Nghiên cứu một số thuật toán thủy vân và ứng dụng của thủy vân trong bảo vệ bản quyền ảnh số

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
-----------o0o-----------

NGUYỄN MINH TIẾN

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THUẬT TOÁN THỦY VÂN
VÀ ỨNG DỤNG CỦA THỦY VÂN TRONG BẢO VỆ BẢN QUYỀN
ẢNH SỐ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội – 2010


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
-----------o0o-----------

NGUYỄN MINH TIẾN

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THUẬT TOÁN THỦY VÂN
VÀ ỨNG DỤNG CỦA THỦY VÂN TRONG BẢO VỆ BẢN QUYỀN
ẢNH SỐ
Ngành: Công nghệ thông tin
Chuyên ngành: Hệ thống thông tin
Mã ngành: 60.48.05
LUẬN VĂN THẠC SĨ
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS.TRỊNH NHẬT TIẾN

Hà Nội – 2010


LỜI NĨI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của cơng nghệ thông tin, việc biểu diễn các dữ liệu đa
phương tiện có bản quyền ngày một được cải tiến và nâng cao. Tuy nhiên điều này
lại kéo theo một thực trạng là số lượng các bản sao chép bất hợp pháp của các dữ
liệu số ngày một nhiều, khơng có giới hạn và dẫn đến tình trạng khơng kiểm sốt
được. Đứng trước hiện trạng bản quyền tác giả của các sản phẩm số bị xâm phạm
nghiêm trọng, gần đây một số công cụ giúp cho việc bảo vệ bản quyền tác giả là mã
hóa, giải mã và phương pháp thủy vân số (Digital Watermarking) được đề xuất.
Việc mã hóa và giải mã chỉ đảm bảo an toàn cho dữ liệu trong q trình truyền
thơng, tuy nhiên sau khi giải mã thì dữ liệu số khơng cịn được bảo vệ nữa.
Kĩ thuật thủy vân số là một trong những giải pháp đưa ra để giải quyết vấn đề
về quyền sở hữu. Với việc sử dụng thủy vân, dữ liệu số sẽ được bảo vệ khỏi sự sao
chép bất hợp pháp. Thủy vân nghĩa là một mẩu tin được ẩn trực tiếp trong nội dung
của dữ liệu đa phương tiện. Về mặt trực quan khó có thể cảm nhận được sự có mặt
của dấu thủy vân, tuy nhiên sử dụng máy tính và các thuật tốn chúng ta lại có thể
phát hiện được sự có mặt của chúng. Ngồi ra dấu thủy vân cịn đảm bảo một u
cầu nữa đó là sự gắn kết không thể tách rời với nội dung dữ liệu.
Do đó, sự kết hợp giữa mã hóa và kĩ thuật thủy vân sẽ đem lại cho hệ thống
của chúng ta tính bảo mật trong q trình truyền, đồng thời bảo vệ được quyền sở
hữu của dữ liệu đa phương tiện. Trong luận văn này, chúng em đã đi vào tìm hiểu
và xây dựng một hệ thống sử dụng kĩ thuật thủy vân để bảo vệ bản quyền ảnh số.
Em xin chân thành cảm ơn PGS. TS Trịnh Nhật Tiến đã hỗ trợ, hướng dẫn
em hoàn thành đề tài này.
Hà Nội, Ngày 05 Tháng 06 Năm 2010.
Học viên: Nguyễn Minh Tiến.

*********

1


MỤC LỤC
Giới thiệu .....................................................................................................................7
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THỦY VÂN ................................11
1.1
GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ THỦY VÂN ................................................ 11
1.1.1 Lịch sử phương pháp thủy vân ................................................................... 11
1.1.2 Khái niệm thủy vân số ................................................................................ 12
1.1.3 Tính chất của hệ thống thủy vân ................................................................ 12
1/.
Tính bảo mật ....................................................................................... 12
2/.
Tính vơ hình ........................................................................................ 12
3/.
Tính vơ hình đối với thống kê............................................................. 13
4/.
Tỉ lệ Bit ............................................................................................... 13
5/.
Q trình dị tìm đáng tin cậy ............................................................. 13
6/.
Tính mạnh mẽ ..................................................................................... 13
1.1.4 Đặc trưng của dấu thủy vân........................................................................ 14
1/.
Độ trung thực ...................................................................................... 14
2/.
Tính bền vững ..................................................................................... 15

3/.
Tính dễ hỏng ....................................................................................... 16
4/.
Tính chống loại bỏ .............................................................................. 16
5/.
Giới hạn khóa ...................................................................................... 16
6/.
Tỷ lệ lỗi sai dương .............................................................................. 17
7/.
Phép biến đổi dấu thủy vân và đa dấu thủy vân ................................. 17
8/.
Độ tải dữ liệu ...................................................................................... 17
9/.
Độ phức tạp tính tốn .......................................................................... 18
10/.
Các chuẩn ............................................................................................ 18
1.1.5 Vai trò của dấu thủy vân ............................................................................ 18
1.1.6 Ứng dụng của công nghệ Thủy vân ........................................................... 20
1/.
Theo dõi phát sóng .............................................................................. 20
2/.
Nhận ra người chủ sở hữu................................................................... 22
3/.
Bằng chứng về quyền sở hữu.............................................................. 23
4/.
Lưu vết giao tác hay dấu vân tay ........................................................ 24
5/.
Kiểm soát sao chép ............................................................................. 24
1.2
CÔNG NGHỆ THỦY VÂN TRÊN ẢNH SỐ ........................................... 25

1.2.1 Dấu thủy vân .............................................................................................. 25
1.2.2 Quá trình nhúng dấu thủy vân tổng quát .................................................... 26
1.2.3 Quá trình phát hiện dấu thủy vân ............................................................... 28
Chương 2: MỘT SỐ THUẬT TOÁN THỦY VÂN .............................................31
2.1
THỦY VÂN TRÊN MIỀN KHÔNG GIAN .............................................. 31
2.1.1 Thuật toán Kutter ....................................................................................... 32
2.1.2 Thuật toán Bruyndonckx ............................................................................ 33
2.1.3 Thuật toán Langelaar .................................................................................. 36
2.1.4 Thuật toán Pitas .......................................................................................... 37
2.1.5 Thuật toán Rongen ..................................................................................... 40
2.1.6 Thuật toán Voyatzis ................................................................................... 41
2.2
THỦY VÂN TRÊN MIỀN PHÂN DẠNG ................................................ 43

2


2.2.1 Thuật toán Bas ............................................................................................ 44
2.2.2 Thuật toán Puate ......................................................................................... 46
2.2.3 Thuật toán Davern ...................................................................................... 47
2.3
THỦY VÂN TRÊN MIỀN ĐA PHÂN GIẢI ............................................ 50
2.3.1 Thuật toán Corvi......................................................................................... 52
2.3.2 Thuật toán Kundur-1 .................................................................................. 53
2.3.3 Thuật toán Kundur-2 .................................................................................. 54
2.3.4 Thuật toán Wang ........................................................................................ 56
2.3.5 Thuật toán Xia ............................................................................................ 58
2.3.6 Thuật toán Barni-DWT .............................................................................. 59
2.3.7 Thuật tốn dùng phép biến đổi sóng con Haar ........................................... 60

