Просмотр исходного текста страницы Случайный контейнер. Метод Гаусса-Куттера

==Руководство пользователя==
===Задача===
*В контейнере в виде   файла управляемого объема,  содержащего реализацию случайного сигнала, полученной с помощью функции rnorm(.) записать произвольно выбранное стего методом Куттера. (см.  конспект и материалы кафедральной энциклопедии)
*Восстановить стего по известному ключу.

===Исходные файлы===

: 1. stego.txt  – текстовый файл, в который помещается исходный текст для сокрытия
: 2. stego_decod.txt – файл, в который помещается извлеченный из контейнера текст
: 3. RGB_before_stego.bmp – контейнер до встраивания текста
: 4. Stego_cod.bmp  – контейнер со встроенным текстом
Весь исполняемый код подробно прокомментирован.
Ключевым параметром в данном методе является параметр γ – мощность встраиваемого сигнала. При малых значениях этого параметра восстановление текста невозможно. Учитывая специфику задания, этот параметр надо выбирать достаточно большим.

==Текст выполненной программы==
Общий смысл алгоритма Куттера.

Пусть изображение имеет RGB-кодировку. Встраивание выполняется в канал синего цвета, так как к синему цвету система человеческого зрения наименее чувствительна.

Извлечение бита получателем осуществляется без наличия у него исходного изображения, то есть вслепую. Для этого выполняется предсказание значения исходного, немодифицированного пиксела на основании значений его соседей.

:1. Чтение текста из файла и запись  в массив.
::1.1 Чтение текста из исходного файла
<code lang="matlab">
string_byte:=READBIN("stego.txt","byte")
</code>
получили массив:
{| class = "wikitable"
|rowspan="2" | string_byte<math>^T</math> = 
!
!0
!1
!2
!3
!4
!5
!6
!7
!8
!9
!10
!11
!12
!13
!14
!15
!16
!17
|-
!0
|68
|111
|110
|39
|116
|32
|119
|111
|114
|114
|121
|33
|32
|66
|101
|32
|104
|...
|}

::1.2 Чтобы избежать ошибок проведем проверку:
<code lang="matlab">
correct_read:=vec2str(string_byte)
correct_read:="Don't worry! Be happy!"
</code>
::1.3 После проверки корректности проведенной операции, преобразуем массив в битовую последовательность, более удобную в нашей работе

[[Файл:Bit_massiv.PNG‎]]
Полученный массив имеет вид:
{| class = "wikitable"
|rowspan="2" | bit_massiv<math>^T</math> = 
!
!0
!1
!2
!3
!4
!5
!6
!7
!8
!9
!10
!11
!12
!13
!14
!15
!16
!17
!18
!19
!20
!21
!22
!23
|-
!0
|0
|0
|1
|0
|0
|0
|1
|0
|1
|1
|1
|1
|0
|1
|1
|0
|0
|1
|1
|1
|0
|1
|1
|...
|}

:2. Метод Куттера.
:: 2.1 Задаем необходимые константы для реализации метода Куттера
<code lang="matlab">
γ :=6     //Константа, определяющая энергию встраиваемого сигнала.Чем больше γ, тем выше 
          //устойчивость встроенной информации к искажениям, однако и тем сильнее ее заметность. 
          //Установлено, что результат встраивания визуально незаметен при значениях γ меньше 0.05 
σ :=3     //Количество пикселей сверху (снизу,слева,справа) от оцениваемого пискселя
</code>
::2.2 Создаем контейнер управляемого объема, который зависит от размера нашего сообщения.Определяем количество пикселей, которые потребуются для сокрытия текста. 

Вычисляем длину стороны
<code lang="matlab">
size:=rows(bit_massiv)-1
</code>
"Запасные" пиксели для декодирования.

 side:=size+2<math>\cdot</math>σ

::2.3 Теперь создаем функцию, реальзиующую случайный сигнал (в данной задаче используетcя стандартная функция rnorm(.))

