Xu t phát đi m c a ý t ng xây d ng h m n thông tin d a vào thói quen di n đ t c a ng i dùng. Thông th ng, ng i dùng s phát bi u yêu c u theo cách “Tôi c n nh nhúng có đ trong su t r t cao”, thay vì “Tôi c n nh nhúng có giá tr PSNR l n h n 50”.
110
Ngoài ra, nh đã trình bày t i Ch ng 1 v b ba ràng bu c (trade-off) c a các k thu t n thông tin, ba yêu c u {dung l ng nhúng, đ trong su t, tính b n v ng} mâu thu n nhau nên không th đ ng th i đ t giá tr cao nh t. Ng i dùng s quy t đnh m c đ quan tr ng c a các yêu c u và h th ng s v n hành theo h ng đ c ch đ nh.
V i hai yêu c u thi t k trên, chúng tôi cho r ng áp d ng h đi u khi n m là gi i pháp kh thi và hi u qu h n c vì các tính n ng u vi t c a h m .
D a trên đ u vào là nh và watermark, cùng v i nhu c u c a ng i dùng v m c đ
(cao, th p hay v a) đáp ng ba yêu c u (dung l ng, b n v ng, trong su t), h th ng s tính toán và th c thi ph ng án cho k t qu đ t yêu c u cao nh t.
Chúng tôi tham kh o các giá tr đã gi i thi u t i ch ng 1 v các lo i thang đo đ c đ ngh cho mô hình n thông tin. Các kh o sát trong quá trình nghiên c u xây d ng mô hình đã giúp chúng tôi thu th p d li u đ đ xây d ng t p m và lu t m , s s d ng nh tri th c chuyên gia trong h th ng. Các m nh đ trong t p c s lu t m đ c chúng tôi t ch c đ suy di n b ng cách ph i h p các ph ng pháp suy di n m , đ cu i cùng ra quy t đ nh đi u khi n h th ng n thông tin contourlet.
Quy t đ nh đi u khi n c a h m c th là xác đnh giá tr c a nh ng tham s nh h ng đ n k t qu n thông tin. ó là:
- S m c l và s h ng d th c hi n bi n đ i contourlet.
- V i subband contourlet: kho ng cách là distance gi a hai h s đ c ch n nhúng (th a hay dày); s l ng subband là num có m c n ng l ng l n dùng đ nhúng.
- V i k thu t QIM: giá tr c a b c nh y delta cho lowband là deltalow và subband là deltasub.
- S l n nhúng thông đi p: đ đ m b o trích đúng thông đi p, thông đi p có th đ c nhúng nhi u l n là times (thay vì ch nhúng m t l n).
111
4.2.1. Qui trình th c hi n nhúng thông tin
Hình 4.1. Qui trình th c hi n nhúng thông tin
Trong đó:
u vào g m:
- nh g c I.
- Thông đi p c n nhúng w.
- Chi ti t v ba yêu c u:
+ Ví d : “dung l ng=r t cao”, “trong su t=v a ph i”, “b n v ng=cao”.
- Chi ti t v th t u tiên th c hi n ba yêu c u: kí hi u “>” ngh a là có u tiên cao h n.
+ Ví d : dung l ng > b n v ng > trong su t.
H đi u khi n m nh n các giá tr đ u vào, m hóa (n u c n) và ti n hành suy di n trên t p lu t m đã xây d ng. K t xu t c a h đi u khi n m là giá tr c a b y tham s : {l, d, distance, num, deltasub, deltalow, times}.
Mô hình n thông tin nh n vào {l, d, distance, num, deltasub, deltalow, times} và th c thi n thông tin w vào nh I.
u ra c a h th ng:
- nh đã nhúng thông tin Iw. Giá tr c a các tham s {l, d, distance, num, deltasub, deltalow, times} đ c l u và khóa k s d ng khi trích thông tin.
u vào • I, w • 3 yêu c u • Th t u tiên H đi u khi n m Mô hình n thông tin u ra • nh đã nhúng Iw •Khóa k
112
Hình 4.2. Qui trình th c hi n trích thông tin
u vào: nh có thông tin n Iw và khóa k.
Gi i mã: h th ng s gi i mã khóa k nh n vào đ l y đ c các giá tr {l, d, distance, num, deltasub, deltalow, times}. Các giá tr này đ c chuy n sang mô hình n thông tin đ trích ra thông đi p w.