1/.
Cơ bản về biến đổi Haar ..................................................................... 60
2/.
Biến đổi Haar 1D ................................................................................ 62
3/.
Biến đổi Haar 2D ................................................................................ 64
4/.
Thủy vân sử dụng biến đổi Haar ......................................................... 64
2.4
THỦY VÂN TRÊN MIỀN TẦN SỐ ......................................................... 67
2.4.1 Thuật toán Koch ......................................................................................... 68
2.4.2 Thuật toán BenHam ................................................................................... 69
2.4.3 Thuật toán Podilchuck ................................................................................ 71
2.4.4 Thuật toán Hsu-stil ..................................................................................... 71
2.4.5 Thuật toán Tao ........................................................................................... 74
2.4.6 Thuật toán Langelaar .................................................................................. 75
2.4.7 Thuật toán Cox ........................................................................................... 76
2.4.8 Thuật toán Barni ......................................................................................... 77
2.4.9 Thuật toán Frid ........................................................................................... 79
2.4.9.1 Thủy vân trên miền tần số thấp ........................................................... 79
2.4.9.2 Thủy vân trên miền tần số trung bình ................................................. 81
Chương 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỦY VÂN ............................................82
3.1
NGỮ CẢNH CỦA QUÁ TRÌNH BẢO VỆ BẢN QUYỀN ẢNH SỐ ...... 82
3.2
BẢO VỆ BẢN QUYỀN BẰNG THỦY VÂN .......................................... 83
3.2.1 Kịch bản tạo một dấu thủy vân .................................................................. 83
3.2.2 Kich bản cho quá trình nhúng thủy vân ..................................................... 84
3.2.3 Kịch bản cho quá trình tách dấu thủy vân .................................................. 84
3.3

CÁC TÁC NHÂN CỦA QUÁ TRÌNH BẢO VỆ BẢN QUYỀN SỐ ....... 85
3.3.1 Chủ sở hữu ảnh số ...................................................................................... 85
3.3.2 Chủ sở hữu ảnh trái phép ........................................................................... 85
3.3.3 Hệ thống thủy vân ...................................................................................... 85
3.4
PHÂN TÍCH HỆ THỐNG THỦY VÂN ................................................... 86
3.4.1 Đặc tả yêu cầu người sử dụng .................................................................... 86
3.4.2 Đặc tả chức năng hệ thống ......................................................................... 86
1/.
Chức năng tạo dấu thủy vân ............................................................... 87
2/.
Chức năng nhúng dấu thủy vân .......................................................... 88
3/.
Chức năng tách dấu thủy vân .............................................................. 89
4/.
Chức năng kiểm tra tính bền vững của thuật toán thủy vân ............... 90

3


3.5
THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỦY VÂN ....................................................... 91
3.5.1 Các biểu đồ ................................................................................................. 91
1/.
Biểu đồ luồng dữ liệu mức khung cảnh .............................................. 91
2/.
Biểu đồ luồng dữ liệu mức đỉnh ......................................................... 92
3/.
Biểu đồ luồng định nghĩa chức năng thủy vân ................................... 93
3.5.2 THIẾT KẾ MODULE HỆ THỐNG .......................................................... 94

3.5.2.1 Phân chia Module hệ thống ................................................................ 94
3.5.2.2 Module nhúng dấu thủy vân là một ảnh ............................................. 95
3.5.2.3 Module thủy vân với dấu thủy vân được tạo từ thông tin tác giả ....... 96
Chương 4: CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM..................................................104
4.1
Thử nghiệm chức năng thủy vân với dấu thủy vân là một ảnh ................104
1/.
Chức năng nhúng dấu thủy vân ........................................................104
2/.
Chức năng tách dấu thủy vân ............................................................106
4.2
Thử nghiệm chức năng thủy vân có chứa thơng tin tác giả .....................107
1/.
Chức năng nhúng dấu thủy vân ........................................................107
2/.
Chức năng nhúng dấu thủy vân ........................................................111
3/.
Chức năng kiểm tra tính bền vững của thuật toán thủy vân .............112
4.3
Đánh giá thuật toán ..................................................................................113
4.3.1 Nhận xét chung.........................................................................................113
4.3.2 So sánh đánh giá thuật toán ......................................................................115
KẾT LUẬN .............................................................................................................119
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................120

4


DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1.1. Bảng giá trị các biến. ................................................................................26

Bảng 2.1: Bảng phân loại thuật tốn. ........................................................................31
Bảng 2.2 : Tính giá trị các vec tơ .............................................................................61
Bảng 2.3 : Tích vơ hướng..........................................................................................62
Bảng 2.4: Quá trình tìm vectơ Haar 1D ....................................................................63
Bảng 2.5: Bảng các hệ số DCT .................................................................................68
Bảng 2.5: Nhúng một bit vào 3 hệ số DCT ...............................................................70
Bảng 2.6: Thao tác các hệ số DCT. ...........................................................................72
Bảng 4.1: Bảng kết quả nén JPEG ..........................................................................115
Bảng 4.2: Bảng kết quả tấn công Addnoise ............................................................116
Bảng 4.3: Bảng kết quả tấn công Lighten-Darken ..................................................117
Bảng 4.4: Bảng kết quả tấn công Gamma ...............................................................117
Bảng 4.5: Bảng kết quả tấn cơng Constrast. ...........................................................118

DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1: Sơ đồ nhúng dấu thủy vân tổng quát.........................................................27
Hình 2.1: Sắp xếp giá trị độ chói giữa hai khối ảnh Lena .........................................34
Hình 2.2: Sơ đồ lưới sử dụng ....................................................................................35
Hình 2.3: Sơ đồ tối ưu hóa dấu thủy vân ..................................................................39
Hình 2.4: Phân dạng hình học ...................................................................................43
Hình 2.5: Các khối được định nghĩa bởi “điểm nổi bật”. .........................................45
Hình 2.6: Quá trình chia vũng D thành hai miền nhỏ. ..............................................46
Hình 2.7: Cấu trúc của các vị trí sóng con sau phép biến đổi DWT của ảnh .........51
Hình 2.8: Lượng tử hóa các hệ số nằm giữa. ............................................................53
Hình 2.9 : Phân đoạn trong DWT .............................................................................55
Hình 2.10: Nhúng dấu thủy vân sử dụng biến đổi Haar. ..........................................65
Hình 2.11: Quá trình tách dấu thủy vân sử dụng biến đổi Haar. ..............................66
Hình 2.12: Hàm chỉ số ind(c). ...................................................................................80
Hình 3.1: Quá trình sinh dấu thủy vân ......................................................................83
Hình 3.2: Nhúng dấu thủy vân vào ảnh ....................................................................84
Hình 3.3: Tách dấu thủy vân và so sánh ...................................................................85

