Bảo vệ bản quyền video bằng kỹ thuật thủy vân dựa vào các phép biến đổi rời rạc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

LÊ VĂN ĐIỆP

BẢO VỆ BẢN QUYỀN VIDEO BẰNG
KỸ THUẬT THỦY VÂN DỰA VÀO
CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI RỜI RẠC

LUẬN VĂN THẠC SĨ MÁY TÍNH

HÀ NỘI, 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

LÊ VĂN ĐIỆP

BẢO VỆ BẢN QUYỀN VIDEO BẰNG
KỸ THUẬT THỦY VÂN DỰA VÀO
CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI RỜI RẠC
Chuyên ngành:

Khoa học máy tính

Mã số:

60 48 01 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ MÁY TÍNH

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. BÙI THẾ HỒNG

HÀ NỘI, 2017


LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Bùi Thế Hồng đã
tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và cung cấp những tài liệu hữu ích để tôi có thể
hoàn thành luận văn.
Xin cảm ơn lãnh đạo Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, Trường Đại
học Công nghiệp Việt Trì đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi về mọi mặt trong suốt
quá trình thực hiện luận văn.
Tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân, bạn bè đồng
nghiệp, những người luôn động viên, khuyến khích và giúp đỡ để tôi có thể
hoàn thành công việc nghiên cứu.
Hà Nội, tháng 11 năm 2017
Tác giả luận văn

Lê Văn Điệp


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan:
Những nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn
trực tiếp của thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Bùi Thế Hồng.
Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng tác giả,
tên công trình, thời gian, địa điểm công bố.
Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian lận tôi
xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Hà Nội, tháng 11 năm 2017

Tác giả luận văn

Lê Văn Điệp


MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Mục lục ......................................................................................................................... i
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt .......................................................................ii
Danh mục các bảng ................................................................................................... iii
Danh mục các hình ..................................................................................................... iv
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN VÀ THỦY VÂN VIDEO... 3
1.1. Giới thiệu chung 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 một số thuật ngữ cơ bản ............................... 4
1.1.4. Sự khác biệt giữa mã hóa và giấu tin ......................................................... 6
1.2. Giới thiệu về video ........................................................................................... 6
1.2.1. Tổng quan về định dạng video số............................................................... 6
1.2.2. Các thông số kỹ thuật quan trọng của video số ........................................ 11
1.3. Giấu tin trong dữ liệu đa phương tiện............................................................. 13
1.3.1. Giấu tin trong ảnh ..................................................................................... 13
1.3.2. Giấu tin trong audio .................................................................................. 15
1.3.3. Giấu tin trong video .................................................................................. 15
1.3.4. Giấu tin trong văn bản .............................................................................. 16
1.4. Những yêu cầu cơ bản của hệ thuỷ vân trên video ......................................... 17
1.5. Những ứng dụng chủ yếu của thuỷ vân .......................................................... 19
1.6. Những tấn công trên hệ thuỷ vân .................................................................... 20

CHƯƠNG 2. KỸ THUẬT THỦY VÂN VIDEO DỰA VÀO CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI
RỜI RẠC ................................................................................................................... 22
2.1. Các phép biến đổi rời rạc ................................................................................ 22
2.1.1. Phép biến đổi Cosine rời rạc .................................................................... 22


2.1.2. Phép biến đổi sóng nhỏ rời rạc ................................................................. 23
2.2. Các thuật toán thủy vân ảnh số dựa vào các phép biến đổi rời rạc................. 26
2.2.1. Thủy vân ảnh số dựa vào phép biến đổi Cosine rời rạc ........................... 26
2.2.2. Thủy vân ảnh số dựa vào phép biến đổi sóng nhỏ rời rạc ........................ 30
2.3. Kỹ thuật thủy vân video sử dụng kết hợp các phép biến đổi rời rạc .............. 34
2.3.1. Giới thiệu .................................................................................................. 34
2.3.2. Kỹ thuật thủy vân video sử dụng DWT kết hợp với DCT ....................... 38
CHƯƠNG 3. PHÁT TRIỂN MỘT SỐ LƯỢC ĐỒ BẢO VỆ BẢN QUYỀN VIDEO
BẰNG KỸ THUẬT THỦY VÂN DỰA VÀO CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI DCT VÀ DWT
................................................................................................................................... 42
3.1. Các độ đo đánh giá hiệu quả ........................................................................... 42
3.1.1. Độ cảm nhận của thủy vân ....................................................................... 42
3.1.2. Độ bền vững của thủy vân ........................................................................ 42
3.2. Kết quả thử nghiệm kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi DCT .............. 44
3.2.1. Quá trình nhúng thủy vân ......................................................................... 44
3.2.2. Quá trình tách thủy vân ............................................................................ 46
3.2.3. Nhận xét ................................................................................................... 47
3.3. Kết quả thử nghiệm kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi DWT ............. 48
3.3.1. Quá trình nhúng thủy vân ......................................................................... 48
3.3.2. Quá trình tách thủy vân ............................................................................ 49
3.3.3. Nhận xét ................................................................................................... 51
3.4. Kết quả thử nghiệm kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi DWT kết hợp
phép biến đổi DCT ................................................................................................. 51
3.4.1. Thử nghiệm thứ nhất ................................................................................ 51

