Một số kỹ thuật giấu tin trong video và ứng dụng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN NGÔ THỊ NGUYỆT THANH MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG VIDEO VÀ ỨNG DỤNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH ĐÀ NẴNG – Năm 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN NGÔ THỊ NGUYỆT THANH MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG VIDEO VÀ ỨNG DỤNG Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 8480101 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Người hướng dẫn khoa học: TS Huỳnh Bá Diệu ĐÀ NẴNG – Năm 2022 LỜI CẢM ƠN Luận văn đưọc thực hiện tại Trường Đại học Duy Tân, dưới sự hướng dẫn của TS Huỳnh Bá Diệu Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy, Cô của Trường Đại học Duy Tân đã giúp tôi hoàn thành luận văn này Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy TS Huỳnh Bá Diệu đã tận tình hướng dẫn cho tôi những kiến thức quý báo về nghiên cứu khoa học, giúp tôi hoàn thành luận văn Ngoài những kiến thức về khoa học, thầy cũng là Người chia sẻ, động viên tôi trong những lúc khó khăn Xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Gia Như, TS Hồ Văn Nhàn, TS Hà Như Hằng, Khoa Đào tạo Sau đại học Trường Đại học Duy Tân, Viện Đào tạo Quốc tế, các nhà khoa học trong và ngoài ngành, các tác giả đồng công bố, các tác giả có tài liệu đã trích dẫn trong luận văn về sự hỗ trợ, hợp tác có hiệu quả trong suốt quá trình nghiên cứu khoa học của mình Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Lãnh đạo trường Đại học Duy Tân, sự biết ơn đối với gia đình, bạn bè thân thiết, các đồng nghiệp vì đã tạo nhiều điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình học tập, liên tục động viên để duy trì nghị lực, sự cảm thông, chia sẻ về thời gian lẫn công việc và các khía cạnh khác của cuộc sống trong suốt quá trình để hoàn thành luận văn Đà Nẵng, ngày … tháng … năm 2022 Tác giả Ngô Thị Nguyệt Thanh LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác Tác giả Ngô Thị Nguyệt Thanh MỤC LỤC NỘI DUNG Trang LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .vii MỞ ĐẦU 1 1 Lý do chọn đề tài 1 2 Mục đích nghiên cứu 2 3 Nhiệm vụ nghiên cứu 2 4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .3 5 Phương pháp nghiên cứu .3 6 Tổng quan vấn đề nghiên cứu .3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN .5 1.1 Sơ lược về giấu thông tin 5 1.1.1 Kỹ thuật giấu tin 5 1.1.2 Giấu thông tin mật .7 1.1.3 Giấu thông tin thủy vân .7 1.2 Mô hình giấu thông tin 8 1.3 Môi trường giấu tin 10 1.3.1 Giấu tin trong ảnh 10 1.3.2 Giấu tin trong audio 11 1.3.3 Giấu tin trong video 12 1.3.4 Giấu tin trong văn bản (Text) 13 1.3.5 Các môi trường giấu tin khác 13 1.4 Một số ứng dụng và xu hướng phát triển 13 1.4.1 Bảo vệ bản quyền tác giả (copyright protection) .13 1.4.2 Xác thực thông tin (authentication) 14 1.4.3 Phát hiện giả mạo thông tin (tamper detection) .15 1.4.4 Dấu vân tay (fingerprinting) 15 1.4.5 Dán nhãn (labeling) 15 1.4.6 Giấu tin mật (steganography) 16 1.4.7 Kiểm soát sao chép (copy control) 16 1.5 Một số định dạng tệp video 17 1.5.1 Khung và cấu trúc khung 17 1.5.2 Một số loại định dạng video phổ biến 18 1.6 Sơ đồ giấu tin và tách tin trong video 20 Chương 2 PHƯƠNG PHÁP GIẤU TIN TRONG VIDEO .22 2.1 Một số thuật toán bổ trợ cho giấu tin trong video 22 2.1.1 Thuật toán DES 22 2.1.2 LSB Coding .24 2.1.3 Kỹ thuật ẩn video trong các miền biến đổi: DCT và DWT .25 2.1.4 Thuật toán NOLSB 30 2.2 Kỹ thuật giấu thông tin trên khung hình của video .33 2.2.1 Giấu thông tin bằng kỹ thuật LSB 33 2.2.2 Giấu tin trên khung hình bằng mặt phẳng phân đoạn nhiễu BPCS .34 2.3 Kỹ thuật giấu thông tin trên âm thanh của video 38 2.3.1 Âm thanh số .38 2.3.2 Các định dạng của âm thanh số .40 2.3.3 Một số phương pháp giấu tin trong âm thanh số .41 2.4 Đánh giá chất lượng âm thanh hoặc khung hình sau giấu tin 47 Chương 3 CHƯƠNG TRÌNH THỰC NGHIỆM .48 3.1 Môi trường cài đặt và demo chương trình 48 3.1.1 Môi trường cài đặt: Matlab R2021a 48 3.1.2 Giới thiệu giao diện chương trình 49 3.2 Thực hiện thử nghiệm 49 3.2.1 Giấu tin vào video 50 3.2.2 Tách tin đã giấu từ video ra file .53 