—d1193

2-2-2 تبدیل فوریه دو بعدی35
2-2-3 فیلتر حوزه فرکانس36
2-3 استخراج ویژگی های محلی تصویر با الگوریتم SIFT 37
2-3-1 آشکارسازی نقاط اکسترمم در فضای مقیاس38
2-3-2 نسبت دادن جهت41
2-4 نسل دوم تکنیکهای نهان نگاری مقاوم در برابر اعوجاجات هندسی42
2-4-1 تکنیکهای نهان نگاری مبتنی بر گشتاور تصویر44
2-4-2 تکنیکهای نهان نگاری مبتنی بر هیستوگرام45
2-4-3 تکنیکهای نهان نگاری مبتنی بر استخراج نقاط ویژگی46
3- فصل سوم :روش تحقیق
3-1 روش تولید واترمارک48
3-2 محل جایگذاری واترمارک49
3-3 نحوه جایگذاری واترمارک52
3-4 آشکارسازی واترمارک57
4-فصل چهارم:پیاده سازی
4-1 پیاده سازی الگوریتم62
4-2 نتایج تجربی و ارزیابی62
4-2-1 تست نامریی بودن واترمارک62
4-2-2 تست چرخش64
4-2-3 تست تغییر مقیاس65
4-2-4 تست فیلتر گوسی66
4-2-5 تست نویز نمک و فلفل67
4-2-6 تست نویز گوسی68
4-2-7 تست تغییر کنتراست تصویر69
4-3 مقایسه با سایر روشها 70
5- فصل پنجم نتیجه گیری و پیشنهادات 72
منابع73
Abstract 76
فهرست جداول
جدول 2-1 نقاط قوت وضعف حوزه های مختلف جایگذاری20
جدول 4-1 مقایسه روش پیشنهادی با روش] [3870
فهرست تصاویر و نمودارها
شکل2-1 :روش نهان نگاری13
شکل2-2 :حذف تصویردرتایید صحت اثر15
شکل 2-3 :یک سیستم نهان نگاری16
شکل 2-4 :آشکارسازی واترمارک پس ازحمله17
شکل 2-5 :انواع نهان نگاری23
شکل 2-6: مزایای روش فضای فرکانسی سیگنال33
شکل 2-7 :محتوی فرکانسی سیگنال 34
شکل 2-8 :مفهوم گرافیکی توابع هارمونیک35
شکل 2-9 :عملکرد فیلترینگ در حوزه فرکانسی36
شکل 2-10 :فرآیند پایه فیلتر فرکانسی37
شکل 2-11 :شمایی از مراحل ا الگوریتم SIFT تا مرحله اکسترمم یابی40
شکل 2-12:نحوه مقایسه نقاط و بدست آوردن نقاط اکسترمم40
شکل 2-13:نحوه تعیین بردار مشخصه برای هر ویژگی42
شکل 3-1:واترمارک تولید شده48
شکل 3-2:تصویر میزبان50
شکل 3-3:نقاط استخراج شده توسط الگوریتم SIFT50
شکل 3-4:انتخاب فرکانس میانی در تبدیل فوریه تصویر51
شکل 3-5:مختصات نقاط استخراجی توسط الگوریتم SIFT51
شکل 3-6:بلاک دیاگرام فرآیند جایگذاری واترمارک52
شکل 3-7:تصویر نهایی Wm 55
شکل 3-8: قسمت حقیقی دامنه بعد از جایگذاری55
شکل 3-9:تصویر واترمارک شده56
شکل 3-10:بلاک دیاگرام فرآیند آشکارسازی57
شکل 3-11:نقاط استخراج شده توسط اSIFT در تصویرواترمارک شده58
شکل 4-1:تصویر میزبان62
شکل 4-2:تصویر واتر مارک شده63
شکل 4-3:تصویر واترمارک بعد از چرخش64
شکل 4-4:نمودار همبستگی مابین واترمارک و واترمارک استخراجی64
شکل 4-5:تصویر واترمارک شده با تغییر مقیاس 0.765
شکل4-6: نمودار همبستگی مابین واترمارک و واترمارک استخراجی65
شکل4-7:تصویرواترمارک شده پس از اعمال فیلتر گوسی66
شکل 4-8: نمودار همبستگی مابین واترمارک و واترمارک استخراجی66
شکل 4-9:تصویر واترمارک شده با نویز نمک و فلفل67
شکل 4-10: نمودار همبستگی مابین واترمارک و واترمارک استخراجی67
شکل 4-11:تصویر واترمارک شده با نویز گوسی68
شکل 4-12: نمودار همبستگی مابین واترمارک و واترمارک استخراجی68
شکل 4-13:تصویرواترمارک شده با تغییر کنتراست69
شکل 4-14: نمودار همبستگی مابین واترمارک و واترمارک استخراجی69
چکیده:
گسترش روز افزون فناوری دیجیتال و استفاده از آن، انسانها را به سوی جهان دیجیتال و ارتباطات از طریق داده های دیجیتالی سوق داده است. سهولت دسترسی به منابع دیجیتال و امکان توزیع و کپی برداری غیر مجاز آن یک چالش مهم در حفاظت ازحق مالکیت داده های دیجیتالی بوجود آورده است. نهان نگاری دیجیتالی بعنوان یک راه حل برای این مسئله مطرح می شود.نهان نگاری دیجیتالی یعنی قرار دادن یک سیگنال نامحسوس در بین داده های رسانه میزبان، بطوریکه هیچ گونه تغییر در دادههای اصلی نداشته باشد ولی در صورت نیاز بتوان آنرا استخراج کرده و بعنوان ادعا برای مالکیت اثر دیجیتالی استفاده نمود. دراین طرح یک الگوریتم ترکیبی برای نهان نگاری غیر قابل مشاهده تصاویر دیجیتال در حوزه تبدیل فوریه گسسته واستفاده از الگوریتم SIFT ارائه شده است این الگوریتم از اعداد تصادفی در تصویر نهان نگاری استفاده می کند.. روش پیشنهادی نا بینا می باشد، یعنی برای تشخیص وجود تصویر واترمارک نگاری به اطلاعات تصویر میزبان اصلی نیاز ندارد و فقط به تصویر واتر مارک اصلی احتیاج دارد .برای بررسی و ارزیابی روش پیشنهادی، پارامترهای PSNR و میانگین مربع خطا ها و ضریب همبستگی مورد مطالعه قرار گرفته است. بررسی تحلیلی نشان می دهدکه الگوریتم پیشنهادی در برابر حملات رایج و حملات هندسی در مقایسه توانمند ومقاوم است.
کلمات کلیدی: نهان نگاری ، حوزه تبدیل فوریه ، الگوریتم SIFT
فصل اول
مقدمه و کلیات تحقیق
در این فصل ابتدا نهان نگاری دیجیتالی و مساله حفاظت از حق مالکیت داه های دیجیتالی و اهمیت آن ذکر می شود سپس اهداف طرح توضیح داده میشود. در ادامه سوالات و فرضیه های تحقیق و نوآوریهای الگوریتم پیشنهادی بیان می شود و درباره کلمات کلیدی تحقیق توضیحاتی ارائه می شود. در پایان ساختار طرح ذکر شده است.
1-1)مقدمه
در طول تاریخ و از زمانی که انسانها قادر به ارتباط با یکدیگر شدند امکان بر قراری ارتباط مخفیانه یک خواسته مهم بشمار می آمد. گسترش روز افزون اینترنت و رشد سریع استفاده از آن، انسانها را به سوی جهان دیجیتال و ارتباطات از طریق داده های دیجیتالی سوق داده است. در این میان امنیت ارتباط یک نیاز مهم است و هر روزه نیاز به آن بیشتر احساس می شود.
به طور کلی دو روش برای ارتباط پنهانی وجود دارد. در روش اول که رمز نگاری است، اطلاعات به طریقی رمز نگاری می شوند تا برای شخص ثالث قابل فهم نباشند اما فرستنده و گیرنده با استفاده از کلید مشترک می توانند اطلاعات مورد نظر را رمزگشایی کنند. تصور می شود که با کد کردن پیام مورد مبادله، ارتباط امن است ولی در عمل تنها رمز کردن کافی نیست و به همین دلیل روش های دیگری برای پنهان کردن داده ها به جای کد کردن آن ارائه شدند. روش دوم استانوگرافی می باشد که در لغت به معنای "نوشتار استتار شده" است و در واقع پنهان کردن ارتباط بوسیله قرار دادن پیام در یک رسانه پوششی است بگونه ای که کمترین تغییر قابل کشف را در آن ایجاد نماید و نتوان موجودیت پیام پنهان در رسانه را حتی به صورت احتمالی کشف کرد. روش دیگر پنهان کردن داده ها، نهان نگاری از ترکیب دو کلمه واتر+ مارکینگ است و به معنی نشانه گذاری یا نقش بر آب می باشد استگانوگرافی را نباید با فرآیند واترمارکینگ یا نقشاب سازی داده ها اشتباه گرفت، با وجود آنکه اهداف اصلی آنها یکسان هستند.
افزایش ناگهانی علاقه به نهان نگاری بعلت نگرانی از حفظ کپی رایت آثار بوجود آمد.اینترنت با معرفی جستجوگر صفحات وب در سال 1993 بسیار کاربردی شده بود . به آسانی موزیک ، تصویر و ویدئو در دسترس بودند و دانلود می شدند . همانطور که می دانیم اینترنت یک سیستم توزیع پیشرو برای واسط های دیجیتال است زیرا هم ارزان است و هم با سهولت و آنی در دسترس می باشد .این سهولت دسترسی صاحبان اثر بخصوص استادیو های بزرگی مانند هالیوود را در معرض خطر نقض کپی رایت قرار داد.
خطر سرقت توسط سیستمهای ضبط دیجیتال با ظرفیت بالا شدت گرفته است .در زمانی تنها راه برای مشتریان کپی یک آهنگ یا فیلم بر روی نوارهای آنالوگ بود معمولا کپی محصول کیفیت کمتری داشت ولی امروزه کپی دیجیتال آهنگ و فیلم تقریبا بدون هیچ کاهش کیفیتی صورت می گیرد .و گستردگی اینترنت و این تجهیزات ضبط سرقت آثار بدون اجازه مالک اثر را افزایش داده است بهمین دلیل صاحبان اثر بدنبال تکنولوژی و راهی هستند که از حقوقشان حمایت نماید.دیگر روشهای قدیمی رمزنگاری برای جلوگیری از استفاده غیر مجاز حملات بداندیشانه کارایی لازم را نخواهند داشت. در این شرایط گنجاندن داده، به صورت غیرمحسوس، برای جلوگیری از استفاده های غیرمجاز از پتانسیل تجاری بالایی برخوردار است . لذا برای غلبه بر این مشکل، نهان نگاری دیجیتال مطرح شده است. نهان نگاری دیجیتال اهداف گوناگونی مانند اثبات حق مالکیت ، احراز اصالت محتوی و کنترل تعداد نسخه های چاپ شده از یک اثر را محقق ساخته است.
با توجه به اینکه نهان نگاری در طیف گسترده ای از رسانه های دیجیتالی و با اهداف خاصی طراحی می شوند لذا با توجه به موارد کاربردی در دسته های مختلفی طبقه بندی می شوند. با وجود تفاوت در اعمال روش های نهان نگاری دیجیتال، همه روش ها در داشتن امنیت بالا دارای نقطه اشتراک هستند. با توجه بهمی شوند لذا با توجه به موارد کاربردی در دسته های مختلفی طبقه بندی می شوند. با وجود تفاوت در اعمال روش های نهان نگاری دیجیتال، همه روش ها در داشتن امنیت بالا دارای نقطه اشتراک هستند. با توجه به دامنه وسیع کاربرد تکنیک های نهان نگاری، آنها را می توان به صورت زیر طبقه بندی نمود:
طبقه بندی با توجه به حوزه کاری (حوزه فرکانس یا حوزه مکان)، با توجه به نوع اثر (متن،صدا، تصویر) و با توجه به ادراک و آگاهی انسانی (سیستم بینایی و یا شنوایی) ؛ باتوجه به برنامه های کاربردی
تکنیک های نهان نگاری در حوزه فرکانس و حوزه مکان یکی از معروفترین روش های نهان نگاری می باشند. در روش های حوزه مکان برای گنجاندن شی دیجیتال مورد نظر مقادیر پیکسل ها بطور مستقیم دستکاری می شود. این روش پیچیدگی کمتری دارند، شکننده ترند و قوی نیستند، اما در روش های حوزه فرکانس ابتدا تصاویر به یکی از حوزه های فرکانسی انتقال یافته و سپس پنهان نگاری با دستکاری مقادیر درحوزه فرکانس انجام می گیرد و در نهایت تصویر به حوزه مکان باز گردانده می شود. روش های نهان نگاری حوزه فرکانس که عموماً در الگوریتم های نهان نگاری تصاویر دیجیتال مورد استفاده قرار می گیرد شامل انتقال های زیر است: دامنه تبدیل کسینوسی گسسته) (DCT ، تبدیل فوریه گسسته (DFT)، دامنه تبدیل موجک گسسته(DWT) از جمله معروفترین روش های نهان نگاری دیجیتالی است که بسیار پر کاربرد می باشد
در این پایان نامه ، یک الگوریتم جدید نهان نگاری تصاویر دیجیتال مبتنی بر استخراج ویژگی های محلی که در حوزه فرکانس کار میکند پیشنهاد شده است ابتدا بخش فرکانس تصویر توسط ی تبدیل فوریه بدست می اید و سپس یک الگوریتم استخراج ویژگی که نقاط کلیدی ویژگی را برای زیر تصویر در حوزه فرکانس محاسبه می کند استفاده می شود.این نقاط کلیدی انتخاب شده ناحیه قرار گیری نهان نگاری می باشند.این روش از مزایای روش انتخاب ویژگی ها محلی و تبدیل فوریه سود می برد .
1-2 )بیان مساله
امروزه با رشد سریع اینترنت و فناوریهای چندرسانهای دیجیتال، نسخه برداری از داده ها بدون هیچ افت کیفیت و با هزینه های بسیار اندک امکانپذیر شده است. بدین ترتیب بهره گیری از آثار دیجیتال بدون رعایت حق نشر، دستکاری اسناد به راحتی امکان پذیر می باشد. در همین راستا هر روز نیاز های امنیتی متنوعتری مطرح می شود. نهان نگاری یکی از روش هایی است که برای پاسخگویی به این نیاز بکار میرود. بعنوان مثال شما میتوانید برای جلوگیری از انتشار غیرقانونی محتوا و فایلهای دیجیتالی تولیدی تان از این روش استفاده کنید. فرض کنید که یک تصویر یا فایل متنی تولید کرده اید؛ با استفاده از این روش میتوانید کپی رایت اثر خود را در فایل مربوطه پنهان کنید، تا در صورت لزوم بعداً بتوانید از حق خود دفاع کنید. نهان نگاری زمینه های کاربردی فراوانی دارد، بیشترین کاربرد آن در حک کردن اسم ها و امضاها برروی تصاویر و ویدئو ها و صداها و... می باشد به طوری که مشخص نخواهد بود. در اینصورت هر گونه استفاده غیر مجاز از رسانه دیجیتالی واترمارک شده، مانند کپی غیر مجاز از آن و یا هرگونه تحریف و تغییر تصویر توسط افراد غیر مجاز، صاحب اصلی داده می تواند با استخراج سیگنال واترمارک، که تنها توسط اوامکان پذیر است، مالکیت خود را به اثبات برساند و یا محل تغییرات صورت گرفته بر روی داده دیجیتالی را مشخص کند.
سیستم های نهان نگاری دیجیتال بر اساس کاربردهایشان توسعه یافته اند. نمونه از موارد کاربردی نهان نگاری دیجیتالی عبارتست از : حفاظت از حق مالکیت، تایید محتوا، کنترل کپی و کنترل طریقه استفاده، توصیف محتوا، نهان کردن داده های مختلف با امکان رد گیری، ارتباطات مخفیانه و پنهان سازی داده و...حفاظت از حقوق مالکیت داده های دیجیتال یکی از مهم ترین کاربردهای نهان نگاری می باشد. در حیطۀ حفاظت حق مالکیت اثر دیجیتال و احراز اصالت اثر دیجیتال، تکنیکهای بسیاری به منظور تشخیص تغییرات غیر مجاز معرفی شده و توسعه یافته اند. استخراج علامت نهان نگاری از یک تصویر نهان نگاری شده برای اثبات حق مالکیت کافی نیست زیرا در کاربردهای مختلف همواره نیت های خرابکارانه برای تهدید امنیت روش های نهان نگاری وجود دارد لذا یک مسئله مهم برای طرح های نهان نگاری دیجیتال استحکام در برابر حملات است زیرا ممکن است یک خرابکار بوجود پیام مخفی در رسانه دیجیتالی پی ببرد و در صدد کشف و شناسایی آن بربیاید .در برخی موارد ممکن است خرابکار علامت نهان نگاری را از بین برده یا آنرا جعل نماید. به همین دلیل می توان میزان سودمندی داده نهان نگاری شده مورد حمله قرار گرفته را با روش های گوناگونی مورد بررسی قرار داد مثلا کیفیت ادراکی آنرا اندازه گیری نموده و مقدار از بین رفتن علامت نهان نگاری را می توان با معیارهای از قبیل احتمال از دست رفتن، احتمال خطای بیتی، یا ظرفیت کانال، اندازه گیری کرد. محققان نشان داده اند که روش های نهان نگاری موجود قادر به ارائه پاسخ روشنی به اثبات حقوق مالکیت نیستند و همچنین برای بسیاری از این روش ها، حمله جعل کردن وجود دارد
1-3 )ضرورت و اهمیت تحقیق
با گسترش استفاده از کامپیوتر و اینترنت، دسترسی و تبادل داده های دیجیتال کار بسیار آسانی شده است. یکی از مشکلات واقعی که در این زمینه مطرح شده است، بازتولید غیر قانونی اطلاعات دیجیتالی میباشد. این مشکل، پرسش ها و نگرانی هایی در رابطه با حقوق مالکیت مطرح می کند. نهان نگاری دیجیتالی یک راه حل برای این مشکل فراهم می کند
یکی از چالش های مهم در الگوریتم های نهان نگاری دیجیتالی اثبات حق مالکیت می باشد. اکثر الگوریتم های موجود نسبت به ارائه راهکار مناسب برای این مسئله عاجزند و این مسئله یک خلا تحقیقاتی را نمایان می کند. همچنین افزایش ضریب امنیت و توانمندی تصاویردیجیتالی نهان نگاری شده در برابر حملات تخریبی یکی دیگر از مسائل مورد بحث می باشد.
اکثر پژوهشگران با توجه به راه حل های پیشنهادی خود بر این باورند که سایر الگوریتم های نهان نگاری دارای ضعف هستند و اختلاف آرا در این زمینه وجود دارد. لذا مقایسه و بررسی الگوریتم پیشنهادی با سایر روش ها برای تحقیق در نظر گرفته شده است.
1-4 )اهداف تحقیق
در این پایان نامه ، یک الگوریتم جدید نهان نگاری تصاویر دیجیتال مبتنی بر استخراج ویژگی های محلی که در حوزه فرکانس کار میکند پیشنهاد شده است که برای محافظت از حق مالکیت اثر و احراز هویت مناسب است، ابتدا بخش فرکانس تصویر توسط تبدیل فوریه بدست می اید و سپس یک الگوریتم استخراج ویژگی که نقاط کلیدی ویژگی را برای زیر تصویر در حوزه فرکانس محاسبه می کند استفاده می شود.این نقاط کلیدی انتخاب شده ناحیه قرار گیری نهان نگاری می باشند.این روش از مزایای روش انتخاب ویژگی ها محلی و تبدیل فوریه سود می برد .
سوالات پژوهش
چگونه میتوان الگوریتم های نهان نگاری با استفاده از روش استخراج ویژگی های محلی در تصاویر دیجیتال را از نطر دقت و سرعت بهبود بخشید؟
چطور میتوان الگوریتم نهان نگاری مبتنی بر استخراج ویژگی های محلی پیشنهادی در تصاویر دیجیتال را در برابر حملات تخریب کننده اعوجاج هندسی توانمند و مقاوم کرد؟
1-5 ) فرضیه ها
الگوریتم نهان نگاری ارائه شده، یک الگوریتم بهبود یافته از نظر سرعت و دقت می باشد
الگوریتم نهان نگاری بمنظور حفاظت از حق مالکیت در برابر رایج ترین حملات و به طور خاص، در برابر حملات اعوجاج هندسی توانمند و ایمن می باشد
1-6 )پیشینه تحقیق
بهمراه مشکلات مختلفی که در نهان نگاری تصاویر دیجیتال می بایست حل شود .مساله مقاومت در مقابل تبدیل هندسی یکی از مشکلات چالش برانگیز و اکثر الگوریتمهای نهان نگاری در مقابل این نوع حمله دارای ضعف می باشند.
اخیرا طرحهای نهان نگاری مبتنی برویژگی ها [2-8] که بعنوان طرحهای نسل دوم شناخته می شوند مورد توجه قرار گرفته اند که یک رویکرد برای معرفی نهان نگار های مقاوم در برابر اعواج های هندسی می باشند چراکه ویژگی های تصویر یک مرجع پایدار برای جا گذاری نهان نگار و اشکار سازی آن می باشند. بس و همکاران[2] اشکار ساز هریس را برای استخراج نقاط ویژگی و استفاده از آنها برای ایجاد موزائیکهای مثلثی شکل بر روی تصویر که برای جایگذاری نهان نگار استفاده می شود را بکار برده است. تانگ و همکاران [3] از روش استخراج ویژگی کلاه مکزیکی برای استخراج نقاط ویژگی استفاده کردندکه نواحی محلی بر مبنا نقاط ویژگی ایجاد می شوند و نهان نگار در این زیر قطعه ها در حوزه DFT جایگذاری میشود . لیی و همکاران[4] نقاط ویژگی تصویر را توسط الگوریم SIFT استخراج نموده و از انها برای ایجاد تعدادی از نواحی دایرهایی شکل برای جایگذاری نهان نگار استفاده کردند. ونگو همکاران[5] از آشکار ساز هریس–لاپلاس برای استخراج نقاط ویژگی تصویر استفاده کردند ونواحی اختصاصی محلی ایجاد شده محل قرار گیری نهان نگار می باشند.سلیدو و همکاران[8] از الگوریتم SURFبرای استخراج نقاط ویژگی استفاده کردند و واتر مارک را در حوزه DFT جایگداری نمودند.
استراتژی پایه در این طرحهای نهان نگاری وابستگی واترمارک به ناحیه محلی است.بعبارت دیگر نواحی محلی نفش محوری برای موفقیت یا شکست طرح نهان نگاری دارند. بنابراین چند نقص در این روشها ی مبتنی بر ویژگی که باعث کاهش کارایی می شود وجود دارد[8].
بدلیل اینکه همه بیتهای رشته نهان نگار در یک ناحیه محلی جایگذاری می شوند ، مقاومت طرح نهان نگاری به مقاومت آن ناحیه بستگی دارد.
تعداد نقاط استخراجی برای جایگذاری نهان نگار کم است و اگر تعدادی از نواحی محلی در اثر خراب شوند ویا از دست روند کارایی طرح نهان نگاری دچار مشکل می شود
بدلیل کوچک بودن نواحی محلی ظرفیت بسیارکم است و افزایش ظرفیت منجر به نقص در مقاومت می شود.
1-7 )جنبه نوآوری
در این پایان نامه بدلیل اینکه ویژگی محلی نقطه ایی که واتر مارک را در آن قرار می دهیم دچار تغییرات در اشکار سازی نشود از یک واتر مارک حلقوی استفاده شده است .از الگوریتم SIFT برای استخراج نقاط بیشتر که اگر تعدادی از نقاط در اثر حمله از بین رفتند کارایی نهان نگار دچار مشکل نشود و همچنین برای کاهش پیچیدگی و بالا بردن سرعت الگوریتم پیشنهادی از مقیاس میانه الگوریتم SIFT استفاده شده همچنین جهت بالا بردن کیفیت تصویر واتر مارک شده ، سیگنال واتر مارک در فرکانسهای میانی تبدیل فوریه تصویر میزبان قرار گرفته است .
1-8 )کلمات کلیدی
نهان نگاری ، حوزه تبدیل فوریه ، الگوریتم SIFT
1-9 )نتیجه گیری
یکی از راهکارهای انجام نهان نگاری استفاده از استخراج ویژگی های محلی می باشد که نقاط استخراجی دارای سه ویزگی ، مشخص و متمایز هستند ، به آسانی استخراج می شوند و مستقل از مقیاس، دوران ، تغییر در روشنایی تصویر و میزان نویز تصویر هستند ،محل جایگداری واتر مارک را مشخص می نماید ، همچنین استفاده ازتبدیل فوریه گسسته که ذاتا در برابر اعوجاجات هندسی مقاوم است در این پایان نامه مورد استفاده قرار گرفته است که روش پیشنهادی موجب افزایش ضریب امنیت و توانمندی تصاویر دیجیتالی نهان نگاری شده در برابر حملات بخصوص حملات هندسی شده است .
1-10 )ساختار پایان نامه
در این پایان نامه در فصل اول کلیات تحقیق ارائه می شود، در ادامه بحث فصل دوم مروری بر ادبیات تحقیق و مفاهیم کلی نهان نگاری دیجیتالی و تبدیل فوریه گسسته و الگوریتم استخراج ویژگی محلی و نهان نگاری مبتنی بر الگوریتم SIFT ارائه می شود و در فصل سوم روش پیشنهادی برای نهان نگاری مبتنی بر الگوریتم SIFT و تبدیل فوریه گسسته ارائه شده است، در فصل چهارم پیاده سازی الگوریتم پیشنهادی و نتایج تجربی مقایسه الگوریتم پیشنهادی با سایر الگوریتمها آمده است و در سرانجام فصل پنجم نتیجه گیری و پیشنهادات بیان شده است .
فصل دوم


