Nghiên cứu công nghệ watermarking trên ảnh số và ứng dụng

Nghiên cứu công nghệ watermarking trên ảnh số và ứng dụng

KHOA CNTT – H KHTN i TRNG I HC KHOA HC T NHIÊN KHOA CÔNG NGH THÔNG TIN B MÔN CÔNG NGH PHN MM HUNH MÃ ÔNG GIANG 9912142 LÊ VIT HÙNG 9912030 NGHIÊN CU WATERMARKING TRÊN NH S VÀ NG DNG LUN VN C NHÂN TIN HC GIÁO VIÊN HNG DN T.S DNG ANH C GV TRN MINH TRIT NIÊN KHÓA 1999 - 2003 KHOA CNTT – H KHTN ii LI CM N Chúng em xin chân thành cám n Khoa Công Ngh Thông Tin, trng i Hc Khoa Hc T Nhiên TpHCM đã to điu kin tt cho chúng em thc hin đ tài lun vn tt nghip này. Chúng em xin chân thành cám n Thy Dng Anh c, Thy Trn Minh Trit đã tn tình hng dn, ch bo chúng em trong sut thi gian thc hin đ tài. Chúng em xin chân thành cám n quý Thy Cô trong Khoa Công Ngh Thông Tin đã tn tình ging dy, trang b cho chúng em nhng kin thc quí báu trong bn nm hc va qua. Chúng con xin nói lên lòng bit n sâu sc đi vi Ông Bà, Cha M đã chm sóc, nuôi dy chúng con thành ngi. Xin chân thành cám n các anh ch, các bn và các em đã ng h, giúp đ và đng viên chúng em trong thi gian hc tp và nghiên cu. Mc dù chúng em đã c gng hoàn thành lun vn trong phm vi và kh nng cho phép nhng chc chn s không tránh khi nhng thiu sót. Chúng em kính mong nhn đc s cm thông và tn tình ch bo ca quý Thy Cô và các bn. Sinh viên thc hin Lê Vit Hùng – Hunh Mã ông Giang Tháng 7, nm 2003 KHOA CNTT – H KHTN iii LI NÓI U Trong công cuc xây dng và đi mi ca đt nc ta hin nay, công ngh thông tin đc xem là mt nghành kinh t mi nhn. Tin hc hóa đi sng xã hi đang đc nhà nuc ta quan tâm thc hin và bc đu đã gt hái đc nhiu thành qu to ln tin đn mc tiêu 500 triu USD ca ngành phn mm vào nm 2005. Mt s kin đáng lu ý trong tháng 6 nm 2003 là s bùng n vin thông khi Dch v đin thoi internet, Dch v internet bng thông rng ADSL và mng S-fone đc B Bu chính vin thông chính thc ký quyt đnh trin khai. iu đó cho thy, cùng vi s bùng n ca mng máy tính toàn cu, mng internet  nc ta gi đây đã là mt phn không th thiu trong cuc sng ca ngi dân thành th. Bên cnh nhng li ích thit thc mà mng máy tinh đem li, chúng ta cng đang đi đu vi nhng th thách liên quan đn các vn đ truyn thông bo mt và đc bit là vn đ phân phi các tài liu đa phng tin sao cho bo đm quyn s hu trí tu. Tình trng sao chép bt hp pháp, gi mo các tác phm s hóa gây búc xúc không ch riêng các tác gi mà còn cho c nhng ngi làm pháp lut. Sau gn 700 nm k t khi phát minh watermark trên giy ra đi  Fabriano, Ý [ 3], mt khái nim tng t áp dng cho các tài liu đa phng tin đã đc đông đo cng đng khoa hc quc t nghiên cu và lnh vc này tht s phát trin mnh vào nhng nm cui ca thp niên 90. Watermarking là mt k thut mi cho phép nhúng thông tin tác gi, gi là mt watermark, vào các tài liu s hóa sao cho cht lng trc quan ca tài liu KHOA CNTT – H KHTN iv không b nh hng và khi cn có th dò li đc watermark đã nhúng nhm xác nhn bn quyn. Watermarking trên nh có th xem là mt k thut n du thông tin (steganography) đc bit nhm đa các du hiu vào nh s. Hai hng áp dng chính ca k thut watermarking trên nh là xác nhn (chng thc) thông tin và đánh du bo v bn quyn. H thng watermarking đc xây dng ch yu trên các k thut watermarking. Tuy nhiên, vic la chn các k thut nào và áp dng h thng vào ng dng c th gì, cng nh cn thit phi có nhng công ngh, thit b, hay mt nghi thc gì khác đ h tr h thng hot đng là các vn đ không kém phn quan trng. Ngoài ra khi xây dng h thng phi tính đn các yu t khác nh h thng đc qun lý nh th nào? c tích hp vào h thng nào khác? Môi trng ng dng? v.v…Hin thc đc các h thng này s góp phn làm phát trin các k thut watermarking và ngc li. Trên thc t, đã có nhiu quc gia tiên tin ng dng watermaking vào các h thng chng thc ni dung, bo v bn quyn, kim soát sao chép, nhng đi vi nc ta lnh vc này vn còn mi m. Chính vì vy, chúng em đã tp trung thc hin đ tài “Nghiên cu công ngh watermarking trên nh s và ng dng” vi mc tiêu tìm hiu, th nghim, đánh giá và ng dng các phng pháp watermarking trên nh s, trên c s đó, xây dng mt s qui trình công c bo v và xác nhn bn quyn trên nh s. Phn nghiên cu lý thuyt watermarking, ngoài nhng nghiên cu chung v watermarking, đ tài này s đi sâu vào nghiên cu nhng k thut watermarking trên nh s mi nht, đó là nhng k thut watermarking trên nh màu, và nhng KHOA CNTT – H KHTN v k thut watermarking trên min wavelet rt đc quan tâm hin nay, đc bit phù hp vi xu hng nén nh theo chun mã hóa mi nht, đó là JPEG2000. Phn ng dng lý thuyt watermarking ca đ tài, chúng em phi cài đt mt s thut toán watermarking, đng thi xây dng mt h thng dch v watermarking thc hin các k thut watermarking trên nh s. H thng này có th áp dng đc vào trong vic đáp ng các nhu cu nh h tr bo v tác quyn nh s, qun lý vic phân phi các tác phm nh s ca các tác gi, và giúp xác nhn ni dung nh s. Tt c nhng nhu cu này đu là nhng nhu cu bc xúc trong thc t hin nay. Mt ví d nh áp trong lnh vc xác nhn (chng thc) ni dung nh s ca h thng này là h tr vic cp phát bng cp bng nh s. Ngoài ra, trong quá trình thc hin đ tài chúng em còn phi nghiên cu nhiu vn đ khác liên quan đ thc hin h thng ca mình, nh các vn đ v công ngh, các vn đ trong truyn thông mng, mã hóa thông tin, x lý nh v.v nhm phát huy ht nhng thun li ca h thng , áp dng đc trong thc tin. Ni dung ca lun vn đc trình bày bao gm 10 chng, trong đó, 6 chng đu trình bày các vn đ v lý thuyt và 4 chng cui tp trung vào h thng ng dng Chng 1. Tng quan v watermarking: Gii thiu lch s phát trin ca watermarking, các tính cht và các lnh vc ng dng ca watermarking. Chng 2. Các mô hình watermarking: Trình bày các quan đim khác nhau khi xem xét mt h thng watermarking. Chng 3. Các thut toán watermarking: Trình bày các tiêu chí phân loi thut toán và gii thiu mt s thut toán minh ha. KHOA CNTT – H KHTN vi Chng 4. Watermarking trên min wavelet: Trình bày đc đim ca bin đi wavelet và các k thut watermarking trên min này. Chng 5. Watermarking trên nh màu: Gii thiu các phng pháp tip cn và mt s thut toán watermarking c th làm vic trên nh màu. Chng 6. Watermark có đ an toàn cao và tn công watermark: Gii thiu các phng pháp to ra mt watermark có đ an tòan cao, đng thi gii thiu mt s tình hung tn công watermark và cách gii quyt. Chng 7. H thng watermarking services system WSS: Gii thiu ng dng WSS. Chng 8. Phân tích và thit k. Chng 9. Cài đt và th nghim. Chng 10: Tng kt: Là chng cui cùng ca đ tài nhm đánh giá các kt qu đã đt đc cùng vi hng m rng trong tng lai. KHOA CNTT – H KHTN vii MC LC MC LC . vii DANH SÁCH HÌNH xii DANH SÁCH BNG .xv MT S THUT NG . xvii Chng 1. TNG QUAN V WATERMARKING .1 1.1 Lch s watermarking .1 1.2 Các tiêu chí cn có ca mt thut toán watermarking mnh m 3 1.2.1 Tính bo mt .3 1.2.2 Tính vô hình .4 1.2.3 Tính vô hình đi vi thng kê 4 1.2.4 T l bit .4 1.2.5 Quá trình dò đáng tin cy .5 1.2.6 Tính mnh m .5 1.2.7 Nhúng nhiu watermark .6 1.2.8 