Đồ án Xử lý ảnh

Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH Ngành công nghệ thông tin MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN 1.1.Khái niệm 1.2.Mục đích việc giấu tin 1.3.Phân loại kỹ thuật giấu tin .4 1.2.1.Giấu tin mật (Seganography ) 1.2.2.Thủy vân số (Watermaking ) 1.4.Một số ứng dụng CHƯƠNG ĐỊNH DẠNG ẢNH BITMAP 2.1.Tổng quan 2.2.Bảng màu .6 2.3.Mô tả ảnh .7 2.4.Cấu trúc ảnh CHƯƠNG KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH 13 1.Các kĩ thuật giấu tin ảnh BITMAP 13 3.1.1.Ảnh nhỏ bit màu 13 3.1.2.Ảnh 16 bit màu 13 3.1.3.Ảnh 24 bit màu 13 3.2 Kỹ thuật dùng hệ số DCT 14 3.2.1.Nền tảng kỹ thuật 14 3.2.2.Phép biến đổi cosin rời rạc (DCT) 14 3.2.3.Đặc điểm phép biến đổi DCT hai chiều 15 3.3 Kỹ thuật giấu tin miền biến đổi DCT 16 3.3.1.Mơ tả thuật tốn 16 3.3.2.Quá trình Watermarking .16 3.4 Cài đặt thực nghiệm 19 KẾT LUẬN 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO 24 Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH Ngành công nghệ thông tin DANH MỤC HÌNH Hình 1.1.Phân loại kỹ thuật giấn tin Hình 2.1.Bảng màu điểm ảnh dùng bảng màu Hình 2.2.Các cách bố trí bảng màu Hình 2.3.Biểu đồ cột ảnh Paint Shop Pro Hình 3.1.Sơ đồ nhúng thủy vân 17 Hình 3.2.Sơ đồ trình giải mã 18 Hình 3.3.Giao diện chương trình 19 Hình 3.4.Giao diện sau giấu tin 20 Hình 3.5.Giao diện trước tách tin 21 Hình 3.6.Giao diện sau tách tin 21 Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH Ngành công nghệ thông tin CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN 1.1.Khái niệm Môi trường giấu tin (hay gọi vật mang tin): đối tượng dùng để giấu tin văn bản, ảnh, audio, video,… Giấu tin ảnh: Thông tin giấu vào liệu ảnh chất lượng ảnh thay đổi “khó” biết đằng sau ảnh mang thơng tin có ý ngĩa Trong ảnh thơng tin mật cho mà người khác khô thể biết Giấu tin audio: Giấu tin audio lại phụ thuộc vào hệ thống thính giác Giấu thơng tin audio địi hỏi u cầu cao tính đồng tính an tồn thơng tin Các phương pháp giấu tin audio lợi dụng điểm yếu thính giác người Giấu tin video: Cũng giống giấu tin ảnh hay audio, giấu tin video quan tâm phát tiển mạnh mẽ cho nhiều ứng dụng điều khiển truy cập thông tin, xác thực thông tin bảo vệ quyền tác giả Ý tưởng phương pháp phân phối thông tin giấu dàn trải thheo tần số liệu gốc - Dữ liệu giấu lượng thông tin mang ý nghĩa tùy thuộc vào mục đích người sử dụng - Giấu tin nhúng mẩu tin mật vào vật mang tin khác, cho mắt thường “khó” phát mẩu tin đó, mặt khác khó nhận biết vật mang tin giấu tin mật 1.2.Mục đích việc giấu tin - Mục đích việc giấu tin đảm bảo an toàn bảo mật thơng tin Có khía cạnh cần quan tâm là: + Bảo mật cho liệu đem giấu + Bảo mật cho đối tượng đem giấu thông tin - Ngày nghệ thuật giấu tin nghiên cứu để phục vụ mục đích tích cực như: bảo vệ quyền tài liệu số hóa (dùng thuỷ ấn số), hay giấu thơng tin bí mật qn kinh tế - Sự phát triển công nghệ thông tin tạo môi trường giấu tin vơ tiện lợi phong phú Người ta giấu tin văn bản, hình ảnh, âm Cũng giấu tin khoảng trống hay phân vùng ẩn môi trường lưu trữ đĩa cứng, đĩa mềm Các gói tin truyền mạng môi trường giấu tin thuận lợi Các tiện ích phần mềm mơi trường lý tưởng để gài thông tin quan trọng, để xác nhận quyền Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH Ngành công nghệ thông tin 1.3.Phân loại kỹ thuật giấu tin Có thể chia kỹ thuật giấu tin làm 2: steganography watermarking Hình 1.1.Phân loại kỹ thuật giấn tin 1.2.1.Giấu tin mật (Seganography ) Giấu tin mật (Seganography ) quan tâm tới việc giấu tin cho thông tin giấu nhiều tốt quan trọng người khác khó phát đối tượng có bị giấu tin bên hay không kỹ thuật thông thường 1.2.2.Thủy vân số (Watermaking ) Thủy vân số (Watermaking ) đánh giấu vào đối tượng nhằm khẳng định quyền sở hữu hay phát xuyên tạc thông tin Thủy vân số phân thành loại thủy vân bền vững thủy vân dễ vỡ - Thuỷ vân bền vững: thường ứng dụng ứng dụng bảo vệ quyền Thuỷ vân nhúng sản phẩm hình thức dán tem quyền Trong trường hợp này, thuỷ vân phải tồn bền vững với sản phẩm nhằm chống việc tẩy xoá, làm giả hay biến đổi phá huỷ thuỷ vân + Thuỷ vân ẩn: giống giấu tin, mắt thường khơng thể nhìn thấy thuỷ vân + Thuỷ vân hiện: loại thuỷ vân sản phẩm người dùng nhìn thấy - Thủy vân dễ vỡ: kỹ thuật nhúng thuỷ vân vào ảnh cho phân bố sản phẩm môi trường mở có phép biến đổi làm thay đổi đối tượng sản phẩm gốc thuỷ vân giấu đối tượng khơng cịn ngun vẹn trước dấu (dễ vỡ) So sánh steganography watermarking: Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH Steganography Mục đích Ngành cơng nghệ thơng tin Watermaking - Che giấu hữu thông điệp -Thêm vào thông tin - Thông tin che giấu độc lập với vỏ quyền bọc - Che giấu thông tin gắn với đối tượng vỏ bọc Yêu cầu - Không phát thông điệp bị Tiêu chuẩn bền vững che giấu - Dung lượng tin dấu Tấn công Phát thơng điệp bí mật bị che Watermaking bị phá vỡ thành công giấu 1.4.Một số ứng dụng *Ứng dụng thủy vân số(Watermaking): - Tự động giám sát theo dõi sao, viết tài liệu web (Ví dụ robot tìm kiếm web với tài liệu đánh dấu có tiềm xác đinh vấn đề bất hợp pháp) - Tự động kiểm tra đài phát truyền Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH Ngành công nghệ thông tin CHƯƠNG ĐỊNH DẠNG ẢNH BITMAP Đối tượng ảnh mà chương trình giấu tin nhắm tới ảnh Bitmap Vì ảnh phổ biến mạng Internet, dung lượng giấu tin cao phương pháp giấu tin đơn giản 2.1.Tổng quan Các ảnh số thường lưu dạng tệp ảnh 24-bit hay 8-bit cho điểm ảnh Ảnh 24-bit gọi ảnh true colour cung cấp nhiều chỗ giấu thơng tin hơn; nhiên ảnh 24-bit lớn, ví dụ ảnh 24-bit cỡ 1024 x 768 pixels có kích thước MB, nên dễ bị gây ý tải qua mạng Thường ảnh cần nén, nén ảnh làm tin mật Một phương án khác dùng ảnh 8-bit màu để giấu thông tin Trong ảnh 8-bit (như ảnh GIF), điểm ảnh thể byte Mỗi điểm đơn trỏ đến bảng mục màu (palette), với 256 khả màu Điểm ảnh chứa trị nằm 255 Các phần mềm đơn vẽ màu cần biểu thị lên hình vị trí lựa chọn Nếu dùng ảnh 8-bit làm ảnh phủ, nhiều chuyên gia giấu tin ảnh khuyên nên dùng ảnh 256 cấp xám bảng màu ảnh xám thay đổi đồng làm tăng khả giấu tin Giấu tin ảnh 8bit cần xem xét ảnh lẫn bảng màu Một ảnh có khối lớn màu đồng khó giấu dễ bị nhận biết Sau chọn ảnh phủ, bước chọn phương pháp mã hoá ảnh 2.2.Bảng màu Bảng màu mảng chiều chứa mục màu ảnh Sau điểm ảnh việc trỏ đến màu mục bảng màu Hình 2.1.Bảng màu điểm ảnh dùng bảng màu - Trong bảng màu, màu ứng với ba hay bốn - Kích thước bảng màu tính từ độ sâu điểm ảnh (pixel depth): 4-bit pixel: byte/màu * 16 (= 24) màu = 48 byte 8-bit pixel: byte/màu * 256 màu = 768 byte Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH Ngành công nghệ thông tin 15-bit pixel: byte/màu * 32768 màu = 96 kbyte 16-bit pixel: byte/màu * 65536 màu = 192 kbyte - Một số loại ảnh giảm bớt số màu bảng màu, khơng phải tất màu dùng ảnh (CGM, TGA) - Các giá trị điểm cất byte (16 bit): 16 bit = byte = (8 bit, bit) -> (5,6,5) = (R,G,B) - Có cách bố trí: + Theo điểm ảnh (pixel-orientiert) (RGB) (RGB) (RGB) (RGB) (RGB) + Theo mặt phẳng màu (plane-orientiert) (RRRRR GGGGG BBBBB) Hình 2.2.Các cách bố trí bảng màu Một số phương pháp giấu tin ảnh dựa vào việc xếp lại bảng màu, phương pháp khác thêm bớt màu vào bảng màu 2.3.Mô tả ảnh Để xử lý nghiên cứu ảnh người ta phải mô hình hố chúng Tuỳ theo quan điểm, mơ hình mà áp dụng phép xử lý khác mơ hình - Ảnh đồ bít: quan điểm ảnh mành đồ bít tạo tảng để áp dụng phép toán bit - Ảnh hàm toán học: để xử lý ảnh máy tính dùng cơng cụ tốn học, người ta tìm cách biểu diễn ảnh hàm rời rạc f(x,y) x, y toạ độ điểm ảnh f giá trị xám độ sáng ảnh f nhận giá trị rời rạc khoảng từ đến fmax Trong ảnh bit fmax = 28= 256 Trong ảnh màu người ta mơ tả màu qua ba hàm biểu diễn thành phần đỏ, lục lam Ví dụ r(x,y); g(x,y); b(x,y) - Ảnh môi trường vật lý: Một ảnh f(x,y) mơi trường vật lý nên dùng áp dụng phép biến đổi vật lý ảnh Ví dụ mức lượng điểm ảnh, dải tần số nhiễu ảnh, dải phổ, Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH Ngành công nghệ thông tin - Mô tả ảnh mơ hình thống kê: Các giá trị điểm ảnh (mức xám, độ sáng hay trị màu) coi biến ngẫu nghiên, tính phân bố xác suất chúng Ví dụ người ta dùng biểu đồ cột (histogram) để biểu diễn độ xám hay trị màu Trong xử lý ảnh người ta dùng biểu đồ cột để làm việc lọc nhiễu.Cịn giấu tin ta qua mà vùng ảnh giấu tin tốt Hình 2.3.Biểu đồ cột ảnh Paint Shop Pro Chính quan điểm khác ảnh làm tảng để có kỹ thuật khác giấu tin khác 2.4.Cấu trúc ảnh Ảnh Bitmap Microsoft phát triển, gọi Microsoft Windows Bitmap (BMP, DIB, Windows BMP, Windows DIB, Compatible Bitmap) lưu trữ độc lập với thiết bị hiển thị (DIB) Ảnh sử dụng rộng rãi Windows Có thể có 1-, 4-, 8-, 16-, 24-, hay 32-bit mầu Ảnh thường sử dụng phương pháp mã hố loạt dài RLE Kích thước tối đa 32Kx32K 2Gx2G pixel Ảnh bitmap không cho phép chứa nhiều ảnh tệp Cấu tạo ảnh bitmap gồm phần : Header Palette Bitmap Data Footer Để đọc xử lý ảnh Bitmap người ta cần nắm cấu trúc ảnh lưu phần Header Ví dụ: Header Microsoft Windows Bitmap Version 1.x có cấu trúc sau: Header Palette Bitmap Index Palette File Identifier Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH File Version Ngành công nghệ thông tin Number of Lines per Image Number of Pixels per Line Number of Bits per Pixel Number of Color Planes