Nghiên cứu nội dung giấu tin trong ảnh nói chung vμ kỹ thuật giấu tin trong ảnh nhị phân dựa trên phương pháp biến đổi biểu đồ run length

Bộ giáo dục đào tạo Tr-ờng đại học dân lập hải phòng -o0o - đồ án tốt nghiệp Ngành công nghệ thông tin Hải Phòng 201 -o0o Bộ giáo dục đào tạo Tr-ờng đại học dân lập hải phòng -o0o - nghiên cứu kỹ thuật giấu tin ảnh nhị phân đồ án tốt nghiệp đại học hệ quy Ngành: Công nghệ Thông tin đồ án tốt nghiệp đại học hệ quy Ngành: Công nghệ Thông tin Hải Phòng - 2010 Hải Phòng - 2010 Bộ giáo dục đào tạo Tr-ờng đại học dân lập hải phòng -o0o - nghiªn cøu kü thuËt giÊu tin ảnh nhị phân đồ án tốt nghiệp đại học hệ quy Ngành: Công nghệ Thông tin Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tr-ờng Huy Giáo viên h-ớng dẫn: Th.S Hồ Thị H-ơng Thơm Mà số sinh viên: 100069 Hải Phòng - 2010 giáo dục đào tạo cộng hoà xà hội chủ nghĩa việt nam tr-ờng đại học dân lập hải phòng Độc lập - Tự - H¹nh -o0o - nhiƯm vơ thiÕt kÕ tèt nghiƯp Sinh viªn: ngun tr-êng huy Mà số: 100069 Lớp: CT1001 Ngành: Công nghệ Thông tin Tên đề tài: nghiên cứu kỹ thuật giấu tin ảnh nhị phân nhiệm vụ đề tài Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ ®Ị tµi tèt nghiƯp a Néi dung: - Tổng quan kỹ thuật giấu tin ảnh - Nghiên cứu cấu trúc ảnh nhị phân - Tìm hiểu nghiên cứu kỹ thuật giấu tin dựa biểu đồ RL (Run length) nh nh phõn b Các yêu cầu cần giải Lý thuyt - Hiu c cu trỳc ảnh nhị phân - Nắm rõ tổng quan kỹ thuật giấu tin ảnh - Hiểu nắm rõ kỹ thuật giấu tin loạt RL ảnh nhị phân Thực nghiệm (chương trình) - Cài đặt kỹ thuật giấu Matlap, thử nghiệm tập ảnh để đối sánh kết kỹ thuật a Các số liệu cần thiết để thiết kÕ, tÝnh to¸n - Tập ảnh số để thử nghiệm (ảnh sƣu tập ảnh tạo từ thiết bị chp s) Địa điểm thực tập - Công ty TNHH Ph-ợng A _ Địa chỉ: 418 - Lạch Tray - Hải Phòng cán h-ớng dẫn đề tài tốt nghiệp Ng-ời h-ớng dẫn thứ nhất: Họ tên: Hồ Thị H-ơng Thơm Học hàm, học vị: Thạc Sỹ Cơ quan công tác: Tr-ờng Đại Học Dân Lập HảI Phòng Néi dung h-íng dÉn: Nghiªn cøu néi dung giÊu tin ảnh nói chung kỹ thuật giấu tin ảnh nhị phân dựa ph-ơng pháp biến đổi biểu ®å Run Length Ng-êi h-íng dÉn thø hai: Hä vµ tªn: Học hàm, học vị: Cơ quan công tác: Néi dung h-íng dÉn: …………………… Đề tài tốt nghiệp đ-ợc giao ngày 12 tháng 04 năm 2010 Yêu cầu phải hoàn thành tr-ớc ngày 10 tháng 07 năm 2010 Đà nhận nhiệm vụ: Đ.T.T.N Sinh viên Đà nhận nhiệm vụ: Đ.T.T.N Cán h-ớng dẫn Đ.T.T.N Hải Phòng, ngày tháng .năm 2010 Hiệu tr-ởng GS.TS.NGUT Trần Hữu Nghị Phần nhận xét tóm tắt cán h-ớng dẫn Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp: Đánh giá chất l-ợng đề tài tốt nghiệp (so với nội dung yêu cầu đà đề nhiệm vụ đề tµi tèt nghiƯp) Cho điểm cán h-ớng dẫn: (Điểm ghi số chữ) Ngày .tháng .năm 2010 Cán h-ớng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên) Phần nhận xét đánh giá cán chấm phản biện đề tài tốt nghiệp Đánh giá chất l-ợng đề tài tốt nghiệp (về mặt nh- sở lý luận, thuyết minh ch-ơng trình, giá trị thực tế, ) Cho điểm cán phản biện (Điểm ghi số chữ) Ngày .tháng .năm 2010 Cán chấm phản biện (Ký, ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn cô giáo: Ths Hồ Thị Hương Thơm – giảng viên khoa cơng nghệ thơng tin trường ĐHDL Hải Phịng, tận tình hướng dẫn đạo em suốt thời gian nghiên cứu, thực đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn trường Đại Học Dân Lập Hải Phịngvà mơn Cơng Nghệ Thơng Tin tạo điều kiện để em thực tốt đồ án tốt nghiệp Cuối cùng, xin cảm ơn tất bạn đồng mơn động viên, góp ý trao đổi hỗ trợ cho suốt thời gian nghiên cứu vừa qua Vì thời gian nghiên cứu có hạn, trình độ hiểu biết thân em cịn nhiều hạn chế Cho nên đồ án tốt nghiệp không tránh khỏi thiếu sót, em mong góp ý quý báu tất thầy cô giáo bạn để đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, ngày 30 tháng 06 năm 2010 Sinh viên thực Nguyễn Trƣờng Huy LỜI MỞ ĐẦU Các liệu số đƣợc chép phổ biến dễ dàng Chính vấn đề bảo mật thơng tin ngày trở nên cần thiết Các thông tin cầnbảo mật đƣợc mã hóa theo cách thức đó, nhiên theo phƣơng pháp thơng tin đƣợc mã hóa lại tín quan trọng thơng tin đó, nên thu hút ý đối phƣơng Giấu tin, tức thông tin cần bảo mật đƣợc giấu vào đối tƣợng liệu khác (Gọi môi trƣờng giấu tin) cho biến đổi mơi trƣờng giấu tin khó nhận biết đƣợc, đồng thời lấy lại thơng tin giấu cần Một ƣu điểm giấu tin so với mã hóa tiếp cận mơi trƣờng giấu tin đối phƣơng khó xác định thơng tin có đƣợc giấu hay khơng Giấu thơng tin kỹ thuật tƣơng đối phát triển nhanh thu hút đƣợc quan tâm giới khoa học giới cơng nghiệp nhƣng cịn nhiều thách thức Bản báo cáo trình bày kỹ thuật giấu thông tin ảnh nhị phân Bao gồm nội dung sau: - Chƣơng Tổng quan kỹ thuật giấu tin - Chƣơng Cấu trúc ảnh nhị phân - Chƣơng Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin ảnh nhị phân dựa biểu đồ Run Length - Chƣơng Kết thực nghiệm 3.3 Thuật toán giấu tin biến đổi biểu đồ RL 3.3.2.Thuật Toán - Ban đầu, ta quét ảnh từ đầu đến cuối để tìm đơi RL, ta kết hợp RL đen với RL trắng để tạo thành đôi RL ta đƣợc chuỗi đôi RL - Những điểm trắng điểm đen cuối ảnh không đƣợc dùng để giấu thông tin - Bit thông tin đƣợc giấu sau RL đen ảnh - Xây dựng biểu đồ RL histogram ảnh Từ biểu đồ ta tìm đƣợc tham số cho việc giấu ảnh: T: Tham số vị trí bit đen để giấu sau RL đen T1: Tham số kiểm tra độ dài đôi RL dùng để giấu bit - Vậy đôi RL thoả mãn: [ h(T)=1, h(T+1)=0 ] độ dài đơi RL => T1 đƣợc nhúng bit - Sau đó, ta qt ảnh để tìm RL đen có độ dài T+1, thay đổi điểm trắng sau thành điểm đen - Trong đơi RL có độ dài T1 có điểm trắng đƣợc gọi điểm trắng bị cô lập Ta phải thay đổi điểm đen trƣớc thành trắng - Tất bit bị thay đổi phải đƣợc ghi nhớ lại để dùng cho việc phục hồi ảnh sau Hình 3.3 Mơ hình thuật toán giấu tin biểu đồ RL 26 3.2.3 Tách lấy thông tin phục hồi ảnh Chúng ta sử dụng trình tự nhƣ đƣợc sử dụng nhúng liệu để kiểm tra pixel Khi gặp phải RL đen 1, trích xuất bit 0, Khi gặp phải RL đen 2, bit đƣợc tách RL đen đƣợc thay đổi trở lại RL Sau ta dùng sổ ghi nhớ để đảo ngƣợc lại bit bị thay đổi Bằng cách trích xuất liệu ẩn khơi phục lại hình ảnh nhị phân ban đầu 27 CHƢƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 4.1 Đánh giá theo tỷ lệ tín hiệu đỉnh nhiễu (Peak Signal to Noise Ratio: PSNR) Về có hai hƣớng tiếp cận đánh giá chất lƣợng video số, là: chất lƣợng chủ quan chất lƣợng khách quan PSNR phƣơng pháp đánh giá dựa theo hƣớng tiếp cận khách quan Theo hƣớng tiếp cận cảm nhận ngƣời đƣợc phân làm năm mức khác Trên mức, chất lƣợng video đƣợc tính theo cơng thức khác nhau, sau tùy vào giá trị tính đƣợc mà video đƣợc đánh giá thuộc vào ngƣỡng Dĩ nhiên việc ánh xạ mức với khoảng giá trị đo đƣợc cần đƣợc nghiên cứu trƣớc thông qua thống kê Phƣơng pháp dựa sở xác định tỉ số lƣợng tín hiệu đỉnh lƣợng nhiễu theo ảnh PSNR so sánh lƣợng cực đại tín hiệu so với lƣợng nhiễu Công thức sau định nghĩa PSNR thành phần độ chói Y ảnh nguồn S ảnh đích D - Với ảnh nhị phân Vpeak =1 - Chất lƣợng PSNR khung hình đƣợc ánh xạ vào thang đo kinh nghiệm MOS [3] theo bảng sau Bảng 4.1 Bảng đánh giá kết PSRN 28 4.2 Môi trƣờng thử nghiệm Chƣơng trình giấu tin ảnh nhị phân phƣơng pháp biến đổi biểu đồ RL đƣợc viết Matlap R2007b Các chức chính: Gồm có chức sau Giấu thông điệp vào ảnh nhị phân Giấu ảnh nhị phân vào ảnh nhị phân Tách thông điệp từ ảnh giấu Tách ảnh nhị phân từ ảnh giấu Tính tỷ lệ PSNR ảnh trƣớc sau giấu Khơi phục lại ảnh giấu Hình 4.1 Giao diện chƣơng trình giấu tin - Giấu ảnh nhị phân vào ảnh nhị phân: Thực giấu ảnh nhị phân vào ảnh nhị phân đƣa ảnh nhị phân giấu ảnh B 1: Ta nhập tên ảnh nhị phân ban đầu B 2: Tiếp theo nhập tên ảnh nhị phân cần giấu B 3: Sau nhập tên cho ảnh giấu tin B 4: Cuối ta lƣu tên tệp dùng để ghi nhớ RL ảnh bị thay đổi 29 Hình 4.2 Giao diện giấu ảnh nhị phân - Giấu thông điệp vào ảnh nhị phân: Thực giấu thông điệp vào ảnh nhị phân đƣa ảnh nhị phân giấu thông điệp B 1: Ta nhập tên ảnh nhị phân ban đầu B 2: Tiếp theo nhập chuỗi ký tự cần giấu B 3: Sau nhập tên cho ảnh giấu tin B 4: Cuối ta lƣu tên tệp dùng để ghi nhớ RL ảnh bị thay đổi Hình 4.3 Giao diện giấu thông điệp - Tách ảnh phục hồi lại ảnh ban đầu: Thực tách ảnh từ ảnh giấu sau phục hồi lại ảnh giấu tin B 1: Nhập tên ảnh giấu ảnh B 2: Nhập ghi nhớ bit biến đổi RL B 3: Tách đƣợc ảnh giấu 30 Hình 4.4 Giao diện tách ảnh - Tách thơng điệp phục hồi ảnh ban đầu: Thực tách thông điệp từ ảnh giấu thông điệp phục hồi lại ảnh gốc B 1: Nhập tên ảnh giấu chuỗi ký tự B 2: Nhập ghi nhớ bit biến đổi RL B 2: Tách đƣợc chuỗi ký tự giấu Hình 4.5 Giao diện tách thơng điệp - Tính PSNR: B 1: Nhập tên ảnh trƣớc sau giấu tin B 2: Tỷ lệ PSNR ảnh 31 Hình 4.6 Giao diện tính PSNR 4.3 Thử nghiệm với tập liệu ảnh 4.3.1 Giấu thông điệp vào ảnh - Cho tập ảnh thử nghiệm gồm 25 ảnh với kích thƣớc Ảnh đƣợc dowload từ [6] - Thử nghiệm tập ảnh chƣơng trình giấu thơng điệp kỹ thuật biến đổi biểu đồ RL - Giấu chuỗi thông điệp là: ‘Dai hoc dan lap hai phong’ - Thực giấu chuỗi thông điệp vào tập ảnh thử nghiệm ta thu đƣợc bảng kết sau đây: Cột 1: Là tập ảnh ban đầu Cột 2: Là tập ảnh đƣợc giấu chuỗi thông điệp Cột 3: Là số PSNR thu đƣợc ảnh ban đầu ảnh sau giấu tin 32 Bảng 4.2 Bảng kết thử nghiệm giấu thông điệp tập ảnh Ảnh ban đầu Ảnh giấu tin PSNR 32.4438 31.0357 31.5549 34.01 32.9742 33 Ảnh ban đầu Ảnh giấu tin PSNR 31.7131 32.1967 32.2516 31.3843 31.9446 31.8013 34 Ảnh ban đầu Ảnh giấu tin PSNR 32.2077 36.9781 29.6879 32.8619 33.8586 34.5495 35 Ảnh ban đầu Ảnh giấu tin PSNR 31.834 30.1307 31.5078 31.9968 32.6309 36 Ảnh ban đầu Ảnh giấu tin PSNR 31.9615 28.6069 Hình 13 Bảng kêt thử nghiệm giấu tin - Kết thử nghiệm cho thấy, sau giấu thông điệp số PSNR ảnh trung bình 33,278 dB Với ngƣỡng PSNR ảnh sau giấu có kết tốt, khó phát kỹ thuật thơng thƣờng 4.3.2 Giấu ảnh vào ảnh - Thử nghiệm chƣơng trình giấu ảnh nhị phân vào ảnh nhị phân - Giấu thử nghiệm ảnh nhị phân cỡ 95x23 vào ảnh sau: - Ta thu đƣợc bảng sau: Cột 1: Là tập ảnh ban đầu Cột 2: Là tập ảnh đƣợc giấu ảnh nhị phân Cột 3: Là số PSNR thu đƣợc ảnh ban đầu ảnh sau giấu 37 Bảng 4.3 Bảng kết thử nghiệm giấu ảnh tập ảnh Ảnh ban đầu Ảnh giấu tin PSNR 28.0368 26.7861 4.4 Đánh giá thử nghiệm Một cách tiếp cận để giấu tin phục hồi liệu giấu ảnh nhị phân đƣợc trình bày, dựa biến đổi biểu đồ RL cách nhúng liệu vào cặp RL, có tổng RL màu đen trắng không ngắn T1, tham số vị trí giấu T Để có đƣợc cặp RL thích hợp để giấu tin ta phải thực biến đổi biểu đồ RL cho không ảnh hƣởng đến việc giấu tin phục hồi lại ảnh sau Và điểm ảnh bị thay đổi phải đƣợc ghi nhớ vào sổ ghi nhớ 1) Có thể đƣợc áp dụng cho tất loại hình ảnh nhị phân: văn bản, biểu đồ, hỗn hợp văn đồ thị 2) Việc giấu bit đƣợc thực phần cuối RL đen, điều không gây tác dụng gây phiền nhiễu từ tầm nhìn ngƣời 3) Dựa vào biểu đồ RL ta