Robust Color Image Watermarking Techniques Based on DWT, DCT and SVD in Different Color Spaces

Abstract

Within the last decade, with the development of communication technologies and the increasing growth in the internet has become insecure, so it created different techniques to solve this problem. One of these techniques is the digital watermark, which provides the protection of property rights. In this thesis, we suggest new techniques of watermarking image aim to increase the degree of robustness of the watermark against various attacks and to increase the imperceptibility of the watermark image. Also these techniques aim to ensure the watermark image using Arnold transform where the watermark is available only to a legitimate user. The proposed approaches of watermarking image based on DWT, DCT and SVD have been applied on gray and color images in different color spaces like RGB, YIQ and YCbCr. Therefore, we have seven proposed algorithms namely: a gray image watermarking technique, an image watermarking technique in RGB color space (using a gray watermark image), an image watermarking technique in RGB color space (using a color watermark image), an image watermarking technique in YIG color space (using a gray watermark image), an image watermarking technique in YIQ color space (using a color watermark image), an image watermarking technique in YCbCr color space (using a gray watermark image) and an image watermarking technique in YCbCr color space (using a color watermark image). The difference between these algorithms is the type of watermark and the colorspace used (gray or color image: RGB, YIQ or YCbCr). To test the performance of proposed approaches, we calculated the PSNR and the SSIM. The best proposed approach which gives high robustness and imperceptibility of the watermark image against different attacks is an image watermarking technique in YIQ colour space (using a gray watermark image). And, the worst proposed approach which gives low robustness and low imperceptibility of the watermark image against different attacks is an image watermarking technique in YCbCr color space (using a color watermark image). In addition, our proposed approaches give high imperceptibility and high robustness of the watermark image when compared with other techniques [17][22][23]. Through the results, it has been verified superiority of our proposed approaches on many techniques. Our proposed approaches have high robustness of the watermark against various attacks with high quality for the watermarked image and security of the watermark image. Keywords: Watermarking Image, robustness, imperceptibility, PSNR, SSIM.

ÖZ: Son on yıl içinde, iletişim teknolojilerinin gelişmesi ve artan büyüme ile İnternet güvensiz hale gelmiştir, dolayısıyla bu sorunu çözmek için farklı teknikler geliştirilmiştir. Bu tekniklerden biri de sayısal filigran tekniğidir. Sayısal filigran temelde mülkiyet haklarının korunmasını sağlamaktadır. Bu tezde, yeni teknikler kullanarak farklı saldırılara karşı filigran sağlamlığını artırmak ve filigran görüntüsünün fark edilemezliğini artırmayı hedeflemekteyiz. Arnold dönüşümü kullanan bu teknikler ile filigran görüntüsüsün sadece meşru bir kullanıcı tarafından kullanılabilir olması sağlanmaktadır. DWT , DCT ve SVD dayalı damgalama önerileri RGB , YIQ ve YCbCr gibi farklı renk uzaylarında gri ve renkli filigranlar kullanılarak uygulanmıştır. Bu çerçevede yedi farklı algoritma önerilmiştir. Bunlar, sırasıyla: gri görüntü filigran tekniği, RGB renk uzayında bir filigran görüntü tekniği (gri filigran kullanılarak), RGB renk uzayında bir filigran görüntü tekniği (renkli filigran kullanılarak), YIG renk uzayında bir filigran görüntü tekniği (gri filigran kullanılarak), YIQ renk uzayında bir görüntü filigran tekniği (renkli filigran kullanılarak), YCbCr renk uzayında bir görüntü filigran tekniği (gri filigran kullanılarak) ve YCbCr renk uzayında bir görüntü filigran tekniği (renkli filigran kullanılarak). Bu algoritmalar arasındaki farkları renk uzaylarındaki (RGB , YIQ ya da YCbCr) farklarla filigran türü arasındaki farklar (gri ya da renkli) oluşturmaktadır. Önerilen yaklaşımların performansını test etmek için PSNR ve SSIM metrikleri kullanılmaktadır. Önerilen yaklaşımlar arasında en yüksek sağlamlık ve farklı saldırılara karşı en kaliteli filigran fark edilemezliği sağlayan yaklaşım (gri filigran görüntü kullanılarak) YIQ renk uzayında elde edilmişti. Öte yandan, önerilen yaklaşımlar arasında en düşük sağlamlık ve farklı saldırılara karşı en düşük kalitede filigran fark edilemezliği sağlayan yaklaşım (renkli filigran kullanılarak) YCbCr renk uzayında elde edilmişti. Literatürdeki alternatif tekniklerle ([17] [22] [23]) karşılaştırıldığında, önerilen yaklaşımlar yüksek fark edilemezlik ve yüksek filigran sağlamlığı ortaya çıkarmaktadır. Elde edilen sonuçlar, önerilen yaklaşımların literatürdeki yaklaşımlara göre olan üstünlüğü doğrulanmıştır. Önerilen yaklaşımlar filigranlı görüntünün yüksek kalitede olmasını ve faklı saldırılara karşı filigran sağlamlığının güvenlik açısından üst seviyede olduğunu göstermektedir. Anahtar Kelimeler: Filigramlı görüntü, filigram sağlamlığı, fark edilemezlik, PSNR, SSIM.