5.2. Завдання на лабораторну роботу

I. Вивчення методу Коха-Жао

1. Виберіть BMP-файл і файл, що містить інформацію для вбудовування.

2. Виконайте над файлами перетворення для підготовки повідомлення і зображення до вбудовування.

3. За допомогою процедури вбудовування вбудуйте повідомлення в зображення. Використовуйте параметри, що рекомендуються υ1 = 4, ν1 = 5; υ2 = 5, ν2 = 4; Ρ = 20.

4. Порівняєте отримане зображення з початковим.

5. За допомогою процедури витягання витягніть вбудоване повідомлення.

6. Порівняйте отримане повідомлення з початковим.

II. Статистика

1. Візьміть 2 файли BMP – порожній контейнер C і контейнер CC, що містить інформацію, вбудовану розглянутим методом.

2. Використовуючи функції READ_RED(), READ_GREEN() і READ_BLUE(), створіть двовимірні масиви компонент кольору вибраних файлів BMP.

3. Для кожної компоненти кольору обчисліть показники візуального викривлення файлів для даного методу вбудовування інформації: MD – максимальна різниця, AD – середня абсолютна різниця, NAD – нормована середня абсолютна різниця, NMSE – нормована среднеквадратическая помилка, SNR – відношення «сигнал/шум», IF – якість зображення, NC – нормована взаємна кореляція, CQ – якість кореляції, SC – структурний зміст. Результати обчислень занесіть в таблицю (див. Додаток А).

III. Вивчення параметрів вбудовування і витягання.

1. Вивчіть залежність статистичних показників і показників викривлення від параметра Р.

2. Повторіть процедуру вбудовування кілька разів, використовуючи різні значення порогу чуутливості Р = 5, 25, 50. Прівняйте якість отриманих зображень.

3. Виконайте над отриманими зображеннями перетворення BMP→JPG→BMP.

4. Витягніть вбудоване повідомлення з зображень після перетворення і оцініть вплив величини Р на стійкість стегосистеми.

5.3 Зміст звіту

1. Титульний лист, тема і мета роботи.

2. Виконані розрахунки.

3. Висновки по роботі.

5.4 Контрольні питання

1. Чим відрізняються методи вбудовування у частотну область від методів вбудовування у просторову?

2. Назвіть основні параметри метода Коха-Жао.

3. На що впливає величина порогу чутливості Р?

4. Назвіть умови функціонування розглянутої стеганосистеми.

5. Чи є розглянутий метод вбудовування стійким до викривлень малюнка?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 6

ВБУДОВУВАННЯ ЦИФРОВИХ ВОДЯНИХ ЗНАКІВ В ЗОБРАЖЕННЯ (СТАТИСТИЧНИЙ МЕТОД)

Мета роботи: ознайомитися з статистичним методом вбудовування цифрових водяних знаків в зображення.

Програмне забезпечення, що використовується: пакет математичних обчислень MathCad.

6.1 Теоретичні відомості

Проблема захисту прав власності на інформацію, яка представлена в цифровому вигляді, викликала численні дослідження у сфері цифрових водяних знаків (ЦВЗ) — спеціальних міток, вбудованих в зображення (або інші цифрові дані) з тим, щоб мати нагоду контролювати його використовування.

Для наочної демонстрації використовування ЦВЗ можна використовувати 2 файла BMP – перший є контейнер –8 бітовий рисунок розміром X*Y, в який вбудовується ЦВЗ (рис.1), а другий є ЦВЗ – псевдовипадковий двійковий шаблон такого ж розміру, як і контейнер, в якому кількість «одиниць» відповідає кількості «нулів» (рис.2).

Для вбудовування ЦВЗ в контейнер виконуються таки дії:

- контейнер і ЦВЗ представляються як матриці C={c_x,y} і W={w_x,y}, елементами яких є значення біт кожної точки рисунка (значення біт передають яскравість кожної точки рисунка);

- матриця С розділяється на дві підматриці А і Z, які мають рівну потужність Р = X * Y / 2:

А = {c_x,y є C, w_x,y=1} (див. рис. 3)

Z = {c_x,y є C, w_x,y=0} (див. рис. 4).

Вбудовування ЦВЗ виконується шляхом зміни всіх елементів підматриці А на величину цілого коефіцієнта k > 0, який достатньо малий, і тому вбудовані дані практично непомітні візуально:

V = {c_x,y + k, c_x,y є А}.

Таким чином, змінюються тільки елементи підматриці А, і підматриця А змінюється на підматрицю V.

Коефіцієнт k залежить від оцінки дисперсії V і Z, а також міри достовірності (1-α), з якою на стадії детектування можна зробити припущення про відсутність або наявність вбудованого в контейнер ЦВЗ:

Зображення S з вбудованим ЦВЗ одержуємо шляхом об'єднання двох підматриц :

S = V + Z (див. рис. 5).

Візуально рисунки 2 і 5 практично не відрізняються. На практиці для визначення наявності або відсутності із заданою вірогідністю в контейнері ЦВЗ використовують статистичні розрахунки.

Витягання ЦВЗ з контейнера здійснюється в зворотному порядку. При цьому можливі спотворення витягнутого ЦВЗ в порівнянні з оригіналом. Спотворення ЦВЗ відбуваються за рахунок виходу за діапазон значень градацій кольору при вбудовуванні. Для ухвалення або неприйняття ЦВЗ вводиться допустима вірогідність відхилення витягнутого ЦВЗ і оригіналу.

Рисунок 1. Контейнер.

Рисунок 2. Монохромний цифровий водяний знак.

Рисунок 3. Виделення точок рисунка-контейнера С, що відповідають підматриці А.

Рисунок 4. Виделення точок рисунка-контейнера С, що відповідають підматриці Z.

Рисунок 5. Контейнер з ЦВЗ.