Nhom6 baocao TVA

MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .3 TÓM TẮT NỘI DUNG: .4 LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỂ TÀI Lí chọn đề tài Mục tiêu của đề tài Giới hạn phạm vi của đề tài a.Nội dung thực hiện .7 b.Phương pháp nghiên cứu c.Kết quả dự kiến đạt được CHƯƠNG II: THỦY VÂN SỐ Khái niệm thủy vân số 1.1 Lịch sử thủy vân số Quá trình nghiên cứu thủy vân số Các đặc tính thủy vân 11 Phân loại thủy vân 11 Quy trình thực thủy vân 12 CHƯƠNG III: CÁC KỸ THUẬT THỦY VÂN SỐ BẢO VỆ BẢN QUYỀN ẢNH SỐ 13 1.Các toán tử tần số .13 1.1 Phép biến đổi Fourier 13 1.2 Phép biến đổi Cosin rời rạc 13 1.3 Biến đổi sóng nhỏ rời rạc (Discrete Wavelet Transform-DWT) 15 Các thuật toán thủy vân ảnh 18 2.1 Thuật toán giấu thủy vân vào các bit ý nghĩa 18 2.2.Thuật toán thủy vân DCT miền tần số 19 2.3 Thuật toán thủy vân ảnh miền DWT 22 2.4 Thuật toán miền phổ của ảnh 24 2.5 Thủy vân dễ vỡ .25 2.6 Thủy vân giòn 27 Một số phương pháp công thủy vân 27 Chương trình thử nghiệm bảo vệ quyền ảnh số kỹ thuật DWT 28 4.1 Thử nghiệm thủy vân ảnh DWT 29 Nhúng thủy vân 29 Tách thủy vân 30 4.2 Thử nghiệm sô phép công 31 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN 39 Kết đạt 39 Hạn chế đề tài 39 Hướng phát triển đề tài 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình : Thủy vân đồng dollar của Mỹ .10 Hình : Mợt số phương pháp phân loại thủy vân tiêu biểu .14 Hình 3: Lọc theo tần số thấp cao 18 Hình : Quá trình phân tích tổng hợp tín hiệu 19 Hình : Phân tích DWT hai mức .20 Hình 6: Cơng cụ phân tích tổng hợp DWT của MATLAB 20 Hình : Ảnh gốc 26 Hình : Ảnh cần nhúng thủy vân .26 Hình 9: Ảnh cần bảo vệ 34 Hình 10: Thủy vân cần nhúng 34 Hình 11: Ảnh nhúng thủy vân 36 Hình 12: Ảnh thuỷ vân DWT 39 Hình 13: Ảnh kêt quả tách thủy vân .40 Hình 14: Ảnh thủy vân làm sắc nét 40 Hình 15: Ảnh tách thủy vân 40 Hình 16 : Ảnh thủy vân chưa chuyển định dạng với đuôi BMP .41 Hình 17: Kết quả trích thủy vân 41 Hình 18: Ảnh thủy vân chuyển đuôi sang JPG 42 Hình 19: Ảnh tách thủy vân .42 Hình 20: Ảnh thủy vân chưa bị thay đổi histogram 43 Hình 21: Ảnh tách thủy vân 43 BẢNG VIẾT TẮT THUẬT NGỮ Từ viết tắt Thuật ngữ tiếng Anh Thuật ngữ tiếng Việt DCT Discrete Cosine Transform Biến đổi Cosine rời rạc DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc DWT Discrete Wavelet Transform Biến đổi sóng rời rạc IDFT Inverse Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc ngược LSB Least Significant Bit Bit ý nghĩa PCA Pricipal Component Analysis Phân tích các thành phần quan trọng TĨM TẮT NỘI DUNG: Đồ án trình bày kết quả đạt được nghiên cứu ứng dụng thủy vân số vào việc bảo vệ bản quyền ảnh số Đồ án được trình bày thành ba chương, với nợi dung sau: Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài Chương 2: Tổng quan thủy vân số ảnh số Chương 3:Trình bày các kỹ thuật thủy vân ảnh số nội dung quan trọng thực tiễn hiện Chương 4: Chương trình thử nghiệm thuật toán thủy vân số ảnh Cuối kết luận hướng nghiên cứu tiếp theo LỜI CẢM ƠN Việc trao đổi thông tin, xuất bản thông tin Internet có nhiều nguy khơng an tồn thơng tin bị lợ hay bị sửa đổi hay bị vi phạm bản quyền Nói chung, để bảo vệ các thông tin khỏi sự truy cập, sử dụng trái phép cần phải kiểm soát được việc sau: thông tin được tạo ra, lưu trữ truy nhập