O uso de informações em formato digital tem crescido de forma exponencial nos últimos anos, desde o surgimento da internet. Isso trouxe ao homem inúmeras vantagens como a possibilidade de trocas de grandes quantidades de informações, embora tenha gerado alguns problemas como direito de propriedade, por exemplo.

Com o objetivo de minimizar/solucionar estes problemas, surgiram, em meados de 90, as primeiras propostas para a inserção de marca d’água em conteúdos digitais.

Uma Marca d’Água digital é basicamente um sinal portador (código identificador) de informação, visualmente imperceptível, embutido numa imagem digital. A imagem que contém uma marca d’água é denominada imagem marcada.

Essa marca d’água deve permanecer na imagem mesmo após algum tipo de processamento (ataque). Este código identificador poderá ser detectado ou recuperado, isto é, extraído da imagem marcada.

As marcas d’água digitais são classificadas em visíveis e invisíveis. Neste trabalho, estudaremos a marca d’água invisível usada em imagens, por ser mais robusta a ataques (ataques às marcas d’água tentam violar propriedade). Além disso, de acordo com o critério de robustez, as marcas d’água podem ser classificadas como frágeis, semi-frágeis ou robustas.

Existem técnicas de inserção de marcas d’água que provocam mudanças na estrutura espectral da imagem e outras técnicas que trabalham no domínio espacial da imagem, sendo esta o enfoque deste trabalho.

A metodologia adotada consistiu do estudo individual da teoria das Marcas d’Água no domínio espacial, acompanhado pela orientadora, e posteriormente pela implementação do algoritmo de inserção e extração da marca estudado (método de Wong).

O método de Wong consiste, basicamente, em dividir uma imagem em blocos (usualmente 8 x 8) e marcar cada bloco independentemente. Assim, é possível localizar o bloco onde a imagem foi alterada. Quanto menor o tamanho dos blocos, melhor a localização de alteração.

A marca d’água é inserida nos bits menos significativos (LSB – Least Significant Bit) da imagem. Nas imagens em níveis de cinza, a alteração do LSB é visualmente imperceptível, pois equivale a somar ou subtrair um do nível de cinza.

Uma vez inserida a marca d’água na imagem, foram realizados diversos ataques sobre a imagem marcada, tais como:

 

·         Operações geométricas: recortes na imagem, rotação da imagem e mudança na escala da imagem;

·         Operações Resultantes de Processamento de Imagens: equalização de histograma, filtragem utilizando o filtro da média e da mediana, inserção de ruído e cálculo do negativo;

·         Suavização via equações diferenciais parciais: equação do calor e equação da curvatura média;

 

Tendo realizado um ataque, a marca d’água é extraída e analisada para determinar se o algoritmo é ou não robusto àquele determinado ataque. Um enfoque especial foi dado às equações diferenciais parciais como formas de ataques à marca d’água.

Os resultados obtidos foram provenientes das análises de robustez do algoritmo de Wong, observadas na marca d’água, após a mesma sofrer um ataque e ser extraída. Este algoritmo mostrou-se robusto a ataques onde são utilizadas operações geométricas, embora tenha apresentado fragilidade às técnicas de realce.

Isso caracteriza uma desvantagem desse método, pois a marca é muito pouco resistente às alterações comuns da imagem, já que os bits menos significativos são aqueles que geralmente sofrem modificações quando se processa a imagem.

Um outro resultado interessante, diz respeito à utilização de equações diferenciais para suavizar as imagens. Chegamos à conclusão que a equação do calor destrói a marca d’água depois de muitas iterações, provocando assim, modificações perceptíveis na imagem. Logo, a marca d’água é robusta à suavização via equação do calor, pois a marca d’água não é completamente destruída quando são feitas poucas iterações.

Já a equação da curvatura média, ponderada por uma função de borda g (difusão não linear), destrói a marca d’água, mas não modifica a imagem, caracterizando assim, a equação da curvatura média como um ataque às marcas d’água digitais no domínio espacial.

 

Esse trabalho veio confirmar o grande potencial da aplicação de técnicas de marca d’água digital com diferentes finalidades, tais como: proteção de propriedade, manutenção de integridade, garantia de direitos autorais, entre outros.

Embora os requisitos a serem cumpridos variem de acordo com o contexto ou finalidade a que se destina a marca d’água, é usual exigir que o algoritmo de inserção da marca seja robusto. Porém, na prática, apesar de muitas pesquisas, parece que ainda não foi possível obter uma marca d’água robusta a todos os tipos de ataques e que seja realmente segura. Isso fica como sugestão para futuras pesquisas.

Mesmo sendo evidente que não há métodos infalíveis a todos os tipos de ataques, é possível criar algoritmos robustos para uma aplicação específica.

Finalmente, notamos que a utilização de marcas d’água caracteriza uma área de pesquisa extremamente ativa, pois hoje muitos negócios são fechados por meio de comunicação multimídia e segurança se torna cada vez mais necessária.

 

Instituição de fomento: Este trabalho foi financiado pelo CNPq, através do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica – PIBIC/UFG.

Trabalho de Iniciação Científica