ThS37 007 nghiên cứu một số kỹ thuật nén dữ liệu dựa trên phép biến đổi sóng nhỏ rời rạc và ứng dụng trong máy ảnh kỹ thuật số

=-=.LỜI CẢM ƠN ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Bùi Thế Hồng tận tình KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN hƣớng dẫn, bảo hết lòng giúp đỡ để hoàn thành luận văn Xin cảm ơn Khoa Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên tạo điều kiện giúp đỡ suốt trình làm luận văn nghiên cứu NGUYỄNC HỒNG NGỌC NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KỸ THUẬT NÉN DỮtháng LIỆUnăm DỰA Thái Nguyên, ngày 2009 TRÊN PHÉP BIẾN ĐỔI SÓNG NHỎ RỜI RẠC VÀ văn ỨNG Tác giả luận DỤNG TRONG MÁY ẢNH KỸ THUẬT SỐ NGUYỀN HỒNG NGỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN THÁI NGUYÊN - 2009 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGUYỄN HỒNGN NGỌC NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KỸ THUẬT NÉN DỮ LIỆU DỰA TRÊN PHÉP BIẾN ĐỔI SÓNG NHỎ RỜI RẠC VÀ ỨNG DỤNG TRONG MÁY ẢNH KỸ THUẬT SỐ Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60.48.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS BÙI THẾ HỒNG THÁI NGUYÊN - 2009 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thày giáo TS Bùi Thế Hồng Viện Công nghệ Thông tin thuộc Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn, bảo tận tình hết lòng giúp đỡ suốt thời gian làm luận văn Xin cảm ơn thày giáo, cô giáo, công tác Phòng Cơ sở liệu – Viện Công nghệ thông tin, thầy cô giáo công tác Khoa công nghệ thông tin – ĐHTN, tập thể bạn học viên lớp cao học Khóa giúp đỡ, động viên nhiệt tình chia sẻ với kinh nghiệm học tập, nghiên cứu suốt khoá học Xin đƣợc cảm ơn Ban lãnh đạo Trƣờng CĐCN Việt đức, toàn thể bạn đồng nghiệp Khoa CNTT nhiệt tình tạo điều kiện giúp đỡ thời gian, vật chất tinh thần để hoàn thành đƣợc khóa học Thái Nguyên, ngày 10 tháng 11 năm 2009 Học viên Nguyễn Hồng Ngọc Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn nội dung luận văn tự sƣu tầm, tra cứu xếp cho phù hợp với nội dung yêu cầu đề tài Nội dung luận văn chƣa đƣợc công bố hay xuất dƣới hình thức không đƣợc chép từ công trình nghiên cứu Tất phần mã nguồn chƣơng trình tự thiết kế xây dựng, có sử dụng số thƣ viện chuẩn thuật toán đƣợc tác giả xuất công khai miễn phí mạng Internet Nếu sai xin xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Thái Nguyên, ngày 10 tháng 11 năm 2009 Ngƣời cam đoan Nguyễn Hồng Ngọc Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn i MỤC LỤC CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC KỸ THUẬT NÉN ẢNH 1.1 Giới thiệu chung nén ảnh số 1.2 Phân loại kỹ thuật nén 1.2.1 Nén tổn hao không tổn hao 1.2.2 Mã hoá dự đoán mã hoá dựa phép biến đổi 1.2.3 Mã hoá băng 1.3 Tiêu chuẩn đánh giá chất lƣợng mã hoá ảnh 1.4 Các kỹ thuật nén có tổn hao 1.4.1 Kỹ thuật mã hoá băng 1.4.2 Kỹ thuật mã hóa dựa phép biến đổi 1.4.2.1 Kỹ thuật mã hóa dựa phép biến đổi DCT 1.4.2.2 Kỹ thuật mã hoá dựa phép biến đổi DWT Mối quan hệ biến đổi Wavelet Fourier 10 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA BIẾN ĐỔI WAVELET 13 2.1 Cơ sở toán học 