Luận văn tốt nghiệp thủy vân số trong môi trường ảnh và ứng dụng bảo vệ bản quyền

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Hoàng Trí Nhân

THỦY VÂN SỐ TRONG MÔI TRƯỜNG ẢNH

VÀ ỨNG DỤNG BẢO VỆ BẢN QUYỀN

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

Ngành: Công nghệ thông tin

HÀ NỘI - 2010

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Hoàng Trí Nhân

THỦY VÂN SỐ TRONG MÔI TRƯỜNG ẢNH

VÀ ỨNG DỤNG BẢO VỆ BẢN QUYỀN

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

Ngành: Công nghệ thông tin

Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. Trịnh Nhật Tiến

Cán bộ đồng hướng dẫn: ThS. Lương Việt Nguyên

HÀ NỘI - 2010

TÓM TẮT NỘI DUNG KHÓA LUẬN

Khóa luận này tìm hiểu và nghiên cứu các kỹ thuật thủy vân số trong môi trường

ảnh tĩnh và ứng dụng trong bảo vệ bản quyền.

Trước khi tìm hiểu các kỹ thuật này, khóa luận trình bày một số kiến thức cơ sở

nhằm mục đích phục vụ cho việc thủy vân số trong ảnh được hiệu quả hơn, như kiến thức

về mô hình thị giác người, các mô hình màu và cấu trúc của một số định dạng ảnh thông

dụng. Sau đó, khóa luận trình bày tổng quan về thủy vân số như khái niệm, nguồn gốc,

phân loại cũng như ứng dụng của thủy vân số hiện nay, sự phân biệt giữa Thủy vân số và

Giấu tin.

Các kỹ thuật thủy vân số trong môi trường ảnh là nội dung chính sẽ được trình bày

trong khóa luận. Các kỹ thuật thủy vân được nghiên cứu nằm trong hai hướng tiếp cận

chính là tiếp cận theo miền không gian ảnh và tiếp cận theo miền tần số ảnh. Trong mỗi

phương pháp thủy vân số, khóa luận sẽ nêu lên cơ sở kỹ thuật, nội dung cũng như phân

tích ưu nhược điểm của chúng.

Từ những kiến thức lý thuyết đã nghiên cứu, khóa luận đã vận dụng và cài đặt thử

nghiệm chương trình thủy vân số cho ảnh, với đối tượng là ảnh màu và ảnh cấp xám, sử

dụng hai phương pháp LSB và DCT tương ứng với hai hướng tiếp cận của kỹ thuật thủy

vân. Cuối cùng là kết luận về những kết quả đã đạt được, những điểm hạn chế cần nghiên

cứu và tìm hiểu sâu hơn, đồng thời đưa ra hướng phát triển tiếp theo của khóa luận.

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU............................................................................................................................1

1. Thực trạng tài liệu số................................................................................................1

2. Nhược điểm của tài liệu số........................................................................................2

3. Yêu cầu đặt ra...........................................................................................................2

4. Mục tiêu khóa luận....................................................................................................3

5. Phương pháp nghiên cứu..........................................................................................3

6. Nội dung nghiên cứu.................................................................................................3

NỘI DUNG........................................................................................................................4

Chương 1. Một Số Kiến Thức Liên Quan Đến Thủy Vân Ảnh.................................4

1.1. Mô hình thị giác người.......................................................................................4

1.1.1. Nhạy cảm về sự tương phản...........................................................................4

1.1.2. Nhạy cảm về độ chói......................................................................................5

1.1.3. Nhạy cảm về tần số........................................................................................5

1.1.4. Mặt nạ thị giác...............................................................................................8

1.1.5. Kết luận........................................................................................................10

1.2. Các không gian màu.........................................................................................11

1.2.1. Không gian RGB..........................................................................................11

1.2.2. Không gian HSV..........................................................................................12

1.2.3. Không gian CMY.........................................................................................14

1.2.4. Không gian YCbCr......................................................................................14

1.3. Cấu trúc một số định dạng ảnh thông dụng...................................................15

1.3.1. Biểu diễn ảnh trên máy tính.........................................................................15

1.3.2. Cấu trúc một số định dạng ảnh thông dụng..................................................17

Chương 2. Các Kỹ Thuật Thủy Vân Số.....................................................................21

2.1. Tổng quan về thủy vân số.................................................................................21

2.1.1. Khái niệm thủy vân số.................................................................................21

2.1.2. Nguồn gốc thủy vân số.................................................................................22

2.1.3. Phân loại thủy vân số...................................................................................24

2.1.4. Ứng dụng của thủy vân số............................................................................26

2.2. Mô hình hệ thống thủy vân..............................................................................29

2.2.1. Các bước chính trong hệ thống thủy vân......................................................29

2.2.2. Các yêu cầu với thủy vân số.........................................................................32

2.2.3. Các khuynh hướng tiếp cận của kỹ thuật thủy vân.......................................35

2.3. Các kỹ thuật thủy vân số..................................................................................36

2.3.1. Các kỹ thuật nhúng thủy vân theo miền không gian ảnh..............................36

2.3.2. Các kỹ thuật nhúng thủy vân theo miền tần số ảnh......................................38

2.3.2.1. Biến đổi Fourier rời rạc........................................................................38

2.3.2.2. Biến đổi Cosine rời rạc.........................................................................40

2.3.2.3. Biến đổi sóng rời rạc.............................................................................42

2.3.3. Kỹ thuật trải phổ trong truyền thông............................................................46

2.3.4. Kỹ thuật kiểm định thủy vân........................................................................47

Chương 3. Thử Nghiệm Chương Trình Thủy Vân Số Cho Ảnh.............................48

3.1. Bảo vệ bản quyền..............................................................................................48

3.1.1. Những vấn nạn về bản quyền hiện nay.........................................................48

3.1.2. Các phương pháp bảo vệ bản quyền.............................................................49

3.2. Phương pháp LSB nhúng thủy vân vào ảnh...................................................50

3.2.1. Bit ít quan trọng nhất (Least Significant Bit)...............................................50

3.2.2. Thuật toán....................................................................................................50

3.3. Phương pháp DCT nhúng thủy vân vào ảnh..................................................52

3.3.1. Quá trình nhúng thủy vân vào ảnh...............................................................52

3.3.2. Quá trình tách thủy vân................................................................................53

3.3.3. Thuật toán nhúng thủy vân vào các hệ số DCT............................................53

3.4. Cấu hình hệ thống.............................................................................................58

3.5. Cấu trúc chương trình......................................................................................58

KẾT LUẬN...................................................................................................................................59

TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................................60

CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

Ký hiệu Viết đầy đủ Ý nghĩa

BMP Windows bitmap format Ảnh bitmap

CMY Cyan-Magenta-Yellow Không gian màu CMY

DCT Discrete Cosine Transform Biến đổi Consine rời rạc

DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc

DWT Discrete Wavelet Transform Biến đổi sóng rời rạc

GIF Graphics Interchange Format Ảnh gif

HSL Hue – Saturation – Lightness Không gian màu HSL

HSV Hue – Saturation – Value Không gian màu HSV

HVS Human Visual System Hệ thống thị giác người

JND Just Noticeable Difference Sự khác biệt nhỏ nhất có thể phân biệt

JPEG Joint Photographic Expert Group Ảnh nén JPEG

LSB Least Significant Bit Bit ít quan trọng nhất

MSE Mean Square Error Sai số bình phương trung bình

NC Normalized Correlation Hệ số tương quan chuẩn

PSNR Peak Signal to Noise Ratio Tỉ lệ của tín hiệu nhọn với nhiễu

RGB Red – Green – Blue Không gian màu RGB