Tìm hiểu về kỹ thuật Watermarking trong truyền thông đa phương tiện

Trong bối cảnh đó, kỹ thuật Watermarking ra đời như một cứu cánh.Watermarking là một kỹ thuật mới cho phép nhúng thông tin tác giả, gọi là mộtWatermark, vào các tài liệu số hóa sao cho c

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG



BÁO CÁO ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN MÔN HỌC: TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN

Đề tài:

“Tìm hiểu về kỹ thuật Watermarking trong truyền thông đa phương tiện”

Giảng viên: TS Đỗ Văn Tuấn

Nhóm sinh viên: Nguyễn Tuấn Bảo

Nguyễn Xuân Đoàn

Nguyễn Mạnh Hiếu

Nguyễn Thị Lộc

Nguyễn Tiến Trung

Nguyễn Quang Huy

Bùi Đình Thắng

Ngành: Điện Tử - Viễn Thông

Hà Nội, 05/2012

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, bên cạnh những ích lợi to lớn, thiết thực mà mạng máy tính đem lại,chúng ta cũng đang đối đầu với những thử thách liên quan đến các vấn đề truyền thôngbảo mật và đặc biệt là vấn đề phân phối các tài liệu đa phương tiện sao cho bảo đảm quyền

sở hữu trí tuệ Tình trạng sao chép bất hợp pháp, giả mạo các tác phẩm số hóa gây búc xúckhông chỉ riêng các tác giả mà còn cho cả những người làm pháp luật Những hành vi xâmphạm bản quyền như giả mạo, ăn cắp tác phẩm, sử dụng các tác phẩm không có bảnquyền,… đang trở nên phổ biến và ngày càng tinh vi

Tuy nhiên với các phương pháp bảo vệ dữ liệu truyền thống như mã hoá, sửdụng khóa đều không đem lại hiệu quả cao trong tình hình hiện nay Các loại truyền

t hông đa phương tiện n h ư â m t h a n h s ố , ả n h s ố , v i d e o là n h ữ n g dạng dữ liệurất khó bảo vệ Trong bối cảnh đó, kỹ thuật Watermarking ra đời như một cứu cánh.Watermarking là một kỹ thuật mới cho phép nhúng thông tin tác giả, gọi là mộtWatermark, vào các tài liệu số hóa sao cho chất lượng trực quan của tài liệu không bị ảnhhưởng và khi cần có thể dò lại được Watermark đã nhúng nhằm xác nhận bản quyền

Bài tiểu luận tiến hành nghiên cứu một số vấn đề lý thuyết tổng quan vềWatermarking và các ứng dụng của nó trong công nghệ truyền thông đa phương tiện, đồngthời tìm hiểu và phân tích sơ bộ về một số kỹ thuật Watermarking trong môi trường ảnhmàu kỹ thuật số

Bài tiểu luận được trình bày thành 3 phần:

Phần 1: Tổng quan về Watermarking.

Phần 2: Các mô hình Watermarking, các thuật toán và phân loại.

Phần 3: Độ an toàn Watermarking và tấn công Watermark.

Phần 4: Tổng kết và hướng phát triển đề tài.

Do thời gian thực hiện và kiến thức tìm hiểu còn nhều hạn chế nên chắc chắnkhông tránh khỏi những sai lầm, thiếu sót, kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến, bổsung, sửa đổi của quý thầy cô giáo, các bạn, đồng môn để bài tiểu luận hoàn chỉnh hơn,thiết thực hơn

Xin chân thành cảm ơn

Nhóm sinh viên thực hiện

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 2

MỤC LỤC 3

CÁC HÌNH ẢNH………5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ WATERMARKING 6