Compression Type X Origin of Image Y Origin of Image Text Description Unused SpaceẢnh Bitmap Microsoft Windows 1.x có phần Header gồm 10-byte : TYPEDEF struct _Win1xHeader { WORD Type; /* File type identifier (always 0) */ WORD Width; /* Width of the bitmap in pixels */ WORD Height; /* Height of the bitmap in scan lines */ WORD ByteWidth; /* Width of bitmap in bytes */ BYTE Planes; /* Number of color planes */ BYTE BitsPerPixel; /* Number of bits per pixel */ } WIN1XHEADER; Dữ liệu ảnh Bitmap ghi vào tệp theo cách: - Quét dòng theo trật tự điểm ảnh chúng hiển thị thiết bị theo mặt phẳng mầu (plane) * Chi tiết cấu trúc ảnh BITMAP - Bitmap header: 1-2 Nhận dạng file Kiểu arrayp1 2] of char:chứa ký tự BM 3-6 Kích thướ file Kiểu Longint: tính byte 7-10 Reserve nt : tơi chưa biết(có lẽ tên file thừa) 11-14 Byte bắt đầu Kiểu longint, vị trí byte bắt đầu vùng data kể từ đầu file Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH Ngành công nghệ thông tin - BitmapInfor : 1-4 Số byte vùng info Kiểu Longint, có giá trị 40 5-8 Chiều rộng bitmap Kiểu longint tính pixel 9-12 Chiều cao bitmap Kiểu longint tính pixel 13-14 Số Planes màu Kiểu Word số bảng màu 15-16 Số bits cho pixel Kiểu Word, giá trị có 1: Đen/trắng, 4:16 màu, 8:256 màu, 24: 24bit màu 17-20 Kiểu nén liệu Kiểu Longint có giá trị 0: Không nén 1: Nén runlength+8bit/pixel 2: Nén runlength+4bit/pixel 21-24 Kích thước ảnh Kiểu Longint, số byte ảnh 25-28 Độ phân giải ngang Kiểu Longint, tính pixel 29-32 Độ phân giải dọc Kiểu Longint, tính pixel 33-36 Số màu sử dụng Kiểu Longint ảnh 37-40 Số màu sử dụng Kiểu Longint ảnh - Bitmap palette: Tiếp theo sau vùng info palette màu BMP, gồm nhiều có kích thước byte xếp liền theo cấu trúc Blue-Green-Red Byte dành riêng cho Itensity Kích thước vùng Palette màu 4*số màu ảnh Vì Palette màu hình có cấu tạo theo thứ tự Red-Green-Blue, nên đọc palette màu ảnh BMP vào ta phải chuyển đổi lại cho phù hợp Số màu ảnh biết dựa số bít cho pixel cụ thể là: 8.bits/pixel: ảnh 256 màu, 4bits/pixel: ảnh 16 màu, 24bits/pixelảnh 24 bít màu - BitmapData: Phần kề tiếp sau Palette màu BMP Đây phần chứa giá trị màu điểm ảnh BMP Các điểm ảnh lưu theo thứ tự từ trái qua phải dòng dòng lại lưu theo thứ tự lên Mỗi Byte vùng BitmapData biểu diễn nhiều điểm ảnh tùy theo số bits cho pixel + Khi bit màu: Các bitmap Đơn sắc, bảng màu có chứa hai mục Mỗi bit bitmap mảng đại diện cho điểm ảnh Nếu bit, rõ ràng, điểm ảnh hiển thị với màu sắc mục bảng màu, bit, thiết lập, điểm ảnh có màu sắc mục nhập thứ hai bảng 10 Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH Ngành công nghệ thông tin + Khi bit màu: Các bitmap có tối đa 16 màu sắc, bảng màu chứa lên đến 16 mục Mỗi điểm ảnh bitmap thể 4-bit, mục vào bảng màu Ví dụ, người byte bitmap 1Fh, byte đại diện cho hai pixel Đầu tiên chứa điểm ảnh màu bảng màu mục nhập thứ hai, lần thứ hai chứa điểm ảnh màu bảng màu 16 mục + Khi bit màu: Các bitmap có tối đa 256 màu sắc, bảng màu chứa tối đa 256 mục Trong trường hợp này, byte mảng đại diện cho điểm ảnh + Khi 16 bit màu: Các bitmap có tối đa 