Thủy Vân xử lí ảnh

Thủy Vân xử lí ảnh

1

MỞ ĐẦU

Cuộc cách mạng thông tin kỹ thuật số cùng với sự phát triển của internet đã làm cho việc trao đổi thông tin liên lạc cũng như việc phân phối và sử dụng các sản phẩm truyền thông trở nên nhanh chóng và dễ dàng hơn Dữ liệu số bị sao chép và phát tán

mà không mất đi chất lượng và không tốn tiền trả bản quyền cho tác giả của sản phẩm Việc sao chép bất hợp pháp các sản phẩm trong các lĩnh vực âm nhạc, phim ảnh, sách báo, tranh ảnh, phần mềm,… đã làm suy yếu những ngành công nghiệp này

Nhu cầu được bảo vệ bản quyền sở hữu trí tuệ các sản phẩm số đã trở thành một vấn đề quan trọng và đang nhận được nhiều sự quan tâm cũng như nghiên cứu của các chuyên gia trên thế giới, với hướng tiếp cận dùng các kỹ thuật tác động lên sản phẩm

để bảo vệ bản quyền, chống sao chép, bảo mật các dữ liệu trước khi truyền và đưa lên mạng

Thủy vân ra đời được đánh giá mang lại nhiều ứng dụng trong việc phát hiện xuyên tạc, bảo vệ bản quyền, kiểm soát truy cập dữ liệu đa phương tiện, đặc biệt là trong ảnh số

Đề tài tập trung nghiên cứu dụng kỹ thuật thủy vân vào việc bảo vệ bản quyền ảnh số và xây dựng chương trình ProWatermark viết bằng ngôn ngữ Matlab với các tính năng phục vụ cho việc đóng dấu chủ sở hữu và kiểm tra, xác nhận thông tin bản quyền ảnh Nội dung nghiên cứu đã tiếp cận kỹ thuật thủy vân trong miền tần số, áp dụng phép biến đổi wavelet rời rạc đa phân giải nhằm tìm ra sự cân bằng tốt hơn giữa

độ bền vững của thủy vân trước các phép tấn công ảnh, tính ẩn của thủy vân phù hợp với mô hình đa kênh của hệ thống thị giác ở người, cũng như dung lượng của thủy vân nhúng

2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THỦY VÂN

Chương này giới thiệu tổng quan về giấu tin, từ đó đi sâu vào tìm hiểu lý thuyết của kỹ thuật thủy vân – một trong hai hướng cơ bản của kỹ thuật giấu tin [02], [04], [05], [06], [07], [11], [13], [14], [16]

1.1 Giới thiệu giấu tin

Mật mã và giấu tin

1.1.1.

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 có 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 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 Và chính trong môi trường mở và tiện nghi như thế xuất hiện những vấn nạn, tiêu cực đang rất cần các giải pháp hữu hiệu nhằm 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 chúng ta hiểu thêm về công nghệ phức tạp đang phát triển rất nhanh này mà còn tạo ra những cơ hội phát triển mới

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 biến Thông tin ban đầu sẽ được mã hoá thành các ký hiệu vô nghĩa, sau đó sẽ được lấy lại thông qua việc giải mã nhờ khoá của

hệ mã Đã có nhiều hệ mã phức tạp và hiệu quả được sử dụng như DES, RSA, Nhưng ở đây không đề cập về các hệ mã mật mà tìm hiểu về một phương pháp đã và đang được nghiên cứu và ứng dụng mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới Đó là phương pháp giấu thông tin, đây là phương pháp mới đang được xem như là một công nghệ chìa khoá cho vấn đề bảo vệ bản quyền, xác nhận thông tin và điều khiển truy cập ứng dụng trong an toàn và bảo mật thông tin

3

Giả sử ta có đối tượng cần bảo mật R (một văn bản, một ảnh hoặc một tập tin

âm thanh chẳng hạn) Nếu dùng phương pháp mã hoá để bảo mật R ta sẽ thu được bản mật mã của R là R’ chẳng hạn Thông thường, R’ mang những giá trị có nghĩa và chính điều này làm cho đối 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’ hầu như không sai khác với F Sau đó chỉ cần gửi ảnh F cho người nhận Để lấy ra bản tin R từ ảnh F’ ta có thể cần hoặc không cần ảnh gốc F tùy theo từng phương pháp Như vậy, khi đối phương bắt được tấm ảnh F’ nếu đó là ảnh lạ (ảnh

cá nhân, ảnh phong cảnh của những nơi không nổi tiếng) thì khó nảy sinh nghi ngờ về khả năng chứa tin mật trong F

Sự khác biệt giữa mã hoá thông tin và giấu thông tin là mức độ lộ liễu của đối tượng mang tin mật Nếu ta phối hợp hai phương pháp trên thì mức độ lộ liễu được giảm đến mức tối đa, đồng thời độ an toàn cũng được nâng cao Chẳng hạn, ta có thể

mã hoá R thành R’ sau đó mới giấu R’ vào ảnh F để thu được ảnh F’ Tóm lại, giấu thông tin và hệ mã mật có quan hệ mật thiết với nhau, cùng xây dựng nên một hệ thống an toàn và bảo mật thông tin

Khái niệm giấu tin

1.1.2.

1.1.2.1 Khái niệm cơ bản

Giấu tin là kỹ thuật nhúng (giấu) một lượng thông tin số nào đó vào trong một đối tượng dữ liệu số khác “Giấu tin” nhiều khi chỉ mang tính quy ước không phải là một hành động cụ thể

1.1.2.2 Lịch sử hình thành và phát triển

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 điệp thuộc về sử gia Hi Lạp Herodotus Khi bạo chúa Hi Lạp Histiaeus bị vua Darius bắt giữ ở Susa vào thế kỷ thứ

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 một nô lệ tin cậy và xăm một thông điệp trên da đầu của anh ta Khi tóc của người nô lệ mọc ra đủ dài thì người nô lệ được gửi tới Miletus

Một câu chuyện khác về thời Hi 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

4

người Hi Lạp định báo cho Sparta rằng Xerxes định xâm chiếm Hi Lạp Để tránh bị phát hiện, anh ta đã bóc lớp sáp ong ra khỏi các viên thuốc và khắc thông báo lên bề mặt các viên thuốc này, sau đó bọc lại các viên thuốc bằng một lớp sáp ong mới Những viên thuốc mang tin mật đã ngụy trang được để cùng với các viên thuốc thông thường khác và lọt qua mọi sự kiểm soát một cách dễ dàng

Mực không màu là phương tiện hữu ích cho bảo mật thông tin trong một thời gian dài Người Romans cổ đã biết sử dụng những chất sẵn có như nước hoa quả, nước tiểu và sữa viết các thông báo bí mật giữa các hàng văn tự thông thường Khi được hơ nóng, những thứ mực này trở nên sẫm mầu và có thể đọc được Mực không màu cũng vẫn còn được sử dụng gần đây, chẳng hạn trong chiến tranh thế giới thứ II

Ý tưởng về che giấu thông tin đã có hàng ngàn năm trước nhưng kỹ thuật này được dùng chủ yếu trong quân đội và trong các cơ quan tình báo Mãi cho tới vài thập niên gần đây, giấu tin mới nhận được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu và các viện công nghệ thông tin với nhiều công trình nghiên cứu Sự phát triển của thông tin

số và mạng truyền thông (đặc biệt là mạng Internet) cùng với các kỹ thuật sao chép hoàn hảo, kỹ thuật chỉnh sửa, thay thế tinh vi đã và đang làm nảy sinh nhiều vấn đề nhức nhối về nạn ăn cắp bản quyền, xuyên tạc trái phép, lan truyền thông tin bất hợp pháp

Phân loại giấu tin

1.1.3.

Có nhiều cách phân loại khác nhau dựa trên những tiêu chí khác nhau:

Hình 1.1 Sơ đồ phân loại kỹ thuật giấu tin

5

1.1.3.1 Phân loại theo khuynh hướng

Theo Fabien A.P Petitcolas đề xuất năm 1999, kỹ thuật giấu tin nhằm mục đích an toàn và bảo mật thông tin ở hai khía cạnh:

 Bảo mật dữ liệu đem giấu

 Bảo mật cho chính đối tượng được dùng để giấu tin

Từ hai khía cạnh trên dần dần hình thành hai khuynh hướng chủ yếu của giấu tin:

 Giấu tin mật (Steganography):

Từ “Steganography” bắt nguồn từ tiếng Hi Lạp, “stegano” có nghĩa là

“covered”, còn “graphien” có nghĩa là “to write” Như vậy, “steganography” có nghĩa là tài liệu được phủ “covered writing”

Steganography là kỹ thuật nhúng tin mật vào môi trường giấu tin., sao cho thông tin giấu được càng nhiều càng tốt và quan trọng là người khác khó phát hiện được đối tượng có được giấu tin bên trong hay không bằng các kỹ thuật thông thường

 Thủy vân số (Watermarking):

Là kỹ thuật nhúng dấu ấn số vào một tài liệu hoặc sản phẩm, nhằm chứng thực nguồn gốc hay chủ sở hữu

