BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC KỸ THUẬT GIẤU TIN Đề tài 23 : KỸ THUẬT THỦY VÂN CỦA VIDEO MPEG4

HỌC VIỆN KỸ THUẬT MẬT MÃ KHOA AN TỒN THƠNG TIN BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC KỸ THUẬT GIẤU TIN Đề tài 23 : KỸ THUẬT THỦY VÂN CỦA VIDEO MPEG4 Sinh viên thực : NGUYỄN MINH HOÀNG AT150121 VŨ TRẦN HOÀNG ANH AT150102 HOÀNG NHẬT HỒNG AT150122 LÊ CƠNG SẢN AT150150 NGUYỄN VĂN NGHĨA AT150141 Nhóm : Giảng viên hướng dẫn : Th.S HOÀNG THU PHƯƠNG Hà Nội, 02/2022 TÓM LƯỢC Phương pháp tạo thủy vân video miền nén MPEG-4 đề xuất thể nghiên cứu tốc độ bit video từ 64 Kb / s đến 900 Kb / s Thủy vân chèn cách sửa đổi hệ số Discrete Cosine Transformation (DCT) Cường độ thủy vân thay đổi theo đặc tính khung cục để giảm tác động đến chất lượng hình ảnh Thể thuật toán nghiên cứu để tạo thủy vân bit khung hình khác nhau, từ Kb / khung hình đến Kb / khung hình Thủy vân không bị công trước công chia tỷ lệ, xoay cắt xén sử dụng kỹ thuật mù Mục lục Giới thiệu 2 Tổng quan MPEG-4 .3 Phương án đề xuất 3.1 Tín hiệu thủy vân trải phổ 3.2 Nhúng thủy vân 3.3 Phương pháp tăng thích ứng cục Kết .10 Đánh giá chủ quan 12 Kết luận 15 Giới thiệu Kỹ thuật thủy vân số việc chèn thông tin cách suốt vào liệu đa phương tiện, đóng vai trị chữ ký video Phương pháp cổ điển để tạo thủy vân cho luồng video nén giải nén video sử dụng kỹ thuật tạo thủy vân miền không gian miền biến đổi, sau nén lại video thêm thủy vân Một số nhược điểm phương pháp là: Tăng tính nhiễu q trình nén lại, chất lượng không tốt không hiểu biết kết tham số nén độ phức tạp tính tốn Một cách khác chèn thủy vân miền nén Theo cách tiếp cận này, thủy vân chèn vào số thành phần cú pháp hệ số DCT video giải mã phần Hartung mô tả kỹ thuật để nhúng thủy vân trải phổ vào video nén MPEG-2 tương tự vào video không nén Đối với kỹ thuật thủy vân miền nén, họ giải mã video để thu hệ số DCT khung hình chèn thủy vân cách sửa đổi hệ số DCT Langelaar mơ tả kỹ thuật thủy vân miền nén gọi Differential Energy Watermark (DEW), video chia thành nhóm khối, nhóm chia thành hai có kích thước xác định khóa nhúng thủy vân Bằng cách so sánh lượng hệ số DCT chọn hai bộ, bit trọng tải biểu thị Jordan cộng đề xuất phương pháp tạo thủy vân cho video nén để nhúng thông tin vào vectơ chuyển động Hsu Wu trình bày phương pháp cho kỹ thuật thủy vân điều chỉnh hệ số DCT tần số trung bình liên quan đến khối lân cận mặt không gian thời gian Nicholson đánh giá độ bền thủy vân chất lượng video sau video tạo thủy vân nén MPEG-4 Tuy nhiên, khơng có kỹ thuật số giải thủy vân trực tiếp video MPEG-4 Trong báo này, kỹ thuật thủy vân miền nén cho luồng video MPEG- trình bày Cách tiếp cận tương tự thủy vân chèn vào hệ số DCT Tuy nhiên, việc sử dụng mẫu đồng hóa làm cho trở nên mạnh mẽ đạt cải thiện cục chất lượng Phần giới thiệu tổng quan kỹ thuật MPEG-4 Tiếp theo phương pháp đề xuất kết Phần Phần tương ứng Phần đề xuất giao thức để đánh giá chủ quan hệ thống kết luận Phần Tổng quan MPEG-4 MPEG-4 mã hóa thơng tin hình ảnh dạng đối tượng (video tự nhiên, tổng hợp kết cấu tĩnh) MPEG-4 mã hóa mơ tả cảnh để kết xuất thích hợp tất đối tượng Khung ảnh MPEG-4 bao gồm nhiều đối tượng video Mỗi đối