Luận văn bảo vệ bản quyền ảnh số bằng kỹ thuật thủy vân dựa vào các phép biến đổi rời rạc

KỸ THUẬT THỦY VÂNTRÊN ẢNH SỐDựA VÀO CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI RỜI RẠC...20 2.1...Một số kỹ thuật bổ trợ cho các kỹ thuật thủy vân số trên ảnh tĩnh20... Trong luận văn này, tác giả nghiên cứu và

HÀ NỘI, 2014

• • • TRƯỜNG ĐAI HOC sư PHAM

HÀ NÔI 2 • _• • •

HÀ THI LAN HƯƠNG

BẢO VỆ BẢN QUYỀN ẢNH SỐ BẰNG KỸ THUẬT THỦY VÂN DƯA VÀO CÁC PHÉP BIÉN ĐỔI RỜI RAC

LUẬN VĂN THẠC SĨ MÁY TÍNH

Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO • • • TRƯỜNG ĐAI HOC sư PHAM HÀ

NÔI 2

• • • •

HÀ NỘI, 2014

HÀ THI LAN HƯƠNG

BẢO VỆ BẢN QUYỀN ẢNH SỐ BẰNG KỸ THUẬT THỦY VÂN DựA VÀO CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI RỜI RẠC Chuyên ngành: Khoa

học máy tính Mã số: 60 48 01 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ MÁY TÍNH Người

hướng dẫn khoa học: PGS TS Bùi Thế Hồng

Để hoàn thành luận văn này tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình củathầy hướng dẫn khoa học, của các thầy cô trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2.Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đãtạo điều kiện học tập, nghiên cứu và giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình làmluận văn Đặc biệt tôi xin cảm ơn PGS.TS Bùi Thế Hồng đã tận tình hướngdẫn, chỉ bảo tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu đề tài và giúp tôi hoànthành bản luận văn này.

Vĩnh Phúc, ngày 12 tháng 12 năm 2014

Học viên

Hà Thị Lan Hương

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây

là kết quả nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS TS Bùi Thế Hồng Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Học viên

Hà Thị Lan Hương

MUC LUC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 1

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

5 Những đóng góp mới của đề tài 2

6 Phưong pháp nghiên cứu 2

7 Bố cục của luận vãn 3

TRÊN ẢNH SỐ 4

1.1 Bảo vệ bản quyền ảnh số4

1.2 Tổng quan về kỹ thuật giấu tin4

1.3 Tổng quan về ảnh8

1.3.1 Ảnh8

1.3.2 Các định dạng ảnh thông dụng10

1.4 Nhũng yêu càu cơ bản của hệ thủy vân trên ảnh số12

1.4.1 Yêu cầu chung12

1.4.2 Yêu cầu riêng13

LỜI CAM ĐOAN

1.5 Những tấn công trên hệ thủy vân14

1.6 Các ứng dụng của hệ ứiủy vân15

1.7 Những khuynh hướng tiếp cận của kỹ thuật thủy vân17

1.7.1 Hưóng tiếp cận dựa trên miền không gian ảnh17

1.7.2 Hưóng tiếp cận sử dụng các phương pháp khảo sát gián tiếp18

CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT THỦY VÂNTRÊN ẢNH SỐDựA VÀO CÁC

PHÉP BIẾN ĐỔI RỜI RẠC 20

2.1 Một số kỹ thuật bổ trợ cho các kỹ thuật thủy vân số trên ảnh tĩnh20

2.2.2 Thủy vân ảnh số dựa vào phép biến đổi sóng nhỏ rừi rạc32

2.2.3 Thủy vân ảnh số dựa vào phép biến đổi Fourier rời rạc36

2.3 Kỹ thuật thủy vân ảnh tình sử dụng kết họp các phép biến đổi rời rạc 392.3.1 Đôi nét về phương pháp kết họp các phép biến đổi rời rạc39

2.3.2 Kỹ thuật thủy vân sử dụng phép kết họp DWT với DCT và hai ma trận

số giả

ngẫu nhiên vào băng HL 41

CHƯƠNG 3 CÀI ĐẢT CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIÊM 43

3.1 Các độ đo đánh giá hiệu quả của thủy vân 43

3.1.1 Đánh giá chất lượng của ảnh chủ đã thủy vân

43

DANH MUC CÁC HÌNH

3.1.2 Kiểm định chất lượng thủy vân

43

3.2 Kết quả thử nghiệm kỹ thuật thủy vân sử dụng một phép biến đổi 45

3.2.1 Kết quả thử nghiệm kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi DWT 45 3.2.2 Kết quả thử nghiệm kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi DCT 48 3.2.3 So sánh kết quả thử nghiệm kỹ thuật thủy vân sử dụng một phép biến đổi 53

3.3 Kết quả thử nghiệm kỹ thuật thủy vân sử đụng phép kết họp nhiều phép biến đổi rời rạc 54

3.4 Đánh giá kết quả thử nghiệm 60

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62

TÀI LIÊU THAM KHẢO 63

DCT Discrete Cosin Transform

DWT Discrete Wavelet Transform

DFT Discrete Fourier Transform

GIF Graphics Interchanger Format

JPEG Joint Photographic Expert Group

LSB Least Significant Bit

RGB Red, Green, Blue

PCX Personal Computer Exchange

LZW Lampel Ziv Welch

Hình 1.2 Ví dụ vê thuỷ vân hiện (Trên trang Web thư viện sô của

Anh đen trăng sau khi nhúng cùng một lượng thông tin

như ảnh màu, cho chất lượng ảnh kém hơn (xuất hiện

thủy vân

59

DANH MUC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay, hầu hết thông tin đều được lưu trữ dưới dạng số hoá trướckhi trở thành một vật phẩm thông thường như sách báo, tạp chí Việc trao đổi,phân phối, sao chép và xử lý các sản phẩm số ngày càng nhanh chóng, đơngiản và nằm ngoài tầm kiểm soát của các tổ chức Do đó, tình trạng xâm phạmbản quyền, sao chép lậu các sản phẩm kĩ thuật số đã xảy ra ở nhiều nơi Bởivậy, nhu cầu đảm bảo an toàn và bảo vệ bản quyền và sở hữu trí tuệ các sảnphẩm số đang là một nhu cầu cấp thiết hiện nay Một trong những giải pháphữu hiệu cho vấn đề này là đánh dấu vào các sản phẩm này để bảo vệ bảnquyền cũng như bảo đảm sự sự toàn vẹn cho chúng Một trong những kỹ thuật

đó là kỹ thuật thủy vân số Hiện tại đã có một số kỹ thuật thủy vân dùng để bảo

vệ bản quyền cho các bức ảnh số bằng cách tác động trực tiếp lên miền giá trịcủa các điểm ảnh Các kỹ thuật này thường không đảm bảo được chất lượngcủa ảnh và không được bền vững trước các tấn công thông thường lên ảnh

Chính vì vậy, tác giả chọn đề tài nghiên cứu “Bảo vệ bản quyền ảnh số bằng

kỹ thuật thủy vân dựa vào các phép biến đổi rời rạc ”.

