1 BÀI CHUYÊN ĐỀ NHÓM GVHD: HOÀNG TRỌNG MINH BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ Đề tài: watermarking on compressed image (Kĩ thuật thủy vân ảnh nén) Trưởng nhóm: Nguyễn Hữu Thắng Thành viên: Hà Anh Sơn Lớp D12VT5 Nguyễn Khắc Minh Vũ Đức Long Lớp D12VT5 Lớp D12VT5 Lớp D12VT5 Giáo viên hướng dẫn: TS HOÀNG TRỌNG MINH BÀI CHUYÊN ĐỀ NHÓM GVHD: HOÀNG TRỌNG MINH Mở đầu Kĩ thuật Watermarking (thủy vân) kỹ thuật đáp ứng yêu cầu cao thời gian gần cho việc bảo vệ liệu đa phương tiện môi trường mạng trước chép liệu trái phép, vi phạm quyền chép, chứng thực khác (Hartung and Kutter,1999), việc nén tín hiệu đa phương tiện cần thiết không gian lưu trữ truyền dẫn.Vì thế, cần thiết đề cập đến quan trọng giấu tin trính nén liệu.Tuy nhiên, nguyên tắc làm việc kĩ thuật thủy vân nén xem khó khăn so với liệu mã hóa dư thừa vốn có trình nén Ở khía cạnh khác,kĩ thuật thủy vân sử dụng không gian dự phòng làm cho liệu ẩn không lên Một vấn đề khác xảy ra,kĩ thuật nhúng thủy vân liệu nén trở nên khó khăn nhiều phương án khác đưa nhằm tối ưu hóa vấn đề hình thức kĩ thuật thủy vân nén (JWC) Hơn nữa, yêu cầu khác đưa cho kĩ thuật trình không làm tăng tỉ lệ bit cho liệu nén đến mức độ lớn, đáp ứng giá trị cao tỉ lệ thông tin giấu (DWR) độ tin cậy giải thuật Người ta mong muốn thuật toán thủy vân phải phù hợp dễ dàng tích hợp cho kĩ thuật nén có JPEG JPEG2000 chuyên dùng nén hình ảnh kỹ thuật số Mục tiêu báo cáo cung cấp nhìn vấn đề kĩ thuật thủy vân liệu nén thiết kế theo thuật toán mạnh mẽ hiệu Người đọc hiểu kĩ thuật theo bước với lựa chọn công cụ kỹ thuật khác để phát triển thuật toán tích hợp nhằm đáp ứng số mục tiêu xác định rõ Một mục tiêu xem xét phát triển DWR cao tỷ lệ lỗi bit thấp (BER), hệ thống thủy vân với tải trọng vừa phải không tăng kích thước tập tin sử dụng kĩ thuật lên nhiều Điều thực cách sử dụng mã sửa lỗi (ECC) thông minh thông qua việc tạo không gian dự phòng ảo Nói theo cách khác, linh hoạt cho liệu nhúng bị hoạt động lượng tử tái tạo cách áp dụng mã hóa kênh chương trình trực tiếp liệu máy chủ nén, thay áp dụng vào tín hiệu giấu thực hệ thống giấu tin thông thường Nó cần xem xét gọi dư thừa tạo ra, không nên tăng nhiều kích thước tập tin liệu nén,đó mục tiêu hoạt động nén BÀI CHUYÊN ĐỀ NHÓM GVHD: HOÀNG TRỌNG MINH MỤC LỤC DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ BER (Bit Error Rate) : Tỷ lệ lỗi bit DCT (Discrete Cosine Transform): Biến đổi Côsin rời rạc DWT (Discrete Wavelet Transform): Biến đổi Wavelet rời rạc ECC (Error Correction Code): mã sửa lỗi JPEG/ JPEG 2000 (Joint Photographer Experts Group): Hiệp hội chuyên gia nhiếp ảnh JWC (Joint Wartermarking and Compression): Kĩ thuật thủy vân nén ảnh chung GA (Genetic Algorithms): Giải thuật di truyền IWT (Integer Wavelet Transform): Số nguyên biến đổi Wavelet BÀI CHUYÊN ĐỀ NHÓM GVHD: HOÀNG TRỌNG MINH IIWT (Inverse Integer Wavelet Transform): Số nguyên biến đổi nghịch đảo Wavelet LBS (Least Significant Bit): Bit ý nghĩa MSB (Most Significant Bit): Bit ý nghĩa QIM (Quantization Index modulation ): Điều