MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của các mạng máy tính tốc độ cao, đặc biệt là Internet, các phƣơng tiện kỹ thuật số nhƣ phƣơng tiện lƣu trữ, phƣơng tiện truyền thông, đã mở ra một kỷ nguyên mới – kỷ nguyên thông tin số. Hầu hết các thông tin ngày nay đều đƣợc lƣu trữ dƣới dạng số hóa. Đồng thời, quá trình toàn cầu hóa mạng Internet đã biến xã hội ảo là nơi diễn ra trao đổi thông tin trong mọi lĩnh vực chính trị, quân sự, quốc phòng, kinh tế, thƣơng mại.
Tuy nhiên, công nghệ số cũng tạo ra khả năng sao chép hoàn hảo, không có bất kỳ khuyết điểm và phân phối lại những sản phẩm này trên toàn thế giới, có hoặc không sự cho phép của ngƣời sở hữu. Việc trao đổi, phân bố, sao chép và xử lý các sản phẩm số này ngày càng nhanh chóng, đơn giản, nằm ngoài tầm kiểm soát của các tổ chức. Vấn đề đặt ra cho tất cả các phƣơng thức kinh doanh, phân phối tài nguyên số trên mạng là tuân thủ các nguyên tắc về quyền sở hữu trí tuệ, và không cản trở quá trình phân phối, trao đổi tài nguyên số. Nhu cầu đƣợc bảo vệ bản quyền và sở hữu trí tuệ các sản phẩm số đã trở thành một vấn đề quan trọng và đang đƣợc quan tâm Hiện nay, có hàng tỉ bức ảnh đƣợc phân phối trên các kênh truyền công cộng.
Do chúng có đặc tính dễ sao chép, dễ chỉnh sửa nên nhiều đối tƣợng lợi dụng cố ý đánh cắp, làm sai lệch, giả mạo bức ảnh gốc. Từ đó, có thể gây thiệt hại đến uy tín, thiệt hại về kinh tế cho ngƣời sở hữu bức ảnh đặc biệt trong bối cảnh bùng nổ Internet. Để giải quyết cho các vấn đề an toàn truyền thông vào bảo vệ bản quyền tài liệu số đặc biệt là ảnh số thì việc xây dựng một hệ thống có sử dụng kỹ thuật nhúng thủy vân vẫn là một giải pháp tối ƣu. Thuỷ vân số là một phƣơng pháp mới dựa trên lý thuyết tổng hợp của nhiều lĩnh vực khác nhau nhƣ mật mã học, lý thuyết thông tin, lý thuyết truyền thông và xử lý tín hiệu số, xử lý ảnh.
Bằng cách sử dụng thủy vân, dữ liệu số sẽ bảo vệ khỏi sự sao TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 2 chép bất hợp pháp. Tạo thủy vân là một phƣơng pháp nhúng một lƣợng thông tin nào đó vào trong dữ liệu đa phƣơng tiện cần đƣợc bảo vệ sở hữu mà không để lại ảnh hƣởng nào đến chất lƣợng của sản phẩm. Thủy vân luôn gắn kết với sản phẩm đó. Bằng trực giác khó có thể phát hiện đƣợc thủy vân trong dữ liệu chứa, nhƣng có thể tách chúng bằng các chƣơng trình có cài đặt thuật toán thủy vân.
Thủy vân đƣợc tách từ dữ liệu số chính là bằng chứng kết luận dữ liệu số có bị xuyên tác thông tin hay vi phạm bản quyền hay không. Chính vì tính hữu ích trong ứng dụng thực tiễn của thủy vân số nên em quyết định lựa chọn đề tài là: “Hệ thống thủy vân số và ứng dụng thủy vân số trong bảo vệ bản quyền ảnh số”. Mục đích của luận văn Mục đích của luận văn là nghiên cứu hệ thống thủy vân số và các hƣớng ứng dụng của thủy vân số chủ yếu là ứng dụng trong bảo vệ bản quyền ảnh số.Tập trung vào phân tích các thuật toán thủy vân số. Từ đó, xây dựng chƣơng trình thử nghiệm cài đặt một số thuật toán thủy vân nhằm ứng dụng xác thực thông tin và bảo vệ bản quyền cho dữ liệu ảnh số.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Luận văn tập trung nghiên cứu các kỹ thuật thủy vân trên ảnh số. Ứng dụng mà luận văn xây dựng là hệ thống nhúng và tách thủy vân nhằm xác thực nội dung thông tin và bảo vệ bản quyền ảnh số. Phƣơng pháp thực hiện Phƣơng pháp thực hiện đề tài là nghiên cứu các vấn đề liên quan đến giấu tin, tập trung nghiên cứu tiến hành xây dựng chƣơng trình và cài đặt chƣơng trình thử nghiệm 5. Kết quả đạt đƣợc Luận văn đã hệ thống lại các kiến thức cơ bản về thủy vân số, nghiên cứu một số thuật toán trên miền không gian và miền tần số.
Đồng thời cài đặt thành công thuật toán thủy vân trên miền tần số và miền không gian nhằm ứng dụng xác thực bản quyền ảnh số của tác giả. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Bố cục của luận văn Chƣơng 1: Tổng quan về thủy vân số Chƣơng 2: Kỹ thuật thủy vân số Chƣơng 3: Chƣơng trình thử nghiệm TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 4 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ THỦY VÂN SỐ 1.KHÁI NIỆM THỦY VÂN SỐ Kỹ thuật thủy vân trên giấy xuất hiện trong các tác phẩm nghệ thuật làm giấy thủ công cách đây khoảng 700 năm. Loại giấy có thủy vân cổ nhất đƣợc tìm thấy vào những năm 1929 và nguyên bản của nó bắt nguồn từ thị trấn Fabriano ở Ý đã đóng góp một vai trò rất lớn đối với sự tiến hóa của công nghiệp sản xuất giấy.
Vào thời điểm này, kỹ thuật thủy vân đƣợc xem là phƣơng pháp hữu hiệu để xác định nguồn gốc sản phẩm, giúp ngƣời dung lựa chọn đúng hãng sản xuất giấy mà mình muốn mua. Thuật ngữ watermark bắt nguồn từ một loại mực vô hình đƣợc viết trên giấy và chỉ hiển thị khi nhúng giấy đó vào nƣớc. Thuật ngữ Thủy vân số đƣợc cộng đồng thế giới chấp nhận rộng rãi vào đầu thập niên 1990. Khoảng năm 1995, sự quan tâm đến thủy vân số bắt đầu phát triển nhanh.
Thủy vân số là quá trình sử dụng các thông tin (ảnh, chuỗi bít, chuỗi số) nhúng một cách tinh vi vào dữ liệu số (ảnh số, audio, video hay text) nhằm xác định thông tin bản quyền của tác phẩm đó. Mục đích của thủy vân số là bảo vệ bản quyền cho phƣơng tiện dữ liệu số mang thông tin thủy vân. Thao tác đƣa thủy vân vào một môi trƣờng số đƣợc gọi là thủy vân số. Thủy vân số đƣợc xem nhƣ là một hình thức ẩn giấu tin.
Theo sơ đồ phân loại kỹ thuật giấu tin của A. Pentitcolas 1999 theo hai hƣớng nghiên cứu chính là giấu tin mật và thủy vân số. Có thể xem watermarking là thao tác mà nhúng tin mà trong đó ngƣời dùng đầu cuối không cần quan tâm tới thông tin đƣợc giấu bên trong đối tƣợng chứa tin. Nhƣ vậy, Thủy vân số là quá trình nhúng những dữ liệu vào một đối tƣợng đa phƣơng tiện theo một phƣơng pháp nào đó, để sau đó có thể phát TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 5 hiện hoặc trích xuất thủy vân cho mục đích xác thực nguồn gốc của sản phẩm.
