RU2329522C2 - Adaptive embedding of water marks through several channels - Google Patents

Adaptive embedding of water marks through several channels Download PDF

Info

Publication number
RU2329522C2
RU2329522C2 RU2006119273/09A RU2006119273A RU2329522C2 RU 2329522 C2 RU2329522 C2 RU 2329522C2 RU 2006119273/09 A RU2006119273/09 A RU 2006119273/09A RU 2006119273 A RU2006119273 A RU 2006119273A RU 2329522 C2 RU2329522 C2 RU 2329522C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
image
message
brightness
embedding
pixels
Prior art date
Application number
RU2006119273/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006119273A (en
Inventor
Михаил В чеславович Харинов (RU)
Михаил Вячеславович Харинов
Original Assignee
Самсунг Электроникс Ко., Лтд.
Санкт-петербургский институт информатики и автоматизации Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Самсунг Электроникс Ко., Лтд., Санкт-петербургский институт информатики и автоматизации Российской академии наук filed Critical Самсунг Электроникс Ко., Лтд.
Priority to RU2006119273/09A priority Critical patent/RU2329522C2/en
Priority to KR1020070054005A priority patent/KR101456480B1/en
Publication of RU2006119273A publication Critical patent/RU2006119273A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2329522C2 publication Critical patent/RU2329522C2/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N21/00Selective content distribution, e.g. interactive television or video on demand [VOD]
    • H04N21/80Generation or processing of content or additional data by content creator independently of the distribution process; Content per se
    • H04N21/83Generation or processing of protective or descriptive data associated with content; Content structuring
    • H04N21/835Generation of protective data, e.g. certificates
    • H04N21/8358Generation of protective data, e.g. certificates involving watermark
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T1/00General purpose image data processing
    • G06T1/0021Image watermarking
    • G06T1/0092Payload characteristic determination in a watermarking scheme, e.g. number of bits to be embedded
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2201/00General purpose image data processing
    • G06T2201/005Image watermarking
    • G06T2201/0601Image watermarking whereby calibration information is embedded in the watermark, e.g. a grid, a scale, a list of transformations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Editing Of Facsimile Originals (AREA)
  • Image Processing (AREA)

Abstract

FIELD: stenography.
SUBSTANCE: invention refers to digital stenography, particularly to direct, without spectral transformations reversible embedding of random water marks by means of quantisation and modification of amplitude values of a signal under conditions when an original reflection (a container) is not accessible, and a transmitted message is not known at a receiving end - that is a technology of a blind embedding. A method of iterative embedding of random messages (bit planes) into a digital representation by means of successive alterations of brightness of a pixel representation and embedding into representation of each successive bit plane is performed considering modification of the reflection at embedding of previous bit planes; embedding of the first bit plane is carried out by a method of "one-channel embedding"; it contains the stages of iterative division of the brightness scale of a total reflection into successive ranges; at that for each of the ranges obtained at one of the intermediate iterations there are determined not changeable and variable at embedding of the message components of reflection and embedding of a bit message into pixels of a variable component by means of either accepting values of brightness of a reflection pixel as a pixel, containing an embedded message, or a mirror reflection of a value of its brightness against the central value of brightness for the above said range; at that embedding of bit planes is cyclic repeated till the received stego-reflection does not quit changing at embedding of the said bit planes.
EFFECT: upgraded efficiency of messages hiding.
5 cl, 14 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к области цифровой стеганографии или встраивания в цифровое изображение произвольных водяных знаков. Более конкретно изобретение относится к области прямого, без спектральных преобразований, обратимого встраивания произвольных водяных знаков посредством квантования и модификации амплитудных значений сигнала в условиях, когда оригинальное изображение (контейнер) недоступно, а передаваемое сообщение не известно на приемном конце - технология слепого встраивания.The invention relates to the field of digital steganography or embedding arbitrary watermarks in a digital image. More specifically, the invention relates to the field of direct, without spectral transformations, reversible embedding of arbitrary watermarks by quantizing and modifying the amplitude values of the signal under conditions when the original image (container) is unavailable and the transmitted message is not known at the receiving end - blind embedding technology.

Терминология, используемая в данном документеThe terminology used in this document

Установленный и неустановленный бит - альтернативные значения бита, описываемые вне зависимости от конкретной интерпретации; обычно 0 и 1, в изобретении - ±1 или 0 и 2 и пр.The set and unset bits are alternative bit values that are described regardless of the particular interpretation; usually 0 and 1, in the invention ± 1 or 0 and 2, etc.

Изображение, сигнал - оцифрованный и представленный в виде матрицы целочисленных значений яркости видеосигнал. Разделяется на явный (наблюдаемый) сигнал и неявный сигнал, модификация которого визуально малозаметна.Image, signal - the video signal is digitized and presented as a matrix of integer brightness values. It is divided into an explicit (observed) signal and an implicit signal, the modification of which is visually inconspicuous.

Пиксель («точка») - элемент изображения.Pixel (“dot”) - image element.

Отсчет яркости (отсчет, яркость) - значение яркости пикселя.The brightness count (count, brightness) - the value of the pixel brightness.

Преобразование изображения - получение нового изображения посредством изменения значений яркости его пикселей.Image conversion - obtaining a new image by changing the brightness values of its pixels.

Представление изображения - результат преобразования изображения.Image representation is the result of image conversion.

Контейнер - исходный цифровой сигнал, изображение, предназначенное для встраивания.A container is a source digital signal, an image intended for embedding.

Контекст контейнера - наблюдаемая информация контейнера, формально представляемая некоторым множеством визуально воспринимаемых пикселей явного сигнала. Контекст контейнера (предметная область рассматриваемых изображений) не ограничивается.Container context - observed container information formally represented by some set of visually perceptible pixels of an explicit signal. The context of the container (the subject area of the images in question) is not limited.

Сообщение, водяной знак - встраиваемые данные, упорядоченная в байтах элементов некоторой матрицы амплитудных значений последовательность битовых плоскостей, содержащих произвольные биты независимых компонент сообщения или независимых битовых сообщений, предназначенных для встраивания с наложением друг на друга и передачи вместе с контекстом контейнера. Представляет собой произвольные бинарные коды (биты), содержащие встраиваемую информацию, которая кодируется последовательностью модификаций значений яркости пикселя контейнера и дополняет наблюдаемую информацию (контекст контейнера), сохраняемую благодаря фиксации значения яркости данного пикселя на определенных этапах модификации яркости пикселя контейнера.Message, watermark - embedded data, ordered in bytes of elements of a certain matrix of amplitude values, a sequence of bit planes containing arbitrary bits of independent message components or independent bit messages intended to be embedded with each other and transferred together with the container context. It is an arbitrary binary code (bits) containing embedded information, which is encoded by a sequence of modifications of the container pixel brightness values and supplements the observed information (container context), stored by fixing the brightness value of a given pixel at certain stages of modifying the container pixel brightness.

Встраивание - внедрение, запоминание сообщения в контейнере. Модификация содержащихся в изображении кодов природной (изначальной), встроенной шумовой и пр. неявной информации (неявного сигнала).Embedding - embedding, storing a message in a container. Modification of natural (original), embedded noise, etc. implicit information (implicit signal) contained in the image.

Стего-изображение - цифровое изображение, содержащее встроенное сообщение. Изображение с модифицированными кодами природной, встроенной шумовой и пр. неявной информации (неявного сигнала).Stego image is a digital image containing an embedded message. Image with modified codes of natural, built-in noise, etc. implicit information (implicit signal).

Амплитуда, амплитудное значение - синоним термина «яркость», которым удобно обозначать яркость формально вычисленного представления сигнала при употреблении вместе с термином «яркость», относящимся к исходному изображению.Amplitude, amplitude value is a synonym for the term “brightness”, which is convenient to denote the brightness of a formally calculated representation of a signal when used together with the term “brightness”, which refers to the original image.

Шкала яркости - перечисленные по порядку последовательные неповторяющиеся значения яркости, которые могут встретиться в произвольном изображении или представлении изображения. Для обработки изображения шкала представляется в виде последовательности отождествляемых со значениями яркости (амплитуды) адресов массива ячеек памяти ЭВМ, в которые записываются сопоставляемые различным значениям яркости величины, например, количество встречающихся пикселей данной яркости при вычислении гистограммы, или значения амплитуды при вычислении представления изображения в виде «гистограммного образа».Grayscale - sequential, non-repeating brightness values listed in order, which may occur in an arbitrary image or image representation. For image processing, the scale is presented in the form of a sequence of addresses identifiable with the brightness (amplitude) addresses of an array of computer memory cells, in which values are mapped to various brightness values, for example, the number of pixels of a given brightness encountered when calculating the histogram, or the amplitude when calculating the image representation in the form "Histogram image."

Диапазон яркости - некоторый диапазон значений яркости шкалы, ограниченный встречающимися в изображении (представлении изображения) значениями яркости (амплитуды).The brightness range is a certain range of brightness values of the scale, limited by the brightness (amplitude) values encountered in the image (image representation).

Рабочий диапазон - рассматриваемый диапазон яркости изображения, ограниченный встречающимися в изображении минимальным и максимальным значениями яркости.Working range - the considered range of brightness of the image, limited by the minimum and maximum brightness values encountered in the image.

Вычисляемый (о диапазоне) - вычисляемый по гистограмме изображения посредством итеративного разделения рабочего диапазона на последовательности диапазонов, вложенных один в другой. В предусмотренном числе итераций диапазоны вычисляются одинаковыми для контейнера и стего-изображения.Calculated (about the range) - calculated by the histogram of the image by iteratively dividing the working range into a sequence of ranges nested in one another. In the provided number of iterations, the ranges are calculated the same for the container and the stego image.

Приближение изображения снизу (сверху) - представление изображения, в котором значения яркости пикселей заменены на минимальные (максимальные) значения яркости вычисляемых диапазонов, которым принадлежат значения яркости этих пикселей. Приближения снизу и сверху непосредственно для каждого пикселя изображения устанавливают граничные яркости диапазонов и сами диапазоны допустимого варьирования значений яркости пикселей или для краткости просто диапазоны допустимого варьирования яркости. При этом независимое друг от друга варьирование значений яркости пикселей изображения внутри установленных диапазонов допустимого варьирования яркости не влияет на результат вычисления приближений снизу и сверху по модифицируемому изображению.The approximation of the image below (above) is a representation of the image in which the brightness values of the pixels are replaced by the minimum (maximum) brightness values of the calculated ranges to which the brightness values of these pixels belong. The approximations from below and from above directly for each pixel in the image establish the boundary brightness of the ranges and the ranges of the permissible variation of the pixel brightness values themselves or, for brevity, simply the ranges of the permissible variation of brightness. In this case, independent from each other variation of the brightness values of image pixels within the established ranges of permissible variation of brightness does not affect the result of calculating the approximations from below and above from the modified image.

Канал - «коридор» между приближениями изображения снизу и сверху (объединение по координатам диапазонов допустимого варьирования значений яркости пикселей). Более точно - множество изображений, по каждому из которых вычисляется рассматриваемая пара приближений изображения снизу и сверху. В ином, эквивалентном в рамках изобретения определении, канал - множество изображений, порождаемых независимым варьированием значений яркости пикселей внутри диапазонов допустимого варьирования яркости. Канал рассматривается как член иерархической последовательности (иерархии) вложенных друг в друга каналов. При выбранной паре приближений изображения снизу и сверху канал содержит всевозможные стего-изображения, порождаемые встраиванием в данный контейнер различных сообщений (но не исчерпывается этими стего-изображениями). Максимальный канал включает все остальные каналы и порождается независимым варьированием значений пикселей изображения неграничной яркости внутри рабочего диапазона яркости.A channel is a “corridor” between the image approximations from below and above (combining, according to the coordinates of the ranges of permissible variation of pixel brightness values). More precisely, a plurality of images, for each of which the considered pair of image approximations from below and above is calculated. In another definition, equivalent in the framework of the invention, a channel is a set of images generated by independent variation of pixel brightness values within the ranges of acceptable brightness variation. A channel is considered as a member of a hierarchical sequence (hierarchy) of channels nested into each other. With a selected pair of image approximations from below and above, the channel contains all kinds of stego images generated by embedding various messages in this container (but not limited to these stego images). The maximum channel includes all other channels and is generated by the independent variation of the pixel values of the image of unlimited brightness within the working brightness range.

Троичная память - реальное или эмулированное устройство для формирования и хранения в своих ячейках (целых) чисел, кодируемых в троичной системе счисления. Как устройство применяется, например, в составе универсальной троичной ЭВМ (см. Брусенцов Н.П. Вычислительная машина "Сетунь" Московского государственного университета. В кн.: Новые разработки в области вычислительной математики и вычислительной техники. Киев, 1960. С. 226-234 [БРУС60], Брусенцов Н.П. Реставрация логики. - М.: «Новое тысячелетие», 2005, 165 с. [БРУС05]), в которой вместо битов традиционных ЭВМ используются триты, принимающие три значения -1, 0, 1 или, в иной интерпретации, 0, 1, 2. Оптимальна для наилучшего осуществления изобретения, особенно, выполненная в виде троичного запоминающего устройства (матричной памяти с элементами арифметико-логических операций), в котором предусмотрен механизм защиты троичных запоминающих элементов ее ячеек (т.е. тритов) от записи.Ternary memory is a real or emulated device for generating and storing in their cells (integer) numbers encoded in the ternary number system. How the device is used, for example, as part of a universal ternary computer (see Brusentsov N.P. Computing machine "Setun", Moscow State University. In the book: New developments in the field of computational mathematics and computer technology. Kiev, 1960. P. 226- 234 [BRUS60], Brusentsov NP Restoration of logic. - M.: “The New Millennium”, 2005, 165 pp. [BRUS05]), in which instead of the bits of traditional computers are used trits that take three values -1, 0, 1 or, in another interpretation, 0, 1, 2. Optimal for the best implementation of the invention, especially nennaya a ternary memory (memory matrix with elements of the arithmetic-logical operations), wherein a lock mechanism ternary storage elements of its cells (i.e., trityl) by recording.

Трит - аналог бита, запоминающий элемент ячейки троичной памяти или элемент записи (целого) числа в троичной системе, который кодирует член аддитивного разложения записанного в ячейке числа по возрастающим степеням тройки (разрядам) с коэффициентами (цифрами) 0, 1, 2.Trit is an analogue of a bit, a memory element of a ternary memory cell or an element of record (integer) of a number in a ternary system, which encodes a member of the additive decomposition of a number written in a cell in increasing degrees of a triple (digit) with coefficients (digits) 0, 1, 2.

Многоканальная троичная память - приписываемая изображению память из троичных ячеек, содержащая коды информации явного сигнала, а также коды сообщения, встраиваемого в неявный сигнал. Образуется, порождается явным сигналом независимо от неявного сигнала, модифицируемым при встраивании сообщения. Запоминающими элементами троичных ячеек служат триты, подразделяемые на активные (содержащие коды явного сигнала, которые можно модифицировать) и неактивные (содержащие коды неявного сигнала, которые можно только читать). В эквивалентном смысле многоканальная троичная память - копия приписанной изображению троичной памяти в реальном или эмулированном троичном запоминающем устройстве, которая для встраивания сообщения создается в отведенной для данного изображения памяти ЭВМ, задает соответствующую область троичной памяти и модифицируется синхронно с обработкой изображения. Многоканальная троичная память представляет собой матрицу ячеек троичной памяти, которые взаимно однозначно сопоставляются пикселям изображения. Структура (разделение тритов на активные и неактивные) и содержимое (значения тритов) многоканальной памяти вычисляются поразрядно - от старших разрядов к младшим, разряды последовательно сопоставляются каналам в порядке вложения (от максимального, самого старшего канала к вложенным младшим каналам), причем значение трита данного разряда в зависимости от геометрических координат определяется знаком разности значения яркости пикселя и центральной яркости диапазона допустимого варьирования, вычисленного в рассматриваемой координате для очередного канала.Multichannel ternary memory - attributed to the image memory from ternary cells containing information codes of the explicit signal, as well as message codes embedded in the implicit signal. Formed, generated by an explicit signal, regardless of the implicit signal, modified when embedding a message. The memory elements of ternary cells are trits, which are divided into active (containing codes of an explicit signal that can be modified) and inactive (containing codes of an implicit signal that can only be read). In an equivalent sense, multichannel ternary memory is a copy of the ternary memory assigned to an image in a real or emulated ternary storage device, which for embedding a message is created in the computer memory allocated for a given image, defines the corresponding ternary memory area and is modified synchronously with image processing. Multichannel ternary memory is a matrix of cells of ternary memory, which are one-to-one map to image pixels. The structure (separation of trites into active and inactive) and the contents (values of trites) of multichannel memory are calculated bitwise - from the highest digits to the lowest digits, the digits are sequentially mapped to the channels in the order of nesting (from the highest, oldest channel to the nested lower channels), and the value of this the discharge depending on the geometrical coordinates is determined by the sign of the difference between the pixel brightness and the central brightness of the range of permissible variation calculated in the considered coordinate d For the next channel.

Одноканальное встраивание - запись битов некоторой бинарной матрицы (битовой плоскости) в заданный разряд всех активных тритов, кодируемая в выбранном канале модификацией пикселов с варьируемой в этом канале яркостью.Single-channel embedding - writing bits of a binary matrix (bit plane) into a given bit of all active trites, encoded in the selected channel by pixel modification with brightness varying in this channel.

Многоканальное встраивание - последовательная поразрядная запись битовых плоскостей сообщения в активные триты троичной памяти, которая начинается с одноканального кодирования первой битовой плоскости в выбранном канале, продолжается во всех младших каналах и повторяется до стабилизации стего-изображения.Multi-channel embedding - sequential bitwise recording of message bit planes into active trites of ternary memory, which begins with single-channel encoding of the first bit plane in the selected channel, continues in all lower channels and is repeated until the image is stabilized.

Упаковка по яркости - преобразование изображения, заключающееся в замещении значений яркости пикселей последовательными номерами встречающихся в изображении значений шкалы яркости, например, значения яркости 1, 100, 110 по порядку замещаются своими номерами, например на 0, 1, 2.Packing by brightness - image conversion, which consists in replacing the brightness values of pixels with successive numbers of the brightness scale values found in the image, for example, brightness values 1, 100, 110 are replaced by their numbers in order, for example, 0, 1, 2.

Эквидистантная нормировка - линейное преобразование значений яркости пикселей изображения, например, для визуализации (вывода на дисплей), которое сводится к домножению значений яркости упакованного изображения на коэффициент так, чтобы максимальное встречающееся значение яркости совпало с верхней границей максимального диапазона, который определяется числом бит, предусмотренных в ЭВМ для ввода/вывода изображения. Если при «упаковке» яркости по порядку замещаются своими номерами, например яркости 1, 100, 110 замещаются на 0, 1, 2, то при «эквидистантной нормировке» упакованные яркости домножаются на коэффициент, например, на 127,5, чтобы максимальная яркость совпала с максимально возможным яркостным значением 255.Equidistant normalization - a linear transformation of the brightness values of the image pixels, for example, for visualization (display), which is reduced to multiplying the brightness values of the packed image by a factor so that the maximum brightness value encountered coincides with the upper limit of the maximum range, which is determined by the number of bits provided in a computer for image input / output. If during “packing” the luminances are replaced by their numbers in order, for example, luminances 1, 100, 110 are replaced by 0, 1, 2, then with “equidistant normalization” the packed luminances are multiplied by a factor, for example, by 127.5 so that the maximum brightness matches with a maximum possible brightness value of 255.

Стандартные преобразования - упаковка, линейное растяжение (посредством умножения значений яркости на коэффициент, превышающий 1), эквидистантная нормировка и др. линейные и нелинейные преобразования яркостных значений пикселей изображения без нарушения их порядка следования.Standard transformations are packaging, linear stretching (by multiplying the brightness values by a factor greater than 1), equidistant normalization, and other linear and non-linear transformations of the brightness values of image pixels without violating their sequence.

Инвариантный (по умолчанию) - сохраняющийся при стандартных преобразованиях.Invariant (default) - preserved during standard transformations.

Арифметическое преобразование (амплитудного значения) - деление нечетного значения нацело на два и удвоение четного значения, предварительно поделенного на четыре. Применение именно этого преобразования для инвариантного представления изображения в псевдотроичной системе кодирования обосновано, например, в: М. В. Харинов, В. Л. Горохов. Псевдотроичная система счисления и анализ изображений // Известия ВУЗов России. Радиоэлектроника. / Вып. 2, - СПб., 2003. - С. 49-53.Arithmetic conversion (amplitude value) - dividing an odd value by two and doubling an even value previously divided by four. The use of this particular transformation for the invariant representation of an image in a pseudo-ternary coding system is justified, for example, in: M.V. Kharinov, V.L. Gorokhov. Pseudotroin number system and image analysis // News of Russian Universities. Radio Electronics / Issue. 2, - St. Petersburg, 2003 .-- S. 49-53.

Изоморфное представление изображения, образа - такое представление изображения, при котором между значениями яркости пикселей сохраняются имевшиеся в исходном изображении соотношения «меньше», «равно», «больше». Например, стандартные преобразования порождают изоморфные образы.An isomorphic representation of an image, an image is such a representation of an image in which the relations “less”, “equal”, “greater” existing in the original image are saved between the pixel brightness values. For example, standard transformations generate isomorphic images.

Гомоморфное представление изображения, образ - представление изображения, при получении которого допускается переход неравных яркостей в равные. Например, вышеопределенное арифметическое преобразование порождает гомоморфные образы.A homomorphic representation of an image, an image is a representation of an image, upon receipt of which the transition of unequal brightnesses into equal ones is allowed. For example, the arithmetic transformation defined above generates homomorphic images.

Уровень техникиState of the art

Решения, связанные со встраиванием в контейнер некоторого сообщения при передаче по общедоступному каналу связи, условно подразделяются на задачи стеганографии и задачи встраивания в контейнер водяного знака. Под стеганографией понимается скрытное встраивание в контейнер сообщения относительно большого объема, которое может являться частью контейнера, зависимым или независимым образом дополнять контекст контейнера для ограничения несанкционированного доступа к сообщению, дублировать контекст на случай помех, снабжать его сопроводительной информацией и пр. Под встраиванием водяного знака обычно понимается скрытное встраивание заранее известного распределенного или повторяющегося сообщения относительно малого объема для идентификации подлинности контекста контейнера или источника стего-изображения, защиты авторских прав и пр., а также для целей стеганографии, достигаемых в рамках ограниченного объема сообщения.Solutions related to embedding a message in a container when transmitting via a public communication channel are conventionally divided into steganography tasks and watermark embedding tasks in a container. Steganography is understood as covert embedding of a relatively large message into a container, which can be part of the container, supplement the context of the container in a dependent or independent way to restrict unauthorized access to the message, duplicate the context in case of interference, provide it with accompanying information, etc. By embedding a watermark usually it means covert embedding of a previously known distributed or repeating message of relatively small volume for identification container context authenticity or source of the stego-image, copyright protection and so on., as well as for steganography objects attained within a limited amount of posts.

При ограниченном требуемом объеме сообщения к встраиванию водяных знаков предъявляют наиболее жесткие требования, среди которых выделяют (см. B. Chen and G. W. Wornell, "Digital Watermarking and Information Embedding using Dither Modulation", IEEE Signal Processing Society 1998 Workshop on Multimedia Signal Processing December 7-9, 1998, Los Angeles, California, USA, Electronic Proceedings May 1998 [Chen98], и B. Chen and G. W. Wornell, "Quantization index modulation: A class of provably good methods of digital watermarking and information embedding", IEEE Transactions on Information Theory Vol. 47, pp. 1423-1443, May 2001, [Chen01]) следующие три основных:With a limited amount of information required, watermark embedding is subject to the most stringent requirements, among which are (see B. Chen and GW Wornell, "Digital Watermarking and Information Embedding using Dither Modulation", IEEE Signal Processing Society 1998 Workshop on Multimedia Signal Processing December 7 -9, 1998, Los Angeles, California, USA, Electronic Proceedings May 1998 [Chen98], and B. Chen and GW Wornell, "Quantization index modulation: A class of provably good methods of digital watermarking and information embedding", IEEE Transactions on Information Theory Vol. 47, pp. 1423-1443, May 2001, [Chen01]) the following three main:

- максимальная скорость встраивания (и извлечения) сообщения;- maximum speed of embedding (and extraction) of the message;

- метрическая близость стего-изображения и исходного контейнера, например, по среднеквадратичному отклонению;- the metric proximity of the stego image and the original container, for example, by standard deviation;

- максимальная робастность встраивания сообщения.- The maximum robustness of embedding a message.

Перечисленные постановочные требования справедливо считаются противоречивыми. Для преодоления сопутствующих недостатков необходим анализ целевых установок, который состоит в следующем.The listed production requirements are justly considered to be contradictory. To overcome the concomitant shortcomings, an analysis of the target settings is necessary, which consists in the following.