thế nào, đâu, vào thời điểm Như việc quản lý bản quyền số toán không dễ dàng của nhà quản lý Trên thực tế, nhu cầu bảo vệ quyền tác giả, quyền sở hữu cho các thông tin số lớn Phương pháp Thủy Vân số (digital watermarking) hứa hẹn mợt phương pháp hiệu quả cho phép chủ sở hữu nợi dung số nhúng giấu chứng bản quyền của mình, từ xác định được quyền sở hữu,phát hiện việc sử dụng trái phép mà không làm ảnh hưởng đến nội dung của nội dung số Với các tính chất đặc thù của Digital watermarking thích hợp với việc bảo vệ bản quyền tác giả Xuất phát từ yêu cầu của thực tế, nhằm mục đích hướng tới mợt phần nhiệm vụ nhiệm vụ bảo vệ bản quyền thông tin số, đồ án có tựa đề: “Nghiên cứu mợt số kỹ thuật thủy vân bảo vệ bản quyền ảnh số MỞ ĐẦU Bước vào thế kỷ XXI, loài người chứng kiến một cuộc bùng nổ thật sự, sau cuộc cách mạng phát minh máy tính điện tử, Internet Chỉ vịng có vài năm ngắn ngủi, Internet nhanh chóng len lỏi vào ngóc ngách của đời sống, ngày đóng vai trị quan trọng cuộc sống của người Từ lồi người bước khỏi thời kỳ cơng xã ngun thủy, chủ nghĩa cá nhân xuất hiện, nhu cầu bảo vệ dấu ấn cá nhân cộng đồng ngày trở nên bức bách Các nghệ sỹ đua sáng tạo trường phái mới, với mục đích làm cho tác phẩm của khơng bị lẫn lộn với tác phẩm của người khác Những người giàu có sẵn sàng bỏ nhiều triệu la, để sở hữu một chiếc điện thoại di đợng khơng có đợc đáo mặt tính thế giới Bước vào thời kỳ kinh tế tri thức, tri thức ngày trở nên đắt giá, đồng thời với đó, các tài liệu được lưu dạng số hóa ngày nhiều phổ biến, vấn đề bảo vệ bản quyền cho tri thức của người ngày trở nên quan trọng, đặc trưng sau của tài liệu số: Dễ dàng chép: nhờ sự phát triển của máy vi tính, các tài liệu số hóa được chép mợt cách đơn giản nhanh chóng Chỉ cần một vài thao tác đơn giản, click cḥt, mợt tiểu thút dày hàng nghìn trang, hay một tác phẩm trị giá nhiều triệu đô la của danh họa Picasso được chép vài giây Điều quan trọng chép tài liệu số chất lượng bản chép được giữ nguyên so với bản gốc Dễ dàng phát tán: năm gần đây, Việt Nam chứng kiến cuộc chay đua nâng cấp hạ tầng đường truyền Internet các nhà cung cấp dịch vụ Điều giúp cho khách hàng có được dịch vụ tốt hơn, đồng nghĩa với việc phát tán thơng tin tài liệu qua mạng Internet trở nên dễ dàng hết Ngày nay, sau vài phút tìm kiếm mạng, người sử dụng dễ dàng tìm tải bợ phim mới cịn chưa được trình chiếu rạp Cùng với đó, mợt người sử dụng bình thường trở thành một nguồn phát tán tài liệu dễ dàng, thông qua các tin nhắn tức thời (IM – Instant Message), email hay các dịch vụ chia sẻ file trực tuyến (online file sharing service) Điều gây nên một hiệu ứng lan truyền hiệu ứng virus, khiến tài liệu được phát tán nhanh rợng khắp Ví dụ, đoạn clip Susan Boyle được đưa lên mạng vào tháng 4.2009 vừa qua đạt được 200 triệu người xem có tuần Dễ dàng lưu trữ: dung lượng ổ cứng ngày lớn, giá thành các thiết bị lưu trữ ngày rẻ khiến cho việc lưu trữ các tài liệu số hóa trở nên đơn giản hết Một chiếc đĩa CD mà ngày trở nên lỗi thời, chứa hàng trăm sách điện tử Một thiết bị nghe nhạc MP3 giá vài trăm nghìn đồng lưu được hàng vạn hát Những ổ cứng với dung lượng lên tới hàng trăm GB, chí hàng TB khiến cho mợt máy tính cá nhân dễ dàng biến thành mợt rạp chiếu phim Tất cả điều khiến cho việc lưu trữ các tài liệu