Chương 3 : Thiết kế và phát triển chương trình thử nghiệm
3.4 Kết quả thử nghiệm kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi DWT kết hợp
biến đổi DWT kết hợp phép biến đổi DCT và ma trận số giả ngẫu nhiên
a) Quá trình nhúng thủy vân
Vào: - Ảnh gốclàảnh đa mức xám “_tam_an.bmp” kích thước512×512 - Thuỷ vân là một ảnh nhị phân “_vd3.bmp” kích thước 50×20 - Hệ số tương quank là 5
Ra: -Ảnhgốc đã nhúng thuỷ vân. b) Quá trình tách thủy vân
Vào: Ảnhgốc đã nhúng thuỷ vân. Ra: Thủy vân tìm lại
c) Thực hiện
Trong quá trình thực hiện luận văn, tơi đã cài đặt với cácthuật toán đề xuất trong mục 2.3.
Thử nghiệm và so sánh các trường hợp sau
(A) Sử dụng DWT kết hợp với DCT và hai ma trận số giả cùng nhúng
vào băng HL
(B) Sử dụng DWT kết hợp với DCT và hai ma trận số giả cùng nhúng
vào băng HL, LH
(C) Sử dụng DWT kết hợp với DCT và hai ma trận số giả nhúng riêng biệt vào hai băng HL, LH
(D) Sử dụng DWT kết hợp với DCT và hai ma trận số giả cùng nhúng
d) Kết quả
Ảnh gốc, ảnh thuỷ vân gốc, ảnh sau khi nhúng thuỷ vân, ảnh thủy vân
tìm lại được trình bày trong hình 3.4
Ảnh gốc PSNR=112.4931 PSNR=105.5616 PSNR=123.3393 PSNR=101.5069
Thủy vân gốc SR=0.9080 SR=0.9440 SR=0.8960 SR=0.9480
(I) (A) (B) (C) (D)
Hình 3.4. Nhúng thủy vân và giải nhúng sử dụng phép biến đổi DWT kết hợp với phép biến đổi DCT và ma trậnsố giả ngẫu nhiên
Chất lượng ảnh sau khi nhúng thuỷ vân và chất lượng thủy vân tách
được đánh giá thông qua giá trị của tỷ sốPSNR và tỷ sốSR tươngtự.
Thử nghiệm với các hệ số tương quan khác nhau với bốn kỹ thuật kết hợp DWT, DCT và ma trận số giả được đề xuất trong mục 2.3 đều cho kết quả là khi tăng hệ số tương quan, chất lượng ảnh sau khi nhúng thuỷ vân sẽ giảm đồng thời tính bền vững của thuỷ vân tương ứng lại tăng. Đây cũng là
đặc điểm chung của tất cả các hệ thống thủy vân ẩn bền vững.
Chất lượng ảnh sau khi nhúng thủy vân, chất lượng thủy vân tách được từ ảnh chưa qua các phép biến đổi được thể hiện trong bảng 3.3.
Bảng 3.3. Chất lượng ảnh chứa thủy vân và thủy vân tìm lại được sử dụng DWT kết hợp với DCT và ma trận số giả ngẫu nhiên.
(A) (B) (C) (D) Hệ số k PSNR SR PSNR SR PSNR SR PSNR SR 1 144.6818 0.6550 137.7504 0.8540 155.5281 0.7900 133.6957 0.8500 3 122.7069 0.8820 115.7781 0.9220 133.5558 0.8820 111.7235 0.9300 5 112.4931 0.9080 105.5616 0.9440 123.3393 0.8960 101.5069 0.9480 7 105.7636 0.9390 98.8322 0.9590 116.6099 0.9120 94.7775 0.9620 9 100.7373 0.9520 93.8059 0.9700 111.5836 0.9180 89.7512 0.9710 11 96.7239 0.9590 89.7924 0.9750 107.5702 0.9230 85.7378 0.9760 13 93.3828 0.9640 86.4514 0.9840 104.2291 0.9250 82.3967 0.9850 15 90.5208 0.9740 83.5894 0.9880 101.3671 0.9260 79.5347 0.9910 17 88.0176 0.9830 81.0861 0.9970 98.8638 0.9280 77.0314 0.9990 19 85.7930 0.9890 78.8616 1 96.6393 0.9310 74.8069 1
Ảnh gốc sau khi nhúng thuỷ vân qua một số phép biến đổi ảnh thơng thường, sau đó thực hiện q trình lọc tìm lại thuỷ vân, so sánh với thuỷ vân
gốc để đánh giá độ bền vững của thuỷ vân. Kết quả thể hiện qua bảng3.4.
