Kỹ thuật bảo vệ bản quyền nhạc số bằng thủy vân

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CNTT VÀ TRUYỀN THÔNG Trần Thị Thành KỸ THUẬT BẢO VỆ BẢN QUYỀN NHẠC SỐ BẰNG THỦY VÂN LUẬN VĂN THẠC SĨ: KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên, tháng năm 2015 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CNTT VÀ TRUYỀN THÔNG Trần Thị Thành KỸ THUẬT BẢO VỆ BẢN QUYỀN NHẠC SỐ BẰNG THỦY VÂN Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số : 60 48 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ: KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Đặng Văn Đức Thái Nguyên, tháng năm 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Kỹ thuật bảo vệ quyền nhạc số thủy vân” sản phẩm riêng cá nhân, khơng chép lại người khác Trong tồn nội dung luận văn, điều trình bày cá nhân tổng hợp, nghiên cứu từ nhiều nguồn tài liệu Tất tài liệu tham khảo có xuất xứ trích dẫn rõ ràng Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm chịu hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan Thái Nguyên, ngày 20 tháng 07 năm 2015 Học viên Trần Thị Thành LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy Đặng Văn Đức - Viện Cơng nghệ thơng tin, người tận tình hướng dẫn, bảo giúp đỡ tơi suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường Đại học Công nghệ Thông tin Truyền thông - Đại học Thái Nguyên giảng dạy cung cấp cho chúng tơi kiến thức bổ ích thời gian học cao học, giúp tơi có tảng tri thức để phục vụ nghiên cứu khoa học sau Tôi xin cảm ơn Lãnh đạo đồng nghiệp đơn vị tạo điều kiện giúp đỡ tơi suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn đến gia đình bạn bè, người ln quan tâm, động viên khuyến khích tơi q trình học tập Thái Nguyên, ngày 20 tháng 07 năm 2015 Trần Thị Thành MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU 10 Đặt vấn đề 10 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 11 Hướng nghiên cứu đề tài 11 Nội dung luận văn 11 Phương pháp nghiên cứu 12 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THỦY VÂN DỮ LIỆU ÂM THANH 13 1.1 Thủy vân số thủy vân liệu âm 13 1.1.1 Vài nét lịch sử giấu tin 13 1.1.2 Định nghĩa 14 1.1.3 Mơ hình kỹ thuật giấu tin 14 1.2 Phân loại kỹ thuật giấu tin 15 1.3 Thủy vân yêu cầu thủy vân âm 17 1.3.1 Phân loại thủy vân số 17 1.3.2 Mơ hình hệ thống thủy vân âm 19 1.3.3 Các đặc tính thủy vân âm 21 1.4 Một số ứng dụng triển khai 21 1.5 Âm số 23 1.5.1 Khái niệm âm âm số 23 1.5.2 Một số định dạng file âm máy tính 24 CHƯƠNG THUẬT TOÁN THỦY VÂN ÂM THANH TRÊN MIỀN THỜI GIAN VÀ MIỀN TẦN SỐ 28 2.1 Thuật toán thủy vân âm sử dụng biến đổi Cosine rời rạc 28 2.1.1 Biến đổi Cosine rời rạc 28 2.1.2 Thuật toán thủy vân âm sử dụng biến đổi Cosine rời rạc 30 2.2 Thuật toán thủy vân âm sử dụng biến đổi DCT đoạn tín hiệu có lượng cao 33 2.3 Thuật toán thủy vân âm sử dụng DCT biến đổi Arnold 38 2.3.1 Biến đổi Arnold 38 2.3.2 Thuật toán thủy vân âm sử dụng DCT biến đổi Arnold 42 2.4 Thuật toán thủy vân âm sử dụng kỹ thuật thay LSB 46 2.4.1 Thuật toán LSB 46 2.4.2 Thuật toán thủy vân âm thanhsử dụng kỹ thuật thay LSB 50 2.5 Kỹ thuật đánh giá hiệu hệ thống thủy vân âm 53 2.5.1 Tỷ lệ lỗi bit (Bit Error Rate – BER) 53 2.5.2 Hệ số tương quan chuẩn hóa (Normalized Correlation Coefficient – NCC) 53 2.5.3 Chất lượng cảm nhận (Perceptual Quality) 53 CHƯƠNG XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 55 3.1 Mơ hình hệ thống thử nghiệm 55 3.2 Cơng nghệ sử dụng phát triển chương trình thử nghiệm 57 3.3 Đánh giá kết thử nghiệm 57 KẾT LUẬN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC Cấu trúc file âm dạng WAV 63 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN AAC - Định dạng âm chuẩn (Advanced Audio Coding) AIFF - Định dạng không thông tin (Audio Interchange File Format) DCT - Phép biến đổi Cosin rời rạc (Discrete Cosine Tranform) FLAC - Nén âm không liệu (Free