TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC
BÁO CÁO ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN
MÔN HỌC: TRUYỀN THÔNG ĐA PHƢƠNG TIỆN
Đề tài:
“Tìm hiểu về kỹ thuật Watermarking trong truyền thông đa phương tiện” Giảng viên: PGS.TS. Nguyễn Hoàng Lan – Viện CNTT&TT
Học viên:
MSHV:
Lớp:
Ngành: Kỹ thuật máy tính và truyền thông
Hà Nội, 05/2012
2 LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, bên cạnh những ích lợi to lớn,
thiết thực mà mạng máy tính đem lại,
chúng ta cũng đang đối đầu với những thử thách liên quan đến các vấn đề truyền thông
màu kỹ thuật số.
Bài tiểu luận đƣợc trình bày thành 4 phần:
Phần 1: Tổng quan về Watermarking
Phần 2: Các mô hình Watermarking, các thuật toán và phân loại
Phần 3: Watermarking trong môi trường ảnh màu
Phần 4: Độ an toàn Watermarking và tấn công Watermark
Do thời gian thực hiện và kiến thức bản thân còn nhều hạn chế nên chắc chắn
không tránh khỏi những sai lầm, thiếu sót, kính mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến, bổ
sung, sửa đổi của quý thầy cô giáo, các bạn đồng nghiệp, đồng môn để bài tiểu luận hoàn
chỉnh hơn, thiết thực hơn.
Xin chân thành cảm ơn. Học viên
Nguyễn Văn Tánh
3 MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU 2
MỤC LỤC 3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ WATERMARKING 5
1.1 Lịch sử Watermarking 5
1.2 Các tiêu chí cần có của một thuật toán Watermarking mạnh mẽ 7
1.2.1 Tính bảo mật 7
1.2.2 Tính vô hình 7
1.2.3 Tính vô hình đối với thống kê 7
1.2.4 Tỉ lệ bit 8
CHƢƠNG 4. ĐỘ AN TOÀN, TẤN CÔNG WATERMARK 30
4.1 Các phƣơng pháp tiếp cận nhằm tạo Watermark có độ an toàn cao 30
4.1.1 Nhúng thừa, nhúng lặp 31
4.1.2 Mã hóa tán phổ 31
4.1.3 Nhúng trong các hệ số quan trọng cảm nhận đƣợc 31
4.1.4 Nhúng trong các hệ số đƣợc cho là mạnh mẽ 32
4.1.5 Đảo nhiễu trong bộ dò 32
4.2 Một kiểu tấn công 32
4.2.1 Đặt vấn đề 32
4.2.2 Các cách giải quyết bài toán tác quyền khác nhau của các hệ thống Watermarking
khác nhau. 33
TỔNG KẾT, HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 35
1. Kết luận 35
2. Hƣớng phát triển 35
TÀI LIỆU THAM KHẢO 36
5 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ WATERMARKING
Watermarking là một trong những kỹ thuật giấu dữ liệu hiện đại. Nó đƣợc định
nghĩa nhƣ là quá trình chèn thông tin vào dữ liệu đa phƣơng tiện nhƣng bảo đảm không cảm
thụ đƣợc, nghĩa là chỉ làm thay đổi nhỏ dữ liệu gốc. Thông thƣờng ngƣời ta chỉ đề cập đến
Watermarking số. Đó là một tập các dữ liệu số thứ cấp - gọi là Watermark (mã đánh dấu
bản quyền) - đƣợc nhúng vào dữ liệu số sơ cấp - gọi là dữ liệu bao phủ (ví dụ nhƣ văn bản,
hình ảnh, video và audio số, ). Dữ liệu sau quá trình nhúng đƣợc gọi là dữ liệu nhúng.
Tanaka (1990), Caronni và Tirkel (1993) lần lƣợt đƣa ra những ấn bản đầu tiên về
Watermarking nhƣng chƣa nhận đƣợc sự quan tâm đúng mức. Mãi đến năm 1995, chủ đề
này mới bắt đầu đƣợc quan tâm và kể từ đó, Watermarking số đã phát triển rất nhanh với
nhiều hƣớng nghiên cứu và phƣơng pháp thực hiện khác nhau.
che dấu thông lần đầu tiên đƣa 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 phƣơng
tiện.
