Nghiên cứu kỹ thuật thủy vân bền vững sử dụng cho việc xác thực ảnh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2

NGÔ THỊ THU HÀ

NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT
THỦY VÂN BỀN VỮNG SỬ DỤNG
CHO VIỆC XÁC THỰC ẢNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ MÁY TÍNH

HÀ NỘI, 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2

NGÔ THỊ THU HÀ

NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT
THỦY VÂN BỀN VỮNG SỬ DỤNG
CHO VIỆC XÁC THỰC ẢNH
Chuyên ngành: Khoa Học Máy Tính
Mã số: 60 48 01 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ MÁY TÍNH

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Bùi Thế Hồng

HÀ NỘI, 2015

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn thạc sĩ, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới Ban chủ
nhiệm cùng các thầy cô khoa CNTT, phòng Đào tạo Sau đại học, trƣờng Đại học Sƣ
phạm Hà Nội 2 đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình học tập,
thực hiện và hoàn thành luận văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong chuyên ngành Khoa
học máy tính, trƣờng Đại học sƣ phạm Hà Nội 2, đã nhiệt tình giảng dạy và giúp đỡ
tác giả trong quá trình thực hiện luận văn. Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn
sâu sắc về sự hƣớng dẫn tận tình chu đáo của PGS.TS Bùi Thế Hồng trong suốt thời
gian nghiên cứu và thực hiện luận văn.
Cuối cùng, tác giả muốn bày tỏ lòng biết ơn đối với gia đình, ngƣời thân, bạn
bè đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên tác giả trong quá trình học tập và thực hiện đề
tài.
Dù đã rất cố gắng nhƣng luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót, tác
giả mong nhận đƣợc sự góp ý của quý thầy, cô giáo và các bạn.
Hà Nội, tháng 12 năm 2015
Tác giả

Ngô Thị Thu Hà


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, tháng 12 năm 2015
Tác giả

Ngô Thị Thu Hà

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
Chƣơng 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN................................ 3
VÀ THỦY VÂN TRÊN ẢNH SỐ .............................................................................. 3
1.1 Tổng quan về kỹ thuật giấu tin .............................................................................. 3
1.1.1. Định nghĩa ......................................................................................................... 3
1.1.2. Vài nét về lịch sử giấu tin ................................................................................. 3
1.1.3. Mô hình kỹ thuật giấu tin và các thuật ngữ cơ bản ........................................... 4
1.1.4. Sự khác biệt giữa mã hóa và giấu tin ............................................................... 5
1.2. Giới thiệu về ảnh .................................................................................................. 6
1.2.1. Ảnh .................................................................................................................... 6
1.2.2. Một số cấu trúc ảnh ........................................................................................... 8
1.2.3. Giấu tin trong ảnh............................................................................................ 12
1.3. Những yêu cầu cơ bản của hệ thuỷ vân trên ảnh số ........................................... 14
1.4. Những tấn công trên hệ thuỷ vân ....................................................................... 15
1.5. Những ứng dụng chủ yếu của hệ thuỷ vân ......................................................... 17
1.5.1. Bảo vệ bản quyền tác giả (copyright protection): ........................................... 17
1.5.2. Nhận thực thông tin và phát hiện xuyên tạc thông tin (authentication and
tamper detection) ....................................................................................................... 17
1.5.3. Lăn tay hoặc dán nhãn (fingerprinting or labeling): ....................................... 17
1.5.4. Kiểm soát sao chép (copy control): ................................................................. 18
1.6. Những khuynh hƣớng tiếp cận của kỹ thuật thuỷ vân ....................................... 18
1.6.1. Hƣớng tiếp cận dựa trên miền không gian ảnh ............................................... 18
1.6.2 Hƣớng tiếp cận dựa trên miền tần số của ảnh .................................................. 19
Chƣơng 2: KỸ THUẬT THỦY VÂN ẢNH SỐ ....................................................... 20
DỰA VÀO CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI RỜI RẠC......................................................... 20
2.1. Các phép biến đổi rời rạc ................................................................................... 20
2.1.1. Phép biến đổi Cosine rời rạc ........................................................................... 20

2.1.2. Phép biến đổi sóng nhỏ rời rạc ........................................................................ 21


2.2. Các thuật toán thủy vân ảnh số dựa vào các phép biến đổi rời rạc .................... 24
2.2.1. Thủy vân ảnh số dựa vào phép biến đổi Cosine rời rạc .................................. 24
2.2.1.2. Kỹ thuật thuỷ vân của Shoemarker .............................................................. 25
2.2.1.3. Kỹ thuật thuỷ vân sử dụng phép biến đổi DCT kết hợp với ma trận số giả
ngẫu nhiên ................................................................................................................. 27
2.2.2. Thủy vân ảnh số dựa vào phép biến đổi sóng nhỏ rời rạc ............................... 28
2.2.2.1. Đặc điểm của phép biến đổi DWT trên ảnh hai chiều ................................. 28
2.3. Kỹ thuật thủy vân bền vững ứng dụng trong xác thực ảnh dựa vào phép biến
đổi rời rạc DWT kết hợp với phép biến đổi ma trận Hankel .................................... 34
2.3.1. Phép biến đổi ma trận Hankel ......................................................................... 34
2.3.2. Lƣợc đồ thủy vân bền vững sử dụng phép biến đổi DWT kết hợp Hankel .... 35
CHƢƠNG 3: CÀI ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM LƢỢC ĐỒ THỦY VÂN BỀN VỮNG
DÙNG ĐỂ XÁC THỰC ẢNH DỰA VÀO PHÉP BIẾN ĐỔI DWT KẾT HỢP
PHÉP BIẾN ĐỔI HANKEL ..................................................................................... 37
3.1. Các độ đo đánh giá hiệu quả của thuật toán nhúng thủy vân ............................. 37
3.1.1 Độ cảm nhận của ảnh chủ sau khi bị thủy vân ................................................. 37
3.1.2 Độ bền vững của thủy vân ............................................................................... 37
3.2. Lƣợc đồ nhúng thủy vân và xác thực ảnh gốc ................................................... 39
3.2.1. Nhúng thủy vân ............................................................................................... 39
3.2.2. Xác thực ảnh.................................................................................................... 40
3.3 Kết quả thử nghiệm ............................................................................................. 41
KẾT LUẬN ............................................................................................................... 44
DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................... 45


