Luận văn thạc sĩ nghiên cứu và ứng dụng watermarking trong xác thực ảnh y tế

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHẠM NGỌC MỸ

NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG WATERMARKING
TRONG XÁC THỰC ẢNH Y TẾ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2017


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHẠM NGỌC MỸ

NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG WATERMARKING
TRONG XÁC THỰC ẢNH Y TẾ

Chuyên ngành : Khoa học máy tính
Mã số : 60.48.01.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS. HUỲNH HỮU HƯNG

Đà Nẵng - Năm 2017

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả luận văn

Phạm Ngọc Mỹ


ii

TÓM TẮT
NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG WATERMARKING
TRONG XÁC THỰC ẢNH Y TẾ
Học viên: Phạm Ngọc Mỹ. Chuyên ngành: Khoa học máy tính
Mã số: 60.48.01. Khóa: 31. Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN
Tóm tắt – Kỹ thuật Watermarking mô tả phương pháp và công nghệ giấu thông
tin trong phương tiện truyền thông kỹ thuật số, kỹ thuật watermarking được áp dụng
một cách hiệu quả cho hình ảnh y tế và nó được sử dụng để nhúng các thông tin bệnh
nhân vào hình ảnh y tế và có được hiệu quả là trích lại thông tin hình ảnh y tế, tránh
được sửa đổi không cần thiết bởi người trái phép. Những vấn đề này được giải quyết
thông qua watermarking, để bác sĩ có thể chẩn đoán hình ảnh y tế và đảm bảo an toàn
hơn. Các thông tin bệnh nhân sẽ được nhúng vào hình ảnh y tế mà không làm ảnh
hưởng đến chất lượng hoặc nội dung gốc của hình ảnh y tế. Chương trình
watermarking dựa trên nền tảng Discrete Wavelet Transform (DWT) được sử dụng
cho hình ảnh y tế và được mô phỏng bằng phần mềm MATLAB. Phương pháp đề xuất

là cung cấp số liệu hiệu suất MSE và PSNR có giá trị tốt hơn so với các phương pháp
hiện có. Trên đây là tóm tắt các kết quả đạt được của luận văn và hướng phát triển tiếp
theo.
Từ khóa – Hình ảnh watermarking, Discrete Wavelet Transform (DWT),
MATLAB, PSNR, MSE.
Abstract - Watermarking techniques describe methods and technologies for
hiding information in digital media. Watermarking techniques are effectively applied
to medical images and are used to embed information. Patients into the medical image
and get the effect is to extract medical image information, avoid unnecessary
modifications by unauthorized people. These problems are addressed through
watermarking, so that the doctor can diagnose medical imaging and be safer. Patient
information will be embedded into the medical image without compromising the
quality or original content of the medical image. The watermarking program is based
on the Discrete Wavelet Transform (DWT) platform used for medical imaging and is
simulated by MATLAB software. The proposed method is to provide better MSE and
PSNR performance data than existing methods. Above is a summary of the results of
the thesis and the direction of the next development.
Keywords - Image watermarking, Discrete Wavelet Transform (DWT),
MATLAB, PSNR, MSE.


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i
TÓM TẮT....................................................................................................................... ii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................. v
DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................................vi
DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................................ vii

MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu .......................................................................................... 1
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................... 1
4. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ............................................................................ 2
6. Bố cục của luận văn ............................................................................................ 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ WATERMARKING .................................................. 3
1.1. GIỚI THIỆU WATERMARK (GIẤU TIN) ............................................................ 3
1.1.1. Khái niệm ........................................................................................................... 3
1.1.2. Phân loại giấu tin ............................................................................................... 3
1.2. TỔNG QUAN VỀ WATERMARKING .................................................................. 8
1.2.1. Khái niệm ........................................................................................................... 8
1.2.2. Phân loại ............................................................................................................ 8
1.2.3. Mô hình [1] .......................................................................................................... 9
1.2.3.1. Giai đoạn nhúng .......................................................................................... 9
1.2.3.2. Giai đoạn phân bố..................................................................................... 10
1.2.3.3. Giai đoạn trích .......................................................................................... 11
1.2.3.4. Giai đoạn quyết định ................................................................................. 12
1.2.4. Một số ứng dụng [12] ......................................................................................... 13
1.2.4.1. Bảo vệ quyền sở hữu ................................................................................. 13
1.2.4.2. Xác nhận thông tin ảnh và tình trạng nguyên vẹn dữ liệu ........................ 13
1.2.4.3. Theo dõi quá trình sử dụng ....................................................................... 14
1.2.4.4. Kiểm tra giả mạo....................................................................................... 14
1.2.4.5. Truyền tin bí mật ....................................................................................... 14
1.2.5. Một số yêu cầu của thủy vân ........................................................................... 14
CHƯƠNG 2. MỘT SỐ KỸ THUẬT WATERMARKING TRONG XÁC THỰC ẢNH
Y TẾ .............................................................................................................................. 18
2.1. CÁC KHUYNH HƯỚNG TIẾP CẬN CỦA KỸ THUẬT WATERMARKING [5]
[12]

............................................................................................................................ 18
2.1.1. Kỹ thuật thủy vân trên miền không gian ảnh ................................................... 18