số hóa trở nên dễ dàng hết Ở Việt Nam, tình hình vi phạm bản quyền diễn biến nghiêm trọng, có sự cố gắng của nhiều quan chức năng, của cợng đồng Tình trạng sử dụng phần mềm khơng có bản quyền, download file video lậu các trang web chia sẻ file, tìm nghe album mới diễn đàn mà không muốn mua đĩa, v.v… hiện tượng hết sức phổ biến Để đảm bảo cho nhu cầu giữ bí mật thơng tin liên lạc đảm bảo an toàn liệu, từ lâu người phát minh một công cụ hết sức hiệu quả, mã hóa Mã hóa mợt cơng cụ mạnh, có lịch sử lâu đời, có nhiều kết quả nghiên cứu thành cơng có ứng dụng lớn việc đảm bảo an tồn thơng tin liên lạc Tuy nhiên, mã hóa gặp phải mợt vấn đề lớn, bản thân cơng cụ mã hóa khơng gắn liền với tài liệu được bảo vệ, mà một dạng vỏ bọc (cover) của tài liệu mà thơi Do đó, mã hóa khơng thể được sử dụng mợt cơng cụ an toàn để bảo vệ bản quyền tài liệu số phát hành mạng, sau kẻ gian giải mã được tài liệu, có tồn quyền đối với tài liệu Thủy vân (watermarking) mợt ứng dụng có từ lâu đời để bảo vệ bản quyền cho các sách Tuy nhiên, thủy vân số (digital watermarking) lại một lĩnh vực mới, nhận được nhiều sự quan tâm nghiên cứu của chuyên gia thế giới Sử dụng thủy vân số thay đổi tác đợng vào chất lượng của tài liệu số ý muốn, đồng thời với thủy vân số gắn liền với tài liệu, đảm bảo tài liệu được bảo vệ bản quyền cho tới bị hủy hoại Trong nợi dung khóa luận này, tơi xin tập trung trình bày kết quả nghiên cứu đạt được việc ứng dụng thủy vân số để bảo vệ bản quyền tài liệu điện tử, đặc biệt ảnh số Ngồi khóa luận trình bày ứng dụng của thủy vân s CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỂ TÀI Lí chọn đề tài Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ thông tin sự phát triển mạnh mẽ của các phương tiện liệu số (như các bức ảnh, các audio, video ), việc đánh dấu bản quyền cho các liệu ngày một cải tiến nâng cao Tuy nhiên, công nghệ thông tin phát triển giúp cho việc chỉnh sửa, chép các liệu số trở lên dễ dàng điều kéo theo một thực trạng số lượng các bản chép bất hợp pháp của các liệu số ngày một nhiều Xác nhận bản quyền tác giả, phát hiện sự xuyên tạc thông tin một nhu cầu thiết yếu nhằm bảo vệ bản quyền cho các hương tiện liệu số Kỹ thuật thủy vân số (Digital Watermarking) một giải pháp đưa để giải quyết vấn đề Mục tiêu đề tài - Nắm được các kiến thức các kỹ thuật thủy vân để bảo vệ bản quyền ảnh số - Thử nghiệm một số kỹ thuật thủy vân bảo vệ bản quyền ảnh số Giới hạn phạm vi đề tài Tập trung nghiên cứu các kỹ thuật thủy vân ảnh số Ứng dụng xây dựng hệ thống nhúng tách thủy vân dựa vào các một số kỹ thuật thủy vân nhằm xác thực nội dung thông tin bảo bản quyền ảnh số a.Nợi dung thực hiện - Tìm hiểu khái niệm thủy vân số - Sử dụng kỹ thuật thủy vân bảo vệ bản quyền ảnh(tìm hiểu một số định dạng ảnh,các phép biến đổi ảnh (Fourier, Cosine, Biến đổi sóng rời rạc), thuật toán thủy vân miền DWT, thuật toán thủy vân miền DCT, thuật toán bit nhị phân ý nghĩa b.Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu tài liệu sách vở, internet… c.Kết quả dự kiến đạt được - Nợi dung  - Tìm hiểu cài đặt một số kỹ thuật thủy vân bảo vệ bản quyền ảnh Kết quả  Bản báo cáo các kỹ thuật thủy vân để bảo vệ bản quyền ảnh  Chương trình thử nghiệm mợt số kỹ thuật thủy vân bảo vệ bản quyền ảnh CHƯƠNG II: THỦY VÂN SỐ Khái niệm thủy vân số 1.1 Lịch sử thủy vân số Khái niệm thủy vân đời từ lâu Năm 1282, thủy vân được các công nhân nhà máy giấy sử dụng Italia Các tờ giấy mỏng có hoa văn Điều giúp các xưởng sản xuất giấy đánh dấu bản quyền tờ giấy của họ làm Đến thế kỷ XVIII, thủy vân có nhiều ứng dụng châu Âu Mỹ việc xác thực bản quyền hay chống tiền giả Thuật ngữ thủy vân bắt nguồn từ mợt loại mực vơ hình hiện lên nhúng vào nước Hình :Thủy vân đồng dollar Mỹ Thủy vân số (digital watermarking) một công cụ giúp đánh dấu bản quyền hay thông tin cần thiết vào tài liệu điện tử Thuật ngữ thủy vân số được cộng đồng thế giới chấp nhận rộng rãi vào đầu thập niên 1990 Khoảng năm 1995, sự quan tâm đến thủy vân bắt đầu phát triển nhanh Năm 1996, hội thảo che dấu thông lần đưa thủy vân vào phần trình nợi dung Đến năm 1999, SPIE tổ chức hợi nghị đặc biệt Bảo mật thủy vân các nội dung đa phương tiện Cũng khoảng thời gian này, một số tổ chức quan tâm đến kỹ thuật watermarking với mức độ khác Chẳng hạn CPTWG thử nghiệm hệ thống thủy vân bảo vệ phim DVD SDMI sử dụng thủy vân việc bảo vệ các đoạn nhạc Hai dự án khác được liên minh châu Âu ủng hộ, VIVA Talisman thử nghiệm sử dụng thủy vân để theo dõi phát sóng Vào cuối thập niên 1990, một số công ty đưa thủy vân vào thương trường, chẳng hạn các nhà phân phối nhạc internet sử dụng Liqid Audio áp dụng công nghệ của Verance Corporation Trong lĩnh vực thủy vân ảnh, Photoshop tích hợp mợt bợ nhúng bợ dị thủy vân tên Digimarc 1.2 Quá trình nghiên cứu thủy vân số Thủy vân số được coi đời từ năm 1954, với sáng chế của Emile Hembrooke Tuy nhiên, nghiên cứu thủy vân chưa được đặt một lĩnh vực nghiên cứu độc lập cho tới năm 1980 Tuy nhiên khái niệm thủy vân được hoàn thiện vào năm 90 của thế kỷ trước Những nghiên cứu thủy vân tập trung vào nghiên cứu "thủy vân mù" (blind watermark) Thủy vân mù thủy vân được nhúng mà không cần quan tâm tới nội dung của môi trường nhúng Tương tự vậy, các thuật toán tách thủy vân mù độc lập với thành phần liệu không chứa thủy vân Có thể ví thủy vân mù chữ ký tay, nội dung của thủy vân không thay đổi với các mơi trường nhúng khác Vào năm 1999, có một sự thay đổi lớn diễn Trong một báo đăng IEEE, Cox các đồng nghiệp nhận ra, chất lượng thủy vân tốt nhiều nếu thủy vân có quan tâm tới nợi dung của môi trường nhúng Các thủy vân được gọi các thủy vân giàu (informed watermark), nội dung của thủy vân được hiểu một hàm của nợi dung mơi trường nhúng Có thể so sánh ý tưởng với ý tưởng chữ ký điện tử Đi xa nữa, vào năm 2000, hai đội ngũ tác giả B.Chen, G.W.Wornell J Chou, Pradhan, Ghaoui, Ramchandran phát triển từ báo của M.Costa năm 1983 "Writing on diry paper" để phát triển một hướng nghiên cứu mới Ý tưởng của Costa là, có hai loại nhiễu tác đợng lên nợi dung bản tin truyền Loại nhiễu thứ nhất, loại nhiễu xảy tại bên gửi, các tác vụ biến đổi xử lý tài liệu Loại nhiễu kiểm soát Loại nhiễu thứ hai loại nhiễu xảy đường truyền, chúng ta kiểm soát được chúng Costa lý luận rằng, các thuật toán thủy vân trước cố gắng nhúng thủy vân vào loại nhiễu thứ nhất, dung lượng tin giấu được nhỏ Costa ra, dung lượng tin cần giấu độc lập với loại nhiễu thứ Do đó, nếu ta coi tồn bợ tài liệu số nhiễu thứ nhất, chúng ta có mợt phương pháp để nhúng mợt lượng thông tin lớn vào tài liệu Thủy vân có mợt ứng