1.1 Lịch sử Watermarking 7

1.2 Các tiêu chí cần có của một thuật toán Watermarking mạnh mẽ 8

1.2.1 Tính bảo mật 8

1.2.2 Tính vô hình 8

1.2.3 Tính vô hình đối với thống kê 8

1.2.4 Tỉ lệ bit 8

1.2.5 Quá trình dò đáng tin cậy 8

1.2.6 Tính bền vững 9

1.2.7 Nhúng nhiều Watermark 9

1.2.8 Blind/non-blind, public/private Watermarking 9

1.2.9 Watermarking đọc được và dò được 10

1.2.10 Tính khả đảo và tính thuận nghịch của Watermark .10

1.2.11 Tính có thể thay đổi tỉ lệ (scalability) .11

1.3 Các ứng dụng của Watermarking 11

1.3.1 Theo dõi phát sóng 12

1.3.2 Nhận ra người chủ sở hữu 13

1.3.3 Bằng chứng về quyền sở hữu 14

1.3.4 Lưu vết giao tác hay dấu vân tay 15

1.3.5 Xác nhận nội dung 15

1.3.6 Kiểm soát sao chép 17

CHƯƠNG 2 CÁC MÔ HÌNH WATERMARKING, CÁC THUẬT TOÁN 19

2.1 Mô hình trên quan điểm Watermarking như một dạng truyền thông 19

2.1.1 Mô hình cơ bản 19

2.1.2 Mô hình Watermarking truyền thông với thông tin phụ ở bộ trung chuyển 20

2.2 Mô hình dựa trên quan điểm hình học 21

2.2.1 Các phân phối và miền trong không gian đa phương tiện 21

2.2.2 Mô hình Watermarking trong không gian nhúng 21

2.3 Các thuật toán Watermarking và phân loại 23

CHƯƠNG 3 ĐỘ AN TOÀN, TẤN CÔNG WATERMARK 25

3.1 Các phương pháp tiếp cận nhằm tạo Watermark có độ an toàn cao 25

3.1.1 Nhúng thừa, nhúng lặp 25

3.1.2 Mã hóa tán phổ 25

3.1.3 Nhúng trong các hệ số quan trọng cảm nhận được 26

3.1.4 Nhúng trong các hệ số được cho là mạnh mẽ 26

3.1.5 Đảo nhiễu trong bộ dò 26

3.2 Một kiểu tấn công 27

3.2.1 Đặt vấn đề 27

3.2.2 Các cách giải quyết bài toán tác quyền khác nhau của các hệ thống Watermarking khác nhau 27

TỔNG KẾT, HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 30

1 Kết luận 30

2 Hướng phát triển 30

TÀI LIỆU THAM KHẢO 31

CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1 Sơ đồ chung của hệ thống nhúng Watermark……… 6

Hình 2: Bộ dò không cần ảnh gốc……… 20

Hình 3: Bộ dò cần ảnh gốc……… 20

Hình 4: Mô hình Watermarking theo quan niệm truyền thông với thông

tin phụ ở bộ trung chuyển……… ……….21

Hình 5: Bộ dò trong mô hình Watermarking theo quan niệm hình học trên không gian nhúng……….22

Hình 6: Bộ nhúng trong mô hình Watermarking theo quan niệm hình học trên không gian nhúng……… …23

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ WATERMARKING

Watermarking là một trong những kỹ thuật giấu dữ liệu hiện đại Nó được địnhnghĩa như là quá trình chèn thông tin vào dữ liệu đa phương tiện nhưng bảo đảm không cảmthụ được, nghĩa là chỉ làm thay đổi nhỏ dữ liệu gốc Thông thường người ta chỉ đề cập đếnWatermarking số Đó là một tập các dữ liệu số thứ cấp - gọi là Watermark (mã đánh dấubản quyền) - được nhúng vào dữ liệu số sơ cấp - gọi là dữ liệu bao phủ (ví dụ như văn bản,hình ảnh, video và audio số, ) Dữ liệu sau quá trình nhúng được gọi là dữ liệu nhúng.Tanaka (1990), Caronni và Tirkel (1993) lần lượt đưa ra những ấn bản đầu tiên vềWatermarking nhưng chưa nhận được sự quan tâm đúng mức Mãi đến năm 1995, chủ đềnày mới bắt đầu được quan tâm và kể từ đó, Watermarking số đã phát triển rất nhanh vớinhiều hướng nghiên cứu và phương pháp thực hiện khác nhau

Watermarking được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như bảo vệ quyền sở hữu, điềukhiển việc sao chép, xác nhận giấy tờ, hay truyền đạt thông tin khác, … trong đó ứng dụngphổ biến của nó là cung cấp bằng chứng về bản quyền tác giả của các dữ liệu số bằng cáchnhúng các thông tin bản quyền Rõ ràng trong ứng dụng này, thông tin nhúng cần phảibền vững trước các thao tác nhằm loại bỏ chúng

a) Sơ đồ nhúng Watermark b) Sơ đồ khôi phục Watermark

Hình 1 Sơ đồ chung của hệ thống nhúng Watermark

Tất cả các phương pháp Watermarking đều có chung các khối sau: một hệ thốngnhúng Watermark và một hệ thống khôi phục Watermark Ngõ vào là Watermark, dữ liệucần nhúng và mã cá nhân hay công cộng Watermark có thể ở bất kì dạng nào như chữ số, vănbản hay hình ảnh Khoá có thể được dùng để tang cường tính bảo mật, nghĩa là ngăn chặnnhững kẻ không có bản quyền khôi phục hay phá hủy Watermark Các hệ thốngthực tế dùng ít nhất là một khoá, thậm chí kết hợp nhiều khoá Ngõ ra là dữ liệu đã đượcWatermark Quá trình khôi phục Watermark tổng quát Các ngõ vào là dữ liệu đã Watermark,khoá và dữ liệu gốc (có thể có hoặc không tuỳ thuộc vào phương pháp) Ngõ ra hoặc làWatermark khôi phục được hoặc đại lượng nào đó chỉ ra mối tương quan giữa nó vàWatermark cho trước ở ngõ vào

