Nghiên cứu một số thuật toán thủy vân và ứng dụng của thủy vân trong bảo vệ bản quyền ảnh số

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ -o0o - NGUYỄN MINH TIẾN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THUẬT TOÁN THỦY VÂN VÀ ỨNG DỤNG CỦA THỦY VÂN TRONG BẢO VỆ BẢN QUYỀN ẢNH SỐ LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ -o0o - NGUYỄN MINH TIẾN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THUẬT TOÁN THỦY VÂN VÀ ỨNG DỤNG CỦA THỦY VÂN TRONG BẢO VỆ BẢN QUYỀN ẢNH SỐ Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Hệ thống thông tin Mã ngành: 60.48.05 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS.TRỊNH NHẬT TIẾN Hà Nội – 2010 LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển công nghệ thông tin, việc biểu diễn liệu đa phương tiện có quyền ngày cải tiến nâng cao Tuy nhiên điều lại kéo theo thực trạng số lượng chép bất hợp pháp liệu số ngày nhiều, khơng có giới hạn dẫn đến tình trạng khơng kiểm sốt Đứng trước trạng quyền tác giả sản phẩm số bị xâm phạm nghiêm trọng, gần số công cụ giúp cho việc bảo vệ quyền tác giả mã hóa, giải mã phương pháp thủy vân số (Digital Watermarking) đề xuất Việc mã hóa giải mã đảm bảo an toàn cho liệu trình truyền thơng, nhiên sau giải mã liệu số khơng cịn bảo vệ Kĩ thuật thủy vân số giải pháp đưa để giải vấn đề quyền sở hữu Với việc sử dụng thủy vân, liệu số bảo vệ khỏi chép bất hợp pháp Thủy vân nghĩa mẩu tin ẩn trực tiếp nội dung liệu đa phương tiện Về mặt trực quan khó cảm nhận có mặt dấu thủy vân, nhiên sử dụng máy tính thuật tốn lại phát có mặt chúng Ngồi dấu thủy vân cịn đảm bảo u cầu gắn kết khơng thể tách rời với nội dung liệu Do đó, kết hợp mã hóa kĩ thuật thủy vân đem lại cho hệ thống tính bảo mật trình truyền, đồng thời bảo vệ quyền sở hữu liệu đa phương tiện Trong luận văn này, chúng em vào tìm hiểu xây dựng hệ thống sử dụng kĩ thuật thủy vân để bảo vệ quyền ảnh số Em xin chân thành cảm ơn PGS TS Trịnh Nhật Tiến hỗ trợ, hướng dẫn em hoàn thành đề tài Hà Nội, Ngày 05 Tháng 06 Năm 2010 Học viên: Nguyễn Minh Tiến ********* MỤC LỤC Giới thiệu .7 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THỦY VÂN 11 1.1 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ THỦY VÂN 11 1.1.1 Lịch sử phương pháp thủy vân 11 1.1.2 Khái niệm thủy vân số 12 1.1.3 Tính chất hệ thống thủy vân 12 1/ Tính bảo mật 12 2/ Tính vơ hình 12 3/ Tính vơ hình thống kê 13 4/ Tỉ lệ Bit 13 5/ Q trình dị tìm đáng tin cậy 13 6/ Tính mạnh mẽ 13 1.1.4 Đặc trưng dấu thủy vân 14 1/ Độ trung thực 14 2/ Tính bền vững 15 3/ Tính dễ hỏng 16 4/ Tính chống loại bỏ 16 5/ Giới hạn khóa 16 6/ Tỷ lệ lỗi sai dương 17 7/ Phép biến đổi dấu thủy vân đa dấu thủy vân 17 8/ Độ tải liệu 17 9/ Độ phức tạp tính tốn 18 10/ Các chuẩn 18 1.1.5 Vai trò dấu thủy vân 18 1.1.6 Ứng dụng công nghệ Thủy vân 20 1/ Theo dõi phát sóng 20 2/ Nhận người chủ sở hữu 22 3/ Bằng chứng quyền sở hữu 23 4/ Lưu vết giao tác hay dấu vân