Вадим Грибунин - Цифровая стеганография

Рис. 8.9. Пример процесса встраивания битов водяного знака в наименее значащие биты.

Для встраивания ЦВЗ L в MPEG видео прежде всего выполняется поиск подходящих кодовых слов. Младший бит таких слов заменяется на бит ЦВЗ. Эта процедура продолжается, пока не будут внедрены все биты водяного знака. На рис. 8.9 показан пример встраивания в двух битов.

Извлечение ЦВЗ реализуется аналогично: сначала ищутся подходящие кодовые слова, из которых берутся младшие биты.

Ясно, что скорость передачи скрытой информации определяется числом подходящих кодовых слов. Попробуем оценить ее экспериментально. Для этого воспользуемся тестовой последовательностью длительностью 10 секунд. Величина кадра 720х560 пикселов, кодируется 25 кадров в секунду, размер кодируемой группы равен 12 кадрам. В последовательности присутствуют различные типы кадров: с сравнительно гладкими областями, текстурированные участки и контуры. Для проведения эксперимента последовательность кодировалась на скоростях 1.4, 2, 4, 6, и 8 мбит/с.

В табл.8.2 показаны результаты встраивания информации в поток видеоданных, сжатый с различными скоростями. Для внедрения использовались только подходящие кодовые слова из I-кадров, исключая DC-коэффициенты. В этой таблице под количеством кодовых слов понимается количество всех кодируемых коэффициентов ДКП, включая коэффициенты, кодируемые кодами с фиксированной длиной кодового слова и коэффициенты постоянного тока. Из таблицы видно, что при работе со сжатым видео можно достичь скорости передачи информации 7 кбит/с с использованием только I-кадров.

Если же использовать и другие типы кадров, то максимальная скорость передачи данных по скрытому каналу связи может быть увеличена до 29 кбит/с. Эти результаты показаны в таблице 8.3.

Экспертные оценки показывают, что вышеописанный процесс встраивания водяного знака не приводит к каким бы то ни было зрительным эффектам при кодировании потока видеоданных на скоростях 4, 6, 8 мбит/с. Оценить степень влияния встроенных водяных знаков на качество видео при скоростях меньших 2 мбит/с не представляется возможным из-за изначально низкого его качества.

Табл.8.2. Соотношение скорости кодирования потока видеоданных и максимальной скорости передачи данных по скрытому каналу связи при использовании только внутрикадрово кодированных макроблоков.

Табл.8.3. Соотношение скорости кодирования потока видеоданных и максимальной скорости передачи данных по скрытому каналу связи.

Рассмотренный метод наряду с его неоспоримыми достоинствами — высокой пропускной способностью и небольшой вычислительной сложностью — обладает и существенным недостатком. Водяной знак, встроенный с его помощью, может быть легко удален. Для этого достаточно просто повторно наложить последовательность ЦВЗ. Тогда качество видео ухудшится незначительно, а водяной знак будет уничтожен.

Далее описывается метод, сочетающий в себе достоинства методов, работающих с исходным и сжатым видео. В его основе лежит дифференциальное встраивание энергии (ДЭВ) ЦВЗ [3]-6].

В случае MPEG/JPEG кодированных видеоданных ДЭВ может быть осуществлено в области коэффициентов. Сложность алгоритма ДЭВ незначительно выше сложности описанного ранее метода, основанного на НЗБ, и значительно ниже метода основанного на корреляции с компенсацией ошибок предсказания, также описанного ранее. Метод ДЭВ может быть применен не только к видеоданным MPEG/JPEG, но и к другим алгоритмам сжатия видео, например, к вейвлет-кодеру нуль-дерева [13].