1.1 Lịch sử Watermarking

Nghệ thuật làm giấy đã được phát minh ở Trung Quốc cách đây trên một ngàn nămnhưng mãi đến khoảng năm 1282, các công nghệ Watermark trên giấy mới xuất hiện đầu tiêndưới hình thức một số vị trí khuôn giấy là các mẫu dây mỏng hơn, khi đó giấy sẽ mỏng vàtrong suốt hơn ở những vị trí dây mỏng Các Watermark giấy nguyên thủy giúp xác nhậnxưởng sản xuất hay đơn giản chỉ là để trang trí Vào thế kỉ thứ 18, ở châu Âu và Mỹ,Watermark trên giấy đã đem lại những lợi ích thiết thực trong việc xác định nhãn hiệu thươngmại, ghi nhận ngày sản xuất, chống làm tiền giả Thuật ngữ Watermark bắt nguồn từ một loạimực vô hình được viết lên giấy và chỉ hiển thị khi nhúng giấy đó vào nước Thuật ngữ digitalWatermarking được cộng đồng thế giới chấp nhận rộng rãi vào đầu thập niên 1990 Khoảngnăm 1995, sự quan tâm đến Watermarking bắt đầu phát triển nhanh Năm 1996, hội thảo vềche dấu thông lần đầu tiên đưa Watermarking vào phần trình nội dung chính Đến năm 1999,SPIE đã tổ chức hội nghị đặc biệt về Bảo mật và Watermarking trên các nội dung đa phươngtiện

Cũng trong khoảng thời gian này, một số tổ chức đã quan tâm đến kỹ thuậtWatermarking với những mức độ khác nhau Chẳng hạn CPTWG thử nghiệm hệ thốngWatermarking bảo vệ phim trên DVD SDMI sử dụng Watermarking trong việc bảo vệ cácđoạn nhạc Hai dự án khác được liên minh châu Âu ủng hộ, VIVA và Talisman đã thử nghiệm

sử dụng Watermarking để theo dõi phát sóng Vào cuối thập niên 1990, một số công ty đưaWatermarking vào thương trường, chẳng hạn các nhà phân phối nhạc trên internet sử dụngLiqid Audio áp dụng công nghệ của Verance Corporation Trong lĩnh vực Watermarkingảnh, Photoshop đã tích hợp một bộ nhúng và bộ dò Watermark tên là Digimarc

Ngày nay, các công ty chuyên kinh doanh các hệ thống Watermarking đã tăng đáng

kể, dưới đây là một số ví dụ về các công ty và sản phẩm trong lĩnh vực Watermarking:

liệu kĩ thuật số được nhúng trong các tài liệu có giá trịnhư giấy tờ tài chính, thị thực, giúp ngăn chặn giả mạo,trộm và sử dụng không được phép khác

Bảng - 1: Các công ty và sản phẩm trong lĩnh vực Watermarking trên ảnh

1.2 Các tiêu chí cần có của một thuật toán Watermarking mạnh mẽ

Tùy thuộc vào từng ứng dụng, kỹ thuật Watermarking có những đòi hỏi khác nhau Tuy nhiên có một số yêu cầu chung mà mà hầu hết các ứng dụng thực tế phải đạt được

1.2.1 Tính bảo mật

Giống như trong lĩnh vực mã hóa, tính hiệu quả của một thuật toán không thể dựa vàogiả định là các kẻ tấn công không biết cách mà Watermark được nhúng vào tài liệu đa phươngtiện Tuy nhiên, giả định đó lại được dùng để đánh giá độ an toàn của các sản phẩm thươngmại sử dụng Watermarking có giá trị trên thị trường Vì vậy với một ứng dụng Watermarking,một khi biết được cách làm việc của bộ nhúng và bộ dò, việc làm cho Watermark không đọcđược thường rất dễ dàng Hơn nữa một số kỹ thuật sử dụng dữ liệu gốc trong quy trình dò vàthường thì các giải pháp loại này không khả thi trong thực tế

1.2.2 Tính vô hình

Những nhà nghiên cứu gần đây đã cố nhúng những Watermark bằng cách sao cho nókhông thể được nhận ra Tuy nhiên yêu cầu này mâu thuẫn với các yêu cầu khác chẳng hạnsức chịu đựng và độ an toàn chống sự bền vững chống được giả mạo đặc biệt là các thuật toánnén có mất thông tin Vì mục đích này chúng ta phải khảo sát các tính chất của HVS vàHAS trong quy trình dò Watermark Các thuật toán nén được dùng hiện nay cho phép đạtđược mục tiêu đó, tuy nhiên điều này sẽ không khả thi trong tương lai là do thế hệ của thuậttoán nén tiếp theo có thể thay đổi, cần phải cho các người quan sát đã qua huấn luyện (ngườiđược yêu cầu so sánh phiên bản của tài liệu gốc và tài liệu được ấn dấu) thấy đượcWatermark Dĩ nhiên đây không phải là khó khăn trong thực tế vì người dùng thông thườngkhông có khả năng so sánh đó

