/// <summary>
/// Размещение дополнительного изображения в правой нижней части.
/// Используется для внедрения в исходное изображение баркода с настроечными параметрами программы, вклучая стеганографический ключ для выработки принимающей стороной псевдослучайной последовательности и псевдослучайной перестановки.
/// </summary>
/// <param name="barcodeBitmap">Внедряемое изображение</param>
public void DrawCopyright(CvBitmap barcodeBitmap)
{
var size = barcodeBitmap.Size;
var pt = new Point(Size - new Size(size.Width * 3 / 2, size.Height * 3 / 2));
ROI = new Rectangle(pt, size);
barcodeBitmap.CopyTo(this);
ROI = Rectangle.Empty;
}
public HartleyOfBitmap(CvBitmap cvBitmap)
{
var n0 = cvBitmap.Data.GetLength(0);
var n1 = cvBitmap.Data.GetLength(1);
var n2 = cvBitmap.Data.GetLength(2);
_cvBitmap = cvBitmap;
_data = new double[cvBitmap.Length];
_gcHandle = GCHandle.Alloc(_data, GCHandleType.Pinned);
_fftwplan = fftw.r2r_3d(n0, n1, n2,
_gcHandle.AddrOfPinnedObject(), _gcHandle.AddrOfPinnedObject(),
fftw_kind.DHT, fftw_kind.DHT, fftw_kind.DHT,
fftw_flags.Estimate);
_divider = Math.Sqrt(cvBitmap.Length);
}
public CvBitmap(CvBitmap bitmap)
: base(bitmap.Data)
{
}
/// <summary>
/// Blur bitmap with the Fastest Fourier Transform
/// </summary>
public CvBitmap(CvBitmap input, BlurBuilder builder)
: base(builder.Blur(input).Data)
{
}
public CvBitmap(CvBitmap input, StretchBuilder builder, bool autoResize)
: base(autoResize ? builder.Stretch(input).Data : input.Data)
{
}
/// <summary>
/// Применение метода широкополосного сигнала
/// Внедрение данных в графический файл
/// </summary>
/// <param name="bbsOptions">Параметры алгоритма включая исходные данные</param>
/// <returns>Графический файл с внедрёнными данными</returns>
public static CvBitmap Pack(BbsOptions bbsOptions)
{
Debug.WriteLine(bbsOptions.ToString());
var key = bbsOptions.Key;
var expandSize = bbsOptions.ExpandSize;
var codeSize = bbsOptions.EccCodeSize;
var dataSize = bbsOptions.EccDataSize;
double alpha = bbsOptions.Alpha;
double betta = 0;
var dhtMode = bbsOptions.DhtMode;
var autoAlpha = bbsOptions.AutoAlpha;
var autoResize = bbsOptions.AutoResize;
var maximumGamma = bbsOptions.MaximumGamma;
var politicIndex = bbsOptions.PoliticIndex;
var politicText = bbsOptions.PoliticText;
var eccIndex = bbsOptions.EccIndex;
var mixerIndex = bbsOptions.MixerIndex;
var gammaIndex = bbsOptions.GammaIndex;
var archiverIndex = bbsOptions.ArchiverIndex;
var barcodeIndex = bbsOptions.BarcodeIndex;
var zipperIndex = bbsOptions.ZipperIndex;
var filterStep = bbsOptions.FilterStep;
var sampleBitmap = bbsOptions.SampleBitmap;
var minSize = sampleBitmap.Size;
CvBitmap barcodeBitmap = null;
try
{
using (var barcode = new Barcode(barcodeIndex)
{
// indeces
ArchiverIndex = archiverIndex,
EccIndex = eccIndex,
MixerIndex = mixerIndex,
GammaIndex = gammaIndex,
// ints
ExpandSize = expandSize,
EccCodeSize = codeSize,
EccDataSize = dataSize,
// bools
DhtMode = dhtMode,
AutoAlpha = autoAlpha,
MaximumGamma = maximumGamma,
// strings
Key = key
})
{
// Формирование баркода с параметрами для используемых алгоритмов
barcodeBitmap = new CvBitmap(barcode.Encode());
var barcodeSize = barcodeBitmap.Size;
minSize.Width = Math.Max(minSize.Width, 4 * barcodeSize.Width);
minSize.Height = Math.Max(minSize.Height, 4 * barcodeSize.Height);
}
}
catch (ArgumentNullException exception)
{
}
var bytes = Encoding.GetEncoding(0).GetBytes(bbsOptions.RtfText);
Debug.WriteLine(string.Join("", bytes.Select(x => x.ToString("X02"))));
// В дополнение к самому методу широкополосного сигнала данные могут быть сжаты алгоритмом компрессии данных,
// добавлены коды исправления ошибок, последовательности бит могут размещаться в изображении не последовательно, а в
// соответствии с выбранным алгоритмом.
