Tài liệu là tổng hợp 20 đề bài tập lớn môn xử lý dữ liệu đa phương tiện. Tài liệu cung cấp các kiến thức tổng quát và chuyên sâu từng phần trong các môn học về đa phương tiện, đặc biệt là xử lý ảnh. Đây sẽ là tài liệu tham khảo tuyệt vời cho các bạn làm báo cáo bài tập lớn môn học này.
Đề : Mã hóa dự đoán - Kỹ thuật DPCM ứng dụng trang Đề 2: Lượng tử hóa vectơ (Vector Quantization -VQ) áp dụng nén ảnh 19 Đề Phương pháp mã hóa nén dựa phép biến đổi (Transform Coding) 29 Đề : Phương pháp mã hóa dải tần (Subban coding –SBC) 37 Đề Tìm hiểu phép biến đổi xử lý liệu đa phương tiện 51 Đề 6: Các phương pháp mã hóa nén ảnh 56 Đề : Kĩ thuật nén ảnh Jpeg 70 Đề : Tìm hiểu chuẩn JPEG không tổn hao (JPEG-LS) 93 Đề : Nén ảnh dựa phép biến đổi Wavelet rời rạc chuẩn JPEG-2000 98 Đề 10: Các kỹ thuật tín hiệu xử lý video mã hóa dự đoán nén video 115 Đề 11: Nén ảnh video theo chuẩn MPEG 126 Đề 13: Phương pháp tiên tiến nén Video AVC 144 Đề 14: Kỹ thuật “Scalable Video Coding” nén video 159 Đề 15 : Nén âm tiếng nói thoại theo chuẩn ITU 179 Đề 16 : Nén âm tiếng nói dải rộng (audio HiFi) 192 Đề 18 Đồng bộAudio-Video theo chuẩn MPEG 201 Đề 20 Tìm hiểu kỹ thuật xác thực bảo vê quyền nội dung số (Content ProtectionWatermarking) 216 Đề số : Mã hóa dự đoán - Kỹ thuật DPCM ứng dụng Phần 1: TÌM HIỂU CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP MÃ HÓA DPCM Nguyên lý I Điều xung mã sai phân (DPCM – Differentical Pulse Code Modulation) phương pháp nén liệu có mát thông tin Cơ sở phương pháp dựa mã hóa dự đoán, thường sử dụng tín hiệu lấy mẫu có độ tương quan mạnh (nghĩa hai mẫu gần tương tự nhau), có quan hệ lân cận mẫu, tín hiệu ảnh video, tín hiệu tiếng nói… Như có nhiều lợi ích mã hóa khác mẫu kế cận thay cho mã hóa giá trị tuyệt đối mẫu Nguyên tắc mã hóa dự đoán : - Mã hóa sai khác mẫu : mẫu dự đoán theo thời điểm trước mẫu Giá trị mẫu giải mã dựa sai khác giá trị dự đoán thời điểm trước Như thấy thay truyền toàn thông tin mẫu, ta truyền sai lệch mẫu Điều cho phép đạt hiệu nén cao nhiều so với việc mã hóa truyền giá trị mẫu riêng biệt Hình : Sơ đồ nguyên lý DPCM 1.1 Lấy mẫu ( Sampling) Lấy mẫu trình rời rạc hoá tín hiệu tương tự Đây bước chuyển tín hiệu mang thông tin dạng liên tục thành tín hiệu mang thông tin rời rạc, phương pháp lấy mẫu (Sampling) Sao cho tín hiệu rời rạc phải mang đẩy đủ thông tin tín hiệu tương tự, để tái tạo thông tin cách trung thực đầu thu Quá trình lấy mẫu phát biểu sau: Một tín hiệu X(t) liên tục theo thời gian có phổ hạn chế từ (0¸Fmax)Hz, hoàn toàn xác định giá trị X(k Dt) lấy khoảng thời gian t =1/2Fmax với Fmax tần số cao phổ làm Chúc anh chị em thi tốt! Page X(t) Nếu gọi T1m chu kỳ lẫy mẫu F1m tần số lấy mẫu ta có: T1m = 1/2Fmax Hình Quá trình lấy mẫu tính hiệu Ở đầu thu để phục hồi lại tín hiệu ban đầu, người ta dùng lọc Tín hiệu rời rạc qua lọc thông thấp, với tần số tín hiệu cho tín hiệu ban đầu Quá trình phục hồi minh hoạ hình Hình : Quá trình phục hồi tín hiệu 1.2 Lượng tử hóa Là thay tín hiệu tương tự lấy mẫu tập hữu hạn mức tín hiệu biên độ rời rạc Ưu điểm lượng tử hóa tín hiệu lấy mẫu giảm ảnh hưởng nhiễu Các mức tín hiệu rời rạc gọi mức lượng tử hoá, khoảng cách hai mức lượng tử hoá gọi bước lượng tử hoá Chúc anh chị em thi tốt! Page Hình : Sơ đồ mô tả trình lượng tử hóa 1.3 Bộ dự đoán Do độ tương quan mẫu tín hiệu tín hiệu tiếng nói, tín hiệu video, lớn nên thực dự đoán cách gần giá trị mẫu từ số mẫu trước Bộ dự đoán sử dụng để tính toán dự đoán mẫu tín hiệu theo mẫu thời điểm trước (tín hiệu tham chiếu) Trong trình dự đoán có sai số dự đoán(Pridection error) Cần phân biệt sai số dự đoán sai số lượng tử Hai khái niệm có chất khác : 1.4 • Sai số dự đoán (prediction error) chênh lệch giá trị dự đoán giá trị thực Nó không làm tổn thất thông tin dẫn đến suy giảm chất lượng ảnh Giá trị sai số định tốc độ bit giảm nhiều hay ít, tức ảnh hưởng đến hiệu suất nén • Sai số lượng tử (quantization error) sai số đặc trưng cho tổn