Bảo vệ bản quyền ảnh số bằng kỹ thuật thủy vân dựa vào các phép biến đổi rời rạc

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG PHẠM THỊ THỦY BẢO VỆ BẢN QUYỀN ẢNH SỐ BẰNG KỸ THUẬT THỦY VÂN DỰA VÀO CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI RỜI RẠC Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60 48 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS BÙI THẾ HỒNG Thái Nguyên – 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Những nội dung luận văn thực hướng dẫn trực tiếp thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Bùi Thế Hồng Mọi tham khảo dùng luận văn trích dẫn rõ ràng tác giả, tên cơng trình, thời gian, địa điểm cơng bố Mọi chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian lận tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm Thái Nguyên, tháng 11 năm 2013 Tác giả luận văn Phạm Thị Thủy LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Bùi Thế Hồng tận tình hướng dẫn, bảo cung cấp tài liệu hữu ích để tơi hoàn thành luận văn Xin cảm ơn lãnh đạo Trường Đại học Công nghệ Thông tin Truyền thông - Đại học Thái Nguyên, Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì tạo điều kiện giúp đỡ tơi mặt suốt trình thực luận văn Tôi xin bày tỏ biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân, bạn bè đồng nghiệp, người ln động viên, khuyến khích giúp đỡ mặt để tơi hồn thành cơng việc nghiên cứu Thái Nguyên, tháng 11 năm 2013 Tác giả luận văn Phạm Thị Thủy i MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục i Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt ii Danh mục bảng iii Danh mục hình iv MỞ DẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học đề tài Bố cục luận văn Chương 1: Giới thiệu chung kỹ thuật giấu tin thủy vân ảnh số 1.1 Tổng quan kỹ thuật giấu tin 1.1.1 Định nghĩa 1.1.2 Vài nét lịch sử giấu tin 1.1.3 Một số thuật ngữ 1.1.4 Sự khác biệt mã hóa giấu tin 1.2 Giới thiệu ảnh 1.2.1 Ảnh 1.2.2 Một số cấu trúc ảnh 1.2.3 Giấu tin ảnh 11 1.3 Những yêu cầu hệ thủy vân ảnh số 14 1.4 Những công hệ thủy vân 16 1.5 Những ứng dụng chủ yếu hệ thủy vân 17 1.5.1 Bảo vệ quyền tác giả 17 1.5.2 Nhận thực thông tin phát xuyên tạc thông tin 18 1.5.3 Lăn tay dán nhãn 18 1.5.4 Kiểm soát chép 18 1.6 Những khuynh hướng tiếp cận kỹ thuật thủy vân 19 1.6.1 Hướng tiếp cận dựa miền không gian ảnh 19 1.6.2 Hướng tiếp cận dựa miền tần số ảnh 20 Chương 2: Kỹ thuật thủy vân ảnh số dựa vào phép biến đổi rời rạc 21 2.1 Các phép biến đổi rời rạc 21 2.1.1 Phép biến đổi Cosine rời rạc 21 2.1.2 Phép biến đổi sóng nhỏ rời rạc 22 2.1.3 Phép biến đổi Fourier rời rạc 25 2.2 Các thuật toán thủy vân ảnh số dựa vào phép biến đổi rời rạc 26 2.2.1 Thủy vân ảnh số dựa vào phép biến đổi Cosine rời rạc 26 2.2.2 Thủy vân ảnh số dựa vào phép biến đổi sóng nhỏ rời rạc 31 2.2.3 Thủy vân ảnh số dựa vào phép biến đổi Fourier rời rạc 39 2.3 Kỹ thuật thủy vân ảnh tĩnh sử dụng kết hợp phép biến