13 2.1.1 Biến đổi Wavelet liên tục 13 2.1.2 Biến đổi Wavelet rời rạc 13 2.1.3 Tính chất biến đổi Wavelet 14 2.2 Giới thiệu số họ Wavelet 15 2.2.1 Biến đổi Wavelet Haar 15 2.2.2 Biến đổi Wavelet Meyer 15 2.2.3 Biến đổi Wavelet Daubechies 16 2.3 Một số ứng dụng bật Wavelet 16 2.3.1 Nén tín hiệu 16 2.3.2 Khử nhiễu 17 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn ii 2.3.3 Mã hoá nguồn mã hoá kênh 17 CHƢƠNG CHUẨN NÉN ẢNH TĨNH DỰA TRÊN BIẾN ĐỔI WAVELET JPEG2000 18 3.1 Lịch sử đời phát triển chuẩn JPEG2000 18 3.2 Các tính JPEG2000 18 3.3 Các bƣớc thực nén ảnh theo chuẩn JPEG2000 19 3.3.1 Xử lý trƣớc biến đổi 19 3.3.2 Biến đổi liên thành phần 19 3.3.3 Biến đổi riêng thành phần (biến đổi Wavelet) 20 3.3.4 Lƣợng tử hoá - Giải lƣợng tử hoá 20 3.3.5 Mã hoá kết hợp dòng liệu sau mã hoá 21 3.3.6 Phƣơng pháp mã hoá SPIHT 21 3.3.7 Phƣơng pháp mã hoá EZW 23 3.4 So sánh chuẩn JPEG2000 với JPEG chuẩn nén ảnh tĩnh khác 24 CHƢƠNG ỨNG DỤNG THỦY VÂN TRONG MÁY ẢNH KỸ THUẬT SỐ 27 4.1 Giới thiệu máy ảnh kỹ thuật số 27 4.2 Kỹ thuật thuỷ vân sử dụng phép biến đổi DWT 28 4.3 Đề xuất qui trình nén thủy vân ảnh máy ảnh số 42 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn iii CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN Hình 1.1 Sơ đồ khái quát hệ thống nén ảnh Hình 1.2 Sơ đồ minh hoạ kỹ thuật mã hoá băng – M băng Hình 1.3 Sơ đồ mã hoá theo chuẩn JPEG 10 Hình 2.1 Minh hoạ lƣới nhị tố dyadic với giá trị m n 14 Hình 3.1: Trình tự mã hoá (a) giải mã JPEG2000 (b) 19 Bảng 3.1: So sánh JPEG JPEG2000 25 Hình 4.1 Lƣợc đồ chung cho trình giấu tin 28 Hình 4.2 Lƣợc đồ chung cho trình giải mã 29 Hình 4.3 Sơ đồ nhúng thuỷ vân 32 Hình 4.4 Sơ đồ tách thuỷ vân 33 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn iv THUẬT NGỮ TIẾNG ANH CWT Biến đổi Wavelet liên tục (Continuous DCT Wavelet Transform) Biến đổi Cosine rời rạc (Discrete Cosine DPCM Transform) Điều xung mã vi sai (Differized Pulse Code DWT Modulation) Biến đổi Wavelet rời rạc (Discrete Wavelet EZW Transform) Wavelet IDWT Wavelet) Biến đổi Wavelet rời rạc ngƣợc zero (Embedded Zerotree JPEG Chuẩn nén ảnh ủy ban JPEG quốc tế (Joint Photographic Experts Group) JPEG2000 MRA Chuẩn nén ảnh JPEG2000 Phân tích đa phân giải (Multi Resolution MSE Analysis) Sai số bình phƣơng trung bình (Mean Square PCM Error) Điều xung mã (Pulse Code Modulation) PSNR Tỷ số tín hiệu đỉnh nhiễu (Peak Signal to Noise Ratio) RLC SPIHT Mã hoá loạt dài (Run Length Coding) Phƣơng pháp mã hoá phân cấp theo vùng STFT (Set partitioning in hierarchical trees) Biến đổi Fourier thời gian ngắn (Short Time Fourier Transform) Wavelet Wavelet Decomposition Tree Biến đổi băng Wavelet Cây phân giải Wavelet Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Trong thời đại Internet, thông tin ngày đƣợc sử dụng rộng rãi lƣợng thông tin đƣợc trao đổi qua mạng lớn mạnh Tuy nhiên, với lƣợng thông tin lớn nhƣ nguy truy cập liệu trái phép tăng lên Vì thế, nhu cầu đảm bảo an toàn bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ sản phẩm nhu cầu cấp thiết Một giải pháp hữu hiệu cho vấn đề giấu thông điệp vào phƣơng tiện chứa Phƣơng tiện chứa đƣợc dùng phổ biến ảnh Ngày nay, hầu hết ảnh đƣợc chụp máy ảnh kỹ thuật số Để thu gọn độ lớn files ảnh, ngƣời ta sử dụng kỹ thuật nén liệu khác phát sinh định dạng ảnh tƣơng ứng Các kỹ thuật đƣợc nhúng trực tiếp vào ảnh khâu qui trình tạo ảnh Luận văn nghiên cứu đề xuất kỹ thuật thủy vân ảnh số qui trình tạo ảnh đƣợc nén kỹ thuật sóng nhỏ rời rạc DWT nhƣ minh chứng cho quyền tác giả cần thiết So với kỹ thuật nén sử dụng phép biến đổi nhƣ biến đổi Fourier (FT), biến đổi cosine rời rạc (DCT), biến đổi xếp chồng (LT), , biến đổi Wavelet (DWT) có nhiều ƣu điểm không xử lý ảnh mà nhiều ứng dụng khác Bằng chứng đời chuẩn nén JPEG2000 (dựa DWT) có tính vƣợt trội so với JPEG (DCT) Tuy nhiên chuẩn JPEG, MPEG hay JPEG2000 tập trung vào hiệu nén (tỉ số nén) chất lƣợng Trong luận văn trình bầy kỹ thuật nén ảnh sử dụng biến đổi Wavelet hiệu đem lại hiệu nén, chất lƣợng hình ảnh Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn  Cơ sở nghiên cứu mục đích luận văn Để sử dụng dịch vụ Internet thông tin số rộng rãi cần có kỹ thuật, công nghệ mang lại nhiều hứa hẹn ứng dụng bảo vệ quyền, không bị biến dạng, điều khiển truy cập liệu đa phƣơng tiện Phƣơng pháp giảm kích thƣớc liệu kỹ thuật nén cách tiếp cận hiệu giải khó khăn Mặc dù có nhiều kỹ thuật nén liệu đa phƣơng tiện nhƣ: chuẩn JPEG (dựa biến đổi DCT), chuẩn JPEG2000 (dựa biến đổi Wavelet) chuẩn MPEG, nhiên kỹ thuật tập trung vào hiệu nén cố gắng đánh chất lƣợng ảnh chúng bỏ qua vấn đề tiêu hao lượng trình nén truyền Luận văn trình bầy kỹ thuật hiệu để khắc phục khó khăn cho liệu đa phƣơng tiện Đó kỹ thuật nén ảnh sử dụng biến đổi Wavelet thích nghi, hiệu cho liệu đa phƣơng tiện thông tin kỹ thuật nhúng thủy vân vào sản phẩm mà không ảnh hƣởng đến chất lƣợng bảo vệ quyền tác giả, ứng dụng bản kỹ thuật thủy vân số Một thông tin mang ý nghĩa quyền sở hữu tác giả gọi thủy vân đƣợc nhúng vào sản phẩm, thủy vân ngƣời chủ sở hữu hợp pháp sản phẩm có đƣợc dùng làm minh chứng cho quyền sản phẩm  Tổ chức luận văn Luận văn đƣợc trình bầy thành chƣơng phụ lục Chƣơng trình bầy khái quát kỹ thuật nén ảnh, phân loại nguyên lý nén định nghĩa số thuật ngữ đƣợc sử dụng rộng rãi nhƣ MSE, PSNR SNR Chƣơng trình bầy sở lý thuyết Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn 31 Thuỷ vân số có ứng dụng rộng nhiều lĩnh vực, dƣới liệt kê số ứng dụng thuỷ vân Bảo vệ quyền sở hữu (Copyright Protection): ứng dụng kỹ thuật thủy vân Một thông tin mang ý nghĩa quyền sở hữu tác giả đƣợc nhúng vào sản phẩm, thủy vân ngƣời chủ sở hữu hợp pháp sản phẩm có đƣợc dùng làm minh chứng cho quyền sản phẩm Để bảo vệ sản phẩm chống lại hành vi lấy cắp làm nhái cần phải có kỹ thuật để "dán tem quyền" vào sản phẩm Việc dán tem việc nhúng thủy vân cần phải đảm bảo không để lại ảnh hƣởng lớn đến việc cảm nhận sản phẩm Yêu cầu kỹ thuật ứng dụng thủy vân phải tồn bền vững với sản phẩm, muốn bỏ thủy vân mà không đƣợc phép ngƣời chủ sở hữu cách phá huỷ sản phẩm Chống nhân bất hợp pháp (Copy Protection): Các sản phẩm có chứa thuỷ vân số biểu