Trong luận văn này, tác giả nghiên cứu và đề xuất các kỹ thuật thủy vânbảo vệ bản quyền ảnh số dựa vào các phép biến đổi rời rạc để tăng cường độbền vững của thủy vân cũng như đảm bảo được chất lượng của ảnh

2 Mục đích nghiên cứu

Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu kỹ thuật thủy vân dựa trên cácphép biến đổi rời rạc qua đó phân tích và đánh giá các phương pháp, đưa rađược bài toán áp dụng kỹ thuật thuỷ vân dựa vào các phép biến đổi rời rạc ứngdụng rộng rãi trong thực tiễn

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Tìm hiểu một số kỹ thuật thuỷ vân bảo vệ bản quyền cho các bức ảnh

số

- Nghiên cứu và thử nghiệm các kỹ thuật thuỷ vân ảnh số dựa vào một

số phép biến đổi rời rạc

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu, đánh giá kỹ thuật thuỷ vân ảnh số dựa vào các phép biến

đổi rời rạc qua đó phát triển và cải tiến các kỹ thuật thủy vân dựa vào phépbiến đổi rời rạc

- Các công cụ lập trình và phần mềm dùng để cài đặt các lược đồ nhúng

và giải thuỷ vân trên ảnh số

5 Những đóng góp mái của đề tài

- Phát hiện những yêu cầu và thách thức trong thực tế đối với vấn đề kỹ

thuật thuỷ vân ảnh số

- Phát triển và cải tiến các kỹ thuật thuỷ vân ảnh số nhằm nâng cao độ

bền vững của thuỷ vân trong ảnh và giảm mức độ ảnh hưởng của thuỷ vân đốivới chất lượng của ảnh

- Cài đặt chương trình thử nghiệm thuỷ vân ảnh số dựa vào các phép

biến đổi rời rạc

6 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan, đánh giá các kỹ thuật thuỷ vân ảnh.

- Tìm hiểu và phát hiện các vấn đề trong thực tế, từ đó đưa ra so sánh,

đánh giá và các giải pháp khắc phục

- Cài đặt thử nghiệm dựa trên những cải tiến được đưa ra.

7 Bố cuc của ỉuân văn•

•

Ngoài phần Mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo luận văn gồm 3 chương:

DANH MUC CÁC HÌNH

Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật giấu tin và thủy vân trên ảnh số Chương 2: Kỹ thuật thủy vân trên ảnh số dựa vào các phép biến đổi rời

rạc

Chương 3: Cài đặt chương trình thử nghiệm

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN VÀ THỦY VÂN

TRÊN ẢNH SỐ 1.1 Bảo vệ bản quyền ảnh số

Ngày nay, với sự phát triển của truyền thông và các công cụ hỗ trợ liênquan dẫn đến việc các sản phẩm công nghệ trong đó có ảnh số được truyền tảimột cách nhanh chóng và tiện lợi Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm còn tồntại những nhược điểm về sự tấn công trên các sản phẩm nhằm thay đổi giá trị

sử dụng của chúng Đặc biệt, với các ảnh sự sao chép ngày càng trở nên dễdàng thì sự càn thiết của chứng thực bản quyền sở hữu trở thành một vấn đềcấp thiết Những chủ sở hữu dữ liệu là ảnh số đặt ra yêu cầu cần có một cơ chếxác định cũng như những công cụ hữu ích giúp cho họ có thể bảo vệ tốt quyền

sở hữu của mình đối với dữ liệu

Với những yêu cầu trên thì rất nhiều phương pháp đã được đưa ra nhằmgiải quyết bài toán Trong đó, thông thường người ta thường chèn thêm cácthông tin mang bản quyền tác giả vào trong các ảnh số Nếu có kẻ tấn công sẽlàm hỏng đi ảnh đó hoặc làm thay đổi giá trị của thông tin được nhúng vào

Thông thường, để bảo vệ bản quyền của các dữ liệu thì người chủ sởhữu sẽ đăng ký dữ liệu đó với một cơ quan có thẩm quyền và có khả năngchứng thực quyền sở hữu của họ đối với dữ liệu trên

1.2 Tổng quan về kỹ thuật giấu tin

Steganography có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp và được sử dụng tới ngàynay, nó có nghĩa là “tài liệu được phủ” (covered writing) Các câu chuyện kể

về kỹ thuật giấu thông tin đã có từ rất lâu Những tài liệu tìm thấy ghi chép về

kỹ thuật giấu thông tin sớm nhất thuộc về sử gia Hy Lạp Herodotus (khoảngnăm 440 trước Công nguyên) Khi bạo chúa Hy Lạp Histiaeus bị vua Dariusbắt giữ ở Susa vào thế kỷ thứ 5 trước Công nguyên, ông ta đã cố gửi thông báo

bí mật cho con rể của mình là Aristagoras ở Miletus Histiaeus đã cạo trọc đầucủa một nô lệ tin cậy và xăm một thông báo trên da đàu của người nô lệ đó.Khi tóc của người nô lệ mọc đủ dài, anh ta được gửi tới Miletus

Giấu thông tin là một kỹ thuật nhúng (giấu) một lượng thông tin số nào

đó vào một đối tượng dữ liệu số khác Kỹ thuật giấu thông tin nhằm mục đíchđảm bảo an toàn và bảo mật thông tin ở cả hai khía cạnh Một là bảo mật cho

dữ liệu được đem giấu, hai là bảo mật cho chính đối tượng được dùng để giấutin Điều này dẫn đến hai khuynh hướng chủ yếu của giấu tin:

• Khuynh hướng thứ nhất là giấu tin mật (steganography) Khuynh hướngnày tập trung vào các kỹ thuật giấu tin sao cho thông tin giấu được nhiều vàquan trọng là người khác khó phát hiện dược một đối tượng có bị giấu tin bêntrong hay không

• Khuynh hướng thứ hai là thủy vân số (watermarking) Khuynh hướngthủy vân số đánh giấu vào đối tượng nhằm khẳng định bản quyền quyền sởhữu hay phát hiện sự xuyên tạc thông tin

Watermarking (thuỷ vân, thuỷ ấn) là kỹ thuật nhúng một biểu tượng vàotrong ảnh môi trường để xác định quyền sở hữu ảnh môi trường, chống sự giảmạo và xuyên tạc thông tin

DANH MUC CÁC HÌNH

Trong kỹ thuật giấu tin mật, thông tin cần giấu được gọi là thông điệp(message) còn trong kỹ thuật thuỷ vân số thì được gọi là thuỷ vân (watermark).Thuỷ vân có thể là một chuỗi các kí tự, hay một hình ảnh, logo nào đó