Bảng 1.1 Bảng so sánh giữa giấu tin mật và thủy vân số

- Mục đích là bảo vệ thông tin

được giấu

- Giấu được càng nhiều thông tin

càng tốt, ứng dụng trong truyền

dữ liệu thông tin mật

- Thông tin được giấu phải ẩn,

không cho người khác thấy

được bằng mắt thường

- Chỉ tiêu quan trọng nhất là dung

lượng của tin được giấu

- Mục đích là bảo vệ môi trường

giấu tin

- Chỉ cần thông tin đủ để đặc trưng

cho bản quyền của chủ sở hữu

- Thông tin giấu có thể ẩn (thủy vân

ẩn) hoặc hiện (thủy vân hiện)

- Chỉ tiêu quan trọng nhất là tính

bền vững của tin được giấu

6

1.1.3.2 Phân loại theo môi trường giấu tin

Kỹ thuật giấu tin đang được áp dụng cho nhiều loại đối tượng, nhưng phổ biến

ở ba dạng dữ liệu đa phương tiện như ảnh, audio, video

 Giấu tin trong ảnh:

Kỹ thuật giấu tin trong ảnh hiện nay chiếm tỷ lệ lớn nhất trong các chương trình ứng dụng, các phần mềm và hệ thống giấu tin trong đa phương tiện, bởi lượng thông tin được trao đổi bằng ảnh là rất lớn Hơn nữa giấu tin trong ảnh cũng đóng vai trò hết sức quan trọng đối với hầu hết các ứng dụng bảo 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 dữ liệu ảnh nhưng chất lượng ảnh ít thay đổi và chẳng ai biết được đằng 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 rất nhiều những lợi ích quan trọng trên nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội Chẳng hạn như:

Chữ kí tay đã được số hoá và lưu trữ sử dụng như là hồ sơ cá nhân của

 Giấu tin trong audio:

Kỹ thuật giấu thông tin trong audio phụ thuộc vào hệ thống thính giác của con người (HAS – Human Auditory System) HAS cảm nhận được tín hiệu ở dải tần rộng và công suất thay đổi lớn, nhưng lại kém trong việc phát hiện sự khác biệt nhỏ giữa dải 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 Bên cạnh đó kênh truyền tin hay băng thông chậm sẽ ảnh hưởng đến chất lượng thông tin sau khi giấu Giấu thông tin trong audio yêu cầu rất cao

7

về tính đồng bộ và tính an toàn của thông tin

 Giấu tin trong video:

Kỹ thuật giấu tin trong video được quan tâm và 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 Trong các thuật toán trước đây thường cho phép giấu ảnh vào trong video, nhưng gần đây kỹ thuật cho phép giấu cả âm thanh và hình ảnh vào trong video

Kỹ thuật giấu thông tin áp dụng cả đặc điểm thị giác và thính giác của con người và đang được áp dụng cho nhiều loại đối 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, các gói IP truyền trên mạng và sau này còn tiếp tục phát triển tiếp cho các môi trường dữ liệu số khác Phạm vi của đề tài nghiên cứu này chỉ đề cập đến kỹ thuật giấu thông tin trong ảnh - một kỹ thuật được nghiên cứu chủ yếu nhất hiện nay

Mô hình giấu tin cơ bản

1.1.4.

Giấu thông tin vào phương tiện chứa và tách lấy thông tin từ phương tiện chứa

là hai quá trình trái ngược nhau (Fabien A P Petitcolas đề xuất năm 1999)

Giấu thông tin vào phương tiện chứa

1.1.4.1.

Quá trình giấu thông tin vào phương tiện chứa được mô tả như sau:

Hình 1.2 Lược đồ chung cho quá trình giấu tin

 Thông tin cần giấu: tuỳ theo mục đích của người sử dụng, nó có thể là thông điệp (với các tin bí mật) hay các logo, hình ảnh bản quyền

 Phương tiện chứa: các file audio, video, ảnh,… là môi trường để nhúng tin

 Bộ nhúng thông tin: là những chương trình thực hiện việc giấu tin

8

 Khóa dấu tin: khóa dùng để xác thực thông tin

 Đầu ra: là các phương tiện chứa đã có tin giấu trong đó Phương tiện chứa sau khi giấu thông tin có thể được sử dụng, quản lý theo những yêu cầu khác nhau

Tách thông tin

1.1.4.2.

Tách thông tin từ các phương tiện chứa diễn ra theo quy trình ngược lại, với đầu

ra là các thông tin đã được giấu vào phương tiện chứa và được mô tả như sau:

Hình 1.3 Lược đồ chung cho quá trình giải mã

Sau khi nhận được phương tiện chứa có giấu thông tin, quá trình giải mã được thực hiện thông qua bộ giải mã tương ứng 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 Thông tin đã giấu sẽ được xử lý kiểm định so sánh với thông tin ban đầu

Tính chất của giấu tin trong ảnh

Tuy nhiên với ẩn tin thì trong thực tế không phải lúc nào cũng cố gắng để đạt được tính vô hình cao nhất Ví dụ trong truyền hình, người ta gắn hình ảnh mờ gọi là thủy ấn để bảo vệ bản quyền bản tin

1.1.5.2 Khả năng chống giả mạo

Một trong những mục đích của giấu tin là truyền đi thông tin mật Nếu không thể do thám tin mật, thì kẻ địch cũng cố tìm cách làm sai lệch tin mật, làm giả mạo

9

tin mật để gây bất lợi cho đối phương Phương pháp giấu tin tốt phải đảm bảo tin mật không bị tấn công một cách chủ động trên cơ sở những điều hiểu biết thuật toán nhúng tin và có ảnh mang (nhưng không biết khóa giấu tin)

Đối với giấu tin thì khả năng chống giả mạo là yêu cầu vô cùng quan trọng, vì

có như vậy mới bảo vệ được bản quyền, minh chứng tính pháp lý của sản phẩm

1.1.5.3 Dung lượng giấu

Dung lượng giấu tin được tính bằng tỉ lệ của lượng thông tin cần giấu so với kích thước ảnh mang tin Các phương pháp đều cố gắng giấu được nhiều tin trong ảnh nhưng vẫn giữ được bí mật Tuy nhiên trong thực tế người ta luôn phải cân nhắc giữa dung lượng và các tiêu chí khác như tính vô hình, tính bền vững

1.1.5.4 Tính bền vững

Sau khi giấu tin vào ảnh mang, bản thân ảnh mang có thể phải trải qua các biến đổi khác nhau như lọc (tuyến tính, phi tuyến tính), thêm nhiễu, làm sắc nét, mờ nhạt, quay, nén mất dữ liệu,… tính bền vững là thước đo sự nguyên vẹn của tin mật sau những biến đổi như vậy

1.1.5.5 Độ phức tạp tính toán

Độ phức tạp của thuật toán giấu tin và giải tin (tách tin) cũng là một chỉ tiêu quan trọng, chỉ tiêu này cho chúng ta biết tài nguyên (thời gian và bộ nhớ) dùng cho một phương pháp giấu tin

Với chủ nhân giấu tin thì thời gian thực hiện phải nhanh, nhưng với kẻ thám tin thì tách tin phải là bài toán khó Ví dụ bài toán tách tin từ thủy ấn để đánh dấu bản quyền cần phải là bài toán khó, thì mới bền vững trước sự tấn công của tin tặc nhằm phá hủy thủy vân

1.2 Kỹ thuật thủy vân

1.2.1 Khái niệm thủy vân

1.2.2.1 Khái niệm cơ bản

Thủy vân (Watermarking) là kỹ thuật nhúng “dấu ấn số” (watermark – tin giấu) vào một sản phẩm số (audio, video, ảnh), mà tin giấu này có thể được phát hiện và tách ra sau đó, nhằm chứng thực (đánh dấu, xác thực) nguồn gốc hay chủ sở hữu của sản phầm số này

10

Định nghĩa khác: thủy vân là kỹ thuật giấu thông tin theo kiểu đánh dấu (watermarking) để bảo vệ bản quyền của đối tượng chứa tin tập trung đảm bảo một số yêu cầu như đảm bảo tính bền vững, khả năng chống giả mạo, …

Ví dụ về thủy vân: đóng dấu một dấu hiệu (như chữ ký) trên một bức ảnh để chứng thực nguồn gốc và chủ sở hữu của bức ảnh đó

Hình 1.4 Ví dụ về thủy vân 1.2.2.2 Lịch sử hình thành và phát triển

Về mặt lịch sử, các kỹ thuật thủy vân trên giấy xuất hiện trong nghệ thuật làm giấy thủ công cách đây gần 700 năm Tài liệu về thủy vân xưa nhất được tìm thấy là vào năm 1292 tại thị trấn Fabriano nước Ý nơi giữ vai trò chính trong cuộc cách mạng của ngành công nghiệp làm giấy Mặc dù ban đầu thủy vân chỉ dùng để xác định nhãn giấy hay nhà máy giấy, nhưng sau này nó được dùng để xác định khổ, chất lượng và

