Abstract

The rapid evolution of digital image manipulation and transmission techniques has created a pressing need for the protection of the intellectual property rights on images. A copyright protection method that is based on hiding an ‘invisible’ signal, known as digital watermark, in the image is presented in this paper. Watermark casting is performed in the spatial domain by slightly modifying the intensity of randomly selected image pixels. Watermark detection does not require the existence of the original image and is carried out by comparing the mean intensity value of the marked pixels against that of the pixels not marked. Statistical hypothesis testing is used for this purpose. Pixel modifications can be done in such a way that the watermark is resistant to JPEG compression and lowpass filtering. This is achieved by minimizing the energy content of the watermark signal at higher frequencies while taking into account properties of the human visual system. A variation that generates image dependent watermarks as well as a method to handle geometrical distortions are presented. An extension to color images is also pursued. Experiments on real images verify the effectiveness of the proposed techniques.

Zusammenfassung

Die schnelle Entwicklung digitaler Bildmanipulationen und -über- tragungsverfahren hat eine drängende Notwendigkeit für den Schutz intellektueller Eigentumsrechte von Bildern erzeugt. Ein Schutz des Copyrights, der auf dem Verstecken eines ‘unsichtbaren’ Signals beruht, ist als digitales Wasserzeichen innerhalb des Bildes bekannt und wird in dieser Arbeit vorgestellt. Der Einschluß eines Wasserzeichens wird im räumlichen Bereich durch eine geringe Modifikation der Intensität zufällig ausgewählter Bildpunkte erreicht. Die Erkennung des Wasserzeichens erfordert nicht die Vorlage des Originalbildes und wird durch Vergleich der mittleren Intensität der markierten Bildpunkte mit derjenigen der nicht markierten Punkte erreicht. Zu diesem Zweck wird ein statistischer Hypothesentest benutzt. Die Punktmodifikation kann in einer solchen Weise durchgeführt werden, daß das Wasserzeichen gegenüber einer JPEG-Kompression und Tiefpaßfilterung resistent ist. Durch die Minimierung des Energieinhaltes des Wasserzeichensignals bei höheren Frequenzen wird dies erreicht, wobei die Eigenschaften des menschlichen Gesichtssinnes berücksichtigt werden. Es werden eine Variation, die bildabhängige Wasserzeichen erzeugt, sowie eine Methode präsentiert, die geometrische Verzerrungen behandelt. Ein Erweiterung auf Farbbilder wird auch verfolgt. Experimente mit echten Bildern bestätigen die Effizienz der vorgeschlagenen Methode.

Résumé

L’évolution rapide de la manipulation des images numériques et des techniques de transmission a généré un besoin pressant de protection des droits de la propriété intellectuelle sur les images. Une méthode de protection des droits d’auteur, basée sur le camouflage d’un signal ‘invisible’ dans l’image, connusous le nom de filigrane numérique (digital watermark) est présentée dans cet article. Le placement du watermark est opéré dans le domaine spatial par modification légère de l’intensité de pixels de l’image choisis aléatoirement. La détection du watermark ne requiert pas l’image originale et elle s’opère par comparaison entre l’intensité moyenne des pixels marqués et celle des pixels non marqués. Un test d’hypothèse statistique est utilisé à cet effet. Les modifications des pixels peuvent être faites de telle façon que le watermark soit résistant vis-à-vis de la compression JPEG et du filtrage passe-bas. Ceci est obtenu en minimisant l’énergie du signal de watermark dans les hautes fréquences tout en tenant compte des propriétés du système visuel humain. Une variante générant des watermarks dépendant de l’image ainsi qu’une méthode de prise en compte des distorsions géométriques sont également présentées. Une extension aux images couleur est également en cours de développement. Les expériences réalisées sur des images réelles permettent de vérifier l’efficience des techniques proposées.

Author Keywords: Copyright protection; Watermarking; Steganography

Index Terms: Image processing; Digital signal processing; Image communication systems; Statistical methods; Copyrights; Image watermarking

Article Outline

1. Introduction

2. Basic watermarking algorithm

3. Immunity to subsampling

4. Robust watermark design

5. Invisible watermarking using properties of the human visual system

6. Handling geometrical distortions

7. Image dependent watermarks

8. Watermarks for color images

9. Experimental results

10. Conclusions

Appendix

Appendix

Appendix

References