4.2.2. Nguyên lí thi t k
Chúng tôi quan tâm đ n ba yêu c u: dung l ng nhúng, đ trong su t nh sau nhúng và kh n ng b n v ng v i t n công (i=1..3). Ng i dùng s cung c p m c đ mong mu n c a mình v i ba yêu c u này đ mô hình th c thi.
G i:
- i: giá tr s th c, xác đnh th t u tiên c a yêu c u th i (i=1..3). i l n h n ngh a là u tiên cao h n. Giá tr i th a mãn:
0 ≤ i ≤ 1
デ戴 辿 沈退怠 =1
- tYêuc ui : s th c, có mi n giá tr thu c [0; 1], di n t m c đ h th ng đ t đ c yêu c u th i c a ng i dùng. tYêuc ui = 0 ngh a là không th đáp ng.
tYêuc ui = 1 là đáp ng t t nh t so v i yêu c u. tYêuc ui càng l n ngh a là đáp ng càng t t yêu c u.
- Hidingj: s th c, có mi n giá tr thu c [0; 1], là k t qu có đ c khi th c thi mô hình n thông tin v i b tham s {l, d, distance, num, deltasub, deltalow, times} th j (j=1..n). V i n>1: ngh a là có nhi u h n m t b tham s có th đáp ng yêu c u c a ng i dùng. Công th c tính Hiding: Hiding = デ戴 辿 沈退怠 * tYêuc ui v i i=1..3 (4.1) u vào •Iw •Khóa k Mô hình n thông tin u ra •Thông đi p w Gi i mã
113
- M i b tham s th j s cho m t giá tr Hidingj. H th ng s ch n th c hi n b tham s cho giá tr Hiding l n nh t. i u đó ngh a là yêu c u ng i dùng đ c h th ng đáp ng m c t t nh t có th .
- i u khi n: Ch n b tham s {l, d, distance, num, deltasub, deltalow, times} cho Hiding = Max {Hidingj}, v i j=1..n, n ≥ 1 là s l ng b tham s th a mãn yêu c u ng i dùng.
Nh v y, nhi m v c a h đi u khi n m là:
- Xác đnh n b tham s {l, d, distance, num, deltasub, deltalow, times} khi n mô hình n thông tin th c thi s th a mãn yêu c u ng i dùng.
- Tính các giá tr tYêuc ui (i=1..3) theo yêu c u c a ng i dùng cho j=1..n b tham s .
- Tính Hidingj cho j=1..n b tham s theo (4.1).
- K t xu t b tham s {l, d, distance, num, deltasub, deltalow, times} cho giá tr Hiding l n nh t.
4.3 Thi t k b đi u khi n m
Theo mô t trên, b đi u khi n m chúng tôi đang s d ng là b đi u khi n d ng MIMO (Multi Input, Multi Output). M t MIMO đ c minh h a trong c u trúc sau:
Hình 4.3. B đi u khi n m MIMO g m nhi u MISO (Multi Input Single Output)
Trong ph n này chúng tôi s l n l t mô t các b c th c hi n đ có đ c b đi u khi n m :
i. nh ngh a các bi n ngôn ng vào và ra. ii. nh ngh a các t p m và vi c m hóa. A1 Am MISO B1 MISO Bs N U A1= A11 và … và Am= A1m THÌ B1= B11 và … và Bs=B1s …. N U A1= An1 và … và Am = Amn THÌ B1= Bn1 và … và Bs=Bns
114
iii. Xây d ng lu t h p thành.
iv. Ch n qui t c th c hi n lu t h p thành (đ ng c /mô t suy di n). v. Ch n ph ng pháp gi i m .
H đi u khi n m s p xây d ng có s ph i h p gi a các y u t m và rõ. Cho nên t i t ng b c, chúng tôi s mô t song song các chi ti t th c hi n.
4.3.1 Các bi n và bi n ngôn ng vào/ra
Thang đo đ c s d ng đ đánh giá các yêu c u:
Trong su t: PSNR(dB)
B n v ng: ch t l ng nén JPEG(0%100%)
Dung l ng: t l nhúng so v i nh g c (0%100%)
Theo mô t h th ng Hình 4.1, chúng ta có các bi n nh sau:
u vào:
Bi n ngôn ng và giá tr ngôn ng :
- Yêu c u v dung l ng: R t th p, Th p, V a, Cao, R t cao
- Yêu c u v trong su t: Th p, Ch p nh n, T t, R t t t
- Yêu c u v b n v ng: Y u, , Khá m nh, M nh, R t m nh, C c m nh
Bi n rõ: nh g c và thông đi p watermark.
u ra: {l, d, distance, num, deltasub, deltalow, times}
Bi n ngôn ng và giá tr ngôn ng :
- l n deltasub: Nh , V a, L n
- l n deltalow: C c nh , Nh , V a, L n, Khá l n, R t l n
Lý do deltalow có t p giá tr nhi u h n deltasub là vì chúng tôi t p trung nhúng watermark ch y u trên vùng lowband đ ch ng t n công JPEG mà không đ t yêu c uvi c nhúng dung l ng cao trên các subband.
