CHƢƠNG 2 : GIẤU TIN TRONG BẢN ĐỒ VÉC TƠ
2.3. Đặc điểm riêng của thủy vân bản đồ Véctơ
2.3.3. Các khả năng giấu tin
Một sự giấu tin thành cơng có nghĩa là thủy vân có thể được gỡ bỏ trong khi tính hợp pháp của dữ liệu bao phủ vẫn được bảo vệ. Không gian dữ liệu của bản đồ vecto gần như là dữ liệu điểm trơi với sự chính xác chắc chắn. Do đó, những cách thức và đặc trưng của các khả năng giấu tin bản đồ vecto thủy vân là khác nhau cho mỗi loại thủy vân đa phương tiện.
2.3.3.1. Giấu tin hình học
Một vài phép biến đổi như phép dịch, phép quay … là những khn dạng chính của giấu tin hình học. Đối với những ảnh thủy vân số giấu tin hình học rất khó có thể bảo vệ, bởi những phép biến đổi này ln có sự thêm vào các giá trị cho điểm ảnh mà không thể xử lý ngược lại được và luôn là nguyên nhân làm mất mát thông tin. Tuy nhiên đối với bản đồ vecto, vần đề giấu tin đưa ra ở trên gần như là phép biến đổi tọa độ, nơi mà hầu như thơng tin khơng thể bị mất. Vì vậy giấu tin hình học có liên quan đến vấn đề bảo vệ trong việc phối hợp đánh dấu thủy vân cho bản đồ véc tơ.
2.3.3.2. Giấu tin vào đỉnh
Giấu tin đỉnh là giấu tin vào các lớp đỉnh như là thêm các đỉnh vào bản đồ hay gỡ bỏ bớt các đỉnh. Khi giấu tin, đặc biệt là đối với bản đồ đơn giản hoặc sự cắt xén rất nguy hiểm đối với thủy vân bản đồ véc tơ. Mặt khác, các bản đồ đơn giản cũng có cách hoạt động chung bên trong những ứng dụng nhằm tăng tốc độ xử lý dữ liệu bản đồ. Tóm lại khả năng bao quát bản đồ đơn giản là rất quan trọng đối với việc sắp xếp thủy vân thô.
2.3.3.3. Sắp xếp đối tƣợng
Đây là cách giấu tin vào lớp đối tượng, không gian dữ liệu của bản đồ véc tơ được tạo lập từ rất nhiều tọa độ của các đỉnh thứ tự mô tả các đối tượng bản đồ. Tất cả các đối tượng được lưu trữ trong tệp bản đồ theo một trình tự nhất định. Sự sắp xếp lại các đối tượng trong bản đồ hoặc sự sắp xếp lại các đỉnh bên trong một đối tượng có thể tạo nên một bản đồ mới mà khơng làm suy giảm độ chính xác của dữ liệu. Một vài sự sắp xếp thủy vân quyết định thứ tự của các đối tượng, hoạt động này sẽ là sự giấu tin nguy hiểm.
2.3.3.4. Giảm nhiễu
Có hai ngun nhân chính có thể gây nên hiện tượng nhiễu bên trong bản đồ véc tơ. Đầu tiên là một vài loại cơng việc hàng ngày. Ví dụ như có rất nhiều các định dạng file thơng dụng trong thế giới GIS. Những biến đổi nằm trong các khn dạng này có thể tạo ra dữ liệu bị nhiễu. Thứ hai là các hình thức giấu tin hiểm độc. Những người giấu tin cố gắng phá hủy dấu thủy vân bằng cách thêm nhiễu vào các tập hợp dữ liệu. Giảm nhiễu là sự giấu tin nghiêm túc nhưng lại không phải là sự lựa chọn tốt cho những người giấu tin.
2.4. Thuật toán thủy vân
2.4.1. Thuật tốn trong miền khơng gian
Để đánh dấu thủy vân cho một véc tơ trong miền không gian là đưa vào thủy vân một sự thay đổi chính xác cho giá trị tọa độ của các đỉnh. Một vài đặc trưng khơng gian của các đỉnh có thể được dùng để đưa dữ liệu vào. Ví dụ mối quan hệ của các đỉnh, những đặc trưng thống kê của các đỉnh.
Ông Sakamoto [4] đã đưa ra ý tưởng cơ sở thủy vân trong thay đổi mối quan hệ vị trí của các đỉnh. Trong ý tưởng này bản đồ bao phủ là sự phân chia đầu tiên bên trong các khối. Sau đó một mặt nạ với kích thước đặc trưng được định nghĩa cho từng khối riêng biệt. Để đưa vào một bit thủy vân, chỉ cần thay đổi các đỉnh bên trong một mặt nạ và tạo ra mối quan hệ vị trí của chúng theo một mơ hình cụ thể. Ý tưởng này khó có thể đưa vào thủy vân nhiều bit. Tuy nhiên, thuật tốn này là yếu để có thể giấu tin tạp nhiễu. Sau đó một thuật tốn cải thiện đã được đề xuất bởi Hwan Kang[9].
