Hình 1.4 miêu tả kết cấu bên trong của máy in laser, có thể thấy máy in do khá nhiều linh phụ kiện tạo thành, nếu nghiên cứu từng linh phụ kiện, miêu tả chính xác số học, có độ khó nhất định. Hơn nữa, nếu khơng thể miêu tả số học chính xác ảnh Hình ảnh
ban đầu
RIP
Máy hoãn xung
Hộp mực tonner cảm quang Con lăn hiện ảnh
Con lăn áp lực Bản sao cứng Cơ cấu chấp hành Hệ thống khống chế
Con lăn nạp điện
Con lăn giấy
Con lăn định ảnh Thấu kính F- Hệ thống quang học Nguồn laser Thấu kính mặt trụ Hệ thống chụp ảnh điện tử
hƣởng của các quá trình đối với điểm ảnh hình ảnh, sẽ khơng có ý nghĩa thực tế lớn, mà giá phải trả quá đắt.
RIP là từ viết tắt của cụm từ Raster Image Processing, tạm dịch là quá trình phân điểm ảnh. Đây là một quá trình biến đổi (biên dịch) các dữ liệu hình ảnh, chữ viết thành dạng dữ liệu bitmap, sau đó dữ liệu sẽ đƣợc gửi đến thiết bị in/ghi để điều khiển việc xuất dữ liệu (điều khiển đầu in/ghi hoặc không in/ghi lên vật liệu). Nói chung là trƣớc khi in/ghi thì phải RIP cái đã (vì máy in hay ghi nó chỉ hiểu đƣợc dữ liệu bitmap sau khi RIP mà thơi). Q trình RIP địi hỏi thực hiện rất nhiều giai đoạn, phép toán phức tạp nên ban đầu nó đƣợc xử lý trên các thiết bị chuyên dụng (gọi là RIP cứng). Sau này nhờ tốc độ máy tính phát triển khá nhanh nên ngƣời ta có thể xử lý bằng các phần mềm trên máy tính (gọi là RIP mềm).
1.9.2. Ảnh hưởng của quá trình quét đối với hình ảnh kỹ thuật số.
Bình thƣờng máy scan khi tiến hành scan đối với sản phẩm in hình ảnh kỹ thuật số, sẽ dẫn tới tấn công chủ yếu là tấn cơng lọc tần thấp và tấn cơng hình học.
Khi in hình ảnh kỹ thuật số thành tác phẩm in phải trải qua quá trình chuyển đổi từ hình ảnh dạng kỹ thuật số (tín hiệu kỹ thuật số) đến hình ảnh dạng mơ phỏng (tín hiệu mơ phỏng), trong q trình scan lại trải qua quá trình chuyển đổi từ hình ảnh dạng mơ phỏng (tín hiệu mơ phỏng) sang hình ảnh dạng kỹ thuật số (tín hiệu kỹ thuật số). Máy Scan là thiết bị đƣa dữ liệu vào của tín hiệu hình ảnh kỹ thuật số, nó sẽ tiến hành scan quang học tác phẩm in gốc sau đó sẽ chuyển hình ảnh quang học vào trong máy chuyển hóa quang để trở thành tín hiệu mơ phỏng, sau đó lại biến tín hiệu mơ phỏng thành tín hiệu kỹ thuật số, cuối cùng chuyển vào máy tính lƣu dữ để trở thành hình ảnh kỹ thuật số thông qua đầu nối máy tinh. Việc chuyển đổi dƣới dạng hình thức khác nhau lại tăng thêm sự biến dạng với thơng tin hình ảnh. Hàm số chuyển quang học của máy Scan có thể xem nhƣ là hàm số ảo Gaussian. Kết cấu bên trong của máy Scan giống nhƣ Hình 1.5 chủ yếu đƣợc cấu thành bởi ba bộ phận là hệ thống quang học, hệ thống ADC và hệ thống lái. Đầu tiên, động cơ đẩy của máy Scan sẽ sản sinh ra nhiễu của Gaussian, nhiễu trong quá trình scan sẽ làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng hình ảnh. Tiếp theo là nhiễu mơi trƣờng bên ngoài cũng sẽ giảm đi độ sáng. Kế đó là tồn tại vấn đề chất lƣợng bề mặt kính của máy Scan (độ
