I. Giới thiệu về kỹ thuật watermarking ảnh số
Kỹ thuật watermarking ảnh số đã trở thành một phần quan trọng trong việc bảo vệ bản quyền và xác thực nội dung trong môi trường kỹ thuật số. Sự phát triển của Internet và các mạng xã hội đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc chia sẻ và truyền tải các ứng dụng đa phương tiện, bao gồm âm thanh, hình ảnh và video. Tuy nhiên, điều này cũng dẫn đến việc dễ dàng sao chép và giả mạo nội dung. Do đó, việc áp dụng các kỹ thuật watermarking để nhúng thông tin cần bảo vệ vào trong ảnh số là rất cần thiết. Các kỹ thuật này không chỉ giúp phát hiện và theo dõi vi phạm bản quyền mà còn có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như y tế, phát hiện giả mạo và dấu vân tay số. Mục tiêu của nghiên cứu này là phát triển các thuật toán nhúng và trích xuất watermark nhằm đáp ứng yêu cầu bảo vệ bản quyền trong các ứng dụng thực tiễn.
1.1. Lịch sử và phát triển của kỹ thuật watermarking
Kỹ thuật watermarking đã có một lịch sử phát triển dài, bắt đầu từ những năm 1990. Ban đầu, các kỹ thuật này chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực truyền thông và bảo mật thông tin. Qua thời gian, với sự phát triển của công nghệ xử lý tín hiệu, các phương pháp watermarking đã được cải tiến và mở rộng ra nhiều lĩnh vực khác nhau. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc nhúng watermark vào ảnh số có thể thực hiện được trong cả miền không gian và miền biến đổi. Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và hạn chế riêng, từ đó tạo ra nhiều hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực này.
II. Các phương pháp watermarking ảnh số
Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích và phát triển các thuật toán watermarking ảnh số dựa trên phân tích đa phân giải. Các phương pháp này được chia thành hai loại chính: phương pháp trong miền không gian và phương pháp trong miền biến đổi. Trong miền không gian, các kỹ thuật như tách bit có trọng số thấp nhất (LSB) và mã hóa ánh xạ bố cục hình ảnh được sử dụng. Trong khi đó, miền biến đổi sử dụng các kỹ thuật như DCT (Biến đổi Cosine rời rạc) và DWT (Biến đổi Wavelet rời rạc) để nhúng watermark. Các kết quả thực nghiệm cho thấy rằng việc nhúng watermark trong miền DWT có tính bền vững tốt hơn so với miền DCT, đặc biệt khi đối mặt với các tấn công nén JPEG.
2.1. Kỹ thuật watermarking trong miền không gian
Phương pháp watermarking trong miền không gian thường dễ thực hiện và có thể được áp dụng nhanh chóng. Tuy nhiên, tính bền vững của nó không cao khi ảnh đã nhúng watermark bị tấn công. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng các kỹ thuật như tách bit có trọng số thấp nhất có thể dẫn đến việc watermark dễ bị phát hiện và xóa bỏ. Do đó, cần phải phát triển các phương pháp mạnh mẽ hơn để đảm bảo tính bền vững và vô hình của watermark.
2.2. Kỹ thuật watermarking trong miền biến đổi
Phương pháp watermarking trong miền biến đổi, đặc biệt là DCT và DWT, cho thấy tính bền vững cao hơn so với miền không gian. Việc nhúng watermark vào các băng tần tần số thấp và giữa giúp tăng cường tính vô hình và khả năng chống lại các tấn công. Các kết quả thực nghiệm cho thấy rằng việc sử dụng miền DWT cho phép nhúng watermark với tính bền vững tốt hơn, đặc biệt trong các tình huống bị tấn công nén JPEG. Điều này cho thấy rằng các phương pháp trong miền biến đổi có thể được áp dụng hiệu quả trong các ứng dụng thực tiễn.
III. Đề xuất giải thuật watermarking mới
Luận án này đề xuất một giải thuật mới cho watermarking ảnh số dựa trên phân tích đa phân giải Laplacian Pyramid (LP). Giải thuật này sử dụng biến đổi LP cải tiến để phân tích và tổng hợp lại ảnh chủ. Các vùng băng con tần số được khảo sát để lựa chọn một giải pháp watermarking phù hợp. Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng giải thuật đề xuất có tính bền vững và tính vô hình tốt hơn so với các phương pháp trước đó. Điều này cho thấy rằng việc áp dụng các phương pháp mới trong lĩnh vực watermarking có thể mang lại những cải tiến đáng kể trong việc bảo vệ bản quyền.
3.1. Phân tích và tổng hợp ảnh chủ
Giải thuật đề xuất sử dụng biến đổi LP để phân tích ảnh chủ thành các băng con tần số. Việc này cho phép nhúng watermark vào các băng con tần số thấp và giữa, từ đó đảm bảo tính bền vững và vô hình của watermark. Các kết quả thực nghiệm cho thấy rằng ảnh có nhiều thành phần tần số cao sẽ có tính vô hình tốt hơn khi nhúng watermark. Điều này chứng tỏ rằng việc lựa chọn đúng vùng nhúng là rất quan trọng trong việc phát triển các giải thuật watermarking hiệu quả.
