nghiên cứu phương pháp định danh bản quyền tác giả trên dữ liệu ảnh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Lê Ngọc Việt NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP ĐỊNH DANH BẢN QUYỀN TÁC GIẢ TRÊN DỮ LIỆU ẢNH KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin HÀ NỘI - 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Lê Ngọc Việt NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP ĐỊNH DANH BẢN QUYỀN TÁC GIẢ TRÊN DỮ LIỆU ẢNH KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin Cán bộ hƣớng dẫn: ThS. Nguyễn Thị Hậu HÀ NỘI - 2010 Lê Ngọc Việt – K51CHTTT Thủy vân số trên ảnh - i - Lời cám ơn Trước hết tôi xin gửi lời cám ơn đến toàn thể các thầy cô giáo trường Đại học công nghệ Đại học Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ và chỉ bảo tôi trong suốt quá trình học tập ở trường. Đặc biệt tôi xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến cô Nguyễn Thị Hậu đã chỉ bảo hướng dẫn tôi từ bước chọn đề tài, đến nghiên cứu và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong quá trình làm khóa luận. Đồng thời tôi cũng xin cảm ơn những người bạn đã luôn bên cạnh, chia sẻ giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và học tập. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ niềm biết ơn vô hạn tới bố mẹ, chị tôi, và những người bạn thân luôn bên cạnh, động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp. Hà Nội, 17/05/2010 Sinh viên: Lê Ngọc Việt Lê Ngọc Việt – K51CHTTT Thủy vân số trên ảnh - ii - Tóm tắt nội dung Trong thời đại kỷ nguyên số, thông tin số được sử dụng rộng rãi trong môi trường mở: tài nguyên được phân phối cho nhiều người sử dụng, thì nhu cầu được bảo vệ bản quyền sở hữu trí tuệ các sản phẩm số đã trở thành một vấn đề quan trọng và được nhiều cơ sở nghiên cứu quan tâm. Thủy vân số hay nhúng thủy vân được đánh giá mang lại nhiều hứa hẹn trong ứng dụng bảo vệ bản quyền, phát hiện xuyên tạc, kiểm soát truy cập đối với dữ liệu đa phương tiện. Không giống như các hệ mật mã được sử dụng cho truyền thống và không ngăn cấm được người dùng sử dụng trái phép những dữ liệu, các phương pháp thủy vân hứa hẹn một giải pháp cho vấn đề bảo vệ bản quyền đối với sản phẩm số khi mà sản phẩm đó được sử dụng trong môi trường mở và không cần đến việc mã hóa. Tạo thủy vân là một phương pháp nhúng một lượng thông tin nào đó vào trong dữ liệu đa phương tiện cần được bảo vệ sở hữu và không để lại ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm. Thủy vân phải tồn tại bền vững với sản phẩm số và không thể loại bỏ bằng bất kì những tấn công có chủ đích hay không chủ đích nào trừ khi phá hủy sản phẩm. Trong phạm vi khóa luận này, tôi xin đưa ra một số phương pháp thủy vân số mà tôi nghiên cứu cho dữ liệu ảnh như BMP (bitmap), JPG (JPEG),…,và cách xử lý ảnh màu, cách nén ảnh chuẩn JPEG… Và tôi cũng xây dựng được một ứng dụng cho việc xác định bản quyền tác giả trên dữ liệu ảnh sử dụng phương pháp DCT đề cập trong khóa luận. Đồng thời nội dụng khóa luận đề cập tới một số thử nghiệm đánh giá hiệu quả của ứng dụng đã xây dựng được. Lê Ngọc Việt – K51CHTTT Thủy vân số trên ảnh - iii - Mục lục Lời cám ơn i Tóm tắt nội dung ii Bảng các kí hiệu và chữ viết tắt iv Mục lục các hình vẽ v Mở đầu 7 Chương 1: Giới thiệu về ẩn – giấu tin 8 1.1. Khái niệm về ẩn - giấu tin. 8 1.2. Phân loại kỹ thuật giấu tin: 8 1.3. Mô hình giấu tin cơ bản: 10 1.4. Tính chất của ẩn giấu tin trong ảnh. 12 Chương 2: Kỹ thuật thủy vân số 14 2.1. Khái niệm về thủy vân số. 14 2.2. Phân loại thủy vân số. 15 2.3. Mô hình thủy vân số: 16 2.4. Các khuynh hƣớng tiếp cận của kỹ thuât thủy vân số. 18 2.5. Một số ứng dụng 26 2.6. Yêu cầu về chất lƣợng ảnh của thủy vân số: 26 Chương 3: Phát triển ứng dụng. 28 3.1. Các chức năng chính: 28 3.2. Hƣớng giải quyết bài toán 28 3.3. Giới thiệu về các module: 34 3.4. Giao diện chƣơng trình 38 3.5. Môi trƣờng lập trình. 