RU2765871C1 - Способ формирования и внедрения цифрового водяного знака в цифровое изображение - Google Patents
Способ формирования и внедрения цифрового водяного знака в цифровое изображение Download PDFInfo
- Publication number
- RU2765871C1 RU2765871C1 RU2020138570A RU2020138570A RU2765871C1 RU 2765871 C1 RU2765871 C1 RU 2765871C1 RU 2020138570 A RU2020138570 A RU 2020138570A RU 2020138570 A RU2020138570 A RU 2020138570A RU 2765871 C1 RU2765871 C1 RU 2765871C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- digital
- digital watermark
- pixels
- digital image
- block
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F18/00—Pattern recognition
- G06F18/20—Analysing
- G06F18/21—Design or setup of recognition systems or techniques; Extraction of features in feature space; Blind source separation
- G06F18/213—Feature extraction, e.g. by transforming the feature space; Summarisation; Mappings, e.g. subspace methods
- G06F18/2137—Feature extraction, e.g. by transforming the feature space; Summarisation; Mappings, e.g. subspace methods based on criteria of topology preservation, e.g. multidimensional scaling or self-organising maps
- G06F18/21375—Feature extraction, e.g. by transforming the feature space; Summarisation; Mappings, e.g. subspace methods based on criteria of topology preservation, e.g. multidimensional scaling or self-organising maps involving differential geometry, e.g. embedding of pattern manifold
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N21/00—Selective content distribution, e.g. interactive television or video on demand [VOD]
- H04N21/20—Servers specifically adapted for the distribution of content, e.g. VOD servers; Operations thereof
- H04N21/23—Processing of content or additional data; Elementary server operations; Server middleware
- H04N21/238—Interfacing the downstream path of the transmission network, e.g. adapting the transmission rate of a video stream to network bandwidth; Processing of multiplex streams
- H04N21/2389—Multiplex stream processing, e.g. multiplex stream encrypting
- H04N21/23892—Multiplex stream processing, e.g. multiplex stream encrypting involving embedding information at multiplex stream level, e.g. embedding a watermark at packet level
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N21/00—Selective content distribution, e.g. interactive television or video on demand [VOD]
- H04N21/80—Generation or processing of content or additional data by content creator independently of the distribution process; Content per se
- H04N21/83—Generation or processing of protective or descriptive data associated with content; Content structuring
- H04N21/835—Generation of protective data, e.g. certificates
- H04N21/8358—Generation of protective data, e.g. certificates involving watermark
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Evolutionary Biology (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
- Computer Security & Cryptography (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Editing Of Facsimile Originals (AREA)
- Image Processing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способам защиты информации, а именно - к способам защиты управляющих сигналов с помощью внедрения цифровых водяных знаков. Техническим результатом является сокращение вычислительных затрат на формирование цифрового водяного знака и стегоизображения, являющегося комбинацией защищаемого цифрового изображения и цифрового водяного знака. Предложен способ формирования цифровых водяных знаков. Согласно способу, осуществляют расчет значений адаптивной ширины информативной части знака и кольцевой симметричной формы. При этом при встраивании цифрового водяного знака размером n×n пикселей, имеющего фактор силы а, в цифровое изображение размером m×k пикселей. Причем значения m и k минимум в 10 раз больше значения n, в области цифрового изображения выбирают блок 2n×2n пикселей, внутри которого размещают цифровой водяной знак. После чего каждому пикселю, находящемуся внутри блока, присваивают значение, которое зависит от исходного амплитудного значения коэффициента дискретного преобразования Фурье в точке цифрового изображения, соответствующего пикселя. 2 з.п. ф-лы.
Description
Заявляемое изобретение относится к способам защиты информации, а именно - к способам защиты управляющих сигналов с помощью внедрения цифровых водяных знаков.
Из уровня техники известен способ формирования заверенного цифровым водяным знаком цветного электронного изображения (RU №2541865 С1, 20.02.2013), который заключается в том, что на передающей стороне осуществляют масштабирование цифровых данных изображения к стандартному размеру, применяют дискретное преобразование Фурье (ДПФ) к этим данным и определяют амплитуду ДПФ при одновременном запоминании фазы, осуществляют выделение локальных областей амплитудного спектра так, чтобы позиции их центров совпадали с позициями ненулевых значений ключа К, выбирают максимальные значения амплитудного спектра в каждой локальной области и осуществляют корректировку этих значений при условии сохранения приемлемого качества изображения, скорректированные максимальные значения амплитудного спектра помещают в центр каждой локальной области, замещая исходные значения амплитудного спектра на этих позициях, осуществляя вложение идентификационного ключа в изображение, выполняют операции восстановления симметрии амплитуды и, используя ранее сохраненную фазу, выполняют обратное ДПФ для получения цифровых данных с вложенным водяным знаком. Недостатком этого технического решения является то, что ДПФ и обратное ДПФ, применяемые к цифровому объекту для перехода в частотную область, существенно увеличивают время затраты на вычисления с увеличением размерности самого объекта.
Технической задачей, решаемой с помощью заявляемого изобретения, является совершенствование технологий защиты сигналов, передаваемых между элементами многоагентной системы, с помощью формирования устойчивых к случайным и намеренным искажениям цифровых водяных знаков и их внедрения и тем самым сокрытия как данных, так и факта их передачи - это особенно актуально для проектирования многоагентных робототехнических систем различного назначения.
Технический результат, достигаемый совокупностью признаков заявляемого изобретения, заключается в сокращении времени формирования стегоизображения, являющегося комбинацией защищаемого цифрового изображения и цифрового водяного знака.
Предлагаемый алгоритм встраивания позволяет не только сократить вносимые в цифровые изображения искажения при высокой емкости передаваемых данных, но и обеспечивает устойчивость цифрового водяного знака перед случайными (при передаче цифрового изображения) и намеренными (со стороны злоумышленника) искажениями за счет формы и расположения информативной части цифрового водяного знака.
Передаваемое сообщение представляется в виде битовой последовательности. Исходя из объема сообщения происходит расчет ширины кольца цифрового водяного знака. Чтобы область концентрации информации находилась в средних частотах, значение Rmax зафиксировано, а Rmin подстраивается в зависимости от объема передаваемой информации, но обе границы зависят от размера цифрового водяного знака n. Кольцо с граничными значениями ширины позволяет вместить порядка 150 символов.
Расчет значений ЦВЗ согласно формуле:
где Rmin и Rmax - границы кольцевой области, 
Формирование цифрового водяного знака с информативной составляющей в форме кольца адаптивной ширины сокращает время формирования ЦВЗ, сам знак содержит больше полезной информации, что позволяет повысить устойчивость перед атаками, искажающими контейнер за счет того, что область полезной информации сокращена и более сконцентрирована.
Формируемый ЦВЗ обладает свойством симметрии за счет зеркального отражения значений по диагонали.
Способ внедрения цифровых водяных знаков в цифровые изображения заключается в том, что при встраивании цифрового водяного знака размером n×n пикселей, имеющего фактор силы а, в цифровое изображение размером m×k пикселей, причем значения m и k минимум в 10 раз больше значения n, в области цифрового изображения выбирается блок 2n×2n пикселей, внутри которого размещается цифровой водяной знак, после чего каждому пикселю, находящемуся внутри блока, присваивается значение
где М - исходное амплитудное значение коэффициента дискретного преобразования Фурье в точке цифрового изображения, соответствующего пикселю; W - амплитудное значение коэффициента дискретного преобразования Фурье в точке цифрового водяного знака, соответствующего пикселю, а изображение, пиксели в блоке 2n×2n пикселей которого заменены пикселями М', является цифровым изображением с внедренным цифровым водяным знаком.
Для упрощения реализации способа положение блока 2n×2n пикселей в области цифрового изображения может выбираться случайным образом так, чтобы весь блок находился в границе изображения.
Для упрощения реализации способа положение цифрового водяного знака в области блока пикселей может выбираться случайным образом так, чтобы весь цифровой водяной знак находился внутри блока.
Функционирование заявляемого способа секретной передачи сигнала с применением цифровых водяных знаков заключается в следующем.
Имеются: секретное сообщение длиной l, размеры цифрового водяного знака n×n, цифровое изображение размером m×k, задан фактор силы цифрового водяного знака а.
Необходимо получить стегоизображение размером m×k, являющееся комбинацией защищаемого цифрового изображения и сформированного цифрового водяного знака.
