Диссертация (1025521), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Повысить устойчивость маркировки к воздействиюалгоритма сжатия видеоинформации можно путем изменения во времениуровня стеганограммы за счет амплитудной модуляции оптического сигнала.1.5.Обзор оптических методов маркировки изображенийПод оптическими методами будем понимать такие методы маркировкиизображений, в которых процесс внедрения или процесс извлечения ЦВЗ можетбыть реализован аппаратно с использованием оптических средств. Известныследующие варианты реализации оптических методов маркировки: аппаратное внедрение и программное извлечение ЦВЗ [43]; программное внедрение и аппаратное извлечение ЦВЗ[44, 45].Внедрение ЦВЗ с использованием оптических средств применяется длямаркировкиразличныхфизическихобъектовпутемихподсветки35пространственно-модулированнымизлучением,впараметрахкоторогосодержится ЦВЗ. В результате чего все цифровые изображения данныхобъектов также будут содержать ЦВЗ, который может быть извлечен путемцифровой обработки этих изображений.

Реализация процесса извлечения ЦВЗ cиспользованием оптических средств обычно применяется для считыванияводяных знаков с различных документов и представляется неоправданносложной при извлечении ЦВЗ из цифрового объекта. Поэтому, если нетжестких временных ограничений на процесс извлечения, то целесообразноизвлекать ЦВЗ с помощью программных средств.Существует ряд исследований в области оптических методов маркировкиизображений [46–53]. Рассмотрим некоторые из них с целью выявления общихподходов, используемых в этих методах. Один из самых известных оптическихметодов маркировки изображений, основанный на двойном случайномкодировании фазы оптической волны [54], предложен в работе [46].

Схемыпроцессов внедрения и извлечения ЦВЗ в этом методе представлены наРис. 1.10.FFTFFTM(x,y)S(x,y)φ1(x,y)C(x,y)φ2(x,y)(a)FFT-1FFT-1M(x,y)S(x,y)φ2(x,y)φ1(x,y)(б)Рис. 1.10. Схемы процессов внедрения (а) и извлечения (б) ЦВЗ в методемаркировки на основе двойного случайного кодирования фазы36Особенность данного метода состоит в использовании двух фазовыхтранспарантов с псевдослучайным распределением фазы.

Сначала внедряемоеБИ (, ), заданное фазовой или амплитудной составляющей комплекснойфункции, умножается на комплексный коэффициент пропускания первогофазовоготранспаранта.Затемпреобразуетсяпоалгоритмубыстрогопреобразования Фурье (БПФ) и умножается в частотной области накомплексный коэффициент пропускания второго фазового транспаранта. Послеэтого берется еще одно БПФ.

Полученное комплексное распределениеумножается на константу , задающую уровень внедряемого сигнала, исуммируется с изображением-контейнером ( ′ , ′ ). Благодаря использованиюдвухпсевдослучайныхпредставляетсобойфазовыхкомплекснуютранспарантоваддитивныйфункцию,которойусигналмнимаяидействительная часть имеют вид «белого шума». Стегано-изображение ( ′ , ′)формируется в результате взятия модуля или действительной части отполученной суммы.Для извлечения внедренного БИ (см.

Рис. 1.10, б) необходимо повторитьвсе операции в обратном порядке, используя комплексно-сопряженныекоэффициенты пропускания фазовых транспарантов. В результате извлеченноеБИ (, ) наблюдается на фоне шума, который вызван как наличиемизображения-контейнера, так и потерями части сигнала в результате операцийвзятия модуля или действительной части.В работе [47] предлагается метод внедрения ЦВЗ, основанный наприменении цифровой голографии. Соответствующие схемы процессоввнедрения и извлечения ЦВЗ представлены на Рис.

1.11.На первом этапе для внедряемого БИ (, ) и БИ ключа ( ′ , ′ )вычисляются образы в виде бинарных фазовых функций с помощьюитерационного алгоритма IFTA (англ. iterative Fourier-transform algorithm),основанного на БПФ. Затем фазовая функция, соответствующая внедряемомуБИ,умножаетсянакомплексно-сопряженнуюфазовуюфункцию,соответствующую БИ ключа, и суммируется с изображением-контейнером37 ( ′ , ′ ).

Для получения действительного стегано-изображения ( ′ , ′) отимеющейся суммы берётся модуль.IFTAFFTM(x,y)S(x,y)M(x,y)S(x,y)IFTA*C(x,y)IFTAk(x,y)k(x,y)(a)(б)Рис. 1.11. Схемы процессов внедрения (а) и извлечения (б) ЦВЗ в методемаркировки на основе цифровой голографииДля извлечения БИ (, ) необходимо взять преобразование Фурье отпроизведениястегано-изображения( ′ , ′)ифазовойфункции,соответствующей БИ ключа. В восстановленном сигнале изображение (, )наблюдается благодаря пространственному разделению с сигналом вызваннымналичием контейнера.В работе [48] предлагается метод маркировки изображений, основанныйна двойном случайном кодировании фазы и фурье-голографии.

Внедряемое БИ(, ) приводится к виду комплексного «белого шума» аналогичнорассмотренномувышеметоду.Результатинтерференцииполученногораспределения и опорной плоской волны суммируется с изображениемконтейнером ( ′ , ′). Процесс внедрения БИ в данном методе, в отличие отрассмотренных выше, может быть реализован не только программно, но и спомощью оптических средств.В работе [49] представлен метод маркировки изображений, в которомвнедрение ЦВЗ осуществляется программными, а извлечение аппаратнымисредствами в реальном масштабе времени. В данном методе элементы38внедряемогоБИ(, )модулируютсяключом(, ),послечегоизображение (, ) суммируется с изображением-контейнером (, ). Приэтом изображение-контейнер может одновременно содержать нескольковнедрённых ЦВЗ. Это достигается применением ортогональных ключей,количество которых соответствует количеству внедряемых ЦВЗ.

