Khóa luận Tìm hiểu các kỹ thuật về giấu văn bản và giấu ảnh trong ảnh

Để thực tế bản thân em đã được nhận đề tài như sau: ♦ về phần Kỹ thuật: Tìm hiểu các kỹ thuật về giấu văn bản và giấu ảnh trong ảnh ♦ về phần Nghiệp vụ sư phạm: Thiết kế dạy học bài Micr

Mục lục Phần 1: Phần Kỹ Thuật

LỜI NÓI ĐẦU

Là một nhà giáo tương lai được đào tạo tại khoa Sư phạm kỹ thuật trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên, mỗi chúng em luôn tự ý thức được rằng phải trang

bị thật nhiều kiến thức cho bản thân cả về nghiệp vụ sư phạm và kỹ thuật tin học Bởi lẽbản chất của ngành giáo viên là truyền đạt tri thức cho người học Muốn truyền đạt đượctri thức thì người giáo viên phải có nghiệp vụ sư phạm thật tốt, đồng thời kiến thức phảisâu, rộng, vững chắc

Sau bốn năm học với sự giảng dạy nhiệt tình của các thầy cô giáo trong trườngđến nay chúng em đã bước vào những giai đoạn cuối cùng của khoá học Đây cũng làkhoảng thời gian cuối mà chúng em được hình thành một phong cách làm việc khoa họcvới các thầy giáo, cô giáo khi giải quyết các vấn đề về chuyên môn Tin học và nghiệp vụ

Sư phạm bằng việc nhận và hoàn thành đề tài khoá luận tốt nghiệp của nhà trường giaocho dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy cô giáo khoa Sư phạm kỹ thuật Tin học Để

thực tế bản thân em đã được nhận đề tài như sau:

♦ về phần Kỹ thuật: Tìm hiểu các kỹ thuật về giấu văn bản và giấu ảnh trong ảnh

♦ về phần Nghiệp vụ sư phạm: Thiết kế dạy học bài Micro soft Word - mục 4.1 -

4.2-4.3 (2 tiết) và bài Lập trình đơn giản - mục 2.1(ltiết) thuộc giáo trình “Tin học đạicương” của trường ĐHKTCN, theo quan điểm dạy học tích cưc lấy người họclàm trung tâm

Đến nay, nhờ sự giúp đỡ tận tình của hai thầy giáo PGS.TS Dương Phúc Tỷ vàKS.Nguyễn Văn Huy cùng các thầy cô giáo trong khoa em đã hoàn thành đề tài khoáluận tốt nghiệp của mình Do năng lực còn hạn chế, vốn kiến thức còn hạn hẹp nên emkhông thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự giúp đỡ của quý thầy

cô cùng các bạn để đồ án của em được chính xác, đầy đủ và đạt hiệu quả

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên: Đinh Thị Hồng Hạnh

PHẦN 1: PHẦN KỸ THUẢT Chương I:ĐẶT VẤN ĐỀ

Cuộc cách mạng thông tin kỹ thuật số đã đem lại những thay đổi sâu sắc trong xãhội và trong cuộc sống của chúng ta Những thuận lợi mà thông tin kỹ thuật số mang lạicũng sinh ra những thách thức và cơ hội mới cho quá trình đổi mới Sự ra đời nhữngphần mềm có tính năng rất mạnh, các thiết bị mới như máy ảnh kỹ thuật số, vv đã đếnvới thế giới tiêu dùng và con người đã dựa vào đó để sáng tạo, xử lý và thưởng thức các

dữ liệu đa phương tiện (multimedia data) Mạng Internet toàn cầu đã biến thành một xãhội ảo nơi diễn ra quá trình trao đổi thông tin trong mọi lĩnh vực, chính trị, quân sự,thương mại, Và chính môi trường mở và tiện nghi như thế đã xuất hiện những vấn nạn,tiêu cực đang rất cần đến các giải pháp hữu hiệu cho vấn đề an toàn thông tin như nạn ăncắp bản quyền, nạn xuyên tạc thông tin, truy nhập thông tin trái phép vv Vì vậy màviệc đi tìm các giải pháp để giải quyết ngăn chặn các vấn đề trên để bảo vệ thông tin làđiều tất yếu

Trong một quá trình phát triển lâu dài, nhiều phương pháp bảo vệ thông tin đãđược đưa ra như giải pháp dùng mật mã học Các hệ mật mã đã được phát triển nhanhchóng và được ứng dụng rất phổ biến Đã có rất nhiều những hệ mã phức tạp được sửdụng như DES, RSA, NAPSACK Bên cạnh giải pháp này còn một giải pháp khácđang được nghiên cứu và ứng dụng rất mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới đó là phươngpháp giấu tin (data Hiding) Đây là phương pháp mới và phức tạp, nó đang được xemnhư là một công nghệ chìa khoá cho các vấn đề bảo vệ bản quyền, nhận thực thông tin

và điều khiển truy cập ứng dụng trong an toàn và bảo mật thông tin

1.1 Giấu thông tín trong ảnh

Giấu thông tin trong ảnh hiện nay đang là một lĩnh vực khoa học công nghệthông tin chiếm tỷ lệ lớn nhất trong các chương trình ứng dụng, các phàn mềm, hệ thốnggiấu tin trong đa phương tiện Bởi lẽ trong thực tế lượng thông tin được trao đổi bằnghình ảnh là rất phổ biến Vì yậy qua nhiều nghiên cứu đã tìm ra rằng có thể giấu thôngtin trong ảnh với mục đích cất giấu thông tin quan trọng như Password, gửi thư bảomật, dưới một bức ảnh Lĩnh vực này đã và đang nhận được sự quan tâm rất lớn từ các

cá nhân, các tổ chức, các trường đại học và các viện nghiên cứu khoa học trên thế giới

