ĐỒ án tốt NGHIỆP Waterwarking Image

Sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của Internet cũng đặt ra nhiều thách thức trong việc đảm bảo an toàn thông tin, bảo mật và chống lại xâm hại bản quyền dữ liệu số trước những tấn công công nghệ. Đồng thời, việc phát triển của phương tiện kỹ thuật số làm cho việc lưu trữ, sửa đổi, sao chép dữ liệu ngày càng đơn giản và nhanh chóng dẫn đến việc bảo vệ bản quyền, chống xâm phạm ngày càng trở nên cấp thiết. Pphương pháp nhúng Thủy Vân số (Digital Watermarking) ra đời hứa hẹn là một phương pháp hiệu quả bởi nó cho phép chủ sở hữu nội dung số có thể nhúng và giấu những bằng chứng về bản quyền trong các tác phẩm của mình, từ đó có thể xác định được quyền sở hữu, phát hiện ra việc sử dụng trái phép mà vẫn không làm ảnh hưởng đến nội dung của nội dung số

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DIGITALWATERMARK – THỦY VÂN SỐ 2 1.1 Diagital Watermark - Thủy vân số là gì? 2

1.2 Mô hình chung của kỹ thuật Watermarking 2

1.3 Phân loạiWatermark 4

1.4 Yêu cầu đối với một thuật toán Watermarking 6

1.5 Các ứng dụng của Watermark 7

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THỦY VÂN TRÊN ẢNH SỐ 8

2.1 Ảnh số là gì ? 8

2.2 Các dạng ảnh số 8

2.3 Các kiểu định dạng ảnh phổ biến 10

2.4 Các phương phápWatermarking cho ảnh số 11

2.5 Các phương phápWatermarking cho ảnh số 16

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP WATERMARKING CHO ẢNH SỐ DỰA TRÊN BIẾN ĐỔI WAVELET RỜI RẠC 20

3.1 Định nghĩa Wavelet 20

3.2 Biến đổi Wavelet liên tục (CWT – ContinuousWavelet Transform) 22

3.3 Biến đổi Wavelet rời rạc (DWT – Discrete Wavelet Transform) 23

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG GIẢI THUẬT NHÚNG WATERMARK SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATLAB 32

4.1 Tổng quan về Matlab 32

4.2 Lịch sử ra đời và phát triển của chuẩn nén ảnh tĩnh JPEG2000 34

4.3 Thuật toán đề xuất 35

4.4 Nội dung thuật toán 36

4.5 Đánh giá thuật toán 39

KẾT LUẬN 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO 41

Hình 16 Phân chia 3 miền tần số trong phép biến đổi DCT 19

Hình 20 Phân tích Wavelet hai thành phần xấp xỉ và chi tiết của tín hiệu 24

Hình 22 Quá trình tách thành phần xấp xỉ trong phân tích đa giải 25

Hình 25 Quá trình phân tích và tách thành phần LH-3 của ảnh gốc S 36 Hình 26 Quá trình phân tích và tách thành phần LL-3 của ảnh thủy vân W 36

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮTIDWT Inverse Discrete WaveletTramform Biến đổi Wavelet rời rạc nghịch

IT Intracomponent Tranform Biến đổi riêng thành phần

ICT Irrerrsible Color Transform Biến đổi màu không thuận nghịch

JPEG Joint Photographic Experts Group Chuẩn nén ảnh JPEG

MSE Mean Squared Error Bình phương độ chênh lệch giữa

ảnh gốc và ảnh thủy vân

PSNR Peak Signal To Noise Ration Tỉ số tín hiệu đỉnh trên nhiễu

GIF Graphics Interchange Format Định dạng trao đổi hình ảnh

STFT Short Time Fourie Transform Biến đổi Fourier thời gian ngắn

DWT Discrete WaveletTransform Biến đổi Wavelet rời rạc

RCT Reverrsible Color Transform Biến đổi màu thuận nghịch

RGBA Red Green Blue Alpha Không gian màu đỏ- lục- lam-

không màu

CMYK Cyan Magenta Yellow K(Black) Không gian màu lam- hồng đậm-

vàng- đen

HSV Hue Saturation Value Giá trị màu sắc bão hòa

GIF Graphics Interchange Format Định dạng trao đổi hình ảnh

TIFF Tagged Image File Format Định dạng dán nhãn cho tập tin

ảnh

PNG Portable Network Graphics Đồ họa hỗ trợ trao đổi qua mạng

JPEG Joint Photographic Expert Group Định dạng đồ họa theo nhóm

LSB Least Significant Bit Bit có trọng số thấp nhất

CWT Continuous WaveletTransform Biến đổi Wavelet liên tục

WSD WaveletShrinkage Denoising Wavelet thu hẹp khử nhiễu

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Điểm: ……….( Bằng chữ:………… ) Ngày … tháng … năm 2016

Giáo viên hướng dẫn

TS Đỗ Văn Tuấn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Điểm: ………( Bằng chữ:………… ) Ngày … tháng … năm 2016

Giáo viên phản biện

LỜI NÓI ĐẦU

Internet có thể xem là một phát minh có ý nghĩa vô cùng quan trọng đối với lịch

sử loài người Nó giúp cho việc trao đổi thông tin giữa người với người trở nên khoa học, dễ dàng và là động lực thúc đẩy văn minh, văn hóa và phát triển kinh tế

Tuy nhiên, sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của Internet cũng đặt ra nhiều thách thức trong việc đảm bảo an toàn thông tin, bảo mật và chống lại xâm hại bản quyền dữ liệu số trước những tấn công công nghệ Đồng thời, việc phát triển của phương tiện kỹ

thuật số làm cho việc lưu trữ, sửa đổi, sao chép dữ liệu ngày càng đơn giản và nhanhchóng dẫn đến việc bảo vệ bản quyền, chống xâm phạm ngày càng trở nên cấp thiết.Pphương pháp nhúng Thủy Vân số (Digital Watermarking) ra đời hứa hẹn là mộtphương pháp hiệu quả bởi nó cho phép chủ sở hữu nội dung số có thể nhúng và giấunhững bằng chứng về bản quyền trong các tác phẩm của mình, từ đó có thể xác địnhđược quyền sở hữu, phát hiện ra việc sử dụng trái phép mà vẫn không làm ảnh hưởngđến nội dung của nội dung số Với các tính chất đặc thù của mình Digital Watermarkingrất thích hợp với việc bảo vệ bản quyền tác giả.

Xuất phát từ yêu cầu của thực tế, nhằm mục đích hướng tới một phần nhiệm vụ nhiệm

vụ bảo vệ bản quyền thông tin số Đồ án “ Nghiên Cứu Phương Pháp Watermaking Cho Ảnh Số Ứng Dụng Kỹ Thuật Wavelet” tập trung vào việc tìm hiểu về phương

pháp thủy vân số sử dụng trong các ứng dụng bảo vệ bản quyền tác giả, và đã cho thấy được những hiệu quả đáng mong đợi

Trong quá trình thực hiện Đồ án, do thời gian cũng như trình độ của em cònnhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những sai sót Em rất mong nhận được sự góp ýtrân thành của thầy, cô giáo và các bạn để Đồ án của em được hoàn thiện hơn

Em xin trân thành cảm ơn !

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ DIGITALWATERMARK – THỦY VÂN SỐ

1.1 Diagital Watermark - Thủy vân số là gì?

- Watermark- thuỷ vân có xuất xứ từ kỹ thuật đánh dấu nước thời xưa Đây là kỹthuật đánh dấu chìm một hình ảnh, một logo, hay một dữ liệu nào đó lên trêngiấy nhằm mục đích trang trí và phân biệt được xuất xứ của sản phẩm giấy Nhưvậy, thông tin cần giấu được gọi là thuỷ vân (Watermark)

