利用圓形向量量化編碼法設計之可抗旋轉、鏡射、切割、平移、JPEG 壓縮等多重攻擊之影像保障系統
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(2) 出 常 見 的 影 像 切 割、平 移、J P E G 壓 縮 等 其 他 類. Communications. 型 的 影 像 攻 擊 破 壞。在 實 驗 中 我 們 測 試 了 水 平. Algorithm for Vector Quantizer Design”. 鏡射、垂直鏡射與水平垂直鏡射等三種影像。. 中 開 始 介 紹 VQ 的 概 念 [9]， 對 於 影 像 壓 縮 來. 另外，我們挑選了幾種在影像處理軟體（例. 說，它 是 個 既 簡 單 又 有 效 率 的 方 法。近 年 來 不. 如 ： P h o t o s h o p、 P h o t o I m p a c t ） 中 所 提 供 的 特. 少 中 外 學 者 也 致 力 於 VQ 技 術 的 改 良 ， 使 得 VQ. 效，有模糊化、加入雜訊、馬賽克處理以及變. 的 技 術 愈 來 愈 精 進 [ 9 ] [ 1 3 ]。傳 統 的 V Q 作 法 分. 換 背 景。最 後，旋 轉 過 的 影 像 是 所 有 的 影 像 攻. 為 三 個 部 份 [13]-[17]， 分 別 是 ： 編 碼 書 設 計. 擊 法 中 最 令 人 頭 痛 難 解 的 問 題，目 前 使 用 到 的. （ c o d e b o o k d e s i g n ）、 向 量 量 化 編 碼 （ V Q. 解 決 技 術 大 多 是 頻 率 域 方 面 的 技 術 [7]， 而 採. e n c o d i n g ）以 及 向 量 量 化 解 碼（ V Q d e c o d i n g ）。. 所 發 表 的 論 文 ” An. 用 空 間 域 技 術 的 文 獻 幾 乎 看 不 到。雖 然 有 的 研 究 顯 示 可 以 偵 測 到 旋 轉 過 的 影 像，但 往 往 只 限 於 旋 轉 ±1°∼ ±2°的 影 像 [8]， 對 於 任 意 角 度 的. 2.2. 向 量 影 像 保 護 技 術. 我 們 的 數 位 影 像 保 護 方 法 稱 之 為「 向 量 影. 旋 轉 還 是 沒 有 一 個 有 效 的 方 法 可 以 偵 測，我 們 不 但 使 用 旋 轉 了 90°、 180°、 270°的 影 像 做 測 試 外 ， 還 特 別 使 用 旋 轉 了 45°、 127°和 239°的. 像 保 護 技 術 」（ V e c t o r I m a g e P r o t e c t i o n , VIP） ，V I P 技 術 主 要 是 利 用 V Q 的 作 法 並 加 以 改 良 ， 對 於 VQ 的 了 解 ， 多 半 是 將 它 應 用 影 像 及. 影 像 來 實 驗。在 實 驗 結 果 的 顯 示 下 我 們 所 提 出 訊 號 壓 縮 方 面，而 我 們 的 V I P 技 術 之 所 以 會 以 來的方法都有不錯的效果。 VQ 為 基 礎 是 由 於 VQ 有 以 下 優 點 ： 本論文的研究方向是屬於影像權益保護 ( 1 ) V Q 在 解 碼 的 過 程 方 面 並 不 複 雜，因 此 技 術 方 面 ， 我 們 的「 向 量 影 像 保 護 技 術 」不 但 可以提供快速的影像重建處理。 在 偵 測 上 不 需 要 原 始 影 像 的 輔 助，而 且 對 上 述 (2) VQ 是 將 影 像 區 塊 的 索 引 值 傳 送 到 接 各種影像攻擊法都有良好的偵測能力。 收 者，而 不 是 傳 送 影 像 區 塊 內 的 各 個 元 素 的 像 素 值，所 以 節 省 了 大 部 分 的 儲 存. 二、向量影像保護技術. 空間。 2.1. 向 量 量 化 編 碼 法. (3) 重 建 後 的 影 像 品 質 在 大 部 分 的 情 況. 我 們 對 於 「 向 量 量 化 編 碼 法 」（ v e c t o r q u a n t i z a t i o n， V Q ） 的 了 解 ， 多 半 是 將 它 應 用. 下是可被接受的。. 但 是 VQ 有 一 個 缺 點 ， 就 是 在 計 算 上 相 當. 在 資 料 壓 縮 （ data compression） 方 面 ， 這 項. 耗 時 。 因 為. 技 術 早 在 20 年 前 就 被 應 用 在 影 像 及 訊 號 壓 縮. （ iteration） 來 處 理 所 有 的 訓 練 向 量 ， 而 每. 上 面 [ 9 ] - [ 1 2 ]。 1 9 8 0 年 ， L i n d e、 B u z o 和 G r a y. 一 個 訓 練 向 量 都 是 多 維 向 量，若 處 理 的 影 像 愈. 三 位 學 者 在. 大、愈多，其處理的速度更加緩慢。因此，對. IEEE. Transactions. on. VQ. 需 要 經 過 數 次 的 回 合.
