Ứng dụng dsp vào nhúng dữ liệu bản quyền cho âm thanh số

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA *********** TRẦN THỊ HOÀNG QUYÊN ỨNG DỤNG DSP VÀO NHÚNG DỮ LIỆU BẢN QUYỀN CHO ÂM THANH SỐ AN IMPLEMENTATION ON DSP TO AUDIO WATERMARKING CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ Mà SỐ NGÀNH: 02.07.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HỒ CHÍ MINH, 12/2007 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: PGS-TS Lê Tiến Thường Cán chấm nhận xét 1:…………………………………………………………… Cán chấm nhận xét 2:…………………………………………………………… Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày … tháng… năm……… TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày tháng năm 200… NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Trần Thị Hoàng Quyên Phái: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 13/06/1981 Nơi sinh: ĐakLak Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử MSHV:01405320 I- TÊN ĐỀ TÀI: ‘Ứng Dụng DSP vào Nhúng Dữ Liệu Bản Quyền Âm Thanh Số’ II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tìm hiểu giải thuật watermarking - Thử nghiệm mô giải thuật, công, độ bền watermark với cơng thơng dụng - Mơ hình hóa watermarking kit xử lý tín hiệu số TMS320C6211 Đánh giá kết thực III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: …………… IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: …………… V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS LÊ TIẾN THƯỜNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội đồng chuyên ngành thông qua Ngày… tháng… năm 200… LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp kết gần năm học tập rèn luyện Hai năm khoảng thời gian ngắn không đủ để em lĩnh hội tất kiến thức viễn thông, lĩnh vực chuyên môn mà em theo đuổi Mặc dù vậy, em vô biết ơn quan tâm dạy dỗ tất thầy cô cung cấp cho em nhiều kiến thức Em xin gửi lời cám ơn đến Thầy Lê Tiến Thường, người trực tiếp định hướng cho em bước tìm tịi hướng phát triển, nghiên cứu đề tài Con cảm ơn cha mẹ nuôi khôn lớn, bảo động viên lúc khó khăn cơng việc, học hành sống Em xin chân thành cảm ơn phòng quản lý đào tạo sau đại học giúp em Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2007 Trần Thị Hồng Qun TĨM TẮT LUẬN VĂN Sự phát triển mạng thông tin băng rộng liệu đa phương tiện dạng số hóa mở nhiều hội thử thách Các phần mềm đa năng, dễ sử dụng giá thành giảm cho phép người từ khắp nơi giới dễ dàng chép, tái tạo phân bố rộng rãi qua mạng Internet Điều đặt vấn đề bảo vệ quyền cho liệu số (text, hình ảnh, âm thanh, video…) Watermarking giải pháp quan trọng hữu dụng việc ngăn chặn ăn cắp quyền chép liệu bất hợp pháp, quan tâm nghiên cứu phát triển Luận văn tập trung nghiên cứu giải thuật watermarking cho âm số miền tần số thời gian bao gồm: LSB (Lowest Significant Bit), Echo-hiding, trải phổ dùng DCT, phương pháp sao, phương pháp QMF, đặc biệt giải thuật watermarking sử dụng mô hình psychoacoustic cho phép thích nghi với liệu, làm tăng cường độ nhúng mà không ảnh hưởng đến chất lượng file âm Các giải thuật xây dựng ngôn ngữ Matlab Khảo sát công nhiễu cộng hình SIN nhiễu Gauss Đồng thời, đề tài mô thành công giải thuật LSB nhúng tách watermark chip DSP TMS320C6211 theo chế độ offline, nhúng watermark theo chế độ live với kết đạt tương đối khả quan ABSTRACT Broadband communication networks and multimedia data available in digital format opened