Lossless Audio Codec), FT - Biến đổi Fourier (Fourier Transform) LSB - Bít quan trọng (Least Significant Bít) MP3 - Định dạng nén âm (Movie Picture Experts Group-Layer 3) PCM - Điều biến mã xung (Pulse Code Modulation) WAV - Định dạng âm dạng sóng (Waveform Audio Format) WMA - Định dạng âm Microsoft (Windows Media Audio) DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Lược đồ chung cho trình giấu tin 14 Hình 1.2: Lược đồ chung cho trình tách tin 15 Hình 1.3: Phân loại kỹ thuật giấu tin 16 Hình 1.4: Phân loại thủy vân số 18 Hình 1.5: Mơ hình thủy vân âm 19 Hình 1.6: Mơ hình tách thủy vân âm 20 Hình 1.7: Tín hiệu âm 23 Hình 1.8: Số hóa tín hiệu âm 24 Hình 2.1: Sơ đồ quy trình nhúng thủy vân biến đổi Cosine rời rạc 31 Hình 2.2: Sơ đồ quy trình tách thủy vân biến đổi Cosine rời rạc 32 Hình 2.4: Sơ đồ quy trình tách thủy vân đoạn tín hiệu có lượng cao miền biến đổi 37 Hình 2.5: Phân phối tọa độ ảnh 39 Hình 2.7: Sơ đồ quy trình nhúng thủy vân sử dụng DCT biến đổi Arnold 44 Hình 2.8: Sơ đồ quy trình tách thủy vân sử dụng DCT biến đổi Arnold 46 Hình 2.9:Sơ đồ quy trình nhúng thủy vân phương pháp thay LSB 51 Hình 2.10: Sơ đồ quy trình tách thủy vân phương pháp thay LSB 52 Hình 3.1: Mơ hình thử nghiệm thủy vân tệp âm 56 Hình 3.2: Mơ hình thử nghiệm tách thủy vân 56 Hình 3.3: Giao diện nhúng thủy vân 57 Hình 3.4: Giao diện hồn thành nhúng thủy vân 58 Hình 3.5: Giao diện tách thủy vân 58 Hình 3.6: Giao diện hồn thành tách thủy vân so sánh ảnh 59 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: So sánh giấu thông tin mật giấu thông tin thủy vân 17 Bảng 1.2: Một số định dạng file âm máy tính 27 Bảng 2.1: Thuật toán chu kỳ xáo trộn Arnold 39 10 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Cuộc cách mạng thông tin liệu số đem lại thay đổi sâu sắc xã hội sống Những thuận lợi thông tin liệu số mang lại đề thách thức hội cho trình đổi Sự đời phần mềm có tính mạnh, thiết bị máy ảnh kỹ thuật số, máy quét chất lượng cao, máy in, máy ghi âm kỹ thuật số,… với tới giới tiêu dùng rộng lớn để sáng tạo, xử lý thưởng thức liệu số Mạng Internet toàn cầu biến thành xã hội ảo nơi diễn q trình trao đổi thơng tin lĩnh vực trị, qn sự, quốc phịng, kinh tế, thương mại… Đồng thời môi trường mở tiện nghi xuất nhiều vấn nạn, tiêu cực cần đến giải pháp hữu hiệu cho vấn đề an tồn thơng tin nạn ăn cắp quyền, nạn xuyên tạc thông tin, truy nhập thông tin trái phép Trong bối cảnh vậy, việc thực thi quyền sở hữu liệu đảm bảo toàn vẹn liệu yêu cầu quan trọng đòi hỏi giải pháp đồng bộ, bao gồm khía cạnh kỹ thuật, tổ chức luật pháp Tháng 3/1998 Hồng Kơng, quyền tịch thu số lượng đĩa CD âm nhạc lậu trị giá 85 triệu đôla, vào 6/1998, Đức tịch thu sản phẩm phần mềm kĩ thuật số lậu trị giá 1,9 triệu đô la Quốc hội Mỹ thông qua dự luật “Hành động bảo vệ quyền kỷ nguyên kĩ thuật số” (Digital Millenium Copyright Act) để bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ với sản phẩm kĩ thuật số [6] Tất việc nói nên cần thiết phải có cách để bảo vệ sản phẩm kĩ thuật số khỏi thao tác chép, xử lý trái phép ngăn chặn hoạt động xảy Một phương pháp chống chép trái phép bảo vệ quyền cho sản phẩm số - thuỷ vân số (digital watermarking) đời hoàn cảnh Thuỷ vân số phương pháp dùng để bảo vệ sản phẩm số Nó dùng lĩnh ... 18 Thủy vân số Thủy vân bền vững Thủy vân ẩn Thủy vân Thủy vân dễ vỡ Thủy vân ẩn Thủy vân Hình 1.4: Phân loại thủy vân số Các kỹ thuật thuỷ vân hình 1.4[6] phân biệt đặc trưng, tính chất kỹ thuật. .. thủy vân âm Trong phạm vi luận văn này, hai kỹ thuật thủy vân âm nghiên cứu, là: - Thủy vân âm miền thời gian với kỹ thuật nhúng thủy vân vào LSB - Thủy vân âm miền biến đổi với kỹ thuật nhúng thủy. .. Thuật toán thủy vân âm sử dụng kỹ thuật thay LSB 46 2.4.1 Thuật toán LSB 46 2.4.2 Thuật toán thủy vân âm thanhsử dụng kỹ thuật thay LSB 50 2.5 Kỹ thuật đánh giá hiệu hệ thống thủy vân