We present a simple and efficient reversible data hiding method that enables host media to be restored from marked media without any loss of host information. Also, a region-based tampering detection and restoring method exploiting both the improved reversible data hiding algorithm and image homogeneity analysis for image authentication and integrity verification are addressed. Since the reversibility helps to make right decision during image understanding and analysis, it is highly desired in quality-sensitive imagery where even the minimal distortion introduced by embedding data is unacceptable. To insert useful information, the presented method modifies the difference histogram between sub-sampled images. The advantages of the presented method are that (1) it exploits the high spatial correlation inherent in neighboring pixels to achieve high capacity and imperceptible embedding and that (2) it is capable of detecting a tampered region and then recovering the tampered region by using the embedded information selected as the recovery feature. On various test images including 8-bit, 12-bit, and 16-bit images, we demonstrate the validity and effectiveness of the proposed method by comparing to other existing reversible data hiding algorithms. Through the experiments, the presented method can be deployed for applications in the areas of image authentication and verification, tamper proofing, medical and military imaging.
이제 전자문서, MP3, HD-TV와 같은 디지털 멀티미디어들은 기존의 종이 책, 테이프, 아날로그 TV가 주축을 이룬 아날로그 미디어들의 대부분을 대체하고 있다. 이러한 디지털로 만들어진 미디어들은 인터넷으로 서로 연결된 네트워크를 통하여 손쉽게 전송을 함으로써 전송 비용을 줄일 수 있었고, 높은 시각적, 음향적 향상을 제공하여 소비자들의 만족도를 상승시켰다. 하지만, 원본 정보의 손실 없이 동일한 복사본을 쉽게 만들 수 있다는 점과 인터넷을 통한 무분별한 배포 행동 등은 콘텐츠 제작자와 서비스 제공자로 하여금 저작권의 보호와 같은 법적 보호를 필요로 하게 만들었다.
최근까지만 하더라도 암호학 기반 알고리즘이 저작권 보호 시스템의 일부로써 디지털 콘텐츠의 승인, 결제, 전송 등의 기능을 담당했지만, 한번 복호화되면 누구든 손쉽게 원본 콘텐츠를 아무런 제약 없이 얻을 수 있어 더 이상 보호할 수 없다는 단점이 제기되었다. 디지털 워터마킹은 이러한 단점을 보완하는 기술로, 콘텐츠 자체에 유용한 정보를 비인지적으로 삽입하여 여러 응용 분야에 활용될 수 있다.
본 학위논문에서는 디지털 워터마킹의 한 방법인 가역적 워터마킹 모델을 제시하고, 이후 개선된 방법을 활용한 영상 훼손 탐지 및 복구 방법을 소개한다. 가역 워터마킹이란 정보의 삽입 후에도 가역적인 방법을 이용하여 삽입된 정보를 삭제 후 원본 정보를 복구할 수 있다. 주요 응용 분야로써는 고해상도, 고품질 영상들을 다루는 군사분야와 의료분야이다. 따라서, 원본 영상에 접근하여 영상 분석 및 영상 처리를 할 수 있는 것과 동시에 저작권 및 소유자의 정보, 영상 인증을 위한 인증 코드 추출, 부가적인 설명을 위해 입력된 정보 등등을 함께 얻을 수 있다는 장점이 있다. 정보 삽입을 위해 원 영상을 부 표본 영상들로 나누고 그들간의 공간적인 유사성과 픽셀의 중복성을 활용한다. 이것은 이웃하거나 인접한 픽셀들의 차이가 0을 중심으로 하는 분포로 이루어져 있다는 사실에 기반한 것으로서, 제안된 방법은 (1) 높은 삽입 용량 대비 (2) 높은 질적 품질, 그리고 모든 삽입 및 검출과정이 공간도메인에서 이루어지기 때문에 (3) 낮은 연산 복잡도를 제공한다. 또한 이 방법을 좀더 개선한 가역 워터마킹 방법과 영상의 구조적인 동일성 분석 알고리즘을 활용한 훼손 영역의 탐지 및 복구 방법을 제시한다. 여기서 삽입되는 정보, 즉 복구 특징점으로는 가변 블록 크기의 평균값이 사용되었다. 이것은 기존의 고정된 크기를 갖는 블록의 평균값이 사용되는 방법보다 (4) 주어진 영상의 구조적인 동일성 분석 과정을 통해 영상 기반의 특징점을 얻을 수 있었고, 결과적으로 (5) 특징점 길이의 적응성과 탄력성, (6) 특히 평평한 부분의 훼손보다는 중/고주파 요소들이 많이 포함되어 있는 에지 및 거친 지역의 훼손 시 복구 성능 향상에 매우 효과적이었다.
