Hệ thống thủy vân số và ứng dụng

Thủy vân là kỹ thuật giấu nhúng một lượng thông tin nhỏ vào dữ liệu nguồnnhằm ứng dụng bảo vệ bản quyền, phát hiện xuyên tạc thông tin cho dữ liệu đượcnhúng.. Thủy vân số là quá trình sử

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

PHÙNG THỊ LAN

HỆ THỐNG THỦY VÂN SỐ VÀ ỨNG DỤNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2011

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ 5

MỞ ĐẦU 6

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN VÀ THỦY VÂN SỐ 8

1.1 KỸ THUẬT GIẤU TIN 8

1.1.1 Khái niệm giấu tin 8

1.1.2 Phân loại các kỹ thuật giấu tin 8

1.1.3 Giấu tin trong dữ liệu đa phương tiện 11

1.2 TỔNG QUAN VỀ THỦY VÂN SỐ 14

1.2.1 Lịch sử phương pháp thủy vân số 14

1.2.2 Hệ thống thủy vân số 14

1.2.3 Các khả năng tấn công trên hệ thống thủy vân 16

1.2.4 Đặc trưng của thủy vân số 16

1.2.5 Các hướng ứng dụng của thủy vân số 17

CHƯƠNG 2 - MỘT SỐ THUẬT TOÁN THỦY VÂN TRÊN ẢNH SỐ 19

2.1 TỔNG QUAN VỀ ẢNH SỐ VÀ XỬ LÝ ẢNH BITMAP 19

2.1.1 Khái niệm về ảnh số và phân loại 19

2.1.2 Cấu tạo của ảnh bitmap 19

2.1.3 Xử lý ảnh bitmap 20

2.2 CÁC THUẬT TOÁN THỦY VÂN TRÊN MIỀN KHÔNG GIAN 21

2.2.1 Ý tưởng 21

2.2.2 Các phép toán sử dụng trong thuật toán 22

2.2.3 Thuật toán 1(SW) 23

2.2.4 Thuật toán 2 (Wu-Lee) 25

2.2.5 Thuật toán 3 (PCT) 27

2.2.6 Thuật toán 4 (LSB) 31

2.3 CÁC THUẬT TOÁN THỦY VÂN DỰA TRÊN MIỀN DCT 32

2.3.1 Biến đổi cosin rời rạc DCT

2.3.2 Quy trình kỹ thuật thủy vân trên miền DCT

2.3.3 Thuật toán DCT 1

2.3.4 Thuật toán DCT 2

2.3.5 Thuật toán DCT 3

2.4 CÁC THUẬT TOÁN THỦY VÂN DỰA TRÊN MIỀN DWT

2.4.1 Biến đổi sóng nhỏ rời rạc DWT

2.4.2 Thuật toán DWT1

2.4.3 Thuật toán DWT2

CHƯƠNG 3 - XÂY DỰNG ỨNG DỤNG

3.1 PHÁT BIỂU BÀI TOÁN

3.2 PHÂN TÍCH BÀI TOÁN

3.2.1 Đặc tả yêu cầu người sử dụng

3.2.2 Mô tả chức năng hệ thống

3.3 CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM

3.3.1 Chức năng nhúng thủy vân

3.3.2 Chức năng tách thủy vân

3.3.3 Kiểm tra tính xác thực thông tin

3.3.4 Kiểm tra tính bền vững

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Ví dụ bảng các hệ số DCT 33

Bảng 2.2 Minh họa thuật toán DCT 1 38

Bảng 2.3 Minh họa thuật toán DCT3 42

Bảng 3.1 Bảng tổng hợp kết quả thử nghiệm 60

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ phân loại kỹ thuật giấu tin 9

Hình 1.2 Ví dụ về thủy vân ẩn và thủy vân hiện 10

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống thủy vân số 15

Hình 2.1 Minh họa thuật toán 1(SW): nhúng bit 1 vào khối ảnh B 23

Hình 2.2: Minh họa chọn điểm ảnh giấu tin vào những khối ảnh một màu 24

Hình 2.3 Minh họa thuật toán Wu-Le: nhúng đoạn bit 011 26

Hình 2.4 Minh họa thuật toán 3 (TCP): nhúng đoạn bit “001010000001” 30

Hình 2.5 Minh họa thuật toán 4 (LSB): nhúng bít 1110 31

Hình 2.6 Phân chia 3 miền tần số của phép biến đổi DCT 34

Hình 2.7 Quy trình nhúng và tách thủy vân theo kỹ thủy vân trên miền DCT 35

Hình 2.8 Sự khác nhau giữa sóng(a) và sóng nhỏ(b) 43

Hình 2.9 Sơ đồ phân tách ảnh 2 chiều 45

Hình 2.10 Thể hiện bước phân tách ảnh 2 chiều 45

Hình 2.11 Sơ đồ bước xử lý ghép ảnh 2 chiều 46

Hình 2.12 Lược đồ sau ba mức phân tách theo kiểu hình chóp 47

Hình 2.13 Kết quả phân tách kiểu hình chóp 47

Hình 2.14 Lược đồ qua hai lần phân tách kiểu đóng gói 48

Hình 2.15 Kết quả phân tách kiểu đóng gói 48

Hình 3.1 Sơ đồ chức năng hệ thống 53

Hình 3.2 Giao diện khi mở ảnh gốc 55

Hình 3.3 Giao diện khi tạo thủy vân 56

Hình 3.4 Giao diện khi nhúng thủy vân 56

Hình 3.5 Giao diện khi tách thủy vân 57

Hình 3.6 Kết quả tách thủy vân từ ảnh chứa thủy vân không bị chỉnh sửa 58

Hình 3.7 Kết quả tách thủy vân từ ảnh sau khi tấn công tăng độ sáng 58

Hình 3.8 Chất lươngg̣ ảnh sau kiểm ứng bằng Photoshop 59

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay, cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin là sự phát triển mạnh

mẽ của các phương tiện dữ liệu số (như các bức ảnh, các audio, video ), việc đánhdấu bản quyền cho các dữ liệu này cũng ngày một cải tiến và nâng cao Tuy nhiên,công nghệ thông tin phát triển giúp cho việc chỉnh sửa, sao chép các dữ liệu số trở lên

dễ dàng điều này kéo theo một thực trạng là số lượng các bản sao chép bất hợp phápcủa các dữ liệu số ngày một nhiều Làm thế nào để xác nhận bản quyền tác giả, pháthiện sự xuyên tạc thông tin là một nhu cầu thiết yếu nhằm bảo vệ bản quyền cho cácphương tiện dữ liệu số Kỹ thuật thủy vân số (Digital Watermarking) là một trongnhững giải pháp đưa ra để giải quyết vấn đề này

Bằng cách sử dụng thủy vân, dữ liệu số sẽ bảo vệ khỏi sự sao chép bất hợppháp Thủy vân là một mẩu tin được ẩn trực tiếp trong dữ liệu số Thủy vân luôn gắnkết với dữ liệu số Bằng trực quan thì khó có thể phát hiện được thủy vân trong dữ liệuchứa nhưng ta có thể tách được chúng bằng các chương trình có cài đặt thuật toánthủy vân Thủy vân tách được từ dữ liệu số chính là bằng chứng kết luận dữ liệu số có

bị xuyên tạc thông tin hay vi phạm bản quyền không

Đó là những lí do mà em chọn đề tài “Hệ thống thủy vân số và ứng dụng”

làm nội dung nghiên cứu cho luận văn tốt nghiệp của mình

2 Mục đích của luận văn

Mục đích của luận văn là nghiên cứu hệ thống lý thuyết liên quan đến giấu tintrong đó tập trung vào nhánh thứ hai của giấu tin là thủy vân số Từ đó, xây dựngchương trình thử nghiệm cài đặt một số thuật toán thủy trên vân trên ảnh số nhằm ứngdụng xác thực thông tin và bảo vệ bản quyền cho dữ liệu ảnh số

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Luận văn tập trung nghiên cứu các kỹ thuật thủy vân trên ảnh số Ứng dụng màluận văn xây dựng là hệ thống nhúng và tách thủy vân nhằm xác thực nội dung thôngtin và bảo về bản quyền ảnh số

4 Phương pháp thực hiện

Phương pháp thực hiện đề tài là nghiên cứu các vấn đề liên quan đến giấu tin, tập trung sau đó tiến hành xây dựng chương trình và cài đặt chương trình thử nghiệm

5 Kết quả đạt được

Luận văn đã hệ thống lại các kiến thức cơ bản về giấu tin và thủy vân số,

nghiên cứu một số thuật toán thủy vân trên miền không gian và miền tần số Đồng thời

cài đặt thành công thuật toán thủy vân trên miền không gian nhằm ứng dụng xác thựcnội dung thông tin và thuật toán thủy vân trên miền DCT nhằm ứng dụng xác định bảnquyền tác giả.

6 Bố cục của luận văn

Luận văn được chia làm 3 chương

Chương 1 Tổng quan về kỹ thuật giấu tin và thủy vân số

Nội dung chương 1 đưa ra các kiến thức cơ bản về kỹ thuật giấu tin và thủyvân, từ đó chỉ ra thủy vân là một nhánh của giấu tin Tuy nhiên, mục đích của thủy vânkhác hoàn toàn so với mục đích của giấu tin mật và mã hóa Điều này được thể hiện

cụ thể ở phần phân tích các hướng ứng dụng quan trọng của thủy vân trong đờithường Có nhiều môi trường đa phương tiện để thực hiện giấu tin và cũng có chừng

đó môi trường để thực hiện thủy vân

Chương 2 Một số thuật toán thủy vân trên ảnh số

Chương này trình bày một số thuật toán thủy vân trên các miền: miền khônggian, miền tần số dựa vào biến đổi Cosine rời rạc DCT và miền tần số dựa vào biến đổisóng nhỏ rời rạc DWT

Chương 3 Xây dựng ứng dụng

Phần này sẽ phân tích và thiết kế các modul cho hệ thống, cài đặt thuật toánthủy vân và chạy thử nghiệm chương trình Thuật toán được lựa chọn cài đặt là thuậttoán thủy vân CPT trên miền không gian và thuật toán thủy vân dựa vào DCT trênmiền tần số

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN VÀ THỦY

VÂN SỐ

1.1 Kỹ thuật giấu tin

Loài người đã biết đến nhiều phương pháp bảo vệ thông tin khác nhau, giảipháp được biết đến sớm nhất đó là các hệ mật mã Với phương pháp này, thông tinban đầu được mã hóa, sau đó sẽ được giải mã nhờ khóa của hệ mã Độ an toàn củathông tin là do độ phức tạp của việc tìm ra khóa giải mã Các hệ mật mã như DES,RSA, NAPSACK…đã được sử dụng rất hiệu quả và phổ biến cho đến ngày nay Tuynhiên, việc truyền các thông tin sau khi mã hóa sẽ khiến đối phương nghi ngờ và tìmmọi cách để thám mã Hơn nữa, việc mã hóa và giải mã chỉ đảm bảo an toàn cho dữliệu trong quá trình truyền thông, sau khi giải mã dữ liệu sẽ không được bảo vệ nữa

Một hướng nghiên cứu mới đã thu hút sự quan tâm của nhiều người trongnhững năm gần đây đó là kỹ thuật giấu tin Cho tới nay kỹ thuật giấu tin đã được ứngdụng mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới

Vậy giấu tin là gì? Giấu thông tin là một kỹ thuật nhúng (giấu) một lượngthông tin số nào đó vào một đối tượng dữ liệu số khác Kỹ thuật giấu thông tin nhằmbảo đảm an toàn và bảo mật thông tin với hai mục đích Một là bảo mật cho dữ liệuđược đem giấu, hai là bảo vệ cho chính đối tượng dùng để giấu dữ liệu vào.Yêu cầu

cơ bản của kỹ thuật giấu tin là không làm ảnh hưởng đến dữ liệu gốc

1.1.2 Phân loại các kỹ thuật giấu tin

Hai mục đích khác nhau của kỹ thuật giấu tin dẫn đến hai hướng kỹ thuật chủyếu là giấu tin mật và thủy vân [7]

Giấu tin mật là kỹ thuật giấu một lượng thông tin lớn vào một dữ liệu chứa nào

đó sao cho người khác khó phát hiện được một đối tượng có giấu tin bên trong haykhông nhằm bảo vệ lượng thông tin đem nhúng Đồng thời, các kỹ thuật giấu tin mậtcòn quan tâm lượng tin có thể được giấu, lượng thông tin giấu được càng nhiều càngtốt Tuy nhiên, lượng thông tin giấu càng lớn thì tính ẩn của thông tin giấu càng thấp

Thủy vân là kỹ thuật giấu (nhúng) một lượng thông tin nhỏ vào dữ liệu nguồnnhằm ứng dụng bảo vệ bản quyền, phát hiện xuyên tạc thông tin cho dữ liệu đượcnhúng Tùy theo mục đích của hệ thủy vân mà người ta lại chia thành các hướng nhỏnhư thủy vân dễ vỡ và thủy vân bền vững

Giấu tin(Information hiding)

Giấu tin mật

(steganography)

Thủy vân(watermaking)

Thủy vân ẩn

(Imperseptipl watermarking)

Hình 1.1 Sơ đồ phân loại kỹ thuật giấu tin

Thủy vân bền vững quan tâm nhiều đến việc nhúng những mẩu tin đòi hỏi độbền vững cao của thông tin được giấu trước các biến đổi thông thường trên dữ liệuchứa Hướng này được sử dụng để bảo vệ bản quyền tác giả

Thủy vân dễ vỡ yêu cầu thông tin giấu sẽ bị sai lệch nếu có bất kỳ sự thay đổinào trên dữ liệu chứa Hướng này được sử dụng để phát hiện xuyên tạc thông tin

Ở mỗi loại thủy vân bền vững hoặc thủy vân dễ vỡ lại chia thành hai loại dựatheo đặc tính đó là thủy vân ẩn và thủy vân hiện Thủy vân hiện cho phép nhìn thấythông tin đem nhúng vào dữ liệu chứa Loại này được sử dụng cho mục đích công bốcông khai về quyền sở hữu Ngược lại, thủy vân ẩn không cho phép nhìn thấy nộidung thông tin nhúng và nó được sử dụng với mục đích gài bí mật các thông tin xácnhận quyền sở hữu

Hình 1.2 Ví dụ về thủy vân ẩn và thủy vân hiện

 Phân biệt giấu tin mật và thủy vân

Xét về tính chất, thủy vân giống giấu tin mật ở chỗ cả hai hướng này đều tìmcách nhúng thông tin mật vào một môi trường Nhưng về bản chất thì thủy vân vàgiấu tin có những nét khác ở một số điểm sau:

 Mục tiêu của thủy vân là nhúng thông tin không lớn, thường là biểutượng, chữ ký hay các đánh dấu khác vào môi trường phủ nhằm phục vụ việcxác nhận bản quyền Ngược lại, giấu tin mật yêu cầu lượng thông tin giấu làlớn

 Thủy vân khác với giấu tin mật ở chỗ giấu tin sau đó cần tách lại tin còn thủy vân tìm cách biến tin giấu thành một thuộc tính của vật mang

 Chỉ tiêu quan trọng nhất của một thủy vân là tính bền vững, của giấu tin

là dung lượng

 Thủy vân có thể vô hình hoặc hữu hình trên vật mang còn giấu tin chỉ được vô hình

1.1.3 Giấu tin trong dữ liệu đa phương tiện

Kỹ thuật giấu tin đã được nghiên cứu và áp dụng trong nhiều môi trường dữliệu khác nhau như trong dữ liệu đa phương tiện (văn bản, hình ảnh, âm thanh, phim),trong sản phẩm phần mềm và gần đây là những nghiên cứu trên lĩnh vực cơ sở dữ liệuquan hệ Trong các dữ liệu đó, dữ liệu đa phương tiện là môi trường chiếm tỷ lệ chủyếu trong các kỹ thuật giấu tin

1.1.3.1 Giấu tin trong ảnh

Hiện nay giấu tin trong ảnh chiếm tỷ lệ lớn nhất trong các chương trình ứngdụng, các phần mềm, các hệ thống giấu tin trong phương tiện do lượng thông tinđược trao đổi bằng ảnh là rất lớn Hơn nữa, giấu thông tin trong ảnh cũng đóng vai tròquan trọng trong hầu hết các ứng dụng bảo vệ an toàn thông tin như: xác thực thôngtin, bảo vệ bản quyền tác giả, điều khiển truy cập, giấu tin bí mật…Do đó vấn đề này

đã nhận được sự quan tâm lớn của các cá nhân, tổ chức, trường đại học, và việnnghiên cứu trên thế giới [1]

Thông tin sẽ được giấu cùng với dữ liệu ảnh nhưng chất lượng ảnh ít thay đổi

và không ai biết được đằng sau đó mang những thông tin có ý nghĩa Ngày nay, khiảnh số đã được sử dụng phổ biến, giấu thông tin trong ảnh đã đem lại nhiều nhữngứng dụng quan trọng trên nhiều lĩnh vực trong đời sống xã hội Ví dụ đối với các nướcphát triển, chữ ký tay đã được số hóa và lưu trữ sử dụng như hồ sơ các nhân của cácdịch vụ ngân hàng và tài chính, nó được dùng để xác thực trong các thẻ tín dụng củangười tiêu dùng Phần mềm WinWord của Microsoft cũng cho phép người dùng lưutrữ chữ ký trong ảnh nhị phân rồi gắn vào vị trí nào đó trong file văn bản để đảm bảotính an toàn của thông tin Tài liệu sau đó được truyền trực tiếp qua máy fax hoặc lưutruyền trên mạng Theo đó, việc xác thực chữ ký, xác thực thông tin đã trở thành mộtvấn đề quan trọng khi việc ăn cắp thông tin hay xuyên tạc thông tin bởi các tin tặcđang trở thành một vấn nạn đối với bất kỳ quốc gia nào, tổ chức nào Hơn nữa cónhiều loại thông tin quan trọng cần được bảo mật như những thông tin về an ninh,thông tin về bảo hiểm hay các thông tin về tài chính, các thông tin này được số hóa vàlưu trữ trong hệ thống máy tính hay trên mạng Chúng dễ bị lấy cắp và bị thay đổi bởicác phần mềm chuyên dụng Việc xác thực cũng như phát hiện thông tin xuyên tạc đãtrở nên vô cùng quan trọng và cấp thiết Một đặc điểm của giấu thông tin trong ảnh làthông tin được giấu trong ảnh một cách vô hình, tương tự cách truyền thông tin mậtcho nhau mà người khác không thể biết được bởi sau khi giấu thông tin chất lượngảnh gần như không thay đổi đặc biệt đối với ảnh mầu hay ảnh đa cấp xám

Các kỹ thuật giấu tin trong ảnh hiện nay đều thuộc vào một trong 3 nhóm:

Giấu tin trong miền quan sát Đây là kỹ thuật giấu tin vào các bit có trọng số

thấp (Least Significant Bit) Phương pháp này được áp dụng trên các ảnh bitmap

không nén, các ảnh dùng bảng mầu Ý tưởng chính của phương pháp là lấy từng bitcủa mẫu tin mật rồi rải nó lên ảnh mang, thay đổi bit có trọng số thấp của ảnh bằng cácbit của mẫu tin mật và mắt người không cảm nhận được sự thay đổi đó.

