Способ поиска изображений формата jpeg, содержащих цифровой водяной знак
Владельцы патента RU 2301447:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) (RU)
Изобретение относится к области стеганографии, а именно к способам обнаружения дополнительной информации в графических изображениях формата JPEG, имеющей различные степени значимости в виде цифрового водяного знака (ЦВЗ). Заявленное изобретение позволяет определять размер ЦВЗ и координаты модифицированных коэффициентов ДКП файла формата JPEG с требуемой вероятностью ошибки. По периметру каждого блока изображения определяют коэффициенты корреляции с соседними блоками для всех блоков изображения. Анализируемый блок после принудительной модификации - увеличения методом полного перебора на единицу одного или нескольких абсолютных величин коэффициентов ДКП (не равных 0 и 1) - и обратного ДКП восстанавливают в пространственной области. По периметру восстановленного блока считают величины коэффициентов корреляции с соседними блоками. Находят минимум расстояния - минимум среднеквадратичного отклонения между величинами коэффициентов корреляции восстановленного блока изображения. Восстановленный фрагмент из соответствующего набора коэффициентов ДКП является наиболее коррелированным с соседними фрагментами, а его восстановленные коэффициенты ДКП характеризуют ЦВЗ. 3 ил.
Изобретение относится к области стеганографии, а именно к способам обнаружения элементов дополнительной информации в частотной области графических изображений формата JPEG, представленной в виде цифрового водяного знака (ЦВЗ).
Целью изобретения является анализ изображений формата JPEG для определения числа и координат модифицированных процедурой встраивания ЦВЗ, встроенного в коэффициенты дискретного косинусного преобразования (ДКП) двух или более блоков пикселей изображения с требуемой вероятностью ошибки.
Поставленная цель достигается за счет определения степени коррелированности анализируемого блока пикселей изображения с соседними четырьмя блоками по его периметру, как поясняется на фиг.1. Для этого введены этап формирования массива анализируемых блоков 8×8 пикселей, этап формирования массива значений коэффициентов корреляции между блоками пикселей, этап выбора анализируемого блока пикселей, этап выбора коэффициентов ДКП анализируемого блока пикселей для принудительной модификации, этап принудительной модификации коэффициента ДКП анализируемого блока пикселей, этап вычисления обратного ДКП, этап расчета значений коэффициентов корреляции между анализируемым и соседними блоками пикселей и сравнения с исходными значениями, этап определения среднеквадратического отклонения (СКО) для значений коэффициентов корреляции, полученных после принудительной модификации коэффициентов ДКП анализируемого блока пикселей, этап сравнения величины расстояния - СКО с предыдущим значением и сохранением минимального значения, этап проверки числа принудительных модификаций коэффициентов ДКП в анализируемом блоке пикселей, этап проверки числа анализируемых блоков пикселей, этап формирования массива выявленных модификаций коэффициентов ДКП изображения по критерию минимума расстояния между коэффициентами корреляции с соседними блоками.
Введение перечисленных этапов и связей между ними позволяет анализировать характер модификаций изображения JPEG в частотной области, а именно число и координаты модифицированных коэффициентов ДКП при встраивании ЦВЗ. Решение о модификациях, осуществленных процедурой встраивания ЦВЗ, принимается на основе определения минимального расстояния - минимума СКО от максимально возможного значения степени коррелированности между векторами пикселей анализируемого блока после принудительной модификации методом полного перебора одного или нескольких его коэффициентов ДКП.
Заявленный способ поясняется чертежами, на которых на фиг.2 представлена общая схема реализации способа; на фиг.3 - график зависимости вероятности ошибки определения числа и координат модифицированных коэффициентов ДКП от размера встроенного ЦВЗ.
Заявленный способ, схема которого представлена на фиг.2, состоит из этапа формирования массива анализируемых блоков 8×8 пикселей и этапа формирования массива значений коэффициентов корреляции между блоками пикселей, соединенных с этапом выбора анализируемого блока пикселей, который соединен с этапом выбора коэффициентов ДКП анализируемого блока пикселей для принудительной модификации, соединенного с этапом принудительной модификации коэффициента ДКП анализируемого блока пикселей, соединенного с этапом вычисления обратного ДКП, который соединен с этапом расчета значений коэффициентов корреляции между анализируемым и соседними блоками пикселей и сравнения с исходными значениями, соединенного с этапом определения СКО для значений коэффициентов корреляции, полученных после принудительной модификации коэффициентов ДКП анализируемого блока пикселей, который соединен с этапом сравнения величины расстояния - СКО с предыдущим значением и сохранением минимального значения, соединенного с этапом проверки числа принудительных модификаций коэффициентов ДКП в анализируемом блоке пикселей и соединенного обратной связью с этапом принудительной модификации коэффициента ДКП анализируемого блока пикселей, который соединен с этапом проверки числа анализируемых блоков пикселей и соединенного обратной связью с этапом выбора анализируемого блока пикселей, соединенного с этапом формирования массива выявленных модификаций коэффициентов ДКП изображения по критерию минимума расстояния между коэффициентами корреляции с соседними блоками.
