(NCKH) nghiên cứu kỹ thuật giấu thông tin trong audio ứng dụng cho bản quyền audio số và truyền tin mật bằng audio

(NCKH) nghiên cứu kỹ thuật giấu thông tin trong audio ứng dụng cho bản quyền audio số và truyền tin mật bằng audio (NCKH) nghiên cứu kỹ thuật giấu thông tin trong audio ứng dụng cho bản quyền audio số và truyền tin mật bằng audio (NCKH) nghiên cứu kỹ thuật giấu thông tin trong audio ứng dụng cho bản quyền audio số và truyền tin mật bằng audio (NCKH) nghiên cứu kỹ thuật giấu thông tin trong audio ứng dụng cho bản quyền audio số và truyền tin mật bằng audio (NCKH) nghiên cứu kỹ thuật giấu thông tin trong audio ứng dụng cho bản quyền audio số và truyền tin mật bằng audio (NCKH) nghiên cứu kỹ thuật giấu thông tin trong audio ứng dụng cho bản quyền audio số và truyền tin mật bằng audio (NCKH) nghiên cứu kỹ thuật giấu thông tin trong audio ứng dụng cho bản quyền audio số và truyền tin mật bằng audio (NCKH) nghiên cứu kỹ thuật giấu thông tin trong audio ứng dụng cho bản quyền audio số và truyền tin mật bằng audio

TRƢỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN THUYẾT MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƢỜNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT GIẤU THÔNG TIN TRONG AUDIO - ỨNG DỤNG CHO BẢN QUYỀN AUDIO SỐ VÀ TRUYỀN TIN MẬT BẰNG AUDIO Chủ nhiệm đề tài: Thành viên tham gia: TS HỒ THỊ HƢƠNG THƠM THS TRỊNH THỊ NGỌC HƢƠNG THS NGUYỄN THỊ THU HÀ Hải Phòng, tháng / 2015 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT .4 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ LỜI MỞ ĐẦU Chương I TỔNG QUAN 1.1 Giấu thông tin ? 1.2 Phân loại kỹ thuật giấu tin 1.2.1 Phân loại theo phương tiện chứa tin: 1.2.2 Phân loại theo cách thức tác động lên phương tiện 11 1.2.3 Phân loại theo mục đích sử dụng: 12 1.3 Một số ứng dụng xu hướng phát triển 13 1.4 Âm thanh, đặc tính cấu trúc lưu trữ âm 14 1.4.1 Sóng âm cảm giác âm 14 1.4.2 Mã hóa âm wave 14 1.4.3 Cấu trúc tập tin âm 16 1.5 Sơ đồ giấu tin tách tin liệu âm .17 1.6 Tăng độ an toàn cho thông tin đem giấu 18 1.7 Đánh giá chất lượng âm sau giấu tin 19 Chương II KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ÂM THANH 20 2.1 Kỹ thuật giấu tin bit có trọng số thấp LSB (Least Significant Bit) 20 2.1.1 Thuật toán giấu tin: 22 2.1.2 Thuật toán tách tin: 22 2.2 Kỹ thuật giấu tin ảnh xám tín hiệu audio (LSB nâng cao) 23 2.2.1 Thuật toán giấu tin: 23 2.2.2 Thuật toán tách tin: 24 2.3 Đề xuất phương pháp giấu văn kết hợp MSB LSB tín hiệu audio 25 2.3.1 Phương pháp 26 2.3.2 Phương pháp 27 2.4 Kỹ thuật thủy vân số miền biến đổi tín hiệu audio 28 2.4.1 Thuật toán giấu tin: 31 2.4.2 Thuật toán tách tin: 32 Chương III CÀI ĐẶT, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 34 3.1 Môi trường cài đặt số giao diện chương trình 34 3.1.1 Môi trường cài đặt 34 3.1.2 Giao diện chương trình 34 3.2 Thử nghiệm 39 3.2.1 Tập liệu thử nghiệm .39 3.2.2 Thực thử nghiệm 40 3.3 Nhận xét đánh giá 42 KẾT LUẬN 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT AES Advanced Encryption Standard BPF Band Pass Filter DES Data Encryption Standard EOF End of file HVS Human Vision System HAS Human Auditory System LSB Least Significant Bit LPF Low Pass Filter MSB Most Significant Bit MOS Mean Opinion Score SNR Signal-To-Noise Ratio RSA Ron Rivest, Adi Shamir Len Adleman PCM Pulse Code Modulation DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Kỹ thuật giấu tin công bố giai đoạn 1992 – 2007[3] Hình 1.2 Tỉ lệ phương tiện lựa chọn để giấu tin năm 2008 [3] Hình 1.3: Sơ đồ phân loại kỹ thuật giấu thông tin 13 Hình 1.4: Định dạng tệp wave 15 Hình 1.5: Trích mẫu .15 Hình 