Một lược đồ thủy vân rỗng mới dựa trên các phép biến đổi DWT, DCT và SVD

Bài viết đề xuất một lược đồ thủy vân rỗng mới sử dụng các phép biến đổi DWT (Discrete Wavelet Transform), DCT (Discrete Cosine Transform) và SVD (Singular Value Decomposition). Kết quả thử nghiệm cho thấy lược đồ đề xuất có độ phức tạp tính toán thấp và bền vững trước một số phép tấn công phổ biến, như thêm nhiễu, làm mờ, lọc trung bình, nén JPEG.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Một lược đồ thủy vân rỗng mới dựa trên các phép biến đổi DWT, DCT và SVD Công nghệ thông tin<br /> <br /> MỘT LƯỢC ĐỒ THỦY VÂN RỖNG MỚI DỰA TRÊN<br /> CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI DWT, DCT VÀ SVD<br /> Nguyễn Hiếu Cường, Cao Thị Luyên*<br /> Tóm tắt: Hiện nay thủy vân (watermarking) vẫn là một trong những phương<br /> pháp phổ biến nhất để bảo vệ bản quyền ảnh số. Các kỹ thuật thủy vân truyền thống<br /> đều phải nhúng một dấu thủy vân (watermark) vào ảnh cần bảo vệ, do đó sẽ ít nhiều<br /> ảnh hưởng đến chất lượng của ảnh. Thủy vân rỗng (zero-watermarking) là một cách<br /> tiếp cận mới, ở đó không cần phải nhúng trực tiếp dấu thủy vân vào ảnh gốc. Bản<br /> quyền của ảnh sẽ được xác định dựa trên đánh giá dấu thủy vân rỗng (zero<br /> watermark) đặc trưng cho mỗi ảnh. Do không phải nhúng dấu thủy vân vào ảnh, nên<br /> với cách tiếp cận này, chất lượng ảnh sẽ hoàn toàn không bị ảnh hưởng. Vấn đề<br /> quan trọng nhất khi thiết kế một lược đồ thủy vân rỗng là tính bền vững. Nói cách<br /> khác, ảnh thủy vân có thể được xác định đúng bản quyền ngay cả khi nó đã bị tấn<br /> công bởi một số thao tác xử lý ảnh. Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất một lược<br /> đồ thủy vân rỗng mới sử dụng các phép biến đổi DWT (Discrete Wavelet<br /> Transform), DCT (Discrete Cosine Transform) và SVD (Singular Value<br /> Decomposition). Kết quả thử nghiệm cho thấy lược đồ đề xuất có độ phức tạp tính<br /> toán thấp và bền vững trước một số phép tấn công phổ biến, như thêm nhiễu, làm<br /> mờ, lọc trung bình, nén JPEG.<br /> Từ khóa: Thủy vân rỗng; Bảo vệ bản quyền; DWT; DCT; SVD.<br /> 1. GIỚI THIỆU<br /> Ngày nay ảnh số rất thông dụng và là dữ liệu quan trọng trong nhiều lĩnh vực. So<br /> với ảnh truyền thống dùng phim, ảnh số có nhiều ưu điểm như dễ dàng thu nhận, lưu<br /> trữ, chỉnh sửa và chia sẻ. Tuy nhiên, cũng do việc dễ dàng sao chép, chỉnh sửa, ảnh<br /> số cũng tạo ra những vấn đề mới cần được quan tâm, trong đó có việc bảo vệ bản<br /> quyền. Bảo vệ bản quyền các sản phẩm đa phương tiện ngày càng cấp thiết, nhất là<br /> từ khi có sự phổ biến rộng rãi của mạng Internet. Trong lĩnh vực an toàn dữ liệu, mã<br /> hóa là một biện pháp phổ biến. Tuy nhiên, với phương pháp mã hóa, một khi dữ liệu<br /> đã được giải mã, nó sẽ trở thành công khai và do đó sẽ không thể kiểm soát được<br /> việc sao chép, sửa đổi nữa [1]. Do đó, với dữ liệu đa phương tiện nói chung cũng<br /> như ảnh số nói riêng, chúng ta cần có một công cụ khác để có thể xác định, bảo vệ<br /> bản quyền ngay cả khi nội dung của dữ liệu là công khai.<br /> Thủy vân số (digital watermarking) là một công cụ được sử dụng phổ biến<br /> trong việc bảo vệ bản quyền ảnh số [2]. Trong các kỹ thuật thủy vân, người ta cần<br /> nhúng trước một số thông tin, gọi là dấu thủy vân (watermark) vào trong ảnh cần<br /> được bảo vệ. Việc nhúng thủy vân này cần đảm bảo không ảnh hưởng đến cảm<br /> nhận của mắt người về bức ảnh, đồng thời dấu thủy vân có thể trích ra được từ ảnh<br /> đã được nhúng để đánh giá bản quyền của bức ảnh đó.<br /> Tuy nhiên, việc nhúng một số thông tin vào ảnh sẽ ít nhiều ảnh hưởng đến chất<br /> lượng của ảnh. Điều này là khó chấp nhận với những dữ liệu ảnh có yêu cầu rất<br /> <br /> <br /> 124 N. H. Cường, C. T. Luyên, “Một lược đồ thủy phân rỗng mới … DWT, DCT và SVD.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> cao về bảo toàn chất lượng, ví dụ như trong các ứng dụng ảnh y tế. Phương pháp<br /> thủy vân rỗng (zero-watermarking) được nghiên cứu gần đây nhằm giải quyết các<br /> yêu cầu về bảo vệ bản quyền ảnh số mà không cần nhúng dấu thủy vân trực tiếp<br /> vào trong ảnh, do đó, không làm ảnh hưởng đến chất lượng của ảnh [3], [4].<br /> Trong các kỹ thuật thủy vân rỗng, ảnh cần bảo vệ bản quyền thường được phân<br /> hoạch thành các khối, sau đó các giá trị đặc trưng được trích ra từ từng khối ảnh.<br /> Dựa trên các giá trị đặc trưng này, một khóa K được tạo ra. Dấu thủy vân W (dữ<br /> liệu bản quyền) sẽ kết hợp với khóa K để tạo ra một dấu thủy vân rỗng ZW. Dấu<br /> thủy vân ZW có thể được lưu trữ tại một trung tâm xác thực có thẩm quyền để sử<br /> dụng khi cần xác thực bản quyền của ảnh.<br /> Trong khi thuật toán trích xuất các giá trị đặc trưng có thể công khai, do đó<br /> khóa K dễ dàng tính được khi có ảnh thì dấu thủy vân W là một thông tin bí mật,<br /> chỉ những người sở hữu hợp pháp bức ảnh biết. Khi cần xác định bản quyền của<br /> bức ảnh, người ta sẽ trích xuất các đặc trưng từ ảnh để tính khóa K * (bằng thuật<br /> toán dùng để tính khóa K ở trên), sau đó kết hợp K * với dấu thủy vân ZW (được<br /> lấy từ trung tâm xác thực) để nhận được W * . Khi cần xác định bản quyền, giá trị<br /> W của người sở hữu ảnh sẽ được mang ra so khớp với W * . Nếu W trùng với W *<br /> hoặc sự khác biệt là rất nhỏ (dưới một ngưỡng nào đó) thì có thể coi ảnh đó là có<br /> bản quyền hợp pháp.<br /> Các lược đồ thủy vân rỗng đều bao gồm một số bước cơ bản tương tự nhau.<br /> Trong những bước đó, sự khác nhau chủ yếu giữa các lược đồ là ở bước trích xuất<br /> các giá trị đặc trưng từ ảnh. Yêu cầu cơ bản của bước này là các giá trị được trích<br /> xuất cần phải bền vững trước một số phép tấn công có chủ ý nhằm làm sai lệch kết<br /> quả khi đối sánh và kiểm tra bản quyền. Theo hướng tiếp cận thủy vân rỗng, để<br /> trích chọn các giá trị đặc trưng, Ye [5] sử dụng phép phân tích ma trận SVD kết<br /> hợp với DCT, Zhou và Ji ...