Каждый ключгенерируется на основе случайной последовательности и матрицы Адамара.Таким образом исключается возможность корреляции между случайнымипоследовательностями, которые относятся к разным ЦВЗ.Процесс извлечения БИ осуществляется с помощью оптическогокорреляторасовместногопреобразования,навходкоторогоподаетсяизображение-контейнер и соответствующий ключ (, ). Сигнал на выходекоррелятора регистрируется МПИ, подвергается нелинейной обработке и затемвыводится на пространственный модулятор света. Полученный с помощьюфурье-преобразующегообъектива(ФПО)спектрсигналасодержиткорреляционные пики, формирующие элементы изображения (, ).В работе [50] представлен метод внедрения визуальной информации засчет смещения точек полутонового изображения.

Предложенный в даннойработе итерационный алгоритм объединяет полутоновое изображение и ЦВЗ ввиде БИ. В результате объединения получается визуально похожее на исходное,новое полутоновое изображение, в котором видимое изображение определяетсяразмерами точек, в то время как ЦВЗ – их положением. Фактически полученноеполутоновое изображение представляет собой двухмерный штриховой код.Внедрение ЦВЗ происходит в зашифрованном виде, поэтому только персона,имеющая ключ, может его извлечь.

Незаметность наличия ЦВЗ обеспечиваетсяза счет малого размера точек.ДляизвлеченияпространственныйЦВЗфильтриспользуетсякоторогооптическийсодержитфункцию4-коррелятор,ключа.ЦВЗизвлекается в результате корреляции полутонового изображения и опорнойфункции, связанной с функцией пропускания пространственного фильтра39преобразованием Фурье. Каждый элемент извлеченного БИ формируется каквзвешенная сумма всех входных точек полутонового изображения. Процедураизвлечения ЦВЗ может быть реализована оптическими средствами илипрограммно с использованием алгоритма БПФ.Оптические методы маркировки, представленные в литературе, восновномпредполагаютпрограммноевнедрениеЦВЗ,ивозможноеиспользование оптических средств для его извлечения.

Это связано снаправленностьюсуществующихметодовназащитуизображений,находящихся на твердом носителе. Общей особенностью существующихоптическихметодовмаркировкиявляетсяиспользованиепараметровкогерентного оптического сигнала (амплитуды и фазы) для кодирования ЦВЗ, ифурье-преобразования в качестве основной операции кодирования. Процессвнедрения осуществляется путем суммирования изображения-контейнера истеганограммы – сигнала, в параметрах которого содержится ЦВЗ.

Важнаяособенностьпроцессавнедрениясостоитвкогерентномсложениистеганограммы и изображения-контейнера. Это позволяет сохранить фазовуюинформацию после взятия модуля и успешно извлечь ЦВЗ. Малыйдинамический диапазон стеганограммы обеспечивается за счет применениярассеивающихиспользованиепсевдослучайныхвпроцессефазовыхкодированиятранспарантов.Кромепсевдослучайныхэтого,фазовыхтранспарантов с большим количеством ячеек позволяет сформироватьстеганограмму, которая устойчива к имитации.

Стеганограмма, формируемая спомощью фурье-преобразования, обладает свойством голограммы, то естькаждая её часть содержит информацию обо всём ЦВЗ, поэтому даже еслипотеряна часть стегано-изображения, ЦВЗ может быть успешно извлечен.На основании выполненного обзора можно сделать вывод о том, что внастоящее время отсутствуют оптические методы, позволяющие маркироватьизображение в процессе его регистрации, поэтому задача разработки данныхметодов и реализующих эти методы оптико-электронных устройств являетсяактуальной.40Выводы к главе 1Наосновеанализалитературныхисточниковвобластистеганографического внедрения данных в изображение можно сделатьследующие выводы:1.

На основе анализа общих принципов построения стеганографическихалгоритмоввыработаныследующиетребованиякстеганографическималгоритмам, предназначенным для проверки подлинности видеозаписей:– наличие АК в кадрах видеозаписи не должно влиять на визуальноекачество изображения в условиях отсутствия предварительного анализа кадроввидеозаписи;– АК должен сохраняться при сжатии видеопотока по стандарту MPEG-4,таккакэтомупреобразованиюподвергаетсябольшинствоцифровыхвидеозаписей;– наличие АК в кадрах видеозаписи должно позволять устанавливатьфакт добавления или исключения кадров видеозаписи, а также фактредактирования отдельных кадров видеозаписи;– маркировка видеозаписи с помощью АК должна быть устойчивой кимитации.2.

Установлено, что с позиции визуальной незаметности наилучшимвариантом является внедрение АК в области средних и высоких частотизображения-контейнера или в виде шумоподобного сигнала, имеющегоширокий пространственно-частотный спектр (ПЧС). Для одновременноговыполнения требований незаметности и устойчивости к алгоритмам сжатияцелесообразно выбирать средний диапазон пространственных частот.3. Установлено, что в условиях априори неизвестной структурыизображения-контейнерадляобеспечениявизуальнойнезаметностисреднеквадратичное отклонение (СКО) интенсивности стеганограммы недолжно превышать 1% от среднего значения интенсивности изображенияконтейнера. Применительно к цифровым полутоновым изображениям, средний41уровень которых обычно составляет около 100 уровней квантования, СКОаддитивного сигнала не должно превышать 1 уровня квантования.4.

Характеристики

Список файлов диссертации