Bảng 3.4. Tính bền vững của thuỷ vân theo kỹ thuật thuỷ vân sử dụng DWT kết hợp với DCT và ma trận số giả ngẫu nhiêntrước một số tấn công
Giá trịSR của thuỷ vân tách
Loại tấn công
(với hệ sốk=5) (A) (B) (C) (D)
JPEG Compression Q = 80 0.6800 0.8670 0.8780 0.7810 JPEG Compression Q = 50 0.6670 0.7950 0.8710 0.6650 Adding Gaussian Noise 0.001 0.8600 0.9160 0.8180 0.9310 Adding Gaussian Noise 0.005 0.7150 0.8460 0.7450 0.8060
Kết quả thử nghiệm bước đầu thể hiện:
• Thuỷ vân nhúng theo phương pháp tổng hợp trình bày trong mục 2.3 thể hiện chất lượng của ảnh sau khi nhúng thủy vân và chất lượng của thủy vân
tách được tốt hơn các phương pháp trước đó.
• Ảnh sau khi nhúng thuỷ vân có sự sai khác với ảnh gốc trong phạm vi chấp
nhận được, với k tăng từ 1 đến19.PSNR giảm từ 155.5281 đến74.8069, yếu tố này đảm bảo tính ẩn của thủy vân.
• Số liệu thử nghiệm với k càng lớn thì tỷ số tương tự giữa thủy vân tách
được và thủy vân gốc càng lớn, tiến dần đến 1, yếu tố này đảm bảo yêu cầu
về tính bền vững của thuỷ vân.
• Lược đồ thủy vân (C) đảm bảo tính cảm nhận của ảnh sau khi nhúng thủy vân tốt nhất, song sự sai khác giữa thủy vân tách được và thủy vân gốc lớn
hơn so với các lược đồ khác.
• Lược đồ thủy vân (D) đảm bảo tỷ số tương tự của thủy vân tách được và thủy vân gốc lớn hơn, song tính cảm nhận của ảnh sau khi nhúng thủy vân thấp hơn so với các lược đồ khác.
• Thủy vân trong lược đồ (B) và (D) cũng đảm bảo tính bền vững hơn thủy
vân trong lược đồ (A) và (C) trước một số phép biến đổi ảnh thơng thường.
• Phương pháp kết hợp so với các phương pháp nhúng trực tiếp thuỷ vân vào
các khối thuộc miền khơng gian ảnh gốc có một hạn chế là làm giảm 2 lần
số bit thuỷ vân có thể nhúng. Tuy nhiên, trong hệ thống thuỷ vân ẩn bền vững, yêu cầu về lượng thông tin nhúng không phải là yếutố quan trọng. Với những ưu điểm về chất lượng ảnh sau khi nhúng thuỷ vân, độ bền
vững của thuỷ vân trước một số phép tấn công, lược đồ kết hợp giữa phép biến đổi DWT với phép biến đổi DCT và ma trận số giả ngẫu nhiên rất phù hợp choứng dụng thuỷ vânẩn bền vững trong bảo vệ bản quyềnảnh số.
KẾT LUẬN
Với mục tiêu nghiên cứu một số kỹ thuật thủy vân vàứng dụng trong
bảo vệ bản quyềnảnh số, luận văn đãđạt được một số kết quả chính sau đây:
1. Tìm hiểu và cài đặt lược đồ thủy vẩn ẩn bền vững sử dụng phép biến đổi DCT theo phương pháp chọn hệ số trong miền tần số giữa.
2. Tìm hiểu và cài đặt lược đồ thủy vân sử dụng phép biến đổi DCT kết
hợp với ma trận số giả ngẫu nhiên. Theo phương pháp này, tính cảm nhận củaảnh sau khi nhúng thủy vân tốt hơn phương pháp trước đó.
3. Tìm hiểu và cài đặt các kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi DWT và ma trận số giả ngẫu nhiên. So sánh tínhẩn và tính bền vững của thủy
vân giữa các kỹ thuật đó
4. Xây dựng các kỹ thuật thủy vân sử dụng kết hợp phép biến đổi DWT với phép biến đổi DCT và ma trận số giả ngẫu nhiên. Các kỹ thuật kết hợp này đảm bảo tính ẩn và tính bền vững của thủy vân tốt hơn các phương pháp riêng lẻ.
HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
1. Luận văn mới nghiên cứu và đánh giá tính cảm nhận của ảnh sau khi
thủy vân, chất lượng của thủy vân tách được ngay sau khi nhúng và tính bền vững của thủy vân trong ảnh chứa có sự tham gia của phép
biến đổi nén JPEG và tạo nhiễu Gauss. Vì vậy cần có các nghiên cứu và thử nghiệm để đánh giá chất lượng của thủy vân có sự tham gia của nhiều phép tấn công khác nhau lên ảnh sau khi nhúng thủy vân.
2. Luận văn mới nghiên cứu, đánh giá các kỹ thuật bảo vệ bản quyền đối với các bức ảnh hai chiều tĩnh có định dạng .bmp, cần thực hiện thử
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Xuân Huy, Bùi Thế Hồng, Trần Quốc Dũng (2004), “Kỹ thuật thuỷ vân số trong ứng dụng phát hiện xuyên tạc ảnh”, Kỷ yếu Hội thảo
quốc gia một số vấn đề chọn lọc của công nghệ thông tin lần thứ 7, Đà
Nẵng, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, tr. 183-187.
[2] Bùi Thế Hồng, Nguyễn Văn Tảo (2007), “Về một kỹ thuật thủy vân sử
dụng phép biến đổi sóng nhỏ rời rạc và ma trận số giả ngẫu nhiên”, Tạp
chí Khoa học và Cơng nghệ, 45(3).
[3] Bùi Thế Hồng (2010), “Về một lược đồ thủy vân sử dụng phép biến đổi DWT kết hợp với phép biến đổi DCT và các ma trận số giả ngẫu nhiên”,
Tạp chí Khoa học và Cơng nghệ, 67(5), tr. 64-69.
[4] Nguyễn Lan Oanh (2011), Kỹ thuật thủy vân trong bảo vệ bản quyền video, Luận văn thạc sỹ, Trường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền
thông, Đại học Thái Nguyên.
[5] Nguyễn Văn Tảo, Đỗ Trung Tuấn, Bùi Thế Hồng,Một số thuật toán giấu tin và áp dụng giấu tin mật trong ảnh,kỷ yếu hội thảo RDA 8.
[6] Nguyễn Văn Tảo (2009), Nghiên cứu một số kỹ thuật giấu tin và ứng dụng, Luận án tiến sĩ toán học.
[7] Lê Tiến Thường, Nguyễn Thanh Tuấn(2004), Giải pháp hiệu quả dùng kỹ thuật watermarking cho ứng dụng bảo vệ bản quyền ảnh số, Tạp chí bưu chính viễn thơng.
[8] Emir Ganic, Scott D. Dexter, Ahmet M. Eskicioglu, Embedding Multiple Watermarks in the DFT Domain Using Low and High Frequency Bands,
[9] Mehul R., Priti R. (2003), “Discrete Wavelet Transform Based Multiple Watermarking Scheme”, Proceedings of IEEE Region 10 Technical Conference on Convergent Technologies for the Asia-Pacific, Bangalore,
India, 3, pp. 935-938.
[10] Petitcolas F.A.P. (1999), “Introduction to information hiding”, in
Information Techniques for Steganography and Digital Watermarking,
Northwood, MA: Artec House, pp. 1-11
[11] Shoemaker. (2002), “Hidden bits: A Survey of Techniques for Digital
Watermarking”,Independent study, EER-290, Prof Rudko.
[12] Tao P., Eskicioglu A.M. (2004), “A robust multiple watermarking scheme in the Discrete Wavelet Transform domain”, Proceedings SPIE,
5601, pp. 133-144.
[13] Ganic E., Eskicioglu A.M. (2005), “Robust embedding of visual
watermarks using DWT-SVD”,J. Electron. Imaging, 14(4), pp. 39-47.
[14] Sverdlov A., Dexter S., Eskicioglu A.M. (2005), “Robust DCT-SVD Domain Image Watermarking for Copyright Protection: Embedding Data
in All Frequencies”, 13th European Signal Processing Conference
Ảnh gốc
512×512 PSNR=29.7775 PSNR=22.8460 PSNR=43.6382 PSNR=18.7914
Thủy vângốc
50×20 SR=1 SR=1 SR=1 SR=1
(A) (B) (C) (D)
Hình 3.3. Nhúng thủy vân và giải nhúng sử dụng phép biến đổi DWT và ma trận số giả ngẫu nhiên
Ảnh gốc
256×256 PSNR=29.5535 PSNR=22.6221 PSNR=43.4697 PSNR=18.5674
Thủy vân gốc
50×20 SR=0.9980 SR=0.9970 SR=0.9720 SR=0.9970