При современном резком возрастании вычислительных ресурсов ЭВМ проблема недостаточной скорости встраивания сообщений возникает из-за недостаточно эффективной организации запоминания данных и многократного повторения вычислений с различными параметрами, из-за прямого перебора вариантов заведомо известных сообщений в процессе корреляционного анализа или перебора способов встраивания ([Chen98,Chen01]), а также прочих причин, которые для настоящего изобретения не являются актуальными.With the current sharp increase in computer computing resources, the problem of insufficient speed of embedding messages arises due to the insufficiently efficient organization of data storage and repeated calculations with various parameters, due to direct enumeration of variants of known messages in the process of correlation analysis or enumeration of embedding methods ([Chen98, Chen01]), as well as other reasons that are not relevant for the present invention.

Требование метрической близости стего-изображения и исходного контейнера является основным источником противоречий, поскольку:The requirement of metric proximity of the stego image and the source container is the main source of controversy, because:

- логически не согласуется с предположением о контейнере, который не доступен на приемном конце;- logically inconsistent with the assumption of a container that is not available at the receiving end;

- ограничивает возможный объем сообщения;- limits the possible message size;

- препятствует встраиванию сообщения одновременно с упрощением стего-изображения за счет сокращения числа градаций яркости (сопутствующее изменение гистограммы влечет большое поточечное среднеквадратичное отклонение);- prevents the embedding of the message at the same time as simplifying the stego image by reducing the number of gradations of brightness (a concomitant change in the histogram entails a large point-to-point standard deviation);

- ограничивает возможности инвариантного встраивания сообщения независимо от предусмотренных преобразований;- limits the possibilities of invariant embedding of the message regardless of the provided transformations;

- препятствует робастному встраиванию сообщения с периодическими повторениями по координатам;- prevents robust embedding of a message with periodic repetitions in coordinates;

где, в отличие от инвариантности (сохранения в точном смысле), под робастностью (устойчивостью к возможным случайным или преднамеренным помехам при передаче) понимается неполное, неточное сохранение сообщения, которое исследуется на примерах заранее известных искажений в виде линейных преобразований, JPEG-компрессии, добавления шумов и пр.where, unlike invariance (preservation in the exact sense), robustness (resistance to possible accidental or deliberate interference in transmission) refers to incomplete, inaccurate message storage, which is studied using examples of previously known distortions in the form of linear transformations, JPEG compression, additions noise, etc.

Кажется очевидным, что для эффективного сокрытия сообщений необходимо уметь формально разделять сигнал, в зависимости от контекста, на видимую и незаметную компоненты и затем сохранять видимую компоненту в процессе встраивания сообщения. Тем не менее, в известных решениях необходимость подобного разделения сигнала с последующим сохранением видимой компоненты осознается недостаточно, формализуется недостаточно просто и достигается неполной эвристической реализацией либо того, либо другого.It seems obvious that for effective concealment of messages it is necessary to be able to formally separate the signal, depending on the context, into visible and invisible components and then save the visible component during the embedding of the message. Nevertheless, in well-known solutions, the need for such a separation of the signal with subsequent preservation of the visible component is not sufficiently understood, formalized insufficiently simple and achieved by an incomplete heuristic implementation of either one or the other.

Для повышения эффективности сокрытия сообщений за счет учета контекста контейнера развивают способы распределения встроенных кодов по текстурным участкам изображения с повышенной концентрацией яркостных перепадов, на которых внедрение информации сообщения оказывается незаметным (трава, волосы, шумовые искажения и пр.).To increase the efficiency of hiding messages by taking into account the context of the container, methods are developed for distributing embedded codes over texture sections of the image with a high concentration of brightness differences, on which the introduction of message information is invisible (grass, hair, noise distortion, etc.).

Тенденция развития способов прямого встраивания сообщения с учетом контекста контейнера иллюстрируется на Фиг.2.The development trend of methods for directly embedding a message taking into account the context of the container is illustrated in FIG. 2.

На Фиг.2 крайним слева изображен контейнер в виде стандартного изображения «Лена» (крайнее слева) и схемы a), b), c) встраивания информации, на которых белые поля обозначают варьируемые пиксели, в которых допускается модификация, т.е. в которые встраиваются коды сообщения. Таким образом, решения основаны на покоординатном распределении встроенных кодов сообщения по результатам анализа контейнера: крайний слева - контейнер; рядом - схемы координат встроенных кодов при простейшем LSB-методе (a), поблочном встраивании кодов (b) и при поточечном встраивании кодов по текстурным участкам (c).In Fig. 2, the container is shown on the far left in the form of a standard Lena image (leftmost) and a), b), c) of embedding information on which white fields indicate variable pixels in which modification is allowed, i.e. into which message codes are embedded. Thus, the decisions are based on the coordinate-wise distribution of the built-in message codes according to the results of the container analysis: the leftmost one is the container; next - coordinate schemes of embedded codes with the simplest LSB method (a), block-by-block embedding of codes (b) and point-by-point embedding of codes in texture sections (c).

В простейшем LSB методе встраивание кодов сообщения выполняют в фиксированное число младших бит независимо от контекста контейнера, причем встраивание прекращают, когда сообщение оказывается исчерпанным (см. В.Г. Грибунин, И.Н. Оков и И.В. Туринцев. Цифровая стеганография. Москва, СОЛОН-Пресс, 2002, 258 с. (аналитический обзор) [Гри02]). В методах (см. Гика С.Н. Анализ эффективности методов сокрытия информации в графических файлах // 32-ая Санкт-Петербургская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. Тезисы докладов. - СПб.: 2000. - 75 с. [Ги00], Hioki Hirohisa A data embedding method using BPCS principle with new complexity measures // Proc. Of Pacific Rim Workshop on Digital Steganography 2002, Jan. 2002. P. 30-47 [HiHi02]) встраивание кодов сообщения выполняют по предварительно вычисленным участкам текстур, которые аппроксимируются блоками координат встраивания простой формы.In the simplest LSB method, embedding message codes is performed in a fixed number of low-order bits regardless of the context of the container, and embedding is stopped when the message is exhausted (see V.G. Gribunin, I.N. Okov, and I.V. Turintsev. Digital steganography. Moscow, SOLON-Press, 2002, 258 pp. (Analytical review) [Gri02]). In methods (see Gika S.N. Analysis of the effectiveness of methods of hiding information in graphic files // 32nd St. Petersburg Scientific and Technical Conference of Students, Graduate Students and Young Scientists. Abstracts. - SPb .: 2000. - 75 p. [Gi00], Hioki Hirohisa A data embedding method using BPCS principle with new complexity measures // Proc. Of Pacific Rim Workshop on Digital Steganography 2002, Jan. 2002. P. 30-47 [HiHi02]) embedding message codes is performed according to previously calculated sections of textures that are approximated by blocks of coordinates of embedding a simple shape.

Перечисленные работы отражают тенденцию современных решений к адаптивному сокрытию сообщений с учетом контекста контейнера. Однако возможности обработки при этом ограничиваются преимущественно геометрически адаптивным встраиванием данных, которое выполняется по текстурным яркостным и цветовым сегментам с повышенной концентрацией перепадов яркостей цветовых компонент.The listed works reflect the tendency of modern solutions to adaptively hide messages taking into account the context of the container. However, the processing capabilities in this case are limited mainly by geometrically adaptive data embedding, which is performed on texture brightness and color segments with a high concentration of brightness differences of color components.

Если скрытое сообщение при приеме предполагается не известным, то оно обычно сопровождается сопутствующей управляющей информацией о размещении встроенных данных. Управляющая информация не адаптивно размещается по фиксированным координатам предусмотренного фрагмента сигнала независимо от контекста контейнера, как в простейшем «LSB»-методе. Сообщение встраивается в некоторые блоки контейнера для снижения объема управляющей информации, которая задается, например, списком координат блоков. При этом поблочная запись сообщения ограничивает точность учета геометрии рисунка контейнера и снижает эффект сокрытия кодов сообщения по участкам текстур. Если сообщение заведомо известно и обнаруживается при приеме посредством стандартных методов корреляционного анализа, то можно обойтись без управляющей информации, применить поточечное встраивание, и при внедрении сообщения ограничиться выделением текстур (схема (c) на Фиг.2). Однако сама по себе задача эффективного выделения текстур на произвольных изображениях является проблематичной.If a hidden message at reception is assumed to be unknown, then it is usually accompanied by accompanying control information about the location of the embedded data. The control information is not adaptively placed at the fixed coordinates of the provided signal fragment, regardless of the context of the container, as in the simplest “LSB” method. The message is embedded in some blocks of the container to reduce the amount of control information that is set, for example, by a list of block coordinates. At the same time, a block record of a message limits the accuracy of taking into account the geometry of the container pattern and reduces the effect of hiding message codes in texture sections. If the message is known to be known and detected during reception by standard correlation analysis methods, then you can do without control information, apply point-by-point embedding, and when embedding the message, limit yourself to highlighting textures (scheme (c) in Figure 2). However, the task of effectively highlighting textures in arbitrary images is problematic in itself.

Таким образом, для известных способов слепого встраивания водяных знаков адаптивно к контейнеру характерно, что контекст контейнера учитывают только геометрическим размещением кодов сообщения по координатам при фиксированных диапазонах модификации яркости, величина которых устанавливается кратной степени 2. Поскольку результаты вычисления по контейнеру координат встроенных кодов сообщения не воспроизводятся при аналогичной обработке стего-изображения (встроенное сообщение влияет на расчет текстурных сегментов), для успешного извлечения сообщения в контейнер независимо от контекста встраиваются сопутствующие сведения, которые могут также независимо от контейнера задаваться алгоритмически и в общей схеме встраивания и извлечения сообщений, в частности, водяных знаков фигурируют в качестве атрибутивного ключа ([Гри02], V.I. Gorodetsky, V.I. Samoilov "Simulation-Based Exploration of SVD-Based Technique for Hidden Communication by Image Steganography Channel", Proc. of the Second Int. Workshop on Mathematical Methods, Models, and Architectures for ComputerNetwork Security MMM-ACNS, ISSN: 0302-9743, ISBN: 3-540-40797-9, St. Petersburg: Springer-Verlag-Berlin-Heidelberg, pp. 349-359, Sep. 2003 [Гор03]), как иллюстрируется Фиг.1. Пунктиром на данном чертеже показаны данные, которые могут использоваться на входе подсхемы извлечения сообщения, но не всегда обязательны.Thus, it is typical for known methods of blindly embedding watermarks adaptively to the container that the container context is taken into account only by the geometric arrangement of message codes by coordinates for fixed ranges of brightness modification, the value of which is set to a multiple of degree 2. Since the results of calculating the coordinates of the built-in message codes on the container are not reproduced with a similar processing of the stego image (the built-in message affects the calculation of texture segments), for successful When treating a message, related information is embedded into the container regardless of the context, which can also be set algorithmically and independently in the general scheme of embedding and extracting messages, in particular, watermarks appear as an attribute key ([Gri02], VI Gorodetsky, VI Samoilov "Simulation -Based Exploration of SVD-Based Technique for Hidden Communication by Image Steganography Channel ", Proc. Of the Second Int. Workshop on Mathematical Methods, Models, and Architectures for ComputerNetwork Security MMM-ACNS, ISSN: 0302-9743, ISBN: 3- 540-40797-9, St. Petersburg: Springer-Verlag-Berlin-Heidelberg, pp. 349-359, Sep. 2003 [Hor03]), as illustrated in FIG. The dashed line in this drawing shows data that can be used at the input of the message extraction subcircuit, but is not always required.

Если исключить из схемы все необязательные элементы, она остается перегруженной запрашиваемыми данными на входе и недостаточно конкретной на выходе. Главный недостаток общепринятой схемы и ее практических реализаций состоит в том, что в них неполно описывается информация исходного сигнала (контейнера), которая сохраняется после встраивания данных сообщения.If all optional elements are excluded from the circuit, it remains overloaded with the requested data at the input and not specific enough at the output. The main drawback of the generally accepted scheme and its practical implementations is that they do not fully describe the information of the original signal (container), which is stored after embedding the message data.

Большинство теоретических обобщений известных методов сокрытия сообщений опираются на аналогию с криптографическими решениями. По мнению [Гри02], аналогом криптографического ключа в стеганографии считается прямое или косвенное (алгоритмическое) указание списка координат встроенных кодов сообщения. При этом криптографический ключ кажется необходимым, поскольку результаты вычисления по контейнеру координат встроенных кодов сообщения не воспроизводятся при аналогичной обработке стего-изображения.Most of the theoretical generalizations of the well-known methods of hiding messages are based on the analogy with cryptographic solutions. According to [Gri02], direct or indirect (algorithmic) indication of the list of coordinates of built-in message codes is considered to be an analog of a cryptographic key in steganography. At the same time, a cryptographic key seems to be necessary, since the results of calculating the coordinates of the built-in message codes on the container are not reproduced during the similar processing of the stego image.

Помимо входного ключа, который «навязывает» модификацию контейнера независимо от маскирующего контекста изображения, на выходе общей схемы при извлечении сообщения не формализуют или недостаточно формализуют извлечение информации исходного сигнала (контейнера), которая сохраняется после встраивания кодов сообщения. При этом смешивают понятия неизвестного и недоступного контейнера.In addition to the input key, which “imposes” the modification of the container regardless of the masking context of the image, when extracting the message, the message is not formalized or insufficiently formalized extracts the information of the original signal (container), which is stored after embedding the message codes. At the same time, the concepts of an unknown and inaccessible container are mixed.

В отсутствие независящего от контейнера ключа недоступность самого контейнера при извлечении сообщения является главным препятствием для точного вычисления координат размещения встроенных кодов, которое преодолевается в RDH-методе (Reversible Data Hiding) обратимого встраивания данных в изображение или аудиосигнал (см. Mehmet U. Celik, Gaurav Sharma, A. Murat Tekalp, Eli Saber. Reversible Data Hiding. IEEE Proceedings of the International Conference on Image Processing (ICIP), New York, 23 September 2002. P. 157-160 [Meh02], Fridrich J., Goljan M., Du R. Lossless data embedding - new paradigm in digital watermarking. EURASIP Journ. Appl. Sig. Proc., vol. 02, Feb 2002. P. 185-196 [Fri02]). В указанном методе встраивание сообщения обеспечивается за сче т частичного сжатия видеоданных, содержащихся в младших битах исходного представления сигнала. При этом в оригинальном RDH-методе сначала извлекается сообщение, а затем восстанавливается контейнер. Однако, если в качестве сообщения встраивать списки координат встраивания кодов, то для извлечения сообщения окажется необходимым предварительное восстановление контейнера.In the absence of a container-independent key, the inaccessibility of the container itself when retrieving a message is the main obstacle to the exact calculation of the location coordinates of embedded codes, which is overcome in the Reversible Data Hiding RDH method of reversibly embedding data in an image or audio signal (see Mehmet U. Celik, Gaurav Sharma, A. Murat Tekalp, Eli Saber. Reversible Data Hiding. IEEE Proceedings of the International Conference on Image Processing (ICIP), New York, September 23, 2002. P. 157-160 [Meh02], Fridrich J., Goljan M. , Du R. Lossless data embedding - new paradigm in digital watermarking. EURASIP Journ. Appl. Sig. Proc., Vol. 02, Feb 2002. P. 185-196 [Fri02]). In this method, the embedding of the message is ensured by partial compression of the video data contained in the lower bits of the original signal representation. In this case, in the original RDH method, the message is first extracted, and then the container is restored. However, if you embed lists of coordinates for embedding codes as a message, then to recover the message, it will be necessary to restore the container beforehand.

В схеме RDH-метода под преобразованным контейнером понимается представление исходного сигнала с некоторым количеством младших бит, освобождаемых благодаря упаковке информации младших разрядов. Освободившийся объем используется для встраивания сообщения, что позволяет в процессе передачи без искажений сохранить как контейнер, так и встроенное сообщение.In the scheme of the RDH method, a transformed container is understood to be a representation of the original signal with a certain number of low-order bits freed up due to the packaging of low-order information. The free space is used to embed the message, which allows you to save both the container and the built-in message during transmission without distortion.

Однако в силу ограниченного коэффициента сжатия и относительно малого объема встраиваемых кодов (менее 10%) от объема контейнера, а также из-за неустойчивости к искажениям в процессе передачи стего-изображения RDH-метод оказывается недостаточно эффективным при встраивании сообщений относительно большого объема и имеет в задачах стеганографии ограниченное практическое значение.However, due to the limited compression ratio and the relatively small amount of embedded codes (less than 10%) of the container volume, as well as due to instability to distortions during the transmission of the stego image, the RDH method is not effective enough for embedding messages of a relatively large volume and has Steganography tasks are of limited practical importance.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Вышеуказанные недостатки преодолеваются в настоящем изобретении, которое относится к способу обратимого слепого идемпотентного (за одну итерацию) встраивания стеганографических сообщений или произвольных водяных знаков без использования ключа в пиксели с вычисляемыми диапазонами яркости переменной величины и подразделяется на одноканальное встраивание в контейнер битов сообщения, представленных в виде бинарной матрицы (битовой плоскости), а также более общее - многоканальное встраивание кодов сообщения, заданных в виде последовательности битовых плоскостей.The above disadvantages are overcome in the present invention, which relates to a method for reversible blind idempotent (in one iteration) embedding steganographic messages or arbitrary watermarks without using a key in pixels with calculated brightness ranges of a variable value and is divided into single-channel embedding of message bits in the container, presented in the form binary matrix (bit plane), as well as a more general one - multi-channel embedding of message codes specified in the form of lnosti bit planes.

Одноканальное встраивание аналогично встраиванию битов сообщения в один из младших битов контейнера. Однако, если в LSB методе изменение бита значения яркости пикселя независимо от контейнера кодируется увеличением (либо уменьшением) этого значения на степень 2, то есть модификацией яркости в одном из вложенных диапазонов, по величине кратных степени 2, то в изобретении бит сообщения кодируется модификацией яркости в диапазоне допустимого варьирования из иерархии вложенных диапазонов, которая не задается заранее, а вычисляется по гистограмме контейнера.Single-channel embedding is similar to embedding message bits in one of the least significant bits of a container. However, if in the LSB method a change in the bit of the pixel brightness value, regardless of the container, is encoded by increasing (or decreasing) this value by degree 2, that is, by modifying the brightness in one of the nested ranges multiple of degree 2, then in the invention the message bit is encoded by the brightness modification within the range of permissible variation from the hierarchy of nested ranges, which is not specified in advance, but is calculated by the histogram of the container.

В LSB-методе предусматривается кодирование нескольких битов сообщения в одном значении яркости пикселя контейнера, которое оказывается проблематичным в рамках многоканального встраивания. Дело в том, что в результате встраивания сообщения меняется гистограмма контейнера и меняется иерархия диапазонов, вложенных в данный диапазон допустимого варьирования яркости. Кроме того, кодирование дополнительного бита сообщения может изменить значение бита, уже встроенного в данной координате. Для преодоления указанных проблем разработан способ многоканального встраивания компонент сообщения или способ адаптивного встраивания водяных знаков по нескольким каналам, количество которых вычисляется в зависимости от контейнера (и сообщения), а указанные проблемы решаются за счет обновления гистограммы (и результатов ее обработки) при встраивании очередной битовой плоскости сообщения (или независимого битового сообщения), учета дополнительных значений яркости, не подлежащих модификации в рассматриваемых каналах, а также за счет итеративного повторения процедуры встраивания сообщения до полной стабилизации результатов встраивания.The LSB method provides for encoding several message bits in a single container pixel luminance value, which is problematic within the framework of multi-channel embedding. The fact is that as a result of embedding the message, the histogram of the container changes and the hierarchy of ranges nested in this range of acceptable variation in brightness changes. In addition, encoding an additional bit of a message can change the value of a bit already embedded in a given coordinate. To overcome these problems, a method has been developed for multi-channel embedding of message components or a method for adaptively embedding watermarks over several channels, the number of which is calculated depending on the container (and message), and these problems are solved by updating the histogram (and the results of its processing) when embedding the next bit the plane of the message (or an independent bit message), taking into account additional brightness values that cannot be modified in the considered channels, and also due to iteratively repeat the embed procedure until the embed results are completely stabilized.

Общие преимущества указанных вариантов изобретения характеризуются следующим.General advantages of these embodiments of the invention are characterized by the following.

Решение предназначено для записи и извлечения произвольных кодов информации (видеоданных) и, в зависимости условий применения, трактуется как встраивание стеганографического сообщения или произвольного водяного знака относительно большого объема в контейнер. Вопреки сложившимся стереотипам полагается, что незаметность встраивания, сама по себе, не определяет сущность и особенности алгоритмов, а, скорее, является ограничением на выбор настроечных параметров встраивания в процессе применения в режиме реального времени (on-line). Вне зависимости от условия визуальной незаметности встраивания сообщения базовая задача стеганографии или задача встраивания произвольного сообщения не меняется по существу и включает, прежде всего, обратимое встраивание кодов сообщения адаптивно к контейнеру.The solution is designed to record and retrieve arbitrary codes of information (video data) and, depending on the conditions of use, is interpreted as embedding a steganographic message or an arbitrary watermark of a relatively large volume in a container. Contrary to prevailing stereotypes, it is believed that the inconspicuousness of embedding, by itself, does not determine the essence and features of algorithms, but rather is a restriction on the choice of configuration parameters of embedding in the process of application in real time (on-line). Regardless of the condition of visual invisibility of embedding a message, the basic steganography task or the task of embedding an arbitrary message does not change essentially and includes, first of all, reversible embedding of message codes adaptively to the container.

В настоящем изобретении разделяются понятия неизвестного и недоступного контейнера, полагая контейнер при приеме известным, но в огрубленном, упрощенном виде. Для формализации понятия «незаметного встраивания» вместо метрической близости используется предположение, что наблюдаемый после встраивания сообщения контекст контейнера может быть просто вычислен независимо от сообщения и представлен в виде огрубленного нового изображения (образа), получаемого по заранее определенному алгоритму итеративной сегментации контейнера или стего-изображения. Поскольку указанный алгоритм сегментации относится к алгоритмам улучшения изображения со снижением числа градаций яркости (см. Прэтт У. Цифровая обработка изображений: В 2х кн. М.: Мир, 1982. 714 с.[Прэтт]), то реальное улучшение визуального восприятия рассматривается вместо принятой в стеганографии формальной оценки ухудшения качества стего-изображения по среднеквадратичному отклонению от контейнера.In the present invention, the concepts of an unknown and inaccessible container are separated, believing the container upon receipt to be known, but in a coarsened, simplified form. To formalize the concept of “invisible embedding”, instead of metric proximity, the assumption is used that the container context observed after embedding the message can simply be calculated independently of the message and presented as a coarsened new image (image) obtained by a predefined algorithm for iterative segmentation of the container or stego image . Since the indicated segmentation algorithm refers to image enhancement algorithms with a decrease in the number of brightness gradations (see Pratt W. Digital image processing: In 2-book M .: Mir, 1982. 714 pp. [Pratt]), then a real improvement in visual perception is considered instead accepted in steganography, a formal assessment of the deterioration in the quality of the stego image by the standard deviation from the container.

Поскольку на передающем конце перед встраиванием сообщения вычисляется тот же самый упрощенный контейнер, что и на принимающем конце, передающая сторона имеет возможность заранее оценить степень сохранения контекста контейнера для целей автоматизации обработки. Для управления сокрытием кодов сообщения в режиме реального времени предусматривается, помимо стандартного уменьшения объема сообщения, максимальное распределение встраиваемых кодов по полю изображения.Since the same simplified container is calculated at the transmitting end before embedding the message as at the receiving end, the transmitting side has the ability to pre-evaluate the degree of preservation of the container context for processing automation purposes. In order to control the concealment of message codes in real time, it is provided, in addition to the standard reduction in message size, the maximum distribution of embedded codes in the image field.

При исключении требования метрической близости контейнера и стего-изображения из числа существенных требований к встраиванию сообщения с сохранением контекста контейнера имеется возможность разделить нестрогое понятие робастности на точное понятие инвариантности (строгое сохранение) встроенного сообщения при линейных и нелинейных стандартных преобразованиях стего-изображения (упаковки, линейного преобразования, эквидистантной нормировки по яркости и пр.) и обычную устойчивость сообщения относительно случайных или технологических искажений стего-изображения (зашумления, JPEG-преобразования), а также преднамеренных внешних атак. В задачах с ограниченным объемом сообщения достигается устойчивость относительно искажений контейнера при передаче за счет периодического повторения при встраивании кодов встраиваемого в границах изображения сообщения заранее известного на приемном конце размера, а затем суммирования извлеченных соответствующих кодов различных копий при приеме сообщения.If the requirement of metric proximity of the container and the stego image is excluded from the list of essential requirements for embedding a message while maintaining the container context, it is possible to divide the non-strict concept of robustness into the exact concept of invariance (strict preservation) of the embedded message with linear and non-linear standard transformations of the stego image (packaging, linear transformations, equidistant normalization by brightness, etc.) and the usual stability of the message with respect to random or technological x stego-image distortion (noise, JPEG-conversion) as well as intentional external attacks. In problems with a limited message volume, stability is achieved with respect to container distortions during transmission due to periodic repetition when embedding codes of a message embedded in the image boundaries known in advance at the receiving end of the size, and then summing the extracted corresponding codes of various copies when receiving the message.

