Để đạt được hiệu quả mó húa cao hơn trong miền mó sau mó húa bước chạy, mó húa entropy như mó húa Huffman là sự lựa chọn cần thiết.
Theo lý thuyết Shannon thỡ độ dài từ mó nhỏ nhất của một symbol là:
⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = s s P L log2 1 (3.18)
Trong đú Ls là độ dài tối ưu của một symbol, Ps là xỏc suất xuất hiện của symbol trong một luồng bản tin, và entropy là số lượng bit trung bỡnh cho một symbol tổng thểđược tớnh theo biểu thức:
∑ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = s s s P P Entropy log2 1 (3.19)
Từ cỏc phương trỡnh trờn, cỏc độ dài từ mó nhị phõn tối ưu cho xỏc suất symbol của mũ 2 là dễ dàng đạt được. Nhưng trong nhiều trường hợp, xỏc suất xuất hiện cú thể khụng luụn luụn là mũ của 2, vớ dụ là 1/23, khi đú độ dài từ mó
được tạo ra bởi việc chấp nhận xỏc suất gần đỳng sẽ khụng là tối ưu. í tưởng của Huffman là sử dụng một cõy Huffman để tỡm một tiền tố mó duy nhất. Vớ dụ:
Bảng 3.4: Vớ dụ mó Huffman Symbol Xỏc suất xuất hiện Mó Số bớt A 0,8 1 1 B 0,02 0000 4 C 0,03 0001 4 D 0,07 001 3 E 0,08 01 2
Và cõy Huffman để tỡm kiếm mó của cỏc symbol trong Bảng 3.4 là :
Hỡnh 3.8 : Cõy mó Huffman cho mó húa Huffman
Cỏc cành của cõy được xắp xếp bởi cỏc xỏc suất xuất hiện chỳng. Xỏc suất của nỳt là tổng của hai cành, và hai cành sẽ là mó ‘1’ hoặc mó ‘0’. Nếu một nhỏnh là lỏ thỡ nú được gỏn là ‘1’, ngược lại nú được gỏn là ‘0’. Nếu cả hai đều là lỏ thỡ cỏi nào cú xỏc suất cao hơn sẽ được gỏn là ‘1’ và cỏi thấp hơn được gỏn là ‘0’. Bằng việc tỡm kiếm cõy từ gốc tới ngọn, mó húa Huffman cú thể đạt được. Tương tự với cựng cõy mó Huffman, cỏc mó Huffman được giải mó tới cỏc symbols tương ứng. Tuy nhiờn, vỡ mục đớch nộn, để truyền tất cả cỏc xỏc suất của cỏc symbol đi là khụng thực tế. Thực tế một bảng mó đó được tớnh toỏn từ
trước cho dữ liệu ảnh được ứng dụng cho cả bộ mó húa và bộ giải mó. Bờn cạnh việc khụng sử dụng cỏc bớt mở rộng cho bảng cỏc xỏc suất sẽ trỏnh được việc tỡm kiếm cõy mó Huffman, nờn cải thiện được tốc độ xử lý.
3.2. Watermarking
í tưởng chung của Watermarking là nhỳng một vài dữ liệu mở rộng vào trong một bản tin chủ. Thụng tin nhỳng gọi là watermark và dữ liệu chủ gọi là vật mang (carrier). Cỏc ứng dụng của Watermarking cú thể là bảo vệ bản quyền, nhận thực, ẩn dữ liệu, cỏc thụng tin mật…
3.2.1. Watermarking tại miền khụng gian
Cỏc thuật toỏn watermarking thế hệ đầu tiờn làm việc trong miền khụng gian bởi vỡ nú ớt yờu cầu phức tạp và chi phớ thấp trong xử lý mỏy tớnh. Một phương phỏp trong đú là mó húa LSB: bit LSB của byte dữ liệu sẽđược sửa đổi để nhỳng cỏc watermark. Mó húa LSB rất dễ bị bẻ vỡ vỡ nú chỉ thực hiện che phần LSB của cỏc byte dữ liệu, vỡ vậy nú nhanh chúng được thay thế bằng cỏc kỹ thuật khỏc. Cỏc kỹ thuật trải phổ cú thể trải watermark trong một phổ rộng hơn để
chống lại tấn cụng mà nú làm việc trong một độ rộng băng tần nhất định. Việc thực hiện thuật toỏn watermarking miền khụng gian cho giỏ thành phần cứng rẻ
hơn. Tuy nhiờn, cỏc kỹ thuật miền khụng gian khụng thể đạt được cỏc yờu cầu về độ mạnh của watermarking.