Các phương pháp dựa vào kỹ thuật biến đổi ảnh Ví dụ biến đổi từ miền không

gian sang miền tần số nhằm đảm bảo tính bền vững của thông tin được gấu, sử dụngcho kỹ thuật thủy vân bền vững Ý tưởng chính là nhúng thông tin bằng cách điều chếcác hệ số của phép biến đổi Cosin rời rạc theo các bit tin cần giấu và sự làm tròn lỗikhi lượng hóa Một số phương pháp khác thuộc nhóm này sử dụng ảnh như mô hìnhvật lý với các dải phổ thể hiện mức năng lượng Khi đó giấu tin giống như việc điềuchế một tín hiệu dải hẹp vào một dải tần rộng (ảnh phủ)

Các phương pháp sử dụng mặt nạ giác quan Nhóm này dựa trên nguyên lý

đánh lừa giác quan của con người bằng cách làm mờ bức ảnh “Mặt nạ” ở đây ám chỉhiện tượng mắt người không cảm nhận được một tín hiệu nếu nó ở bên cạnh một tínhiệu nhất định nào đó

1.1.3.2 Giấu tin trong audio

Giấu thông tin trong audio mang những đặc điểm riêng khác với giấu thông tintrong các đối tượng đa phương tiện khác Một trong những yêu cầu cơ bản của giấutin là đảm bảo tính chất ẩn của thông tin được giấu đồng thời không làm ảnh hưởngnhiều đến chất lượng của dữ liệu gốc Để đảm bảo yêu cầu này, kỹ thuật giấu thông tintrong ảnh phụ thuộc vào hệ thống thị giác của con người, còn kỹ thuật giấu thông tintrong audio lại phụ thuộc vào hệ thống thính giác Và một vấn đề khó khăn ở đây là hệthống thích giác của con người khá nhạy cảm, nghe được các tín hiệu ở các giải tầnrộng và công suất lớn nên những đoạn thông tin nhiễu dễ dàng bị phát hiện làm choviệc giấu tin gặp khó khăn Nhưng hệ thống thính giác lại kém trong việc phát hiện sựkhác biệt của các giải tần và công suất Điều này có nghĩa là các âm thanh to, cao tần

có thể che giấu được các âm thanh nhỏ thấp một cách dễ dàng Các mô hình phân tíchtâm lý đã chỉ ra điểm yếu trên và thông tin này sẽ giúp ích cho việc chọn các audiothích hợp cho việc giấu tin Vấn đề khó khăn thứ hai của giấu thông tin trong audio làkênh truyền tin Kênh truyền hay băng thông chậm sẽ ảnh hưởng đến chất lượngthông tin sau khi giấu Các phương pháp giấu thông tin trong audio đều lợi dụng điểmyếu trong hệ thống thính giác của con người Các thuật toán giấu tin trong audio đượcthực hiện trong miền biến đổi tần số, sử dụng kỹ thuật: mã hóa bit thấp, mã hóa tiếngvang, mã hóa pha,

Mã hóa bít thấp: Cũng như các file ảnh, phương pháp chèn vào các bit ít quan

trọng cũng lưu trữ dữ liệu giấu vào trong các bit ít quan trọng của file audio Phươngpháp mã hóa LSB là cách đơn giản nhất để nhúng thông tin vào trong dữ liệu audio.Phương pháp này sẽ thay thế bít ít quan trọng nhất (thường là bít cuối) của mỗi mẫu

dữ liệu bằng bit thông tin giấu

Mã hóa pha là kỹ thuật thực hiện giấu tin trong audio thông qua việc thay thế

pha của một segment audio ban đầu bằng một pha tham chiếu (referency phase) thểhiện dữ liệu Pha của các segment tiếp theo sẽ được điều chỉnh sao cho duy trì mốiquan hệ giữa các đoạn

Kỹ thuật giấu dựa vào tiếng vang thực hiện giấu tin bằng cách thêm vào tiếng

vang trong tín hiệu gốc Dữ liệu nhúng được giấu bằng cách thay đổi 3 tham số củatiếng vang: biên độ ban đầu, tỉ lệ phân rã và độ trễ Khi thời gian giữa tín hiệu gốc vàtiếng vang giảm xuống, hai tín hiệu có thể trộn lẫn và người nghe khó có thể phân biệtgiữa hai tín hiệu Số lượng tin giấu có liên quan đến thời gian trễ của tiếng vang vàbiên độ của nó

1.1.3.3 Giấu tin trong video

Cũng giống như giấu tin trong ảnh hay trong audio, giấu tin trong video cũngđược quan tâm và được phát triển mạnh mẽ cho nhiều ứng dụng như kiểm soát saochép thông tin, nhận thực thông tin và bảo vệ bản quyền tác giả Nhiều kỹ thuật giấutin trong ảnh được áp dụng cho giấu tin trong video nhưng đảm bảo các ràng buộc:

- Do dữ liệu video là rất lớn nên thời gian để giấu tin cũng rất lớn Vì vậy, việc giấu tin phải được thực hiện trong thời gian thực để truyền các tín hiệu video đi

- Do giới hạn của băng thông nên việc giấu tin không được làm thay đổi kích thước của dữ liệu

- Các dữ liệu video thường được lưu ở dạng nén, thông thường dựa vàoquá trình xử lý sự thay đổi ảnh từ khung hình này đến khung hình khác Vì vậy, khigiấu tin cần đảm bảo rằng thông tin không quá dễ phát hiện ra bằng mắt thường

1.1.3.4 Giấu tin trong văn bản

Trong trao đổi thông tin qua hệ thống máy tính, văn bản chiếm một tỷ lệ rất lớn

so với các loại phương tiện chứa khác Tuy vậy, giấu tin trong văn bản lại chưa đượcquan tâm nghiên cứu nhiều Các nghiên cứu về giấu tin trong văn bản được chia theohai hướng:

Thứ nhất, văn bản được sử dụng để giấu tin là những văn bản được chụp lại vàlưu trên máy như một bức ảnh nhị phân Theo hướng này, các kỹ thuật giấu tin đượcthực hiện như kỹ thuật giấu tin trong ảnh

Thứ hai, phương tiện chứa sử dụng cho quá trình giấu tin được lưu dưới dạngvăn bản Theo hướng này, giấu tin được thực hiện bằng cách điều chỉnh khoảng cáchgiữa các dòng hoặc thay đổi kích thước một số ký tự tại một số vị trí trên văn bản màkhông làm ảnh hưởng nhiều đến nội dung văn bản gốc

1.2 Tổng quan về thủy vân số

1.2.1 Lịch sử phương pháp thủy vân số

Phương pháp thủy vân đầu tiền được thực hiện là thủy vân trên giấy Đó là mộtthông tin nhỏ được nhúng chìm trong giấy để thể hiện bản gốc hoặc bản chính thức.Theo Hartung và Kutter [8], thủy vân trên giấy đã bắt đầu được sử dụng vào năm

1292 ở Fabriano – Italy – nơi được coi là nơi sinh của thủy vân Sau đó, thủy vân đãnhanh chóng lan rộng trên toàn Italy và rồi trên các nước châu Âu và Mỹ Ban đầu,thủy vân giấy được dùng với mục đích xác định nhãn hàng và nhà máy sản xuất Saunày được sử dụng để xác định định dạng, chất lượng và độ dài, ngày tháng của sảnphẩm

Đến thế kỷ thứ 18, nó bắt đầu được dùng cho tiền tệ và cho đến nay thủy vânvẫn là một công cụ được dùng rộng rãi với mục đích bảo mật cho tiền tệ, chống làmtiền giả Thuật ngữ “thủy vân” (watermarking) được đưa ra vào cuối thế 18, nó bắtnguồn từ một loại mực vô hình khi viết lên giấy và chỉ hiển thị khi nhúng giấy đó vàonước Năm 1988, Komatsu và Tominaga đã đưa ra thuật ngữ “thủy vân số” (Digitalwatermarking)

Vậy thủy vân số là gì? Thủy vân số là quá trình sử dụng các thông tin (ảnh,chuỗi bít, chuỗi số) nhúng một cách tinh vi vào dữ liệu số (ảnh số, audio, video haytext) nhằm xác định thông tin bản quyền của tác phẩm số Mục đích của thủy vân số làbảo vệ bản quyền cho phương tiện dữ liệu số mang thông tin thủy vân

1.2.2 Hệ thống thủy vân số

Hệ thống thủy vân số là quá trình sử dụng một thủy vân nhúng vào trong một

dữ liệu số để được một dữ liệu số có chứa thủy vân hay gọi là dữ liệu có bản quyền