1.6 Sơ đồ tổng quát giấu tin tách tin audio 18 Hình 2.1 Giá trị bit tín hiệu A = 218 20 Hình 2.2 Giá trị bit tín hiệu B=219 sau giấu bit vào LSB A .21 Hình 2.3 Giá trị bit tín hiệu C=219 sau giấu bit vào LSB A .21 Hình 2.4 Sơ đồ giấu tin bit LSB tín hiệu audio sở 21 Hình 2.5 Minh họa kỹ thuật giấu ảnh tín hiệu audio .25 Hình 2.6 Minh họa kỹ thuật giấu văn dựa vào7 bit MSB bit LSB tín hiệu audio 27 Hình 2.7 Minh họa kỹ thuật giấu văn dựa bit MSB bit LSB tín hiệu audio 28 Hình 2.8 Sơ đồ tổng quát giấu tin tách tin miền tần số [9] 29 Hình 2.9 Biến đổi tần số Fourier tín hiệu sở tín hiệu thông điệp 30 Hình 2.10 a) Tín hiệu sở sử dụng lọc LPF, b) tín hiệu thông điệp sử dụng BPF .30 Hình 2.11 Tín hiệu mang thông tin giấu .31 Hình 2.12 Tín hiệu thông điệp sau tách 31 Hình 3.1 Giao diện chương trình 34 Hình 3.2 Giao diện với module chức giấu tin mật (Stegangraphy) 35 Hình 3.3 Giao diện với module chức Thủy vân số (Watermarking) 35 Hình 3.4 Giao diện giấu tin văn LSB Audio 36 Hình 3.5 Giao diện tách tin văn giấu LSB Audio 36 Hình 3.6 Giao diện thủy vân ảnh nhị phân LSB Audio 37 Hình 3.7 Giao diện tách thủy vân ảnh nhị phân LSB Audio 37 Hình 3.8 Giao diện thủy vân audio tín hiệu biến đổi Audio gốc .38 Hình 3.9 Giao diện tách thủy vân audio tín hiệu biến đổi Audio 38 Hình 3.10 Giao diện tính thay đổi nhiễu PSNR audio gốc audio giấu tin 39 Hình 3.11 ảnh nhị phân cần giấu tập liệu audio 41 Thuyết minh đề tài NCKH LỜI MỞ ĐẦU LỜI MỞ ĐẦU Giấu thông tin (Hiding information) kỹ thuật giấu thông tin quan trọng vào đối tượng liệu số mà không làm ảnh hưởng trực giác đến chất lượng ban đầu liệu số Dữ liệu số dùng để che giấu tin ảnh số (image), âm số (audio), phim đoạn clip (video) Giấu tin có hai mục đích chính: - Thứ nhất, giấu tin nhằm mục đích bảo vệ cho tài liệu số dùng để bao che thông tin giấu, hình thức dùng để bảo vệ quyền chống xuyên tạc nội dung Và người ta gọi hình thức giấu thủy vân số (Watermarking) Thủy vân số cần giấu với lượng thông tin nhỏ đủ mạnh (bền vững) để bảo vệ tài liệu số có mang thông tin - Thứ hai, giấu tin nhằm mục đích trao đổi thông tin mật đến đối tượng đồng minh mà không muốn đối tượng thứ ba (không mong muốn) phát hay nghi ngờ Người ta gọi hình thức giấu giấu tin mật (Steganography), kỹ thuật giấu theo hình thức thường cố gắng nghiên cứu giấu nhiều thông tin vào liệu số tốt đảm bảo chất lượng theo trực giác liệu bao tin Lĩnh vực giấu tin thu hút quan tâm nhiều nghiên cứu giới, đặc biệt lĩnh vực an ninh, quốc phòng, thương mại, … Tuy nhiên Việt Nam giấu tin ảnh có nhiều công trình nghiên cứu công bố, giấu tin âm số hạn chế, chưa có nhiều công bố rộng rãi lĩnh vực Do đề tài nghiên cứu nghiên cứu tìm hiểu số kỹ thuật giấu tin âm với hai hình thức Watermarking Steganography Dựa vào sở nghiên cứu xây dựng chương trình giấu tin tín hiệu âm với nhiều kiểu liệu thông tin giấu audio: văn bản, ảnh nhị phân, ảnh cấp xám hay đoạn audio Thuyết minh đề tài NCKH Chương I TỔNG QUAN Chƣơng I TỔNG QUAN 1.1 Giấu thông tin ? “Giấu thông tin” (Steganography) kỹ thuật liên lạc mật dựa hình thức giấu thông tin quan trọng vào đối tượng khác Từ thời kỳ cổ đại người ta sử dụng phương pháp để liên lạc mật cho Một ví dụ cổ điển hình giấu tin [1] (485-525 trước công nguyên) câu chuyện người tên Histaiæus muốn gửi thông tin quan trọng “Kế hoạch ủng hộ dậy chống lại đức vua Ba tư Xerxes” cho nhà nhiếp thành phố Miletus cách xăm thông tin lên da đầu người nô lệ tin cậy mình, tóc mọc dài trở lại ông ta cử người nô lệ đến gặp nhà nhiếp chính, đường không bị lộ thông tin, vượt qua kiểm soát, đến gặp nhà nhiếp chính, nhà nhiếp việc cạo trọc đầu người