IStreamTransform[] streamTransforms =
{
new Archiver(archiverIndex), // Алгоритм сжатия данных
new Envelope(), // Добавление конверта
new Ecc(eccIndex, codeSize, dataSize) // Алгоритм коррекции ошибок
};
var input = new MemoryStream(bytes);
Debug.WriteLine("input {0}", input.Length);
foreach (var transform in streamTransforms)
{
using (var prev = input)
transform.Forward(prev, input = new MemoryStream());
input.Seek(0, SeekOrigin.Begin);
Debug.WriteLine("{0} {1}", transform, input.Length);
}
// для каждого бита сообщения нужно N пикселей носителя
var inputLength = input.Length; // Количество байт передаваемых данных
var requiredLength = inputLength * expandSize * BitsPerByte; // Требуемое число пикселей
var sampleSize = sampleBitmap.Size;
var sampleLength = sampleBitmap.Length;
var ratio = Math.Sqrt(1 + (double)requiredLength / sampleLength);
ratio = Math.Max(ratio, (double)minSize.Width / sampleSize.Width);
ratio = Math.Max(ratio, (double)minSize.Height / sampleSize.Height);
minSize.Width = (int)Math.Max(minSize.Width, Math.Ceiling(ratio * sampleSize.Width));
minSize.Height = (int)Math.Max(minSize.Height, Math.Ceiling(ratio * sampleSize.Height));
CvBitmap bitmap;
CvBitmap median;
using (var stretchBuilder = new StretchBuilder(minSize))
bitmap = new CvBitmap(sampleBitmap, stretchBuilder, autoResize);
var length = bitmap.Length;
var size = bitmap.Size;
if (requiredLength > length)
{
throw new Exception(
string.Format("Размер изображения недостаточен для сохранения данных {0}/{1}",
requiredLength, sampleLength));
}
if (minSize.Width > size.Width || minSize.Height > size.Height)
{
throw new Exception(
string.Format(
"Размер изображения недостаточен для сохранения данных {0}x{1}/{2}x{3}",
size.Width, size.Height, minSize.Width, minSize.Height));
}
// Применение политики обработки неиспользуемых пикселей
using (IStreamTransform streamTransform = new Politic(politicIndex, politicText, expandSize, bitmap))
using (var prev = input)
streamTransform.Forward(prev, input = new MemoryStream());
input.Seek(0, SeekOrigin.Begin);
Debug.WriteLine("input {0}", input.Length);
// Внедрения в передаваемое изображение баркода с настроечными параметрами для используемых алгоритмов
if (barcodeBitmap != null)
{
bitmap.DrawCopyright(barcodeBitmap);
}
using (var builder = new BlurBuilder(filterStep))
median = new CvBitmap(bitmap, builder);
using (var reader = new BinaryReader(input))
{
var data = reader.ReadBytes((int)input.Length);
Debug.WriteLine(string.Join("", data.Select(x => x.ToString("X02"))));
var index = new int[length];
var colors = new double[length];
var medianColors = new double[length];
var gamma = new byte[maximumGamma
? ((length + BitsPerByte - 1) / BitsPerByte)
: ((expandSize + BitsPerByte - 1) / BitsPerByte)];
using (var builder = new Mixer(mixerIndex, key))
builder.GetInts(index);
using (var builder = new Gamma(gammaIndex, key))
builder.GetBytes(gamma);
var bitmapDataContainer = dhtMode ? new HartleyOfBitmap(bitmap) : (IDataContainer)bitmap;
bitmapDataContainer.Select(index, colors);
var medianDataContainer = dhtMode
? new HartleyOfBitmap(median)
: (IDataContainer)median;
medianDataContainer.Select(index, medianColors);
Debug.Assert(dhtMode || colors.All(x => x >= 0));
Debug.Assert(dhtMode || medianColors.All(x => x >= 0));
// Рассчёт весов пикселей
var middle = medianColors.Average();
var weight = medianColors.Select(x => F / (F + Math.Abs(x - middle))).ToArray();
