Giấu tin thuận nghịch trong ảnh Stereo với khả năng nhúng tin cao

háp giấu tin thuận nghịch như đã đề xuất bên trên. Tuy nhiên, những giải pháp này không thể áp dụng trực tiếp vào 
các ảnh lập thể (stereo image). Vì vậy, để giấu tin trên ảnh stereo, một số giải pháp mới được đề xuất dựa vào các khối 
tương đồng chung giữa ảnh bên phải và ảnh bên trái [8, 9]. Theo Yang và Chen [9] để mở rộng khả năng giấu tin, trước 
khi thực hiện giấu tin cần mã hóa mỗi 3 bit thông tin cần giấu thành một cặp số nguyên trong khoảng [-1, 1] và giấu 
vào giá trị khác biệt của hai hệ số DCT tương ứng trong hai khối ảnh. Bằng cách làm như vậy, phương pháp này có thể 
khôi phục lại hoàn toàn ảnh gốc sau khi tách thông tin mật. Tuy nhiên khả năng thông tin được nhúng vẫn còn bị giới 
hạn. Nguyên nhân chính là phương pháp này phải phụ thuộc vào tần suất xuất hiện của giá trị khác biệt bằng 0 của hai 
hệ số lượng tử DCT. Hơn nữa, bằng cách phụ thuộc vào phương pháp thay đổi lưu đồ (Histogram Shifting) để giấu tin, 
phương pháp này dẫn đến hầu như tất cả các cặp hệ số lượng tử DCT phải thay đổi giá trị dẫn đến chất lượng của ảnh 
chứa tin giảm đáng kể. 
Để khắc phục những yếu điểm của những giải pháp giấu tin hiện có trên ảnh stereo, chúng tôi đề xuất một giải 
pháp giấu tin mới dựa vào việc xây dựng lưu đồ hai chiều của các cặp hệ số DCT. Bằng cách làm này, thì giải pháp đề 
xuất sẽ giới hạn được việc thay đổi giá trị của các cặp hệ số sao cho bé nhất. Ngoài ra, giải pháp đề xuất cũng khắc 
phục được sự lệ thuộc vào tần suất của giá trị khác biệt bằng 0 của cặp hệ số DCT, dẫn đến nhiều cặp hệ số được lựa 
chọn cho việc giấu tin hơn, giúp nâng cao khả năng giấu tin của giải pháp. 
II. NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 
Năm 2014, Yang và Chen [9] đưa ra phương pháp giấu tin thuận nghịch cho ảnh stereo dựa trên miền hệ số 
DCT. Phương pháp này dựa vào đặc điểm của một cặp ảnh stereo (gồm ảnh bên trái và bên phải) chứa nhiều cặp khối 
ảnh tương đồng nhau, tác giả đã giấu thông tin mật vào các cặp tương đồng này trên miền hệ số lượng tử DCT. Phương 
632 REVERSIBLE STEGANOGRAPHY IN STEREO IMAGE WITH HIGH EMBEDDING CAPACITY 
pháp này có hai quá trình: giấu tin vào ảnh và tách tin từ ảnh mang tin (stego images). Trong quá trình giấu tin, đầu tiên 
mỗi ảnh sẽ được chia thành các khối 8 × 8 pixels. Sau đó từng khối ảnh sẽ được chuyển đổi sang miền hệ số DCT và 
lượng tử chúng. Sau, khi lượng tử, từng khối hệ số lượng tử DCT (DCT-quantized coefficients) sẽ được chia thành ba 
vùng có tần số DCT khác nhau, vùng thứ nhất chứa hệ số lượng tử DCT với tần số thấp (lower-frequency DCT-
quantized coefficients) được gọi là vùng tìm kiếm, vùng thứ hai chứa hệ số lượng tử DCT với tần số trung bình được 
gọi là vùng giấu tin, vùng còn lại đa số các hệ số có giá trị bằng 0 gọi là vùng không sử dụng, được thể hiện như Hình 
1. Dựa vào vùng tìm kiếm, những cặp khối tương đồng của ảnh stereo được xác định. Sau đó, thông tin mật sẽ được 
giấu vào vùng giấu tin của cặp khối tương đồng này. Quá trình tách tin từ ảnh giấu tin thực hiện tương tự như quá trình 
giấu tin. 
Hình 1. Ba vùng hệ số DCT khác nhau của khối 8 × 8 (hình tam giác: vùng tìm kiếm, hình vuông: vùng giấu tin, hình tròn: vùng 
không sử dụng) 
Để giấu tin vào ảnh, mỗi ảnh được chia thành khối 8 × 8 pixels không trùng lặp, cứ mỗi khối BL trong ảnh bên 
trái, tìm khối tương đồng CorrB từ ảnh bên phải theo công thức sau: 
 ( ) ∑ [ ( ) ( )]
 Với CB (u,v)là giá trị hệ số DCT tại (u,v) trong khối B. 
(1) 
Cặp khối tương đồng nhất được tìm thấy chính là cặp khối có Dif (BR) nhỏ nhất. Trước khi giấu tin, tính giá trị hệ số 
lượng tử DCT khác nhau trong vùng giấu tin giữa hai khối tương đồng BLvà CorrB theo công thức sau: 
 ( ) ( ) ( ), với 4 < u+ v < 8 (2) 
Sau đó, mỗi Dif B(u,v) = 0 (giá trị hệ số DCT khác nhau bằng 0) được dùng để giấu một số nguyên z theo công 
thức (3). Và z [-1,1]. 
 ( ) {
 ( ) ( ) 
 ( ) 
 ( ) ( ) 
(3) 
Sau đó, giá trị hệ số lượng tử DCT khác nhau mới, ( ), được dùng để cập nhật lại cặp ảnh bên trái và bên phải 
của ảnh stereo. Bằng cách áp dụng các bước trên thì thông tin mật được giấu vào ảnh stereo. Nhưng theo công thức (3), 
hầu như từng cặp hệ số lượng tử DCT sẽ bị thay đổi giá trị để giấu thông tin để đảm bảo rằng có thể khôi phục lại phiên 
bản gốc sau khi thông tin mật đã được tách ra. 
III. GIẢI PHÁP ĐỀ XUẤT 
Như đã đề cập ở phần II, chúng tôi nhận thấy rằng phương pháp của Yang và Chen [9] khả năng thông tin được 
nhúng vẫn còn giới hạn. Vì khả năng nhúng phụ thuộc vào tần suất xuất hiện của giá trị khác biệt bằng 0 của hai hệ số 
lượng tử hóa DCT cũng như phụ thuộc vào dịch chuyển lược đồ xám của ảnh để giấu tin. Để khắc phục các hạn chế 
này, chúng tôi đề xuất một giải pháp giấu tin mới dựa vào việc cải tiến lưu đồ dịch chuyển các các cặp hệ số lượng tử 
hóa DCT thành lưu đồ 2 chiều. Phương pháp này sẽ giới hạn được việc thay đổi giá trị của các cặp hệ số và có khả 
năng nhúng dữ liệu trên mọi cặp hệ số lượng tử hóa DCT, từ đó nâng cao khả năng nhúng thông tin vào ảnh mang tin 
(cover stereo image). Giải pháp đề xuất cũng gồm hai quá trình chính đó là quá trình giấu tin và tách tin. 
Nguyễn Thái Sơn, Võ Phước Hưng, Huỳnh Văn Thanh, Đỗ Thanh Nghị 633 
A. Quá trình giấu tin 
(a) Left image (b) Right image 
Hình 2. Một ví dụ của ảnh Stereo. (a) Ảnh bên trái của ảnh Stereo, (b) Ảnh bên phải của ảnh Stereo 
Dựa trên đặc tính của ảnh stereo image có nhiều khối ảnh giống nhau như hình 2 đồng thời kế thừa định nghĩa 
vùng tìm kiếm, vùng giấu tin và vùng không sử dụng của khối ảnh lượng tử hóa DCT. Đầu tiên, mỗi ảnh trái và phải 
được chia thành những khối có kích thước 8×8 trong miền tần số DCT và lượng tử hóa chúng. Tiếp đến, dựa trên vùng 
tìm kiếm để tìm cặp khối ảnh giống nhau theo một ngưỡng T nào đó. Khi đó dữ liệu sẽ được nhúng vào vùng nhúng dữ 
liệu. Quá trình giấu tin vào ảnh stereo có thể được mô tả như sơ đồ hình 3. 
