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

ĐẶNG THỊ TUYẾT THANH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP NHÚNG DẤU ẨN VÀO DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN VÀ ỨNG DỤNG ĐẶNG THỊ TUYẾT THANH 2005 - 2007 Hà Nội 2007 HÀ NỘI 2007 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131788551000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP NHÚNG DẤU ẨN VÀO DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN VÀ ỨNG DỤNG NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN MÃ SỐ:3.04.3898 ĐẶNG THỊ TUYẾT THANH Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN LINH GIANG HÀ NỘI 2007 MỞ ĐẦU Trong lĩnh vực truyền liệu đa phương tiện an toàn từ trước đến tồn kỹ thuật cryptography kỹ thuật bảo mật liệu gặt hái nhiều thành công ứng dụng rộng rãi Đặc điểm bật kỹ thuật liệu đường truyền mã hoá để chống ăn cắp liệu Thế xa nữa, có vấn đề đặt liệu sau giải mã để thu liệu gốc, liệu không bảo vệ Người dùng chép, phát tán tuỳ ý, họ giả mạo tác giả Vì thế, kỹ thuật watermarking - nhúng dấu ẩn đời để đáp ứng yêu cầu Mục đích ứng dụng nhúng dấu ẩn chủ yếu chứng minh quyền tác giả, bảo vệ quyền tác giả, chống chép liệu Để bảo vệ quyền, tác giả nhúng dấu che dấu thông tin ảnh, thông tin nhúng dấu tên tác giả Vì vậy, dấu nhúng cho phép xác nhận quyền Không thực nhúng dấu ảnh, việc cịn thực audio video số Đặc biệt việc phân tán audio số thông qua internet định dạng mp3 vấn đề lớn Trong trường hợp này, nhúng dấu ẩn hữu ích để thiết lập điều khiển phân tán audio giúp bảo vệ quyền Luận văn nghiên cứu trình bày phương nhúng dấu ẩn vào ba kiểu liệu đa phương tiện gồm ảnh tĩnh, video audio Phần lý thuyết sâu vào nguyên lý nhúng dấu ẩn thuật toán cụ thể Trọng tâm nghiên cứu phương pháp nhúng dấu ảnh tĩnh, so sánh phương pháp nhúng dấu theo không gian, miền tần số miền đa phân giải Phần thực nghiệm cài đặt 11 thuật tốn nhúng dấu ảnh tĩnh, chạy chương trình so sánh kết Từ đánh giá ưu nhược điểm thuật toán thấy mức độ tin cậy nhúng dấu ẩn Cuối đề xuất số ngữ cảnh ứng dụng thực tế Em xin chân thành cảm ơn hỗ trợ hướng dẫn tận tình thầy giáo, tiến sĩ Nguyễn Linh Giang trình thực đề tài Hà Nội, ngày 31 tháng 10 năm 2007 Đặng Thị Tuyết Thanh II MỤC LỤC CHƯƠNG I TỔNG QUAN I 1.1 Nhúng dấu ẩn vào liệu đa phương tiện 1.2 Các ứng dụng nhúng dấu số 1.3 Kỹ thuật nhúng dấu tổng quát 1.3.1 Nguyên lý kỹ thuật nhúng dấu 1.3.2 Phân loại dấu nhúng 1.3.3 Phân loại hệ thống nhúng dấu 1.4 Các mơ 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 thuật điều chế số lượng tử 16 1.5 Các vấn đề nhúng dấu ẩn 17 1.5.1 Yêu cầu đặt nhúng dấu ẩn 17 1.5.2 Các vấn đề nhúng dấu 17 CHƯƠNG II NHÚNG DẤU ẢNH TĨNH 23 2.1 Tổng quan nhúng dấu ảnh tĩnh 23 2.1.1 Cơ nhúng dấu ảnh tĩnh 23 2.1.2 Công việc nhúng dấu 25 2.2 Phương pháp nhúng dấu theo miền không gian 28 2.2.1 Kỹ thuật nhúng dấu theo miền không gian 28 2.2.2 Các thuật toán nhúng dấu theo miền không gian 29 2.3 Phương pháp nhúng dấu theo miền tần số 33 2.3.1 Kỹ thuật biến đổi cô sin rời rạc 33 2.3.2 Các thuật toán nhúng dấu dựa biến đổi cô sin rời rạc 43 2.4 Phương pháp nhúng dấu theo miền đa phân giải 53 2.4.1 Kỹ thuật biến đổi sóng rời rạc 53 III 2.4.2 Các thuật toán nhúng dấu dựa biến đổi sóng rời rạc 58 2.5 So sánh phương pháp nhúng dấu 61 CHƯƠNG III NHÚNG DẤU CÁC LOẠI DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN KHÁC 64 3.1 Nhúng dấu video 64 3.1.1 Nhúng dấu miền không gian 66 3.1.2 Nhúng dấu miền biến đổi 67 3.1.3 Nhúng dấu vào liệu 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 cảm quan 71 3.2.2 Các phương pháp nhúng dấu audio 73 CHƯƠNG IV ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỮ LIỆU 79 4.1 Đánh