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

Текст из файла (страница 4)

Хрупкие ЦВЗ разрушаются уже при незначительной модификации запол­ненного контейнера. Они применяются для аутентификации сигналов. В отличие от средств электронной цифровой подписи, хрупкие ЦВЗ все же допускают некоторую модификацию содержимого документа. Это важно для защиты мультимедийной информации, так как законный поль­зователь может, например, захотеть сжать изображение. Другим отличием является то, что хрупкие ЦВЗ должны не только отразить факт мо­дификации контейнера, но также вид и местоположение этого изменения.

Полухрупкие ЦВЗ устойчивы по отношению только к некоторым воздействиям. Например, они могут позволять выполнять сжатие изображе­ния, но запрещать вырезку из него фрагмента. К этому классу относится большинство алгоритмов генерирования и встраивания ЦВЗ.

1.3.3 Математическая модель стегосистемы

Рассмотрим математическую модель стегосистемы. Алгоритм встраивания ЦВЗ состоит из трех основных этапов: генерации ЦВЗ, встраивания ЦВЗ в кодере и обнаружения ЦВЗ в детекторе.

За обозначим множества возможных цифровых водяных знаков, ключей, контейнеров и скрываемых сообщений, соответственно. Тогда генерирование ЦВЗ может быть представлено в следующем виде:

где – представители соответствующих множеств. Функция может иметь произвольный вид, но на практике требования устойчивости ЦВЗ накладывают на нее определенные ограничения. Так, в большинстве случаев, то есть незначительное изменение контейнера не должно значительно влиять на ЦВЗ. Функция , как правило, является составной (цифровой водяной знак зависит от свойств контейнера): где и . Функция может реализовываться с помощью алгоритма генерации псевдослучайной последовательности с ключом в качестве начального значения. Оператор модифицирует кодовые слова , в результате чего получается ЦВЗ . На эту функцию чаще всего не накладывается требование обратимости, т.к. грамотный выбор функции гарантирует необратимость .

Функция должна быть выбрана так, чтобы исходный контейнер , заполненный контейнер и незначительно модифицированный заполненный контейнер порождали бы один и тот же ЦВЗ: то есть быть робастной к малым изменениям контейнера.

Процедура встраивания ЦВЗ в исходное изображение может быть описана как суперпозиция двух сигналов:

где – маска встраивания ЦВЗ, учитывающая характеристики СЗЧ, способствует уменьшению заметности ЦВЗ;  проектирующая функция, зависящая от ключа. Использование проектирующей функции может рассматриваться, как реализация разнесения информации по параллельным каналам. Кроме того, она имеет определенную пространственную структуру и корреляционные свойства, использующиеся для противодействия геометрическим атакам [19].

Главным компонентом системы является стегодетектор. В зависимости от типа он может выдавать двоичные либо М-ичные решения о наличии/отсутствии ЦВЗ (в случае детектора с мягкими решениями).

Рассмотрим вначале более простой случай бинарного детектора стего. Обозначим операцию детектирования через . Тогда

Пусть у половины пикселей изображения значение яркости увеличено на 1, а у остальных – уменьшено на 1. Тогда где

Сначала коррелятор детектора ЦВЗ вычисляет величину Так как может принимать значения ±1, то будет весьма мало, а будет всегда положительно. Поэтому будет очень близко к . Тогда можно записать вероятность неверного обнаружения стего, как дополнительную функцию ошибок от корня квадратного из отношения («энергии сигнала») к дисперсии значений пикселей яркости («энергия шума»).

Для случая мягкого детектора и закрытой стегосистемы имеем две основные меры похожести: – нормированный коэффициент взаимной корреляции и расстояние по Хэммингу (количество отличающихся значений) [21].

В детекторе могут возникать два типа ошибок. Существует вероятность того, что детектор не обнаружит имеющийся ЦВЗ, и вероятность ложного нахождения ЦВЗ в пустом контейнере (вероятность ложной тревоги). Снижение одной вероятности приводит к увеличению другой. Надежность работы детектора характеризуют вероятностью ложного обнаружения.

Система ЦВЗ должна быть построена так, чтобы минимизировать вероятности возникновения каждой из этих ошибок, так как любая из них может приве-сти к отказу в обслуживании, нарушениям процедуры обеспечения целостности или аутентичности сообщений.

В то же время система ЦВЗ должна быть достаточно легковесной с точки зрения затрат энергии, объема вычислений, требований к ресурсам памяти для того, чтобы ее можно было применить в приложениях реального времени WMSN.