Hình 3. Lưu đồ quá trình giấu tin trong ảnh Stereo 
1. Mã hóa thông tin trước khi giấu 
Để nâng cao khả năng giấu tin, chúng tôi mã hóa chuỗi bit thông tin cần giấu thành số nguyên tương ứng theo 
bảng quy luật sau: 
Bảng 1. Bảng mã hóa bit dữ liệu 
Bit thông tin (b) Số nguyên mã hóa (s) 
00 0 
01 -1 
1 1 
Ví dụ 1: Giả sử ta có chuỗi bit thông tin b= 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1, áp 
dụng bảng 1 ta có chuỗi nguyên s= 0 1 0 0 -1 -1 1 1 -1 1 0 1 0 -1 0 -1 1 0 0 1 1, được mô tả rõ hơn như hình 4. 
Hình 4. Một ví dụ mã hóa bit dữ liệu 
2. Tìm cặp khối ảnh tương đồng 
Mỗi ảnh được chia thành những khối (8×8) pixels không trùng lặp nhau, tương tự như giải pháp của Yang và 
Chen [9] tương ứng mỗi khối BlockL trong ảnh bên trái tìm khối tương đồng CorrBlock trong ảnh bên phải theo công 
thức (1). 
3. Nhúng tin 
Khi tìm được các cặp khối ảnh tương đồng, tiến hành nhúng tin vào vùng giấu tin (vùng 4< u+v <8) của cặp 
khối tương đồng (BlockL, CorrBlock) theo các bước sau: 
Bước 1. Dịch chuyển hệ số lượng tử hóa DCT trong vùng giấu tin của mỗi khối ảnh theo công thức: 
 ( ) ( ) ( ) (4) 
634 REVERSIBLE STEGANOGRAPHY IN STEREO IMAGE WITH HIGH EMBEDDING CAPACITY 
Trong đó: (4<u+v<8) với mọi u, v = 1:8 
Bước 2. Với mỗi cặp hệ số lượng tử hóa DCT của cặp khối tương đồng (BlockL, CorrBlock) ta thực hiện nhúng 
thông tin như thuật toán 1: 
Thuật toán 1: 
if (4<u+v<8) 
if BlockL(u,v) = CorrBlock(u,v)=0 then 
 if s=0 then BlockL(u,v) = CorrBlock(u,v)=0 
else 
 if s=-1 then{ 
 CorrBlock(u,v)=1;} 
 else BlockL(u,v) =1; 
 end 
end 
end 
end 
Ví dụ 2: Giả sử ta có chuỗi thông tin cần giấu như ví dụ 1 vào khối ảnh tương đồng được tìm thấy như hình 5.a 
và 5.b 
(a) Quantization left image (c) Shifted left image (e) Embedded left image 
(b) Quantization right image (d) Shifted right image (f) Embedded left image 
Hình 5. Một ví dụ quá trình nhúng thông tin vào vùng giấu tin R1, R2, R3 
B. Quá trình tách tin 
Quá trình tách tin thực hiện tương tự như quá trình giấu tin. Đầu tiên, mỗi ảnh mang tin (Stego-image) được 
chia thành các khối có kích thước 8 × 8 pixels không trùng lặp, mỗi khối của ảnh mang tin bên trái sBlockL, tìm khối 
tương đồng của ảnh mang tin bên phải sCorrBlock theo công thức (1). Sau đó, thông tin mật sẽ được tách ra từ cặp 
khối tương đồng này. Chi tiết được thực hiện qua các bước sau đây: 
Bước 1. Chia mỗi ảnh mang tin thành các khối 8 × 8 pixels 
Bước 2. Tìm cặp ảnh tương đồng (sBlockL, sCorrBlock) dựa vào vùng tìm kiếm của mỗi khối và công thức (4). 
