Модифікація стеганографічного методу вбудови цифрового водяного знаку в зображення на основі вейвлет-перетворення

Abstract

В роботі запропоновано модифікацію стеганографічного методу вбудови цифрового водяного знаку в область вейвлет-перетворення цифрового зображення. Запропонований метод здійснює вбудову водяного знаку в високочастотні деталізуючі коефіцієнти трирівневого вейвлет-перетворення з використанням вейвлету Добеші-43, що забезпечує високу якість отриманого стеганоповідомлення, яке зберігається в форматі з втратами, що обумовлено широким розповсюдженням таких зображень у зв’язку з їх малим розміром. До цифрового водяного знаку застосовується дискретне косинусне перетворення, завдяки чому підвищується ефективність виявлення наявності водяного знаку у стеганоповідомленні. В роботі проводиться аналіз ефективності детектування цифрового водяного знаку в залежності від порогових значень, які визначають вибір деталізуючих коефіцієнтів, використовуваних для вбудови, в результаті якого встановлено, що підвищення порогів без застосування до водяного знаку дискретного косинусного перетворення призводить до значного погіршення точності детектування. І навпаки, запропонований метод з пороговими значеннями Т1=80 і Т2=90 вибору деталізуючих коефіцієнтів у поєднанні з дискретним косинусним перетворенням матриці водяного знаку дозволив підвищити відсоток правильно детектованих стеганоповідомлень. Результати проведених обчислювальних експериментів показали стійкість вкладення водяного знаку до атак стиском (навіть при якості зображення QF=5), накладання шуму, підвищення різкості, зсуву, для яких точність детектування становить в середньому 97%. Також метод є стійким до масштабування за умови QF>50. В роботі проводиться порівняння стійкості оригінального методу вбудови цифрового водяного знаку і різних варіацій запропонованої модифікації стеганографічного методу до комплексних атак (стиску у поєднанні з іншими видами обробки цифрових зображень).

В работе предложена модификация стеганографического метода встраивания цифрового водяного знака в область вейвлет-преобразования цифрового изображения. Предложенный метод осуществляет встраивание водяного знака в высокочастотные детализирующие коэффициенты трехуровневого вейвлет- преобразования с использованием вейвлета Добеши-43, который обеспечивает высокое качество полученного стеганосообщения, сохраняемого в формате с потерями, что обусловлено широким распространением таких изображений в связи с их малым размером. К цифровому водяному знаку применяется Дискретное косинусное преобразование, благодаря чему повышается эффективность выявления наличия водяного знака в стеганосообщении. В работе проводится анализ эффективности детектирования цифрового водяного знака в зависимости от пороговых значений, определяющих выбор детализирующих коэффициентов, используемых для погружения, в результате которого установлено, что повышение порогов без применения к водяному знаку Дискретного косинусного преобразования приводит к значительному ухудшению точности детектирования. И наоборот, предложенный метод с пороговыми значениями Т1=80 и Т2=90 выбора детализирующих коэффициентов в соединении с Дискретным косинусным преобразованием матрицы водяного знака позволил повысить процент правильно выявленных стеганосообщений. Результаты проведенных экспериментов показали стойкость вложения цифрового водяного знака к атакам сжатия (даже при качестве изображения QF=5), наложению шума, повышения резкости, сдвига, для которых точность детектирования составляет в среднем 97%. Также метод является стойким к масштабированию при условии QF>50. В работе проводится сравнение стойкости оригинального метода встраивания цифрового водяного знака и разных вариаций предложенной модификации стеганографического метода к комплексным атакам (сжатию в соединении с другими видами обработки цифровых изображений).

The paper proposes a modification of the steganographic method of embedding a digital watermark into Wavelet transform domain of a digital image. The proposed method embeds a watermark in the high-frequency detail coefficients of a three-level Wavelet transform using the Dobeshi-43 wavelet, which ensures the high quality of the resulting stego. Stego is a result of embedding of digital watermark into container and is saved in a losses format that is caused by wide dissemination of such images due to their small size. Discrete cosine transform is applied to a digital watermark, thereby increasing the efficiency of detecting the presence of a watermark in a stego. In work the analysis of efficiency of detecting of the digital watermark depending on the threshold values defining the choice of the detailing coefficients used for embedding is carried out. A result of this analysis is establishment the fact that increase in thresholds without application of Discrete cosine transformation to the watermark leads to considerable deterioration in accuracy of detecting. Conversely, the proposed method with the threshold values Т1=80 and Т2=90 of the choice of detailing coefficients in conjunction with the Discrete Cosine Transformation of the watermark matrix increased the percentage of correctly identified stegos. The results of the experiments showed the resistance of embedding a digital watermark to compression attacks (even with image quality QF=5), imposing noise, sharpening, shifting, for which the detection accuracy averages 97%. Also, the method is resistant to scaling provided QF>50. This paper compares the resistance of the original method of embedding a digital watermark and different variations of the proposed modification of the steganographic method to complex attacks (compression in combination with other types of digital image processing).