[[Файл:F_rnorm.PNG]]
::2.4 Создаем матрицы, содержищие значения интенсивности для каждого из цветов RGB 
<code lang="matlab">
RED:=f_rnorm(side,side,0,255)
GREEN:=f_rnorm(side,side,0,255)
BLUE:=f_rnorm(side,side,0,255)
</code>
Собираем изображение:
<code lang="matlab">
RGB:=augment(Red,Green,Blue)
</code>
Вид матрицы Red:
{| class = "wikitable"
|rowspan="15" | Red = 
!
!0
!1
!2
!3
!4
!5
!6
|-
!0
|55
|85
|60
|119
|211
|5
|16
|-
!1
|135
|146
|122
|197
|57
|184
|145
|-
!2
|64
|133
|5
|69
|190
|206
|60
|-
!3
|67
|175
|139
|54
|137
|39
|105
|-
!4
|79
|9
|24
|88
|69
|157
|27
|-
!5
|45
|25
|22
|23
|8
|91
|103
|-
!6
|219
|238
|79
|62
|15
|159
|251
|-
!7
|48
|10
|18
|98
|94
|149
|75
|-
!8
|11
|165
|176
|24
|120
|84
|125
|-
!9
|110
|38
|12
|69
|111
|75
|44
|-
!10
|234
|97
|57
|73
|32
|193
|227
|-
!11
|126
|165
|87
|237
|92
|63
|169
|-
!12
|207
|23
|125
|77
|167
|16
|81
|-
!13
|9
|11
|187
|10
|9
|193
|...
|}
Вид матрицы Green:
{| class = "wikitable"
|rowspan="15" | Green = 
!
!0
!1
!2
!3
!4
!5
!6
|-
!0
|56
|200
|111
|13
|3
|1
|51
|-
!1
|12
|12
|79
|101
|36
|36
|58
|-
!2
|121
|59
|15
|152
|104
|99
|13
|-
!3
|238
|226
|117
|62
|147
|25
|85
|-
!4
|88
|51
|55
|217
|130
|38
|59
|-
!5
|10
|163
|9
|33
|46
|1
|229
|-
!6
|129
|96
|204
|89
|146
|119
|66
|-
!7
|25
|44
|68
|51
|147
|126
|49
|-
!8
|11
|104
|42
|112
|136
|6
|53
|-
!9
|88
|91
|253
|54
|23
|64
|159
|-
!10
|228
|13
|146
|58
|20
|31
|227
|-
!11
|91
|105
|183
|96
|70
|34
|104
|-
!12
|58
|242
|174
|49
|50
|90
|26
|-
!13
|43
|75
|187
|96
|204
|193
|...
|}
Вид матрицы Blue:
{| class = "wikitable"
|rowspan="15" | Blue = 
!
!0
!1
!2
!3
!4
!5
!6
|-
!0
|43
|39
|61
|140
|185
|225
|87
|-
!1
|92
|18
|89
|58
|153
|4
|21
|-
!2
|145
|36
|105
|118
|112
|6
|156
|-
!3
|51
|175
|30
|163
|66
|63
|39
|-
!4
|106
|222
|2
|138
|82
|42
|24
|-
!5
|55
|211
|85
|80
|78
|21
|70
|-
!6
|35
|57
|85
|120
|40
|200
|5
|-
!7
|205
|104
|74
|30
|2
|66
|131
|-
!8
|159
|6
|105
|90
|34
|116
|39
|-
!9
|170
|70
|187
|107
|10
|39
|71
|-
!10
|135
|247
|61
|11
|141
|161
|100
|-
!11
|56
|113
|177
|27
|117
|3
|2
|-
!12
|87
|63
|38
|26
|73
|112
|96
|-
!13
|59
|130
|169
|145
|40
|197
|...
|}
Записываем получившееся изображение:
<code lang="matlab">
WRITERGB("RGB_before_stego.bmp"):=RGB
</code>
::2.5 Встраивание текста в контейнер.

