ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ К АТАКАМ МЕТОДА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ВСТРАИВАНИЯ ЭНЕРГИИ

Алексей С. Гераськин, Анастасия А. Шуликина, Анна А. Лукьянова

Аннотация


Целью статьи является исследование возможности повышения устойчивости встраивания цифрового водяного знака (ЦВЗ) методом дифференциального встраивания энергии (DEW) к статистическим атакам: медианный фильтр, фильтр Гаусса, пороговое округление, шумоподавление, сжатие; геометрическим атакам: поворот на 90 градусов, незначительная обрезка, масштабирование; атака на повторную запись. Рассматриваются особенности встраивания ЦВЗ методом DEW и возможности повышения надежности этого метода с применением визуальной модели Уотсона. Одной из основных проблем при встраивании ЦВЗ методом DEW является то, что он встраивает информацию в высокочастотные коэффициенты, которые отбрасываются фильтрами, и метод DEW не учитывает, какое влияние на исходное изображение оказывает изменение коэффициентов дискретного косинусного преобразования (ДКП). В качестве решения этих проблем предложена модификация метода, основанная на визуальной модели Уотсона. Модель оценивает максимально допустимым значением, которое можно изменить без визуального воздействия. При сравнении коэффициентов ДКП в алгоритме DEW в соответствии со значениями частотной чувствительности визуальной модели Уотсона уменьшается влияние на визуальное качество изображения. В работе приведена оценка изменений вносимых в изображение при встраивании ЦВЗ с помощью структурного сходства, а устойчивость цифрового водяного знака оценивалась с помощью коэффициента Пирсона. На основании данных представленных в статье проведено сравнение метода DEW и метода DEW c применением модели Уотсона. Согласно проведенному исследованию метод DEW c применением модели Уотсона устойчив к атакам на повторную запись, частично устойчив к геометрической и статистической атаке, тогда как метод DEW к статистическим атака и геометрическим не устойчив.


Ключевые слова


цифровой водяной знак, дискретное косинусное преобразование, метод DEW, модель Уотсона, коэффициент Пирсона, SSIM.

Полный текст:

PDF

Литература


1. Беззатеев С.В., Волошина Н.В., Минаева Т.А. Метод формирования многоуровневой структуры контейнера при встраивании ЦВЗ в цифровые изображения. Конвергенция цифровых и материальных миров: экономика, технологии, образование: Сборник научных статей международной научной конференции, Санкт-Петербург, 21–22 июня 2018 года. СПб: Санкт-Петербургский государственный экономический университет, 2018, c. 91–99. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=36553660
(дата обращения: 22.06.2022) – EDN SLYMTZ.

2. Завадская Т.В., Крахмаль М.В. Исследование методов цифровой стеганографии для маркировки изображений цифровыми водяными знаками. Современные тенденции развития и перспективы внедрения инновационных технологий в машиностроении, образовании и экономике. 2019, т. 5, № 1(4), с. 97–103. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=39470791 (дата обращения: 22.06.2022) – EDN FXFUXZ.

3. Конахович Г.Ф., Пузыренко А.Ю. Компьютерная стеганография. Теория и практика. Киев: МК-Пресс, 2006. – 286 с. URL: https://studfile.net/preview/7379018/ (дата обращения: 22.06.2022).

4. Гераськин Алексей С., Стрельникова София Ю., Завенягин Максим. П. Исследование возможности улучшения реализации алгоритма метода Коча для встраивания цифровых водяных знаков в изображения. Безопасность информационных технологий, [S.l.], т. 25, № 4, с. 86–94, 2018. ISSN 2074-7136.
DOI: http://dx.doi.org/10.26583/bit.2018.4.08. – EDN YQNKPJ.

5. Setyawan, I., Lagendijk R.L. Extended Differential Energy Watermarking (XDEW) algorithm for low bit-rate video watermarking. The Proceeding of the Seventh Annal Conference of the Advanced School in Computing and Imaging. 2001, p. 202–209. URL: https://citeseerx.ist.psu.edu/messages/downloadsexceeded.html (дата обращения: 22.06.2022).

6. Петелина М.В. Устойчивость цифровых водяных знаков. Сборник трудов молодых ученых и сотрудников кафедры ВТ под ред. д.т.н., проф. Т.И. Алиева. СПб: СПбНИУ ИТМО. 2012, с. 66–69.
URL: https://masters.donntu.ru/2018/fknt/shevlyakov/library/article3.htm (дата обращения: 22.06.2022).

7. Шниперов Алексей Н.; Мельников Валерий А. Использование полярных гармонических преобразований при разработке методов маркирования изображений робастным цифровым водяным знаком. Безопасность информационных технологий, [S.l.], т. 28, № 4, с. 90–103, 2021. ISSN 2074-7136.
DOI: http://dx.doi.org/10.26583/bit.2021.4.07. – EDN JDIRVG.

8. Иваненко Виталий Г.; Ушаков Никита В. Защита изображений формата jpeg при помощи цифровых водяных знаков. Безопасность информационных технологий, [S.l.], т. 25, № 2, с. 106–113, 2018.
ISSN 2074-7136. DOI: http://dx.doi.org/10.26583/bit.2018.2.09. – EDN RTJLPN.

9. Голдобин ИА., Климова Е.И. Влияние шумов на алгоритмы цифровой обработки изображений. Cб. статей по материалам научно-технической конференции молодых ученых. Волгоград. 2021, c. 396–402. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=46498271 (дата обращения: 22.06.2022) – EDN JVIVOX.

10. Langelaar G.C. and Lagendijk R.L. Optimal differential energy watermarking of DCT encoded images and video. IEEE Transactions on Image Processing. 2001, vol. 10, no. 1, p. 148–158.
DOI: http://dx.doi.org/10.1109/83.892451.

11. Watson A.B. DCT quantization matrices visually optimized for individual images, Proc. SPIE 1913, Human Vision, Visual Processing, and Digital Display IV, p. 202-216. (8 September 1993).
DOI: http://dx.doi.org/10.1117/12.152694.

12. Yaqing Niua, Matthew Kyanb, Lin Mac, Azeddine Beghdadi, Sridhar Krishnanb, Visual saliency’s modulatory effect on just noticeable distortion profile and it’s application in image watermarking. Signal Processing: Image Communication. 2013, vol.
28, issue 8, p. 917–928.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.image.2012.07.009.

13. Cox I.J., Miller M.L., Bloom J.A. Digital Watermarking and Steganography, New York: Morgan Kaufmann Publishers, 2008. – 623 p. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/B978-0-12-372585-1.X5001-3.

14. Старовойтов В.В. Уточнение индекса SSIM структурного сходства изображений. Информатика. 2018,
т. 15, № 3, с. 41–55. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=35618972 (дата обращения: 22.06.2022) – EDN XZOOHR.

15. Batura V.A. Increase of stability at jpeg compression of the digital watermarks embedded in still images. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics. 2015, vol. 15, no. 4,
p. 708–715. DOI: http://dx.doi.org/10.17586/2226-1494-2015-15-4-708-715.




DOI: http://dx.doi.org/10.26583/bit.2022.3.06

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.