Разработка стеганографического метода погружения дополнительной информации в пространственную область цветных изображений

Abstract

В работе разработан новый стеганографический метод погружения дополнительной информации в пространственную область цветных цифровых изображений, основанный на учете разности между значениями яркости цветового триплета (методе PVD). В ходе разработки метода обоснован выбор таблицы диапазонов квантования, являющейся составной частью классического метода PVD, предложена модификация таблицы диапазонов квантования, используемая в разработанном методе SCMPVD (Selected Color Matrix Pixel Value Differencing). Проведено усовершенствование классической схемы погружения дополнительной информации PVD-методом, связанной с переполнением модифицированных значений яркости за пределы диапазона [0, 255], что ранее приводило к ошибкам при извлечении дополнительной информации. На основе предложенных усовершенствований в классический метод PVD разработан новый стеганографический метод, осуществляющий погружение в цветовой триплет. Для минимизации заметных искажений цветов предлагается проводить встраивание дополнительной информации в те цветовые составляющие триплета, между которыми имеем минимальное значение разности, таким образом при погружении дополнительной информации в разные пиксели могут использоваться разные цветовые составляющие. С целью корректного извлечения встроенного сообщения предусмотрена проверка, направленная на обеспечение некоторого «зазора» между модифицируемыми значениями яркости и неиспользуемым в процессе стеганопреобразования значением яркости, что позволит сохранить минимальную разность в триплете стеганосообщения. Разработанный метод обеспечивает правильное восстановление встроенной информации после ее извлечения из стеганосообщения. Стеганографический метод SCMPVD обеспечивает значения PSNR более 46,5 дБ, что значительно превышает современные аналоги при сопоставимых объемах встроенной дополнительной информации, при этом целостность восприятия стеганосообщения улучшена максимально на 13,8%.

В роботі розроблено новий стеганографічний метод вбудови додаткової інформації в просторову область кольорових цифрових зображень, заснований на врахуванні різниці між значеннями яскравості колірного триплету (методі PVD). В ході розробки методу обґрунтований вибір таблиці діапазонів квантування, яка є складовою частиною класичного методу PVD, що використовується в розробленому методі SCMPVD (Selected Color Matrix Pixel Value Differencing). Проведено удосконалення класичної схеми вбудови додаткової інформації PVD-методом, пов’язане з переповненням модифікованих значень яскравості за межі діапазону [0, 255], що раніше призводило до помилок в процесі вилучення додаткової інформації. На основі запропонованих удосконалень до класичного методу PVD розроблений новий стеганографічний метод, що здійснює вбудову в колірний триплет. З метою мінімізації помітних спотворень кольорів пропонується проводити вбудову додаткової інформації в ті колірні складові триплету, між якими маємо мінімальне значення різниці, таким чином в процесі вбудови додаткової інформації в різні пікселі можуть використовуватися різні колірні складові. Для коректного вилучення вбудованого повідомлення передбачена перевірка, направлена на забезпечення деякого «зазору» між модифікованими значеннями яскравості та значенням яскравості, яке не використовується в процесі стеганоперетворення, що дозволяє зберегти мінімальну різницю в триплеті стеганоповідомлення. Розроблений метод забезпечує правильне відновлення вбудованої інформації після її вилучення з стеганоповідомлення. Стеганографічний метод SCMPVD забезпечує значення PSNR більше 46,5 дБ, що значно перевищує сучасні аналоги при порівняних об’ємах вбудованої додаткової інформації, при цьому цілісність сприйняття стеганоповідомлення підвищено максимально на 13,8%.

A new steganographic method of embedding of additional information into the spatial domain of color digital images based on taking into account the difference between the brightness values of the color triplet (PVD method) is developed. During the development of the method the selection of the quantization range table which is an integral part of the classical PVD method is justified, a modification of the quantization range table used in the developed method SCMPVD (Selected Color Matrix Pixel Value Differencing) is proposed. An improvement in the classical scheme of embedding of additional information by the PVD method was proposed related to the overflow of the modified brightness values outside the range [0, 255] which previously led to errors in the extraction of additional information. On the basis of the proposed improvements to the classical PVD method a new steganography method is developed that embeds additional information into a color triplet. To minimize noticeable color distortions, it is suggested to insert additional information into those color components of the triplet between which we have the minimum value of the difference, thus, when embedding of additional information into different pixels different color components can be used. For correctly extracting of the embedded message the check, which reckon for a "gap" between the modified values of brightness and unused during steganographic transformation brightness value is provided that will save the minimum difference in the triplet stego. The developed method ensures correct restoration of the built-in information after its extraction from the stego. The steganographic method SCMPVD provides PSNR of more than 46.5 dB which is significantly higher than modern analogs with comparable amounts of embedded additional information, at the same time the integrity of perception of a stego is improved by as much as possible for 13,8%.