TÌM HIỂU KĨ THUẬT THỦY VÂN SỐ BẰNG PHƯƠNG PHÁP CỘNG TRÊN MIỀN KHÔNG GIAN

BAN CƠ YẾU CHÍNH PHỦ
HỌC VIỆN KỸ THUẬT MẬT MÃ
¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯

BÁO CÁO
TÌM HIỂU KĨ THUẬT THỦY VÂN SỐ BẰNG PHƯƠNG PHÁP CỘNG
TRÊN MIỀN KHƠNG GIAN

Ngành: Cơng nghệ thơng tin
Chun ngành: An tồn thơng tin
Học phần: Kỹ thuật giấu tin

Sinh viên thực hiện:
Lớp:
Người hướng dẫn:

Hà Nội, 2018


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................

.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THỦY VÂN SỐ ........................................... 2
1.1. Tổng quan về thủy vân số ...................................................................... 2
1.1.1. Khái niệm thủy vân số ..................................................................... 2
1.1.2. Phân loại thủy vân số ....................................................................... 2
1.1.3. Cấu trúc của hệ thống thủy vân số ................................................. 3
1.1.4. Quá trình nhúng thủy phân ............................................................ 3
1.1.5. Q trình trích xuất thủy phân....................................................... 4
1.1.6. Các tính chất của thủy vân số ......................................................... 6
1.1.7. Một số kĩ thuật thủy vân số ............................................................. 6
CHƯƠNG II: KỸ THUẬT THỦY VÂN SỐ BẰNG PHƯƠNG PHÁP

CÔNG TRÊN MIỀN KHÔNG GIAN ............................................................... 8
2.1. Khái niệm thủy vân số trên miền không gian ........................................ 8
2.2. Cơ sở lý thuyết ........................................................................................... 8
2.3. Một số thuật toán ...................................................................................... 8
2.3.1. Thuật toán 1(SW)................................................................................ 8
2.3.2. Thuật toán 2 (Wu-Lee) ....................................................................... 8
2.3.3. Thuật toán 3 (PCT) ............................................................................. 9
2.3.4. Thuật toán 4 (LSB) ............................................................................. 9
2.4. Kỹ thuật thủy vân số bằng phương pháp cộng trên miền không gian 9
2.4.1. Ý tưởng thuật toán .............................................................................. 9
2.4.2. Thuật toán nhúng thủy vân................................................................ 9
2.5. Thuật tốn trích xuất thủy vân .............................................................. 11
2.5.1. Q trình trích xuất thủy vân.......................................................... 11
2.5.2. Các bước thực hiện ........................................................................... 11
CHƯƠNG III: TRIỂN KHAI QUÁ TRÌNH NHÚNG THỦY VÂN CỦA
PHƯƠNG PHÁP CỘNG TRÊN MIỀN KHƠNG GIAN .............................. 13
3.1. Mơi trường triển khai ............................................................................. 13
3.1.1. Quá trình nhúng thủy vân................................................................ 14
3.1.2. Q trình trích xuất thủy vân.......................................................... 15
CHƯƠNG IV: TỔNG KẾT.............................................................................. 17


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Hình 1: Lược đồ nhúng thủy vân .......................................................................... 4
Hình 2: Lược đồ phát hiện/trích xuất thủy vân ..................................................... 5
Hình 3: quá trình nhúng thủy vân bằng phương pháp cộng trên miền khơng gian
............................................................................................................................. 10
Hình 4: phương pháp cộng trên miền khơng gian dựa trên khối ....................... 11
Hình 5: Ảnh thủy vân .......................................................................................... 13
Hình 6: Ảnh gốc .................................................................................................. 13

Hình 7: giao diện code quá trình nhúng thủy vân .............................................. 14
Hình 8: Ảnh gốc trước và sau khi được nhúng thủy vân .................................... 14
Hình 9: Giao diện code quá trình trích xuất thủy vân ........................................ 15
Hình 10: Hình ảnh sau khi được trích xuất thành cơng ..................................... 16


