NGHIÊN CỨU CÁC THUẬT TOÁN ỨNG DỤNG TRONG BẢO VỆ BẢN QUYỀN BẢN ĐỒ SỐ

Đảm bảo Toán học cho Máy tính và các Hệ thống Tính toán Chương 1: Tổng quan về thủy vân và cấu trúc dữ liệu không gian.Trình bày về một số khái niệm, lịch sử và phân loại các kỹ thuật thủy vântrong lĩnh vực giấu tin; một số khái niệm về cấu trúc dữ liệu bản đồ địa lý.Chương này cũng trình bày tổng quan về các kết quả nghiên cứu gần đâytrên thế giới về thủy vân bản đồ vector số. Chương 2. Một số lược đồ thủy vân. Mô tả phát biểu hình thức của mộtlược đồ thủy vân tổng quát; trình bày một số lược đồ thủy vân cơ sở và mộtsố lược đồ thủy vân bản đồ vector trên các dữ liệu đặc thù: Dữ liệu vùngkhối và dữ liệu dạng mạng. Một đề xuất cải tiến tính bền vững của lược đồthủy vân được trình bày cùng các nhận xét. Chương 3. Phát triển ứng dụng thực nghiệm. Cài đặt lược đồ thủy vânđề xuất cùng các kết quả thực nghiệm và các nhận xét nhằm đưa sản phẩmvào ứng dụng thực tế.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - HÀN NGỌC ĐỨC NGHIÊN CỨU CÁC THUẬT TOÁN ỨNG DỤNG TRONG BẢO VỆ BẢN QUYỀN BẢN ĐỒ SỐ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HÀN NGỌC ĐỨC NGHIÊN CỨU CÁC THUẬT TOÁN ỨNG DỤNG TRONG BẢO VỆ BẢN QUYỀN BẢN ĐỒ SỐ Chuyên ngành: Đảm bảo Toán học cho Máy tính Hệ thống Tính tốn LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Đặng Văn Đức Hà Nội - 2010 Hàn Ngọc Đức LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ khoa học “Nghiên cứu thuật toán ứng dụng bảo vệ quyền đồ số” công trình nghiên cứu riêng tơi Mọi số liệu, bảng biểu, kết quả, trích dẫn luận văn trung thực với kết thực nghiệm danh mục tài liệu tham khảo Tác giả luận văn, Hàn Ngọc Đức i Hàn Ngọc Đức MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii CÁC THUẬT NGỮ, TỪ VIẾT TẮT iv DANH MỤC BẢNG v DANH MỤC HÌNH vi CÁC THUẬT TOÁN vii LỜI NÓI ĐẦU Chương GIAN 1.1 Thủy vân 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.1.5 1.2 Một số khái niệm Lịch sử Thủy vân Các ứng dụng thủy vân số Phân loại kỹ thuật thủy vân Các yêu cầu lược đồ thủy vân 10 Cấu trúc liệu không gian 11 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.3 TỔNG QUAN VỀ THỦY VÂN VÀ CẤU TRÚC DỮ LIỆU KHÔNG Một số khái niệm 11 Mơ hình liệu Raster 13 Mơ hình liệu vector 14 So sánh mô hình raster vector 16 Tình hình nghiên cứu thủy vân đồ vector 17 1.3.1 1.3.2 1.3.3 Chương Bảo vệ quyền đồ số 17 Các hướng tiếp cận thủy vân đồ vector số 17 Các thuật toán thủy vân khác 23 MỘT SỐ LƯỢC ĐỒ THỦY VÂN 24 2.1 Lược đồ thủy vân tổng quát 24 2.2 Một số thuật toán thủy vân sở 26 2.2.1 2.2.2 2.3 Thuật toán thủy vân miền quan sát 26 Thuật toán thủy vân miền tần số 30 Một số lược đồ thủy vân đồ vector số 33 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 Các đặc trưng khác biệt thủy vân đồ vector 33 Thủy vân đồ vector dạng miền 37 Thuật toán thủy vân mạng đường phố 46 Thuật toán thủy vân đề xuất 53 ii Hàn Ngọc Đức Chương PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG THỬ NGHIỆM 60 3.1 Giới thiệu ứng dụng 60 3.2 Lựa chọn cấu trúc liệu file đồ vector 61 3.2.1 3.2.2 Các thành phần shapefile 62 Cấu trúc file main (.shp) 62 3.3 Môi trường phát triển 63 3.4 Kiến trúc ứng dụng 63 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 Chuyển đổi cấu trúc liệu 63 Tiền xử lý