(3) 於 這 個 部 份 VIP 做 了 部 份 的 修 改 以 節 省 計 算 上. 避 免 取 值 誤 差 太 大，故 使 用 如 圖 6 ( a ) 的 重 疊 方. 的時間。. 式 來 補 缺 值 ， 因 此 在 小 區 塊 取 k×k 點 的 大 小 之 下 ， 每 次 向 右 、 向 下 位 移 k-1 點 取 下 一 個 小. 我 們 的 VIP 技 術 分 為 三 大 單 元 分 別 是：編. 區塊。. 碼 書 的 產 生、影 像 特 徵 之 擷 取 以 及 影 像 的 比 對 與 測 試 。 以 下 是 VIP 技 術 各 單 元 的 詳 細 說 明 。. 2.2.1. N. 產 生 編 碼 書 k. 因 為 VIP 技 術 是 以 VQ 為 基 礎 ， 所 以 VIP. a. M. b. 技 術 的 首 要 步 驟 便 是 產 生 編 碼 書 ， 但 鑑 於 VQ. k. 的 優 、 缺 點 ， 我 們 的 編 碼 書 產 生 方 式 便 與 VQ 有了大大的不同。以下是編碼書產生步驟：. 步 驟 1： 選 擇 各 種 不 同 類 型 且 大 小 一 致 的 N × N. (a)訓練影像集 S. (b)小區塊的取點規則. 圖 6： 重 疊 式 十 字 劃 分 法. 影 像，也 就 是 使 用 多 張 影 像，成 為 訓 練 影 像 集 S （ N × N ）。. 步 驟 2： 由 左 而 右 、 由 上 而 下 將 S 劃 分 成 許 多 k×k 點 且 重 疊 （ overlapped ） 的 正 方 形 小 區 塊 ， 如 圖 6(a)所 示 。. 步 驟 3：對 每 個 k × k 點 的 小 區 塊 去 掉 角 落 四 個 點，使 之 成 為 近 似 十 字 形 的 區 塊，再 將 此 十 字 形 區 塊 分 為 兩 群：內 圈 與 外 圈，中 間 四 點 為 內 圈 （ 斜 線 點 ）， 其 餘 八 點 為 外 圈 （ 灰 色 點 ）， 如. 步 驟 4 ： 將 每 一 個 區 塊 的 「 a 」、「 b 」 值 記 錄 下 來 ， 此 為 初 始 訓 練 向 量 {(a1, b1), (a2, b2), (a3, b3), … , (an, bn)}。. 步 驟 5： 利 用 LBG 演 算 法 [9]將 初 始 訓 練 向 量 做 多 次 的 分 類 與 計 算，結 果 我 們 可 以 得 到 一 本 大 小 為 P×2 的 編 碼 書 ， 其 中 P 為 編 碼 字 的 個 數 ， 2 為 二 維 向 量 (a, b)。. 圖 6 ( b ) 所 示。然 後 我 們 計 算 外 圈 八 點 的 平 均 值 為 「 a 」， 計 算 內 圈 四 點 的 平 均 值 為 「 b 」， 然 後. 步 驟 6： 將 編 碼 書 儲 存 於 資 料 庫 。. 以 (a, b)為 一 個 訓 練 向 量 ， 直 到 整 個 S 都 劃 分 在產生編碼書中最重要的工作就是要設 完 成 ， 對 於 這 種 劃 分 方 式 我 們 稱 之 為「 重 疊 式 計 一 本 好 的 編 碼 書 ， 好 的 編 碼 書 是 有 助 於 VQ 十 字 劃 分 法 」。 之 所 以 會 採 用 「 重 疊 式 十 字 劃 的 效 果，因 為 重 建 後 的 影 像 品 質 好 壞 取 決 於 這 分 法 」是 因 為 起 初 我 們 是 設 想 使 用 一 種 近 似 圓 本 編 碼 書 裡 的 編 碼 字，所 以 我 們 使 用 多 張 各 種 形 的 劃 分 法，我 們 發 現 圖 6 ( b ) 的 劃 分 方 式 接 近 不 同 類 型 的 影 像 來 訓 練 編 碼 書 ，訓 練 出 來 的 編 圓 形，但 因 為 四 個 角 落 的 像 素 都 被 去 掉 了，為.
(4) 碼 書 比 較 平 均，以 應 付 未 來 處 理 各 式 各 樣 的 影. 值，而影像的重要區域大小取決於影像擁有. 像。. 者，只 要 影 像 擁 有 者 指 定 該 影 像 所 要 受 保 護 的 重 要 區 域 ， 我 們 便 將 此 重 要 區 域 產 生「 重 要 區 其 次 ， 我 們 之 所 以 把 一 般 的 VQ 劃 分 影 像. 區 塊 的 方 式 改 變 為「 重 疊 式 十 字 劃 分 法 」 是 因. 域 索 引 表 」， 然 後 儲 存 在 資 料 庫 中 。 以 下 是 影 像 註 冊 之 步驟：. 為我們提出的劃分法有三項優點： 步 驟 1： 假 設 有 一 張 需 要 被 保 護 的 影 像 O， 依 (1) 節 省 處 理 時 間。使 用 一 般 的 劃 分 法 需 要 經 過 數 次 的 回 合 （ iteration） 來 處 理 所 有 的 訓. 照 申 請 者 所 指 定 的 範 圍 選 取 重 要 區 域，並 令 此 重 要 區 域 為 O'。. 練 向 量 ， 在 計 算 上 相 當 耗 時 ； 我 們 的「 重 疊 式 2. 十字劃分法」把 k 維的向量簡化為 2 維的向. 步 驟 2 ： 以 3 . 2 . 