nô lệ đọc thông tin Hay phát minh khác Pliny T Elder (23-79 sau công nguyên) mực “không màu” sữa số loại động vật, mực viết giấy để khô khó phát ra, giấy hơ nóng vết mực chuyển sang nâu, đọc dòng chữ viết Vào thời kỳ phục hưng, năm 1518 Johannes Trithemius viết sách mã hóa “Polygraphia” Trong sách người ta thấy xuất thuật ngữ “Steganographia”, từ ghép bắt nguồn từ ngôn ngữ Hy lạp steganos nghĩa bao bọc “cover” graphia nghĩa viết “writing” [2] Trải qua nhiều thời kỳ biến động xã hội loài người, ngày mà kỹ thuật số bùng nổ, người “số hoá” lĩnh vực giấu tin phục vụ cho sống đại Trong [3] người ta thông kê phát triển mạnh mẽ công cụ giấu tin giai đoạn 1992 đến 2007 Giấu tin có ưu điểm mà mật mã học (Cryptography) hạn chế “bảo vệ quyền số, hay đối tượng liên lạc mật với kênh thông tin công cộng mà bị nghi ngờ” Lý quyền số mã hóa sau giải mã khó giữ quyền, hay thông tin mật cần trao đổi bên, sau mã hóa làm cho người khác biết rõ bên có trao đổi thông tin mật cho Giấu tin liệu đa phương tiện “bổ khuyết” cho vấn đề mật mã học Thuyết minh đề tài NCKH Chương I TỔNG QUAN Hình 1.1 Kỹ thuật giấu tin công bố giai đoạn 1992 – 2007[3] Về nguyên lý, giấu tin liệu video, liệu âm hay liệu ảnh số không khác nhiều Giấu tin ảnh dễ thực hơn, giấu nhiều thông tin hơn, ảnh đối tượng sử dụng phổ biến Internet nay, nên kỹ thuật giấu tin ảnh chiếm tỉ lệ nhiều loại liệu đa phương tiện (hình 1.2) Hình 1.2 Tỉ lệ phương tiện lựa chọn để giấu tin năm 2008 [3] Giấu tin audio dựa vào hệ thống thính giác người nên thường khó liệu số khác hệ thống thính giác người nhạy cảm với nhiễu, nhiên audio loại liệu sử dụng phổ biến internet quan tâm nghiên cứu rộng rãi thứ theo [3] đưa (hình 1.2) cho nhiều mục đích khác nhau: bảo vệ quyền, chống chép, xuyên tạc nội dung Thuyết minh đề tài NCKH Chương I TỔNG QUAN 1.2 Phân loại kỹ thuật giấu tin Có nhiều cách để tiến hành phân loại phương pháp giấu thông tin thông qua tiêu chí khác nhau, theo phương tiện chứa tin, phương pháp tác động lên kỹ thuật phương tiện chứa tin, hay phân loại dựa theo ứng dụng cụ thể 1.2.1 Phân loại theo phương tiện chứa tin: 1.2.1.1 Giấu thông tin ảnh: Thông tin giấu với liệu ảnh chất lượng ảnh thay đổi đằng sau ảnh mang thông tin có ý nghĩa Ngày nay, ảnh số sử dụng phổ biến, giấu thông tin ảnh đem lại nhiều ứng dụng quan trọng nhiều lĩnh vực đời sống xã hội Ví dụ nước phát triển, chữ kí tay số hoá lưu trữ sử dụng hồ sơ cá nhân dịch vụ ngân hàng tài chính, dùng để nhận thực thẻ tín dụng người tiêu dùng Phần mềm WinWord MicroSoft cho phép người dùng lưu trữ chữ kí ảnh nhị phân gắn vào vị trí file văn để đảm bảo tính an toàn thông tin Tài liệu sau truyền trực tiếp qua máy fax lưu truyền mạng Theo đó, việc nhận thực chữ kí, xác thực thông tin trở thành vấn đề quan trọng mà việc ăn cắp thông tin hay xuyên tạc thông tin tin tặc trở thành vấn nạn quốc gia nào, tổ chức Thêm vào đó, lại có nhiều loại thông tin quan trọng cần bảo mật thông tin an ninh, thông tin bảo hiểm hay thông tin tài chính, thông tin số hoá lưu trữ hệ thống máy tính hay mạng Chúng dễ bị lấy cắp bị thay đổi phần mềm chuyên dụng Việc nhận thực phát thông tin xuyên tạc trở nên vô quan trọng, cấp thiết Và đặc điểm giấu thông tin ảnh thông tin giấu ảnh cách vô hình, cách mà truyền thông tin mật cho mà người khác biết sau giấu thông tin chất lượng ảnh gần không thay đổi đặc biệt ảnh mầu hay ảnh xám Thuyết minh đề tài NCKH Chương I TỔNG QUAN 1.2.1.2 Giấu tin audio Giấu thông tin audio mang đặc điểm riêng, khác với giấu thông tin đối tượng đa phương tiện khác Một yêu cầu giấu tin đảm bảo tính chất ẩn thông tin giấu đồng thời không làm ảnh hưởng đến