tìm hiểu về thủy vân trên ảnh số

LỜI CẢM ƠNChúng em xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới T.s Đỗ Văn Tuấn, giảng viên khoa Điện Tử Viễn Thông trường Đại học Điện Lực. Thầy đã hướng dẫn , chỉ bảo tận tình trong quá trình học tập cũng như giúp đỡ chúng em tìm hiểu về đề tài này.Xin chân thành cảm ơn các bạn sinh viên lớp Đại Học Đ7 – ĐTVT2 trường Đại học Điện Lực đã luôn động viên, giúp đỡ và nhiệt tình chia sẻ những kinh nghiệm học tập trong quá trình học tập cũng như rèn luyện tại trường.Chúng em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới những người thân trong gia đình và người thân xung quanh đã luôn động viên, khích lệ và tạo điều kiện tốt nhất cho chúng em trong suốt quá trình học tập và rèn luyện tại trường. Chúng em xin chân thành cảm ơnHà nội, ngày 12 tháng 5 năm 2015LỜI MỞ ĐẦUMôi trường Internet phát triển rộng rãi và mạnh mẽ đã giúp việc truyền tải thông tin nhanh hơn đặc biệt là thông tin đa phương tiện, đồng thời cũng đem lại nhiều thuận lời và cơ hội cho mọi lĩnh vực đời sống, hợp tác kinh doanh khác…Tuy nhiên,việc trao đổi thông tin, xuất bản thông tin trên Internet có nhiều nguy cơ không an toàn do thông tin có thể bị lộ, bị sửa đổi hay bị vi phạm bản quyền. Nói chung, để bảo vệ các thông tin trên khỏi sự truy cập, sử dụng trái phép cần phải kiểm soát được những việc chính sau: thông tin được tạo ra, lưu trữ và truy nhập như thế nào, ở đâu, bởi ai và vào thời điểm nào. Như vậy việc quản lý bản quyền số đang là bài toán không dễ dàng của nhà quản lý. Trên thực tế, nhu cầu về bảo vệ quyền tác giả, quyền sở hữu cho các thông tin số là rất lớn. Phương pháp Thủy Vân số (digital watermarking) hứa hẹn là một phương pháp hiệu quả bởi vì nó cho phép chủ sở hữu nội dung số có thể nhúng và giấu những bằng chứng về bản quyền của mình, từ đó có thể xác định được quyền sở hữu, phát hiện ra việc sử dụng trái phép mà vẫn không làm ảnh hưởng đến nội dung của nội dung số. Với các tính chất đặc thù của mình Digital watermarking rất thích hợp với việc bảo vệ bản quyền tác giả. Xuất phát từ yêu cầu của thực tế cũng được sự gợi ý của thầy giáo bộ môn cộng với sự đam mê tìm hiểu kiến thức của người sinh viên điện tử viễn thông mà nhóm em quyết định chọn đề tài: “tìm hiểu về thủy vân trên ảnh số (Digital Watermarking for image) làm đề tài của nhóm. Tuy nhiên vì thời gian có hạn, trình độ hiểu biết của các thành viên còn nhiều hạn chế nên trong đề tài không thể tránh được những thiếu sót, nhóm em rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy cũng như các bạn để đề tài của nhóm em được hoàn thiện hơn.MỤC LỤC T Trang LỜI CẢM ƠN1LỜI MỞ ĐẦU3MỤC LỤC………………………………………………………………...…………………………………..5CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ WATERMARKING71.1.Khái niệm watermarking71.2.Mục đích của việc sử dụng thủy vân số71.3.Mô hình chung của hệ thống thủy vân.8Chương II. KĨ THUẬT THỦY VÂN TRÊN ẢNH SỐ..92.1.khái niệm thủy vân trên ảnh số:.92.2.Phân loại thủy vân trên ảnh số..92.3.Các yêu cầu cơ bản của hệ thống thủy vân:112.4.