Chương 1 VẤN ĐỀ BẢO VỆ BẢN QUYỀN ẢNH SỐ Hiện nay, ảnh số là là loại dữ liệu phổ biến và thu hút đƣợc nhiều sự quan tâm và nghiên cứu. Cùng với sự phát triển của Internet vấn đề bảo vệ bản quyền ảnh số ngày càng trở nên quan trọng. Thông tin đƣợc số hóa có thể dễ dàng sao chép mà không làm giảm chất lƣợng và hỗ trợ phân phối một cách hiệu quả. Do tính dễ sao chép, phát tán và thậm chí là chỉnh sửa, nên kẻ gian có thể xâm phạm bản quyền của chủ sở hữu thực sự.
Việc giải quyết bài toán về bảo vệ quyền là yêu cầu cơ bản của các dịch vụ đa phƣơng tiện hiện tại cũng nhƣ trong tƣơng lai. Trong chƣơng này, luận văn đề cập tới khái niệm cùng những thuộc tính của ảnh số, vấn đề vi phạm bản quyền, bảo vệ bản quyền. Đồng thời cũng tập trung nghiên cứu các bài toán đặt ra trong bảo vệ bản quyền ảnh số và đề xuất các giải pháp phù hợp để giải quyết từng bài toán.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM 1.1 Khái niệm ảnh số Hình ảnh có thể là bức vẽ, họa hình (Picture, Photograph) hay nói cách khác đó là các dữ liệu có thể đƣợc cảm nhận bằng thị giác (Visual data). Một hình ảnh số thông thƣờng có số chiều là 2 hoặc 3.[V3] Trong kỹ thuật tƣơng tự, một bức ảnh thƣờng đƣợc biểu diễn dƣới dạng các dòng nằm ngang kế tiếp nhau.
Mỗi dòng là một tín hiệu tƣơng tự mang theo các thông tin về cƣờng độ sáng dọc theo một đƣờng nằm ngang trong ảnh gốc. Ảnh trên một chiếc TV đƣợc hiện lên qua các dòng quét này. Mặc dù thuật ngữ "tƣơng tự" đƣợc dùng để mô tả cho các ảnh quét liên tiếp nhƣng thực tế ảnh chỉ tƣơng tự theo hƣớng nằm ngang. Nó là rời rạc khi xét theo hƣớng dọc và chính vì vậy mà tín hiệu ảnh là tín hiệu lai nửa tƣơng tự, nửa số.
Nhƣ vậy, có thể định nghĩa ảnh số là một ảnh đã đƣợc rời rạc hóa trong không gian hai chiều có ảnh hƣởng do cƣờng độ ánh sáng và đƣợc mô tả nhƣ ma trận hai chiều. Dựa trên màu sắc có thể phân loại ảnh số thành ảnh đen trắng và ảnh màu. Ảnh đen trắng Ảnh đen trắng chỉ bao gồm 2 màu: màu đen và màu trắng. Ngƣời ta phân mức đen trắng đó thành L mức Nếu sử dụng số bit B=8 bít để mã hóa mức đen trắng (hay mức xám) thì L đƣợc xác định : L=2B (trong ví dụ của ta L=28= 256 mức) 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nếu L bằng 2, B=1, nghĩa là chỉ có 2 mức: mức 0 và mức 1, còn gọi là ảnh nhị phân.
Mức 1 ứng với màu sáng, còn mức 0 ứng với màu tối. Nếu L lớn hơn 2 ta có ảnh đa cấp xám. Nói cách khác, với ảnh nhị phân mỗi điểm ảnh đƣợc mã hóa trên 1 bit, còn với ảnh 256 mức, mỗi điểm ảnh đƣợc mã hóa trên 8 bit. Nhƣ vậy, với ảnh đen trắng: nếu dùng 8 bit (1 byte) để biểu diễn mức xám, số các mức xám có thể biểu diễn đƣợc là 256.
Mỗi mức xám đƣợc biểu diễn dƣới dạng là một số nguyên nằm trong khoảng từ 0 đến 255, với mức 0 biểu diễn cho mức cƣờng độ tối nhất và 255 biểu diễn cho mức cƣờng độ sáng nhất. Ảnh nhị phân khá đơn giản, các phần tử ảnh có thể coi nhƣ các phần tử logic. Ứng dụng chính của nó đƣợc dùng theo tính logic để phân biệt đối tƣợng ảnh với nền hay để phân biệt điểm biên với điểm khác. Ảnh màu Ảnh màu theo lý thuyết là ảnh tổ hợp từ 3 màu cơ bản: đỏ (R), lục (G), lơ (B) và thƣờng thu nhận trên các dải băng tần khác nhau.
