Назад в библиотеку

Исследование метода встраивания цифровых водяных знаков на основе деления изображения–контейнера


М.В. Крахмаль, Т.В. Завадская

meri.krakhmal@gmail.com


Введение
Для цифровых изображений, находящихся в свободном доступе, необходим цифровой идентификатор, с помощью которого пользователь может контролировать публикации собственных работ. В качестве такого идентификатора может выступать цифровое изображение или текст, размещенные в произвольном месте [1].

На сегодняшний день активно применяется внедрение в изображение невидимых цифровых водяных знаков (ЦВЗ), которые содержат в себе информацию о правообладателе. Применение ЦВЗ дает возможность уменьшить потери от угроз незаконного копирования.

ЦВЗ должен содержать в себе: незаметность, невозможность удаления посторонними лицам, устойчивость к различному редактированию и возможность создателя обнаружить незаконное использование файла.

Целью данной работы является анализ и исследование метода встраивания ЦВЗ в изображение.


Основная часть
В качестве контейнеров для передачи скрытой информации используются различные оцифрованные данные: графические изображения, видео, звук и текстовые электронные документы [2].

Для внедрения скрытого сообщения необходима стеганографическая система, которая отвечает за шифрование, встраивание и считывание информации. Общий алгоритм внедрения ЦВЗ в изображение показан на рис.1.

Алгоритм внедрения состоит из следующих действий: первоначально выполняется разбиение исходного изображения и ЦВЗ на заданное количество частей, после чего происходит встраивание в соответствующую часть изображения части ЦВЗ.

Алгоритм имеет следующий вид:

Шаг 1. Выполняется инициализация начальных параметров (ЦВЗ, изображение), определяются параметры для внедрения ЦВЗ.

Шаг 2. Встраивание ЦВЗ в изображение.

Шаг 2.1. Разбиение изображения на блоки, определение соответствия пикселей [3].

Шаг 2.2. Для увеличения устойчивости определяется оператор встраивания по формуле:

M(m,n) = (1 – σ) × i(m,n) + (σ × b), (1)

где
M(m,n) — маркированное изображение;
i(m,n) — исходное изображение;
b — интенсивность ЦВЗ;
σ — степень искажений.

Шаг 3. Внедрение части ЦВЗ в блоки исходного изображения и объединение их в маркированное изображение.

Алгоритм встраивания ЦВЗ

Рисунок 1 — Алгоритм встраивания ЦВЗ

Извлечения ЦВЗ основывается на оценке параметра b и состоит из следующих действий [3]:

Шаг 1. Вводится ключ, определяющий соответствие между водяным знаком и блоками изображения.

Шаг 2. Разбиение изображения на блоки и извлечение ЦВЗ из блока.

Шаг 3. Восстановление водяного знака и исходного изображения.


Экспериментальное исследование метода
Для демонстрации работы алгоритма в качестве контейнера используется изображение размером 512×512. В качестве ЦВЗ — изображение 64×64. Пиковое отношение сигнала к шуму (PSNR) показывает уровень искажения при внедрении ЦВЗ (значение исходного изображения равно 57.76 dB). В табл.1 показаны результаты работы.

Таблица 1 — Результаты работы алгоритма встраивания ЦВЗ

Исходное изображение и гистограмма Контейнер Гистограмма
Значение σ 0.03 0.2 0.6
Маркированное изображение Контейнер Контейнер Контейнер
Гистограмма после встраивания Гистограмма Гистограмма Гистограмма
PSNR 61.29 dB 69.87 dB 84.50 dB

С увеличением параметра σ ухудшается качество результирующего изображения, но остается на достаточном уровне. При коэффициенте σ≤0.15 невозможно найти изменения. Качество маркированного изображения теряет свои детали при коэффициенте σ>0.4, а при значении σ>0.8 результирующее изображение становится затемненным.


Вывод
В работе показан метод встраивания ЦВЗ путем деления на блоки. Благодаря разбиению исходного изображения на блоки и не симметричной маркировке ЦВЗ, можно определить при проверке, подвергалось ли изображение каким–либо атакам. Направление дальнейших исследований связано с усовершенствованием данного метода путем увеличения устойчивости при маркировке изображений.


Литература

  1. Коханович, Г.Ф. Компьютерная стеганография: теория и практика / Г.Ф. Коханович, А.Ю. Пузыренко. — Киев: МК–Пресс, 2006. — 286 с.
  2. Грибунин, В.Г. Цифровая стеганография / В.Г. Грибунин, И.Н. Оков, И.В. Туринцев. — М.: Солон–Пресс, 2002. — 272 с.
  3. Digital image steganography: Survey and analysis of current methods [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.paulmckevitt.compubs/abbassp(survey)paper.pdf. — Заглавие с экрана. — (Дата обращения: 15.02.2019).


Назад в библиотеку