var average = weight.Average();
weight = weight.Select(x => x / average).ToArray();
if (autoAlpha)
{
// Вычисление параметров из характеристик отправляемых данных
var delta = colors.Zip(medianColors, (x, y) => (x - y)).Zip(weight, (x, y) => x * y).ToArray();
var e1 = delta.Average(x => x);
var e2 = delta.Average(x => x * x);
bbsOptions.Alpha = (int)Math.Ceiling(alpha = Math.Sqrt(e2 - e1 * e1));
// Использование псевдослучайной последовательности с характеристиками приближенными к равновероятной, для кодирования
// данных, позволяет сохранить среднюю яркость пикселей у исходного графического изображения и у изображения,
// содержащего внедрённые данные
// Однако при прямом и дословном применении алгоритма средняя яркость пикселей могла бы иметь смещение относительно средней яркости у исходного изображения
// Поэтому производим статистическую оценку такого смещения и вводим её в качестве компенсирующего слагаемого в алгоритм
// Вычисление количества единиц в исходных данных и псевдослучайной последовательности
double trueData = BitCounter.Count(data);
double trueGamma = BitCounter.Count(gamma);
// Вычисление количества нулей в исходных данных и псевдослучайной последовательности
var falseData = (long)data.Length * BitsPerByte - trueData;
var falseGamma = (long)gamma.Length * BitsPerByte - trueGamma;
// Вычисление оценки количества единиц и нулей при смешивании исходных данных и псевдослучайной последовательности
var trueCount = trueGamma * falseData + falseGamma * trueData;
var falseCount = trueGamma * trueData + falseGamma * falseData;
betta = ((falseCount - trueCount) * alpha / (trueCount + falseCount));
Debug.WriteLine("alpha = {0} betta = {1}", alpha, betta);
}
using (var bbSignals = new BbSignals(expandSize, maximumGamma))
{
var delta = new double[colors.Length];
bbSignals.Combine(delta, data, gamma, alpha, betta);
delta = delta.Zip(weight, (x, y) => x * y).ToArray();
colors = colors.Zip(delta, (x, y) => (x + y)).ToArray();
}
bitmapDataContainer.Replace(index, colors);
return(bbsOptions.OutputBitmap = bitmap);
}
}
private const int BitsPerByte = 8; // Количество битов в байте
/// <summary>
/// Применение метода широкополосного сигнала
/// Внедрение данных в графический файл
/// </summary>
/// <param name="bbsOptions">Параметры алгоритма включая исходные данные</param>
/// <returns>Графический файл с внедрёнными данными</returns>
public static CvBitmap Pack(BbsOptions bbsOptions)
{
Debug.WriteLine(bbsOptions.ToString());
string key = bbsOptions.Key;
int expandSize = bbsOptions.ExpandSize;
int codeSize = bbsOptions.EccCodeSize;
int dataSize = bbsOptions.EccDataSize;
int alpha = bbsOptions.Alpha;
int betta = 0;
bool autoAlpha = bbsOptions.AutoAlpha;
bool autoResize = bbsOptions.AutoResize;
bool maximumGamma = bbsOptions.MaximumGamma;
int politicIndex = bbsOptions.PoliticIndex;
string politicText = bbsOptions.PoliticText;
int eccIndex = bbsOptions.EccIndex;
int mixerIndex = bbsOptions.MixerIndex;
int gammaIndex = bbsOptions.GammaIndex;
int archiverIndex = bbsOptions.ArchiverIndex;
int barcodeIndex = bbsOptions.BarcodeIndex;
int filterStep = bbsOptions.FilterStep;
CvBitmap sampleBitmap = bbsOptions.SampleBitmap;
Size minSize = sampleBitmap.Size;
CvBitmap barcodeBitmap = null;
try
{
using (var barcode = new Barcode(barcodeIndex)
{
ArchiverIndex = archiverIndex,
EccIndex = eccIndex,