giá chất lượng liệu nhúng dấu 79 4.1.1 Dữ liệu ảnh 79 4.1.2 Dữ liệu video audio 81 4.2 Các công ảnh hưởng đến dấu nhúng 82 4.2.1 Phân loại công 83 4.2.2 Các thao tác cơng xố bỏ 84 4.2.3 Các công phá vỡ đồng 85 4.2.4 Các công nhúng công phát 86 CHƯƠNG V KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ THUẬT TOÁN 88 5.1 Kết thực nghiệm 90 5.1.1 Các thuật tốn nhúng dấu miền khơng gian 90 5.1.2 Các thuật toán dựa DCT 91 5.1.3 Các thuật toán dựa DWT 98 5.2 So sánh đánh giá 105 5.3 Đề xuất kịch sử dụng: 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO 112 IV DANH MỤC CÁC HÌNH VỄ ĐỒ THỊ 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 Mơ hình truyền thông bảo mật Error! Bookmark not defined Hình 1.5 Mơ hình truyền thơng dấu nhúng Error! Bookmark not defined Hình 1.6 Bộ phát dấu nhúng Error! Bookmark not defined Hình 1.7 Mơ hình nhúng thuật tốn nhúng dấu ẩn Cox Error! Bookmark not defined Hình 1.8 Ví dụ sử dụng hai lượng tử để nhúng dấu Error! Bookmark not defined Hình 1.9: Mơ hình kênh truyền phương pháp nhúng loại Error! Bookmark not defined Hình 1.10: Mơ hình kênh truyền phương pháp nhúng dấu ẩn loại 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 chất cấp phát lại bit 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 ảnh không tương quan trước sau DCT Error! Bookmark not defined Hình 2.3 (a) Ảnh thứ nhất, (b) ảnh thứ Error! Bookmark not defined Hình 2.4 (a) ảnh khơng tương quan DCT (b) ảnh tương quan DCT Error! Bookmark not defined Hình 2.5 Các khối xử lý trình nhúng phát dấu nhúng dựa DCT Error! Bookmark not defined Hình 2.6 Chọn block site sử dụng mạng Gaussian Error! Bookmark not defined block site chọn có màu đen Error! Bookmark not defined V Hình 2.7: Hàm số ind(c) Error! Bookmark not defined Hình 2.8: sơ đồ khối kỹ thuật nhúng dấu DWT Error! Bookmark not defined Hình 3.1: Quá trình nhúng dấu video Error! Bookmark not defined Hình 3.2: trình phát dấu nhúng video Error! Bookmark not defined Hình 3.3: Mơ hình nhúng dấu JAWS Error! Bookmark not defined Hình 3.4 Sơ đồ khối mơ hình nhúng dấu video nén Error! Bookmark not defined Hình 3.5 Bộ mã hoá dấu nhúng thành phần Error! Bookmark not defined Hình 5.1 Ảnh lena.jpg bensong.jpg: ảnh đơn giản, chi tiết, biên Error! Bookmark not defined Hình 5.2 Ảnh bensong.jpg vantay.jpg: ảnh phức tạp, có nhiều biên kết cấu Error! Bookmark not defined Hình 5.3 Ảnh vantay.jpg - đầu ra: ảnh nhúng dấu Error! Bookmark not defined Hình 5.4 Ảnh kết ảnh sai khác, thuật toán Bruyn, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Hình 5.5 Ảnh kết ảnh sai khác, thuật tốn Fotopoulos, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Hình 5.5 Ảnh kết ảnh sai khác, thuật toán Hsu Stil, ảnh bensong.jpg Error! Bookmark not defined Hình 5.6 Ảnh kết ảnh sai khác, thuật toán Cox, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Hình 5.7 Ảnh kết ảnh sai khác, thuật toán Yulin Wang, ảnh vantay.jpg Error! Bookmark not defined Hình 5.8 Ảnh kết ảnh sai khác, thuật toán Zhu, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Hình 5.9 Ảnh kết ảnh sai khác, thuật toán Kim, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined VI Hình 5.10 Ảnh kết ảnh sai khác, thuật toán Wang, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Hình 5.11 Ảnh kết ảnh sai khác, thuật toán Corvi, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Hình 5.12 Ảnh kết ảnh sai khác, thuật toán Xia, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Hình 5.13 Mơ hình hệ thống phân phối liệu đa phương tiện an tồn Error! Bookmark not defined Hình 5.14 Q trình tạo dấu ẩn Error! Bookmark not defined VII DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Sự tương đồng hệ thống truyền thông hệ thống nhúng dấu ẩn Error! Bookmark not defined Bảng 2.1: Các hệ số DCT sử dụng Error! Bookmark not defined Bảng 2.2: Đánh số thứ tự x khối x hệ số DCT thuật toán Yulin Wang Alan Pearmain Error! Bookmark not defined Bảng 2.3: Bảng so sánh tổng hợp phương pháp nhúng dấu ảnh tĩnh Error! Bookmark not defined Bảng 5.1 Kết nhúng dấu thuật toán Bruyn, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.3 Kết nhúng dấu thuật toán Bruyn, ảnh bensong.