trong, sóng quang, độ đồng đều kết tinh vv…) ví dụ trên bề mặt kính có vật lạ (bụi), kính có vết ố hay xƣớc đều có thể ảnh hƣởng đến trơn mặt kính của máy Scan, dẫn đến phản xạ chậm gây ra quá nhiều của tia sáng trên bề mặt kính, mức độ tín hiệu sáng phát ra khơng chính xác, càng ảnh hƣởng hơn đến việc tập hợp các tin tức của máy scan đối với tác tác phẩm in nguyên bản, nhƣ là hình ảnh mờ, vị trí màu sắc khơng đúng, có các nốt chấm hoặc là độ đối xứng hình ảnh kém từ đó ảnh hƣởng đến chất lƣợng scan hình ảnh. Cuối cùng là nếu máy scan sử dụng thời gian quá dài bị lão hóa, scan bị tối, tia sáng chụp lên không đủ đều ảnh hƣởng đến việc tập hợp các thông tin của máy scan, khiến cho tồn bộ hình ảnh sau khi scan sẽ bị thay đổi hình ảnh, có gợn sóng, lệch màu, điểm hội tụ khơng chính xác đặc biệt là mức độ phối hợp giữa phần tối và sáng hiển thị rõ rệt gây biến dạng hình ảnh.
Hình 1.5. Sơ đồ kết cấu bên trong máy quét
Trong quá trình scan cũng gây lên một số tác động đối với hình ảnh kỹ thuật số. Nếu trong quá trình scan mà hình ảnh đặt lên máy scan khơng đặt đúng hay đặt lệch vị trí thì hình ảnh scan cuối cùng đạt đƣợc chắc chắn sẽ là một bản bị biến dạng của tác phẩm hình ảnh đƣợc quét sau khi trải qua quá trình xoay chuyển. Môi trƣờng lý tƣởng là trong q trình qt khơng cần có sự tham gia của con ngƣời, mà trực tiếp kết nối giữa máy và phần mềm cài đặt để tiến hành scan đối với tác phẩm scan, đồng thời tiến hành hiệu chỉnh các vị trí thích hợp đối với hình ảnh, nhƣng
Bản sao cứng Hệ thống ADC Hệ thống lái Hình ảnh Digital Nguồn quang Lắp đặt phản xạ CCD Hệ thống quang học
hiện tại đại đa số các nghiên cứu bị hạn chế bởi điều kiện kinh nghiêm thực tế, trong q trình qt vẫn phải có sự tham gia của con ngƣời mà không thể tránh khỏi hành vi của con ngƣời làm sai trong q trình thao tác. Ngồi ra mức độ phân biệt của hình ảnh kỹ thuật số sơ khai (thông thƣờng là 72 hoặc 96PPI thậm chí mỗi cm 72 hoặc 96 điểm ảnh) thấp hơn mức độ phân biệt của máy scan và máy in, hình ảnh in là hình ảnh biến dạng sau khi hình ảnh gốc đuợc phóng to, mà cuối cùng hình ảnh sau khi đƣợc scan xong lại là hình ảnh biến dạng sau khi hình ảnh print-scan đƣợc thu nhỏ.
Trong máy quét phẳng sử dụng công nghệ CCD (Charge-Coupled Device), nguồn sáng phát ra thông thƣờng từ một đèn cathode lạnh, đƣợc những tấm kính gốc phản xạ chuyển hƣớng và hội tụ lại bằng những thấu kính trên bộ cảm ứng. Q trình này có sự góp phần của các tác nhân CCD bắt sáng. Trong vài trƣờng hợp các tác nhân CCD cịn có các vi thấu kính trƣớc mỗi phần tử bắt sáng (photodiode) giúp chúng thu nhận ánh sáng hiệu quả hơn.
