Digital Video Watermarking Based on SPIHT Coding Using Motion Vector Analysis

움직임 벡터 정보를 이용한 SPIHT 부호화 기반의 디지털 비디오 워터마킹

Video watermarking technologies are classified into types of four kinds. The first type is to embed the watermark into a raw video signal and to code the watermarked video signal. Most of video watermarking technologies fall into the category of this type. The second type is to apply watermarking to the coding process, such as block DCT and quantization. The third is to directly embed the watermark into the compressed bitstream itself. Generally, it is referred as labelling rather than watermarking. Finally, the fourth is to embed the water mark into MPEG motion vector. This type has the difficulty in real-time process because of the high complexity and has the blocking effects because of DCT-based on coder. In this paper, we proposed the digital video watermarking that embed the watermark in SPIHT video code for I-frame using motion vector analysis. This method can remove the blocking effect occurred at the DCT-based on coder and obtain video data that has progressive transmission property. The proposed method is to select the region for the watermark embedding in I frame using motion vector estimated from the previous P or B frame. And then, it is to perform DWT and embed the watermark based on HVS into the wavelet coefficients in the same subband of DWT as the motion vector direction. Finally, the watermarked video bitstream is obtained by the SPIHT coder. The experimental results verified that the proposed method has the invisibility from the objective and subjective image quality and the robustness against the various SPIHT compression and MPEG re-code.

비디오 워터마킹은 일반적으로 네 가지의 타입으로 분류되어진다. 첫 번째로는 원 비디오 신호에 워터마크를 삽입한 후 부호화하는 것으로 대부분의 비디오 워터마킹 기법이 이에 속한다. 두 번째로는 블록 DCT, 양자화 등의 부호화 과정에 워터마크를 삽입하는 것이고, 세 번째로는 부호화된 비트스트림에 워터마크를 삽입하는 것으로 이를 라벨링(labeling)이라고도 한다. 마지막으로 네 번째로는 움직임 벡터에 워터마크를 삽입하는 것으로, 이는 높은 복잡도가 요구되며 블록화 현상과 같은 화질 열화가 발생된다. 본 논문에서는 움직임 벡터 추정을 이용한 I 프레임 상에서 SPIHT 기반의 비디오 부호화에 워터마크를 삽입하는 방법을 제안한다. 이는 블록 DCT 기반의 부호화기에 발생되는 블록화 현상을 제거하고, 점진적 전송 특성을 가진다. 제안한 방법에서는 I 프레임 상에서 이전 P 또는 B 예측 프레임으로부터 움직임 벡터를 추정한 후에 이를 기반으로 워터마크 삽입 영역을 선택한다. 그리고 DWT를 수행하여 워터마크 삽입 영역 상에서 움직임 벡터의 방향과 동일한 부대역 상의 웨이브릿 계수를 HVS에 기반하여 워터마크를 삽입한다. 마지막으로 SPIHT 부호화기에 의하여 워터마크가 삽입된 비디오 비트스트림을 생성한다. 실험 결과로부터 제안한 방법이 객관적 및 주관적인 화질 측면에서 우수한 비가시성을 확인하였고, 다양한 압축률 및 MPEG 재부호화 등에 대하여 우수한 강인성을 확인하였다.