chế số lượng tử hóa Chương I: Tổng quan kĩ thuật Watermarking (Thủy vân) 1.1: Khái niệm thuỷ vân Thuỷ vân số (digital watermarking) trình chèn thông tin vào liệu số đảm bảo cảm nhận giác quan người lại dễ dàng phát thuật toán máy tính Một dấu thuỷ vân (watermark) mà mẫu thông tin suốt nhìn thấy giác quan chèn vào vị trí thích hợp liệu số cách sử dụng thuật toán đặc biệt Tuỳ thuộc vào mục đích ứng dụng mà yêu cầu hệ thống watermarking đặt Với hệ thống thực tế, hệ thống thuỷ vân đòi hỏi yêu cầu sau:  Tính không nhận thấy (Imperceptibility): Các điều chỉnh gây nhúng watermark phải thấp ngưỡng cảm thụ người, nghĩa mẫu dùng nhúng watermark phép thay đổi nhỏ giới hạn cho phép BÀI CHUYÊN ĐỀ NHÓM GVHD: HOÀNG TRỌNG MINH  Tính bền vững (Robustness): Đây yêu cầu nòng cốt watermarking Tùy     vào loại ứng dụng mà tính bền vững nhìn nhận nhiều quan điểm khác nhau, ứng dụng dùng để bảo vệ quyền sở hữu watermark cần phải bền vững qua số hành động cập nhật nội dung liệu Nếu ứng dụng để chống làm giả chống lại thay đổi liệu đòi hỏi watermark phải huỷ bỏ có tác vụ xảy Tính không chia tách (Inseparability): Sau liệu nhúng watermark yêu cầu phải khó tách thành phần riêng biệt lúc đầu Bảo mật (Security): Sau nhúng watermark vào liệu, yêu cầu cho phép user có quyền chỉnh sửa phát watermark điều thực nhờ vào key dùng làm khoá giải thuật nhúng watermark vào liệu giải thuật phát watermark liệu Tìm lại watermark: Có thể cần không cần đến liệu gốc tìm lại thuỷ vân nhúng Trích watermark hay kiểm chứng: Cho phép kiểm tra tồn watermark liệu nhúng 1.2 Một số vấn đề có liên quan đến thuỷ vân Visible watermarks – thủy vân hiện, giống tên gọi, mẫu thông tin, tương tự logo chèn vào ảnh video Kỹ thuật chủ yếu áp dụng cho ảnh để đánh dấu ảnh sở liệu ảnh ngăn chặn mua bán web có sử dụng ảnh Kỹ thuật kết hợp thuỷ vân với ảnh gốc dùng cách thay đổi độ sáng ảnh gốc cách dùng hàm thuỷ vân với khoá bí mật Khoá bí mật xác định giá trị giả ngẫu nhiên dùng cho việc điều chỉnh độ sáng, mục đích để gây khó khăn cho công xoá bỏ dấu Watermarking – Thuỷ vân, ngược lại với steganography, có thêm khái niệm bền vững với công Ngay tồn thông tin ẩn bị lộ kỹ thuật gây khó khăn cho kẻ công khoá bí mật Lý bền vững phương thức thuỷ vân nhúng nhiều lần thông tin nhỏ liệu cần bảo vệ phương thức steganographic Trên thực tế BÀI CHUYÊN ĐỀ NHÓM GVHD: HOÀNG TRỌNG MINH steganographic watermarking hai phương thức riêng mà chúng có phần bổ sung cho nhiều đối lập Fingerprinting Labeling (lấy dấu vân tay gán nhãn) thuật ngữ biểu thị ứng dụng đặc biệt thuỷ vân, chúng giống thông tin tạo hoá đặc trưng nhúng vào đối tượng Fingerprinting có nghĩa trình thuỷ vân với thông tin nhúng mã xác định tác giả xác định liệu gốc mã bên cạnh chuỗi mã có chứa đặc trưng liệu Bitstream watermarking (thủy vân dòng bit) sử dụng cho nén liệu thuỷ vân ví dụ video Thuật ngữ nhúng kỹ hiệu thay cho watermarking ấn phẩm trước sử dụng, không tiếp tục sử dụng nữa, từ dẫn đến hiểu nhầm mã hoá thuỷ vân Mã hoá (cryptographic) phục vụ cho mục đích xác định quyền tác giả Chúng sử