3. Bố cục luận văn
3.5. So sánh chất lƣợng hệ thống thủy vân
Tính trong suốt của thủy vân (hay chất lƣợng ảnh chứa thủy vân) của 3 kỹ thuật đƣợc thể hiện qua bảng 3.4 và hình 3.4.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Bảng 3.4. So sánh chất lượng ảnh sau nhúng thủy vân
Hệ số
k
PSNR-Kỹ thuật thuỷ vân của Shoemarker C
NVT [3] DCT-H Nhóm A Nhóm B Nhóm C Trung bình 6 36.408 42.147 39.173 39.243 88.514 75.954 10 36.196 41.163 38.814 38.724 87.001 66.899 14 35.904 41.190 38.332 38.475 78.624 57.342 18 35.614 39.741 37.823 37.726 73.105 53.071 22 35.212 38.320 37.022 36.851 67.716 49.968 26 34.778 37.366 36.468 36.204 62.501 47.590 30 34.316 36.649 35.467 35.477 58.380 45.680 34 33.931 35.932 35.025 34.963 54.941 44.075 38 33.444 35.049 34.295 34.263 52.106 42.682 42 33.005 34.398 33.768 33.724 49.681 41.480 46 32.501 33.819 33.247 33.189 47.602 40.383 50 32.081 33.315 32.599 32.665 45.752 39.399
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 3.4. Biểu đồ so sánh tính ẩn của thủy vân theo 3 kỹ thuật
Kết quả so sánh qua bảng 3.4 và hình 3.4 cho thấy giá trị PSNR theo kỹ thuật kết hợp mã sửa lỗi và phép biến đổi DCT cho chất lƣợng của ảnh chứa thủy vân (hay tính ẩn của thủy vân) ở mức trung bình, tốt hơn kỹ thuật của Shoemarker, đồng thời kém hơn kỹ thuật của NVT.
Tính bền vững của thủy vân trƣớc các tấn công thông thƣờng lên ảnh chứa của 3 kỹ thuật đƣợc thể hiện qua bảng 3.5 và hình 3.5
0 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000 80.000 90.000 100.000 6 10 14 18 22 26 30 34 38 42 46 50 k P S N R Shoemarker NVT DCT-H
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Bảng 3.5. So sánh tính bền vững của thủy vân giữa các kỹ thuật
Loại tấn công
SR giữa thuỷ vân gốc và thuỷ vân tách Shoemarker C. NVT [3] DCT-H JPEG Compression Q = 75 1.0000 1.0000 1.000 JPEG Compression Q = 50 1.0000 0.9939 1.000 JPEG Compression Q = 25 0.9994 0.8960 0.9981 Rescaling 512 256 512 0.8606 0.8496 0.9981 Intensity Adj [0 0.8], [0 1] 0.9949 0.9954 0.9991 Histogram 0.9995 0.9993 1.000 Blurring 3,3 0.9995 0.9370 0.9995 Adding Gaussian Noise 0.001 1.0000 1.0000 1.000
Hình 3.5. Biểu đồ so sánh tính bền vững của thủy vân theo 3 kỹ thuật
Kết quả so sánh qua bảng 3.5 và hình 3.5 cho thấy giá trị SR theo kỹ thuật kết hợp mã sửa lỗi và phép biến đổi DCT thể hiện tính bền vững rất cao qua
0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00 1,05 JPE G C ompr essi on Q = 7 5 JPE G C ompr essi on Q = 5 0 JPE G C ompr essi on Q = 2 5 Resca ling 5 12 ® 256 ® 5 12 Inte nsity Adj [ 0 0. 8], [ 0 1] Hist ogra m Blur ring 3,3 Addi ng G aussi an N oise 0.0 01 SR Shoemarker C. NVT [] DCT-H
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
các tấn công lên ảnh chứa thủy vân của kỹ thuật DCT-H, đƣờng biểu diễn giá trị SR của kỹ thuật này gần nhƣ đƣờng thẳng SR = 1. Trong khi đó, 2 kỹ thuật đối sánh vẫn có những nơi giá trị SR giảm, điển hình là qua phép co giãn ảnh chứa thủy vân.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
KẾT LUẬN
Với mục tiêu nghiên cứu một số kỹ thuật giấu tin, nghiên cứu hệ thống mã sửa lỗi Hamming, kết hợp mã sửa lỗi xây dựng hệ thống thủy vân ẩn bền vững trong ứng dụng bảo vệ bản quyền ảnh số, luận văn đã đạt đƣợc một số kết quả chính sau đây:
1. Nghiên cứu, cài đặt thử nghiệm kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi cosin rời rạc (DCT) của Shoemaker C; của nhóm tác giả Nguyễn Văn Tảo và Bùi Thế Hồng.
2. Nghiên cứu hệ thống mã sửa lỗi Hamming.
3. Đề xuất mô hình hệ thống thủy vân ẩn bền vững trên cơ sở kết hợp phép biến đổi cosin rời rạc đã cải tiến và mã sửa lỗi Hamming (DCT-H).
4. Cài đặt và thử nghiệm nhúng thủy vân, tách thủy vân, đánh giá về tính ẩn của thủy vân, tính bền vững của thủy vân trƣớc một số tấn công lên ảnh chứa của phƣơng pháp kết hợp đề xuất trong luận văn.
Kết quả thử nghiệm cho thấy, hệ thống kết hợp DCT-H đảm bảo tính ẩn của thủy vân, đồng thời ƣu điểm nổi bật là tính bền vững cao và ổn định trƣớc các tấn công đã thử nghiệm.
Nhƣ vậy, việc sử dụng mô hình kết hợp mã sửa lỗi Hamming, hoặc một số hệ mã sửa lỗi tƣơng tự trong các hệ thống giấu tin sẽ giúp tăng thêm tính bền vững của tin giấu trƣớc các tấn công lên đối tƣợng chứa.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Tài liệu tham khảo Tiếng việt
[1] Bùi Thế Hồng (2005), Về một cải tiến đối với lƣợc đồ giấu dữ liệu an toàn và vô hình trong các bức ảnh hai màu, Tạp chí Tin học và điều khiển học, 21(4), tr. 281-292.
[2] 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.
[3] Nguyễn Văn Tảo, Bùi Thế Hồng (2006), Nâng cao chất lƣợng ảnh trong kỹ thuật thuỷ vân sử dụng miền tần số giữa của phép biến đổi DCT, Tạp chí Tin học và Điều khiển học, 22(3), tr. 282-290
[4] Nguyễn Văn Tảo, Bùi Thế Hồng (2007), Về một lƣợc đồ thuỷ vân dựa trên phép biến đổi sóng nhỏ rời rạc và các ma trận số giả ngẫu nhiên,
Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, 45(3), tr. 29-36
[5] Nguyễn Xuân Huy, Trần Quốc Dũng, Một thuật toán thủy vân ảnh trên miền DCT, Tạp chí Bưu chính viễn thông.
[6] Lê Tiến Trƣờng, Nguyễn Thanh Tuấn, Giải pháp hiệu quả dùng kỹ thuật watermarking cho ứng dụng bảo vệ bản quyền ảnh số, N. 14, 4/ 2005, tr. 57- 65.
2. Tài liệu tham khảo bằng tiếng anh.
[7] Fotopoulos V., Skodras A.N. (2000), A Subband DCT Approach to Image Watermarking, Proceedings European Signal Processing, Finland, 17, pp. 1961-1964.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
[8] Ganic E., Eskicioglu A.M. (2005), Robust embedding of visual
watermarks using DWT-SVD, J. Electron. Imaging, 14(4), pp. 39-47. [9] Hernandez J.R., Amado M., Gonzalez F.P (2000), DCT-Domain
Watermarking Techniques for Still Images: Detector Performance Analysis and a New Structure, in IEEE Trans. Image Processing, 9, pp. 55-68.
[10] Kahn D. (1996), The History of Steganography, Proceedings of First Int. Workshop on Information Hiding, Cambridge, UK, Lecture notes in Computer Science, 1174, pp. 1-7.
[11] Lin S.D., Chen C.F. (2000), A Robust DCT-Based Watermarking for Copyright Protection, IEEE Trans. on Consumer Electronics, 46(3), pp. 415-421.
[12] Petitcolas F.A.P. (1999), Introduction to information hiding, in
Information Techniques for Steganography and Digital Watermarking, Northwood, MA: Artec House, pp. 1-11.
[13] Maha Sharkas, Dahlia ElShafie, Nadder Hamdy, A Dual Digital-Image Watermarking Technique, World Academy of Science, Engineering and Technology, 2005.
[14] Shoemaker C. (2002), Hidden bits: A Survey of Techniques for Digital Watermarking, Independent study, EER-290, Prof Rudko.
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn: “Giấu tin bền vững trong ảnh tiếp cận theo hướng mã sửa lỗi” này là kết quả của quá trình nghiên cứu của riêng tôi dƣới sự hƣớng dẫn của thầy giáo hƣớng dẫn, nội dung luận văn không sao chép từ bất kỳ công trình nào đã đƣợc công bố.
Tác giả luận văn
LỜI CẢM ƠN
Trƣớc hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn xâu sắc tới Tiến sĩ Nguyễn Văn Tảo đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo và cung cấp những tài liệu rất hữu ích để tôi có thể hoàn thành luận văn.
Xin cảm ơn lãnh đạo Trƣờng Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi về mọi mặt trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Tôi xin bày tỏ sự biết ơn xâu sắc đến gia đình, ngƣời thân, các bạn bè đồng nghiệp, những ngƣời luôn động viên, khuyến khích và giúp đỡ về mọi mặt để tôi có thể hoàn thành công việc nghiên cứu.
Thái Nguyên, tháng 9 năm 2011
Tác giả luận văn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
MỤC LỤC ... i
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ... iii
DANH MỤC BẢNG TRONG LUẬN VĂN ... iV DANH MỤC HÌNH TRONG LUẬN VĂN ... V MỞ ĐẦU ... 1
1. Đặt vấn đề ... 1
2. Mục đích luận văn ... 2
3. Bố cục luận văn ... 2
CHUONG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN ... 3
1.1. Các khái niệm cơ bản về giấu tin ... 3
1.1.1. Định nghĩa giấu tin ... 3
1.1.2. Phân loại các kỹ thuật giấu tin ... 4
1.1.3. Vài nét về lịch sử giấu tin ... 7
1.1.4. Các yêu cầu đối với giấu tin trong ảnh ... 8
1.1.5. Mô hình Kỹ thuật giấu tin ... 10
1.1.6. Các ứng dụng của kỹ thuật giấu tin ... 11
1.2. Giấu tin trong ảnh đặc trƣng và tính chất ... 12
1.2.1. Mục đích của giấu thông tin... 12
1.2.2. Bảo vệ bản quyền tác giả (Copyright protection) ... 13
1.2.3. Những đặc trƣng và tính chất ... 14
1.3. Môi trƣờng giấu tin ... 16
1.3.1. Giấu tin trong ảnh ... 16
1.3.2. Giấu tin trong audio ... 17
1.3.3. Giấu thông tin trong video ... 18
1.4. Các tấn công trên hệ giấu tin ... 19
1.4.1. Lấy lại mẫu ... 19
1.4.2. Lọc thông ... 19
1.4.3. Thêm nhiễu ... 19
1.4.4. Biến đổi D/A - A/D ... 19
CHƢƠNG 2: MỘT SỐ KĨ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH ... 20
2.1. Kỹ thuật thuỷ vân sử dụng phép biến đổi cosin rời rạc ... 20
2.1.1. Phép biến đổi cosin rời rạc ... 20
2.1.2. Kết quả và đánh giá ... 24
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
2.2.2. Quá trình tách thuỷ vân... 27
2.2.3. Giải pháp tăng độ an toàn cho thuỷ vân ... 28
2.3. Mã Hamming ... 32
2.3.1. Lịch sử mã Hamming ... 33
2.3.2. Các thời kỳ trƣớc của mã Hamming ... 33
2.3.3. Thuật toán mã Hamming ... 36
2.3.4. Vấn đề phát hiện sai và sửa sai ... 38
2.4. Kỹ thuật thủy vân sử dụng DCT và mã Hamming (DCT-H) ... 41
2.4.1. Quy trình nhúng thủy vân DCT-H ... 41
2.4.2. Quy trình tách thủy vân DCT-H... 41
2.4.3. Nhận xét ... 42
CHƢƠNG 3: CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ... 43
3.1. Đánh giá chất lƣợng hệ thống thuỷ vân ... 43
3.1.1. Tính trong suốt của thủy vân ... 44
3.1.2. Tính bền vững của thủy vân ... 44
3.2. Kết quả thử nghiệm kỹ thuật thủy vân của Shoemarker C ... 45
3.3. Kết quả thử nghiệm kỹ thuật thủy vân của Nguyễn Văn Tảo và Bùi Thế Hồng48 3.4. Thuỷ vân sử dụng DCT và mã Hamming (DCT-H) ... 50
3.5. So sánh chất lƣợng hệ thống thủy vân ... 52
KẾT LUẬN ... 57
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Chữ
viết tắt Diễn giải Ý nghĩa
DCT Discrete Cosine Transform Biến đổi Cosin rời rạc
IDCT Invert Discrete Cosine Transform Biến đổi ngƣợc DCT
DTC - H Discrete Cosine Transform - Hamming Biến đổi Cosin rời rạc – mã sửa lỗi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Bảng Tên các bảng trong luận văn Trang
2.1 Ví dụ về giá trị của các khối ảnh trƣớc và sau biến đổi DCT 30
2.2 Giá trị ma trận độ lệch tƣơng ứng với khối ảnh gốc đã chọn 32
3.1 Tính bền vững của thuỷ vân theo Shoemarker C. qua các tấn công 47
3.2 Tính bền vững của thuỷ vân qua các tấn công theo kỹ thuật thủy
vân của Nguyễn Văn Tảo và Bùi Thế Hồng
50
3.3 Tính bền vững của thuỷ vân theo kỹ thuật DCT-H qua các tấn công
52
3.4 So sánh chất lƣợng ảnh sau nhúng thủy vân 53
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình Tên các hình trong luận văn Trang
1.1 Phân loại các kỹ thuật giấu tin (Petitcolaset et al., 1999) 4
1.2 Quá trình nhúng tin và tách tin. 10
2.1 Ảnh gốc và năng lƣợng phân bố của ảnh qua phép biến đổi DCT 21
2.2 Phân chia 3 miền tần số ảnh của phép biến đổi DCT 22
3.1 Kết quả nhúng và tách thuỷ vân theo Shoemarker C., k=50 46
3.2 Kết quả nhúng và tách thuỷ vân theo kỹ thuật cải tiến, k=50 49
3.3 Kết quả nhúng và tách thuỷ vân theo kỹ thuật DCT-H, k=50 51
3.4 Biểu đồ so sánh tính ẩn của thủy vân theo 3 kỹ thuật 53 3.5 Biểu đồ so sánh tính bền vững của thủy vân theo 3 kỹ thuật 55