Tài liệu Luận văn giấu tin thuận nghịch trên ảnh số sử dụng phương pháp dự đoán và dịch chuyển histogram

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG ----------------------------- LÊ TRƯỜNG THÔNG GIẤU TIN THUẬN NGHỊCH TRÊN ẢNH SỐ SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP DỰ ĐOÁN VÀ DỊCH CHUYỂN HISTOGRAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên - 2015 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan. Những nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy giáo, PGS.TS Phạm Văn Ất. Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố. Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm qui chế đào tạo, hay gian trá tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. HỌC VIÊN Lê Trường Thông ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin được bày tỏ sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Phạm Văn Ất, một người thầy đã dạy em trong nhiều năm qua; đặc biệt, qua thời gian làm luận văn, thầy luôn giảng giải cho em những kiến thức khoa học theo bản chất của chúng; thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo để em có thể làm chủ được kiến thức trong nội dung luận văn của mình. Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo giảng dạy cho Khoa Công nghệ thông tin trường Đại học Công nghệ thông tin và truyền thông – Đại học Thái Nguyên đã truyền đạt những kiến thức và giúp đỡ em trong suốt quá trình học của mình. Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới Bộ phận đào tạo Sau đại học cũng như Phòng đào tạo Trường Đại học Công nghệ thông tin và truyền thông đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt thời gian của khóa học và trong thời gian hoàn thành luận văn. Xin được gửi lời cảm ơn đến lãnh đạo và đồng nghiệp của Phòng Khảo thí và Đảm bảo chất lượng Trường Đại học Công đoàn – đơn vị nơi tôi đang công tác, đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong thời gian học tập cũng như làm luận văn. Không thể quên gửi lời cảm ơn đến một người anh là TS. Đỗ Văn Tuấn, người đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu cũng như chỉ cho tôi nhiều kiến thức, đặc biệt là trong lúc tôi làm luận văn. Cuối cùng, xin được gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè – những người đã ủng hộ, động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để tôi có được kết quả như ngày hôm nay. Hà Nội, tháng 12 năm 2015 HỌC VIÊN Lê Trường Thông iii MỤC LỤC Trang bìa phụ Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục thuật ngữ Anh – Việt MỞ ĐẦU ..................................................................................................... - 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ........................................................................... - 1 1.1. Giấu tin .................................................................................. - 1 1.1.1. Vài nét về lịch sử giấu tin................................................................................ - 1 1.1.2. Khái niệm giấu tin ........................................................................................... - 2 1.1.3. Phân loại các kỹ thuật giấu tin ........................................................................ - 2 1.1.4. Mô hình kỹ thuật giấu tin ............................................................................... - 3 1.1.5. Ứng dụng của kỹ thuật giấu tin ...................................................................... - 5 - 1.2. Ảnh số.................................................................................... - 6 1.2.1. Khái niệm ảnh Bitmap .................................................................................... - 7 1.2.2. Phân loại ảnh Bitmap...................................................................................... - 7 1.2.3. Định dạng tệp ảnh Bitmap .............................................................................. - 7 1.2.4. Chất lượng ảnh ............................................................................................. - 10 1.2.5. Một số đặc trưng ảnh số .............................................................................. - 11 - 1.3. Môi trường giấu tin ............................................................. - 12 1.3.1. Giấu tin trong ảnh ......................................................................................... - 12 1.3.2. Giấu tin trong audio...................................................................................... - 12 1.3.3. Giấu tin trong video ...................................................................................... - 13 1.3.4. Giấu tin trong văn bản .................................................................................. - 13 - 1.4. Các hướng tiếp cận giấu tin trên ảnh ................................... - 14 1.4.1. Tiếp cận miền không gian ảnh ...................................................................... - 14 1.4.2. Tiếp cận miền tần số ảnh.............................................................................. - 14 - 1.5. Một số lược đồ giấu tin trên ảnh nhị phân .......................... - 15 - iv 1.5.1. Kỹ thuật giấu tin Wu-Lee .............................................................................. - 15 1.5.2. Kỹ thuật giấu tin CPT..................................................................................... - 20 - CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP DỊCH CHUYỂN HISTOGRAM VÀ DỰ ĐOÁN ... - 29 2.1. Sơ lược giấu tin thuận nghịch .............................................. - 29 2.1.1. Giấu tin không thuận nghịch và giấu tin thuận nghịch ................................. - 29 2.1.2. Chút lịch sử giấu tin thuận nghịch ................................................................ - 29 2.1.3. Giấu tin và thủy vân ...................................................................................... - 30 2.1.4. Một số hướng tiếp cận giấu tin thuận nghịch .............................................. - 31 - 2.2. Phương pháp histogram ...................................................... - 32 2.2.1. Một số khái niệm .......................................................................................... - 32 2.2.2 Thuật toán giấu tin ........................................................................................ - 33 2.2.3. Lược đồ giấu tin ............................................................................................ - 34 2.2.4 Thuật toán trích tin và khôi phục ảnh gốc ..................................................... - 35 2.2.5. Lược đồ trích tin và khôi phục ảnh gốc ........................................................ - 36 2.2.6. Ví dụ .............................................................................................................. - 37 - 2.3. Phương pháp dự đoán ......................................................... - 39 2.3.1. Dự đoán tuyến tính ...................................................................................... - 39 2.3.2. Thuật toán giấu tin ....................................................................................... - 39 2.3.3. Lược đồ giấu tin ............................................................................................ - 40 2.3.4. Thuật toán trích tin và khôi phục ảnh gốc ................................................... - 41 2.3.5. Lược đồ trích tin và khôi phục ảnh gốc ....................................................... - 42 2.3.6. Ví dụ .............................................................................................................. - 43 - CHƯƠNG 3. CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM .......................................................... - 46 3.1. Bài toán thử nghiệm ............................................................ - 46 3.1.1. Tệp ảnh sử dụng để thử nghiệm .................................................................. - 47 3.1.2. Bài toán giấu tin ........................................................................................... - 48 3.1.3. Bài toán trích tin và khôi phục ảnh gốc ....................................................... - 48 - 3.2. Chương trình thử nghiệm .................................................... - 49 3.2.1. Môi trường cài đặt ....................................................................................... - 49 3.2.2. Tham quan thư mục chứa tệp mã nguồn .................................................... - 49 3.2.3. Một số đoạn mã nguồn quan trọng............................................................. - 50 - v 3.2.4. Hướng dẫn sử dụng chương trình............................................................ - 53 - 3.3. Khả năng giấu tin và chất lượng ảnh .................................... - 54 3.3.1. Khả năng giấu tin ......................................................................................... - 54 3.3.2. Chất lượng ảnh chứa tin ............................................................................... - 54 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................... - 58 I. Tiếng Việt ................................................................................ - 59 II. Tiếng Anh................................................................................ - 59 - vi DANH MỤC THUẬT NGỮ ANH – VIỆT Thuật ngữ Anh Thuật ngữ Việt (tạm dịch) Cover image / host/Original image Ảnh phủ / Ảnh gốc Extract Trích (tin) Frequency domain Miền tần số Hide / embed Giấu / nhúng (tin) Hiding capacity Khả năng giấu tin Histogram shifting Dịch chuyển histogram Index domain Miền chỉ số Medical imange Ảnh y tế Neighboring pixcel Điểm ảnh lân cận Prediction technique Kỹ thuật dự đoán Quality Chất lượng (ảnh) Reversible data hiding Giấu tin thuận nghịch Screte message / hidden data Tin mật / giữ liệu giấu Spatial domain Miền không gian Stego-image / marked image Ảnh gốc Embedding proceduce Thủ tục nhúng (tin) Residual image Ảnh dự đoán Residual value Giá trị dự đoán Residual histogram Histogram dự đoán Extract and recovery proceduce Thủ tục trích và khôi phục Experimental result Kết quả thực nghiệm PSNR - Peak Signal to Noise Ratio Tỉ số đỉnh tín hiệu trên nhiễu -1- MỞ ĐẦU Một trong những sự kiện trọng đại của những thập niên cuối thế kỷ 20, đầu thế kỷ 21 là sự ra đời phát triển của mạng Internet. Thông tin đã trở thành sẵn sàng trực tuyến, mọi người đều có thể kết nối vào Internet để tìm kiếm thông tin một cách dễ dàng thông qua nhà cung cấp dịch vụ Internet. Người dùng có thể đọc các thông tin mới nhất, tra cứu các thư viện số, tìm thông tin lĩnh vực mình quan tâm. Bên cạnh đó các nhà cung cấp sản phẩm cũng sẵn sàng cung cấp dữ liệu của mình cho người dùng thông qua mạng. Hiện nay, các thông tin quan trọng thường được lưu trữ và truyền tải dưới dạng tệp dữ liệu số như: ảnh, âm thanh và video. Tuy nhiên việc phân phối một cách phổ biến các tài nguyên trên mạng hiện nay với sự trợ giúp của phần mềm, người dùng có thể dễ dàng tạo ra các bản sao có chất lượng ngang bằng so với dữ liệu gốc. Bên cạnh đó, vấn nạn sao chép, tái phân phối bất hợp pháp, làm giả dữ liệu số ngày một gia tăng. Do vậy, vấn đề bảo vệ dữ liệu số nói chung và ảnh số nói riêng đang nhận được nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu trong và ngoài nước. Một trong những mục tiêu nghiên cứu của an toàn dữ liệu và bảo mật thông tin là xây dựng quy trình và giải pháp bảo vệ các tài liệu, ngăn chặn các hoạt động không hợp pháp. Giấu tin thuận nghịch hiện đang được xem là một trong những giải pháp quan trọng trong việc bảo vệ thông tin mật và tính toàn vẹn của dữ liệu số. Dấu tin thuận nghịch là kỹ thuật giấu thông tin mật vào dữ liệu ảnh trước khi ảnh được phân phối trên môi trường trao đổi không an toàn, việc giấu thông tin vào ảnh sẽ làm giảm chất lượng ảnh. Các thuật toán đề xuất đều có mục tiêu không chỉ giấu được nhiều lượng thông tin mà còn giữ cho chất lượng ảnh ít bị thay đổi nhất. Đây cũng là các tiêu chí để đánh giá một lược đồ giấu tin tốt hay xấu. -2- Nội dung luận văn tập trung vào việc nghiên cứu một số kỹ thuật giấu tin thuận nghịch và đối tượng được chọn làm môi trường dấu tin là ảnh số. Cấu trúc của luận văn Dựa vào mục tiêu đã xác định, nội dung của luận văn sẽ được trình bày qua 3 chương như sau: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Phương pháp dịch chuyển histogram và dự đoán Chương 3: Cài đặt thử nghiệm Do thời gian và trình độ còn hạn chế nên luận văn khó tránh khỏi những sai sót, kính mong nhận được sự đóng góp chỉ bảo của các thầy, cô giáo và các bạn đồng nghiệp. Qua đây tôi xin cảm ơn thầy giáo, PGS.TS Phạm Văn Ất và các thầy, cô giáo trong Trường Đại học Công nghệ thông tin và truyền thông – Đại học Thái Nguyên đã tận tình hướng dẫn tôi trong quá trình học tập cũng như trong thời gian nghiên cứu hoàn thiện luận văn này. -1- CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Giấu tin 1.1.1. Vài nét về lịch sử giấu tin Các kỹ thuật giấu tin đã được đề xuất và sử dụng từ thời xa xưa, và sau này đã được phát triển ứng dụng cho nhiều lĩnh vực. Từ Steganography bắt nguồn từ Hi Lạp với ý nghĩa 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 chếp sớm nhất về kỹ thuật giấu thông tin thuộc về sử gia Hi Lạp Herodotus. Khi bạo chúa Herodotus bị vua Darius bắt ở Susa vào thế kỷ thứ V trước công nguyên, ông ta đã gửi một bài báo bí mật cho con rể của mình là Aristagoras ở Milesus. Để thực hiện điều này, Histiaeus đã cạo trọc đầu 1 nô lệ tin cậy và xăm một thông báo trên da đầu người nô lệ ấy. Khi tóc người nô lệ đủ dài người nô lệ được gửi tới Milesus. Một câu chuyện khác về thời Hi Lạp cổ đại cũng do Herodotus ghi lại. Môi trường để ghi văn bản chính là cá viên thuốc được bọc trong sáp ong. Demeratus, một người Hi Lạp, cần thông báo cho Sparta rằng Xarxes định xâm chiếm Hi Lạp. Để tránh bị phát hiện, anh ta đã bóc viên thuốc