 모델링과 메시-스펙트럼 변환을 이용한 워터마크 삽입 및 추출 방법을 제공함에 그 특징적인 목적이 있다. The present invention has been made in view of the above-described problems, and after extracting the B-spline control point after modeling the image line of the B-spline curve, and inserting the watermark to the intermediate frequency coefficient through the mesh-spectrum transformation Watermark insertion and extraction method using B-spline curve modeling and mesh-spectrum transformation, which can protect intellectual property by extracting the watermark inserted for content that is illegally copied and distributed. Its purpose is to provide it.

본 발명은 B-스프라인 곡선 모델링과 메시-스펙트럼 변환을 이용한 워터마크 삽입 방법에 관한 것으로서, (a) B-스프라인 모델화함으로써 곡선을 생성하고, 상기 곡선의 제어점들을 추출하는 과정; (b) 상기 (a) 과정을 통해 추출된 곡선의 제어점들을 바탕으로 n개의 메시-스펙트럼 계수를 계산하는 과정; (c) 상기 (b) 과정을 통해 계산된 메시-스펙트럼 계수에 대하여 계수 값을 변경시킴으로써, 워터마크를 삽입하는 과정; 및 (d) 상기 (c) 과정을 통해 삽입된 메시-스펙트럼 계수를 메시-스펙트럼 역변환하여 워터마크가 삽입된 제어점을 계산하고, 상기 제어점을 바탕으로 B-스프라인 곡선을 재구성하는 과정; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a watermark embedding method using B-spline curve modeling and mesh-spectrum transformation, comprising: (a) generating a curve by B-spline modeling and extracting control points of the curve; (b) calculating n mesh-spectrum coefficients based on the control points of the curve extracted through step (a); (c) inserting a watermark by changing coefficient values with respect to the mesh-spectrum coefficients calculated in step (b); And (d) calculating a control point in which a watermark is inserted by inversely transforming the mesh-spectrum coefficients inserted through the process (c), and reconstructing a B-spline curve based on the control point. Characterized in that it comprises a.

바람직하게 상기 (a) 과정은, (a-1) 곡선의 각 점에 인덱스를 부여하고, 시작점과 끝점을 추정하여 우선순위를 정함으로써 곡선을 생성하는 단계; (a-2) 상기 생성된 곡선의 좌표 값을 순차적으로 얻은 후, 샘플링하여 샘플 포인트를 추출함으 로써, B-스프라인 곡선을 생성하는 단계; 및 (a-3) 상기 B-스프라인 곡선의 샘플 포인트 및 제어점을 정의하고, 최소자승법을 이용하여 제어점을 계산하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the step (a) comprises the steps of: (a-1) generating a curve by assigning an index to each point of the curve and estimating a starting point and an ending point; (a-2) sequentially obtaining the coordinate values of the generated curve, sampling and extracting sample points to generate a B-spline curve; And (a-3) defining a sample point and a control point of the B-spline curve and calculating the control point using a least square method; Characterized in that it comprises a.

또한 바람직하게 상기 (b) 과정은, (b-1) B-스프라인 곡선의 제어점들을 주파수 영역으로 변환하기 위하여 Delaunay 삼각화를 통하여 생성한 메시로부터 n×n 라플라시안 행렬(R)을 계산하는 단계; (b-2) 상기 (b-1) 단계를 통해 계산된 행렬(R)을 바탕으로 n개의 eigen 벡터와 eigen 값을 구하는 단계; 및 (b-3) 상기 n개의 제어점을 eigen 벡터에 투사하여, n개의 메시-스펙트럼 계수 ri(1≤ i≤ n) = (rs,i ,rt,i) 를 구하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the step (b) includes (b-1) calculating an n × n Laplacian matrix (R) from a mesh generated through Delaunay triangulation to convert the control points of the B-spline curve into the frequency domain. ; (b-2) obtaining n eigen vectors and eigen values based on the matrix R calculated in the step (b-1); And (b-3) projecting the n control points to an eigen vector to obtain n mesh-spectrum coefficients r i (1 ≦ i ≦ n) = (r s, i , r t, i ); Characterized in that it comprises a.

또한 바람직하게 상기 (c) 과정은, (c-1) 상기 (b) 과정을 통해 계산된 메시-스펙트럼 계수에 대하여 워터마크 b 를 생성하는 단계; 및 (c-2) 상기 워터마크 b를 스프레드 스펙트럼 계수 r 에 삽입하여 메시-스펙트럼 계수 r′를 생성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the step (c) may include: (c-1) generating a watermark b for the mesh-spectrum coefficients calculated through the step (b); And (c-2) inserting the watermark b into a spread spectrum coefficient r to generate a mesh-spectrum coefficient r '; Characterized in that it comprises a.

또한 바람직하게 상기 (c-2) 단계 중, 상기 워터마크 b 는 중간 주파수 영역의 메시-스펙트럼 계수에 삽입되는 것을 특징으로 한다. Also preferably, in the step (c-2), the watermark b is inserted into the mesh-spectrum coefficient of the intermediate frequency domain.

또한 바람직하게 상기 (d) 과정은, (d-1) 워터마크가 삽입된 메시-스펙트럼 계수에서 제어점을 계산하는 단계; 및 (d-2) 상기 (d-1) 단계를 통해 계산한 제어점을 바탕으로 샘플 포인트를 계산하고, 상기 샘플 포인트를 보간함으로써 워터마크가 삽입된 B-스프라인 곡선을 추출하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다. Also preferably, the step (d) may include: (d-1) calculating a control point from the mesh-spectrum coefficient into which the watermark is inserted; And (d-2) calculating a sample point based on the control point calculated through the step (d-1), and extracting a watermark-inserted B-spline curve by interpolating the sample point. Characterized in that it comprises a.

그리고 바람직하게 상기 (a) 과정 이전에, 원본 선 이미지를 이진화 및 세선화하는 전처리 과정; 을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.And preferably, before the step (a), a preprocessing step of binarizing and thinning the original line image; It characterized in that it further comprises.

한편, 본 발명은 B-스프라인 곡선 모델링과 메시-스펙트럼 변환을 이용한 워터마크 추출 방법에 관한 것으로서, (g) 원본 곡선과 대상 곡선을 곡선 동기화하는 과정; 및 (h) 상기 대상 곡선의 메시-스펙트럼 계수를 추출하여 원본 메시-스펙트럼 계수와의 차이 값을 계산하여 워터마크를 추출하는 과정; 을 포함하는 것을 특징으로 한다. On the other hand, the present invention relates to a watermark extraction method using B-spline curve modeling and mesh-spectrum transformation, (g) curve synchronization of the original curve and the target curve; And (h) extracting a watermark by extracting a mesh-spectrum coefficient of the target curve and calculating a difference value from the original mesh-spectrum coefficient. Characterized in that it comprises a.

바람직하게 상기 (g) 과정은, (g-1) 상기 원본 곡선과 대상 곡선의 굴곡점을 추출하여 굴곡점의 집합을 구하는 단계; (g-2) 상기 대상 곡선의 왜곡 변환을 계산하는 단계; 및 (g-3) 상기 대상 곡선에 왜곡변환의 역변환을 취함으로써, 대상 곡선 상의 모든 점을 원본 곡선 위치와 동기화시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the step (g) comprises: (g-1) extracting bending points of the original curve and the target curve to obtain a set of bending points; (g-2) calculating a distortion transform of the target curve; And (g-3) synchronizing all points on the object curve with the original curve position by taking an inverse transform of the distortion transform on the object curve; Characterized in that it comprises a.