đổi rời rạc 44 2.3.1 Giới thiệu 44 2.3.2 Kỹ thuật thủy vân sử dụng DWT kết hợp với DCT hai ma trận số giả ngẫu nhiên nhúng vào băng HL 46 2.3.3 Kỹ thuật thủy vân sử dụng DWT kết hợp với DCT hai ma trận số giả ngẫu nhiên nhúng vào hai băng HL, LH 48 2.3.4 Kỹ thuật thủy vân sử dụng DWT kết hợp với DCT hai ma trận số giả ngẫu nhiên nhúng riêng biệt vào hai băng HL, LH 50 2.3.5 Kỹ thuật thủy vân sử dụng DWT kết hợp với DCT hai ma trận số giả ngẫu nhiên nhúng vào băng tần chi tiết 52 Chương 3: Thiết kế phát triển chương trình thử nghiệm 54 3.1 Các độ đo đánh giá hiệu 54 3.1.1 Độ cảm nhận thủy vân 54 3.1.2 Độ bền vững thủy vân 55 3.2 Kết thử nghiệm kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi DCT 56 3.2.1 Kỹ thuật thủy vân Shoemarker 547 3.2.2 Kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi DCT kết hợp với hai ma trận số giả ngẫu nhiên 58 3.3 Kết thử nghiệm kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi DWT ma trận số giả ngẫu nhiên 59 3.4 Kết thử nghiệm kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi DWT kết hợp với phép biến đổi DCT 62 KẾT LUẬN 66 ĐỀ XUẤT HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 ii NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT BMP Bitmap JPEG Joint Photographic Experts Group GIF Graphics Interchange Format PNG Portable Network Graphics DCT Discrete cosine transform DWT Discrete wavelet transform MSE Mean squared error PSNR Peak signal-to-noise ratio SR Similarity ratio SF Similarity factor iii DANH MỤC BẢNG TRONG LUẬN VĂN Bảng Tên bảng luận văn Trang Chất lượng ảnh nhúng thủy vân thủy vân tìm lại 3.1 Sử dụng phép biến đổi DWT hai ma trận số giả nhúng 61 riêng biệt vào băng HL, LH 3.2 3.3 Tính bền vững thuỷ vân theo kỹ thuật thuỷ vân sử dụng DWT ma trận số giả ngẫu nhiên trước số công Chất lượng ảnh chứa thủy vân thủy vân tìm lại sử dụng DWT kết hợp với DCT ma trận số giả ngẫu nhiên 61 64 Tính bền vững thuỷ vân theo kỹ thuật thuỷ vân sử dụng 3.4 DWT kết hợp với DCT ma trận số giả ngẫu nhiên trước số cơng 64 iv DANH MỤC HÌNH TRONG LUẬN VĂN Hình Tên hình luận văn Trang 1.1 Sự khác mã hóa giấu tin 2.1 Lọc theo tần số thấp tần số cao 23 2.2 Cấu trúc phân tích ảnh phân tích qua phép biến đổi DWT hai chiều mức 25 2.3 Ảnh gốc lượng phân bố ảnh qua phép biến đổi DCT 26 2.4 Phân chia miền tần số ảnh phép biến đổi DCT 27 2.5 Nhúng thủy vân hình vịng miền DFT 41 2.6 Nhúng thủy vân miền DFT 43 2.7 Các hệ số biến đổi DFT 43 2.8 Lược đồ nhúng thủy vân sử dụng DWT kết hợp với DCT 45 2.9 Lược đồ trích thủy vân sử dụng DWT kết hợp với DCT 45 3.1 Nhúng thủy vân giải nhúng theo Shoemarker 57 3.2 3.3 3.4 Nhúng thủy vân giải nhúng sử dụng phép biến đổi DCT hai ma trận số giả ngẫu nhiên Nhúng thủy vân giải nhúng sử dụng phép biến đổi DWT ma trận số giả ngẫu nhiên Nhúng thủy vân giải nhúng sử dụng phép biến đổi DWT kết hợp với phép biến đổi DCT ma trận số giả ngẫu nhiên 58 60 63 Mở đầu