độ bền cũng như nền tảng cho ghi ngày tháng và xác thực giấy Sự tương đồng giữa thủy vân giấy và thủy vân số có thể thấy ngay là thủy vân giấy trong tiền ngân hàng hay tem phiếu truyền cảm hứng cho thuật ngữ “watermark” trong phạm vi dữ liệu số

Tanaka và Caronni lần lượt đưa ra các bài báo đầu tiên tập trung vào thủy vân cho ảnh số vào năm 1990 và 1993 Đến năm 1995, chủ đề này bắt đầu được quan tâm nghiên cứu và phát triển nhanh chóng Năm 1996, hội thảo về che dấu thông tin lần đầu tiên đưa thủy vân vào phần trình bày nội dung chính

11

Đến năm 1999, SPIE (Society of Photographic Instrumentation Engineers) đã

tổ chức hội nghị đặc biệt về bảo mật và thủy vân trên các nội dung đa phương tiện Cũng trong khoảng thời gian này, một số tổ chức đã quan tâm đến kỹ thuật

watermarking với những mức độ khác nhau Chẳng hạn CPTWG (Content Protection

Technical Working Group) thử nghiệm hệ thống thủy vân bảo vệ phim trên DVD

SDMI (Secure Digital Music Initiative) sử dụng thủy vân trong việc bảo vệ các đoạn

nhạc Hai dự án được liên minh Châu Âu ủng hộ VIVA và Talisman đã thử nghiệm sử dụng thủy vân để theo dõi phát sóng

Vào cuối thập niên 1990, một số công ty đã đưa thủy vân vào thương trường, chẳng hạn các nhà phân phối nhạc trên Internet sử dụng Liqid Audio áp dụng công nghệ của Verance Corporation Trong lĩnh vực thủy vân ảnh, Photoshop cũng đã tính hợp một bộ nhúng và bộ dò thủy vân tên là Digimarc

Bảng 1.2 Số lượng bài báo về thủy vân số trong vài năm qua theo INSPEC, tháng

1 năm 1999, J L Dugelay

1.2.2 Phân loại thủy vân

Có nhiều cách phân loại khác nhau dựa trên những tiêu chí khác nhau:

Hình 1.5 Sơ đồ phân loại thủy vân

Theo tính

12

1.2.2.1 Phân loại theo khả năng cảm nhận

Thủy vân ẩn (Invisible watermarking): là các thủy vân không thể nhìn thấy được bằng mắt thường

Thủy vân hiện (Visible watermarking): là thủy vân có thể nhìn thấy được bằng mắt thường

1.2.2.2 Phân loại theo tính bền vững

Thủy vân bền vững (Robust watermarking): là loại thủy vân nhúng theo phương pháp rất khó phá hủy Việc tấn công thủy vân số trong trường hợp này sẽ làm giảm chất lượng của thông tin Nói cách khác thì nếu phá hủy thủy vân thì đồng thời sẽ phá hủy đối tượng mang

Thủy vân dễ vỡ (Fragile watermarking): là loại thủy vân đảm bảo tính toàn vẹn cho nội dung thông tin nên bất kỳ sự thay đổi nào cũng có thể làm cho thủy vân bị hỏng

1.2.2.3 Phân loại theo hướng tiếp cận

Thủy vân miền không gian (Spatial domain): là kỹ thuật nhúng thủy vân trực tiếp vào vùng không gian dữ liệu ảnh

Thủy vân miền tần số (Frepuency domain): là kỹ thuật nhúng thủy vân vào vùng biến đổi tần số của dữ liệu ảnh

1.2.3 Mô hình thủy vân

Watermarking không nhìn thấy thường được dùng cho ảnh (nhúng dữ liệu vào

trong ảnh gốc) Quá trình xử lý ảnh khái quát được mô tả trong Hình 1.6 Ảnh gốc

được thêm vào dữ liệu ký số để tạo nên ảnh nhúng watermark Để đảm bảo tính trong suốt của dữ liệu nhúng, sự méo dạng ảnh trong quá trình nhúng phải nhỏ

13

Hình 1.6 Lược đồ chung cho quá trình thủy vân

Để thấy những khía cạnh khác nhau trong kỹ thuật watermarking, tùy thuộc vào những ứng dụng riêng biệt và những điều kiện cần của ứng dụng, ta phải cải tiến mô hình watermarking tổng quát và có cái nhìn về những giai đoạn liên tiếp của quá trình

xử lý watermarking bao gồm những giai đoạn như sau:

 Giai đoạn nhúng (embedding)

 Giai đoạn phân bố (distribution)

 Giai đoạn trích (extraction)

 Giai đoạn quyết định (decision)

Giai đoạn nhúng

1.2.3.1.

Trong giai đoạn nhúng, ảnh chủ được biến đổi đến miền thuận tiện cho việc nhúng dữ liệu Đề tài nghiên cứu này lựa chọn ứng dụng wavelets và các phép biến đổi wavelets Một số phương pháp khác cũng có thể thực hiện được như DCT (Discrete Cosine Transform) hoặc là DFT (Discrete Fourier Transform)

Dữ liệu ký số (còn gọi là thông điệp) có thể là dữ liệu nhị phân, một ảnh nhỏ (logo) hoặc là một giá trị khởi đầu cho một bộ sinh số ngẫu nhiên giả để tạo ra một chuỗi số cùng với phân bố xác định (ví dụ là phân bố Gaussian hoặc phân bố đều)

Kế tiếp, các hệ số biến đổi được biến đổi sao cho phù hợp với dữ liệu của thông điệp Tốt hơn là phép biến đổi ảnh phải phù hợp với đặc tính cảm nhận về thị giác của người HVS, như vậy sẽ dễ dàng hơn khi gắn vào tín hiệu được nhúng mà không gây ra

14

méo dạng cảm nhận Lưu ý phải lựa chọn miền biến đổi tần số và các hệ số phù hợp với nhu cầu gắn (chẳng hạn như là vùng tần số thấp và tần số giữa mà giải thuật của Cox lựa chọn)

Cuối cùng, phép biến đổi ngược dựa trên các hệ số đã được sửa đổi để hồi phục lại ảnh được nhúng

Hình 1.7 Mô hình tổng quát của giai đoạn nhúng dữ liệu vào ảnh số

Giai đoạn phân bố

dữ liệu ảnh nhúng watermark được xem như là thao tác tấn công lên thông tin nhúng Những sự thay đổi xảy ra trong suốt quá trình xử lý ảnh thông thường được gọi là tấn công trùng khớp ngẫu nhiên, trong khi các lọai tấn công nhằm làm yếu, loại bỏ hay thay đổi watermark thì được gọi là tấn công cố ý

và việc xác định watermark tương đối dễ làm Ta gọi hệ thống xác nhận sử dụng chìa khóa bí mật (cá nhân) và ảnh gốc là hệ thống watermarking non - oblivious, non - blind, private

Những trường hợp khác không sử dụng chìa khóa cá nhân hoặc ảnh gốc trong quá trình trích thông điệp Hệ thống watermarking này gọi là hệ thống watermarking khóa công khai (public key)

Gần đây, sơ đồ watermarking bất đối xứng được đưa ra sử dụng những khóa khác nhau cho việc nhúng và xác định watermark

Sơ đồ watermarking cho phép trích thông điệp không đỏi hỏi ảnh gốc được gọi

là sơ đồ watermarking mù (blind) Phương pháp trích hoặc xác định dựa vào một vài

dữ liệu hoặc đặc tính xuất phát từ ảnh gốc được gọi là thuật toán watermarking bán mù (semi-blind)

Tóm lại có 3 phương pháp trích watermark dựa vào mức độ sử dụng ảnh gốc:

 Blind hoặc obvilious

 Semi-blind

16

 Non blind hoặc non-oblivious

Ngoài ra, dựa vào sự cần thiết của loại khóa dùng trong quá trình watermarking

ta phân biệt theo:

 Khóa cá nhân (private key)

 Khóa công khai (public key)

 Các sơ đồ watermarking bất đối xứng khác

Hình 1.9 Mô hình trích ảnh thủy vân Giai đoạn quyết định

là thông tin bản quyền nguyên bản được đặt vào dữ liệu ảnh chủ

Thông thường cần phải có thông số nhằm đánh giá sự giống nhau (mối tương quan) giữa dữ liệu gốc watermark (W) và dữ liệu watermark sau khi trích được (W*) là tương quan chuẩn hóa của chuỗi ngẫu nhiên giả:

Hình 1.10 Mô hình phát hiện thủy vân

Các ứng dụng giấu thông tin và nhãn ảnh thì cố trích thông điệp gốc được nhúng Do không cho phép thay đổi thông điệp, vì thế việc sử dụng mã sữa đổi bắt buộc dùng cho loại ứng dụng này khi có sự tác động hay méo dạng thông tin nhúng

1.2.4 Một số ứng dụng

Trong lĩnh vực watermarking, các điều kiện cần thỏa mãn của một hệ thống watermarking luôn tùy thuộc vào ứng dụng của nó Vì vậy, trước khi xét đến các điều kiện, cũng như cách thiết kế hệ thống watermarking cần xét đến các ứng dụng của kỹ thuật watermarking Ngoài ra ta còn thấy rằng hiện không có một giải thuật watermarking nào là hoàn hảo cả và mọi giải thuật watermarking đều phải chú trọng đến mức độ bền vững của dữ liệu sao cho phù hợp với từng ứng dụng cụ thể

Bảo vệ quyền sở hữu (Copyright Protection)

1.2.4.1.