Giấu thông tin trong ảnh nghĩa là thông tin sẽ được giấu cùng với dữ liệu ảnhnhưng chất lượng ít thay đổi và chẳng ai biết được đằng sau ảnh đó đang mang nhữngthông tin giá trị Ngày nay khi ảnh số đã được sử dụng rất phổ biến thì việc giấu thôngtin trong ảnh mang nhiều ý nghĩa và đã đem lại rất nhiều những ứng dụng quan trọng

trên nhiều lĩnh vực trong đời sống xã hội Ví dụ như đối với các nước phát triển, chữ kýtay đã được số hoá và lưu trữ sử dụng như là hồ sơ cá nhân của các dịch vụ ngân hàng

và tài chính, nó được dùng để nhận thực trong các thẻ tín dụng của người tiêu dùng.Phần mềm WinWord của Microsoữ cũng cho phép người dùng lưu trữ chữ kí trong ảnhnhị phân rồi gắn vào vị trí nào đó trong File văn bản để đảm bảo tính an toàn thông tin.Tài liệu đó được truyền trực tiếp qua máy Fax hoặc được lưu truyền trên mạng Chúngrất dễ bị lấy cắp và bị thay đổi bởi các phần mềm chuyên dụng Việc nhận thực cũng nhưphát hiện thông tin xuyên tạc đã trở nên vô cùng quan trọng và cấp thiết Thông tin đượcgiấu trong ảnh một cách vô hình, nó cũng giống như là một cách truyền thông tin mậtcho nhau mà người khác không thể biết được bởi sau khi giấu thì chất lượng ảnh gầnnhư không thay đổi đặc biệt đối với ảnh màu hay ảnh xám

1.2 Các kiểu giấu thông tin trong ảnh

1.2.1 Các vấn đề cơ bản liên quan đến ảnh

Gốc của ảnh (ảnh tự nhiên) là một ảnh liên tục cả về không gian và độ sáng Đểđưa được ảnh vào máy tính số ảnh cần được số hoá số hoá ảnh là sự biến đổi gần đúngmột ảnh liên tục thành một tập điểm phù họp về vị trí (không gian) và độ sáng (mứcxám) Khoảng cách giữa các điểm đó được thiết lập sao cho mắt người không thể phânbiệt được danh giới giữa chúng Mỗi một điểm như yậy được gọi là một điểm ảnh (PEL:Picture Element) hay gọi tắt là Pixel Trong khuôn khổ ảnh hai chiều mỗi Pixel ứng vớicặp toạ độ (x, y)

Như yậy điểm ảnh là một phần tử của ảnh số tại toạ độ (x, y) với độ xám hoặcmàu nhất định Kích thước và khoảng cách các điểm ảnh đó được chọn thích họp saocho mắt người cảm nhận được sự liên tục về không gian và mức xám của ảnh gần như làthật Mỗi phần tử trong ma trận được coi là một phàn tử ảnh

Ảnh màu: Trong khuôn khổ lí thuyết ba màu (Red, Blue, Green) để tạo nên thế giớimàu người ta pha trộn ba màu đó với nhau để tạo nên thế giới màu đó Ảnh màu thườngdùng 3 byte để mô tả các mức màu Khi đó giá trị các mức màu sẽ là28*3 ® 16.7 triệumàu.

Khi dùng ảnh để giấu thông tin thì ảnh và thông tin được giấu có thể xử lý trước

để phục vụ cho việc giấu thông tin hoặc tích chập chúng với nhau được dễ dàng hơn Córất nhiều phương pháp xử lý ảnh như mã hóa, biểu diễn ảnh dưới dạng các bít nhị phânrồi đem cộng(+), trừ(-), nhân(*), chia(/) hoặc tích chập, với một giá trị khác bất kỳnhằm mục đích bảo mật thông tin khiến người khác khó phát hiện và đánh cắp thông tin

Việc xử lý ảnh và xử lý thông tin trước khi đem chúng tích hợp với nhau là rấtquan trọng và cần thiết có như vậy thì ta mới đảm bảo an toàn cho thông tin khi giấu.1.2.2 Giấu kiểu đính kèm

a Cấu trúc chung của một file trên máy tính

Trong đó

Header: Xác định thông tin File

■ Kiểu File

■ Kích thước File

Data : Gồm khung text và íòrmat trailer chứa các dữ liệu trong file DOC

b, Cách đọc và xác định file của máy tỉnh

Ví dụ để đọc và xác định íĩle có tên là nhac.mp3, ngoài việc máy tính dựa vàotên íỉle có định dạng ,mp3 để đọc thì máy tính còn quan tâm đến Header của file Trongmột file bất kỳ Header chứa định dạng của file và khôngthể thay đổi được, máy tính dựavào header đó để tìm ra định dạng của file và tiến hành đọc nó Bởi lẽ nếu vẫn là fìlenhac.mp3 ta đổi tên fìle thành nhac2 thì máy tính vẫn mở được nhờ các phần mềm hỗ trợtrong máy tính như các dàn media, gommedia, yy

Dựa vào cấu trúc chung của các file mà người ta nghĩ ra cách giấu thông tin theokiểu đính kèm cụ thể là đính kèm các fìle vào một fìle ảnh