Tính cấp thiết đề tài Ngày thông tin số sử dụng rộng rãi môi trường mở, tài nguyên phân phối đa người dùng, đa truy cập mang lại nhiều thuận lợi cho người sử dụng; bên cạnh vấn đề vi phạm quyền, xuyên tạc thông tin, truy cập thông tin trái phép gia tăng nhu cầu bảo vệ quyền sản phẩm số sau chuyển giao cần thiết nhiều sở nghiên cứu quan tâm Đây vấn đề nghiên cứu phức tạp, vài năm gần có nhiều hội nghị quốc tế vấn đề này, giải pháp hữu hiệu đưa phương pháp thủy vân số (digital watermarking) Thủy vân ảnh số kỹ thuật phát triển sớm kỹ thuật thủy vân nói chung Hiện ảnh tĩnh người ta sử dụng kỹ thuật thủy vân: kỹ thuật thủy vân thay bít ý nghĩa (cách tiếp cận đơn giản nhiên độ bền vững thủy vân không đảm bảo phép biến đổi ảnh) Bên cạnh có kỹ thuật thủy vân bền vững trước cơng thơng thường, kỹ thuật thủy vân dựa vào phép biến đổi rời rạc phép biến đổi sóng nhỏ rời rạc, phép biến đổi Cosine rời rạc, phép biến đổi Fourier rời rạc; nhiên tính ẩn thủy vân kỹ thuật chưa cao Với mong muốn nghiên cứu, tìm hiểu kỹ thuật thủy vân đảm bảo tính ẩn tính bền vững thủy vân, kỳ làm luận văn tốt nghiệp cao học, chọn đề tài “Bảo vệ quyền ảnh số kỹ thuật thủy vân dựa vào phép biến đổi rời rạc” 2 Mục tiêu nghiên cứu đề tài Đề tài “Bảo vệ quyền ảnh số kỹ thuật thủy vân dựa vào phép biến đổi rời rạc” nghiên cứu, đánh giá kỹ thuật thủy vân miền tần số ảnh hai chiều tĩnh dựa vào phép biến đổi rời rạc, từ đề xuất kỹ thuật thủy vân sử dụng kết hợp phép biến đổi sóng nhỏ rời rạc phép biến đổi Cosine rời rạc Đối tượng phạm vi nghiên cứu Định dạng file ảnh Kỹ thuật thủy vân miền tần số ảnh Kỹ thuật thủy vân ảnh số dựa vào phép biến đổi rời rạc Các cơng cụ lập trình Ý nghĩa khoa học đề tài Về mặt lý thuyết: kết đề tài nghiên cứu, đánh giá kỹ thuật thủy vân dựa vào phép biến đổi rời rạc Phát triển cải tiến kỹ thuật thủy vân ảnh tĩnh sử dụng phép biến đổi sóng nhỏ rời rạc kết hợp phép biến đổi Cosine rời rạc Về mặt thực nghiệm: kết đề tài làm phong phú thêm nguồn liệu so sánh, đánh giá kết nhóm kỹ thuật thủy vân bền vững cho ảnh số, bước đầu đề xuất kỹ thuật bảo vệ quyền ảnh số sử dụng kết hợp phép biến đổi sóng nhỏ rời rạc phép biến đổi Cosine rời rạc Bố cục luận văn Luận văn gồm chương phần kết luận với nội dung sau: Chương 1: Giới thiệu chung kỹ thuật giấu tin thủy vân ảnh số Chương trình bày tổng quan tình hình nghiên cứu giấu tin, 56 Trong S số bit trùng nhau, cịn D số bit lệch W W* Chẳng hạn ta nhúng thuỷ vân có độ dài 1000 bit, tách thuỷ vân so với thuỷ vân gốc, thuỷ vân tách bị sai lệch 100 bit 900 bit cịn lại trùng nhau, tỉ lệ trùng khớp SR=900/1000 = 0.900 Theo tiêu chuẩn so sánh này, tỷ số SR nhận giá trị Khi tỷ số gần coi hai ảnh thủy vân khơng có quan hệ với Nếu tỷ số SR có giá trị từ 0.75 trở lên coi W W* tương tự Một số kỹ thuật thuỷ vân áp dụng với trường hợp thuỷ vân ảnh đa mức xám Khi đó, cặp điểm ảnh chênh lệch đơn vị xem nhỏ nên việc đánh giá độ lệch theo cách không phù hợp Trong trường hợp này, sử dụng hệ số đồng dạng SF (similarity factor) để đánh giá tỷ lệ đồng dạng thuỷ vân gốc W thuỷ vân tách W* Công thức tính hệ số đồng dạng thuỷ vân gốc W thuỷ vân tách W* có kích thước M×N biểu diễn sau: M N M N SF = ∑ ∑ W (i, j) × W * (i, j) / ∑ ∑ W (i, j ) i =1 j =1 i =1 j =1 Khi sử dụng hệ số đồng dạng để đánh giá, so sánh hai ảnh, hệ số đồng dạng SF gần hai ảnh có đồng dạng cao [13], [14] 3.2 Kết thử nghiệm kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi DCT Kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi DCT chia ảnh gốc thành khối, thực phép biến đổi DCT với khối ảnh gốc để miền tần số thấp, miền tần số miền tần số cao Đa số kỹ thuật thủy vân ẩn, bền vững chọn miền tần số khối để nhúng bit thủy vân theo hệ số k 57 3.2.1 Kỹ thuật thủy vân Shoemarker a) Quá trình nhúng thủy vân Vào: - Ảnh gốc ảnh đa mức xám “_tam_an.bmp” kích thước 512×512 - Thuỷ vân ảnh nhị phân “_vd3.bmp” kích thước 50×20 - Hệ số tương quan k Ra: - Ảnh gốc nhúng thuỷ vân b) Quá trình tách thủy vân Vào: Ảnh gốc nhúng thuỷ vân Ra: Thủy vân tìm lại c) Thực hiện: Sử dụng phép biến đổi DCT để phân tích khối chọn từ ảnh gốc thành miền tần số, chọn cặp hai hệ số miền tần số để thực q trình nhúng bít thủy vân d) Kết quả: Ảnh gốc, ảnh thuỷ vân gốc, ảnh sau nhúng thuỷ vân, ảnh thủy vân tìm lại trình bày hình 3.1 Ảnh gốc Ảnh thủy vân 512 x 512 50 x 20 Ảnh gốc nhúng thủy vân Ảnh thủy vân tìm PSNR = 94.8548 SR = 0.8790 Hình 3.1 Nhúng thủy vân giải nhúng theo Shoemarker 58 3.2.2 Kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi DCT kết hợp với hai dãy số giả ngẫu nhiên a) Quá trình nhúng thủy vân Vào: - Ảnh gốc ảnh đa mức xám “_tam_an.bmp” kích thước 512×512 - Thuỷ vân ảnh nhị phân “_vd3.bmp” kích thước 50×20 - Hệ số tương quan k Ra: - Ảnh gốc nhúng thuỷ vân b) Quá trình tách thủy vân Vào: Ảnh gốc nhúng thuỷ vân Ra: Thủy vân tìm lại c) Thực hiện: Kỹ thuật thủy vân chia ảnh thành khối khối 8×8, sử dụng phép biến đổi DCT để phân tích thành miền tần số, thực nhúng hai dãy số giả ngẫu nhiên PN0 PN1 vào miền tần số ma trận hệ số DCT khối 8×8 d) Kết quả: Ảnh gốc, ảnh thuỷ vân gốc, ảnh sau nhúng thuỷ vân, ảnh thủy vân tìm lại trình bày hình 3.2 Ảnh gốc Ảnh thủy vân 512 x 512 50 x 20 Ảnh gốc nhúng thủy vân PSNR = 98.2871 Ảnh thủy vân tìm SR = 0.8060 Hình 3.2 Nhúng thủy vân giải nhúng sử dụng phép biến đổi DCT hai ma trận số giả ngẫu nhiên 59 3.3 Kết thử nghiệm kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi DWT kết hợp với ma trận số giả ngẫu nhiên a) Quá trình nhúng thủy vân Vào: - Ảnh gốc ảnh đa mức xám “_tam_an.bmp” kích thước 512×512 - Thuỷ vân ảnh nhị phân “_vd3.bmp” kích thước 50×20 - Hệ số tương quan k Ra: - Ảnh gốc nhúng thuỷ vân b) Quá trình tách thủy vân Vào: Ảnh gốc nhúng thuỷ vân Ra: Thủy vân tìm lại c) Thực Hầu hết kỹ thuật thuỷ vân sử dụng phép biến đổi sóng nhỏ DWT có chung ý tưởng thực biến