41 Chương 4: Thực nghiệm đánh giá 43 4.1. Cài đặt: 43 4.2. Chất lƣợng ảnh. 43 4.3. Độ bền vững của thông tin. 46 4.4. Một số hạn chế của hệ thống: 48 Kết luận 49 Các thuật ngữ tiếng anh 50 Tài liệu tham khảo 51 Lê Ngọc Việt – K51CHTTT Thủy vân số trên ảnh - iv - Bảng các kí hiệu và chữ viết tắt Kí hiệu Diễn giải LSB Least Significant Bit DFT Discrete Fourier Transform IDFT Inverse Discrete Fourier Transform DCT Discrete Cosine Transform IDCT Inverse Discrete Cosine Transform DWT Discrete Wavelet Transform IDWT Inverse Discrete Wavelet Transform Lê Ngọc Việt – K51CHTTT Thủy vân số trên ảnh - v - Mục lục các hình vẽ Hình 1.1: Sơ đồ phân loại kỹ thuật giấu tin 8 Hình 1.2: Lược đồ chung cho quá trình giấu tin 11 Hình 1.3: Lược đồ chung cho quá trình giải mã 12 Hình 2.1: Ví dụ về thủy vân số 14 Hình 2.2: Sơ đồ phân loại các loại thủy vân số. 15 Hình 2.3: Mô hình thủy vân số 16 Hình 2.4: Mô hình nhúng thủy vân số 17 Hình 2.5: Mô hình tách thủy vân số 17 Hình 2.6 Sơ đồ phân chia 3 miền tần số của phép biến đổi DCT 22 Hình 2.7: ảnh jpeg 22 Hình 2.8 Sơ đồ miền tần số của ảnh 22 Hình 2.9: Mô hình DWT trên miền màu đỏ (Red) của khối ảnh RGB mxn 23 Hình 2.10: Mô hình IDWT của ảnh RGB 24 Hình 2.11: Mô hình nhúng thủy vân số trên miền DWT 25 Hình 3.1 Mô hình nhúng thủy vân trên miền DCT 29 Hình 3.2: Mô hình tách thủy vân. 30 Hình 3.3 Các bước của quá trình mã hóa biến đổi DCT đối với một khối 31 Hình 3.4: Ma trận lượng tử 32 Hính 3.5:Mô hính tương tác module thủy vân hiện 34 Hình 3.6:Mô hình tương tác module nhúng thủy vân ẩn 35 Hình 3.7: Mô hình tương tác module tách thủy vân ẩn 36 Hình 3.8: Giao diện chính của ứng dụng 37 Lê Ngọc Việt – K51CHTTT Thủy vân số trên ảnh - vi - Hình 3.9: Giao diện thủy vân hiện 38 Hình 3.10: Mô tả thành phần của .NET Framework 41 Hình 4.1: Ảnh gốc trước khi thủy vân hiện 42 Hình 4.2: Ảnh sau khi thủy vân 43 Lê Ngọc Việt – K51CHTTT Thủy vân số trên ảnh - 7 - Mở đầu Trong thời đại bùng nổ thông tin với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật trên nhiều lĩnh vực đặc biệt là trong lĩnh vực đa phương tiện (multimedia) hỗ trợ đắc lực cho sự sản xuẩt, quản lý và phân phối các sản phẩm đa phương tiện như: hình ảnh, âm thanh… và khiến chúng trở lên rất dễ dàng. Đặc biệt với sự phát triển mạnh mẽ của Internet đã làm cho quá trình phân phối các sản phầm này trở nên rất nhanh chóng. Và chính điều này đã đặt ra vấn đề là làm sao bảo vệ bản quyền sở hữu đối vơi các sản phẩm đa phương tiện này. Một trong những phương pháp được dùng rất sớm để bảo vệ quyền sở hữu đối với các sản phẩm đa phương tiện là dùng phương pháp mã hóa. Các sản phẩm được mã hóa và gửi cho người dùng. Người dùng chỉ đọc được các sẩn phẩm này khi mà nhận được khóa để giải mã đi kèm. Phương pháp mã hóa này chỉ hiệu quả trong việc truyền dữ liệu đa phương tiện nhưng không hiệu quả trong việc bảo vệ bản quyền sở hữu vì người dùng sau khi giải mã thì sẽ nhân bản và phân phối lại sản phẩm đó. Chính điểu đó mà chúng ta cần phải xây dựng một phương pháp tốt hơn để giải quyết vấn đề này. Và thủy vân số là một trong những giải pháp được đưa ra để giải quyết