Blind/non-blind, public/private watermarking .6 1.2.9 Watermarking đc đc và dò đc 7 1.2.10 Tính kh đo và tính thun nghch ca watermark 8 1.2.11 Tính có th thay đi t l (scalability) 9 1.3 Các ng dng ca watermarking 10 1.3.1 Theo dõi phát sóng .10 1.3.2 Nhn ra ngi ch s hu 12 1.3.3 Bng chng v quyn s hu .14 1.3.4 Lu vt giao tác hay du vân tay 15 KHOA CNTT – H KHTN viii 1.3.5 Xác nhn ni dung 16 1.3.6 Kim soát sao chép .18 Chng 2. CÁC MÔ HÌNH WATERMARKING 22 2.1 Mô hình da trên quan đim xem watermarking nh mt dng truyn thông 22 2.1.1 Mô hình c bn .22 2.1.2 Mô hình watermarking theo quan nim truyn thông vi thông tin ph  b trung chuyn .24 2.1.3 Mô hình watermarking theo quan nim truyn thông đa công 25 2.2 Mô hình da trên quan đim hình hc 27 2.2.1 Các phân phi và min trong không gian đa phng tin .27 2.2.2 Mô hình watermarking trong không gian nhúng 28 Chng 3. CÁC THUT TOÁN WATERMARKING .31 3.1 Phân loi .31 3.2 Các thut toán theo dng cng 33 3.2.1 Dn nhp 33 3.2.2 Các vn đ liên quan 36 3.2.3 Ví d: thut toán Cox .39 3.3 Các thut toán theo dng lng t hóa .40 3.3.1 Dn nhp 40 3.3.2 Các vn đ liên quan 42 3.3.3 Ví d: thut toán Koch .50 Chng 4. WATERMARKING TRÊN MIN WAVELET 53 4.1 Dn nhp .53 4.2 Bin đi wavelet .54 4.2.1 Phng pháp .54 KHOA CNTT – H KHTN ix 4.2.2 Các đc tính và các li th 57 4.3 Các thut toán ví d 61 4.3.1 Ví d v thut toán non-blind .61 4.3.2 Ví d v thut toán blind 69 Chng 5. WATERMARKING TRÊN NH MÀU 73 5.1 Tng quan v các thut toán nhúng watermark trên nh màu 73 5.2 Các thut toán ví d 75 5.2.1 Thut toán nhúng watermark trên kênh xanh da tri (blue) .75 5.2.2 Thut toán nhúng watermark trên nhiu kênh 78 Chng 6. WATERMARK CÓ  AN TOÀN CAO VÀ TN CÔNG WATERMARK 81 6.1 Các phng pháp tip cn nhm to Watermark có đ an toàn cao .81 6.1.1 Nhúng tha, nhúng lp .81 6.1.2 Mã hóa tán ph .82 6.1.3 Nhúng trong các h s quan trng cm nhn đc 83 6.1.4 Nhúng trong các h s đc cho là mnh m 83 6.1.5 o nhiu trong b dò 84 6.2 Mt kiu tn công .84 6.2.1 t vn đ .84 6.2.2 Các cách gii quyt bài toán tác quyn khác nhau ca các h thng watermarking khác nhau . 85 Chng 7. H THNG WATERMARKING SERVICES SYSTEM - WSS .89 7.1 Gii thiu 89 7.1.1 ng dng WMServer 89 KHOA CNTT – H KHTN x 7.1.2 ng dng WMAppClient .90 7.1.3 ng dng WMWebClient 91 7.2 Tiêu chun ca h thng watermarking 91 7.3 Qui trình ca h thng WSS .92 7.3.1 Qui trình tng quát .92 7.3.2 Qui trình hot đng gia WMWebClient và WMServer .92 7.3.3 Qui trình hot đng gia WMAppClient (Player) và WMServer 93 7.4 Phân tích qui trình ca h thng WSS 97 7.4.1 Các tiêu chun mà h thng đt đc 97 7.4.2 Mt s thun li khi s dng h thng WSS .99 7.5 Phm vi áp dng ca h thng WSS .100 7.5.1 Tranh chp bn quyn 100 7.5.2 Phát hin phân phi bt hp pháp 101 7.5.3 Chng thc ni dung 101 7.6 ánh giá và kt lun .102 Chng 8. Phân tích và thit k .103 8.1 Các yêu cu ca h thng WSS 103 8.1.1 Yêu cu chc nng .103 8.1.2 Yêu cu phi chc nng .105 8.2 Mô hình Use-Case 105 8.2.1 Lc đ Use-Case 105 8.2.2 Danh sách Actor .106 8.2.3 Danh sách các Use-Case chính 106 8.2.4 c t các Use-Case chính .108 8.3 Thit k lp và các s đ lp 122 8.3.1 Danh sách các lp chính trong h thng 122 . tài Nghiên cu công ngh watermarking trên nh s và ng dng” vi mc tiêu tìm hiu, th nghim, đánh giá và ng dng các phng pháp watermarking trên. v watermarking, đ tài này s đi sâu vào nghiên cu nhng k thut watermarking trên nh s mi nht, đó là nhng k thut watermarking trên nh màu, và