cho việc sản phẩm không đƣợc nhân bản, nhân phạm luật Nhà sản xuất trang bị cho phƣơng tiện dùng để nhân (nhƣ CD writer…) khả phát xem ảnh có chứa thuỷ vân hay không, có từ chối không nhân Theo dõi trình sử dụng (Tracking): Thuỷ vân số đƣợc dùng để theo dõi trình sử dựng ảnh số Mỗi sản phẩm đƣợc chứa thuỷ vân dùng để xác định ngƣời có quyền sử dụng Nếu có nhân bất hợp pháp, truy ngƣời vi phạm nhờ vào thuỷ vân đƣợc chứa bên ảnh số Chống giả mạo (Tamper Proofing): Thuỷ vân số đƣợc dùng để chống giả mạo Nếu có thay đổi nội dung ảnh số thuỷ vân bị huỷ Do khó làm giả ảnh số có chứa thuỷ vân Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn 32 Theo dõi truyền thông (Broadcast Monitoring): Các công ty truyền thông quảng cáo dùng kỹ thuật thuỷ vân để quản lý xem có khách hàng dùng dịch vụ cung cấp Truyền tin bí mật (Concealed Communication): Bởi thuỷ vân số dạng đặc biệt việc ẩn liệu nên ngƣời ta dùng để truyền thông tin bí mật Thuỷ vân số kỹ thuật giấu liệu đại Nó đƣợc định nghĩa nhƣ trình chèn thông tin vào liệu đa phƣơng tiện nhƣng bảo đảm không cảm thụ đƣợc, nghĩa làm thay đổi nhỏ liệu gốc Tất phƣơng pháp thuỷ vân có chung khối sau: hệ thống nhúng thuỷ vân hệ thống khôi phục thuỷ vân Thuỷ vân Dữ liệu nhúng Dữ liệu gốc Mã cá nhân/ công cộng Hình 4.3 Sơ đồ nhúng thuỷ vân Hình 4.3 trình bày trình nhúng thuỷ vân tổng quát Dữ liệu đầu vào thuỷ vân, liệu cần nhúng mã cá nhân hay công cộng Thuỷ vân dạng nhƣ chữ số văn hay hình ảnh Khoá đƣợc dùng để tăng cƣờng tính bảo mật, nghĩa ngăn chặn kẻ quyền Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn 33 khôi phục hay phá hủy thuỷ vân Các hệ thống thực tế dùng khoá, chí kết hợp nhiều khoá Dữ liệu đầu liệu đƣợc thuỷ vân Thuỷ vân Khôi phục thuỷ vân Dữ liệu nhúng Mã cá nhân/ công cộng Hình 4 Sơ đồ tách thuỷ vân Quá trình khôi phục thuỷ vân tổng quát đƣợc cho Hình 4.4 Các liệu đầu vào liệu thuỷ vân, khoá liệu gốc (có thể có không tuỳ thuộc vào phƣơng pháp) Dữ liệu đầu thuỷ vân khôi phục đƣợc đại lƣợng mối tƣơng quan thuỷ vân cho trƣớc đầu vào Trong kỹ thuật thuỷ vân thông tin nhúng chuỗi ký tự, hay hình ảnh Với kiểu thuỷ vân dùng chuỗi ký tự nhúng trực tiếp lên ảnh mang số thông tin thƣờng thông tin có liên quan đến sản phẩm Tuy nhiên, kiểu có hạn chế bit bị lỗi làm sai ký tự cần phép biến đổi đơn giản làm cho thuỷ vân bị sai lệch nhiều Ngoài kiểu thuỷ vân dùng chuỗi ký tự nhúng trực tiếp, kiểu sử dụng ảnh để nhúng cho ảnh ảnh Khi giải tin số điểm ảnh bị sai nhƣng hình tổng thể đƣợc giữ nguyên Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn 34 Có nhiều phép biến đổi cho nhúng thuỷ vân, phép biến đổi phép biến đổi sóng nhỏ rời rạc (DWT) Do đặc tính đa phân giải, sơ đồ mã hoá Wavelets đặc biệt thích hợp cho ứng dụng mà tính vô hƣớng suy biến đóng vai trò quan trọng Minh chứng cho điều phép biến đổi DWT đƣợc dùng nhƣ tiêu chuẩn nén JPEG2000 Ngoài ra, tính đa phân giải Wavelets hữu ích việc phân phối thông điệp vào đối tƣợng bao phủ đảm bảo tính bền vững chất lƣợng hiển thị Do đó, kỹ thuật thuỷ vân ảnh số dùng DWT làm dự báo sống thuỷ vân sau tác