Nghiên cứu một số phương pháp thủy vân bền vững dựa trên các biến đổi ma trận SVD và QR

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ =======   ======= NGUYỄN NGỌC HƯNG NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THỦY VÂN BỀN VỮNG DỰA TRÊN CÁC BIẾN ĐỔI MA TRẬN SVD VÀ QR LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội – 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ =======   ======= NGUYỄN NGỌC HƯNG NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THỦY VÂN BỀN VỮNG DỰA TRÊN CÁC BIẾN ĐỔI MA TRẬN SVD VÀ QR Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Kỹ thuật phần mềm Mã số: 60480103 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Phạm Văn Ất Hà Nội - 2014 Trang LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn nội dung luận văn tự sưu tầm, biên soạn nghiên cứu Nội dung luận văn chưa khác công bố hay xuất hình thức không chép từ công trình nghiên cứu Toàn mã nguồn chương trình hoàn toàn tự tay viết chỉnh sửa hướng dẫn thầy giáo hướng dẫn, kết thử nghiệm hoàn toàn tìm hiểu thực Nếu sai xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày 24 tháng 10 năm 2014 Học viên Nguyễn Ngọc Hưng Trang LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Phạm Văn Ất – Khoa Công nghệ thông tin, trường Đại học Giao thông vận tải Hà Nội người trực tiếp hướng dẫn, bảo tận tình hết lòng giúp đỡ suốt thời gian làm luận văn Xin cảm ơn anh, chị bạn đồng nghiệp nhóm nghiên cứu an toàn bảo mật thông tin thầy Phạm Văn Ất hướng dẫn có góp ý quý báu trình nghiên cứu trình bày luận văn Xin cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Công nghệ thông tin – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, toàn thể anh, chị đồng nghiệp phòng Tin học Viễn thông giúp đỡ, tạo điều kiện thời gian, vật chất tinh thần để hoàn thành khóa học Tôi chân thành cảm ơn người thân gia đình, bạn bè động viên tạo điều kiện giúp trình học tập, công tác sống Cuối xin gửi lời chúc sức khỏe thành công tới tất quý thầy cô gia đình toàn thể bạn Hà Nội, ngày 24 tháng 10 năm 2014 Học viên Nguyễn Ngọc Hưng Trang MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU CÁC KHÁI NIỆM CƠ SỞ 11 1.1 Ảnh số 11 1.1.1 Khái niệm phân loại ảnh số 11 1.1.2 Điểm ảnh 11 1.1.3 Màu mô hình màu 13 1.1.4 Histogram 15 1.1.5 Định dạng ảnh 16 1.2 Các phép biến đổi ma trận 18 1.2.1 Biến đổi Cosine rời rạc DCT 18 1.2.2 Biến đổi Wavelet rời rạc DWT 20 1.2.3 Biến đổi SVD 21 1.2.4 Biến đổi QR 22 1.3 Một số phân phối xác suất thường dùng 23 1.3.1 Phân phối chuẩn .23 1.3.2 Phân phối 24 1.3.3 Phân phối nhị thức 24 1.4 Giấu tin .25 1.4.1 Khái niệm giấu tin .25 1.4.2 Giấu tin miền không gian 27 1.4.3 Giấu tin miền biến đổi 27 1.5 Thủy vân số 28 1.5.1 Khái niệm 28 Trang 1.5.2 Phân loại 28 1.5.3 Các yêu cầu hệ thống thủy vân 30 1.5.4 Mô hình thủy vân 30 1.5.5 Tấn công thủy vân 31 1.5.6 Đánh giá chất lượng thủy vân 31 1.5.7 Ứng dụng thủy vân 33 MỘT SỐ LƯỢC ĐỒ THỦY VÂN DỰA TRÊN PHÉP BIẾN ĐỔI SVD QR 35 2.1 Lược đồ thủy vân SVD-1 35 2.1.1 Ý tưởng 35 2.1.2 Quá trình nhúng thủy vân 36 2.1.3 Quá trình trích thủy vân 38 2.1.4 Một số nhận xét lược đồ SVD-1 38 2.2 Lược đồ thủy vân SVD-n 38 2.2.1 Ý tưởng 38 2.2.2 Quá trình nhúng thủy vân 39 2.2.3 Quá trình trích thủy vân 39 2.2.4 Một số nhận xét lược đồ SVD-n 40 2.3 Lược đồ QR-1 40 2.3.1 Ý tưởng 40 2.3.2 Quá trình nhúng thủy vân 41 2.3.3 Quá trình trích thủy vân 41 2.3.4 Một số nhận xét lược đồ QR-1 42 2.4 Lược đồ QR-n 42 2.4.1 Ý tưởng 42 2.4.2 Quá trình nhúng thủy vân 43 2.4.3 Quá trình trích thủy vân 43 2.4.4 Một số nhận xét lược đồ QR-n 43 MỘT SỐ NHẬN XÉT VỀ LƯỢC ĐỒ THỦY VÂN ĐỀ XUẤT VÀ KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM 45 3.1 Một số nhận xét 45 3.1.1 Tốc độ thực 45 Trang 3.1.2 Khả lựa chọn phần tử nhúng thủy vân .45 3.1.3 Chất lượng ảnh sau nhúng thủy vân .46 3.2 Kết thử nghiệm 47 3.2.1 Bộ ảnh thử nghiệm 47 3.2.2 So sánh tính bền vững lược đồ thủy vân 48 3.2.3 So sánh SVD-1 QR-1 vị trí nhúng thủy vân khác .50 KẾT LUẬN 54 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 PHỤ LỤC 58 Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Diễn giải Ý nghĩa Singular Value Decomposition Biến đổi SVD QR Decomposition Biến đổi QR NMF Non-negative Matrix Factorization Thừa số hóa ma trận không âm DCT Discrete Cosine Transform Biến đổi Cosine rời rạc IDCT Invert Discrete Cosine Transform Biến đổi ngược DCT DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Forier rời rạc IDFT Invert Discrete Fourier Transform Biến đổi ngược DFT DWT Discrete Wavelet Transform Biến đổi Wavelet rời rạc IDWT Invert Discrete Wavelet Transform Biến đổi ngược DWT Fourier Transfer Biến đổi Fourier SVD QR FT Trang DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Chất lượng ảnh lược đồ thuỷ vân (dấu thủy vân logo trường Đại học Công nghệ) .48 Bảng 3.2 Giá trị Err lược đồ thủy vân (dấu thủy vân logo trường Đại học Công nghệ) 50 Bảng 3.3 Giá trị Err theo lược đồ SVD-1 QR-1 vị trí nhúng khác (dấu thủy vân logo trường Đại học Công nghệ) 52 Bảng 3.4 Giá trị Err lược đồ thủy vân (dấu thủy vân log Viện Công nghệ thông tin) .53 Trang DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Biểu diễn điểm ảnh ảnh số 12 Hình 1.2 Tổ hợp màu Red-Green-Blue hệ màu RGB 13 Hình 1.3 Tổ hợp màu mô hình màu CMYK 14 Hình 1.4 Mặt phẳng màu U-V giá trị Y = 0.5 .15 Hình 1.5 Biểu đồ histogram ảnh đa cấp xám Lena .16 Hình 1.6 Cấu trúc tệp ảnh bitmap 16 Hình 1.7 Hàm mật độ xác suất trường hợp khác 24 Hình 1.8 Sơ đồ trình giấu tin 26 Hình 1.9 Sơ đồ trình giải mã tin giấu 26 Hình 1.10 Phân loại kỹ thuật thủy vân 29 Hình 1.11 Mô hình hệ thống thủy vân 30 Hình 3.1 Bộ ảnh thử nghiệm 48 Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn giá trị Err 53 Trang 48 3.1.e) logo trường Đại học Công nghệ (Hình 3.1.f) (đều ảnh nhị phân kích thước 32×32) (a) (b) (c) Hình 3.1 Bộ ảnh thử nghiệm (d) (e) (f) a)Ảnh Baboon, b)Lena, c)Pepper, d)Airplane e)Ảnh logo Viện CNTT, f)Ảnh logo trường Đại học Công nghệ 3.2.2 So sánh tính bền vững lược đồ thủy vân Mục đích thử nghiệm so sánh tính bền vững lược đồ: SVD-1, SVD-N, SW hai lược đồ đề xuất QR-1, QR-N trước bốn phép công (biến đổi ảnh): thêm nhiễu, làm mờ, nén JPEG, lọc trung vị Đối với lược đồ thủy vân hai đặc trưng chất lượng ảnh tính bền vững có tính chất đối nghịch Nói cách khác, chất lượng ảnh cao tính bền vững giảm ngược lại Vì để việc so sánh xác, thử nghiệm chọn tham số cho chất lượng ảnh thủy vân (giá trị Diff) lược đồ tương đương Bảng 3.1 Các tham số chọn cụ thể sau: với SVD-1, SVD-N hệ số lượng tử q=16, với SW ngưỡng τ =0.005, với QR1, QR-N hệ số lượng tử q=40 Giá trị Diff (Diff nhỏ chất lượng cao) Ảnh SVD-1 SVD-N SW QR-N QR-1 Lena 0.4429 0.4406 0.3478 0.4032 0.4259 Baboon 0.4790 0.4283 0.8604 0.4083 0.4252 Pepper 0.4899 0.4317 0.3691 0.3992 0.3742 Airplane 0.4740 0.4384 0.4720 0.4360 0.5655 Bảng 3.1 Chất lượng ảnh lược đồ thuỷ vân (dấu thủy vân logo trường Đại học Công nghệ) Tính bền vững lược đồ thủy vân trước phép công đo giá trị Err công thức (1.3) giá trị thống kê Bảng 3.2 bên dưới: Ảnh Biến đổi Baboon Thêm nhiễu Hệ số SVD-1 SVD-N SW QR-N QR-1 1% 0.0088 0.0303 0.0039 3% 0.0368 0.4658 0.1328 0.1660 Trang 49 Làm mờ Nén JPEG Lọc trung vị Nhiễu Làm mờ Lena Nén JPEG Lọc trung vị Nhiễu Làm mờ Pepper Nén JPEG Lọc trung vị Nhiễu Airplane Làm mờ 5% 0.3046 0.5205 0.1953 0.3857 0.0068 r =1px 0.4638 0.5146 0.2402 0.3867 0.3057 r =3px 0.5655 0.5791 0.3682 0.4990 0.4521 10 0.1822 0.6729 0.2686 0.2871 0.0176 30 0.0931 0.5400 0.1670 0.1582 60 0.2764 0.1006 0.0039 r =1px 0.1613 0.5117 0.4453 0.3730 0.2881 r =2px 0.3116 0.5400 0.4072 0.3858 0.3653 1% 0.0273 0.0986 0.0020 3% 0.0986 0.4385 0.2354 0.1563 5% 0.3330 0.5656 0.3301 0.3750 0.0059 r =1px 0.3154 0.3994 0.2686 0.2900 0.2802 r =3px 0.5170 0.4619 0.3330 0.4766 0.4336 10 0.1463 0.4512 0.3193 0.2412 0.0117 30 0.0645 0.3516 0.2432 0.0997 60 0.0840 0.1182 0 r =1px 0.1309 0.2559 0.4023 0.2998 0.1465 r =2px 0.2266 0.4199 0.3916 0.4258 0.3594 1% 0.0186 0.0918 0.0088 0.0049 3% 0.0368 0.3254 0.2412 0.2012 0.0088 5% 0.3438 0.3672 0.3418 0.3896 0.0137 r =1px 0.4203 0.4727 0.2617 0.3486 0.2773 r =3px 0.5362 0.4854 0.4395 0.5049 0.4883 10 0.1885 0.5205 0.3643 0.2861 0.0225 30 0.0425 0.3193 0.2686 0.1631 0.0078 60 0.0449 0.1260 0.0127 r =1px 0.1019 0.2588 0.4189 0.2939 0.1211 r =2px 0.2365 0.4473 0.4326 0.3994 0.2705 1% 0.0576 0.0537 0.0068 3% 0.0155 0.3090 0.2158 0.1807 5% 0.3008 0.4707 0.2773 0.3691 0.0059 r =1 px 0.4002 0.3682 0.2588 0.2910 0.3418 r =3 px 0.4932 0.4766 0.4033 0.4268 0.4668 Trang 50 Nén JPEG 10 0.1645 0.4502 0.3271 0.2539 0.0127 30 0.0320 0.3086 0.2451 0.0879 60 0.0459 0.0791 0.0059 r =1 px 0.1365 0.2588 0.4297 0.2139 0.4023 Lọc trung vị r =2 px 0.2402 0.3428 0.4287 0.2939 0.4844 Bảng 3.2 Giá trị Err lược đồ thủy vân (dấu thủy vân logo trường Đại học Công nghệ) Từ Bảng 3.2 rút kết luận sau: - Lược đồ QR-1 SVD-1: Trước phép công lọc trung vị SVD-1 bền vững QR-1 Tuy nhiên, ba phép công lại QR-1 bền vững SVD-1 - Lược đồ QR-1 SW: Trước phép công làm mờ SW bền vững QR-1 Tuy nhiên, ba phép công lại QR-1 bền vững SW - Lược đồ QR-N SVD-N: Tính bền vững hai lược đồ thấp so với ba lược đồ SVD-1, SW QR-1 3.2.3 So sánh SVD-1 QR-1 vị trí nhúng thủy vân khác Bảng 3.3 thống kê giá trị Err phương án SVD-1 (nhúng D(1,1) D(2,2)) phương án QR-1 (nhúng R(1,1) R(1,8)) Kết Bảng 3.3 cho thấy: Với lược đồ SVD-1 nhúng D(2,2) có tính bền vững thấp hẳn nhúng D(1,1), với lược đồ QR-1 nhúng R(1,8) có tính bền vững nhúng R(1,1) Điều phù hợp với phân tích mục 2.3.4 Ảnh Biến đổi Nhiễu Làm mờ Baboon Nén JPEG Hệ số SVD-1 (1,1) SVD-1 (2,2) QR-1 (1,1) QR-1 (1,8) 1% 0.0105 0 3% 0.0368 0.1622 0 5% 0.3046 0.4389 0.0068 0.0098 r =1 px 0.4638 0.4776 0.3057 0.3281 r =3 px 0.5655 0.5956 0.4521 0.4609 10 0.1822 0.2335 0.0176 0.0127 30 0.0931 0.1237 0 60 0.0301 0 r =1 px 0.1613 0.3416 0.2881 0.3164 Trang 51 Lọc trung vị Nhiễu Làm mờ r =2 px 0.3116 0.5489 0.4072 0.4189 1% 0.0415 0 3% 0.0986 0.1563 0 5% 0.3330 0.4961 0.0059 0.0078 r =1 px 0.3154 0.4545 0.2802 0.2773 r =3 px 0.5170 0.6032 0.4336 0.4150 10 0.1463 0.1866 0.0117 0.0215 30 0.0645 0.0693 0 60 0.0146 0 r =1 px 0.1309 0.3672 0.2998 0.2842 r =2 px 0.2266 0.5264 0.3594 0.3750 1% 0.0539 0.0049 0.0098 3% 0.0368 0.1279 0.0088 0.0117 5% 0.3438 0.4824 0.0137 0.0166 r =1 px 0.4203 0.5036 0.2773 0.2715 r =3 px 0.5362 0.5826 0.4883 0.4795 10 0.1885 0.2163 0.2861 0.0313 30 0.0425 0.0993 0.1631 0.0127 60 0.0246 0.0127 r =1 px 0.1019 0.3089 0.1211 0.3223 r =2 px 0.2365 0.4993 0.2705 0.4043 1% 0.0020 0.0068 3% 0.0155 0.1057 0.1807 5% 0.3008 0.4915 0.3691 0.0137 r =1 px 0.4002 0.5169 0.2588 0.3125 r =3 px 0.4932 0.5910 0.4268 0.4609 10 0.1645 0.2015 0.2539 0.0098 Lena Nén JPEG Lọc trung vị Nhiễu Làm mờ Pepper Nén JPEG Lọc trung vị Nhiễu Airplane Làm mờ Trang 52 Nén JPEG 30 0.0320 0.0907 0.0879 60 0.0106 0.0059 Lọc trung vị r =1 px 0.1365 0.3114 0.2139 0.3975 r =2 px 0.2402 0.4802 0.2939 0.4688 Bảng 3.3 Giá trị Err theo lược đồ SVD-1 QR-1 vị trí nhúng khác (dấu thủy vân logo trường Đại học Công nghệ) Bảng 3.4 thống kê giá trị Err lược đồ thủy vân với dấu thủy vân logo Viện Công nghệ thông tin – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Kết hoàn toàn với nhận xét mục 3.2.2 Ảnh Biến đổi Hệ số SVD-1 SVD-N SW QR-N QR-1 1% 0.3945 0.5225 0.1992 0.1680 2% 0.4961 0.4980 0.2930 0.3193 0.0098 3% 0.4863 0.4766 0.2871 0.3887 0.0186 Làm mờ r =1 px 0.4316 0.5410 0.3506 0.3037 0.3770 r =2 px 0.4492 0.5430 0.4346 0.3730 0.5059 Lọc trung vị r =2 px 0.3311 0.3750 0.2393 0.2900 0.2158 r =5 px 0.3545 0.6172 0.4473 0.3311 0.4443 1% 0.3936 0.4990 0.1384 0.1738 2% 0.4775 0.4893 0.1768 0.3320 0.0059 3% 0.4863 0.5010 0.2041 0.4258 0.0117 Làm mờ r =1 px 0.4883 0.5010 0.3574 0.4658 0.3564 r =2 px 0.4971 0.4805 0.4316 0.5000 0.4795 Lọc trung vị r =2 px 0.4590 0.5371 0.3008 0.4404 0.2314 r =5 px 0.4902 0.4756 0.4834 0.4590 0.4258 1% 0.3965 0.5254 0.2520 0.1621 2% 0.4961 0.5117 0.2949 0.3311 0.0098 3% 0.4912 0.4854 0.3408 0.3760 0.0225 Làm mờ r =1 px 0.4668 0.5352 0.3779 0.4297 0.3730 r =2 px 0.4834 0.5498 0.4482 0.4336 0.4834 Lọc trung vị r =2 px 0.4102 0.4014 0.2949 0.2705 0.2324 r =5 px 0.3779 0.5996 0.4473 0.4102 0.3809 Nhiễu 1% 0.4141 0.4668 0.2471 0.1973 0.0107 Thêm nhiễu Airplane Nhiễu Baboon Nhiễu Lena Pepper Trang 53 2% 0.4736 0.4990 0.3154 0.3398 0.0176 3% 0.4971 0.4990 0.3145 0.3984 0.0273 Làm mờ r =1 px 0.5000 0.5273 0.3994 0.4053 0.3281 r =2 px 0.5107 0.4902 0.4746 0.4277 0.4287 Lọc trung vị r =2 px 0.4277 0.4268 0.3174 0.2871 0.2236 r =5 px 0.3809 0.6104 0.4648 0.4277 0.3616 Bảng 3.4 Giá trị Err lược đồ thủy vân (dấu thủy vân log Viện Công nghệ thông tin) Dưới đồ thị biểu diễn giá trị Err phương pháp thủy vân trường hợp công nhiễu với hệ số 1% dấu thủy vân logo Viện Công nghệ thông tin Nhìn vào đồ thị ta thấy rõ ràng giá trị Err lược đồ QR-1 QR-n nhỏ giá trị Err lược đồ SVD-1, SVD-n, SW Điều chứng tỏ lược đồ QR-1 QRn đề xuất bền vững lược đồ SVD-1, SVD-n SW Đồ thị giá trị Err lược đồ thủy vân 0.6000 0.5000 0.4000 0.3000 0.2000 0.1000 0.0000 SVD-1 SVD-n Airplane SW Baboon QR-n Lena QR-1 Pepper Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn giá trị Err Kết thực nghiệm ảnh chuẩn bốn phép công cho thấy: Với tham số chọn để chất lượng ảnh thủy vân lược đồ tương đương tính bền vững QR-1 tốt SVD-1 SW trước số phép công Ngoài ra, lược đồ đề xuất chọn phần tử hàng đầu R để nhúng thuỷ vân mà không thay đổi tính bền vững, lược đồ SVD-1 bền vững chọn phần tử đường chéo ma trận D Nên lược đồ QR-1 thiết kế việc chọn phần tử để nhúng thuỷ vân cách ngẫu nhiên theo khoá nguyên nhị phân để nâng cao tính bảo mật Trang 54 KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu tài liệu, với giúp đỡ tận tình thầy giáo hướng dẫn cố gắng thân, luận văn thực theo nội dung yêu cầu đề Trong suốt trình nghiên cứu thực luận văn này, thân tiếp thu số kiến thức kết sau: - Tìm hiểu số kiến thức xử lý ảnh, giấu tin, thủy vân số Tìm hiều số lược đồ thủy vân dựa phép biến đổi ma trận SVD, QR Đề xuất hai lược đồ thủy vân dựa phép biến đổi QR Các lược đồ có nhiều ưu điểm so với số lược đồ dựa biến đổi SVD Tuy nhiên, thời gian khả có hạn, luận văn số hạn chế thiếu sót sau: - Chưa đưa đưa khóa vào lược đồ thủy vân để nâng cao tính bảo mật Chưa thực thử nghiệm với nhiều liệu nhiều trường hợp để so sánh kết Hiện nay, có nhiều phương pháp thủy vân miền tần số sử dụng biến đổi DCT, DWT, NMF,… Hơn nữa, thủy vân số không ứng dụng ảnh số mà liệu khác như: audio, video, database,… việc nghiên cứu lược đồ thủy vân hướng nghiên cứu tác giả Trang 55 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN  Trần Đăng Hiên, Đỗ Văn Tuấn, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Văn Ất, “Một số lược đồ thủy vân dựa phân tích QR”, Các công trình nghiên cứu, phát triển ứng dụng CNTT-TT, Tập V-1, Số 10 (30), tháng 12/2013 Trang 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Phan Đình Diệu (2006), Lý thuyết mật mã An toàn thông tin, NXB ĐHQG HN [2] Nguyễn Quang Hoan (2006), Giáo trình xử lý ảnh, Học viện Công nghệ Bưu viễn thông [3] Lương Mạnh Bá, Nguyễn Thanh Thuỷ (2003), Nhập môn xử lý ảnh số, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Tiếng Anh [4] P Bao, X Ma, "Image adaptive watermarking using wavelet domain singular value decomposition", IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, pp 96-102, 2005 [5] Bhatnagar, Gaurav, and Balasubramanian Raman, "A new robust reference watermarking scheme based on DWT-SVD", Computer Standards & Interfaces, pp 1002-1013, 2009 [6] C C Chang, P Tsai, C C Lin, “SVD-based digital image watermarking scheme”, Pattern Recognition Letters, Volume 26, Issue 10, pp 1577-1586, July 2005 [7] B Chen and G W Wornell, “Quantization index modulation: a class of provably good methods for digital watermarking and information embedding”, IEEE Trans Inform Theory, vol 47, no 4, pp 1423–1443, May 2001 [8] H Chen, and Y Zhu, “A robust watermarking algorithm based on QR factorization and DCT using quantization index modulation technique”, Journal of Zhejiang University SCIENCE C, pp 573-584, 2012 [9] K L Chung, W N Yang, Y H Huang, S T Wu, & Y C Hsu, “SVD-based watermarking algorithm”, Applied Mathematics and Computation, 188(1), 54-57, 2007 [10] U M Gokhale, and Y V Joshi, "A Semi Fragile Watermarking Algorithm Based on SVD-IWT for Image Authentication", International Journal of Advanced Research in Computer and Communication Engineering, Vol 1, Issue 4, June 2012 [11] G.H Golub, C.F.V Loan, Matrix Computations, third ed., Johns Hopkins University Press, Baltimore MD, 1996 [12] C C Lai,"An improved SVD-based watermarking scheme using human visual characteristics", Optics Communications, pp 938-944, 2011 [13] F Liu, Y Liu, "A watermarking algorithm for digital image based on DCT and SVD", in Proc Congr image and signal processing (CISP '08), vol 1, Sanya, Hainan, pp 380-383, May 2008 [14] R Liu and T Tan, “An SVD-based watermarking scheme for protecting rightful ownership”, IEEE Trans Multimedia., vol 4, no 1, pp 121–128, Mar 2002 [15] Naderahmadian Yashar and Saied Hosseini-Khayat, "Fast watermarking based on QR decomposition in wavelet domain", Intelligent Information Hiding and Multimedia Signal Processing (IIH-MSP), 2010 Sixth International Conference on IEEE, 2010 [16] D Salomon, Data Compression: The Complete Reference, 3rd ed., Springer, 2004 Trang 57 [17] W Song, J Hou, Z Li, L Huang, “Chaotic system and QR factorization based robust digital image watermarking algorithm”, J Cent South Univ Technol., 18(1):116-124, 2011 [18] D Stanescu, D Borca, V Groza, M Stratulat, "A hybrid watermarking technique using singular value decomposition", in Proc IEEE Int Workshop Haptic Audio visual Environments and Games (HAVE '08), Ottawa, Ont., pp 166-170, October 2008 [19] R Sun, H Sun, T Yao, “A SVD and quantization based semi-fragile watermarking technique for image authentication”, Proc Internat Conf Signal Process 2, pp 1952–1955, 2002 [20] X Sun, J Liu, J Sun, Q Zhang, W Ji, "A robust image watermarking scheme based on the relationship of SVD", in Proc Int Conf Intelligent Information Hiding and Multimedia Signal Processing (IIHMSP '08), Harbin, pp 731-734, August 2008 [21] X Zhu, J Zhao, H Xu, "A digital watermarking algorithm and implementation based on improved SVD", in Proc 18th Int Conf Pattern Recognition (ICPR '06), vol 3, Hong Kong, pp 651-656, 2006 [22] Gaurav Bhatnagar, Q.M Jonathan Wu, “A new logo watermarking based on redundant fractional wavelet transform”, Mathematical and Computer Modelling 58 (2013), pp 204–218 [23] Deerwester, S., et al, “Improving Information Retrieval with Latent Semantic Indexing”, Proceedings of the 51st Annual Meeting of the American Society for Information Science 25, 1988, pp 36–40 [24] Furnas, G W Landauer, T K Gomez, L M Dumais, S T (1987) "The vocabulary problem in human-system communication" Communications of the ACM 30 (11): 964 doi:10.1145/32206.32212 [25] Veysel Aslantas, Saban Ozer, Serkan Ozturk, “Improving the performance of DCTbased fragile watermarking using intelligent optimization algorithms”, Optics communications 282 (2009) 2806–2817 Trang 58 PHỤ LỤC  Mã nguồn tệp SVD-1.m function [ diff ] = SVD1( Ipath,Iformat,Wpath,Wformat,q ) Io = imread(Ipath,Iformat); I1 = rgb2ycbcr(Io); I = I1(:,:,1); [m,n] = size(I); Iw = zeros(m,n); sd = m/8; sc = n/8; W = imread(Wpath,Wformat); [m,n] = size(W); lengthW = m*n; stt = 1; for i = 1:sd for j = 1:sc if(stt > lengthW) break; end y = + (i-1)*8; x = + (j-1)*8; F(1:8,1:8) = I(y:y+7,x:x+7); if(mod(stt,32) == 0) m = stt/32; else m = + floor(stt/32); end n = mod(stt,32); if(n == 0) n = 32; end F = WaterMarking(F,W(m,n),q); Iw(y:y+7,x:x+7) = F(1:8,1:8); stt = stt+1 ; end end Iw = uint8(Iw); I1(:,:,1) = Iw; I2 = ycbcr2rgb(I1); diff = Diff(I2,Io) imwrite(I2,strcat(Ipath,'-SVD1-','maked.bmp'),'bmp'); end function [ A ] = WaterMarking( F,b,q ) % Nhung bit b vao khoi anh F voi he so luong tu q [U,D,V] = svd(double(F)); z = mod((D(1,1)),q); if (b == 0) if (z < 3*q/4) D(1,1) = D(1,1) + q/4 - z; else D(1,1) = D(1,1) + 5*q/4 - z; end else if (z < q/4) Trang 59 D(1,1) = D(1,1) - q/4 - z; else D(1,1) = D(1,1) + 3*q/4 - z; end end A = (U*D)*V'; end  Mã nguồn tệp SVD1Extracted.m function [ err ] = SVD1Extracted( Iwpath,Iwformat,Wopath,Woformat, attach ) I = imread(Iwpath , Iwformat); [m,n] = size(I); sd = m/8; sc = n/8; Wo = imread(Wopath,Woformat); We = Wo; lengthW = 1024; stt = 1; q = 16; for i = 1:sd for j = 1:sc if(stt > lengthW) break; end y = + (i-1)*8; x = + (j-1)*8; F(1:8,1:8) = I(y:y+7,x:x+7); if(mod(stt,32) ==0) m = stt/32; else m = + floor(stt/32); end n = mod(stt,32); if(n == 0) n = 32; end b = Extracted(F,q); We(m,n) = b; stt = stt+1; end end imwrite(We,strcat(Iwpath,'-SVD1-',attach,'extracted.bmp'),'bmp'); err = Err(Wo,We) end function [er] = Err(W1,W2) [m,n] = size(W1); sum = 0; t = m*n; for i=1:m for j=1:n sum = sum + xor(W1(i,j),W2(i,j)); end end er = sum/t; Trang 60 end function [ b ] = Extracted( F,q ) % Trich bit b da dau moi khoi anh F [U,D,V] = svd(double(F)); z = mod(uint16(D(1,1)),q); q = q/2; if (z < q) b = 0; else b = 1; end end  Mã nguồn hàm nhúng thủy vân thuật toán SVD-n khối ảnh function [ A ] = WaterMarking( F,b,q ) % Nhung bit b vao khoi anh F voi he so luong tu q [U,D,V] = svd(double(F)); x = 1; for i = 1:8 x = x+D(i,i); end k = floor(x/q); if(b == 1) if(mod(k,2)==1) k = k + 1; end else if(mod(k,2)==0) k = k + 1; end end x2 = q*k + q/2; x3 = x2/x; for i = 1:8 D(i,i) = D(i,i) * x3; end A = (U*D)*V'; end  Mã nguồn hàm trích thủy vân thuật toán SVD-n khối ảnh function [ b ] = Extracted( F,q ) % Trich bit b da dau moi khoi anh F [U,D,V] = svd(double(F)); x = 1; for i = 1:8 x = x+D(i,i); end k = floor(x/q); if (mod(k,2) == 1) b = 0; else b = 1; end end Trang 61  Mã nguồn hàm nhúng thủy vân thuật toán QR-1 khối ảnh function [ A ] = WaterMarking( F,b,q ) % Nhung bit b vao khoi anh F voi he so luong tu q [Q,R] = qr(double(F)); k = floor(R(1,1)/q); R(1,1) = k*q+xor(mod(k,2),b)*q; A = Q*R; End  Mã nguồn hàm trích thủy vân thuật toán QR-1 khối ảnh function [ b ] = Extracted( F,q ) % Trich bit b da dau moi khoi anh F [Q,R] = qr(double(F)); k = floor((R(1,1)+q/2)/q); b = mod(k,2); end  Mã nguồn hàm nhúng thủy vân thuật toán QR-n khối ảnh function [ A ] = WaterMarking( F,b,q ) % Nhung bit b vao khoi anh F voi he so luong tu q [Q,R] = qr(double(F)); x = 0; for i=1:8 x = x + R(1,i); end k = floor(x/q); x1 = k*q+xor(mod(k,2),b)*q; x2 = x1/x; for i=1:8 R(1,i) = x2*R(1,i); end A = Q*R; end  Mã nguồn hàm trích thủy vân thuật toán QR-n khối ảnh function [ b ] = Extracted( F,q ) % Trich bit b da dau moi khoi anh F [Q,R] = qr(double(F)); x = 0; for i=1:8 x = x + R(1,i); end k = floor((x+q/2)/q); b = mod(k,2); end  Hàm tính giá trị Err function [er] = Err(W1,W2) [m,n] = size(W1); sum = 0; t = m*n; Trang 62 for i=1:m for j=1:n sum = sum + xor(W1(i,j),W2(i,j)); end end er = sum/t; end  Hàm tính giá trị Diff function [dif] = Diff(I1,I2) I3 = double(I2) - double(I1); nor = norm(I3,1); [m,n] = size(I1); dif = nor/m/n; end [...]... về các kiến thức cơ bản về ảnh số, một số phép biến đổi ma trận, khái niệm về giấu tin và thủy vân số Chương 2: MỘT SỐ LƯỢC ĐỒ THỦY VÂN DỰA TRÊN PHÉP BIẾN ĐỔI SVD VÀ QR Trang 10 Chương 2 trình bày các kết quả nghiên cứu về thủy vân số dựa trên các phép biến đổi SVD và QR đã được công bố và đề xuất hai lược đồ thủy vân mới sử dụng biến đổi QR Chương 3: MỘT SỐ NHẬN XÉT VỀ LƯỢC ĐỒ THỦY VÂN ĐỀ XUẤT VÀ... thủy vân Thủy vân có thể là một chuỗi các ký tự, một hình ảnh, hay một logo nào đó Có thể chia thủy vân số thành hai nhóm là thủy vân dễ vỡ và thủy vân bền vững Thủy vân dễ vỡ là kỹ thuật nhúng thủy vân vào trong ảnh, sao cho nếu có một phép biến đổi nào làm thay đổi ảnh gốc thì thủy vân được giấu trong đó sẽ không còn nguyên vẹn như thủy vân gốc Ngược lại, với kỹ thuật thủy vân dễ vỡ là thủy vân bền. .. số (lượng thông tin này được gọi là thủy vân) Dựa trên mục đích sử dụng các lược đồ thủy vân được chia thành hai nhóm chính gồm thủy vân bền vững và thủy vân dễ vỡ Thủy vân bền vững và thủy vân dễ vỡ Thủy vân dễ vỡ là kỹ thuật nhúng thủy vân vào trong ảnh, khi có bất kì sự can thiệp hay thay đổi nào tới ảnh gốc thì dấu thủy vân sẽ không còn nguyên vẹn; kỹ thuật thủy vân này được ứng dụng trong bài toán... hay biến đổi phá hủy thủy vân Một yêu cầu lý tưởng đối với thủy vân bền