نهان نگاری – ادبیات و مبانی نظری

1-1 مقدمه ای بر نهان نگاری.. 1

1-2 تاریخچه نهان نگاری  …….. 3

1-3 اهداف و ملزومات نهان نگاری.. 8

1-4 حوزه‌های نهان نگاری  …… 9

1-5 نهان نگاری در رسانه‌های مختلف.. 11

1-5-1 نهان نگاری در متن. 12

1-5-2 پنهان نگاري در عکس.. 15

1-5-3 پنهان نگاري در صوت.. 18

1-5-4 پنهان نگاري در ویدئو. 19

1-6 کشف نهان نگاري  …………. 20

1-6-1 انواع حملات.. 21

1-6-2 تحلیل نهان نگاری.. 24

1-6-3 انکار نهان نگاری.. 26

منابع

نهان نگاری

مقدمه ای بر نهان نگاری

در دهه اخیر، به علت اتصال تعداد بیشماری از رایانه‌های شخصی به شبكه جهانی اینترنت، انفجاری در توزیع و استفاده آسان از داده دیجیتال چندرسانه‌ای به وقوع پیوسته است، گر چه داده دیجیتال مزایای بسیاری نسبت به داده آنالوگ دارد، ولی ارائه‌دهندگان سرویس‌های چندرسانه‌ای نگران پخش و انتشار بی‌رویه ناشی از كپی غیرمجاز داده‌های دیجیتال هستند، كه بر خلاف حالت آنالوگ كیفیتی مشابه داده اصلی را دارند.

برای حفاظت از محصولات دیجیتال چندرسانه‌ای در برابر كپی های غیرمجاز و حفظ حق انتشار برای داده‌های صوتی، تصویری و ویدئویی از دو تكنیك رمزنگاری[1] و نهان نگاری[2]  استفاده می‌شود. تكنیك های رمزنگاری برای حفاظت داده دیجیتال به هنگام انتقال از فرستنده به گیرنده به كار می روند. داده‌ها در فرستنده رمز می‌شوند و پس از دریافت در گیرنده رمزگشایی می‌شوند. از این پس دیگر هیچ‌گونه حفاظتی از داده صورت نمی‌گیرد. ولی در تكنیك های نهان نگاری، یك سیگنال پنهانی به نام پیام یا واترمارك[3]، مستقیماً در داخل داده هك می‌شود و همواره در آن باقی می‌ماند.

برای استفاده از داده نهان نگاری شده، نیازی به برداشتن سیگنال واترمارك نیست زیرا این سیگنال طوری در داده میزبان درج می‌شود كه هیچ تأثیر نامطلوبی بر داده اصلی نمی‌گذارد. به عنوان مثال در نهان نگاری داده در تصویر، چشم انسان نباید تفاوت بین تصویر اصلی و تصویر واترمارك شده را حس كند. در صورت هر گونه استفاده غیرمجاز از تصویر واترمارك شده، مانند كپی غیرمجاز از آن و یا هرگونه تحریف و تغییر تصویر توسط ا فراد غیرمجاز، صاحب اصلی داده می‌تواند با استخراج سیگنال واترمارك كه تنها توسط او امکان‌پذیر است، مالكیت خود را به اثبات برساند و یا محل تغییرات صورت گرفته بر روی تصویر را مشخص كند. هرچند که مطرح‌شدن ایده نهان‏نگاری به سال 1449 میلادی بر می­گردد، اما کاربرد‏های پیشرفته این ایده در چند سال اخیر مطرح شده است.

نهان نگاری در سیستم های امنیتی کاربرد بسیاری دارد و به شدت رو به رشد است. روش‌های مختلفی برای نهان نگاری پیشنهاد شده که در عین حال روش‌هایی زیادی نیز برای کشف اکثر آن‌ها ارئه شده و موجود است. در نتیجه نیاز به فضای وسیع­تری برای نهان نگاری که بتوان از تکنیک‌های پیشرفته‌تر  و امن­تری برای نهان­سازی داده­ها استفاده کرد، ضروری به نظر می­رسد. این فضا می­بایست فضایی فراتر از فضای داده یک بعد یعنی صوت  دوبعدی یعنی تصویر باشد.

