kl luong van tri 2015 621 389

Chương 2: Tổng quan về kỹ thuật giấu tin - kỹ thuật watermarking thủy vân số cũng là một trong các phương pháp giấu tin, do đó chương 2 sẽ trình bày các vấn đề cơ bản của một mô hình gi

Trang 1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG KỸ THUẬT WATERMARKING TRONG BẢO VỆ

BẢN QUYỀN ẢNH SỐ

Người hướng dẫn:Ths NGUYỄN THANH TUẤN

Người thực hiện: LƯƠNG VĂN TRÍ

Lớp : 10040002

Khoá : 14

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2015

Trang 2

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Bold, size 16)

Người thực hiện: NGUYỄN THỊ B (Bold, size 14, in hoa)

Lớp : ………(Bold, in hoa, size 14) Khoá : .… (Bold, in hoa, size 14)

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM … (Bold, size 14)

Trang 3

Cuối cùng em cũng xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè và gia đình đã hỗ trợ và động viên em trong suốt thời gian hoàn thành đồ án tốt nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 01 năm 2015

Tác giả

Lương Văn Trí

Trang 4

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn khoa học của thầy Nguyễn Thanh Tuấn Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong

đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo

Ngoài ra, trong đồ án còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình Trường đại học Tôn Đức Thắng không liên

quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực

hiện (nếu có)

TP Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 01 năm 2015

Tác giả (ký tên và ghi rõ họ tên)

Trang 5

iii(Trang này dùng để đính kèm Nhiệm vụ Đồ án tốt nghiệp có chữ ký của Giảng viên hướng dẫn)

Trang 6

ivTrang này để đính kèm tờ lịch trình làm việc

Trang 7

TÓM TẮT NỘI DUNG

Sự ra đời của máy tính cùng với mạng Internet đã mang lại rất nhiều lợi ích to lớn cho cuộc sống của con người Tuy nhiên bên cạnh đó chúng ta cũng đang đối đầu với những thử thách liên quan đến các vấn đề truyền thông bảo mật và đặc biệt

là vấn đề phân phối các dữ liệu đa phương tiện sao cho bảo đảm quyền sở hữu trí tuệ Tình trạng sao chép bất hợp pháp, giả mạo các tác phẩm số, sử dụng các tác phẩm số không có bản quyền đã gây rất nhiều bức xúc cho chủ sở hữu

Xuất phát từ yêu cầu thực tế trên, đề tài đồ án đã được thực hiện nhằm mục đích hướng tới chương trình nhằm chống lại các vấn đề liên quan đến việc sử dụng trái phép các tác phẩm số mà không có sự cho phép người chủ sở hữu, đề tài được

mang tên: “ứng dụng kỹ thuật watermarking trong bảo vệ bản quyền ảnh số”

Nội dung đề tài chia thành 5 chương:

Chương 1: Ảnh số và một số vấn đề liên quan - Chương này sẽ trình bày

các vấn đề liên quan đến ảnh số bao gồm: khái niệm ảnh số, phân loại ảnh số, một

số định dạng ảnh thông dụng, giấu tin trong ảnh số - những đặc trưng và tính chất

và cuối cùng là vấn đề bản quyền liên quan đến ảnh số

Chương 2: Tổng quan về kỹ thuật giấu tin - kỹ thuật watermarking (thủy

vân số) cũng là một trong các phương pháp giấu tin, do đó chương 2 sẽ trình bày các vấn đề cơ bản của một mô hình giấu tin trong ảnh số: Định nghĩa kỹ thuật giấu tin, mục đích kỹ thuật giấu tin, phân loại kỹ thuật giấu tin, mô hình kỹ thuật giấu tin

và yêu cầu của kỹ thuật giấu tin

Chương 3: Kỹ thuật watermarking - chương này sẽ đi vào cụ thể hơn về

một số vấn đề: tổng quan về kỹ thuật watermarking, các phương pháp watermarking, tiếp theo đề tài sẽ trình bày về vấn đề các yêu cầu cần có với một kỹ thuật watermarking và cuối cùng là các ứng dụng của kỹ thuật watermarking

Chương 4: Độ an toàn và các tấn công trong watermarking - tiếp theo

chương bốn sẽ trình bày về các phương pháp tiếp cận nhằm tạo ra watermarking có

độ an toàn cao và tìm hiểu về các loại tấn công thường gặp trong kỹ thuật này

Trang 8

Chương 5: Chương trình mô phỏng kỹ thuật watermarking trong bảo vệ bản quyền ảnh số - chương năm sẽ tiến hành thực hiện chương trình mô phỏng

bằng kỹ thuật DCT, các kết quả của chương trình sẽ được đưa ra một cách chi tiết

để chứng minh tính hiệu quả của chương trình

Trong khuôn khổ thời gian cho phép, cũng như khả năng của bản thân có hạn,

đề tài đồ án sẽ không tránh khỏi những sai sót Nên em rất mong nhận được sự đóng góp của quý Thầy, Cô và bạn đọc để đề tài được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Trang 9

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ X DANH MỤC BẢNG BIỂU XII DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT XIII

