Đề xuất một số lược đồ nhúng tin và thủy vân dễ vỡ khóa công khai trên ảnh JPEG

Bài viết đề xuất các phương án nhúng: 9, 10, 12 hay 16 bít trên một khối DCTLT mà chỉ thay đổi tối đa từ 2 đến 4 phần tử. Như vậy, các lược đồ đề xuất không những có khả năng nhúng cao mà còn cho chất lượng ảnh tốt hơn so với các lược đồ trên.

Các cơng trình nghiên cứu, phát triển ứng dụng CNTT-TT Tập V-2, Số 14 (34), tháng 12/2015 Đề xuất số lược đồ nhúng tin thủy vân dễ vỡ khóa cơng khai ảnh JPEG New Data Hiding and Public Key Fragile Watermarking Schemes for JPEG Images Cao Thị Luyên, Tiêu Thị Ngọc Dung, Đỗ Văn Tuấn, Phạm Văn Ất Abstract: This paper proposes some new schemes for data hiding and watermarking in JPEG images by using quantized discrete Cosine transform (DCT) blocks The DCT coefficients are segmented into groups of continuous elements For each group, r bits can be embedded by changing at most one element of the group In comparison to some widely used data hiding schemes for JPEG images, our data hiding schemes achieve higher capability and better stego-image quality The proposed public key watermarking method based on an embedded algorithm is capable to authenticate digital images Keywords: Public key fragile watermarking, data hiding in JPEC image, quantiized DCT I GIỚI THIỆU Với phát triển khoa học công nghệ, việc trao đổi liệu qua mạng trở nên phổ biến Vì vậy, việc bảo mật thơng tin nhằm chống lại truy cập bất hợp pháp hướng nghiên cứu thời Tin học Thủy vân kỹ thuật nhúng lượng thông tin (dấu thủy vân) vào liệu đa phương tiện ảnh số, âm hay video Dấu thủy vân sử dụng làm sở để chứng minh quyền xác thực tính tồn vẹn ảnh thủy vân (ảnh chứa dấu thủy vân) Có thể phân loại thủy vân theo ứng dụng theo khóa Nếu dựa vào ứng dụng lược đồ thủy vân chia thành thủy vân bền vững thủy vân dễ vỡ, dựa vào khóa có thủy vân khóa bí mật thủy vân khóa cơng khai Đối với thủy vân bền vững, dấu thủy vân bị biến đổi trước phép công, loại thủy vân dùng toán bảo vệ quyền tác giả [13,14,20] Trái lại, thủy vân dễ vỡ có khả phát thay đổi dù nhỏ ảnh thủy vân, ứng dụng tốn xác thực tính tồn vẹn ảnh [5,9,10,18] Đối với thủy vân khóa bí mật [5,9,13], hai q trình nhúng kiểm tra dấu thủy vân dùng chung khóa bí mật Trong đó, thủy vân khóa cơng khai [8,10,14,20] dùng khóa bí mật cho q trình nhúng dùng khóa cơng khai để kiểm tra dấu thủy vân So với thủy vân khóa bí mật, thủy vân khóa cơng khai có ưu điểm chỗ khơng phải trao đổi khóa bên nhúng kiểm tra dấu thủy vân Các lược đồ giấu tin thủy vân nghiên cứu phổ biến ảnh nén bảo toàn BMP, TIF, PNG [3,4,8-10,14,19] Đối với ảnh loại này, việc nhúng tinđược thực trực tiếp giá trị điểm ảnh Tuy nhiên, kỹ thuật nhúng tin khó áp dụng ảnh nén khơng bảo tồn Gần hướng nghiên cứu tập trung vào ảnh nén JPEG [1,2,6,7,11,12,15,16,18], tiêu biểu lược đồ JSteg [6], Iwata đồng [7] lược đồ Liu đồng sự[12] Các lược đồ sử dụng khối hệ số cosine rời rạc lượng tử (DCTLT) để nhúng tin theo cách khác Lược đồ [7] tiến hành nhúng chín bít chín đường chéo song song với đường chéo khối DCTLT làm thay đổi tối đa chín phần tử Trong đó, lược đồ cịn lại qt hệ số DCTLT theo đường zigzag thực nhúng bít hệ số DCTLT có giá trị khác ±1 Lược đồ [6] nhúng theo phương - 64 - Các công trình nghiên cứu, phát triển ứng dụng CNTT-TT pháp chèn bít thấp, lược đồ [12] nhúng tin kỹ thuật bù (complementary) Nhìn chung lược đồ trên, tỷ lệ thay đổi 0.5 phần tử /1 bít, tức để nhúng bít cần thay đổi khoảng phần tử (một phần tử thay đổi đơn vị) Khả nhúng tin phương pháp vào khoảng 15.6 bít/1 khối DCTLT (xem Mục V.1) Bài báo đề xuất phương án nhúng: 9, 10, 12 hay 16 bít khối DCTLT mà thay đổi tối đa từ đến phần tử Như vậy, lược đồ đề xuất khơng có khả nhúng cao mà cho chất lượng ảnh tốt so với lược đồ Từ lược đồ đề xuất, xây dựng lược đồ thủy vân dễ vỡ khóa cơng khai ứng dụng tốn xác thực tính tồn vẹn ảnh Nội dung báo bố cục sau: Mục giới thiệu cơng trình liên quan Các lược đồ nhúng tin đề xuất trình bày Mục Mục đề xuất lược đồ thủy vân dễ vỡ khóa cơng khai ảnh JPEG Việc so sánh khả nhúng tin chất lượng ảnh lược đồ đề xuất với phương pháp liên quan trình bày Mục Mục số kết luận báo II CÁC CƠNG TRÌNH LIÊN QUAN II.1 Quy trình nhúng tin ảnh JPEG Theo [7,18], qui trình nhúng tin ảnh JPEG mơ tả Hình 1: Ảnh gốc JPEG Các lược đồ nhúng tin khác chủ yếu phương pháp nhúng dãy bít W vào khối DCTLT cho đạt khả nhúng cao cải thiện chất lượng ảnh Những phần trình bày số lược đồ nhúng ảnh JPEG II.2 Lược đồ Iwata Lược đồ Iwata [7] nhúng bít liệu đường chéo khối DCTLT Hình 2: H9 H7 H5 H3 H8 H6 H4 H1 H2 Hình Các đường chéo khối DCTLT Gọi dãy hệ với số đường chéo theo thứ tự từ lên Hình 2, số phần tử liên tiếp tối đa tính từ hệ số Iwata nhúng bít vào cách thay đổi tối đa phần tử để có tính chẵn lẻ với Như vậy, lược đồ [7] nhúng chín bít thay đổi tối đa chín phần tử khối DCTLT Trong mục 3.2 chúng tơi đề xuất lược đồ có khả nhúng cao mà số phần tử cần biến đổi lược đồ Iwata II.3 Lược đồ Liu Lược đồ Liu [12] nhúng bít b hệ số Giải nén DCTLT C có giá trị khác khác Nội dung thuật toán mơ tả Hình Các khối hệ số DCTLT Thuật toán nhúng tin Tập V-2, Số 14 (34), tháng 12/2015 Hệ số DCT lượng tử C bít nhúng b Tin nhúng W Hệ số DCTLT chứa W C >0 Nén entropy Ảnh JPEG chứa W Yes Nếu b=0 C’ = C-1, trái lại C’ = C Yes C số lẻ No Nếu b=0 C’ = C, trái lại C’ = C-1 No C