TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM
HUỲNH MÃ ĐÔNG GIANG 9912142
LÊ VIỆT HÙNG 9912030
LỜI CẢM ƠN
Chúng em xin chân thành cám ơn Khoa Công Nghệ Thông Tin, trường Đại
Học Khoa Học Tự Nhiên TpHCM đã tạo điều kiện tốt cho chúng em thực hiện
đề tài luận văn tốt nghiệp này.
Chúng em xin chân thành cám ơn Thầy Dương Anh Đức, Thầy Trần Minh
Triết đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo chúng em trong suốt thời gian thực hiện đề
tài.
Chúng em xin chân thành cám ơn quý Thầy Cô trong Khoa Công Nghệ
Thông Tin đã tận tình giảng dạy, trang bị cho chúng em những kiến thức quí báu
trong bốn năm học vừa qua.
Chúng con xin nói lên lòng biết ơn sâu sắc đối với Ông Bà, Cha Mẹ đã
chăm sóc, nuôi dạy chúng con thành người.
Xin chân thành cám ơn các anh chị, các bạn và các em đã ủng hộ, giúp đỡ
và động viên chúng em trong thời gian học tập và nghiên cứu.
Mặc dù chúng em đã cố gắng hoàn thành luận văn trong phạm vi và khả
năng cho phép nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em
kính mong nhận được sự cảm thông và tận tình chỉ bảo của quý Thầy Cô và các
bạn.
Sinh viên thực hiện
Lê Việt Hùng – Huỳnh Mã Đông Giang
Tháng 7, năm 2003
ii
LỜI NÓI ĐẦU
Trong công cuộc xây dựng và đổi mới của đất nước ta hiện nay, công nghệ
thông tin được xem là một nghành kinh tế mũi nhọn. Tin học hóa đời sống xã hội
đang được nhà nuớc ta quan tâm thực hiện và bước đầu đã gặt hái được nhiều

hay một nghi thức gì khác để hỗ trợ hệ thống hoạt động là các vấn đề không kém
phần quan trọng. Ngoài ra khi xây dựng hệ thống phải tính đến các yếu tố khác
như hệ thống được quản lý như thế nào? Được tích hợp vào hệ thống nào khác?
Môi trường ứng dụng? v.v…Hiện thực được các hệ thống này sẽ góp phần làm
phát triển các kỹ thuật watermarking và ngược lại.
Trên thực tế, đã có nhiều quốc gia tiên tiến ứng dụng watermaking vào các
hệ thống chứng thực nội dung, bảo vệ bản quyền, kiểm soát sao chép, nhưng đối
với nước ta lĩnh vực này vẫn còn mới mẻ. Chính vì vậy, chúng em đã tập trung
thực hiện đề tài “Nghiên cứu công nghệ watermarking trên ảnh số và ứng dụng”
với mục tiêu tìm hiểu, thử nghiệm, đánh giá và ứng dụng các phương pháp
watermarking trên ảnh số, trên cơ sở đó, xây dựng một số qui trình công cụ bảo
vệ và xác nhận bản quyền trên ảnh số.
Phần nghiên cứu lý thuyết watermarking, ngoài những nghiên cứu chung về
watermarking, đề tài này sẽ đi sâu vào nghiên cứu những kỹ thuật watermarking
trên ảnh số mới nhất, đó là những kỹ thuật watermarking trên ảnh màu, và những
iv
kỹ thuật watermarking trên miền wavelet rất được quan tâm hiện nay, đặc biệt
phù hợp với xu hướng nén ảnh theo chuẩn mã hóa mới nhất, đó là JPEG2000.
Phần ứng dụng lý thuyết watermarking của đề tài, chúng em phải cài đặt
một số thuật toán watermarking, đồng thời xây dựng một hệ thống dịch vụ
watermarking thực hiện các kỹ thuật watermarking trên ảnh số. Hệ thống này có
thể áp dụng được vào trong việc đáp ứng các nhu cầu như hỗ trợ bảo vệ tác
quyền ảnh số, quản lý việc phân phối các tác phẩm ảnh số của các tác giả, và
giúp xác nhận nội dung ảnh số. Tất cả những nhu cầu này đều là những nhu cầu
bức xúc trong thực tế hiện nay. Một ví dụ nhỏ áp trong lĩnh vực xác nhận (chứng
thực) nội dung ảnh số của hệ thống này là hỗ trợ việc cấp phát bằng cấp bằng
ảnh số.
Ngoài ra, trong quá trình thực hiện đề tài chúng em còn phải nghiên cứu
nhiều vấn đề khác liên quan để thực hiện hệ thống của mình, như các vấn đề về
công nghệ, các vấn đề trong truyền thông mạng, mã hóa thông tin, xử lý ảnh v.v