dụng để nhận dạng thay đổi liệu đánh dấu xác thực người gửi Tuy nhiên thuỷ vân sử dụng để xác thực ứng dụng đặc biệt thường thiết kế cho việc chống lại thay đổi chỉnh sửa Fragile watermarks (Thuỷ vân dễ vỡ) thuỷ vân có hạn chế mặt bền vững liệu Chúng áp dụng để nhận dạng thay đổi liệu thuỷ vân gìn giữ thông tin, có công nhằm xoá bỏ thuỷ vân việc phá huỷ liệu gốc 1.3 Khái niệm thuỷ vân sở liệu Thuỷ vân sở liệu kỹ thuật cho phép người chủ liệu nhúng thuỷ vân ẩn vào liệu Một thuỷ vân thường mô tả thông tin dùng để chứng minh quyền sở hữu liệu, chẳng hạn tên chủ sở hữu, nguồn gốc, người tiếp nhận nội dung Việc nhúng thông tin an toàn đòi hỏi thuỷ vân nhúng liệu bị làm giả mạo bị tẩy xoá cách dễ dàng Nhúng ẩn có nghĩa thuỷ vân nhìn thấy liệu Hơn nữa, việc phát thuỷ vân thực theo phương pháp “mù”, tức không đòi hỏi liệu gốc thuỷ vân gốc Đồng thời, nhúng thuỷ vân vào liệu cần phải đảm bảo thay đổi liệu giới hạn cho phép ứng dụng cụ thể 1.4 Một số ứng dụng thuỷ vân BÀI CHUYÊN ĐỀ NHÓM GVHD: HOÀNG TRỌNG MINH 1.4.1 Bảo vệ quyền tác giả (copyright protection) Đây ứng dụng kỹ thuật thuỷ vân số Một thông tin mang ý nghĩa quyền sở hữu tác giả (người ta gọi thuỷ vân - watermark) nhúng vào sản phẩm, thuỷ vân người chủ sở hữu hợp pháp sản phẩm có dùng làm minh chứng cho quyền sản phẩm Giả sử có thành phẩm liệu dạng đa phương tiện ảnh, âm thanh, video cần lưu thông mạng Để bảo vệ sản phẩm chống lại hành vi lấy cắp làm nhái cần phải có kỹ thuật để “dán tem quyền” vào sản phẩm Việc dán tem việc nhúng thuỷ vân cần phải đảm bảo không để lại ảnh hưởng lớn đến việc cảm nhận sản phẩm Yêu cầu kỹ thuật ứng dụng thuỷ vân phải tồn bền vững với sản phẩm, muốn bỏ thuỷ vân mà không phép người chủ sở hữu cách phá huỷ sản phẩm 1.4.2 Phát xuyên tạc thông tin (authentication and tamper detection) Một tập thông tin giấu phương tiện chứa, sau sử dụng để nhận biết xem liệu phương tiện gốc có bị thay đổi hay không Các thuỷ vân nên ẩn để tránh tò mò đối phương, việc làm giả thuỷ vân hợp lệ hay xuyên tạc thông tin nguồn cần xem xét Trong ứng dụng thực tế, người ta mong muốn tìm vị trí bị xuyên tạc phân biệt thay đổi (ví dụ phân biệt xem đối tượng đa phương tiện chứa thông tin giấu bị thay đổi, xuyên tạc nội dung bị nén liệu) Yêu cầu chung ứng dụng khả giấu thông tin cao thuỷ vân không cần bền vững 1.4.3 Lấy dấu vân tay hay dán nhãn (fingerprinting and labeling) Thuỷ vân ứng dụng sử dụng để nhận diện người gửi hay người nhận thông tin Ví dụ vân khác nhúng vào copy khác thông tin gốc trước chuyển cho nhiều người Với ứng dụng yêu cầu đảm bảo độ an toàn cao cho thuỷ vân, tránh khả xoá dấu vết phân phối 1.4.4 Điều khiển thiết bị (Device control) Các thiết bị phát thuỷ vân (ở sử dụng phương pháp phát thuỷ vân giấu mà không cần thông tin gốc) gắn sẵn vào hệ thống đọc ghi, tùy thuộc BÀI CHUYÊN ĐỀ NHÓM GVHD: HOÀNG TRỌNG MINH vào việc có thủy vân hay không để điều khiển (cho phép/cấm) truy cập Ví dụ hệ thống quản lí chép DVD ứng dụng Nhật Nhà sản xuất trang bị cho phương tiện dùng để nhân (như CD writer…) khả phát xem digital media