Nghiên ứu á phương pháp nhúng dấu ẩn vào dữ liệu đa phương tiện và ứng dụng

Bảng 5.10 Kết quả nhúng và sau tấn công thuật toán Fotopoulos, ảnh bensong.jpg .... Vấn đề đặt ra là rất cần phát triển các kỹ thuật bảo vệ bản quyền của các dữ liệu số của người gửi và

Trang 1

NGÀNH: CÔNG NGH THÔNG TIN Ệ

NGHI ÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP NH ÚNG

D U N V Ấ Ẩ ÀO Ữ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆ D N VÀ

Trang 2

LUẬ N VĂN TH C SĨ KHOA H Ạ Ọ C

NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP NHÚNG

D Ấ U ẨN VÀO DỮ LIỆ U ĐA PHƯƠNG TI Ệ N VÀ

Trang 3

ứng ngdụ r t rấ ộng i c i m n i b rã Đặ đ ể ổ ật củ ỹ thuật nàya k là d ữ liệu trên đườngtruyền đư c mã á ợ ho để ống ch ăn cắ ữ ệu Thế nhưng xa h n np d li ơ ữa, có một vấn đề

đặt ra đó là d li u sau khi được giải mã ữ ệ để thu được dữ liệu gốc, dữ liệu không được bảo v n aệ ữ Người dùng có thể sao chép, phát án tuỳ , hoặc họ m o t t ý giả ạ ácgiả

Vì thế, kỹ th ật atermarking u w - nhúng ấu ẩ ra đờ để đáp ứng u cầ tr n d n i yê u ê

Mục đích ứng dụng của nhúng dấu ẩn chủ yếu là chứng minh bản quyền tác gi , bả ảo

vệ bản quyền tác giả, chống sao chép dữ liệu Để ảo vệ ản quyền, các tác giả có b bthể nhúng dấu hoặc che dấu thông tin trên ảnh, thông tin nhúng dấu có th là tên tác ểgiả Vì vậy, dấu được nhúng sẽ cho phép xác nhận bản quyền Không chỉ thực hiện nhúng dấu trên ảnh, việc này còn có thể thực hiện đối với audio và video số Đặc biệt là việc phân tán audio s thông quaố internet trong định dạng mp3 hiện nay là một vấ ền đ lớn Trong trường hợp này, nhúng dấu ẩn có thể hữu ích để thiế ập t lđiều khi n phân tán audio và giúp bể ảo vệ bản quyền

Luận văn đã nghiên c u và trình bày các phương nhúng dứ ấu ẩn vào ba ki u dể ữliệu đa phương tiện gồm ảnh tĩnh, video và audio Phần lý thuyết đi sâu vào các nguyên lý nhúng dấu ẩn và các thu t toán cậ ụ thể Trọng tâm nghiên cứu các phương pháp nhúng dấu ảnh tĩnh, so sánh các phương pháp nhúng dấu theo không gian, miền t n sầ ố và miền đa phân giải

Phần thực nghiệm đã cài đặt 11 thu t toán nhúng dậ ấu ảnh tĩnh, ch y chương ạtrình và so sánh kết quả Từ đó đánh giá đư c ưu nhượ ợc điểm củ ừa t ng thuật toán cũng như thấy được mứ ộc đ tin cậy c a nhúng dủ ấu ẩn Cuối cùng đề xuấ ộ ố t m t sngữ ả c nh ứng dụng trong th c tự ế

Em xin chân thành cảm ơn sự h ỗ trợ và hướng dẫn tận tình của thầy giáo, tiến sĩ Nguyễn Linh Giang trong quá trình thực hiệ ền đ tài

Hà Nội, ngày 31 tháng 10 năm 2007

Đặng Thị Tuy t Thanh ế

Trang 4

MỤC LỤC

CHƯƠNG I TỔNG QUAN I

1.1 Nhúng dấu ẩn vào dữ liệu đa phương tiện 1

1.2 Các ứng dụng nhúng dấu số 3

1.3 Kỹ thuậ t nhúng dấu t ng quát 5 ổ 1.3.1 Nguyên lý cơ bản của kỹ thu t nhúng dấu ậ 6

1.3.2 Phân loại dấu nhúng 7

1.3.3 Phân loại h thệ ống nhúng dấu 8

1.4 Các mô hình nhúng dấu ẩn 10

1.4.1 Mã hoá LSB 12

1.4.2 Kỹ thuật trải phổ 13

1.4.3 Kỹ thuật Patchwork 15

1.4.4 Kỹ thuậ ềt đi u chế chỉ ố lượng tử 16 s 1.5 Các vấ ền đ đối với nhúng dấu ẩn 17

1.5.1 Yêu cầ ặu đ t ra đối với nhúng dấu ẩn 17

1.5.2 Các vấ ền đ khi nhúng dấu 17

CHƯƠNG II NHÚNG DẤU ẢNH TĨNH 23

2.1 Tổng quan nhúng dấu ảnh tĩnh 23

2.1.1 Cơ bản nhúng dấu ảnh tĩnh 23

2.1.2 Công việc nhúng dấu 25

2.2 Phương pháp nhúng dấu theo mi n không gian 28 ề 2.2.1 Kỹ thuật nhúng dấu theo mi n không gianề 28

2.2.2 Các thuật toán nhúng dấu theo miền không gian 29

2.3 Phương pháp nhúng dấu theo mi n t n sề ầ ố 33

2.3.1 Kỹ thuật biế ổn đ i cô sin rời rạ 33 c 2.3.2 Các thuật toán nhúng dấu dựa trên biến đổi cô sin r i rờ ạc 43

2.4 Phương pháp nhúng dấu theo miền đa phân giải .53

2.4.1 Kỹ thuật biế ổn đ i sóng con rời rạc 53

Trang 5

2.4.2 Các thuật toán nhúng dấu dựa trên biế ổn đ i sóng con rời rạc 58

2.5 So sánh các phương pháp nhúng dấu 61

CHƯƠNG III NHÚNG DẤU CÁC LOẠI DỮ LIỆ UĐA PHƯƠNG TIỆN KHÁC 64

3.1 Nhúng dấu video 64

3.1.1 Nhúng dấu trong miền không gian 66

3.1.2 Nhúng dấu trong miền biến đổi 67

3.1.3 Nhúng d u vào dấ ữliệu đã nén 68

3.1.4 Một số thuật toán nhúng dấu video 68

3.2 Nhúng dấu audio 71

3.2.1 Kỹ thuật nhúng dấu audio c m quanả 71

3.2.2 Các phương pháp nhúng dấu audio 73

CHƯƠNG IV ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỮ LI U 79 Ệ 4.1 Đánh giá ch t lưấ ợng dữ li u đư c nhúng dấu 79 ệ ợ 4.1.1 Dữ liệu ảnh 79

4.1.2 Dữ liệu video và audio 81

4.2 Các t n công ấ ảnh hư ng đở ến d u nhúngấ 82

4.2.1 Phân loại tấn công 83

4.2.2 Các thao tác và tấn công xoá bỏ 84

4.2.3 Các tấn công phá vỡ s ự đồng bộ 85

4.2.4 Các tấn công nhúng và tấn công phát hiện 86

CHƯƠNG V KẾT QUẢ TH C NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ THUẬT TOÁN 88 Ự 5.1 Kết quả thự c nghiệm 90

5.1.1 Các thuật toán nhúng dấu trong miền không gian 90

5.1.2 Các thu t toán d a trên DCTậ ự 91

5.1.3 Các thu t toán d a trên DWTậ ự 98

5.2 So sánh và đánh giá 105

5.3 Đề xu t kịch bảấ n sử d ng: 107 ụ TÀI LIỆU THAM KHẢO 112

Trang 6

DANH M C CÁC HÌNH VỤ ỄĐỒTHỊ

Hình 1.2: Bộ giải mã dấu nhúng đầy đủ Error! Bookmark not defined

Hình 1.3 : Phân loại nhúng dấu ẩn Error! Bookmark not defined

Hình 1.4 Mô hình truyền thông bảo mật cơ bản Error! Bookmark not defined Hình 1.5 Mô hình truyền thông dấu nhúng cơ bản Error! Bookmark not defined

Hình 1.6 Bộ phát hiện dấu nhúng cơ bản Error! Bookmark not defined

Hình 1.7 Mô hình nhúng của thuật toán nhúng dấu ẩn Cox Error! Bookmark not

Hình 1.10: Mô hình kênh truyền phương pháp nhúng dấu ẩn loại 2. Error!

Bookmark not defined

Hình 1.11: Kênh đối xứng nhị phân với xác suất lật p Error! Bookmark not

defined

Hình 1.12: Minh họa bản chất cấp phát lại bit của nhúng dấu ẩn. Error! Bookmark

not defined

Hình 2.1: Quá trình nhúng dấu ẩn [8]. Error! Bookmark not defined

Hình 2.2 (a) tính tương quan tự động của ảnh không tương quan trước và sau DCT

Error! Bookmark not defined

Hình 2.3 (a) Ảnh thứ nhất, (b) ảnh thứ 2 Error! Bookmark not defined

Hình 2.4 (a) ảnh không tương quan và DCT của (b) ảnh tương quan và DCT của

nó Error! Bookmark not defined

Hình 2.5 Các khối xử lý của quá trình nhúng và phát hiện dấu nhúng dựa trên DCT

Hình 2.6 Chọn block site sử dụng mạng Gaussian trong đó các Error! Bookmark

not defined

block site được chọn có màu đen. Error! Bookmark not defined

Trang 7

Hình 2.7: Hàm chỉ số ind(c). Error! Bookmark not defined

Hình 2.8: sơ đồ khối của kỹ thuật nhúng dấu DWT Error! Bookmark not defined

Hình 3.1: Quá trình nhúng dấu video Error! Bookmark not defined

Hình 3.2: quá trình phát hiện dấu nhúng video Error! Bookmark not defined Hình 3.3: Mô hình nhúng dấu JAWS Error! Bookmark not defined

Hình 3.4 Sơ đồ khối của mô hình nhúng dấu video đã nén Error! Bookmark not

defined

Hình 3.5 Bộ mã hoá dấu nhúng và các thành phần của nó Error! Bookmark not defined

Hình 5.1 Ảnh lena.jpg bensong.jpg: ảnh đơn giản, ít chi tiết, ít biên Error!

Hình 5.2 Ảnh bensong.jpg vantay.jpg: là ảnh phức tạp, có nhiều biên và kết cấu

Hình 5.3 Ảnh vantay.jpg - đầu ra: các ảnh đã được nhúng dấu Error! Bookmark

not defined

Hình 5.4 Ảnh kết quả và ảnh sai khác, thuật toán Bruyn, ảnh lena.jpg Error!