- Digital Watermark - Thủy vân số là một thuật ngữ dùng để mô tả các thông tinhay biểu tượng dưới dạng dữ liệu số được sử dụng để nhúng, chèn vào một đốitượng chứa đã được xác định Thông tin nhúng (giấu) vào sẽ được gắn liền vớiđối tượng chứa để xác định quyền sở hữu, nó giống như một “tem bản quyền”dùng để xác định đối tượng Thông tin đem nhúng là một định danh duy nhất và

do người sử dụng kỹ thuật quy định Kích thước của thông tin đem nhúng thườngnhỏ (từ vài bit tới vài ngàn bit)

- Dữ liệu thủy vân có thể được hiển thị hoặc ẩn phụ thuộc vào mỗi kĩ thuật thủyvân cụ thể

- Thủy vân cơ bản có hai ý nghĩa: một là bảo mật cho dữ liệu được đem giấu, hai

là bảo vệ cho chính đối tượng được giấu tin ở trong

1.2 Mô hình chung của kỹ thuật Watermarking

Hình 1.Mô hình chung của hệ thống Watermarking

Hình 2.Bộ nhúng WatermarkTrong đó :

- Thông tin cần giấu: tuỳ theo mục đích của người sử dụng, nó có thể là thông

điệp (với các tin bí mật) hay các logo, hình ảnh bản quyền hay thậm chí là chữ

ký cá nhân hay vân tay của chủ sở hữu dữ liệu

- Phương tiện chứa: có thể là các file ảnh, fie văn bản, audio, video… cụ thể ở

đây ta xét là các sản phẩm dữ liệu số

- Bộ nhúng thông tin: là những chương trình thực hiện công việc nhúng tin

vào dữ liệu chứa

- Đầu ra: là sản phẩm đã có dữ liệu cá nhân của chủ sở hữu được nhúng ở

trong đó

1.2.2 Bộ giải mã Watermark

- Quá trình trích thông tin đã được giấu vào dữ liệu chứa diễn ra theo quy trìnhngược lại với quá trình giấu thông tin được thể hiện như trong hình sau :

Hình 3.Bộ giải mã Watermark

- Sau khi nhận được đối tượng phương tiện chứa có giấu thông tin, quá trình giải

mã được thực hiện thông qua một bộ giải mã tương ứng với các quá trình giấu tincủa bộ nhúng thông tin cùng với khoá đã được sử dụng Kết quả thu được sẽ baogồm dữ liệu gốc và thông tin đã đem giấu Bước tiếp theo thông tin đã đem giấu

mà qua trình giải mã thu được sẽ được xử lý kiểm định so sánh với thông tin đãđem giấu lúc đầu

1.3 Phân loại Watermark

- Về cơ bản Watermark – thủy vân được phân thành các loại sau:

Hình 4 Phân loại Watermark

1.3.1 Phân loại theo tính bền vững

- Thủy vân bền vững (Robust Watermarking): là thủy vân bền vững với sản phẩm nhằm

chống lại việc tẩy xóa, làm giả, biến đổi hay phá hủy thủy vân Nếu muốn loại bỏ thủyvân thì cách duy nhất là phá hủy sản phẩm

- Thủy vân dễ vỡ (Fragile Watermarkng): hiện ngay trên sản phẩm và người dùng có

thể nhìn thấy Các thủy vân hiện thường dưới dạng chìm, mờ hoặc trong suốt để khônggây ảnh hưởng đến chất lượng dữ liệu gốc

1.3.2 Phân loại theo khả năng cảm nhận

- Thủy vân ẩn (Imperceptible Watermarking): là loại thủy vân tính ẩn cao, bằng

mắt thường không thể nhìn thấy được thủy vân

Thủy vân hiện (Visible Watermarking): là những thủy vân hiện ngay trên sản

phẩm và người dùng có thể nhìn thấy được giống như các biểu tượng truyền hìnhVTV1, VTV2, HDTV… Các thủy vân hiện trên ảnh thường được thể hiện dưới dạngchìm, mờ hoặc trong suốt để không gây ảnh hưởng đến chất lượng ảnh gốc