tay 24 5/ Kiểm soát chép 24 1.2 CÔNG NGHỆ THỦY VÂN TRÊN ẢNH SỐ 25 1.2.1 Dấu thủy vân 25 1.2.2 Quá trình nhúng dấu thủy vân tổng quát 26 1.2.3 Quá trình phát dấu thủy vân 28 Chương 2: MỘT SỐ THUẬT TOÁN THỦY VÂN .31 2.1 THỦY VÂN TRÊN MIỀN KHÔNG GIAN 31 2.1.1 Thuật toán Kutter 32 2.1.2 Thuật toán Bruyndonckx 33 2.1.3 Thuật toán Langelaar 36 2.1.4 Thuật toán Pitas 37 2.1.5 Thuật toán Rongen 40 2.1.6 Thuật toán Voyatzis 41 2.2 THỦY VÂN TRÊN MIỀN PHÂN DẠNG 43 2.2.1 Thuật toán Bas 44 2.2.2 Thuật toán Puate 46 2.2.3 Thuật toán Davern 47 2.3 THỦY VÂN TRÊN MIỀN ĐA PHÂN GIẢI 50 2.3.1 Thuật toán Corvi 52 2.3.2 Thuật toán Kundur-1 53 2.3.3 Thuật toán Kundur-2 54 2.3.4 Thuật toán Wang 56 2.3.5 Thuật toán Xia 58 2.3.6 Thuật toán Barni-DWT 59 2.3.7 Thuật toán dùng phép biến đổi sóng Haar 60 1/ Cơ biến đổi Haar 60 2/ Biến đổi Haar 1D 62 3/ Biến đổi Haar 2D 64 4/ Thủy vân sử dụng biến đổi Haar 64 2.4 THỦY VÂN TRÊN MIỀN TẦN SỐ 67 2.4.1 Thuật toán Koch 68 2.4.2 Thuật toán BenHam 69 2.4.3 Thuật toán Podilchuck 71 2.4.4 Thuật toán Hsu-stil 71 2.4.5 Thuật toán Tao 74 2.4.6 Thuật toán Langelaar 75 2.4.7 Thuật toán Cox 76 2.4.8 Thuật toán Barni 77 2.4.9 Thuật toán Frid 79 2.4.9.1 Thủy vân miền tần số thấp 79 2.4.9.2 Thủy vân miền tần số trung bình 81 Chương 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỦY VÂN 82 3.1 NGỮ CẢNH CỦA QUÁ TRÌNH BẢO VỆ BẢN QUYỀN ẢNH SỐ 82 3.2 BẢO VỆ BẢN QUYỀN BẰNG THỦY VÂN 83 3.2.1 Kịch tạo dấu thủy vân 83 3.2.2 Kich cho trình nhúng thủy vân 84 3.2.3 Kịch cho trình tách dấu thủy vân 84 3.3 CÁC TÁC NHÂN CỦA QUÁ TRÌNH BẢO VỆ BẢN QUYỀN SỐ 85 3.3.1 Chủ sở hữu ảnh số 85 3.3.2 Chủ sở hữu ảnh trái phép 85 3.3.3 Hệ thống thủy vân 85 3.4 PHÂN TÍCH HỆ THỐNG THỦY VÂN 86 3.4.1 Đặc tả yêu cầu người sử dụng 86 3.4.2 Đặc tả chức hệ thống 86 1/ Chức tạo dấu thủy vân 87 2/ Chức nhúng dấu thủy vân 88 3/ Chức tách dấu thủy vân 89 4/ Chức kiểm tra tính bền vững thuật toán thủy vân 90 3.5 THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY VÂN 91 3.5.1 Các biểu đồ 91 1/ Biểu đồ luồng liệu mức khung cảnh 91 2/ Biểu đồ luồng liệu mức đỉnh 92 3/ Biểu đồ luồng định nghĩa chức thủy vân 93 3.5.2 THIẾT KẾ MODULE HỆ THỐNG 94 3.5.2.1 Phân chia Module hệ thống 94 3.5.2.2 Module nhúng dấu thủy vân ảnh 95 3.5.2.3 Module thủy vân với dấu thủy vân tạo từ thông tin tác giả 96 Chương 4: CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 104 4.1 Thử nghiệm chức thủy vân với dấu thủy vân ảnh 104 1/ Chức nhúng dấu thủy vân 104 2/ Chức tách dấu thủy vân 106 4.2 Thử nghiệm chức thủy vân có chứa thơng tin tác giả .107 1/ Chức nhúng dấu thủy vân 107 2/ Chức nhúng dấu thủy vân 111 3/ Chức kiểm tra tính bền vững thuật toán thủy vân .112 4.3 Đánh giá thuật toán 113 4.3.1 Nhận xét chung .113 4.3.2 So sánh đánh giá thuật toán 115 KẾT LUẬN .119 TÀI LIỆU THAM KHẢO .120 DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1 Bảng giá trị biến 26 Bảng 2.1: Bảng phân loại thuật toán 31 Bảng 2.2 : Tính giá trị vec tơ .61 Bảng 2.3 : Tích vơ hướng 62 Bảng 2.4: Quá trình tìm vectơ Haar 1D 63 Bảng 2.5: Bảng hệ số DCT 68 Bảng 2.5: Nhúng bit vào hệ số DCT .70 Bảng 2.6: Thao tác hệ số DCT .72 Bảng 4.1: Bảng kết nén JPEG 115 Bảng 4.2: Bảng kết công Addnoise 116 Bảng 4.3: Bảng kết công Lighten-Darken 117 Bảng 4.4: Bảng kết công Gamma .117 Bảng 4.5: Bảng kết công Constrast .118 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ nhúng dấu thủy vân tổng quát .27 Hình 2.1: Sắp xếp giá trị độ chói hai khối ảnh Lena 34 Hình 2.2: Sơ đồ lưới sử dụng 35 Hình 2.3: Sơ đồ tối ưu hóa dấu thủy vân 39 Hình 2.4: Phân dạng hình học 43 Hình 2.5: Các khối định nghĩa “điểm bật” .45 Hình 2.6: Quá trình chia vũng D thành hai miền nhỏ 46 Hình 2.7: Cấu trúc vị trí sóng sau phép biến đổi DWT ảnh 51 Hình 2.8: Lượng tử hóa hệ số nằm 53 Hình 2.9 : Phân đoạn DWT .55 Hình 2.10: Nhúng dấu thủy vân sử dụng biến đổi Haar 65 Hình 2.11: Quá trình tách dấu thủy vân sử dụng biến đổi Haar 66 Hình 2.12: Hàm số ind(c) .80 Hình 3.1: Quá trình sinh dấu thủy vân 83 Hình 3.2: Nhúng dấu thủy vân vào ảnh 84 Hình 3.3: Tách dấu thủy vân so sánh 85 Hình 3.4: Sơ đồ phân rã chức hệ thống 87 Hình 3.5: Sơ đồ trình tạo dấu thủy vân 87 Hình 3.6: Sơ đồ trình nhúng dấu thủy vân 89 Hình 3.7: Sơ đồ trình tách dấu thủy vân 90 Hình 3.8: Biểu đồ luồng liệu mức khung cảnh hệ thống 92 Hình 3.9: Biểu đồ luồng liệu mức đỉnh 92 Hình 3.10: BLD mô tả chức thủy vân 93 Hình 3.11: Phân chia Module thủy vân .94 Hình 3.12: Module TestImageFilter 96 Hình 3.13: Quá trình làm việc Module TestImageFilter 97 Hình 3.15: Đầu vào đầu Module xử lí dấu thủy vân 98 Hình 3.16: Module biến đổi DCT .98 Hình 3.17: Lưu đồ cho q trình nhúng tách Module thuật tốn Cox 100 Hình 3.18: Lưu đồ cho trình nhúng tách Module thuật tốn Koch .102 Hình 3.19: Lưu đồ cho trình nhúng tách Module thuật tốn Frid 103 Hình 4.1: Giao diện mở ảnh gốc .104 Hình 4.2: Nhúng ảnh vào ảnh 105 Hình 4.3: Kết cho trình nhúng ảnh 106 Hình 4.4: Kết cho tình tách ảnh từ ảnh nghi ngờ 107 Hình 4.5: Cấu trúc chữ kí hợp lệ 108 Hình 4.6: Dấu ẩn thuật tốn Koch 108 Hình 4.7: Mở ảnh gốc .109 Hình 4.8: Nhúng thủy vân có chứa thơng tin 110 Hình 4.9: Kết trình nhúng 111 Hình 4.10: Thủy vân sau tách so sánh với thủy vân ban đầu .112 Hình 4.11: Giao diện module test robusness 113 Hình 4.12: Một số dạng cơng vào ảnh LeNa 114 BẢNG CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT CHỮ VIẾT TẮT Ý NGHĨA Hàm sinh số ngẫu nhiên ảo (Pseudo- PRNG BCH DCT DWT Random Number Generator) Mã BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem Code) Discrete Cosine Transform (Biến đổi Cosine nguồn rời rạc) Discrete Wavelet Transform (Biến đổi sóng nguồn rời rạc) Giới thiệu Tính cấp thiết việc phân phối xác thực thông tin Như đề cập đến mục giới thiệu, phát triển vũ bão cơng nghệ số với q trình tồn cầu hóa mạng Internet biến thành xã hội ảo nơi diễn q trình trao đổi thơng