Секретный бит M_bi встраивается в канал синего цвета путем модификации яркости:

 λ(x,y)
 <math>λ(x,y):=0.29890 \cdot Red_{x,y} + 0.58662 \cdot Green_{x,y} + 0.11448 \cdot Blue_{x,y}</math>

Встраиваем бит информации в канал синего цвета.
b - бит записываемой информации.

 Fkut(x,y,b):=round<math>[Blue_{x,y}+(2\cdot b-1)\cdot</math> γ<math>\cdot </math>λ(x,y)]

Получатель извлекает бит, не имея первичного изображения, то есть, "вслепую". Для этого выполняется предсказание значения первичного, не модифицированного пикселя на основе значений соседних пикселей. Для получения оценки пикселя предложено использовать значение нескольких пикселей, размещенных в том же столбце и в той же строке массива графического контейнера.

Запись исходного сообщения осуществляется по главной диагонали в канал синего цвета. Размеры контейнера должны быть равны L X L, где L - длина встраиваемого текста. Запись ведется по диагонали, чтобы оставлять "свободные" пиксели, которые нам понадобятся при расшифровке.

: 3. Занесение стего в контейнер
::3.1 Записи исходного сообщения в канал синего цвета.

Встраиваем каждый бит информации по главной диагонали начиная с 3й строки и 3го столбца. Получаем значение SV для каждого пикселя и записываем в mess_in_blue. В случае если значения яркости больше 255 или меньше 0 записываем 255 и 0 соответственно.

[[Файл:Messinblue.PNG‎]]
::3.2 Синяя цветовая состовляющая до кодирования и после:

[[Файл:Blue.PNG]] [[Файл:Messinblueкris.PNG]]

::3.3 Записываем значения матрицы mess_in_blue вместо значений Blue в изображение "RGB_before_stego.bmp"("Загруженный контейнер"). 
<code lang="matlab">
WRITERGB("Stego_cod.pmp"):=augment(Red,Green,mess_in_blue)
</code>
:4. Восстановление текста.
<code lang="matlab">
Cod1:=READRGB("Stego_cod.bmp")
</code>
::4.1. Разложение на цветовые компоненты:
<code lang="matlab">
RED1:=READ_RED("Stego_cod.bmp")
Green1:=READ_GREEN("Stego_cod.bmp")
Blue1:=READ_BLUE("Stego_cod.bmp")
</code>
Синий цвет до записи в "Stego_cod.bmp" и после записи и разложения на компоненты:

{| class = "wikitable"
|rowspan="15" | Blue = 
|colspan="7" | До
|-
!
!0
!1
!2
!3
!4
!5
|-
!0
|43
|39
|61
|140
|185
|225
|-
!1
|92
|18
|89
|58
|153
|4
|-
!2
|145
|36
|105
|118
|112
|6
|-
!3
|51
|175
|30
|163
|66
|63
|-
!4
|106
|222
|2
|138
|82
|42
|-
!5
|55
|211
|85
|80
|78
|21
|-
!6
|35
|57
|85
|120
|40
|200
|-
!7
|205
|104
|74
|30
|2
|66
|-
!8
|159
|6
|105
|90
|34
|116
|-
!9
|170
|70
|187
|107
|10
|39
|-
!10
|135
|247
|61
|11
|141
|161
|-
!11
|56
|113
|177
|27
|117
|3
|-
!12
|87
|63
|38
|26
|73
|...
|}

[[Файл:Blue1.PNG]]