chất lượng liệu gốc Để đảm bảo yêu cầu này, kỹ thuật giấu thông tin ảnh phụ thuộc vào hệ thống thị giác người - HVS (Human Vision System) kỹ thuật giấu thông tin audio lại phụ thuộc vào hệ thống thính giác HAS (Human Auditory System) Và vấn đề khó khăn hệ thống thính giác người nghe tín hiệu giải tần rộng công suất lớn nên gây khó dễ phương pháp giấu tin audio Nhưng thật may HAS lại việc phát khác biệt dải tần công suất điều có nghĩa âm to, cao tần che giấu âm nhỏ thấp cách dễ dàng Các mô hình phân tích tâm lí điểm yếu thông tin giúp ích cho việc chọn audio thích hợp cho việc giấu tin Vấn đề khó khăn thứ hai giấu thông tin audio kênh truyền tin Kênh truyền hay băng thông chậm ảnh hưởng đến chất lượng thông tin sau giấu Ví dụ để nhúng đoạn java applet vào đoạn audio (16 bit, 44.100 Hz) có chiều dài bình thường phương pháp nói chung cần 20 bit/s Giấu thông tin audio đòi hỏi yêu cầu cao tính đồng tính an toàn thông tin Các phương pháp giấu thông tin audio lợi dụng điểm yếu hệ thống thính giác người 1.2.1.3 Giấu thông tin video Cũng giống giấu thông tin ảnh hay audio, giấu tin video quan tâm phát triển mạnh mẽ cho nhiều ứng dụng điều khiển truy cập thông tin, nhận thực thông tin bảo vệ quyền tác giả Ta lấy ví dụ hệ thống chương trình trả tiền xem theo đoạn với video clip (pay per view application) Các kỹ thuật giấu tin video phát triển mạnh mẽ theo hai khuynh hướng thuỷ vân số giấu tin mật Nhưng phần giới thiệu quan tâm tới kỹ thuật giấu tin video Một phương pháp giấu tin 10 Thuyết minh đề tài NCKH Chương II KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ÂM THANH Hình 2.11 Tín hiệu mang thông tin giấu Quá trình tách tin thực ngược lại, sử dụng lọc thông giải BPF cho tín hiệu mang tin để tách giải thông tin hiệu thông điệp gộp tin hiệu sở Kết sau lọc BPF điều chỉnh sử dụng cos(wt) phép cosine ta tín hiệu sau điều chỉnh, tín hiệu sử dụng lọc thông thấp LPF để tín hiệu thông điệp giấu, kết hình 2.12 Hình 2.12 Tín hiệu thông điệp sau tách Thuật toán giấu tin tách tin miền biến đổi trình bày sau 2.4.1 Thuật toán giấu tin: Đầu vào: Audio gốc A có độ dài tín hiệu L, audio cần giấu M Đầu ra: Audio giấu tin Các bước thực hiện: Bước 1: Đọc audio vào A, dựa vào tần số lấy mẫu thông số liên quan đến cấu trúc lưu trữ tệp audio ta vector giá trị tín hiệu 31 Thuyết minh đề tài NCKH Chương II KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ÂM THANH mẫu, biến đổi Fourier cho tin hiệu vào (không biến đổi tín hiệu audio cuối để giấu độ dài thông điệp) Bước 2: Đọc audio cần giấu M, tính độ dài số tín hiệu M giá trị L, lưu vào tín hiệu cuối audio vào A để tách M trình tách tin Thực biến đổi Fourier cho tin hiệu thông điệp M Bước 3: Thực lọc sử dụng lọc thông thấp LPF đến 18kHz cho tín hiệu sở Bước 4: Sử dụng lọc thông giải BPF cho tín hiệu thông điệp với giải lọc từ 300Hz đến 3.3 kHz Bước 5: thực điều chỉnh tín hiệu thông điệp (đã lọc) sử dụng biến đổi cosine với tần số mang 20kHz Kết hợp tín hiệu sở (đã lọc) với tín hiệu thông điệp sau điều chỉnh nhận tín hiệu có giấu thông tin Bước 6: Lưu lại tín hiệu audio giấu tin vào tệp audio kết ta audio giấu tin S 2.4.2 Thuật toán tách tin: Đầu vào: Audio giấu tin S Đầu ra: Audio thông điệp giấu M Các bước thực hiện: Bước 1: Đọc audio vào S, dựa vào tần số lấy mẫu thông số liên quan đến cấu trúc lưu trữ tệp audio ta vector giá trị tín hiệu để thực tách tin Bước 2: Tách độ dài tín hiệu L giấu ba tín hiệu cuối tín hiệu audio Bước 3: Sử dụng lọc thông giải BPF cho tín hiệu mang tin để tách giải thông tin hiệu thông điệp giấu 32 Thuyết minh đề tài NCKH Chương II KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ÂM