MỤC LỤC
MỞ DẦU......................................................................................................................4
1.Tính cấp thiết của đề tài.........................................................................................4
2.Mục tiêu nghiên cứu của đề tài..............................................................................4
3.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.........................................................................5
4.Bố cục của luận văn...............................................................................................5
Chương 1: Tổng quan về giấu tin...............................................................................10
1.1 Định nghĩa giấu tin và vài nét về lịch sử giấu tin.............................................10
1.1.1 Định nghĩa...................................................................................................10
1.1.2 Vài nét về lịch sử giấu tin...........................................................................10
1.1.3 Mô hình kỹ thuật giấu tin và các thuật ngữ cơ bản....................................11
1.1.4 Sự khác biệt giữa mã hóa và giấu tin.........................................................13
1.2 Giấu tin trong dữ liệu đa phương tiện...............................................................14
1.2.1 Giấu tin trong ảnh.......................................................................................14
1.2.2 Giấu tin trong audio....................................................................................16
1.2.3 Giấu tin trong video....................................................................................17
1.2.4. Giấu tin trong văn bản...............................................................................18
1.3. Giấu tin trong ảnh, những đặc trưng và tính chất............................................18
1.4 Các kỹ thuật giấu tin.........................................................................................20
1.4.1 Giấu tin mật và thủy vân số........................................................................22


1.4.2 Các yêu cầu cơ bản của giấu tin mật và thủy vân......................................24
1.5 Một số ứng dụng đang được triển khai.............................................................24
Chương 2: Một số phương pháp thủy vân ảnh...........................................................27
2.1. Kỹ thuật thuỷ vân sử dụng phép biến đổi cosin rời rạc...................................28
2.1.1. Phép biến đổi cosin rời rạc........................................................................28
2.2. Một số kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi sóng nhỏ.............................32
2.2.1. Phép biến đổi sóng nhỏ (DWT).................................................................32
2.2.2. Kỹ thuật thuỷ vân của Mehul R. và Priti R...............................................33
2.2.3. Kỹ thuật thuỷ vân của Tao P. và Eskicioglu A. M...................................35

phổ biến rộng rãi các mạng internet tốc độ cao làm cho quá trình phân phối
chúng trở nên rất nhanh chóng, đem lại những lợi nhuận to lớn thông qua hệ
thống thương mại điện tử.
Với môi trường mở và tiện nghi như thế, các hệ thống mạng hiện đại trở
thành phương tiện phân phối tài liệu một cách nhanh chóng và kinh tế. Tuy
nhiên, việc phân phối một cách phổ biến các tài nguyên trên mạng hiện nay luôn
gặp phải nạn sao chép và sử dụng bất hợp pháp như: xâm phạm bản quyền, truy
cập trái phép, xuyên tạc, giả mạo thông tin…
Đứng trước tình hình đó, vấn đề bảo vệ bản quyền sản phẩm luôn nhận
được sự quan tâm đặc biệt. Những năm gần đây, nội dung bản quyền cũng đã
được một số nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu. Tuy vậy, ở
Việt Nam những kết quả về lĩnh vực này, đặc biệt nội dung bảo vệ bản quyền
Video còn rất hạn chế. Với mong muốn nghiên cứu, tìm hiểu về khía cạnh an
toàn và bảo mật thông tin trong kỳ làm luận văn tốt nghiệp cao học, tôi chọn đề
tài “Kỹ thuật thủy vân trong bảo vệ bản quyền Video”.

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Hiện tại đã có nhiều thuật toán về giấu tin trong ảnh, giấu tin trong
âm thanh. Video được cấu tạo từ nhiều thành phần, trong đó chủ yếu gồm
âm thanh và các khung hình (thực chất là các ảnh Bitmap).


Đề tài “Kỹ thuật thủy vân trong bảo vệ bản quyền Video” nghiên cứu
kỹ thuật đọc, tách nội dung Video ra thành các thành phần, sử dụng kỹ
thuật thủy vân bền vững trong ảnh để thực hiện quá trình nhúng thủy vân
vào các khung hình; thực hiện quá trình tổng hợp để được Video chứa
thông tin thủy vân và ngược lại.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Định dạng file Video, các thành phần cấu thành Video

NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT
DCT
DWT
MSE
PSNR
SF
WL

Discrete cosine transform
Discrete wavelet transform
Mean squared error
Peak signal-to-noise ratio
Similarity factor
Kỹ thuật giấu tin theo khối bit của Wu M.Y. và Lee J.H.


DANH MỤC BẢNG TRONG LUẬN VĂN
Bảng
Tên các bảng trong luận văn
Tính bền vững của thuỷ vân theo Mehul R. và Priti R. trước
3.1
các tấn công lên ảnh chứa thuỷ vân
Tính bền vững của thuỷ vân theo Tao P. và Eskicioglu
3.2
A.M. trước các tấn công
Chất lượng ảnh chứa thuỷ vân và thuỷ vân tìm lại được
3.3

3.4
3.5

2.5
2.6
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7

DANH MỤC HÌNH TRONG LUẬN VĂN
Tên các hình trong luận văn
Lược đồ chung của quá trình giấu tin
Lược đồ chung của quá trình tách tin
Sự khác nhau giữa mã hóa và giấu tin
Phân loại các kỹ thuật giấu tin
Phân loại các kỹ thuật thuỷ vân
Ảnh gốc và năng lượng phân bố của ảnh qua phép biến đổi
DCT
Phân chia 3 miền tần số ảnh của phép biến đổi DCT
Cấu trúc phân tích và ảnh phân tích được qua phép biến đổi
sóng nhỏ hai chiều mức 2
Cấu trúc file Video
Quy trình nhúng thuỷ vân
Quy trình tách thuỷ vân
Nhúng thuỷ vân theo Mehul R. và Priti R.
Nhúng thuỷ vân theo Tao P. và Eskicioglu A.M.
Kết quả thuỷ vân sử dụng DWT và ma trận số giả ngẫu
nhiên
Kết quả nhúng thuỷ vân vào 1 frame của file Video sử dụng

1.1.1 Định nghĩa
Giấu thông tin (Steganography) là một kỹ thuật nhúng thông tin
(embeding) vào trong một nguồn đa phương tiện gọi là các phương tiện chứa
(host data) mà không gây ra sự nhận biết về sự tồn tại của thông tin giấu
(invisible).
Hay ta cũng có thể định nghĩa tổng quát như sau: Giấu tin là kỹ thuật
nhúng một lượng thông tin số nào đó vào trong một đối tượng dữ liệu số
khác.
1.1.2 Vài nét về lịch sử giấu tin
Từ Steganography bắt nguồn từ tiếng Hi Lạp và được sử dụng cho tới
ngày nay, nó có nghĩa là tài liệu được phủ (covered writing). Các câu chuyện kể
về kỹ thuật giấu thông tin được truyền qua nhiều thế hệ. Có lẽ những ghi chép
sớm nhất về kỹ thuật giấu thông tin (thông tin được hiểu theo nghĩa nguyên thủy
của nó) thuộc về sử gia Herodotus người Hy lạp. Khi bạo chúa Hy lạp Histiaeus
bị vua Darius bắt giữ ở Susa vào thế kỷ thứ năm trước Công nguyên, ông đã gửi
một 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 ấy. Khi tóc của người nô lệ này mọc đủ dài, anh ta đã được gửi tới Miletus.
Một câu chuyện khác ở thời Hy-Lạp cổ đại cũng do Herodotus ghi lại.
Môi trường để ghi văn bản chính là các viên thuốc được bọc trong sáp ong.
Demeratus, một người Hy lạp, cần thông báo cho Sparta rằng Xerxes định xâm
chiếm Hy lạp. Để tránh bị phát hiện, anh ta đã bóc lớp sáp ra khỏi các viên thuốc
và khắc thông báo lên bề mặt các viên thuốc này, sau đó bọc lại các viên thuốc


bằng một lớp sáp mới. Những viên thuốc được để ngỏ và lọt qua mọi sự kiểm tra
một cách dễ dàng.
Một cách giấu tin phổ biến là sử dụng mực không màu. Đây là một
phương tiện hữu hiệu cho bảo mật thông tin trong một thời gian dài. Người
Romans cổ đã biết sử dụng những chất sẵn có như nước quả, nước tiểu và sữa để

Hình 1.2 chỉ ra các công việc giải mã thông tin đã giấu. Quá trình giải mã
được thực hiện thông qua một bộ giải mã tương ứng với bộ nhúng thông tin
cùng với khoá của quá trình nhúng. Kết quả thu được gồm phương tiện chứa gốc
và thông tin đã giấu. Bước tiếp theo, thông tin giấu sẽ được xử lý, kiểm định so
sánh với thông tin giấu ban đầu.

Hình 1.2. Lược đồ chung cho quá trình tách tin


Một số thuật ngữ cơ bản:
Giấu tin (datahiding): là thuật ngữ chỉ kỹ thuật giấu tin nói chung bao gồm cả
giấu tin mật và thuỷ vân số.
Giấu tin mật (steganography): chỉ những kỹ thuật giấu tin mật trong một đối
tượng.
Thuỷ vân số (watermarking): chỉ những kỹ thuật giấu tin dùng để bảo vệ đối
tượng chứa thông tin giấu.
Phương tiện chứa (host signal): là phương tiện gốc được dùng để chứa thông
tin cần giấu. Nếu giấu tin trong ảnh thì bức ảnh này được gọi là ảnh chứa,
còn giấu trong audio thì gọi là audio chứa v.v..
Thông tin cần giấu (embeded data): là thông tin được nhúng vào trong
phương tiện chứa. Trong giấu tin mật, thông tin cần giấu là các thông điệp
(message), còn trong kỹ thuật thuỷ vân số thì thông tin cần giấu chính là các
thuỷ vân (các dấu hiệu công khai hoặc bí mật).
1.1.4 Sự khác biệt giữa mã hóa và giấu tin
Sự khác biệt chủ yếu giữa mã hoá thông tin và giấu thông tin là phương
pháp mã hoá làm cho các thông tin hiện rõ là nó có được mã hoá hay không còn
đối với phương pháp giấu thông tin thì người ta sẽ khó biết được là có thông tin
giấu bên trong do tính chất ẩn (invisible) của thông tin được giấu. Một khi
những thông tin mã hoá bị phát hiện thì những tên tin tặc sẽ tìm mọi cách ðể
triệt phá. Và cuộc chạy ðua giữa những ngýời bảo vệ thông tin và bọn tin tặc vẫn

nhiều bức ảnh qua lại trên Internet và bức ảnh có giấu tin của ta cũng
giống như bao bức ảnh khác vì thế nó ít gây chú ý với bọn tội phạm.
Giấu thông tin trong ảnh, hiện nay là một bộ phận chiếm tỉ lệ lớn nhất trong
các chương trình ứng dụng, các phần mềm, hệ thống giấu tin trong đa phương
tiện bởi lượng thông tin được trao đổi bằng ảnh là rất lớn và hơn nữa giấu thông
tin trong ảnh cũng đóng vai trò hết sức quan trọng trong các hầu hết các ứng
dụng bảo vệ an toàn thông tin như: nhận thực thông tin, xác định xuyên tạc
thông tin, bảo vệ bản quyền tác giả, điều khiển truy cập, giấu thông tin
mật...Chính vì thế mà vấn đề này đã nhận được sự quan tâm rất lớn của các cá
nhân, các tổ chức, các trường đại học và viện nghiên cứu trên thế giới.
Thông tin sẽ được giấu cùng với dữ liệu ảnh nhưng chất lượng ảnh ít bị
thay đổi và ít người có thể biết được đằng sau ảnh đó mang những thông tin có ý
nghĩa. Ngày nay, khi ảnh số đã được sử dụng rất phổ biến, thì giấu thông tin
trong ảnh đã cung cấp nhiều ứng dụng quan trọng trong rất nhiều lĩnh vực của
đời sống xã hội. Ví dụ như đối với các nước phát triển, chữ kí tay đã được số
hoá và được lưu trữ trong hồ sơ cá nhân của các dịch vụ ngân hàng và tài chính
và được sử dụng để chứng thực như các chữ ký sống. Phần mềm WinWord của
MicroSoft cũng cho phép người dùng lưu trữ chữ kí trong ảnh nhị phân rồi gắn
vào vị trí nào đó trong file văn bản để đảm bảo tính an toàn của thông tin. Tài
liệu sau đó được truyền trực tiếp qua máy fax hoặc lưu truyền trên mạng. Vì thế,
việc nhận thực chữ kí, xác thực thông tin đã trở thành một vấn đề cực kì quan
trọng khi mà việc ăn cắp thông tin hay xuyên tạc thông tin bởi các tin tặc đang
trở thành một vấn nạn đối với bất kì quốc gia nào, tổ chức nào. Thêm vào đó, lại
có rất nhiều loại thông tin quan trọng cần được bảo mật như những thông tin về
an ninh, thông tin về bảo hiểm hay các thông tin về tài chính, các thông tin này


được số hoá và lưu trữ trong hệ thống máy tính hay trên mạng. Chúng rất dễ bị
lấy cắp và bị thay đổi bởi các phần mềm chuyên dụng. Việc nhận thực cũng như
phát hiện thông tin xuyên tạc đã trở nên vô cùng quan trọng và cấp thiết. Một

hỏi yêu cầu rất cao về tính đồng bộ và tính an toàn của thông tin. Các phương
pháp giấu thông tin trong audio đều lợi dụng điểm yếu trong hệ thống thính giác
của con người.
1.2.3 Giấu tin trong video
Cũng giống như giấu thông tin trong ảnh hay trong audio, giấu tin trong
video cũng được quan tâm và được phát triển mạnh mẽ cho nhiều ứng dụng như
kiểm soát sao chép thông tin, nhận thực thông tin và bảo vệ bản quyền tác giả.
Ta có thể lấy một ví dụ là các hệ thống chương trình trả tiền xem theo đoạn với
các video clip (pay per view application). Các kỹ thuật giấu tin trong video đã
được phát triển mạnh mẽ và cũng theo hai khuynh hướng thuỷ vân và giấu tin
mật. Trong báo cáo này chỉ quan tâm tới các kỹ thuật giấu tin trong video. Một
phương pháp giấu tin trong video do tác giả Cox đề xuất là phương pháp phân
bố đều. Ý tưởng cơ bản của phương pháp này là phân phối thông tin giấu dàn
trải theo tần số của dữ liệu chứa gốc. Nhiều nhà nghiên cứu đã dùng những hàm
cosin riêng và các hệ số truyền sóng riêng để giấu tin. Trong các thuật toán sơ
khai, người ta chỉ đưa ra các kỹ thuật cho phép giấu ảnh vào trong video nhưng
thời gian gần đây các kỹ thuật mới đã cho phép giấu cả âm thanh và hình ảnh
vào video. Như phương pháp của Swanson đã sử dụng cách giấu theo khối,
phương pháp này đã giấu được hai bit vào khối 8*8. Hay gần đây nhất là
phương pháp của Mukherjee là kỹ thuật giấu audio vào video sử dụng cấu trúc
lưới đa chiều...
Nói tóm lại, kỹ thuật giấu thông tin đã thành công nhờ biết tận dụng được
những đặc điểm thị giác và thính giác của con người.
Hơn nữa, kỹ thuật giấu tin đang được áp dụng cho nhiều loại đối tượng
chứ không chỉ riêng gì cho các dữ liệu đa phương tiện như ảnh, audio hay video.
Gần đây, đã có một số nghiên cứu giấu tin trong cơ sở dữ liệu quan hệ và cơ sở


dữ liệu XML. Chắc chắn sau này kỹ thuật giấu tin sẽ phát triển tiếp tục và mạnh
hơn nữa.

2. Kỹ thuật giấu phụ thuộc ảnh. Kỹ thuật giấu tin phụ thuộc vào các loại ảnh
khác nhau. Chẳng hạn đối với ảnh đen trắng, ảnh đa mức xám hay ảnh màu
ta có những kỹ thuật riêng do các loại ảnh có những đặc trưng khác nhau.
3. Kỹ thuật giấu tin lợi dụng tính chất hệ thống thị giác của con người. Giấu tin
trong ảnh ít nhiều cũng gây ra những thay đổi trên dữ liệu ảnh gốc. Dữ liệu
ảnh được quan sát bằng hệ thống thị giác của con người nên các kỹ thuật giấu
tin phải đảm bảo một yêu cầu cơ bản là những thay đổi trên ảnh phải rất nhỏ
sao cho bằng mắt thường khó nhận ra được sự thay đổi đó vì có như thế thì
mới đảm bảo được độ an toàn cho thông tin giấu. Rất nhiều các kỹ thuật đã
lợi dụng các tính chất của hệ thống thị giác để giấu tin chẳng hạn như mắt
người cảm nhận về sự biến đổi độ chói kém hơn sự biến đổi màu, cảm nhận
của mắt về màu xanh da trời là kém nhất trong ba màu cơ bản.
4. Giấu thông tin trong ảnh tác động lên dữ liệu ảnh nhưng không thay đổi kích
thước ảnh. Các thuật toán thực hiện công việc giấu thông tin sẽ được thực
hiện trên dữ liệu của ảnh. Dữ liệu ảnh bao gồm cả phần header, bảng màu (có
thể có) và dữ liệu ảnh. Khi giấu thông tin, các phương pháp giấu đều biến đổi
các giá trị của các bit trong dữ liệu ảnh chứ không thêm vào hay bớt đi dữ
liệu ảnh. Do vậy mà kích thước ảnh trước hay sau khi giấu thông tin là như
nhau.
5. Đảm bảo chất lượng ảnh sau khi giấu tin. Đây là một yêu cầu quan trọng đối
với giấu tin trong ảnh. Sau khi giấu tin bên trong, ảnh phải đảm bảo được yêu
cầu không bị biến đổi lớn để có thể bị phát hiện dễ dàng so với ảnh gốc. Yêu
cầu này khá đơn giản đối với ảnh màu hoặc ảnh đa mức xám bởi mỗi một
điểm ảnh được biểu diễn bởi nhiều bit, và khi ta thay đổi một giá trị nhỏ nào
đó thì chất lượng ảnh thay đổi không đáng kể, thông tin giấu khó bị phát
hiện. Đối với ảnh đen trắng thì việc giấu thông tin phức tạp hơn nhiều, vì mỗi
điểm ảnh chỉ là trắng hoặc đen, và nếu ta biến đổi một bit từ đen thành trắng
mà không khéo thì sẽ rất dễ bị phát hiện. Do đó, yêu cầu đối với các thuật




bố trên một số tạp chí, cùng với thông tin về tên và tóm tắt nội dung của khoảng
200 công trình đã công bố trên Internet, có thể chia lĩnh vực giấu dữ liệu ra làm
hai hướng lớn, đó là watermarking và steganography. Nếu như watermark quan
tâm nhiều đến các ứng dụng giấu các mẩu tin ngắn nhưng đòi hỏi độ bền vững
lớn của thông tin cần giấu (trước các biến đổi thông thường của tệp dữ liệu môi
trường) thì steganography lại quan tâm tới các ứng dụng che giấu các bản tin đòi
hỏi độ mật và dung lượng càng lớn càng tốt. Đối với từng hướng lớn này, quá
trình phân loại theo các tiêu chí khác có thể tiếp tục được thực hiện, chẳng hạn
như dựa vào ảnh hưởng của các tác động bên ngoài có thể chia watermark thành
hai loại, một loại bền vững với các tác động sao chép trái phép, loại thứ hai lại
cần tính chất hoàn toàn đối lập, phải dễ bị phá huỷ trước các tác động nói trên.
Cũng có thể chia watermark theo đặc tính, một loại cần được che giấu để chỉ có
một số người tiếp xúc với nó có thể thấy được thông tin, loại thứ hai đối lập, cần
được mọi người nhìn thấy.
Giấu tin
Giấu tin
mật

Thuỷ vân
số
Thuỷ vân
bền vững
Thuỷ vân
ẩn

Thuỷ vân
hiện

Thuỷ vân

Nói đến thuỷ vân số là nói đến kỹ thuật giấu tin hướng đến những ứng
dụng bảo đảm an toàn dữ liệu cho đối tượng được sử dụng để giấu tin như: bảo
vệ bản quyền, phát hiện 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 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:
Thuỷ vân
số
Thuỷ vân
bền vững
Thuỷ vân
ẩn

Thuỷ vân
hiện

Thuỷ vân
dễ vỡ
Thuỷ vân
ẩn

Thuỷ vân
hiện

Hình 1.5 Phân loại các kỹ thuật thủy vân


Các kỹ thuật thuỷ vân trên hình 1.5 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 phối sản

Tính chất này có trong kỹ thuật giấu tin mật nhưng đối với kỹ thuật thuỷ
vân thì chỉ có trong loại thuỷ vân “dễ vỡ”. Còn đối với loại thuỷ vân bền vững
thì lại yêu cầu sự toàn vẹn của thuỷ vân những phép biến đổi thông thường trên
ảnh.
Thuỷ vẩn ẩn hay thuỷ vân hiện ?
Không giống như giấu tin mật với yêu cầu bắt buộc là thông điệp giấu
phải ẩn bên trong ảnh sao cho mắt thường không nhìn thấy được thì kỹ thuật
thuỷ vân số lại có hai loại là thuỷ vân ẩn và thủy vân hiện. Nghĩa là có loại thuỷ
vân cho phép nhìn thấy được thông tin đem nhúng vào (trong trường hợp này ta
dùng từ nhúng thay cho từ giấu thích hợp hơn) và có loại không nhìn thấy. Loại
thuỷ vân hiện được sử dụng cho mục đích công bố công khai về chủ quyền sở
hữu, ngược lại, loại thuỷ vân ẩn được sử dụng với mục đích gài bí mật các thông
tin xác nhận chủ quyền sở hữu.
Tính chất bền vững
Tính chất này là tính chất quan trọng nhất của một hệ thuỷ vân bền vững.
Nghĩa là hệ thuỷ vân phải chống lại được các phép biến đổi, hay các tấn công có
chủ đích hoặc không có chủ đích lên thuỷ vân. Còn đối với giấu tin mật thì nó
không quan trọng.

1.5 Một số ứng dụng đang được triển khai
Bảo vệ bản quyền tác giả (copyright protection): Đây là ứng dụng cơ bản
nhất của kỹ thuật thuỷ vân số (digital watermarking) - một dạng của phương
pháp giấu tin. Một thông tin nào đó mang ý nghĩa quyền sở hữu tác giả (người ta


gọi nó là thuỷ vân - watermark) sẽ được nhúng vào trong các sản phẩm, thuỷ
vân đó chỉ một mình người chủ sở hữu hợp pháp các sản phẩm đó có và được
dùng làm minh chứng cho bản quyền sản phẩm. Giả sử có một thành phẩm dữ
liệu dạng đa phương tiện như ảnh, âm thanh, video và cần được lưu thông trên
mạng. Để bảo vệ các sản phẩm chống lại các hành vi lấy cắp hoặc làm nhái cần