Биты сообщения вставляются, аналогично LSB - методу, по заранее определенному закону (с начала изображения, с конца изображения, с использованием генератора случайных чисел и пр.), однако, с пропусками, зависящими от контекста контейнера.Message bits are inserted, similarly to the LSB method, according to a predetermined law (from the beginning of the image, from the end of the image, using a random number generator, etc.), however, with gaps depending on the context of the container.

При встраивании сообщения в стего-изображение с одновременным снижением его числа яркостных градаций по сравнению с исходным контейнером, увеличиваются перепады между яркостями, которыми кодируется сообщение. Благодаря такому кодированию сообщения большими перепадами яркости и, в результате, увеличения амплитуды сигнала сообщения повышается робастность встраивания сообщения.When embedding a message in a stego image with a simultaneous decrease in its number of luminance gradations in comparison with the original container, the differences between the luminances with which the message is encoded increase. Due to such coding of the message with large differences in brightness and, as a result, an increase in the amplitude of the message signal, the robustness of embedding the message increases.

Инвариантность встраивания сообщения относительно стандартных преобразований стего-изображения обеспечивается тем, что перед внедрением сообщения контейнер независимо от стандартных преобразований преобразуется на передающем конце по определенному алгоритму в некоторое инвариантное представление, а перед извлечением сообщения на приемном конце по тому же алгоритму стего-изображение преобразуется для восстановления сообщения, в случае предусмотренных преобразований при передаче.The invariance of embedding a message with respect to the standard transforms of the stego image is ensured by the fact that, before embedding the message, the container, regardless of the standard transformations, is converted at the transmitting end according to a certain algorithm to some invariant representation, and before the message is extracted at the receiving end, the stego image is converted for restoration messages, in the case of the provided transformations during transmission.

Для управления встраиванием предусматривается автоматизированная настройка параметров в режиме реального времени. В целом оптимальное встраивание достигается в условиях конкретной задачи как разумный компромисс между объемом встроенного сообщения, с одной стороны, и условиями незаметности и робастности встраивания, с другой стороны.To control the embedding, an automated real-time parameter setting is provided. In general, optimal embedding is achieved in a specific task as a reasonable compromise between the volume of the embedded message, on the one hand, and the conditions of invisibility and robustness of embedding, on the other hand.

Общий объем кодов геометрически повторяющегося сообщения (т.е. повторяющегося одного и того же встроенного сообщения в местоположениях изображения с отличающимися координатами) определяется контекстом контейнера, но само сообщение произвольно. Стего-изображение помимо кодов самого сообщения не содержит сведений ни о сообщении, ни об исходном контейнере, как в LSB-методе. Хотя контейнер не требуется для извлечения сообщения на приемном конце, однако, исходный сигнал (или, при инвариантном встраивании, его образ) в упрощенном виде известен при передаче и приеме, поскольку сохраняется в процессе встраивания сообщения. Сообщение на приемном конце считается не известным. При приеме сообщения диапазоны модификации яркостей не фиксируются одинаковыми для различных координат, и не требуется специального указания координат встраивания сообщения, поскольку координаты пикселей с варьируемой яркостью и диапазоны встраивания сообщения вычисляются по полученному стего-сигналу точно так же, как и по исходному контейнеру. Корреляционный анализ не предполагается.The total amount of codes of a geometrically repeating message (i.e., repeating the same embedded message at image locations with different coordinates) is determined by the context of the container, but the message itself is arbitrary. The stego image, in addition to the codes of the message itself, does not contain information about the message, nor about the source container, as in the LSB method. Although the container is not required to retrieve the message at the receiving end, however, the original signal (or, in case of invariant embedding, its image) in a simplified form is known during transmission and reception, since it is saved during the embedding of the message. The message at the receiving end is considered not known. When a message is received, the brightness modification ranges are not fixed the same for different coordinates, and no special indication of the embedding coordinates of the message is required, since the coordinates of pixels with variable brightness and the embedding ranges of the message are calculated by the received signal signal exactly the same as the original container. Correlation analysis is not expected.

На Фиг.3 в упрощенном виде представлена схема предлагаемого решения согласно варианту осуществления в изобретении одноканального встраивания.Figure 3 in a simplified form presents a diagram of the proposed solution according to a variant implementation in the invention of single-channel embedding.

Вместо применяемой в RDH-методе процедуры сжатия информации, используется сегментация изображения. Благодаря сегментации и ослаблению условия полного восстановления информации контейнера удается увеличить объем встраиваемых кодов сообщения.Instead of the information compression procedure used in the RDH method, image segmentation is used. Due to segmentation and weakening of the conditions for the complete recovery of container information, it is possible to increase the amount of embedded message codes.

В результате сегментации контейнер необратимым образом, но без существенного ущерба для зрительного восприятия, преобразуется в упрощенное представление изображения - сегментированный сигнал (контейнер или стего-изображение) с ограниченным числом градаций яркости, который задается вычисляемым множеством значений яркостей пикселей с неизменяемым значением яркости и такой сигнал сохраняется при встраивании сообщения. Пиксели с не меняющейся при встраивании сообщения яркостью являются экстремальными в определенным образом вычисленных диапазонах яркости и позволяют определить уровень отсчета значений яркости, а также пределы изменения яркости остальных (модифицируемых) пикселей с промежуточными значениями яркости, изменением яркости которых кодируется сообщение. Таким образом, значения яркости пикселей сегментированного контейнера, равно как и сегментированного стего-изображения, позволяют определить уровень отсчета для модификации яркостных значений, используемых для кодирования сообщения. В отличие от RDH-метода, коды сообщения размещаются адаптивно к контейнеру, поскольку записываются в стего-изображении в пикселях с переменной (варьируемой, модифицируемой) яркостью, которые перемежаются с пикселями контейнера, имеющими неизменяемую яркость. Робастность, устойчивость сообщения к возможным искажениям стего-изображения обеспечивается за счет геометрического повторения кодов сообщения в границах контейнера.As a result of segmentation, the container is irreversibly, but without significant damage to visual perception, is converted into a simplified representation of the image - a segmented signal (container or stego image) with a limited number of brightness gradations, which is defined by a calculated set of pixel brightness values with an unchanged brightness value and such a signal saved when embedding a message. Pixels with a brightness that does not change when embedding a message are extreme in a certain way calculated brightness ranges and allow you to determine the reading level of the brightness values, as well as the limits of the brightness of the remaining (modified) pixels with intermediate brightness values, the brightness of which the message is encoded. Thus, the brightness values of the pixels of the segmented container, as well as the segmented stego image, make it possible to determine the reference level for modifying the brightness values used to encode the message. Unlike the RDH method, message codes are placed adaptively to the container, since they are recorded in the stego image in pixels with variable (variable, modifiable) brightness, which are interspersed with pixels in the container that have unchanged brightness. Robustness, stability of the message to possible distortions of the stego image is ensured by geometric repetition of the message codes within the container.

Робастность сообщения в точном смысле его сохранения при предусмотренных линейных и нелинейных изоморфных преобразованиях стего-изображения (упаковки, растяжения, эквидистантной нормировки по яркости) обеспечивают за счет предварительного преобразования контейнера при встраивании сообщения, а при извлечении сообщения - стего-изображения в инвариантное гомоморфное идемпотентное представление.The robustness of the message in the exact sense of its preservation under the provided linear and nonlinear isomorphic transformations of the stego image (packaging, stretching, equidistant normalization in brightness) is ensured by preliminary transformation of the container when embedding the message, and when the message is extracted, the stego image into an invariant homomorphic idempotent representation .

Робастность, устойчивость сообщения к не предусмотренным искажениям стего-изображения обеспечивают за счет геометрического повторения кодов сообщения в границах контейнера, а также за счет кодирования сообщения относительно большими перепадами яркостиRobustness, stability of the message to unintended distortions of the stego image is ensured by geometric repetition of the message codes within the container, as well as by encoding the message with relatively large brightness differences

Фиг.4 приведена для сравнения предлагаемого решения с известными и иллюстрирует встраивание кодов сообщения в настоящем изобретении. Крайним слева на Фиг.4 изображен контейнер, рядом с контейнером - приближение контейнера снизу, следующее - его приближение сверху и крайнее справа - представление разности приближений сверху и снизу. На основе сравнения градаций яркости этого представления друг с другом можно наглядно оценить ширину диапазона допустимого варьирования яркости в сигнале для каждого пикселя. «Допустимое варьирование» означает, что модификация изображения за счет независимого изменения яркостей пикселей строго внутри диапазонов допустимого варьирования яркости на вычисление этих диапазонов не влияет. В отличие от известных решений обеспечивается адаптивное встраивание кодов сообщения не только по координатам, но и по диапазонам яркости без использования неадаптивной управляющей информации или перебора вариантов в процессе корреляционного анализа. Благодаря снятию условия LSB-метода о встраивании кодов сообщения в заранее заданное число битов снижается доступность сообщения для стегоанализа. Маскировка сообщения достигается не за счет ограничения изменений яркости пикселей контейнера, а, главным образом, за счет перемежения на изображении пикселей с встроенными данными сообщения с пикселями с неизмененными данными контейнера и за счет добавления в сообщение высокочастотного несущего сигнала.Figure 4 is given to compare the proposed solution with the known and illustrates the embedding of message codes in the present invention. The container to the bottom left in Figure 4 is shown, next to the container is the container approaching from below, the next one is its approaching from above and the extreme right is a representation of the difference in approximations from above and below. Based on a comparison of the brightness gradations of this representation with each other, we can visually assess the width of the range of allowable brightness variations in the signal for each pixel. “Permissible variation” means that image modification due to an independent change in pixel brightness strictly within the ranges of allowable brightness variation does not affect the calculation of these ranges. In contrast to known solutions, adaptive embedding of message codes is provided not only in coordinates, but also in brightness ranges without using non-adaptive control information or enumerating options in the process of correlation analysis. By removing the conditions of the LSB method for embedding message codes in a predetermined number of bits, the availability of the message for steganalysis is reduced. Masking the message is achieved not by limiting the changes in the brightness of the pixels of the container, but mainly by interleaving in the image pixels with embedded data messages with pixels with unchanged data from the container and by adding a high-frequency carrier signal to the message.

Наряду со встраиванием битов сообщения в меняющиеся по координатам диапазоны допустимого варьирования яркости контейнера, предложенное решение не требует неадаптивного (не зависящего от контейнера) указания координат встраиваемых блоков данных и позволяет избежать поблочной записи согласно известному методу, что усиливает преимущества по сравнению с известными решениями.Along with embedding message bits in coordinates of ranges of permissible variation of container brightness, the proposed solution does not require non-adaptive (container-independent) indication of the coordinates of embedded data blocks and avoids block recording according to the known method, which enhances the advantages compared to known solutions.

Управление встраиванием в изобретении выполняют в режиме реального времени посредством регулирования величин диапазонов допустимой модификации яркости с одновременным изменением соотношения сохраняемых и варьируемых пикселей, которые параметризованы числами Мерсенна в виде уменьшенных на единицу степеней 2. С увеличением указанного параметра диапазоны допустимого варьирования яркости уменьшаются, доля сохраняемых при встраивании пикселей увеличивается, и степень сокрытия сообщения возрастает. Различным параметрам в виде чисел Мерсенна отвечают варианты множества допустимых диапазонов варьирования яркости. При этом в каждом варианте вычисляемые диапазоны допустимого варьирования яркости при записи сообщения меняются от пикселя к пикселю. Величины диапазонов варьирования яркостей, вообще говоря, не совпадают со степенями 2, т.е. диапазоны допустимого варьирования яркостей вмещают нецелое число бит сообщения. Хотя в диапазонах с величиной, превышающей 3, можно кодировать последовательности бит сообщения на пиксель изображения, в одном варианте настоящего изобретения ограничиваются встраиванием единственного бита на каждый модифицируемый пиксель во избежание снижения робастности и скремблирования сообщения, которые особенно критичны при переменных диапазонах модификации яркости по полю изображения.Embedding control in the invention is performed in real time by adjusting the values of the ranges of permissible brightness modification while changing the ratio of stored and variable pixels, which are parameterized by Mersenne numbers in the form of degrees reduced by unity. With an increase in this parameter, the ranges of acceptable brightness variation decrease, the proportion of embedding pixels increases, and the degree of concealment of the message increases. Various parameters in the form of Mersenne numbers correspond to variants of the set of acceptable ranges for varying brightness. In this case, in each variant, the calculated ranges of permissible variation in brightness when recording a message vary from pixel to pixel. The values of the brightness variation ranges, generally speaking, do not coincide with powers of 2, i.e. ranges of permissible brightness variation accommodate an integer number of message bits. Although sequences of message bits per pixel of an image can be encoded in ranges with a magnitude greater than 3, in one embodiment of the present invention they are limited to embedding a single bit per each modifiable pixel to avoid reducing robustness and scrambling messages that are especially critical with variable brightness modification ranges over the image field .

Данный вариант одноканального встраивания настоящего изобретения по сравнению с известными способами сокрытия произвольного сообщения обеспечивает следующие возможности:This option single-channel embedding of the present invention in comparison with the known methods of hiding an arbitrary message provides the following features:

- сохранение сообщения при линейных и нелинейных изоморфных преобразованиях стего-изображения;- message saving during linear and nonlinear isomorphic transformations of the stego image;

- робастность сообщения в отношении непредусмотренных искажений за счет кодирования сообщения посредством относительно больших перепадов яркости, а также за счет повторения битов сообщения по координатам и цветам;- robustness of the message in relation to unintended distortions due to the encoding of the message by means of relatively large differences in brightness, as well as due to the repetition of message bits in coordinates and colors;

- обнаружение и оценку несанкционированного доступа (неизоморфных искажений стего-изображения);- detection and assessment of unauthorized access (non-isomorphic distortions of the stego image);

- подавление шумов ограниченной амплитуды;- suppression of noise of limited amplitude;

- улучшение резкости стего-изображения c одновременным снижением числа градаций яркости для упрощения автоматической обработки.- improving the sharpness of the stego image while reducing the number of gradations of brightness to simplify automatic processing.

При этом преодолеваются также следующие характерные недостатки современных методов стеганографии:The following characteristic disadvantages of modern steganography methods are also overcome:

- эвристические, недостаточно точные оценки возможного объема встроенного сообщения;- heuristic, insufficiently accurate estimates of the possible volume of the embedded message;

- использование заранее известных адресату координат размещения данных;- the use of coordinates of data placement previously known to the addressee;

- использование тривиального встраивания данных или управляющей информации в фиксированное число младших бит или по не зависящим от контейнера координатам;- the use of trivial embedding of data or control information in a fixed number of least significant bits or in container-independent coordinates;

- единообразное встраивание сообщения в различные контейнеры, в том числе - в малоградационные изображения, которые состоят, например, из одних 0;- uniform embedding of the message in various containers, including in non-gradation images, which consist, for example, of one 0;

- неравномерность заполнения контейнера при встраивании сообщения.- uneven filling of the container when embedding the message.

При одноканальном встраивании объем кодов сообщения предсказывается независимо от его содержания, что упрощает логику обратимого сокрытия сообщений. Однако то, что объем сообщения в исходной шкале яркости согласно известной колмогоровской оценке количества информации в комбинаторном подходе описывается нецелым числом битов, наоборот, приводит к усложнению решения из-за неоднозначности эвристической организации встраивания компонент сообщения с наложением по координатам.With single-channel embedding, the volume of message codes is predicted regardless of its content, which simplifies the logic of reversible message hiding. However, the fact that the message volume in the original brightness scale according to the well-known Kolmogorov estimate of the amount of information in the combinatorial approach is described by an integer number of bits, on the contrary, leads to a complication of the solution due to the ambiguity of the heuristic organization of embedding message components with coordinates overlay.

Одним из недостатков способа одноканального встраивания является то, что в нем помимо встраивания бинарных кодов по координатам изображения не предусматривается дополнительного встраивания кодов непосредственно в исходный контейнер.One of the disadvantages of the single-channel embedding method is that in addition to embedding binary codes in the image coordinates, it does not provide for additional embedding of codes directly in the original container.

Главным недостатком способа одноканального встраивания изобретения является ограниченный объем сообщения из-за недостаточного числа каналов встраивания кодов сообщения. Недостаточное число каналов встраивания влечет недостаточную маскировку одних компонент сообщения другими, а фиксированное число каналов увеличивает также доступность встроенной информации для стего-анализа. Кроме того, недостаточное число каналов, очевидно, ограничивает возможности робастного встраивания кодов сообщений за счет дублирования информации, кодируемой яркостями одних и тех же пикселей.The main disadvantage of the single-channel embedding method of the invention is the limited amount of message due to the insufficient number of embed channels for message codes. An insufficient number of embedment channels entails insufficient camouflage of some message components by others, and a fixed number of channels also increases the availability of embedded information for stego analysis. In addition, the insufficient number of channels, obviously, limits the ability of robust embedding of message codes due to duplication of information encoded by the brightness of the same pixels.

Вероятно, основной причиной ограничения объема встраивания сообщений является недостаточность моделей адекватного представления и запоминания информации, а также недостаточное внедрение для хранения и обработки сигналов вычислительных устройств с троичной памятью, известных, например, в виде универсальных ЭВМ [БРУС60, БРУС05]. В указанных устройствах вместо привычных битов в качестве запоминающих ячеек используются триты с тремя состояниями, которые наиболее удобны для реализации изобретения.Probably, the main reason for limiting the volume of embedding messages is the lack of models for the adequate presentation and storage of information, as well as insufficient implementation for the storage and processing of signals of computing devices with ternary memory, known, for example, as universal computers [BRUS60, BRUS05]. In these devices, instead of the usual bits, three states with three states that are most convenient for implementing the invention are used as storage cells.

В изобретении за счет многоканального встраивания согласно второму варианту осуществления развиваются преимущества и преодолеваются недостатки способа одноканального встраивания согласно первому варианту осуществления изобретения.In the invention, due to the multi-channel embedding according to the second embodiment, the advantages are developed and the disadvantages of the single-channel embedding method according to the first embodiment are overcome.

За счет формализации многоканального встраивания и использования при встраивании троичной памяти общий объем встраивания кодов сообщения из нескольких битовых плоскостей повышается до 20-30% от объема контейнера.Due to the formalization of multichannel embedding and use when embedding ternary memory, the total amount of embedding message codes from several bit planes increases to 20-30% of the container volume.

Благодаря запоминанию данных посредством троичной памяти и ее использованию в вычислениях многоканальное встраивание кодов битовых плоскостей сообщения достигается не только при инвариантном встраивании первичного сообщения, но поддерживается уже в базовом алгоритме обратимого многоканального встраивания без снижения числа яркостных градаций изображения. При этом требуемый результат встраивания кодов сразу по всем каналам достигается за счет итеративного повторения встраивания, в процессе которого разделение тритов на активные и неактивные адаптируется к многоканальному сообщению. В одном из способов изобретения при формировании, так называемой, «непрерывной» троичной памяти встраивание многоканального сообщения достигается за один цикл и выполняется в идемпотентном преобразовании контейнера.Thanks to data storage via ternary memory and its use in calculations, multi-channel embedding of message bit-plane codes is achieved not only with invariant embedding of the primary message, but is already supported in the basic reversible multi-channel embedding algorithm without reducing the number of brightness gradations of the image. At the same time, the desired result of embedding codes immediately across all channels is achieved due to iterative repetition of embedding, during which the separation of trites into active and inactive adapts to a multi-channel message. In one of the methods of the invention, when forming the so-called “continuous” ternary memory, the embedding of a multi-channel message is achieved in one cycle and is performed in an idempotent transformation of the container.

Инвариантное встраивание относительно линейных и нелинейных изоморфных преобразований стего-изображения, достигается в изобретении сразу по всем младшим каналам за счет его итеративного повторения, упаковки управляющего инвариантного идемпотентного гомоморфного представления (гистограммного образа) по яркости, а также предусмотренных правил разделения тритов троичной памяти на активные (модифицируемые) и неактивные (фиксированные).The invariant embedding of relatively linear and non-linear isomorphic transformations of the stego image is achieved in the invention immediately along all minor channels due to its iterative repetition, packing of the control invariant idempotent homomorphic representation (histogram image) in brightness, and also the provided rules for the separation of ternary memory trits into active ( modifiable) and inactive (fixed).

В изобретении усиливаются возможности робастного встраивания сообщения за счет дублирования кодов битовых плоскостей сообщения с многократным наложением по координатам. При этом робастность достигается за счет геометрического повторения кодов битовых плоскостей сообщения не только по координатам, но также и за счет их повторения во вложенных диапазонах яркости, иерархия которых зависит от контекста изображения и меняется от пикселя к пикселю.The invention enhances the robust embedding of the message by duplicating the codes of the bit planes of the message with multiple overlapping coordinates. At the same time, robustness is achieved due to the geometric repetition of the codes of the bit planes of the message not only in coordinates, but also due to their repetition in nested brightness ranges, the hierarchy of which depends on the image context and varies from pixel to pixel.

Многократное наложение компонент встроенного сообщения друг на друга усиливает маскировку факта сокрытия. Для дополнительной маскировки факта сокрытия, а также для симметричного задания начального состояния троичной памяти используется дублирование значений старших тритов в младших активных тритах подобно тому, как в «LSB»-методе значения битов старшего разряда могут копироваться в младший разряд для сопоставления однородного сообщения из одинаковых бит некоторой начальной картине, зависящей от контейнера.Multiple overlapping of components of the embedded message on top of each other enhances the masking of the fact of concealment. For additional concealment of the fact of concealment, as well as for symmetric setting of the initial state of ternary memory, duplication of senior trit values in lower active trit is used, similar to how in the “LSB” method the values of bits of the highest order can be copied to the lower order to match a homogeneous message from identical bits some initial picture depending on the container.

Благодаря свойству адаптивности троичной памяти изобретения при заранее известном и доступном возмущении стего-изображения появляется возможность обеспечить робастное встраивание сообщения за счет циклического повторения встраивания сообщения поочередно с возмущением.Due to the adaptability property of the ternary memory of the invention with a known and accessible perturbation of the stego image, it is possible to provide robust embedding of a message by cyclically repeating the embedding of the message alternately with the perturbation.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фиг.1 иллюстрирует общую схему встраивания и извлечения сообщений для стеганографии и встраивания водяных знаков;Figure 1 illustrates a general scheme for embedding and extracting messages for steganography and embedding watermarks;

Фиг.2 иллюстрирует известные решения при покоординатном распределении встроенных кодов сообщения по результатам анализа контейнера;Figure 2 illustrates well-known solutions for coordinate-wise distribution of embedded message codes according to the results of container analysis;

Фиг.3 иллюстрирует схему обратимого встраивания данных согласно изобретению;Figure 3 illustrates a reversible data embedding scheme according to the invention;

Фиг.4 иллюстрирует адаптивное встраивание кодов сообщения по координатам и диапазонам яркости, вычисленным согласно изобретению в результате анализа контейнера;Figure 4 illustrates the adaptive embedding of message codes in the coordinates and brightness ranges calculated according to the invention as a result of the analysis of the container;

Фиг.5 иллюстрирует запоминание последовательности значений -1, 1, 0,1,0 ... в i-й ячейке многоканальной троичной памяти;Figure 5 illustrates the memorization of a sequence of values -1, 1, 0,1,0 ... in the i-th cell of a multi-channel ternary memory;

Фиг.6 иллюстрирует встраивание бита сообщения в один канал на примере одномерного фрагмента изображения;Figure 6 illustrates embedding a message bit in one channel using an example of a one-dimensional image fragment;

Фиг.7 иллюстрирует пример инвариантного изоморфного представления изображения, полученный согласно изобретению;7 illustrates an example of an invariant isomorphic image representation obtained according to the invention;

Фиг.8 иллюстрирует запоминание иерархии разбиений дискретных отрезков;Fig. 8 illustrates storing the hierarchy of partitions of discrete segments;

Фиг.9 иллюстрирует сообщение в исходном виде и сообщение, развернутое в последовательность битовых плоскостей;9 illustrates a message in its original form and a message deployed in a sequence of bit planes;

Фиг.10 иллюстрирует стандартное изображение и изображение в цветовом варианте;10 illustrates a standard image and a color image;

Фиг.11 иллюстрирует базовое итеративное встраивание кодов сообщения по нескольким каналам;11 illustrates a basic iterative embedding of message codes on multiple channels;

Фиг.12 иллюстрирует влияние условия непрерывности троичной памяти на многоканальное встраивание сообщения при начальном разбиении рабочего диапазона с параметром μ;12 illustrates the effect of the ternary memory continuity condition on multi-channel message embedding during initial partitioning of the operating range with parameter μ;

Фиг.13 иллюстрирует многоканальное инвариантное встраивание сообщения в троичную память с одновременным снижением числа градаций яркости стего-изображения;Fig. 13 illustrates multi-channel invariant embedding of a message in a ternary memory while reducing the number of gradations of brightness of the stego image;

Фиг.14 иллюстрирует повышение устойчивости стего-изображения с однородным сообщением к JPEG-преобразованию за счет многократного встраивания.Fig. 14 illustrates the increase in the stability of a stego image with a uniform message to JPEG conversion due to repeated embedding.

Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Более подробно способ одноканального встраивания битов сообщения по пикселям контейнера поясняется ниже.In more detail, the method of single-channel embedding of message bits in the pixels of the container is explained below.

Визуально наблюдаемую компоненту контейнера вычисляют как сигнал контекста, который сохраняется после встраивания сообщения. Маскировка достигается за счет перемежения пикселей, содержащих сообщение, с пикселями наблюдаемой компоненты сигнала и зависит от амплитуды сигнала сообщения, а также от частоты сигнала сообщения, которая может повышаться за счет внесения в сообщение высокочастотной составляющей, например, за счет добавления в сигнал сообщения высокочастотной компоненты или за счет формального введения периодического колебания «нулевого» уровня отсчета сигнала сообщения.The visually observed component of the container is calculated as a context signal, which is stored after embedding the message. Masking is achieved by interleaving pixels containing the message with the pixels of the observed signal component and depends on the amplitude of the message signal, as well as on the frequency of the message signal, which can be increased by adding a high-frequency component to the message, for example, by adding a high-frequency component to the message signal or due to the formal introduction of periodic fluctuations of the “zero” reference signal level of the message.

Управление встраиванием сообщения выполняется в режиме реального времени посредством задания величин вычисляемых диапазонов шкалы яркости по гистограмме (и, как следствие, диапазонов допустимого варьирования значений яркости пикселей изображения) с помощью чисел Мерсенна в виде уменьшенных на единицу степеней двойки (т.е. 2n-1, например, 1, 3, 7, 15, 31, 63 и т.п.), с одновременным изменением соотношения числа пикселей с сохраняемыми и варьируемыми значениями яркости. С увеличением указанного числа Мерсенна (т.е. увеличением числа диапазонов яркости) уменьшается величина каждого диапазона допустимого варьирования яркости. При этом, чем больше число диапазонов, тем больше будет фиксировано пикселей с граничными значениями яркости. Так как эти пиксели включены в наблюдаемую картину и перемежаются с варьируемыми пикселями, то визуально степень сокрытия сообщения возрастает.The control of embedding the message is performed in real time by setting the values of the calculated ranges of the brightness scale by the histogram (and, as a result, the ranges of permissible variation of the brightness values of image pixels) using Mersenne numbers in the form of powers reduced by one (2 n - 1, for example, 1, 3, 7, 15, 31, 63, etc.), with a simultaneous change in the ratio of the number of pixels with stored and variable brightness values. With an increase in the indicated Mersenne number (i.e., an increase in the number of brightness ranges), the value of each range of permissible variation in brightness decreases. At the same time, the larger the number of ranges, the more pixels with boundary brightness values will be fixed. Since these pixels are included in the observed picture and interspersed with variable pixels, visually the degree of concealment of the message increases.

Таким образом, для различных значений чисел Мерсенна вычисляются варианты набора допустимых диапазонов варьирования яркости, и в каждом варианте диапазоны допустимого варьирования яркости при записи сообщения меняются от пикселя к пикселю, так как на изображении рядом встречаются пиксели из различных диапазонов.Thus, for different values of Mersenne numbers, variants of a set of acceptable brightness variation ranges are calculated, and in each variant, ranges of acceptable brightness variation when recording a message change from pixel to pixel, since pixels from different ranges are found nearby.

Величины диапазонов варьирования яркостей, в общем случае, не совпадают со степенями 2. Например, яркостный диапазон 0-4 содержит 5 целочисленных значений яркости. Два из них являются граничными и, если пиксель имеет яркость, равную одному из этих значений, он является неизменяемым. Три других, а именно значения 1-3, могут использоваться для кодирования сообщения. Однако для кодирования двух битов встраиваемого сообщения необходимо не менее 4 внутренних значений указанного диапазона помимо граничных значений, поэтому при наличии только трех упомянутых неграничных значений в диапазоне 0-4 можно закодировать только один бит встраиваемого сообщения. Следовательно, для кодирования двух битов встраиваемого сообщения число значений яркости вместе с граничными должно быть не менее 6 в пределах одного диапазона.The values of the brightness variation ranges, in the general case, do not coincide with powers of 2. For example, the brightness range 0-4 contains 5 integer brightness values. Two of them are boundary and, if a pixel has a brightness equal to one of these values, it is immutable. Three others, namely values 1-3, can be used to encode the message. However, for encoding two bits of an embedded message, at least 4 internal values of the specified range are required in addition to the boundary values, therefore, if there are only three of these non-boundary values in the range 0-4, only one bit of the embedded message can be encoded. Therefore, to encode two bits of an embedded message, the number of brightness values together with the boundary values must be at least 6 within the same range.

Хотя в диапазонах допустимого варьирования яркости с количеством значений яркости, включая граничные, превышающим 5, можно кодировать несколько (т.е. более одного) битов сообщения на пиксель изображения, настоящее изобретение ограничивается встраиванием единственного бита на каждый модифицируемый пиксель во избежание снижения робастности и скремблирования сообщения, которые особенно критичны при переменных диапазонах модификации яркости по полю изображения.Although it is possible to encode several (i.e., more than one) message bits per pixel in the ranges of acceptable brightness variation with the number of brightness values, including boundary values exceeding 5, the present invention is limited to embedding a single bit per each pixel to be modified to avoid robustness and scrambling Messages that are especially critical for variable brightness modification ranges over the image field.

В более общем способе многоканального встраивания для запоминания данных решается обратная задача - по сигналу рассчитывается фактический носитель информации в виде многоканальной троичной памяти. Хотя многоканальная троичная память порождается компонентой сигнала, она оказывается способна хранить информацию аналогично памяти обычной ЭВМ. Любое изображение помимо контекста содержит некоторое неявное сообщение, которое можно извлечь и модифицировать для передачи скрытой информации, защиты контейнера, упрощения автоматической обработки и пр. При повторной записи сообщения, которое содержится в контейнере, контейнер не меняется. Задача стегоанализа уточняется и трактуется не как задача обнаружения сообщения, а как задача извлечения сообщения и обнаружения модификации или подмены некоторого изначального, например, случайного сообщения.In a more general way of multi-channel embedding for storing data, the inverse problem is solved - the actual storage medium in the form of a multi-channel ternary memory is calculated by the signal. Although multichannel ternary memory is generated by a signal component, it is able to store information similarly to the memory of a conventional computer. Any image, besides the context, contains some implicit message that can be retrieved and modified to transmit hidden information, protect the container, simplify automatic processing, etc. When you re-record the message that is contained in the container, the container does not change. The task of steganalysis is specified and interpreted not as the task of detecting a message, but as the task of retrieving a message and detecting a modification or substitution of some initial, for example, random message.

Предполагается, что различные изображения в пределах неких условий инвариантности различаются по контексту, либо по неявной информации. Обратимое встраивания трактуется как чтение и запись информации в ассоциированную с изображением троичную память. При этом недостаточная эффективность методов встраивания и их многообразие объясняется недоиспользованием возможностей заполнения троичной памяти и выражается недостаточным объемом встраивания.It is assumed that various images within certain conditions of invariance differ in context or in implicit information. Reversible embedding is interpreted as reading and writing information to the ternary memory associated with the image. Moreover, the lack of effectiveness of embedding methods and their diversity is explained by the underutilization of the possibilities of filling the ternary memory and is expressed by the insufficient volume of embedding.

Троичная память выражает, упрощает и поддерживает интерпретацию иерархии диапазонов допустимого варьирования яркостей пикселей как носителей информации, вмещающих целочисленное количество кодов сообщения. Встраивание суперпозиции сообщений с использованием троичной памяти выполняется по следующей схеме.The ternary memory expresses, simplifies, and supports the interpretation of the hierarchy of ranges of permissible variations in pixel brightness as information carriers containing an integer number of message codes. Embedding a message superposition using ternary memory is performed as follows.

Математическая схема обратимого встраиванияReversible embedment mathematical scheme

Встраивание Sh сообщения h в изображение (контейнер) u достигается посредством преобразования Wh, которое при циклическом применении порождает некоторую последовательность представлений, сходящуюся к представлению Shu:Embedding S h of message h in the image (container) u is achieved by transforming W h , which, when applied cyclically, generates some sequence of representations that converges to the representation of S h u:

Figure 00000002
:
Figure 00000003
,
Figure 00000002
:
Figure 00000003
,

где n - число повторений преобразования Wh.where n is the number of repetitions of the transformation W h .

Под сходимостью представлений, получаемых преобразованием (программой, отображением и пр.) Wh, понимается существование предела Shu указанной последовательности представлений, который называется стего-изображением и не меняется под действием программы Wh. Иными словами, предполагается, что итеративное преобразование не зацикливается, и при достаточно большом числе N повторений достигается инвариантное относительно преобразования Wh представление ν изображения u:By the convergence of representations obtained by the transformation (program, mapping, etc.) W h , we mean the existence of a limit S h u of the indicated sequence of representations, which is called a stego image and does not change under the action of the program W h . In other words, it is assumed that the iterative transformation is not looped, and with a sufficiently large number of N repetitions, the representation ν of the image u that is invariant with respect to the transformation W h is achieved:

Wh ν=ν,W h ν = ν,

где ν

Figure 00000004
- стего-изображение.where ν
Figure 00000004
- stego image.

Хотя результат повторного выполнения встраивания Sh сообщения h в произвольный контейнер u совпадает с результатом однократного, называем Sh идемпотентным встраиванием, если программа Wh такова, что встраивание сообщения h в произвольный контейнер u достигается за единственную итерацию и N=1, а

Figure 00000005
. В общем случае, если преобразование Sh достигается за несколько итераций N
Figure 00000006
, называем его итеративным встраиванием.Although the result of re-embedding S h of message h in an arbitrary container u coincides with the result of a single entry, we call S h idempotent embedding if the program W h is such that embedding message h in an arbitrary container u is achieved in a single iteration and N = 1, and
Figure 00000005
. In the general case, if the transformation S h is achieved in several iterations N
Figure 00000006
, call it iterative embedding.

Под сообщением h понимается матрица значений троичных ячеек многоканальной троичной памяти, которые сопоставляются пикселям изображения и содержат последовательности тритов со значениями 0,

Figure 00000007
. Представление h получается обнулением некоторого множества тритов представления
Figure 00000008
из одних
Figure 00000009
, строящегося посредством записи в троичную память исходной последовательности битов встраиваемой информации и выполняется с повторениями по координатам и разрядам троичной памяти до ее заполнения.Message h means a matrix of values of ternary cells of multichannel ternary memory, which are mapped to image pixels and contain sequences of trit with values 0,
Figure 00000007
. Representation h is obtained by zeroing out some set of representation trites
Figure 00000008
from some
Figure 00000009
constructed by writing to the ternary memory the initial sequence of bits of embedded information and is performed with repetitions in the coordinates and bits of the ternary memory until it is filled.

Нулевые триты в сообщении h возникают из-за того, что, в зависимости от контекста контейнера u, некоторые значения тритов представления

Figure 00000010
при записи в троичную память не учитываются в ее неактивных элементах, при чтении кодов сообщения из троичной памяти вычисляются как неопределенные и помечаются нулевыми значениями. Поскольку нулевые триты сообщения h предсказуемы при встраивании представления
Figure 00000011
, пропуска битов исходной встраиваемой информации можно избежать, например, за счет кодирования исходной последовательности битов с исключением пропуска информации при достаточном числе повторений. Поэтому можно рассматривать в качестве начального троичного представления исходной последовательности встраиваемых битов сообщение h и не останавливаться далее на деталях практической реализации, чтобы не загромождать изложение.Zero trits in the message h arise due to the fact that, depending on the context of the container u, some values of presentation trits
Figure 00000010
when writing to the ternary memory, they are not taken into account in its inactive elements; when reading codes, messages from the ternary memory are calculated as undefined and are marked with zero values. Since the zero trits of the message h are predictable when embedding the view
Figure 00000011
, skipping bits of the original embedded information can be avoided, for example, by encoding the original sequence of bits with the exception of skipping information with a sufficient number of repetitions. Therefore, we can consider message h as the initial ternary representation of the initial sequence of embedded bits and not dwell on the details of the practical implementation so as not to clutter up the presentation.

Таким образом, извлечение сообщения h состоит в его вычислении по стего-изображению из условия того, что Wh оставляет стего-изображение неизменным. Полагая, что любое изображение содержит некоторое сообщение, запишем условие обратимости встраивания сообщения h в виде:Thus, retrieving the message h consists in calculating it from the stego image from the condition that W h leaves the stego image unchanged. Assuming that any image contains some message, we write down the condition of reversibility of embedding message h in the form:

R: R(Whu=u)=h,R: R (W h u = u) = h,

где R - программа извлечения сообщения, которая выполняет решение уравнения Whu=u относительно h и, фактически, представляет собой самостоятельное формирование и вывод файла сообщения, предусматриваемые в теле программы Wh. При этом в выписанной формуле аргумент отображения R трактуется двояко: как результат однократного встраивания Whu и как условие Whu=u, которое рассматривается в качестве уравнения для нахождения h.where R is the message extraction program that executes the solution of the equation W h u = u with respect to h and, in fact, is an independent generation and output of the message file provided for in the body of the program W h . In this formula, the argument of the mapping R is interpreted in two ways: as a result of a single embedding W h u and as a condition W h u = u, which is considered as an equation for finding h.

Главной особенностью описанной схемы является то, что существование точного предела приближений

Figure 00000012
стего-изображения Shu в процессе встраивания сообщения h позволяет обойтись при его извлечении условиями сохранения кодов сообщения при однократном встраивании, по каналам и координатам, как описывается в следующем разделе.The main feature of the described scheme is that the existence of an exact limit of approximations
Figure 00000012
Stego-images S h u in the process of embedding message h allows you to dispense with its retrieval by preserving the message codes during a single embed, by channels and coordinates, as described in the next section.

Модель многоканальной троичной памяти сигналаMultichannel ternary signal memory model

Встраивание сообщения осуществляется в изобретении как его запоминание в многоканальной троичной памяти, которая используется для записи и считывания произвольных кодов сообщения подобно обычной цифровой памяти. Полагается, что многоканальная троичная память состоит из запоминающих элементов, которые вводятся посредством обобщения понятия битов.Embedding a message is carried out in the invention as storing it in a multi-channel ternary memory, which is used to write and read arbitrary message codes like a conventional digital memory. It is believed that multichannel ternary memory consists of storage elements that are introduced by generalizing the concept of bits.

Если отвлечься от строения ячейки памяти обычного компьютера, то изменение значений битов, в которых хранятся значения яркости пикселей изображения, кодируется посредством модификации значений яркости во вложенных диапазонах шкалы яркости, по величине равных степеням 2. Разряды сопоставляемой изображению многоканальной троичной памяти определяются последовательностью вложенных разбиений шкалы яркости на диапазоны, которые, вообще говоря, по величине не кратны 2, и вычисляются в алгоритме итеративного разделения гистограммы яркости на части с приблизительно равным числом пикселей. Итеративное разбиение яркостной шкалы продолжается до тех пор, пока все диапазоны не вырождаются в диапазоны, содержащие единственную яркость, которая сопоставляется последовательности стягивающихся к ней диапазонов и на каждой итерации принадлежит одному из них. Алгоритм разбиения шкалы яркости таков, что варьирование яркости каждого пикселя изображения внутри своего диапазона, хотя и влияет на гистограмму яркости, но не влияет на вычисление текущего разбиения яркостной шкалы, а также на вычисление предыдущих ее разбиений на диапазоны яркости. При этом пиксели могут модифицироваться по яркости независимо друг от друга.If we distract from the structure of the memory cell of a conventional computer, then the change in the values of the bits in which the brightness values of the image pixels are stored is encoded by modifying the brightness values in the nested ranges of the brightness scale, equal in magnitude to degrees 2. The bits of the multi-channel ternary memory being compared to the image are determined by the sequence of nested scale divisions brightness into ranges which, generally speaking, are not multiple of 2 in magnitude, and are calculated in the iterative separation algorithm of the brightness histogram a portion with an approximately equal number of pixels. The iterative splitting of the brightness scale continues until all ranges degenerate into ranges containing a single brightness, which is compared to a sequence of ranges contracting to it and belongs to one of them at each iteration. The algorithm for splitting the brightness scale is such that varying the brightness of each pixel in the image within its range, although it affects the histogram of brightness, does not affect the calculation of the current partition of the brightness scale, as well as the calculation of its previous partitions into brightness ranges. In this case, the pixels can be modified in brightness independently of each other.

Полагается, что ячейки многоканальной троичной памяти сопоставляются пикселям изображения и состоят из последовательных запоминающих элементов. Значение очередного элемента ячейки многоканальной троичной памяти, в зависимости от номера итерации разбиения яркостной шкалы, определяется знаком отклонения яркости пикселя от центра очередного диапазона яркости. При этом данному элементу ячейки многоканальной троичной памяти приписывается положительное, отрицательное, либо нулевое значение знака разности яркости пикселя и центральной яркости рассматриваемого диапазона, как указано на Фиг.5, на котором представлен пример запоминания последовательности значений -1, 1, 0,1,0 ... в i-й ячейке многоканальной троичной памяти.It is believed that multichannel ternary memory cells are mapped to image pixels and consist of sequential storage elements. The value of the next cell element of the multichannel ternary memory, depending on the iteration number of the partition of the brightness scale, is determined by the sign of the deviation of the pixel brightness from the center of the next brightness range. At the same time, a positive, negative, or zero value of the sign of the difference between the pixel brightness and the central brightness of the range in question is assigned to this element of the multichannel ternary memory cell, as indicated in FIG. 5, which shows an example of storing a sequence of values -1, 1, 0,1,0 ... in the i-th cell of multichannel ternary memory.

Фиг.5 иллюстрирует содержание ячейки многоканальной троичной памяти, которая сопоставляется некоторому пикселю изображения с номером i. Ступенчатыми сплошными линиями на Фиг.5 обозначены яркости приближений снизу и сверху. Устанавливаем, что в старшем трите ячейки записана -1, поскольку яркость пикселя меньше средней яркости диапазона допустимого варьирования, в следующем трите меньшего разряда записана 1, поскольку яркость пикселя больше средней яркости соответствующего диапазона допустимого варьирования, следующий трит имеет 0-е значение, поскольку яркость пикселя оказалась посередине очередного диапазона и т.д. Очевидно, что если участок шкалы яркости между данным значением яркости пикселя и значением той же яркости, отраженным относительно оси рассматриваемого текущего диапазона ее допустимого варьирования, пересекается хотя бы одной из осей предыдущих диапазонов допустимого варьирования (как, например, осью упомянутого диапазона, отвечающего 0-му значению трита), то модификация яркости в рассматриваемом диапазоне допустимого варьирования повлечет модификацию предыдущего трита. Поэтому такие триты, модификация значений которых влечет модификацию предыдущих тритов, относят к неактивным, наряду с тритами, отвечающими пикселям с граничными и центральными яркостями.5 illustrates the contents of a cell of a multi-channel ternary memory that is mapped to a certain image pixel with the number i. Stepped solid lines in Fig. 5 denote the brightness of the approximations from below and above. We set that -1 is recorded in the highest trit of the cell, since the pixel brightness is less than the average brightness of the range of acceptable variation, in the next trit of the lower bit, 1 is recorded, since the pixel brightness is higher than the average brightness of the corresponding range of acceptable variation, the next trit has the 0th value, since the brightness the pixel was in the middle of the next range, etc. It is obvious that if the portion of the brightness scale between a given pixel brightness value and the same brightness value reflected relative to the axis of the current range of its allowable variation considered is crossed by at least one of the axes of the previous ranges of permissible variation (such as, for example, the axis of the mentioned range corresponding to 0- value of the trit), then a modification of the brightness in the considered range of acceptable variation will entail a modification of the previous trit. Therefore, such trits, the modification of the values of which entails the modification of the previous trits, are classified as inactive, along with the trits corresponding to pixels with boundary and central brightnesses.

Тем самым устанавливается содержимое ячейки троичной памяти, а также считывание из пикселей значений троичных единиц информации, называемых тритами согласно Н. П. Брусенцову. Триты, сопоставляемые данному разбиению шкалы яркости, составляют каналы троичной памяти и считаются упорядоченными по уменьшению вложенных диапазонов яркости. При этом самый старший трит каждой ячейки троичной памяти вычисляется для рабочего диапазона яркости, который содержит яркости всех пикселей изображения.This establishes the contents of the ternary memory cell, as well as reading from pixels the values of ternary units of information called trites according to N. P. Brusentsov. Trites associated with this partition of the brightness scale constitute channels of the ternary memory and are considered ordered by decreasing the nested brightness ranges. In this case, the oldest trit of each ternary memory cell is calculated for the working brightness range, which contains the brightness of all pixels in the image.

Запись сообщения в триты многоканальной троичной памяти связывается с отражением яркостного значения пикселя относительно центра соответствующего диапазона и выполняется последовательно от старших тритов - к младшим. Яркостное значение, оказавшееся в центре диапазона, очевидно, при отражении не меняется. Поэтому триты с нулевыми значениями при записи сообщения не подлежат модификации и считаются неактивными. К неактивным относят также триты, которые сопоставляются яркостям, ограничивающим допустимые диапазоны варьирования яркости, и триты, изменение которых влечет модификацию предшествующих тритов.The message is recorded in the trits of the multichannel ternary memory associated with the reflection of the brightness value of the pixel relative to the center of the corresponding range and is performed sequentially from the highest trits to the lowest ones. The brightness value that appears in the center of the range, obviously, does not change during reflection. Therefore, trits with zero values when recording a message cannot be modified and are considered inactive. Inactive are also trites, which are compared with brightnesses that limit the acceptable ranges of brightness variation, and trites, the change of which entails a modification of previous trites.

Основные принципы встраивания сообщения в многоканальную троичную память включают три требования инвариантности:The basic principles of embedding a message in multichannel ternary memory include three requirements for invariance:

1. Инвариантность стего-изображения относительно повторного встраивания сообщения (идемпотентность встраивания);1. The invariance of the stego image relative to the re-embedding of the message (idempotency of embedding);

2. Инвариантность контейнера относительно обратного встраивания извлеченного сообщения;2. Invariance of the container with respect to the reverse embedding of the extracted message;

3. Инвариантность сообщения относительно линейных и нелинейных изоморфных преобразований стего-изображения.3. The invariance of the message with respect to linear and nonlinear isomorphic transformations of the stego image.

Здесь имеется в виду, что повторная запись сообщения не влияет на стего-изображение, любое изображение сохраняется при встраивании извлеченного из него сообщения обратно в изображение, а также, что стандартные преобразования стего-изображения (упаковка, растяжение рабочего диапазона, эквидистантная нормировка стего-изображения и пр.) не влияют на сообщение.Here, it is understood that re-recording a message does not affect the stego image, any image is saved when the message extracted from it is embedded back into the image, and also that standard stego image transformations (packaging, stretching the working range, equidistant normalization of the stego image etc.) do not affect the message.

Компоненты цветового изображения при вычислении троичной памяти рассматриваются независимо друг от друга. Избыточность изображения выражается повторениями тритов по координатам, каналам троичной памяти и цветам. Искажение кодов сообщения в процессе передачи изображения при приеме компенсируется простым суммированием значений соответствующих разрядов тритов с последующим вычислением знака полученной суммы. Для учета случаев нулевого суммарного значения, в качестве запоминающих элементов ассоциированной с сигналом памяти удобно использовать именно триты, а не биты.The components of the color image when calculating the ternary memory are considered independently of each other. Image redundancy is expressed by repeating trits in coordinates, ternary memory channels and colors. The distortion of the message codes in the process of image transmission during reception is compensated by a simple summation of the values of the corresponding bits of trit with the subsequent calculation of the sign of the received amount. To account for cases of zero total value, it is convenient to use exactly trits, not bits, as storage elements of the memory associated with the signal.

Таким образом, триты позволяют исключить характерные для использования битов систематические ошибки округления при вычислении ассоциированной с сигналом многоканальной памяти и точнее формализовать избыточность видеоинформации. Особенности единиц представления информации в многоканальной троичной памяти по сравнению с исходным представлением в двоичной компьютерной памяти отражены (для байтовых изображений) в таблице 1.Thus, the trits make it possible to eliminate the systematic rounding errors characteristic of the use of bits when calculating the multi-channel memory associated with the signal and more accurately formalize the redundancy of video information. The features of the units of information representation in multichannel ternary memory compared to the original representation in binary computer memory are shown (for byte images) in table 1.

Таблица 1
Единицы представления и запоминания видеоинформации
Table 1
Units of presentation and storage of video information
Единицы
Атрибуты
Units
Attributes
БитыBits ТритыTrites
Порядковый номерSerial number 0, 1, 2, ..., 70, 1, 2, ..., 7 0, 1, 2, ..., Ch0, 1, 2, ..., Ch Состояниеcondition 0,10.1

Figure 00000013
Figure 00000013
СтатусStatus RWRw R, RWR, RW

где Ch - число каналов троичной памяти, R и RW - обозначения неактивных и активных тритов.where Ch is the number of ternary memory channels, R and RW are the designations of inactive and active trites.

