Nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật giấu tin trong video

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan luận văn nghiên cứu này là của bản thân. Số liệu và các nguồn
thông tin trong nghiên cứu này của tôi đều rõ ràng, tuân thủ theo đúng quy định
mọi kết quả của luận văn là do tôi tìm hiểu và nghiên cứu, chƣa đƣợc công bố
trong bất kỳ nghiên cứu nào trƣớc đây.
Ngày tháng 3 năm 2016
Tác giả

Bùi Xuân Thọ

i


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Hồ Thị Hƣơng Thơm – Giảng viên Trƣờng
Đại học Hàng hải Việt Nam đã hƣớng dẫn, góp ý, chỉ dạy và giúp đỡ tôitrong quá
trình thực hiện và nghiên cứu luận văn này.
Tôi chân thành cảm ơn các thầy cô trong Trƣờng Đại học Hàng hải Việt Nam
đã giảng dạy, tích lũycho tôi vốn kiến thức trong suốt quá trình tham gia học tập.
Chân thành cảm ơn các anh chị em học viênđã giúp đỡ tôi trong thời gian học
tập và tham gia nghiên cứu đề tài.
Tuy tôi luônnỗ lực hoàn thành luận văn trong khả năng và phạm vi của nội
dung nghiên cứu nhƣng không sẽ tránh khỏi thiếu sót. Tôi kính mong nhận đƣợc
sự thông cảm và chỉ bảo của quý Thầy Cô và các bạn.

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................... ii

MỤC LỤC ......................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ..........................................................v
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................................vi
DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................................. vii
MỞ ĐẦU .............................................................................................................................9
CHƢƠNG 1 .......................................................................................................................11
TỔNG QUAN, ĐẶC TÍNH VÀ QUY TRÌNH CỦA KỸ THUẬT GIẤU TIN ...............11
1.1. Khái niệm về giấu tin .........................................................................................11
1.2. Phân loại các kỹ thuật giấu thông tin .................................................................14
1.2.1. Phương tiện chứa thông tin ...........................................................................14
1.2.2. Các kỹ thuật tương tác trên phương tiện chứa ...............................................17
1.2.3. Các mục đích sử dụng ....................................................................................18
1.3. Sơ lƣợc về giấu tin mật ......................................................................................20
1.4. Mục đích của thực hiện giấu thông tin ...............................................................21
1.5. Video và đặc tính khung hình của video số. ......................................................23
1.5.1. Khung và cấu trúc khung trong video. ............................................................24
1.5.2. Tính chất trộn trong khung hình .....................................................................25
1.5.3. Tính chất của video nén ..................................................................................25
1.5.4. Thông tin thêm về tỷ lệ bit và BPP ..................................................................26
1.5.5. Tỷ lệ bit không đổi so với biến đổi tỷ lệ bit .....................................................27
1.5.6. Tổng quan về kỹ thuật khung hình của video ..................................................27
1.6. Âm thanh số của video kỹ thuật số. ...................................................................29
1.6.1. Mã hóa âm thanh wave ...................................................................................30
1.6.2. Cấu trúc tập tin âm thanh ...............................................................................31
1.7. Quy trình giấu và tách thông tin trong video kỹ thuật số ..................................33
1.7.1. Giấu và tách thông tin trong khung hình của video. ......................................33
1.7.2. Giấu và tách thông tin trong audio của video. ...............................................38
CHƢƠNG 2 .......................................................................................................................40
MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG VIDEO. .......................................................40
iii

2.1. Giấu thông tin trên khung hình của video bằng thay thế LSB [3, 4, 6, 7]. ........40
2.1.1. Kỹ thuật chèn vào bit ít ý nghĩa: .....................................................................40
2.1.2 Biểu đồ cho giấu tin và tách tin: ......................................................................43
2.2. Giấu thông tin trên khung hình video bằng phân đoạn mặt phẳng bit nhiễu. ....45
2.2.1. Quy trình giấu và tách tin. ..............................................................................50
2.2.2. Tổng quan về BPCS Steganography và các bước thực hiện giấu tin sử dụng
BPCS ..............................................................................................................52
2.3. Giấu tin trên audio của video sử dụng kỹ thuật giấu trên LSB ..........................53
2.4. Đánh giá chất lƣợng video sau khi giấu tin .......................................................55
2.4.1. Kỹ thuật đánh giá chất lượng khung hình của video bằng PSNR (peak signalto-noise ratio).................................................................................................55
2.4.2. Tín hiệu nhiễu PSNR của audio của video sau khi giấu tin ............................56
CHƢƠNG 3 .......................................................................................................................58
CÀI ĐẶT, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ ....................................................................58
3.1. Môi trƣờng cài đặt và một số giao diện chƣơng trình........................................58
3.1.1. Môi trường cài đặt ..........................................................................................58
3.1.2. Giao diện chương trình ...................................................................................58
3.2. Thử nghiệm chƣơng trình. .................................................................................62
3.2.1. Tập video gốc thử nghiệm ...............................................................................62
3.2.2. Thực hiện thử nghiệm .....................................................................................63
3.3. Nhận xét .............................................................................................................65
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................69

iv


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

Chữ viết tắt

Giải thích

BPCS

Bit Plane Complexity Segmentation

BPP

Bits Per Pixel

BR

Bit Rate

CBR

Constant Bit Rate

CD

Color Depth

CF

Capacity Factor

CRT

Cathode Ray Tube

DES

Data Encryption Standard

DTSC

National Television System Committee

DVD

Digital Video Disc

EOF

End of file

FPS

Khung hìnhs Per Second

HAS

Human Auditory System

HD

High Definition

LSB

Least Significant Bit

NLE

A Non-linear Editing System

PAL

Phase Alternating Line

RSA

Rivest-Shamir-Adleman

VS

Video Size

VTR

Videotape Recorder

v


DANH MỤC CÁC BẢNG

Số bảng
1.1

3.1

3.2
3.3

Tên bảng
So sánh sự khác biệt giữa giấu tin mật và thủy vân số.
Kết quả giá trị PSNR cho khung hình của video sau khi
giấu tin.
Kết quả giá trị PSNR cho khung hình của video sau khi
giấu sử dụng BPCS với độ phức tạp biến đổi.
Kết quả giá trị PSNR cho audio của video sau khi giấu tin.

vi

Trang
19
61

62
63


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hình

Tên hình

Trang

1.1

Phân loại lĩnh vực nghiên cứu trong mật mã học.

