واترمارکینگ دیجیتال برگشت‌پذیر ۲۰۲۲
Reversible Digital Watermarking 2022

واترمارکینگ دیجیتال، هنر و دانشِ جاسازی اطلاعات در محتوای دیجیتال موجود، به منظور مدیریت حقوق دیجیتال (DRM) و احراز هویت است. واترمارکینگ برگشت‌پذیر، دسته‌ای از واترمارکینگ دیجیتال (شکننده) است که نه تنها محتوای داده‌های چندرسانه‌ای را احراز هویت می‌کند، بلکه به حفظ یکپارچگی کامل “داده‌های پوششی” چندرسانه‌ای اصلی نیز کمک می‌کند. در طرح‌های واترمارکینگ غیربرگشت‌پذیر، پس از جاسازی و استخراج واترمارک، داده‌های پوششی دچار اعوجاج‌هایی می‌شوند، اگرچه در بیشتر موارد، این اعوجاج‌ها از نظر ادراکی ناچیز هستند. در مقابل، در واترمارکینگ برگشت‌پذیر، اعوجاج صفر داده‌های پوششی حاصل می‌شود، یعنی تضمین می‌شود که داده‌های پوششی به‌صورت بیت‌به‌بیت بازیابی شوند. چنین ویژگی‌ای زمانی مطلوب است که داده‌های بسیار حساس واترمارک شوند، مثلاً در کاربردهای تصویربرداری نظامی، پزشکی و حقوقی.

این اثر به توسعه، تجزیه و تحلیل و ارزیابی تکنیک‌های واترمارکینگ برگشت‌پذیر پیشرفته برای تصاویر دیجیتال می‌پردازد. در این اثر، ما انگیزه برای تحقیق در مورد واترمارکینگ برگشت‌پذیر را با استفاده از چند مطالعه موردی با تصاویر پزشکی و نظامی ایجاد می‌کنیم. مروری دقیق بر تحقیقات پیشرفته در این زمینه ارائه می‌دهیم. زیرمجموعه‌های مختلف الگوریتم‌های واترمارکینگ برگشت‌پذیر، اصول عملکرد و پیچیدگی‌های محاسباتی آنها را بررسی می‌کنیم. به همراه این، برای اینکه به خوانندگان ایده‌ای در مورد عملکرد دقیق یک طرح واترمارکینگ برگشت‌پذیر بدهیم، یک تکنیک واترمارکینگ برگشت‌پذیر مبتنی بر پیش‌بینی را که اخیراً توسط ما منتشر شده است، ارائه می‌کنیم. مسائل و چالش‌های اصلی پشت اجرای تکنیک‌های واترمارکینگ برگشت‌پذیر و راه حل‌های پیشنهادی اخیر برای آنها را مورد بحث قرار می‌دهیم. در نهایت، مروری بر برخی از مسائل حل‌نشده و دامنه کار برای محققان آینده در این زمینه ارائه می‌دهیم.

Digital Watermarking is the art and science of embedding information in existing digital content for Digital Rights Management (DRM) and authentication. Reversible watermarking is a class of (fragile) digital watermarking that not only authenticates multimedia data content, but also helps to maintain perfect integrity of the original multimedia “cover data.” In non-reversible watermarking schemes, after embedding and extraction of the watermark, the cover data undergoes some distortions, although perceptually negligible in most cases. In contrast, in reversible watermarking, zero-distortion of the cover data is achieved, that is the cover data is guaranteed to be restored bit-by-bit. Such a feature is desirable when highly sensitive data is watermarked, e.g., in military, medical, and legal imaging applications. This work deals with development, analysis, and evaluation of state-of-the-art reversible watermarking techniques for digital images. In this work we establish the motivation for research on reversible watermarking using a couple of case studies with medical and military images. We present a detailed review of the state-of-the-art research in this field. We investigate the various subclasses of reversible watermarking algorithms, their operating principles, and computational complexities. Along with this, to give the readers an idea about the detailed working of a reversible watermarking scheme, we present a prediction-based reversible watermarking technique, recently published by us. We discuss the major issues and challenges behind implementation of reversible watermarking techniques, and recently proposed solutions for them. Finally, we provide an overview of some open problems and scope of work for future researchers in this area.