có chứa watermarks hay không, có từ chối không nhân 1.4.5 Theo dõi trình sử dụng (Tracking) Digital watermarking dùng để theo dõi trình sử dựng digital media Mỗi sản phẩm chứa watermark dùng để xác định user Nếu có nhân bất hợp pháp, ta truy người vi phạm nhờ vào watermark chứa bên phương tiện 1.4.6 Theo dõi truyền thông (Broadcast Monitoring) Các công ty truyền thông quảng cáo dùng kỹ thuật digital watermarking để quản lý xem có khách hàng dùng dịch vụ mà họ cung cấp 1.4.7 Truyền tin bí mật (Concealed Communication) Bởi digital watermarking dạng đặc biệt việc che dấu liệu (steganography) nên người ta dùng để truyền thông tin bí mật 1.5 Giải thuật di truyền Giải thuật di truyền (GA - Genetic Algorithms) kỹ thuật giúp giải toán cách mô theo tiến hoá người hay sinh vật nói chung (dựa thuyết tiến hoá muôn loài Darwin) điều kiện thay đổi môi trường sống Thuật toán di truyền hướng tiếp cận tính toán gần đúng, nghĩa mục tiêu thuật toán di truyền không nhằm đưa lời giải xác tối ưu mà đưa lời giải tương đối tối ưu Giải thuật di truyền kỹ thuật khoa học máy tính nhằm tìm kiếm giải pháp thích hợp cho toán tối ưu tổ hợp (combinatorial optimization) Giải thuật di truyền phân ngành giải thuật tiến hoá vận dụng nguyên lý tiến hoá di truyền, đột biến, chọn lọc tự nhiên, lai ghép Giải thuật di truyền thường ứng dụng nhằm sử dụng ngôn ngữ máy tính để mô trình tiến hoá tập hợp đại diện trừu tượng (gọi nhiễm sắc thể) giải pháp chấp nhận (gọi cá thể) cho toán tối ưu hoá Tập hợp tiến triển theo hướng chọn lọc giải pháp tốt Tìm kiếm giả thuyết thích hợp bắt đầu với BÀI CHUYÊN ĐỀ NHÓM GVHD: HOÀNG TRỌNG MINH quần thể, hay tập hợp có chọn lọc ban đầu giả thuyết Các cá thể quần thể khởi nguồn cho quần thể hệ hoạt động lai ghép đột biến ngẫu nhiên – lấy mẫu sau trình tiến hoá giống tiến hoá sinh học Ở bước, giả thuyết quần thể ước lượng liên hệ với đại lượng thích nghi cho, với giả thuyết phù hợp chọn theo xác suất hạt giống cho việc sản sinh hệ Thuật giải di truyền ứng dụng cách thành công phát triển rộng rãi nhiều lĩnh vực Giải thuật di truyền (GA) cung cấp phương pháp học thúc đẩy tương tự với tiến hoá sinh học Thay tìm kiếm giả thuyết từ tổng quát đến cụ thể từ đơn giản đến phức tạp, GA tạo giả thuyết cách lặp việc đột biến việc tái hợp phần giả thuyết biết tốt bước, tập giả thuyết gọi quần thể cập nhật cách thay vài phần nhỏ quần thể cá thể giả thuyết tốt thời điểm Sự phổ biến GA thúc đẩy yếu tố sau: Tiến hoá phương pháp mạnh, thành công cho thích nghi bên hệ thống sinh học • GA tìm kiếm không gian giả thuyết có phần tương tác phức tạp, ảnh hưởng phần lên toàn thể độ thích nghi giả thuyết khó mô hình hoá • GA thực song song tận dụng thành tựu phần cứng máy tính mạnh • Chương II: Chuẩn nén ản JPEG , JPEG 2000 2.1 Khái niệm nén ảnh - Nén trình làm giảm thông tin dư thừa liệu gốc 10 BÀI CHUYÊN ĐỀ NHÓM GVHD: HOÀNG TRỌNG MINH Hình 2.1 ảnh ban đầu(a) ảnh sau nén(b) - Như vậy, nén ảnh giảm nhỏ kích thước ảnh, giảm thời gian truyền làm giảm chi phí xử lý ảnh chất lượng ảnh tốt 2.2: Chuẩn JPEG 2.2.1 Khái niệm JPEG chuẩn ảnh nén Joint Photographic Experts Group đề ra, sử dụng kỹ thuật nén liệu (lossy compression) cho phép có lựa chọn thích hợp khả lưu trữ chất lượng ảnh JPEG sử dụng nhiều định dạng ảnh JPEG/Exif phổ dụng Định dạng dùng máy ảnh kỹ thuật số thiết bị tương tự khác JPEG/Exif định dạng đưuọc dùng nhiều mạng Internet ngày Các định dạng có tên khác khác biệt không nhiều Và để đơn giản ta gọi chung JPEG 2.2.2 Chuẩn JPEG ứng dụng JPEG hay Joint Photographic Experts Group, chuẩn cách mà hình ảnh nén (codec) thành chuỗi byte giải ngược trở lại thành hình ảnh 24 BÀI CHUYÊN ĐỀ NHÓM GVHD: HOÀNG TRỌNG MINH Hình 3.1: sơ đồ khối biểu diễn chương trình nhúng watermark  Bước Entropy giải mã lập đồ nhị phân Tín hiệu gốc X đưa vào nén có tổn thất, mã hóa entropy Lượng tử không hệ số DCT sau ánh xạ tới liệu nhị phân  Bước 2.Mã hóa chập Các liệu nhị phân thu bước sau mã hóa mã hóa chập 'k' bit ánh xạ tới t 'bit' với t≤ k  Bước Ánh xạ phi tuyến tính liệu mã hóa Các kênh mã hóa liệu nhị phân không thích hợp cho ứng dụng trực tiếp QIM watermarking Để tạo lượng tử phù hợp không gian nhúng, liệu mã hoá chập sau chuyển đổi sang hệ số nguyên thông qua ánh xạ phi tuyến tính Đơn giản, dễ dàng ánh xạ phi tuyến thực chuyển hệ sang hệ 10 Từ hệ sang hệ 10 giới hạn bit / mẫu để giá trị mẫu giá trị điểm ảnh lớp hình ảnh màu xám 25 BÀI CHUYÊN ĐỀ NHÓM GVHD: HOÀNG TRỌNG MINH  Bước Phân tách sử dụng IWT sở nâng cao Các tín hiệu số nguyên thu bước trải qua IWT sử dụng 5-tap / 3-tap hệ số lọc, Tuy nhiên, DWT lọc nâng cao khác sử dụng Các kênh mã hóa hệ số DCT giải nén sử dụng nâng dựa DWT tín hiệu thủy vân đồng thời tương thích để hoạt động nén 2000 JPEG JPEG Đây báo cáo watermarking hầu hết chương trình wavelet dựa nhúng mạnh mẽ chống lại chất lượng nén JPEG 2000 thấp, tương tự đàn hồi chống lại nén JPEG chất lượng thấp Tương tự vậy, DCT dựa phương pháp watermarking kỹ thuật số có đặc điểm xác nghịch đảo cho hoạt động nén với mục tiêu này, phương pháp cung cấp mức độ định vững mạnh chống JPEG 2000 hoạt động IWT áp dụng số liệu thủy vân DCT nén  Bước QIM watermarking Một thông điệp nhị phân 'W' sử dụng trình tự watermark hai lần rung liên tiếp, với chiều dài L, tạo giả ngẫu nhiên với kích thước bước (Δ) sau: Trong R (key) máy phát ngẫu nhiên Hệ số Sq thu sau: Xq mã chập q-th hệ số IWT liệu máy chủ nén, Q lượng tử thống (và giải lượng tử) với bước Δ, W (i, j) (i, j) điểm ảnh thủy vân  Bước Cấu tạo ảnh watermarked 26 BÀI CHUYÊN ĐỀ NHÓM GVHD: HOÀNG TRỌNG MINH Số nguyên biến đổi wavelet ngược (IIWT) sau áp dụng hệ số watermarked Hoạt động phi tuyến tính ngược thực chuyển số thập phân chuyển đổi sang nhị phân Ánh xạ cho tín hiệu số nguyên liệu nhị phân Sau giải mã Viterbi áp dụng liệu nhị phân để t-bit thành k bit Hoạt động thực hoạt động nghịch đảo kênh mã hóa sử dụng mã chập Ví dụ cho loại bỏ dư thừa không cho watermark giải mã Như giải mã entropy liệu thu watermarking Quá trình watermarking tương tự với `QIM ẩn ' trình thông tin nhúng bao gồm: (i) tiền xử lý liệu máy chủ nén mã hóa chập, lập đồ phi tuyến