20160208卒研発表

20160208卒研発表

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  北海道科学大学 創生工学部 情報フロンティア工学科 2120056 笠松惇
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  研究背景 • SNS の利用者数が増えている •pixiv, Tumblr, Instagram などの画像を中心とした SNS も登場 • Web 上の画像は比較的簡単に自身の端末に保存できる •再びWeb上にアップロードする転載行為の増加 1 2015年度 SNS利用動向に関する調査, ICT総研, http://ictr.co.jp/report/20150729000088-2.html 無断転載が 大きな問題
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  Tumblr への無断転載の例 2 search:pixiv, Tumblr, https://www.tumblr.com/search/pixiv Deleted
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  SNSでの再エンコード • 転載された画像からは作者や作品の情報が入手できない • SNSではストレージ削減のために再エンコードしている •再エンコードした画像ではメタデータが消失している 3
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  研究目的 4 転載された画像から作品の情報が得られるようにする メタデータを使用しない情報の埋め込み 画素値に情報を埋め込むシステムの開発および検証
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  ステガノグラフィ • 任意のデータを別の任意のデータに埋め込む技術 • 元画像に対して最小限の変更しか加えない •1画素でも値が変わると読み出せなくなる 5 ノイズに対する耐性が低い
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  リード・ソロモン符号 • 1960 年にReedとSolomonが開発した誤り訂正符号 •CD，DVD，地上デジタル放送，QRコードなどに利用 • 元データを分割したシンボル単位で冗長化する •連続した誤りに対する訂正能力が高い 6 11011101 01011101 10110111 00010011 00100000 シンボル 符号語 冗長語 WICKER, Stephen B.; BHARGAVA, Vijay K. Reed-Solomon codes and their applications. John Wiley & Sons, 1999.
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  符号化 • 生成多項式 𝑔𝑥 を求める 7 𝑔 𝑥 = 𝑖=𝑏 2𝑡−1+𝑏 𝑥 − 𝛼 𝑖 • データを係数にした多項式から生成多項式 𝑔 𝑥 の剰余を得る • データを係数にした多項式に剰余を連結する 𝐶 𝑥 = 𝑥 𝑁−𝐾 × 𝐼 𝑥 + 𝑥 𝑁−𝐾 × 𝐼 𝑥 𝑚𝑜𝑑 𝑔 𝑥 データを係数にした8次多項式 生成多項式で割った余りを連結
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  ブロック単位の埋め込み • 隣接している複数画素をブロックにして扱う • ブロック内で最頻の画素値をデータとして取り出す 8 x10 x 3 x 2 x 1
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  埋め込み結果 • ブロックの境界に明暗の差が視認できてしまう 9
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  視細胞と色の関係 • 眼の細胞は桿体細胞と錐体細胞に分かれている • 細胞ごとに反応する光の波長が異なる 10 SCHUBERT,E. Fred. Human eye sensitivity and photometric quantities. Light-Emitting Diodes, 2006, 275-291. 桿体細胞と緑の錐体細胞のピークが近い 光に敏感 色に敏感
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  視細胞と色の関係 • 明暗の差が視認できることから画素中の緑の値が重要 •緑の値はそのままに赤と青の値にデータを埋め込む 11 SCHUBERT, E.Fred. Human eye sensitivity and photometric quantities. Light-Emitting Diodes, 2006, 275-291. 桿体細胞と緑の錐体細胞のピークが近い
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  埋め込み結果② • 明暗の差が低減できている 12
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  本手法による性能評価 画質 • SSIM の値で評価 ノイズ耐性 •カラーノイズフィルタの適用によって 埋め込んだデータが読み出せなくなる限界で評価 13
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  SSIM (Structural SIMilarity) •構造的類似度 • 2つの画像の局所的な違いを 0.0 ～ 1.0 で数値化する • 似ているほど 1.0 に近づく 14 SSIM 𝑥, 𝑦 = 2𝜇 𝑥 2 𝜇 𝑦 2 + 𝑐1 2𝜎𝑥 2 𝜎 𝑦 2 + 𝑐2 𝜇 𝑥 2 + 𝜇 𝑦 2 + 𝑐1 𝜎𝑥 2 + 𝜎 𝑦 2 + 𝑐2 • 𝜇 : 平均 • 𝜎 : 偏差 • 𝜎𝑥 𝜎 𝑦 : 共分散 • 𝑐 : 係数
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  0.940 0.950 0.960 0.970 0.980 0.990 1.000 RGB RB RGBRB RGB RB RGB RB RGB RB RGB RB girl.bmp house.bmp lenna.bmp mandrill.bmp peppers.bmp sailboat.bmp 埋め込み対象色の変更によるSSIMの変化 Y Cb Cr
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  0.940 0.950 0.960 0.970 0.980 0.990 1.000 RGB RB RGBRB RGB RB RGB RB RGB RB RGB RB girl.bmp house.bmp lenna.bmp mandrill.bmp peppers.bmp sailboat.bmp 埋め込み対象色の変更によるSSIMの変化 Y Cb Cr
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  0.940 0.950 0.960 0.970 0.980 0.990 1.000 RGB RB RGBRB RGB RB RGB RB RGB RB RGB RB girl.bmp house.bmp lenna.bmp mandrill.bmp peppers.bmp sailboat.bmp カラーノイズ付加による読み出し成功数 Y Cb Cr 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 回数 適用度 [%] 完全に読み出せた 不完全だが読み出せた
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  ノイズの付加 18 • カラーノイズフィルタの適用度が40%程度まで読み出し可能
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  おわりに • 本研究では，画素値に対してデータを埋め込む ステガノグラフィによる著作権情報の埋め込みを 開発し検証した • リード・ソロモン符号による符号化と隣接画素への 同時埋め込みによる冗長化によって ノイズに対する強力な耐性を得られることを実証した •今後の課題として，拡大・縮小したステゴデータから 埋め込んだデータを読み出す際の精度の向上が挙げられる 19
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  ありがとうございました 20
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  2015年度 SNS利用動向に関する調査, ICT総研,http://ictr.co.jp/report/20150729000088-2.html
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  リード・ソロモン符号 • 1960 年にReedとSolomonが開発した誤り訂正符号 •CD，DVD，地上デジタル放送，QRコードなどに利用 • 元データを分割したシンボル単位で冗長化する •連続した誤りに対する訂正能力が高い 22 11011101 01011101 10110111 00010011 00100000 シンボル 符号語 冗長語 WICKER, Stephen B.; BHARGAVA, Vijay K. Reed-Solomon codes and their applications. John Wiley & Sons, 1999.