Dữ liệu có bản quyền này sẽ được phân phối trên kênh truyền tin Trong quá trìnhphân phối, dữ liệu bản quyền có thể bị tấn công trái phép hoặc yếu tố gây nhiễu Nếu

dữ liệu số bản quyền bị nghi ngờ sao chép trái phép hoặc chỉnh sửa thông tin thì có thểxác minh nhờ quá trình tách thủy vân đã nhúng Như vậy, hệ thống thủy vân số nóichung bao gồm 2 quá trình là quá trình nhúng thủy vân và quá trình tách thủy vân

Thủy vân mang thông tin bảo mật hoặc bản quyền về dữ liệu chứa

Khóa thủy vân được dùng cho cả phiên nhúng và phát hiện thủy vân Khóathủy vân là duy nhất với mỗi thủy vân Khóa đó là khóa bí mật, chỉ tác giả mới biết.Điều đó nói lên rằng chỉ tác giả mới phát hiện ra được thủy vân Tùy từng bộ nhúngthủy vân mà có các yêu cầu với khóa thủy vân

Quá trình nhúng thủy vân:

Giai đoạn này gồm thông tin khóa thủy vân, thủy vân, dữ liệu chứa và bộ nhúngthủy vân

Dữ liệu chứa bao gồm các đối tượng như văn bản, audio, video, ảnh… dạng

số, được dùng làm môi trường để giấu tin

Bộ nhúng thủy vân là chương trình được cài đặt những thuật toán thủy vân và

được thực hiện với một khóa bí mật

Thủy vân sẽ được nhúng vào trong dữ liệu chứa nhờ một bộ nhúng thủy vân

Kết quả quá trình này là được dữ liệu chứa đã nhúng thủy vân gọi là dữ liệu có bản

quyền và được phân phối trên các môi trường khác nhau Trên đường phân phối có

nhiễu và sự tấn công từ bên ngoài Do đó yêu cầu các kỹ thuật thủy vân số phải bền

vững với cả nhiễu và sự tấn công trên

 Quá trình tách thủy vân:

Quá trình tách thủy vân được thực hiện thông qua một bộ tách thủy vân

tương ứng với bộ nhúng thủy vân cùng với khóa của quá trình nhúng Kết quả thu

được là một thủy vân Thủy vân thu được có thể giống với thủy vân ban đầu hoặc sai

khác do nhiễu và sự tấn công trên đường truyền

Khóa thủy vân

Dữ liệusố

1.2.3 Các khả năng tấn công trên hệ thống thủy vân

Thủy vân bền vững phải vượt qua được các tấn công ngẫu nhiên và cố ý Sauđây là một số khả năng tấn công được biết đến nhiều nhất

Tấn công đơn giản: là dạng tấn công cố gắng làm hỏng thủy vân đã được

nhúng bằng cách thao tác lên toàn bộ dữ liệu đã được nhúng thủy vân mà không có ýđịnh nhận dạng để tách lấy thủy vân

Tấn công phát hiện: là sự tấn công với mục đích loại bỏ đi mối quan hệ và vô

hiệu hóa khả năng khôi phục thủy vân, làm cho bộ phát hiện không thể xác định đượcthủy vân Điều này được thực hiện chủ yếu bằng cách thay đổi hình dạng hình họcnhư: phóng to thu nhỏ, xoay, cắt xén, xóa hoặc chèn thêm điểm ảnh và các phép biếnđổi hình học…

Tấn công nhập nhằng: là sự tấn công với mục đích gây nhầm lẫn bằng cách

tạo ra dữ liệu gốc giả hoặc dữ liệu đã được nhúng thủy vân giả Ví dụ: kẻ tấn công cóthể làm giản tính xác thực của thủy vân bằng cách nhúng một hoặc nhiều thủy vân bổsung sao cho thủy vân mới không thể phân biệt được với thủy vân ban đầu – thủy vândùng để xác thực

Tấn công loại bỏ: nhằm mục đích phân tích để xác định ra thủy vân hoặc dữ

liệu gốc, tách dữ liệu đã được nhúng thủy vân thành dữ liệu gốc và thủy vân

Cần chú ý rằng sự phân biệt trên nhiều khi không rõ ràng và nhiều khả năng tấncông không thể phân loại được vào một nhóm cụ thể nào cả

1.2.4 Đặc trưng của thủy vân số

Như đã đề cập trước đây, kỹ thuật thủy vân số rất hữu dụng khi ta muốn nhúngsiêu dữ liệu vào trong nội dung số Có một số cơ chế như sử dụng phần đầu của file

dữ liệu gốc để lưu trữ siêu dữ liệu Tuy nhiên khi muốn chèn các thủy vân hiện vàoảnh và video, hoặc thêm thông tin về audio trong audio thì kỹ thuật thủy vân khá phứctạp vì nó có các đặc trưng chính sau đây:

Tính không thấy được (ẩn): Khi nội dung số được nhúng thủy vân ta có thể

không nhìn thấy được nội dung đã được nhúng vì gần như việc nhúng thủy vân vàonội dung đa phương tiện sẽ không làm thay đổi nhiều nội dung đa phương tiện đó sovới nguyên bản của nó Có nhiều phương pháp khác nhau để đạt được điều đó Chẳnghạn, phương pháp nén mất dữ liệu nhằm làm giảm sự tồn tại của dữ liệu đến mức chỉcòn là dòng tín hiệu nhỏ nhất Các nghiên cứu về thủy vân trước đây thường tập trungthiết kế dấu thủy vân vô hình và đặt chúng trong vùng tín hiệu không quan trọng vềmặt cảm nhận, ví dụ như vùng tần số cao hoặc các bít ít quan trọng Các kỹ thuậtnghiên cứu gần đây (chẳng hạn như kỹ thuật trải phổ) lại chèn thủy vân vào vùng quantrọng về mặt cảm nhận Thực nghiệm cho thấy, các kỹ thuật này không những đảmtính ẩn của thủy vân mà còn nâng cao tính bền vững của thủy vân chống lại các tấncông vào dữ liệu

Tính bền vững: thủy vân tạo ra phải bền vững với bất kỳ thao tác chỉnh sửa

nào lên dữ liệu gốc Thủy vân sẽ không bị thay đổi hay phá hủy trước các hành vi cóchủ tâm hoặc các hành vi làm thay đổi hình dạng hình học của dữ liệu gốc Ví dụ:chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số, từ tín hiệu số sang tín hiệu tương tự,cắt xén, lấy mẫu, quay, co dãn tỷ lệ và nén Tính bền vững của thủy vân bao gồm 2 yêucầu: thủy vân còn tồn tại trong dữ liệu sau khi biến đổi dữ liệu và có thể tách đượcthủy vân nhờ bộ tách thủy vân

Để đạt được tính bền vững một giải pháp đưa ra là đặt thủy vân trong vùng tínhiệu quan trọng về mặt cảm nhận Vì khi dữ liệu bị thay đổi, độ trung thực của dữ liệuchỉ được đảm bảo khi vùng tín hiệu quan trọng về mặt cảm nhận còn tồn tại nguyênvẹn trong khi vùng không quan trọng có thể bị thay đổi rất nhiều

Tính dễ hỏng: là đặc tính đối ngược hoàn toàn với tính bền vững Thủy vân sẽ

bị phá hủy bởi bất cứ phương thức chỉnh sửa nào trên dữ liệu, vì vậy bất kỳ thao tácnào tác động vào dữ liệu cũng sẽ bị phát hiện

Tính không tách rời: khi nội dung số đã được nhúng thủy vân thì không thể

tách thủy vân ra khỏi nội dung số để lấy lại nội dung gốc

Tính bảo mật: Kỹ thuật thủy vân giúp ngăn chặn việc sử dụng vi phạm bản

quyền nội dung số Khóa thủy vân đảm bảo chỉ có tác giả mới có quyền chỉnh sửa thủyvân có trong nội dung số

1.2.5 Các hướng ứng dụng của thủy vân

 Bảo vệ bản quyền tác giả (copyright protection): Đây là ứng dụng cơ bản nhất

của kỹ thuật thủy vân [2] Trong thực tế, nhiều tác phẩm đã có tác quyền nhưng vẫn bị sửdụng sai mục đích Các thông báo tác quyền này thường được đặt ở một vị trí nào đó trêntác phẩm được phân phối Chẳng hạn, ta thường thấy trên các tài liệu văn bản là

“copyright ngày người sở hữu ” hay trên các tác phẩm âm thanh thì được đặt trên băngđĩa vật lý hoặc trên bao bì, Vấn đề bảo vệ bản quyền này không được đảm bảo vì khôngquá khó để loại bỏ nó ra khỏi một tài liệu khi cần sao chép Ví dụ, một giáo viên sao chépmột số trang từ quyển sách mà quên sao chép thông báo tác quyền

ở trang tiêu đề Một ví dụ khác nữa là ảnh của người mẫu Lena- một ảnh thử thôngthường nhất trong lĩnh vực xử lý ảnh Ban đầu nó là một ảnh phóng to lồng giữa trangtạp chí của Playboy Khi ảnh được scan và dùng cho mục đích kiểm thử, ảnh đã bị cắtxén chỉ còn khuôn mặt và vai của Lena, dòng chữ Playboy đánh dấu tác quyền cũng bịcắt Ngoài ra, những dòng chữ thông tin về tác quyền này cũng làm giảm bớt vẻ đẹpcủa bức ảnh

Do các dấu thủy vân có thể vừa không thể nhìn thấy vừa không thể tách rời tácphẩm chứa nó nên sẽ là giải pháp tốt cho việc bảo vệ bản quyền tác giả Dấu thủy vân(một thông tin nào đó mang ý nghĩa quyền sở hữu tác giả) sẽ được nhúng vào trongcác sản phẩm, dấu thủy vân đó chỉ người chủ sở hữu hợp pháp các sản phẩm đó có và

được dùng làm minh chứng cho bản quyền sản phẩm Giả sử có một dữ liệu dạng đaphương tiện như ảnh, âm thanh, video cần được lưu thông trên mạng Để bảo vệ cácsản phẩm chống lại hành vi lấy cắp hoặc làm nhái cần phải có một kỹ thuật để “dántem bản quyền” vào sản phẩm này Việc dán tem hay chính là việc nhúng thủy vân cầnphải đảm bảo không để lại một ảnh hưởng lớn nào đến việc cảm nhận sản phẩm Yêucầu kỹ thuật đối với ứng dụng này là thủy vân phải tồn tại bền vững cùng với sảnphẩm, muốn bỏ thủy vân này mà không được phép của người chủ sở hữu thì chỉ cómột cách duy nhất là phá hủy sản phẩm.