또한 바람직하게 상기 (h) 과정은, (h-1) 대상 곡선에서 원본 곡선의 샘플 포인트를 바탕으로 제어점을 추출하는 단계; (h-2) 상기 (h-1) 단계를 통해 추출한 제어점을 메시-스펙트럼 분석하여 메시-스펙트럼 계수를 추출하는 단계; 및 (h-3) 상기 원본 곡선의 메시-스펙트럼 계수와의 차이 값을 계산하여 워터마크를 추출하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the (h) process may include: (h-1) extracting a control point based on sample points of the original curve from the target curve; (h-2) mesh-spectrum analysis of the control points extracted through the step (h-1) to extract mesh-spectrum coefficients; And (h-3) extracting a watermark by calculating a difference value from a mesh-spectrum coefficient of the original curve; Characterized in that it comprises a.

또한 바람직하게 상기 (h-3) 단계 이후에, (h-4) 상기 (h-3) 단계를 통해 추출한 워터마크와 삽입된 워터마크 간의 상관계수를 계산하여 삽입된 워터마크를 확인하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. Also preferably, after the step (h-3), (h-4) checking the inserted watermark by calculating a correlation coefficient between the watermark extracted through the step (h-3) and the inserted watermark; It characterized in that it further comprises.

그리고 바람직하게 상기 (g) 과정 이전에, (e) 대상 곡선을 이진화 및 세선화하는 전처리 과정; 및 (f) 상기 대상 곡선을 B-스프라인 모델화하는 과정; 을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.And preferably, before the step (g), (e) pretreatment to binarize and thin the target curve; And (f) B-spline modeling the target curve; It characterized in that it further comprises.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 무단 복제되어 유통되는 콘텐츠에 대하여 삽입된 워터마크를 추출함으로써 저작권 소유자를 인증하여 지적 소유권을 보호할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention as described above, by extracting the watermark inserted into the content that is distributed by unauthorized copying, there is an effect that can protect the intellectual property by authenticating the copyright owner.

그리고 본 발명에 따르면 기하학 공격뿐 아니라, 프린트-스캔 공격에 강인한 선 기반 워터마킹 기술로서, 기존의 기술보다 강인성 및 이미지의 질 향상을 도모할 수 있는 효과도 있다. In addition, according to the present invention, as a line-based watermarking technique that is robust against not only geometric attacks, but also print-scan attacks, there is an effect that can improve the robustness and image quality than conventional techniques.

본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.Specific features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings. In the meantime, when it is determined that the detailed description of the known functions and configurations related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, it should be noted that the detailed description is omitted.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.

본 발명에 따른 B-스프라인 곡선 모델링과 메시-스펙트럼 변환을 이용한 워터마크 삽입 및 추출 방법에 관하여 도 2 내지 도 9 를 참조하여 설명하면 다음과 같다. A method for embedding and extracting watermarks using B-spline curve modeling and mesh-spectrum transformation according to the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 9.

도 2 는 본 발명에 따른 B-스프라인 곡선 모델링과 메시-스펙트럼 변환을 이 용한 워터마크 삽입 및 추출 방법에 관한 전체 흐름도로서, 도시된 바와 같이 전체적으로 워터마크를 삽입하는 과정 및 워터마크를 추출하는 과정으로 이루어진다. 2 is a flowchart illustrating a method for embedding and extracting watermarks using B-spline curve modeling and mesh-spectrum transformation according to the present invention. The process takes place.

먼저, 이미지 선에 대하여 워터마크를 삽입하는 과정을 살피면 다음과 같다. First, the process of inserting a watermark on an image line is as follows.

[ 전처리(S110) ][Pretreatment (S110)]

전처리 과정에서는 B-스프라인 곡선 모델화를 위하여 원본 선 이미지를 1-픽셀 두께의 선으로 변환하였다. 이를 위해 이진화 및 세선화의 과정을 수행하였다. 대부분의 경우 프린트-스캔 등을 통한 영상은 이진 영상이 아니기 때문에 각 픽셀 밝기 값이 0 에서 255 사이에 분포한다. 정제된 곡선을 추출하기 위해 임계값 200으로 곡선을 이진화 한다. 이렇게 변환된 이진 영상에서 이상적인 곡선을 추출하기 위해 다양한 픽셀 넓이의 선을 1-픽셀 두께의 선으로 표현하기 위하여 세선화 기법을 적용한다. In the preprocessing process, the original line image was converted into a 1-pixel thick line for the B-spline curve modeling. For this, the process of binarization and thinning was performed. In most cases, print-scanned images are not binary, so each pixel brightness value is distributed between 0 and 255. The curve is binarized to a threshold of 200 to extract the purified curve. In order to extract the ideal curve from the converted binary image, the thinning technique is applied to represent the lines of various pixel widths as 1-pixel thick lines.

[ B-스프라인 모델화(S120) ]B-Spline Modeling (S120)

도 3a 는 본 발명에 따른 B-스프라인 모델화 과정(S120)에 관한 세부 흐름도로서, 도시된 바와 같이 상기 제 S110 단계를 통해 전처리된 영상에서 1-픽셀 곡선의 형태를 추정하기 위해서 곡선의 각 점에 인덱스를 부여하며, 시작점과 끝점을 추정하고 한 점의 8방향으로 우선순위를 정하여 곡선을 따라가며 곡선을 생성한다(S121). FIG. 3A is a detailed flowchart of the B-spline modeling process S120 according to the present invention, and as shown, each point of the curve to estimate the shape of the 1-pixel curve in the preprocessed image through the step S110. An index is given to each other, the start point and the end point are estimated, and priority is set in eight directions of one point to generate a curve following the curve (S121).

이때, 왜곡으로 인한 곡선의 끊김 현상이 일어나는 경우나 곡선 가운데 폐곡선이 만들어진 경우 등에 대해 보정을 하여 단일곡선을 생성한다. 아래 [표 1] 은 곡선 추정 시 방향의 우선순위를 나타낸다.In this case, a single curve is generated by correcting a case where a curve break occurs due to the distortion or when a closed curve is formed in the curve. [Table 1] below shows the priority of direction in curve estimation.

이전 방향성Previous direction 방향 추정 우선 순위Direction Estimation Priority 1One 22 33 44 55 66 77 88 99 1010 E->WE-> W -- -- WW SWSW SS SESE EE NENE NN NWNW NE->SWNE-> SW SWSW WW SWSW SS SESE EE NENE NN NWNW WW N->SN-> S -- -- SS SESE EE NENE NN NWNW WW SWSW NW->SENW-> SE SESE SS SESE EE NENE NN NWNW WW SWSW SS W->EW-> E -- -- EE NENE NN NWNW WW SWSW WW SESE SW->NESW-> NE NENE EE NENE NN NWNW WW SWSW WW SESE EE S->NS-> N -- -- NN NWNW WW SWSW SS SESE EE NENE SE->NWSE-> NW NWNW NN NWNW WW SWSW SS SESE EE NENE NN

[표 1] 곡선 추정 우선순위 정의Table 1 Definition of Curve Estimation Priorities

곡선의 좌표 값을 순차적으로 얻은 이후 균일하게 샘플링하여 샘플 포인트를 추출하고(S122), 이를 이용하여 B-스프라인 곡선 모델화에 사용한다. 본 실시예에서 사용한 샘플링 간격은 6 이며, 샘플 포인트는 다음의 [수식 1] 과 같이 B-스프라인 곡선으로 될 수 있다.After obtaining the coordinate values of the curve sequentially and sampled uniformly to extract the sample point (S122), it is used to model the B-spline curve. The sampling interval used in this embodiment is 6, and the sample point may be a B-spline curve as shown in Equation 1 below.