tính, hoạt động IWT (2) QIM nhúng, (3) sử dụng chập giải mã, lập đồ nghịch đảo phi tuyến tính, IIWT để hình thành tín hiệu hỗn hợp (Chen & Wornell, 2001) 3.3 Quá trình giải mã Watermark Việc giải mã watermark thực từ ảnh Watermark nén Entropy giải mã liệu Watermark nén thực giải mã Entropy ánh xạ tới nhị phân Sau lặp lại mã chập với tỷ lệ mã thích hợp lập ánh xạ phi tuyến tính thực thực watermark nhúng Hệ số nguyên wavelet cho liệu watermark sau sử dụng để khai thác watermark Hình 3.2 cho thấy sơ đồ khối trình giải mã watermark Hình 3.2: Sơ đồ khối biểu diễn chương trình giải mã watermark Các thông tin watermark lấy từ liệu nén cách sử dụng theo quy định sau 27 BÀI CHUYÊN ĐỀ NHÓM GVHD: HOÀNG TRỌNG MINH Yq hệ số IWT thứ q (có thể có nhiễu kênh truyền hoạt động công áp dụng liệu hình mờ) liệu watermark Các ký hiệu A B biến định sử dụng để khai thác bit watermark Một bit watermark W (i, j) giải mã cách sử dụng quy tắc: nơi Yq IWT hệ số thứ q (có thể có nhiễu kênh truyền hoạt động công áp dụng liệu watermark) liệu watermark Các ký symbols A B biến định sử dụng để lấy bit watermark Một bit watermark W’(i, j) giải mã cách sử dụng quy tắc: 3.4 Ảnh hưởng kỹ thuật nén ảnh đến thủy vân Hình 3.3: Sơ đồ phân loại kỹ thuật nén ảnh Theo sơ đồ (Hình 3.3) nén ảnh có hai hướng chính, bao gồm: 28 BÀI CHUYÊN ĐỀ NHÓM GVHD: HOÀNG TRỌNG MINH - Kỹ thuật nén không thông tin (lossless compression): ảnh khôi phục giống hoàn toàn so với ảnh gốc Tuy nhiên, nén không tổn hao đạt hiệu nén nhỏ - Kỹ thuật nén có thông tin (lossy compression): ảnh khôi phục có sai khác so với ảnh gốc mát thông tin không cảm nhận điều kiện cảm nhận hình ảnh thông thường Kỹ thuật đạt hiệu nén cao nhiều so với kỹ thuật nén không tổn hao Tuy nhiên tác nhân làm giảm chất lượng chí làm biến dạng đến mức không khôi phục thủy vân nhúng ảnh Mã hóa biến đổi dùng phổ biến kỹ thuật nén ảnh có thông tin Mã hoá dựa phép biến đổi trước tiên ảnh để chuyển miền biểu diễn ảnh từ miền không gian sang miền khác Tiếp đó, thực mã hoá hệ số biến đổi Các phép biến đổi phổ biến là: biến đổi cosine rời rạc DCT (sử dụng chuẩn nén ảnh JPEG) biến đổi sóng rời rạc DWT (sử dụng chuẩn nén ảnh JPEG2000) Đối với JPEG, sau biến đổi cosine rời rạc, tương quan điểm ảnh ảnh miền không gian giải tương quan thành tần số rời rạc khác miền tần số Quá trình lượng tử hoá dựa đặc điểm sinh lý hệ thống thị giác người, là, nhạy cảm cao với tần số thấp tần số cao Các phương pháp lượng tử hóa vô hướng thiết kế cho giảm dư thừa liệu mà giữ tính trung thực ảnh Các hệ số tần số lượng tử hoá thô (bước lượng tử lớn) hệ số tần số cao lượng tử hoá tinh (bước lượng tử nhỏ) hệ số có tần số thấp Bảng lượng tử hoá lấy tỉ lệ để tạo mức nén thay đổi tuỳ theo tốc độ bít chất lượng ảnh Việc lượng tử hoá tạo nhiều giá trị 0, đặc biệt tần số cao Quá trình làm tròn lượng tử hoá nguyên nhân gây tổn hao lại nhân tố đem lại hiệu suất nén Tương tự JPEG2000 hệ số phép biến đổi sóng lượng tử hoá Quá trình lượng tử hoá cho phép đạt tỷ lệ nén cao cách thể giá trị biến đổi với độ xác tương ứng cần