Розробка методу кодування службових даних в системах криптокомпресійного представлення зображень

Автор(и)

  • Владимир Викторович Бараннік Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, Україна https://orcid.org/0000-0002-2848-4524
  • Сергій Олександрович Сідченко Харківський національний університет Повітряних Сил імені І. Кожедуба, Україна https://orcid.org/0000-0002-1319-6263
  • Наталія Вячеславівна Бараннік Національний університет цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0000-0001-6420-1838
  • Валерій Володимирович Бараннік Харківський національний університет радіоелектроніки, Україна https://orcid.org/0000-0003-3516-5553

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.235521

Ключові слова:

криптокомпресія, службова складова, захист інформації, плаваюча схема, диференційований базис, зображення

Анотація

Попит на забезпечення конфіденційності зображень стає дедалі більше. При цьому забезпечення конфіденційності відеоінформації необхідно організовувати за умови забезпечення її достовірності із заданою часовою затримкою в обробці та передачі. Для вирішення даної проблеми можуть застосовуватися методи криптокомпресійного представлення зображень. Вони призначені для одночасного забезпечення компресії та захисту відеоінформації. В якості ключа криптокомпресійного перетворення виступає службова складова. Однак вона має значний обсяг. Він становить 25 % від обсягу вихідних відеоданих. Розроблено метод кодування систем службових складових в диференційованому базисі на другому каскаді криптокомпресійного представлення зображень. Основою методу є розроблена схема лінеаризації даних з тривимірних координат представлення у двовимірної матриці в одновимірну координату для взаємно-однозначного уявлення цього елемента у векторі. Лінеаризація організовується в горизонтальному напрямку по рядках. На основі розробленого методу формується недетермінована кількість кодових величин інформаційних складових. Вони мають недетерміновану довжини та сформовані на недетермінованої кількості елементів. Забезпечується невизначеність позиціонування криптокомпресійних кодограм в загальному кодовому потоці, що фактично усуває можливість їх несанкціонованого дешифрування. Метод забезпечує зменшення обсягу службової складової криптокомпресійної кодограми. Обсяг службових даних становить 6,25 % від обсягу вихідних відеоданих. Метод забезпечує додаткове зменшення обсягу криптокомпресійного представлення зображень без втрати якості інформації щодо вихідних відеоданих в середньому від 1,08 до 1,54 рази в залежності від ступеня їх насиченості

Біографії авторів

Владимир Викторович Бараннік, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

Доктор технічних наук, професор

Кафедра штучного інтелекту та програмного забезпечення

Сергій Олександрович Сідченко, Харківський національний університет Повітряних Сил імені І. Кожедуба

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Науково-організаційний відділ

Наталія Вячеславівна Бараннік, Національний університет цивільного захисту України

Науково-організаційний відділ

Валерій Володимирович Бараннік, Харківський національний університет радіоелектроніки

