Un algoritmo di watermarking digitale per la protezione di immagini CNR Roma 15 /11/2006 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MESSINA Dipartimento di Matematica IDS srl – Informatica distribuita e software - Messina Un algoritmo di watermarking digitale per la protezione di immagini di Beni Culturali Santa Agreste, Guido Andaloro, Nuccio Castorina, Salvatore Giovinazzo, Daniela Prestipino, Luigia Puccio

CNR Roma 15 /11/2006 Watermarking è uno dei metodi per la protezione del copyright, che nell’ultimo decennio sta riscontrando molto interesse Basically, invisible watermarking for digital image consists of singing an image with a signature or copyright message such that the message is secretly embedded in the image Il watermark è invisibile per il sistema visivo umano S. Agreste, G. Andaloro, N. Castorina, S. Giovinazzo, D. Prestipino, L. Puccio

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) … CNR Roma 15 /11/2006 S. Agreste, G. Andaloro, N. Castorina, S. Giovinazzo, D. Prestipino, L. Puccio

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) … 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 CNR Roma 15 /11/2006 S. Agreste, G. Andaloro, N. Castorina, S. Giovinazzo, D. Prestipino, L. Puccio

Un algoritmo di watermarking ha2 fasi: Inserimento I (immagine originale) + W (watermark) = Iw(immagine watermarkata) Immagine originale Immagine watermarkata CNR Roma 15 /11/2006 S. Agreste, G. Andaloro, N. Castorina, S. Giovinazzo, D. Prestipino, L. Puccio

Rilevamento W’(watermark rilrvato) = IW – I ; Simil(W, W’) < W’ = W Simil = funzione di verosimiglianza Metodi Pubblici o Ciechi: D(IW)=W’ Metodi Privati o non Ciechi: D(IW ,I)=W’ CNR Roma 15 /11/2006 S. Agreste, G. Andaloro, N. Castorina, S. Giovinazzo, D. Prestipino, L. Puccio

Watermark deve essere robusto agli attacchi An attack is any signal modification, intentional or otherwise, 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 … CNR Roma 15 /11/2006 S. Agreste, G. Andaloro, N. Castorina, S. Giovinazzo, D. Prestipino, L. Puccio

Benchmark of robustness of principal commercial algorithms http://www.petitcolas.net/fabien/watermarking/stirmark/ S. Agreste, G. Andaloro, N. Castorina, S. Giovinazzo, D. Prestipino, L. Puccio

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

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

Il progetto Ecumene© http:/prototipo.ecumene.it CNR Roma 15 /11/2006 S. Agreste, G. Andaloro, N. Castorina, S. Giovinazzo, D. Prestipino, L. Puccio

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

LE IMMAGINI 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 CNR Roma 15 /11/2006 S. Agreste, G. Andaloro, N. Castorina, S. Giovinazzo, D. Prestipino, L. Puccio

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 Matrice delle differenze Dopo memorizzazione in JPEG WM 1.0 S. Agreste, G. Andaloro, N. Castorina, S. Giovinazzo, D. Prestipino, L. Puccio

Differenza tra le immagini DWT Symlet Biorthogonal CNR Roma 15 /11/2006 S. Agreste, G. Andaloro, N. Castorina, S. Giovinazzo, D. Prestipino, L. Puccio

Image B Wavelet: Daubechies 3 Prima JPEG Dopo JPEG http://www.chiesacattolica.it/BeWeb Wavelet: Daubechies 3 Prima JPEG Dopo JPEG CNR Roma 15 /11/2006 S. Agreste, G. Andaloro, N. Castorina, S. Giovinazzo, D. Prestipino, L. Puccio

Wavelet: Biorthogonal 1.3 Image C http://www.chiesacattolica.it/BeWeb Wavelet: Biorthogonal 1.3 Prima JPEG Dopo JPEG CNR Roma 15 /11/2006 S. Agreste, G. Andaloro, N. Castorina, S. Giovinazzo, D. Prestipino, L. Puccio

Image D Wavelet: Symlet 3 Prima JPEG Dopo JPEG http://www.chiesacattolica.it/BeWeb Wavelet: Symlet 3 Prima JPEG Dopo JPEG CNR Roma 15 /11/2006 S. Agreste, G. Andaloro, N. Castorina, S. Giovinazzo, D. Prestipino, L. Puccio

Set of 29 test images CNR Roma 15 /11/2006 S. Agreste, G. Andaloro, N. Castorina, S. Giovinazzo, D. Prestipino, L. Puccio

Immagine originale L'immagine deve avere dimensioni opportune per l'applicazione della DWT CNR Roma 15 /11/2006 S. Agreste, G. Andaloro, N. Castorina, S. Giovinazzo, D. Prestipino, L. Puccio

Size file.jpg 884 Kb RGB dimension 1775x932x3 CNR Roma 15 /11/2006 S. Agreste, G. Andaloro, N. Castorina, S. Giovinazzo, D. Prestipino, L. Puccio

Buona distribuzione del watermark: Algoritmo a Blocchi CNR Roma 15 /11/2006 S. Agreste, G. Andaloro, N. Castorina, S. Giovinazzo, D. Prestipino, L. Puccio

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

WM 2.0 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 CNR Roma 15 /11/2006 S. Agreste, G. Andaloro, N. Castorina, S. Giovinazzo, D. Prestipino, L. Puccio