1 所 產 生 的 編 碼 書 使 用「 重 疊. 量 ， 所 以 當 執 行 VQ 時 ， 每 經 過 一 個 回 合 便 節. 式 十 字 劃 分 法 」對 重 要 區 域 進 行 編 碼 ， 編 碼 後. 省 一 點 時 間，數 次 回 合 下 來 也 就 當 然 節 省 了 許. 產 生 九 張 「 重 要 區 域 索 引 表 」。 產 生 九 張 索 引. 多時間。. 表 的 理 由 如 下，以 圖 7 為 例，以 O ' 的 最 左 上 角 之 點 (1,1) 為 劃 分 起 點 做 「 重 疊 式 十 字 劃 分. (2) 影 像 還 原 後 的 品 質 不 會 太 差。我 們 嘗 試 使 用 一 般 的 劃 分 法 與 所 提 出 的「 重 疊 式 十 字 劃 分 法 」來 訓 練 一 本 編 碼 書 ， 然 後 對 同 一 張 影 像 做 壓 縮 與 還 原。結 果 我 們 發 現，雖 然 用 我 們 的 方 法所還原的影像品質比使用一般的方法還差 一點，但在視覺上很難辨別出兩者的差異。. (3) 考 慮 到 影 像 平 移 的 情 況。因 為 我 們 的 重 點 是 影 像 保 護 而 不 是 影 像 壓 縮，所 以 我 們 希 望 即 使影像區塊的位置有所改變，只要內容不變， 在 編 碼 書 中 仍 屬 於 同 一 個 編 碼 字，因 此 區 塊 的 劃分方式採用重疊式的取法。. 2.2.2. 影 像 註 冊. 在影像特 徵 擷 取 的部份是將受保護的影 像，以 記 錄 重 要 區 域 的 方 式 儲 存 在 我 們 的 資 料 庫 之 中。資 料 庫 中 除 了 存 有 編 碼 書 之 外，另 外 所要儲存的便是受保護影像的重要區域特徵. 法 」， 劃 分 了 第 一 個 小 區 塊 （ 我 們 採 用 4 × 4 的 大 小 ）進 行 編 碼 ， 接 著 由 左 而 向 右 、 由 上 而 下 位 移 4 - 1 個 像 素 再 劃 分 小 區 塊 進 行 編 碼，直 到 整 個 重 要 區 域 O ' 都 劃 分 完 成。然 後 再 把 起 點 移 到 (2,1) 、 (3,1) 、 (4,1) 的 位 置 繼 續 劃 分 ， 因 此 ， 當 起 點 為 (4,1)時 ， 就 相 當 於 起 點 (1,1)時 的 左 邊 第 二 個 劃 分 區 塊 。 相 同 地 ， 起 點 (1,4) 時 則 為 起 點 (1,1)時 的 下 方 第 二 個 劃 分 區 塊 ， 由 此 可 知 一 共 可 以 歸 納 出 九 種 （ 3×3） 劃 分 起 點 的 「 重 要 區 域 索 引 表 」。.
(5) 起點 (1,1). 要 區 域 索 引 表 」 T， 每 一 組 T 都 包 括 九 個 索 引 表。. 步 驟 4： 接 著 再 將 「 重 要 區 域 索 引 表 」 T 改 以 索 引 分 布 表 來 表 示，我 們 稱 之 為 C T。因 為 每 一 組 T 有 九 個 索 引 表 ， 所 以 產 生 的 每 一 組 CT 也 有 九 個。這 裡 所 謂 的 索 引 分 布 表 是 根 據 索 引 表. 起點(2,1). 裡每個索引值出現的次數加以統計所形成的 統 計 表 （ 可 視 為 i n d i c e s ’ h i s t o g r a m ）， 如 圖 8 所示。. a8. 起點(3,1). a3. a4. a8. 索引值 出現次數 a1. 2 2. a5. a3. a6. a1. a2 a3. 4. a2. a2. a7. a3. a4. 1. a5. 2. a5. a6. 1. a7. 1. a8. 3. a3. a1. a8. (a)某 一 區 塊 之 索 引 表內容. (b) 由 (a) 所 轉 換 的索引分布表. 圖 8： 由 重 要 區 域 索 引 表 T 轉 換 為 索 引 分 布 表 CT. 起點(3,3). 步 驟 5： 將 T 和 CT 儲 存 到 資 料 庫 ， 即 完 成 影 像註 冊 手 續 。. 目 前 我 們 的 資 料 庫 裡 存 有 編 碼 書 以 及「 重 要 區 域 索 引 表 」。 有 一 點 我 們 必 須 說 明 的 是 ， 影像的註冊手續是採用先註冊先合法的規 則，因 此 一 旦 有 影 像 完 成 註 冊 手 續，我 們 的 資 圖 7： 不 同 劃 分 起 點 的 重 疊 式 十 字 劃 分 圖. 料 庫 便 新 增 一 組 「 重 要 區 域 索 引 表 」， 往 後 這 些資料就是我們檢查任何影像是否有侵害合. 步 驟 3： 利 用 歐 幾 里. 距 離 （. Euclidean. 法影像版權的依據。. d i s t a n c e ）公 式 ， 將 九 種 重 疊 式 十 字 劃 分 圖 依 序在編碼書裡尋找與每個小區塊距離最近之. 2.2.3. 影 像 測 試. 編 碼 字，以 編 碼 字 之 索 引 替 代 每 個 小 區 塊 之 像 素，然 後 記 錄 在 索 引 表 裡，最 後 我 們 得 一 組「 重. 在 影 像 測 試 的 部 份 則 是 將 我 們 所 懷 疑、有.
