Ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh trong thực tiễn: Phần 1

Nhóm tác giả hy vọng tài liệu Ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh trong thực tiễn sẽ gửi tới bạn đọc những kiến thức cơ bản về cải thiện ảnh, phục hồi ảnh, phát hiện/nhận dạng ảnh, bảo mật thông tin và ứng dụng các kiến thức đó vào ứng dụng giấu tin mật trong ảnh tĩnh và phát hiện người đi bộ trong ảnh. Phần 1 tài liệu gồm nội dung về một số kỹ thuật dấu tin trong môi trường ảnh tĩnh, mời các bạn cùng tham khảo.

XỬLÝ

c r = 7 NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT

HÀ N Ô I -2 0 1 5

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦ U 5

Phấn 1 MỘT SỐ KỸ THUẬT GIÁU TIN TRONG MỒI TRƯỜNG ẢNH TĨNH 1.1 Tổng quan về các phương pháp bảo mật thông tin .7

1.1.1 Sơ lược về lịch sử giấu tin .9

1.1.2 Định nghĩa và phân loại 10

1.1.3 Mô hình cơ bản của kỹ thuật giấu tin 18

1.1.4 Những ứng dụng cơ bản của giấu tin 20

1.1.5 Giấu thông tin trong dữ liệu đa phương tiện 23

1.1.6 Độ an toàn của một hệ thống giấu thông t i n 26

1.1.7 Các tấn công và biện pháp khắc phục của kỹ thuật giấu tin 27

1.2 Một số vấn đề cơ bản về giấu tin trong ảnh .28

1.2.1 Giấu thông tin trong ảnh, những đặc trưng và tính c h ấ t 28

1.2.2 Biểu diễn ảnh trên máy tính 31

1.2.3 Giấu thông tin trong ảnh đen trắng, ảnh màu và ảnh đa cấp xám 39

1.2.4 Một số tiêu chí đánh giá kỹ thuật giấu thông tin trong ảnh số .40

1.2.5 C ác kỹ thuật xử lý điểm ảnh 43

1.2.6 Đánh giá một số hệ giấu tin trong ảnh .46

1.3 Một số thuật toán giấu tin trong ảnh 47

1.3.1 Thuật toán giấu thông tin trong khối bit .48

3

KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH, ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN

1.3.2 Thuật toán thay thế bit có trọng số bé nhất LSB

(Least Significant Bit) 61

1.3.3* Một số kỹ thuật giấu tin k h á c 69

1.3.4 Các hạn chế của kỹ thuật giấu tin 78

1.4 Triển khai ứng dụng .79

1.4.1 Giới thiệu 79

1.4.2 Lựa chọn công cụ và thuật t o á n 82

1.4.3 Cài đặt ứng dụng .83

1.4.4 Kết quả thực nghiệm 94

1.4.5 Các kết luận dựa trên kết quả thực nghiệm .102

Phẩn 2 MỘT SỐ KỸ THUẬT PHÁT HIỆN NGƯỜI ĐI B ộ TRONG ẢNH 2.1 Tổng quan về các kỹ thuật tiền xử lý ảnh 104

2.1.1 Tổng quan về các kỹ thuật tiền xử lý ảnh và trích chọn đặc trư n g 104

2.1.2 Nghiên cứu tổng quan về bài toán phát hiện người đi bô trong ả n h 137

2.2 Khoảng cách Chamfer và ứng dụng trong kỹ thuật so khớp mẫu 141

2.2.1 Khoảng cách Chamfer và các khái niệm liên q u a n 141

2.2.2 So khớp mẫu dựa trên khoảng cách Cham fer 146

2.2.3 Phát hiện người trong ảnh sử dụng khoảng cách C ham fer 147

2.3 Xây dựng ứng dụng phát hiện người đi bộ trong ảnh tĩnh 149

2.3.1 Xây dựng phần mềm máy t ín h 1 4 9 2.3.2 Kết quả thử nghiệm và đánh g i á 165

TÀI LIỆU TH A M K H Ả O 173

ời nói đâu

lý ảnh sổ có rất nhiều ứng dụng trong thực tế và có khả năng tác động mạnh m ẽ đến cuộc sổng của chúng ta trong rất nhiều lĩnh vực như: Y tế, truyền thông, an ninh, địa lý, Nhìn và nghe là hai cách thức quan trọng nhất để con người nhận thức thế giới bên ngoài, do vậy, không chỉ ứng dụng trong khoa học kỹ thuật, x ử lý ảnh còn ứng dụng trong mọi hoạt động khác của con người.

Các lĩnh vực nghiên cứu cùa x ử lý ảnh được ứng dụng trong thực tế là: cải thiện ảnh, p h ụ c hồi ảnh, m ã hóa ành, nhận dạng ảnh, M ột trong những lĩnh vực đang được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là p h á t hiện, nhận dạng đổi tượng trong ảnh, trong video, ứng dụng x ử lý ảnh trong

an toàn và bào m ật thông tin Nhóm tác giả hy vọng cuốn “ K ỹ íliuật x ử

lý ảnh, ứ n g (lụng trong th ự c tiễ n ” sẽ gửi tới bạn đọc những kiến thức

cơ bản về cải thiện ảnh, phục hồi ảnh, p h á t hiện/nhận dạng ảnh, bảo

m ật thông tin và ứng dụng các kiến thức đó vào ứng dụng giấu tin mật trong ảnh tĩnh và p h á t hiện người đi bộ trong ảnh.

M ột trong những khó khăn khi trao đôi thông tin trong mọi lĩnh vực chính trị, quân sự, quốc phòng, kinh tế, thương mại, là đảm bảo an toàn thông tin, chổng lại việc ăn cắp bản quyền, xuyên tạc thông tin, truy nhập thông tin trái phép, Giấu tin (data hiding) được xem như

m ột công nghệ chìa khoá cho vấn để bảo vệ bản quyền, xác nhận thông tin và điểu khiên truy cập, ứng dụng trong an toàn và bào mật thông tin Cuốn sách giới thiệu tới bạn đọc một số nghiên cứa cài tiến thuật toán giấu tin trong ánh đen trắng đế áp dụng cho ảnh màu và ảnh đa cấp xám bủng kỹ thuật sử dụng các bít ít quan trọng của ảnh (Least Significant Bit - LSB) và một sổ kết quả thực nghiệm cùa các nghiên cứu.

KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH, ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN

Ngoài đảm bảo an toàn và bảo mật thông tin, các hệ thông giám sát an ninh, cảnh báo an ninh cũng được qucm tâm rất nhiêu M ột trung những yêu cầu của các hệ thống này là thiẽt bị p h ú t hiện được đói lượng, đặc biệt là đôi tượng chuyên động M ột trong những đôi tượng cún được phát hiện đó là người đi bộ Trên các xe hơi thông m inh có xúy dựng các hệ thống cảnh báo khi phút hiện người đi bộ, hay trên các hệ thúng giám sát an ninh, canh bảo an ninh cũng cần p h á t hiện ngiỉời đi bộ và kiêm soát an ninh Trong cuốn sách này, nhóm túc già m uôn giới thiệu tới các bạn một sổ nghiên cứu hiện nay và các p h ư ơ n g p h á p được đánh giá cao khi p h á t hiện người đi bộ trong ảnh Từ kết quá p h á t hiện người

đi bộ trong ảnh, có thê phát triên thành p h á t hiện người đi bộ trong camera, video bang cách kết hợp thêm các kỳ thuật tracking (theo vết đoi tượng).

Cuốn sách có thể làm tài liệu tham kháo cho sinh viên hệ kỹ sư, cừ nhân và các bạn đọc quan tâm đến x ử lý ảnh đặc biệt là giấu tin trong ảnh hay phát hiện đổi tượng, đặc biệt là phát hiện ngicời đi bộ trong ành.

M ặc dù nhóm túc già có nhiều cổ gắng trong công tác biên soạn nhưng cuôn sách còn những vân đê chưa thể để cập hết hoặc còn thiếu sót ở một mức độ nào đó Chủng tôi rất mong nhận được s ụ góp ỷ xú y dựng cùa bạn đọc và đông nghiệp để lần tái bản sau được hoàn thiện hơn Mọi ỷ kiến đóng góp xin gửi về địa chỉ sau:

D ương Đức Hải — Trưởng khoa Điện tử — Tin học — Trường Đ ại học Sao Đỏ.

Email: dduchai03@ gmail.com

Xin trân trọng cảm ơn!

C Á C T Á C GIẢ

Phần 1

MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG MÔI TRƯỜNG ẢNH TĨNH

WÊttÊÊÊMtKÊtÊtBKBBKtÊÊBBtBKBÊÊÊtÊKBMMÊÊKMBííỂSMíÊ

1.1 Tổng quan vá các phưcmg pháp bảo mậỉ thông tin

Cuộc cách mạng thông tin kỹ thuật số đã đem lại những thay đổi sâu sắc trong xã hội và trong cuộc sống của chúng ta Bên cạnh những thuận lợi mà thông tin kỹ thuật số mang lại cũng sinh ra những thách thức và cơ hội mới Sự ra đời những phần mềm có tính năng rất mạnh, các thiết bị mới như máy ảnh kỹ thuật số, máy quét chất lượng cao, máy

in, máy ghi âm kỹ thuật số, đã thúc đẩy khả năng sáng tạo, xử lý và

thưởng thức các dữ liệu đa phương tiện (m ultim edia data) Mạng

Internet toàn cầu đã tạo ra những cơ cấu ảo - nơi diễn ra các quá trình trao đổi thông tin trong mọi lĩnh vực chính trị, quân sự, quốc phòng, kinh tế, thương mại Chính trong môi trường m ở và tiện nghi như thế xuất hiện những vấn nạn, tiêu cực đang rất cần các giải pháp hữu hiệu nhàm đảm bảo an toàn thông tin, chống lại các nạn ăn cắp bản quyền, xuyên tạc thông tin, truy nhập thông tin trái phép, Việc tìm giải pháp cho những vấn đề này không chỉ giúp ta hiểu thêm về công nghệ phức tạp đang phát triển rất nhanh này mà còn tạo ra những cơ hội phát triển mới

Giải p h á p nào cho n h ữ n g vấn đề trên?