vững là nếu muốn loại bỏ thủy vân này thì chỉ còn có cách duy nhất là phá hủy sản phẩm Thủy vân bền vững lại được chia thành hai loại là thủy vân ẩn và thủy vân hiện Thủy vân hiện là loại thủy vân được hiện lên ngay trên sản phẩm và người sử dụng có thể nhìn thấy được, ví dụ như các biểu tượng của các đài truyền hình trên các kênh... 1.2 Các phép biến đổi ma trận Như chúng ta đã biết, ảnh số được lưu dưới dạng các ma trận điểm ảnh Do đó, các phép biến đổi ảnh số thực chất là các phép biến đổi trên các ma trận Trong mục này, ta xét các phép biến đổi ma trận được sử dụng nhiều trong xử lý ảnh Các phép biến đổi này thường trả về những nét đặc trưng nhất của ảnh, qua đó có thể sử dụng các đặc trưng này để tiến hành xử lý ảnh 1.2.1 Biến. .. 2 ma trận thực như sau [8, trang 223]: 𝑌 =𝑄×𝑅 Trong đó: 𝑄 là ma trận trực chuẩn cấp 𝑚 × 𝑚 𝑅 là ma trận tam giác trên cấp 𝑚 × 𝑛 Tính chất Phép biến đổi QR cũng giống như DCT, DWT là các phép biến đổi ma trận trực giao và có cùng một tính chất quan trọng là tập trung năng lượng ảnh vào một số phần tử cố định của miền biến đổi Năng lượng ảnh tập trung vào hàng đầu của ma trận R trong phép biến đổi QR Các. .. hiệu và miền giá trị rời rạc trong miền biến số mới này, nếu cần thiết có thể dùng phép biến đổi ngược lại để đưa ảnh về miền biến số độc lập Phương pháp biến đổi gián tiếp làm đơn giản rất nhiều các công việc gặp phải khi dùng phương pháp biến đổi trực tiếp trong miền biến số độc lập Có một số phương pháp biến đổi phổ biến hiện nay như: Fourier, Cosine rời rạc (DCT), Wavelet là những phép biến đổi. .. dụng phố biến trong các kỹ thuật xử lý multimedia, đặc biệt trong xử lý ảnh số Ngoài ra các phép biến đổi này còn dùng nhiều trong lĩnh vực giấu tin, thủy vân số Trang 28 1.5 Thủy vân số 1.5.1 Khái niệm Thủy vân trên ảnh số là kỹ thuật nhúng một lượng thông tin vào một bức ảnh số, các thông tin được nhúng có thể được ẩn hoặc hiện thị phụ thuộc vào kỹ thuật thủy vân cụ thể Trong kỹ thuật thủy vân số thì... liệu số Trong khi đó thủy vân bền vững được ứng dụng trong bài toán bảo vệ bản quyền đối với các sản phẩm số Luận văn trình bày một số lược đồ thủy vân bền vững dựa trên các phép biến đổi SVD, QR ứng dụng trong việc bảo vệ bản quyền trên dữ liệu ảnh số Đây là hướng nghiên cứu mới trên thế giới, có ý nghĩa khoa học và ứng dụng thực tiễn Nội dung luận văn được tổ chức thành ba chương như sau: Chương 1: CÁC... dụng phương pháp biến đổi như tính tích phân hay phương pháp đổi hệ tọa độ trong tích đề các Phương pháp này nhằm chuyển miền không gian sang miền tần số, cụ thể là biến đổi tín hiệu và miền giá trị rời rạc của các điểm ảnh sang miền mới và có biến số mới Mỗi phép biến đổi có những thuận lợi và khó khăn riêng, tùy vào trường hợp cụ thể để lựa chọn phép biến đổi nào cho phù hợp Sau khi biến đổi các tín ... tin gọi thủy vân) Dựa mục đích sử dụng lược đồ thủy vân chia thành hai nhóm gồm thủy vân bền vững thủy vân dễ vỡ Thủy vân bền vững thủy vân dễ vỡ Thủy vân dễ vỡ kỹ thuật nhúng thủy vân vào ảnh,... ======= NGUYỄN NGỌC HƯNG NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THỦY VÂN BỀN VỮNG DỰA TRÊN CÁC BIẾN ĐỔI MA TRẬN SVD VÀ QR Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Kỹ thuật phần mềm Mã số: 60480103 LUẬN VĂN... 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ SỞ Chương trình bày tổng quan kiến thức ảnh số, số phép biến đổi ma trận, khái niệm giấu tin thủy vân số Chương 2: MỘT SỐ LƯỢC ĐỒ THỦY VÂN DỰA TRÊN PHÉP BIẾN ĐỔI SVD VÀ QR