1.9.3. Đối sách tấn công của in - quét
Thơng qua phân tích định tính cơ lý cả q trình đối với máy in - quét trong hình 1.4 , 1.5 có thể miêu tả những tác động mà hình ảnh kỹ thuật số phải ảnh hƣởng trong quá trình in quét trong hình 1.6.
Hình 1.6. tấn cơngtrong q trình in - quét Hình ảnh watermarking Tác động của bộ lọc thơng thấp Biến dạng hình học Halfton Tác động hình học Máy in Biến dạng hình học Máy quét Mờ Mờ Mịn Hình ảnh sau scan Tác động Halfton
Nếu có thể tiến hành miêu tả kỹ thuật số định lƣợng và xây dựng mơ hình số chính xác đối với q trình in - qt ở mức độ tối đa. Vậy việc tiến hành hiệu chỉnh biến dạng chủ yếu đối với hình ảnh sau khi có tấn cơng in - qt, khiến cho hình ảnh gắng sức phục hồi gần đạt chất lƣợng hình ảnh trƣớc khi in - quét. Hình ảnh kỹ thuật số sau khi hiệu chỉnh xong rút trích watermarking ra yêu cầu giảm thấp đối với tính bền vững thuật tốn watermarking, nhƣ thế có thể thực hiện thành công việc thực hiện thủy vân số chống tấn công in - quét. Các tác giả khác đã thử nghiệm với một số lƣợng lớn để có đƣợc quy luật định tính của q trình phức tạp này, chủ yếu là đi tìm lƣợng bất biến, xác định vị trí nhúng trong q trình in - qt để chỉ đạo việc thiết kế watermarking chống in - quét. Solankin đã nghiên cứu xong thuộc tính print-scan hệ số DFT đã đƣa ra kết luận nhƣ sau[7]:
1. Lựa chọn tần số: Hệ số tần số thấp, tần số trung và tấn số tƣơng đối cao duy trì đƣợc tốt.
2. Ảnh hƣởng của phổ biên độ DFT: Trong tần số thấp và trung, việc so sánh giữa hệ số biên độ thấp và hệ số biên độ cao lân cận đều chịu ảnh hƣởng lớn của nhiễu.
3. Ảnh hƣởng của nhận thức: Việc điều chỉnh ít hệ số tần số thấp biên độ cao gây ảnh hƣởng không lớn đối với mặt nhận thức.
4. Ảnh hƣởng của giai đoạn phổ DFT: Đối với hệ số biên độ cao, các vị trí tần số liền kề chỉ khác nhau trong qua trình in – quét để đƣợc duy trì. Sử dụng máy quét và máy in khác nhau tiến hành thử in - quét đối với 10 bức ảnh điển hình dƣới mức độ phân biện khác nhau, tiến hành bổ sung và đƣa ra thuộc tính print-scan dƣới đây đối với kết luật mà Solankin đƣa ra[7]:
1. Cho dù biên độ hệ số DTF đơn nhất biến đổi, nhƣng đại đa số hoa văn đều đƣợc bảo vệ hoặc đại đa số các quan hệ của hệ số DFT đều đƣợc bảo vệ.
2. Phạm vi trạng thái của giá trị độ sáng đƣợc thu nhỏ. Miền tối biến đổi còn sáng hơn trƣớc khi in - quét, ngƣợc lại miền sáng lại biến thành tối. 3. Phân bố điểm ảnh sau khi in – qt chuyển thành hình trục chính.
Kết luận tƣơng ứng đƣợc đƣa ra đo là kết quả của nhà nghiên cứu khơng ngừng thăm dị những ảnh hƣởng của máy in - qt đối với dữ liệu hình ảnh, có ý nghĩa chỉ đạo nhất định đối với đối sách tác động tƣơng đối thật của thiết kế và thuật toán thủy vân bền vững.
