BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 HÀ THỊ LAN HƯƠNG BẢO VỆ BẢN QUYỀN ẢNH SỐ BẰNG KỸ THUẬT THỦY VÂN DỰA VÀO CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI RỜI RẠC LUẬN VĂN THẠC SĨ MÁY TÍNH HÀ NỘI, 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 HÀ THỊ LAN HƯƠNG BẢO VỆ BẢN QUYỀN ẢNH SỐ BẰNG KỸ THUẬT THỦY VÂN DỰA VÀO CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI RỜI RẠC Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60 48 01 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ MÁY TÍNH Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS Bùi Thế Hồng HÀ NỘI, 2014 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của thầy hướng dẫn khoa học, của các thầy cô trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã tạo điều kiện học tập, nghiên cứu và giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình làm luận văn. Đặc biệt tôi xin cảm ơn PGS.TS Bùi Thế Hồng đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu đề tài và giúp tôi hoàn thành bản luận văn này. Vĩnh Phúc, ngày 12 tháng 12 năm 2014 Học viên Hà Thị Lan Hương LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là kết quả nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. TS Bùi Thế Hồng. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Học viên Hà Thị Lan Hương MỤC LỤC MỞ ĐẦU .............................................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài ..............................................................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu .......................................................................................................1 3. Nhiệm vụ nghiên cứu.......................................................................................................2 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu...................................................................................2 5. Những đóng góp mới của đề tài ......................................................................................2 6. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................................2 7. Bố cục của luận văn ........................................................................................................3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN VÀ THỦY VÂN TRÊN ẢNH SỐ..................................................................................................................4 1.1. Bảo vệ bản quyền ảnh số ..............................................................................................4 1.2. Tổng quan về kỹ thuật giấu tin .....................................................................................4 1.3. Tổng quan về ảnh ..........................................................................................................8 1.3.1. Ảnh..............................................................................................................................8 1.3.2. Các định dạng ảnh thông dụng................................................................................10 1.4. Những yêu cầu cơ bản của hệ thủy vân trên ảnh số..................................................12 1.4.1. Yêu cầu chung..........................................................................................................12 1.4.2. Yêu cầu riêng............................................................................................................13 1.5. Những tấn công trên hệ thủy