a) Tổng quan chung
Phương pháp giấu tin trong video trên cơ sở phương pháp phát hiện chuyển cảnh là phương pháp giấu tin vào các khung hình của video. Phương pháp này dựa vào sự thay đổi các khung cảnh trong video để giấu thông tin. Cảnh được định nghĩa là những bức hình liên tục chứa các đối tượng (vật thể trên cảnh đó), với mỗi khung hình liên tục thì một cảnh sẽ bao gồm những đối tượng đó. Bình thường video sẽ phân thành các shots. Mỗi shots sẽ thể hiện một sự kiện hay hành động. Trình tự của các khung hình sẽ sắp xếp theo việc ghi hình và chỉnh sửa. Sự khác biệt giữa các khung sẽ đều chỉ ra các điểm chuyển cảnh. Trong chuyển cảnh sẽ bao gồm 2 loại [24]:
- Chuyển cảnh đột ngột (nhanh): Đây là những chuyển cảnh gây ra bởi việc chỉnh sửa của người làm video.
- Chuyển cảnh từ từ (chậm): Đây là những chuyển cảnh do việc quay của người làm video.
b) Quy trình giấu tin
Các kỹ thuật chuyển cảnh trên rất khó có thể phát hiện bằng mắt thường. Có nhiều phương thức có thể phát hiện được sự chuyển cảnh ví dụ như: dựa vào biểu đồ màu sắc, hệ số DCT,… Sau đây bài giảng sẽ trình bày về thuật toán phát hiện chuyển cảnh dựa vào hệ số DCT. Hình 4.1 trình bày tổng quan về quy trình giấu tin dựa trên sự thay đổi khung cảnh.
Hình 4.1. Quy trình giấu tin trong video dựa trên kỹ thuật phát hiện chuyển cảnh
Việc giấu tin dựa trên phát hiện chuyển cảnh trải qua 3 giai đoạn chính [24, 25]: - Video series parsing (Phân tích chuỗi video): Ở giai đoạn này video đầu vào là vật chứa sẽ được phân tích thành các frames (khung) riêng biệt. Sau đó từ các frames sẽ thực hiện biến đổi DCT để thu được các hệ số cosin rời rạc. Sau đó từ những hệ số đã biết của các khối trên những khung hình, sẽ tiến hành phát hiện chuyển cảnh (detect scene change).
- Giấu tin: Sau khi đã phát hiện ra các khung cảnh thay đổi, có thể thỏa thuận với đối tượng cần trao đổi như: sẽ giấu vào frames chuyển cảnh nào, từ những frames đó sẽ xét xem thứ tự để giấu tin như thế nào, ở đây có thể dùng LSB hoặc một số kỹ thuật khác để giấu.
- Chuẩn hóa: Bước chuẩn hóa này nhằm mục đích hạn chế dư thừa dữ liệu, loại bỏ những phần tử cấu trúc phức tạp, nhưng vẫn đảm bảo không làm mất dữ liệu, tiết kiệm không gian lưu trữ.
Cụ thể chi tiết các bước tiến hành trong 3 giai đoạn trên được thực hiện như sau: Phân tích chuỗi video: ở bước phân tích chuỗi video sẽ tiến hành 3 nhiệm vụ là tách khung hình và biến đổi DCT và phát hiện chuyển cảnh. Đối với bước tách khung hình thì video ban đầu sẽ được tách ra thành các khung hình và từ những khung hình đã tách ra đó sẽ được biến đổi sang các hệ số cosin rời rạc DCT. Đối với bước biến đổi DCT thì từ những khung hình đã được tách hệ thống sẽ tiến hành xử lý trên từng khung hình nhằm biến đổi các hệ số từ miền không gian sang miền tần số. Trong chương 2 của bài giảng đã trình bày chi tiết về quy trình biến đổi DCT. Đối với quá trình phát hiện chuyển cảnh thì sau khi đã có hệ số DCT cho mỗi khung hình hệ thống sẽ tiến hành tính toán sự khác biệt giữa các cặp khung hình để phát hiện ra sự thay đổi chuyển cảnh giữa các cặp khung hình. Việc tính toán sự khác biệt giữa các cặp khung hình dựa trên công thức:
𝐷(𝑓𝑘, 𝑓𝑘+1) = ∑ 𝑢 ∑ 𝑣 [𝐶𝑘(𝑢, 𝑣) − 𝐶𝑘+1(𝑢, 𝑣)](∗)
Video Input
Video series parsing Tách khung Biến đổi hệ số DCT Phát hiện chuyển cảnh Nhúng tin cần giấu Chuẩn hóa Trích xuất Video Output Thông tin cần giấu
Trong đó:
𝐷(𝑓𝑘, 𝑓𝑘+1) là giá trị điểm chuyển cảnh hay còn gọi giá trị chênh lệch khung của 𝑓𝑘
và 𝑓𝑘+1
𝑓𝑘 và 𝑓𝑘+1 đại diện cho 2 khung hình liên tục 𝑓𝑘 (u, v) là giá trị pixel tại vị trí (u, v).
