Page 1 Применение стеганографических методов для занесения идентифицирующей информации в растровые изображения Исполнитель: студент группы ИВТ-464 Попов Е. Ю. Научный руководитель: к.т.н., доцент кафедры САПР и ПК Садовникова Н. П. Волгоградский государственный технический университет Кафедра «Системы автоматизированного проектирования и поискового конструирования»

Page 2 Актуальность работы Широкое развитие мультимедийных технологий. Проблема защиты прав собственности на информацию, представленную в цифровом виде. Ограничение на использование криптосредств в ряде стран мира. 1

Page 3 Цель работы: минимизация визуальных искажений изображения при занесении в него идентифицирующей информации. Задачи: 1) Анализ методов встраивания данных в растровые изображения 2) Анализ программного обеспечения для встраивания данных в растровые изображения 3) Разработка метода занесения данных в растровые изображения 4) Реализация программного модуля занесения данных в растровые изображения. Реализация программного модуля извлечения данных из растровых изображений 5) Оценка визуальных искажений, вносимых разработанным методом встраивания данных в растровые изображения 1

Page 4 Обзор методов встраивания данных в растровые изображения Метод Область скрытия Максимальное отношение « сигнал/шум » Устойчивость к JPEG сжатию Устойчивость к JPEG2000 сжатию Метод НЗБ и его вариации пространственная д Бнеустойчивы Метод замены палитры пространственная 218 д Бнеустойчив Метод квантования пространственная 227 д Бнеустойчив Метод вариации яркости пространственная 90 дБ устойчив при малом коэффициенте сжатия (100% качество) устойчив при малом коэффициенте сжатия (100% качество) Методы, использующие ДКП частотная 52 – 120 дБ устойчивы при малом коэффициенте сжатия (100% качество) неустойчивы Методы, использующие вейвлет - преобразования частотная д Бнеустойчивы устойчивы при малом коэффициенте сжатия (100% качество) 1

Page 5 Обзор программного обеспечения для встраивания данных в растровые изображения Название Поддерживаемые форматы файлов изображений Цена Используемый метод скрытия Steganos Privacy Suite 11*.bmp69,95$НЗБ S-Tools 4*.bmp, *.gifбесплатноНЗБ ImageSpyer 2009*.bmp, *.tiffбесплатно Собственная реализация НЗБ JSTEG*.jpgбесплатно НЗБ в отличных от нуля квантованных коэффициентах блоков изображения Gifshuffle*.gifбесплатно Метод замены палитры 1

Page 6 Двумерная версия дискретного косинусного преобразования (ДКП) C(x, y) – элементы оригинального изображения размерностью NxN; S(x, y) – элементы восстановленного по коэффициентам ДКП изображения размерностью NxN; x, y – пространственные координаты пикселей изображения; Ω(u, v) – массив коэффициентов ДКП; u, v – координаты в частотной области Прямое ДКП: Обратное ДКП: 1

Page 7 Алгоритм скрытия данных в изображении 1. Представить данные для встраивания в виде последовательности бит. 2. Перевести изображение из цветовой модели RGB в модель YCbCr (YUV). 3. Разбить матрицу яркости Y на блоки 8x8 пикселей. 4. Выполнить ДКП над каждым блоком. 5. Выбрать в каждом блоке две пары коэффициентов ДКП из низкочастотной или среднечастотной области. 6. Встроить два бита данных в блок коэффициентов ДКП. 7. Провести обратное ДКП над каждым блоком. 8. Перевести изображение из цветовой модели YCbCr (YUV) в модель RGB. 1

Page 8 Перевод изображения из цветового пространства RGB в пространство YCbCr (YUV) Выполнение ДКП над блоком 8x8 матрицы яркости Y 1

Page 9 Встраивание бит данных в блок коэффициентов ДКП 1)Выбор порогового значения P разности модулей коэффициентов ДКП 2)Занесение бита данных: - модуль 1-го коэффициента ДКП - модуль 2-го коэффициента ДКП - биты данных для встраивания - модуль 3-го коэффициента ДКП - модуль 4-го коэффициента ДКП, 1

Page 10 Модификация блока коэффициентов ДКП - низкочастотные компоненты - среднечастотные компоненты - высокочастотные компоненты - первая пара коэффициентов ДКП - вторая пара коэффициентов ДКП - модифицированные коэффициенты ДКП Встраиваемые биты данных: 0 для первой пары коэффициентов ДКП; 1 для второй пары коэффициентов ДКП. Пороговое значение разности коэффициентов ДКП P = 5 Исходный блок ДКПМодифицированный блок ДКПБлок матрицы Y 1

Page 11 Функциональная структура модуля встраивания данных 1

Page 12 Функциональная структура модуля извлечения данных 1

Page 13 Структура программы 1

Page 14 Экранные формы работы программы 1

Page 15 Оценка визуальных искажений, вносимых разработанным методом встраивания данных в растровые изображения Мера вносимой ошибки: Максимальное отношение « сигнал/шум » : N – число пикселей в изображении; - значения пикселей исходного и восстановленного изображений соответственно 1

Page 16 Оценка визуальных искажений, вносимых разработанным методом встраивания данных в растровые изображения P = 5; PSNR = 72,3 дБ Исходное изображение 800x599 пикселей Объем на диске: байт Изображение со скрытым текстом объемом 113 байт 800x599 пикселей Объем на диске: байт 1

Page 17 Сравнение разработанного метода с проанализированными Метод Область скрытия Максимальное отношение « сигнал/шум » Устойчивость к JPEG сжатию Устойчивость к JPEG2000 сжатию Метод НЗБ и его вариации пространственная д Бнеустойчивы Метод замены палитры пространственная 218 д Бнеустойчив Метод квантования пространственная 227 д Бнеустойчив Метод вариации яркости пространственная 90 дБ устойчив при малом коэффициенте сжатия (100% качество) устойчив при малом коэффициенте сжатия (100% качество) Методы, использующие ДКП частотная 52 – 120 дБ устойчивы при малом коэффициенте сжатия (100% качество) неустойчивы Методы, использующие вейвлет - преобразования частотная д Бнеустойчивы устойчивы при малом коэффициенте сжатия (100% качество) Разработанный метод частотная~70 дБ устойчив при среднем коэффициенте сжатия (75-100% качество) неустойчив 1

Page 18 Основные результаты и выводы 1)Произведен анализ методов встраивания данных в растровые изображения. 2)Произведен анализ программного обеспечения встраивания данных в растровые изображения. Выявлен недостаток коммерческих продуктов с устойчивыми к JPEG сжатию алгоритмами работы. 3)Разработан метод встраивания данных в растровые изображения, минимизирующий визуальные искажения. 4)Реализован и апробирован программный модуль встраивания данных в изображения. Реализован и апробирован программный модуль извлечения данных из изображения. 5)Проведена оценка визуальных искажений изображения, вносимых разработанным методом. 1

Page 19 Перспективы дальнейшего развития 1)Разработка алгоритма встраивания данных в видеофайлы на основе разработанной методики. 2)Разработка алгоритмов занесения информации в аудиофайлы. 3)Создание единой системы занесения данных в мультимедийные файлы. 4)Применение разработанного метода для защиты программного обеспечения. 1

Page 20 Спасибо за внимание! 1