iv
2.1.2. Quá trình chèn thủy vân vào ảnh ..................................................................... 19
2.1.3. Quá trình phát hiện watermark ........................................................................ 19
2.1.4. Kỹ thuật thủy vân dùng phép biến đổi DCT .................................................... 19
2.1.5. Kỹ thuật thủy vân dùng biến đổi DWT ........................................................... 22
2.1.5.1. Quá trình nhúng ........................................................................................ 23
2.1.5.2.Quá trình trích............................................................................................ 24
2.1.6. Kỹ thuật thủy vân dùng biến đổi DWT .......................................................... 25
2.2. KỸ THUẬT THỦY VÂN DÙNG BIẾN ĐỔI DWT TRONG XÁC THỰC ẢNH
Y TẾ .............................................................................................................................. 25
2.2.1. Nhúng Thuật toán: ........................................................................................... 25
2.2.2. Khai thác thuật toán ......................................................................................... 28
2.3. KỸ THUẬT THỦY VÂN DÙNG BIẾN ĐỔI DWPT TRONG HỒ SƠ BỆNH
NHÂN ĐIỆN TỬ........................................................................................................... 28
2.3.1. Tạo hình mờ ..................................................................................................... 29
2.3.2. Phương pháp nhúng Watermark ...................................................................... 29
2.3.3. Phương pháp trích xuất bằng watermark ......................................................... 31
2.4. ĐÁNH GIÁ NHẬN XÉT ....................................................................................... 32
2.5. TẤN CÔNG THỦY VÂN ...................................................................................... 34
2.5.1. Khái quát tấn công thủy vân ............................................................................ 34
2.5.2. Vấn đề bảo mật ................................................................................................ 36
2.5.3. Tấn công cố ý ................................................................................................... 36
2.5.3.1. Tấn công loại bỏ........................................................................................ 36
2.5.3.2. Tấn công hình học ..................................................................................... 37
2.5.3.3. Tấn công mã hóa ....................................................................................... 37
2.5.3.4. Tấn công giao thức.................................................................................... 38

CHƯƠNG 3. TRIỂN KHAI WATERMARKING TRONG XÁC THỰC ẢNH Y TẾ 39
3.1. WATERMARKING ĐỐI VỚI HÌNH ẢNH Y TẾ ................................................ 39
3.2. ỨNG DỤNG THỰC NGHIỆM: ............................................................................ 44
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 51
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI
BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC
PHẢN BIỆN.


v

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
DCT

Discrete Cosine Transform

Biến đổi consin rời rạc

DWT

Discrete Wavelet Transform

Biến đổi wavelet rời rạc

DWPT

Discrete Wavelet Packet
Transform

Biến đổi gói tin wavelet rời rạc

HVS

Human Visual System

Hệ thống thị giác ở người

IDWT

Inverse Discrete Wavelet
Transform

Biến đổi wavelet rời rạc nghịch

MSE

Mean Square Error

Sai lệch trung bình bình phương

PSNR

Peak Signal to Noise Ratio

Tỷ số tín hiệu đỉnh trên nhiễu

SVD

Singular Value Decomposition

Biến đổi giá trị số ít

EPR

Electronic patient record

Hồ sơ bệnh án điện tử

DICOM

Digital Imaging and
Communications in Medicine

Tiêu chuẩn Kỹ thuật Số và Truyền
thông trong Y học

ECC

Error Correcting Code

Lỗi sửa chữa mã

NC

Normalized correlation
coefficient

Hệ số tương quan bình thường

BER

Bit error rate

Tốc độ bit lỗi

QF

Quality factors

Chất lượng các yếu tố


vi

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu
bảng
1.1.
2.1.
2.2.
2.3.
3.1.

Tên bảng

Trang

So sánh giữa giấu tin mật và thủy vân số
Đánh giá chất lượng ITU-R BT.500-13 theo cấp độ từ 1

đến 5
Các tấn công lên ảnh đã thủy vân
Phân loại tấn công cố ý
So sánh các MSE và PSNR

5
33
35
36
43


vii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Số
hiệu
hình
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1.6.
1.7.
1.8.
1.9.
2.1.
2.2.
2.3.

2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
2.8.
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.
3.7.
3.8.
3.9.
3.10.
3.11.
3.12.
3.13.

Tên hình
(a) Hình ảnh XQ (b) Hình ảnh CT Scan (c) Hình ảnh CT Scan (d)
Hình ảnh MRI
Sơ đồ phân loại các kỹ thuật giấu tin
Lược đồ chung cho quá trình giấu tin
Lược đồ chung cho quá trình tách thông tin
Lược đồ chung cho quá trình thủy vân
Mô hình tổng quát của giai đoạn nhúng dữ liệu vào ảnh số
Mô hình phân phối ảnh sau khi được nhúng thông tin thủy vân
Mô hình trích ảnh thủy vân
Giai đoạn phát hiện thủy vân.

Sơ đồ khối quá trình thủy vân dùng biến đổi DCT
Khối 8x8 đầu tiên của ảnh “Rừng cây”
Sơ đồ thủy vân tổng quát dùng phân tích DWT
Kết quả phân tích DWT ảnh gốc
Biểu đồ các thuật toán nhúng DWT
DWPT cho hai cấp
Thuật toán nhúng watermark
Thuật toán trích xuất watermark
Kết quả mô phỏng 1 trong tổng số DWT dựa trên hình ảnh y tế
watermarking
Kết quả mô phỏng 2 của DWT dựa trên hình ảnh y tế
watermarking
Kết quả mô phỏng 3 của DWT dựa trên hình ảnh y tế
watermarking
Kết quả mô phỏng 4 của DWT dựa trên hình ảnh y tế
watermarking
Biểu đồ hình cột
Hình ảnh XRAY
Giao diện màn hình Watermark ảnh y tế
Giao diện chèn Watermark
Giao diện Nhập Thông tin đường dẫn và Thông tin bệnh nhân
Kết quả thực thi
Giao diện trích xuất watermark
Giao diện Hiển thị thông tin trích xuất
Hình ảnh XRAY đã chèn thông tin