Hình 3.4: Sơ đồ phân rã chức năng của hệ thống. ....................................................87
Hình 3.5: Sơ đồ quá trình tạo dấu thủy vân. .............................................................87
Hình 3.6: Sơ đồ quá trình nhúng dấu thủy vân .........................................................89
Hình 3.7: Sơ đồ quá trình tách dấu thủy vân.............................................................90
Hình 3.8: Biểu đồ luồng dữ liệu mức khung cảnh của hệ thống. ..............................92
Hình 3.9: Biểu đồ luồng dữ liệu mức đỉnh................................................................92
Hình 3.10: BLD mơ tả chức năng thủy vân. .............................................................93
Hình 3.11: Phân chia Module thủy vân .....................................................................94
Hình 3.12: Module TestImageFilter ..........................................................................96
Hình 3.13: Quá trình làm việc của Module TestImageFilter ....................................97

5


Hình 3.15: Đầu vào và đầu ra của Module xử lí dấu thủy vân .................................98
Hình 3.16: Module biến đổi DCT .............................................................................98
Hình 3.17: Lưu đồ cho quá trình nhúng và tách của Module thuật tốn Cox .........100
Hình 3.18: Lưu đồ cho q trình nhúng và tách của Module thuật tốn Koch .......102
Hình 3.19: Lưu đồ cho quá trình nhúng và tách của Module thuật tốn Frid .........103
Hình 4.1: Giao diện khi mở ảnh gốc .......................................................................104
Hình 4.2: Nhúng ảnh vào ảnh .................................................................................105
Hình 4.3: Kết quả cho quá trình nhúng ảnh ............................................................106
Hình 4.4: Kết quả cho quá tình tách ảnh từ ảnh nghi ngờ ......................................107
Hình 4.5: Cấu trúc một chữ kí hợp lệ ......................................................................108
Hình 4.6: Dấu ẩn của thuật tốn Koch ....................................................................108
Hình 4.7: Mở ảnh gốc .............................................................................................109
Hình 4.8: Nhúng thủy vân có chứa thơng tin ..........................................................110
Hình 4.9: Kết quả của q trình nhúng ...................................................................111
Hình 4.10: Thủy vân sau khi tách và so sánh với thủy vân ban đầu .......................112
Hình 4.11: Giao diện module test robusness...........................................................113

Hình 4.12: Một số dạng tấn cơng vào ảnh LeNa ....................................................114

BẢNG CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT
CHỮ VIẾT TẮT

Ý NGHĨA
Hàm sinh số ngẫu nhiên ảo (Pseudo-

PRNG
BCH

DCT

DWT

Random Number Generator)
Mã BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem
Code)
Discrete Cosine Transform (Biến đổi Cosine
nguồn rời rạc)
Discrete Wavelet Transform (Biến đổi sóng
con nguồn rời rạc)

6


Giới thiệu

Tính cấp thiết trong việc phân phối và xác thực thông tin
Như đã đề cập đến ở trên mục giới thiệu, sự phát triển như vũ bão của các

công nghệ số cùng với q trình tồn cầu hóa mạng Internet đã biến thành một xã
hội ảo nơi diễn ra q trình trao đổi thơng tin trong mọi lĩnh vực chính trị, qn sự,
quốc phịng, kinh tế, thương mại. Và chính trong mơi trường mở và tiện nghi như
thế xuất hiện những vấn nạn, tiêu cực đang rất cần đến các giải pháp hữu hiệu cho
vấn đề an tồn thơng tin như nạn ăn cắp bản quyền, nạn xuyên tạc thơng tin, truy
nhập thơng tin trái phép v.v..
Mục đích của luận văn
Để giải quyết cho các vấn đề an toàn truyền thông và bảo vệ bản quyền tài liệu
số, đặc biệt là ảnh số thì việc xây dựng một hệ thống có sử dụng kĩ thuật nhúng thủy
vân là một giải pháp tối ưu.
Do vậy mục đích của luận văn là xây dựng hệ thống sử dụng kĩ thuật thủy vân:
Sự an tồn trong q trình truyền thơng và bảo vệ bản quyền dữ liệu đa phương
tiện.
Về kĩ thuật nhúng thủy vân, luận văn tập trung vào việc xây dựng các phương
thức thích hợp cho việc nhúng và tách dấu thủy vân sử dụng một số kĩ thuật biến
đổi trên miền DCT và DWT.
Giới hạn luận văn
Hệ thống mà luận văn xây dựng là hệ thống nhúng và tách dấu thủy vân nhằm
bảo vệ bản quyền ảnh số.
Đầu vào của hệ thống được thực hiện chủ yếu là các file ảnh có định dạng
bitmap.
Để có thể áp dụng trong một hệ thống lớn thì các thuật tốn phải được lựa
chọn một cách triệt để có thể chống lại được những tấn công phức tạp nhất. Thêm

7


vào đó cần có một cơ chế xác thực các thơng tin cá nhân do một bên có thẩm quyền
cung cấp.
Phương pháp thực hiện

Phương pháp thực hiện đề tài là bắt đầu bằng nghiên cứu các thuật toán thủy
vân rồi tiến hành cài đặt chương trình thử nghiệm. Sau khi cài đặt các thuật tốn thì
áp dụng các phép tấn cơng, đánh giá các đặc tính của thuật tốn dựa vào kết quả
phát hiện dấu thủy vân. Sau đó, quay lại lý thuyết, so sánh với các kết quả thu được
của tác giả và giải thích nguyên nhân. Cuối cùng rút ra kết luận: thuật toán nào tốt
nhất, tốt nhất trong trường hợp nào.
Nội dung công việc thực hiện.
 Nghiên cứu kiến thức cơ sở, bao gồm:
 Tính chất của công nghệ thủy vân.
 Ứng dụng của công nghệ thủy vân.
 Nghiên cứu lí thuyết thủy vân:
 Các thuật tốn thủy vân trên miền khơng gian.
 Các thuật tốn thủy vân trên miền phân dạng.
 Các thuật toán thủy vân trên miền đa phân giải.
 Các thuật toán thủy vân trên miền tần số.
 Phân tích phép biến đổi Haar.
 Xây dựng hệ thống thủy vân:
 Phân tích thiết kế tổng thể hệ thống.
 Phân tích thiết kế các Module thủy vân
 .Phân tích thiết kế các Module test robust.
 Tiến hành cài đặt và thử nghiệm hệ thống.
 Đánh giá các thuật toán đã cài đặt được.