 Xác thực thông tin và phát hiện xuyên tạc thông tin (authentication and tamper detection) : dấu thủy vân không chỉ được dùng để chỉ ra thông tin bản quyền tácgiả mà còn được dùng để xác thực thông tin và phát hiện xuyên tạc thông tin Dấu thủyvân sẽ được nhúng trong một tác phẩm sau đó được lấy ra và so sánh với dấu thủy vânban đầu Nếu có sự sai lệch chứng tỏ tác phẩm gốc đã bị tấn công và xuyên tạc Các thủyvân nên được ẩn để tránh sự tò mò của đối phương, hơn nữa việc làm giả các thủy vânhợp lệ hay xuyên tạc thông tin nguồn cũng cần xét đến Trong các ứng dụng thực tế,người ta mong muốn tìm được vị trí bị xuyên tạc cũng như phân biệt được các thay đổi(ví dụ như phân biệt một đối tượng đa phương tiện chứa thông tin giấu đã bị thay đổi,xuyên tạc nội dung hay chỉ bị nén mất dữ liệu) Yêu cầu chung đối với ứng dụng này làkhả năng giấu thông tin cao và thủy vân không bền vững

 Dấu vân tay hay dán nhãn (fingerprinting and labeling): Thủy vân trong

những ứng dụng này được sử dụng để nhận diện người gửi hay người nhận một thôngtin nào đó Ví dụ các vân khác nhau sẽ được nhúng vào các bản copy khác nhau củathông tin gốc trước khi chuyển cho nhiều người Với những ứng dụng này, yêu cầu làđảm bảo độ an toàn cao cho các thủy vân, tránh khả năng xóa dấu vết trong khi phânphối

 Điều khiển truy nhập (copy control): Các thiết bị phát hiện thủy vân (ở đây

sử dụng phương pháp phát hiện thủy vân đã giấu mà không cần thông tin gốc) đượcgắn sẵn vào trong các hệ thống đọc ghi, tùy thuộc vào việc có thủy vân hay không đểđiều khiển (cho phép/cấm) truy cập Ví dụ hệ thống quản lý sao chép DVD đã đượcứng dụng ở Nhật

CHƯƠNG 2 - MỘT SỐ THUẬT TOÁN THỦY VÂN TRÊN ẢNH SỐ

2.1 Tổng quan về ảnh số và xử lý ảnh Bitmap

2.1.1 Khái niệm về ảnh số và phân loại

Một bức ảnh số là một mảnh dữ liệu hai chiều (2D) của nhiều điểm màu (pixel).Thực chất là một tập hợp các điểm màu liên tiếp xếp liền nhau hoặc tập hợp cácđường hình học nhằm miêu tả một phong cảnh, sự vật hay một chủ đề Trên máy tính,ảnh được lưu lại trên các file nhị phân theo các định dạng do nhà sản xuất quy định

Có khoảng hơn 50 định dạng ảnh khác nhau được chia làm 2 dạng cơ bản làảnh bitmap và ảnh véc tơ

Ảnh bitmap: được xây dựng từ rất nhiều các điểm màu pixel, các pixel này

được sắp xếp với nhau theo một trật tự nhất định Các ảnh có độ phân dải cao (ảnhchất lượng cao) bao gồm nhiều pixel và chiếm nhiều không gian bộ nhớ hơn nhữngbức ảnh có độ phân dải thấp Các loại ảnh bitmap phổ biến là PNG, GIF, BMP, JPEC được tạo từ các phần mềm như Adobe Photoshop, Corel Photopaint

Chất lượng ảnh bitmap sẽ thay đổi khi chúng ta phóng to hay thu nhỏ kíchthước ảnh Nhìn chung, ảnh bitmap có chất lượng tốt, hình ảnh và màu sắc trung thựcnhưng lại tốn không gian lưu trữ, tốc độ hiển thị chậm và tương đối phức tạp trongviệc xử lý ảnh

Ảnh vector: được xây dựng từ nhiều chương trình khác nhau Nếu như ảnh

bitmap lưu trữ các điểm ảnh thì ảnh vector lại lưu trữ các lệnh dùng để vẽ hình ảnh

đó Các đối tượng cơ bản trong ảnh vector gồm có các đường thẳng, đường cong vàmột số hình toán học cơ bản (vuông, tròn, elip ) cùng với thuộc tính màu sắc, độ dàyđường nét ảnh vector cho chất lượng ảnh cao hơn ảnh bitmap Ảnh vector cho phépbiến đổi theo tỷ lệ nên chúng không phụ thuộc vào độ phân giải, việc tăng hay giảmkích thước ảnh không làm ảnh hưởng tới chất lượng ảnh Các file ảnh vector phổ biến

là WMF, CDR, CGM

2.1.2 Cấu tạo của ảnh bitmap

Cấu tạo một file ảnh bitmap gồm 3 phần cơ bản: phần đầu (Bitmapheader),bảng màu (palette) và dữ liệu (bitmapdata)

Phần đầu (bitmapheader): chứa thành phần biCount cho biết số bit dành cho

mỗi điểm ảnh và số lượng màu lớn nhất của ảnh Bicount có thể nhận các giá trị sau:

+ Bicount =1: ảnh Bitmap là một ảnh đen trắng, mỗi bit biểu diễn một điểm ảnh Nếu bit mang giá trị 0 thì điểm ảnh là đen, bit mang giá trị 1 thì điểm ảnh là điểm trắng.

+ Bicount =4: ảnh Bitmap là ảnh 16 màu, mỗi điểm ảnh được biểu diễn bởi 4bit

+ Bicount =8: ảnh Bitmap là ảnh 256 màu, mỗi điểm ảnh được biểu diễn bởi 1 byte

+ Bicount =16: ảnh Bitmap là ảnh Highcolor, mỗi dãy 2 byte liên tiếp trong bitmap biểu diễn cường độ tương đối của màu đỏ, xanh lá cây, xanh lơ của một điểm ảnh

+ Bicount 24: Bitmap là ảnh Truecolor, mỗi dãy 3 byte liên tiếptrong bitmap biểu diễn cường độ tương đối của màu đỏ, xanh lá cây,xanh lơ (Red, Green, Blue) của một điểm ảnh

Nếu thông số này bằng 24, tức dùng 3 byte để biểu diễn một điểm ảnh thì fileảnh bitmap khi đó sẽ không có bảng màu Nếu thành phần này có giá trị nhỏ hơn hoặcbằng 8, khi đó file ảnh là ảnh 256 màu hoặc ảnh đa cấp xám, hoặc là đen trắng

Phần bảng màu (Palette): là những ảnh có thành phần biCount nhỏ hơn hoặc

bằng 8 bit màu mới có Palette màu Kích thước bảng màu sẽ là 2biCount.

Phần dữ liệu (BitmapData): phần này nằm ngay sau phần Palette màu của ảnh

BMP Đây là phần chứa giá trị màu của điểm ảnh trong BMP Các dòng ảnh được lưu

từ dưới lên trên, các điểm ảnh được lưu trữ từ trái sang phải Các giá trị của mỗi điểmảnh là một chỉ số trỏ tới phần tử mầu tương ứng của Palette màu

2.1.3 Xử lý ảnh bitmap

Để đọc được dữ liệu ảnh, ta phải đọc header ảnh, sau đó căn cứ vào thành phầnbiCount để xem ảnh có bảng màu hay không, nếu có thì đọc bảng màu, không thì ta bỏqua Dữ liệu ảnh được đọc và lưu vào mảng hai chiều có kích thước bằngheader.With * header.Height

Các thao tác xử lý trên không gian ảnh thường được thực hiện trên các khốicon của phần dữ liệu ảnh, các khối này thông thường là có kích thước bằng nhau vàkhông có khối nào bị chồng bởi khối khác Việc chia các khối được hiểu là chia matrận lớn thành các ma trận con trong ma trận dữ liệu ảnh

Các thao tác xử lý trên không gian ảnh xử lý trực tiếp các giá trị của ma trậnnày Do ma trận này chứa giá trị độc lập, rời rạc của từng điểm ảnh nên các phươngpháp thủy vân thực hiện trong miền không gian ảnh thường không bền vững trước cáctấn công thông thường

Sau khi xử lý xong, ta thực hiện ghi lại ảnh theo qui trình ngược lại gồm cácbước: ghi lại header, ghi lại bảng màu nếu có, sau đó ghi dữ liệu ẩn

Đối tượng đầu tiên mà kỹ thuật giấu tin nhắm đến là lớp ảnh bitmap (BMP) Đểthực hiện việc giấu tin trong môi trường ảnh, trước hết cần số hóa các bức ảnh theonhững chuẩn phổ biến như BMP, JPEG, GIF,…, là loại ảnh phổ biến nhất trên mạngInternet, loại ảnh này cho dung lượng giấu tin cao và các phương pháp giấu tin thuậntiện.