از زمان پیدایش تلویزیون، تلاش‌های زیادی در جهت بهبود آنچه که از دیدن یک فیلم توسط بینندگان تجربه می‌شود، انجام شده است. یکی از قدم‌های مهم آتی در این زمینه، معرفی و ورود تلویزیون سه‌بعدی [4] می‌باشد که برای بیننده این امکان را ایجاد می‌کند که فیلم را در یک فضای سه‌بعدی مشاهده نماید.

طرفداران تلویزیون سه‌بعدی معتقدند که این ایده تجربه جدیدی را برای بیننده به همراه خواهد داشت و حوزه کاربردهای تصویر را وسیع تر خواهد نمود. بنابراین از آنجایی که تصویربرداری سه‌بعدی روشی در حال پیشرفت است و در آینده نزدیک وارد تکنولوژی انتقال اطلات خواهد شد،  به نظر می‌رسد فضای بسیار مناسبی جهت نهان نگاری اطلاعات در اختیار ما قرار می­دهد.

مشخصاً اساس نمایش تصاویر سه‌بعدی بر مبنای ادراک سیستم بینایی انسان از بعد سوم است که دریافت‌کننده نهایی این تصاویر می‌باشد. بنابراین بررسی و تحلیل سیستم های تصویربرداری سه‌بعدی نیاز به درک و آشنایی اولیه با سیستم بینایی انسان خواهد داشت. به همین دلیل ما در این پایان‌نامه به بررسی تکنیک‌هایی که تا به حال برای نهان نگاری تصویر سه‌بعدی ارائه شده‌اند می­پردازیم و سپس در ادامه به ارائه پیشنهاداتی جهت نهان نگاری در تصاویر سه‌بعدی می‌پردازیم.

[1] Cryptography

[2] Steganography

[3] Watermark

[4]  3D TV

اهداف و ملزومات نهان نگاری

نهان نگاری كاربردهای مختلفی دارد كه برخی از آن‌ها عبارت‌اند از:

• ا ثبات حق مالكیت و یا حفظ حق نشر
• نهان كردن داده‌های مختلف با امكان رد گیری
• كنترل عمل کپی‌برداری
• نظارت بر پخش
• تصدیق صحت داده
• برچسب زدن به تصاویر
• ارتباطات مخفیانه و پنهان سازی داده

گرچه هر كاربردی از نهان نگاری تصویر نیازهای خاص خود را دارد، با این همه تمام روش‌های نهان نگاری باید ملزومات مشتركی را رعایت كنند كه عبارت‌اند از:

• شفافیت: شفافیت سیستم یعنی موضوع میزبان قبل و بعد از جا سازی در پیام نباید تفاوت محسوسی داشته باشد، چرا که هدف ناملموس نمودن فرآیند انتقال پیام است و در حقیقت امنیت یک سیستم پنهان سازی در همین مسئله شفافیت نهفته است و هر چه شباهت موضوع میزبان پیام، در هر دو حالت عاری و حاوی پیام بیشتر باشد، امنیت این سیستم در سطح بالاتری قرار دارد.
• مقاومت: مقاومت یک سیستم پنهان سازی به معنای این است که پیام پنهان‌شده در مقابل اعمال تغییرات ناخواسته و غیر عمدی که وجود خشه در طول مسیر انتقال به وجود می‌آورد و یا اعمال تغییرات عمدی که توسط حمله‌کننده فعال به منظور تغییر پیام یا از بین بردن آن انجام می‌گردد.
• ظرفیت: در یک سیستم پنهان سازی هرچه بتوان پیام بیشتری را در یک میزبان مخفی نمود، این سیستم مناسب تر خواهد بود. حجم داده‌ای که می‌توان در میزبان ذخیره کرد، دقیقاً بستگی به ماهیت میزبان دارد و این که تا چه حدی می‌توان داده را در آن پنهان نمود، بدون اینکه در شفافیت آن تأثیری جدی بگذارد.