Hình 5.5 Ảnh kết quả và ảnh sai khác, thuật toán Fotopoulos, ảnh lena.jpg Error!

Hình 5.5 Ảnh kết quả và ảnh sai khác, thuật toán Hsu Stil, ảnh bensong.jpg Error!

Hình 5.6 Ảnh kết quả và ảnh sai khác, thuật toán Cox, ảnh lena.jpg Error!

Hình 5.7 Ảnh kết quả và ảnh sai khác, thuật toán Yulin Wang, ảnh vantay.jpg

Hình 5.8 Ảnh kết quả và ảnh sai khác, thuật toán Zhu, ảnh lena.jpg Error!

Hình 5.9 Ảnh kết quả và ảnh sai khác, thuật toán Kim, ảnh lena.jpg Error!

Trang 8

Hình 5.10 Ảnh kết quả và ảnh sai khác, thuật toán Wang, ảnh lena.jpg Error!

Hình 5.11 Ảnh kết quả và ảnh sai khác, thuật toán Corvi, ảnh lena.jpg Error!

Hình 5.12 Ảnh kết quả và ảnh sai khác, thuật toán Xia, ảnh lena.jpg Error!

Hình 5.13 Mô hình hệ thống phân phối dữ liệu đa phương tiện an toàn. Error!

Hình 5.14 Quá trình tạo dấu n.ẩ Error! Bookmark not defined

Trang 9

DANH MỤC C B ÁC ẢNG

Bảng 1.1: Sự tương đồng giữa hệ thống truy n thông và hệ thống nhúng dấu ẩnề

Bảng 2.1: Các hệ ố DCT được sử ụng Error! Bookmark not defined s d

Bảng 2.2: Đánh số t thứ ự 3 x 3 khối 8 x 8 các hệ ố DCT của thuật toán Yulin s

Wang và Alan Pearmain Error! Bookmark not defined

Bảng 2.3: ng so sánh tBả ổng hợp các phương pháp nhúng dấu ảnh tĩnh Error!

Bảng 5.1 Kết quả nhúng dấu thu t toán Bruyn, ảậ nh lena.jpg Error! Bookmark not

defined

Bảng 5.3 Kết quả nhúng dấu thuật toán Bruyn, ảnh bensong.jpg Error! Bookmark

not defined

Bảng 5.4 Kết quả sau tấn công thuật toán Bruyn, ảnh bensong.jpg Error!

Bảng 5.5 Kết quả nhúng d u thuấ ật toán Bruyn ảnh vantay.jpg Error! Bookmark ,

Bảng 5.8 Kết quả sau tấn công thuật toán Fotopoulos, ảnh lena.jpg Error!

Bảng 5.9 Kết quả nhúng và sau tấn công thuật toán Fotopoulos, ảnh vantay.jpg

Bảng 5.10 Kết quả nhúng và sau tấn công thuật toán Fotopoulos, ảnh bensong.jpg

Bảng 5.11 Kết quả nhúng và sau tấn công thuật toán Hsu Stil ảnh lena.jpg Error! ,

Bảng 5.12 Kết quả nhúng và sau tấn công thuật toán Hsu Stil ảnh vantay.jpg Error! ,

Bảng 5.13 Kết quả nhúng và sau tấn công thuật toán Hsu Stil ảnh bensong.jpg,

Bảng 5.14 Kết quả nhúng và sau tấn công thuật toán Cox, nh lena.jpgả Error!

Trang 10

Bảng 5.15 Kết quả nhúng và sau tấn công thuật toán Cox, ảnh vantay.jpg Error!

Bảng 5.16 Kết quả nhúng và sau tấn công thuật toán Cox, ảnh bensong.jpg Error!

Bảng 5.17 Kết quả nhúng dấu thuật toán Yulin Wang ảnh lena.jpg Error! ,

Bảng 5.18 Kết sau tấn công thuật toán Yulin Wang ảnh lena.jpg Error! Bookmark ,

not defined

Bảng 5.19 Kết quả nhúng và sau tấn công thuật toán Yulin Wang ảnh bensong.jpg,

Bảng 5.20 Kết quả nhúng và sau tấn công thuật toán Yulin Wang ảnh vantay.jpg,

Bảng 5.21 Kết quả nhúng và sau tấn công thuật toán Barni, ảnh lena.jpg Error!

Bảng 5.22 Kết quả nhúng và sau tấn công thuật toán Barni, ảnh vantay.jpg Error!

Bảng 5.23 Kết quả nhúng và sau tấn công thuật toán Barni, ảnh bensong.jpg Error!

Bảng 5.24 K t nhúng dế ấu thuật toán Zhu ảnh lena.jpg Error! Bookmark not ,

defined

Bảng 5.25 Kết sau tấn công thuật toán Zhu ảnh lena.jpg Error! Bookmark not ,

defined

Bảng 5.26 Kết quả nhúng và sau tấn công thuật toán Zhu, ảnh bensong.jpg Error!

Bảng 5.27 Kết quả nhúng và sau tấn công thuật toán Zhu, ảnh vantay.jpg Error!

Bảng 5.28 Kết quả nhúng dấu thuật toán Kim, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not

defined

Bảng 5.29 Kết quả sau tấn công thuật toán Kim, ảnh lena.jpg Error! Bookmark

not defined

Bảng 5.30 Kết quả nhúng và sau tấn công thuật toán Kim ảnh bensong.jpg Error! ,

Bảng 5.31 Kết quả nhúng và sau tấn công thuật toán Kim ảnh vantay.jpg Error! ,

Bảng 5.32 Kết quả nhúng dấu thuật toán Wang ảnh lena.jpg Error! Bookmark not ,

defined

Trang 11

Bảng 5.33 Kết quả sau tấn công thuật toán Wang ảnh lena.jpg Error! Bookmark ,

not defined

Bảng 5.34 Kết quả nhúng và sau tấn công thuật toán Wang ảnh bensong.jpg Error! ,

Bảng 5.35 Kết quả nhúng và sau t n côngấ thuật toán Wang ảnh , vantay Error! jpg

Bảng 5.36 Kết quả nhúng dấu thuật toán Corvi, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not

defined

Bảng 5.37 Kết quả sau tấn công thuật toán Corvi, ảnh lena.jpg Error! Bookmark

not defined

Bảng 5.38 Kết quả nhúng và sau tấn công thuật toán Corvi, ảnh bensong.jpg Error!

Bảng 5.39 Kết quả nhúng và sau tấn công thuật toán Corvi, ảnh vantay.jpg Error!

Bảng 5.40 Kết quả nhúng dấu thuật toán Xia ảnh lena.jpg Error! Bookmark not ,

Bảng 5.44 Bảng tổng hợp giá trị tương quan sau nhúng dấu, các thu t toán mi n ậ ề

DCT Error! Bookmark not defined

Bảng 5.45 Bảng tổng hợp giá trị tương quan sau nhúng dấu, các thu t toán mi n ậ ề

DWT Error! Bookmark not defined

Bảng 5.46 Bảng tổng hợp giá trị MSE, PSNR sau nhúng dấu, các thuật toán miền DCT

Bảng 5.47 Bảng tổng hợp giá trị MSE, PSNR sau nhúng dấu, các thuật toán miền DWT

Trang 12

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

AWGN Additive white Gaussian noise Nhiễu cộng, trắng phân phối chuẩn AWUN Additive white uniform noise Nhiễu cộng, trắng phân phố ềi đ u DICO Discrete input and continuous

output

Đầu vào rời r c, đ u ra liên t c ạ ầ ụ

DIDO Discrete input and continuous

output

Đầu vào rời r c, đ u ra r i r c ạ ầ ờ ạ

CICO Continuous input and

continuous output

Đầu vào liên t c, đ u ra liên t c ụ ầ ụ

MSE Mean square error Lỗi bình phương trung bình

VER Variable embedding rate Tốc độ nhúng biế ổn đ i

CER Constant embedding rate Tốc độ nhúng hằng

PSNR Peak signal to noise ratio T l ỉ ệtín hiệu nhiễu cao nhất

DCT Discrete cosine transform Biế ổn đ i cô sin r i rờ ạc

DWT Discrete wavelets transform Biế ổn đ i sóng con rời rạc

LSB Least significant bit Bít ít quan trọng nhất

Trang 13

ta dễ dàng truy cập, sao lưu, sửa đổi nội dung của các tài liệu số như ảnh, âm thanh, video số Vấn đề đặt ra là rất cần phát triển các kỹ thuật bảo vệ bản quyền của các

dữ liệu số của người gửi và ngăn ngừa việc sao chép hoặc giả mạo bản quyền tác giả

Nhúng dấu ẩn là một kỹ thuật mô phỏng theo việc sử dụng công nghệ đánh

dấu trên giấy tờ ất thông dụng vào thế giới số Nhúng dấu n r ẩ mô tả các phương pháp và công ngh ho phép che dệ c ấu thông tin, ví dụ một con số nào đó, một văn

bản trong dữ liệu số như ảnh, video và audio Trong kỹ thuật nhúng, thông tin không được nhúng trong khuôn khổ khu vực dữ liệu Quá trình nhúng dấu ẩn giống như việc sử ổa đ i dữ liệu mà ta không nhận thấy bằng mắt V i các ớ ảnh thì điều này nghĩa là việc sửa đổi các giá trị điểm ảnh phả ị ẩi b n Xa hơn nữa, dấu nhúng phải đơn giản, gọn nhẹ phụ thuộc vào ng dụng Với nh ng dấu nhúng phức tạp, chúng ứ ữ

ta ph i xem xét dả ấu nhúng có khả năng chống lại sự vậ ộn đ ng của dữ liệ ố, như là u sviệc nén làm m t thông tin, co giãn, c t xén ấ ắ

N húng dấ ẩn được sử ụ u d ng đểlàm gì ?

