Kỹ thuật thủy vân trong ứng dụng bảo vệ bản quyền

LỜI CẢM ƠN Lời em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình cô giáo Th.S Lưu Thị Bích Hương, khoa Công nghệ thông tin, trường Đại học sư phạm Hà Nội Trong suốt thời gian thực khóa luận, bận rộn công việc cô dành nhiều thời gian tâm huyết việc hướng dẫn em Cô cung cấp cho em nhiều hiểu biết lĩnh vực em bắt đầu bước vào thực khóa luận Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo khoa Công nghệ Thông tin, thầy, cô giáo trường giảng dạy giúp đỡ em năm học vừa qua Chính thầy, cô giáo xây dựng cho chúng em kiến thức tảng kiến thức chuyên môn để em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp chuẩn bị cho công việc sau Cuối em xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình bạn bè giúp đỡ động viên em nhiều suốt trình học tập để em thực tốt khóa luận Tuy có cố gắng định thời gian trình độ có hạn nên chắn khóa luận nhiều thiếu sót hạn chế Kính mong nhận góp ý thầy, cô giáo bạn Hà Nội, tháng 05 năm 2013 Sinh viên Phạm Thị Thanh Nhân LỜI CAM ĐOAN Tên em là: PHẠM THỊ THANH NHÂN Sinh viên lớp: K35 – Tin học, khoa Công nghệ thông tin, trường Đại học sư phạm Hà Nội Em xin cam đoan: Đề tài “Kỹ thuật thủy vân ứng dụng bảo vệ quyền” nghiên cứu riêng em, hướng dẫn cô giáo Th.S Lưu Thị Bích Hương Khóa luận hoàn toàn không chép tác giả khác Nếu sai em xin hoàn toàn chiu trách nhiệm Hà Nội, tháng 05 năm 2013 Người cam đoan Phạm Thị Thanh Nhân MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 MÔ HÌNH THỊ GIÁC NGƯỜI 1.1.1 Nhạy cảm tương phản 1.1.2 Nhạy cảm độ chói 1.1.3 Nhạy cảm tần số 1.1.4 Mặt nạ thị giác 1.1.5 Kết luận 11 1.2 Các không gian màu 11 1.2.1 Không gian RGB 12 1.2.2 Không gian HSV 13 1.2.3 Không gian CMY 15 1.2.4 Không gian YCbCr 15 1.3 CẤU TRÚC MỘT SỐ LOẠI ẢNH THÔNG DỤNG 16 1.3.1 Biểu diễn ảnh máy tính 16 1.3.2 Cấu trúc số định dạng ảnh thông dụng 18 CHƯƠNG 2: CÁC KỸ THUẬT THỦY VÂN 22 2.1 TỔNG QUAN VỀ THỦY VÂN 22 2.1.1 Khái niệm thủy vân 22 2.1.2 Nguồn gốc thủy vân 23 2.1.3 Phân loại thủy vân 25 2.1.4 Ứng dụng thủy vân 27 2.2 MÔ HÌNH THỦY VÂN 30 2.2.1 Quy trình thủy vân 30 2.2.2 Các yêu cầu với thủy vân 33 2.2.3 Các khuynh hướng tiếp cận kỹ thuật thủy vân 35 2.3 CÁC KỸ THUẬT THỦY VÂN 36 2.3.1 Kỹ thuật nhúng thủy vân theo miền không gian ảnh 36 2.3.2 Các kỹ thuật nhúng thủy vân theo miền tần số 40 2.3.3 Kỹ thuật trải phổ truyền thông 53 2.3.4 Kỹ thuật kiểm định thủy vân 55 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG 56 3.1 GIỚI THIỆU BÀI TOÁN 56 3.2 PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 57 3.2.1 Thủy vân chèn liệu vào ảnh 57 3.2.2 Cấu trúc ảnh Bitmap trước sau chèn liệu 57 3.2.3 Cấu trúc ảnh JPEG trước sau chèn liệu 60 3.2.4 Giao diện ứng dụng minh hoạ 60 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Ký hiệu Viết đầy đủ Ý nghĩa BMP Windows bitmap format Ảnh bitmap CMY Cyan-Magenta-Yellow Không gian màu CMY DCT Discrete Cosine Transform Biến đổi Consine rời rạc DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc DWT Discrete Wavelet Transform Biến đổi sóng rời rạc GIF Graphics Interchange Format Ảnh gif HSL Hue – Saturation – Lightness Không gian màu HSL HSV Hue – Saturation – Value Không gian màu HSV HVS Human Visual System Hệ thống thị giác người Just Noticeable Difference Sự khác