3.4.2. Thử nghiệm thứ hai .................................................................................. 54
3.5. Đánh giá và so sánh kết quả đạt được ............................................................ 57
KẾT LUẬN................................................................................................................ 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 59


ii

NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT
BMP

Bitmap

AVI

Audio Video Interleave

FLV

Flash Video

MKV

Matroska Video

MOV

QuickTime Movie

ASF

Advanced System Format File

KB

Kilo Byte

MB

Mega Byte

DCT

Discrete cosine transform

DWT

Discrete wavelet transform

MSE

Mean squared error

PSNR

Peak signal-to-noise ratio

SR

Similarity ratio

SF

Similarity factor


iii
DANH MỤC BẢNG TRONG LUẬN VĂN
Bảng
3.1

3.2

3.3

Tên các bảng trong luận văn
Chất lượng frame nhúng thủy vân và thủy vân tìm lại được. Sử
dụng phép biến đổi DCT
Chất lượng frame nhúng thủy vân và thủy vân tìm lại được. Sử
dụng kết hợp phép biến đổi DWT và DCT thử nghiệm thứ nhất
Chất lượng frame nhúng thủy vân và thủy vân tìm lại được. Sử
dụng kết hợp phép biến đổi DWT và DCT thử nghiệm thứ hai

Trang
47

54

56

iv
DANH MỤC HÌNH TRONG LUẬN VĂN
Hình

Tên các hình trong luận văn

Trang

1.1

Lược đồ chung cho quá trình giấu tin

4

1.2

Lược đồ chung cho quá trình tách tin

5

1.3

Sự khác nhau giữa mã hóa và giấu tin

6

2.1

Lọc theo tần số thấp và tần số cao

24

2.2

Cấu trúc phân tích và ảnh phân tích được qua phép biến đổi DWT hai
chiều mức 2

26

2.3

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

27

2.4

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

28

2.5

Cấu trúc file video

34

2.6

Quy trình nhúng thủy vân video

35

2.7

Quy trình tách thủy vân video

36

2.8

Lược đồ nhúng thủy vân trong ảnh sử dụng DWT kết hợp với DCT

37

2.9

Lược đồ trích thủy vân trong ảnh sử dụng DWT kết hợp với DCT

38

2.10

Lược đồ nhúng thủy vân trong video sử dụng DWT kết hợp với DCT

38

2.11

Lược đồ trích thủy vân trong video sử dụng DWT kết hợp với DCT

40

3.1

Nhúng thủy vân sử dụng phép biến đổi DCT

45

3.2

Giải nhúng thủy vân sử dụng phép biến đổi DCT

46

3.3

Nhúng thủy vân sử dụng phép biến đổi DWT

49

3.4

Giải nhúng thủy vân sử dụng phép biến đổi DWT

50

3.5

Nhúng thủy vân sử dụng kết hợp phép biến đổi DWT và DCT thử
nghiệm thứ nhất

52

3.6

Giải nhúng thủy vân sử dụng kết hợp phép biến đổi DWT và DCT
thử nghiệm thứ nhất

53

3.7

Nhúng thủy vân sử dụng kết hợp phép biến đổi DWT và DCT thử
nghiệm thứ hai

55

3.8

Giải nhúng thủy vân sử dụng kết hợp phép biến đổi DWT và DCT
thử nghiệm thứ hai

56


1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài

Ngày nay thông tin số được sử dụng rộng rãi trong một môi trường mở,
tài nguyên được phân phối đa người dùng, đa truy cập đã mang lại nhiều thuận
lợi cho người sử dụng; tuy nhiên vấn đề vi phạm bản quyền, xuyên tạc thông
tin, truy cập thông tin trái phép cũng gia tăng do đó nhu cầu bảo vệ bản quyền
đối với các sản phẩm số sau khi chuyển giao là rất cần thiết và được nhiều cơ
sở nghiên cứu quan tâm. Một trong những giải pháp hữu hiệu được đưa ra là
phương pháp thủy vân số (digital watermarking).
Thủy vân số là phương pháp nhúng một lượng thông tin nào đó vào một
sản phẩm đa phương tiện cần được bảo vệ mà không làm ảnh hưởng nhiều đến
chất lượng của sản phẩm. Các ứng dụng phổ biến của thủy vân số là: bảo vệ
bản quyền, in vân tay, nhận thực thông tin, phát hiện xuyên tạc, điều khiển truy
cập và giấu thông tin mật, …
Hiện tại đã có một số nghiên cứu ở Việt Nam về bảo vệ bản quyền thông
tin số nhưng chủ yếu là nghiên cứu về bảo vệ bản quyền ảnh, còn những nghiên
cứu về bảo vệ bản quyền cho các phương tiện khác như video, audio vẫn khá
hạn chế. Với mong muốn nghiên cứu, đề xuất các kỹ thuật thủy vân nhằm mục
đích bảo vệ bản quyền cho các sản phẩm video, tôi lựa chọn đề tài “Bảo vệ bản
quyền video bằng kỹ thuật thủy vân dựa vào các phép biến đổi rời rạc”.
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích của đề tài “Bảo vệ bản quyền video bằng kỹ thuật thủy vân dựa
vào các phép biến đổi rời rạc” là nghiên cứu các lược đồ nhúng thủy vân bền
vững vào các file video và trích thủy vân đã nhúng để minh chứng bản quyền
cho các file này.


2
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
 Tìm hiểu cấu trúc và kỹ thuật xử lý dữ liệu video.
 Tìm hiểu kỹ thuật thủy vân dựa vào các phép biến đổi rời rạc trên ảnh.
 Nghiên cứu kỹ thuật thủy vân bền vững, ứng dụng trong bảo vệ bản

quyền video dựa vào các phép biến đổi rời rạc.
 Tìm hiểu công cụ lập trình để cài đặt chương trình thử nghiệm.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
 Nghiên cứu kỹ thuật nhúng thủy vân bền vững dựa vào các phép biến
đổi rời rạc.
 Các công cụ lập trình và phần mềm dùng để cài đặt chương trình thử
nghiệm.
5. Dự kiến đóng góp mới
 Phát triển và cải tiến các kỹ thuật thủy vân video sử dụng kết hợp phép
biến đổi sóng nhỏ rời rạc và phép biến đổi Cosine rời rạc.
 Đánh giá hiệu quả của các kỹ thuật thủy vân dựa vào các phép biến đổi
rời rạc.
6. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu chủ yếu là tiếp cận lý thuyết, sau đó áp dụng lý
thuyết để kiểm chứng vào chương trình thử nghiệm từ đó đưa ra kết luận và đề
xuất nhằm hoàn thành mục tiêu nghiên cứu.


3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN VÀ
THỦY VÂN VIDEO
1.1. Giới thiệu chung về kỹ thuật giấu tin
1.1.1. Định nghĩa
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).
Ta cũng có thể định nghĩa tổng quát như 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 được sử dụng cho tới

ngày nay, nó có nghĩa là tài liệu được phủ (covered writing). Các câu chuyện
kể về kỹ thuật giấu thông tin được truyền qua nhiều thế hệ. Có lẽ những ghi
chép sớm nhất về kỹ thuật giấu thông tin thuộc về sử gia Herodotus người Hy
lạp. Khi bạo chúa Hy lạp Histiaeus bị vua Darius bắt giữ ở Susa vào thế kỷ thứ
năm trước 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 người nô lệ ấy. Khi tóc của người nô lệ này mọc
đủ dài, anh ta được gửi tới Miletus.
Một cách giấu tin phổ biến là sử dụng mực không màu. Đây là một
phương tiện hữu hiệu cho bảo mật thông tin. Người Romans cổ đã biết sử dụng
những chất sẵn có như nước quả, sữa để viết các thông báo bí mật giữa những
hàng văn tự thông thường. Khi bị hơ nóng, những loại mực không nhìn thấy
này sẽ trở nên sẫm màu và có thể đọc được một cách dễ dàng.


4
Ý tưởng 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. Gần
đây, giấu thông tin mới được các nhà nghiên cứu và các viện công nghệ thông
tin quan tâm. 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 tinh vi, và sự lưu thông trên
mạng của các dữ liệu đa phương tiện đã sinh ra nhiều vấn đề nhức nhối về nạn
ăn cắp bản quyền, truy cập bất hợp pháp, xuyên tạc trái phép...
1.1.3. Mô hình kỹ thuật giấu tin và một số thuật ngữ cơ bản
1.1.3.1. Mô hình kỹ thuật giấu tin
Phương tiện chứa bao gồm các đối tượng được dùng làm môi trường để
giấu tin như text, audio, video, image …
Hình 1.1 biểu diễn quá trình giấu tin cơ bản. Thông tin cần giấu là một
lượng thông tin mang ý nghĩa nào đó tuỳ thuộc vào mục đích của người sử

dụng. Thông tin sẽ được giấu trong một phương tiện chứa nhờ một bộ nhúng.
Bộ nhúng là những chương trình, thuật toán giấu tin và được thực hiện với một
khoá bí mật giống như các hệ mã mật cổ điển. Sau khi giấu tin, các phương tiện
chứa có tin giấu sẽ được gửi đi hoặc được phân phối trên mạng.

