Підвищення стійкостіцифрових водяних знаків у потокових відеозаписах на основі диференціального вбудовування енергії (DEW)

Abstract

In connection with the continuous growth of the amount of digital information and the wider use of the Internet, today’s urgent task is the protection of copyright with the help of steganography. In particular, the technologies of digital watermarks (DWM) are successfully used to solve the problems of confirming copyright in relation to digital files, controlling their use by authorized users and other persons, confirming the authenticity and reliability of copies of software and multimedia objects used. An algorithm for embedding digital watermarks based on the idea of a differential energy watermark (DEW) was chosen for research and further improvement in the work, and is a method of embedding a digital watermark based on the selective rejection of a part of the high-frequency coefficients of the discrete cosine transform (DCT) compressed images and videos. Based on the results of the work carried out, this article describes the improvement of the method for copyright protection of streaming video (MPEG2 and MPEG4 formats) by embedding a digital watermark only in the low-frequency coefficients of the discrete-cosine transformation and applying the Canni’s segmentation method, which uses a multi-level computational approach to the detection of the segment boundaries in the image and helps to reduce the visual changes of the container. In order to study the practical results of the improved method, it was implemented in the developed online service and applied to video files, which made it possible to evaluate the performance and compare it with other methods of embedding the DW in terms of visual impact indicators (SSIM, SNR, PSNR, AD, NAD, IF) and resistance to attacks. According to the results of the study, it was concluded that in general, the application of the improved method allows to increase the stability indicators of DW in streaming video by approximately 12%. The digital watermark embedded in the video file did not have a significant impact on it, and the embedding of data in low-frequency coefficients made it possible to increase resistance to attacks.

У зв’язку з безперервним зростанням обсягів цифрової інформації та поширенням використання Інтернету, актуальним завданням на сьогодні є захист авторського права за допомогою засобів стеганографії. Зокрема, технології цифрових водяних знаків (ЦВЗ) успішно використовуються для вирішення завдань підтвердження авторського права по відношенню до цифрових файлів, контролю їхнього використання авторизованими користувачами та іншими особами, підтвердження справжності та надійності копій програмних засобів та мультимедіа використовуваних об’єктів. В роботі вдосконалено алгоритм вбудовування цифрових водяних знаків, що базується на ідеї диференціального енергетичного водяного знака (DEW) та є методом вбудовування цифрових водяних знаків, заснованим на вибірковому відкиданні частини високочастотних коефіцієнтів дискретно-косинусного перетворення (ДКП) ущільнених зображень і відеозображень. За результатами проведеної роботи розглянуто вдосконалення методу для захисту авторського права на потокове відео (формати MPEG2 та MPEG4) за рахунок вбудовування цифрових водяних знаків лише у низькочастотні коефіцієнти дискретно-косинусного перетворення та застосування методу сегментації Канні, який використовує багаторівневий обчислювальний підхід виявлення меж сегментів на зображенні та сприяє зменшенню візуальних змін контейнера. Для дослідження практичних результатів вдосконаленого методу, його впроваджено в розроблений онлайн-сервіс та застосовано до відеофайлів. Це дало змогу оцінити результати роботи та порівняти його з іншими методами вбудовування ЦВЗ за показниками візуального впливу (SSIM, SNR, PSNR, AD, NAD, IF) та стійкості до атак. Проведено дослідження, яке проказало, що застосування вдосконаленого методу дозволяє підвищити показники стійкості ЦВЗ у потоковому відео орієнтовно на 12 %. Цифровий водяний знак, що вбудовувався у відеофайл не здійснював на нього суттєвого впливу, а вбудовування даних у низькочастотні коефіцієнти дозволило підвищити стійкість до атак.