Nghiên cứu thuật toán và ứng dụng phương pháp nhúng thông tin vào ảnh số dựa trên ICA (Independent component analysis)

Bảng 2 So sánh, đánh giá chất lượng hình ảnh dựa trên PSNR Hình 1.1 Hệ thống phân phối nội dung đa phương tiện Hình 1.2 Lược đồ phân phối đa phương tiện bằng cách thêm thủy vân của chủ s

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Nghiên cứu thuật toán và ứng dụng phương pháp

nhúng thông tin vào ảnh số dựa trên ICA

(Independent Component Analysis)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Nghiên cứu thuật toán và ứng dụng phương pháp

nhúng thông tin vào ảnh số dựa trên ICA

(Independent Component Analysis)

Ngành: Công nghệ thông tin

Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và Mạng máy tính

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 2

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT 4

DANH SÁCH BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ 5

MỞ ĐẦU 8

Chương 1 Giới thiệu 11

1.1 Giới thiệu bài toán 11

1.2 Lược đồ phân phối đa phương tiện thông qua thủy vân số 12

1.3 Hạn chế của các lược đồ thủy vân hiện hữu và giải pháp 16

Chương 2 Tổng quan về Thủy vân 19

2.1 Lịch sử của Thủy vân 19

2.2 Tầm quan trọng của thủy vân số 20

2.3 Các đặc tính và ứng dụng của thủy vân 21

2.3.1 Các ứng dụng của thủy vân 22

2.3.1.1 Giám sát truyền thông 22

2.3.1.2 Xác minh người sở hữu và bằng chứng về quyền sở hữu 24

2.3.1.3 Giám sát giao dịch 27

2.3.1.4 Xác thực nội dung 28

2.3.1.5 Điều khiển sự sao chép 30

2.3.1.6 Điều khiển thiết bị 33

2.3.1.7 Sự nâng cấp tài sản 33

2.3.2 Các đặc tính của hệ thống thủy vân 34

2.3.2.1 Hiệu ứng nhúng 34

2.3.2.2 Độ chính xác 35

2.3.2.3 Lượng dữ liệu 36

2.3.2.4 Bộ tách sóng mù hay bộ tách sóng thông báo 37

2.3.2.5 Tỉ lệ ảnh thực lỗi 38

2.3.2.6 Sự làm mạnh 39

2.3.2.7 Bảo mật 40

Chương 3 Thủy vân ảnh đối với giám sát giao dịch trong truyền thông đa phương tiện 42

3.1 Lược đồ đính kèm thủy vân chỉ định 42

3.2 Cơ chế phân tách thủy vân đề xuất sử dụng phương pháp ICA 48

3.2.1 Phân tích các thành phần độc lập 48

3.2.2 Cơ chế phân tách thủy vân bị làm mù 50

3.3 Đánh giá về việc thực hiện 53

3.3.1 Các dữ liệu thực hiện 53

3.3.2 Sự tăng cường giữa phương pháp nén và phương pháp lượng tử hóa 53 3.3.3 Sự tăng cường giữa phương pháp cắt chỉnh và làm biến dạng hình học 56

Chương 4 Một vài thử nghiệm 60

4.1 Thử nghiệm quá trình nhúng thông tin vào ảnh số dựa trên ICA 60

4.2 So sánh kết quả phương pháp thủy vân dựa trên ICA và và phương pháp thủy vân dựa trên miền sóng lược đồ 62

Chương 5 Tổng kết và đề xuất xu hướng phát triển trong tương lai của cơ chế thủy vân 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

PHỤ LỤC 78

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

ICA - Independent Component Analysis

DB - Decibens

EZW - Embedded Zerotree Wavelet

Bpp - Bit per pixel

NVF - Noise Visibility Function

BSS - Blind Source Separation

DANH SÁCH BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ

Bảng 1 PSNR của hình ảnh được thủy vân với các thông số αx.

Bảng 2 So sánh, đánh giá chất lượng hình ảnh dựa trên PSNR

Hình 1.1 Hệ thống phân phối nội dung đa phương tiện

Hình 1.2 Lược đồ phân phối đa phương tiện bằng cách thêm thủy vân của

chủ sở hữu nhằm xác định quyền sở hữu đối với sản phẩm và thủy vân riêng biệt của người sử dụng nhằm xác định người dùng hợp pháp

Hình 2.1 Hình ảnh Lena được thường xuyên sử dụng trong các nghiên cứu

về xử lý hình ảnh Hình 2.2 Ví dụ về bộ mã xác định riêng biệt được in chìm làm nền văn bản

ký tự

Hình 2.3 Ví dụ về thay đổi hình ảnh

Hình 2.4 Mối quan hệ giữa mã hóa và thủy vân dựa trên điều khiển sao chép Hình 3.1 Hệ thống vân sóng hai lớp trong hình ảnh của Lena

Hình 3.2 Quá trình biến đổi trong hình ảnh Lena

Hình 3.3 Thuật toán thủy vân đính kèm bắt buộc (dành cho việc phân tách

sóng ngắn 2 lớp) Hình 3.4 Bức ảnh sao chép của người sở hữu

Hình 3.5 Cơ chế phân tách thủy vân bị làm mờ (sử dụng hàm số 2 tầng phân

ly) Hình 3.6 Kết quả phân tách từ hình ảnh thủy vân của người dùng

Hình 3.7 Kết quả so sánh về mặt số liệu thực hiện của việc nén JPEG

Hình 3.8 So sánh việc phân tách giữa các phương pháp nén JPEG2000 khác

nhau Hình 3.9 Kết quả nén đối với việc lượng tử hóa từ mức xám 256 tới mức

xám 4 Hình 3.10 (a) Hình ảnh Lena bị cắt chỉnh, (b) thủy vân được phân tách (r =

0.2706) và (c) thủy vân được phân tách sau khi tăng cường sự tương phản của (b) (r = 0,9036)

Hình 3.11 (a) Hình Lena bị xoay 100, và (b) thủy vân phân tách tương ứng (r

= 0,5847); (c) hình Lena bị thu nhỏ lại bằng cách giảm số lượng dòng và cột xuống ¼, và (d) thủy vân được phân tách ( r = 0.4970); (e) hình của Lena bị điều chỉnh sang bên trái 10 cột và xuống dưới 36 hàng, và (f) thủy vân phân tách tương ứng (r=0.5356)

Hình 4.1 Kết quả hình ảnh Lena sử dụng phương pháp ICA

Hình 4.2 So sánh kết quả hình ảnh thu được sau khi sử dụng phương pháp

ICA Hình 4.3 Đồ thị kết quả chất lượng hình ảnh (dựa trên PSNR)

MỞ ĐẦU

Ngày nay, với sự ra đời và phát triển của mạng Internet mọi người đều có thể tìm kiếm thông tin một cách dễ dàng thông qua nhà cung cấp dịch vụ mạng

Sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật trên nhiều lĩnh vực đặc biệt

là trong lĩnh vực đa phương tiện (multimedia) làm cho việc sản xuất, quản lý và phân phối các sản phẩm (hình ảnh, âm thanh, tài liệu điện tử…) trở nên rất dễ dàng Tuy nhiên, việc phân phối phổ biến các tài nguyên trên mạng hiện nay luôn gặp phải vấn nạn sao chép và sử dụng bất hợp pháp như: xâm phạm bản quyền, truy cập trái phép, xuyên tạc, giả mạo thông tin… Đi đôi với sự phát triển của công nghệ máy tính, tình trạng sử dụng bất hợp pháp các sản phẩm số ngày càng tăng, do các tệp tin số có thể sao chép dễ dàng giữa các máy tính Do đó, tình trạng vi phạm bản quyền đang xảy ra hàng ngày, hàng giờ trên khắp thế giới Nhằm bảo vệ các sản phẩm số không bị sử dụng trái phép, song song với việc kêu gọi ý thức tự giác thực thi luật bản quyền, các công ty công nghệ lớn trên thế giới đã và đang thực hiện các giải pháp kỹ thuật kiểm soát bản quyền số Một trong những vấn đề được đặt ra là làm sao bảo vệ quyền sở hữu đối với các sản phẩm đa phương tiện này

Đứng trước tình hình đó, vấn đề về bảo mật thông tin hiện nay luôn nhận được sự quan tâm đặc biệt trong nhiều lĩnh vực Từ xa xưa đã có nhiều cách để bảo mật thông tin, một trong những phương pháp dùng rất sớm để bảo vệ quyền sở hữu đối với nội dung của các sản phẩm đa phương tiện là mã hoá Tuy nhiên, phương pháp mã hoá chỉ hiệu quả trong việc truyền thông tin nhưng không hiệu quả trong việc bảo vệ quyền sở hữu Ngày nay, phương pháp thủy vân trong các sản phẩm đa phương tiện được dùng phổ biến vì ngoài vấn đề bảo mật còn bảo vệ bản quyền, chống nhân bản bất hợp pháp, chống truy cập trái phép, chống xuyên tạc, chống giả mạo thông tin…

Thủy vân là một lĩnh vực rộng lớn Trong luận văn này, chúng tôi chỉ tập trung giới thiệu về thủy vân ảnh và ứng dụng trong giám sát các trao đổi thông tin

đa phương tiện Kỹ thuật thủy vân ảnh dựa trên phân tích từng cấu trúc độc lập (Independent Component Analysis – ICA) là kỹ thuật được lựa chọn để nghiên cứu sâu trong luận văn này Kỹ thuật thủy vân ảnh dựa trên phân tích từng cấu trúc độc lập được ứng dụng hiệu quả trong việc phân tích thủy vân nhằm xác định các thành

phần của cấu trúc và vì thế cho phép dò tìm các trao đổi trái phép các sản phẩm đã được bảo vệ

Luận văn được trình bày thành năm chương, với các nội dung như sau:

Chương 1: Giới thiệu

Nội dung chương đưa ra bài toán được nghiên cứu để giúp người đọc có cách tiếp cận chính xác nhất đối với vấn đề chính mà luận văn sẽ trình bày Đồng thời trong chương này chúng tôi cũng đưa ra khái niệm lược đồ thủy vân hiện hữu cùng với các hạn chế của lược đồ này

Chương 2: Tổng quan về Thủy vân

Trong chương này, các đặc tính và ứng dụng của thủy vân được trình bày bên cạnh lịch sử hình thành và khái niệm vể thủy vân Dựa trên các khái niệm và nội dung được đưa ra trong Chương 2 sẽ giúp người đọc xây dựng các khái niệm cơ bản từ đó tạo tiền đề cho việc trình bày sâu về phương pháp thủy vân ảnh đối với giám sát giao dịch trong truyền thông đa phương tiện được trình bày chi tiết trong Chương 3

Chương 3: Thủy vân ảnh đối với giám sát giao dịch trong truyền thông đa phương tiện

