Tài liệu Nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng thủy vân sử dụng biến đổi cosine rời rạc trên ảnh jpeg

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG Nguyễn Lê Cƣờng NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG THỦY VÂN SỬ DỤNG BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC TRÊN ẢNH JPEG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KĨ THUẬT HÀ NỘI - 2012 1 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG Nguyễn Lê Cƣờng NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG THỦY VÂN SỬ DỤNG BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC TRÊN ẢNH JPEG Chuyên ngành: Kĩ thuật điện tử Mã số: 62.52.70.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KĨ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: 1. GS.TS Nguyễn Bình 2. TS Nguyễn Ngọc Minh HÀ NỘI - 2012 2 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do tôi thực hiện. Các số liệu và kết quả trình bày trong luận án là trung thực, chƣa đƣợc công bố bởi bất kỳ tác giả nào hay ở bất kỳ công trình nào khác. Tác giả Nguyễn Lê Cƣờng i LỜI CẢM ƠN Luận án Tiến sĩ này đƣợc thực hiện tại Học viện Công nghệ Bƣu chính Viễn thông dƣới sự hƣớng dẫn của GS.TS Nguyễn Bình và TS Nguyễn Ngọc Minh. Nghiên cứu sinh bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy về sự giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để nghiên cứu sinh hoàn thiện công trình nghiên cứu của mình. Nghiên cứu sinh cũng xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học, tác giả các công trình nghiên cứu đƣợc trích dẫn trong luận án này vì đó là nguồn tƣ liệu quý báu cung cấp kiến thức cho nghiên cứu sinh trong quá trình nghiên cứu hoàn thiện luận án. Nghiên cứu sinh xin đƣợc cảm ơn lãnh đạo Học viện Công nghệ Bƣu chính Viễn thông đã tạo mọi điều kiện để nghiên cứu sinh đƣợc thực hiện và hoàn thành chƣơng trình nghiên cứu của mình. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Khoa Quốc tế và Đào tạo sau đại học, Khoa Kỹ thuật Điện tử 1, Học viện Công nghệ Bƣu chính Viễn thông và các đồng nghiệp đã hợp tác và giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu của mình. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo nhà trƣờng và các đồng nghiệp tại Khoa Điện tử-Viễn thông, trƣờng Đại học Điện lực đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình vừa làm nghiên cứu sinh vừa công tác tại trƣờng. Cuối cùng là sự biết ơn tới gia đình đã động viên, giúp đỡ tôi có đủ thời gian, sức khỏe, nghị lực để hoàn thành luận án. Hà Nội, tháng 05 năm 2012 Tác giả Nguyễn Lê Cƣờng ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................................ii MỤC LỤC ......................................................................................................................... iii CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................................................... vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................................ ix DANH MỤC HÌNH VẼ....................................................................................................... x MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 1 CHƢƠNG 1 ......................................................................................................................... 7 TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU TRONG LĨNH VỰC THỦY VÂN SỐ ............. 7 1.1. Giới thiệu chƣơng ...................................................................................................... 7 1.2. Khảo sát những nghiên cứu gần đây về các kỹ thuật thủy vân ảnh số và tấn công nén ảnh số ....................................................................................................................... 11 1.2.1. Một số công trình liên quan đến kỹ thuật thủy vân trên ảnh số ........................ 11 1.2.2. Một số nghiên cứu về tấn công nén ảnh số đối với thủy vân ........................... 