3.2.2. Watermarking tại miền DCT
Chỳng ta thấy rằng sau khi chuyển đổi miền làm việc từ miền khụng gian sang miền DCT, sự tương quan của cỏc pixel khụng gian sẽ được giải tương quan thành cỏc phần tần số rời rạc. Hệ số DC và tần số thấp của ma trận DCT sẽ quyết
định cỏc đặc tớnh tự nhiờn nhất của một ảnh. Sau khi cắt xộn cỏc hệ số tần số cao, tớnh trung thực của ảnh vẫn cũn đủ tốt cho sự cảm cảm thị giỏc con người thụng qua biến đổi ngược IDCT. Vỡ vậy một phương phỏp tự nhiờn là nhỳng một ma trận cỏc hệ số DCT watermark vào một ma trận cỏc hệ số DCT ảnh trong vựng
tần số trung bỡnh hay thấp hơn để đạt được watermark mạnh. Hỡnh 3.9 thể hiện cỏc vị trớ cú thể nhỳng watermark.
Tớnh chất mạnh của watermarking DCT là nếu một kẻ tấn cụng cố gắng loại bỏ watermarking tại cỏc tần số trung bỡnh thỡ sẽ phỏ mất đi tớnh trung thực của
ảnh, vỡ một vài chi tiết thu nhận là tại cỏc tần số trung bỡnh[1][5][6][17]. Phương trỡnh nhỳng Watermark[1][4][5][6][7]:
(3.20)
Trong đú, Cw(i,j) là hệ số DCT (i,j) sau khi nhỳng watermarking; αvà β là cỏc chỉ số độ mạnh watermark, cỏc chỉ số này cú thể xỏc định liệu watermark là hữu hỡnh hay vụ hỡnh[1][4][5][6][7]; C(i,j) là hệ số DCT ban đầu trước khi watermarking; W(i,j) là hệ số DCT watermark.
Mặc dự cỏc thuật toỏn trờn thường được ứng dụng cho cỏc ảnh tĩnh, chỳng ta cú thể xem xột một chuỗi khung video như một chuỗi cỏc ảnh tĩnh. Một phương
Cỏc tần số thấp Cỏc tần số trung bỡnh cho watermarking Cỏc tần số cao Hỡnh 3.9: Nhỳng một watermark ở tần số giữa ) , ( ) , (i j W i j C Cw =α + β
phỏp hợp lý là xử lý mỗi khung của video như một ảnh tĩnh với cỏc phương phỏp trờn trong miền khụng gian và miền tần số để nhỳng watermark.
3.2.3. Watermarking hiện và watermarking ẩn
Watermarking ẩn tại miền DCT cũng cú thể thực hiện bằng phương trỡnh watermarking (3.20). Chỉ bằng điều chỉnh cỏc hệ số watermarking α và β , watermark cú thể trở lờn ẩn hay hiện.
Watermarking hữu hỡnh trong video được ứng dụng rất phổ biến trong video quảng bỏ. Để thực hiện kỹ thuật này, một ma trận cỏc hệ số 16x16 DCT sẽ được cộng trực tiếp với ma trận cỏc hệ số 16x16 DCT ảnh[1][4][5][6][7] như phương trỡnh (3.20), và được thể hiện ở Hỡnh 3.10.
Lý do để lựa chọn khối 16x16 thay vỡ khối 8x8 là do thực hiện nhỳng watermarking tại cỏc khung Y, mà đơn vị cơ bản của khung Y là pel và 1 pel cú kớch thước 16x16. Khụng giống như nhỳng watermark ở tần số trung bỡnh, trong kỹ thuật watermarking này thỡ hệ số DC và tất cả hệ số AC của ma trận cỏc hệ số
DCT ảnh sẽ bị sửa đổi bởi việc nhỳng watermark, vỡ kỹ thuật watermarking này cho kết quả là cảm nhận hữu hỡnh cỏc watermark đối với hệ thống thị giỏc con người. Cú hai lựa chọn để nhỳng watermark vào cỏc khung của một đoạn video là thực hiện watermarking trước hay sau khi nộn (Hỡnh 3.11).