MixerIndex = mixerIndex,
GammaIndex = gammaIndex,
ExpandSize = expandSize,
EccCodeSize = codeSize,
EccDataSize = dataSize,
MaximumGamma = maximumGamma,
Key = key,
})
{
// Формирование баркода с параметрами для используемых алгоритмов
barcodeBitmap = new CvBitmap(barcode.Encode());
Size barcodeSize = barcodeBitmap.Size;
minSize.Width = Math.Max(minSize.Width, 4 * barcodeSize.Width);
minSize.Height = Math.Max(minSize.Height, 4 * barcodeSize.Height);
}
}
catch (ArgumentNullException exception)
{
}
byte[] bytes = Encoding.Default.GetBytes(bbsOptions.RtfText);
Debug.WriteLine(string.Join("", bytes.Select(x => x.ToString("X02"))));
// В дополнение к самому методу широкополосного сигнала данные могут быть сжаты алгоритмом компрессии данных,
// добавлены коды исправления ошибок, последовательности бит могут размещаться в изображении не последовательно, а в
// соответствии с выбранным алгоритмом.
IStreamTransform[] streamTransforms =
{
new Archiver(archiverIndex), // Алгоритм сжатия данных
new Envelope(), // Добавление конверта
new Ecc(eccIndex, codeSize, dataSize) // Алгоритм коррекции ошибок
};
var input = new MemoryStream(bytes);
Debug.WriteLine("input {0}", input.Length);
foreach (IStreamTransform transform in streamTransforms)
{
using (MemoryStream prev = input)
transform.Forward(prev, input = new MemoryStream());
input.Seek(0, SeekOrigin.Begin);
Debug.WriteLine("{0} {1}", transform, input.Length);
}
// для каждого бита сообщения нужно N байт носителя
long inputLength = input.Length; // Количество байт передаваемых данных
long requiredLength = inputLength * expandSize * BitsPerByte; // Требуемое число пикселей
Size sampleSize = sampleBitmap.Size;
long sampleLength = sampleBitmap.Length;
double ratio = Math.Sqrt(1 + (double)requiredLength / sampleLength);
ratio = Math.Max(ratio, (double)minSize.Width / sampleSize.Width);
ratio = Math.Max(ratio, (double)minSize.Height / sampleSize.Height);
minSize.Width = (int)Math.Max(minSize.Width, Math.Ceiling(ratio * sampleSize.Width));
minSize.Height = (int)Math.Max(minSize.Height, Math.Ceiling(ratio * sampleSize.Height));
CvBitmap bitmap;
using (var stretchBuilder = new StretchBuilder(minSize))
bitmap = new CvBitmap(sampleBitmap, stretchBuilder, autoResize);
long length = bitmap.Length;
Size size = bitmap.Size;
if (requiredLength > length)
{
throw new Exception(
string.Format("Размер изображения недостаточен для сохранения данных {0}/{1}",
requiredLength, sampleLength));
}
if (minSize.Width > size.Width || minSize.Height > size.Height)
{
throw new Exception(
string.Format(
"Размер изображения недостаточен для сохранения данных {0}x{1}/{2}x{3}",
size.Width, size.Height, minSize.Width, minSize.Height));
}
// Внедрения в передаваемое изображение баркода с настроечными параметрами для используемых алгоритмов
if (barcodeBitmap != null)
{
bitmap.DrawCopyright(barcodeBitmap);
}
using (IStreamTransform streamTransform = new Politic(politicIndex, politicText, expandSize, bitmap))
using (MemoryStream prev = input)
streamTransform.Forward(prev, input = new MemoryStream());
input.Seek(0, SeekOrigin.Begin);
Debug.WriteLine("input {0}", input.Length);
using (var reader = new BinaryReader(input))
{
byte[] data = reader.ReadBytes((int)input.Length);
Debug.WriteLine(string.Join("", data.Select(x => x.ToString("X02"))));
var index = new int[length];
var colors = new byte[length];
var cw = new byte[length];