dụng quan trọng bảo vệ sự toàn vẹn của tài liệu chống xuyên tạc Để thỏa mãn được yêu cầu của thủy vân, các nghiên cứu trước cố gắng áp dụng mợt mơ hình tổng quát lên tồn bợ tài liệu Tuy nhiên, vào năm 1995, Cox các đồng nghiệp nhận ra, họ sử dụng mơ hình tri giác (perceptual model) để giảm dung lượng thủy vân cần giấu Thay cố gắng áp dụng mợt mơ hình tổng quát lên tồn bợ tài liệu, thực cần áp dụng thủy vân lên một số phần quan trọng của tài liệu mà thơi Đây coi mợt dạng đặc biệt của mơ hình thủy vân giàu, nợi dung thủy vân bị phụ thuộc vào tài liệu Như một chân lý của cuộc sống, tồn tại sự thống đấu tranh các mặt đối lập Với sự đời của thủy vân, khoảng từ năm 1990 trở sau, có nhiều nghiên cứu cơng chống công đối với thủy vân Những nghiên cứu thúc đẩy quá trình nghiên cứu thủy vân đạt được nhiều kết quả mới Thủy vân sử dụng công nghệ trải phổ (spread spectrum) được giới thiệu thời điểm với mơ hình tri giác, mợt nỗ lực nhằm cân tính bền vững (robustness) tính tin cậy (fidelity) của thủy vân số Cơng nghệ trải phổ trải một băng tần hẹp vào một băng tần rơng hơn, tỷ lệ nhiễu tần số trở nên nhỏ Phía bên người gửi tổng hợp lại các tín hiệu này, lúc nhiễu trở nên lớn Công nghệ trải phổ mợt hướng có nhiều triển vọng của kỹ thuật thủy vân Chất lượng tài liệu điện tử sau giấu tin phải không được thay đổi nhiều, người khó nhận các giác quan thông thường Thủy vân số một lĩnh vực nghiên cứu mới, có nhiều triển vọng Những năm gần lĩnh vực có được sự quan tâm đáng kể của các nhà nghiên cứu 2.2 Các ứng dụng thủy vân số Bảo vệ quyền sở hữu (Copyright Protection): Digital watermark được dùng để bảo vệ quyền sở hữu đối với các sản phẩm digital media Nội dung của các digital media chứa thêm các thông tin người sở hữu Khi các digital media được sử dụng bất hợp pháp ta dùng bợ watermark detector để phát hiện Chống chép bất hợp pháp (Copy Protection): Các sản phẩm có chứa digital watermark biểu hiện cho việc sản phẩm khơng được chép, nếu chép phạm luật Nhà sản xuất trang bị cho các phương tiện dùng để nhân bản (như CD writer…) khả phát hiện xem digital media có chứa thủy vân hay khơng, nếu có từ chối khơng chép Mợt số phần mềm có chức này, ví dụ phần mềm xem phim của hãng DivX từ chối chiếu các bộ phim chứa thủy vân Theo dõi trình sử dụng (Tracking): Digital watermarking được dùng để theo dõi quá trình sử dụng của các digital media Mỗi bản của sản phẩm được chứa một watermarked dùng để xác định người sử dụng Nếu có sự chép bất hợp pháp, ta truy người vi phạm nhờ vào watermark được chứa bên digital media Chống giả mạo (Tamper Proofing): Digital water marking được dùng để chống Tiêu chuẩn dùng để đánh giá chất lượng của ảnh được thuỷ vân các ảnh bị công dựa vào tỷ số giá trị cực đại của tín hiệu đợ lớn của nhiễu PSNR (Peak-Signal-ToNoise Ratio) Tỷ số được xác định cơng thức PSNR=20log 10(255/RMSE), RMSE( MSE  p q  I (i, j )  Iw(i, j )  ) bậc hai của sai số trung bình bình phương   p q i 1 j 1 ảnh gốc ảnh bị tác động Trong kỹ thuật nén ảnh, người ta thường chấp nhận tỷ số khoảng từ 20 đến 40 dB Thuỷ vân được nhúng sau giải mã được so sánh để kiểm định, chứng thực thuỷ vân Có thuỷ vân nhìn thấy được mang ý nghĩa nhận biết cơng việc trở nên quá đơn giản chẳng hạn thuỷ vân một chuỗi mã kĩ tự ASCII mang thông tin tên tác giả, ngày