thất liệu dẫn đến làm suy giảm chất lượng ảnh phục hồi Bộ mã hóa Bộ mã hóa mã hóa sai số dự đoán thành từ mã nhị phân truyền qua kênh truyền Ở đầu thu, giải mã tiến hành giải mã bit nhị phân nhận , sau tiến hành lượng tử hóa ngược khôi phục lại tín hiệu ban đầu II Các phương pháp mã hóa DPCM DPCM vòng mở (Open-loop DPCM) Hình Open-loop DPCM Chúc anh chị em thi tốt! Page Gọi q sai số lượng tử hóa, ta có d^ [n] = d[n] + q[n] Mã hóa : d[n] = x[n] - x[n-1] Như thấy với kỹ thuật Open-Loop DPCM, sau vòng lặp sai số lượng tử hóa q[i] lại cộng thêm vào (Quantization error Accumulation) : Tức sai số lượng tử hóa sau mã hóa lớn DPCM vòng đóng ( Closed-loop DPCM) Hình Closed-loop DPCM Chúc anh chị em thi tốt! Page Với cách bố trí sơ đồ ta có Như sai số lượng tử hóa tích lũy (accumulation) sau vòng lặp => giảm đáng kể sai số lượng tử hóa DPCM tuyến tính (bộ dự đoán tuyến tính) Hình : DPCM với Linear Pridiction Cả phương pháp Open-loop DPCM Closed-loop DPCM có chung cách tính sai khác Đó tính sai khác mẫu dựa mẫu dự đoán tín hiệu đứng trước Nếu tính sai khác từ tất mẫu dự đoán trước mẫu sai số lượng tử hóa Chúc anh chị em thi tốt! Page giảm xuống Như đạt độ nén cao Đây ý tưởng phương pháp DPCM dùng dự đoán tuyến tính (Linear Pridection) DPCM sử dụng hàm P(Z) xác định bẳng tổng tất mẫu dự đoán tính đến thời điểm xét Vì sử dụng hàm tuyến tính nên P(Z) có dạng PHẦN 2: VAI TRÒ VÀ CÔNG NGHỆ CÁC BỘ DỰ ĐOÁN VÀ CÁC BỘ LƯỢNG TỬ HÓA I Bộ dự đoán Bộ dự đoán sai số Chúc anh chị em thi tốt! Page Công nghệ DPCM thực loại bỏ tính có nhớ thông tin dư thừa nguồn tín hiệu lọc đặc biệt có đáp ứng đầu hiệu số mẫu đầu vào giá trị dự đoán Rất nhiều giá trị vi sai gần điểm ảnh biến đổi đồng Còn với ảnh có nhiều chi tiết, giá trị sai số dự đoán lớn Khi lượng tử hoá chúng bước lượng tử cao đặc điểm mắt người không nhạy cảm với chi tiết có độ tương phản cao, thay đổi nhanh Sự giảm tốc độ bit thu từ trình lượng tử hoá mã hoá Kỹ thuật dự đoán Nếu trực tiếp lượng tử hoá mã hoá mẫu nguồn ảnh với đầy đủ thông tin dư thừa quan hệ tương hỗ điểm ảnh hiệu suất nén thấp lượng thông tin nguồn lớn Do công nghệ nén, cần loại bỏ tính có nhớ nguồn tín hiệu, tức thực “giải tương hỗ” (deccorelation) mẫu điểm lân cận Trong công nghệ nén “điều xung mã vi sai” DPCM, trình giải tương hỗ thực lọc có đáp ứng đầu hiệu số mẫu điểm liên tiếp đầu vào giá trị “dự đoán” mẫu điểm tạo dựa giá trị mẫu lân cận theo qui luật định Sai số dự đoán: Bộ tạo dự đoán có nhiệm vụ tạo giá trị điểm từ giá trị điểm truyền tải trước lưu trữ Quá trình tạo dự đoán tốt sai khác giá trị thực mẫu hành trị dự đoán cho (gọi sai số dự đoán) nhỏ Khi đó, tốc độ dòng bit giảm nhiều Phân biệt sai số dự đoán sai số lượng tử trình bày phần Ảnh hưởng dự đoán đến chất lượng nén Kỹ thuật nén ảnh số đóng vai trò quan trọng hệ thống viễn thông multimedia để giải vấn đề băng thông đường truyền Các kỹ thuật nén video cố gắng làm giảm lượng thông tin cần thiết cho chuỗi ảnh mà không làm giảm chất lượng người xem Nói chung, tín hiệu video thường chứa đựng lượng lớn thông tin thừa, chúng thường chia thành hai loại: thừa tĩnh bên frame (statistical) thừa động frame (subjective) Mục đích nén video nhằm làm giảm số bit lưu trữ truyền cách phát để loại bỏ lượng thông tin dư thừa dùng kỹ thuật Entropy mã hoá để tối thiểu hoá lượng tin quan trọng cần giữ lại Và dự đoán phần quan trọng việc tối ưu hóa chất lượng nén video Như giới thiệu kỹ thuật nén video DPCM, ảnh hưởng dự đoán đến chất lượng nén video sai số dự đoán (prediction error) mà dự đoán tạo Sai số định hiệu suất chất lượng nén Video chất khung ảnh có quan hệ thời gian, nên xử lý nén video xử lý khung hình riêng biệt Giá trị điểm ảnh dự đoán từ giá trị hàng xóm lân cận Các kỹ thuật dự đoán thường dùng dự đoán chiều (1-dimensional prediction) dự đoán hai chiều (2- dimensional prediction) Chúc anh chị em thi tốt! Page Trong dự đoán chiều, thứ tự điểm ảnh có giá trị tượng tự tìm thấy hàng hay cột hình