[수식 1][Equation 1]

Figure 112008013422509-pat00004
Figure 112008013422509-pat00004

이때, c는 제어점, n은 제어점의 수이고, t = 0,1,2...,n 이며, 가중치 함수 B는 다음의 [수식 2] 와 같이 정의된다.In this case, c is a control point, n is the number of control points, t = 0, 1, 2 ..., n, the weight function B is defined as shown in the following [Equation 2].

[수식 2][Formula 2]

Figure 112008013422509-pat00005
Figure 112008013422509-pat00005

여기서, ti 는 knots 라고 불리고 B-스프라인 함수가 함께 연결되는 위치를 의미하는 것으로, B-스프라인 함수와 제어점을 제어하게 된다. k는 가중치 함수의 차수를 의미하고, 본 발명에서는 4차를 적용하여 cubic B-스프라인 함수를 이용하였다. Here, t i is called knots and means a position where the B-spline functions are connected together, thereby controlling the B-spline function and the control point. k denotes the order of the weight function, and in the present invention, cubic B-spline function is used by applying the fourth order.

위의 두 식을 이용하여 원본 곡선과 가장 유사한 B-스프라인 곡선을 생성한다(S123). 위의 식으로부터 제어점을 추출하기 위해서 다음의 [수식 3] 과 같이 샘플 포인트와 제어점을 정의한다(S124). Using the above two equations, a B-spline curve most similar to the original curve is generated (S123). In order to extract the control point from the above equation, a sample point and a control point are defined as shown in Equation 3 below (S124).

[수식 3][Equation 3]

Figure 112008013422509-pat00006
Figure 112008013422509-pat00006

그리고 최소자승법을 이용하여 정확한 제어점 C를 다음의 [수식 4] 를 통해 구한다(S125).Then, using the least-squares method, the exact control point C is obtained through Equation 4 below (S125).

[수식 4][Equation 4]

Figure 112008013422509-pat00007
Figure 112008013422509-pat00007

[ 메시-스펙트럼 변환(S130) ][Mesh-Spectrum Transformation (S130)]

도 3b 는 본 발명에 따른 메시-스펙트럼 변환 과정(S130)에 관한 세부 흐름도로서, 도시된 바와 같이 B-스프라인 곡선의 제어점들을 주파수 영역으로 변환하 기 위하여 Delaunay 삼각화를 통하여 생성한 메시로부터 n×n 라플라시안 행렬을 다음의 [수식 5] 와 같이 계산한다(S131). 3B is a detailed flowchart of a mesh-spectrum transformation process S130 according to the present invention, and as shown, n is obtained from a mesh generated through Delaunay triangulation to convert control points of a B-spline curve into a frequency domain. The xn Laplacian matrix is calculated as shown in Equation 5 below (S131).

[수식 5][Equation 5]

Figure 112008013422509-pat00008
Figure 112008013422509-pat00008

이때, I는 단위행렬이고, H는 대각 성분이 1/di 인 대각 행렬이고, di 는 i번째 점에서의 교선의 수이며, A는 인접 행렬이다. In this case, I is a unit matrix, H is a diagonal matrix whose diagonal component is 1 / d i , d i is the number of intersections at the i-th point, and A is an adjacent matrix.

만약 i번째 점과 j번째 점이 인접해 있다면 A의 i행, j열에 해당하는 원소는 1의 값을 가진다. 그 외의 경우는 0으로 값을 할당한다. 이렇게 생성된 R을 바탕으로 eigen 분석을 하면 n개의 eigen 벡터와 eigen 값을 구할 수 있다(S132).If the i and j points are adjacent, the element corresponding to row i and column j of A has a value of 1. Otherwise, assign a value of zero. Based on the generated R, eigen analysis can obtain n eigen vectors and eigen values (S132).

이후, n개의 제어점을 eigen 벡터에 투사하여 n개의 메시-스펙트럼 계수 벡터 ri(1≤ i≤ n) = (rs,i ,rt,i) 를 구한다(S133). 이때, 계수의 첨자 s와 t는 x, y 축과 대칭된 직교 좌표계를 말한다. 이렇게 생성된 메시는 기본적으로 기하학적 공격에 강인한 특성을 가진다. Subsequently, n control points are projected on the eigen vector to obtain n mesh-spectrum coefficient vectors r i (1 ≦ i ≦ n) = (r s, i , r t, i ) (S133). In this case, the subscripts s and t of the coefficient refer to a Cartesian coordinate system symmetrical with the x and y axes. The mesh thus created is basically robust to geometric attacks.

[ 워터마크 삽입(S140) ][Insert Watermark (S140)]

도 3c 는 본 발명에 따른 워터마크 삽입 과정(S140)에 관한 세부 흐름도로서, 도시된 바와 같이 상기 제 S130 단계의 과정을 통하여 계산된 메시-스펙트럼 계수에 대하여 스프레드 스펙트럼 방식으로 이 계수 값을 변경시킴으로써 워터마크를 삽입한다. FIG. 3C is a detailed flowchart of the watermark embedding process S140 according to the present invention. As shown in FIG. 3C, by changing the coefficient value in a spread spectral manner with respect to the mesh-spectrum coefficient calculated through the process of S130, FIG. Insert a watermark.

이때, 삽입을 위한 워터마크는 평균이 0인 정규분포를 따르고, 1과 -1로 이루어진 길이 L의 랜덤 시퀀스로 생성한다. 이렇게 생성된 워터마크 w는 아래의 [수식 6] 과 같이 chip rate cr만큼 스프레드하여 워터마크 b를 생성한다(S141). At this time, the watermark for insertion follows a normal distribution having an average of 0 and is generated as a random sequence of length L composed of 1 and -1. The generated watermark w is spread by chip rate cr as shown in Equation 6 below to generate a watermark b (S141).

[수식 6][Equation 6]

Figure 112008013422509-pat00009
Figure 112008013422509-pat00009

이때, 생성된 워터마크 b의 길이는 cr·L 이다. 워터마크 b는 스프레드 스펙트럼 계수 r에 다음의 [수식 7] 과 같이 세기 α로 삽입되어 워터마크가 삽입된 메시-스펙트럼 계수 r′를 생성한다(S142).At this time, the length of the generated watermark b is cr · L. The watermark b is inserted into the spread spectrum coefficient r with the intensity α as shown in Equation 7 below to generate a mesh-spectrum coefficient r 'into which the watermark is inserted (S142).

