Development of a Robust Multiple Audio Watermarking Using Improved Quantization Index Modulation and Support Vector Machine

개선된 QIM과 SVM을 이용한 공격에 강인한 다중 오디오 워터마킹 알고리즘 개발

  • Received : 2015.04.01
  • Accepted : 2015.05.01
  • Published : 2015.04.30

Abstract

This paper proposes a robust multiple audio watermarking algorithm using improved QIM(quantization index modulation) with adaptive stepsize for different signal power and SVM(support vector machine) decoding model. The proposed algorithm embeds watermarks into both frequency magnitude response and frequency phase response using QIM. This multiple embedding method can achieve a complementary robustness. The SVM decoding model can improve detection rate when it is not sure whether the extracted data are the watermarks or not. To evaluate robustness, 11 attacks are employed. Consequently, the proposed algorithm outperforms previous multiple watermarking algorithm, which is identical to the proposed one but without SVM decoding model, in PSNR and BER. It is noticeable that the proposed algorithm achieves improvements of maximum PSNR 7dB and BER 10%.

본 논문에서는 신호의 파워에 따라 적응적 스텝 사이즈를 갖는 개선된 QIM(Quantization index modulation)과 SVM(Support vector machine) 디코딩 모델을 이용한 다중 오디오 워터마킹 알고리즘을 제안한다. 워터마크는 주파수 크기 응답과 주파수 위상 응답에 QIM을 이용하여 삽입한다. 이는 주파수 크기 응답과 위상 응답에 강인한 공격이 다르기 때문에 양쪽 모두 삽입하여 강인성을 보완하기 위해서이다. 검출시에는 SVM 디코딩 모델을 사용하여 검출된 워터마크가 워터마크로서의 기능이 애매모호한 경우를 개선하여 검출 비율을 향상시킨다. 강인성 검증을 위해 11개의 공격을 사용하였고 그 결과 SVM 디코딩 모델을 사용하지 않은 기존의 다중 오디오 워터마킹 방법보다 훨씬 우수한 성능을 보였다. 특히 PSNR은 최대 7dB의 개선 효과를, BER은 10%의 개선 효과를 보인 것은 주목할 만한 결과이다.

Keywords

References

  1. J. Cox, M. L. Miller, and J. A. Bloom, Digital Watermarking, Morgan Kaufmann, San Francisco, CA, 2001.
  2. J.-S. Pan, H.-C. Huang, and L. C. Jain, Intelligent Watermarking Technique, World Scientific, River Edge, New Jersey, 2004.
  3. B. Chen and G. W. Wornell, "Quantization index modulation: a class of provably good methods for digital watermarking and information embeddeing," IEEE Trans. Information Theory, Vol. 47, No. 4, pp. 1423-1443, May 2001. https://doi.org/10.1109/18.923725
  4. H. J. Choi, Y. H. Seo, J. S. Yoo and D. W. Kim, "HoloMarking: Digital Watermarking Method using Fresnel Hologram,"(in Korean)J. Commun. Inform. Sci. Kr. Vol. 34, pp. 604-610, 2009.
  5. 이윤호, 이광우, 김승주, 원동호, 양형규, "QIM 워터마킹 방식에서의 양자화 구간 간격 최적화에 관한 연구", 정보보호학회논문지, Vol. 16, No. 1, pp. 45-53, 2006.
  6. A. Sarkar and B. S. Manjunath, "Double embedding in the quantization index modulation framework," Proc. 2009 IEEE Intl. Conf. Image Process., pp. 3653-3656, 2009.
  7. 이태홍, 이경훈, 김용훈, "웨이블릿 기반의 강인한 패턴 디지털 워터마킹 방법", 한국멀티미디어학회논문지, Vol. 7, No. 1, pp. 98-105, 2004.
  8. C.V. Serdean, M. Tomlinson, J. Wade and A.M. Ambroze, "Protecting Intellectual Rights: Digital Watermarking in the wavelet domain," IEEE Int. Workshop Trends and Recent Achiev. in IT, pp. 16-18, 2002.
  9. C. J. C. Burges, "A tutorial on support vector machines for pattern recognition," Data Min. and Knowl. Discov. Vol. 2, pp. 121-167, 1998. https://doi.org/10.1023/A:1009715923555
  10. T. Page, "Digital watermarking as a form of copyright protection," Compute Law & Security Review, Vol. 14, No. 6, pp. 390-392, 1998. https://doi.org/10.1016/S0267-3649(98)80007-1
  11. M. D. Swanson, B. Zhu, and A. H. Tewfik, "Data hiding for video-in-video," in Proc. IEEE Intl. Conf. Image Process., Piscataway, NJ, Vol. 2, pp. 676-679, 1997.
  12. B. Chen and G. W. Wornell, "Dither Modulation: A New Approach to Digital Watermarking and Information Embedding Using Dither Modlation," in Proc. IEEE MMSP-98, pp. 273-278, 1998.
  13. N. Khademi, M. A. Akhaee, S. M. Ahadi, M. Moradi, and A. Kashi, "Audio watermarking based on quantization index modulation in the frequency domain," Proceedings of 2007 IEEE International Conference on Signal Processing and Communications, Dubai, United Arab Emirates, pp. 1127-1130, 2007.
  14. M. D. Swanson, B. Zhu, and A. H. Tewfix, "Current state of the art, challenges and future directions for audio watermarking," IEEE International Conference of Multimedia Computing and Systems, Vol. 1, pp. 19-24, 1999.
  15. ITU (International Telecommunication Union). Recommendation BS.1534-1: Method for the subjective assessment of intermediate quality levels of coding systems, http://www.itu.int/rec/recommendation.asp?type=folders&parent=R-REC-BS.1534 2003.