14

1.2

Sơ đồ phân loại giấu thông tin.

20

1.3

Cơ chế giấu tinmật.

21

1.4

Mô hình cơ bản giấu tin mật trong video.

32

1.5

Mô hình cơ bản tách tin mật.

33

1.6

Lƣợc đồ nhúng thủy vân.

36

1.7

Lƣợc đồ khôi phục thủy vân.

37

2.1

Ví dụ cho kỹ thuật giấu tin bằng thay đổi bit LSB.

40

2.2

Sơ đồ luồng cho giấu tin.

41

2.3

Sơ đồ luồng cho tách tin.

42

2.4

Ví dụ về mặt phẳng bit.

45

2.5

So sánh độ phức tạp.

45

2.6

Trích xuất khung hình từ tệp Video.

48

2.7

Thuật toán giấu tin.

49

2.8

Thuật toán tách tin.

50

2.9

Mô tả bit PSB audio.

52

2.10

Giá trị 8 bit sau khi giấu tín hiệu giá trị lẻ.

52

2.11

Giá trị 8 bit sau khi giấu tín hiệu giá trị chẵn.

52

2.12

Sơ đồ giấu tin trên 8 bit LSB của tín hiệu audio cơ sở.

53

3.1

Giao diện chính của chƣơng trình.

56

3.2

Giao diện giấu tin trên khung hình video sử dụng LSB.

57

vii


3.3

Giao diện tách tin trên khung hình video sử dụng LSB.

57

3.4

Giao diện giấu tin trên khung hình video sử dụng BPCS.

58

3.5

Giao diện tách tin trên khung hình video sử dụng BPCS.

58

3.6

Giao diện giấu tin trên audio video sử dụng LSB.

59

3.7

Giao diện tách tin trên audio video sử dụng LSB.

59

3.8

Giao diện ghép danh sách khung hình và audio video.

59

3.9

Giao diện tách danh sách khung hình và audio video.

60

viii


MỞ ĐẦU
1. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Ngày nay thế giới kỹ thuật số đƣợc đƣa vào mọi lĩnh vực, mọi khía cạnh của
cuộc sống đời thƣờng. Trong đócác dạngvăn bản, ảnh, âm thanh và video là các
dạng dữ liệu kỹ thuật số đƣợc trao đổi, chia sẻ nhiều nhất. Việc dễ dàng chia sẻ,
sao chép và nhân rộng điều này ảnh hƣởng trực tiếp tới các vấn đề bảo vệ quyền và

thông tin. Kỹ thuật giấu tin là một kỹ thuật mới đƣợc phát triển từ nhiều lĩnh vực
khác nhau, chẳng hạn nhƣ mã hóa, lý thuyết thông tin, lý thuyết cấu trúc kỹ thuật
số. . . Do đó, ngƣời dùngcó thể sử dụng kỹ thuật này để chèn thêm một số thông tin
vào phƣơng tiện truyền thông của họ(văn bản, ảnh, audio, video) với mục đích xác
nhận bản quyền tác giả hoặc che giấu thông mật nhằm phục vụ cho mục đích cá
nhân. Kỹ thuật giấu tin cần đáp ứng những yêu cầu: giấu nhiều thông tin, dễ dàng
trao đổi, thông tin đƣợc giấu dễ hiểu với ngƣời nhận và ít làm thay đổi hiển thị
nguồn giấu tin.
Do vậy, xuất phát từ mong muốn đƣợc tiếp cận và tìm hiểu sâu hơn về lĩnh
vực này, bài luận văn đặt vấn đề nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu và ứng dụng kỹ
thuật giấu tin trong video”.

2. Mục đích của đề tài
Đề tài tập trung nghiên cứu, tìm hiểu kỹ thuật giấu tin trong video. Từ cơ sở
lý thuyết tìm hiểu đƣợc, cài đặt, thử nghiệm và đánh giá một số kỹ thuật giấu tin
trong videođƣa ra một số nhận xét và hƣớng phát triển của kỹ thuật giấu tin.
3. Kỹ thuật nghiên cứu
Kết hợp nghiên cứu các cơ sở khoa học, vấn đề liên quan và thống kê từ các
kết quả thực nghiệm, đánh giá, tổng hợp số liệu thực tiễn và rút ra các kết luận về
các kỹ thuật giấu tin. Ngoài ra, luận văn này cũng so sánh, gợi ý, đối chiếu một số
các kỹ thuật giấu.
4. Phạm vi nghiên cứu của đề tài
9


Trong phạm vi của luận văn, tác giả chỉ tập trung nghiên cứu và tìm hiểu
tổng quan về một số kỹ thuật, kỹ thuật giấu tin trong video.
5. Nội dung của đề tài (các vấn đề cần giải quyết)
Ngoài phần mở đầu, phần kết luận, danh mục chữ viết tắt và ký hiệu, danh
mục các bảng, danh mục các hình và phần tài liệu tham khảo, đề tài gồm 3 chƣơng

chính:
Chƣơng 1: Tổng quan, đặc tích và quy trình của kỹ thuật giấu tin:
Trình bày vềtổng quan, định nghĩa liên quan đến giấu tin, phân loại các kỹ
thuật giấu tin, ứng dụng của giấu tin, các đặc tính riêng của video, video sốquá
trình giấu và tách tin trong video.
Chƣơng 2: Một số kỹ thuật giấu tin trong video:
Trình bày về một số kỹ thuật giấu tin trong video và cở sở lý thuyết giấu tin
trên khung hình video, audio video và đánh giá chất lƣợng khung hìnhvà audio của
video sau quá trình giấu tin.
Chƣơng 3: Triển khai, thử nghiệm và đánh giá kết quả:
Dựa trên một số thông tin về kỹ thuật giấu tin trên video đƣợc trình bày ở
chƣơng 2, chƣơng này sẽ triển khai thực tế một vài kỹ thuật nêu trên, thử nghiệm
và đánh giá kết quả kỹ thuật giấu thông tin đã tìm hiểu.

