4.2 Завдания на лабораторну роботу

I. Вивчення методу Куттера-Джордана-Боссена

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

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

3. Сформуйте стеганоключ. Увага, робота виконується за варіантами: исходое значення s для генератора псевдовипадкової послідовності вибирається у вигляді 13·N, де N – номер машини.

4. За допомогою процедури вбудовування вбудуйте повідомлення в зображення. Використовуйте параметри, що рекомендуються τ = 20, υ = 0.15, σ = 3.

5. Порівняєте отримане зображення з початковим.

6. За допомогою процедури витягання витягніть вбудоване повідомлення.

7. Порівняйте отримане повідомлення з початковим.

II. Статистика

1. Візьміть 2 файли BMP – порожній контейнер C і контейнер CC, що містить інформацію, вбудовану розглянутим методом.

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 викривлення 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).

III. Вивчення параметрів вбудовування і витягання

1. Вивчите залежність статистичних показників і показників спотворення від параметрів σ, υ, τ.

2. Повторите процедуру вбудовування кілька разів, використовуючи різну кількість дублюючих бітів τ від 1 до 20. Побудуйте графік залежності кількості помилок витягання від величини τ.

3. Повторите процедуру вбудовування кілька разів, використовуючи різне значення енергетичної константи υ від 0.05 до 0.5. Побудуйте графік залежності кількості помилок витягання від величини υ.

4. У одному з випадків повторите процедуру витягання кілька разів, змінюючи розмірність «хреста» σ від 1 до 5. Побудуйте графік залежності кількості помилок витягання від величини σ.

4.3 Зміст звіту

1. Титульний лист, тема і мета роботи.

2. Проведені обчислення.

3. Висновки по роботі.

4.4 Контрольні питання

1. Що є стегоключом в даному методі?

2. Які основні параметри методу Куттера-Джордана-Боссена?

3. На що впливає величина енергетичної константи υ?

4. Чим визначаються значення σ і τ?

5. Чи є розглянутий метод вбудовування стійким до викривлень малюнка?

6. Проаналізуйте показники викривлення.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5

ПРИХОВУВАННЯ ДАНИХ В ЧАСТОТНІЙ ОБЛАСТІ ЗОБРАЖЕННЯ (МЕТОД КОХА-ЖАО)

Мета роботи: ознайомитися з методом Коха-Жао – вбудовування інформації в частотну область зображення.

Програмне забезпечення, що використовується: пакет математичних обчислень MathCad.

5.1 Теоретичні відомості

Метод Коха-Жао

Один з найпоширеніших на сьогодні методів приховування конфіденційної інформації в частотній області зображення полягає у відносній заміні величин коефіцієнтів дискретного косинусного перетворення, який свого часу описали Кох і Жао.

На початковому етапі первинне зображення розбивається на блоки розмірністю 8x8 пікселів. Дискретне косинусне перетворення застосовується до кожного блоку, внаслідок чого одержують матриці 8x8 коефіцієнтів дискретного косинусного перетворення (ДКП). Завдяки цьому даний метод має стійкість до стиснення алгоритмами JPEG і JPEG2000, а також до інших змін рисунка-контейнера.

Для цифрової обробки зображення застосовується двовимірна версія ДКП – прямого дискретного косинусного перетворення

v

і зворотного дискретного косинусного перетворення

CCvi ← Ωv,

де CC_i і CCv_i – відповідно, елементи оригінального і відновленого по коефіцієнтах ДКП зображення; r = 8 – розмірність блоку в пікселях; (x,y) – просторові координати пікселів зображення; (υ, ν) – координати в частотній області; Ω(υ, ν) – масив коефіцієнтів ДКП.

У даному алгоритмі псевдовипадково вибираються два коефіцієнти ДКП. Під час організації секретного каналу абоненти повинні заздалегідь домовитися про два конкретні коефіцієнти ДКП з кожного блоку, які використовуватимуться для приховування даних. Дані коефіцієнти задаються їхніми координатами в масивах коефіцієнтів ДКП: (υ1, ν1) и (υ2, ν2). Крім цього, вказані коефіцієнти повинні знаходитися в середнечастотній області, що забезпечить приховану інформації в істотних для зорової системи людини областях сигналу, до того ж інформація не спотворюватиметься при JPEG-компресії з малим коефіцієнтом стиснення. Вбудовування інформації здійснюється таким чином: для передачі біта «0» прагнуть, щоб різниця абсолютних значень коефіцієнтів ДКП перевищувала деяку позитивну величину, а для передачі біта «1» ця різниця повинна бути меншою в порівнянні з деякою негативною величиною, тобто виконувалися нерівності:

де m_b – b-ий біт вбудовуваного повідомлення; Р – поріг чутливості при вбудовуванні.

Таким чином, первинне зображення спотворюється за рахунок внесення змін в коефіцієнти ДКП. При цьому чим більше значення Р, тим стегосистема є більш стійкою до компресії, проте якість зображення при цьому значно погіршується.

Рисунок 4.1 − Пример массива Ω коэффициентов ДКП

Після відповідного внесення корекції в значення коефіцієнтів проводиться зворотне ДКП.

Для витягання даних, в декодері виконується аналогічна процедура вибору коефіцієнтів, а рішення про переданий біт ухвалюється відповідно до наступного правила:

Позиції двох коефіцієнтів ДКП в масиві Ωb, які використовуватимуться при вбудовуванні і витяганні повідомлення в/із контейнера повинні вибиратися псевдовипадково, звичайно, з множини середнечастотних коефіцієнтів. Нехай перший коефіцієнт визначається координатами (υ1 = 4; ν1 = 5), а другий – (υ2 = 5; ν2 = 4).

Значення порогу, з яким порівнюватимуться результати різниці модулів коефіцієнтів Ρ = 20.