Nói đến thuỷ vân số là nói đến kỹ thuật giấu tin nhắm đến những ứngdụng bảo đảm an toàn dữ liệu cho đối tượng được sử dụng để giấu tin như: bảo

vệ bản quyền, chống xuyên tạc, nhận thực thông tin, điều khiển sao chép v.v

Có thể thấy rõ là phần ứng dụng của thủy vân rất lớn, mỗi ứng dụng lại cónhững yêu cầu riêng và tính chất riêng, do đó các kỹ thuật thuỷ vân cũng cónhững tính năng khác biệt tương ứng:

Hình 1.1 Phân loại các kỹ thuật thuỷ vân

Các kỹ thuật thuỷ vân trên Hình 1.1 được phân biệt nhau bởi những đặctrưng, tính chất của từng kỹ thuật và ứng dụng những kỹ thuật đó

Thuỷ vân “dễ vỡ” (fragile) là kỹ thuật nhúng thuỷ vân vào trong ảnh saocho khi phân bố sản phẩm trong môi trường mở nếu có bất cứ một phép biếnđổi nào làm thay đổi đối tượng sản phẩm gốc thì thuỷ vân đã được giấu trongđối tượng sẽ không còn nguyên vẹn như trước khi giấu nữa (dễ vỡ) Thủy vân

dễ vỡ yêu cầu thông tin giấu sẽ bị sai lệch nếu có bất kỳ sự thay đổi nào trên

dữ liệu chứa Các kỹ thuật thuỷ vân có tính chất này được sử dụng trong các

ứng dụng nhận thực thông tin (authentication) và phát hiện xuyên tạc thông tin(tamper detection) Ví dụ như để bảo vệ chống xuyên tạc một ảnh nào đó tanhúng một thuỷ vân vào trong ảnh và sau đó phân phối, quảng bá ảnh đó Khicần kiểm tra lại ảnh ta sử dụng hệ thống đọc thủy vân Nếu không đọc đượcthuỷ vân hoặc thuỷ vân đã bị sai lệch nhiều so với thuỷ vân ban đầu đã nhúngvào ảnh thì có nghĩa là có thể ảnh đó đã bị thay đổi Cái khó

DANH MUC CÁC HÌNH

Hình L2 Vỉ dụ về thuỷ vân hiện (Trên trang Web thư viện sổ của Mỹ)

ở đây là ta phải phân biệt giữa sai lệch thuỷ vân doxuyên tạc và sai lệch do lỗi đường truyền

Ngược lại, với kỹ thuật thuỷ vân dễ vỡ là kỹ thuật thuỷ vân bền vững(robust) Thủy vân bền vững quan tâm nhiều đến việc nhúng những mẩu tinđòi hỏi độ bền vững cao của thông tin được giấu trước các biến đổi thôngthường trên dữ liệu chứa Các kỹ thuật thuỷ vân bền vững thường được ứng

dụng trong các ứng dụng bảo vệ bản quyền Trong những ứng dụng đó, thuỷ

vân đóng vai ưò là thông tin sở hữu của người chủ hợp pháp Thuỷ vân đượcnhúng ưong sản phẩm như một hình thức dán tem bản quyền Trong trườnghợp như thế, thuỷ vân phải tồn tại bền vững cùng với sản phẩm nhằm chốngviệc tẩy xoá, làm giả hay biến đổi phá huỷ thuỷ vân Một yêu cầu lí tưởng đốivới thuỷ vân bền vững là nếu muốn loại bỏ thuỷ vân thì chỉ có một cách duynhất là phá huỷ sản phẩm

Thuỷ vân bền vững lại được chia thành hai loại là thuỷ vân ẩn và thuỷvân hiện TTiuỷ vân hiện là loại thuỷ vân được hiện ngay ưên sản phẩm vàngười dùng có thể nhìn thấy được giống như các biểu tượng kênh chương trình

vô tuyến mà ta thường thấy VTV3, CCTV, TV5 Các thuỷ vân hiện trên ảnhthường dưới dạng chìm, mờ hoặc trong suốt để không gây ảnh hưỏtng đến chấtlượng ảnh gốc Đối với thuỷ vân hiện, thông tin bản quyền hiển thị ngay trênsàn phẩm

Hình 1.3 Ảnh Lena đã được nhúng thuỷ vân là logo ở hình bên phải

Còn đối với thuỷ vân ẩn thì cũng giống như giấu tin, bằng mắt thườngkhông thể nhìn thấy thuỷ vân Đây cũng là nội dung chính được trình bày trongluận văn này Trong vấn đề bảo vệ bản quyền, thuỷ vân ẩn mang tính “bất ngờ”hơn trong việc phát hiện sản phẩm bị đánh cắp Trong trường hợp này, ngườichủ sở hữu hợp pháp sẽ chỉ ra bằng chứng là thuỷ vân đã được nhúng trong sảnphẩm bị đánh cắp

1.3 Tổng quan về ảnh

Trong các phần đã trình bày ở trên có nhắc đến thủy vân, để có thể xácđịnh thủy vân ảnh được chính xác ta cần tìm hiểu kỹ hơn về các vấn đề liênquan đến ảnh Trong phần này, trình bày một số vấn đề cơ bản của ảnh

1.3.1 Ảnh

Là một tập hợp hữu hạn các điểm ảnh kề nhau Anh thường được biểudiễn bằng một ma trận hai chiều, mỗi phần tử của ma trận tương ứng với mộtđiểm ảnh

Ảnh nhị phân (đen trắng): là ảnh có gi á trị múc xám của các điểm ảnh

được biểu diễn bằng 1 bit (giá trị 0 hoặc 1)

Ảnh xám: giá trị mức xám của các điểm ảnh được biểu diễn bằng 8 bit

(giá trị từ 0 đến 255)

Ảnh màu: thông thường, ảnh màu được tạo nên từ 3 ảnh xám đối với

màu nền đỏ (RED), xanh lá cây (GREEN), xanh lam (BLUE) Tất cả các màutrong tự nhiêu đều có thể được tổng hợp từ 3 thành phần màu trên theo các tỷ

lệ khác nhau Sự khác nhau giữa giấu thông tin trong ảnh đen trắng và ảnh màuđược thể hiện qua bảng sau:

DANH MUC CÁC HÌNH

a) Anh đen trắng gốc 480 X 480 b) Anh sau khi nhúng 100 bit tin

Hình 1.5 Ảnh đen trắng sau khi nhúng cùng một lượng thông tín như ảnh màu, cho chất lượng ảnh kém hơn (xuất hiện nhiều chấm đen lạ)

Thông tin nhúng ít hơn so với ảnh màu

có cùng kích cỡ

Thông tin nhúng nhiều hơn

Khả năng bị phát hiện trong ảnh có

nhúng thông tin cao hơn ảnh màu

Khả năng bị phát hiện thấp

Độ an toàn thông tin thâp do dê bị phát

hiện có thông tin chứa bên trong

Độ an toàn cao

Các thuật toán thường phức tạp và

không nhiều

Nhiêu thuật toán và có nhiêu hướng

mở rộng phát triển (như áp dụng giảithuật di truyền)

a) Ảnh 256 màu gốc 227 X 149 b) Ảnh sau khi giấu 100 bit tin

Hìnhl.4 Ảnh màu sau khỉ nhúng tin rất khó phát hiện sự thay đổi

1.3.2 Các định dạng ảnh thông dụng

Ảnh thu được sau quá trình số hóa có nhiều loại khác nhau, phụ thuộcvào kỹ thuật số hóa ảnh Sau đây là một số định dạng ảnh thông dụng