3.2.4. Một số ứng dụng của watermarking ảnh số
Trong phần này luận văn giới thiệu một số cỏc mụ tả cú thể của cỏc ứng dụng cú thể của watermarking ảnh số. Cỏc mụ tả này được luận văn nghiờn cứu trờn cơ sở cỏc lo lắng và gúp ý của người sở hữu nội dung và những người cú liờn quan đến cỏc lĩnh vực cung cấp nội dung số.
(1)Watermarking cho ứng dụng nhận thực và bảo mật cho cỏc hệ thống camera an ninh giỏm sỏt.
Watermarking cú thể cung cấp sự nhận thực và phỏt hiện phỏ rối cho cỏc hệ
thống giỏm sỏt số. Một vài hệ thống hiện tại cung cấp cỏc lựa chọn watermarking cho cỏc hỡnh ảnh lưu trữ. Cỏc hệ thống này cho rằng đường truyền dẫn từ video camera tới trung tõm lưu trữ là an toàn và chỳng chỉ thực hiện tập trung bảo mật
watermarking Nộn ảnh (JPEG)
Dũng bit JPEG
a. Watermarking trong miền chưa nộn (trước khi nộn) Ảnh đầu vào Nộn ảnh (JPEG) Watermarking Luồng bit JPEG
b. watermarking trong miền nộn (trong khi nộn)
Hỡnh 3.11: Watermarking trong miền chưa nộn và miền nộn
Ảnh đầu vào
cho video khi đó ở trung tõm lưu trữ. Sự thừa nhận này là khụng đỳng nều hệ
thống bị tấn cụng ở tầng truyền dẫn. Trong trường hợp này, nhận thực phải được thực hiện ngay tại video camera để cung cấp một hệ thống bảo mật an toàn hơn.
Điều này cú thể đạt được bằng việc sử dụng một thiết bị trờn cơ sở phần cứng hay mềm để nhỳng một watermark vào tớn hiệu video tại ngay video camera.
(2)Watermarking hiện cho ứng dụng bảo vệ bản quyền tỏc giả:
Trong trường hợp ứng dụng này, cỏc ảnh được hiện hữu thụng qua Internet, và người sở hữu nội dung lo lắng rằng cỏc ảnh sẽ được sử dụng vào mục đớch thương mại (vớ dụ như in ấn thương mại, sử dụng làm quảng cỏo riờng…) mà khụng trả tiền bản quyền tỏc giả. Ở đõy, người sở hữu nội dung mong muốn một dấu quyền sở hữu hiện rừ với ảnh, nhưng khụng ngăn cấm ảnh được sử dụng cho cỏc mục đớch khỏc (vớ dụ: nghiờn cứu khoa học,…). Sự hiện của dấu sẽ làm rừ ràng bất kỳ sự sử dụng cỏc ảnh với mục đớch thương mại nào, và do vậy sẽ dễ
dàng đũi quyền tỏc giả (thu nhập từ quyền sở hữu).
(3)Watermarking hiện được sử dụng để chỉ cho biết quyền sở hữu cỏc nguyờn bản gốc:
Trong trường hợp này, cỏc ảnh được hiện hữu thụng qua Internet, và người sở
hữu nội dung mong muốn chỉ ra quyền sở hữu của cỏc tài liệu cơ bản (vớ dụ: thư
viện sở hữu cỏc tỏc phẩm bản thảo,…), vỡ vậy một người quan sỏt cú lẽ được khuyến khớch để giỳp đỡ cỏ nhõn, tổ chức nổi danh mà sở hữu cỏc tài liệu này. Ở đõy người sở hữu nội dung mong muốn một dấu nhón hiện để làm rừ nguồn gốc của cỏc tài liệu. Tổn thất thu nhập là vấn đề được quan tõm ớt hơn so với trường hợp ứng dụng (2).
