Спосіб захисту авторських прав 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 дискретного косинусного перетворення точок векторного зображення у частотні коефіцієнти шляхом зміни цих коефіцієнтів, процедуру витягування цифрового 3 57243 зводить до суттєвих спотворень векторного зображення. В основу корисної моделі покладено задачу створення способу захисту, авторських прав векторних зображень за допомогою ЦВЗ, що не потребує для витягування ЦВЗ оригіналу зображення та самого ЦВЗ, в якому за рахунок використання частотного перетворення для більших масивів точок зображення та зміни коефіцієнтів на невелику величину порівняно з його значенням шляхом використання декількох інших коефіцієнтів для порівняння досягається можливість зменшення впливу на значення координат точок векторного зображення внаслідок вбудовування цифрового водяного знаку, і відповідно зменшення при цьому спотворення векторного зображення. Поставлена задача досягається тим, що для вбудовування цифрового водяного знаку використовується двовимірне ДКП точок векторного зображення та проводиться зміна в кожній матриці перетворення значень високочастотних коефіцієнтів в межах матриці перетворення залежно від значень інших високочастотних коефіцієнтів цієї матриці, які визначають і величину зміни. Зокрема, пропонується в якості математичного перетворення замість одновимірного ДКП (1) використовувати двовимірне ДКП, наприклад для матриць координат точок Ci ( x, y ) розміром 8x8 де C( x ) - масив елементів оригінального зображення розміром N ; x - просторова координати значень точок векторного зображення; F(u) масив коефіцієнтів ДКП; u - координата в частот1 ній області; c(u)  ,якщо u  0 , і c(u)  1 , якщо 2 u  0. 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 F '7 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, так як для витягування бітів достатньо порівняти значення останнього коефіцієнту з іншими якщо він більший, значить це «1», якщо менший «0». Недоліком найближчого аналога 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 бі (тобто розмірність матриці n  8 ), де i  1..t, t кількість матриць точок векторного зображення, x, y - позиції координат в цій матриці: льшим від коефіцієнта F7 . А це, в свою чергу, при Fi (u, v )  c(u)  c( ) 2n  n1 n1 4    u  (2x  1)       (2y  1)    cos  , (2) 2n 2n       Ci ( x, y)  cos x  0y 0 де F(u,  ) - матриці коефіцієнтів ДКП, u,  - по1 зиції цих коефіцієнтів в матриці, c(u)  , якщо 2 1 u  0 , і c(u)  1 , якщо u  0 ; c( )  , якщо 2   0 , і c()  1 , якщо   0 . Вбудовування бітів ЦВЗ проводиться шляхом зміни значення ВЧ-коефіцієнтів ДКП таким чином. Зокрема, для вбудовування одного біту ЦВЗ одному ВЧ-коефіцієнту Fi(u1,1) присвоюється величина середнього арифметичного значення декількох додаткових коефіцієнтів, наприклад двох ВЧкоефіцієнтів Fi (u2 ,  2 ) та Fi (u3 ,  3 ) . На кресленні представлено загальну схему способу захисту авторських прав векторних зображень за допомогою ЦВЗ. Згідно запропонованого способу векторне зображення представляється 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 Vl векторного зображення. Далі сформуємо матриці розміром 8x8 з кожних 64 координат точок масиву V. Після цього, над сформованими матрицями Ci ( x, y ) , i  1... t , проведемо пряме двовимірне ДКП згідно виразу (2). Далі потрібно вибрати позиції трьох коефіцієнтів Fi (u1, 1) , Fi (u2 ,  2 ) та Fi (u3 ,  3 ) для проведення вбудовування бітів ЦВЗ. ЦВЗ представляється у вигляді масиву бітів m розміром q . Кожен біт ЦВЗ m j, j  1...q , потрібно вбудовувати послідовно по одному в кожну матрицю Fi (u,  ) , i  1... t . При цьому кількість бітів ЦВЗ q не повинна перевищувати кількість матриць t . Вбудовування бітів ЦВЗ m j - здійснюється таким чином. Якщо біт m j  0 , то перевіряємо умову: Fi (u2,  2 )  Fi (u3 , 3 ) . (3) 2 Якщо умова (3) виконується, значення коефіцієнта Fi (u1, 1) залишити без змін, тобто у матриці Fi (u1, 1)  F'i (u,  ) з вбудованим бітом ЦВЗ коефіцієнт F'i (u1, 1) буде дорівнювати значенню коефіцієнта Fi (u1, 1) . 