* Định dạng ảnh: IMG (Image)

Ảnh IMG là ảnh đen trắng, mỗi điểm ảnh được thể hiện bởi 1 bit Toàn

bộ ảnh chỉ gồm các điểm sáng và tối tương ứng với giá trị 1 hoặc 0

Tỉ lệ nén của kiểu định dạng này là khá cao Ảnh IMG được nén theotừng dòng Mỗi dòng bao gồm các gói (Pack) Các dòng giống nhau được nénthành một gói

* Định dạng ảnh: PCX (Personal Computer Exchange)

Định dạng ảnh PCX là một trong những định dạng loại cổ điển nhất Nó

sử dụng phương pháp mã hóa loạt dài RLC để nén dữ liệu ảnh Quá trình nén

và giải nén được thực hiện trên từng dòng ảnh Thực tế, phương pháp giải nénPCX kém hiệu quả hơn so với kiểu IMG

Định dạng ảnh PCX thường được dùng để lưu trữ ảnh vì thao tác đơngiản, cho phép nén và giải nén nhanh Tuy nhiên vì cấu trúc của nó cố định,nên trong một số trường họp nó làm tăng kích thước lưu trữ

* Định dạng ảnh: GIF (Graphics Interchanger Format)

Định dạng ảnh GIF do hãng Computer Incorporated (Mỹ) đề xuất lầnđầu tiên vào năm 1990 Với định dạng GIF, khi số màu trong ảnh càng tăng,thì ưu thế của định dạng GIF càng nổi trội Những ưu thế này có được là doGIF tiếp cận các thuật toán LZW (Lampel Ziv Welch) (dựa vào sự lặp lại củamột nhóm điểm, người ta xây dựng từ điển lưu các chuỗi ký tự có tần suất lặplại cao và thay thế bằng từ mã tương ứng mỗi khi gặp lại chúng) Dạng ảnhGIF cho chất lượng cao, độ phân giải đồ họa tốt, cho phép hiển thị trên hầu hếtcác phàn cứng đồ họa

DANH MUC CÁC HÌNH

* Định dạng ảnh: BMP (Bitmap)

Ảnh BMP (Bitmap) được phát triển bởi Microsoft Corporation, đượclưu trữ dưới dạng độc lập thiết bị cho phép Windows hiển thị dữ liệu khôngphụ thuộc vào khung chỉ định màu trên bất kỳ phàn cứng nào Tên file mởrộng mặc định của một file ảnh Bitmap là BMP, nét vẽ được thể hiện là cácđiểm ảnh Qui ước màu đen, trắng tương ứng YỚi các giá trị 0, 1 Anh BMPđược sử dụng trên Microsoft Windows và các ứng dụng chạy trên Windows từversion 3.0 trở lên BMP thuộc loại ảnh mảnh

Có rất nhiều định dạng ảnh thuộc kiểu bitmap như BMP, PCX, TIFF,GIF, JPEG, TGA, PNG, PCD Mỗi file ảnh BMP gồm bốn phần:

Bitmap Header (14 bytes): giúp nhận dạng tập tin bitmap

Bitmap Information (40 bytes): chứa một số thông tin chi tiết giúp hiển thịảnh

Palette màu (4*x bytes), X là số màu của ảnh: định nghĩa các màu sẽđược sử dụng trong ảnh

Bitmap Data: Chứa dữ liệu ảnh

Đặc điểm nổi bật nhất của định dạng BMP là tập tin ảnh thường khôngđược nén bằng bất kỳ thuật toán nào Khi lưu ảnh, các điểm ảnh được ghi trựctiếp vào tập tin - một điểm ảnh sẽ được mô tả bởi một hay nhiều byte tùy thuộcvào giá trị n của ảnh Do đó, một hình ảnh lưu dưới dạng BMP thường có kích

cỡ rất lớn, gấp nhiều lần so YỚi các ảnh được nén (chẳng hạn GIF, JPEG hayPNG)

* Định dạng ảnh: JPEG (Joint Photographic Expert Group)

Một nhóm các nhà nghiên cứu đã phát minh ra định dạng này, để hiểnthị các hình ảnh đầy đủ màu hơn (full-colour) cho định dạng di động, mà kích

thước file lại nhỏ hơn Giống như ảnh GIF, JPEG cũng được sử dụng nhiềutrên Web.

Lợi ích của JPEG hơn GIF là nó có thể hiển thị hình ảnh với màu chínhxác (true-colour) (có thể lên đến 16 triệu màu)

Nhược điểm chính của định dạng JPEG là chúng được nén bằng thuậttoán lossy (mất dữ liệu)

Nói cách khác, định dạng JPEG thực hiện bảo quản tất cả thông tin màutrong hình ảnh đó Tuy nhiên với các hình ảnh chất lượng màu cao (high-colour) như hình ảnh chụp, thì điều này sẽ không ảnh hưởng gì

Ảnh JPEG không thể làm trong suốt hoặc chuyển động, trong trườnghợp này ta sẽ sử dụng định dạng GIF (hoặc định dạng PNG để tạo trong suốt).Tạo ảnh JPEG Fast-Loading:

Giống như với các ảnh GIF, để tạo hình JPEG nhỏ đến mức có thể (tínhtheo bytes) để website tải nhanh hơn Điều chỉnh chính để thay đổi kích thướcfile JPEG được gọi là quality, và thường có giá trị từ 0 tới 100%, khi 0% thìchất lượng là thấp nhất (nhưng kích thước file là nhỏ nhất), và 100% thì chấtlượng cao nhất (nhưng kích thước file là lớn nhất) 0% chất lượng JPEG sẽnhìn rất mờ khi so sánh với ảnh gốc Còn 100% chất lượng JPEG thườngkhông phân biệt được so với ảnh gốc

1.4 Những yêu cầu cơ bản của hệ thủy vân trên ảnh số

1.4.1 Yêu cầu chung

Hệ thuỷ vân số trên ảnh số cũng là một hệ giấu tin nên cũng có một sốđặc điểm và tính chất giống như giấu tin trong ảnh như:

- Phương tiện chứa là ảnh hai chiều tĩnh.

- Thuỷ vân trên ảnh tác động lên dữ liệu ảnh nhưng không làm thay đổi

kích thước ảnh

DANH MUC CÁC HÌNH

- Kỹ thuật giấu phụ thuộc vào tính chất của hệ thống thị giác con người.

- Khi giải tin có thể cần ảnh gốc.

1.4.2 Yêu cầu riêng

Kỹ thuật thuỷ vân số còn có một số đặc trưng phân biệt với kỹ thuật giấutin mật như sau:

* Thông tin trong ảnh có thể bị biến đỏi nếu có bất cứ một biến đỏi nào trên ảnh?