tin lĩnh vực trị, qn sự, quốc phịng, kinh tế, thương mại Và mơi trường mở tiện nghi xuất vấn nạn, tiêu cực cần đến giải pháp hữu hiệu cho vấn đề an tồn thơng tin nạn ăn cắp quyền, nạn xuyên tạc thông tin, truy nhập thơng tin trái phép v.v Mục đích luận văn Để giải cho vấn đề an toàn truyền thông bảo vệ quyền tài liệu số, đặc biệt ảnh số việc xây dựng hệ thống có sử dụng kĩ thuật nhúng thủy vân giải pháp tối ưu Do mục đích luận văn xây dựng hệ thống sử dụng kĩ thuật thủy vân: Sự an tồn q trình truyền thông bảo vệ quyền liệu đa phương tiện Về kĩ thuật nhúng thủy vân, luận văn tập trung vào việc xây dựng phương thức thích hợp cho việc nhúng tách dấu thủy vân sử dụng số kĩ thuật biến đổi miền DCT DWT Giới hạn luận văn Hệ thống mà luận văn xây dựng hệ thống nhúng tách dấu thủy vân nhằm bảo vệ quyền ảnh số Đầu vào hệ thống thực chủ yếu file ảnh có định dạng bitmap Để áp dụng hệ thống lớn thuật tốn phải lựa chọn cách triệt để chống lại công phức tạp Thêm vào cần có chế xác thực thơng tin cá nhân bên có thẩm quyền cung cấp Phương pháp thực Phương pháp thực đề tài bắt đầu nghiên cứu thuật toán thủy vân tiến hành cài đặt chương trình thử nghiệm Sau cài đặt thuật tốn áp dụng phép cơng, đánh giá đặc tính thuật tốn dựa vào kết phát dấu thủy vân Sau đó, quay lại lý thuyết, so sánh với kết thu tác giả giải thích nguyên nhân Cuối rút kết luận: thuật toán tốt nhất, tốt trường hợp Nội dung công việc thực  Nghiên cứu kiến thức sở, bao gồm:  Tính chất công nghệ thủy vân  Ứng dụng cơng nghệ thủy vân  Nghiên cứu lí thuyết thủy vân:  Các thuật tốn thủy vân miền khơng gian  Các thuật toán thủy vân miền phân dạng  Các thuật toán thủy vân miền đa phân giải  Các thuật toán thủy vân miền tần số  Phân tích phép biến đổi Haar  Xây dựng hệ thống thủy vân:  Phân tích thiết kế tổng thể hệ thống  Phân tích thiết kế Module thủy vân  Phân tích thiết kế Module test robust  Tiến hành cài đặt thử nghiệm hệ thống  Đánh giá thuật toán cài đặt o Bước 3: Sau Popup ra, phần Information Popup, mở ảnh gốc, dấu thủy vân gốc file khóa chứa thong tin thuật tốn o Bước 4: Sau hồn thành thông tin, ấn nút Detect, Hệ thống lấy dấu thủy vân từ ảnh nghi ngờ so sánh với dấu thủy vân ban đầu, chứng thực ảnh nghi ngờ có chép trái phép hay khơng Hình 4.4: Kết cho q tình tách ảnh từ ảnh nghi ngờ 4.2 Thử nghiệm chức thủy vân có chứa thơng tin tác giả 1/ Chức nhúng dấu thủy vân Một dấu thủy vân hợp lệ chữ ký có đủ thơng tin sau đây: Thứ Header hợp lệ, thứ hai số lượng bit hợp lệ, thứ ba thông số nhúng cuối nội dung chữ kí Số lượng bit tính từ số kí tự chữ kí, kí tự mã hóa bit 107 Hình 4.5: Cấu trúc dấu thủy vân hợp lệ Dấu thủy vân tạo có dạng File text Dưới dấu thủy vân thuật tốn Koch Dịng thứ Header, dòng thứ hai số bit cần thiết để mã hóa thơng điệp chữ kí, dịng thứ ba trọng số dấu thủy vân, hệ số lượng tử, giá trị phát sinh ngẫu nhiên cuối nội dung chữ kí Hình 4.6: Dấu ẩn thuật toán Koch Trong giao diện