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Diễn giải

Ý nghĩa

DCT

Discrete Cosine Transform

Biến đổi Cosin rời rạc

DWT

Discrete Wavelet Transform

Biến đổi sóng nhỏ rời rạc

IDWT

Invert Discrete Wavelet Transform

Biến đổi ngƣợc DWT

DFT

Discrete Fourier Transform

Biến đổi Forier rời rạc

PRNS

Pseudo random number sequence

Tỉ số tín hiệu nhiễu

JPEG

Joint Photographic Experts

Một định dạng ảnh nén

LL

Horizontally and vertically lowpass

Lọc thấp ngang và dọc

LH

Horizontally lowpass and vertically Lọc thấp ngang và lọc cao

HL

HH

SR

highpass

dọc

Horizontally highpass and

Lọc cao ngang và lọc thấp

vertically lowpass

dọc

Horizontally

and

vertically Lọc cao ngang và lọc thấp

highpass

ngang

Similitary Ratio

tỷ số tƣơng tự SR


DANH MỤC HÌNH VẼ
Ý nghĩa

Tên hình
Hình 1.1

Lƣợc đồ chung cho quá trình giấu tin

Hình 1.2

Lƣợc đồ chung cho quá trình tách tin

Hình 1.3

Sự khác nhau giữa mã hóa và giấu tin

Hình 2.1

Lọc theo tần số thấp và tần số cao

Hình 2.2

Cấu trúc phân tích đƣợc qua phép biến đổi sóng nhỏ 2 chiều mức 2

Hình 2.3

Ảnh gốc và năng lƣợng phân bố của ảnh qua phép biến đổi DCT

Hình 2.4

Phân chia 3 miền tần số ảnh của phép biến đổi DCT

Hình 3.1

Ảnh gốc Lena, thủy vân gốc và ảnh Lena đã đƣợc nhúng thủy vân

Hình 3.2

Ảnh gốc Mandril, thủy vân gốc và ảnh Mandril đã đƣợc nhúng thủy
vân

Hình 3.3

Kết quả xác thực ảnh đã thủy vân đối với ảnh Lena

Hình 3.4

Kết quả xác thực ảnh đối với ảnh Mandril


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay, sự xuất hiện của Internet và mạng máy tính đã giúp cho việc trao
đổi thông tin trở nên nhanh gọn, dễ dàng. E-mail cho phép ngƣời ta nhận hay gửi
thƣ ngay trên máy tính của mình; E-business cho phép thực hiện các giao dịch buôn
bán trên mạng,... Tuy nhiên, điều đó lại làm phát sinh những vấn đề mới. Thông tin
quan trọng nằm ở kho dữ liệu hay đang trên đƣờng truyền có thể bị trộm cắp, có thể
bị làm sai lệch, có thể bị giả mạo,… Điều đó có thể làm ảnh hƣởng tới các tổ chức,
các công ty hay cả một quốc gia. Bởi những bí mật kinh doanh, tài chính là mục tiêu
của các đối thủ cạnh tranh, những thông tin về an ninh quốc gia là mục tiêu của các
tổ chức tình báo trong và ngoài nƣớc,... Việc trao đổi thông tin, xuất bản thông tin
trên Internet có nhiều nguy cơ không an toàn do vấn nạn vi phạm bản quyền thông
tin ngày càng tăng. Vì vậy, tốc độ phát triển nhƣ vũ bão của Internet và các công
nghệ có liên quan đang đƣa đến một sức ép khá nặng nề cho những nhà quản lý, bảo

vệ thông tin. Do đó, những nhà cung cấp thông tin đòi hỏi phải có các công cụ hỗ
trợ cho việc bảo vệ bản quyền sản phẩm của họ, nhận dạng đƣợc những bản sao các
thông tin bị đánh cắp hoặc bị xuyên tạc với ý đồ xấu.
Trên thực tế, nhu cầu bảo vệ quyền tác giả, quyền sở hữu thông tin là rất lớn,
đặc biệt là ảnh số. Kỹ thuật thủy vân bền vững hứa hẹn là một phƣơng pháp hiệu
quả bởi nó cho phép chủ sở hữu thông tin số có thể nhúng và giấu những bằng
chứng xác thực về bản quyền của mình mà không làm ảnh hƣởng đến nội dung
thông tin.
Từ thực tế trên, nhằm mục đích nghiên cứu và thử nghiệm kỹ thuật thủy vân
bền vững dùng để xác thực và khôi phục ảnh gốc dựa vào một số phép biến đổi, em
chọn đề tài tốt nghiệp là “Nghiên cứu kỹ thuật thủy vân bền vững sử dụng cho việc
xác thực ảnh”.
2. Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu và phát triển lƣợc đồ thủy vân bền vững để xác thực ảnh số dựa
vào sự kết hợp giữa phép biến đổi sóng nhỏ rời rạc DWT và phép biến đổi Hankel.


2
- Cài đặt thử nghiệm lƣợc đồ thủy vân đề xuất và đánh giá, so sánh hiệu quả.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Các kỹ thuật thủy vân trên ảnh.
- Kỹ thuật thủy vân bền vững ứng dụng trong xác thực sự toàn vẹn của ảnh
dựa vào phép biến đổi rời rạc DWT kết hợp với và phép biến đổi ma trận Hankel.
- Phát triển chƣơng trình thử nghiệm để so sánh đánh giá một số lƣợc đồ thủy
vân bền vững bảo vệ sự toàn vẹn ảnh số.
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Phạm vi nghiên cứu của đề tài là lý thuyết về thủy vân nói chung, kỹ thuật
thủy vân bền vững trên ảnh, các phép biến đổi rời rạc và phép biến đổi ma trận.
- Nghiên cứu cơ chế mã hóa và giải mã thủy vân trên ảnh với cơ chế xác thực
bản gốc.

5. Những đóng góp mới của đề tài
- Tìm hiểu và nghiên cứu các kỹ thuật thủy vân để bảo vệ sự toàn vẹn cho
ảnh số.
- Cải tiến và nâng cao độ chính xác khi bảo vệ tính toàn vẹn của ảnh số.
- Cài đặt chƣơng trình thử nghiệm để bảo vệ sự toàn vẹn của ảnh số với cơ
chế xác thực công khai.
6. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phƣơng pháp nghiên cứu chủ yếu là phƣơng pháp tiếp cận lý thuyết, sau đó
áp dụng lý thuyết để kiểm chứng. Dựa trên kết quả kiểm chứng đó để đƣa ra kết
luận và các đề xuất nhằm hoàn thành mục tiêu nghiên cứu.
- Nghiên cứu về lý thuyết thủy vân bền vững trên ảnh. Nghiên cứu ứng
dụng và mô tả chi tiết về kỹ thuật thủy vân bền vững ứng dụng trong bảo vệ bản
quyền ảnh dựa vào các phép biến đổi rời rạc và phép biến đổi ma trận.