{| class = "wikitable"
|rowspan="15" | mess_in_blue = 
|colspan="7" | После
|-
!
!0
!1
!2
!3
!4
!5
|-
!0
|43
|39
|61
|140
|185
|225
|-
!1
|92
|18
|89
|58
|153
|4
|-
!2
|145
|36
|105
|118
|112
|6
|-
!3
|51
|175
|30
|0
|66
|63
|-
!4
|106
|222
|2
|138
|0
|42
|-
!5
|55
|211
|85
|80
|78
|21
|-
!6
|35
|57
|85
|120
|40
|200
|-
!7
|205
|104
|74
|30
|2
|66
|-
!8
|159
|6
|105
|90
|34
|116
|-
!9
|170
|70
|187
|107
|10
|39
|-
!10
|135
|247
|61
|11
|141
|161
|-
!11
|56
|113
|177
|27
|117
|3
|-
!12
|87
|63
|38
|26
|73
|...
|} 

[[Файл:Messinblueкris.PNG]]



::4.2. Восстановление текста
Зная, что сообщение записывалось по диагонали восстанавливаем его. В модуле вычисляются значения яркостей креста: σ пикселей сверху, снизу, слева и справа от оцениваемого пикселя сравниваются с ним по формуле. Результат сравнения записывается побитово в decod:
1 если значение яркости оцениваемого пикселя больше значений яркости в кресте,
0 в противоположном случае.

[[Файл:Decod.PNG]]

Исходное сообщение в двоичном варианте до записи и после извлечения:

{| class = "wikitable"
|rowspan="2" | bit_massiv<math>^T</math> = 
!
!0
!1
!2
!3
!4
!5
!6
!7
!8
!9
|-
!0
|0
|0
|1
|0
|0
|0
|1
|0
|1
|...
|}

{| class = "wikitable"
|rowspan="2" | decod<math>^T</math> = 
!
!0
!1
!2
!3
!4
!5
!6
!7
!8
!9
|-
!0
|0
|0
|1
|0
|0
|0
|1
|0
|1
|...
|}

Переводим обратно битовую строку в байтовую

[[Файл:Decod_byte.PNG]]
<code lang="matlab">
decod_string:=decod_byte(decod)
</code>
Сравниваем исходное сообщение string_byte с сообщением decod_string, полученным после извлечения из контейнера: 

{| class = "wikitable"
|rowspan="2" | string_byte<math>^T</math> = 
!
!0
!1
!2
!3
!4
!5
!6
!7
!8
!9
|-
!0
|68
|111
|110
|39
|116
|32
|119
|111
|114
|...
|}

{| class = "wikitable"
|rowspan="2" | decod_string<math>^T</math> = 
!
!0
!1
!2
!3
!4
!5
!6
!7
!8
!9
|-
!0
|68
|111
|110
|39
|116
|32
|119
|111
|114
|...
|}

Записываем декодированное сообщение в файл "decod_message.txt".
<code lang="matlab">
WRITEBIN("stego_decod.txt","byte",0):=decod_string
</code>
===Вывод===
Особенность данного метода состоит в том, что он хорошо работает со статическими контейнерами. В нашем случае контейнер содержал случайно заданный сигнал (реализованный с помощью стандартной функции rnorm()), поэтому, чтобы успешно декодировать сообщение, необоходимо было увеличить значение одного из параметров метода Куттера, а именно мощность встраиваемого сигнала . Визуально разницу между контейнером без стего и с ним выявить невозможно. Так как запись происходит только в главную диагональ, то размер контейнера должен быть достаточно большим, что является несомненным недостатком при передачи больших сообщений.

==Файлы==

<center><gallery widths=324px heights=200px perrow=2 caption="">
File:RGBbeforestego.png‎|'''RGB_before_stego – контейнер'''
File:Stego_cod.png‎|'''Stego_cod – контейнер со стегосообщением'''
File:Stegogaukut.png‎|'''stego.txt – исходное стегосообщение'''
File:Stego_decod.png‎|'''Stego_decod.txt восстановленное стегосообщение'''
</gallery></center>
[[Категория: Обнаружение и распознавание сигналов]]