Báo cáo bài tập lớn môn kĩ THUẬT GIẤU TIN giấu tin trên miền tần số DCT

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - Báo Cáo Bài Tập Lớn MÔN KĨ THUẬT GIẤU TIN Giấu tin miền tần số DCT Giảng viên: ĐỖ XUÂN CHỢ Sinh viên: Nguyễn Văn Doanh - B18DCAT031 Nguyễn Chung Chính – B18DCAT028 Nguyễn Văn Hiếu – B18DCAT088 Hà Nội, 2022 Mục lục I Một số vấn đề giấu tin ảnh 1.1 Khái niệm yêu cầu kỹ thuật giấu ảnh: 1.2 Đặc trưng tính chất kỹ thuật giấu tin ảnh: 1.3 Phân loại kỹ thuật giấu tin ảnh: 1.4 Một số định dạng ảnh: II Phương pháp giấu tin miền không gian 2.1 Phương pháp thay Least Significant Bit ( LSB) – Bít quan trọng nhất: III 3.1 Tổng quan phương pháp DCT 13 Tổng quan: 13 3.2 Quy trình biến đổi DCT: 14 I Một số vấn đề giấu tin ảnh 1.1 Khái niệm yêu cầu kỹ thuật giấu ảnh: Giấu tin ảnh: kỹ thuật giấu tin mà thơng tin nhúng với liệu ảnh cho chất lượng ảnh bị thay đổi để mắt thường người khơng thể phát thay đổi Các kỹ thuật giấu tin ảnh bên cảnh việc phải đảm bảo tất tính chất kỹ thuật giấu tin yêu cầu Tính ẩn giấu tin chèn vào ảnh: Sự diện giấu tin ảnh không làm ảnh hưởng tới chất lượng ảnh chèn tin Tính bền giấu tin: Cho phép tin tồn qua phép biến đổi ảnh, biến dạng hình học hay hình thức cơng cố ý khác Tính an tồn: khơng thể xố tin khỏi ảnh trừ ảnh biến đổi tới mức khơng cịn mang thơng tin Ngoài kỹ thuật giấu tin ảnh cịn phải đảm bảo u cầu với tùy mơi trường ảnh 1.2 Đặc trưng tính chất kỹ thuật giấu tin ảnh: Phương tiện có chứa liệu tĩnh: hình ảnh ko bị thay đổi theo thời gian Kỹ thuật giấu phụ thuộc ảnh Kỹ thuật giấu tin lợi dụng tính chất hệ thống thị giác người Giấu thông tin ảnh tác động lên liệu ảnh khơng thay đổi kích thước hình ảnh Đảm bảo chất lượng sau giấu tin: sau giấu tin ảnh ko bị biến đổi nhiều Thông tin ảnh bị biến đổi có biến đổi ảnh 1.3 Phân loại kỹ thuật giấu tin ảnh: a) Giấu tin miền không gian ảnh Giấu tin miền không gian ảnh kỹ thuật giấu tin tương đối phổ biến Với kỹ thuật thông tin giấu vào điểm ảnh Đặc điểm kỹ thuật giấu tin miền không gian ảnh chứa tin khơng bị xử lý trước thực giấu tin Một số thuật toán kỹ thuật thường sủ dụng để giấu tin miền không gian như: - LSB (Least Significant Bit); - Hoán vị giả ngẫu nhiên (Pseudo-random Permutation); - Phương pháp giấu khối; - Phương pháp Brundox; - Phương pháp Darmstadter-Dellegle-Quisquotter-McCa b) Giấu tin miền tần số ảnh Đây kỹ thuật giấu tin mà liệu điểm ảnh biến đổi độc lập sang dạng liệu khác Sau đó, thơng tin giấu vào liệu Như vậy, khác với kỹ thuật giấu tin miền không gian, kỹ thuật giấu tin miền tần số thường tiến hành xử lý ảnh chứa tin tiến hành giấu thông tin Một số thuật toán kỹ thuật thường sủ dụng để xử lý ảnh giấu tin miền tần số ảnh như: - Biến đổi cosine rạc (DCT - Discrete Cosine Transformations); - Biến đổi Wavelet rời rạc ( DWT - Discrete Wavelet Transform); - Biến đổi Fourier rời rạc (DFT -Discrete Fourier Transform); - Phương pháp Koch Zhao; - Phương pháp Bengam-Memon-Eo-Young; - Phương pháp Hsu and Wu c) Một số hướng tiếp cận khác Hướng tiếp cận giấu tin ảnh miền không gian miền tần số hai hướng tiếp cận Tuy nhiên, ngồi hai hướng phổ biến cịn có số báo khoa học cơng trình nghiên cứu đề xuất số hướng tiệp cận khác như: - Kỹ thuật Cox; - Kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp 1.4 Một số định dạng ảnh: Định dạng tập tin hình ảnh phương tiện chuẩn hóa để tổ chức lưu trữ hình ảnh kỹ thuật số Định dạng tập tin hình ảnh lưu trữ liệu định dạng khơng nén, định dạng nén (có thể khơng liệu liệu) định dạng vectơ Hình ảnh lưu máy tính, thiết bị điện tử thể dạng định dạng liệu định Và thể cho loại định dạng file hình ảnh ( _.png, _.jpeg) Định dạng Raster xây dựng loạt pixel khối riêng lẻ để tạo thành hình ảnh Các file ảnh raster bao gồm JPEG, BMP PNG … Định dạng Vector tạo thành cơng thức tỷ lệ thay pixel SVG, AI định dạng thường thấy file ảnh vector, vốn thay đổi kích thước thường xun Hiện có nhiều loại định dạng ảnh khác lựa chọn để giấu tin Tuy nhiên, cần lưu ý định dạng ảnh có đặc tính khác Dưới số định dạng ảnh phổ biến - a) Định dạng ảnh BMP BMP biết đến với tên tiếng Anh khác Windows bitmap Định dạng ảnh BMP sử dụng để lưu trữ hình ảnh kỹ thuật số 28 bitmap, độc lập với thiết bị hiển thị Định dạng ảnh BMP có khả lưu trữ hình ảnh kỹ thuật số hai chiều đơn màu đa màu, độ sâu màu khác tùy vào liệu nén, kênh alpha cấu hình màu - b) Định dạng ảnh PNG PNG (Portable NetWork Graphics) dạng hình ảnh sử dụng phương pháp nén liệu – không làm liệu gốc PNG hỗ trợ ảnh dựa bảng màu (với bảng màu RGB 24 bit RGBA 32 bit), hình ảnh xám (có khơng có kênh alpha) hình ảnh RGB / RGBA khơng có bảng màu đầy đủ - c) Định dạng ảnh JPEG JPEG (Joint Photographic Experts Group) nhóm nhà nghiên cứu phát minh định dạng để hiển thị hình ảnh đầy đủ màu mà kích thước file lại nhỏ Ưu điểm ảnh định dạng JPEG hiển thị hình ảnh với màu xác lên đến 16 triệu màu Cấu trúc ảnh JPEG bao gồm nhiều phân đoạn (segment), đoạn cờ (marker), cờ bắt đầu byte 0xFF theo sau byte mã loại cờ Một số cờ gồm byte; sau byte cờ byte độ dài đoạn khơng tính byte cờ Với đoạn chứa liệu nén (entropy-coded data), byte xác định độ dài đoạn khơng tính độ dài liệu nén Ảnh JPEG không yêu cầu đoạn phải nằm theo thứ tự đoạn ảnh phải đoạn SOI; đoạn cuối đoạn EOI II Phương pháp giấu tin miền không gian 2.1 Phương pháp thay Least Significant Bit ( LSB) – Bít quan trọng nhất: a) Tổng quan phương pháp thay LSB Phương pháp thay LSB phương pháp mà thông tin thay vào bit có trọng số thấp điểm ảnh [10] Bit có trọng số thấp bit có ảnh hưởng tới việc định tới màu sắc điểm ảnh Vì vậy, thay đổi bit quan trọng điểm ảnh màu sắc điểm ảnh tương đối gần với điểm ảnh ban đầu Việc xác định LSB điểm ảnh ảnh phụ thuộc vào định dạng ảnh số bit màu dành cho điểm ảnh Ví dụ ảnh 16 bit 15 bit biểu diễn màu RGB điểm ảnh cịn bit cuối khơng dùng đến tách bit điểm ảnh để giấu tin, với ảnh 256 màu bit cuối bit biểu diễn điểm ảnh coi bit quan trọng nhất,… Ví dụ: Tách bit cuối bit biểu diễn điểm ảnh Ví dụ: Giả sử ta muốn giấu chữ A (mã ASCII 65 hay 01000001) vào byte ảnh gốc ta làm sau: byte đầu Ký tự ‘A’ byte sau giấu 01001001 01001000 01001001 01001001 11001100 11001100 10110101 10110100 00100100 00100100 00100101 00100100 00100000 00100000 00001010 00001011 Như phần trình bày, ảnh bitmap ma trận pixel, pixel bao gồm thành phần màu R, G, B Mỗi thành phần biểu diễn byte (có giá trị từ đến 255), byte ta sử dụng bit cuối bên phải để thay bit thông điệp cần ẩn b) Phương pháp giấu tin tách tin k bit LSB - Đầu vào phương pháp bao gồm: -  Ảnh gốc C  Thơng điệp bí mật M Đầu ra: Ảnh mang tin Các bước trình giấu tin vào ảnh sử dụng k bit LSB sau: Bước 1: Với C ảnh nguyên 8-bit màu xám, kích thước 𝑀𝑐× 𝑁𝑐 điểm ảnh Người giấu tin thực biểu diễn ma trận điểm ảnh dạng số thập phân Công thức biến đổi tổng quát sau: C = {𝑥𝑖𝑗| ≤ i ≤ 𝑀𝑐, 10 ≤j ≤ 𝑁𝑐, 𝑥𝑖𝑗={0, 1, 2, …, 255 }} Sau ảnh C chuyển thành ma trận điểm ảnh tiếp tục chuyển ma trận điểmảnh mảng chiều I với i phần tử, sau chuyển điểm ảnh dạng nhị phân Bước 2: thông điệp M chiều dài n bit chuyển dạng nhị phân: M = {𝑚𝑖| ≤ i