Đang tải... (xem toàn văn)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu ĐHTN http //www lrc tnu edu vn/ i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG NGUYỄN NIÊN BẢO VỆ BẢN QUYỀN ẢNH SỐ BẰNG KỸ THUẬT THỦY VÂN DỰAVÀO[.]
i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG NGUYỄN NIÊN BẢO VỆ BẢN QUYỀN ẢNH SỐ BẰNG KỸ THUẬT THỦY VÂN DỰAVÀO PHÉP BIẾN ĐỔI SÓNG NHỎ LUẬN VĂN THẠC SỸ: KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Ngun 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn "Bảo vệ quyền ảnh số kỹ thuật thủy vân dựa vào phép biến đổi sóng nhỏ " kết nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực Đƣợc tác giả cho phép tham khảo sử dụng tài liệu đăng tải tác phẩm, tạp chí trang Web theo danh mục tài liệu tham khảo luận văn Thái Nguyên, ngày 15 tháng 05 năm 2015 Nguyễn Niên Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii LỜI CẢM ƠN Để hoàn tất luận văn thạc sĩ yêu cầu tập trung, cố gắng độc lập nghiên cứu Bản thân sau năm tháng học tập vất vả nghiên cứu cố gắng để hoàn thành đƣợc luận văn Tơi ln ghi nhận đóng góp giúp đỡ nhiệt tình ngƣời bên cạnh mình, ủng hộ, hỗ trợ bố mẹ bạn bè giúp có thêm động lực để hồn thành khóa luận tốt nghiệp, nhân muốn gửi lời cảm ơn tới họ Lời em gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến PGS.TS Bùi Thế Hồng thầy tận tụy hƣớng dẫn, động viên, giúp đỡ em suốt thời gian thực luận văn Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Công Nghệ Thông Tin Trƣờng Đại học Công Nghệ Truyền Thông Thái Nguyên truyền đạt kiến thức quý báu cho chúng em năm học vừa qua Chân trọng cảm ơn đến Bố, Mẹ, nguồn động viên bƣớc đƣờng học vấn Xin chân thành cảm ơn tập thể lớp K12G ủng hộ, giúp đỡ động viên thời gian học tập nghiên cứu luận văn Mặc dù cố gắng hoàn thành luận văn phạm vi khả cho phép nhƣng chắn không tránh khỏi thiếu sót Tơi kính mong nhận đƣợc cảm thơng tận tình bảo q Thầy Cô bạn Thái Nguyên, ngày 20 tháng 06 năm 2015 Học viên Nguyễn Niên Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH SÁCH HÌNH VẼ vii MỞ ĐẦU Chƣơng 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN VÀ THỦY VÂN TRÊN ẢNH SỐ 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Giấu tin vài nét lịch sử giấu tin 1.2.1 Định nghĩa 1.2.2 Phân loại kỹ thuật giấu tin 1.3 Mơ hình kỹ thuật giấu tin số thuật ngữ 1.4 Một số ứng dụng đƣợc triển khai 1.5 Giấu tin liệu đa phƣơng tiện 11 1.5.1 Giấu tin ảnh 11 1.5.2 Giấu tin ảnh tĩnh 13 1.6 Giới thiệu chung kỹ thuật thuỷ vân 16 1.6.1 Thủy vân số (Watermarking) Giấu tin mật ( Steganography) 16 1.6.2 Các yêu cầu hệ thuỷ vân ảnh 19 1.7 Những công hệ thuỷ vân 21 1.8 Những khuynh hƣớng tiếp cân kỹ thuật thuỷ vân 22 1.8.1 Hƣớng tiếp cận dựa miền không gian ảnh 22 1.8.2 Hƣớng tiếp cận dựa miền tần số ảnh 23 1.9 Một số kỹ thuật bổ trợ cho kỹ thuật thuỷ vân số ảnh 24 Chƣơng 2: KỸ THUẬT THỦY VÂN ẢNH SỐ DỰA VÀO CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI 26 2.1 Các phép biến đổi miền không gian ảnh sang miền tần số 26 2.1.1 Phép biến đổi Fourier rời rạc 26 2.1.2 Phép biến đổi Cosin rời rạc 27 2.1.3 Phép biến đổi sóng nhỏ (Wavelet) 28 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v 2.1.4 Kỹ thuật sinh chuỗi giả ngẫu nhiên 31 2.1.5 Kỹ thuật trải phổ truyền thông 31 2.1.6 Các kỹ thuật kiểm định thuỷ vân 33 2.2 Mơ hình thị giác ngƣời 34 2.2.1 Nhạy cảm tƣơng phản 35 2.2.3 Nhạy cảm tần số 36 2.2.4 Mặt nạ thị giác 38 Chƣơng 3: THIẾT KẾ CHƢƠNG TRÌNH THỦY VÂN ẢNH SỐ DỰA VÀO PHÉP BIẾN ĐỔI SÓNG NHỎ SỬ DỤNG CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HỆ THỐNG THỊ GIÁC CỦA CON NGƢỜI 39 3.1 Cài đặt số thuật toán thủy vân dựa vào phép biến đổi sóng nhỏ sử dụng đặc trƣng hệ thống thị giác ngƣời 39 3.2 Các độ đo chất lƣợng mang tính nhận thức 43 3.3 Thiết kế chƣơng trình chạy thử 44 3.3.1 Chƣơng trình nhúng 44 3.3.2 Chƣơng trình trích thủy vân 49 3.3.3 Chƣơng trình kiểm tra 52 KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt CSF Tiếng Anh Contrast Sensitivity Function Tiếng Việt Hàm nhạy cảm tƣơng phản DCT DFT DWT HVS MSE Discrete Cosine Transform Discrete Fourier Transform Discrete Wavelet Transform Human visual system Mean squared error Biến đổi cosine rời rạc Biến đổi Fourier Biến đổi sóng nhỏ rời rạc Hệ thống trực quan ngƣời Sai số bình phƣơng trung bình NC PSNR Normalized Correlation Peak Signal to noise ration HH HL LH LL Hệ số tƣơng quan Tỷ số tín hiệu cực đại nhiễu Horizontally and vertically Theo chiều ngang theo chiều dọc high - pass cao - vƣợt qua Horizontally high - pass and Theo chiều ngang cao - qua vertically low - pass theo chiều dọc thấp - qua Horizontally low - pass and Theo chiều ngang thấp - qua vertically high pass theo chiều dọc cao - qua Horizontally and vertically low Theo chiều ngang theo chiều dọc – pass thấp - vƣợt qua Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vii DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 Phân loại kỹ thuật giấu tin Hình 1.2 Lƣợc đồ chung cho trình giấu tin Hình 1.3 Lƣợc đồ cho trình giải mã Hình 1.4 Hai ảnh trƣớc sau giấu tin giống hệt 10 Hình 1.5 Thực chất bên ảnh giấu có chứa thơng tin ngƣời chủ sở hữu 10 Hình 1.6 Phân loại kỹ thuật thuỷ vân 17 Hình 1.7 Ví dụ thuỷ vân (Trên trang Web thƣ viện số Mỹ) 18 Hình 1.8 Ảnh Lena đƣợc nhúng thuỷ vân logo hình bên phải 19 Hình 2.1 Cấu trúc phân tích 30 Hình 2.2 Ảnh đƣợc phân tích 30 Hình 2.3 Vấn đề thuỷ vân dƣới góc nhìn truyền thơng 33 Hình 2.4 Ngƣỡng biến đổi nhỏ mà ngƣờicảm nhận đƣợc với độ chói I khác 35 Hình 2.5 Hàm nhạy cảm tƣơng phản dựa mẫu Mannos Sakrison 37 Hình 2.6 Sự cảm nhận ba màu thị giác ngƣời 37 Hình 2.7 Độ nhạy cảm mắt ngƣời với tần số thời gian khác 38 Hình 3.1 Lƣợc đồ đề xuất cho thủy vân ảnh 41 Hình 3.2 Nhúng thủy vân vào hệ số sóng nhỏ dƣơng 42 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ Thủy vân số phƣơng pháp nhúng lƣợng thơng tin vào sản