Диссертация 1 (1189900), страница 9

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

Текст из файла (страница 9)

Полученные значения параметров визуального искажения для данного изображения приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2  Значения параметров визуального искажения для изображения Lighthouse

Из результатов эксперимента следует, что предлагаемый в работе алгоритм генерирования и встраивания ЦВЗ вносит наименьшие искажения при внедрении битов информации в данный контейнер. При этом при правильном подборе параметра P (разности между коэффициентами) качество изображения сохраняется практически на идеальном уровне. В данном эксперименте значение параметра P бралось равным 10. Такое небольшое значение практически не меняет статистику контейнера.

Использование алгоритмов Koch и Soheili при встраивании ЦВЗ также не дало видимых искажений при встраивании в синюю компоненту изображений. В алгоритме Koch значение параметра P, соответствующее разности между коэффициентами ДКП, было также выбрано равным 10. В алгоритме Soheili шаг квантования Q был взят равным 16. Эти значения позволили правильно извлечь цифровой водяной знак и не внести серьезных статистических изменений в изображения. Высокие результаты алгоритма Koch связаны с тем, что данное изображение сжато в формате JPEG. При сжатии использовалось то же преобразование (дискретное косинусное), что и при встраивании ЦВЗ.

Наибольшие искажения при встраивании дало использование алгоритма Sanghavi. При встраивании в HL-поддиапазон четвертого уровня разложения синей цветовой компоненты при качестве изображения в 99,89% возникли видимые артефакты (пятна желтого цвета). При встраивании в более высокочастотный LH-поддиапазон удалось повысить качество изображения (до 99,94%) и отношение «сигнал-шум», понизить показатели ошибки и уменьшить количество возникших артефактов, но тем не менее видимые искажения в контейнере сохранились. Возможным методом решения этой проблемы является использование более вычислительно сложного инвариантного к перестановке 5 коэффициентов вейвлетного преобразования (например, Добеши-6).

3.1.2 Визуальные искажения в стегосистемах с контейнером Koala

Данное изображение является фотографией с преобладающим объектом переднего плана (головой коалы) и размытым задним фоном, разрешение изображения 1024x768 пикселей. На изображении преобладает зелёная компонента, синяя и красная также заметно выражены. Контрастность изображения невысокая. Полученные в результате эксперимента показатели приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 – Показатели визуального искажения для изображения Koalа

Стегосистема, построенная на основе алгоритма изменения разности между коэффициентами ДВП, обладает наибольшей визуальной стойкостью. При стандартном значении P = 10 визуальных искажений и значительного изменения статистики контейнера не замечено. Чуть худшее, по сравнению с предыдущим изображением качество, связано с меньшими значениями синей компоненты пикселей.

Использование алгоритмов Koch и Soheili снова позволило избежать видимых искажений контейнера и добиться высокого показателя отношения «сигнал-шум». Значение параметров P и Q не менялось по сравнению с предыдущим экспериментом. Ухудшение статистических показателей алгоритма Koch также связано с преобладанием зеленой компоненты и меньшей выраженностью синей.

Применение алгоритма Sanghavi для встраивания ЦВЗ снова привело к появлению артефактов (желто-синих пятен) при высоком качестве изображения в 99,8 %. При этом, учитывая результаты предыдущего эксперимента, встраивание велось в LH- поддиапазон четвертого уровня вейвлет-разложения.

3.1.3 Визуальные искажения в стегосистемах с контейнером Snap

Изображение Snap является фотографией, полученной с веб-камеры. Недорогие веб-камеры часто используются в качестве узлов в беспроводных мультимедийных сенсорных сетях. Изображение, полученное с веб-камеры, сохранено в формате JPEG. Данный формат применяется по умолчанию для сохранения изображений практически во всех камерах. Качество изображения довольно низкое. Размер изображения 640x480 пикселей. Полученные в результате эксперимента показатели искажений приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.4 – Показатели визуального искажения для изображения Snap

Стегосистема, встраивающая ЦВЗ путем изменения разности между коэффициентами ДВП, обладает наибольшей визуальной стойкостью. При значении P = 10 визуальных искажений и значительного изменения статистики контейнера не замечено.

Применение остальных алгоритмов также позволило избежать возникновения артефактов и добиться высокого показателя отношения «сигнал-шум». Значение Q алгоритма Soheili не менялось по сравнению с предыдущим экспериментом.

3.1.4 Оценка визуальных искажений в стегосистемах с контейнером Lena

Данное изображение сохранено в формате BMP (точечный рисунок) с разрешением 512x512 точек. Формат BMP (в базовой версии) не предусматривает сжатия и хранит изображение в исходном виде.

Это изображение является портретом, а портрет содержит достаточно большое количество мелких деталей. Цвета приглушены, так как снимок сделан в середине XX века. Доминирует красная компонента, зелёная и синяя выражены средне. Полученные значения параметров визуального искажения для данного изображения приведены в таблице 3.5.