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ WATERMARKING 1
1.1
1.2
Lịch sử watermarking 1
Các tiêu chí cần có của một thuật toán watermarking mạnh mẽ 3
1.2.1
1.2.2
1.2.3
1.2.4
1.2.5
1.2.6
1.2.7
1.2.8
1.2.9
Tính bảo mật 3
Tính vô hình 4
Tính vô hình đối với thống kê 4
Tỉ lệ bit 4
Quá trình dò đáng tin cậy 5
Tính mạnh mẽ 5
Nhúng nhiều watermark 6
Blind/non-blind, public/private watermarking 6
Watermarking đọc được và dò được 7
1.2.10 Tính khả đảo và tính thuận nghịch của watermark 8
1.2.11 Tính có thể thay đổi tỉ lệ (scalability) 9
1.3 Các ứng dụng của watermarking 10
1.3.1
1.3.2
1.3.3
1.3.4

Mô hình watermarking theo quan niệm truyền thông đa công
25
2.2Mô hình dựa trên quan điểm hình
học 27
2.
2.
1
2.
2.
2
Các phân phối và miền trong không gian đa phương
tiện 27
Mô hình watermarking trong không gian
nhúng 28
Chương 3. CÁC THUẬT TOÁN
WATERMARKING 31
3.1
3.2
Phân
loại
31
Các
thuật
toán
theo dạng
cộng
33
3.2.1
3.2.2
3.2.3

.50
Chương 4.
WATERMA
RKING
TRÊN
MIỀN
WAVELET
53
4.1
4.2
Dẫn
nhập
53
Biến đổi
wavelet
54
4.
2.
1
Phương
pháp
54
viii
4.2.2
Các đặc tính và các lợi thế 57
4.3Các thuật toán ví
dụ 61
4.
3.
1

6.1Các phương pháp tiếp cận nhằm tạo Watermark có độ an
toàn cao 81
6.
1.
1
6.1.2
6.1.3
6.1.4
6.1.5
Nhúng thừa, nhúng
lặp
8
1
Mã hóa tán
phổ

82
Nhúng trong các hệ số
quan trọng cảm nhận
được 8
3
Nhúng trong các hệ số
được cho là mạnh
mẽ
83
Đảo nhiễu trong bộ
dò
84
6.2Một kiểu tấn
công

1
Ứng dụng
WMServer 89
ix
7.1.2
7.1.3
Ứng dụng WMAppClient 90
Ứng dụng WMWebClient 91
7.2
7.3
Tiêu chuẩn của hệ thống
watermarking 91
Qui trình của hệ thống
WSS 92
7.
3.
1
7.
3.
2
7.
3.
3
Qui trình tổng
quát 92
Qui trình hoạt động giữa WMWebClient và
WMServer 92
Qui trình hoạt động giữa WMAppClient (Player) và
WMServer 93
7.4Phân tích qui trình của hệ thống

Phát hiện phân phối bất
hợp
pháp
101
Chứng thực nội
dung

101
7.6Đánh giá và kết
luận

.102
Chương 8.
Phân tích và
thiết
kế

103
8.1Các yêu cầu của hệ
thống
WSS
103
8.1.1
8.1.2
Yêu cầu chức
năng

103
Yêu cầu phi chức
năng

8.3.2
8.3.3
Các sơ đồ lớp phân theo ứng dụng 127
Lược đồ tuần tự của một số Use-Case chính 131
8.4Thiết kế dữ
liệu 135
8.
4.
1
8.
4.
2
8.
4.
3
Danh sách các
bảng 135
Mối quan hệ giữa các
bảng 136
Chi tiết các
bảng 136
8.5Thiết kế giao
diện 138
8.
5.
1
8.
5.
2
Các giao diện trong hệ

THAM
KHẢO xvii
xi
DANH SÁCH HÌNH
Hình - 1: Bộ dò không cần ảnh gốc 22
Hình - 2: Bộ dò cần ảnh gốc 23
Hình - 3: Mô hình watermarking theo quan niệm truyền thông với thông
tin phụ ở bộ trung chuyển 25
Hình - 4: Mô hình watermarking theo quan niệm truyền thông đa công 26
Hình - 5: Bộ dò trong mô hình watermarking theo quan niệm hình học trên
không gian nhúng 28
Hình - 6: Bộ nhúng trong mô hình watermarking theo quan niệm hình học
trên không gian nhúng 29
Hình - 7: Quá trình dò ra ngưỡng thích hợp bằng quan sát thực nghiệm
1000 chuỗi kiểm tra ngẫu nhiên. 35
Hình - 8: Phép ánh xạ lượng tử input/ouput (a) và lỗi lượng tử hóa (b) của
hàm floor() 41
Hình - 9: Mô hình truyền thông, trong đó tín hiệu gốc không có sẵn ở phía
đầu thu 42
Hình - 10: Sự khác nhau của các biến đổi trên thang năng lượng. GTC là
biến đổi làm tăng số lượng mã. 44
Hình - 11: Điều biến chỉ số lượng tử hóa. Các điểm biểu diễn lại được đánh
dấu là x (nếu m=1) và là o (nếu m=2) và thuộc về hai phép lượng tử
khác nhau. 46
Hình - 12: Dạng hình kim tự tháp của ảnh “Lena” qua phép phân tích cấp
2 57
xii

DANH SÁCH BẢNG
Bảng - 1: Các công ty và sản phẩm trong lĩnh vực watermarking 3
Bảng - 2: Thuật toán của Cox 40
Bảng - 3: Thuật toán của Koch 52
Bảng - 4: Thuật toán Wang 64
Bảng - 5: Thuật toán Xia 66
Bảng - 6: Thuật toán của Zhu 68
Bảng - 7: Danh sách các Actor 106
Bảng - 8: Danh sách các Use-Case chính 107
Bảng - 9: Danh sách các lớp trong hệ thống 127
Bảng - 10: Danh sách các bảng 135
Bảng - 11: Mô tả bảng USERS 137
Bảng - 12: Mô tả bảng WATERMARKS 137
Bảng - 13: Mô tả bảng PARAMETERS 138
Bảng - 14: Danh sách các chức năng của server 140
Bảng - 15: Các chức năng của màn hình cấu hình server 141
Bảng - 16: Các chức năng của màn hình chính WMAppClient 143
Bảng - 17: Các chức năng trên màn hình nhúng watermark trên
WMAppClient 145
Bảng - 18: Các chức năng của màn hình trích watermark trên
WMAppClient 145
Bảng - 19: Các chức năng của màn hình đăng nhập WMWebClient 148
Bảng - 20: Các chức năng trên trang thành viên 149
xv
Bảng - 21: Các chức năng trên màn hình nhúng watermark từ
WMWebClient 151
Bảng - 22: Cấu trúc các thành phần trong mô hình cài đặt 154
xvi
MỘT SỐ THUẬT NGỮ
DFT (Discrete Fourier biến đổi Fourier rời rạc, biến đổi sử dụng các

dung trên ảnh
xvii
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ WATERMARKING
1.1 Lịch sử watermarking
Nghệ thuật làm giấy đã được phát minh ở Trung Quốc cách đây trên một
ngàn năm nhưng mãi đến khỏang năm 1282, các watermark trên giấy mới xuất
hiện đầu tiên dưới hình thức một số vị trí khuôn giấy là các mẫu dây mỏng hơn,
khi đó giấy sẽ mỏng và trong suốt hơn ở những vị trí dây mỏng. Các watermark
giấy nguyên thủy giúp xác nhận xưởng sản xuất hay đơn giản chỉ là để trang trí.
Vào thế kỉ thứ 18, ở châu Âu và Mỹ, watermark trên giấy đã đem lại những lợi
ích thiết thực trong việc xác định nhãn hiệu thương mại, ghi nhận ngày sản xuất,
chống làm tiền giả. Thuật ngữ watermark bắt nguồn từ một loại mực vô hình
được viết lên giấy và chỉ hiển thị khi nhúng giấy đó vào nước. Thuật ngữ digital
watermarking được cộng đồng thế giới chấp nhận rộng rãi vào đầu thập niên
1990. Khoảng năm 1995, sự quan tâm đến watermarking bắt đầu phát triển
nhanh. Năm 1996, hội thảo về che dấu thông lần đầu tiên đưa watermarking vào
phần trình nội dung chính. Đến năm 1999, SPIE đã tổ chức hội nghị đặc biệt về
Bảo mật và watermarking trên các nội dung đa phương tiện [ 25].
Cũng trong khoảng thời gian này, một số tổ chức đã quan tâm đến kỹ thuật
watermarking với những mức độ khác nhau. Chẳng hạn CPTWG thử nghiệm hệ
thống watermarking bảo vệ phim trên DVD. SDMI sử dụng watermarking trong
việc bảo vệ các đoạn nhạc. Hai dự án khác được liên minh châu Âu ủng hộ,
VIVA và Talisman đã thử nghiệm sử dụng watermarking để theo dõi phát sóng.
Vào cuối thập niên 1990, một số công ty đưa watermarking vào thương trường,
chẳng hạn các nhà phân phối nhạc trên internet sử dụng Liqid Audio áp dụng
1
công nghệ của Verance Corporation. Trong lĩnh vực watermarking ảnh,
Photoshop đã tích hợp một bộ nhúng và bộ dò watermark tên là Digimarc.
Ngày nay, các công ty chuyên kinh doanh các hệ thống watermarking đã
tăng đáng kể, dưới đây là một số ví dụ về các công ty và sản phẩm trong lĩnh vực

khác nhau. Tuy nhiên có một số yêu cầu chung mà mà hầu hết các ứng dụng thực
tế phải đạt được.
1.2.1 Tính bảo mật
Giống như trong lĩnh vực mã hóa, tính hiệu quả của một thuật toán không
thể dựa vào giả định là các kẻ tấn công không biết cách mà watermark được
nhúng vào tài liệu đa phương tiện. Tuy nhiên, giả định đó lại được dùng để đánh
giá độ an toàn của các sản phẩm thương mại sử dụng watermarking có giá trị
trên thị trường. Vì vậy với một ứng dụng watermarking, một khi biết được cách
làm việc của bộ nhúng và bộ dò, việc làm cho watermark không đọc được
thường rất dễ dàng. Hơn nữa một số kỹ thuật sử dụng dữ liệu gốc trong quy trình
dò và thường thì các giải pháp loại này không khả thi trong thực tế.
3
Alpha Tec. Ltd. -
AudioMark
Alpha Tec. Ltd. là một công ty Hy Lạp phát
triển AudioMark, gói phần mềm thiết kế cho việc
nhúng các watermark vào tài liệu âm thanh và phim
MediaSec
Technologies
1.2.2 Tính vô hình
Những nhà nghiên cứu gần đây đã cố nhúng những watermark bằng cách
sao cho nó không thể được nhận ra. Tuy nhiên yêu cầu này mâu thuẫn với các
yêu cầu khác chẳng hạn sức chịu đựng và độ an toàn chống sự bền vững chống
được giả mạo đặc biệt là các thuật toán nén có mất thông tin. Vì mục đích này
chúng ta phải khảo sát các tính chất của HVS và HAS trong quy trình dò
watermark. Các thuật toán nén được dùng hiện nay cho phép đạt được mục tiêu
đó, tuy nhiên điều này sẽ không khả thi trong tương lai là do thế hệ của thuật
toán nén tiếp theo có thể thay đổi, cần phải cho các người quan sát đã qua huấn
luyện (người được yêu cầu so sánh phiên bản của tài liệu gốc và tài liệu được ấn
dấu) thấy được watermark. Dĩ nhiên đây không phải là khó khăn trong thực tế vì