(6) 可能是非法使用的影像與儲在資料庫的所有 重 要 區 域 加 以 比 對、檢 查，並 判 斷 出 該 影 像 是. 9. s (CT , CIT ) = ∑ CTi − CITm / n , i =1. 否 有 非 法 使 用。當 我 們 發 現 或 懷 疑 某 些 影 像 有. (2). 可 能 侵 害 到 已 註 冊 影 像 之 版 權 時，便 可 以 使 用. 其 中 特 徵 索 引 分 布 表 C T=(T1, T2, … , T9)，. 我 們 的 V I P 技 術 進 行 測 試 的 工 作，只 要 把 被 懷. 測 試 索 引 分 布 表 C I T = ( I T 1 , I T 2 , … , I Tm / n) ，. 疑 的 影 像 產 生 索 引 表 ， 再 與 資 料 庫 中 的「 重 要. n=w1×h1 為 CT 的 大 小 ， m=w2×h2 為 CIT 的 大 小. 區 域 索 引 表 」進 行 比 對 ， 就 可 以 得 知 這 張 被 懷 疑 的 影 像 是 否 已 註 冊。以 下 是 影 像 測 試 之 步 驟 ：. 步 驟 5： 重 覆 步 驟 4 直 到 所 有 的 CT 與 CIT 完 成 比 對，然 後 將 所 有 各 組 的 比 對 結 果 再 取 其 最 小 值 ， 即 為 IT 與 T 最 相 近 的 區 域 ， 最. 步 驟 1：假 設 有 一 張 被 懷 疑 的 影 像 I，對 整 張 I. 後記錄該組的索引表編號和起始座標。. 做 「 重 疊 式 十 字 劃 分 法 」。 在 這 裡 我 們 強 調 使 用 整 張 測 試 影 像 I， 是 有 別 於 原 始 影 像 O 是 取 其 重 要 特 徵 區 域 O '，假 設 測 試 影 像 I 與 原 始 影 像 O 有 部 份 區 域 相 似 的 話，相 似 的 區 域 座 標 有 可 能 一 樣，也 有 可 能 不 一 樣，因 此 我 們 必 須 檢 查整張影像。. 步 驟 2： 產 生 I 的 索 引 表 IT。. 步 驟 6： 根 據 步 驟 5 得 到 的 結 果 ， 輸 入 I T 、 T、起 始 座 標。然 後 以 起 始 座 標 為 還 原 起 點 ， T 的 大 小 為 基 準，在 IT 中 取 相 近 區 域 IT'。. 步 驟 7： 利 用 資 料 庫 裡 的 編 碼 書 ， 將 IT'還 原 成 影 像 I'。 因 為 編 碼 書 裡 的 每 一 組 編 碼 字 都 只 有 二 個 值 { a , b }， 所 以 還 原 影 像 的 每 一個小區塊要有一些技巧。首先，我們將 a. 步 驟 3：以 T 的 大 小 為 基 準，使 用 F u l l S e a r c h. 回 填 於 小 區 塊 的 外 圈 八 個 點，接 著 再 將 b 回. 由 左 而 右 、 由 上 而 下 依 序 地 在 IT 中 取 出 小 區. 填 於 小 區 塊 的 內 圈 四 個 點，而 四 個 角 落 的 點. 塊 ， 然 後 將 這 些 小 區 塊 產 生 索 引 分 布 表 CIT。. 分別取其相鄰的外圈二點與內圈一點之平. 請 注 意 ， 一 份 IT 可 產 生 以 T 為 倍 數 的 CIT。. 均 值，如 圖 9 所 示。最 後，每 一 個 小 區 塊 的 十六個點都回填完畢。. 步 驟 4：我 們 將 C T 與 所 有 的 C I T 相 減 後 取 絕 對 值，然 後 將 各 分 項 之 差 值 加 總 起 來，這 個 總 數. ai ai. 我 們 以 s(CT,CIT)來 表 示 。 記 錄 每 一 次 比 對 結 果 的 索 引 表 編 號 、 起 始 座 標 以 及 s(CT,CIT)， 取 s(CT,CIT)為 最 小 的 做 為 該 組 的 比 對 結 果 。. s(CT,CIT)的 定 義 如 下 ：. (2ai+bi)/3. ai. bi bi. ai. ai. bi. ai. bi. ai ai. 圖 9： 每 個 小 區 塊 的 還 原 示 意 圖.