ادبیات و پیشینه تحقیق
در این فصل مروری بر ادبیات تحقیق ارایه شده است. برای این منظور در بخش اول اصول نهان نگاری دیجیتال بیان شده و سپس مفاهیم مربوط به انواع نهان نگاری، ساختار و نحوه عملکرد آنها بیان و روشهای مختلف انجام نهان نگاری مورد بررسی قرار می گیرند. در انتها خصوصیات نهان نگاری دیجیتال و حملات مختلف بر نهان نگاری دیجیتال وسپس به بیان مزایا و معایب آن پرداخته می شود .در بخش دوم مفاهیم مربوط به تبدیل فوریه گسسته را ارائه شده است و در بخش سوم الگوریتم SIFT که جهت استخراج ویژگی های تصویر بکار می رود را معرفی و سپس در بخش چهارم به پیشینه تحقیق و الگوریتمهای نسل دوم نهان نگاری اشاره گردیده است.
2-1 ) پنهان سازی اطلاعات ،استانوگرافی و نهان نگاری
اینها سه موضوع با ارتباط نزدیک می باشند که در بسیاری از رویکردهای تکنیکی همپوشانی دارند. هرچند که مفهوم وجودی آنها متفاوت است و تفاوت موجود نیازمندیها، طراحی و راه حلهای تکنیکی برای انجام و اعمال آنها را تحت تاثیر قرار می دهد[1].
پنهان سازی اطلاعات (پنهان سازی داده) یک مفهوم کلی است که شامل گستره ایی از روشها برای قرار دادن و جایگذاری پیغام در متن می باشد .منظور از پنهان کردن ممکن است مانند بعضی از انواع نهان نگاری روشی نامحسوس باشدکه با وجود اطلاعات، آن را مخفی نگهدارد. بعضی از مثالهای تحقیقاتی در این حوزه را می توان در کارگاههای بین المللی تحقیقاتی پنهان سازی اطلاعات یافت .که شامل مقالاتی بطور مثال با عنوان ناشناس ماندن در هنگام استفاده از شبکه و یا مخفی نگه داشتن بخشی از پایگاه داده از کاربران غیر مجاز می باشد. مخترع کلمه استانوگرافی ترتیمیوس ، نویسنده اولین مقالات رمزنگاری می باشد.که بخش تکنیکی آن از کلمه یونانی steganos بمعنای پوشیده شده و graphia به معنای نوشتن مشتق شده است .استانوگرافی هنر ارتباط پنهان است. سیستمها برای قراردادن پیغام در اثر می تواند تقسیم به سیستم نهان نگاری که پیغام وابسته به تصویرمیزبان می شود. سیستمهای غیرنهان نگاری که پیغام وابسته به تصویر میزبان نمی باشد.همچنین می توان سیستمها را به سیستمهای استانوگرافی که پیام در آنها مخفی است و غیر استانوگرافی تقسیم کرد که وجود پیام نیاز به مخفی بودن ندارد[1].
2-1-1 ) اهمیت نهان نگاری دیجیتال
افزایش ناگهانی علاقه به نهان نگاری بعلت نگرانی از حفظ کپی رایت آثار بوجود آمد.اینترنت با معرفی جستجوگر صفحات وب در سال 1993 بسیار کاربردی شده بود . به آسانی موزیک ، تصویر و ویدئو در دسترس بودند و دانلود می شدند . همانطور که می دانیم اینترنت یک سیستم توزیع پیشرو برای واسط های دیجیتال است زیرا هم ارزان است و هم با سهولت و آنی در دسترس می باشد. این سهولت دسترسی صاحبان اثر بخصوص استادیو های بزرگی مانند هالیوود را در معرض خطر نقض کپی رایت قرار داد.
خطر سرقت توسط سیستمهای ضبط دیجیتال با ظرفیت بالا شدت گرفته است .در زمانی تنها راه برای مشتریان کپی یک آهنگ یا فیلم بر روی نوارهای آنالوگ بود معمولا کپی محصول کیفیت کمتری داشت ولی امروزه کپی دیجیتال آهنگ و فیلم تقریبا بدون هیچ کاهش کیفیتی صورت می گیرد .و گستردگی اینترنت و این تجهیزات ضبط، سرقت آثار بدون اجازه مالک اثر را افزایش داده است بهمین دلیل صاحبان اثر بدنبال تکنولوژی و راهی هستند که از حقوقشان حمایت نماید.
اولین تکنولوژی که صاحبان اثر بسمتش رفتند رمز نگاری بود .رمز نگاری احتمالا مشهور ترین روش در حفظ آثار دیجیتال است و یقینا به بهترین نحو توسعه یافته است. در رمز نگاری اثر پیش از تحویل رمز می شود و کلید رمزگشایی فقط به کسانی داده میشود که اثر را بطور قانونی خریده باشند. فابل رمز شده قادر به حضور در اینترنت خواهد بود و بدون کلید مناسب قابل سرقت نمی باشد. متاسفانه رمز نگاری قادر به کمک به فروشنده برای نظارت بر چگونگی استفاده خریدار از اثر بعد از رمز نگاری نخواهد بود. یک سارق ادبی می تواند بطور قانونی محصول را خریده باشد ، از کلید رمز گشایی استفاده کند و به کپی محصول محافظت نشده دست یابد و بعد از آن کپی های غیر مجاز را توزیع نماید . به عبارت دیگر رمز نگاری از اثر در حین انتقال محافظت می کند ولی وقتی که اثر یکبار رمز گشایی شد دیگر حفاظتی برای آن وجود ندارد. بنابراین یک نیاز شدید برای جایگزینی یا تکمیل رمز نگاری وجود دارد.تکنولوژیی که بتواند محصول را حتی بعد از رمز نگاری حفاظت کند نهان نگاری است زیرا که اطلاعات را در اثر قرار می دهد که در حین استفاده معمولی از بین نمی رود .آشکار سازی ، مجددا رمزنگاری ،فشرده سازی تبدیل دیجیتال به آنالوگ و تغییر فرمت فایل نمی تواند واتر مارک طراحی شده را ازبین ببرند.
نهان نگاری در بسیاری از کاربردهای برای جلوگیری از کپی غیر مجاز وحفظ کپی رایت در نظر گرفته شده است .در جلوگیری از کپی غیر مجاز ممکن است برای اعلام کپی ممنوع به سخت افزار و نرم افزار بکار رود و در کاربرد حفظ کپی رایت ممکن است برای شناسایی صاحب کپی و اطمینان از صحت پرداخت استفاده شود .
هرچند جلوگیری از کپی و حفظ کپی رایت علت تحقیقات بر روی نهان نگاری است کاربردهای دیگری نیز برای نهان نگاری پیشنهاد شده است که شامل نظارت بر انتشار،پیگیری تعاملات ،تصدیق صحت ،کنترل کپی و کنترل ابزار بکار می رود که در ادامه توزیع داده می شوند[1].
2-1-2 ) اهمیت استاگونوگرافی
ارتباطات الکترونیکی بطور گسترده ایی در معرض استراق سمع و مداخله های بد خواهانه می باشند .موضوع امنیت و حریم خصوصی دلیلی برای استفاده از ابزار رمز نگاری. یک پیغام را می توان به یک پیغام تایید صحت الحاق کرد که فقط گیرنده واقعی قادر به تایید و خواندن آن باشد. رمز نگاری مدرن یک حوزه کارآمد است که تکیه زیادی بر ریاضیات پیشرفته دارد.
پیغامهای رمز شده واضح می باشند و وقتی در حال ارسال هستند آشکار است که گیرنده و فرستنده دارند محرمانه ارتباط برقرار می کنند. استانوگرافی خواهر جوانتر و کوچکتر رمز نگاری بوده و یک ابزار جایگزین برای حفظ حریم شخصی و امنیت می باشد. بر خلاف پیغام رمز شده می توان آنها را در موضوعات نامحسوس دیگری قرار دادکه حضور آنها را نا پیدا می سازند. بنابراین ، می توان از استاگونوگرافی بعنوان یک جایگزین عملی در کشورهایی که رمزنگاری غیر قانونی است یا ممکن است منجر به جلب توجه نا خواسته شود استفاده نمود.
همانطور که می دانیم کشف رمز روی دیگر سکه رمزنگاری می باشد بهمین خاطر رمزگشایی یک بخش جدایی ناپذیر از استانوگرافی است .حقیقتا ،یک روش استانوگرافی بدون در نظر گرفتن وقت کافی برای چگونگی شکستن آن ممکن نمی باشد.
بدلیل اینکه امروزه استانوگرافی توسط تروریستها و توزیع کنندگان تصاویر غیرمجاز کودکان بکار می رود،نیاز برای یک ابزار رمزگشا که توانایی مشخص نمودن پیغامهای مخفی را داشته باشد افزایش یافته است[1].
2-1-3 ) واترماکینگ یا نهان نگاری چیست؟
بطور کلی روش پنهان کردن داده ها، مخفی سازی اطلاعات، جاسازی داده های دیجیتال اغلب در یک واژه کلی تحت عنوان نهان نگاری مورد استفاده قرار می گیرند. نهان نگاری از ترکیب دو کلمهWater به معنی "آب" وMarking به معنی "نشانه گذاری" است و به معنی نشانه گذاری یا نقش بر آب می باشد؛ اما این روش بخشی از مطلب کلی تری به نام استگانوگرافی هست و برای روشن شدن مطلب توجه کنید اگر یک چوبی را در دست خود بگیرید و بر روی آب نقشی حک کنید می بینید بعد از مدتی محو می شود ولی این نوشته وجود داشته است. همان طور که گفته شد نهان نگاری دیجیتال رابطه نزدیکی با پنهان نگاری و پنهان سازی داده دارد. ولی با این حال، بسته به کاربردهایی که دارد، تفاوتهایی نیز مشاهده میشود. در تکنیک های نهان نگاری ، یک سیگنال پنهانی به نام واترمارک ، مستقیما در داخل داده میزبان جایگذاری می شود و همواره در آن باقی می ماند. برای استفاده از داده نهان نگاری شده، نیازی به برداشتن سیگنال واترمارک نیست زیرا این سیگنال طوری در داده میزبان قرار داده می شود که هیچ تأثیر نامطلوبی بر داده اصلی نمی گذارد. به عنوان مثال در نهان نگاری داده در تصویر، چشم انسان نباید تفاوت بین تصویر اصلی و تصویر واترمارک شده را حس کند. دو مساله اساسی در نهان نگاری مقاومت (جداناپذیری واترمارک از تصویر) و مشاهده ناپذیری واتر مارک است. یک بده بستان بین مقاومت و غیر قابل مشاهده بودن وجود دارد بطوری که هر چه مقاومت روش نهان نگاری بیشتر باشد مشاهده پذیری آن بیشتر و بالعکس.
هر یک از حوزه های پنهان نگاری و نهان نگاری کاربردهای متنوع و خاص خود را دارند. امروزه نهان نگاری قابل مشاهده و پنهان در شاخه های مختلف کاربردی شده و یک نیاز جدی به حساب میآید و از الگوریتمهای متنوع با هدف دستیابی به امنیت، مقاومت و ظرفیتهای مورد نظر بهره گرفته شده تا کاربردهای مختلفی ازنهان نگاری و پنهان نگاری پوشش داده شود[1].

2-1 روش نهان نگاری
2-1-3-1 )کاربردهایی از نهان نگاری
در اینجا سعی شده به بعضی از کاربردهای واقعی و مد نظر این تکنیک ، که عبارتند از :شناسایی مالک اثر ،پیگیری تراکنشها ، تایید صحت وکنترل انتشار نسخه اشاره نماییم. در ادامه بحث به آنها می پردازیم برای هر کدام از این موارد کاربردی سعی می کنیم نشان دهیم که کدام یک از مشکلات موجود در سایر تکنیکها استفاده از واتر مارک را مناسب می سازد. بهمین دلیل بدقت نیازمندیهای کاربرد را درنظر می گیریم و محدودیتها و روشهای جایگزین را می سنجیم.
شناسایی مالک اثر
طبق قوانین خالق هر اثری مانند داستان ، نقاشی ،آهنگ یا هر کار اصلی دیگری بطور خودکار حق مالکیت برای هر نمونه ایی از اثر، که به هر شکلی کپی شده است دارد. صاحبان آثار خواهان انتشار آنها بدون از دست دادن حقوق خود می باشند. شکل دقیق نمایش کپی رایت آثار مهم است برای آثار دیداری استفاده از علامت © و آثار شنیداری ℗ میبایست در سطح رسانه بعنوان اینکه این اثر تحت قانون کپی رایت است قرار داده شود.
علامت متنی محدودیت چندگانه برای شناسایی مالک دارد. یک از آنها اینست که به سادگی از روی اثر با کپی کردن آن برداشته می شود. یک دیگر نازیبا کردن تصویر است با پوشاندن بخشی از آن است و موارد دیگر. بدلیل اینکه واتر مارک می تواند هم محسوس و هم نامحسوس باشد برتری زیادی نسبت به علامتهای متنی دارد. و مالک اثر با آشکار سازی واتر مارک حتی بعد از دستکاری اثر قابل شناسایی است .
اثبات مالکیت
جذابیت استفاده از واتر مارک فقط در شناسایی مالکیت کپی رایت نیست بلکه در حقیقت در اثبات مالکیت است. بعلت اینکه علامتهای متنی و نوشتاری براحتی برداشته می شوند، نمی توان از آنها استفاده کرد. یک راه اینست که ابتدا تصویری که مثلا بر روی صفحه وب قرارمیگیرد ابتدا به مراجع قانونی برای ثبت مالکیت فرستاده شود و در آنجا ثبت شود ولی معمولا این روش هزینه دارد که ممکن است عهده مالک اثر بر نیاید. میتوان با استفاده از واتر مارک براین مشکل غلبه کرد که مالک اثر بطور مستقیم علامت خود را جایگذاری کند. این مانند اینست که عکاس نگاتیو تصویری را که گرفته است برای اثبات مالکیت نزد خود نگهدارد.
پیگیری تراکنشها
در این کاربرد واترمارک، یک یا تعداد بیشتری از واترمارک که در سابقه اثر وجود دارد را ثبت می کند.مثلا واتر مارک می بایست در هر فروش یا توزیع قانونی اثر را ثبت شود مالک یا تولید کننده اثر می بایست در هر نسخه یک واتر مارک متفاوت قرار دهد و اگر ترتیب و شکل واتر مارک تغییر کرد مالک می تواند مسوول آن را پیدا نماید. پیگری تراکنش اغلب اثر انگشت نامیده می شود. هر نسخه از اثر با واتر مارک منحصر بفرد شناسایی می شود. همانند اثر انگشت انسان وبه این عمل شناسایی غیر فعال نیز گفته می شود
تایید صحت اثر
دستکاری و تقلب در آثار دیجیتال هر روز آسانتر و آسانتر می شود.برای مثال تصویر زیر(1-2) دستکاری تصویر توسط فتوشاپ را نشان می دهد که تصویر سمت راست تصویر اصلی و تصویر سمت چپ نسخه دستکاری شده آنست .اگر این تصویر بخشی از یک شواهد مهم در یک مورد حقوقی یا تحقیقات پلیس باشد این نوع جعل ممکن منجر به مشکلات عدیده ایی گردد.این عمل ممکن است در تصاویر ویدئویی نیز صورت پذیرد.

شکل( 2-2 ) تصویر انسان در سمت چپ با فتوشاب حذف شده است[1]
مشکل تایید صحت پیام در مطالعات رمز نگاری بخوبی به آن پرداخته شده است. یکی از رویکرد های مهم در رمز نگاری امضای دیجیتال می باشد که اساسا خلاصه ایی از پیغام را رمز می کند. امضا ها را می توان یک فرا داده در نظر گرفت که بهمراه اثر برای تایید آن فرستاده می شود و این امکان وجود دارد که امضا در استفاده های معمولی گم شود. یک راه حل مناسب قرار دادن امضا درون اثر مانند واترمارک است مااین امضا جایگذاری شده را علامت تایید صحت می نامیم. این علامتهای تایید صحت طوری طراحی می شوند که با دستکاری تصویر از بین بروند و نا معتبر گردند که به آنها واتر مارکهای شکننده1 گویند .
کنترل نسخه برداری
اغلب کاربردهای واترمارک که تا کنون بحث شد فقط تاثیر بعد از اینکه کسی کاری خطا انجام داد دارد. برای مثال در نظارت بر پخش کمک به یافتن منتشر کننده غیر صادقی، وقتی که آگهی که پولش پرداخت شده است را بخش نمی نماید و پیگیری تراکنش وقتی که کپی غیر مجاز آن انتشار یافت را شناسایی می کند. آشکار است بهتر است قبل از وقوع جلوی آن را گرفت . در کنترل نسخه برداری هدف جلوگیری از نسخه برداری از اثر کپی رایت شده است .
2-1-3-2 ) ساختار نهان نگاری تصاویر دیجیتال
نهان نگاری تصویر، همانطور که قبلا هم اشاره شد، روند جایگذاری کردن یک سیگنال در یک تصویر میزبان می باشد به طوری که سیگنال را بعدا می توان شناسایی کرده یا استخراج نمود و از آن به عنوان ادعا در مورد مالکیت تصویر استفاده کرد . به طور کلی، هر طرح نهان نگاری شامل سه بخش زیر است:
اطلاعات واتر مارک
جایگذار واتر مارک که علامت نهان نگاری را در رسانه ی مورد نظر درج می کند،
آشکارساز واترمارک که حضور علامت نهان نگاری در رسانه را مشخص می کند

شکل(2-3 ) یک سیستم نهان نگاری
شکل) 2-2) یک سیستم نهان نگاری معمولی مربوط به ژنگ و همکاران 1 [9] 1شامل جایگذار واترمارک و آشکارساز علامت واترمارک را نشان می دهد. ورودی مربوط به بخش جایگذار واترمارک عبارتند از واترمارک، اطلاعات تصویر میزبان و کلید امنیتی می باشد. علامت نهان نگاری می تواند یک دنباله عددی، یک دنباله بیتی باینری و یا ممکن است یک تصویر باشد. به منظور افزایش امنیت کل سیستم نهان نگاری از کلید امنیتی استفاده می شود. خروجی واحد جایگذار واتر مارک، دیتای نهان نگاری شده است. ورودی مربوط به واحد آشکارساز واترمارک ؛ دیتای واترمارک شده، کلید امنیتی، و بسته به نوع روش، داده های اصلی و یا علامت نهان نگاری اصلی می باشد. عملیات واحد آشکارساز علامت واتر مارک شامل دو مرحله می باشد. مرحله ای شامل استخراج علامت واتر مارک است که خود شامل چند پردازش جداگانه می باشد. در این مرحله تصویر اصلی واترمارک نشده ممکن استفاده شود و یا اینکه استفاده نشود که البته به روش نهان نگاری بستگی دارد. اگر واحد آشکارساز برای استخراج علامت نهان نگاری به نسخه اصلی تصویر نیاز نداشته باشد، به آن طرح نهان نگاری عمومی یا نابینا گفته می شود، اگر واحد آشکارساز به تصویر اصلی نیاز داشته باشد، طرح نهان نگاری خصوصی یا نهان نگاری بینا نامیده می شود.
اگر تصویر اصلی استفاده شود، علامت واترمارک را می توان به شکل دقیقتر استخراج نمود(در صورتی که تصویر خراب شود) اگر روش تشخیص نابینا باشد، ما می توانیم وجود سیگنال واتر مارک را در تصویر تعیین کنیم. پس از آن، مرحله دوم است، در این مرحله باید مشخص گردد که آیا علامت استخراج شده همان سیگنال نهان نگاری اصلی هست یا نه. مرحله دوم معمولا شامل مقایسه علامت استخراج شده با علامت واترمارک اصلی هست و برای نتیجه گیری می توان از روش های مختلف اندازه گیری استفاده شود. معمولا از روش همبستگی برای این منظور استفاده می شود. تابع همبستگی مقدار همبستگی را محاسبه میکند و همبستگی محاسبه شده را با یک مقدار آستانه مقایسه می کند. اگر مقدار همبستگی بیش از مقدار آستانه باشد، یعنی این که علامت استخراج شده همان سیگنال نهان نگاری شده می باشد. در برخی الگوریتم های نهان نگاری، علامت استخراج شده را می توان برای دریافت پیام های جاسازی شده رمزگشایی نمود تا برای مقاصد مختلف مانند حفاظت از کپی رایت استفاده شوند.
همانطور که گفته شد یک رویه نهان نگاری معمولا دو قسمت دارد بخش جایگذاری و حک کردن واتر مارک در اثر داده شده و بخش آشکار ساز که واتر مارک را استخراج می نماید.
در هنگام فرایند جایگذاری واتر مارک، تصویر واتر مارک نشده اصلی ابتدا به حوزه ایی که می خواهیم واتر مارک را در آن جایگذاری کنیم انتقال داده و سپس واتر مارکی که از یک کلید نهان استفاده می کند و یا می تواند یک تصویر باشد ایجاد وبعد از آن ما واتر مارک را درون حوزه مورد نظر جایگذاری می کنیم و تبدیل معکوس برا ی بدست آوردن تصویر واتر مارک شده انجام می گیرد.
وقتی که واتر مارک x درون تصویر اصلی v حک می شود ،تصویر واتر مارک شده v’ بدست می آید. ما قدرت جایگذاری α رابرای مشخص نمودن اینکه چه مقدار واتر مارک تصویر اصلی را تغییر می دهد بکار می رود. فرمولی که معمولا برای محاسبه v’ استفاده می شود عبارتند از :
(1)
(2)
(3)
فرمول شماره (1) جایگذاری افزایشی نامیده می شود و به آسانی مقدار حاضل ضرب قدرت جایگذاری و واتر مارک را به تصویر اصلی اضافه می کند و زمانی که مقدار v تغییرات گسترده ایی دارد ممکن است مناسب نباشد بطور مثال اگر vi=105 اضافه نمودن 100 ممکن است برای تشخیص و آشکار سازی واتر مارک مناسب نباشد، برعکس اگر vi=10 باشد سپس اضافه کردن 100 منجر به تخریب اصالت تصویر می گردد. فرمول شماره(2) جایگذاری بکمک اضافه کردن با ضرب نامیده می شود. و وابسته به تصویر است زیرا مقداری که تصویر اصلی را تغییر می دهیم بستگی بهv دارد. این روش مقاومت بیشتری در مقابل تغییر مقیاسهای چنینی دارد. فرمول شماره(3) نتایجی مشابه فرمول 2 دارد وقتی کوچک است ، بعنوان نسخه لگاریتمی فرمول شماره (1) در نظر گرفته می شود.
انتخاب حوزه جایگذاری واتر مارک بسیار مهم است .روشهای نهان نگاری اولیه بسادگی واتر مارک را در حوزه مکانی جایگذاری می کردند. مطمئنا دستیابی به نامرئی بودن و ظرفیت بالا به سادگی قابل دستیابی می باشد، اما مقاومت آنها بسیارکم است و واتر مارک قادر به مقاومت در برابر هیچ تحریف و اعوجاج عمدی یا غیر عمدی نمی باشد.بعد ها نهان نگاری در حوزه فرکانس مد نظر قرار گرفت که با استفاده از برخی از انتقالهای گسسته و بهره برداری از خواص آنها صورت پذیرفت. بنابراین بعد از اجراء تبدیل و معکوس آن به حوزه مکانی، انرژی واتر مارک در تمامی تصویر توزیع می گردد. که نامریی بودن و مقاومت را بطور همزمان بهبود می بخشد.
2-1-4) تقابل امنیت، ظرفیت و مقاومت
به صورت کلی در سیستمهای پنهان سازی اطلاعات سه عنصر اصلی ظرفیت، امنیت و مقاومت دخیل هستند. در روشهای نهان نگاری عناصر ظرفیت و امنیت اهمیت اصلی را دارند. در دنیای امروز، جوهر نامرئی و کاغذ که در گذشته برای برقراری ارتباط پنهانی به کار برده میشد به وسیله رسانه های عملی تر مثل تصویر ویدئو و فایل های صوتی جایگزین شده اند. به دلیل اینکه این رسانه های دیجیتال دارای افزونگی اطلاعاتی زیادی هستند می توانند به عنوان یک پوشش مناسب برای پنهان کردن پیام استفاده شوند. تصاویر مهمترین رسانه مورد استفاده به خصوص در اینترنت می باشند و درک تصویری انسان از تغییرات در تصاویر محدود است. تصاویر نوعی رسانه میزبان مناسب در پنهان نگاری محسوب می شوند و الگوریتمهای نهان نگاری متعددی برای ساختارهای مختلف تصاویر ارائه شده است. هیچ یک از این الگوریتمها تاکنون امنیت را به طور کامل تأمین نکرده اند. به طور کلی رو شهای نهان نگاری در تصویر از الگوریتم جاسازی و الگوریتم استخراج بیت ها تشکیل شده اند. به تصویر مورد استفاده برای نهان نگاری پوشش و به تصویری که در اثر قرار دادن پیام به وسیله الگوریتم جایگذاری به دست می آید تصویر میزبان می گوییم. الگوریتمهای نهان نگاری به صورت عمومی از افزونگی در فضای مکانی یا افزونگی در فضای تبدیل استفاده می کنند. در هر کدام از این فضاها به شیوه های گوناگونی می توان داده ها را پنهان کرد که یکی از ساده ترین روشها، استفاده از بیت های کم ارزش فضای مورد نظر است.
2-1-5 ) تکنیک های نهان نگاری در حوزه مکان یا فرکانس
تکنیک های نهان نگاری همانطور که گفته شد می توانند به دو دسته تقسیم شوند: تکنیک های حوزه مکان و تکنیکهای حوزه فرکانس. در روش های حوزه مکان برای گنجاندن شی دیجیتال مورد نظر مقادیر پیکسل ها بطور مستقیم دستکاری می شود. این روش پیچیدگی کمتری دارند، شکننده ترند و قوی نیستند، اما در روش های حوزه فرکانس ابتدا تصاویر به یکی از حوزه های فرکانسی انتقال یافته و سپس نهان نگاری با دستکاری مقادیر در حوزه فرکانس انجام می گیرد و در نهایت تصویر به حوزه مکان باز گردانده می شود. در مقایسه با تکنیک های حوزه مکان ثابت شده است که تکنیک های حوزه فرکانس در دست یافتن به الگوریتم های نهان نگاری دیجیتال از لحاظ غیر قابل مشاهده بودن و استحکام بهتر می باشد
حوزه های فرکانسی که عموما استفاده می شوند عبارتند از تبدیل کسینوسی گسسته(DCT) ، تبدیل موجک گسسته (DWT) و تبدیل فوریه گسسته(DFT)همچنین بعضی از روشها وجود دارند که از تبدیل فوریه ملین برای عدم تغییر در مقابل چرخش و تغییر مقیاس بکار می روند. هر روش قوت و ضعفهای خود را دارد. رویکرد های مبتنی بر (DCT)یک مقاومت مناسب در مقابل فشرده سازی JPEG دارند زیرا که این نوع فشرده سازی خودش در حوزه) (DCT جای می گیرد همچنین این تبدیل در مقابل کمی سازی HVSنیز مقاومت می کند، هر چند در مقابل تحریف هندسی مقاوم نیست. رویکرد مبتنی بر DWT در مقابل فشرده سازی JPEG، فیلتر های پایین گذر و بالا گذر مقاوم است ولی نمی تواند در مقابل تحریف و اعوجاج هندسی مقاومت کندو منطبق با سیستم بینایی انسان HVS نمی باشد. رویکرد مبتنی بر DFT در مقابل تبدیلات هندسی بسیار مقاوم است زیرا در مقابل چرخش و انتقال ثابت است همچنین برای مدل HVS مناسب می باشد. هرچند خطای گرد کردن را ایجاد می نماید که ممکن است منجر به از دست دادن کیفیت و خطای استخراج واترمارک شود. رویکرد فوریه ملین در مقابل چرخش و انتقال بدون تغییر است و در مقابل تحریف هندسی بسیار مقاوم، اما در مقابل فشرده سازی با اتلاف ضعیف می باشد و پیچیدگی محاسباتی زیادی دارد. معایب و مزایای تبدیلات مختلف جایگذاری در جدول زیر آمده است
حوزه جایگذاری مزیت معایب
حوزه مکانی -به آسانی نامریی
-ظرفیت بالا مقاومت ضعیف
حوزه کسینوسی -مقاومت در برابر فشرده سازی JPEG
-مقاومت در برابر چندی کردن سیستم بینایی انسان عدم مقاومت در برابر اعوجاج هندسی
حوزه موجک -مقاومت در برابر فشرده سازی JPEG
مقاومت در برابر فیلتر های مینگین و پایین گذر عدم مقاومت در برابر تحریفات هندسی
عدم تطبیق با سیستم بینایی انسان
حوزه فوریه مقاومت در اعوجاج هندسی
مناسب برای سیستم بینایی انسان کاهش کیفیت و خطا در آشکارسازی واتر مارک
حوزه فوریه-ملین ثابت بودن در چرخش و انتقال
مقاوم در برابر اعوجاج هندسی ضعف در برابر فشرده سازی
پیچیدگی زیاد محاسباتی
جدول 2-1 نقاط قوت و ضعف حوزه های مختلف جایگذاری
بدلیل اینکه هدف ما طراحی یک واتر مارک مقاوم در مقابل اعوجاج و تحریفات هندسی می باشد لذا عمل جایگذاری واتر مارک در حوزه DFT انجام می پذیرد.
بعد از اینکه واتر مارک جایگذاری شد ،کیفیت تصویر واترمارک شده می بایست ارز یابی شود.متر هایی که برای اندازه گیری عمومیت دارند peak to noise ratio(PSNR) ، visual information fiedelity(VIF) ،visual to noise ratio(VSNR) و structure similarity(SSIM) . هر چند که اغلب از PSNRویا SSIM استفاده می شود. در اینجا ما از PSNR استفاده میکنیم قابل بذکر است که در بعضی از شرایط خوب کار نمی کند با این حال بعنوان یک سنجه برای رتبه بندی کیفیت بکار می رود.مقدار PSNR اغلب یصورت دسی بل نمایش داده می شود معمولا مقدار بالای 40db کاهش کم کیفیت را نشان می دهد و مقدار کمتر از 30db مشخص کنند کیفیت پایین است . بنابراین اگر مقدار PSNR یک تصویر واتر مارک شده بالای 40db باشد ما واتر مارک را کاملا نامریی در نظر می گیریم.
بعد از جایگذاری، فرایند آشکار سازی اعمال می شود که مشخص نماید آیا واتر مارک در تصویرپس از اعمال حمله وجود دارد یا خیر. در حین آشکار سازی، تصویر واتر مارک شده و مورد حمله قرار گرفته ابتدا به حوزه ایی که واتر مارک جایگداری شده انتقال می یابد. سپس واتر مارک را استخراج و با واتر مارک اصلی مقایسه می شود که آیا واتر مارک قادر به بازیابی بعد از حمله می باشد یا خیر. بلاک دیاگرام این فرایند در زیر نشان داده شده است شکل (2-3) .

