WATERMARKING CHO ẢNH SỐ TRÊN KIT DM6437 EVM MÔ PHỎNG MATLAB FULL CODE

Chương 1: Giới thiệu 1.3 Bố cục đồ án Đồ án bao gồm 7 chương với nội dung tóm tắt như sau: Chương 1: Giới thiệu Chương này sẽ trình bày tình hình nghiên cứu về kĩ thuật watermarking sử

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

NGUYỄN VĂN DƯƠNG -08117060

TP HỒ CHÍ MINH – 7/2012

Bộ Môn Điện Tử Viễn Thông

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 201

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1:

Lớp: MSSV:

Họ tên sinh viên 2:

Lớp: MSSV:

1 Tên đề tài:

2 Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu):

3 Ngày giao nhiệm vụ ĐATN:

4 Ngày bảo vệ 50% ĐATN:

5 Ngày hoàn thảnh và nộp về khoa:

6 Giáo viên hướng dẫn: Phần hướng dẫn: 1

2

3

Nội dung và yêu cầu ĐATN đã thông qua Khoa và Bộ môn Ngày tháng năm 2012 TRƯỞNG KHOA GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) (Ký và ghi rõ họ và tên) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN (Ký và ghi rõ họ tên)

i

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, nhóm xin bày tỏ lòng biết ơn với cha mẹ và gia đình đã ủng hộ mọi mặt, tạo điều kiện thuận lợi nhất để chúng con được học tập đến hôm nay Nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo trong bộ môn Điện tử Viễn thông – khoa Điện_Điện tử – Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM,

Nhóm xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Lê Minh Thành đã bỏ công sức

và thời gian nhiệt tình trực tiếp hướng dẫn để nhóm hoàn thành đề tài này

Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm đã nhận được sự giúp đỡ và động viên của gia đình, thầy cô và bạn bè Đây chính sự động viên to lớn thúc đẩy nhóm cố gắng hoàn thành tốt đề tài này

Nhóm cũng xin cảm ơn sự ủng hộ và động viên tinh thần của tất cả các bạn trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn!

Nhóm thực hiện

Trương Cơng Hồn Vũ – Nguyễn Văn Dương

Ketnooi.com ket noi cong dan dien tu

For Evaluation Only.

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

LIỆT KÊ BẢNG v

LIỆT KÊ HÌNH vi

LIỆT KÊ TỪ VIẾT TẮT viii

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ix

GIỚI THIỆU x

Abstract xi

Chương 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 Tình hình nghiên cứu 1

1.2 Lý do chọn đề tài 1

1.3 Bố cục đồ án 2

1.4 Kết quả dự kiến 3

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC ẢNH SỐ VÀ CÁC KỸ THUẬT BẢO MẬT ẢNH SỐ 2

2.1 Giới thiệu 2

2.2 Tổng quan về cấu trúc ảnh số 2

2.1.1 Biểu diễn ảnh số 2

2.2.2 Điểm ảnh 3

2.2.3 Độ sâu bit 3

2.2.4 Dải động 4

2.2.5 Không gian màu 4

2.3 Bảo mật ảnh số 6

2.3.1 Giới thiệu 6

2.3.2 Các kĩ thuật bảo mật ảnh số 7

Chương 3: KỸ THUẬT WATERMARKING 15

3.1 Giới thiệu về Watermarking 15

3.2 Lịch sử của watermarking 15

3.3 Vai trò của watermarking hiện nay 17

3.4 Ứng dụng của kỹ thuật Watermarking 18

3.4.1 An toàn tài liệu và ảnh 18

3.4.2 Quản lý và xác thực nội dung 18

3.4.3 Bảo vệ nội dung audio và video 19

3.4.4 Bảo vệ quyền sở hữu và bản quyền trong truyền thông 19

3.5 Ứng dụngbản quyền cho ảnh số dùng watermarking 21

3.5.1 Giới thiệu 21

3.5.2 Ứng dụng bản quyền ảnh số dựa trên watermarking 21

3.5.3 Sơ đồ khối cho quá trình nhúng và tách watermark 21

Chương 4: BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC DCT VÀ MÔ HÌNH HỆ THỐNG MẮT NGƯỜI 25

4.1 Phép biến đổi DCT 25

4.1.1 DCT 1 chiều 26

4.1.2 Phép DCT hai chiều 27

4.1.3 Tính chất của DCT 28

4.2 Mô hình hệ thống mắt người 32

Chương 5: MÔ PHỎNG BẢN QUYỀN ẢNH SỐ TRÊN MATLAB 36

5.1 Giới thiệu 36

5.2 Watermarking ảnh màu dựa trên miền DCT 36

5.2.1 Tổng quan 36

5.2.2 Nhúng và trích watermark 37

5.2.3 Mô phỏng 42

5.3 Đánh giá và nhận xét: 48

5.3.1 Đánh giá 48

5.3.2 Nhận xét 49

Chương 6 : THỰC HIỆN BẢN QUYỀN ẢNH SỐ TRÊN KIT TMS320DM6437 EVM 50

6.1 Tổng quan kit TMS320DM6437EVM 50

6.1.1 Họ DSP TM320C64x+ 50

6.1.2 Thiết bị TMS320DM6437EVM 51

6.1.3 Các thảnh phần chính trong TMS320DM6437 DVDP 51

6.2 Chương trình Code Composer Studio 54

6.2.1 Giới thiệu 54

6.2.2 Cách sử dụng phần mềm CCS cơ bản 55

6.3 Nhúng và tách Watermark trên kit 56

6.3.1 Quá trình nhúng Watermark .56

6.3.2 Quá trình trích Watermark 60

6.4 So sánh với việc thực hiện giải thuật trên MATLAB .65

Chương 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 66

Kết luận……… .66

Hướng phát triển đề tài 66

PHỤ LỤC 67

Phụ lục A: Mã nguồn chương trình mô phỏng MATLAB 67

Phụ lục B: Mã nguồn chương trình trên kit DM6437 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 98

LIỆT KÊ BẢNG

Bảng 5 1: Bảng đánh số zigzag 38

Bảng 5.2: So sánh ảnh gốc và ảnh gốc sau khi watermarking 42

Bảng 5.3: So sánh watermark gốc và watermark trích 42

Hình 5.4 Ảnh sai phân giữa W và W’ 43

Bảng 5.4: Thông số PSNR của H và H’ 43

Bảng 5.5: Thông số NC của W và W’ 43

Bảng 5.6: So sánh ảnh gốc và ảnh H’_Gaussian 43

Bảng 5.7: So sánh W và ảnh W’_Gaussian 44

Bảng 5.8: Thông số PSNR của H và H’_Gaussian 44

Bảng 5.9: Thông số NC của W và W’_Gaussian 44

Bảng 5.10: Giá trị PSNR của H và H’, NC giữa W và W’ ở tấn công nhiễu Gaussian 45

Bảng 5.10: So sánh ảnh gốc và ảnh H’_Salt 45

Bảng 5.11: So sánh W và ảnh W’_ Salt 45

Bảng 5.12: Thông số PSNR của H và H’_Salt 46

Bảng 5.13: Thông số PSNR của W và W’_ Salt 46

Bảng 5.14: Giá trị PSNR của H và H’, NC giữa W và W’ ở tấn công nhiễu muối tiêu……… 46