Với ảnh màu, cách biểu diễn cũng tƣơng tự nhƣ với ảnh đen trắng, chỉ khác là các số tại mỗi phần tử của ma trận biểu diễn cho ba màu riêng rẽ gồm: đỏ (red), lục (green) và lam (blue). Để biểu diễn cho một điểm ảnh màu cần 24 bit. 24 bit này đƣợc chia thành ba khoảng 8 bit. Mỗi màu cũng phân thành L cấp màu khác nhau (thƣờng L=256).
Mỗi khoảng này biểu diễn cho cƣờng độ sáng của một trong các màu chính. Do đó, để lƣu trữ ảnh màu ngƣời ta có thể lƣu trữ từng màu riêng biệt, mỗi màu lƣu trữ nhƣ một ảnh đa cấp xám. Do đó, không gian nhớ dành cho một ảnh màu lớn gấp 3 lần một ảnh đa cấp xám cùng kích cỡ. Ảnh tự nhiên là ảnh liên tục về không gian và độ sáng.
Để xử lý đƣợc bằng máy tính, ảnh cần phải đƣợc số hoá. Số hoá ảnh là sự biến đổi gần đúng một ảnh liên tục thành một tập điểm phù hợp với ảnh thật về vị trí (không gian) và độ sáng (mức xám). Khoảng cách giữa các điểm ảnh đó đƣợc thiết lập sao cho mắt ngƣời không phân biệt đƣợc ranh giới giữa chúng. Mỗi một điểm nhƣ vậy gọi là điểm ảnh (PEL: Picture Element) hay gọi tắt là Pixel.
Trong khuôn khổ ảnh hai chiều, mỗi pixel ứng với cặp tọa độ (x, y). Điểm ảnh (Pixel) là một phần tử của ảnh số tại toạ độ (x, y) với độ xám hoặc màu nhất định. Kích thƣớc và khoảng cách giữa các điểm ảnh đó đƣợc chọn thích hợp sao cho mắt ngƣời cảm nhận sự liên tục về không gian và mức xám (hoặc màu) của ảnh số gần nhƣ ảnh thật. Mỗi phần tử trong ma trận đƣợc gọi là một phần tử ảnh.
8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.3 Độ phân giải của ảnh Độ phân giải (Resolution) của ảnh là mật độ điểm ảnh đƣợc ấn định trên một ảnh số đƣợc hiển thị. Theo định nghĩa, khoảng cách giữa các điểm ảnh phải đƣợc chọn sao cho mắt ngƣời vẫn thấy đƣợc sự liên tục của ảnh. Việc lựa chọn khoảng cách thích hợp tạo nên một mật độ phân bổ, đó chính là độ phân giải và đƣợc phân bố theo trục x và y trong không gian hai chiều. Ví dụ: Độ phân giải của ảnh trên màn hình CGA (Color Graphic Adaptor) là một lƣới điểm theo chiều ngang màn hình: 320 điểm chiều dọc * 200 điểm ảnh (320*200).
Rõ ràng, cùng màn hình CGA 12” ta nhận thấy mịn hơn màn hình CGA 17” độ phân giải 320*200. Lý do: cùng một mật độ (độ phân giải) nhƣng diện tích màn hình rộng hơn thì độ mịn (liên tục của các điểm) kém hơn.4 Các lân cận của điểm ảnh (Image Neighbors) Một ảnh số giả sử đƣợc biểu diễn bằng hàm f(x, y). Tập con các điểm ảnh là S; cặp điểm ảnh có quan hệ với nhau ký hiệu là p, q. Chúng ta có lân cận của điểm ảnh nhƣ sau: Giả sử có điểm ảnh p tại toạ độ (x, y).
