Đồ án môn Xử lý ảnh

Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH

Ngành công nghệ thông tin

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành khoa học công nghệ

thông tin, internet đã trở thành một nhu cầu, phương tiện không thể thiếu đối với mọi

người, nhu cầu trao đổi thông tin qua mạng ngày càng lớn. Và với lượng thông tin lớn

như vậy được truyền qua mạng thì nguy cơ dữ liệu bị truy cập trái phép cũng tăng lên

vì vậy vấn đề bảo đảm an toàn và bảo mật thông tin cho dữ liệu truyền trên mạng là rất

cần thiết. Nhiều kỹ thuật đã được nghiên cứu nhằm giải quyết vấn đề này. Một trong

những kỹ thuật quan trọng nhất là mã hóa thông tin. Tuy nhiên một thông điệp bị mã

hóa dễ gây ra sự chú ý và một khi các thông tin mã hóa bị phát hiện thì các tin tặc sẽ

tìm mọi cách để giải mã.

Một công nghệ mới phần nào giải quyết được những khó khăn trên là giấu

thông tin trong các nguồn đa phương tiện như các nguồn âm thanh, hinh ảnh … Xét

theo khía cạnh tổng quát thì giấu thông tin cũng là một dạng mật mã nhằm đảm bảo

tính an toàn của thông tin, nhưng phương pháp này ưu điểm ở chổ là giảm được khả

năng phát hiện ra sự tồn tại của thông tin trong các nguồn mang.

Giấu thông tin là một kỹ thuật còn tương đối mới và đanh phát triển rất nhanh,

thu hút được cả sự quan tâm của giới khoa học và giới công nghiệp và cũng còn nhiều

thách thức. Nội dung của báo cáo này chủ yếu nghiên cứu về kỹ thuật giấu tin nói

chung và giấu tin trong văn bản nói riêng

1

Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH

Ngành công nghệ thông tin

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU .................................................................................................................1

MỤC LỤ C .......................................................................................................................2

DANH MỤC HÌNH ........................................................................................................3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN.............................................4

1.1.Khái niệm ..............................................................................................................4

1.2.Mục đích của việc giấu tin ....................................................................................4

1.3.Phân loại các kỹ thuật giấu tin ..............................................................................5

1.2.1.Giấu tin mật (Seganography ) ........................................................................5

1.2.2.Thủy vân số (Watermaking )..........................................................................5

1.4.Một số ứng dụng ....................................................................................................6

CHƯƠNG 2. ĐỊNH DẠNG ẢNH BITMAP ..................................................................7

2.1.Tổng quan..............................................................................................................7

2.2.Bảng màu...............................................................................................................7

2.3.Mô tả ảnh ...............................................................................................................8

2.4.Cấu trúc ảnh ..........................................................................................................9

CHƯƠNG 3. KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH ................................................14

3. 1.Các kĩ thuật giấu tin trong ảnh BITMAP ...........................................................14

3.1.1.Ảnh nhỏ hơn hoặc bằng 8 bit màu ...............................................................14

3.1.2.Ảnh 16 bit mà u .............................................................................................14

3.1.3.Ảnh 24 bit mà u .............................................................................................14

3.2. Kỹ thuật dùng hệ số DCT...................................................................................15

3.2.1.Nền tảng kỹ thuật .........................................................................................15

3.2.2.Phép biến đổi cosin rời rạc (DCT) ...............................................................15

3.2.3.Đặc điểm của phép biến đổi DCT hai chiều .................................................16

3.3. Kỹ thuật giấu tin trong miền biến đổi DCT .......................................................17

3.3.1.Mô tả thuật toán............................................................................................17

3.3.2.Quá trình Watermarking...............................................................................17

3.4. Cài đặt và thực nghiệm .......................................................................................20

KẾT LUẬN ...................................................................................................................24

TÀI LIỆU THAM KHẢ O .............................................................................................25

2

Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH

Ngành công nghệ thông tin

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1.Phân loại các kỹ thuật giấn tin..........................................................................5

Hình 2.1.Bảng màu và các điểm ảnh dùng bảng màu .....................................................7

Hình 2.2.Các cách bố trí bảng màu .................................................................................8

Hình 2.3.Biểu đồ cột của một ảnh trong Paint Shop Pro 7..............................................9

Hình 3.1.Sơ đồ nhúng thủy vân.....................................................................................18

Hình 3.2.Sơ đồ quá trình giải mã...................................................................................19

Hình 3.3.Giao diện chính của chương trình ..................................................................20

Hình 3.4.Giao diện sau khi giấu tin...............................................................................21

Hình 3.5.Giao diện trước khi tách ti n ............................................................................22

Hình 3.6.Giao diện sau khi tách ti n ...............................................................................22

3

Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH

Ngành công nghệ thông tin

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN

1.1.Khái niệm

Môi trường giấu tin (hay còn gọi là vật mang tin): là đối tượng được dùng để

giấu tin như văn bản, ảnh, audio, video,…

Giấu tin trong ảnh: Thông tin sẽ được giấu vào dữ liệu ảnh nhưng chất lượng

ảnh ít thay đổi và “khó” biết được đằng sau ảnh đó mang những thông tin có ý ngĩa gì.