biệt nhỏ JND JPEG phân biệt Joint Photographic Expert Ảnh nén JPEG Group LSB Least Significant Bit Bit quan trọng MSE Mean Square Error Sai số bình phương trung bình NC Normalized Correlation Hệ số tương quan chuẩn PSNR Peak Signal to Noise Ratio Tỉ lệ tín hiệu nhọn với nhiễu RGB Red – Green – Blue Không gian màu RGB DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 - Ngưỡng biến đổi nhỏ mà người cảm nhận với độ chói I khác Hình 1.2 - Hàm nhạy cảm tương phản dựa mẫu Mannos Sakrison Hình 1.3 - Sự cảm nhận ba màu thị giác người Hình 1.4 - Độ nhạy cảm mắt người với tần số thời gian khác Hình 1.5 - So sánh ảnh ban đầu ảnh nhúng thủy vân 10 Hình 1.6 - Không gian màu RGB 12 Hình 1.7 - Không gian HSV 14 Hình 1.8 - RGB CMY 15 Hình 2.1 - Một thủy vân giấy 23 Hình 2.2 - Số lượng paper thủy vân số qua năm 25 Hình 2.3 - Trước sau nhúng thủy vân 27 Hình 2.4- Thủy vân ảnh h 2.3 b 27 Hình 2.5 - Khó phân biệt ảnh giả mắt thường 28 Hình 2.6 - Minh họa ảnh nhúng thủy vân khác 28 Hình 2.7 – Quy trình thủy vân 30 Hình 2.8 - Phân chia miền tần số ảnh phép biến đổi DCT 44 Hình 2.9 - Ảnh Lena, 256 màu 44 Hình 2.10 - Năng lượng phân bố ảnh ứng với biến đổi DCT 45 Hình 2.11 - Quá trình nhúng thủy vân vào ảnh 46 Hình 2.12 - Quá trình tách thủy vân 47 Hình 2.13 - Ảnh trước sau nhúng F4 50 Hình 2.14 - Sử dụng thuật toán F5 để nhúng thủy vân 50 Hình 2.15 – Tần số ảnh phân tích theo DWT 52 Hình 2.16 – Vấn đề thủy vân góc nhìn truyền thông 54 Hình 3.1 - Giao diện chương trình 61 Hình 3.2 - Quá trình nhúng thủy vân 61 Hình 3.3 - Quá trình tách thủy vân 62 Hình 3.4 - Ảnh trước sau nhúng thủy vân 62 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Thông tin liên lạc nhu cầu thiết yếu thiếu đời sống xã hội Xã hội đại, nhu cầu thông tin tăng số lượng lẫn chất lượng Những thành tựu cách mạng khoa học kỹ thuật kỷ 20 thập niên đầu kỷ 21 làm thay đổi sâu sắc sống, giúp ngày gần hơn, mang lại cho nhiều hội phát triển đồng thời phát sinh thêm nhiều thách thức Mạng Internet toàn cầu tạo cấu ảo, nơi diễn trình trao đổi thông tin lĩnh vực, thúc đẩy khả sáng tạo, xử lý thưởng thức liệu đa phương tiện Nhưng môi trường mở, tiện nghi lại xuất vấn nạn, tiêu cực cần giải pháp hữu hiệu nhằm bảo đảm an toàn thông tin, chống lại nạn ăn cắp quyền, giả mạo thông tin, truy cập thông tin trái phép Việc tìm giải pháp cho vấn đề không giúp ta hiểu thêm công nghệ phức tạp phát triển nhanh mà tạo hội phát triển Bên cạnh đó, nhiệm vụ đảm bảo thông tin liên lạc cho quân đội thời kỳ chiếm vị trí quan trọng Tuy có nhiều biện pháp giải quyết, chủ yếu dựa vào phương pháp mã mật thông tin Chính tính chất đặc thù mã mật khiến tin dễ bị thám mã, phá hoại Cho nên, để nâng cao tính an toàn bí mật, tin đem giấu vào đối tượng bình thường khác mà không gây ý Và vậy, lợi dụng cách hiệu mạng truyền thông thương mại sẵn có phục vụ cho nhiệm vụ quốc phòng, an ninh với tính tin cậy, an toàn bí mật cao Xuất phát từ yêu cầu thực tế nhằm mục đích hướng tới phần nhiệm vụ trên, nên em chọn đề tài “Kỹ thuật thủy vân ứng dụng bảo vệ quyền” để làm khóa luận Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu Do yêu cầu bảo vệ quyền, chứng thực (đánh dấu, xác thực) nguồn gốc hay chủ sở hữu ảnh số nói riêng sản phẩm số nói chung nên giấu tin thủy vân có yêu cầu khác với giấu tin bí mật