1

MỞ ĐẦU
Việc trao đổi thông tin, xuất bản thông tin trên
Internet có nhiều nguy cơ không an toàn do thông tin có
thể bị lộ hay bị sửa đổi hay bị vi phạm bản quyền. Nói
chung, để bảo vệ các thông tin trên khỏi sự truy cập, sử
dụng trái phép cần phải kiểm soát được những việc chính
sau: thông tin được tạo ra, lưu trữ và truy nhập như thế
nào, ở đâu, bởi ai và vào thời điểm nào. Như vậy việc
quản lý bản quyền số đang là bài toán không dễ dàng của
nhà quản lý.
Trên thực tế, nhu cầu về bảo vệ quyền tác giả,
quyền sở hữu cho các thông tin số là rất lớn. Phương pháp
Thủy Vân số (digital watermarking) hứa hẹn là một
phương pháp hiệu quả bởi vì nó cho phép chủ sở hữu nội
dung số có thể nhúng và giấu những bằng chứng về bản
quyền của mình, từ đó có thể xác định được quyền sở hữu,
phát hiện ra việc sử dụng trái phép mà vẫn không làm ảnh
hưởng đến nội dung của nội dung số. Với các tính chất
đặc thù của mình Digital watermarking rất thích hợp với
việc bảo vệ bản quyền tác giả.
2

Xuất phát từ yêu cầu của thực tế, nhằm mục đích
hướng tới một phần nhiệm vụ nhiệm vụ bảo vệ bản quyền
thông tin số, Luận văn có tựa đề: “Nghiên cứu xác định
bản quyền ảnh số bằng kỹ thuật Thủy vân số (Digital
Watermarking)”
Luận văn gồm có 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về Thủy vân số và các chuẩn

quyền ảnh số.
1.1.2. Phép biến đổi sóng con dùng trong
Watermarking
1.1.3. Ứng dụng của watermarking cho các định
dạng audio, video
1.2. Nén dữ liệu Multimedia
4

1.2.1. Tổng quan về multimedia
1.2.2. Hiệu quả nén dữ liệu multimedia
1.2.2.1. Tỷ lệ nén và số bit trên một mẫu
1.2.2.2. Các thước đo chất lượng
- Thước đo chất lượng chủ quan
- Thước đo chất lượng khách quan (1.1)
Trong đó i,j chỉ vị trí của pixel trong ảnh.
SNR theo đơn vị decibel được tính theo biểu thức
sau:
(1.2)
Trong trường hợp một ảnh 8 bit, thì PSNR tương
ứng được tính theo dB là:
(1.3)


 


















 
 
 
M
i
M
j
M
i
N
j
M
i

PSNR
255
log20
10
5

Trong đó 255 là giá trị pixel có thể lớn nhất trong 8
bit.
1.2.2.3. Trễ mã hóa
1.2.2.4. Độ phức tạp mã hóa.
1.2.3. Tổng quan về nén ảnh
1.2.4. Các chuẩn nén dữ liệu multimedia
1.2.4.1. Chuẩn mã hóa ảnh tĩnh.
1.2.4.2. Các chuẩn mã hóa video
1.2.4.3. Chuẩn mã hóa audio
6 CHƯƠNG 2 - MỘT SỐ KỸ THUẬT THỦY VÂN
TRONG ẢNH SỐ
Chương này đề cập đến một số khái niệm cơ bản về
tín hiệu hình ảnh và các đặc tính của hệ thống thị giác
người HVS. Nội dung chương cũng nên ra các kỹ thuật
Thủy vân trên ảnh số đang được nghiên cứu phổ biến. Tùy
theo lĩnh vực áp dụng, các yêu cầu cụ thể mà lựa chọn một
phương pháp thích hợp. Nhưng nhìn chung, Có thể chia
các kỹ thuật thuỷ vân theo hai hướng tiếp cận chính:
Hướng thứ nhất dựa trên miền không gian ảnh có kỹ thuật
mã bít ít quan trọng nhất LSB, Hướng thứ hai là sử dụng
các phương pháp khảo sát gián tiếp khác thông qua các kỹ

mới. Sau đó, tìm cách nhúng thuỷ vân vào ảnh bằng cách
thay đổi các hệ số biến đổi trong những miền thích hợp để
đảm bảo chất lượng ảnh và sự bền vững của thuỷ vân sau
8

khi nhúng. Các phép biến đổi được sử dụng phổ biến là
DCT, DFT (Discrete Fourier Transform) và DWT.
Kỹ thuật thuỷ vân sử dụng phép biến đổi DCT
thường chia ảnh gốc thành các khối, thực hiện phép biến
đổi DCT với từng khối ảnh gốc để được miền tần số thấp,
miền tần số giữa và miền tần số cao. Đa số kỹ thuật thuỷ
vân ẩn bền vững sẽ chọn miền tần số giữa của mỗi khối để
nhúng bit thuỷ vân theo một hệ số k nào đó gọi là hệ số
tương quan giữa chất lượng ảnh sau khi nhúng thuỷ vân
(tính ẩn của thuỷ vân) và độ bền vững của thuỷ vân.
Kỹ thuật thuỷ vân sử dụng phép biến đổi DWT
thường phân tích ảnh gốc thành các miền tần số LL, LH,
HL và HH sau đó nhúng thông tin thuỷ vân vào một hoặc
một số miền tần số với các hệ số tương quan khác nhau.
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.
2.3.1. Kỹ thuật thủy vân dựa trên miền không gian
ảnh
9

Kỹ thuật này được sử dụng nhiều trong kỹ thuật
giấu tin, sử dụng các bit ít quan trọng nhất của điểm ảnh
(gọi là LSB - Least Significiant Bit). Kỹ thuật LSB là kỹ
































2
)12(
cos),()()(),(
2
)12(
cos
2
)12(
cos),()()(),(
1
0
1
0
1
0
1
0




với u = 0

với u ≠ 0







x
N
ux
uCuxf
N
ux
xfuuC












N
N
u
2
1
)(

(2.2)
(2.1)
(2.3)
11

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

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 F
i
’
(u,v) > F
i
’
(p,q)
16

để quy ước bit thủy vân 0, F
i
’
(u,v) < F
i
’
(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 F
i

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 F
i
’
7 - Ghép các khối ảnh để được ảnh đã nhúng thủy
vân F
W

Quá trình tách thủy vân:
Đầu vào: - ảnh chứa thủy vân F
W

Đầu ra: - Thủy vân W tách được từ ảnh F
W

Nguyên tắc: Quá trình tách theo nguyên tắc nếu
F
i
’
(u,v) > F
i
’
(p,q) bit thủy vân là 0, F
i
’
(u,v) < F

’
(u,v) < F
i
’
(p,q) thì b
i
= 1
4 - Ghép dãy bit b
i
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:







W
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

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