Trong một thời gian dài, nhiều phương pháp bảo vệ thông tin đã được đưa ra, trong đó giải pháp dùng mật mã được ứng dụng rộng rãi nhất Các hệ mã đã được phát triển nhanh chóng và được ứng dụng rất phổ

KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH, ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN

biến Thông tin ban đầu sẽ được mã hóa thành các ký hiệu vỏ nghĩa, sau

đó sẽ được lấy lại thông qua việc giải mã nhờ khoá cùa hệ mã Đã có nhiều hệ mã phức tạp và hiệu quả được sừ dụng như DES RSA KNAPSACK, [4],

Trong khuôn khổ của cuốn sách này, nhóm tác già không nghiên cứu vẻ các hệ mã mật mà chỉ tìm hiểu về một phương pháp đã và đang được nghiên cứu, ứng dụng mạnh mẽ ở nhiều nước trên thê giới Đó là

phương pháp g iấ u tin (data hiding) - đây là phương pháp mới đang được xem như một công ngltệ chìa khoá cho vấn đê bào vệ bản quyên,

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

Giả sử ta có đôi tượng cân bảo mật R (một văn bản, một tám bàn dô

hoặc một tệp âm thanh, ) Nêu dùng phương pháp mã hóa đẻ bảo mật

R ta sẽ thu được bản mật mã của R là R ’ chẳng hạn Thông thường, R

mang những giá trị “vô nghĩa” và chính điều này làm cho đôi phương nghi ngờ và tìm mọi cách thám mã Ngược lại, nếu dùng phương pháp

giấu R vào một đối tượng khác, một bức ảnh F chẳng hạn ta sẽ thu được bức ảnh F ’ h ầ u n h ư kh ô n g sai khác với F Sau đó chi cần gừi ảnh F' cho người nhận Đe lấy ra bản tin R từ ảnh F ’ ta không cần ảnh gốc F Xem như vậy, khi đối phương bắt được tấm ảnh F ' nếu đó là ảnh ]ạ

(ảnh cá nhân, ảnh phong cảnh của những nơi không nổi tiếne) thì khó

nảy sinh nghi ngờ về khả năng chứa tin mật trong F ’.

Như vậy, sự khác biệt giữa mã hóa thông tin và giấu thônu tin là mức

độ lộ liễu của đối tượng mang tin mật Nếu ta phổi hợp hai phương pháp trên thì mức độ lộ liễu được giảm đến mức tối đa, đ ồns thời độ an

toàn cũng được nâng cao Chẳng hạn ta có thể mã hóa R thanh R ' sau

đó mới giâu R vào ảnh F đê thu được ảnh F ' Tóm lại, giấu thông tin

và hệ mã mật có quan hệ mật thiết với nhau, cùng xây dựnc nén một hệ thống an toàn và bảo mật thông tin

Phần 1. MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG MỒI TRƯỜNG ẢNH TĨNH

H in h 1.1 P h â n cấ p c á c lĩn h vực n ghiên cứ u của m ậ t m ã h ọ c

/ / / Sơ lược vé lịch sử giấu tin

Từ Steganography bắt nguồn từ Hy Lạp và được sử dụng cho tới ngày nay, nó có nghĩa là tài liệu được phủ (covered writing) hoặc viết bí mật

Các câu chuyện kể về kỹ thuật giấu thông tin được truyền qua nhiều thế

hệ Có lẽ những ghi chép sớm nhất về kỹ thuật giấu thông tin (thông tin được hiểu theo nghĩa nguyên thủy của nó) thuộc về sử gia Hy Lạp Herodotus Khi bạo chúa Hy Lạp Histiaeus bị vua Darius bất giữ ờ Susa vào thế kỷ V trước Công nguyên, ông ta đã gửi một thông báo bí mật cho con rể của mình là Aristagoras ở Miletus Histiaeus đã cạo trọc đầu của một nô lệ tin cậy và xăm một thông báo trên da đầu của người nô lệ

ấy Khi tóc của người nô lệ này mọc đủ dài người nô lệ được gửi tới Miletus

Một câu chuyện khác về thời Hy Lạp cổ đại cũng do Herodotus ghi lại Môi trường để ghi văn bản chính là các viên thuốc được bọc trong sáp ong Demeratus, một người Hy Lạp, cần thông báo cho Sparta rằng Xerxes định xâm chiếm Hy Lạp Đe tránh bị phát hiện, anh ta đã bóc lớp sáp ra khỏi các viên thuốc và khắc thông báo lên bề mặt các viên thuốc này, sau đó bọc lại các viên thuốc bang một lớp sáp mới Những viên thuốc được để ngỏ và lọt qua mọi sự kiểm tra một cách dề dàng.Mực không màu là phương tiện hữu hiệu cho bảo mật thông tin trong một thời gian dài Người Romans cổ đã biết sử dụng những chất sẵn có như nước quả, nước tiểu và sữa để viết các thông báo bí mật giữa những hàng văn tự thông thường Khi bị hơ nóng, những thứ mực không nhìn

KỸ THUẬT xử LÝ ẢNH, ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN

thấy này trở nên sẫm màu và có thể đọc dễ dàng Mực không mài cũng được sử dụng rất gần đâv như trong thời gian Chiên tranh thê giới thứ hai

Ý tưởng về che giấu thông tin đã có từ hàne nghìn năm vẻ trước nhưng

kỹ thuật này được dùng chù yếu trong quân đội và trong các cơ quan tình báo Mãi cho tới vài thập niên gần đây, giấu thông tin mới nhận được sự quan tâm cùa các nhà nghiên cứu và các viện công nghệ thông tin với hàng loạt công trình nghiên cứu giá trị Cuộc cách mạng sô hóa thông tin và sự phát triên nhanh chóng của mạng truyên thông là nguyên nhân chính dẫn đến sự thay đổi này Những phiên bản sao chép hoàn hảo, các kỹ thuật thay thế, sửa đổi tinh vi, cộng với sự lưu thông phân phối trên mạng của các dừ liệu đa phương tiện đã sinh ra nhiều vấn đề nhức nhối về nạn ăn cắp bàn quyền, phân phối bất hợp pháp, xuyên tạc trái phép,

ỉ 1.2 Định nghĩa vả phân loại

1.1.2.1 C á c định nghĩa [25]

Đ ịnh nghĩa 1: Giấu thông tin

Giấu thông tin là một kỳ thuật nhúng (giảu) m ột lượng thủng tin số nùtì

đó vào trong một đổi tượng dừ liệu sổ khúc

Kỹ thuật giâu thông tin chủ yếu hướng vào hai mục đích sau đâv: một là bảo mật cho dừ liệu được đem giấu, hai là bảo mật cho chính đối tượng được dùng đê giâu tin Hai mục đích khác nhau này dẫn đến hai khuynh hướng kỳ thuật chù yếu cùa giấu tin

Khuynh hướng thứ nhât là giâu tin mật (steganography) Khuynh

hướng này tập trung vào các kỳ thuật giấu tin sao cho thône tin giấu được nhiêu và quan trọng là làm người khác khó phát hiện được một đối tượng có được giấu tin bên trong hay không

Khuynh hướng thứ hai là thủy vân số (w aterm ark) Khuynh hướnc thủy

vân sô có miên ứng dụng lớn hơn nên được quan tâm nghiên cứu nhiều

Phẩn 1. MỘT Số KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG MÒI TRƯỜNG ẢNH TÌNH

hơn và thực tế đã có rất nhiều kỳ thuật thuộc về khuynh hướng này Thủy vân số tập trung vào việc sử dụng kỹ thuật giấu tin, dùng thông tin giấu để bảo vệ sản phẩm thông tin số như ảnh, audio hay video Nổi bật nhất là ứng dụng trong bảo vệ bản quyền

Định nghĩa 1 mang tính tổng quát về giấu tin Xét riêng trong kỹ thuật giâu tin mật, những định nghĩa sau đây cụ thể hơn và được chia theo các hệ giấu tin mật Theo đó, các hệ thống giấu tin mật có thể chia thành ba loại như:

Đ ịnh nghĩa 2: Giấu tin thuần tuý (Pure Steganography)

Một bộ 4 ơ(C,M,D,E’), trong đó c là tập các phương tiện chứa thông tin cần giấu, M là tập thông điệp cần giấu với |C|>|M|, E: C * M —* c là một hàm nhúng thông điệp M vào phương tiện chứa c và D: c —> M là hàm giải tin sao cho D(E(c,m)) = m với mọi m e M, c e c được gọi là

một hệ Pure Steganography

Đ ịn h nghĩa 3: Giấu tin dùng khoá bí mật (Secret Key Steganography) Một bộ 5 ơ(C,M ,K,Dk,E0’ trong đó c là tập các phương tiện chứa thông tin cần giấu, M là tập thông điệp cần giấu với |C|>|M|, K là một tập khoá bí mật, Ek' C * M * K —> c là một hàm nhúng thông điệp M vào phương tiện chứa c sử dụng khoá K và Dk: C XK —*M là hàm giải tin sao cho Dk(Ek(c,m,k),k) = m với mọi m e M, c e c và k G K được gọi là

một hệ Secret Key Stegangraphy

Đ ịnh nghĩa 4\ Giấu tin dùng khoá công khai {Public Key Steganography)