شکل 2-4 آشکار سازی واتر مارک پس از حمله
بخش خط چین در بلاک دیاگرام تفاوت بین دو نوع آشکار ساز را مشخص می کند.آشکار ساز نابینا و آشکار ساز بینا. در بعضی از کاربردها تصویر اصلی واتر مارک نشده در حین آشکار سازی در دسترس می باشد. که کارایی آشکار سازی را بطور موثری افزایش می دهد. در کاربرد های دیگر ،تصویر اصلی در دسترس نیست که آشکار سازی بدون استفاده از تصویر اصلی انجام می پذیرد.
آشکار ساز بینا، اشکار سازی تعریف می شود که نیاز به دسترسی به تصویر اصلی واتر مارک نشده یا بعضی از اطلاعات تصویر اصلی بجای همه تصویردر فرایند آشکار سازی دارد. در مقابل اشکار ساز بینا، اشکار ساز نابینا بعنوان آشکارسازی تعریف می شود که نیاز به هیچ اطلاعاتی مربوط تصویر اصلی واتر مارک نشده ندارد. اینکه از کدام واتر مارک استفاده کنیم بر اساس کاربرد مشخص می شود. از واتر مارک بینا فقط در کاربردهایی که تصویر اصلی موجود است استفاده می شود. بطور کلی سند اصلی فقط در کاربرد های خصوصی موجود است و بنابراین آشکار سازهای بینا را نمی توان در کاربردهای عمومی بکار برد.
در این پایان نامه از آشکار ساز نابینا به جای آشکار ساز بینا جهت افزایش انطباق پذیری استفاده شده است.
2-1-6 ) نهان نگاری در تصاویر:
امروزه , پرکاربردترین روش نهان نگاری , مخفی کردن اطلاعات در تصاویر دیجیتالی است ؛ این تکنیک، از ضعف سیستم بینایی انسان(HVS) بهره می گیرد. با توجه به اینکه درک تصویری انسان از تغییرات در تصاویر محدود است، تصاویر نوعی رسانه پوششی مناسب در نهان نگاری محسوب می شوند والگوریتم های نهان نگاری متعددی برای ساختارهای مختلف تصاویر ارائه شده است. به طور کلی با استفاده از استگانوگرافی می توان هر چیزی در درون هرچیزی پنهان کرد، اما باید به این نکته توجه کرد که در هرتصویری نمی توان به یک میزان اطلاعات مخفی کرد و بستگی به شرایط تصاویر و الگوریتم مورد استفاده دارد. تغییر کم ارزش ترین بیت در ساختار بیتی داده ی پوششی و استفاده از روش 2LSBبرای تغییر کسینوسی گسسته ی (DCT) تصویر پوششی از جمله ی متداولترین روشهای نهان نگاری در تصاویر می باشد.
2-1-6-1 )نهان نگاری دیجیتالی بر پایه ادراک و آگاهی انسان
در این بخش می خواهیم ادراک تجزیه و تحلیل تکنیک های مختلف نهان نگاری بر اساس بینایی انسانی را مورد بررسی قرار دهیم. بر اساس ادراک بینایی انسان سیستم نهان نگاری به دو دسته اصلی یعنی قابل رویت و غیرقابل رویت طبقه بندی می شود.
در نهان نگاری قابل رویت علامت نهان نگاری بر روی یک تصویر میزبان تعبیه شده و توسط انسان قابل مشاهده است. نهان نگاری قابل رویت یک نوع ساده از نهان نگاری دیجیتال می باشد، آرم ها نمونه هایی از نهان نگاری قابل مشاهده است که مالکیت صاحب محتوا را نشان می دهند[10]. یکی از راه های معمول نهان نگاری تصویر قابل مشاهده، چاپ علامت " © تاریخ ، صاحب " بر روی تصویر می باشد. مثلا متنی که جایی از فایل های تصویری یا word، pdf و یا .... به منظور حفاظت از حق نشر قرار می گیرد. نهان نگاری قابل رویت نه تنها استفاده غیر مجاز جلوگیری مینماید بلکه شناسائی سریع کپی رایت داده های چند رسانه ای را نیز فراهم میکند. یکی از نقطه ضعف های نهان نگاری قابل مشاهده این است که می توان آن را به راحتی از روی تصویر دیجیتال حذف کرد.
در نهان نگاری غیر قابل رویت علامت نهان نگاری درون یک تصویر میزبان پنهان شده و به همین دلیل توسط انسان قابل مشاهده نمی باشد. نهان نگاری دیجیتال غیر قابل رویت، روشی است برای قرار دادن برخی بیت ها در درون رسانه دیجیتال، به طوری که کمترین اثر را داشته باشد و توسط چشم انسان قابل دیدن نباشد. در طرح های نهان نگاری غیر قابل رویت تصاویر دیجیتال ویژگیهای مهمی برای نهان نگاری وجود دارد. اولین ویژگی این است که درج واترمارک نبایدکیفیت و ظاهر تصویر میزبان را تغییر زیادی دهد و دوم اینکه باید از لحاظ ادراکی غیر قابل رویت باشد. علاوه بر دو ویژگی فوق سوم اینکه نهان نگاری باید در مقابل اعمال پردازش تصویر معمول نظیر فیلتر کردن، فشرده سازی، اعمال نویز و حذف قسمتی از تصویر مقاومت داشته باشد. در ادامه با انواع نهان نگاری قابل رویت و غیرقابل رویت آشنا خواهیم شد شکل(2-4).

شکل 2-5 انواع نهان نگاری
2-1-6-2 )نهان نگاری قابل مشاهده
نهان نگاری قابل مشاهده، روند جاسازی کردن علامت نهان نگاری در تصویر میزبان است. برای این روش نهان نگاری نرخ بیتی و قدرت سیگنال بالا می باشد. نهان نگاری قابل مشاهده به دو دسته سیستم بینایی انسان و نهان نگاری برگشت پذیر طبقه بندی می شوند.
سیستم بینایی انسان(HVS)
فرآیند نهان نگاری از نظر سیستم بینایی انسان، مدل حساس به وضوح می باشد. روش های زیر متعلق به نهان نگاری قابل مشاهده در سیستم بینایی انسان است بیائو بینگ و شائو شیان [11] با توسعه ضرایب ترکیبی تصویر میزبان و تصویر واترمارک، ویژگی های محلی و عمومی را محاسبه کردند و مورد استفاده قرار دادند. با استفاده از تابع حساسیت به وضوح و دامنه تبدیل موجک گسسته (DWT) تصویر میزبان و علامت واترمارک به بلوک های بیشتر تقسیم می شوند. بلوکها بر اساس ابعاد تصویر)طرح ، لبه و بافت( طبقه بندی می شوند. باید توجه داشته باشید که حساسیت فضایی انسان با توجه به وضوح تصویر نهان نگاری متفاوت است. یانگ و همکاران[12] ، روش بازیابی تصویر اصلی بدون درج هیچ گونه جزئیات فرآیند نهان نگاری در سمت گیرنده را پیشنهاد دادند. با توجه به عوامل تغییر اندازه HVS فرآیند نهان نگاری با تنظیم مقدار پیکسل انجام می شود. بر اساس تفاوت بین تصویر میزبان و نسخه تقریبی آن)با استفاده از روش بازیابی تصویر)یک بسته بازسازی تصویر برای برگشت پذیری ایجاد می شود. ویژگی های HVSبا توجه به فاکتور مقیاس بزرگتر و فاکتور مقیاس کوچکتر محاسبه شده است. سپس عوامل مقیاس بزرگتر و کوچکتربه ترتیب مناطق درخشندگی میانی و بافت اختصاص داده می شوند. مین جن [13] با استفاده از DWT یک روش نهان نگاری را توسعه داد. در حوزه DWT، تصویر اصلی و علامت نهان نگاری از ویژگی های محلی و عمومی بهره می برند. این روش برای پیدا کردن بهترین موقعیت جایگذاری واترمارک و وضوح جاسازی کردن علامت واترمارک استفاده می شود. عملیات جایگذاری بصورت پیکسل به پیکسل بین علامت واترمارک و تصویر میزبان انجام می شود. پیکسل نهان نگاری بسته به میزان روشنایی آن به دو دسته تقسیم می شود
نهان نگاری قابل مشاهده برگشت پذیر
نهان نگاری قابل مشاهده برگشت پذیر، عملیات جایگذاری علامت واترمارک قابل مشاهده درتصویر میزبان و استخراج علامت واترمارک بدون از دست دادن داده ی اصلی می باشد. این روش امکان بازیابی تصویر اصلی را فراهم می کند. همچنین این نوع نهان نگاری، برگشت پذیر و یا بازیابی بدون اتلاف واترمارک نامیده می شود. بر اساس روش بازیابی مورد نیاز ، دوباره این روش به دو نوع نهان نگاری نابینا و بینا طبقه بندی می شود.
نهان نگاری قابل مشاهده برگشت پذیر نابینا (خصوصی):
در نهان نگاری نابینا، اطلاعات تصویر میزبان برای بازیابی تصویر اصلی مورد نیاز نمی باشد و فرایند بازیابی تصویر اصلی با استفاده از واترمارک و بدون از دست دادن اطلاعات انجام می شود. یونگ جین و بیونگ وو [14] یک سیستم نهان نگاری قابل مشاهده که در آن علامت نهان نگاری قابل مشاهده به عنوان یک برچسب یا حقوق شناسه می باشد و همچنین برای بازیابی تصویر و استخراج کامل تصویر اصلی حذف می شود، را پیشنهاد دادند. در این مطلب، دو روش ارائه میگردد. در روش اول مخفی کردن داده ها، بخش خاصی از تصویر اصلی که قرار است کشف شود، در تصویرعلامت نهان نگاری قابل رویت ذخیره شده است. برای کاهش عملیات محاسباتی، برنامه نویسی مبتنی برکدگزاری ریاضی استفاده می شود. در روش دوم جاسازی کردن یک کلید که توسط کاربر ساخته شده بهمراه علامت نهان نگاری در بخش رزرو شده تصویر پوشش تعبیه می گردد. حذف علامت نهان نگاری با استفاده از کلید کاربر انجام می شود. کلید کاربر نه تنها برای حذف کامل نهان نگاری استفاده می شود و بلکه برای کمک به مخفی کردن اطلاعات کاربران مجاز استفاده می شود. این روش نهان نگاری قابل مشاهده امنیت را بخوبی فراهم می کند.
نهان نگاری قابل مشاهده برگشت پذیر بینا (عمومی)
در این روش برای بازیابی تصویر اصلی در سمت گیرنده، تصویر اصلی یا سیگنال نهان نگاری موردنیاز می باشد. تسونگ یوان و ون هسیانگ [15]روش نهان نگاری برگشت پذیر قابل مشاهده بصورت نگاشت یک به یک بین علامت نهان نگاری قابل مشاهده و تصویر میزبان را پیشنهاد دادند. این روش تصویر علامت نهان نگاری سیاه-سفید و یا رنگی را به تصویر میزبان رنگی اضافه می کند. همچنین برای بازیابی تصویر اصلی از کلید کاربر و سیگنال نهان نگاری استفاده می شود. یونگ جین و بیونگ وو [16]نهان نگاری قابل رویت قابل جابجایی با استفاده از کلید کاربر در حوزه DWT را پیشنهاد داد.برای بدست آوردن اطلاعات نهان نگاری شده، ابتدا قالب علامت نهان نگاری قبل از پردازش با استفاده از کلید کاربر مشخص می شود، سپس این الگو با تصویر میزبان و ضرایب تصویر میزبان نهان نگاری تعبیه می گردد. حذف علامت نهان نگاری معکوس روند جاسازی کردن بدون تصویر میزبان است.
2-1-6-3 ) نهان نگاری غیرقابل مشاهده
در نهان نگاری غیر قابل مشاهده که برای حمل اطلاعات کپی رایت و یا دیگر پیامهای مخفی استفاده می شود، علامت واترمارک در یک تصویر میزبان پنهان می گردد. یک علامت واترمارک غیر قابل مشاهده، تغییر بسیار جزئی در وضوح مناطق واتر مارک شده تصویر دارد که برای چشم انسان غیرقابل مشاهده است.برای روش نهان نگاری غیر قابل مشاهده، نرخ بیت و قدرت سیگنال باید پایین باشد. علامت نهان نگاری غیرقابل مشاهده را نمی توان از رسانه های دیجیتالی حذف نمود، زیرا این سیگنال پس از جاسازی کردن، یک جزء جدایی ناپذیر از محتوای رسانه دیجیتال شده است. با این حال، می توان بوسیله برخی از روش های دستکاری و تحریف آنها را دچار تغییر کرد و غیر قابل کشف نمود که به آن حملات 3گفته می شود. یک علامت نهان نگاری، ایده آل، باید در برابر تمام حملات ممکن انعطاف پذیر باشد. اثبات مالکیت اثر حوزه کاربردی دیگر از نهان نگاری های دیجیتال غیر قابل مشاهده می باشد، که به سطح بالاتر امنیت از شناسایی مالک اثر نیازمند است. در این بررسی نهان نگاری غیرقابل مشاهده بر اساس نیرومندی در دو نوع قوی و شکننده (همانطور که در شکل نشان داده شده است)، طبقه بندی می شود
نهان نگاری غیرقابل مشاهده مقاوم (قوی):
در این گروه حذف علامت نهان نگاری توسط کاربر غیر مجاز بسیار دشوار است و بهمین ترتیب این روش در برابر حملات نهان نگاری مقاومت بالایی را داراست، و حملات هرگز بر روی تصویر نهان نگاری تاثیر نمی گذارند. هدف از الگوریتم های قوی استقامت علامت نهان نگاری در برابر تحریف ها و حملات ممکن مانند فشرده سازی ، فیلتر کردن و ایجاد نویز می باشد. ایمن و دوایت [16]یک روش نهان نگاری غیرقابل مشاهده قوی را برای محافظت از علامت نهان نگاری در برابر حملات پردازش هندسی و سیگنال پیشنهاد دادند. در این روش با استفاده از تبدیل متعامد میانی، علامت واترمارک در تصویر اصلی جایگذاری شده است. تبدیل محافظ طبیعی (NPT) به عنوان یک تبدیل واسط در بین دامنه فرکانس و دامنه فضایی مورد استفاده قرار می گیرد. دو فرم مختلف NPT بر اساس تبدیل کسینوسی گسسته و تبدیل هارتلی6 برای بهبود کیفیت تصویر شده اند. در این روش تصویر اصلی و تصویر واترمارک شده برای استخراج علامت نهان نگاری مورد نیاز می باشند. ساراجو و همکاران [17]برای مدیریت حقوق دیجینال (DRM) یک روش نهان نگاری غیر قابل مشاهده پیاده سازی نمودند. در این روش دامنه نهان نگاری غیرقابل مشاهده قوی از تبدیل کسینوس گسسته(DCT) بهمراه رمزنگاری برای محفاظت در برابر حملات استفاده شده است. برای اینکار در داخل یک تصویر رنگی یک تصویر باینری غیر قابل رویت بهمراه کلید خصوصی که برای احراز هویت ایجاد شد، جاسازی شده است.
نهان نگاری غیرقابل مشاهده شکننده:
در این روش نهان نگاری علامت نهان نگاری چندان قدرتمند نیست و ممکن است در هنگام برقراری ارتباط تصویر نهان نگاری توسط برخی حملات نهان نگاری تحت تاثیر قرار بگیرد و یا حذف شود. صبا و همکاران [18] نهان نگاری غیر قابل مشاهده در هر دو حوزه دامنه مکانی و دامنه فرکانس را ارائه دادند. روش نهان نگاری در حوزه مکانی در مقابل حملات نهان نگاری شکننده است و اطلاعات نهان نگاری را در اختیار کاربران غیر مجاز قرار می دهد. در این تکنیک از جایگذاری یک تصویر و متن با استفاده از روش جایگزینی حداقل بیت(LSB) استفاده می شود. استخراج علامت نهان نگاری غیرقابل مشاهده با استفاده از مقدار کلید انجام می شود. سومیک و همکاران [19] یک روش جدیدی را برای جایگذاری علامت نهان نگاری در تصویر میزبان با استفاده از محل های مختلف ارائه دادند. تصویر میزبان به تعدادی بلوک تقسیم شده است و تصویر علامت واترمارک در همه بلوک های موقعیت LSB جا سازی می شود. در این روش احراز هویت کاربر مجاز با استفاده از کلید پنهان و تابع هش صورت می گیرد. با ترکیب مقادیر تمام بلوک های LSB ، برای استخراج تصویر علامت نهان نگاری ، تکنیک شکننده مورد نظر توسعه داده شده است.
نهان نگاری با توجه به برنامه کاربردی
با توجه به برنامه های کاربردی، نهان نگاری می تواند به دو گروه نهان نگاری مبتنی بر منبع و نهان نگاری مبتنی بر مقصد طبقه بندی شود. در الگوریتم های نهان نگاری مبتنی بر منبع، تمامی نسخه های نهان نگاری شده تنها با یک علامت واترمارک منحصر به فرد نهان نگاری می شوند و همان سیگنال واترمارک منحصر بفرد برای شناسایی مالکیت و یا تصدیق هویت استفاده می شود. این علامت نهان نگاری صاحب محتوای دیجیتالی را شناسایی می کند. با این حال، نهان نگاری های مبتنی بر مقصد (اثر انگشت) به صورت جداگانه در هر یک از نسخه های نهان نگاری شده، علامت واترمارک مجزایی را جاسازی می کند و برای مشخص کردن خریدار یک محصول خاص و جلوگیری از یک عمل غیر قانونی(انتشار غیر قانونی) مورداستفاده قرار بگیرد. روش اثر انگشت می تواند برای نظارت بر پخش محصول دیجیتالی استفاده شود. قبل ازپخش، علامت نهان نگاری منحصر به فرد در هر فایل ویدئویی یا صوتی و یا کلیپ جاسازی می گردد. کامپیوتر های خودکار بر پخش و شناسایی زمان و جایی که هر فایل دیجیتالی ظاهر شده است نظارت می کنند[3].
2-1-7 ) خواص و ویژگی نهان نگاری دیجیتال
خواص اصلی نهان نگاری شامل نیرومندی، وفاداری، هزینه محاسباتی و نرخ مثبت-کاذب هستند.[3]با این حال، ممکن است طرح نهان نگاری تمامی این خواص را تامین نکند همچنین شاید برخی از انواع نهان نگاری ها به همه ویژگی ها نیاز نداشته باشند. برای نهان نگاری قابل مشاهده، برآورده نشدن خصوصیت وفاداری، نگران کننده نیست، اما، این ویژگی یکی از مهم ترین مسائل برای نهان نگاری غیر قابل مشاهده می باشد. برای پاسخگویی به خواص مورد نیاز نهان نگاری، طراحی نهان نگاری باید با توجه به نوع کاربرد انجام بگیرد. بعبارت دیگر، ممکن است یک خصوصیت با خصوصیت دیگر تناقض داشته باشد. مثلا افزایش قدرت و صلابت علامت نهان نگاری باعث افزایش استحکام و نیرومندی نهان نگاری می شود، اما همچنین باعث کاهش ویژگی وفاداری هم می شود. بنابراین با توجه به برنامه های کاربردی می توان بین الزامات و خواص طرح نهان نگاری تعادل برقرار نمود. در این بخش، این خواص مورد بررسی قرار می گیرند.
استحکام
در بسیاری از برنامه های نهان نگاری، انتظار می رود داده های نهان نگاری شده قبل از آنکه به گیرنده برسند، در بین راه توسط سایر کاربران پردازش شوند. برای مثال، در پخش تلویزیونی و رادیویی، رسانه نهان نگاری شده باید نسبت به فشرده سازی با اتلاف تبدیل به کار رفته در فرستنده و طرف گیرنده گیرنده ، و برخی از انتقال های افقی و عمودی انعطاف پذیر باشد. علاوه بر این، با توجه به رسانه انتقال نویز هم می تواند به داده اصلی اضافه شود. گاهی اوقات تکنیک های فشرده سازی بر روی تصاویر و فیلم ها در محیط وب استفاده می شود، بنابراین اگر علامت نهان نگاری در این فایل ها وجود دارد، باید در برابر فشرده سازی مقاوم باشد. گاهی اوقات، ممکن است بخشی از محتوای چند رسانه ای نیاز باشد، و به این ترتیب بخواهند همان بخش را از تصویر جدا کنند، که در اینصورت نیاز به استحکام در برابر حذف کردن یا یا برداشتن نیز احساس می شود. ممکن است بعدا این تصاویر چاپ و توزیع شوند. ممکن است در این مورد، اعمال برخی نویز و اصلاح هندسی بر روی تصویر رخ دهد. نسخه های کپی توزیع شده در پخش رادیویی و تلویزیونی دارای نهان نگاری های مختلفی می باشند. ممکن است فردی بوسیله متوسط نسخه های کپی، نسخه کپی موجود را برای فراهم کردن کپی نهان نگاری نشده استفاده کند، که به نام "حمله تبانی" نامگذاری می شود. علامت نهان نگاری قوی باید پس از حملات ممکن، ثابت و قابل تشخیص باقی بماند. بهر حال، این مطلب که علامت نهان نگاری در برابر تمامی حملات ممکن بدون تغییر باقی بماند غیر ممکن است و این فرضیه تا حدودی غیر ضروری و افراطی است. معیار نیرومندی برای کاربرد خاص مورد استفاده قرار می گیرد. از سوی دیگر، مفهوم نهان نگاری شکننده با معیارهای نیرومندی چالش ایجاد می کند. در این نوع از کاربردها، پس از هر حمله اعمال شده، باید بتوان علامت نهان نگاری را تغییر داد و یا از بین برد. در بسیاری از موارد کاربردی، تغییرات و پردازش بر روی سیگنال نهان نگاری بین زمان تعبیه کردن سیگنال و زمان تشخیص آن در مقصد، غیر قابل پیش بینی است، بنابر این لازم است تا علامت نهان نگاری در برابر حملات اعوجاج احتمالی مقاوم باشد. این مورد بخصوص برای شناسایی مالک ، اثبات مالکیت ، انگشت نگاری و کنترل کپی ضروری می باشد. در ضمن این مطلب برای هر برنامه ای که در آن هکرها ممکن است بخواهند علامت نهان نگاری را از بین ببرند، هم درست است.