Điều đầu tiên là v n đ b o vệ b n quyền của dữ l êu số trong các ứng dụng ấ ề ả ả ịTrư c đâớ y, việc sao lưu dữ liệu số khá phức tạp và ph i yêu cầu kinh nghiệm để có ảthể mgiả ạo Tuy nhiên, trong thế giới số ngày nay đi u đó không còn khó nề ữa Mọi người có thể sao chép dễ dàng dữ liệu số và th m chí còn đ m bảo ch t lư ng t tậ ả ấ ợ ố

Để bảo vệ bản quyền, các tác giả có th nhúng dấu ho c che dấu ể ặ thông tin trên ảnh, thông tin nhúng dấu có thể là tên tác giả Vì v y, dấậ u được nhúng s cho phép xác ẽnhận b n quyả ền Không chỉ thực hiện nhúng dấu trên ảnh, vi c này còn có thệ ể thực hiệ ốn đ i v i audio và video sớ ố Đặc bi t là việ ệc phân tán audio số thông qua internet trong định dạng mp3 hi n nay là một vấn đề l nệ ớ Trong trường hợp này, nhúng dấu

ẩn có thể ữ h u ích đểthiết lập điều khiển phân tán audio và giúp bảo vệ bản quyền

Nguồn gốc của nhúng dấu ẩ n

Phương pháp nhúng dấu ẩn đầu tiên là dấ ẩn giấu y Đó là một dấ ẩ nhìn u n thấy được, nhỏ, chìm trong giấ ểy đ đảm bảo đây là bản gốc hoặc chính thức Ví dụ, dấu ẩn trong các tờ séc của chính phủ, các văn bản chính thức và tiền giấy Dấu ẩn giấy được sử dụng ở châu Âu từ ít nhất là thế k ỷ thứ 13 vớ ụi m c đích xác thực Và ngày nay, chúng vẫn được sử ụ d ng như là m t đ c trưng bộ ặ ảo mật

Trang 14

Năm 1954, Emil Hembrooke, công ty Muzac đã lấy bằng sáng ch “Nh n ế ậdạng âm thanh và các tín hiệu tương tự” B ng sáng chế mô tả phương pháp nhúng ằ

một đoạn mã nhận dạng vào âm nhạc sao cho người nghe không thể cảm thấy thay

đổi để bảo vệ bản quyền Bằng sáng ch có đoạn “Phát minh này cho phép nhận ếdạng bản gốc c a các sủ ản phẩm âm nhạc, do đó, là m t phương pháp bảộ o vệ bản quyền hi u quệ ả, nghĩa là, có thể xem nó như là dấu ẩn trên giấy” Dấu ẩn điện tử đã

ra đ i như thờ ế

T ừ lúc này, các phương pháp nhúng ấu ẩ d n được phát triển và sử ụng trong dnhiều ứng dụng Nhúng dấ ẩn tiếp tu ục được nền công nghiệp quan tâm nhiều Tuy nhiên, mãi đến tận những năm 1990, dấu ẩn điện tử (đặc biệt là d ẩn số) m i nấu ớ hận được các mối quan tâm đáng kể t ừ giới h c viọ ện Từ đây, các nghiên cứu về đề tài này mở rộng nhanh chóng và ngày nay có r t nhiấ ều cu c hộ ội nghị diễn ra đánh giá

v ềnhúng ấu n d ẩ

So sánh watermarking và cryptography

Đối với vấn đề bảo mật nhúng dấu, không thể tránh được việc so sánh với cryptography Việc bảo mật dữ liêu số nằm trong lĩnh vực của cryptography nhiều thập kỷ nay và nó rất hiệu quả Watermarking là lĩnh vực mới sử dụng để bảo mật

dữ liệu Có một số khác nhau giữa hai phương pháp này

Giốngnhau: cả hai phương pháp có chung mục đích bảo vệ dữ liệu số, chống

ăn cắp dữ liệu Cơ chế đều chèn thêm thông tin bí mật vào nội dung và mã hoá khiến cho kẻ ăn cắp dữ liệu không giải mã được để thu nhận dữ liệu gốc

Khác nhau:

- Cryptography dùng để đối phó với dữ liệu nhị phân và nó được dựa trên các nguyên lý toán học, trong khi đó nhúng dấu dùng để đối phó với dữ liệu liên tục, được dựa trên xử lý ảnh và tín hiệu

- Đối với dữ liệu được mã hoá bởi hệ thống cryptography, nội dung của dữ liệu được bảo vệ suốt trong quá trình truyền từ nơi gửi đến nơi nhận, sau khi nhận

và giải mã, dữ liệu rõ ràng giống như dữ liệu gốc và nó không còn được bảo vệ nữa.Còn dữ liệu watermarking, không phải bí mật trên đường truyền, việc bảo mật của

kỹ thuật nhúng dấu được dựa trên nội dung của chính nó Vì thế, việc bảo vệ dữ liệu

số vẫn được tiếp tục thậm chí sau khi kẻ tấn công thu được dữ liệu nhúng dấu.Watermarking áp dụng cho các ứng dụng bảo vệ bản quyền mà cryptography không thể đáp ứng được

- Dữ liệu mã hoá bởi hệ thống cryptography có dung lượng tăng, vì thế phải

gửi lượng dữ liệu lớn trên đường truyền, trong khi với hệ thống nhúng dấu, dung lượng của dữ liệu gần như không thay đổi

Trang 15

1.2 Các ứng d ng nhúng dụ ấu số

i, K thuỹ ật nhúng d u sấ ố đố ới quải v n lý bản quyền

Một trong những ứng dụng truy n thề ống của nhúng dấu đó là bảo vệ ản bquyền Lý do chính sử dụng các dấu nhúng đó là để xác nhận bản quyền nội dung bằng một dấu ẩn được in chèn vào trong ảnh Trong nhiều trường hợp, dấu nhúng được sử dụng thêm vào để mã hoá n i dung, khi mà việc mã hoá cung cấp phương ộpháp b o m t khi phân phát dả ậ ữ liệu Quyề ở hữ ốn s u đ i với người nhận và dấu nhúng giúp cho người sở hữu nội dung xác nhận nội dung và bảo vệ s ự sao chép hoặc sử dụng bất hợp pháp N u không có nhúng dế ấu, không có cách nào để m rở ộng việc điều khiển bản quyề ội dung mn n ỗi khi nội dung vượt khỏi phạm vi số cầ ả ệ n b o v

và tới người sử ụ d ng bấ ỳ t k

d m r

Nhúng d u sấ ố được sử ụng để ở ộng việc bảo vệ và cung cấp nhiều cơ hội để những người sở hữu nội dung bảo v bản quyền và tính năng của nội dung số ệChữ ký của người sở hữu, nội dung và giớ ạn sửi h dụng có thể nhúng vào n i dung ộ

Cơ chế này làm tăng khả năng bảo vệ nội dung sau khi phát tán nội dung ra môi trường quảng bá

Những yêu cầu chính về k ỹthuậ ốt đ i với ứng dụng này như sau:

฀฀฀ ấD u nhúng không gây hại cho lid ữ ệu

dấu nhúng được nhúng vào nội dung không biến mất sau khi so n thạ ảo nội dung, nhưng trở nên khó bị phát hi n hơn trong khi nội dung b thay đổệ ị i Thông thường tính bền vững cao có thể thu đượ ởc b i tăng chiều dài c a tín hiủ ệu dấu nhúng, vì thế

mà c i tiả ến được khả năng bảo vệ

Hiện nay, nhiều sản phẩm và dịch vụ thương mại s dụng kỹ thuật nhúng ửdấu Chúng bao gồm các ứng dụng nhúng/phát hiệ ấn d u nhúng và các dịch vụ đểtìm kiếm nội dung trên internet v i các dớ ấu nhúng được thi t k tin c Các ế ế ậy ứng dụng này thay thế vai trò giữa những người sở ữ h u nội dung và khách hàng của h ọ

Trang 16

ii, K thuỹ ật nhúng d u sấ ố đố ới v i vi c chệ ứng minh bản quyền tác giả và sự giả ạ m o

Ứng dụng khác của nhúng dấu s là chứố ng minh bản quyền tác gi và chứng ảminh sự mgiả ạo Nó không bảo vệ nội dung trước sự sao chép hoặc đánh cắp, nhưng cung c p phương pháp đấ ể chứng thực dữ u liệ và đảm bảo tính toàn vẹn của

Tuy nhiên, các ảnh số có thể b ịthay đổ ểi đ phóng đ i phá huỷ Kết quả là ạphát sinh một lượng lớn thanh toán gây ra cho các công ty bảo hi m, hoể ặc đáng lo hơn làm huỷ hoại uy tín củ ọa h Có một ki u dấu nhúng số, g i là d u nhúng ể ọ ấtamper-detect, có thể ả gi i quyế ấ ềt v n đ này, và cung cấp môi trường b o vả ệ cho ảnh

Cách để th c hiện tính năng này là nhúng mộ ớự t l p tín hi u bản quyền vào ệ

ảnh số s dử ụng một dấu nhúng s Lớố p bổ sung này được s dụử ng như là một

“sensor” để phát hiệ ựn s thay đổi Những thực thi gần đây có thểphát hi n thệ ậm chí

cả v ị trí thay đổi trên ảnh

Các yêu cầu kỹ thuậ ốt đ i với ứng dụng này như sau:

฀฀฀Che dấu người s d ng, ử ụ

฀฀฀Có thể th c hi n vớ ịự ệ i đ nh dạng ảnh nén (h u hết là JPEG) ầ

฀฀฀Nh y cảạ m đối v i các tác đ ng lên nội dung, nén,… ớ ộ

iii, Nhúng dấu nổi

Không giống các kỹ thuật nhúng dấu số được mô tả ở trên, dấu nhúng trong trường hợp này phải hi n Nó áp d ng trong các sệ ụ ản phẩm thương mại Dạng thức duy nhất c a kủ ỹ thuật nhúng dấu do IBM cung cấp cho phép nội dung của người sở hữu nhúng một nhãn hiệu là lô gô ho c hình ặ ảnh nào đó lên trên bề mặt của ảnh Nhãn hiệu chỉ b ị loạ ỏ khi sửi b dụng ph n mềm loại bỏ dấầ u nhúng và dùng đến khoá để giải mã

Nhãn hiệu này được cung cấp nhờ hiệu ch nh các h s ỉ ệ ố DCT của ảnh nén JPEG theo các qui tắc cho trước và kết quả phân tích tác động trực quan để tạo ra tính trong suốt cho nó, mà không bị phá huỷ Bằng chương trình loại bỏ dấu nhúng,

Trang 17

khoá được sử dụng để xoá bỏ nhãn hiệ ừu t nh Loại bỏ nhãn hiệả u hi n cũng có th ệ ểkhông thực hiện được khi nhúng một nhãn hiệu ẩ ữa lên ảnh vì mục đích theo dõi n n

Với dấu nhúng hiện ở trên ảnh, khi n cho nế ội dung của nó được bảo vệ, nội dung của người sở hữu có th phân tán trên toàn b nh lên m ng internet hoể ộ ả ạ ặc khi

mở bằng nhiều ứng dụng đa d ng Khi ngườạ i sử dụng muốn sử dụng bản sao chất lượng tốt của ảnh, anh ta phải yêu cầu m t khoá giộ ải mã và phải trả tiề ển đ có nó Điều này giúp giảm yế ố rủi ro và lượu t ng truyền dữ li u trên mạng ệ

iv, Nhúng dấu sinh trắc vào thẻthông minh

Quét các thông tin về vân tay, ảnh khuôn mặt, chữ ký viết tay  dạng ảnh hoặc các dữ liệu sinh trắc đặc trưng