Giống như hệ mã mật khoá công khai, hệ giấu tin mật khoá công khai không sử dụng việc truyền khoá bí mật mà sử dụng hai khoá là khoá bí mật và khoá công khai Khoá công khai được lưu trong cơ sờ dừ liệu công cộng Được sử dụng trong quá trình giấu tin Còn khoá bí mật được sử dụng trong quá trình giải tin

1.1.2.2 P h â n loại kỹ th u ậ t giấu tin

Do kỳ thuật giấu thông tin số mới được hình thành trong thời gian gần đây nên xu hướim phát triển vẫn chưa ôn định Nhiều phương pháp

KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH, ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN

mới, theo nhiều khía cạnh khác nhau đang và sẽ được đé xuảL bới vậ\ một định nghĩa chính xác, một sự đánh giá phân loại rõ ràng chưa thí

có được Một số tác giả đã đưa ra các cách đanh giá phân loại và các định nghĩa, nhưng không lâu sau lại có các định nghĩa khác, một sự phân loại khác được đề xuất Sơ đồ phàn loại trên hình 1.2 được Fabier

A p Petitcolas đề xuất năm 1999 [12]

H ình 1.2 P h â n lo ạ i c á c k ỹ th u ậ t g iấ u tin th e o h a i k h u yn h h ư ớ n g n g h iê n cứ u chính

Sơ đô phân loại này như một bức tranh khái quát về kỹ thuật giấu thông tin Dựa trên việc thống kê sắp xếp khoảng 100 công trình đã công bố trên một sô tạp chí, cùng với thông tin về tên và tóm tắt nội dung của khoảng 200 công trình công bố trên Internet, có thể chia lĩnh vực giấu

dừ liệu ra làm hai hướng lớn, đó là watermarking và steganographv

Nêu như watermark quan tâm nhiều đến các ứng dụng giấu các mâu tin ngăn nhưng đòi hỏi độ bên vừng cao của thông tin cần giấu đối với các biên đôi thông thường của tệp dữ liệu môi trường thì stesanocraphv lại

Phẩn 1. MỘT Số KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG MỒI TRƯỜNG ẢNH TĨNH

quan tâm tới các ứng dụng che giấu các bản tin với độ mật và dung lượng càng lớn càng tốt Đối với từng hướng lớn này, quá trình phân loại có thể tiếp tục theo các tiêu chí khác, ví dụ dựa theo ảnh hưởng các tác động từ bên ngoài có thể chia watermark thành hai loại, một loại bền vừng với các tác động sao chép trái phép, loại thứ hai lại cân tính chất hoàn toàn đối lập: phải dễ bị phá hủy trước các tác động nói trên Cũng có thể chia watermark theo đặc tính, một loại cần được che giấu

để chỉ có một số những người tiếp xúc với nó có thể thấy được thông tin, loại thứ hai đối lập, cần được mọi người nhìn thấy

a) Tltủy vân (Watermark)

Thủy vân là một lượng thông tin nhỏ được nhúng vào một sản phẩm số nhằm đảm bảo an toàn dữ liệu cho sản phẩm đó như trong những ứng dụng chứng thực thông tin, bảo vệ bản quyền, phát hiện xuyên tạc, Trong thực tế, thủy vân thường là một Logo, thông tin tác già, mã sản phẩm,

Những đặc trưng quan trọng của watermark là khả năng bền vững sau các biến dạng thông thường của môi trường, khả năng chống lại sự tấn công, có thể cùng tồn tại với những watermark khác và yêu cầu một thuật toán tốt theo nghĩa độ phức tạp tính toán nhỏ, nhất là giai đoạn khôi phục thông tin Sự quan trọng tương đối của những đặc trưng này nói chung phụ thuộc vào các ứng dụng cụ thể Sau đây là các tính chất

- Tỉnh vô h ìn h (Invisibility): Watermark phải không gây ra bất kỳ sự

chú ý nào cũng như không làm giảm chất lượng của tệp dữ liệu môi trường Đặc biệt, dữ liệu watermark trước và sau quá trình nhúng và giải tin phải giống nhau

- Tính bền vữ ng (Robust): Những tệp âm thanh, hình ảnh và video vì

lý do nào đó có thể được biến đổi theo một phép xử lý sổ Ví dụ như việc thay đổi độ tương phản các tệp video, điều chỉnh âm sẩc cho các tệp âm thanh, một watermark phải đù bền vừng trước những biến đôi thông thường như vậy Tính bền vừng được thể hiện: watermark

KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH, ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN

vẫn còn hiện hữu trong dừ liệu sau các biến dạng thông thương và cac công cụ đọc watermark có thề phát hiện ra nó dễ dàng

- Tính d ễ vỡ (Fragility): Trong một số ứng dụng, thủy vân cân đên đặc

trưng ngược với bền vừng đó là “dễ vỡ”, tính dê vỡ thê hiện qua sụ thay đổi, biến dạng của thủy vân dưới tác động cùa một phép biên đôi nào đó Ví dụ các watermark trong cổ phiếu, tiên hay hóa đơn và các giấy tờ quan trọng phải được phá hủy trong mọi bàn sao bát họp lệ Thuộc tính này cùa watermark gọi là tính dễ vỡ

- Khả năng chổng giả mạo (Tamper - resistance): Đây là kha nâng

tồn tại cùa thủy vân trước mọi dự định nham loại bỏ và thay the chúng, ngoài nghĩa bền vừng chống lại những sự biên dạng tín hiệu trong các xừ lý bình thường Tuy nhiên, đây là một yêu câu khó khăn

vì một tấn công được coi là đạt hiệu quả khi loại bò watermark ma không thay đôi chất lượng cùa dừ liệu vỏ

- P h ụ thuộc khoá (Key restrictions)' Đây là sự phân biệt theo giới hạn

khả năng truy cập Các giải thích, thông báo mô tả tronc watermark phải sẵn sàng được phát hiện bởi càng nhiều cơ chế dò tim watermark càng tốt Ngược lại, những watermark phục vụ mục đích riêne tư như chữ ký sổ, đánh giấu bàn quyền, lại cần được che đậy ờ một mức nhất định nào đó Người ta phân biệt sự khác nhau đó bời mức độ giới hạn cùa khoá và phân chia watermark, thành watermark khoá không giới hạn và watermark khoá hạn chế Đương nhiên một giải thuật khoá không giới hạn phái kháng cự trước một sự tấn cône quvết liệt hơn một giải thuật khoá hạn chế

- Biến th ế vù waterm ark kép (Modification a n d M ultiple watermark)

Trong đa sô các ứng dụnc cần thiết phải có sự phân biệt giữa dừ liệu

có chứa watermark và dừ liệu không chứa watermark Lỗi phát hiện sai của hệ thông dò tìm watermark là xác suất mà nó xác định nhám

dừ liệu không chứa watermark thành có chứa watermark Mức độ nghiêm trọng cùa lồi như vậv phụ thuộc vào các ứng dụna cụ thé Trong một sô ứng dụng, lỗi này có thể là thảm hoạ, ví dụ tronc việc

Phẩn 1. MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG MỒI TRƯỜNG ẢNH TĨNH

điều khiển trong việc chống sao chép cho đĩa DVD; thiết bị sẽ từ chổi chơi video từ một đĩa nó tìm thấy một watermark nói ràng dừ liệu không được phép sao chép Những lỗi như vậy hiếm khi xảy ra, tuy nhiên nếu có, nó sẽ để lại một ảnh hưởng nghiêm trọng tới thị trường của các nhà sản xuất và phát hành Những dự chi ngân sách hàng triệu USD đang được dành cho các công ty thiết kế phương pháp watermark có xác suất sai nhầm nhỏ

- C hi p h í tỉnh toán (Computational cost): Chi phí này xảy ra trong cả

quá trình nhúng và phát hiện watermark Tuy nhiên, chi phí của phát hiện watermark thường quan trọng hơn, đặc biệt là việc phát hiện ra watermark trong các ứng dụng video thời gian thực hoặc âm thanh

- Tính tiêu chuẩn (Standards): Trong công nghệ watermark có những

ứng dụng cân được tiêu chuẩn hóa để sử dụng được trong phạm vi toàn cầu, ví dụ tiêu chuẩn cho watermark DVD Hệ thống bảo vệ chông sao chép dựa vào watermark được tích hợp ngay vào thiết bị đọc đĩa

- Đ ộ tin cậy (Reliability): Thiết bị cứng hoặc phần mềm có khả năng phát hiện thông tin che giấu được gọi là bộ dò tìm Gọi ‘7o/ phút hiện sai ” là xác suất phát hiện sai nhầm các thông tin che giấu Thống kê

cho thấy các bộ dò tìm thường mắc phải các lỗi sau:

+ Bộ dò tìm phát hiện thấy tín hiệu watermark trong một môi trường không giấu thông tin Người ta nói bộ dò tìm có lỗi sai dương tính

(false positive error).