1.2.3 Tính vô hình đối với thống kê

Watermark không thể dò được bằng phương pháp thống kê bởi một ngưởi khôngđược phép Ví dụ nhiều tác phẩm kỹ thuật số đã được nhúng cùng một Watermark sao cho khithực hiện tấn công dựa trên thống kê thì không tài nào trích được Watermark Một giải phápkhả thi là sử dụng Watermark phụ thuộc nội dung

1.2.4 Tỉ lệ bit

Tùy thuộc vào ứng dụng, thuật toán Watermark có thể cho phép một số lượng bit cần

ẩn được định nghĩa trước Không tồn tại các quy tắc chung, tuy nhiên đối với ảnh thì tối thiểu

300 - 400 bit Trong bất kỳ trường hợp nào thì nhà thiết kế hệ thống phải nhớ rằng tốt nhất làkhông nên giới hạn số lượng bit được nhúng vào dữ liệu

1.2.5 Quá trình dò đáng tin cậy

Thậm chí khi không có các tấn công cũng như các biến dạng tín hiệu, khả năng không

dò được Watermark đã nhúng hoặc dò sai Watermark phải rất nhỏ Thông thường các thuậttoán dựa trên thống kê dễ dàng thỏa được các yêu này Tuy nhiên một khả năng như vậy phảiđược đưa lên hàng đầu nếu ứng dụng Watermarking liên quan đến luật pháp vì có như vâymới tạo sự tin cậy chắc chắn trong các phán quyết cuối cùng

1.2.6 Tính bền vững

Việc sử dụng các tín hiệu âm nhạc, hình ảnh và phim dưới dạng kỹ thuật số thôngthường có liên quan tới nhiều kiểu biến dạng, chẳng hạn như nén có mất thông tin, hay trongtrường hợp ảnh là các phép lọc, định lại kích thước, cải tiến độ tương phản, phép quay, v.v

Để Watermarking hữu ích, Watermark phải dò được ngay khi cả các biến dạng xảy ra Quanđiểm chung để đạt được tính mạnh mẽ chống được các biến dạng tính hiệu là đặt Watermarkvào các phần quan trọng của tín hiệu Điều này phụ thuộc vào cách xử lý của các thuật toánnén có mất thông tin (bỏ qua các phần dữ liệu không quan trọng mà không làm ảnh hưởngđến chất lượng của dữ liệu được nén Điều này dẫn đến một Watermark được ẩn trong các dữliệu không quan trọng khó tồn tại khi bị nén Trong trường hợp Watermarking trên ảnh, sứcchịu đựng với các xử lý hình học (dịch chuyển, định lại kích thước, quay, xén ) thì vẫn là mộtvấn đề mở, những thao tác như vậy rất thông thường và một giải pháp đề ra cần giải quyếtđược trước khi áp dụng Watermark cho bảo vệ tác quyền ảnh

1.2.7 Nhúng nhiều Watermark

Cần phải cho phép nhúng một tập hợp các Watermark khác nhau trong cùng ảnh bằngcách sao cho mỗi Watermark có thể dò được bởi người dùng được cấp quyền Đặc trưng nàythì hữu dụng trong các ứng dụng dấu vân tay, trong đó thuộc tính tác quyền được truyền từngười sở hữu tác phẩm đến các tác phẩm khác Hơn nữa chúng ta có thể ngăn người khác thựchiện Watermarking cho một tác phẩm đã được đóng dấu Trong một số trường hợp việc sửamột Watermark sau khi nhúng là cần thiết chẳng hạn trong trường hợp của các đĩa DVD, mộtcon dấu có thể được dùng để chỉ số lượng các bản sao chép được phép Mỗi lần một bản saochép được thực hiện con dấu sẽ được sửa đổi để giảm số Sự chỉnh sửa có thể thực hiện đượcbằng cách xoá bỏ dấu cũ và nhúng dấu mới hoặc là nhúng một dấu mới chồng lên dấu cũ Khảnăng thứ hai được chọn lựa nhiều hơn bởi vì một Watermark mà có thể xoá được thì yếu vàkhông chịu đựng được các tấn công giả mạo

1.2.8 Blind/non-blind, public/private Watermarking

Mối quan tâm đặc biệt là cơ chế sử dụng để khôi phục vết ấn từ ảnh Trong một sốtrường hợp để phát triển một thuật toán mạnh mẽ, Watermark được trích bằng cách so sánhcác phiên bản đã được đóng dấu vả chưa đóng dấu Trong đó nhiều phương pháp được đềxuất chịu đựng được nhiều kỹ thuật xử lý ảnh và các tấn công có thể nhằm vào việc gỡ