module tạo dấu thủy vân ta cần ý thành phần sau:  Alpha: Đây giá trị cường độ nhúng, với thuật toán Frid cường độ nhúng vào tần số thấp Hệ số tốt nằm khoảng từ 01  Gamma: Dùng cho thuật toán Frid, giá trị cường độ nhúng vào tần số trung bình 108  Seed: Giá trị tạo phát sinh ngẫu nhiên Giá trị to tốt, dùng cho thuật toán Frid Koch  Quality: Trọng số dấu ẩn Giá trị khoảng từ 01  Quantization: Hệ số lượng tử Sau tạo xong dấu thủy vân hợp lệ ta tiến hành nhúng dấu thủy vân vào ảnh gốc  Đầu vào chương trình: o Ảnh gốc ảnh bitmap có kích thước 512 x 512 o Dấu thủy vân  Các bước thủy vân tiến hành sau: o Bước 1: Open ảnh gốc từ thư mục Hình 4.7: Mở ảnh gốc o Bước 2: Từ Menu chọn Menu Signature Watermark  Signature Embedding 109 o Bước 3: Sau Popup ra, phần Information Popup, lựa chọn thuật toán, open dấu thủy vân tương ứng với thuật tốn Hình 4.8: Nhúng thủy vân có chứa thơng tin o Bước 4: Sau khai báo đầy đủ đầu vào, ấn Embed, lựa chọn thư mục lưu ảnh sau nhúng, hệ thống đưa kết bao gồm: Ảnh sau nhúng dấu thủy vân, histogram đánh giá khác ảnh gốc ảnh sau nhúng 110 Hình 4.9: Kết trình nhúng 2/ Chức tách dấu thủy vân  Đầu vào chương trình: o Ảnh nghi ngờ ảnh bitmap có kích thước 512 x 512 o Dấu thủy vân ban đầu(so sánh với dấu thủy vân tách từ ảnh nghi ngờ) o Ảnh gốc  Các bước tách dấu thủy vân tiến hành sau: o Bước 1: Open ảnh nghi ngờ o Bước 2: Từ Menu chọn Menu Signature Watermark  Signature Detecting o Bước 3: Sau Popup ra, phần Information Popup, mở ảnh gốc, dấu thủy vân o Bước 4: Sau hồn thành thơng tin, ấn nút Extract, lựa chọn thư mục để lưu kết quả, hệ thống lấy chữ ký nhúng vào ảnh ban đầu, so sánh 111 nội dung chữ ký với nội dung chữ ký ban đầu để chứng thực có chép trái phép hay khơng Hình 4.10: Thủy vân sau tách so sánh với thủy vân ban đầu 3/ Chức kiểm tra tính bền vững thuật tốn thủy vân Trong trình extract chữ ký từ ảnh nghi ngờ, ta sử dụng chức test robustness để xem với công thông thường, dấu thủy vân ảnh bị biến đổi Các loại công bao gồm:  Nén-Compression  Thêm nhiễu-Add Noise  Thay đổi độ tương phản-Constrast  Giảm độ tương phản -LessContrast  Thay đổi độ tối-Darken  Thay đổi độ sang-Lighten  Lọc Gamma-Gamma  Lọc trung vị-Median 112 Hình 4.11: Giao diện module kiểm tra tính bền vững 4.3 Đánh giá thuật toán 4.3.1 Nhận xét chung Trong phần đánh giá thuật toán tiến hành đánh giá tính bền vững tính chống chọi với dạng cơng thuật tốn Từ ta lựa chọn thuật toán phù hợp với hệ thống ta Kẻ vi phạm quyền dùng công trái phép ảnh để làm biến đổi dấu thủy vân Nếu sau cơng chất lượng ảnh q thấp ảnh khơng cịn giá trị thương mại hay nghệ thuật nữa, lúc đó, thuật tốn thành cơng khía cạnh bền vững Vì vậy, cần xác định ngưỡng phép công Hình thể số cơng vào ảnh Lena sau nhúng dấu ẩn Trong trường hợp cơng có độ mạnh 113 Lena gốc 256×256 Lena Addnoise 5% Lena Constrast 5% Lena Darken 5% Lena Gamma 5% Lena Compression 80% Hình 4.12: Một số dạng công vào ảnh LeNa 