tháng… giải mã ta dễ dàng nhận biêt thông tin Hay thuỷ vân mợt ảnh chẳng hạn giải mã được mợt cái ảnh tượng tự ta nhìn thấy sự khác biệt hai ảnh Chất lượng các thuỷ vân lấy từ ảnh bị công được đo Tỷ số Tương tự (Similarity Ratio) SR = S/(S+D), S số giá trị điểm ảnh giống nhau, D số giá trị điểm ảnh khác thuỷ vân gốc thuỷ vân lấy từ các ảnh bị công Chẳng hạn, nếu ta nhúng một thuỷ vân có đợ dài 1000 bit, giải mã thuỷ vân bị sai lệch bit so với ban đầu tỷ số tương tự 999/1000 = 99.9% Tuy nhiên, một số trường hợp thuỷ vân một chuỗi số ngẫu nhiên cơng việc nhận diện thuỷ vân khơng đơn giản Trong trường hợp người ta đưa mợt ngưỡng để xác định mợt ảnh có giấu thuỷ vân hay khơng 2.5 Thủy vân dễ vỡ Thủy vân dễ vỡ (fragile watermark) một dạng thủy vân đặc biệt, được sử dụng để bảo đảm tính tồn vẹn thơng tin của ảnh số Đặc điểm của thủy vân dễ vỡ là, cần ảnh bị thay đổi thủy vân bị phá hủy, chống lại sự xuyên tạc nội dung của ảnh Thuật toán thủy vân dễ vỡ được Yeung Mintzer đưa vào năm 1997 Thuật toán hoạt động các ảnh xám, với thủy vân một chuỗi bit Phía bên người nhận đọc điểm ảnh, trích xuất thủy vân so với thủy vân được cơng bố Nếu có sự khác biệt, độ xám của điểm ảnh được thay đổi tới hai thủy vân thu được giống Thuật toán của Yeung Mintzer làm việc bảo toàn tính tồn vẹn liệu cho điểm ảnh, hỗ trợ khả khôi phục ảnh gốc Một thuật toán khác, được Wong Ping Wah đưa năm 1998, kết hợp thủy vân số mật mã hóa cơng khai Trong thuật toán của Wong, mức xám của LSB ảnh gốc được đặt Sau đó, ảnh gốc được chia thành các khối (block) có kích thước kích thước thủy vân Kích thước của ảnh với khối được băm, kết quả thu được được XOR với thủy vân Kết quả của phép XOR được mã hóa hệ mã hóa RSA, sau nhúng vào LSB của ảnh gốc Phía bên nhận, làm cơng việc ngược lại Đầu tiên, ảnh lại được chia thành các khối, thông tin nhúng LSB được thu hồi giải mã hệ mã hóa RSA Cùng với đó, bên nhận băm các khối của ảnh thu được kích thước ảnh Hai kết quả được XOR với để thu lại thủy vân, so sánh thủy vân thu được với thủy vân gốc được lưu sở liệu của bên gửi Cả hai thuật toán có nhược điểm, khơng tận dụng sự tương quan các khối ảnh liền nhau, dung lượng giấu tin thấp Để cải tiến nhược điểm này, năm 2003, hai tác giả Li Chang Tsun Yang Fong Man Đại học Havard đề xuất một thuật toán thủy vân mới Thuật toán thay đổi mức xám của điểm ảnh một lượng định, lượng phụ thuộc vào bản thân thủy vân một điểm ảnh lân cận của điểm ảnh xét Do điểm ảnh lân cận bí mật, làm tăng đợ an tồn của thủy vân Thuật toán của Li Yang thuật toán thủy vân miền không gian ảnh Cũng năm 2003, ba tác giả Hsieh Tsung Han, Li Chang Tsun Wang Shuo đề xuất một thuật toán thủy vân miền tần số Ảnh gốc X được DCT chia thành các khối 8x8 Một ảnh nhị phân A có kích thước X được tạo từ khóa bí mật Ảnh nhị phân B được tạo theo luật: tất cả các điểm ảnh tương ứng với các hệ số khác có giá trị 1, ngược lại có giá trị Thủy vân W được tạo cách X = A XOR B W được chia thành các khối 8x8 Sau DCT khối Xi, bốn hệ số Xi(h), Xi(h - 1), Xi(h - 2) Xi(h - 3) thỏa điều kiện tần số thấp tần số h được chọn các hệ số thủy vân Bốn hệ số được điều chỉnh cho phương trình sau được thỏa mãn: P (Si(j) * Xi(j)) = Wi(j) Trong đó: P() hàm số, trả giá trị nếu số lượng bit tham số lẻ, nếu ngược lại * phép toán