tượng video đặc trưng thơng tin khơng gian thời gian dạng hình khuôn, chuyển động kết cấu tương ứng với đối tượng 2D cảnh Bề mặt đối tượng video (Video Object Plane - VOP) mẫu thời gian đối tượng video VOP mã hóa độc lập với phụ thuộc cách bù trừ chuyển động Một VOP chứa liệu video mã hóa dạng khối khơng chồng lấn Một khối không chồng lấn chứa phần độ chó sáng thành phần sắc độ lấy mẫu theo khơng gian Trong tiêu chuẩn hình ảnh MPEG-4, hỗ trợ định dạng sắc độ cho khối không chồng lấn định dạng 4:2:0 Ở định dạng này, macroblock chứa khối độ chói sáng khối sắc độ Mỗi khối gồm 8x8 pixel mã hóa cách sử dụng phép biến đổi DCT Các hệ số DCT sau lượng tử hóa cách thích ứng để đạt tốc độ bit thấp Phương án đề xuất Trong phương pháp đề xuất, tín hiệu thủy vân chèn trực tiếp vào chuỗi nhị phân nén MPEG-4 trình phát thực cách sử dụng chuỗi nhị phân nén mà khơng có tín hiệu thủy vân Phần 3.1 thảo luận hình thành tín hiệu thủy vân từ mẫu đồng tín hiệu thơng điệp gốc Phần 3.2 đề cập đến q trình mà tín hiệu thủy vân nhúng vào video MPEG-4 Phần 3.3 thảo luận phương pháp tăng thích ứng cục để tăng chất lượng video 3.1 Tín hiệu thủy vân trải phổ Tín hiệu thủy vân thường giới hạn giá trị nhỏ để đảm bảo tính suốt bị nhiễu từ tín hiệu chủ nhiễu bổ sung phát sinh từ q trình xử lý sau Tín hiệu trải phổ dễ bị xảy lỗi đồng hóa sau q trình chia tỷ lệ, cắt xén phép quay Một cặp mẫu áp dụng tín hiệu trải phổ để chống lại tính đồng Mẫu hạn chế tín hiệu thủy vân để có cấu trúc tuần hồn định kỳ Đặc biệt, tín hiệu thủy vân xây dựng cách lặp lại ô thủy vân sơ cấp theo cách không chồng chéo Nếu việc lát thực cách, đỉnh xảy tâm ô Nếu phép biến đổi tuyến tính A áp dụng cho VOP thủy vân hệ số tự tương quan , đỉnh di chuyển đến theo (1) Mẫu đồng hóa thứ hai buộc phải chứa tập đỉnh miền yêu cầu Yêu cầu đáp ứng cách khiến kết hợp thông điệp mang ký hiệu tín hiệu đồng Trong miền tần số chứa đỉnh băng tần trung bình, đỉnh chiếm hệ số tần có độ lớn thống Sau trình chuyển đổi hình học A áp dụng cho hình ảnh, hệ số FFT di chuyển đến vị trí theo phương trình (2) Do sử dụng hai phương trình trên, thu phép biến đổi tuyến tính A áp dụng cho hình ảnh thực hồn nguyên phép biến đổi để thực phương pháp phát Hình (a) Phác thảo trình tạo tín hiệu thủy vân 3.2 Nhúng thủy vân Phần mô tả kỹ thuật nhúng thủy vân trực tiếp vào chuỗi nhị phân tạo để phù hợp với Advanced Simple Profile (ASP) tiêu chuẩn MPEG-4 Tín hiệu thủy vân thêm vào mặt phẳng độ chói sáng VOPs Vì DCT phép biến đổi tuyến tính để thêm tín hiệu thủy vân biến đổi trực tiếp vào hệ số DCT khối chói sáng, tương đương phép cộng miền khơng gian Một luồng nhị phân sơ cấp phân tích cú pháp thành mức khối, vectơ chuyển động mã hóa có độ dài biến đổi hệ số DCT Các vectơ chuyển động tái cấu trúc sử dụng giải mã VLC đảo ngược bước đoán trước Sau tín hiệu thủy vân nhúng, mã VLC tái tạo lại chuỗi nhị phân tái cấu trúc Hình (b): Mơ tả tồn đại cương Vì tín hiệu 96x96 nhúng hình ảnh 192x192, nên khối 8x8 nhúng khối 16x16 Do đó, tổng số hốn vị Thuộc tính giúp giới thiệu Giấy phép kỹ thuật số (Digital License Number) Mỗi người dùng ủy quyền có khóa ánh xạ tới cấu hình tất hốn vị xảy Chuỗi bậc hai phương pháp mà lặp lại , K