Hình 5 Một số ứng dụng sử dụng thủy vân hiện

1.3.3 Phân loại theo hướng tiếp cận

- Theo miền không gian (Spatial Domain): là kỹ thuật nhúng thủy vân trực tiếp

vào vùng không gian dữ liệu ảnh

- Theo miền tần số (Frequency Domain): là kỹ thuật nhúng thủy vân vào vùng

biến đổi tần số của ảnh

1.4 Yêu cầu đối với một thuật toán Watermarking

1.4.1 Tính bảo mật

Giống như trong lĩnh vực mã hóa, tính hiệu quả của một thuật toán không thể dựavào giả định rằng kẻ tấn công không biết cách Watermarkđã được nhúng vào tài liệu.Tuy nhiên, giả định đó lại được dùng để đánh giá độ an toàn của các sản phẩm thươngmại sử dụng Watermarking trên thị trường Vì vậy, với một sản phẩm có sử dụng ứngdụng Watermarking, khi biết được cách làm việc của bộ nhúng và bộ dò, thì việc làmcho Watermark đã nhúng không khôi phục lại được từ dữ liệu chứa hay phá hủyWatermark thường rất dễ dàng Hơn nữa, một số kỹ thuật sử dụng dữ liệu gốc trong quytrình dò và thường thì các giải pháp loại này không khả thi trong thực tế

1.4.2 Tỉ lệ bit

Tùy thuộc vào ứng dụng, thuật toán Watermarking có thể cho phép một số lượngbit cần ẩn được định nghĩa trước Không tồn tại các quy tắc chung, tuy nhiên đối vớiảnh thì số bit tối thiểu dùng để nhúng vào dữ liệu là 300 - 400 bit Và trong mọi trườnghợp đều không nên giới hạn số lượng bit được nhúng vào dữ liệu

1.4.3 Quá trình giải mã đáng tin cậy

Bộ giải mã phải hoạt động thật sự hiệu quả ngay cả khi không có bất kỳ tác độnggây biến dạng dữ liệu nào tác động vào.Quá trình giải mã được ưu tiên xây dựng hàngđầu khi Watermark được sử dụng để nhúng vào các sản phẩm có giá trị về mặt pháp lý

1.4.4 Tính bền vững

Một Watermark phải bền vững với các phép biến đổi như: nén mất dữ liệu, in,quét, nhiễu đường truyền…phải có khảnăng tồn tại cao với các tấn công có chủ đích vàkhông có chủ đích Các tấn công không có chủ đích bao gồm: lấy mẫu, lọc, thay đổikích thước, chuyển đổi A/D và D/A… Còn các tấn công có chủ đích có thể là việc xóa,thay đổi hoặc làm nhiễu Watermark trong ảnh hay xuyên tác nội dung dữ liệu với mụcđích không lành mạnh.Để làm được điều này thủy vân phải được nhúng trong nhữngvùng dữ liệu có ảnh hưởng nhiều đối với trực giác.Phương pháp Watermarking phảiđảm bảo sao cho việc không thể khôi phục lại thủy vân đồng nghĩa với việc dữ liệu đókhông còn giá trị thương mại, tức là nó đã bị biến đổi qua nhiều về nội dung

1.5 Các ứng dụng của Watermark

1.5.1 Theo dõi phát sóng

Xuất phát từ yêu cầu bản quyền và theo dõi các sản phẩm giải trí được phát sóngtrên truyền hình, nhà sản xuất và các bên liên quan cần một hệ thống giám sát thờilượng phát sóng và nội dung được phát sóng trên các phương tiện thông tin đại chúngcủa các nhà đài được liên kết Hệ thống theo dõi chủ động được phát triển có áp dụng

kỹ thuật Watermarking thì Watermark sẽ tồn tại bên trong nội dung tín hiệu phát sóng

vì thế hoàn toàn tương thích với nền tảng thiết bị phát sóng đã được cài đặt bao gồm cả

bộ truyền tải Digital và Analog

1.5.2 Bảo bệ bản quyền và xác định chủ sở hữu

Để bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ đối với các tác phẩm, chủ sở hữu có thể nhúng mộtWatermark đại diện cho thông tin bản quyền vào dữ liệu của mình Khi đó, các cơ quanluật pháp để có thể phán quyết chính xác quyền tác giả thì họ yêu cầu một dấu hiệu nào