Với giấu tin thủy vân, yêu cầu dấu hiệu thủy vân phải đủ bền vững trước công vô tình hay gỡ bỏ Thêm vào dấu hiệu thủy vân phải có ảnh hưởng tối thiểu (về mặt cảm nhận) phương tiện chứa Vậy thông tin cần giấu nhỏ tốt Khóa luận nghiên cứu thuật toán thủy vân cho ảnh số với mục đích là: + Tìm hiểu vấn đề liên quan đến thủy vân cho ảnh số + Khảo sát đánh giá đưa ứng dụng quan trọng kỹ thuật thủy vân ứng dụng bảo vệ quyền + Các kết mô khẳng định tính đắn mạnh mẽ thuật toán Đối tượng phạm vi nghiên cứu + Đối tượng nghiên cứu: Các kỹ thuật thủy vân + Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu số kỹ thuật thủy vân cho loại ảnh khác nhau: bitmap, jpeg Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học: Lý thuyết thủy vân đời, phát triển có sở khoa học vững chắc, nghiên cứu góp phần chứng minh thêm tính đắn lý thuyết thủy vân Hiện thủy vân lĩnh vực chuyên gia nghiên cứu phát triển Ý nghĩa thực tiễn: Chương trình thử nghiệm thành công góp phần nhỏ việc bảo vệ quyền ảnh số nói riêng sản phẩm số nói chung Phương pháp nghiên cứu a Phương pháp nghiên cứu lý luận Nghiên cứu qua việc đọc sách, báo tài liệu liên quan nhằm xây dựng sở lý thuyết đề tài biện pháp cần thiết để giải vấn đề đề tài b Phương pháp chuyên gia Tham khảo ý kiến chuyên gia để thiết kế chương trình phù hợp với yêu cầu thực tiễn Nội dung xử lý nhanh đáp ứng yêu cầu ngày cao người sử dụng c Phương pháp thực nghiệm Thông qua quan sát thực tế, yêu cầu sở, lý luận nghiên cứu kết đạt qua phương pháp Cấu trúc khóa luận Ngoài phần mở đầu, kết luận tài liệu tham khảo, khóa luận có nội dung sau: Chương 1: Cơ sở lý thuyết – Chương trình bày số kiến thức sở nhằm mục đích phục vụ cho việc thủy vân ảnh hiệu hơn, kiến thức mô hình thị giác người, mô hình màu cấu trúc số định dạng ảnh thông dụng Chương 2: Các kỹ thuật thủy vân – Trong chương này, khóa luận trình bày tổng quan thủy vân khái niệm, nguồn gốc, phân loại ứng dụng thủy vân nay, việc so sánh Thủy vân Giấu tin Các kỹ thuật thủy vân môi trường ảnh nội dung trình bày khóa luận Các kỹ thuật thủy vân nghiên cứu nằm hai hướng tiếp cận tiếp cận theo miền không gian ảnh tiếp cận theo miền tần số ảnh Trong phương pháp thủy vân, khóa luận nêu lên sở kỹ thuật, nội dung phân tích ưu nhược điểm phương pháp khác Tín hiệu ban đầu F(n) xây dựng lại từ hệ số DWT cách đệ quy sau: f jlow (n)   hn2 k f jk1   g n2 k f jhigh 1 ( k ) k k Để đảm bảo quan hệ DWT IDWT, H() G() phải thoả điều kiện: LL LH2 | H(ω) |2 + | G(ω) |2 = HL2 HL1 HH2 LH1 HH1 Hình 2.15 – Tần số ảnh phân tích theo DWT Biến đổi DWT IDWT cho mảng hai chiều MxN định nghĩa tương tự cách thực biến đổi chiều DWT IDWT cho chiều tương ứng Trong hình 2.15, sau hai lần thực phép biến đổi DWT, ta thu bảy băng tần (subband) Các tần số thấp (đạt lọc thông thấp liên tiếp) tập trung góc trước trông giống ảnh thu nhỏ ảnh gốc, dải phụ gọi băng tần xấp xỉ Các thành phần tần số cao ảnh băng tần chi tiết lại Ưu nhược điểm - Ưu điểm:  Biến đổi sóng mô tả đa độ phân giải ảnh Quá trình giải mã xử lý từ độ phân giải thấp đến độ phân giải cao 52  Biến đổi DWT gần gũi với hệ thống thị giác người biến đổi DCT Vì vậy, nén với tỉ lệ cao DWT mà biến đổi ảnh khó nhận thấy dùng DCT với tỉ lệ tương tự  Biểu diễn ảnh phân cấp xuất phát từ đặc tính đa độ phân giải biến đổi DWT đặc biệt