예제 #1
0
        private const int BitsPerByte = 8; // Количество битов в байте

        #endregion Fields

        #region Methods

        /// <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;
            }
        }
예제 #2
0
        /// <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);
            }
        }