17 1.2.3. Nhận xét ............................................................................................................ 20 1.3. Phƣơng pháp thủy vân trong miền DCT và tấn công nén ảnh JPEG ...................... 21 1.3.1. Biến đổi cosine rời rạc (DCT) .......................................................................... 21 1.3.2. Tấn công nén ảnh JPEG.................................................................................... 23 1.4. Kết luận chƣơng ...................................................................................................... 26 CHƢƠNG 2 ....................................................................................................................... 27 CHẤT LƢỢNG THỦY VÂN ẨN TRƢỚC TẤN CÔNG NÉN ẢNH JPEG.................... 27 2.1. Giới thiệu chƣơng.................................................................................................... 27 2.2. Đánh giá chất lƣợng của thủy vân ........................................................................... 27 2.3. Phƣơng pháp thủy vân dựa trên sai số lƣợng tử ...................................................... 30 2.3.1. Giới thiệu phƣơng pháp thủy vân thông thƣờng trên miền DCT ..................... 30 2.3.2. Đề xuất phƣơng pháp thủy vân dựa trên sai số lƣợng tử .................................. 32 2.3.3. Thử nghiệm và kết quả ..................................................................................... 34 2.4. Đề xuất phƣơng pháp thủy vân cải tiến dựa trên bù sai số lƣợng tử ....................... 37 2.4.1. Giới thiệu .......................................................................................................... 37 iii 2.4.2. Phân bố thống kê của sai số lƣợng tử trong phép nén ảnh JPEG và khái niệm bù sai số lƣợng tử........................................................................................................ 38 2.4.3. Nội dung phƣơng pháp và các biện luận .......................................................... 40 2.4.4. Thực nghiệm và kết quả ................................................................................... 41 2.5. Kết luận chƣơng ...................................................................................................... 44 CHƢƠNG 3 ....................................................................................................................... 45 THỦY VÂN TRÊN ẢNH SỐ TRƢỚC NÉN ẢNH JPEG VỚI TỈ SỐ NÉN KHÁC NHAU ................................................................................................................................ 45 3.1. Giới thiệu chƣơng.................................................................................................... 45 3.2. Ảnh hƣởng của nén ảnh JPEG với tỉ số nén khác nhau .......................................... 45 3.3. Đề xuất phƣơng pháp ƣớc lƣợng các tham số trong trƣờng hợp toàn ảnh .............. 47 3.3.1. Giới thiệu .......................................................................................................... 47 3.3.2. Một số đại lƣợng và bài toán ƣớc lƣợng tham số ............................................. 48 3.3.3. Thuật giải QEWM-AO ..................................................................................... 50 3.3.4. Cải tiến phƣơng pháp QEWM-AO-phƣơng pháp QEWM-AOA ..................... 52 3.3.5. Thuật giải QEWM-AOA .................................................................................. 53 3.3.6. Thử nghiệm và kết quả ..................................................................................... 54 3.4. Đề xuất phƣơng pháp ƣớc lƣợng các tham số thích nghi đối với từng hệ số .......... 60 3.4.1. Giới thiệu .......................................................................................................... 60 3.4.2. Một số định nghĩa ............................................................................................. 