3
Chƣơng 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN
VÀ THỦY VÂN TRÊN ẢNH SỐ
1.1 Tổng quan về kỹ thuật giấu tin
1.1.1. Định nghĩa
Theo Nguyễn Văn Tảo, Đỗ Trung Tuấn, Bùi Thế Hồng: Giấu thông tin
(Steganography) là một kỹ thuật nhúng thông tin (embeding) vào trong một nguồn
đa phương tiện gọi là các phương tiện chứa (host data) mà không nhận biết được
sự tồn tại của thông tin giấu (invisible).[2]
Ta cũng có thể định nghĩa tổng quát nhƣ sau: Giấu tin là kỹ thuật nhúng một
lượng thông tin số nào đó vào trong một đối tượng dữ liệu số khác.
1.1.2. Vài nét về lịch sử giấu tin
Từ Steganography bắt nguồn từ tiếng Hi Lạp và đƣợc sử dụng cho tới ngày
nay, nó có nghĩa là tài liệu đƣợc phủ (covered writing). Các câu chuyện kể về kỹ
thuật giấu thông tin đƣợc truyền qua nhiều thế hệ. Có lẽ những ghi chép sớm nhất về

kỹ thuật giấu thông tin (thông tin đƣợc hiểu theo nghĩa nguyên thủy của nó) thuộc về
sử gia Herodotus ngƣời Hy lạp. Khi bạo chúa Hy lạp Histiaeus bị vua Darius bắt giữ
ở Susa vào thế kỷ thứ năm trƣớc Công nguyên, ông đã gửi một thông báo bí mật cho
con rể của mình là Aristagoras ở Miletus. Histiaeus đã cạo trọc đầu của một nô lệ tin
cậy và xăm một thông báo trên da đầu của ngƣời nô lệ ấy. Khi tóc của ngƣời nô lệ
này mọc đủ dài, anh ta đã đƣợc gửi tới Miletus.
Một câu chuyện khác ở thời Hy-Lạp cổ đại cũng do Herodotus ghi lại. Môi
trƣờng để ghi văn bản chính là các viên thuốc đƣợc bọc trong sáp ong. Demeratus,
một ngƣời Hy lạp, cần thông báo cho Sparta rằng Xerxes định xâm chiếm Hy lạp. Để
tránh bị phát hiện, anh ta đã bóc lớp sáp ra khỏi các viên thuốc và khắc thông báo lên
bề mặt các viên thuốc này, sau đó bọc lại các viên thuốc bằng một lớp sáp mới.
Những viên thuốc đƣợc để ngỏ và lọt qua mọi sự kiểm tra một cách dễ dàng.
Một cách giấu tin phổ biến là sử dụng mực không màu. Đây là một phƣơng
tiện hữu hiệu cho bảo mật thông tin trong một thời gian dài. Ngƣời Romans cổ đã biết
sử dụng những chất sẵn có nhƣ nƣớc quả, nƣớc tiểu và sữa để viết các thông báo bí


4
mật giữa những hàng văn tự thông thƣờng. Khi bị hơ nóng, những loại mực không
nhìn thấy này sẽ trở nên sẫm màu và có thể đọc đƣợc một cách dễ dàng.
Ý tƣởng che giấu thông tin đã có từ hàng nghìn năm về trƣớc nhƣng kỹ thuật
này đƣợc dùng chủ yếu trong quân đội và trong các cơ quan tình báo. Gần đây, giấu
thông tin mới đƣợc các nhà nghiên cứu và các viện công nghệ thông tin quan tâm và
đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu về vấn đề này. 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, và sự lƣu thông phân phối trên mạng của các dữ liệu đa phƣơng tiện
đã sinh ra nhiều vấn đề nhức nhối về nạn ăn cắp bản quyền, phân phối bất hợp pháp,
xuyên tạc trái phép...
1.1.3. Mô hình kỹ thuật giấu tin và các thuật ngữ cơ bản

Mô hình của kỹ thuật giấu tin cơ bản đƣợc mô tả trong Hình 1.1 và 1.2.
Thông tin cần giấu là một lƣợng thông tin mang một ý nghĩa nào đó tuỳ thuộc
vào mục đích của ngƣời sử dụng. Thông tin sẽ đƣợc giấu vào trong một phƣơng tiện
chứa nhờ một bộ nhúng. Bộ nhúng là những chƣơng trình, thuật toán giấu tin, đƣợc
thực hiện với một khoá bí mật giống nhƣ các hệ mã mật cổ điển. Sau khi giấu tin, các
phƣơng tiện chứa tin sẽ đƣợc gửi đi hoặc đƣợc phân phối trên mạng.

Hình 1.1. Lược đồ chung cho quá trình giấu tin
Hình 1.2 chỉ ra các công việc giải mã thông tin đã giấu. Quá trình giải mã
đƣợc thực hiện thông qua một bộ giải mã tƣơng ứng với bộ nhúng thông tin cùng với
khoá của quá trình nhúng. Kết quả thu đƣợc gồm phƣơng tiện chứa gốc và thông tin


5
đã giấu. Bƣớc tiếp theo, thông tin giấu sẽ đƣợc xử lý, kiểm định so sánh với thông tin
giấu ban đầu.

Hình 1.2. Lược đồ chung cho quá trình tách tin
Một số thuật ngữ cơ bản:
Giấu tin (datahiding): là thuật ngữ chỉ kỹ thuật giấu tin nói chung bao gồm cả
giấu tin mật và thuỷ vân số.
Giấu tin mật (steganography): chỉ những kỹ thuật giấu tin mật trong một đối
tƣợng.
Thuỷ vân số (watermarking): chỉ những kỹ thuật giấu tin dùng để bảo vệ đối
tƣợng chứa thông tin giấu.
Phƣơng tiện chứa (host signal): là phƣơng tiện gốc đƣợc dùng để chứa thông
tin cần giấu. Nếu giấu tin trong ảnh thì bức ảnh này đƣợc gọi là ảnh chứa, còn giấu
trong audio thì gọi là audio chứa v.v..
Thông tin cần giấu (embeded data): là thông tin đƣợc nhúng vào trong phƣơng
tiện chứa. Trong giấu tin mật, thông tin cần giấu là các thông điệp (message), còn

trong kỹ thuật thuỷ vân số thì thông tin cần giấu chính là các thuỷ vân (các dấu hiệu
công khai hoặc bí mật).
1.1.4. Sự khác biệt giữa mã hóa và giấu tin
Theo Nguyễn Văn Tảo: Sự khác biệt chủ yếu giữa mã hoá thông tin và giấu
thông tin là phương pháp mã hoá làm cho các thông tin hiện rõ là nó có được mã hoá
hay không còn đối với phương pháp giấu thông tin thì người ta sẽ khó biết được là có


