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1、1,基於碎形正交基底之資訊隱藏技術 Data Hiding Technique based on Fractal Orthonormal Basis,研究生：蔡坤龍 指導教授：蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系,2,一. 浮水印簡介與相關研究,數位資訊 易儲存、複製、修改、傳撥=盜用、侵占 智慧財產權 =數位浮水印 數位化圖像: 對其中某些點的顏色值修改 聲音: 小幅修改時域上的信號振幅 影片: I-Frame、移動向量(motion vector),MPEG Frame,3,浮水印分類,加入浮水印後影像 I = I + W 視覺上: 可見式浮水印(visible watermark) 不可見式
2、浮水印(invisible watermark) 應用上: 易碎式浮水印(fragile watermark) 強健式浮水印(Robust watermark)技術上: 空間域 頻率域,4,浮水印分類,加入浮水印後影像 I = I + W 視覺上: 可見式浮水印(visible watermark) 不可見式浮水印(invisible watermark) 應用上: 易碎式浮水印(fragile watermark) 強健式浮水印(Robust watermark)技術上: 空間域 頻率域,5,浮水印技術優劣的指標 : 透明度(Transparency) 強健性(Robustness) 確定性
3、(Unambiguous) 不易計量偵測 不需原圖 (Blind) 嵌入資料量 安全性,6,各類影像破壞攻擊,幾合轉換破壞(Geometrical transformation attacks)剪裁(cropping)縮放(down-scaling)旋轉(rotation)平移 (translation) 影像處理破壞(Image processing attacks) 均化(smoothing)中值濾波(median filter) 加入高斯雜訊破壞(Gaussian noise) 影像壓縮破壞(Image compression attacks) JPEG壓縮 SPIHT壓縮EZW壓縮,7
4、,浮水印相關研究,空間域 : 置換最低位元法(LSB, Least Significant Bit) 補釘法(Patchwork)及紋理區塊編碼法(Texture Block) 向量量化法(VQ,Vector Quantization),8,離散餘弦轉換域(DCT Domain),Cox et al.(1997):,9,Xia et al.(1998): 各高、中頻頻道中選取前 大 高頻和中頻 = 視覺上的失真小 DWT壓縮: SPIHT、EZW,離散小波轉換域(DWT Domain),10,離散傅利葉轉換域(DFT Domain),Shi et al.(2003) : 中頻區: 、 中之 個
5、同心圓 量化振幅頻譜 (magnitude spectrum)嵌入 個位元對於幾何破壞(旋轉，縮放，平移，剪裁)有較佳強健性,11,複合式浮水印技術,Kang et al.(2003): DWT 、 DFT14個template point,12,二. 碎形影像壓縮,Jacquin (1992) 迭代函數系統 ( IFS ) 幾何縮小 s ( scaling ) 平移 t ( translation ) 方塊旋轉 i ( isometry ) 亮度 l ( luminance transform ),13,Jacquin (1992) 迭代函數系統 ( IFS ) 幾何縮小 s ( scali
6、ng ) 平移 t ( translation ) 方塊旋轉 i ( isometry ) 亮度 l ( luminance transform ),二. 碎形影像壓縮,14,Jacquin (1992) 迭代函數系統 ( IFS ) 幾何縮小 s ( scaling ) 平移 t ( translation ) 方塊旋轉 i ( isometry ) 亮度 l ( luminance transform ),二. 碎形影像壓縮,15,Jacquin (1992) 迭代函數系統 ( IFS ) 幾何縮小 s ( scaling ) 平移 t ( translation ) 方塊旋轉 i ( i
7、sometry ) 亮度 l ( luminance transform ),二. 碎形影像壓縮,16,Jacquin (1992) 迭代函數系統 ( IFS ) 幾何縮小 s ( scaling ) 平移 t ( translation ) 方塊旋轉 i ( isometry ) 亮度 l ( luminance transform ),二. 碎形影像壓縮,C1:,C2:,17,Jacquin (1992) 迭代函數系統 ( IFS ) 幾何縮小 s ( scaling ) 平移 t ( translation ) 方塊旋轉 i ( isometry ) 亮度 l ( luminance t
8、ransform ),二. 碎形影像壓縮,18,Vines (1993) 在同一張影像中，先訓練出Orthonormal basis vectors (使用Gram-Schmidt 得正交基底向量) 利用複數個之Domain方塊(Orthonormal basis vectors)去產生Range方塊之近似方塊(實作中為64個Domain方塊) 優點:提高PSNR,壓縮快速,三. 碎形正交基底編碼 (Fractal Orthogonal Basis IFS),19,碎形正交基底浮水印,多正交基底近似Range方塊利用各Range區塊的係數來隱藏資訊,20,嵌入演算法,21,擷取演算法,22,擷