Фиг.6 иллюстрирует интерпретацию понятия канала троичной памяти сигнала. На Фиг.6 сплошной темной линией для изображения (контейнера)

Figure 00000014
показана зависимость яркости u от координаты x.6 illustrates an interpretation of the concept of a ternary memory channel of a signal. 6, a solid dark line for the image (container)
Figure 00000014
The dependence of the brightness u on the x coordinate is shown.

Суть идеи выполнения обратимого встраивания посредством многоканальной троичной памяти без использования ключа для нахождения координат, а также диапазонов встраивания кодов сообщения сводится к построению в окрестности изображения последовательности вложенных «коридоров» допустимой модификации изображения, один из которых обозначен на чертеже и ограничен пунктирными линиями. Коридоры сопоставляются последовательностям разрядов ячеек приписываемой изображению многоканальной троичной памяти.The essence of the idea of performing reversible embedding using multichannel ternary memory without using a key to find the coordinates, as well as embedding ranges of message codes, boils down to constructing in the vicinity of the image a sequence of embedded “corridors” of acceptable image modification, one of which is indicated in the drawing and is limited by dashed lines. Corridors are mapped to sequences of bits of cells attributed to the image of multichannel ternary memory.

Каждый «коридор» допустимой модификации исходного изображения, с одной стороны, вычисляется по изображению, а, с другой стороны, от варьирования яркостей пикселей изображения в своих пределах не зависит. Для наглядности изображение обозначено непрерывной кривой, а коридор показан с перекрывающимися диапазонами варьирования яркостей, которые, на самом деле, вычисляются неперекрывающимися и разнесены по вертикальной оси. В результате построения варианта приближений снизу и сверху границы диапазонов допустимого варьирования яркости «натягиваются» на яркости пикселей сигнала (контейнера или стего-изображения) с сохраняемой яркостью и для каждого пикселя с изменяемой яркостью задают внутренний допустимый диапазон варьирования яркости, а также для допустимых диапазонов варьирования яркости определяют обозначенные белым цветом центральные значения яркости нулевого (т.е. «сегментированного») сигнала. В принципе в изображении может не встретиться ни одного пикселя, значение яркости которого совпадает с центральным значением в допустимом диапазоне варьирования значения яркости. Тем не менее, центральные значения яркости диапазонов, которые вычисляются одними и теми же как для контейнера на передающем конце, так и для стего-изображения на приемном конце, служат начальным уровнем для кодов сообщения не хуже реальных значений яркости и могут рассматриваться как яркости передаваемого формального нулевого сигнала.Each “corridor” of permissible modification of the original image, on the one hand, is calculated from the image, and, on the other hand, does not depend on the variation of the brightness of the image pixels within its limits. For clarity, the image is indicated by a continuous curve, and the corridor is shown with overlapping ranges of brightness variations, which, in fact, are calculated by non-overlapping and spaced along the vertical axis. As a result of constructing a variant of approximations from below and above, the boundaries of the ranges of permissible brightness variation are “stretched” to the brightness of the pixels of the signal (container or image stego) with the stored brightness, and for each pixel with variable brightness, the internal allowable range of variation of brightness is set, as well as for allowable ranges of variation luminance determine the central brightness values of white indicated by white color of the zero (ie, "segmented") signal. In principle, in the image there may not be a single pixel whose brightness value coincides with the central value in the allowable range of variation of the brightness value. Nevertheless, the central values of the brightness of the ranges, which are calculated the same for both the container at the transmitting end and the stego image at the receiving end, serve as the initial level for message codes no worse than the actual values of the brightness and can be considered as the brightness of the transmitted formal zero signal.

Для точного и однозначного выполнения встраивания (записи) бита сообщения в изображение без использования округления целых чисел записывают бит сообщения посредством зеркального отражения яркостного значения пикселя изображения относительно оси допустимого диапазона модификации яркости.For accurate and unambiguous embedding (recording) of a message bit in an image without using integer rounding, a message bit is written by mirroring the brightness value of the image pixel relative to the axis of the allowable brightness modification range.

Изобретение применяется к исходному цифровому сигналу, яркости (амплитуды, яркостные отсчеты и пр.) которого задаются в целых числах. При этом рассматривается не переход от непрерывных величин к дискретным, а замещение нескольких (целых) величин общим значением. Для точного и однозначного выполнения встраивания (записи) бита сообщения в изображение в настоящем изобретении без использования округления целых чисел записывают бит сообщения посредством зеркального отражения яркостного значения пикселя изображения относительно оси (т.е. целого или полуцелого центрального значения яркости) допустимого диапазона модификации яркости. Например, если u{x} - яркость пикселя с координатой x, а a{x} и b{x} - граничные значения диапазона, то «отраженное» относительно центрального значения диапазона значение v{x} яркости вычисляется по формуле v{x} =a{x}+b{x}-u{x}, и значение v{x} получается целым. При другом способе модификации результат может оказаться нецелым, и тогда потребуется округление.The invention is applied to the original digital signal, the brightness (amplitude, brightness samples, etc.) of which are specified in integer numbers. In this case, it is not the transition from continuous to discrete quantities that is considered, but the replacement of several (integer) quantities with a common value. In order to accurately and unambiguously embed (write) the message bit in the image in the present invention without using integer rounding, the message bit is recorded by mirroring the brightness value of the image pixel relative to the axis (i.e., an integer or half-integer central brightness value) of the acceptable range of brightness modification. For example, if u {x} is the brightness of a pixel with an x coordinate, and a {x} and b {x} are the boundary values of the range, then the brightness value v {x} “reflected” relative to the central value of the range is calculated by the formula v {x} = a {x} + b {x} -u {x}, and the value v {x} is integer. With another method of modification, the result may not be integral, and then rounding will be required.

Установленные и неустановленные биты сообщения кодируются в пикселях с варьируемыми значениями яркости, соответственно, положительными и отрицательными (или наоборот - отрицательными и положительными) единичными значениями знака отклонения яркости пикселя от центральной яркости диапазона допустимого варьирования. Следует обратить внимание, что зеркальное отражение яркости пикселя относительно центральной яркости диапазона допустимого варьирования аналогично изменению на противоположное значения бита младшего разряда в LSB методе и при записи бита сообщения согласно изобретению выполняется только тогда, когда указанное значение знака не совпадает с требуемым кодом сообщения. Поэтому при повторной записи сообщения в стего-изображение последнее не меняется.The set and unset message bits are encoded in pixels with variable brightness values, respectively, positive and negative (or vice versa, negative and positive) unit values of the sign of the deviation of the pixel brightness from the central brightness of the range of acceptable variation. It should be noted that mirroring the brightness of the pixel relative to the central brightness of the range of acceptable variation is similar to reversing the value of the low-order bit in the LSB method and when recording a message bit according to the invention, it is performed only when the indicated sign value does not match the required message code. Therefore, when you re-record the message in the stego image, the latter does not change.

Обратимое встраивание битов сообщения в яркости пикселей с координатами x описывается соотношением:Reversible embedding of message bits in the brightness of pixels with x coordinates is described by the relation:

P(

Figure 00000015
+sign(
Figure 00000016
Figure 00000017
) =
Figure 00000018
P (
Figure 00000015
+ sign (
Figure 00000016
)
Figure 00000017
) =
Figure 00000018

где

Figure 00000019
Figure 00000020
sign(
Figure 00000021
)
Figure 00000022
- отклонение яркости стего-сигнала от центра диапазона;
Figure 00000023
- его абсолютная величина; sign - функция знака, принимающая значение -1, 0, 1 в зависимости от, соответственно, отрицательного, нулевого и положительного значения аргумента; sign(
Figure 00000024
) - сообщение, установленные и неустановленные биты которого кодируются в пикселях с варьируемыми значениями яркости, соответственно, положительными и отрицательными (или наоборот - отрицательными и положительными) единичными значениями функции знака от отклонения
Figure 00000025
;
Figure 00000026
+sign(
Figure 00000027
Figure 00000028
Figure 00000029
Figure 00000030
+
Figure 00000031
- стего-изображение;
Figure 00000032
- нулевой сигнал, значения яркости которого совпадают с центральными значениями диапазонов допустимой яркостной модификации, а P - идемпотентное преобразование контейнера u в нулевой сигнал Pu.Where
Figure 00000019
Figure 00000020
sign (
Figure 00000021
)
Figure 00000022
- deviation of the brightness of the stego signal from the center of the range;
Figure 00000023
- its absolute value; sign is a sign function that takes the value -1, 0, 1 depending on, respectively, the negative, zero, and positive values of the argument; sign (
Figure 00000024
) is a message whose set and unset bits are encoded in pixels with variable brightness values, respectively, positive and negative (or vice versa, negative and positive) unit values of the sign function from deviation
Figure 00000025
;
Figure 00000026
+ sign (
Figure 00000027
)
Figure 00000028
Figure 00000029
Figure 00000030
+
Figure 00000031
- stego image;
Figure 00000032
is a zero signal, the brightness values of which coincide with the central values of the ranges of permissible brightness modification, and P is the idempotent transformation of the container u into a zero signal Pu.

Под идемпотентным преобразованием здесь в традиционной интерпретации понимается преобразование, повторное применение которого совпадает с однократным:Here, in the traditional interpretation, an idempotent transformation is understood as a transformation whose repeated use coincides with a single:

P=P2 P = P 2

Результат преобразования изображения под действием идемпотентного преобразования в данном изобретении называется идемпотентным представлением.The result of image transformation under the action of idempotent transformation in this invention is called idempotent representation.

Существенным для упрощения описания и реализации настоящего изобретения является понятие иерархии гомоморфных представлений изображения, а также алгоритмы ее построения и запоминания.Essential to simplify the description and implementation of the present invention is the concept of a hierarchy of homomorphic representations of the image, as well as algorithms for its construction and storage.

Иерархия гомоморфных представлений. Под представлением, изоморфным изображению по яркостному порядку, т.е. по отношению яркостей между любыми двумя яркостями независимо от диапазонов, понимается преобразованное в тех же координатах изображение, между значениями яркости которого сохраняются отношения меньше, равно, больше. Если в преобразованном изображении в отношениях между значениями яркости допускается переход от неравенств к равенствам, но эти отношения не замещаются альтернативными, то оно считается гомоморфным представлением исходного изображения. Преобразование изображения в изоморфное (гомоморфное) представление называется изоморфным (гомоморфным) преобразованием. Под иерархией представлений изображения в рамках изобретения имеются в виду представления изображения, которые порождаются последовательностью разбиений яркостной шкалы на вложенные друг в друга диапазоны яркости и которые вычисляются для каждого разбиения посредством изоморфного преобразования. Вложенные друг в друга диапазоны находятся итеративным разбиением шкалы яркости, например, на две части, потом каждого из получившихся диапазонов еще раз на две части и т.д. В результате оказывается, что каждое значение яркости содержится в некоторой иерархической последовательности вложенных друг в друга диапазонов, верхняя и нижняя границы которых «стягиваются» к этому значению яркости. Hierarchy of homomorphic representations. Under the representation isomorphic to the image in brightness order, i.e. with respect to the brightness ratio between any two brightnesses, regardless of the ranges, we mean an image converted in the same coordinates, between which brightness values are preserved less, equal, more. If in the transformed image in the relationship between brightness values a transition from inequalities to equalities is allowed, but these relations are not replaced by alternative ones, then it is considered a homomorphic representation of the original image. The transformation of an image into an isomorphic (homomorphic) representation is called an isomorphic (homomorphic) transformation. Under the hierarchy of representations of the image in the framework of the invention refers to representations of the image that are generated by a sequence of partitions of the brightness scale into nested brightness ranges and which are calculated for each partition by isomorphic transformation. The ranges enclosed in each other are found by iteratively dividing the brightness scale, for example, into two parts, then each of the resulting ranges again into two parts, etc. As a result, it turns out that each brightness value is contained in some hierarchical sequence of ranges nested into each other, the upper and lower boundaries of which are “contracted” to this brightness value.

При заданном разбиении шкалы яркости на диапазоны гомоморфные представления изображения получаются посредством замещения встречающихся в изображении значений яркости пикселей последовательными порядковыми номерами вычисляемых диапазонов, порядковыми номерами диапазонов с пропусками номеров, или иными последовательными индексами тех диапазонов, которые содержат яркости этих пикселей, а изоморфное представление получается, когда каждый диапазон из заданного разбиения шкалы яркости содержит единственное значение яркости.For a given partition of the brightness scale into ranges, homomorphic representations of the image are obtained by replacing the pixel brightness values encountered in the image with successive serial numbers of the calculated ranges, serial numbers of ranges with gaps in the numbers, or other consecutive indices of those ranges that contain the brightness of these pixels, and an isomorphic representation is obtained, when each range from a given partition of the brightness scale contains a single brightness value.

Числовая иерархия инвариантных идемпотентных гомоморфных представлений. Под числовой иерархией представлений изображения понимается иерархия гомоморфных представлений, которая получается посредством итеративного преобразования значений яркости пикселей некоторого изоморфного представления изображения посредством деления нацело и умножения на целое число, зависящего только от значения яркости преобразуемого пикселя, в частности, посредством применения вышеупомянутого арифметического преобразования. Иными словами, числовая иерархия - это последовательность представлений изображения, которая задается значениями яркости пикселей изоморфного представления изображения и арифметическими действиями с ними, например, в простейшем случае, итеративным делением значений яркостей изображения нацело пополам. Пример получения числовой иерархии для неповторяющихся значений яркости приведен ниже в описании со ссылками на Фиг.8. The numerical hierarchy of invariant idempotent homomorphic representations. A numerical hierarchy of image representations refers to a hierarchy of homomorphic representations, which is obtained by iteratively transforming the brightness values of pixels of an isomorphic representation of an image by integer division and multiplication by an integer that depends only on the brightness value of the converted pixel, in particular, by applying the aforementioned arithmetic transformation. In other words, a numerical hierarchy is a sequence of representations of an image, which is determined by the brightness values of pixels of an isomorphic representation of the image and arithmetic operations with them, for example, in the simplest case, iteratively dividing the brightness values of an image in half. An example of obtaining a numerical hierarchy for non-repeating brightness values is given in the description below with reference to Fig. 8.

Числовая иерархия считается инвариантной, если изоморфное представление, которое ее порождает, не зависит от стандартных преобразований изображения (упаковки, линейного преобразования, эквидистантной нормировки по яркости, а также других линейных и нелинейных изоморфных преобразований).A numerical hierarchy is considered invariant if the isomorphic representation that generates it does not depend on standard image transformations (packaging, linear transformation, equidistant normalization by brightness, as well as other linear and nonlinear isomorphic transformations).

На Фиг.7 приведен пример инвариантного изоморфного представления изображения, полученный согласно изобретению. На Фиг.7 изображение приведено слева и его инвариантное изоморфное идемпотентное представление, нормализованное на рабочий диапазон значений яркости (от 0 до 255), - справа.Figure 7 shows an example of an invariant isomorphic representation of the image obtained according to the invention. In Fig. 7, the image is shown on the left and its invariant isomorphic idempotent representation, normalized to the working range of brightness values (from 0 to 255), on the right.

Фиг.7 демонстрирует, что правое изображение ничем, кроме некоторого увеличения резкости, не отличается от левого, что позволяет говорить о том, что инвариантное изоморфное представление существенно не меняет изображение по визуальному восприятию.7 shows that the right image is nothing but a slight increase in sharpness, does not differ from the left, which suggests that the invariant isomorphic representation does not significantly change the image in terms of visual perception.

Показанное на чертеже инвариантное изоморфное представление Hu изображение u, взятое в качестве исходного изображения, при повторном преобразовании под действием алгоритма H не меняется. Поэтому алгоритм H является идемпотентным:The invariant isomorphic representation of Hu shown in the drawing, image u, taken as the original image, does not change upon repeated transformation under the action of algorithm H. Therefore, the algorithm H is idempotent:

H = H2,H = H 2 ,

а полученное по алгоритму H изображение Hu является идемпотентным представлением исходного изображения u.and the image Hu obtained by the algorithm H is an idempotent representation of the original image u.

Инвариантные идемпотентные гомоморфные представления

Figure 00000033
из одноименной иерархии идемпотентных представлений во всех координатах x выражаются через инвариантное идемпотентное изоморфное представление
Figure 00000034
рекуррентными соотношениями: Invariant idempotent homomorphic representations
Figure 00000033
from the hierarchy of the same name idempotent representations in all x coordinates are expressed in terms of an invariant idempotent isomorphic representation
Figure 00000034
recurrence relations:

Figure 00000035
,
Figure 00000035
,

где Mrsn - число градаций формальной амплитудной шкалы представления Hu, выражаемое некоторым числом Мерсенна; μ - число градаций шкалы представления

Figure 00000036
, которое вычисляется итеративным делением числа Mrsn нацело пополам; A - арифметическое преобразование, которое сводится к делению нечетных яркостей текущего представления нацело на 2, а четных - к удвоению амплитудных значений, предварительно поделенных нацело на 4.where Mrsn is the number of gradations of the formal amplitude scale of the representation Hu, expressed by a certain Mersenne number; μ is the number of gradations of the presentation scale
Figure 00000036
, which is calculated by iteratively dividing the number Mrsn completely in half; A is an arithmetic transformation that reduces to dividing the odd brightnesses of the current representation entirely by 2, and even ones to doubling the amplitude values previously divided entirely by 4.

Для краткости инвариантные идемпотентные гомоморфные представления

Figure 00000037
называются гистограммными образами, в частности, представление Hu именуется изоморфным гистограммным образом.For brevity, invariant idempotent homomorphic representations
Figure 00000037
are called histogram images; in particular, the Hu representation is called an isomorphic histogram image.

Построение гистограммного образа для обратимого встраивания сообщения согласно изобретению обеспечивает разделение пикселей изображения на пиксели видимого (вычисляемого) контекста изображения (контейнера и стего-изображения), значения яркости которых не подлежат модифицированию при встраивании сообщения, и пиксели с варьируемой яркостью.The construction of a histogram image for reversible embedding of a message according to the invention ensures the separation of image pixels into pixels of the visible (calculated) context of the image (container and image stego), the brightness values of which cannot be modified when embedding the message, and pixels with variable brightness.

Гистограммный образ представляет собой инвариантное представление которое вычисляется в 1, 3, 7, 15... Mrsn градациях формальной амплитудной шкалы и не меняется при стандартных преобразованиях исходного изображения. При инвариантном встраивании сообщения гистограммный образ используется в качестве контейнера вместо исходного изображения.The histogram image is an invariant representation that is calculated in 1, 3, 7, 15 ... Mrsn gradations of the formal amplitude scale and does not change under standard transformations of the original image. With invariant embedding of the message, the histogram image is used as a container instead of the original image.

Гистограммный образ вычисляется посредством итеративного применения рекуррентного арифметического преобразования амплитудных значений пикселей изоморфного гистограммного образа, который по числу встречающихся градаций совпадает с исходным изображением и визуально отличается от него повышенной резкостью. При этом итеративное применение арифметического преобразования порождает иерархическую последовательность гистограммных образов, которые в ограниченном числе 1, 3, 7, 15,... Mrsn градаций амплитудной шкалы представляют изоморфный гистограммный образ в упрощенном виде. Встраивание сообщения не влияет на начальную последовательность гистограммных образов в 1, 3, 7, 15,..., μ градациях амплитудной шкалы.A histogram image is computed by iteratively applying a recurrent arithmetic transformation of the amplitude values of the pixels of an isomorphic histogram image, which in terms of the number of gradations encountered coincides with the original image and visually differs from it in increased sharpness. Moreover, the iterative application of the arithmetic transformation gives rise to a hierarchical sequence of histogram images, which in a limited number of 1, 3, 7, 15, ... Mrsn gradations of the amplitude scale represent an isomorphic histogram image in a simplified form. Embedding a message does not affect the initial sequence of histogram images in 1, 3, 7, 15, ..., μ gradations of the amplitude scale.

Изоморфный гистограммный образ строится по гистограмме изображения в описанном ниже алгоритме итеративного разбиения гистограммы на 2 части с максимально равными суммарными количествами пикселей (за счет выделения центральной 3 части с единственным ненулевым пиком в случае двух остальных частей с совпадающим количеством пикселов).An isomorphic histogram image is constructed from the histogram of the image in the algorithm for iteratively dividing the histogram into 2 parts with the maximum equal total number of pixels (due to the allocation of the central 3 part with a single non-zero peak in the case of the other two parts with the same number of pixels).

Необходимость построения изоморфного гистограммного образа для встраивания и извлечения сообщения обусловлена тем, что в его амплитудных значениях запоминается последовательность разбиений шкалы яркости изображения на диапазоны, вычисляемые посредством итеративного арифметического преобразования указанных значений. При этом по сигналу (на передающем или приемном конце) и его гистограммному образу оказывается проще, чем по гистограмме, вычислить последовательность диапазонов допустимого варьирования яркости и встроить или извлечь сообщение.The need to construct an isomorphic histogram image for embedding and retrieving a message is due to the fact that the sequence of partitions of the image brightness scale into ranges calculated by iterative arithmetic conversion of the indicated values is stored in its amplitude values. In this case, the signal (at the transmitting or receiving end) and its histogram image is easier than using the histogram to calculate the sequence of ranges of acceptable brightness variation and embed or extract the message.

Во всех пикселях с неграничными и нецентральными значениями яркости кодируются биты сообщения посредством зеркального отражения яркостных значений относительно центрального значения согласно вышеприведенной формуле v{x} =a{x}+b{x}-u{x} (для отражения относительно центрального значения не требуется вычисления самого центрального значения). Внешние границы a{x}, b{x} допустимого варьирования значений яркости для каждого пикселя непосредственно задаются амплитудными значениями приближений изображения снизу и сверху, а приближения изображения снизу и сверху вычисляются по гистограммному образу и изображению без использования гистограммы. При этом построение приближения изображения снизу (сверху) сводится к нахождению минимального (максимального) значения яркости пикселей изображения, помеченных одинаковыми амплитудными значениями гистограммного образа (т.е. пикселей имеющих одинаковые амплитудные значения в представлении гистограммного образа), и замещению значений яркости пикселей изображения найденными минимальными (максимальными) значениями яркости.In all pixels with non-boundary and off-center brightness values, message bits are encoded by mirroring the brightness values relative to the central value according to the above formula v {x} = a {x} + b {x} -u {x} (for reflection relative to the central value, it is not required calculating the most central value). The outer boundaries a {x}, b {x} of the permissible variation of the brightness values for each pixel are directly determined by the amplitude values of the image approximations from below and above, and the image approximations from below and above are calculated from the histogram image and the image without using a histogram. In this case, building the approximation of the image from below (above) reduces to finding the minimum (maximum) brightness value of the image pixels marked with the same amplitude values of the histogram image (i.e., pixels having the same amplitude values in the representation of the histogram image), and replacing the brightness values of the image pixels with minimum (maximum) brightness values.

Таким образом, встраивание сообщения в данный канал выполняется по изображению и гистограммному образу посредством построения приближений изображения снизу и сверху без дополнительной обработки гистограммы.Thus, embedding a message in a given channel is performed according to the image and the histogram image by constructing approximations of the image below and above without additional processing of the histogram.

Итеративное формирование амплитудных значений изоморфных гистограммных образовIterative formation of amplitude values of isomorphic histogram images

Иерархическая последовательность вложенных разбиений яркостной шкалы на диапазоны допустимого варьирования значений яркости запоминается (задается) непосредственно в амплитудных значениях изоморфного гистограммного образа, который формируется в независимо от линейных и нелинейных изоморфных преобразований, в частности, упаковки изображения по яркости. При этом каждое амплитудное значение гистограммного образа на той или иной итерации помечает последовательные значения шкалы яркости изображения, отнесенные к соответствующему диапазону допустимого варьирования яркостей пикселей изображения, и находится по амплитудному значению изоморфного гистограммного образа посредством рекуррентного арифметического преобразования A, которое определено выше.The hierarchical sequence of nested partitions of the brightness scale into ranges of permissible variation of brightness values is stored (set) directly in the amplitude values of an isomorphic histogram image, which is formed independently of linear and nonlinear isomorphic transformations, in particular, image packing by brightness. In this case, each amplitude value of the histogram image at one or another iteration marks successive values of the image brightness scale, assigned to the corresponding range of acceptable variation in the brightness of the image pixels, and is found from the amplitude value of the isomorphic histogram image using the recursive arithmetic transformation A, which is defined above.

Пользуясь тем, что гистограммные образы не зависят от упаковки изображения, поясним построение изоморфного гистограммного образа (и вместе с ним - всей иерархии гистограммных образов) на примерах упакованного по яркости изображения с 7-10 встречающимися значениями яркости. Для простоты полагаем, что пиксели с различной яркостью встречаются на изображении одинаковое число раз. В этом случае построение изоморфного гистограммного образа сводится к итеративному разбиению шкалы яркости (в виде отрезка целочисленной длины) на равные части, которое запоминается в амплитудных значениях гистограммного образа.Taking advantage of the fact that histogram images are independent of the image packaging, we explain the construction of an isomorphic histogram image (and with it the entire hierarchy of histogram images) using examples of brightness-packed images with 7-10 occurring brightness values. For simplicity, we assume that pixels with different brightness occur in the image the same number of times. In this case, the construction of an isomorphic histogram image is reduced to iteratively dividing the brightness scale (in the form of a segment of integer length) into equal parts, which is stored in the amplitude values of the histogram image.