Đây là ứng dụng cơ bản nhất của kỹ thuật digital watermarking Mục đích của watermarking cho bảo vệ quyền tác giả là nhúng thông tin xác nhận bản quyền (watermark) vào dữ liệu ảnh số để có thể nhận biết người chủ bản quyền Ngoài ra còn

để kiểm tra kín công việc của người mua (truy xét các bản sao không hợp lệ) Dữ liệu nhúng có thể là một số đăng ký (giống như UPC trên đĩa), một đoạn thông điệp, logo

18

hình hoặc là một mẫu duy nhất (như ADN: Acid deoxyribonucleic) Ví dụ như hệ thống quản lí sao chép DVD đã được ứng dụng ở Nhật Watermark mang các giá trị chỉ trạng thái cho phép sao chép dữ liệu như “copy never” - không được phép sao chép hay “copy once” - chỉ được copy một lần sau khi copy xong, bộ đọc, ghi watermark sẽ ghi watermark mới, chỉ trạng thái mới lên DVD Các ứng dụng loại này yêu cầu watermark phải được bảo đảm an toàn và sử dụng phương pháp phát hiện watermark

đã giấu mà không cần thông tin gốc

Watermark số có thể nhận thấy được hoặc không nhìn thấy được Watermark ảnh nhìn thấy được thường là logo của người bản quyền, có thể dễ dàng đặt vào ảnh nhưng khó gở bỏ Tuy nhiên nhiều ứng dụng cần watermark không nhận thấy Trong khóa luận chỉ đề cập đến “invisible watermark” trong ảnh số

Invisible watermark đòi hỏi phải có tính bền vững cao trước các quá trình xử lý ảnh như nén ảnh (ví dụ JPEG, JPEG2000), lọc ảnh, biến đổi hình học (xoay, cắt ảnh,

co dãn ảnh…) Muốn loại bỏ watermark này mà không được phép của người chủ sở hữu thì chỉ có cách là phá huỷ sản phẩm Để thiết lập quyền sở hữu hợp pháp, sơ đồ watermark phải an toàn để chống lại những tấn công cố ý

Xác nhận thông tin ảnh và tình trạng nguyên vẹn dữ liệu

1.2.4.2.

(Image Athentication and Data Integrity)

Một ứng dụng khác của watermarking là xác nhận đúng ảnh và xác nhận sự giả mạo Ảnh số ngày càng được sử dụng như một chứng cứ buộc tội ngày nay Watermark được sử dụng để phát hiện nó có bị sửa đổi hay không và có thể định vị được vị trí sửa đó Ảnh số dễ bị sửa đổi từ ứng dụng xử lý ảnh phức tạp Watermark được sử dụng để xác nhận tính xác thực của ảnh Đối với ứng dụng loại này watermark cần phải yếu (fragile) không cần bền vững trước các phép xử lý trên ảnh đã được giấu tin để bất cứ sự sửa đổi nào trên ảnh sẽ phá hủy watermark (phát hiện sự sửa đổi)

Lấy dấu vân tay hay dán nhãn (Fingerprinting and Labeling)

1.2.4.3.

Nhãn ảnh là một ứng dụng mà thông tin về nội dung ảnh được mã hóa thành watermark và được chèn vào ảnh Mục tiêu của ứng dụng này tập trung vào vấn đề truyền thông tin, về tính hợp pháp của người nhận hơn là tính hợp pháp của nguồn dữ liệu số, nhằm xác định các bản sao của dữ liệu được phân phối chỉ có một Việc này

19

rất hữu dụng trong việc giám sát và theo dõi các bản sao được sản xuất bất hợp pháp

Nó tương tự như số seri trong sản phẩm phần mềm, mỗi một sản phẩm sẽ mang một watermark riêng, loại ứng dụng này được gọi là “fingerpringting” và nó liên quan đến việc gắn những watermark khác nhau thực hiện dễ dàng và độ phức tạp thấp Watermark được sử dụng trong lĩnh vực này cũng đòi hỏi tính bền vững cao trước những tấn công cố ý

Theo dõi quá trình sử dụng (Tracking)

1.2.4.4.

Watermarking có thể được dùng để theo dõi quá trình sử dụng của các digital media Mỗi bản sao của sản phẩm được chứa một watermark duy nhất dùng để xác định người được phép sử dụng là ai Nếu có sự nhân bản bất hợp pháp, ta có thể truy ra người vi phạm nhờ vào watermark được chứa bên trong digital media

Kiểm tra giả mạo (Tamper Proofing)

1.2.4.5.

Watermarking có thể được dùng để chống sự giả mạo Nếu có bất cứ sự thay đổi nào về nội dung của các digital media thì watermark này sẽ bị huỷ đi Do đó rất khó làm giả các digital media có chứa watermark

Kiểm tra truyền thông (Broadcast Monitoring)

1.2.4.6.

Nhiều chương trình rất tốn kém chi phí để sản xuất và phát trên mạng lưới truyền hình như: tin tức, phim ảnh, các sự kiện thể thao, quảng cáo … Bảo vệ tài sản trí tuệ và ngăn chặn các hoạt động phát sóng lại một cách bất hợp pháp là vô cùng quan trọng Các công ty truyền thông và quảng cáo có thể dùng kỹ thuật digital watermarking để quản lý xem có bao nhiêu khách hàng đã dùng dịch vụ cung cấp

Truyền tin bí mật (Concealed Communication)

1.2.4.7.

Vì watermarking là một dạng đặc biệt của kỹ thuật che giấu dữ liệu (steganography) nên người ta có thể dùng để truyền các thông tin bí mật

1.2.5 Yêu cầu của thủy vân số đối với chất lượng ảnh

Tùy theo ứng dụng và mục đích watermarking, những điều kiện cần khác nhau phát sinh những vấn đề thiết kế khác nhau bao gồm những điều kiện sau:

Tính bảo mật (Security)

1.2.5.1.

Trong hầu hết các ứng dụng, chẳng hạn như bảo vệ bản quyền, tính bảo mật của thông tin nhúng cần phải được bảo đảm, tính hiệu quả của một thuật toán không thể

20

dựa vào giả định là những kẻ tấn công không biết được quá trình nhúng thủy vân vào tài liệu đa phương tiện được thực hiện như thế nào Tuy nhiên, giả định đó lại được dùng để đánh giá độ an toàn của các sản phẩm thương mại sử dụng thủy vân có giá trị trên thị trường Với một ứng dụng watermarking, một khi biết được cách làm việc của bộ nhúng và bộ dò, kẻ tấn công sẽ dễ dàng loại bỏ watermark Hơn nữa, một

số kỹ thuật sử dụng dữ liệu gốc trong quá trình dò tìm và rút trích (thường thì các giải pháp loại này không khả thi trong thực tế)

Đối với các hệ thống đòi hỏi tính an toàn, thì một khóa bảo mật có thể được sử dụng trong quá trình nhúng và trích Hai mức độ bảo mật có thể được xác định Với mức độ bảo mật cao nhất, những người sử dụng không được phép không thể đọc, giải

mã watermark nhúng cũng như không thể phát hiện dữ liệu có chứa đựng watermark hay không, và thông tin nhúng không thể đọc được nếu không có khóa bí mật

Trong một số sơ đồ có thể ứng dụng nhiều watermark cùng với cả khóa bí mật (secret key) và khóa công khai (public key) Có thể nối một hoặc một vài public key với private key và nhúng vào public/private watermark

Tính không nhìn thấy (Invisibility)

1.2.5.2.