Watermark hay làm cho nó không thể đọc được Tuy nhiên thông thường trong thế giới thực,

sự có mặt của ảnh gốc trong quá trình dò không được bảo đảm, do vậy thuật toán cần ảnh gốc

để hồi phục vết ấn không thích hợp cho nhiều ứng dụng thực tế Ngoài ra loại thuật toán nàykhông thể được dùng cho việc chứng minh quyền sở hữu hoàn toàn trừ khi thỏa một số yêucầu phụ khác như không tựa khả đảo (non-quasi-invertibility) của Watermark, vốn rất khó đạtđược và hầu như không thể chứng minh Các kỹ thuật khôi phục Watermark không cần sosánh các tín hiệu được mark và không được mark thường gọi là oblivious hay blind Trongcác trường hợp khác thuật ngữ public Watermarking được dùng để đối lại với privateWatermarking Thực sự, thuật ngữ public/private Watermarking để chỉ một khái niệm khác:một kỹ thuật được gọi là private nếu chỉ có người sở hữu tài liệu hay người được cấp quyềnmới trích Watermark bởi vì anh ta mới là người có thể truy xuất vào ảnh gốc hoặc anh ta mới

là người biết khoá chính xác đúng để trích Watermark từ dữ liệu chủ Trái lại các kỹ thuật màcho phép bất kỳ người nào cũng đọc được Watermark được gọi là public Hầu hết mọi ngườicho rằng các cơ chế private dường như mạnh mẽ hơn public ở chỗ là mỗi khi Watermarkđược đọc, kỹ thuật public làm cho các kẻ tấn công dễ xóa Watermark hay làm cho Watermarkkhông đọc được chẳng hạn bằng cách đảo quy trình nhúng hay bằng cách nhúng mộtWatermark đảo (Watermark reversibility) Nói một cách tổng quát trong số các kỹ thuậtWatermarking ảnh được đề xuất gần đây, các sản phẩm thương mại thường áp dụng các hệthống public trong khi các nghiên cứu lại tập trung vào tiếp cận private

1.2.9 Watermarking đọc được và dò được

Một Watermark mà có thể dò được chỉ nếu nội dung của nó được biết trước gọi là mộtWatermark dò được Ngược lại các kỹ thuật cho phép Watermark đọc được ngay khi nội dungcủa nó bỏ qua thì gọi là Watermark đọc được Nói cách khác, theo hướng tiếp cận dò được,người ta có thể chỉ cần biết một Watermark có tồn tại trong dữ liệu hay không Nếu một ngườikhông biết Watermark là gì thì không thể phân tích tài liệu đa phương tiện để tìm raWatermark Điều này không giống với các kỹ thuật đọc được, trong đó cơ chế nhúng và tríchWatermark được thực hiện sao cho bất kỳ ai cũng có thể đọc được Watermark Dĩ nhiên tínhchất đọc được/ dò được của Watermark ảnh hưởng nhiều đến cách mà nó được sử dụng trongcác ứng dụng thực tế Ví dụ giả sử có một tình huống trong đó người ta muốn biết ai là người

sở hữu của một ảnh mà anh ta đã tìm đã tìm thấy đâu đó trên Internet Ngoài ra giả sử rằngWatermark chỉ ra người sở hữu đã được nhúng trong ảnh sử dụng kỹ thuật Watermarking dòđược Không có cách nào để đọc được Watermark nếu không thực hiện các giả định về người

sở hữu có thể, bởi vì nhờ tính chất dò được của Watermark chỉ có thể xác định ảnh có thuộcmột tác giả cụ thể nào đó (Watermark của anh ta được biết ) không

1.2.10 Tính khả đảo và tính thuận nghịch của Watermark

Mặc dù tính mạnh mẽ thường được chỉ ra như một yêu cầu chính được thỏa mãn, mốiquan tâm lớn lại tập trung vào tính khả đảo của Watermark Thuật ngữ khả đảo được dùng vớinhững ý nghĩa khác nhau, nghĩa tự nhiên nhất định nghĩa một Watermark là khả đảo nếu cácngười dùng được cấp quyền có thể xoá nó khỏi tài liệu Trong nhiều ứng dụng tính khả đảonày có thể là một đặc trưng mong đợi, bởi vì nó có thể cho phép thay đổi tình trạng của mộttài liệu cho trước theo lịch sử của nó mà không cần phải ẩn quá nhiều bit thông tin trong nó.Tính khả đảo của Watermark còn được định nghĩa theo cách khác: đó là khả năng làm mấthiệu lực thừa nhận quyền sở hữu được hỗ trợ bởi Watermarking bằng cách sử dụng kỹ thuậtcông nghệ đảo để đảo lại quy trình Watermarking Một mô hình Watermarking để được sửdụng thành công trong ứng dụng bảo vệ quyền sở hữu, tính không khả đảo của Watermarkphải được thỏa mãn Hơn nữa đây chỉ là một điều kiện cần thiết phải thỏa mãn bởi vì tổngquát hơn tính người ta cần tính không tựa khả đảo của Watermark hơn Ở đây thuật ngữ khảđảo và tựa khả đảo được hiểu theo nghĩa tự nhiên như đã nói trên Không cần đi vào chi tiết,chúng ta có thể nói rằng một Watermark là khả đảo nếu nó có thể tạo ra một Watermarkngược (false Watermark) và một tài liệu giả mạo tài liệu gốc mà giống như tài liệu gốc saocho bằng cách nhúng false Watermark vào nó, ta có thể thu được một tài liệu mà giống haygần giống với tài liệu gốc thực sự đã được đóng dấu Để tránh việc dùng nhập nhằng thuậtngữ invertibility, thuật ngữ reversibility được đề xuất để chỉ rằng một Watermark có thể xóakhỏi ảnh chủ mỗi khi nội dung của nó được biết.