Hình 1.1. Lược đồ chung cho quá trình giấu tin


5
Hình 1.2 chỉ ra các công việc giải mã thông tin đã giấu. Quá trình giải mã
được thực hiện thông qua một bộ giải mã tương ứng với bộ nhúng thông tin
cùng với khoá của quá trình nhúng. Kết quả thu được gồm phương tiện chứa
gốc và thông tin đã giấu. Bước tiếp theo, thông tin giấu sẽ được xử lý, kiểm
định so sánh với thông tin giấu ban đầu.

Hình 1.2. Lược đồ chung cho quá trình tách tin
1.1.3.2. 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 mà thông tin
mật được giấu kỹ trong một đối tượng khác sao cho không bị phát hiện.
Thuỷ vân số (watermarking): chỉ những kỹ thuật giấu tin dùng để bảo vệ
đối tượng chứa thông tin giấu.
Phương tiện chứa (host signal): là phương tiện gốc được dùng để chứa
thông tin cần giấu. Nếu giấu tin trong ảnh thì bức ảnh này được gọi là ảnh chứa,
còn giấu trong audio thì gọi là audio chứa v.v..


6
Thông tin cần giấu (embeded data): là thông tin được nhúng vào trong

phương 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
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
thông tin giấu bên trong do tính chất ẩn của thông tin được giấu. Một khi những
thông tin mã hoá bị phát hiện thì tin tặc sẽ tìm mọi cách để triệt phá.

Hình 1.3. Sự khác nhau giữa mã hóa và giấu tin
1.2. Giới thiệu về video
1.2.1. Tổng quan về định dạng video số
Các định dạng video số liên quan đến hai công nghệ khác biệt: container
(bộ chứa) và codec (bộ mã hóa/giải mã).


7
1.2.1.1. Container
Container mô tả cấu trúc của file video, tại đây các phần khác nhau của
video được lưu trữ, cách thức chúng được xen kẽ, những codecs nào được sử
dụng cho những phần nào. Một container không nhất thiết có ý nghĩa về chất
lượng video.
Container dùng để đóng gói các video cùng các thành phần của nó (âm
thanh / siêu dữ liệu) và thường được xác định bằng một phần mở rộng cụ thể
như AVI, MP4 hay MOV. Sau đây là một số loại container phổ biến
 FLV (Flash Video): File .flv là một dạng file nén từ các file video khác
để up lên web với dung lượng nhỏ, tuy nhiên chất lượng hình ảnh không
bằng file video gốc (MP4, WAV,...). FLV là định dạng được lựa chọn
cho video nhúng trong web, định dạng này được sử dụng bởi YouTube,

Google Video, Yahoo! Video, Metacafe, Megavideo và nhiều trang chia
sẻ video khác.
 AVI (Audio Video Interleave), là một đa phương tiện định dạng của
Microsoft được giới thiệu vào tháng 11 năm 1992. AVI là tập tin có thể
chứa cả âm thanh, hình ảnh và dữ liệu.
 MPEG-4 Part 14 hoặc MP4: là một định dạng đa phương tiện kỹ thuật
số thường được sử dụng để lưu trữ video và âm thanh, nhưng cũng có
thể được sử dụng để lưu trữ dữ liệu khác như phụ đề và hình ảnh. MP4
còn cho phép streaming qua Internet.
 MKV (Matroska Video) trái ngược với nhiều định dạng đang phổ biến,
tập tin MKV không phải là một định dạng nén âm thanh hoặc video.
Trong thực tế, các tập tin MKV là định dạng thực sự chứa đa phương
tiện. Điều này về cơ bản có nghĩa nó là một container có thể kết hợp âm


8
thanh, video, và phụ đề vào một tập tin duy nhất ngay cả khi chúng sử
dụng mã hóa khác nhau.
 MOV (QuickTime Movie) là định dạng được Apple phát triển. Đây là
một định dạng đa phương tiện phổ biến, thường được dùng trên Internet
do ưu điểm tiết kiệm dung lượng của nó.
 ASF (Advanced Systems Format File) là định dạng được Microsoft phát
triển. Định dạng này được dùng để truyền tải các tập tin đa phương tiện
chứa văn bản, đồ họa, âm thanh, video và hoạt họa. File ASF chủ yếu là
tập tin Windows Media Audio và Windows Media Video.
1.2.1.2. Codec
Codec (viết tắt của “code/decoder”) là một cách để mã hóa âm thanh
hoặc video thành luồng các byte. Codec là phương pháp được sử dụng để mã
hóa và là yếu tố quyết định đến chất lượng video. Sau đây là một số codec phổ
biến:

 MPEG-1 (1993): Mã hóa hình ảnh động và những âm thanh liên quan
việc lưu trữ kỹ thuật số đa phương tiện lên đến 1,5 Mbit/s (ISO/IEC
11172). Chuẩn nén MPEG đầu tiên cho âm thanh và video. Nó thường
được giới hạn trong khoảng 1,5 Mbit/s mặc dù về mặt kỹ thuật thì bitrate
có thể cao hơn nhiều. Về cơ bản MPEG-1 được thiết kế để cho phép
những hình ảnh chuyển động và âm thanh được mã hóa thành các bitrate
của Đĩa CD. Được sử dụng trên video CD, có thể dùng cho video chất
lượng thấp trên DVD. MPEG-1 được dùng trong các dịch vụ truyền hình
vệ tinh hoặc truyền hình cáp kỹ thuật số trước khi MPEG-2 trở nên phổ
biến. Để đáp ứng yêu cầu bit thấp, MPEG-1 nén hình ảnh, tần số ảnh chỉ
còn 24–30 Hz, cho chất lượng ở mức trung bình.


9
 MPEG-2 (1995): Mã hóa chung cho hình ảnh chuyển động và thông tin
âm thanh liên quan (ISO/IEC 13818). Tiêu chuẩn truyền tải video và âm
thanh có chất lượng truyền hình. Chuẩn MPEG-2 hỗ trợ quét xen kẽ và
HD video. MPEG-2 được xem trọng vì nó được chọn làm chương trình
nén cho phát sóng truyền hình kỹ thuật số, các dịch vụ kỹ thuật số vệ
tinh, truyền hình cap kỹ thuật số, SVCD và DVD Video. Nó cũng được
sử dụng trong Đĩa Blu-ray, nhưng thường dùng MPEG-4 Part 10 hoặc
SMPTE VC-1 cho nội dung HD.
 MPEG-4 (1998): Mã hóa của các đối tượng nghe nhìn. (ISO/IEC 14496)
MPEG-4 sử dụng các công cụ mã hóa phức tạp để đạt được những yếu
tố nén cao hơn MPEG-2. Ngoài việc mã hóa video hiệu quả hơn, MPEG4 tiến gần hơn tới các ứng dụng đồ họa máy tính. Với cơ cấu phức tạp
hơn, bộ giải mã MPEG-4 hiệu quả trở thành bộ xử lý việc dựng hình 3
chiều và các kết cấu bề mặt. MPEG-4 hỗ trợ Intellectual Property
Management and Protection (IPMP) (Quản lý và bảo vệ sở hữu trí tuệ),
bằng việc cung cấp các cơ sở để sử dụng các công nghệ độc quyền để
quản lý và bảo vệ những nội dung như quản lý bản quyền kỹ thuật số.

Nó cũng hỗ trợ MPEG-J, một chương trình giải pháp đầy đủ để tạo ra
các ứng dụng tương tác tùy chỉnh đa phương tiện (Ứng dụng Java với
môi trường Java API) và nhiều tính năng khác.
 H.264 là chuẩn nén mở được công bố chính thức vào năm 2003, hiện là
chuẩn hỗ trợ công nghệ nén tiên tiến và hiệu quả nhất hiện nay. Nó đang
dần được đưa vào thành chuẩn nén tiêu chuẩn của ngành công nghệ an
ninh giám sát bằng hình ảnh. H.264 (còn được gọi là chuẩn MPEG-4
Part 10/AVC for Advanced Video Coding hay MPEG-4 AVC) nó kế
thừa ưu điểm nổi trội của những chuẩn nén trước đây. Đồng thời sử dụng
những thuật toán nén và phương thức truyền hình ảnh mới phức tạp,


10
phương pháp nén và truyền hình ảnh mà chuẩn H.264 sử dụng làm giảm
đáng kể dữ liệu và băng thông truyền đi của video. Với cách nén và
truyền thông tin bằng chuẩn H.264 làm giảm đến 50% băng thông và
kích thước file dữ liệu lưu trữ so với cách nén thông thường hiện nay
(chuẩn nén thông thường hiện nay đang được sử dụng rộng rãi là MPEG4 Part 2) và giảm tới hơn 80% băng thông và kích thước file dữ liệu lưu
trữ so với nén bằng chuẩn Motion JPEG.
 MJPEG (Morgan JPEG): Đây là một trong những chuẩn cổ nhất mà hiện
nay vẫn sử dụng. Chuẩn này hiện chỉ sử dụng trong các thiết bị DVR rẻ
tiền, chất lượng thấp. Không những chất lượng hình ảnh kém, tốn tài
nguyên xử lí, cần nhiều dung lượng ổ chứa, và còn hay làm lỗi đường
truyền. Là định dạng video mà mỗi khung hình được nén riêng biệt như
một hình ảnh Jpeg. Mjpeg được dùng lần đầu vào giữa thập niên 1990
trong phần mềm Quick Time Player.
 DV (Digital Video): Được ra mắt lần đầu tiên vào năm 1996, DV đã trở
thành tiêu chuẩn để sử dụng trong cả video nén tiêu dùng và bán chuyên
nghiệp. DV (hoặc một trong nhiều varients) được sử dụng bởi nhiều máy
quay video trên thị trường hiện nay. Nó cũng được hỗ trợ tốt bởi nhiều

ứng dụng chỉnh sửa video và thiết bị phần cứng video.
 DivX là codec của MPEG-4. DivX là một thương hiệu của sản phẩm
được tạo ra bởi DivX, Inc (trước đây là DivXNetworks, Inc). "DivX" là
viết tắt của "Digital Video Express". Đây là codec phổ biến được rất
nhiều đầu đọc DVD hỗ trợ. DivX đã trở thành phổ biến do khả năng của
nó để nén các đoạn video dài thành các kích cỡ nhỏ trong khi duy trì chất
lượng hình ảnh tương đối cao. Ví dụ nếu đem so sánh giữa MPEG-2 với
DivX thì chất lượng tương đương, nhưng nhờ bit-rate thấp hơn nên Video
của DivX nhẹ chỉ bằng một nửa so với MPEG-2. Có hai DivX codec là


11
MPEG-4 Part 2 codec DivX thường và H.264/MPEG-4 AVC codec
DivX Plus HD.
 RM/RMVB: Codec rất quen thuộc và phổ biến. Đây là codec riêng từ
RealOne. Loại này cho ra ảnh phim rõ nét, sáng đẹp và dung lượng của
file khá nhỏ, đặc biệt có chút nhỉnh hơn AVI nếu như là rip từ DVD.
 Xvid là một codec theo chuẩn MPEG-4. Nó có thể nén một file video
thành những dữ liệu theo chuẩn của MPEG-4 và có thể được lưu trữ dưới
dạng .AVI .OGM .MP4 hay khác. Bản thân codec này không thể tự nén
video mà nó phải nhờ một công cụ khác giúp nó.
 Sorenson 3: Codec độc quyền của Apple, thường được sử dụng để phân
phối các đoạn phim quảng cáo (bên trong một bộ chứa Quicktime).
1.2.2. Các thông số kỹ thuật quan trọng của video số
1.2.2.1. FPS
FPS (Frame Per Second): Số khung hình trên giây. Tiêu chuẩn của FPS
là 29.97, tăng FPS nghĩa là tăng thêm số ảnh trên mỗi giây do đó chuyển động
sẽ mượt hơn.
1.2.2.2. Bitrate
Là số bit dữ liệu truyền đi trong một khoảng thời gian nhất định. Bitrate

tổng thể của video là kết hợp của luồng hình ảnh, âm thanh và siêu dữ liệu
(metadata). Sau đây là một số kiểu bitrate phổ biến của video:
 16kb/s: Chuẩn tối thiểu cho chất lượng cuộc gọi video trên điện thoại.
 128 – 384kb/s: Chuẩn chất lượng cho hội họp truyền hình trực tuyến, sử
dụng video nén.
 1.5Mb/s: Chuẩn chất lượng VCD, sử dụng chuẩn nén MPEG-1.


12
 3.5Mb/s: Chất lượng truyền hình độ nét tiêu chuẩn với tỷ lệ bitrate giảm
dần từ MPEG-2.
 9.8Mb/s: Chuẩn chất lượng DVD, sử dụng chuẩn nén MPEG-2.
 8 – 15Mb/s: Chất lượng cho HDTV, sử dụng chuẩn nén với tỷ lệ giảm
dần từ MPEG-4.
 40Mb/s: Chuẩn chất lượng của đĩa Blu-ray, sử dụng chuẩn nén MPEG2,
AVC hoặc VC-1.
1.2.2.3. Độ phân giải
Là số điểm ảnh trong hình ảnh của video. Dựa vào độ phân giải có thể
xác định một video là dạng chuẩn hay dạng độ nét cao. Độ phân giải càng cao
thì hình ảnh càng rõ nét. Sau đây là một số tiêu chuẩn về độ phân giải:
- CGA: 320×200
- QVGA: 320×240
- VGA: 640×480
- PAL: 768×576
- WVGA: 800×480
- SVGA: 800×600
- XGA: 1024×768
- SXGA: 1280×1024
- HD 720: 1280×720
- HD 1080: 1920×1080

- 2K: 2048×1080
- …


13
1.3. Giấu tin trong dữ liệu đa phương tiện
Kỹ thuật giấu tin đã được nghiên cứu và áp dụng trong nhiều môi trường
dữ liệu khác nhau, như trong dữ liệu đa phương tiện (văn bản, âm thanh, hình
ảnh, phim), trong sản phẩm phần mềm và gần đây là những nghiên cứu trên
môi trường cơ sở dữ liệu quan hệ. Trong các môi trường dữ liệu đó thì dữ liệu
đa phương tiện là môi trường chiếm tỉ lệ chủ yếu trong các kỹ thuật giấu tin.
1.3.1. Giấu tin trong ảnh
Giấu tin trong ảnh là làm cách nào đó tác động lên ảnh để thông tin sẽ
được giấu cùng với dữ liệu ảnh, nhưng chất lượng ảnh ít thay đổi (mà bằng mắt
thường con người không thể nhận ra) và cũng không ai biết được đằng sau đó
mang những thông tin có ý nghĩa.
Giấu tin trong ảnh làm cho thông tin không bị tội phạm chú ý và tấn
công, điều này tương tự như việc ngụy trang các đoàn xe vận tải trong chiến
tranh và ảnh mang tin (Host Image) đóng vai trò như cành lá ngụy trang.
Việc không gây chú ý đối với nhóm tội phạm là lợi thế quan trọng nhất
của giấu tin trong ảnh. Giả sử nếu ta gửi cho đối tác một thông điệp quan trọng
đã được mã hóa qua Internet, không may thông điệp đó bị rơi vào tay nhóm tội
phạm, lập tức nhóm tội phạm sẽ tiến hành giải mã và tấn công thông tin, điều
này làm tăng nguy cơ bị lộ của thông tin cho dù sử dụng phương pháp mã hóa
tốt. Tuy nhiên nếu ta giấu tin vào trong một bức ảnh thì khả năng thông tin bị
tấn công sẽ giảm đi rất nhiều vì hàng ngày có hàng ngàn bức ảnh qua lại trên
Internet và bức ảnh có giấu tin của ta cũng giống như bao bức ảnh khác sẽ ít
gây chú ý với nhóm tội phạm.
Ngày nay, giấu thông tin trong ảnh chiếm tỉ lệ lớn nhất trong hệ thống
giấu tin đa phương tiện, bởi lượng thông tin được trao đổi bằng ảnh là rất lớn,

hơn nữa giấu thông tin trong ảnh cung cấp ứng dụng quan trọng trong rất nhiều


14
lĩnh vực của đời sống xã hội. Ví dụ như đối với các nước phát triển, chữ kí tay
đã được số hoá và được lưu trữ trong hồ sơ cá nhân của các dịch vụ ngân hàng
và tài chính và được sử dụng để chứng thực như các chữ ký sống. Phần mềm
WinWord của MicroSoft cũng cho phép người dùng lưu trữ chữ kí trong ảnh
nhị phân rồi gắn vào vị trí nào đó trong file văn bản để đảm bảo tính an toàn
của thông tin. Tài liệu sau đó được truyền trực tiếp qua máy fax hoặc lưu truyền
trên mạng. Vì thế, việc nhận thực chữ kí, xác thực thông tin đã trở thành một
vấn đề cực kì quan trọng khi mà việc ăn cắp thông tin hay xuyên tạc thông tin
bởi các tin tặc đang trở thành một vấn nạn đối với bất kì quốc gia nào, tổ chức
nào. Thêm vào đó, lại có rất nhiều loại thông tin quan trọng cần được bảo mật
như những thông tin về an ninh, thông tin về bảo hiểm hay các thông tin về tài
chính, các thông tin này được số hoá và lưu trữ trong hệ thống máy tính hay
trên mạng. Chúng rất dễ bị lấy cắp và bị thay đổi bởi các phần mềm chuyên
dụng. Việc nhận thực cũng như phát hiện thông tin xuyên tạc đã trở nên vô
cùng quan trọng và cấp thiết. Một đặc điểm của giấu thông tin trong ảnh đó là
thông tin được giấu trong ảnh một cách vô hình, nó như là một cách truyền
thông tin mật cho nhau mà người khác không thể biết được bởi sau khi giấu
thông tin thì chất lượng ảnh gần như không thay đổi, đặc biệt đối với ảnh mầu
hay ảnh xám. Trước đây báo chí đã đưa tin vụ việc ngày 11-9 gây chấn động
nước Mỹ và toàn thế giới, chính tên trùm khủng bố quốc tế Osma Bin Laden
đã dùng cách thức giấu thông tin trong ảnh để liên lạc với đồng bọn, và đã qua
mặt được cục tình báo trung ương Mỹ CIA và các cơ quan an ninh quốc tế.
Chắc chắn sau vụ việc này, việc nghiên cứu các vấn đề liên quan đến giấu thông
tin trong ảnh sẽ được quan tâm hơn nữa.

15
1.3.2. Giấu tin trong audio
Giấu thông tin trong audio mang những đặc điểm riêng khác với giấu
thông tin trong các đối tượng đa phương tiện khác. Một trong những yêu cầu
cơ bản của giấu tin là đảm bảo tính chất ẩn của thông tin được giấu đồng thời
lại không làm ảnh hưởng đến chất lượng của dữ liệu gốc. Để đảm bảo yêu cầu
này, kỹ thuật giấu thông tin trong ảnh phụ thuộc vào hệ thống thị giác của con
người - HVS (Human Vision System) còn kỹ thuật giấu thông tin trong audio
lại phụ thuộc vào hệ thống thính giác HAS (Human Auditory System). Vấn đề
khó khăn ở đây là hệ thống thính giác của con người nghe được các tín hiệu ở
các giải tần rộng và công suất lớn nên đã gây khó dễ đối với các phương pháp
giấu tin trong audio. Nhưng cũng may là HAS lại kém trong việc phát hiện sự
khác biệt của các giải tần và công suất. Điều này có nghĩa là các âm thanh to,
cao tần có thể che giấu được các âm thanh nhỏ thấp một cách dễ dàng. Các mô
hình phân tích tâm lý đã chỉ ra điểm yếu trên và thông tin này sẽ giúp ích cho
việc chọn các audio thích hợp cho việc giấu tin. Vấn đề khó khăn thứ hai đối
với giấu thông tin trong audio là kênh truyền tin. Kênh truyền hay băng thông
chậm sẽ ảnh hưởng đến chất lượng thông tin sau khi giấu. Ví dụ để nhúng một
đoạn java applet vào một đoạn audio (16 bit, 44.100Hz) có chiều dài bình
thường thì các phương pháp giấu tin nói chung cũng cần ít nhất là 20bps. Giấu
thông tin trong audio đòi hỏi yêu cầu rất cao về tính đồng bộ và tính an toàn
của thông tin. Các phương pháp giấu thông tin trong audio đều lợi dụng điểm
yếu trong hệ thống thính giác của con người.
1.3.3. Giấu tin trong video
Cũng giống như giấu thông tin trong ảnh hay trong audio, giấu tin trong
video cũng được quan tâm và được phát triển mạnh mẽ cho nhiều ứng dụng
như kiểm soát sao chép thông tin, nhận thực thông tin và bảo vệ bản quyền tác


16

giả. Ta có thể lấy một ví dụ là các hệ thống chương trình trả tiền xem theo đoạn
với các video clip (pay per view application). Các kỹ thuật giấu tin trong video
đã được phát triển mạnh mẽ và cũng theo hai khuynh hướng thuỷ vân và giấu
tin mật. Trong luận văn này chỉ quan tâm tới các kỹ thuật giấu tin trong video.
Một phương pháp giấu tin trong video do tác giả Cox đề xuất là phương pháp
phân bố đều. Ý tưởng cơ bản của phương pháp này là phân phối thông tin giấu
dàn trải theo tần số của dữ liệu chứa gốc. Nhiều nhà nghiên cứu đã dùng những
hàm cosin riêng và các hệ số truyền sóng riêng để giấu tin. Trong các thuật toán
sơ khai, người ta chỉ đưa ra các kỹ thuật cho phép giấu ảnh vào trong video
nhưng thời gian gần đây các kỹ thuật mới đã cho phép giấu cả âm thanh và hình
ảnh vào video. Như phương pháp của Swanson đã sử dụng cách giấu theo khối,
phương pháp này đã giấu được hai bit vào khối 8*8. Hay gần đây nhất là
phương pháp của Mukherjee là kỹ thuật giấu audio vào video sử dụng cấu trúc
lưới đa chiều...
Nói tóm lại, kỹ thuật giấu thông tin đã thành công nhờ biết tận dụng
những đặc điểm thị giác và thính giác của con người.
Hơn nữa, kỹ thuật giấu tin đang được áp dụng cho nhiều loại đối tượng,
không chỉ cho các dữ liệu đa phương tiện như ảnh, audio hay video. Gần đây,
đã có một số nghiên cứu giấu tin trong cơ sở dữ liệu quan hệ và cơ sở dữ liệu
XML. Chắc chắn kỹ thuật giấu tin sẽ tiếp tục phát triển và lớn mạnh hơn nữa.
1.3.4. Giấu tin trong văn bản
Các nghiên cứu về giấu tin trong văn bản được chia theo hai hướng, thứ
nhất văn bản được sử dụng để giấu tin là những văn bản được chụp lại và lưu
trên máy như một bức ảnh nhị phân. Theo hướng này, các kỹ thuật giấu tin
được thực hiện như kỹ thuật giấu tin trong ảnh. Hướng thứ hai, phương tiện
chứa sử dụng cho quá trình giấu tin được lưu dưới dạng văn bản. Theo hướng