Trong ảnh thông tin mật cho nhau mà người khác khô thể biết được.

Giấu tin trong audio: Giấu tin trong audio lại phụ thuộc vào hệ thống thính

giác. Giấu thông tin trong audio đòi hỏi yêu cầu rất cao về tính đồng bộ và tính an toàn

của thông tin. Các phương pháp giấu tin trong audio đều lợi dụng điểm yếu trong thính

giác con người.

Giấu tin trong video: Cũng giống như giấu tin trong ảnh hay trong audio, giấu

tin trong video cũng được quan tâm và được phát tiển mạnh mẽ cho nhiều ứng dụng

như điều khiển truy cập thông tin, xác thực thông tin và bảo vệ quyền tác giả. Ý tưởng

cơ bản của phương pháp là phân phối thông tin giấu dàn trải thheo tần số của dữ liệu

gốc.

- Dữ liệu sẽ được giấu là một lượng thông tin mang ý nghĩa nào đó tùy thuộc

vào mục đích của người sử dụng.

- Giấu tin là nhúng mẩu tin mật vào một vật mang tin khác, sao cho mắt thường

“khó” phát hiện ra mẩu tin đó, mặt khác khó nhận biết được vật mang tin đã được giấu

một tin mật.

1.2.Mục đích của việc giấu tin

- Mục đích của việc giấu tin là đảm bảo an toàn và bảo mật thông tin. Có 2

khía cạnh cần được quan tâm đó là:

+ Bảo mật cho dữ liệu được đem giấu .

+ Bảo mật cho chính đối tượng được đem giấu thông tin .

- Ngày nay nghệ thuật giấu tin được nghiên cứu để phục vụ các mục đích tích

cực như: bảo vệ bản quyền các tài liệu số hóa (dùng thuỷ ấn số), hay giấu các thông tin

bí mật về quân sự và kinh tế.

- Sự phát triển của công nghệ thông tin đã tạo ra những môi trường giấu tin mới

vô cùng tiện lợi và phong phú. Người ta có thể giấu tin trong các văn bản, hình ảnh,

âm thanh. Cũng có thể giấu tin ngay trong các khoảng trống hay các phân vùng ẩn của

môi trường lưu trữ như đĩa cứng, đĩa mềm. Các gói tin truyền đi trên mạng cũng là

môi trường giấu tin thuận lợi. Các tiện ích phần mềm cũng là môi trường lý tưởng để

gài các thông tin quan trọng, để xác nhận bản quyền.

4

Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH

Ngành công nghệ thông tin

1.3.Phân loại các kỹ thuật giấu tin

Có thể chia kỹ thuật giấu tin ra làm 2: steganography và watermarking.

Hình 1.1.Phân loại các kỹ thuật giấn tin

1.2.1.Giấu tin mật (Seganography )

Giấu tin mật (Seganography ) quan tâm tới việc giấu các tin sao cho thông tin

giấu được càng nhiều càng tốt và quan trọng là người khác khó phát hiện được một đối

tượng có bị giấu tin bên trong hay không bằng kỹ thuật thông thường.

1.2.2.Thủy vân số (Watermaking )

Thủy vân số (Watermaking ) đánh giấu vào đối tượng nhằm khẳng định bản

quyền sở hữu hay phát hiện xuyên tạc thông tin. Thủy vân số được phân thành 2 loại

thủy vân bền vững và thủy vân dễ vỡ.

- Thuỷ vân bền vững: thường được ứng dụng trong các ứng dụng bảo vệ bản

quyền. Thuỷ vân được nhúng trong sản phẩm như một hình thức dán tem bản quyền.

Trong trường hợp này, thuỷ vân phải tồn tại bền vững cùng với sản phẩm nhằm chống

việc tẩy xoá, làm giả hay biến đổi phá huỷ thuỷ vân.

+ Thuỷ vân ẩn: cũng giống như giấu tin, bằng mắt thường không thể nhìn thấy

thuỷ vân.

+ Thuỷ vân hiện: là loại thuỷ vân được hiện ngay trên sản phẩm và người dùng

có thể nhìn thấy được.

- Thủy vân dễ vỡ: là kỹ thuật nhúng thuỷ vân vào trong ảnh sao cho khi phân bố

sản phẩm trong môi trường mở nếu có bất cứ một phép biến đổi nào làm thay đổi đối

tượng sản phẩm gốc thì thuỷ vân đã được giấu trong đối tượng sẽ không còn nguyên

vẹn như trước khi dấu nữa (dễ vỡ).

So sánh giữa steganography và watermarking:

5

Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH

Ngành công nghệ thông tin

Steganography

Watermaking

Mục đích - Che giấu sự hiện hữu của thông điệp -Thêm vào thông tin bản

- Thông tin che giấu độc lập với vỏ quyền

bọc

- Che giấu thông tin gắn với

đối tượng vỏ bọc

Yêu cầu

- Không phát hiện được thông điệp bị Tiêu chuẩn bền vững

che giấu

- Dung lượng tin được dấu

Tấn công Phát hiện ra thông điệp bí mật bị che Watermaking bị phá vỡ

thành công giấu

1.4.Một số ứng dụng

*Ứng dụng của thủy vân số(Watermaking):

- Tự động giám sát các bản sao và theo dõi các bản sao, viết tài liệu trên web.