Способ осуществляют следующим образом. Сначала формируют массив анализируемых блоков изображения, в который заносятся только те блоки пикселей, которые содержат в своем спектре 2 и более коэффициента ДКП, не равных 0 и 1, и массив значений коэффициентов корреляции между блоками изображения, вычисляемых согласно [1]
где V1 и V2 - граничные вектора пикселей (Фиг.1). Для каждого блока по его периметру определяют по четыре значения коэффициента корреляции.
Далее анализируемый блок, после принудительной модификации, заключающейся в увеличении на единицу абсолютной величины одного из коэффициентов ДКП переменного тока (не равного 0 и 1), количество которых определяют согласно
где mAC=0,1 - число коэффициентов ДКП переменного тока в блоке, равных 0 и 1, восстанавливают путем обратного ДКП в пространственной области. Для восстановленного блока изображения по его периметру считают величины коэффициентов корреляции с соседними блоками. Количество итераций принудительных модификаций коэффициентов ДКП и восстановления блока зависит от числа коэффициентов в нем и определяется согласно
где М - число одновременных принудительных модификаций коэффициентов.
Затем находят минимальное значение расстояния - минимум СКО между величинами коэффициентов корреляции восстановленного блока изображения и максимальным значением коэффициента корреляции с соседними блоками, непригодными для встраивания ЦВЗ и не включенных в массив анализируемых блоков. Минимум СКО определяется по формуле [2]:
где j - номер итерации для восстанавливаемого блока (k,l) с набором исходных и принудительно модифицированных коэффициентов ДКП, приводящих к большей коррелированности с соседними блоками.
Полученный набор принудительно модифицированных коэффициентов характеризует число бит ЦВЗ, приведших к искажениям коэффициентов ДКП исходного изображения, а их местоположение в каждом анализируемом блоке совпадает с соответствующими коэффициентами ДКП, младшие биты которых представляют собой ЦВЗ.
Выходные данные заносятся в массив выявленных модификаций коэффициентов ДКП изображения, соответствующий модификациям при встраивании ЦВЗ.
Таким образом, применение перебора определенных комбинаций коэффициентов ДКП позволяет с определенной вероятностью выявить такую их последовательность, на основе которой восстановленный фрагмент изображения будет наиболее коррелированным по отношению к соседним, что позволяет судить о наличии ЦВЗ в конкретном наборе коэффициентов принятого файла.
Благодаря этому получен технический результат, а именно возникла возможность определения размера ЦВЗ и местоположения модифицированных коэффициентов ДКП с вероятностями ошибки, приведенными на графике фиг.3. Из графика видно, что при относительном размере ЦВЗ (отношении числа бит ЦВЗ, приведших к модификациям коэффициентов ДКП, к числу всех коэффициентов ДКП) от 15 до 70% вероятность ошибки не превышает 10-1.
Источники информации
1. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. Изд. 4-е, доп. Учеб. Пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1972.
2. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. В трех книгах. Книга третья. - М.: «Советское радио», 1975.
Способ поиска изображений формата JPEG, содержащих цифровой водяной знак (ЦВЗ), встроенный в коэффициенты дискретного косинусного преобразования (ДКП) двух или более блоков пикселей изображения, для определения числа и координат, модифицированных процедурой встраивания ЦВЗ коэффициентов ДКП, с требуемой вероятностью ошибки, заключающийся в том, что формируют массив анализируемых блоков пикселей, формируют массив значений коэффициентов корреляции между блоками пикселей, для каждого анализируемого блока пикселей выбирают коэффициенты ДКП анализируемого блока пикселей для принудительной модификации, осуществляют принудительную модификацию коэффициента ДКП, для каждой модификации коэффициентов ДКП вычисляют обратный ДКП, вычисляют значения коэффициентов корреляции между анализируемым и соседними блоками пикселей и сравнивают их с исходными значениями, определяют расстояние - среднеквадратичное отклонение (СКО) между значениями коэффициентов корреляции, полученных после принудительной модификации коэффициентов ДКП, формируют массив выявленных модификаций коэффициентов ДКП изображения по критерию минимума расстояния между коэффициентами корреляции с соседними блоками.