1.2.11 Tính có thể thay đổi tỉ lệ (scalability)

Trong các ứng dụng thương mại, chi phí tính toán cho việc nhúng và trích là rất quantrọng Trong một số ứng dụng việc chèn vào chỉ có thể thực hiện một lần Do đó, chi phínhúng có thể ít quan trọng hơn là chi phí dò, vốn thường phải xảy ra theo thời gian thực, ví

dụ như tốc độ giải mã của các frame video Các yêu cầu tính toán ràng buột mộtWatermark phải đơn giản, nhưng sự đơn giản này có thể giảm trầm trọng tính chịu đựng giảmạo Hơn nữa, người ta biết rằng tốc độ máy vi tính thì cứ tăng xấp xỉ gấp đôi sau 18 tháng,

để mà những gì được tính toán không thỏa đáng ngày hôm nay có thể nhanh chóng trở thànhhiện thực Do đó người ta rất mong đợi thiết kế một Watermark mà bộ dò tương thích với mỗithế hệ máy vi tính Ví dụ thế hệ thứ nhất của bộ dò có thể có chi phí tính toán rẻ nhưng có thểkhông đáng tin cậy bằng bộ dò ở thế hệ tiếp theo mà có thể cấp cho nhiều tính toán hơn để xử

lý với các vấn đề chẳng hạn như các biến dạng hình học

 ƒTheo dõi phát sóng (broadcast Watermarking )Nhận ra người chủ sở hữu (owner identification )

 ƒTheo dõi phát sóng (broadcast Watermarking )Bằng chứng của quyền sở hữu (proof of owner ship )

 ƒTheo dõi phát sóng (broadcast Watermarking )Lưu vết giao tác hay dấu vân tay (transaction tracking/fingerprinting )

 ƒTheo dõi phát sóng (broadcast Watermarking )Sự xác nhận nội dung (content authentication )

 ƒTheo dõi phát sóng (broadcast Watermarking )Kiểm soát sao chép (copy control )

+ Thứ nhất, việc so sánh tín hiệu nhận được với cơ sở dữ liệu không phải chuyện tầmthường Về nguyên tắc, cần chia tín hiệu nhận được thành các đơn vị có thể phân tích được vàtìm chúng trong cơ sở dữ liệu Tuy nhiên mỗi frame của video chứa hàng ngàn bit thông tin

và không thực tế chút nào cho quá trình tìm kiếm Như vậy hệ thống trước hết phải xử lý tínhiệu thành những chữ ký nhỏ hơn sao cho vừa đủ để phân biệt với tài liệu khác và phải đủ nhỏ

để lưu được trong cơ sở dữ liệu

+ Thứ hai, sự giảm tín hiệu trong quá trình phát sóng là điều không tránh khỏi, nó thayđổi theo thời gian, tức là sự thu tín hiệu của cùng một nội dung ở các thởi điểm khác nhau cóthể dẫn đến những tín hiệu khác nhau Vì thế, hệ thống không thể tìm nó chính xác trong cơ

sở dữ liệu mà chỉ có thể tìm dưới dạng người láng giềng gần nhất, thực tế phức tạp hơn nhiều

+ Thứ ba, ngay cả khi vấn đề tìm kiếm được giải quyết thì việc lưu trữ và quản lý cơ

sở dữ liệu cũng là vấn đề lớn Hơn nữa hệ thống phải theo dõi nhiều vị trí địa lý khác nhauđồng thời, phải truy xuất và giao tiếp cơ sở dữ liệu trung tâm hoặc là lưu cơ sở dữ liệu cục bộ