+ Ngược lại với trường hợp nói trên, nếu bộ dò tìm không phát hiện được tín hiệu watermark trong một môi trường có giấu thông tin

Người ta nói bộ dò tìm có lồi sai âm tính (false negative error) + Trường hợp phát hiện được tín hiệu watermark nhưng sai nội dung

người ta nói bộ dò tìm có lỗi sai bit

Một bộ dò tìm đuợc gọi là có độ tin cậy cao nếu như nó ít mắc phải các lỗi trên đây

KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH, ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN

b) Giấu tin m ậ t (Steganography)

Steganographv - giấu một thông tin vào một thông tin khác Đó là mộ' phương pháp phần nào tương tự với truyền thông qua kênh thông tin bi mật, truyền thông an toàn bàng kỹ thuật trải phổ một thòng báo đưọc

mã hóa có thể gây ra sự hoài nghi trong khi một thông tin được giấu thi tránh được điều đó

Steganographv vừa là nghệ thuật vừa là khoa học cúa truyẻn thòng bí mật Khác với mật mã nơi mà người thám mã có được bán mã và có thẻ giải mã, mục đích cùa Steganography là che giấu những thông điệp bén trong những thông tin khác mà không làm ảnh hườníỉ đáne kê đên chấ! lượng của thông tin gốc; bang một cách thức nào đó sao cho người không có thẩm quvền không thể phát hiện hoặc phá hủy chúna

Steganography có các đặc điểm sau:

- D u n g lư ợ n g giấu tin (Hiding Capacity): Khả năng giấu tin được

đánh giá theo mối liên quan giữa lượng thông tin có thể giấu với kích thước của dữ liệu môi trường Dung lượng thông tin giấu phụ thuộc vào từng ứng dụnc cụ thể

- Tính trong su ố t đối với tri giác (Perceptual Transparency): Việc

giâu thông tin vào anh nguồn gây ra một số nhiễu trên ành nguỏn Điêu này có thê giải thích như sau: việc giấu thông tin được thực hiện băng cách thay đôi giá trị một số các bit không quan trọnc điều nà)

có thê gây ra một chút nhiêu cho ảnh môi trường Nêu môi trườni: ban đâu hoàn toàn không có nhiễu thì việc giấu tin coi như thất bại neược lại các nhiễu được tạo ra sau khi giấu thông tin sẽ khôns phân biệt được với các nhiều vốn có sẵn của môi trường, chính tính troníỉ suỏt được thể hiện ở điểm này

- Tính bền vững (Robust): Tính bền vững thể hiện qua việc các thõng

tin giàu không bị thay đổi khi ảnh môi trường bị tác đ ộns bơi các phép xử lý ảnh như:

Phẩn 1 MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG MÒI TRƯỜNG ẢNH TÍNH

+ Các phép lọc tuyến tính, lọc phi tuyến;

Tính bền vững rất quan trọng trong việc bảo vệ bản quyền watermark

vì người vi phạm bản quyền sẽ tìm cách lọc và hủy bỏ các watermark được nhúng trong ảnh Hiện đã có các phần mềm chống lại watermark thực hiện việc loại bỏ các watermark một cách có hiệu quả [16] thậm chí kỹ thuật này còn có thể loại bỏ được cả những thông tin nhúng trong ảnh

- K hả năng ch ổng giả m ạo (Tamper - resistance): Khả năng chống

giả mạo nói tới sự khó khăn khi đổi phương định thay thế hoặc làm giả mạo một thông tin nhúng trong ảnh, chẳng hạn khi người vi phạm bản quyền thay thế một giấu bản quyền'của người khác bàng một quyền sở hữu hợp lệ của mình Một ứng dụng đòi hòi có tính bền vững cao thường cũng đòi hỏi khả năng mạnh chống tính giả mạo

- M ột số đặc điểm khác: Kỳ thuật giấu tin còn một số đặc điểm khác, chẳng hạn việc mã hóa và giải mã đòi hỏi tính toán phức tạp.' Ngoài

ra một số đặc điểm còn tùy theo các yêu cầu đối với từng ứng dụng độc lập

KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH, ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN

c) N hũng khúc biệt giữa Steganography với W atermarking

B ả n g 1.1 P hân b iệ t giữ a s te g a n o g ra p h y và W a te rm a rk in g

- T ập trung vào việ c giấu đư ợ c càng

liệu đã đư ợ c giấu trong đó.

- T hay đổi s te g o -o b je c t cũng làm cho

dữ liệu giấu bị sai lệch (nhất là ứng

dụng trong nhận th ự c thông tin).

- K hông cần giấu nhiều thông tin ch cần lượ ng thông tin nhỏ đâc trưng cho bản quyề n cùa ngưòn sờ hữu

- Trong trư ờ n g hợp th ủ y vân nhin thả) thi th ủ y vân sẽ hiện ra

- T hủy vân phải bền vữ n g với moi tán cõng có chủ đích h o ặ c không có chủ đích vào sản phẩm

1.1.3 Mô hình cơ bản của kỹ thuật giấu tin

Mô hình của kỹ thuật giấu tin cơ bản được trình bày trên hình 1.3

M

H ìn h 1.3 Lư ợ c đồ ch u n g cho quá trin h g iấ u th ô n g tin

Hình 1.3 biêu diên quá trình giâu thông tin cơ bàn Phươns tiện chửi bao gôm các đôi tượng được dùrm làm môi trường để giấu tin như vảr ban, anh, audio, video dữ liệu giấu là một lượng thông tin manc nghĩa nào đó tùy thuộc vào mục đích của người sứ dụn2 Thỏns tin si

Phần 1. MỘT Số KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG MÒI TRƯỜNG ẢNH TĨNH

được giấu vào trong phương tiện chứa nhờ một bộ nhúng, bộ nhúng là những chương trình, những thuật toán để giấu tin và được thực hiện với một khoá bí mật giống như các hệ mật mã cổ điển Sau khi giấu tin ta thu được phương tiện chứa đã mang thông tin và phân phối sử dụng trên mạng

Trên hình vẽ:

Secret M essage (M): Thông tin cần giấu.

Cover Data (I): Dừ liệu phủ, môi trường giấu tin.

Em bedding Algorithm (E): Bộ mã hoá/giải mã là những chương trình,

Key (K): Khoá bí mật, sử dụng trong kỹ thuật giấu tin.

Stego Data (S): Dữ liệu mang tin mật.

Control (C): Kiểm tra thông tin sau khi giải mã

Thông tin được giấu vào phương tiện chứa, theo một thuật toán, sử dụng khoá bí mật dùng chung giữa người gừi và người nhận tin

những thuật toán nhúng tin

)

V.

H ìn h 1.4 L ư ợ c đ ồ của quá trình g iả i m ã thông tin

KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH, ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỀN

Hình 1.4 chỉ ra các công việc giải mã thông tin đã giấu Sau khi nhận được đối tượng có giấu thông tin, quá trình giải mã được thực hiện thông qua một bộ giải mã tương úng với bộ nhúng thông tin cùng với khoá của quá trình nhúng Kết quả thu được gồm phương tiện chứa gốc

và thông tin đã giấu Bước tiếp theo thông tin giấu sẽ được xử lý kiếm định so sánh với thông tin giấu ban đâu

1 1.4 Những ứng dụng cơ bản của giấu tin [2 8 ]

ỉ 1.4.1 B ảo vệ bản q u y ền tác giả (c o p y r ig h t p r o te c tio n )

Đây là ứng dụng cơ bàn nhất cùa kỳ thuật thủy vân số Một thông tin nào đó mang ý nghĩa quyền sở hữu tác giả sẽ được nhúng vào ưong các sản phẩm, thủy vân đó chi một mình người chủ sở hữu hợp pháp các sản phẩm đó có và được dùng làm minh chứng cho bàn quyền sàn phâm Già

sừ có một thành phâm dừ liệu dạng đa phương tiện như ảnh ảm thanh, video cần được lưu thông trên mạng Để bào vệ các sản phẩm chống lại các hành vi lấy cắp hoặc làm nhái cần phải có một kỹ thuật để "dán tem bản quyền” vào sản phẩm này Việc dán tem hay chính là việc nhúng thủy

vân cẩn phải đảm bảo không để lại một ảnh hưởng lớn nào đến việc cảm nhận sản phâm Yêu cầu kỹ thuật đối với ứng dụng này là thủv vân phải tôn tại bền vững cùng vói sản phẩm, muốn bỏ thùy vân này mà không được phép của người chù sờ hữu thì chi có cách là phá hủy sản phẩm

a) Ả n h hoa h ô n g g ố c b) Ả n h hoa h ồ n g s a u k h i g iấ u thông

tin bả n quyể n

H ìn h 1.5 H a i ảnh trư ớ c và sau k h i g iấ u tin g iố n g h ệ t n h a u

nếu nhìn b ằ n g m ắ t th ư ờ n g

Phẩn 1. MỘT Số KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG MỜI TRƯỜNG ẢNH TĨNH

1.1.4.2 N h ậ n th ự c th ô n g tin h ay p hát hiện x u y ê n tạc th ô n g tin (a u th e n tic a tio n a n d ta m p e r d etection )

Một tập các thông tin sẽ được giấu trong phương tiện chứa, sau đó được

sử dụng để nhận biết xem dừ liệu trên phương tiện gốc đó có bị thay đổi hay không Các thủy vân nên được ẩn để tránh sự tò mò của kẻ thù, hơn nữa việc làm giả các thủy vân hợp lệ hay xuyên tạc thông tin nguồn cũng cần được xem xét 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 xem một đối tượng đa phương tiện chứa thông tin giấu đã bị thay đổi, xuyên tạc nội dung hay là chỉ bị nén mất dữ liệu) Yêu cầu chung đối với ứng dụng này là khả năng giấu thông tin nhiều

và thủy vân không cần bền vững trước các phép xử lý trên đối tượng đã được giấu tin