phân đoạn đồ 65 Nhúng thủy vân 65 Trích thủy vân 66 3.5 Giao diện ứng dụng 67 3.6 Kết thực nghiệm 68 3.6.1 3.6.2 3.6.3 Dữ liệu thực nghiệm 68 Lựa chọn tham số thủy vân 68 Kết thực nghiệm 69 KẾT LUẬN 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 PHỤ LỤC 75 A1 Phép biến đổi Fourier rời rạc 75 A1.1 Biến đổi Fourier rời rạc chiều 75 A1.2 Biến đổi Fourier rời rạc hai chiều 75 A2 Phép biến đổi Cosin rời rạc 75 A3 Cấu trúc file Shapefile 76 A3.1 Main file header 76 A3.2 Các header ghi 78 A3.3 Nội dung ghi 78 iii Hàn Ngọc Đức CÁC THUẬT NGỮ, TỪ VIẾT TẮT STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 Ý nghĩa Ảnh số tạo điểm ảnh Bản quyền, quyền tác giả Mật mã học Discrete cosine transform - Phép biến đổi Cosin rời rạc Giải mã Discrete Fourier transform - Phép biến đổi Fourier rời rạc Dijkstra distance Khoảng cách Dijkstra đồ thị Douglas Peucker Phép giản lược cấu trúc liệu vector dựa simplification ngưỡng xác định DWT Discrete wavelet transform - Phép biến đổi Wavelet rời rạc Embeding Nhúng Encode Mã hóa ESRI Environmental Systems Research Institute Extracting Trích thơng tin GIS Geographic Information System - Hệ thống thông tin địa lý GML Geography Markup Language Key Khóa mã hóa giải mã LSB Least significant bit - bit có trọng số nhỏ Morse Một loại mã Samuel Morse phát minh năm 1835 MSE Mean Square Error - sai số bình phương trung bình OEM Original Equipment Manufacturer - Mã nhà sản xuất thiết bị gốc Pixel Điểm ảnh PRN Pseudo Random Number - Số giả ngẫu nhiên PRNG Pseudo Random Number Generator - Bộ sinh số giả ngẫu nhiên PRNS Pseudo Random Number Sequence - Chuỗi số giả ngẫu nhiên PSNR Peak signal-to-noise ratio, tỷ số tín hiệu nhiễu đỉnh Raster map Cấu trúc liệu đồ dạng raster RMSE Root mean squared error - bậc hai MSE Shapefile Cấu trúc liệu mở ESRI để lưu trữ đồ số dạng vector Steganography Giấu thông tin mật Vector map Cấu trúc liệu đồ dạng vector Watermark Dấu thủy vân, thủy ấn Watermarking Thủy vân, đánh dấu ẩn Từ, thuật ngữ Bitmap Copyright Cryptography DCT Decode DFT iv Hàn Ngọc Đức DANH MỤC BẢNG Bảng 1-1 Phân biệt Giấu tin mật Thủy vân số Bảng 1-2 So sánh mơ hình raster vector .16 Bảng 3-1 Các đồ thực nghiệm khả nhúng 70 Bảng A-1 Mô tả Main file header 76 Bảng A-2 Các giá trị shape type 77 Bảng A-3 Mô tả header ghi 78 Bảng A-4 Nội dung ghi biểu diễn điểm .78 Bảng A-5 Nội dung ghi biểu diễn đa điểm 79 Bảng A-6 Nội dung ghi chi tiết đa đoạn 80 Bảng A-7 Nội dung ghi đa giác 82 v Hàn Ngọc Đức DANH MỤC HÌNH Hình 1-1 Phân loại kỹ thuật giấu thơng tin Pfitzmann[18] Hình 1-2 Tam giác yêu cầu lược đồ thủy vân tốt 11 Hình 1-3 Các tầng đồ .15 Hình 1-4 Minh họa đơn giản lược đồ Bill Huber 19 Hình 2-1 Bộ nhúng thủy vân tổng quát 25 Hình 2-2 Bộ tách thủy vân với đầu vào 25 Hình 2-3 Mơ hình lược đồ giấu tin CPT [22] 29 Hình 2-4 Lược đồ xử lý thuật toán CPT cải tiến 30 Hình 2-5 Phép phân tích ảnh wavelet mức 32 Hình 2-6 Các đa giác biểu diễn tịa nhà đồ 38 Hình 2-7 Nhúng bit phép co giãn đa giác 40 Hình 2-8 Mã hóa bit vào 𝑥𝑚𝑎𝑥 lượng tử hóa 43 Hình 2-9 Q trình lược giản đồ thuật toán Douglas-Peucker[30] 48 Hình 2-10 Bản đồ với điểm đặc trưng (bậc >2) 49 Hình 2-11 Minh họa q trình nhúng nhóm đồ phân đoạn .52 Hình 3-1 Tổ chức main file 62 Hình 3-2 Các lớp điểm, shapefile đa đoạn 64 Hình 3-3 Biểu đồ hoạt động trình tiền xử lý phân đoạn .65 Hình 3-4 Cấu trúc thơng tin file lưu khóa 𝒦 66 Hình 3-5 Giao diện chương trình 67 Hình 3-6 Hiển thị đồ sau nhúng thủy vân 67 Hình 3-7 Hiển thị kết trích thủy vân 68 Hình 3-8 Khả nhúng bit đồ đường thành phố Hà Nội .69 Hình 3-9 So sánh khả nhúng số đồ thực tế 70 Hình A-1 Ví dụ đa giác gồm hai vành 81 Hình A-2 Lưu trữ đa giác shapefile 82 vi Hàn Ngọc Đức CÁC THUẬT TỐN Thuật tốn 2-1 Thủy vân ảnh nhị phân 27 Thuật toán 2-2 Thủy vân đồ miền co giãn đa giác 43 Thuật tốn 2-3 Trích thủy vân nhúng 44 Thuật toán 2-4 Thuật toán Douglas-Peucker 47 Thuật toán 2-5 Map_Segmentation Algorithm 49 Thuật toán 2-6 Thuật toán nhúng thủy vân đề xuất 56 vii Hàn Ngọc Đức LỜI NÓI ĐẦU Sự phát triển nhanh chóng truyền thơng máy tính internet ngày làm cho liệu trao đổi qua mạng thuận tiện nhanh chóng Điều đồng thời tạo thuận lợi cho hành vi chép trái phép, vi phạm quyền, xuyên tạc thông tin, giả mạo thông tin sản phẩm liệu số Việc bảo vệ quyền tác phẩm số yêu cầu cấp thiết ứng dụng công nghệ thông tin vào đời sống Đã có nhiều phương pháp phần cứng phần mềm nghiên cứu ứng dụng để bảo vệ quyền sản phẩm số Các phương pháp sử dụng phần cứng hiệu thường có chi phí cao sản xuất phân phối, người ta thường thay kết hợp với thuật tốn cài đặt phần mềm để bảo vệ chống lại hành vi vi phạm quyền liệu Thủy vân số nghiên cứu mười năm trở lại dần chứng tỏ giải pháp khả thi với chi phí thấp tính đảm bảo cao cho vấn đề bảo vệ quyền số Các nhà nghiên cứu có số kết mạnh thủy vân loại liệu đa phương tiện quen thuộc ảnh tĩnh, nhạc số, video,… Tuy nhiên loại liệu ảnh vector chưa có nhiều nghiên cứu so với loại liệu số khác, đặc biệt nước ta Mặt khác thực tế đồ vector đóng vai trị quan trọng Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) Việc tạo đồ vector số có độ xác cao địi hỏi nhiều thời gian chi phí lớn đo đạc, trắc địa Vì đồ khơng thể phân phối sử dụng miễn phí Ngồi có ứng dụng địi hỏi tính tồn vẹn cao, chống xuyên tạc, giả mạo đồ dùng quân Do thủy vân số đồ vector để bảo vệ quyền, chống xuyên tạc giả mạo đồ hướng nghiên cứu mẻ có tính hữu dụng cao ứng dụng GIS Luận văn tập trung nghiên cứu kỹ thuật thủy vân sử dụng để thủy vân đồ vector số, nghiên cứu đánh giá số thuật toán cụ thể đề xuất cải tiến Bố cục luận văn gồm Chương sau: Hàn Ngọc Đức Hình 3-7 Hiển thị kết trích thủy vân 3.6 Kết thực nghiệm 3.6.1 Dữ liệu thực nghiệm Dữ liệu đồ vector số dùng thực nghiệm file shapefile với kiểu đối tượng polyline Các liệu thu thập nguồn chia sẻ mạng Internet dành cho mục đích minh họa thuật tốn Do vấn đề quyền đồ liệu thể trích dẫn nguồn tải liệu cách đầy đủ Các liệu đồ dùng để chạy chương trình minh họa lấy từ nguồn [28, 29, 31] 3.6.2 Lựa chọn tham số thủy vân Các tham số hình thành nên khóa 𝒦 phải lựa chọn cách thích hợp để đồ sau thủy vân bền vững Sự lựa chọn phụ thuộc vào đồ cụ thể Do khóa 𝒦 vừa tập tham số bí mật, vừa phải hợp lý với đồ vector gốc mà dùng để nhúng thủy vân vào Một số tiêu chí phù hợp lựa chọn tham số để làm tăng tính bền vững đồ là: 68 Hàn Ngọc Đức - Số bit dấu thủy vân: Với mục đích bảo vệ quyền số số bit dấu thủy vân nhúng 𝑚 = |𝑊| không cần nhiều (tập trung vào tính bền vững), phải đủ lớn để xác suất trùng hợp ngẫu nhiên không đáng kể - Số nhóm dùng nhúng thủy vân số điểm nhúng nhóm: tiêu chí phụ thuộc vào tham số 𝐿, 𝜀, 𝑁 khóa 𝒦 Số nhóm phải đủ nhiều phân bố để chống lại phép công cắt xén thêm nhiễu - Độ rộng vành chia 𝜆𝑘 : Phụ thuộc vào sai số cho phép 𝒯 tham số bí mật 𝜆 Tùy theo đồ số bit thủy vân mà ta lựa chọn 𝜆 ∈ (0,2) cách thích hợp cho nhóm riêng biệt thân bền vững qua phép cơng 3.6.3 Kết thực nghiệm Dung lượng nhúng thủy vân Kết thực nghiệm nhúng dấu thủy vân độ dài 𝑚 = |𝑊| đồ với kích thước khác sau:  Với đồ mạng giao thông thành phố Hà Nội gồm 1616 điểm, sau trình phân đoạn (phân nhóm) cịn lại 985 điểm dùng để nhúng thủy vân Hệ số tương quan với dấu thủy vân có độ dài khơng q 140 bit Z_Lc đồ đường Hà Nội 1.2 0.8 0.6 Z_Lc 0.4 0.2 20 60 100 140 180 220 260 300 340 380 Hình 3-8 Khả nhúng bit đồ đường thành phố Hà Nội  Đối với đồ thành phố lớn có nhiều điểm dung lượng nhúng tăng lên đáng kể So sánh khả nhúng (thể hệ số tương quan tuyến tính 𝑍𝑙𝑐 ) số đồ cho Hình 3-9 69 Hàn Ngọc Đức 1.2 0.8 Map 0.6 Map Map 0.4 0.2 4000 3800 3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 Hình 3-9 So sánh khả nhúng số đồ thực tế Bảng 3-1 Các đồ thực nghiệm khả nhúng Bản đồ Map Map Map Tên file Số điểm chad_highway.shp 6869 congo_highway.shp 37561 vietnam_highway.shp 266702 Số điểm nhúng 3347 25080 116056 Tính bền vững qua phép tỷ lệ đồ Kết thực nghiệm cho thấy, nhúng thủy vân vào đồ sau tác động phép co giãn đồ với tỷ lệ khác lên đồ chứa dấu thủy kết trích thủy vân không thay đổi 70 Hàn Ngọc Đức KẾT LUẬN Luận văn tìm hiểu hướng nghiên cứu giới đặc biệt Việt Nam, thủy vân liệu vector số ứng dụng để bảo vệ quyền đồ vector số Trình bày cách tổng quan tình hình nghiên cứu tác giả ngồi nước hướng nghiên cứu ý tưởng, kỹ thuật hiệu thuật tốn có Luận văn trình bày phát biểu cách hình thức hệ thống thủy vân số số lược đồ thủy vân Đối với đồ vector số luận văn trình bày chi tiết hai lược đồ hiệu việc thủy vân hai loại liệu đặc thù đồ vector: Bản đồ dạng khối đa giác (chẳng hạn mô vị trí tịa nhà) đồ dạng mạng đường phố (chẳng hạn ứng dụng tìm đường thiết bị di động) Một kết đề xuất cải tiến thuật toán thủy vân mạng đường phố tác giả đưa cuối chương nhằm làm tăng tính bền vững lược đồ thủy vân qua phép công thường gặp Trong phần ứng dụng minh họa, tác giả cài đặt lược đồ đề xuất thử nghiệm liệu thực tế để có minh họa trực quan tốt cho tính hiệu tính bền vững lược đồ thủy vân Kết thực nghiệm cho thấy khả ứng dụng thuật toán đồ vector thực tế lớn Nhu cầu phương pháp đảm bảo chủ quyền sở hữu sản phẩm số nói chung với đồ vector số nói riêng vơ cấp bách thiết thực Tác giả luận văn mong muốn góp sức đưa nghiên cứu vào ứng dụng thực tế, mà vấn đề bảo vệ quyền số ngày xem trọng nước ta mặt pháp lý hạ tầng kỹ thuật Trong thời gian thực luận văn giới hạn kiến thức trước tác giả lĩnh vực cịn mẻ việc luận văn nhiều hạn chế điều tất yếu Một số hạn chế kể là: - Luận văn tập trung nghiên cứu vài thuật toán cụ thể, chưa chi tiết vào lược đồ nhiều tác giả khác mà có ứng dụng thực tế 71 Hàn Ngọc Đức - Chưa tiếp xúc với loại liệu phức tạp đồ số hệ thống GIS thực tế Hướng nghiên cứu tiếp theo: Thủy vân số lĩnh vực nghiên cứu thú vị thiết thực Tác giả luận văn mong muốn có điều kiện thuận lợi để tiếp tục nghiên cứu thuật toán thủy vân số tập trung vào khả ứng dụng chúng Đối với đồ vector số cịn nhiều vấn đề cịn để ngỏ, chưa giải cách trọn vẹn, là: Tăng cường khả bền vững trước nhiều loại cơng tốt; độ đo xác đồ (kết hợp ưu điểm PSNR, sai số cho phép); xác thực liệu (ngoài giải mã thủy vân cịn phải xác minh tính tồn vẹn liệu);… Các vấn đề mở hướng nghiên cứu thú vị lĩnh vực thủy vân số liệu dạng vector 72 Hàn Ngọc Đức TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] C López A Bacci (2003), "Evaluation tests performed over a proposed antipiracy system for digital vector datasets", Cambridge Conference T Isenberg H Sonnet, J Dittmann, T Strothotte (2003), "Illustration watermarks for vector graphics", Proc.ofthe11thPacific Conference on Computer Graphics and Applications, S Kanai and T Kishinami I Kitamura (2001), "Copyright protection of vector map using digital watermarking method based on discrete Fourier transform", Proc of the IEEE 2001 International Symposium on Geoscience and Remote Sensing 3, MatthewL.Miller Ingemar J Cox, Jeffrey A Bloom, Jessica Fridrich, Ton Kalker (2008), Digital Watermarking and Steganography Morgan Kaufmann Publishers, MA, USA K I Kim K T Park, H Kang and S.-S Han (2002), "Digital geographical map watermarking using polyline interpolation", Proc.oftheIEEEPacific Rim Conference on Multimedia, 58 Hwan Kang (2001), "A vector watermarking using the generalized square mask", Proc of the International Conference on Information Technology: Coding and Computing, 234 I Kitamura, S Kanai and T Kishinami (2000), "Digital watermarking method for vector map based on wavelet transform", Proc of the Geographic Information Systems Association 9, pp.417 C López (2002), " Watermarking of digital geospatial datasets: A review of Technical, Legal and Copyright issues", International Journal of Geographic Information Science 16, 589 C López (2003), "Digital rights managements of Geo-datasets: Protection against map piracy in the digital era", The Global Magazine for Geomatics International 17, 51 Chun-Shien Lu (2005), Multimedia security: steganography and digital watermarking techniques for protection of intellectual property Idea Group Publishing, London, UK Y Matsuura M Sakamoto, Y Takashima (2000), " A Scheme of digital watermarking for geographical map data", Proc of the Symposium on Cryptography and Information Security, B Yang M Voigt, C Busch (2004), "Reversible watermarking of 2D-vector data", Proc of the 2004 Multimedia and Security Workshop on Multimedia and Security, 160 C Busch M Voigt (2002), " Watermarking 2D-Vector data for geographical information systems", Proc of the SPIE, Security and Watermarking of Multimedia Content 4675, 621 73 Hàn Ngọc Đức [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] Martin Schmucker Michael Arnold, Stephen D Wolthusen (2003), Techniques and Applications of Digital Watermarking and Content Protection Artech House, Boston, London I Pitas N Nikolaidis, A Giannoula (2002), "Watermarking of sets of polygonal lines using fusion techniques", Proc of the 2002 IEEE International Conference on Multimedia and Expo 2, 26 XiaMu Niu (2006), "A survey of digital vector map watermarking", International Journal of Innovative Computing, Information and Control ESRI White Paper (1998), ESRI Shapefile Technical Description Environmental Systems Research Institute, USA B Pfitzmann (1996), Information hiding terminology R J Anderson, Ed.