vân ...............................................................................14 1.6. Các ứng dụng của hệ thủy vân ...................................................................................15 1.7. Những khuynh hướng tiếp cận của kỹ thuật thủy vân..............................................17 1.7.1. Hướng tiếp cận dựa trên miền không gian ảnh ......................................................17 1.7.2. Hướng tiếp cận sử dụng các phương pháp khảo sát gián tiếp...............................18 CHƯƠNG 2. KỸ THUẬT THỦY VÂN TRÊN ẢNH SỐ DỰA VÀO CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI RỜI RẠC .........................................................................................20 2.1. Một số kỹ thuật bổ trợ cho các kỹ thuật thủy vân số trên ảnh tĩnh ..........................20 2.1.1. Các phép biến đổi miền không gian ảnh sang miền tần số ...................................20 2.1.2. Kỹ thuật sinh chuỗi giả ngẫu nhiên.........................................................................24 2.1.3. Các kỹ thuật trải phổ trong truyền thông ................................................................25 2.1.4. Các thuật toán kiểm định thủy vân .........................................................................26 2.2. Các thuật toán thủy vân ảnh số dựa vào các phép biến đổi rời rạc ..........................27 2.2.1. Thủy vân ảnh số dựa vào phép biến đổi Cosine rời rạc.........................................27 2.2.2. Thủy vân ảnh số dựa vào phép biến đổi sóng nhỏ rời rạc .....................................32 2.2.3. Thủy vân ảnh số dựa vào phép biến đổi Fourier rời rạc ........................................36 2.3. Kỹ thuật thủy vân ảnh tĩnh sử dụng kết hợp các phép biến đổi rời rạc ...................39 2.3.1. Đôi nét về phương pháp kết hợp các phép biến đổi rời rạc...................................39 2.3.2. Kỹ thuật thủy vân sử dụng phép kết hợp DWT với DCT và hai ma trận số giả ngẫu nhiên vào băng HL....................................................................................................41 CHƯƠNG 3. CÀI ĐẶT CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM.........................43 3.1. Các độ đo đánh giá hiệu quả của thủy vân ................................................................43 3.1.1. Đánh giá chất lượng của ảnh chủ đã thủy vân .......................................................43 3.1.2. Kiểm định chất lượng thủy vân...............................................................................43 3.2. Kết quả thử nghiệm kỹ thuật thủy vân sử dụng một phép biến đổi.........................45 3.2.1. Kết quả thử nghiệm kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi DWT ..................45 3.2.2. Kết quả thử nghiệm kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi DCT....................48 3.2.3. So sánh kết quả thử nghiệm kỹ thuật thủy vân sử dụng một phép biến đổi.........53 3.3. Kết quả thử nghiệm kỹ thuật thủy vân sử dụng phép kết hợp nhiều phép biến đổi rời rạc...................................................................................................................................54 3.4. Đánh giá kết quả thử nghiệm .....................................................................................60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................................................62 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................63 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DCT