Một trong những điều kiện quan trọng là tính trong suốt hay không nhìn thấy của watermark và đặc tính này độc lập với các mục đích và các ứng dụng khác nhau Thành phần lạ xuất hiện trong quá trình xử lý watermarking không những gây phiền phức không mong muốn mà còn làm suy giảm hay phá hủy các giá trị thương mại của

dữ liệu Vì vậy, một điều quan trọng là thiết kế watermark khai thác các hiệu quả cảm nhận của mắt người cũng như của tai người để cực đại hóa năng lượng watermark mà vẫn không vượt quá mức ngưỡng cảm nhận được Có hai vấn đề liên quan, một là những đánh giá mức độ biến dạng của dữ liệu và những quá trình xử lý tác động đến

dữ liệu nhúng watermark, chẳng hạn như trong kỹ thuật watermarking đối với ảnh, mức độ cảm nhận của watermark sẽ tăng lên khi ảnh được phóng đại lên

 Vô hình đối với mắt:

Những nhà nghiên cứu gần đây đã cố gắng giấu watermark sao cho nó khó bị phát hiện (không hiển thị trên nền ảnh) và không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng mắt cũng như nội dung dữ liệu chứa Tuy nhiên, yêu cầu này mâu thuẫn với một số yêu cầu khác, chẳng hạn như tính bền vững là một yêu cầu quan trọng khi đối

21

đầu với các thao tác tấn công watermarking, đặc biệt là thuật toán nén có tổn hao Thông thường, các bit ít có ý nghĩa đối với mắt người sẽ được ưu tiên dùng để chứa watermark Để đạt được mục đích này, chúng ta phải khảo sát các tính chất của hệ thống mắt người HVS (đối với ảnh) và hệ thống thính giác con người HAS (đối với âm thanh) trong quá trình nhúng và dò tìm watermark

 Vô hình đối với thống kê:

Một cá nhân bất hợp pháp không thể dò tìm watermark bằng các phương pháp thống kê Ví dụ nhiều tác phẩm kỹ thuật số đã được nhúng cùng một watermark sao cho khi thực hiện tấn công dựa trên thống kê thì không tài nào trích được watermark Một giải pháp khả thi là sử dụng watermark phụ thuộc nội dung

Ví dụ, trong kỹ thuật watermarking dùng cho ảnh, nếu chúng ta cần kỹ thuật bền vững với nén JPEG tỉ lệ cao (loại bỏ trên ảnh những thông tin ít có tính nhìn thấy nhất để làm giảm kích thước của ảnh mà vẫn đảm bảo được chất lượng ảnh) thì việc dùng một kỹ thuật nhúng trong miền biến đổi có hiệu quả hơn là một kỹ thuật nhúng trong miền không gian Tương tự như vậy, nếu kỹ thuật thích ứng với những biến đổi hình học như là phép xoay, chỉnh kích thước không theo tỉ lệ thì giải thuật thực hiện trong miền không gian phù hợp hơn

Ngoài ra, người ta còn nhận thấy rằng, tính bền vững chỉ có thể đạt được nếu watermark được đặt ở những vùng có ý nghĩa nhìn thấy nhiều nhất của một bức ảnh Tuy nhiên, watermark sẽ khó bị phát hiện nếu như nó được đặt ở những vùng ít có ý nghĩa nhìn thấy nhất Tính phức tạp của kỹ thuật watermarking thể hiện ở hai tính chất mâu thuẫn lẫn nhau này

Cần lưu ý rằng, tính bền vững thật sự bao gồm hai vấn đề riêng biệt là:

22

 Watermark phải tồn tại trong dữ liệu dù có xảy ra méo dạng hay không

 Liệu máy dò tìm watermark có phát hiện ra nó hay không

Khả năng tải thông tin (Payload capacity)

1.2.5.4.

Lượng thông tin có thể chứa trong watermark tùy thuộc vào các ứng dụng khác nhau Chẳng hạn, đối với ứng dụng chống sao chép, thông tin watermark chỉ cần một bit là đủ

Chứng minh quyền sở hữu thật sự

1.2.5.5.

Để có thể thực hiện quyền sở hữu hợp pháp, cần phải xác định ai là người nhúng watermark vào dữ liệu trước tiên trong trường hợp có nhiều watermark được nhúng Điều này có thể thực hiện thông qua việc đặt ra các trở ngại thiết kế như tính khả đảo của watermark,

Tính linh hoạt (activity)

1.2.5.6.

Trong các ứng dụng thương mại, chi phí tính toán cho việc nhúng và trích rất quan trọng Tuy nhiên, trong một số ứng dụng, việc chèn watermark chỉ có thể thực hiện một lần và offline Do đó, chi phí nhúng có thể không quan trọng bằng chi phí dò, vốn thường phải xảy ra theo thời gian thực Hơn nữa, chúng ta biết rằng tốc độ máy tính tăng xấp xỉ gấp đôi sau 18 tháng, những gì được tính toán không thỏa đáng ngày nay có thể nhanh chóng trở thành hiện thực Người ta mong đợi việc thiết kế một bộ

dò watermark tương thích với mỗi thế hệ máy vi tính Ví dụ thế hệ thứ nhất của bộ dò

có thể có chi phí tính toán rẻ nhưng không đáng tin cậy bằng bộ dò ở thế hệ tiếp theo (có thể có nhiều tính toán hơn) để xử lý với các vấn đề như các biến dạng hình học

Khả năng cải tiến và nhúng nhiều thủy vân

1.2.5.7.

Cần phải cho phép nhúng nhiều watermark khác nhau trong cùng một ảnh sao cho mỗi watermark có thể dò được bởi một người dùng được cấp quyền Đặc trưng này rất hữu dụng trong các ứng dụng dấu vân tay, trong đó thuộc tính tác quyền được truyền từ người sở hữu tác phẩm đến các tác phẩm khác Hơn nữa chúng ta có thể ngăn người khác thực hiện watermarking cho một tác phẩm đã được đóng dấu Trong một

số trường hợp, việc chỉnh sửa hoặc thay đổi một watermark sau khi nhúng là cần thiết

ví dụ, trong trường hợp các đĩa DVD, một watermark có thể được dùng để chỉ cho số lượng các bản sao chép được phép Ngay sau khi việc sao chép được thực hiện, watermark trên đĩa gốc sẽ được thay đổi để giảm số lần cho phép sao chép xuống

23

Việc chỉnh sửa watermark có thể thực hiện được bằng cách loại bỏ watermark thứ nhất

và sau đó thêm vào một watermark mới hoặc chèn một watermark thứ hai sao cho cả hai đều có thể đọc được, nhưng chồng lấn lên nhau Khả năng thứ hai được chọn lựa nhiều hơn bởi vì một watermark mà có thể xoá được thì hiển nhiên không phải là một watermark bền vững và dễ dàng bị giả mạo

Khôi phục thủy vân cần hay không cần dữ liệu gốc

1.2.5.8.

Kỹ thuật watermarking sử dụng dữ liệu gốc trong quá trình khôi phục làm tăng tính bền vững hơn không chỉ với các loại méo dạng như nhiễu mà còn với các loại méo dạng trong các thao tác xử lý hình học vì nó cho phép phát hiện và đảo ngược những méo dạng này Trong nhiều ứng dụng, như giám sát hoặc theo dõi dữ liệu, thì việc truy xuất dữ liệu gốc là không thể Trong những ứng dụng khác như ứng dụng watermarking trong video, không thực tế khi dùng dữ liệu gốc bởi vì phải xử lý một lượng dữ liệu lớn

Trong khi những kỹ thuật watermarking ở những giai đoạn đầu cần dùng dữ liệu gốc trong quá trình khôi phục thì ngày nay có khuynh hướng xây dựng các kỹ thuật watermarking không cần dữ liệu gốc khi khôi phục (sử dụng key hoặc chỉ một phần đặc trưng của dữ liệu gốc) Và kỹ thuật này có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng

Tính phổ thông

1.2.5.9.

Watermark số nên áp dụng cho cả ba phương tiện truyền thông đang được chú ý

là âm thanh, hình ảnh, video Điều này có khả năng giúp ích trong vấn đề watermarking cho những sản phẩm truyền thông đa phương tiện Đặc tính này cũng dẫn tới sự thực thi toàn bộ thuật toán watermarking cho cả âm thanh, hình ảnh, video trên cùng một phần cứng

Tính rõ ràng

1.2.5.10.

Việc phục hồi watermark nên xác minh một cách rõ ràng chủ sở hữu Watermark không nên cần đến bất kỳ sự phiên dịch nào như tìm cơ sở dữ liệu các bộ

mã để phiên dịch watermark nếu bản thân nó không là chuẩn quốc tế

Độ tin cậy trong quá trình dò tìm và rút trích

1.2.5.11.

Ngay cả khi không có các tấn công cũng như các biến dạng tín hiệu, khả năng không dò được watermark đã nhúng (lỗi phủ định sai) hoặc dò sai watermark khi mà

24

nó không tồn tại trong thực tế (khẳng định sai) phải rất nhỏ Thông thường, các thuật toán thống kê cơ bản không có khó khăn gì trong việc đáp ứng những yêu cầu này Tuy nhiên một khả năng như vậy phải được đưa lên hàng đầu nếu ứng dụng watermarking liên quan đến luật pháp, vì có như vậy mới tạo sự tin cậy chắc chắn cho các phán quyết cuối cùng

Chống lại sự xuyên tạc

1.2.5.12.

Watermark có thể bị tấn công bằng các phép xử lý tín hiệu với ý định duy nhất

là loại bỏ watermark Làm sao để watermark chống lại sự xuyên tạc như thế cũng là một vấn đề đáng quan tâm Đây là một số cách có triển vọng để đạt được điều này:

 Watermark kín:

Một watermark kín trong đó bộ giải mã yêu cầu một số thông tin về tài liệu chưa được watermark hoặc chuỗi nhiễu giả ngẫu nhiên cấu thành watermark vốn chỉ được biết rõ bởi người gửi và người nhận

 Bộ mã hoá - giải mã bất đồng bộ:

Nếu việc loại bỏ watermark yêu cầu đảo ngược quá trình mã hóa thì chúng ta nên làm cho bộ mã hóa trở nên càng phức tạp càng tốt, đặc biệt nếu watermark chỉ được áp đặt một lần Tuy nhiên, nếu những bộ giải mã phải chạy trong thời gian thực thì quá trình giải mã nên đơn giản hơn quá trình mã hóa

Tính khả đảo của thủy vân

1.2.5.13.