5 57243 В разі невиконання умови (3), отримати значення F'i (u1, 1) як середнє значення коефіцієнтів Fi (u2 ,  2 ) та Fi (u3 ,  3 ) зменшене на значення P , тобто; F (u ,  )  Fi (u3, 3 ) F'i (u1, 1)  i 2 2 P . (4) 2 Величина P використовується для забезпечення чіткої ідентифікації бітів ЦВЗ при витягуванні. Якщо при вбудовуванні біт ЦВЗ m j  1 , то пе ревірити виконання такої умови: F (u ,  )  Fi (u3 , 3 ) Fi (u1, 1)  i 2 2 . (5) 2 Якщо умова (5) виконується, то коефіцієнт F'i (u1, 1) буде дорівнювати значенню коефіцієнта 6 В разі, якщо значення коефіцієнта Fi (u1, 1) не відповідає умові (5), значення коефіцієнта F (u ,  ) визначити як середнє арифметичне знаi 1 1 чення коефіцієнтів Fi (u2 ,  2 ) та Fi (u3 ,  3 ) збільшене на величину Р, тобто: F (u ,  )  Fi (u3 , 3 ) F'i (u1, 1)  i 2 2 P . (6) 2 Після зміни коефіцієнтів провести обернене дискретне косинус-перетворення над матрицями змінених коефіцієнтів F' (u,  ) для перетворення векторного зображення з частотного представлення в просторове. В результаті буде отримано матриці S( x, y) зі значеннями координат точок векторного зображення. Обернене ДКП для i -ої матриці F' (u,  ) можна представити в такому вигляді: Fi (u1, 1) . Si ( x, y )  1 2n  n 1n 1    u  (2x  1)       (2y  1)    cos  (7) 2n 2n       c(u)c()Fi' (u, )  cos u 0 0 Далі з отриманих матриць S( x, y) сформувати одновимірний масив точок векторного зображення V' . Для виявлення ЦВЗ не потрібно наявності оригіналу зображення чи самого ЦВЗ. Витягування ЦВЗ з векторного зображення провести таким чином. Спочатку з масиву точок векторного зображення з вбудованим ЦВЗ V' сформувати матриці C ( x, y ) розміром 8x8, де i i'  1... t ' , t - кількість сформованих матриць. Далі над матрицями S' ( x, y ) провести пряме двовимірне ДКП згідно формули (2), після чого будуть отримані матриці коефіцієнтів ДКП F'i (u,  ) , i'  1... t ' , з вбудованим ЦВЗ. Після вибору позицій трьох ВЧ-коефіцієнтів F'i' (u'1, '1) , F'i' (u'2, '2 ) та F'i' (u'3 , '3 ) перевірити виконання умов, що є оберненими до умов (3) та (5) при вбудовуванні ЦВЗ та визначити відповідне значення біту ЦВЗ m'j' :  F'' (u' , ' )  Fi'' (u'3 , '3 ) ' ' m'j'  0, якщо Fi'' (u1, 1)  i 2 2  2 (8)  Fi'' (u'2, '2 )  Fi'' (u'3 , '3 )  ' ' ' ' m j'  1, якщо Fi' (u1, 1)  2  Далі перетворити витягнуті біти m'j' , j'  1..q' , у формат представлення ЦВЗ. Таким чином запропоновано спосіб вбудовування ЦВЗ, що використовує двовимірне ДКП та таку зміну коефіцієнтів ДКП, що забезпечує зменшення впливу ЦВЗ на якість зображення. Процедуру вбудовування ЦВЗ у векторні зображення згідно запропонованого способу пропонується здійснювати за алгоритмом 1. Алгоритм 1 - Вбудовування ЦВЗ згідно запропонованого способу. Крок 1. Сформувати матриці Si ( x, y ) , i  1..t, , розміром 8x8 з масиву V координат точок векторного зображення. Крок 2. Виконати пряме двовимірне ДКП матриць координат точок Ci ( x, y ) , i  1..t , і отримати матриці Fi (u,  ) , i  1..t , коефіцієнтів ДКП за формулою (2). Крок 3. Вибрати позиції трьох коефіцієнтів F'i (u1, 1) , Fi (u2 ,  2 ) та Fi (u3 ,  3 ) серед ВЧ коефіцієнтів для кожної i -ої матриці F(u,  ) . Крок 4. Здійснити вбудовування бітів ЦВЗ m j , j  1..q , послідовно по одному у кожну матрицю Fi (u,  ) , i  1..t , таким чином. 4.1. При m j  0 , якщо умова (3) виконується, то значення коефіцієнта F'i (u1, 1) зміненої матриці F'i (u,  ) , i  1..t , буде дорівнювати Fi (u1, 1) , інакше обчислити F'i (u1, 1) за формулою (4). 4.2. При m j  1 , якщо умова (5) виконується, то значення коефіцієнта F'i (u1, 1) зміненої матриці F'i (u, v ) , i  1..t , буде дорівнювати Fi (u1, 1) , інакше обчислити F'i (u1, 1) за формулою (6). Крок 5. Провести обернене двовимірне ДКП змінених матриць коефіцієнтів F'i (u,  ) , i  1..t отримати матриці координат точок Si ( x, y ) , i  1..t , векторного зображення з вбудованим ЦВЗ за формулою (7). Крок 6. Сформувати одновимірний масив точок векторного зображення V' з матриць S( x, y) . 7 57243 Процедуру витягування ЦВЗ з векторних зображень згідно запропонованого способу пропонується здійснювати за алгоритмом 2. Алгоритм 2 - Витягування ЦВЗ згідно запропонованого способу. , 8 Крок 4. Виконати витягування бітів m;j' - ЦВЗ для кожної матриці F'i' (u,  ) , i'  1..t, , шляхом порівняння значення коефіцієнта F'i' (u1, 1) з середнім Крок 1. Сформувати матриці S'i' ( x, y ) , i'  1..t , арифметичним значенням коефіцієнтів F'i' (u2, 2 ) розміром 8x8 масиву V' координат точок векторного зображення. Крок 2. Виконати пряме двовимірне ДКП мат та F'i' (u3, 3 ) згідно умови (8). Крок 5. Перетворити масив витягнутих бітів риць координат точок S'i' ( x, y ) , i'  1..t, , і отримати матриці F'i (u,  ) , i'  1..t, , коефіцієнтів ДКП за формулою (2). Крок 3. Вибрати позиції трьох ВЧ-коефіцієнтів F'i' (u1, 1) , F'i' (u2, 2 ) та F'i' (u3, 3 ) для кожної i' -ої матриці F' (u,  ) . ЦВЗ m' в формат представлення ЦВЗ. Технічний результат: досягнуто зменшення впливу на значення координат точок векторного зображення внаслідок вбудовування цифрового водяного знаку, і, відповідно, зменшення при цьому спотворення векторного зображення. 9 Комп’ютерна верстка М. Мацело 57243 Підписне 10 Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601