6
thông tin giấu bên trong do tính chất ẩn (invisible) của thông tin được giấu. Một khi
những thông tin mã hoá bị phát hiện thì những tên tin tặc sẽ tìm mọi cách để triệt
phá. Và cuộc chạy đua giữa những người bảo vệ thông tin và bọn tin tặc vẫn chưa kết
thúc tuyệt đối về bên nào. Trong hoàn cảnh đó thì giấu thông tin trở thành một
phương pháp hữu hiệu.[3]
Sự khác nhau này ta có thể thấy rõ qua hình 1.3.

Hình 1.3 Sự khác nhau giữa mã hóa và giấu tin
1.2. Giới thiệu về ảnh
1.2.1. Ảnh
Là một tập hợp hữu hạn các điểm ảnh kề nhau. Ảnh thƣờng đƣợc biểu diễn
bằng một ma trận hai chiều, mỗi phần tử của ma trận tƣơng ứng với một điểm ảnh.
Ảnh nhị phân (đen trắng): là ảnh có giá trị mức xám của các điểm ảnh
đƣợc biểu diễn bằng 1 bit (giá trị 0 hoặc 1).
Ví dụ về biểu diễn ảnh nhị phân:
0 1 1 0
1 1 1 0
0 0 1 1
0 1 1 1

7
Ảnh xám: giá trị mức xám của các điểm ảnh đƣợc biểu diễn bằng 8 bit (giá
trị từ 0 đến 255).
Ví dụ về biểu diễn ảnh xám:
0

5

12

0

15 94

21

0

0

0

156

9

0

11 245 12

Ảnh màu: thông thƣờng, ảnh màu đƣợc tạo nên từ 3 ảnh xám đối với màu
nền đỏ (RED), xanh lá cây (GREEN), xanh lam (BLUE). Tất cả các màu trong tự
nhiêu đều có thể đƣợc tổng hợp từ 3 thành phần màu trên theo các tỷ lệ khác nhau.
Ví dụ về biểu diễn ảnh màu:
Ma trận biểu diễn mức xám của thành phần RED:
0

7

11

0

115 94

20

0

0

0

15

16

0

11 225

0

Ma trận biểu diễn mức xám của thành phần GREEN:
0

1

121

0

14

9

210

0

0

0

115 16

0

11

22

2

Ma trận biểu diễn mức xám của thành phần BLUE:
0

17 21

0

135 93 50

0

0

0

15 67

0

11 25 19


8
1.2.2. Một số cấu trúc ảnh
1.2.2.1. Ảnh BMP (Bitmap)
Trong đồ họa máy vi tính, BMP, còn đƣợc biết đến với tên tiếng Anh khác

là Windows bitmap, là một định dạng tập tin hình ảnh khá phổ biến. Các tập tin đồ
họa lƣu dƣới dạng BMP thƣờng có đuôi là .BMP hoặc .DIB
Các thuộc tính tiêu biểu của một tập tin ảnh BMP là
Số bit trên mỗi điểm ảnh (bit per pixel), thƣờng đƣợc ký hiệu bởi n. Một ảnh
BMP n-bit có 2n màu. Giá trị n càng lớn thì ảnh càng có nhiều màu, và càng rõ nét
hơn. Giá trị tiêu biểu của n là 1 (ảnh đen trắng), 4 (ảnh 16 màu), 8 (ảnh 256 màu),
16 (ảnh 65536 màu) và 24 (ảnh 16 triệu màu). Ảnh BMP 24-bit có chất lƣợng hình
ảnh trung thực nhất.
chiều cao của ảnh (height), cho bởi điểm ảnh (pixel).
Chiều rộng của ảnh (width), cho bởi điểm ảnh.
Cấu trúc tập tin ảnh BMP bao gồm 4 phần
Bitmap Header (14 bytes): giúp nhận dạng tập tin bitmap.
Bitmap Information (40 bytes): lƣu một số thông tin chi tiết giúp hiển thị ảnh.
Color Palette (4*x bytes), x là số màu của ảnh: định nghĩa các màu sẽ đƣợc
sử dụng trong ảnh.
Bitmap Data: lƣu dữ liệu ảnh.
Đặc điểm nổi bật nhất của định dạng BMP là tốc độ vẽ và tốc độ xử lý
nhanh, tập tin hình ảnh thƣờng không đƣợc nén bằng bất kỳ thuật toán nào. Khi lƣu
ảnh, các điểm ảnh đƣợc ghi trực tiếp vào tập tin - một điểm ảnh sẽ đƣợc mô tả bởi
một hay nhiều byte tùy thuộc vào giá trị n của ảnh. Do đó, một hình ảnh lƣu dƣới
dạng BMP thƣờng có kích cỡ rất lớn, gấp nhiều lần so với các ảnh đƣợc nén (chẳng
hạn GIF, JPEG, hay PNG).
Định dạng BMP đƣợc hỗ trợ bởi hầu hết các phần mềm đồ họa chạy
trên Windows, và cả một số ứng dụng chạy trên MS-DOS. Ngay từ Windows 3.1,
Microsoft đã cho ra đời phần mềm PaintBrush, một phần mềm hỗ trợ vẽ hình ảnh
đơn giản và lƣu hình ảnh đƣợc vẽ dƣới dạng BMP 16 hay 256 màu. Tuy nhiên, do


