Nghiên Cứu Phương Pháp Watermarking Âm Thanh Ứng Dụng Kỹ Thuật Phân Tích Âm Nhạc (Music Transciption) (tt)

Nghiên Cứu Phương Pháp Watermarking Âm Thanh Ứng Dụng Kỹ Thuật Phân Tích Âm Nhạc (Music Transciption) (tt)Nghiên Cứu Phương Pháp Watermarking Âm Thanh Ứng Dụng Kỹ Thuật Phân Tích Âm Nhạc (Music Transciption) (tt)Nghiên Cứu Phương Pháp Watermarking Âm Thanh Ứng Dụng Kỹ Thuật Phân Tích Âm Nhạc (Music Transciption) (tt)Nghiên Cứu Phương Pháp Watermarking Âm Thanh Ứng Dụng Kỹ Thuật Phân Tích Âm Nhạc (Music Transciption) (tt)Nghiên Cứu Phương Pháp Watermarking Âm Thanh Ứng Dụng Kỹ Thuật Phân Tích Âm Nhạc (Music Transciption) (tt)Nghiên Cứu Phương Pháp Watermarking Âm Thanh Ứng Dụng Kỹ Thuật Phân Tích Âm Nhạc (Music Transciption) (tt)Nghiên Cứu Phương Pháp Watermarking Âm Thanh Ứng Dụng Kỹ Thuật Phân Tích Âm Nhạc (Music Transciption) (tt)Nghiên Cứu Phương Pháp Watermarking Âm Thanh Ứng Dụng Kỹ Thuật Phân Tích Âm Nhạc (Music Transciption) (tt)Nghiên Cứu Phương Pháp Watermarking Âm Thanh Ứng Dụng Kỹ Thuật Phân Tích Âm Nhạc (Music Transciption) (tt)Nghiên Cứu Phương Pháp Watermarking Âm Thanh Ứng Dụng Kỹ Thuật Phân Tích Âm Nhạc (Music Transciption) (tt)Nghiên Cứu Phương Pháp Watermarking Âm Thanh Ứng Dụng Kỹ Thuật Phân Tích Âm Nhạc (Music Transciption) (tt)Nghiên Cứu Phương Pháp Watermarking Âm Thanh Ứng Dụng Kỹ Thuật Phân Tích Âm Nhạc (Music Transciption) (tt)

1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Sự phát triển internet băng thông rộng thúc đẩy mạnh mẽ phát triển công nghệ đa truyền thông Multimedia Các nguồn liệu multimedia âm thanh, hình ảnh, văn bản… truy cập phân phối nhanh rộng Xu mang lại nhiều lợi ích cho người sở hữu sản phẩm multimedia, thách thức quyền sở hữu hầu hết liệu multimedia phân phối định dạng không bảo mật Hiện nay, việc chép phân phối lại bất hợp pháp sản phẩm multimedia diễn phổ biến, cơng nghệ bảo vệ quyền xác thực quyền sở hữu trí tuệ quan tâm đặc biệt mục tiêu nghiên cứu nhiều tổ chức khoa học thời gian gần Một kỹ thuật tiên tiến cho phép thực nhúng thông tin quyền vào sản phẩm trí tuệ (lưu dạng số) kỹ thuật watermarking Watermarking (thủy ấn) q trình nhúng thơng tin watermark (thủy vân) vào luồng liệu đa phương tiện (audio, video ) cho watermark không ảnh hưởng tới chất lượng liệu cần thiết, nhận biết tách chúng với độ xác cao Watermark thường sử dụng với mục đích sau: - Xác nhận quyền (Copyright protection) - Kỹ thuật vân tay (Fingerprinting) - Cấm chép (Copy protection) - Giám sát độ xác thực liệu (Data authentication) - Giám sát phát sóng (Broadcast monitoring) Ngồi ra, watermark sử dụng ngồi mục đích bảo mật: - Đánh dấu vị trí đoạn video - Lưu liệu bệnh nhân ảnh y sinh - Truyền tải thơng tin mật Mục đích đề tài tìm hiểu phương pháp nhúng thủy vân vào tín hiệu âm Qua cải tiến đề xuất phương pháp nhúng có mức độ “ẩn” độ “bền vững” cao Kết mô đề tài sử dụng