61 3.4.3. Dung lƣợng chứa thủy vân của ảnh gốc ........................................................... 63 3.4.4. Tỷ số đỉnh tín hiệu trên nhiễu cực tiểu ............................................................. 64 3.4.5. Xây dựng thuật toán nhúng thủy vân thích nghi .............................................. 65 3.4.6. Thử nghiệm và kết quả ..................................................................................... 68 3.5. Kết luận chƣơng ...................................................................................................... 73 CHƢƠNG 4 ....................................................................................................................... 75 ĐỀ XUẤT MỘT MÔ HÌNH QUẢN TRỊ THỦY VÂN ẨN TRÊN ẢNH SỐ .................. 75 4.1. Giới thiệu chƣơng.................................................................................................... 75 4.2. Thiết kế tổng thể hệ thống ....................................................................................... 75 4.2.1. Chức năng của hệ thống ................................................................................... 75 4.2.2. Yêu cầu đối với hệ thống .................................................................................. 76 4.2.3. Đề xuất sơ đồ khối của hệ thống ...................................................................... 76 iv 4.3. Các thành phần của hệ thống................................................................................... 77 4.3.1. Cơ sở dữ liệu..................................................................................................... 77 4.3.2. Tính toán tham số và nhúng thủy vân............................................................... 80 4.3.3. Khôi phục và đánh giá thủy vân ....................................................................... 81 4.3.4. Module giao tiếp ngƣời dùng ........................................................................... 81 4.4. Một minh họa cho ứng dụng của hệ thống .............................................................. 82 4.5. Kết luận chƣơng ...................................................................................................... 84 KẾT LUẬN ........................................................................................................................ 85 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ ............................... 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 89 v CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Thuật ngữ tiếng Anh Thuật ngữ tiếng Việt 3D Three dimensional 3 chiều AC Alternating Component Thành phần xoay chiều A/D Analog to Digital Conversion Biến đổi tƣơng tự-số CT Computed Tomography Chụp cắt lớp vi tính DC Direct Component Thành phần một chiều DCT Discrete Cosin Transform Biến đổi Cosin rời rạc DES Data Encryption Standard Chuẩn mã hóa dữ liệu DES DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc DRM Digital Right Management Quản lý bản quyền dữ liệu số DWT Discrete Wavelet Transform Biến đổi sóng con rời rạc FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh FPGA Field Programable Gate Array Ma trận cổng logic lập trình đƣợc GGF General Gaussian Function Hàm Gauss tổng quát HVS Human Visual System Hệ thống thị giác con ngƣời vi IDCT IID Inverse Descrete Cosine Transform Independent Identically Distributed Biến đổi Cosine rời rạc ngƣợc Đƣợc phân bố chồng khít độc lập IP Intellectual Property Sở hữu trí tuệ IPP Intellectual Property Protection Bảo vệ sở hữu trí tuệ JPEG Joint Photographic Experts Group KL Karhunen - Loeve Transform Biến đổi KL LSB Least Significant Bit Bit có trọng số thấp nhất MRI Magnetic Resonance Imaging Chụp cộng hƣởng từ MOS Mean Observer Score Điểm quan sát trung bình MPEG Moving Picture Expert Group Nhóm chuyên gia về ảnh động MSE Mean Squared Error