Bi n rõ: l, d, giãn cách nhúng distance, num, times l y giá tr thu c t p s t nhiên.
4.3.2 Xây d ng các t p m và m hóa
Chúng tôi s d ng hàm m hình thang đ bi u di n các hàm thành viên µ (g i là hàm thu c).
115
C th , v i yêu c u TRONG SU T, chúng tôi có b n t p m .
Hình 4.4 Hàm hình thang mô t t p m phân l p đ trong su t
Ví d : Giá tr PSNR = 38 s cho các k t qu đ thu c µ nh sau: µCh pnh n(38) = 0,5
µT t(38) = 0,5
Hình 4.5 Giá tr m c a PSNR = 38
4.3.2.2. Các t p m cho yêu c u dung l ng
Mô t b ng n m t p m t ng ng v i t l khi chia s pixel c a nh nhúng cho pixel nh g c. Bi u di n các t p m dung l ng b ng hàm hình thang nh sau:
116
Hình 4.6 Các t p m dung l ng nhúng
4.3.2.3. Các t p m cho yêu c u b n v ng tr c nén JPEG
Hình 4.7 Các t p m b n v ng JPEG
4.3.2.4. Các t p m cho deltasub
117 4.3.2.5. Các t p m cho deltalow Hình 4.9 Các t p m c a bi n deltalow B ng 4.1. Các t p m trong h th ng Bi n ngôn ng S l ng t p m trong su t 4 Ch ng JPEG 6 Dung l ng 5 l n Deltasub 3 l n Deltalow 6 T ng s 24 4.3.3 Xây d ng lu t h p thành
T p 17 m nh đ MISO cho đ u ra m deltalow d i đây đ c xây d ng sau quá trình chúng tôi tri n khai các mô hình n thông tin t i ch ng 2 và 3.
118
B ng 4.2. 17 m nh đ h p thành d ng MISO cho đ u ra deltalow
N U Dung l ng = B n v ng = Trong su t = THÌ Deltalow =
1 R t cao Y u R t t t C c nh ∪ Nh 2 R t cao Y u T t Nh 3 R t cao Khá m nh Th p V a 4 Cao R t t t Nh 5 Cao M nh T t V a 6 Cao C c m nh Th p L n 7 Cao R t m nh Ch p nh n V a ∪L n 8 V a R t m nh T t V a ∪L n 9 V a C c m nh Ch p nh n L n 10 V a R t m nh T t V a ∪L n 11 V a M nh R t t t V a 12 V a C c m nh Ch p nh n Khá l n 13 Th p M nh R t t t V a 14 Th p R t m nh T t V a ∪L n 15 Th p C c m nh T t L n 16 Th p C c m nh Ch p nh n R t l n 17 Th p C c m nh T t L n
B ng cách t ng t , chúng tôi có 17 m nh đ h p thành m cho deltasub.
V i 5 bi n đ u ra còn l i {l, d, distance, num, times}: đây là các bi n rõ, nên chúng tôi xác đnh giá tr cho các bi n này b ng các m nh đ d ng Sugeno [83]:
N U (x1 là A1 VÀ … VÀ xk là Ak) THÌ y = p0 + p1x1 + … + pkxk (4.2) Công th c (4.2) là m t MISO, t o thành t các SISO (Single Input, Single Output) theo cách: m t giá tr h ng s s đ c gán cho các bi n đ u ra, tùy thu c vào yêu c u đ u vào.
Ví d : có các SISO
N U (Dung l ng = R t Cao) THÌ l = 1 N U (Dung l ng = R t Cao) THÌ num = 2 Theo đó, (4.2) vi t l i thành:
119
v i p0 ∈N (t p s t nhiên), xi là các yêu c u, xi là bi n ngôn ng mô t các yêu c u, Ai là t p m t ng ng (i=1..3)
Các m nh đ theo d ng (4.3) phát bi u cho 5 bi n đ u ra s mô t nh B ng 4.3 – MISO cho bi n đ u ra l (là s m c bi n đ i Contourlet).