ảnh Còn dự đoán chiều gồm có dự đoán hàng cột Sự ảnh hưởng tới chất lượng ảnh kiểu dự đoán thấy rõ qua ví dụ đây: Chúc anh chị em thi tốt! Page Ta thấy ảnh giá trị điểm ảnh ban đầu ký hiệu s[x,y] Với dự đoán chiều theo chiều ngang (horizontal – uH[x,y]) thấy dự đoán cho giá trị tốt với phần ảnh có rìa theo chiều ngang Phần ảnh có rìa đứng (theo chiều ngang giá trị điểm ảnh biến đổi nhiều) sai số tạo lớn (nổi rõ khác nhiều so với phần ảnh có rìa theo chiều ngang) Cũng tương tự quan sát ảnh dự đoán chiều theo chiều dọc (vertical – uV[x,y]), phần ảnh có rìa theo chiều dọc mờ gần với giá trị ảnh gốc phần ảnh có rìa hướng theo chiều ngang Cuối ảnh dự đoán hai chiều (2-dimensional – uD[x,y]), ta thấy đồng tương đối phần ảnh chiều ngang dọc Ví dụ với ảnh khác: Chúc anh chị em thi tốt! Page 10 Trong vài trường hợp mà cần nhiều thông tin phần tiêu đề hơn, bit Adaption field control thiết lập để phần tiêu đề lớn thông thường Độ dài phần header mở rộng miêu tả trường adaption field length Khi phần tiêu đề mở rộng phần payload trở nên nhỏ để trì độ dài cố định gói tin 1.2 Program Clock Reference (PCR) PCR phương pháp thêm vào trình đồng PCR tái tạo lại đồng hồ tham chiếu ổn định, phân chia để tạo trục thời gian giải mã, để nhãn thời gian cho dòng sở chương trình trở nên hữu dụng Do đó, chương trình định nghĩa tập dòng sở chia sẻ thời gian tham chiếu Để giải mã trình chiếu nội dung đồng bộ, ví dụ dòng audio kết hợp tương ứng với video, với 100ms PCR truyền trường adaption field gói tin Transport Stream PCR sử dụng giải mã để tái tạo phiên điều khiển đồng hồ 27MHz (system_timing_clock ) cho chương trình Đồng hồ mã hóa điều khiển đếm nhị phân chạy liên tục, giá trị đếm lấy mẫu cách định kỳ thay trường adapation field phần tiêu đề, PCR PID với PCR định nghĩa giá trị pcr_pid, liên kết với PMT PCR gồm 42bit, tái trình diễn PCR 33 bit, bit mở rộng cung cấp cho giải pháp cao Hình 4.Thêm nhãn thời gian vào dòng truyền tải, loại bỏ đồng với giải mã Bộ mã hóa sử dụng riêng cho chương trình có đồng hồ chương trình 27MHz Tại bên giải mã, tạo dao động điều khiển điện áp (VCO) tạo dao động tương ứng với 27MHz đồng hồ chia thành PCR local Sau đó, PCR local so sánh với PCR nhận từ phần tiêu đề gói tin để tính sai khác pha PCR, sau lọc để điều chỉnh VCO Chúc anh chị em thi tốt! Page 216 MPEG yêu cầu PCR gửi tốc độ 10 PCR/1 giây 1.3 Packet Identification (PID) PID: định danh gói tin, dùng phân kênh để phân biệt gói tin chứa loại thông tin khác Tốc độ bit dòng truyền tải phải cố định, tổng tốc độ tất dòng khác mà chứa khác Yêu cầu xử lý việc sử dụng gói tin null (null packet) Nếu tốc độ thực payload không đạt yêu cầu, gói tin null thêm vào Null packets: gói tin dồn kênh thêm vào để đảm bảo dòng trì tốc độ bitrate cố định yêu cầu số hệ thống ATSC hay DVB PID gói mặc định 8191 Nội dung gói tin rỗng không gồm liệu Trong dòng truyền tải, tất gói tin thuộc dòng sở có PID Bộ phân kênh dễ dàng lựa chọn tất liệu cho dòng sở đưa cách đơn giản chấp nhận gói tin PID Bộ phân kênh lựa chọn xác gói tin liên kết xác gói tin với dòng sở mà chúng thuộc Bộ phân kênh làm điều biết PID Đây chức PSI 1.4 Program Specific Information (PSI) PSI thông tin đặc tả chương trình, mang gói tin có PID nhất, vài thông tin chuẩn hóa, số khác đặc tả bảng liên kết thông tin (PAT – Program Association Table), bảng truy nhập điều kiện (CAT – Conditional Access Table) bảng miêu tả dòng truyền tải (TSDT – Transport Stream Desciption Table) Những gói tin phải chứa dòng truyền tải cách định kỳ Bộ dồn kênh phải xác định tất PID tồn việc truy nhập vào bảng thích hợp Transport stream có tập chương trình Mỗi chương trình miêu tả bảng ánh xạ chương trình (PMT- Program Map Table) có PID nhất, dòng sở kết hợp với chương trình có PID liệt kê PMT - PAT: Bảng liệt kê tất chương trình có sẵn dòng truyền tải Mỗi chương trình liệt kê, định danh giá trị 16 bit gọi program_number; có giá trị kết hợp PID cho PMT Gói tin - TS chứa