Nói đến thủy vân số là nói đến kỹ thuật giấu tin nhắm đến những ứng dụng nhằm đảm bảo an toàn dữ liệu cho đối tượng được sử dụng để giấu tin như: Bảo vệ bản quyền, xác thực thông tin, chống xuyên tạc, điều khiển sao chép,.. ta có thể nhận thấy tính ứng dụng của thủy vân rất là lớn, với mỗi ứng dụng lại có các yêu cầu đặc trưng riêng, do đó các kỹ thuật thủy vân này cũng có những tính năng khác biệt tương ứng.
Trong kỹ thuật thủy vân số thì thông tin nhúng được gọi là thủy vân. Thủy vân có thể là một chuỗi ký tự hay là một tệp hình ảnh, biểu tượng.
Thủy vân trên ảnh số là kỹ thuật nhúng một lượng thông tin số vào một bức ảnh số và thông tin nhúng được gắn liền với bức ảnh chứa và dữ liệu thủy vân có thể được hiển thị hay ẩn là tùy thuộc vào mỗi kỹ thuật thủy vân cụ thể.
Có thể chia các kỹ thuật thủy vân theo các nhóm như hình minh họa như hình 1.5 như sau.
Hình 1.5 Phân loại các kỹ thuật thủy vân.
Các kỹ thuật thủy vân trên hình 1.5 được phân biệt khác nhau bởi những đặc trưng, tính chất của từng kỹ thuật và khía cạnh ứng dụng của những kỹ thuật đó. Trong thực tế, tùy theo mục đích, yêu cầu của bài toán mà ta sẽ chọn kỹ thuật thủy vân phù hợp. Tuy nhiên, các kỹ thuật này cũng có một số đặc điểm giống nhau.
Thủy vân số
Thủy vân bền vững Thủy vân dễ vỡ
Với kỹ thuật thủy vân bền vững thường được sử dụng trong bài toán bảo vệ bản quyền. Trong những ứng dụng đó, thủy vân đóng vai trò là thông tin sở hữu của người chủ hợp pháp. Thủy vân được nhúng vào trong các sản phẩm như là hình thức dán tem bản quyền. Trong các trường hợp này thì thủy vân phải tồn tại bền vững cùng với sản phẩm, nhằm chống lại việc tẩy xóa, làm giả hay biến đổi phá hủy thủy vân. Một yêu cầu lý tưởng đối với thủy vân bền vững là nếu muốn loại bỏ thủy vân này thì chỉ còn có cách duy nhất là phá hủy sản phẩm. Thủy vân bền vững lại được chia thành hai loại là thủy vân ẩn và thủy vân hiện. Thủy vân hiện là loại thủy vân được hiện lên ngay trên sản phẩm và người sử dụng có thể nhìn thấy được, ví dụ như các biểu tượng của các đài truyền hình trên các kênh vô tuyến VTV1, VTC1, Bibi,.. Các thủy vân hiện trên ảnh thường hiển thị dưới dạng chìm, mờ hoặc trong suốt nhằm không gây ảnh hưởng đến chất lượng các sản phẩm ảnh gốc. Đối với thủy vân hiện này thì thông tin bản quyền hiển thị ngay trên sản phẩm; còn đối với thủy vân ẩn thì cũng giống như giấu tin, yêu cầu tính ẩn rất cao, bằng mắt thường không thể nhìn thấy thủy vân. Trong vấn đề bảo vệ bản quyền, thủy vân ẩn mang nhiều tính bất ngờ hơn trong việc phát hiện sản phẩm bị lấy cắp. Trong trường hợp này thì người chủ sở hữu hợp pháp sẽ đưa ra bằng chứng là thủy vân đã được nhúng vào trong sản phẩm đó.
Còn đối với thủy vân dễ vỡ là kỹ thuật nhúng thủy vân vào trong ảnh sao cho sản phẩm khi phân phối, truyền tải trong các môi trường nếu có bất kỳ một phép biến đổi nào làm thay đổi đối tượng sản phẩm gốc thì thủy vân đã được giấu trong đối tượng đó sẽ không còn nguyên vẹn như thủy vân gốc. Các tính chất của kỹ thuật thủy vân này thường được sử dụng trong các ứng dụng xác thực thông tin và phát hiện thông tin bị xuyên tạc. Đó chính là nguyên nhân vì sao các ứng dụng loại này rất cần đến kỹ thuật thủy vân dễ vỡ. Ví dụ như để bảo vệ chống bị xuyên tạc một ảnh nào đó, người ta nhúng một thủy vân vào đó và sau đó quảng bá, phân phối đối tượng này. Khi cần
kiểm tra lại người ta sử dụng hệ thống đọc thủy vân, nếu không đọc được thủy vân hoặc thủy vân đã bị sai lệch nhiều so với thủy vân ban đầu đã được nhúng vào đối tượng thì có nghĩa là bức ảnh đó đã bị thay đổi, chỉnh sửa,..
Mô hình hệ thống thủy vân thường liên quan đến các quá trình sau:
* Quá trình nhúng thủy vân
- Một bức ảnh gốc cần được bảo vệ S.
- Tùy thuộc mục đích bảo vệ mà người sở hữu sẽ chọn thủy vân dạng văn bản, chuỗi bit, bức ảnh,.. gọi chung là thủy vân W.
- Có thể sử dụng hệ thống khóa K làm khóa cho quá trình nhúng và tách thủy vân.
- Sử dụng một thuật toán trong hệ thống sẽ kết hợp giữa thông tin về ảnh gốc, thông tin thủy vân và thông tin khóa để tạo thành một bức ảnh mới hay còn gọi là ảnh đã nhúng thủy vân hay ảnh chứa thủy vân SW. Từ đây bức ảnh này sẽ được sử dụng để phân phối, truyền tải đi.
*Mô hình quá trình nhúng thủy vân được minh họa như hình 1.4
Hình 1.6 Mô hình quá trình nhúng thủy vân * Quá trình tách thủy vân
Ảnh chứa thủy vân SW trong quá trình phân phối, truyền tải có thể bị sử dụng trái phép, người sử dụng có thể đã dùng một số phép biến đổi nhằm
Khóa K Thuật toán thủy vân Ảnh gốc S Thủy vân W ảnh chứa thủy vân
tác động, tấn công vào SW nhằm phá hủy thủy vân nếu có trong đó, các tấn công vào trong SW sẽ tạo ra SW*
Quá trình tách thủy vân từ ảnh chứa SW* ( SW* có thể trùng với SW) tiến hành quá trình:
- Sử dụng ảnh chứa thủy vân SW*, hệ thống khóa K đã sử dụng trong quá trình nhúng thủy vân.
- Tùy theo kỹ thuật, ảnh gốc S có thể sử dụng
- Tách thủy vân được thực hiện theo một thuật toán đã xác định. Kết quả là thông tin thủy vân W* được tách ra từ SW*.
- Thủy vân tách được cần so sánh với thủy vân gốc W để đưa ra những kết luận.
Mô hình quá trình tách thủy vân trong hệ thống thủy vân được minh họa như hình 1.7 như sau:
Hình 1.7 Mô hình quá trình tách và kiểm định thủy vân