Nhúng các dấu sinh trắc đó vào các thẻ thông minh, hộ chiếu, thẻ mua hàng,…

Sử dụng các thẻ đó để chứng thực người dùng trong các hệ thống phần mềm ứng dụng Trong các phần mềm đó đã có kho lưu trữ dữ liệu sinh trắc của người Căn cứ vào thẻ đó, phần mềm xác thực được người dùng

1.3 Kỹ thuậ nhúng dấu tổn t g quát

Nhúng dấu là quá trình nhúng dữ liệ ấu mờ hoặc tín hiệ ố hoặc nhãn bản u d u squyền vào đối tư ng đa phương tiợ ện, dấu nhúng có thể được phát hiệ ển đ tạo ra sựxác nhận về đối tư ng Đ i tượ ố ợng có thể là ảnh, audio hoặc video Một ví dụ đơn giản của dấu nhúng số có thể là một dấu hiệu nổi thay thế ột ả để xác nhận bản m nh quyền Tuy nhiên d u nhúng có thấ ể chứa các thông tin thêm vào bao gồm việc nhận

dạng người mua một b n tài liả ệu c ể nào đó ụth

Thông thường, b t kấ ỳ mô hình (thuật toán) nhúng d u nào cấ ũng bao gồm 3 phần sau:

_ Dấu nhúng _ Khoá _ Bộ phận mã hoá (thuật toán chèn)

_ Bộ giải mã và so sánh thuật toán phát hiệ( n)

Mỗi chủ ở ữ có một dấu nhúng duy nhất hoặc họ cũng có thể đưa nhiều s h u dấu nhúng khác nhau vào trong các đ i tưố ợng khác nhau Th t toán nhúng d u huậ ấ ợp nhất các dấu nhúng vào trong mộ ốt đ i tượng Thuật toán th m tra ẩ sẽ xác nhậ ốn đ i tượng để xác định chủ s h u và tình trạng cở ữ ủa đ i tưố ợng

Trang 18

1.3 N 1 guyên lý cơ bản c a kủ ỹ thuật nhúng dấu

Nguyên lý chính của các hệ thống nhúng dấu hiện tại có thể so sánh với mã hoá đối xứng khi sử dụng cùng một khoá để mã hoá và giải mã dấu nhúng Mỗi hệ thống nhúng dấu bao gồm hai hệ thống con: một bộ mã hoá nhúng dấu và một bộ giải mã tương ứng Chính thức, hệ thống nhúng dấu có thể được mô tả bằng một tập (O, , , , , W K Ek Dk Cτ , trong đó O ) là tập gồm tấ ả ữ liệt c d u ban đầu, W là tập tấ ảt c

dấu nhúng, K là tập các khoá Hai hàm sau:

Ek: O x W x K  O (1 1)Dk: O x K W (1 2)

mô tả quá trình nhúng dấu và phát hiện Hàm so sánh như sau:

{ }01,:W2 →

Cτ (1.3)

so sánh cái đã phân tách với dấu đã nhúng sử dụng ngưỡng τ để so sánh Các tham

số đầu vào của quá trình nhúng là đ i tưố ợng mang (hoặc gốc co ấ), d u nhúng w dùng

để nhúng, khoá bí mật hoặc công khai K:

w o

E (c , )= (1.4) Đầu ra của bộ mã hoá tạo thành tập dữ liệu đã nhúng dấu

Hình 1.1: bộ mã hoá dấu nhúng đầy đủ Trong quá trình phát hiện, tập dữ liệu đã được thao tác và nhúng dấu ˆcw, dữ

liệu gốc co, dấu nhúng cw, khoá K được sử dụng suốt trong qúa trình nhúng tạo

thành tập hợp tối đa các tham số đầu vào (hình ) 1.1

Các kiểu hệ thống nhúng dấu khác nhau phân biệt bởi số lượng tham số đầu vào trong quá trình đọc Dấu nhúng đã phân tách ^w thường khác với dấu đã nhúng

w là do các thao tác vận động Để mà xét đoán sự tương ứng của hai dấu nhúng, hàm so sánh Cτ sẽ so sánh dấu nhúng khả nghi với dấu nhúng thu nhận được dựa vào ngưỡng τ :

wC

,0

,1),( (1.5) ngưỡng τ phụ thuộc vào thuật toán đã chọn và một hệ thống hoàn hảo để có thể xác định rõ ràng dấu nhúng ệc phân tích khuôn dạng chính thức của các hệ Vi

Trang 19

thống nhúng dấu cũng có thể được sử dụng để phát triển sự phiên dịch hình học của các thuật toán nhúng dấu đã trình bày.

Hình 1.2: Bộ giải mã dấu nhúng đầy đủ

1.3 2 Phân loại dấu nhúng

- Dấu nhúng bền vững được thiết để chống lại các vận động hỗn tạp, tất cả các ứng dụng cung cấp sẵn tính năng bảo mật cho hệ thống nhúng dấu yêu cầu loại dấu nhúng này

- Dấu nhúng dễ hỏng được nhúng với tính chất bền vững rất thấp Vì thế, loại dấu nhúng này có thể bị phá huỷ thậm chí bởi các vận động nhẹ nhất Trong trường hợp này chúng được so sánh với các thông báo ẩn trong các phương pháp steganographic Chúng có thể được sử dụng để kiểm tra tính nguyên vẹn của các đối tượng

- Dấu nhúng công khai và dấu nhúng bí mật được hân biệt với nhau theo pcác yêu cầu về tính bí mật đối với khoá được dùng để nhúng và thu nhận dấu nhúng

Theo nguyên lý cơ bản của kỹ thuật nhúng dấu, khoá giống nhau được sử dụng trong quá trình mã hoá và giải mã Nếu khoá được biết, loại dấu nhúng này sẽ

là public, trái lại khoá bị ẩn thì dấu nhúng là private Các dấu nhúng public có thể

sử dụng trong các ứng dụng mà không có yêu cầu liên quan đến bảo mật (ví dụ nhúng siêu dữ liệu)

- Dấu nhúng nổi hoặc dấu nhúng khoanh vùng có thể là lô gô hoặc các ảnh chèn lên bề mặt trong lĩnh vực nhúng dấu ảnh hoặc video Để đối phó với việc xác định vị trí thông tin ẩn dấu, các dấu nhúng này không bền vững

Bên cạnh các loại dấu nhúng đa dạng, có bốn hệ thống nhúng dấu được phân lớp theo đầu vào và đầu ra suốt trong quá trình phát hiện Việc sử dụng nhiều thông tin hơn ở phía phát hiện sẽ làm tăng tính linh hoạt của toàn bộ hệ thống nhúng dấu nhưng lại giới hạn tính khả thi của tiếp cận nhúng dấu ở phía nhúng

Trang 20

1.3 .3 Phân loạ ệ thống nhúng dấu i h

- Nhúng dấu rõ ràng yêu cầu ít nhất phải có dữ liệu gốc trong quá trình đọc Chúng ta có thể phân chia nhỏ hơn kiểu hệ thống này thành hai loại phụ thuộc vào việc dấu nhúng có cần thiết có mặt trong quá trình giải mã hay không

Kiểu 1 phát hiện dấu nhúng của tập dữ liệu được thao tác có tiềm nằng nhờ vào dữ liệu gốc

∧

= wcc

Dk( w, o) (1.6) Kiểu 2 phải sử dụng thêm dấu nhúng và vì thế biểu thị trường hợp thông dụng nhất như sau

∧

= wwcc

wC

,0

,1),( (1.7)

Các hệ thống này trả lời câu hỏi: dấu nhúng w có được nhúng trong tập dữ liệu ^cw hay không? Theo cách này nội dung thông tin của dấu nhúng là 1 bít Bằng cách sử dụng thêm thông tin, tính bền vững của các phương pháp nhúng này thông thường sẽ tăng lên

- Nhúng dấu bán đui mù khác với phương pháp trên, hệ thống này không sử dụng dữ liệu gốc để phát hiện

∧

= wwc

,0

,1),( (1.8)

điều này cần thiết trong các ứng dụng mà việc truy cập đến dữ liệu gốc không có ích hoặc không thể Các phương pháp nhúng dấu bán đui mù có thể được sử dụng để sao chép điều khiển và bảo vệ bản quyền

- Nhúng dấu đui mù là thách thức lớn nhất đối với việc phát triển của một hệ thống nhúng dấu Cả dữ liệu gốc mà và dấu nhúng đều không được sử dụng trong quá trình giải mã

∧

= wc

Dk( w) (1.9) điều này là cần thiết trong các ứng dụng mà n bít thông tin phải được đọc ngoài tập

dữ liệu đã nhúng dấu ^cw, ví dụ, trong việc theo dõi các bản sao được phân tán bất

hợp pháp.

Trang 21

Tổng quát ta có phân loại như sau

Hình 1.3 : Phân loại nhúng dấu ẩn Cách phân loại đơn giản nhất là theo nguồn đa phương tiện: nguồn cảm nhận (âm thanh, ảnh, video, đồ họa 3D) và nguồn không c m nh n (văn bảả ậ n, các đoạn mã nguồn có khả năng thực thi) Sự khác nhau chủ yếu là nguồn không cảm nhận thường yêu cầu xử lý, truyền t i, lưu tr không m t mát thông tin Tuy nhiên, dữ ả ữ ấliệu cảm nhận có giới hạn chị ựu đ ng biến đổi, cho phép không phát hiện nh ng thay ữ

đổi nhỏ

Mặc dầu nhiều kỹ thuật nhúng dấu ẩn có thể áp dụng chung cho các loại nguồn cảm nhận, đa số các phương pháp chỉáp dụng với m t loộ ại duy nhất Nguyên nhân chính là chúng liên quan đến những giác quan khác nhau và về mặt sinh học thì quá trình nhìn thì ph c tứ ạp hơn quá trình nghe nhiều Phải d a trên mô hình giácựquan để ch c chắn r ng dắ ằ ữ liệ ốu g c đã đư c thay đợ ổi theo cách thức khó cảm nhận được

Các phương pháp nhúng dấu ẩn

Theo nguồn đa phương tiện

Nguồn cảm nhậnNguồn không cảm nhận

Theo cảm nhận của con người Thấy được

Không thấy được

Theo miền hệ số Miền không gian

Miền tần số

DCT FFT FWT Bền vững

Dễ hỏngTheo khả năng chịu tấn công

Chịu được tấn công loại bỏ

Trang 22

Theo cảm nhậ ủn c a con người, kỹ thuật nhúng dấu ẩn có thể chia làm hai nhóm: thấy được và không thấy được Dấu ẩn thấy được chủ yếu được sử dụng trong ảnh và video, thường mang thông tin về bản quyền, về chủ ở ữu hoặ s h c chính sách ki m soát truy nhể ập để can ngăn những sử dụng trái phép ảnh đã nhúng dấu ẩn Phần l n các nghiên c u vớ ứ ề nhúng dấu ẩn hiện nay đang tập trung vào nhúng dấu n ẩkhông thấy được