Sai số bình phƣơng trung bình PCM Pulse-Code Modulation Điều chế xung mã PN Pseudo Noise Giả tạp âm PRN Pseudo Random Noise Giả tạp âm ngẫu nhiên vii Nhóm phối hợp các chuyên gia về ảnh PSNR Peak signal-to-noise ratio Tỉ số đỉnh tín hiệu trên nhiễu QEWM Quantization Error Watermarking Thủy vân dựa trên sai số lƣợng tử RGB Red Green Blue Hệ màu RGB Sai số bình phƣơng trung bình RMSE Root Mean Squared Error chuẩn (Căn bậc hai của sai số bình phƣơng trung bình) Quay, thay đổi tỉ lệ và dịch RST Rotation, Scale and Translation SDM Sampling Distribution of Means SNR Signal to Noise Ratio TWM Trivial Watermarking Method XML EXtensible Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu mở rộng WTGM Wavelet Tree Group Modulation Điều chế nhóm cây sóng con WTQ Wavelet Tree Quantization Lƣợng tử hóa cây sóng con viii Cắt mẫu phân bố của các trung bình Tỉ số tín hiệu trên tạp âm Phƣơng pháp thủy vân thông thƣờng DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các hệ số DC và AC trong ma trận biến đổi DCT 8x8 ...................................... 23 Bảng 1.2 Bảng lƣợng tử cho thành phần chói với q=75 .................................................... 24 Bảng 2.1 Hệ số nhúng  , hệ số tƣơng quan  và tỉ số đỉnh tín hiệu trên nhiễu PSNR .. 36 Bảng 2.2 Hệ số nhúng  ,  với hệ số tƣơng quan γ và tỉ số đỉnh tín hiệu trên nhiễu PSNR tƣơng ứng ........................................................................................................................... 43 Bảng 3.1 Giá trị các đại lƣợng tƣơng ứng với ................................................................... 58 Bảng 3.2 Các tham số và kết quả của phƣơng pháp thủy vân QEWM-AOA và QEWMAMN .................................................................................................................................. 72 ix DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ phân loại kỹ thuật nén ảnh ........................................................................ 18 Hình 1.2 Sơ đồ tóm tắt lƣợc đồ mã hóa và giải mã JPEG dùng biến đổi DCT ................. 24 Hinh 2.1 Các vùng tần số trong ma trận các hệ số DCT .................................................... 30 Hinh 2.2 a. Ảnh gốc b. Thủy vân gốc ................................................................. 35 Hinh 2.3 Thực hiện theo phƣơng pháp QEWM với  =0.02.............................................. 35 Hinh 2.4 Thực hiện theo phƣơng pháp TWM với Hinh 2.5 Hệ số nhúng  , hệ số tƣơng quan Hinh 2.6 Hệ số nhúng    =0.02 ............................................... 35 ứng với phƣơng pháp QEWM và TWM 36 và tỉ số đỉnh tín hiệu trên nhiễu PSNR ứng với phƣơng pháp QEWM và TWM ............................................................................................................... 37 Hinh 2.7 Phân bố của sai số lƣợng tử ảnh Lena với các hệ số chất ................................... 40 Hinh 2.8 a. Ảnh gốc b. Thủy vân gốc ...................................................................... 42 Hinh 2.9 Thực hiện theo phƣơng pháp TWM với  =0.015.............................................. 42 Hinh 2.10 Thực hiện theo phƣơng pháp QEWM-A với  =0.08 ....................................... 42 Hình 3.1 Tỉ số đỉnh tín hiệu trên nhiễu PSNR với ứng với (qc ,  ) khác nhau ................... 56 Hình 3.2 Trị trung bình của hệ số tƣơng quan  với (qc , ) khác nhau thỏa mãn PSNR>T_PSNR và  > T _  ........................................................................................... 57 Hình 3.3 Phƣơng sai của hệ số tƣơng quan  với (qc , ) khác nhau thỏa mãn PSNR>T_PSNR và  > T _  ........................................................................................... 57 Hình 3.4 Độ hội tụ của hệ số tƣơng quan  với (qc , ) khác nhau thỏa mãn PSNR>T_PSNR và  > T _  ........................................................................................... 57 x Hình 3.5 Hệ số tƣơng quan  ............................................................................................ 58 Hình 3.6 a. Ảnh gốc b. Thủy vân gốc ............................................................... 58 Hình 3.7 Ảnh chứa thủy vân với các tham số qc=90,  =0.02 và thủy vân khôi phục đƣợc ............................................................................................................................................ 59 Hình 3.8 Ảnh chứa thủy vân với các tham số qc=59,  =0.09 và thủy vân khôi phục đƣợc ............................................................................................................................................ 59 Hình 3.9 Ảnh chứa thủy vân với các tham số qc=51,  =0.06 và thủy vân khôi phục đƣợc ............................................................................................................................................ 59 Hình 3.10 Ảnh chứa thủy vân với các tham số qc=54,  =0.08 và thủy vân khôi phục đƣợc ............................................................................................................................................ 59 Hình 3.11 a. Ảnh gốc b. Thủy vân gốc .............................................................. 71 Hình 3.12 Đặc tuyến biểu diễn mối quan hệ giữa ngƣỡng bền vững thres _  và dung lƣợng chứa thủy vân tính theo đơn vị dB:  dB =log10(  thres _  ) của ảnh Lena .................... 71 Hình 3.13 Hệ số tƣơng quan giữa thủy vân gốc và thủy vân khôi phục sau tấn công ....... 73 Hình 3.14 Phƣơng pháp QEWM-AOA với các tham số đƣợc ƣớc lƣợng qc=54,  =0.08 và thủy vân khôi phục ............................................................................................................. 71 Hình 3.15 Phƣơng pháp QEWM-AMN với thres _  =0.380 và thủy vân khôi phục .......... 72 Hình 3.16 Phƣơng pháp QEWM-AMN với thres _  =0.335 và thủy vân khôi phục ........ 72 Hình 3.17 Phƣơng pháp QEWM-AMN với thres _  =0.290 và thủy vân khôi phục .......... 72 Hình 4.1 Sơ đồ khối của hệ thống ...................................................................................... 76 Hình 4.2 Một số ảnh trong thƣ viện ảnh gốc ..................................................................... 79 Hình 4.3 Một số ảnh trong thƣ viện thủy vân .................................................................... 79 Hình 4.4 Đồ thị sắp xếp các hệ số DCT của ảnh gốc và thủy vân giảm dần ..................... 79 Hình 4.5 Đặc tuyến quan hệ giữa độ bền vững và dung lƣợng thủy vân của các ảnh ....... 80 xi Hình 4.6 Đặc tuyến hệ số tƣơng quan giữa thủy vân gốc và thủy vân khôi phục đƣợc đối với tấn công nén JPEG với hệ số chất lƣợng q khác nhau ................................................. 80 Hình 4.7 Hiển thị kết quả nhúng thủy vân ......................................................................... 81 Hình 4.8 Đặc tuyến tỉ số PSNR tối thiểu-Ngƣỡng giới hạn độ bền của ............................ 83 Hình 4.9 Kết quả nhúng và khôi phục thủy vân sau tấn công với ảnh Baboon ................. 83 xii MỞ ĐẦU Một trong những vấn nạn trong kỷ nguyên kỹ thuật số mà chúng ta đang phải đƣơng đầu hiện nay là vấn nạn vi phạm bản quyền nội dung số. Ngƣời sở hữu nội dung số càng dễ dàng quảng bá sản phẩm của mình thì lại càng khó khăn trong việc bảo vệ quyền và lợi ích hợp pháp của mình đối với các sản phẩm đó. Việc thông tin số dễ dàng đƣợc nhân bản và phân phối đi dẫn đến yêu cầu cần có những công cụ hữu hiệu về mặt pháp lý cũng nhƣ kỹ thuật để bảo vệ bản quyền. Đã có nhiều giải pháp kỹ thuật, trong đó có thủy vân số, ra đời nhằm giải quyết vấn đề này. Ảnh số là một trong những nội dung số quan trọng nhất, các nhà nghiên cứu đã đề xuất rất nhiều loại kỹ thuật thủy vân trên ảnh số với các ứng dụng khác nhau. Ứng dụng quan trọng và cơ bản nhất của thủy vân số là thủy vân trên ảnh số để bảo vệ bản quyền ảnh số. Trong đó, thủy vân ẩn thƣờng đƣợc sử dụng vì tính ẩn của thủy vân là một đặc trƣng quan trọng trong các ứng dụng giấu tin trên ảnh số hay đánh dấu bản quyền ảnh số mà vẫn đảm bảo chất lƣợng ảnh. Ngoài việc đảm bảo chất lƣợng ảnh sau khi đánh dấu thì thủy vân còn phải bền vững trƣớc các tác động từ bên ngoài lên ảnh chẳng hạn nhƣ các phép xử lý ảnh. Đối với ảnh số thì việc nén ảnh, đặc biệt là nén JPEG, là phép xử lý ảnh đƣợc sử dụng phổ biến. Kỹ thuật thủy vân ẩn dựa trên biến đổi DCT có vị trí nổi bật vì những lý do sau: - Thứ nhất, nhờ biến đổi DCT mà có thể loại bỏ sự tƣơng quan giữa các điểm ảnh trong miền không gian, giúp xác định các vùng tần số nhúng thủy vân phù hợp có tính đến đặc tính của hệ thống thị giác mắt ngƣời, đảm bảo điều khiển đƣợc tính ẩn của thủy vân lẫn chất lƣợng ảnh chứa thủy vân. - Thứ hai, biến đổi DCT yêu cầu ít sự phức tạp tính toán và tài nguyên hơn so với nhiều biến đổi khác. 1 - Cuối cùng, biến đổi này đƣợc sử dụng hết sức rộng rãi và đã cho thấy hiệu quả của nó trong các phép xử lý ảnh. Điều này cho phép thực hiện thủy vân số trên miền DCT song song với các kỹ thuật xử lý ảnh khác cũng sử dụng biến đổi này nhƣ phép nén ảnh JPEG. Đã có rất nhiều nghiên cứu về vấn đề thủy vân trên ảnh số dựa trên biến đổi DCT và ứng dụng của nó. Các kết quả đạt đƣợc đã có đóng góp thiết thực trong lĩnh vực bảo vệ bản quyền cũng nhƣ bảo mật dữ liệu số. Tuy nhiên các tác giả trƣớc thƣờng phải giải quyết các vấn đề gặp phải sau đây: - Tính ẩn và chất lƣợng ảnh chứa thủy vân mâu thuẫn với độ bền vững của thủy vân trƣớc các tấn công. Sở dĩ nhƣ vậy là vì khi tăng lƣợng thông tin nhúng vào ảnh, chẳng hạn nhƣ nhúng lặp lại nhiều lần hoặc vào nhiều vị trí khác nhau trong ảnh gốc, thì sẽ nâng cao khả năng khôi phục đƣợc thủy vân trƣớc các tấn công nhƣng sẽ làm thủy vân dễ bị phát hiện hơn cũng nhƣ làm suy giảm chất lƣợng ảnh gốc nhiều hơn. - Các phép xử lý trên miền DCT cũng chính là các tấn công phổ biến, cụ thể và điển hình là một trong những tấn công phổ biến nhất hiện nay đối với thủy vân trên ảnh số là phép JPEG có tổn hao. Trong đó, quá trình lƣợng tử hóa các hệ số DCT của ảnh theo bảng lƣợng tử hóa là quá trình quan trọng để làm giảm dung lƣợng ảnh và cũng làm tổn hao thông tin hay suy giảm chất lƣợng ảnh nhiều nhất. Đây cũng chính là tác nhân quan trọng nhất dẫn đến suy giảm chất lƣợng thủy vân chứa trong ảnh. Nhiều phƣơng án dung hòa mâu thuẫn này đã đƣợc nghiên cứu và đề xuất. Một số phƣơng án đã đƣợc đề xuất và thử nghiệm thành công trong đó có phƣơng án thủy vân dựa trên miền DCT dựa trên tính toán sai số lƣợng tử hóa của phép nén JPEG trên miền này. Tuy nhiên hầu hết các lƣợc đồ này 2 mới chỉ cho phép nhúng thủy vân nhị phân dựa trên sai số lƣợng tử hóa, ít đề cập đến việc nhúng các dữ liệu đa cấp xám cũng nhƣ vấn đề lƣợng hóa, tối ƣu hóa, quản lý chất lƣợng của quá trình nhúng (đảm bảo dung lƣợng thủy vân, đảm bảo chất lƣợng ảnh chứa thủy vân, đảm bảo độ bền vững trƣớc tấn công nén JPEG với các tỉ số nén khác nhau...) cũng chƣa đƣợc đề cập một cách thấu đáo. Chính vì vậy tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lƣợng thủy vân sử dụng biến đổi cosine rời rạc trên ảnh JPEG” để thực hiện luận án tiến sĩ của mình. Mục đích của những nghiên cứu trình bày trong luận án là nhằm giải quyết các vấn đề nêu trên ở khía cạnh chất lƣợng ảnh chứa thủy vân, tính bền vững của thủy vân trƣớc tấn công nén ảnh JPEG. Nhiệm vụ cụ thể để thực hiện mục đích trên gồm: 1. Tìm giải pháp nâng cao chất lƣợng thủy vân ẩn trên ảnh số chống lại tấn công nén JPEG thông qua việc nghiên cứu tác nhân gây ảnh hƣởng và cách khắc phục ảnh hƣởng của nén JPEG đến chất lƣợng thủy vân. 2. Tìm phƣơng pháp nhúng thủy vân ẩn vào ảnh số trên miền DCT đáp ứng các yêu cầu cho trƣớc về chất lƣợng ảnh chứa thủy vân, độ bền vững của thủy vân trƣớc tấn công nén ảnh JPEG với tỉ số nén thay đổi. 3. Xây dựng mô hình hệ thống thủy vân số có tính mở nhằm tạo điều kiện cho