Розробка стеганографічного методу вбудови бінарного цифрового водяного знаку в зображення на основі дискретного косинусного перетворення

Abstract

В даній роботі запропоновано стеганографічний метод вбудови бінарного цифрового водяного знаку (ЦВЗ) в середньочастотні коефіцієнти дискретного косинусного перетворення (ДКП) цифрового зображення. Для вбудовування ЦВЗ використовується один з середньочастотних коефіцієнтів двох колірних складових кольорового зображення: одна колірна складова застосовується для вбудови секретного коефіцієнту, який слугує віддзеркаленням змін в зображенні і сприяє підвищенню якості вилученого цифрового водяного знаку після накладення шумів на стеганоповідомлення. Друга колірна складова контейнеру використовується для вбудовування самого ЦВЗ. Запропонований метод передбачає автоматичний вибір колірних складових контейнера для вбудовування ЦВЗ та його попередню обробку для збільшення відстані між його елементами. Стаття містить основні кроки вбудовування і вилучення водяного знаку, а також результати обчислювальних експериментів, спрямованих на оцінку ефективності стеганографічного методу, та порівняння результатів з сучасними аналогами. Ефективність стеганографічного методу оцінюється показником візуальної якості теганоповідомлень PSNR та різними показниками вилучення повідомлення. Стійкість до атак оцінюється показниками вилучення інформації з модифікованого стеганоповідомлення. В роботі проводиться аналіз розробленого методу при вбудові ЦВЗ в коефіцієнт (5,5) дискретного косинусного перетворення кожного блоку 8×8 цифрового зображення та деякого секретного коефіцієнта, що дорівнює 20. Результати проведених обчислювальних експериментів показали високу візуальну якість отриманих стеганоповідомлень (PSNR становить 50-58 дБ) та стійкість даного методу до шумів, а саме: мультиплікативного, пуасонівського, гаусового та «сіль і перець». У випадку з пуасонівським шумом, цифровий водяний знак видобувається майже без втрат, показники якості вилучення ЦВЗ не були нижчі за 0.97.

This paper describes a steganographic method of embedding a binary digital watermark into the mid-frequency coefficients of discrete cosine transform of a digital image. One of the mid-frequency coefficients of the two color components of a color image is used to embed the digital watermark: one color component is used to embed a secret coefficient which reflects changes in the image and helps to improve the quality of the extracted digital watermark after applying noise to the stego. The second color component of the container is used for embedding of the digital watermark. The proposed method involves the automatic selection of color components of the container for embedding the digital watermark and its pre-processing to increase the distance between its elements. The article contains the main steps of embedding and extracting of a digital watermark, as well as the results of computational experiments aimed at evaluating the efficiency of the steganographic method, and comparing the results with modern analogues. The efficiency of the steganographic method is evaluated by the indicator of visual quality PSNR of stego and various indicators of message extraction. Resistance to attacks is evaluated by indicators of extraction of information from the modified stego. The paper analyzes the developed method when embedding some secret coefficient equal to 20 and the digital watermark into the coefficient (5.5) of the discrete cosine transform of each 8×8 block of digital image is carried out. The results of computational experiments showed the high visual quality of the received stegan messages (PSNR is 50-58 dB) and the resistance of this method to noise, namely: multiplicative, Poisson, Gaussian and "salt and pepper". In the case of Poisson noise, the digital watermark is extracted almost without loss, the quality of extraction of the digital watermark was not lower than 0.97.