sapiСистемный анализ и прикладная информатика«System analysis and applied information science»2309-49232414-0481Belarusian National Technical University10.21122/2309-4923-2020-2-72-76sapi-474Research ArticleЗащита информацииInformation securityЦифровые водяные знаки, формируемые с использованием дискретных хаотических отображенийThe digital watermarking algorithm using discrete chaotic mapsСидоренкоА. B.SidorenkoA. V.

Сидоренко Алевтина Васильевна - профессор кафедры физики и аэрокосмических технологий

sidorenkoa@yandex.ruШакинкоИ. В.ShakinkoI. V.

Шакинко Иван Владимирович

Белорусский государственный университетБеларусьBelarusian State UniversityBelarus202018082020027276Copyright © Сидоренко А.B., Шакинко И.В., 20202020Сидоренко А.B., Шакинко И.В.Sidorenko A.V., Shakinko I.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sapi.bntu.by/jour/article/view/474

Рассматривается алгоритм формирования, встраивания и извлечения цифровых водяных знаков (ЦВЗ) с использованием дискретных хаотических отображений, позволяющий выявлять модифицированные фрагменты изображения. Ключевой особенностью разработанного алгоритма является формирование ЦВЗ с использованием дискретных хаотических отображений и восстановление данного ЦВЗ после передачи изображения по каналу связи. Это, в свою очередь, оказывается возможным благодаря применению разработанного нами подхода, который осуществляет поиск начальных значений переменных дискретных хаотических отображений, использованных при формировании ЦВЗ. В данной работе встраивание ЦВЗ осуществляется одновременно в частотную и пространственную области изображения. Выявление модифицированных фрагментов изображения осуществляется на основе сравнения восстановленного и извлеченного ЦВЗ. Изображение разбивается на прямоугольные фрагменты заданного размера. Для каждого фрагмента определяется количество элементов восстановленного ЦВЗ, значения которых отличаются от значений соответствующих элементов извлеченного ЦВЗ. Если отношение данной величины к общему количеству элементов ЦВЗ, принадлежащих фрагменту, превышает выбранное пороговое значение, то делается вывод, что рассматриваемый фрагмент изображения был подвергнут модификации. Приводятся результаты тестирования разработанного алгоритма. Установлено, что наличие ЦВЗ в пространственной области позволяет выявить фрагменты изображения, которые были подвергнуты модификации в процессе передачи изображения. Наличие ЦВЗ в частотной области делает предлагаемый алгоритм стойким при преобразовании изображения к формату JPEG. Одновременное присутствие ЦВЗ в пространственной и частотной областях позволяет сочетать положительные качества каждого из рассмотренных подходов. При использовании ЦВЗ в пространственной и частотной областях предлагаемый алгоритм в рассмотренных тестах установил факт присутствия ЦВЗ в изображении. Таким образом, предлагаемый алгоритм может применяться при решении реальных задач защиты цифровых изображений в каналах передачи информации.

The algorithm of formation, embedding and extracting of digital watermarks using discrete chaotic maps is considered. The key feature of the developed algorithm is the formation of the watermark using the discrete chaotic map and the restoration of this watermark after the image transmission via the communication channel. This is possible through the use of the developed method that searches for initial values of discrete chaotic map variables used in the formation of the watermark. The algorithm testing results are given. It is established that the proposed algorithm is able to identify the modified image areas. The algorithm is resistant to image conversion in JPEG format and to distortion up to 14 % of the image pixel values due to the presence of noise. Thus, the proposed algorithm can be used to solve real problems of the defense of digital images transmitted by communication channels.

изображениеинформационная безопасностьхаотическое отображениецифровой водяной знакJPEGДанная работа выполняется в рамках ГПНИ «Информатика, космос и безопасность».ReferencesTao, H. Robust Image Watermarking Theories and Techniques: A Review / H. Tao [et al.] // Journal of Applied Research and Technology. – 2014. – Vol. 12. – P. 122–138Tao, H. Robust Image Watermarking Theories and Techniques: A Review / H. Tao [et al.] // Journal of Applied Research and Technology. – 2014. – Vol. 12. – P. 122–138Lin, S. D. Improving the robustness of DCT-based image watermarking against JPEG compression / S. D. Lin, S-C Shie, J. Y. Guo // Computer Standards & Interfaces – 2009. – Vol. 32. – P. 54–60.Lin, S. D. Improving the robustness of DCT-based image watermarking against JPEG compression / S. D. Lin, S-C Shie, J. Y. Guo // Computer Standards & Interfaces – 2009. – Vol. 32. – P. 54–60.Конахович, Г. Ф., Компьютерная стеганография. Теория и практика. / Г. Ф. Конахович, А. Ю. Пузыренко – К.: МКПресс, 2006. – 288сKonahovich, G. F. Computer steganography. Theory and practice / G. F. Konahovich, A. Ju. Puzyrenko – K.: MK-Press, 2006. – 288 pСавчина, Е. И. Встраивание цифровых водяных знаков в частотную и пространственную области изображения / Е. И. Савчина // Вестник СибГАУ – 2016. Т. 17. – № 3. – C. 631–637.Savchina, E. I. Embedding of digital watermarks to frequency and spatial ares of the image / E. I. Savchina // Vestnik SibSAU – 2016. T. 17. – № 3. – P. 631–637.Acharya, T. Image Processing: Principles and Applications / T. Acharya, A. K. Ray. – Hoboken: John Wiley and Sons, 2005. – С. 361Acharya, T. Image Processing: Principles and Applications / T. Acharya, A. K. Ray. – Hoboken: John Wiley and Sons, 2005. – С. 361Information technology – Digital compression and coding of continuous-tone still images: JPEG File Interchange Format (JFIF) (Rec. ITU-T T.871 (05/2011))Information technology – Digital compression and coding of continuous-tone still images: JPEG File Interchange Format (JFIF) (Rec. ITU-T T.871 (05/2011))

The authors declare that there are no conflicts of interest present.