đổi sóng nhỏ hai chiều để biến đổi ảnh gốc sang miền tần số, kết phép biến đổi DWT chia ảnh gốc thành bốn băng tần LL, LH, HL HH, biến đổi giá trị hệ số thuộc băng tần cách kết hợp với thông tin thuỷ vân, khoá Cuối thực phép biến đổi ngược IDWT băng tần thay đổi để ảnh nhúng thuỷ vân Trong trình thực luận văn, tơi cài đặt với thuật toán đề xuất mục 2.2.2 Thử nghiệm so sánh với trường hợp sau (A) Sử dụng DWT hai ma trận số giả nhúng vào băng HL (B) Sử dụng DWT hai ma trận số giả nhúng vào băng HL, LH (C) Sử dụng DWT hai ma trận số giả nhúng riêng biệt vào hai băng HL, LH 60 (D) Sử dụng DWT hai ma trận số giả nhúng vào băng HL, LH, HH d) Kết Chất lượng ảnh sau nhúng thuỷ vân đánh giá thông qua giá trị tỷ số PSNR ảnh gốc I ảnh chứa thuỷ vân Iw Chất lượng thuỷ vân tách đánh giá thông qua tỷ số tương tự SR thuỷ vân gốc W thuỷ vân tách W’ Ảnh gốc, ảnh thuỷ vân gốc, ảnh sau nhúng thuỷ vân, ảnh thủy vân tìm lại trình bày hình 3.3 Ảnh gốc PSNR = 30.3342 PSNR=23.4027 PSNR=44.1949 PSNR=19.3481 Thủy vân gốc SR=1 SR=1 SR=0.9990 SR=1 (I) (A) (B) (C) (D) Hình 3.3 Nhúng thủy vân giải nhúng sử dụng phép biến đổi DWT ma trận số giả ngẫu nhiên Thử nghiệm với hệ số tương quan khác nhau, kết tăng hệ số tương quan, chất lượng ảnh sau nhúng thuỷ vân Chất lượng ảnh sau nhúng thuỷ vân, chất lượng thuỷ vân tách từ ảnh chứa sau nhúng (chưa qua biến đổi) thể bảng 3.1 61 Bảng 3.1 Chất lượng ảnh nhúng thủy vân thủy vân tìm lại Sử dụng phép biến đổi DWT ma trận số giả ngẫu nhiên (A) Hệ số k PSNR SR (B) (C) PSNR SR PSNR (D) SR PSNR SR 62.5230 55.5915 76.3837 0.9930 51.5368 40.5507 33.6192 54.4114 0.9990 29.5646 30.3342 23.4027 44.1949 0.9990 19.3481 23.6048 16.6733 37.4655 12.6186 18.5785 11.6470 32.4392 7.5923 Bảng 3.1 cho thấy việc nhúng thủy vân vào băng cho chất lượng ảnh chứa thủy vân thay đổi nhiều nhúng vào băng băng Chất lượng ảnh chứa thủy vân thay đổi sử dụng phép biến đổi DWT ma trận số giả ngẫu nhiên nhúng riêng biệt vào băng HL, LH; nhiên thủy vân tìm lại có sai khác nhiều Ảnh gốc sau nhúng thuỷ vân biến đổi qua số phép biến đổi ảnh, sau thực q trình lọc tìm lại thuỷ vân, so sánh với thuỷ vân gốc để đánh giá độ bền vững thuỷ vân Kết thể qua bảng 3.2 Bảng 3.2 Tính bền vững thuỷ vân theo kỹ thuật thuỷ vân sử dụng DWT ma trận số giả ngẫu nhiên trước số công Loại công Giá trị SR thuỷ vân tách (với hệ số k=5) (A) (B) (C) (D) JPEG Compression Q = 80 1 0.9990 JPEG Compression Q = 50 1 0.9990 Adding Gaussian Noise 0.001 1 0.9990 Adding Gaussian Noise 0.005 1 0.9990 62 3.4 Kết thử nghiệm kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi DWT kết hợp phép biến đổi DCT ma trận số giả ngẫu nhiên a) Quá trình nhúng thủy vân Vào: - Ảnh gốc ảnh đa mức xám “_tam_an.bmp” kích thước 512×512 - Thuỷ vân ảnh nhị phân “_vd3.bmp” kích thước 50×20 - Hệ số tương quan k Ra: - Ảnh gốc nhúng thuỷ vân b) Quá trình tách thủy vân Vào: Ảnh gốc nhúng thuỷ vân Ra: Thủy vân tìm lại