230 likes | 456 Views
Digitalni vodeni žig. Goran Horak, Ivan Murat, Milan Domazet. Uvod. Digitalni vodeni žig (Digital watermark) Informacija koja se dodaje na neki signal (sliku, zvuk, video) Dodana informacija je “skrivena” – izvorni signal nije značajnije promjenjen
E N D
Digitalni vodeni žig Goran Horak, Ivan Murat, Milan Domazet
Uvod • Digitalni vodeni žig (Digital watermark) • Informacija koja se dodaje na neki signal (sliku, zvuk, video) • Dodana informacija je “skrivena” – izvorni signal nije značajnije promjenjen • Može se detektirati i nakon što signal s vodenim žigom pretrpi razne modifikacije
Opis problema • Problem • Dodavanje digitalnog vodenog žiga na sliku (B/W, Color) i njegova detekcija • Primjena • Dodatne informacije (npr. autor, godina...) • Zaštita autorskih prava • Provjera autentičnosti
Opis problema (2) • Zahtjevi • Transparentnost za čovjekov vizualni sustav • Robusnost • Sigurnost
Model procesa • x – osnovni signal (slika) • m – digitalni vodeni žig • s – signal s vodenim žigom • y– signal s vodenim žigom nakon modifikacija • – estimirani vodeni žig
Pregled postojećih metoda • Podjela prema domeni • Prostorna domena • Transformacijska domena • Frekvencijska (DCT, DFT) • Wavelet (DWT) • Razne “egzotične” (fraktalna, kompleksna wavelet, Fresnel, Fourier-Mellin...)
Pregled postojećih metoda (2) • Podjela prema načinu dodavanja vodenog žiga • Linearne aditivne metode • Spread spectrum • Manipulacija bitovima male važnosti • Nelinearna kvantizacija • Podjela prema dostupnosti originala • Dostupan • Nije dostupan
Spread Spectrum • Linearna aditivna metoda u prostornoj domeni • Vodeni žig se raspoređuje po svim frekvencijama • Postupak dodavanja • Moduliranje informacije bijelim šumom • Dodavanje moduliranog signala izvornom signalu (slici)
Dodavanje vodenog žiga • vodeni žig – binarni niz: • transformacija tog niza: • slika x se dijeli u blokove xi, u svaki blok se sprema jedan bit vodenog žiga • mi’ se modulira bijelim šumom w veličine bloka slike, modulirani signal se dodaje bloku slike xi xi w
Detekcija vodenog žiga • Kroskorelacija bloka slike s realizacijom bijelog šuma s kojom je vodeni žig stvoren • Ako je vrijednost korelacije veća od eksperimentalno određedog praga, tj. vodeni žig je prisutan:
Detekcija vodenog žiga (2) • p – snaga vodenog žiga • mora biti dovoljno velika da se vodeni žig može detektirati i nakon modifikacije slike • ne smije biti prevelika da se šum ne bi vidio na slici • u našoj implementaciji se mijenja, ovisi o korelaciji šuma i bloka slike
Modifikacije osnovne metode • Ispis slike • Visoke frekvencije se ne mogu dobro rekonstruirati • Vodeni žig treba modelirati s obojenim šumom koji sadrži samo niske frekvencije • Stvaranje manjeg bloka bijelog šuma i iterpolacija dodavanjem nula u frekvencijsku karakteristiku w’ w dct2 idct2 dodane nule
Modifikacije osnovne metode (2) • JPEG kompresija • Spread spectrum nije pogodan za JPEG kompresiju • Kompresijom se gube sve informacije male snage (većina šuma koji smo dodali) • Trik – bijeli šum komprimirati JPEG-om i takvog ga dodavati na sliku • Nije savršeno, ali radi jpeg
Eksperimentalni rezultati • Modifikacije boje • Testna slika: dimenzije 512 x 512 pixela, boja 24 bitna, RGB • Vodeni žig, veličina bloka 32 x 32 pixela, snaga 5 original: sa vodenim žigom: razlika:
Dodavanje šuma: 100% do suma amplitude 100 Postotak detekcije opada daljnjim porastom suma Color balance: 98% za prikazanu sliku Plastic: 100% Gaussovo Zamućenje: 100% za r=0.3px 95% za r=0.4px 70% za r=0.5px za r>0.7px ne može se detektirati Rezultati – modifikacije boje
Eksperimentalni rezultati • Modifikacija geometrije • Testna slika: dimenzije 512 x 512 pixsela, boja 24 bitna, RGB • Vodeni žig: veličina bloka 24 x 24, interpolirano na 32 x 32, snaga 5 original: sa vodenim žigom: razlika:
Rezultati - modifikacije geometrije • Ova metoda ne podnosi promjenu geometrije • Moguće su samo vrlo male modifikacije • Može se implementirati skaliranje i rotacija šuma • Program bi bio vrlo spor (već sa pomakom blokova radi sporo) Povećanje na 516 x 516: 85% Smanjenje na 508 x 508: 84% Rotacija 0.5°: 72%
Rezultati - JPEG • vodeni žig 32 x 32 komprimiran JPEG-om Kvaliteta 10/100: ne može se detektirati Kvaliteta 20/100: ne može se detektirati Kvaliteta 30/100: 100% za sve kavlitete veće od 30/100
Rezultati - ispis • Slika 1280 x 960, Grayscale • Vodeni žig 16 x 16 interpoliran na 64 x 64, snaga 8 Original Ispisana na laserskom pisaču i skenirana: Točno pročitan, osim na mjestima gdje je nestalo tonera ;) Pretvorena u Grayscale i dodan vodeni žig Ispisana, zgužvana i skenirana: 65% (uključujući i mjesta bez tonera)
Ocjena metode i usporedba s ostalim metodama • Spread spectrum • Jedna od najstarijih metoda • Ne pretjerano dobra • Vodeni žig mora biti dosta snažan - vidi se • “slijepa” metoda – ne koristi karakteristike slike na koju se primjenjuje • Uz manje modifikacije može se primjeniti u raznim situacijama (bolje metode su usko specijalizirane)
Zaključak • Rezultati • Implementiranom metodom ne može se na sliku dodati puno podataka • Detekcija dobra, osim nakon modifikacija geometrije slike • Moguća poboljšanja • Mogućnost skaliranja i rotacije šuma prilikom detekcije • Optimiziranje koda i ubrzavanje izvođenja
I za kraj... • Lena Sjööblom • Playmate of the Month, studeni 1972. • Skenirana na USC, SIPI za jedan članak • Najčešće korištena slika za testiranje algoritama koji se bave obradom slike