để đánh giá tính tối ưu phương pháp dựa tính "Ẩn" "Bền vững" watermark Tổng quan vấn đề nghiên cứu Có nhiều nghiên cứu phương pháp nhúng liệu vào tín hiệu âm (Audio Watermarking) Thơng tin watermark nhúng vào miền thời gian [1,2], miền tần số [3,5,6] miền biến đổi khác [4] Các phương pháp nhúng khác có ưu nhược điểm riêng, việc so sánh thường thực dựa thông số khách quan độ “ẩn”, độ “bền vững” mức độ phức tạp giải thuật Hầu hết phương pháp nhúng nêu làm giảm chất lượng âm gốc Trong luận văn này, để nâng cao tính “ẩn” phương pháp watermarking, chúng tơi đề xuất nhúng liệu vào thành phần "hòa âm" (consonance ) tín hiệu âm gốc Thơng tin Watermark tác động tới thành phần hòa âm khơng ảnh hưởng tới hệ thống thính giác người nghe [14] Các thành phần consonances có độ cao cách quãng tám (octave), quãng chuẩn (perfect fourth) quãng đầy đủ (perfect fifth) Để xác định thành phần consonances phải nhận dạng độ cao âm đoạn âm thanh, tức kỹ thuật phân tích âm nhạc tự động (Automatic Music Transcription - AMT) Các phương pháp thường sử dụng để tự động chuyển đổi âm thành nhạc hay thành âm dạng MIDI Phương pháp xác định độ cao sử dụng DFT, lọc lược, lọc notch mơ tả [8,9] Trên hình sơ đồ khối hệ thống Watermarking âm sử dụng thông tin từ AMT 3 Watermark generator Audio in Watermarking bits Automatic Music Transcription x Watermark Embedder Watermarked Audio Inverse Notch Filter Hình 1: Sơ đồ khối hệ thống Watermarking âm sử dụng thông tin từ AMT Mục đích nghiên cứu  Nghiên cứu lý thuyết watermarking ứng dụng cho tín hiệu âm số  Xây dựng chương trình mơ nhằm so sánh tìm phương pháp watermarking tối ưu theo hai tiêu chí "Ẩn" "Bền vững" Đối tượng phạm vi nghiên cứu  Nghiên cứu kỹ thuật watermarking ứng dụng cho âm số  Mô đánh giá giải thuật Phương pháp nghiên cứu  Tìm hiểu lý thuyết watermarking, lựa chọn kỹ thuật watermarking cho âm số  Viết chương trình mơ  Đề xuất hướng nghiên cứu Cấu trúc luận văn Cấu trúc luận văn gồm chương: Chương 1: Tổng Quan vấn đề nghiên cứu Chương 2: Phương pháp Watermarking âm dựa kỹ thuật tự động phân tích âm nhạc (Automatic Music Transcription) Chương 3: Kết mô Chương 4: Kết luận hướng phát triển Chương - TỔNG QUAN VỀ WATERMARKING ÂM THANH 1.1 Tổng quan phương pháp Watermarking âm Các kỹ thuật Watermarking âm số chủ yếu khai thác vào khuyết điểm nhạy cảm với thay đổi nhỏ miền thời gian miền tần số hệ thống thính giác người (Human Auditory System - HAS) Trong đó, phương pháp watermarking âm tiêu biểu là: phương pháp mã hóa Least Significant Bit (LSB), phương pháp mã hóa pha, trải phổ, hay phương pháp ẩn echo Phương pháp LSB có nhược điểm lớn độ “bền vững” thấp nên thường không sử dụng thực tế Phương pháp mã hóa pha ngược lại, có độ “bền vững” cao trước cơng nhiễu, lưu trữ thơng tin Đáng ý phương pháp chèn echo có biên độ nhỏ vào miền thời gian, phương pháp đánh giá cao độ “bền vững” tỉ lệ nhúng, nhiên chất lượng âm sau nhúng không tốt Được đánh giá cao kỹ thuật nhúng miền tần số Ưu điểm phương pháp không nhúng trực tiếp vào tín hiệu gốc nên thơng tin Watermark khó bị phát phương pháp phân tích thống kê, nghĩa độ “ẩn” cao Thông thường, watermarking miền thời gian làm thay đổi trực tiếp biên độ tín hiệu thời gian, đó, miền tần số nhúng người ta làm vài vạch phổ bị thay đổi nên tín hiệu khơng bị biến dạng nhiều Do đó, người ta hay sử dụng miền tần số để khai thác đặc tính tần số tín hiệu để nhúng thơng tin watermark mật độ cao Tuy nhiên, miền biến đổi hoạt động tốt với số trường hợp định Vì lý đó, kỹ thuật áp dụng miền thời gian miền tần số bị ảnh hưởng nhược điểm đặc thù 5 Trong luận văn này, nghiên cứu đề xuất phương pháp nhúng dựa cảm nhận âm nhạc hệ thống thính giác Phương pháp áp dụng cho tất dạng âm thanh, tín hiệu âm khơng liệt kê vào dạng “âm nhạc” Có số thách thức đặc biệt thực watermarking cho tín hiệu âm nhạc độ ẩn thơng tin phải cao nhằm giữ chất lượng âm thanh, đồng thời độ bền vững yếu tố quan trọng tín hiệu âm nhạc thường biến dạng nén có tổn hao đưa qua lọc khử nhiễu, equalizer v.v Điểm yếu phương pháp nhúng tín hiệu watermark vào dải tần số có âm sắc với độ cao nốt nhạc xuất âm gốc Trong trường hợp này, theo số nghiên cứu [13], hệ thống thính giác cảm nhận rõ nốt nhạc gốc, thành phần đồng âm (dùng để nhúng) biến đổi bị “che” nốt nhạc gốc ảnh hưởng tới chất lượng âm Nói đến âm sắc, phương pháp áp dụng quy luật hợp âm âm nhạc để thực quy tắc watermarking nói rõ phần sau Về mặt ứng dụng, nhìn chung watermarking audio bao gồm ứng dụng thực tế sau: 1.2  Bảo vệ quyền sở hữu (copyright protection)  Kiểm tra tính nguyên sản phẩm  Theo dõi trình sử dụng Tracking  Việc chống giả mạo Các phương pháp Watermarking miền thời gian Phương pháp watermarking miền thời gian phương pháp giấu thông tin quyền vào thời gian thực tín hiệu gốc 6 Dưới số phương pháp watermarking tiêu biểu miền thời gian: 1.3  Phương pháp giấu thơng tin bit có trọng số thấp LSB  Thêm tiếng ồn (noise)  Thêm tiếng vọng (echo)  Modifying phase  Điều chế biên độ Các phương pháp Watermarking miền biến đổi Phương pháp watermarking miền biến đổi chủ yếu bao gồm: miền biến đổi Fourier FFT (Fast Fourier Transform), miền chuyển đổi sang Cosine DCT (Discrete Cosine) hay miền wavelet DWT (Discrete Wavelet Transform), v.v … Các thông tin watermarking nhúng vào hệ số khai triển miền chuyển đổi Điều đảm bảo mặt an tồn thơng tin watermarking trước kỹ thuật xử lý tín hiệu âm (nén, lọc, lấy mẫu, lọc dải tần …) Trong miền phổ tần số, người ta nhúng tín hiệu chứa thơng tin watermark vào vùng tần số khác Việc lựa chọn vùng tần số nhúng tối ưu làm tăng độ bền vững cải thiện độ ẩn thông tin phương pháp watermarking  Một số phương pháp watermarking miền tần số:  Thêm tần số sóng mang  Thêm tiếng ồn (noise) miền biến đổi  Lọc bỏ bớt