phẩm đa phƣơng tiện cấn đƣợc bảo vệ quyền sở hữu mà không làm ảnh hƣởng nhiều đến chất lƣợng sản phẩm Thủy vân số hứa hẹn giải pháp cho vấn đề bảo vệ quyền sản phẩm số sản phẩm đƣợc sử dụng môi trƣờng mở mà không cần đến việc mã hóa Thủy vân phải tồn bền vững với sản phẩm phải không đƣợc loại bỏ cơng có chủ đích hay khơng chủ đích trừ phá hủy sản phẩm Trong năm gần bùng nổ công nghệ thông tin, đặc biệt bùng nổ Internet phƣơng tiện liệu số (nhƣ ảnh, audio, video ), mang lại nhiều thuận lợi cho ngƣời sử dụng, nhƣng bên cạnh vấn đề ăn cắp quyền, xuyên tạc thông tin, truy cập thơng tin trái phép… tăng, địi hỏi khơng ngừng tìm giải pháp hữu hiệu đảm bảo cho an tồn bảo mật thơng tin Nhƣ biết, thông tin số đƣợc sử dụng rộng rãi mơi trƣờng mở Trong hồn cảnh nhƣ thế, nhu cầu đƣợc bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ sản phẩm số trở thành vấn đề quan trọng đƣợc quan tâm giới khoa học công nghệ Đây vấn đề nghiên cứu phức tạp khơng nƣớc mà cịn với giới công nghệ thông tin Trong vài năm trở lại có nhiều hội nghị quốc tế vấn đề giải pháp đƣợc đƣa phƣơng pháp thủy vân số Giải pháp đƣa nhận đƣợc quan tâm lớn nhà khoa học có nhiều nghiên cứu lĩnh vực thủy vân số có nhiều cơng trình nghiên cứu có giá trị lĩnh vực Các ứng dụng phổ biến thủy vân số đƣợc nghiên cứu bao gồm bảo vệ quyền, in vân tay, nhận thức thông tin, phát xuyên tạc, điều khiện truy cập giấu thơng tin mật Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Thủy vân ảnh số kỹ thuật đƣợc phát triển sớm kỹ thuật thủy vân nói chung Thủy vân ảnh số giống nhƣ ảnh đƣợc “dán tem” sở hữu ngƣời chủ Thủy vân phải mang thơng tin có ý nghĩa xác định ngƣời đƣợc sở hữu ảnh Việc thủy vân đƣợc thực trực tiếp điểm ảnh miền biến đổi ảnh Hiện tại, ngƣời ta sử dụng phép biến đổi rời rạc nhƣ phép biến đổi Fourier (DFT), phép biến đổi cosine(DCT) phép biến đổi sóng nhỏ (DWT) Các kỹ thuật thủy vân dựa vào DCT DWT đƣợc số tác giả nghiên cứu chứng tỏ bền vững trƣớc công thông thƣờng Từ phân tích khn khổ luận văn thạc sỹ, tác giả thực đề tài "Bảo vệ quyền ảnh số kỹ thuật thủy vân dựa vào phép biến đổi sóng nhỏ " ĐỐI TƢỢNG PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu, đánh giá kỹ thuật bảo vệ quyền ảnh số dựa vào phép biến đổi sóng nhỏ - Tìm hiểu đặc trƣng hệ thống thị giác ngƣời nhằm phát triển kỹ thuật giấu tin cho giấu thơng tin quyền vào hệ số biến đổi mà không ảnh hƣởng đến chất lƣợng ảnh dƣới góc nhìn thị giác ngƣời - Các cơng cụ lập trình phần mềm dùng để cài đặt chƣơng trình thử nghiệm PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu tài liệu có liên quan bảo vệ quyền ảnh số - Tìm hiểu phát vấn đề thực tế, so sánh, đánh giá đƣa giải pháp - Cài đặt thử nghiệm giải pháp đƣợc đƣa Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 3 HƢỚNG NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu, phát triển cài đặt lƣợc đồ thủy vân ảnh bền vững đảm bảo chất lƣợng cảm quan ảnh - Lƣợc đồ dựa vào phép biến đổi sóng nhỏ kết hợp tận dụng đặc trƣng hệ thống thị giác ngƣời - Lƣợc đồ đƣợc sử dụng để bảo vệ quyền ảnh trƣớc mạo nhận công nhằm gỡ bỏ thủy vân BỐ CỤC LUẬN VĂN Chƣơng 1: Giới thiệu chung kỹ thuật giấu tin thủy vân ảnh số Chƣơng 2: Kỹ thuật thủy vân ảnh số dựa vào phép biến đổi Chƣơng 3: Thiết kế chƣơng trình thủy vân ảnh số dựa vào phép biến đổi sóng nhỏ sử dụng đặc trƣng hệ thống thị giác ngƣời Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI - Nghiên cứu, đánh giá kỹ thuật bảo vệ quyền dựa vào phép biến đổi sóng nhỏ - Cải tiến, phát triển kỹ thuật bảo vệ quyền dựa vào phép biến đổi sóng nhỏ rời rạc DWT kết hợp với đặc trƣng hệ thống thị giác ngƣời Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Chƣơng 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN VÀ THỦY VÂN TRÊN ẢNH SỐ 1.1 Giới thiệu chung Cuộc cách mạng thông tin kỹ thuật số đem lại thay đổi sâu sắc xã hội sống Những thuận lợi mà thông tin kỹ thuật số mang lại sinh thách thức hội cho trình đổi Sự đời phần mềm có tính mạnh, thiết bị nhƣ máy ảnh kỹ thuật số, máy quét chất lƣợng cao, máy in, máy ghi âm kỹ thuật số, v.v, với tới giới tiêu dùng rộng lớn để sáng tạo, xử lý thƣởng thức liệu đa phƣơng tiện (multimedia data) Mạng Internet toàn cầu biến thành xã hội ảo nơi diễn q trình trao đổi thơng tin lĩnh vực trị, qn sự, quốc phịng, kinh tế, thƣơng mại Và mơi trƣờng mở tiện nghi nhƣ xuất vấn nạn, tiêu cực cần đến giải pháp hữu hiệu cho vấn đề an tồn thơng tin nhƣ nạn ăn cắp quyền, nạn xuyên tạc thông tin, truy nhập thông tin trái phép v.v Đi tìm giải pháp cho vấn đề không giúp ta hiểu thêm công nghệ phức tạp phát triển nhanh mà đƣa hội kinh tế cần khám phá Các giải pháp cho vấn đề Trong trình phát triển lâu dài, nhiều phƣơng pháp bảo vệ thông tin đƣợc đƣa giải pháp dùng mật mã học giải pháp đƣợc ứng dụng rộng rãi Các hệ mã mật đƣợc phát triển nhanh chóng đƣợc ứng dụng phổ biến tận ngày Thông tin ban đầu đƣợc mã hoá thành ký hiệu vơ nghĩa, sau đƣợc lấy lại thơng qua việc giải mã nhờ khoá hệ mã Đã có nhiều hệ mã phức tạp đƣợc sử dụng nhƣ DES, RSA, NAPSACK phƣơng pháp đƣợc chứng minh thực tế hiệu đƣợc ứng dụng phổ biến Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Nhƣng ta khơng định nói hệ mã mật mà ta tìm hiểu phƣơng pháp đƣợc nghiên cứu ứng dụng mạnh mẽ nhiều nƣớc giới phƣơng pháp giấu tin (data hiding) Đây phƣơng pháp phức tạp, đƣợc xem nhƣ cơng nghệ chìa khố cho vấn đề bảo vệ quyền, nhận thực thông tin điều khiện truy cập ứng dụng an tồn bảo mật thơng tin Sự khác biệt chủ yếu mã hố thơng tin giấu thơng tin phƣơng pháp mã hố làm cho thơng tin rõ có đƣợc mã hố hay khơng tín hiệu thu đƣợc tồn ký hiệu vơ nghĩa cịn phƣơng pháp giấu thơng tin ngƣời ta khó biết đƣợc có thơng tin giấu bên Một thơng tin mã hố bị phát tên tin tặc tìm cách để triệt phá Và chạy đua ngƣời bảo vệ thông tin bọn tin tặc chƣa kết thúc tuyệt đối bên Trong hoàn cảnh giấu thơng tin trở