Спосіб захисту векторних зображень цифровими водяними знаками у вигляді електронного коду

Спосіб захисту векторних зображень цифровими водяними знаками у вигляді електронного коду, що включає процедуру вбудовування цифрового водяного знаку на основі двовимірного дискретного косинусного перетворення точок векторного зображення у матриці з частотними коефіцієнтами шляхом зміни в них високочастот 3 62199 значень точок векторного зображення; F(u) - масив коефіцієнтів ДКП; u - координата в частотній області; c u  1 , якщо u=0, і с(u)=1, якщо u>0. 2 Залежно від біту ЦВЗ проводиться зміна значення останнього коефіцієнта в кожному масиві. Якщо біт ЦВЗ - «1», то останній коефіцієнт в масиві F7 збільшується на максимальне значення коефіцієнта Fmax з діапазону F1-F6, тобто змінене значення коефіцієнта F7' буде дорівнювати сумі Fmax та F7. Якщо біт ЦВЗ дорівнює «0», коефіцієнт F7 не змінюється. Спосіб вирішує проблему витягування ЦВЗ без наявності оригіналу векторного зображення та ЦВЗ, оскільки для витягування бітів достатньо порівняти значення останнього коефіцієнту з іншими - якщо він більший, значить це «1», якщо менший «0». Недоліком способу є те, що сумарне відхилення координат точок відносно оригіналу векторного зображення в деяких випадках є досить суттєвим, що пов'язано зі значною зміною коефіцієнтів ДКП при вбудовуванні ЦВЗ, оскільки значення коефіцієнта Fmax може бути значно більшим від коефіцієнта F7. А це, в свою чергу, призводить до суттєвих спотворень векторного зображення. Як найближчий аналог вибраний спосіб захисту авторських прав векторних зображень за допомогою ЦВЗ, що не потребує для витягування ЦВЗ оригіналу зображення та самого ЦВЗ, суть якого Fi u, v   де c u  1 cv   1 2 c u  c v  2n  n1n1 4 полягає в тому, що процедуру вбудовування цифрового водяного знака проводять на основі двовимірного ДКП у матриці з частотними коефіцієнтами розміром 8×8 шляхом зміни в кожній матриці значень ВЧ-коефіцієнтів залежно від значень інших ВЧ-коефіцієнтів цієї матриці, які визначають і величину зміни (Пат. UA57243, МПК (2011) Н03М 13/37. «Спосіб захисту авторських прав векторних зображень цифровими водяними знаками у вигляді електронного коду» // Карпінець В.В.; Яремчук Ю.Є. - №u201015193. Заявл. 16.12.2010; Опубл. 10.02.2011, Бюл. №3, 2011). Згідно з цим способом зображення представлено у вигляді одновимірного масиву V, в якому елементами є точки векторного зображення Vl, де l=1...N, N - кількість точок в масиві. Vl=(Xl,Yl), де Xl, Yl - значення координати точки V, векторного зображення. Далі формують матриці розміром 8×8 (тобто розмірність матриці n=8) з кожних 64 координат точок масиву V, які позначено, як Ci(x,y), де i=1...t, t - кількість сформованих матриць, х, у - позиції координат в цій матриці. Для кожної матриці Ct(x,y) проводять пряме двовимірне ДКП, в результаті чого отримують матриці коефіцієнтів F(u,v), де u, v - позиції цих коефіцієнтів в матриці. ДКП в загальному вигляді для i-ої матриці Fi(u,v) може бути представлено таким чином:    v  2y  1  , (1)    u  2x  1     cos   2n 2n       Ci x, y   cos x 0y 0 , якщо u=0, і с(u)=1, якщо u>0; , якщо v=0, і c(v)=1, якщо v>0. 