Ngoài ra, còn nhi u cách phân loề ại khác như phân loại theo mi n nhúng dấu ề

ẩn: miền tầ ốn s và mi n không gian, theo khề ả năng chịu tấn công: b n v ng hay dề ữ ễ

hỏng, …

1.4 Các mô hình nhúng dấu ẩn

Mô hình nhúng dấu ẩn-mô hình truyền thông

Nhúng dấu ẩn có thể xem như là một bài toán truyền thông, trong đó dữ liệu

ẩn có thể được phân phối và dữ liệu g c sẽố hoạ ột đ ng như là vật mang hay là m t ộphần của kênh truy n Các kề ỹ thuật như lọc, truyền thông trải ph , dổ ồn và phân kênh và mã sửa lỗi được sử dụng nhiều trong đánh dấu ẩn Ngoài ra, cấu trúc phân lớp giúp cho việc ưu tiên và phân tách nhiều vấn đềkhi thiết kế

Hình 1.4 Mô hình truyền thông bảo mật cơ bản

Trang 23

Hình 1.5 Mô hình truyền thông dấu nhúng cơ bản

H ệthống truyền thông H ệ thống nhúng ấu ẩ d n

Thông tin Dấu ẩn

Kênh truyền thông Tín hiệu gốc

Các ràng buộc trên tín hiệu

được truy n vì giới hạn vật lý ề Các ràng bu c trên d i h n ch

ộ ấu ẩn vì giớ ạ ất lượng

cảm nhận Nhiễu Các tấn công vào tín hi u gệ ốc và dấu ẩn

Thông tin phụ tại bộ phát

hay/và bộ thu Các hi t v tín hi c, các tham s

ểu biế ề ệu gố ố của quá trình nhúng dấu n ẩ như khóa, …, tại bộ nhúng dấu

ẩn và bộ phát hi n dấu ẩn ệDung lượng kênh truyền Dung lượng c nhúngủa dấu ẩn

Bảng 1.1: Sự tương đồng giữa hệ thống truy n thông và hệ ề thống nhúng dấu ẩn

Trang 24

Các thành phần này có thể thấy được trong các lớp, tương tự với cấu trúc l p ớcủa truyền thông mạng máy tính Tầng vật lý của nhúng dấu ẩn giải quyết vấ ền đlàm thế nào 1 hoặc nhiều bit có thể nhúng không thấy được vào trong dữ liệ ốc u gTầng này có 3 thành phần chính, (1) kỹ thuật nhúng 1 bit, (2) mô hình cảm nhậ ển đ

đảm bảo tính không thấy được, và (3) các kỹ thuậ ồn kênh/phân kênh để nhúng t dnhiều bit Các giao thứ ểc đ thu được tính năng bổ sung đư c xây dựợ ng trên đỉnh của tầng vật lý, như phương pháp kiểm soát dung lư ng nhúng không đợ ều, c i thi n tính ả ệbền vững, nâng cao dung lượng thông qua mã sửa sai

S ự khác nhau chính giữa hai mô hình này là việc mã hóa trong hệ thống truyền thông là nhằm bảo vệ các bit thông tin khỏi các bi n đ i do kênh truy n ế ổ ềtrong khi trong hệ thống đánh dấu ẩn, việc nhúng dấ ẩ nhằm mụu n c đích giảm thiểu các biến đổi về ả c m nhận gây ra đối với nội dung đư c đánh dợ ấu n.ẩ

Hình 1.6 Bộ phát hiện dấu nhúng cơ bản

B ộ mã hoá dấu nhúng sử ụng một tập con co d j [1], , j [ (lco j )] gồm co

tất cả các thành phần mang co được chọn từ khoá bí mật Thao tác thay thế co j [i] - m[i] trong các LSB đuợc thực hiện trong tập con này Quá trình đọc thu nhận giá trị

của các bít Vì thế, bộ giải mã cần tất cả các thành phần mang được sử dụng suốt

trong quá trình nhúng Tổng quát l(co) l(m); vì thế, tính bền vững có thể đuợc cải

tiến bằng cách nhúng lặp lại dấu nhúng Việc chọn lọc ngẫu nhiên các thành phần

để nhúng và thay đổi LSB làm sinh ra lượng nhiễu nhỏ hơn và mật độ cố định Việc nhận ra các nhiễu này phụ thuộc vào ngưỡng chấp nhận của đối tượng mang gốc và

vì thế phụ thuộc vào nội dung của nó Ưu điểm chính của phương pháp này là trọng

Trang 25

tải cao, trong khi đó nhược điểm đó là tính bền vững kém, việc thay đổi ngẫu nhiên LSB làm phá huỷ dấu nhúng Các đặc tính này của LSB giới hạn khả năng của nó

và đòi hỏi một môi trường số nghèo nàn

1.4 2 Kỹ thuật trải phổ

Truyền thông trải phổ bao gồm một số các kỹ thuật đánh dấu tín hiệu trong

đó băng thông được truyền có tầm quan trọng hơn được yêu cầu bởi tốc độ dữ liệu

và băng thông truyền được xác định một hàm độc lập với thông báo liên quan với người gửi và nguời nhận

Trước tiên dự kiến tăng sức chị ựu đ ng đối với vi c giệ ảm nhiễu, các đ c điặ ểm này cũng rất cần thiết với nhiều ứng dụng khác và trư c tiên đướ ợc áp dụng với lĩnh vực nhúng dấu số Sáng kiến về truyền thông trải phổ được Kiesler và Antheil để xuất

Mô hình:

Với việc sử dụng rộng rãi thuật ngữ trong ngữ cảnh trải phổ, tín hiệu mang

có thể được xem như một bộ nhiễu âm gây nhiễu cho tín hiệu trọng tải mang thông tin dấu nhúng

NGiả sử tín hiệu mang được biểu diễn bởi mẫu tần, và một tín hiệu trọng tải được biểu diễn bằng D N ≤ hàm cơ sở trực giao và đưa ra cơ sở trực giao mở rộng không gian tín hiệu trong đó tín hiệu mang c t( ) được biểu diễn bằng công thức (1.10) trong không gian N chiều và trong đó tín hiệu biế ổn đ i phụthu c thộ ời gian t

ct

c

1

0);

()

2

2() (1.11)tín hiệu trọng tải có thể không bị mất tính tổng quát được biểu diễn bằng D có xác xuất tương đương và các tín hiệu trực giao năng lượng tương đượng được tính theo (1.12):

= Nk k ik

l

T

m l k

i

mldt

ttdt

ttss

0

,1)

()(,

)()

(1.12)

Trang 26

Năng lượng trung bình của mỗi tín hiệu trọng tải được đưa ra bởi ( 13) Với x biểu 1diễn giá trị mong đợi thông qua thống kê toàn bộ

s

_ 2

_

Kết hợp tín hiệu trọng tải và tín hiệu mang ( ) + (c t s t) được tương quan bởi người nhận với tín hiệu đã được biết Như giả sử ở trên, năng lượng của tín hiệu mang bị giới hạn, lượng tăng thêm trung bình tương đương với tỉ lệ số chiều của không gian tín hiệu, độc lập với sự phân bố năng lượng tín hiệu của tín hiệu mang

Sự thu nhận:

Việc thu nhận tín hiệu trải phổ có thể sử dụng ba kỹ thuật sau:

1 Mô hình tham chiếu truyền (TR): việc phát hiện được thực hiện bởi gửi tín hiệu mang thành hai phiên bản, một phiên bản được điều chế và một phiên bản không được điều chế rồi xử lý cả hai tín hiệu thông qua bộ phát hiện tương quan

2 Mô hình tham chiếu lưu trữ (SR): yêu cầu người gửi và người nhận có thể phát sinh tín hiệu giả ngẫu nhiên giống nhau Hơn nữa, người nhận phải

có khả năng điều chỉnh bộ phát sinh tín hiệu mang để đồng bộ với đầu ra của tín hiệu mang đầu vào, việc phát hiện trên thực tế là giống với mô hình TR

3 Mô hình lọc phù hợp (MF): cung cấp một phản hồi xung băng rộng giả ngẫu nhiên được sử dụng ở phía nhận để khôi phục tín hiệu trải phổ.Trong số đó thì nhúng dấu số sử dụng mô hình TR, được xem như là nhúng dấu rõ ràng, một số sử dụng mô hình SR với cả hai loại nhúng dấu nửa đui mù và đui mù

Để dễ hiểu, ta xem xét trường hợp cụ thể nhúng dấu ảnh tĩnh áp dụng mô hình trải phổ như sau:

Toàn bộ mô hình của thuật toán được biểu diễn trong hình 1.7, sử dụng phép biến đổi theo miền tần số để chuyển đổi ảnh đầu vào sang miền khác

Trong miền tần số, một chuỗi các giá trị co = co[1], , co[n được phân ] tách từ ảnh Chuỗi này mang thông tin của tín hiệu và bị sử ổa đ i Dấu nhúng là chuỗi số thực w = w[1], , [w n] M i giá trỗ ị [w i] được chọn là độc lập với N(0,1) (phân bốGaussian với µ = 0 và σ2 = 1)

Trang 27

Hình 1.7 Mô hình nhúng của thuật toán nhúng dấu ẩn Cox

Rất nhiều kỹ thuật nhúng áp dụng mô hình giống thế này

Ba công thức khác nhau được đề xuất để nhúng dấu, chúng khác nhau về đặc trưng nhúng và về tính chuyển đổi ngược:

cw[i] = c[i] αw[i] ( 14a)+ 1

cw[i] = c[i + αw[i]) (1.14b)](1

cw[i] = c[i] exp(αw[i]) (1.14 c)Tham số cường độ dấu nhúng hoặc tỉ lệ ảnh hưα ởng tố ết đ n robustness cũng như chất lượng hiển thị của d u đã nhúng Trong các công thứấ c trư c đó, α là giá trị ớ

tỉ lệ toàn bộ Các kết quả tốt hơn có thể thu được nhờ sử dụng phép nhân các tham

số tỉ lệ Lý thuyết Cox đưa ra đề xuất sử dụng biến đổi cô sin rời rạc DCT, mặc dù các loại biến đổi khác cũng đáp ứng được Kết quả của việc chèn các giá trị kết hợp

cw vào ảnh gốc để thu được ảnh nhúng dấu Thu nhận dấu nhúng cũng được dựa

trên sự tương quan

Việc nhúng dấu bằng phương pháp này không bị giới hạn trong miền DCT

Có thể áp dụng với miền DFT và miền sóng

1.4.3 Kỹ thuật Patchwork

Dữ liệu dùng nhúng dấu được phân thành hai tập con phân biệt Chọn một thuộc tính của dữ liệu và thay đổi nó theo hướng đối lập trong hai tập đó Ví dụ, các giá trị của mẫu được gán nhãn thuộc vào tập con A hoặc B Trong tập A, các giá trị

dữ liệu được tăng lên, trong khi đó trong tập B các giá trị của nó giảm đi một lượng xác định g Việc chia tách hai mẫu này là bí mật được sử dụng trong bước nhúng và phát hiện Dấu nhúng có thể được phát hiện dễ dàng nếu dữ liệu phù hợp với các thuộc tính thống kê Kỹ thuật này được Bender đề xuất