thông tin PAT luôn có PID CAT có PID 1, TSDT có PID PMT: Bảng bao gồm thông tin chương trình Mỗi chương trình có PMT Mỗi chương trình tồn dòng truyền tải liệt kê gói tin PAT, PAT lại mang PID gói tin PMT Dòng PAT program 0, để dành cho liệu mạng chứa PID của gói tin Bảng thông tin mạng (NIT – Network Information Table) Chúc anh chị em thi tốt! Page 217 Hình 5.Bảng phân cấp dòng truyền tải đan xen Hình cho thấy PID dòng sở video, audio data thuộc chương trình liệt kê gói tin PMT Mỗi gói tin PMT thông thường có PID riêng Program number PMT định danh PMT Những dòng sở loại liệu, chương trình có PID Vào thời điểm nhận dòng truyền tải, phân kênh phải tìm PID phần tiêu đề gói tin Tất gói tin PID chứa PAT, tất gói tin PID chứa CAT Bằng việc đọc PAT, phân kênh tìm PID NIT PMT, việc tìm PMT, tìm thấy PID dòng sở Do đó, giải mã chương trình riêng biệt yêu cầu, cần tham chiếu đến PAT, sau đến PMT tìm PID tất dòng sở chương trình Nếu chương trình mã hóa bảo mật cần truy cập đến CAT Quá trình đồng tích hợp mã hóa giải mã Hình miêu tả cách khái quát trình thực đồng bên gửi bên nhận Chúc anh chị em thi tốt! Page 218 Hình 6.Quá trình thực đồng bên gửi bên nhận Tại bên gửi, dòng sở gói hóa thành gói tin PES, đồng thời gắn thêm nhãn thời gian trình chiếu nhãn thời gian mã hóa Sau đó, gói tin dòng sở đóng gói gắn PID tương ứng với chương trình dòng sở, sau gói tin trộn lại với nhau, đồng thời gán nhãn thời gian PCR tạo thành dòng truyền tải Dòng truyền tải lưu trữ lại truyền tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng Tại bên nhận, nhận dòng truyền tải, dựa PCR vào PAT PMT xác định PID dòng sở chương trình khác nhau, sau phân kênh phân chia gói tin dòng sở khác nhau, sau thực giải mã riêng phần tái tạo lại dòng sở Tại bên gửi bên nhận có đồng hồ tham chiếu chương trình PCR cấp nhãn thời gian cho việc đồng để đảm bảo trình đồng diễn xác Đề số 19: Các kỹthuật đồng Audio-Video truyền tải thời gian thực KHÔNG CÓ Đề số 20 Tìm hiểu kỹ thuật xác thực bảo vê quyền nội dung số (Content Protection- Watermarking) áp dụng cho ảnh số Chúc anh chị em thi tốt! Page 219 Phần Tổng quan Watermarking 1.1 Khái quát vấn đề giấu thông tin Cuộc cách mạng thông tin kỹ thuật số đem lại thay đổi sâu sắc xã hội sống Bên cạnh thuận lợi mà thông tin kỹ thuật số mang lại có thách thức hội Sự đời phần mềm có tính mạnh, thiết bị máy ảnh kỹ thuật số, máy quét chất lượng cao, máy in, máy ghi âm kỹ thuật số v.v thúc đẩy khả sáng tạo, xử lý thưởng thức liệu đa phương tiện Mạng Internet toàn cầu tạo cấu ảo - nơi diễn trình trao đổi thông tin lĩnh vực trị, quân sự, quốc phòng, kinh tế, thương mại Và môi trường mở tiện nghi xuất vấn nạn, tiêu cực cần giải pháp hữu hiệu nhằm đảm bảo an toàn thông tin, chống lại nạn ăn cắp quyền, xuyên tạc thông tin, truy nhập thông tin trái phép, Việc tìm giải pháp cho vấn đề không giúp hiểu thêm công nghệ phức tạp phát triển nhanh mà tạo hội phát triển Ý tưởng che giấu thông tin có từ hàng nghìn năm trước kỹ thuật dùng chủ yếu quân đội quan tình báo Mãi vài thập niên gần đây, giấu thông tin nhận quan tâm nhà nghiên cứu viện công nghệ thông tin với hàng loạt công trình nghiên cứu giá trị Cuộc cách mạng số hoá thông tin phát triển nhanh chóng mạng truyền thông nguyên nhân dẫn đến thay đổi Những phiên chép hoàn hảo, kỹ thuật thay thế, sửa đổi tinh vi, cộng với lưu thông phân phối mạng liệu đa phương tiện sinh nhiều vấn đề nhức nhối nạn ăn cắp quyền, phân phối bất hợp pháp, xuyên tạc trái phép Giấu thông tin ảnh phận chiếm tỉ lệ lớn chương trình ứng dụng, phần mềm, hệ thống giấu tin đa phương tiện lượng thông tin trao đổi ảnh lớn Giấu thông tin ảnh đóng vai trò quan trọng hầu hết ứng dụng bảo vệ an toàn thông tin như: xác nhận thông tin, xác định xuyên tạc thông tin, bảo vệ quyền tác giả, điều khiển truy cập, giấu thông tin mật Vì kĩ thuật Watermarking đời 1.2 Một số khái niệm giấu tin 1.2.1 Khái niệm watermarking Watermarking hay gọi kĩ thuật thủy vân số:Là