Creșterea robusteții watermark-urilor integrate folosind caracterizare de atac

Cerinta principala a celor mai multe aplicatii watermark este abilitatea detectorului de watermark de a detecta watermark-urile chiar daca semnalul audio continand watermark-uri a fost distorsionat dupa integrare. Watermark-urile integrate astfel incat sa suporte folosirea zilnica al continutului watermark definesc un watermark robust.

Recent, literatura de specialitate a definit diferite tipuri de watermark-uri robuste. In timp ce watermark-urile robuste sunt proiectate sa supravietuiasca modificarilor procesarii de semnal, watermark-urile sigure sunt proiectate sa reziste oricarei incercari ale unui atacator de a anula acest element de siguranta.

Ca in majoritatea aplicatiilor, sistemul watermark nu isi poate realiza scopul propus, daca watermark-urile integrate nu pot fi detectate, robustetea fiind o proprietate necesara daca watermark-ul trebuie sa fie sigur. Oricum, daca un watermark poate fi indepartat prin aplicarea unui proces normal, atunci nu poate fi etichetat ca sigur. Pe de alta parte, robustetea nu este o conditie sigura pentru securitate, pentru ca watermark-urile sigure trebuie sa supravietuiasca proceselor special proiectate sa le inlature.

Astfel proiectarea unui watermark sigur trebuie sa ia in considerare domeniul tuturor posibilelor atacuri, in timp ce proiectarea unui sistem watermark robust poate limita concentrarea la domeniul proceselor probabile.

In general, sunt citeva metode pentru cresterea robustetii watermark-urilor in prezenta semnalelor modificate. Citeva din aceste metode tind sa faca watermark-uri robuste la toate distorsiunile posibile, ceea ce pastreaza calitatea perceptiei semnalului care contine watermark-uri. Alte metode includ strategii pentru a suporta tipurile specifice de distorsiuni. Citeva dintre cele mai folosite metode pentru cresterea robustatii sunt:

1) Integrarea redundanta – watermark-urile sunt integrate redundant folosind mai multi coeficienti.

2) Spectru larg – strategia de integrare redundanta in domeniu de frecventa, deja folosita in proiectarea sistemelor audio robuste care contin watermark-uri descrise in anterior.

3) Integrarea in coeficienti perceptibili semnificativ – modificarea acestor coeficienti din cauza inlaturarii watermark-urilor cauzeaza distorsiuni semnificative percepute in mediul care contine watermark-uri.

4) Integrarea in coeficienti a caror robustete este cunoscuta – modificarea este simulata pe partea integrarii si sunt selectati coeficientii cei mai rezistenti pentru procesul de integrare.

5) Inversarea distorsiunilor la detector – in timpul procesului de detectare, incercarile detectorului de a inversa toate procesele care au fost aplicate cind watermark-ul a fost integrat

6) Pre-inversarea distorsiunilor in integrator – cind este un set mic de distorsiuni caruia watermark-ul trebuie sa-i faca fata, watermark-ul este pre-distorsionat astfel incit sa fie corect detectat.

In sistemele care contin elemente watermark, stategiile de manevrare a diverselor tipuri de distorsiuni sunt de obicei combinate . De exemplu, imagineaza-ti sisteme de watermark usual folosite cu integrare redundanta pentru a manevra eliminarea si adaugarea zgomotelor, dar foloseste inversia in detector pentru a manevra distorsiunile geometrice.

Integrare in coeficienti de robustete cunoscuti – caracterizare de atac

Cind integrarea watermark-ului este facuta in coeficienti perceputi semnificativ, tinta este sa proiectezi un watermark care sa supravietuiasca tuturor posibilelelor atacuri care sa pastreze un nivel considerabil al calitatii perceptiei semnalului audio. Oricum, in multe aplicatii principalul scop este obtinerea unui set specific de atacuri care pot sa apara intre watermark-ul integrat si detectare. In aceste cazuri, abordarea optima este sa te ocupi de atacurile specifice direct.

Primul pas este sa gasesti un domeniu al semnalului care sa fie robust impotriva atacurilor care pot aparea. De exemplu, daca suntem interesati sa avem un watermark aplicat pe un semnal audio care sa supravietuiasca unei mutari temporale, atunci trebuie sa supravietuiasca unei filtrari lineare, si atunci putem sa alegem integrarea in domeniu FFT, pentru ca mutarea in domeniul timp nu influenteaza spectrul semnalului. Dupa ce a fost selectat domeniul de integrare, vor fi identificati coeficientii care vor supravietui cel mai bine distorsiunilor asteptate. Distorsiunile care pot fi definite analitic permit derivarea analitica ale coeficientilor, iar pentru alte distorsiuni va fi facut empiric.

Experimentele sunt in general simple si implica compararea continutului direct dupa integrare si direct inainte de detectare. Prin compararea coeficientilor corespunzatori, putem gasi cum canalul dintre integrátor si detector afecteaza fiecare coeficient. Aceste experimente trebuie sa fie facute pe un numar mare de mostre, si este nevoie de multe incercari pentru a obtine un model potrivit cu suficienta credibilitate statistica.

Astfel, un coeficient particular poate sa fie diferit distorsionat in diferite semnale gazda, ca si in prezenta unei compresii adaptabile. Algoritmul unei compresii adaptabile, ca o compresie mp3, examineaza semnalul care trebuie comprimat si seteaza suma cuantizarilor aplicate fiecarui coeficient.

Ca o consecinta, un coeficient particular poate fi greu cuantizat intr-un semnal audio, in timp ce va fi aproape neschimbat in celalalt semnal audio. Aceasta sugereaza ca watermark-ul trebuie sa fie integrat in mod adaptabil .

Una din tehnicile de determinare a setului de coeficienti pentru un semnalul gazda este masurarea robustetii relative a fiecarui coefficient chiar inainte de integrarea unui watermark. Acest lucru este realizat prin aplicarea mai multor distorsiuni simulate pe semnalul audio gazda si masurarea efectului lor pe coeficientii care lucreaza in domeniul ales. Watermark-ul este integrat in coeficientii determinati pentru a fi cel mai robust, ceea ce inseamna un set diferit de coeficienti pentru fiecare semnal gazda. Setul de coeficienti folositi pentru integrarea watermark-ului este transmis mai departe detectorului semnalului audio impreuna cu semnalul audio care contine si watermark-ul, care poate fi distorsionat. Este evident faptul ca intr-o asemenea situatie este necesare o informatie care sa ajute decodorul pentru extragerea semnalului util.