(7) 步 驟 8： 重 覆 步 驟 7， 直 到 IT'都 全 部 還 原 成. (1). 軟 、 硬 體 設 備. 影 像 I'。 在 本 篇 論 文 的 實 驗 中，我 們 所 使 用 的 設 備 步 驟 9： 檢 查 I'與 O'是 否 相 似 ， 因 為 資 料 庫. 為 Pentium III 500、 128 MB RAM， 作 業 系 統. 中 已 註 冊 的 影 像 繁 多，所 找 到 的 相 似 影 像 可 能. 是 Windows 2000 Server， 所 使 用 的 軟 體 開 發. 會 非 常 多，我 們 便 設 定 一 個 門 檻 值 來 限 制 找 到. 程 式 為 Matlab 5.3。. 的 個 數，然 後 以 肉 眼 來 輔 佐 門 檻 值 在 取 決 上 的 不足，最後我們則依使用者申請的項目給予 I. (2). 訓練影像集. 註冊或判定 I 是否有侵害到 O 的版權。 為 了 處 理 各 式 各 樣 的 影 像，編 碼 書 應 該 使 以 一 般 的 影 像 處 理 而 言，像 切 割、平 移 與 失 真 壓 縮，只 要 使 用 歐 幾 里. 用 各 種 類 型 的 影 像 來 訓 練，所 以 在 我 們 的 實 驗. 距離公式即可偵. 中 是 使 用 六 張 各 具 代 表 性 的 影 像（ 這 裡 的 代 表. 測 出 兩 張 影 像 所 產 生 的 索 引 表 是 否 相 似（ 須 使. 性 是 指 有 人 物 影 像、動 物 影 像、風 景 影 像 等 ），. 用 同 一 本 編 碼 書 編 碼 的 情 況 下 ）， 但 對 於 只 是. 做 為 訓 練 影 像，圖 1 1 ( a ) ∼ ( f ) 為 我 們 的 訓 練 影. 改 變 索 引 值 所 在 位 置，卻 未 改 變 索 引 值 的 某 些. 像 每 張 影 像 的 大 小 為 512×512。. 特 殊 影 像 處 理，像 是 鏡 射 與 旋 轉，就 必 須 使 用 索 引 分 布 表 才 偵 測 得 出 來 ， 如 圖 10 所 示 ， 因 此 我 們 的 VIP 技 術 是 在 多 重 考 量 下 所 設 計 的 影 像保護方法。. a8 a5 a3 a2 a2 a3 a1 a3. a4. a8. a6 a7. a1 a3. a8. a5. (a)某 一 區 塊 之 索 引 表. a8. a4. a1. a6. a3. a7. a5. a8. (a) Lena. (b) Baboon. (c) F16. (512×512). (512×512). (512×512). (d) Sailboat. (e) Pepper. (f) GoldHill. (512×512). (512×512). (512×512). a3 a 8 a3 a 5 a2 a 2 a1 a 3. (b)將 (a)做 水 平 鏡 射. 圖 11： 訓 練 影 像 集. a3 a2 a5 a8 a1. a2. a3. a3. a8. a7. a6. a4. a5. a3. a1. a8. (c)將 (a)旋 轉 90°. (3). 編碼書. 所訓練完的編碼書的大小也是因需要而 自 訂，在 我 們 的 實 驗 中，所 訓 練 的 編 碼 書 共 有. 圖 10： 索 引 表 的 鏡 射 與 旋 轉 示 意 圖 三、 實 驗 結 果 3.1. 實 驗 環 境. 四 本 ， 其 大 小 分 別 為 2 5 6 × 2、 5 1 2 × 2、 1 2 8 × 2 和 1 0 2 4 × 2。圖 1 2 為 我 們 用 L B G 演 算 法 所 產 生 的 編 碼 書 （ 以 2 5 6 × 2 為 例 ）。.
(8) 3.2. 各 類 影 像 比 對 之 結 果. 在 影 像 比 對 方 面 ， 我 們 使 用. Lena. （ 256×256） 來 做 為 測 試 影 像 ， 而 Lena 將 被 處 理 成 六 種 類 型 來 進 行 實 驗，而 編 碼 書 則 使 用 我 們 所 訓 練 好 的 四 本 編 碼 書 （ 256×2 、 5 1 2 × 2、 1 2 8 × 2 和 1 0 2 4 × 2 ）， 關 於 切 割 、 平 移 及 JPEG 壓 縮 的 影 像 比 對 已 於 [1]中 討 論 過，因 此，本文只列出其他三 種 類 型 的 影 像 比 對 實 驗 結 果，每 種 結 果 都 有 四 張 折 線 圖，其 順 序 也 如 上 述 順 序 所 示。每 張 折 線 圖 除 了 包 括 各 類 圖 12： 編 碼 書 （ 256×2） (4). 特 徵 資 料 庫. 在 實 驗 一 開 始，我 們 的 特 徵 資 料 庫 即 存 有. 型 的 實 驗 結 果 外，也 統 一 加 上 了 不 做 任 何 處 理 的 Lena(256×256)影 像 折 線 圖 以 做 為 對 照 。. 3.2.1. 100 張 影 像 的 重 要 區 域 索 引 表 ， 以 便 各 項 比 對 與 測 試 的 進 行 。 這 100 張 影 像 共 分 為 十 大 類 ， 有 動 植 物 影 像、人 像、卡 通 遊 戲 影 像、藝 術 畫 、 風 景 畫、電 腦 繪 畫、電 影 海 報、儀 器 照 片 等 等 。 它 們 的 原 始 大 小 為 2 5 6 × 2 5 6，我 們 取 每 張 影 像 的 重 要 區 域 為 1 9 2 × 1 9 2，然 後 以 四 本 編 碼 書 分 別產生其重要區域索引表，所以特徵資料 庫 內 的 初 始 資 料 共 有 4 0 0（ 1 0 0 × 4 ） 份 重 要 區 域 索 引 表 。 另 外 ， 我 們 特 別 把 Lena 這 張 影 像 也 安 插 在 這. 100 張 影 像 內 ， 並 改 名 為. person1， 圖 13 是 我 們 為 Lena 所 選 取 的 重 要 區域。. 鏡 射 影 像. 對 於 鏡 射 過 的 影 像，乍 看 之 下 好 像 跟 原 始 影 像 一 模 一 樣，實 際 上 已 經 是 一 張 相 反 的 影 像 了，就 好 比 人 照 鏡 子，或 是 在 顯 微 鏡 下 看 到 的 景 象 一 樣，非 法 使 用 者 常 使 用 這 種 方 式 來 魚 目 混珠。因此，我們將鏡射過的影像來進行實 驗。鏡 射 有 三 種 類 型 分 別 是 水 平 鏡 射、垂 直 鏡 射 與 水 平 垂 直 鏡 射。水 平 鏡 射 就 是 將 影 像 左 右 對 調，垂 直 鏡 射 就 是 將 影 像 上 下 顛 倒。我 們 對 Lena 做 這 三 種 鏡 射 ， 如 圖 21 所 示 ， 接 著 以 四 本 編 碼 書 產 生 各 自 的 索 引 表，再 與 資 料 庫 的 所 有重要區域索引表進行比對，找出相似的區 域。. 表 13∼ 表 16 所 示 為 實 驗 結 果 ， 黑 色 曲 線 為 L e n a 不 做 任 何 處 理 的 實 驗 結 果，而 紅、黃 、 圖 13： Lena 的 重 要 區 域 (192×192). 藍 線 分 別 為 圖 2 1 ( a )、圖 2 1 ( b )、圖 2 1 ( c ) 的 實 驗 結 果 ， 我 們 發 現 在 表 13∼ 表 16 中 ， 所 有 曲.