CHƯƠNG 1 ẢNH SỐ VÀ MỘT SỐ VẤN ĐỀ LIÊN QUAN 1

1.1 KHÁI NIỆM ẢNH SỐ 1

1.2 PHÂN LOẠI ẢNH SỐ 1

1.3 MỘT SỐ ĐỊNH DẠNG ẢNH THÔNG DỤNG 3

1.3.1 Ảnh bitmap (BMP) 3

1.3.2 Ảnh JPG 5

1.3.3 Ảnh GIF 6

1.3.4 Ảnh PNG 7

1.4 GIẤU TIN TRONG ẢNH SỐ - NHỮNG ĐẶC TRƯNG VÀ TÍNH CHẤT 7

1.5 VẤN ĐỀ BẢO VỆ BẢN QUYỀN ĐỐI VỚI ẢNH SỐ 9

1.5.1 Những vấn nạn về bản quyền ảnh số hiện nay 9

1.5.2 Các phương pháp bảo vệ bản quyền ảnh số 10

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN 13

2.1 ĐỊNH NGHĨA VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN 13

2.2 MỤC ĐÍCH CỦA KỸ THUẬT GIẤU TIN 13

2.3 PHÂN LOẠI KỸ THUẬT GIẤU TIN 13

2.4 MÔ HÌNH KỸ THUẬT GIẤU TIN 14

2.5 YÊU CẦU ĐỐI VỚI MỘT HỆ THỐNG GIẤU TIN 15

2.5.1 Tính bền vững 15

2.5.2 Khả năng khó bị phát hiện 15

2.5.3 Dung lượng tin 15

2.5.4 Tính bảo mật 15

2.5.5 Khả năng vô hình 16

Trang 10

2.5.6 Tính trong suốt 16

2.5.7 Tốc độ bit 16

CHƯƠNG 3 KỸ THUẬT WATERMARKING 17

3.1 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT WATERMARKING 17

3.1.1 Định nghĩa watermarking 17

3.1.2 Lịch sử của kỹ thuật watermarking 17

3.1.3 Phân loại kỹ thuật watermarking 18

3.1.4 Hệ thống Watermarking 19

3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP WATERMARKING 20

3.2.1 Kỹ thuật watermarking trên miền không gian 20

3.2.2 Kỹ thuật watermarking trên miền tần số 21

3.3 CÁC YÊU CẦU CẦN CÓ ĐỐI VỚI KỸ THUẬT WATERMARKING 34

3.3.1 Tính bảo mật 35

3.3.2 Tính vô hình 35

3.3.3 Tỉ lệ bit 35

3.3.4 Quá trình dò đáng tin cậy 35

3.3.5 Tính bền vững 35

3.3.6 Watermarking đọc được và dò được 36

3.4 CÁC ỨNG DỤNG CỦA KỸ THUẬT WATERMARKING 36

3.4.1 Nhận ra người chủ sở hữu 36

3.4.2 Bằng chứng về quyền sở hữu 36

3.4.3 Lưu vết giao tác 37

3.4.4 Xác thực nội dung 37

3.4.5 Kiểm soát sao chép 37

CHƯƠNG 4 ĐỘ AN TOÀN VÀ CÁC TẤN CÔNG TRONG KỸ THUẬT WATERMARKING 39

4.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN NHẰM TẠO RA WATERMARKING CÓ ĐỘ AN TOÀN CAO 39

4.1.1 Nhúng thừa, nhúng lặp 39

4.1.2 Mã hóa tán phổ 40

4.1.3 Nhúng trong các hệ số quan trong cảm nhận được 40

Trang 11

4.1.4 Nhúng trong các hệ số được cho là mạnh mẽ 41

4.1.5 Đảo nhiễu trong bộ dò 41

4.2 CÁC TẤN CÔNG THƯỜNG GẶP TRONG KỸ THUẬT WATERMARKING 41

CHƯƠNG 5 CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG KỸ THUẬT WATERMARKING TRONG BẢO VỆ BẢN QUYỀN ẢNH SỐ 43

5.1 MÔI TRƯỜNG CÀI ĐẶT 43

5.2 TẬP TIN ẢNH THỬ NGHIỆM 43

5.3 THUẬT TOÁN THỦY VÂN TRÊN MIỀN DCT 44

5.3.1 Thuật toán thủy vân trên miền DCT của Shoemarker C 44

5.4 CÁC CÔNG THỨC ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ CHƯƠNG TRÌNH 46

5.5 KHẢO SÁT VIỆC LỰA CHỌN ẢNH THỦY VÂN 47

5.6 XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NHÚNG ALPHA 48

5.7 ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY 50

5.8 KHẢO SÁT SỰ BỀN VỮNG SAU KHI THỰC HIỆN TẤN CÔNG 51

5.8.1 Tấn công bằng phương pháp thay đổi định dạng ảnh 51

5.8.2 Tấn công với nhiễu Gaussian 52

5.8.3 Tấn công với nhiễu Salt and Pepper ( nhiễu muối tiêu) 53

5.8.4 Tấn công với xoay ảnh 54

5.8.5 Tấn công bằng cách xén ảnh 55

5.8.6 Tấn công với Nén JPEG 56

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁP TRIỂN 58

6.1 KẾT LUẬN 58

6.1.1 Những nội dung chính đã được giải quyết trong đồ án 58

6.1.2 Những hạn chế trong đồ án 58

6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

PHỤ LỤC 62

Trang 12

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

HÌNH 1-1: ẢNH NHỊ PHÂN 2

HÌNH 1-2: ẢNH ĐA CẤP XÁM 2

HÌNH 1-3: CÁC MA TRẬN R, G, B CỦA MỘT VÙNG ẢNH RGB 3

HÌNH 1-4: CÁC THÀNH PHẦN MÀU CỦA ẢNH RGB 3

HÌNH 1-5: ẢNH BITMAP 4

HÌNH 1-6: ẢNH JPG 5

HÌNH 1 7: ẢNH GIF 6

HÌNH 1-8: SO SÁNH GIỮA ẢNH GỐC VÀ ẢNH GIẢ MẠO 10

HÌNH 1-9: ẢNH ĐÃ ĐƯỢC ĐÓNG DẤU BẢN QUYỀN 11

HÌNH 1-10: PHƯƠNG PHÁP THỦY VÂN ẨN 12

HÌNH 2-1: PHÂN LOẠI KỸ THUẬT GIẤU TIN 14

HÌNH 2-2: QUÁ TRÌNH CHÈN TIN VÀ TÁCH TIN 14

HÌNH 3-1: PHÂN LOẠI KỸ THUẬT WATERMARKING 18

HÌNH 3-2: HỆ THỐNG WATERMARKING 19

HÌNH 3-3: SƠ ĐỒ MÃ HÓA VÀ GIÃI MÃ SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP DCT 24

HÌNH 3-4: BIẾN ĐỔI ẢNH LENA SANG CÁC KHỐI 8X8 25

HÌNH 3-5: PHÂN CHIA 3 MIỀN TẦN SỐ DCT 26

HÌNH 3-6: GIÁ TRỊ HỆ SỐ DCT SAU QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI DCT THUẬN 28