việc ứng dụng hiệu quả các kết quả đạt đƣợc. Luận án sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu tổng hợp - phân tích, đề xuất - chứng minh - thử nghiệm - đánh giá. Kết quả tổng hợp các kết quả nghiên cứu đã có của các tác giả khác có liên quan đến đề tài sẽ đƣợc luận án sử dụng trong việc phân tích tìm ra các ƣu nhƣợc điểm từ đó đề xuất các phƣơng pháp mới nhằm phát huy các ƣu điểm, hạn chế các nhƣợc điểm hoặc 3 tìm ra phƣơng thức áp dụng phù hợp nhất trƣớc các yêu cầu ứng dụng cụ thể. Các phƣơng pháp mới sẽ đƣợc chứng minh bằng lý thuyết và kiểm chứng bằng thực nghiệm để đánh giá kết quả, rút ra kết luận. Luận án sử dụng các công cụ toán học và các công cụ của lý thuyết xử lý tín hiệu số, xử lý ảnh, mã hóa, lý thuyết thống kê, tối ƣu hóa để giải quyết yêu cầu nghiên cứu [1], [4], [5], [6], [7], [8], [9]. Các chức năng lập trình, mô phỏng của phần mềm Matlab [3], thƣ viện ảnh mẫu USC [66] đƣợc sử dụng nhƣ là công cụ để thử nghiệm đánh giá các kết quả nghiên cứu. Trên cơ sở các phƣơng pháp và công cụ nghiên cứu nêu trên, những nhiệm vụ đề ra đã đƣợc thực hiện và có các kết quả sau: 1. Đề xuất khái niệm “bù sai số lƣợng tử” trên cơ sở nghiên cứu ảnh hƣởng và khảo sát thống kê phân bố của sai số lƣợng tử trong nén ảnh JPEG. Đây là cơ sở để cải tiến cũng nhƣ đề xuất các phƣơng pháp thủy vân mới chống lại ảnh hƣởng của tấn công nén ảnh JPEG đối với chất lƣợng thủy vân. 2. Đề xuất các phƣơng pháp thủy vân thích nghi, đảm bảo chất lƣợng ảnh chứa thủy vân ẩn cũng nhƣ nâng cao độ bền vững của thủy vân trƣớc phép nén ảnh JPEG. 3. Đề xuất một mô hình hệ thống quản trị thủy vân trên ảnh số là cơ sở cho việc xây dựng và phát triển các ứng dụng thủy vân nhằm sử dụng một cách hiệu quả các kết quả của luận án. Những kết quả nghiên cứu đƣợc trình bày trong bốn chƣơng của luận án, ngoài phần mở đầu và kết luận. Cụ thể nhƣ sau: Chƣơng 1 có tiêu đề “Tổng quan về các nghiên cứu trong lĩnh vực thủy vân số” trình bày khái quát về luận cứ, các kết quả nghiên cứu điển hình của 4 các tác giả trong và ngoài nƣớc có liên quan đến đề tài, đây chính là tiền đề cho các nghiên cứu của luận án. Chƣơng 2 với tiêu đề “Chất lƣợng của thủy vân ẩn trƣớc tấn công nén ảnh JPEG” trình bày tóm tắt về chất lƣợng, phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng thủy vân trên khía cạnh chất lƣợng ảnh chứa thủy vân và độ bền vững của thủy vân. Trên cơ sở nghiên cứu ảnh hƣởng của quá trình lƣợng tử hóa các hệ số DCT trong nén ảnh JPEG đến chất lƣợng thủy vân, chƣơng này trình bày khái niệm “bù sai số lƣợng tử” và nội dung các phƣơng pháp nâng cao chất lƣợng thủy vân dựa trên sai số lƣợng tử và bù sai số lƣợng tử . Chƣơng 3 “Thủy vân ẩn trên ảnh số trƣớc nén ảnh JPEG với tỉ số nén khác nhau” tóm tắt ảnh hƣởng của nén ảnh JPEG với các tỉ số nén khác nhau đến chất lƣợng thủy vân, nội dung các đề xuất phƣơng pháp ƣớc lƣợng tham số toàn ảnh và ƣớc lƣợng tham số thích nghi nhằm đảm bảo chất lƣợng thủy vân trƣớc tấn công nén ảnh với các tỉ số nén khác nhau, so sánh ƣu nhƣợc điểm của các phƣơng pháp này. Chƣơng 4 “Đề xuất một mô hình quản trị thủy vân trên ảnh số” trình bày nội dung mô hình đề xuất hệ thống thủy quản trị các ứng dụng thủy vân ẩn trên ảnh số đã đƣợc đề xuất và tóm tắt một số ví dụ minh họa cho hiệu quả của việc sử dụng hệ thống này. Các đề xuất mới trong luận án về cơ bản đƣợc sử dụng để tạo ra các ứng dụng nâng cao chất lƣợng thủy vân số, chống lại tấn công nén ảnh JPEG dùng trong lĩnh vực bảo vệ bản quyền dữ liệu số…Tuy nhiên kết quả và phƣơng pháp tiếp cận của các đề xuất này có thể là cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo để xây dựng các phƣơng pháp thủy vân hiệu quả hơn nữa, có khả năng chống lại nhiều tấn công khác nhau, phù hợp với từng trƣờng hợp ứng 5 dụng cụ thể và cho các lĩnh vực khác nhƣ bảo mật dữ liệu số, truyền tin bí mật, xác thực tính toàn vẹn, điều khiển sao chép, giám sát nội dung số… 6