Tính chất này có trong kỹ thuật giấu tin mật nhưng đối YỚi kỹ thuậtthuỷ vân thì tính chất này chỉ có trong loại thuỷ vân “dễ vỡ” Còn đối với loạithuỷ vân “bền vững” thì lại yêu cầu thông tin trong ảnh chống lại được nhữngphép biến đổi thông thường trên ảnh

* Thuỷ vân ẩn hay thuỷ vân hiện?

Đối với giấu tin mật thì yêu cầu thông điệp đem giấu phải ẩn bên trongảnh sao cho mắt thường không nhìn thấy được, còn thuỷ vân số thì lại có hailoại là thuỷ vân ẩn và thuỷ vân hiện Thuỷ vân ẩn thì mắt thường không nhìnthấy được, nó được sử dụng với mục đích gài bí mật các thông tin trong ảnh đểxác nhận chủ quyền của bức ảnh Thuỷ vân hiện thì cho phép nhìn thấy thôngtin đem nhúng vào, nó được sử dụng cho mục đích công bố công khai về chủquyền sở hữu

* Tính chất bển vững

Đây là tính chất quan trọng nhất của hệ thuỷ vân bền vững Nghĩa là hệthuỷ vân phải chống lại được các phép biến đổi, hay tấn công có chủ đích hoặckhông có chủ đích lên thuỷ vân

m ? _ Л _ f_ • _ Л П

* Thuỷ vân cái gì?

Thông tin gì được giấu bên trong ảnh?

Thông thường để bảo vệ bản quyền tác giả thì người ta hay nhúng vàotrong ảnh một chuỗi ký tự mang những thông tin về tác giả như tên tác giả,

tiêu đề, ngày tháng năm, Tuy nhiên chuỗi ký tự lại bị một hạn chế là mỗi ký

tự được biểu diễn bằng nhiều bit, nếu một bit bị lỗi thì sẽ làm sai cả chuỗi ký

tự và chỉ cần một phép biến đổi đơn giản như phép biến đổi JPEG cũng có thểlàm cho thuỷ vân bị sai lệch rất nhiều

Thông tin nhúng trong ảnh có thể lại là một bức ảnh nhỏ, khi giải tin thìmột số điểm ảnh có thể bị sai nhưng hình tổng thể sẽ đựơc giữ nguyên Do đókhi lựa chọn ảnh làm thuỷ vân phải lựa chọn những bức ảnh đơn giản, dễ nhậndạng, ví dụ như logo,

Thông tin nhúng trong ảnh có thể là một chuỗi bit sinh ngẫu nhiên theomột luật phân phối xác suất nào đó, sau đó áp dụng các lí thuyết xác suất thống

kê để chứng thực thuỷ vân

Trong các loại thuỷ vân thì thuỷ vân ẩn và bền vững được quan tâmnghiên cứu nhiều hơn vì nó có nhiều ứng dụng lớn Đây cũng là tính chất quantrọng đang được nghiên cứu nhưng đây cũng lại là mấu chốt của sự phức tạp vìhai thuộc tính này mâu thuẫn với nhau Sự mâu thuẫn này được thể hiện ở chỗ:

+ Để đảm bảo tính chất ẩn thì thủy vân phải được giấu ở những vị trí ít

có ý nghĩa tri giác nhất, ít bị chú ý nhất

+ Để đảm bảo tính chất bền vững thì thuỷ vân phải chịu được nhữngphép xử lý ảnh phổ biến như dịch chuyển ảnh hay nén JPEG Ví dụ, trongphép nén JPEG sẽ loại bỏ ở ảnh những thông tin ít có tính tri giác nhất để làmgiảm kích thước của ảnh nhưng vẫn đảm bảo được chất lượng ảnh Khi đónhững dữ liệu thuỷ vân nằm trong vùng này sẽ bị mất đi hoặc bị biến đổi sailệch hoàn toàn Với tính chất phức tạp của yêu cầu cho một hệ thuỷ vân, ta sẽtìm hiểu những giải pháp kỹ thuật thuỷ vân đã được đưa ra của các nhà khoahọc trên thế giới

DANH MUC CÁC HÌNH 1.5 Những tấn công trên hệ thủy vân

Phương pháp thủy vân phải chống lại một số phép xử lý ảnh thôngthường (ví dụ như lỗi khi ảnh truyền đi, nén ảnh, ) và một số tấn công có chủđích nhằm xuyên tác, phá hoại bức ảnh Trong thực tế thì thủy vân phải cânđối giữa tính bền vững với các tính chất khác như lượng thông tin dấu, tínhẩn Dựa trên yêu càu thực tế của ứng dụng, người ta sẽ lựa chọn phương phápthủy vân thích hợp nhất

Từ những biến đổi có chủ đích hay không có chủ đích đã biết với hệthủy vân mà ta có thể phân biệt thành hai nhóm xuyên tạc sau: Một là các biếnđổi xem như là nhiễu YỚi dữ liệu, hai là làm mất tính đồng bộ để không thểlấy tin ra được Một vài phép biến đổi thường gặp:

- Biến đổi tín hiệu: Làm sắc nét, thay đổi độ tương phản, màu,

- Nhiễu cộng, nhiễu nhân,

- Lọc tuyến tính.

- Nén mất thông tin.

- Biến đổi affine cục bộ hoặc toàn cục.

- Giảm dữ liệu: Cropping, sửa histogram.

- Chuyển mã (gif —> Jpeg).

- Chuyển đổi tương tự - số.

- Thuỷ vân nhiều lần.

Nguyên tắc cơ bản của phương pháp thuỷ vân là đảm bảo đủ tính bềnvững sao cho các tấn công không làm cho giá trị thương mại của ảnh gốc bịảnh hưởng

1.6 Các ứng dụng của hệ thủy vân

* Bảo vệ bản quyền tác giả (Copyright protection)

Đây là ứng dụng cơ bản nhất của kỹ thuật tìiuỷ vân số, một dạng củaphương pháp giấu tin Một thông tin nào đó mang ý nghĩa quyền sở hữu tác

giả được nhúng vào trong sản phẩm (ảnh, âm thanh, video ), thuỷ vân đó chỉ

có một mình người chủ sở hữu họp pháp các sản phẩm đó có và được làmminh chứng cho bản quyền sản phẩm Để bảo vệ các sản phẩm chống lại hành

vi lấy cắp hoặc làm nhái cần phải có có một kỹ thuật để “dán tem bản quyền”vào sản phẩm này Việc dán tem hay chính là việc nhúng thuỷ vân càn phảiđảm bảo không để lại một ảnh hưởng lớn nào đến việc cảm nhận sản phẩm.Yêu cầu kỹ thuật đối với ứng dụng này là thuỷ vân phải tồn tại bền vữngcùng với sản phẩm, muốn huỷ bỏ thuỷ vân mà không được phép của người chủ

sở hữu thì chỉ còn cách là phá huỷ sản phẩm

* Nhận thực và phát hiện xuyên tạc thông tin (authentication and tamper detection)

