Bài viết trình bày một số đánh giá so sánh về hiệu năng lỗi khi sử dụng các kỹ thuật xử lý ảnh theo chuẩn JPEG/JPEG2000 và phiên bản nhúng watermark của chúng trong môi trường mạng cảm biến ảnh không dây.
Kỹ thuật điều khiển & Điện tử MỘT NGHIÊN CỨU VỀ ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH CÁC KỸ THUẬT NHÚNG ẢNH TRONG MẠNG CẢM BIẾN HÌNH ẢNH KHƠNG DÂY Lê Hải Triều1, Hồng Trọng Minh2* Tóm tắt: Các mạng cảm biến khơng dây (WSNs) đóng vai trò then chốt trình phát triển Internet vạn vật (IoT) Trong đó, mạng cảm biến ảnh khơng dây (Wireless Image Sensor Networks: WISN) có hàng loạt ứng dụng khoa học dân thu hút nhiều hướng nghiên cứu gần Tương tự hạ tầng truyền thông, vấn đề an ninh mạng đề cao mạng cảm biến WSNs Cụ thể, số kỹ thuật nhận thực đề xuất kỹ thuật watermarking coi cách tiếp cận đầy hứa hẹn cho loại mạng tính phổ biến đơn giản sử dụng Để phát triển giải pháp bảo mật dựa tiếp cận này, kỹ thuật nhúng watermark ảnh số cần phải xem xét khía cạnh hiệu khác Bài viết trình bày số đánh giá so sánh hiệu lỗi sử dụng kỹ thuật xử lý ảnh theo chuẩn JPEG/JPEG2000 phiên nhúng watermark chúng môi trường mạng cảm biến ảnh không dây Hơn nữa, xác suất phát watermark phía nhận với phương pháp biến đổi đa dạng đưa chế để nhận khả bị công Kết số đưa nhằm kiểm chứng đề xuất phương thức lựa chọn kỹ thuật nhúng watermark tốt cho mạng cảm biến ảnh khơng dây WISN Từ khóa: Mạng cảm biến không dây, Bảo mật, JPEG/JPEG2000, Kỹ thuật nhận thực, Kỹ thuật watermarking ĐẶT VẤN ĐỀ Những năm gần đây, mạng cảm biến không dây xem phần quan trọng thời đại kết nối vận vật qua Internet Chúng có ý nghĩa lớn việc truyền thông tin đa dịch vụ cho nhiều ứng dụng khác Trong đó, mạng cảm biến ảnh khơng dây WISN, nơi nút trang bị camera thu nhỏ để cung cấp thông tin dạng hình ảnh cơng nghệ đầy hứa hẹn cho dự báo, theo dõi, giám sát ứng dụng u cầu an tồn Bên cạnh lợi ích hữu, WISN phải đối mặt với nhiều thách thức thời gian hoạt động, hiệu mạng hạn chế băng thông, lượng hay bảo mật [1] Trong nhiều ứng dụng dựa nén truyền ảnh, kỹ thuật nén giải pháp nhằm tối ưu trình xử lý ảnh độc lập Theo đó, tiêu chuẩn nén JPEG JPEG2000 kỹ thuật phổ biến sử dụng WISNs tính tiện lợi hiệu [2][3] Kể từ đó, liên tiếp nghiên cứu tập trung vào khảo sát độ phức tạp thuật toán biến đổi, đảm bảo lượng hiệu mạng cho môi trường ứng dụng cụ thể Từ khía cạnh an ninh, tài nguyên hạn chế để xử lý bảo mật WISNs thách thức cố hữu Do đó, watermarking xem cách tiếp cận đầy hứa hẹn cho việc đảm bảo nhận thực, bảo mật bảo vệ quyền kỹ thuật số nhờ việc xử lý đơn giản so với tiếp cận thông thường [4][5] Cách tiếp cận cần thiết để xem xét kỹ lưỡng khía cạnh khác để đưa đến giải pháp thiết thực Qua hiểu biết tốt chúng tơi, chưa có nghiên cứu đầy đủ trước nhằm so sánh hiệu lỗi dùngợc tính K CR = (11) N Với K số phần tử có độ lớn lớn giữ lại, N số lượng cảm biến khối 36 L H Triều, H T Minh, “Một nghiên cứu về… mạng cảm biến hình ảnh khơng dây.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Để khảo sát ảnh hưởng xác suất tìm thấy watermark p f với kích thước khối khác thơng qua biến đổi DCT, số kết số thể Trong hình 4, với p f 0.1% CR = 75%, xác suất tìm thấy watermark trường hợp 2x2 gần với giá trị trung bình độ lớn watermark trường hợp lại xấp xỉ 95% giá trị trung bình watermark Với tỷ số nén khác nhau, xác suất tìm thấy watermark đột ngột giảm hình Hình Xác suất tìm thấy watermark với tỷ số nén thay đổi Để so sánh xác suất tìm thấy watermark cho hai phương thức biến đổi DCT DWT, thực với độ lớn trung bình watermark khác với tỷ số nén Và kết thể hình mơ tả xác suất tìm thấy watermark gần cho kích thước khác phương thức biến đổi Tuy nhiên, xác suất lớn sử dụng biến đổi DCT Hình Xác suất tìm thấy watermark với trường hợp DCT DWT Nhằm tăng tính ngẫu nhiên đặc tính thống kê luồng liệu watermark, kích thước mẫu ảnh mở rộng lên 16x16 Và sử dụng phương thức Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 47, 02 - 2017 37 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử tương tự trường hợp xét với kích thước khối chia theo chuẩn 8x8 Hình cho thấy xác suất tìm thấy watermark tăng giá trị p f tăng Hình Xác suất dò tìm bị ảnh hưởng xác suất cảnh báo cố định Với p f 0.1% , xác suất đạt 75% xấp xỉ 100% độ lớn watermark trung bình Và hình biểu diễn xác suất tìm thấy watermark với giá trị p f khác nhau, đó, xác suất giảm tỷ số nén tăng lớn 70% trường hợp tỷ số nén cao Hình Xác suất tìm thấy watermark với p f khác KẾT LUẬN Đóng góp báo thể qua hai phần Đầu tiên, chúng tơi cung cấp mơ hình phân tích kết số mơ tả hiệu lỗi cho mơ hình đề xuất trình xử lý ảnh theo chuẩn JPEG/JPEG2000 trình nhúng watermark vào liệu cảm biến tương ứng Nghiên cứu tập trung vào 38 L H Triều, H T Minh, “Một nghiên cứu về… mạng cảm biến hình ảnh khơng dây.” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ phương thức biến đổi khác so sánh mức độ hiệu chúng Thứ hai, xác suất tìm thấy watermark phía nhận biểu diễn qua mơ số Chúng ta thấy rằng, xác suất phụ thuộc vào tham số thay đổi độ lớn watermark trung bình, xác suất cảnh báo sai, hệ số nén kích thước ảnh cách chia khối cho ảnh Đặc biệt, dựa kết có chúng tơi cho liệu nhúng watermark theo DWT lựa chọn tốt cho khía cạnh hiệu lỗi xác suất tìm thấy watermark Hướng phát triển chủ yếu tập trung vào việc kết hợp chế quản lý khóa để nâng cao hiệu an ninh mạng cảm biến ảnh không dây TI LIU THAM KHO De Danilo, O Gonỗalves and D costa “A Survey of Image Security in Wireless Sensor Networks” Journal of Imaging, 1, 4-30, 2015 doi: 10.3390/jimaging1010004 [2] A Skordas, C Chirstopoulos, and T Ebrahimi “The JPEG 2000 still image compression standard”, IEEE Signal Processing Magazine, 18, 5, 36– 58, 2001 [3] Bulent Tavli, Kemal Bicakci, Ruken Zilan, and Jose M Barcelo-Ordinas “A survey of visual sensor network platforms” Multimedia Tools Appl, 60, 3, 689-726, 2012 [4] Ping ping, Y., Suying, Y., Jiangtao, X., Yu, Z and Ye, C “Copyright protection for digital image in wireless sensor network” In proceeding of 5th International conference on wireless communications, networking and mobile computing, 1–4 doi:10.1109/wicom.2009.5305347, 2009 [5] Ingemar J Cox, Gwenaël Doërr and Teddy Furon “Watermarking is not cryptography, digital watermarking” In Lecture Notes in Computer Science, 4283, 1–15, 2006 [6] Hussam Juma, Ibrahim Kamel and Lami Kaya “Watermarking sensor data for protecting the integrity” In International Conference on Innovations in Information Technology 598-602, 2008 [7] V Potdar, A Sharif, E Chang “Wireless sensor networks: A survey” In Proceedings of the IEEE AINA, 636- 641, 2009 [8] Wenjun, Z and B Liu “A statistical watermark detection technique without using original images for resolving rightful ownerships of digital images” In IEEE Transactions on Image Processing, 8(11), 1534-1548, 1999 [9] Fang Jessica, P.Miodrag “Real-time watermarking techniques for sensor networks” Proceedings SPIE The International Society for optical Engineering, 391-402, 2003 [10] Bambang Harjito, Vidyasagar Potdar, and Jaipal Singh “Watermarking technique for wireless multimedia sensor networks: a state of the art” In Proceedings of the CUBE International Information Technology Conference (CUBE '12) ACM, New York, NY, USA, 832-840, 2012 DOI=http://dx.doi.org/10.1145/2381716.2381873 [11] Yu P, Yao S, Xu J, Zhang Y, and Chang Y “Copyright protection for digital image in wireless sensor network” In Proceedings of International [1] Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 47, 02 - 2017 39 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử Conference on Wireless Communications, Networking and Mobile Computing, Beijing, China; 1–4, 2009 [12] Mohammad A S and Hesham E “Error Performance of JPEG and Watermark Authentication Techniques in Wireless Sensor Network” International Journal of Security, Privacy and Trust Management (IJSPTM), 3(3), 1-14, 2014 [13] Wei Zhang, Yonghe Liu, Sajal K Das, Pradip De “Secure data aggregation in wireless sensor networks: A watermark based authentication supportive approach” Pervasive and Mobile Computing journal, 658–680, 2008 14 Rafael C Gonzalez and Richard E Woods, “Filtering in the frequency domain,” In Digital Image Processing, Prentice Hall, 3rdedition,pp 247-275, 2007 ABSTRACT A STUDY ON THE EVALUATION AND COMPARISON OF WATERMAKING TECHNIQUES IN WIRELESS IMAGE SENSOR NETWORKS Wireless sensor networks play an importance role in the development process of Internet of Things era In which, wireless image sensor networks provide a wide range of applications from special domain to civilian and scientific domain thus it is attracted a lot of research in recent years Similar to other wireless networks, wireless image sensor networks have to face with a huge security issue due to their inherent properties For security purpose, there are several authentication techniques for digital right management, and watermarking is a promising approach for ensuring a part of communication security in these networks due to its popular use and lightweight To understand a security solution based on this approach, the digital image watermarking techniques need to be considered in different aspects of performance In this paper, a comparative evaluation of error performance of major digital image processing techniques for JEG/JPEG2000 standard image and its embedded watermark images in a typical wireless image sensor networks is presented Moreover, a watermark detection probability with varied transform methods is delivered to recognize how attack possibilities Our numerical results will show a best choice of embedded watermark transform method in wireless image sensor networks Keywords: Wireless sensor network, Security, JPEG/JPEG2000, Authentication techniques, Watermarking techniques Nhận ngày 13 tháng 12 năm 2016 Hoàn thiện ngày 19 tháng 01 năm 2017 Chấp nhận đăng ngày 20 tháng 02 năm 2017 Địa chỉ: * 40 Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng; Email : hoangtrongminh@ptit.edu.vn L H Triều, H T Minh, “Một nghiên cứu về… mạng cảm biến hình ảnh khơng dây.” ... tập trung vào 38 L H Triều, H T Minh, Một nghiên cứu về mạng cảm biến hình ảnh khơng dây. ” Nghiên cứu khoa học công nghệ phương thức biến đổi khác so sánh mức độ hiệu chúng Thứ hai, xác suất... 40 Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng; Email : hoangtrongminh@ptit.edu.vn L H Triều, H T Minh, Một nghiên cứu về mạng cảm biến hình ảnh khơng dây. ” ... cung cấp mơ hình phân tích kết số mơ tả hiệu lỗi cho mơ hình đề xuất trình xử lý ảnh theo chuẩn JPEG/JPEG2000 trình nhúng watermark vào liệu cảm biến tương ứng Nghiên cứu tập trung vào 38 L H