Nghiên cứu phương pháp giấu tin không làm mất thông tin trong ảnh chứa tin

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

ĐẶNG THỊ HIỀN

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP GIẤU TIN KHÔNG

LÀM MẤT THÔNG TIN TRONG ẢNH CHỨA TIN

LUẬN VĂN THẠC SĨ: NGÀNH KHOA HỌC MÁY TÍNH

Thái Nguyên - 2011

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

ĐẶNG THỊ HIỀN

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP GIẤU TIN KHÔNG

LÀM MẤT THÔNG TIN TRONG ẢNH CHỨA TIN

Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Mã số: 604801

LUẬN VĂN THẠC SĨ: NGÀNH KHOA HỌC MÁY TÍNH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS. TS NGÔ QUỐC TẠO

Thái Nguyên - 2011

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- i -

LỜI CẢM ƠN

Luận văn được thực hiện tại trường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền

Thông – Đại học Thái Nguyên dưới sự hướng dẫn của PGS. TS Ngô Quốc Tạo.

Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Ngô Quốc Tạo, người

đã có những định hướng, những kiến thức quý báu, những lời động viên và chỉ bảo

giúp tôi vượt qua những khó khăn để tôi hoàn thành tốt luận văn của mình.

Tôi xin được bày tỏ lòng cảm ơn và sự kính trọng của mình đến các thầy cô

giáo Trường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền Thông, Đại học Thái Nguyên,

đặc biệt là các thầy cô giáo đã giảng dạy và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập

tại trường.

Tôi cũng đặc biệt cảm ơn tới bạn bè lớp Cao học K8, các đồng nghiệp tại

Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định, đã luôn động viên, giúp đỡ tôi trong

quá trình học tập và công tác, để tôi hoàn thành nhiệm vụ được giao.

Nhân dịp này, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân, đã tạo

điều kiện giúp đỡ, động viên, trợ giúp tôi về tinh thần trong suốt quá trình học tập.

Thái Nguyên, tháng 9 năm 2011

Tác giả

Đặng Thị Hiền

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- ii -

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu phương pháp giấu tin không làm

mất thông tin trong ảnh chứa tin” này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số

liệu sử dụng trong luận văn là trung thực. Các kết quả nghiên cứu được trình bày

trong luận văn chưa từng được công bố tại bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác.

Đặng Thị Hiền

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- iii -

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN............................................................................................................. i

LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................ii

MỤC LỤC.................................................................................................................iii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ................................................................................. vii

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

1. Lý do lựa chọn đề tài ..........................................................................................1

2. Mục tiêu nghiên cứu ...........................................................................................2

3. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................2

4. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................2

5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài...............................................3

6. Cấu trúc của luận văn..........................................................................................3

CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN............................................................ 5

1.1. Tổng quan về giấu tin ......................................................................................5

1.1.1. Khái niệm về giấu tin................................................................................................. 5

1.1.2. Vài nét về lịch sử giấu tin........................................................................................... 5

1.1.3. Mô hình kỹ thuật giấu tin ........................................................................................... 6

1.1.4. Các ứng dụng của kỹ thuật giấu tin........................................................................... 7

1.1.5. Giấu tin trong dữ liệu đa phương tiện ....................................................................... 9

1.1.5.1. Giấu tin trong ảnh..........................................................................................9

1.1.5.2. Giấu tin trong audio ......................................................................................9

1.1.5.3. Giấu tin trong video ....................................................................................10

1.1.5.4. Giấu tin trong văn bản ................................................................................11

1.1.6. Giấu tin trong ảnh những đặc trưng và tính chất....................................................11

1.1.6.1. Phương tiện chứa có dữ liệu tri giác tĩnh ..................................................11

1.1.6.2. Kỹ thuật giấu tin lợi dụng tính chất hệ thống thị giác của con người ....12

1.1.6.3. Đảm bảo chất lượng ảnh sau khi giấu tin..................................................12

1.1.6.4. Thông tin trong ảnh sẽ bị biến đổi nếu có bất cứ biến đổi nào trên ảnh 13

1.1.6.5. Vai trò của ảnh gốc khi giải tin..................................................................13

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- iv -

1.1.7. Phương pháp giấu tin................................................................................................13

1.2. Các phạm trù trong giấu tin thuận nghịch [19]..............................................15

1.3. Giấu tin có khả năng khôi phục phương tiện giấu tin....................................16

1.3.1. Những thuật toán giấu tin thuận nghịch xác thực không bền vững.....................16

1.3.2. Những thuật toán giấu tin thuận nghịch khả năng nhúng dữ liệu cao .................17

1.3.2.1. Lược đồ RS..................................................................................................17

1.3.2.2. Lược đồ mở rộng sai khác..........................................................................18

1.3.2.3. Biến đổi Wavelet số nguyên dựa trên lược đồ. ........................................19

1.3.3. Những thuật toán giấu tin thuận nghịch về bán xác thực không bền vững.........22

1.3.3.1. Lược đồ dựa trên Patchwork sử dụng bổ sung Modulo-256..................23

1.3.3.2. Lược đồ dựa trên Patchwork không sử dụng bổ sung Modulo-256 ......24

CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP GIẤU TIN CÓ KHẢ NĂNG KHÔI

PHỤC VỎ MANG TIN........................................................................................... 26

2.1. Đọc dữ liệu và ghép ảnh bitmap ....................................................................26

2.2. Các hướng tiếp cận của kỹ thuật giấu tin trong ảnh ......................................27

2.2.1. Tiếp cận trên miền không gian ảnh.........................................................................27

2.2.2. Tiếp cận trên miền tần số ảnh ..................................................................................28

2.3. Các phép biến đổi từ miền không gian ảnh sang miền tần số........................29

2.3.1. Phép biến đổi Fourier rời rạc....................................................................................29

2.3.2. Phép biến đổi Cosin rời rạc ......................................................................................29

2.3.3. Phép biến đổi sóng nhỏ - Descrete Wavelet Transform (DWT)..........................31

2.4. Các phương pháp giấu tin thuận nghịch ........................................................33

2.4.1. Phương pháp giấu thuận nghịch dựa trên biến đổi sóng kỹ thuậtsố Haar

(HDWT). ..............................................................................................................................33

2.4.1.1. Biến đổi wavelet rời rạc Haar ....................................................................33

2.4.1.2. Phương pháp giấu tin..................................................................................35

2.4.2. Phương pháp giấu tin khôi phục dữ liệu cho hình ảnh chất lượng cao sử dụng

thay đổi của sai số dự đoán. [43]........................................................................................43

2.4.2.1. Kỹ thuật dịch chuyển biểu đồ Histogram.................................................43

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- v -

2.4.2.2. Phương pháp đưa ra ....................................................................................45

2.4.3. Phương pháp giấu thuận nghịch HKC....................................................................55

2.4.4. Phương pháp giấu tin dựa trên sự khác biệt ...........................................................56

CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH.................................................... 61

3.1. Sơ đồ chương trình ........................................................................................61

3.2. Giấu tin theo phương pháp HDWT ...............................................................61

3.3. Chương trình và kết quả thực nghiệm ...........................................................63

3.3.1. Chương trình..............................................................................................................63

a. Giao diện nhúng dữ liệu..................................................................................................63

b. Giao diện trích dữ liệu.....................................................................................................64

3.3.2 Kết quả thực nghiệm..................................................................................................66

KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN............................................................. 67

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- vi -

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ MỤC VIẾT TẮT

LSB Least Significant Bit

QIM Quantization Index Modulation

IWT Interger Wavelet Transform

DFT Discrete Fourier Transform

DCT Discrete Cosine Transform

DW

T Descrete Wavelet Transform

HD

WT Haar Descrete Wavelet Transform

IDW

T Inverse Discrete Cosine Transform

IDT

C Inverse Discrete Cosine Transform

MP

E Modify Precision Error

PSN

R Peak Signal to Noise Ratio

HVS Human Visual System