Đầu tiên một bản đồ gốc được phân vùng thành các khối. Trong mỗi khối, có một mặt nạ với kích thước xác định, khơng giống như ý tưởng trước, sự lựa chọn kích thước cho mặt nạ này là tùy ý. Bên trong các mặt nạ, tọa độ của các đỉnh Đông Nam được nhắc đến như là gốc và tọa độ của các đỉnh khác bên trong mặt nạ sau đó có thể được thay bằng một giá trị mới. Sau đó mặt nạ được phân chia bên trong thành các tam giác cao và tam giác thấp bởi các đường chéo nối các đỉnh Tây Bắc – Đông Nam. Để đưa vào một bit „1‟. Thay đổi tất cả các đỉnh trong tam giác thấp thành giá trị đối xứng của chúng trong tam giác cao qua các đường chéo, đó chỉ là sự đảo ngược khi đưa vào các bit „0‟. Một số điểm mấu chốt của thuật tốn này được trình bày như sau:
Hai nhân tố làm tăng mạnh độ nhiễu của thuật toán. Nhân tố đầu tiên là khơng hạn chế kích thước của mặt nạ. Nhân tố thứ hai là phương thức chung của thủy vân và tiêu chuẩn tương ứng sử dụng trong việc tìm các thủ tục. Bước đầu tiên để sinh ra thủy vân là để lặp lại các bit đã được giấu thông tin của những lần chắc chắn. Tương tự, phần lớn các tiêu chuẩn được sử dụng để tìm ra các thủ tục thủy vân. Chúng tạo ra các thuật toán giấu tin nhiễu.
Ý tưởng bảo mật được đảm bảo bởi hai dãy số ngẫu nhiên giả tạo bằng hai khóa. Khóa thứ nhất được sử dụng để mã hóa lại các bit thủy vân. Khóa thứ hai được sử dụng để hoán vị những khối đã được chia tách, mã hóa trật tự của dữ liệu được đưa vào.
Một „PSNR‟ được lấy từ giá trị chính xác của ảnh kỹ thuật số được sử dụng để tính tốn chất lượng của bản đồ sau khi giấu tin nhiễu.
Max(Vx, y) PSNR = 20Log10 RMSE (2.1) và RMSE = ∑ x, y d 2 x, y 2 x, y (2.2) Khi V x, y là tọa độ gốc và Vx, y
là tọa độ nhiễu. Định nghĩa này cung giống định nghĩa PSNR cho ảnh và nó là bản chất, ánh xạ độ mạnh của nhiễu. Khi chúng ta có một sự mơ tả trước, sự tính tốn này là khơng đủ cho các giá trị chính xác của bản đồ véc tơ bởi nó khơng thể cung cấp một số thơng tin quan trọng như các lỗi cực lớn và làm méo độ nét …
Là một ý tưởng thủy vân khơng tốt để có thể đưa vào nhiều bit thủy vân. Sự thuận lợi lớn của ý tưởng này là độ mạnh để có thể đưa vào các điểm nhiễu và đơn giản hóa bản đồ. Nhược điểm lớn nhất của nó là sự thay đổi các đỉnh là
(
V
− )
V
một thủ tục đảo ngược đối với cách tạo ra các lỗi của dữ liệu đưa vào cao hơn kích thước của bản đồ. Mặt khác, điều khiển các lỗi là rất khó.
Ohbuchi đã đưa ra rất nhiều thuật toán cho thủy vân bản đồ véc tơ hai chiều. Trong miền khơng gian, ý tưởng cơ sở tìm ra sự tương quan đã được đề xuất. Một dãy số giả ngẫu nhiên (PRNS) được dùng để cải thiện tính bảo mật, phát hiện sự tin cậy trong ý tưởng. Các bản đồ sao chép, đầu tiên được phân chia bên trong các khối hình chữ nhật với số đỉnh chính xác. Để tạo ra thủy vân, độ dài của thông tin đưa vào là cố định với các số của các khối đã được phân chia bằng cách lặp lại chúng. Dãy được lặp lại sau đó được chuyển thành dữ liệu lưỡng cực, là thủy vân cuối cùng. Mỗi khối bản đồ đều được dùng để dấu một bit thủy vân. Đối với một khối xác định thì dữ liệu đưa vào là một thủ tục cộng.
