1.1. 研究背景與動機
隨著數位相機的蓬勃使用，漸漸地電子式數位影像淘汰了傳統的沖洗式相片，
原因有許多，其中有些考量因素，像是影像可以長久保存、容易進行繪圖修改以 及便於傳送分享給他人；然而部分優點也同時是缺點，例如是易被他人複製盜用，
或者是再經修改後，即成為他人所聲稱擁有權的影像。數位影像版權的宣告自此 成為一項重要技術，諸多的浮水印研究也油然而生；但是礙於數位相機上的影像 前處理設計，不適合延長相片處理的間隔時間，來加入浮水印演算法；又或是經 由繪圖軟體的方式，後製影像加註浮水印又曠日廢時，數位浮水印的應用至今仍 然受限。
因此，現在數位影像的擁有者或使用者，對於影像版權宣告的概念都相當薄 弱，伴隨著網路相簿、雲端空間及社交網站的崛起，侵權使用影像的狀況日益氾 濫。另外，過去兩年來配有高畫素相機的行動裝置快速普及，網絡上大量湧現了 來自於智慧型手機或是平板電腦的數位影像，但若挾此高運算能力的裝置，將數 位浮水印系統結合進拍照與繪圖編輯後，有望普及使用者對於影像的版權宣告，
進而提升大眾對於保護數位影像版權的認知。
國際數據資訊公司(International data cooperation, IDC)是間長期做消費科技與 資訊市場調查的專業公司。於 2013 年五月的手機與平板各系統佔有率調查結果 如表 1-1 與 1-2 所示，可看出 Android OS 無論是在智慧型手機或是平板電腦都囊 括超過一半的大餅，而手機更是擁有著 75.0%的高市場佔有率，故本研究選擇 Android OS 作為實踐平台。
表 1- 1 IDC 手機 OS 市占率表
Source: IDC Worldwide Quarterly Mobile Phone Tracker, May 2013.
表 1- 2 IDC 平板 OS 市占率表
Source: IDC Worldwide Tablet Tracker, May 1, 2013.
1.2. 研究目的
由於前述的背景與動機，遂本論文的目標即是設計一能即時處理的浮水印嵌 入端及可信賴的萃取端。為了符合行動裝置上，大眾對於數位影像的竄改方式，
我們採用嵌入感興趣區的方式來應對，有意義地提供多份的可藏入空間。而核心 的數位浮水印法，是改良一篇基於小波樹的演算法，使整個浮水印系統，既能符 合應用層面，也能顧及版權保護的強健性本質，保有浮水印不受嚴重竄改而損 壞。
並且更改解回端的設計，使得浮水印系統對於欲保護影像與嵌入商標，有較 少的影像內容限制，可適應使用者喜好的各種浮水印圖像內容。優化嵌入與萃取 端的設計，提升浮水印系統效果並減少運算量。
Mobile device
圖 1 - 1 欲保護範例影像
1.3. 文獻回顧
一直以來，數位浮水印有著多方發展，主要的架構就分為基於空間域(Spatial domain)轉換與頻率域(Frequency domain)轉換，使用空間域的浮水印其強健性 (Robustness)不比頻率域，雖然能提供不同任務的影像保護，但是在注重抵抗竄改 的主流浮水印系統裡，仍多使用頻率域轉換後的影像資訊，又以離散餘弦轉換 (Discrete Cosine Transform, DCT)與離散小波轉換(Discrete Wavelet Transform, DWT)為最常見；基於離散餘弦轉換浮水印屬於較早期的研究，後來因為它的計 算量較大，所以近年來主要為離散小波轉換的浮水印[1]-[5]，其中 Lin [3]是使用 小波轉換後的係數區塊來藏入資訊，而 Lin [4]是將小波係數組成樹後，浮水印嵌 入在重要的係數(Insignificant coefficients)內，Run [5]則是調整小波樹內的係數差 值來代表浮水印內容。小波轉換後的係數在面對影像竄改時比較敏銳，因此研究 重點即是如何提升離散小波轉換型浮水印強健性。
另外，有些浮水印系統，會結合資訊隱藏的概念，在嵌入之前，先用各式打 亂方式來加密處理，像是 Kamble [6]使用阿諾德(Arnod)轉換，但是這類處理所要 的不可偵測性(Undetectability)，並非數位浮水印的原本目的，所以本研究僅採隨 機亂數打亂方式來獲得兩把金鑰。
雖然數位影像拍攝技術，不是從黑白畫面演進至彩色，但是，關於彩色影像 的浮水印研究，仍然沒有明確方向，有的研究 Dharwadkar [7]是依色彩成分比例 嵌入 R、G 與 B 平面，也有研究 Ghouti [8]直指 YCbCr 為最佳色彩空間，當然有 更多的是直接使用 Y 通道的浮水印法，本研究參與部分 Chen 的 YCbCr 最佳通道 分析，故有初步的色彩平面決定機制。
結合感興趣區域(Region of interest, ROI)算是一種比較應用面的浮水印系統，
因為浮水印初始的設計理念是保護完整的數位影像，從一張影像藏入單一浮水印，
到後來出現了將單一影像平均切割成數個區塊來同時嵌入數個相同的浮水印，如 Run [9]，這種作法在面對裁切攻擊時，顯著地提升強健性，但是代價是大量的運
算量；為了取其優點，又要避免過多的運算量，所以出現了關於嵌在感興趣區域 的浮水印系統，當然也有目標僅是為了保護特別區塊或物件，Ehsani [10]是針對 臉部是否遭竄改的浮水印萃取辨識，而 Paraskevi [11]則是保護所有臉部區塊的資 訊。
有多篇基於小波轉換的相關浮水印研究、臉部區塊保護的應用以及實作在行 動裝置的 Palma Hernandez [12]與 Pizzolante [13]，整理於表 1-1，且簡潔地說明了 特色與優點、主要缺點。
1.4. 論文安排
本論文主要分成五個章節，第一章主要介紹研究背景、動機、目的與文獻；
第二章將介紹一種離散小波樹浮水印法；第三章是本論文所提出的浮水印系統；
第四章則為實驗結果與系統分析；最後為本論文的結論與未來展望分析。