thành phƣơng pháp hữu hiệu Giấu thơng tin, xét theo khía cạnh tổng quát hệ mã mật, nhằm đảm bảo tính an tồn thơng tin Phƣơng pháp ƣu điểm chỗ việc gửi ảnh thông thƣờng không gây ý ngƣời khác Sự vơ hình thơng tin chứa ảnh đánh lừa đƣợc phát tên tin tặc Giấu tin ảnh hệ mã mật có quan hệ mật thiết với nhau, xây dựng nên hệ thống an toàn bảo mật thơng tin 1.2 Giấu tin vài nét lịch sử giấu tin 1.2.1 Định nghĩa Giấu thông tin kỹ thuật nhúng (giấu) lượng thông tin số vào đối tượng liệu số khác Kỹ thuật giấu thông tin nhằm hai mục đích: bảo mật cho liệu đƣợc đem giấu, hai bảo mật cho đối tƣợng đƣợc dùng để giấu tin Hai mục đích khác dẫn đến hai khuynh hƣớng kỹ thuật chủ yếu giấu tin Khuynh hƣớng thứ giấu tin mật (steganography), khuynh hƣớng tập trung vào kỹ thuật giấu tin cho giấu đƣợc nhiều thông tin Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ quan trọng ngƣời khác khó phát đƣợc đối tƣợng có bị giấu tin bên hay không Khuynh hƣớng thứ hai thuỷ vân số (watermarking) Khuynh hƣớng thuỷ vân số có miền ứng dụng lớn nên đƣợc quan tâm nghiên cứu nhiều thực tế có nhiều kỹ thuật dành cho khuynh hƣớng [2] 1.2.2 Phân loại kỹ thuật giấu tin Do kỹ thuật giấu thông tin số đƣợc hình thành thời gian gần nên xu hƣớng phát triển chƣa ổn định Nhiều phƣơng pháp mới, theo nhiều khía cạnh khác chắn đƣợc đề xuất, định nghĩa xác, đánh giá phân loại rõ ràng chƣa thể có đƣợc Một số tác giả đƣa cách đánh giá phân loại, chí định nghĩa, nhƣng khơng lâu sau lại có định nghĩa khác, phân loại khác đƣợc đề xuất Sơ đồ phân loại Hình 1.1 đƣợc Fabien A P Petitcolas đề xuất năm 1999 Sơ đồ phân loại nhƣ tranh khái quát ứng dụng kỹ thuật giấu thông tin Dựa việc thống kê xếp khoảng 100 cơng trình cơng bố số tạp chí, với thơng tin tên tóm tắt nội dung khoảng 200 cơng trình cơng bố internet, chia lĩnh vực giấu liệu làm hai hƣớng lớn, watermarking steganography Nếu nhƣ watermark quan tâm nhiều đến ứng dụng giấu mẩu tin ngắn nhƣng địi hỏi độ bền vững lớn thơng tin cần giấu (trƣớc biến đổi thông thƣờng tệp liệu mơi trƣờng) steganography lại quan tâm tới ứng dụng che giấu tin đòi hỏi độ mật dung lƣợng lớn tốt Đối với hƣớng lớn này, trình phân loại theo tiêu chí khác tiếp tục đƣợc thực hiện, ví dụ dựa theo ảnh hƣởng tác động từ bên ngồi chia watermark thành hai loại, loại bền vững với tác động chép trái phép, loại thứ hai lại cần tính chất hoàn toàn đối lập: phải dễ bị phá huỷ trƣớc tác động nói Cũng chia watermark theo đặc tính, loại cần đƣợc che dấu để có số ngƣời tiếp xúc với Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ thấy đƣợc thông tin, loại thứ hai đối lập, cần đƣợc ngƣời nhìn thấy Chi tiết vấn đề đƣợc trình bày phần sau [2] Infomation hiding Giấu thông tin Watermarking Thuỷ vân số Steganography Giấu tin mật Robust Copyright marking Thuỷ vân bền vững Imperceptible Watermarking Thuỷ vân ẩn Fragile Watermarking Thuỷ vân “dễ vỡ” Visible Watermarking Thuỷ vân hiển Hình 1.1 Phân