Таблица 3.5 – Показатели визуального искажения при встраивании в изображение Lena

Алгоритм / Мера	AD	NAD	SNR	PSNR	IF
Koch	18,204	0,172697	35,89	148,1	97,2138%
Sanghavi	0,472923	0,004486	1743	7190	99,9426%
Soheili	0,244946	0,002324	33886	139797	99,997%
Предлагаемый	0,29617	0,00281	32371	133549	99,9969%

Лучшие показатели визуального искажения показали предлагаемая схема и алгоритм Soheili. Уменьшение размера изображения отрицательно сказалось на показателях первого и положительно на показателях второго.

Для встраивания тестового сообщения в изображение с применением алгоритма Sanghavi, вследствие небольшого размера изображения, использовались среднечастотные коэффициенты третьего уровня вейвлет-разложения. Удалось достичь хороших показателей визуального искажения и избежать видимых артефактов. Однако понижение уровня встраивания ведет к ухудшению робастности метода.

Худшие показатели имеет алгоритм Koch, использующий ДКП, в то время как формат изображения не использует алгоритмов сжатия. Но главной проблемой для Koch стал небольшой размер изображения, что резко понизило отношение “сигнал-шум”. Артефакты, из-за общей тусклости цветов, менее заметны, но общее затемнение фона изображения ощутимо. От использования данного алгоритма с изображениями формата BMP рекомендовано воздержаться.

3.1.5 Показатели визуальных искажений в стегосистемах с контейнером Napoleon

Изображение Napoleon является цифровой репродукцией картины, сохраненной в формате PNG размером 1200x801 пикселей. Цифровые копии картин характеризуются невысокой яркостью и наличием большого количества мелких деталей, а также резкими цветовыми переходами, связанными с техникой художника. Изображение затемнённое, цвета не насыщены. Цветовые компоненты выражены слабо. Полученные значения параметров визуального искажения для данного изображения приведены в таблице 3.6.

Таблица 3.6 – Показатели визуального искажения для изображения Napoleon

Алгоритм / Мера	AD	NAD	SNR	PSNR	IF
Koch	27,9812	0,394229	8,25179	54,6579	87,8814%
Sanghavi	0,548808	0,007732	769,908	5099,68	99,8701%
Soheili	0,245298	0,003456	17978,3	119084	99,9944%
Предлагаемый	0,0062	0,00009	283165	1872650	99,9996%

И вновь лучших показателей удалось достигнуть при использовании предлагаемой схемы встраивания. При ее использовании удалось достичь уменьшения разностных показателей и увеличения отношения «сигнал-шум» при сохранении практически максимального качества изображения и отсутствии видимых искажений.

При применении метода Soheili удалось достичь хороших показателей визуального искажения при отсутствии видимых искажений.

Использование алгоритма Sanghavi привело к неточной детекции цифрового водяного знака (3 бита из 256 оказались искажены при извлечении). Это связано с нечетной размерностью (шириной) изображения. При использовании вейвлетов Добеши рекомендовано использовать в качестве контейнера изображение с четными размерностями. Тем не менее эта рекомендация оказалась актуальна только для одного из трех алгоритмов, основанных на ДВП. Также в процессе встраивания возникли видимые артефакты.

Алгоритм Koch применять в стегосистемах с данным изображением не рекомендуется. Это связано с особенностями формата (отсутствием сжатия JPEG) и низкой яркостью изображения. Использование данного метода привело к возникновению значительных искажений и резкому ухудшению оцениваемых показателей. Изменение параметра алгоритма не привело к значительному улучшению результатов.

3.1.6 Визуальные искажения в стегосистемах с контейнером Puzzle

Изображение Puzzle является изображением, сохранённым в формате PNG. Изображение содержит много мелких деталей разного цвета и однотонный фон. Разрешение изображения-контейнера 800x600 точек. Изображение яркое, цвета насыщенные, зеленая и красная компоненты выражены сильнее, чем синяя.

Полученные значения параметров визуального искажения для данного изображения приведены в таблице 3.7.

Таблица 3.7 – Показатели визуального искажения при для изображения Puzzle

Алгоритм / Мера	AD	NAD	SNR	PSNR	IF
Koch	27,031	0,282674	12,4877	50,7181	91,9921%
Sanghavi	0,960529	0,010045	941,223	3822,74	99,8938%
Soheili	0,24809	0,002594	25945,3	105376	99,9961%
Предлагаемый	0,013367	0,00014	119835	486704	99,9992%

Схема, основанная на относительном изменении разности низкочастотных коэффициентов ДВП обеспечивает наименьшее искажение контейнера при встраивании. Качество изображения близко к 100%.

Использование алгоритмов Soheili и Sanghavi позволило избежать видимых искажений и добиться хороших показателей визуального искажения.

Характеристики

Список файлов ВКР