B ng 4.3. 17 m nh đ h p thành MISO cho đ u ra s m c l N U Dung l ng = B n v ng = Trong su t = THÌ l = N U Dung l ng = B n v ng = Trong su t = THÌ l = 1 R t cao Y u R t t t 1 2 R t cao Y u T t 1 … …. … … … 16 Th p C c m nh Ch p nh n 2 17 Th p C c m nh T t 2 Nh v y, c s lu t m hi n g m 17 × 7 = 119 m nh đ h p thành MISO. 4.3.4 ng c suy di n – thi t b h p thành
Chúng tôi s d ng thi t b h p thành Max – Min.
Ch n lu t Min cho phép suy di n nh m xác đnh k t qu c a các m nh đ h p thành. C th :
- V i m t lu t m SISO (Single Input Single Output): N U A = A THÌ B = B chúng tôi ch n lu t suy di n Min:
µA=>B(y) = min {H, µB(y)} (4.4)
v i H = µA(x0) là đ th a mãn đ u vào.
- V i m t lu t m MISO, chúng tôi c ng ch n lu t Min. G i H là đ th a mãn đ u vào chung cho c m nh đ h p thành MISO. H đ c xác đnh theo nguyên t c “tình hu ng x u nh t” nh sau:
H = min {H1, …, Hm} = min µAk(捲賃待 ) (4.5)
thì µA=>B(y) = min {min µAk(捲賃待 ), µ
B(y)} (4.6) V i lu t h p thành MIMO g m các m nh đ h p thành MISO đã mô t t i 4.3.3., chúng tôi dùng lu t Max đ h p các t p m .
120
4.3.5 Kh m
V i hai t p m đ u ra deltasub, deltalow, chúng tôi dùng ph ng pháp đi m tr ng tâm đ kh m .
4.4 V n hành h th ng n thông tin m đ gi i quy t ba y u t mâu thu n
- M t v n đ khác là có th t n t i mâu thu n trong các yêu c u c a ng i dùng. Và h th ng thi t k v i m c tiêu đáp ng “ m c cao nh t trong ph m vi kh n ng”. Do đ u vào ng i dùng đã cung c p giá tr c a các bi n ngôn ng , nên h th ng không c n m hóa đ u vào. C n c vào yêu c u do ng i dùng cung c p, chúng ta s gi i h n s l n th c thi mô hình n thông tin theo giá tr t ng ng c a b tham s . V i m t yêu c u đ u vào s kích ho t các m nh đ đáp ng b ng và t t h n yêu c u đó.
N u không tìm th y b tham s nào th a mãn đ ng th i các yêu c u sau khi suy di n đ đ a vào mô hình, ph i th c thi các quy t c “t a nhánh” đ gi m yêu c u theo “đ u tiên”. B lu t này c ng mô t heuristic c a thu t toán.
Lu t heuristic:
G i :
- Yêuc u1: là yêu c u có m c u tiên cao nh t. - Yêuc u2: là m c u tiên v a.
- Yêuc u3: có u tiên th p nh t.
Các qui t c “t a nhánh” phát bi u nh sau:
IF (Yêuc u1“không đ t”) THEN (GI M OR B Yêuc u3) AND/OR (GI M OR B Yêuc u2) AND/OR (GI M Yêuc u1)
IF (Yêuc u2 “không đ t”) THEN (GI M OR B Yêuc u3) AND/OR (GI M Yêuc u2)
IF (Yêuc u3“không đ t”) THEN (GI M OR B Yêuc u3)
Quá trình l p l i đ n khi có đ c t p các b tham s đ t yêu c u c a ng i dùng
(là b tham s kh thi). N u không tìm th y b tham s nào kh thi thì thông báo không th th c hi n yêu c u.
121
V i cách v n hành m nh trên, k t qu c a quá trình suy di n c a h m có th là
nhi u b tham s đ t yêu c u c a ng i dùng thay vì ch m t. Cho nên, vi c c n làm ti p theo là tính k t qu Hiding nh t i công th c (4.1) cho m i b tham s . Ví d , th c thi mô hình theo b tham s j s cho PSNR = 48. Chúng tôi s m hóa giá tr rõ này đ có các µtrongsu t_k (k∈[1, s], v i s là s l ng t p m c a yêu c u t ng ng). Sau đó, áp d ng phép h p m Max đ có tYêuc ui.
tYêuc ui = max {µyêuc ui_k } k∈[1, s], i=1..3 (4.8) Mô hình s th c thi b tham s cho giá tr Hiding l n nh t.