سه ویژگی فوق ارتباط تنگاتنگی با یکدیگر دارند، بدین معنی که با ثابت فرض کردن ویژگی اول و افزایش ویژگی دوم، ویژگی سوم حتماً کاهش خواهد یافت. الگوریتم‌های نهان نگاری، به منظور درج اطلاعات سیگنال پیام در داخل داده میزبان، تغییرات كوچكی را بر اساس سیگنال پیام در داده‌ی میزبان، ایجاد می‌کنند به نحوی كه با چشم انسان قابل مشاهده نباشد.

حوزه‌های نهان نگاری

نهان نگاری در حوزه‌های مختلف انجام می‌شود که شامل:

• حوزه مکان
• حوزه فرکانس[1]
• درج در حوزه آماری

که هر کدام بر اساس شرایط مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در دنیای دیجیتال امروزه، نهان نگاری مقاوم تصویر که در آن یک سیگنال حامل داده به صورت نامرئی و مقاوم در برابر حملات در تصویر تعبیه می‌شود، به عنوان یک راهکار برای حل مسئله حفاظت از حق تألیف محصولات تصویری معرفی شده است. برای این منظور تاکنون جهت نهان نگاری، روش‌های متعددی به کار گرفته شده است که از آن جمله می‌توان به استفاده از مدل های بینایی جهت یافتن میزان بیشینه انرژی نهان نگاری برای تعبیه در تصویر و استفاده از حوزه‌های مقاوم در برابر حملات و تصویربرداری سه بعدی اشاره نمود.

یكی از راه‌ها برای افزودن یك سیگنال واترمارك در حوزه مكان، اضافه كردن یك رشته شبه نویز معرف سیگنال واترمارك به مقادیر روشنایی پیکسل‌های تصویر مورد نظر است. امنیت این روش به كلید به‌کاررفته در تولید رشته شبه تصادفی بستگی دارد و استخراج آن با استفاده از مقدار همبستگی بین تصویر واترمارك شده و سیگنال اصلی واترمارك صورت می‌گیرد. برای درج تعداد زیادی بیت در تصویر میزبان، می‌توان تصویر اصلی را به تعدادی زیر تصویر تقسیم كرد و هر بیت را به یكی از این زیر تصویرها اضافه كرد. از دیگر روش‌های نهان نگاری در حوزه مكان می‌توان از روش بیت کم ارزش[2] نام برد.

در حوزه فركانس، بسیاری از روش‌ها، از مدولاسیون دامنه یا فاز[3] استفاده می‌کنند. حوزه متداول دیگر برای درج سیگنال واترمارك، حوزه تبدیل گسسته كسینوسی است. با استفاده از تبدیل گسسته كسینوسی می‌توان یك تصویر را به باندهای شبه فركانسی تقسیم كرد و واترمارك را در مناسب‌ترین باند درج كرد.

تبدیلات مقایسه شده شامل تبدیل گسسته كسینوسی، موجك، هادامارد، سینوسی گسسته هستند. روش‌های دیگر نهان نگاری بر مبنای فشرده‌سازی پیشنهاد شده‌اند. در این روش‌ها بلوک‌هایی از تصویر كه حاوی الگوهای تكراری هستند، انتخاب می‌شوند. گر چه این روش‌ها در برابر JPEG مقاوم‌اند ولی بیشتر برای تصاویری كه حاوی مناظر و اجسام طبیعی هستند، مناسب می‌باشند.