pro12

2-2-2- واترمارکینگ یا نقشاب داده ها16
2-2-3-پوشیده نگاری 17
2-2-4- پنهان شکنی18
2-2-5- تشخیص استگانوگرافی19
2-2-6- علامت حق تکثیر19
2-3- معایب استگانوگرافی20
2-4- تفاوت بین واترمارکینگ و فینگرپرینتینگ20
2-5- تفاوت پنهان نگاری و رمزنگاری21
2-6- تفاوت پنهان نگاری، واترمارکینگ و رمزنگاری22
2-7- اهداف و ملزومات پنهان نگاری 23
2-8- انواع بازرسی25
2-9- شیوه حملات تحلیل25
2-10- اصطلاحات استگانوگرافی26
2-11- روش های پنهان سازی اطلاعات26
2-12- استگانوگرافی در رسانه های مختلف28
2-12-1- استگانوگرافی در متن29
2-12-2- استگانوگرافی در عکس31
2-12-2-1- فشرده سازی عکس32
2-12-2-2- روش های رمز کردن عکس33
2-12-2-3- درج بیت کمترین ارزش 33
2-12-2-4- پوشش و فیلتر35
2-12-2-5- الگوریتم ها و تبدیلات35
2-12-3- استگانوگرافی در صدا36
2-12-3-1- محیط های صدا37
-12-3-2- ذخیره صدا37
2-12-3-3- وسایل پخش37
2-12-3-4- روش های مخفی کردن اطلاعات در صدا38
2-12-3-5- مخفی کردن اطلاعات در Echo39
2-11- ابزارهای پنهان نگاری و بازیابی40
2-12- استفاده از خط فرمان و ادغام فایل زیپ با گیف41
2-15-کاربردهای استگانوگرافی42
2-13- تبدیل فوریه44
2-14- تبدیل موجک45
2-15- تبدیل موجک گسسته (DWT)45
2-16- تجزیه مقدار منفرد48
2-17- مقدار منفرد چیست؟49
2-18- تعریف تجزیه مقدار منفرد49
2-18- مثالی از SVD51
2-19- خواص SVD در پردازش تصاویر دیجیتال51
2-20- پنهان نگاری دیجیتالی با استفاده از تجزیه مقدار منفرد53
2-20-1- الگوریتمهای مبتنی بر SVD خالص53
2-20-1-1- الگوریتم های مبتنی بر غیر بلوک54
2-20-1-2- الگوریتم های مبتنی بر بلوک55
2-20-2- SVD و الگوریتم های مبتنی بر دامنه تبدیل55
2-20-2-1- الگوریتم مبتنی بر SVD و DCT56
2-20-2-2- الگوریتم مبتنی بر SVD و DWT56
2-20-2-3- الگوریتم مبتنی بر SVD و FHT57
2-20-2-4- الگوریتم مبتنی بر SVD و Zernike57
فصل سوم: روش تحقیق
3-1- پنهان نگاری دیجیتالی59
3-2- پیشینه تحقیق61
3-3- روش های پنهان نگاری مبتنی بر SVD63
3-4- نهان نگاری مبتنی بر SVDچندگانه در حوزه موجک... (زارعی، 2014)63
3-4-1- الگوریتم جاسازی تصویر نهان نگاری63
3-4-2- الگوریتم استخراج تصویر نهان نگاری65
3-5- روش پیشنهادی پنهان نگاری مبتنی بر DWT-SVD67
3-5-1- الگوریتم جاسازی پنهان نگاری68
3-5-2- الگوریتم استخراج پنهان نگاری70

فصل چهارم: محاسبات و یافته های تحقیق
4-1- پیاده سازی الگوریتم72
4-1-1- ابزار مورد استفاده برای آزمایش و پارامترهای اندازه گیری72
4-2- نتایج پیاده سازی74
4-3- مقایسه با سایر روش های پنهان نگاری78
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات
نتیجه گیری و پیشنهادات74
منابع و مآخذ84
پیوست (الف) کدهای پیاده سازی شده به زبان متلب89
Abstract92
فهرست جداول
جدول 2-1 مقایسه پنهان نگاری، نهان نگاری و رمزنگاری22
جدول 2-2 ارزش های منفرد از دو تصویر52
جدول 4-1 MSE و PSNR با استفاده از روش پنهان نگاری پیشنهاد شده DWT-SVD78
جدول 4-1 MSE و PSNR با استفاده از روش نهان نگاری زارعی (2014)78
فهرست اشکال
شکل 2-1 Johannes Trithemius و نمونه ای از کتابهایش12
شکل 2-2 طبقه بندی انواع واترمارکینگ براساس مدل دی ولیچساور15
شکل 2-3 شکل های پنهان سازی اطلاعات توسط پتیتکولاس26
شکل 2-4 تصویر لنا – تصویر اصلی و تصویر فیلتر شده52
شکل3-1 چارچوب استگانوگرافی سرپرست فعال60
شکل 3-2 استگانوگرافی مدرن61
شکل 3-3 الگوریتم جاسازی نهان نگاری زارعی 64
شکل 3-4 الگوریتم استخراج نهان نگاری زارعی65
شکل 3-5 فلوچارت الگوریتم پرندگان در الگوریتم پیشنهادی66
-21863051652905تصویر رنگی پوشش
00تصویر رنگی پوشش
شکل 3-6 الگوریتم جاسازی به روش DWT-SVD69
-21863051652905تصویر رنگی پوشش
00تصویر رنگی پوشش
شکل 3-7 الگوریتم استخراج به روش DWT-SVD70
شکل 4-1 تصویر پوششی72
شکل 4-2 تصویر مخفی72
شکل 4-3 تصویر پنهان نگاری شده73
شکل 4-4 تصویر مخفی استخراج شده73
شکل 4-5 تصویر پنهان نگاری شده توسط الگوریتم DWT-SVD پیشنهاد شده74
شکل 4-6 تصویر پنهان نگاری شده توسط الگوریتم زارعی74
شکل 4-7 حمله Salt & paper بر روی الگوریتم DWT-SVD پیشنهاد شده75
شکل 4-8 حمله Salt & paper بر روی الگوریتم زارعی75
شکل 4-9 حمله Rotation بر روی الگوریتم DWT-SVD پیشنهاد شده76
شکل 4-10 حمله Rotation بر روی الگوریتم زارعی 76
شکل 4-11 حمله gaussian بر روی الگوریتم DWT-SVD پیشنهاد شده76
شکل 4-12 حمله gaussian بر روی الگوریتم زارعی77
شکل 4-13 حمله Cropping بر روی الگوریتم DWT-SVD پیشنهاد شده77
شکل 4-14 حمله Cropping بر روی الگوریتم زارعی77
فصل اول
2505075465899500مقدمه و کلیات تحقیق
232854567043300023285456179185002505075432943000
1-1- مقدمه
پیشرفت سریع اینترنت و انقلاب اطلاعات دیجیتالی باعث تغییرات مهمی در کل جامعه شده است. داده های مولتی مدیا که در فرمت های دیجیتالی موجودند (تصویر، ویدئو، صدا) زمینه های چالش برانگیزی از نوآوری را باز کرده اند. نرم افزارهای ساده کاربردی و کاهش قیمت وسایل دیجیتالی این امکان را برای همه ی مردم در سراسر جهان فراهم کرده که داده های مولتی مدیا را براحتی ایجاد و ویرایش کنند.
پهنای باند ارتباطات اینترنتی و انتقال تقریباً بدون خطای اطلاعات ایجاد کپی های یکسان از داده ها را آسان کرده است، به عکس فایل های آنالوگ (نوارهای کاست، نوارهایVHS )، فایل های دیجیتالی بر اثر کپی های زیاد کیفیتشان کم نمی شود، در نگاه اول این مزیت فایل های دیجیتالی به نوع آنالوگ آن است ولی اشکال در حفظ حقوق کپی رایت می باشد.[6]
روش های قدیم حقوق کپی رایت برای محافظت از داده های مولتی مدیا دیگر کافی نیست یک مکانیسم ساده ی حفاظت که براساس تعبیه اطلاعات در بیت های سرآمد یک فایل دیجیتالی بود، ناکارآمد شده زیرا این اطلاعات می تواند به آسانی با تغییر در فرمت داده بی اثر شود بدون آنکه هیچ اثری روی کیفیت فایل بگذارد.
رمزگذاری یک فایل مولتی مدیای دیجیتالی از دسترسی داشتن به آن فایل تا زمانی که کلید آشکار سازی مناسب را در اختیار نداشته باشند جلوگیری می کند، بنابراین مؤلف می تواند برای تحویل مولتی مدیا بصورت قابل مشاهده پول دریافت کند و هر مشتری که حق تایپ را پرداخت کرده قادر خواهد بود فایل دریافت شده را بطور مناسب رمزگشایی کرده و استفاده نماید، اما اشکال در این است که وقتی یکبار فایل مولتی مدیا رمز گشایی شد آن فایل می تواند بدون مانع مکرراً کپی شده و توزیع گردد.[6]
پنهان نگاری دیجیتالی یک راه حل دیگر را برای حل این مشکل فراهم می کند. پنهان نگاری معادل فارسی واژه ی استگانوگرافی می باشد که در اصل کلمه ای یونانی بوده و از دو کلمهSteganos به معنای پنهان کردن و Graphy به معنای نوشتن تشکیل شده است.[7,8] اساس پنهان نگاری بر این فرض استوار است که پیام پنهان شده در اسناد یا تصویر توسط شخص سوم قابل تشخیص و یا بازیابی نباشد. پوشش می تواند یک فایل صوتی، صدا، متن و یا ویدئو و ... باشد.
با توجه به اینکه پنهان نگاری در طیف گسترده ای از رسانه های دیجیتالی و با اهداف خاصی طراحی می شوند، لذا با توجه به موارد کاربردی در دسته های مختلفی طبقه بندی می شوند. با وجود تفاوت در اعمال روش های پنهان نگاری دیجیتال، همه روش ها در داشتن امنیت بالا دارای نقطه اشتراک هستند با توجه به دامنه وسیع کاربرد تکنیک های پنهان نگاری آنها را می توان به صورت زیر طبقه بندی نمود:
طبقه بندی با توجه به حوزه کاری (حوزه فرکانس یا حوزه مکان) با توجه به نوع اسناد (متن، صدا و تصویر) و با توجه به ادارک و آگاهی انسانی (سیستم بینایی و یا شنوایی)؛ با توجه به برنامه های کاربردی (مبتنی بر منبع یا مبتنی بر مقصد).[9]
استگانوگرافی دارای روش های گسترده ای برای مخفی کردن اطلاعات در رسانه های مختلف است. در میان این روش ها می توان به جوهرهای نامرئی، امضای دیجیتالی، کانالهای پیچیده و ارتباطات طیف گسترده اشاره کرد. امروزه به خاطر وجود تکنولوژی پیشرفته از استگانوگرافی در متن، تصویر، صدا، سیگنالها و خیلی رسانه های دیگر استفاده می کنند. با این حال استگانوگرافی دارای عیوبی نیز می باشد. به طور مثال، برای فرستادن چند بیت اطلاعات، احتیاج به فرستادن تعداد بسیار زیادی بیت بدون اطلاعات هستیم و تلفات آن زیاد است. یا اینکه به محض لو رفتن الگوریتم یک روش، دیگر از آن روش نمی توان در مخفی کردن اطلاعات استفاده کرد.[2] به صورت کلی در سیستم های اختفاء اطلاعات سه عنصر مقاومت، امنیت، و ظرفیت دخیل هستند. در روش های پنهان نگاری عناصر ظرفیت و امنیت اهمیت اصلی را دارند. تصاویر مهمترین رسانه مورد استفاده به خصوص در اینترنت هستند و درک تصویری انسان از تغییرات در تصاویر محدود است. تصاویر نوعی رسانه پوششی مناسب در پنهان نگاری محسوب می شوند و الگوریتم های پنهان نگاری متعددی برای ساختارهای مختلف تصاویر ارائه شده است.[2] به طور کلی روش های پنهان نگاری در تصویر از الگوریتم جاسازی بیت ها و الگوریتم استخراج تشکیل شده اند. برخی روش های روش های رایج در استگانوگرافی فایلهای تصویری عبارتند از [10] :
جایگزینی بیت کمترین ارزش (LSB)
همبستگی بر پایه آستانه
همبستگی بر پایه مقایسه
روش طیف گسترده
مقایسه ضریب باند متوسط DCT
مقایسه – همبستگی مستقر در باند متوسط DCT
طیف گسترده در دامنه موجک
با توجه به کارهای گذشته ای که در این زمینه انجام شده است، در این تحقیق قصد داریم تا الگوریتم های پنهان نگاری در تصاویر دیجیتالی با استفاده از تجزیه مقدار منفرد را توسعه دهیم. برای این منظور از روش های پنهان نگاری ترکیبی که شامل تجزیه مقدار منفرد و تبدیل موجک گسسته می باشد استفاده خواهیم کرد.
1-2- بیان مساله
متن، تصویر، صوت و ویدئو را می توان به صورت داده های دیجیتال بیان کرد. فراگیری فزاینده و رشد سریع استفاده از اینترنت انسان ها را به سوی جهان دیجیتال و ارتباط از طریق داده های دیجیتال سوق داده است. هر جا سخن از ارتباط به میان آید، مساله امنیت کانال ارتباطی نیز مطرح می گردد. در واقع، در یک کانال ارتباطی، استگانوگرافی یا همان پنهان نگاری روشی از ارسال اطلاعات محرمانه است به نحوی که وجود خود کانال در این ارتباط مخفی بماند. روش استگانوگرافی کامپیوتری، روشی از استگانوگرافی است که امنیت اطلاعات را در رسانه دیجیتال فراهم می سازد و هدف آن درج و ارسال پیام محرمانه از طریق رسانه دیجیتال است بگونه ای که هیچ ظنّی مبنی بر ارسال اطلاعات برانگیخته نشود. پیام محرمانه می تواند به صورت یک تصویر یا متن و یا سیگنال کنترل و خلاصه هر چیزی که بتوان بصورت یک رشته بیتی از صفر و یک بیان شود، باشد. قابل توجه است، امکان دارد، پیام محرمانه قبل از استگانوگرافی تحت مراحل فشرده سازی و یا رمزنگاری نیز قرار گیرد. استگانوگرافی دارای سه پارامتر ظرفیت اطلاعات وارد شونده، کیفیت ادراکی و مقاومت است. بدون شک پیشینه سازی تؤام همه ی این پارامترها امکان پذیر نیست و تنها بسته به کاربرد می باید مصالحه ای بین این پارامترها ایجاد کرد. روش های استگانوگرافی کامپیوتری، اساساً باید به گونه ای باشد که به هیچ وجه تصویر استگانوگرافی قابل کشف از تصویر اصلی نباشد. این چنین روش هایی از استگانوگرافی می توانند برای اهداف مختلفی مورد استفاده قرار گیرند. برای مثال، کاربرد دیگر استگانوگرافی علاوه بر ارتباطات امنیتی، کمک در ایجاد بانک اطلاعاتی است. در این کاربری، وظیفه استگانوگرافی همراه کردن اطلاعات اضافی و مربوطه به تصویر با آن به منظور یکپارچه سازی اطلاعات و تسهیل در ذخیره سازی است. چنین کاربردهایی از استگانوگرافی، وجود اطلاعات در تصویر عموماً معلوم بوده و سیستم بسته فرض می شود و هیچگونه نگرانی از حمله به تصویر از خارج به منظور کشف اطلاعات وجود ندارد. در این موارد، روش های غیر مقاوم مناسب به نظر می رسند. از طرف دیگر در کاربردهای اطلاعاتی، تصویر دیجیتال به عنوان سیگنال حامل بوده و پیام محرمانه می تواند به صورت نامه های بسیار محرمانه نقشه های نظامی و تصاویر مخصوصی باشد در این کاربردها تاکید اصلی بر این است که ناظر سوم به هیچ وجه متوجه وجود اطلاعات در تصویر نشده و نتواند تداخلی در کانال ارتباطی ایجاد کند یا موفق به کشف پیام شود. در این کاربردها، می توان از شکل های مقاوم یا از روش های غیر مقاوم استفاده کرد.
1-3- ضرورت و اهمیت تحقیق
به دلیل رشد وسیع ارتباطات دیجیتال و سهولت در رد و بدل نمودن اطلاعات پرونده ها از طریق شبکه های کامپیوتری نظیر اینترنت و همچنین حجم بسیار زیاد اطلاعات رد و بدل شده، پنهان نگاری کاربرد مناسبی پیدا کرده است و استفاده از آن روز به روز بیشتر می شود. از طرفی برای جلوگیری اطلاع از ارتباطات باندهای تروریستی یا افراد بزهکار و یا خروج اطلاعات محرمانه از شرکت ها یا سازمان ها به منظور ارزیابی امنیتی سیستم های پنهان نگاری که توسط نیروهای نظامی یا امنیتی استفاده می شوند، به تحلیل پنهان نگاری نیاز است. هر چقدر پهنای باند اینترنت برای انتقال پرونده های بزرگ نظیر پرونده های ویدئویی، بیشتر می شود، انتقال اطلاعات غیر عادی و مشکوک نیز ساده تر شده و غیر قابل آشکارتر می شود. در طی سالهای اخیر تلاش هایی برای طراحی الگوریتم های تحلیل انجام شده است. اکثر پژوهشگران با توجه به راه حل های پیشنهادی خود بر این باورند که سایر الگوریتم های پنهان نگاری دارای ضعف هستند و اختلاف آرا در این زمینه وجود دارد. لذا مقایسه و بررسی الگوریتم های پیشنهادی با سایر روش ها برای تحقیق در نظر گرفته شده است.

1-4- اهداف تحقیق
به طور کلی اهداف تحلیل پنهان نگاری و یا حالت هایی که تحلیل انجام می گیرد شامل اثبات وجود یا عدم وجود پیغام پنهانی، تخریب پیغام، استخراج پیغام، تغییر پیغام، استخراج کلید عمومی و کلید رمز، یافتن الگوریتم پنهان نگاری می باشد. در میان روش های ابتکاری توسعه یافته برای حل این مشکل، تکنیک پنهان نگاری تصاویر دیجیتال مبتنی بر تجزیه مقدار منفرد یکی از پرکاربردترین روش ها است. روش های مشابه دارای معایبی از جمله برگشت پذیر بودن و تشخیص مثبت- کاذب و ناتوان بودن در برابر برخی حملات از جمله اعوجاج هندسی و ... است. یکی از راه های مقابله با دستکاری غیر مجاز در تصاویر دیجیتالی استفاده از تکنیک پنهان نگاری مبتنی بر تجزیه مقدار منفرد می باشد. هدف اصلی این تحقیق، بهبود الگوریتم پنهان نگاری در تصاویر دیجیتال با استفاده از تجزیه مقدار منفرد می باشد. روش پیشنهادی از ترکیب تجزیه مقدار منفرد بهمراه تبدیل موجک گسسته بهره می برد و هدف آن امنیت تصاویر دیجیتالی است که در مقایسه با دیگر روش ها کارایی بیشتری داشته باشد. همچنین بدلیل ایجاد تخریب هایی که توسط کاربران غیر مجاز بر روی تصاویر پنهان نگاری شده انجام می گیرد و گاهاً باعث لو رفتن اطلاعات پنهان نگاری با تخریب داده های اصلی می شوند. لذا از اهداف دیگر الگوریتم پیشنهادی افزایش توانمندی الگوریتم در برابر حملات تخریب کننده و برطرف کردن مشکل نرخ هشدار – کاذب است.
1-5- سوالات تحقیق
استفاده از الگوریتم های پنهان نگاری در تصاویر دیجیتالی باعث می شود تا از اطلاعات محرمانه حفاظت شود و آن را در برابر استفاده غیر مجاز کاربران مصون بدارد. با توجه به عملکرد این نوع الگوریتم های پنهان نگاری سوالات در این زمینه مطرح می کنیم و در این طرح به آن ها می پردازیم:
چگونه می توان الگوریتم های پنهان نگاری در تصاویر دیجیتال را با استفاده از روش تجزیه مقدار منفرد بهبود بخشید؟
چطور می توان الگوریتم پنهان نگاری مبتنی بر تجزیه مقدار منفرد و تبدیل موجک گسسته در تصاویر دیجیتال را در برابر حملات تخریب کننده معمول از قبیل چرخش، تغییر اندازه، برداشت و ایجاد نویز توانمند و مقاوم کرد؟

1-6- فرضیه های تحقیق
الگوریتم پنهان نگاری پیشنهاد شده، روش پنهان نگاری مبتنی بر تجزیه مقادیر منفرد را توسعه داده است. این روش یک الگوریتم ترکیبی است که از تجزیه مقدار منفرد و تبدیل موجک گسسته بهره می برد.
بمنظور حفاظت از افشای اطلاعات محرمانه، الگوریتمی ارائه شده که در برابر رایج ترین حملات و به طور خاص، در برابر حملات اعوجاج هندسی توانمند و ایمن می باشد.
این الگوریتم از روش اعداد تصادفی در تصویر پنهان نگاری، از یک تصویر با متن معنی دار استفاده می کند. بنابراین کیفیت تصویر پنهان نگاری استخراج شده عملکرد الگوریتم را تضمین می کند.
در روش پیشنهادی در استخراج تصویر پنهان نگاری کور می باشد به این صورت که حمله کننده از نوع الگوریتم به کاررفته در فرایند استگانوگرافی اطلاعی ندارد.
1-7- کلمات کلیدی
1-7-1- استگانوگرافی
استگانوگرافی یا پنهان نگاری دانشی است برای پنهان کردن داده یا فایلی در فایل دیگر، بطوری که فقط افراد آگاه با ابزار لازم بتوانند به آن دست یابند. استفاده از این روش در مواردی بسیار عالی و کاربردی است. برخلاف رمزگذاری که فایل حفاظت شده را کاملاً حساس جلوه می‌دهد و جلب توجه می کند، این روش از ناآگاهی افراد، برای جلوگیری از دستیابی آن‌ها به اطلاعات خاص بهره می برد. پنهان نگاری خود شاخه ای از دانشی به نام ارتباطات پوشیده است. دانش ارتباطات پوشیده خود شامل چندین شاخه از جمله رمز نگاری، ته نقش نگاری و ... می باشد.
1-7-2- حوزه تبدیل
تکنیک های پنهان نگاری می توانند به دو دسته تقسیم بندی شدند: تکنیک های دامنه فضایی (مکان) و تکنیک های دامنه تبدیل (فرکانس). در شکل های دامنه فضایی برای گنجاندن شی دیجیتال مورد نظر مقادیر پیکسل ها بطور مستقیم دستکاری می شود. این روش پیچیدگی کمتری دارند، شکننده ترند و قوی نیستند، اما در شکل های حوزه تبدیل (فرکانس) ابتدا تصاویر به یکی از حوزه های فرکانسی انتقال یافته و سپس پنهان نگاری با دستکاری مقادیر در حوزه فرکانس انجام می گیرد و در نهایت تصویر به حوزه مکان بازگردانده می شود. در مقایسه با تکنیک های دامنه فضایی ثابت شده است که تکنیک های حوزه تبدیلی در دست یافتن به الگوریتم پنهان نگاری دیجیتال از لحاظ غیر قابل مشاهده بودن و نیازمندی های استحکام بهتر می باشد. انتقال های حوزه تبدیل که عموماً در الگوریتم های پنهان نگاری تصاویر دیجیتال مورد استفاده قرار می گیرد شامل انتقال های زیر است: دامنه تبدیل کسینوسی گسسته (DCT)، دامنه تبدیل فوریه گسسته (DFT)، دامنه تبدیل موجک (DWT)، دامنه تبدیل سریع هادامارد (FHT) و تجزیه مقدارمنفرد (SVD) و ... می باشد.
1-7-3- تجزیه مقدار منفرد
روش های متعدد پنهان نگاری در حوزه تبدیل وجود دارند. تجزیه مقدار منفرد یا تجزیه مقدارهای تکین (SVD) یکی ازاین موارد است. این روش توسط بلترامی در سال 1873 و جردن در سال 1874 مستقلاً ابداًع شد و بعدها در سال 1930 یانگ آن را برای ماتریس های مستطیل شکل گسترش داد. تا سال 1960 به دلیل نیاز به تکنیک های پیچیده عددی، از SVD به عنوان یک ابزار محاسباتی استفاده نمی شد. ژنه کلوب آن را به عنوان یک ابزار سودمند در موارد گوناگون معرفی کرد.[11] SVD یکی از مفیدترین ابزارهای جبر خطی برای کاربردهای مختلف مانند فشرده سازی تصویر و سایر زمینه های پردازش تصویر و سیگنال می باشد. بطور کلی طرح های پنهان نگاری مبتنی بر تجزیه مقدار منفرد با توجه به سادگی در پیاده سازی و برخی ویژگی های جذاب ریاضی، محبوبیت زیادی را به دست آورده اند.
1-7-4- تبدیل موجک گسسته
تبدیل موجک گسسته (DWT) یک ابزار ریاضی مناسب برای نمایش و پردازش تصویر دیجیتالی است. این تبدیل در حوزه فرکانس صورت می گیرد اصولاً تبدیلاتی که در حوزه فرکانس انجام می شوند پیچیدگی بیشتری دارند و در برابر تخریب ها و حملات مقاوم تر عمل می کنند.

1-8- نوآوری تحقیق
با توجه به تلاش هایی که در زمینه پنهان نگاری تصاویر دیجیتالی صورت گرفته، نوآوری تحقیق پیشرو ارائه روش پیشنهادی پنهان نگاری تصاویر دیجیتال با استفاده از روش ترکیبی تجزیه مقدار منفرد و تبدیل موجک گسسته 1- سطحی می باشد که همانطور که در نتایج این تحقیق نشان داده شده است در امنیت و حفظ تصویر مخفی موثر واقع شده است.
1-9- ساختار پژوهشدر این پایان نامه در فصل اول مقدمه و کلیات تحقیق ارائه شده است، در ادامه بحث فصل دوم ادبیات و پیشینه تحقیق، مفاهیم کلی پنهان نگاری دیجیتالی، تجزیه مقدار منفرد و تبدیل موجک گسسته ارائه می شود و در فصل سوم روش تحقیق شرح داده شده می شود، در فصل چهارم محاسبات و یافته های تحقیق روش پیشنهادی ارائه می گردد و سرانجام فصل پنجم نتیجه گیری و پیشنهادات بیان شده است.

فصل دوم
ادبیات و پیشینه تحقیق
226568040170100023679156535420002480945585343000255714562236350022656804645025002-1- تاریخچه
پنهان کردن اطلاعات تاریخچه ی کهنی دارد. جوهرهای نامرئی، کدهای رمزی، پیغام های مخفی و به طور کلی استگانوگرافی همواره مورد توجه بشر بوده است. [12]اولین استفاده از تکنیک های پنهان نگاری توسط هرودوت که یک مورخ یونانی است در کتابش «تاریخها» شرح داده شده است. [13]داستان آن به حوالی سالهای 440 قبل از میلاد برمی گردد، وقتی که حاکم یونان به دست داریوش در شوش زندانی شده بود ولی بایست پیامی را بصورت محرمانه برای برادر خوانده اش در میلتیوس ارسال کند. به همین منظور موی سر غلامش را تراشید و پیام خود را روی سرش خال کوبی نمود و وقتی موهای غلام به اندازه کافی رشد نمود او را عازم مقصد نمود و جالب است که در اوایل قرن بیستم نیز از همین روش جاسوسان آلمانی استفاده نمودند. داستان دیگر نیز مربوط به زمانه همین پادشاه است. دمراتوس، یک یونانی در دربار ایران بود و یک پیام مخفی را برای اسپارتا ارسال کرد تا او را از حمله کوروش آگاه سازد. او ابتدا موم روی لوح را برداشت و پیام را روی چوب زیر موم نوشت سپس پیام را با موم دوباره مخفی کرد. به گونه ای که لوح دوباره بصورت یک لوح مفید که هنوز هیچ پیامی روی آن نوشته نشده بود درآمد. به همین ترتیب روش های دیگری توسط آلفیس استفاده شد. روش های مخفی سازی پیام در پاشنه کفش پیکهای خبررسان، گوشواره های زنان و نوشتن متن داخل لوح های چوبی که توسط گچ سفید پوشانده می شدند از این جمله بودند. همچنین او در روش دیگری پیشنهاد کرد که می توان جهت مخفی سازی یک پیام سوراخهایی در بالا و پایین حروف ایجاد و یا ارتفاع حروف مورد نظر را در یک متن که ما آن را متن پوششی می نامیم تغییر داد. سوراخ های ایجاد شده روی حروف و یا زیر آن به علت تضاد رنگ سیاه حروف و سفید کاغذ اصولاً محو می شدند و قابل دیدن نمی باشند. این روش تا قرن 17 میلادی نیز استفاده می شد. اما در سالهای بعدی توسط وایلکنس توسعه یافت. او از نقاط بسیار کوچک که با جوهرهای قابل رؤیت ایجاد می کرد بجای سوراخ کردن کاغذ استفاده می نمود. جوهرهای نامریی نیز یکی از عمومی ترین ابزارها برای پنهان نگاری هستند و در روم باستان حتی در جنگ جهانی دوم مورد استفاده قرار می گرفتند. یکی از پیشگامان پنهان نگاری تریتمیوس روحانی آلمانی بود و کتابی پیرامون پنهان نگاری با عنوان «Steganographia» نوشت که در زمان وی منتشر نشد.[8] اولین کتاب واقعی در این زمینه را اسکات در سال 1665 در 400 صفحه با نام Schola Steganographica نوشت. [14] او در این کتاب به چگونگی مخفی کردن پیام در لابلای نتهای موسیقی اشاره کرده است.