3.3 Đánh giá chất lượng khung hình và âm thanh sau giấu tin 58 KẾT LUẬN 60 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt tắt AAC Advanced Audio Coding Định dạng âm thanh chuẩn AES Advanced Encryption Standard Tiêu chuẩn mã hóa tiên tiến Định dạng số đa phương tiện AVI Audio Video Interle của Microsoft DES Data Encryption Standard Tiêu chuẩn Mã hóa Dữ liệu DCT Discrete Cosine Tranform Phép biến đổi Cosin rời rạc DFT Discrete Fourier stransform Biến đổi Fourier rời rạc Nén âm thanh không mất dữ FLAC Free Lossless Audio Codec liệu FT Fourier Transform Biến đổi Fourier Hệ thống thính giác của con HAS Human Auditory System người LSB Least Significant Bit Bít có trọng số nhỏ nhất MSE Mean Square Error Sai số bình phương Bit có giá trị 1 và ở hàng lớn MSB Most Significant Digit nhất MP3 Movie Picture Experts Group- Layer 3 Định dạng nén âm thanh PCM Pulse Code Modulation PSNR Peak Signal to Nosise Ratio Điều biến mã xung WAV Waveform Audio Format Tín hiệu nhiễu Định dạng âm thanh dạng sóng WMA Windows Media Audio Định dạng âm thanh của Microsoft DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Các hình thức giấu tin 16 Hình 1.2: Lược đồ chung cho quá trình giấu tin 17 Hình 1.3: Lược đồ chung cho quá trình giải mã 18 Hình 1.4: Sơ đồ giấu tin và tách tin trong video 28 Hình 2.1: Fiestel Function (F) .31 Hình 2.2: Quá trình LSB coding 33 Hình 2.3: Mặt phẳng bit biểu diễn điểm ảnh 43 Hình 2.4: Khối nhiễu và khối nhiều thông tin .44 Hình 2.5: Tách khung hình từ tập tin video 45 Hình 2.6: Mô phỏng sóng âm thanh 47 Hình 2.7: Sơ đồ giấu tin trên 8 bit LSB của audio 50 Hình 2.8: Mô hình dựa vào tiếng vang 54 Hình 3.1: Giao diện của chương trình 57 Hình 3.2: Giao diện khi chạy chương trình 57 Hình 3.3: Chọn file video nguồn 59 Hình 3.4: Chọn file chứa nội dung thông tin giấu 59 Hình 3.5: Chọn nơi lưu file video mang tin 60 Hình 3.6: Dữ liệu đầu vào được load lên giao diện .60 Hình 3.7: Đã giấu xong tin 61 Hình 3.8: Bắt đầu giải tin 62 Hình 3.9: Chọn file mang thông tin giấu .63 Hình 3.10: Chọn nơi lưu file chứa tin trích xuất 63 Hình 3.11: Nhập số byte cần lấy để trích xuất 64 Hình 3.12: Thực hiện xong việc tách tin đã giấu 64 Hình 3.13: Làm mới chương trình 65 Hình 3.14: Thoát khỏi chương trình 65 1 MỞ ĐẦU 1 Lý do chọn đề tài Trong những năm gần đây, môi trường mạng Internet phát triển rộng rãi cùng với sự hỗ trợ của các phương tiện đa truyền thông cho phép tương tác với thông tin số hóa đã đem lại nhiều thuận lợi và cơ hội cho con người trên mọi lĩnh vực của đời sống xã hội, trong giao lưu, hợp tác, kinh doanh, Nhưng đồng thời, nó cũng đặt ra nhiều thách thức trong việc đảm bảo an toàn cho các thông tin được truyền giao qua các phương tiện truyền thông Hiện nay, truyền thông kỹ thuật số phải đối mặt với những thách thức trong việc duy trì truyền dữ liệu an toàn khi trao đổi qua Internet Việc sử dụng một cách bình đẳng, an toàn các dữ liệu đa phương tiện cũng như cung cấp thông tin chính xác một cách kịp thời tới nhiều người dùng cũng là một vấn đề quan trọng Hơn nữa, sự phát triển mạnh của các phương tiện kỹ thuật số đã làm cho việc lưu trữ, sửa đổi và sao chép dữ liệu ngày càng đơn giản, từ đó việc bảo vệ bản quyền và chống xâm phạm trái phép các dữ liệu đa phương tiện (âm thanh, hình ảnh, tài liệu) cũng gặp nhiều khó khăn Tình trạng xâm nhập trái phép dữ liệu, lấy cắp, xuyên tạc thông tin, vi phạm và tranh chấp bản quyền các dữ liệu số, những vấn nạn, thách thức đó không chỉ riêng cho cá nhân, công ty hay doanh nghiệp nào mà là của tất cả các quốc gia trong thời đại công nghệ số như hiện nay Ở Việt Nam, nhiều văn bản pháp luật đã được Quốc hội ban hành nhằm đảm bảo chủ quyền số, làm chủ không gian mạng, góp phần bảo đảm quốc phòng, an ninh đất nước Một số luật tiêu biểu như Luật an ninh quốc gia số 32/2004/QH11 được Quốc hội thông qua ngày 03/12/2004; Luật Giao dịch điện tử số 51/2005/QH11 được Quốc hội thông qua ngày 29/11/2005; Luật Công nghệ thông tin số 67/2006/QH11 được Quốc hội thông qua ngày 29/6/2006; Luật an toàn thông tin mạng đã được Quốc hội thông qua ngày 19/11/2015 và có hiệu lực từ ngày 1/7/2016 Thủ tướng Chính phủ cũng ban