H ìn h 1.6 H a i ảnh C linton rấ t khó đánh giá ảnh nào là giả m ạo

1.1.4.3 G iấ u v â n tay hay dán nhãn (F in g e r p r in tin g an d labeling)

Thủy vân được sử dụng để nhận diện người gửi hay người nhận của một thông tin nào đó trong ứng dụng phân phối sản phẩm Thủy vân trong trường hợp này cũng tương tự như so serial của sản phẩm phần mềm Mỗi một sản phẩm sẽ mang một thủy vân riêng Ví dụ như các vân khác nhau sẽ được nhúng vào các bản copy khác nhau của thông tin gốc trước khi chuyển cho nhiều người Với những ứng dụng này thì yêu cầu đảm bảo độ an toàn cao cho các thủy vân tránh sự xoá giấu vết trong khi phân phổi (Hình 1.7)

KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH, ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN

IJ original

w*

N Customers

H ìn h 1.7 ứng dụng trong p h â n p h ố i sản p h ẩ m

1.1.4.4 Đ iều khiển sao chép (C o p y control)

Điều mong muốn đối với các hệ thống phân phối dừ liệu đa phương tiện

là tồn tại một kỳ thuật chống sao chép trái phép dữ liệu Có thể sừ dụng thủy vân để chỉ trạng thái sao chép của dữ liệu Các thúy vân trong những trường hợp nàv được sử dụng để điều khiển sao chép đối với các thông tin Các thiết bị phát hiện ra thủy vân thường được gấn sẵn vào trong các hệ thống đọc ghi Ví dụ như hệ thống quản lý sao chép DVD

đã được ứng dụng ở Nhật Thủy vân mang các giá trị chi trạnc thái cho phép sao chép dữ liệu như “copy never” - không được phép sao chép hay “copy once - chi được copy một lần Sau khi copv xona bộ đọc ghi thủy vân sẽ ghi thủy vân mới chỉ trạng thái mới lên DVD Các ứng dụng loại này cũng yêu cầu thủy vân phải được bảo đàm an toàn va cũng sử dụng phương pháp phát hiện thủy vân đã giấu mà khónc cần thông tin gốc

1.1.4.5 G iâu tin m ật (S te g a n o g r a p h y )

Các thông tin giàu được tronu những trường hợp này càna nhiêu canc tôt, việc giải mã đê nhận được thông tin cũng không cần phươnc tiện

Phần 1. MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG MỜI TRƯỜNG ẢNH TÍNH

chứa gốc ban đầu Các yêu cầu mạnh về chống tấn công của kẻ thù không cần thiết lắm, thay vào đó là thông tin giấu phải được bảo mật

1.5 ũiấu thông tin trong dữ liệu đa phương tiện [1 9 ]

1.5.1 G iấ u tin tr o n g ảnh

Hiện nay, giấu thông tin trong ảnh là một bộ phận chiếm tỷ lệ lớn nhất trong các chương trình ứng dụng, các phần mềm, hệ thống giấu tin trong đa phương tiện bởi lượng thông tin được trao đổi bằng ảnh là rất lớn và hơn nữa giấu thông tin trong ảnh cũng đóng vai trò hết sức quan trọng trong hầu hết các ứng dụng bào vệ an toàn thông tin như: nhận thực thông tin, xác định xuyên tạc thông tin, bảo vệ bản quyền tác giả, điều khiển truy cập, giấu thông tin mật, Chính vì thế mà vấn đề này đã nhận được sự quan tâm rất lớn của các cá nhân, tổ chức, trường đại học

và các viện nghiên cứu trên thế giới

Thông tin sẽ được giấu cùng với dừ liệu ảnh nhưng chất lượng ảnh ít thay đổi và chẳng ai biết được đang sau ảnh đó mang những thông tin

có ý nghĩa Ngày nay, khi ảnh số đã được sử dụng rất phổ biến, thì giấu thông tin trong ảnh đã đem lại nhiều những ứng dụng quan trọng trên các lĩnh vực trong đời sống xã hội Ví dụ như đối với các nước phát triển, chữ ký tay đã được số

hóa và lưu trữ sử dụng như

là hồ sơ cá nhân của các

cước, hộ chiếu, người ta

có thể giấu thông tin trên

các ảnh thé để xác định

H ìn h 1.8 M ộ t ảnh thẻ ch ứ n g m inh đã

đư ợ c g iấ u tin s ử d ụ n g tro n g cô n g tác

nhận d ạng

KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH, ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN

thông tin thực Ví dụ như hình 1.8 là một thẻ chứng minh đã được giấu tin trong ảnh Thông tin giấu là số thẻ "123456789" trùng với sô đi được in rõ ờ trên thè ngay phía dưới ảnh

Phần mềm WinWord của Microsoft cũng cho phép người dùng lưu trù chữ ký trong ảnh nhị phân rồi gẳn vào vị trí nào đó trong file văn bản đé đảm bảo tính an toàn của thông tin Tài liệu sau đó được truyên trực tiép qua máy fax hoặc lưu truyền trên mạng Theo đó việc nhận thực chừ ki xác thực thông tin đã trở thành một vấn đề cực kỳ quan trọng khi ma việc ăn cap thông tin hay xuyên tạc thông tin bởi các tin tặc đang tro thành một vấn nạn đối với bất kỳ quốc gia nào, tô chức nào Thêm vào

đó, lại có rất nhiều loại thông tin quan trọng cần được báo mật nhu

những thông tin về an ninh, thông tin về bảo hiêm hay các thông tin vẻ tài chính Các thông tin này được số hóa và lưu trữ trong hệ thông má) tính hay trên mạng Chúng rất dễ bị lấy cắp và bị thay đôi bời các phán mềm chuyên dụng Việc nhận thực cũng như phát hiện thône tin xuyên tạc đã trở nên vô cùng quan trọng, cấp thiết Một đặc điêm cua giâu thông tin trong ảnh nữa đó là thông tin được giấu một cách vỏ hình Nó như là cách truyền thông tin mật cho nhau mà người khác không thé biêt được, bởi sau khi giấu thông tin thì chất lượng ảnh gần như khòng thay đổi đặc biệt đối với ảnh màu hay ảnh xám Gần đây báo chí đã đưa tin vụ việc ngày 11-9 gây chấn động nước Mỹ và toàn thế giới: Chính trùm khủng bố quốc tế Osama Bin Laden đã dùng cách thức eiấu thông tin trong ảnh đê liên lạc với đồng bọn và hẳn đã qua mặt được cục tình báo trung ương Mỹ CIA và các cơ quan an ninh quốc tế Chấc chấn sau

vụ việc này, thì việc nghiên cứu các vấn đề liên quan đến giấu thông tin trong ảnh rất được quan tâm

1.1.5.2 G iấu tin tro n g audio

Giâu thông tin trong audio mang những đặc điểm riêng khác với giảu thông tin trong các đối tượng đa phương tiện khác Một tron2 những yêu cầu cơ bản của giấu tin là đàm bào tính chất ẩn cùa thôna tin được giâu, đông thời khôrm làm ảnh hưởrm đến chất lượng cùa dữ liệu Đẻ

Phẩn 1. MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG MỒI TRƯỜNG ẢNH TĨNH

đảm bảo yêu cầu này, ta lưu ý ràng kỹ thuật giấu thông tin trong ảnh

phụ thuộc vào hệ thống thị giác của con người - HVS (Human Vision System) còn kỹ thuật giấu thông tin trong audio lại phụ thuộc vào hệ thống thính giác HAS (Human Auditory System) Một vấn đề khó khăn

ở đây là hệ thống thính giác của con người nghe được các tín hiệu ở các dải tần rộng và công suất lớn nên đã gây khó dễ đối với các phương pháp giấu tin trong audio Tuy nhiên, tai người lại kém trong việc phát hiện sự khác biệt các dải tần và công suất, 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 tích tâm lý đã chỉ ra điểm yếu trên và thông tin này

sẽ giúp ích cho việc chọn các audio thích hợp cho việc giấu tin v ấ n đề khó khăn thứ hai đối với giấu thông tin trong audio là kênh truyền tin Kênh truyền hay băng thông chậm sẽ ảnh hưởng đến chất lượng thông

tin sau khi giấu Ví dụ để nhúng một đoạn ịavci applet vào một đoạn

audio (16 bit, 44.100 Hz) có chiều dài bình thường thì các phương pháp nói chung cũng cần ít nhất tốc độ đường truyền là 20 bps Giấu thông tin trong audio đòi hỏi yêu cầu rất cao về tính đồng bộ và tính an toàn của thông tin Các phương pháp giấu thông tin trong audio đều lợi dụng điểm yếu trong hệ thống thính giác của con người

1.1.5.3 G iấ u th ô n g tin tro n g video

Cũng giống như giấu thông tin trong ảnh hay trong audio, giấu tin trong video cũng được quan tâm và được phát triển mạnh mẽ cho nhiều ứng dụng như điều khiển truy cập thông tin, nhận thực thông tin và bảo vệ bản quyền tác giả Ta có thể lấy một ví dụ là các hệ thống chương trình

trả tiền xem theo đoạn với các video clip (pay p er view application)

Các kỹ thuật giấu tin trong video cũng được phát triển mạnh mẽ theo hai khuynh hướng là Data watermark và Steganography Một phương pháp giấu tin trong video được đưa ra bởi Cox là phương pháp phân bố đều Ý tưởng cơ bản của phương pháp là phân phối thông tin giấu dàn trải theo tần số cùa dừ liệu chứa gốc Nhiều nhà nghiên cứu đã dùng những hàm cosin riêng và các hệ số truyền sóng riêng để giấu tin Trong các thuật toán khởi nguồn, thường các kỹ thuật cho phép giấu các

KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH, ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN

ảnh vào trong video nhưng thời gian gần đây các kỳ thuật cho phép giàu

cả âm thanh và hình ảnh vào video Như phương pháp của Swanson đã

sử dụng để giấu theo khối, phương pháp này đã giấu được hai bit vào khối 8*8 Hay gần đây nhất là phương pháp của Mukherjee là kỹ thuật giấu audio vào video sừ dụng cấu trúc lưới đa chiêu,

Kỹ thuật giấu thông tin áp dụng cả đặc điểm thị giác và thính giác cùa con người

Kỹ thuật giấu tin đang được áp dụng cho nhiều loại đôi tượng chứ không riêng gì dữ liệu đa phương tiện như ảnh, audio hay video Gần đây, đã có một số nghiên cứu giấu tin trong cơ sở dữ liệu quan hệ Chẳc chắn sau này còn tiếp tục phát triển tiếp Phạm vi của cuốn sách này chi

giới thiệu kỹ thuật giấu thông tin trong anh - một kỳ thuật được nghiên

cứu chủ yếu nhất hiện nay Cụ thể là hướng nghiên cứu giấu thông tin mật Steganography

ỉ 1.6 Độ an toàn của một hệ thống giấu thông tin

Việc phá vỡ một hệ thống giấu tin thông thường gồm ba phần: phát hiện, giải tin và hủy thông tin đã giấu Một hệ thống giấu tin mật được gọi là thực sự an toàn khi kẻ tấn công không phát hiện được sự tồn tại của thông tin giấu trong một đối tượng chứa Trong khi phát triền một

hệ giấu tin mật, người ta phải luôn luôn cho ràng kẻ tấn công có năng lực tính toán và sẵn sàng làm đủ mọi cách để phá võ tính an toàn cua hệ thống Neu kẻ tấn công không thể chấc chắn một đối tượng có được giấu tin hay không thì theo lý thuyết, hệ thống đó là an toàn

Cachin [8] đã đưa ra mô hình lý thuyết cho một hệ thống giấu tin an toàn Y tưởng chủ đạo của mô hình lý thuyết này là: Một đối tưcmg chứa được chọn để giấu tin c có phân phối xác suất Pc (phân phối xác

suât ở đây được hiêu là phân phôi xác suất các giá trị rời rạc của dữ liệu đôi tượng chứa, ví dụ như đối với ảnh là các giá trị điểm ảnh) Sau khi giâu tin, phân phôi xác suất của c bị thay đổi thành Ps- Sư dụnc định nghĩa vê môi quan hệ entropy D (Pị\\P2) giữa hai xác suất Pị và P; trên

tập ộ :

Phẩn 1. MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG MỒI TRƯỜNG ẢNH TĨNH

D (P\ II P2) = £ / ; ( ? ) log2

Đe đo sự sai lệch của P 2 so với Pị, áp dụng tính sự ảnh hưởng của quá trình giấu tin làm thay đổi Ps so với Pc' D(Pc\ IPs)-

Định nghĩa hệ thống giấu tin an toàn tuyệt đối [28]:

Cho ơ là một hệ giấu tin mật, Ps là phân phối xác suất của đối tượng đã giấu tin được truyền trên kênh, Pc là phân phối xác suất của c Khi đó ơ được gọi là an toàn e nếu:

1.1.7 Các tấn công và biện pháp khắc phục của kỹ thuật giấu tin

Tấn công trên đối tượng đã giấu tin [12] là những phép biến đổi sao cho

có thể làm mất thông tin giấu Các kỹ thuật tấn công phân làm hai nhóm chính:

- Một là biến đổi tạo nhiễu đối với dữ liệu đã được giấu tin

- Hai là làm mất tính đồng bộ giữa đối tượng vỏ và thông tin giấu để không thể khôi phục lại tin đã giấu như bảng 1.2

B ả n g 1.2 M ộ t s ố kiểu tấn công điển hình

Biến đổi tín hiệu: làm nhiễu, làm sắc,

biến đỗi tư ơ n g phản

G iảm dữ liệu: cropping, sửa histogram

KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH, ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỀN

Còn rất nhiều các kiểu tấn công khác Câu hỏi đặt ra lá liệu có thê tôn

tại một hệ giấu tin bền vững trước các tấn công trên? Đén nay vẫn chưa

tìm được một hệ giấu tin nào bền vững trước tất cả mọi kiêu tân công Mỗi hệ giấu tin chi đạt được sự bền vững trước một sô tân công cơ bán Tính chất bền vừng của hệ giấu tin được nghiên cứu sâu trong ứng dụng thủy vân số, còn trong giấu tin mật, hệ giấu tin chì cân an toàn theo nghĩa khó phát hiện có thông tin giấu bên trong một đôi tượng Thực tế bất kỳ một phép biến đổi nào cũng có thể làm thay đôi thônc tin giâu

1.2 Một sô ván đề cơ bản về giấu tin trong ảnh

Như đã đề cập trong mục 1.1 môi trường để giấu tin rất phong phú và

đa dạng Thông tin có thể được giấu vào các file hình ánh (tĩnh hoặc động), âm thanh và nhiều môi trường khác Mục 1.2 nghiên cứu một số đặc trưng và tính chất cơ bàn của kỳ thuật giấu tin; những nguvên tắc cơ bản cùa giấu tin trong ành tĩnh; một số tiêu chí đánh giá các kỹ thuật giấu tin trong ánh và sau cùng tìm hiểu đánh giá một số hệ giấu tin đà triển khai

1.2.1 Giấu thông tin trong ảnh, những đặc trưng và tính chất 14]

Giấu tin trong ảnh là một kỹ thuật chiêm vị trí chù yếu tronu các kỹ thuật giấu tin, chính vì vậy mà các kỳ thuật giấu tin phần lớn cũne tập trung vào các kỳ thuật giấu tin trong ảnh Các phương tiện chứa khác nhau thì cũng sẽ có các kỹ thuật giấu khác nhau Đối tượng ánh là một đôi tượng dừ liệu được tri giác tĩnh có nghĩa là dừ liệu tri giác khóng biên đôi theo thời gian (không giông như audio, video) và có nhiều định dạng cũng như tính chất của các ảnh khác nhau nên các kỳ thuật giấu tin trong ảnh phài chú ý những đặc trưng, các tính chất cơ bàn sau đáv:

Phương tiện chứa có (lũ liệu kiểu tri giác tĩnh

Dừ liệu gôc ờ đây là dừ liệu của ảnh tĩnh, dù đã giấu thông tin vào trong ảnh hay chưa thì khi ta xem ảnh bàng thị giác, dừ liệu ảnh khỏns thav đôi theo thời gian, điêu này khác với dữ liệu audio hay là video vi khi ta

Phẩn 1. MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG MÒI TRƯỜNG ẢNH TĨNH

t nghe hay xem thì dữ liệu gốc sẽ thay đổi liên tục với tri giác của con

'ì người theo các đoạn hay các bài, các cảnh, Sự khác biệt này ảnhhưởng lớn đối với các kỹ thuật giấu thông tin trong ảnh với kỹ thuật giấu thông tin trong audio hay video

K ỹ thuật giấu tin ph ụ thuộc ảnh

Kỹ thuật giấu tin phụ thuộc vào các loại ảnh khác nhau Chẳng hạn như đối với ảnh đen trang, ảnh xám hay ảnh màu đều đòi hỏi những kỹ thuật riêng Anh nén và ảnh không nén cũng có những kỹ thuật giấu khác nhau vì ảnh nén có thể mất mát thông tin ảnh do nén ảnh,

K ỹ thuật giấu tin lợi dụng tính chất Itệ thống thị giác của con người

(HVS)

Giấu tin trong ảnh ít nhiều cũng gây ra những thay đổi trên dữ liệu ảnh gốc Dữ liệu ảnh được quan sát bằng hệ thống thị giác (HVS - Human Vision System) của con người, nên các kỳ thuật giấu tin phải đảm bào một yêu cầu cơ bản là những thay đổi trên ảnh phải rất nhỏ sao cho bằng mắt thường không thể nhận ra được sự khác biệt vì có như thế thì mới đảm bào được độ an toàn cho thông tin giấu Rất nhiều kỹ thuật đã lợi dụng các tính chất của hệ thống thị giác để giấu tin, chẳng hạn như mat người cảm nhận về sự biên đôi vê độ xám kém hon sự biến đôi về màu hay cảm nhận của mắt về màu xanh da trời (Blue) là kém nhất trong ba màu cơ bản RGB (R - Red: đỏ, G - Green: xanh lá cây, B - Blue: xanh da trời)

Giấu thông tin trong ảnh tác động lên (lữ liệu ảnh nhung không thay đỗi kích thước ánh

Các phép toán thực hiện việc giấu thông tin sẽ được thao tác trên đừ liệu của ảnh Dữ liệu ảnh bao gồm cả phần thông tin ảnh (header), bàng màu (có thể có), dữ liệu ảnh Khi giấu thông tin, các phương pháp giấu đòi! biến đổi các giá trị của các bit trong dữ liệu ảnh chứ không thêm vào hay bớt đi dữ liệu ảnh Do vậy kích thước ảnh trước hay sau khi giấu thông tin là như nhau

KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH, ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN

Đảm bảo yêu cầu chất lượng ảnh sau khỉ giấu thông tin (linh ủn)

Đây là một yêu cầu quan trọng đối với giấu thông tin trong ánh Sau kh giấu thông tin bên trong, ảnh phải đàm bào được yêu câu không bị biẻr đôi đê có thê bị phát hiện dê dàng so với ảnh gôc Yêu câu này dưóty như khá đơn giàn đối với ành màu hoặc ảnh xám bời mỗi một pixel ánh được biểu diễn bởi nhiều bit nhiều giá trị và khi ta thay đòi một giá tri nhỏ nào đó thì chất lượng ảnh không thay đổi, thông tin giâu khó bi phát hiện Nhưng đối với ảnh đen trang, việc giâu thông tin phức tạp hơn nhiều, vì ảnh đen trắng mỗi pixel ảnh chi gồm hai giá trị hoặc trang hoặc đen, nếu ta biến đổi một bit từ đen thành trắng mà khòníi khéo sê rất dễ bị phát hiện Do đó yêu cầu đối với các thuật toán íỉiâu thôni: tin trong ảnh màu hay ánh xám và giấu thông tin trong ảnh đen trăng la khác nhau Trong khi đối với ảnh màu, các thuật toán chú trọng vào việc làm sao cho giấu được càng nhiều thông tin càng tốt, các thuật toán

áp dụng cho ảnh đen trang lại tập trung vào làm thế nào đẻ thông tin giấu khó bị phát hiện

Tíitli bền vững, d ễ vỡ (Robust, Fragile)

Tính bền vừng và dễ vỡ là hai tính chất trái ngược nhau, tùy thuộc từng ứng dụng cụ thể mà đặt ra các yêu cầu khác nhau cho các thuộc tính này

c ầ n thiết ảnh gốc khi giãi m ã ảnlt?

Các kỹ thuật giấu tin phài phân biệt rõ ràng quá trình giải mã anh đé lẳ\ thông tin giâu có cần ảnh gốc hay không Đa số các kỹ thuật giấu tin mật thì thường không cần ảnh gốc khi giải mã Thông tin được giất trong ảnh sẽ được mang cùng với dừ liệu ảnh, khi giái mã chi cản anh

đã mang thông tin giàu mà không càn dùng đến ánh gốc đè so sánh đối chiếu

Tuy nhiên, nhiêu kỹ thuật giâu tin cũng sư dụng ánh gốc khi giái ITŨ ảnh, phương pháp này có tác dụng giúp cho việc đồng bộ hóa anh giá',

và ảnh gôc Điêu này ràt cân thiết khi phải xử lý với các tấn cóng hĩnh

Phẩn 1. MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG MỒI TRƯỜNG ẢNH TĨNH

học trên ảnh Giả sử với phép tấn công xoay ảnh, nhờ có ảnh gôc ta so sánh và đồng bộ hoá, khôi phục dạng ban đầu của ảnh thì có thê khôi phục lại được tin đã giấu Nhưng phương pháp này cũng gặp khó khăn khi dữ liệu gốc lớn Ví dụ giấu tin trong video, với lượng dữ liệu lớn nếu giải mã tin mà dùng phương pháp này thì khối lượng thao tác quá nhiều và không thể áp dụng được

Trên đây là những tính chất và đặc điểm cơ bản chung của giấu tin

trong ảnh Riêng đối với ứng dụng giấu tin mật thì các tính chất: ẩn,

lư ợng thông tin giấu và độ an toàn là ba tính chất quan trọng nhất

1.2.2 Biểu diễn ảnh trên máy tính

Ảnh trong thực tế được thu nhận từ nhiều nguồn khác nhau, như dùng máy quay (camera), máy quét (scanner), vệ tinh, là ảnh liên tục về không gian và về giá trị độ sáng Để xử lý ảnh bàng máy tính cần phải tiến hành số hóa ảnh Trong quá trình số hoá, các tín hiệu liên tục được biến đổi thành các tín hiệu rời rạc thông qua quá trình lấy mẫu (rời rạc hóa về không gian) và lượng hóa (chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số) thành phần giá trị mà về nguyên tắc bàng mắt thường không phân biệt được hai điểm kề nhau Trong quá trình này, người ta sử dụng khái niệm điểm ảnh (pixel), mỗi điểm ảnh được xác định bởi toạ độ và màu Một pixel có thể được lưu trữ trên 1, 4, 8 hay 24 bit

Ảnh số thường được biểu diễn theo dạng bảng hai chiều gồm A/hàng và

N cột, một điểm ảnh được ký hiệu I(x, y) Như vậy, một ảnh là tập hợp của nhiều điểm ảnh Ta nói ảnh gồm M X N điểm ảnh Thường giá trị của M được chọn bằng N , để thuận lợi cho quá trình xử lý.

Cán cứ vào phương pháp xử lý các dữ liệu trong hệ thống, người ta phân biệt ra hai hệ thống: đồ họa vectơ (Geometry Based Graphic) và

đồ họa điểm (Sample Based Graphic) Ảnh biểu diễn trên máy tính vì thế cũng được chia thành hai loại: ảnh vectơ và ảnh mành Người ta có thể lưu cả hai dạng ảnh trên vào tệp Metafile, gồm các chuẩn WPG, Mac PICT, CGM Các phần mềm như Photoshop, Corel Draw có thể xử

lý trên các loại ảnh đã nêu

KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH, ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN

1.2.2.1 Ả n h vecto - và ảnh m ành

a) Ảnlỉ vectơ

Ờ kỳ thuật đồ họa này, người ta chi lưu trữ mô tả toán học cua các thành phần trong mô hình hình học cùng với các thuộc tính tương ứng của nó mà không lưu lại tất cả các điêm ảnh Anh vectơ được lưu trù

dưới dạng một hàm rời rạc fix, y) Ví dụ r(x, y), g(x, y), b(x y> trong đó

X, y là toạ độ cùa điểm ành còn f là giá trị màu cùa ánh hay line 200,

50, 136, 227, black: vẽ đường thảng màu đen với các cặp toạ độ bất đầu

và kết thúc

Đặc điểm của ảnh vectơ:

- Không cho phép thay đổi thuộc tính cùa từng điểm trực tiẽp mà phai

Anh mành là ảnh được lưu theo bản đồ điểm ảnh c ỏ hai phitrtng pháp

đê tạo ra các điểm ảnh:

- Phương pháp thứ nhất, dùng phần mềm vẽ trực tiếp tùng điểm J ị |

một, ví dụ sử dụng phần mềm Paint

Phẩn 1. MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG Mổt TRƯỜNG ẢNH TĨNH

- Phương pháp thứ hai là số hóa các ảnh thu từ thiết bị quang học, ví dụ

- Có thể dễ dàng sao chép các điểm ảnh từ hình này sang hình khác

- Cho phép áp dụng các phép toán về bit trên nó

Ả nh mành gồm các p h ầ n:

Tiêu đề đầu (Header): thông tin về ảnh (kích thước, định dạng, )

Bảng màu (Palette): cho những ảnh nhỏ hơn hoặc bàng 8 bit màu

Dữ liệu (Data): nam ngay sau phần bảng màu của ảnh, chứa giá trị màu của điểm ảnh

Tiêu đề cuối (Footer)

Tiêu đề đầu: lưu cấu trúc của ảnh dưới dạng nhị phân hay mã ASCII.Bảng màu: là mảng một chiều, chứa chỉ mục các màu của ảnh Mồi điểm ảnh có lưu con trỏ đến chi mục trên bảng màu Kích thước của bảng màu được tính từ độ sâu điểm ảnh (pixel depth), ví dụ:

4 bit pixel: 3 byte/màu X 24 màu = 48 Byte

8 bit pixel: 3 byte/màu X 28 màu = 768 Byte

16 bit pixel: 3 byte/màu X 2 16 màu = 196608 Byte = 192 KBBảng màu có thể được bố trí:

Theo điểm ảnh (pixel orientiert): (RGB) (RGB) (RGB),

Theo mặt phẳng màu (Plane orientiert): (RRRR, GGGG, BBBB)Bảng màu có thể không sắp xếp hay được sắp xếp thứ tự theo gam màu, theo độ chói Hình 1.9 là ví dụ bảng màu được sắp thứ tự

KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH, ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN

Dữ liệu: nội dung của ành dược lưu theo hai phương pháp

Dòng quét (scan line)

Mặt phẳng màu riêng (Planar data)

H ìn h 1.10 Q uét cá c dòng

liê n tiếp H ìn h 1.11 Q u é t d ả i cả c d ò n g hén tiếp

(2 d ò n g 1 ộải)

Phẩn 1. MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG MỒI TRƯỜNG ẢNH TĨNH

Phương pháp chung để lấy mẫu là quét ảnh theo hàng và mã hóa từng hàng Điếm ánh có thể được lưu theo cách như mô tả ở hình 1.10 và hình 1.11

Tiêu đề cuối: chứa các thông tin đặc biệt như tính tương thích với các phiên bản cũ

I.2.2.2 M ộ t số đ ịn h d ạ n g ảnh th ô n g d ụ n g [3]