động nén có tổn hao JPEG2000 đảm bảo suy giảm chất lƣợng ảnh cho phép Nói cách tổng quát, biến đổi sóng nhỏ thực khai triển tần số không gian đa tỉ lệ ảnh Khai triển tạo hệ số xấp xỉ hệ số chi tiết ngang, dọc chéo Quá trình khai triển lại tiếp tục với hệ số xấp xỉ mức phân tích cao Các hệ số xấp xỉ sau chứa thông tin băng tần thấp hệ số chi tiết chứa thông tin băng tần cao Kỹ thuật thuỷ vân ảnh số đƣợc tạo từ tạo số giả ngẫu nhiên với khoá bí mật Chiều dài thuỷ vân xác định mức độ thuỷ vân phân vào ảnh Trong phần lớn trƣờng hợp, chiều dài thuỷ vân lớn độ mạnh thuỷ vân đòi hỏi nhẹ Nhƣng nói chung, chiều dài thuỷ vân thích hợp cho tất ảnh Trong trình nhúng thuỷ vân, thực DWT cho ảnh Một tập hệ số lớn (có chiều dài chiều dài thuỷ vân) băng tần thích hợp đƣợc tách cộng với thuỷ vân Từ thấy hệ số gốc cần thiết cho trình tách Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn 35 Sau thuật toán thủy vân sử dụng phép biến đổi DWT tác giả đề xuất Thuật toán thủy vân chuỗi bit nhị phân vào ảnh chủ đa cấp xám Tuy nhiên dễ dàng mở rộng cho ảnh màu cách nhúng thủy vân vào lớp màu ảnh * Mô tả thuật toán  Input:  Một ảnh nhỏ dãy bít nhị phân đƣợc sử dụng làm thuỷ vân  Một ảnh F cần nhúng thuỷ vân để bảo vệ quyền  Một khoá bí mật để nhúng giải thuỷ vân  Output:  Một ảnh sau thuỷ vân, F‟ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn 36  Qui trình nhúng thuỷ vân Đọc ảnh chủ , thuỷ vân khóa bí mật K Dùng DWT, phân tích ảnh chủ thành băng A1, H1, V1, D1 Đặt khoá K làm giống sinh chuỗi giả ngẫu nhiên Tại điểm thuỷ vân 0, cộng thêm cho giá trị tƣơng ứng băng H1 V1 số giả ngẫu nhiên tƣơng ứng hai chuỗi Tổng hợp ảnh chủ IDWT từ băng A1, D1 băng nhúng thuỷ vân H1 H2 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn 37  Qui trình tìm lại thuỷ vân Đọc ảnh chủ thuỷ vân Đọc thuỷ vân gốc khóa K Phân tích DWT mức cho ảnh chủ thuỷ vân Đặt khoá K làm giống cho sinh chuỗi giả ngẫu nhiên Tính hệ số đồng tƣơng quan băng H1, V1với dãy số giả ngẫu nhiên Xác định bit thuỷ vân thông qua hệ số đồng tƣơng quan Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn 38 * Chương trình thực nghiệm MATLAB7  Chƣơng trình nhúng thủy vân %Mục đích: Nhúng thuỷ vân vào ảnh chủ DWT clear all; % ghi lai thời gian bắt đầu tgbd=cputime; k=2; % đặt hệ số nhúng % đọc ảnh chủ tentep='_Bachtuyet_std_bw.bmp'; anhchu=double(imread(tentep)); % xác định cỡ ảnh chủ Mc=size(anhchu,1); Nc=size(anhchu,2); % đọc ảnh thuỷ vân chuyển thành vector tentep='_Banquyen.bmp'; thuyvan=double(imread(tentep)); Mm=size(thuyvan,1); Nm=size(thuyvan,2); thuyvan_vector=round(reshape(thuyvan,Mm*Nm,1)./256); % đọc khoá làm trạng thái cho sinh số giả ngẫu nhiên tentep='_key.bmp'; Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn 39 key=double(imread(tentep))./256; % đặt trạng thái cho bọ sinh số giả ngẫu nhiên trạng thái "key" rand('state',key); % biến đổi DWT mức cho ảnh chủ [cA1,cH1,cV1,cD1] = dwt2(anhchu,'haar'); % cộng thêm dãy số giả ngẫu nhiên vào băng H1 V1 thuyvan =0 for (kk=1:length(thuyvan_vector)) pn_sequence_h=round(2*(rand(Mc/2,Nc/2)-0.5)); pn_sequence_v=round(2*(rand(Mc/2,Nc/2)-0.5)); if (thuyvan_vector(kk) == 0) cH1=cH1+k*pn_sequence_h; cV1=cV1+k*pn_sequence_v; end end % biến đổi ngƣợc (tổng hợp) IDWT anhchu_thuyvan= idwt2(cA1,cH1,cV1,cD1,'haar',[Mc,Nc]); % chuyển sang dạng uint8 anhchu_thuyvan_uint8=uint8(anhchu_thuyvan); % ghi ảnh chủ thuỷ vân lên đĩa imwrite(anhchu_thuyvan_uint8,'anhchu_thuyvan_dwt.bmp','bmp'); Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn 40 % thời gian thực elapsed_time=cputime-start_time, % ảnh thuỷ vân figure(1) imshow(anhchu_thuyvan_uint8,[ ]) title(„Anh da duoc thuy van‟)  Chƣơng trình giải thủy vân %Mục đích: Giải thuỷ vân từ ảnh đƣợc nhúng thuỷ vân DWT clear all; % ghi lại thời gian bắt đầu tgbd=cputime; % đọc ảnh thuỷ vân DWT tentep='anhchu_thuyvan_dwt.bmp'; anhchu_thuyvan=double(imread(tentep)); %xác định cỡ ảnh chủ Mw=size(anhchu_thuyvan,1); Nw=size(anhchu_thuyvan,2); % đọc ảnh thuỷ vân gốc Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn 41 tentep='_Banquyen.bmp'; thuyvan_goc=double(imread(tentep)); Mo=size(thuyvan_goc,1); No=size(thuyvan_goc,2); % đọc khoá cho sinh số giả ngẫu nhiên tentep='_key.bmp'; key=double(imread(tentep))./256; rand('state',key); % khởi tạo thuỷ vân tất thuyvan_vector=ones(1,Mo*No); [cA1,cH1,cV1,cD1] = dwt2(anhchu_thuyvan,'haar'); % Tính hệ số đồng tƣơng quan băng cH1, cV1 với dãy giả ngẫu nhiên for (kk=1:length(thuyvan_vector)) pn_sequence_h=round(2*(rand(Mw/2,Nw/2)-0.5)); pn_sequence_v=round(2*(rand(Mw/2,Nw/2)-0.5)); correlation_h(kk)=corr2(cH1,pn_sequence_h); correlation_v(kk)=corr2(cV1,pn_sequence_v); correlation(kk)=(correlation_h(kk)+correlation_v(kk))/2; end Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn 42 for (kk=1:length(thuyvan_vector)) if (correlation(kk) > mean(correlation)) thuyvan_vector(kk)=0; end end % hiệu chỉnh thuyvan_vector thuỷ vân tìm thấy figure(2) thuyvan=reshape(thuyvan_vector,Mo,No); imshow(thuyvan,[ ]) title('Thuy van da tim thay') % thời gian thực tgth=cputime – tgbd 4.3 Đề xuất qui trình nén thủy vân ảnh máy ảnh số Căn qui trình nén ảnh phần 3.3, đƣa qui trình kết hợp việc nén ảnh với việc nhúng thuỷ vân quyền máy ảnh số Qui trình bao gồm bƣớc sau: Xử lý trƣớc biến đổi Biến đổi liên thành phần Biến đổi riêng thành phần Lƣợng tử hoá Nhúng thủy vân quyền Mã hoá Do thời gian có hạn nên tác giả đƣa qui trình nhƣng chƣa có điều kiện thử nghiệm Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn 43 KẾT LUẬN * Kết đạt đƣợc ứng dụng luận văn Luận văn trình bày kỹ thuật nén ảnh, nguyên lý nén số khái niệm quan trọng lĩnh vực xử lý ảnh Và tập trung trình bầy nguyên lý nén có tổn hao điển hình kỹ thuật cốt lõi chuẩn nén (JPEG, JPEG2000, MPEG,…) Với mục đích luận văn nghiên cứu kỹ thuật nén ảnh sử dụng biến đổi Wavelet từ áp dụng máy ảnh kỹ thuật số, nên sâu nghiên cứu sở lý thuyết phép biến đổi đồng thời giới thiệu chuẩn nén ảnh JPEG2000 – chuẩn nén phổ biến dựa biến đổi Wavelet Hơn chuẩn lựa chọn hiệu bổ sung chuẩn JPEG đƣợc sử dụng server chuyển đổi định dạng ảnh Luận văn giới thiệu kỹ thuật thủy vân nhúng ảnh số, phƣơng tiện, công