Tên đề tài: “Nâng cao hiệu quả và hiệu năng giấu tin trong ảnh số”.

 Tác giả: Võ Phước Hưng, Khóa: 2016

 Chuyên ngành: Hệ thống thông tin; Mã số: 62480104. Nhóm ngành: Máy tính và công nghệ thông tin

 Người hướng dẫn chính: PGS.TS. Đỗ Thanh Nghị - Trường Đại học Cần Thơ.

1. Tóm tắt nội dung luận án

Sự phát triển của truyền thông kĩ thuật số và hiệu năng tính toán cao của máy tính tăng nhanh đã tạo ra sự tăng trưởng theo cấp số nhân trong việc sử dụng Internet. Các tương tác trong mọi lĩnh vực của đời sống xã hội liên quan đến việc truyền tải nhiều dữ liệu phức tạp, chứa những thông tin quan trọng và nhạy cảm. Việc bảo đảm nội dung giao dịch qua các phương tiện truyền thông an toàn là một vấn đề cần được xem xét thấu đáo trong học thuật và trong công nghiệp. Do đó, nghiên cứu bảo mật thông tin thu hút ngày càng nhiều sự quan tâm và phạm vi ứng dụng của nó ngày càng mở rộng đáng kể. Cùng với việc thông tin số dễ dàng bị đánh cắp, giả mạo, nhân bản và phân phối…, các cơ chế bảo mật truyền thông đã được nghiên cứu và phát triển để bảo vệ quyền riêng tư thông tin của con người.

Nhiều giải pháp kĩ thuật, trong đó có kĩ thuật giấu tin trong ảnh số, đã ra đời để giải quyết vấn đề này. Ảnh số là một trong những nội dung số quan trọng cần được bảo vệ. Đồng thời, ảnh số cũng là đối tượng phù hợp cho việc nhúng dữ liệu, thông tin mà ít tạo sự chú ý đối với người dùng không chỉ định. Giấu tin khả nghịch ảnh số là kĩ thuật nhúng thông tin vào ảnh theo cách của người gửi mà không bị phát hiện bởi các hệ thống thị giác của người hoặc máy. Hơn nữa, ảnh gốc được khôi phục hoàn toàn sau khi thông tin nhúng được trích xuất bởi người nhận được chỉ định. Kĩ thuật giấu tin có nhiều ứng dụng quan trọng như ngụy trang trong giao tiếp để bảo vệ thông tin mật hoặc nhúng thông tin vào ảnh nhằm bảo vệ nội dung ảnh số.

Trong luận án này, lược đồ nhúng tin khả nghịch trong miền tần số ảnh Stereo với khả năng nhúng tin và hiệu quả chất lượng ảnh mang tin đạt ở mức cao và an toàn được đề xuất. Ngoài ra, để bảo vệ bản quyền nội dung ảnh Stereo, lược đồ nhúng tin thủy vân ảnh trong miền tần số mạnh và bền vững cũng được đề xuất. Kết quả thực nghiệm cho thấy, thông tin nhúng vào miền biến đổi DCT ảnh đạt hiệu quả cao, đáp ứng yêu cầu của hệ thống giấu tin: hiệu quả ảnh sau nhúng tin (ảnh Stego), hiệu năng nhúng thông tin vào ảnh bền vững và an toàn.

2. Những kết quả mới của luận án:

- Một biểu đồ tần số các hệ số lượng tử trong vùng tần số trung bình được xây dựng. Các hệ số của biểu đồ được dịch chuyển hai chiều để nhúng thông tin. Sự thay đổi hệ số trong miền tần số để nhúng thông tin ít gây nguy hại đến chất lượng ảnh so với nhúng trực tiếp vào giá trị điểm ảnh trong miền không gian.

- Cải tiến khả năng nhúng và duy trì chất lượng ảnh Stego ở mức cao, một lược đồ điều hướng nhúng EDH được đề xuất kết hợp với lược đồ dịch chuyển 2-D. Kết quả thực nghiệm cho thấy, phương pháp đề xuất đạt được sự cân bằng giữa khả năng nhúng thông tin và tính trong suốt ảnh Stego so với ảnh Stereo gốc.

- Khai triển SVD các hệ số lượng tử trên đường chéo phụ của hai khối ảnh tương đồng kích thước (8×8) được thực hiện. Thông tin thủy vân sẽ được nhúng vào giá trị riêng trong phép phân tích SVD để đạt được lược đồ nhúng tin thủy vân mạnh và bền vững dựa trên phân tích SVD trong miền biến đổi tần số ảnh.

- Tối ưu sự cân bằng giữa bền vững và an toàn của hệ thống giấu tin thủy vân số ẩn, một phương pháp mã hóa ảnh nhúng thủy vân và ảnh thủy vân được đề xuất. Sơ đồ mã hóa ảnh dựa trên thuyết hỗn loạn, một cơ sở toán học tốt để khuếch tán mối quan hệ lân cận các điểm ảnh trong ảnh để nâng cao tính bền vững và an toàn cho hệ thống nhúng tin thủy vân.

3. Các ứng dụng trong thực tiễn, các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu:

 Luận án đã đề xuất hai mô hình giấu tin hiệu quả trên ảnh Stereo và hai lược đồ nhúng tin thủy vân số để bảo vệ bản quyền nội dung thông tin ảnh số Stereo. Từ đó có thể được ứng dụng vào việc giữ an toàn thông tin cũng như bảo vệ bản quyền nội dung số.

Tuy nhiên, bài toán nâng cao hiệu quả và hiệu năng giấu tin là bài toán đối ngẫu và luôn thôi thúc các nhà nghiên cứu đề xuất mô hình giấu nhiều thông tin nhưng vẫn duy trì chất lượng ảnh sau khi thông tin được giấu. Và đây là vấn đề luôn cần được quan tâm nghiên cứu nhiều hơn.

1. Summary of thesis content

The rapid growth of digital communication technologies and efficient performances of the computer has created exponential growth in Internet usage. Interactions in all areas of social life relate to the transmission of complex data, containing sensitive and important information. Ensuring the contents of transactions through secure media is an issue that needs to be carefully considered in academia and the industry. Therefore, research about information security has attracted more and more interests and the scope of its applications has significantly expanded. Along with digital information being easily stolen, forged, duplicated, and distributed, communication security mechanisms have been researched and developed to protect the privacy of users.

Many technical solutions, including the technique of hiding information in digital images, have emerged to solve this problem. Digital images are a kind of important digital content that needs to be protected. Simultaneously, digital images are also suitable objects for embedding data and information but create little attention for unspecified users. Reversible data hiding in digital images is a technique that embeds data in digital images by the way the sender does without being detected by human or machine vision systems. Furthermore, the original image can be fully recovered after the embedded information is extracted by appointed receivers. Data hiding techniques have many important applications such as camouflaging in communication to protect confidential information or embedding information in images to protect digital image contents.

In this thesis, a reversible data embedding scheme in the Stereo image frequency-domain with the ability to embed information and the efficiency of the high quality and secure image quality is proposed. Also, to protect the copyright of the Stereo image contents, a strong and sustainable image embedded watermarking scheme in the frequency domain is proposed. The experimental results show that the information embedded in the image DCT transformation domain achieved high efficiency, meeting the requirements of the data hiding system: the effect of the images after embedding data (Stego images), the performance of embedding information into the images are durable and safe.

2. The new findings of the dissertation

- A frequency chart of the quantum coefficients in the region of the average frequency is constructed. Graph coefficients are shifted with two dimensions to embed information. The coefficient changes in the frequency domain to embed information does less harm to the quality of images compared to embedding directly into the pixel value in the spatial domain.

- To improve embedding capabilities and to maintain a high level of the quality of Stego images, an embedded EDH navigation scheme is proposed in conjunction with the 2-D shifting scheme.

- SVD expansion of the quantum coefficients on the sub-diagonal of two similarly sized (8 × 8) image blocks were performed. The watermarked information will be embedded in specific values in the SVD analysis.

- To optimize the balance between sustainability and safety of invisible digital watermarking data hiding systems, a method of encoding watermarked embedded images and watermarked images is proposed. The image encoding diagram is based on the Chaos theory which is a sound mathematical basis for diffusing the neighbors of pixels in an image. Image encoding for embedding watermarked information based on the SVD analysis of quantum coefficients does not only improve the stability but also keep the embedded watermarked system safe.

3. Practical applications/applicability, issues to be studied further

The thesis proposes two effective hidden information models on Stereo images and two digital watermarking embedding schemes to protect the content copyright of Stereo digital image information. From there, it can be applied to keeping information safe as well as protecting digital content copyright.

However, the problem of improving efficiency and hiding efficiency is dual and always urges researchers to propose a model of hiding a lot of information but still maintaining image quality after the information is hidden. And this is an issue that always needs more research.

• Xem chi tiết nội dung luận án
• Xem thông tin đăng tải tại Website Bộ giáo dục và Đào tạo. (Nhập tên NCS vào ô tìm kiếm)