Запоминание иерархии разбиений дискретных отрезков.Remembering the hierarchy of partitions of discrete segments.

Фиг.8 иллюстрирует запоминание иерархии разбиений дискретных отрезков (рядов одинаковых ячеек) целочисленной длины. Вверху - рассматриваемые отрезки. Внизу под ними - последовательные результаты итеративного кодирования иерархии разбиений шкалы яркости изображения на диапазоны, которые задаются построчно выписанными в ячейках амплитудными значениями гистограммных образов.Fig. 8 illustrates storing a hierarchy of partitions of discrete segments (rows of identical cells) of integer length. Above are the segments under consideration. Below them are the sequential results of iterative coding of the hierarchy of partitions of the image brightness scale into ranges, which are determined by the amplitude values of the histogram images line-by-line written out in the cells.

На начальной итерации амплитудные значения гистограммного образа полагаются равными 0 (заполненные нулями строки таблиц Фиг.8). На каждой последующей итерации (следующие строки таблиц) рассматриваемое амплитудное значение удваивается и к нему добавляется 0, 1 или 2, в зависимости от того, где находится это значение - в левой части, в центре, либо в правой части текущего диапазона из одинаковых амплитудных значений. Формирование амплитудных значений изоморфного гистограммного образа завершается, когда каждое из них оказывается отличным от соседних. При этом построение самого изоморфного гистограммного образа достигается замещением яркостей пикселей изображения сформированными амплитудными значениями. Преобразование рассматриваемого матричного представления изображения в изоморфный гистограммный образ сводится к замещению величин яркости амплитудными значениями в виде номеров, которые присваиваются яркостям с сохранением порядка, но не обязательно последовательно (Фиг.8). При этом результирующий гистограммный образ является изоморфным рассматриваемому представлению изображения по яркостному порядку. Гистограммный образ, который получается замещением яркостей рассматриваемого изображения амплитудными значениями, вычисленными на промежуточной итерации, оказывается гомоморфным изображению по яркостному порядку. Гомоморфные гистограммные образы (или просто гистограммные образы) получаются из изоморфного гистограммного образа посредством рекуррентного применения деления нечетных амплитудных значений нацело на два, а четных - удвоения результата деления нацело на четыре. При этом изоморфный гистограммный образ определяет иерархию (иерархическую последовательность) промежуточных гистограммных образов, каждый из которых можно получить, применяя к значениям изоморфного гистограммного образа арифметическое преобразование необходимое число раз.At the initial iteration, the amplitude values of the histogram image are assumed to be equal to 0 (rows of tables of Fig. 8 filled with zeros). At each subsequent iteration (next table rows), the amplitude value under consideration is doubled and 0, 1 or 2 is added to it, depending on where this value is located - in the left part, in the center, or in the right part of the current range from the same amplitude values . The formation of the amplitude values of the isomorphic histogram image is completed when each of them is different from the neighboring ones. At the same time, the construction of the most isomorphic histogram image is achieved by replacing the brightness of the image pixels with the generated amplitude values. The conversion of the considered matrix representation of the image into an isomorphic histogram image is reduced to replacing the brightness values with amplitude values in the form of numbers that are assigned to the brightnesses while maintaining order, but not necessarily sequentially (Fig. 8). In this case, the resulting histogram image is isomorphic to the image representation under consideration in brightness order. The histogram image, which is obtained by replacing the brightnesses of the image in question with the amplitude values calculated at the intermediate iteration, turns out to be homomorphic to the image in the brightness order. Homomorphic histogram images (or simply histogram images) are obtained from an isomorphic histogram image by recursively applying the division of odd amplitude values entirely by two, and even ones by doubling the result of division completely by four. Moreover, an isomorphic histogram image determines the hierarchy (hierarchical sequence) of intermediate histogram images, each of which can be obtained by applying the arithmetic transformation to the values of the isomorphic histogram image as many times as necessary.

Более подробно иллюстрируемый на Фиг.8 справа пример построения гистограммного образа для 10 значений яркости, встречающихся в упакованном изображении одинаковое число раз поясняется следующим.The example of constructing a histogram image for 10 brightness values occurring in a packaged image the same number of times is illustrated in more detail in Fig. 8 on the right, and is explained as follows.

Рассматривается последовательность упорядоченных по возрастанию значений яркости ячеек яркостной шкалы, количество которых в данном случае равно количеству встречающихся в изображении значений яркости.A sequence of brightness values ordered in increasing order is calculated for the brightness scale cells, the number of which in this case is equal to the number of brightness values encountered in the image.

На начальной итерации (вторая строка на Фиг.8 справа) во все ячейки записывают нули - начальные значения амплитуд формируемого гистограммного образа, которые сопоставляются значениям яркости преобразуемого изображения. На начальном этапе имеется только один диапазон значений яркости от 0 до 10, заданный единственной последовательностью нулевых амплитудных значений гистограммного образа.At the initial iteration (the second line in Fig. 8 on the right), zeros are recorded in all cells — the initial values of the amplitudes of the generated histogram image, which are compared with the brightness values of the converted image. At the initial stage, there is only one range of brightness values from 0 to 10, specified by a single sequence of zero amplitude values of the histogram image.

На каждой следующей итерации все амплитудные значения удваиваются. После этого к каждому амплитудному значению добавляется, соответственно, 0, 1 или 2 в зависимости от того, где находится это значение - в левой части (ближе к левому краю), в центре, либо в правой части (т.е. ближе к правому краю) предыдущего диапазона из одинаковых амплитудных значений.At each subsequent iteration, all amplitude values are doubled. After that, 0, 1 or 2, respectively, is added to each amplitude value, depending on where this value is located - on the left side (closer to the left edge), in the center, or on the right side (i.e. closer to the right edge) of the previous range of the same amplitude values.

Таким образом, на первой итерации (третья строка на Фиг.8 справа) последовательность ячеек разделяется на два диапазона равной длины и к удвоенному значению ячейки их предыдущей строки добавляют 0 или 2 для значений яркости слева и справа от центра диапазона,.Thus, at the first iteration (the third row in Fig. 8 on the right), the sequence of cells is divided into two ranges of equal length and add to the doubled value of the cell of their previous row 0 or 2 for the brightness values to the left and right of the center of the range.

На второй итерации (четвертая строка на Фиг.8 справа) амплитудные значения во всей последовательности удваиваются (с получением значений 0 и 4 для ячеек слева и справа от середины предыдущего диапазона), после чего каждый из двух диапазонов (помеченных 0 и 4) разделяется на три части: два диапазона равной длины и центральное значение, равноудаленное от левого и правого края. Далее в каждом из диапазонов из 5 ячеек добавляют значения 0 и 2 для значений яркости в ячейках слева и справа от центральной ячейки и 1 для значения самой центральной ячейки.At the second iteration (the fourth line in Fig. 8 on the right), the amplitude values in the whole sequence are doubled (with the values 0 and 4 for the cells to the left and right of the middle of the previous range), after which each of the two ranges (marked 0 and 4) is divided into three parts: two ranges of equal length and a central value equidistant from the left and right edges. Then, in each of the ranges of 5 cells, values 0 and 2 are added for the brightness values in the cells to the left and right of the central cell and 1 for the value of the central cell itself.

На третьей итерации (пятая строка на Фиг.8) значения яркости всей последовательности снова удваивают, и каждый диапазон, полученный на предыдущем этапе, делят на две/три части, соответственно, и формирование амплитудных значений заканчивают, поскольку каждый результирующий диапазон оказывается помеченным неповторяющимся амплитудным значением гистограммного образа, т.е. содержит единственное значение яркости.At the third iteration (fifth line in Fig. 8), the brightness values of the entire sequence are doubled again, and each range obtained in the previous step is divided into two / three parts, respectively, and the formation of amplitude values is completed, since each resulting range is marked with a non-repeating amplitude the value of the histogram image, i.e. contains a single brightness value.

При этом формирование амплитудных значений гистограммного образа завершается, когда каждое из них оказывается отличным от соседних. Для построения гистограммного образа остается заменить значения яркости пикселей изображения сформированными амплитудными значениями. Очевидно, что окончательно сформированный гистограммный образ является изоморфным исходному изображению, а каждый из промежуточных - гомоморфным исходному изображению.In this case, the formation of the amplitude values of the histogram image is completed when each of them is different from the neighboring ones. To build a histogram image, it remains to replace the brightness values of the image pixels with the generated amplitude values. Obviously, the finally formed histogram image is isomorphic to the original image, and each of the intermediate ones is homomorphic to the original image.

Фиг.8 следует трактовать как абстрактную схему вычисления изоморфного гистограммного образа, который строится по гистограмме яркости. При этом адресами ячеек, в которых формируются амплитудные значения изоморфного гистограммного образа служат яркостные значения пикселей, отсчитываемые по горизонтальной оси гистограммы, в которой количество пикселей откладывается по вертикальной оси. Количество пикселей слева и справа от рассматриваемого яркостного значения в общем случае изоморфного гистограммного образа используется вместо метрической длины строки ячеек.Fig. 8 should be interpreted as an abstract scheme for computing an isomorphic histogram image, which is built on the brightness histogram. In this case, the addresses of the cells in which the amplitude values of the isomorphic histogram image are formed are the brightness values of the pixels counted along the horizontal axis of the histogram, in which the number of pixels is plotted along the vertical axis. The number of pixels to the left and to the right of the considered brightness value in the general case of an isomorphic histogram image is used instead of the metric length of the row of cells.

Формирование амплитудных значений гистограммного образа по гистограммеThe formation of the amplitude values of the histogram image by the histogram

Более точно формирование амплитудных значений изоморфного гистограммного образа выполняется в соответствии с описанным ниже алгоритмом, который обеспечивает итеративное вычисление амплитудного значения изоморфного гистограммного образа для каждого встречающегося на изображении значения яркости.More precisely, the formation of the amplitude values of the isomorphic histogram image is performed in accordance with the algorithm described below, which provides an iterative calculation of the amplitude value of the isomorphic histogram image for each brightness value encountered in the image.

При этом рассматриваются встречающиеся в изображении значения яркости (без учета «пустых» значений с нулевыми пиками гистограммы, поскольку при упаковке изображения изоморфный гистограммный образ не меняется, можно, не уменьшая общности, все яркостные значения из рабочего диапазона считать встречающимися на изображении), которые на горизонтальной оси гистограммы сначала помечаются нулевыми амплитудными значениями гистограммного образа (т.е. каждому встречающемуся значению яркости сопоставляется начальное амплитудное значение гистограммного образа, равное нулю).In this case, the brightness values encountered in the image are considered (without taking into account “empty” values with zero peaks of the histogram, since the isomorphic histogram image does not change when the image is packaged, without loss of generality, all brightness values from the operating range can be considered to be found in the image), which are the horizontal axis of the histogram is first marked with zero amplitude values of the histogram image (i.e., each occurring brightness value is associated with an initial amplitude value of the histogram zerogram image).

Затем выделяются диапазоны значений яркости, помеченных одинаковыми амплитудными значениями гистограммного образа, и каждый из диапазонов обрабатывается как рабочий диапазон яркости самостоятельного изображения. Обработка состоит в удвоении амплитудных значений гистограммного образа и увеличения их на 0, 1 или 2 в зависимости от суммы пиков рассматриваемого участка гистограммы слева и справа от данного значения яркости. В результате каждая последовательность одинаковых амплитудных значений гистограммного образа разделяется на 2-3 новых последовательности, либо остается последовательностью из одного элемента, если содержит единственное значение яркости. Процесс разделения диапазонов на 1-3 части итеративно продолжается до тех пор, пока не окажется, что все диапазоны содержат по одному значению яркости.Then, the ranges of brightness values marked with the same amplitude values of the histogram image are selected, and each of the ranges is processed as the working brightness range of the independent image. Processing consists of doubling the amplitude values of the histogram image and increasing them by 0, 1, or 2 depending on the sum of the peaks of the histogram section under consideration to the left and right of this brightness value. As a result, each sequence of the same amplitude values of the histogram image is divided into 2-3 new sequences, or remains a sequence of one element if it contains a single brightness value. The process of dividing ranges into 1-3 parts iteratively continues until it turns out that all the ranges contain one brightness value.

Обработка диапазона значений яркости на очередной итерации состоит в следующем:Processing the range of brightness values at the next iteration consists in the following:

Соответствующее (текущее) значение гистограммного образа удваивается.The corresponding (current) value of the histogram image is doubled.

1. Подсчитывается сумма пиков гистограммы, расположенных левее текущего пика гистограммы, а также сумма пиков гистограммы, расположенных правее текущего пика (текущий пик не участвует в суммировании).1. The sum of the peaks of the histogram located to the left of the current peak of the histogram is calculated, as well as the sum of the peaks of the histogram located to the right of the current peak (the current peak is not involved in the summation).

2. Если левая и правая сумма совпадают, то к удвоенному значению текущего гистограммного образа прибавляется единица. В противном случае, если левая сумма пиков меньше правой, то удвоенное значение текущего гистограммного образа оставляют неизменным, либо увеличивают на двойку, если левая сумма превосходит правую.2. If the left and right sums coincide, then one is added to the doubled value of the current histogram image. Otherwise, if the left sum of the peaks is less than the right, then the doubled value of the current histogram image is left unchanged, or increased by two, if the left sum exceeds the right one.

Базовое итеративное встраивание кодов сообщения по нескольким каналамBasic iterative embedding of message codes on several channels

Обратимое встраивание сообщения в следующем варианте изобретения выполняется с использованием многоканальной троичной памяти и состоит в циклическом повторении встраивания сообщения до полной стабилизации стего-изображения, по достижению которой стего-изображение при встраивании сообщения перестает меняться.Reversible embedding of a message in the next embodiment of the invention is performed using multi-channel ternary memory and consists in cyclic repetition of embedding of a message until the stego image is fully stabilized, upon reaching which the stego image does not change when embedding the message.

Цикл однократного встраивания сообщения состоит в обратимой последовательной записи кодов сообщения от старших разрядов к младшим с возможностью извлечения, и выполняется в лексикографическом порядке (обработка проводится поэтапно по каналам, и при каждом фиксированном канале выполняется обработка всех пикселей) встраивания кодов по разрядам × координатам многоканальной троичной памяти, который отвечает лексикографическому порядку по каналам × координатам (координата меняется первой, каналы берутся от старших к младшим) кодирования сообщения в яркостях изображения. Многоканальная троичная память структурируется и заполняется поразрядно посредством изоморфного гистограммного образа. Формирование очередного разряда многоканальной троичной памяти и кодирование соответствующего канала встраивания описывается ниже.The cycle of a single embed of a message consists of a reversible sequential recording of the message codes from the upper digits to the lowest digits with the possibility of retrieval, and is performed in lexicographic order (processing is carried out in stages by channels, and for each fixed channel, all pixels are processed) embed codes by bits × coordinates of the multichannel ternary memory, which corresponds to the lexicographic order of the channels × coordinates (the coordinate changes first, the channels are taken from high to low) encoding I message in the brightness of the image. The multichannel ternary memory is structured and filled bitwise by means of an isomorphic histogram image. The formation of the next discharge of multichannel ternary memory and the encoding of the corresponding embedment channel are described below.

Вычисляют (обновляют) изоморфный гистограммный образ контейнера, который задает полную иерархию гистограммных образов (для ускорения расчетов можно ограничиться вычислением очередного приближения изоморфного образа при сохранении предыдущих приближений). Задают числом Мерсенна очередное число градаций амплитудной шкалы гистограммного образа и редуцируют посредством арифметического преобразования A изоморфный гистограммный образ до заданного числа градаций. Посредством изоморфного гистограммного образа разделяют триты многоканальной троичной памяти на активные (модифицируемые) и неактивные (Read Only) и задают их состояние согласно состоянию изображения и значениям тритов старших разрядов. Модифицируя изображение, записывают коды сообщения в активные триты многоканальной троичной памяти.The isomorphic histogram image of the container is calculated (updated), which defines the complete hierarchy of histogram images (to speed up the calculations, you can restrict yourself to calculating the next approximation of the isomorphic image while maintaining the previous approximations). The next number of gradations of the amplitude scale of the histogram image is specified by the Mersenne number, and the isomorphic histogram image is reduced by an arithmetic transformation A to a given number of gradations. Using an isomorphic histogram image, the trits of the multichannel ternary memory are divided into active (modifiable) and inactive (Read Only) ones and their state is set according to the image state and the values of the higher-order trits. By modifying the image, the message codes are recorded in the active trits of the multichannel ternary memory.

Извлечение сообщения из стего-изображения выполняется за один цикл сканирования многоканальной троичной памяти.Message retrieval from the stego image is performed in one scan cycle of multichannel ternary memory.

При извлечении сообщения из стего-изображения, вычисляют изоморфный гистограммный образ стего-изображения. При этом в точности воспроизводится окончательный гистограммный образ результирующего контейнера, использованный при встраивании битов сообщения. В отсутствие искажений при передаче воспроизводится разделение тритов на активные и неактивные, и из активных тритов считываются соответствующие биты сообщения.When retrieving the message from the stego image, an isomorphic histogram image of the stego image is calculated. In this case, the final histogram image of the resulting container used when embedding the message bits is exactly reproduced. In the absence of distortion during transmission, the separation of the trits into active and inactive is reproduced, and the corresponding message bits are read from the active trits.

Для подавления возможных искажений поразрядно суммируют декодированные в виде

Figure 00000038
биты сообщения с учетом повторений в поле изображения сообщения заранее известных размеров, получают суммарные положительные, отрицательные или нулевые суммарные значения пикселей сообщения, которые интерпретируют, соответственно, как установленные, неустановленные и не определенные биты сообщения в виде числовой матрицы. Если контейнер представляет собой изображение из пикселей с одинаковыми значениями яркости («чистый лист»), то все биты встроенного сообщения оказываются неопределенными. Если битов сообщения оказывается больше, чем тритов рассматриваемых младших разрядов многоканальной памяти, то «лишние» биты не используются.To suppress possible distortions, decoded in the form of
Figure 00000038
the message bits, taking into account the repetitions in the message image field of predetermined sizes, receive the total positive, negative or zero total values of the message pixels, which are interpreted, respectively, as set, undefined and undefined message bits in the form of a numerical matrix. If the container is an image of pixels with the same brightness values (“blank sheet”), then all bits of the embedded message are undefined. If there are more message bits than the trits of the lower-order bits of the multichannel memory under consideration, then the "extra" bits are not used.

Полноцветные 24-битовые изображения рассматривают как три 8-битовых полутоновых изображения и при встраивании, а также при извлечении сообщения обрабатывают по цветовым компонентам независимо друг от друга.Full-color 24-bit images are considered as three 8-bit grayscale images and when embedding, as well as when extracting messages, they are processed according to color components independently of each other.

ПараметрыOptions

Для управления встраиванием сообщения в режиме реального времени предусматривают начальное разделение пикселей изображения по градациям гистограммного образа на подмножества, которые далее обрабатывают как раздельные изображения. При этом управляющим параметром служит число Мерсенна μ, определяющее общее число градаций шкалы гистограммного образа, который используют для начального разделения изображения (по умолчанию параметр μ полагаем равным

Figure 00000039
).To control the embedding of messages in real time, an initial separation of image pixels according to gradation of the histogram image into subsets is provided, which are further processed as separate images. The control parameter is the Mersenne number μ, which determines the total number of gradations of the histogram image scale, which is used for the initial image division (by default, we set the parameter μ to be
Figure 00000039
)

При инвариантном итеративном встраивании (см. ниже) к указанному параметру добавляется аналогичный параметр

Figure 00000040
в виде числа Мерсенна, который задает число градаций шкалы гистограммного образа, используемого для замещения изображения инвариантным представлением.In case of invariant iterative embedding (see below), a similar parameter is added to the specified parameter
Figure 00000040
in the form of the Mersenne number, which sets the number of gradations of the scale of the histogram image used to replace the image with an invariant representation.

Помимо числа градаций

Figure 00000041
шкалы градаций гистограммного образа, предусмотренного для представления изображения в инвариантном виде, а также числа градаций μ шкалы градаций гистограммного образа, используемого для начального разделения множества пикселей на несколько самостоятельных множеств, в изобретении предусматривают параметр
Figure 00000042
, равный количеству старших каналов, которые при записи сообщения фиксируются и модулируют начало отсчета в остальных каналах, сопоставляемых вложенным диапазонам яркости (по умолчанию значение
Figure 00000043
полагают равным единице
Figure 00000044
, при котором начальные значения активных тритов младших разрядов отождествляются со значениями самого старшего разряда).In addition to the number of gradations
Figure 00000041
gradation scales of a histogram image provided for representing the image in an invariant form, as well as the number of gradations μ gradation scales of a histogram image used for the initial division of a set of pixels into several independent sets, the invention provides a parameter
Figure 00000042
equal to the number of senior channels that, when recording a message, are fixed and modulate the origin in the remaining channels associated with nested brightness ranges (by default,
Figure 00000043
assumed equal to unity
Figure 00000044
at which the initial values of the active trits of the lower digits are identified with the values of the highest rank).

Идемпотентное встраивание кодов сообщения по нескольким каналамIdempotent embedding of message codes on several channels

Экономичное по времени идемпотентное встраивание сообщения в изображение достигается за единственную итерацию, если в предыдущем способе формировать троичную память с непрерывной структурой, т.е. с отсутствием чередования активных и неактивных тритов. Для этого в процессе формирования структуры троичной памяти (от старших разрядов к младшим) при вычислении в данной координате первого неактивного трита относят к неактивным все сопоставляемые данной координате триты младших разрядов.The time-efficient idempotent embedding of a message in an image is achieved in a single iteration if in the previous method a ternary memory with a continuous structure is formed, i.e. with the lack of alternating active and inactive trit. For this, during the formation of the ternary memory structure (from the highest to the lowest), when calculating the first inactive trit in this coordinate, all the trites of the lower digits compared to this coordinate are considered inactive.

Инвариантное итеративное встраивание кодов сообщения по нескольким каналамInvariant iterative embedding of message codes on several channels

Для инвариантного встраивания сообщения в изображение его предварительно замещают своим гомоморфным, в частности, - изоморфным образом. При этом, даже при непрерывной структуре троичной памяти, идемпотентность встраивания, вообще говоря, утрачивается, но итеративное повторение встраивания обеспечивает сходимость результата к требуемому стего-изображению. Необходимым условием точного построения стего-изображения в сходящемся алгоритме преобразования, при котором оно перестает меняться, является упаковка по яркости гомоморфного гистограммного образа, которым замещают изображение перед встраиванием очередных кодов сообщения.For invariant embedding of a message in an image, it is preliminarily replaced with its homomorphic, in particular, isomorphic image. Moreover, even with a continuous structure of ternary memory, the idempotency of embedding is generally lost, but iterative repetition of embedding ensures the convergence of the result to the desired stego image. A prerequisite for the accurate construction of a stego image in a converging transformation algorithm, in which it stops changing, is the brightness packing of a homomorphic histogram image, which replaces the image before embedding the next message codes.

Итеративное робастное встраивание сообщения при доступном возмущении стего-изображенияIterative robust embedding of a message with available perturbation of the stego image

При заранее известном и доступном возмущении стего-изображения, например, JPEG-преобразовании, встраивании сообщения имеющимся исполняемым программным модулем генерации возмущения стего-изображения, повышение робастности сообщения, встроенного согласно изобретению, достигается за счет циклического применения встраивания сообщения поочередно с возмущением. При этом точная сходимость результата итеративного встраивания сообщения вслед за возмущением, вообще говоря, нарушается, т.е. результатом итеративного применения по очереди обоих преобразований служит зациклившаяся последовательность стего-изображений, одно из которых выбирается в качестве результата встраивания.With a previously known and accessible perturbation of the stego image, for example, JPEG conversion, embedding the message with the existing executable program module for generating perturbation of the stego image, the robustness of the message built in according to the invention is increased by cyclically applying the embedding of the message alternately with the perturbation. Moreover, the exact convergence of the result of iterative embedding of the message after the disturbance, generally speaking, is violated, i.e. the result of iterative application of both transformations in turn is a looping sequence of stego images, one of which is selected as the result of embedding.

Иными словами, при итеративном повторении цикла обработки в виде встраивания сообщения вслед за возмущением на некоторой итерации получается стего-изображение, которое совпадает с одним из ранее полученных стего-изображений. Далее при повторении обработки, очевидно, в замкнутой последовательности будут воспроизводится следующие стего-изображения. В качестве результирующего стего-изображения выбирается одно из стего-изображений указанной последовательности.In other words, with an iterative repetition of the processing cycle in the form of embedding a message after a perturbation at some iteration, a stego image is obtained that coincides with one of the previously received stego images. Further, when the processing is repeated, the following stego images will obviously be reproduced in a closed sequence. As the resulting stego image, one of the stego images of the specified sequence is selected.