nghệ đƣợc đánh giá mang lại nhiều hứa hẹn ứng dụng bảo vệ quyền, phát xuyên tạc, điều khiển truy cập liệu đa phƣơng tiện Qua trình khảo sát, kết luận thực kỹ thuật thuỷ vân ảnh số miền DWT làm cho hệ thống trở nên mạnh mẽ bền vững đảm bảo yêu cầu, đặc biệt tác động nén JPEG2000, lọc trung bình, lọc Gaussian, lọc sắc nét co dãn ảnh Xét mặt thời gian nhƣ độ phức tạp việc thực nhúng thuỷ vân miền DWT hoàn toàn khả thi Điều mở hƣớng nghiên cứu dùng phép biến đổi sóng nhỏ kỹ thuật thuỷ vân cho ứng dụng đòi hỏi thời gian thực nhƣ điều khiển chống chép hay xác nhận lấy dấu tay Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn 44 * Hƣớng phát triển nghiên cứu Tác giả xin đề cập số hƣớng nghiên cứu tƣơng lai:  Tiến hành thực kỹ thuật nhúng thuỷ vân cho chuỗi liệu video với số điều chỉnh hợp lý để đạt kết tốt  Kết hợp thực với liệu audio để nhúng thuỷ vân cho liệu phƣơng tiện kỹ thuật số khác Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS TS Hồ Anh Tuý - “Xử lý tín hiệu số” (2002) Lƣơng Mạnh Bá - TS Nguyễn Thanh Thuỷ - “Nhập môn xử lý ảnh số”(1999) Nguyễn Kim Sách – “Xử lý ảnh video số” – NXB KHKT, 1997 Anil K Jain - “Fundamental of Digital Image Processing”(1994) Geoffrey - “Waveled-Based Davis - Arina Nosratinia Image Encoding - Overview” (1997) Jin Li - “Image Compression - the Mechanics of the JPEG2000”(2001) Michael David Adams - “JPEG2000 - The Next Standard for Still Image Compressing” (12/2002) Martin Vetterli - Jelena Kovacevic - “Wavelet and Subband Coding”(1995) R Mehul and R Priti, “Discrete Wavelet Transform Based Multiple Watermarking Scheme” Proceedings of IEEE Region 10 Technical Conference on Convergent Technologies for the Asia-Pacific, Bangalore, India, October 14-17, 2003 10 Thomas Sikora – “MPEG-1 and MPEG-2 Digital Video Coding Standards” 11 Thomas Sikora – “Digital Video Coding Standards and Their Role in Video” Communications - Signal Processing for Multimedia, J.S Byrnes (Ed), IOS Press, 1999 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn [...]... im trong khi nhn d liu Gii nộn tng vựng trong nh m khụng cn gii nộn ton b nh Cú kh nng mó hoỏ nh vi t l nộn theo tng vựng khỏc nhau Nộn mt ln nhng cú th gii nộn vi nhiu cp cht lng tu theo yờu cu ca ngi s dng 3.3 Cỏc bc thc hin nộn nh theo chun JPEG2000 ảnh gốc Xử lý tr-ớc biến đổi ảnh mã hoá Giải mã hoá Biến đổi thuận liên thành phần Biến đổi thuận riêng thành phần L-ợng tử hóa Giải l-ợng tử hoá Biến. .. gốc Xử lý tr-ớc biến đổi ảnh mã hoá Giải mã hoá Biến đổi thuận liên thành phần Biến đổi thuận riêng thành phần L-ợng tử hóa Giải l-ợng tử hoá Biến đổi ng-ợc riêng thành phần Biến đổi ng-ợc liên thành phần Mã hoá ảnh sau khi mã hoá (a) Xử lý sau biến đổi ảnh khôi phục (b) Hỡnh 3.1: Trỡnh t mó hoỏ (a) v gii mó JPEG2000 (b) 3.3.1 X lý trc bin i Do s dng bin i Wavelet, JPEG2000 cn cú d liu nh u vo dng... tõm n thnh phn ph no cú trong tớn hiu m khụng quan tõm n khi no xut hin trong tớn hiu Tuy nhiờn, nu thụng tin v thi gian xut hin ca ph trong tớn hiu l cn thit, thỡ phộp bin i FT khụng cú kh nng ỏp ng c yờu cu ny, õy