V ' = V + b . p
.α (2.3)
i i j i
V và V ' là phân biệt tọa độ gốc và tọa độ thủy vân của các đỉnh có trong
i
khối thứ i, bi là bit thủy vân thứ i và pi là bit thứ i của PRNS, α là đại lượng độ
lớn. Trong thủ tục tách thủy vân bản đồ gốc là cần thiết và cần một PRNS tương tự để giải mã. Những bit thủy vân được tách ra sau khi giải mã và xử lý tích lũy, có thể được xem như là những thủ tục phát hiện tương quan. Để lấy được những giá trị tích lũy cho sự phát hiện cũng cải thiện tính chính xác của máy dị tìm. Nhược điểm lớn nhất của thuật tốn này là nó khơng phải là thuật tốn rõ ràng khi bản đồ gốc là cần thiết cho sự phát hiện thủy vân và độ mạnh của thuật toán để quyết định một phạm vi lớn trong bản đồ gốc. Tuy nhiên ý tưởng thủy vân đã được cơng khai thì khơng thể sử dụng.
Micheal Voigt và Christoph Busch [10] đã đề xuất thuật tốn có thể đưa vào nhiều bit dữ liệu cơ sở hướng vào hình ảnh độ rộng của dãy và thay đổi sự phát hiện tương quan. Một phát biểu quan trọng đó là các đường phát hiện tương
quan phụ thuộc vào độ dài của dãy số giả ngẫu nhiên có thể lớn hơn hình vng của các giá trị cực đại trong các dữ liệu che giấu. Kết quả là dữ liệu sau khi được đưa vào và được tách ra thì bị giới hạn theo một vị trí số thập phân cụ thể tới độ dung sai của dữ liệu bản đồ. Lấy ra một bit, sự phát sinh của thủy vân cũng là sự thay đổi bit bởi một dãy giả nhiễu (PN) là thủ tục bản chất của hình ảnh độ rộng chuỗi. Sau đó chuỗi giả nhiễu được đưa vào bên trong tọa độ bằng cách thay đổi giá trị vị trí hai số thập phân thấp của nó với độ lớn như nhau đến độ dung sai của dữ liệu bản đồ.
Khả năng giấu tin của nhiễu thì được lấy ra từ trong tài khoản và khả năng tràn dữ liệu được ngăn chặn bên trong thủ tục này. Trong giai đoạn giải mã dữ liệu, một thay đổi tương quan giữa dãy giả nhiễu và hai giá trị thập phân thấp hơn của tọa độ được dùng để tính tốn và đánh giá. Thuật tốn này có rất nhiều điểm thuận lợi như sự xuyên tạc đưa vào có thể điều khiển dễ dàng, có thể thêm vào nhiều bit thủy vân và ý tưởng này là thiết thực để thêm nhiễu. Tuy nhiên, để thêm bớt các đỉnh có thể phá hủy sự cân bằng của máy dị tìm, nó có thể làm cho thuật tốn có thể yếu đi đối với các giấu tin trên.
Micheal Voigt và Christoph Busch [11] cũng đã đề xuất một ý tưởng cơ sở khác. Nó là một thuật tốn nhận được từ kinh nghiệm của họ trong bản đồ lưới ba chiều. Những đặc trưng tĩnh của dữ liệu bản đồ được dùng trong ý tưởng này. Đầu tiên một vùng hình chữ nhật trong bản đồ gốc được lựa chọn giống như dữ liệu che dấu của một bi thủy vân. Vùng này sau đó được phân chia thành từng miếng nhỏ. Một dãy giả nhiễu được dùng để chia tất cả các miếng bên trong hai tập hợp riêng biệt A và B. Sau đó mỗi miếng trong hai tập hợp này lại tiếp tục được chia thành các miếng nhỏ hơn. Với mỗi miếng nhỏ, tọa độ các đỉnh bên trong chúng được biến đổi thành các giá trị quan hệ mới theo các vùng xác định
với kích thước của các miền nhỏ. Rõ ràng, bây giờ hai tập hợp A và B đã được soạn thảo bởi rất nhiều đỉnh với những giá trị tọa độ quan hệ nhỏ. Nếu khơng có dữ liệu được đưa vào, tọa độ trong tập hợp A và B đều được phân chia giống nhau trong một miền và có rất nhiều đặc điểm giống nhau. Khi một bit „1‟ được đưa vào, sự thay đổi của các đỉnh được lấy ra không gian bên trong các miền con. Sau khi biến đổi, sự giống nhau của các giá trị tọa độ trong tập hợp A tăng cịn trong tập hợp B thì giảm xuống.
