1.2.1.1 Phương phỏp miền khụng gian
Kỹ thuật chõn phƣơng nhất là nhỳng thủy võn vào cỏc bớt cú trọng số thấp nhất (LSB) [34]. Đõy là phƣơng phỏp dễ thực hiện nhƣng cũng rất dễ bị nhận biết và tấn cụng vỡ đơn giản, chỉ cần đặt tất cả cỏc bit LSB này về khụng (0) hoặc một (1) là cú thể phỏ hủy hoàn toàn thủy võn. Bờn cạnh đú, một khi đó bị nhận biết thủy võn theo phƣơng phỏp này cũng dễ bị thay đổi bởi ngƣời tấn cụng. Một cải tiến của phƣơng phỏp này là sử dụng một bộ tạo chuỗi giả ngẫu nhiờn để xỏc định những điểm ảnh đƣợc dựng để nhỳng thủy võn sao cho khụng thể dễ dàng phỏt hiện ra thủy võn nữa. Dự vậy thỡ tớnh bền vững của thủy võn theo kỹ thuật này vẫn là vấn đề lớn nhất khi ngƣời ta vẫn cú thể loại bỏ thủy võn theo cỏch trờn mà khụng làm ảnh hƣởng nhiều đến chất lƣợng ảnh.
Rất nhiều nỗ lực để cải thiện tớnh bền vững của phƣơng phỏp thủy võn trong miền khụng gian đó đƣợc tiến hành. Một số sử dụng cỏc loại mó húa chống lỗi, sửa sai để đối phú với tấn cụng. Mahfuzur Rahman và Koichi Harada đó đề xuất một phƣơng phỏp nhỳng thủy võn theo vị trớ [37] trong đú độ bền vững đối với sự thay đổi trỏi phộp của một bit trong chuỗi 8 bit đƣợc tăng cƣờng bằng việc kết hợp kiểm tra chẵn lẻ. Thủy võn đƣợc chia thành nhiều phần, mỗi phần đƣợc nhỳng vào cỏc vị trớ khỏc nhau của vật phủ, do đú, nếu một phần nào đú của thủy võn tại một vị trớ bị mất thỡ bộ giải mó sửa lỗi cú thể đƣợc dựng để lấy lại thụng tin từ những vị trớ khỏc. Phƣơng phỏp này cú đặc điểm đơn giản, hiệu quả, tớnh toỏn nhanh và khụng tốn kộm. Phƣơng phỏp thủy võn này chống lại đƣợc cỏc tấn cụng khụng chủ ý nhƣ việc hoỏn đổi, xoay, phúng to/thu nhỏ…và loại bỏ nhiễu sau cỏc tấn cụng chủ định.
Cỏc đặc điểm của hệ thống thị giỏc của mắt ngƣời (HVS) đƣợc nghiờn cứu và lợi dụng rộng rói để đảm bảo chất lƣợng ảnh chứa thủy võn. Lu và cỏc đồng sự đó trỡnh bày một lƣợc đồ thủy võn mự và bền vững với mục đớch xỏc thực và bảo vệ dữ liệu đa phƣơng tiện [48]. Trong đú, cỏc thụng tin xấp xỉ của ảnh gốc đƣợc giữ trong quỏ trỡnh giấu bằng cỏch sử dụng cỏc ngƣỡng mặt nạ đƣợc định nghĩa dựa trờn hệ thống thị giỏc ngƣời. Quỏ trỡnh nhỳng ẩn thủy võn đƣợc thực hiện một lần và thủy võn cú thể đƣợc trớch rỳt cho cỏc ứng dụng khỏc nhau trong quỏ trỡnh tỏch. Một dải bền vững bất đối xứng ỏp dụng cho thủy võn dễ vỡ để phỏt hiện giả mạo cố ý và dung sai giả mạo khụng cố ý. Hiệu quả cao nhất mà lƣợc đồ thủy võn của họ cho xỏc thực nội dung và bảo vệ bản quyền đó đƣợc chứng minh bằng kết quả. Wenfei Zheng và Yanpeng Wu đề xuất một lƣợc đồ nhỳng thủy võn rừ thớch nghi trong miền khụng gian sử dụng cỏc đặc điểm của ảnh đối với hệ thống thị giỏc của
mắt ngƣời [64]. Đầu tiờn cỏc hệ số tỉ lệ và hệ số nhỳng của quỏ trỡnh nhỳng thủy võn trong miền khụng gian đƣợc tớnh toỏn bằng cỏch kết hợp cỏc đặc điểm của ảnh gốc và ảnh thủy võn nhƣ độ chúi và độ cảm nhận bề mặt. Sau đú thủy võn rừ đƣợc nhỳng vào ảnh gốc bằng cỏch điều chỉnh thớch nghi hệ số nhỳng và hệ số tỉ lệ. Cỏc kết quả thử nghiệm cho thấy thủy võn nhỳng trong ảnh cú độ tƣơng phản cao hơn, chất lƣợng ảnh chứa thủy võn tốt hơn và khả năng chống lại cỏc tấn cụng nhằm loại bỏ thủy võn cũng đƣợc cải thiện.
1.2.1.2 Phương phỏp miền tần số
Ở đõy đề cập chủ yếu đến cỏc phƣơng phỏp thủy võn trong miền DCT và trong miền DWT và phƣơng phỏp sử dụng kết hợp cả hai biến đổi này.
Saraju P. Mohanty và cỏc cộng sự đó phỏt triển cỏc phƣơng phỏp thủy võn trờn miền DCT dựa trờn việc chia cỏc điểm ảnh của ảnh gốc và thủy võn gốc thành cỏc khối 8x8 sau đú thực hiện biến đổi DCT để thu đƣợc cỏc khối 8x8 cỏc hệ số DCT tƣơng ứng [41], [42]. Cỏc hệ số DCT của thủy võn sau đú đƣợc cộng vào cỏc hệ số DCT của ảnh gốc theo một tỉ lệ nhất định phụ thuộc vào hệ số nhỳng. Cỏc đặc tớnh của ảnh thể hiện trong miền DCT cho phộp việc lựa chọn hệ số nhỳng thớch hợp cho phộp thu đƣợc thủy võn ẩn hay thủy võn hiện cũng nhƣ đỏp ứng cỏc yờu cầu khỏc về tớnh chất và ứng dụng của thủy võn.
í tƣởng sử dụng trải phổ để nhỳng thủy võn trong miền DCT đƣợc đề xuất bởi Cox và cỏc cộng sự [20]. Phƣơng phỏp này coi ảnh gốc và thủy võn là kờnh thụng tin và tớn hiệu đƣợc truyền qua, tƣơng ứng. Phần phổ tớn hiệu quan trọng đối với mắt ngƣời đƣợc trải ra bằng thụng điệp thủy võn. Nhiễu Gauss giống nhƣ cỏc thủy võn đƣợc sử dụng để hoàn thiện tớnh bảo mật.
Ảnh đó nhỳng thủy võn sẽ bị hƣ hại nếu cố gắng phỏ hủy thủy võn. Vỡ cần sử dụng ảnh gốc khi tỏch thủy võn nờn nú là lƣợc đồ thủy võn khụng mự. Núi chung, thủy võn cú thể đƣợc nhỳng trong cỏc hệ số súng con của ảnh cũng nhƣ video sử dụng phƣơng phỏp trải phổ [65].
Wu và Hsieh đó đề xuất một thuật toỏn thủy võn để nhỳng một tớn hiệu ẩn vào dữ liệu đa phƣơng tiện nhằm chứng thực việc xỏc định chủ sở hữu và ngăn chặn việc sao chộp trỏi phộp [59]. Họ đó đề xuất một kỹ thuật thủy võn hiệu quả dựa trờn biến đổi DCT. Phƣơng phỏp của họ là nhỳng thủy võn vào ảnh và trớch tỏch thủy võn từ ảnh đó nhỳng thủy võn cú hiệu suất cao hơn nhờ sử dụng cõy zero trong việc sắp xếp cỏc hệ số DCT. Phƣơng phỏp của họ rất phự hợp cho cỏc hệ thống thời gian thực vỡ nú cú thể trớch tỏch trực tiếp thủy võn đó nhỳng từ ảnh đó nhỳng thủy võn mà khụng cần ảnh gốc. Hơn nữa, họ đó cung cấp thủy võn số bền vững bằng việc sử dụng lƣợc đồ trải phổ thụng tin thủy võn. Đặc tớnh khú cảm nhận và tớnh bền vững của thủy võn đó đƣợc khẳng định bằng cỏc kết quả.
