Tìm hiểu các kỹ thuật bảo vệ bản quyền nội dung số

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
──────── * ───────

BÁO CÁO MÔN HỌC
XỬ LÝ DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN

TÌM HIỂU CÁC KỸ THUẬT
BẢO VỆ BẢN QUYỀN NỘI DUNG SỐ
VÀ ÁP DỤNG CHO ẢNH SỐ

Sinh viên thực hiện:

Lê Văn Quân
20102035
Phạm Văn Tiệp 20112326
Nguyễn Văn An
Phạm Văn Tiến
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thị Hoàng Lan

HÀ NỘI 5-2016

Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 20 – Xử lý dữ liệu đa phương tiện


LỜI NÓI ĐẦU
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 v.v.. 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.
Ý tưởng về che giấu thông tin đã có từ hàng nghìn năm về 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 thông tin mới nhận được sự quan tâm của các nhà
nghiên cứu và các viện công nghệ thông tin với hàng loạt công trình nghiên cứu giá
trị. Cuộc cách mạng số hoá thông tin và sự phát triển nhanh chóng của mạng truyền
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 dữ liệu đa phương tiện đã sinh ra nhiều vấn đề nhức nhối về nạn
ăn cắp bản quyền, phân phối bất hợp pháp, xuyên tạc trái phép...
Giấu thông tin trong ảnh là một bộ phận chiếm tỉ 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.
Giấu thông tin trong ảnh cũng đóng vai trò hết sức quan trọng trong hầu hết
các ứng dụng bảo vệ an toàn thông tin như: xác nhận thông tin, xác định xuyên tạc
thông tin, bảo vệ bản quyền tác giả, điều khiển truy cập, giấu thông tin mật.. Vì thế
kĩ thuật Watermarking ra đời.

Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 20 – Xử lý dữ liệu đa phương tiện


MỤC LỤC

Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 20 – Xử lý dữ liệu đa phương tiện


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 20 – Xử lý dữ liệu đa phương tiện


PHÂN CHIA CÔNG VIỆC
Lê Văn Quân
Tìm hiểu chung lý thuyết tổng quan về kỹ thuật
Phạm Văn Tiến
Watermarking và kỹ thuật Watermarking đối với ảnh số
Trình bày slide, báo cáo
Phạm Văn Tiệp
Tìm hiểu kỹ thuật Watermarking đối với JPEG dùng DWT
Nguyễn Văn An
Thử nghiệm thuật toán Watermarking sử dụng DWT
Trình bày slide, báo cáo

Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 20 – Xử lý dữ liệu đa phương tiện


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT WATERMARKING
1.1. Giới thiệu về Watermarking
Watermarking là kỹ thuật đánh dấu thông tin (ảnh, đoạn văn bản, …) vào
trong dữ liệu đa phương tiện (ảnh số, audio số, video, …) dùng để bảo vệ đối
tượng chứa thông tin được đánh dấu.
Trong đó :
Thông tin được đánh dấu (embedded data) : là thông tin được nhúng vào

trong phương tiện chứa, có thể là ảnh, logo, đoạn văn bản.
Phương tiện chứa (host signal) : là phương tiện gốc, có chứa thông tin cần
được bảo vệ.
Ví dụ :

Hình 1: Hình ảnh trường đại học Bách Khoa được Watermark logo Bách Khoa - logo nhìn thấy được

Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 20 – Xử lý dữ liệu đa phương tiện


1.2.

Phân loại Watermarking

Watermarking có thể phân loại bằng nhiều cách, cụ thể như sau:
• Trên miền hoạt động
o Miền không gian
Trong kỹ thuật Watermark trên miền không gian, Watermark sẽ được nhúng
trên miền không gian của phương tiện chứa, ví dụ như sử dụng kỹ thuật LSB.
o

Miền tần số

Trong kỹ thuật Watermark trên miền tần số, phương tiện chứa và watermark có
thể được biến đổi qua các phép biến đổi DWT, DCT, DFT, … sau đó được tổng hợp
lại thành phương tiện chứa watermark.
•

