Nghiên cứu kỹ thuật giấu tin, đánh dấu vào dữ liệu và ứng dụng trong phòng chống tội phạm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HOÀNG TUẤN ANH NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT GIẤU TIN, ĐÁNH DẤU VÀO DỮ LIỆU VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHÒNG CHỐNG TỘI PHẠM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT MẠNG MÁY TÍNH VÀ TRUYỀN THƠNG DỮ LIỆU Hà Nội - Năm 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HOÀNG TUẤN ANH NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT GIẤU TIN, ĐÁNH DẤU VÀO DỮ LIỆU VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHÒNG CHỐNG TỘI PHẠM Chuyên ngành : Mạng máy tính truyền thơng liệu LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT MẠNG MÁY TÍNH VÀ TRUYỀN THÔNG DỮ LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PSG TS Nguyễn Linh Giang Hà Nội - Năm 2019 MỤC LỤC MỞ ĐẦU .4 CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ THỦY VÂN SỐ Khái niệm thủy vân số Phân loại thủy vân .7 2.1 Phân loại thủy vân theo miền nhúng: 2.2 Phân loại theo đối tượng nhúng thủy vân: 2.3 Phân loại thủy vân theo cảm nhận người Mơ hình thủy vân số 3.1 Tạo thủy vân số 3.2 Quy trình nhúng thủy vân 10 3.3 Trích xuất tìm kiếm thủy vân 11 Các hướng ứng dụng thủy vân 12 4.1 Bảo vệ quyền ảnh số 12 4.2 Xác thực thông tin phát xuyên tạc thông tin .13 4.3 Dấu vân tay hay dán nhãn 13 4.4 Điều khiển truy nhập 14 Đặc tính thủy vân .14 5.1 Độ trung thực 14 5.2 Tính bền vững 14 5.3 Tính dễ hỏng 15 5.4 Tỉ lệ lỗi sai dương 16 5.5 Tính dư thừa .16 5.6 Đa thủy vân 16 5.7 Độ phức tạp tính tốn .16 Yêu cầu phương pháp thủy vân 17 Khả công hệ thống thủy vân số 18 CHƯƠNG II - KỸ THUẬT THỦY VÂN SỐ 19 Hướng tiếp cận theo miền không gian ảnh .19 1.1 Thuật toán SW 20 1.2 Thuật toán WU-LEE 23 1.3 Thuật toán LBS 26 1.4 Thuật toán CPT 30 Hướng tiếp cận theo miền tần số 36 2.1 Biến đổi cosin rời rạc (DCT) 36 2.2 Biến đổi Fourier rời rạc .45 2.3 Thuật toán thủy vân dựa miền DWT 53 CHƯƠNG III - CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 59 Danh mục hình vẽ Hình 1.1: Sơ đồ phân loại hệ thống thủy vân Hình 1.2: Quy trình nhúng thủy vân 10 Hình 1.3: Quy trình trích xuất tìm kiếm thủy vân 11 Hình 2.1: Minh họa thuật toán SW: nhúng bit vào khối ảnh B 21 Hình 2.2: Minh họa chọn điểm ảnh giấu tin vào khối ảnh màu 22 Hình 2.3: Minh họa thuật tốn WU-LEE nhúng đoạn bit 011 24 Hình 2.4: Ví dụ bảng hệ số DCT 37 Hình 2.5: Phân chia miền tần số thấp giữa, cao phép biến đổi DCT 38 Hình 2.6: Quy trình nhúng tách thủy vân theo kỹ thuật thủy vân miền DCT 39 10 Hình 2.7: (a): Ảnh gốc Lena.bmp; (b): Ảnh biên độ (c): Phổ pha 47 11 Hình 2.8: Một miền vành đai dải tần 49 12 Hình 2.9: Miền vành đai chia thành đường trịn đồng tâm chia góc 49 13 Hình 2.10: Dải tần số trung bình chia thành cung đồng tâm 52 14 Hình 2.11: Biến đổi Wavelet cấu trúc dải thông 54 15 Hình 2.12: (a) Thủy vân gốc (b) thủy vân tách từ khối (c) Thủy vân kết hợp 55 16 Hình 2.13: Dải thơng LL2 chia thành khối nhỏ 56 17 Hình 2.14: (a) Ảnh gốc (b) Ảnh thủy vân với Q= 35 57 18 Hình 3.1: Giao diện chương trình 60 19 Hình 3.2: (LBS) Kết trích xuất chưa sử dụng công nhiễu 61 20 Hình 3.3: (LBS) Kết trích xuất sử dụng cơng nhiễu 61 21 Hình 3.4: (DCT) Kết trích xuất chưa sử dụng cơng nhiễu 62 22 Hình 3.5: (DCT) Kết trích xuất sử dụng cơng nhiễu 63 23 Hình 3.6: (DWT) Kết trích xuất chưa sử dụng cơng nhiễu 63 24 Hình 3.7: (DWT) Kết trích xuất sử dụng công nhiễu 64 Danh mục từ viết tắt Chữ viết tắt SW WU-LEE Ý nghĩa Thuật toán thủy vân đơn giản (Simple Watermarking) Thuật toán thủy vân đặt theo tên hai tác giả M.Y.Wu J.H.LEE PCT Thuật toán thủy vân đặt theo tên tác giả: Hsiang – Kuang Pan, Yu- Yuan Chen Yu- chee Treng LSB Least Significant Bit DCT Biến đổi Cosine rời rạc (Discrete Cosine Transform) DWT Biến đổi sóng rời rạc (Discrete Wavelet Transform) MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Sự phát triển mạnh mẽ hệ thống đa phương tiện kết nối mạng Internet dẫn đến nhu cầu bảo vệ quyền cho phương tiện liệu số, ảnh, audio, video clip… Hầu hết thông tin ngày lưu trữ dạng số hóa Đồng thời, q trình tồn cầu hóa mạng Internet biến xã hội ảo nơi diễn trao đổi thơng tin lĩnh vực trị, qn sự, quốc phịng, kinh tế, thương mại Tuy nhiên, cơng nghệ số tạo khả chép hoàn hảo, khơng có khuyết điểm phân phối lại sản phẩm tồn giới, có không cho phép người sở hữu Việc trao đổi, phân bố, chép xử lý sản phẩm số ngày nhanh chóng, đơn giản, nằm ngồi tầm kiểm sốt tổ chức Vấn đề đặt cho tất phương thức kinh doanh, phân phối tài nguyên số mạng tuân thủ nguyên tắc quyền sở hữu trí tuệ, khơng cản trở q trình phân phối, trao đổi tài nguyên số Nhu cầu bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ sản phẩm số trở thành vấn đề quan trọng quan tâm Hiện nay, có hàng tỉ ảnh phân phối kênh truyền công cộng Do chúng có đặc tính dễ chép, dễ chỉnh sửa nên nhiều đối tượng lợi dụng cố ý đánh cắp, làm sai lệch, giả mạo ảnh gốc Từ đó, gây thiệt hại đến uy tín, thiệt hại kinh tế cho người sở hữu ảnh đặc biệt bối cảnh bùng nổ Internet Để giải cho vấn đề an tồn truyền thơng vào bảo vệ quyền tài liệu số đặc biệt ảnh số việc xây dựng hệ thống có sử dụng kỹ thuật nhúng thủy vân giải pháp tối ưu Thuỷ vân số phương pháp dựa lý thuyết tổng hợp nhiều lĩnh vực khác mật mã học, lý thuyết thông tin, lý thuyết truyền thơng xử lý tín hiệu số, xử lý ảnh Bằng cách sử dụng thủy vân, liệu số bảo vệ khỏi chép bất hợp pháp Tạo thủy vân phương pháp nhúng lượng thơng tin vào liệu đa phương tiện cần bảo vệ sở hữu mà không để lại ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Thủy vân gắn kết với sản phẩm Bằng trực giác khó phát thủy vân liệu chứa, tách chúng chương trình có cài đặt thuật toán thủy vân Thủy vân tách từ liệu số chứng kết luận liệu số có bị xun tác thơng tin hay vi phạm quyền hay khơng Chính tính hữu ích ứng dụng thực tiễn, phục vụ công tác chứng minh liệu số có bị xun tạc thơng tin hay vi phạm quyền số hay không thủy vân số nên em định lựa chọn đề tài là: “Nghiên cứu kỹ thuật giấu tin, đánh dấu vào liệu ứng