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 đƣợc 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 đƣa
Watermarking vào thƣơng trƣờng, chẳng hạn các nhà phân phối nhạc trên internet sử dụng
Liqid Audio áp dụng 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, dƣới đây là một số ví dụ về các công ty và sản phẩm trong lĩnh vực Watermarking:
Các hệ thống Watermarking âm thanh
Blue Spike, Inc.
Công nghệ Watermarking của Giovanni, Blue Spike có
thể đƣợc dùng để nhận dang, xác nhận và kiểm tra các tài
liệu âm thanh.
Verance Corporation
Verance Corporation - đƣợc sát nhập từ ARIS Technologies,
Inc. (Cambridge, Mass) và Solana Technology
Development Corporation - sở hữu công nghệ
Watermarking đã có bằng sáng chế Musicode® và
Electronic DNA®.
Các hệ thống Watermarking trên ảnh
Signum
Technologies
Một công ty Anh phát triển hệ thống Watermarking
'SureSign' dùng cho bảo vệ bản quyền và hệ thống
'VeriData' dùng để xác thự tính toàn vẹn của các ảnh số.
Những nhà nghiên cứu gần đây đã cố nhúng những Watermark bằng cách sao cho nó
không thể đƣợc 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 đƣợc 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 đƣợc dùng hiện nay cho phép đạt
đƣợc mục tiêu đó, tuy nhiên điều này sẽ không khả thi trong tƣơng lai là do thế hệ của thuật
toán nén tiếp theo có thể thay đổi, cần phải cho các ngƣời quan sát đã qua huấn luyện (ngƣời
đƣợc yêu cầu so sánh phiên bản của tài liệu gốc và tài liệu đƣợc ấn dấu) thấy đƣợc
Watermark. Dĩ nhiên đây không phải là khó khăn trong thực tế vì ngƣời dùng thông thƣờng
không có khả năng so sánh đó.
1.2.3 Tính vô hình đối với thống kê
Watermark không thể dò đƣợc bằng phƣơng pháp thống kê bởi một ngƣởi không
đƣợc phép. Ví dụ nhiều tác phẩm kỹ thuật số đã đƣợc nhúng cùng một Watermark sao cho khi
8
thực hiện tấn công dựa trên thống kê thì không tài nào trích đƣợc Watermark. Một giải pháp
khả thi là sử dụng Watermark phụ thuộc nội dung.
1.2.4 Tỉ lệ bit
Tùy thuộc vào ứng dụng, thuật toán Watermark có thể cho phép một số lƣợng bit cần
ẩn đƣợc định nghĩa trƣớc. Không tồn tại các quy tắc chung, tuy nhiên đối với ảnh thì tối thiểu
300 - 400 bit. Trong bất kỳ trƣờng hợp nào thì nhà thiết kế hệ thống phải nhớ rằng tốt nhất là
không nên giới hạn số lƣợng bit đƣợc nhúng vào dữ liệu.
1.2.5 Quá trình dò đáng tin cậy
Thậm chí khi không có các tấn công cũng nhƣ các biến dạng tín hiệu, khả năng không
dò đƣợc Watermark đã nhúng hoặc dò sai Watermark phải rất nhỏ. Thông thƣờng các thuật
toán dựa trên thống kê dễ dàng thỏa đƣợc các yêu này. Tuy nhiên một khả năng nhƣ vậy phải
đƣợc đƣa lên hàng đầu nếu ứng dụng Watermarking liên quan đến luật pháp vì có nhƣ vây
mới tạo sự tin cậy chắc chắn trong các phán quyết cuối cùng.