Ảnh số:112.5.Mô hình hệ thông thủy vân trên ảnh số:132.6.Những an toàn và tấn công trên hệ thủy vân:152.7. Các kĩ thuật thủy vân trên ánh số 162.7.1.kỹ thuật tách bít ít quan trọng nhất –LSB.172.7.2. Kỹ thuật thủy vân dựa trên miền tần số.19 2.7.2.1. Phương pháp điều chế biến đôi cosine rời rạc DCT19 2 .7.2.2. Phương pháp biến đổi wavelet rời rạc DWT222.7.3.So sánh kĩ thuật DCT và DWT27Chương III. MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH NHÚNG VÀ TÁCH THỦY VÂN TRÊN ẢNH ..283.1. Yêu cầu thuật toán283.2.Thuật toán nhúng – tách thủy vân.29KẾT LUẬN32TÀI LIỆU THAM KHẢO33PHỤ LỤC………………………………………………………………………………………….34 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ WATERMARKING.1.1. Khái niệm về watermarking Watermarking hay còn gọi là Thủy vân số là kĩ thuật nhúng một lượng thông tin vào một đối tượng, thông tin nhúng được gắn liền với đối tượng chứa. Dữ liệu thủy vân có thể được hiển thị hoặc ẩn phụ thuộc vào mỗi kĩ thuật thủy vân cụ thể. Trong kỹ thuật thủy vân số thì thông tin nhúng được gọi là thủy vân . Thủy vân có thể là một chuỗi ký tự hay một hình ảnh, biểu tượng nào đó. Watermarking là một trong những kỹ thuật giấu dữ liệu hiện đại.Nó được định nghĩa như là quá trình chèn thông tin vào dữ liệu đa phương tiện nhưng bảo đảm không cảm thụ được, nghĩa là chỉ làm thay đổi nhỏ dữ liệu gốc. Hình 1.Minh họa về watermarking.1.2. Mục đích của việc sử dụng thủy vân số Phần này trình bày tất cả các ứng dụng của thủy vân số trên hầu hết các tài liệu đa phương tiện ( ảnh, âm thanh. Phim ). Bao gồm:•Theo dõi phát sóng (broadcast watermarking)• Nhận ra người chủ sở hữu ( owner identification)• Bằng chứng của quyền sở hữu ( proof of owner ship)• Lưu vết giao tác hay dấu vân tay • Xác nhận nội dung (content authentication )• Theo dõi sao chép ( copy control) Đó là các ứng dụng chung của Watermarking trên các tài liệu đa phương tiện Có thể thấy nó có hai mục đích chính : một là bảo mật cho dữ liệu được đem giấu, hai là bảo vệ cho chính đối tượng được giấu tin ở trong. Riêng đối với ảnh số, bảo vệ bản quyền và xác nhận nội dung là hai ứng dụng khả thi nhất, quan trọng nhất mà ảnh số có thể áp dụng được Từ các mục đích này thủy vẫn sẽ chia thành các kĩ thuật thủy vân khác nhau và sẽ được trình bày ở chương sau. 1.3 Mô hình chung của hệ thống thủy vân. Hệ thống thủy vân bao gồm bộ nhúng và bộ tách (Hình 1). Hình 2. Mô hình hệ thống thủy vân Bộ nhúng có hai đầu vào: một là dữ liệu nhúng thông tin cần nhúng (ví dụ như thủy vân hay thông điệp mật có thể là ảnh , văn bản …..vv.), hai là bản phủ là nơi mà ta sẽ nhúng thông tin cần nhúng vào đó. Đầu ra của bộ nhúng điển hình là thông tin đã được trộn vào nhau và sau