Trang
3
4
6

7
9
10
11
12
13
20
20
23
23
26
29
30
31
39
40
40
41
42
44
45
46
47
48
48
49
49


1

MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Việc trao đổi thông tin, xuất bản thông tin trên Internet có nhiều nguy cơ không
an toàn do thông tin có thể bị lộ hay bị sửa đổi hay bị vi phạm bản quyền. Nói chung,
để bảo vệ các thông tin trên khỏi sự truy cập, sử dụng trái phép cần phải kiểm soát
được những việc chính sau: thông tin được tạo ra, lưu trữ và truy nhập như thế nào, ở
đâu, bởi ai và vào thời điểm nào. Như vậy việc quản lý bản quyền số đang là bài toán
không dễ dàng của nhà quản lý.
Trên thực tế, nhu cầu về bảo vệ quyền tác giả, quyền sở hữu cho các thông tin số
là rất lớn. Digital watermarking (Phương pháp Thủy Vân số) là một phương pháp hiệu
quả bởi vì nó cho phép chủ sở hữu nội dung số có thể nhúng và giấu những bằng
chứng về bản quyền của mình, từ đó có thể xác định được quyền sở hữu, phát hiện ra
việc sử dụng trái phép mà vẫn không làm ảnh hưởng đến nội dung của nội dung số.
Với các tính chất đặc thù của mình Digital watermarking rất thích hợp với việc bảo vệ
bản quyền tác giả.
Kỹ thuật Watermarking đã phát triển cho watermarking hình ảnh y tế và nó được
sử dụng để nhúng các thông tin bệnh nhân vào hình ảnh y tế và có thể được hiệu quả
trích lại thông tin. Hình ảnh y tế hoặc các thông tin y tế (như CT, scan, MRI Scan ảnh,
vv…) cần phải được an toàn hơn và đáng tin cậy. Các thông tin y tế cần phải được an
toàn và ngăn chặn từ sửa đổi bởi người trái phép và cũng thay thế các báo cáo của một
người khác. Những vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách ẩn các thông tin bệnh
nhân trong các hình ảnh y tế của watermarking cách tiếp cận, để bác sĩ có thể chẩn
đoán hình ảnh y tế và cũng có thể nó là an toàn hơn. Khi đóng dấu hình ảnh y tế được
thực hiện, một sự chăm sóc đặc biệt là cần thiết, để các nội dung y tế không bị xáo trộn
hoặc bị mất. Các thông tin bệnh nhân được nhúng vào hình ảnh y tế mà không làm ảnh
hưởng đến chất lượng hoặc nội dung gốc của hình ảnh y tế.
Xuất phát từ yêu cầu của thực tế, tôi chọn đề tài “Nghiên cứu và ứng dụng
watermarking trong xác thực ảnh y tế” nhằm mục đích hướng tới một phần nhiệm
vụ bảo vệ bản quyền thông tin số.

2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu và ứng dụng watermarking trong xác thực ảnh y tế.

3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu áp dụng các kỹ thuật watermarking cho ảnh y tế.


2
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Dữ liệu được xử lý là file ảnh tĩnh (CT scan, MRI Scan ảnh…).

4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
4.1. Phương pháp lý thuyết
Nghiên cứu các tài liệu, bài báo, kỹ thuật liên quan nhằm đề xuất các phương
pháp xác thực ảnh y tế.
4.2. Phương pháp thực nghiệm
Cài đặt và nghiên cứu.

5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
5.1. Về mặt khoa học
Nghiên cứu các phương pháp phù hợp để xác thực ảnh y tế.
5.2. Về mặt thực tiễn
Xác thực bảo vệ tính riêng tư, bản quyền của ảnh y tế.

6. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN
Cấu trúc luận văn chia thành 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật watermarking trình bày cơ bản các khái
niệm liên quan đến watermark, watermarking, phân loại watermarking, mô hình
watermarking và các ứng dụng của watermarking.

Chương 2: Một số kỹ thuật watermarking trong xác thực ảnh y tế trình bày
các khuynh hướng tiếp cận của kỹ thuật watermarking, kỹ thuật watermarking dùng
biến đổi wavelet cho xác thực ảnh y tế, các dạng tấn công watermarking.
Chương 3: Triển khai watermarking trong xác thực ảnh y tế trình bày
watermarking đối với hình ảnh y tế, phương pháp DWT, kỹ thuật sử dụng, khai thác
thuật toán cũng như kết quả thực nghiệm.
Kết luận và hướng phát triển


3

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ WATERMARKING
Chương này giới thiệu tổng quan về kỹ thuật watermark, watermarking và các
phương pháp đánh giá chất lượng phục vụ cho quá trình nghiên cứu và thực hiện các
kỹ thuật này.

1.1. GIỚI THIỆU WATERMARK (GIẤU TIN)
1.1.1. Khái niệm
Watermark là một kỹ thuật nhúng (giấu) một lượng thông tin nào đó vào trong
một đối tượng dữ liệu khác.

(a)

(b)

(c)
(d)
Hình 1.1. (a) Hình ảnh XQ (b) Hình ảnh CT Scan
(c) Hình ảnh CT Scan (d) Hình ảnh MRI

1.1.2. Phân loại giấu tin
Có nhiều cách phân loại khác nhau dựa trên các tiêu chí khác nhau:


4

Steganography
Giấu tin mật
Theo khuynh
hướng

Thủy vân
Thủy vân số

Information hiding
Giấu tin
Giấu tin trong ảnh
Theo môi
trường giấu tin

Giấu tin trong audio
Giấu tin trong video

Hình 1.2. Sơ đồ phân loại các kỹ thuật giấu tin
- Phân loại theo khuynh hướng giấu tin [15]
Kỹ thuật giấu tin nhằm mục đích an toàn và bảo mật thông tin ở hai khía cạnh:
bảo mật dữ liệu đem giấu và bảo mật cho chính đối tượng được dùng để giấu tin.
Từ hai khía cạnh trên dần dần hình thành hai khuynh hướng chủ yếu của giấu tin:
+ Giấu tin mật (Steganography): Từ “Steganography” bắt nguồn từ tiếng Hi Lạp,

“stegano” có nghĩa là “covered”, còn “graphien” có nghĩa là “to write”. Như vậy,
“steganography” có nghĩa là tài liệu được phủ “covered writing”. Steganography là kỹ
thuật nhúng tin mật vào môi trường giấu tin, sao cho thông tin giấu được càng nhiều
càng tốt và quan trọng là người khác khó phát hiện được đối tượng có được giấu tin
bên trong hay không bằng các kỹ thuật thông thường.
+ Thủy vân số (Thủy vân): là kỹ thuật nhúng dấu ấn số vào một tài liệu hoặc sản
phẩm, nhằm chứng thực nguồn gốc hay chủ sở hữu.


5
Bảng 1.1. So sánh giữa giấu tin mật và thủy vân số
Giấu tin mật
- Mục đích là bảo vệ thông tin được
giấu.
- Giấu được càng nhiều thông tin càng
tốt, ứng dụng trong truyền dữ liệu
thông tin mật.
- Thông tin được giấu phải ẩn, không
cho người khác thấy được bằng mắt
thường.
- Chỉ tiêu quan trọng nhất là dung
lượng của tin được giấu.

Thủy vân số
- Mục đích là bảo vệ môi trường giấu
tin.
- Chỉ cần thông tin đủ để đặc trưng
cho bản quyền của chủ sở hữu.
- Thông tin giấu có thể ẩn (thủy vân
ẩn) hoặc hiện (thủy vân hiện).

- Chỉ tiêu quan trọng nhất là tính bền
vững của tin được giấu.

- Phân loại theo môi trường giấu tin
Kỹ thuật giấu tin đang được áp dụng cho nhiều loại đối tượng, nhưng phổ biến ở
ba dạng dữ liệu đa phương tiện như ảnh, audio, video.
+ Giấu tin trong ảnh: kỹ thuật giấu tin trong ảnh hiện nay chiếm tỷ lệ lớn nhất
trong các chương trình ứng dụng, các phần mềm và hệ thống giấu tin trong đa phương
tiện, bởi lượng thông tin được trao đổi bằng ảnh là rất lớn. Hơn nữa giấu tin trong ảnh
cũng đóng vai trò hết sức quan trọng đối với hầu hết các ứng dụng bảo vệ an toàn
thông tin như nhận thực thông tin, xác định xuyên tạc thông tin, bảo vệ bản quyền tác
giả, điều khiển truy cập, giấu thông tin mật… Chính vì thế mà vấn đề này đã nhận
được sự quan tâm rất lớn của các cá nhân, tổ chức, trường đại học, và các viện nghiên
cứu trên thế giới.
Thông tin sẽ được giấu cùng với dữ liệu ảnh nhưng chất lượng ảnh ít thay đổi và
chẳng ai biết được đằng sau ảnh đó mang những thông tin có ý nghĩa. Ngày nay, khi
ảnh số đã được sử dụng rất phổ biến, thì giấu thông tin trong ảnh đã đem lại rất nhiều
những lợi ích quan trọng trên nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội. Chẳng hạn như:
Chữ kí tay đã được số hoá và lưu trữ sử dụng như là hồ sơ cá nhân của các dịch
vụ ngân hàng và tài chính, nó được dùng để nhận thực trong các thẻ tín dụng của
người tiêu dùng.
Phần mềm MS Word 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.


6
+ Giấu tin trong audio: kỹ thuật giấu thông tin trong audio phụ thuộc vào hệ
thống thính giác của con người (HAS – Human Auditory System). HAS cảm nhận
được tín hiệu ở dải tần rộng và công suất thay đổi lớn, nhưng lại kém trong việc phát

hiện sự khác biệt nhỏ giữa dải 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. Bên cạnh đó
kênh truyền tin hay băng thông chậm sẽ ảnh hưởng đến chất lượng thông tin sau khi
giấu. Giấu thông tin trong audio yêu cầu rất cao về tính đồng bộ và tính an toàn của
thông tin.
+ Giấu tin trong video: Kỹ thuật giấu tin trong video được quan tâm và phát triển
mạnh mẽ cho nhiều ứng dụng như điều khiển truy cập thông tin, nhận thực thông tin
và bảo vệ bản quyền tác giả. Trong các thuật toán trước đây thường cho phép giấu ảnh
vào trong trong video, nhưng gần đây kỹ thuật cho phép giấu cả âm thanh và hình ảnh
vào trong video.
Kỹ thuật giấu thông tin áp dụng cả đặc điểm thị giác và thính giác của con người
và đang được áp dụng cho nhiều loại đối tượng chứ không riêng gì 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, các gói IP truyền trên mạng và sau này còn tiếp tục phát triển tiếp cho
các môi trường dữ liệu số khác. Phạm vi của đề tài nghiên cứu này chỉ đề cập đến kỹ
thuật giấu thông tin trong ảnh - một kỹ thuật được nghiên cứu chủ yếu nhất hiện nay.
- Mô hình giấu tin cơ bản
Giấu thông tin vào phương tiện chứa và tách lấy thông tin từ phương tiện chứa là
hai quá trình trái ngược nhau.
- Giấu thông tin vào phương tiện chứa
Quá trình giấu thông tin vào phương tiện chứa được mô tả như sau:
Thông tin
Phương tiện
chứa (audio,
ảnh, video)

Bộ nhúng thông tin

Phương tiện chứa
đã được giấu tin

Khóa giấu

Phân phối
Hình 1.3. Lược đồ chung cho quá trình giấu tin
Thông tin cần giấu: tuỳ theo mục đích của người sử dụng, nó có thể là thông điệp
(với các tin bí mật) hay các logo, hình ảnh bản quyền.
Phương tiện chứa: các file audio, video, ảnh,… là môi trường để nhúng tin.


7
Bộ nhúng thông tin: là những chương trình thực hiện việc giấu tin.
Khóa dấu tin: khóa dùng để xác thực thông tin.
Đầu ra: là các phương tiện chứa đã có tin giấu trong đó. Phương tiện chứa sau khi
giấu thông tin có thể được sử dụng, quản lý theo những yêu cầu khác nhau.
- Tách thông tin
Tách thông tin từ các phương tiện chứa diễn ra theo quy trình ngược lại, với đầu
ra là các thông tin đã được giấu vào phương tiện chứa và được mô tả như sau:
Khóa giấu tin
Phương tiện chứa
đã được giấu tin

Bộ giải mã tin

Phương tiện chứa
(audio, ảnh,
video)

Thông tin giấu

Kiểm định

Hình 1.4. Lược đồ chung cho quá trình tách thông tin
Sau khi nhận được phương tiện chứa có giấu thông tin, quá trình giải mã được
thực hiện thông qua 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.
Thông tin đã giấu sẽ được xử lý kiểm định so sánh với thông tin ban đầu.
- Tiêu chí đánh giá kỹ thuật giấu tin trong ảnh [15]
+ Tính vô hình
Kỹ thuật giấu thông tin trong ảnh phụ thuộc rất nhiều vào hệ thống thị giác của
con người. Tính vô hình hay không cảm nhận được của mắt người thường giảm dần ở
những vùng ảnh có màu xanh tím, thủy vân ẩn thường được chọn giấu trong vùng này.
+ Khả năng chống giả mạo
Một trong những mục đích của giấu tin là truyền đi thông tin mật. Nếu không thể
do thám tin mật, thì kẻ địch cũng cố tìm cách làm sai lệch tin mật, làm giả mạo tin mật
để gây bất lợi cho đối phương. Phương pháp giấu tin tốt phải đảm bảo tin mật không bị
tấn công một cách chủ động trên cơ sở những điều hiểu biết thuật toán nhúng tin và có
ảnh mang (nhưng không biết khóa giấu tin).
Đối với giấu tin thì khả năng chống giả mạo là yêu cầu vô cùng quan trọng, vì có
như vậy mới bảo vệ được bản quyền, minh chứng tính pháp lý của sản phẩm.


8
+ Dung lượng giấu
Dung lượng giấu tin được tính bằng tỉ lệ của lượng thông tin cần giấu so với kích
thước ảnh mang tin. Các phương pháp đều cố gắng giấu được nhiều tin trong ảnh
nhưng vẫn giữ được bí mật. Tuy nhiên trong thực tế người ta luôn phải cân nhắc giữa
dung lượng và các tiêu chí khác như tính vô hình, tính bền vững.
+ Tính bền vững
Sau khi giấu tin vào ảnh mang, bản thân ảnh mang có thể phải trải qua các biến

đổi khác nhau như lọc (tuyến tính, phi tuyến tính), thêm nhiễu, làm sắc nét, mờ nhạt,
quay, nén mất dữ liệu,… tính bền vững là thước đo sự nguyên vẹn của tin mật sau
những biến đổi như vậy.
+ Độ phức tạp tính toán
Độ phức tạp của thuật toán giấu tin và giải tin (tách tin) cũng là một chỉ tiêu quan
trọng, chỉ tiêu này cho chúng ta biết tài nguyên (thời gian và bộ nhớ) dùng cho một
phương pháp giấu tin.
Với chủ nhân giấu tin thì thời gian thực hiện phải nhanh, nhưng với kẻ thám tin
thì tách tin phải là bài toán khó. Ví dụ bài toán tách tin từ thủy ấn để đánh dấu bản
quyền cần phải là bài toán khó, thì mới bền vững trước sự tấn công của tin tặc nhằm
phá hủy thủy vân.

1.2. TỔNG QUAN VỀ WATERMARKING
1.2.1. Khái niệm
Watermarking (thủy vân) là kỹ thuật nhúng “dấu ấn số” (watermark – tin giấu)
vào một sản phẩm số (audio, video, ảnh), mà tin giấu này có thể được phát hiện và
tách ra sau đó, nhằm chứng thực (đánh dấu, xác thực) nguồn gốc hay chủ sở hữu của
sản phẩm số này.

1.2.2. Phân loại
Có nhiều cách phân loại khác nhau dựa trên những tiêu chí khác nhau:
- Phân loại theo khả năng cảm nhận: Thủy vân ẩn là các thủy vân không thể
nhìn thấy được bằng mắt thường. Thủy vân hiện là thủy vân có thể nhìn thấy được
bằng mắt thường.
- Phân loại theo tính bền vững: Thủy vân bền vững là loại thủy vân nhúng theo
phương pháp rất khó phá hủy. Việc tấn công thủy vân số trong trường hợp này sẽ làm
giảm chất lượng của thông tin. Nói cách khác thì nếu phá hủy thủy vân thì đồng thời sẽ
phá hủy đối tượng mang. Thủy vân dễ vỡ là loại thủy vân đảm bảo tính toàn vẹn cho
nội dung thông tin nên bất kỳ sự thay đổi nào cũng có thể làm cho thủy vân bị hỏng.

9
- Phân loại theo hướng tiếp cận: Thủy vân miền không gian là kỹ thuật nhúng
thủy vân trực tiếp vào vùng không gian dữ liệu ảnh. Thủy vân miền tần số là kỹ thuật
nhúng thủy vân vào vùng biến đổi tần số của dữ liệu ảnh.

1.2.3. Mô hình [1]
Thủy vân không nhìn thấy thường được dùng cho ảnh (nhúng dữ liệu vào trong
ảnh gốc). Quá trình xử lý ảnh khái quát được mô tả trong Hình 1.5. Ảnh gốc được
thêm vào dữ liệu ký số để tạo nên ảnh nhúng thủy vân. Để đảm bảo tính trong suốt của
dữ liệu nhúng, sự méo dạng ảnh trong quá trình nhúng phải nhỏ.
Ảnh gốc
Bộ nhúng

Ảnh đã nhúng
thủy vân

Méo dạng do
tấn công

Ký số
Khóa

So sánh (tính
tương quan)

Trích ký
số

Ảnh sau

tấn công
Bộ trích
Ảnh gốc

Hình 1.5. Lược đồ chung cho quá trình thủy vân
Để thấy những khía cạnh khác nhau trong kỹ thuật thủy vân, tùy thuộc vào những
ứng dụng riêng biệt và những điều kiện cần của ứng dụng, ta phải cải tiến mô hình
thủy vân tổng quát và có cái nhìn về những giai đoạn liên tiếp của quá trình xử lý thủy
vân bao gồm những giai đoạn như sau:
- Giai đoạn nhúng (embedding).
- Giai đoạn phân bố (distribution).
- Giai đoạn trích (extraction).
- Giai đoạn quyết định (decision).
1.2.3.1. Giai đoạn nhúng
Trong giai đoạn nhúng, ảnh chủ được biến đổi đến miền thuận tiện cho việc
nhúng dữ liệu. Một số phương pháp khác cũng có thể thực hiện được như DCT
(Discrete Cosine Transform) hoặc là DFT (Discrete Fourier Transform).


10
Dữ liệu ký số (còn gọi là thông điệp) có thể là dữ liệu nhị phân, một ảnh nhỏ
(logo) hoặc là một giá trị khởi đầu cho một bộ sinh số ngẫu nhiên giả để tạo ra một
chuỗi số cùng với phân bố xác định (ví dụ là phân bố Gaussian hoặc phân bố đều).
Các hệ số biến đổi được biến đổi sao cho phù hợp với dữ liệu của thông điệp. Tốt
hơn là phép biến đổi ảnh phải phù hợp với đặc tính cảm nhận về thị giác của người
HVS, như vậy sẽ dễ dàng hơn khi gắn vào tín hiệu được nhúng mà không gây ra méo
dạng cảm nhận. Lưu ý phải lựa chọn miền biến đổi tần số và các hệ số phù hợp với
nhu cầu gắn.
Cuối cùng, phép biến đổi ngược dựa trên các hệ số đã được sửa đổi để hồi phục
lại ảnh được nhúng.

Ảnh gốc

Biến đổi
ảnh (DCT,
DWT..)

Hệ thống nhìn
(HVS)

Ký số

Phân tích dữ
liệu

Các hệ số
biến đổi

Bộ nhúng
dữ liệu

Biến đổi ngược
ảnh (DCT,
DWT..)

Ảnh sau khi
nhúng thủy
vân

Khóa

Hình 1.6. Mô hình tổng quát của giai đoạn nhúng dữ liệu vào ảnh số
1.2.3.2. Giai đoạn phân bố
Ảnh được nhúng thủy vân sau đó sẽ được đem phân bố, ví dụ như đưa lên một
trang web hoặc bán cho khách hàng. Trong quá trình truyền và phân bố ảnh, không chỉ
có méo dạng do nén tác động vào ảnh gốc, mà còn do lỗi trong quá trình truyền và
trong quá trình xử lý ảnh. Đặc biệt là những phép biến đổi hình học như là phép xoay,
chỉnh kích thước, cắt bỏ thì thật sự là gây hại cho ảnh nhúng. Tất cả các thao tác tác
động lên dữ liệu ảnh nhúng thủy vân được xem như là thao tác tấn công lên thông tin
nhúng.
Những sự thay đổi xảy ra trong suốt quá trình xử lý ảnh thông thường được gọi là
tấn công trùng khớp ngẫu nhiên, trong khi các loại tấn công nhằm làm yếu, loại bỏ hay
thay đổi thủy vân thì được gọi là tấn công cố ý.


11

Ảnh
sau khi
nhúng

Nén có
tổn hao

Truyền
ảnh,
nhiễu, xử
lý ảnh

Các tấn

công

Ảnh sau
khi nhúng

Các thuật
Cải thiện
toán đã
ảnh, cắt,
biết
xoay
Hình 1.7. Mô hình phân phối ảnh sau khi được nhúng thông tin thủy vân
JPEG

JPEG2000

1.2.3.3. Giai đoạn trích
Sau khi ảnh được nhúng thủy vân và trải qua những méo dạng trong giai đọan
phân bố (các loại tấn công) ai đó muốn trích ký số, có thể là người đã nhúng thủy vân,
khách hàng nhận ảnh, hoặc kẻ thứ ba (không được phép). Trong trường hợp đầu, khóa
bí mật dùng để nhúng thủy vân và cả ảnh gốc được sử dụng, điều này tạo điều kiện
thuận lợi rất lớn cho hệ thống thủy vân và việc xác định ký số tương đối dễ làm. Ta gọi
hệ thống xác nhận sử dụng khóa bí mật (cá nhân) và ảnh gốc là hệ thống thủy vân nonoblivious, non-blind, private.
Những trường hợp khác không sử dụng khóa cá nhân hoặc ảnh gốc trong quá
trình trích thông điệp hệ thống này gọi là hệ thống thủy vân khóa công khai (public
key).
Sơ đồ thủy vân cho phép trích thông điệp không đỏi hỏi ảnh gốc được gọi là sơ
đồ thủy vân mù (blind). Phương pháp trích hoặc xác định dựa vào một vài dữ liệu hoặc
đặc tính xuất phát từ ảnh gốc được gọi là thuật toán thủy vân bán mù (semi-blind).
Tóm lại có 3 phương pháp trích watermark dựa vào mức độ sử dụng ảnh gốc:

Blind hoặc obvilious, Semi-blind và non-blind hoặc non-oblivious.
Ngoài ra, dựa vào sự cần thiết của loại khóa dùng trong quá trình thủy vân ta
phân biệt theo: Khóa cá nhân, khóa công khai và các mô hình thủy vân bất đối xứng
khác.


12

Ảnh gốc

Biến đổi thuận
(DCT, DWT..)

Các hệ số
biến đổi
(ảnh gốc)

Hệ thống
nhìn (HVS)

Ảnh bị
tấn công

Trích dữ liệu

Biến đổi thuận
(DCT, DWT..)

Ký số

Các hệ số
biến đổi
đã bị biến
dạng

Khóa

Dữ liệu khôi
phục

Hình 1.8. Mô hình trích ảnh thủy vân
1.2.3.4. Giai đoạn quyết định
Trong giai đoạn này, hệ thống thủy vân phân tích dữ liệu trích. Phụ thuộc vào
loại ứng dụng và bản chất của thông điệp, có thể có một số yêu cầu khác nhau.
Trong ứng dụng chống sao chép, ngõ ra của hệ thống thủy vân có thể sắp xếp các
câu trả lời từ đơn giản đến phức tạp. Trường hợp đơn giản nhất, kết quả chỉ là sự biểu
thị có hay không dấu (mark) của người chủ bản quyền được tìm thấy trong dữ liệu ảnh
nhận được. Trong các hệ thống phức tạp thì phải trích ra logo được nhúng hay là thông
tin bản quyền nguyên bản được đặt vào dữ liệu ảnh chủ.
Thông thường cần phải có thông số nhằm đánh giá sự giống nhau (mối tương
quan) giữa dữ liệu gốc (W) và dữ liệu sau khi trích được (W*) là tương quan chuẩn
hóa của chuỗi ngẫu nhiên giả:
W * .W
W *.W

(1.1)

Để trích và xác định sự tồn tại của ký số, thường dựa vào ngưỡng cho trước τ,
nếu δ ≥ τ thì watermark được xác định, ngược lại thì watermark không được tìm thấy
trong ảnh.

13

Ký số trích

Lấy ngưỡng

Ký số

Quyết định tính tương
quan, so sánh

Ký số trích

Hình 1.9. Giai đoạn phát hiện thủy vân.
Các ứng dụng giấu thông tin và nhãn ảnh thì cố trích thông điệp gốc được nhúng.
Do không cho phép thay đổi thông điệp, vì thế việc sử dụng mã sửa đổi bắt buộc dùng
cho loại ứng dụng này khi có sự tác động hay méo dạng thông tin nhúng.

1.2.4. Một số ứng dụng [12]
Trong lĩnh vực thủy vân, các điều kiện cần thỏa mãn của một hệ thống thủy vân
luôn tùy thuộc vào ứng dụng của nó. Vì vậy, trước khi xét đến các điều kiện, cũng như
cách thiết kế hệ thống thủy vân cần xét đến các ứng dụng của kỹ thuật thủy vân. Ngoài
ra ta còn thấy rằng hiện không có một giải thuật thủy vân nào là hoàn hảo và mọi giải
thuật thủy vân đều phải chú trọng đến mức độ bền vững của dữ liệu sao cho phù hợp
với từng ứng dụng.
1.2.4.1. Bảo vệ quyền sở hữu
Đây là ứng dụng cơ bản nhất của kỹ thuật thủy vân. Mục đích của thủy vân cho
bảo vệ quyền tác giả là nhúng thông tin xác nhận bản quyền vào dữ liệu ảnh số để có

thể nhận biết người chủ bản quyền. Ngoài ra còn để kiểm tra kín công việc của người
mua (truy xét các bản sao không hợp lệ). Dữ liệu nhúng có thể là một số đăng ký
(giống như mã sản phẩm chung UPC trên đĩa), một đoạn thông điệp, logo hoặc là một
mẫu duy nhất (như ADN: Acid deoxyribonucleic). Ví dụ như hệ thống quản lí sao
chép DVD đã được ứng dụng ở Nhật. Thủy vân mang các giá trị chỉ trạng thái cho
phép sao chép dữ liệu như “copy never” - không được phép sao chép hay “copy once”
- chỉ được copy một lần sau khi copy xong, bộ đọc, ghi thủy vân sẽ ghi thủy vân mới,
chỉ trạng thái mới lên DVD. Các ứng dụng loại này yêu cầu thủy vân phải được bảo
đảm an toàn và sử dụng phương pháp phát hiện.
1.2.4.2. Xác nhận thông tin ảnh và tình trạng nguyên vẹn dữ liệu
Một ứng dụng khác của thủy vân là xác nhận đúng ảnh và xác nhận sự giả mạo.
Ảnh số ngày càng được sử dụng như một chứng cứ buộc tội. Thủy vân được sử dụng
để phát hiện nó có bị sửa đổi hay không và có thể định vị được vị trí sửa đó. Ảnh số dễ
bị sửa đổi từ ứng dụng xử lý ảnh phức tạp. Thủy vân được sử dụng để xác nhận tính
xác thực của ảnh. Đối với ứng dụng loại này thủy vân cần phải yếu (fragile) không cần


14
bền vững trước các phép xử lý trên ảnh đã được giấu tin để bất cứ sự sửa đổi nào trên
ảnh sẽ phá hủy thủy vân (phát hiện sự sửa đổi).
1.2.4.3. Theo dõi quá trình sử dụng
Thủy vân có thể được dùng để theo dõi quá trình sử dụng của các digital media.
Mỗi bản sao của sản phẩm được chứa một ký số duy nhất dùng để xác định người
được phép sử dụng là ai. Nếu có sự nhân bản bất hợp pháp, ta có thể truy ra người vi
phạm nhờ vào ký số được chứa bên trong digital media.
1.2.4.4. Kiểm tra giả mạo
Thủy vân có thể được dùng để chống sự giả mạo. Nếu có bất cứ sự thay đổi nào
về nội dung của các digital media thì ký số này sẽ bị huỷ đi. Do đó rất khó làm giả các
digital media có chứa ký số.
1.2.4.5. Truyền tin bí mật

Vì thủy vân là một dạng đặc biệt của kỹ thuật che giấu dữ liệu nên người ta có
thể dùng để truyền các thông tin bí mật.

1.2.5. Một số yêu cầu của thủy vân
Tùy theo ứng dụng và mục đích thủy vân, những điều kiện cần khác nhau phát
sinh những vấn đề thiết kế khác nhau bao gồm những điều kiện sau:
- Tính bảo mật
Trong hầu hết các ứng dụng, chẳng hạn như bảo vệ bản quyền, tính bảo mật của
thông tin nhúng cần phải được bảo đảm. Với một ứng dụng thủy vân, một khi biết
được cách làm việc của bộ nhúng và bộ dò, kẻ tấn công sẽ dễ dàng loại bỏ ký số. Đối
với các hệ thống đòi hỏi tính an toàn, thì một khóa bảo mật có thể được sử dụng trong
quá trình nhúng và trích. Với mức độ bảo mật cao nhất, những người sử dụng không
được phép không thể đọc, giải mã ký số nhúng cũng như không thể phát hiện dữ liệu
có chứa đựng ký số hay không, và thông tin nhúng không thể đọc được nếu không có
khóa bí mật.
- Tính không nhìn thấy
Một trong những điều kiện quan trọng là tính trong suốt hay không nhìn thấy của
thủy vân và đặc tính này độc lập với các mục đích và các ứng dụng khác nhau. Thành
phần lạ xuất hiện trong quá trình xử lý thủy vân không những gây phiền phức không
mong muốn mà còn làm suy giảm hay phá hủy các giá trị thương mại của dữ liệu. Vì
vậy, một điều quan trọng là thiết kế thủy vân phải khai thác các hiệu quả cảm nhận của
mắt người cũng như của tai người để cực đại hóa năng lượng thủy vân mà vẫn không
vượt quá mức ngưỡng cảm nhận được.


15
+ Vô hình đối với mắt: những nhà nghiên cứu gần đây đã cố gắng giấu thủy sao
cho nó khó bị phát hiện (không hiển thị trên nền ảnh) và không ảnh hưởng nhiều đến
chất lượng mắt cũng như nội dung dữ liệu chứa. Tuy nhiên, yêu cầu này mâu thuẫn với
một số yêu cầu khác, chẳng hạn như tính bền vững là một yêu cầu quan trọng khi đối

đầu với các thao tác tấn công thủy vân, đặc biệt là thuật toán nén có tổn hao. Thông
thường, các bit ít có ý nghĩa đối với mắt người sẽ được ưu tiên dùng để chứa ký số. Để
đạt được mục đích này, chúng ta phải khảo sát các tính chất của hệ thống mắt người
HVS (đối với ảnh) và hệ thống thính giác con người HAS (đối với âm thanh) trong quá
trình nhúng và dò tìm ký số.
+ Vô hình đối với thống kê: một cá nhân bất hợp pháp không thể dò tìm ký số
bằng các phương pháp thống kê. Ví dụ nhiều tác phẩm kỹ thuật số đã được nhúng
cùng một watermark sao cho khi thực hiện tấn công dựa trên thống kê thì không tài
nào trích được watermark.
- Tính bền vững
Tùy thuộc vào các mục đích ứng dụng của hệ thống, độ bền vững mong muốn
ảnh hưởng đến quá trình thiết kế.
Thông thường, một thủy vân bền vững phải đối đầu được với các phép biến đổi,
bao gồm những phép biến đổi tín hiệu phổ biến như phép biến đổi A/D, D/A, nén có
tổn hao. Đối với ảnh số và video, thủy vân phải chống lại được các phép xử lí ảnh phổ
biến như phép lọc, co giãn ảnh, cải tiến độ tương phản, xén, quay ảnh, hoặc nén ảnh.
Ngoài ra, người ta còn nhận thấy rằng, tính bền vững chỉ có thể đạt được nếu
thủy vân được đặt ở những vùng có ý nghĩa nhìn thấy nhiều nhất của một bức ảnh. Tuy
nhiên, thủy vân sẽ khó bị phát hiện nếu như nó được đặt ở những vùng ít có ý nghĩa
nhìn thấy nhất. Tính phức tạp của kỹ thuật thủy vân thể hiện ở hai tính chất mâu thuẫn
lẫn nhau này.
Cần lưu ý rằng, tính bền vững thật sự bao gồm hai vấn đề riêng biệt là: thủy vân
phải tồn tại trong dữ liệu dù có xảy ra méo dạng hay không và liệu máy dò tìm thủy
vân có phát hiện ra nó hay không.
- Khả năng tải thông tin
Lượng thông tin có thể chứa trong thủy vân tùy thuộc vào các ứng dụng khác
nhau. Chẳng hạn, đối với ứng dụng chống sao chép, thông tin thủy vân chỉ cần một bit
là đủ.
- Chứng minh quyền sở hữu thật sự
Để có thể thực hiện quyền sở hữu hợp pháp, cần phải xác định ai là người nhúng

thủy vân vào dữ liệu trước tiên trong trường hợp có nhiều thủy vân được nhúng. Điều


16
này có thể thực hiện thông qua việc đặt ra các trở ngại thiết kế như tính khả đảo của
thủy vân,...
- Tính linh hoạt
Trong các ứng dụng thương mại, chi phí tính toán cho việc nhúng và trích rất
quan trọng. Tuy nhiên, trong một số ứng dụng, việc chèn thủy vân chỉ có thể thực hiện
một lần và offline. Do đó, chi phí nhúng có thể không quan trọng bằng chi phí dò, vốn
thường phải xảy ra theo thời gian thực. Hơn nữa, chúng ta biết rằng tốc độ máy tính
tăng xấp xỉ gấp đôi sau 18 tháng, những gì được tính toán không thỏa đáng ngày nay
có thể nhanh chóng trở thành hiện thực.
- Khôi phục thủy vân cần hay không cần dữ liệu gốc
Kỹ thuật thủy vân sử dụng dữ liệu gốc trong quá trình khôi phục làm tăng tính
bền vững hơn không chỉ với các loại méo dạng như nhiễu mà còn với các loại méo
dạng trong các thao tác xử lý hình học vì nó cho phép phát hiện và đảo ngược những
méo dạng này. Trong nhiều ứng dụng, như giám sát hoặc theo dõi dữ liệu, thì việc truy
xuất dữ liệu gốc là không thể. Trong những ứng dụng khác như ứng dụng thủy vân
trong video, không thực tế khi dùng dữ liệu gốc bởi vì phải xử lý một lượng dữ liệu
lớn.
Trong khi những kỹ thuật thủy vân ở những giai đoạn đầu cần dùng dữ liệu gốc
trong quá trình khôi phục thì ngày nay có khuynh hướng xây dựng các kỹ thuật thủy
vân không cần dữ liệu gốc khi khôi phục (sử dụng khóa hoặc chỉ một phần đặc trưng
của dữ liệu gốc). Và kỹ thuật này có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng.
- Tính phổ thông
Thủy vân số nên áp dụng cho cả ba phương tiện truyền thông đang được chú ý là
âm thanh, hình ảnh, video. Điều này có khả năng giúp ích trong vấn đề thủy vân cho
những sản phẩm truyền thông đa phương tiện. Đặc tính này cũng dẫn tới sự thực thi
toàn bộ thuật toán thủy vân cho cả âm thanh, hình ảnh, video trên cùng một phần cứng.

- Độ tin cậy trong quá trình dò tìm và rút trích
Ngay cả khi không có các tấn công cũng như các biến dạng tín hiệu, khả năng
không dò được watermark đã nhúng (lỗi phủ định sai) hoặc dò sai watermark khi mà
nó không tồn tại trong thực tế (khẳng định sai) phải rất nhỏ. Thông thường, các thuật
toán thống kê cơ bản không có khó khăn gì trong việc đáp ứng những yêu cầu này.
Tuy nhiên một khả năng như vậy phải được đưa lên hàng đầu nếu ứng dụng thủy
vân liên quan đến luật pháp, vì có như vậy mới tạo sự tin cậy chắc chắn cho các phán
quyết cuối cùng...