THANH Bước 4: Điều chỉnh tín hiệu sử dụng cos(wt) phép cosine ta tín hiệu sau điều chỉnh, tín hiệu sử dụng lọc thông thấp LPF ta tín hiệu thông điệp giấu Bước 5: Kết hợp với độ dài tín hiệu L giấu ta audio thông điệp Thuật toán kỹ thuận phù hợp với phương pháp thủy vân số dùng để giấu đoạn audio vào audio sở mục đích bảo vệ quyền số liệu âm 33 Thuyết minh đề tài NCKH Chương III CÀI ĐẶT, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ Chƣơng III CÀI ĐẶT, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 3.1 Môi trƣờng cài đặt số giao diện chƣơng trình 3.1.1 Môi trường cài đặt Chương trình giấu tin audio thực môi trường Matlap phiên 2008b Môi trường hỗ trợ nhiều tính liên quan đến đọc lưu liệu audio giúp giảm thiểu việc xử lý vào tệp audio Hệ điều hành tối thiểu để sử dụng Matlab phiên 2008 hệ điều hành Win7, Window Vista WinNT 3.1.2 Giao diện chương trình Sau số cửa sổ giao diện chương trình Cửa số chương trình (hình 3.1) có module là: module kỹ thuật giấu tin mật module kỹ thuật thủy vân số Các hình ví dụ minh họa chi tiết thực số chức giấu tin, tách tin cụ thể Hình 3.1 Giao diện chương trình Nhóm chức Giấu tin mật (Steganography) gồm: + Kỹ thuật giấu tin văn bản: Gồm có chức giấu nội dung dạng văn gõ trực tiếp giao diện đọc vào từ tệp *.txt lưu máy tính; 34 Thuyết minh đề tài NCKH Chương III CÀI ĐẶT, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ + Kỹ thuật giấu tin tệp tin bất kỳ: Cho phép giấu thông tin từ tệp lưu máy tính Hình 3.2 Giao diện với module chức giấu tin mật (Stegangraphy) Nhóm chức Thủy vân số (Watermarking) gồm: + Thủy vân audio audio: giấu miền biến đổi Fourier giấu LSB miền thời gian thực + Thủy vân ảnh nhị phân audio + Thủy vân ảnh xám audio Hình 3.3 Giao diện với module chức Thủy vân số (Watermarking) 35 Thuyết minh đề tài NCKH Chương III CÀI ĐẶT, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ Dưới giao diện giấu tin văn tách tin LSB tín hiệu audio Hình 3.4 Giao diện giấu tin văn LSB Audio Hình 3.5 Giao diện tách tin văn giấu LSB Audio 36 Thuyết minh đề tài NCKH Chương III CÀI ĐẶT, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ Dưới giao diện thủy vân tách thủy vân LSB tín hiệu audio Hình 3.6 Giao diện thủy vân ảnh nhị phân LSB Audio Hình 3.7 Giao diện tách thủy vân ảnh nhị phân LSB Audio Dưới giao diện thủy vân tách thủy vân tín hiệu audio tín hiệu biến đổi audio gốc 37 Thuyết minh đề tài NCKH Chương III CÀI ĐẶT, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ Hình 3.8 Giao diện thủy vân audio tín hiệu biến đổi Audio gốc Hình 3.9 Giao diện tách thủy vân audio tín hiệu biến đổi Audio 38 Thuyết minh đề tài NCKH Chương III CÀI ĐẶT, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ Hình 3.10 Giao diện tính thay đổi nhiễu PSNR audio gốc audio giấu tin 3.2 Thử nghiệm 3.2.1 Tập liệu thử nghiệm Tập liệu âm dùng để thử nghiệm bao gồm 10 tệp âm đó: + tệp âm loại nhạc không lời, + tệp âm loại nhạc có lời Bảng 3.1 Biểu đồ tín hiệu âm đầu vào Nhạc không lời STT Nhạc có lời 7 x 10 x 10 6 5 4 3 2 1 10 12 14 x 10 0 x 10 39 Thuyết minh đề tài NCKH Chương III CÀI ĐẶT, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ x 10 x 10 5 4 3 2 1 0 0.5 1.5 2.5 3.5 x 10 0 0.5 1.5 2.5 x 10 x 10 4.5 3.5 3 2.5 1.5 x 10 6 10 12 14 0.5 1.5 2.5 16 3.5 x 10 x 10 4 7 x 10 x 10 6 5 4 3 2 1 0 10 12 14 16 x 10 0 6 x 10 x 10 6 5 4 3 2 1 x 10 0 0.5 1.5 2.5 3.5 0.5 1.5 x 10 2.5 3.5 4.5 x 10 Dự liệu thông điệp gồm: đoạn âm đó, tệp văn bất kỳ, ảnh nhị phân, ảnh cấp xám 3.2.2 Thực thử nghiệm Tiến hành thử nghiệm để giấu tin cho tập liệu tín hiệu âm (gồm 10 tệp), cho trường hợp sau đánh giá chất lượng tín