Tài liệu Thủy vân thuận nghịch sử dụng phép biến đổi mở rộng hiệu

1 .. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG ---------------    --------------- PHẠM QUỐC KIM THỦY VÂN THUẬN NGHỊCH SỬ DỤNG PHÉP BIẾN ĐỔI MỞ RỘNG HIỆU LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên - 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 2 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG ---------------    --------------- PHẠM QUỐC KIM THỦY VÂN THUẬN NGHỊCH SỬ DỤNG PHÉP BIẾN ĐỔI MỞ RỘNG HIỆU Chuyên ngành : Khoa học máy tính Mã số : 60 48 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. Phạm Văn Ất Thái Nguyên - 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 3 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Những nội dung trong luận văn “Thủy vân thuận nghịch sử dụng phép biến đổi mở rộng hiệu” là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của Thầy PGS.TS. Phạm Văn Ất. Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố. Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, tôi xin chịu trách nhiệm hoàn toàn. Thái Nguyên, tháng 09 năm 2014 Phạm Quốc Kim Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 4 LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới PGS.TS.Phạm văn Ất, Thầy đã cho tôi những định hướng, tận tình chỉ bảo giúp đỡ tôi những ý kiến rất quý báu để tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Tôi xin cảm ơn Trường Đại Học Công Nghệ Thông tin và Truyền thông - Đại Học Thái Nguyên đã hết sức tạo điều kiện cho tôi trong quá trình học, làm và hoàn thành khóa luận này. Xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong khoa Sau đại học Trường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông – ĐH Thái Nguyên đã nhiệt tình giảng dạy, trang bị cho tôi những kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập tại trường. Tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô, bạn bè đã dìu dắt, giúp đỡ tôi tiến bộ trong suốt quá trình làm khóa luận tốt nghiệp. Xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, những người bạn của tôi đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 5 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... ii MỤC LỤC ............................................................................................................ iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................... v DANH MỤC BẢNG, HÌNH VẼ......................................................................... vi LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................... 9 CHƢƠNG 1TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN VÀ THỦY VÂN .. 11 1.1. Một số vấn đề cơ bản về giấu tin ............................................................... 11 1.1.1. Khái niệm giấu tin .............................................................................. 11 1.1.2. Phân loại các kỹ thuật giấu tin và ứng dụng ....................................... 11 1.1.3. Mô hình kỹ thuật giấu tin.................................................................... 12 1.2. Một số vấn đề cơ bản về thủy vân ............................................................. 15 1.2.1. Khái niệm về thủy vân ........................................................................ 15 1.2.2. Phân loại thủy vân .............................................................................. 15 1.2.3. Các ứng dụng của thuỷ vân với ảnh số ............................................... 16 1.2.4. Một số tính chất của sơ đồ thủy vân .................................................. 17 1.3. Ảnh số ........................................................................................................ 19 1.3.1. Phân loại ảnh ....................................................................................... 19 1.3.2. Histogram của ảnh .............................................................................. 