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  ガロア体 • 四則演算が定義されている有限集合 23 + 01 0 0 1 1 1 0 × 0 1 0 0 0 1 0 1
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  GF(2^8) • 原始多項式 • 𝑓𝑥 = 𝑥8 + 𝑥4 + 𝑥3 + 𝑥2 + 1 • 𝑓(𝑥) = 0 のときの解を 𝛼 としたとき • 𝛼8 + 𝛼4 + 𝛼3 + 𝛼2 + 1 = 0 𝛼8 + 𝛼4 + 𝛼3 + 𝛼2 = −1 𝛼8 + 𝛼4 + 𝛼3 + 𝛼2 = 1 • 𝛼8 = 𝛼4 + 𝛼3 + 𝛼2 + 1 24
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  25 𝛼0 = 100000001 𝛼1 = 𝛼 00000010 𝛼2 = α2 00000100 ⋮ 𝛼7 = α7 10000000 𝛼8 = α4 + α3 + α2 + 1 00011101 𝛼9 = α5 + α4 + α3 + 𝛼 00111010 𝛼10 = α6 + α5 + α4 + α2 01110100 𝛼11 = α7 + α6 + α5 + α3 11101000 𝛼12 = α7 + α6 + α3 + α2 + 1 11001101 ⋮ 𝛼253 = α6 + α2 + 𝛼 + 1 01000111 𝛼254 = α7 + α3 + α2 + 𝛼 10001110 𝛼255 = 0 00000000
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  符号化 • 生成多項式 𝑔𝑥 を求める 26 𝑔 𝑥 = 𝑖=𝑏 2𝑡−1+𝑏 𝑥 − 𝛼 𝑖 • データを係数にした多項式から生成多項式 𝑔 𝑥 の剰余を得る • データを係数にした多項式に剰余を連結する 𝐶 𝑥 = 𝑥 𝑁−𝐾 × 𝐼 𝑥 + 𝑥 𝑁−𝐾 × 𝐼 𝑥 𝑚𝑜𝑑 𝑔 𝑥 データを係数にした8次多項式 生成多項式で割った余りを連結
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  復号 1. 検査行列を生成する 2. 符号と検査行列の積からシンドローム𝑠 を導出する 3. 𝑠 ≠ 0 の場合は誤りが存在するので 𝑠 からシンドローム行列を生成する 4. 誤り位置多項式を生成する 5. 誤り位置多項式から誤りが発生したシンボルを特定する 6. シンボル内の誤りを 𝑠 と誤り位置多項式の対象部分との 1次方程式の解から訂正する 27
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  埋め込み画像の比較 28
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  29SCHUBERT, E. Fred.Human eye sensitivity and photometric quantities. Light-Emitting Diodes, 2006, 275-291.
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  30SCHUBERT, E. Fred.Human eye sensitivity and photometric quantities. Light-Emitting Diodes, 2006, 275-291.
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  0.940 0.950 0.960 0.970 0.980 0.990 1.000 RGB RB RGBRB RGB RB RGB RB RGB RB RGB RB girl.bmp house.bmp lenna.bmp mandrill.bmp peppers.bmp sailboat.bmp 埋め込み対象色の変更によるSSIMの変化 Y Cb Cr
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  0.940 0.950 0.960 0.970 0.980 0.990 1.000 RGB RB RGBRB RGB RB RGB RB RGB RB RGB RB girl.bmp house.bmp lenna.bmp mandrill.bmp peppers.bmp sailboat.bmp 埋め込み対象色の変更によるSSIMの変化 Y Cb Cr
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  0.940 0.950 0.960 0.970 0.980 0.990 1.000 RGB RB RGBRB RGB RB RGB RB RGB RB RGB RB girl.bmp house.bmp lenna.bmp mandrill.bmp peppers.bmp sailboat.bmp カラーノイズ付加による読み出し成功数 Y Cb Cr 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 回数 適用度 [%] 完全に読み出せた 不完全だが読み出せた