dải tần số phụ  Hoặc kết hợp lọc dải tần thêm tiếng ồn  Thêm tín hiệu tiếng ồn vào hệ số mã hóa Một kỹ thuật đặc biệt mã hóa giải mã thơng tin miền nén Hiện nay, phổ biến dạng tín hiệu âm nén sử dụng rộng rãi khắp giới, đặc biệt thị trường inthernet Bởi vậy, kỹ thuật nhúng thơng tin miền nén có tính thực tế cao Mã hóa cách tín hiệu đưa dạng nén sau lọc dải tần … Hình ảnh tín hiệu chụp lại việc mã hóa Thơng thường hệ số âm có tần số cao chọn làm vị trí mã hóa tránh trường hợp lowpass miền nén Tiếp theo, phương pháp watermarking miền chuyển đổi cosine rời rạc (DCT) quan tâm lĩnh vực nhúng thông tin ẩn vào tín hiệu âm âm phụ Đầu tiên, âm gốc chuyển đổi thành miền DCT, hệ số DCT xác định đỉnh lượng tính tốn Tiếp theo, watermark nhúng vào vị trí có đỉnh lượng đạt mức lớn tín hiệu miền DCT Điểm đáng ý phương pháp này, tín hiệu nhúng vào miền cosine gây ảnh hưởng đến tín hiệu gốc mặt âm Hơn nữa, khơng bị ảnh hưởng kỹ thuật thêm tiếng ồn, lấy mẫu lại hay mã hóa lại 8 Chương - PHƯƠNG PHÁP WATERMARKING ÂM THANH DỰA TRÊN KỸ THUẬT TỰ ĐỘNG PHÂN TÍCH ÂM NHẠC 2.1 Kỹ thuật watermarking âm 2.2 Kỹ thuật watermarking âm nhạc Âm nhạc tinh hoa âm Vậy watermarking âm nhạc dạng watermarking âm Nhưng điều đặc biệt, watermarking âm nhạc dạng nâng cao watermarking âm trình nhúng hay giải nhúng watermark khác với dạng âm số khác Điểm ý hơn, âm thanh, hai dạng tiêu chí để đánh giá watermarking độ “ẩn” độ “bền vững” với âm nhạc, tiêu chí đánh giá watermarking độ “ bền vững”, độ “ẩn” độ “thẩm mỹ ẩn” Đối với âm nhạc, ta nói hai tiêu chí để đánh giá giá trị watermarking kỹ thuật độ “ẩn” độ “bền vững” độ “ẩn” không đơn độ “ẩn” kỹ thuật watermarking âm số nói chung, mà độ “hòa âm”,và độ “hòa hợp” để đạt tính thẩm mỹ cảm nhận người nghe Đó điểm mấu chốt giải thuật watermarking âm nhạc Về bản, âm nhạc hòa âm nhiều loại âm Sự hòa âm tuân theo “quy luật âm nhạc” Quy luật gọi nhạc lý, mà nhạc lý mô tả phần quy luật Nếu tín hiệu cho vào hát mà không tuân thủ theo quy luật hát tạo bất hòa âm hay trái ngược tức thời mặt cảm nhận, âm nhạc gọi “tiếng ồn” hay “tạp âm” Ở đây, khái niệm quy luật hát gam hát đó, tất nhiên gam gồm nhiều hợp âm 9 Watermarking âm nhạc nhúng tín hiệu âm vào hát mà giữ nguyên cảm nhận người nghe chất lượng hát Nên độ “ẩn” watermarking âm nhạc bao gồm độ “hòa âm” độ “thẩm mỹ hòa âm” Bởi cần âm trái ngược với quy luật hòa âm hát nhúng vào hát, cho dù biên độ cực nhỏ gây phát rõ ràng cho tai người nghe Vậy watermarking âm nhạc watermarking âm nâng cao thêm phần thẩm mỹ hòa âm cho độ “ẩn” Người kỹ thuật viên thực watermarking âm nhạc giống nhạc sĩ thực hòa âm thêm loại nhạc cụ cho hát, nhạc cụ tín hiệu watermarking Và đây, đồ án nhận định rõ tính chuyên nghiệp watermarking âm nhạc phụ thuộc vào tính hợp lý vị trí nhúng mặt thời gian lẫn tần số tín hiệu âm nhạc Những quy tắc nhúng thỏa quy tắc hòa âm nhạc cơng nhạc sỹ giúp