phần mở đầu, phần kết luận, phần mục lục và tài liệu tham khảo. Luận văn đƣợc bố cục gồm 3 chƣơng, cụ thể nhƣ sau: Chƣơng I: Tổng quan về ảnh số, giấu tin và thủy vân số. Chƣơng II. Thủy vân bền vững khóa công khai trên miền tần số Chƣơng III: Chƣơng trình thử nghiệm.
- Kết luận và những kiến nghị về hƣớng phát triển. Mặc dù trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn em đã rất nỗ lực và cố gắng. Tuy nhiên, do thời gian và trình độ còn hạn chế nên luận văn khó tránh khỏi những thiếu sót, kính mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo và các bạn để luận văn hoàn thiện hơn. Em xin trân trọng cảm ơn! Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn 3 CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ ẢNH SỐ, GIẤU TIN VÀ THỦY VÂN SỐ 1.
Khái niệm ảnh số Ảnh số là tập hợp bao gồm hữu hạn các phần tử đƣợc gọi là điểm ảnh (pixel), mỗi điểm ảnh đƣợc biểu diễn bởi một số hữu hạn các bit. Ảnh số đƣợc lƣợng tử từ ảnh liên tục. Vì vậy dữ liệu ảnh số có sự tƣơng quan cao, nghĩa là các điểm ảnh lân cận có giá trị xấp xỉ bằng nhau. Trên phƣơng diện toán học, ảnh số đƣợc xem nhƣ là một ma trận nguyên dƣơng gồm m hàng và n cột, mỗi phần tử của ma trận đại diện cho một điểm ảnh.
Vì vậy, ta có thể xem việc xử lý ảnh số là việc xử lý ma trận nguyên, dƣơng. Phân loại ảnh số Dựa theo màu sắc ta có thể chia ảnh số thành 3 loại cơ bản: Ảnh nhị phân, ảnh đa cấp xám và ảnh màu (true color). ảnh nhị phân Ảnh nhị phân là ảnh chỉ có hai màu, một màu đại diện cho màu nền và màu còn lại cho đối tƣợng của ảnh. Nếu hai màu là đen và trắng thì gọi là ảnh đen trắng.
Nhƣ vậy, ảnh nhị phân đƣợc xem nhƣ một ma trận nhị phân. Ảnh đa mức xám Ảnh đa cấp xám là ảnh có thể nhận tối đa 256 mức sáng khác nhau trong khoảng màu đen - màu trắng. Nhƣ vậy, ảnh đa mức xám xem nhƣ là ma trận không âm có giá trị tối đa là 255. Mỗi điểm ảnh trong ảnh đa cấp xám biểu diễn cƣờng độ sáng của ảnh tại điểm đó.
Ảnh màu Ảnh màu là ảnh mà mỗi điểm ảnh đƣợc biểu diễn bởi một số byte (thƣờng là 3 byte) đại diện cho 3 thành phần màu khác nhau. Nó còn đƣợc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn 4 gọi là ảnh true color. Ảnh màu có thể xem nhƣ ma trận nguyên ứng với 3 thành phần màu của các điểm ảnh. Hệ màu RGB sẽ bao gồm 3 ma trận màu tƣơng ứng với các giá trị Red, Green và Blue.
Đây là hệ màu đƣợc sử dụng phổ biến nhất. Ngoài ra, ảnh cũng cũng có thể đƣợc phân thành hai loại: Ảnh có tần số cao và ảnh có tần số thấp. Một số khái niệm liên quan đến điểm ảnh Điểm ảnh Điểm ảnh là một phần tử ảnh, đơn vị thông tin nhỏ nhất trong một ảnh dạng raster. Điểm ảnh còn đƣợc gọi là pixel hay picture element.
Biểu diễn các điểm ảnh trong ảnh số Hàng xóm của một điểm ảnh (Neighbors of a Pixel) Một điểm ảnh p trong hệ tọa độ (x,y) có 4 hàng xóm bên cạnh theo chiều dọc và chiều ngang với tọa độ nhƣ sau: (x + 1, y); (x - 1, y); (x, y + 1); (x, y - 1) Tập hợp bốn điểm có tọa độ nhƣ trên đƣợc gọi là 4 - hàng xóm của điểm ảnh p, ký hiệu N4(p). Khoảng các từ bốn điểm này đến p có giá trị đúng bằng một đơn vị khoảng cách. Trong trƣờng hợp p nằm ở biên của ảnh, một số hàng xóm của p sẽ nằm ở bên ngoài ảnh. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.
Histogram của ảnh Histogram là bảng thống kê tần suất giá trị cƣờng độ sáng của các điểm ảnh. Đối với ảnh màu, cƣờng độ sáng của một điểm ảnh đƣợc xác định theo công thức: Y = 0.114B Trong đó: - Y là cƣờng độ sáng của ảnh. - là giá trị các thành phần màu. Ví dụ: Ta có thể xác định đƣợc biểu đồ histogram của ảnh đa cấp xám Lena nhƣ hình dƣới đây (a) Ảnh Lena.bmp (b) Biểu đồ Histogram Hình 1.
Biểu đồ histogram của ảnh đa cấp xám Lena 1. Định dạng ảnh bitmap và ảnh Jpeg Ảnh bitmap - Ảnh bitmap còn đƣợc biết đến với tên tiếng anh khác là Windows bitmap, là một định dạng khá phổ biến trong đồ họa máy vi tính. Các tệp ảnh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn 6 lƣu dƣới dạng bitmap thƣờng có đuôi là. - Các thuộc tính cơ bản của một tệp ảnh bitmap: + Số bit trên mỗi điểm ảnh thƣờng đƣợc ký hiệu bởi n.
Một ảnh bitmap n -bit có 2n màu. n có thể nhận các giá trị sau: n = 1 ảnh đen trắng n = 4 ảnh 16 màu n = 8 ảnh 256 màu\ n = 16 ảnh 65536 màu n = 24 ảnh 16 triệu màu Giá trị n càng lớn thì ảnh càng có nhiều màu và càng rõ nét hơn.Nhƣ vậy ảnh bitmap có n24 màu có chất lƣợng hình ảnh trung thực nhất. + Chiều cao của ảnh cho bởi các điểm ảnh. + Chiều rộng của ảnh cho bởi các điểm ảnh - Cấu trúc tập tin ảnh BMP bao gồm 4 phần: Hình 1.
Cấu trúc tệp ảnh bitmap Bitmap Header (14 bytes): chứa các thông tin giúp ta nhận dạng tệp tin bitmap. Bitmap Information (40 bytes): lƣu một số thông tin chi tiết giúp ta hiển thị ảnh. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn 7 Color Palette (4*x bytes với x là số màu của ảnh): định nghĩa các màu sẽ đƣợc sử dụng trong ảnh. Bitmap Data: vùng này lƣu dữ liệu ảnh.
Ảnh bitmap có một đặc điểm nổi bật là tệp tin hình ảnh thƣờng không đƣợc nén bằng bất kỳ thuật toán nào. Vì vậy khi lƣu ảnh, các điểm ảnh đƣợc ghi trực tiếp vào tệp tin. Mỗi điểm ảnh sẽ đƣợc mô tả bởi một hay nhiều byte tùy thuộc vào giá trị n của ảnh. Do đó, một hình ảnh lƣu dƣới dạng BMP thƣờng có kích cỡ rất lớn, gấp nhiều lần so với các ảnh đƣợc nén (chẳng hạn GIF, JPEG hay PNG).
Ảnh JPEG - Ảnh JPEG là một định dạng ảnh đã qua xử lý nén ảnh, thuật toán nén là thuật toán JPEG (Joint Photographic Experts Group) - một trong những phƣơng pháp nén ảnh hiệu quả, có tỷ lệ nén ảnh tới vài chục lần. Tuy nhiên ảnh sau khi giải nén sẽ khác với ảnh ban đầu. Chất lƣợng ảnh sẽ bị suy giảm sau khi giải nén. Sự suy giảm này tăng dần theo hệ số nén.