Chih-Yang Lin and Yu-Tai Lin giới thiệu kỹ thuật thủy võn sử dụng biến đổi DWT [16]. Kỹ thuật này giỳp phõn tỏch ảnh gốc thành bốn ảnh thành phần HH, LH, HL và LL tƣơng ứng với cỏc miền tần số khỏc nhau theo hai chiều khụng gian. Việc phõn tỏch cú thể đƣợc tiếp tục thực hiện đối với từng ảnh thành phần cho đến khi đạt đƣợc mong muốn tỡm kiếm ảnh thành phần thớch hợp và nhỳng thủy võn vào đú. Kỹ thuật thủy võn này cho phộp đảm bảo chất lƣợng ảnh gốc, dung lƣợng thủy võn, tớnh bền vững của thủy võn và cho phộp tỏch mự thủy võn. Maha Sharkas và cộng sự đề xuất thuật toỏn thủy võn kộp trờn miền DWT, trong đú một thủy võn phụ dƣới dạng một chuỗi giả ngẫu nhiờn đƣợc nhỳng vào thủy võn chớnh trong miền DWT trƣớc khi nú đƣợc nhỳng vào ảnh gốc trờn miền này [36]. Kỹ thuật này
đó chứng tỏ sự bền vững qua cỏc thử nghiệm với nhiều loại tấn cụng khỏc nhau.
Việc kết hợp biến đổi DWT và DCT đó đƣợc thực hiện hiệu quả trong nhiều kỹ thuật thủy võn ảnh số [13], [44], [28], [52]. Trong phƣơng phỏp kết hợp của Saeed K. Amirgholipour và Ahmad R. Naghsh-Nilchi [54], thủy võn dƣới dạng một ảnh logo đƣợc xỏo trộn trƣớc khi đƣợc nhỳng vào cỏc hệ số DWT mức 3 của ảnh gốc, sau đú cỏc băng con DWT đƣợc biến đổi DCT và chuỗi giả ngẫu nhiờn của thủy võn đƣợc nhỳng vào cỏc hệ số DCT trung bỡnh. Thử nghiệm đó cho thấy sự cải thiện trong tớnh bền vững và chất lƣợng ảnh chứa thủy võn của phƣơng phỏp này. Tƣơng tự, Ali Al Haj [12][12] đó đƣa ra một thuật toỏn thủy võn ảnh số sử dụng kết hợp DWT-DCT. Kỹ thuật thủy võn đƣợc thực hiện thụng qua việc nhỳng thủy võn vào cỏc băng con DWT mức một và hai của ảnh chủ sau đú ỏp dụng biến đổi DCT trờn cỏc khối băng con DWT đó chọn. Sự kết hợp hai biến đổi đó nõng cao hiệu suất thủy võn rất nhiều so với phƣơng phỏp chỉ dựng DWT. Wolfgang và cỏc cộng sự [59] đó nghiờn cứu tỉ mỉ hiệu suất của biến đổi cosine rời rạc (DCT) và biến đổi wavelet rời rạc (DWT) dựa trờn cỏc kỹ thuật thuỷ võn trải phổ cho cỏc thuật toỏn nộn ảnh màu sử dụng DCT và DWT. Họ khẳng định rằng việc kết hợp thuỷ võn và cỏc biến đổi mó hoỏ làm nõng cao hiệu quả. Tuy nhiờn, cỏc kết quả mụ phỏng của họ phần nào đú khụng thuyết phục và khụng cú cải tiến lý thuyết nào cho giả thuyết của họ. Kundur và Hatzinakos [32] nhất trớ dựa trờn cả phõn tớch và thụng qua kết quả mụ phỏng rằng việc sử dụng cựng một biến đổi cho cả thuỷ võn và nộn dẫn đến hiệu suất cận tối ƣu cho kỹ thuật thuỷ võn lƣợng tử dựa trờn mó hoỏ lặp (repetition-code- based).
