Un algoritmo di watermarking digitale per la protezione di immagini di Beni Culturali CNR Roma 15 /11/2006 IDS srl – Informatica distribuita e software

Un algoritmo di watermarking digitaleUn algoritmo di watermarking digitale

per la protezione di immagini per la protezione di immagini

di Beni Culturalidi Beni Culturali

CNR Roma

15 /11/2006

IDS srl – Informatica distribuita e software - Messina

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MESSINADipartimento di Matematica

Santa Agreste, Guido Andaloro, Santa Agreste, Guido Andaloro, Nuccio CastorinaNuccio Castorina, ,

Salvatore GiovinazzoSalvatore Giovinazzo, Daniela Prestipino, , Daniela Prestipino, Luigia PuccioLuigia Puccio

22CNR Roma

15 /11/2006

uno dei metodi per la protezione del copyright, che nell’ultimo decennio sta riscontrando molto interesse

Watermarking è

Il watermark è invisibile per il sistema visivo umano

Basically, invisible watermarking for digital image consistsof singing an image with a signature or copyright messagesuch that the message is secretly embedded in the image

S. Agreste, G. Andaloro, N. Castorina, S. Giovinazzo, D. Prestipino, L. Puccio

33

CNR RomaCNR Roma

15 /11/200615 /11/2006

Classificazione degli algoritmi di watermarking

A) Metodi basati sul dominio sapaziale che modificano direttamente alcuni bit dell’immagine

R.C. van Schyndel, A.Z. Tirkel, C.F. Oborne (1994) Least Significant Bit (LSB)

Caronni (1995)

W. Bender, D. Grul, N. Morimoto (1995) Texture block coding

T. Kascalis, I. Pitas (1996) …


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CNR RomaCNR Roma

15 /11/200615 /11/2006

Classificazione degli algoritmi di watermarking

B) Metodi basati sul dominio delle frequenze che modificano alcuni coefficienti della trasformata

dell’immagine FT, DCT, DWT, MDWT, …

E.Koch, J. Zhao (1996)I.J. Cox, J. Kiliam, T.Lighton, T. Shamoon (1997) …

A. Piva, M. Barni, F. Bartolini, V. Cappellini (1998) (2001) J. Ohnishi, K. Matsui (1996)D. Kundur, D. Hatzinakos (1997)M. Corvi, G. Nicchiotti (1997) S. Giovinazzo, L. Puccio (2001) …

S. Agreste, L.Puccio, A. Vocaturo (2006)

DWT

MDWT


55

CNR RomaCNR Roma

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Un algoritmo di watermarking ha2 fasi:Un algoritmo di watermarking ha2 fasi:

InserimentoInserimento

I (immagine originale) + W (watermark) = Iw(immagine watermarkata)

Immagine originaleImmagine originale Immagine watermarkataImmagine watermarkata


66

CNR RomaCNR Roma

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RilevamentoRilevamento

W’(watermark rilrvato) = IW – I ;

Simil(W, W’) < W’ = W

Simil = funzione di verosimiglianza

Metodi Privati o non Ciechi:

D(IW ,I)=W’

Metodi Pubblici o Ciechi:

D(IW)=W’


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CNR RomaCNR Roma

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Watermark deve essere Watermark deve essere robustorobusto agli agli attacchiattacchi

An attack is any signal modification, intentional orotherwise, which is applied to marked signal and

which effects the reliability of the extracted watermark

• Filtering• Compression: JPEG, wavelet, …• Geometrical distortions: rotation, size reduction, cropping, …• Data format modification• StirMark • …


88

Benchmark of robustness of Benchmark of robustness of principal commercial algorithmsprincipal commercial algorithms

http://www.petitcolas.net/fabien/watermarking/stirmark/


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L'attività di Ricerca sul Watermarking digitale

è stata sviluppata nell'ambito del Contratto di ricerca industriale tra UNIME e IDS:

“Algoritmi per la sicurezza informatica: con campi di applicazione al software, alle banche dati multimediali e alle reti”

L'algoritmo di watermarking è stato usato su un insieme di immagini digitali costituenti la galleria on-line di immagini del servizio BEWEB (http://www.chiesacattolica.it/beweb), pubblicate da IDS per la Conferenza Episcopale Italiana (CEI).

BEWEB è la vetrina sul Web degli Inventari dei beni storico-artistici, realizzati a partire dal 1997 nelle 225 Diocesi italiane.