1.2.6 Tính bền vững
Việc sử dụng các tín hiệu âm nhạc, hình ảnh và phim dƣới dạng kỹ thuật số thông
Watermark hay làm cho nó không thể đọc đƣợc. Tuy nhiên thông thƣờng trong thế giới thực,
sự có mặt của ảnh gốc trong quá trình dò không đƣợc bảo đảm, do vậy thuật toán cần ảnh gốc
để hồi phục vết ấn không thích hợp cho nhiều ứng dụng thực tế. Ngoài ra loại thuật toán này
không thể đƣợc dùng cho việc chứng minh quyền sở hữu hoàn toàn trừ khi thỏa một số yêu
cầu phụ khác nhƣ không tựa khả đảo (non-quasi-invertibility) của Watermark, vốn rất khó đạt
đƣợc và hầu nhƣ không thể chứng minh. Các kỹ thuật khôi phục Watermark không cần so
sánh các tín hiệu đƣợc mark và không đƣợc mark thƣờng gọi là oblivious hay blind. Trong
các trƣờng hợp khác thuật ngữ public Watermarking đƣợc dùng để đối lại với private
Watermarking . Thực sự, thuật ngữ public/private Watermarking để chỉ một khái niệm khác:
một kỹ thuật đƣợc gọi là private nếu chỉ có ngƣời sở hữu tài liệu hay ngƣời đƣợc cấp quyền
mới trích Watermark bởi vì anh ta mới là ngƣời có thể truy xuất vào ảnh gốc hoặc anh ta mới
là ngƣời biết khoá chính xác đúng để trích Watermark từ dữ liệu chủ. Trái lại các kỹ thuật mà
cho phép bất kỳ ngƣời nào cũng đọc đƣợc Watermark đƣợc gọi là public. Hầu hết mọi ngƣời
cho rằng các cơ chế private dƣờng nhƣ mạnh mẽ hơn public ở chỗ là mỗi khi Watermark
đƣợc đọc, kỹ thuật public làm cho các kẻ tấn công dễ xóa Watermark hay làm cho Watermark
không đọc đƣợc chẳng hạn bằng cách đảo quy trình nhúng hay bằng cách nhúng một
Watermark đảo (Watermark reversibility). Nói một cách tổng quát trong số các kỹ thuật
Watermarking ảnh đƣợc đề xuất gần đây, các sản phẩm thƣơng mại thƣờng áp dụng các hệ
thống public trong khi các nghiên cứu lại tập trung vào tiếp cận private.
1.2.9 Watermarking đọc đƣợc và dò đƣợc
Một Watermark mà có thể dò đƣợc chỉ nếu nội dung của nó đƣợc biết trƣớc gọi là một
Watermark dò đƣợc. Ngƣợc lại các kỹ thuật cho phép Watermark đọc đƣợc ngay khi nội dung
của nó bỏ qua thì gọi là Watermark đọc đƣợc. Nói cách khác, theo hƣớng tiếp cận dò đƣợc,
ngƣời ta có thể chỉ cần biết một Watermark có tồn tại trong dữ liệu hay không. Nếu một ngƣời
không biết Watermark là gì thì không thể phân tích tài liệu đa phƣơng tiện để tìm ra
Watermark. Điều này không giống với các kỹ thuật đọc đƣợc, trong đó cơ chế nhúng và trích
Watermark đƣợc thực hiện sao cho bất kỳ ai cũng có thể đọc đƣợc Watermark. Dĩ nhiên tính
10
chất đọc đƣợc/ dò đƣợc của Watermark ảnh hƣởng nhiều đến cách mà nó đƣợc sử dụng trong
dụ nhƣ tốc độ giải mã của các frame video. Các yêu cầu tính toán ràng buột một
Watermark phải đơn giản, nhƣng sự đơn giản này có thể giảm trầm trọng tính chịu đựng giả
mạo. Hơn nữa, ngƣời ta biết rằng tốc độ máy vi tính thì cứ tăng xấp xỉ gấp đôi sau 18 tháng,
để mà những gì đƣợc tính toán không thỏa đáng ngày hôm nay có thể nhanh chóng trở thành
11
hiện thực. Do đó ngƣời ta rất mong đợi thiết kế một Watermark mà bộ dò tƣơng thích với mỗi
thế hệ máy vi tính. Ví dụ thế hệ thứ nhất của bộ dò có thể có chi phí tính toán rẻ nhƣng có thể
không đáng tin cậy bằng bộ dò ở thế hệ tiếp theo mà có thể cấp cho nhiều tính toán hơn để xử
lý với các vấn đề chẳng hạn nhƣ các biến dạng hình học.
1.3 Các ứng dụng của Watermarking
Phần này trình bày tất cả các ứng dụng của Watermarking trên hầu hết các tài liệu đa
phƣơng tiện (ảnh, âm thanh, phim), bao gồm:
ƒ Theo dõi phát sóng (broadcast Watermarking )
ƒ Nhận ra ngƣời chủ sở hữu (owner identification )
ƒ Bằng chứng của quyền sở hữu (proof of owner ship )
ƒ Lƣu vết giao tác hay dấu vân tay (transaction tracking/fingerprinting )
ƒ Sự xác nhận nội dung (content authentication )
ƒ Kiểm soát sao chép (copy control )
1.3.1 Theo dõi phát sóng
Trong thực tế, việc phát sóng các đoạn phim hay âm thanh qua các phƣơng tiện thông
tin đại chúng có những nhu cầu nhƣ:
Các nhà quảng cáo muốn chắc chắn rằng đoạn chƣơng trình quảng cáo của họ đƣợc
phát đủ thời gian mà họ đã mua từ các nhà phát sóng.
Các diễn viên tham gia đoạn chƣơng trình quảng cáo đó muốn bảo đảm họ đƣợc trả
tiền bản quyền ứng với thời lƣơng phát sóng từ các công ty quảng cáo.
Những ngƣời sở hữu một đoạn nhạc hay phim không muốn tác phẩm của mình bị xâm
phạm tác quyền qua việc thu và phát sóng lại.
Một cách để giải quyết điều này là sử dụng hệ thống theo dõi tự động thụ động và chủ
động. Hệ thống theo dõi thụ động mô phỏng nhƣ một quan sát viên, nó chứa một máy tính
toán sao cho chất lƣợng trực quan của nội dung giảm không đáng kể nhƣng lại có độ an toàn
cao cũng là một bài toán thu hút nhiều sự quan tâm nghiên cứu. Nhƣ vậy, bằng cách nhận
dạng những Watermark đƣợc nhúng trong nội dung số, có thể chỉ ra khi nào và ở đâu nội
dung đó đƣợc phát song.
1.3.2 Nhận ra ngƣời chủ sở hữu
Trong thực tế có trƣờng hợp một tác phẩm đã có tác quyền bị sử dụng sai mục đích và
phán quyết của cơ quan luật pháp rất cần thông báo tác quyền trên một hình thức hay vị trí
nào xem đƣợc trên tài liệu đƣợc phân phối. Thông báo tác quyền chúng ta thƣờng thấy trên có
các tài liệu khả kiến là “Copyright ngày ngƣời sở hữu”, “© ngày ngƣời sở hữu” hay “Corp.
ngày ngƣời sở hữu”. Trên các tác phẩm âm thanh các thông báo đó phải đƣợc đặt lên bề mặt
của đĩa vật lý, tên nhãn hay trên bao bì. Dễ thấy rằng, giới hạn của nó là việc nhận dạng ngƣời
sở hữu tác quyền của một tác phẩm không bảo đảm do ngƣời ta không quá khó để loại bỏ nó
ra khỏi một tài liệu khi tiến hành sao chụp lại thậm chí không cần quan tâm rằng đó là một
việc làm sai: Chẳng hạn, một giáo viên chụp một số trang từ quyển sách mà quên chụp luôn
thông báo tác quyền ở trang tiêu đề, một họa sĩ sử dụng một bức hình hợp pháp trong mục
quảng cáo của báo có thể xén đi phần có chứa thông tin tác quyền. Rồi sau đó các công dân
tôn trọng luật pháp muốn dùng tác phẩm có thể không tài nào xác định đƣợc tác phẩm có
đƣợc bảo vệ tác quyền hay chƣa. Một trƣờng hợp khá nổi tiếng là Lena Sjooblom. Đây là ảnh
13
thử thông thƣờng nhất trong lĩnh vực nghiên cứu xử lý ảnh và đã xuất hiện không biết bao
nhiêu mà kể ở các bào báo hội nghị nhƣng không ai tham khảo tên ngƣời sở hữu hợp pháp của
nó, đó là hãng Playboy. Ban đầu nó là một ảnh phóng to lồng giữa các trang của tạp chí
Playboy (Tháng 11- 1972 ). Khi ảnh đƣợc Scan và dùng cho mục đích kiểm thử, hầu hết ảnh
đã bị xén chỉ còn khuôn mặt và vai của Lena. Không may là dòng chữ ghi Playboy là ngƣời
sở hữu cũng bị xén mất. Từ đó ảnh đƣợc phân phối toàn cầu và hầu hết các nhà nghiên cứu
dùng nó trong các bào báo đã không biết rằng chúng là tác quyền của Playboy.
Thứ hai là vấn đề thẩm mỹ, dù chỉ đặt ở một phần của ảnh nhƣng một dòng chữ thông
tin tác quyền có thể làm giảm bớt vẻ đẹp của nó. Với các tài liệu âm thanh hay phim, vì thông
báo tác quyền nằm trên băng đĩa vật lý và bao bì nên sẽ không có thông báo nào đƣợc sao
khi A và B ra tòa, A dùng ảnh gốc và ảnh tranh cãi đƣa vào bộ dò và bộ dò sẽ cho ra
Watermark của A. Tuy nhiên cũng có một dạng hệ thống Watermarking mà B có thể dùng và
làm nhƣ thể Watermark của B nằm trong bản gốc ảnh của A. Tấn công đƣợc gọi là tấn công
đảo (inversion attack) hay tấn công khóa chết (dead lock attack). Không có cách gì để giải
quyết quyền sở hữu bản quyền trong trƣờng hợp này và tòa cũng không thể biết A hay B có
ảnh gốc thực sự. Điều này cho thấy rằng chỉ với một mình Watermark mà không có một nghi
thức khác hỗ trợ nó thì sẽ không đủ để giải quyết tình huống bản quyền này.
Bài toán có thể đƣợc giải quyết nếu ta thay đổi phần phát biểu nó: Thay vì cố chứng
minh trực tiếp quyền sở hữu bằng cách nhúng một Watermark “A sở hữu ảnh này”, ta nên cố
chứng minh một ảnh bắt nguồn từ ảnh khác. Một hệ thống nhƣ vậy cung cấp một bằng chứng
gián tiếp rằng khả năng ảnh tranh cãi là của A cao hơn B, trong đó A là ngƣời có phiên bản
mà từ đó hai ảnh khác tạo ra.
1.3.4 Lƣu vết giao tác hay dấu vân tay
Trong ứng dụng này, Watermark lƣu lại một hay nhiều giao dịch đã xảy ra trong
những lần sao chép tác phẩm đã có nhúng Watermark. Ví dụ, Watermark có thể lƣu tên ngƣời
mua trong mỗi lần mua bán hợp pháp hay phân phối. Ngƣời sở hữu và ngƣời tạo ra tác phẩm
có thể dùng những Watermark khác nhau trong mỗi bản sao. Nếu tài liệu bị dùng sai mục đích
(phát hành hay phân phối trái phép ) ngƣời sở hữu có thể tìm ra ngƣời có trách nhiệm.
Một giải pháp thông thƣờng cho Watermarking áp dụng cho lƣu vết giao tác là dùng
các Watermark hữu hình, chẳng hạn các tài liệu thƣơng mại đƣợc in có background có chứa
các số lớn hơn màu xám, với mỗi bản sao sẽ chứa một số khác.
Một ví dụ khác có sử dụng Watermarking cho việc theo dõi giao tác đã đƣợc cài đặt
bởi DiVX Corporation. DiVX bán một DVD player triển khai theo mô hình kinh doanh pay-
per-view. Họ cài đăt nhiều kỹ thuật để ngăn giả mạo đĩa của họ, một trong số đó là
Watermark đƣợc thiết kế cho lƣu vết giao tác. Mỗi DVD player phải đặt một Watermark duy
nhất vào mỗi video mà nó chiếu. Nếu ai đó thu lại đoạn video và bán các bản sao, DiVX có
thể lấy đƣợc bản copy đó và tìm ra kẻ phản bội bằng cách giải mã Watermark.
Một ví dụ khác là trong phân phối các nhật báo phim. Suốt quá trình thực hiện một
phim, kết quả các bức hình mỗi ngày đƣợc phân phối cho nhiều ngƣời có tham gia vào phim.
Nhƣng những nhật báo này đƣợc yêu cầu giấu bí mật, không muốn bị lộ ra ngoài. Gặp trƣờng
Ví dụ, nhiều tác giả đề xuất tính toán một chữ ký từ các bit cao của ảnh và nhúng chữ ký vào
các bit thấp của ảnh.
Nếu một tài liệu có chứa chữ kí xác nhận bị thay đổi, chữ kí xác nhận cũng thay đổi
theo. Điều này mở ra một hƣớng nghiên cứu mới là tìm hiểu tài liệu đã bị giả mạo nhƣ thế
nào. Chẳng hạn nếu một ảnh đƣợc chia làm nhiều khối, mỗi khối có một chữ kí xác nhận,
chúng ta dễ phát thảo ra phần nào của ảnh nguyên trạng và phần nào bị chỉnh sửa.