Sau khi số hóa, tùy thuộc cấp độ màu khác nhau, có thể phân chia môi trườngảnh thành các loại ảnh đen trắng, ảnh xám hay ảnh màu Ảnh đen trắng là ảnh nhị phân

có 1 bit màu biểu diễn mỗi điểm ảnh Ứng với điểm đen, bit mang giá trị 0 và ứng vơiđiểm trắng, bit mang giá trị 1 Giấu thông tin trong ảnh đen trắng thường gây nhiễu,

dễ nhận biết được bằng mắt thường, số lượng thông tin giấu cũng bị hạn chế

Ảnh màu trong máy tính là một mảng số thể hiện cường độ sáng tại mỗi điểmảnh Các điểm ảnh cấu trúc theo dạng ảnh mành, số điểm ảnh thay đổi tùy thuộc độphân giải của màn hình máy tính

Khi chuyển một ảnh tương tự (analog) sang ảnh số, người ta có thể chọn nhữngcách thể hiện màu khác nhau:

- Ảnh 8 bit màu: Mỗi điểm ảnh có thể nhận 1 trong 28(256 màu), chọn từ bảng

màu

- Ảnh 8 bit xám: Mỗi điểm ảnh có thể nhận 1 trong 28(256 mức xám) Mức xám

là kết quả sự mã hóa tương ứng một cường độ sáng của mỗi điểm ảnh với một giá trị

số sau quá trình lượng hóa Các mã hóa kinh điển thường dùng là 16, 32, 64 mức Mãhóa 28=256 (0,1,…, 256) mức là phổ dụng nhất, mỗi điểm ảnh sẽ được mã hóa bằng

tổ hợp 8 bit

- Ảnh 24 bit màu: mỗi điểm ảnh có thể nhận 1 trong 224 (trên 16 triệu màu),mỗi màu là sự pha trộn của 3 màu cơ bản RGB (Red – đỏ, Green – màu xanh lá cây,Blue – xanh da trời), nhận giá trị từ 0 đến 255

2.2 Các thuật toán thủy vân trên miền không gian

Các thuật toán thủy vân trong miền không gian tập trung vào việc thay đổi trựctiếp trong miền điểm ảnh Thế mạnh của phương thức thủy vân trong miền điểm ảnh

là đơn giản và có độ phức tạp tính toán thấp Tuy nhiên, kỹ thuật này chỉ đảm bảothuộc tính ẩn mà không có tính bền vững Vì vậy, các thuật toán này được cài đặtcho ứng dụng xác thực thông tin của ảnh số

2.2.1 Ý tưởng

Ý tưởng cơ bản của thuật toán trong kỹ thuật này là chia một ảnh gốc thành cáckhối nhỏ, số lượng bit giấu trong mỗi khối tùy thuộc vào từng thuật toán Thuật toán

này dùng cho cả ảnh màu, ảnh đa mức xám và ảnh đen trắng nhưng để dễ trình bàythuật toán chúng ta sẽ sử dụng ảnh đen trắng.

Ảnh đen trắng (hay còn gọi là ảnh nhị phân) là ảnh chỉ có hai giá trị mức xám là

0 (đen) và 1 (trắng) Để tạo thủy vân cho ảnh đen trắng ta đem nhúng thủy vân vào ảnhnhị phân Thông thường việc nhúng thủy vân vào ảnh đen trắng khó thực hiện hơn ảnh

đa cấp xám hay ảnh mầu Lý do là ảnh nhị phân chỉ có hai mức xám duy nhất, vì thếnếu thay đổi một bit của điểm ảnh thì đồng nghĩa với thay đổi toàn bộ điểm ảnh

Có hai cách để nhúng dữ liệu vào ảnh nhị phân là thay đổi giá trị của từng bítriêng lẻ hoặc thay đổi giá trị của một nhóm bít Cách thứ nhất sẽ đảo ngược một điểmđen thành trắng hoặc một điểm trắng thành đen Cách tiếp cận thứ hai sẽ làm thay đổimột số đặc trưng của ảnh như độ dày của cạnh, vị trí tương quan giữa các bit…Cáchtiếp cận này tùy thuộc nhiều vào kiểu ảnh (kiểu văn bản, kiểu bản đồ…) Vì số tham số

có thể thay đổi là hữu hạn, đặc biệt là với yêu cầu thủy vân ẩn, tổng số dữ liệu có thểdấu được là hữu hạn

2.2.2 Các phép toán sử dụng trong thuật toán

a/ Phép đảo bit : là một phép biến đổi trên các bit nhị phân Đảo bit b tương

đương với phép biến đổi thay b bởi 1-b, tức là nếu ban đầu b nhận giá trị 0 thì sau khiđảo bit nó sẽ nhận giá trị 1 và ngược lại, nếu ban đầu b có giá trị là 1 thì sau khi đảo

nó sẽ mang giá trị 0

b/ Phép XOR (kí hiệu  ):  là phép cộng loại trừ các phần tử tương ứng trên

hai ma trân:

C= A  B, với  Cij =1 nếu Aij Bij; Cij=0 nếu Aij = Bij 

c/ Phép Sum ma trận A (ký hiệu là Sum[A]) được định nghĩa là tổng tất cả

các phần tử của ma trận A

d/ Phép nhân bit hai ma trận A, B (ký hiệu là A^ B) được định nghĩa:

C=A ^ B, với Cij =1 nếu Aij =Bij=1,

Cij=0 trong các trường hợp còn lại

e/ Phép nhân hai ma trận số nguyên A, B (ký hiệu A B) được định nghĩa:

C= A  B, với Cij = Aij * Bij

2.2.3 Thuật toán 1(SW)

Đây là một thuật toán đơn giản (Simple Watermarking) [13] Cho một file ảnh

Bitmap đen trắng F, dữ liệu thủy vân d được biểu diễn dưới dạng nhị phân (dãy bit

0/1) Các bit 1 gọi là điểm đen, bit 0 gọi là điểm trắng

Ý tưởng cơ bản của thuật toán này là chia một ảnh gốc thành các khối nhỏ,

trong mỗi khối nhỏ sẽ giấu không quá một bit thông tin

a/ Quá trình nhúng thủy vân.

+ Nếu t và di khác tính chẵn lẻ thì ta sẽ đảo 1 bit trong B Chính sách

đảo bit: nếu số điểm đen và điểm trắng xấp xỉ nhau thì chọn ngẫu nhiên 1

bit để đảo Nếu có nhiều điểm đen và có điểm trắng thì sửa điểm trắng thành

điểm đen Ngược lại sẽ sửa điểm đen thành điểm trắng

Ví dụ minh họa:

+Giả sử giấu một bit dữ liệu b=1 vào khối B (Hình 2.1)

+ Ta có Sum(B)=8 Do Sum(B) mod 2 =0 nên khối B không thỏa mãn yêu cầu

để giấu bit 1 Muốn giấu bit 1 vào khối này ta cần phải thay đổi khối bằng cách chọn

một bit bất kỳ và đổi từ 0 sang 1 hoặc từ 1 sang 0 Giả sử ta đảo lại bít tại vị trí B[2,2]

+ Giả sử vẫn với khối B đã cho như trên nhưng ta phải giấu bit dữ liệu b=0vào khối đó Ta thấy do Sum(B)=8 nên Sum(B) mod 2=0 Khối B được bảo toàn vàbit dữ liệu b=0 xem như được giấu.

b/ Quá trình tách thủy vân

Trong thuật toán thủy vân này, khóa đơn giản là kích thước của khối, tức là bộ

số (m, n) Nếu biết kích thước của khối thì dễ dàng trích lại dữ liệu d theo các bước:

Bước 1: Chia ảnh có nhúng thủy B’ thành các khối kích thước m x n, với mỗi

khối Bi’ trong B’ ta tính Sum[Bi’]

Bước 2: Tách thủy theo cách xét

Nếu Sum[Bi’] là chẵn thì bit di=0

Ngược lại, nếu Sum[Bi’] là lẻ thì bit di=1

c/ Nhận xét

Với thuật toán này việc chọn khối là khá đơn giản: ta có thể bắt đầu từ khốiđầu tiên và các khối tiếp theo một cách tuần tự Tuy nhiên, ta có thể chọn ngẫu nhiênmột khối chưa giấu ở mỗi lần giấu, hoặc chọn các khối theo một thuật toán xác địnhkèm theo một khóa K Khi đó, ta đã làm tăng được độ an toàn của thuận toán vì khóabây giờ còn thêm cả chỉ số khối đã giấu tin cho từng bit Hoặc ta có thể thay đổi kíchthước khối ở mỗi lần giấu, chẳng hạn như khối thứ nhất có kích thước khối là 8 x 8,khối thứ hai có kích thước là 8 x 12 trong trường hợp này thì khóa sẽ gồm cả kíchthước khối của mỗi lần giấu

Kỹ thuật trên sẽ gặp phải hiện tượng gây bất thường đối với ảnh sau khi giấuthông tin đặc biệt khi chọn vào những khối ảnh một màu, chẳng hạn một khối toànđen hoặc toàn trắng Khi đó, nếu cần đảo giá trị một bit thì vị trí bit đảo sẽ khác biệthoàn toàn với các bit trong khối và dễ bị nhận biết có sự thay đổi Vì vậy để xác địnhnên thay đổi bít nào trong khối bít ta phải tính hệ số ảnh hưởng của bít đó khi nó bịthay đổi Hệ số này tính bằng cách xét sự thay đổi về tính trơn và tính liên kết với cácđiểm láng giềng Tính trơn được đo theo sự chuyển đổi mức xám theo chiều ngang vàchiều dọc, đường chéo trong cửa sổ 3x3 Tính liên kết được tính bằng số nhóm điểmđen và số nhóm điểm trắng Ví dụ: Nếu đảo một điểm ảnh trong hình a sẽ ít bị chú ýhơn điểm ảnh trong hình b

Hình 2.2: Minh họa chọn điểm ảnh giấu tin vào những khối ảnh một màu

2.2.4 Thuật toán 2 (Wu-Lee)

Thuật toán này của 2 tác giả M.Y Wu và J.H.Lee [17] đưa ra cải tiến hơn thuậttoán 1 bằng việc đưa thêm khóa K sử dụng trong quá trình nhúng và tách thủy vânđồng thời đưa thêm các điều kiện đảo bit trong mỗi khối Với thuật toán này, có thểnhúng một bít vào mỗi khối bằng cách hiệu chỉnh nhiều nhất 1 bít của khối Kỹ thuậtnày có khả năng làm tăng dữ liệu có thể nhúng

Xét ảnh gốc F, khóa bí mật K và một số dữ liệu được nhúng vào F Khóa bímật K là một ma trận ảnh có kích thước mxn Để đơn giản ta giả sử kích thước củaảnh gốc F là bội số của mxn Quá trình nhúng thu được ảnh F có một số bit đã bị hiệuchỉnh Thuật toán thực hiện như sau:

a/ Quá trình nhúng tin

Bước 1: Chia F thành các khối, mỗi khối có kích thước mxn.

Bước 2: Với mỗi khối Fi thu được ở bước 1 Kiểm tra điều kiện:

0< SUM(Fi^K)< SUM(K)Nếu điều kiện trên đúng thì tiếp tục thực hiện bước 3 để nhúng một bit vào Fi.Ngược lại, dữ liệu sẽ không được nhúng vào Fi và Fi sẽ được giữ nguyên

Bước 3: Giả sử bit được nhúng vào Fi là b Để hiệu chỉnh Fi ta làm như sau:

Trường hợp 1: Nếu (SUM(FiK) mod2 = b) thì không thay đổi Fi và bit b hiểnnhiên đã được nhúng vào khối Fi

Trường hợp 2: Nếu (SUM(FiK) mod2 ≠ b) và SUM(FiK)=1 thì chọn ngẫunhiên một bit của Fi tại vị trí (i,j) mà Fi(j,k)=0 và K(j,k)=1, đảo Fi(j,k) thành 1

Trường hợp 3: Nếu (SUM(FiK) mod2 ≠ b) và SUM(FiK)=SUM(K)-1 thìchọn ngẫu nhiên một bit của Fi tại vị trí (j,k) mà Fi(j,k)=1 và K(j,k)=1, đảo Fi(j,k)thành 0

Trường hợp 4: Nếu (SUM(FiK) mod2 ≠ b) và 1<SUM(FiK)<SUM(K)-1 thìchọn ngẫu nhiên một bit của Fi tại vị trí (j,k) mà K(j,k)=1 và đảo ngược Fi(j,k)

- Trong bước 3 chỉ thực hiện tối đa một phép đảo một bit của Fi để thu được khối Fi’ nhằm đảo bảo tính bất biến

Ví dụ minh họa:

Giả sử ta cần nhúng dãy bit d=011 vào một ảnh F có kích thước 6x6 với một

ma trận khóa K có kích thước 3x3 như trong hình 2.3 Ta có SUM(K)=5

Chia ảnh F thành bốn khối nhỏ mỗi khối sẽ có kích thước là 3x3 ta thu được F1, F2, F3, F4

Hình 2.3 Minh họa thuật toán Wu-Le: nhúng đoạn bit 011

Áp dụng thuật toán, lần lƣợt nhúng các bít vào các khối nhƣ sau:

- Với F1, Vì SUM(F1^K) = 5 =SUM(K) không thỏa mãn điều kiện nhúng nên không nhúng dữ liệu vào trong F1

- Với F2, SUM(F2^K) =3 thỏa mãn điều kiện nhúng và bít cần nhúng là 0

Vì SUM(F2^K) mod 2=3 mod 2  0 và 1<SUM(F2^K) <SUM(K)-1 nên tachọn ngẫu nhiên một vị trí để đảo bit trong khối F2 , chẳng hạn vị trí (2,3) thoả mãn

K[2,3]=1 (theo trường hợp 4) Sau khi đảo bit F2[2,3] ta thu đƣợc khối F2’ nhƣ trênhình vẽ (bit bị đảo đƣợc tô xám)

- Với F3, SUM(F3^K)=3 thỏa mãn điều kiện nhúng và bit cần nhúng là 1

Ta có SUM(F3^K) mod 2=3 mod 2=1=b Khối F3’ thu đƣợc giữ nguyên khối

F3 nhƣng với ý nghĩa là khối đã đƣợc giấu bit b=1 (theo trường hợp 1)

- Với F4, SUM(F4^K)=4 thỏa mãn điều kiện nhúng và bit cần nhúng là 1

Ta có SUM(F4^K)mod2=4mod2=0  b và SUM(F4^K)=SUM(K)-1 Theo

trường hợp 3 trong thuật toán, ta chọn vị trí (2,1) để đảo bit trong khối F4 vì với phần

tử này ta có F4[2,1]=1 và K[2,1]=1 Sau khi đảo bit F4[2,1] ta thu đƣợc khối F4’ nhƣtrên hình vẽ (bit bị đảo đƣợc tô xám)

b/ Quá trình tách tin

Trong thuật toán nhúng tin, tiến hành đảo 1 bit trong mỗi khối Fi sao cho tổng

số bit 1 của Fi^K bằng tổng số bit 1 của K, tức là:

- Vì khóa K là bí mật nên thông tin đã nhúng là bí mật Thuật toán nàylàm thay đổi nhiều nhất một bit của khối Fi khi giấu một bit thông tin vào bên trongkhối nên với một khối có kích thước m x n đủ lớn thì sự thay đổi của Fi là nhỏ.

- Ảnh F được lựa chọn để nhúng tin có quá nhiều điểm trắng hay quá nhiều điểm đen đều làm giảm tỷ lệ bít giấu được

- Thuật toán Wu-Lee đơn giản, lượng tin giấu được không thấp nhưng tính bảo mật không cao, không thích hợp với ảnh có mảng đen hoặc trắng rộng

2.2.5 Thuật toán 3 (PCT)

Thuật toán này được đưa ra bởi 3 tác giả Hsiang-Kuang Pan, Yu-Yuan Chen, andYu-Chee Tseng [14] Thuật toán cho phép nhúng nhiều bit vào 1 khối bằng cách có thểđảo 2 bit trong 1 khối Trong thuật toán có sử dụng khóa K và ma trận trọng số W nhằmbảo đảm an toàn cho thủy vân được nhúng

- Khóa bí mật K: là một ma trận nhị phân có cùng kích thước mxn với kích thước của khối ảnh Khóa được dùng một cách bí mật giữa người gửi và người nhận

- Ma trận trọng số W cấp r: ma trận này có kích thước bằng kích thước của một khối ảnh (mxn) và thỏa mãn các điều kiện sau:

+ W là một ma trận số nguyên có các phần tử nằm trong khoảng (0 2r-1) với rcho trước thỏa mãn điều kiện 2r<(mxn)

+Mỗi phần tử có giá trị từ (1 2r-1) phải xuất hiện ít nhất 1 lần trong W.

Với mỗi n,m,r thỏa mãn 2r-1<=mxn sẽ có:

Cmn2r1   2r 1  !(2r 1)mn(2r1)

Khả năng chọn W là rất lớn Ví dụ với m=n=4, r=2 

có 5.356.925.280 khả năng lựa chọn W Con số này đủ lớn để làm giảm nguy cơ thủy vân bị phát hiện

a/ Quá trình nhúng thủy vân:

- Input:

+ F: là một ma trận ảnh gốc mà ta dùng để nhúng thông tin F được chia thànhcác khối nhỏ Fi, mỗi ma trận điểm ảnh Fi có kích thước là (mxn), để đơn giản ta giả

sử rằng F là bội của các Fi

+ K: là một ma trận khóa ngẫu nhiên có kích thước mxn

+ W: là một ma trận trọng số ngẫu nhiên, cùng kích thước của K

+ r: số lượng bit có thể dấu trong mỗi khối ảnh mxn

+ B: là lượng thông tin cần dấu, B=b1b2…bz (mỗi bi có r bit)

Bước 3: Với ma trận T và với mọi w={1,2,…,2r-1} ta xác định tập hợp Sw sau:

Sw={(x,y)|(W[x,y]=w  T[x,y]=0)  (W[x,y]=2r-w  T[x,y]=1)}

Dễ nhận thấy Sw là tập hợp các tọa độ (x,y) của ma trận Fi[x,y] sao cho khi đảo bit Fi[x,y] thì Sum ở bước 2 tăng lên w Thực vậy, ta có:

+ Trường hợp 1: nếu W[x,y]=w và T[x,y]=0

Khi đó đảo bit Fi[x,y] sẽ làm cho T[x,y]=1, do đó Sum tăng lên

w + Trường hợp 2: Nếu W[x,y] = 2r-w và T[x,y]=1

Khi đó đảo bit Fi[x,y] sẽ làm T[x,y] =0, do đó Sum sẽ giảm đi 2r-w, tức là tăng lên w theo mod 2r

Quy ước rằng với mọi w’  w(mod 2r) trong đó w=1,2,…,2r-1 ta có: Sw’=Sw

Bước 4: Ký hiệu d=(b1b2…br)- SUM(T  W) mod 2r

Đảo bit trên Fi để được Fi’sao cho tổng Sum tính được ở bước 2 khi thay Fi bởi

Fi’ sẽ tăng lên d

+ Nếu d=0, không cần thay đổi Fi

+ Nếu d  0 ta thực hiện các công việc sau:

1 Chọn h bất kỳ thuộc tập {0,1,2,…,2r-1} sao cho Shd  và S-(h-1)d



2 Chọn (x,y) bất kỳ thuộc Shd và đảo bit Fi[x,y]

3 Chọn (x,y) bất kỳ thuộc S-(h-1)d và đảo bit Fi[x,y]

Rõ ràng, để tăng Sum lên d, ta có thể chọn 2 tập khác rỗng Shd và S-(h-1)d

Thật vậy, hai tập này chứa các vị trí bit trong khối Fi

Sum lên hd và –(h-1)d một cách tương ứng, kết quả cuối

hd+(-(h-1)d) =d

mà ta có thể đảo để tăng cùng là sum sẽ tăng lên

Tương tự như các tập Sw khác ta cũng có thể coi tập S0 là tập chứa các vị trí màkhi đảo những bit có vị trí này trên Fi thì sẽ tăng Sum lên 0 Kết quả này cũng đạtđược nếu ta không đảo bất kỳ bit nào trên Fi Vì vậy ta có thể coi S0 là tập rỗng và khinói đảo một bit có vị trí thuộc tập S0 có nghĩa là không cần làm gì cả

* Ví dụ minh họa:

Giả sử cần nhúng 12 bit thông tin “001010000001” vào F Tiến hành:

Ta chia F thành 4 khối (F1, F2 , F3 , F4 ) kích thước mỗi khối 4x4

Mỗi khối giấu 3 bit (r=3) 

tạo ma trận trọng số W thỏa mãn các điều kiện.Thực hiện phép cộng loại trừ từng khối với Fi  K thu được ảnh T

Với mỗi khối ảnh trên ảnh T thực hiện:

Với F1 : có SUM(T1  W) mod 8= 0, để giấu 3 bit đầu tiên là “001” vào

F1 cần biến đổi F1 sao cho SUM(T1  W) tăng lên 1 Nhận thấy T1[2,4]=0 vàW[2,4]=1 nên ta có thể đảo giá trị bit F1[2,4] để được F1’

Với F2 : có SUM(T2  W) mod 8 =2 và 3 bit tiếp theo cần giấu là “010”nên hiển nhiên được F2’ đã giấu bit mà không cần biến đổi

Với F3 : có SUM(T3  W) mod 8 =2, để giấu 3 bit tiếp theo là “000” vào

F3 cần biến đổi F3 sao cho SUM(T3  W) tăng lên 6 bằng cách đảo bit

Với F4 : có SUM(T1  W) mod 8 =4 , để giấu 3 bit cuối là “001” vào F4

cần biến đổi F4 sao cho SUM(T1  W) tăng lên 1 Việc này không thể thựchiện được khi đảo 1 bit trong F4 mà phải đảo 2 bit Chọn S10=S2=(2,2) và

S5=S3={(1,3),(2,1),(3,2),(3,4)} rồi đảo 2 bit S4[2,2] và S4[3,2]

Bước 3: sử dụng ma trận khóa và ma trận trọng số để tính giá trị của r bít thủy

vân đƣợc nhúng vào trong mỗi khối ảnh bằng công thức:

(b1b2 br)= [SUM((Ti  W)] mod 2

Bước 4: chuyển đối bit thành ký tự.

c/ Nhận xét

- Thuật toán cho phép nhúng được tới log2(mn+1) bit dữ liệu vào trong mỗikhối ảnh mxn với điều kiện là 2r<mxn, bằng cách thay đổi nhiều nhất là 2 bit của mộtkhối ảnh Như vậy, thuật toán đã có cải tiến nhiều so với những thuật toán khác chỉnhúng được một bit tin vào mỗi khối ảnh

- Độ an toàn của thuật toán được nâng cao thông qua việc sử dụng hai ma trận:

ma trận khóa và ma trận trọng số để nhúng và tách thủy vân

- Thuật toán tương đối dễ cài đặt

- Đây là thuật toán nhúng thủy vân vào ảnh đen trắng nên ta cũng có thể tínhtoán hệ số phân bố bit d để cải thiện chất lượng ảnh sau khi nhúng thủy vân Thựcnghiệm cho thấy nếu kết hợp với phần cải tiến này thì chất lượng ảnh được nâng lênđáng kể

- Sau cải tiến có thể áp dụng thuật toán cho ảnh màu và ảnh đa cấp xám Người

ta sử dụng kỹ thuật chọn ra bit ít quan trọng nhất (LBS) của mỗi điểm ảnh để xâydựng ma trận hai chiều các bit 0, 1 như với ảnh đen trắng Nếu áp dụng tốt thuật toánnày cho ảnh màu thì có thể nói thuật toán đã đạt yêu cầu cơ bản của một ứng dụngthủy vân, như đảm bảo tính ẩn, số lượng thủy vân dấu được cao và an toàn

2.2.6 Thuật toán 4 (LSB)

Đây là thuật toán thủy vân dựa vào các bit ít quan trọng LSB.[8] Các loại ảnhmàu và đa mức xám có giá trị của mỗi điểm ảnh được biểu diễn bằng dãy nhiều bit.Trong dãy các bit này có một bit được gọi là bit it quan trọng nhất (LSB – LeastSignificant Bit) Bit ít quan trọng nhất là bit mà khi ta đảo giá trị của nó thì điểm màu

bị thay đổi ít nhất

Ví dụ, với ảnh đa mức xám, mỗi mức xám được biểu diễn qua một số nguyênkhông âm, thì mức xám m sẽ sai khác ít nhất so với hai mức xám liền kề là m-1 hoặcm+1 Trong trường hợp này bit it quan trọng nhất chính là bit thấp nhất trong dạngbiểu diễn nhị phân của m Đảo bit này sẽ làm thay đổi mức xám m thành m-1 hoặcm+1 Hầu hết các thuật toán thủy vân trên ảnh màu và ảnh đa cấp xám thường sửdụng gián tiếp thuật toán thủy vân trên ảnh đen trắng

Giả sử ta cần nhúng thủy vân d vào ảnh C Thực hiện các bước sau:

- Bước 1: Trích từ ảnh màu C ra một ảnh đen trắng F.

- Bước 2: Sử dụng thuật toán thủy vân nhúng thủy vân d vào ảnh đen trắng F để

Thủ tục trả lại ảnh đen trắng F’ vào ảnh màu gốc C là ngược so với thủ tụctrích nói trên Nếu điểm ảnh trong F’ là đen thì ta gán giá trị 0 cho bit thấp nhất củađiểm ảnh tương ứng trong C, ngược lại nếu điểm ảnh trong F’ là trắng thì ta gán trị 1cho bit thấp nhất của điểm ảnh tương ứng trong C

Như vậy, đây là kỹ thuật thủy vân khá đơn giản nhưng rất dễ bị tấn công do đóphương pháp chèn vào các bit quan trọng dường như không thích hợp đối với thủyvân số, nơi mà các bức ảnh phải đối mặt với các thay đổi cố tình làm phá hoại chúng,cộng thêm các biến đổi khác như nén hoặc giải nén (có mất mát thông tin) Kỹ thuậtnày được sử dụng cho các thuật toán thủy vân chống xuyên tạc do tính chất dễ bị phá

vỡ trước các tấn công trên hệ thủy vân

2.3 Các thuật toán thủy vân dựa trên miền DCT

Các thuật toán này sử dụng phương pháp biến đổi cosine rời rạc DCT(Discrete Cosine Transform) để chuyển từng khối ảnh từ miền không gian ảnh sangmiền tần số Thủy vân sẽ được nhúng trong miền không gian tần số của ảnh theo kỹthuật trải phổ trong truyền thông Đây là kỹ thuật phổ biến nhất với nhiều thuật toán

và là phương pháp có thể đảm bảo được tính mạnh mẽ và chính xác của thủy vân saukhi nhúng

2.3.1 Chuyển đổi cosin rời rạc (DCT)

Biến đổi cosin rời rạc DCT (Discrete Cosine Transform) được đưa ra bởiAhmed và các đồng nghiệp [4] vào năm 1974 Từ đó cho đến nay, nó được sử dụngrất phổ biến trong nhiều kỹ thuật xử lý ảnh số nói riêng và xử lý tín hiệu số nói chung.Trong các kỹ thuật thủy vân ảnh dựa trên phép biến đổi dữ liệu ảnh sang miền tần sốthì phép biến đổi DTC cũng được sử dụng rất nhiều Nó được sử dụng trong chuẩnnén JPEG để mã hóa ảnh tĩnh và chuẩn MPEG để mã hóa ảnh động