Le immagini watermarkate su BEWEB, alla data odierna, sono piu’ di 250.000


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CNR RomaCNR Roma

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Risultati

- Pubblicazioni scientifiche

- Utilizzo su BEWEB (www.chiesacattolica.it/beweb) per il watermarking delle immagini dei beni culturali ecclesiastici pubblicati su Internet

- Utilizzo nell’ambito del progetto Ecumene, in particolare per il watermaking delle immagini del prototipo del Portale Ecumene (http://prototipo.ecumene.it)


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CNR RomaCNR Roma

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Il progetto Ecumene©

http:/prototipo.ecumene.itS. Agreste, G. Andaloro, N. Castorina, S. Giovinazzo, D. Prestipino, L. Puccio

1212CNR RomaCNR Roma

15 /11/200615 /11/2006

Il portale Ecumene per la fruizione integrata di beni culturali eterogenei

• Profilazione utenti

Gestore

Operatore

Fruitore

Esperto

Visitatore

• Accessibilità

• Multicanalità

• Community

Forum

Chat

Domande agli esperti

• Ricerca (semplice, guidata, avanzata)

Opere d’arte

Archivi

Architetture

Beni Librari

Enti, Persone, Famiglie

Aree Amministrative

Luoghi e Cronologie

• Percorsi Tematici

• Modelli 3D

• Immagini con watermark

• e-commerce


1313

Le immagini storico-artistiche considerate, che sono un sottoinsieme di quelle appartenenti alle 225 Diocesi italiane, sono state prodotte da differenti autori, sparsi su tutto il territorio nazionale.

Esse si differenziano sia nella metodologia dei diversi processi di produzione, sia per le condizioni di luce e soggetto che per dimensione. Tali differenze hanno fornito una casistica complessa e variegata.

Per cui si è potuto testare l’algoritmo su un campione ricco ed eterogeneo

LE IMMAGINILE IMMAGINI

CNR RomaCNR Roma

15 /11/200615 /11/2006S. Agreste, G. Andaloro, N. Castorina, S. Giovinazzo, D. Prestipino, L. Puccio

1414

Matrice delle differenze

Dopo memorizzazione in JPEG

I algoritmo di watermarking digitale

Chiave d’inserimento caratterizzata da:

• Livello di decomposizione

• Funzione base Wavelet

• Riga della matrice dei coefficienti wavelet

Funzioni wavelet utilizzate:

• Daubechies 2, 3

• Symlet 3

• Biorthogonal 1.3

• Spazio di colore RGB

• Spazio trattato per l’inserimento del marchio: Verde

• Livelli di decomposizione >=5

• Marchio d’inserimento interferenza numerica statica

WM 1.0


1515

CNR RomaCNR Roma

15 /11/200615 /11/2006

Differenza tra le immagini Differenza tra le immagini

DWTDWT

SymletSymlet BiorthogonalBiorthogonalS. Agreste, G. Andaloro, N. Castorina, S. Giovinazzo, D. Prestipino, L. Puccio

1616

CNR RomaCNR Roma

15 /11/200615 /11/2006

http://www.chiesacattolica.it/BeWebImage BImage B

Wavelet: Wavelet: Daubechies 3Daubechies 3

Prima JPEGPrima JPEG Dopo JPEG Dopo JPEG S. Agreste, G. Andaloro, N. Castorina, S. Giovinazzo, D. Prestipino, L. Puccio

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CNR RomaCNR Roma

15 /11/200615 /11/2006

Wavelet: Wavelet: Biorthogonal 1.3Biorthogonal 1.3

http://www.chiesacattolica.it/BeWebImage CImage C

Prima JPEGPrima JPEG Dopo JPEG Dopo JPEG S. Agreste, G. Andaloro, N. Castorina, S. Giovinazzo, D. Prestipino, L. Puccio

1818

CNR RomaCNR Roma

15 /11/200615 /11/2006

Wavelet: SymletWavelet: Symlet 3 3

Prima JPEGPrima JPEG Dopo JPEG Dopo JPEG

http://www.chiesacattolica.it/BeWebImage DImage D


1919

Set of 29 test imagesSet of 29 test images

CNR RomaCNR Roma


2020

CNR RomaCNR Roma

15 /11/200615 /11/2006

Immagine originale

L'immagine deve avere dimensioni opportune per l'applicazione della DWT


2121

CNR RomaCNR Roma

15 /11/200615 /11/2006

Size file.jpg 884 Kb

RGB dimension1775x932x3


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CNR RomaCNR Roma

15 /11/200615 /11/2006

Buona distribuzione del watermark:

Algoritmo a Blocchi


2323

WM 2.0

Chiave d’inserimento caratterizzata da:

• Livello di decomposizione

• watermark dipende dalle caratteristiche dell’immagine

Funzioni wavelet utilizzate:

• Daubechies 4

• Fase di pre-processing valutazione dinamica area ove inserire il watermark

• Spazio di colore HSV, V

• Livelli di decomposizione <4

• Fase di sincronizzazione nel rilevamento

CNR RomaCNR Roma


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Algoritmo di watermarking per le immagini digitali a colori :

• invisibile, • non cieco• basato su wavelet.

Nel rispetto dei requisisti fondamentali di un processo di watermark esso risulta:

• Robusto 88%• non invertibile, • impercettibile, • con bassa percentuale di falsi positivi• con assenza di falsi negativi

WM 2.0

CNR RomaCNR Roma


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