đó để chứng minh tác quyền từ tác giả Trong trường hợp này Watermark là một trongnhững cơ sở quan trọng để đưa ra trước pháp luật

1.5.3 Xác nhận nội dung

Các tác phẩm kỹ thuật số ngày nay đứng trước nguy cơ bị làm giả về nội dung.Một giải pháp sử dụng chữ ký trực tiếp vào tài liệu dùng kỹ thuật Watermarking Chữ

ký được thiết kế sao cho dù chỉ là sai lệch nhỏ nhất thì Watermark đã nhúng vào tài liệu

sẽ không thể đọc lại được như vậy việc xác nhận việc sai phạm về nội dung có thể đượcgiải quyết

1.5.4 Kiểm soát sao chép

Các ứng dụng của Watermark đã đề cập ở trên thì Watermark chỉ được phát huytác dụng khi đã bị làm cho thay đổi và Watermark là một cơ sở để xác định lại nội dungcũng như những quyền lợi của chủ sở hữu đối với dữ liệu Rõ ràng, việc ngăn chặn cáctấn công ngay từ đầu sẽ dễ dàng hơn việc phải xác định lại Watermark sau khi đã bị tấncông Khi đó, dữ liệu sẽ được mã hóa với một khóa (key) duy nhất.Nếu không có khóathì không sử dụng được dữ liệu

CHƯƠNG 2 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THỦY VÂN TRÊN ẢNH SỐ

2.1 Ảnh số là gì ?.

- Ảnh số - Digital Image được hình thành từ hàng trăm ngàn đến hàng triệu ôvuông rất nhỏ - được coi là những thành tố của bức ảnh và được biết dưới tên gọi

là pixels (picture element) - điểm ảnh Ảnh có thể được biểu diễn dưới dạng một

ma trận 2 chiều, mỗi phần tử của ma trận tương ứng với một điểm ảnh, chiềurộng của ảnh tương đương với số cột và chiều cao của ảnh tương đương với sốhàng

- Kích thước của ảnh phụ thuộc vào số lượng điểm ảnh cấu thành Máy tính haymáy in sử dụng những ô vuông nhỏ này để hiển thị hay in ra bức ảnh Để làmđược điều đó máy tính hay máy in chia màn hình, trang giấy thành một mạnglưới chứa các ô vuông, sau đó sử dụng các giá trị chứa trong file ảnh để định ramầu sắc, độ sáng tối của từng pixel trong mạng lưới đó - ảnh số được hình thành

Việc kiểm soát, định ra địa chỉ theo mạng lưới như trên được gọi là bit mapping và ảnh số còn được gọi là ảnh bit-maps.

- Có thể mường tượng ảnh số giống như bức tranh cát được tạo nên từ vô số cáchạt cát Mỗi hạt cát có thể coi như một pixel

2.2.2 Ảnh màu (color image): là ảnh mà tại mỗi điểm là một cấu trúc gồm nhiều

không gian màu khác nhau (thường là 3 kênh màu) Một số không gian màu :

- RGB (red green blue) :thường được sử dụng trong việc hiển thị trên máy tính.

Nếu mỗi kênh màu được mã hóa bằng 1 byte (8 bit), và giá trị nằm trong đoạn [0,255], thì ta có ảnh 24 bit màu, và mã hóa được tất cả 255 x 255 x 255 =16.581.375 màu, hay thường gọi là 16 triệu màu

- RGBA (Red Green Blue Alpha): alpha là kênh màu trong suốt.