Кафедра автоматизації проектування обчислювальної техніки

Посилання

  1. Gonzalez, R., Woods, R. (2018). Digital Image Processing. Published by Pearson, 1168.
  2. Salomon, D. (2007). Data Compression: The Complete Reference. Springer Science & Business Media, 1092.
  3. Vatolin, D., Ratushnyak, A., Smirnov, M., Yukin, V. (2002). Metody szhatiya dannyh. Ustroystvo arhivatorov, szhatie izobrazheniy i video. Moscow, 384.
  4. Wallace, G. K. (1991). The JPEG still picture compression standard. Communications of the ACM, 34 (4), 30–44. doi: https://doi.org/10.1145/103085.103089
  5. JPEG Privacy & Security Abstract and Executive Summary (2015). Available at: https://jpeg.org/items/20150910_privacy_security_summary.html
  6. Barannik, V., Ryabukha, Y., Barannik, N., Barannik, D. (2020). Indirect Steganographic Embedding Method Based on Modifications of the Basis of the Polyadic System. 2020 IEEE 15th International Conference on Advanced Trends in Radioelectronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET). doi: https://doi.org/10.1109/tcset49122.2020.235522
  7. Dufaux, F., Ebrahimi, T. (2006). Toward a Secure JPEG. Applications of Digital Image Processing XXIX, 6312. doi: https://doi.org/10.1117/12.686963
  8. Barannik, V. V., Karpinski, M. P., Tverdokhleb, V. V., Barannik, D. V., Himenko, V. V., Aleksander, M. (2018). The technology of the video stream intensity controlling based on the bit-planes recombination. 2018 IEEE 4th International Symposium on Wireless Systems Within the International Conferences on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems (IDAACS-SWS). doi: https://doi.org/10.1109/idaacs-sws.2018.8525560
  9. Gore, A., Gupta, S. (2015). Full reference image quality metrics for JPEG compressed images. AEU - International Journal of Electronics and Communications, 69 (2), 604–608. doi: https://doi.org/10.1016/j.aeue.2014.09.002
  10. Sharma, R., Bollavarapu, S. (2015). Data Security using Compression and Cryptography Techniques. International Journal of Computer Applications, 117 (14), 15–18. doi: https://doi.org/10.5120/20621-3342
  11. Belikova, T. (2020). Decoding Method of Information-Psychological Destructions in the Phonetic Space of Information Resources. 2020 IEEE 2nd International Conference on Advanced Trends in Information Theory (ATIT), 87–91. Available at: https://ieeexplore.ieee.org/document/9349300
  12. Barannik, V., Barannik, V., Havrylov, D., Sorokun, A. (2019). Development Second and Third Phase of the Selective Frame Processing Method. 2019 3rd International Conference on Advanced Information and Communications Technologies (AICT). doi: https://doi.org/10.1109/aiact.2019.8847897
  13. Announcing the Advanced Encryption Standard (AES). Federal Information Processing Standards Publication 197 (2001). NIST, 51. Available at: https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/FIPS/NIST.FIPS.197.pdf
  14. DSTU 7624:2014. Informatsiyni tekhnolohiyi. Kryptohrafichnyi zakhyst informatsiyi. Alhorytm symetrychnoho blokovoho peretvorennia (2014). Kyiv, 39.
  15. DSTU HOST 28147:2009. Systema obrobky informatsiyi. Zakhyst kryptohrafichnyi. Alhorytm kryptohrafichnoho peretvorennia (HOST 28147-89) (2008). Kyiv, 20.
  16. Rivest, R. L., Shamir, A., Adleman, L. (1978). A method for obtaining digital signatures and public-key cryptosystems. Communications of the ACM, 21 (2), 120–126. doi: https://doi.org/10.1145/359340.359342
  17. Yuan, L., Korshunov, P., Ebrahimi, T. (2015). Secure JPEG scrambling enabling privacy in photo sharing. 2015 11th IEEE International Conference and Workshops on Automatic Face and Gesture Recognition (FG). doi: https://doi.org/10.1109/fg.2015.7285022
  18. Barannik, V., Belikova, T., Gurzhii, P. (2019). The Model of Threats to Information and Psychological Security, Taking into Account the Hidden Information Destructive Impact on the Subconscious of Adolescents. 2019 IEEE International Conference on Advanced Trends in Information Theory (ATIT). doi: https://doi.org/10.1109/atit49449.2019.9030432
  19. Kurihara, K., Shiota, S., Kiya, H. (2015). An encryption-then-compression system for JPEG standard. 2015 Picture Coding Symposium (PCS). doi: https://doi.org/10.1109/pcs.2015.7170059
  20. Kurihara, K., Watanabe, O., Kiya, H. (2016). An encryption-then-compression system for JPEG XR standard. 2016 IEEE International Symposium on Broadband Multimedia Systems and Broadcasting (BMSB). doi: https://doi.org/10.1109/bmsb.2016.7521997
  21. Watanabe, O., Uchida, A., Fukuhara, T., Kiya, H. (2015). An Encryption-then-Compression system for JPEG 2000 standard. 2015 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP). doi: https://doi.org/10.1109/icassp.2015.7178165
  22. Zhou, J., Liu, X., Au, O. C., Tang, Y. Y. (2014). Designing an Efficient Image Encryption-Then-Compression System via Prediction Error Clustering and Random Permutation. IEEE Transactions on Information Forensics and Security, 9 (1), 39–50. doi: https://doi.org/10.1109/tifs.2013.2291625
  23. Naor, M., Shamir, A. (1995). Visual cryptography. Lecture Notes in Computer Science, 1–12. doi: https://doi.org/10.1007/bfb0053419
  24. Chen, C.-C., Wu, W.-J. (2014). A secure Boolean-based multi-secret image sharing scheme. Journal of Systems and Software, 92, 107–114. doi: https://doi.org/10.1016/j.jss.2014.01.001
  25. Chen, T.-H., Wu, C.-S. (2011). Efficient multi-secret image sharing based on Boolean operations. Signal Processing, 91 (1), 90–97. doi: https://doi.org/10.1016/j.sigpro.2010.06.012