Bước 3. Tách thông tin đã giấu theo thuật toán 2 như sau: 
Nguyễn Thái Sơn, Võ Phước Hưng, Huỳnh Văn Thanh, Đỗ Thanh Nghị 635 
Thuật toán 2: 
if (4<u+v<8) 
if BlockL(u,v) ≤ 1 and CorrBlock(u,v)≤ 1 then 
 if sBlockL(u,v)=0 
 if sCorrBlock(u,v)=0 then 
 b=‘00’ 
 else 
 b=‘01’; 
 end 
 else 
 b=‘1’; 
 end 
 end 
end 
IV. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 
Để kiểm tra thực nghiệm, chúng tôi tiến hành áp dụng giải pháp được đề xuất ở phần III trên bộ dữ liệu mẫu 
gồm 4 cặp ảnh stereo lấy từ [10] như Hình 6, dùng các giá trị ngưỡng (threshold) T khác nhau để xác định cặp khối 
tương đồng cho giấu tin, và sử dụng bảng lượng tử DCT như Hình 7. Từ đó quan sát sự tác động về chất lượng ảnh và 
khả năng giấu tin khi thay đổi giá trị ngưỡng T. Trong quá trình thực nghiệm này, chúng tôi chọn giá trị T từ 1 đến 5 và 
dùng tỉ lệ nhiễu ảnh (PSNR) và đo mức độ nhúng bit per pixel (bpp) để đánh giá chất lượng ảnh và khả năng giấu tin 
của giải pháp đề xuất. Bài viết đã chứng minh được rằng khả năng nhúng tin trên ảnh stereo theo phương pháp của 
chúng tôi cao hơn phương pháp [9] trong khi vẫn đảm bảo được tính thuận nghịch và chất lượng cao của ảnh mang tin. 
(a) Left Aloe (b) Right Aloe (c) Left Baby1 (d) Right Baby1 
(e) Left Bowling1 (f) Right Bowling1 (g) Flowerpots (h) Flowerpots 
Hình 6. Bộ ảnh stereo kiểm tra thực nghiệm 
Hình 7. Bảng lượng tử hóa 
Trong kết quả thực nghiệm, để đánh giá chất lượng của ảnh mang tin như hình 8 với ngưỡng (T =4 ), chúng tôi 
đo độ chính xác của khối ảnh bên trái và khối ảnh bên phải dựa vào phương pháp đo độ nhiễu của ảnh (PSNR) sau khi 
nhúng tin so với ảnh trước khi nhúng tin. Với PSNR được tính như công thức (5), được dùng để so sánh độ nhiễu ảnh 
theo giải pháp của chúng tôi so với phương pháp của Yang và Chen [9]. 
636 REVERSIBLE STEGANOGRAPHY IN STEREO IMAGE WITH HIGH EMBEDDING CAPACITY 
 (5) 
Trong đó MSE là bình phương độ sai khác từng điểm ảnh của 2 ảnh có kích thước (M ×N) và được tính theo 
công thức (6): 
∑∑( 
 )
 (6) 
Với là giá trị điểm ảnh của ảnh trước khi giấu tin và 
 giá trị điểm ảnh của ảnh sau khi giấu tin. 
Ảnh trái của Aloe (368×424) 
PSNR: 37.5 dB 
Ảnh phải của Aloe 
(368×424) 
PSNR: 38.3 dB 
Ảnh trái Baby1 
(368×408) 
PSNR: 34.0 dB 
Ảnh phải Baby1 
(368×408) 
PSNR: 36.8 
Ảnh trái của Bowling1 
(368×416) 
PSNR: 31.3 dB 
Ảnh phải của Bowling1 
(368×416) 
PSNR: 34.9 dB 
Ảnh trái của Flowerpots 
(368×432) 
PSNR: 34.3 dB 
Ảnh trái của Flowerpots 
(368×432) 
PSNR: 37.2 dB 
Hình 8. Kết quả thực nghiệm với ngưỡng T=4 
Bảng 2 trình bày khả năng giấu tin của giải pháp đề xuất so với giải pháp của Yang và Chen với các giá trị 
ngưỡng T khác nhau. Như có thể thấy trong Bảng 2, giải pháp đề xuất cải thiện đáng kể khả năng giấu thông tin. Mặc 
dù, lượng thông tin rất lớn được giấu nhưng chất lượng của ảnh mang tin cũng vẫn đảm bảo rất cao so với giải pháp 
của Yang và Chen [9]. 