شکل 2-1 Johannes Trithemius و نمونه ای از کتابهایش [14]


در قرن 15 و 16، پنهان نگاری توسعه زیادی پیدا نمود. در سال 1875 بروستر پیشنهاد کرد که می توان پیام های محرمانه را در فواصل خالی در حدود یک نقطه پنهان نمود.
در اوایل قرن بیستم و در طی جنگ بور در آفریقای جنوبی یک پیشاهنگ انگلیسی نقشه هایش را روی نقاشیهایی از بالهای پروانه مخفی می کرد و برای فرمانده اش می فرستاد. در جنگ بین روسیه و ژاپن در سال 1905، تصاویر میکروسکوپی در گوش، سوراخ های بینی و یا زیر ناخن انگشتان جاسازی می شد. در جنگ جهانی اول پیامهایی که بین جاسوسان رد و بدل می گشت محدود به یک سری نقاط بسیار ریز بود که در چندین مرحله کوچک شده بودند و در بالای نقطه ها و یا علامت های کاما که در یک جمله استفاده می گشتند قرار می گرفتند و بگونه ای که هیچ توجهی را جلب کنند.
در جنگ جهانی دوم نیز توجه زیادی به پنهان نگاری شد و تجربیات زیادی در این زمینه کسب شد. در ابتدای جنگ از جوهرهای نامریی استفاده می شد ولی بعداً از حروف و پیام های معمولی برای مخفی کردن پیام اصلی استفاده کردند.
اولین روش های پنهان نگاری دیجیتال در دهه ی 80 مطرح شدند و روش های جدیدتر همه مربوط به یک دهه ی اخیر هستند. با ارائه هر الگوریتم، روشی نیز بر ضد آن طراحی می شود و روش های قدیمی جای خود را به روش های جدیدتر می دهند. البته دولت آمریکا تا سال 1999 از ترس استفاده ی تروریستی و جاسوسی کشورهای دیگر، استفاده تجاری از پنهان نگاری را ممنوع کرده بود ولی با فشار شرکتها و محققان آمریکایی و طی یک دادخواهی چهار ساله اجازه ی استفاده مشروط از این فناوری در کاربردهای عمومی را صادر کرد. [12,15,16]
2-2- معرفی
همزمان با پیشرفت تکنولوژی و رشد روز افزون اینترنت ، امکان استفاده غیر مجاز از اطلاعات افزایش یافته است، لذا نیاز مبرم به روش های جدید به منظور حفظ حریم اشخاص و شرکت ها در این حوزه احساس می شود. رمزنگاری و استگانوگرافی علومی هستند که به بشر در زمینه امنیت اطلاعات کمک می نمایند. در حوزه رمز نگاری، ابتدا داده به صورتی که برای مهاجم نامفهوم باشد، تغییر شکل می یابد و سپس ارسال می شود. تغییر شکل به گونه ای است که امکان دستیابی مهاجم به اطلاعات بدون داشتن کلید رمز غیرممکن خواهد بود. اما در حوزه نهان نگاری، ابتدا داده درون یک سیگنال پوشاننده برای ایجاد «سیگنال نهان نگاری شده» مخفی می شود سپس این سیگنال، ذخیره یا مخابره خواهد شد. بنابراین وجود داده و حتی انتقال آن مخفی خواهد ماند.
مبنای انواع کریپتوگرافی و استگانوگرافی به این دلیل است که ارتباطات الکترونیکی در رسانه های ناامنی نظیر ایمیل و صفحات وب انجام می شود. در واقع، بیشتر دولتها مقرراتی دارند که به آنها اجازه می دهد هر نوع ارتباطات در اینترنت و شبکه های تلفنی سوییچ عمومی را کنترل نمایند. این موضوع شامل کنترل ایمیل ها، صفحات وب، تلفن های عمومی و سایر شکل های ارتباط الکترونیکی می باشد.[17] آژانس های امنیتی دولتها از سخت افزارها و نرم افزارهای ویژه برای دریافت سیگنالهای الکترونیکی در مخابرات ماهواره های بین المللی استفاده می کنند. سپس کامپیوترها اطلاعات مشکوک در ارتباط تلفنی را براساس کلید واژه هایی نظیر «بمب» با تطبیق یک الگوی ویژه صوتی فیلتر می کنند.[18]
برنامه های استگانوگرافی گسترده ای بصورت آماده در اینترنت قابل دسترسی هستند که به تروریستها یا افراد سودجو کمک می کند تا اطلاعات با ارزش خود را از طریق اینترنت پخش کنند بدون اینکه آژانس های امنیتی دولت ها متوجه شوند. در حال حاضر برخی از گروههای امنیتی مشغول توسعه روش هایی برای تشخیص اطلاعات استگانوگرافی شده هستند. با توجه به وجود هزاران روش و برنامه قابل دسترس استگانوگرافی، تقریباً غیر ممکن است که هر تجزیه و تحلیل روی ارتباطات نتیجه دهد و اطلاعات استگانوگرافی شناسایی شوند.[19]
در ادامه به طور کامل به معرفی کامل شکل های مختلف حفاظت از محتوای رسانه دیجیتالی خواهیم پرداخت.
2-2-1- پنهان نگاری
بسیاری از شما نوشتن با آبلیمو و آب پیاز را در کودکی تجربه کرده‌اید و شاید هم برای دوستان تان این تردستی را اجرا کرده باشید که با گرم کردن کاغذ نوشته‌ها نمایان می شدند. از قلم‌های بی‌رنگ که استفاده کرده اید؟ قلم‌هایی که جوهر نامرئی دارند. نوشته‌های این قلم‌ها تنها با استفاده از نورهای مخصوص نمایش داده می‌شوند. برای نوشتن عبارات مخفی و سرّی بر روی کاغذ می‌توان از این روش استفاده کرد. تنها کسانی می‌توانند نوشته‌ی روی آن را بخوانند که از شیوه کار آگاه بوده و چراغ مخصوص اش را داشته باشند.
پنهان نگاری معادل فارسی واژه ی استگانوگرافی می باشد که در اصل کلمه ای یونانی بوده و از دو کلمه Steganos به معنای پنهان کردن و Graphy به معنای نوشتن تشکیل شده است. ترجمه کلمه به کلمه این لغت «نوشتار پوششی» می باشد که البته برداشت این معنی از استگانوگرافی چندان متداول نیست و بیشتر به مفهوم پنهان سازی اطلاعات در یک رسانه به عنوان پوشش بکار می رود به گونه ای که توسط اشخاص غیر مجاز قابل تشخیص نباشد.
مفاهیم مخفی سازی اطلاعات، جاسازی داده ها و واترمارکینگ دیجیتال اغلب در یک واژه کلی تحت عنوان واترمارکینگ مورد استفاده قرار می گیرند که البته این موضوع در کاربردهای تجاری بیشتر صدق می کند و لیکن در مقالات و کتب تخصصی پیرامون این موضوع، نویسندگان از عناوین مختلف استفاده می نمایند. به عنوان نمونه دی ولیسچاور بنا به استفاده تخصصی در هر موضوع، استگانوگرافی را در دسته های مختلف مطابق شکل (2-2) تقسیم نمود [20] و یا نیکولیدیس معیار دیگری برای تقسیم بندی این موضوع مطرح کرد.[21]

شکل 2-2 طبقه بندی انواع واترمارکینگ براساس مدل دی ولیچساور [20]
یک اصل اساسی در انواع روش های پنهان نگاری این است که پیام پنهان شده در اسناد یا تصویر توسط شخص سوم قابل تشخیص و یا بازیابی نباشد. به عنوان مثال، پیام پنهان شده می تواند شامل یک شماره سریال یا یک دنباله ارقام تصادفی یا داده های کپی رایت و یا مشخصات پدیدآورنده اثر باشد. بنابراین در جهان امروز استگانوگرافی را به صورت نوعی رمزنگاری الکترونیک می توان تعریف کرد که در آن اطلاعات در یک فایل که آن را پوشش می نامند، به گونه ای مخفی شود که تنها توسط گیرنده ی مجاز (فردی که الگوریتم و رمز به کار گرفته شده را می داند) قابل بازیابی باشد. پوشش می تواند یک فایل تصویری، صدا، متن و یا ویدئو و ... باشد. به فایل نهایی اصطلاحاً «استگانوگرام » می گویند.
با نگاهی به تاریخ در می یابیم که روش های مختلف پنهان سازی اطلاعات از یک سابقه هزار ساله برخوردار است. [7,8,22] اما تنها در سالهای اخیر روش های جدید پنهان نگاری پیشرفت چشمگیری داشته است. هر روز میلیون ها فایل در اینترنت بین افراد جابه جا می شود وگستردگی و ارزان قیمت بودن این شبکه، این امکان را فراهم آورده است که به صورت کانالی ارزان و سهل الوصول برای مبادله ی پیغام های سری مورد استفاده قرار گیرد، که در این زمینه جالب است بدانیم اعضای القاعده برای تبادل پیام های خود قبل از 11 سپتامبر از تصاویر و متن های استگانوگرام استفاده کرده بودند. روش های متعددی برای پنهان نگاری مطرح شده است که اکثر آنها مربوط به همین چند سال اخیر می باشند. هر روش مزایا، معایب و کاربردهای خاص خود را دارد.
به دلیل احتمال استفاده ی غیر قانونی از این تکنولوژی، روش های تشخیص و بیرون کشیدن اطلاعات پنهان شده نیز اهمیت فوق العاده ای دارند. جنگ دیرینه ی بین روش های مختلف پنهان کردن و تشخیص اطلاعات همچنان ادامه دارد و هر دو در ابتدای راه پیشرفت خود هستند.
2-2-2- واترمارکینگ یا نقشاب داده ها
واتر + مارکینگ به معنی نشانه گذاری یا نقش بر آب می باشد که از ترکیب دو واژه به معنی نشانه گذاشتن و آب می باشد. اگر توجه کرده باشید اگر یک چوبی را در دست خود بگیرید و بر روی آب نقشی حک کنید می بینید بعد از مدتی محو می شود ولی این نوشته وجود داشته است. بیشترین کاربرد واترمارکینگ در حک کردن اسم ها و امضاها بر روی عکس ها می باشد به طوری که مشخص نخواهد بود. این امر باعث می شود تا دیگر عکسی تقلب در آن صورت نگیرد و می توانید ادعا کنید که این عکس برای شماست. کسی این نوشته را نمی بیند ولی شما می توانید با یک الگوریتمی آن را استخراج کنید این نرم افزار همین کار را بر روی عکس انجام می دهد و نوشته هایی را به صورت هاید بر روی عکس می نویسد. پنهان‌نگاری هنر و علم جاسازی اطلاعات در یک رسانه حامل است که با توجه به پیشرفت قابل توجه ارتباطات دیجیتال استفاده از آن رو به افزایش می‌باشد. در پنهان‌نگاری هدف اصلی، امنیت به معنای عدم توانایی در اثبات وجود پیغام است در حالیکه در واترمارکینگ با توجه به کاربردهای مختلف، بیشتر مقاومت در مورد تغییرات اهمیت دارد. هر یک از حوزه‌های پنهان‌نگاری و واترمارکینگ کاربردهای متنوع و خاص خود را دارند. امروزه واترمارکینگ قابل مشاهده و پنهان در شاخه‌های مختلف کاربردی شده و یک نیاز جدی به حساب می‌آید. نرم‌افزار نهان‌ساز با هدف واترمارکینگ و پنهان‌نگاری در تصویر، طراحی و پیاده‌سازی شده است و از الگوریتم‌های متنوع با هدف دستیابی به امنیت، مقاومت و ظرفیت‌های مورد نظر بهره گرفته شده تا کاربردهای مختلفی از واترمارکینگ و پنهان‌نگاری پوشش داده شود. واترمارکینگ (فیزیکی) که در زبان فارسی به چاپ سفید ترجمه شده‌است، طرحی است که علاوه بر طرح زمینه، به صورتی غیر محسوس بر روی اسناد کاغذی چاپ می‌شود و با کمک رنگ روشن‌تر و یا از راه در معرض نور قرار گرفتن قابل رؤیت می‌باشد. واترمارکینگ دیجیتال رابطه نزدیکی با پنهان نگاری و پنهان‌سازی داده دارد. ولی با این حال، بسته به کاربردهایی که دارد، تفاوت‌هایی نیز مشاهده می‌شود. لذا در عین حال که می‌توان از مفاهیم مشابه در پنهان نگاری برای ارزیابی الگوریتم‌های واترمارکینگ بهره گرفت، نباید از تفاوت‌هایی که در عمل بین آن‌ها وجود دارد، غافل بود.
2-2-3-پوشیده نگاری
متشکل از دو آلمه یونانی stego به معنی مخفی و graphos به معنای نوشته که روی هم معنی نوشته مخفی را تداعی می کنند. در رمز نگاری دسترسی به محتوای پیام برای فرد غیر مجاز ناممکن می گردد لیکن در پوشیده نگاری موجودیت پیام انکار می شود. هدف رمزنگاری حفظ محرمانگی و تمامیت پیام است که با رمز کردن آن حاصل می شود. پوشیده نگاری هم همین اهداف را با پنهان نمودن پیام دنبال می کند بعلاوه در پوشیده نگاری انتخاب جا و ترتیب پنهان نمودن پیام نیز با بهره گیری از نوعی رمز در چینش بیت های پیام لابه لای بیت های میزبان صورت می پذیرد .همچنین می توان پیام را قبل از جا سازی داخل میزبان با استفاده از الگوریتم های رمز نگاری به صورت رمز در آورد و سپس عمل پنهان سازی را انجام داد.
بطوریکه می توان گفت با استفاده از پوشیده نگاری در حقیقت سه لایه حفاظتی بسیار محکم در دسترسی به پیام ایجاد خواهد شد: اول اینکه وجود ارتباط نامحسوس است و این هدف اصلی در پوشیده نگاری است و بنابراین گذشتن از اولین مانع کار چندان ساده ای نخواهد بود در صورتیکه وجود اطلاعات در یک میزبان مورد سوءظن واقع شود مرحله دوم پیدا کردن الگوریتم پنهان سازی است طوریکه باید جا و ترتیب پنهان شدن اطلاعات معلوم شود لیکن در این مرحله نیز چون از یک کلید بنام کلید استگ برای جاسازی پیام استفاده شده دانستن این کلید ضروری است و بنابراین گذشتن از این مرحله نیز با دشواری همراه خواهد بود و چنانچه دو مرحله قبلی با موفقیت پشت سر گذاشته شوند اکنون به متن رمزی دسترسی پیدا شده است که تازه در این مرحله مسائل مربوط به رمزنگاری مطرح می گردند .
در دنیای واقعی کنونی نیز استفاده از رمزنگاری قوی در ارتباطات شخصی توسط دولت ها محدود شده است. علت این محدودیت سوء استفاده از این علم برای انجام فعالیت های جنایی و تروریستی و سایر امور مرتبط با این موضوعات می باشد و به شدت توسط ارگانهای مربوطه کنترل می گردد و در صورت انجام تخلّف از فرستنده و گیرنده پیام رمزی توضیح خواسته می شود.
2-2-4- پنهان شکنی
در حالی که هدف استگانوگرافی مخفی کردن اطلاعات و جلوگیری از پیدا شدن و جلب توجه آنهاست، پنهان شکنی علمی است که برای پیدا کردن چنین مطالب مخفی شده ای به کار می رود. پنهان شکنی سعی می کند تا اطلاعات پنهان شده را پیدا کند اما اغلب متون مخفی که با استفاده از نرم افزارهای استگانوگرافی مخفی شده اند علامت خاصی از خود نشان نمی دهند یعنی مثلا اگر به شما چندین عکس داده شود تا یک متن مخفی را از درون آنها پیدا کنید بایستی ابتدا تشخیص دهید که کدام عکس شامل این متن مخفی است چرا که هیچ علامت خاصی وجود ندارد تا شما آن را تشخیص دهید حتی اگر عکس اولیه و اصلی نیز وجود داشته باشد براحتی قابل تشخیص نیست چرا که نه از لحاظ ظاهری و نه از لحاظ حجم این دو عکس تفاوت چندانی با یکدیگر ندارند. نسل های مختلفی از نرم افزار های استگانوگرافی وجود دارد که پنهان شکنی یکی از انواع آن است. به طور کلی شکل های پنهان نگاری در صورتی امن هستند که تصویر پوششی یا گنجانه دارای نشانه‌های قابل کشف نباشد. به بیان دیگر، خواص آماری تصویر پوششی یا گنجانه باید همانند خواص آماری پوشانده باشد. توانایی کشف پیام در تصویر به طول پیام پنهان بستگی دارد. واضح است که هرچه مقدار اطلاعاتی که در یک تصویر قرار می‌دهیم کمتر باشد امکان کمتری هست که نشانه‌های قابل کشف به وجود آید. انتخاب فرمت تصویر نیز تأثیر زیادی بر سیستم پنهان نگاری دارد. فرمت‌های فشرده نشده‌ای مثل BMP، فضای زیادی برای پنهان نگاری فراهم می‌کنند ولی استفاده از آنها به دلیل حجم اطلاعات زائد بالای آنها شک برانگیز است.
پیدا کردن پیغام ها که بسیار مفید تر از نابودی آن است می تواند به دو دسته کلی تقسیم شود، عکس ها و متن ها. البته دسته های دیگری مانند بررسی های بلا درنگ بر روی ISDN و TCP/IP می تواند باشد که برای آنها به علت حجم بسیار بالای اطلاعات منتقل شده باید از الگوریتم های پیچیده استفاده کرد. همچنین در مورد پیدا کردن پیغام در متن، یک text باید از جنبه هایی مثل: گرامر، تعداد لغات تکرار شده، تعداد حرف های تکرار شده، محتوای متن و معنای آن. با وجود روش های بسیار زیاد انتقال متن مانند فکس، پست الکترونیکی، چاپ های با کیفیت بالا حتی با چاپگر های خانگی، تلگراف، پیدا کردن یک پیغام مخفی شده در حجم عظیمی از متن ها که جابجا می شوند کار بسیار دشوار و تقریباً غیر ممکن است.
2-2-5- تشخیص استگانوگرافی
هنر تشخیص استگانوگرافی، به عنوان آنالیزاستگ یاد می شود، که برای تشخیص استگانوگرافی موجود در یک فایل استفاده می شود .
روش های زیادی برای تشخیص استگانوگرافی وجود دارند:
1- مشاهده آن فایل و مقایسه آن با دیگر کپی آن فایل از طریق پیداکردن آن در اینترنت: معمولاً کپی های چندگانه ای از تصاویر در اینترنت وجود دارند، به طوری که شما می توانید چند تا از آنها را جهت مقایسه با فایل مشکوک به کار گیرید .
به عنوان مثال اگر شما یک فایل JPEG را دانلود کردید و فایل مشکوک هم JPEG بود و دو فایل، از واقعیت فاصله داشتند ، یکی از دیگری بزرگتر است. احتمال اینکه فایل مشکوک شما اطلاعات مخفی در درون خود داشته باشد زیاد است.
2- گوش کردن به یک فایل: این روش مانند روش بالا است و سعی در تشخیص استگانوگرافی در فایل تصویر دارد. اگر شما سعی در تشخیص استگانوگرافی در یک فایل صوتی دارید ، شما نیازمند این هستید که فایل یکسانی را برای مقایسه پیدا کنید که از همان فرمت صوتی استفاده می کند.
2-2-6- علامت حق تکثیر
در حقیقت علامت های حق تکثیر جنبه تجاری استفاده از پنهان سازی اطلاعات هستند که برای جلوگیری از استفاده های غیرمجاز تولیدات الکترونیکی اطلاعات به صورت نامحسوس و غیرقابل تفکیک از محصول داخل آن جاسازی می شود که در مواقع لزوم برای پیگیری استفاده غیر مجاز و اثبات حق مالکیت از طریق قانون می تواند به مالک واقعی محصول کمک کند . علامت حق تکثیر را می توان به دو دسته تقسیم کرد:
الف) واترمارکینگ: علامت واترمارکینگ اطلاعاتی هستند که داخل محصول الکترونیکی جاسازی می شوند و یا به بیان بهتر ترکیب می شوند طوری که از مقاومت بسیار بالایی برخوردار می باشند و معمولاً این اطلاعات شامل آرم یا علامت مخصوص شرکت یا مالک است که به آن لوگو گفته می شود. فرقی که پوشیده نگاری با واترمارکینگ دارد این است که در پوشیده نگاری آنچه مهم است پیامی است که داخل میزبان پنهان شده است و میزبان در حقیقت سدی است برای محافظت از پیام، لیکن در واترمارکینگ آنچه که مهم است میزبان است و پیام برای محافظت از میزبان داخل آن جاسازی شده است. یکی از خصوصیات ضروری واترمارکینگ داشتن مقاومت بسیار بالا است به طوری که به هیچ وجه قابل تفکیک از میزبان نباشد و از بین بردن آن منجر به از بین رفتن میزبان شود.
ب) فینگرپرینتینگ: فینگرپرینتینگ اطلاعاتی است که برای محافظت در مقابل استفاده غیر مجاز از محصولات نرم افزاری داخل آن پنهان می شود طوری که استفاده کننده مجاز با وارد کردن آنها به صورت عدد شناسایی قادر به استفاده از آن خواهد بود. همچنین این عدد شناسایی برای پیگیری کپی های غیر مجاز از نرم افزار نیز می تواند مورد استفاده قرار گیرد.
2-3- معایب استگانوگرافی
استگانوگرافی به اعتقاد بسیاری از نویسندگان و متخصصان علوم کامپیوتر، استگانوگرافی کاربردهای بد و غیرقانونی نیز وجود دارد. براساس آمار وب سایت www.techsec.com بیش از 300 نوع برنامه استگانوگرافی در اینترنت وجود دارند که به صورت رایگان و بی نام قابل دانلود شدن هستند. بدین ترتیب هر کس که تنها اطلاعات کمی در مورد کامپیوتر داشته باشد می تواند یکی از این برنامه ها را دانلود کرده و از آنها برای فرستادن پیام های مخفی استفاده کند. حال این فرد می تواند یک فرد عضو یک گروه جنایتکار و تبهکار باشد. و یا یکی دیگر ازاستفاده های بد استگانوگرافی را می توان هرزه نگاری برخی افراد و پنهان کردن آنها در داخل عکس های معمولی و قرار دادن آن عکس ها در داخل وب سایت ها برشمرد که در این صورت حتی ما از وجود آنها در بین فایل هایمان نیز بی اطلاع خواهیم بود.
2-4- تفاوت بین واترمارکینگ و فینگرپرینتینگ
واترمارکینگ و فینگرپرینتینگ کمی با یکدیگر تفاوت دارند، وقتی نشانه تجاری یا مشخصه ای در یک اثر مانند عکس، ویدئو یا صدا به شکل مخفیانه ذخیره می شود به آن واترمارکینگ می گویند؛ اما مخفی کردن شماره سریال یا یک مشخصه از یک چیز در چیز مشابه دیگر را فینگرپرینتینگ می نامند. هر دوی این روش ها برای جلوگیری از دزدی آثار بکار می روند، از دومی برای پیدا کردن ناقضین کپی رایت و از اولی برای اثبات آن استفاده می شود. اما این دو روش بخشی از مطلب کلی تری به نام استگانوگرافی هستند.
2-5- تفاوت پنهان نگاری و رمزنگاریتفاوت اصلی رمزنگاری و پنهان نگاری آن است که در رمز نگاری هدف اختفاء محتویات پیام است و نه به طور کلی وجود پیام، اما در پنهان نگاری هدف مخفی کردن هر گونه نشانه‌ای از وجود پیام است. در مواردی که تبادل اطلاعات رمز شده مشکل آفرین است باید وجود ارتباط پنهان گردد. به عنوان مثال اگر شخصی به متن رمزنگاری شده‌ای دسترسی پیدا کند، به هر حال متوجه می‌شود که این متن حاوی پیام رمزی می‌باشد. اما در پنهان نگاری شخص سوم ابداً از وجود پیام مخفی در متن اطلاعی حاصل نمی‌کند.
بنابراین استگانوگرافی به نوعی امنیت بیشتری نسبت به رمزنگاری دارد. البته همانطور که گفته شد می توان از ترکیب هر دو با هم نیز استفاده کرد، بدین ترتیب که پیام ابتدا رمز و سپس مخفی می شود که در این صورت یک لایه ی امنیتی دیگر به روش های متداول رمزنگاری اضافه می شود.