Mặc dù tính bền vững thường được chỉ ra như một yêu cầu chính cần phải có, nhưng mối quan tâm lớn lại tập trung vào tính khả đảo của watermark Thuật ngữ khả đảo được dùng với những ý nghĩa khác nhau, nghĩa tự nhiên nhất được định nghĩa là một watermark gọi là khả đảo nếu các người dùng được cấp quyền có thể xoá nó khỏi tài liệu Trong nhiều ứng dụng, tính khả đảo này có thể là một đặc trưng mong đợi, bởi

vì nó có thể cho phép thay đổi tình trạng của một tài liệu cho trước theo lịch sử của nó

mà không cần phải ẩn quá nhiều bit thông tin trong nó

Tính khả đảo của watermark còn được định nghĩa theo cách khác, đó là khả năng làm mất hiệu lực thừa nhận quyền sở hữu được hỗ trợ bởi watermarking bằng cách sử dụng kỹ thuật công nghệ đảo để đảo lại quy trình watermarking Một mô hình watermarking muốn sử dụng thành công trong ứng dụng bảo vệ quyền sở hữu thì phải đáp ứng được tính không khả đảo của watermark Chúng ta có thể nói rằng một

25

watermark là khả đảo nếu nó có thể tạo ra một watermark ngược (false watermark) và một tài liệu giả mạo tài liệu gốc sao cho khi nhúng false watermark vào nó, ta có thể thu được một tài liệu giống hay gần giống với tài liệu gốc đã được đóng dấu

Tuy nhiên các mô hình watermarking khả đảo hay tựa khả đảo ít được dùng trong các ứng dụng thực tế

Tối thiểu hóa sự thay đổi các pixel

1.2.5.14.

Khi thực hiện watermark hình ảnh chất lượng cao và các tác phẩm nghệ thuật,

số lượng các pixel cải biến nên là nhỏ nhất

Tối thiểu hóa sự can thiệp của con người

1.2.5.15.

Tùy thuộc vào từng ứng dụng, kỹ thuật watermarking có những yêu cầu khác nhau Một trong những thách thức của những người nghiên cứu về lĩnh vực này là các yêu cầu trong kỹ thuật này thường mâu thuẫn với nhau Những yêu cầu liệt kê ở trên là những yêu cầu thông thường mà hầu hết các ứng dụng thực tế phải đạt được

Tóm lại, trong một hệ thống watermarking các điều kiện này thường có mối quan hệ với nhau Nếu như một hệ số được sử dụng nhằm thay đổi mức độ nhúng thông tin watermark trong dữ liệu nhúng thì hệ số này có tầm quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng dữ liệu sau nhúng cũng như tính bền vững của hệ thống Cụ thể, khi hệ

số đặc trưng cho mức độ nhúng càng lớn thì hệ thống càng bền vững, những tác động bên ngoài lên ảnh nhúng sẽ ảnh hưởng xấu đến chất lượng ảnh Mặt khác, lượng thông tin nhúng càng nhiều thì thông tin ảnh gốc có thể bị thay đổi nhiều Trong nhiều trường hợp nhúng nhiều bit cho khả năng đánh giá tốt hơn so với việc nhúng một bit

Trong thực tế, ba yêu cầu về tính ẩn, tính bền vững, và dung lượng của thủy vân

có thể xem như một dạng tam giác, nghĩa là nếu cái này bị biến đổi thì hai cái kia cũng

bị ảnh hưởng

Hình 1.11 Mối quan hệ giữa các yêu cầu chính của hệ thống thủy vân ảnh

Bền vững

 Ảnh tương tự được chia thành M hàng, N cột

 Giao của hàng và cột được gọi là: pixel

 Giá trị biên độ của pixel tại tọa độ nguyên (m,n) là s(m,n): là trung bình độ sáng trong pixel đó S(m,n)≤L (L là số mức xám dùng biểu diễn ảnh)

Hình 2.1 Ảnh tương tự và ảnh số hóa

28

 Xử lý số:

Là một tiến trình gồm nhiều công đoạn nhỏ: tăng cường ảnh (Enhancement), khôi phục ảnh (Restoration), phát hiện biên (Egde Detection), phân vùng ảnh (Segmentation), trích chọn các đặc tính (Feature Extraction),

ghép CCD (Charged – Couple Devide) và bộ cảm biến hình ảnh CMOS (Complement

Metal Oxide Semiconductor) vẫn là linh hồn của máy ảnh kỹ thuật số

Với máy ảnh kỹ thuật số thì ta có thể xem hình trực tiếp khi vừa chụp xong, thể

hiện qua màn hình LCD (Liquid Crystal Display) nhỏ nằm phía sau máy hoặc có thể

nối với màn hình tivi, máy vi tính, máy phóng, …

Hình ảnh chụp từ máy ảnh kỹ thuật số được lưu giữ theo một định dạng ngày càng phổ thông (lưu giữ trên các thẻ nhớ hoặc bộ nhớ trong của máy) khiến cho người dùng có thể dễ dàng thuyên chuyển hình ảnh giữa các loại thiết bị và các phần mềm ứng dụng khác nhau Ví dụ như chèn trực tiếp vào văn bản, gửi hình ảnh bằng thư điện

tử, đưa hình lên web, …

Chính vì những yếu tố này mà ảnh số ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến

Các định dạng ảnh tiêu biểu

2.2

Hiện nay trên thế giới có khoảng trên 50 khuôn dạng ảnh thông dụng như: BITMAP, CUR, EMF, GIF, ICO, IMG, JNG, JPEG, PCX, PGM, PII, PNG, PPM, PSD, RAW, RAWPII, TGA, TIFF, WMF, … Trong giới hạn đề tài, khóa luận tìm hiểu một số định dạng ảnh hay dùng đối với việc xử lý ảnh lưu giữ trong máy ảnh kỹ thuật

số và máy vi tính

File ảnh BMP có những độ sâu màu khác nhau, thể hiện ở số bit trên mỗi điểm ảnh (bit per pixel), thường được ký hiệu bởi n Mỗi ảnh BMP n-bit có 2n màu Giá trị n càng lớn thì ảnh càng có nhiều màu, và càng rõ nét Giá trị tiêu biểu của n là 1 bit (ảnh đen trắng), 8 bit (ảnh 256 màu), 16 bit (ảnh 65535 màu), 24 bit (ảnh 16 triệu màu) Ảnh BMP 24 bit có chất lượng hình ảnh trung thực cao nhất

2.2.1.2 Ứng dụng

Sự đơn giản của định dạng BMP, cùng với sự phổ biến của hệ điều hành Windows, cộng thêm với việc miễn phí bản quyền, cũng như thực tế cho thấy nó rất hiệu quả trong việc sao chụp các tài liệu, làm cho nó trở nên phổ biến và hầu hết các chương trình xử lý ảnh đều có thể làm việc với BMP Tuy nhiên file BMP thường có kích cỡ rất lớn, vì vậy định dạng BMP không phù hợp để trao đổi hình ảnh qua mạngInternet (do hạn chế về tốc độ truyền dữ liệu)

Định dạng ảnh GIF

2.2.2.

Đặc điểm

2.2.2.1.

Định dạng ảnh GIF (Graphics Interchange Format) do hãng ComputServer

Incorporated (Mỹ) đề xuất lần đầu tiên vào năm 1990 Các file ảnh định dạng GIF thường có phần mở rộng là gif

Với địng dạng GIF, những vướng mắc mà các định dạng khác gặp phải khi số màu trong ảnh tăng lên không còn nữa Khi số màu 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(Lempel-Ziv-Welch) Bản chất của kỹ thuật nén LZW là dựa vào sự lặp lại của

30

một nhóm điểm chứ không phải loạt dài giống nhau Do vậy, dữ liệu càng lớn thì sự lặp lại càng nhiều Dạng ảnh GIF cho chất lượng cao, độ phân giải đồ hoạ cũng đạt cao, cho phép hiển thị trên hầu hết các phần cứng đồ hoạ

Tập tin GIF dùng nén dữ liệu bảo toàn, trong đó kích thước tập tin có thể được giảm mà không làm giảm chất lượng hình ảnh, cho những hình ảnh có ít hơn 256 màu

Số lượng tối đa 256 màu làm cho định dạng này không phù hợp cho các hình chụp (thường có nhiều màu sắc), tuy nhiên các kiểu nén dữ liệu bảo toàn cho hình chụp nhiều màu cũng có kích thước quá lớn đối với truyền dữ liệu trên mạng hiện nay

Mặc dầu ảnh sau khi giải nén sẽ khác với ảnh ban đầu Chất lượng ảnh bị suy giảm sau khi giải nén, sự suy giảm này tăng dần theo hệ số nén Tuy nhiên sự mất mát thông tin này là có thể chấp nhận được và việc loại bỏ những thông tin không cần thiết được dựa trên những nghiên cứu về hệ nhãn thị của mắt người Thông thường ở

tỷ lệ nén 10:01, JPEG có chất lượng hình ảnh có thể mang lại cảm nhận gần như không khác so với ảnh gốc