HÌNH 3-7: THỨ TỰ SẮP XẾP ZIGZAG 29

HÌNH 3-8: BIẾN ĐỔI DWT 32

HÌNH 5-1: DỮ LIỆU ẢNH 44

HÌNH 5-2: THUẬT TOÁN NHÚNG ẢNH 45

Trang 13

HÌNH 5-3: THUẬT TOÁN TRÍCH ẢNH 46

HÌNH 5-4: BIỂU ĐỒ THỂ HIỆN SỰ THAY ĐỔI CỦA CÁC GIÁ TRỊ PSNR VÀ NC SO VỚI ALPHA 49

HÌNH 5-5: ẢNH KẾT QUẢ VỚI HỆ SỐ NHÚNG ALPHA = 0 49

HÌNH 5-6: ẢNH KẾT QUẢ VỚI HỆ SỐ NHÚNG ALPHA = 35 50

HÌNH 5-7: ẢNH NHÚNG VÀ TRÍCH VỚI TẤN CÔNG GAUSSIAN 52

HÌNH 5-8: ẢNH NHÚNG VÀ TRÍCH VỚI TẤN CÔNG SALT AND PEPPER 54

HÌNH 5-9: ẢNH NHÚNG VÀ TRÍCH VỚI TẤN CÔNG XOAY ẢNH 55

HÌNH 5-10: ẢNH NHÚNG VÀ TRÍCH VỚI TẤN CÔNG XÉN ẢNH 56 HÌNH 5-11: ẢNH NHÚNG VÀ TRÍCH VỚI TẤN CÔNG NÉN ẢNH JPEG 57

Trang 14

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

BẢNG 3-1: SO SÁNH ƯU - NHƯỢC ĐIỂM CỦA HAI PHƯƠNG PHÁP LỰA

CHỌN HỆ SỐ DFT 23

BẢNG 5-1: KẾT QUẢ GIÁ TRỊ PSNR VÀ NC CỦA 4 ẢNH THỦY VÂN 47

BẢNG 5-2: GIÁ TRỊ PSNR VÀ NC CỦA CÁC HỆ SỐ NHÚNG ALPHA KHÁC NHAU 48

BẢNG 5-3: GIÁ TRỊ NC ĐƯỢC THỰC HIỆN VỚI 100 ẢNH 51

BẢNG 5-4: KẾT QUẢ CÁC ĐỊNH DẠNG ẢNH KHÁC NHAU 51

BẢNG 5-5: KẾT QUẢ TẤN CÔNG VỚI NHIỄU GAUSSIAN 52

BẢNG 5-6: KẾT QUẢ TẤN CÔNG VỚI NHIỄU SALT AND PEPPER 53

BẢNG 5-7: KẾT QUẢ TẤN CÔNG VỚI XOAY ẢNH 54

BẢNG 5-8: KẾT QUẢ TẤN CÔNG VỚI XÉN ẢNH 55

BẢNG 5-9: KẾT QUẢ TẤN CÔNG VỚI NÉN JPEG 56

Trang 15

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

JPG Joint Photographic Experts Group

GIF Graphics Interchange Format

PNG Portable Network Graphics

HVS Human Visual System

PSNR Peak Signal Noise Ratio

MSE Mean Square Error

NC Normalise Correlation

LSB Least Significant Bit

DFT Discrete Fourier Transform

DCT Discrete Cosine Transform

IDCT Inverse Discrete Cosine Transform

DWT Discrete Wavelet Transform

IDWT Inverse Discrete Wavelet Transform

Trang 16

Ứng Dụng Kỹ Thuật Watermarking SVTH: Lương Văn Trí Trong Bảo Vệ Bản Quyền Ảnh Số

CHƯƠNG 1 ẢNH SỐ VÀ MỘT SỐ VẤN ĐỀ LIÊN QUAN

1.1 Khái niệm ảnh số

Ảnh trong thực tế là ảnh liên tục về không gian và về giá trị độ sáng Một ảnh

số có thể được định nghĩa là một hàm hai chiều f(x,y), trong đó x và y là tọa độ không gian, và biên độ của hàm f tại bất kỳ cặp tọa độ (x,y) nào được gọi là cường

độ của ảnh tại điểm đó Hay nói cách khác ảnh số là tập hợp hữu hạn các điểm ảnh, ảnh có thể được biểu diễn dưới dạng một ma trận hai chiều, mỗi phần tử trong ma trận tương ứng với một điểm ảnh Mỗi phần tử này được gọi là một pixel

Chuyển đổi một ảnh thông thường sang dạng số yêu cầu tọa độ không gian cũng như biên độ của ảnh đó phải được số hóa, nghĩa là các tín hiệu liên tục được biến đổi thành các tín hiệu rời rạc thông qua quá trình lấy mẫu (sampling - rời rạc hóa về không gian) và lượng tử hóa (quantization - chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số) các thành phần của ảnh mà về nguyên tắc bằng mắt thường không

thể phân biệt được hai điểm kề nhau Do đó, khi các giá trị x, y và biên độ của hàm

f là xác định, mang giá trị rời rạc, ta gọi một ảnh là ảnh số

Sau quá trình lấy mẫu và lượng tử hóa, ta thu được một ma trận số thực gồm

M hàng và N cột Một giá trị (x,y) của ma trận được gọi là một điểm ảnh (pixel hay

pel), mỗi điểm ảnh được xác định bởi tọa độ và màu Như vậy, một ảnh số là tập hợp nhiều điểm ảnh, ta nói ảnh gồm M x N điểm ảnh

1.2 Phân loại ảnh số

Ảnh số có thể được phân loại thành 3 kiểu như sau:

 Ảnh nhị phân

Trong ảnh nhị phân mỗi điểm ảnh chỉ có thể là đen (0) hoặc trắng (1) Vì chỉ

có hai khả năng có thể có đối với mỗi điểm ảnh nên ta chỉ cần một bit trên mỗi pixel Do đó các ảnh nhị phân thường có dung lượng nhỏ, rất tiết kiệm được bộ nhớ

Trang 17

(a) Ảnh Lena nhị phân (b) Giá trị nhị phân

Hình 1-1: Ảnh nhị phân

 Ảnh đa cấp xám

Mỗi bức ảnh có một mức xám thường từ 0 (biểu diễn mức đen) đến 255 (biểu diễn mức trắng) Như vậy thường mỗi điểm ảnh được biểu diễn bởi 8 bit hay 1 byte Đây là một dải thường dùng, ngoài ra cũng có các dải mức xám khác cũng được sử dụng nhưng nói chung chúng đều là bộ số của 2k như 8bit, 16bit, 24 bit…

Trang 18

 Ảnh RGB

Ảnh RGB là ảnh được kết hợp từ 3 thành phần màu chính là Red (đỏ), Green (xanh lá cây) và Blue (xanh dương) Từ ba màu cơ bản này bằng cách thay đổi tỉ lệ các màu RGB người ta có thể tạo ra vô số màu khác nhau và cách tổng hợp từ 3 màu RGB gọi là tổng hợp màu cộng (gọi là mô tổng hợp màu cộng vì các màu sinh

ra từ 3 màu RGB sẽ sáng hơn màu gốc)

Hình 1-3: Các ma trận R, G, B của một vùng ảnh RGB

Hình 1-4: Các thành phần màu của ảnh RGB 1.3 Một số định dạng ảnh thông dụng

1.3.1 Ảnh bitmap (BMP)

Ảnh bitmap hay Windows bitmap được phát triển bởi Microsoft Corporation Được lưu trữ dưới dạng độc lập thiết bị cho phép Windows hiển thị dữ liệu không

Trang 19

phụ thuộc vào khung chỉ định màu trên bất kỳ phần cứng nào Các ảnh bitmap thường được lưu trữ với phần mở rộng phổ biến “.bmp” ( hoặc ít gặp hơn là “.dib” - device independent bitmap)

