Алгоритм встраивания информации в сжатые цифровые изображения на основе операции замены с применением оптимизации
Евсютин О.О., Шелупанов А.А., Мещеряков Р.В., Бондаренко Д.О.

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, Томск, Россия

Аннотация:
В данной работе рассматривается одно из направлений цифровой стеганографии – встраивание информации в сжатые JPEG-изображения. Введена схема встраивания информации на основе операции замены ДКП-коэффициентов. Предложены и исследованы варианты алгоритмической реализации данной схемы. Для повышения качества встраивания, характеризуемого значением PSNR, использован генетический алгоритм. Основным результатом исследования является стеганографический алгоритм встраивания информации в сжатые JPEG-изображения, отличающийся возможностью неравномерного распределения битов сообщения по блокам ДКП-коэффициентов. Выбор оптимальной области встраивания осуществляется с помощью генетического алгоритма.

Ключевые слова:
защита информации, цифровая стеганография, встраивание информации, цифровые изображения, JPEG.

Цитирование:
Евсютин, О.О. Алгоритм встраивания информации в сжатые цифровые изображения на основе операции замены с применением оптимизации / О.О. Евсютин, А.А. Шелупанов, Р.В. Мещеряков, Д.О. Бондаренко // Компьютерная оптика. – 2017. – Т. 41, № 3. – С. 412-421. – DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-3-412-421.

Литература:

  1. Fridrich, J. Steganography in digital media: Principles, algorithms, and applications / J. Fridrich. – Cambridge: Cambridge University Press, 2010. – 437 p. – ISBN: 978-0-521-19019-0.
  2. Федосеев, В.А. Унифицированная модель систем встра­ивания информации в цифровые сигналы / В.А. Фе­до­се­ев // Компьютерная оптика. – 2016. – Т. 40, № 1. – С. 87-98. – DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-1-87-98.
  3. Yu, L. PM1 steganography in JPEG images using genetic algorithm / L. Yu, Y. Zhao, R. Ni, Z. Zhu // Soft Computing. – 2009. – Vol. 13(4). – P. 393-400. – DOI: 10.1007/s00500-008-0327-7.
  4. Евсютин, О.О. Улучшенный алгоритм встраивания информации в сжатые цифровые изображения на основе метода PM1 / О.О. Евсютин, А.С. Кокурина, А.А. Ше­лупанов, И.И. Шепелев // Компьютерная оптика. – 2015. – Т. 39, № 4. – С. 572-581. – DOI: 10.18287/0134-2452-2015-39-4-572-581.
  5. Li, F. Adaptive JPEG steganography with new distortion function / F. Li, X. Zhang, J. Yu, W. Shen // Annals of Telecommunications. – 2014. – Vol. 69(7). – P. 431-440. – DOI: 10.1007/s12243-013-0415-2.
  6. Nikolaidis, A. Low overhead reversible data hiding for color JPEG images / A. Nikolaidis // Multimedia Tools and Applications. – 2016. – Vol. 75(4). – P. 1869-1881. – DOI: 10.1007/s11042-014-2377-4.
  7. Noda, H. High-performance JPEG steganography using quantization index modulation in DCT domain / H. Noda, M. Niimi, E. Kawaguchi // Pattern Recognition Letters. – 2006. – Vol. 27(5). – P. 455-461. – DOI: 10.1016/j.pat­rec.2005.09.008.
  8. Chen, B. Quantization index modulation: a class of provably good methods for digital watermarking and information embedding / B. Chen, G.W. Wornell // IEEE Transactions on Information Theory. – 2001. –Vol. 47(4). – P. 1423-1443. – DOI: 10.1109/18.923725.
  9. Глумов, Н.И. Алгоритм встраивания полухрупких цифровых водяных знаков для задач аутентификации изображений и скрытой передачи информации / Н.И. Глумов, В.А. Митекин // Компьютерная оптика. – 2011. – Т. 35, № 2. – С. 262-267. – ISSN 0134-2452.
  10. Wang, K. A high capacity lossless data hiding scheme for JPEG images / K. Wang, Z.-M. Lu, Y.-J. Hu // The Journal of Systems and Software. – 2013. – Vol. 86(7). – P. 1965-1975. – DOI: 10.1016/j.jss.2013.03.083.
  11. Jiang, C. A high capacity steganographic method based on quantization table modification and F5 algorithm / C. Jiang, Y. Pang, S. Xiong // Circuits, Systems, and Signal Processing. – 2013. – Vol. 33(5). – P. 1611-1626. – DOI: 10.1007/s00034-013-9703-3.
  12. Westfeld, A. F5 – a steganographic algorithm. High capacity despite better steganalysis / A. Westfeld // Proceedings of the 4th International Workshop on Information Hiding (IH 2001), USA, PA, Pittsburgh. – 2001. – P. 289-302.
  13. Chang, C.-C. A steganographic method based upon JPEG and quantization table modi?cation / C.-C. Chang, T.-S. Chen, L.-Z. Chung // Information Sciences. – 2002. – Vol. 141(1-2). – P. 123-138. – DOI: 10.1016/S0020-0255(01)00194-3.
  14. Li, X. A steganographic method based upon JPEG and particle swarm optimization algorithm / X. Li, J. Wang // Information Sciences. – 2007. – Vol. 177(15). – P. 3099-3109. – DOI: 10.1016/j.ins.2007.02.008.
  15. Jiang, C. A high capacity steganographic method based on quantization table modification / C. Jiang, Y. Pang, L. Guo, B. Jing, X. Gong // Wuhan University Journal of Natural Sciences. – 2011. – Vol. 16, Issue 3. – P. 223-227. – DOI: 10.1007/s11859-011-0740-0.
  16. The USC-SIPI image database [Электронный ресурс]. – URL: http://sipi.usc.edu/database/ (дата обращения 01.12.2016).
  17. Andriotis, P. JPEG steganography detection with Benford’s Law / P. Andriotis, G. Oikonomou, T. Tryfonas // Digital Investigation. – 2013. – Vol. 9(3-4). – P. 246-257. – DOI: 10.1016/j.diin.2013.01.005.


© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20