(9) 線 的 最 低 點 都 落 在 person01 上 ， 而 且 比 對 值 均 為 0， 這 表 示 即 使 影 像 經 過 這 三 種 鏡 射 ， 但 其 重 要 區 域 的 索 引 表 是 與 person01 一 模 一 樣 的 。 而 圖 22 是 利 用 256×2 編 碼 書 在 圖 21 中 找到與特徵資料庫中相似的區域。. (a)水 平 鏡 射. (b)垂 直 鏡 射. (c)水 平 垂 直 鏡 射. 圖 21： 經 過 鏡 射 的 Lena 影 像. (a). (b). (c). 圖 2 2： 由 圖 2 1 中 所 找 到 與 特 徵 資 料 庫 中 相 似 的 區 域 (利 用 256×2 編 碼 書 ). 3.2.2. 旋 轉 影 像. 我 們 知 道 在 數 位 浮 水 印 技 術 中，最 難 抵 抗 的影像攻擊莫過於影像旋轉了，一旦影像旋.
(10) 轉，其 內 嵌 的 浮 水 印 便 往 往 偵 測 不 出 來，更 遑. 表 17∼ 表 20 中 看 不 出 什 麼 規 率 性 ， 但 是 其 曲. 論 將 浮 水 印 萃 取 出 來，這 也 是 近 年 來 數 位 浮 水. 線 最 低 點 也 是 落 在 person01 上 ， 所 以 我 們 可. 印 技 術 研 究 的 目 標。在 部 份 的 文 獻 中，抵 抗 影. 以 說 影 像 在 旋 轉 45°和 239°後 的 重 要 區 域 索 引. 像 旋 轉 的 方 法 幾 乎 都 在 頻 率 域 中 進 行，最 常 見. 表 是 和 person01 非 常 相 似 的 。 由 此 可 知 我 們. 的 就 是 使 用 離 散 傅 立 葉 轉 換 （ Discrete. 的 VIP 技 術 可 以 成 功 地 偵 測 出 經 過 旋 轉 的 影. F o u r i e r T r a n s f o r m a t i o n , D F T ）， 但 是 可 以 偵. 像 ， 而 且 是 任 意 角 度 旋 轉 的 影 像 。 而 圖 24 就. 測 出 的 角 度 往 往 限 於 ±1° ∼ ±2° 或 是 90° 的 倍. 是 利 用 256×2 編 碼 書 在 圖 23 中 找 到 與 特 徵 資. 數。. 料庫中相似的區域。. 我 們 的 VIP 技 術 雖 然 是 屬 於 空 間 域 方 面 的 技 術 ， 但 是 在 V I P 技 術 內 所 設 計 的「 重 疊 式 十 字 劃 分 法 」卻 是 針 對 旋 轉 而 設 計 的 ， 目 的 是 希 望 能 以 空 間 域 的 方 式 偵 測 到 旋 轉 過 的 影 像。在. (a)旋 轉 90. (b)旋 轉 45. (c)旋 轉 239. 圖 23： 旋 轉 三 種 角 度 的 Lena 影 像. 實 驗 中 我 們 採 用 了 三 種 旋 轉 角 度 分 別 是 90°、 45°和 239°， 挑 選 這 三 種 角 度 的 原 因 是 如 果 我 們 的 VIP 技 術 可 以 偵 測 到 90° 的 話 ， 那 麼 180°、 270°等 90°的 倍 數 也 一 樣 可 以 被 偵 測 出 來 ； 至 於 45°（ 包 括 其 倍 數 角 度 ） 是 90°的 一 半 ， 因 此 我 們 也 將 45°列 於 實 驗 之 中 ； 最 後 ， 239°是 一 個 自 訂 的 角 度 ， 它 可 以 視 為 任 意 角 度 的 代 表。我 們 以 這 三 種 角 度 來 進 行 實 驗，圖 2 3 所 示 即 為 L e n a 經 過 這 三 種 角 度 旋 轉 後 的 影 像。. 表 17∼ 表 20 所 示 為 實 驗 結 果 ， 其 中 黑 色 曲 線 表 示 Lena 不 做 任 何 處 理 ， 在 本 實 驗 中 可 視 為 0°的 實 驗 結 果，而 紅、黃、藍 色 曲 線 分 別 為 90°、 45°與 239°的 實 驗 結 果 ， 在 表 17∼ 表 20 裡 的 紅 色 曲 線 最 低 點 不 但 落 在 person01 且 比 對 值 均 為 0， 也 就 是 說 當 影 像 旋 轉 了 90°、 1 8 0 °、 2 7 0 °， 其 重 要 區 域 索 引 表 是 相 同 的 而 且 與 person01 是 一 樣 的 。 不 像 90°的 實 驗 結 果 ， 雖 然 45°和 239°在. (a). (b). (c). 圖 2 4： 由 圖 2 3 中 所 找 到 與 特 徵 資 料 庫 中 相 似 的 區 域 (利 用 256×2 編 碼 書 ).
(11) 種 分 別 是 (1) 先 旋 轉. 180. 後 再 切 割 成. 208×208 大 小 的 影 像 ； (2)先 旋 轉 270. 後再. 做 水 平 垂 直 鏡 射。我 們 對 L e n a ( 2 5 6 × 2 5 6 ) 做 這 二 種 處 理 ， 如 圖 25 所 示 ， 接 著 以 四 本 編 碼 書 產 生 各 自 的 索 引 表，再 與 資 料 庫 的 所 有 重 要 區 域索引表進行比對，找出相似的區域。. 表 21∼ 表 24 所 示 為 實 驗 結 果 ， 同 樣 地 ， 黑 色 曲 線 為 Lena 不 做 任 何 處 理 的 實 驗 結 果 ， 而 紅 、 黃 線 分 別 為 圖 25(a)、 圖 25(b)的 實 驗 結 果 ， 我 們 發 現 在 表 21∼ 表 24 中 ， 所 有 紅 、 黃 曲 線 的 最 低 點 都 落 在 person01 上 ， 而 且 黃 色 曲 線 最 低 點 的 比 對 值 為 0， 可 是 意 料 中 之 事，因 為 在 前 面 的 鏡 射 與 旋 轉 的 實 驗 中，所 有 鏡 射 的 實 驗 結 果 均 為 0， 而 270. 為 90. 的倍. 數 ， 所 以 實 驗 結 果 也 會 為 0， 故 影 像 做 了 旋 轉 270. 再做水平垂直鏡射，其重要區域索引表. 還 是 與 person01 一 樣 。 而 紅 色 曲 線 最 低 點 的 比 對 值 雖 然 不 為 0 但 是 非 常 接 近 於 0， 這 是 因 為 除 了 180. 為 90. 的倍數會使比對值為 0 之. 外，我 們 又 將 影 像 切 掉 部 份 區 域 而 使 得 影 像 的 重 要 區 域 索 引 表 與 person01 有 了 些 許 的 差 異。但 是 根 據 平 移 的 實 驗 結 果 顯 示，L e n a 切 割 為 2 0 8 × 2 0 8 後 的 比 對 值 仍 為 0，由 此 我 們 可 以 推斷出先旋轉再做切割與先切割再做旋轉的 實驗結果會有所不同。. 根 據 這 個 部 份 的 實 驗，我 們 可 以 證 明 即 使 3.2.3. 混 合 型 影 像. 影 像 經 過 多 重 處 理，但 使 用 我 們 的 V I P 技 術 仍 然 可 以 偵 測 出 來 。 而 圖 26 是 利 用 256×2 編 碼. 至 此，我 們 的 V I P 技 術 對 於 各 類 型 的 影 像 書 在 圖 2 5 中 找 到 與 特 徵 資 料 庫 中 相 似 的 區 域。 處 理 都 有 良 好 的 實 驗 結 果。最 後 一 個 類 型 是 利 用 各 類 型 做 多 重 式 的 影 像 處 理，我 們 挑 選 了 二.
(12) (a)旋 轉 180 &切 割 成 208×208. (b)旋 轉 270 &水 平 垂 直鏡射. 圖 25： 經 過 多 重 處 理 的 Lena 影 像. (a). (b). 圖 2 6： 由 圖 2 5 中 所 找 到 與 特 徵 資 料 庫 中 相 似 的 區 域 (利 用 256×2 編 碼 書 ). 四、結. 論. 本 論 文 提 出 一 套 保 護 數 位 影 像 的 方 法，我 們 的 VIP 技 術 具 有 以 下 幾 項 優 點 ：. (1) 維 持 原 始 影 像 的 品 質。因 為 不 需 要 嵌 入 浮 水 印 於 影 像 之 中，所 以 不 會 破 壞 原 始 影 像，影 像品質自然得以維持。 (2) 能 夠 偵 測 出 經 過 六 大 類 型 影 像 處 理 的 影 像 。 根 據 我 們 的 實 驗 結 果 ， VIP 技 術 不 但 對 影 像 切 割、平 移、J P E G 壓 縮 和 鏡 射 有 良 好 的 偵 測 結 果，我 們 也 首 次 對 特 效 影 像 進 行 偵 測，其 結 果 也 不 錯。最 重 要 的 突 破 就 是 對 於 旋 轉 影 像 的 偵 測 ， 在 任 意 角 度 的 旋 轉 之 下 ， 我 們 的 VIP 技.