[수식 7][Formula 7]

Figure 112008013422509-pat00010
Figure 112008013422509-pat00010

Sonlanki et al.의 연구에 의하면, 프린트-스캔 과정에 의해 발생하는 컬러 노이즈나 비선형 효과 등은 이미지의 고주파 계수를 변화시키기 때문에 프린트-스캔 과정에도 살아남는 워터마크 삽입 방법은 저주파나 중간주파 영역의 계수에 워터마크를 삽입하는 것이다. 그 중 저주파 영역의 계수의 변화는 원본 선에 더 왜곡을 일으키므로, 본 발명에서는 중간 주파수 영역의 메시-스펙트럼 계수에 워터마크를 삽입하도록 하였다.Sonlanki et al. According to the research, color noise and nonlinear effects caused by the print-scan process change the high-frequency coefficients of the image. Thus, the watermark embedding method that survives the print-scan process uses a watermark in the coefficients of the low and medium frequencies. To insert it. Since the change of the coefficient in the low frequency region causes more distortion in the original line, in the present invention, the watermark is inserted into the mesh-spectrum coefficient in the intermediate frequency region.

[ 이미지 재구성(S150) ][Image Reconstruction (S150)]

도 3d 는 본 발명에 따른 이미지 재구성 과정(S150)에 관한 세부 흐름도로 서, 도시된 바와 같이 워터마크가 삽입된 메시-스펙트럼 계수를 메시-스펙트럼 역변환하면 워터마크가 삽입된 제어점을 추출한다. 이를 위하여 워터마크가 삽입된 메시-스펙트럼 계수 r'i =(r's,i, r't,i)에서 제어점 C'를 다음의 [수식 8] 을 통해서 계산한다(S151).FIG. 3D is a detailed flowchart of an image reconstruction process S150 according to the present invention. As shown in FIG. 3D, a watermark-embedded control point is extracted by inversely converting a mesh-spectrum coefficient having an embedded watermark. To this end, the control point C 'at the mesh-spectrum coefficient r' i = (r ' s, i , r' t, i ) to which the watermark is inserted is calculated through Equation 8 below (S151).

[수식 8]Equation 8

Figure 112008013422509-pat00011
Figure 112008013422509-pat00011

여기서,

Figure 112008013422509-pat00012
는 계수
Figure 112008013422509-pat00013
에 해당되는 정규 eigen 벡터이다.here,
Figure 112008013422509-pat00012
Is a coefficient
Figure 112008013422509-pat00013
The regular eigen vector for.

상기 [수식 8] 을 통해 구한 제어점이 워터마크가 삽입된 B-스프라인 모델의 제어점이며, 다음의 [수식 9] 를 이용하여 워터마크가 삽입된 샘플 포인트를 얻을 수 있고 샘플 포인트를 보간함으로써, 워터마크가 삽입된 곡선을 추출할 수 있다(S152).The control point obtained through Equation 8 is a control point of the B-spline model in which the watermark is inserted, and by using Equation 9 below, a sample point having the watermark inserted can be obtained and the sample point is interpolated. The curve in which the watermark is inserted can be extracted (S152).

[수식 9][Equation 9]

Figure 112008013422509-pat00014
Figure 112008013422509-pat00014

다음으로, 워터마크를 추출하는 과정을 살피면 다음과 같다. Next, the process of extracting the watermark is as follows.

삽입된 워터마크를 추출 과정은 워터마크 삽입과 유사하게 처리되는 바, 워터마크가 삽입된 곡선을 바탕으로 앞서 서술한 바와 같이, 전처리 과정 및 B-스프 라인 모델화 과정을 수행한 후, 곡선의 굴곡점을 이용하여 원본 선 이미지와 동기화를 수행한다. The process of extracting the inserted watermark is similar to the process of embedding the watermark. As described above, the curve is curved after performing the preprocessing and the B-spring modeling process based on the curve into which the watermark is inserted. Use the dot to synchronize with the original line image.

[ 선 동기화(S160) ][Line Sync (S160)]

도 4a 는 본 발명에 따른 선 동기화 과정(S160)에 관한 세부 흐름도이다. 4A is a detailed flowchart of a line synchronization process S160 according to the present invention.

워터마크의 추출을 위해서는 기하학적 공격뿐만 아니라 프린트-스캔 과정에 의한 미세한 곡선 위치 변화를 보정하기 위하여 원본 선 이미지와 추출을 위한 대상 선 이미지를 동기화시켜야 한다. 두 곡선의 동기화 점은 Mokhtarian와 Mackworth의 연구에서 착안하여 곡선의 굴곡점을 활용하였다. 곡선의 굴곡점은 곡선의 모양을 바꾸지 않는 변환 과정에 강인하기 때문에 곡선 동기화를 수행할 수 있다. 동기화 과정은 다음과 같다. For the extraction of watermarks, the original line image and the target line image for extraction must be synchronized to correct not only the geometric attack but also the minute curve position change caused by the print-scan process. The synchronization point of the two curves was conceived in the research of Mokhtarian and Mackworth and utilized the curve's bending point. The curve's bending point is robust to the conversion process, which does not change the shape of the curve, so curve synchronization can be performed. The synchronization process is as follows.

먼저, 두 곡선의 굴곡점을 추출하여 가장 유사한 굴곡점의 집합을 구한다(S161). 원본 곡선의 굴곡점을 (x, y)라고 하고 대상 곡선의 굴곡점을

Figure 112008013422509-pat00015
라고 하면 다음의 [수식 10] 을 통하여 대상 곡선에 가해진 왜곡 변환을 계산할 수 있다(S162).First, the bending points of two curves are extracted to obtain a set of the most similar bending points (S161). The curve point of the original curve is called (x, y) and the curve point of the target curve
Figure 112008013422509-pat00015
In this case, the distortion transformation applied to the target curve may be calculated through Equation 10 (S162).

[수식 10]Equation 10

Figure 112008013422509-pat00016
Figure 112008013422509-pat00016

위의 [수식 10] 을 좀 더 쉽게 표현하면 아래의 [수식 11] 과 같이 왜곡 변환을 나타내는 단일 행렬 A를 구할 수 있다.More easily expressing Equation 10 above, we can obtain a single matrix A that represents distortion transformation as shown in Equation 11 below.

[수식 11] [Equation 11]

Figure 112008013422509-pat00017
Figure 112008013422509-pat00017

따라서, 대상 곡선의 모든 점 집합을

Figure 112008013422509-pat00018
라고 하고, 원본 곡선의 모든 점 집합을 (X, Y) 라고 할 때, 아래의 [수식 12] 와 같이 왜곡변환의 역변환을 취하면 대상 곡선 상의 모든 점을 원본 곡선 위치와 동기화할 수 있다(S163). Therefore, we need to
Figure 112008013422509-pat00018
When the set of all points of the original curve is (X, Y), if the inverse transformation of the distortion transformation is performed as shown in [Equation 12] below, all points on the target curve can be synchronized with the original curve position (S163). ).

[수식 12]Equation 12

Figure 112008013422509-pat00019
Figure 112008013422509-pat00019

도 4b 는 원본 곡선(A) 과 프린트-스캔 과정을 거친 대상 곡선(B)의 동기화 결과, 즉 원본 곡선과 대상 곡선의 상호 대칭되는 굴곡점을 추출한 것을 보여주는 결과로서, 상술한 바와 같이 두 곡선에서 가장 적합한 굴곡점 집합을 정하여 왜곡 변환을 계산하고, 대상 곡선에 이 왜곡의 역변환을 취하여 원본과 동기화를 하였다. 이러한 과정은 원본 영상과 차이 값이 가장 작을 때까지 반복적으로 수행되며, 도 4b 는 곡선에 대해서는 3번의 반복 과정을 거친 것이다. FIG. 4B shows the synchronization result of the original curve A and the target curve B subjected to the print-scan process, that is, the extraction of the mutually symmetrical bending points of the original curve and the target curve. The distortion transformation was calculated by selecting the most suitable set of bending points, and the inverse transformation of the distortion was applied to the target curve to synchronize with the original. This process is repeatedly performed until the difference value is the smallest from the original image, and FIG. 4B is repeated three times for the curve.