(Ví dụ 1 robot tìm kiếm trên web với 1 tài liệu được đánh dấu và do đó có tiềm năng

xác đinh vấn đề bất hợp pháp).

- Tự động kiểm tra 1 đài phát thanh truyền đi.

6

Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH

Ngành công nghệ thông tin

CHƯƠNG 2. ĐỊNH DẠNG ẢNH BITMAP

Đối tượng ảnh đầu tiên mà các chương trình giấu tin nhắm tới là ảnh Bitmap.

Vì ảnh này phổ biến trên mạng Internet, dung lượng giấu tin cao và các phương pháp

giấu tin đơn giản.

2.1.Tổng quan

Các ảnh số thường được lưu dưới dạng tệp ảnh 24-bit hay 8-bit cho một điểm

ảnh. Ảnh 24-bit còn được gọi là ảnh true colour cung cấp nhiều chỗ giấu thông tin

hơn; tuy nhiên ảnh 24-bit lớn, ví dụ một ảnh 24-bit cỡ 1024 x 768 pixels có kích

thước trên 2 MB, nên dễ bị gây chú ý khi tải qua mạng. Thường những ảnh đó cần

được nén, nhưng nén ảnh có thể làm mất tin mật. Một phương án khác là có thể dùng

ảnh 8-bit màu để giấu thông tin.

Trong các ảnh 8-bit (như ảnh GIF), mỗi điểm ảnh được thể hiện bằng một byte.

Mỗi điểm đơn thuần trỏ đến một bảng chỉ mục các màu (palette), với 256 khả năng

màu. Điểm ảnh chứa trị nằm giữa 0 và 255. Các phần mềm chỉ đơn thuần vẽ màu cần

biểu thị lên màn hình tại vị trí lựa chọn. Nếu dùng một ảnh 8-bit làm ảnh phủ, rất

nhiều chuyên gia về giấu tin trong ảnh khuyên nên dùng ảnh 256 cấp xám vì bảng màu

của ảnh xám thay đổi đồng đều giữa làm tăng khả năng giấu tin. Giấu tin trong ảnh 8-

bit cần xem xét cả ảnh lẫn bảng màu. Một ảnh có khối lớn các màu đồng nhất khó giấu

hơn vì dễ bị nhận biết. Sau khi chọn ảnh phủ, bước tiếp theo là chọn phương pháp mã

hoá ảnh.

2.2.Bảng màu

Bảng màu là một mảng 1 chiều chứa chỉ mục các màu của ảnh. Sau đó mỗi

điểm ảnh chỉ việc trỏ đến một màu chỉ mục nào đó trên bảng màu.

Hình 2.1.Bảng màu và các điểm ảnh dùng bảng màu

- Trong bảng màu, 1 màu ứng với một bộ ba hay bộ bốn.

- Kích thước của bảng màu được tính từ độ sâu điểm ảnh (pixel depth):

4-bit pixel: 3 byte/màu * 16 (= 24) màu = 48 byte

8-bit pixel: 3 byte/màu * 256 màu = 768 byte

7

Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH

Ngành công nghệ thông tin

15-bit pixel: 3 byte/màu * 32768 màu = 96 kbyte

16-bit pixel: 3 byte/màu * 65536 màu = 192 kbyte

- Một số loại ảnh giảm bớt số màu trong bảng màu, vì không phải tất cả các

màu được dùng trong ảnh (CGM, TGA).

- Các giá trị điểm được cất trong 2 byte (16 bit):

16 bit = 2 byte = (8 bit, 8 bit) -> (5,6,5) = (R,G,B)

- Có các cách bố trí:

+ Theo điểm ảnh (pixel-orientiert) (RGB) (RGB) (RGB) (RGB) (RGB)

+ Theo mặt phẳng màu (plane-orientiert) (RRRRR ..... GGGGG ..... BBBBB)

Hình 2.2.Các cách bố trí bảng màu

Một số phương pháp giấu tin trong ảnh dựa vào việc sắp xếp lại bảng màu,

trong khi các phương pháp khác thêm bớt các màu vào bảng màu.

2.3.Mô tả ảnh

Để xử lý hoặc nghiên cứu về ảnh người ta phải mô hình hoá chúng. Tuỳ theo

quan điểm, mô hình mà có thể áp dụng các phép xử lý khác nhau trên mô hình đó.

- Ảnh như một bản đồ bít: quan điểm ảnh mành như một bản đồ các bít tạo

nền tảng để chúng ta áp dụng các phép toán về bit.

- Ảnh như một hàm toán học: để xử lý ảnh trong máy tính dùng các công cụ

toán học, người ta tìm cách biểu diễn ảnh như là một hàm rời rạc f(x,y) trong đó x, y là

toạ độ của điểm ảnh còn f là giá trị xám hoặc độ sáng của ảnh. f nhận các giá trị rời rạc

trong khoảng từ 0 đến fmax. Trong ảnh 8 bit thì fmax = 28= 256. Trong ảnh màu

người ta có thể mô tả màu qua ba hàm biểu diễn các thành phần đỏ, lục và lam.

