Анализ стойкости цифровых водяных знаков к компрессии изображений

В настоящее время обострилась проблема защиты авторских прав на цифровую информацию, в том числе и на цифровые изображения.

Одним из способов ее решения является внедрение скрытой информации в оригинал изображения – цифрового водяного знака (ЦВЗ).

При этом предъявляется два обязательных условия:
отличие изображения со встроенным ЦВЗ от оригинала должно быть незаметно человеческому глазу;
встроенный ЦВЗ должен быть устойчивым (робастным) к различным методам обработки изображения.

Известно много методов встраивания ЦВЗ [1; 2], однако среди них нет таких, которые бы удовлетворяли стойкостью ко всем методам обработки изображения. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо выбирать определенный метод встраивания ЦВЗ, или объединять несколько методов одновременно. Робастные алгоритмы встраивания ЦВЗ, в основном, основаны на изменении коэффициентов в частотной области преобразования изображения.

Такие алгоритмы обычно допускают изменение некоторых параметров (или параметра), влияющего на степень робастности ЦВЗ. Однако, чем больше стойкость, тем более отличается изображение со встроенным водяным знаком от исходного.

Поэтому величины параметров алгоритмов всегда выбираются из соображения компромисса между величиной искажения оригинала изображения и робастностью ЦВЗ. Некоторые авторы предлагают использовать пороговое значение JND [2; 3], которое вычисляется из условия достижения максимального искажения изображения невидимого человеческим глазом. Однако, зрительная система индивидуальна для каждого человека, кроме того, в некоторых случаях могут быть предъявлены другие условия к величине допустимого искажения оригинала.

В данной работе предлагается производить выбор параметров алгоритма, исходя из условий, предъявляемых к стойкости. Для этого необходимо экспериментальным путем проверить стойкость ЦВЗ встроенных в одни и те же изображения при различных параметрах алгоритма.

Приведенный подход был исследован путем оценки стойкости ЦВЗ встроенных по первому варианту алгоритма Коха и Жао [1] к JPEG-компрессии изображений. Для этого было отобрано 10 фотографий размера 200х150 пикселей. В канал синего цвета каждой из них был внедрен ЦВЗ, представляющий собой битовое изображение размером 20х15 пикселей. Исследуемый параметр – значение порога встраивания изменялось от 5 до 55 с шагом 5. Каждое из 110 полученных изображений было подвергнуто компрессии с различными коэффициентами, изменяющимися от 11 до 2 с шагом 1. Из всех сжатых изображений (1100 шт.) извлекался ЦВЗ и сравнивался с оригиналом.

По результатам исследований сделан вывод, что метод Коха и Жао может быть использован только в том случае, если не требуется стойкость к компрессии с коэффициентом меньшим 6. Некоторые изображения, в которых преобладает синий цвет, визуально отличаются от оригинала при встраивании ЦВЗ со значением порога встраивания большим 35. Для таких изображений стойкость к разрушению ЦВЗ обеспечивается только при сжатии с коэффициентом не менее 7. В такие изображения лучше встраивать ЦВЗ в канал красного либо зеленого цвета.

Література:
1. Конахович Г.Ф. Компьютерная стеганография. Теория и практика / Г. Ф. Конахович, А. Ю. Пузыренко– К.: «МК-Пресс», 2006. – 288 с.
2. Chen L.-H. Mean quantization based image watermarking. / L.-H. Chen, J.-J. Lin // Image and Vision Computing. – Volume 21 – Number 8. – 1 August 2003. – pp. 717-727.
3. Eyadat M. Performance evaluation of an incorporated DCT Block-Based Watermarking algorithm with Human Visual system Model / M. Eyadat S. Vasikarla,, Pattern Recognition Journal.– Vol. 26. – 2005. – pp. 1405-1411.