Nội dung chương 3 đi sâu vào phân tích và miêu tả cụ thể kỹ thuật thủy vân ảnh dựa trên phân tích từng cấu trúc độc lập (Independent Component Analysis – ICA) Đồng thời chúng tôi cũng đưa ra các đánh giá so sánh kết quả ứng dụng kỹ thuật này khi thực hiện các biến đổi trên hình ảnh được sử dụng để thủy vân ảnh, như ảnh đã bị biến đổi qua phương pháp nén, phương pháp lượng tử hóa, phương pháp cắt chỉnh và làm biến dạng hình học

Chương 4: Một vài thử nghiệm

Trong chương này, chúng tôi tiến hành một vài thử nghiệm đơn giản để đánh giá phương pháp thủy vân ảnh dựa trên các thành phần độc lập so với phương pháp thủy vân dựa trên miền sóng lược đồ Qua đó cũng chỉ ra một vài ưu điểm, nhược điểm mà phương pháp này mang lại

Chương 5: Tổng kết, đề xuất hướng nghiên cứu

Đây là chương cuối cùng trong luận văn Trong chương này chúng tôi đã tổng kết đánh giá các kết quả nghiên cứu cũng như các kết quả thực nghiệm, qua đó đưa ra các đề xuất nghiên cứu sâu hơn trong tương lai đối với kỹ thuật thủy vân ảnh dựa trên phân tích từng cấu trúc độc lập (ICA) nói rêng và các kỹ thuật thủy vân ảnh nói chung

Chương 1 Giới thiệu

1.1 Giới thiệu bài toán

Chúng ta đang sống trong kỷ nguyên kỹ thuật số, các công nghệ thông tin kỹ thuật số đã và đang thay đổi xã hội cũng như cuộc sống của chúng ta

Cuộc cách mạng thông tin đang diễn ra dưới hai hình thức:

 Truy tìm, phục hồi dữ liệu/thông tin

 Sự phổ biến/giao tiếp thông tin/dữ liệu

Sự trình bày kỹ thuật số của dữ liệu cho phép các thông tin được lưu giữ dưới dạng kỹ thuật số và vì vậy nó dễ dàng cho phép tạo lập và sao chép thông tin Đồng thời nó cũng cho phép dễ dàng cung cấp tính khác biệt trong giai đoạn hiện tại của cuộc cách mạng thông tin Kỹ thuật số trước tiên cho phép sử dụng với các phương tiện thông tin hữu hình mới, chẳng hạn như vệ tinh và truyền dẫn cáp quang Vì vậy, máy tính cá nhân, email, MPC, LAN, WAN, MAN, mạng nội bộ và mạng quốc tế đã và đang được cải tiến liên tục từ những thập niên 80 nhằm đáp ứng nhu cầu hiện tại Mạng quốc tế có tầm ảnh hưởng truyền thông toàn cầu, là một

cơ chế phân phối thông tin, và là vật trung gian của sự cộng tác và tương tác giữa các cá nhân và máy tính của họ mà không bị chi phối bởi vị trí địa lý Điều này cho phép các nhà nghiên cứu và giáo sư chia sẻ các dữ liệu và thông tin liên quan đến nhau

Khi hình ảnh, âm thanh, và các sản phẩm khác đã trở nên sẵn có dưới dạng

kỹ thuật số thì các bản sao chép hoàn chỉnh sẽ được dễ dàng thực hiện Việc sử dụng rộng rãi của mạng máy tính và việc toàn cầu hóa đã góp phần quan trọng tạo thêm sự sẵn có của thông tin dưới dạng kỹ thuật số cũng như cung cấp các cách thức truy cập dễ dàng đối với những hình thức kỹ thuật này Việc tạo lập, sản xuất phân phối sử dụng và tái sử dụng thông tin đã trở nên dễ dàng và nhanh hơn rất nhiều lần so với các thập kỷ trước Mặt tốt của vấn đề là sự phong phú mà việc phát triển thông tin như vũ bão đã mang lại cho xã hội nói chung Còn mặt không tốt là việc phát triển này đồng thời cũng mang lại cho tất cả những người được hưởng lợi

từ nguồn thông tin kỹ thuật số khả năng sao chép, phân phối và sử dụng thông tin một cách bất hợp pháp Các trang Web là nguồn thông tin với kích cỡ và độ sâu đặc

biệt, đồng thời cũng là điều kiện thuận lợi để tái sản xuất và phổ biến thông tin phù hợp với nhu cầu và năng lực Vì vậy, cần thiết phải có các nghiên cứu kịp thời về các biện pháp bảo vệ quyền sở hữu liên quan tới các nội dung thông tin được phân phối qua mạng quốc tế

Do đó, luận văn này giới thiệu về thủy vân ảnh và ứng dụng trong giám sát các trao đổi thông tin đa phương tiện Kỹ thuật thủy vân ảnh dựa trên phân tích từng cấu trúc độc lập (Independent Component Analysis – ICA) là kỹ thuật được lựa chọn để nghiên cứu sâu trong luận văn này Kỹ thuật thủy vân ảnh dựa trên phân tích từng cấu trúc độc lập được ứng dụng hiệu quả trong việc phân tích thủy vân nhằm xác định các thành phần của cấu trúc và vì thế cho phép dò tìm các trao đổi trái phép các sản phẩm đã được bảo vệ

1.2 Lược đồ phân phối đa phương tiện thông qua thủy vân số

Tốc độ phát triển nhanh của các hệ thống đa phương tiện đã làm tăng nhu cầu bảo vệ và thúc đẩy việc thực thi bảo vệ quyền tác giả đối với các sản phẩm truyền thông số Bảo vệ quyền tác giả đã trở nên ngày càng quan trọng Các nhiệm

vụ để thực hiện việc bảo vệ quyền tác giả đối với việc phân phối sản phẩm đa phương tiện qua Internet có thể phân thành các loại như sau:

 Xác định quyền sở hữu: chủ sở hữu của sản phẩm gốc có thể cung cấp các bằng chứng đáng tin cậy để chứng mình mình có toàn quyền đối với nội dung sản phẩm

 Giám sát trao đổi: Người chủ có thể giám sát việc phân phối sản phẩm,

từ đó họ có thể tìm ra người chịu trách nhiệm đối với việc sao chép và phân phối bất hợp pháp

 Xác minh nội dung: Người chủ sở hữu có thể bảo vệ trước bất kì hành

vi nào xâm phạm tới sản phẩm

Luận văn này tập trung vào nhiệm vụ giám sát trao đổi đối với các ứng dụng phân phối truyền thông đa phương tiện Giả định người chủ sở hữu muốn bán hoặc phân phối sản phẩm chỉ cho những người dùng hợp pháp Để thực hiện quyền sở hữu, các vấn đề cơ bản sau cần giải quyết: Thứ nhất, người chủ sở hữu phải có khả năng chứng minh rằng họ là người chủ hợp pháp của nội dung được phân phối Thứ hai, nếu dữ liệu thường xuyên bị sao chép và tái phân phối bất hợp pháp, người chủ

phải có khả năng tìm ra người chịu trách nhiệm việc sao chép và phân phối dữ liệu một cách bất hợp pháp này

Hình 1.1 Hệ thống phân phối nội dung đa phương tiện

Kỹ thuật đầu tiên được sử dụng để bảo vệ các quyền sở hữu là mã hóa Kỹ thuật mã hóa (Schneiner, 1995) cung cấp công cụ hiệu quả để bảo mật quy trình phân phối và kiểm soát việc sử dụng hợp pháp các nội dung đã được nhận bởi người sử dụng Các nội dung được chuyển qua mạng quốc tế đã được mã hóa, và chỉ người sở hữu hợp pháp nắm bộ mã khóa mới có thể sử dụng các thông tin được

mã hóa, nhưng ngược lại nguồn thông tin có thể vô dụng với kẻ vi phạm bản quyền nếu như không có bộ khóa mã Dầu vậy, nếu xảy ra một truyền dẫn “error-free” qua mạng, nội dung sau khi mã hóa có thể hoàn toàn giống như các dữ liệu gốc Các nội dung dữ liệu có thể bị sao chép hoàn chỉnh nhiều lần và người sử dụng có thể thao túng nội dung này

Các nhà khoa học và nhà nghiên cứu sau đó đã chuyển sang tìm kiếm các công nghệ khác để ngăn chặn việc sao chép bất hợp pháp mà không có quyền tác giả qua các mạng toàn cầu và việc sao chép trái phép này không được ngăn chặn bởi phương pháp mật mã Trong những năm gần đây, các kỹ thuật thủy vân ảnh đã thu hút được khá nhiều sự chú ý Trong thủy vân ảnh, các thông tin được nhúng

trong suốt vào sản phẩm, thay vì một dạng dữ liệu cụ thể Kỹ thuật thủy vân ảnh vì thế cũng hiệu quả cho việc truy tìm các trao đổi bản sao bất hợp pháp cũng như tái phân phối các thông tin đa phương tiện Đối với một ứng dụng truy tìm trao đổi điển hình, các thủy vân phát hiện ra các chi tiết hợp pháp đầu tiên của sản phẩm Nếu như sau đó sản phẩm được xác định là bị phân phối bất hợp pháp, thì thủy vân

có thể giúp xác định người có trách nhiệm với sản phẩm

Hình dưới giới thiệu mô hình phân phối thông tin đa phương tiện cho phép các quyền sở hữu thực hiện thông qua một kỹ thuật tạo đa thủy vân Đa thủy vân

ám chỉ việc gắn các loại thủy vân khác nhau vào một nội dung đa phương tiện đơn

để đạt được các mục tiêu khác nhau Chẳng hạn, một trong số các thủy vân có thể xác định được quyền sở hữu, thủy vân thứ hai dùng để xác định người nhận và thủy vân thứ ba dùng để xác nhận tính nguyên vẹn của nội dung

Đối với ứng dụng phân phối qua mạng quốc tế, những người sử dụng đầu tiên gửi một yêu cầu tới người cung cấp nội dụng bất cứ khi nào họ quan tâm tới các nội dung đa phương tiện Người chủ sở hữu sau đó có thể phân phối sản phẩm bằng cách ký nhận một thủy vân tới người sử dụng đã đăng ký nhằm xác định tính duy nhất của người nhận sản phẩm Tất cả các dữ liệu gửi tới người sử dụng đã đăng ký sẽ được gắn vào một thủy vân chỉ định cùng với thủy vân của người chủ sở hữu, cùng lúc duy trì chất lượng hình ảnh ở mức tốt đối với nội dung đã được đánh dấu