Đặt N = NA NB = tương ứng là kích thước của các tập con và g là tổng số lượng thay đổi trong các mẫu Đặt [a i] tương ứng là dữ liệu mẫu tại vị trí i của tập

con A, và b[i] là dữ liệu mẫu trong tập B Sự khác nhau giữa các giá trị mẫu được tính là:

Trang 28

ibiaNibNiaN

S

B A

])[][(

1][

Giá trị mong đợi của sai khác này có thể tính bởi:

Một kiểm thử thống kê được xác định để so sánh với giá trị ngưỡng Mặc dù

kỹ thuật Patchwork khác với tiếp cận dựa trên tương quan của kỹ thuật trải phổ, nó giống với tương quan tuyến tính

1.4 4 Kỹ thuật đ ều chế chỉ ố lượng tử i s

Mô hình nhúng dấu bằng cách điều chế chỉ số lượng tử (QIM) được đưa ra bởi Chen và Wornell Mô hình này được dựa trên một tập các bộ lượng tử hoá N

chiều Thông báo m được truyền là chỉ số của bộ lượng tử hoá được sử dụng để

lượng tử véc tơ tín hiệu gốc co Trong khi thu nhận thông tin ẩn, một bộ lượng tử

hoá ước lượng ma trận khoảng cách cho tất cả các bộ luợng tử Chỉ số của bộ lượng

tử với khoảng cách nhỏ nhất sẽ cấu tạo nên thông báo m Để làm giảm tấn công bóp

méo, ràng buộc về bóp méo phải được thoả mãn: EK ( ,co m) = cm co m Để làm , tăng tính bền vững, các giá trị được cấu trúc lại của các bộ lượng tử phải có khoảng cách lớn nhất Ví dụ của trường hợp 2 chiều (m=2) được biểu diễn trên hình 1.8

Hình 1.8 Ví dụ sử dụng hai bộ lượng tử để nhúng dấu x và o liên quan đến hai bộ lượng tử khác nhau Dấu + biểu thị giá trị hiện tại sẽ được lượng tử hoá Kết quả

phụ thuộc vào bộ lượng tử nào được chọn

Trang 29

1.5 Các vấ ền đ đối với nhúng dấu ẩn

1.5.1 Yêu cầu đ t ra đặ ối vớ i nhúng dấu ẩn

- Tính không thấy được

Trong nhúng dấu, thông thường yêu cầu tính chính xác cao, dữ liệu sau khi nhúng dấu trông phải giống như dữ liệu gốc, dù muốn hay không đây cũng là mục đích quan trọng Dấu nhúng phải bị ẩn đi và khiến cho người dùng không chú ý đến hoặc không nhận thấy được

- Dung lượng nhúng dấu

Khối lượng của dấu nhúng phải đủ lớn để lưu giữ thông tin cần thiết cho ứng dụng

có thể điều khiển được tùy thuộc vào phương pháp nhúng dấu

1.5.2 Các vấ ền đ khi nhúng dấu

A, Dung lượng

Dung lượng nhúng dấu là một ước lượng bao nhiêu thông tin có thể ẩn vào trong dữ uliệ Dung lượng nhúng dấu được xác định bởi mô hình thống kê Mục đích của dung lượng nhúng dấu đó là để phân tích giới hạn thông tin nhúng vào dữ liệu trong chừng mực vẫn đáp ứng các đặc tính ẩn và bền vững của dấu nhúng Dung lượng nhúng dấu có ý nghĩa quan trọng làm cho thuật toán nhúng dấu hiệu quả hơn

Trang 30

Có thể s dử ụng mô hình kênh cộng để xác định sự khác nhau gi a hai ữphương pháp khi xem xét sự cân bằng tính b n về ững và dung lư ng Đợ ể đơn giản hóa, ta th a nhừ ận rằng tồ ại nhiễ ộn t u c ng, trắng, phân phối chuẩn (AWGN) trong cả hai mô hình Các điều kiện nhiễu c ng khác như nhiễ ộộ u c ng, trắng phân ph i đ u ố ề(AWUN) và nhiễu màu có thể được nghiên cứu tương tự bằng cách áp dụng vi c ệtrắng hóa và/hoặc tính toán lại dung lượng dựa trên lý thuy t thông tin Cế ần chú ý là với một mô hình với phân ph i nhiố ễu xác định và một ràng bu c tín hiộ ệu dấu ẩn xác

định thì sẽ có m t dung lư ng xác đ nh Dung lượng sẽ khác đi nếộ ợ ị u kênh được mô hình hóa khác đi Dung lượng là m t hàm cộ ủa phân ph i nhiố ễu và ràng buộ ấu ẩn, c d

ví dụ năng lư ng của nhiễu ợ và dấ ẩ u n

Hình 1.9: Mô hình kênh truyền của phương pháp nhúng loại 1

Dung lượng của loại 1

Mô hình kênh truyền của phương pháp lo i 1 có đạ ầu vào liên tục và đầu ra liên tục (CICO) Nhiễu thêm vào bao gồm nhiễ ừ u t tín hiệu ngu n và nhi u do xồ ễ ửlý/biế ổn đ i Ta thừa nhận 2 điều: (1) tín hiệu gố ộc đ c lập với nhiễu xử lý, và (2) cả hai đều là phân phối chuẩn Dung lư ng nhúng dư i AWGN thu đượợ ớ c vớ ầi đ u vào phân phối chuẩn và bằng

= log2 1 2 2 22

1

σ

σI CICO

I2

Kênh truyền

Tín hiệu đã đánh dấu ẩn I1

I0 Tín hiệu gốc Nhiễu

Trang 31

Trong đó, 2

I

σ là năng lượng của tín hiệ ốu g c ban đầu, A2 là năng lượng của tín hiệu

đã nhúng dấ ẩu n, và σ2 là năng lượng của nhiễ ừ ử lý Nói chung, nhiễu từ tín u t x hiệu gốc lớ ơn rất nhiều nhi u tn h ễ ừ x ửlý, 2

I

σ >>σ2 Phương pháp nhúng loại 2

Trong phương pháp nhúng loại 2, không gian tín hiệu được chia thành các tập con và hàm g(.) ánh xạ các tập con này đến tập các giá trị của d liệu thứ hai (ví ữ

dụ, {0,1} với dấu ẩn nhị phân) Sau đó, giá trị đã nhúng dấu ẩn I1 được chọn trong một tập con ánh xạ tới b, sao cho mối quan hệ b = g(I1) là thỏa mãn Để giảm thiểu

sự thay đổi về ảm nhận, I c 1 nên càng giống I0 càng tốt Không giống như phương pháp nhúng loại 1, bộ phát hi n cệ ủa phương pháp này không cần những hiểu biết về giá trị ố g c I0 vì những thông tin liên quan đ n b cũng nằế m trong I1

Hình 1.10: Mô hình kênh truyền phương pháp nhúng dấu ẩn loại 2

Dung lượng của loại 2

Hình 1.11: Kênh đối xứng nhị phân với xác suất lật p

Kênh truyền của loại 2 có đầu vào rờ ạc với r i biên quyế ịt đnh hoặc ở 1 vị trí (biên đơn) hoặ ởc 2 vị trí (biên đôi) Trường hợp biên đơn ứng với thuật toán nhúng dấu ẩn ràng bu c vộ ề ấ d u, và biên đôi thông thư ng trong trườ ờng hợp ràng buộc phức tạp hơn như phương pháp nhúng dấu ẩn chẵn lẻ và bảng tra Đầu tiên, ta s ẽnghiên cứu trường hợp biên đơn, và sau đó, mở rộng kết quả cho trường h p biên ợđôi Nếu sử dụng quyế ịt đ nh chặt, kênh sẽ là kênh đối xứng nhị phân đầu vào rời rạc,

I2

Kênh truyền

Tín hiệu đã đánh dấu ẩn I1

I0 Tín hiệu gốc

1

Trang 32

đầu ra rờ ại r c (DIDO) Dung lư ng của lo i kênh này đã được nghiên cứu kỹ càng ợ ạ

và vớ ầi đ u vào có xác suất ngang nhau, dung lư ng đượ ợc tính toán như sau:

p DIDO h

C =1− ( 1.17) Trong đó hp là entrôpy nhị phân:

p

hp

1

1log)1(

2

:2

1

MA

MAM

−+

2 2

2

AY DICO

Trong đó, E[.] là kỳ ọ v ng đ i với Y, hàm mậ ộố t đ xác su t của Y là ấ

2 2 2

2

2 ) (

2 2

) (

12

2

1)

πσπσ

A y A

y

ee

yf

−

− +

−+

1

3:

32

:1

2:2

, ,

σ

σσ

A

AAC

MA

MAM

A

Quyế ịt đnh lỏng cho phép tỉ s ố tín hiệu dấu ẩn trên nhiểu A/σ2 là 2 ∼ 5dB thấp hơn dung lượng của quyết định chặt trong điều kiện có nhiễu AWGN và AWUN

Dung lượng của phương pháp nhúng dấu ẩn loại 2 trình bày ở trên là trong trường hợp biên đơn Tiếp theo, ta xét trong trường hợp biên đôi: đ c trưng cặ ủa ảnh

Trang 33

gốc bằng –A nếu nhúng 0 và bằng +A nếu nhúng 1 Trong thực t , tín hiế ệu thường được ràng buộc lớn hơn +A hoặc nh hơn –A đ mã hóa bit 1 hơn là chính xác b ng ỏ ể ằ

±A, do đó, sẽ có dung lượng lớn hơn Đ t bư c lưặ ớ ợng tử hóa là Q và xem xét đầu vào kênh X=kQ (nghĩa là, giá trị có mang dấu ẩn), l i s xuất hi n khi đ u ra Y ỗ ẽ ệ ầtrong vùng Y>(k+1/2)Q hoặc Y<(k-1/2)Q Do đó, đối với mô hình kênh DIDO với nhiễu AWGN, xác su t l i bit p làấ ỗ

2 ) 3 4 (

2 ) 1 4 (

2 0

2

12

,2

1min2

)34

(2

)14(2

,2

1min

k

Q k

dt t

σ

(1.24)