216 màu Nếu lĩnh vực nén tập tin bitmap thiết lập để BI_RGB, lĩnh vực Palette không chứa mục Mỗi từ mảng bitmap đại diện cho điểm ảnh Các thân nhân intensities đỏ, xanh, xanh đại diện với bit cho thành phần màu sắc Các giá trị cho màu xanh đáng kể bit, sau bit cho màu xanh đỏ, tương ứng Trọng sử dụng Nếu lĩnh vực nén tập tin bitmap thiết lập để BI_BITFIELDS, lĩnh vực Palette có chứa ba dword màu mặt nạ mà định màu đỏ, màu xanh, màu xanh thành phần, tương ứng, điểm ảnh Mỗi từ mảng bitmap đại diện cho điểm ảnh Windows NT, cụ thể: Khi nén lĩnh vực thiết lập để BI_BITFIELDS, thiết lập bit dword mask phải tác không nên chồng chéo bit khách mask Tất bit điểm ảnh không cần phải sử dụng Windows 95 cụ thể: Khi nén lĩnh vực thiết lập để BI_BITFIELDS, Windows 95 hỗ trợ sau 16bpp màu mặt nạ: Một 5-5-5 16-bit, hình ảnh, nơi mà màu xanh mask 0x001F, cácmàu xanh mask 0x03E0, màu đỏ mask 0x7C00; 5-6-5 16-bit, hình ảnh, nơi mà màu xanh mask 0x001F, màu xanh mask 0x07E0, màu đỏ 0xF800 mask + Khi 24 bit màu: Các bitmap có tối đa 224 màu sắc, lĩnh vực Palette không chứa mục Mỗi 3-byte ban tam ca mảng bitmap đại diện cho thân nhân intensities màu xanh, màu xanh cây, đỏ, tương ứng, cho điểm ảnh + Khi lĩnh vực 32: Các bitmap có tối đa 232 màu Nếu lĩnh vực nén bitmap thiết lập để BI_RGB, lĩnh vực Palette không chứa mục Mỗi dword mảng bitmap đại diện cho thân nhân intensities màu xanh, màu xanh cây, đỏ, tương ứng, cho điểm ảnh Cao byte dword không sử dụng 11 Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH Ngành công nghệ thông tin Nếu lĩnh vực nén bitmap thiết lập để BI_BITFIELDS, lĩnh vực Palette có chứa ba dword màu mặt nạ mà định màu đỏ, màu xanh, màu xanh thành phần, tương ứng, điểm ảnh Mỗi dword mảng bitmap đại diện cho điểm ảnh 12 Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH Ngành công nghệ thông tin CHƯƠNG KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH 1.Các kĩ thuật giấu tin ảnh BITMAP Việc giấu tin ảnh màu có nhiều thuận lợi so với việc giấu tin ảnh đen trắng có ưu điểm sau: Giấu nhiều thông tin so với ảnh đen trắng kích cỡ Độ an tồn cao so với ảnh đen trắng có thay đổi so với ảnh gốc ban đầu 3.1.1.Ảnh nhỏ bit màu Không phải tất ảnh nhỏ bit màu có bảngmàu xếp, việc xếp LSB khó khăn Ta cần xếp lại bảng màu: Chọn màu giả sử màu có dạng: A(x, y, z) tđưa vào vị trí Duyệt tất màu B(m, n, p) cịn lại tính: S(A, B) =sqrt((x-m)2 +(y-n)2+(z-p)2) Ta chọn màu B có S(A, B) nhỏ để xếp cạn màu A sau lại tiếp tục bước Quy trình kết thúc bảng màu xếp Lưu ý: Các điểm ảnh có số màu 15 phải đổi thành số 853 3.1.2.Ảnh 16 bit màu Thực tế có 15 bit dùng để biểu diễn cho điểm ảnh : bit dùng để biểu diễn cường độ tương đối màu đỏ bit dùng để biểu diễn cường độ tương đối màu xanh lơ bit dùng để biểu diễn cường độ tương đối màu xanh lam Cịn bit khơng dùng đến bit cao byte thứ 2, bit LSB ảnh 16 bit màu Nếu lấy bit lượng thơng tin giấu cần lầy thêm số bit 3.1.3.Ảnh 24 bit màu Mỗi điểm ảnh biểu diễn byte byte dùng để biểu diễn cường độ tương đối màu đỏ byte dùng để biểu diễn cường độ tương đối màu xanh lơ byte dùng để biểu diễn cường độ tương đối màu xanh lam Trong byte bít nằm cuối ảnh hưởng đến phần liệu ảnh Thông thường để tăng lượng thông tin giấu người ta thường lấy bít cuối byte để giấu thơng tin Bằng thực nghiệm cho thấy thay tồn bít cuối byte ảnh kết qủa khơng khác nhiều so với ảnh ban đầu Điều vơ có ý nghĩa ta giấu nhiều thông tin ảnh 13 Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH Ngành công nghệ thông tin 3.2 Kỹ thuật dùng hệ số DCT 3.2.1.Nền tảng kỹ thuật Các ảnh JPEG có tỷ lệ nén cao, chất lượng tốt, chúng sử dụng nhiều mạng Tuy nhiên tệp ảnh JPEG không phù hợp với xử lý bít ảnh dựa bảng mầu, dùng chúng để giấu liệu Ảnh JPEG sử dụng biến đổi Cosin rời rạc để thực nén ảnh Biến đổi cosin rời rạc phép biến đổi liệu khơng thể tính xác giá trị cosin, có lỗi làm trịn Độ lệch liệu gốc liệu phục hồi lại sau biến đổi phụ thuộc vào giá trị phương pháp sử dụng để tính trị cosin rời rạc Cũng xử lý ảnh dùng biến đổi Fourier nhanh biến đổi sóng (wavelet transformation) Thuật tốn JPEG làm việc cách chia ảnh thành ma trận 8x8 Sau tính hệ số biến đổi cosin rời rạc cho ma trận Bước hệ số nhân với ma trận lượng hố Kết thu làm trịn đến số nguyên gần nhất, cuối số nguyên nén lưu lại Các cấu tử DCT nơi giấu liệu Cách tiếp cận phổ biến chọn hệ số DCT lớn sử chút Vì hệ số lớn tức mức "năng lượng" cao nên làm thay đổi ảnh Một hướng khác chọn hệ số DCT vùng mà mắt người khơng nhìn thấy Các thuật toán JPEG tiếng áp dụng F5 JSteg dùng cách sửa DCT để nhúng liệu Cả hai phương pháp qua mắt thường không qua phương pháp phân tích thống kê Dung lượng giấu : Dung lượng giấu khơng cao, phù hợp với thuỷ ấn 3.2.2.Phép biến đổi cosin rời rạc (DCT) Biến đổi cosin rời rạc viết tắt DCT-Discrete Cosine Transform đưa Ahmed đồng nghiệp ông vào năm 1974 Phép biến đổi DCT dùng dạng chuẩn ảnh JPEG Định nghĩa biến đổi cosin rời rạc hai chiều: - Biến đổi DCT hai chiều tổng quát biến đổi khối hai chiều m x n, khối kích thước 8*8, 16*16 sử dụng nhiều Tuy nhiên, tìm hiểu phép biến đổi DCT khối 8*8 sử dụng chuẩn nén ảnh JPEG - Phép biến đổi thuận DCT 8*8 định nghĩa sau: 14 Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH Ngành công nghệ thông tin 3.2.3.Đặc điểm phép biến đổi DCT hai chiều - Thể đặc tính nội dung tần số thơng tin ảnh Hệ số góc lớn đặc trưng cho giá trị trung bình thành phần chiều gọi hệ số DC, hệ số khác có giá trị nhỏ biểu diễn cho thành phần tần số cao theo hướng ngang theo hướng thẳng đứng gọi hệ số AC - Bản thân biến đổi DCT không nén liệu sinh 64 hệ số - Theo nguyên lý chung, biến đổi chi tiết điểm ảnh lớn theo hướng khối điểm ảnh, hướng ngang, hướng thẳng đứng hay theo hướng đường chéo tương ứng theo hướng đó, biến đổi DCT lớn - Theo nguyên lý chung, biến đổi chi tiết điểm ảnh lớn theo hướng khối điểm ảnh, hướng ngang, hướng thẳng đứng hay theo hướng đường chéo tương ứng theo hướng đó, biến đổi DCT lớn - DCT làm giảm độ tương quan không gian thông tin khối ảnh Nhờ đặc tính tần số khơng gian hệ thống nhìn mắt người, hệ số DCT mã hố phù hợp, hệ số DCT quan trọng mã hoá để truyền - Khối hệ số DCT chia thành miền: miền tần số thấp, miền tần số cao, miền tần số giữa: + Miền tần số thấp: chứa thông tin quan trọng ảnh hưởng đến tri giác + Miền tần số cao: thông tin miền tần số cao thường khơng mang tính tri giác cao, nén JPEG thường loại bỏ thơng tin miền Trong thuật toán thuỷ vân, miền hệ số DCT tần số cao thường không sử dụng thường khơng bền vững với phép xử lý ảnh, nén ảnh JPEG Miền tần số cao khó sử dụng thay đổi dù nhỏ miền dẫn đến chất lượng tri giác ảnh + Miền tần số giữa: thường hay sử dụng cho kết tốt Trong thuật toán đề xuất sử dụng miền tần số 15 Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH Ngành công nghệ thông tin 3.3 Kỹ thuật giấu tin miền biến đổi DCT Thuật toán sử dụng phương pháp nhúng thuỷ vân miền tần số ảnh, giải tần sử dụng để chứa tín hiệu thuỷ vân miền tần số khối DCT 8x8 Trong đó, khối DCT 8x8 khối ảnh kích thước chọn ngẫu nhiên từ ảnh ban đầu áp dụng phép biến đổi cosin rời rạc DCT để chuyển sang miền tần số Mỗi tín hiệu thuỷ vân chứa khối 3.3.1.Mơ tả thuật tốn - Input: Watermark: Một chuỗi bit b Một ảnh F - Output: Một ảnh sau thuỷ vân, F’ Khoá để giải mã K 3.3.2.Quá trình Watermarking Một ảnh có kích m x n chia thành (m x n)/64 khối x 8, bit giấu khối Chọn khối B biến đổi DCT khối thu B’ Chọn hai hệ số vị trí miền tần số khối DCT, giả sử b’(i,j) b’(p,q) Ta tính: d = || b’(i,j) - |b’(p,q)|| mod a Trong a tham số thoả mãn: a= 2(2t + 1), t số nguyên dương - Bit S i nhúng cho thoả mãn điều kiện : + Nếu d= 2t+1 theo công thức sau: max(|b’(i,j)| , |b’(p,q)|) + (INT(0.75*a)- d) Với hàm max (|b’(i,j)| , |b’(p,q)|) hàm chọn hệ số có trị tuyệt đối lớn hơn, hệ số chọn cộng thêm lượng (INT(0.75*a) - d) biến đổi hai hệ số theo công thức: min(|b’(i,j)| , |b’(p,q)|) - (INT(0.75*a) + d) Với hàm min(|b’(i,j)| , |b’(p,q)|) hàm chọn hệ số có trị tuyệt đối nhỏ hơn, hệ số chọn bị trừ lượng (INT(0.75*a) + d) INT() hàm làm lấyphần nguyên số thực + Tương tự, d>= 2t+1 mà S i = hai hệ số DCT b’(i,j) b’(p,q) có trị tuyệt đối lớn thay đổi để thoả mãn d=2t+1 Si =1 Nếu d=2t+1 với Si =1 khơng thay đổi hệ số khối DCT, DCT phép biến đổi hồn tồn đảo ngược nên giải mã ta thu kết xác + Trường hợp d 0.5*a=2t+1(dfcm) + Trường hợp d>=2t+1 S i = Ta biến đổi hai hệ số DCT b’(i,j) b’(p,q) sau: max(|b’(i,j)| , |b’(p,q)|) - (d-INT(0.25*a)) Khi giá trị d : d’ = (||b’(i,j)| -|b’(p,q)| |- (d-INT(0.25*a)) mod a d’ = (|b’(i,j)| - |b’(p,q)|| mod a)+ (INT(0.25*a)mod a)-(d mod a) d’ = d-d + 0.25*a= 0.75*a)> 0.5*a=2t+1(dfcm) 3.4 Cài đặt thực nghiệm * Cài đặt - Ngôn ngữ cài đặt, môi trường soạn thảo Microsoft Visual Studio - Chạy chương trình thực ngơn ngữ lập trình C# * Thực nghiệm Giao diện chương trình: Hình 3.3.Giao diện chương trình 19 Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH Ngành công nghệ thông tin Trước giấu tin: yêu cầu nhập thông tin cần thiết - Chọn ảnh gốc bmp từ tệp ảnh có sẵn - Chọn văn muốn giấu tin (dạng text) - Nhập mật khóa Sau chọn “Thực giấu tin” để chương trình tiến hành giấu tin Hình 3.4.Giao diện sau giấu tin Sau thực giấu tin thành công, đầu bao gồm: - Thơng báo “Giấu tin thành