^Eds., Springer-Verlag, Cambridge, England, ed vol 1174, pp Number of 347-350 Hiroo Ueda Ryutarou Ohbuchi, Shuh Endoh (2002), "Robust watermarking of vector digital maps", Proc of the IEEE International Conference on Multimedia and Expo 1, 577 Juergen Seitz (2005), Digital watermarking for digital media Information Science Publishing, London, UK V Nikolaidis Solachidis, N Pitas (2000), "Watermarking polygonal lines using Fourier descriptors", IEEE International Conference On Acoustics, Speech, And Signal Processing Hsiang-Kuang Pan Yu-Chee Tseng (2001), "Secure and invisible data hiding in 2-color images", INFOCOM 2001 Twentieth Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies Proceedings IEEE I-Chang Jou Yu-Chi Pu (2009), "Blind and Robust Watermarking for StreetNetwork Vector Maps", Information Technology Journal 8, Hsiang-Kuang Pan Yu-Yuan Chen, Yu-Chee Tseng (2000), "A Secure Data Hiding Scheme for Two-Color Images", IEEE Symp on Computers and Communications of the ACM Tiếng Việt [25] [26] [27] Vũ Ba Đình (2007), Nghiên cứu xây dựng số giải pháp đảm bảo an tồn thơng tin sở liệu khơng gian, Luận án Tiến sĩ Tốn học, Trung tâm KHKT CNQS Đặng Văn Đức (2001), Hệ thống thông tin địa lý GIS NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội Dương Đức Hải (2005), "Kỹ thuật giấu tin mật ảnh tĩnh sử dụng bit LSB", Tạp chí Bưu Viễn thơng Cơng nghệ Thơng tin, 39 Internet [28] [29] [30] [31] http://download.geofabrik.de/osm/ http://downloads.cloudmade.com http://en.wikipedia.org/wiki/Ramer–Douglas–Peucker_algorithm http://gis-lab.info/ 74 Hàn Ngọc Đức PHỤ LỤC A1 Phép biến đổi Fourier rời rạc A1.1 Biến đổi Fourier rời rạc chiều Xét dãy rời rạc 𝑓 𝑥 𝑥 = 0,1, … 𝑁 − Biến đổi Fourier rời rạc thuận ngược chiều xác định 𝑁−1 ℱ 𝑓 𝑢 =𝐹 𝑢 ≔ 𝑁 𝑢𝑥 𝑓 𝑥 𝑒 −2𝜋𝑖 𝑁 , 𝑥=0 với 𝑢 = 0,1, … , 𝑁 − 1, 𝑁−1 𝑢𝑥 𝐹 𝑢 𝑒 2𝜋𝑖 𝑁 , ℱ −1 𝐹 𝑥 = 𝑓 𝑥 ≔ 𝑥=0 với 𝑥 = 0,1, … 𝑁 − A1.2 Biến đổi Fourier rời rạc hai chiều Cặp biến đổi Fourier rời rạc hai chiều thuận ngược cho ℱ 𝑓 𝑢, 𝑣 ≔ 𝑀𝑁 𝑀−1 𝑁−1 𝑓 𝑥, 𝑦 𝑒 −2𝜋𝑖 𝑢𝑥 𝑣𝑦 + 𝑀 𝑁 , 𝑥=0 𝑦 =0 𝑢 = 0,1, … , 𝑀 − 1; 𝑣 = 0,1, … , 𝑁 − 𝑀−1 𝑁−1 𝐹 𝑢, 𝑣 𝑒 2𝜋𝑖 ℱ −1 𝐹 𝑥, 𝑦 ≔ 𝑢𝑥 𝑣𝑦 + 𝑀 𝑁 , 𝑢=0 𝑣=0 𝑥 = 0,1, … , 𝑀 − 1; 𝑦 = 0,1, … , 𝑁 − A2 Phép biến đổi Cosin rời rạc Cặp biến đổi Cosin rời rạc chiều thuận ngược cho 2𝜆𝑢 𝐶 𝑢 = 𝑁 𝑁−1 𝑓 𝑥 cos 𝑥=0 𝜋𝑢 2𝑥 + , 𝑢 = 0,1, … , 𝑁 − 2𝑁 75 Hàn Ngọc Đức 𝑁−1 𝑓 𝑥 = 𝜆𝑢 𝑐(𝑢) cos 𝑢=0 𝜋𝑢 2𝑥 + , 𝑥 = 0,1, … , 𝑁 − 2𝑁 𝜆𝑢 ≔ 𝑛ế𝑢 𝑢 = 𝑛ế𝑢 𝑛𝑔ượ𝑐 𝑙ạ𝑖 Cặp biến đổi Cosin rời rạc hai chiều thuận nghịch xác định 4𝜆𝑢 𝜆𝑣 𝐶 𝑢, 𝑣 = 𝑁𝑁 𝑁−1 𝑁−1 𝑓 𝑥, 𝑦 cos 𝑥=0 𝑦 =0 𝜋𝑢 2𝑥 + 𝜋𝑣 2𝑦 + cos 2𝑁 2𝑁 với 𝑢 = 0,1, … , 𝑁 − 1; 𝑣 = 0,1, … , 𝑁 − 𝑁−1 𝑁−1 𝑓 𝑥, 𝑦 = 𝜆𝑢 𝜆𝑣 𝐶 𝑢, 𝑣 cos 𝑢=0 𝑣=0 𝜋𝑢 2𝑥 + 𝜋𝑣 2𝑦 + cos 2𝑁 2𝑁 với 𝑥 = 0,1, … , 𝑁 − 1; 𝑦 = 0,1, … , 𝑁 − A3 Cấu trúc file Shapefile A3.1 Main file header Main file header có độ dài 100 bytes trường file header với vị trí byte, giá trị, kiểu thứ tự byte chúng Trong bảng này, vị trí tương đối tính từ vị trí bắt đầu file Bảng A-1 Mơ tả Main file header Position Byte Byte Byte Byte 12 Byte 16 Byte 20 Byte 24 Byte 28 Field File Code Unused Unused Unused Unused Unused File Length Version