Hệ thống theo dõi chủ động đơn giản hơn về mặt kỹ thuật hơn vì thông tin nhận dạngđược giải mã trực tiếp, không cần cơ sở dữ liệu để thông dịch nghĩa của nó Một cài đặt của

hệ thống này là lưu các mã nhận dạng ở phần đầu file Khó khăn là người xử lý trung gian vàngười phân phối cuối cùng không bảo đảm phân phát thông tin đầu file nguyên vẹn Hơn nữa

dữ liệu khó sống sót với sự chuyển đổi định dạng

Watermarking là một phương pháp mã hoá thông tin nhận dạng cho theo dõi chủđộng Nó có thuận lợi là Watermark tồn tại bên trong nội dung tín hiệu phát sóng chứ khôngphải chỉ trong một đoạn đặc biệt của tín hiệu và vì thế hoàn toàn thương thích với nền tảngthiết bị phát sóng đã được cài đặt bao gồm cả bộ truyền tải digital và analog Tuy nhiên, quitrình nhúng dò Watermark phức tạp hơn việc thêm dữ liệu vào đầu file và tìm được một thuậttoán sao cho chất lượng trực quan của nội dung giảm không đáng kể nhưng lại có độ an toàncao cũng là một bài toán thu hút nhiều sự quan tâm nghiên cứu Như vậy, bằng cách nhậndạng những Watermark được nhúng trong nội dung số, có thể chỉ ra khi nào và ở đâu nộidung đó được phát song

1.3.2 Nhận ra người chủ sở hữu

Trong thực tế có trường hợp một tác phẩm đã có tác quyền bị sử dụng sai mục đích vàphán quyết của cơ quan luật pháp rất cần thông báo tác quyền trên một hình thức hay vị trínào xem được trên tài liệu được phân phối Thông báo tác quyền chúng ta thường thấy trên cócác tài liệu khả kiến là “Copyright ngày người sở hữu”, “© ngày người sở hữu” hay “Corp.ngày người sở hữu” Trên các tác phẩm âm thanh các thông báo đó phải được đặt lên bề mặtcủa đĩa vật lý, tên nhãn hay trên bao bì Dễ thấy rằng, giới hạn của nó là việc nhận dạng người

sở hữu tác quyền của một tác phẩm không bảo đảm do người ta không quá khó để loại bỏ nó

ra khỏi một tài liệu khi tiến hành sao chụp lại thậm chí không cần quan tâm rằng đó là mộtviệc làm sai: Chẳng hạn, một giáo viên chụp một số trang từ quyển sách mà quên chụp luônthông báo tác quyền ở trang tiêu đề, một họa sĩ sử dụng một bức hình hợp pháp trong mụcquảng cáo của báo có thể xén đi phần có chứa thông tin tác quyền Rồi sau đó các công dântôn trọng luật pháp muốn dùng tác phẩm có thể không tài nào xác định được tác phẩm cóđược bảo vệ tác quyền hay chưa Một trường hợp khá nổi tiếng là Lena Sjooblom Đây là ảnhthử thông thường nhất trong lĩnh vực nghiên cứu xử lý ảnh và đã xuất hiện không biết baonhiêu mà kể ở các bào báo hội nghị nhưng không ai tham khảo tên người sở hữu hợp pháp của

nó, đó là hãng Playboy Ban đầu nó là một ảnh phóng to lồng giữa các trang của tạp chíPlayboy (Tháng 11- 1972 ) Khi ảnh được Scan và dùng cho mục đích kiểm thử, hầu hết ảnh

đã bị xén chỉ còn khuôn mặt và vai của Lena Không may là dòng chữ ghi Playboy là người

sở hữu cũng bị xén mất Từ đó ảnh được phân phối toàn cầu và hầu hết các nhà nghiên cứudùng nó trong các bào báo đã không biết rằng chúng là tác quyền của Playboy

Thứ hai là vấn đề thẩm mỹ, dù chỉ đặt ở một phần của ảnh nhưng một dòng chữ thôngtin tác quyền có thể làm giảm bớt vẻ đẹp của nó Với các tài liệu âm thanh hay phim, vì thôngbáo tác quyền nằm trên băng đĩa vật lý và bao bì nên sẽ không có thông báo nào được saochép cùng với nội dung của nó.

Do các Watermark có thể vừa không thể nhận thấy vừa không thể tách rời tác phẩmchứa nó nên chúng là giải pháp tốt hơn dòng chữ đối với việc nhận ra người sở hữu nếungười dùng tác phẩm được cung cấp bộ dò Watermark Digimarc cho ảnh là ứng dụng

mà ta đang đề cập Nó được tích hợp vào Photoshop Khi bộ dò của Digimarc nhận ra mộtWatermark, nó liên lạc với cơ sở dữ liệu trung tâm trên Internet và dùng thông điệpWatermark như một khóa để tìm thông tin liên lạc cho người sở hữu ảnh Tính hợp pháp củamột ứng dụng như vậy chưa được thừa nhận bởi cơ quan pháp luật nhưng nó giúp nhữngngười lương thiện dễ dàng tìm ra người họ muốn liên lạc để dùng ảnh Như vậy, nhúng thôngtin của người giữ tác quyền của một tác phẩm như là một Watermark