l hn ch ca phộp bin i ny * Nộn v gii nộn nh da theo phộp bin i DCT trong JPEG JPEG l chun nộn s quc t u tiờn cho cỏc nh tnh cú tụng mu liờn tc gm c nh n sc v nh mu Trong k thut ny cỏc khi... Haar 2.2.3 Bin i Wavelet Daubechies Ging nh Meyer, Daubechies cng l mt nh khoa hc cú cụng lao to ln trong vic nghiờn cu phỏt trin phộp bin i Wavelet Bin i Daubechies l mt trong nhng phộp bin i phc tp nht trong bin i Wavelet H bin i ny c ng dng ht sc rng rói, bin i Wavelet ỏp dng trong JPEG2000 l mt bin i trong h bin i Wavelet Daubechies 2.3 Mt s ng dng ni bt ca Wavelet Phn ny ch nờu ra cỏc lnh vc mang... cn phõn tớch cú th mang li nhng hiu qu rt rừ rt trong nộn tớn hiu Do tớnh cht ch tn ti trong cỏc khong thi gian rt ngn (khi phõn tớch tớn hiu trong min thi gian tn s) m cỏc h s ca bin i Wavelet cú kh nng tp trung nng lng rt tt vo cỏc h s bin i Cỏc h s mang thụng tin chi tit ca bin i Wavelet thng rt nh v cú th b qua m khụng nh hng ti vic mó hoỏ d liu (trong phng phỏp mó hoỏ nh hay ting núi l nhng tớn... http://www.lrc-tnu.edu.vn 15 tn s no Tham s b trong bin i Wavelet cho bit khong dch ca hm Wavelet m v phõn gii cỏc tn s khỏc nhau ca f t c minh ha bi h t l chớnh l a Bin i Wavelet ngy cng c ỏp dng rng rói c bit l trong x lý ting núi, x lý nh s X lý tớn hiu nh s l x lý tớn hiu hai chiu v do c im ca nh s l bao gi cng cú tớnh nh hng v tớnh nh v Tớnh nh hng ca mt nh ngha l trong nh bao gi cng cú mt s ớt cỏc thnh... chỳng ta ó xột ti trong phn ng dng cho nộn tớn hiu c m rng bi Iain Johnstone v David Donohos trong cỏc ng dng kh nhiu cho tớn hiu Phng phỏp kh nhiu ny c gi l Wavelet Shrinkage Denoising (WSD) í tng c bn ca WSD da trờn vic tớn hiu nhiu s l rừ khi phõn tớch bng bin i Wavelet cỏc h s bin i bc cao Vic ỏp dng cỏc ngng loi b tng ng vi cỏc bc cao hn ca h s Wavelet s cú th d dng loi b nhiu trong tớn hiu 2.3.3... ỏp dng cỏc ngng loi b tng ng vi cỏc bc cao hn ca h s Wavelet s cú th d dng loi b nhiu trong tớn hiu 2.3.3 Mó hoỏ ngun v mó hoỏ kờnh S d Wavelet c ng dng trong mó hoỏ ngun v mó hoỏ kờnh vỡ trong mó hoỏ ngun thỡ chỳng ta cn kh nng nộn vi t l nộn cao cũn trong mó hoỏ kờnh thỡ cn kh nng chng nhiu tt Bin i Wavelet kt hp vi mt s phng phỏp mó hoỏ nh mó hoỏ Huffman hay mó hoỏ s hc cú th thc hin c c hai iu trờn... Wavelet Haar Bin i Haar Wavelet l bin i n gin nht trong cỏc phộp bin i Wavelet Hỡnh v 2.3 cho thy dng ca hm t vi bin i Haar Do tớnh cht n gin ca bin i Haar m nú c ng dng tng i nhiu trong nộn nh, khi ỏp dng bin i ny nộn nh thỡ thut toỏn nộn nh trờn mỏy tớnh cú mt s im khỏc vi cụng thc toỏn hc ca bin i Haar 2.2.2 Bin i Wavelet Meyer Yves Meyer l mt trong nhng nh khoa hc ó t nn múng cho phộp bin i Wavelet... s l mt ti nghiờn cu rt ph bin trong lnh vc x lý d liu a phng tin Mc ớch l lm th no lu tr bc nh di dng cú kớch thc nh hn hay di dng biu din m ch yờu cu s bớt mó hoỏ ớt hn so vi bc nh gc Nộn nh thc hin c l do mt thc t: thụng tin trong bc nh khụng phi l ngu nhiờn m cú trt t, cú t chc Vỡ th nu búc tỏch c tớnh trt t, cu trỳc ú thỡ s bit c phn thụng tin no quan trng nht trong bc nh biu din v truyn i vi