var gamma = new byte[maximumGamma
? ((length + BitsPerByte - 1) / BitsPerByte)
: ((expandSize + BitsPerByte - 1) / BitsPerByte)];
using (var builder = new Mixer(mixerIndex, key))
builder.GetInts(index);
using (var builder = new Gamma(gammaIndex, key))
builder.GetBytes(gamma);
bitmap.Select(index, colors);
if (autoAlpha)
{
using (var blurBuilder = new BlurBuilder(filterStep))
using (var median = new CvBitmap(bitmap, blurBuilder))
{
if (barcodeBitmap != null)
{
median.DrawCopyright(barcodeBitmap);
}
var medianColors = new byte[length];
median.Select(index, medianColors);
double e1 = colors.Zip(medianColors,
(x, y) => (int)x - (int)y).Average(x => (double)x);
double e2 = colors.Zip(medianColors,
(x, y) => (int)x - (int)y).Average(x => (double)x * x);
alpha = (int)Math.Sqrt(e2 - e1 * e1);
bbsOptions.Alpha = alpha;
// Вычисление оценки смещение яркости относительно средней яркости исходного изображения при прямом и дословном применении алгоритма
// Построение массивов, содержащих статистическую информацию о исходных данных и псевдослучайной последовательности
// То есть построение гистограмм исходных данных и псевдослучайной последовательности
var countData = new int[256];
var countGamma = new int[256];
foreach (byte ch in data)
{
countData[ch]++;
}
foreach (byte ch in gamma)
{
countGamma[ch]++;
}
// Построение массива, где каждый элемент содержит количество ненулевых бит в бинарном разложении индекса элемента
var count = new int[256];
count[0] = 0;
for (int k = 1; k < 256; k <<= 1)
{
for (int i = 0; i < k; i++)
{
count[k + i] = count[i] + 1;
}
}
// Использование псевдослучайной последовательности с характеристиками приближенными к равновероятной, для кодирования
// данных, позволяет сохранить среднюю яркость пикселей у исходного графического изображения и у изображения,
// содержащего внедрённые данные
// Однако при прямом и дословном применении алгоритма средняя яркость пикселей могла бы иметь смещение относительно средней яркости у исходного изображения
// Поэтому производим статистическую оценку такого смещения и вводим её в качестве компенсирующего слагаемого в алгоритм
// Вычисление количества единиц в исходных данных и псевдослучайной последовательности
double trueData = count.Zip(countData, (x, y) => (double)((long)x * y)).Sum();
double trueGamma = count.Zip(countGamma, (x, y) => (double)((long)x * y)).Sum();
// Вычисление количества нулей в исходных данных и псевдослучайной последовательности
double falseData = (long)data.Length * BitsPerByte - trueData;
double falseGamma = (long)gamma.Length * BitsPerByte - trueGamma;
// Вычисление оценки количества единиц и нулей при смешивании исходных данных и псевдослучайной последовательности
double trueCount = trueGamma * falseData + falseGamma * trueData;
double falseCount = trueGamma * trueData + falseGamma * falseData;
betta = (int)((falseCount - trueCount) * alpha / (trueCount + falseCount));
bbsOptions.Alpha = alpha;
}
}
using (var bbSignals = new BbSignals(expandSize, maximumGamma))
bbSignals.Combine(colors, data, gamma, alpha, betta, cw);
bitmap.Replace(index, cw);
return(bbsOptions.OutputBitmap = bitmap);
}
}
/// <summary>
/// Применение метода широкополосного сигнала
/// Извлечение данных из графического файла
/// </summary>
/// <param name="bbsOptions">Параметры алгоритма включая графический файл с внедрёнными данными</param>
/// <returns>Извлечённые данные</returns>
