2. Завдання на лабораторну роботу

I. Вбудовування з випадковим кроком

1. Виберіть BMP-файл і файл, що містить інформацію для вбудовування.

2. Виконайте над файлами перетворення для підготовки повідомлення і зображення до вбудовування.

3. За допомогою процедури вбудовування вбудуйте повідомлення в зображення. Увага, робота виконується за варіантами: при вбудовуванні стартовий байт обирается у вигляді 65+N, де N – номер машини.

4. Порівняєте отримане зображення з початковим.

5. За допомогою процедури витягання витягніть вбудоване повідомлення.

6. Порівняйте отримане повідомлення з початковим.

II. Вбудовування за допомогою випадкової перестановки

1. Виберіть BMP-файл і файл, що містить інформацію для вбудовування.

2. Виконайте над файлами перетворення для підготовки повідомлення і зображення до вбудовування.

3. За допомогою процедури вбудовування вбудуйте повідомлення в зображення. Увага, робота виконується по варіантах: при генерації перестановки перший елемент для лінійного конгруентного генератора вибирається у вигляді UU1 = 5·N + 65, де N – номер машини.

4. Порівняєте отримане зображення з початковим.

5. За допомогою процедури витягання витягніть вбудоване повідомлення.

6. Порівняйте отримане повідомлення з початковим.

III. Статистика

1. Візьміть три файли BMP – порожній контейнер C і контейнери CC1 і CC2, що містять інформацію, вбудовану двома розглянутими методами.

2. Використовуючи функції READ_RED(), READ_GREEN() і READ_BLUE(), створіть двовимірні масиви компонент кольору вибраних файлів BMP.

3. Для кожної компоненти кольору обчисліть показники візуального спотворення файлів для даного методу вбудовування інформації: MD – максимальна різниця, AD – середня абсолютна різниця, NAD – нормована середня абсолютна різниця, NMSE – нормована среднеквадратическая помилка, SNR – відношення «сигнал/шум», IF – якість зображення, NC – нормована взаємна кореляція, CQ – якість кореляції, SC – структурний зміст. Результати обчислень занесіть в таблицю (див. Додаток А).

2.3 Зміст звіту

1. Титульний лист, тема і мета роботи.

2. Виконані розрахунки.

3. Висновки по роботі.

2.4 Контрольні питання

1. Яким має бути співвідношення розмірів файлу BMP і файлу, що містить інформацію для вбудовування, для кожного з розглянутих методів?

2. Запропонуйте шляхи підвищення безпеки LSB-метода.

3. Опишіть методи вбудовування.

4. Запропонуйте способи генерації випадкового кроку і перестановки для розглянутих методів.

5. Чи є розглянуті методи вбудовування стійкими до викривлень малюнка?

6. Проаналізуйте показники викривлення.

Лабораторна робота № 3 метод квантування зображення

Мета роботи: ознайомитися з методами вбудовування інформації у файл кольорового малюнка, що грунтуються на квантуванні зображення.

Програмне забезпечення, що використовується: пакет математичних обчислень MathCad.

3.1 Теоретичні відомості

Опис методу квантування зображення

Метод квантування зображення, як і LSB-метод, відноситься до методів приховування в просторовій області. Він грунтується на залежності між пікселями, яка описується певною функцією. У простому випадку в якості параметра цієї функції можна задати різницю між суміжними пікселями s_i = c_i-c_i-1. Згідно з запропонованим методом, приховування інформації проводиться шляхом корегування різницевого сигналу s_i. Стеганоключ є таблицею, яка кожному можливому значенню s_i ставить у відповідність певний біт b_i. Для вбудовування i-го біта повідомлення обчислюється різниця s_i. Якщо при цьому b_i не відповідає секретному біту, який необхідно вбудувати, то значення s_i замінюється найближчим s_j, для якого ця умова виконується. При цьому відповідним чином коректуються значення інтенсивностей пікселів, між якими обчислювалася різниця s_i. Витягання інформації здійснюється по таблиці – різниці s_i відповідає вбудований біт b_i.

Формування стеганоключа

Для того, щоб сформувати стеганоключ, необхідно заповнити таблицю, яка б враховувала всі можливі значення різниці інтенсивностей пікселів і ставила б їм у відповідність деякі значення бітів. Різниця s_i може приймати значення від -255 до 255, сответствующий масив можна заповнити за допомогою наступної процедури:

Значення b_i в ідеалі повинні представляти випадкову послідовність. Для формування псевдовипадкової послідовності біт скористаємося генератором лінійної рекурентної послідовності:

В результаті отримаємо таблицю, що являє собою стеганоключ:

Вбудовування повідомлення

Вбудовуване повідомлення М необхідно представити в двійковому (бітовому) вигляді:

Для вбудовування біта повідомлення необхідно обчислити різницю інтенсивності двох суміжних пікселів. Перехід до наступного пікселя здійснюється по методу псевдовипадкового інтервалу (описаний в попередній лабораторній роботі). У випадку, якщо ця різниця не відповідає вбудовуваному біту, в таблиці шукається найближче значення різниці, яке йому відповідає, і відповідним чином змінюється значення інтенсивності. Вбудовування відбувається за допомогою наступної процедури:

Наприклад, необхідно вбудувати біт «0» в 66-й піксель, при цьому значення інтенсивності 66-го пікселя 137, а 65-го – 21. Обчислюємо різницю s66=137-21=116. У таблиці стеганоключа різниці 116 відповідає значення секретного біта «1». Найближчий «0» відповідає різниці 115, тому необхідно змінити значення інтенсивності суміжного, 65-го, пікселя так, щоб різниця s₆₆ дорівнювала 115, тобто після вбудовування його інтенсивність буде складати 22

Витягання повідомлення

При витяганні обчислюється різниця між двома суміжними пікселями і знаходиться відповідне до неї значення біта в таблиці стеганоключа, яка повинна бути заздалегідь сформована. Витягання здійснюється за допомогою наступної процедури:

Повідомлення, що витягується, представлене в бітовому вигляді, перетворити його в байти можна за допомогою процедури: