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Interval-based Audio Integrity Authentication Algorithm using Reversible Watermarking

가역 워터마킹을 이용한 구간 단위 오디오 무결성 인증 알고리즘

  • 여동규 (국립금오공과대학교 모바일연구소) ;
  • 이해연 (국립금오공과대학교 컴퓨터소프트웨어공학과)
  • Received : 2011.10.25
  • Accepted : 2012.01.05
  • Published : 2012.02.29

Abstract

Many audio watermarking researches which have been adapted to authenticate contents can not recover the original media after watermark removal. Therefore, reversible watermarking can be regarded as an effective method to ensure the integrity of audio data in the applications requiring high-confidential audio contents. Reversible watermarking inserts watermark into digital media in such a way that perceptual transparency is preserved, which enables the restoration of the original media from the watermarked one without any loss of media quality. This paper presents a new interval-based audio integrity authentication algorithm which can detect malicious tampering. To provide complete reversibility, we used differential histogram-based reversible watermarking. To authenticate audio in parts, not the entire audio at once, the proposed algorithm processes audio by dividing into intervals and the confirmation of the authentication is carried out in each interval. Through experiments using multiple kinds of test data, we prove that the presented algorithm provides over 99% authenticating rate, complete reversibility, and higher perceptual quality, while maintaining the induced-distortion low.

콘텐츠의 인증을 위한 기존의 오디오 워터마킹 연구들은 워터마크의 제거 후에 원본 복원이 불가능한 것이 많다. 가역 워터마킹 기법은 고신뢰성의 오디오 콘텐츠가 요구되는 응용분야에서 오디오 데이터의 무결성을 인증하기 위한 효과적인 방법으로 적용될 수 있다. 가역 워터마킹 기법은 디지털 콘텐츠에 지각적 투명성을 유지하며 워터마크를 삽입한 후, 이를 아무런 손상없이 원본 상태로 복원할 수 있게 한다. 본 논문에서는 악의적인 위변조를 탐지하는 구간 단위의 오디오 무결성 인증 알고리즘을 제안하며, 완전한 가역성을 제공하기 위하여 차이값 히스토그램 기반 가역 워터마킹 기법을 사용한다. 전체에 대해서 한 번의 인증이 아닌 부분적인 인증을 위하여 오디오를 구간 단위로 분할하여 인증 정보를 삽입하며, 무결성 인증 또한 구간 단위로 수행된다. 다양한 실험 데이터들에 대하여 비교 분석한 실험 결과에 따르면 제안한 알고리즘은 완전한 가역성과 함께 낮은 왜곡을 유지하면서도 99% 이상의 높은 인증률을 얻을 수 있었다.

Keywords

References

  1. I. Cox, M. Miller, J. Bloom, J. Fridrich and T. Kalker, "Digital Watermarking and Steganography," Morgan Kaufmann Publishers Inc., San Francisco, CA, 2007.
  2. J. Fridrich, J. Goljan and R. Du, "Invertible authentication," Proc. of the SPIE, Security and Watermarking of Multimedia Contents, San Jose, CA, Vol.4314, pp.197-208, Jan., 2001.
  3. F. Mintzer, J. Lotspiech and N. Morimoto, "Safeguarding digital library contents and users: digital watermarking," D-Lib Magazine, Dec., 1997.
  4. S. Katzenbeisser and F. A. P. Peticolas, Eds., Information Hiding Techniques for Steganography and Digital Watermarking. Norwell, MA: Artech House, 2000.
  5. H. T. Sencar, M. Ramkumar, A. N. Akansu, and A. Sukerkar, "Improved utilization of embedding distortion in scalar quantization based data hiding techniques," EURASIP Signal Process. J. (Elsevier), Vol.87, pp.877-890, May, 2007. https://doi.org/10.1016/j.sigpro.2006.08.012
  6. J. Haitsma, T. Kalker, and F. Bruekers, "Audio watermarking for monitoring and copy protection," in Proc. 8th ACM Multimedia Workshop, Los Angeles, CA, pp.119-122, 2000.
  7. D. Kirovski and H. S. Malvar, "Spread-spectrum watermarking of audio signals," IEEE Trans. Signal Process., Vol.51, No.4, pp.1020-1033, Apr., 2003. https://doi.org/10.1109/TSP.2003.809384
  8. R. Tachibana, S. Shimizu, T. Nakamura, and S. Kobayashi, "An audio watermarking method robust against time- and frequency-fluctuation,"in Proc. SPIE Security and Watermarking of Multimedia Contents III, San Jose, CA, Vol.4314, pp.104-115, 2001.
  9. R. Tachibana, "Improving audio watermark robustness using stretched patterns against geometric distortion," Proc. PCM Adv. Multimedia Inf. Process., Vol.2532, pp.647-654, 2002.
  10. M. Mansour and A. Tewfik, "Audio watermarking by time-scale modification,"in Proc. IEEE Int. Conf. Acoustics, Speech and Signal Processing, Vol.3, pp.1353-1356, May, 2001.
  11. M. Mansour and A. Tewfik, "Data embedding in audio using time-scale modification," IEEE Trans. Speech Audio Process., Vol.13, No.3, pp.432-440, May, 2005. https://doi.org/10.1109/TSA.2005.845816
  12. W. Li, X. Xue, and P. Lu, "Localized audio watermarking technique robust against time-scale modification," IEEE Trans. Multimedia, Vol.8, No.1, pp.60-69, Feb., 2006. https://doi.org/10.1109/TMM.2005.861291
  13. S. Xiang and J. Huang, "Histogram-based audio watermarking against time-scale modifications and cropping attacks," IEEE Trans. Multimedia, Vol.9, No.7, pp.1357-1372, Nov., 2007. https://doi.org/10.1109/TMM.2007.906580
  14. X. Zhang, D. Chang, W. Yang, Q. Huang, W. Guo and Y. Zhao, "An Audio Digital Watermarking Algorithm Transmitted via Air Channel in Double DCT Domain," 2011 International Conference on Multimedia Technology (ICMT), pp.2926-2930, Jul., 2011.
  15. X. Huang, I. Echizen, and A. Nishimura, "A new approach of reversible acoustic steganography for tampering detection," Proc. of Intelligent Information Hiding and Multimedia Signal Processing (IIHMSP2010), pp.538-542, Nov., 2010.
  16. 여동규, 이해연, "차이값 히스토그램 기반 가역 워터마킹을 이용한 블록 단위 영상 인증 알고리즘", 정보처리학회논문지 Vol.18B, No.6, Dec., 2011.