Cách thức đính kèm: Nối nhị phân một fìle A vào sau một file ảnh trong đó File A

là một thư mục chứa các fìle thông tin có những định dạng khác nhau như text, mp3,doc,

File ảnh ở đây có thể là ảnh jpg, jpeg, bmp,w

Có thể hình dung cách thức giấu thông tin theo kiểu đính kèm như sau:

Khi đính kèm một fìle A vào sau một fìle ảnh thì Header và kích cỡ của ảnh làkhông thay đổi, size của fĩle đính kèm A là không giới hạn Dựa vào cách đọc và xácđịnh fìle của máy tính, để mở fĩle ảnh gốc thì máy tính sẽ tự động dò kiểu dữ liệu củafile ảnh gốc trên các header có định dạng JPG chứ nó không quan tâm đến các định dạngkhác kèm theo như là các định dạng của các file được đính kèm Nếu máy tính tìm đượctrên các header của các file có định dạng là JPG thì nó sẽ chỉ mở fĩle đó

a. Vi dụ về một phương pháp giấu kiểu đính kèm

-> Giấu kiểu đính kèm là sử dụng phương pháp mã hóa các lệnh sao chép và dấunhắc lệnh trong Dos bằng cách sử dụng một chuyển đổi /b để chuyển hầu hết các loạitập tin vào một hình ảnh Phương pháp này rất đơn giản và chỉ mất ít hơn 30 giây Cóthể hình dung phương pháp này như sau:

Cần giấu các tập tin filel.doc, file2.exe, file3.bmp trong một ảnh có tên làanh.jpg Đưa chúng vào trong một thư mục mới, được khởi tạo trên ổ c và nén lại bằngmột phần mềm nén Winrar hoặc bất cứ một phần mềm nén nào khác

♦ Cách làm như sau:

1 Click Start\Run \ cmd sau đó ấn OK để mở cửa sổ dòng lệnh

Type the name ũf a program, folder, document, or Internet resource, and VVnÒovvs wil open itfbr you.

Open:

4

t i

CancelO

K

Browse,

2 Trong cửa sổ lệnh gõ cd\ để chuyển đường dẫn đến nơi chứa hai tập tin này.

CA c: \WIN DO ws\ System ỉ 2 \c md ửxe

i<c> Copiíi’iffht 1985-2001 Hiorosoft Corp C:\Docuroents and Settings\CaJhya>cđ\

3 Đánh dòng lệnh sau: Copy /b hanh.jpg + 123.rar 123 hanh.jpg

C.Í C:\WINDOWSlsystem32Vcmd.exe Mịci'osoft Mindọụs XP [Uei^sion 5.1.2600] (C) Copyi'icfhfc 1985-2001 Micr-osoít Corp. TỊG:'sDocuments and SettingsXAdrriinisti*atoi*>cd\

C:\XIopy /h lvanJi.jpg * i23.»*ai' i23_li»n!h.jpg w

u

4 Nhấn Enter, cửa sổ lệnh sẽ tạo một tập tin có tên là 123_hanh.jpg trong

ổc

C:\WINDOW5isystem32\cmd.exe M - H * ỉ Mici'osoft Uind 0 M& XP EUepsỉon 5.1.2600] <C!> Copyright Ì98S-2001 MicrcsoÊt Corp. 3C:\Docunients and Settings\fìdininisti“atop>cd['*»

C:\>Copy /b Iianh.jpg + 123.rar 123Jhanh«jpgr

■ Để truy xuất vào dữ liệu bên ữong tập tin nén 123.rar, ta chi cần đổi đuôi

■ Sự chuyển đổi 7b’ chính là những bản sao nhị phân.

■ Kiểu giấu thông tin này có thể ẩn được hầu hết các loại tệp như rar, swf, mp3,txt, exe yy chỉ trong một hình ảnh Các tập tin ảnh có thể là jpg, png, bmp, hoặcgif

* ưu điểm:

- Phương pháp này có thể ẩn bất cứ kiểu tệp nào trong một hình ảnh

- Không giới hạn tập tin, kích thước (size) các file giấu

* Nhược điểm:

1.2.3 Giấu kiểu chèn bít

ảnh sẽ có giá trị từ 0 đến 255 (ảnh này còn được gọi là ảnh đa cấp xám) Neu B = 1 đó

là ảnh nhị phân chỉ với hai màu đen và trắng ứng với giá trị 0 và 1 Trong các bít mã hoá

toàn thông tin là cao hơn so với bít bậc thấp do bít bậc cao có nhiều mức xám mà mắtngười chỉ phân biệt được khoảng 40 mức

Giấu kiểu chèn bít dựa trên đặc điểm về các điểm ảnh trong đó cần quan tâmđến mức xám của điểm ảnh

Với ảnh màu được biểu diễn bằng 24 bit tương ứng với 16,7 triệu mức xám mỗimức xám được biểu thị bằng một giá trị số Anh đa cấp xám thường được biểu diễnbằng 8 bit, như vậy nó sẽ có 256 mức xám Dựa trên đặc điểm mắt người chỉ có thểphân biệt được được khoảng 40 mức xám khác nhau vì vậy mà các mức xám còn lại sẽđược lợi dụng để giấu thông tin vào trong đó bằng các phép biến đổi, hay cụ thể làbằng phép chèn các bít thông tin vào đó Vì không một ai có thể phân biệt được sựkhác nhau giữa hai mức xám có giá trị 212 và 213 hoặc mức xám có giá trị 50 và 51.Tuy nhiên khi giấu thông tin kiểu chèn bít thì thông tin đem giấu phải có kích cỡ (size) nhỏ hơn hoặc bằng kích cỡ của ảnh gốc(ảnh được giấu)

* Vi dụ:

Hình b Cho thấy một ô màu có thông sổ màu (Red, Green, Blue) là 51

IIIIIIII

Iiiiiri

luston colois:

■rrrrrrr

1.2.4 Một sấ công cụ gỉấu thông tín hiện có

é Phần mềm Our Secret

* Chức nàng:

Giấu thông tin trong một fĩle vào một fĩle khác

Our Secret dùng thuật số 256 bit mã ho á, nén cao nhất, khả năng tự thiết lậpmật mã Những íĩles được nén này chứa những íĩles ẩn giấu hoàn toàn đầy đủ và y hệtnhư íĩle chính gốc

Giao diện phần mềm Our Secret

* ưu điểm: Dễ dùng, thông tin được giấu an toàn, khó bị người khác phát hiện

+ Cách giấu và mở file giấu

- Giấu flle

• Bước 1: Select a carrỉer f!Ie ( Chọn ra một fĩle để chuyên chở)

Click vào nút phải, để chọn fíle trong Windows Explorer

• Bước 2: Add\ Remove a íile or message (Thêm vào hoặc lấy đi 1 ílle

hay thông tin)

Add Instant Message

Subịect: ịTũ

Text

Dearest Rachd;

ỉt is very important for me to expiess lũ /QU how much „ỤQU really me an to me I wish

I could do this in person while hQldmgyou in my aiíĩis and gazing into.your eyes But smce

we aie physically sepaĩated bjj miles QÍ emptiness, this enpression must CQíĩie in the íorm of letters such

as this.

Rachel I kncMi it is diPíicult íoryou, as it is for me, to be separated for so lũng.

Life sesms tũ be fulỉ of írials ũf íhĩs tựpe which test our inner

- Thêm vào Fi!es: Chọn Exỉsted File ấn Next

và chọn file định giấu, fĩle đó sẽ xuất hiện

- Thêm vào Message: Chọn New message,click tiếp vào Next -> hộp thoạỉ Add instantmessage xuất hiện Điền mục (Subject) vàtext (chứa những gì bạn muốn giấu) Clickvào OK khi điền xong Nếu muốn loại bỏnhấn Remove

• Bước 3: Xác định mật khẩu cho thư mục

giấu và đánh lại mật khẩu trong

khung Conlỉrm the Password Cuốicùng ấn vào nút Hide để bắt đầu quátrình giấu Khi giấu hoàn tất, hãylưu lại kết quả

- Mở file giấu (Unhide file):

• Bước 1: Xác định file chuyên chở (carrier

file) ấn nút bên phải của giao

diện, chọn íĩle chuyên chở

x|

'1

• Bước 2: Nhập mật mã trong hộp thoại text

và click vào nút Unhide để

khởi động lại quá trình mở lại filegiấu Khi qua trình hoàn tất, tên fĩle

sẽ được giấu đi trong bảng

• Bước 3: Click đúp vào fĩle giấu, file giấu sẽ

được hiển thị và lưu lại

Lưu v: Đe gửi thông tin mật cho người khác thì

ừong máy tính của người đó

cần có chương trình phần mềm Our Secret V

à mật khẩu để mở File giấu

é Chương trình steganography

*

Chức năng:

- Nhúng các thông tin mật cần gửỉ vào trong một tấm ảnh số Gỉao

diện chính câa chương trình

+ Các giấu và mở file giấu:

- Tại giao diện chính click chuột vào Menu Fíle > Load bitmap Rồi chọn mộttấm ảnh bất kỳ ( bmp) làm ảnh gốc

- Sau đó lại ấn tiếp vào menu Fỉie > Add data fỉle để chèn các thông tin mật cóđịnh dạng ( Txt, doc, xls, exe) vào

- Tất cả các íĩle mật sau khỉ được chọn sẽ hiện thành một bảng danh sách bênphải của giao diện chính

- Tiếp theo click chuột vào Menu File\ Save bỉtmap để lưu lại nội dung mật bênừong íĩle ảnh sấ

- Để mở thông tin mật bên trong File ảnh số, kích hoạt lại chương trình rồi ấnMenu File\ Load bitmap \ Extract file và xác định đường dẫn để trích xuấtthông tin ra

1.3 Lựa chọn gỉảỉ pháp

- Ngày nay có rất nhiều phần mềm, công cụ tin học để giấu thông tin Với haikiểu giấu thông tin đã nêu ở trên em sử dụng kiểu giấu chèn bit để giấu ảnh vănbản trong ảnh và giấu ảnh trong ảnh vì giấu kiểu chèn bít là rất an toàn chothông tin

nhị phân, VY Với ảnh màu mức giá trị để biểu diễn mức xám là rất lớn(khoảng 16,7 triệu màu) nếu dùng để giấu thông tin sẽ là tốt vì độ an toàn thôngtin là rất cao(do được biểu diễn bằng bit bậc cao) Tuy nhiên khi làm việc vớiảnh màu số mức xám để sử dụng giấu thông tin là quá nhiều không thể dùng hếtdẫn đến hao phí bộ nhớ của máy tính lớn, mất nhiều thời gian, w Vì vậy với

đề tài này giới hạn bài toán chỉ làm việc trên ảnh đa cấp xám

Chương II: KỸ THUẬT GIẤU VĂN BẢN VÀ GIẤU ẢNH TRONG ẢNH

2.1 Giấu văn bản trong ảnh

Khải niêm:

trong một bức ảnh sao cho người xem không phát hiện được.

ta không muốn cho người khác đọc được.

2.1.1 Ví dụ bằng hình ảnh

Hình 1: Anh B là ảnh gốc(dùng để giấu văn bản)

Đây là ảnh đã được giấu thông tin từ ảnh A vào ảnh B theo kiểu giấu chèn bít nhưng giấu chưa tốt do bít được chèn là một giá trị lớn mắt người có thể nhận

ra được.

Nếu A[i, j] = 1 thì Dich[i, j] = B[i, j] + A[i, j] + 20

HELLO CUT HELLO CUT

HELLO CUT HELLO CUT

HELLO CUT HELLO CUT

Hình 2: Anh A là ảnh nhị phân chứa văn bản cần giấu (gồm bit 0 và 1)

Hình 3: Ảnh Đích là ảnh đã giấu ảnh A trong ảnh B (Giấu chưa tốt)

Ảnh được giấu thông tin từ hình 2 vào hình 1 theo kiểu chèn bít với bít được chèn mang giá trị nhỏ 0 hoặc 1 mắt người không thể phân biệt được giữa Đích và

- Giấu mật khẩu (Password), mã pin, yy

bị người khác lén đọc trộm yy

2.1.3 Hạn chế

a Hạn chế về độ dài của văn bản giấu

Kích thước của văn bản giấu phải nhỏ hơn hoặc bằng kích thước của ảnh

ảnh như vậy thông tin sẽ bị lộ, việc giấu và khôi phục thông tin sẽ khó khăn hom Điều này được mô tả bằng hình vẽ như sau:

Hình 4: Hình ảnh văn bản đã được giấu trong ảnh gốc

- Giả sử ta có một ảnh A chứa văn bản cần giấu sau:

gây lộ thông tin và sau khi khôi phục thông tin sẽ bị mất mát thông tin.

Ngược lại nếu ảnh B được giấu trong ảnh A ta sẽ được ảnh C’ như sau:

Van Ban

Chỉ có thể giấu ảnh văn bản trong ảnh với kích thước của ảnh giấu phải nhỏ hơn hoặc bằng kích thước của ảnh gốc.

b Độ sai của ảnh sau khi giấu

■ Neu ảnh giấu Text là ảnh nhị phân (chỉ có bit 0 và 1) đem cộng 1 vào ảnh gốc

~ 0

■ Với 0 < n < 5 ảnh được giấu là tốt, độ an toàn cao, khó phát hiện

2.1.4 Thuật toán giấu

Ảnh đa cấp xám thực chất cũng là ảnh đen trắng nhưng được chia thành nhiều mức Khi biểu diễn ảnh này trên máy tính cần 8 bit bằng 1 byte ứng với giá trị từ 0 đến 255 cho mỗi điểm sáng trên đó (Ví dụ 0 ứng với màu đen, 255 ứng với màu trắng, các điểm còn lại là hơi đen, hơi trắng, xám,w ) Mắt người chỉ phân biệt được khoảng 40 mức xám.

Nhìn vào hình 1 và hình 2 ở mục ví dụ trên ta có nhận xét ảnh gốc và ảnh

mất mát hoặc lộ thông tin.

*l Công việc giấu ảnh văn bản vào ảnh đa cấp xám được làm như sau:1

♦ Trường hợp giấu tốt:

là 1, khi ta đem cộng 2 điểm vào nhau nó sẽ có giá trị là 150+1=151 Giữa

giá tri 150 và 151 mắt người không thể phân biệt

được Tiếp theo ta cộng lần lượt các điểm tương ứng của hai ảnh trên ta sẽ được kết quả như hình 4.

1 Thuật toán giấu được mô phỏng bằng Sơ đồ khối sau trong đó:

- Giau.jpg là ảnh đa cấp xám được dùng để giấu ảnh văn bản

- Dich.jpg là ảnh Đích sau khi đã giấu ảnh ảnh văn bản (ảnh đa cấp xám)

- Chieucao(text): Chiều cao của ảnh chứa văn bản cần giấu

- Chieurong(text): Chiều rộng của ảnh chứa văn bản cần giấu

- i, j : là toạ độ các điểm ảnh trong ma trận ảnh

ảnh gốc, giá trị của các điểm ảnh trong ảnh Đích chỉ tăng tối đa thêm 1 so với các điểm ảnh gốc Như yậy ảnh gốc gần như là không thay đổi sau khi

đã được giấu thông tin.

Dỉch[ỉ, j] = Giau[i,j] + Goc[i, j]

Dich: Là ảnh sau khi đã giấu ảnh giấu vào ảnh gốc

♦ Trường hợp giấu không tốt

văn bản vẫn nổi lên trên và mắt thường có thể phân nhìn thấy dễ dàng.

vào giá trị các điểm ảnh gốc thì ở “giấu không tốt” giá trị các điểm ảnh trong ảnh giấu nếu là 1 sẽ được cộng thêm một giá trị khác là 20 hoặc một giá trị bất kỳ sau đó mới đem cộng vào các điểm ảnh trong ảnh gốc Như vậy độ chênh lệch giữa các điểm ảnh gốc và ảnh Đích là lớn dẫn đến mắt người có thể phân biệt dễ dàng giữa 2 điểm ảnh tương ứng, và thông tin giấu sẽ bị lộ.

Doc anh Text.jpg Doc anh giau.jpg

i = i+l

Begi n

en

Dich(i j) =

giau(ij) + text(ij)

Kết quả: Ảnh

Đich là ảnh đacấp xám

2.1.5 Thuật toán phục hôi

D o c a n h

g i a u j p g D o c a n h d i c h j p g

Text(ij) = dich(ij) - goc(ij)

Kết quả của thuật toán phục hồi

ảnh: ảnh Text là ảnh nhị phân

j < to chieurong(giau.jpg)

j = j + l

2.2 Giấu ảnh đa cấp xám trong trong ảnh đa cấp xám

♦ Khái niêm

Giấu ảnh trong ảnh là giấu một ảnh bên trong một hình ảnh khác mà người xem không phát hiện ra ảnh được giấu đó

Ví dụ bằng hình ảnh

2.2.2 Thuật toán giấu

điểm ảnh của ảnh gốc (B) Ảnh A khi chuyển sang nhị phân mỗi điểm ảnh sẽ đượcbiểu diễn bằng 8 bit, ảnh B là ảnh đa cấp xám nên mỗi điểm ảnh sẽ được biểu diễnbằng 1 byte Đem 8 bit của 1 điểm ảnh A cộng vào 8 byte của 8 điểm ảnh B Cộngchồng lần lượt các điểm ảnh A vào các điểm ảnh B cho đến hết Vì ảnh A là ảnhnhị phân nên khi cộng với các điểm ảnh của ảnh B các giá trị điểm ảnh trong B chỉ

lệch đó -> Thông tin sẽ được giấu an toàn

- Đọc ảnh A.jpg (ảnh đa cấp xám đem giấu)

- Cộng các bít nhị phân của ảnh A vào các điểm ảnh của ảnh B theo công thức sau:

Dich[i,1+8*0 -l)+k] = B[i, 1+8* (j-l)l+k + bit(A[i, j])+ k

Theo như hình minh hoạ dưới đây: ảnh A và ảnh B được biểu thị bằng ma trận

của ảnh B Cộng lần lượt hết các bít của các điểm ảnh A vào các byte của ảnh B ta đượcảnh Đích

Anh Đích chính là ảnh B đã chứa tất cả các bít của ảnh A

Tmng thuât ttìảtt VÁ thể vảy ra trtràng hịÍỊÌ ảnh ỉìỉrh hị trằn (ỉtì' SVTH: Đinh Thị Hồng Hạnh 26

Dich[i,j]= B[i,j]+bitA[i,j]

Nếu bít A[i, j] = 1, B[i, j] = 255

Dich[i, j] = 255 + 1 = 255 (trong Matlab) Như yậy khi phục hồi, ảnh giấu sẽ bị mấtthông tin do không biểu diễn được đúng giá trị số

sẽ mang giả trị là 256 Trong ngôn ngữ Matlab, mức xám của ảnh đa cấp xám có thể biểu diễn được trọng sổ lớn nhất là 255 nên khi cộng thêm 1 vào 255 nó vẫn chỉ mang giá trị đó Như vậy khi phục hồi thông tin tức ỉà lẩy giả trị mới của ảnh Dỉch trừ đi giá trị cũ của ảnh B thì sẽ bị không trả lại giá trị bit đúng của ảnh A dẫn đến khi phục hồi sẽ bị mất thông tin hoặc thông tin bị sai lệch.

2.2.3 Thuật toán phục hồi ảnh đa cấp xám

CHƯƠNG 3: CÀI ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM

3.1 Tiền xử lý ảnh

Sau khi thu nhận, ảnh có thể nhiễu, mờ độ tương phản thấp nên càn đưa vào bộ tiền

xử lý để nâng cao chất lượng Chức năng chính của bộ tiền xử lý là để lọc nhiễu, nâng độtương phản làm cho ảnh rõ và nét hơn

khoa học mang tính mới mẻ so với nhiều nghành khoa học khác nhưng tốc độ pháttriển của nó rất nhanh, kích thích các trung tâm nghiên cứu, ứng dụng vào thựctiễn

môn học liên quan đến nhiều lĩnh vực và cần nhiều kiến thức cơ sở khác như xử lýtín hiệu số, w sau là các công cụ toán học như đại số tuyến tính, xác xuất thống

kê, w

lượng ảnh, mã hoá ảnh, chèn ảnh đã mang lại rất nhiều thuận lợi cho nhiềungành khoa học khác Xử lý ảnh bắt đầu phát triển mạnh từ sau năm 1955 vì khi đómáy tính điện tử ra đời và việc xử lý ảnh trên máy tính đã mang lại nhiểu thành tựumới mẻ

lượng ảnh hoặc biến đổi ảnh(mã hoá, chuyển sang ảnh nhị phân, ảnh đa cấpxám, ) sao cho phù họp với mục đích sử dụng tiếp theo của con người hay cụ thểhơn là mã hoá biến đổi ảnh để giấu, ẩn thông tin vào bên trong nó

cao chất lượng như sử dụng toán tử không gian, sử dụng toán tử điểm

Trong phương pháp cải thiện ảnh sử dụng toán tử điểm cần quan tâm đến một số kỹthuật sau:

• Mô hình hoá và biến đổi lược đồ xám

như thế nào Chẳng hạn :

+ Neu ảnh được scanner từ một ảnh được chụp trên phim, các hạt trên phim là mộtnguồn nhiễu Nhiễu có thể là kết quả của việc phim bị hư hỏng hoặc do chất lượngcủa scanner