tín hiệu watermark sau nhúng vào đoạn nhạc mang tính “ẩn” cao trường hợp nhúng thường dùng phương pháp cổ điển Các vị trí nhúng ưu tiên quãng nốt nhạc tín hiệu gốc (tần số gấp đơi độ cao nốt nhạc), quãng (tần số nửa độ cao nốt nhạc) Ngồi có quãng ưu tiên quãng chuẩn hay quãng chuẩn giới thiệu phần đầu luận án [13] 10 2.3 Các bước thực watermarking âm  Bước 1: Chuyển tín hiệu miền thời gian thực sang miền tần số với biến đổi Fourier rời rạc; sau đưa tín hiệu vừa thu miền tần số kết hợp với tín hiệu miền thời gian ban đầu để thể vào biểu đồ Spectrogram – biểu đồ thời gian tần số  Bước 2: Chia biểu đồ spectrogram thành khung âm (Frame) nhau, khung âm coi đơn vị biểu đồ Spectrogram suốt q trình nhúng watermarking, thơng thường khung âm đảm nhận thể cho giá trị ẩn sau watermarking  Bước 3: Nhận diện đỉnh biểu đồ spectrogram để tìm đỉnh cao khung âm thanh, đỉnh thể mức lượng cao đơn vị biểu đồ Spectrogram Đỉnh coi đỉnh đặc trưng cho đơn vị nhúng watermark vị trí nhúng watermarking gốc định vị đỉnh có mức lương cao đơn vị 2.4 Cách thực watermarking âm nhạc Trong phần này, bước thực watermarking âm nhạc giống bước đầu watermarking âm thanh, thêm vài giai đoạn bước lại  Bước 1: Chuyển tín hiệu miền thời gian thực sang miền biểu đồ Spectrogram – biểu đồ thời gian tần số  Bước 2: Chia biểu đồ Spectrogram thành khung âm (Frame) 11  Bước 3: Nhận diện đỉnh biểu đồ spectrogram để tìm đỉnh cao khung âm  Bước 4: Đưa lược tần số khớp với đỉnh cao biểu đồ spectrogram vừa tìm thấy để lọc lấy tần số âm điệu  Bước 5: Nhận diện nốt nhạc dựa giá trị tần số nhận từ bước  Bước 6: Nhúng bit “0” “1” theo quy ước Trong miền thời gian, nhúng vào tất frames khoảng thời gian tồn nốt nhạc nhận dạng Trong miền tần số, nhúng vào vị trí qng hòa âm ưu tiên (quãng 8, quãng quãng 4) nốt nhạc nói 2.5 Phương pháp watermarking dựa nguyên lý đồng âm Hình 2.18: Tín hiệu chia thành phân đoạn nhỏ theo miền thời gian Đầu tiên, tín hiệu âm chia thành đoạn nhỏ có chiều dài N mẫu hình 2.18 Trong chuỗi N mẫu, sử dụng chuỗi K mẫu để nhúng thông tin watermark, K bé N Và chúng định nghĩa sau:  Chuỗi K mẫu: chuỗi xi(n’) (n’ = 0,1,…, K -1 )  N – K: định nghĩa chuỗi yi(n”) (n” = 1, , N-K ) Khi nhúng tín hiệu watermarking, chúng tơi tác động vào mẫu K hay chuỗi xi(n’) bị thay đổi giá trị, chuỗi yi(n”) giữ 12 nguyên để đảm bảo chất lượng âm giữ mức ổn định, hay không bị thay đổi nhiều  Phương pháp nhúng: Bước 1: Ta xác định nhúng watermarking vào chuỗi tín hiệu xi(n’) miền thời gian Sử dụng biến đổi Fourier rời rạc (DFT) với chuỗi xi(n’) có phổ Ai(k) Q trình nhúng watermarking thực trực tiếp miền tần số nên bước chúng tơi xét đến tín hiệu Ai(k) Bước 2: chuỗi tín hiệu Ai(k) lọc lấy tần số lọc lược Sau thực so sánh ngưỡng để nhận diện đỉnh, đặt đỉnh có mức lượng cao làm Ai(k0) Với k0 tần số có biên độ cao đồ thị spectrogram tín hiệu Ai(k0) vạch tần có biên