20 1.3.3. Chất lượng ảnh .................................................................................... 21 1.4. Một số lược đồ giấu tin trên ảnh nhị phân................................................. 21 1.4.1. Lược đồ giấu tin Wu-Lee................................................................... 21 1.4.2. Lược đồ giấu tin THA ........................................................................ 27 CHƢƠNG 2MỘT SỐ LƢỢC ĐỒ GIẤU TIN VÀ THỦY VÂN THUẬN NGHỊCH ..................................................................................................... 30 2.1. Tổng quan về thủy vân thuận nghịch ........................................................ 30 2.2. Bài toán overflow-underflow trong thủy vân thuận nghịch ...................... 31 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 6 2.3. Một số hướng tiếp cận trong thủy vân thuận nghịch ................................. 31 2.3.1. Dịch chuyển histogram ....................................................................... 31 2.3.2. Sử dụng đặc trưng nén JPEG .............................................................. 37 2.3.3. Sử dụng nén bảo toàn ........................................................................ 43 2.3.4. Sử dụng phép biến đổi mở rộng hiệu .................................................. 44 2.3.5 Lược đồ thủy vân thuận nghịch Tian ................................................... 48 2.3.6 Một số cải tiến của phương pháp mở rộng hiệu .................................. 50 CHƢƠNG 3CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM ......................................... 55 3.1. Thuật toán nhúng dấu thủy vân ................................................................. 55 3.2. Thuật toán trích dấu thủy vân .................................................................... 56 3.3. Kết quả thực nghiệm ................................................................................. 56 3.4. Mã nguồn chương trình ............................................................................. 59 KẾT LUẬN.................................................................................................. 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 68 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 7 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT, TIẾNG ANH Chữ viết tắt Diễn giải Watermarking Ý nghĩa Thủy vân số Fragile Dễ vỡ Robust bền vững Peak Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu đỉnh trên nhiễu. perceptual insignificant Trực giác JPEG Joint Photographic Experts Phương pháp nén ảnh DCT Group Cosine Transform Discrete Phép biến đổi cosine rời rạc IMG Image Ảnh IMG. Run – Length Nén loạt dài PSNR Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 8 DANH MỤCHÌNHVẼ Tênhình Ýnghĩa Hình1.1 Phân loại các kỹ thuật giấu tin Hình1.2 Mô hình thuật toán nhúng tin Hình1.3 Mô hình trích tin Hình1.4 Phân loại thủy vân theo mục đích ứng dụng Hình1.5 Biểu đồ histogram của ảnh màu Pepper Hình2.1 Điểm Peak và Zero Hình2.2 Các đường chéo của khối DCTLT Hình 2.3 Xét một khối DCT lượng tử Hình2.4 Lược đồ nhúng tinLS Hình3.1 Các ảnh gốc và dấu thủy vân sử dụng trong thử nghiệm Hình3.2 Các ảnh gốc và dấu thủy vân tương ứng với ảnh gốc Hình 3.1 Hình3.3 Ảnh dấu thuỷ vân trích được và khôi phục các ảnh gốc từ ảnh thuỷ vân trên Hình 3.2. DANH MỤC BẢNG BIỂU Tên bảng Ý nghĩa Bảng1 Kết quả tiền xử lý và nhúng tin Bảng2 Kết quả trích tin và khôi phục ảnh gốc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 9 LỜI NÓI ĐẦU Một trong những thành tựu quan trọng của những thập niên cuối thế kỷ 20, đầu thế kỷ 21 là sự ra đời phát triển của mạng Internet. Mọi người đều có thể kết nối vào Internet để tìm kiếm thông tin một cách dễ dàng thông qua nhà cung cấp dịch vụ Internet. Người dùng có thể đọc các thông tin mới nhất, tra cứu các thư viện số, tìm