đó được truyền đi hoặc ghi lại. Sau đó, ở các phiên bản gốc (kể cả phiên bản khác không qua bộ nhúng) sẽ xuất hiện ở đầu vào bộ tách. Ở bộ tách sẽ xác định sự tồn tại của thông tin nhúng, nếu có nó sẽ phân tích và xuất ra thông điệp được nhúng.CHƯƠNG II. KĨ THUẬT THỦY VÂN TRÊN ẢNH SỐ2.1. Khái niệm thủy vân trên ảnh sốThủy vân trên ảnh số là kỹ thuật nhúng một lượng thông tin số vào một bức ảnh số và thông tin nhúng được gắn liền với bức ảnh chứa.Thủy vân trên ảnh số nhằm đảm bảo an toàn dữ liệu cho đối tượng được sử dụng để giấu thông tin như: bảo vệ quyền tác giả, chống xuyên tạc, xác thực thông tin… hình 3. Mô hình ẩn thông tin trong ảnh số2.2 Phân loại thủy vân số Tùy thuộc vào ứng dụng, yêu cầu và tính năng, thủy vân trên ảnh được chia thành nhiều loại (Hình 2). Hình 4 : phân loại các kĩ thuật thủy vân Thủy vân bền vững là thủy vân bền vững với sản phẩm nhằm chống lại việc tẩy xóa, làm giả, biến đổi hay phá hủy thủy vân. Nếu muốn loại bỏ thủy vân thì cách duy nhất là phá hủy sản phẩm. Thủy vân dễ vỡ là kỹ thuật nhúng thủy vân vào ảnh, khi có bất kì một phép biển đổi nào làm thay đổi ảnh gốc thì thủy vân đã được giấu trong ảnh gốc đó sẽ không còn nguyên vẹn như thủy vân gốc. Thủy vân dễ vỡ được sử dụng trong các ứng dụng nhận thực thông tin và phát hiện xuyên tạc thông tin. Ví dụ: để bảo vệ chống xuyên tạc một ảnh nào đó ta nhúng một thủy vân vào và sau đó phân phối, quảng bá hình ảnh đó. Khi cẩn kiểm tra lại ảnh còn nguyên vẹn hay không thì ta sử dụng hệ thống đọc thủy vân. Nếu không đọc được thủy vân hoặc thủy vân đã bị sai lệch so với thủy vân gốc thì có nghĩa là ảnh đó đã bị thay đổi Thủy vân hiện: hiện ngay trên sản phẩm và người dùng có thể nhìn thấy được giống như các biểu thượng truyền hình VTV1, VTV2, HDTV… Các thủy vân hiện trên ảnh thường dưới dạng chìm, mờ hoặc trong suốt để không gây ảnh hưởng đến chất lượng ảnh gốc. Thủy vân ẩn: tính ẩn cao, bằng mắt thường không thể nhìn thấy được thủy vân. Thủy vân ẩn mang tính bất ngờ hơn thủy vân hiện trong việc phát hiện sản phẩm bị lấy cắp.Trong các ứng dụng bảo vệ bản quyền, thủy vân bền vững đóng vai trò là thông tin sở hữu của người chủ hợp pháp. Thủy vân được nhúng trong ảnh như một hình thức dán tem bản quyền, tồn tại bền vững cùng với sản phẩm. Hình 5. Hình ảnh minh họa về thủy vân ẩn và thủy vân hiện2.3.Các yêu cầu cơ bản của hệ thống thủy vân . Phương tiện chứa thủy vân: phải là ảnh hai chiều. Thủy vân nhúng trong ảnh: chỉ tác động lên dữ liệu ảnh nhưng không làm thay đổi kích thước và không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng của ảnh. Kỹ thuật nhúng thủy vân: ứng với từng loại thủy vân mà mắt thường có thể nhìn thấy hay không 2.4. Ảnh số Ảnh số ( digital image) là ảnh được tạo nên từ hàng trăm cho đến hàng triệu ô vuông rất nhỏ được gọi là các điểm ảnh (pixels). Mỗi điểm ảnh (pixel) nằm tại một vị trí nhất định, được đặc trưng bởi độ sáng,chói và màu sắc.Biểu diễn tín hiệu ảnh số:Ảnh số được biểu diễn bởi bảng 2 chiều I(M,N): •M là số dòng.