LỜI MỞ ĐẦU
Với sự phát triển vũ bão của Internet, các phương tiện kĩ thuật số như phương
tiện lưu trữ, phương tiện truyền thông, kỉ nguyên thông tin số đã được hình
thành. Hầu hết thơng tin ngày nay được lưu trữ dưới dạng số hoá trước khi trở
thành một vật phẩm thơng thường như sách báo, tạp chí. Việc trao đổi, phân bố,
sao chép và xử lý các sản phẩm số này ngày càng nhanh chóng, đơn giản nằm
ngồi tầm kiểm sốt của các tổ chức. Và do đó, tình trạng xâm phạm bản quyền,
sao chép lậu các sản phẩm kĩ thuật số đã xảy ra ở nhiều nơi. Tháng 3/1998 ở
Hồng Kơng, chính quyền đã tịch thu một số lượng đĩa CD âm nhạc lậu trị giá 85
triệu đôla, và vào 6/1998, ở Đức cũng đã tịch thu các sản phẩm phần mềm và kĩ
thuật số lậu trị giá 1,9 triệu đô la. Trong năm này, quốc hội Mỹ thông qua dự
luật về “Hành động bảo vệ bản quyền kỷ nguyên kĩ thuật số” (Digital Millenium
Copyright Act) để bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ với các sản phẩm kĩ thuật số. Tất
cả các việc đó nói lên sự cần thiết phải có một cách để bảo vệ các sản phẩm kĩ
thuật số khỏi các thao tác sao chép, xử lý trái phép và ngăn chặn các hoạt động
này xảy ra. Một phương pháp chống sao chép trái phép và bảo vệ bản quyền cho
các sản phẩm số – thuỷ vân số (digital watermarking) - đã ra đời trong hoàn
cảnh này. Thuỷ vân số là một phương pháp dùng để bảo vệ các sản phẩm số. Nó
có thể được dùng trong các lĩnh vực bảo vệ bản quyền, chống sao chép, phân
biệt giả mạo, Các sản phẩm số này có thể là văn bản, audio, video, phần mềm,
ảnh… Thuỷ vân số là một phương pháp mới dựa trên lý thuyết tổng hợp của
nhiều lĩnh vực khác nhau như mật mã học, lý thuyết thông tin, lý thuyết truyền
thông và xử lý tín hiệu số, xử lý ảnh. Mục đích của phương pháp này là dấu
thêm một lượng thông tin có ích vào sản phẩm số và lượng thơng tin này được

gọi là thuỷ vân. Có rất nhiều cách phân loại thủy vân số khác nhau tùy vào các
tiêu chí. Dựa theo các tiêu chí đó cũng có nhiều kĩ thuật thủy vân. Trong bài tập
lớn này chúng em xin trình bày về đề tài “Tìm hiểu kĩ thuật thủy vân số bằng
phương pháp cộng trên miền không gian”.

1


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THỦY VÂN SỐ
1.1.Tổng quan về thủy vân số
1.1.1. Khái niệm thủy vân số
Thủy vân (watermark) là một khái niệm rất giống với ẩn mã ở chỗ cũng giấu
một dữ liệu vào trong dữ liệu khác nhưng với mục đích hồn tồn khác. Trong
khi ẩn mã muốn che giấu sụ tồn tại của dữ liệu được nhúng thì thủy vân số lại
nhằm mục đích đảm bảo tính xác thực, an tồn và bảo vệ bản quyền đối với dữ
liêu chứa thông tin được nhúng.
Thủy vân được xem xuất hiện lần đầu tiên trong lĩnh vực sản xuất giấy truyền
thống. Đó là các dấu hiệu hay hình mờ được in chìm trong giấy nhằm xác định
nhãn hiệu của những giấy tờ đó. Ngày nay thủy vân được ứng dụng rất nhiều
nhằm xác thực dữ liệu. Thủy vân kĩ thuật số là các biến đổi không thể nhận thấy
hoặc hầu như không thể nhận thấy của các dữ liệu kĩ thuật số. Những biến đổi
đó là q trình che giấu thơng tin kĩ thuật số trong một tín hiệu phủ. Qúa trình
biến đổi này gọi là quá trình nhúng thông tin để tạo nên thủy vân. Dữ liệu kĩ
thuật số để chứa thông tin được nhúng là một đối tượng đa phương tiện kĩ thuật
số như hình ảnh, âm thanh, video, văn bản, …, trong đó hình ảnh kĩ thuật số
thường được dùng nhiều nhất khi tạo thủy vân. Thủy vân sau khi được nhúng
phải đủ bền vững để chống lại các biến đổi làm suy biến và các kiểu tấn công
chủ ý.
Định nghĩa: Thủy vân số là quá trình nhúng dữ liệu (hay được gọi là thủy
vân) vào một đối tượng đa phương tiện nhằm xác thực nguồn gốc hay chủ sở

hữu của đối tượng.
- Đối tượng đa phương tiện mà thủy vân được nhúng vào thường gọi là vật
phủ, vật chủ, vật gốc, … sau này thống nhất là vật phủ.
- Thủy vân số là một thông tin khác biệt được gán cho dự liệu để bảo vệ dữ
liệu nên phải có một yêu cầu quan trọng đó là khơng thể dễ dàng trích xuất
hoặc xóa bỏ thủy vân khỏi vật phủ hay chính là tính bền vững của thủy vân.
1.1.2. Phân loại thủy vân số
➢ Theo miền thực hiện:
- Miền không gian: là thủy vân mà thực hiện nhúng trực tiếp vào các giá trị
của vật phủ.
- Miền tần số (miền biến đổi): là thủy vân mà thực hiện nhúng vào các hệ
số tần số tương ứng của các giá trị của vật phủ, tức là trước khi nhúng cần
biến đổi các giá trị của vật phủ sang miền tần số thông qua các phép biến
đổi chẳng hạn như: DCT, DWT, …
➢ Theo môi trường chứa (môi trường thủy vân nhúng vào hay vật phủ):
- Thủy vân trong ảnh.
- Thủy vân trong âm thanh .
- Thủy vân trong video.
- Thủy vân trong văn bản.
2


➢ Theo sự cảm nhận của con người:
- Thủy vân ẩn: Là thủy vân sau nkhi được nhúng vào vật phủ chúng ta
khơng thể nhìn thấy cũng như cảm nhận được sự thay đổi của vật có chứa
thủy vân so với vật phủ ban đầu, tuy nhiên chúng ta vẫn có thể trích xuất
nó bằng cách sử dụng thuật tốn thích hợp.
• Thủy vân bền vững: là thủy vân được nhúng theo cách dù thay đổi
trên vật phủ nhưng giác quan của con người khơng cảm nhận được và
nó có thể chịu được mọi tấn cơng, đồng thời chỉ có thuật tốn phù hợp

mới có thể khơi phục được thủy vân này.
• Thủy vân dễ vỡ: là thủy vân mà bất kì thao tác thay đổi hay sửa chữa
nào cũng sẽ làm hỏng hoặc làm biến đổi thủy vân.
• Thủy vân bán dễ vỡ: là loại thủy vân có thể chịu được một số phép
biến đổi hợp pháp hoặc một số loại tấn cơng nào đó chứ khơng phải
tất cả các phép biến đổi Hy mọi loại tấn công.
- Thủy vân hiện: là thủy vân sau khi nhúng vào vật phủ chúng ta hồn tồn
có thể nhìn thấy hoặc cảm nhận được.
1.1.3. Cấu trúc của hệ thống thủy vân số
Mỗi hệ thống thủy vân ln bao gồm ít nhất hai q trình tách biệt, đó là
nhúng thủy vân và trích xuất thủy vân. Trước khi mô tả chi tiết quá trình nhúng
và phát hiện/trích xuất thủy vân ta đưa ra một số kỹ hiệu sau:
• I là vật phủ dùng để nhúng thủy vân vào.
• W là thủy vân ban đầu cần nhúng.
• 𝑤𝑒 là thủy vân trích xuất được.
• 𝐼𝑤 là vật phủ sau khi được nhúng thủy vân.
• K là khóa sử dụng trong q trình nhúng và phát hiện /trích xuất thủy
vân (khóa K khơng nhất thiết phải có mã tùy theo kĩ thuật thủy vân
được lựa chọn, sử dụng thêm khóa K nhằm mục đích tăng độ an tồn
của hệ thống thủy vân).
• 𝐼𝑟 là vật nhúng thỷ vân nhưng đã bị tấn công trên đường truyền, đây
cũng chính là vật dùng để kiểm tra trong q trình phát nhiện/trích
xuất thủy vân.
• 𝐸𝑚𝑏 là hàm (thuật tốn) nhúng thủy vân.
• 𝐷𝑡𝐶 là hàm (thuật tốn) trích xuất thủy vân.
• 𝑓(𝐼) là hàm biến đổi vật phủ I sang miền tần số/sóng, giá trị của 𝑓 là
một vector các hệ số tương ứng của vật phủ trên miền lựa chọn.
1.1.4. Quá trình nhúng thủy phân
Trước tiên, tùy thuộc vào kĩ thuật thủy vân, vật phủ có thể được biến đổi sang
miền tần số hay sóng hoặc cũng có thể được thực hiện trực tiếp trên miền khơng

gian. Nếu thực hiện quá trình nhúng thủy vân trên miền tần số/sóng thì cần phải
áp dụng phép biển đổi ngược để thu được vật phủ có nhúng thủy vân 𝐼𝑤 . Trong
3


trường hợp thực hiện nhúng thủy vân trên miền tần số khơng gian thì hàm nhúng
có thể được thực hiện dưới dạng toán học như sau:
𝐸𝑚𝑏 (𝐼, 𝑊, 𝐾) = 𝐼𝑤
Nếu thực hiện quá trình nhúng thủy vân trên miền tần số/sóng thì lúc đó
hàm nhúng sẽ là:
𝐸𝑚𝑏 (𝑓(𝐼), 𝑊, 𝐾) = 𝐼𝑤
Sau quá trình nhúng thủy vân sẽ thu được vật phủ có chứa thủy vân 𝐼𝑤
và 𝐼𝑤 sẽ được truyền trên mạng internet hay một kênh liên lạc nào đó. Nếu trong
q trình truyền tải kẻ tấn cơng bắt được 𝐼𝑤 và thay đổi thành 𝐼𝑟 thì bên nhận sẽ
nhận được 𝐼𝑟 thay vì 𝐼𝑤 .

Hình 1: Lược đồ nhúng thủy vân
1.1.5. Q trình trích xuất thủy phân
Tương tự, tùy thuộc vào hệ thống thủy vân lựa chọn thực hiện trên miền nào
thì q trình phát hiện/trích xuất có thể cần phải thêm bước biến đổi cho phù
hợp. Vật 𝐼𝑟 có thể chứa thủy vân cũng có thể khơng vì nó đã bị tấn cơng trên
đường truyền, nói chung thường đây là một vật đã bị thay đổi. Hàm trích xuất
hoặc sẽ khơi phục thủy vân 𝑤𝑒 từ 𝐼𝑟 hoặc sẽ kiểm tra sem có thủy vân W trong 𝐼𝑟
hay khơng. Nếu q trình nhúng thủy vân có sử dụng khóa K thì q trình phát
hiện/trích xuất cũng phải áp dụng khóa K. Phụ thuộc vào kĩ thuật thủy vân được
4


lựa chọn (thủy vân mù hay thủy vân không mù) mà vật phủ I có thể được sử
dụng trong quá trình trích xuất/phát hiện thủy vân. Hàm trích xuất đối với kĩ

thuật thủy vân mù (không sử dụng vật phủ I) có thể biểu diễn dưới dạng tốn
học như sau:
𝐷𝑡𝐶 ( 𝐼𝑟 , K) = 𝑤𝑒
Đối với kĩ thuật nhúng thủy vân khơng mù (có sử dụng vật phủ I) thì
hàm trích xuất thủy vân sẽ là:
𝐷𝑡𝐶 ( 𝐼𝑟 , I, K) = 𝑤𝑒
Qúa trình phát hiện mù sinh ra đầu ra là một giá trị nhị phân thể hiện sự
có mặt hay khơng của thủy vân W và có thể được biểu diễn như sau:
0, 𝑘ℎơ𝑛𝑔 𝑐ó 𝑡ℎủ𝑦 𝑣â𝑛
D (𝐼𝑟 , W, K) = {
1, 𝑐ó 𝑡ℎủ𝑦 𝑣â𝑛
𝐼𝑟
Thủy vân có thể được trích xuất hoặc phát hiện và khi đó thường gọi là
lược đồ trích xuất hoặc phát hiện thủy vân. Tất nhiên, việc trích xuất thủy vân có
thể chứng minh được quyền sở hữu trong khi việc phát hiện chỉ mang tính chất
kiểm tra thủy vân.

Hình 2: Lược đồ phát hiện/trích xuất thủy vân
5


1.1.6. Các tính chất của thủy vân số
Yêu cầu cơ bản của thủy vân số liên quan mật thiết với mục đích của các ứng
dụng, ứng dụng khác nhau thì sẽ có u cầu khác nhau. Nói chung, các tính chất
chính của thủy vân số đó là bền vững, dung lượng nhúng, trong suốt hay khơng
cảm nhận được, an tồn và chi phí tính tốn. Mặt khác, một tính chất nào đó có
thể lại đối ngược với tính chất khác. Chẳng hạn khi tăng dung lượng nhúng thì
sẽ ảnh hưởng tới tính trong suốt của thủy vân. Vì vậy, cần phải có sự cân bằng
giữa các yêu cầu và các tính chất của lược đồ thủy vân số tùy thuộc vào các ứng
dụng cụ thể.

Bền vững
Thủy vân bền vững phải khơng bị thay đổi trước các tác động xử lí cũng như
các tấn cơng đồng thời vấn có thể phát hiện được sau khi sảy ra các tác động hay
tấn công.
Dung lượng nhúng
Dung lượng nhúng là số lượng thông tin có thể được giấu trong vật phủ. Yêu
cầu về dung lượng luôn phải xem xét tới hai yêu cầu khác đó là tính trong suốt
và tính bền vững. Để có được dung lượng lớn thường phải mất đi tính bền vững
hoặc trong suốt hoặc cả hai.
Trong suốt (Imperceptibility)
Thủy vân số phải không thể cảm nhận được bằng các giác quan thông thường
của con người mà chỉ bị phát hiện thông qua việc xử lí đặc biệt. Tuy nhiên điều
này lại khơng phù hợp với thủy vân hiện, do đó, tùy vào mục đích của hệ thống
mà lựa chọn phương pháp phù hợp để đạt được yêu cầu đặt ra.
An toàn
Thủy vân số là dấu hiệu để dịnh danh một cách chính xác, chỉ những người có
thẩm quyền mới có thể phát hiện. trích xuất và thậm chí sửa đổi thủy vân, do đó
người ta thường sử dụng thủy vân với mục đích bảo vệ bản quyền.
Chi phí tính tốn
Chi phí tính tốn là độ phức tạp của thuật tốn sử dụng trong mơ hình thủy
vân. Đây là một vấn đề rất quan trọng đặc biệt trong các mơ hình giám sát
truyền thơng vì khi đó việc dản xuất đa phương tiện khơng được phép chậm và
q trình phát hiện thủy vân phải được thực hiện với thời gian thực. Thông
thường các ứng dụng làm việc trên môi trường hạn chế về tào nguyên thì sẽ ưu
tiên sự đơn giản trong tính tốn.
1.1.7. Một số kĩ thuật thủy vân số
➢ Thủy vân trên miền khơng gian:
• Phương pháp thay thế trên miền khơng gian
• Phương pháp cộng trên miền khơng gian
➢ Thủy vân trên miền tần số:

• Phương pháp thay thế trong miền tần số
6


• Phương pháp nhân trong miền tần số
➢ Kết hợp thủy vân trong miền khơng gian và miền tần số
• Thủy vân dễ vỡ:
- Thủy vân dễ vỡ dựa trên khối
• Thủy vân bền vững

