Tìm hiểu Watermarking

Chia sẻ: Nguyễn Văn Tánh | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:28

Thêm vào BST

Báo xấu

399
lượt xem 65
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Watermarking là m t trong những kỹ thuật giấu dữ liệu hiện đại. Nó được định nghĩa như là quá trình chèn thông tin vào dữ liệu đa phương tiện nhưng bảo đảm không cảm thụ được, nghĩa là chỉ làm thay đổi nhỏ dữ liệu gốc.Trong mô hình này, tài liệu chủ được xem như nhiễu được thêm vào trong suốt quá trình truyền tín hiệu Watermaking

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tìm hiểu Watermarking

BÁO CÁO TIỂU LUẬN BÁO MÔN HỌC: TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN Đề tài: “Tìm hiểu Watermarking” Giảng viên: PGS.TS. Nguyễn Hoàng Lan – Viện CNTT&TT Học viên: Nguyễn Văn Tánh MSHV: CB110416 Lớp: 11BMTTT.KH - KTMT & TT
Phần 1: Tổng quan về Watermarking Ph Phần 2: Các mô hình Watermarking, các thuật toán và phân loại Phần 3: Phân tích một số thuật toán Watermarking trong môi trường ảnh màu Phần 4: Độ an toàn Watermar và tấn công Watermark Phần 5: Tổng kết, đánh giá, hướng phát triển đề tài
* Watermarking là một trong những kỹ thuật giấu dữ liệu hiện đại. Nó được định nghĩa như là quá trình chèn thông tin vào dữ liệu đa phương tiện nhưng bảo đảm không cảm thụ được, nghĩa là chỉ làm thay đổi nhỏ dữ liệu gốc.
a) Sơ đồ nhúng Watermark b) Sơ đồ khôi phục Watermark
1.1 Lịch sử Watermarking 1.2 Các tiêu chí cần có của một thuật toán Watermarking mạnh mẽ  Tính bảo mật  Tính vô hình  Tính vô hình đối với thống kê  Tỉ lệ bit  Quá trình dò đáng tin cậy  Tính bền vững  Nhúng nhiều Watermark  Blind/non-blind, public/private Watermarking  Watermarking đọc được và dò được  Tính khả đảo và tính thuận nghịch của Watermark  Tính có thể thay đổi tỉ lệ (scalability)
1.3 Các ứng dụng của Watermarking  Theo dõi phát sóng  Nhận ra người chủ sở hữu  Bằng chứng về quyền sở hữu  Lưu vết giao tác hay dấu vân tay  Xác nhận nội dung  Kiểm soát sao chép
2.1 Mô hình trên quan điểm Watermarking như một dạng truyền thông  Mô hình cơ bản  Mô hình Watermarking truyền thông với thông tin phụ ở bộ trung chuyển  Mô hình Watermarking theo quan niệm truyền thông đa công 2.2 Mô hình dựa trên quan điểm hình học  Các phân phối và miền trong không gian đa phương tiện  Mô hình Watermarking trong không gian nhúng 2.3. Các thuật toán Watermarking và phân loại
2.1 Mô hình trên quan điểm Watermarking như một dạng truyền thông Mô hình cơ bản Trong mô hình này, tài liệu chủ được xem như nhi ễu được thêm vào trong su ốt quá trình truyền tín hiệu Watermark. Hình - 1: Bộ dò cần ảnh gốc
Hình - 2: Bộ dò không cần ảnh gốc
Mô hình Watermarking truyền thông với thông tin phụ ở bộ trung chuyển Tài liệu chủ vẫn được xem là một nhiễu, nhưng qui trình nhúng Watermark c ần được cung cấp thêm ảnh chủ đó với vai trò là thông tin phụ. Thông tin phụ (side information) là thông tin được cung cấp cho bộ trung chuyển hoặc bộ nh ận trong một hệ thống truyền thông, khác với thông điệp được chuyển hay tín hiệu nh ận được cần giải mã. Trong mô hình Watermarking này, chúng ta xem ảnh ch ủ là m ột thông tin phụ đối với bộ nhúng. Hình -3: Mô hình Watermarking theo quan niệm truyền thông với thông tin phụ ở bộ trung chuyển
Mô hình Watermarking theo quan niệm truyền thông đa công Ảnh chủ không còn được xem là một phần của kênh truyền mà là thông điệp thứ hai được truyền đi cùng với thông điệp Watermark trong cùng tìn hiệu Hình - 4: Mô hình Watermarking theo quan niệm truyền thông đa công
2.2 Mô hình dựa trên quan điểm hình học Quan điểm Watermarking hình học xem các tài liệu là các đi ểm trong không gian đa phương tiện (media space) nhiều chiều. Khi phân tích các thuật toán phức tạp h ơn, ta cần chiếu hay làm bi ến d ạng không gian đó thành không gian nhúng. Các phân phối và miền trong không gian đa phương tiện  Trong không gian đa phương tiện có những phân ph ối xác su ất và vùng sau: Phân phối các tài liệu chưa được nhúng Watermark (distribution of unWatermarked works) tượng trưng cho mỗi tài liệu.  Vùng tương tự cảm nhận được giữa ảnh gốc và ảnh qua xử lý có th ể chấp nhận (Region of acceptable fidelity) là vùng trong đó t ất c ả các tài liệu đều là ứng viên tiềm năng của một tài liệu cho trước.
Mô hình Watermarking trong không gian nhúng Phần lớn các bộ dò Watermark thường được thiết kế để áp dụng đ ược trên không gian nhúng (marking space), đó là một không gian thu h ẹp c ủa không gian đa phương tiện qua phép chiếu hoặc phép biến hình. Hình 5: Bộ dò trong mô hình Watermarking theo quan niệm hình học trên không gian nhúng
2.3. Các thuật toán Watermarking và phân loại  Gần đây, một số thuật toán Watermarking đã được triển khai để hỗ trợ việc bảo vệ bản quyền ảnh số và xác minh tính toàn vẹn của dữ liệu đa ph ương tiện.  Hầu hết các thuật toán Watermarking biến đổi ảnh chủ thành một miền nào đó thuận tiện cho việc nhúng thông tin của Watermark, làm sao để nó v ừa có độ an toàn cao, vừa vô hình. Các biến đổi thường dùng để làm việc này là DFT, DCT và mới đây là DWT. Phân loại: Các thuật toán Watermarking có thể được phân loại như sau:  Theo miền nhúng/trích: • Miền không gian • Miền biến đổi cosine rời rạc (DCT) • Miền biến đổi Fourier rời rạc (DFT) • Miền biến đổi wavelet rời rạc (DWT) • Các miền hỗn hợp khác, ví dụ: miền fractal, miền Fourier-Mellin, đặc tả Histogram, miền biến đổi wavelet phức (CWT), …
 Theo dữ liệu cần tham chiếu (thường là ảnh gốc) khi trích Watermark: • Không tham chiếu dữ liệu (blind) • Tham chiếu dữ liệu tương đối (semi-blind) • Tham chiếu dữ liệu hoàn toàn (non-blind)  Theo cách sửa đổi dữ liệu ảnh chủ: • Cộng tuyến tính tín hiệu tán phổ • Hợp nhất ảnh (ví dụ nhúng một logo) • Lượng tử và thay thế phi tuyến  Theo mô hình cảm quan • Không có mô hình • Mô hình ẩn qua các thuộc tính miền biến đổi • Mô hình HVS tường minh  Theo mục đích của ứng dụng Watermarking • Bảo vệ bản quyền, theo dõi việc phát hành • Xác minh dữ liệu ảnh, xác nhận và phát hiện giả mạo • Ẩn dữ liệu và gắn nhãn ảnh…  Theo kiểu dữ liệu đa phương tiện chủ: • Ảnh tĩnh • Video • Các định dạng đa phương tiện khác như: ảnh hoạt họa, ảnh bản đồ, …
3.1 Tổng quan về các thuật toán nhúng Watermark trên ảnh màu 3.2 Phân tích một số thuật toán cơ bản  Thuật toán nhúng Watermark trên kênh xanh da trời (blue)  Thuật toán nhúng Watermark trên nhiều kênh
3.1 Tổng quan về các thuật toán nhúng Watermark trên ảnh màu  Hầu hết các nghiên cứu trên lĩnh vực Watermarking tập trung thảo luận cách thực hiện trên ảnh xám, phần mở rộng các thuật toán đó trên ảnh màu thường được bỏ ngỏ và gợi ý thực hiện trên một số kênh đặc biệt nào đó.  Một cách phổ biến nhất là nhúng Watermark vào kênh độ chói của ảnh.
3.2 Phân tích một số thuật toán cơ bản  Thuật toán nhúng Watermark trên kênh xanh da trời (blue) Tác giả Martin Kutter - Frederic Jordan - Frank Bossen – Phòng thí nghi ệm x ử lý tín hi ệu s ố, EPFL Loại Blind Là một chuỗi m bit Watermark • Để đảm bảo tính an toàn, mỗi bit được nhúng nhi ều l ần ở các v ị trí ảnh khác nhau. S ự chỉnh sửa các giá trị điểm ảnh gốc Bij phụ thu ộc vào giá tr ị c ủa bit và cân x ứng v ới đ ộ chói điểm ảnh Lij: Cho một bit s c ần nhúng, B*ij = Bij + (2s -1) Li,jq trong đó B*ij là giá tr ị được sửa và q là một tham số xác định cường độ nhúng. • Các vị trí nhúng được xác định như sau: V ới m ỗi đi ểm ảnh, m ột số x giả ngẫu nhiên được phát sinh. N ếu x nh ỏ h ơn q thì thông tin • Nhúng được nhúng vào điểm ảnh. • Ngược lại điểm ảnh không bị thay đổi. Trong qui trình này, tr ật t ự quét ảnh được sửa đổi làm cho ảnh không phụ thu ộc kích th ước. Thay vì quét ảnh theo dòng, c ột, thu ật toán quét ảnh theo m ột đường zig-zag • Hình 7: Trật tự quét ảnh
Để trích được bit nhúng mà không c ần s ử d ụng ảnh g ốc, thu ật toán s ử d ụng m ột d ự báo v ề giá trị gốc của các điểm ảnh được sửa (d ự báo d ựa trên liên k ết tuy ến tính c ủa các giá tr ị điểm ảnh trong lân cận hình chữ thập c ủa đi ểm ảnh). Thu ật toán tính toán s ự khác nhau Trích giữa các giá trị điểm ảnh dự báo và giá tr ị th ực và so sánh nó v ới ng ưỡng thích h ợp đ ể quy ết định bit được nhúng. Sở dĩ kênh xanh da trời được chọn vì hệ c ảm quan c ủa ng ười (HVS) ít m ẫn c ảm v ới các màu xanh da trời do các hình nón xanh da tr ời (S- cone) ít đ ược phân ph ối dày đ ặc h ơn so với các hình nón xanh lá cây và đ ỏ trong ph ần h ố c ủa võng m ạc ng ười. Watermark kênh xanh da trời có độ an toàn cao h ơn v ới các phép t ấn công ch ẳng h ạn nh ư l ọc (trung bình, trung tuyến,…) và nhiễu cộng. Hơn nữa tác giả đã khẳng định dưới phép nén có m ất thông tin JPEG, c ả hai h ướng ti ếp c ận đều xấp xỉ nhau. Tuy nhiên vấn đề nảy sinh đối v ới Watermark trên kênh xanh da tr ời là nó khó kiểm soát hay tiên đoán các tác nhân. Nghĩa là tính kh ả ki ến c ủa Watermark trên kênh độ chói đồng nhất hơn và ít phụ thu ộc vào ảnh màu. Do đó, thi ết k ế Watermark trên kênh xanh da trời (hay một kênh nào b ất kì) thì tinh x ảo h ơn và đòi h ỏi nh ững mô hình HVS ph ức tạp để làm Watermark thích ứng tối ưu v ới độ t ương ph ản, c ường đ ộ và màu s ắc. Nhận xét Hình 8: Ảnh gốc và ảnh được nhúng
 Thuật toán nhúng Watermark trên nhiều kênh Tác giả Alessandro Piva thuộc Khoa Công Nghệ Điện Tử Đại Học Fizenze, Italy Watermark Chuỗi các giá trị giả ngẫu nhiên Ảnh được phân tích thành các băng R, G, B tương ứng với các kênh Phân tích màu. Sử dụng biến đổi FF-DCT cho mỗi băng R, G, B. Các hệ số được sắp lại theo đường zig-zag cho mỗi kênh, và được Lựa chọn hệ chọn từ vị trí (k+1) tới vị trí (k+n). Số vị trí tương ứng với số giá tr ị số Watermark. Ứng với 3 băng R, G, B có 3 vector chứa các hệ số DCT là Vr, Vg, Vb. Các vector này sau đó được nhúng vector Watermark X = {x1, x2, …, xn} theo các qui luật sau: Nhúng Trong đó i=1..n, và αr, αg, αb xác đ ịnh c ường đ ộ năng l ượng nhúng trong m ỗi kênh.