2-6- تفاوت پنهان نگاری، واترمارکینگ و رمزنگاری
جدول 2-1 مقایسه پنهان نگاری، نهان نگاری و رمزنگاری [23]
روش پنهان نگاری نهان نگاری رمزنگاری
حامل انواع رسانه دیجیتالی بیشتر ویدئو و تصویر متن هایی که مبتنی بر بسط فایل تصویری هستند
داده مخفی بار مفید واترمارک متن ساده
کلید اختیاری ضروری
فایل های ورودی حداقل دو تا مگر اینکه در تابع تعبیه سازی باشد یکی
آشکارسازی کور یادگیرنده است(نیاز به پوشش اصلی یا واترمارک برای استخراج دارد) کور
احراز هویت بازیابی کامل داده معمولاً توسط ارتباط متقابل بدست می آید. بازیابی کامل داده
هدف ارتباط مخفی حفظ قانون کپی رایت حفاظت از داده
نتیجه فایل استگ فایل واترمارک رمز گذاری متن
بحران مطلوبیت / ظرفیت استقامت استقامت
انواع حمله پنهان شکنی پردازش تصویر رمزگشایی
قابلیت مشاهده هیچ وقت گاهی اوقات همیشه
زمان شکست شناسایی شود حذف یا جایگزین شود رمزگشایی شود
ارتباط با پوشش لزوما وابسته به پوشش نیست. پیام مهمتر از پوشش است. معمولاً ویژگی از پوشش می آید. پوشش مهمتر از پیام است. کاربرد ندارد.
قابلیت انعطاف برای انتخاب پوشش مناسب آزاد است. انتخاب پوشش محدودیت دارد. کاربرد ندارد
تاریخچه بسیار سنتی بغیر از مدل های دیجیتالی مدرن مدرن
2-7- اهداف و ملزومات پنهان نگاری
به طور کلی اهداف تحلیل پنهان نگاری و یا حالت هایی که تحلیل انجام می گیرد به ترتیب شامل موارد زیر است:
1- اثبات وجود یا عدم وجود پیغام پنهانی: در یک رسانه ی مشکوک این حالت مهمترین هدف تحلیل پنهان نگاری است و اکثر الگوریتم های ارائه شده نیز در این مقوله هستند.
2- تخریب پیغام: این حالت مربوط به بازرسی فعال می شود. در یک کانال ارتباطی مشکوک تمام رسانه های رد و بدل شده را طوری تغییر می دهند که مطمئن باشند هیچ پیغامی رد و بدل نمی شود. البته در این زمینه باید توجه داشت که تغییر رسانه با هدف تخریب، کمترین تاثیر را روی کیفیت رسانه بگذارد.
3- استخراج پیغام: اگر فرستنده و گیرنده از الگوریتم های ساده ی پنهان نگاری استفاده کنند که نیازی به کلید رمز یا عمومی ندارد و یا این که کلید لو رفته باشد و الگوریتم توسط دشمن شناسایی شده باشد، دشمن می تواند پیغام را استخراج نماید. البته این حالت در پنهان نگاری به سختی اتفاق می افتد.
4- تغییر پیغام: پس از استخراج پیغام، ممکن است دشمن به قصد فریب پیغام را تغییر دهد و آن را در تصویر قرار داده و برای گیرنده ارسال کند.
5- استخراج کلید عمومی و کلید رمز: در بسیاری از الگوریتم های پنهان نگاری، کلید عمومی در بخشی از رسانه ی پنهان نگار به صورت ترتیبی قرار می گیرد که می توان الگوریتم های تحلیل خاصی به این منظور طراحی نمود.
6- یافتن الگوریتم پنهان نگاری: یک نوع تحلیل می تواند این باشد که پیغام به نوعی به دست دشمن رسیده است و دشمن می خواهد الگوریتم پنهان نگاری را به دست آورد تا برای رسانه های پنهان نگار بعدی بتواند پیغام پنهانی را استخراج کند.
گرچه هر کاربردی از پنهان نگاری تصویر نیازهای خاص خود را دارد، با این همه تمام روش های پنهان نگاری باید ملزومات مشترکی را رعایت کنند که عبارتند از :
١) شفافیت از نظر درک سیستم، ٢) امنیت و ٣) رعایت ظرفیت سیگنال
واضح است که این ملزومات به یکدیگر مربوطند. الگوریتم های پنهان نگاری، به منظور درج اطلاعات سیگنال پیام در داخل داده میزبان، تغییرات کوچکی را بر اساس سیگنال پیام در داده میزبان، ایجاد می کنند، به نحوی که با چشم انسان قابل مشاهده نباشد.
مواردی که در طراحی یک روش پنهان سازی دارای اهمیت هستند:
شفافیت: شفافیت سیستم بیان می دارد که موضوع میزبان قبل و بعد از جاسازی در پیام نباید تفاوت محسوسی داشته باشد چرا که هدف غیر قابل حس کردن انتقال پیام است و در حقیقت امنیت یک سیستم پنهان سازی در همین مسئله شفافیت نهفته است و هر چقدر که شباهت موضوع میزبان پیام در هر دو حالت عاری و حاوی پیام بیشتر باشد امنیت این سیستم در سطح بالاتری قرار دارد.
مقاومت: مقاومت یک سیستم پنهان سازی به معنای این است که پیام پنهان شده در مقابل اعمال تغییرات ناخواسته و غیر عمدی که وجود نویز در طول مسیر انتقال بوجود می آورد و یا اعمال تغییرات عمدی که توسط حمله کننده فعال به منظور تغییر پیام یا از بین بردن آن انجام می گیرد مقاومت لازم را داشته باشد.
ظرفیت: در یک سیستم پنهان سازی هر چقدر بتوان پیام بیشتری را در یک میزبان مخفی نمود این سیستم مناسب تر خواهد بود حجم داده ای که می توان در یک میزبان ذخیره کرد دقیقا بستگی به ماهیت میزبان دارد و این که تاچه حدی می توان داده در آن پنهان کرد بدون اینکه در شفافیت آن تاثیری جدی بگذارد. سه ویژگی فوق بطور بسیار تنگاتنگی در ارتباط با یکدیگر هستند بدین معنی که با ثابت فرض کردن ویژگی اول و افزایش ویژگی دوم ویژگی سوم حتما کاهش خواهد یافت.
ثابت =مقاومت*ظرفیت
در شکل های پنهان نگاری عناصر ظرفیت و شفافیت اهمیت اصلی را دارند. در دنیای امروز، جوهر نامرئی و کاغذ که در گذشته برای برقراری ارتباط پنهانی به کار برده می‌شد به وسیله رسانه‌های عملی‌تر مثل تصویر، ویدئو و فایل‌های صوتی جایگزین شده‌اند. به دلیل اینکه این رسانه‌های دیجیتال دارای افزونگی اطلاعاتی زیادی هستند می‌توانند به عنوان یک پوشش مناسب برای پنهان کردن پیام استفاده شوند. تصاویر مهم‌ترین رسانه مورد استفاده به خصوص در اینترنت هستند و درک تصویری انسان از تغییرات در تصاویر محدود است. تصاویر نوعی رسانه پوششی مناسب در پنهان نگاری محسوب می‌شوند و الگوریتم‌های پنهان نگاری متعددی برای ساختارهای مختلف تصاویر ارائه شده‌است. هیچ یک از این الگوریتم‌ها تاکنون امنیت را به طور کامل تأمین نکرده‌اند. به طور کلی شکل های پنهان نگاری در تصویر از الگوریتم جاسازی و الگوریتم استخراج بیت‌ها تشکیل شده‌اند. به تصویر مورد استفاده برای پنهان نگاری پوشانه و به تصویری که در اثر قرار دادن پیام به وسیله الگوریتم جاسازی به دست می‌آید تصویر پوششی یا گنجانه می‌گوییم. الگوریتم‌های پنهان نگاری به صورت عمومی از افزونگی در فضای مکانی یا افزونگی در فضای تبدیل استفاده می‌کنند. در هر کدام از این فضاها به شیوه‌های گوناگونی می‌توان داده‌ها را پنهان کرد که یکی از ساده‌ترین روش ها، استفاده از بیت‌های کم ارزش فضای مورد نظر است. در پنهان نگاری نیز همانند رمز نگاری فرض بر آن است که الگوریتم‌های بکار رفته در پنهان نگاری برای همه آشکار است. شفافیت در این روش ها بر پایه پنهان بودن کلید تعریف می‌گردد به طوری که نتوان بدون داشتن کلید هیچ اطلاعی از وجود پیام پنهان کسب کرد.
2-8- انواع بازرسی
در راستای رسیدن به اهداف یاد شده تحلیلگر دو نوع بازرسی می تواند انجام دهد:
1- بازرسی فعال: در این نوع بازرسی، ناظر پیغام را با اندکی دست کاری تغییر می دهد تا امیدوار باشد که هیچ ارتباط پنهانی برقرار نمی شود. چون روش های پنهان نگاری بیشتر روی امنیت و ظرفیت تکیه دارد، معمولاً شکننده و غیر مقاوم هستند. لذا پنهان نگاری در برابر ناظر فعال، کار مشکلی است و در این حالت باید از تکنیک های واترمارکینگ مقاوم بهره گرفت.
2- بازرسی غیر فعال: در بازرسی غیر فعال، تحلیلگر تمام پیغام هایی را که بین فرستنده و گیرنده رد و بدل می شود بررسی می کند. هیچ پیغامی را تغییر نمی دهد. لازم به ذکر است که در ارتباط فرستنده و گیرنده، رسانه پنهان نگاری شده قابل تشخیص نیست و این تحلیلگر است که باید با هنر خود آن را پیدا کند.
2-9- شیوه حملات تحلیل
تحلیل را با دو شیوه حملات مشاهده ای و آماری می توان انجام داد. اگرچه پنهان نگاری سعی می کند اطلاعات را طوری پنهان نماید که قابل مشاهده و ادراک نباشد ولی اعوجاج هایی روی مشخصات آماری سیگنال پوششی ایجاد می کند. هنر روش های تحلیل، شناسایی این ویژگی ها و دسته بندی آن ها، برای جداسازی تصاویر پنهان نگار و غیر پنهان نگار است.
روش های تحلیل آماری خود به دو گروه روش های عمومی و الگوریتم هایی که برای یک روش خاص پنهان نگاری طراحی می شوند، تقسیم می گردند. در روش های عمومی، تحلیل برای همه روش های پنهان نگاری یا برای دسته ای از روش های پنهان نگاری انجام می شود. اگرچه روش های عمومی کاربردی تر و جذاب تر هستند برای یک الگوریتم خاص نسبت به گروه دوم، پاسخ های ضعیف تری تولید می کنند. البته بایستی اشاره کرد که با توجه به ساختارهای تصویر، دسته بندی های مختلفی برای تحلیل پنهان نگاری می توان ارائه نمود. به عنوان مثال می توان به تحلیل پنهان نگاری در حوزه مکانی و در حوزه تبدیل و یا تحلیل پنهان نگاری برای تصاویر غیر فشرده و تصاویر فشرده، تحلیل پنهان نگاری برای تصاویر رنگی، سیاه و سفید و باینری اشاره کرد.
2-10- اصطلاحات استگانوگرافی
فایل حامل: فایلی که اطلاعات مخفی شده را درون خود نگه می دارد .
آنالیزگر استگ: فرایندی که اطلاعات مخفی درون یک فایل را تشخیص می دهد .
وسیله استگ: وسیله ای که در اطلاعات مخفی وجود دارد.
بیت های فراوانی: قسمتهایی از اطلاعات درون یک فایل که می تواند بدون صدمه به فایل در آن عمل اوررایت یا تغییر فایل را انجام دهد.
محل حمل (داده): اطلاعاتی که مخفی می شوند .
2-11- روش های پنهان سازی اطلاعات
همانطور که در شکل (2-3) نشان داده شده است پتیتکولاس (1999) روش های پنهان سازی اطلاعات را به صورت زیر دسته بندی کرد [8]:
-25336513970پنهان سازی اطلاعات
کانالهای مخفی
پنهان نگاری
ناشناس ماندن
علامت گذاری کپی رایت
زبان شناختی
فنی
قوی
شکننده
فینگرپرینتینگ
واترمارکینگ
غیرقابل مشاهده
قابل مشاهده
00پنهان سازی اطلاعات
کانالهای مخفی
پنهان نگاری
ناشناس ماندن
علامت گذاری کپی رایت
زبان شناختی
فنی
قوی
شکننده
فینگرپرینتینگ
واترمارکینگ
غیرقابل مشاهده
قابل مشاهده

شکل 2-3 شکل های پنهان سازی اطلاعات توسط پتیتکولاس[8]
بلوک دیاگرام و تعاریفی که در اولین کارگاه بین المللی پنهان سازی اطلاعات برای انجام این عمل عنوان شد به شرح زیر است [24]:
over-medium : شئ ای که پیام در قالب آن منتقل می شود و می توان شامل تصویر، متن و …باشد در این تحقیق به آن تصویر پوششی گفته می شود.
Embedded-message : داده ای که باید به صورت پنهانی منتقل شود و داخل پیام پوششی جاسازی می گردد در این تحقیق به آن پیام مخفی گفته می شود.
Stego-medium : حاصل ترکیب پیام در میزبان است در این تحقیق به آن تصویر پنهان نگاری شده گفته می شود.
Stego-key : اطلاعات سری است که مشترک بین فرستنده و گیرنده است و به منظور جاسازی و بازیابی اطلاعات از آن استفاده می شود.
Embedder(E ) : تابع جاسازی کننده پیام .
Extractor(E-1 ) : تابع استخراج کننده پیام .
برای انجام هر روش پنهان سازی دو کار زیر باید صورت پذیرد [25]:
الف) در آنچه به عنوان تصویر پوششی بکار می رود این تحقیق باید انجام شود که چه تغییراتی را می توان روی آن اعمال نمود بدون اینکه تفاوت قابل درکی بین نمونه اصلی و نمونه ای که در آن تغییرات ایجاد شده بوجود آید. این تحقیق برای انجام عملیات فشرده سازی نیز جهت حذف اجزاء زائدی که وجود یا عدم وجود آنها در کیفیت تاثیر چندانی ندارد انجام می شود.
ب) از مشخصه تحقیق شده در قسمت (الف) برای پنهان کردن اطلاعات استفاده شود.
اگرخواسته باشیم پنهان سازی اطلاعات را به صورت فرمولی عنوان کنیم می توان گفت برای قطعه ای اصلی از داده d که به عنوان میزبان مطرح است حد آستانه ای وجود دارد t که چنانچه زیر این حد آستانه، تغییراتی در d بوجود آوریم قابل تشخیص برای حسگرهای انسانی نیست. این حد آستانه از راه آزمایش بدست می آید و در افراد مختلف متفاوت است. لیکن کمترین مقدار آن از لحاظ حس انسانی می تواند برای t در نظر گرفته می شود. بنابراین ما همواره می توانیم تغییر c در d را زیر حد آستانه t بوجود آوریم طوری که قابل تشخیص بوسیله احساس نباشد.
d+c<t
اساس کار روش های موجود در پوشیده نگاری را می توان به دو دسته کلی زیر تقسیم کرد [24]:
روش هایی که بر پایه نقص در سیستم بینایی انسان (HVS) استواراست.
روش هایی که بر پایه نقص در سیستم شنوایی انسان(HOS ) استوار است.
سیستم شنیداری انسان آنقدر دقیق نیست که تغییرات جزئی ایجاد شده در قطعات صوت را تشخیص دهد و بنابراین از همین نقطه ضعف می توان استفاده نمود و داده ای را لابه لای قطعات صوت جا سازی کرد همچنین سیستم دیداری انسان دارای خصوصیاتی است که بر مبنای آنها روش های پنهان سازی متفاوتی در قالب تصاویر خصوصاً تصاویر ثابت ابداًع شده اند.
2-12- استگانوگرافی در رسانه های مختلف
در سه بخش بعدی درباره اینکه چگونه از استگانوگرافی در متن، عکس و صدا ایجاد و استفاده می شود بحث می کنیم. اغلب، در حالی که احتیاجی به آن نیست، متن هایی که در متن مخفی می شوند را نیز رمزگذاری می کنند. این برای تبعیت از یکی از قوانین کیرشهف در رمزنگاری است. طبق این قانون باید فرض شود دشمن از علم و تکنولوژی برخوردار است که می تواند تشخیص دهد شما از استگانوگرافی استفاده کرده اید. تنها قسمتی که دشمن از آن بی خبر است کلمه کوتاهی است که برای رمزگشایی مورد استفاده قرار می گیرد. سیستم باید به شکلی باشد که دشمن بدون آن کلمه بختی برای یافتن متن شما نداشته باشد.
 وقتی اطلاعات را جاسازی می کنیم باید نکات زیر را در نظر داشته باشیم:
اطلاعات پوشاننده باید به شکلی باشد که وقتی اطلاعات مورد نظر را درون آن جاسازی می کنیم تغییر نکند، اطلاعاتی که جاسازی می شود نیز باید به شکلی باشد که دیده نشود، البته منظور همیشه مخفی بودن نیست، اطلاعات می تواند دیده بشود ولی نظر کسی را جلب نکند.
اطلاعات جاسازی شده باید مستقیما ً در خود اطلاعات پوشاننده جاسازی شود و در هِدِر آن یا بالای آن قرار نگیرد.

—337

همانگونه که می دانیم "مستند" گونه ای از فیلم است که تصویرگر اتفاقات واقعی در دنیای تجربیات انسانی است .(Schoen, 2012) از سوی دیگر "انیمیشن" با پسوند سینمایی، برای نامیدن هر نوع اثری که به روش تک فریم و با استفاده از اشیا، مواد مختلف، نقاشی و نظایر آنها تهیه شده باشد، استفاده می شود.(غریب پور،1377)
در طول تاریخ سینما فیلم زنده و فیلم انیمیشنی، سعی در به کار گیری عناصر بیانی یکدیگر داشته اند تا از این طریق بتوانند زبان بیانی خود را هرچه بیشتر تقویت کنند و با ایجاد جذابیت بیشتر بر مخاطب خود تاثیر بگذارند. (قائم مقامی، 1378)
بر خلاف تمام علاقه و توجهاتی که در سال های اخیر نسبت به انیمیشن مستند معطوف شده است، هنوز کار پژوهشی چندانی بر روی این سبک از انیمیشن، انجام نشده است.( Roe.H, 2011)
از طرف دیگر، با توجه به اینکه تاکنون کمتر با رویکرد زیبایی شناسانه در مورد انیمیشن مستند پژوهشی صورت گرفته است، بررسی انیمیشن مستند از این دیدگاه می تواند در راستای درک بهتر این سبک بیانی مفید واقع شود.
در بخش مورد کاوی این پژوهش، انیمیشن های مستند "غریبه ای به شهر می آید" ساخته ژاکلین گاس و محصول 2007، "پرنده ماه" ساخته جان و فیت هابلی محصول 1959 و انیمیشن "بازماندگان"، ساخته شیلا سوفیان محصول 1977، نقد و بررسی خواهند شد.
اهداف تحقیقاز جمله اهداف این پژوهش، بررسی انیمیشن مستند معاصر با توجه به دیدگاه زیبایی شناسی می باشد. علاوه برآن تلاش می شود که راه کارهای مناسبی، جهت تولید انیمیشن های مستند داخلی نیز، پیشنهاد شود.

مبانی نظری و بررسی پیشینه تحقیق
مقدمهاز آنجائیکه، موضوع این پژوهش در حوزه انیمیشن جدید و نسبتا نوظهور است، لذا ادبیات پژوهشی مربوط به این موضوع، از تنوع زیادی برخوردار نیست. پس از جستجو در پایگاه های اطلاعاتی اینترنتی نظیر Sage, Elsevier ,Ebsco درمی یابیم که تعداد مطالعاتی که تاثیر بیش از یک متغیر را بر موضوع انیمیشن مستند سنجیده اند در خوشبینانه ترین حالت، بسیار اندک است. این در حالی است که مطالعه ای در خصوص زیبایی شناسی انیمیشن مستند، یافت نمی شود.
مبانی نظری تحقیقدر این بخش از تحقیق، به آثار تحقیقاتی داخلی و خارجی و معانی و مفاهیم مرتبط به موضوع پژوهش، خواهیم پرداخت.

انیمیشن مستنددر این بخش از تحقیق، به بررسی معانی و مفاهیم انیمیشن مستند می پردازیم. سپس مروری داریم بر تاریخچه انیمیشن مستند، از آغاز تا اکنون.
معانی و مفاهیم
تمایل شدید به تقسیم کردن سبک مستند به انواع گوناگون، تحقیقات و بررسی ها در زمینه انیمیشن مستند را نیز، تحت تاثیر قرار داده است. بسیاری از محققان، انیمیشن مستند را بعنوان یکی از انواع ششگانه تولید فیلم مستند که توسط بیل نیکولز دسته بندی شده است، محسوب می کنند.(Roe.H, 2009)
بیل نیکولز در کتاب "مقدمه ای بر فیلم مستند"، به معرفی شش شیوه اصلی مستند سازی می پردازد. وی شیوه های ساخت فیلم مستند را اینگونه تقسیم بندی می کند:
شیوه مشاهده ای: بهترین مثال آن سینما وریته یا جنبش سینمای مستقیم می باشد که در اواخر دهه 1950 ظهور کرد. مهمترین رسالت این شیوه از مستند، برداشت بی واسطه و مستقیم از دنیای پیرامون می باشد. بعنوان نمونه هایی از این شیوه مستند سازی می توان به فیلم بیمارستان ساخته فردریک وایزمن، و فیلم مستند به پشت سر نگاه مکن ساخته ریچارد پنه باکر، اشاره نمود.
شیوه مشارکتی (تعاملی): این شیوه بر خلاف سبک مشاهده ای، از ارتباط مستقیم بین فیلمساز و سوژه فیلم، استقبال می کند. فیلمساز نه تنها بر روند فیلمبرداری نظارت می کند، بلکه نظرات خود را نیز در فیلم نشان می دهد. وی دیدگاه خود را بر فیلم و نسبت به وقایع مورد نظر، اعمال می کند. کارگردان دانای کل نیست، بلکه نظرات شخصی خود را بیان می دارد.
شیوه توضیحی : این شیوه بیشتر به عنوان تفسیر کلامی و استدلال منطقی شناخته می شود و در اغلب اوقات، از صدای راوی در اینگونه آثار استفاده می شود. در این شیوه مستند سازی، فرض را بر یک استدلال منطقی قرار می دهند که در پایان به پاسخی درست و شایسته ختم می شود و معمولا معانی و مفاهیم ترجیحی از سوی کارگردان، به بیننده منتقل می شود. غالبا این سبک مستند سازی، در ساخت برنامه های ویژه تلویزیون، اختصاص دارد. مستند های گریرسونیکه محصول سال های دهه 30و 40 میلادی و کشور انگلستان هستند، از نمونه های بارز این شیوه از مستند سازی محسوب می شوند.
شیوه بازتابی: این شیوه، به ماهیت ساختاری فیلم مستند می پردازد. شرایط ساخت فیلم را نمایش می دهد و غالبا از حضور خود کارگردان در فیلم و ارایه توضیحاتش در مورد روند تولید فیلم بهره می گیرد. تماشاگر بدین وسیله، از نحوه ساخت فیلم، صداگذاری و تدوین فیلم، آگاهی پیدا می کند. بهترین مثال از این سبک فیلم مستند، مردی با دوربین عکاسی ساخته ژیگا ورتوف می باشد.
شیوه اجرایی: این شیوه به ماهیت ذهنی مستند ساز، و خواندن ذهن مخاطبان و انتظاراتشان از فیلم مستند می پردازد. در این سبک از فیلم سازی، تاکید کارگردان به جای بیان صرف واقعیت، بر تاثیر گذاری احساسی و اجتماعی هرچه بیشتر اثر، می باشد. از اینگونه فیلم های مستند می توان به فیلم مستدل ساخته مایکل مور اشاره کرد.
شیوه شاعرانه: این شیوه، از واقعیت عینی یک موقعیت یا مساله خاص دور می شود، تا حقیقت درونی و باطنی را به چنگ آورد و در این راه از دستکاری شاعرانه رویداد، بهره می گیرد. در این سبک از فیلم سازی مستند، بر ارتباط بصری، هماهنگی و ریتم صداها، لحن و بافت و قابلیت های توصیفی، تاکید می شود. از نمونه های بارز این شیوه می توان به، مردی از آران ساخته رابرت فلاهرتی و المپیاا ساخته لنی لیفنشتال، اشاره نمود.(Nicholes 2001)
از سوی دیگر گیلیان لیسی، مدیر گروه انیمیشن دانشگاه “NFTS”انگلستان و سازنده انیمیشن مستند ستایش شده "رقص در درون"، انیمیشن مستند را به دسته های زیر تقسیم می کند:
فیلم های خبر رسان، مانند راه رفتن با دایناسورها، مستندی علمی ساخته کانال بی بی سی( تصویر 1)
فیلم های سوژه تصویرگر، مانند ربوده شدگان، اثر پل وسترو محصول 1995(تصویر 2)
فیلم های گفتگو محور یا مصاحبه مدار، مانند داستان جنگساخته پیتر لوردو محصول 1989(تصویر3)
فیلم های سوژه روایتگر، مانند انیمیشن گفتگو با هریس، اثر شیلا سوفیان و محصول سال 2001(تصویر 4)
فیلم های نشان دهنده جهان درون، مانند رقص در درون، ساخته گیلیان لیسی و محصول 2004

تصویر 1-2 راه رفتن با دایناسورها
تصویر 2- 2 انیمیشن مستند ربوده شدگان
تصویر 3-2 انیمیشن مستند داستان جنگ