Các DC của các khung liên tiếp được biểu diễn bởi 𝐶𝑘(𝑢, 𝑣) và 𝐶𝑘+1(𝑢, 𝑣).
Dựa trên công thức trên. Giả sử 1 video có 100 khung hình, để phát hiện chuyển cảnh, sẽ lấy hiệu hệ số DCT của từng cặp giá trị pixel tương ứng mỗi khung hình 𝑓𝑘, 𝑓𝑘+1 sau khi tính hiệu sẽ lấy tổng của chúng để tìm ra hệ số giá trị chênh lệch khung. Nếu video có 100 khung hình tức sẽ phải tính hiệu của 99 cặp khung hình để tìm ra được sự khác biệt giữa chúng. Thuật toán phát hiện chuyển cảnh có khả năng phát hiện ngay cả những thay đổi nhỏ nhất trong một cảnh. Khi đó, giá trị điểm chuyển cảnh sẽ đặt làm 1. Còn nếu không có sự thay đổi nào được phát hiện thì điểm chuyển cảnh sẽ đặt về 0. Và nếu điểm chuyển cảnh lớn hơn 0 thì thủy vân sẽ nhúng vào đấy.
Giấu tin:
Khi tìm được 𝐷(𝑓𝑘, 𝑓𝑘+1) > 0 hoặc là 1 ngưỡng mà người nhúng và người kiểm, người giấu tin lấy ảnh fk+1 để bắt đầu việc giấu tin. Trong quá trình giấu, các bit tin giấu sẽ nhúng vào trong hệ số DCT của khối 8x8. Quá trình nhúng có thể được thực hiện bằng việc thay thế LSB hoặc phương pháp nào đó trên các hệ số DCT với các bit tin giấu. Hệ số DCT của video được sử dụng để tăng tính bảo mật của thông tin được nhúng. Quy trình giấu tin bằng kỹ thuật LSB đã được trình bày trong chương 2 của bài giảng.
Chuẩn hóa
Quá trình chuẩn hóa bao gồm việc kết hợp kết quả của việc phân tích sóng ngắn của phiên bản chuẩn hóa video gốc và dữ liệu đã được giấu vào một thể duy nhất. Video gốc và tin giấu được chuẩn hóa trong khu vực DWT để cho các giá trị pixel của video (trong dạng số nguyên), từ 0-255, chỉ còn nằm trong khoảng 0 đến 1 của giá trị pixel chuẩn hóa. Mục đích của việc này là đảm bảo các giá trị pixel không vượt quá giá trị lớn nhất của các hệ số tương ứng trong quá trình kết hợp. Hơn nữa, sự thay đổi diễn ra trong video khi một thông tin được giấu sẽ được giảm bớt khiến cho chất lượng video được tăng lên. Sau khi chuẩn hóa cả khung hình ảnh video gốc khung hình chứa tin mật, 2 hệ số DWT của chúng sẽ được kết hợp lại và tạo ra khung ảnh có giấu tin theo công thức
S(p,q) = αC(p,q) + βR(p,q)