Hình 1.2 Lược đồ phân phối đa phương tiện bằng cách thêm thủy vân của chủ sở

hữu nhằm xác định quyền sở hữu đối với sản phẩm và thủy vân riêng biệt của

điều kiện vắng mặt dữ liệu gốc, dẫn đến việc tra soát được các giao dịch của một bản sao cụ thể đối với nội dung đa phương tiện Để đảm bảo an toàn, dữ liệu gốc thường được giữ bí mật và không nên được tiết lộ rộng rãi trong suốt quá trình tách thủy vân ảnh Trong một vài ứng dụng thực tế, người chủ sở hữu cần các đại diện được phép hoặc các nhà cung cấp dịch vụ thực hiện các nhiệm vụ giám sát trao đổi Người chủ sở hữu không thể đồng thời cung cấp các dữ liệu gốc cho các đại diện Bởi thế, xuất hiện một vấn đề là làm sao để tách thủy vân của người chủ sở hữu trong khi vẫn giữ bí mật dữ liệu gốc Đây là vấn đề chính trong việc giám sát trao đổi thông qua phương pháp thủy vân

1.3 Hạn chế của các lược đồ thủy vân hiện hữu và giải pháp

Một chuỗi các thuật toán của phương pháp thủy vân đã được đề xuất Dưới dạng các ứng dụng đa dạng, kỹ thuật thủy vân ảnh có thể được phân thành hai loại sau:

 Thủy vân quyền sao chép mạnh: nhằm cung cấp các bằng chứng về quyền sở hữu đối với các truyền thông số đã được bảo vệ

 Thủy vân xác nhận việc tạo lập: nhằm xác nhận bất cứ sự biến đổi nào trong các truyền thông số được bảo vệ

Các dấu hiệu mạnh (thủy vân mạnh) có thể xác định quyền sở hữu đối với các dữ liệu số, trong khi các dấu hiệu xác nhận việc tạo lập được sử dụng để chứng minh xem một đối tượng có thể được “chạm vào” hoặc chế tác Thủy vân mạnh, ngược lại với thủy vân xác nhận việc tạo lập, yêu cầu các thủy vân được đính kèm phải được làm mạnh để chống lại các tấn công nhằm duy trì chất lượng hình ảnh thủy vân

Trên quan điểm sự hiệu hữu của một thủy vân cho sẵn tại giai đoạn phân tách, có hai hệ thống thủy vân khác nhau được đề cập Loại thứ nhất là gắn một thủy vân xác định hoặc thông tin Hầu hết kỹ thuật thủy vân dành cho việc bảo vệ bản quyền liên quan tới hệ thống thủy vân này Mục đích của cơ chế thủy vân này

là xác định sự hiện hữu của thủy vân đã biết trước đây có hoặc không có sự giúp đỡ của thủy vân Loại thứ hai liên quan tới các thông tin bất kỳ được đính kèm có ích với việc dò tìm bản sao chép của người nhận duy nhất đối với thông tin được phân phối Trong hoàn cảnh đó, thủy vân được đính kèm vào một bản sao của hình ảnh

đã được biết trước đó, vì thế không thông tin nào trước đó liên quan tới thủy vân

được đính kèm có sẵn cho việc phân tách thủy vân Điều này làm cho việc phân tách trao đổi trở nên khó khăn hơn

Các giả định cũng như các hạn chế đối với hầu hết các cơ chế thủy vân hiện hữu có thể tạo ra những khó khăn và sự không hiệu quả khi ứng dụng vào các trao đổi, giám sát liên quan tới đa phương tiện đã được tổng kết như sau:

(a) Trong một số hàm thủy vân, việc dò tìm và phân tách thủy vân đòi hỏi sự hiện hữu của nội dung gốc Điều này không cần thiết vì các dữ liệu nguồn thường xuyên được bảo mật và không thể công bố rộng rãi, thậm chí dữ liệu gốc không có sẵn Vì thế các kỹ thuật thủy vân mờ được quan tâm và thu hút

sự chú ý

(b) Hầu hết các cơ chế thủy vân hiện hữu được xây dựng trên một vài giả thuyết

về việc dò tìm và phân tách thủy vân, chẳng hạn như các kiến thức trước đó

về vị trí thủy vân, độ mạnh và ngưỡng Dầu vậy, nhằm chắc chắn sự tăng mạnh và tính ẩn của thủy vân các vị trí đính kèm được chọn trước cũng như

độ mạnh đính kèm thường khác nhau ở các hình ảnh khác nhau Đối với cơ

sở dữ liệu hình ảnh lớn, đây có thể là hạn chế nếu nó yêu cầu về vị trí và độ mạnh của các thông tin được dò tìm và phân tách của thủy vân Kết quả là một lượng lớn các thông tin bên lề cần phải được lưu trữ

(c) Hình 1.2 đưa ra một sơ đồ nhằm ngăn chặn việc tái phân phối bất hợp pháp

dữ liệu bởi người dùng hợp pháp Trong tình huống như vậy, hàm dò tìm và phân tách thủy vân yêu cầu về vị trí và độ mạnh hoặc thậm chí thủy vân gốc

có thể thất bại vì không ai biết được thủy vân nào sẽ tồn tại trong bản sao của sản phẩm

(d) Thêm vào đó, hàm truy tìm thủy vân nói chung được dựa trên bộ lọc phù hợp

sẽ tìm ra tương quan lớn nhất giữa thủy vân phục hồi với các thủy vân lưu trữ trong cơ sở dữ liệu chứa các thuỷ vân, được sử dụng để xác định người dùng Đây là một quá trình tốn thời gian và không hiệu quả đặc biệt là đối với cơ sở dữ liệu lớn cần phân phối giữa số lượng lớn người dùng

Vì những lý do trên, chúng tôi đã lựa chọn kỹ thuật thủy vân dựa trên phân tích thành phần độc lập ICA (Independent Component Analysis) Phương pháp ICA này dựa trên cơ chế thuỷ vân mờ có thể vượt qua các vấn đề của cơ chế tạo thủy vân hiện tại nêu ở trên Hàm thủy vân này rất hiệu quả trong việc ứng dụng truy tìm các dữ liệu hợp pháp Vì thế bằng cách sử dụng phương pháp thủy vân dựa

trên ICA này, cơ chế phân phối đa phương tiện rất hiệu quả đối với việc bảo vệ bản quyền có thể được áp dụng

Chương 2 Tổng quan về Thủy vân

2.1 Lịch sử của Thủy vân

Mặc dù cách làm giấy được phát minh ở Trung Quốc hàng ngàn năm trước, nhưng thủy vân trên giấy chỉ xuất hiện vào khoảng năm 1282 tại Italia Những nhãn hàng hóa được làm bằng cách thêm một dây kim loại nhỏ vào đường gờ của tờ giấy Tờ giấy sẽ trở nên nhẹ, mảnh hơn ở nơi có dây kim loại tồn tại và do vậy rõ ràng hơn

Ý nghĩa của thủy vân vào thời điểm đó là không rõ ràng Chúng có thể được

sử dụng với mục đích có ích như tạo ra những đường gờ trên những mảng của tờ giấy đã được làm, hay xác định một nhà sản xuất giấy Ở một khía cạnh khác, chúng có thể miêu tả những dấu hiệu bí ẩn hoặc chỉ đơn giản được dùng để trang trí

Vào khoảng thế kỉ 18, thủy vân trên giấy ở Châu Âu và Mỹ đã trở nên rất thiết thực Chúng được sử dụng như thương hiệu của giấy để ghi lại thời gian tờ giấy được sản xuất và cho biết kích thước của những khổ giấy Đó cũng là lúc thương hiệu bắt đầu được sử dụng như là một tiêu chuẩn chống giả mạo trên tiền và những tài liệu khác

Thuật ngữ thủy vân dường như được ra đời vào gần cuối thế kỷ 18 và có lẽ bắt nguồn từ thuật ngữ thủy vân của người Đức Thuật ngữ này thực tế là một sự nhầm lẫn về từ ngữ, trong đó nước không phải là một cái gì đặc biệt quan trọng trong việc tạo ra nhãn hiệu Cũng có lẽ nó được gọi là thủy vân bởi vì nhãn hiệu cũng tương tự như tác động của nước trên giấy

Khoảng thời gian thuật ngữ thủy vân ra đời, những kẻ làm tiền giả đã bắt đầu phát triển các phương pháp để giả mạo thủy vân được sử dụng nhằm bảo vệ tiền giấy Năm 1779, tạp chí Quý ông đã đưa tin một người đàn ông tên là John Mathison đã khám phá ra một phương pháp làm giả thủy vân những giấy tờ ngân hàng, điều mà trước đó tất cả đều cho rằng đó là phương pháp an ninh đảm bảo nhất chống lại sự gian lận

Trong những năm sau đó, những kẻ gian lận đã liên tục cải tiển công nghệ thuỷ vân William Congreve, một người Anh, sau đó đã khám phá ra một công

nghệ thủy vân màu bằng việc cho thêm thuốc nhuộm tự nhiên vào giữa tờ giấy trong quá trình làm giấy Với cách làm này, các nhãn hiệu sẽ trở nên rất khó để làm giả

2.2 Tầm quan trọng của thủy vân số

Sự quan tâm về thủy vân tăng lên một cách đột ngột bởi sự lo lắng về việc bảo vệ bản quyền của nội dung Internet đã trở nên thân thiện và nhanh chóng trở thành một ứng dụng to lớn mà tại đó con người dễ dàng tải hình ảnh, âm thanh hay những đoạn video về máy của mình Internet là một hệ thống phân phối thông minh đối với truyền thông số bởi nó khá rẻ, không phải chờ đợi và phân phát hầu như ngay lập tức Tuy nhiên, nội dung của người sở hữu cũng sẽ chịu những rủi ro lớn đối với việc sao chép bất hợp pháp

Sự rủi ro của việc sao chép bất hợp pháp tăng thêm bởi sự gia tăng nhanh chóng của những thiết bị thu kỹ thuật số dung lượng cao Trước kia, cách duy nhất

để khách hàng có thể thu âm một bài hát hay một bộ phim là qua một băng từ Khi

đó, những bản sao chép thường có chất lượng thấp hơn bản gốc, và chất lượng của bản sao chép tiếp theo (sao chép lại của bản sao chép) sẽ rất tồi Tuy nhiên, với những thiết bị thu kỹ thuật số, những bài hát hay bộ phim có thể được thu lại với rất

ít, thậm chí không có sự giảm sút nào về chất lượng Việc sử dụng những thiết bị thu này và sử dụng Internet cho việc phân phối, người vi phạm quyền tác giả có thể

dễ dàng thu lại và phát tán những sản phẩm đã được bảo vệ bản quyền mà không phải trả bất cứ khoản phí nào cho tác giả thực sự của nó Do vậy, sở hữu nội dung

là những kỹ thuật được nghiên cứu và phát triển nhiều nhất, hứa hẹn sẽ bảo vệ được những tác phẩm của họ