Với tỉ ố ấu s d ẩn trên nhiễu σQ cao, ta có thể ỏ qua các vùng xa kQ nhưng cùng ánh b

x tạ ới cùng một giá trị như là kQ và xấp xỉ xác suất với biên trên:

1min2

2,2

1min

Q

dt t

Thay kết quả pAWGN vào công thức (1.17) s ẽthu được dung lượng kênh Như vậy, mô hình kênh truyền DIDO và DICO đã chứng minh tính khả thi trong thực tế của phương pháp nhúng dấu ẩn lo i 2 Các mô hình kênh truyạ ền này còn có thể được c i thi n thêm, ví dả ệ ụ phương pháp kết hợp phép co giãn có hệ s ố co giãn lớn vào phương pháp nhúng dấu ẩn ràng buộc dựa trên lượng tử hóa của Chen

So sánh

C ố định MSE do nhúng là E2, để so sánh dung lượng của hai phương pháp nhúng dưới nhiễu AWGN ta đơn gi n hóa như sau: vả ới loại 1, ch n mô hình kênh ọCICO và thừa nhận rằng nhiễu AWGN bao gồm nhiễu xử lý phân phối chu n (vẩ ới phương sai σ2) và nhiễu từ tín hiệ ốc (vớu g i phương sai chuẩn g p 10 lấ ần phương sai chuẩn của tín hiệu dấu ẩn, nghĩa là σI =10E); v i lo i 2, chớ ạ ọn mô hình kênh nhị phân đối xứng DIDO với p cho phương pháp nhúng chẵn lẻ với bư c lướ ợng tử hóa

Q trong đó biế ổn đ i MSE do nhúng bằng E2, nghĩa là Q= 3E Dung lượng thu được là

1

101log2

) 1 4 ( 2 , 2

1 min

2 1

k

Q k G Q k Gh

C

σ σ

( 1.27)

Trang 34

Sơ đồ (1.17) chỉ ra rằng dung lượng của lo i 2 cao hơn rấạ t nhiều so v i lo i 1 khi t ớ ạ ỉ

s dố ấu ẩn trên nhiễu dương, phù hợp với các phân tích trên Từ đó, có thể thấy là loại 2 r t hấ ữu ích trong điều kiện nhiễu thấp trong khi loại 1 phù h p vợ ới nhiễu nghiêm trọng Dung lượng của cả hai lo i 1 và 2 có th tiếp cận thông qua mã hóa ạ ểkênh như mã RS / BCH

B, Băng thông

Nhược điểm của nhúng dấu ẩn là nó phải cung cấp năng lượng bổ sung đểtruyền thông tin thứ hai Trên th c tự ế, băng thông truyền thông tin thứ hai có được bằng cách giảm băng thông truy n phương tiề ện gốc hoặc tăng băng thông tổng cộng

để truyền phương tiện đã nhúng dấu ẩn, điều này phụ thuộc vào vi c chấ ợệ t lư ng c a ủphương tiện gốc có giảm hay không Trong trường hợp đơn giản nhất: nhúng một bit vào ảnh (hình 1.12), không gian của toàn bộ ảnh S thư ng đườ ợc chia thành hai tập con không giao nhau S1 và S2 với S =S1 S2 bất chấp thuật toán cụ thể nào được sử dụng Khi bộ phát hi n thấy ảnh thuộc Sệ 1, nó sẽ cho đầu ra là bit đã nhúng

có giá trị bằng 0, và ngược l i, khi bạ ộ phát hiện thấy ảnh thuộc S2, nó sẽ cho đầu ra

là bit đã nhúng có giá trị bằng 1 Bit đã nhúng có giá trị0 hoặc 1 v i xác suớ ất ngang nhau, xác suất của ảnh thuộc vào tập con thứ nhất và tập con thứ hai là 0,5 Để mã hóa ảnh vào không gian, phải có ít nhất 1 bit dùng để xác định ảnh thuộc vào tập con nào Nói cách khác, m t tronộ g các bit dùng đểmã hóa ảnh thự ự mang bit đã c snhúng

Hình 1.12: Minh họa bản chất cấp phát lại bit của nhúng dấu ẩn

Nếu số lượng bit tổng cộng dùng đểmô tả ảnh không thay đổi trong suốt quá trình nhúng dấu ẩn, một bit được cấp phát lại một cách lô gíc để chuyể ừ mô tả n t

ảnh sang mô tả d ữ liệu được ẩn (một cách v t lý có thậ ể có nhiều bit liên quan đến

dữ liệu đư c nhúng) Trong trượ ờng hợp này, chất lượng tuyệ ốt đ i của ảnh giảm vì ít bít sử dụng để mô tả hiệu quả ảnh hơn (tr phi có dư thừừ a trong mô tả ảnh) Trong khi điều này chỉ ra rằng nhúng d u ẩấ n không có ưu điểm ti t kiế ệm tố ộc đ bit so với các tấn công vào dữ liệu thứ hai mà không nhằm vào phương tiện gốc, nhúng dấu

ẩn có quá ít ưu điểm, bao gồm khả năng kết hợp dữ liệu thứ hai với phương tiện gốc thành một khố ự chuẩn hóa dễ i, s dàng và độphứ ạp tính toán thấp trong ng dc t ứ ụng thực tế

Không gian nh ả

1 bit dùng để xác định xem nh thu c không ả ộgian nào

Trang 35

CHƯƠNG II NHÚNG DẤU ẢNH TĨNH

Nhúng dấu ảnh tĩnh là kỹthuật tiêu biểu nhất cho ta quan sát và thực nghiệm Với kỹ thuật nhúng d u nấ ổi ấu nhúng là các lô gô hình mờ, dòng ký tự được chèn Dlên bề mặt ảnh Với kỹ thuật nhúng dấu ẩn, lô gô hoặc chuỗi bít được chèn vào nội dung ảnh, nhưng lại cho kết quả ảnh đã nhúng d u không quan sát đưấ ợc dấu nhúng

đó Ảnh đã nhúng dấu nhìn bằng mắt thường giống như ảnh gốc

Việc nhúng dấu vào ảnh tĩnh phải sử ụ d ng đ n các ứng dụế ng ph n mềầ m được viết ra để nhúng dấu Và các phần mềm này phải sử dụng các thuật toán nhúng dấu (trong ph n 2.2ầ )

Dấu nhúng trong ảnh tĩnh vì thế mà khó phát hiện, khó giả mạo hoặc thay đổi

2.1 Tổng quan nhúng dấu ảnh tĩnh

2.1.1 Cơ bản nhúng dấu ảnh tĩnh

- Dấu nhúng được nhúng vào các thành phần đ chói ộ

Với ảnh tĩnh, màu sắc dễ ị thay đổi hoặc chuyể ổ b n đ i sang mức xám Trong việc nhúng dấu ảnh, d u nhúng sấ ẽ được nhúng vào các vùng b n v ng cề ữ ủa ảnh Các vùng có độ chói cao không được đánh giá chính xác, b i vì các vùng đó có cở ấu trúc đơn giản nên khó che dấu thông tin Các vùng có cư ng đờ ộ gradient cao là thích hợp nhấ ểt đ nhúng dấu Hay hiểu theo cách khác, đó là các đường biên có liên quan với cấu trúc ảnh và sự biến thiên độchói

Rất nhiều mô hình nhúng dấu ẩn giấu dữ liệu vào thành phần độ chói để đối phó với hệ thống trực quan (HVS) - h ệthống này sử dụng hầ ết băng thông của u h

nó để nhận biết sự thay đ i đổ ộ chói Khi biến đổi ảnh, ví dụ bằng nén JPEG, thông tin độ chói cũng được quan tâm hơn thông tin màu sắc khi mà những thay đổi nhỏ

v ề độchói ễ ị phát hiệ d b n hơn là thay đổi lớn về màu sắc Nếu việc nén ảnh thay đổi

độ chói của ảnh, s sinh ra chấẽ t lư ng nghèo nàn đố ớợ i v i HVS Để cho dấu nhúng bền vững trước nén, dấu nhúng phải ở trong vùng ảnh mà không bị thay đổi bởi nén

Đó là lý do tại sao phải nhúng dữ liệu vào thành phầ ộn đ chói

d

Năm 1997, có một đề xuất sử ụng kênh màu blue để nhúng dấu ảnh dựa trêm tr i phả ổ Kênh màu blue được sử dụng bởi HVS ít nh y c m và phân bạ ả ố thưa hơn so với màu green và red Qua thực nghiệm, khả năng của dấu nhúng kênh blue

lớn hơn gấp 50 lần so với khả năng của dấu nhúng đ chói Đi u này có nghĩa là ộ ềdấu nhúng kênh blue b n về ững hơn trước các tấn công lọc và thêm nhiễu Đối với nén JPEG cũng rất khả quan Tuy nhiên, có một vấ ền đ là dấu nhúng kênh blue rất khó điều khiển và dự báo Việc thi t k các dấế ế u nhúng kênh blue rất tinh vi và đòi hỏi mô hình của HVS phải thích ứng với d u nhúng ấ

Trang 36

Có ba cách cơ bản để nhúng dấuvào ảnh nhị phân/ hội hoạ:

 Mức điểm ảnh: thay đổi giá trị của các điểm ảnh riêng lẻ (sử dụng chọn lọc giả ngẫu nhiên) Cách này thích hợp với ảnh hội hoạ phân tán từng chấm Tuy nhiên nhiễu đen và trắng sẽ xuất hiện khi thực hiện với các kiểu ảnh nhị phân khác Có thể được thực hiện với ảnh nhị phân hoặc trực tiếp trên màn hình đồ hoạ ở bước thiết kế

 Mức thành phần: thay đổi đặc tính của các nhóm điểm ảnh (ví dụ, vị trí hoặc khu vực của các thành phần đã kết nối) Đáng tiếc là sự thành công của cách này phụ thuộc vào kiểu loại ảnh gốc

 Mức block: phân chia ảnh gốc thành các khối và thay đổi đặc tính của mỗi khối

Ba lo i dạ ấu ẩn này dẫ ến đ n các thuật toán nhúng và phát hiện khác nhau

- Nhúng dấu theo miền không gian và miền biến đ i ổ

Thông thường có hai mô hình nhúng dấu phổ biến được phân loại gồm nhúng dấu theo miền không gian và nhúng dấu theo miền phổ Trong mô hình nhúng dấu miền không gian, dấu nhúng được nhúng trực tiếp vào ảnh bằng cách sửa đổi giá trị điểm ảnh của ảnh Mô hình này khá là đơn giản và thường không cần sử dụng đến ảnh gốc để phân tách dấu nhúng Nó có hiệu năng cao trong tính toán, nhưng có hạn chế về mặt chất lượng: đó là không đủ mạnh để chống lại các thao tác

xử lý tín hiệu thông thường vì thế dấu nhúng không trải đều ra toàn bộ ảnh và một

số thao tác xử lý tín hiệu thông thường có thể dễ dàng xoá bỏ dấu nhúng mà không ảnh hưởng đến chất lượng của ảnh đã nhúng dấu