•N là số cột. Mỗi điểm ảnh gồm một cặp tọa độ x,y và màu sắc,thường kí hiệu I(x,y) để chỉ 1 điểm ảnh Hình 6 : Đồ thị minh họa ảnh số. Dưới đây là một ma trận thể hiện các điểm ảnh của một ảnh với M là dòng , N là số cột Cặp tọa độ M x N tạo nên độ phân giải của ảnh,ta nói ảnh gồm M x N pixel (hay ảnh có độ phân giải M x N). VD. Ảnh có kích cỡ 1600 x 1200 pixel thì có độ phân giải là1.92 triệu điểm ảnh (lấy 1600 nhân với 1200) Hình7: ảnh có kích cỡ 1600 x 1200 pixel2.5 Mô hình hệ thống thủy vân trên ảnh số.Mô hình hệ thống thủy vân trên ảnh số tổng quát bao gồm 2 quá trình: quá trình nhúng thủy vân và quá trình tách thủy vân.Quá trình nhúng thủy vânQuá trình nhúng thủy vân được mô tả như sau:Một bức ảnh gốc cần được bảo vệ S.Thùy theo mục đích bảo vệ người ta chọn thủy vân có thể là dạng văn bản, chuỗi bít hoặc một bức ảnh, gọi chung là thông tin thủy vân W.Có thể sử dụng thêm khóa K làm khóa cho quá trình nhúng và tách thủy vân.Một thuật toán trong hệ thống sẽ kết hợp giữa các thông tin về ảnh gốc, thông tin thủy vân và thông tin khóa để tạo thành một bức ảnh mới gọi là ảnh đã nhúng thủy vân hay chứa thủy vân SW. Bức ảnh này sẽ được sử dụng để phân phối. (Hình 3) Hình 8. Minh họa quá trình nhúng thủy vânQuá trình tách thủy vân:Ảnh chứa thủy vân SW trong quá trình phân phối có thể bị sử dụng trái phép, người sử dụng có thể đã dùng một phép biến đổi ảnh thông thường để tấn công vào SW nhằm phá hủy thủy vân nếu có trong SW, các tấn công trên SW tạo ra SW.Quá trình tách thủy vân từ ảnh chứa SW (SW có thể trùng với SW) tiến hành:Sử dụng ảnh chứa thủy vân SW, hệ thống khóa K (nếu có) đã sử dụng trong quá trình nhúng thủy vân.Tùy theo kỹ thuật, ảnh gốc S có thể được sử dụng.Việc tách thủy vân được thực hiện theo một thuật toán đã xác định. Kết quả là thông tin thủy vân W tách được từ SW.Thủy vân tách được cần so sánh với thủy vân gốc W để đưa ra kết luận.Mô hình quá trình tách thủy vân được trình bày trong hình 4. Hình 9. Quá trình tách thủy vân2.6. Những an toàn và tấn công trên hệ thủy vân Tính an toàn trên hệ thủy vân: Tùy theo mục đích bảo vệ, trong thực tế khi tiến hành thủy vân phải cân nhắc giữa tính bền vững và các thuộc tính khác như lượng thông tin giấu, tính ẩn… Hệ thống thủy vân cần chống lại được một số phép xử lý ảnh thông thường và một số tấn công có chủ định đối với ảnh chứa thủy vân. Yêu cầu cơ bản nhất của hệ thống thủy vân bền vững là đảm bảo tình bền vững của thủy vân sao cho các tấn công có chủ đích với mục đích loại bỏ thủy vân sẽ làm cho giá trị thương mại của ảnh gốc bị ảnh hưởng lớn thậm chí để việc phá hủy ảnh gốc.Những tấn công trên hệ thủy vân:Tấn công trên hệ thủy vân hiện : phương pháp phổ biến hiện nay vẫn là sử dụng các công cụ xử lý ảnh như Adobe Photoshop, hoặc GIMP để loại bỏ thủy vân hiện trên ảnh Tấn công trên hệ thủy vân ẩn : •Tấn công đơn giản (tấn công mù _blind attack) . tấn công mù cố gắng tấn công tất cả các miền trên ảnh và không quan tâm tới nội dung ảnh cũng như thuật toán thủy vân. các kỹ thuật thường được sử dụng là lọc tuyến tính, lọc phi tuyến, thay đổi màu, chuyển đổi digital – analog, lấy mẫu, lượng tử hóa, v.v… •Vô hiệu hóa thủy vân: tấn công dạng này cố gắng phá hủy thủy vân, thường sử dụng các biến đổi hình học, như là co dãn ảnh, xoay ảnh, cắt ảnh hoặc chèn thêm thông tin...•Tấn công nhập nhằng: tấn công dạng này thường sử dụng các kỹ thuật như là chèn thêm thủy vân vào ảnh đã nhúng thủy vân, hoặc nghiên cứu chính thuật toán thủy vân để có thể loại bỏ thủy vân một cách hiệu quả. 2.7 Các kĩ thuật thủy vân trên ánh số Có thể chia các kỹ thuật thuỷ vân theo hai hướng tiếp cận chính: Hướng thứ nhất dựa trên miền không gian ảnh tức là tiến hành khảo sát tín hiệu và hệ thống rời rạc một cách trực tiếp trên miền giá trị rời rạc của các điểm ảnh gọi là trên miền biến số độc lập tự nhiên. Sau đó,tìm cách nhúng các thông tin bản quyền vào ảnh bằng cách thay đổi các giá trị điểm ảnh sao cho không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng ảnh và đảm bảo sự bền vững của thông tin nhúng trước những tấn công có thể có đối với bức ảnh đã nhúng thuỷ vân. Điển hình cho cách tiếp cận này là phương pháp tách bit ít quan trọng nhất (LSBLeast Significant Bit) Hướng thứ hai là sử dụng các phương pháp khảo sát gián tiếpkhác thông qua các kỹ thuật biếnđổi. Các kỹ thuật biến đổi này làm nhiệm vụ chuyển miền biến số độc lập sang các miền khác và như vậy tín hiệu và hệ thống rời rạc sẽ được biểu diễn trong các miền mới với các biến số mới. Sau đó,tìm cách nhúng thuỷ vân vào ảnh bằng cách thay đổi các hệ số biến đổi trong những miền thích hợp để đảm bảo chất lượng ảnh và sự bền vững của thuỷ vân sau khi nhúng. Các phép biến đổi được sử dụng phổ biến là DCT và DWT. 2.7.1 kỹ thuật tách bít ít quan trọng nhất –LSB Hướng thứ nhất dựa trên miền không gian ảnh tức là tiến hành khảo sát tín hiệu và hệ thống rời rạc một cách trực tiếp trên miền giá trị rời rạc của các điểm ảnh gọi là trên miền biến số độc lập tự nhiên. Sau đó,tìm cách nhúng các thông tin bản quyền vào ảnh bằng cách thay đổi các giá trị điểm ảnh sao cho không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng ảnh và đảm bảo sự bền vững của thông tin nhúng trước những tấn công có thể có đối với bức ảnh đã nhúng thuỷ vân. Điển hình cho cách tiếp cận này là phương pháp tách bit ít quan trọng nhất (LSBLeast Significant Bit) LSB là bit có ảnh hưởng ít nhất tới việc quyết định màu sắc của mỗi điểm ảnh, vì vậy khi ta thay đổi bit ít đặc trưng nhất của một điểm ảnh thì màu sắc của điểm ảnh mới sẽ tương đối gần với điểm ảnh cũ. Phương pháp này chọn các bit ít quan trọng và thay thế chúng bằng các bit thông tin cần giấu. Giải thuật LSB:Mục đích : Đưa một đoạn thông điệp N bit (Watermark) vào image A Cách thực hiện: Bước 1 : Chia ảnh A (ảnh gốc) thành làm N khối có chiều dài bằng nhau hoặc gần bằng nhau. Bước 2 : Trên mỗi khối: lấy ngẫu nhiên 1 bit có trọng số nhỏ nhất của 1 điểm ảnh thuộc khối đó Bước 3: Trên mỗi khối thay thế 1 bit được chọn bằng 1 bit trong watermarking W sau đó thu được một hình ảnh A’ và một khoá key, khoá này cho biết vị trí của bit trong khối vừa được thay thế. Giả sử cho một dãy bít cho trước thì bít đầu tiên người ta gọi là bit trọng số cao và bit cuối cùng là bit trọng số thấp . Ví dụ về kỹ thuật thủy vân LBS :Giả sử ta có giá trị của 4 điểm ảnh sẽ là: 00110010 01010011 11100101 11010101 Ta có dữ liệu nhúng là “ 1010 ” sơ đồ nhúng sẽ như sau : Sau khi ảnh được nhúng thủy vân thì sẽ được truyền đi khi đó ở máy thu sẽ nhận dữ liệu và thực hiện quá trình tách thủy vân nhằm mục đích lấy dữ liệu nhúng và kiểm định.Quá trình tách thủy vân :Tách ảnh đã nhận được từ máy thu thành N khối bằng nhauTrên mỗi khối lấy bit có trọng số nhỏ nhất và sẽ được mỗi chuỗi bit Lấy chuỗi bit đã được tách (dữ liệu sau khi đã tách thủy vân) và chuỗi bit ban đầu (chuỗi dữ liệu nhúng ) so sánh với nhau . Ưu và nhược điểm : Ưu điểm : Giấu được nhiều thông tin Đơn giản trong cài đặt, và phát huy hiệu quả trong nhiều ứng dụng. Nhược điểm : Rất dễ bị tổn thương Tin đưa vào bằng phương pháp này sẽ không bền vững2.7.2. Kỹ thuật thủy vân dựa trên miền tần số 2.7.2.1 Phương pháp biến đổi Cosine rời rạc (DCT) Biến đổi cosine rời rạc là một công cụ toán học xử lý các tín hiệu như ảnh hay video. Nó sẽ chuyển đổi các tín hiệu từ miền không gian sang miền tần số và biến đổi ngược lại từ miền tần số quay trở lại miền không gian mà không gây tổn hao đến chất lượng. Lý do chọn biến đổi cosine cho xử lý ảnh số là biến đổi cosine rời rạc yêu cầu ít sự phức tạp tính toán và tài nguyên hơn. Biến đổi cosine rời rạc một chiều Ở đây, C(u)là hệ số biến đổi cosine rời rạc, f(x)là biến tín hiệu,N là số các phần tử, u=0,1,2,..,N1 Biến đổi cosine rời rạc hai chiều: Do ảnh số là các ma trận hai chiều, do đó biến đổi cosine rời rạc hai chiều được sử dụng,phương trình biến đổi như sau: Trong đó:C(u,v) là hệ số biến đổi cosine rời rạc.f (x,y) là phần tử ma trận 2 chiều đầu vào.N là số hàng hay số cột đầu vào. u,v = 0, 1, 2,…, N1 α (u) như hình, α (v) tương tự α (u). Kỹ thuật watermarking dùng phép biến đổi DCT thường chia ảnh gốc thành các khối, thực hiện phép biến đổi DCT với từng khối ảnh gốc để được miền tần số thấp, miền tần số giữa và miền tần số cao. Đa số kỹ thuật watermarking ẩn bền vững sẽ chọn miền tần số giữa của mỗi khối để nhúng watermark theo một hệ số k nào đó gọi là hệ số tương quan giữa tính ẩn và tính bền vững của watermaking Hình 10 :Sơ đồ phân chia 3 miền tần số của phép biến đổi DCTPhương trình nhúng Watermark: •Trong đó Cw(i,j) là hệ số DCT (i,j) sau khi nhúng watermark và là các chỉ số độ mạnh watermark.•C(i,j) là hệ số DCT ban đầu trước khi thực hiện watermark, W(i,j) là hệ số DCT watermark.Ưu điểm và nhược điểm của kĩ thuật biến đổi DCTƯu điểm: Các biến đổi DCT được sử dụng phổ biến trong các chuẩn nén, tiêu biểu là JPEG. Do đó sau khi nén có thể tăng tính bền vững của thủy vân. Biến đổi DCT khá nhanh đặc biệt là nếu nó được sử dụng trong các ảnh JPEG.Nhược điểm: Các hệ số DCT dễ bị thay đổi với các phép tấn công tịnh tiến và dịch chuyển. 2.7.2.2 . Phương pháp biến đổi wavelet rời rạc –DWTPhân tích wavelet cho phép sử dụng các khoảng thời gian dài khi ta cần thông tin tần số thấp chính xác hơn và khoảng thời gian ngắn hơn đối với thông tin tần số cao . Hình 11: Biến đổi waveletPhân tích wavelet không dùng miền thời gian tần số mà dùng miền thời gian Định nghĩa wavelet:Wavelet là các dạng sóng nhỏ có thời gian duy trì tới hạn với giá trị trung bình bằng 0. Wavelet bất thường và đối xứng khác với sóng sin trơn tru và kéo dài vô hạn. Hình12: So sánh sóng Sin và waveletCó thể hiểu phép biến đổi Wavelet rời rạc DWT là sử dụng một tập hợp các bộ lọc thông cao và thông thấp.Quá trình phân tích và tổng hợp wavelet•Quá trình phân tích waveletHình 10 minh họa dạng tổng quát của biến đổi DWT một chiều. Theo đó tín hiệu nguyên gốc được cho đi qua các bộ lọc thông cao H (Highpass) và thông thấp L (Lowpass) rồi lấy mẫu xuống hệ số 2 tạo thành biến đổi DWT mức 1. Hình13 : Dạng tổng quát của biến đổi DWT một chiềuĐối với một bức ảnh, hình dạng đối tượng là sự liên kết của những vùng tương quan cấu trúc và mức độ xám. Nếu đối tượng nhỏ hoặc có sự tương phản thấp thì thông thường chúng ta khảo sát chúng ở độ phân giải cao, nếu đối đượng có kích thước lớn hoặc có độ tương phản cao thì chúng ta khảo sát ở độ phân giải thấp. Nếu cùng một đối tượng mà có kích thước vừa và nhỏ, hoặc độ tương phản vừa cao và thấp, được biểu diễn cùng lúc thì ta phải quan sát chúng ở vài độ phân giải khác nhau.Quá trình phân tích DWT được lặp lại, các xấp xỉ hoàn toàn được tách ra, do đó một tín hiệu được phân tích thành nhiều thành phần phân giải khác nhau. Nó được thực hiện như hình 16 dưới đây: Hinh 14: quá trình tách thành phần tín hiệuTừ biến đổi DWT một chiều ta có thể mở rộng định nghĩa biến đổi hai chiều theo cách sử dụng các bộ lọc riêng biệt, thực hiện biến đổi DWT một chiều đối với dữ liệu vào (ảnh) theo hàng và sau đó thực hiện theo cột.Sau quá trình biến đổi DWT lần lượt như vậy, ta sẽ tạo ra 4 nhóm hệ số biến đổi. Quá trình biến đổi DWT hai chiều có thể được minh họa như hình 11. Trong đó 4 nhóm hệ số là: LL, LH, HL, HH. Các chữ cái đầu tiên tương ứng với thực hiện lọc theo hàng, chữ cái thứ hai theo cột. Hình 15.: Quá trình biến đổi DWT hai chiều. Hình 16: Quá trình biến đổi DWT ba chiều.