độ tần số cao chuỗi Ai(k), định nghĩa theo điều kiện (2.7) (2.7) Bước 3: Xác định vị trí nhúng: Quãng vị trí nhúng ưu tiên số nên chúng tơi chọn làm trường hợp tổng qt, qng khác thực tương tự k0 tần số có mức lượng cao chuỗi mẫu K, ta gọi k0 tần số đặc trưng Ta tìm vị trí quãng quãng tần số đặc trưng k0  Quãng có tần số gấp đôi tần số đặc trưng nên tần số  Quãng có tần số nửa tần số đặc trưng nên tần số 2*k0 k0/2 Vậy vị trí nhúng trường hợp tần số 2*k0 k0/2 13 Điểm lưu ý, nhúng thông tin vào vạch phổ khoảng không gian tần số, độ “bền vững” phương pháp watermarking thấp tác động nhiễu dễ làm thay đổi giá trị vạch tần  Giải thuật nhúng thực theo công thức (2.8) sau: (2.8) với A’i(k) tín hiệu Ai(k) sau nhúng watermark mi giá trị watermarking  Với mi thực watermarking quãng (2*k0) tần số đặc trưng k0  Với mi 0, thực watermarking quãng k0  Vì việc nhúng watermarking cách thay đổi giá trị biên độ vạch phổ tần số quãng quãng thực nên đặt l quãng quãng tần số đặc trưng k0: l = 2*k0 (trường hợp nhúng quãng trên) l = k0/2 (với trường hợp nhúng quãng dưới) Đối với tần số k thuộc âm vực người 20 – 20.000 Hz:  k thuộc đoạn tần số [l – r; l + r], giá trị biên độ tần số k sau nhúng watermarking đưa không: A’i(k) =  giá trị khác giữ nguyên biên độ tần số: 14 A’i(k) = Ai(k)  Phương pháp giải mã watermarking: Bước 1: Chuyển chuỗi xi(n’) sang miền tần số với phép biến đổi Fourier rời rạc (DFT) để có tập hệ số khai triển Ai(k) Bước 2: chuỗi tín hiệu Ai(k) lọc lấy tần số Sau nhận diện đỉnh, ta có đỉnh có mức lượng cao chuỗi Ai(k0) Bước 3: Xác định vị trí nhúng: Ở đây, giải thuật nhúng xác định vị trí quãng 2*k0 quãng k0/2 nên xác định giá trị biên độ phổ vị trí tần số Khi có giá trị biên độ tần số Ai(2*k0) Ai(k0/2), so sánh chúng để đưa kết dựa vào điều kiện (2.9) đây: (2.9)  Nếu giá trị Ai(2*k0) ≤ Ai(k0/2), nghĩa giá trị Ai(2*k0) = 0, Suy vạch tần số 2*k0 bị thay đổi biên độ, hay việc nhúng watermarking thực quãng tần số đặc trưng Dựa vào điều kiện (2.8), ta kết luận mi =  Nếu giá trị Ai(2*k0) > Ai(k0/2), nghĩa giá trị Ai(k0/2) = 0, Suy tín hiệu tần số k0/2 bị thay đổi biên độ tần số, hay tín hiệu thực nhúng watermarking quãng tần số đặc trưng Dựa vào điều kiện (2.8) kết luận mi = 15 2.6 Hệ thống nhận dạng phân tích âm nhạc tự động  Hệ thống tự động nhận dạng – phân tích âm nhạc tự động: o Áp dụng lý thuyết: độ cao nốt nhạc đặc trưng tần số, nên dựa vào đặc điểm tần số đồ thị phổ tần đồ thị biên độ tần số Spectrogram để nhận dạng nốt nhạc tìm vị trí quãng hợp âm cần phải nhúng watermarking o Áp dụng quy luật âm nhạc: Dựa vào quy luật hòa âm phối khí nhạc cơng tác giả sáng tác âm nhạc, chúng tơi tìm chọn quy luật đặc trưng để xác định vị trí nhúng hợp lý o Áp dụng từ thực tế: Trong thực tế, nốt nhạc thể với độ dài 2s hệ thính giác người (HAS) cảm nhận độ cao nốt Trong khi, khung K mẫu thường có chiều dài 10ms Bởi vậy, ví dụ nốt nhạc La đặc trưng tần số 440 Hz, tần số đặc trưng k0 khung K mẫu xác định 440 Hz chưa thể kết luận nốt nhạc thời điểm tồn khung K mẫu nốt La Như vậy, việc nhận dạng nốt nhạc không đơn xác định tần số mà phải xác định độ dài tương đương với nốt nhạc để tai người cảm nhận (thơng thường lớn 2s) Nói cách khác, tần số k0 đặc trưng cho nhiều khung K mẫu liền kề điều có nghĩa tần số k0 tồn đủ dài để coi tần số đặc trưng cho độ cao nốt nhạc 2.7 Chất lượng âm mặt cảm nhận PEAQ (Perceptual Evaluation Of Audio Quality) 16 CHƯƠNG - KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 3.1 Mô đánh giá kết 3.1.1 Sơ đồ khối trình nhúng – giải nhúng lưu đồ giải thuật Quá trình nhúng thực theo lược đồ hình 3.1 Hình 3.1: Lược đồ trình nhúng watermark Quá trình giải nhúng thực theo lược đồ hình 3.2 Hình 3.2: Lược đồ trình giải nhúng watermarking 17  Lưu đồ giải thuật nhúng watermarking âm nhạc : Hình 3.3: Lưu đồ giải thuật watermarking music 18  Lưu đồ giải thuật giải nhúng watermarking âm nhạc: Hình 3.4: Lưu đồ giải thuật giải mã watermarking âm nhạc 19 3.1.2 Giao diện chương trình mơ Chương trình mơ “Music Watermarking Matlab” có giao diện gồm có khối chức lớn, 20 chức chi tiết liên kết chặt chẽ với (hình 3.4) Hình 3.4: Giao diện “Music Watermarking Matlab”  Khối chức thứ nằm bên tay trái hình nhìn vào, khối chức dành cho file cần nhúng watermark  Khối chức nằm bên tay phải hình nhìn vào, chứa chức xử lý dành cho file vừa nhúng watermark chương trình  Khối chức thứ ba chức dành cho việc giải nhúng watermarking hay dành cho công việc lấy thông tin watermarking từ file nhúng Ngồi ra, chương trình có hình hiển thị đặt góc nhìn cân xứng khối chức giúp người nghe hình dung cách dễ dàng cơng việc mà chương trình thực 20 3.1.3 Đánh giá kết mô Qua thực nghiệm kiểm tra đánh giá cảm nhận người nghe với chương trình kiểm tra độ cảm nhận ABX plugin foobar, tiến hành đánh giá khác biệt hai file nhạc trước sau watermarking Có thể nói chất lượng âm sau nhúng khơng bị thay đổi nhiều đa số người nghe không cảm nhận thấy khác biệt Tuy nhiên, khảo sát “độ ẩn” phương pháp watermarking với dòng nhạc khác theo tiêu chí PEAQ, có số kết đáng ý sau (hình 3.9) Chất lượng PEAQ % thực WATERMARKING-MUSIC 100 80 60 40 20 30 50 70 90 nhạc cổ điển nhạc trẻ nhạc REMAKE Nhạc SDM Hình 3.9: Chất lượng PEAQ watermarking dòng nhạc Để đánh giá khách quan chất lượng âm sau nhúng phương pháp watermarking khác nhau, luận văn sử dụng tiêu chí tỷ lệ đỉnh tín hiệu nhiễu (PSNR) Chúng sử dụng phần mềm mơ để so sánh tiêu chí chất lượng phương pháp Watermarking Music (WM) phương pháp watermarking khác LSB FFT 21 phổ biến lĩnh vực watermarking Hai phương pháp nhúng nói đại diện cho watermarking miền thời gian thực miền tần số khơng thích nghi Kết đánh giá tính bền vững phương pháp watermarking LSB, FFT phương pháp WM hiển thị hình 3.10 Có thể thấy độ ẩn