3. Методы внедрения водяных знаков в изображения

Существуют две группы водяных знаков, внедряемых в изображение – это видимые и невидимые. Видимые водяные знаки представляют собой определенное искажение изображения с целью информировать пользователя об авторе или владельце изображения. Невидимые водяные знаки служат для тех же целей, но они не видны невооружённым глазом.

В данном проекте рассматриваются два алгоритма внедрения видимых ЦВЗ (микширование и нанесение текста), и два алгоритма внедрения невидимых ЦВЗ (LSB и Patchwork).

1. Метод микширования

Метод микширования предполагает нанесение одного изображения на другое в определенном соотношении. Этот алгоритм наиболее близок к классическим водяным знакам, так как представляет собой наложение двух изображений, одно из которых свидетельствует о подлинности изображения. В качестве изображения может быть, например, логотип фирмы или сайта – владельца изображения.

Алгоритм метода микширования заключается в следующем. Первоначально рассчитывается местоположение водяного знака на контейнере. После этого происходит расчёт коэффициентов сжатия ЦВЗ по отношению к контейнеру, и после этого попиксельно наносится водяной знак.

Водяной знак, нанесенный методом микширования, всегда виден невооружённым глазом и не может быть удален с изображения, если в наличии нет файла с ЦВЗ.

Пример ЦВЗ, нанесенного методом микширования, приведен на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2. Водяной знак (логотип сайта) в правом нижнем углу фотографии

При внедрении ЦВЗ используется следующее соотношение:

где – результирующее значение пиксела,– первоначальное значение пиксела исходного изображения,– значение соответствующего пиксела ЦВЗ,T – коэффициент прозрачности.

Допустим, что имеется изображение с внедренным водяным знаком. Тогда для получения исходного изображения необходимо решить систему из 4 уравнений:

,

что возможно, только имея в наличии файл с изображением ЦВЗ, что может сделать только автор изображения.

2. Метод нанесения текста

Данный метод относится к наиболее часто встречающимся. В заданной точке на поверхность изображения наносится текст различной степени прозрачности, с различными атрибутами. Большинство изображений, распространяемых через интернет, имеют такой водяной знак, зачастую это адрес сайта или имя автора. На рисунке 1.3 приведены примеры использования таких ЦВЗ.

(а)

(б)

(в)

Рисунок 1.3. Водяной знак, внедренный методом нанесения текста. (а) – имя автора и название рисунка; (б,в) – адрес сайта-владельца фотографии.

Невозможность удаления данного ЦВЗ подтверждается теми же выкладками, что и для метода микширования.

Водяные знаки, нанесенные этими методами, являются надежными: удалить их можно, только уничтожив само изображение.

3. Метод lsb

Большинство существующих стеганографических систем использует для сокрытия информации метод замены наименее значащих битов в байтах или словах мультимедийных контейнеров (так называемый LSB-метод, от LSB – Least Significant Bit). Данный метод основан на том факте, что при оцифровке изображения или звука всегда присутствует погрешность дискретизации, равная наименьшему значащему разряду числа, определяющему величину цветовой составляющей элемента изображения или амплитуды звукового сигнала. Поэтому замена наименее значащих битов скрытым сообщением в большинстве случаев не вызывает значительной трансформации сигнала и не обнаруживается визуально или аудиально.

Рассмотрим использование данного метода на примере 24-битного растрового RGB-изображения. Один пиксел изображения в этом формате кодируется тремя байтами, каждый из которых отвечает за интенсивность одного из трех составляющих цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Интенсивность каждой составляющей лежит в пределах от 0 до 255, то есть каждая составляющая имеет 256 оттенков. Младшие разряды в меньшей степени влияют на итоговое изображение, чем старшие. Из этого можно сделать вывод, что замена одного или двух младших, наименее значащих битов на другие произвольные биты настолько незначительно исказит оттенок пиксела, что зритель просто не заметит изменения. Максимальное количество возможных цветов для этого формата составляет более 16 миллионов. Однако следует иметь в виду, что глаз человека способен различать только около 4 тысяч цветов. Для кодирования этого количества цветов достаточно всего четырех битов. Как показывает практика, замена одного или двух младших битов не воспринимается человеческим глазом. В случае необходимости можно занять и три разряда, что весьма незначительно скажется на качестве изображения.

Занимая два бита из восьми на каждый канал, мы будем иметь возможность спрятать три байта полезной информации на каждые четыре пиксела изображения, что соответствует 25% объема картинки. Таким образом, имея файл изображения размером 200 Кбайт, мы можем скрыть в нем до 50 Кбайт произвольных данных так, что невооруженному глазу эти изменения не будут заметны.

В качестве водяного знака метод LSB используется следующим образом. Владелец файла внедряет водяной знак путем записи в него информации из определенного файла. Если возникла необходимость подтвердить авторство, владелец извлекает информацию из контейнера и доказывает тождество извлеченного и предъявленного файлов, что однозначно говорит об авторстве.

Данный ЦВЗ является хрупким: даже преобразование в сжатый формат уничтожает его полностью.