4. Метод Patchwork

Данный метод используется для постановки водяных знаков. Он основан на внесении изменений в два участка изображения: на участке А яркость изображения незначительно увеличивается, а на участке В – уменьшается. Рассмотрим основную идею Patchwork на примере изображения, в котором для простоты примем, что все возможные значения яркости пикселей распределены равномерно в диапазоне от 0 до 255.

Выберем на изображении случайным образом две точки А и В, яркость в которых равна а и b соответственно. Теперь положим, что S = a – b. Среднее значение разницы S (обозначим его M_s) после многократного повторения данной процедуры будет равно 0.

Теперь предположим, что описанная процедура повторяется п раз, полагая, что значения а, b и S на i-й итерации равны a_i, b_i и S_i соответственно. Тогда M_S выразится как

Учитывая приведенные выше рассуждения, общий алгоритм встраивания метки может быть представлен следующим образом:

1. Используя оговоренный заранее секретный ключ как начальное значение для криптостойкого генератора псевдослучайных чисел, сгенерировать координаты пары точек (a_i, b_i).

2. Увеличить яркость изображения в точке a_i на значение δ, обычно выбираемое в диапазоне от 1 до 5 для изображения с 256 уровнями яркости.

3. Уменьшить яркость изображения в точке bi на значение δ.

4. Повторить шаги 1–3 п раз (п выбирается порядка 10 000).

Модифицированное значение M_S* может быть выражено как

Таким образом, с каждым новым шагом приведенного выше алгоритма накапливается отклонение на величину 2δ (Рисунок 1.4).

Рисунок 1.4. Сдвиг распределения M_S после внедрения водяного знака

Наличие подобного отклонения от ожидаемого значения свидетельствует о наличии встроенной в изображение метки. Таким образом, владелец может доказать свои интеллектуальные права на изображение, предъявив секретный ключ, который использовался для встраивания метки в изображения.

Данный водяной знак является полухрупким: при внесении изменений в изображение с большой долей вероятности его можно будет идентифицировать.

4. Обзор существующих программ-аналогов

В данной работе будут рассмотрены две программы для внедрения водяных знаков: TSR Watermark Image 1.9.6.4 и ImageSpyer 1.1. Данные программы являются свободно распространяемыми (freeware) и доступны для скачивания в Интернете. Обе эти программы предназначены для защиты мультимедийной информации (изображений).

1. Tsr Watermark Image 1.9.6.4

Данная программа разработана компанией TSR Soft и предназначена, согласно документации, для изменения размеров и нанесения водяных знаков на изображения для последующего опубликования в интернете. Программное средство использует для внедрения водяных знаков методы микширования и нанесения текста. Поддерживаются форматы JPG, TIF, GIF, PNG, BMP. Существует возможность выбрать определенный набор параметров, задающих расположение, размер, цвет, коэффициент прозрачности водяного знака. Программа поддерживает сохранение текущей конфигурации на диск для загрузки при очередном запуске.

Интерфейс программного средства имеет вид, показанный на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5. Интерфейс ПС TSR Watermark Image 1.9.6.4

Примеры нанесения водяных знаков с помощью данного программного средства приведены на рисунке 1.6.

(а) (б)

(в) (г)

Рисунок 1.6. Примеры внедрения ЦВЗ с помощью ПС TSR Watermark Image 1.9.6.4: (а) – метод нанесения текста; (б) – метод микширования (на изображение (в) нанесен ЦВЗ из изображения (г) с параметрами: размер 90%, коэффициент прозрачности 50%, центрировать)

К достоинствам данного ПС следует отнести надежное функционирование, качественно нанесенные ЦВЗ, поддержку многих языков, бесплатность. Недостатками являются малое количество параметров (особенно для нанесения текста), неочевидный интерфейс без традиционных окон открытия и сохранения файла, отсутствие локальной справки.