Mã hóa là phương pháp đầu tiên và phổ biến nhất để bảo vệ nội dung số Nội dung được trải qua giai đoạn mã hóa để phát tán, và một khóa giải mã sẽ chỉ được cung cấp cho những người mua bản sao nội dung đó Những file mã hóa có thể rất sẵn trên Internet, nhưng sẽ không thể sử dụng được nếu không có khóa chấp thuận Không may, việc mã hóa này không thể giúp người bán hàng giám sát làm cách nào một khách hàng hợp pháp sẽ truyền tay những nội dung đó sau khi đã giải mã Một kẻ xâm phạm quyền tác giả có thể mua một sản phẩm, sử dụng khóa để giải

mã để xem nội dung, và phân tán những bản sao bất hợp pháp đó.Việc mã hóa có

thể bảo vệ nội dung đó trong suốt quá trình vận chuyển, tuy nhiên chỉ một lần bị giải mã, nội dung này sẽ không được tiếp tục bảo vệ trong tương lai

Do vậy, điều cần thiết nhất nhằm bổ sung việc mã hóa là: một kỹ thuật có thể bảo vệ nội dung, thậm chí sau khi chúng được giải mã Thủy vân có những khả năng để giải quyết vấn đề này bởi nó thay thế thông tin bên trong nội dung và nó sẽ không bao giờ bị tẩy xóa hay dời đi trong quá trình sử dụng thông thường Việc giải mã, mã hóa, nén, chuyển đổi từ kỹ thuật số sang anolog, và thay đổi định dạng file thủy vân có thể được thiết kế để làm được tất cả các quá trình trên mà không làm ảnh hưởng đến nội dung

Thủy vân có thể được xem như là kỹ thuật nhằm ngăn ngừa việc sao chép trái phép và cung cấp những ứng dụng bảo vệ bản quyền Trong ngăn ngừa sao chép, thủy vân được sử dụng dưới dạng phần mềm hoặc thiết bị phần cứng nhằm giới hạn sự sao chép Đối với những ứng dụng bảo vệ bản quyền, thủy vân được sử dụng để chỉ rõ tác giả của sản phẩm và chắc chắn rằng tiền trả cho tác giả đó là đúng theo luật pháp

Ngoài ra, có một số lượng ứng dụng khác mà kỹ thuật thủy vân cũng có thể được áp dụng Những ứng dụng đó bao gồm: giám sát truyền thông, theo dõi giao dịch, sự xác thực, điều khiển sao chép và điều khiển thiết bị

2.3 Các đặc tính và ứng dụng của thủy vân

Như đã nói ở trên, thủy vân có thể được sử dụng trong rất nhiều các ứng dụng khác nhau Nhìn chung, nó khá hữu dụng nhằm kết hợp một số thông tin được thêm vào một sản phẩm cụ thể, những siêu dữ liệu này có thể được nhúng vào như một quá trình thủy vân Dĩ nhiên, có nhiều cách khác nhau để kết hợp thông tin với sản phẩm, chẳng hạn như thay thế chúng vào header của một file số, mã hóa chúng thành mã vạch trên một bức ảnh Câu hỏi được đặt ra là: Khi nào thủy vân trở thành một lựa chọn tốt? Thủy vân có thể làm những điều mà các kỹ thuật đơn giản hơn không làm được hay không?

Có ba điều quan trọng khác biệt giữa thủy vân và các kỹ thuật khác Thứ nhất, thủy vân không thể nhận thấy hay cảm nhận thấy được trong điều kiện thông thường Thứ hai, thủy vân không thể tách rời với sản phẩm bởi chúng được nhúng vào sản phẩm Thủy vân không thể bị xóa bỏ khi sản phẩm được trưng bày hay

được chuyển đổi sang dạng khác Cuối cùng, thủy vân trải qua những quá trình biến đổi giống như sản phẩm Điều này có nghĩa là, thỉnh thoảng có thể học được điều gì

đó về những quá trình biến đổi của sản phẩm thông qua kết quả của việc thủy vân Đây là ba thuộc tính đã làm thủy vân trở nên vô giá đối với một vài ứng dụng nào

đó

Trong phần này, chúng ta sẽ mô tả một vài ứng dụng được thực hiện với thủy vân và nghiên cứu những lợi thế của các phương pháp này nhằm thay thế những kỹ thuật khác Sau đó, chúng ta sẽ mô tả một vài thuộc tính của thủy vân, thảo luận về những vấn đề quan trọng có liên quan đến chúng và giải thích sự thay đổi do chúng tạo nên đối với ứng dụng

2.3.1 Các ứng dụng của thủy vân

Chúng ta sẽ khảo sát và nghiên cứu tám ứng dụng thực tế của thủy vân, bao gồm: giám sát truyền thông; xác minh người sở hữu; bằng chứng về quyền sở hữu; theo dõi giao dịch; xác thực nội dung; điều khiển sao chép; điều khiển thiết bị, và

sự gia tăng tài sản Với mỗi ứng dụng, chúng ta sẽ cố gắng xác minh xem những đặc điểm nào của thủy vân có thể ảnh hưởng, nhằm đưa ra một giải pháp phù hợp cho thủy vân Để làm được điều này, chúng ta phải xem xét hết sức cẩn thận yêu cầu của ứng dụng và nghiên cứu những giới hạn của những giải pháp thay thế

2.3.1.1 Giám sát truyền thông

Một phương pháp giám sát truyền thông thô sơ là luôn có người theo dõi trực tiếp sau đó ghi lại những gì họ nghe và nhìn thấy Phương pháp này rất tốn kém và

dễ xảy ra lỗi Chính vì lẽ đó mà nó đã được thay thế bởi việc giám sát tự động Kỹ thuật này có thể được tách ra làm hai loại là hệ thống giám sát bị động và hệ thống giám sát chủ động Hệ thống giám sát bị động được sử dụng nhằm nhận ra ngay lập tức nội dung đang được phát, hiệu quả của nó tương đương với việc con người giám sát (có thể đáng tin hơn và giá thành thấp hơn) Hệ thống giám sát chủ động dựa vào những thông tin đã được liên kết, những thông tin đã được phát đi với nội dung có sẵn

Hệ thống giám sát bị động bao gồm một máy tính giám sát quá trình truyền thông và so sánh những tín hiệu nhận được với cơ sở dữ liệu sẵn có Đây là phương pháp trực tiếp và ít xâm phạm nhất của việc giám sát truyền thông tự động Nó không đòi hỏi sự giới thiệu của bất cứ thông tin liên quan nào trong truyền thông,

và vì thế không cần bất cứ sự thay đổi nào tới quy trình của người đăng quảng cáo Nói tóm lại, nó không yêu cầu bất cứ sự hợp tác nào với người đăng quảng cáo hay phát thanh viên

Tuy nhiên, có một vài vấn đề tiềm ẩn trong sự thực thi của hệ thống giám sát

bị động Đầu tiên, việc so sánh những tín hiệu nhận được đối với một cơ sở dữ liệu

là không hề dễ dàng Theo lý thuyết, chúng ta sẽ chia các tín hiệu thành các đơn vị

có thể nhận biết chẳng hạn như hình ảnh riêng lẻ trong video và tìm kiếm chúng trong cơ sở dữ liệu Tuy nhiên, mỗi hình ảnh trong video lại bao gồm hàng triệu bit thông tin và chúng trở nên không thực tế khi sử dụng một chuỗi bit lớn như thế khi tìm kiếm trong cơ sở dữ liệu Vì vậy, hệ thống phải xử lý những tín hiệu nhận được thành những chữ ký nhỏ hơn mà những chữ ký này đủ lớn để phân biệt với những tác phẩm khác đồng thời cũng đủ nhỏ để có thể sử dụng như một chỉ mục trong cơ

sở dữ liệu tìm kiếm Định nghĩa những chữ ký này là rất khó Hơn nữa, việc phát truyền hình hay truyền thanh thường làm giảm sút tín hiệu, và sự giảm sút này cũng thay đổi theo thời gian Kết quả thu nhận được trong những khoảng thời gian khác nhau của cùng một tác phẩm có thể dẫn tới những chữ ký khác hoàn toàn Điều này

có nghĩa là hệ thống giám sát không thể tìm kiếm chính xác một sự thích hợp trong chính cơ sở dữ liệu của nó Để thay thế, nó phải thực hiện một tìm kiếm gần nhất bên cạnh, điều này có lẽ phức tạp hơn bởi sự khác nhau nhận được từ nững chữ ký đầy ý nghĩa và việc tìm kiếm đối với những láng giềng gần nhất trong một cơ sở dữ liệu rộng lớn, điều đó rất khó để thiết kế một hệ thống giám sát bị động tin cậy 100%

Thứ hai, thậm chí nếu vấn đề tìm kiếm cơ sở dữ liệu được giải quyết, việc lưu trữ và quản lý cơ sở dữ liệu có thể rất tốn kém bởi cơ sở dữ liệu rất lớn Hơn nữa, hệ thống nên giám sát đồng thời tại một vài vị trí khác nhau Bởi vậy, mỗi vị trí phải truy vấn đến cơ sở dữ liệu trung tâm, lưu trữ cục bộ (với khả năng cập nhật liên tục) hoặc truyền những chữ ký trở lại về quá trình xử lý trung tâm một cách dễ dàng

Hiện nay, đã có những sự tiến bộ đáng kể đối với hệ thống giám sát truyền thông bị động Tuy nhiên, để đạt được sự chính xác đối với một hệ thống xác thực

có lẽ cần một hệ thống giám sát chủ động Hệ thống này sẽ giúp những thông tin được xác thực sẽ được phát đi cùng với nội dung Giám sát chủ động là một kỹ thuật thực hiện đơn giản hơn so với giám sát bị động Những thông tin xác thực rất

dễ hiểu để giải mã một cách chính xác, và vì thế không cần yêu cầu một cơ sở dữ liệu nào để phiên dịch nghĩa của nó

Một cách để thi hành hệ thống giám sát chủ động là đặt những thông tin xác thực vào một vùng riêng biệt của vùng truyền tín hiệu Ví dụ, việc truyền tín hiệu anolog vô tuyến cho phép thông tin số được mã hóa thành những đường dọc xen kẽ giữa những khoảng trắng (VBI) của tín hiệu video Phần này sẽ được gửi tới giữa các hình mà không có bất cứ hiệu ứng nào tác động lên trên hình

Đối với các sản phẩm công nghệ số, có một vài kỹ thuật chủ động tương tự nhau lưu trữ những mã được nhận dạng trên những header của file Những kỹ thuật này phải trải qua những vấn đề gần giống như phương pháp VBI, trong đó người điều khiển trung gian và người phân phối cuối cùng phải đảm bảo việc phân phối header không bị thay đổi Một lần nữa, những dữ liệu không chắc chắn để tồn tại với sự thay đổi định dạng mà không cần một hệ thống được sửa đổi

Thủy vân rõ ràng là một phương pháp có thể sử dụng để thay cho việc mã hóa những thông tin đã bị nhận dạng trong việc giám sát chủ động Nó có những lợi thế đối với sự tồn tại trong phạm vị nội dung của nó hơn là việc khai thác một phần

cụ thể của tín hiệu phát đi, và do vậy hoàn toàn tương thích với nền tảng thiết bị truyền thông được lắp đặt bao gồm cả việc truyền tín hiệu số và analog Bất lợi chính của thủy vân là quá trình nhúng phức tạp hơn việc đặt dữ liệu vào VBI hay vào header của file Đây cũng là một rắc rối, nhất là trên phần nội dung được tạo

ra, thủy vân sẽ làm giảm đi chất lượng âm thanh và hình ảnh của sản phẩm

2.3.1.2 Xác minh người sở hữu và bằng chứng về quyền sở hữu

Một ví dụ nổi tiếng là bức tranh Lena Đây có lẽ là bức tranh được sử dụng

để kiểm chứng phổ biến nhất trong quá trình nghiên cứu hình ảnh và bức tranh này xuất hiện trên vô số các bài báo và những cuộc hội thảo

Hình 2.1 Hình ảnh Lena được thường xuyên sử dụng trong các nghiên cứu về xử

lý hình ảnh

Việc sử dụng thủy vân không chỉ để xác định quyền sở hữu bản quyền mà thực tế còn để chứng minh quyền sở hữu đó Đây chính là điều mà một thông báo bằng văn bản không thể thực hiện được bởi vì nó có thể dễ dàng bị giả mạo Ví dụ, một nghệ sĩ (Alice) sáng tạo ra một hình ảnh và đưa nó lên trang web của mình với một dòng thông báo về quyền sở hữu là “ © Alice” Sau đó một người làm quảng cáo (Bob) ăn cắp hình ảnh đó, sử dụng một chương trình xử lý hình ảnh để thay dòng chữ thông báo đó bằng “ © Bob” và sau đó đòi hỏi quyền sở hữu hình ảnh đó cho anh ta Như vậy tranh chấp này sẽ được giải quyết như thế nào?

Một cách để giải quyết việc tranh chấp này là nhờ tới các cơ quan có thẩm quyền Trước khi đưa hình ảnh của cô lên trang web, Alice có thể đăng ký hình đó với Cục Bản quyền liên bang bằng cách gửi cho họ một bản sao Họ sẽ lưu giữ hình ảnh đó cùng với thông tin của người sở hữu ban đầu Sau đó nếu có sự tranh chấp,

cô ấy có thể liên hệ với Cục Bản quyền liên bang để chứng minh rằng cô ta là người có đầy đủ quyền với bức ảnh đó Tuy nhiên, Alice có thể từ chối đăng ký hình ảnh đó vì chi phí khá tốn kém (có thể lên tới 45 USD đối với mỗi tài liệu)

Nếu nhiều hình ảnh được đăng ký, chi phí này sẽ là không nhỏ Nếu Alice không thể chi trả được, cô ấy sẽ phải kiện Bob mà không có sự hỗ trợ từ phía Cục bản quyền liên bang

Trong trường hợp đó, Alice phải đưa ra bằng chứng rằng chính cô tạo ra bức ảnh đó Ví dụ, Alice có thể có phim âm bản nếu là một bức ảnh Hoặc sẽ có những bản nháp nếu đó là bức tranh vẽ Vấn đề là nếu Bob kiên quyết thắng trong vụ kiện này, anh ta cũng có thể làm giả các bằng chứng nói trên Anh ta có thể làm được phim âm bản mới từ hình ảnh đó hoặc tự phác ra những bản phác thảo đầu tiên Trong trường hợp tệ hơn nếu những hình ảnh đó là hình ảnh kỹ thuật số thì sẽ không có bất cứ phim âm bản hay bản nháp nào

Vậy Alice có thể bảo vệ quyền sở hữu và tránh các chi phí phát sinh liên quan đến việc đăng ký bằng cách sử dụng thủy vân vào tác phẩm của cô không? Trong trường hợp sử dụng thủy vân của Digimarc, câu trả lời có thể là không Vấn

đề với hệ thống thủy vân này là bộ tách sóng khá sẵn với các nhà quảng cáo Bất cứ

ai có thể tách được thủy vân có thể dễ dàng loại bỏ chúng vì thế Bob có thể dễ dàng

có được một bộ tách của Digimarc Anh ta có thể loại thủy vân của Alice và thay bằng của mình

Để đạt được mức độ bảo mật đối với việc chứng minh quyền sở hữu, việc cấm bán các máy tách sóng là hoàn toàn cần thiết Khi một người quảng cáo không

có sẵn bộ tách sóng, việc tách thủy vân khỏi hình ảnh là khá khó khăn Vì thế khi Alice và Bob ra tòa, Alice có thể chứng minh bản sao gốc của hình ảnh Bản gốc và bản copy có thể được đưa vào máy phân tích thuỷ vân và nó có thể tách ra được thủy vân của Alice Dầu vậy, ngay cả khi thủy vân của Alice có thể không dễ dàng

bỏ đi, Bob có thể thực hiện phá hoại Bob sẽ sử dụng hệ thống thủy vân khác của anh ta và đưa vào một bản sao gốc bức tranh của Alice Vì thế bên thứ ba khó lòng

có thể phân xử xem Alice hay Bob có bản gốc

Vấn đề này có thể được giải quyết nếu chúng ta tạo ra một sự thay đổi nhỏ trong cách đặt vấn đề Thay vì cố gắng chứng minh quyền sở hữu bằng cách đính kèm dòng chữ “bức ảnh này thuộc về Alice” dưới hình thức thủy vân, chúng ta sẽ

cố gắng chứng minh rằng hình ảnh này được sao chép từ hình ảnh kia Việc này sẽ đưa ra bằng chứng gián tiếp cho thấy hình ảnh gốc được Alice sở hữu và trong trường hợp đó Alice sẽ có một bản gốc mà từ đó các bản sao khác được tạo ra

Bằng chứng này gần giống với việc nếu Alice là người tạo ra phim âm bản mà từ

đó bức tranh được tạo ra thì sẽ mạnh hơn bằng chứng Bob tạo ra phim âm bản nhưng không thể tạo ra một bản gốc giả mà qua được thử nghiệm chúng tôi

2.3.1.3 Giám sát giao dịch

Trong ứng dụng này của thủy vân, thủy vân sẽ ghi lại một hoặc nhiều giao dịch đã được thực hiện trong quá trình sao chép tác phẩm có gắn thủy vân Ví dụ, thủy vân sẽ ghi lại người nhận trong mỗi lần bán hoặc phân phối hợp pháp của tác phẩm Người chủ sở hữu hoặc người tạo ra tác phẩm sẽ đặt một thủy vân khác biệt

ở trong mỗi bản sao chép Nếu tác phẩm bị sử dụng sai mục đích thường xuyên (dò

gỉ cho báo chí hoặc tái phân phối bất hợp pháp), người chủ sở hữu có thể tìm ra ai

là người chịu trách nhiệm

Giám sát giao dịch cũng thường được gọi là truy tìm dấu vân tay vì mỗi bản sao của sản phẩm có thể được xác định duy nhất bằng thủy vân cũng giống như mỗi người có một vân tay duy nhất Tuy nhiên, dấu vân tay thường được sử dụng cho việc truy tìm và nhận dạng vân tay của con người Và kỹ thuật truy tìm vân tay đồng thời cũng được sử dụng để ám chỉ tới việc xác định thụ động tác phẩm (chẳng hạn như giám sát băng thông) Để tránh những nhầm lẫn chúng ta sẽ sử dụng thuật ngữ giám sát giao dịch

Trong giám sát giao dịch có một vài kỹ thuật không phù hợp với định nghĩa

về thủy vân Một kỹ thuật thay thế thủy vân là sử dụng các dấu hiệu hiện hữu Ví

dụ đối với các tài liệu kinh tế có độ nhạy cảm cao như kế hoạch kinh doanh thường được in trên giấy có nền số ẩn màu ghi xám Các báo cáo sau đó sẽ được giữ lại và chỉ rõ người nào có bản sao nào Dấu hiệu này cũng được gọi là thủy vân bởi vì nó

có một dấu hiệu cơ học liên quan đến thủy vân trên giấy Dầu vậy, chúng không phải là thủy vân trong hoàn cảnh sử dụng thuật ngữ này của chúng ta, vì chúng ta quan tâm đến tính không thể nhận biết được là một đặc điểm nhận dạng Dĩ nhiên, các thủy vân không thể nhận dạng thường được đánh giá cao hơn các dấu hiệu được nhận dạng cũng giống như thủy vân được đánh giá cao hơn các bản thông báo bản quyền bằng giấy

Hình 2.2 Ví dụ về bộ mã xác định riêng biệt được in chìm làm nền văn bản ký tự

Một ví dụ về giám sát giao dịch là trong việc phân phối các bản phôi in báo hàng ngày Trong suốt quá trình làm phôi, phôi in thường được phân phối tới nhiều người liên quan đến quá trình sản xuất Nhật báo hàng ngày thường được bảo mật cao bởi thường xuyên xảy ra việc một nhật báo có thể rò rỉ tin tức cho các tờ báo khác Khi việc này xảy ra, các phòng có trách nhiệm sẽ nhanh chóng tìm ra nguồn

rò rỉ Họ có thể sử dụng một dòng chữ có thể nhìn được ở mép của khuôn phôi để xác định mỗi một bản sao của nhật báo

2.3.1.4 Xác thực nội dung

Có thể thấy rằng ngày càng dễ dàng làm giả các sản phẩm kỹ thuật số bằng nhiều cách khó có thể phát hiện ra được Ví dụ như hình 2.3 cho thấy một sửa đổi trên hình ảnh sử dụng phần mềm đồ họa Hình bên trái là hình gốc, bên phải là hình sửa đổi Nếu hình ảnh này là một chứng cớ quan trọng trong một cuộc điều tra của

cảnh sát hoặc một vụ kiện, thì hình thức giả mạo này có thể tạo ra một vấn đề nghiêm trọng Những vấn đề tương tự có thể thực hiện với file hình ảnh và âm thanh

Hình 2.3 Một ví dụ dễ hiểu về thay đổi hình ảnh: Người phụ nữ ở bức ảnh trái đã

được làm biến mất trong bức ảnh phải

Vấn đề xác thực nội dung được nghiên cứu kỹ trong mật mã Một phương pháp mã hóa cho vấn đề này là sử dụng chữ ký điện tử, là hình thức viết lại mật mã ngắn gọn Một hàm mật mã sử dụng khóa không đối xứng được sử dụng, trong đó khóa được sử dụng để mã hóa chữ ký khác biệt với khóa để giải mã chữ ký Chỉ có người chủ hợp pháp tạo ra chữ ký mới biết được khóa để giải mã Vì thế một kẻ sao chép cố tình thay đổi dòng ký tự không thể tạo ra chữ ký điện tử giả Nếu một

ai đó thường xuyên so sánh các bản sao chép có chữ ký điện tử với chữ ký điện tử mẫu thì họ có thể dễ dàng nhận ra các chữ ký đó không phù hợp và có thể biết rằng chữ ký đã bị giả mạo

Biện pháp thường được sử dụng là gắn chữ ký trực tiếp lên sản phẩm bằng cách sử dụng thủy vân Hãng Epson thường sử dụng một hệ thống như một đặc trưng trong tất cả các camera số của họ Đây được coi đó là một chữ ký đính kèm

và gọi đó là một dấu hiệu tra soát Các dấu hiệu tra soát thường được thiết kế để trở thành vô hiệu Sau khi chỉ cần có một sửa đổi nhỏ trên sản phẩm thì được gọi là thủy vân dễ phân mảng

Việc sử dụng các dấu hiệu tra soát hạn chế các vấn đề xảy ra liên quan đến việc chắc chắn chữ ký điện tử sẽ xuất hiện trong sản phẩm Dầu vậy, cũng phải xem xét để chắc chắn rằng việc đính thủy vân không thay đổi sản phẩm hoặc biến dạng nếu nó trở nên vô hiệu khi so sánh nó với chữ ký Việc này có thể được thực

hiện bằng cách phân sản phẩm thành hai phần, một phần là với chữ ký được vi tính hóa, một phần với chữ ký được đính kèm Ví dụ, một vài tác giả đề nghị vi tính hóa chữ ký high-oder bits và phần còn lại đính kèm chữ ký dưới dạng low-oder bits

Nếu một tác phẩm chứa dấu hiệu xác thực người dùng bị thay đổi thì dấu hiệu cũng được thay đổi theo Điều này đưa ra vấn đề cần phải nghiên cứu thêm là bằng cách nào tác phẩm đã bị làm biến dạng Ví dụ, nếu một hình ảnh được chia làm hai khối và mỗi khối có một xác thực người dùng riêng đính kèm với nó, chúng

ta có thể có được ý niệm cơ bản là phần nào của hình ảnh được xác thực và phần nào đã được thay đổi

Một loại thông tin khác có thể được rút ra từ việc nghiên cứu dấu hiệu xác thực người dùng đã bị thay đổi là có hay không việc làm giảm độ nén đã được áp dụng đối với tác phẩm Sự lượng tử hóa áp dụng bởi hầu hết các hàm làm giảm độ nén có thể dẫn tới sự thay đổi có tính sắc xuất ngẫu nhiên trong một thủy vân có thể nhận ra Điều này là tiền đề cho giai đoạn hai của quá trình SDMI được yêu cầu đối với chức năng trong thủy vân âm thanh Ngược lại chúng ta có thể không quan tâm xem tác phẩm đã được nén và có thể chỉ quan tâm xem đã có thêm các thay đổi đáng kể nào đã được thực hiện Điều này dẫn tới khái niệm các thủy vân và chữ ký bán phân mảng, không thể bị thay đổi nếu có những tác động nhỏ chẳng hạn như giảm độ nén nhưng lại bị làm mất hiệu lực bởi những thay đổi chính

2.3.1.5 Điều khiển sự sao chép

Hầu hết các ứng dụng của thủy vân đã được nghiên cứu trước đây chỉ có tác dụng sau khi ai đó đã làm điều gì sai Ví dụ, một cơ quan quản lý phát thanh có thể giúp bắt được các phát thanh viên không trung thực sau khi họ phát những quảng cáo sai và việc giám sát trao đổi phát hiện ra các nhà quảng cáo sau khi họ phân phối các bản sao chép bất hợp pháp Các kỹ thuật này giúp ngăn ngừa các hoạt động sai trái Sẽ là tốt nhất nếu loại bỏ hoàn toàn các việc này Dầu vậy nó chỉ để ngăn ngừa các hoạt động trái pháp luật Trong ứng dụng kiểm soát sao chép, mục tiêu của thủy vân là ngăn ngừa mọi người không thực hiện hành vi sao chép các nội

đã được cấp bản quyền một cách hợp pháp

Phương pháp ngăn chặn việc sao chép bất hợp pháp đầu tiên và mạnh nhất là mật mã hóa Bằng cách mã hóa một tác phẩm dựa trên một khóa duy nhất, không một ai có thể sử dụng được nếu không có khóa này Khóa này sau đó được cung

cấp cho người dùng hợp pháp với mục đích gây khó khăn cho họ trong việc sao chép hoặc tái phân phối Ví dụ, các chương trình truyền hình vệ tinh đều đã được

mã hóa Các khóa mở mã được cung cấp tới mỗi khách hàng thông qua thẻ thông minh Bất cứ ai cố gắng xem hoặc ghi lại các chương trình truyền hình mà không

có thẻ thông minh sẽ chỉ xem được những hình ảnh bị nhiễu

Có ba cách chính mà một kẻ sao chép trộm sử dụng để vượt qua hệ thống mã hóa Cách đầu tiên và khó khăn nhất là tự giải mã thông tin mà không có khóa Điều này liên quan đến một vài phương pháp tìm kiếm, khi đó kẻ sao chép cố gắng giải mã thông tin với hàng triệu khóa Nếu hệ thống mã hóa được thiết kế tốt, kẻ sao chép trộm bắt buộc phải thử lần lượt từng khóa Và nếu từ khóa dài hơn 50 ký

tự thì việc tìm kiếm là không thể thực hiện được

Do thủy vân được đính kèm vào nội dung, chúng hiện hữu trong bất kỳ nội dung nào và vì thế có thể cung cấp một phương pháp tốt hơn để thực hiện việc giám sát sao chép Nếu bất cứ một thiết bị ghi chép nào phù hợp với một bộ tách thủy vân, các thiết bị đó có thể được làm để ngăn chặn việc sao chép bằng cách một thủy vân khó sao chép sẽ được giải mã ngay ở đầu vào vào của thiết bị

Tuy nhiên có một vấn đề không mang tính kỹ thuật thường xuất hiện khi ứng dụng hệ thống quản lý kiểm soát sao chép dựa trên thủy vân là: làm sao để chắc chắn rằng tất cả các máy ghi đều có bộ tách thủy vân? Bất cứ một nhà sản xuất thiết

bị máy ghi nào đều có ý định sẵn sàng chấp nhận thêm chi phí để lắp bộ tách thủy vân vào thiết bị của họ Dầu vậy, trên thực tế bộ tách thủy vân sẽ làm giảm giá trị của đầu thu trong cái nhìn của khách hàng Khách hàng mong muốn có một thiết bị

có thể sao chép bất hợp pháp

Chúng ta có thể sử dụng một khái niệm gọi là kiểm soát sự phát lại Khi một

kẻ sao chép trộm sử dụng một máy ghi chép không phục tùng để tạo ra một bản sao chép bất hợp pháp đối với sản phẩm đã gắn thủy vân thì bản sao chép đó vẫn gắn thủy vân Những máy phát tuân lệnh vì giấy phép bắt buộc nên bị yêu cầu kiểm tra thủy vân trong nội dung Khi đầu đọc nhìn thấy thủy vân không thể sao chép được thì nó sẽ kiểm tra xem nó đang đọc một bản sao chép hay một bản gốc Việc này có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau, chẳng hạn như kiểm tra xem tác phẩm được mã hóa hoàn toàn hay bằng cách tìm kiếm một chữ ký đặc biệt lưu trên sản phẩm Nếu nó đang đọc một bản sao thì đầu đĩa tự động dừng

Hình 2.4 Mối quan hệ giữa mã hóa và thủy vân dựa trên điều khiển sao chép Mũi

tên cho biết đường đi có thể của nội dung Những đường đi này được đưa ra bởi việc mã hóa, ghi chép việc điều khiển, hoặc điều khiển phát lại được đánh dấu

bằng ký tự X

Hình 2.4 giải thích tương tác của mã hóa, điều khiển sao chép và điều khiển phát lại trong môi trường làm việc của các thiết bị hoạt động với bộ giải mã và không có bộ giải mã Một bản sao mã hóa của sản phẩm chẳng hạn như DVD được mua từ một cửa hàng băng đĩa có thể được chạy trên một bộ đọc có mã giải, nhưng không thể chạy bằng đầu đọc không có bộ giải mã bởi vì một đầu đọc không có bộ giải mã không thể đọc được bản sao đó Đầu ra của một máy đọc có chứa bộ giải

mã không thể được ghi lại bằng một đầu ghi có chứa bộ giải mã bởi vì đầu ghi sẽ phân tách thủy vân và dừng lại Dầu vậy, một đầu ra như vậy lại có thể được ghi lại bằng một đầu ghi không có chứa bộ giải mã, đưa ra một bản sao không được mã hóa bất hợp pháp của sản phẩm Bản sao này có thể được đọc bằng một đầu đọc

không cài bộ giải mã bởi vì bản sao đó không bị mã hóa, nhưng lại không thể đọc được trên một đầu đọc có cài bộ giải mã bởi vì đầu đọc sẽ phân tách thủy vân và ngăn chặn việc phát lại Dầu vậy khách hàng có thể lựa chọn giữa việc mua một thiết bị có cài bộ giải mã để có thể đọc một nội dung hợp pháp nhưng không thể đọc được các nội dung bị sao chép bất hợp pháp hoặc một thiết bị không cài bộ giải

mã mà có thể đọc được các bản sao bất hợp pháp nhưng không đọc được các bản sao hợp pháp Chúng ta chỉ có thể hi vọng là khách hàng sẽ mua một đầu đọc có chứa bộ giải mã

2.3.1.6 Điều khiển thiết bị

Kiểm soát sao chép dẫn tới hàng loạt các ứng dụng và một trong số đó là điều khiển thiết bị Có một vài các ứng dụng khác nhau trong đó thiết bị phản ứng lại các thủy vân mà chúng giải mã được trong nội dung Từ cái nhìn của người sử dụng, rất nhiều trong số chúng khác biệt so với việc kiểm soát sao chép bởi chúng tăng thêm giá trị vào nội dung hơn là ngăn chặn việc sử dụng nó

Một ứng dụng của thủy vân trong việc kiểm soát được đưa ra trong quy tắc của Ray Dolby vào năm 1981 Vào thời điểm đó rất nhiều trạm thu phát sóng FM phát nhạc và sử dụng kỹ thuật làm giảm nhiễu gọi tên là Dolby FM Khi sử dụng kỹ thuật này, trạm thu sóng cần có một bộ giải mã tương thích Thính giả phải dò các tần sóng để quyết định xem tần sóng nào đang phát tín hiệu để họ có thể bật bộ lọc sóng radio Vì thế Dolby đã đưa ra ý tưởng các trạm thu phát sóng có thể tự động bật các bộ giải mã để tạo ra một tần số phát thanh trùng với mọi tần số dò sóng của khán giả Và tần số này có thể được coi là một dạng thủy vân đơn giản

Ứng dụng gần đây nhất của thủy vân đối với kiểm soát thiết bị là việc ứng dụng cho hệ thống điện thoại cầm tay của Digimarc được đính kèm một thủy vân đặc biệt nhằm in và phân phối các hình ảnh, chẳng hạn như quảng cáo trên tạp chí, bao bì, vé … Sau khi hình ảnh được chụp bởi camera của máy điện thoại cầm tay, thủy vân trong bức ảnh đó được đọc bởi phần mềm trong điện thoại và bộ xác định trong điện thoại sẽ được kết nối trực tiếp tới máy chủ để liên kết với các website hỗ trợ

2.3.1.7 Sự nâng cấp tài sản

Tình huống này thường xảy ra khi chúng ta có một hệ thống được triển khai trên quy mô rất lớn và chúng ta mong muốn nâng cấp nhằm cung cấp các chức

năng tiên tiến hơn Sự nâng cấp này có thể không đồng bộ với hệ thống hiện hữu

Ví dụ, hầu hết mọi nơi trên Trái đất này đều đang chuyển đổi từ tivi analog thông thường sang tivi kỹ thuật số Quá trình này khá tốn kém và mất nhiều thời gian Trong suốt quá trình chuyển đổi, các thiết bị phát tín hiệu kỹ thuật số hoàn chỉnh phải được giới thiệu và những khách hàng phải mua đầu thu tín hiệu số Bên cạnh

đó, một hệ thống tài sản phát sóng thông thường vẫn phải duy trì cho tới khi toàn

bộ khách hàng đều sử dụng công nghệ kỹ thuật số Cuối cùng, hệ thống phát sóng thông thường sẽ ngừng hoàn toàn Tại Mỹ, hệ thống phát sóng thông thường đã kết thúc vào cuối năm 2009, tại Nhật dự kiến là cuối năm 2011 và tại Anh mục tiêu là cuối năm 2012

2.3.2 Các đặc tính của hệ thống thủy vân

Các hệ thống thủy vân có thể được mô tả bởi một số đặc tính nhận dạng quan trọng Trong phần này chúng ta sẽ làm rõ các đặc tính cụ thể đó Sự quan trọng có quan hệ với một đặc tính phụ thuộc vào các yêu cầu của việc ứng dụng và vai trò của hệ thống thủy vân Trên thực tế, việc giải trình đặc tính của thủy vân có thể rất

đa dạng tùy vào từng ứng dụng

Chúng ta bắt đầu bằng việc xem xét và đánh giá một số đặc tính có quan hệ

điển hình với quy trình nhúng thủy vân: hiệu quả, độ trung thực và trọng tải Sau

đó chúng ta sẽ chuyển sang các đặc tính có quan hệ điển hình với việc tách sóng:

Sự tách sóng mù hoặc thông thường, các hành vi lệch dương, và sự không tinh vi Hai đặc tính tiếp theo, bảo mật và sử dụng các mã khóa, có liên quan chặt chẽ trong

đó việc sử dụng khóa, thường là một phần không thể thiếu trong bất cứ đặc tính nào liên quan đến cơ chế thủy vân Chúng ta cũng sẽ bàn thảo về khả năng thay đổi tin nhắn được mã hóa bởi thủy vân bằng cách tự điều chỉnh thủy vân đó hoặc bằng cách diễn đạt tin nhắn với nhiều thủy vân Phần này được kết thúc với việc đánh giá

về các chi phí liên quan tới cả việc ghi nhớ và tách sóng bằng thủy vân

2.3.2.1 Hiệu ứng nhúng

Chúng ta định nghĩa một sản phẩm nhúng như một sản phẩm mà khi đấu vào

bộ tách sóng sẽ cho kết quả là một việc tách sóng tích cực Với định nghĩa này về các sản phẩm nhúng, hiệu ứng của một hệ thống nhúng là khả năng mà đầu ra của máy nhúng sẽ được thủy vân Nói một cách khác, hiệu ứng là khả năng của việc

tách sóng ngay sau khi nhúng Định nghĩa này chỉ rõ rằng hệ thống thủy vân có thể

có hiệu ứng thấp hơn 100%

Mặc dù 100% hiệu ứng thường được mong muốn, nhưng kết quả này thường tiêu tốn nhiều chi phí hơn so với các phương pháp khác Dựa trên việc ứng dụng, chúng ta có thể sẵn sàng hài lòng với một vài hiệu ứng giúp hoạt động tốt hơn so với các đặc điểm khác Ví dụ như quan sát một công ty lưu trữ hình ảnh cần phải

nhúng thủy vân bản quyền trong hàng ngàn bức hình mỗi ngày Một hệ thống như

vậy có thể phải có những yêu cầu chính xác cao, và nó có thể xảy ra trường hợp những bức hình cụ thể không thể được thủy vân thành công trong sự bắt buộc về độ chính xác Công ty đó phải quyết định hoặc để cho những bức hình duy trì việc không được đánh dấu, và vì thế không được bảo vệ hoặc cho phép việc giới thiệu

về sự sai lệch nhiều hơn để duy trì tỉ lệ hiệu quả 100%

Trong một vài trường hợp hiệu quả của hệ thống thủy vân có thể được quyết định theo phép phân tích Nó có thể được dự đoán dựa trên kinh nghiêm bằng việc đơn giản nhúng thủy vân vào một nhóm ảnh lớn dùng để kiểm chứng Phần trăm của các ảnh đầu ra có kết quả tích cực sẽ tương ứng với tỉ lệ hiệu quả, với giả định

số lượng hình ảnh trong nhóm là đủ lớn và được đưa ra từ một nguồn phân phối giống như các hình ảnh được kỳ vọng có tính ứng dụng

2.3.2.2 Độ chính xác

Nhìn chung, độ chính xác của hệ thống thủy vân liên quan tới sự tương thích

về tri giác giữa nguyên bản và các phiên bản thủy vân của các sản phẩm được tái tạo lại Chúng ta cũng có thể định nghĩa độ chính xác của hệ thống thủy vân như độ tương thích có thể chấp nhận được giữa một sản phẩm không thủy vân và một sản phẩm thủy vân tại thời điểm mà nó được trình bày trước khách hàng

Xem xét trường hợp của các video được thủy vân, thực hiện truyền tải bằng cách sử dụng các chuẩn truyền thông của NTSC, hoặc các audio sẽ được truyền tải qua sóng AM Chất lượng của các kỹ thuật truyền tải này khá thấp vì thế sự khác biệt giữa phiên bản gốc và các sản phẩm được thủy vân có thể không nhận biết được sau khi có các biến đổi của các kênh Ngược lại, trong hệ thống video và audio HDTV và DVD, các tín hiệu thường có chất lượng tốt, và yêu cầu việc thủy vân có độ chính xác cao hơn

Trong một vài ứng dụng, chúng ta có thể chấp nhận các thủy vân tạo ra thay đổi rõ rệt ở mức độ vừa phải nhằm có được tình trạng hoạt động tốt hơn hoặc chi phí thấp hơn Chẳng hạn, các bộ phim thường là kết quả của việc chuyển đổi kém

từ bản film ra bản video Mục đích duy nhất của chúng là để chỉ rõ cho những người liên quan trực tiếp tới việc sản xuất bộ phim những góc quay gốc Một sự bóp méo nhỏ có thể nhận biết bị gây ra bởi việc thủy vân cũng không làm giảm giá trị của chúng

2.3.2.3 Lượng dữ liệu

Lượng dữ liệu ám chỉ một số lượng bit thông tin mà quá trình thủy vân mã hóa trong một đơn vị thời gian hoặc trong một sản phẩm Đối với một bức ảnh, lượng dữ liệu có thể ám chỉ tới số lượng bit được mã hóa trong bức ảnh đó Đối với một file audio, lượng dữ liệu ám chỉ tới số lượng bit được nhúng trong một giây được truyền đi Đối với một video, lượng dữ liệu có thể ám chỉ tới số lượng bit trên mỗi miền (hệ thống) hoặc số lượng bit trong một giây Hệ thống thủy vân mã hóa N bit thường được gọi là thủy vân N bit Một hệ thống như vậy có thể được sử dụng

để nhúng bất cứ cái nào trong 2n

thông điệp khác nhau

Các ứng dụng khác nhau có thể yêu cầu các lượng dữ liệu rất khác nhau Các ứng dụng điều khiển việc sao chép có thể yêu cầu chỉ từ 4-6 bit thông tin cần được nhận trong vòng một khoảng thời gian, chẳng hạn như cứ 10 giây dành cho file nhạc và khoảng 5 giây dành cho video Trong hoàn cảnh như vậy, tốc độ dữ liệu xấp xỉ 0.5 bit/s dành cho file nhạc và khoảng 0.02 bit/s dành cho file video Ngược lại, bộ phận điều khiển việc chiếu chương trình truyền hình có thể yêu cầu tối thiểu

24 bit thông tin để xác nhận tất cả các quảng cáo và việc xác nhận này có thể cần diễn ra trong những giây bắt đầu của phần trình chiếu Vì thế, tốc độ dữ liệu trong ứng dụng này là khoảng 24 bit/s, gấp 3 lần tốc độ tương ứng đối với ứng dụng điều khiển file video

Rất nhiều ứng dụng đòi hỏi phải có một bộ tách sóng để thực hiện hai chức năng khác nhau Nó cần phải xác định nếu một thủy vân hiện hữu, thì thủy vân nào trong số 2N thông điệp cần mã hóa Một bộ tách sóng như thế có thể sẽ đưa ra 2n+1 giá trị đầu ra khác nhau: 2n thông điệp và “không có thủy vân nào hiện hữu”

Trong tài liệu nghiên cứu thủy vân, rất nhiều hệ thống đã được đưa ra trong

đó chỉ có một thủy vân là khả thi và bộ tách sóng sẽ quyết định xem thủy vân đó

hiện hữu hay không Điều này thường mặc định rằng thủy vân 1bit có thể tồn tại bởi vì các đầu ra khả thi có thể có: thủy vân hiện có và thủy vân vắng mặt Dầu vậy, điều này không tương đồng với thỏa thuận đặt tên miêu tả đã nói ở trên Chúng ta thường gọi chúng là các hệ thống thủy vân 0 bit bởi vì chúng có 20