9
kích thƣớc tập tin ảnh BMP quá lớn, định dạng BMP không phù hợp để trao đổi

hình ảnh qua mạng Internet (do hạn chế về tốc độ truyền dữ liệu).
1.2.2.2. Ảnh JPEG (Joint Photographic Experts Group)
JPEG là một trong những phƣơng pháp nén ảnh hiệu quả, có tỷ lệ nén ảnh tới
vài chục lần. Chất lƣợng 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 đƣợc và
việc loại bỏ những thông tin không cần thiết đƣợc dựa trên những nghiên cứu về hệ
nhãn thị của mắt ngƣời.
Phần mở rộng của các file JPEG thƣờng có dạng .jpeg, .jfif, .jpg, .JPG, hay
.JPE; dạng .jpg là dạng đƣợc dùng phổ biến nhất. Hiện nay dạng nén ảnh JPEG rất
đƣợc phổ biến trong điện thoại di động cũng nhƣ những trang thiết bị lƣu giữ có
dung lƣợng nhỏ.
Trong không gian màu YUV, nhãn thị của con ngƣời rất nhạy cảm với thành
phần Y và kém nhạy cảm với hai loại U và V. Phƣơng pháp nén JPEG đã nắm bắt
phát hiện này để tách những thông tin thừa của ảnh. Hệ thống nén thành phần Y của
ảnh với mức độ suy giảm ít hơn so với U, V, bởi ngƣời ta ít nhận thấy sự thay đổi
của U và V so với Y.
Giống nhƣ GIF, JPEG cũng đƣợc sử dụng rất nhiều trên web. Lợi ích chính
của chúng là có thể hiển thị các hình ảnh với các màu chính xác (true-colour) chúng
có thể lên đến 16 triệu màu. Điều đó cho phép chúng đƣợc sử dụng tốt nhất cho các
hình ảnh chụp và hình ảnh minh hoạ với lƣợng màu lớn.
Nhƣợc điểm lớn nhất của JPEG là chất lƣợng ảnh đã bị nén mất đi, một số
đƣờng bao giữa các khối màu sẽ xuất hiện điểm mờ, các vùng sẽ mất đi sự rõ nét.
JPEG làm giảm chất lƣợng cho các bức vẽ ít màu, tạo nên những chỗ nhòe thay cho
các đƣờng sắc nét, đồng thời độ nén cũng thấp cho các hình vẽ ít màu. Giống nhƣ
định dạng mp3, JPEG sẽ không thể phục hồi giống nhƣ hình ảnh ban đầu dù dung
lƣợng đƣợc tăng lên giống dung lƣợng ảnh thật. Các ảnh JPEG không thể làm trong
suốt hoặc chuyển động.


10

1.2.2.3. Ảnh GIF (Graphics Interchange Format)
GIF là một định dạng tập tin hình ảnh bitmap cho hình ảnh dùng ít hơn 256
màu sắc khác nhau và hoạt hình dùng ít hơn 256 màu cho mỗi khung hình. GIF là
định dạng nén dữ liệu đặc biệt hữu ích cho việc truyền hình ảnh qua đƣờng truyền
lƣu lƣợng nhỏ. Định dạng này đƣợc CompuServe cho ra đời vào năm 1987 và
nhanh chóng đƣợc dùng rộng rãi trên World Wide Web.
Tập tin GIF dùng nén dữ liệu bảo toàn trong đó kích thƣớc tập tin có thể
đƣợc giảm mà không làm giảm chất lƣợng hình ảnh, cho những hình ảnh có ít hơn
256 màu. Số lƣợng tối đa 256 màu làm cho định dạng này không phù hợp cho các
hình chụp (thƣờng có nhiều màu sắc), tuy nhiên các kiểu nén dữ liệu bảo toàn cho
hình chụp nhiều màu cũng có kích thƣớc quá lớn đối với truyền dữ liệu trên mạng
hiện nay. GIF đƣợc phát triển dành cho những ảnh có tính chất thay đổi. Nó đƣợc
sử dụng tốt nhất cho đồ họa có ít màu, ví dụ nhƣ là ảnh hoạt hình hoặc là sơ đồ,
hình vẽ nút bấm.
Định dạng GIF dựa vào các bảng màu: một bảng chứa tối đa 256 màu khác
nhau cho biết các màu đƣợc dùng trong hình. Một trong số các màu trong bảng màu
có thể đƣợc đặt là trong suốt.
Có hai sự khác nhau cơ bản giữa ảnh GIF và ảnh JPEG:
+ Ảnh GIF nén lại theo cách giữ nguyên toàn bộ dữ liệu ảnh trong khi ảnh
JPEG nén lại nhƣng làm mất một số dữ liệu trong ảnh.
+ Ảnh GIF bị giới hạn bởi số màu nhiều nhất là 256 trong khi ảnh JPEG
không giới hạn số màu mà chúng sử dụng
1.2.2.4. Ảnh PNG (Portable Network Graphics)
PNG là một dạng hình ảnh sử dụng phƣơng pháp nén dữ liệu mới - không
làm mất đi dữ liệu gốc. PNG đƣợc 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 nén tốt hơn và có nhiều tính năng kỹ thuật hay hơn GIF. Tất cả tính
năng của GIF, trừ nén hoạt hình, đều đƣợc hỗ trợ bởi PNG. Các trình duyệt mạng
hiện đại đều hỗ trợ PNG.

11
PNG đƣợc hỗ trợ bởi thƣ viện tham chiếu libpng, một thƣ viện nền tảng độc
lập bao gồm các hàm của C để quản lý các hình ảnh PNG.
Động cơ thúc đẩy cho việc tạo ra định dạng PNG bắt đầu vào khoảng đầu
năm 1995, sau khi Unisys công bố họ sẽ áp dụng bằng sáng chế vào thuật toán nén
dữ liệu LZW (Lempel- Zip- Welch) sử dụng trong định dạng GIF.
Một tập tin PNG bao gồm 8-byte kí hiệu (89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A đƣợc
viết trong hệ thống có cơ số 16, chứa các chữ "PNG" và 2 dấu xuống dòng, ở giữa
là sắp xếp theo số lƣợng của các thành phần, mỗi thành phần đều chứa thông tin về
hình ảnh. Cấu trúc dựa trên các thành phần đƣợc thiết kế cho phép định dạng PNG
có thể tƣơng thích với các phiên bản cũ khi sử dụng.
PNG là cấu trúc nhƣ một chuỗi các thành phần, mỗi thành phần chứa kích
thƣớc, kiểu, dữ liệu, và mã sửa lỗi ngay trong nó.
Chuỗi đƣợc gán tên bằng 4 chữ cái phân biệt chữ hoa chữ thƣờng. Sự phân
biệt này giúp bộ giải mã phát hiện bản chất của chuỗi khi nó không nhận dạng đƣợc.
Với chữ cái đầu, viết hoa thể hiện chuỗi này là thiết yếu. Chuỗi thiết yếu chứa thông
tin cần thiết để đọc đƣợc tệp và nếu bộ giải mã không nhận dạng đƣợc chuỗi thiết
yếu, việc đọc tệp phải đƣợc hủy.
Một bộ giải mã phải có thể thông dịch để đọc và hiển thị một tệp PNG.
IHDR phải là thành phần đầu tiên, nó chứa đựng header
PLTE chứa đựng bảng màu (danh sách các màu)
IDAT chứa đựng ảnh. Ảnh này có thể đƣợc chia nhỏ chứa trong nhiều phần
IDAT. Điều này làm tăng kích cỡ của tệp lên một ít nhƣng nó làm cho việc phát
sinh ảnh PNG mƣợt hơn.
IEND đánh dấu điểm kết thúc của ảnh.
PNG không hỗ trợ ảnh động
Tổng kết
PNG, GIF và JPEG là 3 định dạng ảnh phổ biến nhất trên Internet hiện nay
và tùy thuộc vào nhu cầu của mỗi ngƣời mà chúng ta sẽ sử dụng chúng. PNG hỗ trợ

màu trong suốt tốt, giữ đƣợc chất lƣợng ảnh tốt. GIF hỗ trợ tốt các ảnh động và ảnh
8-bit. JPEG đƣợc áp dụng rộng rãi trong nghề nhiếp ảnh và các bức hình trên


12
Internet, tuy nhiên hãy cẩn thận vì định dạng này sẽ làm giảm chất lƣợng bức ảnh
sau mỗi lần lƣu trữ.
1.2.3. Giấu tin trong ảnh
Giấu tin trong ảnh chiếm vị trí chủ yếu trong các kỹ thuật giấu tin, vì vậy các kỹ
thuật giấu tin phần lớn cũng tập trung vào các kỹ thuật giấu tin trong ảnh. Các
phƣơng tiện chứa khác nhau thì cũng sẽ có các kỹ thuật giấu khác nhau. Đối tƣợng
ảnh là một đối tƣợng dữ liệu tĩnh, dữ liệu tri giác không biến đổi theo thời gian. Dữ
liệu ảnh có nhiều định dạng, mỗi định dạng có những tính chất khác nhau nên các
kỹ thuật giấu tin trong ảnh thƣờng chú ý những đặc trƣng và các tính chất cơ bản
sau đây:
1. Phương tiện chứa có dữ liệu tri giác tĩnh. Dữ liệu gốc ở đây là dữ liệu của ảnh
tĩnh, dù đã giấu thông tin vào trong ảnh hay chƣa thì khi ta xem ảnh bằng thị giác,
dữ liệu ảnh không thay đổi theo thời gian, điều này khác với dữ liệu audio hay là
video vì khi ta nghe hay xem thì dữ liệu gốc sẽ thay đổi liên tục với tri giác của con
ngƣời theo các đoạn hay các bài, các cảnh... Sự khác biệt này ảnh hƣởng lớn đối với
các kỹ thuật giấu thông tin trong ảnh với kỹ thuật giấu thông tin trong audio hay
video.
2. Kỹ thuật giấu phụ thuộc ảnh. Kỹ thuật giấu tin phụ thuộc vào các loại ảnh khác
nhau. Chẳng hạn đối với ảnh đen trắng, ảnh đa mức xám hay ảnh màu ta có những
kỹ thuật riêng do các loại ảnh có những đặc trƣng khác nhau.
3. Kỹ thuật giấu tin lợi dụng tính chất hệ thống thị giác của con người. Giấu tin
trong ảnh ít nhiều cũng gây ra những thay đổi trên dữ liệu ảnh gốc. Dữ liệu ảnh
đƣợc quan sát bằng hệ thống thị giác của con ngƣời nên các kỹ thuật giấu tin phải
đảm bảo một yêu cầu cơ bản là những thay đổi trên ảnh phải rất nhỏ sao cho bằng
mắt thƣờng khó nhận ra đƣợc sự thay đổi đó vì có nhƣ thế thì mới đảm bảo đƣợc độ

an toàn cho thông tin giấu. Nhiều kỹ thuật đã lợi dụng các tính chất của hệ thống thị
giác để giấu tin chẳng hạn nhƣ mắt ngƣời cảm nhận về sự biến đổi độ chói kém hơn
sự biến đổi màu, cảm nhận của mắt về màu xanh da trời là kém nhất trong ba màu
cơ bản.


13
4. Giấu thông tin trong ảnh tác động lên dữ liệu ảnh nhưng không thay đổi kích
thước ảnh. Các thuật toán thực hiện công việc giấu thông tin sẽ đƣợc thực hiện trên
dữ liệu của ảnh. Dữ liệu ảnh bao gồm cả phần header, bảng màu và dữ liệu ảnh. Khi
giấu thông tin, các phƣơng pháp giấu đều biến đổi các giá trị của các bit trong dữ
liệu ảnh chứ không thêm vào hay bớt đi dữ liệu ảnh. Do vậy mà kích thƣớc ảnh
trƣớc hay sau khi giấu thông tin là nhƣ nhau.
5. Đảm bảo chất lượng ảnh sau khi giấu tin. Đây là một yêu cầu quan trọng đối với
giấu tin trong ảnh. Sau khi giấu tin bên trong, ảnh phải đảm bảo đƣợc yêu cầu
không bị biến đổi lớn để có thể bị phát hiện dễ dàng so với ảnh gốc. Yêu cầu này
khá đơn giản đối với ảnh màu hoặc ảnh đa mức xám bởi mỗi một điểm ảnh đƣợc
biểu diễn bởi nhiều bit, và khi ta thay đổi một giá trị nhỏ nào đó thì chất lƣợng ảnh
thay đổi không đáng kể, thông tin giấu khó bị phát hiện. Đối với ảnh đen trắng thì
việc giấu thông tin phức tạp hơn nhiều, vì mỗi điểm ảnh chỉ là trắng hoặc đen, và
nếu ta biến đổi một bit từ đen thành trắng mà không khéo thì sẽ rất dễ bị phát hiện.
Do đó, yêu cầu đối với các thuật toán giấu thông tin trong ảnh màu hay ảnh đa mức
xám và giấu thông tin trong ảnh đen trắng là khác nhau. Trong khi đối với ảnh màu
thì các thuật toán chú trọng vào việc làm sao giấu đƣợc càng nhiều thông tin càng
tốt thì các thuật toán áp dụng cho ảnh đen trắng lại tập trung vào việc làm thế nào để
thông tin giấu khó bị phát hiện nhất.
6. Thông tin giấu trong ảnh sẽ bị biến đổi nếu có bất cứ biến đổi nào trên ảnh. Vì
phƣơng pháp giấu tin trong ảnh dựa trên việc điều chỉnh các giá trị của các bit theo
một qui tắc nào đó và khi giải mã sẽ theo các giá trị đó để tìm đƣợc thông tin giấu.
Theo đó, nếu một phép biến đổi nào đó trên ảnh làm thay đổi giá trị của các bit thì