114 Trong hệ thống có thực Module TestRobust tất công với mức khác liệt kê File kết Ví dụ với thuật tốn Cox cơng nén JPEG mô tả File kết sau: [_JPEG_Compress_100%] bit matches: 128/128 1.000000 [_JPEG_Compress_90%] bit matches: 128/128 1.000000 [_JPEG_Compress_80%] bit matches: 128/128 1.000000 [_JPEG_Compress_70%] bit matches: 128/128 1.000000 [_JPEG_Compress_60%] bit matches: 128/128 1.000000 [_JPEG_Compress_50%] bit matches: 128/128 1.000000 [_JPEG_Compress_40%] bit matches: 128/128 1.000000 [_JPEG_Compress_30%] bit matches: 126/128 0.984375 [_JPEG_Compress_20%] bit matches: 124/128 0.968750 4.3.2 So sánh đánh giá thuật toán Ba thuật toán ta sử dụng Cox, Koch Fiddrich Ta sử dụng đầu vào ảnh Lena có kích thước 256×256 pixel Nội dung dấu thủy vân gồm 16 kí tự hay nói khác 128 bit Dưới dây số kết sau phép công: JPEG Compression (128bit - 256pixel) Cox Koch Frid (low) Frid (middle) 100 1 0.9922 90 1 0.9375 80 1 0.9922 0.8438 70 1 0.9375 0.73438 60 1 0.75781 0.73438 50 1 0.9141 0.6953 40 1 0.9063 0.6406 30 0.984 0.992 0.703 0.695 20 0.969 0.867 0.703 Bảng 4.1: Bảng kết nén JPEG 115 Chú ý rằng: Với kí tự thơng thường mã hóa bit Trên sơ đồ có thơng số số lượng bit mã hóa kích thước ảnh Hồn độ tỉ lệ cơng, cịn tung độ độ bền vững dấu ẩn (Tức số lượng bit thay đổi, không thay đổi tỉ số 1) JPEG Compression (128bit - 256pixel) Cox 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 Koch Frid (middle frequency) 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Frid (low frequency) Biểu đồ kết cơng nén JPEG Từ sơ đồ ta thấy thuật tốn Cox Koch có độ bền vững với trình nén JPEG cao tỉ lệ biến đổi gần Kết ảnh ta có kích thước 256×256 dấu ẩn có 16 kí tự tức 128 bit Add Noise (128bit 256pixel) Cox Koch Frid (low) Frid (middle) 0.9922 0.9922 0.8594 0.9375 0.8984 0.9219 0.7891 0.8516 0.8125 0.8594 0.5313 0.7578 0.84375 0.79688 0.46875 0.69531 0.78125 0.75 0.40625 0.64844 Bảng 4.2: Bảng kết công Addnoise Add Noise (128bit - 256pixel) Cox 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 Koch Frid (low frequency) Frid (middle frequency) Biểu đồ kết công Addnoise 116 Tấn công Addnoise cho dấu ẩn hầu hết thuật toán biến đổi Hầu tất thuật tốn khơng bền vững với cơng Lighten - Darken (128bit - 256pixel) 1 0.9922 Cox Koch Frid (low) Frid (middle) 0.9922 0.9922 0.8281 0.9844 0.6328 0.9922 0.5234 0.9688 0.46094 0.99219 0.55469 0.96094 0.50781 0.99219 0.55469 0.96094 Bảng 4.3: Bảng kết công Lighten-Darken Lighten - Darken (128bit - 256pixel) Cox 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 Koch Frid (low frequency) 10 Frid (middle frequency) Biểu đồ kết công Lighten-Darken Trong công Ligten Darken tính bền vững hai thuật tốn Koch Frid tần sơ trung bình tốt Gamma (128bit 256pixel) Cox Koch Frid (low) Frid (middle) 0.9531 0.7656 0.9922 0.6875 0.6094 0.9844 0.5469 0.5234 0.9766 0.5 0.42969 0.98438 0.47656 0.44531 0.96875 Bảng 4.4: Bảng kết công Gamma 117 Gamma (128bit - 256pixel) Cox 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 Koch Frid (low frequency) Frid (middle frequency) Biểu đồ kết cơng Gamma Với cơng Gamma ta nhận thấy thuật tốn Koch hồn tồn chống Contrast (128bit - C316256pixel) Cox Koch Frid (low) Frid (middle) 0.5313 0.9844 0.9922 0.5313 0.9922 0.2734 0.9766 0.5391 0.9844 0.5078 0.9531 0.53906 0.97656 0.5 0.95313 0.55469 0.97656 0.61719 0.96094 0.4688 0.9844 0.4688 0.7656 0.469 0.773 0.984 Bảng 4.5: Bảng kết công Constrast Contrast (128bit - 256pixel) Cox 1.5 Koch 0.5 Frid (low frequency) Frid (middle frequency) Biểu đồ kết công Constrast Trong cơng Constrast thuật tốn Koch Frid tần số trung bình đạt kết tốt 118 KẾT LUẬN Giấu tin công nghệ phức tạp, nhà khoa học tập trung nghiên cứu nhiều nước giới Đức, Mỹ, Ý, Canada, Nhật Bản…Tuy nhiên, kết thực nghiệm cho thấy để thực ứng dụng thực tế lĩnh vực cần phải có thêm thời gian để nghiên cứu thẩm định, nhà khoa học khẳng định công nghệ đầy hứa hẹn cho vấn đề an tồn bảo mật thơng tin Kết đạt Nghiên cứu tìm hiểu thuật tốn đánh dấu ẩn miền khác Bước đầu đánh giá tính bền vững tính an tồn thuật tốn thủy vân Tìm hiểu giao thức thủy vân mang tính hồn hảo để áp dụng nhiều lĩnh vực khác Xây dựng dựng hệ thống thủy vân có sử dụng nhiều thuật tốn miền biến đổi Cosin nguồn rời rạc DCT Thử nghiệm công lên ảnh thủy vân để đánh giá độ an tồn thuật tốn Hướng phát triển luận văn Thứ luận văn thực việc đánh dấu ẩn tên file liệu ảnh số Do cần phải xây dựng hệ thống đa nhúng dấu ẩn nhiều liệu đa phương tiện khác Thứ hai phải cải tiến thuật toán hệ thống cho có tính bền vững (dấu thủy vân chống lại nhiều công vào ảnh) độ tin cậy cao ( khó dị dấu thủy vân phương pháp thống kê thông thường) Chỉ có áp dụng vào hệ thống lớn Trên hướng phát triển mà em suy nghĩ, hy vọng hệ thống cải tiến dần để phục vụ cho nhiều ngữ cảnh môi trường khác 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Một số tài liệu xử lý ảnh phép biến đổi DCT DWT Một số tạp chí cơng nghệ thơng tin kĩ thuật Watermarking Tiếng Anh O Bruyndonckx, Jean-Jacques Quisquater, and Benoit M Macq Spatial method for copyright labeling of digital images In IEEE Workshop on Nonlinear Signal and Image Processing '95, Thessaloniki, Greece, pages 456 459, 1995 Marco Corvi and Gianluca Nicchiotti Wavelet-based image watermarking for copyright protection In Scandinavian Conference on Image Analysis SCIA '97, Lappeenranta, Finland, June 1997 Ingemar J Cox, Joe Kilian, Tom Leighton, and Talal G Shamoon Secure spread spectrum watermarking for multimedia In Proceedings of the IEEE ICIP '97, volume 6, pages 1673 - 1687, Santa Barbara, California, USA, 1997 Jiri Fridrich.Combining low-frequency and spread spectrum watermarking In Proceedings of the SPIE Symposium on Optical Science, Engineering and Instrumentation, San Diego, USA, July 1998 Eckhard Koch and Jian Zhao Towards robust and hidden image copyright labeling