hiệu âm sau giấu tin PSNR ta kết cho trường hợp sau: + Trường hợp 1: giấu ảnh nhị phân (có kích cỡ 337 x 336 pixel ứng với 113 232 bit, hình 3.11) tập audio sử dụng kỹ thuật giấu LSB (trình bày mục 2.1), cho phép thay đổi bit LSB ta bảng kết 3.2 40 Thuyết minh đề tài NCKH Chương III CÀI ĐẶT, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ Hình 3.11 ảnh nhị phân cần giấu tập liệu audio Bảng 3.2 Kết đánh giá PSNR chất lượng audio sau giấu ảnh nhị phân STT PSNR (Decibel – dB) Nhạc không lời Nhạc có lời 73.3162 dB 79.0625 dB 75.4257 dB 77.6028 dB 70.9296 dB 79.4459 dB 63.4935 dB 78.3756 dB 76.4811 dB 78.9611 dB + Trường hợp 2: Cùng giấu audio (có độ dài 111 132 tín hiệu) tập liệu audio sử dụng kỹ thuật giấu miền biến đổi tần số Fourier trình bày mục 2.4 ta bảng kết 3.3 Bảng 3.3 Kết đánh giá PSNR chất lượng audio sau giấu tin hiệu audio STT PSNR (Decibel – dB) Nhạc không lời Nhạc có lời 35.5063 dB 26.0642 dB 29.7468 dB 27.1257 dB 36.8012 dB 28.356 dB 30.768 dB 25.6758 dB 41 Thuyết minh đề tài NCKH Chương III CÀI ĐẶT, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 27.1032 dB 25.3917 dB + Trường hợp 3: giấu ảnh cấp xám (kích cỡ ) tập 10 tệp audio sử dụng kỹ thuật giấu LSB cải tiến bày mục 2.2 bảng kết 3.4 Bảng 3.4 Kết đánh giá PSNR chất lượng audio sau giấu ảnh cấp xám PSNR (Decibel – dB) STT Nhạc không lời Nhạc có lời 80.0608 dB 81.3532 dB 79.6676 dB 84.0324 dB 78.4592 dB 82.0447 dB 81.6744 dB 86.4382 dB 77.3498 dB 88.5673 dB + Trường hợp 4: giấu văn (gồm 13728 ký tự ứng với 109824 bit) tập 10 tệp audio sử dụng kỹ thuật giấu đề xuất trình kết hợp bit MSB với bit LSB bày mục 2.3 bảng kết 3.5 Bảng 3.5 Kết đánh giá PSNR chất lượng audio sau giấu văn PSNR (Decibel – dB) STT Nhạc không lời Nhạc có lời 85.6798 dB 91.4732 dB 89.6473 dB 90.0247 dB 83.4591 dB 92.0687 dB 84.673 dB 91.4382 dB 87.3452 dB 93.8745 dB 3.3 Nhận xét đánh giá Dựa vào bảng 3.2, 3.3, 3.4 3.5 đưa nhận xét sau kỹ thuật giấu tin, thông tin giấu có độ dài xấp xỉ số bit: 42 Thuyết minh đề tài NCKH Chương III CÀI ĐẶT, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ + Kỹ thuật giấu tin miền biến đổi tần số Fourier có PSNR thấp (bảng 3.3) (là trường hợp thay đổi nhiều giá trị ban đầu tín hiệu audio gốc), so với kỹ thuật giấu khác gẫy nhiễu tín hiệu gốc nhiều chất lượng chấp nhận với khán giả không khó tính Tuy nhiên theo nhóm tác giả đề xuất kỹ thuật cho phương pháp giữ thủy vân giấu bền vững trước số tần công xử tín hiệu Do nhóm nghiên cứu chưa có nhiều thời gian xây dựng số phép biến đổi tín hiệu lọc, giảm làm trơn nhiễu nên chưa thể khẳng định kỹ thuật thủy vân bền vững + Kỹ thuật giấu văn LSB kết hợp với bit MSB nhóm tác giả đề xuất làm thay đổi giá trị tín hiệu gốc nên giá tri PSNR cao (bảng 3.5) (nghĩa nhiễu so với giá trị ban đầu) + Kỹ thuật giấu ảnh cấp xám ảnh nhị phân (bảng 3.2 3.4) có giá trị PSNR hai kỹ thuật thay đổi số bit LSB tín hiệu gốc Chưa nghiên cứu thử nghiệm âm giọng nói (bản tin, thời sự, kể truyện) để đánh giá ảnh hưởng thông tin giấu đến chất lượng âm Các phương pháp đánh giá dựa tính giá trị nhiễu PSNR tín hiệu, chưa đánh giá dựa vào hệ thống thính giác người nghe (thính giả) thực để có nhìn nhận hệ thống giấu tin cách trực quan đa dạng 43 Thuyết minh đề tài NCKH KẾT LUẬN KẾT LUẬN Kỹ thuật giấu thông tin âm số hướng nghiên cứu phương pháp giấu thông tin đạt kết khả quan Đề tài nghiên cứu khoa học tìm hiểu trình bày lại số kỹ thuật giấu tin điển hình theo hai hướng giấu tin là: + Giấu thông tin miền liệu thời gian thực: trọng đến số kỹ thuật giấu tin bit LSB kết hợp bit MSB LSB tín hiệu âm Với kỹ thuật giấu tin áp dụng để giấu văn bản, ảnh