 Bảng Palette màu: định nghĩa các màu sẽ được sử dụng trong ảnh

 Bitmap data: nằm ngay sau phần palette màu, chứa giá trị màu của các điểm ảnh

Người ta thường ký hiệu số bit trên một điểm ảnh (bit per pixel) là n Một ảnh bitmap n-bit có 2n màu, giá trị n càng lớn thì ảnh càng có nhiều màu và rõ nét Các giá trị thường gặp của n là 1 (ảnh đen trắng), 4 (ảnh 16 màu), 8 (ảnh 256 màu), 16 (ảnh high color - 65536 màu) và 24 (ảnh true color - 16 triệu màu) Trong đó ảnh 24 bit cho chất lượng ảnh trung thực nhất

Đặc điểm nổi bật nhất của ảnh bitmap là ảnh không được nén bởi bất kỳ thuật toán nào khi lưu ảnh, các điểm ảnh được ghi trực tiếp vào tập tin, một điểm ảnh sẽ

Trang 20

được mô tả bởi một hay nhiều byte tùy thuộc vào giá trị n của ảnh Do đó, một hình ảnh lưu dưới dạng BMP thường có kích thước cỡ rất lớn, gấp nhiều lần so với các ảnh được nén khác( GIF, JPEG hay PNG)

1.3.2 Ảnh JPG

JPG là 1 định dạng ảnh được phát triển bởi JPEG với mục đích là trở thành định dạng chuẩn cho các nhiếp ảnh gia chuyên nghiệp Cũng giống như phương pháp nén file ZIP là tìm các phần thừa của dữ liệu để nén, JPG chia nhỏ bức ảnh thành vùng nhỏ hơn Một khi đã dùng phương thức JPG để nén ảnh thì sẽ không trở lại được trạng thái ban đầu Vậy nên ảnh JPG chỉ được dùng với mục đích lưu trữ nhiều bức ảnh trong 1 khoảng nhỏ, chứ không dùng để chỉnh sửa ảnh

JPG đã trở thành định dạng phổ biến nhất trên Internet bởi vì công nghệ nói trên có thể nén ảnh rất nhiều Giả sử ta có 1 bức ảnh có kích thước 1MB thì có thể nén nó xuống 500KB hay 100KB, đó chính là lợi thế của ảnh JPG

Hình 1-6: Ảnh JPG

Khi nén ảnh bằng công nghệ JPG thì chất lượng hình ảnh sẽ giảm đi rất rõ rệt,

vì thế công nghệ này không thích hợp để lưu các bức họa Cho dù là để ở chất lượng nén JPG tốt nhất thì vẫn bị thay đổi 1 chút Không chỉ vậy, mỗi lần copy hay lưu 1 bức ảnh JPG, chất lượng bức ảnh đó cũng sẽ bị giảm đi Khi chất lượng hình ảnh bị sụt giảm đi thì ta sẽ thấy những điểm mờ giữa các khối màu, sự mất nét của các vùng ảnh

Trang 21

1.3.3 Ảnh GIF

Ảnh GIF cũng như ảnh JPG, là một định dạng ảnh đã có tuổi đời lâu năm và thường được sử dụng kết hợp cùng với mạng Internet GIF có nghĩa là “định dạng trao đổi hình ảnh” và áp dụng phương thức nén LZW (Lempel–Ziv–Welch)

Hình 1-7: Ảnh GIF

GIF là một tập tin màu 8 bit, có nghĩa là hình ảnh mà tập tin cho ra bị giới hạn bởi 1 bảng gồm 256 màu sắc Có 2 điều đặc biệt về định dạng GIF đó là tập tin có khả năng lưu lại màu trong suốt và hỗ trợ hình ảnh động

Tập tin GIF dùng nén dữ liệu bảo toàn trong đó kích thước tập tin có thể được giảm mà làm chất lượng hình ảnh kém đi (cho những hình ảnh có ít hơn 256 màu)

Số lượng tối đa 256 màu làm cho định dạng ảnh này không phù hợp cho các hình chụp (thường có nhiều màu sắc), tuy nhiên các kiểu nén dữ liệu bảo toàn cho hình chụp nhiều màu cũng có kích thước quá lớn đối với truyền dữ liệu trên mạng hiện nay

Định dạng JPEG là dạng nén dữ liệu thất thoát có thể được dùng cho các ảnh chụp, nhưng lại làm giảm chất lượng cho các bức vẽ ít màu, tạo nên những chỗ nhòe thay cho các đường sắc nét, đồng thời độ nén cũng thấp cho các hình vẽ ít màu Như vậy, GIF thường được dùng cho sơ đồ, hình vẽ và các hình ít màu

Trang 22

1.3.4 Ảnh PNG

PNG là định dạng hình ảnh sử dụng phương pháp nén dữ liệu mới mà không làm mất đi dữ liệu gốc PNG được tạo ra nhằm cải thiện và thay thế định dạng ảnh GIF PNG là định dạng tập tin tuyệt vời cho các ảnh số trên mạng Internet, bởi vì PNG hỗ trợ màu trong suốt trong tất cả các trình duyệt web với những tính năng mà GIF không có

PNG hỗ trợ màu 8 bit giống như GIF, đồng thời cũng hỗ trợ màu 24 bit RGB như JPG Khi ta nén một bức ảnh bằng định dạng PNG, bức ảnh đó sẽ không hề bị giảm chất lượng Chính vì thế dung lượng các bức ảnh PNG là rất lớn Nhược điểm của ảnh PNG đó là không được hỗ trợ trên các trình duyệt web cũ kĩ, không phổ biến nhiều bằng JPG

1.4 Giấu tin trong ảnh số - những đặc trưng và tính chất

Giấu tin trong ảnh chiếm vị trí chủ yếu trong các kỹ thuật giấu tin, vì vậy các

kỹ thuật giấu tin phần lớn cũng tập trung vào các kỹ thuật giấu tin trong ảnh Dữ liệu ảnh có nhiều định dạng, mỗi định dạng có những đặc trưng và các tính chất cơ bản như sau:[4]

 Phương tiên chứa có dữ liệu tri giác tĩnh: dữ liệu gốc ở đây là dữ liệu của

ảnh tĩnh, dù đã giấu thông tin vào trong hay chưa thì khi ta xem ảnh bằng thị giác, dữ liệu ảnh sẽ không thay đổi theo thời gian, điều này khác với dữ liệu audio hay video vì khi ta nghe hay xem dữ liệu gốc sẽ thay đổi liên tục với thị giác của con người

 Kỹ thuật giấu tin phụ thuộc ảnh: kỹ thuật giấu tin phụ thuộc vào các loại ảnh

khác nhau Chẳng hạn đối với ảnh trắng đen, ảnh đa cấp xám hay ảnh màu ta

có những kỹ thuật riêng do các loại ảnh có những đặc trưng khác nhau

 Kỹ thuật giấu tin lợi dụng tính chất hệ thống thị giác của con người: Giấu tin

trong ảnh ít nhiều cũng gây ra những thay đổi trên dữ liệu gốc Dữ liệu ảnh được quan sát bằng hệ thống thị giác của con người nên các kỹ thuật giấu tin phải đảm bảo một yêu cầu cơ bản là những thay đổi trên ảnh phải rất nhỏ sao