- CMYK (Cyan Magenta Yellow Black): thường dùng trên máy in C: Cyan -

màu lam; M: Magentan - màu hồng đậm; Y: Yellow - vàng; K từ viết tắt thay thếcho Black - màu đen do B được sử dụng là ký hiệu của Blue - màu lam trong không gian màu RGB

Hình 6 Không gian màu CMYK và RGB

- HSV (Hue Saturation Value)Không gian màu này còn có tên khác là HSI(intensity), HSL (lightness)

Hình 7 Không gian màu HSV

2.3 Các kiểu định dạng ảnh phổ biến

• Định dạng ảnh BMP (Bit Mapping)

Các tập tin đồ họa được lưu dưới dạng BMP thường có đuôi bmp hoặc dib

(Device Independent Bitmap) Đặc điểm nổi bật nhất của định dạng BMP một

hình ảnh lưu dưới dạng BMP thường có kích cỡ rất lớn do khi lưu ảnh, các điểmảnh được ghi trực tiếp vào tập tin Tập tin hình ảnh thường không được nén bằngbất kỳ thuật toán nào

• Định dạng ảnh GIF (GIF – Graphics Interchange Format )

Định dạng trao đổi hình ảnh - là một định dạng tập tin hình ảnh bitmap cho cáchình ảnh dùng ít hơn 256 màu sắc khác nhau Tập tin GIF dùng kỹ thuật nénkhông mất dữ liệu trong đó kích thước tập tin có thể được giảm mà không làmgiảm chất lượng hình ảnh

• Định dạng ảnh TIFF (TIFF - Tagged Image File Format) :

- Là một tiêu chuẩn trong ngành công nghiệp in ấn và xuất bản Tập tin TIFF cókích thước lớn hơn khá nhiều so với JPEG, có thể được nén hoặc không đượcnén sử dụng thuật toán nén không mất dữ liệu

- Đây là một định dạng ảnh màu được thiết kế nhằm làm nhẹ bớt các vấn đề liênquan đến việc mở rộng tệp ảnh cố định

• Định dạng ảnh JPEG (JPEG – Joint Photographic Expert Group)

- Đây cũng là một định dạng ảnh ảnh nén nhưng có mất mát dữ liệu chính vì vậykhi nén ảnh bằng công nghệ JPG thì chất lượng hình ảnh sẽ giảm đi rõ rệt, dù là

để ở chất lượng nén JPG tốt nhất thì bức ảnh vẫn bị thay đổi 1 chút Tuy nhiên nóđược hỗ trợ trên nhiều trình duyệt

• Định dạng ảnh PNG (PNG - Portable Network Graphics)

- Là định dạng hình ảnh sử dụng phương pháp nén dữ liệu mới - không làm mất đi dữliệu gốc Định dạng ảnh PNG được các nhà thiết kế đồ họa web coi như một lựachọn hàng đầu, bởi những tính năng mạnh mẽ của nó: giảm thiểu dung lượng PNGđược tạo ra nhằm cải thiện và thay thế định dạng ảnh GIF là định dạng tập tintuyệtvời cho ảnh số trên mạng Internet bởi vì PNG hỗ trợ màu trong suốt trong tất cảcác trình duyệt web với những tính năng mà GIF không có

2.4 Khái niệm Watermaring trên ảnh số

2.4.1 Khái niệm thủy vân trên ảnh số

- Thủy vân trên ảnh số là kỹ thuật nhúng một lượng thông tin số vào một bức ảnh

số và thông tin nhúng được gắn liền với bức ảnh chứa

Thủy vân trên ảnh số nhằm đảm bảo an toàn dữ liệu cho đối tượng được sử dụng đểgiấu thông tin như: bảo vệ quyền tác giả, chống xuyên tạc, xác thực thông tin…

Hình 8 Quá trình Watermarking cho ảnh số

Các yêu cầu cơ bản của hệ thống thủy vân:

- Phương tiện chứa thủy vân: phải là ảnh hai chiều tĩnh

- Thủy vân nhúng trong ảnh: chỉ tác động lên dữ liệu ảnh nhưng không làm thayđổi kích thước và không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng của ảnh

- Kỹ thuật nhúng thủy vân: ứng với từng loại thủy vân mà mắt thường có thể nhìnthấy hay không