sẽ làm cho thông tin giấu bị sai lệch. Nhờ đặc điểm này mà giấu thông tin trong ảnh
có tác dụng nhận thực và phát hiện xuyên tạc thông tin.
7. Vai trò của ảnh gốc khi giải tin. Các kỹ thuật giấu tin phải xác định rõ ràng quá
trình lọc ảnh để lấy thông tin giấu cần đến ảnh gốc hay không. Đa số các kỹ thuật
giấu tin mật thƣờng không cần ảnh gốc khi lọc tìm thông tin đã giấu. Thông tin
đƣợc giấu trong ảnh sẽ đƣợc mang cùng với dữ liệu ảnh, khi tách tin chỉ cần ảnh đã
mang thông tin giấu mà không cần dùng đến ảnh gốc để so sánh đối chiếu.


14
1.3. Những yêu cầu cơ bản của hệ thuỷ vân trên ảnh số
Hệ thuỷ vân số trên ảnh cũng là một hệ giấu tin nên cũng có một số đặc điểm
và tính chất giống nhƣ giấu tin trong ảnh nhƣ:
- Phƣơng tiện chứa là ảnh hai chiều tĩnh,
- Thuỷ vân trên ảnh tác động lên dữ liệu ảnh nhƣng không làm thay đổi kích
thƣớc ảnh,
- Kỹ thuật thủy vân phụ thuộc vào tính chất hệ thống thị giác con ngƣời,
- Khi giải tin có thể cần ảnh gốc.
Ngoài một số đặc điểm chung ra, kỹ thuật thuỷ vân số đƣợc phân biệt với kỹ
thuật giấu tin mật ở những đặc trƣng sau đây:
Thông tin trong ảnh có bị biến đổi nếu có bất cứ một biến đổi nào trên ảnh ?
Tính chất này có trong kỹ thuật giấu tin mật nhƣng đối với kỹ thuật thuỷ vân
thì chỉ có trong loại thuỷ vân “dễ vỡ”. Còn đối với loại thuỷ vân bền vững thì lại yêu
cầu chống lại đƣợc những phép biến đổi thông thƣờng trên ảnh.
Thuỷ vẩn ẩn hay thuỷ vân hiện ?
Không giống nhƣ giấu tin mật với yêu cầu bắt buộc là thông điệp giấu phải ẩn
bên trong ảnh sao cho mắt thƣờng không nhìn thấy đƣợc thì kỹ thuật thuỷ vân số lại
có hai loại là thuỷ vân ẩn và thủy vân hiển. Nghĩa là có loại thuỷ vân cho phép nhìn
thấy đƣợc thông tin đem nhúng vào (trong trƣờng hợp này ta dùng từ nhúng thay cho
từ giấu thích hợp hơn) và có loại không nhìn thấy. Loại thuỷ vân hiển đƣợc sử dụng

cho mục đích công bố công khai về chủ quyền sở hữu, ngƣợc lại, loại thuỷ vân ẩn
đƣợc sử dụng với mục đích gài bí mật các thông tin xác nhận chủ quyền sở hữu.
Tính chất bền vững
Tính chất này là tính chất quan trọng nhất của một hệ thuỷ vân bền vững.
Nghĩa là hệ thuỷ vân phải chống lại đƣợc các phép biến đổi, hay các tấn công có chủ
đích hoặc không có chủ đích lên thuỷ vân.
Thuỷ vân cái gì?
Một câu hỏi đầu tiên đối với hệ thuỷ vân là thông tin gì sẽ đƣợc giấu vào bên
trong ảnh? Kiểu thuỷ vân hay dùng nhất là một chuỗi các kỹ tự, chuỗi kí tự đƣợc


15
nhúng trực tiếp lên ảnh mang những thông tin nhƣ tác giả, tiêu đề hay ngày tháng,
hay thông tin bản quyền…Tuy nhiên, sử dụng chuỗi kí tự lại bị một hạn chế. Đó là
mỗi ký tự biểu diễn bằng nhiều bit, do vậy nếu nhƣ vì một lí do nào đó một bit bị lỗi
thì sẽ làm sai cả kí tự và chỉ cần một phép biến đổi đơn giản nhƣ phép biến đổi JPEG
cũng có thể làm cho thuỷ vân bị sai lệch rất nhiều. Chúng ta cũng có thể thuỷ vân một
bức ảnh nhỏ, khi đó sẽ là ảnh trong ảnh. Khi giải tin thì một số điểm ảnh có thể sai
nhƣng hình tổng thể sẽ đƣợc giữ nguyên. Trong những kỹ thuật gần đây, ngƣời ta sử
dụng thuỷ vân là một chuỗi bit sinh ngẫu nhiên theo một luật phân phối xác suất nào
đó. Sau đó, áp dụng các lí thuyết xác suất thống kê để chứng thực thuỷ vân.
Trong các loại thuỷ vân thì thuỷ vân ẩn và bền vững đƣợc quan tâm nghiên
cứu nhiều hơn vì ý nghĩa ứng dụng lớn của nó nhƣ đã nói ở phần trên. Do vậy, hai
tính chất quan trọng nhất của hệ thuỷ vân mà các nhà nghiên cứu đang cố gắng đạt
đƣợc là thuộc tính ẩn và thuộc tính bền vững. Nhƣng đây lại là mấu chốt của sự phức
tạp vì hai thuộc tính này mâu thuẫn nhau. Nếu nhƣ để đảm bảo thuộc tính ẩn, thuỷ
vân phải đƣợc giấu trong những vị trí ít có ý nghĩa tri giác nhất, ít bị chú ý nhất thì để
đảm bảo đƣợc thuộc tính bền vững, thuỷ vân phải chịu đƣợc những phép xử lí ảnh
phổ biến nhƣ dịch chuyển ảnh hay nén JPEG. Ví dụ nhƣ phép nén JPEG loại bỏ ở ảnh
những thông tin ít có tính tri giác nhất để làm giảm kích thƣớc của ảnh mà vẫn đảm