Bảng 5.15: So sánh ảnh gốc và ảnh H’_ JPEG_60 47

Bảng 5.16: So sánh W và ảnh W’_ JPEG_60 47

Bảng 5.17: Thông số PSNR của H và H’_ JPEG_60 48

Bảng 5.18: Thông số NC của W và W’_ JPEG_60 48

Bảng 5.19: Giá trị PSNR của H và H’, NC giữa W và W’ ở tấn công nén JPEG 48

Bảng 6.1: PSNR của H và H’ và NC của W và W’ 62

Bảng 6.2: PSNR của H và H’ và NC của W2 và W2’ 64

Bảng 6.3: PSNR của H và H’ và NC của W3 và W3’ 65

LIỆT KÊ HÌNH

Hình 1 1 Mô hình màu R-G-B trên tọa độ Decade 5

Hình 1.2 Hệ tọa độ trụ cho không gian màu HSV 6

Hình 1 2 Mô tả kĩ thuật mã hóa 7

Hình 3 1 Tờ 20 đô la Mỹ 16

Hình 3.2: Quá trình nhúng và nhận dạng watermark đối với các nội dung đa phương tiện 19

Hình 3.3: Nhúng và phân phối các nội dung đa phương tiện sau khi watermark 20

Hình 3.4: Watermark dưới các tác động 20

Hình 3.5: Sơ đồ khối quá trình nhúng watermark 22

Hình 3.6: Quá trình tách – quyết định watermark 23

Hình 4 1 Các thảnh phần trong hệ thống truyền tải hình ảnh / video 25

Hình 4 2 Phân tích dữ liệu ảnh dùng DCT 25

Hình 4 3 Hàm cosin cơ bản 1 chiều (N=8) 27

Hình 4 4 Các hàm cơ bản 2 chiều (N=8) 28

Hình 4 5 Sự tương quan trước và sau DCT 28

Hình 4 6 (a) ảnh không tương quan và DCT của nó, (b) ảnh tương quan và DCT của nó 29

Hình 4 7 DCT của ảnh tương quan 30

Hình 4.8: Phân tích 2-D DCT sử dụng tính chất phân tách 31

Hình 4.9 Cấu tạo mắt người 32

Hình 4.10 Khảo sát khả năng cảm nhận độ chói của mắt người 34

Hình 5.1 Sơ đồ khối quá trình nhúng watermark 40

Hình 5.2 Sơ đồ khối quá trình trích watermark 41

Hình 5.3 Ảnh sai phân giữa H và H’ 42

Hình 5.5: Ảnh sai phân của H’_Gaussian và H 44

Hình 5.6: Ảnh sai phân của W’_Gaussian và W 44

Hình 5.6: Ảnh sai phân của H’_Salt và H 46

Hình 5.7: Ảnh sai phân của W’_ Salt và W 46

Hình 5.8: Ảnh sai phân của H’_JPEG_60 và H 47

Hình 5.9: Ảnh sai phân của W’_ JPEG_60 và W 48

Hình 6.1: Thiết bị TMS320DM6437 EVM 51

Hình 6.2: Sơ đồ khối phần cứng của DM6437 52

Hình 6.3: Sơ đồ khối chức năng của DM6437 53

Hình 6.4: Giao diện của chương trình Code Composer Studio 3.3 55

Hình 6.5: Quá trình đưa vào và xử lý dữ liệu ảnh 56

Hình 6.6: Sơ đồ nhúng Watermark 57

Hình 6.7: Sơ đồ trích Watermark 60

Hình 6.8: Ảnh H và H’ 61

Hình 6.9: Ảnh W và W’ 61

Hình 6.10: Ảnh sai phân của H và H’ 62

Hình 6.11: Ảnh sai phân của W và W’ 62

Hình 6.12: Ảnh H và H’ 63

Hình 6.13 : Watermark nhúng W2 và Watermark trích W2’ 63

Hình 6.14: Ảnh sai phân của H và H’ 63

Hình 6.15: Ảnh sai phân của W2 và W2’ 64

Hình 6.16: Ảnh H và H’ 64

Hình6.17: Watermark nhúng (W3) và Watermark trích (W3’) 64

Hình 6.18: Ảnh sai phân của H và H’ 65

Hình 6.19: Ảnh sai phân của W3 và W3’ 65

LIỆT KÊ TỪ VIẾT TẮT

CMYK Cyan - Magenta - Yellow - Key

DCT Discrete Cosine Transform

DPI Pixel per Inch

DSP Digital Signal Processing

DVDP Digital Video Development Platform

HSV Hue – Saturation- Value

NC Normalized Correlation Coefficient

PPI Pixel per Inch

PSNR Peak Signal to Noise Ratio

RGB Red – Green – Blue

TI Texas Instruments

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Bộ Môn Điện Tử Viễn Thông

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2012

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên 1:

Lớp: MSSV:

Họ tên sinh viên 2:

Lớp: MSSV:

Tên đề tài:

GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên)

GIỚI THIỆU

Ngày nay các nội dung số như nhạc, phim, ảnh… được truyền tải trên internet theo nhiều cách: thông qua các phương pháp chia sẻ, các dịch vụ lưu trữ trên mạng, dịch vụ chia sẻ ảnh và các kênh chia sẻ video làm cho việc sao chép bất hợp pháp các nội dung số trên mạng xuất hiện ngày càng nhiều Từ thực tế này, các phương pháp bảo vệ bản quyền nội dung số được chú trọng phát triển để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của các nhà sản xuất, người sở hữu các nội dung số trên mạng Vì vậy nhóm thực hiện quyết định chọn đề tài “ Thực hiện bản quyền ảnh số trên kit DM6437” làm đề tài tốt nghiệp với mục đích học hỏi, nghiên cứu các phương pháp bảo vệ bản quyền ảnh số cơ bản Đây là một đề tài mới mẻ và phù hợp với tình hình hiện nay

Nội dung đồ án gồm 7 chương :

Chương 1: Giới thiệu

Chương 2: Tổng quan về cấu trúc ảnh số và các kỹ thuật bảo mật ảnh số Chương 3: Kỹ thuật Watermarking

Chương 4: Biến đổi DCT và mô hình hệ thống mắt người

Chương 5: Mô phỏng bản quyền ảnh số trên MATLAB

Chương 6: Thực hiện bản quyền ảnh số trên kit DM6437 EVM

Chương 7: Kết luận và hướng phát triển đề tài

Do trình độ có hạn của nhóm thực hiện đề tài nên trong quá trình thực hiện

sẽ có nhiều hạn chế và thiếu sót Vì vậy, nhóm thực hiện rất mong có nhiều ý kiến đóng góp của quý thầy cô và bạn bè

Abstract

This project proposed a method of watermarking digital images by using DCT transform First, every pixel of Watermark image is converted to a equivalent binary value, and then embedded into the DCT coefficients of an block of image Detection is performed by first extracting the DCT coefficients of the watermarked image and original image, then the equivalent binary value of every pixels is extracted base on these DCT coefficients Finally, Watermark’s pixels is achieved

by converting those binary values back to decimal values The watermarked images are added with noise and compressed to simulate attempts to remove watermark

Chương 1: Giới thiệu

Chương 1 GIỚI THIỆU 1.1 Tình hình nghiên cứu

Các hệ thống truyền thông đa phương tiện ngày càng phát triển nhanh chóng

và trở nên rộng mở hiện nay Với sự tiện lợi của internet làm cho việc lưu trữ các dữ liệu đa phương tiện trở nên dễ dàng Điều này tuy tạo nhiều thuận lợi cho người dùng Nhưng cũng gây ra một vấn nạn nghiệm trọng là vấn đề xâm phạm bản quyền các dữ liệu đa phương tiện Cho nên kĩ thuật watermarking được phát triển như là một trong những biện pháp hữu hiệu để giải quyến vấn đề trên

