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

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG

PHẠM THỊ THỦY

BẢO VỆ BẢN QUYỀN ẢNH SỐ BẰNG

KỸ THUẬT THỦY VÂN DỰA VÀO

CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI RỜI RẠC

Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Mã số: 60 48 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. BÙI THẾ HỒNG

Thái Nguyên – 2013

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan:

Những nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện dưới sự

hướng dẫn trực tiếp của thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Bùi Thế Hồng.

Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng tác giả,

tên công trình, thời gian, địa điểm công bố.

Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian lận tôi

xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Thái Nguyên, tháng 11 năm 2013

Tác giả luận văn

Phạm Thị Thủy

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Bùi Thế Hồng

đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và cung cấp những tài liệu rất hữu ích để tôi có

thể hoàn thành luận văn.

Xin cảm ơn lãnh đạo Trường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền

thông - Đại học Thái Nguyên, Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì đã tạo

điều kiện giúp đỡ tôi về mọi mặt trong suốt quá trình thực hiện luận văn.

Tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân, bạn bè đồng

nghiệp, những người luôn động viên, khuyến khích và giúp đỡ về mọi mặt để

tôi có thể hoàn thành công việc nghiên cứu.

Thái Nguyên, tháng 11 năm 2013

Tác giả luận văn

Phạm Thị Thủy

i

MỤC LỤC

Trang phụ bìa

Lời cam đoan

Mục lục ................................................................................................................... i

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ................................................................... ii

Danh mục các bảng................................................................................................ iii

Danh mục các hình ................................................................................................ iv

MỞ DẦU ............................................................................................................... 1

1. Tính cấp thiết của đề tài .............................................................................. 1

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.................................................................... 2

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................... 2

4. Ý nghĩa khoa học của đề tài ........................................................................ 2

5. Bố cục của luận văn .................................................................................... 2

Chương 1: Giới thiệu chung về kỹ thuật giấu tin và thủy vân trên ảnh số .... 4

1.1 Tổng quan về kỹ thuật giấu tin....................................................................... 4

1.1.1 Định nghĩa............................................................................................... 4

1.1.2 Vài nét về lịch sử giấu tin........................................................................ 4

1.1.3 Một số thuật ngữ cơ bản .......................................................................... 5

1.1.4 Sự khác biệt giữa mã hóa và giấu tin....................................................... 5

1.2 Giới thiệu về ảnh ........................................................................................... 6

1.2.1 Ảnh ......................................................................................................... 6

1.2.2 Một số cấu trúc ảnh ................................................................................. 8

1.2.3 Giấu tin trong ảnh.................................................................................. 11

1.3. Những yêu cầu cơ bản của hệ thủy vân trên ảnh số..................................... 14

1.4 Những tấn công trên hệ thủy vân ................................................................. 16

1.5 Những ứng dụng chủ yếu của hệ thủy vân ................................................... 17

1.5.1 Bảo vệ bản quyền tác giả....................................................................... 17

1.5.2 Nhận thực thông tin và phát hiện xuyên tạc thông tin ............................ 18

1.5.3 Lăn tay hoặc dán nhãn........................................................................... 18

1.5.4 Kiểm soát sao chép................................................................................ 18

1.6 Những khuynh hướng tiếp cận của kỹ thuật thủy vân .................................. 19

1.6.1 Hướng tiếp cận dựa trên miền không gian ảnh....................................... 19

1.6.2 Hướng tiếp cận dựa trên miền tần số của ảnh......................................... 20

Chương 2: Kỹ thuật thủy vân ảnh số dựa vào các phép biến đổi rời rạc.... 21

2.1. Các phép biến đổi rời rạc............................................................................ 21

2.1.1. Phép biến đổi Cosine rời rạc................................................................. 21

2.1.2. Phép biến đổi sóng nhỏ rời rạc.............................................................. 22

2.1.3. Phép biến đổi Fourier rời rạc. ............................................................... 25

2.2. Các thuật toán thủy vân ảnh số dựa vào các phép biến đổi rời rạc............... 26

2.2.1. Thủy vân ảnh số dựa vào phép biến đổi Cosine rời rạc ......................... 26

2.2.2. Thủy vân ảnh số dựa vào phép biến đổi sóng nhỏ rời rạc...................... 31

2.2.3. Thủy vân ảnh số dựa vào phép biến đổi Fourier rời rạc......................... 39

2.3. Kỹ thuật thủy vân ảnh tĩnh sử dụng kết hợp các phép biến đổi rời rạc......... 44

2.3.1. Giới thiệu ............................................................................................. 44

2.3.2. Kỹ thuật thủy vân sử dụng DWT kết hợp với DCT và hai ma trận số giả

ngẫu nhiên cùng nhúng vào băng HL. ............................................................ 46

2.3.3. Kỹ thuật thủy vân sử dụng DWT kết hợp với DCT và hai ma trận số giả

ngẫu nhiên cùng nhúng vào hai băng HL, LH. ............................................... 48

2.3.4. Kỹ thuật thủy vân sử dụng DWT kết hợp với DCT và hai ma trận số giả

ngẫu nhiên nhúng riêng biệt vào hai băng HL, LH ......................................... 50

2.3.5. Kỹ thuật thủy vân sử dụng DWT kết hợp với DCT và hai ma trận số giả

ngẫu nhiên cùng nhúng vào các băng tần chi tiết............................................ 52

Chương 3: Thiết kế và phát triển chương trình thử nghiệm ......................... 54

3.1 Các độ đo đánh giá hiệu quả ........................................................................ 54

3.1.1 Độ cảm nhận của thủy vân..................................................................... 54

3.1.2 Độ bền vững của thủy vân..................................................................... 55

3.2 Kết quả thử nghiệm kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi DCT ............. 56

3.2.1 Kỹ thuật thủy vân của Shoemarker...................................................... 547

3.2.2 Kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi DCT kết hợp với hai ma trận số

giả ngẫu nhiên................................................................................................ 58

3.3 Kết quả thử nghiệm kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi DWT và ma trận

số giả ngẫu nhiên............................................................................................... 59

3.4 Kết quả thử nghiệm kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi DWT kết hợp

với phép biến đổi DCT...................................................................................... 62

KẾT LUẬN.......................................................................................................... 66

ĐỀ XUẤT HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO................................................ 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 68

ii

NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT

BMP Bitmap

JPEG Joint Photographic Experts Group

GIF Graphics Interchange Format

PNG Portable Network Graphics

DCT Discrete cosine transform

DWT Discrete wavelet transform

MSE Mean squared error

PSNR Peak signal-to-noise ratio

SR Similarity ratio

SF Similarity factor

iii

DANH MỤC BẢNG TRONG LUẬN VĂN

Bảng Tên các bảng trong luận văn Trang

3.1

Chất lượng ảnh nhúng thủy vân và thủy vân tìm lại được.

Sử dụng phép biến đổi DWT và hai ma trận số giả nhúng

riêng biệt vào băng HL, LH

61

3.2

Tính bền vững của thuỷ vân theo kỹ thuật thuỷ vân sử dụng

DWT và ma trận số giả ngẫu nhiên trước một số tấn công 61

3.3

Chất lượng ảnh chứa thủy vân và thủy vân tìm lại được sử

dụng DWT kết hợp với DCT và ma trận số giả ngẫu nhiên

64

3.4

Tính bền vững của thuỷ vân theo kỹ thuật thuỷ vân sử dụng

DWT kết hợp với DCT và ma trận số giả ngẫu nhiên trước

một số tấn công

64