bảo đƣợc chất lƣợng ảnh. Khi đó thì những dữ liệu của thuỷ vân nằm trong vùng này
sẽ bị mất đi hoặc bị biến đổi sai lệch hoàn toàn. Với tính phức tạp của yêu cầu cho
một hệ thuỷ vân, phần sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu những giải pháp kỹ thuật đã đƣợc
đƣa ra của các nhà khoa học trên thế giới.
1.4. Những tấn công trên hệ thuỷ vân
Phƣơng pháp thuỷ vân nên chống lại đƣợc một số phép xử lý ảnh thông
thƣờng và một số tấn công có chủ đích. Cho đến nay vẫn chƣa có một hệ thống thuỷ
vân hoàn hảo và cũng không rõ ràng việc liệu có tồn tại hay không một hệ thống thuỷ
vân an toàn tuyệt đối. Vì vậy, trong thực tế thì thuỷ vân phải cân đối giữa bền vững
với các thuộc tính khác nhƣ lƣợng thông tin giấu, tính ẩn…Dựa trên các yêu cầu của
ứng dụng, ngƣời ta sẽ lựa chọn một phƣơng pháp thuỷ vân thích hợp nhất. Từ những


16
biến đổi có chủ đích hay không có chủ đích đã biết đối với hệ thuỷ vân mà ta có thể
phân biệt thành các nhóm nhƣ sau:
Tấn công đơn giản: là dạng tấn công cố gắng làm hỏng thủy vân đã đƣợc
nhúng bằng cách thao tác lên toàn bộ dữ liệu đã đƣợc nhúng thủy vân mà không có ý
định nhận dạng để tách lấy thủy vân
Tấn công phát hiện: là sự tấn công với mục đích loại bỏ đi mối quan hệ và vô
hiệu hóa khả năng khôi phục thủy vân, làm cho bộ phát hiện không thể xác định đƣợc
thủy vân. Điều này đƣợc thực hiện chủ yếu bằng các phép biến đổi hình học: phóng
to, thu nhỏ, xoay lật, cắt xén,
Tấn công nhập nhằng: là sự tấn công với mục đích gây nhầm lẫn bằng cách
tạo ra dữ liệu gốc giả hoặc dữ liệu đã đƣợc nhúng thủy vân giả. Ví dụ: kẻ tấn công có
thể làm giảm tính xác thực của thủy vân bằng cách nhúng một hoặc nhiều thủy vân
bổ sung sao cho thủy vân mới không thể phân biệt đƣợc với thủy vân ban đầu.
Tấn công loại bỏ: nhằm mục đích phân tích để xác định ra thủy vân hoặc dữ
liệu gốc, tách dữ liệu đã đƣợc nhúng thủy vân thành dữ liệu gốc và thủy vân.
Tuy nhiên sự phân biệt trên nhiều khi không rõ ràng, nhiều khả năng tấn công

không thể xếp vào một nhóm cụ thể nào.
Dƣới đây là một số phép thay đổi:
- Biến đổi tín hiệu: làm sắc nét, thay đổi độ tương phản, màu, gamma…
- Nhiễu cộng, nhiễu nhân…
- Lọc tuyến tính
- Nén mất thông tin
- Giảm dữ liệu: cropping, sửa histogram
…
Nguyên tắc cơ bản của phƣơng pháp thuỷ vân là đảm bảo đủ tính bền vững
sao cho các tấn công sẽ làm cho giá trị thƣơng mại của ảnh gốc bị ảnh hƣởng.


17
1.5. Những ứng dụng chủ yếu của hệ thuỷ vân
1.5.1. Bảo vệ bản quyền tác giả (copyright protection):
Đây là ứng dụng cơ bản nhất của kỹ thuật thuỷ vân số, một dạng của phƣơng
pháp giấu tin. Một thông tin nào đó mang ý nghĩa quyền sở hữu tác giả sẽ đƣợc
nhúng vào trong các sản phẩm kỹ thuật số trƣớc khi đƣa vào lƣu thông, phân phối.
Thuỷ vân này chỉ một mình ngƣời chủ sở hữu hợp pháp sản phẩm đó có và đƣợc
dùng để chứng minh cho bản quyền sản phẩm. Giả sử có một sản phẩm dữ liệu đa
phƣơng tiện nhƣ ảnh, âm thanh, video cần đƣợc lƣu thông trên mạng. Để bảo vệ sản
phẩm, chống lại các hành vi lấy cắp hoặc làm nhái cần phải có một kỹ thuật để “dán
tem bản quyền” vào sản phẩm này. Việc dán tem hay chính là việc nhúng thuỷ vân
cần phải đảm bảo không để lại một ảnh hƣởng lớn nào đến chất lƣợng cảm nhận của
sản phẩm. Yêu cầu kỹ thuật đối với ứng dụng này là thuỷ vân phải tồn tại bền vững
cùng với sản phẩm, muốn bỏ thuỷ vân này mà không đƣợc phép của ngƣời chủ sở
hữu thì chỉ còn cách là phá huỷ sản phẩm.
1.5.2. Nhận thực thông tin và phát hiện xuyên tạc thông tin (authentication and
tamper detection)
Một tập các thông tin sẽ đƣợc giấu trong sản phẩm. Sau đó, các thông tin này

sẽ đƣợc sử dụng để nhận biết xem sản phẩm gốc có bị thay đổi hay không. Trong
trƣờng hợp này, các thuỷ vân thƣờng có dạng ẩn để không bị phát hiện và nếu có bị lộ
thì cũng khó làm giả và cũng dễ nhận ra những chỗ đã bị xuyên tạc. Trong các ứng
dụng thực tế, ngƣời ta mong muốn tìm đƣợc vị trí bị xuyên tạc cũng nhƣ phân biệt
đƣợc các thay đổi (ví dụ nhƣ phân biệt xem một đối tƣợng đa phƣơng tiện chứa thông
tin giấu đã bị thay đổi, xuyên tạc nội dung hay là chỉ bị nén mất dữ liệu). Yêu cầu
chung đối với ứng dụng này là khả năng giấu thông tin cao và thuỷ vân không cần
bền vững.
1.5.3. Lăn tay hoặc dán nhãn (fingerprinting or labeling):
Thuỷ vân trong những ứng dụng này đựơc sử dụng để nhận diện ngƣời gửi
hay ngƣời nhận của một thông tin nào đó. Ví dụ nhƣ các vân khác nhau sẽ đƣợc
nhúng vào các bản copy khác nhau của thông tin gốc trƣớc khi chuyển cho nhiều