Thủy vân là một phần đặc trƣng của thông tin nhúng vào dữ liệu cần bảo vệ. Một yêu cầu quan trọng đối với thủy vân là rất khó để trích xuất hoặc gỡ bỏ đƣợc nó từ đối tƣợng đƣợc nhúng thủy vân mà không biết đƣợc chìa khóa bí mật.PHÂN LOẠI THỦY VÂN Thủy vân và kỹ thuật thủy vân tùy theo từng tiêu chí phân loại mà có thể đƣợc chia thành nhiều loại khác nhau : Hình 1.1 : Sơ đồ phân loại hệ thống thủy vân 1.Phân loại thủy vân theo miền nhúng: Một trong những tiêu chí để phân loại là “miền nhúng ” là nơi chứa thủy vân. Ví dụ, thủy vân có thể đƣợc thực hiện trong “miền không gian”. Một khả năng khác là thủy vân trong miền tần số.Phân loại theo đối tượng được nhúng thủy vân : Kỹ thuật thủy vân có thể đƣợc phân loại theo đối tƣợng đa phƣơng tiện cần nhúng thủy vân nhƣ sau: + Thủy vân trên ảnh + Thủy vân trên video + Thủy vân trên âm thanh + Thủy vân trên văn bản TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.Phân loại thủy vân theo cảm nhận của con người Tùy theo cảm nhận của con ngƣời, thủy vân có thể đƣợc chia ba loại khác nhau + Thủy vân hiện: hiển thị cho ngƣời xem thông tin về sản phẩm dƣới dạng các hình mờ.
+ Thủy vân ẩn bền vững: đƣợc nhúng bằng cách thay đổi trên điểm ảnh sao cho hệ thống cảm giác của con ngƣời không thể nhận thấy và phải chịu đƣợc các thông tác xử lý tín hiệu thông thƣờng “tấn công” và nó chỉ có thể đƣợc phục hồi với cơ chế giải mã thích hợp mà thôi. Xét theo tính bí mật của thủy vân bền vững đƣợc phân loại nhỏ hơn nhƣ sau : -Lược đồ “thủy vân” bí mật : Cần tới ảnh gốc để trích xuất thủy vân. Có 2 loại lƣợc đồ thủy vân bí mật : Loại 1: yêu cầu cả ảnh bị biến đổi và ảnh gốc khi trích xuất thủy vân. Ảnh gốc đƣợc sử dụng để tìm kiếm vị trí thủy vân trong bức ảnh bị biển đối.
Loại 2: trong đó yêu cầu một bản sao của thủy vân trong quá trình trích xuất và kiểm tra mới có thể biết đƣợc thủy vân tcos ở trong bức ảnh cần kiểm tra hay không Trong hai loại trên khi trích xuất thủy vân cần đòi hỏi có chìa khóa bí mật. Đối với loại thứ nhất thì chìa khóa bí mật ở đây là ảnh gốc, còn đối với loại chìa khóa thứ 2 thì chìa khóa bí mật là dữ liệu bí mật đƣợc sử dụng để nhúng vào bức ảnh (hay nói cách khác là thủy vân ) - Lược đồ thủy vân nửa bí mật Không sử dụng ảnh gốc trong quá trình xác định thủy vân. Tuy nhiên, lƣợc đồ này chỉ đƣa ra thông tin có sự hiện diện của thủy vân hay không. - Lược đồ thủy vân mù Trong lƣợc đồ này, không yêu cầu ảnh gốc lẫn thủy vân đƣợc nhúng trong quá trình trích thủy vân TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 7 - Lược đồ thủy vân khóa công khai Còn đƣợc gọi là thủy vân bất đối xứng.
Trong lƣợc đồ này, chìa khóa để tìm kiếm và trích xuất thủy vân đƣợc công khai với mọi ngƣời trái ngƣợc với thủy vân bí mật chìa khóa để tìm kiếm và trích xuất thủy vân là chìa khóa bí mật. Biết đƣợc khóa công khai “khó ” mà tính đƣợc khóa bí mật và khóa bí mật đƣợc sử dụng để nhúng và loại bỏ thủy vân. + Thủy vân ẩn dễ vỡ : đƣợc nhúng theo cách mà bất kỳ biến đổi hay giả mạo đều làm thay đổi hay phá hủy “thủy vân”. + Thủy vân hiện và ẩn đồng thời : (dual watermark) là sự kết hợp giữa thủy vân ẩn và thủy vân hiện 1.
MÔ HÌNH THỦY VÂN SỐ 1. Tạo thủy vân số Thủy vân có thể là một hình ảnh dạng logo hay văn bản với độ dài cho trƣớc. Thủy vân dạng hình ảnh có khả năng chống chịu trƣớc các phép xử lý ảnh tốt hơn nhiều só với dạng thủy vân dạng ký tự.