Trong ứng dụng này, cỏc ảnh được thu nhận với một camera số cho cỏc ứng dụng sau trong cỏc tiờu đề tin tức. Ở đõy, nú là sự mong muốn của một hóng tin tức để chứng minh rằng một ảnh là đỳng với sự thu nhận ban đầu, và khụng bị
chỉnh sửa để làm giả cảnh tượng trong ảnh. Trong trường hợp này, một watermark ẩn được nhỳng tại thời điểm thu nhận. Sự hiện diện của nú tại thời
điểm xuất bản cú mong muốn để chỉ ra rằng ảnh đó khụng bị sửa từ khi nú đó
được thu nhận.
(5)Watermarking ẩn để kiểm tra sự chỉnh sửa của cỏc ảnh được lưu trữ trong một thư viện số:
Trong trường hợp này, cỏc ảnh (vớ dụ: võn tay của con người) được quột và
được lưu trữ vào một thư viện số, người sở hữu nội dung mong muốn khả năng phỏt hiện bất kỳ một sự chỉnh sửa nào của cỏc ảnh mà khụng cần so sỏnh cỏc ảnh này với cỏc tài liệu đó được quột. Ở đõy, cơ sở hợp lý cơ bản là người sở hữu nội dung sẽ trớch ra một watermark ẩn từ ảnh mà nú sẽ cho biết rằng liệu ảnh liệu
ảnh đó bị sửa hay bị thay thế kể từ khi nú được đưa vào thư viện số. Đõy là một mong muốn thiết tha và đặc biệt quan trọng khi mà thư viện số được kết nối mở
rộng tới một mạng ngoài, như là Internet.
(6)Watermarking ẩn để phỏt hiện cỏc ảnh khụng thớch hợp:
Trong trường hợp ứng dụng này, người bỏn cỏc ảnh số (vớ dụ cỏc ảnh nghệ
thuật, …) lo ngại rằng cỏc ảnh tạo ra thu nhập cho anh ta cú lẽ đang được mua bỏn trao đổi bởi một cỏ nhõn mà sẽ làm chỳng miễn phớ cho người khỏc, điều này cú thể làm mất đi thu nhập đó được đăng ký của người sở hữu. Trong trường hợp này mong muốn rằng cú thể tỡm kiếm cỏc ảnh trờn cỏc website để tỡm watermark của người bỏn và xỏc định cỏc ảnh của người bỏn cú đang được hiện hữu ở đú khụng.
(7)Watermarking ẩn như bằng chứng xỏc thực cho quyền sở hữu:
Trong trường hợp ứng dụng này, người bỏn cỏc ảnh số nghi ngờ rằng một trong số cỏc ảnh của anh ta đó bị chỉnh sửa và xuất bản mà khụng trả tiền cho quyền sở hữu. Ở đõy, sự phỏt hiện watermark của người bỏn trong ảnh được mong muốn phục vụ như bằng chứng rằng ảnh xuất bản là sở hữu của người bỏn.
(8)Watermarking ẩn để xỏc định một đối tượng khụng hợp lý.
Trong trường hợp ứng dụng này, người bỏn cỏc ảnh số nghi ngờ rằng một trong số cỏc ảnh của anh ta đó bị chỉnh sửa và xuất bản mà khụng trả bất kỳ một khoản nào cho sở hữu trớ tuệ. Ở đõy, người bỏn thờm vào một watermark ẩn vào cỏc ảnh của anh ta, tại thời điểm phõn phối, để chỉ ra rằng ai là người mà chỳng
được bỏn tới. Watermark đó được trớch ra được mong muốn cho biết nhận dạng của người mua cỏc ảnh mà đó được cụng bố. Điều này cho phộp người bỏn đỡnh chỉ hoạt động mua bỏn với người mua nếu phỏt hiện rủi ro nguy hiểm (mất cỏc tài sản).
(9)Watermarking ẩn cho một VCR số:
Trong trường hợp ứng dụng này, một watermark ẩn được nhỳng vào trong video nộn MPEG. VCR số tỡm kiếm một watermark đặc biệt để xỏc định xem liệu video này cú thể được copy khụng hay chỉ cú thể được chơi thụi.