Tuy nhiên sự mất mát thông tin này là có thể chấp nhận đƣợc và việc loại bỏ những thông tin không cần thiết đƣợc dựa trên những nghiên cứu về hệ nhãn thị của mắt ngƣời. - Ảnh JPEG có một số đặc điểm sau: + Ảnh có dung lƣợng nhỏ, dùng phổ biến trên các thiết bị di động, các trang web. + Ảnh JPEG có thể hiển thị các hình ảnh với các màu chính xác (true- colour), có thể lên đến 16 triệu màu. + Ảnh sử dụng thuật toán nén JPEG sẽ bị mất thông tin so với ảnh gốc.
Do đó một số đƣờng bao giữa các khối màu sẽ xuất hiện điểm mờ, và các vùng sẽ mất đi sự rõ nét. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www. Một số mô hình màu Một mô hình màu là một mô hình toán học trừu tƣợng. Nó mô tả cách các màu sắc có thể đƣợc biểu diễn nhƣ là bộ dữ liệu số, thƣờng là ba hoặc bốn giá trị hoặc các thành phần màu sắc.
Ngƣời ta chia ra thành nhiều mô hình màu khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng của từng lĩnh vực cụ thể. Dƣới đây là hai mô hình màu đƣợc đề cập đến trong nội dung chƣơng II. Mô hình RGB Mô hình màu RGB là mô hình gồm ba màu gốc trong các mô hình ánh sáng bổ sung: màu đỏ (red), xanh lá cây (green) và xanh lam (blue). Trong đó ánh sáng đỏ, xanh lá cây và xanh lam đƣợc tổ hợp với nhau theo nhiều phƣơng thức khác nhau để tạo thành các màu khác.4: Mô hình màu RGB Mô hình RGB tự bản thân nó không định nghĩa đƣợc màu “đỏ”, “xanh lá cây” và “xanh lam” một cách chính xác.
Vì vậy với cùng các giá trị nhƣ nhau của RGB có thể mô tả các màu tƣơng đối khác nhau trên các thiết bị khác nhau có cùng một mô hình màu. Mô hình RGB làm việc tốt với các thiết bị phát quang sử dụng ánh sáng trắng làm cơ sở. Vì vậy mô hình RGB đƣợc sử dụng cho các màu thể hiện trên màn hình máy tính cũng nhƣ các màu trong thiết kế Web đƣợc chiếu qua các màn hình hay máy chiếu dùng ánh sáng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn 9 Trong biểu diễn số trên máy tính, ảnh màu RGB có thể sử dụng số bít màu là 16, 24, 32 hoặc 48.
Ảnh có số bít càng cao thì càng biểu diễn chính xác màu sắc của điểm ảnh. Mô hình YCbCr Mô hình YCbCr quy định một không gian màu đƣợc tạo bởi 3 thành phần: Y, Cb, Cr. Trong đó thành phần Y thể hiện độ chói của một điểm, hai thành phần Cb và Cr đại diện cho màu của điểm ảnh, thành phần xanh lam (Cb) và thành phần màu đỏ (Cr).5: Mô hình màu YCbCr Mô hình màu YCbCr đƣợc sử dụng trong truyền hình số cũng nhƣ trong DVD. Đây là chuẩn ở phần lớn các nƣớc trên thế giới.
Mô hình YCbCr giúp tăng tỷ lệ nén mà không làm giảm đáng kể chất lƣợng ảnh. Việc nén hiệu quả hơn với thông tin về độ sáng – thông tin ảnh hƣởng nhiều hơn đến cảm nhận chất lƣợng ảnh của ngƣời xem. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn 10 Dƣới đây là các công thức sau có thể dùng để tính toán các thành phần Y, Cb và Cr trong mô hinh màu YcbCr từ các thành phần R, G và B trong mô hình RGB: Y = 0. Kỹ thuật giấu tin 1.
Khái niệm giấu tin Giấu tin là một kỹ thuật giấu một lƣợng thông tin số nào đó vào một đối tƣợng dữ liệu khác. Khi giấu tin ta phải đảm bảo đạt đƣợc hai mục đích: bảo mật cho dữ liệu đƣợc đem giấu và đồng thời cũng phải bảo vệ cho chính đối tƣợng đƣợc giấu tin ở bên trong. Từ mục đích trên ngƣời ta chia giấu tin thành hai hƣớng.