c) Thực Trong trình thực luận văn, tơi cài đặt với thuật tốn đề xuất mục 2.3 Thử nghiệm so sánh trường hợp sau (A) Sử dụng DWT kết hợp với DCT hai ma trận số giả nhúng vào băng HL (B) Sử dụng DWT kết hợp với DCT hai ma trận số giả nhúng vào băng HL, LH (C) Sử dụng DWT kết hợp với DCT hai ma trận số giả nhúng riêng biệt vào hai băng HL, LH (D) Sử dụng DWT kết hợp với DCT hai ma trận số giả nhúng vào băng HL, LH, HH 63 d) Kết Ảnh gốc, ảnh thuỷ vân gốc, ảnh sau nhúng thuỷ vân, ảnh thủy vân tìm lại trình bày hình 3.4 Ảnh gốc PSNR=112.4931 PSNR=105.5616 PSNR=123.3393 PSNR=101.5069 Thủy vân gốc SR=0.9080 SR=0.9440 SR=0.8960 SR=0.9480 (I) (A) (B) (C) (D) Hình 3.4 Nhúng thủy vân giải nhúng sử dụng phép biến đổi DWT kết hợp với phép biến đổi DCT ma trận số giả ngẫu nhiên Chất lượng ảnh sau nhúng thuỷ vân chất lượng thủy vân tách đánh giá thông qua giá trị tỷ số PSNR tỷ số SR tương tự Thử nghiệm với hệ số tương quan khác với bốn kỹ thuật kết hợp DWT, DCT ma trận số giả đề xuất mục 2.3 cho kết tăng hệ số tương quan, chất lượng ảnh sau nhúng thuỷ vân giảm đồng thời tính bền vững thuỷ vân tương ứng lại tăng Đây đặc điểm chung tất hệ thống thủy vân ẩn bền vững Chất lượng ảnh sau nhúng thủy vân, chất lượng thủy vân tách từ ảnh chưa qua phép biến đổi thể bảng 3.3 64 Bảng 3.3 Chất lượng ảnh chứa thủy vân thủy vân tìm lại sử dụng DWT kết hợp với DCT ma trận số giả ngẫu nhiên (A) Hệ số k PSNR SR (B) PSNR (C) SR PSNR (D) SR PSNR SR 144.6818 0.6550 137.7504 0.8540 155.5281 0.7900 133.6957 0.8500 122.7069 0.8820 115.7781 0.9220 133.5558 0.8820 111.7235 0.9300 112.4931 0.9080 105.5616 0.9440 123.3393 0.8960 101.5069 0.9480 105.7636 0.9390 98.8322 0.9590 116.6099 0.9120 94.7775 0.9620 100.7373 0.9520 93.8059 0.9700 111.5836 0.9180 89.7512 0.9710 11 96.7239 0.9590 89.7924 0.9750 107.5702 0.9230 85.7378 0.9760 13 93.3828 0.9640 86.4514 0.9840 104.2291 0.9250 82.3967 0.9850 15 90.5208 0.9740 83.5894 0.9880 101.3671 0.9260 79.5347 0.9910 17 88.0176 0.9830 81.0861 0.9970 98.8638 0.9280 77.0314 0.9990 19 85.7930 0.9890 78.8616 96.6393 0.9310 74.8069 Ảnh gốc sau nhúng thuỷ vân qua số phép biến đổi ảnh thơng thường, sau thực trình lọc tìm lại thuỷ vân, so sánh với thuỷ vân gốc để đánh giá độ bền vững thuỷ vân Kết thể qua bảng 3.4 Bảng 3.4 Tính bền vững thuỷ vân theo kỹ thuật thuỷ vân sử dụng DWT kết hợp với DCT ma trận số giả ngẫu nhiên trước số công Giá trị SR thuỷ vân tách Loại công (với hệ số k=5) (A) (B) (C) (D) JPEG Compression Q = 80 0.6800 0.8670 0.8780 0.7810 JPEG Compression Q = 50 0.6670 0.7950 0.8710 0.6650 Adding Gaussian Noise 0.001 0.8600 0.9160 0.8180 0.9310 Adding Gaussian Noise 0.005 0.7150 0.8460 0.7450 0.8060 65 Kết thử nghiệm bước đầu thể hiện: • Thuỷ vân nhúng theo phương pháp tổng hợp trình bày mục 2.3 thể chất lượng ảnh sau nhúng thủy vân chất lượng thủy vân tách tốt phương pháp trước • Ảnh sau nhúng thuỷ vân có sai khác với ảnh gốc phạm vi