Phần mở rộng của các file JPEG thường có dạng jpg, jpeg, jpe, jfif, trong đó dạng jpg là được dùng phổ biến nhất

JPEG có thể hiển thị các hình ảnh với màu chính xác true-colour (chúng có thể lên đến 16 triệu màu – 24bit), điều đó cho phép chúng được sử dụng cho các hình ảnh chụp và hình ảnh minh họa có số lượng màu lớn

2.2.3.2 Chuẩn nén JPEG

Ngay từ đầu, tổ chức JPEG đã đặt ra những điều kiện cho chuẩn nén:

31

 Chất lượng ảnh phải trung thực so với ảnh gốc, có nhiều tỉ lệ nén khác nhau

và người dùng có thể dung hòa giữa chất lượng của ảnh và tỉ lệ nén

 Có khả năng ứng dụng với bất kỳ loại ảnh số nào (không có giới hạn đối với kích thước ảnh, không gian màu, …)

 Có khả năng thực thi bằng phần mềm chạy trên các CPU hay khả năng thực thi bằng phần cứng với chi phí có thể chấp nhận được đối với những ứng dụng đòi hỏi chất lượng cao

Chuẩn nén JPEG có các chế độ thực hiện:

 Mã hóa tuần tự (sequential encoding): mỗi thành phần ảnh được mã hóa trong một lần quét từ trái sang phải, từ trên xuống dưới

 Mã hóa tiến tới (Progressive encoding) : ảnh được mã hóa trong nhiều lần quét, dùng trong những ứng dụng có thời gian truyền lâu và người xem có thể xem trước ảnh với chất lượng tạm chấp nhận đến mức chất lượng cao hơn theo thời gian

 Mã hóa không tổn hao (Lossless encoding) : ảnh được mã hóa và đảm bảo khôi phục chính xác mọi giá trị của ảnh gốc (chất lượng ảnh vẫn tốt so với ảnh được nén ở chế độ mất tổn hao mức thấp)

 Mã hóa phân cấp (Hierarchcal encoding) : ảnh được mã hóa với nhiều mức

độ phân giải và các phiên bản của độ phân giải thấp có thể được truy xuất mà không cần phải giải nén ảnh với độ phân giải ở mức tối đa

2.2.3.3 Chuẩn nén JPEG2000

Khác với nén JPEG, JPEG2000 dùng biến đổi wavelets (DWT) thay cho biến đổi DCT Ý tưởng cơ bản của biến đổi wavelets là phân tích ảnh thành các thành phần trơn và chi tiết Nén JPEG2000 có nhiều chức năng đặc biệt hơn JPEG

Một số ưu điểm của nén JPEG2000:

 Cho chất lượng ảnh tốt nhất khi áp dụng nén ảnh tĩnh có tổn thất

 Sử dụng được với truyền dẫn và hiển thị luỹ tiến về chất lượng, độ phân giải, các thành phần màu và có tính định vị không gian

 Truy cập và giải nén tại mọi thời điểm khi nhận dữ liệu

 Giải nén từng vùng ảnh mà không cần giải nén toàn bộ ảnh

 Có khả năng mã hoá ảnh với tỷ lệ nén theo từng vùng khác nhau

 Trên thực tế với cùng một tỉ lệ nén và một loại ảnh thì nén bằng JPEG2000 hầu như luôn có chất lượng hơn nén bằng JPEG

2.2.3.4 Ứng dụng

File JPEG có dung lượng nhỏ, nhẹ, nhưng chất lượng ảnh giảm dần trong quá trình sử dụng Do vậy, định dạng JPEG là lựa chọn tối ưu trong việc email hay tải lên Internet để chia sẻ hình ảnh, nhưng tuyệt đối không phải là lựa chọn sáng suốt cho mục đích lưu trữ hình ảnh làm tư liệu về lâu dài

Định dạng ảnh PNG

2.2.4.

Đặc điểm

2.2.4.1.

PNG (Portable Network Graphics) là định dạng hình ảnh sử dụng phương pháp

nén dữ liệu mới- không làm mất đi dữ liệu gốc Động cơ thúc đẩy cho việc tạo ra định dạng PNG bắt đầu vào khoảng đầu năm 1995, sau khi Unisys (một tập đoàn CNTT của Mỹ) công bố họ sẽ áp dụng bằng sáng chế vào thuật toán nén dữ liệu LZW(Lempel-Ziv-Welch)- được sử dụng trong định dạng GIF Thuật toán được bảo vệ bởi bằng công nhận độc quyền sáng tạo ở trong nước Mỹ và tất cả các nước trên thế giới PNG được tạo ra nhằm cải thiện và thay thế định dạng ảnh GIF với một định dạng hình ảnh không đòi hỏi phải có giấy phép sáng chế khi sử dụng

PNG được hỗ trợ bởi thư viện tham chiếu libpng, một thư viện nền tảng độc lập bao gồm các hàm của C để quản lý các hình ảnh PNG Những tập tin PNG thường có

phần mở rộng là PNG and png và đã được gán kiểu chuẩn MIME là image/png (được

công nhận vào ngày 14 tháng 10 năm 1996)

33

 Độ sâu của màu: ảnh PNG hỗ trợ đến true color 48bit màu

 Tùy biến kênh Alpha: hoàn toàn có thể kiểm soát được mức độ trong suốt trên định dạng PNG

Định dạng ảnh TIFF

2.2.5.

Đặc điểm

2.2.5.1.

TIFF (Tag Image File Format) được phát triển bởi Aldus, sau đó sáp nhập với

Adobe Systems TIFF cho phép thiết lập một cách linh hoạt thông tin dữ liệu của các thuộc tính ảnh, từ những thông tin đơn giản nhất như kích thước ảnh cho đến những thông tin bản quyền đều được lưu trong các “Tags”

Phần mở rộng của các file TIFF thường có dạng tif, tiff

Định dạng TIFF có thể biểu thị được độ sâu màu rất lớn, nó hỗ trợ đến 48 bit màu, nghĩa là mỗi kênh màu 16 bit (trong môi trường RGB) Vì thế định dạng TIFF có thể tái hiện đến 251 triệu giá trị màu sắc

Ứng dụng

2.2.5.2.

Vì các files TIFF không nén, nên trong quá trình chỉnh sửa ảnh, mỗi lần lưu lại định dạng này, lượng thông tin hầu như không thay đổi, chất lượng ảnh không bị suy giảm TIFF đã và đang là định dạng tương đối quan trọng trong ngành chụp ảnh và xử

lý ảnh hàng không Tuy nhiên trọng lượng tin học của file TIFF quá cao, chiếm nhiều chỗ trên thẻ nhớ, trên ổ cứng và sao chép chậm, mở chậm cũng như việc tải lên mạng gần như là không thể, khi làm việc với file ảnh lớn

Lựa chọn định dạng file ảnh

2.2.6.

Tùy theo mục đích sử dụng mà cần lựa chọn định dạng ảnh phù hợp:

 BMP - sơ khai mà hiệu quả:

Rất hiệu quả trong việc sao chụp các tài liệu trong các môi trường Microsoft Windows, hầu hết các chương trình xử lý ảnh đều có thể làm việc với BMP Hỗ trợ 24bit màu

 GIF - giản tiện tối đa:

Sử dụng rộng rãi trong đồ họa và thế giới ảnh số và là lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng web Hỗ trợ tối đa 8 bit màu

 JPEG - nhẹ như lông hồng:

 TIFF - trước sau như một:

Là lựa chọn mặc định của dân nhiếp ảnh chuyên nghiệp và giới thiết kế

đồ họa Hỗ trợ đến 48 bit màu

Cách tốt nhất trong việc chọn lựa định dạng file ảnh chính là sử dụng linh hoạt các định dạng này bằng cách:

 Lưu trữ bản chính của file ảnh bằng định dạng TIFF hoặc PNG trong một thư mục gốc

 Khi cần sử dụng cho các mục đích online như email, tải lên website, các thao tác đòi hỏi tính chất nén nhỏ gọn của file ảnh, hãy copy từ tập tin ảnh gốc

và lưu chuyển đổi thành định dạng JPEG, BMP, GIF, … rồi thao tác trên bản copy này

Việc kết hợp các định dạng file ảnh linh hoạt thế này sẽ giúp việc chia sẻ hay ứng dụng ảnh trên Internet nhanh gọn mà lại lưu trữ tư liệu ảnh an toàn, đảm bảo chất lượng cao cho kho ảnh gốc

Màu sắc và mô hình màu

Không gian màu là một mô hình toán học dùng để mô tả các màu sắc trong thực

tế được biểu diễn dưới dạng số học, và có rất nhiều không gian màu khác nhau được

mô hình để sử dụng vào những mục đích khác nhau Đề tài nghiên cứu bốn không gian màu cơ bản hay được nhắc tới và ứng dụng nhiều:

35

 Mô hình màu RGB, CMYK được định hướng cho phần cứng

 Mô hình màu HSV, HSL được định hướng người sử dụng dựa trên cơ sở trực giác về tông màu, sắc độ và sắc thái mỹ thuật