Секретное сообщение преобразуется в битовую последовательность длиной l. На основе длины l и граничного значения Rmax рассчитывается значение Rmin. Формируется цифровой водяной знак размером n×n согласно
где Rmin и Rmax - границы кольцевой области, 
В области цифрового изображения выбирается блок 2n×2n пикселей, внутри которого размещается цифровой водяной знак, после чего каждому пикселю, находящемуся внутри блока, присваивается значение
где М - исходное амплитудное значение коэффициента дискретного преобразования Фурье в точке цифрового изображения, соответствующего пикселю; W - амплитудное значение коэффициента дискретного преобразования Фурье в точке цифрового водяного знака, соответствующего пикселю.
При разработке способа опробованы аддитивный и мультипликативный подходы внедрения цифрового водяного знака. В результате решено остановиться на мультипликативном подходе, поскольку его применение вносило меньшее искажение в защищаемое цифровое изображение при обеспечении достаточно высокой (более 0,999) вероятности правильного обнаружения встроенного цифрового водяного знака.
Поскольку площадь блока встраивания больше площади цифрового водяного знака, границы внесенных искажений будут достаточно размыты и незаметны, а скорость обработки изображения увеличится в разы.
Помимо повышения скорости встраивания это позволит повысить устойчивость к различным искажениям стегоизображения, так как доля информативного блока в общем изображении относительно мала и менее уязвима.
Claims (8)
1. Способ формирования и внедрения цифровых водяных знаков в цифровые изображения, характеризующий тем, что в адаптивной ширине информативной части знака и кольцевой симметричной формы, значения для которых рассчитывают согласно
где Rmin и Rmax - границы кольцевой области, 
при встраивании цифрового водяного знака размером n×n пикселей, имеющего фактор силы а, в цифровое изображение размером m×k пикселей, причем значения m и k минимум в 10 раз больше значения n, в области цифрового изображения выбирают блок 2n×2n пикселей, внутри которого размещают цифровой водяной знак, после чего каждому пикселю, находящемуся внутри блока, присваивают значение
где М - исходное амплитудное значение коэффициента дискретного преобразования Фурье в точке цифрового изображения, соответствующего пикселю; W - амплитудное значение коэффициента дискретного преобразования Фурье в точке цифрового водяного знака, соответствующего пикселю, а изображение, пиксели в блоке 2n×2n пикселей которого заменены пикселями М', является цифровым изображением с внедренным цифровым водяным знаком, положение блока 2n×2n пикселей в области цифрового изображения выбирается случайным образом так, чтобы весь блок находился в границе изображения, положение цифрового водяного знака в области блока пикселей выбирается случайным образом так, чтобы весь цифровой водяной знак находился внутри блока.
2. Способ по п. 1, отличающийся подстраиваемой шириной информативной части цифрового водяного знака, позволяет сократить вычислительные затраты на формирование цифрового водяного знака, а также вносить меньшие искажения в цифровое изображение при встраивании.
3. Способ по п. 1, отличающийся симметричной кольцевой формой информативной части цифрового водяного знака, позволяет повысить устойчивость сокрытой информации к случайным и намеренным атакам, в том числе частичной потере данных цифрового изображения, поворот цифрового изображения, изменение контрастности, яркости, сжатие.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020138570A RU2765871C1 (ru) | 2020-11-25 | 2020-11-25 | Способ формирования и внедрения цифрового водяного знака в цифровое изображение |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020138570A RU2765871C1 (ru) | 2020-11-25 | 2020-11-25 | Способ формирования и внедрения цифрового водяного знака в цифровое изображение |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2765871C1 true RU2765871C1 (ru) | 2022-02-04 |
Family
ID=80214808
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020138570A RU2765871C1 (ru) | 2020-11-25 | 2020-11-25 | Способ формирования и внедрения цифрового водяного знака в цифровое изображение |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2765871C1 (ru) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050036613A1 (en) * | 2003-08-06 | 2005-02-17 | The Boeing Company | Discrete fourier transform (DFT) watermark |
| US20080226125A1 (en) * | 2005-10-26 | 2008-09-18 | Koninklijke Philips Electronics, N.V. | Method of Embedding Data in an Information Signal |