Theo phương tiện chứa
o Văn bản

Watermark chứa trong văn bản thường là các đoạn văn bản và hình ảnh được chèn
trong chính văn bản đó.
o Ảnh số
Watermark trong ảnh số thường là watermark không nhìn thấy được để chứng tỏ
bản quyền của tác giả. Hoặc được đính kèm bản tin mật để không bị lộ thông tin ở
giữa.
o Audio
Watermark trong audio có thể là đoạn tiếng nói / nhạc được chèn trong audio gốc
nhằm tránh việc sử dụng audio đó bất hợp pháp.
o Video số
Watermark trong video thường là một watermark nhìn thấy được, xuất hiện trong
một khoảng thời gian trong video.
• Theo cảm nhận của con người
o Không thể cảm nhận
Watermark này thường được sử dụng đối với Audio số và Ảnh số, nhằm che giấu
việc đánh dấu thông tin đối với phương tiện cần được bảo vệ. Hoặc có thể dùng để
che giấu thông tin mật cần truyền đi.
o Có thể cảm nhận
Watermark này dùng để kiểm soát sự phân phối bất hợp pháp của những người sử
dụng phương tiện cần được bảo vệ.
• Theo độ bền của Watermark
o Dễ phá vỡ
o Khó phá vỡ
Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 20 – Xử lý dữ liệu đa phương tiện


1.3.

Sơ đồ khối Watermarking

Hình 2 : Sơ đồ khối Watermarking

Trong sơ đồ trên,
O (Orgin Media) : Là phương tiện gốc, chứa thông tin gốc.
W (Watermark) : Là watermark, mang thông tin đánh dấu.
E : Là bộ xử lý và nhúng Watermark vào phương tiện
S : là phương tiện sau khi nhúng Watermark.
Hình vẽ trên biểu diễn quá trình giấu thông tin cơ bản.Đối tượng được dùng
làm môi trường giấu tin như văn bản,hình ảnh,audio,video,..Dữ liệu giấu là một
lượng thông tin mang một ý nghĩa nào đó tùy thuộc vào mục đích người sử
dụng.Thông tin sẽ được giấu vào phương tiện chứa nhờ một bộ nhúng,bộ nhúng là
một chương trình thuật toán dùng để giấu tin.Sau khi giấu tin,ta thu được phương
tiện chứa đã mang thông tin.

1.4.

Ứng dụng của Watermarking

Watermarking có những ứng dụng như sau:
• Đánh dấu bản quyền
Thông tin về tác giả sẽ được giấu trong dữ liệu. Tác giả có thể chứng minh nguồn
gốc của những dữ liệu đó.
Ví dụ : Một hãng phim khi sản xuất một bộ phim có thể giấu thông tin phát hành
vào bộ phim, khi nhân viên trong rạp chiếu phim phát tán ra ngoài, hãng phim có
thể xác nhận được rạp chiếu phim nào đã phát tán phim và điều tra.
Một nhà sản xuất âm nhạc, video clip có thể chèn các thông tin cá nhân vào
trong video, âm nhạc, khi có người sử dụng hoặc upload các thông tin đó lên
Youtube hay các trang nhạc trực tuyến, nhà sản xuất có thể dễ dàng chứng minh sản
Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 20 – Xử lý dữ liệu đa phương tiện

phẩm đó là do mình sản xuất và yêu cầu gỡ cũng như kiện bên sử dụng không hợp
pháp.
Tương tự đối với những người làm đồ họa, games, ….v….v…..
• Che giấu thông tin
Có thể giấu thông tin bên trong một dữ liệu khác, dùng để truyền tin mật.
Ví dụ : Các tổ chức quân sự thay vì gửi thông tin bằng file text, hoặc được mã hóa
bởi các thuật toán thì có thể gửi ảnh để tránh nghi ngờ. Nhưng thông tin có thể được
trích xuất từ ảnh đó. Người ăn cắp trung gian có thể không nghi ngờ gì và không thể
dịch được thông tin ẩn giấu trong phương tiện.
• Xác thực thông tin
Dùng để xác nhận dữ liệu này có còn nguyên vẹn hay đã bị sửa đổi, dùng để chống
giả mạo.

Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 20 – Xử lý dữ liệu đa phương tiện


CHƯƠNG II: TÌM HIỂU VỀ KỸ THUẬT WATERMARKING ĐỐI
VỚI ẢNH JPEG
2.1. Tổng quan về kỹ thuật Watermarking đối với ảnh JPEG
2.2. Thuật toán Watermarking ảnh JPEG sử dụng DCT
2.2.1. Phép biến đổi DCT trên ảnh:
Thể hiện đặc tính nội dung về tần số của thông tin trên ảnh. Hệ số góc trên là
lớn và đặc trưng cho giá trị trung bình thành phần một chiều gọi là hệ số DC.
Các hệ số khác có giá trị nhỏ hơn biểu diễn cho các thành phần tần số cao
theo hướng ngang và dọc gọi là hệ số AC.
- Bản thân phép biến đổi DCT không nén được dữ liệu vì sinh ra 64 hệ số.
- Theo nguyên lí chung, khi biến đổi chi tiết giữa các điểm ảnh càng lớn theo
một hướng nào đó trong các khối điểm ảnh, hướng ngang hoặc dọc hoặc theo

đường chéo thì tương ứng theo hướng đó cá hệ số DCT cũng lớn.
- DCT làm giảm độ tương quan không gian của thông tin trong khối ảnh. Điều
đó cho phép biểu diễn thích hợp ở miền DCT do các hệ số DCT có xu hướng
có phần dư thừa ít hơn. Hơn nữa, các hệ số DCT chứa thông tin về nội dung
tần số không gian của thông tin trong khối. Nhờ các đặc tính tần số không
gian của hệ thống nhìn của mắt người, các hệ số DCT có thể được mã hóa
phù hợp, chỉ các hệ số DCT quan trọng nhất mới được mã hóa để chuyển
đổi.
- Hệ số DCT có thể chia làm 3 miền: miền tần số thấp, miền tần số cao và
miền tần số giữa. Miền tần số thấp chứa các thông tin quan trọng ảnh hưởng
đến tri giác. Miền tần số cao thường không mang tính tri giác cao, khi nén
JPEG thường loại bỏ thông tin trong miền này.
- Trong các thuật toán thủy vân, miền hệ số DCT tần số cao thường không
được sử dụng do nó thường không bền vừng với các phép xử lý ảnh, hoặc
nền ảnh JPEG. Miền tần số thấp cũng khó được sử dụng do một sự thay đổi
dù nhỏ trong miền này cũng dẫn đến chất lượng tri giác của ảnh. Vì vậy,
miền tần số ở giữa thường hay được sử dụng nhất và cũng cho kết quả tốt
nhất.
2.2.2. Thuật toán nhúng và tách thủy vân
Quá trình nhúng thủy vân
Thuật toán dưới đây sẽ sử dụng phương pháp nhúng thuỷ vân trong miền tần
số của ảnh, giải tần được sử dụng để chứa tín hiệu thuỷ vân là miền tần số giữa của
một khối DCT 8x8. Trong đó, các khối DCT 8x8 là những khối ảnh cùng kích
thước đã được chọn ra ngẫu nhiên từ ảnh ban đầu và được áp dụng phép biến đổi
cosin rời rạc DCT để chuyển sang miền tần số. Mỗi tín hiệu thuỷ vân sẽ được chứa
trong một khối.
-

Đầu vào
• Một chuỗi các bit thể hiện bản quyền

• Một ảnh
Đầu ra
• Một ảnh sau khi nhúng thủy vân
Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 20 – Xử lý dữ liệu đa phương tiện


• Khóa để giải mã
Sơ đồ mô tả quá trình

Hình 3 :Sơ đồ kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi DCT

Mô tả:
Ảnh gốc sao khi được tách khối sẽ chia thành các khối ảnh 8x8. Sau đó các
khối ảnh sẽ được biến đổi DCT thành các khối DCT. Thủy vân sẽ được chuyển
thành các bit để nhúng vào khối DCT bằng việc thay đổi các hệ số DCT, từ đó ta
thu được các khối đã nhúng thủy vân. Các khối đã nhúng thủy vân sẽ được biến đổi
IDCT thu được sác khối đã biến đổi ngược DCT sau đó được ghép lại với nhau để
thành các ảnh hoàn chỉnh đã nhúng thủy vân.
Các bước thực hiện
Bước 1: Ảnh F có kích thước MxN sẽ được chia thành (MxN) / 64 khối 8 x8,
mỗi bit của thủy vân sẽ được giấu trong khối Bk.
Bước 2: Chọn một khối bất kì Bk và biến đổi DCT khối đó thu được Ck .
Ck=DCT(Bk)
Bước 3: Chọn hai hệ số ở vị trí bất kì trong miền tần số giữa của khối C k, gọi
hai
hệ
sổ đó là Ck[i, j] , Ck[p, q].
Bước 4: Tính độ lệch d = ||Ck[i, j]| - |Ck[p, q]|| mod a. Trong đó a là một tham
số thỏa mãn a = 2 (2t + 1), với t là một số nguyên dương.
Bước 5: Bit bk =1 sẽ được nhúng vào khối Ck sao cho thỏa mãn điều kiện sau:

Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 20 – Xử lý dữ liệu đa phương tiện


Bước 6a: Nếu d<2t+1 và bk =1 thì hệ số DCT Ck[i, j] hoặc Ck[p, q] có giá trị
tuyệt đối lớn hơn sẽ bị thay đổi để thỏa mãn theo công thức sau:
Max (|Ck[i, j] |, |Ck[p, q] |) + (INT(0.75a) - d)
Hệ số được chọn sẽ được cộng thêm một lượng là (INT(0.75a)-d)
Min (|Ck[i, j] |, |Ck[p, q] |) - (INT(0.75a) + d)
Hệ số được chọn sẽ được trừ đi 1 lượng là (INT(0.75a) + d)
Bước 6b: Nếu và bk =0 thì hệ số DCT Ck[i, j] hoặc Ck[p, q] có giá trị tuyệt đối
lớn hơn sẽ bị thay đổi để thỏa mãn theo công thức sau:
Max (|Ck[i, j] |, |Ck[p, q] |) - (d - INT(0.75a))
Hệ số được chọn sẽ bị trừ đi 1 lượng là (d - INT(0.75a)
Min (|Ck[i, j] |, |Ck[p, q] |) + ( INT(0.75a) - d)
Hệ số được chọn sẽ được cộng thêm 1 lượng là ( INT(0.75a) - d)
Bước 7: Thực hiện phép biến đổi ngược IDCT đối với khối C k: B’k =
IDCT(Ck)
Bước 8: Ghép các khối ảnh B’k để được ảnh chứa thủy vân F’.
Ví dụ:
Giả sử ta cần giấu một bit thủy vân b = 0 vào khối B 8 X 8 được cho dưới đây.
Ta chọn a = 26 = 2(2 X 6 + 1 ), do đó t = 6.

33

84

66

58

15

159

183

146

28

75

15

37

161

157

136

134

29

59

44

65

192

144

139

15

15

15

67

113

166
123

192

170

88
19

76

15

102

104

199

177

10

15

218

168
140

198

164

141

15

15

15

179

241

235

190

107

15

17

89

181

168

234

190

190

Biến đôi DCT(B) ta thu được khối c như sau:
869

438
64

102
143

115

-4

-37

-7

-67

-7

27

-3

-2
-27

22
109

-10
-69

-26
-8
5

110
30

-23
12
42

5
33

-18

18
-78

7

-62

-41
38

-62

-2

55

-42

-3

8
57

-26

-57

-33

41

6

9

9

-29

33

-46

-13

33

6
38

-10
-42

28

5

-31

-24

40

Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 20 – Xử lý dữ liệu đa phương tiện


Trong miền tần số giữa của khối c, ta chọn hai hệ số bất kỳ, giả sử là C[2,3] = 143
và C[6,2] = -27
Tính độ lệch d = II1431 -1-27|| mod 26 = 116 mod 26 = 12
Với bit thủy vân b = 0 thì ta phải thay đổi một trong hai hệ số C[2,3] = 143 hoặc
C[6,2] = -27 đã chọn để thu được d < 2t + 1
Vì C[2,3] = 143 có giá trị tuyệt đối lớn hơn C[6,2], theo công thức (2,7) ta tính giá
trị mới của C[2,3] là:
C[2,3] = C[2,3]-(d-INT(0.25a))= 143 - (14 - INT(0.25 X 26))= 135

Khi đã thay đổi hệ số C[2,3] = 135 ta thực hiện phép biến đôi ngược IDCT(C) và
thu được khối B’ như sau:

31

83

67

27

74

28
15

59

16
48

15

15

88

76

15

20
17

10

17

60
38

17

183

143

163

160
158

136

132

66
67

193

167

144

138

114

123

192

169

168
139

104
197

200
165

177

15

102
27

16

15

178

240

235

191

109

18

88

178

166

232

191

190

141

Nhận xét: Các hệ số của khối B’ không có nhiều khác biệt với các hệ số của khối
B. Do vậy ảnh sau quá trình thủy vân sẽ không sai khác nhiều so với ảnh gốc, và
mắt thường rất khó nhận ra.
Quá trình tách thủy vân
Đầu vào
• Ảnh đã nhúng thủy vân F’
• Khóa K (nếu có)
Đầu ra
• Thủy vân đã nhúng w biểu diễn qua dãy bit bk
Các bước thực hiện:
Bước 1: Chia ảnh F’ đã nhúng thủy vân thành các khối B’k
Bước
2:
Biến
đổi
DCT
các
khối
B’k
Bk = DCT(B’k)
Bước 3: Lấy ra vị trí hai hệ số đã biến đổi Bk[i,j] và Bk[p,q]
Bước 4: Tính d = | Bk[i,j] - Bk[p,q]| mod a với a = 2(2t+l) đã chọn khi
nhúng
Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 20 – Xử lý dữ liệu đa phương tiện


Bước 5: Nếu thì bit bk = 1 ngược lại bk = 0
Bước 6: Ghép cái bit bk từ các khối để thu được W

2.3. Thuật toán Watermarking ảnh JPEG sử dụng DWT
2.3.1. Phép biến đổi DWT đối với ảnh số
Việc tách wavelet có thể thực hiện một cách dễ dàng nhờ sử dụng kết hợp 2
bộ lọc thông thấp và thông cao, ảnh sẽ được phân tích thành các dải LL, LH, HL và
HH. Để thu được các hệ số wavelet nhỏ hơn thì dải LL sẽ được phân tách nhỏ hơn
và thu được các mẫu con. Quá trình xử lí này được thực hiện lại vài lần tùy theo yêu
cầu của người dùng. Từ các hệ số DWT này, ta có thể xây dựng lại ảnh gốc, quá
trình này gọi là IDWT. Trong thực tế DWT thuận và nghịch thường được tính toán
theo hai công thức:

Trong đó
là hàm wavelet, các hệ số a, b được chọn lần lượt là 2 và 1.
Một số hàm sóng con wavelet như hàm Haar, hàm Daubechies.

Hình 4 : Biến đổi DWT 3 mức

●
●
●
●

Quá trình này sẽ phân tách ảnh ra thành nhiều dải tần số gọi là các subband. Mỗi
mức DWT sẽ được tác động 2 lần: một lần duyệt theo chiều ngang và một lần duyệt
theo chiều dọc do đó ta thu được 4 dải ( 4 hệ số biến đổi):
LL: thành phần sau khi đi qua 2 bộ lọc thông thấp, chứa phần lớn dữ liệu ảnh gốc
LH: thành phần đi qua bộ lọc thông thấp rồi thông cao
HL: thành phần đi qua bộ lọc thông cao rồi thông thấp
HH: thành phần đi qua 2 bộ lọc thông cao, chưa rất ít dữ liệu ảnh gốc.
Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 20 – Xử lý dữ liệu đa phương tiện

Hình 5 : a, Biến đổi wavelet. b, Cấu trúc dải

Thủy vân được nhúng trong dải LL thường bền vững trước các tấn công
nhưng sẽ gây ra sự suy giảm về chất lượng ảnh. Ngược lại, sự thay đổi các hệ số
wavelet ở dải HH tin giấu dễ bị nhìn thấy và dễ bị tấn công thay đổi. Thông thường
thủy vân số được nhúng vào các dải tần số giữa HL hoặc LH bỏi chúng cân đối giữa
hai điều bên trên, nghĩa là vẫn đảm bảo tính bền vững và vô hình trước mắt người.
2.3.2.Thuật toán nhúng và tách thủy vân :

Hình 6: Sơ đồ nhúng Watermark sử dụng DWT.