Ví dụ r(x,y); g(x,y); b(x,y).

- Ảnh như một môi trường vật lý: Một ảnh f(x,y) cũng là một môi trường vật

lý nên có thể dùng áp dụng các phép biến đổi vật lý trên ảnh.

Ví dụ mức năng lượng của điểm ảnh, dải tần số của nhiễu ảnh, dải phổ,..

8

Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH

Ngành công nghệ thông tin

- Mô tả ảnh như một mô hình thống kê: Các giá trị của điểm ảnh (mức xám,

độ sáng hay trị màu) được coi như là biến ngẫu nghiên, do đó chúng ta có thể tính

được phân bố xác suất của chúng. Ví dụ người ta có thể dùng biểu đồ cột (histogram)

để biểu diễn độ xám hay các trị màu. Trong xử lý ảnh người ta có thể dùng biểu đồ cột

để làm các việc như lọc nhiễu.Còn trong giấu tin thì ta có thể qua đó mà biết đâu là

vùng ảnh có thể giấu tin tốt nhất.

Hình 2.3.Biểu đồ cột của một ảnh trong Paint Shop Pro 7

Chính các quan điểm khác nhau về ảnh đã làm nền tảng để có được những kỹ

thuật khác giấu tin khác nhau.

2.4.Cấu trúc ảnh

Ảnh Bitmap do Microsoft phát triển, do vậy còn được gọi là Microsoft

Windows Bitmap (BMP, DIB, Windows BMP, Windows DIB, Compatible Bitmap)

được lưu trữ độc lập với thiết bị hiển thị (DIB). Ảnh này được sử dụng rộng rãi trên

Windows. Có thể có 1-, 4-, 8-, 16-, 24-, hay 32-bit mầu. Ảnh này thường sử dụng

phương pháp mã hoá loạt dài RLE. Kích thước tối đa là 32Kx32K và 2Gx2G pixel.

Ảnh bitmap không cho phép chứa nhiều ảnh trong một tệp.

Cấu tạo của ảnh bitmap gồm các phần : 1. Header

2. Palette

3. Bitmap Data

4. Footer

Để đọc và xử lý ảnh Bitmap người ta cần nắm được các cấu trúc của ảnh được

lưu trong phần Header.

Ví dụ: Header của Microsoft Windows Bitmap Version 1.x có cấu trúc như sau:

Header Palette

Bitmap Index

Palette 1

File Identifier

9

Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH

Ngành công nghệ thông tin

File Version

Number of Lines per Image

Number of Pixels per Line

Number of Bits per Pixel

Number of Color Planes

Compression Type

X Origin of Image

Y Origin of Image

Text Description

Unused SpaceẢnh Bitmap Microsoft Windows 1.x có phần Header gồm 10-byte :

TYPEDEF struct _Win1xHeader

{

WORD Type; /* File type identifier (always 0) */

WORD Width; /* Width of the bitmap in pixels */

WORD Height; /* Height of the bitmap in scan lines */

WORD ByteWidth; /* Width of bitmap in bytes */

BYTE Planes; /* Number of color planes */

BYTE BitsPerPixel; /* Number of bits per pixel */

} WIN1XHEADER;

Dữ liệu ảnh Bitmap được ghi vào tệp theo 2 cách:

- Quét từng dòng theo trật tự điểm ảnh như chúng được hiển thị trên thiết bị

theo từng mặt phẳng mầu (plane)

* Chi tiết cấu trúc các ảnh BITMAP

- Bitmap header:

1-2 Nhận dạng file Kiểu arrayp1..2] of char:chứa ký tự BM

3-6 Kích thướ file Kiểu Longint: tính bằng byte

7-10 Reserve nt : tôi chưa biết(có lẽ là tên file thừa)

11-14 Byte bắt đầu Kiểu longint, vị trí byte bắt đầu vùng data kể từ đầu file

10

Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH

Ngành công nghệ thông tin

- BitmapInfor :

1-4 Số byte trong vùng info Kiểu Longint, hiện tại có giá trị 40

5-8 Chiều rộng bitmap Kiểu longint tính bằng pixel

9-12 Chiều cao bitmap Kiểu longint tính bằng pixel

13-14 Số Planes màu Kiểu Word số bảng màu

15-16 Số bits cho một pixel Kiểu Word, các giá trị có thể có

1: Đen/trắng,

4:16 màu,

8:256 màu,

24: 24bit màu

17-20 Kiểu nén dữ liệu Kiểu Longint có giá trị là

0: Không nén

1: Nén runlength+8bit/pixel

2: Nén runlength+4bit/pixel

21-24 Kích thước ảnh Kiểu Longint, bằng số byte của ảnh

25-28 Độ phân giải ngang Kiểu Longint, tính bằng pixel

29-32 Độ phân giải dọc Kiểu Longint, tính bằng pixel

33-36 Số màu được sử dụng Kiểu Longint trong ảnh

37-40 Số màu được sử dụng Kiểu Longint khi hiện ảnh

- Bitmap palette:

Tiếp theo sau vùng info là palette màu của BMP, gồm nhiều bộ có kích thước

bằng 4 byte xếp liền nhau theo cấu trúc Blue-Green-Red và một Byte dành riêng cho

