Algoritmi folosiți pentru watermarking-ul pe imagini

Watermarking-ul adica marcarea transparenta este operatia de introducere a unei informatii transparente, imperceptibile pentru sistemul auditiv, respectiv vizual numita marcaj- watermark în informatia gazda, care poate fi text, semnal audio, imagine statica sau video. Denumirea de watermark provine de la cuvintele din limba engleza water- apa si mark – marcaj si desemneaza un marcaj transparent, invizibil, asemanator transparentei apei.

Marcajul contine, în general, informatii despre originea si/sau destinatia informatiei gazda. Desi nu e folosit direct în protectia proprietatii intelectuale, el ajuta la identificarea sursei si destinatarului, fiind util în cazul disputelor privind dreptul de autor sau distribuitor al informatiei.

Teoretic, marcajul trebuie sa protejeze informatia permanent, deci trebuie sa aiba calitatea de a fi robust, astfel încât sa nu poata fi înlaturat din informatia gazda, fara degradarea esentiala a calitatii acesteia. Acest marcaj este asemanator unei semnaturi cu observatia ca trebuie sa fie transparent.

Procedeul de marcare transparenta pentru a putea realiza protejarea informatiei, consta din doua operatii:

- introducerea marcajului în datele gazda, înainte de transmisie sau stocare;

- extragerea marcajului din datele receptionate si compararea marcajului adaugat la emisie cu cel extras la receptie, pentru autentificare, în caz de disputa.

Clasificarea tehnicilor de marcare

Tehnicile de marcare transparenta existente pot fi clasificate dupa cum urmeaza:

-Perceptibile

-Imperceptibile – Fragile

– Robuste – Publice

– Private

– În domeniul spatial/temporal

– În domeniul transformatei.

Marcajele perceptibile creeaza schimbari sesizabile în semnalul original, atunci când sunt înglobate, dar nu împiedica semnalul marcat sa comunice mesajul original. Desi marcarea perceptibila nu este atât de raspândita, din moment ce „marcarea” poate fi suparatoare pentru sistemul vizual uman, ea a fost implementata cu succes pentru imagini prin înglobarea unui logo vizibil, care permite ca toate detaliile imaginii sa fie vazute.

Marcajele imperceptibile pot fi, în functie de aplicatie, fragile sau robuste. Un marcaj fragil este înglobat în semnalul multimedia astfel încât aproape orice transformare nedorita a semnalului marcat va duce la alterarea acesteia, furnizând astfel informatii despre modificari ale semnalului facute cu rea vointa. În contrast cu marcajele fragile, marcajele robuste sunt înglobate în semnalul gazda astfel încât eliminarea lor sa fie dificil de facut. Acestea trebuie sa fie rezistente împotriva atacurilor intentionate. Un atac este orice fel de modificare a semnalului multimedia marcat care poate afecta calitatea marcajului extras. În cadrul tehnicilor de marcare robuste, se pot defini doua tipuri de sisteme de marcare, publice respectiv, private. Sistemele de marcare publice folosesc pentru detectia respectiv extragerea marcajului, numai semnalul multimedia marcat, precum si o cheie de marcare, si nu au nevoie de semnalul multimedia original. Aceste sisteme sunt mai putin robuste în estimarea marcajului, dar volumul de calcul este mult mai redus. Sistemele de marcare private folosesc pentru detectia si extragerea marcajului atât semnalul multimedia marcat, cât si cel original. Aceste sisteme, desi sunt mai robuste, nu sunt potrivite în aplicatii în care se cere viteza si eficienta, cum ar fi cautari automate în baze de date a produselor multimedia furate.

Tehnicile de marcare robuste se mai pot clasifica în tehnici în domeniul spatial/temporal, respectiv, tehnici în domeniul transformatelor. În prima categorie, marcajul este înglobat în domeniul spatial (pentru imagini), respectiv, în domeniul temporal (pentru semnale audio), în timp ce în a doua categorie, se lucreaza asupra transformatelor DCT, Fourier sau wavelet ale semnalului gazda.

Marcare fragila pentru imagini

Multe scheme de marcare transparenta pentru imagini au fost propuse pentru a proteja proprietatea intelectuala într-o era în care imaginile digitale sunt usor de modificat si pot fi reproduse aproape la perfectie. Într-un sistem de marcare fragila un semnal (watermark) e inserat în imagine astfel încât probabilitatea de a detecta reproduceri ale imaginii sa fie mare. Watermark-ul e practic invizibil ochiului uman. Aceste tipuri de marcari se regasec în sisteme de autentificare a imaginilor. Majoritatea marcarilor utilizate sunt în domeniul marcarii robuste însa multe aplicatii ar putea beneficia de pe urma marcarii fragile.

Aplicatii ale marcarii fragile

Un watermark fragil e un marcaj care e schimbat sau distrus când imaginea e modificata printr-o transformare liniara sau neliniara. Marcajele fragile nu sunt potrivite sa întareasca protectia dreptului de autor al imaginilor (copyright); un atacator doreste sa distruga marcajul inserat si marcajul fragil este, prin definitie, usor de distrus. Sensibilitatea lor la modificari conduce la folosirea lor pentru autentificarea imaginilor. Este posibil ca cineva sa fie interesat sa verifice daca o imagine a fost modificata dupa ce fost marcata.

Sistemele de autentificare a imaginilor isi gasesc domenii de aplicatie în drept, comert, aparare nationala si jurnalism. De vreme ce imaginile digitale sunt usor de modificat, un sistem de autentificare sigur e folosit pentru a arata ca nu au aparut falsuri daca credibilitatea imaginii e pusa sub semnul întrebarii.

Exemple comune sunt marcarea imaginilor într-o baza de date pentru a gasi falsurile, folosirea marcajelor de catre agentiile de stiri pentru a fi sigure ca o imagine nu e modificata sau fabricata pentru a falsifica evenimente si marcarea imaginilor în comert astfel încât cumparatorul sa fie sigur ca imaginile cumparate sunt autentice si în conformitate cu contractul încheiat. Alte situatii cuprind imaginile folosite în salile de judecata, fotografie, jurnalistica, sau imagini folosite în spionaj.

O alta metoda de a verifica autenticitatea unei opere digitale este folosirea unui sistem de semnaturi digitale. Un “rezumat” (digest) al datelor de autentificat se obtine prin utilizarea unei functii hash. Pentru autentificare se verifica semnatura examinând rezumatul (posibil modificat) al datelor, apoi folosind un algoritm de verificare se determina daca datele sunt autentice.

Daca scopul marcarii fragile si a semnaturilor digitale e similar, sistemele de marcare ofera unele avantaje fata de semnaturi însa dezavantajul îl constituie modificarile (inserarea marcajului) efectuate asupra imaginii. Prin faptul ca watermark-ul e inserat direct imaginii nu vom avea nevoie de informatii aditionale pentru verificarea autenticitatii.