8


Kết quả đạt được.
Luận văn đã đi vào nghiên cứu một số thuật toán thủy vân trên từng miền biến
đổi khác nhau. Đồng thời đi vào cài đặt thành công các thuật toán thủy vân trên
miền DCT là các thuật tốn: Koch, Cox, Fridrich, Hsu-Stil cơng nghệ này sẽ là tiền

đề cho các kĩ thuật thủy vân sau này.
Luận văn đánh giá được các thuật tốn thủy vân thơng qua việc sử dụng các
tấn công thông thường lên ảnh sau khi đã nhúng dấu thủy vân. bằng việc so sánh
dấu thủy vân tách ra từ các ảnh tấn công với dấu thủy vân gốc ta sẽ thu được kết
quả. Đây có thể coi là một chức năng kiểm tra tính an tồn của hệ thống với từng
mức tấn cơng khác nhau.
Bố cục của luận văn.
Nội dung của luận văn bao gồm những phần cơ bản như sau:

Giới thiệu
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THỦY VÂN
Trong phần này ta sẽ đi vào tìm hiểu lịch sử cơng nghệ thủy vân, các tính chất
của một hệ thống thủy vân và ứng dụng của kĩ thuật này vào một số lĩnh vực.

Chương 2: MỘT SỐ THUẬT TOÁN THỦY VÂN
Tiếp theo ta sẽ đi vào phân loại các thuật toán thủy vân trên các miền khác
nhau đó là: Miền khơng gian (Spatial Domain), Miền phân dạng (Fractal Domain),
Miền đa phân giải (Multiresolution Domain), Miền tần số (DCT Domain, Biến đổi
Haar.
Các thuật toán được lựa chọn để cài đặt là các thuật toán thủy vân trên miền
tần số: thuật toán Cox, Koch, Fidrich, Hsu-Still.

Chương 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỦY VÂN
Phần này sẽ đi vào phân tích và thiết kế các chức năng, xây dưng lược đồ cho
hệ thống đồng thời thiết kế các module cho hệ thống.

9


Chương 4: CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM

Trong phần này của luận văn ta sẽ tiến hành cài đặt thuật toán đã lựa chọn,
thử nghiệm hệ thống bằng dữ liệu đưa vào. Đánh giá kết quả các thuật toán cài đặt.

Kết luận và tài liệu tham khảo.

10


Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THỦY VÂN
1.1

GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ THỦY VÂN

1.1.1 Lịch sử phương pháp thủy vân
Nghệ thuật làm giấy đã được phát minh ở Trung Quốc cách đây trên một ngàn
năm nhưng mãi đến khoảng năm 1282, dấu thủy vân trên giấy mới xuất hiện đầu
tiên dưới hình thức một số khn giấy là các mẫu dây mỏng hơn, khi đó giấy sẽ
mỏng và trong suốt hơn ở những vị trí dây mỏng. Các dấu thủy vân giấy nguyên
thủy giúp xác nhận xưởng sản xuất hay đơn giản chỉ là để trang trí. Vào thế kỉ thứ
18, ở châu Âu và Mỹ, dấu thủy vân trên giấy đã đem lại những lợi ích thiết thực
trong việc xác định nhãn hiệu thương mại, ghi nhận ngày sản xuất, chống làm tiền
giả. Thuật ngữ thủy vân bắt nguồn từ một loại mực vơ hình được viết lên giấy và
chỉ hiển thị khi nhúng giấy đó vào nước.
Phương pháp thủy vân đầu tiên được thực hiện là thủy vân trên giấy. Đó là một
dấu thủy vân nhỏ, được nhúng chìm trong giấy để thể hiện bản gốc hoặc bản chính
thức. Loại hình thủy vân này được sử dụng ở châu Âu vào khoảng thể kỷ 13 nhằm
mục đích xác thực đối với các văn bản. Ngày nay chúng vẫn cịn được sử dụng với
cùng mục đích trong các tờ séc, tiền hoặc các văn bản.
Năm 1954, Emil Hembrooke, công ty Muzac đã lấy bằng sáng chế “Nhận dạng
âm thanh và các tín hiệu tương tự”. Bằng sáng chế mơ tả phương pháp nhúng một

đoạn mã nhận dạng vào âm nhạc sao cho người nghe không thể cảm thấy thay đổi
để bảo vệ bản quyền. Đây có thể coi như là nguồn gốc của dấu thủy vân điện tử hay
dấu thủy vân số ngày nay.
Khoảng từ những năm 1990 tới nay dấu thủy vân số ngày càng tỏ rõ được ưu
điểm của mình trong việc bảo vệ bản quyền của các sản phẩm số và do vậy chúng
được ứng dụng khá rông rãi trong lĩnh vực này. Trong nội dung của luận văn này sẽ
chỉ quan tâm tới các dữ liệu số và khi nói đến dấu thủy vân ta hiểu rằng đó là dấu
thủy vân số.

11


1.1.2 Khái niệm thủy vân số
Thủy vân số là quá trình sử dụng các thơng tin (ảnh, chuỗi bit, chuỗi số…) mà
ta khó có thể cảm nhận, nhúng một cách tinh vi vào dữ liệu số (ảnh số) mà nó gần
như không thể bị gỡ bỏ khỏi dữ liệu số ban đầu.
1.1.3 Tính chất của hệ thống thủy vân
1/. Tính bảo mật
Giống như trong lĩnh vực mã hóa, tính hiệu quả của một thuật tốn khơng thể
dựa vào giả định là các kẻ tấn công không nhận thấy được phương pháp dấu thủy
vân được nhúng vào tài liệu đa phương tiện. Tuy nhiên, giả định đó lại được dùng
để đánh giá độ an toàn của các sản phẩm thương mại sử dụng thủy vân có giá trị
trên thị trường. Vì vậy với một ứng dụng thủy vân, một khi biết được cách làm việc
của bộ nhúng và bộ dò, việc làm cho thủy vân không đọc được thường rất dễ dàng.
Hơn nữa một số kỹ thuật sử dụng dữ liệu gốc trong quy trình dị và thường thì các
giải pháp loại này khơng khả thi trong thực tế.
2/. Tính vơ hình
Những nhà nghiên cứu gần đây đã cố nhúng thủy vân bằng cách đưa vào
những miền không thể được nhận ra. Tuy nhiên yêu cầu này mâu thuẫn với các yêu
cầu khác chẳng hạn sức chịu đựng và độ an toàn chống sự bền vững, chống được

giả mạo đặc biệt là các thuật tốn nén mất thơng tin. Vì mục đích này chúng ta phải
khảo sát các tính chất của HVS và HAS trong quy trình dị thủy vân. Các thuật toán
nén được dùng hiện nay cho phép đạt được mục tiêu đó, tuy nhiên điều này sẽ
khơng khả thi trong tương lai là do thế hệ của thuật toán nén tiếp theo có thể thay
đổi, cần phải cho các người giám sát đã qua huấn luyện (người được yêu cầu so
sánh phiên bản của tài liệu gốc và tài liệu được ấn dấu) thấy được thủy vân. Dĩ
nhiên đây khơng phải là khó khăn trong thực tế vì người dùng thơng thường khơng
có khả năng so sánh đó.

12


3/. Tính vơ hình đối với thống kê
Thủy vân khơng thể phát hiện được bằng phương pháp thống kê trái phép. Ví
dụ, nhiều tác phẩm kỹ thuật số đã được nhúng cùng một thủy vân sao cho khi thực
hiện tấn cơng dựa trên thống kê thì khơng tài nào trích được dấu thủy vân. Một giải
pháp khả thi là sử dụng thủy vân phụ thuộc nội dung.
4/. Tỉ lệ Bit
Tùy thuộc vào ứng dụng, thuật tốn thủy vân có thể cho phép một số lượng bit
cần ẩn được định nghĩa trước. Không tồn tại các quy tắc chung, tuy nhiên đối với
ảnh thì tối thiểu 300-400 bit. Trong bất kỳ trường hợp nào thì nhà thiết kế hệ thống
phải nhớ rằng tốt nhất là không nên giới hạn số lượng bit được nhúng vào dữ liệu.
5/. Q trình dị tìm đáng tin cậy
Thậm chí khi có các tấn cơng cũng như các biến dạng tín hiệu, khả năng khơng
dị được thủy vân đã nhúng hoặc dò sai thủy vân phải rất nhỏ. Thơng thường các
thuật tốn dựa trên thống kê dễ dàng thoả được các yêu này.
Tuy nhiên ta thấy rằng một khả năng như vậy phải được đưa lên hàng đầu nếu
ứng dụng thủy vân liên quan đến luật pháp vì có như vây mới tạo sự tin cậy chắc
chắn trong các phán quyết cuối cùng...
6/. Tính mạnh mẽ

Việc sử dụng các tín hiệu âm nhạc, hình ảnh và phim dưới dạng kỹ thuật số
thơng thường có liên quan tới nhiều kiểu biến dạng, chẳng hạn như nén có mất
thông tin, hay trong trường hợp ảnh là các phép lọc, định lại kích thước, cải tiến độ
tương phản, phép quay, v.v.
Để thủy vân hữu ích, dấu thủy vân phải được phát hiện ngay khi cả các biến
dạng xảy ra. Quan điểm chung để đạt được tính mạnh mẽ chống được các biến dạng
tín hiệu là đặt thủy vân vào các phần quan trọng của tín hiệu.
Điều này phụ thuộc vào cách xử lý của các thuật tốn nén có mất thông tin (bỏ
qua các phần dữ liệu không quan trọng mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng
của dữ liệu được nén).

13


Dễ thấy rằng, từ đó dẫn đến một thủy vân được ẩn trong các dữ liệu khơng
quan trọng khó tồn tại khi bị nén.
Trong trường hợp thủy vân trên ảnh, sức chịu đựng với các xử lý hình học
(dịch chuyển, định lại kích thước, quay, xén) thì vẫn là một vấn đề mở, những thao
tác như vậy rất thông thường và cần một giải pháp trước khi áp dụng thủy vân cho
bảo vệ tác quyền ảnh.
1.1.4 Đặc trưng của dấu thủy vân
Thủy vân có 9 đặc trưng quan trọng đó là: độ trung thực, tính bền vững, tính
dễ hỏng, chống loại bỏ, giới hạn khóa, tỉ lệ lỗi sai dương, biến đổi dấu thủy vân và
đa dấu thủy vân, dung lượng, độ phức tạp tính tốn và các chuẩn.
1/. Độ trung thực
Độ trung thực nghĩa là người theo dõi không thể phát hiện ra dấu thủy vân hay
nói cách khác dấu thủy vân không làm giảm sút chất lượng nội dung. Tuy nhiên,
nếu tín hiệu thực sự là khơng thể cảm thấy thì thuật tốn nén mất dữ liệu dựa trên
cảm nhận của con người sẽ được phát triển thêm để đạt tới ngưỡng thấy được tín
hiệu đó hoặc loại bỏ tín hiệu đi.

Đối tượng của thuật tốn nén mất dữ liệu là giảm sự tồn tại của dữ liệu đến
mức chỉ cịn là dịng tín hiệu nhỏ nhất. Nghĩa là, thay đổi bất cứ bit nào trong dữ
liệu được mã hóa tốt sẽ dẫn đến sai khác về cảm giác, nếu khơng bít đó là thừa.
Nhưng, nếu vẫn có thể phát hiện dấu thủy vân sau khi nén và giải nén dữ liệu, dữ
liệu không nhúng dấu thủy vân được nén phải khác với dữ liệu có nhúng dấu thủy
vân được nén, và điều này gián tiếp gợi ý rằng hai phiên bản của dữ liệu sẽ khác
nhau về mặt cảm nhận khi chúng được giải nén và được trình diễn. Do đó, khi kỹ
thuật nén được cải thiện, dấu thủy vân chịu được nén sẽ dẫn đến tăng sự sai khác về
cảm nhận của dữ liệu sau khi nén và giải nén so với dữ liệu gốc.

14


Các nghiên cứu trước đây về dấu thủy vân tập trung hầu hết vào việc thiết kế
dấu thủy vân vô hình và thường xuyên đặt dấu thủy vân trong vùng tín hiệu khơng
quan trọng về mặt cảm nhận, ví dụ như tần số cao hoặc các bít ít ý nghĩa. Tuy
nhiên, gần đây, các kỹ thuật khác (như kỹ thuật trải phổ) lại chèn dấu thủy vân
không thấy được vào trong vùng tín hiệu quan trọng về mặt cảm nhận. Đặt dấu thủy
vân trong vùng tín hiệu quan trọng về mặt cảm nhận cịn có thể nâng cao tính bền
vững chống lại các q trình xử lý tín hiệu.
2/. Tính bền vững
Tín hiệu âm nhạc, ảnh và video có thể chịu được nhiều loại xử lý biến đổi khác
nhau, ví dụ, tăng độ tương phản ảnh và khuếch đại tần số thấp âm thanh. Nói chung,
dấu thủy vân phải có tính bền vững chịu được các phép biến đổi như biến đổi tín
hiệu số thành tín hiệu tương tự, tương tự thành số và nén. Ngoài ra, với ảnh và
video, dấu thủy vân phải chịu được các phép biến đổi hình học như di chuyển vị trí,
co giãn kích thước và cắt xén.
Tính bền vững của dấu thủy vân thực sự bao gồm hai yêu cầu riêng: 1) dấu
thủy vân vẫn còn trong dữ liệu sau khi biến đổi và 2) bộ phát hiện dấu thủy vân vẫn
có thể phát hiện ra dấu thủy vân. Ví dụ, dấu thủy vân vẫn tồn tại trong tín hiệu sau

phép biến đổi hình học nhưng thuật toán phát hiện chỉ phát hiện ra dấu thủy vân sau
khi loại bỏ phép biến đổi. Trong trường hợp này, nếu phép biến đổi không thể xác
định rõ và/hoặc làm ngược lại, bộ phát hiện không thể phát hiện dấu thủy vân mặc
dầu dấu thủy vân vẫn còn tồn tại trong mẫu biến đổi.
Một giải pháp đưa ra để có được tính bền vững, theo Cox , là đặt dấu thủy vân
trong vùng tín hiệu quan trọng về mặt cảm nhận. Vì khi tín hiệu bị biến đổi, độ
trung thực của nó chỉ được đảm bảo nếu vùng tín hiệu quan trọng về mặt cảm nhận
cịn tồn tại ngun vẹn, trong khi vùng khơng quan trọng có thể bị thay đổi rất
nhiều.

15


3/. Tính dễ hỏng
Tính dễ hỏng là đặc tính đối ngược hồn tồn với tính bền vững. u cầu đặt
ra là dấu thủy vân hoặc bị phá hủy bởi bất cứ phương thức sao chép nào ngoại trừ
các phương pháp sao chép số hồn hảo (có thể khơng bao giờ ảnh hưởng đến dấu
thủy vân) hoặc phải chịu được một số phép biến đổi này và có thể bị phá huỷ bởi
một số phép biến đổi khác. Ví dụ, dấu thủy vân đặt trong một văn bản hợp pháp tồn
tại qua bất cứ lần sao chép nào mà không thay đổi nội dung nhưng sẽ bị phá hủy
nếu có câu trong nội dung bị thay đổi. Yêu cầu này không giống với chữ ký số trong
kỹ thuật mã hóa, trong đó, có thể xác thực tính ngun vẹn của các bit một cách
chính xác nhưng khơng thể phân biệt các mức biến đổi có thể chấp nhận được.
4/. Tính chống loại bỏ
Đối với các ứng dụng trong môi trường cạnh tranh, đối phương thường cố
gắng loại bỏ dấu thủy vân trong các dữ liệu đa phương tiện đã đánh dấu. Do đó, dấu
thủy vân thường được yêu cầu phải chịu được các phép xử lý tín hiệu nhằm loại bỏ
chúng. Đó là đặc tính chống loại bỏ của dấu thủy vân. Đối với mỗi loại tấn công
nhằm loại bỏ dấu thủy vân đều đã có giải pháp được đưa ra tuy nhiên vẫn chưa phải
là một giải pháp toàn vẹn. Các giải pháp để có được đặc tính này sẽ được trình bày

trong phần các tấn cơng vào dấu thủy vân.
5/. Giới hạn khóa
Dựa trên khả năng đọc dấu thủy vân, người ta chia thủy vân thành thủy vân sử
dụng khóa khơng bị giới hạn và thủy vân bí mật khóa bị giới hạn.
Hai phương pháp trên khác nhau một phần do loại khóa sử dụng. Các thuật
tốn sử dụng khóa bị giới hạn có thể tạo ra một khóa duy nhất cho mỗi mẩu dữ liệu
được nhúng, trong khi các thuật tốn sử dụng khóa khơng bị giới hạn thường sử
dụng cùng một khóa cho tất cả các mẩu dữ liệu.
Thủy vân sử dụng khóa khơng bị giới hạn cũng chịu nhiều loại tấn cơng giả
mạo hơn vì các ứng dụng của nó thường yêu cầu bất cứ ai cũng có thể đọc được dấu
thủy vân, nhưng chỉ có chủ sở hữu là có thể xóa được dấu thủy vân. Vấn đề là thông

16


tin đầy đủ về thuật tốn phát hiện và khóa có thể đưa ra thơng tin về cách thức chèn
dấu thủy vân và từ đó, dấu thủy vân có thể bị xóa bằng cách chèn giá trị đối của
mẫu dấu thủy vân. Giải pháp được đưa ra sẽ là thiết kế thuật tốn sao cho thơng tin
về cách thức phát hiện dấu thủy vân không dẫn đến thông tin về cách thức chèn dấu
thủy vân, nhưng điều này chính là thuật tốn khóa cơng khai thực sự và khơng có
thuật tốn thủy vân nào có thể thực sự thỏa mãn.
6/. Tỷ lệ lỗi sai dương
Tỷ lệ lỗi sai dương là xác suất hệ thống phát hiện nhầm: xác định một mẩu dữ
liệu không mang dấu thủy vân là mang dấu thủy vân. Tùy theo ứng dụng mà ảnh
hưởng của lỗi là khác nhau, trong một số ứng dụng có thể là rất nghiêm trọng. Do
đó, trong mỗi ứng dụng, người ta phải tính tốn trước sao cho tỷ lệ lỗi sai dương
nhỏ, thường không quá 1%.
7/. Phép biến đổi dấu thủy vân và đa dấu thủy vân
Trong ứng dụng kiểm soát sao chép mà cho phép sao chép 1 lần, dấu thủy vân
“cho phép sao chép 1 lần” trong bản gốc cần phải được biến đổi thành dấu thủy vân

“không cho phép sao chép” trong các bản sao để ngăn ngừa lần sao chép tiếp theo.
Có thể thực hiện bằng hai cách: biến đổi dấu thủy vân và đa dấu thủy vân. Biến đổi
dấu thủy vân sẽ dẫn đến dấu thủy vân có thể bị xóa bỏ dễ dàng nên không chịu được
các tấn công loại bỏ. Đa dấu thủy vân được chấp nhận hơn, cho phép theo vết nội
dung (mỗi điểm trong dây xích phân phối có thể chèn thêm dấu thủy vân) nhưng lại
tạo điều kiện cho phép tấn cơng loại bỏ bằng cách lấy trung bình xác suất.
8/. Độ tải dữ liệu
Về cơ bản, độ tải dữ liệu của dấu thủy vân là lượng dữ liệu chứa trong dấu
thủy vân. Cũng như bất cứ phương pháp lưu trữ dữ liệu nào, điều này có thể được
mơ tả như là một dãy bit chỉ ra số lượng dấu thủy vân phân biệt có thể được chèn
vào tín hiệu. Nếu dấu thủy vân có N bit thì có tất cả là 2N dấu thủy vân. Tuy nhiên,
bộ phát hiện dấu thủy vân sẽ trả về (2N + 1) giá trị vì ln ln có khả năng dấu
thủy vân khơng tồn tại.

17


9/. Độ phức tạp tính tốn
Cũng như với bất cứ công nghệ nào để sử dụng trong thương mại, độ phức tạp
tính tốn của việc chèn và phát hiện dấu thủy vân đều rất quan trọng. Điều này đặc
biệt đúng khi dấu thủy vân phải chèn hoặc phải được phát hiện trong video hoặc âm
thanh thời gian thực.
Mặt khác, cần phải xem xét tính co giãn của độ phức tạp tính tốn. Tốc độ máy
tính gần như nhân đơi cứ sau 18 tháng nên cái gì có vẻ khơng hợp lý về tính tốn
ngày hơm nay có thể rất nhanh chóng trở thành hiện thực trong ngày mai. Do đó,
người ta rất mong thiết kế được một dấu thủy vân mà bộ phát hiện và/hoặc bộ chèn
của nó có tính co giãn theo các thế hệ của máy tính. Ví dụ, bộ phát hiện dấu thủy
vân thế hệ đầu tiên có độ phức tạp tính tốn khơng lớn nhưng khơng tin cậy so với
bộ phát hiện thế hệ tiếp theo có đủ điều kiện để sử dụng khối lượng tính tốn lớn
hơn khi giải quyết một vấn đề nào đó.

10/. Các chuẩn
Trong một số kịch bản, công nghệ thủy vân cần phải được chuẩn hóa để cho
phép sử dụng trên toàn cầu. Hệ thống ngăn ngừa sao chép dựa trên dấu thủy vân
phải thỏa mãn yêu cầu: chuẩn hóa quá trình phát hiện dấu thủy vân. Chú ý là chuẩn
hóa q trình phát hiện dấu thủy vân khơng u cầu chuẩn hóa q trình chèn.
1.1.5 Vai trị của dấu thủy vân
Đặc tính nâng cao chủ yếu của dấu thủy vân so với mã hóa chính là nội dung
đa phương tiện không tách rời với dấu thủy vân. Điều này làm cho thủy vân có vai
trị hết sức quan trọng trong việc xác thực, kiểm soát sao chép và giao dịch bí mật.

18


Đối với việc xác thực, thủy vân nhúng những thông tin cần thiết để xác định
nội dung là chính xác. Do đó, dấu thủy vân phải được thiết kế sao cho bất cứ thay
đổi nào về nội dung sẽ dẫn đến phá hủy dấu thủy vân hoặc làm cho dấu thủy vân sẽ
khơng cịn phù hợp với nội dung nữa. Nếu dấu thủy vân vẫn tồn tại và phù hợp hoàn
toàn với nội dung, người sử dụng nội dung được đảm bảo rằng nó khơng bị biến đổi
từ khi dấu thủy vân được thêm vào.
Kiểm soát sao chép dựa trên việc thủy vân chứa thông tin về những qui tắc sử
dụng và sao chép mà người chủ sở hữu của nội dung muốn có hiệu lực. Pháp luật
hoặc nơi cấp bằng sáng chế có thể đặt ra những yêu cầu đối với những thiết bị sao
chép nội dung là phải có khả năng phân tích và thực hiện theo những qui tắc đó. Xa
hơn nữa, thiết bị trình diễn nội dung có thể phân tích dấu thủy vân và so sánh chúng
với các manh mối khác để phát hiện ra bản sao chép bất hợp pháp và khơng trình
diễn bản sao đó. Đây là ứng dụng mà hiện nay mới chỉ áp dụng cho đĩa video số.
Trong giao dịch bí mật tín hiệu nhúng được sử dụng để truyền thơng tin bí
mật từ một người (máy tính) tới người khác (máy khác) mà không ai trên đường
truyền biết thông tin đó. Đây là ứng dụng mã hóa cổ điển-ẩn mẩu thông tin trong cái
khác. Trong thực tế, thủy vân phối hợp với chữ ký số có thể bị dùng sai mục đích

trở thành một kênh ngầm truyền để thơng tin do thám. Nhiều miền cơng cộng và
chương trình chia sẻ sử dụng dịch vụ thủy vân để giao dịch bí mật.
Khi muốn dữ liệu được phân phối có khả năng chống được các vi phạm bản
quyền thì việc nhúng dấu thủy vân vào tài liệu là một cách làm hiệu quả. Thông qua
dấu thủy vân này sẽ xác định được những vi phạm về bản quyền đồng thời giải
quyết những vấn đề khác về tranh chấp. Như vậy dấu thủy vân có một vai trị rất
quan trọng trong việc phân phối dữ liệu an toàn. Trong những phần dưới đây em xin
được đi vào phân tích và trình bày thêm về dấu thủy vân và ứng dụng của nó trong
việc xây dựng các giao thức.

19


1.1.6

Ứng dụng của công nghệ Thủy vân
Các ứng dụng của thủy vân trên hầu hết các tài liệu đa phương tiện (ảnh, âm

thanh, phim), bao gồm:
1/. Theo dõi phát sóng
Trong thực tế, việc phát sóng các đoạn phim hay âm thanh qua các phương
tiện thơng tin đại chúng có những nhu cầu như :
 Các nhà quảng cáo muốn chắc chắn rằng đoạn chương trình quảng cáo
của họ được phát đủ thời gian mà họ đã mua từ các nhà phát sóng.
 Các diễn viên tham gia đoạn chương trình quảng cáo đó muốn bảo đảm
họ được trả tiền bản quyền ứng với thời lương phát sóng từ các cơng ty
quảng cáo.
 Những người sở hữu một đoạn nhạc hay phim khơng muốn tác phẩm của
mình bị xâm phạm tác quyền qua việc thu và phát sóng lại.
Một cách để giải quyết điều này là sử dụng hệ thống theo dõi tự động thụ động

và chủ động.
Hệ thống theo dõi thụ động mơ phỏng như một quan sát viên, nó chứa một
máy tính chun theo dõi nội dung phát sóng và so sánh tín hiệu nhận được với một
cơ sở dữ liệu các tác phẩm biết trước. Lợi điểm của nó là khơng cần bất kỳ thơng tin
liên kết vào q trình phát sóng, và như vậy khơng địi hỏi bất kỳ sự hợp tác nào với
các nhà quảng cáo hay các nhà phát sóng. Như vậy có thể áp dụng nó trong các dịch
vụ điều tra thị trường nhằm mục đích cạnh tranh. Khó khăn của hệ thống này là:
Thứ nhất, việc so sánh tín hiệu nhận được với cơ sở dữ liệu không phải chuyện
tầm thường. Về nguyên tắc, cần chia tín hiệu nhận được thành các đơn vị có thể
phân tích được và tìm chúng trong cơ sở dữ liệu. Tuy nhiên mỗi frame của video
chứa hàng ngàn bit thông tin và không thực tế chút nào cho quá trình tìm kiếm. Như
vậy hệ thống trước hết phải xử lý tín hiệu thành những chữ ký nhỏ hơn sao cho vừa
đủ để phân biệt với tài liệu khác và phải đủ nhỏ để lưu được trong cơ sở dữ liệu.

20


Thứ hai, sự giảm tín hiệu trong q trình phát sóng là điều khơng tránh khỏi,
nó thay đổi theo thời gian, tức là sự thu tín hiệu của cùng một nội dung ở các thởi
điểm khác nhau có thể dẫn đến những tín hiệu khác nhau. Vì thế, hệ thống khơng
thể tìm nó chính xác trong cơ sở dữ liệu mà chỉ có thể tìm dưới dạng người láng
giềng gần nhất, thực tế phức tạp hơn nhiều.
Thứ ba, ngay cả khi vấn để tìm kiếm được giải quyết thì việc lưu trữ và quản
lý cơ sở dữ liệu cũng là vấn để lớn. Hơn nữa hệ thống phải theo dõi nhiều vị trí địa
lý khác nhau đồng thời, phải truy xuất và giao tiếp cơ sở dữ liệu trung tâm hoặc là
lưu cơ sở dữ liệu cục bộ.
Hệ thống theo dõi chủ động đơn giản hơn về mặt kỹ thuật hơn vì thơng tin
nhận dạng được giải mã trực tiếp, không cần cơ sở dữ liệu để thông dịch nghĩa của
nó. Một cài đặt của hệ thống này là lưu các mã nhận dạng ở phần đầu file.
Khó khăn là người xử lý trung gian và người phân phối cuối cùng không bảo

đảm phân phát thông tin đầu file nguyên vẹn. Hơn nữa dữ liệu khó sống sót với sự
chuyển đổi định dạng.
Công nghệ thủy vân là một phương pháp mã hố thơng tin nhận dạng cho theo
dõi chủ động. Nó có thuận lợi là dấu thủy vân tồn tại bên trong nội dung tín hiệu
phát sóng chứ khơng phải chỉ trong một đoạn đặc biệt của tín hiệu và vì thế hồn
tồn thương thích với nền tảng thiết bị phát sóng đã được cài đặt bao gồm cả bộ
truyền tải digital và analog. Tuy nhiên, qui trình nhúng dị dấu thủy vân phức tạp
hơn việc thêm dữ liệu vào đầu file và tìm được một thuật tốn sao cho chất lượng
trực quan của nội dung giảm không đáng kể nhưng lại có độ an tồn cao cũng là
một bài toán thu hút nhiều sự quan tâm nghiên cứu.

21


2/. Nhận ra người chủ sở hữu
Trong thực tế có trường hợp một tác phẩm đã có tác quyền bị sử dụng sai mục
đích và phán quyết của cơ quan luật pháp rất cần thông báo tác quyền trên một hình
thức hay vị trí nào xem được trên tài liệu được phân phối. Thông báo tác quyền
chúng ta thường thấy trên có các tài liệu khả kiến là “Copyright ngày người sở
hữu”, “© ngày người sở hữu” hay “Corp. ngày người sở hữu”. Trên các tác phẩm
âm thanh các thông báo đó phải được đặt lên bỏ mặt của đĩa vật lý, tên nhãn hay
trên bao bì. Dễ thấy rằng, giới hạn của nó là việc nhận dạng người sở hữu tác quyền
của một tác phẩm không bảo đảm do người ta khơng q khó để loại bỏ nó ra khỏi
một tài liệu khi tiến hành sao chụp lại thậm chí khơng cần quan tâm rằng đó là một
việc làm sai: Chẳng hạn, một giáo viên chụp một số trang từ quyển sách mà quên
chụp luôn thông báo tác quyền ở trang tiêu đề , một hoạ sĩ sử dụng một bức hình
hợp pháp trong mục quảng cáo của báo có thể xén đi phần có chứa thơng tin tác
quyền. Rồi sau đó các cơng dân tơn trọng luật pháp muốn dùng tác phẩm có thể
khơng tài nào xác định được tác phẩm có được bảo vệ tác quyền hay chưa. Một
trường hợp khá nổi tiếng là Lena Sjooblom. Đây là ảnh thử thông thường nhất trong

lĩnh vực nghiên cứu xử lý ảnh và đã xuất hiện không biết bao nhiêu mà kể ở các bào
báo hội nghị nhưng không ai tham khảo tên người sở hữu hợp pháp của nó, đó là tạp
chí Playboy. Ban đầu nó là một ảnh phóng to lồng giữa các trang của tạp chí
Playboy (Tháng 11- 1972). Khi ảnh được Scan và dùng cho mục đích kiểm thử, hầu
hết ảnh đã bị xén chỉ cịn khn mặt và vai của Lena. Khơng may là dòng chữ ghi
Playboy là người sở hữu cũng bị xén mất. Từ đó ảnh được phân phối tồn cầu và
hầu hết các nhà nghiên cứu dùng nó trong các bào báo đã không biết rằng chúng là
tác quyền của Playboy.
Thứ hai là vấn để thẩm mỹ, dù chỉ đặt ở một phần của ảnh nhưng một dịng
chữ thơng tin tác quyền có thể làm giảm bớt vẻ đẹp của nó. Với các tài liệu âm
thanh hay phim, vì thơng báo tác quyền nằm trên băng đĩa vật lý và bao bì nên sẽ
khơng có thơng báo nào được sao chép cùng với nội dung của nó. Do các Dấu thủy
vân có thể vừa khơng thể nhận thấy vừa khơng thể tách rời tác phẩm chứa nó nên

22


chúng là giải pháp tốt hơn dòng chữ đối với việc nhận ra người sở hữu nếu người
dùng tác phẩm được cung cấp bộ dò Dấu thủy vân.
Digimarc xác định cho ảnh là ứng dụng mà ta đang để cập. Nó được tích hợp
vào Photoshop. Khi bộ dị của Digimarc nhận ra một Dấu thủy vân, nó liên lạc với
cơ sở dữ liệu trung tâm trên Internet và dùng thông điệp Dấu thủy vân như một
khóa để tìm thơng tin liên lạc cho người sở hữu ảnh. Tính hợp pháp của một ứng
dụng như vậy chưa được thừa nhận bởi cơ quan pháp luật nhưng nó giúp những
người lương thiện dễ dàng tìm ra người họ muốn liên lạc để dùng ảnh. Như vậy,
nhúng thông tin của người giữ tác quyền của một tác phẩm như là một Dấu thủy
vân.
3/. Bằng chứng về quyền sở hữu
Dấu thủy vân không chỉ được dùng để chỉ ra thông tin tác quyền mà cịn được
dùng để chứng minh tác quyền. Thơng tin tác quyền có thể dễ bị giả. Chẳng hạn, giả

sử A tạo một ảnh và post lên mạng với thông tin tác quyền “© 2007 A”. Một tên
trộm (B) lấy ảnh đó, dùng chương trình xử lý ảnh để thay thơng tin tác quyền đó
bằng “© 2007 B” và sau đó tự cho là anh ta là người sở hữu. Vậy giải quyết tranh
luận ra sao. Nếu A đã đăng ký bản quyền tác phẩm của mình với một cơ quan pháp
luật và gửi cho họ ảnh gốc khi vừa mới tạo ra thì khơng có vấn để gì. Tuy nhiên nếu
A khơng làm việc đó vì chi phí tốn kém thì A phải đưa ra bằng chứng chứng tỏ
mình đã tạo ra ảnh. Chẳng hạn, là một tấm phim nếu ảnh được chụp, là một bản
phát thảo nếu đó là một bức hoạ. Vấn để là B cũng có thể ngụy tạo bằng chứng. Tệ
hơn nữa là nếu ảnh được chụp bằng kỹ thuật số thì chẳng có phim âm bản cũng như
bản phát thảo.
Bài tốn có thể được giải quyết nếu ta thay đổi phần phát biểu nó: Thay vì cố
chứng minh trực tiếp quyền sở hữu bằng cách nhúng một dấu thủy vân “A sở hữu
ảnh này”, ta nên cố chứng minh một ảnh bắt nguồn từ ảnh khác. Một hệ thống như
vậy cung cấp một bằng chứng gián tiếp rằng khả năng ảnh tranh cãi là của A cao
hơn B, trong đó A là người có phiên bản mà từ đó hai ảnh khác tạo ra.

23