(13) 術仍然可以偵測出來，以空間域的技術來說，. 技 術 之 影 像 註 冊 網 站 的 實 作 與 討 論 ",廿 一 世 紀. 實為難得。. 數位生活與網際網路科技研討會，成功大學，. ( 3 ) 演 算 法 簡 單 易 懂。V I P 技 術 利 用 E u c l i d e a n. April 20, 2001. distance 和 索 引 分 布 表 差 值 之 總 合 ， 不 管 是. [3]. C . T. H s u a n d J . L . W u , “ H i d d e n d i g i t a l. 距 離 的 計 算 或 是 計 算 差 值 的 總 合，以 數 學 的 觀. watermarks in images,” IEEE Transactions. 點來看都是非常簡單的運算。. o n I m a g e P r o c e s s i n g, v o l . 8 , N o . 1 , 1 9 9 9 , p p .. (4) 節 省 成 本。註 冊 一 張 影 像 所 需 要 的 儲 存 空. 58 –68.. 間也不大，所以不需要常常購置新的儲存設. [4]. 備，可比說是相當節省成本。. C. C. Chang and H. C. Wu, “An Image Protection Scheme Based on Discrete Cosine Transformation,” Advances in Software. 由 於 網 際 網 路 的 蓬 勃 發 展，網 際 網 路 不 但. Engineering and Multimedia Applications,. 提 供 我 們 各 式 各 樣 的 服 務，也 是 我 們 吸 收 資 訊. B a d e n - B a d e n , G e r m a n y, v o l . 2 , A u g . 2 0 0 0 ,. 的 重 要 來 源，許 多 資 訊 應 用 技 術 也 都 引 進 網 際 網 路，希 望 帶 給 大 眾 更 好 的 科 技 生 活。在 享 受. pp. 90-94. [5]. 科 技 帶 來 的 方 便 之 餘，尊 重 他 人 的 智 慧 財 產 權. Protection Scheme of Images Based on. 也成為我們必須學習的課題。. Vi s u a l C r y p t o g r a p h y,” T h e I m a g i n g S c i e n c e J o u r n a l , t o a p p e a r.. 目 前 此 套 系 統 只 是 一 個 雛 型，未 來 要 努 力 的 工 作 還 有 很 多 。 在 VIP 技 術 方 面 ， 目 前 我 們. C. C. Chang and H. C. Wu, “A Copyright. [6]. Joseph J.K.Ò. Ruanaidh, and Thierry Pun,. 各 類 影 像 的 比 對 時 間 不 算 很 快，尤 其 是 比 對 鏡. “Rotation, scale and translation invariant. 射 和 旋 轉 的 影 像，比 對 時 間 是 比 對 其 他 影 像 的. spread spectrum digital image. 六 到 八 倍，若 測 試 影 像 很 大 的 時 候，整 體 比 對. w a t e r m a r k i n g , ” S i g n a l P r o c e s s i n g, v o l . 6 6 3 ,. 時 間 會 更 慢。同 時，比 對 時 間 也 受 硬 體 環 境 影. May 1998, pp. 303-317.. 響 ， 其 中 以 RAM 最 為 明 顯 ， 我 們 曾 以 二 台 同 為. [7]. S . P e r e i r a , a n d T. P u n , “ R o b u s t t e m p l a t e. PIII-500 的 電 腦 來 跑 實 驗 ， 擁 有 256 MB RAM. matching for affine resistant image. 的 電 腦 比 擁 有 128 MB RAM 的 電 腦 要 快 上 四 倍 。. watermarks,” IEEE Transactions on Image P r o c e s s i n g, v o l . 9 6 , J u n e 2 0 0 0 ,. 參考文獻. pp.1123 –1129. [8]. [1]. 陳同孝及吳曉蓉. Y. L i n d e , A . B u z o , a n d R . M . G r a y, “ A n. "植 基 於 向 量 量 化 編 碼 法 之. A l g o r i t h m f o r Ve c t o r Q u a n t i z e r D e s i g n , ” 影 像 權 益 保 障 系 統 ",第 十 一 屆 全 國 安 全 資 訊 會. I E E E T r a n s a c t i o n s o n C o m m u n i c a t i o n s, v o l . 議 ， 成 功 大 學 , (2001/3/20).. COM-28, pp. 84-95, 1980. [2]. 陳 同 孝 及 吳 曉 蓉 "WWW 上 結 合 向 量 影 像 保 護. [9]. M . G r a y, “ Ve c t o r Q u a n t i z a t i o n , ” I E E E.
(14) Acoustics, Speech, and Signal Processing. tree-structured vector quantization with. Magazine, vol. 1, pp. 4-29, 1984.. multipath searching," IEE Proc.-1, vol. 139,. [10] N. M. Nasrabadi and R. A. King, “Image C o d i n g U s i n g Ve c t o r Q u a n t i z a t i o n : A R e v i e w,” I E E E T r a n s a c t i o n s o n Communications, vol. 36, pp. 957-971, 1988. [ 1 1 ] A G e r s h o a n d R . M . G r a y, Vector Quantization and Signal Compression, Boston, MA: Kluwer Academic Publishers, 1992. [ 1 2 ] T. S . C h e n , C . C . C h a n g , a n d M . S . H w a n g , “A Virtual Image Cryptosystem Based upon Ve c t o r Q u a n t i z a t i o n , ” I E E E T r a n s a c t i o n s o n I m a g e P r o c e s s i n g, v o l . 7 N o . 1 0 , O c t . 1 9 9 8 , pp. 1485–1488. [ 1 3 ] C . C . C h a n g , D . C . L i n a n d T. S . C h e n , “ A n Improved VQ Codebook Search Algorithm Using Principal Component Analysis,” s u m b i t t e d t o J o u r n a l o f Vi s u a l Communication and Image Representation (under revision). [14] C. H. Lee and L. H. Chen, “High-speed closest codeword search algorithms for vector quantization,” Signal Processing, vol. 43, 1995, pp. 323-331. [15] L. Torres and J. Huguet, “An Improvement o n C o d e b o o k S e a r c h f o r Ve c t o r Quantization”, IEEE Transactions on C o m m u n i c a t i o n s , v o l . C o m- 4 2 , n o . 2 / 3 / 4 , 1994, pp. 208-210. [ 1 6 ] R . F. C h a n g , W. T . C h e n , a n d J . S . Wang, “Image sequence coding adaptive. No. 1, Feb. 1992, pp. 9-14..
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數據
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