thông tin lĩnh vực mình quan tâm. Bên cạnh đó các nhà cung cấp sản phẩm cũng sẵn sàng cung cấp dữ liệu của mình cho người dùng thông qua mạng. Tuy nhiên việc phân phối một cách phổ biến các tài nguyên trên mạng hiện nay luôn gặp phải vấn nạn sao chép và sử dụng không hợp pháp.Kỹ thuật thuỷ vân đang được xem là một trong những giải pháp quan trọng trong việc bảo vệ bản quyền và xác thực tính toàn vẹn của dữ liệu số. Trong nhiều ứng dụng ngoài việc trích thủy vân người ta còn muốn khôi phục lại ảnh gốc. Vì vậy những năm gần đây xuất hiện một hướng nghiên cứu mới là thủy vân thuận nghịch. Trong giấu tin và thủy vân thuận nghịch thường sử dụng các phép biến đổi nguyên khả nghịch như dịch chuyển Histogram, Wavelet nguyên, phép biến đổi tương phản, phép biến đổi mở rộng hiệu, ….Trong số đó kỹ thuật giấu tin và thủy vân dựa trên phép biến đổi mở rộng hiệu đạt được hiệu quả cao nên đang được nhiều người quan tâm.Chính vì vậy em chọn đề tài “Thủy vân thuận nghịch sử dụng phép biến đổi mở rộng hiệu”làm luận văn tốt nghiệp của mình. Bố cục của Luận văn gồm 3 chương như sau: Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật giấu tin và thuỷ vân. Chương 2: Một số lược đồ giấu tin và thuỷ vân thuận nghịch. Chương 3: Chương trình thử nghiệm. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 10 Trong quá trình thực hiện luận văn, em đã nhận được nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của các thầy cô giáo Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông-Thái Nguyên, đặc biệt sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS. Phạm Văn Ất. Mặc dù đã rất cố gắng, nhưng luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô để luận văn được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 11 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN VÀ THỦY VÂN Chương này tập trung trình bày một số khái niệm liên quan đến ảnh số, kỹ thuật giấu tin, thủy vân số và ứng dụng.Ngoài ra, trong chương còn trình bày hai thuật toán giấu tin trên ảnh nhị phân gồm Thuật toán Wu-Lee [5] và thuật toán THA [6]. 1.1. Một số vấn đề cơ bản về giấu tin 1.1.1. Khái niệm giấu tin Giấu tin là một kỹ thuật giấu một lượng thông tin nào đó vào một đối tượng dữ liệu khác nhằm hai mục đích đó là: Một là bảo vệ cho chính đối tượng được giấu tin bên trong. Đây chính là thủy vân số, đây là lĩnh vực rất đa dạng, có nhiều mục đích và đang được quan tâm, nghiên cứu rất nhiều; tính ứng dụng của nó trong hiện tại rất lớn và đã có nhiều kỹ thuật được đề xuất. Hai là bảo mật cho dữ liệu được đem giấu. Chính là giấu tin mật, tập trung vào các kỹ thuật giấu tin sao cho người khác rất vất vả, khó khăn mới phát hiện được đối tượng có chứa thông tin mật bên trong. 1.1.2. Phân loại các kỹ thuật giấu tin và ứng dụng Dựa theo mục đích sử dụng, ta có chia các lược đồ giấu tin thành hai nhóm chính giấu tin và thủy vân: - Thủy vân số: Là nhúng một lượng thông tin có ích vào các sản phẩm số. Có thể chia thành hai loại thủy vân như sau: Thủy vân bền vững và thủy vân dễ vỡ. Thủy vân bền vững nghiên cứu đến việc nhúng những mẩu tin với yêu cầu độ bền vững cao của thông tin được giấu trước những biến đổi của môi trường dữ liệu. Còn thủy vân dễ vỡ quan tâm đến thông tin giấu sẽ bị sai lệch nếu có bất kỳ sự thay đổi nào trên dữ liệu chứa thông tin giấu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 12 - Giấu tin mật: Với kỹ thuật giấu tin mật này luôn quan tâm đến tính che giấu thông tin, với mục đích nhằm làm sao cho việc phát hiện được đối tượng có chứa thông tin mật ở bên trong hay không; nếu phát hiện có giấu tin thì việc giải mã thông tin mật cũng sẽ mất rất nhiều thời gian và rất khó thực hiện được. Các kỹ thuật giấu tin cũng rất quan tâm đến lượng tin có thể giấu được. Như vậy, kỹ thuật giấu tin có thể được phân loại như hình sau: Giấu tin Giấu tin mật Thủy vân số Hình 1.1. Phân loại các kỹ thuật giấu tin 