Các bước thực hiện :
Nhúng thủy vân
•

Bước 1: Áp dụng biến phép biến đổi Wavelet đối với ảnh thủy vân ( W-watermark) và ảnh
cần nhúng thủy vân (I-original color image)

Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 20 – Xử lý dữ liệu đa phương tiện


•

Bước 2: Nhúng dấu thủy vân theo công thức

I *LL = I LL + α .WLL
Trong đó 0< α <1 là hệ số điều chỉnh sự ảnh hưởng của dấu thủy vân đối với ảnh thủy vân.
Giá trị α càng lơn thì tính bền vững càng cao nhưng chất lượng ảnh càng thấp.
•

Bước 3: thực hiện IDWT để lập thành ảnh đã nhúng thủy vân

Tách thủy vân
•

Bước 1: Áp dụng biến phép biến đổi ngược Wavelet đối với ảnh thủy vân I* (Watermarked
image)

Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 20 – Xử lý dữ liệu đa phương tiện


•

Bước 2: Tính

W*LL =
•

I *LL − I LL
α

Bước 3: thực hiện IDWT để lập thành ảnh thủy vân đã nhúng

CHƯƠNG III:
CÀI ĐẶT THỬ
NGHIỆM
THUẬT TOÁN

WATERMARKING SỬ DỤNG DWT ĐỐI VỚI ẢNH JPEG

3.1. Môi trường thực hiện
MATLAB là phần mềm cung cấp môi trường tính toán số và lập trình, do
công ty MathWorks thiết kế. MATLAB cho phép tính toán số với ma trận, vẽ đồ thị
hàm số hay biểu đồ thông tin, thực hiện thuật toán, tạo các giao diện người dùng và
liên kết với những chương trình máy tính viết trên nhiều ngôn ngữ lập trình khác.
Với thư viện Toolbox, MATLAB cho phép mô phỏng tính toán, thực nghiệm
nhiều mô hình trong thực tế và kỹ thuật.

3.2. Kịch bản thử nghiệm


Input :

Ảnh đầu vào : kích thước 512x512 dung lượng 44,000 bytes (42.9KB)
Watermark : kích thước 512x512, dung lượng 33,759 bytes (32.9KB)

Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 20 – Xử lý dữ liệu đa phương tiện


Hình 7: Ảnh đầu vào

Hình 8 :Watermark



Output :

Ảnh đã được tiến hành watermark
1 số thông số cần đo :
PSNR – Tỉ số tín hiệu cực đại trên nhiễu: là tỉ lệ giữa giá trị năng lượng tối

đa của
một tín hiệu gốc và năng lượng nhiễu (các lỗi khi nén có mất mát dữ
liệu). PSNR được tính thông qua MSE: dung cho ảnh kích thước mxn trong đó I là
ảnh gốc, K là ảnh khôi phục:

Khi đó:

MAXI là giá trị tối đa của pixel trên ảnh. khi tín hiệu được biểu diễn
bởi B bits trên một đơn vị lấy mẫu, MAXI = 2^B−1. Với ảnh màu RGB, MSE là
tổng của 3 giá trị màu đó chia cho kích thước của ảnh và chia cho 3.

3.3. Kết quả thử nghiệm


Quá trình Watermark

Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 20 – Xử lý dữ liệu đa phương tiện


• Ảnh đầu vào sau khi được biến đổi DWT:

Hình 9 : Ảnh đầu vào sau khi được biến đổi DWT

• Ảnh thể hiện bản quyền (watermark) sau khi được biến đổi DWT:

Hình 10 : Ảnh Watermark sau khi biến đổi DWT

Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 20 – Xử lý dữ liệu đa phương tiện

• Kết quả sau khi tiến hành quá trình Watermark

Hình 11 : Hình ảnh đầu ra sau khi Watermarking

Ảnh thu được(Watermarked image): Kích thước 512x512, dung lượng
46,016bytes (44.9 KB)
Đo sai số và mất mát thông tin :
MSE(R): 0.22
MSE(G): 0.29
MSE(B): 0.47
PSNR(R): 54.8001019 dB
PSNR(G): 53.5762580 dB
PSNR(B): 51.4312273 dB
Nhận xét :
-

Ảnh thủy vân cho chất lượng tốt, mắt thường không nhận ra sự sai khác với
ảnh gốc
Cho ảnh chứa thủy vân chịu tác động của phép nén JPEG.
Thuật toán trên miền DWT cho phép nhúng và tách thông tin một cách dễ
dàng, thời gian thực hiện thuật toán nhanh.
Thuật toán trên miền DWT cho thủy vân bền vững với những biến đổi như
nén JPEG, hay cắt ảnh
 Quá trình DeWatermark :

Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 20 – Xử lý dữ liệu đa phương tiện


• Biến đổi DWT ảnh đã nhúng bản quyền:

• Watermark được extract :

Nhận xét : Watermark sau khi giải nén từ ảnh giống vs watermark ban đầu
=> ảnh chưa bị sửa chữa, thay đổi

Đánh giá kết quả thử nghiệm:
Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 20 – Xử lý dữ liệu đa phương tiện


- Ảnh chứa thủy vân cho chất lượng tốt. Không có sự sai khác gì nhiều so với
ảnh gốc (mắt người khó có thể nhận ra)
- Cho ảnh chứa thủy vân chịu tác động của phép nén JPEG
- Thuật toán trên miền DWT cho phép nhúng và tách thông tin một cách dễ
dàng, thời gian thực hiện thuật toán nhanh.
- Thuật toán trên miền DWT cho Thủy vân bền vững với những biến đổi

Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 20 – Xử lý dữ liệu đa phương tiện


KẾT LUẬN
Kể từ khi ra đời, giấu tin đã và đang làm tốt vai trò của nó trong nhiều lĩnh
vực như bảo vệ thông tin an toàn trong quá trình trao đổi, bảo vệ quyền tác giả trong
quá trình phân phối,...Tuy nhiên, có những trường hợp lợi dụng kỹ thuật giấu tin để
thực hiện những hành vi bất hợp pháp như tuyên truyền sản phẩm văn hóa không
lành mạnh, truyền những thông tin về kế hoạch tấn công khủng bố,...Từ sử dụng sai
chức năng của giấu tin ở trên đặt ra vấn đồ làm thế nào để phát hiện được phương
tiện chứa tin có tiềm ẩn bên trong các tin giấu hay không, và thông tin chứa trong
đó là gì nhằm có thể hồ trợ trong việc ngăn ngừa các thảm kịch xảy ra. Mặt khác
việc nghiên cứu khả năng phát hiện thông tin ẩn cũng sẽ làm tăng mức độ an toàn
cho kỹ thuật giấu tin, đặc biệt là kỹ thuật giấu tin mật. Bài toán đặt ra là phát hiện

có tồn tại tin giấu trong ảnh hay không, cũng như có thể sửa đổi hay phá hủy thông
tin đã giấu hay không? Trong đề tài chúng em đã trình bày một số kỳ thuật giấu tin
bằng thay thế bit có trọng số thấp nhất, kỳ thuật thủy vân trên miền biến đổi DCT.
Tổng hợp nội chính của bài báo cáo là:
-

Tìm hiểu chung về Watermarking
Giới thiệu chung về Watermarking
Phân loại Watermarking
Một số phương pháp Watermarking

-

Phân tích và thử nghiệm ứng dụng một kỹ thuật Image Watermarking đối với
ảnh JPEG

Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 20 – Xử lý dữ liệu đa phương tiện


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. PGS.TS Nguyễn Thị Hoàng Lan ( 2016) Slide ‘Xử lý dữ liệu đa phương tiện’
2. Đỗ Ngọc Anh (2006) , “Nén ảnh sử dụng biến đổi wavelet và
ứng dụng
trong các dịch vụ dữ liệu đa phương tiện đi động”, Luận văn
Thạc sỹ
khoa học.
3. Nguyễn Hoàng Hải Nguyễn Việt Anh, Phạm Minh Toàn, Hà Trần
Đức
(2005),, “Công cụ phân tích wavelet và ứng dụng trong matlab”,
NXB

KHKT.
4. Peter Meerwald (2001), “Digital Image watermarking in the
wavelet
transform domain”, IEEE.
5. Ming-Shing Hsieh (2001), “Wavelet-based Image Watermarking
and
Compression”, Institute of Computer Science and Information
Engineering National Central University
6. GS.TS..TSKH. Nguyễn Kim Sách (1997), “Xử lý ảnh và Video số”,
NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội

Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 20 – Xử lý dữ liệu đa phương tiện


Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 20 – Xử lý dữ liệu đa phương tiện