ПримерыExamples

Изобретение выработано в процессе программных экспериментов по неявному встраиванию сообщения в 8-битовые полутоновые и 24-битовые полноцветные изображения, обрабатываемые по цветовым компонентам как три независимых полутоновых изображения.The invention was developed in the process of program experiments to implicitly embed a message in 8-bit grayscale and 24-bit full-color images processed by color components as three independent grayscale images.

Основной целью работ являлось проверка технической осуществимости описанного в изобретении варианта троичной многоканальной памяти, а именно - возможности запоминания во всех ее активных тритах произвольных кодов многокомпонентного сообщения из нескольких независимых битовых плоскостей. При этом в качестве непременных условий встраивания сообщения в многоканальную память проверялось условие неизменности стего-изображения при повторном встраивании сообщения, и неизменность контейнера (произвольного изображения) при обратном встраивании в него предварительно извлеченного сообщения.The main goal of the work was to verify the technical feasibility of the ternary multichannel memory option described in the invention, namely, the possibility of storing in all its active trites arbitrary codes of a multicomponent message from several independent bit planes. At the same time, as a prerequisite for embedding a message in multichannel memory, the condition of invariance of the stego image during repeated embedding of the message was checked, and the invariability of the container (arbitrary image) when the previously extracted message was back embedded into it.

Дополнительной целью экспериментов являлось тестирование способа инвариантного встраивания в контейнер сообщения независимо от стандартных преобразований стего-изображения (упаковки, растяжения, эквидистантной нормировки по яркости и пр.).An additional goal of the experiments was to test the method of invariant embedding of a message in a container, regardless of standard transformations of the stego image (packaging, stretching, equidistant normalization by brightness, etc.).

При решении задачи встраивания в изображение произвольного сообщения в качестве последнего рассматривались варианты полутонового представления сообщения, порождаемого некоторой полутоновой матрицей с размерами, меньшими соответствующих размеров изображения. За счет периодического повторения битов полутоновой матрицы сообщения по координатам и яркостным диапазонам исключался случай достижения конца записываемого сообщения, однако, допускалось, что в зависимости от контейнера, некоторые биты представления сообщения не помещаются в контейнер и при чтении (а также при записи) считаются неопределенными.When solving the problem of embedding an arbitrary message in the image, the latter considered options for the grayscale representation of the message generated by some grayscale matrix with sizes smaller than the corresponding image sizes. Due to the periodic repetition of the bits of the grayscale matrix of the message in terms of coordinates and brightness ranges, the case of reaching the end of the recorded message was excluded, however, it was assumed that, depending on the container, some bits of the message representation are not placed in the container and are considered undefined during reading (as well as during writing).

Встраивание битов сообщения с повторениями выполнялось за счет геометрического повторения в поле изображения исходной полутоновой матрицы сообщения в целом, а также ее сдвига по яркости. При этом размеры бинарной матрицы сообщения и ее разрядность являются параметрами, которые необходимо указать при приеме.The embedding of message bits with repetitions was performed due to geometric repetition in the image field of the initial grayscale matrix of the message as a whole, as well as its shift in brightness. At the same time, the dimensions of the binary message matrix and its bit depth are parameters that must be specified when receiving.

Правильность вычислений, в частности, сходимость алгоритмов контролировалась при встраивании за счет непосредственного извлечения битов сообщения из стего-изображения и сравнения их значений с требуемыми.The correctness of the calculations, in particular, the convergence of the algorithms was controlled by embedding by directly extracting the message bits from the image stego and comparing their values with the required ones.

Структура данныхData structure

Программная реализация изобретения, использующая три системы кодирования (в двоичной и троичной системах счисления, а также кодирование в промежуточной псевдотроичной системе) является достаточно сложной логической задачей, если представлять обработку в терминах преобразования исходных пикселей изображения. Программная реализация алгоритмов существенно упрощается благодаря использованию отлаженного модуля генерации и запоминания в псевдотроичной системе кодирования иерархии гистограммных образов, посредством которой вычисляются промежуточные и выходные матричные представления изображения. При этом основными матричными представлениями изображения, вычисляемыми по изображению, являются (в порядке приоритета вычислений):A software implementation of the invention using three coding systems (in binary and ternary number systems, as well as coding in an intermediate pseudo-ternary system) is a rather complicated logical task, if the processing is presented in terms of the conversion of the original image pixels. The software implementation of the algorithms is greatly simplified thanks to the use of a debugged module for generating and storing in a pseudo-ternary coding system for the hierarchy of histogram images, by which intermediate and output matrix representations of the image are calculated. In this case, the main matrix representations of the image, calculated by the image, are (in order of priority of calculations):

- Представление изображения в виде изоморфного гистограммного образа, который задает иерархию (гомоморфных) гистограммных образов (формируется в псевдотроичной системе кодирования);- Representation of the image in the form of an isomorphic histogram image, which defines the hierarchy of (homomorphic) histogram images (formed in a pseudotrope coding system);

- Приближения изображения снизу и сверху, ограничивающие допустимые диапазоны варьирования яркости пикселей изображения;- Approximations of the image below and above, limiting the allowable ranges of variation in brightness of the image pixels;

- Структурное представление многоканальной троичной памяти, которое задает разделение тритов на варьируемые и фиксированные (формируется в двоичной системе счисления);- A structural representation of multichannel ternary memory, which defines the separation of trites into variable and fixed ones (formed in a binary number system);

- Числовое представление многоканальной троичной памяти для хранения кодов сообщения и кодов фиксированных тритов (формируется в троичной системе счисления).- Numerical representation of multichannel ternary memory for storing message codes and fixed trit codes (generated in the ternary number system).

Кроме того, для фиксирования пикселей, модификация которых влечет искажение ранее встроенных тритов сообщения, используется массив удвоенных значений центральных яркостей диапазонов. В указанном массиве по мере вычисления каждого очередного разбиения шкалы яркости на шкале удвоенных значений яркости помечаются (текущим номером канала), и в зависимости от номера канала накапливаются суммарные значения граничных яркостей диапазонов.In addition, to fix pixels, the modification of which entails distortion of previously built-in message trits, an array of double values of central brightness of ranges is used. In the indicated array, as each next partition of the brightness scale is calculated on the scale of doubled brightness values, they are marked (by the current channel number), and depending on the channel number, the total values of the boundary brightnesses of the ranges are accumulated.

Для экспериментального осуществления изобретения созданы варианты программы сокрытия суперпозиции битовых сообщений в варьируемых тритах многоканальной троичной памяти, вычисляемой для каждой из RGB-компонент изображения независимо от других компонент.For the experimental implementation of the invention, variants of a program for hiding the superposition of bit messages in varying trits of multichannel ternary memory, calculated for each of the RGB image components independently of other components, have been created.

Экспериментальные результаты приводятся ниже.The experimental results are given below.

Экспериментальные результатыExperimental results

Результаты программных экспериментов демонстрируются на примерах встраивания сообщения в виде кодов полутонового изображения (Фиг.9) в контейнеры в виде стандартного полутонового изображения «Лена» размером 256×256 пикселей, а также полноцветного изображения размером 512×512 пикселей (Фиг.10).The results of program experiments are demonstrated by embedding messages in the form of halftone image codes (Fig. 9) into containers in the form of a standard Lena halftone image of 256 × 256 pixels in size, as well as a full-color image of 512 × 512 pixels in size (Figure 10).

Фиг.9 иллюстрирует исходное сообщение, в качестве которого взята последовательность рисованных цифр и прочих символов размером по 51х82 пикселей каждое, упакованных с наложением друг на друга в битовых плоскостях полутонового изображения. За счет периодического повторения картины сообщения по координатам и, при необходимости, по яркостным каналам встраивание кодов сообщения продолжается до заполнения объема многоканальной троичной памяти.Fig.9 illustrates the original message, which is taken as a sequence of drawn numbers and other characters of 51x82 pixels each, packed with overlapping in the bit planes of a grayscale image. Due to the periodic repetition of the message picture by coordinates and, if necessary, by brightness channels, the embedding of message codes continues until the multichannel ternary memory is full.

Фиг.10 иллюстрирует рассматриваемые полутоновой и цветовой контейнеры. Стандартное изображение «Лена» представлено слева, и изображение в цветовом варианте - справа, уменьшено.10 illustrates contemplated halftone and color containers. The standard Lena image is shown on the left, and the color image on the right is reduced.

Для простоты во все цветовые компоненты полноцветного изображения встраивается одно и то же сообщение, повторяющееся по цветам.For simplicity, the same message is repeated in all color components of a full-color image, repeating in color.

Базовое итеративное встраивание кодов сообщения по нескольким каналам и эффект непрерывной троичной памяти при идемпотентном встраиванииBasic iterative embedding of message codes on several channels and the effect of continuous ternary memory with idempotent embedding

Фиг.11 демонстрирует результат адаптивного встраивания сообщения по базовому способу итеративного встраивания по нескольким каналам, число которых зависит от контейнера и обычно превышает число разрядов яркости в исходном изображении.11 shows the result of adaptive embedding of a message using the basic iterative embedding method over several channels, the number of which depends on the container and usually exceeds the number of brightness bits in the original image.

Во втором ряду на Фиг.11 показаны структурное и числовое представление многоканальной троичной памяти. Структурное представление многоканальной троичной памяти задает в битах двоичного представления амплитудных значений разделение тритов на активные и неактивные. При этом установленные биты структурного представления для каждого пикселя изображения задают активные, а неустановленные биты задают неактивные триты многоканальной троичной памяти. В случае непрерывной троичной памяти амплитудные значения пикселов каждой цветовой компоненты просто показывают количество сопоставляемых пикселам активных тритов - чем больше амплитудное значение, тем больше битов сообщения встраивается с наложением друг на друга в данный пиксел. Яркости числового представления троичной памяти, вычисленные в троичной системе счисления, указывают последовательность тритов, которая сопоставляется каждому пикселю изображения. По сравнению со структурным представлением числовое представление троичной памяти более похоже на стего-изображение и при определенных условиях (при инвариантном встраивании в изображение однородного сообщения в виде «чистого листа» из битов с одинаковыми значениями) с точностью до изоморфного преобразования совпадает с ним. Оба представления вычислены для исходного контейнера.In the second row of FIG. 11, a structural and numerical representation of a multi-channel ternary memory is shown. The structural representation of multichannel ternary memory defines in bits of the binary representation of amplitude values the separation of trits into active and inactive. At the same time, the set bits of the structural representation for each image pixel specify the active, and unset bits set the inactive trites of the multichannel ternary memory. In the case of continuous ternary memory, the amplitude values of the pixels of each color component simply show the number of active trit mapped to the pixels - the larger the amplitude value, the more message bits are embedded with each other superimposed into this pixel. The brightnesses of the numerical representation of the ternary memory calculated in the ternary number system indicate the sequence of trites, which is mapped to each pixel of the image. Compared to the structural representation, the numerical representation of the ternary memory is more similar to the stego image and under certain conditions (when invariantly embedding a homogeneous message in the form of a “blank sheet” of bits with the same values) coincides with it up to an isomorphic transformation. Both views are calculated for the source container.

В компонентах встроенного сообщения серые пиксели обозначают биты сообщения, которые не помещаются в многоканальную память и вычисляются, как биты с неопределенным значением. В верхнем ряду на Фиг.11 показаны контейнер в виде полноцветного 24-битового изображения (слева) и стего-изображение (справа). Во втором ряду приведены структурное и числовое представления многоканальной троичной памяти (слева и справа, соответственно). Внизу на данном чертеже приведена последовательность обратимо встроенных битовых плоскостей сообщения.In the components of an embedded message, gray pixels indicate message bits that cannot be stored in multichannel memory and are calculated as bits with an undefined value. In the upper row of FIG. 11, a container is shown as a full-color 24-bit image (left) and a stego image (right). The second row shows the structural and numerical representations of multichannel ternary memory (left and right, respectively). The bottom of this drawing shows a sequence of reversibly embedded message bit planes.

Структурное представление на Фиг.11 вычислено без учета условия непрерывности многоканальной троичной памяти и содержит по R, G, B-компонентам, соответственно, 11, 13, 13 тонов (в непрерывном структурном представлении получается, соответственно 5, 4, 5 тонов). Для наглядности встраивания вычисления выполнены при разделении рабочего диапазона яркости посредством гистограммного образа всего в трех градациях амплитудной шкалы (μ=3) и единственном фиксированном старшем канале (f=1), который используется для задания адаптивно к контейнеру начальных положений яркости в остальных каналах. С увеличением значения μ или f встраивание перестает обнаруживаться.The structural representation in FIG. 11 is calculated without taking into account the continuity condition of the multi-channel ternary memory and contains, according to the R, G, B components, 11, 13, 13 tones, respectively (in the continuous structural representation, 5, 4, 5 tones are obtained, respectively). For clarity of embedding, the calculations were performed by dividing the working brightness range by means of a histogram image in only three gradations of the amplitude scale (μ = 3) and a single fixed senior channel (f = 1), which is used to set the initial brightness positions in the remaining channels adaptively to the container. As μ or f increases, the embedding ceases to be detected.

На стего-изображении на Фиг.11 рисованные цифры, встроенные в старшие каналы, затирают цифры, встроенные в младшие каналы. Внимательно рассматривая изображение, можно различить две компоненты сообщения в виде рисованных цифр. Следует отметить, что современная теория обработки изображений, помимо сравнения с эталоном, не имеет очевидных подходов к решению задачи автоматического обнаружения участков изображения, где записанная в младшем канале цифра оказывается заметной. Модель многоканальной троичной памяти обеспечивает экспериментальное исследование фактов проявления на изображении информации сообщения из разных каналов и позволяет интерпретировать их в терминах распределения активных и неактивных тритов представлений многоканальной памяти по координатам, каналам и цветам, что представляет самостоятельный интерес для стеганографии, а также для моделирования и автоматизации зрительного восприятия.In the stego image of FIG. 11, the drawn numbers embedded in the upper channels overwrite the numbers embedded in the lower channels. By carefully examining the image, you can distinguish between two components of the message in the form of drawn numbers. It should be noted that the modern theory of image processing, in addition to comparison with the standard, does not have obvious approaches to solving the problem of automatically detecting image areas where the figure recorded in the lower channel is noticeable. The multichannel ternary memory model provides an experimental study of the occurrence of messages from different channels on the image of information and allows them to be interpreted in terms of the distribution of active and inactive trites of multichannel memory representations by coordinates, channels and colors, which is of independent interest for steganography, as well as for modeling and automation visual perception.

Фиг.12 позволяет сравнить результаты обратимого встраивания сообщения при формировании структуры многоканальной троичной памяти с учетом и без учета условия непрерывности, на которой представлено влияние условия непрерывности троичной памяти на многоканальное встраивание сообщения при начальном разбиении рабочего диапазона с параметром

Figure 00000045
(сверху вниз). Слева на чертеже иллюстрируются результаты итеративного встраивания сообщения при формировании троичной памяти без учета условия непрерывности, справа - результаты идемпотентного встраивания сообщения в многоканальную троичную память с непрерывной структурой.Fig. 12 allows you to compare the results of reversible embedding of the message when forming the structure of the multichannel ternary memory with and without taking into account the continuity condition, which shows the influence of the continuity condition of the ternary memory on the multichannel embedding of the message at the initial partition of the operating range with the parameter
Figure 00000045
(top down). On the left in the drawing, the results of iterative embedding of the message when forming the ternary memory without considering the continuity condition are illustrated, on the right are the results of idempotent embedding of the message in a multichannel ternary memory with a continuous structure.

Экспериментальные результаты по-прежнему приведены для единственного фиксированного канала (f=1), но нескольких начальных разбиений рабочего диапазона яркости изображения по μ=1,3, и 7 градациям шкалы гистограммного образа. Как показывает эксперимент, каналы троичной памяти при итеративном встраивании сообщения используются заметно эффективнее, что объясняется случайным распределением активных тритов младших разрядов по координатам, которое компенсирует пропуск битов встроенного сообщения из-за корреляции содержания сообщения и контейнера. Для обоих способов итеративного и идемпотентного встраивания сообщения характерен эффект «эха» старших каналов в младших каналах, при котором очертания встроенной в старший канал картины проявляются в линиях границ битов с неопределенным значением, обозначенным серым цветом. Указанный эффект несколько более выражен при идемпотентном встраивании в непрерывную троичную память и объясняется коррелированной информацией в различных каналах.The experimental results are still presented for a single fixed channel (f = 1), but several initial partitions of the working range of image brightness by μ = 1.3, and 7 gradations of the histogram image scale. As the experiment shows, ternary memory channels during iterative embedding of a message are used much more efficiently, which is explained by a random distribution of active trits of the lower digits by coordinates, which compensates for the missing bits of the embedded message due to the correlation of the contents of the message and the container. Both methods of iterative and idempotent embedding of the message are characterized by the “echo” effect of high channels in low channels, in which the outlines of the picture embedded in the high channel appear in the boundary lines of the bits with an undefined value indicated in gray. The indicated effect is somewhat more pronounced with idempotent embedding into continuous ternary memory and is explained by correlated information in various channels.

Объем встраиванияEmbed volume

Результаты расчетов объема встраивания для стандартного полутонового изображения «Лена» при формировании многоканальной троичной памяти с учетом и без учета условия непрерывности приведены в таблице 2 для однородного сообщения, состоящего из всех одинаковых битов.The results of calculating the embedment volume for the standard “Lena” grayscale image when forming a multi-channel ternary memory with and without taking into account the continuity condition are given in Table 2 for a homogeneous message consisting of all the same bits.

Таблица 2
Экспериментальные данные по встраиванию однородного сообщения в стандартное изображение «Лена» (объем 64 Кб)
table 2
Experimental data on embedding a homogeneous message in a standard Lena image (64 Kb)
Троичная память с чередованием активных и неактивных тритовTrinity memory with alternating active and inactive trit Троичная память с непрерывной структуройContinuous structure ternary memory μμ ChCh Max число активных тритов на пиксел tmax Max number of active trits per pixel t max Активный объем I (байт)Active Volume I (Bytes) ChCh Max число активных тритов на пиксел tmax Max number of active trits per pixel t max Активный объем I (байт)Active Volume I (Bytes) 1one 99 4four 2468224682 99 4four 2161221612 33 1010 33 1923319233 1212 33 1456614566 77 99 33 1776717767 11eleven 33 1603116031 15fifteen 88 33 1389713897 1010 33 1307813078 3131 88 33 1039010390 1010 33 1012410124 6363 88 33 53485348 99 22 52185218 127127 88 33 13331333 88 33 12981298 255255 88 22 200200 88 22 193193 511511 88 22 6666 88 22 6464 10231023 77 22 2121 66 1one 1919 20472047 66 22 1313 55 22 1212 40954095 55 22 4four 55 22 4four 81918191 33 1one 22 33 1one 22 1638316383 22 00 00 22 00 00

где: μ - максимальное число диапазонов начального разбиения шкалы яркости изображения; Ch - число каналов.where: μ is the maximum number of ranges of the initial partition of the image brightness scale; Ch is the number of channels.

В таблице 2 рассматриваются характеристики многоканальной троичной памяти в зависимости от разбиения рабочего диапазона яркости на несколько начальных диапазонов посредством гистограммного образа в μ градациях амплитуды. Если под I{x} понимать число активных тритов, сопоставляемых в координате x пикселю изображения, то активный объем I многоканальной троичной памяти и максимальное число активных тритов tmax выразятся соотношениями:Table 2 discusses the characteristics of multichannel ternary memory depending on the partition of the working brightness range into several initial ranges by means of a histogram image in μ gradations of amplitude. If by I {x} we mean the number of active trites mapped in the x coordinate to the image pixel, then the active volume I of multichannel ternary memory and the maximum number of active trites t max are expressed by the relations:

tmax =

Figure 00000046
I{x}t max =
Figure 00000046
I {x}

I =

Figure 00000047
I{x} (бит),I =
Figure 00000047
I {x} (bit),

Как следует из таблицы, объем встраивания, отождествляемый с активным объемом I, оценивается в 20-30%. Число каналов Ch может превышать разрядность (число бит) яркостей исходного изображения, которая в рассматриваемом случае равна 8. В общем случае, число активных тритов в ячейке многоканальной троичной памяти также может превышать разрядность исходного яркостного представления изображения.As follows from the table, the embedding volume, identified with the active volume I, is estimated at 20-30%. The number of Ch channels can exceed the bit depth (number of bits) of brightnesses of the original image, which is 8. in the case under consideration. In the general case, the number of active trites in a cell of multichannel ternary memory can also exceed the bit depth of the initial brightness representation of the image.

Как показывают экспериментальные результаты, существенного снижения активного объема (общего числа бит сообщения и числа бит, задающих начальное состояние) не наблюдается, вероятно, из-за незначительной доли активных тритов, которые, в нарушение условия непрерывности, чередуются с неактивными тритами в младших разрядах многоканальной троичной памяти. Поскольку достигаемая при условии непрерывности идемпотентность встраивания сообщений увеличивает скорость выполнения программ и, главное, существенно упрощает логику программирования, непрерывность троичной памяти при теоретическом описании, вероятно, следует отнести к ее атрибутам.As the experimental results show, a significant decrease in the active volume (the total number of message bits and the number of bits that specify the initial state) is not observed, probably due to a small fraction of active trit, which, in violation of the continuity condition, alternate with inactive trit in the lower bits of the multi-channel ternary memory. Since the idempotency of embedding messages, achieved under the condition of continuity, increases the speed of program execution and, most importantly, significantly simplifies the programming logic, the continuity of ternary memory in the theoretical description should probably be attributed to its attributes.

Инвариантное встраивание кодов сообщения по нескольким каналамInvariant embedding of message codes on several channels

Фиг.13 иллюстрирует инвариантное встраивание сообщения из наложенных друг на друга цифр в упакованные по яркости гистограммные образы стандартного изображения «Лена» размером 256х256 пикселей при непрерывной многоканальной троичной памяти и единственном фиксированном канале (f=1).13 illustrates the invariant embedding of a message from superimposed digits into luminance-packed histogram images of a standard Lena image of 256x256 pixels in size with continuous multi-channel ternary memory and a single fixed channel (f = 1).

Результаты приведены для начальных значений параметра μ1=15, 31, 63, который ограничивает число возможных градаций яркости рассматриваемого гистограммного образа, и параметра μ=1, 3, 7, ограничивающего число независимых яркостных диапазонов, на которые формально разделяется рабочий диапазон яркости.The results are given for the initial values of the parameter μ 1 = 15, 31, 63, which limits the number of possible gradations of brightness of the histogram image under consideration, and the parameter μ = 1, 3, 7, which limits the number of independent brightness ranges into which the working brightness range is formally divided.

На Фиг.13 иллюстрируется многоканальное инвариантное встраивание сообщения в троичную память с одновременным снижением числа градаций яркости стего-изображения. Фиг.13 содержит две треугольные таблицы, составленные из изображений. Первая таблица (слева) составлена из стего-изображений, а вторая (в правом верхнем углу) - из встроенных сообщений, компонентами которых являются рисунки цифр, встроенных в различные каналы.13 illustrates a multi-channel invariant embedding of a message in a ternary memory while reducing the number of gradations of brightness of the stego image. 13 contains two triangular tables composed of images. The first table (on the left) is composed of stego images, and the second (in the upper right corner) is made up of embedded messages, the components of which are figures of numbers embedded in various channels.

На осях отложены значения параметров μ1 = 15, 31, 63 (сверху вниз) и μ =1,3,7 (слева направо). Стего-изображения упорядочены в треугольную таблицу слева. В правом верхнем углу показана таблица соответствующих сообщений. Изображения эквидистантно нормированы по яркости на рабочий диапазон.The axes show the values of the parameters μ 1 = 15, 31, 63 (from top to bottom) and μ = 1,3,7 (from left to right). Stego images are arranged in a triangular table on the left. In the upper right corner is a table of relevant messages. Images are equidistantly normalized by brightness to the operating range.

Крайнее верхнее стего-изображение, полученное при параметре μ1=15, имеет 8 градаций яркости, остальные в том же столбце - 14 и 20 градаций (при параметрах μ1=31 и μ1=63, соответственно). При переходе от представления к представлению вдоль главной диагонали число градаций в стего-изображении приблизительно удваивается.The extreme upper stego image obtained with the parameter μ 1 = 15 has 8 gradations of brightness, the rest in the same column have 14 and 20 gradations (with parameters μ 1 = 31 and μ 1 = 63, respectively). When moving from view to view along the main diagonal, the number of gradations in the stego image approximately doubles.

Ограниченное число градаций в стего-изображениях позволяет убедиться в сохранении сообщения при стандартных яркостных преобразованиях (упаковке, растяжении и пр.) посредством системного редактора.A limited number of gradations in the stego images allows you to make sure that the message is saved during standard brightness transformations (packing, stretching, etc.) through the system editor.

