Lập trình Xử lý tín hiệu số theo phơng pháp Fht trên hệ vi xử lý vectơ MC
3.2.4Kỹ thuật giấu thông tin trong ảnh số sử dụng FHT
Kỹ thuật giấu tin đã đợc nghiên cứu và áp dụng trong nhiều môi tr- ờng dữ liệu khác nhau nh trong dữ liệu đa phơng tiện (nh text, image, audio, video), trong sản phẩm phần mềm và gần đây là những nghiên cứu trên môi trờng cơ sở dữ liệu quan hệ. Trong các môi trờng dữ liệu đó thì dữ liệu đa phơng tiện là môi trờng chiếm tỉ lệ chủ yếu trong các kỹ thuật giấu tin. Do hạn chế về khuôn khổ của đồ án, ở đây ta sẽ tập trung xem xét về kỹ thuật giấu tin trong ảnh. Nhng trớc hết ta sẽ điểm qua về các kỹ thuật giấu tin trong những môi trờng đa phơng tiện khác.
Kỹ thuật giấu thông tin trong audio phụ thuộc vào hệ thống thính giác của con ngời (HAS - Human Auditory System). HAS cảm nhận đợc các tín hiệu ở dải tần rộng và công suất thay đổi lớn, nhng lại kém trong việc phát hiện sự khác biệt nhỏ giữa các dải tần và công suất. Điều này có nghĩa là, các âm thanh to, cao tần có thể che giấu đợc các âm thanh nhỏ thấp một cách dễ dàng. Kênh truyền cũng là một vấn đề cần xem xét để đạt đợc chất lợng cao nhất với thông tin sau khi giấu. Giấu thông tin trong audio đặt ra các yêu cầu cao về tính đồng bộ và tính an toàn của thông tin.
Giấu thông tin trong video cũng đợc quan tâm và đợc phát triển mạnh mẽ cho nhiều ứng dụng nh điều khiển truy cập thông tin, nhận thực thông tin và bảo vệ bản quyền tác giả. Ví dụ nh các hệ thống chơng trình trả tiền xem theo video clip (pay per view application). Các thuật toán trớc đây th- ờng cho phép giấu ảnh vào trong video, nhng gần đây kỹ thuật cho phép giấu cả âm thanh và hình ảnh vào video.
Giấu thông tin trong ảnh khai thác các đặc tính cảm thụ của hệ thống thị giác con ngời (HVS – Human Visual System) và sử dụng các kỹ thuật khác nhau để giấu thông tin vào môi trờng ảnh số. Hiện nay, giấu tin trong ảnh chiếm tỉ lệ lớn nhất trong các chơng trình ứng dụng, các phần mềm, hệ thống giấu tin trong đa phơng tiện bởi lợng thông tin đợc trao đổi bằng ảnh là rất lớn, hơn nữa giấu thông tin trong ảnh cũng đóng vai trò hết sức quan trọng đối với hầu hết các ứng dụng bảo vệ an toàn thông tin nh: nhận thực thông tin, xác định xuyên tạc thông tin, bảo vệ bản quyền tác giả, điều khiển truy cập, giấu thông tin mật... Thông tin sẽ đợc giấu cùng với dữ liệu
ảnh nhng chất lợng ảnh ít thay đổi và khó có thể biết đợc đằng sau ảnh đó mang những thông tin có ý nghĩa.
Ngày nay, khi ảnh số đã đợc sử dụng rất phổ biến thì giấu thông tin trong ảnh đem lại rất nhiều ứng dụng quan trọng trên nhiều lĩnh vực đời sống xã hội. Ví dụ, trong các dịch vụ ngân hàng và tài chính ở một số nớc phát triển, thủy vân số đợc sử dụng để nhận diện khách hàng trong các thẻ tín dụng. Mỗi khách hàng có một chữ kí viết tay, sau đó chữ kí này đợc số hóa và lu trữ trong hồ sơ của khách hàng. Chữ kí này sẽ đợc sử dụng nh là thủy vân để nhận thực thông tin khách hàng. Trong các thẻ tín dụng, chữ kí tay đợc giấu trong ảnh của khách hàng trên thẻ. Khi sử dụng thẻ, ngời dùng đa thẻ vào một hệ thống, hệ thống có gắn thiết bị đọc thủy vân trên ảnh và lấy đợc chữ kí số đã nhúng trong ảnh. Thủy vân đợc lấy ra sẽ so sánh với chữ kí số đã lu trữ xem có trùng hợp không, từ đó xác định nhận thực khách hàng.
