Аналіз надійності методів вбудовування водяних знаків у цифрове зображення
Автор: Ожитчук Андрій Васильович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Комп'ютеризовані системи управління та автоматика
Інститут: Інститут комп'ютерних технологій, автоматики та метрології
Форма навчання: заочна
Навчальний рік: 2020-2021 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Ожитчук А.В., Лагун І.І. (керівник). Аналіз надійності методів вбудовування водяних знаків у цифрове зображення. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2020. Розширена анотація Цифровий водяний знак (ЦВЗ) – це частина інформації, яка прихована безпосередньо в мультимедійному вмісті таким чином, що вона непомітна для спостерігача, але легко виявляється комп’ютером. Невидимі ЦВЗ аналізуються спеціальним декодером, який приймає рішення про їх коректність. Вони можуть містити деякий автентичний код, інформацію про власника, або певну управляючу інформацію. Основна перевага ЦВЗ полягає в тому, що мультимедійний вміст невіддільний від водяного знаку [1]. ЦВЗ також використовуються для виявлення потенційних піратів: під час продажу в зображення вбудовують інформацію про час продажу та інформацію про покупця. Ключовою відмінністю ЦВЗ від звичайного приховування інформації є наявність активного противника, який намагається видалити чи змінити вбудовані ЦВЗ. Тому основною вимогою є надійність та стійкість вбудованих даних [2]. Надійність є однією з основних проблем при розробці будь-якої схеми водяних знаків. Стандартна обробка даних включає в себе всі маніпуляції та модифікації даних, такі як редагування даних, друк, вдосконалення та перетворення формату. Тому завдання дослідження надійності та стійкості сучасних методів маркування зображень, визначення оптимальних значень параметрів різних алгоритмів впровадження ЦВЗ та удосконалення алгоритмів і методів, які можуть забезпечити цілісність ЦВЗ, є актуальними. Об’єктом дослідження є процес захисту авторських прав на файли зображень з використанням методів стеганографії. Предметом дослідження є методи формування, вбудовування та виявлення цифрових водяних знаків. Метою роботи є дослідження надійності методів стеганографічного захисту та розвиток їх для підвищення якості захисту авторських прав на зображення. У першому розділі розглянуто сучасні методи реалізації цифрових водяних знаків, структуру стеганосистеми для реалізації ЦВЗ, oсновні властивості ЦВЗ, методи нанесення ЦВЗ на зображення, визначено залежність надійності стеганосистеми від об’єму вбудовуваних даних [1-5]. Встановлено, що для створення цифрових водяних знаків найчастіше використовується цифрова стеганографія [2]. Вбудовування та вилучення ЦВЗ виконується у стеганосистемі. Визначено, що основними етапами проектування системи водяних знаків є створення сигналу водяного знака, що додається до основного сигналу; розробка методу вбудовування, який додає сигнал водяного знаку в дані контейнера; розробка методу вилучення, який відновлює інформацію про водяний знак із «суміші» сигналів. У другому розділі роботи проведено аналіз методів вбудовування водяних знаків у цифрове зображення. Визначено, що важливим завданням реалізації системи вбудовування ЦВЗ є вибір області модифікації зображення для ЦВЗ, а саме, просторової (часової) де відбувається пряма модифікація пікселів зображення, частотної або часо-частотної областей перетворення, в яких коефіцієнти дискретного перетворення Фур’є або дискретного вейвлет-претворення [2] представляють частотну або часо-частотну області відповідно. Розглянуто такі методи як вбудовування ЦВЗ з розширенням спектру в області дискретного косинусного перетворення (ДКП), модифікований метод вбудовування ЦВЗ з розширенням спектру, метод мультиплікативного вбудовування ЦВЗ з розширенням спектру в області дискретного вейвлет-перетворення (ДВП), метод адитивного вбудовування ЦВЗ з розширенням спектру в області ДВП. Розроблено загальний алгоритм вбудовування та вилучення ЦВЗ у/з цифрове зображення. Третій розділ роботи присвячено реалізації розробленого алгоритму, а саме розробленню структурної схеми вбудовування/вилучення ЦВЗ у/з зображення та програмній реалізації методів вбудовування ЦВЗ. Вся система реалізована за допомогою MATLAB. Безпосередньо процеси вставки та вилучення водяних знаків реалізовано як групу окремих блоків або модулів. У четвертому розділі представлено основні результати проведених досліджень розробленої системи, а саме дослідження впливу параметра масштабу вання на непомітність ЦВЗ та на правильність виявлення та ідентифікації ЦВЗ, дослідження впливу модифікацій, друку та фотографування зображень з вбудованим ЦВЗ на стійкість ЦВЗ. Ключові слова: цифровий водяний знак, стегосистема, стегоконтейнер, надійність ЦВЗ, стійкість ЦВЗ. 1 Аграновский А. В., Балакин А. В., Грибунин В. Г. , Сапожников С. А. Стеганография, цифровые водяные знаки и стегоанализ. Монография. – М.: Вузовская книга, 2009. – 220 с. 2. Грибунин В. Г. Цифровая стеганография / Грибунин В. Г., И. Н. Оков, Туринцев И. В. – М.: Солон-Пресс, 2009. – 265 с. 3 Ingemar J. Cox: Digital watermarking and steganography. Morgan Kaufmann, Burlington, MA, USA, 2008. 4 Frank Y. Shih: Digital watermarking and steganography: fundamentals and techniques. Taylor & Francis, Boca Raton, FL, USA, 2008. 5 Y. Zhang, ?Digital Watermarking Technology: A Review?, 2009.