Itensity. Kích thước của vùng Palette màu bằng 4*số màu của ảnh. Vì Palette màu của

màn hình có cấu tạo theo thứ tự Red-Green-Blue, nên khi đọc palette màu của ảnh

BMP vào ta phải chuyển đổi lại cho phù hợp. Số màu của ảnh được biết dựa trên số bít

cho 1 pixel cụ thể là: 8.bits/pixel: ảnh 256 màu,

4bits/pixel: ảnh 16 màu, 24bits/pixelảnh 24 bít màu

- BitmapData:

Phần này kề tiếp ngay sau Palette màu của BMP. Đây là phần chứa các giá trị

màu của các điểm ảnh trong BMP. Các điểm ảnh được lưu theo thứ tự từ trái qua phải

trên một dòng và các dòng lại được lưu theo thứ tự dưới lên trên. Mỗi Byte trong vùng

BitmapData biểu diễn 1 hoặc nhiều điểm ảnh tùy theo số bits cho một pixel.

+ Khi là 1 bit màu: Các bitmap là Đơn sắc, và bảng màu có chứa hai mục. Mỗi

bit trong bitmap mảng đại diện cho một điểm ảnh. Nếu bit, rõ ràng, các điểm ảnh sẽ

được hiển thị với màu sắc của các mục đầu tiên trong bảng màu, nếu các bit, được thiết

lập, các điểm ảnh có màu sắc của các mục nhập thứ hai trong bảng.

11

Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH

Ngành công nghệ thông tin

+ Khi là 4 bit màu: Các bitmap đã có tối đa là 16 màu sắc, và các bảng màu

chứa lên đến 16 mục. Mỗi điểm ảnh trong bitmap được thể hiện bằng một 4-bit, chỉ

mục vào các bảng màu. Ví dụ, nếu là người đầu tiên byte trong bitmap là 1Fh, các byte

đại diện cho hai pixel. Đầu tiên chứa các điểm ảnh màu trong bảng màu mục nhập thứ

hai, và lần thứ hai chứa các điểm ảnh màu trong bảng màu 16 mục.

+ Khi là 8 bit màu: Các bitmap đã có tối đa là 256 màu sắc, và các bảng màu

chứa tối đa 256 mục. Trong trường hợp này, mỗi byte trong mảng đại diện cho một

điểm ảnh.

+ Khi là 16 bit màu: Các bitmap đã có tối đa là 216 màu. Nếu các lĩnh vực của

nén tập tin bitmap được thiết lập để BI_RGB, các lĩnh vực Palette không chứa bất kỳ

mục. Mỗi từ trong mảng bitmap đại diện cho một điểm ảnh. Các thân nhân của

intensities đỏ, xanh, xanh và được đại diện với 5 bit cho mỗi thành phần màu sắc. Các

giá trị cho màu xanh là đáng kể trong ít nhất 5 bit, sau 5 bit cho mỗi màu xanh và đỏ,

tương ứng. Trọng nhất không phải là ít được sử dụng.

Nếu các lĩnh vực của nén tập tin bitmap được thiết lập để BI_BITFIELDS, các

lĩnh vực Palette có chứa ba dword màu mặt nạ mà chỉ định màu đỏ, màu xanh, màu

xanh và các thành phần, tương ứng, trong mỗi điểm ảnh. Mỗi từ trong mảng bitmap

đại diện cho một điểm ảnh.

Windows NT, cụ thể: Khi nén lĩnh vực được thiết lập để BI_BITFIELDS, thiết

lập bit trong mỗi dword mask phải được tác và không nên chồng chéo các bit của một

khách mask. Tất cả các bit trong các điểm ảnh không cần phải được sử dụng.

Windows 95 cụ thể: Khi nén lĩnh vực được thiết lập để BI_BITFIELDS,

Windows 95 chỉ hỗ trợ sau đây 16bpp màu mặt nạ: Một 5-5-5 16-bit, hình ảnh, nơi mà

màu xanh mask là 0x001F, cácmàu xanh lá cây mask là 0x03E0, và màu đỏ mask là

0x7C00; và 5-6-5 16-bit, hình ảnh, nơi mà màu xanh mask là 0x001F, các màu xanh lá

cây mask là 0x07E0, và màu đỏ là 0xF800 mask.

+ Khi là 24 bit màu: Các bitmap đã có tối đa là 224 màu sắc, và các lĩnh vực

Palette không chứa bất kỳ mục. Mỗi 3-byte ban tam ca trong mảng bitmap đại diện

cho thân nhân của intensities màu xanh, màu xanh lá cây, và đỏ, tương ứng, cho một

điểm ảnh.

+ Khi lĩnh vực này là bằng 32: Các bitmap đã có tối đa là 232 màu. Nếu các

lĩnh vực nén của bitmap được thiết lập để BI_RGB, các lĩnh vực Palette không chứa

bất kỳ mục. Mỗi dword trong mảng bitmap đại diện cho thân nhân của intensities màu

xanh, màu xanh lá cây, và đỏ, tương ứng, cho một điểm ảnh. Cao byte trong mỗi

dword là không sử dụng.