+ Neu ảnh được thu thập trực tiếp từ định dạng số, cơ chế của việc thu thập dữ liệuảnh ( chẳng hạn như bộ phát hiện CCD ) có thể tạo ra nhiễu

+ Sự truyền dữ liệu ảnh cũng có thể bị nhiễu tác động

trong một ảnh Các cách khác nhau được sử dụng cho các loại nhiễu khác nhau Cáccách đó bao gồm :

+ Sử dụng các bộ lọc tuyến tính (Linear Filter)

+ Sử dụng các bộ median (Median Filter)

+ Sử dụng các bộ lọc thích nghi (Adaptive Filter)

hàm imnoise mà ta có thể dùng để thêm nhiễu vào một ảnh

a- Sử dụng các bộ lọc tuyến tính

Ta có thể sử dụng các bộ lọc tuyến tính để loại bỏ nhiễu trong một ảnh Các bộ lọcnày chẳng hạn như bộ lọc trung bình hoặc bộ lọc Gauss là thích họp Chẳng hạn, một bộlọc trung bình được sử dụng để loại bỏ các hạt nhiễu từ một ảnh chụp trên phim Do mỗipixel được thiết lập tới giá trị trung bình của các pixel xung quanh nó, do vậy sự biến động

địa phương gây ra bởi các hạt nhiễu bị giảm bớt b- Sử dụng các bộ lọc medỉan

Sử dụng các bộ lọc trung bình tương tự như việc sử dụng các bộ lọc trung bình(averaging íĩlters), mỗi pixel ra được thiết lập giá trị trung bình của các giá trị pixel lâncận của pixel vào tương ứng Tuy nhiên, với bộ lọc này, giá tri của một pixel ra đượcquyết định bởi median của các pixel lân cận hơn là giá tri trung bình Median thườngnhỏ hơn nhiều so với trung bình các giá trị xa nhất (được gọi là outliers) Bộ lọcmedian do đó tốt hơn để loại bỏ những outlier này mà không giảm độ sắc nét của ảnh.Hàm medfilt2 sử dụng phép lọc median.

c- Lọc trung vị

Lọc trung vị là điểm ảnh đầu vào sẽ được thay thế bởi trung vị các điểm

ảnh

Trung vị được viết với công thức:

V(m, n) = trungvi(y(m-k, n-1)) với k, 1 e cửa sổ w.

- Kỹ thuật này đòi hỏi giá trị này các điểm ảnh trong cửa sổ phải xếp theo thứ tựtăng hay giảm dần so với giá trị trung vị Kích thước cửa sổ w thường đượcchọn sao cho số điểm ảnh trong cửa sổ là lẻ Các cửa sổ hay thường dùng cókích thước là 3x3, 5x5, hay 7x7 Ví dụ:

- Nếu y(m) = {2, 3, 8, 4, 2} và cửa sổ w = (-1, 0, 1), ảnh thu đước sau lọc trung

v[4] = 2 <giá trị biên>

Tính chất của lọc trung vị:

- Lọc trung vị là lọc phi tuyến điều này dễ nhận thấy từ công thức sau:

- Trungvi(x(m) + y(m)) # Trungvi(x(m)) + Trungvi(y(m))

Ảnh dễ bị mờ do tại những vùng ảnh có cả điểm sáng và điểm tối, khi lấy trung

vị giá trị đó nằm ở khoảng giữa các điểm ảnh còn lại Điểm ảnh có giá trị lớn sẽ bé

đi, điểm ảnh có giá trị bé sẽ lớn hơn d- Lọc trung bình

Do có nhiều loạu nhiễu can thiệp vào quá trình xử lý ảnh nên cần có nhiều bộ lọcthích họp Với nhiễu cộng và nhiễu nhân ta dùng bộ lọc thông thấp, trung bình và lọc đồnghình yy

- Lọc trung bình nghĩa là mỗi điểm ảnh được thay thế bằng trung bình trọng số của các điểm lân cận và được định nghĩa như sau:

- Giả sử đầu vào biểu diễn bởi ma trận I

Ảnh số thu được bởi Y = H ® I có dạng:

3.2.1 Giới thiệu về ngôn ngữ Matlab 4

Điều kiên để cài đặt Matiab trons máy tính

30 Yêu cầu hệ thống

học 487( ngoại trừ 486 DX có bộ xử lý bên trong), Pentium Processor

a ỒCDROOM

partition và các tệp trợ giúp help được cài đặt trực tiếp theo tuỳ chọn Quá trình càiđặt sẽ thông báo tỉ mỉ về dung lượng đĩa yêu

- Ví dụ: Partition với một liên cung mặt 0 cần 25MB cho riêng Matlab và 50 MB cho cảMatlab và Help.

