Tìm hiểu các kỹ thuật bảo vệ bản quyền nội dung số

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG ──────── * ─────── BÁO CÁO MÔN HỌC XỬ LÝ DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN TÌM HIỂU CÁC KỸ THUẬT BẢO VỆ BẢN QUYỀN NỘI DUNG SỐ VÀ ÁP DỤNG CHO ẢNH SỐ Sinh viên thực hiện: Lê Văn Quân 20102035 Phạm Văn Tiệp 20112326 Nguyễn Văn An Phạm Văn Tiến Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thị Hoàng Lan HÀ NỘI 5-2016 Nhóm sinh viên thực : Nhóm 20 – Xử lý liệu đa phương tiện LỜI NÓI ĐẦU 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 Nhóm sinh viên thực : Nhóm 20 – Xử lý liệu đa phương tiện MỤC LỤC Nhóm sinh viên thực : Nhóm 20 – Xử lý liệu đa phương tiện DANH MỤC HÌNH ẢNH Nhóm sinh viên thực : Nhóm 20 – Xử lý liệu đa phương tiện PHÂN CHIA CÔNG VIỆC Lê Văn Quân Tìm hiểu chung lý thuyết tổng quan kỹ thuật Phạm Văn Tiến Watermarking kỹ thuật Watermarking ảnh số Trình bày slide, báo cáo Phạm Văn Tiệp Tìm hiểu kỹ thuật Watermarking JPEG dùng DWT Nguyễn Văn An Thử nghiệm thuật toán Watermarking sử dụng DWT Trình bày slide, báo cáo Nhóm sinh viên thực : Nhóm 20 – Xử lý liệu đa phương tiện CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT WATERMARKING 1.1 Giới thiệu Watermarking Watermarking kỹ thuật đánh dấu thông tin (ảnh, đoạn văn bản, …) vào liệu đa phương tiện (ảnh số, audio số, video, …) dùng để bảo vệ đối tượng chứa thông tin đánh dấu Trong : Thông tin đánh dấu (embedded data) : thông tin nhúng vào phương tiện chứa, ảnh, logo, đoạn văn Phương tiện chứa (host signal) : phương tiện gốc, có chứa thông tin cần bảo vệ Ví dụ : Hình 1: Hình ảnh trường đại học Bách Khoa Watermark logo Bách Khoa - logo nhìn thấy Nhóm sinh viên thực : Nhóm 20 – Xử lý liệu đa phương tiện 1.2 Phân loại Watermarking Watermarking phân loại nhiều cách, cụ thể sau: • Trên miền hoạt động o Miền không gian Trong kỹ thuật Watermark miền không gian, Watermark nhúng miền không gian phương tiện chứa, ví dụ sử dụng kỹ thuật LSB o Miền tần số Trong kỹ thuật Watermark miền tần số, phương tiện chứa watermark biến đổi qua phép biến đổi DWT, DCT, DFT, … sau tổng hợp lại thành phương tiện chứa watermark • Theo phương tiện chứa o Văn Watermark chứa văn thường đoạn văn hình ảnh chèn văn o Ảnh số Watermark ảnh số thường watermark không nhìn thấy để chứng tỏ quyền tác giả Hoặc đính kèm tin mật để không bị lộ thông tin o Audio Watermark audio đoạn tiếng nói / nhạc chèn audio gốc nhằm tránh việc sử dụng audio bất hợp pháp o Video số Watermark video thường watermark nhìn thấy được, xuất khoảng thời gian video • Theo cảm nhận người o Không thể cảm nhận Watermark thường sử dụng Audio số Ảnh số, nhằm che giấu việc đánh dấu thông tin phương tiện cần bảo vệ Hoặc dùng để che giấu thông tin mật cần truyền o Có thể cảm nhận Watermark dùng để kiểm soát phân phối bất hợp pháp người sử dụng phương tiện cần bảo vệ • Theo độ bền Watermark o Dễ phá vỡ o Khó phá vỡ Nhóm sinh viên thực : Nhóm 20 – Xử lý liệu đa phương tiện 1.3 Sơ đồ khối Watermarking Hình : Sơ đồ khối Watermarking Trong sơ đồ trên, O (Orgin Media) : Là phương tiện gốc, chứa thông tin