도 4c 는 원본 곡선과 프린트-스캔 과정을 거친 곡선의 차이(C) 와 원본 곡선과 동기화된 곡선의 차이(D) 를 보여주는 결과로서, (C)는 원본 곡선과 대상 곡선을 겹쳐 보이고, (D)는 원본 곡선과 동기화된 대상 곡선을 겹쳐 보였다. 이를 통해서 동기화된 곡선이 원본 곡선과 더 유사하다는 것을 확인할 수 있다.Figure 4c shows the difference between the original curve and the curve after the print-scan process (C) and the difference between the curve synchronized with the original curve (D), (C) overlaps the original curve and the target curve, ) Overlaps the target curve synchronized with the original curve. This confirms that the synchronized curve is more similar to the original curve.

[ 워터마크 추출(S170) ][Watermark Extraction (S170)]

도 4d 는 본 발명에 따른 워터마크 추출 과정(S170)에 관한 세부 흐름도이다. 4D is a detailed flowchart of a watermark extraction process S170 according to the present invention.

본 발명에서 제안한 알고리즘은 워터마크를 추출하기 위해서 원본 곡선을 사용하는 non-blind 워터마킹 방식이다. 즉, 삽입된 워터마크를 추출 과정은 워터마크 삽입과 유사하게 처리된다.The algorithm proposed in the present invention is a non-blind watermarking method using an original curve to extract a watermark. That is, the process of extracting the inserted watermark is processed similarly to the watermark embedding.

먼저, 앞서 서술한 바와 같이 곡선 동기화를 수행한 후에, 대상 곡선에서 원본 곡선의 샘플 포인트와 가장 유사한 샘플 포인트를 선택하여 제어점

Figure 112008013422509-pat00020
를 추출한다(S171).First, as described above, after performing curve synchronization, the control point is selected by selecting the sample point most similar to the sample point of the original curve in the target curve.
Figure 112008013422509-pat00020
It is extracted (S171).

이후, 추출한 제어점을 메시-스펙트럼 분석을 하여 메시-스펙트럼 계수

Figure 112008013422509-pat00021
를 추출하고(S172), 원본 곡선의 메시-스펙트럼 계수와의 차이를 다음의 [수식 13] 을 통해 계산함으로써, 워터마크를 추출한다(S173).Then, mesh-spectrum analysis is performed on the extracted control points.
Figure 112008013422509-pat00021
Is extracted (S172), and the watermark is extracted by calculating the difference with the mesh-spectrum coefficient of the original curve through the following [Equation 13] (S173).

[수식 13]Equation 13

Figure 112008013422509-pat00022
Figure 112008013422509-pat00022

상기와 같이, 추출한 워터마크와 삽입된 워터마크 간의 상관계수를 계산하여 삽입된 워터마크를 확인한다(S174).As described above, the correlation coefficient between the extracted watermark and the inserted watermark is calculated to confirm the inserted watermark (S174).

본 발명에서는 강인한 워터마크의 검증에 적합한 Z 통계치를 워터마크 검증 방법으로 사용한다. 다음의 [수식 14] 와 같이 삽입된 워터마크와 추출된 워터마크의 상관계수를 구한다. 이 때, L은 워터마크의 길이이며, w는 삽입된 워터마크,

Figure 112008013422509-pat00023
는 추출한 워터마크를 의미한다.
Figure 112008013422509-pat00024
는 삽입된 워터마크의 평균이고,
Figure 112008013422509-pat00025
는 추출한 워터마크의 평균이다.In the present invention, a Z-statistic suitable for the verification of a robust watermark is used as the watermark verification method. A correlation coefficient between the inserted watermark and the extracted watermark is obtained as shown in Equation 14 below. Where L is the length of the watermark, w is the inserted watermark,
Figure 112008013422509-pat00023
Denotes the extracted watermark.
Figure 112008013422509-pat00024
Is the average of the inserted watermark,
Figure 112008013422509-pat00025
Is the average of the extracted watermarks.

[수식 14][Equation 14]

Figure 112008013422509-pat00026
Figure 112008013422509-pat00026

상기 [수식 14] 로부터 다음의 [수식 15] 와 같이 Z 통계치를 구할 수 있다. From the above [Equation 14], the Z statistical value can be obtained as shown in the following [Equation 15].

[수식 15]Equation 15

Figure 112008013422509-pat00027
Figure 112008013422509-pat00027

이하, 본 발명에 따른 B-스프라인 곡선 모델링과 메시-스펙트럼 변환을 이용한 워터마크 삽입 및 추출 방법을 이용한 실험 및 결과를 분석해보도록 한다.Hereinafter, experiments and results using watermark insertion and extraction methods using B-spline curve modeling and mesh-spectrum transformation according to the present invention will be analyzed.

실험은 [표 2] 와 같이 총 9개의 다른 선 이미지를 대상으로 실시하였다. 워터마크 삽입 세기는 0.5로 하고 Curve.tif를 제외한 모든 곡선 이미지에 길이 1000 비트의 워터마크를 삽입한다. Curve.tif 곡선에 대해서는 560 비트의 워터마크를 삽입했다.The experiment was conducted on a total of nine different line images as shown in [Table 2]. The watermark embedding intensity is 0.5 and a 1000-bit watermark is inserted into all curved images except Curve.tif. For the Curve.tif curve, a 560-bit watermark is inserted.

선 이미지Line image 크기(픽셀)Size in pixels 해상도resolution 샘플 포인트 수Sample points 제어점 수Control points Apple.tifApple.tif 756×756756 × 756 9696 675675 686686 Mountain.tifMountain.tif 591×591591 × 591 9696 11181118 12301230 Car.tifCar.tif 629×245629 × 245 9696 578578 599599 Map.tifMap.tif 770×708770 × 708 9696 535535 543543 Leaf.tifLeaf.tif 756×756756 × 756 9696 919919 976976 Curve.tifCurve.tif 634×471634 × 471 9696 273273 280280 Topo1.tifTopo1.tif 398×251398 × 251 9696 11881188 11901190 Topo2.tifTopo2.tif 459×527459 × 527 9696 24112411 24182418 Duck.tifDuck.tif 634×447634 × 447 9696 14291429 14321432

[표 2] 실험에 사용한 선 이미지 샘플Table 2 Sample line images used in experiment

제안한 알고리즘의 성능을 분석하기 위하여 Gou와 Wu가 제시한 제어점의 좌표 값에 랜덤 노이즈 형태의 워터마크를 삽입하는 선 워터마킹 알고리즘과 비교하였다. 비교를 위하여 두 곡선간의 거리 차이를 계산하여 곡선의 왜곡 정도를 나타내는 Hausdorff Distance(HD)와 워터마크 추출률을 성능의 척도로 사용하였다.To analyze the performance of the proposed algorithm, we compare it with a line watermarking algorithm that inserts a random noise-type watermark into the coordinate values of the control points presented by Gou and Wu. For comparison, the distance difference between the two curves was calculated and the Hausdorff Distance (HD) representing the distortion of the curve and the watermark extraction rate were used as measures of performance.