Discrete Cosin Transform DWT Discrete Wavelet Transform DFT Discrete Fourier Transform GIF Graphics Interchanger Format IMG Image BMP Bitmap JPEG Joint Photographic Expert Group LSB Least Significant Bit RGB Red, Green, Blue PCX Personal Computer Exchange LZW Lampel Ziv Welch DANH MỤC CÁC HÌNH Hình Tên hình Trang Hình 1.1 Phân loại các kỹ thuật thuỷ vân 6 Ví dụ về thuỷ vân hiện (Trên trang Web thư viện số Hình 1.2 7 của Mỹ) Ảnh Lena đã được nhúng thuỷ vân là logo ở hình bên Hình 1.3 8 phải Ảnh màu sau khi nhúng tin rất khó phát hiện sự thay Hình1.4 9 đổi Ảnh đen trắng sau khi nhúng cùng một lượng thông tin Hình 1.5 như ảnh màu, cho chất lượng ảnh kém hơn (xuất hiện 9 nhiều chấm đen lạ) Ảnh gốc và năng lượng phân bố của ảnh qua phép biến Hình 2.1 23 đổi DCT Hình 2.2 Phân chia 3 miền tần số ảnh của phép biến đổi DCT 24 Hình 2.3 Ảnh thuỷ vân trong kỹ thuật thuỷ vân DWT 32 Hình 2.4 Ảnh chủ trong kỹ thuật thuỷ vân DWT 32 Hình 2.5 Ảnh sau khi thuỷ vân bằng kỹ thuật thuỷ vân DWT 35 Hình 2.6 Nhúng 1 thủy vân hình vòng trong miền DFT 38 Hình 3.1 Kết quả sử dụng phép biến đổi DWT để thủy vân 48 Hình 3.2 Kết quả sử dụng phép biến đổi DCT để thủy vân 53 Kết quả sử dụng phép biến đổi DWT kết hợp DCT để Hình 3.3 59 thủy vân 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ngày nay, hầu hết thông tin đều được lưu trữ dưới dạng số hoá trước khi trở thành một vật phẩm thông thường như sách báo, tạp chí. Việc trao đổi, phân phối, sao chép và xử lý các sản phẩm số ngày càng nhanh chóng, đơn giản và nằm ngoài tầm kiểm soát của các tổ chức. Do đó, tình trạng xâm phạm bản quyền, sao chép lậu các sản phẩm kĩ thuật số đã xảy ra ở nhiều nơi. Bởi vậy, nhu cầu đảm bảo an toàn và bảo vệ bản quyền và sở hữu trí tuệ các sản phẩm số đang là một nhu cầu cấp thiết hiện nay. Một trong những giải pháp hữu hiệu cho vấn đề này là đánh dấu vào các sản phẩm này để bảo vệ bản quyền cũng như bảo đảm sự sự toàn vẹn cho chúng. Một trong những kỹ thuật đó là kỹ thuật thủy vân số. Hiện tại đã có một số kỹ thuật thủy vân dùng để bảo vệ bản quyền cho các bức ảnh số bằng cách tác động trực tiếp lên miền giá trị của các điểm ảnh. Các kỹ thuật này thường không đảm bảo được chất lượng của ảnh và không được bền vững trước các tấn công thông thường lên ảnh. Chính vì vậy, tác giả chọn đề tài nghiên cứu “Bảo vệ bản quyền ảnh số bằng kỹ thuật thủy vân dựa vào các phép biến đổi rời rạc”. Trong luận văn này, tác giả nghiên cứu và đề xuất các kỹ thuật thủy vân bảo vệ bản quyền ảnh số dựa vào các phép biến đổi rời rạc để tăng cường độ bền vững của thủy vân cũng như đảm bảo được chất lượng của ảnh. 2. Mục đích nghiên cứu Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu kỹ thuật thủy vân dựa trên các phép biến đổi rời rạc qua đó phân tích và đánh giá các phương pháp, đưa ra được bài toán áp dụng kỹ thuật thuỷ vân dựa vào các phép biến đổi rời rạc ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn. 2 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu một số kỹ thuật thuỷ vân bảo vệ bản quyền cho các bức ảnh số. - Nghiên cứu và thử nghiệm các kỹ thuật thuỷ vân ảnh số dựa vào một số phép biến đổi rời rạc. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu, đánh giá kỹ thuật thuỷ vân ảnh số dựa vào các phép biến đổi rời rạc qua đó phát triển và cải tiến các kỹ thuật thủy vân dựa vào phép biến đổi rời rạc. - Các công cụ lập trình và phần mềm dùng để cài đặt các lược đồ nhúng và giải thuỷ vân trên ảnh số. 5. Những đóng góp mới của đề tài - Phát hiện những yêu cầu và thách thức trong thực tế đối với vấn đề kỹ thuật thuỷ vân ảnh số. - Phát triển và cải tiến các kỹ thuật thuỷ vân ảnh số nhằm nâng cao độ bền vững của thuỷ vân trong ảnh và giảm mức độ ảnh hưởng của thuỷ vân đối với chất lượng của ảnh. - Cài đặt chương trình thử nghiệm thuỷ vân ảnh số dựa vào các phép biến đổi rời rạc. 6. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan, đánh giá các kỹ thuật thuỷ vân ảnh. - Tìm hiểu và phát hiện các vấn đề trong thực tế, từ đó đưa ra so sánh, đánh giá và các giải pháp khắc phục. - Cài đặt thử nghiệm dựa trên những cải tiến được đưa ra. 3 7. Bố cục của luận văn Ngoài phần Mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo luận văn gồm 3 chương: Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật giấu tin và thủy vân trên ảnh số Chương 2: Kỹ thuật thủy vân trên ảnh số dựa vào các phép biến đổi rời rạc Chương 3: Cài đặt chương trình thử nghiệm 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN VÀ THỦY VÂN TRÊN ẢNH SỐ 1.1. Bảo vệ bản quyền ảnh số Ngày nay, với sự phát triển của truyền thông và các công cụ hỗ trợ liên quan dẫn đến việc các sản phẩm công nghệ trong đó có ảnh số được truyền tải một cách nhanh chóng và tiện lợi. Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm còn tồn tại những nhược điểm về sự tấn công trên các sản phẩm nhằm thay đổi giá trị sử dụng của chúng. Đặc biệt, với các ảnh sự sao chép ngày càng trở nên dễ dàng thì sự cần thiết của chứng thực bản quyền sở hữu trở thành một vấn đề cấp thiết. Những chủ sở hữu dữ liệu là ảnh số đặt ra yêu cầu cần có một cơ chế xác định cũng như những công cụ hữu ích giúp cho họ có thể bảo vệ tốt quyền sở hữu của mình đối với dữ liệu. Với những yêu cầu trên thì rất nhiều phương pháp đã được đưa ra nhằm giải quyết bài toán. Trong đó, thông thường người ta thường chèn thêm các thông tin mang bản quyền tác giả vào trong các ảnh số. Nếu có kẻ tấn công sẽ làm hỏng đi ảnh đó hoặc làm thay đổi giá trị của thông tin được nhúng vào. Thông thường, để bảo vệ bản quyền của các dữ liệu thì người chủ sở hữu sẽ đăng ký dữ liệu đó với một cơ quan có thẩm quyền và có khả năng chứng thực quyền sở hữu của họ đối với dữ liệu trên. 1.2. Tổng quan về kỹ thuật giấu tin Steganography có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp và được sử dụng tới ngày nay, nó có nghĩa là “tài liệu được phủ” (covered writing). Các câu chuyện kể về kỹ thuật giấu thông tin đã có từ rất lâu. Những tài liệu tìm thấy ghi chép về kỹ thuật giấu thông tin sớm nhất thuộc về sử gia Hy Lạp Herodotus (khoảng năm 440 trước Công nguyên). Khi bạo chúa Hy Lạp Histiaeus bị vua Darius 5 bắt giữ ở Susa vào thế kỷ thứ 5 trước Công nguyên, ông ta đã cố gửi thông báo bí mật cho con rể của mình là Aristagoras ở Miletus. Histiaeus đã cạo trọc đầu của một nô lệ tin cậy và xăm một thông báo trên da đầu của người nô lệ đó. Khi tóc của người nô lệ mọc đủ dài, anh ta được gửi tới Miletus. Giấu thông tin là một kỹ thuật nhúng (giấu) một lượng thông tin số nào đó vào một đối tượng dữ liệu số khác. Kỹ thuật giấu thông tin nhằm mục đích đảm bảo an toàn và bảo mật thông tin ở cả hai khía cạnh. Một là bảo mật cho dữ liệu được đem giấu, hai là bảo mật cho chính đối tượng được dùng để giấu tin. Điều này dẫn đến hai khuynh hướng chủ yếu của giấu tin:  Khuynh hướng thứ nhất là giấu tin mật (steganography). Khuynh hướng này tập trung vào các kỹ thuật giấu tin sao cho thông tin giấu được nhiều và quan trọng là người khác khó phát hiện dược một đối tượng có bị giấu tin bên trong hay không.  Khuynh hướng thứ hai là thủy vân số (watermarking). Khuynh hướng thủy vân số đánh giấu vào đối tượng nhằm khẳng định bản quyền quyền sở hữu hay phát hiện sự xuyên tạc thông tin. Watermarking (thuỷ vân, thuỷ ấn) là kỹ thuật nhúng một biểu tượng vào trong ảnh môi trường để xác định quyền sở hữu ảnh môi trường, chống sự giả mạo và xuyên tạc thông tin. Trong kỹ thuật giấu tin mật, thông tin cần giấu được gọi là thông điệp (message) còn trong kỹ thuật thuỷ vân số thì được gọi là thuỷ vân (watermark). Thuỷ vân có thể là một chuỗi các kí tự, hay một hình ảnh, logo nào đó. Nói đến thuỷ vân số là nói đến kỹ thuật giấu tin nhắm đến những ứng dụng bảo đảm an toàn dữ liệu cho đối tượng được sử dụng để giấu tin như: bảo vệ bản quyền, chống xuyên tạc, nhận thực thông tin, điều khiển sao chép v.v… Có thể thấy rõ là phần ứng dụng của thủy vân rất lớn, mỗi ứng dụng lại 6 có những yêu cầu riêng và tính chất riêng, do đó các kỹ thuật thuỷ vân cũng có những tính năng khác biệt tương ứng: Watermarking Thuỷ vân số Robust Fragile Copyright marking Watermarking Thuỷ vân bền vững Thuỷ vân “dễ vỡ” Imperceptible Visible Watermarking Watermarking Thuỷ vân ẩn Thuỷ vân hiện Hình 1.1 Phân loại các kỹ thuật thuỷ vân Các kỹ thuật thuỷ vân trên Hình 1.1 được phân biệt nhau bởi những đặc trưng, tính chất của từng kỹ thuật và ứng dụng những kỹ thuật đó. Thuỷ vân “dễ vỡ” (fragile) là kỹ thuật nhúng thuỷ vân vào trong ảnh sao cho khi phân bố sản phẩm trong môi trường mở nếu có bất cứ một phép biến đổi nào làm thay đổi đối tượng sản phẩm gốc thì thuỷ vân đã được giấu trong đối tượng sẽ không còn nguyên vẹn như trước khi giấu nữa (dễ vỡ). Thủy vân dễ vỡ yêu cầu thông tin giấu sẽ bị sai lệch nếu có bất kỳ sự thay đổi nào trên dữ liệu chứa. Các kỹ thuật thuỷ vân có tính chất này được sử dụng trong các ứng dụng nhận thực thông tin (authentication) và phát hiện xuyên tạc thông tin (tamper detection). Ví dụ như để bảo vệ chống xuyên tạc một ảnh nào đó ta nhúng một thuỷ vân vào trong ảnh và sau đó phân phối, quảng bá ảnh đó. Khi cần kiểm tra lại ảnh ta sử dụng hệ thống đọc thủy vân. Nếu không đọc được thuỷ vân hoặc thuỷ vân đã bị sai lệch nhiều so với thuỷ vân ban đầu đã nhúng vào ảnh thì có nghĩa là có thể ảnh đó đã bị thay đổi. Cái khó 7 ở đây là ta phải phân biệt giữa sai lệch thuỷ vân do xuyên tạc và sai lệch do lỗi đường truyền. Ngược lại, với kỹ thuật thuỷ vân dễ vỡ là kỹ thuật thuỷ vân bền vững (robust). Thủy vân bền vững quan tâm nhiều đến việc nhúng những mẩu tin đòi hỏi độ bền vững cao của thông tin được giấu trước các biến đổi thông thường trên dữ liệu chứa. Các kỹ thuật thuỷ vân bền vững thường được ứng dụng trong các ứng dụng bảo vệ bản quyền. Trong những ứng dụng đó, thuỷ vân đóng vai trò là thông tin sở hữu của người chủ hợp pháp. Thuỷ vân được nhúng trong sản phẩm như một hình thức dán tem bản quyền. Trong trường hợp như thế, thuỷ vân phải tồn tại bền vững cùng với sản phẩm nhằm chống việc tẩy xoá, làm giả hay biến đổi phá huỷ thuỷ vân. Một yêu cầu lí tưởng đối với thuỷ vân bền vững là nếu muốn loại bỏ thuỷ vân thì chỉ có một cách duy nhất là phá huỷ sản phẩm. Thuỷ vân bền vững lại được chia thành hai loại là thuỷ vân ẩn và thuỷ vân hiện. Thuỷ vân hiện là loại thuỷ vân được hiện ngay trên sản phẩm và người dùng có thể nhìn thấy được giống như các biểu tượng kênh chương trình vô tuyến mà ta thường thấy VTV3, CCTV, TV5… Các thuỷ vân hiện trên ảnh thường dưới dạng chìm, mờ hoặc trong suốt để không gây ảnh hưởng đến chất lượng ảnh gốc. Đối với thuỷ vân hiện, thông tin bản quyền hiển thị ngay trên sản phẩm. Hình 1.2 Ví dụ về thuỷ vân hiện (Trên trang Web thư viện số của Mỹ) 8 Hình 1.3 Ảnh Lena đã được nhúng thuỷ vân là logo ở hình bên phải Còn đối với thuỷ vân ẩn thì cũng giống như giấu tin, bằng mắt thường không thể nhìn thấy thuỷ vân. Đây cũng là nội dung chính được trình bày trong luận văn này. Trong vấn đề bảo vệ bản quyền, thuỷ vân ẩn mang tính “bất ngờ” hơn trong việc phát hiện sản phẩm bị đánh cắp. Trong trường hợp này, người chủ sở hữu hợp pháp sẽ chỉ ra bằng chứng là thuỷ vân đã được nhúng trong sản phẩm bị đánh cắp. 1.3. Tổng quan về ảnh Trong các phần đã trình bày ở trên có nhắc đến thủy vân, để có thể xác định thủy vân ảnh được chính xác ta cần tìm hiểu kỹ hơn về các vấn đề liên quan đến ảnh. Trong phần này, trình bày một số vấn đề cơ bản của ảnh. 1.3.1. Ảnh Là một tập hợp hữu hạn các điểm ảnh kề nhau. Ảnh thường được biểu diễn bằng một ma trận hai chiều, mỗi phần tử của ma trận tương ứng với một điểm ảnh. Ảnh nhị phân (đen trắng): là ảnh có giá trị mức xám của các điểm ảnh được biểu diễn bằng 1 bit (giá trị 0 hoặc 1). Ảnh xám: giá trị mức xám của các điểm ảnh được biểu diễn bằng 8 bit (giá trị từ 0 đến 255). Ảnh màu: thông thường, ảnh màu được tạo nên từ 3 ảnh xám đối với màu nền đỏ (RED), xanh lá cây (GREEN), xanh lam (BLUE). Tất cả các màu trong tự nhiêu đều có thể được tổng hợp từ 3 thành phần màu trên theo các tỷ lệ khác nhau. Sự khác nhau giữa giấu thông tin trong ảnh đen trắng và ảnh màu được thể hiện qua bảng sau: 9 Ảnh đen trắng Ảnh màu hoặc ảnh xám Thông tin nhúng ít hơn so với ảnh Thông tin nhúng nhiều hơn. màu có cùng kích cỡ. Khả năng bị phát hiện trong ảnh có Khả năng bị phát hiện thấp. nhúng thông tin cao hơn ảnh màu. Độ an toàn thông tin thấp do dễ bị Độ an toàn cao. phát hiện có thông tin chứa bên trong. Nhiều thuật toán và có nhiều hướng Các thuật toán thường phức tạp và mở rộng phát triển (như áp dụng không nhiều. giải thuật di truyền). a) Ảnh 256 màu gốc 227 x 149 b) Ảnh sau khi giấu 100 bit tin Hình1.4 Ảnh màu sau khi nhúng tin rất khó phát hiện sự thay đổi a) Ảnh đen trắng gốc 480 x 480 b) Ảnh sau khi nhúng 100 bit tin Hình 1.5 Ảnh đen trắng sau khi nhúng cùng một lượng thông tin như ảnh màu, cho chất lượng ảnh kém hơn (xuất hiện nhiều chấm đen lạ) 10 1.3.2. Các định dạng ảnh thông dụng Ảnh thu được sau quá trình số hóa có nhiều loại khác nhau, phụ thuộc vào kỹ thuật số hóa ảnh. Sau đây là một số định dạng ảnh thông dụng. * Định dạng ảnh: IMG (Image) Ảnh IMG là ảnh đen trắng, mỗi điểm ảnh được thể hiện bởi 1 bit. Toàn bộ ảnh chỉ gồm các điểm sáng và tối tương ứng với giá trị 1 hoặc 0. Tỉ lệ nén của kiểu định dạng này là khá cao. Ảnh IMG được nén theo từng dòng. Mỗi dòng bao gồm các gói (Pack). Các dòng giống nhau được nén thành một gói. * Định dạng ảnh: PCX (Personal Computer Exchange) Định dạng ảnh PCX là một trong những định dạng loại cổ điển nhất. Nó sử dụng phương pháp mã hóa loạt dài RLC để nén dữ liệu ảnh. Quá trình nén và giải nén được thực hiện trên từng dòng ảnh. Thực tế, phương pháp giải nén PCX kém hiệu quả hơn so với kiểu IMG. Định dạng ảnh PCX thường được dùng để lưu trữ ảnh vì thao tác đơn giản, cho phép nén và giải nén nhanh. Tuy nhiên vì cấu trúc của nó cố định, nên trong một số trường hợp nó làm tăng kích thước lưu trữ. * Định dạng ảnh: GIF (Graphics Interchanger Format) Định dạng ảnh GIF do hãng Computer Incorporated (Mỹ) đề xuất lần đầu tiên vào năm 1990. Với định dạng GIF, khi số màu trong