thích hợp cho ứng dụng mà ảnh truyền liên tục khối lượng lớn liệu phải xử lý ứng dụng video hay hệ thống thời gian thực  Các dải tần với độ phân giải cao cho phép xác định vùng góc cạnh có cấu trúc ảnh Ta tăng cường giấu thủy vân vào hệ số DWT lớn (sẽ gây biến đổi ảnh với vùng góc cạnh có cấu trúc) hệ thống thị giác người không nhận biết - Nhược điểm:  Độ phức tạp tính toán phương pháp DWT cao DCT  Việc sử dụng nhiều hàm sở DWT hay lọc sóng làm cho ảnh có “vết nhơ ” vùng góc cạnh  Thời gian nén dài hơn, chất lượng ảnh thấp sử dụng DCT với tốc độ nén mức thấp 2.3.3 Kỹ thuật trải phổ truyền thông Chúng ta biết giấu tin kỹ thuật nhúng lượng thông tin số vào đối tượng thông tin số khác Và người nghiên cứu liên tưởng đến kỹ thuật truyền thông có thao tác tương tự người ta áp dụng thành công ý tưởng Kỹ thuật trải phổ truyền thông (spread - spectrum communication) mô tả cách sơ lược sau: Từ máy phát A muốn truyền thông tin M kênh truyền đến máy thu B, người ta chia thông tin M thành n gói thông tin nhỏ {s1,s2…si…sn}, trước đưa lên kênh truyền dẫn gói tin nhỏ si trải phổ mã trải phổ giả nhiễu Mã trải phổ giả nhiễu phải xác 53 định cung cấp cho bên thu để bên thu nén phổ lấy tin Kết việc trải phổ phổ tín hiệu trải rộng gấp hàng trăm lần so với ban đầu mật độ lượng phổ thấp xuống làm cho giống nhiễu Đến đầu thu, nhờ có mã giả nhiễu máy thu thực việc đồng hoá Việc đồng hoá bao gồm hai giai đoạn giai đoạn bắt chuỗi bám chuỗi để tìm pha mã trải phổ giả ngẫu nhiên Sau tìm mã trải phổ giả ngẫu nhiên thực công việc nén phổ để thu gói thông tin ban đầu Các gói thông tin lại kết hợp với để thu thông điệp M Hình 2.16 – Vấn đề thủy vân góc nhìn truyền thông Ta coi trình truyền đối tượng nhúng thuỷ vân tác động công bên giống việc truyền liệu môi trường không tin cậy Tiến trình nhúng thuỷ vân giống tiến trình mã kênh (chanel coding) Giải mã để lấy thuỷ vân giống tiến trình xử lý bên nhận thông tin phiên truyền thông Nhiều kĩ thuật công cụ để nâng cao truyền thông áp dụng để nâng cao độ bền vững thuỷ vân Sẽ thuận tiện ta sử dụng lý thuyết truyền thông để áp dụng xây dựng lên lý thuyết cho thuỷ vân số Mặc dù lý thuyết chủ yếu nhằm vào tính bền vững 54 thuỷ vân nghĩa không đầy đủ Tuy nhiên, hữu ích việc thiết kế đánh giá thuật toán cho thủy vân số 2.3.4 Kỹ thuật kiểm định thủy vân Đây kỹ thuật sử dụng sau kỹ thuật thủy vân Thủy vân nhúng sau giải mã so sánh để kiểm định, chứng thực thủy vân Có thủy vân nhìn thấy mang ý nghĩa nhận biết công việc trở nên đơn giản, chẳng hạn thủy vân chuỗi mã ký tự ASCII giải mã thủy vân ta dễ dàng nhìn thấy thông tin xem có không? Hay thủy vân ảnh giải mã ảnh tương tự ta nhìn thấy khác biệt hai ảnh Tuy nhiên, số trường hợp thủy vân chuỗi bit đó, thủy vân chuỗi bít mang ý nghĩa thống kê nên thường sử dụng Vậy công việc nhận diện thủy vân không đơn giản, trường hợp thủy vân thông tin mang ý nghĩa nhận biết phải có kỹ thuật để kiểm định sai thủy vân Có nhiều kỹ thuật để kiểm định định lượng thủy vân Kỹ thuật đơn giản ta tính tỷ lệ sai bít, chẳng hạn ta nhúng thủy vân độ dài 1000 bit, giải mã thủy vân bị sai lệch bít so với ban đầu tỉ lệ sai là1/1 55 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG 3.1 GIỚI THIỆU BÀI TOÁN Ngày nay, việc trao đổi, phân bố, chép tự sản phẩm số dẫn đến việc nhiều vấn nạn mà nghiêm trọng vi phạm quyền mức độ hình thức khác Một số hình thức vi phạm quyền điển hình: “Chiếm đoạt” sản phẩm số: Hình thức vi phạm quyền muốn nói đến tình trạng cá nhân hay tổ chức cố ý coi sản phẩm số người khác sở hữu Ví dụ, có ảnh số nhiều người nhận họ người chụp ảnh Vậy chủ sở hữu thật ảnh? Làm để chứng thực người chủ sở hữu sản phẩm số? Vấn đề làm đau đầu tổ chức quản lý cục sở hữu trí tuệ Giả mạo hay xuyên tạc thông tin: Hình thức nói đến tình trạng làm giả toàn làm giả phần (xuyên tạc thông tin) sản phẩm số, nhằm phục vụ cho mục đích khác Ví dụ, việc làm tiền giả hay thay đổi mệnh giá đồng tiền thật đem lại cho kẻ gian số tiền khổng lồ Với ảnh số nói riêng, có nhiều công cụ chỉnh sửa ảnh thị trường, điển hình Photoshop, công cụ chỉnh sửa ảnh mạnh với nhiều tính Sử dụng chép trái phép nội dung có quyền: Hình thức vi phạm quyền muốn nói đến việc cá nhân hay tổ chức dự biết sản phẩm số có quyền, cố ý tìm cách sử dụng chép chúng Một ví dụ điển hình cho trường hợp việc chép lậu đĩa nhạc hay đĩa phim Một công ty A phải nhiều tiền để thuê ca sĩ, đạo diễn, quay phim,… nhằm làm đĩa nhạc hình Nhưng thời gian ngắn sau phát hành đĩa nhạc này, bị cá nhân hay tổ chức khác chép bán cho khách hàng với giá rẻ nhiều họ 56 công chép Kết quả, công ty A thiệt hại lớn vi phạm quyền Vậy câu hỏi đặt làm để bảo vệ sản phẩm số nói chung ảnh số nói riêng? Kỹ thuật thủy vân giải pháp đưa để giải vấn đề Khi ta thực nhúng thủy vân vào ảnh thông tin nhúng bền vững theo sản phẩm, không phép chủ sở hữu có cách phá hủy sản phẩm 3.2 PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 3.2.1 Thủy vân chèn liệu vào ảnh Việc chèn liệu vào ảnh thực theo bước sau: Đầu tiên ảnh lưu vào trường kiểu Bitmap sử dụng hàm tạo lớp Bitmap định nghĩa sẵn, toàn thông tin ảnh lưu vào đối tượng Việc thêm đoạn text thực hàm DrawString lớp Graphic, hàm vẽ đoạn text vào ảnh với vị trí xác định Sau đoạn text chèn vào ảnh ảnh lưu lại kèm với thông tin nội dung chèn vào ảnh, thông tin giúp khôi phục lại ảnh gốc mã hóa Thông tin lưu lại ảnh gốc chuỗi byte liệu có cấu trúc, lưu lại khác ảnh nguyên ảnh sau chèn liệu Các thông tin khác ảnh lưu thành đoạn khác đoạn có thông tin vị trí khác ảnh số byte tương ứng đoạn khác 3.2.2 Cấu trúc ảnh Bitmap trước sau chèn liệu Đối với ảnh Bitmap, phần thông tin đoạn text chèn vào ảnh thông tin giúp khôi phục lại ảnh gốc lưu sau thông tin ảnh bitmap tương ứng 57 Cấu trúc ảnh nguyên bản: BITMAPFILEHEADER BITMAPINFOHEADER RGBQUAD BITMAPDATA Cấu trúc ảnh sau chèn liệu: BITMAPFILEHEADER BITMAPINFOHEADER RGBQUAD TEXT DIFFHEADER DIFFDATA WATERMARKHEADER BITMAPDATA Trong đó: + Phần WATERMARKHEADER lưu thông tin vị trí khối liệu thêm vào ảnh Phần có kích thước 28 byte: 58 Tên Trường Kích thước Mô tả wmHeader Byte Có giá trị cố định 0xFFAC wmDiffDataOffset Byte wmDiffDataLength Byte wmStrOffset Byte wmStrLength Byte wmDiffHeaderOffset Byte wmDiffHeaderLength Byte wmFooter Byte Lưu vị trí phần liệu khác ảnh Lưu kích thước phần khác ảnh Lưu vị trí chứa nội dung đoạn text chèn vào Lưu độ dài đoạn text Lưu vị trí phần xác định vị trí liệu khác Lưu kích thước phần xác định vị trí liệu khác Có giá trị cố định 0x00FF + Phần TEXT chứa nội dung mã hóa đoạn text chèn vào ảnh + Phần DIFFHEADER bao gồm dãy đối tượng scandiffheader, đối tượng có kích thước cố định 12 byte dùng để xác định vị trí khác ảnh trước sau chèn thủy vân: Tên Trường Kích thước Mô tả sdHeader Byte Có giá trị cố định 0xFF43 sdOffset Byte Vị trí khác hai ảnh sdLength Byte Lưu kích thước phần khác ảnh sdFooter Byte Có giá trị cố định 0x00FF + Phần DIFFDATA lưu khác ảnh 59 3.2.3 Cấu trúc ảnh JPEG trước sau chèn liệu Đối với ảnh JPEG, phần thông tin đoạn text chèn vào thông tin giúp khôi phục ảnh gốc lưu vào cuối ảnh Thứ tự trường phần thêm vào tương tự với ảnh Bitmap Tách liệu khỏi ảnh Việc tách liệu khỏi ảnh có nhúng thủy vân thực theo bước sau: Đầu tiên chương trình đọc phần WATERMARKHEADER từ ảnh chọn Sau cấu trúc phần kiểm tra, cấu trúc ảnh có chèn thông tin, không ảnh thông tin chèn thêm Nếu cấu trúc trường xác phần TEXT, DIFFHEADER, DIFFDATA đọc giải mã Sau vào nội dung phần DIFFHEADER DIFFDATA, nội dung ảnh chọn thay đổi để khôi phục lại ảnh thành nguyên ban đầu Việc khôi phục ảnh nguyên thay liệu điểm tương ứng ảnh có chèn liệu liệu lưu DIFFDATA 3.2.4 Giao diện ứng dụng minh hoạ Như lý thuyết trình bày chương 2, có nhiều thuật toán đưa ra, chương trình em thực nhúng tách thủy vân miền tần số với phép biến đổi Cosin rời rạc (DCT) 60 Dưới giao diện chương trình: Hình 3.1 - Giao diện chương trình Hình 3.2 - Quá trình nhúng thủy vân 61 Hình 3.3 - Quá trình tách thủy vân Hình 3.4 - Ảnh trước sau nhúng thủy vân 62 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN KẾT LUẬN Hiện nay, hoạt động kinh tế xã hội, tài liệu số ngày nhiều đa dạng, chúng ngày giữ vai trò quan trọng quan, tổ chức Do đó, nhu cầu bảo vệ quyền cho tài liệu đặt cấp thiết Khóa luận tìm hiểu nghiên cứu ứng dụng thủy vân để bảo vệ quyền tài liệu số Kết khóa luận gồm có: Tìm hiểu, nghiên cứu, tổng hợp hệ thống lại vấn đề:  Các kiến thức liên quan đến thủy vân  Một số kỹ thuật thủy vân Thử nghiệm chương trình thủy vân môi trường ảnh để bảo vệ quyền tài liệu ảnh số Khóa luận tìm hiểu nghiên cứu hướng tiếp cận kỹ thuật thủy vân phổ biến sử dụng nhiều Trong phạm vi khóa luận, em xây dựng chương trình ứng dụng minh họa cho phép nhúng thủy vân tách thủy vân ảnh bmp ảnh jpeg với kỹ thuật DCT HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chương trình thử nghiệm với việc nhúng thủy vân chuỗi ký tự nên tiếp tục mở rộng thử nghiệm với thủy vân file ảnh Với thủy vân bền vững, chương trình cài đặt thử nghiệm thuật toán miền DCT, cần tiếp tục nghiên cứu cài đặt thêm nhiều thuật toán khác Khóa luận thực nhúng thủy vân liệu ảnh số Do cần tiếp tục xây dựng chương trình nhúng thủy vân nhiều phương tiện khác audio, video… Các kỹ thuật thủy vân trình bày khóa luận đời từ nhiều năm trước cần nghiên cứu cải tiến phương pháp để nâng cao hiệu bảo vệ quyền sản phẩm số 63 Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu chương trình “Kỹ thuật thủy vân ứng dụng bảo vệ quyền” hoàn thành Qua em xin chân thành cảm ơn cô giáo Th.S Lưu Thị Bích Hương trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành khóa luận Mặc dù cố gắng để hoàn thành khóa luận có thành công định thời gian có hạn khả hạn chế nên chương trình chưa thực mong muốn Em mong đóng góp ý kiến thầy cô để khóa luận em hoàn thành 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] – Lương Mạnh Bá, Nguyễn Thanh Thủy, “Nhập môn xử lý ảnh số”, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 1999 [2] – Bùi Thế Duy, “Đồ họa máy tính”, Nhà xuất ĐHQG Hà nội, 2009 [3] – Nguyễn Xuân Huy, Trần Quốc Dũng, “Một số kỹ thuật giấu tin thủy ấn ảnh”, Giáo trình, 2003 [4] – Trịnh Nhật Tiến, “An toàn liệu”, Bài giảng Tiếng Anh [5] - Ching-Sheng Hsu and Young-Chang Hou, “A Visual Cryptography and Statistics Based Method for Ownership Identification of Digital Images”, World Academy of Science, Engineering and Technology, 2005 [6] - Chun-Shien Lu, “Multimedia Security: Steganography and Digital Watermarking techniques for protection of intellectual property”, Idea Group Inc., 2005 [7] - F Mintzer, et.al., “Effective and Ineffective Digital Watermarks”, IEEE Intl Conference on Image Processing, 1997 [8] - Hal Berghel, “Watermarking Cyberspace”, Comm of the ACM, Nov.1997 [9] - I.J.Cox, et al., “A Secure Robust Watermarking for Multimedia”, Proc of First International Workshop on Information Hiding, Lecture Notes in Comp.Sc [10] - Ingemar J.Cox, Matthew L.Miller, Jeffrey A.Bloom, Jessica Fridrich, Ton Kalker, “Digital Watermarking and Steganography”, 2nd edition, Morgan Kaufmann Publishers, 2008 65 [11] - Lisa M.Marvel, Charles G.Boncelet, Charles T.Retter, “Spread Spectrum Image Steganography”, IEEE Transactions on Image, Vol.8, 1999 [12] - Michael Arnold, Martin Schmucker, Stephen D.Wolthusen, “Techniques and Applications of Digital Watermarking and content protection”, Artech House Inc., 2003 [13] - Saraju Prasad Mohanty, “Watermarking of Digital Images”, Department of Electrical Engineering, Indian Institue of Science, 21999 [14] - Stephen Katzenbeisser, Fabien A.P.Petitcolas, “Information Hiding techniques for Steganography and Digital Watermarking”, Artech House Inc., 2000 [15] - W.Bender, D.Gruhl, N.Morimoto, A.Lu, “Techniques for data hiding”, IBM System Journal Vol.35, MIT Media Lab, 1996 66 [...]... hơn 2.1.4 Ứng dụng của thủy vân a Bảo vệ bản quyền (copyright protection) Đây là ứng dụng cơ bản nhất của thủy vân Một thông tin để chứng minh quyền sở hữu của tác giả (gọi là thủy vân) sẽ được nhúng vào các tài liệu số trước khi các tài liệu này được đưa lên mạng Thủy vân này chỉ có người sở hữu các sản phẩm có và được sử dụng làm minh chứng bản quyền của sản phẩm Yêu cầu quan trọng với ứng dụng này... các tài liệu số Qua các năm, thủy vân ngày càng được quan tâm nhiều hơn, với số lượng các bài báo, tài liệu tăng nhanh chóng Hiện nay, thủy vân số đó có những vai trò quan trọng và được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, đặc biệt là trong việc bảo vệ bản quyền 2.1.3 Phân loại thủy vân Có rất nhiều cách phân loại thủy vân khác nhau:  Theo khả năng cảm nhận:  Thủy vân hữu hình (Visible/Perceptible... tiên sử dụng cụm từ “digital watermark” Nhưng phải đến đầu những năm 90 thì thủy vân với thực sự nhận được sự quan tâm của công chúng 24 Hình 2.2 - Số lượng các paper về thủy vân số qua các năm Về bản chất, thủy vân cũng giống như thủy vân trên giấy – dùng để chứng thực quyền sở hữu về một sản phẩm nào đó – nhưng thay vì thủy vân trên các sản phẩm thực, thủy vân nhúng các dấu hiệu chứng thực bản quyền. .. để chứng thực bản quyền của bức ảnh  Theo tính bền vững:  Thủy vân bền vững (Robust watermarking): Thủy vân nhúng theo phương pháp này rất khó phá hủy Việc tấn công thủy vân trong trường hợp này sẽ làm suy giảm nghiêm trọng chất lượng thông tin Nói một cách dễ hiệu, nếu tháo thủy vân cũng đồng nghĩa với việc phá hủy ảnh mang thủy vân  Thủy vân dễ vỡ (Fragile watermarking): Loại này nhằm đảm bảo tính... bên trái của ma trận lượng tử - Nén không mất dữ liệu: thuật toán Huffman thường được sử dụng để nén, tạo ảnh JPEG Với các ưu điểm có được, ảnh JPEG được công nhận là chuẩn để lưu trữ ảnh màu thực tế (theo chuẩn ISO 10918-1) 21 CHƯƠNG 2: CÁC KỸ THUẬT THỦY VÂN 2.1 TỔNG QUAN VỀ THỦY VÂN 2.1.1 Khái niệm thủy vân a Khái niệm thủy vân Thủy vân là kỹ thuật nhúng “dấu ấn số” (watermark – tin giấu) vào một... tin được giấu bền vững của tin được giấu Bảng 1 Bảng so sánh đặc điểm của thủy vân số và giấu tin 22 2.1.2 Nguồn gốc thủy vân Thủy vân trên giấy (paper watermark): Thủy vân trên giấy xuất hiện trong ngành sản xuất giấy cách đây hơn 700 năm Thủy vân trên giấy (paper watermark) đầu tiên được tìm thấy có nguồn gốc từ Fabriano, Italy Hình 2.1 - Một trong những thủy vân trên giấy đầu tiên Cuối thế kỷ 13,... nào cũng có thể làm hỏng thủy vân  Thủy vân bán dễ vỡ (Semi-fragile watermarking): Nói cách dễ hiểu là loại thủy vân này sẽ tự phá hủy trong trường hợp bị tấn công Ví dụ: Một ảnh có chứa một thủy vân, nhưng khi tấn công không hợp lý thì thủy vân này sẽ bị phá hủy vĩnh viễn, và không thể khôi phục  Theo khuynh hướng tiếp cận:  Miền không gian (Spatial domain): nhúng thủy vân theo miền không gian... đó Thủy vân trên giấy ra đời, và đã giải quyết rất tốt sự lộn xộn này Sau khi ra đời, thủy vân giấy nhanh chóng được sử dụng rộng rãi khắp Italy, sau đó là châu Âu Ban đầu, thủy vân chỉ là nhãn hiệu hay tên của xưởng sản xuất giấy, sau đó, các thủy vân này như một dấu hiệu nói lên chất lượng giấy Xa hơn, thủy vân được sử dụng với ý nghĩa nói lên ngày sản xuất và tác giả, một dạng sơ khai của chứng... nhìn thấy thông tin được giấu Trong một số trường hợp, chủ sở hữu 25 muốn người khác nhìn thấy ngay thủy vân họ nhúng vào ảnh, để chứng nhận bản quyền Ví dụ nhãn sản phẩm có logo của công ty  Thủy vân vô hình (Invisible Watermarking): Không thể nhìn thấy thông tin được giấu bằng mắt thường Trường hợp này, chủ sở hữu không muốn thủy vân làm ảnh hưởng đến bức ảnh, thủy vân sẽ khó có thể nhìn thấy bằng... trọng với ứng dụng này là tính bền vững của thủy vân, để người khác khó có thể gỡ chúng ra khỏi các sản phẩm số a Ảnh ban đầu b.Sau khi nhúng thủy vân Hình 2.3 - Trước và sau khi nhúng thủy vân Hình 2.4- Thủy vân của ảnh h 2.3 b 27 b Xác thực thông tin hay phát hiện xuyên tạc thông tin Thủy vân có thể được dùng để xác thực thông tin hay phát hiện giả mạo Thủy vân được dùng để kiểm tra xem ảnh là nguyên ... với thủy vân 33 2.2.3 Các khuynh hướng tiếp cận kỹ thuật thủy vân 35 2.3 CÁC KỸ THUẬT THỦY VÂN 36 2.3.1 Kỹ thuật nhúng thủy vân theo miền không gian ảnh 36 2.3.2 Các kỹ thuật. .. nghiên cứu thuật toán thủy vân cho ảnh số với mục đích là: + Tìm hiểu vấn đề liên quan đến thủy vân cho ảnh số + Khảo sát đánh giá đưa ứng dụng quan trọng kỹ thuật thủy vân ứng dụng bảo vệ quyền +... quan thủy vân khái niệm, nguồn gốc, phân loại ứng dụng thủy vân nay, việc so sánh Thủy vân Giấu tin Các kỹ thuật thủy vân môi trường ảnh nội dung trình bày khóa luận Các kỹ thuật thủy vân nghiên