Trong [24], [25] Eggers và Girod đƣa ra phõn tớch chi tiết cỏc ảnh hƣởng lƣợng tử đến cỏc lƣợc đồ thuỷ võn trải phổ trong miền DCT. Chu Hong Fei và cỏc cộng sự đƣa ra một phƣơng phỏp phõn tớch mối quan hệ giữa miền nhỳng thuỷ võn ẩn với hiệu suất phộp nộn thụng tin dựa trờn khối [18]. Bằng cỏch tớnh độ phức tạp của cỏc phƣơng phỏp nhỳng dựa trờn kỹ thuật trải phổ và kỹ thuật lƣợng tử húa, họ thiết kế một thuật toỏn thuỷ võn lai mới khai thỏc tốt nhất những ƣu điểm của cả hai kỹ thuật thuỷ võn này. Họ cũng kiểm chứng cỏc nhận xột lý thuyết thụng qua việc thực hiện phần mềm, kiểm tra và so sỏnh cỏc lƣợc đồ thuỷ võn trải phổ, dựa trờn lƣợng tử hoỏ và thuỷ võn lai. Tuy nhiờn cỏc phƣơng phỏp trờn đều gặp phải một hoặc một vài nhƣợc điểm sau: ảnh hƣởng nhiều tới chất lƣợng ảnh gốc, thiếu bền vững khi bị tấn cụng nộn với cỏc tỉ số nộn khỏc nhau, dung lƣợng thủy võn thấp, khú kiểm soỏt đƣợc chất lƣợng ảnh chứa thủy võn, chất lƣợng thủy võn khụi phục đƣợc sau tấn cụng…
1.2.1.3. Một số nghiờn cứu khỏc
Một số hƣớng nghiờn cứu khỏc về thủy võn số tập trung vào việc cứng húa cỏc thuật toỏn thủy võn, xõy dựng hệ thống ứng dụng thủy võn…
Yu-Cheng Fan và cỏc cộng sự đó phỏt triển một kiến trỳc phần cứng để thực hiện một cỏch cú hiệu quả thuật toỏn thủy võn rừ dựa trờn biến đổi DWT sử dụng kỹ thuật xấp xỉ, giản lƣợc số và chia sẻ tài nguyờn để giảm độ phức tạp của phần cứng [62]. Pankaj U.Lande và cỏc cộng sự đề xuất một mẫu thiết kế bộ mó húa JP2000 cú chứa thủy võn số trờn FPGA [50]. Thiết kế này cho phộp giảm cụng suất nguồn tiờu thụ, thực hiện trong thời gian thực, tin cậy và dễ tớch hợp vào cỏc thiết bị điện tử dõn dụng. Saraju P.Mohanty và cỏc cộng sự cũng thực hiện hệ thống thủy võn ẩn bền vững thời gain thực trờn FPGA của Xilinx [44].
Thiết kế hệ thống trung tõm tỏi sử dụng đƣợc, thủy võn cấu phần ( thành phần trong hệ thống phần mềm) và mật mó là những kỹ thuật hiện cú để thỳc đẩy việc bảo vệ sở hữu trớ tuệ phần mềm và phần cứng. Andrew B. Kahng và cỏc cộng sự đó mụ tả cỏc quy tắc cơ bản, cỏc kỹ thuật cơ bản và vớ dụ ứng dụng cho kỹ thuật thủy võn dựa trờn IPP [10]. Họ sử dụng cỏc cụng cụ cụng nghiệp hàng đầu để thực hiện cỏc giao thức này. Tớnh ƣu việt trong phƣơng phỏp của họ cựng với giỏ thành chấp nhận đƣợc đó đƣợc chứng minh trong cỏc trƣờng hợp thiết kế thực tế. Thờm vào đú, tớnh bền vững của lƣợc đồ thủy võn chống lại cỏc cuộc tấn cụng ngẫu nhiờn cũng đó đƣợc minh chứng.