Yêu cầu chung khi nhúng thuỷ vân vào ảnh
Thuỷ vân phải khó xoá bỏ, nếu không biết toàn bộ lược đồ mà cố gắng phá huỷ thuỷ vân sẽ dẫn đến sự trung thực của ảnh bị thoái hóa.
Thuỷ vân được giấu vào ảnh phải bền vững trong các phạm vi sau: - Quá trình xử lý tín hiệu thông thường: Khi ảnh kết quả bị xử lý như: chuyển đổi digital - analog, analog - digital, lấy mẫu, lượng tử hoá gồm cả phối màu và nén, tăng cường độ tương phản, màu sắc thì thuỷ vân vẫn được xác định theo một nghĩa nào đó.
- Các méo hình học thông thường: Thuỷ vân trong ảnh kết quả phải chống chịu được các thao tác hình học như: quay, tịnh tiến, co giãn, copy...
Ngoài ra thuỷ vân khi nhúng vào phải có cảm giác vô hình có thể là trong suốt hoặc sự xuất hiện của nó không gây ảnh hưởng đến việc cảm nhận ảnh.
Chiến lược nhúng thuỷ vân
Kỹ thuật nhúng thuỷ vân vào ảnh có hai yếu tố quan trọng cần quan tâm, đó là:
+ Cấu trúc của thuỷ vân.
+ Chiến lược nhúng thuỷ vân vào ảnh.
Muốn thuỷ vân bền vững và an toàn hai yếu tố này phải thiết kế phù hợp. Có thể chia thành hai lược đồ nhúng thuỷ vân: non- oblivious và oblivious. Non - oblivious có nghĩa cần phải truy cập ảnh gốc để phát hiện thuỷ vân, ảnh gốc dùng để nhận ra ảnh khả nghi nếu nó bị xén, quay, co giãn . . . R õ ràng tác dụng ảnh gốc làm cho lược đồ bền vững hơn các lược đồ oblivious. Hiện tại chưa có lược đồ oblivious nào hiệu quả về mặt tính toán đồng thời có thể khôi phục nguyên vẹn thuỷ vân từ ảnh kết quả đã qua các phép biến đổi hình học phi tuyến thông dụng.
Ngoài ra thuỷ vân nhúng vào ảnh ở hai dạng: Trong suốt hoặc hữu hình.
+ Trong suốt có nghĩa không nhìn thấy thuỷ vân trong ảnh, với dạng này yêu cầu quan tâm đến tính vô hình trong lược đồ nhúng.
+ Hữu hình: vẫn nhìn thấy thuỷ vân trên ảnh tại một vị trí nào đó (ví dụ thuỷ vân là một logo mờ) nhưng không làm ảnh hưởng đến tính mỹ thuật của ảnh. Thuỷ vân này chỉ mang ý nghĩa nhận biết.
Việc kiểm định ảnh có thuỷ vân không cũng là vấn đề cần nghiên cứu trong các lược đồ. Thông thường khi ảnh chứa thuỷ vân phải qua một số biến động, việc gỡ thuỷ vân ra đúng nguyên vẹn là khó. Thường dùng kỹ thuật
kiểm định giả thiết thống kê, phân tích xác suất của khẳng định sai. Đơn giản hơn chỉ cần tính tỷ lệ bit sai trên tổng số bit của thuỷ vân.
Các kỹ thuật nhúng thuỷ vân chia thành 2 nhóm: Nhúng trong vùng không gian ảnh hoặc nhúng trong vùng chuyển đổi.
+ Nhúng thuỷ vân trực tiếp vào điểm ảnh tức là thay đổi các bit LSB. + Nhúng thuỷ vân vào hệ số điều biến của một số chuyển đổi, sự điều biến được điều chỉnh theo các đặc tính của hệ thị giác do đó ảnh kết quả không bị cảm giác méo do tác động của thuỷ vân. Các phép biến đổi thường sử dụng: DCT, DFT, biến đổi Hadamard, hay các biến đổi có khoá.
Mặt khác ta cần nhúng thuỷ vân vào thành phần cảm nhận quan trọng nhất của ảnh, nếu muốn tấn công thuỷ vân, kẻ tấn công phải nhằm vào thành phẩn quan trọng, do đó làm ảnh thoái hoá nhanh. Hơn nữa hầu hết các kỹ thuật xử lý ảnh không đụng chạm đến thành phần cảm nhận quan trọng. Ta nhận thấy thành phần cảm nhận quan trọng vẫn cho phép chèn thuỷ vân trong một dung lượng cho phép mà không làm suy giảm chất lượng. Chiến lược này nhìn có vẻ như đối lập với quan điểm của giấu bí mật. Vậy làm thế nào để các thành phần quan trọng lại có thể che giấu một tín hiệu bất kỳ?
C ấu tr ú c th u ỷ vân
Thuỷ vân có thể là: text, ảnh, hay một chuỗi bit được sinh ngẫu nhiên theo khoá. Trên máy tính thường tạo một chuỗi bit giả ngẫu nhiên (pseudo - random). Cần sử dụng phương pháp để tạo chuỗi giả ngẫu nhiên giống như các chuỗi ngẫu nhiên tuân theo phân phối chuẩn N(0,1).
2.3.2.I. N húng thuỷ vân vào hệ số điều biến của các phép chuyển đổi
Nguyên tắc chung: ảnh được biến đổi trước qua các phép biến đổi: DTC, DFT .... Thuỷ vân được nhúng vào các hệ số tương ứng của phép biến đổi bằng cách thay đổi nhỏ giá trị các hệ số này.
Như đã trình bày ở trên thuỷ vân không nên đặt trong vùng không quan trọng của ảnh vì nhiều quá trình xử lý tín hiệu và hình học thông dụng có thể tác động lên các thành phần này. Nén (JPEG, M PEG ...) là mất mát dữ liệu và có khả năng suy giảm chất lượng của dữ liệu, thậm chí có thể mất mát không thể cứu vãn được. Các lược đồ nén mất mát thường khử các thành phần không quan trọng và xảy ra ở tần số cao.
Thuỷ vân nhúng vào vùng tần số thấp không tăng nhiễu của ảnh nhưng tăng tính bền vững của ảnh đối với các méo ảnh: lọc trung vị, nén mất mát thông tin. Thuỷ vân nhúng vào tần số cao thường kém bền vững với lọc thông thấp, nén mất mát nhưng rất bền vững với nhiễu cộng, méo phi tuyến (chỉnh gamma, các thao tác histogram ...)- Thuỷ vân nhúng vào tần số trung sẽ bền vững với phép co giãn, quay, dịch chuyển.
Vậy ưu điểm của thuỷ vân khi nhúng vào vùng tần số trung, cao, thấp là bù nhau. Có thể nhúng thuỷ vân vào vùng tần số cao, sau đó nhúng thêm một lần nữa vào vùng tần số thấp của ảnh. Như vậy lược đồ có ưu điểm của cả hai loại. Tuy nhiên có sự giao thoa rất nhỏ của thuỷ vân nhưng không đáng kể vì chúng được chèn vào vị trí rời nhau của phổ.
Thường để đảm bảo tính bền vững, chia ảnh thành các khối và nhúng thuỷ vân vào từng khối. Các thuật toán nhúng và tách thuỷ vân cũng cần quan tâm đến thời gian tính toán. Thuật toán trình bày sau đây cho phép nhúng thuỷ vân bền vững với nén mất mát thông tin.