Bảng 2. So sánh kết quả giữa phương pháp đề xuất với phương pháp của Yang và Chen [9] 
 Giải pháp đề xuất Yang và Chen [9] 
T PSNR bpp PSNR bpp 
2 41,9 0,07 41.7 0.04 
3 39,5 0,12 39,6 0.05 
4 37,9 0,17 38,2 0.07 
V. KẾT LUẬN 
Trong bài báo, chúng tôi đề xuất một giải pháp giấu tin thuận nghịch mới cho ảnh stereo. Trong giải pháp này, 
chúng tôi xây dựng lưu đồ hai chiều cho cặp hệ số DCT đã lượng tử để giấu thông tin. Bằng cách làm như vậy, một 
lượng lớn thông tin mật có thể nhúng vào ảnh trong khi vẫn đảm bảo được chất lượng của ảnh mang tin luôn ở mức 
cao. Kết quả thực nghiệm của chúng tôi đã cho thấy rằng, giải pháp đề xuất đã cải thiện đáng kể khả năng giấu tin của 
giải pháp của Yang và Chen [9], trong khi vẫn đảm bảo chất lượng của ảnh mang tin rất cao. Ngoài ra, giải pháp đề 
xuất cũng đảm bảo được tính thuận nghịch vì thể có thể áp dụng vào các lĩnh vực đặc biệt như y khoa, quân đội hoặc 
pháp chứng 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Tian J (2003), “Reversible data embedding using a difference expansion”. IEEE Trans Circ Syst Video Technology 
13(8):890–896. 
[2] Wong K, Tanaka K (2010), “DCT based scalable scrambling method with reversible data hiding functionality”. Proc. 4th 
ISCCSP, pp. 1–4. 
[3] Chang CC, Lin CC, Tseng CS, Tai WL (2007), “Reversible hiding in DCT-based compressed images”. Inf Sci 141:123–138. 
[4] Lin CC, Shiu PF (2010), DCT-based reversible data hiding scheme. J Softw 5(2):214–224. 
[5] Zaidoon Kh. AL-Ani et al (2010), “Overview: Main Fundamentals for Steganography”. Journal of Computing, Volume 2, 
Issue 3, March 2010, ISSN 2151-9617. 
Nguyễn Thái Sơn, Võ Phước Hưng, Huỳnh Văn Thanh, Đỗ Thanh Nghị 637 
[6] Cox IJ, MillerML, Bloom JA, Fridrich J, Kalker T (2008), Digital watermarking and steganography. Morgan Kaufmann 
Publisher, Burlington, pp. 429–495. 
[7] Katzenbeisser S, Petitcolas FAP (2000), Information hiding techniques for steganography and digital watermark. Artech 
House, Inc, Massachusetts, pp. 3. 
[8] Bai NY, Chiang JY (1998) “Data hiding using binocular fusion of stereo pairs”. Proceeding of the eighthnational conference 
in information security, pp. 245-254. 
[9] Wen-Chao Yang, Ling-Hwei Chen (2014), “Reversible DCT-base data hidding in stereo images”. Multimed Tools Appl DOI 
10.1007/s11042-014-1958-6. 
[10] Middlebury Stereo Datasets,  
[11] Ni Z, Shi YQ, Ansari N, and Su W (2006), “Reversible data hiding,” IEEE Trans. Circuits Sys. Video Technol., 16(3), pp. 
354-362. 
REVERSIBLE STEGANOGRAPHY IN STEREO IMAGE WITH HIGH 
EMBEDDING CAPACITY 
Nguyen Thai Son, Vo Phuoc Hung, Huynh Van Thanh, Do Thanh Nghi 
ABSTRACT— Stereo images captured from a pair of CCDs simultaneously are widely used to create the illusion of 3D depth. Each 
pair of stereo images has many similar block pairs. Many steganography schemes have been proposed for stereo images; however, 
their embedding capacity is limited while low image quality. In this paper, a novel reversible steganography scheme is proposed to 
embed secret data in these similar block pairs. To increase the embedding capacity, each 3-bit secret data is embedded into a pair 
of middle frequency DCT-quantized coefficients from these similar block pairs. Experimental results demonstrated that the proposed 
scheme achieves high embedding capacity while maintaining good quality of stereo images. The experimental results also showed 
that the proposed scheme outperforms some previous schemes in terms of embedding capacity and image quality of stego images. 
Keywords— Stereo images, reversibility, steganography, quantized DCTcoefficients.