public static string Unpack(BbsOptions bbsOptions)
{
Debug.WriteLine(bbsOptions.ToString());
string key = bbsOptions.Key;
int expandSize = bbsOptions.ExpandSize;
int codeSize = bbsOptions.EccCodeSize;
int dataSize = bbsOptions.EccDataSize;
int filterStep = bbsOptions.FilterStep;
int eccIndex = bbsOptions.EccIndex;
int mixerIndex = bbsOptions.MixerIndex;
int gammaIndex = bbsOptions.GammaIndex;
int archiverIndex = bbsOptions.ArchiverIndex;
int alpha = bbsOptions.Alpha;
int betta = 0;
bool autoAlpha = bbsOptions.AutoAlpha;
bool maximumGamma = bbsOptions.MaximumGamma;
bool extractBarcode = bbsOptions.ExtractBarcode;
CvBitmap bitmap = bbsOptions.InputBitmap;
if (extractBarcode)
{
using (var barcode = new Barcode(bitmap.Bitmap))
{
// Извлечение параметров из внедрённого в изображение баркода
// и использование этих извлечённых параметров для используемых алгоритмов
barcode.Decode();
archiverIndex = barcode.ArchiverIndex;
eccIndex = barcode.EccIndex;
mixerIndex = barcode.MixerIndex;
gammaIndex = barcode.GammaIndex;
expandSize = barcode.ExpandSize;
codeSize = barcode.EccCodeSize;
dataSize = barcode.EccDataSize;
maximumGamma = barcode.MaximumGamma;
key = barcode.Key;
}
}
using (var builder = new BlurBuilder(filterStep))
bbsOptions.MedianBitmap = new CvBitmap(bitmap, builder);
CvBitmap median = bbsOptions.MedianBitmap;
long length = bitmap.Length;
var index = new int[length];
var colors = new byte[length];
var medianColors = new byte[length];
var data = new byte[length / expandSize / BitsPerByte];
using (var builder = new Mixer(mixerIndex, key))
builder.GetInts(index);
var gamma = new byte[maximumGamma
? ((length + BitsPerByte - 1) / BitsPerByte)
: ((expandSize + BitsPerByte - 1) / BitsPerByte)];
using (var builder = new Gamma(gammaIndex, key))
builder.GetBytes(gamma);
bitmap.Select(index, colors);
median.Select(index, medianColors);
if (autoAlpha)
{
double e1 = colors.Zip(medianColors,
(x, y) => (int)x - (int)y).Average(x => (double)x);
double e2 = colors.Zip(medianColors,
(x, y) => (int)x - (int)y).Average(x => (double)x * x);
betta = (int)e1;
alpha = (int)Math.Sqrt(e2 - e1 * e1);
bbsOptions.Alpha = alpha;
}
using (var bbSignals = new BbSignals(expandSize, maximumGamma))
bbSignals.Extract(colors, medianColors, gamma, alpha, betta, data);
Debug.WriteLine(string.Join("", data.Select(x => x.ToString("X02"))));
// В дополнение к самому методу широкополосного сигнала данные могут быть сжаты алгоритмом компрессии данных,
// добавлены коды исправления ошибок, последовательности бит могут размещаться в изображении не последовательно, а в
// соответствии с выбранным алгоритмом.
IStreamTransform[] streamTransforms =
{
new Ecc(eccIndex, codeSize, dataSize), // Алгоритм коррекции ошибок
new Envelope(), // Извлечение из конверта
new Archiver(archiverIndex) // Алгоритм извлечения из сжатого архива
};
var input = new MemoryStream(data);
Debug.WriteLine("input {0}", input.Length);
foreach (IStreamTransform transform in streamTransforms)
{
using (MemoryStream prev = input)
transform.Backward(prev, input = new MemoryStream());
input.Seek(0, SeekOrigin.Begin);
Debug.WriteLine("{0} {1}", transform, input.Length);
}
using (var reader = new BinaryReader(input))
{
byte[] bytes = reader.ReadBytes((int)input.Length);
Debug.WriteLine(string.Join("", bytes.Select(x => x.ToString("X02"))));
return(bbsOptions.RtfText = Encoding.Default.GetString(bytes));
}
}