•Quá trình tổng hợp wavelet Tín hiệu sau khi phân tích để ứng dụng vào từng mục đích riêng sau đó cần được tổng hợp lại để có được tín hiệu gốc ban đầu mà không bị mất thông tin. Quá trình này được gọi là tổng hợp hay còn gọi là biến đổi wavelet nghịch – IDWT Hình 14 minh họa quá trình tổng hợp wavelet từ một tín hiệu sau khi phân tích đa mức trở về nguồn S. Hình 17: Quá trình tổng hợp waveletSau khi phân tích tín hiệu thành các bộ lọc thông cao và thông thấp để ứng dụng, ta tổng hợp lại tín hiệu bằng cách cho các tín hiệu đã phân tích qua các bộ lọc thông thấp và thông cao lấy mẫu lên hệ số 2 để tạo thành các tín hiệu cùng mức trước đó. Sau đó ta lấy tiếp các tín hiệu ở bộ lọc thông thấp cho qua các bộ lọc thông cao và thông thấp rồi lấy mẫu lên hệ số 2 để được tín hiệu gốc mức tương ứng. Cứ như vậy ta sẽ tái tạo lại được tín hiệu gốc S.Ưu điểm và nhược điểm của kĩ thuật biến đổi waveletƯu điểm: •Đặc tính đáng chú ý của phép biến đổi wavelet là độ phân giải thời gian tốt ở tần số cao và độ phân giải tần số tốt ở tần số thấp. Chính vì vậy nó thích hợp với việc phân tích các tín hiệu gồm các thành phần tần số cao có thời gian tồn tại ngắn và các thành phần tần số thấp có thời gian tồn tại dài.• Biền đổi DWT liên quan tới hệ thống thị giác của con người hơn biến đổi DCT. Vì vậy, có thể nén với tỉ lệ cao bằng phương pháp DWT mà sự thay đổi ảnh khó nhận ra hơn so với DCT với tỉ lệ tương tự. Nhược điểm: •Độ phức tạp về tính toán của phương pháp DWT khá cao ( cao hơn DCT)2.7.3 So sánh kĩ thuật DCT và DWT•Mức độ cảm thụ: Về mức độ cảm thụ của ảnh sau watermarking: kết quả cho thấy chất lượng ảnh sau watermarking miền DCT và DWT đều chấp nhận được. Hình 18: hình ảnh minh họa cho DCT và DWT•Giá trị tương quan sau khi tấn công: độ bền vững càng cao khi giá trị tương quan của watermark trích và watermark gốc càng gần 1. Kết quả ở hình trên cho thấy phương pháp watermarking ở miền DWT bền vững hơn nhiều so với thực hiện ở miền DCT Hình 19 :giá trị tương quan sau khi tấn công của DCT DWT•Tốc độ lỗi bit BER: Một thông số khác để đánh giá độ tin cậy của hệ thống watermarking là tốc độ lỗi bit BER (Bit Error Rate). Ta thấy được phương pháp watermarking miền DWT cho xác suất lỗi bit thấp hơn so với phương pháp DCT, nghĩa là bền vững hơn trước những tấn công, đặc biệt trong ảnh JGP và ảnh JPEG 2000 Hình 20: Tốc độ lỗi bit BER của kĩ thuật DCT và DWTChương III. Mô phỏng về quá trình nhúng và tách thủy vân trên ảnh số Kết quả mô phỏng dưới đây nhận được từ chương trình code như trong phần mục lục3.1 Yêu cầu của thuật toánCho một ảnh gốc S Cho một ảnh là ảnh thủy phân WNhiệm vụ của thuật toán là phải làm sao giấu được ảnh W trên nền ảnh gốc S (nhúng thủy vân) mà mắt thường ko nhìn thấy. Sau khi thủy vân chất lượng của ảnh không bị suy giảm quá nhiều.