  26. Deshmukh, M., Nain, N., Ahmed, M. (2016). An (n, n)-Multi Secret Image Sharing Scheme Using Boolean XOR and Modular Arithmetic. 2016 IEEE 30th International Conference on Advanced Information Networking and Applications (AINA). doi: https://doi.org/10.1109/aina.2016.56
  27. Yang, C.-N., Chen, C.-H., Cai, S.-R. (2016). Enhanced Boolean-based multi secret image sharing scheme. Journal of Systems and Software, 116, 22–34. doi: https://doi.org/10.1016/j.jss.2015.01.031
  28. Ramakrishnan, S. (2019). Cryptographic and Information Security. Approaches for Images and Videos. CRC Press, 986. doi: https://doi.org/10.1201/9780429435461
  29. Wong, K.-W. (2009). Image Encryption Using Chaotic Maps. Intelligent Computing Based on Chaos, 333–354. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-540-95972-4_16
  30. Tsai, C.-L., Chen, C.-J., Hsu, W.-L. (2012). Multi-morphological image data hiding based on the application of Rubik's cubic algorithm. 2012 IEEE International Carnahan Conference on Security Technology (ICCST). doi: https://doi.org/10.1109/ccst.2012.6393548
  31. Wu, Y., Agaian, S., Noonan, J. (2012). Sudoku Associated Two Dimensional Bijections for Image Scrambling. IEEE Transactions on multimedia. Available at: https://arxiv.org/abs/1207.5856v1
  32. Cheng, P., Yang, H., Wei, P., Zhang, W. (2015). A fast image encryption algorithm based on chaotic map and lookup table. Nonlinear Dynamics, 79 (3), 2121–2131. doi: https://doi.org/10.1007/s11071-014-1798-y
  33. Information technology – JPEG 2000 image coding system – XML representation and reference. Available at: https://www.itu.int/rec/dologin_pub.asp?lang=e&id=T-REC-T.813-201206-I!!PDF-E&type=items
  34. Honda, T., Murakami, Y., Yanagihara, Y., Kumaki, T., Fujino, T. (2013). Hierarchical image-scrambling method with scramble-level controllability for privacy protection. 2013 IEEE 56th International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS). doi: https://doi.org/10.1109/mwscas.2013.6674911
  35. Wong, K., Tanaka, K. (2010). DCT based scalable scrambling method with reversible data hiding functionality. 2010 4th International Symposium on Communications, Control and Signal Processing (ISCCSP). doi: https://doi.org/10.1109/isccsp.2010.5463307
  36. Ji, S., Tong, X., Zhang, M. (2012). Image encryption schemes for JPEG and GIF formats based on 3D baker with compound chaotic sequence generator. arXiv.org. Available at: https://arxiv.org/abs/1208.0999
  37. Phatak, A. G. (2016). A Non-format Compliant Scalable RSA-based JPEG Encryption Algorithm. International Journal of Image, Graphics and Signal Processing, 8 (6), 64–71. doi: https://doi.org/10.5815/ijigsp.2016.06.08
  38. Auer, S., Bliem, A., Engel, D., Uhl, A., Unterweger, A. (2013). Bitstream-Based JPEG Encryption in Real-time. International Journal of Digital Crime and Forensics, 5 (3), 1–14. doi: https://doi.org/10.4018/jdcf.2013070101
  39. Kobayashi, H., Kiya, H. (2018). Bitstream-Based JPEG Image Encryption with File-Size Preserving. 2018 IEEE 7th Global Conference on Consumer Electronics (GCCE). doi: https://doi.org/10.1109/gcce.2018.8574605
  40. Minemura, K., Moayed, Z., Wong, K., Qi, X., Tanaka, K. (2012). JPEG image scrambling without expansion in bitstream size. 2012 19th IEEE International Conference on Image Processing. doi: https://doi.org/10.1109/icip.2012.6466845
  41. Alimpiev, A. N., Barannik, V. V., Sidchenko, S. A. (2017). The method of cryptocompression presentation of videoinformation resources in a generalized structurally positioned space. Telecommunications and Radio Engineering, 76 (6), 521–534. doi: https://doi.org/10.1615/telecomradeng.v76.i6.60
  42. Barannik, V., Sidchenko, S., Barannik, D. (2020). Technology for Protecting Video Information Resources in the Info-Communication Space. 2020 IEEE 2nd International Conference on Advanced Trends in Information Theory (ATIT). Available at: https://ieeexplore.ieee.org/document/9349324
  43. Barannik, V., Barannik, V. (2020). Binomial-Polyadic Binary Data Encoding by Quantity of Series of Ones. 2020 IEEE 15th International Conference on Advanced Trends in Radioelectronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET). doi: https://doi.org/10.1109/tcset49122.2020.235540
  44. Barannik, V. V., Ryabukha, Y. N., Kulitsa, О. S. (2017). The method for improving security of the remote video information resource on the basis of intellectual processing of video frames in the telecommunication systems. Telecommunications and Radio Engineering, 76 (9), 785–797. doi: https://doi.org/10.1615/telecomradeng.v76.i9.40
  45. Barannik, V., Tarasenko, D. (2017). Method coding efficiency segments for information technology processing video. 2017 4th International Scientific-Practical Conference Problems of Infocommunications. Science and Technology (PIC S&T). doi: https://doi.org/10.1109/infocommst.2017.8246460

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-06-30

Як цитувати

Бараннік, В. В., Сідченко, С. О., Бараннік, Н. В., & Бараннік, В. В. (2021). Розробка методу кодування службових даних в системах криптокомпресійного представлення зображень. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(9(111), 103–115. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.235521

Номер

Том 3 № 9(111) (2021): Інформаційно-керуючі системи

Розділ

Інформаційно-керуючі системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Vladimir Barannik, Serhii Sidchenko, Natalia Barannik, Valeriy Barannik

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.