Value 9994 0 0 File Length 1000 76 Type Integer Integer Integer Integer Integer Integer Integer Integer Byte Order Big Big Big Big Big Big Big Little Hàn Ngọc Đức Byte 32 Byte 36 Byte 44 Byte 52 Byte 60 Byte 68* Byte 76* Byte 84* Byte 92* Shape Type Bounding Box Bounding Box Bounding Box Bounding Box Bounding Box Bounding Box Bounding Box Bounding Box Shape Type Xmin Ymin Xmax Ymax Zmin Zmax Mmin Mmax Integer Double Double Double Double Double Double Double Double Little Little Little Little Little Little Little Little Little * Không dùng có giá trị 0.0, khơng độ đo kiểu Z Giá trị độ dài file tổng độ dài file theo đơn vị từ 16-bit, bao gồm 50 từ (tức 100 byte) file header Tất hình dạng khơng null shapefile phải có kiểu shape Các giá trị kiểu cho Bảng A-2 Bảng A-2 Các giá trị shape type Giá trị 11 13 15 18 21 23 25 28 31 Kiểu Shape Null Shape Point PolyLine Polygon MultiPoint PointZ PolyLineZ PolygonZ MultiPointZ PointM PolyLineM PolygonM MultiPointM MultiPatch Hộp biên (Bounding Box) main file header chứa phạm vi thực shape file: Hình chữ nhật bé phủ tồn shape có cạnh song song với trục X Y (và có khả mở rộng với trục M Z) Nếu shapefile rỗng (khơng có ghi nào) giá trị Xmin, Ymin, Xmax, Ymax khơng xác định 77 Hàn Ngọc Đức A3.2 Các header ghi Header cho ghi chứa số hiệu ghi độ dài nội dung ghi Các header ghi có độ dài cố định byte Bảng A-3 mô tả trường header ghi, với vị trí tính từ đầu ghi tương ứng Bảng A-3 Mô tả header ghi Position Field Value Type Byte Order Byte Record Number Số hiệu ghi Integer Big Byte Content Length Độ dài nội dung Integer Big Số hiệu ghi Độ dài nội dung ghi độ dài phần nội dung ghi theo đơn vị từ 16-bit Do đó, ghi đóng góp số lượng từ 16bit (4 + độ dài nội dung) vào tổng độ dài file (được chứa Byte 24 file header) A3.3 Nội dung ghi Nội dung ghi shapefile bao gồm kiểu shape, theo sau liệu hình học shape Độ dài nội dung ghi phụ thuộc vào số thành phần số đỉnh shape Tiếp sau trình bày số nội dung ghi theo kiểu shape hệ quy chiếu X, Y Kiểu Point (điểm) Một điểm bao gồm cặp tọa độ kiểu double-precision theo thứ tự X, Y Point { Double X // X coordinate Double Y // Y coordinate } Bảng A-4 Nội dung ghi biểu diễn điểm Position Field Value Type 78 Number Byte Order Hàn Ngọc Đức Byte Byte Byte 12 Shape Type X X Y Y Integer Double Double Little Little Little Kiểu MultiPoint (đa điểm) Biểu diễn tập điểm, sau: MultiPoint { Double[4] Box // Bounding Box Integer NumPoints // Number of Points Point[NumPoints] Points // The Points in the Set } Hộp Biên (Bounding Box) lưu theo thứ tự Xmin, Ymin, Xmax, Ymax Bảng A-5 Nội dung ghi biểu diễn đa điểm Position Byte Byte Byte 36 Byte 40 Field Shape Type Box NumPoints Points Value Type Integer Box Double NumPoints Integer Points Point Number NumPoints Byte Order Little Little Little Little Kiểu PolyLine (đa đoạn) Một PolyLine tập có thứ tự đỉnh bao gồm nhiều thành phần Một phần thành phần liên thơng gồm hai đỉnh Các phần khơng liên thơng với phần khác Các phần khơng cắt với phần khác Do đặc tả không cấm điểm liên tục với tọa độ trùng nhau, nên đọc shapefile phải kiểm soát trường hợp Việc dẫn tới phần thối hóa có độ dài khơng khơng phép PolyLine { Double[4] Box // Bounding Box Integer NumParts // Number of Parts Integer NumPoints // Total Number of Points Integer[NumParts] Parts // Index to First Point in Part 79 Hàn Ngọc Đức Point[NumPoints] Points // Points for All Parts } Các trường PolyLine mô tả chi tiết sau đây:     Box: Hộp Biên cho PolyLine lưu theo thứ tự Xmin, Ymin, Xmax, Ymax NumParts: Số phần PolyLine NumPoints: Tổng số điểm tất phần PolyLine Parts: Một mảng có độ dài NumParts chứa số điểm mảng điểm Các số mảng đánh từ  Points: Một mảng có độ dài NumPoints  Bảng A-6 Nội dung ghi chi tiết đa đoạn Position Field Value Type Byte Byte Byte 36 Byte 40 Byte 44 Byte X Shape Type Box NumParts NumPoints Parts Points Box NumParts NumPoints Parts Points Integer Double Integer Integer Integer Point Number Byte Order Little Little Little Little NumParts Little NumPoints Little Chú ý: X = 44 + * NumParts Kiểu Polygon (Đa giác) Một đa giác bao gồm một vành Một vành chuỗi đóng liên thơng điểm, không tự cắt Một đa giác chứa nhiều vành ngồi Thứ tự định hướng vành mặt vành phía đa giác Lân cận bên phải người quan sát dọc theo vành theo thứ tự đỉnh thuộc vùng phía đa giác Các đỉnh vành định nghĩa lỗ rỗng đa giác theo hướng ngược chiều kim đồng hồ Các đỉnh vành đơn ln có thứ tự thuận chiều kim đồng hồ Các vành đa giác cho part (phần) 80 Hàn Ngọc Đức Lưu ý điểm liên tiếp không thiết phải phân biệt, nên đọc shapefile phải xử lý tình Cấu trúc đa giác giống cấu trúc đa đoạn, sau Polygon { Double[4] Box // Bounding Box Integer NumParts // Number of Parts Integer NumPoints // Total Number of Points Integer[NumParts] Parts // Index to First Point in Part Point[NumPoints] Points // Points for All Parts } Các trường đa giác mô tả chi tiết sau:     Box: Hộp biên đa giác theo thứ tự Xmin, Ymin, Xmax, Ymax NumParts: Số vành đa giác NumPoints: Tổng số điểm tất vành Parts: Một mảng gồm NumParts phần tử, chứa số điểm vành mảng Points  Points: Một mảng gồm NumPoints phần tử Các điểm cho vành nối tiếp điểm vành Một ví dụ đa giác gồm vành 10 điểm sau: Hình A-1 Ví dụ đa giác gồm hai vành Thứ tự đỉnh lưu trữ shape file minh họa Hình A-2 81 Hàn Ngọc Đức Hình A-2 Lưu trữ đa giác shapefile Bảng A-7 Nội dung ghi đa giác Position Field Value Type Byte Byte Byte 36 Byte 40 Byte 44 Byte X Shape Type Box NumParts NumPoints Parts Points Box NumParts NumPoints Parts Points Integer Double Integer Integer Integer Point Number Byte Order Little Little Little Little NumParts Little NumPoints Little Chú ý: X = 44 + * NumParts Ngồi shapefile cịn có cấu trúc shape khác như: PointM, MultiPointM, PolyLineM, PolygonM (M độ đo), PointZ, MultiPointZ, PolyLineZ, PolygonZ (trong hệ quy chiếu X, Y, Z) cấu trúc MultiPatch (đa mảnh) Chi tiết mô tả [17] 82 ... ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HÀN NGỌC ĐỨC NGHIÊN CỨU CÁC THUẬT TOÁN ỨNG DỤNG TRONG BẢO VỆ BẢN QUYỀN BẢN ĐỒ SỐ Chun ngành: Đảm bảo Tốn học cho Máy tính Hệ thống Tính tốn LUẬN VĂN THẠC... giả mạo đồ hướng nghiên cứu mẻ có tính hữu dụng cao ứng dụng GIS Luận văn tập trung nghiên cứu kỹ thuật thủy vân sử dụng để thủy vân đồ vector số, nghiên cứu đánh giá số thuật toán cụ thể đề xuất... 1.1.3 Các ứng dụng thủy vân số Thủy vân số có nhiều ứng dụng hữu hiệu việc lưu trữ, phân phối sử dụng thông tin số[ 20] Một số ứng dụng thường gặp kể sau 1.1.3.1 Bảo vệ quyền xác thực Thủy vân số