Характерно, что при переходе от представления к представлению вдоль нисходящей (главной) диагонали и согласованном изменении обсуждаемых параметров, содержащиеся в различных каналах компоненты сообщения и само сообщение практически не меняются. Однако при этом с увеличением параметров μ и μ1 видимые компоненты сообщения «теряются» в маскирующей картине, что полезно для управления встраиванием заданного сообщения. Оптимальное сокрытие сообщения достигается в граничном случае, когда сообщение фактически встраивается в самый младший канал.It is characteristic that during the transition from presentation to presentation along the descending (main) diagonal and a coordinated change in the discussed parameters, the message components contained in the various channels and the message itself remain almost unchanged. However, at the same time, with increasing parameters μ and μ 1, the visible message components are “lost” in the masking picture, which is useful for controlling the embedding of a given message. Optimal message hiding is achieved in the boundary case when the message is actually embedded in the lowest channel.

Для изображений с достаточно большим числом каналов троичной памяти, ее младший канал удобно использовать для информации, сопровождающей факт сокрытия сообщения, например, в задачах контроля утечки информации, в том числе, скрытой в других каналах троичной памяти.For images with a sufficiently large number of channels of ternary memory, its junior channel is conveniently used for information accompanying the fact of hiding the message, for example, in tasks of monitoring information leakage, including hidden in other channels of ternary memory.

Пример итеративного робастного встраивания сообщения при доступном возмущении стего-изображенияAn example of iterative robust embedding of a message with an available perturbation of the stego image

При итеративном повторении встраивания сообщения оказывается возможным получить стего-изображение, которое устойчиво к предусмотренной модификации изображения. В частности, под модификацией стего-изображения может пониматься встраивание фиксированного сообщения «чужой» программой с неизвестным алгоритмом, работающей по принципу «черного ящика». В контексте общего применения представляет интерес робастное (устойчивое) встраивание сообщений относительно преобразования изображения в JPEG-формат и обратно, которое может обеспечиваться итеративным повторением процедуры модификации и встраивания в стего-изображение желаемого сообщения.With an iterative repetition of embedding a message, it becomes possible to obtain a stego image that is resistant to the provided image modification. In particular, modifying a stego image can mean embedding a fixed message with a “foreign” program with an unknown algorithm operating on the basis of a “black box”. In the context of general application, robust (stable) embedding of messages regarding the conversion of images into JPEG-format and vice versa is of interest, which can be provided by iterative repetition of the procedure for modifying and embedding the desired message in the stego image.

Проиллюстрируем эффект итеративного встраивания на примере однородного сообщения в стандартное изображение «Лена» при промежуточном воздействии на стего-изображение преобразования в JPEG-формат и обратно (со сжатием в 12 раз при значении управляющего параметра, равным 15).We illustrate the effect of iterative embedding using an example of a homogeneous message in a standard Lena image with an intermediate effect on the stego image of conversion to JPEG format and vice versa (with compression 12 times with the value of the control parameter equal to 15).

Как показал эксперимент, алгоритм циклического преобразования изображения посредством встраивания сообщения по очереди с JPEG- преобразованием на третьем десятке итераций зацикливается. Однако, с практической точки зрения, можно считать, что предельное стего-изображение достигается, поскольку результирующая повторяющаяся последовательность содержит всего пару изображений, а циклические изменения яркостей при этом ограничены несколькими клеточными полями размером 8 x 8 пикселей.As the experiment showed, the algorithm for cyclic image conversion by embedding a message in turn with a JPEG conversion in a third dozen iterations is looped. However, from a practical point of view, we can assume that the maximum stego image is achieved, since the resulting repeating sequence contains only a couple of images, and the cyclic changes in brightness are limited to several cell fields 8 x 8 pixels in size.

Повышение устойчивости стего-изображения к JPEG-преобразованию посредством многократного повторения встраивания сообщения иллюстрируется Фиг.14. В верхнем ряду слева изображено начальное и справа - адаптированное к JPEG-преобразованию стего-изображение. В нижнем ряду слева изображена гистограмма яркостных изменений стего-изображения с однородным сообщением; справа - гистограмма яркостных изменений стего- изображения после многократного поочередного встраивания однородного сообщения по очереди с JPEG-преобразованиями.Improving the stability of the stego image to JPEG conversion by repeatedly repeating the embedding of the message is illustrated in Fig.14. In the upper row on the left is the initial and on the right is a stego image adapted to JPEG conversion. In the lower row on the left is a histogram of the brightness changes of the stego image with a uniform message; on the right is a histogram of the brightness changes in the stego image after repeatedly embedding the homogeneous message in turn with JPEG transforms.

Стандартное изображение с однократно и многократно встроенным однородным сообщением показано в представлениях на Фиг.14, соответственно, в верхнем левом и правом углах. Внизу приведены яркостные гистограммы разностных картин, полученных посредством редактора PhotoShop. Там же приведены результаты подсчета среднего и среднеквадратичного изменений яркости, которые за счет повторений встраивания сообщения убывают в несколько раз. При этом в результате многократного встраивания стего-изображение со встроенным однородным сообщением, которое не меняется при его повторном встраивании, практически не меняется также и под действием JPEG-преобразований.A standard image with a single and multiple built-in homogeneous message is shown in the representations in Fig. 14, respectively, in the upper left and right corners. Below are the brightness histograms of the difference patterns obtained through the PhotoShop editor. The results of the calculation of the mean and rms changes in brightness, which, due to repetitions of embedding the message, decrease several times, are also given there. Moreover, as a result of repeated embedding, the stego image with the integrated homogeneous message, which does not change when it is re-embedded, practically does not change under the influence of JPEG transforms either.

Аналогичные результаты получаются и на других изображениях (в том числе - цветовых). При этом предельная последовательность циклически преобразуемых друг в друга представлений достигается обычно в пределах 100 итераций. При зацикливании результатов преобразования наблюдается стабилизация числа модифицируемых при записи сообщения активных тритов, которое удобно использовать при автоматическом установлении факта зацикливания.Similar results are obtained on other images (including color). In this case, the limit sequence of representations cyclically transformed into each other is usually achieved within 100 iterations. When the conversion results are looped, stabilization of the number of active trites modified when recording messages is observed, which is convenient to use when automatically establishing the fact of the loop.

Среда для реализации настоящего изобретенияEnvironment for implementing the present invention

Описание примерной рабочей среды для реализации настоящего изобретения является только одним примером подходящей вычислительной среды и не предназначено для наложения каких-либо ограничений на использование или функциональные возможности изобретенияThe description of an exemplary working environment for implementing the present invention is only one example of a suitable computing environment and is not intended to impose any restrictions on the use or functionality of the invention.

Изобретение может быть описано посредством выполняемых компьютером программных модулей. Обычно программные модули включают в себя подпрограммы, программы, структуры данных и т.д., которые выполняют конкретные задачи. Кроме того, специалистам в данной области техники понятно, что изобретение может быть применено во множестве конфигураций компьютерных систем, включающих в себя портативные устройства, многопроцессорные системы, миникомпьютеры, универсальные компьютеры и т.п. Изобретение также может быть применено в распределенных вычислительных средах, с помощью выполнения операций удаленными обрабатывающими устройствами, которые соединены посредством сетей связи. В распределенной вычислительной среде программные модули могут быть расположены как на локальном, так и на удаленном запоминающем устройстве.The invention may be described by computer-executable software modules. Typically, program modules include routines, programs, data structures, etc. that perform specific tasks. In addition, it will be understood by those skilled in the art that the invention can be applied to a variety of computer system configurations, including portable devices, multiprocessor systems, minicomputers, general purpose computers, and the like. The invention can also be applied in distributed computing environments by performing operations on remote processing devices that are connected through communication networks. In a distributed computing environment, program modules may be located on both local and remote memory storage devices.

Пример системы для реализации изобретения включает в себя вычислительное устройство общего назначения в виде компьютера, включающего в себя процессор (средство обработки), системную память и системную шину, которая соединяет различные компоненты системы, включая системную память и процессор.An example system for implementing the invention includes a general-purpose computing device in the form of a computer including a processor (processing means), system memory, and a system bus that connects various components of the system, including system memory and processor.

Компьютер обычно включает в себя множество считываемых компьютером носителей. В качестве примера, а не ограничения, считываемые компьютером носители могут включать в себя носители компьютерной памяти и коммуникационные носители. Примеры носителей компьютерной памяти включают в себя оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (ЭСППЗУ), флэш-память или другие технологии памяти, ПЗУ CD-ROM, DVD или запоминающие устройства другого типа.A computer typically includes a variety of computer-readable media. By way of example, and not limitation, computer-readable media may include computer memory media and communication media. Examples of computer memory media include random access memory (RAM), read-only memory (ROM), electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM), flash memory or other memory technologies, CD-ROM, DVD ROM, or other types of storage devices .

Компьютер может также включать в себя другие носители компьютерной памяти, например, накопитель на жестком диске, накопитель на магнитном диске, накопитель на оптическом диске и другие. Запоминающие устройства обычно соединены с системной шиной с помощью соответствующих интерфейсов, очевидных для специалистов.The computer may also include other computer storage media, for example, a hard disk drive, a magnetic disk drive, an optical disk drive, and others. Storage devices are usually connected to the system bus using appropriate interfaces that are obvious to those skilled in the art.

Пользователь может вводить команды и информацию в компьютер посредством устройств (средств) ввода, например, клавиатуры, устройства указания, такого как мышь или сенсорная панель, средства приема входного радиосигнала и т.п. Другие устройства ввода могут включать в себя микрофон, джойстик, антенну, сканер и т.д. Эти и другие устройства ввода соединены с процессором посредством соответствующего интерфейса устройств ввода.The user can enter commands and information into the computer through input devices (means), for example, a keyboard, pointing device, such as a mouse or touchpad, means for receiving an input radio signal, etc. Other input devices may include a microphone, joystick, antenna, scanner, etc. These and other input devices are connected to the processor via the corresponding input device interface.

Устройство (средство) отображения также соединено с системной шиной через интерфейс, например видеоинтерфейс. Средство отображения может быть любым средством, отображающим выходные данные: монитором, жидкокристаллическим экраном, обычным телевизором или экранным проектором. Кроме средства (устройства) отображения, компьютер может также включать в себя другие периферийные устройства вывода, такие как принтер, которые могут быть соединены посредством интерфейса устройств вывода.The display device (means) is also connected to the system bus via an interface, for example, a video interface. The display means may be any means of displaying the output: a monitor, a liquid crystal screen, a conventional television, or a screen projector. In addition to the display means (device), the computer may also include other peripheral output devices, such as a printer, which can be connected via the interface of the output devices.

Компьютер в настоящем изобретении может работать в сетевой среде с использованием соединений с одним или более удаленными компьютерами. Соединения включают в себя локальную вычислительную сеть и глобальную вычислительную сеть, но могут также включать в себя другие сети, такие как Internet. Специалистам понятно, что такие компоненты и взаимные соединения являются хорошо известными.The computer of the present invention can operate in a network environment using connections to one or more remote computers. Connections include a local area network and a wide area network, but may also include other networks, such as the Internet. Those skilled in the art will recognize that such components and reciprocal compounds are well known.

Как упомянуто ранее, настоящее изобретение может быть описано посредством используемых компьютером программ выполнения операций. Используемые компьютером инструкции включают в себя функции, процедуры, подпрограммы, сегменты программ и модули, используемые одним или более компьютерами или другими устройствами. Используемые компьютером инструкции образуют интерфейс для того, чтобы дать возможность компьютеру реагировать в соответствии с входными данными. Инструкции взаимодействуют с другими сегментами программ, чтобы инициировать множество задач в ответ на данные, принятые вместе с источником принятых данных.As mentioned previously, the present invention can be described by computer-assisted operation programs. Computer-used instructions include functions, procedures, routines, program segments, and modules used by one or more computers or other devices. The instructions used by the computer form an interface to enable the computer to respond in accordance with the input. The instructions interact with other program segments to initiate a variety of tasks in response to data received together with the source of received data.

Однако настоящее изобретение также может быть реализовано посредством только компьютерного аппаратного обеспечения, например, реализуя блоки (средства) обработки в виде специализированных интегральных схем, на основе программируемых логических матриц и т.п., как очевидно специалистам в данной области техники.However, the present invention can also be implemented using only computer hardware, for example, realizing processing units (means) in the form of specialized integrated circuits based on programmable logic arrays and the like, as is obvious to those skilled in the art.

Все возможные варианты осуществления изобретения в виде программных, аппаратных и программно-аппаратных средств охватываются формулой изобретения, и не ограничиваются каким-либо одним примером реализации.All possible embodiments of the invention in the form of software, hardware and software and hardware are covered by the claims, and are not limited to any one implementation example.

Claims (5)

1. Способ встраивания множества сообщений в цифровое изображение посредством изменения яркости пикселей упомянутого изображения в системе, содержащей средства ввода/вывода и средство обработки, содержащий этапы:1. A method of embedding a plurality of messages in a digital image by changing the brightness of the pixels of said image in a system comprising input / output means and a processing means comprising the steps of: а) принимают изображение и подлежащее встраиванию сообщение в средство обработки из средства ввода для выполнения встраивания по одному каналу;a) receive the image and the message to be embedded in the processing means from the input means for performing the embedding on one channel; б) представляют биты сообщения в виде элементов матрицы, имеющих произвольные значения, большие или меньшие нуля, сопоставленные битам встраиваемого сообщения с ненулевым и нулевым значением, соответственно;b) represent the message bits in the form of matrix elements having arbitrary values greater than or less than zero, mapped to the bits of the embedded message with a non-zero and zero value, respectively; в) итеративно разделяют шкалу яркости всего изображения на последовательные диапазоны, причем каждый диапазон на каждой итерации:c) iteratively divide the brightness scale of the entire image into consecutive ranges, with each range at each iteration: разделяют либо на два диапазона с максимально близким друг другу количеством пикселей, либо на два диапазона с максимально близким друг другу количеством пикселей и выделением центрального диапазона, содержащего единственное значение яркости,they are either divided into two ranges with the maximum number of pixels closest to each other, or into two ranges with the maximum number of pixels closest to each other and the allocation of a central range containing a single brightness value, илиor оставляют неизменным, если он содержит единственное значение яркости,left unchanged if it contains a single brightness value, до получения множества диапазонов, содержащих по одному значению яркости;to obtain multiple ranges containing one brightness value; г) для каждого из диапазонов, полученных на одной из промежуточных итераций, определяют пиксели изображения с максимальными и минимальными значениями яркости и пиксели с центральным значением яркости и относят такие пиксели к не изменяющейся при встраивании сообщения компоненте изображения, при этом для диапазонов с единственным значением яркости максимальные или минимальные, а также центральные, значения яркости принимают одинаковыми, а остальные пиксели относят к варьируемой компоненте изображения,d) for each of the ranges obtained at one of the intermediate iterations, image pixels with maximum and minimum brightness values and pixels with a central brightness value are determined and these pixels are assigned to the image component that does not change when the message is embedded, while for ranges with a single brightness value maximum or minimum, as well as central, brightness values are assumed to be the same, and the remaining pixels are attributed to the variable component of the image, д) встраивают каждый бит сообщения в текущий пиксель варьируемой компоненты изображения посредством следующей операции:e) embed each bit of the message in the current pixel of the variable image component by the following operation: принимают яркость пикселя в качестве пикселя, содержащего бит встроенного сообщения, если знак разности значения яркости этого пикселя и центрального значения яркости диапазона, которому принадлежит упомянутый пиксель, совпадает со знаком элемента матрицы, соответствующего встраиваемому биту сообщения, иaccept the brightness of the pixel as a pixel containing a bit of the embedded message, if the sign of the difference in the brightness value of this pixel and the central brightness value of the range to which the mentioned pixel coincides with the sign of the matrix element corresponding to the embedded message bit, and если упомянутые знаки не совпадают, пикселю изображения назначают значение яркости пикселя посредством зеркального отражения значения его яркости относительно центрального значения упомянутого диапазона,if the said signs do not match, the pixel value of the image is assigned a brightness value of the pixel by mirroring the value of its brightness relative to the central value of the said range, е) принимают следующее сообщение, подлежащее встраиванию в следующий канал, и выполняют этапы б)-д) для встраивания этого сообщения в изображение, полученное на этапе д) после встраивания предыдущего сообщения, причем на этапе г) к не изменяющейся при встраивании сообщения компоненте относят также значения яркости пикселей, изменение которых изменяет значение бита ранее встроенного сообщения,e) receive the next message to be embedded in the next channel, and perform steps b) -e) to embed this message in the image obtained in step e) after embedding the previous message, and in step d) the component that does not change during embedding of the message is also the brightness values of pixels, the change of which changes the bit value of a previously embedded message, при этом встраивание сообщений выполняют до полной стабилизации изображения с встроенными сообщениями,wherein the embedding of messages is performed until the image is fully stabilized with the built-in messages, ж) выводят полученное кодированное изображение со встроенными сообщениями на средство вывода.g) display the resulting encoded image with embedded messages on the output means. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при отнесении пикселя к неизменяющейся компоненте изображения на текущей итерации его относят к неизменяющейся компоненте изображения и на всех последующих итерациях, а встраивание сообщений достигается за один цикл.2. The method according to claim 1, characterized in that when assigning a pixel to an unchanging component of the image at the current iteration, it is attributed to the unchanging component of the image at all subsequent iterations, and embedding messages is achieved in one cycle. 3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что при встраивании сообщения изображение преобразуется в инвариантное идемпотентное гомоморфное по яркостному порядку представление, которое упаковывается по яркости, причем процедура преобразования со встраиванием циклически повторяется до получения идемпотентного стего-изображения.3. The method according to any one of claims 1 and 2, characterized in that when embedding the message, the image is converted into an invariant idempotent brightness homomorphic representation that is packed in brightness, the embedding conversion procedure is cyclically repeated until an idempotent stego image is obtained. 4. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что построение стего-изображения, робастного к доступной при встраивании сообщения модификации стего-изображения, итеративно повторяют поочередно с указанной модификацией до получения неменяющейся последовательности стего-изображений, из которых выбирают вариант требуемого стего-изображения.4. The method according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the construction of the stego image robust to the modification of the stego image available when embedding a message is iteratively repeated alternately with the specified modification until an unchanged sequence of stego images is obtained, from which the option is selected required stego image. 5. Способ извлечения множества сообщений из цифрового изображения, встроенных посредством изменения яркости пикселей упомянутого изображения, в системе, содержащей средства ввода/вывода и средство обработки, содержащий этапы:5. A method for extracting a plurality of messages from a digital image embedded by changing the pixel brightness of the image in a system comprising input / output means and a processing means comprising the steps of: а) принимают изображение с встроенными сообщениями в средство обработки из средства ввода;a) receive an image with embedded messages in the processing means from the input means; б) итеративно разделяют шкалу яркости всего изображения на последовательные диапазоны, причем каждый диапазон на каждой итерации:b) iteratively divide the brightness scale of the entire image into consecutive ranges, with each range at each iteration: разделяют либо на два диапазона с максимально близким друг другу количеством пикселей, либо на два диапазона с максимально близким друг другу количеством пикселей и выделением центрального диапазона, содержащего единственное значение яркости,they are either divided into two ranges with the maximum number of pixels closest to each other, or into two ranges with the maximum number of pixels closest to each other and the allocation of a central range containing a single brightness value, илиor оставляют неизменным, если он содержит единственное значение яркости,left unchanged if it contains a single brightness value, до получения множества диапазонов, содержащих по одному значению яркости;to obtain multiple ranges containing one brightness value; в) определяют пиксели изображения с максимальными и минимальными значениями яркости и пиксели с центральным значением яркости и относят такие пиксели к не изменяющейся при встраивании сообщения компоненте изображения, при этом для диапазонов с единственным значением яркости максимальные или минимальные, а также центральные значения яркости совпадают, а остальные пиксели относят к варьируемой компоненте изображения,c) the image pixels with maximum and minimum brightness values and pixels with a central brightness value are determined and these pixels are classified as an image component that does not change when the message is embedded, while for ranges with a single brightness value, the maximum or minimum, as well as the central brightness values are the same, and the remaining pixels belong to the variable component of the image, г) извлекают из каждого текущего пикселя варьируемой компоненты изображения бит сообщения посредством следующей операции:d) the message bits are extracted from each current pixel of the variable image component by the following operation: принимают значение бита сообщения равным 1, если разность значения яркости этого пикселя и центрального значения яркости диапазона, которому принадлежит упомянутый пиксель, больше нуля, и равным 0 в противном случае,take a message bit value equal to 1 if the difference in the brightness value of this pixel and the central brightness value of the range to which the said pixel belongs is greater than zero, and equal to 0 otherwise, д) выполняют этапы б)-г) для извлечения следующего сообщения из изображения, полученное на этапе г) после извлечения предыдущего сообщения, причем на этапе в) к неизменяющейся компоненте относят также значения яркости пикселей, изменение которых изменяет значение бита ранее извлеченного сообщения,e) perform steps b) -d) to extract the next message from the image obtained in step d) after extracting the previous message, and in step c) the pixel brightness values also belong to an unchanging component, the change of which changes the bit value of the previously extracted message, при этом извлечение сообщений выполняют до исчерпания всех вложенных диапазонов яркости,at the same time, the extraction of messages is performed until all nested brightness ranges are exhausted, ж) выводят извлеченные сообщения на средство вывода.g) output the extracted messages to the output means.
RU2006119273/09A 2006-06-01 2006-06-01 Adaptive embedding of water marks through several channels RU2329522C2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006119273/09A RU2329522C2 (en) 2006-06-01 2006-06-01 Adaptive embedding of water marks through several channels
KR1020070054005A KR101456480B1 (en) 2006-06-01 2007-06-01 Adaptive multi-channel water-mark embedding

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006119273/09A RU2329522C2 (en) 2006-06-01 2006-06-01 Adaptive embedding of water marks through several channels

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006119273A RU2006119273A (en) 2007-12-20
RU2329522C2 true RU2329522C2 (en) 2008-07-20

Family

ID=38916838

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006119273/09A RU2329522C2 (en) 2006-06-01 2006-06-01 Adaptive embedding of water marks through several channels

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101456480B1 (en)
RU (1) RU2329522C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2520424C2 (en) * 2012-07-11 2014-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) Method for complexion digital multispectral images of earth's surface
RU2746708C1 (en) * 2020-07-29 2021-04-19 Закрытое акционерное общество "Перспективный мониторинг" Method and device for introducing watermark into audio signal
RU2761417C1 (en) * 2020-11-05 2021-12-08 Публичное Акционерное Общество "Сбербанк России" (Пао Сбербанк) Method for steganographying a digital image using a graphic digital label and method for decrypting a steganographied image

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005537736A (en) * 2002-08-28 2005-12-08 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Method and apparatus for watermark detection
JP4823890B2 (en) * 2003-03-06 2011-11-24 ディジマーク コーポレイション Document authentication method
US8861922B2 (en) * 2003-09-29 2014-10-14 Alcatel Lucent Watermarking scheme for digital video

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2520424C2 (en) * 2012-07-11 2014-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) Method for complexion digital multispectral images of earth's surface
RU2746708C1 (en) * 2020-07-29 2021-04-19 Закрытое акционерное общество "Перспективный мониторинг" Method and device for introducing watermark into audio signal
RU2761417C1 (en) * 2020-11-05 2021-12-08 Публичное Акционерное Общество "Сбербанк России" (Пао Сбербанк) Method for steganographying a digital image using a graphic digital label and method for decrypting a steganographied image

Also Published As

Publication number Publication date
KR101456480B1 (en) 2014-10-31
KR20070115790A (en) 2007-12-06
RU2006119273A (en) 2007-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5754697A (en) Selective document image data compression technique
Lin et al. Fast, automatic and fine-grained tampered JPEG image detection via DCT coefficient analysis
US5905819A (en) Method and apparatus for hiding one image or pattern within another
JP2968582B2 (en) Method and apparatus for processing digital data
US5870499A (en) Method and apparatus for data hiding in images
US8369568B2 (en) Methods and systems for digital image security
US7619623B2 (en) Perfect multidimensional spatial hashing
US8009316B2 (en) Methods and apparatus for efficient sheetside bitmap processing using meta-data information
US20050134734A1 (en) Noise reduction in color digital images using pyramid decomposition
JP2003209678A (en) Information processing unit and its control method
CN110430336B (en) Method, apparatus and storage medium for image hiding and restoring
WO2023138303A1 (en) Dwt-based digital watermarking method and system, electronic device, and storage medium
RU2329522C2 (en) Adaptive embedding of water marks through several channels
RU2331085C2 (en) Two-component integration of messages into image
Zhang et al. Adaptive reversible image watermarking algorithm based on IWT and level set
US6577320B1 (en) Method and apparatus for processing multiple types of pixel component representations including processes of premultiplication, postmultiplication, and colorkeying/chromakeying
US20020171853A1 (en) Method and system for data hiding and authentication via halftoning and coordinate projection
EP1634238B1 (en) Watermarking
Zamani et al. Knots of substitution techniques of audio steganography
Tsai et al. A novel data hiding scheme for color images using a BSP tree
He et al. High-fidelity data embedding for image annotation
Hilal Digital Watermarking Under DCT Domain According to Image Types.
Najafi A neural network approach to digital data hiding based on the perceptual masking model of the human vision system
PRAKASH for the award of the degree of
Sun et al. Reversible Watermarking Based on Wavelet Packet Transform and Deep Learning-Diamond Predictor

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190602