2 Обзор алгоритмов генерирования и встраивания Цвз в изображения

В данном разделе будут рассмотрены наиболее известные и эффективные алгоритмы генерирования и встраивания ЦВЗ в изображения и предложен собственный эффективный метод. Перед этим будут рассмотрены важнейшие факторы, которые надо учитывать при создании алгоритмов. К ним относятся особенности системы человеческого зрения, алгоритмы сжатия и форматы изображений.

2.1 Свойства человеческого зрения

Свойства системы человеческого зрения (СЧЗ) принято делить на низкоуровневые и высокоуровневые. Ранее, при создании стеганографических алгоритмов, исследователи принимали во внимание, главным образом, низкоуровневые свойства зрения. В последнее время стеганографами также стали учитываться и некоторые высокоуровневые свойства СЧЗ.

К наиболее важным низкоуровневыми свойствам можно отнести чувствительность к изменению яркости изображения, частотную чувствительность и эффект маскирования.

Чувствительность к изменению яркости определяется следующим образом. Испытуемому показывают некоторую однотонную картинку. После того, как глаз адаптировался к ее освещенности , постепенно изменяют яркость вокруг центрального пятна. Освещенность изменяют до тех пор, пока оно не будет обнаружено [22]. Результаты исследования показали, что для среднего диапазона яркости контраст примерно постоянен, при малых значениях яркости порог неразличимости уменьшается, в областях с высокой яркостью порог неразличимости увеличивается.

Частотная чувствительность СЧЗ проявляется в большей восприимчивости человека к низкочастотному (НЧ) шуму, что связывается с неравномерностью амплитудно-частотной характеристики системы человеческого зрения.

Элементы СЧЗ разделяют поступающий сигнал на отдельные компоненты. Каждая составляющая возбуждает нервные окончания глаза через ряд подканалов. Выделяемые глазом компоненты имеют различные пространственные и частотные характеристики. В случае одновременного воздействия на глаз двух компонентов со сходными характеристиками возбуждаются одни и те же подканалы. Это приводит к эффекту маскирования, который заключается в увеличении порога обнаружения сигнала при наличии другого сигнала, обладающего аналогичными характеристиками. Поэтому, аддитивный шум гораздо заметнее на гладких участках изображения, чем на высокочастотных, то есть в последнем случае наблюдается маскирование. Наиболее значительно эффект маскирования проявляется, когда оба сигнала имеют одну ориентацию и местоположение [21].

Частотная чувствительность напрямую связана с яркостной. Существует также выражение для нахождения порога маскирования на основе известной яркостной чувствительности, которое позволяет вычислить метрику искажения изображения, учитывающую свойства СЧЗ. Такие математические модели детально исследованы для случая квантования коэффициентов дискретного косинусного преобразования, так как именно оно применяется в самом распространенном стандарте сжатия изображений JPEG.

Высокоуровневые свойства СЧЗ изучены хуже и до сих пор довольно редко учитываются при создании стеганографических методов и алгоритмов сжатия. Их отличием от низкоуровневых является то, что эти свойства проявляются «вторично»: обработавший первичную информацию от СЧЗ мозг выдает команды на ее «подстройку» под изображение. Ниже приведены основные высокоуровневые свойства СЧЗ:

• чувствительность к контрасту. На высококонтрастных участках изображения перепады яркости обращают на себя значительное внимание;

• чувствительность к размеру. Большие участки изображения «заметнее» меньших размером. Причем существует порог насыщения, когда дальнейшее увеличение размера не существенно;

• чувствительность к цвету. Некоторые цвета «заметнее» других. Например, в цветовой модели RGB изменение красной и зеленой компоненты гораздо заметнее, чем изменение синей;

• чувствительность к местоположению. Человек склонен в первую очередь рассматривать центр изображения. Также люди внимательнее к изображениям переднего плана, чем заднего;

• чувствительность к внешним раздражителям. Движение глаз наблюдателя зависит от конкретной обстановки, от полученных им перед просмотром или во время него инструкций, дополнительной информации.

2.2. Растровые графические форматы

Разработано большое количество форматов кодирования и хранения статических изображений, однако наиболее популярными среди них являются форматы хранения информации без потерь: BMP, PNG и форматы хранения информации с возможными потерями: JPEG, TIFF.

Характеристики

Список файлов ВКР