Watermarking được hiểu là thực hiện nhúng một thông tin vô hình vào dữ liệu ảnh gốc Xem xét trên một ảnh thì kĩ thuật watermarking được hiểu là thực hiện nhúng một logo hoặc hoa văn được ẩn giấu trên ảnh gốc Logo hoặc hoa văn được xác định duy nhất với một chủ sở hữu

Tác nhân nhằm mục đích xóa bỏ các thông tin sở hữu khỏi ảnh nhúng watermark được gọi là một tấn công ảnh Watermark phải bền với các tấn công ảnh

Sự sống còn của watermark dưới các tấn công ảnh quyết định tính bản quyền của ảnh

Có hai cách thức để nhúng watermark là nhúng trên miền tần số và nhúng trên không gian Nhúng trên không gian, watermark dễ bị tổn hại bởi các tấn công như lọc, nén JPEG Nên kĩ thuật nhúng trên miền tần số thường được sử dụng trong việc watermarking ảnh Đối với kĩ thuật nhúng trên miền tần số, ảnh gốc được biến đổi thông qua các phép biến đổi tần số thông thường và thực hiện watermarking bằng cách biến đổi các hệ số đã biến đổi của ảnh gốc Một số phép biến thường được sử dụng là DCT, DFT, DWT

1.2 Lý do chọn đề tài

Việc xâm phạm bản quyền cho ảnh số đang là một vấn đề đang được quan

tâm Vì vậy nhóm thực hiện khóa luận tốt nghiệp chọn đề tài: “ THỰC HIỆN BẢN

QUYỀN ẢNH SỐ TRÊN KIT DM6437EVM ” nhằm mục đích nghiên cứu và tìm

ra một giải thuật có thể khắc phục được vấn đề trên

Chương 1: Giới thiệu

1.3 Bố cục đồ án

Đồ án bao gồm 7 chương với nội dung tóm tắt như sau:

Chương 1: Giới thiệu

Chương này sẽ trình bày tình hình nghiên cứu về kĩ thuật watermarking sử dụng cho bảo vệ bản quyền ảnh số, tổng quan của đồ án, lý do chọn đề tài, kết quả

dự kiến sẽ đạt được trình bày

Chương 2: Tổng quan về cấu trúc và kỹ thuật bảo mật trong ảnh số

Chương này trình bày tổng quan về cấu trúc của ảnh số: điểm ảnh, biểu diễn ảnh số, dải động, không gian màu Đồng thời sơ lược về kĩ thuật bảo mật trong ảnh

số là kĩ thuật mã hóa và kĩ thuật watermarking, trình bày các ưu khuyết điểm của từng kĩ thuật

Chương 3: Kỹ thuật watermarking

Chương này trình bày chi tiết về kỹ thuật watermarking: lịch sử quá trình hình thảnh kĩ thuật watermarking, ứng dụng của kĩ thuật này trong vấn đề chứng thực nội dung, an toàn tài liệu và ảnh v v, trình bày tổng quan kĩ thuật này trong vấn đề bảo vệ bản quyền ảnh số

Chương 4: Biến đổi DCT và mô hình hệ thống mắt người

Chương này trình bày chi tiết về phép biến đổi DCT: DCT 1 chiều, DCT 2 chiều và dùng biến đổi DCT để chuyển đổi miền của một ảnh số Trình bày mô hình

hệ thống mắt người, đặc trưng của mắt người trong việc phân biệt các điểm ảnh

Chương 5: Mô phỏng bản quyền cho ảnh số dùng Matlab

Chương trình này trình bày một giải thuật watermarking dựa trên biến đổi DCT Thực hiện mô phỏng giải thuật trên phần mềm Matlab

Chương 6: Bản quyền ảnh số trên kit DM 6437

Chương này giới thiệu sơ lược về KIT DM 6437 và trình bày việc thực hiện giải thuật watermarking dựa trên biến đổi DCT khi tiến hảnh thực nghiệm trên KIT DM6437 và đánh giá kết quả thu được

Chương 7: Kết luận và hướng phát triển đề tài

Chương này rút ra các đánh giá, nhận xét về giải thuật đang nghiên cứu, đánh giá sự sai lệch giữa việc mô phỏng trên MATLAB và KIT DM6437

Chương 1: Giới thiệu

1.4 Kết quả dự kiến

Dự kiến sau khi kiểm tra giải thuật trên MATLAB và thực nghiệm lại trên KIT DM6437 đưa ra được các kết quả chứng tỏ giải thuật có tính thực tế trong vấn

đề bảo vệ bản quyền ảnh số

Chương 2: Tổng quan các kĩ thuật bảo mật ảnh số

Chương 2

TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC ẢNH SỐ

VÀ CÁC KỸ THUẬT BẢO MẬT ẢNH SỐ

2.1 Giới thiệu

Hiện nay, với nhu cầu càng ngày càng cao của con người đã thúc đẩy một cách

mạnh mẽ sự phát triển của các ngảnh khoa học kĩ thuật Trong nhiều ngảnh như

điện tử, cơ khí, công nghệ thông tin đã có những bước tiến bộ vượt bậc Trong khi

đó, con người với nhu cầu không bao giờ được thỏa mãn thì lúc này các ứng dụng

dựa trên các dữ liệu tương tự dùng để phục vụ cho nhu cầu đã không đáp ứng được

nữa Chính vì điều này, với một số ứng dụng yêu cầu độ mềm dẻo, tính linh hoạt

cao người ta thường số hóa dạng tín hiệu (dữ liệu) tương tự để tạo sự dễ dàng cho

các thao tác thay đổi Điều này dẫn đến việc người dùng (nhà cung cấp) dễ dàng lưu

trữ, và việc truyền tải được dễ dàng với trên internet hoặc trên các đường trục mạng

dựa trên chuyển mạch gói Có nhiều loại tín hiệu được số hóa như ảnh, video,

audio Trong đó, ảnh là một trong những tín hiệu được quan tâm nhiều vì suy cho

cùng những gì đang, đã diễn ra trước mắt đều là ảnh, video được xem như là tập

hợp ảnh được ghép lại với nhau dựa theo các thuật toán

Ảnh được số hóa gọi là ảnh số Đối với ảnh số, cần quan tâm đến các vấn đề

biểu diễn ảnh số, điểm ảnh, độ phân giải ảnh, quan hệ giữa các điểm ảnh và cơ sở

của màu trong ảnh Dưới đây là các diễn giải chi tiết về cấu trúc tổng quan của một

ảnh số

2.2 Tổng quan về cấu trúc ảnh số

2.1.1 Biểu diễn ảnh số

Ảnh có thể được biểu diễn dưới dạng một hàm hai biến ( , x và y được

xem như tọa độ không gian, biên độ của hàm là cường độ của ảnh tại điểm

đang xét Như vậy, một ảnh thông thường được số hóa sẽ trải qua hai phần tách

biệt Với tọa độ không gian x và y sẽ được lấy mẫu, đồng thời phần biên độ của

hàm sẽ được lượng tử hóa Chất lượng của ảnh số sẽ được quyết định dựa

vào việc lấy mẫu các tọa độ không gian và số biết lượng của của việc lượng tử hóa

biên độ của hàm

Kết quả của việc lấy mẫu và lượng tử là một ma trận các số thực Ví dụ việc

số hóa một ảnh cho ra một ma trận với M hàng và N cột[1]