vấn đề về bản quyến sở hữu. Trong phạm vi khóa luận đã đi vào nghiên cứu các phương pháp để giải quyết vấn đề đó. Mục tiêu của khóa luận là không chỉ nghiên cứu các phương pháp xác thực bản quyền tác giả trên dữ liệu ảnh sử dụng thủy vân số mà còn xây dựng một hệ thống thực nghiệm sử dụng một trong nhưng kỹ thuật thủy vân được nghiên cứu trong khóa luận. Ngoài phần Mở đầu và Kết luận, kết cấu của khóa luận bao gồm các chương sau:  Chƣơng 1: Giới thiệu về ẩn giấu tin. Nêu ra các khái niệm cơ bản nhất về ẩn giấu tin và ứng dụng trong thực tế.  Chƣơng 2: Giới thiệu về thủy vân số. Nghiên cứu phân tích một số thuật toán thủy vân số hiện nay đang được phổ biến. Tìm hiểu ưu nhược điểm của từng thuật toán.  Chƣơng 3: Hướng giải quyết và đề xuất mô hình bài toán. Miêu tả chi tiết thuật toán sử dụng và môi trường phát triển ứng dụng  Chƣơng 4: Kết quả thực nghiệm và đánh giá. Đưa ra kết quả đã làm được và đánh giá kết quả. Lê Ngọc Việt – K51CHTTT Thủy vân số trên ảnh - 8 - Chƣơng 1: Giới thiệu về ẩn – giấu tin 1.1. Khái niệm về ẩn - giấu tin. Hiện nay có rất nhiều cách định nghĩa khác nhau về ẩn giấu tin như:  Theo tác giả Trịnh Nhật Tiến thì: Ẩn giấu tin (steganography) được hiểu là nhúng mẩu tin mật vào một vật mang tin khác, sao cho khó phát hiện ra mẩu tin đó, mặt khác nhận biết được vật mang tin đã được giấu một tin mật. [1]  Theo một số tác giả khác: Ẩn giấu tin là một kỹ thuật nhúng (giấu) một lượng thông tin số nào đó vào trong một đối tượng dữ liệu số khác (giấu thông tin chỉ mang tính quy ước không phải là một hành động cụ thể). [2] Như vậy. Ẩn giấu tin là một kỹ thuật nhúng các mẩu tin vào một đối tượng mang tin sao cho khó có thể phát hiện ra tin mật đó. 1.2. Phân loại kỹ thuật giấu tin: Phân loại theo khuynh hƣớng: Hình 1.1: Sơ đồ phân loại kỹ thuật giấu tin Trong kỹ thuật giấu tin nhằm mục đích an toàn và bảo mật thông tin ở hai khía cạnh:  Bảo mật dữ liệu đem giấu.  Bảo mật cho chính đối tượng được dùng để giấu tin. Từ hai khía cạnh trên dần dần hình thành hai khuynh hướng chủ yếu của giấu tin là: 1. Giấu tin (Steganography) là kỹ thuật nhúng tin mật vào môi trường giấu tin. Theo khuynh hướng này tập trung vào các kỹ thuật giấu tin sao cho thông tin giấu được càng nhiều càng tốt và quan trọng là người khác khó phát hiện được một đối tượng có bị giấu tin bên trong hay không bằng kỹ thuật thông thường. Infomation hiding Giấu thông tin Steganography Giấu tin mật Watermarking Thuỷ vân số [...]... / 1 điểm ảnh = 1/ 8 bit ẩn / bit dữ liệu Nếu dùng 2 bit trọng số thấp : 6 bit ẩn / 1 điểm ảnh = 1 / 4 bit ẩn / bit dữ liệu  Một số ưu điểm khác của phương pháp này là đơn giản trong cài đặt, và phát huy hiệu quả trong nhiều ứng dụng Nhƣợc điểm:  Phương pháp LSB rất dễ bị tổn thương bởi một loạt các phép biến đổi ảnh dù là phép biến đổi ảnh đơn giản nhất và thông dụng nhất  Nén ảnh mất dữ liệu (như... Nguyên nhân là do phương pháp LSB khai thác tính chất ít nhạy cảm với các nhiễu bổ sung của hệ thống thị giác con người, nhưng đây cũng chính là yếu tố phương pháp nén ảnh mất dữ liệu sử dụng để giảm mức dữ liệu của một ảnh  Các phép biến đổi hình học như dịch, co giãn, hay xoay cũng dễ làm mất dữ liệu, vì khi đó vị trí các bit giấu sẽ bị thay đổi Các phép xử lý ảnh khác như là mờ ảnh cũng sẽ làm mất... xác định xuyên tạc thông tin, bảo vệ bản quyền tác giả, điều khiển truy cập, giấu thông tin mật… Chính vì thế mà vấn đề này đã nhận được sự quan tâm rất lớn của các cá nhân, tổ chức, trường đại học, và các viện nghiên