نهان نگاری به روش طیف گسترده از یك مفهوم مخابرات طیف گسترده استفاده می‌کند كه در آن یك سیگنال باند باریك در داخل یك سیگنال شبه نویز منتقل می‌شود. توانایی این روش در تحمل تداخلات ناخواسته بسیار بالاست. این روش همچنین دارای مزایای امنیت حاصل از رمزنگاری است كه بر مبنای کلیدهای استفاده شده در تولید رشته‌های شبه تصادفی متعامد مانند رشته‌های گلد یا كاسامی حاصل می‌شود.

[1] DCT

[2] LSB

[3] DFT

جهت مشاهده نمونه های دیگر از پایان نامه مهندسی برق کلیک کنید.

نمونه ای از منابع لاتین

• [30]  L. Zhang and W. J. Tam, “Stereoscopic image generation based on depth images for 3D TV,” IEEE Trans.Broadcast. 51, pp. 191-199, June 2005.
• [31]  Z. Wang, L. Lu and A. C. Bovik, “Video quality assessment based on structural distortion measurement,” Signal Processing: Image Communication, vol.19, pp.121-132, Jan 2004.
• [32] Perkins, M. G. 1992. Data compression of stereopairs. IEEE Transactions on Communications 40, 684–696.
• [33] Tam, W., Stelmach, L., and Corriveau, P. 1998. Psychovisual aspects of viewing stereoscopic video sequences. Proceedings of the SPIE 3295, 226–235.
• [34] Meegan, D. V., Stelmach, L. B., and Tam, W. J. 2001. Unequal weighting of monocular inputs in binocular combination: implications for the compression of stereoscopic imagery. Journal of Experimental Psychology: Applied 7, 143–153.
• [35] IJsselsteijn, W., de Ridder, H., Hamberg, R., Bouwhuis, D., and Freeman, J. 1998. Perceived depth and the feeling of presence in 3DTV. Displays 18, 207–214.
• [36] Westheimer, G. and McKee, S. 1980. Stereoscopic acuity with defocused and spatially filtered retinal images. Journal of the Optical Society of America 7, 772–778.
• [37] Stelmach, L., Tam, W. J., Meegan, D., and Vincent, A. 2000. Stereo image quality: Effects of mixed spatio-temporal resolution. IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology 10, 188–193.
• [38] IJsselsteijn, W., de Ridder, H., Freeman, J., and Avons, S. 2000. Presence: Concept, determinants and measurement. Proceedings of the SPIE, 252–255.
• [39] Berthold, A. 1997. The influence of blur on the perceived quality and sensation of depth of 2D and stereo images. Tech. rep., ATR Human Information Processing Research Laboratories.
• [40] Freeman, J. and Avons, S. 2000. Focus group exploration of presence through advanced broadcast services. Proceedings of the SPIE 3959, 530–539.
• [41] Yano, S. and Yuyama, I. 1991. Stereoscopic HDTV: Experimental system and psychological effects. Journal of the SMPTE 100, 14–18.
• [42] Mitsuhashi, T. 1996. Evaluation of stereoscopic picture quality with CFF. Ergonomics 39,1344–1356.
• [43] Okuyama, F. 1999. Evaluation of stereoscopic display with visual function and interview. Proceedings of the SPIE 3639, 28–35.
• [44] Kooi, F. and Toet, A. 2004. Visual comfort of binocular and 3D displays. Displays 25, 99–108.Levelt, W. 1965. On Binocular Rivalry. Royal VanGorcum, Assen, The Netherlands.
• [45] Stelmach, L. B. and Tam, W. J. 1998. Stereoscopic image coding: effect of disparate imagequality in left- and right-eye views. Signal Processing: Image Communications 14, 111–117.
• [46] IJsselsteijn, W. 2004. Presence in Depth. Eindhoven University of Technology, The Netherlands.
• [47] IJsselsteijn, W., de Ridder, H., and Vliegen, J. 2000. Effects of stereoscopic filming parameters and display duration on the subjective assessment of eye strain. Proceedings of the
• SPIE 3957, 12–22.
• [48] Yamanoue, H., Ide, S., Okui, M., Okano, F., Bitou, M., and Terashima, N. 2002. Parallax
• …
• …