loại kỹ thuật giấu tin 1.3 Mô hình kỹ thuật giấu tin số thuật ngữ Mơ hình kỹ thuật giấu tin đƣợc mơ tả Hình 1.2 1.3 Trong đó, Hình 1.2 biểu diễn q trình giấu tin Phƣơng tiện chứa bao gồm đối tƣợng đƣợc dùng làm môi trƣờng để giấu tin nhƣ text, audio, video, ảnh … Thông tin cần giấu Phƣơng tiện chứa (audio, ảnh, video) Bộ nhúng thông tin Phƣơng tiện chứa đƣợc giấu tin Phân phối Kho Hình 1.2 Lược đồ chung cho trình giấu tin Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Thông tin cần giấu lƣợng thông tin mang ý nghĩa tuỳ thuộc vào mục đích ngƣời sử dụng Thông tin đƣợc giấu vào phƣơng tiện chứa nhờ nhúng Bộ nhúng chƣơng trình, thuật tốn để giấu tin đƣợc thực với khố bí mật giống nhƣ hệ mã mật cổ điển Sau giấu tin ta thu đƣợc phƣơng tiện chứa giấu đƣợc phân phối sử dụng mạng Hình 1.3 công việc giải mã thông tin giấu Q trình giải mã đƣợc thực thơng qua giải mã tƣơng ứng với nhúng thông tin với khố q trình nhúng Kết thu đƣợc gồm phƣơng tiện chứa gốc thông tin giấu Bƣớc thông tin giấu đƣợc xử lí kiểm định so sánh với thơng tin giấu ban đầu Khoá Phƣơng tiện chứa đƣợc giấu tin Phƣơng tiện chứa (audio, ảnh, video) Bộ giải mã tin Kiểm định Thơng tin giấu Hình 1.3 Lược đồ cho q trình giải mã Một số thuật ngữ bản: datahiding: thuật ngữ kỹ thuật giấu tin nói chung bao gồm giấu tin mật thuỷ vân số steganography: kỹ thuật giấu tin mật đối tƣợng watermarking: thuỷ vân số, kỹ thuật giấu tin dùng để bảo vệ đối tƣợng chứa thông tin giấu Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ phƣơng tiện chứa (host signal): phƣơng tiện gốc đƣợc dùng để nhúng thông tin Trong dấu thông tin ảnh mang tên ảnh chứa, cịn audio audio chứa v.v thông tin cần giấu (embeded data): lƣợng thông tin đƣợc nhúng vào phƣơng tiện chứa Trong giấu tin mật (steganography), thông tin giấu đƣợc gọi thơng điệp giấu (message), cịn kỹ thuật thuỷ vân số thơng tin giấu đƣợc gọi thuỷ vân (watermark) 1.4 Một số ứng dụng đƣợc triển khai Bảo vệ quyền tác giả (copyright protection): Đây ứng dụng kỹ thuật thuỷ vân số (digital watermarking) - dạng phƣơng pháp giấu tin Một thơng tin mang ý nghĩa quyền sở hữu tác giả (ngƣời ta gọi thuỷ vân - watermark) đƣợc nhúng vào sản phẩm, thuỷ vân ngƣời chủ sở hữu hợp pháp sản phẩm có đƣợc dùng làm minh chứng cho quyền sản phẩm Giả sử có thành phẩm liệu dạng đa phƣơng tiện nhƣ ảnh, âm thanh, video cần đƣợc lƣu thông mạng Để bảo vệ sản phẩm chống lại hành vi lấy cắp làm nhái cần phải có kỹ thuật để “dán tem quyền” vào sản phẩm Việc dán tem việc nhúng thuỷ vân cần phải đảm bảo không để lại ảnh hƣởng lớn đến việc cảm nhận sản phẩm Yêu cầu kỹ thuật ứng dụng thuỷ vân phải tồn bền vững với sản phẩm, muốn bỏ thuỷ vân mà không đƣợc phép ngƣời chủ sở hữu cịn cách phá huỷ sản phẩm Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 10 a) Ảnh hoa hồng gốc b) Ảnh hoa hồng sau giấu thơng tin quyền Hình 1.4 Hai ảnh trước sau giấu tin giống hệt Hình 1.5 Thực chất bên ảnh giấu