SpreadMark: 스페이드 트럼 스프레드 임베딩을 통한 강력한 이미지 워터마킹

SpreadMark: Robust Image Watermarking via Spread-Spectrum Embedding

투명한 이미지 워터마크는 딥페이크 탐지 및 출처 추적에 점점 더 많이 사용되지만, 이러한 워터마크는 우발적인 왜곡뿐만 아니라 의도적인 제거에도 견딜 수 있어야 합니다. 본 연구에서는 기존의 워터마킹 원리인 스페이드 트럼 스프레드 임베딩을 최신 신경망 기반 후처리 워터마킹 아키텍처 내에서 재검토합니다. 기존 인코더-디코더 방식에서 각 메시지 비트는 이미지의 작은 부분만을 차지하며, 이는 취약성의 주요 원인이 됩니다. 왜냐하면 제거 과정에서 해당 영역만 약간 변경해도 워터마크가 손상될 수 있기 때문입니다. SpreadMark는 각 비트를 이미지 전체에 걸쳐 밀집된 유사 무작위 코드로 분산시키고, 학습된 커버 억제 칩 표현을 매칭 필터링하여 복원합니다. 또한, 병렬 컨볼루션 디코딩 경로와 희소성 인지 학습을 사용했습니다. 조건부 칩 공간 분석 결과, 코드워드에 독립적인 교란 모델 하에서 밀집 분산은 매칭 필터 복원을 방해하는 데 필요한 노력을 증가시킵니다. COCO 및 DIV2K 데이터셋에서 9가지 방식과 비교한 결과, SpreadMark는 테스트된 재생 및 잠재 공간 희소화 설정 모두에서 높은 검출률을 유지하며, JPEG 압축 및 추가 노이즈에 대한 강건성도 뛰어납니다. 또한, 임베딩된 워터마크가 인지적으로 감지되지 않도록 하여 COCO 및 DIV2K 데이터셋 모두에서 높은 시각적 품질을 유지합니다.

Invisible image watermarks are increasingly used for deepfake detection and provenance tracking, where they must survive not only incidental distortions but also deliberate removal. We revisit spread-spectrum embedding, a classical watermarking principle, inside a modern neural post-hoc watermarking architecture. Our starting point is a measurement: in existing encoder-decoder schemes each message bit occupies only a small fraction of the image, a shared contributing factor to their fragility, since removal then need only disturb the region a bit occupies. SpreadMark instead spreads each bit as a dense pseudo-random codeword over the whole image and recovers it by matched-filtering a learned cover-suppressed chip representation, with a parallel convolutional decoding path and sparsification-aware training. A conditional chip-space analysis shows that, under a codeword-independent perturbation model, dense spreading increases the budget required to disrupt matched-filter recovery. Evaluated on COCO and DIV2K against nine schemes, SpreadMark is the only evaluated method retaining high detection under both the regeneration and the latent-space sparsification settings we test, with competitive JPEG and additive-noise robustness. It keeps the embedded watermark imperceptible, maintaining high perceptual quality on both COCO and DIV2K.