Anh thu được sau quá trình sô hóa có nhiêu loại khác nhau, phụ thuộc vào kỹ thuật số hóa ảnh Sau đây là một số định dạng ảnh thông dụng hay dùng trong quá trình xử lý ảnh hiện nay

a) Định dạng ảnh IM G

Ảnh IMG là ảnh đen trắng, mỗi điểm ảnh được thể hiện bởi 1 bit Toàn

bộ ảnh chỉ gồm các điểm sáng và tối tương ứng với giá trị 1 hoặc 0 Tỳ

lệ nén của kiểu định dạng này là khá cao Ảnh IMG được nén theo từng dòng Mồi dòng bao gồm các gói (Pack) Các dòng giống nhau được nén thành một gói

b) Định dạng ảnh P C X

Định dạng ảnh PCX là một trong những định dạng loại cổ điển nhất Nó

sử dụng phương pháp mã hóa loạt dài RLC để nén dữ liệu ảnh Quá trình nén và giải nén được thực hiện trên từng dòng ảnh Thực tế, phương pháp giải nén PCX kém hiệu quả hơn so với kiểu IMG

Định dạng ảnh PCX thường được dùng để lưu trữ ảnh vì thao tác đơn giản, cho phép nén và giải nén nhanh Tuy nhiên, vì cấu trúc của nó cố định nên trong một số trường hợp nó làm tăng kích thước lưu trữ

c) Định dạng ảnh TIFF (Targecl Im age File Format)

Kiểu định dạng TIFF được thiết kế để làm nhẹ bớt các vấn đề liên quan đến việc m ở rộng tệp ảnh cố định Dừ liệu chứa trong tệp thường được

tổ chức thành các nhóm dòng (cột) quét của dữ liệu ảnh Cách tổ chức này làm giảm bộ nhớ cần thiết cho việc đọc tệp Tuy nhiên, với cùng một ảnh thì việc dùng file PCX chiếm ít không gian nhớ hơn

KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH, ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỀN

d) Định dạng ảnh G IF (Graphics Interchanger Format)

Cách lưu trừ kiểu PCX có lợi về không gian lun trữ: Với ánh đen tranj kích thước tệp có thể nhỏ hơn bản gốc từ 5 đến 7 lần; với ảnh 16 màu kích thước ảnh nhỏ hơn kích thước ảnh gốc 2 - 3 lân, có trường hợp kích thước ảnh xấp xỉ bằng ảnh gốc; với ảnh 256 màu thi nó bộc ]ộ rô khả năng nén rất kém Điêu này có thê lý giải như sau: Khi sô màu làng lên, các loạt dài xuất hiện ít hơn và vì thế lưu trữ theo kiểu PCX không còn lợi nữa

Định dạng ảnh GIF do hãng Computer Incorporated (Mỹ) đẻ xuất lần đầu tiên vào năm 1990 Với định dạng GIF, khi sổ màu tronc anh càng tăng thì ưu thế của định dạng GIF càng nổi trội Những ưu thế này có được là do GIF tiếp cận các thuật toán nén LZW Dạng ảnh GIF cho chất lượng cao, độ phân giải đồ họa tốt, cho phép hiển thị trên hầu hết các phần cứng đồ hoạ

Mỗi điểm ảnh được biểu diễn bởi 8 bit Giá trị của mỗi điểm ảnh là một chi số trỏ tới bảng màu Bảng màu cùa ảnh định dạng theo kiểu GIF có

256 giá trị

Định dạng GIF có rất nhiều ưu điểm và đã được công nhận là chuẩn để lưu trữ ảnh màu thực tế (Chuẩn ISO 10918-1) Nó được mọi trình duyệt Web hỗ trợ với nhiều ứng dụng hiện đại Cùng với nó có chuan JPEG (Joint Photograph Expert Group) GIF dùng cho các ảnh đồ họa (Graphic), còn JPEG dùng cho ảnh chụp (Photographic) Ảnh GIF và JPEG khi lưu có nén nên quá trình đọc tập tin ảnh có kèm theo giài nén

e) Định dạng ảnh BM P (Bitmap)

Anh BMP được phát triên bởi Microsoft Corporation, được lưu trữ dưới dạng độc lập thiết bị cho phép Windows hiển thị dữ liệu không phụ

thuộc vào khung chỉ định màu trên bất kỳ phần cứng nào Tén file mơ

rộng mặc định của một file ảnh Bitmap là BMP, nét vẽ được thề hiện lá

các điêm ảnh Quy ước màu đen trẳng tương ứng với các giá tri 0 ỉ-

Anh BMP được sử dụng trên Microsoft Windows và các ứng dụne chạv trên Windows từ version 3.0 trở lên BMP thuộc loại ành mành

Phẩn 1. MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG MÒI TRƯỜNG ẢNH TÍNH

Có rất nhiều định dạng ảĩih thuộc kiểu bitmap như BMP, PCX, TIFF,

1: Nén runlength 8 bits/pixel 2: Nén runlength 4 bits/pixel

KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH, ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN

Số bit cho m ột điểm ảnh

1: ảnh đen trắng, mồi bit biểu diễn một điêm ảnh Nêu bit mang giá tr

0 thì điểm ảnh là đen, bit maníi giá trị 1 điểm ánh lả điém trẩng.4: ảnh 16 màu, mồi điểm ảnh được biêu diễn bởi 4 bit

8: ảnh 256 màu mồi điểm ảnh được biểu diễn bời 1 byte

16: ảnh high color, mỗi dãy 2 byte liên tiếp trong Bitmap biêu diễrcường độ tương đối RGB cùa một điêm ánh

24: ảnh true color, mồi dãy 3 byte liên tiếp trong Bitmap biêu diều cường độ tương đối RGB của một điểm ảnh

Phần Palette m àu (Bảng 1.4)

B ả n g 1.4 P hần P a le tte của ảnh B itm a p (V ớ i ảnh từ 2 5 6 m à u trở xuống)

Đ ịa chi O ffset Tên Ý n g h ĩa

0 RGB Blue Giá trị cùa màu lam

1 RGB Green Giá trị của màu lục

2 RGB Red Giá trị của màu đỏ

sô trỏ tới phân tử màu tương ứnu của bảng màu

Phần 1. MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG MỒI TRƯỜNG ẢNH TĨNH

1.2.3 Giấu thõng tin trong ảnh đen trắng, ảnh màu và ảnh đa cấp xám

Như đã giới thiệu ờ trên, mồi loại ảnh khác nhau sẽ có các kỹ thuật giấu tin khác nhau và có các yêu cầu kỹ thuật khác nhau Mục 1.2.3 sẽ phân biệt những tính chất đó

Khởi nguồn cùa giấu thông tin trong ảnh là thông tin được giấu trong các ảnh màu hoặc ảnh xám trong đó mỗi pixel ảnh mang nhiều giá trị, được biêu diễn bàng nhiều bit Với những ảnh này việc thay đổi một giá trị nhỏ ở một pixel thì chất lượng ảnh gần như không thay đổi, khả năng

bị phát hiện là rất thấp dưới sự quan sát cúa mẳt thường Do đó, hệ thông thị giác cùa con người cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc bảo đám tính ẩn của thông tin giấu trên ảnh Với những anh mà mỗi điêm ánh chỉ mang một giới hạn nhỏ các giá trị thì việc giấu thông tin trong ảnh đàm bảo tính ẩn của thông tin giấu là một công việc khó khăn hơn nhiều Đặc biệt đối với ảnh đen trấng, mỗi điểm ảnh chỉ mang một tronơ hai giá trị trắng hoặc đen Vì vậy, khi thay đổi giá trị một pixel từ đen thành trắng hoặc ngược lại thì rất dễ bị phát hiện Do đó với ánh đen trắng số lượng thuật toán không nhiều, vẫn chưa đạt được kết quà mong muốn Có thuật toán giấu được nhiều thông tin vào ảnh thì chất lượng ảnh lại kém và dễ bị phát hiện Một sổ thuật toán khác thì giấu chất lượng ảnh tốt hơn nhưng lượng thông tin giấu được ít và quá đơn giản không đảm bảo được độ an toàn thông tin

Bàng 1.5 liệt kê những khác nhau cơ bản giữa giấu thông tin trong ảnh đen trang và ành màu

B ả n g 1.5 S ự k h á c n h a u g iữ a g iấ u th ô n g tin tro n g ành đen trắ n g và ảnh m àu

G iấu thòng tin trong ảnh đen trăng Giáu thông tin trong ảnh màu hoặc ảnh xám

- Thông tin giầu ít hơn đối V Ớ I ảnh có cúng

kích cỡ V Ớ I ảnh màu

- Thông tin giấu nhiều hơn.

- Khả năng bị phát hiện trong ảnh có giấu

thông tin cao hơn ảnh màu

- Khả năng bị phát hiện thắp.

- Độ an toàn thông tin thấp do dẻ bi phát hiện

có thông tin chứa bén trong

- Độ an toàn cao

- Các thuật toán giáu ít phức tạp - Nhiều thuật toán và có nhiều hướng mở rộng

phát triển Như áp dụng giải thuật di truyền.

KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH, ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIẾN

H ìn h 1.12 Ả nh m àu sau k h i giấu tin rấ t kh ó p h á t hiện

s ự th a y đ ổ i bằn g m ắ t th ư ờ n g

a) Ảnh đen trắng gốc 4 8 0 X 480 b) Ả nh sau khi giấu 100 bit tin

H ình 1.13 Ả n h đen trắng sau k h i giấu cù n g m ộ t lư ợ n g th ô n g tin n h ư ảnh màu

như ng c h ấ t lư ợ n g kém hơn (rất nhiều nh ữ n g ch ấ m đen h o ặ c trắng la)

1.2.4 Mật sô tiêu chí đánh giá kỹ thuật giấu thông tin trong ảnh sớ

Môi kỳ thuật giàu dừ liệu trong ảnh được đánh giá dựa trên một số tiéu chí sau:

- Tính vô hình của dừ liệu giấu;

- Dung lượng giấu dừ liệu: