چکیده با رشد سریع اینترنت و پیشرفت در ارتباطات دیجیتال و تکنیک های فشرده سازی ، محتوای رسانه های دیجیتال ، از قبیل موسیقی ، فیلم و تصویر می تواند بطورآنی توسط کاربران نهایی در اینترنت منتشر شود . داده های دیجیتال در برابر نمونه آنالوگ آن برتری های بسیاری دارد . یکی از مشکلات احتمالی در کنترل داد های دیجیتالی این است که این داده ها می توانند بدون افت کیفیت تغییر داده شده و به راحتی تکثیر شوند . بنابراین بدون حفاظت و مدیریت حق مالکیت دیجیتال ،محتوای مورد نظر می تواند به راحتی و در حجم وسیعی تکثیر شود .این کار ضرر بسیار بزرگی را به شرکت هایی که در زمینه تولید محتوی دیجیتال فعالیت می کنند وارد می نماید.نهان نگاری دیجیتال یکی از تکنیک های نوظهور می باشد که اطلاعات حق مالکیت را به طور مستقیم در درون محتوی رسانه دیجیتال به طور دائم جاگذاری می کند .از اطلاعات جاگذاری به عنوان نهان نگار تعبیر می شود . به طور ایده ال نباید هیچ تفاوتی بین داده نهان نگاری شده و داده اصلی وجود داشته باشد ، و نهان نگار باید به راحتی قابل استخراج بوده و در برابر عملیات رایج پردازش سیگنال مقاومت یا استحکام مناسب داشته باشد.با توجه به اهمیت نهان نگاری ،این پایان نامه به دنبال طراحی الگوریتمی برای نهان نگاری تصاویر دیجیتال با بهره گیری از تبدیل موجک چندگانه ، به خاطر ویژگی های خاص این تبدیل که می تواند در کابردهای پردازش تصویر سودمند بوده می باشد. بدین منظور به معرفی مفاهیم نهان نگاری ، علی الخصوص نهان نگاری تصاویر دیجتال ، تبدیل موجک و تبدیل موجک چندگانه می پردازیم . سپس در ادامه تحقیق الگوریتمی جهت نهان نگاری تصاویر دیجیتال با به کار گیری تبدل موجک چند گانه عرضه می گردد و در انتها به ارزیابی الگوریتم پیشنهادی با استفاده از معیار های ارزیابی رایج می پردازیم .کلید واژه ها : نهان نگاری تصاویر دیجیتال ، موجک ، تبدیل موجک ، تبدیل موجک گسسته ، تبدیل موجک چندگانه فهرست رئوس مطالبفصل اول.. 11-1 مقدمه.. 22-1 طرح مساله.. 23-1 ضرورت تحقیق.. 34-1 سوالات تحقیق.. 35-1 محدوده پژوهش.. 46-1 ساختار پایاننامه.. 4فصل دوم.. 51-2 مقدمه.. 62-2 نهان نگاری دیجیتال .. 62-2-1 مقدمه.. 62-2-2 مفهوم نهان نگاری دیجیتال.. 63-2-2 ساختار کلی نهان نگاری دیجیتال.. 74-2-2 نهان نگاری به زبان ریاضی.. 85-2-2 انواع سیستم های نهان نگاری دیجیتال.. 93-2 آنالیز در حوزه فرکانس.. 121-3-2 مقدمه.. 122-3-2 تبدیل فوریه .. 133-3-2 ﺗﺒﺪﻳﻞ ﻓﻮرﻳﻪ زﻣﺎن-ﻛﻮﺗﺎه.. 164-3-2 آﻧﺎﻟﻴﺰ چند رزولوشنه .. 195-3-2 آشنایی با موجک.. 206-3-2 تبدیل موجک پیوسته .. 227-3-2 مقیاس.. 238-3-2 انتقال .. 259-3-2 پنج مرحله تا رسیدن به تبدیل موجک پیوسته.. 2510-3-2 رزولوشن در صفحه زمان – فرکانس.. 284-2 رواﺑﻂ رﻳﺎﺿﻲ ﺗﺒﺪﻳﻞ موجک.. 305-2 ﻋﻜﺲ ﺗﺒﺪﻳﻞ موجک پیوسته.. 336-2 ﮔﺴﺴﺘﻪ ﺳﺎزي ﺗﺒﺪﻳﻞ موجک ﭘﻴﻮﺳﺘﻪ.. 347-2 ﺗﺒﺪﻳﻞ موجک ﮔﺴﺴﺘﻪ368-2 عکس تبدیل موجک گسسته .. 399-2 ﺗﺒﺪﻳﻞ موجک گسسته دو ﺑﻌﺪي.. 4110-2 موجک های چندگانه.. 441-10-2 مقدمه.. 442-10-2 آشنایی با موجک چندگانه.. 443-10-2 انگیزه به کار گیری از تبدیل موجک چند گانه.. 454-10-2 تبدیل موجک چندگانه.. 465-10-2 بانک فیلتر موجک های چند گانه.. 476-2-10 موجک های چندگانه متوازن در مقابل نامتوازن.. 487-2-10 نسخه های پیاده سازی موجک چندگانه در کامپیوتر.. 4911-2 نهان نگاری تصاویر دیجیتال با استفاده از موجک های چندگانه 50فصل سوم.. 531-3 مقدمه.. 542-3 نهان نگاری تصویر دیجیتال با موجک های چندگانه.. 543-3 تبدیل موجک چندگانه تصویر.. 554-3 انتخاب مکان مناسب برای درج نهان نگار.. 565-3 الگوریتم جاگذاری نهان نگار.. 576-3 الگوریتم آشکار سازی نهان نگار.. 587-3 نتایج.. 59فصل چهارم.. 601-4 مقدمه.. 612-4 کیفیت تصویر نهان نگاری شده.. 613-4 استحکام نهان نگار.. 624-4 بررسی استحکام تصویر در برابر حملات رایج.. 625-4 مقایسه سیستم نهان نگاری پیشنهادی با روش ها قبل.. 636-4 نتیجه گیری.. 64فصل پنجم.. 651-5 خلاصه تحقیق.. 662-5 پیشنهاداتی برای تحقیقات آینده.. 67منابع و مآخذ.. 68Abstract71 فهرست اشکال شکل 2 - 1 درج نهان نگار [7]8شکل 2 - 2 تشخیص نهان نگار [7]8شکل 2 - 3 تکنیک های پنهان سازی اطلاعات[3]10شکل 2 - 4 دو نمونه سیگنال شامل مخلوطی از فرکانس های 5 ، 10 ، 20 ، 50 هرتز و تبدیل فوریه آنها [4]16شکل 2 - 5 نمایش گرافیکی نحوه پنجره کردن سیگنال غیر ایستا به منظور محاسبه تبدیل فوریه زمان کوتاه[4]18شکل 2 - 6 موج سینوسی در مقایسه با موجک[10]21شکل 2 - 7 مقیاس کردن موجک ، a بیانگر مقیاس می باشد .[10]24شکل 2 - 8 انتقال تابع موجک[10]25شکل 2 - 9 مراحل تبدیل موجک گسسته ، نمای شماره ی 1 [10]26شکل 2 - 10 مراحل تبدیل موجک گسسته ، نمای شماره 2 [10]26شکل 2 - 11مراحل تبدیل موجک گسسته ، نمای شماره 3 [10]27شکل 2 - 12نمایش سه بعدی تبدیل موجک پیوسته سیگنال های نشان داده شده در شکل 2-1 با استفاده از موجک مادر 8db(الف) تبدیل موجک سیگنال ایستا ، (ب) تبدیل موجک سیگنال نا ایستا[4]28شکل 2 - 13نمایش رزولوشن در صفحات مختلف (الف ) صفحه زمان (ب) صفحه فرکانس (پ) صفحه زمان – فرکانس در تبدیل فوریه زمان – کوتاه (ت) صفحه زمان – فرکانس در تبدیل موجک [4]29شکل 2 - 14 محل موج ها به هنگام گسسته کردن بر روی درجه بندی دودویی[5]36شکل 2 - 15نمایش نحوه محاسبه تبدیل موجک گسسته سه مرحله ای با استفاده از ایده بانک فیلتر برای یک سیگنال دلخواه [4].. 38شکل 2 - 16 تبدیل موجک گسسته[28]39شکل 2 - 17عکس تبدیل موجک گسسته [10]40شکل 2 - 18 تبدیل موجک گسسته و عکس آن در یک نگاه [10]40شکل 2 - 19 سیگنال های یک بعدی به دست آمده از چند سطر و ستون دلخواه از یک نمونه سیگنال دوبعدی (تصویر) . [4]42شکل 2 - 20 تبدیل دوبعدی یک نمونه تصویر[4]42شکل 2 - 21 ساختار تبدیل موجک تصویر [2]43شکل 2 - 22 تبدیل موجک چندگانه دوبعدی سطح یک [12].. 46شکل 2 - 23 تبدیل موجک چندگانه در مقایسه با تبدیل موجک اسکالر47شکل 2 - 24 مراحل ترکیب و تجزیه توسط موجک چندگانه [11]48شکل 3- 1 فرآیند درج نهان نگار در سیستم مورد استفاده.. 53شکل 3- 2 فرآیند استخراج نهان نگار.. 53شکل 3- 3 تصویر تبدیل یافته باربارا با تبدیل موجک چندگانه GHM54شکل 3- 4مکان مورد نظر برای درج نهان نگار.. 56شکل 3- 5مقایسه تصویر اصلی با تصویر نهان نگاری شده.. 58شکل 3- 6 مقایسه نهان نگار استخراج شده با نهان نگار اصلی58 فهرست جداول جدول 2- 1 بسته های نرم افزاری موجک چندگانه.. 49جدول 4- 2 بررسی مقاومت نهان نگار.. 62جدول 4- 3 بررسی مقاومت نهان نگار در برابر حملات.. 63جدول 4- 4 مقایسه الگوریتم پیشنهادی با کارهای پیشین.. 