Ngược lại, các mô hình nhúng dấu miền quang phổ thực hiện công việc nhúng dấu bằng cách thay đổi các hệ số phổ, sau khi ảnh được biến đổi sang miền quang phổ Ví dụ như miền biến đổi cô sin rời rạc, miền biến đổi Fourier rời rạc, miền biến đổi sóng rời rạc Các biến đổi này làm mất tính tương quan về giá trị không gian của ảnh, hầu hết năng lượng của ảnh tập trung vào các thành phần tần số thấp trong miền phổ Dấu nhúng thường được chèn vào các hệ số tần số thấp và trung bình và các thay đổi sẽ trải đều trên ảnh Hơn nữa, bởi vì các hệ số tần số thấp

Trang 37

và trung bình hầu như ít bị ảnh hưởng suốt trong các thao tác xử lý tín hiệu so với các hệ số tần số cao Mô hình nhúng dấu miền phổ mạnh hơn mô hình nhúng dấu miền không gian

Miền DCT đã được mở rộng nghiên cứu bởi vì đây là phép biến đổi được sử dụng trong chuẩn nén JPEG, tại đó các nghiên cứu mở rộng về khả năng cảm nhận được thực hiện Các ưu điểm xa xôi của việc sử dụng DCT bao gồm cả yếu tố kết hợp nhiều tần số trong giải tần rất hiệu quả, biến đổi DCT được sử dụng rộng rãi trong các mô hình nén ảnh tĩnh và video, và các hệ số DCT bị ảnh hưởng bởi nén được biết là khá tốt Số lượng đáng kể các kỹ thuật nhúng dấu ảnh tĩnh dùng chung

mô hình này Chúng khác nhau chủ yếu là ở kiểu dạng tín hiệu, cách thức nhúng và thu nhận nội dung dấu nhúng

Vấn đề với các phương pháp nhúng dấu hiện hành đó là hầu hết trong chúng không phát hiện được dấu nhúng Mặc dù một số mô hình nhúng dấu DWT có thểphát hi n dệ ấu nhúng theo tiến trình, nó rất ý nghĩa trong miền DCT, bởi vì các chuẩn nén JPEG dựa trên DCT ngày nay được sử dụng rất nhi u Trong mề ột vài trường hợp, để đối phó v i sớ ự giớ ạn băng thông mạng, cần phải truyền ảnh theo i htiến trình và vì thế ầ c n phát hi n dệ ấu nhúng theo tiến trình

2.1.2 Công việc nhúng dấu

A, Quá trình nhúng dấu

Ta có khung công việc chi tiết như sau:

Hình 2.1: Quá trình nhúng dấu ẩn [8]

Các thu t toán chậ ọn các đ c trưng quan trọặ ng của tín hi u gốc sao cho chúng ệ

có thể thao tác được Phụ thuộc vào lo i thu t toán và loạ ậ ại phương tiện, các đặc trưng là khác nhau, ví dụ với ảnh các đ c trưng có thặ ể là các hệ s ố trong miền DCT,

Chọn giả ngẫu nhiên

Loại bỏ site xấu Nhúng Kết hợp

Trang 38

độ sáng trong khối 8 x 8 của miền không gian, Các đ c trưng đưặ ợc ch n là các ọđặc trưng chính phân biệt các thu t toán v i nhau.ậ ớ

Các đ c trưng có th thao tác đưặ ể ợc này, ta g i là site Bọ ắ ầt đ u bằng mộ ật t p các site- tập này nên có số lượng phầ ử l n- n t ớ ta sẽ ắ ầ b t đ u xử lý chọn

Chọn site:

có hai phương pháp chọn site: hoặc ngẫu nhiên hoặ ịc đnh tính Trong chọn site ngẫu nhiên, khóa được sử dụng như là đầu vào của b tạo số ộ giả ngẫu nhiên (PRNG) V i các sớ ố giả ngẫu nhiên này, ta chọn mộ ập con từ tập các site có thể t t

của chúng ta Đây là ý tưởng của kỹ thuật trải phổ

Loại b site xỏ ấu:

có thể muốn lo i bạ ỏ các site nào đó vì thay đổi chúng sẽ dẫ ến đ n thay đổi lớn chấ ợt lư ng ảnh

Tiền xử lý dấu ẩn:

dấu ẩn bản thân nó là đã được tiền xử lý để ễ dàng khôi phục từ ỗi Phương d l

thức đơn gi n đả ể ực hith ện điều này là lặp mọi bit trong dấu ẩn cr lần, thừ ố cr a sđược gọi là t c đ chip Các phương pháp phức tạp hơn bao gồm mã hóa Hamming ố ộ

hoặc mã hóa Reed Solomon

Đồng bộ:

đồng bộ đư c sử d ng đ phát hiệợ ụ ể n dịch chuyển, bi n đ i hay loại biế ổế ổ n đ i hình học nào khác có th áp dể ụng được trên nh ả

Nhúng:

dấu ẩn được nhúng tại site đã chọn vào trong ảnh gốc

Kết hợp tín hiệu đã nhúng dấu ẩn và tín hiệu không đánh dấu:

cđể ải thiện đặc tính cảm nhận của tín hiệu đã đánh dấu ẩn Thông thường, tín hiệu đã nhúng dấu n ẩ I* và tín hiệu gốc I được cộng theo từng phần tử (thường

là miền không gian) vớ ọng số ci tr ục bộ I’ = β I* + (1 β) I -

Kết quả là tín hiệu đã đánh dấu I’

Không phải m i thuọ ật toán đều sử dụng tất cả các bư c, nhưng ta thớ ấy rằng hầ ết u hcác thu t toán có thậ ể trình bày và th c thi bự ằng cách sử ụ d ng khung công việc này

Trang 39

Một số ộ phát hiện chỉ tính toán xác su t có m t d b ấ ặ ấu ẩn trong nh kiả ểm tra I’’, trong khi b phát hiộ ện khác đọc dấu ẩn, thu được dấu ẩn tái t o S’’ Bây gi ta sạ ờ ẽđánh giá cả hai kh năng có thể ả này.

:1

i i

i i i

ss

p ( 2.1) Sau đó, tỉ ố ỗ s l i bit đư c tính toán như sau: ợ

N

pS

SBER( , ")=∑ i ( 2.2)

 Hệ số tương quan chuẩn

Một số bài báo sử ụng các hệ ố tương quan chuẩn với các dấu ẩn là chu i có k d s ỗ ỳ

vọng 0

∑

=

2 '' 2

//

)'',(

i i

i

issS

',

(

i

i is

ssS

SLSE ( 2.4)

Trang 40

T ừcông thức này, tỉ ố tín hiệu thành nhiễu (SNR) có thể ợ s đư c tính toán như sau: SNR(S,S’’) = -10 log10(E(S,S’’))

Với các phép đo này, ngưỡng t có thể được sử ụ d ng đểquyế ịt đnh xem nếu dấu n ẩtồn tại Ví dụ:

 Dấu ẩn tồn tại nếu NC(S,S’’) > tC

 Dấu ẩn không tồn tại nếu NC(S,S’’) ≤ tC

2.2 Phương pháp nhúng dấu t heo miề n không gian

2.2.1 K ỹthuật nhúng dấu theo miề không gian n

Rất nhiều phương pháp nhúng dấu sử dụng nhúng theo miền không gian Cách đơn giản nhất là thay đổi giá trị bít có bậc nhỏ nhất của các điểm ảnh được chọn Cách làm này chỉ tốt đối với ảnh không phải là đối tượng của mọi thay đổi nào Một dấu nhúng có thể được nhúng bằng cách chèn thêm một ký hiệu lên một vị trí trên bề mặt ảnh Dấu nhúng kết quả có thể hiện hoặc ẩn, phụ thuộc vào giá trị cường độ Các thao tác cắt, chỉnh sửa ảnh có thể sử dụng để loại bỏ dấu nhúng

Nhúng d u miấ ền không gian cũng có thể được thực hi n nhờ việc phân tách ệmàu s c Theo cách này, dắ ấu nhúng chỉ xuất hiện trong mộ ảt d i màu Điều này khiến cho d u nhúng khó nhìn thấ ấy vì thế khó phát hi n bệ ằng mắt thường Tuy nhiên, dấu nhúng xuất hiện tr c tiự ếp ngay sau khi màu được phân tách để in Khiến cho tài liệu vô dụng đối v i máy in trớ ừ khi dấu nhúng b loạ ỏ khỏ ảị i b i d i màu Tiếp

cận này được sử dụng mang tính thương m i dùng cho báo chí đạ ể kiểm tra các ảnh

số t ừ kho lưu trữ ả nh trư c khi mua các phiên b n không nhúng dấu ớ ả

Thuật toán nhúng dấu

Trong mô hình này, chỉ có 7 bít quan tr ng nhọ ất được sử dụng, những bít còn lại không bị ảnh hưởng suốt trong quá trình nhúng, tỉ l mệ ức xám của các đi m ảnh ểlân cậ ển đ phát sinh thông tin phụ thuộc không có tính quyế ịt đ nh Đây là v n đấ ềquan trọng bởi vì việc nhúng d u không tấ ốn thời gian

Phần quan trọng nhất trong quá trình nhúng dấu đó là phương pháp phát sinh thông tin phụ thuộc bí mật S Trước hết, S phải phụ thuộc vào phần không được chọn của lân cận nhưng không phải là điểm ảnh được nó nhúng dấu Thứ hai, các lân cận bí mật được chọn theo cách ngẫu nhiên và kẻ tấn công không thể thu nhận được gì từ tín hiệu kết quả Do đó, chúng ta giới thiệu thông tin không quyết định trong việc tạo ra thông tin bí mật Thuật toán nhúng dấu được mô tả như sau:

1 Phát sinh dấu nhún nhị phân g w với khoá bí mật k được chia xẻ với bộ phát hiện

2 Thực hiện vòng lặp với mỗi điểm ảnh i trong ảnh f

Tiêu đề	Nghiên Cứu Các Phương Pháp Nhúng Dấu Ẩn Vào Dữ Liệu Đa Phương Tiện Và Ứng Dụng
Tác giả	Đặng Thị Tuyết Thanh
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Linh Giang
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Công Nghệ Thông Tin
Thể loại	Luận Văn Thạc Sĩ Khoa Học
Năm xuất bản	2007
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	124
Dung lượng	5,06 MB