Классификация методов нанесения цифровых водяных знаков Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2015. Том 1

УДК 004.932

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ НАНЕСЕНИЯ ЦИФРОВЫХ ВОДЯНЫХ ЗНАКОВ

Е. И. Орешкина Научный руководитель - М. Н. Фаворская

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: ms.oreshkina@inbox.ru

Рассмотрены различные методы нанесения цифровых водяных знаков для защиты авторских прав. Представлена расширенная классификация методов. Проведен подробный анализ методов по степени восприятия, обратимости, по способу и области встраивания.

Ключевые слова: цифровой водяной знак, сокрытие информации, маркирование.

CLASSIFICATION OF EMBEDDING DIGITAL WATERMARKING METHODS

E. I. Oreshkina Scientific supervisor - M. N. Favorskaya

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: ms.oreshkina@inbox.ru

In the paper were reviewed difficult methods of embedding digital watermark for copyright protection. Was introduced extended classification of methods. Were analyzed watermarking methods of the degree of reversibility, perception, on the way and domain of embedding the mark.

Keywords: digital watermarking, hiding information, marking.

В связи с активным использованием сети Интернет и расширением возможностей передачи, копирования и распространения различной мультимедийной информации усилилась необходимость защиты авторских прав. Одной из таких технологий является технология нанесения на аудио- и/или видео-сообщение цифровых водяных знаков (ЦВЗ). Впервые термин «Digital watermarking» был введен в работе [1], и получил свое название от способа защиты от подделки ценных бумаг. Технология цифрового маркирования быстро развивается. В настоящее время разработаны различные методы нанесения ЦВЗ, классификация которых представлена на рисунке.

Классификация методов цифрового маркирования

Секция «Программные средства и информационные технологии»

Встраиваемый знак может быть как видимый глазу, так и не видимый. Второй вариант распространен намного шире и делится на хрупкие, стойкие (робастные) и полухрупкие ЦВЗ. В случае хрупкой системы ЦВЗ, водяной знак разрушается после любых незначительных изменений контейнера. Такие знаки необходимы для аутентификации сигнала (цифровые отпечатки пальцев). В противоположность хрупким ЦВЗ, робастные знаки должны переносить различные виды атак: сжатие, аффинные преобразования (масштабирование, повороты) и другие. Такие знаки используют для определения авторства. Полухрупкий ЦВЗ - это знак, обладающий избирательной стойкостью, т. е. допускающий преобразования контейнера, но разрушающийся от других действий.

Обратимые алгоритмы позволяют извлечь водяной знак, и полностью восстановить контейнер для дальнейшей работы с ним. Применение данных алгоритмов необходимо для медицинских и военных приложений, где любые искажения изображений категорически запрещены. Необратимые алгоритмы при извлечении ЦВЗ вносят некоторые изменения в первоначальный контейнер, поэтому цель разработчика таких алгоритмов заключается в снижении уровня искажений до минимально возможных.

В более сложных обратимых методах можно выделить алгоритмы, основанные на модификациях гистограмм изображения и алгоритмы, основанные на преднамеренной регулировке значения разности между соседними парами пикселов. Достоинствами первой группы алгоритмов являются простота реализации и минимум информации для декодера, недостатком же является ограничение емкости встраивания, зависимое от количества вхождений точек максимума яркости. Вторая группа алгоритмов позволяет встраивать в сообщение большие объемы информации, однако с ростом объемов ЦВЗ ухудшается качество маркированного изображения.

Также различают линейные и, соответственно, нелинейные методы нанесения ЦВЗ, а также методы, использующие фрактальное кодирование, основанное на предположении, что изображение самоподобно [2]. Линейные алгоритмы можно разделить на алгоритмы встраивания (аддитивные), когда в изображение добавляется цифровое сообщение, и алгоритмы слияния (fusion), когда в изображение «вплавляется» другое изображение, например логотип. Рядом авторов было предложено использование корреляционных алгоритмов. Данное решение оправдано, если пользователю необходимо извлечь скрытое сообщение, и основной контейнер можно воспринимать как шум (необратимый метод). Преимуществом алгоритмов слияния перед алгоритмами встраивания является допущение легкого искажения ЦВЗ при извлечении.

Алгоритмы пространственной области внедряют ЦВЗ в исходное изображение. Их преимуществом является то, что нет необходимости выполнять преобразования изображений. ЦВЗ внедряется за счет манипуляций яркостью или цветовыми составляющими. Недостатком таких алгоритмов является слабая устойчивость к различным операциям обработки изображения. Частотные алгоритмы, основанные на преобразованиях изображения, реализуются сложнее, т. к. перед внедрением ЦВЗ необходимо «перераспределить энергию» контейнера, чтобы встроить сообщение в специальные спектральные области. За счет подобной декомпозиции изображения ЦВЗ становится робастным к атакам.

Методы, основанные на моментах изображений, применяются для защиты ЦВЗ от геометрических преобразований контейнера. Однако они имеют узкую направленность, а их основным недостатком является низкий уровень безопасности от других видов атак.

Библиографические ссылки

1. Osborne C., van Schyndel R., Tirkel A. A Digital Watermark // IEEE Intern. Conf. on Image Processing, 1994. P. 86-90.

2. Грибунин В. Г., Оков И. Н., Туринцев В. И. Цифровая стеганография. М. : СОЛОН-Пресс, 2002. 272 с.

© Орешкина Е. И., 2015