ảnh càng tăng, thì ưu thế của định dạng GIF càng nổi trội. Những ưu thế này có được là do GIF tiếp cận các thuật toán LZW (Lampel Ziv Welch) (dựa vào sự lặp lại của một nhóm điểm, người ta xây dựng từ điển lưu các chuỗi ký tự có tần suất lặp lại cao và thay thế bằng từ mã tương ứng mỗi khi gặp lại chúng). Dạng ảnh GIF cho chất lượng cao, độ phân giải đồ họa tốt, cho phép hiển thị trên hầu hết các phần cứng đồ họa. 11 * Định dạng ảnh: BMP (Bitmap) Ảnh BMP (Bitmap) được phát triển bởi Microsoft Corporation, được lưu trữ dưới dạng độc lập thiết bị cho phép Windows hiển thị dữ liệu không phụ thuộc vào khung chỉ định màu trên bất kỳ phần cứng nào. Tên file mở rộng mặc định của một file ảnh Bitmap là BMP, nét vẽ được thể hiện là các điểm ảnh. Qui ước màu đen, trắng tương ứng với các giá trị 0, 1. Ảnh BMP được sử dụng trên Microsoft Windows và các ứng dụng chạy trên Windows từ version 3.0 trở lên. BMP thuộc loại ảnh mảnh. Có rất nhiều định dạng ảnh thuộc kiểu bitmap như BMP, PCX, TIFF, GIF, JPEG, TGA, PNG, PCD…Mỗi file ảnh BMP gồm bốn phần: Bitmap Header (14 bytes): giúp nhận dạng tập tin bitmap. Bitmap Information (40 bytes): chứa một số thông tin chi tiết giúp hiển thị ảnh. Palette màu (4*x bytes), x là số màu của ảnh: định nghĩa các màu sẽ được sử dụng trong ảnh. Bitmap Data: Chứa dữ liệu ảnh. Đặc điểm nổi bật nhất của định dạng BMP là tập tin ảnh thường không được nén bằng bất kỳ thuật toán nào. Khi lưu ảnh, các điểm ảnh được ghi trực tiếp vào tập tin - một điểm ảnh sẽ được mô tả bởi một hay nhiều byte tùy thuộc vào giá trị n của ảnh. Do đó, một hình ảnh lưu dưới dạng BMP thường có kích cỡ rất lớn, gấp nhiều lần so với các ảnh được nén (chẳng hạn GIF, JPEG hay PNG). * Định dạng ảnh: JPEG (Joint Photographic Expert Group) Một nhóm các nhà nghiên cứu đã phát minh ra định dạng này, để hiển thị các hình ảnh đầy đủ màu hơn (full-colour) cho định dạng di động, mà kích thước file lại nhỏ hơn. Giống như ảnh GIF, JPEG cũng được sử dụng nhiều trên Web. 12 Lợi ích của JPEG hơn GIF là nó có thể hiển thị hình ảnh với màu chính xác (true-colour) (có thể lên đến 16 triệu màu). Nhược điểm chính của định dạng JPEG là chúng được nén bằng thuật toán lossy (mất dữ liệu). Nói cách khác, định dạng JPEG thực hiện bảo quản tất cả thông tin màu trong hình ảnh đó. Tuy nhiên với các hình ảnh chất lượng màu cao (high- colour) như hình ảnh chụp, thì điều này sẽ không ảnh hưởng gì. Ảnh JPEG không thể làm trong suốt hoặc chuyển động, trong trường hợp này ta sẽ sử dụng định dạng GIF (hoặc định dạng PNG để tạo trong suốt). Tạo ảnh JPEG Fast-Loading: Giống như với các ảnh GIF, để tạo hình JPEG nhỏ đến mức có thể (tính theo bytes) để website tải nhanh hơn. Điều chỉnh chính để thay đổi kích thước file JPEG được gọi là quality, và thường có giá trị từ 0 tới 100%, khi 0% thì chất lượng là thấp nhất (nhưng kích thước file là nhỏ nhất), và 100% thì chất lượng cao nhất (nhưng kích thước file là lớn nhất). 0% chất lượng JPEG sẽ nhìn rất mờ khi so sánh với ảnh gốc. Còn 100% chất lượng JPEG thường không phân biệt được so với ảnh gốc. 1.4. Những yêu cầu cơ bản của hệ thủy vân trên ảnh số 1.4.1. Yêu cầu chung Hệ thuỷ vân số trên ảnh số cũng là một hệ giấu tin nên cũng có một số đặc điểm và tính chất giống như giấu tin trong ảnh như: - Phương tiện chứa là ảnh hai chiều tĩnh. - Thuỷ vân trên ảnh tác động lên dữ liệu ảnh nhưng không làm thay đổi kích thước ảnh. - Kỹ thuật giấu phụ thuộc vào tính chất của hệ thống thị giác con người. - Khi giải tin có thể cần ảnh gốc.