biết đƣợc khả giấu tin ảnh, từ đƣa cách tốt để giấu tin 4) Việc giấu tin vào ảnh nhị phân thƣờng có chất lƣợng so với ảnh màu 38 KẾT LUẬN Báo cáo trình bày khái niệm tổng quan kỹ thuật giấu tin kỹ thuật giấu tin ảnh nhị phân phƣơng pháp biến đổi biểu đồ Run Length, cài đặt thự nghiệm chƣơng trình giấu tin tập liệu ảnh số Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, đề tài em đạt đƣợc kết sau: Nắm rõ đƣợc khái niệm tổng quan kỹ thuật giấu tin ảnh Tìm hiểu cấu trúc ảnh nhị phân Nghiên cứu kỹ thuật giấu tin ảnh nhị phân phƣơng pháp biến đổi biểu đồ RL Cài đặt, thử nghiệm đánh giá kết tập ảnh nhị phân thông điệp giấu đa dạng ngơn ngữ Matlap 2007b Giao diện chƣơng trình thân thiện với ngƣời dùng Vì thời gian nghiên cứu có hạn đề tài khơng tránh khỏi sai sót Mong thầy cô bạn tiếp tục hỗ trợ giúp đỡ em sau làm đồ án để xây dựng thành chƣơng trình giấu tin hồn chỉnh có khả ứng dụng thực tế Em xin cảm ơn! 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Sang-Kwang Lee, Young-Ho Suh, and Yo-Sung Ho, Lossless Data Hiding Based on Histogram Modification of Difference Images, Advances in Multimedia Information Processing - PCM 2004, pp.340-347 November/ December, 2004 [2] Tao Zhang, Xijian Ping: RELIABLE DETECTION OF LSB STEGANOGRAPHY BASED ON THE DIFFERENCE IMAGE HISTOGRAM ICASSP 2003 Vol I, pp.545-548 [3] Đặng Trung Thành, Trần Phan Huy Hiển, Tạ Hải Tùng, Đặng Văn Chuyết, Nguyễn Linh Giang Evaluation of Multimedia Services in E-learning Systems Using BKME Tạp chí Cơng Nghệ Thơng Tin Truyền Thông ngày 18/02/2008 [4] Đào Thanh Tĩnh, Tống Minh Đức Một cải tiến thuật toán giấu tin ảnh nhị phân.Các cơng trình nghiên cứu khoa học, nghiên cứu triển khai CNTT-TT số 20 - 10/2008 [5] Guorong Xuan, Yun Q Shi, Peiqi Chai, Xuefeng Tong1, Jianzhong Teng1, Jue LiDept of Computer Science, Tongji University, Shanghai, China Dept of ECE, New Jersey Institute of Technology, Newark, New Jersey, USA Reversible Binary Image Data Hiding By Run-Length Histogram Modification [6] http://images.google.com.vn/ 40 ... bày kỹ thuật giấu thông tin ảnh nhị phân Bao gồm nội dung sau: - Chƣơng Tổng quan kỹ thuật giấu tin - Chƣơng Cấu trúc ảnh nhị phân - Chƣơng Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin ảnh nhị phân dựa biểu đồ Run. .. Tr-ờng Đại Học Dân Lập HảI Phòng Nội dung h-ớng dẫn: Nghiên cứu nội dung giấu tin ảnh nói chung kỹ thuật giấu tin ảnh nhị phân dựa ph-ơng pháp biến đổi biểu đồ Run Length Ng-ời h-ớng dẫn thứ hai:... quan kỹ thuật giấu tin ảnh Tìm hiểu cấu trúc ảnh nhị phân Nghiên cứu kỹ thuật giấu tin ảnh nhị phân phƣơng pháp biến đổi biểu đồ RL Cài đặt, thử nghiệm đánh giá kết tập ảnh nhị phân thông điệp giấu