2.3.1 Mô hình màu RGB

RGB là hệ màu cộng dựa trên cơ chế phát xạ ánh sáng từ ba màu cơ bản Red (đỏ) - Green (xanh lá cây) – Blue (xanh lam) vì các màu được sinh ra từ 3 màu RGB sẽ sáng hơn các màu gốc, và việc tổng hợp màu RGB chỉ có thể thực hiện được trên các vật có khả năng phát sáng

Hình 2.3 Mô hình màu RGB

Màn hình ti-vi hay máy tính người ta sử dụng ống phóng điện tử có ba thành phần chính là RGB Màu sắc thay đổi do sự thay đổi cường độ phát sáng của ba thành phần màu tương ứng của các ống phóng điện tử Ví dụ: màu đen là sự kết hợp của các kênh màu (R, G, B) với giá trị tương ứng (0, 0, 0), màu trắng có giá trị (255, 255, 255), màu vàng có giá trị (255, 255, 0), màu tím đậm có giá trị (64, 0, 128)

2.3.2 Mô hình màu CMYK

CMYK là hệ màu trừ dựa trên cơ chế hấp thụ ánh sáng từ ba màu cơ bản Cyan (xanh lơ) - Magenta (hồng sẫm) - Yellow (vàng) và sự bổ sung của Key = Black (đen), đối với những vật không có khả năng phát sáng mà chỉ phản xạ ánh sáng từ các nguồn sáng chiếu tới Có nghĩa là sẽ hấp thụ bước sóng này và trả lại (phản xạ lại) những bước sóng khác tạo nên những màu khác

36

Hình 2.4 Mô hình màu CYKM

Trong in ấn thì người ta sử dụng hệ màu trừ vì vật liệu giấy ko là vật liệu tự phát sáng Thông qua việc phối trộn và thay đổi cường độ đậm nhạt ba màu C, M, Y

mà ta có những màu sắc tương ứng Khi ba màu này cùng đậm như nhau ta có thể tạo

ra màu đen (lý thuyết), nhưng do đặc thù của in ấn ko thể tạo ra sự đậm nhạt cho mỗi thành phần màu nên người ta phát minh ra hạt “tram” Qua việc đánh lừa sinh lý mắt người ko thể nhìn thấy những điểm ảnh quá nhỏ bằng cách thay đổi kích thước (to nhỏ) của điểm màu đó trong một phạm vi nhất định (chính là hạt “tram”) Người ta thêm màu K (kí hiệu của Black phân biệt với kí hiệu B của Blue) là để tăng độ tương phản và tạo ra màu đen trung thực hơn

2.3.3 Mô hình màu HSV

Thay vì chọn các phần tử RGB để có màu mong muốn, người ta chọn các tham

số màu: Hue, Saturation và Value (Brightness) Hệ thống tọa độ có dạng hình trụ và tập màu thành phần của không gian bên trong mô hình màu được xác định là hình nón hoặc hình chóp sáu cạnh

Hình 2.5 Mô hình màu HSV

 Value = Brightness - độ phát sáng: cường độ ánh sáng mà tự đối tượng phát

ra V có giá trị [0,1], V=0 => màu đen, có cường độ màu cực đại

Bắt đầu từ Hue (H cho trước), thay đổi S (bổ sung hay bớt trắng), thay đổi V (bổ sung hay bớt đen) cho đến khi có màu mong muốn

 Saturation - độ bão hòa: như mô hình màu hình chóp sáu cạnh đơn, sự bão hòa được đo xung quanh trục đứng, từ 0 trên trục tới 1 trên bề mặt

 Luminance – độ sáng: chúng ta có thể xem mô hình màu HLS như một

sự biến dạng của mô hình màu HSV mà trong mô hình màu này màu trắng được kéo hướng lên hình chóp sáu cạnh phía trên từ mặt V= 1 Độ sáng bằng

38

không cho màu đen và bằng một cho màu trắng

HSV cũng như HSL là không gian màu được dùng nhiều trong việc chỉnh sữa ảnh, phân tích ảnh và một phần của lĩnh vực thị giác máy tính

2.3.5 Thủy vân trong ảnh đen trắng và ảnh màu

Khởi nguồn của thủy vân trong ảnh là thông tin được giấu trong các ảnh màu

hoặc ảnh xám, trong đó mỗi pixel ảnh mang nhiều giá trị, được biểu diễn bằng nhiều bit Với ảnh đó thì việc thay đổi một giá trị nhỏ ở một pixel thì chất lượng ảnh gần như

không thay đổi, và khả năng bị phát hiện rất thấp, dưới con mắt người bình thường Do

đó hệ thống thị giác của con người cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc bảo đảm tính không nhìn thấy thông tin được giấu trên ảnh Với những ảnh mà mỗi điểm ảnh chỉ mang một giới hạn nhỏ các giá trị thì việc giấu thông tin trong ảnh đảm bảo tính vô hình của thông tin che giấu là một công việc khó khăn hơn nhiều Đặc biệt với ảnh đen trắng, mỗi điểm ảnh chỉ mang một trong hai giá trị trắng hoặc đen Vậy thì khi thay đổi giá trị một pixel từ đen thành trắng hoặc ngược lại thì rất dễ bị phát hiện Một số thuật toán khác thì giấu chất lượng ảnh tốt hơn nhưng lượng thông tin được giấu ít và quá đơn giản không đảm bảo được độ an toàn thông tin

Bảng 2.1 Bảng so sánh thủy vân trong ảnh đen trắng và ảnh màu

Thủy vân trong ảnh đen trắng Thủy vân trong ảnh màu

- Thông tin được giấu ít

- Tính ẩn thấp

- Độ an toàn thông tin thấp do dễ

bị phát hiện có thông tin chứa

bên trong

- Các thuật toán giấu ít, phức tạp

- Thông tin giấu nhiều hơn

- Tính ẩn cao

- Độ an toàn cao

- Nhiều thuật toán và có nhiều

hướng mở rộng phát triển, như áp

dụng giải thuật di truyền

 Ảnh đen trắng sau khi giấu cùng một lượng thông tin như ảnh màu nhưng chất lượng kém hơn

39

Hình 2.7 Thủy vân trong ảnh đen trắng

 Ảnh màu sau khi giấu rất khó phát hiện sự thay đổi

 Vùng không gian trong ảnh

 Tần số của ảnh

 Hướng của tín hiệu (ngang, dọc, chéo)

Khi hai tín hiệu có những đặc tính thành phần tương tự nhau, chúng tác động cùng một kênh trên vỏ não nhưng mức ảnh hưởng tùy thuộc vào hiệu ứng mặt nạ Mặt

nạ sẽ xuất hiện khi ngưỡng phát hiện được tăng lên do sự có mặt của một tín hiệu khác mạnh hơn trên nền có nhiều tín hiệu mang đặc tính tương tự nhau

 Mặt nạ tương phản: khả năng phát hiện một tín hiệu đối với sự hiện diện của một tín hiệu khác

 Độ nhạy tần FS (Frequency Sensitivity): độ nhạy của mắt người với các sóng

40

sin tần số khác nhau

 Độ nhạy chói LS (Luminance Sensitivity) : ngưỡng phát hiện nhiễu trong

vùng phẳng

 Ngưỡng JND (Just Noticeable Difference): ngưỡng dựa trên bất kỳ sự thay

đổi hệ số tương ứng không nhìn thấy

Mô hình cảm nhận trong miền tần số có thể được thực hiện như sau:

 Đặt những bộ lọc thông dải hướng vào ảnh gốc để đạt một lượng năng lượng ảnh có trong mỗi thành phần tần số không gian Tính toán ngưỡng mặt nạ (masking threshold) dựa trên năng lượng cục bộ

 Điều chỉnh tỉ lệ năng lượng watermark trong mỗi thành phần (giả sử watermark được phân tích cùng một tỉ lệ) để nó dưới ngưỡng mặt nạ

Để thiết kế hệ thống watermarking số tối ưu, ta phải khai thác HVS (Human

Visual System)

2.4.1 Độ nhạy tương phản (Contrast Sensitivity)

Độ nhạy tương phản (còn gọi là

cường độ nhạy) mô tả hay báo trước tình

trạng có thể thấy được nhiễu Giả sử rằng

mắt đáp ứng với độ chói (vùng phẳng) I0,

mục đích là xác định sự khác biệt độ chói

tối thiểu ∆I giữa vùng trung tâm và vùng

xung quanh, sự khác biệt tối thiểu này gọi

là JND

Mối quan hệ giữa cường độ xung quanh I và độ tương phản tương ứng tối thiểu được định nghĩa là ∆I/I Với độ nhạy ở giữa thang, cường độ tương phản xấp xỉ giá trị hằng số, trong khi ở vùng

cao và thấp cường độ

tương phản lại tăng lên,

nghĩa là JND lớn hơn

Phân số tương phản xấp xỉ

ở trung tâm gọi là phân số

Weber- Fencher (theo

Hình 2.9 Mô tả độ nhạy tương phản

Hình 2.10 Mô tả hàm mật độ chói