thiết với mức chi tiết ảnh cần nén Các hệ số biến đổi lượng tử hoá theo phép lượng tử hoá vô hướng Các hàm lượng tử hoá khác đƣợc áp dụng cho băng khác Trong dạng biến đổi nguyên, đặt bước lượng tử Với dạng biến đổi thực bước lượng tử chọn tương ứng cho băng riêng rẽ Bước lượng tử băng phải có dòng bit truyền để phía thu giải lượng tử cho ảnh Lượng tử hóa JPEG2000 có tác 29 BÀI CHUYÊN ĐỀ NHÓM GVHD: HOÀNG TRỌNG MINH dụng hiệu suất nén ảnh hưởng đến chất lượng thủy vân so với nén JPEG 3.5 Hiệu suất Hiệu suất phương pháp watermarking đề xuất nghiên cứu thay đổi DWR với thay đổi mức watermark, hiệu suất mạnh mẽ đo BER cho watermark giải mã chống lại AWGN Nghiên cứu rộng rãi hoạt động cho watermarking trực tiếp entropy giải mã hệ số DCT, sử dụng mã lặp lại mã chập với tỷ lệ mã R = 1/2, 1/4, 1/6 Các thử nghiệm thực cho số lượng lớn định dạng ảnh JPEG nén với tỷ lệ nén khác nhau, nhiên, báo cáo kết cho yếu tố chất lượng 60 Hình 3.4 (a) - (c) cho thấy số hình ảnh thử nghiệm chuẩn (petitcolas) Lena, Boat Perrer với kích thước (256x 256), bit / pixel tỷ lệ hình ảnh màu xám hình 3.4 (d) cho thấy số bit nhị phân nhận biết trực quan watermark với kích thước (32x 32) Kích thước watermark nhị phân lựa chọn cho phép nhúng tín hiệu khóa (8x 8) hình ảnh gốc Các nghiên cứu sử dụng peak-signal-to-noise ratio(PSNR), nghĩa số tương đồng cấu trúc đo (MSSIM) để định lượng chất lượng hình ảnh nhúng thủy vân với ảnh gốc Hình 3.4 Bản gốc hình ảnh gốc (a) Lena (b) Boat (c) Pepper (d) watermark nhị phân Trước hết, trình bày ảnh hưởng watermark khác chất lượng tương đối hình ảnh watermark Hình 3.5 (a) - (e) cho thấy hình ảnh watermarked thu sau liệu nhúng giải mã entropy hệ số DCT mức watermark khác xác định kích thước bước khác hoạt động 30 BÀI CHUYÊN ĐỀ NHÓM GVHD: HOÀNG TRỌNG MINH lượng tử sử dụng cho QIM Các mức watermark quy định 12,73 dB, 14,31 dB, 15,22 dB, 16,05 dB 16,81 dB cho hình 3.5 (a), (b), (c), (d) (e) tương ứng Các giá trị PSNR tương ứng cho ảnh watermark 36,89 dB, 35,59 dB, 34,84 dB, 34,09 dB 33,42 dB tương ứng, giá trị tương ứng MSSIM cho 0,9388, 0.9197, 0,9068, 0,8920 0,8767 Các mức watermark định nghĩa là: Hình 3.5 Hình ảnh watermarked sau nhúng vào entropy giải mã hệ số DCT mức watermark (a) 12,73 dB, (b) 14.31dB (c) 15,22 dB (d) 16.05dB (e) 16.81dB Hình 3.6 (a) - (e), hình3.7 (a) - (e), hình 3.8 (a) - (e) hiển thị hình ảnh watermark khác với mức watermark 12,73 dB, 14,31 dB, 15,22 dB, 16,05 dB 16,81 dB, với tỷ lệ mã hóa chập R = 1/2, 1/4 1/6 tương ứng Các ký hiệu P M kết hợp với số giá trị PSNR (dB) giá trị MSSIM tương ứng Tương tự vậy, hình 3.9 (a) - (e), hình 3.10 (a) - (e) hình 3.11 (a) - (e), cho thấy khác hình ảnh watermark với mức watermark 12,73 dB, 14,31 dB, 15,22 dB, 16,05 dB 16,81 dB, tương ứng với việc sử dụng kết hợp IWT chập mã hóa entropy giải mã hệ số DCT mã hóa tốc độ R = 1/2, 1/4 1/6 tương ứng (P=40.75,M=0.9762) (P=40.31,M=0.9731) (P=40.02,M=0.9714) (P=39.96,M=0.9713) (P=39.69,M=0.9697) 31 BÀI CHUYÊN ĐỀ NHÓM (a) (b) GVHD: HOÀNG TRỌNG MINH (c) (d) (e) Hình 3.6: Ảnh watermark sau nhúng vào entropy giải mã hệ số DCT với mã chập tỷ lệ 1/2 mã hóa mức watermark (a) 12.73dB (b) 14,31 dB, (c) 15,22 dB, (d)16,05 dB, (e) 16,81 dB (P=40.86,M=0.9792) (P=40.84,M=0.9790) (P=40.83,M=0.9782) (P=40.80,M=0.9773) (P=40.76,M=0.9767) (a) (b) (c) (d) (e) Hình 3.7:.