nhị phân, ảnh cấp xám đoạn âm vào tín hiệu âm + Giấu thông tin miền biến đổi: tìm hiểu phương pháp giấu tin miền biến đổi Fourier áp dụng để giấu đoạn âm vào đoạn âm khác Từ kỹ thuật tìm hiểu trình cài đặt thử nghiệm tác giả đề tài nghiên cứu đề xuất phương pháp giấu văn tín hiệu âm cách kết hợp số bit MSB LSB với chuỗi bit ký tự văn Với kỹ thuật giấu tin cần thay đổi đến hai bit LSB tín hiệu âm đảm bảo chất lượng tín hiệu audio ban đầu Do hạn chế thời gian nên đề tài chưa nghiên cứu phương pháp cải tiến giấu tin miền biến đổi liệu audio Đặc biệt chưa đánh giá độ bền vững kỹ thuật giấu tin bị số công làm ảnh hưởng đến tín hiệu audio mang thông tin Các kỹ thuật giấu tin chủ yếu thử nghiệm tín hiệu audio định dạng tệp *.wav, chưa thực tệp âm nén định dạng mp3, mp4, mpeg Tuy nhiên báo cáo nghiên cứu coi làm tài liệu cho sinh viên chuyên ngành CNTT, tổng hợp trình bày khái niệm giấu tin tín hiệu audio làm tảng cho nghiên cứu sau an toàn thông tin liệu đa phương tiện Hướng nghiên cứu đề tài nghiên cứu phương pháp giấu tin bền vững tín hiệu audio dạng âm nén: mp3, mp4, 44 Thuyết minh đề tài NCKH TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Aubrey de Seslincourt (1996), Herodotus - The Histories, Penguin Books, London [2] Ingemar Cox, Jeffrey Bloom, Matthew Miller, Ton Kalker, Jessica Fridrich (2008), Digital Watermarking and Steganography, Second Edition, Morgan Kaufmann Press, USA [3] Jessica Fridrich (2009), Steganography in digital media: principles, algorithms, and applications, Cambridge University Press [4] http://www.infotech.oulu.fi/Annual/2003/MTEAM.html [5] Nguyễn Xuân Huy, Trần Quốc Dũng, Giáo trình giấu tin thuỷ vân ảnh, Trung tâm thông tin tư liệu, TTKHTN - CN 2003 [6] Min Wu, Multimedia Data Hiding, Princeton University, USA, 2001 [7] Michael Arnold, Dr Christoph Busch, Watermarking of Audio, Music Scores and 3D Models, INI-GraphicsNet - Press & Media, 2003 [8] Chun-Shien Lu, Multimedia Security: Steganography and Digital Watermarking techniques for Protection of Intellectual Property, IDEA Group Publishing, 2005 [9] https://www.clear.rice.edu/elec301/Projects01/smokey_steg [10] Pradeep Kumar Singh, R.K.Aggrawal: Enhancement of LSB based Steganography for Hiding Image in Audio, (IJCSE) International Journal on Computer Science and Engineering Vol 02, No 05, 2010, 1652-1658 45 [...]... thế vào k bit LSB của L/k tín hiệu audio để có thể giấu đủ L bit thông điệp Bước 6: Lưu lại các tín hiệu audio vào tệp audio kết quả ta được audio đã giấu tin S 2.1.2 Thuật toán tách tin: Đầu vào: Audio đã giấu tin S Đầu ra: Thông điệp đã giấu M Các bước thực hiện: 22 Thuyết minh đề tài NCKH Chương II KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ÂM THANH Bước 1: Đọc audio vào S, dựa vào tần số lấy mẫu và các thông số liên... Tín hiệu audio đã giấu tin Hình 2.5 Minh họa kỹ thuật giấu ảnh trên tín hiệu audio 2.3 Đề xuất phƣơng pháp giấu văn bản kết hợp MSB và LSB của tín hiệu audio Dựa vào kỹ thuật giấu ảnh xám của tác giả Pradeep Kumar Singh và cộng sự đề xuất năm 2010 trình bày trong mục 2.2 Tác giả của đề tài nghiên cứu này thấy rằng có thể cải tiến áp dụng cho phương pháp giấu thông tin văn bản vào tin hiệu audio bằng cách... tín hiệu audio đã giấu tin Hình 2.7 Minh họa kỹ thuật giấu văn bản dựa trên 4 bit MSB và 3 bit LSB của tín hiệu audio Tùy vào trường hợp với số lượng ký tự giấu cụ thể mà chúng ta có thể giấu dựa vào 4 đến 7 bit MSB để có thể giấu thông tin văn bản Thuật toán giấu tin tương tự như đã trình bày trong mục 2.2 nên ở mục này tác giả không trình bày chi tiết thuật toán giấu tin và tách tin 2.4 Kỹ thuật