Thủy vân ảnh số dựa vào phép biến đổi Cosine rời rạc

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TRẦN THỊ SON THUỶ VÂN ẢNH SỐ DỰA VÀO PHÉP BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên - 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Th¸i Nguyªn - 20 http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TRẦN THỊ SON THUỶ VÂN ẢNH SỐ DỰA VÀO PHÉP BIẾN ĐẶI COSINE RỜI RẠC Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60.48.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS BÙI THẾ HỒNG Thái Nguyên - 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Th¸i Nguyªn - 20 http://www.lrc-tnu.edu.vn i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết đạt luận văn nghiên cứu, sưu tầm, tổng hợp xếp lại phù hợp với yêu cầu luận văn Toàn điều trình bày khóa luận cá nhân, tham khảo tổng hợp từ nguồn tài liệu khác Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm lời cam đoan Nếu có điều sai trái, xin chịu hình thức kỷ luật theo qui định Thái Nguyên, tháng 10 năm 2010 Học viên Trần Thị Son Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập hoàn thành luận văn nghiên cứu “Thuỷ vân ảnh số dựa vào phép biến đổi Cosine rời rạc” tác giả nhận hướng dẫn quý báu thầy cô, anh chị, bạn em Với lòng kính trọng biết ơn sâu sắc xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến hỗ trợ giúp đỡ nhiều người: Trước hết tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến người thầy kính mến PGS.TS Bùi Thế Hồng, người tận tình giúp đỡ tác giả đề tài kiến thức tinh thần cho tác giả suốt trình hoàn thành tốt luận văn Xin cảm ơn Thầy hội đồng bảo vệ đề cương cho quý báo để hoàn chỉnh luận văn Thành công tác giả phải kể đến giúp đỡ nhiệt tình bạn lớp CHK7 trường Đại học Thái Nguyên, bạn giúp tác giả thu thập tài liệu, ủng hệ tinh thần tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành tốt luận văn Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến bạn Xin cảm bố mẹ, người chồng yêu quý bên cạnh động viên giúp đỡ học tập làm việc hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn! Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN viii LỜI NÓI ĐẦU 1 Giới thiệu tổng quan đề tài Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu tính cấp thiết đề tài Phạm vi nghiên cứu ứng dụng Ý nghĩa khoa học Phương pháp nghiên cứu Bố cục luận văn Chương 1: Tổng quan thuỷ vân ảnh số Chương 2: Thuỷ vân ảnh số dựa vào phép biến đổi Cosine rời rạc(DCT) Chương 3: Thiết kế phát triển chương trình thử nghiệm NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ THUỶ VÂN ẢNH SỐ 1.1 Cấu trúc số loại ảnh thông dụng 1.1.1 Khái niệm ảnh số 1.1.2 Ảnh bitmap (BMP) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iv 1.1.3 Ảnh JPEG (Joint Photographic Expert Group) 1.2 Giấu tin ảnh 1.2.1 Khái niệm giấu tin 1.2.2 Mục đích việc giấu tin 1.3 Giới thiệu thuỷ vân 1.3.1 Thuỷ vân gì? 1.3.2 Phân loại thuỷ vân 1.3.3 Mục đích việc “Thuỷ vân” 10 1.3.4 Truyền thông tin mật (Steganography) 13 1.4 Thuỷ vân ảnh số 14 1.4.1 Thông tin ảnh có bị biến đổi có biến đổi ảnh 15 1.4.2 Thuỷ vẩn ẩn hay thuỷ vân 15 1.4.3 Tính chất bền vững 15 1.4.4 Thuỷ vân 15 1.5 Thuỷ vân đa phương tiện (video, audio,…) 18 1.6 Những công hệ thuỷ vân 19 1.7 Những khuynh hướng tiếp cận kỹ thuật thuỷ vân 19 1.7.1 Hướng tiếp cận dựa miền không gian ảnh 19 1.7.2 Hướng tiếp cận dựa miền tần số ảnh 21 1.8 Một số kỹ thuật bổ trợ cho kỹ thuật thuỷ vân số ảnh 22 CHƢƠNG II: THUỶ VÂN ẢNH SỐ DỰA VÀO PHÉP BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC (DCT) 24 2.1 Phép biến đổi Cosine rời rạc 24 2.1.1 Định nghĩa biến đổi Cosine rời rạc hai chiều 24 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn v 2.1.2 Đặc điểm phép biến đổi DCT ảnh hai chiều: 25 2 Các thuật toán thủy vân ảnh dựa vào phép biến đổi Cosine rời rạc 28 2.3 Một số cải tiến, mở rộng thuật toán thuỷ vân dựa vào phép biến đổi Cosine rời rạc 42 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ PHÁT TRIỂN CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 51 3.1 Cài đặt số thuật toán thuỷ vân dựa vào phép biến đổi Cosine rời rạc 51 3.2 Cài đặt số cải tiến thuật toán thủy vân dựa vào phép biến đổi Cosine rời rạc 57 3.3 Đánh giá so sánh kết đạt 65 KẾT LUẬN 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN Hình 1.1: Phân loại kỹ thuật thuỷ vân Hình 1.2: Ví dụ thuỷ vân (Trên trang Web thƣ viện số Liên Bang Mỹ) Hình 1.3: Ảnh Lena nhúng thuỷ vân logo hình bên phải 10 Hình 1.4: Hai ảnh trƣớc sau giấu tin giống hệt 11 Hình 1.5: Thực chất bên ảnh có chứa thông tin ngƣời chủ sở hữu 12 Hình 1.6: Sơ đồ nhúng thuỷ vân tìm lại thuỷ vân 13 Hình 1.7: Thuỷ vân dòng Text vào ảnh chủ 16 Hình 1.8: Kết thu đƣợc thực thuỷ vân 16 Hình 1.9: Kết thu đƣợc thuỷ vân ảnh nhỏ vào ảnh chủ 17 Hình 2.1: Ảnh Lena.bmp 26 Hình 2.2: Năng lƣợng phân bố ảnh qua phép biến đổi DCT 26 Hình 2.3: Phân chia miền tần số ảnh phép biến đổi DCT 27 Hình 2.4: Quá trình nhúng thuỷ vân 30 Hình 2.5: Ảnh chủ kỹ thuật DCT 34 Hình 2.6: Ảnh thuỷ vân kỹ thuật DCT 34 Hình 2.7: Ảnh thu đƣợc sau thuỷ vân kỹ thuật DCT 34 Hình 2.8: Quá trình giải mã 35 Hình 2.9: Ảnh thu đƣợc sau tách thuỷ vân 37 Hình 2.10 Ảnh Lena.BMP 512 × 512 a = 10 38 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vii Hình 2.11: Ảnh Lena sau giấu tin 40 Hình 2.12: Ảnh Lena sau lần công làm sắc 40 Hình 2.13: Các ảnh mô tả cropping 41 Hình 2.14: Ảnh chủ 48 Hình 2.15: Ảnh thuỷ vân 48 Hình 2.16: K = 5; Cỡ khối = 49 Hình 2.17: K = 5; Cỡ khối = 16 49 Hình 3.1: Ảnh chủ 66 Hình 3.2: Ảnh thuỷ vân 66 Hình 3.3: Ảnh sau thuỷ vân theo Shoemarker 66 Hình 3.4: Ảnh sau thuỷ vân kỹ thuật cải tiến 66 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN Bảng 1: Chọn khối ảnh 8x8 32 Bảng 2: Thu đƣợc khối 8x8 sau biến đổi DCT 32 Bảng 3: Thu đƣợc khối 8x8 sau biến đổi ngƣợc DCT 33 Bảng 4: Thực nghiệm với ảnh Lena.Bmp 512 × 512 (chƣa nén JPEG) 38 Bảng 5: Thực nghiệm với ảnh Lena.Bmp 512 × 512 với trƣờng hợp nén JPEG 39 Bảng 6: Kết kiểm nghiệm với phép công làm sắc ảnh 39 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... phép biến đổi DCT ảnh hai chiều: 25 2 Các thuật toán thủy vân ảnh dựa vào phép biến đổi Cosine rời rạc 28 2.3 Một số cải tiến, mở rộng thuật toán thuỷ vân dựa vào phép biến đổi Cosine rời rạc. .. II: THUỶ VÂN ẢNH SỐ DỰA VÀO PHÉP BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC (DCT) 24 2.1 Phép biến đổi Cosine rời rạc 24 2.1.1 Định nghĩa biến đổi Cosine rời rạc hai chiều 24 Số hóa Trung tâm... 51 3.1 Cài đặt số thuật toán thuỷ vân dựa vào phép biến đổi Cosine rời rạc 51 3.2 Cài đặt số cải tiến thuật toán thủy vân dựa vào phép biến đổi Cosine rời rạc 57 3.3