kĩ thuật nhúng lượng thông tin số vào ảnh số dùng để bảo vệ đối tượng chứa thông tin giấu Phương tiện chứa (host signal): phương tiện gốc dùng để nhúng thông tin.Trong giấu thông tin ảnh mang tên ảnh chứa hay ảnh gốc (original image), audio audio chứa v.v Đôi ta gọi phương tiện chứa môi trường (text, audio, video, ảnh) Thông tin giấu (embedded data) hay gọi thủy vân: lượng thông tin nhúng vào trongphương tiện chứa Thông tin giấu lượng thông tin mang ý nghĩa ảnh, logo, đoạn văn tuỳ thuộc vào mục đích người sử dụng Thông tin giấu vào phương tiện chứa nhờ nhúng, nhúng chương trình, triển khai thuật toán để giấu Sau giấu tin ta thu phương tiện chứa tin giấu phân phối sử dụng mạng 1.2.2 Một số loại thủy vân • Thủy vân bền vững: thường ứng dụng bảo vệ quyền.Thủy vân nhúng trog sản phẩm hình thức dán tem quyền.Trong trường hợp này,thủy vân phải tồn bền vững với sản phẩm nhằm chống việc tẩy xóa,làm giả hay biến đổi phá hủy thủy vân Chúc anh chị em thi tốt! Page 220 • • • Thủy vân dễ vỡ: kĩ thuật nhúng thủy vân vào đối tượng sản phẩm cho phân bố sản phẩm môi trường mở có phép biến đổi làm thay đổi sản phẩm gốc thủy vân giấu đối tượng không nguyên vẹn giấu Thủy vân ẩn: loại thủy vân dùng mắt thường không nhận thủy vân ẩn Thủy vân hiện: loại thủy vân ran gay sản phẩm người nhìn thấy 1.2.3 Phân biệt giấu tin mật (Steganography) thủy vân số (Watermarking) Steganography Watermarking - Tập trung vào việc giấu nhiều - Không cần giấu nhiều thông tin cần thông tin tốt,ứng dụng truyền lượng thông tin nhỏ đặc trưng cho liệu mật quyền người sở hữu - Cố gắng làm ảnh hưởng đến chất - Trong trường hợp thủy vân nhìn thấy lượng đối tượng gốc để không bị ý đến thủy vân liệu giấu - Thủy vâ phải bền vững trước công - Thay đổi đối tượng gốc làm cho có chủ đích chủ đích vào liệu giấu bị sai lệch(ứng dụng xác sản phẩm thực thông tin) - Thủy vân số đánh dầu vào đối - Bảo mật cho liệu cần giấu.Khía cạnh tượng,nhằm khẳng định quyền sở hữu tập trung vào kĩ thuật giấu tin mật hay phát xuyên tạc thông tin 1.3 Mô hình kĩ thuật Watermarking tính chất,đặc trưng Watermarking 1.3.1 Mô hình Watermarking Hình 1.1: Mô hình Watermarking Trong hình: I môi trường giấu tin M thông tin cần giấu E nhúng chứa thuật toán để giấu tin S liệu mang tin mật Chúc anh chị em thi tốt! Page 221 C môi trường truyền liệu Hình vẽ biểu diễn trình giấu thông tin bản.Đối tượng dùng làm môi trường giấu tin văn bản,hình ảnh,audio,video, Dữ liệu giấu lượng thông tin mang ý nghĩa tùy thuộc vào mục đích người sử dụng.Thông tin giấu vào phương tiện chứa nhờ nhúng,bộ nhúng chương trình thuật toán dùng để giấu tin.Sau giấu tin,ta thu phương tiện chứa mang thông tin phân phối sử dụng mạng 1.3.2 Tính chất, đặc trưng kĩ thuật watermarking - - Giấu tin phụ thuộc vào ảnh: Kĩ thuật giấu tin ảnh phụ thuộc vào loại ảnh khác nhau.Đối với ảnh đen trắng,xám hay ảnh màu có kĩ thuật riêng loại ảnh có đặc trưng khác Giấu tin lợi dụng khả tri giác người: Giấu tin ảnh gây thay đổi liệu gốc.Dữ liệu quan sát hệ thống tri giác người,nên kĩ thuật giấu tin phải đảm bảo yêu cầu thay đổi ảnh phải nhỏ cho mắt thường không nhận thay đổi đảm bảo an toàn cho thông tin giấu Giấu tin không làm thay đổi kích thước ảnh Đảm bảo chất lượng ảnh sau giấu tin: Đây yêu cầu quan trọng giấu tin trog ảnh.sau giấu tin bên trong,ảnh phải đảm bảo yêu cầu không bị biến đổi,để không bị phát dễ dàng so với ảnh gốc 1.4 Những ứng dụng kĩ thuật Watermarking Trong lĩnh vực watermarking, điều kiện hệ thống watermarking cần phải thỏa tùy thuộc vào ứng dụng Vì vậy, trước xét đến điều kiện, cách thiết kế hệ thống watermarking cần xét đến ứng dụng kỹ thuật watermarking 1.4.1 Bảo vệ quyền sở hữu (Copyright Protection) Đây ứng dụng kỹ thuật digital watermarking Mục đích watermarking cho bảo vệ quyền tác giả nhúng thông tin xác nhận quyền (watermark) vào liệu ảnh số để nhận biết người chủ quyền Ngoài mục đích xác nhận người chủ quyền để kiểm tra kín công việc người mua (truy xét không hợp lệ) Dữ liệu nhúng số đăng ký, đoạn thông điệp, logo hình mẫu Các ứng dụng loại yêu cầu watermark phải bảo đảm an toàn sử dụng phương pháp phát watermark giấu mà không cần thông tin gốc Watermark số nhận thấy không nhìn thấy Watermark ảnh nhìn thấy thường logo người quyền, dễ dàng đặt vào ảnh khó gở bỏ Tuy nhiên nhiều ứng dụng cần watermark không nhận thấy 1.4.2 Xác nhận thông tin ảnh tình trạng nguyên vẹn liệu (Image Athentication and Data Integrity) Một ứng dụng khác watermarking xác nhận ảnh xác nhận giả mạo Watermark sử dụng để phát có bị sửa đổi hay không định vị vị trí sửa Ảnh số dễ bị sửa đổi từ ứng dụng xử lý ảnh phức tạp Watermark sử dụng để xác nhận tính xác thực ảnh Đối với ứng dụng loại watermark cần phải yếu (fragile) không cần bền vững trước phép xử lý ảnh giấu tin để sửa đổi ảnh phá hủy watermark (phát sửa đổi) 1.4.3 Lấy dấu vân tay hay dán nhãn (Fingerprinting and Labeling) Nhãn ảnh ứng dụng mà thông tin nội dung ảnh mã hóa thành watermark chèn vào ảnh Mục tiêu ứng dụng tập trung vào vấn đề truyền thông tin, tính hợp pháp người nhận tính hợp pháp nguồn liệu số, nhằm xác định liệu phân phối có Việc hữu dụng việc giám sát theo dõi sản xuất bất hợp pháp Nó tương tự số seri sản phẩm phần mềm, sản phẩm mang watermark riêng, loại ứng dụng gọi Chúc anh chị em thi tốt! Page 222 “fingerpringting” liên quan đến việc gắn watermark khác thực dễ dàng độ phức tạp thấp Watermark sử dụng lĩnh vực đòi hỏi tính bền vững cao trước công cố ý 1.4.4 Kiểm tra giả mạo (Tamper Proofing) Digital watermarking dùng để chống giả mạo Nếu có thay đổi nội dung digital media watermark bị huỷ đi.Do khó làm giả digital media có chứa watermark 1.4.5 Truyền tin bí mật (Concealed Communication) Vì digital watermarking dạng đặc biệt kỹ thuật che giấu liệu (steganography) nên người ta dùng để truyền thông tin bí mật 1.5 Phân loại kĩ thuật Watermarking 1.5.1 Phân loại theo miền nhúng Hình 1.2: Phân loại watermarking theo miền nhúng 1.5.2 Kỹ thuật watermarking chia thành loại theo loại tài liệu nhúng watermark bao gồm: - Ảnh Video Văn Âm 1.5.3 Theo hệ thống nhìn người kỹ thuật watermarking số chia thành loại sau: • • • • Watermark nhìn thấy (Visible Watermark) Watermark bền vững không nhìn thấy (Invisible-Robust Watermark) Watermark yếu không nhìn thấy (Invisible-Fragile Watermark) Watermark kép (Dual Watermark) Chúc anh chị em thi tốt! Page 223 1.6 Một số phương pháp Watermarking 1.6.1 Tiếp cận miền không gian ảnh Đây hướng tiếp cận tự nhiên.Tác động lên miền không gian ảnh tác động lên điểm ảnh, thay đổi trực tiếp giá trị điểm ảnh Phương pháp phổ biến tác động đến bit quan trọng điểm ảnh(LSB) Ý tưởng bản: - Chọn từ điểm ảnh bit có ảnh hưởng tới việc định màu sắc điểm ảnh Việc xác định LSB điểm ảnh phụ thuộc vào định dạng ảnh số bit màu dành cho điểm ảnh Cách thực hiện: 1.6.2 Chia ảnh A (ảnh gốc) thành làm N khối có chiều dài gần Trên khối: lấy ngẫu nhiên bit có trọng số nhỏ điểm ảnh thuộc khối (có thể chọn cố định bit có trọng số nhỏ byte đầu tiên, nhiên làm theo cách watermark dễ bị phá hủy hơn) Trên khối thay bit chọn bit watermark W thu hình ảnh A’ khoá key, khoá cho biết vị trí bit khối thay Tiếp cận miền tần số Sử dụng kĩ thuật biến đổi để chuyển từ miền không gian sang miền tần số Một số kĩ thuật biến đổi: - Biến đổi cosin rời rạc(DCT) Biến đổi Wavelet rời rạc(DWT) Biến đổi Fourier(DFT) Watermarking miền biến đổi DCT: Đầu vào • Một chuỗi bit thể quyền • Một ảnh Đầu • Một ảnh sau nhúng thủy vân • Khóa để giải mã Sơ đồ trình Watermarking dùng biến đổi DCT Chúc anh chị em thi tốt! Page 224 Phần Phân tích thử nghiệm ứng dụng kỹ thuật Image Watermarking ảnh JPEG 2.1 Biến đổi DCT 2.1.1 Biến đổi DCT thuận nghịch Vì ảnh gốc có kích thước lớn nên trước biến đổi DCT, ảnh phân chia thành khối, khối có kích thước 8x8 pixel biểu diễn mức xám 64 điểm ảnh, mức số nguyên dương có giá trị từ đến 255 Việc phân khối giảm thời gian tính toán hệ số chung, mặt khác