Một ví dụ rất hay đƣợc áp dụng trong điều tra tội phạm của cảnh sát, sử dụng chữ kí
xác nhận khoanh vùng (localized authentication). Cảnh sát nhận đƣợc một đoạn phim theo dõi
16
đã bị giả mạo. Nếu đoạn phim này dùng các chứng thực chữ ký truyền thống, dễ thấy rằng họ
biết phim bị giả mạo và không tin bất cứ điều gì trong phim. Tuy nhiên nếu dùng một
Watermark theo kiểu xác nhận khoanh vùng , họ có thể khám phá rằng trong các khung
(frame) của phim vẫn có chỗ tin cậy. Nhƣ vậy kẻ có liên quan đến tội ác đã bị gỡ bớt các
frame có dấu vết của hắn.
Khi kiểm tra một chữ kí xác nhận đã bị sửa đổi ta cũng có đƣợc thông tin “Liệu nén có
mất có đƣợc áp dụng vào tài liệu hay không”. Hầu hết các thuật toán nén ảnh có mất đều áp
dụng sự lƣợng tử hóa, chính điều này đã để lại các thay đổi thống kê trong một Watermark và
có thể nhận diện đƣợc.
1.3.6 Kiểm soát sao chép
Các ứng dụng đã đề cập ở trên hầu hết có tác dụng sau khi có ai đó làm sai. Chẳng hạn
theo dõi phát sóng giúp phát hiện nhà phát sóng bất lƣơng đã ăn chặn tiền sau khi biết họ đã
phát sóng không đúng thời lƣợng. Còn lƣu vết giao tác chỉ ra kẻ phản bội sau khi họ đã làm lộ
và phân phối các bản sao bất hợp pháp. Các kỹ thuật này có tể nói là chữa bệnh chứ không
phòng bệnh. Rõ ràng là sẽ tốt hơn nếu ngăn ngay từ đầu những hành vi bất hợp pháp, nhƣ vậy
một ứng dụng kiểm soát sao chép ngăn không cho tạo các bản sao bất hợp pháp từ nội dung
đã có bản quyền.
Mã hóa cũng có thể dùng để cài đặt cho ứng dụng dạng này. Tài liệu đƣợc mã hóa với
một khóa duy nhất, nếu không có khóa thì không dùng đƣợc. Tuy nhiên khóa này đƣợc cung
cấp theo kiểu khó mà sao chép hay phân phối lại (nhằm hạn chế thếp nhất khả năng khách
đƣợc “Copy protection Technical Working Group” (CPTWG) dùng cho đầu video DVD và
SDMI dùng cho audio.
Vấn đề đặt ra là làm sao bảo đảm rằng mọi đầu thu chứa bộ dò Watermark. Chẳng có
động lực tự nhiên nào để các nhà sản xuất đầu thu lại bỏ thêm chi phí để tích hợp bộ dò vào
sản phẩm của họ. Trong thực tế, theo cách nhìn của khách hàng thì bộ dò Watermark chỉ làm
chỉ làm giảm giá trị của đầu thu vì dĩ nhiên họ muốn thiết bị của mình có thể sao chép đƣợc
bất kì tài liệu nào họ muốn (Cho dù điều đó là không hợp pháp).
Giải pháp trực tiếp cho vấn đề này đòi hỏi luật quy định các đầu thu phải có bộ dò
Watermark. Tuy nhiên, cho đến bây giờ thì chƣa có luật nào nhƣ vậy, và thỏa yêu cầu đó là cả
một vấn đề vì nó cần sự tham gia tất cả các quốc gia. Vì lẽ này, CPTWG và SDMI đều không
phụ thuộc luật nói trên. CPTWG và SDMI đƣa ra yêu cầu vào cam kết tác quyền là “Nhà sản
xuất đầu thu nào sử dụng kỹ thuật của họ phải có bộ dò”. Cách tiếp cận này phù hợp ở chỗ nó
dƣa trên những luật đã có sẵn trên hầu hết các nƣớc. Bất lợi của nó là nó cho phép nhà sản
xuất tạo ra bộ thu không chứa bộ dò Watermark khi họ không dùng kỹ thuật có đề cập yêu
cầu đó. Một giải pháp dung hòa là cho phép lƣu hành cả hai hai loại thiết bị (có và không cài
Watermarking): Chẳng hạn, đầu đọc không cài Watermarking chỉ đọc đƣợc các bản sao chép
đƣợc đã đƣợc giải mã mà không đọc đƣợc các bản sao chép chƣa đƣợc giải mã, và khi đã đọc
đƣợc thì nó có thể đƣợc thu tiếp bằng đầu thu không cài Watermarking.Đầu đọc có
Watermarking đọc đƣợc các bản sao chép có mã hóa, không đọc đƣợc bản sao đã qua giải mã,
và khi đã đọc đƣợc thì nó có thể đƣợc thu tiếp bằng đầu thu không cài Watermarking. Nhƣ
vậy lợi và hại của mỗi thiết bị có thể để khách hàng cân nhắc lựa chọn và hy vọng những công
18
dân có ý thức pháp luật và tôn trọng quyền sở hữu trí tuệ sẽ sử dụng loại có cài Watermarking
nhiều hơn.
Từ các phân tích ở trên, có thể thấy rằng Watermarking giải quyết các bài toán về ẩn
giấu thông tin linh hoạt hơn những phƣơng pháp truyền thống khác chẳng hạn nhƣ mã hóa
nhờ lợi thế thông tin nhúng nằm kèm theo trong tài liệu chủ. Đó là các ứng dụng chung của
Watermarking trên các tài liệu đa phƣơng tiện, riêng đối với ảnh số, bảo vệ bản quyền và xác
nhận nội dung là hai ứng dụng khả thi nhất, quan trọng nhất mà ảnh số có thể áp dụng đƣợc
Sau khi mẫu thêm đƣợc nhúng, giả sử tài liệu đƣợc Watermark cw bị thay đổi vì một
xử lý nào đó, ta mô hình hóa hiệu ứng xử lý này bằng một nhiễu cộng. Các kiểu xử lý có thể
gồm: Nén, giải nén, phát sóng qua các kênh tuần tự, cải thiện ảnh hay âm thanh… hay một xử
lý bất kì của kẻ trộm nhằm gỡ bỏ Watermark…
2.1.2 Mô hình Watermarking truyền thông với thông tin phụ ở bộ trung chuyển
Tài liệu chủ vẫn đƣợc xem là một nhiễu, nhƣng qui trình nhúng Watermark cần đƣợc
cung cấp thêm ảnh chủ đó với vai trò là thông tin phụ. Thông tin phụ (side information) là
thông tin đƣợc cung cấp cho bộ trung chuyển hoặc bộ nhận trong một hệ thống truyền thông,
khác với thông điệp đƣợc chuyển hay tín hiệu nhận đƣợc cần giải mã. Trong mô hình
Watermarking này, chúng ta xem ảnh chủ là một thông tin phụ đối với bộ nhúng.
Trong mô hình trƣớc, giới hạn của nó là vết Watermark đƣợc mã hóa độc lập với tài
liệu chủ co, điều này không tận dụng triệt để ảnh gốc. Nếu ta cho phép bộ mã hóa Watermark
kiểm tra co trƣớc khi mã hóa mẫu thêm thì ta sẽ có thuật toán nhúng hiệu quả hơn.
21 Hình - 3: Mô hình Watermarking theo quan niệm truyền thông với thông tin phụ ở bộ trung
chuyển
2.1.3 Mô hình Watermarking theo quan niệm truyền thông đa công
Ở sơ đồ này, ảnh chủ không còn đƣợc xem là một phần của kênh truyền mà là thông
điệp thứ hai đƣợc truyền đi cùng với thông điệp Watermark trong cùng tìn hiệu cw. Hai thông
điệp co và m sẽ đƣợc dò và giải mã bởi 2 nguồn nhận rất khác nhau: con ngƣời và bộ dò
Watermark. Bộ nhúng Watermark liên kết m và co trong một tín hiệu đơn, cw , tƣơng tự nhƣ
việc truyền nhiều thông điệp trên 1 đƣờng dây trong truyền thông truyền thống nhƣ chia thời
gian (time - division) , chia tần (frequency - division) hay chia mã (code - division) đa công
(code division multiplexing là truyền nhiều thông điệp trên 1 kênh đơn bằng cách thay chúng
bằng các tín hiệu trực giao chồng lên nhau theo thời gian, không gian, tần số.
Hình - 4: Mô hình Watermarking theo quan niệm truyền thông đa công
22
Nhƣ hình trên, bộ dò nhƣ vậy chứa một qui trình gồm 2 bƣớc:
+ Bƣớc 1: Trích Watermark
Áp dụng một hay nhiều tiền xử lý cho tài liệu gốc chẳng hạn biến đổi tần số
(frequency transform), lọc (filtering) , trung bình khối (block averaging) , căn mép tạm hay
hình học (geomatric or temporal registration) và trích đặc trƣng (feature extraction). Kết quả
thu đƣợc một vec tơ (một điểm trong không gian nhúng) có chiều nhỏ hơn chiều của vec tơ
ban đầu. Chúng ta gọi vec tơ này là vết trích. (extracted mark)
+ Bƣớc 2 : Xác định xem vết trích có chứa Watermark không và nếu có thì giải mã
thông điệp đƣợc nhúng. Điều này đòi hỏi phải đi so sánh vết trích với một hay nhiều vết tham
khảo đƣợc định nghĩa trƣớc (reference mark) . Bƣớc 2 có thể là một bộ dò Watermark đơn
giản thực hiện trên các vec tơ trong không gian nhúng. Đối với các bộ nhúng Watermark
thƣờng thì chúng không đƣợc thiết kế để dùng trong không gian nhúng nhƣng trên thực tế vẫn
có thể thực hiện đƣợc.
Hình - 6: Bộ nhúng trong mô hình Watermarking theo quan niệm hình học trên không gian
nhúng
Một bộ dò nhúng nhƣ vậy chứa một quy trình 3 bƣớc nhƣ hình:
+ Bƣớc 1: Tƣơng tự bƣớc trích trong bộ dò Watermark ở trên.
+ Bƣớc 2: Chọn 1 vec tơ mới trong không gian nhúng gần với vết trích và hy vọng
rằng vec tơ này đƣợc dò có chứa Watermark. Vec tơ mới này ta gọi là vết thêm (added mark).
Bƣớc 2 này có thể xem nhƣ bộ nhúng Watermark đơn giản thực hiện trong không gian nhúng.
+ Bƣớc 3: Đảo ngƣợc quy trình trích, chiếu vec tơ mới trở lại không gian đa phƣơng
tiện để thu đƣợc tài liệu đƣợc Watermark. Nếu không gian nhúng có cùng chiều với không
gian đa phƣơng tiện, phép chiếu có thể đƣợc thực hiện theo cách ánh xạ 1:1. Tuy nhiên, nếu
24
không gian nhúng có chiều nhỏ hơn không gian đa phƣơng tiện, mỗi điểm trong không gian
nhúng phải tƣơng ứng với không gian đa phƣơng tiện. Do vậy, việc tìm một tài liệu sẽ nhận
vec tơ mới nhƣ một vết trích cho ta nhiều tài liệu khác nhau thỏa nhƣ vậy. Nói một cách lý
o Không có mô hình
o Mô hình ẩn qua các thuộc tính miền biến đổi
25
o Mô hình HVS tƣờng minh
Theo mục đích của ứng dụng Watermarking
o Bảo vệ bản quyền, theo dõi việc phát hành
o Xác minh dữ liệu ảnh, xác nhận và phát hiện giả mạo
o Ẩn dữ liệu và gắn nhãn ảnh
ƒ …
Theo kiểu dữ liệu đa phƣơng tiện chủ:
o Ảnh tĩnh
o Video
o Các định dạng đa phƣơng tiện khác nhƣ: ảnh hoạt họa, ảnh bản đồ, …
Trong các cách phân loại đó, một trong những cách đƣợc quan tâm nhất là cách bổ
sung dữ liệu Watermark vào ảnh chủ. Có 2 loại nhúng chủ yếu hay đƣợc đề nghị:
1. Nhúng cộng tuyến tính
Chuỗi Gauss
Hợp nhất ảnh
2. Nhúng lượng tử phi tuyến
Lƣợng tử vô hƣớng
Lƣợng tử hữu hƣớng (vector)
Đặc điểm của nhúng cộng là việc sửa đổi tuyến tính ảnh chủ và xử lý tƣơng quan
trong lúc dò, còn nhúng lƣợng tử thực hiện các sửa đổi phi tuyến và dò tìm thông điệp nhúng
bằng cách lƣợng tử hóa các mẫu thu đƣợc để ánh xạ chúng vào trong điểm tái tạo gần nhất.
Copyright: Tài liệu đại học ©