Chương 2: Tổng quan các kĩ thuật bảo mật ảnh số

Có hai đơn vị liên quan tới điểm ảnh là DPI và PPI Đơn vị DPI được hiểu là

số giọt mực trên một inch vuông Đơn vị này thường được dùng trên máy ảnh hoặc máy in nhằm chỉ rõ mức độ chi tiết mà bản in có thể tạo ra DPI thường được dùng

để biểu thị đặc tính riêng của máy in Mỗi giọt mực của máy in đều có kích thước vật lý xác định Máy in sử dụng các giọt mực để hiển thị hình ảnh; máy in tạo ra càng nhiều giọt mực trên một inch vuông thì chất lượng bản in càng cao Các dòng máy in cấp thấp có DPI thấp trong khi các dòng máy in cao cấp sẽ có DPI cao Ví

dụ, một máy in hỗ trợ 1200DPI có nghĩa là máy có thể in 1200 giọt mực trên một inch (theo cả chiều ngang lẫn chiều dọc)

PPI là số điểm ảnh trên một inch vuông Chỉ số PPI ảnh hưởng tới kích c của ảnh in và sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của ảnh in Nếu như quá ít điểm ảnh trên mỗi inch vuông (chỉ số PPI thấp) thì các điểm ảnh sẽ lớn khi in bức ảnh với kích thước lớn sẽ dẫn đến bức ảnh không được mịn và quan sát được thấy được các điểm ảnh riêng lẻ

Như đã nói ở trên, một ảnh số có thể được xem như một ma trận, mỗi phần tử của ma trận tương ứng một điểm ảnh Vậy điểm ảnh gốc (x, y) được xem xét có tọa

độ là (0, 0), điểm ảnh kế tiếp được đánh dấu tại (x, y) = (0, 1) Đương nhiên việc biểu diễn điểm ảnh gốc có thể khác nhau Ví dụ các công cụ xử lý ảnh trong Matlab đánh dấu điểm ảnh gốc (x, y) = (1, 1)

2.2.3 Độ sâu bit

Định nghĩa: Độ sâu bit được hiểu là số bit dùng cho một điểm ảnh[2]

Như đã nói, biên độ của hàm f (x, y) tại các tọa độ x, y là cường độ ảnh tại điểm đang xét Việc lượng tử hóa các giá trị biên độ f (x, y) của một ảnh số A với số bit lượng tử là n thì ta có nhận xét là ảnh A có độ sâu bit là n bit Tùy thuộc vào độ sâu bit (số bit lượng tử) mà có thể biểu diễn được các màu khác nhau tại điểm ảnh đang xét Như vậy nếu như lượng tử hóa f (x, y) với hai giá trị là 0 và 1 thì ta sẽ có ảnh xám (gray image) hay ảnh đen trắng Với nhiều mức lượng tử hơn cho ra ảnh có nhiều màu sắc hơn Ví dụ

Chương 2: Tổng quan các kĩ thuật bảo mật ảnh số

2.2.5 Không gian màu

2.2.5.1 Màu sắc

Mắt người có thể cảm nhận được hàng ngàn màu nhưng chỉ có thể phân biệt được vài chục màu Ba thuộc tính của một màu đó là sắc, độ thuần khiết và độ sáng (độ chói)

Trong xử lý ảnh và đồ họa, mô hình màu là một chỉ số kỹ thuật của một hệ tọa

độ màu 3 chiều với tập các màu nhỏ thảnh phần có thể trông thấy được trong hệ thống tọa độ màu thuộc một gam màu đặc trưng

Ví dụ như mô hình màu RGB là một đơn vị tập hợp các màu thảnh phần sắp xếp theo hình lập phương của hệ trục tọa độ Đề các

Mục đích của mô hình màu là cho phép các chỉ số kỹ thuật quy ước của một số loại màu sắc thích hợp với các màu sắc của một số gam màu khác Có thể nhìn thấy trong mô hình màu này, không gian màu là một tập hợp nhỏ hơn của không gian các màu có thể nhìn thấy được, vì vậy một mô hình màu không thể được sử dụng để định rõ tất cả có thể nhìn thấy Sau đây xem xét một số mô hình hay được sử dụng nhất

Chương 2: Tổng quan các kĩ thuật bảo mật ảnh số

2.2.5.2 Không gian màu RGB (Red, Green, Bule)

Màu đỏ, lục – xanh lá cây, lam – xanh da trời (RGB) được sử dụng phổ biến nhất Những màu gốc RGB được thêm vào những màu gốc khác điều đó tạo nên sự đóng góp riêng của từng màu gốc được thêm cùng nhau để mang lại kết quả Tập hợp màu nhỏ thảnh phần sắp xếp theo khối lập phương đơn vị Đường chéo chính của khối lập phương với sự cân bằng về số lượng từng màu gốc tương ứng với các mức độ xám với đen là (0, 0, 0) và trắng (1, 1, 1)

Hình 1 1 Mô hình màu R-G-B trên tọa độ Decase

2.2.5.3 Không gian màu HSV

Không gian màu HSV là một hệ tọa độ trụ mô tả mô hình màu RGB So với không gian màu RGB thì không gian màu này trực quan hơn và phù hợp với cách pha màu của các họa sỹ

H, S, V mô tả cho màu sắc, độ bão hòa màu, và độ sáng Không gian màu này thường được ứng dụng trong thị giác máy, đồ họa máy tính

Giá trị H được thể hiện thông qua góc vòng tròn Đi theo hướng ngược chiều kim đồng hồ, tại giá trị không độ là màu đỏ, sau đó biến thiên đến màu xanh lục tại giá trị 120 độ, màu xanh lá tại 240 độ và quay trở về màu đỏ 360 độ

Chương 2: Tổng quan các kĩ thuật bảo mật ảnh số

Hình 1.2 Hệ tọa độ trụ cho không gian màu HSV

2.2.5.4 Chuyển ổi không gian màu

Hệ tọa độ màu do CIE quy định như một hệ quy chiếu và trên thực tế không thể biểu diễn hết các màu Tùy thuộc vào các ứng dụng khác nhau người ta đưa ra thêm một số hệ tọa độ khác như NTSC, CMY, YIQ phù hợp với yêu cầu hiển thị màu sắc Việc chuyển đổi giữa các không gian biểu diễn màu thực hiện theo nguyên tắc sau

(1 2) Trong đó

Không gian biểu diễn màu ban đầu Không gian biển diễn màu mới

A Ma trận biến đối

Mức xám là kết quả của sự mã hóa tương ứng một cường độ sáng của điểm ảnh với một giá trị số Giá trị của nó phụ thuộc vào mức lượng tử hóa ảnh, như các ảnh dùng làm cơ sở dữ liệu đã lấy 8 bit để mã hóa ảnh (ứng với 256 mức xám, trong

đó mức xám 0 là màu đen, mức xám 255 là màu trắng)

Khi chuyển ảnh màu RGB sang ảnh xám có thể dùng công thức sau

(1 3) Với các hệ số

Để giải quyết những thử thách trên, có hai công nghệ bảo mật được phát triển:

- Dựa trên kĩ thuật mã hóa để mã hóa ảnh số nhằm cung cấp tính năng bảo mật đầu cuối khi ảnh số được phân phối trên các hệ thống phân phối đa dạng

Chương 2: Tổng quan các kĩ thuật bảo mật ảnh số

- Dựa trên kĩ thuật nhúng watermarking, đây là một công cụ dùng để bảo vệ bản quyền, kí hiệu sở hữu riêng, chứng thực