nối Xi(j) Si(j) Si(j) tổng của các hệ số thủy vân không âm W i(j) thuộc tập Ni(j) – tập chứa DCT của Xi khối xung quanh Quá trình được lặp lại cho tới tất cả các khối được thủy vân Quá trình trích xuất thủy vân được thực hiện theo quy trình ngược lại 2.6 Thủy vân giịn Thủy vân dễ vỡ có đặc điểm nhạy cảm với thay đổi ảnh, tức cần có mợt thay đổi nhỏ ảnh thủy vân bị phá hủy Điều khơng thích hợp với thực tế, ảnh truyền Internet bị xử lý nén, xoay chiều mà không làm thay đổi nội dung Thủy vân giịn (semi-fragile watermark) đời nhằm cung cấp mợt khả tùy biến tốt cho thủy vân ảnh Thủy vân giịn bị hủy ảnh có sự thay đổi lớn, làm biến dạng ảnh Năm 1999, Kundur Hatzinakos đưa một thuật toán thủy vân giòn ảnh sử dụng DWT l Đầu tiên, hai tác giả định nghĩa hàm lượng tử hóa Q(f) sau: Q(f) = 0, nếu [f/a.2 ] chẵn Q(f) = trường hợp ngược lại Với hàm [] hàm lấy phần nguyên của một số f một hệ số, l cấp DWT Thực hiện DWT L cấp đối với ảnh Trừ hệ số của băng tần có tần số thấp nhất, hệ số f(i) phải thỏa mãn phương trình sau, với qkey(i) mợt biến boolean, phụ thuộc vào các lân cận của điểm ảnh i: Q(f(i)) = w(i) XOR qkey(i) Nếu phương trình không được thỏa, cần biến đổi f(i) sau: l f(i) = f(i) – a.2 , nếu f(i) > l f(i) = f(i) + a.2 , nếu f(i) ≤ Sau quá trình nhúng thủy vân kết thúc, thực hiện IDWT để thu lại ảnh nhúng thủy vân Ở phía nhận, thu lại thủy vân công thức sau: we(i) = Q (f(i)) XOR qkey(i) Hệ số thay đổi ảnh (Tamper Assesment Function - TAF) được định nghĩa là: TAF (we, w) = 1/Nw ∑ (w(i) XOR we(i)) TAF đặc trưng cho sự biến đổi nhiều hay của ảnh, qút định có chấp nhận sự thay đổi hay khơng tùy vào người dùng Một số phương pháp công thủy vân Từ năm 1999, các phương pháp công thủy vân bắt đầu được chú ý nghiên cứu đạt được nhiều kết quả Với thủy vân hiện, phương pháp phổ biến hiện sử dụng các công cụ xử lý ảnh Adobe Photoshop, GIMP để loại bỏ thủy vân hiện ảnh Với thủy vân ẩn, thủy vân bị xóa bỏ các tác đợng vơ tình cơng cố ý Các tác đợng vơ tình người sử dụng dùng các phép biến đổi ảnh nhằm thay đổi ảnh theo ý muốn, qua lại thay đổi xóa bỏ thủy vân Các cơng cố ý có sự khác biệt, kẻ cơng có kiến thức rõ ràng thủy vân, có ý định xóa bỏ thủy vân Hiện nay, có nhiều cơng cụ được nghiên cứu để cơng xóa bỏ thủy vân ẩn ảnh số, kể mợt số công cụ sau:  Stirmark: Stirmark một công cụ phổ biến để kiểm tra độ bền của thủy vân Với một bức ảnh cho, Stirmark thực hiện mợt loạt các phép biến đổi nhằm xóa bỏ thủy vân ảnh Stirmark được Fabien Petitcolas phát triển từ năm 1997, tới có phiên bản 4.0 Stirmark được cung cấpmiễn phí tại địa http://www.petitcolas.net/fabien/watermarking/stirmark  CheckMark: CheckMark một công cụ sử dụng với Matlab, được phát triển từ năm 2001 CheckMark hỗ trợ nhiều kỹ thuật xử lý ảnh DWT, tạo nhiễu, lọc, v.v… CheckMark được cung cấp tại địa http://watermarking.unige.ch/Checkmark/index.html  Optimark: Optimark hỗ trợ cả việc dị tìm thủy vân, hay cơng xóa bỏ thủy vân ảnh Optimark được cung cấp tại địa http://poseidon.csd.auth.gr/optimark/.Các phương pháp cơng thủy vân chia thành các loại:  Tấn công đơn giản: công đơn giản, hay cịn gọi cơng mù (blind attack) dạng công đơn giản đầu tiên, tương ứng với thời kỳ thủy vân mù cịn phát triển Tấn cơng mù cố gắng công tất cả các miền ảnh không quan tâm tới nội dung