gốc W (Watermark) : Là watermark, mang thông tin đánh dấu E : Là xử lý nhúng Watermark vào phương tiện S : phương tiện sau nhúng Watermark 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 1.4 Ứng dụng Watermarking Watermarking có ứng dụng sau: • Đánh dấu quyền Thông tin tác giả giấu liệu Tác giả chứng minh nguồn gốc liệu Ví dụ : Một hãng phim sản xuất phim giấu thông tin phát hành vào phim, nhân viên rạp chiếu phim phát tán ngoài, hãng phim xác nhận rạp chiếu phim phát tán phim điều tra Một nhà sản xuất âm nhạc, video clip chèn thông tin cá nhân vào video, âm nhạc, có người sử dụng upload thông tin lên Youtube hay trang nhạc trực tuyến, nhà sản xuất dễ dàng chứng minh sản Nhóm sinh viên thực : Nhóm 20 – Xử lý liệu đa phương tiện phẩm sản xuất yêu cầu gỡ kiện bên sử dụng không hợp pháp Tương tự người làm đồ họa, games, ….v….v… • Che giấu thông tin Có thể giấu thông tin bên liệu khác, dùng để truyền tin mật Ví dụ : Các tổ chức quân thay gửi thông tin file text, mã hóa thuật toán gửi ảnh để tránh nghi ngờ Nhưng thông tin trích xuất từ ảnh Người ăn cắp trung gian không nghi ngờ dịch thông tin ẩn giấu phương tiện • Xác thực thông tin Dùng để xác nhận liệu có nguyên vẹn hay bị sửa đổi, dùng để chống giả mạo Nhóm sinh viên thực : Nhóm 20 – Xử lý liệu đa phương tiện CHƯƠNG II: TÌM HIỂU VỀ KỸ THUẬT WATERMARKING ĐỐI VỚI ẢNH JPEG 2.1 Tổng quan kỹ thuật Watermarking ảnh JPEG 2.2 Thuật toán Watermarking ảnh JPEG sử dụng DCT 2.2.1 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 2.2.2 Thuật toán nhúng tách thủy vân 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 Đầu • Một ảnh sau nhúng thủy vân Nhóm sinh viên thực : Nhóm 20 – Xử lý liệu đa phương tiện • Khóa để giải mã Sơ đồ mô tả trình Hình :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 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) 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: Nhóm sinh viên thực : Nhóm 20 – Xử lý liệu đa phương tiện Bước 6a: Nếu d[...]... độ an toàn cho kỹ thuật giấu tin, đặc biệt là kỹ thuật giấu tin mật Bài toán đặt ra là phát hiện có tồn tại tin giấu trong ảnh hay không, cũng như có thể sửa đổi hay phá hủy thông tin đã giấu hay không? Trong đề tài chúng em đã trình bày một số kỳ thuật giấu tin bằng thay thế bit có trọng số thấp nhất, kỳ thuật thủy vân trên miền biến đổi DCT Tổng hợp nội chính của bài báo cáo là: - Tìm hiểu chung về... giải mã Sơ đồ mô tả quá trình Hình 3 :Sơ đồ kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi DCT Mô tả: Ảnh gốc sao khi được tách khối sẽ chia thành các khối ảnh 8x8 Sau đó các khối ảnh sẽ được biến đổi DCT thành các khối DCT Thủy vân sẽ được chuyển thành các bit để nhúng vào khối DCT bằng việc thay đổi các hệ số DCT, từ đó ta thu được các khối đã nhúng thủy vân Các khối đã nhúng thủy vân sẽ được biến đổi IDCT... Thuật toán trên miền DWT cho phép nhúng và tách thông tin một cách dễ dàng, thời gian thực hiện thuật toán nhanh - Thuật toán trên miền DWT cho Thủy vân bền vững với những biến đổi Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 20 – Xử lý dữ liệu đa phương tiện KẾT LUẬN