p có 4 điểm lân cận gần nhất theo chiều đứng và ngang (có thể coi nhƣ lân cận 4 hƣớng chính: Đông, Tây, Nam, Bắc). {(x-1, y); (x, y-1); (x, y+1); (x+1, y)} = N4(p) trong đó: số 1 là giá trị logic; N4(p) tập 4 điểm lân cận của p.1 Lân cận các điểm ảnh của tọa độ (x,y) Các lân cận chéo: Các điểm lân cận chéo NP(p) (Có thể coi lân cận chéo là 4 hƣớng: Đông-Nam, Đông-Bắc, Tây-Nam, Tây-Bắc) Np(p) = { (x+1, y+1); (x+1, y-1); (x-1, y+1); (x-1, y-1)} Tập kết hợp: N8(p) = N4(p) + NP(p) là tập hợp 8 lân cận của điểm ảnh p. Nếu (x, y) nằm ở biên (mép) ảnh; một số điểm sẽ nằm ngoài ảnh. 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
BIỂU DIỄN ẢNH SỐ 1.1 Các giai đoạn chính trong xử lý ảnh 1). Thu nhận hình ảnh: Đây là giai đoạn đầu tiên và quan trọng nhất trong toàn bộ quá trình xử lý ảnh. Ảnh nhận đƣợc tại đây chính là ảnh gốc để đƣa vào xử lý tại các giai đoạn sau, trƣờng hợp ảnh gốc có chất lƣợng kém thì hiệu quả của các bƣớc xử lý tiếp theo sẽ bị giảm. Tiền xử lý ảnh: Giai đoạn xử lý tƣơng đối đơn giản nhằm nâng cao chất lƣợng ảnh để trợ giúp cho các quá trình xử lý nâng cao tiếp theo, ví dụ: tăng độ tƣơng phản, làm nổi đƣờng biên, khử nhiễu v.
Phân đoạn: Là quá trình tách hình ảnh thành các phần hoặc vật thể riêng biệt. Đây là một trong nhƣng vấn đề khó giải quyết nhất trong lĩnh vực xử lý ảnh. Nếu thực hiện tách quá chi tiết thì bài toán nhận dạng các thành phần đƣợc tách ra trở nên phức tạp, còn ngƣợc lại nếu quá trình phân đoạn đƣợc thực hiện quá thô hoặc phân đoạn sai thì kết quả nhận đƣợc cuối cùng sẽ không chính xác. Biểu diễn và mô tả: Là quá trình xử lý tiếp sau khâu phân đoạn hình ảnh.
Các vật thể sau khi phân đoạn đƣợc mô tả dƣới dạng chuỗi điểm ảnh tạo nên ranh giới một vùng, hoặc tập hợp tất cả điểm ảnh nằm trong vùng đó. Phƣơng pháp mô tả thông qua ranh giới vùng thƣờng đƣợc sử dụng khi tập trung sự chú ý vào hình dạng bên ngoài của chi tiết ảnh nhƣ: độ cong, các góc cạnh v. Biểu diễn vùng thƣờng sử dụng khi quan tâm tới đặc tính bên trong vùng ảnh nhƣ đƣờng vân (texture) hay hình dạng xƣơng (skeletal). Nén ảnh: Bao gồm các biện pháp giảm thiểu dung lƣợng bộ nhớ cần thiết để lƣu trữ hình ảnh, hay giảm băng thông kênh truyền, cần thiết để truyền tín hiệu hình ảnh số.
Nhận dạng: Là quá trình phân loại vật thể dựa trên cơ sở các chi tiết mô tả vật thể đó. Các quá trình xử lý liệt kê ở trên đều đƣợc thực hiện dƣới sự giám sát và điều khiển dựa trên cơ sở các kiến thức về lĩnh vực xử lý ảnh. Các kiến thức cơ bản có thể đơn giản nhƣ vị trí vùng ảnh nơi có những thông tin cần quan tâm, nhƣ vậy có thể thu nhỏ vùng tìm kiếm. Trƣờng hợp phức tạp hơn, cơ sở kiến thức có thể chứa danh sách tất cả những hƣ hỏng có thể gặp trong quá trình kiểm sóat chất lƣợng thành phẩm hoặc các ảnh có độ chi tiết cao theo dõi sự thay đổi môi trƣờng trong một vùng.
Ngoài việc điều khiển hoạt động của từng modul xử lý ảnh (hình 1.2), cơ sở kiến thức còn sử dụng để thực hiện việc điều khiển tƣơng tác giữa các modules. 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.2 Quy trình xử lý ảnh số 1.2 Biểu diễn tín hiệu ảnh số Sau khi số hóa tín hiệu hình ảnh, chúng ta nhận đƣợc ma trận giá trị mức xám của các điểm ảnh. Chúng ta sẽ sử dụng 2 cách biểu diễn tín hiệu ảnh số. Cách thứ nhất, các điểm ảnh rời rạc đƣợc sắp xếp theo cột và hàng nhƣ trên hình 1.
Tọa độ của các điểm ảnh (x,y) là rời rạc.