1.9.4. Hiệu chỉnh tấn cơng hình học
Các biến dạng hình học chủ yếu bao gồm xoay chuyển, thu nhỏ, cắt, di chuyển. Các biến đổi này khiến vị trí khơng gian của điểm ảnh hình ảnh thay đổi, khi dị tìm watermarking, khó xác định chính xác vị trí định vị điểm nhúng.
Biến dạng hình học thƣờng là một trong số attack nguy hiểm nhất đối với Digital Watermarking, trực tiếp dẫn đến thơng tin dữ liệu giữa hình ảnh ban đầu và hình ảnh watermarking khơng đồng bộ, ảnh hƣởng đến tính năng rút trích của thơng tin watermarking. Trên phƣơng diện nghiên cứu vấn đề đồng bộ do sự biến dạng hình học gây ra, Patric Bas [8] đã tiến hành tổng kết kỹ thuật tự đồng bộ điển hình của Digital watermarking, trong đó các kỹ thuật đề cập đến đều đƣợc ứng dụng trong nghiên cứu ngăn chặn tấn công của biến dạng hình học đối với Digital watermarking. Các kỹ thuật tự đồng bộ này chủ yếu có (a) sử dụng kỹ thuật sắp xếp có tính chu kỳ; (b) sử dụng kỹ thuật nhúng khn; (c) dùng kỹ thuật biến đổi nhƣng không biến lƣợng; (d) dùng kỹ thuật điểm đặc trƣng của hình ảnh ban đầu. Patric Bas [10] cũng nhấn mạnh việc đƣa ra các phƣơng pháp đồng bộ này không thể giải quyết tất cả các loại biến dạng hình học, đồng thời đƣa ra ƣu khuyết điểm của các loại kỹ thuật. Rất khó nhận ra, thực hiện các phƣơng án Digital watermarking chống Print-scan hiện có đều dựa trên ý tƣởng của các kỹ thuật này.[8]
Do trong quá trình in - quét sự can thiệp của các nhân tố nhƣ con ngƣời, hình ảnh cuối cùng đạt đƣợc sau khi quét đƣợc coi là phiên bản biến dạng sau một loạt các thay đổi hình học nhƣ xoay, thu nhỏ, cắt, di chuyển khi in kỹ thuật số. Đối với những biến dạng gây ra bởi tấn cơng hình học, có thể điều chỉnh hành vi của con ngƣời, giảm thiểu mức độ xoay chuyển, cắt, thu nhỏ, quan trọng vẫn cần thiết kế thuật tốn mang tính bền vững cao đối với các biến dạng hình học.
Tƣ tƣởng chủ yếu của việc tiến hành áp dụng phƣơng pháp hiệu chỉnh hình học đối với điểm đặc trƣng hình ảnh là từ hình ảnh ban đầu và hình ảnh
watermarking rút ra điểm đặc trƣng, sau đó thơng qua 2 tập hợp điểm đăc trƣng xác định sau khi trải qua biến đổi tiến hành đồng bộ. Sau khi hình ảnh phát sinh biến dạng, căn cứ đặc trƣng bản thân hình ảnh tiến hành đồng bộ, loại đồng bộ này gọi là đồng bộ tuyệt đối. Nhƣng cách tính này ứng dụng trong môi trƣơng tấn công in - quét cũng dễ nảy sinh thất bại đo kiểm đặc trƣng đồng bộ, dẫn đến thất bại dị tìm watermarking[8].
Thơng qua tổng kết và phân tích sách lƣợc đồng bộ của các attack hình học ứng phó với q trình in - quét trên, ƣu nhƣợc điểm của chúng sẽ tổng kết trong bảng 1-2.
Ngồi ra khơng áp dụng thơng tin phụ trợ tiến hành khơi phục hình ảnh hiệu chỉnh hình học đối với hình ảnh, trực tiếp tìm kiếm một vài hình ảnh kỹ thuật số mang đặc trƣng biến đổi hình học sau khi trải qua in - quét không biến lƣợng là điểm xuất phát mang tính phổ biến của cách tính thiết kế tính chắc chắn xuất phát từ bản thân cách tính watermarking.