In Proceedings of the IEEE International Workshop on Nonlinear Signal and Image Processing, pages 452 - 455, Halkidiki, Marmaras, Greece, June 1995 B Tao and B Dickinson, “Adaptive watermarking in the DCT domain,” in Proc Int Conf Image Processing (ICIP), Lausanne, Switzerland, Sept 1996 Hsu, Ch and Wu, J., "Hidden Digital Watermarks in Images," IEEE Trans Image Processing, vol 8, no 1, Jan 1999, pp 58-68 10 Houng-Jyh Wang, Po-Chyi Su, and C.-C Jay Kuo Wavelet-based digital image watermarking Optics Express, pp 497, December 1998 120 11 Xiang-Gen Xia, Charles G Boncelet, and Gonzalo R Arce Wavelet transform based watermark for digital images Optics Express, pp 497, December 1998 Liehua Xie and Gonzalo R Arce Joint wavelet compression and authentication watermarking In Proceedings of the IEEE International Conference on Image Processing, ICIP '98, Chicago, IL, USA, 1998 12 Wen Zhu, Zixiang Xiong, and Ya-Qin Zhang Multiresolution watermarking for images and video: a unified approach In Proceedings of the IEEE International Conference on Image Processing, ICIP '98, Chicago, IL, USA, October 1998 13 M.Barni, F Bartolini, V Cappellini, A Piva A DCT-Domain System for Robust Image Watermarking, Signal Processing, vol 66, pp 357 - 372, 1998 14 M Kutter and F Petitcolas, “A fair benchmark for image watermarking systems,” in Proc SPIE IS&T/SPIE’s 11th Annu Symp., Electronic Imaging ’99: Security and Watermarking of Multimedia Contents, vol 3657, Jan 1999 15 C Langelaar, J C A ven der Lubbe, and R L Lagendijk, “Robust labeling methods for copy protection of images,” in Proc Electronic Imaging, San Jose, CA, Feb 1997, vol 3022, pp 298–309 16 N Nikolaidis and I Pitas, “Robust image watermarking in the spatial domain,” Signal Process., vol 66, no 3, pp 385–403, 1998 17 G Voyatzis and I Pitas, “Applications of toral automorphisms in image watermarking,” in Proc Int Conf Image Processing (ICIP), vol 3, Lausanne, Switzerland, Sept 1996, pp 237–240 18 M Barni, F Bartiloni, V Cappellini and A Piva, "A DCT Domain System for Robust Image watermarking", Signal Processing, 66(3), 1998, pp 357-372.[4] A G 19 Website http://www.cosy.sbg.ac.at/~pmeerw/Watermarking 20 Website http://portal.acm.org/citation.cfm?id=1079948 121 ... ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ -o0o - NGUYỄN MINH TIẾN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THUẬT TOÁN THỦY VÂN VÀ ỨNG DỤNG CỦA THỦY VÂN TRONG BẢO VỆ BẢN QUYỀN ẢNH SỐ Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Hệ thống... THỦY VÂN Trong phần ta vào tìm hiểu lịch sử cơng nghệ thủy vân, tính chất hệ thống thủy vân ứng dụng kĩ thuật vào số lĩnh vực Chương 2: MỘT SỐ THUẬT TOÁN THỦY VÂN Tiếp theo ta vào phân loại thuật. ..  Nghiên cứu kiến thức sở, bao gồm:  Tính chất cơng nghệ thủy vân  Ứng dụng công nghệ thủy vân  Nghiên cứu lí thuyết thủy vân:  Các thuật tốn thủy vân miền khơng gian  Các thuật toán thủy