9、取演算法,23,嵌入浮水印實作,256256、8bits灰階圖 3232二元黑白影像浮水印 88 的Range 、1616的Domain 資料量最大為 323264 bits 每Range block藏 4 bits Permutation = seed,24,嵌入浮水印實作,256256、8bits灰階圖 3232二元黑白影像浮水印 88 的Range 、1616的Domain 資料量最大為 323264 bits 每Range block藏 4 bits Permutation = seed,25,26,27,28,擷取浮水印實作,29,四. 研究結果,(b) 浮水印影像,32x32二元黑
10、白圖,(a)原始影像 ,256x256灰階,(c)嵌入FOB浮水印後影像,PSNR:34.63,(d)原始與嵌入後影像差,30,(a)嵌入Cox浮水印後影,PSNR:28.06,(b)與原圖差,(c) 與原圖DCT domain 差,Cox et al. DCT domain 低頻區,31,Xia et al. DWT domain 中高頻區,(a)嵌入Xia浮水印後影,PSNR:34.29,(b)與原圖差,(c)與原圖 DWT domain 差,32,嵌入資料量與透明度(Transparency)比較,33,幾合轉換破壞(Geometrical transformation),剪裁(crop
11、ping),(a)100%(FOB),(b)82.1%,(c)61.0%,(d)39.0%,(e)21.9%,(f)11.8%,34,剪裁(cropping),35,剪裁(cropping),36,縮放(down-scaling)：,(a)256256(Cox),(b)224224 PSNR:36.96,(c)192192 PSNR:30.94,(d)160160 PSNR:26.43,(e) 128128 PSNR:25.40,(f) 6464 PSNR:21.99,37,縮放(down-scaling),38,縮放(down-scaling),39,影像處理破壞(Image process
12、ing attacks),均化(smoothing) :,(b)33 PSNR:29.95,(a)Embedded(Xia),(c)55 PSNR:25.99,(d)77 PSNR:24.43,40,均化(smoothing),41,均化(smoothing),42,中值濾波(median filter)：,(b)55, PSNR:32.21,(a)3x3(Xia) PSNR:34.10,(c)77, PSNR:31.27,(d)99, PSNR:30.51,43,中值濾波(median filter)：,44,中值濾波(median filter)：,45,加入高斯雜訊(Gaussian n
13、oise)破壞,(b)55, PSNR:28.35,(a)3x3(Cox) PSNR:34.47,(c)77, PSNR:24.73,(d)99, PSNR:22.27,46,高斯雜訊(Gaussian noise)破壞,47,高斯雜訊(Gaussian noise)破壞,48,影像壓縮破壞(Image compression attacks),JPEG壓縮：,(a)quality: 90, PSNR:40.71(FOB),(b)quality: 70, PSNR:35.71,(c)quality: 50, PSNR:33.69,49,JPEG壓縮：,(f)quality: 10, PSNR:
14、28.12,(e)quality: 20, PSNR:30.54,(d)quality: 30, PSNR:31.87,50,51,JPEG壓縮：,52,SPIHT壓縮：,(b) (Cox) bit rate:1.0 PSNR:37.76,(a)(Cox) bit rate:1.5 PSNR:40.89,(c)(Cox) bit rate:0.75 PSNR:35.69,(d)(Cox) bit rate:0.5 PSNR:33.03,53,SPIHT壓縮：,(f)(Cox) bit rate: 0.1 PSNR:30.22,(e)(Cox) bit rate: 0.4 PSNR:31.76,
15、(g)(Cox) bit rate: 0.2 PSNR:28.41,(h)(Cox) bit rate: 0.1 PSNR:25.74,54,SPIHT壓縮：,55,SPIHT壓縮：,56,EZW壓縮：,(a) bit rate: 1.5, PSNR:38.52(Xia),(b) bit rate: 1.0, PSNR:35.92,(c) bit rate: 0.75, PSNR:33.44,57,EZW壓縮：,(f) bit rate: 0.1, PSNR:23.11,(e) bit rate: 0.3, PSNR:28.35,(d) bit rate: 0.5, PSNR:30.99,58,EZW壓縮：,59,EZW壓縮：,60,五. 結論,碎形正交基底=影像壓縮、影像資料庫搜尋、浮水印 等應用。 利用區塊間正交獨立、在其係數隱藏資料而不互相干擾。 對於大部份破壞有抵抗強健性。 僅保留部分壓縮碼、亂數種子=半盲型浮水印、密鑰。 未來發展 : SPIHT、EZW 、 JPEG2000。 複合式浮水印技術(Kang)=旋轉、平移。,61,報告結束,