Trang 23

cho bằng mắt thường khó nhận ra được sự thay đổi đó vì có như thế thì mới đảm bảo được độ an toàn cho thông tin được giấu

 Giấu thông tin trong ảnh tác động lên dữ liệu ảnh nhưng không thay đổi kích thước ảnh: dữ liệu ảnh bao gồm cả phần header, bảng màu và dữ liệu ảnh

Khi giấu thông tin, các phương pháp giấu đều biến đổi các giá trị của các bit trong dữ liệu ảnh chứ không thêm vào hay bớt đi dữ liệu ảnh Do vậy mà kích thước ảnh trước hay sau khi giấu thông tin là như nhau

 Đảm bảo chất lượng ảnh sau khi giấu tin: Đây là một yêu cầu quan trọng đối

với giấu tin trong ảnh Sau khi thực hiện giấu tin bên trong, ảnh phải đảm bảo được yêu cầu không bị biến đổi lớn để có thể bị phát hiện dễ dàng so với ảnh gốc

 Thông tin giấu trong ảnh sẽ bị biến đổi nếu có bất cứ biến đổi nào trên ảnh:

vì phương pháp giấu tin trong ảnh dựa trên việc điều chỉnh các giá trị của các bit theo một quy tắc nào đó và khi giải mã sẽ theo các giá trị đó để tìm được thông tin giấu Theo đó, nếu một phép biến đổi nào đó trên ảnh làm thay đổi giá trị của các bit thì sẽ làm cho thông tin giấu bị sai lệch

 Vai trò của ảnh gốc khi trích thông tin: các kỹ thuật giấu tin phải xác định rõ

ràng quá trình lọc ảnh để lấy thông tin giấu cần đến ảnh gốc hay không Đa

số các kỹ thuật giấu tin mật thường không cần ảnh gốc khi lọc tìm thông tin

đã giấu Tuy nhiên, nhiều kỹ thuật giấu tin cũng sử dụng ảnh gốc khi mang giãi mã ảnh, phương pháp này giúp cho việc đồng bộ ảnh giấu và ảnh gốc Điều này sẽ rất cần thiết khi phải xử lý đối với các tấn công trên ảnh Giả sử như phép tấn công xoay ảnh chẳng hạn, nhờ có ảnh gốc nên ta có thể so sánh

và khôi phục lại dạng ảnh ban đầu Nhưng phương pháp này cũng gặp phải khó khăn khi dữ liệu gốc lớn Ví dụ như giấu tin trong video, với lượng dữ liệu lớn nếu như để giãi mã mà dùng phương pháp này thì thao tác sẽ quá nhiều và không thể áp dụng được

Trang 24

1.5 Vấn đề bảo vệ bản quyền đối với ảnh số

1.5.1 Những vấn nạn về bản quyền ảnh số hiện nay

Sự ra đời của máy tính và mạng Internet đã đưa việc lưu trữ thông tin lên một tầm cao mới Rất nhiều ảnh số đã được số hóa và đưa lên mạng Internet Vì vậy với một khối lượng lớn ảnh số sẽ đi cùng với nhiều vấn đề và thách thức cho người chủ

sở hữu, người dùng và các tổ chức quản lý Việc trao đổi, phân bố, sao chép tự do các bức ảnh sẽ dẫn đến việc nhiều vấn nạn xảy ra mà nghiêm trọng nhất là nạn vi phạm bản quyền ở các mức độ và hình thức khác nhau Dưới đây sẽ trình bày một

số hình thức vi phạm bản quyền điển hình nhất:

1.5.1.1 Chiếm đoạt ảnh số

Hình thức vi phạm bản quyền này muốn nói đến tình trạng một cá nhân hay một tổ chức cố ý coi các sản phẩm số của người khác là sở hữu của mình Ví dụ, ta

có một bức ảnh được đăng tải lên mạng Internet để tham gia dự thi vào một cuộc thi

về nhiếp ảnh gia mà cuộc thi này có thể cho mọi người được xem tự do và bình chọn, đánh giá cho các bức ảnh của thí sinh tham dự Tuy nhiên, sau khi bức ảnh đó được đăng tải lên Internet thì có một người nào đó lại tự nhận đó là bức ảnh của mình Vậy ai mới là người chủ sở hữu thực sự của bức ảnh? Làm thế nào để chứng thực một người là chủ sở hữu của một sản phẩm số? Vấn đề này đang gây ra không

ít rắc rối cho những người chủ sở hữu và các tổ chức quản lý hay cục sở hữu trí tuệ

1.5.1.2 Giả mạo hay xuyên tạc thông tin ảnh số

Hình thức này nói đến tình trạng làm giả (hay xuyên tạc thông tin) toàn bộ hay một phần thông tin của ảnh số nhằm phục vụ cho các nhu cầu, mục đích khác nhau

Ví dụ như việc làm tiền giả hay thay đổi mệnh giá một đồng tiền thật có thể đem lại cho kẻ gian những số tiền khổng lồ chẳng hạn Đối với ảnh số thì hiện nay có rất nhiều công cụ chỉnh sửa ảnh trên thị trường, điển hình như phần mềm Adobe Photoshop một công cụ chỉnh sửa ảnh rất mạnh và rất nhiều tính năng

Trang 25

(a) Clinton và Hillary

(b) Clinton và Monica đã qua chỉnh sửa bằng Photoshop

Hình 1-8: So sánh giữa ảnh gốc và ảnh giả mạo 1.5.2 Các phương pháp bảo vệ bản quyền ảnh số

Hiện nay thì đã có khá nhiều phương pháp khác nhau để bảo vệ bản quyền ảnh

số Dưới đây là một số phương pháp điển hình:

 Mã hóa: có nghĩa là giấu đi ý nghĩa của thông tin Bằng cách mã hóa thông

tin cần nhúng và thực hiện nhúng chúng vào bức ảnh, như vậy thì nếu kẻ gian nào đó biết được cách trích thông tin bức ảnh và trích được thông điệp

đã nhúng thì vẫn sẽ không đọc được thông tin đó, nên sẽ không thể ăn cắp, sao chép hay giả mạo thông tin ấy được

 Thực hiện “đánh dấu” vào ảnh số: có nghĩa là thực hiện ghi dấu hiệu nào

đó vào ảnh số, gồm các phương pháp:

o Ký số: Thực hiện việc ký trên từng bit tài liệu số Chỉ cần một thay đổi

nhỏ trên tài liệu số thì người ký cũng biết được tài liệu đã bị sửa đổi Nhờ chữ ký số mà người chủ sở hữu cũng chứng thực được quyền sở hữu của mình đối với ảnh số