تصویر 4- 2 گفتگو با هریستقسیم بندی گیلیان لیسی بیشتر بر اساس روایت بنا شده است و به نظرمی رسد که گیلیان لیسی علاقه ای به آثاری که دارای گفتار متن حرفه ای هستند ( مانند آثار علمی و تاریخی) نشان نمی دهد و آنها را جزء بدنه اصلی جریان انیمیشن مستند نمی داند و در مقابل برای صدای واقعی اهمیت زیادی قائل است.( قایم مقامی،1387 )
پل وارد در تقسیم بندی هایش انیمیشن مستند اعم از مستند های صدا محور و مصاحبه با شرکت کنندگانرا در دسته بندی آثار تعاملی، قرار داد. وی نه فقط به دلیل طبیعت و سرچشمه صدا محور آنها، بلکه به علت شیوه تولید آنها که شامل موضوعات مستند و واقعیت می باشد، این سبک از انیمیشن را تعاملی محسوب می کند.(Ward, 2005)
دل گادیوترجیح می دهد که انیمیشن مستند را در دسته بندی بازتابی قرار دهد، به این دلیل که، انیمیشن به خودی خود به عنوان یک شیوه"فرا تفسیری" در زمینه مستند، عمل می کند. او بیان می دارد که با اتخاذ کردن انیمیشن به عنوان یک سبک نمایشی، قطعا توانایی انیمیشن مستند در ارائه واقعیت و در پی آن نمایش حقیقت زیر سوال می رود. از دیدگاه وی، دوربین های فیلمبرداری به تنهایی، قابلیت و توانایی ضبط رخداد ها و موضوعات حقیقی را ندارند.(Delgaudio, 1997)
هم گونار استروم و هم اریک پاتریک، انیمیشن مستند را بخشی از طبقه مستند های نمایشیاز دسته بندی نیکولز می دانند. با توجه به دیدگاه نیکولز، مستند های نمایشی بر پیچیدگی شناخت ما بر دنیا با تاکید بر ابعاد ذهنی و عاطفی آن، تمرکز می کنند. به نظر می رسد که این دسته بندی تنها، به دلیل طبیعت الزاما ذهنی بسیاری از تولیدات انیمیشنی نیست.(Roe.H, 2009)
پاتریک استدلال می کند که، ماهیت انیمیشن در فرآیند تولید آن و مهارت دراجرای آن می باشد. علاوه بر این، زمانی که بیل نیکولز بیان می دارد، دنیایی که با مستند های نمایشی نشان داده شده است اشباع شده از صداهای مهیج و رنگ های تاثیر گذار است که مستمرا به ما یادآوری می کند که جهان چیزی بیشتر از مجموع شواهد دیدنی است که ما از آنها استنتاج می کنیم، مارا به یاد تعاریف متداول در رابطه با انیمیشن می اندازد.(Patrik, 2004)
اطلاق انیمیشن مستند به طبقه مستند های تعاملی از سوی وارد، همانگونه که خود وی نیز تایید می کند، تنها در مورد یک نوع از این اینگونه انیمیشن ها قابل قبول است. تمامی انیمیشن های مستند، حاوی صدای حقیقی نیستند و حتی تعداد مستند های انیمیشنی که در طی یک رابطه تعاملی میان تولید کننده و موضوع شکل گرفته اند، از این نیز کمتر است.(Ward, 2006)
به طور مشابه، در تعریف دل گادیو از انیمیشن مستند بعنوان نمونه ای از دسته مستند های بازتابی، آن دسته از فیلم هایی که قابلیت های مستند های بدون انیمیشن را در نمایش واقعیت به چالش نمی کشند در بر نمی گیرد. علاوه بر این حتی اگر انیمیشن قابلیت هایی دارد که فیلم مستند ازآن بی بهره است، لزوما به این معنا نیست که توانایی های یکدیگر را در نمایش حقیقت زیر سوال می برند.(Delgaudio, 1997)
ممکن است این سوال مطرح شود که تلاش برای اینکه انیمیشن مستند را در یکی از اجزا دسته بندی تولید فیلم مستند نیکولز قرار دهیم، چه سودی دارد؟ هم پل ولز و هم پاتریک گونه شناسی دیگری را مطرح می کنند که شاید برای بحث در مورد این فرم سینمایی مثمرثمرتر باشد. ولز نظریات ریچارد بارسامرا در مورد سبک های تولید فیلم مستند بازنگری می کند، و توضیح می دهد که چگونه انیمیشن مستند در این سبک قرار گرفته و توسعه می یابد. به همین منظور وی نظریات بارسام را به "چهار سبک غالب در زمینه انیمیشن"دسته بندی می کند. با دنبال کردن تشابهات در لحن کلی ، موضوعات محوری و نیزساختار و سبک آثار ، ولز سبک غالب مستند های انیمیشنی را به چهار دسته اصلی تحت عناوین، سبک تقلیدی، شیوه ذهنی، سبک وهمیو پست مدرنتقسیم بندی می کند. فیلم های متعلق به سبک تقلیدی، مستقیما بازتابی از ویژگی های قراردادی سبک مستند های بدون انیمیشن را به نمایش در می آورند. بدینسان، ولز ادعا می کند که اینگونه فیلم ها اغلب با هدف تعلیم، آگاهی دادن و هدایت کردن ساخته می شوند. شیوه ذهنی اغلب تفکر عینیت گرایی را با ایجاد تنش میان تصویر و صدا از طریق ترکیب انیمیشن فکاهی و صدای مستند، یا با پرداختن به مسائل مهم اجتماعی از طریق تفکر و بیان شخصی کارگردان انیمیشن، به چالش می کشد. در نهایت اینکه، سبک ذهنی از انیمیشن برای بازسازی واقعیت به صورت محدود و در عین حال مرتبط، استفاده می کند.
سبک وهمی، شیوه تفسیری ذهنیت گرایی در مورد حقیقت و عینیت گرایی را گسترش می دهد. همچنین، با معرفی واقعیت از طریق دریچه انیمیشن فرا واقع گرا، که شباهتی با دنیای واقعی و سبک های رسانه ای ما قبل ندارد، شیوه های متداول نمایشی مستند را به چالش می کشد.
سبک پست مدرن، ویژگی های کلی دیدگاه پست مدرنیسم را اتخاذ می کند، بدین صورت که، به تقلید از آثار ادبی یا صنعتی استادانه اولویت می دهد، صلاحیت و توانمندی عینیت گرایی را مردود می شمارد، و ادعا می کند که جامعه و در پی آن واقعیت، ناقص و متناقض است. ولز اینگونه بیان می دارد که، یکی از اساسی ترین اهداف فیلم مستند، تلاش برای پیوند با مشترکات انسانی و ابعاد اجتماعی حقیقت می باشد. این تلاش از سوی دیدگاه پست مدرن تحلیل رفته است.( Wells, 1997)
پاتریک، مفهوم ساختار را به دسته بندی انیمیشن مستند اضافه می کندو بیان می کند که، در ساخت هر نوع فیلمی ساختار آن به مثابه اسکلت کار محسوب می شود که محتوا بر روی آن قرار می گیرد. او 3 نوع ابتدایی ساختار را پیشنهاد می کند که عبارتند از، ساختار تصویرگر، دارای گفتار متن، ساختار صدا محور. وی بعدها ساختار توسعه یافتهکه مشابه سبک خیالی ولز اما گسترده تر از آن می باشد را نیز به این تقسیم بندی اضافه کرد. ساختار توسعه یافته پاتریک، شامل طیف وسیعی از رویکرد های ممکن به انیمیشن مستند بدون توجه به مفهوم اولیه، تکنیک، یا زیبایی شناسی است. وی رویکرد مفهومی متفاوتی را به دیدگاه ولز اتخاذ می کند که در این رویکرد، به سهم داستان سرایی فیلم بیش از ارتباط آن با حقیقت، بها داده می شود.
پاتریک ادعا می کند که اصطلاح تصویرگر، واژه ای مناسب تر برای توصیف فیلم های تقلیدی در دسته بندی ولز است. اینگونه فیلم ها رخداد هایی واقعی را طبق شواهد تاریخی یا فردی به تصویر می کشند، و از این ویژگی برای ساختن و ایجاد وجه داستان گویی در فیلم، بهره می گیرند. ساختار دارای گفتار متن، از یک فیلمنامه استفاده می کند تا داستان را بیان کند و در اینگونه از انیمیشن های مستند، اغلب از صدای خارج از قاب که با عناصر داستان ارتباط برقرار می کند، استفاده می شود. ساختار صدا محور، به صورت متضاد با شیوه داستان گو، از صداهایی استفاده می کند که بدون دستکاری و تغییر، ضبط شده یا یافته شده اند و بدون تدبیر یا طرح ریزی مقدماتی ساخته می شوند. پاتریک اشاره می کند که، رابطه شنیداری میان فیلم و واقعیت به اینگونه فیلم ها خصوصیات طبیعت گرایانه، بداهه و در عین حال نمایشی را به یکباره می دهد و احساسی نظیر سینما-حقیقت را ایجاد می کند.
پاتریک اصطلاح سبک وهمی ولز را، با سبک توسعه یافته جایگزین می کند زیرا این اصطلاح جدید، توانایی های انیمیشن مستند را با تغییر شکل شیوه های سنتی داستان گویی، توسعه می دهد. وی همانند ولز به طبیعت فوق ذهنی گرای این رویکرد اشاره می کند و اینکه چگونه فیلم های تولید شده با این شیوه، از ایجاد یک تفسیر یا ارتباط مستقیم با واقعیت اجتناب می کنند و در عوض ترجیح می دهند که از رویکردی فرا واقعی، نمادین و یا استعاره ای، بهره بگیرند.
در ادامه، پاتریک به بررسی روند مفهومی در هر یک از بخش های دسته بندی می پردازد، به گونه ای که خود او این عمل را یافتن گوهر اصلی فیلم می نامد، به بیان دیگر اینکه، سازنده فیلم چه چیزی را می خواهد بیان کند. برای مثال، در سبک صدا محور و یاساختاردارای گفتار متن، بیشترین تمایل سازنده فیلم به این موضوع است که اثر خاصیتی به یاد ماندنی داشته باشد و یا اینکه اثر تجسمی از افراد یا گروه تولید فیلم را در بر داشته باشد، و نیز در سبک تصویر گر، ساختار فیلم غالبا بر پایه شواهد تاریخی است.(Patrik 2004)
بحث در مورد دیدگاه های متفاوت پاتریک و ولز در مورد دسته بندی انیمیشن های مستند، باعث ایجاد سوال در مورد فایده و سود اینگونه مباحثات می شود. پاتریک بیان می دارد که ساختارهای پیشنهادی او، در حکم یک تخته شیرجه، برای مطالعه انیمیشن مستند محسوب می شوند. رویکرد ولز و دسته بندی اش که بیشترین تمرکز را بر ارتباط میان حالت نمایشی فیلم و واقعیت دارد را می توان، پاسخی به یکی از بحران های مطرح در مستند پست مدرن دانست.(Roe.H, 2009)
یک سال قبل از اینکه ولز پروژه - ریسرچاش را که حاوی دسته بندی هایش درباره مستند انیمیشنی بود منتشر کند، نوئل کارولپروژه - ریسرچای را با نام فیلم های تخیلی و بدبینی پست مدرنیمنتشر نمود. در بخشی از این پروژه - ریسرچکارول مبحثی را در مورد عناصر خیالی و تمایلات ادیبانه در برخی از فیلم های تخیلی، با استفاده از نظریات افراد مختلفی مانند مایکل رینوف، بیل نیکولز و برایان وینستون، مطرح می کند. او بیان می دارد که مباحث مربوط به دسته بندی مستند، به طور کلی ارتباط میان اینگونه فیلم ها و واقعیت را رد می کنند. او اینگونه مباحث را به عنوان روندی جدید در بدبینی ها و شکیات مربوط نسبت به سبک مستند می داند،که بطور کلی از تفکر پست مدرن سرچشمه می گیرند.(Carroll, 1996)
وجود بحران پست مدرنیسم در سینمای مستند، به مرور زمان رنگ باخت. مایکل رینوف اشاره می کند که کارول در اثر نقادانه اش نتوانسته است مستقیما تفکر پست مدرنیسم را در سینمای مستند بررسی کند. رینوف بیان می دارد که کارول در پروژه - ریسرچانتقادی اش به نوعی سینمای مستند را انکار کرده است، و در عین حال نتوانسته است به این نکته پی ببرد که مدتهاست که دیگر اینگونه اهداف عقلانی و در عین حال بدون جذابیت از مطالعات مربوط به سینمای مستند، رخت بر بسته اند.(Patrik, 2004)
حتی در پروژه - ریسرچقدیمی تر لیندا ویلیامزبا نام آینه های بدون حافظه: حقیقت، تاریخ و خط باریک آبیکه در سال 1993 منتشر کرد، از دریچه تفکر پست مدرن به مستند نگاه کرد تا ارتباط حقیقت پیشنهادی اینگونه آثار را با واقعیت محتمل بسنجد. وی در این پروژه - ریسرچ، به ناکارآمدی فیلم مستند سنتی در ارائه واقعیت و نمایش آن پرداخت. علاوه بر این پیشنهاد کرد که باید تکنولوژی ای در راستای تفکر پست مدرن ایجاد شود که به خودی خود قابلیت تحقیق و تفحص در مورد سنخیت و ارتباط با واقعیت در آثار مرتبط را دارا باشد.(Williams, 1983)
به همین منوال، پل ولز نیز در پروژه - ریسرچهایش در مورد انیمیشن مستند، با توجه به مقبولیت سبک مستند شکیات پست مدرنیسم را در این رابطه نفی کرده است. این حقیقت پابرجاست که در هر حال سبک های متفاوتی در انیمیشن مستند موجود است که موضوعات و مضمون های مختلفی را با تکنیک ها و سبک های متنوع نمایش می دهند. علاوه بر این، از انیمیشن در همه فیلم های این سبک به صورت مشابه استفاده نمیشود. بنابراین، تعیین کردن سبک های مختلف انیمیشن مستند به انواع گوناگون، ممکن است مفید فایده واقع شود. یکی از طرق تقسیم بندی مستند های انیمیشنی بدین صورت است که، نحوه عملکرد انیمیشن را در آنها بررسی کنیم. به معنای دیگر، چه نقشی را انیمیشن بر عهده دارد که رسانه های سنتی از ایفای آن ناتوان بودنند؟ نه فقط دسته بندی انواع انیمیشن مستند، بلکه باید راهی یافت تا چگونگی عملکرد آن را بررسی نمود. خصوصا دسته بندی مستند های انیمیشنی از لحاظ نحوه عملکردشان به ما کمک می کند تا بفهمیم که چه مواردی را از اینگونه فیلم ها یاد گرفته ایم، و نحوه یادگیری ما چگونه بوده است. (Roe.H, 2009)
انیمیشن مستند، از زمانی که انیمیشن و فیلم مستند، به رسمیت شناخته شده اند، در ساخت فیلم ها به کار می رفته است، برای مثال از اولین نمونه ها می توان به فیلم مستند غرق شدن کشتی لوستیانا ساخته وینزور مک کی، محصول 1918(تصویر 5) اشاره کرد. موضوع قابل توجه این است که در دو دهه اخیر، توجهات انتقادی و نظری به این سبک، گسترش یافته است. این توجهات در راستای بسیاری ازآثار تحقیقاتی منتشر شده در این زمینه، نشان دهنده افزایش علاقه به این سبک سینمایی، می باشد. می توان گفت در مرکز تمامی این تحقیقات، تقلایی محسوس دیده می شود، برای ترسیم آنچه که از طلاقی دو موضوع به ظاهر متضاد، یعنی تخیل و واقعیت، رخ می دهد.(Ward, 2011)

تصویر شماره 5-2 فیلم غرق شدن کشتی لوستیانا
برای مثال، سیبیل دل گادیو در پروژه - ریسرچاش با عنوان اگر واقعیت گفته شود، آیا کارتون می تواند آنرا بیان کند، به توانایی انیمیشن در بازنمایی واقعیت می پردازد. و اینگونه بیان می دارد که، میان فیلم مستند بعنوان نگارنده عینی رویدادی حقیقی که در قبل رخ داده است از یک سو، و انیمیشن به عنوان یک اثر ابداعی که فریم به فریم و به شیوه هنری ساخته می شود، و اینگونه به نظر می آید که در میان دنیای حقیقی و مردمانش آزادانه به پرواز در آمده است، از سوی دیگر، تنشی وجود دارد. مستند با واقعیت همیاری می کند و نمایشگر حقیقت است، در حالی که انیمیشن وابسته به پرواز خیال و رویا می باشد. چگونه ممکن است که این دو زمانی یکدیگر را بپذیرند؟(Delgaudio, 1997)
انیمیشن مستند، به عنوان بخشی از یک کل، به نام سینمای مستند، از زمان تجربیات ادوارد مایبریج، در متحرک سازی سلسله ای از عکس های پی در پی و ارائه اثری که در آن نفوذ فیلم مردی با دوربین فیلمبرداری اثر ساختارشکنانه ژیگا ورتوفمشهود است در تاریخ سینما به ثبت رسید. همچنین استفاده های فرمولی تر و رسمی تر از انیمیشن در فیلم مستند چرا ما پرواز می کنیم اثر فرانک کاپرا، آغاز شده است. در میان بسیاری از فیلم های معاصر نیزمی توان به روایات تاریخی هزلی فیلم بولینگ برای کلمباین، ساخته مایکل مور، اشاره کرد.(Hight, 2008)
ممکن است پیوند انیمیشن و فیلم مستند، اتحادی عجیب به نظر برسد، ترکیبی از تضادها که به دلیل شیوه های متفاوت هر یک از آنها برای نمایش دنیای ما بغرنج به نظر می آید. سابق بر این انیمیشن به عنوان جادوی افکار فکاهی، سرگرمی کودکان، و فانتزی محسوب می شد. در معنای اخیر فرض بر جدیت، فصاحت و بلاغت انیمیشن به عنوان یک رسانه می باشد. در هر صورت، سابقه طولانی اتحاد انیمیشن و فیلم مستند که به اولین روزهای تاریخ سینما بر می گردد، ممکن است نشان دهنده این باشد که مانند بسیاری از موضوعات و موارد در زندگی، ترکیب متضاد ها می تواند پر معنا و گیرا باشد. به همین دلیل، از انیمیشن، مدت بسیار طولانی است که در زمینه های غیر داستانی برای نشان دادن، توضیح و تاکید بر موضوعات مختلف، استفاده می شود.
انیمیشن مستند در نگاه اول، مفهومی متناقض به نظر می رسد. تصور عمومی بر این است که فیلم مستند فیلمی است که واقعیت عینی را نشان می دهد، حقایق را بیان می کند و در آن از دستکاری و تصنع خبری نیست. از طرفی شناخت همه از انیمیشن این است که، فریم به فریم توسط ذهن و دست هنرمند خلق می شود و هرگز در جهان بیرون ما به ازائی ندارد. چگونه رسانه ای که فریم به فریم و به شکل مصنوعی ساخته می شود، با رسانه ای که کارش روایت واقعیت است، همساز می شود؟ این اصطلاح در ابتدا نوعی مقاومت ایجاد می کند و این مقاومت البته، در میان مستند سازان محسوس تر و شدیدتر است، زیرا بیشتر آنها برای تصویر مستند نوعی اصالت خدشه ناپذیر قائل هستند و احساس می کنند که این اصالت با ورود انیمیشن مخدوش خواهد شد.
گونار استروم پژوهشگر نروژی، با نگاهی موشکافانه این تضاد را کمرنگ تر می کند: " در یک نگاه دقیق تر، در می یابیم که هر یک از این اصطلاحات، به جنبه متفاوتی اشاره می کنند. انیمیشن یک نگاه فنی است که به یک شیوه تولید فیلم مربوط می شود، ولی مستند یک اصطلاح مفهومی است که به محتوا و توانایی ارائه کردن واقعیت اشاره می کند. بنابراین این امکان وجود دارد که فیلمی به لحاظ تکنیکی انیمیشن باشد، و به لحاظ محتوایی واقعیت را ارائه کند و مستند محسوب شود و در نتیجه، بتوان هر دوی این اصطلاحات را به یک فیلم اطلاق کرد.
در واقع، سازگار شدن انیمیشن و مستند، زمانی به نظر دشوار می آید، که تعریف محتوایی ما از انیمیشن، طنز اغراق شده و فانتزی، و تعریف تکنیکی مان از مستند ضبط جهان واقعی باشد.(قائم مقامی.1386)
در هر صورت در دو تا سه دهه گذشته، ساخت اینگونه از فیلم های غیر تخیلی افزایش یافته است. به گونه ای که غالبا در جشنواره های انیمیشن و فیلم مستند سراسر دنیا، فیلم هایی با این سبک حضور دارند. اخیرا تولید فیلم های انیمیشن مستد بلند، بیشترین تولید فیلم را به خود اختصاص داده اند. برای مثال می توان به شیکاگو 10محصول 2007 و والتز با بشیر محصول 2008 اشاره کرد. همچنین سریال های تلویزیونی مستند انیمیشنی در پر بیننده ترین ساعات تلویزیون پخش می شوند، از جمله راه رفتن با دایناسورها از شبکه بی بی سی محصول 2007 انگلیس و نبرد 360 از کانال تاریخ آمریکا که از سال 2008 تا کنون پخش می شود. همچنین در ده سال گذشته علاقه آکادمیک به انیمیشن مستند افزایش یافته است.(Roe.H, 2011)
گونار استروم به این نکته اشاره می کند که، در سال 2001 میلادی، گرد هم آیی بررسی انیمیشن مستند گواه مرئیدر شهر بریزبین استرالیا و فستیوال بین المللی فیلم مستند شفیلد در انگلیس، هر دو بخش هایی را به انیمیشن مستند اختصاص داده بودند. از آن زمان به بعد اغلب اسامی انیمیشن های مستند در لیست برنامه های فستیوال ها و گرد هم آیی های بررسی فیلم های انیمیشن، فیلم های مستند، و آن هایی که بطور کلی تر به بررسی انواع فیلم می پرداختند، دیده می شد. در سال 2007 میلادی، جشنواره بین المللی فیلم مستند آمستردام یک بخش ویژه از جشنواره را به این فرم فیلم سازی اختصاص داد. و در سال بعد، جشنواره بین المللی لیپزینک برنامه ای به نام انیماداک برگزار نمود که برروی تقارب انیمیشن و فیلم مستند از لحاظ فیلم نامه و تصویر سازی، تمرکز داشت. اما با وجود افزایش نفوذ انیمیشن مستند و نمایش هرچه بیشتر اینگونه فیلم ها در جشنواره ها، گرد هم آیی ها و اکران های عمومی، هنوز کار تحقیقی چندانی بر روی این فرم سینمایی انجام نشده است.( Strom, 2003)
در سال 1997مقالات آکادمیکی با موضوع انیمیشن مستند منتشر شدند که عبارت بودند از: "اگر حقیقت بیان شود، آیا کارتون ها می توانند آنرا بیا کنند؟مستند و انیمیشن" نوشته سیبل دل گادیو و چاپ شده در نشریه فیلم/تاریخ و "روستای زیبا و روستای واقعی : بررسی زیبایی شناسانه انیمیشن و مستند" نوشته پل ولز و چاپ شده در نسخه ویژه ای از مجله هنر و طراحی. این اولین هجوم ها به شناخت وجود و طبیعت انیمیشن مستند، چند سال بعد در سال 2003، با دو پروژه - ریسرچتحقیقاتی دیگر در این زمینه، اولی نوشته مایکل رینوف و دومی نوشته گونار استروم ادامه پیدا کرد. همچنین پروژه - ریسرچ"نمایاندن واقعیت: طراحی ساختاری/ مفهومی در انیمیشن واقع گرا" توسط اریک پاتریک در سال 2004 میلادی منتشر گردید. سپس در سال 2005، شماره ماه مارچ مجله آنلاین انیمیشن FPSطرح جلد مجله را به انیمیشن مستند اختصاص داد و سه پروژه - ریسرچاز انیماتورها و محققین این زمینه را در مجله چاپ کرد. در همان سال، پل وارد کتابی کوتاه در مورد فیلم مستند به نام فیلم مستند: حاشیه واقعیت منتشر کرد، که شامل بخشی با عنوان انیمیشن مستند بود.(Roe.H, 2009)