A có thể nào bảo vệ quyền lợi của mình mà không phải tốn phí đăng ký bằng cách ápdụng Watermark vào ảnh của mình? Nếu A dùng Digimarc, vấn đề không được giải quyết vì

bộ dò cũng được kẻ trộm biết Về lý thuyết, ai dò được Watermark đều có thể xoá bỏ nó Do

đó B có thể dùng bộ dò Digimarc, gỡ Watermark của A và thay vào đó Watermark của mình

Để đạt được mức bảo mật trong bằng chứng tác quyền, cần giới hạn tính khả dụng của bộ dò.Đối với kẻ trộm không có một bộ dò, việc bỏ Watermark thì rất khó khăn phức tạp Như thếkhi A và B ra tòa, A dùng ảnh gốc và ảnh tranh cãi đưa vào bộ dò và bộ dò sẽ cho raWatermark của A Tuy nhiên cũng có một dạng hệ thống Watermarking mà B có thể dùng vàlàm như thể Watermark của B nằm trong bản gốc ảnh của A Tấn công được gọi là tấn côngđảo (inversion attack) hay tấn công khóa chết (dead lock attack) Không có cách gì để giải

quyết quyền sở hữu bản quyền trong trường hợp này và tòa cũng không thể biết A hay B cóảnh gốc thực sự Điều này cho thấy rằng chỉ với một mình Watermark mà không có một nghithức khác hỗ trợ nó thì sẽ không đủ để giải quyết tình huống bản quyền này.

Bài toán có thể được giải quyết nếu ta thay đổi phần phát biểu nó: Thay vì cố chứngminh trực tiếp quyền sở hữu bằng cách nhúng một Watermark “A sở hữu ảnh này”, ta nên cốchứng minh một ảnh bắt nguồn từ ảnh khác Một hệ thống như vậy cung cấp một bằng chứnggián tiếp rằng khả năng ảnh tranh cãi là của A cao hơn B, trong đó A là người có phiên bản

mà từ đó hai ảnh khác tạo ra

1.3.4 Lưu vết giao tác hay dấu vân tay

Trong ứng dụng này, Watermark lưu lại một hay nhiều giao dịch đã xảy ra trongnhững lần sao chép tác phẩm đã có nhúng Watermark Ví dụ, Watermark có thể lưu tên ngườimua trong mỗi lần mua bán hợp pháp hay phân phối Người sở hữu và người tạo ra tác phẩm

có thể dùng những Watermark khác nhau trong mỗi bản sao Nếu tài liệu bị dùng sai mục đích(phát hành hay phân phối trái phép ) người sở hữu có thể tìm ra người có trách nhiệm

Một giải pháp thông thường cho Watermarking áp dụng cho lưu vết giao tác là dùngcác Watermark hữu hình, chẳng hạn các tài liệu thương mại được in có background có chứacác số lớn hơn màu xám, với mỗi bản sao sẽ chứa một số khác

Một ví dụ khác có sử dụng Watermarking cho việc theo dõi giao tác đã được cài đặtbởi DiVX Corporation DiVX bán một DVD player triển khai theo mô hình kinh doanh pay-per-view Họ cài đăt nhiều kỹ thuật để ngăn giả mạo đĩa của họ, một trong số đó làWatermark được thiết kế cho lưu vết giao tác Mỗi DVD player phải đặt một Watermark duynhất vào mỗi video mà nó chiếu Nếu ai đó thu lại đoạn video và bán các bản sao, DiVX cóthể lấy được bản copy đó và tìm ra kẻ phản bội bằng cách giải mã Watermark

Một ví dụ khác là trong phân phối các nhật báo phim Suốt quá trình thực hiện mộtphim, kết quả các bức hình mỗi ngày được phân phối cho nhiều người có tham gia vào phim.Nhưng những nhật báo này được yêu cầu giấu bí mật, không muốn bị lộ ra ngoài Gặp trườnghợp này, trường quay nhanh chónh xác định được người đã làm rò rỉ thông tinh Trường quay

có thể dùng đoạn văn hữu hình ở góc màn hình để xác định mỗi bản sao của ảnh Tuy nhiên,các Watermark được chuộng hơn vì đoạn văn bản dễ bị xóa đi

1.3.5 Xác nhận nội dung

Các tác phẩm kỹ thuật số ngày nay đứng trước nguy cơ bị làm giả nhiều hơn, dễ dànghơn và tinh vi hơn Nếu ảnh là một bằng chứng quan trọng trong điều tra của cảnh sát, sự giảmạo có thể gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng

Bài toán xác nhận thông điệp đã được nghiên cứu rộng rãi trong lĩnh vực mã hóa(crytography) Một tiếp cận mã hóa thông thường cho bài toán này là tạo ra một chữ kí điện