Trang 26

o Watermarking (thủy vân số): là nhúng một dấu hiệu chứng thực bản

quyền vào ảnh số Ở phương pháp này thì sẽ có 2 loại thủy vân điển hình:

 Thủy vân hiện: là phương pháp nhúng một thông tin (thông thường

là một logo, tên người chủ sở hữu,…) vào bức ảnh mà thông tin đó

sẽ hiện lên bức ảnh và khẳng định đó là tác phẩm đã có chủ sở hữu rồi Hiện nay có khá nhiều công cụ trên Internet hỗ trợ cho việc thủy vân này ví dụ như: Microsoft Word 2007, Microsoft Word

2010, MATLAB, AoaoPhoto Watermark, Photoshop…

Hình 1-9: Ảnh đã được đóng dấu bản quyền

 Thủy vân ẩn: đây là phương pháp thực hiện giấu một thông tin vào

bức ảnh mà không làm thay đổi hình dạng gốc của bức ảnh đó, với phương pháp này thì có thể cho người khác sử dụng tùy ý, nhưng khi có kẻ gian cố tình lấy bức ảnh đó và nói đó là tác phẩm của hắn thì lúc này người chủ sở hữu bức ảnh sẽ thực hiện trích thông tin trong bức ảnh ra và khẳng định đó chính là tác phẩm của mình

Trang 27

 Đồ án này sẽ nghiên cứu việc bảo vệ bản quyền cho ảnh số bằng phương pháp thủy vân ẩn

(c) Ảnh đã nhúng logo (d) Logo đã trích

Hình 1-10: Phương pháp thủy vân ẩn

Trang 28

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN

2.1 Định nghĩa về kỹ thuật giấu tin

Giấu tin là kỹ thuật nhúng thông tin vào trong một nguồn đa phương tiện (ảnh, audio, video), gọi là các phương tiện chứa mà không gây ra sự nhận biết về sự tồn tại của thông tin giấu

Kỹ thuật giấu thông tin nhằm mục đích bảo mật ở hai khía cạnh Một là bảo mật cho dữ liệu được đem giấu, hai là bảo vệ cho chính đối tượng được dùng để giấu tin Hai khía cạnh này dẫn đến hai khuynh hướng kỹ thuật chủ yếu của giấu tin Khuynh hướng thứ nhất là giấu tin mật (Steganography): tập trung vào kỹ thuật giấu tin sao cho thông tin giấu được nhiều và quan trong là người khác khó phát hiện ra một đối tượng có bị giấu bên trong hay không Khuynh hướng thứ hai là thủy vân số (Watermarking): hệ thống thủy vân yêu cầu tính bền vững rất cao nên được ứng dụng rộng rãi, nhất là bảo vệ bản quyền và xác thực thông tin.[4]

2.2 Mục đích của kỹ thuật giấu tin

Có hai mục đích của việc giấu tin: một là bảo mật cho những dữ liệu được giấu và hai là bảo đảm an toàn (bảo vệ bản quyền) cho chính các đối tượng chứa dữ liệu giấu bên trong Ta có thể thấy hai mục đích này hoàn toàn trái ngược nhau và dần phát triển thành 2 lĩnh vực với những yếu cầu và tính chất khác nhau

2.3 Phân loại kỹ thuật giấu tin

Có thể chia kỹ thuật giấu tin thành 2 loại đó là thủy vân số (Watermarking) và giấu tin mật (Steganography)

Trang 29

Giấu tin

Hình 2-1: Phân loại kỹ thuật giấu tin Trong đó:

Giấu tin mật: là thực hiện phương pháp che giấu thông tin (đòi hỏi độ bảo mật

cao và dung lượng càng lớn càng tốt) vào môi trường gốc

Thủy vân số: là quá trình chèn thông tin vào dữ liệu đa phương tiện nhưng

bảo đảm người khác không nhìn thấy thông tin được giấu và thông tin trích ra giống với thông tin đã được giấu vào.[2]

2.4 Mô hình kỹ thuật giấu tin

Một hệ thống giấu tin nói chung bao gồm 2 phần chính là chèn tin và tách tin

Hình 2-2: Quá trình chèn tin và tách tin Trong đó:

Ảnh gốc: là ảnh được dùng để làm môi trường nhúng tin mật

Thông điệp cần giấu: có thể là văn bản hoặc tệp ảnh hay tệp nhị phân…

Khóa K: là khóa bảo mật tham gia vào quá trình giấu tin, tăng tính bảo mật

Thông điệp cần giấu

Chèn tin

Ảnh gốc

Khóa K

Ảnh mang tin

Ảnh gốc

Tách tin

Khóa K

Thông điệp được trích

Trang 30

Ảnh mang tin: là ảnh sau khi đã nhúng thông tin mật vào đó

Thông điệp được trích: là thông điệp được trích ra sau khi thực hiện tách tin

2.5 Yêu cầu đối với một hệ thống giấu tin

Tùy thuộc vào từng ứng dụng mà kỹ thuật giấu tin có những yêu cầu khác nhau

Khả năng khó bị phát hiện của tín hiệu mật phụ thuộc vào hai yếu tố sau:

 Kỹ thuật nhúng: dữ liệu nhúng phải phù hợp với đối tượng chứa và thuật

toán nhúng

 Kinh nghiệm của kẻ tấn công: nếu như kẻ tấn công có nhiều kinh nghiệm thì

khả năng phát hiện đối tượng có chứa tin mật là không quá khó khăn

2.5.3 Dung lượng tin

Khả năng này thể hiện ở lượng tin nhúng trong đối tượng chứa Do yêu cầu bảo mật nên khả năng lưu trữ thông tin luôn bị hạn chế Do đó trong trường hợp một thông điệp có kích thước quá lớn, người ta thường chia nhỏ thành nhiều phần

và thực hiện nhúng cho từng phần

2.5.4 Tính bảo mật

Thực tế một khi những kẻ tấn công biết được cách hoạt động của kỹ thuật chèn tin và tách tin thì việc phá hủy thông điệp là khá dễ dàng Có những cấp độ bảo mật khác nhau nhưng nhìn chung thì có hai cấp độ chính: thứ nhất là người

Trang 31

dùng hoàn toàn không biết sự tồn tại của thông tin mật và thứ hai là người dùng biết

có thông tin mật nhưng phải có khóa để truy cập

2.5.5 Khả năng vô hình

Tùy thuộc vào ứng dụng mà mức độ yêu cầu về tính chất này khác nhau Đối với giấu tin mật (Steganography) thông tin mật được giấu càng nhiều càng tốt, còn đối với thủy vân (Watermarking) thì phải đảm bảo ảnh sau khi được nhúng, thông tin phải giống với ảnh gốc có nghĩa là thông tin được nhúng vào sẽ không nhìn thấy được