Bảng 1.2. Ưu điểm và nhược điểm đối sách đồng bộ tấn cơng hình học
Tƣ tƣởng mà hiệu
chỉnh đồng bộ căn cứ Ƣu điểm Nhƣợc điểm
Nhúng sâu có tính chu kỳ Có thể hiệu chỉnh tồn bộ biến dạng hình học Lƣợng nhúng thơng tin thực tế tƣơng đối ít Sủ dụng template Đạt đƣợc tƣơng đối chính xác sự thay đổi hình học theo kinh nghiệm
Tiến hành sửa đổi thêm đối với hình ảnh, template chƣa chắc rút trích đƣợc chính xác
Miền nhúng bất biến xoay, chuyển, thay đổi kích thƣớc
Về mặt lý thuyết đều ủng hộ mạnh
Độ phức tạp tính tốn cao, phối hợp hệ thống thay đổi, dẫn tới sai lêch về giá trị Điểm đặc trƣng hình
ảnh
Lợi dụng đặc trƣng của hình ảnh thực hiện đồng bộ tuyệt đối
Tình trạng bảo lƣu template đồng bộ đặc trƣng sau lấy tính năng và attack hình học
1.10.Kết luận
Chƣơng này, em trình bày một cách ngắn gọn về một số khái niệm và các đặc tính cơ bản của thủy vân số. Phần đầu tiên giới thiệu khái niệm về thủy vân số và mô tả các yêu cầu cũng nhƣ ứng dụng của nó. Các phần tiếp theo giới thiệu phân loại kỹ thuật thủy vân hiện tại và các đánh giá hiệu suất. Phần cuối trình bày một số sản phẩm thủy vân phổ biến trên thị trƣờng kỹ thuật số. Thông qua các mô tả này, các khía cạnh khác nhau cũng nhƣ các thách thức hiện tại của thủy vân đƣợc xác định và làm rõ. Điều này định hƣớng cho em nhằm thiết kế các thuật toán thủy vân bền vững và trong suốt.
Chƣơng 2. TƢ DUY THIẾT KẾ ĐIỂN HÌNH
THUẬT TỐN CHỐNG TẤN CƠNG IN – QT TRONG THỦY VÂN SỐ
Chƣơng này giới thiệu khái quát các nghiên cứu của thuật toán Digital Watermarking chống in quét, sau đó phân tích tƣ duy giải quyết vấn đề chủ yếu phản ánh trong các giai đoạn này và thuật toán thiết kế. Từ đó tổng kết và phân tích chính về tƣ duy thiết kế điển hình thuật tốn Watermarking chống in - qt. Thơng qua giới thiệu về thuật tốn Watermarking chống in – qt điển hình mang tính chất đại diện, phân tích ƣu nhƣợc điểm của thuật tốn này, cũng nhƣ ý nghĩa của nó đối với những nghiên cứu tƣơng ứng sau này, dựa vào bản chất của nó đề xuất thiết kế thuật tốn trong các chƣơng tiếp theo. Lựa chọn đặc trƣng kỹ thuật số bất biến của print-scan mà bản luận văn này sử dụng cũng nhƣ quá trình đi sâu nghiên cứu. Cuối cùng đƣa ra xuất phát điểm nhằm thiết kế thuật toán tƣơng ứng mà luận văn sẽ sử dụng áp dụng đặc trƣng bất biến sử dụng trƣớc và sau khi in - quét.
2.1. Các thuật tốn chống tấn cơng in - qt hiện nay
Năm 1999 Lin[9] đƣa ra thuật toán Digital Watermarking chống in - quét nhúng Watermarking khuếch tần (Spread spectrum watermarking) trong miền biên độ logarit của biên độ ảnh logarit miền Fourier trong hình ảnh. Nó thể hiện hiệu quả thực tiễn, thuật tốn này có thể chống tấn cơng biến dạng giá trị Pixel ra, cịn có tính bền vững rất cao đối với cắt hoặc phóng to với tỷ lệ bất kỳ. Ƣu thế của thuật toán là