số giấy phép tạo 64 vị trí để chèn thủy vân Bảng băm cách tiếp cận khác để làm điều tương tự Tín hiệu khơng đánh dấu Đồng hóa theo mẫu Tín hiệu thủy vân Chia tỉ lệ nhúng Chia tỉ lệ bổ sung Sửa lỗi (a) Sự gắn kết Tín hiệu thủy vân Dịng Bit khơng đánh dấu Dịng Bit thủy vân Thơn tin tiêu đề hình dạng Vecto chuyển động Các hệ số DCT Nhúng thủy vân Các hệ số DCT thủy vân (b) Hình a) Sơ đồ chuẩn bị tín hiệu thủy vân b) Phác thảo cho trình nhúng thủy vân Trình nhúng bắt chước giải mã MPEG-4 3.3 Phương pháp tăng thích ứng cục Phương pháp tăng thích ứng cục để cải thiện việc thể thủy vân Đối với vùng tương đối mịn video, nơi chí lượng nhỏ sai lệch thấy, kiểm sốt tăng cục giảm sức mạnh nhúng thủy vân để giảm thiểu khả cảm nhận thủy vân Đối với vùng hình ảnh hay biến đổi vùng kết cấu hình ảnh, kiểm sốt tăng cục làm tăng sức mạnh nhúng để cải thiện độ mạnh mẽ Phương pháp tăng cục sử dụng thước đo hoạt động cục để điều chỉnh công suất thủy vân sở khối, thu trực tiếp từ hệ số DCT cho khối dự đoán cách sử dụng thông tin vectơ chuyển động cho khối dự đốn Mơ hình tăng cho tăng cục Các hệ số thủy vân sau tính trọng số để tạo tín hiệu thủy vân nhúng vào video: (3) thủy vân nhúng, mức tăng tồn cầu người dùng lựa chọn tín hiệu thủy vân trước điều chỉnh mức tăng Đối với VOP, trọng số tăng cục định dựa hoạt động ước tính VOP Đối với mã hóa nội khung VOP, (4) ánh xạ pixel thứ thành hệ số DCT Đối với VOP dự đoán, sử dụng cơng thức thay tổng lượng , (5) , , số pixel di chuyển từ Khu vực A, B, C, D đến khối xem xét Bản phác thảo cho tăng thích ứng cục thể Hình (a) (a) (b) (c) Hình a) Bản phác thảo cho phương pháp tăng thích ứng cục b) Tín hiệu thủy vân gốc chèn c) Tín hiệu thủy vân cuối sau lát (a)Video I (900 Kb/sec) (b) Video II (64 Kb/sec) Hình a) Video thủy vân có tốc độ bit 900 Kb / giây tốc độ bit trọng tải Kb / khung hình b) Video thủy vân có tốc độ bit 64 Kb / giây tốc độ bit trọng tải Kb / khung hình Kết Thuật tốn thử với hai video (một video có nhiều kết cấu so với video khác) thực IIT Kanpur khơng có tập liệu video tiêu chuẩn cho phương pháp tạo thủy vân Các video nén tốc độ bit khác (64-900 Kb / giây) tốc độ bit tín hiệu thủy vân thay đổi từ kb / khung hình đến Kb / khung hình Các khung có kích thước 192 x 192 thủy vân 32 x 32 chèn vào Việc chuẩn bị tín hiệu thủy vân thể hình (b), (c) Kết nhúng thủy vân Kb / khung hình video 900 kb / s 64 kb / s thể Hình Hình cho thấy hiệu suất mơđun tăng thích ứng cục (a)Khơng có tăng thích ứng cục (b)Có tăng thích ứng cục Hình a) Video thủy vân có tốc độ bit 900 Kb / giây tốc độ trọng tải thủy vân 3Kb / giây khơng có mơ-đun tăng thích ứng cục b) Video thủy vân có tốc độ bit 900 Kb / giây tốc độ trọng tải thủy vân 3Kb / giây với áp dụng tăng thích ứng cục Sự khác biệt chất lượng rõ ràng vùng có kết cấu thấp bầu trời tường Đánh giá chủ quan Một giao thức để đánh giá chất lượng khung video có thủy vân xác định dựa khuyến nghị P.910 ITU-T ITU-R Rec BT.500 Các khuyến nghị đề xuất giao thức khác dựa mục tiêu đánh giá sẵn có hiểu biết tảng Trong giao thức Absolute Category Rating (ACR), hình ảnh hiển thị sau câu hỏi liên quan đến chất lượng đưa Thang đo rời rạc với giá trị 1-5 Trong giao thức