Universal Method for Detecting Violations in the Integrity of a Digital Image Based on Analysis of Blocks of its Matrix
Închide
Conţinutul numărului revistei
Articolul precedent
Articolul urmator
188 2
Ultima descărcare din IBN:
2024-01-22 10:06
Căutarea după subiecte
similare conform CZU
004.056 (231)
Știința și tehnologia calculatoarelor. Calculatoare. Procesarea datelor (4225)
SM ISO690:2012
БОБОК, Иван, КОБОЗЕВА, Алла. Универсальный метод выявления нарушения целостности цифрового изображения, основанный на анализе блоков его матрицы. In: Problemele Energeticii Regionale, 2023, nr. 4(60), pp. 98-112. ISSN 1857-0070. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2023.4-60.08
EXPORT metadate:
Google Scholar
Crossref
CERIF

DataCite
Dublin Core
Problemele Energeticii Regionale
Numărul 4(60) / 2023 / ISSN 1857-0070

Universal Method for Detecting Violations in the Integrity of a Digital Image Based on Analysis of Blocks of its Matrix

Metodă universală de detectare a încălcărilor integrității unei imagini digitale pe baza analizei blocurilor din matricea acesteia

Универсальный метод выявления нарушения целостности цифрового изображения, основанный на анализе блоков его матрицы

DOI:https://doi.org/10.52254/1857-0070.2023.4-60.08
CZU: 004.056

Pag. 98-112

Бобок Иван, Кобозева Алла
 
Национальный университет «Одесская политехника»
 
 
Disponibil în IBN: 8 noiembrie 2023


Rezumat

The requirement to provide the content expertise (particularly digital video) in real time is becoming critical. Thus, the aim of the work is to increase the efficiency of identifying the fact of violation of image integrity by developing a universal expert method with low computational complexity. This aim was achieved by using a new approach developed by the authors earlier that based on the properties of the dependence of the frequency index of the singular vector of the image matrix on its number, adapted for the case of a block organization of expertise. The most important theoretical result of the work is the higher rate of growth of the linear approximation of the dependence of the block-average values of the frequency indexes of singular vectors on its number, which was established for the original content, as compared to the non-original content. The significance of the obtained results is that the developed expert method, being a block one, has insignificant computational complexity – O (n2) operations for an nx n image matrix, which makes it promising for working with digital content, in particular with video, in real time. At the same time, the algorithmic implementation of the method made it possible to increase the efficiency of detecting violations of image integrity by reducing type I errors by 2% compared to the best analogue; type II errors remained at the same level. The versatility of the method is confirmed by its high efficiency regardless of the specifics of the perturbation effect, including in conditions of minor disturbances.

Cerința de a oferi expertiza integrității care să permită separarea unei imagini originale de una neoriginală fără a ține cont de specificul influenței perturbatoare(în special video digital) în timp real devine critică. Astfel, scopul lucrării este de a crește eficiența identificării faptului de încălcare a integrității imaginii prin elaborarea unei metode expert universale cu complexitate de calcul scăzută. Acest obiectiv a fost atins prin utilizarea unei noi abordări elaborate de autori anterior, care se bazează pe proprietățile dependenței indicelui de frecvență al vectorului singular al matricei imaginii de numărul acestuia, adaptată pentru cazul unei organizări bloc de expertiză. Cel mai important rezultat teoretic al lucrării este rata mai mare de creștere a aproximării liniare a dependenței valorilor medii bloc ale indicilor de frecvență ai vectorilor singulari de numărul acestuia, care a fost stabilită pentru conținutul original, în comparație cu conținut neoriginal. Semnificația rezultatelor obținute este că metoda expert elaborată, fiind una bloc, are o complexitate computațională nesemnificativă  O(n2)  – operații pentru nxn o matrice imagine, ceea ce o face promițătoare pentru lucrul cu conținut digital, în special cu video, în timp real. În același timp, implementarea algoritmică a metodei a făcut posibilă creșterea eficienței detectării încălcărilor integrității imaginii prin reducerea erorilor de tip I cu 2% față de cel mai bun analog; erorile de tip II au rămas la același nivel. Versatilitatea metodei este confirmată de eficiența sa ridicată, indiferent de specificul efectului de perturbare, inclusiv în condiții de perturbări minore.

Современные информационные технологии предоставляют широкие возможности для осуществления несанкционированных изменений цифровых контентов, в частности, цифровых изображений, которым посвящена работа, что может привести к негативным последствиям, вплоть до катастрофических, как для отдельно взятых людей, так и для человечества в целом, когда такие контенты используются в неразвлекательных целях. В настоящий момент растет востребованность универсальных методов экспертизы целостности, позволяющих отделять оригинальное изображения от неоригинального без учета специфики использованного возмущающего воздействия. Критически важным становится требование обеспечения экспертизы контента, в частности цифрового видео, в режиме реального времени. С учетом этого целью работы является повышение эффективности выявления факта нарушения целостности изображения путем разработки универсального экспертного метода, обладающего незначительной вычислительной сложностью. Поставленная цель была достигнута путем использования нового подхода, разработанного авторами ранее, – СНВ-подхода, основанного на учете свойств функции зависимости частости сингулярного вектора матрицы изображения от его номера, адаптированного для случая блоковой организации экспертизы, когда матрица изображения предварительно разбивается на блоки, анализируемые по отдельности. Наиболее важным теоретическим результатом работы является установленная для оригинального контента бóльшая скорость роста линейной аппроксимации функции, отражающей зависимость средних по блокам значений частостей сингулярных векторов от номера вектора, по сравнению с неоригинальным. Значимость полученных результатов заключается в том, что разработанный экспертный метод, являясь блоковым, имеет незначительную вычислительную сложность – O (n2) операций для nxn -матрицы изображения, что делает его перспективным для работы с цифровыми контентами, в частности, с видео, в режиме реального времени. При этом алгоритмическая реализация метода позволила повысить эффективность выявления нарушения целостности изображения путем снижения ошибок 1-го рода на 2% по сравнению с наилучшим аналогом, ошибки 2-го рода остались на том же уровне. Универсальность метода подтверждается его высокой эффективностью независимо от специфики возмущающего воздействия, в том числе и в условиях незначительных возмущений.

Cuvinte-cheie
digital image, integrity violation, singular vector, frequency index of singular vector, integrity expertise,

imagine digitală, încălcare a integrității, vector singular, indice de frecvență al vectorului singular, expertiză în integritate,

цифровое изображение, нарушение целостности, сингулярный вектор, частость сингулярного вектора, экспертиза целостности