phương pháp nhúng miền thời gian nhỏ nhiều so với phương pháp nhúng miền tần số Phương pháp nhúng tuần hoàn sử dụng DFT nhúng với kỹ thuật nhận dạng âm nhạc cho số PSNR Điều hoàn toàn trùng khớp với lý thuyết, nhúng thành phần phổ bị biến đổi tương đương Tuy nhiên, nhúng vào quãng đồng âm, hiệu ứng che làm giảm ảnh hưởng méo phổ tới cảm nhận người nghe Quan sát đồ thị hình 3.10 kết luận tính bền vững phương pháp nhúng miền thời gian thấp so với nhúng miền tần số Hình 3.10: Độ bền vững PSNR dạng watermarking 22 File audio nhúng phương pháp WM (watermarking music) FFT (tần số thích nghi) có tỷ số tín hiệu nhiễu tương đương khoảng 70 (dB) Riêng phương pháp LSB, tỷ số PSNR đạt bé 33,2744 (dB) Các đồ thị hình 3.10 cho thấy phương pháp Watermarking Music đề xuất có nhiều ưu điểm ba phương pháp Hình 3.11: Biểu đồ đánh giá độ bền vững phương pháp watermarking tác động nhiễu Đồ thị hình 3.11 cho thấy mức độ biến dạng logo sau giải nhúng tín hiệu watermarking chịu tác động mức nhiễu khác Mức độ biến dạng xác định dựa tỷ lệ PSNR Khi nhiễu có cơng suất thấp, phương pháp watermarking cho kết giải nhúng tốt tương đương Với mức nhiễu lớn hơn, khả chống nhiễu WM (phương pháp đề xuất) cao so với phương pháp truyền thống 23 Chương – KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Đề tài nghiên cứu phương pháp watermarking tín hiệu âm nhạc dựa kỹ thuật nhận dạng âm đặc điểm cảm nhận âm nhạc hệ thống thính giác Việc kết hợp hai kỹ thuật cho phép đề xuất hệ thống nhúng liệu có độ ẩn cao so với phương pháp nhúng âm nhạc truyền thống Phương pháp nhúng đề xuất thực miền tần số, bít liệu phụ (logo) nhúng vào vị trí qng hòa âm (qng 8, qng 4, quãng 5) nốt nhạc đoạn âm Khi đó, hiệu ứng che âm hệ thống thính giác làm giảm ảnh hưởng méo tần xảy trình nhúng Vì “độ ẩn” phương pháp watermarking cải thiện Đây mục đích đề tài Qua việc nghiên cứu viết luận văn, em có cách nhìn tổng quan lý thuyết âm nhạc, cảm nhận kết hợp âm nhạc kỹ thuật watermarking hướng nghiên cứu có tiềm tương lai cần quan tâm nhiều Kết mô nhận đề tài chứng minh tính đắn kết luận phần lý thuyết Hướng phát triển đề tài tiếp tục nghiên cứu cải thiện chất lượng nhận dạng âm tìm hiểu phương pháp nhúng nhằm cải thiện tính bền vững hệ thống watermarking cho tín hiệu âm nhạc ... WATERMARKING ÂM THANH DỰA TRÊN KỸ THUẬT TỰ ĐỘNG PHÂN TÍCH ÂM NHẠC 2.1 Kỹ thuật watermarking âm 2.2 Kỹ thuật watermarking âm nhạc Âm nhạc tinh hoa âm Vậy watermarking âm nhạc dạng watermarking âm Nhưng... phạm vi nghiên cứu  Nghiên cứu kỹ thuật watermarking ứng dụng cho âm số  Mô đánh giá giải thuật Phương pháp nghiên cứu  Tìm hiểu lý thuyết watermarking, lựa chọn kỹ thuật watermarking cho âm số... cao âm đoạn âm thanh, tức kỹ thuật phân tích âm nhạc tự động (Automatic Music Transcription - AMT) Các phương pháp thường sử dụng để tự động chuyển đổi âm thành nhạc hay thành âm dạng MIDI Phương