+1 = 2 giá trị đầu ra khả thi

2.3.2.4 Bộ tách sóng mù hay bộ tách sóng thông báo

Trong một số ứng dụng, các sản phẩm bản chất là không thủy vân thường có sẵn trong suốt quá trình tách sóng Chẳng hạn như trong ứng dụng theo dõi trao đổi, thường máy chủ của sản phẩm gốc chạy bộ tách, nhằm tìm ra ai đã phát tán trái phép bản sao cho trước Máy chủ, dĩ nhiên vẫn có sẵn một phiên bản sản phẩm không thủy vân và do vậy nó có thể cung cấp một bản sao không hợp lệ cho bộ lọc Điều này về căn bản sẽ nâng cao hoạt động của bộ tách sóng, trong đó bản gốc có thể được loại trừ từ bản sao thủy vân để chỉ thu được mẫu thủy vân Bản gốc cũng

có thể được sử dụng cho việc đăng kí, nhằm giảm bớt bất cứ sự bóp méo nào về thời gian và không gian mà có thể tác động tới các bản sao thủy vân

Trong các ứng dụng khác, việc tách sóng cần phải thực hiện không cùng với việc thực hiện truy cập vào sản phẩm gốc Xem xét ứng dụng điều khiển việc sao chép Ở đây, bộ tách sóng cần phải được phân phối tới tất cả các thiết bị ghi âm của mọi khách hàng Việc phải phân phối các nội dung chưa được thủy vân tới tất cả các bộ tách sóng là phi thực tế, nó có thể làm thất bại mục đích ban đầu của hệ thống thủy vân

Chúng ta đề cập tới một máy tách sóng mà yêu cầu truy cập vào bản gốc, sản phẩm chưa thủy vân như một máy tách sóng khai báo Thuật ngữ này cũng đồng thời đề cập tới các máy tách sóng chỉ yêu cầu vài thông tin từ sản phẩm gốc, hơn là sản phẩm trọn vẹn Ngược lại, các bộ tách sóng mà không yêu cầu bất cứ thông tin nào liên quan tới bản gốc được gọi là bộ tách sóng mù Cho dù hệ thống thủy vân

sử dụng bộ tách sóng mù hay bộ tách sóng thông báo thì đều cần phải phân tích trước khi quyết định xem nó có được sử dụng cho một ứng dụng cụ thể hay không

Bộ tách sóng thông báo chỉ được sử dụng cho các ứng dụng trong đó sản phẩm gốc

có sẵn

Trong lý thuyết về thủy vân, các hệ thống sử dụng bộ tách sóng thông báo thường được gọi là các hệ thống thủy vân cá nhân Thuật ngữ này ám chỉ tới các lợi

ích chung của các hệ thống trong các ứng dụng mà chỉ một nhóm người có thể thực hiện tách thủy vân (các ứng dụng thủy vân cá nhân) hoặc các ứng dụng trong đó mọi người có thể được phép thực hiện tách thủy vân (các ứng dụng thủy vân công cộng) Nhìn chung, các sản phẩm gốc thường chỉ có sẵn trong các ứng dụng cá nhân, và vì thể bộ tách sóng thông báo không thể sử dụng trong các ứng dụng công cộng

Theo định nghĩa thứ nhất, khả năng xảy ra ảnh thực lỗi là khả năng dựa trên việc đưa ra một sản phẩm cụ thể cho trước và các thủy vân lựa chọn ngẫu nhiên, bộ tách sóng sẽ thông báo có một thủy vân xuất hiện trong sản phẩm đó Các thủy vân được vẽ từ bộ phân phối được định nghĩa bởi thiết kế của hệ thống phát thủy vân Điển hình là các thủy vân sẽ được phát sinh bởi một hàm số mã hóa code hoặc bởi một Gaussian (một máy phát số ngẫu nhiên độc lập) Trong vài trường hợp, khả năng xuất hiện ảnh thực lỗi, dựa trên định nghĩa thứ nhất, thường khá độc lập với sản phẩm, và chỉ dựa trên cách thức phát sinh thủy vân

Theo định nghĩa thứ hai, khả năng xuất hiện ảnh thực lỗi là khả năng cho trước một thủy vân cố định và các sản phẩm chọn ngẫu nhiên, từ đó bộ tách sóng sẽ tách thủy vân có trong sản phẩm Việc phân phối mà từ đó sản phẩm được chọn là những ứng dụng phụ thuộc khá cao Các hình ảnh tự nhiên, các hình ảnh sử dụng trong y khoa, hình ảnh đồ họa, file nhạc, file video, và các hình ảnh theo dõi khác đều được phân tích khác nhau Chỉ có các file nhạc rock, nhạc cổ điển và file phát thanh trên radio là giống nhau Thêm vào đó, khi những phân phối này là khác nhau, chúng lại càng khác nhau hơn sau khi có phân tích từ hệ thống phát thủy vân Dầu vậy, các khả năng ảnh thực lỗi dựa trên định nghĩa thứ hai có thể khác hơn nhiều so với theo định nghĩa nhất

Trong nhiều ứng dụng, chúng ta rất quan tâm tới định nghĩa thứ hai về khả năng xuất hiện ảnh thực lỗi hơn là định nghĩa đầu tiên Dầu vậy, trong một vài trường hợp, định nghĩa thứ nhất cũng khá quan trọng, chẳng hạn như trong trường hợp theo dõi các giao dịch, trong đó việc tách các thủy vân ngẫu nhiên trong một sản phẩm cho trước có thể dẫn tới các cáo buộc sai về việc ăn cắp

Trong trường hợp phải chứng minh nguồn gốc sở hữu, bộ tách sóng sẽ rất ít được sử dụng nên không đủ khả năng để tạo ra các ảnh thực lỗi Mặt khác, trong một ứng dụng về điều khiển việc sao chép, hàng triệu bộ tách sóng liên tục chạy trên hàng triệu sản phẩm trên toàn thế giới Nếu một sản phẩm chưa được thủy vân tạo ra các ảnh thực lỗi tương ứng, nó có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng Về lý

do này, tỉ lệ ảnh thực lỗi nên giữ ở mức rất thấp Chẳng hạn như, sự đồng thuận chung về các máy tách sóng thủy vân dành cho các video DVD nên có một tỉ lệ phát sinh ảnh thực lỗi là 1/1012 ảnh hoặc 1/1000 năm hoạt động liên tục

2.3.2.6 Sự làm mạnh

Sự làm mạnh ám chỉ đến khả năng tách sóng thủy vân sau khi thực hiện các hoạt động thông thường liên quan tới việc phát tín hiệu Các ví dụ về các hoạt động thông thường trên các hình ảnh bao gồm: lọc qua không gian, nén chịu nhiệt, in và scan, và bóp méo về hình học (xoay vòng, dịch, quy mô và …) Thủy vân video có thể cần được làm mạnh lên đối với nhiều biến đổi tương tự, cũng như ghi âm lại trên các băng video và thay đổi trong tốc độ hình ảnh so với các ảnh hưởng khác Thủy vân audio cần phải được làm mạnh lên trong các tình huống chẳng hạn như lọc tạm thời, ghi âm trên các băng audio và những biến đổi trong tốc độ phát lại gây ra những âm thanh méo và tiếng rung

Không phải tất cả các ứng dụng của thủy vân đều yêu cầu việc làm mạnh lên đối với tất cả các hoạt động trong quá trình phát tín hiệu Thêm vào đó, một thủy vân chỉ cần tồn tại trong các hoạt động của quá trình phát tín hiệu thông thường tương tự như xuất hiện giữa khoảng thời gian giữa việc ghi và tách sóng Ví dụ, trong việc điều khiển việc phát sóng truyền hình và radio, thủy vân chỉ cần tồn tại trong quá trình truyền sóng Trong trường hợp phát video, điều này thường bao gồm sự giảm bớt điện năng tiêu thụ, quy ước chuyển đổi thập phân sang nhị phân, việc truyền mã nhị phân đem lại kết quả lọc thấp, các tiếng ồn cộng hưởng, và một vài dịch thuật nhỏ chiều ngang và chiều dọc Nhìn chung, các thủy vân dùng trong

ứng dụng này cần không được tăng cường độ mạnh, quy mô, lọc ở cấp độ cao, hoặc bất cứ suy biến nào trong hàng loạt các suy biến về độ rộng mà có thể xảy ra ngay trước quá trình ghi nhớ của thủy vân hoặc sau khi nó đã lọc

Trong một vài trường hợp, việc tăng cường có thể hoàn toàn không thích hợp, hoặc thậm chí không thể đáp ứng được Trên thực tế, một nhánh nhỏ quan trọng của nghiên cứu về thủy vân tập trung vào các thủy vân dễ vỡ Một thủy vân

dễ vỡ được thiết kế để nó không cần phải tăng mạnh Chẳng hạn như thủy vân được thiết kế cho các mục đích về xác minh sự thật cần phải dễ vỡ Bất cứ ứng dụng tới quá trình thực hiện mã hóa có thể gây ra thủy vân bị mất

Mặt khác, các ứng dụng trong đó thủy vân cần được tăng mạnh trong tất cả các sai lệch có thể lường trước mà không phá hủy giá trị của vỏ ngoài sản phẩm Đây là trường hợp khi quá trình xử lý tín hiệu giữa việc ghi nhớ và tách sóng là không dự đoán trước được hoặc khi thủy vân phải được bảo mật đối với các xâm nhập thù địch

2.3.2.7 Bảo mật

Bảo mật trong thủy vân nhằm ám chỉ khả năng chống lại các xâm nhập có tính chất thù địch Xâm nhập có tính chất thù địch là bất cứ quá trình cụ thể nào nhằm cản trở mục đích của việc thủy vân Các hình thức xâm nhập chúng ta nên quan tâm thường được chia làm ba loại chính:

 Việc di chuyển không phép

 Việc ghi nhớ không phép

 Việc tách sóng không phép

Việc di chuyển và ghi nhớ không phép được ám chỉ như những tấn công chủ động bởi vì việc tấn công này làm thay đổi vỏ của sản phẩm Việc tách sóng không phép không làm thay đổi vỏ của sản phẩm và vì thế được coi là tấn công bị động

Tầm quan trọng của những tấn công này dựa trên ứng dụng Trên thực tế, có các tình huống trong đó việc thủy vân không có đối tượng thù địch và không cần phải được bảo mật trước bất cứ tấn công nào Điều này thường rơi vào trường hợp khi một thủy vân được sử dụng để cung cấp các chức năng nâng cao cho khách hàng Dầu vậy, đối với các ứng dụng yêu cầu một mức độ bảo mật nhất định, sẽ rất quan trọng để hiểu được sự khác biệt giữa các loại xâm nhập