2.3.2 Các kĩ thuật bảo mật ảnh số

2.3.2.1 Kĩ thuật mã hóa

Định nghĩa: Kĩ thuật mã hóa là quá trình mã hóa dữ liệu dựa trên mật mã để

kiểm soát việc truy nhập dữ liệu đã được mã hóa Mật mã là một chuỗi các dãy kí tự sao cho phù hợp với thuật toán đã được sử dụng trong quá trình mã hóa dữ liệu ban đầu

Hình 1 2 Mô tả kĩ thuật mã hóa

Việc sử dụng kĩ thuật mã hóa dữ liệu sẽ cung cấp bảo mật đầu cuối cho ảnh số nói riêng và các nội dung số nói chung Với việc sử dụng kĩ thuật này, yêu cầu người dùng phải có mật mã do người sở hữu cung cấp thì mới truy xuất được dữ liệu mã hóa

Ưu điểm và nhược điểm

Ưu điểm

Việc sử dụng kĩ thuật mã hóa ảnh số cho phép hạn chế sử dụng nội dung ảnh

số trái phép hoặc hơn nữa là cấm tuyệt đối mọi hảnh vi truy xuất nội dung ảnh số nếu chưa có sự cho phép của người sở hữu

Nhược điểm

Về mặt lý tưởng nếu như thuật toán mã hóa cung cấp một mật mã hoàn hảo và không thể dò tìm được, hay thời gian dò tìm rất lâu tiến gần đến vô hạn thì việc sử dụng kĩ thuật mã hóa sẽ là một công cụ rất mạnh trong việc bảo mật ảnh số Tuy nhiên các giải thuật mã hóa hiện nay đều tồn tại các lỗ hổng kiếm cho việc bẻ khóa vẫn có thể tiến hảnh được Mật mã có thể được dò tìm hoặc diễn dịch từ chính dữ liệu mã hóa Vì thế, nếu như mật mã được được phá bỏ thì việc truy nhập trái phép các nội dung ảnh số sẽ được thực hiện

Chương 2: Tổng quan các kĩ thuật bảo mật ảnh số

Thêm vào đó, nếu như người có quyền sở hữu chia sẻ nội dung ảnh số cho một

số hữu hạn người dùng, tức là cấp mật mã cho những người này thì một vấn đề đáng quan tâm là mật mã này bị tiết lộ ra ngoài

Ngày nay, kĩ thuật mã hóa đang dần được hoàn thiện nhằm khắc phục hai nhược điểm trên Và cũng nhận thấy rằng kĩ thuật mã hóa được áp dụng dựa trên các trường hợp, đối tượng khác nhau và được sử dụng kết hợp với các phương pháp bảo mật khác như watermarking, nhằm gia tăng sự chắc chắn, đảm bảo quyền lợi của người sở hữu trí tuệ

2.3.2.2 Kĩ thuật watermarking

Định nghĩa: Kĩ thuật watermarking dùng trong bảo vệ bản quyền là kĩ thuật

được thực hiện dựa trên việc nhúng các thông tin để chứng thực quyền sở hữu vào trong nội dung ảnh số Thường thì trong các ứng dụng bảo vệ bản quyền, ảnh số được thực hiện watermarking vô hình nhằm mục đích đảm bảo tính cảm thụ của ảnh gốc ban đầu

Ưu điểm và nhược điểm

Ưu điểm

Trong bảo mật ảnh số, việc sử dụng kĩ thuật watermarking ảnh số cho phép bảo vệ quyền quyền tác giả trong khi ảnh số được lưu truyền rộng rãi trên các phương tiện đại chúng

Nhược điểm

Kĩ thuật watermarking dùng cho bảo mật ảnh số có nhiều dạng như watermking bền – không bền, watermarking hữu hình – vô hình, watermarking rút trích được - không rút trích được Tuy nhiên, việc thực hiện watermarking ảnh số dưới dạng nào thì cũng đều gây nên sự sai lệch về chất lượng ảnh Đối với một số dạng như watermarking hữu hình làm cho ảnh bị biến đổi một cách thấy rõ

Như đã nói ở trên, kĩ thuật watermarking được thực hiện dựa trên việc nhúng các thông tin chứng thực vào nội dung ảnh số Thao tác nhúng ở đây được thực hiện dựa trên một thuật toán xác định Vậy vấn đề được đặt ra là nếu như người dùng biết được thuật toán đang sử dụng hoặc dò tìm được các thông tin nhúng và tiến hảnh tách thông tin nhúng khỏi ảnh được watermarking Như vậy, quyền sở hữu tác quyền sẽ bị xâm phạm và khó có thể lấy lại được

Ảnh số sau khi được watermarking được lưu truyền trên mạng sẽ bị tương tác bởi các tác nhân như nhiễu do đường truyền, nén ảnh, xử lý ảnh như cắt, xoay làm thay đổi chất lượng ảnh như thế sẽ làm thay đổi thông tin nhúng ban đầu Điều này dẫn đến việc chứng thực bản quyền cho ảnh bị biến đổi này gặp khó khăn

Chương 2: Tổng quan các kĩ thuật bảo mật ảnh số

Nhằm giải quyết các vấn đề trên, kĩ thuật watermarking đang được phát triển

và cải tiến lại dựa trên việc nâng cao tính bảo mật của các thuật toán, kết hợp với kĩ thuật mã hóa nhằm gia tăng tính bảo mật, tiến hảnh watermarking dựa trên các phép biến đổi miền nhằm tối ưu hóa và đáp ứng nhu cầu hiện nay

Chương 3: Kĩ thuật watermarking

CHƯƠNG 3

KỸ THUẬT WATERMARKING 3.1 Giới thiệu về Watermarking

Watermarking là một kỹ thuật sử dụng để giấu 1 lượng thông tin nhỏ vào một tín hiệu số với mục đích nó không thể được dò tìm ra, tách ra bằng những thiết bị bình thường và không thể nhận thấy bằng mắt người Watermarking số có thể nhúng các thông điệp không thể nhận thấy được trong cả ảnh và audio số [3]

là chữ ký kiểu thần bí, hoặc cũng có lẽ là một hoa văn trang trí nào đó [3]

Cho đến thể kỷ 18, watermark trên giấy xuất hiện ở châu Âu và châu Mỹ đã trở thảnh một nhu cầu thiết thực hơn Họ sử dụng như các nhãn hiệu, để ghi lại ngày

mà tờ giấy xuất xưởng, và để chỉ kích thước ban đầu của tờ giấy Ngoài ra trong thời điểm đó, watermark còn được dùng để chống giả mạo tiền giấy và các tài liệu quan trọng khác

William Congreve, người Anh, phát minh ra kỹ thuật tạo watermarking màu bằng cách chèn các vật liệu khô vào giữa 2 lớp giấy khi làm giấy Kết quả là các dấu cực kỳ khó giả mạo, tuy nhiên Ngân Hàng Anh Quốc đã từ chối sử dụng chúng trong quá trình in tiền giấy do chúng quá khó thực hiện Một kỹ thuật khác thực tế hơn được phát minh bởi một người Anh khác là William Henry Smith Kỹ thuật này thay thế các hoa văn đẹp được dùng trước đây bằng bằng những hình chạm khắc không sâu vào tờ giấy Kết quả là sự khác nhau trên bề mặt tờ giấy tạo ra những watermark rất đẹp với các màu trắng đen khác nhau Đây là kỹ thuật cơ bản được sử dụng ngày nay trong tờ 20 đô la Mỹ