này, sau đó bọc lại cá viên thuốc này bằng một lớp sáp mới. Những viên thuốc được để ngỏ và lọt qua mọi sự kiểm soát một cách dễ dàng. Mực không màu là phương tiện hữu hiệu cho bảo mật thông tin trong một thời gian dài. Người Roman cổ đã biết sử dụng những chất sẵn có như nước quả, nước tiểu và sữa để viết các thông báo bí mật giữa những hàng văn tự thông thường. Khi bị hơ nóng, những thứ mực không nhìn thấy trở nên sẫm màu và có thể đọc dễ dàng. Mực không màu cũng được sử dụng rất gần đây, như trong thời gian chiến trang thứ II. Như vậy ý tưởng về che giấu thông tin đã có từ hàng nghìn năm về trước nhưng chủ yếu được áp dụng trong quân đội và các cơ quan tình báo. Mãi cho tới vài thập niên gần đây, do sự phát -2- triển rộng rãi của internet, nhu cầu bảo mật thông tin cho cá nhân và các cơ sở tư nhân và các giao dịch trên mạng máy tính ngày một trở thành bức thiết, giấu thông tin mới nhận được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu với hàng loạt công trình có giá trị được áp dụng rộng rãi và công khai trong hoạt động sản xuất, quản trị kinh doanh. Cuộc cách mạng số hóa thông tin và sự phát triển nhanh chóng của mạng truyền thông là nguyên nhân chính dẫn đến sự thay đổi này. Gần đây, những phiên bản sao chép hoàn hảo, các kỹ thuật thay thế, sửa đổi tinh vi, cộng với sự lưu thông phân phối trên diện rộng của các dữ liệu đa phương tiện đã làm nảy sinh nhiều vấn đề nhức nhối về nạn ăn cắp bản quyền, phân phối bất chấp hợp pháp, xuyên tạc trái phép càng đòi hỏi phải đẩy mạnh hơn nữa việc nghiên cứu trong lĩnh vực này. 1.1.2. Khái niệm giấu tin Giấu tin là một kỹ thuật giấu một lượng thông tin số nào đó vào một đối tượng dữ liệu số khác. Kỹ thuật giấu tin nhằm hai mục đích: một là bảo mật cho dữ liệu được đem giấu, hai là bảo vệ cho chính đối tượng được giấu tin ở trong. Hai mục đích khác nhau này dẫn đến hai kỹ thuật chủ yếu của giấu tin. Hướng thứ nhất là giấu tin mật, nhằm tập trung vào các kỹ thuật giấu tin sao cho người khác khó phát hiện được đối tượng có chứa thông tin mật bên trong. Hướng thứ hai là thủy vân số, hướng thủy vân số có miền ứng dụng lớn hơn nên được quan tâm nghiên cứu nhiều hơn và thực tế đã có rất nhiều kỹ thuật đã được đề xuất. 1.1.3. Phân loại các kỹ thuật giấu tin Có nhiều cách phân loại khác nhau dựa trên những tiêu chí khác nhau. Có thể chia lĩnh vực giấu tin thành hai hướng chính, đó là thủy vân số và giấu tin mật. Giấu tin mật với mục đích bảo toàn và bảo mật thông tin, tập trung vào các kỹ thuật giấu tin, sao cho người khác khó phát hiện việc có tin được giấu. -3- Kỹ thuật giấu tin mật luôn chú trọng đến tính che giấu, với tính che giấu, các đối thủ khó có thể phát hiện được đối tượng có chứa tin mật bên trong hay không; hơn nữa, nếu phát hiện có giấu tin thì việc giải mã thông tin mật cũng khó có thể thực hiện được. Ðồng thời, các kỹ thuật giấu tin mật còn quan tâm lượng tin có thể được giấu. Phạm vi ứng dụng của thủy vân đa dạng hơn, tuỳ theo mục đích của hệ thủy vân mà người ta lại chia thành các hướng nhỏ như: thủy vân dễ vỡ và thủy vân bền vững. Thủy vân bền vững quan tâm nhiều đến việc nhúng những mẩu tin đòi hỏi độ bền vững cao của thông tin được giấu trước các biến đổi thông thường trên dữ liệu môi trường. Thủy vân dễ vỡ yêu cầu thông tin giấu sẽ bị sai lệch nếu có bất kỳ sự thay đổi nào trên dữ liệu chứa. Như vậy, kỹ thuật giấu tin có thể được phân loại như trong Hình 1.1. Hình` 1.1. Phân loại kỹ thuật giấu tin 1.1.4. Mô hình kỹ thuật giấu tin Giống như các lược đồ mã hóa thông tin, một kỹ thuật giấu tin gồm thuật toán nhúng tin và thuật toán trích tin. Theo [5], sơ đồ của thuật toán nhúng tin tổng quát có mô hình như sau: -4- Hình 1.2. Mô hình thuật toán nhúng tin Trong Hình 1.2, môi trường giấu tin là những dữ liệu dùng để chứa thông tin mật, dữ liệu môi trường thường là những dữ liệu được dùng phổ biến trên Internet như: tệp ảnh, tệp âm thanh, tệp video, tệp text…Thông tin cần giấu là một lượng thông tin mang ý nghĩa và mục đích nào đó tùy thuộc vào mục đích và yêu cầu của người sử dụng (tin mật). Tin mật được nhúng vào trong môi trường chứa thông tin nhờ một bộ nhúng thông tin. Trong quá trình nhúng tin, thuật toán có thể sử dụng hệ thống khóa làm tăng tính an toàn cho hệ thống. Sau khi nhúng tin mật vào dữ liệu môi trường ta nhận được dữ liệu môi trường có chứa tin. Dữ liệu này được truyền tải trên các môi trường truyền thông khác nhau. Khi nhận được dữ liệu có chứa tin, người nhận thực hiện thuật toán trích tin tương ứng để trích rút tin mật từ dữ liệu môi trường. Trong một số trường hợp, người dùng có thể khôi phục lại dữ liệu môi trường từ dữ liệu chứa tin. Theo , thuật toán trích tin có mô hình thực hiện như: -5- Hình 1.3. Mô hình trích tin Trong hình 1.3 đã chỉ ra các nhiệm vụ của quá trình giải mã thông tin đã được giấu. Quá trình giải mã này phải được thực hiện thông qua một bộ giải mã tương ứng với bộ nhúng thông tin và kết hợp với khóa để giải mã tin. Khóa để giải mã tin này có thể giống hay khác với khóa đã nhúng tin. Kết quả thu được bao gồm môi trường gốc và thông tin đã được che giấu. Tùy theo các trường hợp cụ thể, thông tin tách được ra có thể phải cần xử lý, kiểm định và so sánh với thông tin đem giấu ban đầu. Thông qua dữ liệu được tách ra từ môi trường chứa thông tin giấu, người ta có thể biết được trong quá trình truyền tải, phân phát dữ liệu có bị xâm phạm, tấn công hay không. Đối với các hệ thống giấu thông tin mật này rất quan tâm đến tính an toàn và bảo mật thông tin của dữ liệu cần giấu. Hệ thống giấu tin mật có độ bảo mật cao nếu có độ phức tạp của các thuật toán thám mã khó có thể thực hiện được trên máy tính. Tuy nhiên, cũng có các hệ thống chỉ quan tâm đến số lượng thông tin có thể được che giấu, hay quan tâm đến sự ảnh hưởng của thông tin mật đến các môi trường chứa dữ liệu. 1.1.5. Ứng dụng của kỹ thuật giấu tin Giấu tin mật: Thông tin được giấu trong những trường hợp này cần được bảo mật trước các đối thủ. Việc giải mã để nhận được thông tin cũng -6- không cần dữ liệu môi trường gốc. Đối với các thuật toán giấu tin mật chúng ta không chú trọng đến việc bảo vệ thông tin mật trước sự tấn công của các đối thủ mà thay vào đó các thuật toán quan tâm đến tính ẩn và tính an toàn đối với dữ liệu cần giấu. Do đó, các thuật toán giấu tin có độ bảo mật cao sẽ được sử dụng trong các ứng dụng giấu tin mật. Bảo vệ bản quyền tác giả: Đây là ứng dụng cơ bản nhất của kỹ thuật thủy vân số. Một thông tin nào đó mang ý nghĩa bản quyền được sở hữu bởi tác giả gọi là thủy vân, thông tin này sẽ được nhúng vào trong các sản phẩm multimedia, và đó là minh chứng cho bản quyền của tác giả nhằm bảo vệ các sản phầm chống lại các hành vi lấy cắp hoặc làm nhái. Yêu cầu kỹ thuật đối với ứng dụng này là thủy vân phải tồn tại bền vững cùng với sản phẩm, khi muốn bỏ thủy vân này mà không được phép của người chủ sở hữu thì chỉ còn cách là phá huỷ sản phẩm. Xác thực thông tin: Một tập các thông tin sẽ được giấu trong dữ liệu nguồn và thông tin sẽ được sử dụng để nhận biết xem dữ liệu nguồn có bị thay đổi hay không. Với kiểu ứng dụng này các thủy vân nên được ẩn để tránh được sự tò mò của đối phương, hơn nữa việc làm giả các thủy vân hợp lệ hay xuyên tạc thông tin nguồn cũng cần được xem xét. Trong các ứng dụng thực tế, người ta mong muốn tìm được vị trí bị xuyên tạc cũng như phân biệt được các thay đổi. Yêu cầu chung đối với ứng dụng này là khả năng giấu thông tin cao và thủy vân không cần bền vững. 1.2. Ảnh số Như đã biết, ảnh số được lượng tử hóa từ ảnh liên tục (ảnh tự nhiên). Do vậy, dữ liệu của ảnh số có sự tương quan cao. Nói cách khác, các điểm ảnh lân cận (liền kề) thường có giá trị xấp xỉ nhau. -7- 1.2.1. Khái niệm ảnh Bitmap Ảnh Bitmap là định dạng ảnh do Microsoft đề xuất, có phần mở rộng là BMP, loại ảnh này truyền tải, sử dụng rộng rãi trên máy tính, và các thiết bị điện tử khác. 1.2.2. Phân loại ảnh Bitmap Trên phương diện toán học, ảnh số được xem như là một ma trận nguyên dương có m hàng và n cột, mỗi phần tử của ma trận đại diện cho một điểm ảnh. Dựa theo màu sắc ta có thể chia ảnh số thành 3 dạng cơ bản như: ảnh nhị phân, ảnh đa cấp xám và ảnh màu (true color). - Ảnh nhị phân là ảnh chỉ có hai màu, một màu đại diện cho màu nền và màu còn lại cho đối tượng của ảnh. Nếu hai màu là đen và trắng thì gọi là ảnh đen trắng. Như vậy, ảnh nhị phân được xem như một ma trận nhị phân. - Ảnh đa cấp xám là ảnh có thể nhận tối đa 256 mức sáng khác nhau trong khoảng màu đen – màu trắng. Như vậy, ảnh đa cấp xám xem như là ma trận không âm có giá trị tối đa 255. - Ảnh màu hay còn gọi là ảnh true color, mỗi điểm ảnh được biểu diễn bởi một số byte (thường 3 byte) đại diện cho 3 thành phần màu R, G và B. Như vậy, ảnh màu có thể xem như 3 ma trận nguyên ứng với 3 thành phần màu của các điểm ảnh. Trong lĩnh vực giấu tin, mỗi dạng ảnh có những thuận lợi, khó khăn và cách tiếp cận riêng. Tuy nhiên, một lược đồ giấu tin trên ảnh nhị phân ta có thể dễ dàng áp dụng cho ảnh đa cấp xám hoặc ảnh màu thông qua tính chẵn lẻ của giá trị điểm ảnh. Nhưng từ lược đồ giấu tin trên ảnh màu hoặc ảnh đa cấp xám khó có thể áp dụng đối với ảnh nhị phân. 1.2.3. Định dạng tệp ảnh Bitmap Ảnh Bitmap được lưu trữ dưới dạng nhị phân, một tệp định dạng bitmap được chia thành các phần cơ bản như: phần tiêu đề file (BITMAP -8- HEADER), thông tin về ảnh (BITMAP INFOR), bảng màu (PALLETE Table) và vùng dữ liệu ảnh (DATA). Và thứ tự các phần của tệp ảnh được lưu trữ tuần tự trong bộ nhớ như trong hình Hình 1.5 BITMAP HEADER BITMAP INFOR PALLETE Table DATA Hình 1.5. Minh hoạ cấu trúc tệp ảnh bitmap  Ý nghĩa các phần trong tệp ảnh bitmap Bitmap Header: mô tả thông tin chung về File định dạng bitmap, độ dài của phần này được cố định với mọi file ảnh bitmap. Bảng 1.1. Cấu trúc và nội dung của Bitmap File Header Byte# Data Giá trị 1 Kiểu tệp ‘B’ 2 Kiểu tệp ‘M’ 3-6 Size of the file Unsigned long 7 - 10 Reserved Zero 11 - 14 Byte offset to bitmap data Số TT (tính từ 0) byte đầu của BMP data Bitmap Infor: mô tả thông tin về ảnh được lưu trữ, độ dài của phần này cũng cố định. Bảng 1.2. Cấu trúc và nội dung của Bitmap Info Byte # Data Giá trị 1–4 Number of bytes in Bitmap Info 40 5–8 Width of bitmap In pixels -9- 9 – 12 Height of bitmap In pixels 13 – 14 Number of color planes 1 15 – 16 Number of bits per pixels 1, 4, 8 hoặc 24 17 – 20 Type of compression 21 – 24 Size of image 25 – 28 Horizontal resolution 29 – 32 Vertical