1.1.3. Mô hình kỹ thuật giấu tin Giống như các lược đồ mã hóa thông tin, một kỹ thuật giấu tin gồm thuật toán nhúng tin và thuật toán trích tin. Theo [5], sơ đồ của thuật toán nhúng tin tổng quá có mô hình như sau : Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 13 Hình 1.2 Mô hình thuật toán nhúng tin Trong Hình 1.2, môi trường giấu tin là những dữ liệu dùng để chứa thông tin mật, dữ liệu môi trường thường là những dữ liệu được dùng phổ biến trên Internet như : tệp ảnh, tệp âm thanh, tệp video, tệp text…Thông tin cần giấu là một lượng thông tin mang ý nghĩa và mục đích nào đó tùy thuộc vào mục đích và yêu cầu của người sử dụng (tin mật). Tin mật được nhúng vào trong môi trường chứa thông tin nhờ một bộ nhúng thông tin. Trong quá trình nhúng tin, thuật toán có thể sử dụng hệ thống khóa làm tăng tính an toàn cho hệ thống. Sau khi nhúng tin mật vào dữ liệu môi trường tanhận được dữ liệu môi trường có chưa tin. Dữ liệu này được truyền tải trên các môi trường truyền thông khác nhau. Khi nhận được dữ liệu có chưa tin, người nhận thực hiện thuật toán trích tin tương ứng để trích rút tin mật từ dữ liệu môi trường. Trong một số trường hợp, người dùng có thể khôi phục lại dữ liệu môi trường từ dữ liệu chứa tin. Theo [5], thuật toán trích tin có mô hình thực hiện như : Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 14 Hình 1.3 Mô hình trích tin Trong hình 1.3 đã chỉ ra các nhiệm vụ của quá trình giải mã thông tin đã được giấu.Quá trình giải mã này phải được thực hiện thông qua một bộ giải mã tương ứng với bộ nhúng thông tin và kết hợp với khóa để giải mã tin. Khóa để giải mã tin này có thể giống hay khác với khóa đã nhúng tin. Kết quả thu được bao gồm môi trường gốc và thông tin đã được che giấu. Tùy theo các trường hợp cụ thể, thông tin tách được ra có thể phải cần xử lý, kiểm định và so sánh với thông tin đem giấu ban đầu. Thông qua dữ liệu được tách ra từ môi trường chứa thông tingiấu, người ta có thể biết được trong quá trình truyền tải, phân phát dữ liệu có bị xâm phạm, tấn công hay không. Đối với các hệ thống giấu thông tin mật này rất quan tâm đến tính an toàn và bảo mật thông tin của dữ liệu cần giấu. Hệ thống giấu tin mật có độ bảo mật cao nếu có độ phức tạp của các thuật toán thám mã khó có thể thực hiện được trên máy tính. Tuy nhiên, cũng có các hệ thống chỉ quan tâm đến số lượng thông tin có thể được che giấu, hay quan tâm đến sự ảnh hưởng của thông tin mật đến các môi trường chứa dữ liệu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 15 1.2. Một số vấn đề cơ bản về thủy vân 1.2.1.Khái niệm về thủy vân Thuỷ vân (Watermarking) là kỹ thuật nhúng thông tin vào dữ liệu môi trường (đa phương tiện) như: tệp ảnh, tệp video, tệp âm thanh… nhằm bảo vệ dữ liệu đa phương tiện trong quá trình trao đổi không an toàn. Thông tin nhúng (dấu thủy vân) được dùng để xác định tính toàn vẹn, phát hiện vị trí bị thay đổi hoặc chứng minh quyền tác giả đối với dữ liệu chứa dấu thủy vân. 1.2.2.Phân loại thủy vân Dựa vào mục đích sử dụng, thủy vân số có thể được phân loại như hình sau : Thủy vân Dễ vỡ Bán dễ vỡ Bền vững Hình 1.4. Phân loại thủy vân theo mục đích ứng dụng Đối với các lược đồ thủy vân dễ vỡ (Fragile), dấu thủy vân sẽ bị thay đổi trước sự biến đổi của dữ liệu đã thủy vân dù chỉ vài bít. Vì vậy, thủy vân dễ vỡ thường được ứng dụng trong bài toán xác thực tính toàn vẹn của dữ liệu thủy vân.Trong một số trường hợp, thủy vân dễ vỡ có thể khoanh vùng được dữ liệu thay đổi. Trái với thủy vân dễ vỡ, thủy vân bền vững (Robust) yêu cầu dấu thủy vân phải tồn tại trước sự tấn công vô tình hay có chủ định nhằm loại bỏ dấu thủy vân.Theo [10], đối với thủy vân bền vững, dấu thủy vân phải luôn tồn tại trước mọi sự tấn công trừ khi dữ liệu thủy vân không còn giá trị sử Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 16 dụng. Một số phép tấn công thường được sử dụng như: nén, cắt, xoay, lọc, làm