có chứa thông tin người chủ sở hữu Nhận thực thông tin hay phát xuyên tạc thông tin (authentication and tamper detection): Một tập thông tin đƣợc giấu phƣơng tiện chứa sau đƣợc sử dụng để nhận biết xem liệu phƣơng tiện gốc có bị thay đổi hay khơng Các thuỷ vân nên đƣợc ẩn để tránh đƣợc tò mò kẻ thù, việc làm giả thuỷ vân hợp lệ hay xuyên tạc thông tin nguồn cần đƣợc xem xét Trong ứng dụng thực tế, ngƣời ta mong muốn tìm đƣợc vị trí bị xun tạc nhƣ phân biệt đƣợc thay đổi (ví dụ nhƣ phân biệt xem đối tƣợng đa phƣơng tiện chứa thông tin giấu bị thay đổi, xuyên Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 11 tạc nội dung bị nén liệu) Yêu cầu chung ứng dụng khả giấu thông tin cao thuỷ vân không cần bền vững Giấu vân tay dán nhãn (fingerprinting and labeling): Thuỷ vân ứng dụng đựơc sử dụng để nhận diện ngƣời gửi hay ngƣời nhận thơng tin Ví dụ nhƣ vân khác đƣợc nhúng vào copy khác thông tin gốc trƣớc chuyển cho nhiều ngƣời Với ứng dụng yêu cầu đảm bảo độ an toàn cao cho thuỷ vân tránh xoá giấu vết phân phối Kiểm soát chép (copy control): Các thuỷ vân trƣờng hợp đƣợc sử dụng để kiểm soát chép thông tin Các thiết bị phát thuỷ vân thƣờng đƣợc gắn sẵn vào hệ thống đọc/ghi Ví dụ nhƣ hệ thống quản lí chép DVD đƣợc ứng dụng Nhật Các ứng dụng loại yêu cầu thuỷ vân phải đƣợc bảo đảm an toàn sử dụng phƣơng pháp phát thuỷ vân giấu mà không cần thông tin gốc Giấu tin mật (steganography): Các thông tin giấu đƣợc trƣờng hợp nhiều tốt, việc giải mã để nhận đƣợc thông tin không cần phƣơng tiện chứa ban đầu Các yêu cầu mạnh chống công kẻ thù khơng cần thiết thay vào thơng tin giấu phải đƣợc giấu kín 1.5 Giấu tin liệu đa phƣơng tiện 1.5.1 Giấu tin ảnh Giấu thông tin ảnh, nay, phận chiếm tỉ lệ lớn chƣơng trình ứng dụng, phần mềm, hệ thống giấu tin đa phƣơng tiện lƣợng thông tin đƣợc trao đổi ảnh lớn giấu thông tin ảnh đóng vai trị quan trọng hầu hết ứng dụng bảo vệ an tồn thơng tin nhƣ: nhận thực thơng tin, xác định xuyên tạc thông tin, bảo vệ quyền tác giả, điều khiện truy cập, giấu thơng Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 12 tin mật Chính mà vấn đề nhận đƣợc quan tâm lớn nhà cá nhân, tổ chức, trƣờng đại học, viện nghiên cứu giới Thông tin đƣợc giấu với liệu ảnh nhƣng chất lƣợng ảnh thay đổi chẳng biết đƣợc đằng sau ảnh mang thơng tin có ý nghĩa Và ngày nay, ảnh số đƣợc sử dụng phổ biến, giấu thơng tin ảnh đem lại nhiều ứng dụng quan trọng nhiều lĩnh vực đời sống xã hội Ví dụ nhƣ nƣớc phát triển, chữ kí tay đƣợc số hố lƣu trữ sử dụng nhƣ hồ sơ cá nhân dịch vụ ngân hàng tài chính, đƣợc dùng để nhận thực thẻ tín dụng ngƣời tiêu dùng Phần mềm WinWord MicroSoft cho phép ngƣời dùng lƣu trữ chữ kí ảnh nhị phân gắn vào vị trí file văn để đảm bảo tính an tồn thơng tin Tài liệu sau đƣợc truyền trực tiếp qua máy fax lƣu truyền mạng Theo đó, việc nhận thực chữ kí, xác thực thơng tin trở thành vấn đề quan trọng mà việc ăn cắp thông tin hay xuyên tạc thông tin tin tặc trở thành vấn nạn quốc gia nào, tổ chức Thêm vào đó, lại có nhiều loại thơng tin quan trọng cần đƣợc bảo mật nhƣ thông tin an ninh, thông tin bảo hiểm hay thơng tin tài chính, thơng tin đƣợc số hố lƣu trữ hệ thống máy tính hay mạng Chúng dễ bị lấy cắp bị thay đổi phần mềm chuyên dụng Việc nhận thực nhƣ phát thông tin xuyên tạc trở nên vô quan trọng cấp thiết Một đặc điểm giấu thơng tin ảnh thông tin đƣợc giấu ảnh cách vô hình, nhƣ cách truyền thơng tin mật cho mà ngƣời khác biết đƣợc sau giấu thơng tin chất lƣợng ảnh gần nhƣ không thay đổi, đặc biệt ảnh mầu hay ảnh xám Gần báo chí đƣa tin vụ việc ngày 11-9 gây chấn động nƣớc Mỹ tồn giới, tên trùm khủng bố quốc tế Osma BinLaDen dùng cách thức giấu thông tin ảnh để liên lạc với đồng bọn, qua mặt đƣợc Cục tình báo trung ƣơng Mỹ CIA Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 13 quan an ninh quốc tế Chắc chắn sau vụ việc này, việc nghiên cứu vấn đề liên quan đến giấu thông tin ảnh đƣợc quan tâm 1.5.2 Giấu tin ảnh tĩnh Qua phần trên, nắm bắt đƣợc số khái niệm giấu tin Trong phần sâu tìm hiểu vấn đề giấu tin ảnh, lần lƣợt xem xét nội dung sau: Giấu thông tin ảnh, đặc trƣng tính chất Giấu thơng tin ảnh đen trắng ảnh màu, ảnh đa cấp xám Cấu trúc ảnh Bitmap Một số kỹ xử lí ảnh kỹ thuật giấu tin Chúng ta ý ta nói đến kỹ thuật giấu tin có nghĩa ta nói đến giấu tin thơng mật (khái niệm steganography) cịn phần sau nói đến kỹ thuật thuỷ vân số (watermarking) hai kỹ thuật thuộc lĩnh vực giấu tin (datahiding) Giấu tin ảnh, đặc trưng tính chất Nhƣ đƣợc giới thiệu trên, giấu tin ảnh chiếm vị trí chủ yếu kỹ thuật giấu tin mà kỹ thuật giấu tin phần lớn tập trung vào kỹ thuật giấu tin ảnh Các phƣơng tiện chứa khác có kỹ thuật giấu khác Đối tƣợng ảnh đối tƣợng liệu đƣợc tri giác tĩnh có nghĩa liệu tri giác khơng biến đổi theo thời gian ( không giống nhƣ audio video ) có nhiều định dạng nhƣ tính chất ảnh khác nên kỹ thuật giấu tin ảnh phải ý đặc trƣng tính chất sau đây: Phƣơng tiện chứa có liệu tri giác tĩnh: Dữ liệu gốc liệu ảnh tĩnh, dù giấu thơng tin vào ảnh hay chƣa ta xem ảnh thị giác, liệu ảnh không thay đổi theo thời gian, điều khác với liệu audio video ta nghe hay xem liệu gốc thay đổi liên tục với tri giác ngƣời theo đoạn hay Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ... bỏ thủy vân BỐ CỤC LUẬN VĂN Chƣơng 1: Giới thiệu chung kỹ thuật giấu tin thủy vân ảnh số Chƣơng 2: Kỹ thuật thủy vân ảnh số dựa vào phép biến đổi Chƣơng 3: Thiết kế chƣơng trình thủy vân ảnh số. .. điểm ảnh miền biến đổi ảnh Hiện tại, ngƣời ta sử dụng phép biến đổi rời rạc nhƣ phép biến đổi Fourier (DFT), phép biến đổi cosine(DCT) phép biến đổi sóng nhỏ (DWT) Các kỹ thuật thủy vân dựa vào. .. TRÌNH THỦY VÂN ẢNH SỐ DỰA VÀO PHÉP BIẾN ĐỔI SÓNG NHỎ SỬ DỤNG CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA HỆ THỐNG THỊ GIÁC CỦA CON NGƢỜI 39 3.1 Cài đặt số thuật toán thủy vân dựa vào phép biến đổi sóng nhỏ sử