64مقدمات و کلیات پژوهشافزایش سرعت اینترنت و پیشرفت در زمینه تکنیک های فشرده سازی باعث شد تا استفاده از محصولات چند رسانه ای در این بستر رونق چشمگیری پیدا کند. امروزه منابع دیجیتال براحتی توسط افراد مختلف در اینترنت به اشتراک گذاشته می شوند واین مطلب باعث نگرانی تولید کنندگان آثار چند رسانه ای شده است واین نشان می دهد که حمایت از حق کپی بالاخص در مورد منابع چند رسانه ای توجه بیشتری را می طلبد . [1]یکی از تکنیک های مبارزه با تکثیر غیر قانونی این محصولات ، استفاده از نهان نگاری دیجیتال است.نهان نگاری چیزی نیست جز گنجاندن یک پیام در یک رسانه و یا انتقال اطلاعات به صورت پنهان .دو ویژگی مهم برای نهان نگار وجود دارد . اولین ویژگی این است که درج نهان نگار نباید کیفیت و ظاهر تصویر میزیان را تغییر زیادی دهد و دوم اینکه باید از لحاظ ادراکی غیر قایل رویت باشد.علاوه بر دو ویژگی فوق نهان نگار باید در مقابل اعمال معمول پردازش تصویر نظیر فیلتر کردن ، فشرده سازی ، اعمال نویز و حذف قسمتی از تصویر مقاومت داشته باشد.[2]امروزه با رشد سريع اينترنت و فناوريهاي چندرسانهاي ديجيتال، نسخه برداری از داده ها بدون هیچ افت کیفیت و با هزینه های بسیار اندک امکانپذیر شده است. بدین ترتیب دستکاری و بهره گیری از آثار دیجیتال بدون رعایت حق نشر به راحتی امکان پذیر می باشد.در همين راستا هر روز نياز هاي امنيتي متنوعتري مطرح مي شود . نهاننگاري يکي از روش هایی است که برای پاسخگویی به اين نياز بکار ميرود .نهان نگاری زمینه های کاربردی فراوانی دارد، بیشترین کاربرد آن در حک کردن اسم ها و امضاها بر روی تصاویرو ویدئو ها و صداها وغیره می باشد به طوری که مشخص نخواهد بود. در اینصورت هر گونه استفاده غير مجاز از رسانه دیجیتالی نهان نگاری شده ، مانند كپي غير مجاز از آن و يا هرگونه تحريف و تغيير تصوير توسط افراد غير مجاز محدود می شود . شیوه های مختلفی برای نهان نگاری تصاویر دیجیتال ارائه شده اند ، که یکی از پرکاربردترین روش ها به کار گیری از حوزه تبدیل موجک می باشد .به کار گیری موجک های چندگانه گسسته برخی از محدودیت های موجود در تبدیل موجک اسکالر گسسته را بر طرف کرده است . تعامد و تقارن از ویژگی هایی می باشند که موجک گسسته نمی تواند به طور همزمان داشته باشد .نهان نگاری تصاویر دیجیتال با استفاده از موجک چندگانه مبحثی جدید در این حوزه می باشد و پژوهش های اندکی در این حوزه صورت گرفته است . لذا این تحقیق به دنبال آن است تا کیفیت تصویر نهان نگاری شده را نسبت به کارهای پیشین در این حوزه افزایش دهد .استفاده از الگوریتم های نهان نگاری در تصاویر دیجیتالی باعث می شود تا از حق مالکیت اثر حفاظت کند و آنرا در برابر استفاده غیرمجاز کاربران مصون بدارد.تنها صاحب اصلي داده مي تواند با استخراج سيگنال نهان نگار ، كه تنها توسط او امكان پذير است، مالكيت خود را به اثبات برساند و يا محل تغييرات صورت گرفته بر روي داده دیجیتالی را مشخص كند.با توجه به عملکرد این نوع الگوریتم های نهان نگاری سوالاتی در این زمینه مطرح می کنیم و در این طرح به آنها می پردازیم:1- چگونه می توان نهان نگاری در تصاویر دیجیتال را با استفاده روش موجک چندگانه بهبود بخشید؟2- چگونه با استفاده از روش موجک چندگانه در الگوریتم های نهان نگاری برای تصاویر دیجیتال، می توان مشکل اثبات حقوق مالکیت را برطرف کرد؟3- چگونه می توان الگوریتم پیشنهادی را در برابر سایر روش های پیشنهادی ارزیابی کرد ؟ معیار های ارزیابی کدامند ؟