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.4 Kết sau cơng thuật tốn Bruyn, ảnh bensong.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.5 Kết nhúng dấu thuật toán Bruyn, ảnh vantay.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.6 Kết sau cơng thuật tốn Bruyn, ảnh vantay.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.7 Kết nhúng dấu thuật toán Fotopoulos, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.8 Kết sau cơng thuật tốn Fotopoulos, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.9 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Fotopoulos, ảnh vantay.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.10 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Fotopoulos, ảnh bensong.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.11 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Hsu Stil, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.12 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Hsu Stil, ảnh vantay.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.13 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Hsu Stil, ảnh bensong.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.14 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Cox, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined VIII Bảng 5.15 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Cox, ảnh vantay.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.16 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Cox, ảnh bensong.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.17 Kết nhúng dấu thuật toán Yulin Wang, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.18 Kết sau cơng thuật tốn Yulin Wang, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.19 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Yulin Wang, ảnh bensong.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.20 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Yulin Wang, ảnh vantay.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.21 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Barni, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.22 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Barni, ảnh vantay.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.23 Kết nhúng sau công thuật toán Barni, ảnh bensong.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.24 Kết nhúng dấu thuật toán Zhu, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.25 Kết sau cơng thuật tốn Zhu, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.26 Kết nhúng sau công thuật toán Zhu, ảnh bensong.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.27 Kết nhúng sau công thuật toán Zhu, ảnh vantay.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.28 Kết nhúng dấu thuật toán Kim, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.29 Kết sau cơng thuật tốn Kim, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.30 Kết nhúng sau cơng thuật tốn Kim, ảnh bensong.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.31 Kết nhúng sau công thuật toán Kim, ảnh vantay.jpg Error! Bookmark not defined Bảng 5.32 Kết nhúng dấu thuật toán Wang, ảnh lena.jpg Error! Bookmark not defined