بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله تکنیکی جدید براي واترمارك کردن تصاویر دیجیتالی بر مبناي تقسیم تصویر بـه بلوکهـا در دامنـه DFT (Discrete Fourier Transform) ارائه شده است. الگوریتم ارائه شده قادر است که واترمارك را با حداقل تغییرات در تصویر جاسازي نماید. واترمارك می تواند شامل اطلاعاتی در مورد تصویر و یا صـاحبان آن باشـد. واترمـارك جاسـازي شده درون تصویر کاملا نامرئی است بگونه اي که با سیستم بینایی انسان به هیج عنـوان قابـل تشـخیص نخواهـد بـود.
بازیابی واترمارك از تصویر با کمک یک کلید و تصویر اصلی انجام می شود که حاصل آن ایمنی بیشتر این سیستم مـی باشد. نتایج ما نشان می دهند که این تکنیک در برابر اکثر پردازشهاي معمول کانالهـاي ارتبـاطی و همچنـین حمـلات مغرضانه براي از بین بردن واترمارك مقاوم است و می تواند روشی مناسب جهت برآوردن نیازهاي امنیتی تصاویر مانند حق کپی رایت ، شناسایی و تصدیق تصاویر دیجیتالی و احراز هوبت صاحبان آنها باشد.
کلمات کلیدي
واترمارك، دامنه تغییریافته، دامنه فضا، DFT، نامحسوس، بلوك بند ضرایب مقداري
1مربی، دانشگاه پیام نور استان کرمان، مرکز جیرفت E_moeinodini@pnu.ac.ir
2 استادیار، دانشگاه شهید باهنر کرمان farsad@mail.uk.ac.ir
(Spatial Domain)
.1 مقدمه
واترمارك کردن رقمی تصاویر روشی است براي جا سازي اطلاعات درون یک تصویر به نحوي که این اطلاعات قابل حذف کردن نباشند. واترمارکهاي مرئی همانگونه که از نامشان پیداست الگوهاي قابل روئیتی نظیر آرمها هستند که به زمینه تصاویر یا فیلمها الحاق می شوند که خیلی شبیه به واترمارك کاغذ می باشند. واترمارکهاي مرئی اغلب قبل از قرار گرفتن تصاویر درون پایگاههاي داده و یا وب به منظور جلوگیري از استفاده هاي غیر مجاز تجاري به آنها اضافه می شوند. از طرفی واترمارکهاي نامرئی این اطمینان را می دهند که حتی اگر افراد از وجود واترمارك مطلع باشند چون واترمارك براي آنها غیر قابل رؤیت می باشد پیدا کردن آن مشکل است.
سیستمهاي واترمارك رقمی داراي کاربردهاي فراوانی می باشند که از آن جمله می توان به حفاظت از حق کپی رایت[1-4]، شناسایی و تصدیق تصاویر[5-7]، شناسایی
پارامترهاي حیاتی در نمودارهاي رمزگذاري دو بعدي
[8] و غیره اشاره کرد. مطالعات زیادي 10]،[9 جهت بررسی و طبقه بندي تکنیکهاي واترمارکینگ صورت گرفته است. سیستم واترمارك غیر قابل تغییر در برابر
چرخش، تغییر سایز و جابجایی در دامنه فضا
و دامنه تغییر یافته (Transform
Domain)، سیستم واترمارك شفاف تصاویر در دامنه فضا
[11-13] ، فیلترنمودن فاز [14] (Phaze Filtering)،
واترمارك رقمی سلسله مراتبی (Hierarchical Digital [15] Watermarking)، تغییر و تعدیل دامنه
[16] (amplitude modulation) ، نمودارهاي مشابهت [17] (similarity diagrams) ، همگام سازي مجدد [18] (resynchronization)، بلاکها با اندازه هاي متفاوت در دامنه فرکانس 20]،[19 ، سیستمهاي واترمارك بر اساس [21-24] DWT/DFT/DCT ،
سیستمهاي واترمارك سازگار با سیستم بینایی انسان
[25] (HVS-based adaptive digital watermarking)
، [26-28] wavelets ، سیستمهاي عصبی [29] ،
تبدیل [30] (K–L transform) K-L ، Radon and 32] Fourier transform،[31 ، [33] quantization ، دامنه [34] Fourier ، [35] fractal transform ، [36] Fresnel transform ، Vector quantization