biến đổi cosin khối nhỏ làm tăng độ xác tính toán với dấu phẩy tĩnh, giảm thiểu sai số làm tròn gây Biến đổi DCT công đoạn phương pháp nến sử dụng phép biến đổi Hai công thức minh họa cho phép biến đổi DCT thuận nghịch ảnh có kích thước 8x8 Giá trị z(n1, n2) biểu diễn mức xám ảnh miền không gian, X(k 1, k2) hệ số sau biến đổi DCT miền tần số Chúc anh chị em thi tốt! Page 225 2.1.2 Đặc điểm phép biến đổi DCT ảnh Phép biến đổi DCT ảnh: - - Thể đặc tính nội dung tần số thông tin ảnh Hệ số góc lớn đặc trưng cho giá trị trung bình thành phần chiều gọi hệ số DC Các hệ số khác có giá trị nhỏ biểu diễn cho thành phần tần số cao theo hướng ngang dọc gọi hệ số AC Bản thân phép biến đổi DCT không nén liệu sinh 64 hệ số Theo nguyên lí chung, biến đổi chi tiết điểm ảnh lớn theo hướng khối điểm ảnh, hướng ngang dọc theo đường chéo tương ứng theo hướng cá hệ số DCT lớn DCT làm giảm độ tương quan không gian thông tin khối ảnh Điều cho phép biểu diễn thích hợp miền DCT hệ số DCT có xu hướng có phần dư thừa Hơn nữa, hệ số DCT chứa thông tin nội dung tần số không gian thông tin khối Nhờ đặc tính tần số không gian hệ thống nhìn mắt người, hệ số DCT mã hóa phù hợp, hệ số DCT quan trọng mã hóa để chuyển đổi Hệ số DCT chia làm miền: miền tần số thấp, miền tần số cao miền tần số Miền tần số thấp chứa thông tin quan trọng ảnh hưởng đến tri giác Miền tần số cao thường không mang tính tri giác cao, nén JPEG thường loại bỏ thông tin miền Trong thuật toán thủy vân, miền hệ số DCT tần số cao thường không sử dụng thường không bền vừng với phép xử lý ảnh, ảnh JPEG Miền tần số thấp khó sử dụng thay đổi dù nhỏ miền dẫn đến chất lượng tri giác ảnh Vì vậy, miền tần số thường hay sử dụng cho kết tốt 2.2 Kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi DCT 2.2.1 Quá trình nhúng thủy vân Thuật toán sử dụng phương pháp nhúng thuỷ vân miền tần số ảnh, giải tần sử dụng để chứa tín hiệu thuỷ vân miền tần số khối DCT 8x8 Trong đó, khối DCT 8x8 khối ảnh kích thước chọn ngẫu nhiên từ ảnh ban đầu áp dụng phép biến đổi cosin rời rạc DCT để chuyển sang miền tần số Mỗi tín hiệu thuỷ vân chứa khối Đầu vào • Một chuỗi bit thể quyền • Một ảnh Chúc anh chị em thi tốt! Page 226 Đầu • Một ảnh sau nhúng thủy vân • Khóa để giải mã 2.2.2 Sơ đồ mô tả trình Hình 2.1: Sơ đồ kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi DCT Mô tả: Ảnh gốc tách khối chia thành khối ảnh 8x8 Sau khối ảnh biến đổi DCT thành khối DCT Thủy vân chuyển thành bit để nhúng vào khối DCT việc thay đổi hệ số DCT, từ ta thu khối nhúng thủy vân Các khối nhúng thủy vân biến đổi IDCT thu sác khối biến đổi ngược DCT sau ghép lại với để thành ảnh hoàn chỉnh nhúng thủy vân 2.2.3 Các bước thực Bước 1: Ảnh F có kích thước MxN chia thành (MxN) / 64 khối x8, bit thủy vân giấu khối Bk Bước 2: Chọn khối Bk biến đổi DCT khối thu Ck Ck=DCT(Bk) Chúc anh chị em thi tốt! Page 227 Bước 3: Chọn hai hệ số vị trí miền tần số khối C k, gọi hai hệ sổ Ck[i, j] , Ck[p, q] Bước 4: Tính độ lệch d = ||Ck[i, j]| - |Ck[p, q]|| mod a Trong a tham số thỏa mãn a = (2t + 1), với t số nguyên dương Bước 5: Bit bk =1 nhúng vào khối Ck cho thỏa mãn điều kiện sau: Bước 6a: Nếu d[...]... Đề số 2: Lượng tử hóa vectơ (Vector Quantization -VQ) và áp dụng trong nén ảnh I TÌM HIỂU CHUNG VỀ KỸ THUẬT VQ Lý thuyết lượng tử hóa Lượng tử hóa là quá trình ánh xạ một tập dữ liệu lớn sang một tập dữ liệu nhỏ hơn Do đó, nó được làm nền tảng trong rất nhiều thuật toán nén dữ liệu Trong xử lí tín hiệu số nó chính là quá trình rời rạc hóa về mặt biên độ sau khi rời rạc hóa về mặt thời gian bằng cách... gian lớn dữ liệu ban đầu (tập trainning) sang một không gian nhỏ hơn rất nhiều (codebook) Việc lựa chọn kích thước codebook (cũng chính là số bit/chiều) trong VQ sẽ quyết định độ nén của dữ liệu Ngoài ra, việc chỉ truyền đi các chỉ số (index) của codevector trong codebook thay vì truyền đi các giá trị thực tế của dữ liệu, VQ đã giúp làm giảm không gian lưu trữ, qua đó làm tăng