2.5.6 Tính trong suốt

Thông tin mật đem giấu không được gây ảnh hưởng đến chất lượng cảm thụ của đối tượng chứa Có nghĩa là ảnh sau khi nhúng tin hoàn toàn phải giống với ảnh gốc

2.5.7 Tốc độ bit

Được định nghĩa là số lượng bit tin được nhúng trong một đơn vị thời gian, đơn vị thường là bit/giây (bps)

Trang 32

CHƯƠNG 3 KỸ THUẬT WATERMARKING

3.1 Tổng quan về kỹ thuật watermarking

3.1.1 Định nghĩa watermarking

Watermarking (Thủy vân, thủy ấn) là kỹ thuật nhúng một biểu tượng vào trong các môi trường truyền thông đa phương tiện (âm thanh, video, hình ảnh,…) để xác định quyền sở hữu của môi trường đó, có thể chống lại sự giả mạo hay đánh cắp bản quyền của thông tin, kỹ thuật này cho phép đảm bảo nguyên vẹn biểu tượng đã nhúng khi môi trường đó bị tấn công bởi các phép biến đổi hình học như lọc, nén, xoay, hay thay đổi kích thước

3.1.2 Lịch sử của kỹ thuật watermarking

Công nghệ watermark đầu tiên được thực hiện là công nghệ watermark trên giấy Đó là một thông tin nhỏ được nhúng chìm trong giấy để thể hiện bản gốc hoặc bản chính thức Công nghệ watermark trên giấy đã bắt đầu được sử dụng vào năm

1292 ở Fabriano Sau đó, đã nhanh chóng lan rộng trên toàn Italy và rồi trên các nước châu Âu và Mỹ Ban đầu, công nghệ watermark trên giấy được dùng với mục đích xác định nhãn hàng Sau này được sử dụng để xác định định dạng, chất lượng

và độ dài, ngày tháng của sản phẩm

Thuật ngữ watermark bắt nguồn từ một loại mực vô hình được viết lên giấy và chỉ hiển thị khi nhúng giấy đó vào nước Thuật ngữ digital watermark được cộng đồng thế giới chấp nhận rộng rãi vào đầu năm 1990 Đến khoảng năm 1995, sự quan tâm đến watermark bắt đầu phát triển nhanh Năm 1996, hội thảo về che giấu thông tin lần đầu tiên đưa watermarking vào phần trình bày nội dung chính Đến năm 1999, SPIE đã tổ chức hội nghị đặc biệt bảo mật và watermarking trên các nội dung đa phương tiện

Ngày nay, với việc nắm bắt được yêu cầu của thị trường nhiều công ty chuyên kinh doanh các hệ thống watermarking đã ra đời và tăng một cách đáng kể

Trang 33

3.1.3 Phân loại kỹ thuật watermarking

Kỹ thuật watermarking được chia làm 2 loại chính: một là thủy vân bền vững

và hai là thủy vân dễ vỡ

Hình 3-1: Phân loại kỹ thuật watermarking Trong đó:

Robust Copyrightmarking (thủy vân bền vững): trong hệ thống này thì môi

trường sau khi được nhúng thông tin có thể chịu được các tấn công khác nhau, chỉ

khi kẻ tấn công phá hủy đối tượng được nhúng thì thông tin được giấu mới mất đi

Tuy nhiên điều này không còn ý nghĩa vì thông tin được nhúng vào cũng đã bị phá

hủy

Fragile Watermarking (thủy vân dễ vỡ): trong hệ thống này tín hiệu được

nhúng vào môi trường đa phương tiện có thể bị phát hiện trong quá trình xử lý tiếp

theo trên môi trường nhúng với xác suất cao Tín hiệu được giấu vào là vô hình đối

với mắt người nên hệ thống thủy vân dễ vỡ thường được áp dụng trong xác thực

hình ảnh

Imperceptible Watermarking (thủy vân ẩn): với các ứng dụng theo hướng

thủy vân ẩn, thì người dùng không thể biết được bất cứ thông tin nào về đối tượng

nhúng Các ứng dụng loại này thường dùng để bảo vệ bản quyền sở hữu trí tuệ

Watermarking Thủy vân

Thuy

Fragile Watermarking Thủy vân dễ vỡ

Robust Copyrightmarking Thủy vân bền vững

Thủ

Visible Watermarking Thủy vân hiện

Imperceptible Watermarking

Thủy vân ẩn

Trang 34

Visible Watermarking (thủy vân hiện): đối với loại thủy vân hiện thì người

dùng có thể nhìn thấy thông tin nhúng Thông thường thì loại ứng dụng này sử dụng một logo làm thông tin nhúng để chống lại sự giả mạo thông tin

3.1.4 Hệ thống Watermarking

Hệ thống watermarking nói chung sẽ bao gồm hai quá trình là quá trình nhúng thủy vân và quá trình trích thủy vân

Hình 3-2: Hệ thống watermarking

 Quá trình nhúng thủy vân: thủy vân sẽ được nhúng vào ảnh gốc nhờ một

bộ nhúng thủy vân, ngoài ra để đảm bảo chất lượng ảnh cũng như tính ẩn của thủy vân, người ta cũng sử dụng những tính chất của hệ thống thị giác người (HVS - Human Visual System) để áp dụng trong quá trình nhúng thủy vân

Thông tin

được trích

Tấn công

Khóa K

Trang 35

o Độ chói: sự thay đổi với các giá trị độ chói cao hay thấp rất dễ bị phát

hiện

o Vùng góc cạnh hoặc có cấu trúc: hệ thống thị giác người ít nhận biết sự

thay đổi trong các vùng này hơn là các vùng nhẵn, phẳng

Kết quả sau khi thực hiện nhúng thủy vân sẽ được một ảnh bản quyền và ảnh này sẽ được truyền trên các môi trường truyền khác nhau như Internet

 Quá trình trích thủy vân: khi ảnh bản quyền bị tấn công bởi các tác động

hình học và bị kẻ tấn công đánh cắp bản quyền thì lúc này người chủ sở hữu

sẽ đưa ảnh đã bị tấn công vào chương trình trích để xác thực thông tin nhúng trong bức ảnh và khẳng định bản quyền của mình đối với bức ảnh đó

3.2 Các phương pháp watermarking

Nhìn chung, các thuật toán watermarking có thể được chia thành hai loại chính: một là kỹ thuật watermarking dựa trên miền không gian và hai là kỹ thuật watermarking dựa trên miền tần số

3.2.1 Kỹ thuật watermarking trên miền không gian

Đối với miền không gian ảnh thì phương pháp được sử dụng nhiều nhất là phương pháp LSB (Least Significant Bit)