Chương 3: Kĩ thuật watermarking

Hình 3 1 Tờ 20 đô la Mỹ

Kỹ thuật watermarking đúng nghĩa đầu tiên là vào năm 1954, Emil Hembrooker chèn một hoa văn cho watermaking trong tín hiệu âm thanh Một mã nhận dạng được chèn vào bản nhạc không liên tục bằng cách dùng một bộ lọc dải hẹp có tần số trung tâm là 1Khz Sự có mặt của năng lượng tại tần số này xác định

bộ lọc đã chèn và thời gian có mặt được chỉ định là một dấu chấm hay một vệt Kỹ thuật sử dụng mã Morse Và nó đã được tập đoàn Muzak – tập đoàn của tác giả sử dụng mãi đến năm 1984

Thực sự rất khó để xác định thuật ngữ watermarking được đem ra thảo luận vào lúc nào Năm 1979, Szepanski miêu tả về một hoa văn có thể tách bằng máy được đặt vào tài liệu để chống giả mạo 9 năm sau đó, vào năm 1988 Holt miêu tả một phương pháp nhúng mã nhận dạng vào một tín hiệu audio, sử dụng thuật ngữ digital watermark đầu tiên Nhưng mãi đến thập niên 1990 thì thuật ngữ watermarking mới trở lên phổ biến

Vào năm 1995, sự chú ý cho watermarking mọc lên “như nấm sau mưa” Ngoài ra, ở thời điểm này nhiều tổ chức bắt đầu xem xét kỹ thuật watermarking bao gồm các tiêu chuẩn khác nhau Nhóm Kỹ thuật Bảo vệ Bản sao đã kiểm tra các hệ thống watermarking để bảo vệ đĩa DVD Nhóm SDMI tạo ra watermarking là một thảnh phần chính cho hệ thống của họ là bảo vệ bản quyền âm nhạc Hai dự án được tài trợ bởi liên minh châu Âu, VIVA và Talisman, đã được kiểm tra cho giám sát quảng bá Tổ chức ISO chú ý đến kỹ thuật này trong phạm vi thiết kế các tiêu chuẩn MPEG tiên tiến

Những năm cuối 1990, có nhiều công ty bắt đầu xâm nhập vào thị trường watermakring Kỹ thuật từ tập đoàn Verance đã được thông qua như tiêu chuẩn SDMI đầu tiên và được sử dụng bởi các nhà phân phối âm nhạc trên Internet như Liquid Audio Trong phạm vi watermaking cho ảnh số, Digimarc đóng gói bộ nhúng và dò watermark với phần mềm Adobe Photoshop Gần đây, một số công ty

Chương 3: Kĩ thuật watermarking

sử dụng kỹ thuật watermarking rộng rãi trong các ứng dụng liên quan chặt chẽ với cuộc sống hiện nay

3.3 Vai trò của watermarking hiện nay

Gần đây, sự quan tâm đột ngột đến watermarking là do sự gia tăng vấn đề bảo

vệ bản quyền các nội dung số trên internet Internet ngày nay đã trở lên thân thiện hơn với người dùng, với sự xuất hiện của các trình duyệt web đầy tiện dụng như Mozilla Firefox và Google Chrome cho phép tải và trình bày các nội dung số thật nhanh và thật dễ dàng, hiển nhiên người sử dụng muốn tải về thật nhiều hình ảnh,

âm nhạc và video Internet là một hệ thống phân phối quá xuất chúng những nội dung số với giá rẻ, mà không cần phải có nơi nào đó để lưu trữ, chuyển phát chúng gần như lập tức Tuy nhiên những người sở hữu những nội dung số này cũng nhìn thấy những mối nguy hiểm tiềm tàng

Sự gia tăng nhanh chóng các thiết bị ghi chép có dung lượng lưu trữ cao làm trầm trọng hơn việc sao chép bất hợp pháp Chỉ có một cách là khách hàng có thể ghi âm một bài hát hay một video ở dạng băng hình analog, thì các bản sao chép bất hợp pháp tương ứng mới có chất lượng kém hơn bản gốc Tuy nhiên với sự sao chép các băng hình số thì lại khác, các bài hát và bộ phim có thể được sao chép lại với chỉ một ít sự suy giảm về chất lượng Sử dụng các thiết bị ghi này và phân phối chúng trên Internet, tội phạm có thể chép và phân phối lại các tác phẩm số có bản quyền mà không có sự đồng ý của người sở hữu Do đó người sở hữu mong muốn một công nghệ mới hứa hẹn bảo vệ tốt bản quyền của họ

Công nghệ đầu tiên được hướng tới là mật mã Đây là phương pháp bảo vệ phổ biến nhất Nội dung số dược mã hóa để chuyển phát, và một khóa được cung cấp đến người dùng mua bản sao chép nội dung này Tập tin đã mã hóa sau đó có thể được phổ biến trên Internet, tất nhiên những người không có khóa thì không thể

mở được nội dung Không may là phương pháp mã hóa không giúp cho người bán giám sát được người mua hợp pháp sử dụng những nội dung này như thế nào Tội phạm ban đầu có thể mua một bản sao của sản phẩm, và sử dụng khóa giải mã để lấy được bản sao chép không có bảo vệ, sau đó bắt đầu sao chép chúng bất hợp pháp Nói cách khác mã hóa có thể bảo vệ sản phẩm trong quá trình giao nhận, nhưng một khi nó đã được giải mã thì mã hóa là vô dụng

Vì vậy có một nhu cầu bức thiết về phương pháp thay thế hoặc hoàn chỉnh cho phương pháp mã hóa một phương pháp có thể làm được nhiều hơn nữa sau khi sản phẩm đã được giải mã Watermarking là một phương pháp khả dĩ để lấp đầy thiếu sót đó bởi vì nó ở ngay trong nội dung của sản phẩm và không thể bị g bỏ khi sử dụng bình thường Watermark có thể tồn tại sau khi thực hiện các thao tác giải mã, tái mã hóa, nén, chuyển đổi ADC, thay đổi định dạng của nội dung cần bảo vệ

Chương 3: Kĩ thuật watermarking

Watermarking đã được xem xét cho các ứng dụng bảo vệ và chống sao chép Đối với chống sao chép, một watermark có thể được sử dụng để thông báo cho phần mềm/phần cứng là bản sao này bị hạn chế Trong việc bảo vệ bản quyền, watermark được sử dụng để xác định người có quyền sử dụng nội dung

Mặc dù chống sao chép lậu và bảo vệ bản quyền là một động lực chính trong lĩnh vực nghiên cứu watermarking, tuy nhiên watermarking có thể được gợi ý cho một số ứng dụng khác Đó là giám sát quảng bá theo dõi giao dịch xác thực, điều khiển sao chép, và điều khiển thiết bị, sẽ được đề cập chi tiết hơn ở phần sau

3.4 Ứng dụng của kỹ thuật Watermarking

Với sự phát triển Internet như hiện nay, việc bảo vệ bản quyền của các nội dung số trên mạng ngày càng được chú ý Kỹ thuật Watermarking ngày càng cho thấy được vai trò của nó và đã có những ứng dụng rất phổ biến Mục này xin trình bày về các ứng dụng cơ bản của kỹ thuật watermaking

3.4.1 An toàn tài liệu và ảnh

Digital Watermarking cho phép các tập đoàn và sở hữu thương hiệu nhúng một nhận dạng duy nhất vào các tài liệu và bức ảnh tin cậy Thông tin số này không thể nhận thấy được bằng mắt thường nhưng có thể dễ dàng tách ra bằng máy tính, mạng và các thiết bị số khác Ví dụ, một watermark số duy nhất có thể được nhúng

dễ dàng vào mỗi bản sao của tài liệu, và sau đó phân phối tài liệu đi

Dữ liệu bên trong watermark có thể bao gồm tên người nhận cho mỗi bản sao, những thông tin này có thể dễ dàng đối chiếu lại với nguồn Thêm vào đó, các công

ty có thế sử dụng những bộ tách và bộ lọc mail để kiểm tra các watermark số trong tài liệu và ảnh, và thông báo kịp thời mỗi khi có những cố gắng để tải tài liệu lên web hoặc chuyển mail ra bên ngoài công ty