thủy... mới có giấu thông tin Bước 6: Lưu lại các tín hiệu audio đã giấu tin vào tệp audio kết quả ta được audio đã giấu tin S 2.4.2 Thuật toán tách tin: Đầu vào: Audio đã giấu tin S Đầu ra: Audio thông điệp đã giấu M Các bước thực hiện: Bước 1: Đọc audio vào S, dựa vào tần số lấy mẫu và các thông số liên quan đến cấu trúc lưu trữ của tệp audio ta được vector giá trị của tín hiệu để thực hiện tách tin Bước... kỹ thuật giấu thông tin 1.3 Một số ứng dụng và xu hƣớng phát triển Che giấu thông tin nói chung có rất nhiều ứng dụng tuỳ theo từng hoàn cảnh cụ thể Giấu thông tin bí mật góp phần thực hiện “tàng hình” các phiên liên lạc, một bổ sung lý tưởng cho công tác bảo mật thông tin Dưới đây là một số ứng dụng đang được triển khai trên thế giới:  Bảo vệ bản quyền tác giả (copyright protection)  Nhận thực thông. .. II KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ÂM THANH Trong chương này trình bày một số kỹ thuật giấu tin mà tác giả đã tìm hiểu bao gồm kỹ thuật giấu tin trên bit có trọng số thấp nhất LSB (Least Significant Bit) của tín hiệu audio và kỹ thuật thủy vân trên miền biến đổi tần số cho phép giấu văn bản, ảnh nhị phân, ảnh xám hay một đoạn audio nào đó Trong chương này nhóm tác giả cũng đề xuất một phương pháp giấu tin. .. sử dụng bộ lọc thông thấp LPF để được tín hiệu thông điệp đã giấu, kết quả hình 2.12 Hình 2.12 Tín hiệu thông điệp sau khi tách ra Thuật toán giấu tin và tách tin trên miền biến đổi như trình bày sau đây 2.4.1 Thuật toán giấu tin: Đầu vào: Audio gốc A có độ dài tín hiệu L, audio cần giấu M Đầu ra: Audio đã giấu tin Các bước thực hiện: Bước 1: Đọc audio vào A, dựa vào tần số lấy mẫu và các thông số. .. cơ bản của phương pháp là phân phối thông tin giấu dàn trải theo tần số của dữ liệu chứa gốc Nhiều nhà nghiên cứu đã dùng những hàm cosin riêng và các hệ số truyền sóng riêng để giấu tin Trong các thuật toán khởi nguồn thì thường các kỹ thuật cho phép giấu các ảnh vào trong video nhưng thời gian gần đây các kỹ thuật cho phép giấu cả âm thanh và hình ảnh vào video Như phương pháp của Swanson đã sử dụng. .. audio mà vẫn còn điểm ảnh chưa giấu thì thông báo ảnh quá lớn để giấu vào audio Dưới đây trình bày chi tiết thuật toán giấu tin và tách tin 2.2.1 Thuật toán giấu tin: 23 Thuyết minh đề tài NCKH Chương II KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ÂM THANH Đầu vào: Audio gốc A có độ dài tín hiệu L, ảnh xám cần giấu I Đầu ra: Audio đã giấu tin Các bước thực hiện: Bước 1: Đọc ảnh cần giấu và chuyển đổi giá trị các điểm... hiện lặp lại bước 2 cho đến khi tách hết các điểm ảnh đã giấu 24 Thuyết minh đề tài NCKH Chương II KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ÂM THANH Bước 4: Dựa vào số hàng và số cột của ảnh ta có thể khôi phục lại được ảnh ban đầu đã giấu vào trong audio Kỹ thuật giấu tin và tách tin ảnh giấu trên audio có thể minh họa theo hình 2.5 sau đây Theo nhận định của nhóm nghiên cứu chúng tôi thì với thuật toán LSB nâng cao ... Chương II KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ÂM THANH Chƣơng II KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ÂM THANH Trong chương trình bày số kỹ thuật giấu tin mà tác giả tìm hiểu bao gồm kỹ thuật giấu tin bit có trọng số thấp... audio vào tệp audio ta audio giấu tin 2.2.2 Thuật toán tách tin: Đầu vào: Audio giấu tin S Đầu ra: Ảnh giấu I Các bước thực hiện: Bước 1: Đọc audio vào S, tách giá trị số hàng số côt giấu vào audio. .. 1.3: Sơ đồ phân loại kỹ thuật giấu thông tin 1.3 Một số ứng dụng xu hƣớng phát triển Che giấu thông tin nói chung có nhiều ứng dụng tuỳ theo hoàn cảnh cụ thể Giấu thông tin bí mật góp phần thực