many challenges and opportunities Versatile and easy – to – use software and decreasing prices of digital devices permit everybody from all around the world to create and exchange through Internet This covenience leads to a difficulty in the copyright protection of digital media (text, image, audio, video…) Digital watermarking is an important and effective solution to priracy prevention and it has been now studied and developed in world-wide This thesis is intertested in audio watermarking in both time and frequency domains, including LSB (Lowest Significant Bit), Echo-hiding, Spread Spectrum algorithm using DCT, QMF algorithm and a special one using Psychoacoustic Masking This allows to increase watermark strength while preserving inaudibility All these algorithm are implemented in Matlab Simultaneously, the demonstration of some algorithms for audio watermarking in DSP TMS320C6211 will be carried out MỤC LỤC GIỚI THIỆU VẤN ĐỀ 1.1 Đặt Vấn Đề .1 1.2 Nội Dung Nghiên Cứu 1.3 Bố Cục Của Luận Văn NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA DIGITAL WATERMARKING .3 2.1 Phân Loại Hệ Thống Watermarking .5 2.1.1 Phân loại theo phương pháp nhúng 2.1.2 Phân loại theo cách phát watermarking 2.2 Các Yêu Cầu Đối Với Hệ Thống Watermarking 2.3 Các Ứng Dụng Của Hệ Thống Watermarking 2.4 Các Tiêu Chuẩn Đánh Giá Hệ Thống Audio Watermarking 2.4.1 Độ tin cậy 2.4.2 Sự nhận biết .7 2.4.3 Độ phức tạp .8 2.4.4 Khả chống lại công cố ý hay vô ý: .8 CÁC PHƯƠNG PHÁP WATERMARK 3.1 Phương Pháp LSB 3.2 Mã Hóa Pha 3.3 Echo Hiding 10 3.4 Phương Pháp MASK (Modified Audio Signal Keying) .10 3.5 Trải Phổ 11 3.5.1 Mơ hình hệ thống trải phổ đơn giản 12 3.5.2 Phương pháp trải phổ cải tiến 13 3.6 Phương Pháp QMF 14 3.7 Watermarking miền Wavelet 16 3.8 Phương pháp watermarking ứng dụng che mặt nạ 17 3.8.1 Che miền tần số (Frequency Masking) 17 3.8.2 Che miền thời gian (Temporal Masking) 18 MƠ HÌNH MƠ PHỎNG TRÊN MATLAB VÀ KẾT QUẢ 19 4.1 Mơ Hình Phương pháp trải phổ 19 4.1.1 Quá Trình Nhúng 22 4.1.2 Quá trình tách watermark 24 4.2 Mô Hình Dựa Vào Phương Pháp Psychoacoustic 24 4.3 Kết Quả Mô Phỏng 27 THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG VÀ TÁCH WATERMARK TRÊN KIT DSP28 5.1 Giải thuật thực watermark chế độ off-line 29 5.2 Nhúng phát watermark theo giải thuật LSB 31 5.3 Thiết kế thực watermark chế độ Live 32 5.4 Giải thuật cho chương trình theo chế độ Live 33 5.5 Giải thuật cho chương trình phục vụ ngắt 34 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .36 6.1 Những kết đạt 36 6.2 Hướng phát triển đề tài 37 Ứng Dụng DSP vào Audio THD: PGS.TS Lê Tiến Thường GIỚI THIỆU VẤN ĐỀ 1.1 Đặt Vấn Đề Trong năm gần đây, mạng Internet góp phần khơng nhỏ vào việc thúc đẩy hoạt động lĩnh vực cộng đồng thương mại Giờ thông tin lưu trữ trao đổi dễ dàng dạng số hóa đến khắp nơi giới Tuy nhiên, thuận tiện việc phân phối tái tạo cách xác loại liệu khuyến khích hành vi chép sử dụng bất hợp pháp sản phẩm số gây nhiều thiệt hại kinh tế cho tác giả nhà sản xuất Người ta ước tính năm, cơng nghiệp giải trí lại bị thất thu hàng trăm tỉ USD nạn ăn cắp quyền Do đó, sóng nghiên cứu dấy lên nhằm tìm giải pháp tin cậy để giải vấn đề gắn với việc bảo vệ quyền liệu truyền thơng bao gồm mã hóa (crryptography), ngụy trang (steganography) nhúng thơng tin (watemarking) [17] Phương pháp mã hóa mạng lại quyền kiểm soát truy cập liệu