Figure 112008013422509-pat00028
Figure 112008013422509-pat00029
가 각각
Figure 112008013422509-pat00030
,
Figure 112008013422509-pat00031
로 정의될 때, HD는 다음의 [수식 16] 과 같이 계산된다. 따라서, HD는 서로 다른 두 곡선 간의 차이를 min-max 메트릭을 이용하여 정량화하는 방법이다.
Figure 112008013422509-pat00028
Wow
Figure 112008013422509-pat00029
Each
Figure 112008013422509-pat00030
,
Figure 112008013422509-pat00031
When defined as, HD is calculated as in Equation 16 below. Therefore, HD is a method of quantifying the difference between two different curves using the min-max metric.

[수식 16][Equation 16]

Figure 112008013422509-pat00032
Figure 112008013422509-pat00032

도 5 는 Car.tif 선 이미지로부터 제어점을 추출하여 주파수 영역으로 변환하고 워터마크를 삽입하여 워터마킹 이미지를 재구성하는 과정을 보이는 일예시도로서, 원본 이미지와 워터마킹된 이미지를 사람의 눈으로 식별하기는 어렵다. 그러나 원본 메시와 워터마킹 메시의 미세한 차이를 발견할 수 있다.FIG. 5 illustrates an example of reconstructing a watermarked image by extracting a control point from a Car.tif line image, converting it into a frequency domain, and inserting a watermark to identify an original image and a watermarked image with a human eye. It's hard to do. However, you can find subtle differences between the original mesh and the watermarking mesh.

1) 기하학적 공격에 대한 실험1) Experiment on geometric attack

메시-스펙트럼 계수의 기하학적 공격에 대한 강인성을 분석하였다. 기하학적 공격에 대한 추출 결과의 정확성을 위하여 선은 이미지로 저장하지 않고 디지털 데이터를 사용하고, 선 동기화 알고리즘도 적용하지 않았다. 선을 이미지로 저장할 경우 절삭과정이 일어나서 데이터의 손실이 발생하여 기하학적인 공격에 자체에 의한 영향을 확인할 수 없다. The robustness against the geometric attack of the mesh-spectrum coefficients was analyzed. For the accuracy of the extraction results for geometric attacks, the lines are not stored as images but use digital data and no line synchronization algorithm is applied. When the line is saved as an image, the cutting process occurs and data loss occurs, so the influence of the geometric attack on itself cannot be confirmed.

도 6 은 기존의 제어점 좌표에 워터마크를 삽입한 경우 기하학적 공격에 대한 워터마크 추출 결과이다. 1000개의 랜덤 워터마크 중 500번째의 워터마크를 삽입하였는데 Gou와 Wu 알고리즘의 경우 회전 공격과 확대 공격, 이동 공격에서 모두 워터마크를 추출하지 못하였다. 6 is a watermark extraction result for the geometric attack when the watermark is inserted in the existing control point coordinates. Of the 1000 random watermarks, the 500th watermark was inserted. In the Gou and Wu algorithms, the watermarks were not extracted from both the rotational attack, the enlarged attack, and the mobile attack.

제안한 알고리즘에 대한 결과는 도 7 에 나타나 있다. 주파수 영역으로 변환한 경우 선 동기화 알고리즘을 적용하지 않아도 기하학적 공격에서 강인함을 보였다.The results for the proposed algorithm are shown in FIG. In case of converting to the frequency domain, it is shown that it is robust against geometric attack without applying the line synchronization algorithm.

2) 프린트-스캔에 대한 실험2) Experiment on Print-Scan

오프라인 콘텐츠의 워터마킹을 위해 프린트-스캔에 대한 강인성은 필수적이다. 본 실험에서 9개의 다른 선 이미지를 대상으로 Gou와 Wu의 워터마킹 알고리즘과 제안한 워터마킹 알고리즘의 프린트-스캔에 대한 강인성을 비교하였다. 사용한 프린터는 HP Color Laserjet 4650이고 스캐너는 EPSON PERFECTION 2400 PHOTO이다. 먼저 프린터-스캔을 수행하기 전에 워터마크된 선 이미지를 파일로 저장하는 과정에서 좌표값 절삭으로 인한 선정보 훼손이 발생한다. Robustness to print-scans is essential for watermarking offline content. In this experiment, we compared the robustness of Gou and Wu's watermarking algorithm with the proposed watermarking algorithm for print-scanning on nine different line images. The printer used is the HP Color Laserjet 4650 and the scanner is EPSON PERFECTION 2400 PHOTO. In the process of saving the watermarked line image as a file before performing the printer-scanning, line information corruption occurs due to cutting of coordinate values.

도 8 과 도 9 는 Car.tif 파일에 대해 험한 결과이다. 워터마킹된 선 이미지를 파일로 저장한 경우와 추가적으로 프린트-스캔 과정을 거친 이후 Z통계치를 비 교하였다. 결과에서 볼 수 있듯이 Gou와 Wu의 알고리즘의 경우 통계치가 제안한 알고리즘의 통계치보다 낮다. 더욱이 프린트-스캔 과정 이후에 통계치가 급격하게 낮아져서 워터마크 추출이 어렵다. 그러나 제안한 알고리즘에서는 프린트-스캔 이후에도 우수한 추출 결과를 보인다.8 and 9 show rough results of the Car.tif file. The Z-statistics were compared after the watermarked line image was saved as a file and additionally after the print-scan process. As can be seen from the results, the algorithms of Gou and Wu are lower than those of the proposed algorithm. Moreover, after the print-scan process, statistics are drastically lowered, making watermark extraction difficult. However, the proposed algorithm shows good extraction even after print-scan.

동일한 실험을 다른 이미지에 대해 동일하게 수행하였고, [표 3] 에 그 결과를 정리하였다. 여기서, 디지털화는 워터마킹된 선 이미지를 파일로 변환하는 과정을 의미하고, 디지털화와 프린트-스캔 과정을 거친 이후의 이미지에 대하여 최대 Z 추출 통계치와 HD 분석 결과를 정리하였다.The same experiments were performed identically for the other images, and the results are summarized in Table 3. Here, digitization refers to a process of converting a watermarked line image into a file, and summarizes the maximum Z extraction statistics and HD analysis results for the images after the digitization and print-scan process.