7


CHƯƠNG II: KỸ THUẬT THỦY VÂN SỐ BẰNG PHƯƠNG PHÁP
CÔNG TRÊN MIỀN KHÔNG GIAN
2.1. Khái niệm thủy vân số trên miền khơng gian
Các thuật tốn thủy vân trong miền khơng gian tập trung vào việc thay đổi
trực tiếp trong miền điểm ảnh. Thế mạnh của phương thức thủy vân trong miền
điểm ảnh là đơn giản và có độ phức tạp tính tốn thấp. Tuy nhiên, kỹ thuật này
chỉ đảm bảo thuộc tính ẩn mà khơng có tính bền vững. Vì vậy, các thuật toán
này được cài đặt cho ứng dụng xác thực thông tin của ảnh số.
2.2. Cơ sở lý thuyết
Ý tưởng cơ bản của thuật toán trong kỹ thuật này là chia một ảnh gốc thành
các khối nhỏ, số lượng bit giấu trong mỗi khối tùy thuộc vào từng thuật toán.
Thuật toán này dùng cho cả ảnh màu, ảnh đa mức xám và ảnh đen trắng nhưng
để dễ trình bày thuật toán chúng ta sẽ sử dụng ảnh đen trắng.
Một số phép toán thường dùng khi thủy vân trên miền khơng gian:
• Phép đảo bit: là một phép biến đổi trên các bit nhị phân. Đảo bit b được
hiểu là phép biến đổi thay b bởi 1-b, tức là nếu ban đầu b nhận giá trị 0 thì sau
khi đảo bit nó sẽ nhận giá trị 1 và ngược lại, nếu ban đầu b có giá trị là 1 thì sau

khi đảo b mang giá trị 0.
• Phép XOR (kí hiệu ): là phép cộng loại trừ các phần tử tương ứng trên
hai ma trân: C= A  B, với  Cij =1 nếu Aij  Bij; Cij=0 nếu Aij = Bij 
• Phép Sum ma trận A (ký hiệu là Sum[A]) được định nghĩa là tổng tất cả
các phần tử của ma trận A.
• Phép nhân bit hai ma trận A, B (ký hiệu là A^ B) được định nghĩa: Ảnh đã
nhúng thủy vân Trích thủy vân Ảnh gốc C=A ^ B, với Cij =1 nếu Aij =Bij=1,
Cij=0 trong các trường hợp cịn lại.
• Phép nhân hai ma trận số nguyên A, B (ký hiệu AB) được định nghĩa:
C= A  B, với Cij = Aij * Bij
2.3. Một số thuật toán
2.3.1. Thuật toán 1(SW)
Đây là một thuật toán đơn giản (Simple Watermarking). Cho một file ảnh
Bitmap đen trắng F, dữ liệu thủy vân d được biểu diễn dưới dạng nhị phân (dãy
bit 0/1). Các bit 1 gọi là điểm đen, bit 0 gọi là điểm trắng. Ý tưởng cơ bản của
thuật toán này là chia một ảnh gốc thành các khối nhỏ, trong mỗi khối nhỏ sẽ
giấu khơng q một bit thơng tin.
2.3.2. Thuật tốn 2 (Wu-Lee)
Thuật toán này của 2 tác giả M.Y. Wu và J.H.Lee đưa ra cải tiến hơn thuật
toán 1 bằng việc đưa thêm khóa K sử dụng trong q trình nhúng và tách thủy
vân đồng thời đưa thêm các điều kiện đảo bit trong mỗi khối. Với thuật toán
8


này, có thể nhúng một bít vào mỗi khối bằng cách hiệu chỉnh nhiều nhất 1 bít
của khối. Kỹ thuật này có khả năng làm tăng dữ liệu có thể nhúng. Xét ảnh gốc
F, khóa bí mật K và một số dữ liệu được nhúng vào F. Khóa bí mật K là một ma
trận ảnh có kích thước mxn. Để đơn giản ta giả sử kích thước của ảnh gốc F là
bội số của mxn. Quá trình nhúng thu được ảnh F có một số bit đã bị hiệu chỉnh.
2.3.3. Thuật toán 3 (PCT)

Thuật toán này được đưa ra bởi 3 tác giả Hsiang-Kuang Pan, Yu-Yuan Chen,
and Yu-Chee Tseng. Thuật toán cho phép nhúng nhiều bit vào 1 khối bằng cách
có thể đảo 2 bit trong 1 khối. Trong thuật tốn có sử dụng khóa K và ma trận
trọng số W nhằm bảo đảm an toàn cho thủy vân được nhúng - Khóa bí mật K: là
một ma trận nhị phân có cùng kích thước mxn với kích thước của khối ảnh.
Khóa được dùng một cách bí mật giữa người gửi và người nhận. - Ma trận trọng
số W cấp r: ma trận này có kích thước bằng kích thước của một khối ảnh (mxn)
và thỏa mãn các điều kiện sau: + W là một ma trận số nguyên có các phần tử
nằm trong khoảng (0..2r -1) với r cho trước thỏa mãn điều kiện 2r <=mxn sẽ có:
( ) 2 1 (2 1) 2 1! (2 1) − − −  −  − r r r r mn Cmn Khả năng chọn W là rất lớn.
Ví dụ với m=n=4, r=2  có 5.356.925.280 khả năng lựa chọn W. Con số này đủ
lớn để làm giảm nguy cơ thủy vân bị phát hiện.
2.3.4. Thuật toán 4 (LSB)
Đây là thuật tốn thủy vân dựa vào các bit ít quan trọng LSB. Các loại ảnh
màu và đa mức xám có giá trị của mỗi điểm ảnh được biểu diễn bằng dãy nhiều
bit. Trong dãy các bit này có một bit được gọi là bit it quan trọng nhất (LSB –
Least Significant Bit). Bit ít quan trọng nhất là bit mà khi ta đảo giá trị của nó
thì điểm màu bị thay đổi ít nhất.
2.4. Kỹ thuật thủy vân số bằng phương pháp cộng trên miền khơng gian
2.4.1. Ý tưởng thuật tốn
Khác với phương pháp thay thế, phương pháp thủy vân cộng khơng xét những
bít cụ thể của 1 điểm ảnh. Thay vào đó, phương pháp này cộng 1 lượng giá trị
thủy vân vào 1 điểm ảnh trong quá trình nhúng
2.4.2. Thuật tốn nhúng thủy vân
➢ Các giả thiết
• H là ảnh phủ mức xám có kích thước NxN
• H* là ảnh sau khi nhúng thủy vân
• W là ảnh thủy vân nhị phân có kích thước MxM
• L là số bít được sử dụng trong mức xám của các điểm ảnh
➢ các bước thực hiện

9


• B1: lấy các điểm ảnh từ ảnh phủ
H= { h(i,j ), 0 =< i, j< N}, h(i,j) € (0,1,2,…, 2L -1)
• B2: lấy các điểm ảnh từ thủy vân
W= { w(i.j ), 0 =< i, j • B3: cộng giá trị điểm ảnh với 1 lượng giá trị thủy vân trong quá trình
nhúng
H*={h*(i,j )= h(i,j ) + a(i,j ).w (i,j) }
h(i,j) € (0,1,2,…, 2L -1)
trong đó a(i,j ) là hệ số tỉ lệ
➢ Ví dụ minh họa

Hình 3: quá trình nhúng thủy vân bằng phương pháp cộng trên miền khơng gian
Hình 3 chỉ ra ví dụ về phương pháp cộng trên miền khơng gian trong đó nếu
thủy vân được nhúng là 1 thì a(i,j)=50 ngược lại thủy vân là 0 thì a(i,j)=0. Do đó
với thủy vân tương ứng là 1,0,1 thì sau khi thủy vân các giá trị gốc thay đổi từ
60,54,55 thành 110, 54, 105.
Cách thức này nhúng thủy vân này có nhược điểm là nếu a(i,j) lớn thì ảnh có
chứa thủy vân sẽ bị biến dạng nhiều không giữ được sự trong suốt cao. Để khắc
10


phục điểm này thì khơng thể nhúng 1 giá trị lớn vào 1 điểm ảnh đơn mà phải
nhúng vào 1 khối điểm ảnh. Trước tiên ta chọn 1 khối ảnh để nhúng thủy vân.
Thay vì nhúng vào 1 giá trị điểm ảnh như cách trên thì ta nhúng giá trị thủy vân
vào toàn bộ khối ảnh đã chọn. Giá trị thủy vân trước khi được nhúng sẽ chia cho
kích cỡ của khối ảnh để giảm giá trị. Hình 4 là một ví dụ minh họa về cách thức
nhúng dựa trên khối của phương pháp cộng. Khối được chọn ở đây có kích cỡ

lad 4x4 giả sử giá trị thủy vân là 64. Để nhúng giá trị này đầu tiên ta chia cho 16
rồi thực hiện cộng vào khối ảnh đã chọn.

Hình 4: phương pháp cộng trên miền khơng gian dựa trên khối
2.5. Thuật tốn trích xuất thủy vân
2.5.1. Q trình trích xuất thủy vân
Q trình trích xuất thủy vân phải dùng ảnh tham chiếu là ảnh gốc vì các vị
trí điểm ảnh được nhúng là ngẫu nhiên nên rất khó để người nhận có thể xác
định được thủy vân
2.5.2. Các bước thực hiện
• B1: lựa chọn các điểm ảnh từ ảnh đã nhúng thủy vân
H*= { h*(i,j ), 0 =< i, j< N}
• B2: tham chiếu tới ảnh gốc từng giá trị điểm ảnh tương ứng h(i,j)
11


• B3: xác định thủy vân :

w(i,j) = h*(i,j) –h(i,j) /a(i,j)
trong đó a(i,j) là hệ số tỉ lệ

12


CHƯƠNG III: TRIỂN KHAI QUÁ TRÌNH NHÚNG THỦY VÂN CỦA
PHƯƠNG PHÁP CỘNG TRÊN MIỀN KHƠNG GIAN
3.1. Mơi trường triển khai
Để mơ phỏng q trình nhúng thủy vân của phương pháp cộng trên miền
không gian ở đây sẽ sử dụng phần mềm Matlab thực hiện q trình nhúng và
trích xuất thơng tin từ ảnh được cho.

Ở đây sẽ sử dụng hai hình ảnh: một là ảnh gốc và một là ảnh thủy vân.

Hình 5: Ảnh thủy vân

Hình 6: Ảnh gốc

13


3.1.1. Quá trình nhúng thủy vân

Hình 7: giao diện code quá trình nhúng thủy vân
Lấy 1 ảnh thủy vân (dạng nhị phân) và ảnh phủ gán vào biến x, y
Cắt ảnh phủ sao cho kích thước phần cắt trùng với kích thước ảnh thủy vân (nếu
ảnh thủy vân có kích thước bằng ảnh phủ thì khơng cần cắt ). ở đây mình nhúng
vào phần đầu của ảnh (y1).
Tọa độ mỗi điểm ảnh ảnh là tọa độ của một mảng 2 chiều. Nếu x(i,j) = 0 thì:
z(i,j ) = y1(i,j)+0
nếu x(i,j) = 1 thì z(i,j) = y1(i,j) + 100. Ta được hình sau:

Hình 8: Ảnh gốc trước và sau khi được nhúng thủy vân

14


3.1.2. Q trình trích xuất thủy vân

Hình 9: Giao diện code q trình trích xuất thủy vân
Khi trích thủy vân cần có ảnh gốc (ảnh phủ) và ảnh thủy vân,gán lần lượt vào 2
biến a, b

Cắt a và b sao cho phần cắt ảnh thủy vân bằng phần cắt ảnh phủ.(a1 và b1)
Dùng khóa [b1(i,j) – a1(i,j)] / 100 để tìm ma trận điểm ảnh nhị phân gán vào e0.
Ta thu được ảnh thủy vân:

15


Hình 10: Hình ảnh sau khi được trích xuất thành công

16


CHƯƠNG IV: TỔNG KẾT
Kết quả bài báo cáo đạt được:
• Hiểu được sơ lược về thủy vân số: khái niệm, phân loại, cấu trúc, các tính
chất về thủy vân số,…
• Những kỹ thuật thủy vân số phổ biến được dùng.
• Tìm hiểu tổng quan về phương pháp thủy vân số bằng phương pháp cộng
trong miền khơng gian.
• Mơ phỏng cách thức thủy vân số bằng phương pháp cộng trên miền khơng
gian.
Hạn chế của bài báo cáo mắc phải:
• Bài báo cáo chỉ dừng lại ở tìm hiểu, chưa thực sự đi sâu vào tìm hiểu về
phương pháp thủy vân số bằng phương pháp cộng trên miền không gian.

17