mờ, cân bằng sáng…Do dấu thủy vân bền vững (tồn tại) trước các sự tấn công nên nhóm các lược đồ này thường được sử dụng trong bài toán bảo vệ bản quyền hay xác định chủ sở hữu. Theo [10], ngoài thủy vân dễ vỡ và thủy vân bền vững, các lược đồ thủy vân có khả năng bền vững trước các phép tấn công nén, nhiễu, print, cân bằng sáng nhưng lại dễ vỡ với các phép tấn công copy/paste, co dãn thì được gọi là thủy vân bán dễ vỡ. Một cách tổng quát, dấu thủy vân của lược đồ thủy vân bán dễ vỡ cần phải dễ thay đổi trước các phép tấn công nhằm thay đổi nội dung hay ý nghĩa của dữ liệu nhưng lại bền vững trước sự thay đổi định dạng dữ liệu hoặc các lỗi đường truyền. Các lược đồ thủy vân bán dễ vỡ thường sử dụng trong bài toán phát hiện sự giả mạo nội dung, xuyên tạc thông tin. 1.2.3. Các ứng dụng của thuỷ vân với ảnh số Các ứng dụng của thuỷ vân đối với ảnh số bao gồm các lĩnh vực như bảo vệ bản quyền, xác thực ảnh và bảo toàn dữ liệu, giấu dữ liệu và gán nhãn ảnh, ta sẽ lần lượt đề cập từng ứng dụng. a) Bảo vệ bản quyền Mục đích của thuỷ vân với bảo vệ bản quyền là gắn một “dấu hiệu” vào dữ liệu ảnh mà có thể xác định được người nắm giữ bản quyền. Và ta cũng có thể gắn thêm một dấu hiệu khác gọi là vân tay để xác định người dùng của sản phẩm. Dấu hiệu có thể là một dãy số như mã hàng hoá quốc tế, một message hoặc một logo… Thuật ngữ thuỷ vân xuất phát từ phương thức đánh dấu giấy tờ với một logo từ thời xa xưa với mục đích tương tự. b) Xác thực ảnh và bảo toàn dữ liệu Một ứng dụng khác của thuỷ vân là xác thực ảnh và phát hiện giả mạo. Ảnh số ngày càng được sử dụng như các bằng chứng trước pháp luật ngày nay. Vấn đề là cần xác thực được tính hợp pháp của ảnh này. Thuỷ vân Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 17 được sử dụng ở đây để xác định xem ảnh là nguyên bản hay đã chịu tác động của con người, bằng các ứng dụng xử lý ảnh. Thuỷ vân được dấu lúc đầu phải mang tính chất không bền vững, để bất kỳ sự thay đổi nhỏ nào tới ảnh cũng có thể làm hỏng thuỷ vân hoặc phát hiện được thay đổi đối với thuỷ vân này. Tuy vậy, thuỷ vân vẫn phải tồn tại với các phép biến đổi ảnh thông thường như chuyển đổi định dạng, lấy mẫu, nén… c) Giấu dữ liệu và gán nhãn ảnh Giấu dữ liệu là nhằm trao đổi dữ liệu bí mật thông qua một bức ảnh. Điều này cho phép trao đổi thông tin mà không gây chú ý đối với người ngoài. Khối lượng dữ liệu dấu được là quan trọng nhất đối với mục đích này. Còn gán nhãn ảnh là ứng dụng dùng để cung cấp thêm thông tin cho người dùng hoặc để phục hồi ảnh từ cơ sở dữ liệu. 1.2.4. Một số tính chất của sơ đồ thủy vân Tuỳ thuộc vào từng loại thuỷ vân số và ứng dụng của nó mà ta có các yêu cầu khác nhau đối với các phương pháp tạo thuỷ vân. Ở đây chỉ đề cập đến yêu cầu đối với thuỷ vân số ẩn. Đối với loại thuỷ vân này, ba yêu cầu sau đây là cơ bản và cần thiết đối với các ứng dụng bảo vệ bản quyền: Tính ẩn: Thứ nhất, thuỷ vân phải ẩn đối với trực giác của con người (imperceptibility hay perceptual tranperancy), tức là con người phải không nhận biết được sự có mặt của thuỷ vân trong ảnh. Điều này cũng có nghĩa là việc dấu thuỷ vân chỉ gây ra sự thay đổi rất nhỏ đối với ảnh, không ảnh hưởng đến chất lượng ảnh. Tính bền vững: Yêu cầu thứ hai là thuỷ vân phải bền vững (robustness), thuỷ vân phải có khả năng tồn tại cao với các tấn công có chủ đích và không có chủ đích. Các tấn công không có chủ đích đối với ảnh số bao gồm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 18 như nén ảnh, lấy mẫu, lọc, chuyển đổi A/D và D/A … còn các tấn công có chủ đích có thể là việc xoá, thay đổi hoặc làm nhiễu thuỷ vân trong ảnh. Để thực hiện được điều này, thuỷ vân phải được dấu trong các vùng quan trọng đối với trực giác (perceptual significant). Phương pháp thuỷ vân số phải đảm bảo sao cho việc không thể lấy lại thuỷ vân tương đương với việc ảnh đã bị biến đổi quá nhiều, không còn giá trị về thương