Luận văn Tóm tắt Nghiên cứu xác định bản quyền ảnh số bằng kỹ thuật Thủy vân số (Digital Watermarking)

g trình nhúng Watermark: 
Trong đó, Cw(i,j) là hệ số DCT (i,j) sau khi nhúng 
thủy vân và là các chỉ số độ mạnh thủy vân, các chỉ số này 
có thể xác định liệu Thủy vân là hữu hình hay vô hình; 
C(i,j) là hệ số DCT ban đầu trước khi thực hiện Thủy vân 
sô; W(i,j) là hệ số DCT Thủy vân. 
2.3.2.3. Kỹ thuật thủy vân của Chris Shoemarker 
Chris Shoemarker đã sử dụng phép biến đổi DCT 
để phân tích khối được chọn từ ảnh gốc thành các miền 
tần số, sau đó chọn một cặp hai hệ số trong miền tần số 
giữa để thực hiện quá trình nhúng một bit thủy vân. Quá 
trình nhúng đảm bảo: nếu bit cần nhúng là 0 thì sau khi 
nhúng F(u,v)>F(p,q), còn nếu bit cần nhúng là 1 thì F(u,v) 
 F(p,q) đồng thời sau khi nhúng thì khoảng cách giá trị 
giữa hai hệ số được chọn luôn lớn hơn hoặc bằng k (k là 
số tự nhiên được chọn trước) gọi là hệ số tương quan giữa 
),(),( jiWjiCC w  
12 
tính ẩn và tính bền vững của thuỷ vân. Các khối DCT sau 
khi nhúng thuỷ vân được biến đổi bằng phép biến đổi 
ngược IDCT, rồi ghép các khối ảnh kết quả theo thứ tự để 
được ảnh chứa thuỷ vân. 
Quá trình tách thuỷ vân được thực hiện theo các 
bước: Đọc vào theo thứ tự khối ảnh đã nhúng thuỷ vân, sử 
dụng DCT để biến đổi khối sang miền tần số, lấy hai hệ số 
ở vị trí đã chọn trong quá trình nhúng thuỷ vân rồi tính 
k=F(u,v)-F(p,q). Nếu k>0 thì được bit thuỷ vân tương ứng 
là 0, ngược lại được bit 1. Ghép các bit để được thuỷ vân 
đầy đủ. 
Hệ số k càng lớn thì chất lượng ảnh sau khi nhúng 
thuỷ vân càng giảm, đồng thời tính bền vững của thuỷ vân 
trong ảnh chứa trước các tấn công lại càng tăng. Việc sử 
dụng một hệ số k và quá trình nhúng thuỷ vân luôn đảm 
bảo thoả mãn điều kiện về độ lệch giữa hai hệ số chọn lớn 
hơn hoặc bằng k là yếu tố quan trọng quyết định tính bền 
vững và tính ẩn của thuỷ vân. Cũng với đặc điểm chung 
của các hệ thuỷ vân, độ lớn của k tỷ lệ nghịch với chất 
lượng ảnh sau khi nhúng (tính ẩn của thuỷ vân) đồng thời 
13 
tỷ lệ thuận với tính bền vững của thuỷ vân trong ảnh gốc 
trước các tấn công thông thường. 
Việc chọn một cặp hai hệ số trong miền tần số giữa 
để thực hiện quá trình nhúng một bit thủy vân có thể là tủy 
ý. Tuy nhiên để tăng độ bền vững của thủy vân trước tấn 
công của phép nén ảnh JPEG thì ta nên lựa chọn cặp hệ số 
này theo bảng lượng tử JPEG. 
2.3.3. Kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi sóng 
con (Wavelet) 
2.3.3.1. Kỹ thuật thủy vân của Mehul R. và Priti R 
Trong kỹ thuật các tác giả sử dụng phép biến dổi 
sóng con hai chiều để phân tích ảnh gốc thành các miền 
tần số LL, LH, HL và HH sau đó nhúng thông tin thuỷ vân 
thứ nhất vào miền tần số LL, nhúng tín hiệu thủy vân khác 
vào miền tần số HH. ảnh chứa thuỷ vân sau đó được thử 
qua các phép biến đổi ảnh thông thường rồi tìm lại thuỷ 
vân. Kết quả, thuỷ vân trong các băng thể hiện tính bền 
vững khác nhau trước các phép biến đổi. 
2.3.3.2. Kỹ thuật thủy vân của Tao P. và Eskicioglu 
A.M. 
14 
Trong kỹ thuật này các tác giả đã nhúng tín hiệu 
thủy vân vào cả 4 băng tần trong phép phân tích sóng con, 
mỗi băng tần có thể sử dụng các hệ số khác nhau. 
15 
CHƯƠNG 3 - XÂY DỰNG PHẦN MỀM XÁC 
THỰC ẢNH SỐ SỬ DỤNG KỸ THUẬT THỦY 
VÂN SỐ 
Trong chương ba này này Luận văn tiến hành thiết 
kế phần mềm Thủy vân số sử dụng các kỹ thuật DCT, trên 
nền của phần mềm Matlab. Các kết quả chạy thử phần 
mềm được đưa ra chi tiết. 