3.2.1.1 Giới thiệu phương pháp LSB

Phương pháp LSB được thực hiện bằng cách chọn ra các bit ít quan trọng nhất

để tạo nên màu của điểm ảnh và thay thế chúng bằng các bit thông tin cần giấu Mỗi điểm ảnh có thể giấu được 3 bit thông tin, mọi sự thay đổi trên điểm ảnh có trọng số thấp đều không gây nên sự chú ý của mắt người LSB có nghĩa là bit có ảnh hưởng

ít nhất tới việc quyết định màu sắc của mỗi điểm ảnh, vì vậy khi ta thay đổi bit này thì màu sắc của ảnh mới sẽ gần như không có sự khác biệt so với ảnh cũ Có thể so sánh LSB giống như chữ số hàng đơn vị của một số tự nhiên có giá trị lớn, khi bị thay đổi, giá trị chênh lệch giữa số cũ và số mới sẽ ít nhất so với việc thay đổi các chữ số ở đơn vị hàng trăm hay hàng nghìn

Trang 36

3.2.1.2 Ưu và nhược điểm của phương pháp LSB

o Đối với dạng tấn công nén ảnh JPEG thì thông tin nhúng vào sẽ dễ dàng bị phá hủy Nguyên nhân là do phương pháp LSB khai thác tính chất nhạy cảm với các nhiễu bổ sung của hệ thống thị giác con người nhưng đấy cũng là lý

do khi nén dữ liệu thì thông tin nhúng vào các bit trong ảnh cũng sẽ dễ bị biến mất

o Với các phép biến đổi khác như xoay, xén ảnh hay thay đổi kích thước ảnh, cũng làm cho thông tin được nhúng vào ảnh dễ dàng bị biến mất, vì khi đó vị trí của các bit giấu trong ảnh sẽ bị thay đổi Vì vậy, phương pháp LSB thường được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực giấu tin hơn là trong lĩnh vực thủy vân.[6]

3.2.2 Kỹ thuật watermarking trên miền tần số

Các phương pháp được thực hiện chủ yếu đối với miền tần số là: biến đổi Fourier rời rạc (DFT), biến đổi Cosine rời rạc (DCT) và biến đổi Wavelet rời rạc (DWT)

Trang 37

3.2.2.1 Biến đổi Fourier rời rạc DFT

Phép biến đổi Fourier rời rạc đôi khi còn được gọi là phép biến đổi Fourier hữu hạn, là một phép biến đổi trong giải tích Fourier cho các tín hiệu thời gian rời rạc Đầu vào của biến đổi này là một chuỗi các số thực hoặc số phức Và phép biến đổi này dùng để biễu diễn cho một tín hiệu đi qua một tín hiệu khác đơn giản hơn

Phương pháp DFT được thực hiện qua hai quy trình:

 thứ nhất là chuyển miền dữ liệu ảnh sang miền tần số bằng công thức:

0

) ( 2),(

*

1)

,(

M

x N

y

N vy M

ux j

e y x X N

M v u I

 Thứ hai là biến đổi từ miền tần số về lại miền dữ liệu ảnh bằng công thức:

),()

,(

ux j

e v u I y

x X

Trong đó:

- 0  u, x  M -1 và 0  v, y  N - 1

- I (u, v) được gọi là hệ số DFT

- X (x,y) gọi là một thành phần của ảnh Ví dụ như với ảnh RGB thì X (x,y) là một thành phần màu R hoặc G hoặc B của ảnh

Để đảm bảo cho việc nhúng thông tin vào ảnh được bền vững thì việc lựa chọn cho các hệ số DFT là một yếu tố quan trọng Vì các hệ số DFT là số phức nên có thể thực hiện nhúng thông tin vào một trong hai miền của hệ số DFT là miền tần số

và miền biên độ.[6]

Trang 38

Dưới đây là bảng so sánh ưu nhược điểm của hai phương pháp này:

Bảng 3-1: So sánh ưu - nhược điểm của hai phương pháp lựa chọn hệ số DFT

Sử dụng miền pha DFT Sử dụng miền biên độ DFT

Ưu

điểm

Cho phép nhúng thủy vân vào các miền đáng chú ý nhất của ảnh để có tính bền vững Vì nếu tấn công thủy vân thì sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng ảnh

Biên độ DFT là bền vững với các phép tấn công tịnh tiến hay dịch chuyển

Nhược

điểm

Pha DFT không bền vững với các phép tấn công tịnh tiến vì phép tịnh tiến thay đổi pha của hệ số DFT

Biên độ DFT dễ bị nhiễu hơn pha DFT

Bảng 3-1: So sánh ưu - nhược điểm của hai phương pháp lựa chọn hệ số DFT

Ưu nhược điểm của phương pháp DFT

o Ưu điểm: Ưu điểm nổi bật của phương pháp DFT là có thể chống lại các

phép tấn công biến đổi hình học như xoay, nén Đặc điểm này làm cho thông tin nhúng được bền vững hơn

o Nhược điểm: Tuy có ưu điểm là có thể chống lại được các phép biến đổi

hình học, tuy nhiên phương pháp DFT lại có ngõ ra Output khá phức tạp

và việc tính toán trong DFT cũng rất khó khăn nếu kích thước không phải là lũy thừa của hệ số 2

3.2.2.2 Biến đổi Cosine rời rạc DCT

Phương pháp DCT được đưa ra bởi Ahmed và các đồng nghiệp của ông vào năm 1974 Từ đó cho đến nay, nó đã được sử dụng khá phổ biến trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật xử lý ảnh số nói riêng và xử lý tín hiệu số nói chung Trong kỹ thuật watermarking dựa trên miền tần số thì có thể nói phương pháp DCT là được sử

Trang 39

dụng rộng phổ biến nhất Bởi vì phép biến đổi DCT đang được sử dụng trong chuẩn nén ảnh JPEG nên nếu áp dụng phương pháp DCT thì có thể tránh được việc mất thủy vân khi thực hiện phép nén JPEG

 Vì trong đề tài đồ án sẽ thực hiện chương trình mô phỏng bằng phương pháp DCT nên sẽ giới thiệu kỹ hơn về phương pháp này

3.2.2.2.1 Nội dung phương pháp

Nguyên tắc chính của phương pháp DCT là biến đổi tập các giá trị pixel của ảnh trong miền không gian sang một tập các giá trị khác trong miền tần số sao cho các hệ số trong tập giá trị mới này có tương quan giữa các điểm ảnh gần nhau nhỏ hơn

Hình 3-3: Sơ đồ mã hóa và giãi mã sử dụng phương pháp DCT

Phương pháp DCT sẽ được thực hiện qua 4 quá trình chính: phân khối, biến đổi DCT thuận nghịch, lượng tử hóa và mã hóa

Lượng

tử hóa

Mã hóa Entropy 1001101…

.0

Bảng Bảng

Giãi mã Entropy

Giãi mã lượng tử

Bảng Bảng

Biến đổi DCT nghịch

Định dạng
Số trang	78
Dung lượng	2,32 MB