گونار استروم در پروژه - ریسرچای که در سال 2003 ارائه داد اشاره می کند که طی دو دهه پیش، انیمیشن مستندتا حد زیادی در ادبیات مستند نادیده گرفته شده است. پس از آن، به مجرد دریافت عدم حضور انیمیشن در توسعه و تاریخ فیلم مستند، پاتریک به صورت راسخ تری بیان می کند که انیمیشن مستند دارای جایگاهی بی ارتباط با تاریخچه فیلم مستند است. پس از کمتر از نیم قرن بعد، همچنان نبود انیمیشن مستند در استودیو های فیلم سازی به شکل فراگیری دیده می شود. جدای از پروژه - ریسرچتحقیقاتی مایکل رینوف و آن قسمت از کتاب پل وارد که در آن به انیمیشن مستند پرداخت، به ندرت کار تحقیقاتی در این زمینه در میان مطالعات فیلم مستند منتشر شد. در مطالعات آکادمیکی که بر روی انیمیشن صورت گرفته است بیشتر این فرم فیلم سازی را تصدیق نموده اند، و باقی پروژه - ریسرچها و مطالعاتی که در بالا ذکر شدند، مربوط به نشریات و مجلاتی بوده اند که مختص انیمیشن هستند.(Strom, 2003)
علاوه بر این، بیشتر تمایل به این بوده است که انیمیشن غیر تخیلی در کتاب هایی که در مورد انیمیشن نوشته شده اند ذکر شود تا در متون مربوط به فیلم مستند. برای مثال، پل ولز در پروژه - ریسرچ درک انیمیشن در بخشی از متن که در مورد واقع گرایی در انیمیشن بحث می کند به انیمیشن مستند ارجاع می دهد. آن دسته از کتاب های مشابه در زمینه فیلم مستند که طراحی شده اند تا مرور کلی تری بر این زمینه داشته باشند و واژه های کلیدی، فرضیات و بحث های مربوط به این شیوه فیلم سازی را معرفی کنند، تمایل دارند که به طور کلی از آوردن نام انیمیشن در کتاب چشم پوشی نمایند.
این اهمال در نام بردن انیمیشن مستند در مطالعات فیلم مستند در مقایسه با متون مربوط به انیمیشن، ممکن است علل متعددی داشته باشد. انیمیشن مستند، غالبا توسط کسانی ساخته شده است که در درجه اول انیماتور، و در مرحله بعدی فیلم ساز فیلم مستند بوده اند. این شیوه، توسط کسانی مورد استفاده قرار گرفته است که در هنر و صنعت انیمیشن آموزش دیده و کسب تجربه نموده اند، و سپس تصمیم گرفته اندکه توجه خود را به سوی موضوعات غیر تخیلی متمرکز نمایند. اینها اغلب فیلم سازانی هستند، که جایگاه خود را در تاریخ انیمیشن به دست آورده اند. همچنین ممکن است اینگونه استدلال شود که انیمیشن مستند هم از نظر ادبی و هم فیلمی، آسان تر در کانون انیمیشن قرار می گیرد. علاوه بر این، مسئله کوچک دیگری هم مطرح می شود که انیمیشن مستند همان ترکیب فیلم زنده و انیمیشن است و در مقایسه با فیلم مستند، بیشترین شباهت را به تصویر متحرک دارد. در هر حال بحثی همواره به صورت بالقوه وجود دارد که آیا انیمیشن، سبک بیانی قابل قبولی در سینمای مستند هست یا نه؟.(Roe.H, 2009)
مستند سبکی از فیلم سازی است که خود را به عنوان تصویری از وقایع حقیقی در دنیای مشترک تجربیات بشر معرفی می کند. یک فیلم مستند به این دلیل مستند محسوب می شود که نقطه اتکا آن در اتصال با وقایع حقیقی است، یا چنین می نماید که حقیقت موقعیت ها و وقایعی که به تصویر می کشد را مستند سازی می کند. از سوی دیگر، مستند یک واسطه و نیز چیزی ساخته شده می باشد و به مانند باقی متون تنها می تواند این واقعیت ساخته شده را نمایش دهد. و این گونه است که ما واژه نمایش را در اینجا به کار می بریم، چیزی که جایگزین چیز دیگری می شود و معنای آن را بازنمود می کند.
احتمالا به همین دلیل سوالات عمده محققین اکثرا در این چارچوب مطرح می شود. آیا رخدادها صادقانه به تصویر کشیده می شوند؟ آیا افراد منصفانه و نه از روی قضاوت شخصی، نمایش داده می شوند؟ ما چه مسائلی را در رابطه با انسان ها، موقعیت ها و فرهنگ هایی که به تصویر در می آیند می توانیم دریابیم؟ فیلم سازان چه چیزهایی را در نظر می گیرند، از چه چیز هایی صرف نظر می کنند و این چه موضوعی را در مورد فیلمسازان و فیلم سازی در این سبک به ما می گوید. بنابراین، تئوری فیلم مستند معاصر عمدتا با درک اینگونه فیلم ها و ویدئو ها به عنوان یک شیوه نمایش، هدایت شده است. (Schoen, 2012)
مباحثات مربوط به عینی گرایی، صحت، و شفافیت مستند های بدون انیمیشناهمیت دارند و برای برخی مبنی بر بنیان عکاسی گرایانه فیلم های این سبک، می باشند. برای مثال گرگوری کوری، فیلم مستند را متشکل از آنچه که او ردپای قابل مشاهدهمی خواند، دانسته است، بصورتیکه ظاهر اولیه مستند، ردیابی عکاسانه مردم، اشیا، و رخدادها است. در هر صورت، عکاسی یا تصاویر فیلم می توانند به دو دسته متمایز تقسیم شوند:
ردپای عکاسانه زمانی ارائه می شود که، اثر خصوصیت عکاسی داشته باشد و در اینگونه آثار، این خصوصیت نمایش دهنده اشیا، و رخدادهایی است که ردیابی شده اند. اما یک عکس می تواند نقش نمایشی دیگری نیز داشته باشد. نقشی که از نظر وابستگی آن به گونه ای از داستان گویی، بر آن تحمیل شده است. شرایطی که طبق آن یک فیلم مستند محسوب می شود اینست که، تصاویر تشکیل دهنده آن بصورت غیر عمدی و سهوا حالت نمایشی داشته باشند. 2006)(Currie,
سینمای مستند معاصر، بطور افزاینده بر مشاهدات شخصی و تفسیر ذهنی تاکید می کند. بازتاب ادراک شخصی بیشتر از ارائه ای شفاف، به مرکز سینمای مستند، تبدیل شده است، و اکثرا روایت اول شخص و تمرکز بر شخص نظاره گر، در کنار نقطه نظر هایی که برآیند تجربه شخصی هستند و تصاویر سوداگرانه در سراسر سبک مستند، اعم از مقالات تحقیقی، مستندهای تاریخی، مطالعات سیاسی و یا علمی، دیده می شود.در هر حال بسیاری از این نکات، باعث ابقا صحت و راستگویی قطعی و بلامنازع اجزای صوتی و تصویری هر سبک از تصویر متحرک می شوند. اغلب، این نکته هیجان انگیز و آموزنده است که، به نظر می رسد جریان اصلی فیلم سازی مستند به دوره های گوناگونی تقسیم شده است و همواره با انعطاف پذیری تلاش شده است که شفافیت و صداقت فیلم، در کنار نفوذ تصورات فیلم ساز به فیلم حفظ شود. اما انیمیشن معاصر، به موضوعی کاملا متفاوت تبدیل شده است. احتمالا، در عصر حاضر انیمیشن بیشتر از هر چیز دیگری با فن آوری جدید به عنوان تجسمی نو مترادف شده است. محبوبیت شدید انیمیشن دیجیتالی، از فیلم های استاپ موشنبا حداقل استفاده از فن آوری گرفته تا انیمیشن های فلش، و از موشن کپچر گرفته تا فیلم های سه بعدی دیجیتالی فوق العاده پیشرفته، علاقه عمومی رابه سینمای انیمیشن به عنوان منظره ای بزرگ از ابداعات تکنولوژیک و به عنوان راهی برای تجربه و رویارویی با فن آوری، احیا نموده اند. از نگاه تکنولوژی، انیمیشن دیگر تنها بعنوان ایجاد و ضبط فریم به فریم حرکت مانند انیمیشن کاغذی، بریده مقواو استاپ موشن، تعریف نمی شود. امروزه گستره فن آوری پیشرفته که در ساخت انیمیشن بکار می رود، در حال توسعه است. در واقع، انتقال از انیمیشن هایی که از طریق عکاسی فریم به فریم ساخته می شدند به انیمیشن های کاملا دیجیتالی، تقریبا تمام تصاویر متحرکی که امروزه شاهد آنها هستیم را در قلمرو فیلم های انیمیشنی قرار می دهد. حتا انیمیشن هایی با طراحی دستی و با تکنولوژی پایین یا استاپ موشن ها، شواهدی از تکنولوژی را منعکس می کنند.( Skoller,2011)
پل وارد در پروژه - ریسرچ" متحرک سازی با حقایق: فرآیند اجرایی انیمیشن مستند در تن مارک"به نظر جان کرنرکه معتقد است که بین نگاه کردن به چیزی و دقیق شدن در چیزی بعنوان حالتی تعاملی، تمایز وجود دارد ارجاع می دهد و اینگونه می نویسد که:
موقعیت بیننده در طی تماشای انیمیشنی که هدف آن نمایش رخدادهای واقعی و انسان های حقیقی باشد، بسیار عجیب و دوگانه می باشد. مشخصا به این دلیل که بیننده می داند شخص حقیقی که فیلم ادعای نمایش آنرا دارد، فریم به فریم ساخته شده است.(Ward,2011)
در واقع رشد آگاهی از نفوذ انیمیشن در تمام جنبه های زندگی ما، همانگونه که محققینی مانند سوزان بوکانبه آن اشاره می کنند، نظر ما را نسبت به انیمیشن، از فن آوری ای که بر آن است که تصاویر خیال انگیز دنیایی رویایی و غیر واقعی را نمایش دهد، به چیزی که در بردارنده ایده حرکت و تغییر در جامعه امروز است و از تصاویر متحرک پیش پا افتاده گرافیکی که ما را به سوی تجملات سوق می دهند، به جنبشی ناشناخته از اطلاعات، تصاویر، متن هایی گشوده بر پرده سینما و اینترنت، تغییر می دهد. حتا می توان با ایجازی بیشتر انیمیشن امروز را حرکتی مثبت در راستای انسانیت در طول مرزهای جهان دانست.(Skoller, 2011)
این حقیقت که فیلم های انیمیشنی به خودی خود، همواره نشان دهنده و شاهدی بر فرآیند تولیدشان هستند، در پروژه - ریسرچلورا مارکز "خطاطی انیمیشن: مستند سازی آنچه که ناپیداست"که به بررسی سبکی از انیمیشن معاصر کشورهای عربی می پردازد، که طبق آن هنرهای مبتنی بر خطاطی عربی و اسلامی رادر قالب انیمیشن ارائه می دهند، حتا پیچیده تر نیز می شود. اینگونه فیلم های مذهبی و غیر مذهبی، بخشی از سنت کشورهای اسلامی هستند که در آنها، خط و نوشته نمایانگر دنیای معنوی و درونی می باشد. انیمیشن تبدیل به فرمی می شود برای حرکت میان معانی قابل رویتی که در قالب فرم های گرافیکی تمثیلی، نشان داده می شوند.(تصویر شماره 6) مارکزدر پروژه - ریسرچاش، بر روی ماهیت نمایشی اینگونه از فیلم های انیمیشنی تمرکز می کند و اینگونه نتیجه گیری می کند که تصویرهای متحرک فیلم، جدای اینکه خود حاوی معانی مشخصی هستند نشان دهنده عملکرد خطاط بعنوان انتقال دهنده چیزی نادیدنی به چیزی قابل رویت و خوانا نیز می باشند. فرآیند انتقال به سادگی قابل دیدن نیست، بلکه به این صورت است که بیننده بصورت مداوم تحول را با نگاهی همزمان به آنچه که خطوط می گویند معنای درونی آنها، و نحوه نمایششان تجربه می کند.(Marks, 2011)

تصویر 6- 2روح العالم، ذکر ویژوال(2006)مسئله عملکرد نمایشی در فیلم های غیر داستانی، همواره در مباحث معاصر مربوط به فیلم مستند یکی از مهمترین مسائل مورد توجه بوده است و این موضوع نه تنها در مورد عملکرد ناخودآگاه افرادی که در مقابل دوربین قرار می گیرند، بلکه در رابطه با بازنمایی رویدادها بر روی صحنه فیلم برداری، می باشد. با توجه به نظریات بیل نیکولز (2008)، برای اینکه یک فیلم مستند سبک غیر داستانی خود را حفظ کند نیازمند این است که عنصر بازنمایی یا حالت نمایشی آن، به شکلی ماهرانه ایجاد شده و از فیلم استنباط شود. در همین راستا هم پل وارد در پروژه - ریسرچهایش، و هم استیو فور در پروژه - ریسرچ" بازنمایی رایان: خیال و انیمیشن مستند"، مسائل پیچیده مربوط به نمایش و بازنمایی در انیمیشن مستند و راه کارهایی را که انیمیشن توسط آنها، به شکلی خارق العاده، و از طریق الگویی استراتژیک و مبالغه آمیز و با بیان افکار ایده ها در وضوح کامل بصری بازگشتی به واقعیت دارد را، بیان می دارند.(Skoller, 2011)
آنچه که واضح است این است که انیمیشن تنها یک تکنیک یا تکنولوژی نیست، بلکه یک شیوه نمایش مورد نیاز و ضروری است که هنرمندان، که خود درگیر بی ثباتی و نگرانی های زندگی معاصر هستند، از آن استفاده می کنند. همانطور که، تس تاکاهاشی، در پروژه - ریسرچاش به نام " تجربیات در انیمیشن مستند: مرزهای اضطراب، رسانه سوداگرانه" می نویسد:
در دهه گذشته، در بسیاری از فیلم های مستند ساخته شده، از انیمیشن استفاده شده است تا با صراحت، به نگرانی های بزرگتر در مورد جهان سیاسی بی ثبات پرداخته شود که در آن مردم، اشیا، ایده ها و تصاویر، به ظاهر از هر زمان دیگری آزادانه تر زندگی می کنند، اما بیشتر از هر زمان دیگری تحت کنترل و نظارت دائم هستند. از نظر من انیمیشن به عنوان یک رویه پر اهمیت در سبک مستند معاصر پدید آمده است، به ویژه در آن دسته از فیلم ها که به بررسی زندگی دوران جنگ می پردازند به این دلیل که انیمیشن قادر است که هم تحرک تصاویر، و هم تصاویر بدون تحرک را، موشکافی و کنترل کند.
بدین سان، همان گونه که تاکاهاشی پیشنهاد می کند، سبک های جدید، در واکنش هنرمندان، به تغییرات دنیای پیرامونشان، ایجاد می شوند. افکار جدید و تغییر شرایط و موقعیت ها، نیازمند سبک های بیانی جدید نیز، می باشد.(Takahashi, 2011)
فیلم های مستند اجتماعی، تاریخی و علمی، به کارگیری عناصر انیمیشنی و گرافیک کامپیوتری را در فیلم مستند آغار نمودند، زیرا بدین وسیله توانستند در مواردی که هیچ تصویر یا زبان گفتاری ای، برای بیان تجربه یا حالات ذهنی وجود ندارد، از تصویر های ذهنی انیمیشن بهره بگیرند. آگنسکا پیوتروسکافیلمساز معروف، در پروژه - ریسرچاش " متحرک سازی واقعیت: مطالعه موردی"، استفاده خود از انیمیشن را، در متن یک سری از فیلم های مستندی که در مورد عده ای از مهاجران انگلیسی است و تحت شرایطی مجبور به ترک وطنشان شده اند بیان می دارد. او بر طبق نظریات روانکاوی، توضیح می دهد که چگونه تجربه دردناک افراد حاضر در فیلم، بر توانایی آنها به صحبت کردن درباره مسائلشان غالب می شود. پیوتروسکا، در ساخت فیلم هایش با کارگردان انیمیشن معروف جولی اینس همکاری می کند تا بتواند هرچه بیشتر به شاهدان ماجرا نزدیک شده و برای قسمت هایی از تجربه احساسیشان که زبان قدرت بیان آنرا ندارد، تصویرسازی نماید. انیمیشن، تنها یک نمایش تصویری از خاطراتشان را تولید نمی کند، بلکه فرآیند ساخت تصاویر به یک سبک بیانی درباره آسیب های روحی افراد تبدیل می شود که به آنها اجازه می دهد تا در نمایش تجربیات شخصیشان، نقش مهمی ایفا کنند.(Piotrowska, 2011)
بطور مشابه، اوهاد لندزمنو روی بندور در پروژه - ریسرچ" یادآوری و نظاره گری بر تجربه متحرک سازی شده در والس با بشیر"، در مورد مشکلات مربوط به نمایش فرآیند یادآوری تجربیات دردناک فراموش یا واپس رانده شده، کاوش می کنند.(Landesman and Bendor 2011)
یکی از سوالات مهم در مورد این حوزه از انیمیشن این است که، اگر انیمیشن مستند تصاویری را خلق می کند، که دوربین فیلم برداری از ایجاد آنها ناتوان است یا به طور لفظی چیزهایی را تولید می کند که دیده نمی شوند و در جهان واقعی ما به ازایی ندارند، یا بالعکس اگر انیمیشن مستند می تواند به صورت انتخاب شده بخشی از تصاویر را نادیده بگیرد و تصاویری را که در چارچوب فیلم نباید دیده شوند راحذف کند، چگونه می توان واژه رئالیسم و واقع گرایی را در مورد انیمیشن مستند، به کار برد؟
کارن بکمن و جی هون کیم، در دو پروژه - ریسرچمجزا، در مورد مسائل مربوط به وضعیت واقع گرایی با ظهور رسانه های دیجیتالی، در عکاسی و سینمای معاصر و خصوصا انیمیشن مستند تحقیق نموده اند.
در پروژه - ریسرچ"متحرک سازی اثر عکاسی: تصاویر متحرک دیجیتالی و حالت انکاری مستند"، کیم در مورد راه هایی که انیمیشن کامپیوتری رابطه اولیه و قدیمی بین سکون عکاسی و جنبش و تحرک سینما را دستخوش تغییر نموده است، بحث و بررسی می کند. او معتقد است که انیمیشن به گونه ای روابط بین عکاسی وسینما را تغییر داده است که عکس های متحرک اجبارا به واقعیت نزدیک تر شده اند تا اینکه خصوصیات ذهنی یک عکاس را دارا باشند. او در پروژه - ریسرچاش بیشترین تمرکز را بر روی فیلم های دیجیتالی و آثار هنری اخیری که به گفته وی نقطه تلاقی حرکت و سکون می باشند نهاده است، و آنها را تصاویر متحرک دیجیتالی یعنی ترکیبی که باعث ایجاد یک همزیستی پویا بین سکون و تحرک شده، و به تبادلی دو جانبه مابین ویژگی های هریک شده است، می نامد، به صورتی که ادعای اغراق شده واقع گرایی را در فیلم مستند سنتی تحلیل برده و در سبک مستند، یک فضای متعادل میان آنچه که به طور عینی ضبط می شود و آنچه که به طور مصنوعی (ذهنی) ساخته می شود، ایجاد نموده است.کیم در پروژه - ریسرچمتفاوتش، بیان می دارد که، این تصاویر متحرک دیجیتالی، سبکی جدید در واقع گرایی را ایجاد نموده اند، که نه می توان آنرا ساکن نامید و نه تصاویر متحرک، بلکه بیشتر از هرچیز دیگری باید آنها را مبادله ای پویا، با ترکیبی از هردو خصوصیت دانست. وی استدلال می کند که، با تکیه بر دو عامل عینیت و شفافیت تصاویر ثبت شده، فرصت هایی برای تعیین دوباره مرزهای فیلم مستند ایجاد می شود که این مهم باعث توسعه الگوهای مدرنیستی، خواهد شد.(Kim, 2011)
پروژه - ریسرچکارن بکمن،" محاکمه انیمیشن" در مورد اینکه چگونه مباحث واقع گرایی سینمایی، با ظهور زیبایی شناسی رسانه های دیجیتالی جدید و سبک های مختلط، از قبیل انیمیشن مستند، بطور مجدد مطرح شده است. بکمن به بحث های اولیه بازن در مورد واقع گرایی و اعتقاد در شبیه سازی نقاشی، عکاسی و سینما اشاره می کند، تا در مورد واقع گرایی سینمایی در پرتو دنیای امروزی تصاویر فیلم، تلویزیون، انیمیشن دیجیتالی، و توانایی اینگونه تصاویر در ایجاد تجربیات مستقیم از جهان در طول زمان، کنکاش نماید. وی دو نمونه از انیمیشن های مستند معاصر با عناوین، "رای سیمپسون" فیلمی ساخته شده در موزه، و "شیکاگو 10"که یک تله تئاتر می باشد(تصویر 7) را انتخاب نموده است. هردو انیمیشن، بازسازی و متحرک سازی دادگاه های محاکمه مشهور هستند که بر اساس مستندات معروف تلویزیونی و سینمایی محاکمات، ساخته شده اند. این فیلم های جدید دیجیتالی ساخته شده همانند با این رخدادهای مشهور رسانه ای خلق شده اند، که هم نسخه اصلی مستند بدون انیمیشن فیلم و هم سنت قدیمی مستند های کارتونی با طراحی دستی را یادآوری می کنند. بازگشت دوباره اینگونه محاکمه هااز طریق ساخت مجدد با انیمیشن دیجیتالی و معمولا همراه با صداهای واقعی از نسخه مستند فیلم و اضافه کردن حرکات دهان به معنای حرف زدن همزمان به انیمیشن، این احساس که انیمیشن حالت مستند دارد را، تقویت می کند. به صورت همزمان، حرکت پیکره های غیر طبیعی و بدون شکل مشخص با صورت های خالی (در انیمیشن)، تصاویر فیلم را به گونه ای از کارتون های روح واره اکسپرسیونیستی تغییر می دهد. آن چیزی که به فیلم اضافه شده و به آن زینت می بخشد و همچنین در آن محدود شده و از این تصاویر حذف شده است، می توان گفت دگرگون نمودن واقع گرایی سینمایی، به گفتگویی درباره خود رخداد مستند نمودن آنها در یک رسانه، انتشار آنها به عنوان عکس هایی از یک واقعه و بازگشت آنها به عنوان انیمیشنی مستند یا یک اثر هنری می باشد. بکمن می گوید، اینگونه آثار مارا وادار می سازند تا در مورد اینکه چگونه محدودیت ها و ابهامات سینمای واقع گرا را درک نموده ایم با دقت بیشتری تفکر کنیم، و به ویژه در این دوره زمانی که رسانه ها با سرعت فراوانی دگرگون می شوند، ما را مجبور می کنند که به گذشته و آینده سینما کمتر به شکل طولی(تغییراتی در راستای یکدیگر) و بیشتر به شیوه ای منسوج و تنیده شده در یکدیگر، نظاره گر باشیم.(Beckman, 2011)

تصویر شماره 7-2 انیمیشن شیکاگو 10
زیبایی شناسی و انیمیشن مستندزیبایی شناسیواژه یونانی Aisthetikos به معنای ادراک حسی بود، و واژه Aistheta به معنای مورد ادراک حسی یا به زبان ساده تر چیز محسوس می باشد. این واژه تبار اصطلاح Esthetique است که امروز در تمام زبان های اروپایی به کار می رود، و پیدایش آن به سال های 58-1750 می رسد، که فیلسوفی آلمانی به نام الکساندر گوتلیب بومگارتن آن را در کتابی به همین نام به کار برد. او در کتابش که در دو مجلد منتشر شد، نسبتی میان آگاهی زیبایی شناسانه آدمی و ادراک حسی او از زیبایی قائل شد. در نخستین قطعه کتاب بومگارتن می خوانیم: "استتیک (نظریه هنر آزاد، آیین آگاهی فرودست، هنر زیبا اندیشیدن، هنر قیاسی خرد) همان علم آگاهی محسوس است".در قطعه بعد آشکار می شود که، مقصود نویسنده از آگاهی فرودست دانش به زیبایی طبیعی است، که تا حدودی در مقابل مفهوم "زیبایی هنری" که به معنای نتایج هنر آفریده آدمی است، قرار می گیرد. بومگارتن زیبایی هنری را "هنر آزاد" خوانده است، که البته با مفهوم مورد نظر کانت یکی نیست، اما اساس تفاوتی که او میان زیبایی هنری و زیبایی طبیعی قائل شد، بعد ها نزد کانت و به ویژه در آثار هگل اهمیت بسیار یافت.در عین حال باید به یاد داشت که برای بومگارتن زیبایی شناسی نخستین پله در شناخت جهان امور حسی است. این تعریف از نظر فلسفی مهم بود، و تاثیر ژرفی بر اندیشگران و هنرمندان بعدی داشت.(احمدی1383)
هیدگر در سال 1936 در متن کوتاهی تحت عنوان شش مرحله اصلی در تاریخ زیبایی شناسی توضیح می دهد که اصطلاح Aesthetics همانند اصطلاحات منطق (Logic) و اخلاق( Ethics) شکل گرفته است. برای فهم این اصطلاحات همیشه باید واژه اپیستمه یا شناسایی را افزود. لذا Logike epis--e به معنای شناسایی اتوس، آموزه سیرت درونی آدمی و روشی است که بر اساس آن آدمی افعال و کردار خویش را تعیین می کند. بنابر این منطق و اخلاق هر دو به رفتار و قانونمندی رفتار آدمی مربوط است. بر همین سیاق Aesthetike epis--e به معنای آموزه رفتار آدمی از جنبه احساسات و انفعالات و شناخت این مطلب است که چگونه این احساسات و انفعالات باید تعیین شود. با این حال، این اصطلاح واجد ریشه ای بسیار متاخرتر است.
از قدیم بیان شده است که تفکر با حقیقت تعین می یابد، در صورتی که سیرت و رفتار آدمی با خیر تعین پیدا می کند. از طرف دیگر مسلم دانسته شده است، که احساسات آدمی توسط زیبایی تعین می یابد. بدین ترتیب صدق و خیر و زیبا موضوعات منطق، اخلاق و زیبایی شناسی را تشکیل می دهند.
زیبایی شناسی، مطالعه وضعیت احساس آدمی نسبت به امر زیبا است و ملالحظه امر زیباست از آن حیث که به حالت احساس آدمی مربوط می شود. منظور از امر زیبا، در اینجا چیزی نیست جز آنچه با نشان دادن خویش، این وضعیت را ایجاد می کند. از آنجا که امر زیبا یا به طبیعت مربوط می شود یا به هنر، زیبایی شناسی نیز باید هم به زیبایی در طبیعت توجه کند و هم به زیبایی که در هنر های زیبا رخ می نماید. اما معمولا زیبایی شناسی آن نوع ملاحظه هنرهای زیبا تلقی می شود که، در آنها آشنایی آدمی با امر زیبایی که توسط هنرها عرضه شده است، ملاک همه تعاریف و تبیین ها را در باب امر زیبا تعیین می کند. در این ملاحظات وضعیت احساس آدمی هم نقطه عزیمت و هم غایت و نهایت پژوهش است. آثار هنری از احساس های خاصی ناشی می شوند و فرض می شود که برانگیزننده احساس های خاص هستند.
از آنجا که در زیبایی شناسی، اثر هنری همچون امر زیبای متحقق در هنر های زیبا تعریف می شود، اثر به عنوان حامل امر زیبا و آنچه که امر زیبا را در نسبت با وضع احساس خالق و مشاهده گر بر می انگیزد، معرفی شده است اما در هر دو مورد اثر هنری به مثابه متعلقی (ابژه) برای یک فاعل شناسا (سوژه) وضع می شود. بدین ترتیب رابطه سوژه- ابژه قوام بخش همه ملاحهات زیبایی شناسانه است و در این مورد، رابطه ای احساسی است. اثر با توجه به ساحتی که برای تجربه زیسته انسان قابل دسترسی است، تبدیل به یک ابژه یا متعلق می شود.
همان گونه که اصطلاح منطقی ( Logical) به صورتی از رفتار اطلاق می شود که قوانین فکر بر آن حاکم است، اصطلاح زیبایی شناسی (Aesthetics) نیز برای چیزی که توسط وضعیت احساس چنان که به واسطه امر زیبا برانگیخته شده، تعیین گردیده است. لذا در اینجا نیز به عنوانی که در اصل برای اشاره به نوعی آزمون و تحقیق در باب احساس های ما به کار می رفت، اکنون برای خود این رفتار به کار می رود.
( صافیان 1382)
در طی قرن اخیر، پاسخ های متفاوتی به این پرسش که چه چیزی تشکیل دهنده زیبایی است، داده شده است. در بسیاری از تئوری ها، زیبایی به عنوان صفتی از اشیا که باعث تولیدتجربه ای لذت بخش در هر مشاهده گری می شود، توصیف شده است.در مقابل این دیدگاه عینیت گرایی، دیدگاه ذهنیت گرایی پیشنهاد می کند که، هر چیزی می تواند زیبا باشد، تا زمانی که باعث خوشنودی احساسات شود. زیبایی بیشتر به عنوان تابعی محض از کیفیت شعوری ادراک کننده ملاحظه می شود، تا اینکه به عنوان صفتی از یک شئ شمرده شود. در هر صورت، بیشتر تحلیل های فلسفی مدرن، دیدگاه تقابلی عینیت گرایی و ذهینیت گرایی را رد کرده، و یک دیدگاه تعاملی را پیشنهاد می کنند: زیبایی به عنوان تابعی از هر دو اینها یعنی، صفتی از یک شئ و نیز ویژگی مربوط به ادراک کننده محسوب می شود، بدین سان که، زیبایی از ارتباط بین اشیا و ادراک کننده پدیدار می شود. در راستای این دیدگاه تعاملی، فیلسوفی به نام جرج سانتایاناسه خصیصه زیبایی را توصیف می کند. زیبایی ارزشی مثبت، باطنی و عینی است. به این دلیل ارزشی مثبت است که، احساس شعف را ایجاد می کند. باطنی است چون بدون در نظر گرفتن هیچ یک از ارزش های مورد انتظار یک شئ زیبا ادراک می شود. این خصیصه از زیبایی، به این نکته اشاره می کند که، واکنش زیبایی شناسانه، بلافاصله در اولین نگاه به شئ زیبا رخ می دهد بیشتر از آنکه، نتیجه یک تحلیل شناختی طولانی مدت باشد. در نهایت، زیبایی عینی است زیرا انسان ها اکثرا آن را به عنوان چیزی که در درون یک شئ قرار دارد، تجربه می کنند تا اینکه منحصرا نتیجه یک احساس مثبت که از درون بدنشان رخ می دهد باشد. در اینجا این ویژگی را نباید با دیدگاه عینیت گرایی درباره زیبایی یکی دانست. زیبایی عینی نیست، اما مستقیما از سوی یک شئ زیبا منتقل می شود. ما دیدگاه تعاملی را اتخاذ می کنیم به این عنوان که زیبایی به عنوان یک تجربه بی درنگ شادی بخش ذهنی، که مستقیما از سوی یک شئ، و نه با میانجی گری استدلال مداخله ای، ملاحظه می شود. تعریف زیبایی به عنوان ارزشی مثبت، باطنی و عینی به تعاریف مورد استفاده در دیدگاه زیبایی شناسی تجربی تشابه زیادی می یابد.