Một tập thông tin sẽ được giấu trong sản phẩm, sau đó các thông tin này

sẽ được tách ra khỏi sản phẩm và so sánh với thông tin ban đầu Nếu thông tinban đầu và thông tin thu được sau khi tách có sự khác biệt thì chứng tỏ sảnphẩm đó đã bị thay đổi, xuyên tạc Trong trường hợp này các thuỷ vân thường

có dạng ẩn để trách sự tò mò, phát hiện của đối phương, nếu có bị lộ thì khólàm giả hay xuyên tạc thông tin

* Lấy dấu vân tay hay dán nhãn (fingerprinting or labeling)

Thuỷ vân trong những ứng dụng này được sử dụng để nhận diện ngườigửi hay nhận một thông tin nào đó Ví dụ như các vân khác nhau sẽ đượcnhúng vào các bản copy khác nhau của thông tin gốc trước khi chuyển chonhiều người Với những ứng dụng này thì yêu cầu là đảm bảo độ an toàn caocho các thuỷ vân, tránh bị xoá hoặc thay đổi trong quá trình phân phối

* Kiểm soát sao chép (copy control)

Các thuỷ vân trong các trường họp này được sử dụng để kiểm soát saochép không hợp lệ đối với các sản phẩm kỹ thuật số Các thiết bị phát hiệnthuỷ vân (ở đây sử dụng phương pháp phát hiện thuỷ vân đã giấu mà không

* Điều khiển thiết bị (Device control)

Các thiết bị phát hiện thuỷ vân (ở đây sử dụng phương pháp phát hiệnthuỷ vân đã giấu mà không cần thông tin gốc) được gắn sẵn vào trong các hệthống đọc ghi, tùy thuộc vào việc có thủy vân hay không để điều khiển (chophép/cấm) truy cập Ví dụ như hệ thống quản lí sao chép DVD đã được ứngdụng ở Nhật Nhà sản xuất sẽ trang bị cho các phương tiện dùng để nhân bản(như CD writer ) khả năng phát hiện xem digital media có chứa thủy vân haykhông, nếu có thì sẽ từ chối không nhân bản

* Theo dõi quá trình sử dụng (Tracking)

Thủy vân số có thể được dùng để theo dõi quá trình sử dụng của cácdigital media Mỗi bản sao của sản phẩm được chứa bằng một thủy vân duynhất dùng để xác định user là ai Nếu có sự nhân bản bất hợp pháp, ta có thểtruy ra người vi phạm nhờ vào thủy vân được chứa bên trong các phương tiệnnày

* Theo dõi truyền thông (Broadcast Monitoring)

Các công ty truyền thông và quảng cáo có thể dùng kỹ thuật thủy vân số

để quản lý xem có bao nhiêu khách hàng đã dùng dịch vụ mà họ cung cấp

* Truyền tin bí mật (Concealed Communication)

Bởi vì thủy vân số là một dạng đặc biệt của việc che dấu dữ liệu(steganography) nên người ta có thể dùng để truyền các thông tin bí mật

1.7 Những khuynh hướng tiếp cận của kỹ thuật thủy vân

Có thể chia các kỹ thuật thuỷ vân theo hai hướng tiếp cận chính:

1.7.1 Hướng tiếp cận dựa trên miền không gian ảnh

Đây là hướng tiếp cận cơ bản và tự nhiên trong số các kỹ thuật thuỷ vân.Miền không gian ảnh là miền dữ liệu ảnh gốc Tác động lên miền không gianảnh chính là tác động lên các điểm ảnh, thay đổi giá trị trực tiếp của điểm ảnh.Đây là hướng tiếp cận tự nhiên bởi vì khi nói đến việc giấu tin trong ảnh người

ta thường nghĩ ngay đến việc thay đổi giá trị các điểm ảnh nguồn

Ý tưởng cơ bản của phương pháp thay thế bit ít quan trọng nhất LSB(Least Significant Bit) là chọn ra từ mỗi điểm ảnh các bit có ít ý nghĩa nhất vềmặt tri giác để sử dụng cho việc giấu tin Việc bit nào được coi là ít tri giácnhất và bao nhiêu bit có thể được lấy ra để thay thế đều phụ thuộc vào tínhchất hệ thống thị giác của con người và nhu cầu về chất lượng ảnh trong cácứng dụng Ví dụ, trong ảnh 24 bit, mỗi màu được biểu diễn bởi 24 bit tươngứng với ba màu RGB, mỗi màu chiếm 1 byte Người ta sử dụng một tính chấtcủa mắt người là sự cảm nhận về màu B (Blue) kém hơn so với hai màu R(Red) và G (Green), chính vì thế bit cuối cùng trong 8 bit biểu diễn màu B củamỗi điểm ảnh thường được chọn để giấu tin Thay đổi bit cuối cùng trong 8 bitbiểu diễn màu B chỉ làm cho giá trị biểu diễn màu B tăng hoặc giảm đi 1 đơn

vị Do vậy, các bit ít quan trọng nhất trong trường hợp này là bit thứ 24 củamỗi điểm ảnh

Tuy nhiên, phương pháp này cũng có nhiều hạn chế, chẳng hạn nhưkhông đảm bảo được tính bền vững của thuỷ vân đối với các thao tác như quayảnh hoặc nén ảnh JPEG Điều này là dễ hiểu YÌ các thao tác nói trên cũng loại

bỏ hoặc làm sai lệch các bit ít quan trọng nhất

1.7.2 Hướng tiếp cận sử dụng các phương pháp khảo sát gián tiếp

Hướng tiếp cận dựa trên miền không gian ảnh như đã trình bày ở trên làcách tiến hành khảo sát tín hiệu và hệ thống rời rạc một cách trực tiếp trênmiền giá trị rời rạc của các điểm ảnh gọi là trên miền biến số độc lập tự nhiên

DANH MUC CÁC HÌNH

Nhưng trong nhiều trường hợp, cách khảo sát trực tiếp này gặp phải những khókhăn nhất định hoặc rất phức tạp và hiệu quả không cao

Ngoài phương pháp khảo sát trực tiếp, ta có thể dùng nhiều phương

pháp khảo sát gián tiếp khác thông qua các kỹ thuật biến đổi (phương pháp tiếp cận dựa trên miền tần số của ảnh) Các biến đổi này làm nhiệm vụ

chuyển miền biến số độc lập sang các miền khác và như vậy tín hiệu và hệthống rời rạc sẽ được biểu diễn trong các miền mới với các biến số mới

Mỗi cách biến đổi sẽ có những thuận lợi riêng, tùy từng trường hợp mà

sử dụng biến đổi nào Sau khi khảo sát, biến đổi xong các tín hiệu và hệ thốngrời rạc trong miền các biến số mới này, nếu cần thiết có thể dùng các biến đổingược để đưa chứng về miền biến số độc lập