4- چگونه می توان الگوریتم نهان نگاری مبتنی بر موجک چندگانه در تصاویر دیجیتال را در برابر حملات تخریب کننده معمول، از قبیل فشرده سازی ، نویز و غیره توانمند و مقاوم کرد؟تمرکز اصلی و عمده در این پژوهش ، طراحی الگوریتمی است که به وسیله آن بتوان یک تصویر را به عنوان نهان نگار در درون یک تصویر دیگر با به کار گیری تبدیل موجک چند گانه جا گذاری کرد . بدین منظور با مفاهیمی همچون نهان نگاری تصاویر دیجیتال ، تبدیل موجک و تبدیل موجک چندگانه آشنا می شویم و در مرحله بعد الگوریتمی برای نهان نگاری تصاویر دیجیتال ارائه خواهیم کرد . در نهایت به ارزیابی روش پیشنهادی می پردازیم .ساختار این پایان نامه شامل پنج فصل به شرح زیر می باشد :ادبیات موضوع 1-2 مقدمهبا توجه به مطالب بیان شده در فصل اول ، در این فصل برآنیم تا به بررسی ادبیات موضوعی و بررسی پاره ای از کارهای صورت پذیرفته در حوزه پژوهش بپردازیم . بدین منظور ابتدا مروری اجمالی خواهیم داشت به بررسی و تعریف مفاهیمی چون نهان نگاری [1]، تبدیل موجک [2]، تبدیل موجک گسسته [3]و تبدیل موجک چندگانه [4]و سپس پژوهش های انجام شده در این حوزه را مورد بررسی قرار می دهیم .تکامل سریع فن آوری دیجیتال سهولت دسترسی به اطلاعات دیجیتال را بهبود بخشیده است. دیجیتالی شدن داده های چند رسانه ای سبب شده تا عملیات ذخیره سازی سریع تر، قابل اعتمادتر و کارآمد باشد، و عملیات انتقال و پردازش داده های دیجیتال را فعالتر کرده است. این مسئله همچنین منجربه باز تولید و توزیع مجدد غیر قانونی رسانه های دیجیتال شده است. کپی برداری و تغییر در داده های دیجیتال به کار بسیار آسان و غیر قابل کشف تبدیل شده است. از این رو با توجه به رشد بسیار زیاد شبکه های کامپیوتری که انتقال سریع و بدون خطا در هر گونه کپی برداری را فراهم می کند و احتمالا دستکاری غیر مجاز اطلاعات چند رسانه ای را افزایش می دهد، خطر نقض قانون کپی رایت[6] داده های چند رسانه ای بطور جدی احساس می گردد . [3]نهان نگاری دیجیتال به پنهان سازی اطلاعات به صورت غیر قابل رویت در یک رسانه دیجیتال همچون فیلم ، صوت و تصویر به منظور اثبات مالکیت و یا انتقال اطلاعات به به صورت مخفیانه اطلاق می شود. [4]نهان نگاری از ترکیب دو کلمه Water به معنی آب و Marking به معنی نشانه گذاری است ؛ اين روش بخشی از مطلب کلی تری به نام استگانوگرافی[7] هست . نهان نگاری دیجیتال رابطه نزدیکی با پنهان‌نگاری و پنهان‌سازی داده دارد. ولی با این حال، بسته به کاربردهایی که دارد، تفاوت‌هایی نیز مشاهده می‌شود. در تكنيك هاي نهان نگاري ، يك سيگنال پنهاني به نام نهان نگار[8] ، مستقيما در داخل داده جاگذاری[9] مي شود و همواره در آن باقي مي ماند. براي استفاده از داده نهان نگاري شده، نيازي به برداشتن سيگنال نهان نگار نيست زيرا اين سيگنال طوري در داده ميزبان درج مي شود كه هيچ تأثير نامطلوبي بر داده اصلي نمي گذارد. به عنوان مثال در نهان نگاري داده در تصوير، چشم انسان نبايد تفاوت بين تصوير اصلي و تصوير نهان نگاری شده را حس كند. دو مساله اساسی در نهان نگاری مقاومت [10](جداناپذیری نهان نگار از تصویر) و مشاهده ناپذیری نهان نگار است. یک بده و بستان بین دو ویژگی مقاومت و غیر قابل مشاهده بودن در نهان نگاری وجود دارد بطوری که هر چه مقاومت روش نهان نگاری بیشتر باشد مشاهده پذیری آن بیشتر است و بالعکس.