31 Partition với liên cung 64 KB cần 115 MB cho riêng Matlab và 250 MB

32 cho cả Matlab và Help

b Bộ nhớ

33 Microsoữ Window 95: 8 MB tối thiểu và 16 MB khuyến nghị

34 Microsoữ WIN NT 3.51 hoặ 4.0: 12 MB tối thiểu và 16 MB khuyến nghị

35 Các khuyến nghị:

36 Explorer 3.0 để chạy Matlab Help Desk

c Quá trình cài đật

như Matlab được cài từ trước Neu không, nhấn đúp chuột vào biểu tượng Setup.exe

để bắt đầu cài đặt

đầu cài đặt

37 hoặc không muốn tuỳ chọn nó (có thể thêm vào sau này nếu muốn) Trênmàn hình hiển thị C:\ MATLAB là thư mục mặc định của quá trình cài đặt hoặccũng có thể cài đặt vào thư mục khác bằng cách nhấn nút Browse

38 Yêu cầu tối thiểu để chạy Matỉab

tuyến

39 16 MB cho phân vùng bộ nhớ

40 Matlap là một ngôn ngữ rất mạnh có thể giải quyết mọi khó khăn.

41 Matlap có đầy đủ các đặc điểm của máy tính cá nhân: Giống như các máy tính

cơ bản, nó làm tất cả các phép tính các phép tính toán học cơ bản như cộng, trừ, nhân, chia Nócũng giông như máy tính kỹ thuật bao gồm: số phức, căn thức, số mũ, logarit, các phép toánlượng giác như sine, cosine, tag, đặc biệt Matlab còn có khả năng lập trình, có thể lưu trữ, tìmkiếm lại dữ liệu cũng có thể tái tạo, bảo vệ ghi trình tự các lệnh để tự động phép toán khi ngiảiquyết các vấn đề, có thể dung Matlab để so sánh các phép toán logic, điều khiển thực hiện lệnh

để đảm bảo tính đúng đắn của phép toán Giống như các máy tính hiện đại nhất, nó cho phépbạn biểu diễn dữ liệu dưới nhiều dạng như: biểu diễn thông thường, ma trận đại số, cácc hàm tổhọp và có thể thao tác với dữ liệu thường cũng như đối với ma trận

sử dụng rất nhiều các phép tính toán học Với những đặc điểm đó và khả năng thân thiện vớingười dùng nên nó dễ dàng được sử dụng hơn các ngôn ngữ khác như Basic, ngôn ngữ lập trình

năng mạnh mẽ về đồ hoạ, bạn có thể tạo các giao diện riêng cho người sử dụng (GUIS) để giảiquyết các vấn đề cho riêng mình Thêm vào đó Matlab đưa ra những công cụ để giải quyếtnhững vấn đề đặc biệt gọi là Toolbox(Hộp công cụ)

Toolbox xử lý tín hiệu, Toolbox biểu tượng toán học Ngoài ra bạn còn có thể tạo Toolbox riêngcho mình

những ai quan tâm đến nhiều lĩnh vực như tin học, xử lý ảnh, w

3.2.2 Các kiểu ảnh, các thao tác ảnh cơ bản trong Toolbox

- Một ảnh số chỉ bao gồm một ma trận dữ liệu X và ma trận bản đồ màu

dấu phẩy động nằm giữa 0 và 1 Mỗi hàng của của bản đồ chỉ ra các giá trị mà: red,green và blue của một màu đơn Một ảnh chỉ số sử dụng ánh xạ trực tiếp giữa giá trị củapixel ảnh tới giá trị trong bản đồ màu Màu sắc của mỗi pixel ảnh được tính toán bằngcác sử dụng giá trị tương ứng của X ánh xạ tới một giá trị của map Giá trị 1 chỉ ra hàng

- Một bản đồ màu thường được chứa cùng với ảnh chỉ số được tự động nạp cùng với ảnhkhi sử dụng hàm imread để đọc ảnh Tuy nhiên, ta không bị giới hạn khi sử dụng bản đồmàu mặc định, ta có thể sử dụng bất kỳ bản đồ nào

* Ảnh cường độ

- Một ảnh cường độ là một ma trận dữ liệu ảnh I mà giá trị của nó đại diện cho cường độtrong một số vùng nào đó của ảnh Matlab chứa một ảnh cường độ như một ma trậnđơn, với mỗi phần tử của ma trận tương ứng với một pixel của ảnh Ma trận có thể

bản đồ màu Matlab sử dụng bảm đồ màu để hiển thị chúng

- Những phần tử trong ma trận cường độ đại diện cho các cường độ khác nhau hoặc độxám Những điểm có cường độ bằng 0 thường được đại diện cho cường độ cao nhất haymàu trắng

phân 0 hoặc 1 Hai giá trị này tương ứng với bật hoặc tắt (on hoặc off) Một ảnh nhị phân được

48 họp giữa các giá tri R, G, B (Red, Green, Blue) được lưu trữ trong một mặt phảng màutai yị trí của pixel Định dạng file đồ hoạ lưu trữ trong một mặt phẳng màu tại yị trí củapixel Định dạng fìle đồ hoạ lưu trữ ảnh RGB giống như một ảnh 24 bít trong đó R, G, B

nhau

thuộc lóp double, mỗi thành phần màu có giá trị giữa 0 và 1 Một pixel mà thành phầnmàu của nó là (0, 0, 0) được hiển thị với màu đen và một pixel mà thành phần màu là

cùng với chiều thứ ba của mảng dữ liệu Chẳng hạn, giá trị màu R, G, B của pixel (10,5,

0) được lưu trữ trong RGB(10, 5, 1), RGB (10, 5, 2), RGB (10, 5, 3), tương ứng.

được lưu trữ trong (2, 3, 1:3) Giả sử (2, 3, 1) chứa giá trị

tại (2,3) sẽ là (0.5176, 0.1608, 0.0627)

ảnh RGB, đoạn mã sau đây tạo một ảnh RGB đơn giản chứa các vùng liên tục của R, G,

B và sao đó tạo một ảnh cho mỗi mặt phang riêng của nó (R, G, B) Nó hiển thị mỗi mặtphang màu riêng rẽ và cũng hiển thị ảnh gốc