선 이미지Line image Gou와 Wu의 알고리즘Gou and Wu's algorithm 제안한 알고리즘Proposed algorithm 디지털화Digitization 프린트-스캔Print-Scan HDHD 디지털화Digitization 프린트-스캔Print-Scan HDHD Apple.tifApple.tif 8.518.51 6.066.06 4.04.0 9.029.02 8.748.74 4.04.0 Mountain.tifMountain.tif 11.2411.24 4.704.70 4.04.0 11.3211.32 7.467.46 4.04.0 Car.tifCar.tif 9.419.41 3.853.85 5.25.2 9.989.98 6.606.60 4.04.0 Map.tifMap.tif 9.269.26 3.053.05 4.04.0 11.1811.18 6.146.14 4.04.0 Leaf.tifLeaf.tif 8.708.70 4.084.08 4.54.5 11.4011.40 5.425.42 4.04.0 Curve.tifCurve.tif 3.323.32 3.253.25 4.04.0 6.486.48 3.393.39 4.0 4.0 Topo1.tifTopo1.tif 9.949.94 5.945.94 4.54.5 13.4513.45 8.818.81 6.06.0 Topo2.tifTopo2.tif 12.2112.21 3.093.09 6.06.0 18.9918.99 3.173.17 6.06.0 Duck.tifDuck.tif 9.399.39 6.036.03 6.06.0 13.4513.45 12.2612.26 4.54.5

[표 3] 워터마크 Z 추출 통계치와 HD 비교 결과[Table 3] Watermark Z extraction statistics and HD comparison results

워터마킹된 선 이미지를 파일로 저장하는 경우, 기존 Gou와 Wu의 알고리즘 보다 제안한 워터마킹 알고리즘이 28.4% 정도 향상된 추출률을 나타내었고, 프린트-스캔 과정을 거친 이후에는 기존 알고리즘보다 35.4% 정도의 추출률 우수성을 보인다. 곡선의 왜곡을 나타내는 HD의 경우도 기존 워터마킹 알고리즘보다 4.0% 정도 개선된 결과를 나타낸다.When saving the watermarked line image as a file, the proposed watermarking algorithm showed 28.4% better extraction rate than the existing Gou and Wu algorithms. Seems. HD, which exhibits distortion of curves, also shows a 4.0% improvement over the existing watermarking algorithm.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다. As described above and described with reference to a preferred embodiment for illustrating the technical idea of the present invention, the present invention is not limited to the configuration and operation as shown and described as described above, it is a deviation from the scope of the technical idea It will be understood by those skilled in the art that many modifications and variations can be made to the invention without departing from the scope of the invention. Accordingly, all such suitable changes and modifications and equivalents should be considered to be within the scope of the present invention.

도 1 은 종래 B-스프라인 곡선의 제어점을 이용한 워터마킹 방법에 관한 일예시도.1 is an exemplary view of a watermarking method using a control point of a conventional B-spline curve.

도 2 는 본 발명에 따른 B-스프라인 곡선 모델링과 메시-스펙트럼 변환을 이용한 워터마크 삽입 및 추출 방법에 관한 전체 흐름도.2 is an overall flowchart of a watermark embedding and extraction method using B-spline curve modeling and mesh-spectrum transformation according to the present invention;

도 3a 는 본 발명에 따른 B-스프라인 모델화 과정(S120)에 관한 세부 흐름도.3A is a detailed flowchart of a B-spline modeling process S120 according to the present invention.

도 3b 는 본 발명에 따른 메시-스펙트럼 변환 과정(S130)에 관한 세부 흐름도.3B is a detailed flowchart of a mesh-spectrum transformation process S130 according to the present invention.

도 3c 는 본 발명에 따른 워터마크 삽입 과정(S140)에 관한 세부 흐름도.3c is a detailed flowchart of a watermark embedding process S140 according to the present invention;

도 3d 는 본 발명에 따른 이미지 재구성 과정(S150)에 관한 세부 흐름도.3D is a detailed flowchart of an image reconstruction process S150 according to the present invention.

도 4a 는 본 발명에 따른 선 동기화 과정(S160)에 관한 세부 흐름도.4A is a detailed flowchart of a line synchronization process S160 according to the present invention.

도 4b 는 본 발명에 따른 원본 곡선(A)과 프린트-스캔 과정을 거친 대상 곡선(B)의 동기화 결과를 보여주는 일예시도.Figure 4b is an exemplary view showing a synchronization result of the original curve (A) and the target curve (B) after the print-scan process in accordance with the present invention.

도 4c 는 본 발명에 따른 원본 곡선과 프린트-스캔 과정을 거친 곡선의 차이(C)와 원본 곡선과 동기화된 곡선의 차이(D)를 보여주는 일예시도.Figure 4c is an exemplary view showing the difference between the original curve and the curve (C) after the print-scan process and the difference (D) of the curve synchronized with the original curve in accordance with the present invention.

도 4d 는 본 발명에 따른 워터마크 추출 과정(S170)에 관한 세부 흐름도.4d is a detailed flowchart of a watermark extraction process S170 according to the present invention;

도 5 는 본 발명에 따른 제어점의 메시-스펙트럼 계수를 이용하여 워터마킹 이미지를 재구성하는 과정을 보이는 일예시도.5 is an exemplary view illustrating a process of reconstructing a watermarking image using mesh-spectrum coefficients of a control point according to the present invention.

도 6 은 종래 Gou와 Wu의 워터마크 방법에 따른 제어점 좌표에 워터마크를 삽입한 경우 기하학적 공격에 대한 결과를 보여주는 그래프.6 is a graph showing the result of a geometric attack when a watermark is inserted into the control point coordinates according to the conventional watermark method of Gou and Wu.

도 7 은 본 발명에 따른 기하학적 공격에 대한 결과를 보여주는 그래프. 7 is a graph showing the results for a geometric attack in accordance with the present invention.

도 8 은 종래 Gou와 Wu의 워터마크 방법에 따른 프린트-스캔에 대한 결과를 보여주는 그래프. Figure 8 is a graph showing the results for the print-scan according to the watermark method of the conventional Gou and Wu.

도 9 는 본 발명에 따른 프린트-스캔 공격에 대한 결과를 보여주는 그래프. 9 is a graph showing the results for a print-scan attack in accordance with the present invention.

Claims (12)