Kể từ khi ra đời, giấu tin đã và đang làm tốt vai trò của nó trong nhiều lĩnh vực như bảo vệ thông tin an toàn trong quá trình trao đổi, bảo vệ quyền. .. mô hình trong thực tế và kỹ thuật 3.2 Kịch bản thử nghiệm  Input : Ảnh đầu vào : kích thước 512x512 dung lượng 44,000 bytes (42.9KB) Watermark : kích thước 512x512, dung lượng 33,759 bytes (32.9KB) Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 20 – Xử lý dữ liệu đa phương tiện Hình 7: Ảnh đầu vào Hình 8 :Watermark  Output : Ảnh đã được tiến hành watermark 1 số thông số cần đo : PSNR – Tỉ số tín hiệu cực đại trên... 6: Ghép cái bit bk từ các khối để thu được W 2.3 Thuật toán Watermarking ảnh JPEG sử dụng DWT 2.3.1 Phép biến đổi DWT đối với ảnh số Việc tách wavelet có thể thực hiện một cách dễ dàng nhờ sử dụng kết hợp 2 bộ lọc thông thấp và thông cao, ảnh sẽ được phân tích thành các dải LL, LH, HL và HH Để thu được các hệ số wavelet nhỏ hơn thì dải LL sẽ được phân tách nhỏ hơn và thu được các mẫu con Quá trình... dải LL thường bền vững trước các tấn công nhưng sẽ gây ra sự suy giảm về chất lượng ảnh Ngược lại, sự thay đổi các hệ số wavelet ở dải HH tin giấu dễ bị nhìn thấy và dễ bị tấn công thay đổi Thông thường thủy vân số được nhúng vào các dải tần số giữa HL hoặc LH bỏi chúng cân đối giữa hai điều bên trên, nghĩa là vẫn đảm bảo tính bền vững và vô hình trước mắt người 2.3.2 .Thuật toán nhúng và tách thủy... người dùng Từ các hệ số DWT này, ta có thể xây dựng lại ảnh gốc, quá trình này gọi là IDWT Trong thực tế DWT thuận và nghịch thường được tính toán theo hai công thức: Trong đó là hàm wavelet, các hệ số a, b được chọn lần lượt là 2 và 1 Một số hàm sóng con wavelet như hàm Haar, hàm Daubechies Hình 4 : Biến đổi DWT 3 mức ● ● ● ● Quá trình này sẽ phân tách ảnh ra thành nhiều dải tần số gọi là các subband... thành ảnh thủy vân đã nhúng CHƯƠNG III: CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM THUẬT TOÁN WATERMARKING SỬ DỤNG DWT ĐỐI VỚI ẢNH JPEG 3.1 Môi trường thực hiện MATLAB là phần mềm cung cấp môi trường tính toán số và lập trình, do công ty MathWorks thiết kế MATLAB cho phép tính toán số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ thông tin, thực hiện thuật toán, tạo các giao diện người dùng và liên kết với những chương trình... vân chịu tác động của phép nén JPEG Thuật toán trên miền DWT cho phép nhúng và tách thông tin một cách dễ dàng, thời gian thực hiện thuật toán nhanh Thuật toán trên miền DWT cho thủy vân bền vững với những biến đổi như nén JPEG, hay cắt ảnh  Quá trình DeWatermark : Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 20 – Xử lý dữ liệu đa phương tiện • Biến đổi DWT ảnh đã nhúng bản quyền: • Watermark được extract : Nhận... thay đổi hệ số C[2,3] = 135 ta thực hiện phép biến đôi ngược IDCT(C) và thu được khối B’ như sau: 31 83 67 27 74 28 15 59 16 48 15 15 88 76 15 20 17 10 17 60 38 17 183 143 163 160 158 136 132 66 67 193 167 144 138 114 123 192 169 168 139 104 197 200 165 177 15 102 27 16 15 178 240 235 191 109 18 88 178 166 232 191 190 141 Nhận xét: Các hệ số của khối B’ không có nhiều khác biệt với các hệ số của khối