Sử dụng những đặc trưng tĩnh của tọa độ, thuật toán cải thiện độ mạnh để giấu tin bao gồm bản đồ thay đổi, nội suy dữ liệu, đơn giản hóa, thêm nhiễu với độ lớn nào đó, và bản đồ cắt một vài phạm vi nào đó. Các nguyên nhân gây lỗi khi giẫu dữ liệu có thể được điều khiển một cách chính xác. Bản đồ gốc là không cần thiết trong thủ tục phát hiện, ý tưởng là khơng rõ ràng. Thêm nữa, thuật tốn có thể mở rộng để thêm vào nhiều bit. Nhược điểm chính của ý tưởng này đó là thay đổi các đỉnh cục bộ không lấy ra từ độ nét của các đối tượng bản đồ. Do đó, ý tưởng khơng ăn khớp với bản đồ thủy vân mà độ nét của những đối tượng là trơn.
Bên trong một dải, các đỉnh phụ thuộc vào nó được biến đổi đến một vùng đặc biệt để miêu tả bit „1‟ hoặc bit „0‟ đó là mỗi bit một dải. Ý tưởng này thêm vào một nhiễu với độ lớn nhỏ hơn 1/3 độ rộng của dải, ý tưởng này cũng tồn tại bản đồ thay đổi và đơn giản hóa, cắt xén một vài phạm vi bản đồ. Một vùng chẵn lẻ được sử dụng để cải tiến cách tìm kiếm tin cậy. Hơn nữa, những mã cấm bên trong vùng mã được dùng để giải quyết các vấn đề đối xứng. Mục đích chính của ý tưởng này là cung cấp một cách khác để lưu trữ dữ liệu biến đổi của bản đồ véc tơ. Dữ liệu biến đổi bao gồm sự minh họa về bản đồ véc tơ.
Nó có khuynh hướng bị mất mát trong khi xử lý biến đổi giữa các định dạng bản đồ khác nhau. Có thể khắc phục những vấn đề này bằng cách đưa dữ liệu thay đổi vào không gian dữ liệu với hiệu ứng nhỏ bằng cách thay đổi định dạng. Một phần mềm thương mại được phát triển để cung cấp bản quyền cho các bản đồ véc tơ. Ý tưởng này sẽ trở thành bằng sáng chế và chúng ta có thể hiểu rằng nên chấp nhận thuật toán thủy vân trong bản đồ nội suy. Nói chung, các ý tưởng này dùng để miêu tả các bit thủy vân bằng cách cộng thêm các đỉnh vào trong các bản đồ che phủ gốc. Đỉnh đầu tiên và đỉnh cuối cùng là hai đỉnh liền kề trong bản đồ gốc. Tất cả các đỉnh được tô đen suy ra các đỉnh mới trong khi thêm vào thủ tục.
Giả sử, khoảng cách giữa điểm xuất phát và điểm đầu nội suy mô tả bằng một bit „1‟ và một nửa khoảng cách mô tả bằng một bit „0‟, dữ liệu thêm vào trong đoạn thẳng là „1010011‟. Nếu chúng ta chỉ nghĩ đến sự chính xác, thì ý tưởng này là tốt nhất bởi nó sẽ khơng đưa ra sự méo thông tin. Thêm nữa, ý tưởng này khá mạnh để quay và vẽ bản đồ. Tuy nhiên có hai nhược điểm chính trong ý tưởng này. Thứ nhất, để thêm các khuếch đại thủy vân kích cỡ của dữ liệu che dấu. Để thêm vào một bit dữ liệu, phải thêm vào dữ liệu bản đồ một đỉnh mới. Các thông tin khác được thêm vào, dữ liệu bản đồ sẽ lớn hơn. Thứ hai, ý tưởng này dất dễ vỡ để đơn giản hóa bản đồ. Với bất cứ một thuật tốn thơng dụng nào được sử dụng cũng có thể gỡ bỏ một cách dễ dàng các đỉnh nội suy, tức là các dữ liệu thêm vào.
2.4.2. Thuật toán trong miền biến đổi (miền tần số)
Khái niệm này giống như trong thủy vân số cho các tệp tin đa phương tiện, tức là những dữ liệu thủy vân được thêm vào không phải là lập tức thay đổi tọa
độ của đỉnh, mà là sự biến đổi hệ số của chúng. Các phép biến đổi chính là : DCT, DFT, DWT.
2.4.2.1. Miền DFT :
Thuật toán thủy vân cho bản đồ véc tơ trong miền DFT đã được đề xuất bởi I.Pitas vào năm 2000, đã có ba bài báo cơng bố về nó. Một thuật tốn thêm