Phương pháp khảo sát gián tiếp sẽ làm đơn giản rất nhiều các công việc

mà ta gặp phải khi dùng phương pháp khảo sát trực tiếp trong miền biến số độclập tự nhiên

CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT THỦY VÂN TRÊN ẢNH SỐ DƯA VÀO CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI RỜI RAC

2.1 Một sổ kỹ thuật bỗ trợ cho các kỹ thuật thủy vân sổ trên ảnh tĩnh 2.1.1 Các phép biến đồi miền không gian ảnh sang miền tần số

Để khảo sát hệ thống rời rạc, trong nhiều trường hợp, ta thường biến đổi

hệ thống rời rạc đó sang một miền biến số khác Có nhiều phép biến đổi khácnhau như biến đổi tín hiệu và hệ thống rời rạc sang miền z, biến đổi sang miềntần số liên tục hay sang miền tần số rời rạc Mỗi phép biến đổi có những thuậnlợi riêng, tùy theo yêu cầu khảo sát mà ta sẽ lựa chọn phép biến đổi phù hợp.Trong trường hợp khảo sát miền không gian ảnh người ta thường biến đổi

miền không gian rời rạc tín hiệu điểm ảnh sang miền tần số rời rạc bằng cácphép biến đổi như Fourier, Cosin rời rạc hay wavelet (sóng nhỏ rời rạc) Cácphép biến đổi này khá phức tạp về ý nghĩa cũng như cài đặt.

2.1.1.1 Phép biến đỗi Fourier rời rạc

Phép biến đổi Fourier rời rạc viết tắt là DFT (Discrete FourierTransform) là một công cụ toán học được dùng để chuyển cách biểu diễn tínhiệu và hệ thống rời rạc hoặc liên tục sang miền tần số rời rạc Thực chất củacách biểu diễn này là lấy từng điểm rời rạc trên vòng tròn đơn vị trong mặtphẳng z để biểu diễn Việc biểu diễn trong miền tần số rời rạc đặc biệt hiệuquả khi xuất hiện các thuật toán tính toán nhanh DFT ta gọi là phép biến đổiFourier nhanh FFT(Fast Fourier Transform)

* Định nghĩa phép biến đổi Fourier rời rạc cho tín hiệu hai chiều (ảnh số)

Biến đổi Fourier rời rạc của một ảnh MxN:{u(m,n)} được định nghĩanhư sau:

v(k,l)= Y j 1 ỵ j u((m,n)wị m w^ Với 0<=1, k<=N-l

Và biến đổi ngược:

Với 0<=m, n<=N-l

N k =0 /=0

2.1.1.2 Phép biến đổi sóng nhỏ rời rạc

Đây là phép biến đổi mới nhất áp dụng cho ảnh số Ý tưởng của DWT(Discrete wavelet transform) cho tín hiệu một chiều như sau: Tín hiệu đượcchia thành hai phần, phàn tần số cao và phần tần số thấp Hầu hết năng lượngđược tập trung ở phần góc cạnh hoặc có kết cấu và thuộc thành phần có tần sốcao Thành phàn có tần số thấp lại được chia thành hai phần có tần số cao vàtần số thấp Với các bài toán nén và thủy vân ta chỉ cần áp dụng không quá 5lần bước phân chia trên Ngoài ra từ các hệ số DWT, ta có thể tạo lại ảnh banđầu bằng quá trình DWT ngược hay IDWT

Ta có thể mô tả bằng toán học DWT và IDWT như sau:

H(<í>) = £ Và &.a) = ỵ gk e- jkw

DANH MUC CÁC HÌNH

Là lọc thông thấp và lọc thông cao tương ứng, mà thỏa mãn một vàiđiều kiện cho việc tái xây dựng ảnh ban đầu Một tín hiệu F(n) có thể đượcphân tích đệ quy như sau:

số của tín hiệu F(n), với /l g w (k) là phần phân giải nhỏ nhất (xấp xỉ) của F(n) và

fj high (k) là phần chi tiết của F(n) tại các giải tần khác nhau Tín hiệu ban đầu

F(n) có thể được xây dựng lại từ các hệ số DWT bằng cách đệ quy như sau:

/ ; w ( n ) = ỵ h n _ 2 k//_, + X gn-2k/,T(k)

Để đảm bảo quan hệ giữa DWT và IDWT thì H(ứ>) và G((ữ) phải thỏa

mãn điều kiện trực giao sau: |H(iö)|2 +1 G(íô)|2 =1

Biến đổi DWT và IDWT cho mảng hai chiều MxN có thể được địnhnghĩa tương tự bằng cách thực hiện các biến đổi một chiều DWT và IDWTcho mỗi chiều tương ứng

Biến đổi sóng có rất nhiều lợi thế so với các biến đổi khác, đó chính là:

- Biến đổi sóng lăn là một mô tả đa độ phân giải của ảnh Quá trình giải

mã có thể được xử lý tuần tự từ độ phân giải thấp cho đến độ phân giải cao

- Biến đổi DWT gàn gũi với hệ thống thị giác người hơn biến đổi DCT

vì vậy, có thể nén với tỉ lệ cao bằng DWT mà sự biến đổi ảnh khó nhận thấyhơn nếu dùng DCT với tỉ lệ tương tự

- Biến đổi sóng tạo ra một cấu trúc được gọi là biểu diễn tỉ lệ không

gian (scale-space representation)

2.I.I.3 Phép biến đổi cosin rời rạc

Biến đổi cosin rời rạc viết tắt là DCT (Discrete Cosin Transform) đượcđưa ra bởi Ahmed và các đồng nghiệp của ông vào năm 1974 Từ đó cho đếnnay, nó được sử dụng rất phổ biến trong nhiều kỹ thuật xử lý ảnh số nói riêng

và xử lý tín hiệu số nói chung Trong các kỹ thuật thủy vân ảnh dựa trên phépbiến đổi dữ liệu ảnh sang miền tần số cho phép biến đổi DCT cũng được sửdụng nhiều nhất Lý do bởi đây là phép biến đổi DCT đã được dùng trongdạng chuẩn ảnh JPEG Neu áp dụng DCT thì cũng theo chuẩn của JPEG và do

đó sẽ tránh được mất thủy vân do phép nén JPEG

* Định nghĩa biến đỗi cosỉn ròi rạc hai chiều:

Biến đổi DCT hai chiều tổng quát là biến đổi trên khối hai chiều bất kỳM*N, trong đó các khối kích thước 8x8, 16x16 được sử dụng nhiều nhất Tuynhiên, chúng ta sẽ tìm hiểu phép biến đổi DCT trên khối 8x8 được sử dụngtrong chuẩn nén ảnh JPG

* Đặc điểm của phép biến đỗi DCT trên ảnh hai chiều:

- Thể hiện về đặc tính nội dung về tằn số của thông tin ảnh Hệ số góc

trên là số lớn đặc trưng cho giá trị trung bình, thành phàn một chiều gọi là hệ

số DC, còn các hệ số khác có giá trị nhỏ hơn biểu diễn cho các thành phần tần

số cao theo hướng ngang và theo hướng thẳng đứng gọi là các hệ số AC

Hình 2.1 Ânh gốc và năng lượng phân bỗ của ảnh qua phép biến đỏi DCT

- Bản thân biến đổi DCT không nén được dữ liệu vì cũng sinh ra 64 hệ

số

- Khi biến đổi chi tiết giữa các điểm ảnh càng lớn theo một hướng nào

đó trong khối các điểm ảnh, hướng ngang, hướng thẳng đứng hay theo hướngchéo, thì tương ứng theo các hướng đó, các hệ số biến đổi DCT cũng lớn

Phép biến đổi thuận DCT 8x8 được định nghĩa như sau:

m j )

trong khối ảnh Điều đó cho phép biểu diễn thích hợp ở miền DCT có các

hệ số DCT có xu hướng có phần dư thừa ít hơn.