ảnh thuật toán thủy vân Các kỹ thuật thường được sử dụng lọc tuyến tính, lọc phi tuyến, thay đổi màu, chuyển đổi digital – analog, lấy mẫu, lượng tử hóa, v.v…  Vơ hiệu hóa thủy vân: công dạng cố gắng phá hủy thủy vân, thường sử dụng các biến đổi hình học, co dãn ảnh, xoay ảnh, cắt ảnh Chương trình thử nghiệm bảo vệ quyền ảnh số kỹ thuật DWT Chương trình bày thử nghiệm với các thuật toán thủy vân số ảnh, lĩnh vực nghiên cứu thủy vân có nhiều thành tựu từ trước tới 4.1 Thử nghiệm thủy vân ảnh DWT Nhúng thủy vân 1.Ảnh cần bảo vệ: Hình 9: Ảnh cần bảo vệ 2.Thủy vân nhúng vào: Hình 10: Thủy vân cần nhúng Kết quả nhúng thủy vân: Hình 11:Ảnh nhúng thủy vân - Kiểm tra chất lượng ảnh gốc sau nhúng thủy vân: PSNR= 586.6574 Tách thủy vân 3.Ảnh nhúng thủy vân: 4.Kết quả trích thủy vân: 4.2 Thử nghiệm sơ phép công  Phương pháp công : - Biến đổi tín hiệu(làm sắc nét):  Ảnh thủy vân chưa bị làm sắc nét Hình 12: Ảnh thuỷ vân DWT Kết quả trích thủy vân Hình 13:Ảnh kêt tách thủy vân  Ảnh thủy vân bị làm sắc nét Hình 14: Ảnh thủy vân làm sắc nét Kết quả trích thủy vân Hình 15:Ảnh tách thủy vân - Chuyển định dạng Gif, JPEG, BMP…  Ảnh thủy vân chưa chuyển định dạng với BMP Hình 16 : Ảnh thủy vân chưa chuyển định dạng với đuôi BMP Kết quả trích thủy vân Hình 17:Kết trích thủy vân  Ảnh thủy vân chuyển định dạng với đuôi JPG Hình 18:Ảnh thủy vân chuyển sang JPG Kết quả trích thủy vân Hình 19:Ảnh tách thủy vân - Giảm liệu: sửa histogram  Ảnh thủy vân chưa bị thay đổi histogram Hình 20: Ảnh thủy vân chưa bị thay đổi histogram Kết quả trích thủy vân Hình 21:Ảnh tách thủy vân  Ảnh thủy vân bị thay đổi histogram Hình 22:Ảnh thủy vân thay đổi histogram Kết quả trích thủy vân - Tạo nhiễu: nhiễu cộng, nhiễu nhân  Ảnh thủy vân chưa bị làm nhiễu Hình 23:Ảnh thủy vân chưa bị làm nhiễu Kết quả trích thủy vân  Ảnh thủy vân bị làm nhiễu Hình 24: Ảnh thủy vân làm nhiễu Kết quả trích thủy vân CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN Kết đạt - Rèn luyện được kỹ làm việc nhóm Thử nghiệm được một số kỹ thuật thủy vân việc bảo vệ bản quyền ảnh số kỹ thuật LSB,kỹ thuật DCT ,kỹ thuật DWT, Hạn chế đề tài - Do chưa có nhiều kinh nghiệm việc bảo vệ bản quyền ảnh số nên đề tài của em chưa hoàn thiện theo ý muốn Hướng phát triển đề tài - Thử nghiệm các kỹ thuật thủy vân bảo vệ bản quyền ảnh số GUI TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Đỗ Ngọc Anh, “Nén ảnh sử dụng biến đổi wavelet ứng dụng các dịch vụ liệu đa phương tiện di động”, luận văn thạc sỹ, Đại học Bách khoa Hà Nội, 2006 [2] TSKH Nguyễn Ngọc San: Bài giảng môn học công cụ toán học sở lý thút hệ thống-xử lý tín hiệu; Chun đề mơn học XLSTH, MHH&Mơ mạng thơng tin CH ĐTVT khóa thầy giáo hướng dẫn, 2004-2005, Học viện CNBCVT VNPT [3] Nhập môn xử lý ảnh số - Lương Mạnh Bá- Nguyễn Thanh Thủy [4] Nguyễn Văn Tảo, Bùi Thế Hồng, “Nâng cao chất lượng ảnh kỹ thuật thuỷ vân sử dụng miền tần số phép biến đổi DWT-DCT”, Tạp chí Tin học Điều khiển học, số 4/2006 Tiếng Anh: [1] M.Arnold, M.Schmucker, S.D.Wolthusen, “Techniques and applications of digital watermarking and content protection”, Artech House, 2003 [2] B Barak, O Goldreich, R Impagliazzo, S Rudich, A Sahay, S Vadhan, K Yang, “On the (Im)possibility of Obfuscating Programs”, In Crypto '01, LNCS No 2139, 2001, pp 1-18