Degradation Category Rating (DCR), nguồn trình bày theo hệ thống thử nghiệm Thang đo sử dụng thang điểm suy giảm rời rạc Các thang đo ACR, DCR khơng tn thủ chúng sử dụng thang đo rời rạc làm tự để phân biệt với việc sử dụng Một giao thức thiết kế đối tượng hiển thị hiểu biết tảng hệ thống thử nghiệm thang đo liên tục Trong phiên kiểm tra, người dùng lần làm quen với giao diện Tiếp theo phần thử để kiểm tra độ quen thuộc Sau đó, chúng tơi có phiên kiểm tra bắt đầu với dãy ổn định Điểm số cao mức thông thường điểm số trung bình tính tốn Bài kiểm tra nhận thức chủ quan thực đối tượng người dùng cuối chuyên gia xử lý hình ảnh Thang điểm mà đối tượng bình chọn liên tục Trong phiên kiểm tra, video bên có tốc độ bit 900 Kb / s Trong phiên thứ hai, tốc độ bit thay đổi khung riêng lẻ hiển thị Tỷ lệ thủy vân Kb / khung hình Các biểu đồ sau (hình (a) hình (b)) cho thấy hiệu suất hai video (a)Tốc độ bit tải trọng thay đổi (b) Tốc độ bit video thay đổi Hình a) Đánh giá chủ quan video có tốc độ bit tải trọng thay đổi b) Đánh giá chủ quan video có tốc độ bit video thay đổi Kết luận Một kỹ thuật để thủy vân số chuỗi nhị phâm MPEG-4 miền nén đề xuất Kỹ thuật không mạnh mẽ lỗi đồng hóa mà cịn cải thiện chất lượng video cách sử dụng kỹ thuật thích ứng cục Tài liệu tham khảo [1] Hartung, F., Girod, B.: Watermarking of uncompressed and compressed video Signal Processing 66 (1998) 283–301 [2] Hartung, F.: Watermarking and fingerprinting of uncompressed and compressed video Signal Processing 66 (1998) 283–301 [3] ISO: Information technology - generic coding of moving pictures and associated audio information ISO/IEC 13818-2 (1994) [4] Langelaar, G., R.Lagendijk: Optimal differential energy watermarking of dct encoded images and video IEEE Transactions on image Processing 10 (2001) 148– 158 [5] F Jordan, M.K., Ebrahimi, T.: Proposal of a watermarking technique for hiding/retrieving data in compressed and decompressed video ISO/IEC document JTC1/SC29/WG11 MPEG97/M2281 (1997) [6] Hsu, C., Wu, J.: Hidden digital watermarks in images IEEE Transactions on Image Processing (1999) 58–68 [7] D Nicholson, P.K., Delaigle, J.: Watermarking in mpeg4 context European Conference on Multimedia Application Services and Techniques (1999) 472–492 [8] ISO: Information technology - coding of audio/video objects:video ISO/IEC 14486-2 (October 1998) [9] ITU-T: Methodology for subjective assesment of the quality of television pictures Recommendation P.910 (1996) [10] ITU-R: Subjective video quality assesment methods for multimedia applications Recommendation BT 500-11 (1995) ... độ bền thủy vân chất lượng video sau video tạo thủy vân nén MPEG-4 Tuy nhiên, khơng có kỹ thuật số giải thủy vân trực tiếp video MPEG-4 Trong báo này, kỹ thuật thủy vân miền nén cho luồng video. .. tương tự vào video không nén Đối với kỹ thuật thủy vân miền nén, họ giải mã video để thu hệ số DCT khung hình chèn thủy vân cách sửa đổi hệ số DCT Langelaar mơ tả kỹ thuật thủy vân miền nén gọi... thiệu Kỹ thuật thủy vân số việc chèn thông tin cách suốt vào liệu đa phương tiện, đóng vai trị chữ ký video Phương pháp cổ điển để tạo thủy vân cho luồng video nén giải nén video sử dụng kỹ thuật