cơng!” - Khóa - Ảnh giấu tin - Nhập tên ảnh mang tin vào mục “Tên ảnh ra” (tên ảnh có phần mở rộng) - Sau chọn “Ẩn” để lưu lại Nếu thực giấu khơng thành cơng vấn đề sau: - Nhập thiếu liệu đầu vào như: Tên ảnh vào, thông điệp cần giấu Khi chương trình thơng báo để người sử dụng khắc phục 20 Đồ án mơn: XỬ LÝ ẢNH * Quy trình tách tin Ngành cơng nghệ thơng tin Hình 3.5.Giao diện trước tách tin Trước thực tách ảnh mang tin để lấy thơng điệp bí mật u cầu nhập liệu sau: - Chọn ảnh mang tin cần tách từ vị trí lưu trước - Nhập khóa thu từ kết đầu trình giấu Chọn “Thực hiện” để tiến hành tách tin khỏi ảnh Hình 3.6.Giao diện sau tách tin 21 Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH Ngành công nghệ thông tin Sau thực tách tin thành công, đầu chương trình bao gồm: - Nội dung thơng điệp bí mật trước giấu vào ảnh - Ảnh sau tách thơng điệp bí mật Nếu tách tin khơng thành cơng lỗi sau: - Do chọn sai ảnh mang tin - Do nhập sai khóa Khi phải kiểm tra lại lý để thu kết 22 Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH Ngành công nghệ thông tin KẾT LUẬN Hiện giấu thông tin ảnh phận chiếm tỉ lệ lớn chương trình ứng dụng hệ thống giấu tin đa phương tiện lượng thông tin trao đổi ảnh lớn giấu thơng tin ảnh đóng vai trị quan trọng hầu hết ứng dụng bảo vệ an tồn thơng tin Chính mà vấn đề nhận quan tâm lớn cá nhân, tổ chức, trường đại học nhiều viện nghiên cứu giới Trong đồ án tìm hiểu kỹ thuật giấu tin miền biến đổi DCT ảnh Trong thời gian làm đồ án em nghiên cứu vấn đề sau: - Nghiên cứu tổng quan kỹ thuật giấu tin ảnh - Nghiên cứu cấu trúc ảnh Bitmap - Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin miền biến đổi DCT ảnh Kỹ thuật giấu tin miền biến đổi DCT triển khai tương tự cho ảnh PNG, ảnh JPG… Việc cài đặt thuật tốn khơng q phức tạp, lại cho phép triển khai để giấu lượng thông tin lớn Hơn nữa, kết đánh giá chất lượng ảnh sau giấu tin cho thấy kỹ thuật có độ tin cậy cao 23 Đồ án mơn: XỬ LÝ ẢNH Ngành công nghệ thông tin TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vũ Thị Chung Thủy 2004 Luận văn thạc sĩ “ Giấu thông tin ảnh” [2] Đinh Ngọc Triều 2004 Luận văn thạc sĩ “ Bảo mật kỹ thuật mã hóa giấu tin” [3] Trịnh Nhật Tiến Giáo trình “ An tồn liệu” [4] Hướng dẫn học lập trình với C# Tập 1,2,3: Nhà Xuất Bản Thống Kê [5] Lương Mạnh Bá, Nguyễn Thanh Thủy Giáo trình “Nhập mơn xử lý ảnh số” NXB Khoa học kỹ thuật 24 ... b(x,y) - Ảnh môi trường vật lý: Một ảnh f(x,y) mơi trường vật lý nên dùng áp dụng phép biến đổi vật lý ảnh Ví dụ mức lượng điểm ảnh, dải tần số nhiễu ảnh, dải phổ, Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH Ngành... phép xử lý khác mơ hình - Ảnh đồ bít: quan điểm ảnh mành đồ bít tạo tảng để áp dụng phép toán bit - Ảnh hàm tốn học: để xử lý ảnh máy tính dùng cơng cụ tốn học, người ta tìm cách biểu diễn ảnh. .. điểm ảnh Mỗi dword mảng bitmap đại diện cho điểm ảnh 12 Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH Ngành công nghệ thông tin CHƯƠNG KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH 1.Các kĩ thuật giấu tin ảnh BITMAP Việc giấu tin ảnh màu