Vấn đề đặt ra đầu tiên đối với hệ thống thuỷ vân đó là định dạng của thủy ấn, nghĩa là thông tin gì sẽ được giấu vào bên trong ảnh nhãn hiệu? Kiểu thuỷ ấn hay được sử dụng nhất là chuỗi các kỹ tự mã ASCII, được nhúng trực tiếp lên ảnh mang những thông tin như tác giả, tiêu đề hay ngày tháng…Tuy nhiên, chuỗi kí tự mã ASCII lại bị một hạn chế đó là mỗi ký tự biểu diễn bằng nhiều bít nếu như vì một lí do nào đó một bít bị lỗi thì sẽ làm sai cả kí tự, do đó chỉ cần một phép biến đổi đơn giản cũng có thể làm cho thuỷ ấn bị sai lệch rất
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/
nhiều. Chúng ta cũng có thể sử dụng thủy ấn dạng ảnh, khi đó ta sẽ có ảnh giấu trong ảnh - “hợp ảnh”. Khi trích xuất thủy ấn trên ảnh nếu bị biến đổi, thì một số điểm ảnh có thể sai nhưng hình tổng thể của thủy ấn vẫn sẽ được giữ nguyên và ta vẫn dễ dàng nhận ra.
Như vậy, khả năng khôi phục của thủy ấn dạng ảnh tốt hơn nhiều hơn so với thủy vân ấn ký tự, nên hệ thống thủy vân sẽ sử dụng thông tin nhúng dưới dạng ảnh số. Vấn đề đặt ra tiếp theo là phương pháp nào sẽ được sử dụng để đảm bảo tính bí mật của thủy ấn ngay cả khi kỹ thuật thủy vân bị phát hiện. Có nhiều phương pháp để xử lý thủy ấn trước khi nhúng như là nén không mất dữ liệu, mã hóa, trộn ảnh hoặc dùng kết hợp các phương pháp trên. Luận văn trình bày các tiền xử lý thủy ấn bằng kỹ thuật trộn ảnh Arnold.
Kỹ thuật trộn Arnold
Để khắc phục nhược điểm của phương pháp mã hóa thủy ấn thì trước tiên thủy ấn sẽ được trộn để đảm bảo việc nhúng thủy ấn chống được việc lấy mẫu lại và cải thiện tính bền vững. Kỹ thuật trộn ảnh sử dụng một số thuật toán nhằm xáo trộn từng điểm ảnh trong hình ảnh, nhưng tổng số điểm là không thay đổi. Sau khi thủy ấn được xử lý bằng thuật toán trộn, ngay cả khi kẻ tấn công phát hiện được thủy ấn thì cũng không thể khôi phục được thủy ấn gốc nếu không biết về khóa và thuật toán trộn. Bằng cách này, tính bí mật mờ và sự an toàn của thủy ấn được tăng cường. Trong lược đồ thủy vân dưới đây, thuật toán trộn Arnold được chọn làm phương pháp tiền xử lý cho tín hiệu thủy ấn, đây là thuật toán đơn giản và theo chu kỳ. Biến đổi Arnold là một phương pháp biến đổi tốt theo lý thuyết, được gọi là ánh xạ Arnold, được đề xuất bởi tác giả V.I.Arnold. Biến đổi Arnold rời rạc n chiều được thực hiện theo công thức:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Trong đó, aij N, x1,x2,….,xn {0,1,...,N-1}. Biến đổi Arnold một hình ảnh nhiều lần có thể tạo ra kết quả khác nhau cho đến khi đạt yêu cầu. Đồng thời, biến đổi Arnold có tính chu kỳ nên có thể khôi phục lại ảnh ban đầu.