12

Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH

Ngành công nghệ thông tin

Nếu các lĩnh vực nén của bitmap được thiết lập để BI_BITFIELDS, các lĩnh

vực Palette có chứa ba dword màu mặt nạ mà chỉ định màu đỏ, màu xanh, màu xanh

và các thành phần, tương ứng, trong mỗi điểm ảnh. Mỗi dword trong mảng bitmap đại

diện cho một điểm ảnh.

13

Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH

Ngành công nghệ thông tin

CHƯƠNG 3. KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH

3. 1.Các kĩ thuật giấu tin trong ảnh BITMAP

Việc giấu tin trong ảnh màu thì có rất nhiều thuận lợi so với việc giấu tin trong

ảnh đen trắng nó có một ưu điểm như sau:

Giấu được nhiều thông tin hơn so với ảnh đen trắng cùng kích cỡ

Độ an toàn cao hơn so với ảnh đen trắng vì có rất ít sự thay đổi so với ảnh gốc

ban đầu.

3.1.1.Ảnh nhỏ hơn hoặc bằng 8 bit màu

Không phải tất cả những ảnh nhỏ hơn hoặc bằng 8 bit màu đều có bảngmàu

được sắp xếp, do vậy việc sắp xếp LSB rất khó khăn. Ta cần sắp xếp lại bảng màu:

Chọn một màu bất kỳ giả sử màu có dạng: A(x, y, z) tđưa vào vị trí đầu tiên

Duyệt tất cả các màu B(m, n, p) còn lại và tính:

S(A, B) =sqrt((x-m)2 +(y-n)2+(z-p)2)

Ta sẽ chọn màu B có S(A, B) nhỏ nhất để sắp xếp cạn màu A sau đó lại tiếp tục

bước 2.

Quy trình kết thúc khi bảng màu đã được sắp xếp.

Lưu ý: Các điểm ảnh có chỉ số màu là 15 phải được đổi thành chỉ số 853. 1. 2

3.1.2.Ảnh 16 bit màu

Thực tế chỉ có 15 bit được dùng để biểu diễn cho một điểm ảnh :

5 bit dùng để biểu diễn cường độ tương đối màu đỏ

5 bit dùng để biểu diễn cường độ tương đối màu xanh lơ

5 bit dùng để biểu diễn cường độ tương đối màu xanh lam

Còn 1 bit không dùng đến là bit cao nhất ở byte thứ 2, đó chính là bit LSB của ảnh 16

bit màu. Nếu chỉ lấy một bit này thì lượng thông tin giấu là rất ít do đó cần lầy thêm

một số bit nữa.

3.1.3.Ảnh 24 bit màu

Mỗi một điểm ảnh được biểu diễn bằng 3 byte

1 byte dùng để biểu diễn cường độ tương đối màu đỏ

1 byte dùng để biểu diễn cường độ tương đối màu xanh lơ

1 byte dùng để biểu diễn cường độ tương đối màu xanh lam

Trong mỗi byte các bít nằm càng về cuối càng ít ảnh hưởng đến phần dữ liệu

ảnh. Thông thường để tăng lượng thông tin được giấu người ta thường lấy 4 bít cuối

mỗi byte để giấu thông tin.

Bằng thực nghiệm cho thấy nếu thay toàn bộ bít cuối của một byte thì ảnh kết

qủa cũng không khác nhiều lắm so với ảnh ban đầu. Điều này là vô cùng có ý nghĩa vì

ta có thể giấu được nhiều thông tin trong ảnh .

14

Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH

3.2. Kỹ thuật dùng hệ số DCT

3.2.1.Nền tảng kỹ thuật

Ngành công nghệ thông tin

Các ảnh JPEG có tỷ lệ nén cao, chất lượng tốt, do đó chúng được sử dụng nhiều

trên mạng. Tuy nhiên các tệp ảnh JPEG không phù hợp với xử lý bít như các ảnh dựa

trên bảng mầu, tuy vậy vẫn có thể dùng chúng để giấu dữ liệu.

Ảnh JPEG sử dụng biến đổi Cosin rời rạc để thực hiện nén ảnh Biến đổi cosin

rời rạc là phép biến đổi mất dữ liệu vì không thể tính chính xác các giá trị cosin, cũng

như có thể có các lỗi làm tròn. Độ lệch giữa dữ liệu gốc và dữ liệu phục hồi lại sau khi

biến đổi phụ thuộc vào các giá trị và phương pháp sử dụng để tính các trị cosin rời rạc.

Cũng có thể xử lý ảnh dùng biến đổi Fourier nhanh hoặc biến đổi sóng con

(wavelet transformation). Thuật toán JPEG làm việc bằng cách chia ảnh ra thành các

ma trận 8x8. Sau đó tính hệ số biến đổi cosin rời rạc cho từng ma trận. Bước tiếp theo

các hệ số này được nhân với một ma trận lượng hoá. Kết quả thu được sẽ được làm

tròn đến số nguyên gần nhất, cuối cùng các số nguyên này được nén và lưu lại.

Các cấu tử DCT chính là nơi chúng ta có thể giấu dữ liệu. Cách tiếp cận phổ

biến là chọn các hệ số DCT lớn và sử đi chút ít. Vì hệ số lớn tức mức "năng lượng"

cao nên ít làm thay đổi ảnh nhất. Một hướng khác là chọn các hệ số DCT trong các

vùng mà mắt người không nhìn thấy.

Các thuật toán JPEG nổi tiếng áp dụng trong F5 và JSteg đều dùng cách sửa

DCT để nhúng dữ liệu. Cả hai phương pháp này đều qua được mắt thường nhưng

không qua được các phương pháp phân tích thống kê.

Dung lượng giấu :

Dung lượng giấu không cao, và vì vậy phù hợp hơn với thuỷ ấn.

3.2.2.Phép biến đổi cosin rời rạc (DCT)

Biến đổi cosin rời rạc viết tắt là DCT-Discrete Cosine Transform được đưa ra

bởi Ahmed và các đồng nghiệp của ông vào năm 1974. Phép biến đổi DCT đã được

dùng trong dạng chuẩn ảnh JPEG.  Định nghĩa biến đổi cosin rời rạc hai chiều:

- Biến đổi DCT hai chiều tổng quát là biến đổi trên khối hai chiều bất kỳ m x n,

trong đó các khối kích thước 8*8, 16*16 được sử dụng nhiều nhất. Tuy nhiên, chúng ta

sẽ chỉ tìm hiểu phép biến đổi DCT trên khối 8*8 được sử dụng trong chuẩn nén ảnh

JPEG.

- Phép biến đổi thuận DCT 8*8 được định nghĩa như sau:

15

Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH

Ngành công nghệ thông tin

3.2.3.Đặc điểm của phép biến đổi DCT hai chiều

- Thể hiện đặc tính nội dung về tần số thông tin ảnh. Hệ số góc trên là lớn và

đặc trưng cho giá trị trung bình thành phần một chiều gọi là hệ số DC, còn các hệ số

khác có giá trị nhỏ hơn biểu diễn cho các thành phần tần số cao theo hướng ngang và

theo hướng thẳng đứng gọi là hệ số AC.

- Bản thân biến đổi DCT không nén được dữ liệu vì cũng sinh ra 64 hệ số.

- Theo nguyên lý chung, khi biến đổi chi tiết giữa các điểm ảnh càng lớn theo

một hướng nào đó trong khối các điểm ảnh, hướng ngang, hướng thẳng đứng hay theo

hướng đường chéo thì tương ứng theo các hướng đó, các biến đổi DCT càng lớn.

- Theo nguyên lý chung, khi biến đổi chi tiết giữa các điểm ảnh càng lớn theo

một hướng nào đó trong khối các điểm ảnh, hướng ngang, hướng thẳng đứng hay theo

hướng đường chéo thì tương ứng theo các hướng đó, các biến đổi DCT càng lớn.

- DCT làm giảm độ tương quan không gian của thông tin trong khối ảnh. Nhờ

các đặc tính tần số không gian của hệ thống nhìn của mắt người, các hệ số DCT có thể

được mã hoá phù hợp, chỉ các hệ số DCT quan trọng nhất mới được mã hoá để truyền

đi.

- Khối hệ số DCT có thể chia thành 3 miền: miền tần số thấp, miền tần số cao,

miền tần số giữa:

+ Miền tần số thấp: chứa các thông tin quan trọng ảnh hưởng đến tri giác.

+ Miền tần số cao: các thông tin trong miền tần số cao thường không mang tính

tri giác cao, khi nén JPEG thì thường loại bỏ thông tin trong miền này. Trong các thuật

toán thuỷ vân, miền hệ số DCT tần số cao thường không được sử dụng do nó thường

không bền vững với các phép xử lý ảnh, hoặc nén ảnh JPEG. Miền tần số cao cũng

khó được sử dụng do một sự thay đổi dù nhỏ trong miền này cũng dẫn đến chất lượng

tri giác của ảnh.

+ Miền tần số giữa: thường hay được sử dụng nhất và cũng cho kết quả tốt nhất.

Trong thuật toán đề xuất cũng sử dụng miền tần số ở giữa.

16

Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH

Ngành công nghệ thông tin

3.3. Kỹ thuật giấu tin trong miền biến đổi DCT

Thuật toán dưới đây sẽ sử dụng phương pháp nhúng thuỷ vân trong miền tần số

của ảnh, giải tần được sử dụng để chứa tín hiệu thuỷ vân là miền tần số ở giữa của một

khối DCT 8x8. Trong đó, các khối DCT 8x8 là những khối ảnh cùng kích thước đã

được chọn ra ngẫu nhiên từ ảnh ban đầu và được áp dụng phép biến đổi cosin rời rạc

DCT để chuyển sang miền tần số. Mỗi tín hiệu thuỷ vân sẽ được chứa trong một khối.

3.3.1.Mô tả thuật toán

- Input:

Watermark: Một chuỗi các bit b.

Một ảnh F.

- Output:

Một ảnh sau khi thuỷ vân, F’.

Khoá để giải mã K.

3.3.2.Quá trình Watermarking

Một ảnh có kích m x n sẽ được chia thành (m x n)/64 khối 8 x 8, mỗi bit sẽ

được giấu trong một khối. Chọn một khối bất kỳ B và biến đổi DCT khối đó thu được

B’. Chọn hai hệ số ở vị trí bất kỳ trong miền tần số ở giữa của khối DCT, giả sử đó là

b’(i,j) và b’(p,q). Ta tính:

d = || b’(i,j) - |b’(p,q)|| mod a

Trong đó a là một tham số thoả mãn: a= 2(2t + 1), t là một số nguyên dương.