Các máy dò cũng có thể ở bên trong các máy in, máy scan… để kiểm tra các watermark trong tài liệu được cố gắng copy Trong trường hợp này thì thiết bị có thể báo động, ví dụ “không được scan và copy tài liệu này “

3.4.2 Quản lý và xác thực nội dung

Watermarking số cho phép xác thực những nội dung khá hiệu quả bằng cách cung cấp một xác thực số duy nhất cho mọi định dạng của nội dung Watermark số

dễ dàng nhúng vào nội dung không cần biết liệu khách hàng có quan tâm hay không Watermark có thể lưu trữ thông tin về người sở hữu nội dung, cách sử dụng

và ai là người mà người sở hữu muốn truyền tải Nó cũng có thể chứa thông tin về website…

Chương 3: Kĩ thuật watermarking

3.4.3 Bảo vệ nội dung audio và video

Digital watermarking cung cấp thêm một lớp bảo vệ để dò tìm ra những sự sử dụng bất hợp pháp bằng cách nhúng watermark xác định những người sử dụng được phép nội dung nhạc hay video, được đóng gói vào các DVD, Bluray và phân phối online Thiết bị đọc watermark trong suốt quá trình chơi nhạc hoặc copy nội dung Nếu watermark chỉ ra người dùng là không hợp pháp, thì quá trình chơi nhạc hay sao chép sẽ bị dừng lại và, sau đó một thông điệp cảnh báo sẽ được hiển thị lên

Hình 3.2: Quá trình nhúng và nhận dạng watermark đối với các nội dung đa

phương tiện

Hình trên là quá trình nhúng watermark vào video/audio trong khi sản xuất Nếu có một sự quay phim, hay sao chép không hợp pháp nào đó không được phép thì khi chạy nội dung số này vào thiết bị, thì watermark bên trong sẽ được đọc và thiết bị sẽ ngừng chạy nội dung số này Nhược điểm chung là cần có thiết bị bao gồm bộ phận dò watermark Thực tế một thiết bị như vậy là chưa phổ biến

3.4.4 Bảo vệ quyền sở hữu và bản quyền trong truyền thông

Digital watermarking chứa dữ liệu số không thế thấy được, thông tin này được người sở hữu lựa chọn, bao gồm thông tin bản quyền, chi tiết liên hệ, và quyền sử dụng

Chương 3: Kĩ thuật watermarking

Hình 3.3: Nhúng và phân phối các nội dung đa phương tiện sau khi watermark

Trong hình trên, watermark được nhúng vào media thảnh các nội dung số được watermarking và được phân phối qua nhiều kênh khác nhau như máy in, các đĩa DVD, Bluray và qua hệ thống truyền hình…

Hình 3.4: Watermark dưới các tác động

Chương 3: Kĩ thuật watermarking

Media khi được phân phối đến người nhận sẽ bị thay đổi bị cắt, bị thay đổi kích thước, bị nén, mã hóa, chỉnh sửa lại, và vấn đề là định dạng của nó sẽ bị thay đổi, nhưng watermark số bên trong nó thì vẫn không thay đổi

Trên đây chỉ là một số ứng dụng tiêu biểu của watermarking số Có thể thấy được cho dù watermarking hiện nay mới chỉ ở trong giai đoạn đầu nhưng với thế mạnh của nó trong việc ứng dụng để bảo vệ bản quyền, xác thực người dùng Đây

là một lĩnh vực nhạy cảm nhưng rất được quan tâm hiện nay, thì trong tương lai sự phổ biến của watermarking là rất hứa hẹn

3.5 Ứng dụngbản quyền cho ảnh số dùng watermarking

Trong một vài năm gần đây thì kĩ thuật watermarking đã nổi lên một cách rõ nét như là một phương pháp dẫn đầu và đáng tin cậy trong việc giải quyết các vấn

đề cơ bản của quyền sở hữu hợp pháp và chứng thực nội dung cho các dữ liệu đa phương tiện số

3.5.2 Ứng dụng bản quyền ảnh số dựa trên watermarking

Như đã được biết, watermarking được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí như độ bền, độ cảm thụ Đối với ứng dụng bản quyền ảnh số, nhằm mục đích bảo vệ bản quyền, cũng như chứng thực nội dung đặt ra yêu cầu cho watermark nhúng trong đối tượng cần được bảo vệ phải bền vững và chống lại được các tấn công về cấu trúc như nén, cũng như các tấn công về đồng bộ như xoay, cắt, đồng thời việc nhúng các watermark này không ảnh hướng nhiều đến chất lượng ảnh, tối thiểu là không tạo sự khác biệt dựa trên sự cảm thụ của mắt người [4]

3.5.3 Sơ ồ khối cho quá trình nhúng và tách watermark

Quá trình nhúng watermarking

Sơ đồ khối của ứng dụng bản quyền ảnh số dùng watermarking bền

Chương 3: Kĩ thuật watermarking

Hình 3.5: Sơ đồ khối quá trình nhúng watermark

Về cơ bản quá trình nhúng watermark của ứng dụng bản quyền ảnh số dùng watermarking không khác gì nhiều so với quá trình nhúng của ứng dụng nhúng khác Quá trình nhúng được thực hiện như sau

Ban đầu, ảnh gốc A được đưa tới bộ nhúng watermark, ở đây A trước khi được nhúng watermark sẽ được phân tích và xác định thảnh phần nào trong A sẽ được nhúng watermark Song song với quá trình này, watermark cũng được đưa đến

bộ nhúng Sau khi nhận được luồng dữ liệu vào lúc này là A và watermark, việc xử

lý nhúng ảnh là ghép watermark lên các thảnh phần đã được lựa chọn tiếp đó Trong quá trình này, với mục đích là watermark bền dùng cho bản quyền ảnh số sẽ cần thêm một số biện pháp bảo mật Đây là lý do có thêm luồng dữ liệu là mã bảo mật Việc thêm mã bảo mật trong quá trình nhúng watermark nhằm gia tăng tính bảo mật của ảnh sau khi được watermarking, gia tăng sự khó khăn trong việc dò tìm watermark đồng thời khó khăn trong việc tách watermark[4]

Mặt khác, quá trình nhúng cũng có thể mô tả về mặt toán học như sau

[ ] (3 1) Trong đó

A’: Ảnh sau khi được nhúng watermark A: Ảnh gốc ban đầu

K: Khóa mật mã (tùy chọn)

E (.): Biểu thị quá trình nhúng

Quá trình tách – quyết định

Với mục tiêu đặt ra là bản quyền cho ảnh số, khi xem xét quyền sở hữu đúng

là thực hiện việc so sánh watermark của ảnh gốc với ảnh vi phạm dựa trên các tiêu

Chương 3: Kĩ thuật watermarking

chí khác nhau để rút ra kết luận đâu là ảnh gốc, đâu là ảnh vi phạm Cho nên việc thiết kế các hệ thống xác nhận bản quyền ảnh số dựa trên watermark được thiết kế

là quá trình tách và quyết định được đặt song song với nhau

Sơ đồ khối của quá trình được biểu diễn dưới đây:

Quá trình tách – quyết định watermark được thực hiện như sau:

Ở đây, sử dụng các thuật toán tương thích với thuật toán đã dùng trên phần nhúng watermark, kết hợp với việc dùng khóa mật mã, ảnh gốc ban đầu nhằm xác định lại thảnh phần nào được nhúng watermark trên ảnh A’ Sau khi xác định được các thảnh phần ảnh (điểm ảnh được nhúng watermark) sẽ tiến hảnh tách watermark

để thu được watermark (W’) Watermark (W’) tiếp tục được đưa vào bộ quyết định cùng với watermark gốc (W) thực hiện việc so sánh mức tương đồng nhằm đưa ra quyết định watermark

Hình 3.6:Quá trình tách – quyết định watermark

Quá trình tách – quyết định watermark được mô tả về mặt toán học như sau Quá trình tách

Ảnh A’

Tách watermark Watermark (W’)

Khóa mật mã (K)

Quyết định watermark

Watermark (W) Đúng hoặc sai

Ảnh gốc A

Chương 3: Kĩ thuật watermarking

[ ] (3 2) Trong đó

W’ Watermark của ảnh sau khi watermark A’

A’ Ảnh sau khi watermark

A Ảnh gốc ban đầu [K] Khóa mật mã (tùy chọn)

D (.) Thuật toán tách watermark Quá trình quyết định

(3 3) Trong đó

{ } Quyết định watermark

W Watermark gốc W’ Watermark tách ra từ ảnh A’

D (.) Thuật toán so sánh, xem xét mức tương đồng

Chương 4: Biến đổi DCT, DWT và mô hình hệ thống mắt người

Chương 4 BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC DCT

VÀ MÔ HÌNH HỆ THỐNG MẮT NGƯỜI

4.1 Phép biến đổi DCT

Hình 4.1: Các thảnh phần trong hệ thống truyền tải hình ảnh / video

Trong một thập kỷ trở lại đây DCT xuất hiện như một phương pháp biến đổi

ảnh trong hầu hêt các hệ thống trực quan DCT được sử dụng rộng rãi trong các

chuẩn mã hóa video ngày nay, ví dụ MPEG [5]

Hình 4 2: Phân tích dữ liệu ảnh dùng DCT

Chương 4: Biến đổi DCT, DWT và mô hình hệ thống mắt người

(a) ảnh đầu tiên (c) giản đồ tần số của ảnh a (b) ảnh thứ 2 (d) giản đồ tần số của b (e) sự tự tương quan chuẩn hóa trên 1 dòng của ảnh a (f) sự tự tương quan chuẩn hóa trên 1 dòng của ảnh b

∑ [

]

(4.2) Với x= 0, 1, 2… N-1 a (u) được định nghĩa

N x

f x N

là các hàm cơ bản trực giao với nhau Từ đó, nhân bất kỳ dạng sóng nào ở hình 3 với một dạng sóng khác theo sau bởi tổng của các mẫu sẽ đạt giá trị 0, trong khi nhân dạng sóng với chính nó sẽ được một giá trị hằng (vô hướng) Các dạng sóng trực giao không phụ thuộc vào nhau, mà là độc lập tuyến tính với nhau, tức là 1 hàm

cơ bản không thể được biểu diễn bằng một tổng của các hàm cơ bản còn lại

Chương 4: Biến đổi DCT, DWT và mô hình hệ thống mắt người

Hình 4.3: Hàm cosin cơ bản 1 chiều (N=8)

Nếu chuỗi vào có nhiều hơn N mẫu thì nó sẽ được chia nhỏ thảnh các chuỗi con có độ dài N và DCT có thể áp dụng độc lập cho từng chuỗi con này Cần nhớ là trong mỗi sự tính toán như vậy giá trị của các điểm hàm cơ bản sẽ không thay đổi Chỉ có giá trị của f (x) là bị thay đổi ứng với mỗi chuỗi con Đây là một tính chất cực kỳ quan trọng, bởi vì nó cho thấy hàm cơ bản có thể được tính toán trước và sau

đó được nhân với các chuỗi con này Điều này làm giảm đi một số lượng lớn tính toán cần thiết (như các phép nhân và phép cộng) qua đó làm tăng hiệu quả tính toán

4.1.2 Phép DCT hai chiều

Rất cần thiết phải mở rộng ý tưởng trình bày ở phần trước đến không gian 2 chiều (bởi ảnh về cơ bản là một mặt phẳng cần biểu diễn bằng 2 chiều không gian) Biến đổi DCT 2 chiều được mở rộng từ biến đổi DCT 1 chiều được cho bởi [5]

∑ ∑ [ ] [ ] (4.4) Trong đó u, v = 0, 1, 2… N-1 và a (u), a (v) được xác định tương tự phần trước Các hàm cơ bản 2D được sinh ra bằng cách nhân các hàm cơ bản 1 D ở trục hoảnh (trên hình số 3) với 1 tập hợp các hàm cơ bản như vậy ở trục tung Các hàm

cơ bản với N=8 được trình bày Một lần nữa, chú ý là các hàm cơ bản phô bày một

sự tăng tiến triển của tần số trong cả trục hoảnh (chiều ngang) và trục tung (chiều dọc) Hàm cơ bản ở phần trên cùng, bên trái là kết quả của nhân thảnh phần DC trong hình 3 với dạng chuyển vị của nó Từ đây, hàm cơ bản này có một giá trị hằng

số và được gọi là hệ số DC (cũng tương tự như phép biến đổi DCT 1 chiều)

Chương 4: Biến đổi DCT, DWT và mô hình hệ thống mắt người

Tính phi tương quan hóa

Nguyên lý chủ yếu của biến đổi ảnh là g bỏ phần dư thừa giữa các điểm ảnh lân cận điều này dẫn đến các hệ số biến đổi không tương quan với nhau (không có quan hệ với nhau) có thể được mã hóa độc lập Bây giờ ta xét ví dụ ở hình số 2 để

định hình các đặc tính phi tương quan hóa trong phép biến đổi DCT 2 chiều Sự tự tương quan chuẩn hóa (normalized autocorrelation) của ảnh trước và sau DCT được

cho trên hình số 5 Rõ ràng, biên độ của sự tự tương quan sau khi DCT rất nhỏ Từ

đó, có thể suy ra là DCT phô diễn tính chất phi tương quan hóa quá hoàn hảo [5]

Hình 4 5 Sự tương quan trước và sau DCT

Chương 4: Biến đổi DCT, DWT và mô hình hệ thống mắt người

(a) Sự tự tương quan chuẩn hóa của ảnh không tương quan trước và sau DCT (b) Sự tự tương quan chuẩn hóa của ảnh tương quan trước và sau DCT

có quy luật, có thể nhìn ra một hình ảnh nào đó, còn ảnh không tương quan thì nhìn rất lộn xộn) Do đó, ảnh trước có nhiều tần số hơn ảnh sau Hình 4.6 trình bày biến đổi DC của 2 ảnh Rõ ràng các ảnh không tương quan có năng lượng được trải rộng (trên các tần số), trong khi đó các ảnh tương quan có năng lượng tập trung ở vùng tần số thấp (vùng trên cùng bên trái có các vệt sáng) [5]

Hình 4 6: (a) ảnh không tương quan và DCT của nó, (b) ảnh tương quan và DCT

của nó

Một vài ví dụ sau đây về DCT của ảnh tương quan

Chương 4: Biến đổi DCT, DWT và mô hình hệ thống mắt người

Hình 4 7: DCT của ảnh tương quan