2 Для вбудовування одного біту ЦВЗ змінюють значення одного високочастотного (ВЧ) коефіцієнта Fi(u1,v1) матриці ДКП залежно від значень двох 2 2 ВЧ-коефіцієнтів Fi(u ,v ) та Fi(u3,v3). Вибір позицій коефіцієнтів матриці векторного зображення для приховування ЦВЗ може проводитись одразу, або за допомогою частини секретного стегоключа k. Наприклад, псевдовипадково генеруються три позиції (u1,v1), (u2,v2) та (u3,v3) для відповідних коефіцієнтів. Після вибору позицій трьох коефіцієнтів Fi(u1,v1), Fi(u2,v2) та Fi(u3,v3)проводиться вбудовування бітів ЦВЗ. ЦВЗ представляється у вигляді масиву бітів m розміром q. Кожен біт ЦВЗ mj, j=1...q, вбудовують послідовно по одному в кожну матрицю Fi(u,v), i=1...t. Вбудовування бітів ЦВЗ m j здійснюється таким чином. Якщо біт mj=0, то перевіряється умова: F u , v   Fi u3 , v 3  . Fi u1, v1   i 2 2 2 Якщо ця умова (3) виконується, значення коефіцієнта Fi(u1,v1) залишається без змін, тобто у матриці Fi'(u,v) з вбудованим бітом ЦВЗ коефіцієнт Fi'(u1,v1) буде дорівнювати значенню коефіцієнта Fi(u1,v1), інакше значення Fi'(u1,v1) отримується як середнє значення коефіцієнтів Fi(u2,v2) тa Fi(u3,v3) зменшене на значення Р, тобто: F u , v   Fi u3 , v 3  Fi ' u1, v 1   i 2 2  P . (2) 2 Величина Р використовується для забезпечення чіткої ідентифікації бітів ЦВЗ при витягуванні. Якщо при вбудовуванні біт ЦВЗ mj=1, то перевіряється виконання такої умови: F u , v   Fi u3 , v 3  . Fi u1, v1   i 2 2 2 Якщо ця умова виконується, то коефіцієнт Fi'(u1,v1) буде дорівнювати значенню коефіцієнта Fi(u1,v1), інакше: F u , v   Fi u3 , v 3  Fi ' u1, v 1   i 2 2  P . (3) 2 Після зміни коефіцієнтівпроводять обернене дискретне косинус-перетворення над матрицями змінених коефіцієнтів F'(u,v) для перетворення векторного зображення з частотного представлення в просторове. В результаті отримують матриці S(x,y) зі значеннями координат точок векторного зображення. Обернене ДКП для i-ої матриці Fi'(u,v) можна представити в такому вигляді: 5 Si u, v   62199 1 2n  n1 n1 6    u  2x  1     v  2y  1  .   cos  2n 2n       cucv   F'i u, v   cos x 0y 0 Далі з отриманих матриць S(x,y) формується одновимірний масив точок векторного зображення V'. Для виявлення ЦВЗ не потрібно наявності оригіналу зображення чи самого ЦВЗ окрім секретного стегоключа k. Витягування ЦВЗ з векторного зображення проводиться таким чином. Спочатку з масиву точок векторного зображення з вбудованим ЦВЗ V формуються матриці Ci''(x,y) розміром 8×8, де і'=1...t', t' - кількість сформованих матриць. Далі над матрицями С'(х,у) проводиться пряме двовимірне ДКП згідно формули (1), після чого буде отримано матриці коефіцієнтів ДКП Fi''(u,v), i'=1…t', з вбудованим ЦВЗ. Після вибору позицій трьох ВЧ-коефіцієнтів Fi''(u1',v1'), Fi''(u2',v2') та Fi''(u3',v3') перевіряється виконання умов та визначається відповідне значення біту ЦВЗ mj'': Fi' ' u2 ', v 2 '  Fi' ' u3 ', v 3 '  m j' '  0, якщо Fi' ' u1', v1'   2 . (4)  Fi' ' u2 ', v 2 '  Fi' ' u3 ', v 3 ' m '  1 якщо F ' u ', v '  , i' 1 1  j' 2  Далі витягнуті біти mj', j'=1...q', перетворюються у формат представлення ЦВЗ. Спосіб забезпечує зменшення впливу на значення координат точок векторного зображення внаслідок вбудовування цифрового водяного знака, і, відповідно, зменшення при цьому спотворення векторного зображення. Недоліком найближчого аналогу є те, що в деяких випадках максимальне відхилення точок досягає великих значень, яке може призвести до помітних спотворень окремих елементів, що може бути неприпустимим для деяких зображень та додатків, що їх використовують. Причиною значних відхилень окремих точок координат векторного зображення, які виникають при вбудовуванні ЦВЗ, є суттєва величина зміни коефіцієнта Fi(u1,v1) i-ої матриці Fi(u,v) порівняно з його початковим значенням. Значні зміни відбуваються тоді, коли значення коефіцієнтів Fi(u1,v1), Fi(u2,v2), Fi(u3,v3) i-ої матриці Fi(u,v) значно відрізняються між собою. В основу корисної моделі поставлено задачу створення способу захисту