chấp nhận được, với k tăng từ đến 19 PSNR giảm từ 155.5281 đến 74.8069, yếu tố đảm bảo tính ẩn thủy vân • Số liệu thử nghiệm với k lớn tỷ số tương tự thủy vân tách thủy vân gốc lớn, tiến dần đến 1, yếu tố đảm bảo u cầu tính bền vững thuỷ vân • Lược đồ thủy vân (C) đảm bảo tính cảm nhận ảnh sau nhúng thủy vân tốt nhất, song sai khác thủy vân tách thủy vân gốc lớn so với lược đồ khác • Lược đồ thủy vân (D) đảm bảo tỷ số tương tự thủy vân tách thủy vân gốc lớn hơn, song tính cảm nhận ảnh sau nhúng thủy vân thấp so với lược đồ khác • Thủy vân lược đồ (B) (D) đảm bảo tính bền vững thủy vân lược đồ (A) (C) trước số phép biến đổi ảnh thơng thường • Phương pháp kết hợp so với phương pháp nhúng trực tiếp thuỷ vân vào khối thuộc miền khơng gian ảnh gốc có hạn chế làm giảm lần số bit thuỷ vân nhúng Tuy nhiên, hệ thống thuỷ vân ẩn bền vững, yêu cầu lượng thông tin nhúng yếu tố quan trọng Với ưu điểm chất lượng ảnh sau nhúng thuỷ vân, độ bền vững thuỷ vân trước số phép công, lược đồ kết hợp phép biến đổi DWT với phép biến đổi DCT ma trận số giả ngẫu nhiên phù hợp cho ứng dụng thuỷ vân ẩn bền vững bảo vệ quyền ảnh số 66 KẾT LUẬN Với mục tiêu nghiên cứu số kỹ thuật thủy vân ứng dụng bảo vệ quyền ảnh số, luận văn đạt số kết sau đây: Tìm hiểu cài đặt lược đồ thủy vẩn ẩn bền vững sử dụng phép biến đổi DCT theo phương pháp chọn hệ số miền tần số Tìm hiểu cài đặt lược đồ thủy vân sử dụng phép biến đổi DCT kết hợp với ma trận số giả ngẫu nhiên Theo phương pháp này, tính cảm nhận ảnh sau nhúng thủy vân tốt phương pháp trước Tìm hiểu cài đặt kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi DWT ma trận số giả ngẫu nhiên So sánh tính ẩn tính bền vững thủy vân kỹ thuật Xây dựng kỹ thuật thủy vân sử dụng kết hợp phép biến đổi DWT với phép biến đổi DCT ma trận số giả ngẫu nhiên Các kỹ thuật kết hợp đảm bảo tính ẩn tính bền vững thủy vân tốt phương pháp riêng lẻ 67 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Luận văn nghiên cứu đánh giá tính cảm nhận ảnh sau thủy vân, chất lượng thủy vân tách sau nhúng tính bền vững thủy vân ảnh chứa có tham gia phép biến đổi nén JPEG tạo nhiễu Gauss Vì cần có nghiên cứu thử nghiệm để đánh giá chất lượng thủy vân có tham gia nhiều phép công khác lên ảnh sau nhúng thủy vân Luận văn nghiên cứu, đánh giá kỹ thuật bảo vệ quyền ảnh hai chiều tĩnh có định dạng bmp, cần thực thử nghiệm nhiều định dạng ảnh số khác 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Xuân Huy, Bùi Thế Hồng, Trần Quốc Dũng (2004), “Kỹ thuật thuỷ vân số ứng dụng phát xuyên tạc ảnh”, Kỷ yếu Hội thảo quốc gia số vấn đề chọn lọc công nghệ thông tin lần thứ 7, Đà Nẵng, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, tr 183-187 [2] Bùi Thế Hồng, Nguyễn Văn Tảo (2007), “Về kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi sóng nhỏ rời rạc ma trận số giả ngẫu nhiên”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, 45(3) [3] Bùi Thế Hồng (2010), “Về lược đồ thủy vân sử dụng phép biến đổi DWT kết hợp với phép biến đổi DCT ma trận số giả ngẫu nhiên”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, 67(5), tr 64-69 [4] Nguyễn Lan Oanh (2011), Kỹ thuật thủy vân bảo vệ quyền video, Luận văn thạc sỹ, Trường Đại học Công nghệ Thông tin Truyền thông, Đại học Thái Nguyên [5] Nguyễn Văn Tảo, Đỗ Trung Tuấn, Bùi Thế Hồng, Một số thuật toán giấu tin áp dụng giấu tin mật ảnh, kỷ yếu hội thảo RDA [6] Nguyễn Văn Tảo (2009), Nghiên cứu số kỹ thuật giấu tin ứng dụng, Luận án tiến sĩ toán học [7] Lê Tiến Thường, Nguyễn Thanh Tuấn (2004), Giải pháp hiệu dùng kỹ thuật watermarking cho ứng dụng bảo vệ quyền ảnh số, Tạp chí bưu viễn thơng [8] Emir Ganic, Scott D Dexter, Ahmet M Eskicioglu, Embedding Multiple Watermarks in the DFT Domain Using Low and High Frequency Bands, Department of Computer and Information Science 69 [9] Mehul R., Priti R (2003), “Discrete Wavelet Transform Based Multiple Watermarking Scheme”, Proceedings of IEEE Region 10 Technical Conference on Convergent Technologies for the Asia-Pacific, Bangalore, India, 3, pp 935-938 [10] Petitcolas F.A.P (1999), “Introduction to information hiding”, in Information Techniques for Steganography and Digital Watermarking, Northwood, MA: Artec House, pp 1-11 [11] Shoemaker (2002), “Hidden bits: A Survey of Techniques for Digital Watermarking”, Independent study, EER-290, Prof Rudko [12] Tao P., Eskicioglu A.M (2004), “A robust multiple watermarking scheme in the Discrete Wavelet Transform domain”, Proceedings SPIE, 5601, pp 133-144 [13] Ganic E., Eskicioglu A.M (2005), “Robust embedding of visual watermarks using DWT-SVD”, J Electron Imaging, 14(4), pp 39-47 [14] Sverdlov A., Dexter S., Eskicioglu A.M (2005), “Robust DCT-SVD Domain Image Watermarking for Copyright Protection: Embedding Data in All Frequencies”, 13th European Signal Processing Conference (EUSIPCO 2005), Antalya, Turkey 70 Ảnh gốc 512×512 Thủy vân gốc 50×20 PSNR=29.7775 PSNR=22.8460 PSNR=43.6382 PSNR=18.7914 SR=1 SR=1 SR=1 SR=1 (A) (B) (C) (D) Hình 3.3 Nhúng thủy vân giải nhúng sử dụng phép biến đổi DWT ma trận số giả ngẫu nhiên Ảnh gốc 256×256 Thủy vân gốc 50×20 PSNR=29.5535 PSNR=22.6221 PSNR=43.4697 PSNR=18.5674 SR=0.9980 SR=0.9970 SR=0.9720 SR=0.9970 (A) (B) (C) (D) ... toán thủy vân ảnh số dựa vào phép biến đổi rời rạc 26 2.2.1 Thủy vân ảnh số dựa vào phép biến đổi Cosine rời rạc 26 2.2.2 Thủy vân ảnh số dựa vào phép biến đổi sóng nhỏ rời rạc 31 2.2.3 Thủy. .. chọn đề tài ? ?Bảo vệ quyền ảnh số kỹ thuật thủy vân dựa vào phép biến đổi rời rạc? ?? 2 Mục tiêu nghiên cứu đề tài Đề tài ? ?Bảo vệ quyền ảnh số kỹ thuật thủy vân dựa vào phép biến đổi rời rạc? ?? nghiên... vững thủy vân không đảm bảo phép biến đổi ảnh) Bên cạnh có kỹ thuật thủy vân bền vững trước cơng thơng thường, kỹ thuật thủy vân dựa vào phép biến đổi rời rạc phép biến đổi sóng nhỏ rời rạc, phép