[37] ،[38] filter banks و چندین تکنیک دیگر -47] [39 و پردازشهاي هندسی [48] و روشهایی براي ارزشیابی الگوریتمها [49] نشان دهنده مطالعات و تحقیقاتی است که در این زمینه صورت گرفته است. اگر چه روشهاي واترمارکینگ می بایستی به طور کلی مقاوم باشند اما میتوان بر اساس نوع کاربرد واترمارك سطوح مختلفی از مقاومت را تعریف نمود. در هر الگوریتم باید بهترین سازگاري بین مقاوم ماندن و نامرئی ماندن برقرار گردد. الگوریتمهاي مقاوم به حملات هندسی زیادي در دامنه فضا تا کنون ارائه شده اند. Alghoniemy در[50]
راه حلی را براساس تغییر سایز و چرخاندن اطلاعات با تخمین زدن لبه هاي تصاویر ارائه کرده است. در[51]
همان نویسنده روشی را براي نرمال سازي و تغییر ناپذیري هندسی تصاویر ارائه نموده است. چندین نمونه مختلف از الگوریتم Patchwork نیز ارائه شده از ان جمله الگوریتم Generalized patchwork ارائه شده توسط Yeo and Kim در [52] و واترمارك برگشت پذیر که بر اساس الگوریتم بهبود داده شده Patchwork و الگوریتم عملکرد پیمانه اي متقارن( symmetric ( modulo operation توسط Weng در [53] ارائه شده است. در این مقاله تکنیک جدیدي در زمینه دیجیتال واترمارکینگ بر اساس تغییر دادن ضرایب مقداري بلوکهاي تصویر در دامنه DFT ارائه شده است که واترمارك را بصورت نامرئی و با کمترین تغییرات را در تصاویر جا سازي می نماید. در بخش 2 مفاهیم پایه اي دامنه و تغییرات DFT تشریح شده است، در بخش 3 به تفصیل الگوریتم جاسازي و بازیابی واترمارك را بیان
(JPEG, SPIHT and MPEG)
نموده ایم، فصل 4 نتایج و بحث را در بر دارد و نهایتا
نتیجه گیري در فصل 5 آمده است.
-2 معرفی مفاهیم پایه اي و خصوصیات
واترمارکینگ در دامنه Discrete Fourier Transform (DFT)
جاسازي واترمارك در فضاي تغییر یافته باعث می شود که واترمارك بطور موثري در برابر بسیاري از حملات معمول مقاوم گردد. تفییر فرکانسی گسسته (DFT) یک تصویر معمولا مقداري مرکب است که دو بخش اندازه و فاز تصویر را نمایش می دهد. براي یک تابع دو بعدي f(x,y)، DFT به صورت زیر تعریف می شود:
F (u,v)= β∑ ∑ f (x,y)exp(-i2πxu/N1- i2πyv/N2 )
y x
where β = (N1, N2)-1/2 and i = −1
فرمول :1 تبدیل فرکانسی تابع f(x,y)
به علاوه معکوس (IDFT) DFT طبق فرمول 2 بیان می گردد:
∑ ∑
f(x,y)=β u v F(u,v)exp(-i2πxu/N1- i2πyv/N2)
where β = (N1, N2)-1/2 and i = −1
فرمول:2 معکوس تبدیل فرکانسی
اغلب اطلاعات در مورد هر تصویر در فاز قرار دارند و میزان کمی از آن درضرایب اندازه یا مقدار هستند بنابراین جاسازي واترمارك درون ضرایب مقدار یک تصویر نباید موجب تغییرات قابل تشخیص در تصویر گردد.[54] بر این اساس ممکن است تصور شود که چون میزان اطلاعات در ضرایب اندازه کم است در زمان فشرده سازي ممکن است که این اطلاعات به همراه واترمارك موجود در آن از بین بروند و در نتیجه این قسمت کاندید
مناسبی براي جاسازي واترمارك نباشد. اما Ramkumar وRuanaidh در 55]،[56 نشان داده اند که همه روشهاي اصلی و معمول فشرده سازي از جمله
فشرده سازي را در هر
دو بعد فاز و ضرایب مقداري DFT به یک میزان اعمال میکنند . دلیل دیگر استفاده از ضرایب مقداري DFT
براي جاسازي واترمارك خاصیت تغییر ناپذیري آن در هنگام تغییر مکان و شیفت تصویر می باشد. حرکت چرخشی تصویر در دامنه فضا تاثیري بر ضرایب مقداري
DFT ندارد لذا واترمارك جاسازي شده در این بخش در برابر تغییرات حرکتی تصویر مقاوم خواهد ماند.