3.1. Lựa chọn Thủy vân 
3.2. Thuật toán thủy vân trên miền DCT 
Thuật toán thủy vân trên miền DCT của Shoemarker 
C : 
Quá trình nhúng thủy vân: 
 Đầu vào: - ảnh gốc 
- ảnh thủy vân 
Đầu ra: - ảnh có chứa thủy vân 
Nguyên tắc: Quá trình nhúng đảm bảo sau khi 
nhúng thì độ lệch về giá trị giữa hai hệ số được chọn có 
giá trị lơn hơn hoặc bằng K cho trước (K chính là độ mạnh 
của thủy vân được nhúng). Giả sử chọn Fi’(u,v) > Fi’(p,q) 
16 
để quy ước bit thủy vân 0, Fi’(u,v) < Fi’(p,q) quy ước bit 
thủy vân 1. 
Các bước thực hiện: 
1 - Chia ảnh gốc kích thước mxn thành (mxn)/64 
khối 8x8 
2 - Chọn một khối ảnh gốc 8x8 Fi thực hiện biến đổi 
DCT được Fi
’ 
3 - Chọn hai hệ số DCT thuộc miền tần số giữa của 
Fi’: Fi’(u,v) và Fi’(p,q) 
4 - Đọc bit thủy vân cần nhúng bi 
- Nếu bi = 0, do ta chọn Fi’(u,v) > Fi’(p,q) để quy 
ước bit thủy vân 0, nên nếu Fi’(u,v) < Fi’(p,q) ta 
cần đổi chỗ hai hệ số này. 
- Nếu bi = 1 và nếu Fi’(u,v) = Fi’(p,q) thì đổi 
chỗ hai hệ số này. 
5 - Nếu Fi’(u,v) > Fi’(p,q) và nếu Fi’(u,v) - Fi’(p,q) < 
K thì 
Fi’(u,v) = Fi’(u,v) + K/2 
 Fi’(p,q) = Fi’(p,q) – K/2 
 Nếu Fi’(u,v) = Fi’(p,q) và nếu Fi’(p,q) - 
Fi’(u,v) < K thì 
17 
Fi’(u,v) = Fi’(u,v) - K/2 
 Fi’(p,q) = Fi’(p,q) + K/2 
6 - Thực hiện biến đổi IDCT với mỗi khối đã nhúng 
thủy vân Fi’ 
7 - Ghép các khối ảnh để được ảnh đã nhúng thủy 
vân FW 
Quá trình tách thủy vân: 
Đầu vào: - ảnh chứa thủy vân FW 
Đầu ra: - Thủy vân W tách được từ ảnh FW 
Nguyên tắc: Quá trình tách theo nguyên tắc nếu 
Fi’(u,v) > Fi’(p,q) bit thủy vân là 0, Fi’(u,v) < Fi’(p,q) bit 
thủy vân 1. 
Các bước thực hiện: 
1 - Chia FW thành các khối 8x8 
2 - Chọn các khối 8x8 rồi biến đổi DCT được Fi’ 
3 - So sánh Fi’(u,v) và Fi’(p,q) 
- Nếu Fi’(u,v) > Fi’(p,q) thì bi = 0 
- Nếu Fi’(u,v) < Fi’(p,q) thì bi = 1 
4 - Ghép dãy bit bi để được ảnh thủy vân W 
18 
Dựa trên Thuật toán thủy vân trên miền DCT của 
Shoemarker C, Luận văn tiến hành thiết kế phần mềm n húng 
và tách thủy vân. 
3.3. Kết quả thử nghiệm 
Kết quả thực hiện trên phần mềm sẽ được đánh giá 
trên hai phương diện: 
- So sánh sự thay đổi của ảnh trước và sau nhúng 
thủy vân dựa trên hệ thống thị giác người HVS 
(Nhìn bằng mắt thường). 
- So sánh một cách chính xác nhờ máy tính bằng 
việc tính hệ số PSNR (Peak Signal to Noise Ratio) 
theo công thức sau: 







MSE
IMaxPSNR )(log20 10 
- Với ảnh đa cấp xám 
 
 



p
i
q
j
jiIwjiI
qp
MSE
1 1
2),(),(1 
- Với ảnh màu 
MSE = [MSE(R) + MSE(G) + MSE(B)]/3 
Trong đó I là ảnh gốc, IW là ảnh có chứa thủy vân 
19 
- Chọn các phép tấn công là nén ảnh JPEG, cắt ảnh, 
thủy vân nhiều lần để đánh giá độ bền vững của 
mỗi thuật toán Thủy vân. 
- ảnh gốc có thể là một ảnh có kích thước bất kỳ, là 
ảnh đa cấp xám hoặc ảnh màu 
- Thủy vân có nội dung bất kỳ được nhập vào từ bàn 
phím, sau đó được phần mềm chuyển thành dạng 
ảnh lưu lại dưới dạng file bitmap. 
 Giao diện phần mềm: 
Hình 3.4: Giao diện phần mềm chế độ nhúng thủy 
vân 
20 
Hình 3.5: Giao diện phần mềm chế độ tách thủy vân 
3.3.1. Kết quả thuật toán trên miền DCT 
3.3.1.1. Kết quả thực hiện thuật toán trên miền 
DCT với ảnh đa cấp xám 
3.3.1.2. Đánh giá độ bền của thủy vân khi cho 
ảnh có chứa thủy vân chịu các biến đổi 
- Cho ảnh chứa thủy vân chịu tác động của 
phép cắt 
- Cho ảnh chứa thủy vân chịu tác động của 
phép nén JPEG 
21 
- Cho ảnh chứa thủy vân chịu tác động của 
phép thủy vân nhiều lần 
3.3.2. Kết quả thực hiện thuật toán trên miền 
DCT với ảnh màu RGB 
Theo nghiên cứu về mô hình thị giác người HVS 
mắt người kém nhậy cảm với thành phần màu B, do đó 
phần mềm tiến hành nhúng thủy vân trên miền này để 
giảm sự nhận biết của mắt người đối với thay đổi trên ảnh 
có chứa thủy vân. Mô hình này là do tác giả tự đề xuất ra 
đã tiến hành viết phần mềm trên nền matlab. Kết quả thử 
nghiệm như sau 
3.3.2.1. So sánh ảnh trước và sau nhúng thủy vân 
với các hệ số K khác nhau 
3.3.2.2. Đánh giá độ bền của thủy vân khi cho 
ảnh có chứa thủy vân chịu các biến đổi 
- Cho ảnh chứa thủy vân chịu tác động của 
phép cắt 
- Cho ảnh chứa thủy vân chịu tác động của 
phép nén JPEG 
- Cho ảnh chứa thủy vân chịu tác động của 
phép thủy vân nhiều lần 
22 
 Kết luận 
Chương 3 đã trình bày cụ thể các bước thiết kế 
phần mềm sử dụng kỹ thuật Thủy vân số để bảo vệ bản 
quyền ảnh số. Phần mềm đã thành công theo yêu cầu đặt 
ra. Chất lượng hình ảnh sau khi nhúng thủy vân vẫn 
trong ngưỡng chấp nhận được, và có tính bền vững 
tương đối cao đối với các thao tác biến đổi, xử lý ảnh 
thông thường. 
Dựa trên kết quả thử nghiệm, đưa ra một số nhận 
xét: 
- Thuật toán trên miền DCT cho phép nhúng và 
tách thông tin một cách dễ dàng, thời gian thực hiện thuật 
toán nhanh. 
- Thuật toán trên miền DCT cho Thủy vân bền 
vững với những biến đổi như nén JPEG, hay cắt ảnh. 
23 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 
1. Kết luận 
Sau một thời gian làm việc, với sự nỗ lực của bản 
thân và được sự hướng dẫn tận tình của các thầy giáo, tôi 
đã hoàn thành Luận văn của mình. Nội dung chủ yếu của 
Luận văn là nghiên cứu các thuật toán Thủy vân số thực 
hiện trên ảnh số. Qua quá trình tìm hiểu và phân tích các 
công nghệ hiện có, Luận văn đã đạt được một số kết quả 
sau: 
Những nội dung chính đã được giải quyết 
trong Luận văn 
Tổng hợp các thuật toán Thủy vân số đang được sử 
dụng phổ biến trong ảnh số. 
Tiến hành viết phần mềm trên MATLAB sử dụng 
Kỹ thuật Thủy vân số trên miền DCT. 
Đánh giá kết quả đạt được thông qua thực nghiệm. 
Những đóng góp khoa học và thực tiễn của 
Luận văn 
24 
Các kết quả nhận được cho thấy mô hình giấu tin đề 
xuất đã thành công khi nhúng một chuỗi tin cho trước vào 
một ảnh số mà không làm thay đổi chất lượng hình ảnh. 
Việc sử dụng thuật toán Thủy vân số trên miền DCT đã 
dung hoà được hai yêu cầu cơ bản là tính bền vững và 
dung lượng tin một cách tốt nhất. Do vậy, Luận văn hoàn 
toàn có tính khả thi, và có ý nghĩa rất quan trọng trong 
lĩnh vực bảo vệ bản quyền, sở hữu trí tuệ, không những 
được áp dụng trong thương mại mà còn mở ra một hướng 
tiếp cận mới cho vấn đề bảo vệ thông tin liên lạc. 
Những hạn chế của Luận văn 
Lĩnh vực đa phương tiện nhiều định dạng khác ngoài 
ảnh như âm thanh, video... cần được bảo vệ bản quyền tác 
giả. Luận văn mới chỉ khai thác được kỹ thuật Thuỷ vân 
trên ảnh số. 
2. Kiến nghị 
Dựa vào những kết quả đã đạt được phát triển tiếp 
phần mềm để có thể ứng dụng vào bất kỳ dữ liệu đa 
phương tiện nào, tăng cường được tính bền vững của thủy 
vân.