- Bit S_isẽ được nhúng sao cho thoả mãn điều kiện :

+ Nếu d<2t+1 mà S_i=1 thì một trong hai hệ số DCT b’(i,j) hoặc b’(p,q) có trị

tuyệt đối lớn hơn sẽ bị thay đổi để d>= 2t+1 theo công thức sau:

max(|b’(i,j)| , |b’(p,q)|) + (INT(0.75*a)- d)

Với hàm max (|b’(i,j)| , |b’(p,q)|) là hàm chọn ra hệ số có trị tuyệt đối lớn hơn,

hệ số được chọn sẽ được cộng thêm một lượng là (INT(0.75*a) - d) hoặc cũng có thể

biến đổi một trong hai hệ số theo công thức:

min(|b’(i,j)| , |b’(p,q)|) - (INT(0.75*a) + d)

Với hàm min(|b’(i,j)| , |b’(p,q)|) là hàm chọn ra hệ số có trị tuyệt đối nhỏ hơn,

hệ số được chọn sẽ bị trừ đi một lượng là (INT(0.75*a) + d) INT() là hàm làm lấyphần

nguyên của một số thực.

+ Tương tự, nếu d>= 2t+1 mà S_i= 0 thì một trong hai hệ số DCT b’(i,j) hoặc

b’(p,q) có trị tuyệt đối lớn hơn sẽ được thay đổi để thoả mãn d<2t+1 như sau:

17

Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH

max(|b’(i,j)| , |b’(p,q)|) – (d- (INT(0.75*a)))

Ngành công nghệ thông tin

hàm max(|b’(i,j)| , |b’(p,q)|) là hàm chọn ra hệ số có trị tuyệt đối lớn, hệ số được chọn

sẽ bị trừ đi một lượng là (d- (INT(0.75*a)) hoặc cũng có thể biến đổi một trong hai hệ

số theo công thức:

min(|b’(i,j)| , |b’(p,q)|) + (INT(0.75*a)- d)

hàm min(|b’(i,j)| , |b’(p,q)|) là hàm chọn ra hệ số có trị tuyệt đối nhỏ hơn, hệ số đuợc

chọn sẽ được cộng thêm một lượng là (INT(1.25*a)-d)

Hình 3.1.Sơ đồ nhúng thủy vân

18

Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH

- Quá trình giải nhúng:

Ngành công nghệ thông tin

Đọc vào khối DCT đã nhúng thủy vân và vị trí hai hệ số đã biến đổi, sau đó tính:

d=||b’(i,j)|-|b’(p,q)|| mod a

Nếu d>=2t+1 thì S_i=1

với (a=2(2t+1))

Nếu d<2t+1 thì S_i=0

Quá trình giải mã được mô tả như sau:

Hình 3.2.Sơ đồ quá trình giải mã

- Chứng minh tính đúng đắn của thuật toán:

Xét các trường hợp sau đây:

+ Hai trường hợp nếu d< 2t+1 với S_i= 0 và d>=2t+1 với S_i=1 thì sẽ

không thay đổi gì hệ số của khối DCT, và vì DCT là phép biến đổi hoàn toàn đảo

ngược nên khi giải mã thì ta cũng thu được kết quả chính xác.

+ Trường hợp d<2t+1 và S_i= 1Ta biến đổi một trong hai hệ số b’(i,j) và b’(p,q)

như sau:

max(|b’(i,j)| , |b’(p,q)|) + (INT(0.75*a)- d)

19

Đồ án môn: XỬ LÝ ẢNH

Khi đó giá trị d mới là :

Ngành công nghệ thông tin

d’ = (||b’(i,j)| -|b’(p,q)| |+ (INT(0.75*a)- d)) mod a

d’ = (|b’(i,j)| - |b’(p,q)|| mod a)+ (INT(0.75*a)mod a)-(d mod a)

d’ = d+INT(0.75*a)-d = INT(0.75*a)> 0.5*a=2t+1(dfcm)

+ Trường hợp d>=2t+1 và S_i= 0 Ta biến đổi một trong hai hệ số DCT b’(i,j) và

b’(p,q) như sau:

max(|b’(i,j)| , |b’(p,q)|) - (d-INT(0.25*a))

Khi đó giá trị d mới là :

d’ = (||b’(i,j)| -|b’(p,q)| |- (d-INT(0.25*a)) mod a

d’ = (|b’(i,j)| - |b’(p,q)|| mod a)+ (INT(0.25*a)mod a)-(d mod a)

d’ = d-d + 0.25*a= 0.75*a)> 0.5*a=2t+1(dfcm)

3.4. Cài đặt và thực nghiệm

* Cài đặt

- Ngôn ngữ cài đặt, môi trường soạn thảo Microsoft Visual Studio.

- Chạy chương trình được thực hiện trên ngôn ngữ lập trình C#.

* Thực nghiệm

Giao diện của chương trình:

Hình 3.3.Giao diện chính của chương trình

20