ảnh watermark sau nhúng vào entropy giải mã hệ số DCT với mã chập tỷ lệ 1/4 mã hóa mức watermark (a) 12.73dB (b) 14,31 dB, (c) 15,22 dB, (d)16,05 dB, (e) 16,81 dB (P=40.98,M=0.9816) (P=40.96,M=0.9815) (P=40.92,M=0.9814) (P=40.88,M=0.9813) (P=40.86,M=0.9811) 32 BÀI CHUYÊN ĐỀ NHÓM (a) (b) GVHD: HOÀNG TRỌNG MINH (c) (d) (e) Hình 3.8 Ảnh watermark sau nhúng vào entropy giải mã hệ số DCT với mã chập tỷ lệ 1/6 mã hóa mức watermark (a) 12.73dB (b) 14,31 dB, (c) 15,22 dB, (d) 16,05 dB, (e) 16,81 dB (P=41.23,M=0.9851) (P=41.20,M=0.9847) (P=41.19,M=0.9825) (P=41.16,M=0.9823) (P=41.12,M=0.9821) (a) (b) (c) (d) (e) Hình 3.9: Ảnh watermark sau nhúng vào entropy giải mã hệ số DCT với số nguyên wavelets mã chập tỷ lệ 1/2 mã hóa mức watermark (a) 12.73dB (b) 14,31 dB, (c) 15,22 dB, (d) 16,05 dB, (e) 16.81 dB (P=42.67,M=0.9815) (P=42.61,M=0.9814) (P=42.58,M=0.9812) (P=42.53,M=0.9811) (P=42.52,M=0.9811) 33 BÀI CHUYÊN ĐỀ NHÓM (a) (b) GVHD: HOÀNG TRỌNG MINH (c) (d) (e) Hình 3.10: Ảnh watermark sau nhúng vào entropy giải mã hệ số DCT với số nguyên wavelets mã chập tỷ lệ 1/4 mã hóa mức watermark (a) 12.73dB (b) 14,31 dB, (c) 15,22 dB, (d) 16,05 dB, (e) 16.81 dB (P=43.12,M=0.9856) (P=43.10,M=0.9847) (P=43.09,M=0.9845) (P=43.06,M=0.9843) (P=43.02,M=0.9839) (a) (b) (c) (d) (e) Hình 3.11: Hình ảnh Watermarked sau nhúng vào entropy giải mã hệ số DCT với số nguyên wavelets mã chập tỷ lệ 1/6 mã hóa ở mức watermark (a) 12.73dB (b) 14,31 dB, (c) 15,22 dB, (d) 16,05 dB, (e) 16.81 dB 34 BÀI CHUYÊN ĐỀ NHÓM GVHD: HOÀNG TRỌNG MINH KẾT LUẬN Bài báo cáo trình bày bước nhúng thủy vân số giải mã thủy vân ảnh số nén Ảnh số liệu số quan trọng cần bảo vệ quyền Ảnh số phương tiện thuận tiện để giấu tin mật Một ứng dụng quan trọng thủy vân số thủy vân ảnh số để bảo vệ quyền giấu tin mật Tấn công nén ảnh nói chung đặc biệt nén ảnh JPEG loại công phổ biến thủy vân chứa ảnh Bản chất nén ảnh JPEG loại bỏ thông tin dư thừa ảnh miền DCT Vì vậy, cách tự nhiên, phương pháp thủy vân ẩn ảnh số miền DCT mang đến hội chống lại công nén 35 BÀI CHUYÊN ĐỀ NHÓM GVHD: HOÀNG TRỌNG MINH ảnh JPEG Báo cáo nhằm nêu rõ phạm vi ứng dụng, kĩ thuật nhúng giải mã thủy vân nén ảnh, đồng thời đưa số liệu hiệu suất để nhằm so sảnh chất lượng thủy vân hình ảnh khác cách chống lại việc công ảnh môi trường số TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] M Das Gupta Watermarking [Vol 1] image, traditional 2012 [2] https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_watermarking [3] https://en.wikipedia.org/wiki/Watermark 36 BÀI CHUYÊN ĐỀ NHÓM GVHD: HOÀNG TRỌNG MINH [4] https://en.wikipedia.org/wiki/JPEG [5] https://jpeg.org/jpeg2000/ [6] https://en.wikipedia.org/wiki/JPEG_2000 37 BÀI CHUYÊN ĐỀ NHÓM GVHD: HOÀNG TRỌNG MINH 38 BÀI CHUYÊN ĐỀ NHÓM GVHD: HOÀNG TRỌNG MINH