dụng phòng chống tội phạm” Mục đích luận văn Mục đích luận văn nghiên cứu hệ thống thủy vân số hướng ứng dụng thủy vân số chủ yếu ứng dụng bảo vệ quyền ảnh số Tập trung vào phân tích thuật tốn thủy vân số Từ đó, xây dựng chương trình thử nghiệm cài đặt số thuật toán thủy vân nhằm ứng dụng xác thực thông tin bảo vệ quyền cho liệu ảnh số Đối tượng phạm vi nghiên cứu Luận văn tập trung nghiên cứu kỹ thuật thủy vân ảnh số Ứng dụng mà luận văn xây dựng hệ thống nhúng tách thủy vân nhằm xác thực nội dung thông tin bảo vệ quyền ảnh số Phương pháp thực Phương pháp thực đề tài nghiên cứu vấn đề liên quan đến giấu tin, tập trung nghiên cứu tiến hành xây dựng chương trình cài đặt chương trình thử nghiệm Kết đạt Luận văn hệ thống lại kiến thức thủy vân số, nghiên cứu số thuật toán miền không gian miền tần số Đồng thời cài đặt thành cơng thuật tốn thủy vân miền tần số miền không gian nhằm ứng dụng xác thực quyền ảnh số tác giả Bố cục luận văn Chương I: Tổng quan thủy vân số Chương II: Kỹ thuật thủy vân số Chương III: Chương trình thử nghiệm CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ THỦY VÂN SỐ Khái niệm thủy vân số Kỹ thuật thủy vân giấy xuất tác phẩm nghệ thuật làm giấy thủ công cách khoảng 700 năm Loại giấy có thủy vân cổ tìm thấy vào năm 1929 nguyên bắt nguồn từ thị trấn Fabriano Ý đóng góp vai trị lớn tiến hóa cơng nghiệp sản xuất giấy Vào thời điểm này, kỹ thuật thủy vân xem phương pháp hữu hiệu để xác định nguồn gốc sản phẩm, giúp người dùng lựa chọn hãng sản xuất giấy mà muốn mua Thuật ngữ watermark bắt nguồn từ loại mực vơ hình viết giấy hiển thị nhúng giấy vào nước Thuật ngữ Thủy vân số cộng đồng giới chấp nhận rộng rãi vào đầu thập niên 1990 Khoảng năm 1995, quan tâm đến thủy vân số bắt đầu phát triển nhanh Thủy vân số trình sử dụng thơng tin (ảnh, chuỗi bít, chuỗi số) nhúng cách tinh vi vào liệu số (ảnh số, audio, video hay text) nhằm xác định thông tin quyền tác phẩm Mục đích thủy vân số bảo vệ quyền cho phương tiện liệu số mang thông tin thủy vân Thao tác đưa thủy vân vào môi trường số gọi thủy vân số Thủy vân số xem hình thức ẩn giấu tin Theo sơ đồ phân loại kỹ thuật giấu tin A.P Pentitcolas 1999 theo hai hướng nghiên cứu giấu tin mật thủy vân số Có thể xem watermarking thao tác nhúng tin mà người dùng đầu cuối khơng cần quan tâm tới thông tin giấu bên đối tượng chứa tin Như vậy, Thủy vân số trình nhúng liệu vào đối tượng đa phương tiện theo phương pháp đó, để sau phát trích xuất thủy vân cho mục đích xác thực nguồn gốc sản phẩm Thủy vân phần đặc trưng thông tin nhúng vào liệu cần bảo vệ Một yêu cầu quan trọng thủy vân khó để trích xuất gỡ bỏ từ đối tượng nhúng thủy vân mà chìa khóa bí mật Phân loại thủy vân Thủy vân kỹ thuật thủy vân tùy theo tiêu chí phân loại mà chia thành nhiều loại khác nhau: Hình 1.1: Sơ đồ phân loại hệ thống thủy vân 2.1 Phân loại thủy vân theo miền nhúng: Một tiêu chí để phân loại “miền nhúng” nơi chứa thủy vân Ví dụ, thủy vân thực “miền khơng gian” Một khả khác thủy vân miền tần số 2.2 Phân loại theo đối tượng nhúng thủy vân: Kỹ thuật thủy vân phân loại theo đối tượng đa phương tiện cần nhúng thủy vân sau: + Thủy vân ảnh + Thủy vân video + Thủy vân âm + Thủy vân văn 2.3 Phân loại thủy vân theo cảm nhận người Tùy theo cảm nhận người, thủy vân chia ba loại khác nhau: ❖ Thủy vân hiện: Hiển thị cho người xem thông tin sản phẩm dạng hình mờ ❖ Thủy vân ẩn: - Thủy vân ẩn bền vững: Được nhúng cách thay đổi điểm ảnh cho hệ thống cảm giác người nhận thấy phải chịu công tác xử lý tín hiệu thơng thường “tấn cơng” phục hồi với chế giải mã thích hợp mà thơi Xét theo tính bí mật thủy vân bền vững phân loại nhỏ sau: + Lược đồ “thủy vân” bí mật: Cần tới ảnh gốc để trích xuất thủy vân Có loại lược đồ thủy vân bí mật: • Loại 1: Yêu cầu ảnh bị biến đổi ảnh gốc trích xuất thủy vân Ảnh gốc sử dụng để tìm kiếm vị trí thủy vân ảnh bị biển đối • Loại 2: Yêu cầu thủy vân q trình trích xuất kiểm tra biết thủy vân có ảnh cần kiểm tra hay khơng Trong hai loại trích xuất thủy vân cần địi hỏi có chìa khóa bí mật Đối với loại thứ chìa khóa bí mật ảnh gốc, cịn loại chìa khóa thứ chìa khóa bí mật liệu bí mật sử dụng để nhúng vào ảnh (hay nói cách khác thủy vân ) + Lược đồ thủy vân nửa bí mật: Khơng sử dụng ảnh gốc trình xác định thủy vân Tuy nhiên, lược đồ đưa thơng tin có diện thủy vân hay không + Lược đồ thủy vân mù: Trong lược đồ này, không yêu cầu ảnh gốc lẫn thủy vân nhúng q trình trích thủy vân Fourier Sau thu thập tất đỉnh, việc tìm kiếm đỉnh có bán kính dài thực để có đồng đỉnh Ps, đỉnh mà sau sử dụng để đồng hóa vị trí đỉnh Sau đó, góc đỉnh h lại P = {p1, p2, … pn} tạo biểu thức để nhận vị trí chúng p’ = { p1’, p2’, … pn’} Ngoài ra, tách riêng khu vực dải tần số trung bình B hai vịng trịn với bán kinh R1 R2 vào n đường tròn đồng tâm cách vào m khoảng gốc để làm cho B trở thành tập hợp l cung D = {d1, d2, … dl} l = m x n Sau P’ D so sánh để rút h cung tạo thành tập hợp A theo cách sau: k = 1,2,3, … l i = 1,2, … h Nếu pi’ rơi vào cung dk, đưa dk vào A Điều này, có nghĩa có đỉnh vùng dk, dk đưa vào A Cuối cùng, sử dụng tính tốn tổ hợp với D h đầu vào để nhận g mã phù hợp R = {r1, r2, … rg}, g = C(l, h) với h = l/2 Sau đó, kiểm tra có rj’ mà A với ≤ j ≤ g, số ngun j sau lấy giá trị trích xuất thủy vân hồn tất q trình trích xuất 13 Hình 2.10: Dải tần số trung bình chia thành cung đồng tâm ➢ Đầu vào: Một ảnh chứa thủy vân S ➢ Đầu ra: Một thủy vân W ➢ Quy trình tách thủy vân: - Bước 1: Thay đổi tỷ lệ S để nhận ảnh khối vng S’ kích thước M x 52 M, M số hệ số - Bước 2: Biến đổi kênh màu đỏ, màu xanh da trời S’ miền tần số để nhận phổ Fourier S’red S’blue - Bước 3: Tìm kiếm đỉnh phần nửa S’red S’blue tương ứng thao tác sau: + Sử dụng giá trị ngưỡng điều chỉnh T để tìm kiếm đỉnh miền tần số trung bình theo phương pháp mơ tả + Lựa chọn đỉnh có bán kính dài làm đỉnh đồng hóa, tính tốn góc thay đổi ∆θ với góc nguyên gốc đỉnh đồng hóa + Xây dựng lại góc h đỉnh cịn lại cơng thức 2.6 để nhận vị trí chúng P’ = {p1’,… ph’} + Chia dải tần số trung bình R1 R2 thành n đường trịn đồng tâm khoảng cách m góc làm cho dải tần trung bình trở thành l cung D = {d1,…… dl}, l = m x n + So sánh P’ D để lựa chọn h vùng cho tập hợp A theo cách công thức 2.7 + Áp dụng tổ hợp tính tốn để nhận g mã R’ = {r1’, rn’}, với mã rj’ (j = 1, 2, …g) rõ tập h vùng D, g = C(l,h) Sau đó, kiểm tra rj’ với A với ≤ j ≤ g Thì j chuỗi số cần tìm - Bước 4: Liên kết hai chuỗi số nhị phân tạo từ S’red S’blue - Bước 5: Biến đổi dãy bit liên kết thành chuỗi số - Bước 6: Kết thu thủy vân W 2.3 Thuật toán thủy vân dựa miền DWT 2.3.1 Phép biến đổi sóng rời rạc Trong phép biến đổi này, Wavelets hàm định nghĩa khoảng hữu hạn có giá trị trung bình Ý tưởng phép biến đổi sóng khai triển hàm f(t) xếp chồng sóng hay 53 hàm sở Các hàm sở có từ sóng nguyên mẫu gọi sóng mẹ cách lấy tỷ lệ dịch Trong thực tế tính tốn, biến đổi sóng rời rạc thuận nghịch (DWT IDWT) thường thực phương trình sau: Trong đó: Ψ(t) hàm wavelet mẹ Điều kiện Ψ(t) hàm thông dải đảm bảo tồn biến đổi sóng ngược Thơng thường, người ta chọn a0 = 2, b0 = Trong thuật tốn nghiên cứu có thơng số đáng ý sau đây: Tại miền phân giải cấp hệ số băng tần xấp xỉ (LL1 mơ tả hình 2.13) gọi v1(x,y) Các hệ số băng tần HH1 gọi f1,1(x,y) LH1 f2,1(x,y ) HL1 f3,1(x,y) Với vài thuật toán hệ số thăm theo đường zig zag Khi đó, ta gọi hệ số theo thứ tự sau: v1(i), f1,1(i), f2,1(i), f3,1(i) 14 Hình 2.11: Biến đổi Wavelet cấu trúc dải thông Trong số trường hợp, sơ đồ dùng biến đổi sóng tỏ ưu so với biến đổi Fourier rời rạc DFT hay biến đổi cosin rời rạc DCT Do đặc tính đa phân giải, sơ đồ mã hóa Wavelets đặc biệt thích hợp cho ứng dụng mà tính vơ hướng suy biến đóng vai trị quan trọng Minh chứng cho điều biến đổi sóng dùng tiêu chuẩn nén JPEG2000 Ngồi ra, tính đa phân giải Wavelets cịn hữu ích việc phân phối thông điệp vào đối tượng 54 bao phủ đảm bảo tính bền vững chất lượng thị Do đó, lược đồ thủy vân sử dụng DWT đảm bảo tính bền vững thủy vân sau nén có mát thơng tin theo chuẩn nén JPEG2000 Tổng quát, biến đổi sóng thực triển khai tần số không gian đa tỷ 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 2.3.2 Lược đồ thủy vân sử dụng biến đổi DWT Ngày nay, có nhiều thuật tốn thủy vân sử dụng biến đổi sóng kỹ thuật lượng tử hóa, thủy vân sử dụng miền biến đổi wavelet có lợi làm cho thủy vân mạnh mẽ chống lại nhiều dạng công thay đổi thành phần tần số cao hình ảnh, nén, lọc thơng thấp qua, nhiên khơng thể chống lại công cắt ảnh hay phá hủy thành phần hình ảnh chứa thủy vân Hầu hết phương pháp thủy vân dựa biến đổi wavelet chia dải thông thành khối nhỏ sau nhúng bit logo thủy vân nên chúng hồn toàn khối con, tức bit thủy vân lưu trữ hệ số khối kích thước khối phải lớn kích thước hình ảnh thủy vân Khi vùng hình ảnh phủ bị phá hủy Thủy vân ngun vẹn trích xuất thủy vân hồn chỉnh Ví dụ hình 2.14 cho thấy kết thủy vân kết trích xuất từ ảnh bị nén (với thuật toán JPEG2000) bị cắt phần 15 Hình 2.12: (a) Thủy vân gốc (b) thủy vân tách từ khối (c) Thủy vân kết hợp 55 a) Thuật toán nhúng Đầu vào ảnh mang I có kích thước N x N, ảnh nhị phân logo thủy vân W kích thước M x M Quy trình nhúng thủy vân: + Bước 1: Hình ảnh mang phân thành n mức sử dụng biến đổi wavelet rời rạc Sau đó, chọn dải thông LLn để nhúng thủy vân + Bước 2: Chia dải thông lựa chọn thành khối nhỏ Bk với kích thước M x M Như hình đây: 16 Hình 2.13: Dải thông LL2 chia thành khối nhỏ + Bước 3: Logo thủy vân chèn vào tất khối cách lượng tử hóa hệ số khối theo cơng thức sau Trong qk(i,j) sử dụng để biểu diễn hệ số wavelet khối Bk qk’(i,j) sử dụng để biểu diễn hệ số sau lượng tử hóa W(i,j) logo thủy vân, m số nguyên Q kích thước bước lượng tử hóa Lựa chọn giá trị Q tốt cho lược đồ thủy vân quan trọng việc tăng Q làm tăng tính bền vững thủy vân trước công 56 lại suy giảm chất lượng ảnh mang hay nói cách khác ảnh hưởng đến tính vơ hình thủy vân Vì Q PSNR có mối quan hệ với Q tỉ lệ nghịch với PSNR Trong PSNR tính theo cơng thức: Với Lmax giá trị cực đại điểm ảnh MSE tỷ lệ lỗi trung bình định nghĩa: Trong I0 Iw biểu diễn giá trị điểm ảnh tương ứng ảnh gốc ảnh chứa thủy vân N1, N2 kích thước ảnh Ngồi ngưỡng giá trị Q khác phụ thuộc vào ảnh mang miền tần số Ví dụ hình dưới: 17 Hình 2.14: (a) Ảnh gốc (b) Ảnh thủy vân với Q= 35 + Bước 4: Cuối với hệ số giá trị mới, sử dụng biến đổi sóng ngược để thu hình ảnh chứa thủy vân Việc lựa chon n mức phân giải sóng con, phải đảm bảo cân tính bền vững tính vơ hình Với lựa chọn tốt, thủy vân có tính bền vững cao chống lại suy giảm chất lượng hình ảnh Chọn giá trị n nhỏ làm tăng tốc độ thực thuật tốn lại làm giảm tính bền vững làm suy giảm chất lượng hình ảnh Ngược lại lựa chọn giá trị n lớn tăng tính bền vững làm giảm kích thước miền 57 LLn gây giảm số lượng khối K Như rõ ràng có mối quan hệ N, M, n, K Theo kết thực nghiệm tác giả trường hợp tối ưu N = M x K x 2n b) Thuật tốn trích xuất Trong hầu hết phương pháp trích xuất thủy vân địi hỏi hình ảnh gốc, thuật tốn trình bày thuật tốn trích xuất mù khơng u cầu ảnh gốc q trình trích xuất thủy vân Trong thuật tốn, để trích xuất thủy vân cần khóa bí mật kích thước bước lượng tử Q, mức phân giải n, số lượng khối K c) Quy trình trích xuất thủy vân + Bước 1: Những hình ảnh mang phân giải theo n mức sử dụng biến đổi wavelet n rời rạc Dải thơng LLn hình ảnh phân giải chia thành khối Bk với kích thước M x M + Bước 2: Những điểm ảnh logo thủy vân tương ứng với khối Bk trích xuất theo cơng thức sau: Trong đó, qk(i,j) sử dụng biểu diễn hệ số sóng khối Bk, m số nguyên Q kích thước bước lượng tử + Bước 3: Nếu khơng xảy biến đổi với hình ảnh chứa thủy vân, tất logo thủy vân trích xuất giống logo nhúng ban đầu Nhưng xảy biến đổi hình ảnh mang, thủy vân trích xuất nên kết hợp lại cách phù hợp để có kết cuối Kết hợp thủy vân thực theo cơng thức sau đây: Trong Wk(i,j) sử dụng để biểu diễn thủy vân trích xuất từ khối Bk W(i,j) sử dụng để biểu diễn thủy vân kết hợp K số khối 58 CHƯƠNG III - CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM Phát biểu tốn Chương trình bao gồm module nhúng trích xuất thủy vân Chương trình thủy vân với ba phương pháp: + Nhúng thủy vân vào bit có trọng số thấp (LSB) + Phương pháp biến đổi sóng (DWT) + Phương pháp biến đổi cosin rời rạc DCT Chương trình bao gồm module nhúng trích xuất thủy vân, ngồi có thêm so sánh tính bền vững dấu thủy vân ba phương pháp việc thêm công nhiễu với ảnh nhúng thủy vân Mô tả chức hệ thống + Chức nhận ảnh gốc + Chức nhận ảnh cần thủy vân + Chức nhúng thủy vân + Chức trích xuất thủy vân + Chức công nhiễu + Chức thủy vân phương pháp LBS + Chứng thủy vân phương pháp biến đổi DWT + Chức thủy vân phương pháp DCT Ứng dụng chương trình Chương trình dùng để nhúng ảnh vào ảnh gốc nhằm bảo vệ quyền ảnh số tác giả Giúp quan chức chứng minh quyền ảnh số So sánh tính bền vững dấu thủy vân ba phương pháp LSB, DCT, DWT việc thêm công nhiễu gauss với ảnh nhúng thủy vân Hướng dẫn sử dụng ▪ Môi trường chạy - Chương trình cài đặt cơng cụ ngơn ngữ C Sharp 59 - Có thể download C Sharp địa chỉ: https://visualstudio.microsoft.com/ ▪ Chạy chương trình Giao diện chương trình hình bên dưới: 18 Hình 3.1: Giao diện chương trình ▪ Thủy vân phương pháp biến đổi LBS - Chọn “Thuật toán LBS” Click chuột vào ô “Ảnh gốc” để chọn ảnh mang Click chuột vào ô “Ảnh nhúng” để chọn ảnh mang Sau nhấn nút “Nhúng thông tin vào ảnh” để thủy vân ảnh Ta hình ảnh thị sau nhúng hình - Bấm nút “Trích xuất thơng tin nhúng” để tách thủy vân Ta hình ảnh thị dấu thủy vân 60 19 Hình 3.2: (LBS) Kết trích xuất chưa sử dụng cơng nhiễu - Bấm nút “Tấn công nhiễu” để làm nhiễu ảnh thủy vân - Bấm nút “Trích xuất thơng tin nhúng” để kiểm tra thủy vân tách 20 Hình 3.3: (LBS) Kết trích xuất sử dụng công nhiễu 61 ▪ Thủy vân phương pháp biến đổi DCT - Chọn “Thuật toán DCT” Click chuột vào ô “Ảnh gốc” để chọn ảnh mang Click chuột vào “Ảnh nhúng” để chọn ảnh mang Sau nhấn nút “Nhúng thông tin vào ảnh” để thủy vân ảnh Ta hình ảnh thị sau nhúng hình - Bấm nút “Trích xuất thơng tin nhúng” để tách thủy vân Ta hình ảnh thị dấu thủy vân 21 Hình 3.4: (DCT) Kết trích xuất chưa sử dụng cơng nhiễu - Bấm nút “Tấn công nhiễu” để làm nhiễu ảnh thủy vân - Bấm nút “Trích xuất thơng tin nhúng” để kiểm tra thủy vân tách 62 22 Hình 3.5: (DCT) Kết trích xuất sử dụng công nhiễu ▪ Thủy vân phương pháp biến đổi DWT - Chọn “Thuật toán DWT” Click chuột vào ô “Ảnh gốc” để chọn ảnh mang Click chuột vào “Ảnh nhúng” để chọn ảnh mang Sau nhấn nút “Nhúng thông tin vào ảnh” để thủy vân ảnh Ta hình ảnh thị sau nhúng hình - Bấm nút “Trích xuất thơng tin nhúng” để tách thủy vân Ta hình ảnh thị dấu thủy vân 23 Hình 3.6: (DWT) Kết trích xuất chưa sử dụng cơng nhiễu 63 - Bấm nút “Tấn công nhiễu” để làm nhiễu ảnh thủy vân - Bấm nút “Trích xuất thơng tin nhúng” để kiểm tra thủy vân tách 24 Hình 3.7: (DWT) Kết trích xuất sử dụng công nhiễu 64 KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu tìm hiểu với nỗ lực than hướng dẫn tận tình thầy giáo hướng dẫn, tơi hồn thành luận văn Nội dung chủ yếu luận văn nghiên cứu hệ thủy vân số, hướng ứng dụng thủy vân số chủ yếu ứng dụng bảo vệ quyền ảnh số Từ đó, xây dựng chương trình thử nghiệm cài đặt số thuật tốn thủy vân