- Khối hệ số DCT có thể chia thành 3 miền, miền tần số thấp, chứa các thông tin quan trọng ảnh hưởng đến tri giác, miền tần số giữa và miền tần số cao Các thông tin trong miền tần số cao thường không mang tính tri giác cao, khi nén JPEG thì thường loại bỏ thông tin ừong miền này.

(a)

(b)

(c)

Hình 2*2 Phân chia 3 miền tần số ảnh của phép biến đồi DCT

(a) Miền tần số thấp, (b) Miền tần số ở giữa, (c) Miền tần số

cao

Trong các thuật toán thủy vân, miền hệ số DCT tần số cao thường không được sử dụng do nó thường không bền vững với các phép xử lý ảnh; hoặc nén ảnh JPEG Miền tần số thấp cũng khổ được sử dụng do một

sự thay đổi dù nhỏ ưong miền này cũng dẫn đến chất lượng tri giác của ảnh Vỉ vậy, miền tần số ở giữa hay được sử dụng nhiều nhất và cũng cho kết quả tốt nhất Trong thuật toán đề xuất cũng sử dụng miền tần số ở giữa.

2.1.2 Kỹ thuật sỉnh chuỗi gỉả ngẫu nhỉên

Như đã trình bày ở phần ứên, thủy vân có thể là ảnh, text hay một chuỗi bit được sinh ngẫu nhiên Kỹ thuật sinh chuỗi giả ngẫu nhiên thường được sử dụng để tạo thủy vân dựa trên phương pháp thống kê Tại

sao lại là già ngẫu nhiên (pseudo-random)? Vì không có cách nào để tạo ra các chuỗi ngẫu nhiên thực sự từ một máy vi tính Một khi chương trình đó ta

viết ra, thì chắc chắn số nó tạo ra có thể suy luận được Phương pháp tốt nhất ta

hy vọng là viết các chương trình để tạo ra các chuỗi số có được nhiều thuộctính giống như các số ngẫu nhiên

2.1.3 Các kỹ thuật trải phổ trong truyền thông

Kỹ thuật trải phổ trong truyền thông (spread-spectrum communication)

có thể được mô tả một cách sơ lược như sau:

Từ một máy phát A muốn truyền một thông tin M trên một kênh truyềnđến máy thu B, người ta chia thông tin M ra thành n gói thông tin nhỏ{sl,s2, sn}, trước khi đưa lên kênh truyền dẫn mỗi gói tin nhỏ si được trải phổbằng một mã trải phổ giả nhiễu Mã trải phổ giả nhiễu này phải được xác định

và cung cấp cho bên thu để bên thu nén phổ để lấy tin ra Kết quả của việc trảiphổ là phổ của tín hiệu được trải rộng ra gấp hàng trăm lần so với ban đàu vàmật độ năng lượng phổ cũng thấp xuống làm cho giống nhiễu Công việc này

có một số ích lợi sau đây:

• Thứ nhất, thông tin thường có giải tần thấp dễ bị giao thoa với sóngkhác

• Thứ hai, đảm bảo độ an toàn truyền tin tránh bị các máy thu kháckhông chủ đích thu được tín hiệu

• Thứ ba, trải phổ có tác dụng nhiều người dùng chung một giải băngtần

Đến đầu thu, nhờ có mã giả nhiễu, máy thu sẽ thực hiện việc đồng bộhóa Việc đồng bộ hóa bao gồm hai giai đoạn đó là giai đoạn bắt chuỗi và bámchuỗi để tìm ra đúng pha của mã trải phổ giả ngẫu nhiên Sau khi tìm đượcđúng mã trải phổ giả ngẫu nhiên thì thực hiện công việc nén phổ để thu đượcgói thông tin ban đầu Các gói thông tin lại được kết hợp với nhau để thu đượcthông điệp M

chung nhất đối với thủy vân số đó là thuộc tính ẩn và thuộc tính bến vững,nhưng hai thuộc tính này như có một cái gì đó mâu thuẫn nhau Thuộc tính ẩn

có nghĩa là nói đến những tín hiệu thủy vân phải có năng lượng nhỏ để tránhđược những tri giác bình thường trong khi đó thuộc tính bền vững lại nói đếncác tín hiệu phải đủ lớn để có thể phát hiện ra sự tồn tại của thủy vân và lấy rađược từ nguồn chứa

Ta có thể coi quá trình truyền đối tượng đã được nhúng thủy vân dưới sựtác động của các tấn công bên ngoài cũng giống như truyền dữ liệu trong môitrường không tin cậy Tiến trình nhúng thủy vân cũng giống như tiến trình mãkênh (chanel coding) Giải mã để lấy thủy vân cũng giống như tiến trình xử lý

ở bên nhận thông tin trong một phiên truyền thông

Nhiều kỹ thuật và công cụ để nâng cao truyền thông cũng có thể được ápdụng để nâng cao độ bền vững của thủy vân Sẽ rất thuận tiện nếu ta sử dụngnhững lý thuyết truyền thông để áp dụng cho thủy vân số

2.1.4 Các thuật toán kiểm định thủy vân

Đây là kỹ thuật con được sử dụng sau cùng trong kỹ thuật thủy vân.Thủy vân được nhúng sau khi giải mã sẽ được so sánh để kiểm định, chứngthực thủy vân Có những thủy vân nhìn thấy được và mang ý nghĩa nhận biếtthì công việc trở nên quá đơn giản chẳng hạn như thủy vân là một chuỗi mãASCII mang thông tin nào đó như tên tác giả, ngày tháng thì khi giải mãcũng dễ dàng nhận biết thông tin

Tuy nhiên, trong một số trường họp thì thủy vân là một chuỗi bít nào đó,thủy vân chuỗi bít mang ý nghĩa thống kê nên nó cũng thường được sử dụng.Vậy thì khi đó công việc nhận diện thủy vân sẽ không đơn giản Hoặc ngay cảtrong trường hợp thủy vân là những thông tin mang ý nghĩa nhận biết được thìcũng phải có kỹ thuật để kiểm định lượng thủy vân

2.2 Các thuật toán thủy vân ảnh số dựa vào các phép biến đổi rời rạc