mại. Khả năng mang tin cao: Với yêu cầu này, lượng tin cần thêm vào ảnh phải đủ dùng trong ứng dụng mà không làm thay đổi quá nhiều chất lượng ảnh. Tuy vậy, việc làm tốt cả ba yêu cầu trên là một điều rất khó. Để dấu thuỷ vân trong ảnh thì ta bắt buộc phải thay đổi dữ liệu ảnh. Ta có thể tăng tính bền vững cho thuỷ vân bằng cách tăng lượng thay đổi ảnh cho mỗi đơn vị tin cần dấu. Nhưng, nếu thay đổi quá nhiều thì tính ẩn không còn được đảm bảo nữa. Còn nếu thay đổi ảnh quá ít thì các yếu tố dùng để xác định thuỷ vân trong ảnh sau các phép tấn công có thể không đủ để xác định thuỷ vân. Nếu thông tin được dấu quá nhiều thì cũng dễ làm thay đổi chất lượng ảnh, và làm giảm tính bền vững. Vì vậy, lượng thay đổi ảnh lớn nhất có thể chấp nhận và tính bền vững là hai nhân tố quyết định cho khối lượng tin được dấu trong ảnh. Còn đối với các ứng dụng để phát hiện giả mạo ảnh gốc thì thuỷ vân nhúng vào phải có tính giòn (fragile) nghĩa là sẽ bị vỡ nếu chịu sự biến đổi mất thông tin. Một cách thực hiện điều này mà vẫn đảm bảo tính ẩn của thuỷ vân là dấu nó vào các phần dữ liệu ít đáng chú ý về mặt trực giác (perceptual insignificant). Đối với ảnh, đó có thể là các bít thấp của các điểm ảnh (LSB). Loại thuỷ vân nửa giòn (semi-fragile) được dùng trong việc phân biệt các loại biến đổi mất thông tin đã được sử dụng: Biến đổi mất thông tin nhưng không thay đổi nội dung và biến đổi mất thông tin gây thay đổi nội Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 19 dung. Ví dụ, với các ứng dụng xác thực thì cần có loại thuỷ vân phân biệt giữa các biến đổi mất thông tin như nén nhưng vẫn đảm bảo tính nguyên vẹn dữ liệu và biến đổi làm thay đổi tính toàn vẹn dữ liệu như các việc xử lý ảnh có mục đích. Và yêu cầu đối với loại ứng dụng này là phải chỉ ra được vùng ảnh đã chịu các biến đổi đó. 1.3. Ảnh số Như đã biết, ảnh số thường được lượng tử từ ảnh liên tục (ảnh tự nhiên). Do vậy, dữ liệu của ảnh số có sự tương quan cao. Nói cách khác, các điểm ảnh lân cận (liền kề) thường có giá trị xấp xỉ nhau. 1.3.1. Phân loại ảnh Trên phương diện toán học, ảnh số được xem như là một ma trận nguyên dương có hàng và cột, mỗi phần tử của ma trận đại diện cho một điểm ảnh. Dựa theo màu sắc ta có thể chia ảnh số thành 3 dạng cơ bản như: ảnh nhi phân, ảnh đa cấp xám và ảnh màu (true color). - Ảnh nhị phân là ảnh chỉ có hai màu, một màu đại diện cho màu nền và màu còn lại cho đối tượng của ảnh. Nếu hai màu là đen và trắng thì gọi là ảnh đen trắng. Như vậy, ảnh nhị phân được xem như một ma trận nhị phân. - Ảnh đa cấp xám là ảnh có thể nhận tối đa 256 mức sáng khác nhau trong khoảng màu đen – màu trắng. Như vậy, ảnh đa cấp xám xem như là ma trận không âm có giá trị tối đa 255. - Ảnh màu hay còn gọi là ảnh true color, mỗi điểm ảnh được biểu diễn bởi một số byte (thường 3 byte) đại diện cho 3 thành phần màu và . Như vậy, ảnh màu có thể xem như 3 ma trận nguyên ứng với 3 thành phần màu của các điểm ảnh. Trong lĩnh vực giấu tin, mỗi dạng ảnh có những thuận lợi, khó khăn và cách tiếp cận riêng. Tuy nhiên, một lược đồ giấu tin trên ảnh nhị phân ta có Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 20 thể dễ dàng áp dụng cho ảnh đa cấp xám, hoặc ảnh màu thông qua tính chẵn lẻ của giá trị điểm ảnh. Nhưng từ lược đồ giấu tin trên ảnh màu hoặc ảnh đa cấp xám khó có thể áp dụng đối với ảnh nhị phân. 1.3.2. Histogram của ảnh Histogram là khái niệm cơ bản trong xử lý ảnh. Histogram là bảng thống kê tần số giá trị cường độ sáng của các điểm ảnh. Đối với ảnh màu, cường độ sáng của một điểm ảnh được xác định theo công thức: trong đó: là giá trị các thành phần màu và là cường độ sáng của điểm ảnh. Ví dụ: từ ảnh màu pepper ta có thể dễ dàng xác định được biểu đồ histogram tương ứng như hình 1.5. (a) ảnh pepper.bmp (b) Biểu đồ histogram Hình 1.5. Biểu đồ histogram của ảnh màu Pepper Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/