Các phơng pháp giấu thông tin trong ảnh có thể đợc chia thành hai nhóm chính. Thứ nhất là nhóm các phơng pháp trên miền không gian. Khi đó các giá trị cờng độ của các pixel đợc thay đổi để chứa thông tin cần giấu. Phơng pháp đầu tiên và đơn giản nhất của nhóm này là sử dụng các bit ít quan trọng LSB (Least Significant Bit) để giấu thông tin. Phơng pháp này có thể áp dụng cho các ảnh đen trắng hai màu, ảnh đa cấp xám hoặc ảnh màu. Vì nó chỉ sử dụng các bit LSB nên có u điểm là chất lợng ảnh hầu nh không thay đổi và với những cách thông thờng khó phát hiện ra là nó đợc giấu tin hay không. Tuy nhiên, nhợc điểm chính của nó là dung lợng giấu tin thấp, kém bền vững trớc các thao tác xử lý ảnh.
Thứ hai là nhóm các phơng pháp giấu ảnh trên miền biến đổi. Trong đó các hệ số biến đổi đợc thay đổi để giấu thông tin. Thực tế cho thấy các phơng pháp trong nhóm này có nhiều u điểm và hiệu quả hơn so với nhóm thứ nhất. Các biến đổi thờng đợc sử dụng là DCT, DFT, DWT, DHT và một số phép biến đổi khác. Các phơng pháp trong nhóm này có khả năng cho dung lợng thông tin giấu cao và khả năng bền vững trớc các tác động của bên ngoài cũng nh các thao tác xử lý ảnh. Tuy nhiên, rõ ràng là việc thực hiện sẽ phức tạp hơn so với nhóm các phơng pháp trên miền không gian.
Tuy vậy, tùy theo ứng dụng cụ thể mà việc khai thác các u thế của từng phơng pháp phải đợc xem xét một cách kỹ lỡng. Có những ứng dụng
lại không cần tính bền vững mà ngợc lại cần tính chất dễ bị ảnh hởng của các tác động, nh trong nhận thực ảnh.
Trong các phơng pháp miền biến đổi thì phơng pháp sử dụng biến đổi Hadamard nhanh (FHT) có nhiều u điểm so với các phép biến đổi khác (FFT, FCT, FWT) về sự đơn giản trong thực hiện, tốc độ xử lý nhanh và khả năng bền vững cao trớc các tác động của các thao tác xử lý ảnh (đặc biệt là nén ảnh) cũng nh các tác động từ bên ngoài trong quá trình truyền dữ liệu ảnh số. Đặc biệt, với điều kiện thờng gặp trong thực tế là tạp âm xử lý cao thì các nghiên cứu cho thấy FHT tỏ ra bền vững và hiệu quả hơn hẳn các phơng pháp biến đổi khác [11].
Sau đây ta sẽ xem xét việc sử dụng FHT trong quá trình giấu thông tin trong ảnh với ứng dụng là nhúng thông tin để bảo vệ bản quyền. Khi đó yêu cầu về tính bền vững của thông tin giấu đợc đặt ra hàng đầu. Sơ đồ của quá trình nhúng và tách thông tin giấu trong ảnh sử dụng biến đổi FHT đợc thể hiện trong hình vẽ 3.3.
Kí hiệu giá trị các điểm ảnh của ảnh gốc là B và thông tin cần dấu là
BW. Cả hai đều đợc biến đổi FHT để đợc các giá trị hệ số biến đổi tơng ứng là f và w. Bộ mã hóa sử dụng các hệ số này để mã hóa đợc giá trị hàm mã
hóa: e = α . w . f
Trong đó α là hệ số của bộ mã hóa, chẳng hạn chọn α = 0,1. Sau bộ cộng ta đợc hàm fW: fW = f + α . w . f
Và sau biến đổi IFHT của fw thu đợc B1 là giá trị của ảnh đã đợc giấu tin, và từ đó ảnh này sẽ đợc gửi đi trên kênh truyền.
b. Quá trình tách thông tin giấu
Hình 3.3. Các quá trình nhúng và tách thông tin giấu trong ảnh sử dụng biến đổi FHT
Tại phía thu sẽ nhận đợc ảnh đã giấu tin với các giá trị điểm ảnh là B1
có thể sai khác so với B1 do tác động của kênh truyền. Thực hiện biến đổi FHT trên ảnh này thu đợc các hệ số fwđa tới bộ giải mã cùng với khóa k
giống hệt phía phát để tách riêng các hệ số biến đổi Hadamard của ảnh gốc ( f ) và của thông tin giấu (w). Từ đó, phép biến đổi FHT ngợc (IFHT) đợc thực hiện trên các hệ số này để khôi phục lại ảnh gốc (B) và thông tin giấu (Bw).
Có thể thấy rằng các khối biến đổi FHT và IFHT có vai trò rất quan trọng trong hệ thống giấu tin trong ảnh số. Do tính chất đặc biệt của ma trận Hadamard (chỉ gồm các phần tử 1, -1 và có tính đối xứng cao) nên các tính toán trong IFHT hoàn toàn giống với FHT. Vì vậy, trong phần sau của đồ án chỉ đi vào lập trình tính FHT thuận, song kết quả này hoàn toàn có thể áp dụng cho FHT ngợc (IFHT).