B-스프라인 곡선 모델링과 메시-스펙트럼 변환을 이용한 워터마크 삽입 방법에 있어서,In the watermark embedding method using B-spline curve modeling and mesh-spectrum transformation, (a) B-스프라인 모델화함으로써 곡선을 생성하고, 상기 곡선의 제어점들을 추출하는 과정;(a) generating a curve by B-spline modeling and extracting control points of the curve; (b) 상기 (a) 과정을 통해 추출된 곡선의 제어점들을 바탕으로 n개의 메시-스펙트럼 계수를 계산하는 과정; (b) calculating n mesh-spectrum coefficients based on the control points of the curve extracted through step (a); (c) 상기 (b) 과정을 통해 계산된 메시-스펙트럼 계수에 대하여 계수 값을 변경시킴으로써, 워터마크를 삽입하는 과정; 및 (c) inserting a watermark by changing coefficient values with respect to the mesh-spectrum coefficients calculated in step (b); And (d) 상기 (c) 과정을 통해 삽입된 메시-스펙트럼 계수를 메시-스펙트럼 역변환하여 워터마크가 삽입된 제어점을 계산하고, 상기 제어점을 바탕으로 B-스프라인 곡선을 재구성하는 과정; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 B-스프라인 곡선 모델링과 메시-스펙트럼 변환을 이용한 워터마크 삽입 방법.(d) calculating a control point in which a watermark is inserted by inversely transforming the mesh-spectrum coefficients inserted through the process (c) and reconstructing a B-spline curve based on the control point; Watermark embedding method using B-spline curve modeling and mesh-spectrum transformation comprising a. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 (a) 과정은, The (a) process, (a-1) 곡선의 각 점에 인덱스를 부여하고, 시작점과 끝점을 추정하여 우선순위를 정함으로써 곡선을 생성하는 단계; (a-1) generating a curve by assigning an index to each point of the curve, estimating a start point and an end point, and prioritizing the points; (a-2) 상기 생성된 곡선의 좌표 값을 순차적으로 얻은 후, 샘플링하여 샘플 포인트를 추출함으로써, B-스프라인 곡선을 생성하는 단계; 및 (a-2) generating a B-spline curve by sequentially obtaining coordinate values of the generated curve, sampling and extracting sample points; And (a-3) 상기 B-스프라인 곡선의 샘플 포인트 및 제어점을 정의하고, 최소자승법을 이용하여 제어점을 계산하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 B-스프라인 곡선 모델링과 메시-스펙트럼 변환을 이용한 워터마크 삽입 방법.(a-3) defining a sample point and a control point of the B-spline curve and calculating a control point using a least square method; Watermark embedding method using B-spline curve modeling and mesh-spectrum transformation comprising a. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 (b) 과정은, Step (b) is, (b-1) B-스프라인 곡선의 제어점들을 주파수 영역으로 변환하기 위하여 Delaunay 삼각화를 통하여 생성한 메시로부터 n×n 라플라시안 행렬(R)을 계산하는 단계;(b-1) calculating an n × n Laplacian matrix R from a mesh generated through Delaunay triangulation to convert the control points of the B-spline curve into the frequency domain; (b-2) 상기 (b-1) 단계를 통해 계산된 행렬(R)을 바탕으로 n개의 eigen 벡터와 eigen 값을 구하는 단계; 및 (b-2) obtaining n eigen vectors and eigen values based on the matrix R calculated in the step (b-1); And (b-3) 상기 n개의 제어점을 eigen 벡터에 투사하여, n개의 메시-스펙트럼 계수 ri(1≤ i≤ n) = (rs,i ,rt,i) 를 구하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 B-스프라인 곡선 모델링과 메시-스펙트럼 변환을 이용한 워터마크 삽입 방법.(b-3) projecting the n control points to an eigen vector to obtain n mesh-spectrum coefficients r i (1 ≦ i ≦ n) = (r s, i , r t, i ); Watermark embedding method using B-spline curve modeling and mesh-spectrum transformation comprising a. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 (c) 과정은, Step (c) is, (c-1) 상기 (b) 과정을 통해 계산된 메시-스펙트럼 계수에 대하여 워터마크 b 를 생성하는 단계; 및 (c-1) generating a watermark b for the mesh-spectrum coefficients calculated in step (b); And (c-2) 상기 워터마크 b를 스프레드 스펙트럼 계수 r 에 삽입하여 메시-스펙트럼 계수 r′를 생성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 B-스프라인 곡선 모델링과 메시-스펙트럼 변환을 이용한 워터마크 삽입 방법.(c-2) inserting the watermark b into a spread spectrum coefficient r to generate a mesh-spectrum coefficient r '; Watermark embedding method using B-spline curve modeling and mesh-spectrum transformation comprising a. 제 4 항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 (c-2) 단계 중, 상기 워터마크 b 는 중간 주파수 영역의 메시-스펙트럼 계수에 삽입되는 것을 특징으로 하는 B-스프라인 곡선 모델링과 메시-스펙트럼 변환을 이용한 워터마크 삽입 방법.In the step (c-2), the watermark b is inserted into the mesh-spectrum coefficients of the intermediate frequency domain, wherein the watermark embedding method using B-spline curve modeling and mesh-spectrum transformation. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 (d) 과정은, (D) process, (d-1) 워터마크가 삽입된 메시-스펙트럼 계수에서 제어점을 계산하는 단계; 및 (d-1) calculating a control point from the mesh-spectrum coefficient having the watermark embedded therein; And (d-2) 상기 (d-1) 단계를 통해 계산한 제어점을 바탕으로 샘플 포인트를 계 산하고, 상기 샘플 포인트를 보간함으로써 워터마크가 삽입된 B-스프라인 곡선을 추출하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 B-스프라인 곡선 모델링과 메시-스펙트럼 변환을 이용한 워터마크 삽입 방법.(d-2) calculating a sample point based on the control point calculated through step (d-1), and extracting a watermark-inserted B-spline curve by interpolating the sample point; Watermark embedding method using B-spline curve modeling and mesh-spectrum transformation comprising a. 삭제delete B-스프라인 곡선 모델링과 메시-스펙트럼 변환을 이용한 워터마크 추출 방법에 있어서, In the watermark extraction method using B-spline curve modeling and mesh-spectrum transformation, (g) 원본 곡선과 대상 곡선을 곡선 동기화하는 과정; 및 (g) curve synchronization of the source and target curves; And (h) 상기 대상 곡선의 메시-스펙트럼 계수를 추출하여 원본 메시-스펙트럼 계수와의 차이 값을 계산하여 워터마크를 추출하는 과정; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 B-스프라인 곡선 모델링과 메시-스펙트럼 변환을 이용한 워터마크 추출 방법.(h) extracting a watermark by extracting a mesh-spectrum coefficient of the target curve and calculating a difference value from the original mesh-spectrum coefficient; Watermark extraction method using the B-spline curve modeling and mesh-spectrum transformation comprising a. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 (g) 과정은, (G) process, (g-1) 상기 원본 곡선과 대상 곡선의 굴곡점을 추출하여 굴곡점의 집합을 구하는 단계; (g-1) extracting bending points of the original curve and the target curve to obtain a set of bending points; (g-2) 상기 대상 곡선의 왜곡 변환을 계산하는 단계; 및 (g-2) calculating a distortion transform of the target curve; And (g-3) 상기 대상 곡선에 왜곡변환의 역변환을 취함으로써, 대상 곡선 상의 모든 점을 원본 곡선 위치와 동기화시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 B-스프라인 곡선 모델링과 메시-스펙트럼 변환을 이용한 워터마크 추출 방법.(g-3) synchronizing all points on the object curve with the original curve position by taking an inverse transform of the distortion transform on the object curve; Watermark extraction method using the B-spline curve modeling and mesh-spectrum transformation comprising a. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 (h) 과정은, (H) process, (h-1) 대상 곡선에서 원본 곡선의 샘플 포인트를 바탕으로 제어점을 추출하는 단계; (h-1) extracting control points based on sample points of the original curve from the target curve; (h-2) 상기 (h-1) 단계를 통해 추출한 제어점을 메시-스펙트럼 분석하여 메시-스펙트럼 계수를 추출하는 단계; 및 (h-2) mesh-spectrum analysis of the control points extracted through the step (h-1) to extract mesh-spectrum coefficients; And (h-3) 상기 원본 곡선의 메시-스펙트럼 계수와의 차이 값을 계산하여 워터마크를 추출하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 B-스프라인 곡선 모델링과 메시-스펙트럼 변환을 이용한 워터마크 추출 방법.(h-3) extracting a watermark by calculating a difference value from a mesh-spectrum coefficient of the original curve; Watermark extraction method using the B-spline curve modeling and mesh-spectrum transformation comprising a. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 (h-3) 단계 이후에,After the step (h-3), (h-4) 상기 (h-3) 단계를 통해 추출한 워터마크와 삽입된 워터마크 간의 상관계수를 계산하여 삽입된 워터마크를 확인하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 B-스프라인 곡선 모델링과 메시-스펙트럼 변환을 이용한 워터마크 추출 방법.(h-4) checking the inserted watermark by calculating a correlation coefficient between the watermark extracted through the step (h-3) and the inserted watermark; Watermark extraction method using the B-spline curve modeling and mesh-spectrum transformation further comprises. 삭제delete
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