авторських прав векторних зображень за допомогою ЦВЗ, що не потребує для витягування ЦВЗ оригіналу зображення та самого ЦВЗ, та вбудовування ЦВЗ проводять шляхом зміни ВЧ-коефіцієнтів двовимірного ДКП, у якому за рахунок відбору матриць коефіцієнтів ДКП, в яких різниця між вибраними коефіцієнтами не є значною, забезпечується зменшення відхилень координат окремих точок векторного зображення. Поставлена задача вирішується тим, в процедурах вбудовування та витягування цифрового водяного знака виконують перевірку придатності матриць до вбудовування шляхом порівняння значень їх високочастотних коефіцієнтів з граничним значенням, яке визначає максимальну величину зміни коефіцієнтів при вбудовуванні цифрового водяного знака. Зокрема, після визначення позицій трьох коефіцієнтів Fi(u1,v1), Fi(u2,v2), Fi(u3,v3), перед процедурою вбудовування бітів ЦВЗ пропонують для визначення матриць, які будуть використовуватись для вбудовування, тобто придатності кожної і-ої матриці Ft(u,v), порівнювати в кожній матриці значення трьох коефіцієнтів Fi(u1,v1), Fі(u2,v2), Fi(u3,v3) між собою, щоб визначити наскільки Fi(u2,v2) та Fi(u3,v3) відрізняються від Fi(u1,v1). Для цього потрібно визначати різницю між Fi(u1,v1) і Fі(u2,v2), а також між Fi(u1,v1) і Fi(u3,v3), після чого порівняти їх з граничним значенням Ph, яке буде визначати рівень придатності матриці для вбудовування. Граничне значення Ph встановлює максимальне значення зміни коефіцієнта Fi(u1,v1) кожної і-ої матриці Fi(u,v) і використовують як параметр при вбудовуванні/витягуванні ЦВЗ. В загальному випадку пропонується визначати величину Ph як середнє арифметичне абсолютних значень ВЧ-коефіцієнтів з будь-якої матриці коефіцієнтів ДКП. При цьому слід врахувати, що для забезпечення виконання умов (4) при витягуванні бітів ЦВЗ значення Ph повинно бути більшим за значення Р. Виходячи з вищесказаного, пропонується перевіряти такі умови: |Fi(u1,v1)-Fi(u2,v2)|≤Ph, (5) |Fi(u1,v1)-Fi(u3,v3)|≤Ph. (6) Якщо хоч одна з цих умов не буде виконуватись, вибрані коефіцієнти не будуть використовуватись для вбудовування, а відповідна їм матриця Fi(u,v) буде вважатися не придатною для вбудовування. Далі потрібно вибрати наступну матрицю Fi(u,v) та виконати перевірку її придатності для вбудовування ЦВЗ. Такий аналіз проведемо для всіх матриць коефіцієнтів ДКП F(u,v) і визначимо придатні матриці. Їх кількість буде визначати максимально можливий розмір ЦВЗ, який можна вбудувати у зображення. При виконанні процедури витягування ЦВЗ, матриці, в які було вбудовано біти ЦВЗ, визначати аналогічним чином, з використанням умов (5) та (6). 7 62199 Якщо в результаті аналізу всього зображення виявиться, що кількість бітів ЦВЗ більша ніж кількість придатних для вбудовування матриць Fi(u,v), то можна збільшити граничне значення Ph. Збільшення Ph може здійснюватись на певний відсоток, який можна визначити з відношення тієї кількості бітів ЦВЗ, для яких не вистачає матриць, до загальної кількості бітів ЦВЗ. Слід лише зазначити, що в цьому випадку виникає необхідність передавання Ph разом з маркованим векторним зображенням. 8 Виходячи з цього, пропонується метод для забезпечення більшої кількості придатних матриць ДКП без зміни параметра Ph, який базується на зміні всіх трьох коефіцієнтів Fi(u1,v1), Fi(u2,v2), Fi(u3,v3). Для забезпечення незначного рівня спотворення зображення пропонується змінювати значення цих коефіцієнтів на величину Ph та, по можливості, мінімальну можливу кількість коефіцієнтів для кожної конкретної матриці. Зміну необхідних коефіцієнтів проводити таким чином: Якщо [Ph