2.4.2 Mô hình hệ thống thủy vân trên ảnh số

- Mô hình hệ thống thủy vân trên ảnh số tổng quát bao gồm 2 quá trình: quá trìnhnhúng thủy vân và quá trình tách thủy vân

Quá trình nhúng thủy vân

Hình 9 Quá trình nhúng thủy vânQuá trình nhúng thủy vân được mô tả như sau:

- Một bức ảnh gốc cần được bảo vệ S

- Thùy theo mục đích bảo vệ người ta chọn thủy vân có thể là dạng văn bản, chuỗibít hoặc một bức ảnh, gọi chung là thông tin thủy vân W

- Có thể sử dụng thêm khóa K làm khóa cho quá trình nhúng và tách thủy vân

- Một thuật toán trong hệ thống sẽ kết hợp giữa các thông tin về ảnh gốc, thông tinthủy vân và thông tin khóa để tạo thành một bức ảnh mới gọi là ảnh đã nhúngthủy vân hay chứa thủy vân SW Bức ảnh này sẽ được sử dụng để phân phối

Quá trình tách thủy vân:

Hình 10 Quá trình tách thủy vân

Ảnh chứa thủy vân SW trong quá trình phân phối có thể bị sử dụng trái phép, người

sử dụng có thể đã dùng một phép biến đổi ảnh thông thường để tấn công vào SW nhằmphá hủy thủy vân nếu có trong SW, các tấn công trên SW tạo ra SW*

Quá trình tách thủy vân từ ảnh chứa SW* (SW* có thể trùng với SW) tiến hành:

- Sử dụng ảnh chứa thủy vân SW*, hệ thống khóa K (nếu có) đã sử dụng trong quá trìnhnhúng thủy vân

- Tùy theo kỹ thuật, ảnh gốc S có thể được sử dụng

- Việc tách thủy vân được thực hiện theo một thuật toán đã xác định Kết quả là thông tinthủy vân W* tách được từ SW*

- Thủy vân tách được cần so sánh với thủy vân gốc W để đưa ra kết luận

2.4.3 Những tấn công trên hệ thủy vân

Tấn công ở đây có thể được xem như là một quá trình làm suy yếu hay thậm chí

là loại bỏ Watermark đã được nhúng vào đối tượng chứa Hệ thống thủy vân cần chốnglại được một số phép xử lý ảnh thông thường và một số tấn công có chủ định đối vớiảnh chứa thủy vân Có thể phân tấn công thành 2 loại là tấn công cố ý và tấn công vô ý

Mục đích duy nhất của tấn công cố ý là cố loại bỏ Watermark, trong khi tấn công

vô ý xảy ra trong suốt quá trình xử lý ảnh thông thường Ngoài ra, các tác động sau đâycũng gây khó khan cho quá trình trích lấy thủy vân:

Ảnh đã nhúng Watermark W

Truyền

Méo dạnghình học

- Thay đổi tỉ lệ

- Xoay

- Cắt xén

Các méo dạngkhác

- In

- Scan

- Nhúng chèn một Watermark

Cácxử lý thôngthường

- Biến đổi A/D;

D/A; thay đổi độ tương phản

- Lọc tuyến tính

- Lọc phi tuyến

TruyềnẢnh đã nhúng Watermark thực tế

W*

2.4.4 Đánh giá chất lượng ảnh trong thủy vân:

2.4.4.1 Đánh giá chất lượng ảnh gốc và ảnh chứa thủy vân:

Việc đánh giá, so sánh một cách chính xác sự sai lệch về chất lượng ảnh gốc S vàảnh sau khi nhúng thông tin thủy vân S* có thể thực hiện qua việc tính toán giá trị tỷ sốtín hiệu đỉnh trên nhiễu PSNR giữa ảnh gốc S và ảnh chứa thủy vân S* (S và S* có cùngkích cỡ nhỏ nhất) PSNR được tính theo công thức:

;)(log

Trong đó:

2 1

)),

2.4.4.2 Đánh giá thủy vân tách được và thủy vân gốc:

Trong một số trường hợp thì thủy vân là một chuỗi bit, khi đó công việc nhậndiện thủy vân sẽ không đơn giản Ngay cả khi trong trường hợp thủy vân là thông tinmang ý nghĩa nhận biết được thì cũng phải có kĩ thuật để kiểm định và định lượng sựđúng sai của thủy vân tách so với thủy vân gốc

Thủy vân là một ảnh thì khi giải mã ta cũng có một ảnh tương tự và ta có thểnhìn thấy sự khác biệt giữa hai ảnh

Có nhiều kĩ thuật kiểm định, định lượng thủy vân, kỹ thuật đơn giản nhất là tỷ lệđúng sai từng bit theo công thức:

Trong đó: n: Số bit trùng nhau của thủy vân tách so với thủy vân gốc

: Tổng số bit của thủy vân gốc

Chẳng hạn ta nhúng thủy vân có độ dài 2000 bit, khi giải mã so với thúy vân gốc,thủy vân tách được sai lệch 200 bít và 1800 bit còn lại là trùng nhau Vậy thì tỷ lệ trùngkhớp là SR = 1800/2000 = 0.9 Theo tiêu chuẩn so sánh này thì SR càng gần 1 thì sự saikhác giữa thủy vân gốc và tủy vân tách được càng thấp

2.5 Các phương phápWatermarking cho ảnh số

2.5.1 Hướng tiếp cận theo miền không gian ảnh (SpatialDomain):

Nhóm kỹ thuật này tập trung vào việc thay đổi trực tiếp lênkhông gian các điểmảnh.Phương pháp điển hình là phươngpháp tách bit có trọng số thấp nhất (LSB - LeastSignificantBit) Thí dụ, một điểm ảnh được biểu diễn bởi chuỗi 8 bit sau thì bit LSB vàMSB được xác định như sau:

Để khó bị phát hiện, thông tin thường được nhúng vào những vùng mắt người kém nhạycảm với màu sắc nhất.Giả sử, ta có giá trị của 4 điểm ảnh là:

00111011 11001010 00101100 01111110

Ta có dữ liệu nhúng là : “0111”

Quá trình nhúng sẽ như sơ đồ sau :

Hình 12.Nhúng thông tin vào các bit LSB

Ưu điểm :

 Ưu điểm cơ bản của phương pháp LSB là giấu được nhiều thông tin

 Đơn giản trong cài đặt và phát huy hiệu quả trong nhiều ứng dụng đòi hỏiyêu cầu bảo mật không quá phức tạp

2.5.2 Hướng tiếp cận theo miền tần số (FrequencyDomain):

Đây là nhóm kỹ thuật sử dụng một phương pháp biến đổitrực giao nào đó, chẳnghạn Fourier rời rạc, Cosine rời rạc, hayWavelet rời rạc, … để chuyển miền không giansang miền tần sốtheo kỹ thuật trải phổ trong truyền thông Đây là kỹ thuật phổ biếnnhấtvới nhiều thuật toán và được hứa hẹn là một phương pháp tốtgiải quyết vấn đề đảm bảohai thuộc tính quan trọng (tính ẩn và tínhbền vững) của thủy vân khi giấu

o Biến đổi Fourier rời rạc (DFT – Discrete Fourier Transform)

Từ trước đến nay có nhiều phương pháp phân tích tín hiệu Được biết đến nhiềunhất là phân tích Fourier trên cơ sở phân tích một tín hiệu thành tổng các hàm sin vớicác tần số khác nhau Phân tích Fourier là kỹ thuật biến đổi tín hiệu từ miền thời giansang miền tần số

Biến đổi Fourier của tín hiệu x(t) được xác định bởi công thức sau :

Biến đổi Fourier ngược của x(t) là:

Trong đó x(t) và X(f) được gọi là một cặp biến đổi Fourier : x(t) X(f) và được

mô tả như hình 5

Hình 13 Biến đổi Fourier tổng quát