| RU2431192C1 (ru) * | 2010-01-12 | 2011-10-10 | Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." | Способ внедрения скрытого цифрового сообщения в печатаемые документы и извлечения сообщения |
| CN102510491A (zh) * | 2011-09-13 | 2012-06-20 | 海南大学 | 一种基于dwt可抗几何攻击的医学图像多重水印方法 |
| US20140241568A1 (en) * | 2013-02-25 | 2014-08-28 | Hitachi Solutions, Ltd. | Digital watermark embedding method and digital watermark detection method |
| RU2541865C1 (ru) * | 2013-12-04 | 2015-02-20 | Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" | Способ формирования заверенного цифровым водяным знаком цветного электронного изображения |
| RU2688202C1 (ru) * | 2018-07-03 | 2019-05-21 | Закрытое акционерное общество "Перспективный мониторинг" | Способ скрытой маркировки потока данных цифрового телевизионного сигнала |
-
2020
- 2020-11-25 RU RU2020138570A patent/RU2765871C1/ru active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050036613A1 (en) * | 2003-08-06 | 2005-02-17 | The Boeing Company | Discrete fourier transform (DFT) watermark |
| US20080226125A1 (en) * | 2005-10-26 | 2008-09-18 | Koninklijke Philips Electronics, N.V. | Method of Embedding Data in an Information Signal |
| RU2431192C1 (ru) * | 2010-01-12 | 2011-10-10 | Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." | Способ внедрения скрытого цифрового сообщения в печатаемые документы и извлечения сообщения |
| CN102510491A (zh) * | 2011-09-13 | 2012-06-20 | 海南大学 | 一种基于dwt可抗几何攻击的医学图像多重水印方法 |
| US20140241568A1 (en) * | 2013-02-25 | 2014-08-28 | Hitachi Solutions, Ltd. | Digital watermark embedding method and digital watermark detection method |
| RU2541865C1 (ru) * | 2013-12-04 | 2015-02-20 | Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" | Способ формирования заверенного цифровым водяным знаком цветного электронного изображения |
| RU2688202C1 (ru) * | 2018-07-03 | 2019-05-21 | Закрытое акционерное общество "Перспективный мониторинг" | Способ скрытой маркировки потока данных цифрового телевизионного сигнала |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Статья: О.О. Шумская, А.О. Исхакова, "Цифровые водяные знаки с адаптивной шириной информационного кольца в задаче скрытой передачи управляющего сигнала в многоагентной робототехнической системе", опубл. 20.04.2020, Известия Юго-Западного государственного университета на 17 стр. [найдено 24.08.2021], найдено в Интернет по адресу: [https://science.swsu.ru/jour/article/download/778/519], разделы Резюме, Результаты и их обсуждение. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4218920B2 (ja) | 画像処理装置及び画像処理方法並びに記憶媒体 | |
| Swanson et al. | Multiresolution scene-based video watermarking using perceptual models | |
| US6741758B2 (en) | Image processor and image processing method | |
| JP5528399B2 (ja) | 電子透かし埋め込み方法、電子透かし検出方法及び装置並びにプログラム | |
| US6101602A (en) | Digital watermarking by adding random, smooth patterns | |
| US6826290B1 (en) | Image processing apparatus and method and storage medium | |
| JP2001148776A (ja) | 画像処理装置及び方法及び記憶媒体 | |
| JP2001218006A (ja) | 画像処理装置、画像処理方法および記憶媒体 | |
| Deshmukh et al. | A novel approach for edge adaptive steganography on LSB insertion technique | |
| Tiwari et al. | Digital Image Watermarking using fractional Fourier transform with different attacks | |
| RU2765871C1 (ru) | Способ формирования и внедрения цифрового водяного знака в цифровое изображение | |
| Riad et al. | Pre-processing the cover image before embedding improves the watermark detection rate | |
| JP4311698B2 (ja) | 画像処理装置及び画像処理方法並びに記録媒体 | |
| Sharma et al. | Robust technique for steganography on Red component using 3-DWT-DCT transform | |
| JP3884891B2 (ja) | 画像処理装置及び方法及び記憶媒体 | |
| JP3809310B2 (ja) | 画像処理装置及び方法及び記憶媒体 | |
| Thongkor et al. | Digital image watermarking based on regularized filter | |
| Kedmenec et al. | Copyright protection of images on a social network | |
| Mambo et al. | Highly robust image watermarking using complementary modulations | |
| JP3869983B2 (ja) | 画像処理装置及び方法及び記憶媒体 | |
| JP2001119558A (ja) | 画像処理装置及び方法及び記憶媒体 | |
| Zifen et al. | Digital watermarking algorithm based on wlsmb halftoning image | |
| Zaheer et al. | A literature survey on various approaches of data hiding in images | |
| Onoja et al. | Robust Watermarking Techniques for the Authentication and Copyright Protection of Digital Images: A Survey | |
| CN112767227B (zh) | 一种可抗屏幕拍摄的图像水印方法 |