resolution 33 – 36 Number of colors In color Palette Ảnh 24 bít – 0 In bytes Ảnh 8 bít - nếu 0 thì 256 mầu 37 – 40 Number of colors importal Pallete Table: chính là bảng màu của ảnh bitmap, độ dài của phần này có thể bằng không (không có bảng màu) đối với ảnh đen trắng và ảnh màu có số lượng màu lớn hơn 256 màu. Bảng 1.3. Cấu trúc và nội dung của Color Palette Byte# Data Giá trị Entry - chỉ số mầu 1 Blue color value 0 – 255 0 2 Green color value 0 – 255 0 3 Red color value 0 – 255 0 4 Reserved 0 0 5 Blue color value 0 – 255 1 6 Green color value 0 – 255 1 7 Red color value 0 – 255 1 8 Reserved 0 1 9 … - 10 - Data: Thông tin của từng điểm ảnh, độ dài của phần này phụ thuộc kích thước ảnh. Phần này lưu trữ dữ liệu ảnh theo hướng từ dưới lên trên và từ trái qua phải. Với ảnh 8 bit màu giá trị của mỗi điểm ảnh trong vùng Data là chỉ số của màu trong bảng màu, chỉ số màu của điểm ảnh là một số nguyên có giá trị từ 0 đến 255. Như đã trình bày ở trên, với ảnh có số lượng màu lớn hơn 256 màu thì giá trị trong vùng Data chính là giá trị của các thành phần màu cơ bản, số lượng bit dùng để biểu diễn giá trị cho từng thành phần màu có thể sẽ khác nhau phụ thuộc vào chất lượng ảnh. Đối với ảnh 24 bit màu, mỗi thành phần màu được lưu trữ bởi 8 bit và thứ tự lưu trữ là B, G, R. 1.2.4. Chất lượng ảnh Như đã đề cập ở trên, chất lượng ảnh chứa tin là một trong những yếu tố quan trọng trong giấu tin mật, đặc biệt là thủy vân số. Chất lượng ảnh chứa tin có thể được đánh giá bằng hệ số PSNR (Peak Signal-to-Noise Ratio). Lược đồ có hệ số PSNR càng lớn thì chất lượng ảnh chứa tin càng cao. Hệ số PSNR của ảnh chứa tin I’ so với ảnh gốc I kích thước m x n được tính theo công thức: trong đó, MAX là giá trị cực đại của điểm ảnh và MSE (Mean Square Error) được xác định theo công thức: Đối với ảnh màu, giá trị PSNR có thể chấp nhận được nếu thuộc khoảng từ 30 dB đến 50 dB. - 11 - 1.2.5. Một số đặc trưng ảnh số Những đặc trưng của ảnh được trích chọn để sử dụng trong nhiều ứng dụng như xử lý ảnh, nhận dạng ảnh,… Hầu hết các phương pháp trích chọn các đặc trưng của ảnh tập trung vào: màu sắc, kết cấu, hình dạng. a. Đặc trưng về màu sắc Màu sắc là đặc tính hình ảnh được thể hiện nhiều nhất vì tính đơn giản của việc trích thông tin màu của ảnh đưa ra phân tích và đã có hiệu quả thông qua biểu đồ màu. Các biểu đồ màu miêu tả các điểm màu trên những vùng màu của ảnh. Không gian màu RGB được sử dụng rộng rãi trong việc miêu tả màu sắc của ảnh. Nó gồm ba thành phần màu cơ bản là đỏ (Reb), lục (Green), lam (Blue). Các màu khác được tạo ra bằng cách tổng hợp ba thành phần màu cơ bản này. Tuy nhiên không gian màu RGB biến đổi không phù hợp với cảm nhận của mắt con người. b. Đặc trưng về hình dạng Hình dạng của đối tượng trong ảnh cũng là một đặc trưng có thể được xét đến. Đối tượng của ảnh thể hiện nội dung ảnh nhiều nhất. Ảnh được chụp hoặc tranh được vẽ luôn với mục đích mô tả lại các đối tượng đó. Việc tách riêng các đối tượng và hình dạng của chúng trong ảnh là rất khó. Khó hơn là so sánh các đặc trưng đó thế nào. c. Đặc trưng về kết cấu Kết cấu bề mặt là phản ánh sự biểu diễn một mẫu về không gian có vài thuộc tính đồng đều không thể có được từ sự biểu diễn bằng một màu đơn hoặc một độ sáng trong vùng mà yêu cầu sự tương tác của nhiều màu, độ sáng khác nhau. Để sử dụng kết cấu trong tìm kiếm ảnh, ta cần có các đặc tính kết cấu của một đối tượng hoặc một vùng quan tâm đến trong ảnh cung cấp đặc tính để tìm kiếm ảnh.