10


CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN, ĐẶC TÍNH VÀ QUY TRÌNH CỦA KỸ THUẬT GIẤU TIN
Trình bày về tổng quan, định nghĩa liên quan đến giấu tin, phân loại các kỹ
thuật giấu tin, ứng dụng của giấu tin, các đặc tính riêng của video, video số quá
trình giấu và tách tin trong video.
1.1. Khái niệm về giấu tin
Giấu tin là một quá trình bí mậtnhúng thông tin hay một đối tƣợng trong một
nguồn dữ liệu khác mà không làm thay đổi cảm nhận về nó. Kỹ thuậtnày đã và
đang đƣợc sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhƣ giải trí, đời sống, trao đổi hay
mã hóa thông tin….
Giấu tin thực tế không còn là một khái niệm mới mẻ. Việc che giấu thông tin
để truyền hoặc trao đổi đã đƣợc con ngƣời nghĩ ra và sử dụng từ hàng nghìn năm
trƣớc. Nhiều câu chuyện lịch sử đã nói đến vấn đề này từ rất sớm. Vàonăm 440

trƣớc Công nguyên bạo chúa Histaiacus bị vua Darius bắt và giam giữ cẩn mật. Để
có thể liên lạc với con rể là Aristagoras, ông đã cạo đầu một sứ giả tin cậy và xăm
trên da đầu của ngƣời đó một thông điệp và chờ đến khi tóc của ngƣời sử giả mọc
ra đủ dài để che nội dụng thông điệp thì anh ta sẽ đƣợc “gửi đi”.
Thời kỳ này, các kỹ thuật giấu tin đƣợc áp dụng chủ yếu để truyền thông tin bí
mật trong chiến tranh và một số ít trong các lĩnh vực khác.
Về khoảng thời gian sau công nguyên, khi sự phát triển của các kỹ thuật viết
chữ, kiểu chữ, ngôn ngữ, hình tƣợngvới các kích cỡ lớn, nhỏ khác nhau cũng nhƣ
các dạng chất lỏng không màu đƣợc đƣa vào sử dụng đem lại cho kỹ thuật giấu tin
những kỹ thuật mới, đa dạng và tinh vi hơn thời kỳ trƣớc. Thời kỳ này họ đã có thể
mã hóa các dạng chữ viết tay theo các ngôn ngữ, thể hiện nội dung bên ngoài hoàn
toàn khác với các nội dung thông điệp ẩn chứa bên trong. Sau đó các bức thƣ, bản
viết tay, hay các bản chạm khắc đã đƣợc mã hóa này sẽ đƣợc gửi đi qua các cách
11


truyền gửi khác nhau. Điều này ngăn chặn việc nội dung thông tin cần gửi bị lộ khi
đối phƣơng hoặc không phải ngƣời cần nhận nhận đƣợc vật chứa thông tin.
Trong thời kỳ chiến tranh, do sự phát triển và tiến bộ về khoa học kỹ thuật ở
thời kỳ này kỹ thuật giấu thông tin đã đƣợc đƣa lên một tầm cao mới. Các thông tin
mật ở thời kỳ này đƣợc mã hóa đa dạng hơn “vật chứa” thông tin không còn hẳn là
mang vẻ bề ngoài giống nhƣ thông tin đƣợc ẩn bên trong. Thông tin có thể đƣợc
chuyển thành các dạng nhƣ bảng đục lỗ, băng ảnh, thậm trí có thể giấu thông điệp
trong một giấu chấm nhỏ trên băng từ [1].
Ngày nay, cuộc cách mạng thông tin kỹ thuật số đã và đang mang tới những
thay đổi rộng rãi và đi sâu vào trong xã hội và trong cuộc sống của mỗi ngƣời. Lợi
ích mà thông tin kỹ thuật số mang lại rất lớn là sự tiện ích, tính linh hoạt, tính giải
trí, hỗ trợ cuộc sống, tăng hiểu quả công việc. v. v…Nhƣng song hành cũng những
lợi ích đó là những thách thức không nhỏ. Sự ra dời những phần mềm có tính cách
mạng và đƣợc ứng dụng rộng rãi, các thiết bị mới nhƣ ô tô thông minh, xe tự hành,

điện thoại thông minh, máy tính, máy ảnh kỹ thuật số, v. v. . ., đã đƣợc sáng tạo
trên cơ sở thoả mãn nhu cầu của con ngƣời, nhằm mục tiêu hỗ trợ cuộc sống và
thƣởng thức các dữ liệu đa phƣơng tiện. Các ứng dụng này đi đôi với việc cuộc
sống của ngƣời dùng mở hơn dễ bị tấn công và xâm phạm hơn. Gần đây Tadayoshi
Kohno của trƣờng đại học Washington đã nhúng câu lệnh vào một đoạn audio và
truyền vào điện thoại cố định có hệ thống lƣu lại tin nhắn thoại đƣợc tích hợp trên
ô tô để thử tấn công và đã có thể điều khiển đƣợc hệ thống phanh, đèn, cửa, khóa
và cả hệ thống GPS của xe.
Mạng Internet đã đƣợc kết nối toàn cầu nó hình thành các xã hội ảo nơi diễn
ra quá trình trao đổi, cập nhật thông tin tức thời trong mọi lĩnh vực chính trị, quân
sự, quốc phòng, kinh tế, thƣơng mại…Chính trong môi trƣờng mở và thuận tiện
khi có ít rào cảnnày xuất hiện những vấn đề dang rất cần đến các giải pháp hữu
hiệu về an toàn, xác thực thông tin, nạn an cắp bản quyền, xuyên tạc thông tin, lấy
12


cắpthông tin v. v. . . Việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp để giải quyết các
vấn đề trên không chỉ hỗ trợ cho việc ngày càng phát triển công nghệ mới mà còn
là cơ hội để phát triển kinh tế và tạo ra các đặc thù mới.
Kỹ thuật để giải quyết vấn đề trên?
Đã có nhiều kỹ thuật bảo vệ thông tin đã đƣợc đƣa ra, nhƣng trong đó giải
pháp sử dụng mật mã học là giải pháp đƣợc áp dụng rộng rãi và phổ biến nhất. Các
hệ mật mã cũng phát triển nhanh chóng và đƣợc ứng dụng phổ biến trong nhiều
lĩnh vực. Các thông tin đƣợc mã hoá thành các ký hiệu vô nghĩa, sau đó sẽ đƣợc
lấy lại qua giải mã nhờ khoá của hệ mã đƣợc sử dụng để mã hóa. Có rất nhiều
những hệ mã đƣợc sử dụng nhƣ DES, RSA, . . . Các kỹ thuật này đã tỏ ra hiệu quả
trong thực tế và đƣợc ứng dụng phổ biến trong cuộc sống ví dụ điển hình là hệ
thống mã vạch của hàng hóa [9].
Luận văn này không đi sâu về các hệ mật mã mà chỉ tiếp cận với một kỹ
thuật đã và đang đƣợc nghiên cứu, phát triển ở nhiều nƣớc trên thế giới, đó là kỹ

thuật giấu thông tin. Kỹ thuật này còn chƣa đƣợc ứng dụng nhiều và phức tạp. Ứng
dụng phổ biến nhất trong an toàn và bảo mật thông tin, đang đƣợc xem nhƣ một
công nghệ để giải quyết cho vấn đề bảo vệ bản quyền, điều khiển truy cập, nhận
thực thông tin.
Để bảo vệ an toàn và bí mật của nội dung thông tin, ngƣời ta thƣờng sử dụng
kỹ thuật mã hoá, nhằm giấu đi ý nghĩa của thông tin và che giấu thông tin nhằm ẩn
đi sự “có mặt” của thông tin đó trong nội dung chứa chúng. Hiện nay để giải quyết
vấn đề trên chúng ta kết hợp hai kỹ thuật: mã hóa thông tin sau đó che giấu thông
tin. Mã hoá và che giấu thông tin có quan hệ chặt chẽ với nhau. Có nhiều kỹ thuật
mật mã (Cryptography) hỗ trợ rất nhiều trong công việc che giấu sự hiện hữu của
thông tin mật.
Nghiên cứu sự kết hợp của hai kỹ thuật mật mã và che giấu dữ liệu, sẽ nhằm
khắc phục những nhƣợc điểm cũng nhƣ hạn chế của từng kỹ thuật này. Từ đó, xây
13


dựng những hệ thống bảo mật và an toàn cho việc trao đổi, sao chép, lƣu chuyển
dữ liệu trên các phƣơng tiện thông tin cá nhân và đại chúng.

Hình 1.1. Phân loại lĩnh vực nghiên cứu trong mật mã học.
Giấu thông tin một phầncũng là một hệ mã mật, với mục tiêu đảm bảo tính
an toàn của thông tin. Kỹ thuật này có ƣu điểm là che giấu nội dung thông tin đƣợc
ẩn trong các dữ liệu kỹ thuật số, chính vì điều đó đây là biện pháp hữu hiệu, hạn
chế tối đa đƣợc sự phá hoại. Việc trao đổi các dữ liệu kỹ thuật số phổ thông sẽ
không gây ra sự chú ý hay theo dõi của tin tặc hoặc đối phƣơng. Điều này giúp cho
giấu thông tin có một ƣu điểm mà mật mã học (Cryptography) còn chƣa thể khắc
phục đƣợc đó là “bảo vệ đƣợc bản quyền số của sản phẩm, làm giảm sự theo dõi,
phá hoại các thông tin khi trao đổi qua kênh thông tin liên lạc phổ biến”. Lý do vì
khi bản quyền số đã mã hóa bị giải mã hay phá hoại thì khó có thể khôi phục hay
lƣu giữ đƣợc bản quyền. Nếu thông tin mật cần trao đổi giữa các bên mà đƣợc mã

hóa đi sẽ làm tăng sự chú ý cho đối tƣợng khác và thể hiện rõ là các bên có che
giấu thông tin mật nào đó. Giấu thông tin trong dữ liệuđã bổ sung cho các vấn đề
còn thiếu sót trên của mật mã học.
1.2. Phân loại các kỹ thuật giấu thông tin
Giấu thông tin có nhiều cách phân loại với các tiêu chí khác nhau nhƣ: phân
loại theo phƣơng tiện chứa thông tin, phân loại theo các kỹ thuật tƣơng tác trên
phƣơng tiện chứa hoặc phân loại theo mục đích sử dụng.
1.2.1. Phương tiện chứa thông tin

14


- Giấu thông tin trong ảnh
Ảnh kỹ thuật số là một phƣơng tiện phổ thông nhất trong việc giấu thông tin.
Bản chất của việc giấu thông tin trong ảnh là các thông tin cần giấu cũng ở dạng kỹ
thuật số và đƣợc nhúng vào các ảnh nhị phân sao cho không bị phát hiện. Giấu
thông tin trong ảnh trở nên phổ biến nhất vì lƣợng thông tin đƣợc che giấu trong
ảnh có thể rất lớn và hơn nữa nó còn đóng một vai trò hết sức quan trọng trong các
ứng dụng nhƣ: xác thực nguồn gốc, bảo vệ bản quyền, phát hiện việc thay đổi
chỉnh sửa thông tin vàđiều khiển truy cập. Chính vì thế mà kỹ thuật này đã
đƣợc nhiều các nhà nghiên cứu và sản xuất quan tâm phát triển.
Ngày nay, công nghệ ngày càng phát triển hơn cũng với sự phát triển đó ảnh
kỹ thuật số cũng đạt đƣợc nhiềusáng tạo hơn. Đáng kể nhất là một số ứng dụng
trong nhận dạng cá nhân qua thẻ, chứng minh thƣ, hộ chiếu. . ., kỹ thuật giấu thông
tin trên ảnh thẻ để lƣu giữ thông tin xác thực đƣợc sử dụng rộng rãi hơn bao giờ
hết. Thông tin chứa trong ảnh kỹ thuật số là “vô hình” với ngƣời sử dụng, do vậy
với kỹ thuật này thông tin chỉ ngƣời gửi và ngƣời nhận là có thể “thấy” đƣợc,
ngƣời ngoài không thể biết đƣợc, sau khi ảnh đƣợc giấu các thông tin vào trong
không thay đổi nhận dạng của ảnh đặc biệt với ảnh màu có độ phân giải chất lƣợng
cao.

- Giấu thông tin trong audio

Kỹ thuật này có đặc điểm khác biết với giấu thông tin trong các phƣơng tiện
chứa “tĩnh” khác vì dữ liệu của audio là dữ liệu động nghĩa là có thay đổi trong
thời gian sử dụng. Vì vậy giấu thông tin trong audio phải giải quyết đƣợc hai vấn
đềđảm bảo tính chất ẩn của thông tin giấu và không làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng
nghe của audio.
Kỹ thuật giấu thông tin trong audio thành công phụ thuộc chủ yếu khả năng
có bị cảm nhận từ hệ thống thính giác của con ngƣời - HAS (Human Auditory
15


System) phát hiện. Tuy hệ thống thính giác chỉ có thể nghe đƣợc các tín hiệu âm
thanh ở các giải tần rộng với công suất lớn điều gây khó khăn đối với các kỹ thuật
giấu tin trong audio nhƣngchúng lại khó có thể nhận ra đƣợc sự khác biệt khi thay
đổi giữa các dải tần, công suất, cũng nhƣ không thể cảm nhận đƣợc các audio với
giải tần nằm ngoài khoảng cảm nhận. Mọikỹ thuật giấu thông tin trong audio đều
lợi dụng vào điểm yếu trong hệ thống thính giác nhƣ tai của con ngƣời thƣờng cảm
nhận âm thanh tai phải tốt hơn tai trái.
Do đó, các âm thanh lớn, tần số caosẽ đƣợc sử dụng để che giấu các âm
thanh tần số thấp, nhỏđể giấu các thông tin. Dựa trên đặc điểm này sẽ hữu ích cho
việc chọn các audio phù hợp khi việc thực hiện giấu tin sao cho khó bị phát hiện
nhất. Mặt khác khi truyền các audio đã đƣợc giấu tin đikỹ thuật này cũng vấp phải
khó khăn. Nếu băng thông truyềnđi với tốc độ dƣới chất lƣợng của audio giấu tin
sẽ làm ảnh hƣởng đến hiệu quả của kỹ thuật giấu tin này vì sẽ làm sai lệch thông
tin nhận đƣợc. Ví dụ với đoạn mã java applet nhúng vào một audio với chất lƣợng
16 bitthì các yêu cầu tối thiểu tốc độ truyền là 20 bit/s.
- Giấu thông tin trong video
Kỹ thuật giấu thông tin trong video là sự kết hợp đặc tính cơ bản của giấu tin
trong ảnh và audio. Với sự phát triển của công nghệ của video về chất lƣợng độ

phân giải, thiết bị lƣu trữ, thiết bị hiển thị, tính phổ biến thì giấu tin trong video
cũng đƣợc quan tâm phát triển mạnh mẽ. Kỹ thuật này đƣợc ứng dụng nhiều trong
việc điều khiển giới hạn truy cập thông tin, chia sẻ thông tin giới hạn và bảo vệ bản
quyền tác giả của video. Ví dụ nhƣ hệ thống xác thực bản quyền trên Youtube.
Trƣớc đây kỹ thuật này tập trung vào nghiên cứu giấu thông tin trên khung hình
với mặt ƣu thế là nếu video đó với độ phân giải càng cao tƣơng ứng với độ phân
giải của các khung hình càng cao nên lƣợng thông tin đƣợc giấu trên video sẽ lớn.
Gần đây kỹ thuật này dần đƣợc phát triển sang hƣớng vừa giấu trên khung hình

16


vửa giấu trên audio của video vì các video có chất lƣợng âm thanh tốt và thời gian
của video cũng nhƣ thời gian của audio video đó càng dài hơn hỗ trợ đƣợc việc
giấu thông tin đƣợc nhiều hơn.
Kỹ thuật giấu tin trong video đƣợc phát triển theo cả hai kỹ thuật thủy vân
và giấu thông tin. Kỹ thuậtphân bố đều thông tin cần giấu trong video đầu tiên
đƣợc đƣa ra. Nhiều nhà nghiên cứu đã thông qua việc sử dụng các hàm cosin riêng
và các hệ số truyền sóng riêng để giấu tin trên video. Sau này các kỹ thuật dẫn
nghiên cứu về cả giấu thông tin trên khung hình và cả trên audio của video. Tiêu
biểu nhƣ nghiên cứu của Swanson đã sử dụng kỹ thuật giấu theo khối bit, mỗi khối
8*8 bit giấu đƣợc 2 bit thông tin bí mật. Gần đây nhất là kỹ thuật của Mukherjee là
kỹ thuật giấu audio vào video sử dụng cấu trúc lƣới đa chiều. . .
Tuy vậy giấu thông tin vẫn là một công nghệ mới còn nhiều nhƣợc điểm và
rất phức tạp, vẫn đang đƣợc nghiên cứu và phát triển ở nhiều nƣớc trên thế giới.
Các nhà nghiên cứu đã khẳng định rằng đây là một kỹ thuật mới đầy triển vọng cho
vấn đề bảo mật và an toàn thông tin.
- Giấu thông tin trong văn bản dạng text
Kỹ thuật này là khó hơn cả vì phƣơng tiện chứa là dạng text chứa rất ít dữ
liệu dƣ thừa và có khả năng bị nghi ngờ thông tin ẩn giấu nhiều hơn cả. Để có thể

thực hiện kỹ thuật giấu thông tin trong văn bản dạng text cần phối hợp giữa việc
mã hóa thông tin giấu và khai thác hiểu quả các dƣ thừa tự nhiên của ngôn ngữ trên
văn bản đó. Ngoài ra ta có thể sử dụng các văn phạm phi ngữ cảnh tùy theo thông
tin cần giấu để tạo thành phƣơng tiện chứa thông tin.
1.2.2. Các kỹ thuật tương tác trên phương tiện chứa
1.2.2.1. Kỹ thuật chèn dữ liệu
Trƣớc khi chèn dữ liệu chúng ta cần xác định đƣợc các vị trí trong tệp tin
làm phƣơng tiện chứa là những vị trí ít đƣợc chú ý nhất, ít quan trọng nhất. Kỹ

17


thuật nàykhông làm thay đổi sự thể hiện bên ngoài của tệp khi đƣợc giấu thông tin
vào. Ví dụ nhƣ đƣợc giấu sau các ký tự EOF (End of file).
1.2.2.2. Kỹ thuật thay thế
Kỹ thuật này có đặc điểm khác so với kỹ thuật chèn đó là thay thế các phần
tử của thông tin cần giấu vào trực tiếp các vị trí mang tính chất ít đƣợc chú ý và ít
quan trọng nhất. Kỹ thuật này làm thay đổi phƣơng tiện chứa khá nhiều xong nó có
khả năng đánh lừa đƣợc các giác quan của con ngƣời (thị giác, thính giác). Kỹ
thuậtnày có nhiều cách thực hiện nhƣ: thay thế trong miền tần số, thay thế các bit ít
quan trọng, các kỹ thuật trải phổ, thống kê.
1.2.2.3. Kỹ thuật tạo các phương tiện chứa
Đây là một kỹ thuật đặc biệt tùy vào thông tin cần giấu kỹ thuật sẽ tạo ra
phƣơng tiện phú hợp để chứa nội dung thông tin đó. Sau đó ngƣời nhận sẽ dựa vào
chính phƣơng tiện chứa đã đƣợc tạo ra để khôi phục lại thông tin đƣợc ẩn trong đó.
1.2.3. Các mục đích sử dụng
1.2.3.1. Giấu thông tin bí mật
Giấu thông tin bí mật luôn làmục đích đƣợc quan tâm nhất từ trƣớc tới nay.
Mục đích này giải quyết rất nhiều yêu cầu đặt ra nhƣ trao đổi thông tin, che giấu
thông tin, truyền tin mật, ngăn chặn xâm phạm trái phép tới thông tin thậm trí có

thể nhằm các tới các mục đích nhƣ tấn công vào hệ thống, chiếm quyền truy cập,
kiểm soát hoạt động. Vì vậy giấu thông tin bí mật phải giải quyết đƣợc những vấn
đề sau:
+ Tính an toàn của thông điệp hay là khả năng không bị phát hiện của tin
giấu.
+ Lƣợng thông tin tối đa có thể giấu trong một phƣơng tiện chứa mà vẫn
đảm bảo an toàn.
+ Độ bí mật của thông tin trong trƣờng hợp phƣơng tiện chứa tin bị phát
hiện.
18


Giấu thông tin mật có thể thực hiện việc gửi và nhận nhiều lần phƣơng tiện
chứa đã đƣợc giấu tin nên không cần đảm bảo tính bền vững của phƣơng tiện chứa.
1.2.3.2. Giấu thông tin thủy vân
Khác với giấu thông tin mật, giấu thông tin thủy vân lại xuất phát từ các nhu
cầu nhƣ bảo vệ bản quyền, xác thực và chống xuyên tạc thông tin. . . Điều nàyyêu
cầu giấu tin thủy vân phải chú trọng trƣớc hết là các dấu hiệu thủy vân phải bền
vững trƣớc các tấn công vô tình hay cố ý vào nó. Sau đó là các dấu hiệu thủy vân
này chỉ đƣợc có tác động tối thiểu về mặt cảm nhận đối với phƣơng tiện chứa. Điều
này tác độngđến lƣợng thông tin có thể giấuthƣờng là càng nhỏ càng tốt.
Phân biệt giấu thông tin mật và thủy vân có thể mô tả tóm lƣợc trong các
bảng 1.1 sau:
Bảng 1.1. Sự khác biệt giữa giấu tin mật và thủy vân số
Giấu thông tin mật
Mục tiêu

Thủy vân số

Ẩn phiên liên lạc, bảo

Bảo vệ bản quyền, xác thực và
mật thông tin, truyền dữ liệu chống xuyên tạc thông tin
thông tin mật
Sử dụng trong các hoạt động
Sử dụng để tấn công xuất bản
hoặc tạo kênh liên lạc mật

Cách
Làm “thay đổi” không
Tác động tới cảm nhận của
thực hiện đáng kể đối với phƣơng tiện phƣơng tiện chứa tùy thuộc vào lƣợng
chứa
thông tin giấu
Yêu cầu

Giấu đƣợc càng nhiều
Không giấu nhiều thông tin phù
thông tin càng tốt
hợp giấu lƣợng thông tin ít mang tính
Hạn chế tới mức tối chất đặc chƣng.
thiểu ảnh hƣởng đến cảm
Phải bền vững trƣớc các khả
nhận của phƣơng tiện chứa năng tấn công vào sản phẩm đã đƣợc
tin không làm chú ý đến thủy vân.
thông tin đƣợc giấu.
Thủy vân cho phép có thể nhìn
Chỉ cần thay đổi đối thấy hoặc không nhìn thấy.
tƣợng gốc cũng làm thay đổi
19

thông tin giấu.

Hình 1.2. Sơ đồ phân loại giấu thông tin.
1.3. Sơ lƣợc về giấu tin mật
Hiện nay, internet và phƣơng tiện truyền thông kỹ thuật số đang nhận đƣợc
sự phổ biến nhiều hơn và nhiều hơn nữa. Vì vậy, yêu cầu về truyền tải an toàn dữ
liệu cũng tăng lên. Vì lý do này nhiều kỹ thuật tối ƣu khác nhau đƣợc đề xuất và đã
đƣợc đƣa vào thực tiễn. Trong dự án này, chúng tôi sử dụng các quá trình giấu
thông tin cho việc truyền tải dữ liệu an toàn từ ngƣời gửi đến ngƣời nhận thông qua
internet.
Giấu tin mật là một quá trình bí mật nhúng thông tin bên trong một nguồn
dữ liệu mà không thay đổi chất lƣợng cảm nhận của nó. Giấu tin
mật(Steganography) bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp Steganos có nghĩa là "bao phủ" và
20


graphia có nghĩa là "văn bản", tức là văn bản đƣợc bảo hiểm. Việc sử dụng phổ
biến nhất giấu tin mậtlà để ẩn một tập tin bên trong một tệp khác.
Nói chung, ở giấu tin mật, các thông tin thực tế không đƣợc duy trì ở định
dạng ban đầu của nó. Định dạng này đƣợc chuyển đổi thành một thay thế tƣơng
đƣơng nhu các tập tin đa phƣơng tiện (ảnh, video hoặc âm thanh). Do đang đƣợc
ẩn giấu bên trong một đối tƣợng khác.
Sơ đồ khối cơ bản đại diện dành cho cơ chế giấu tinmật đƣợc thể hiện trong
hình bên dƣới.

Khóa giấu tin

Ngƣời gửi

Ngƣời nhận

Môi trƣờng
bao phủ

Chiết xuất

Nhúng

Môi trƣờng
giấu tin

Khóa giấu tin

Gửi đi

Hình 1.3. Cơ chế giấu tinmật.
Hình bên trên cho thấy một biểu diễn đơn giản vể nhúng và quy trình chung
chiết suất trong giấu tinmật. Trong ví dụ này, một dữ liệu bí mật đƣợc nhúng bên
trong một ảnh bao phủ để tạo ra ảnh stego. Một khóa thƣờng cần thiết trong quá
trình nhúng. Các thủ tục nhúng đƣợc thực hiện bằng cách ngƣời gửi sử dụng chìa
khóa giấu tin thích hợp. Ngƣời nhận có thể xuất ảnh bao phủ giấu tin để xem các
dữ liệu bí mật bằng cách sử dụng khóa tƣơng tự đƣợc sử dụng bởi ngƣời gửi.
Những ảnhgiấu tinyêu cầu phải nhìn gần nhƣ giống hệt với ảnh bìa.
1.4. Mục đích của thực hiện giấu thông tin
Giấu thông tin đƣợc sử dụng vào rất nhiều mục đích khác nhau trong nhiều
ứng dụng liên quan đến thực tế. Ẩn thông tin mật hỗ trợ rất nhiều trong việc trao
21

đổi thông tin bí mật, bảo toàn thông tin. Một số ứng dụng đƣợc phát triển trên thế
giới nhƣ là:
- Bảo vệ bản quyền tác giả: Các thông tin dùng để xác thực bản bản quyền
tác giả (bản quyền này sẽ đƣợc thủy vân) sẽ đƣợc giấu vào các đối tƣợng. Chỉ có
chính ngƣời sở hữu hợp pháp các đối tƣợng này mới có thủy vân dùng để chứng
mình cho bản quyền sản phẩm. Một số sản phẩm hay đối tƣợng thƣờng đƣợc chia
sẻ, sao chép trên hệ thống internet nhƣ ảnh, audio, video thƣờng cần đƣợc dán tem.
Dán tem bản quyền là cách hiệu quả để bảo vệ bản quyền của chủ sở hữu đồng thời
ngăn chặn việc thay đổi nội dung hoặc sản phẩm đó sử dụng một cách bất hợp
pháp. Thao tác dán tem nghĩa là chúng ta nhúng tem bản quyền đã đƣợc thủy vân
vào sản phẩmnhƣng vẫn phải đảm bảo hạn chế tối đa các ảnh hƣởng lớn đến chất
lƣợng. Quan trọng đối với tem bản quyền này làphải bền vững trƣớc các phƣơng
án tấn công vào sản phẩm đó.
- Phát hiện thay đổi thông tin:Để xác định xem sản phẩm gốc đã bị thay đổi
hay xuyên tạc hay chƣa chúng ta phải dựa vào chính các thông tin đã đƣợc ẩn bên
trong sản phẩm đó. Với đã phần các trƣờng hợp cần xác định thay đổi họ sẽ kiểm
tra xem sản phẩm đã bị thay đổi ở phần hay khu vực nào của sản phẩm để xuyên
tạc nội dung. Ví dụ nhƣ nhƣng bức ảnh với nội dung cần kiểm tra tính chính xác
của thông tin trong đó có phải đúng không cần xác định nội dung của bức ảnh này
đã bị thay đổi hay chƣa.
- Giấu vân tay hay dán nhãn: Mục đích này đƣợc sử dụng nhiều trong việc
trao đổi hay mua bán sản phẩm. Thông tin đƣợc thủy vân là thông tin về sản phẩm
nhƣ tên hay tính chất của sản phẩm. v. v. thông tin này đƣợc ngƣời gửi thủy vân và
gửi cho ngƣời nhận nhƣ serinumber của sản phẩm. Các bản thủy vân khác nhau
mang nội dung về mỗi sản phẩm đƣợc nhúng vào các thông tin gốc có nhận dạng
gần nhƣ nhau. Yêu cầu của mục đích này là đảm bảo độ an toàn cao của thủy vân
tránh khỏi sự xoá dấu vết trong khi trao đổi.
22

- Kiểm soát trao đổi, sao chép: Khi trao đổi, chia sẻ, sao chép các sản phẩm
dữ liệu đa phƣơng tiện phổ biến nhƣ ngày nay thì mục đích này là rất quan trọng để
quản lý bản quyền cũng nhƣ nhƣ ngăn chặn việc chiếm hữu sao chép sản phẩm trái
phép. Thƣờng với mục đích này thủy vân đƣợc sử dụng để ngăn chặn việc sao chép
sản phẩm. Các thiết bị phát hiện ra thủy vân thƣờng đƣợc gắn sẵn vào trong các hệ
thống đọc/ghi. Thủy vân thƣờng mang trạng thái không đƣợc phép sao chép hoặc
cho phép sao chép một lần. Với việc cho sao chép một lần thì sau khi sản phẩm
đƣợc sao chép thủy vân mới sẽ đƣợc ghi lên sản phẩm để xác nhận sản phẩm này
đã đƣợc sao chép. Mục đích này cũng phải đảm bảo thủy vân phải đảm bảo an toàn
và bền vững.
- Giấu tin mật (steganography): Mục tiêu của giấu tin mật lại rất khác với các
kỹ thuật giấu tin thủy vân, giấu tin yêu cầu lƣợng lớn thông tin giấu đƣợc trên
phƣơng tiện chứa phải đảm bảo độ an toàn, không bị phát hiện hay gây ra sự chú ý.
Ngoài ra mục đích này hỗ trợ cho vấn đề trao đổi thông tin mật, tạo kênh trao đổi
ngầm, tấn công ngầm, hay điều khiển truy cập. Dựa vào khả năng có thể gửi lặp đi
lặp lại liên tục phƣơng tiện có giấu tin nên kỹ thuật này khắc phục đƣợc việc đảm
bảo an toàn bền vững cho thông tin mật đƣợc nhúng vào.
1.5. Video và đặc tínhkhung hình của video số.
Video công nghệ lần đầu tiên đƣợc phát triển cho truyền hình Cơ hệ thống,
sau đó nhanh chóng đƣợc thay thế bằng ống tia cathode (CRT) truyền thống,
nhƣng một số công nghệ mới cho thiết bị hiển thị video có thể kể đƣợc từ khi phát
minh ra. Charles Ginsburg đã dẫn đầu một nhóm nghiên cứu phát triển và là một
trong những ngƣời đầu tiên thực tế ghi băng hình (VTR). Năm 1951, máy ghi băng
video đầu tiên ảnh chụp trực tiếp từ camera truyền hình bằng cách chuyển đổi các
xung điện của máy ảnh và lƣu thông tin vào băng từ video.
Việc sử dụng kỹ thuật số trong video tạo ra videosố, cho phép chất lƣợng
cao hơn và, cuối cùng, chi phí thấp hơn nhiều so với công nghệ analog trƣớc đó.
23

Sau khi phát minh của DVD vào năm 1997 và đĩa Blu-ray trong năm 2006, doanh
thu của cuốn băng video và thiết bị ghi âm giảm mạnh. Những tiến bộ trong công
nghệ máy tính thậm chí cho phép không tốn kém các máy tính cá nhân để chụp,
lƣu trữ, chỉnh sửa và truyền video kỹ thuật số, tiếp tục giảm chi phí sản xuất video,
cho phép chƣơng trình định và đài truyền hình để chuyển sang sản xuất băng từ
ngắn. Sự ra đời của truyền hình kỹ thuật số và sau đó là chuyển tiếp truyền hình kỹ
thuật đã tạo nên quá trình chuyển đổi video analog sang tình trạng của một công
nghệ “di sản” ở hầu hết các nơi trên thế giới. Nhƣ năm 2015, với việc sử dụng
ngày càng nhiều máy quay video độ phân giải cao với cải thiện về tính năng
động của gam màuvà tầm cao kỹ thuật số trung gian các định dạng dữ liệu với cải
thiện độ sâu màu, công nghệ video kỹ thuật số hiện đại đang dần hội tụ với phim
công nghệ kỹ thuật số.
1.5.1. Khung và cấu trúc khung trong video.
[12]Video bao gồm một loạt các bitmap trực giao ảnh hiển thị trong liên kết
nhanh với tốc độ không đổi. Trong cấu trúc của video những ảnh này đƣợc gọi
là khung hình. Chúng ta đo tốc độ khung hình đƣợc hiển thị trong khung hình mỗi
giây (FPfS).
Vì mỗi khung hình là một ảnh kỹ thuật số trực giao bitmap bao gồm một
raster (kiểu màn) của pixel. Nếu nó có chiều rộng W pixel và chiều cao H pixel ta
nóirằngkíchthƣớc khung hình là W x H.
Pixels chỉ có một thuộc tính, màu sắc của chúng. Các màu sắc của một điểm
ảnh đƣợc biểu diễn bởi một số cố định của các bit. Các bit hơn các biến thể tinh tế
về màu sắc là có thể đƣợc sao chép. Đây đƣợc gọi là độ sâu màu (CD) của video.
Một ví dụ video có thể có một thời gian (T) 1 giờ (3600 giây), một kích
thƣớc khung hình 640x480 (RxC) ở độ sâu màu 24 bit và tỷ lệ khung hình 25 fps.
Ví dụ video này có các thuộc tính sau:


pixel mỗi khung hình = 640 * 480 = 307.200
24



bit trên mỗi khung hình = 307.200 * 24 = 7.372.800 = 7, 37 Mbits



tỷ lệ bit (BR) = 7.37 * 25 = 184, 25 Mbits / sec



kích thƣớc video (VS) = 184 Mbits / sec * 3600 giây =

662.400 Mbits = 82.800 MB = 82, 8 GB
Các đặc tính quan trọng nhất là tốc độ bit và kích thước video. Các công
thức liên quan giữa hai thuộc tính đó với tất cả các thuộc tính khác là:
BR = W * H * CD * FPS
VS = BR * T = W * H * CD * FPS * T
(Đơn vị là: BR trong bit / s, W và H theo điểm ảnh, đĩa CD bằng bit, VS
trong bit, T trong giây)
Trong khi một số công thức thứ cấp là:
pixels_per_khung hình = W * H
pixels_per_second = W * H * FPS
bits_per_khung hình = W * H * CD
1.5.2. Tính chất trộn trong khung hình
Trong video đã đƣợc trộn mỗi khung bao gồm hai nửa của một ảnh. Nửa đầu
chỉ chứa các đƣờng số lẻ của một khung hình đầy đủ. Nửa thứ hai chỉ chứa các
dòng chẵn. Những phần đƣợc gọi riêng là lĩnh vực. Hai lĩnh vực liên tiếp soạn lên
một khung hình đầy đủ. Nếu video đã đƣợc trộn có tỷ lệ khung hình 15 khung hình

mỗi giây thì tỷ lệ lĩnh vực là 30 lĩnh vựcmỗi giây. Tất cả các thuộc tính và công
thức thảo luận ở đây đƣợc áp dụng cho video đã trộn nhƣng nên cẩn thận để không
nhầm lẫn các lĩnh vực theo tỷ lệ giây với mức khung hình mỗi giây.
1.5.3. Tính chất của video nén
Bên trên là chính xác cho video không nén. Do tỷ lệ bit tƣơng đối cao của
video không nén, nén video đƣợc sử dụng rộng rãi. Trong trƣờng hợp video nén
mỗi khung hình đòi hỏi một tỷ lệ phần trăm nhỏ của các bit ban đầu. Giả sử

25