cường độ nén dữ liệu. .. khi sử dụng VQ sẽ có sai số so với dữ liệu ban đầu lớn hơn Ngoài ra, với đặc điểm riêng của mình là lượng tử hoá theo từng khối (block) dữ liệu, VQ còn giữ lại được phần nào mối liên quan giữa các dữ liệu ban đầu (về vị trí, giá trị…) Vấn đề lớn nhất trong kỹ thuật VQ là việc xây dựng được một codebook phù hợp để đạt hiệu quả nén cao và giảm sai số lượng tử Có nhiều phương pháp để xây dựng codebook:... hiệu hoặc dữ liệu ban đầu sẽ gây ra một sai số gọi là sai số lượng tử hóa Thiết bị hoặc một hàm thuật toán dùng để lượng tử hóa được gọi là bộ lượng tử hóa (quantizer) Do lượng tử hóa là một phép ánh xạ từ một tập lớn sang một tập nhỏ hơn nên nó là một quá trình không tuyến tính và không có tính thuận nghịch- tức là với dữ liệu đầu ra ta không thể thu lại (recover) một cách chính xác dữ liệu ban đầu... Trong đó, phương pháp nào càng xây dựng được codebook phù hợp thì càng phức tạp Hiện nay, phương pháp split codebook với giải thuật LBG đang được sử dụng rộng rãi nhất Nó không quá phức tạp trong khi vẫn đạt được hiệu quả nén cao, sai số lượng tử chấp nhận được Phương pháp phân phối ngẫu nhiên – LBG : + Có hiệu quả nén cao + Tuy nhiên yêu cầu tính toán còn phức tạp và tốn tài nguyên để xử lý dữ liệu Đề... trong cùng một vùng mã hóa được định ra bởi codevector đó là thấp nhất Xét một tập học T gồm M phần tử: Tập học này có thể thu được từ một số cơ sở dữ liệu lớn Ví dụ nếu nguồn là một tín hiệu tiếng nói, khi đó tập nguồn có thể thu được từ việc ghi âm một vài cuộc hội thoại dài trên điện thoại Ở đây, M được giả thiết là đủ lớn để tập T thể hiện được hết các thuộc tính của nguồn và giả thiết rằng các vector... 1.1 Vai trò của phép biến đổi Wavelet trong nén ảnh JPEG-2000 Tập trung năng lượng giúp nén dữ liệu : Qua phép biến đổi DWT, năng lượng của tín hiệu được tập trung vào các hệ số Phần lớn năng lượng (phần mang thông tin của tín hiệu) chỉ tập trung vào một vài hệ số nhất định Thông qua việc loại bỏ một vài hệ số không trọng yếu, khả năng nén dữ liệu được tăng cao Không có hiệu ứng blocking: DWT có thể thực... Trong lượng tử hóa, tập dữ liệu đầu vào có thể là vô hạn,liên tục và không đếm được còn tập dữ liệu đầu ra có thể hữu hạn hoặc vô hạn đếm được Lượng tử hóa được chia làm hai loại : Chúc anh chị em thi tốt! Page 20 - Rounding quantization (lượng tử hóa làm tròn): dạng lượng tử hóa này được sử dụng trong nhiều ứng dụng cho phép việc sử dụng một đại diện xấp xỉ đơn giản nào đó đối với một tập số lượng dùng... nhiều vector dữ liệu khác) Với mỗi vector xm, tìm code-vector cn thỏa mãn điều kiện khoảng cách gần nhất từ xm đến cn Q(xm) = cn Thay giá trị của xm bằng chỉ số của cn trong codebook Giải mã: Từ chỉ số của cn, khi tái tạo dữ liệu X ta đặt giá trị của Cn vào vị trí tương ứng của xm II PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CODEBOOK 2.1 Giới thiệu Nén ảnh sử dụng VQ được thực hiện bằng cách so sánh các dữ liệu trong ảnh... tích hợp đa chiều Vào năm 1980, Linde, Buzo và Gray đã đưa ra thuật toán thiết kế bộ lượng tử hóa vector (LBG) dựa trên một tập học nhờ đó tránh được việc phải tích hợp đa chiều Phép lượng tử hóa vector là một phép ánh xạ các vector k chiều trong không gian vector k chiều sang một tập xác định các vector Y = {yi: i=1, 2,…, N} Mỗi vector yi được gọi là một codevector hay còn gọi là một codeword và tập ... I TÌM HIỂU CHUNG VỀ KỸ THUẬT VQ Lý thuyết lượng tử hóa Lượng tử hóa trình ánh xạ tập liệu lớn sang tập liệu nhỏ Do đó, làm tảng nhiều thuật toán nén liệu Trong xử lí tín hiệu số trình rời rạc... frame, giải mã decoder liệu tần số lấy mẫu tăng lần đưa tín hiệu subband vào băng lọc để tổng hợp lại tín hiệu ban đầu Đề số Tìm hiểu phép biến đổi xử lý liệu đa phương tiện ứng dụng I Phép biến... tạp tốn tài nguyên để xử lý liệu Đề số Phương pháp mã hóa nén dựa phép biến đổi (Transform Coding) ứng dụng A Tìm hiểu chung phương pháp nén dựa phép biến đổi Tìm hiểu chung phương pháp nén dựa