nhằm ứng dụng xác thực thơng tin bảo vệ quyền cho liệu ảnh số phục vụ công tác giám định liệu số công tác điều tra tội phạm quyền liệu số Qua trình tìm hiểu nghiên cứu luận văn đạt số kết sau: Những kết có Luận văn: Tổng hợp nghiên cứu hệ thống thủy vân khái niệm, phân loại, ứng dụng, mơ hình, khả cơng, yêu cầu phương pháp thủy vân Nghiên cứu thuật toán thủy vân số ứng dụng phổ biến ảnh số Nghiên cứu ngôn ngữ lập trình C#, sử dung kỹ thuật LSB, DCT, DWT với đầu vào ảnh đen trắng ảnh nhúng ảnh Kết hợp phương pháp công gây nhiễu nhằm so sánh tính bền vững ảnh thủy vân trích xuất thuật tốn Đánh giá kết đạt thông qua phần mềm thực nghiệm Những đóng góp cho khoa học thực tiễn Luận văn: Các kết nhận cho thấy mơ hình thủy vân xây dựng thành cơng nhúng ảnh mang vào ảnh đầu vào mà khơng làm thay đổi chất lượng hình ảnh Việc cài đặt kỹ thuật thủy vân phần mềm so sánh thuật tốn miền khơng gian miền tần số Khẳng định thuật tốn miền tần số có tính bền vững thuật tốn miền khơng gian Do vậy, Luận văn hồn tồn có tính khả thi, có ý nghĩa quan trọng việc bảo vệ quyền, sở hữu trí tuệ, áp dụng thương mại mà mở tiếp cận cho vấn đề bảo vệ quyền ảnh số, phục vụ công tác đấu tranh phòng chống tội phạm quyền liệu số 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT Trịnh Nhật Tiến, Bài giảng An toàn liệu, 2008 Nguyễn Xuân Huy, Trần Quốc Dũng , Một thuật toán thủy vân ảnh miền DCT, Hội thảo quốc gia Các vấn đề chọn lọc Công nghệ thông tin Truyền thông, 2002 Nguyễn Quang Hoan, Giáo trình xử lý ảnh, Học viện bưu viễn thơng 2006 Luận văn Kỹ thuật thủy vân số, Nguyễn Minh Nhật, Đại học Duy Tân – Đà Nẵng Luận án tiến sĩ, Nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng thủy vân sử dụng biến đổi cosine rời rạc, Nguyễn Lê Cường, Học viện Cơng nghệ Bưu Chính Viễn Thông, 2012 Luận án tiến sĩ, Nghiên cứu phát triển kỹ thuật thủy vân sở liệu quan hệ, Lưu Thị Bích Hương, Viện Cơng nghệ thông tin, 2014 TIẾNG ANH Shen Tao, Xu Dêh, Li Chengming, Sun Jianguo , Watermarking Gis Data for Digital Map CopyRight Protection, 2009 Yasser Dakoury, Ismail Abd El- Ghafar and Ashraf Tammam, Protecting GIS Data Using Cryptography and Digital Watermarking, No.1, 2010 Sonnleitner E., and Kung J (2013), “Watermarking Generative Information Systems for Duplicate Traceability” International Journal Applied Mathematics & Information Sciences, Vol 7, No 5, 1789 - 1801 66 ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HOÀNG TUẤN ANH NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT GIẤU TIN, ĐÁNH DẤU VÀO DỮ LIỆU VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHÒNG CHỐNG TỘI PHẠM Chuyên ngành... chứng minh liệu số có bị xuyên tạc thông tin hay vi phạm quyền số hay không thủy vân số nên em định lựa chọn đề tài là: ? ?Nghiên cứu kỹ thuật giấu tin, đánh dấu vào liệu ứng dụng phịng chống tội. .. cài đặt số thuật tốn thủy vân nhằm ứng dụng xác thực thông tin bảo vệ quyền cho liệu ảnh số Đối tượng phạm vi nghiên cứu Luận văn tập trung nghiên cứu kỹ thuật thủy vân ảnh số Ứng dụng mà luận