cứu trên thế giới Thông tin sẽ được giấu cùng với dữ liệu ảnh nhưng chất lượng ảnh ít thay đổi và chẳng ai biết được đằng sau ảnh đó mang những thông tin có ý nghĩa Ngày nay, khi ảnh. .. vân với thuật toán trên 1 Xử lý dữ liệu đầu vào: - 33 - Lê Ngọc Việt – K51CHTTT Thủy vân số trên ảnh Với dữ liệu ảnh chưa chuyển đổi ảnh từ dang RGB sang ảnh dạng YUV mà chỉ lấy giá trị dải sám bằng cách lấy trung bình 3 giá trị RGB 2 Ảnh hƣởng của việc thay đổi:  Một số ảnh hưởng của thay đổi:  Giảm khả năng bền vững của thủy vân bởi vì sự sai số của quá trình biến đổi Nhưng lỗi trên tôi sẽ có gắng... vào ảnh mang và gửi cho người nhận  Nhúng thủy vân số Thủy vân Dữ liệu bao phủ Bộ nhúng thủy vân số Dữ liệu nhúng Mã cá nhân hoặc cộng khai Hình 2.4: Mô hình nhúng thủy vân số Sau khi tạo thủy vân xong, thủy vân được nhúng trực tiếp vào ảnh hay vào miền biến đổi của ảnh tùy thuộc vào thuật toán mà chúng ta sử dụng  Tách thủy vân số: Thủy vân Dữ liệu nhúng Bộ tách thủy vân số và giải mã Quyết định. .. b0=1 Ví dụ DWT trên ảnh RGB : Ảnh cần thủy vân tách Hình 2.9: Mô hình DWT trên miền màu đỏ (Red) của khối ảnh RGB mxn - 23 - Lê Ngọc Việt – K51CHTTT Thủy vân số trên ảnh Thủy vân số sau khi tách Nối Hình 2.10: Mô hình IDWT của ảnh RGB Kỹ thuật nhúng thủy vân : Thủy vân được tạo ra từ một bộ tạo với một khóa bí mật key Chiều dài của thủy vân là N xác định mức độ trải thủy vân vào dữ liệu Trong phần... sẽ được xử lý kiểm định so sánh với thông tin ban đầu 1.4 Tính chất của ẩn giấu tin trong ảnh Có nhiều phương pháp ẩn giấu tin trong ảnh đã được nghiêm cứu Để đánh giá chất lượng của một phương pháp ẩn giấu tin, người ta dựa vào một số chỉ tiêu sau:[1][7] a Bảo đảm tính vô hình Ẩn giấu tin trong ảnh sẽ làm biến đổi ảnh mang tin.Tính vô hình thể hiện mức độ biến đổi ảnh mang Phương pháp nào ẩn giấu tin... Thủy vân số trên ảnh c Sự sửa đổi ảnh mang: Thủy vân số phải đảm bảo việc gây ra ít sự thay đổi cho ảnh mang nhất d Đảm bảo toàn vẹn dữ liệu: Nếu ảnh (đã nhúng watermark) bị biến đổi, điều khó tránh khỏi là thủy vân cũng sẽ bị ảnh hưởng (theo các mức độ khác nhau) Do đó cần đảm bảo rằng thủy vân không bị ảnh hưởng quá nghiêm trọng, để nó vẫn có thể chứng thực nguồn gốc hay bản quyền của ảnh mang - 27... kỹ thuật thủy vân LSB: Giả sử ta có giá trị của 4 điểm ảnh sẽ là: 00110011 10100010 11100010 0110111 Ta có dữ liệu nhúng là „0111‟ : - 18 - Lê Ngọc Việt – K51CHTTT Thủy vân số trên ảnh Quá trình nhúng sẽ như sơ đồ sau : 0 1 1 1 00110010 10100011 11100011 01101111 Ƣu và nhƣợc điểm : Ƣu điểm :  Ưu điểm cơ bản của phương pháp LSB là giấu được nhiều thông tin : Với ảnh 24bit/1 điểm ảnh, dùng một bit có... trình nhúng thủy vân hiện Mô tả thuật toán: Đầu vào: Một ảnh Một chuỗi ký tự bản quyền Đầu ra: Một ảnh đã đóng dấu Quá trình nhúng thủy vân hiện: Thủy vân hiện là phương pháp thủy vân mà thủy vân sẽ được hiển thị cho mọi người xem có thể biết được sản phẩm có bản quyền của tác giả nào Thủy vân hiện thường được dùng cho các tài nguyên chia sẻ trên mạng Mô hình thủy vân hiện: Công thức chung nhúng thủy . TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Lê Ngọc Việt NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP ĐỊNH DANH BẢN QUYỀN TÁC GIẢ TRÊN DỮ LIỆU ẢNH KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC. TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Lê Ngọc Việt NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP ĐỊNH DANH BẢN QUYỀN TÁC GIẢ TRÊN DỮ LIỆU ẢNH KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC