Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu công nghệ watermarking trên ảnh số và ứng dụng
KHOA CNTT – H KHTN i TRNG I HC KHOA HC T NHIÊN KHOA CÔNG NGH THÔNG TIN B MÔN CÔNG NGH PHN MM HUNH MÃ ÔNG GIANG 9912142 LÊ VIT HÙNG 9912030 NGHIÊN CU WATERMARKING TRÊN NH S VÀ NG DNG LUN VN C NHÂN TIN HC GIÁO VIÊN HNG DN T.S DNG ANH C GV TRN MINH TRIT NIÊN KHÓA 1999 - 2003 KHOA CNTT – H KHTN ii LI CM N Chúng em xin chân thành cám n Khoa Công Ngh Thông Tin, trng i Hc Khoa Hc T Nhiên TpHCM đã to điu kin tt cho chúng em thc hin đ tài lun vn tt nghip này. Chúng em xin chân thành cám n Thy Dng Anh c, Thy Trn Minh Trit đã tn tình hng dn, ch bo chúng em trong sut thi gian thc hin đ tài. Chúng em xin chân thành cám n quý Thy Cô trong Khoa Công Ngh Thông Tin đã tn tình ging dy, trang b cho chúng em nhng kin thc quí báu trong bn nm hc va qua. Chúng con xin nói lên lòng bit n sâu sc đi vi Ông Bà, Cha M đã chm sóc, nuôi dy chúng con thành ngi. Xin chân thành cám n các anh ch, các bn và các em đã ng h, giúp đ và đng viên chúng em trong thi gian hc tp và nghiên cu. Mc dù chúng em đã c gng hoàn thành lun vn trong phm vi và kh nng cho phép nhng chc chn s không tránh khi nhng thiu sót. Chúng em kính mong nhn đc s cm thông và tn tình ch bo ca quý Thy Cô và các bn. Sinh viên thc hin Lê Vit Hùng – Hunh Mã ông Giang Tháng 7, nm 2003 KHOA CNTT – H KHTN iii LI NÓI U Trong công cuc xây dng và đi mi ca đt nc ta hin nay, công ngh thông tin đc xem là mt nghành kinh t mi nhn. Tin hc hóa đi sng xã hi đang đc nhà nuc ta quan tâm thc hin và bc đu đã gt hái đc nhiu thành qu to ln tin đn mc tiêu 500 triu USD ca ngành phn mm vào nm 2005. Mt s kin đáng lu ý trong tháng 6 nm 2003 là s bùng n vin thông khi Dch v đin thoi internet, Dch v internet bng thông rng ADSL và mng S-fone đc B Bu chính vin thông chính thc ký quyt đnh trin khai. iu đó cho thy, cùng vi s bùng n ca mng máy tính toàn cu, mng internet nc ta gi đây đã là mt phn không th thiu trong cuc sng ca ngi dân thành th. Bên cnh nhng li ích thit thc mà mng máy tinh đem li, chúng ta cng đang đi đu vi nhng th thách liên quan đn các vn đ truyn thông bo mt và đc bit là vn đ phân phi các tài liu đa phng tin sao cho bo đm quyn s hu trí tu. Tình trng sao chép bt hp pháp, gi mo các tác phm s hóa gây búc xúc không ch riêng các tác gi mà còn cho c nhng ngi làm pháp lut. Sau gn 700 nm k t khi phát minh watermark trên giy ra đi Fabriano, Ý [ 3], mt khái nim tng t áp dng cho các tài liu đa phng tin đã đc đông đo cng đng khoa hc quc t nghiên cu và lnh vc này tht s phát trin mnh vào nhng nm cui ca thp niên 90. Watermarking là mt k thut mi cho phép nhúng thông tin tác gi, gi là mt watermark, vào các tài liu s hóa sao cho cht lng trc quan ca tài liu KHOA CNTT – H KHTN iv không b nh hng và khi cn có th dò li đc watermark đã nhúng nhm xác nhn bn quyn. Watermarking trên nh có th xem là mt k thut n du thông tin (steganography) đc bit nhm đa các du hiu vào nh s. Hai hng áp dng chính ca k thut watermarking trên nh là xác nhn (chng thc) thông tin và đánh du bo v bn quyn. H thng watermarking đc xây dng ch yu trên các k thut watermarking. Tuy nhiên, vic la chn các k thut nào và áp dng h thng vào ng dng c th gì, cng nh cn thit phi có nhng công ngh, thit b, hay mt nghi thc gì khác đ h tr h thng hot đng là các vn đ không kém phn quan trng. Ngoài ra khi xây dng h thng phi tính đn các yu t khác nh h thng đc qun lý nh th nào? c tích hp vào h thng nào khác? Môi trng ng dng? v.v…Hin thc đc các h thng này s góp phn làm phát trin các k thut watermarking và ngc li. Trên thc t, đã có nhiu quc gia tiên tin ng dng watermaking vào các h thng chng thc ni dung, bo v bn quyn, kim soát sao chép, nhng đi vi nc ta lnh vc này vn còn mi m. Chính vì vy, chúng em đã tp trung thc hin đ tài “Nghiên cu công ngh watermarking trên nh s và ng dng” vi mc tiêu tìm hiu, th nghim, đánh giá và ng dng các phng pháp watermarking trên nh s, trên c s đó, xây dng mt s qui trình công c bo v và xác nhn bn quyn trên nh s. Phn nghiên cu lý thuyt watermarking, ngoài nhng nghiên cu chung v watermarking, đ tài này s đi sâu vào nghiên cu nhng k thut watermarking trên nh s mi nht, đó là nhng k thut watermarking trên nh màu, và nhng KHOA CNTT – H KHTN v k thut watermarking trên min wavelet rt đc quan tâm hin nay, đc bit phù hp vi xu hng nén nh theo chun mã hóa mi nht, đó là JPEG2000. Phn ng dng lý thuyt watermarking ca đ tài, chúng em phi cài đt mt s thut toán watermarking, đng thi xây dng mt h thng dch v watermarking thc hin các k thut watermarking trên nh s. H thng này có th áp dng đc vào trong vic đáp ng các nhu cu nh h tr bo v tác quyn nh s, qun lý vic phân phi các tác phm nh s ca các tác gi, và giúp xác nhn ni dung nh s. Tt c nhng nhu cu này đu là nhng nhu cu bc xúc trong thc t hin nay. Mt ví d nh áp trong lnh vc xác nhn (chng thc) ni dung nh s ca h thng này là h tr vic cp phát bng cp bng nh s. Ngoài ra, trong quá trình thc hin đ tài chúng em còn phi nghiên cu nhiu vn đ khác liên quan đ thc hin h thng ca mình, nh các vn đ v công ngh, các vn đ trong truyn thông mng, mã hóa thông tin, x lý nh v.v nhm phát huy ht nhng thun li ca h thng , áp dng đc trong thc tin. Ni dung ca lun vn đc trình bày bao gm 10 chng, trong đó, 6 chng đu trình bày các vn đ v lý thuyt và 4 chng cui tp trung vào h thng ng dng Chng 1. Tng quan v watermarking: Gii thiu lch s phát trin ca watermarking, các tính cht và các lnh vc ng dng ca watermarking. Chng 2. Các mô hình watermarking: Trình bày các quan đim khác nhau khi xem xét mt h thng watermarking. Chng 3. Các thut toán watermarking: Trình bày các tiêu chí phân loi thut toán và gii thiu mt s thut toán minh ha. KHOA CNTT – H KHTN vi Chng 4. Watermarking trên min wavelet: Trình bày đc đim ca bin đi wavelet và các k thut watermarking trên min này. Chng 5. Watermarking trên nh màu: Gii thiu các phng pháp tip cn và mt s thut toán watermarking c th làm vic trên nh màu. Chng 6. Watermark có đ an toàn cao và tn công watermark: Gii thiu các phng pháp to ra mt watermark có đ an tòan cao, đng thi gii thiu mt s tình hung tn công watermark và cách gii quyt. Chng 7. H thng watermarking services system WSS: Gii thiu ng dng WSS. Chng 8. Phân tích và thit k. Chng 9. Cài đt và th nghim. Chng 10: Tng kt: Là chng cui cùng ca đ tài nhm đánh giá các kt qu đã đt đc cùng vi hng m rng trong tng lai. KHOA CNTT – H KHTN vii MC LC MC LC . vii DANH SÁCH HÌNH xii DANH SÁCH BNG .xv MT S THUT NG . xvii Chng 1. TNG QUAN V WATERMARKING .1 1.1 Lch s watermarking .1 1.2 Các tiêu chí cn có ca mt thut toán watermarking mnh m 3 1.2.1 Tính bo mt .3 1.2.2 Tính vô hình .4 1.2.3 Tính vô hình đi vi thng kê 4 1.2.4 T l bit .4 1.2.5 Quá trình dò đáng tin cy .5 1.2.6 Tính mnh m .5 1.2.7 Nhúng nhiu watermark .6 1.2.8 Blind/non-blind, public/private watermarking .6 1.2.9 Watermarking đc đc và dò đc 7 1.2.10 Tính kh đo và tính thun nghch ca watermark 8 1.2.11 Tính có th thay đi t l (scalability) 9 1.3 Các ng dng ca watermarking 10 1.3.1 Theo dõi phát sóng .10 1.3.2 Nhn ra ngi ch s hu 12 1.3.3 Bng chng v quyn s hu .14 1.3.4 Lu vt giao tác hay du vân tay 15 KHOA CNTT – H KHTN viii 1.3.5 Xác nhn ni dung 16 1.3.6 Kim soát sao chép .18 Chng 2. CÁC MÔ HÌNH WATERMARKING 22 2.1 Mô hình da trên quan đim xem watermarking nh mt dng truyn thông 22 2.1.1 Mô hình c bn .22 2.1.2 Mô hình watermarking theo quan nim truyn thông vi thông tin ph b trung chuyn .24 2.1.3 Mô hình watermarking theo quan nim truyn thông đa công 25 2.2 Mô hình da trên quan đim hình hc 27 2.2.1 Các phân phi và min trong không gian đa phng tin .27 2.2.2 Mô hình watermarking trong không gian nhúng 28 Chng 3. CÁC THUT TOÁN WATERMARKING .31 3.1 Phân loi .31 3.2 Các thut toán theo dng cng 33 3.2.1 Dn nhp 33 3.2.2 Các vn đ liên quan 36 3.2.3 Ví d: thut toán Cox .39 3.3 Các thut toán theo dng lng t hóa .40 3.3.1 Dn nhp 40 3.3.2 Các vn đ liên quan 42 3.3.3 Ví d: thut toán Koch .50 Chng 4. WATERMARKING TRÊN MIN WAVELET 53 4.1 Dn nhp .53 4.2 Bin đi wavelet .54 4.2.1 Phng pháp .54 KHOA CNTT – H KHTN ix 4.2.2 Các đc tính và các li th 57 4.3 Các thut toán ví d 61 4.3.1 Ví d v thut toán non-blind .61 4.3.2 Ví d v thut toán blind 69 Chng 5. WATERMARKING TRÊN NH MÀU 73 5.1 Tng quan v các thut toán nhúng watermark trên nh màu 73 5.2 Các thut toán ví d 75 5.2.1 Thut toán nhúng watermark trên kênh xanh da tri (blue) .75 5.2.2 Thut toán nhúng watermark trên nhiu kênh 78 Chng 6. WATERMARK CÓ AN TOÀN CAO VÀ TN CÔNG WATERMARK 81 6.1 Các phng pháp tip cn nhm to Watermark có đ an toàn cao .81 6.1.1 Nhúng tha, nhúng lp .81 6.1.2 Mã hóa tán ph .82 6.1.3 Nhúng trong các h s quan trng cm nhn đc 83 6.1.4 Nhúng trong các h s đc cho là mnh m 83 6.1.5 o nhiu trong b dò 84 6.2 Mt kiu tn công .84 6.2.1 t vn đ .84 6.2.2 Các cách gii quyt bài toán tác quyn khác nhau ca các h thng watermarking khác nhau . 85 Chng 7. H THNG WATERMARKING SERVICES SYSTEM - WSS .89 7.1 Gii thiu 89 7.1.1 ng dng WMServer 89 KHOA CNTT – H KHTN x 7.1.2 ng dng WMAppClient .90 7.1.3 ng dng WMWebClient 91 7.2 Tiêu chun ca h thng watermarking 91 7.3 Qui trình ca h thng WSS .92 7.3.1 Qui trình tng quát .92 7.3.2 Qui trình hot đng gia WMWebClient và WMServer .92 7.3.3 Qui trình hot đng gia WMAppClient (Player) và WMServer 93 7.4 Phân tích qui trình ca h thng WSS 97 7.4.1 Các tiêu chun mà h thng đt đc 97 7.4.2 Mt s thun li khi s dng h thng WSS .99 7.5 Phm vi áp dng ca h thng WSS .100 7.5.1 Tranh chp bn quyn 100 7.5.2 Phát hin phân phi bt hp pháp 101 7.5.3 Chng thc ni dung 101 7.6 ánh giá và kt lun .102 Chng 8. Phân tích và thit k .103 8.1 Các yêu cu ca h thng WSS 103 8.1.1 Yêu cu chc nng .103 8.1.2 Yêu cu phi chc nng .105 8.2 Mô hình Use-Case 105 8.2.1 Lc đ Use-Case 105 8.2.2 Danh sách Actor .106 8.2.3 Danh sách các Use-Case chính 106 8.2.4 c t các Use-Case chính .108 8.3 Thit k lp và các s đ lp 122 8.3.1 Danh sách các lp chính trong h thng 122 . tài Nghiên cu công ngh watermarking trên nh s và ng dng” vi mc tiêu tìm hiu, th nghim, đánh giá và ng dng các phng pháp watermarking trên. v watermarking, đ tài này s đi sâu vào nghiên cu nhng k thut watermarking trên nh s mi nht, đó là nhng k thut watermarking trên nh màu, và