làm cho liệu không đọc người không phép Tuy nhiên, mật mã bị tháo bỏ việc sử dụng phổ biến liệu bất hợp pháp khơng thể kiểm sốt Phương pháp ngụy trang chèn vào liệu multimedia liệu chứa thông tin quyền cho cảm nhận thay đổi liệu, họăc cảm nhận khơng lấy thông tin bảo vệ quyền Dữ liệu ẩn giấu file text, hình ảnh hay tín hiệu âm thanh… Có nhiều loại steganography, tùy theo mục đích sử dụng mà chọn giải pháp thích hợp Trước kỹ thuật steganography đơn giấu liệu mật dùng qn sự, quốc phịng, cơng nghệ tình báo, tun truyền… ngày người ta dùng để phục vụ cho lĩnh vực khác Khái niệm nhúng quyền liệu số (digital watermarking) xuất trình cố gắng tìm giải pháp liên quan đến quyền tài sản tri thức phương tiện truyền thơng số Nó sử dụng biện pháp để nhận dạng người chủ hay nhà phân phối liệu số Watermarking q trình mã hóa nhằm che giấu thơng tin quyền vào liệu gốc, mà không làm đặc tính liệu người sử dụng Thông tin nhúng, gọi watermark, phát sau phép tính tốn để xác định quyền sở hữu liệu bị loại bỏ công vô ý hay cố ý phá hủy liệu nhúng watermark Cả steganography watermarking phạm trù che giấu thông tin, mục tiêu điều kiện áp dụng đối lập Trong steganography, liệu bên ngồi khơng q quan trọng, vật mang liệu bên trong, HVTH: KS Trần Thị Hồng Qun Ứng Dụng DSP vào Audio THD: PGS.TS Lê Tiến Thường kênh truyền ẩn bị phát liệu khơng thể bảo mật Cịn watermarking ngược lại, liệu bên (watermark) liệu cộng thêm để bảo vệ xác định quyền sở hữu cho liệu quan trọng bên [7] Mặc dù kỹ thuật đối mặc với nhiều khó khăn thử thách thực tiễn, song chưa có kỹ thuật khác thay ứng dụng nhúng thơng tin ẩn chữ ký số, in dấu vân tay, giám sát việc xuất quảng bá, xác định quyền, kiểm soát chép liên lạc mật Nhiều giải thuật watermark mù không mù miền thời gian tần số giới thiệu tương nhượng giữa hai mục tiêu không cảm thấy bền vững với công watermark Khuynh hướng nghiên cứu hướng vào khai thác tính khơng hồn hảo hệ thống thính giác HAS HVS người để tạo watermark suốt bền vững cho ảnh, video âm số Đề tài tập trung nghiên cứu kỹ thuật audio watermarking cho âm số từ yêu cầu thực tế khả ứng dụng bảo vệ quyền tác phẩm âm số sản xuất, phân phối trao đổi trực tuyến liệu 1.2 Nội Dung Nghiên Cứu - Nghiên cứu lý thuyết watermarking cho liệu âm số Tìm hiểu tổng quan phương pháp watermarking, tính hiệu khả ứng dụng chúng - Thực mô giai đoạn nhúng phát watermarking file âm số giải thuật khác nhau, đánh giá tính bền vững chúng công thông dụng (nhiễu SIN, nhiễu trắng…) - Thực thi nhúng tách watermark cho liệu âm số DSP TMS320C6211 - Kế thừa kiến thức audio watermark luận văn trước [28] Đề tài tiếp tục nghiên cứu cải thiện đáng kể dung lượng nhúng độ bền vững watermark nhiễu Đồng thời, nghiên cứu thực thành công phương pháp watermarking dựa mơ hình psychoacoustic tương thích với chuẩn MPEG Model Layer 1, độ bền vững watermark theo mơ hình nhiễu Gauss tốt Ngồi đề tài cịn thực thi nhúng tách watermark kit DSP TMS320C6211 theo chế độ offline dùng giải thuật LSB thực phần nhúng watermark chế độ live với kết đạt tương đối khả quan HVTH: KS Trần Thị Hoàng Quyên Ứng Dụng DSP vào Audio THD: PGS.TS Lê Tiến Thường 1.3 Bố Cục Của Luận Văn Luận văn chia làm chương sau: - Chương 1: Giới Thiệu Đề Tài - Chương 2: Lý Thuyết Về Âm Thanh Số - Chương 3: Nghiên cứu lý thuyết watermarking, đặc biệt watermarking cho âm số Các tiêu chuẩn đánh giá watermarking ứng dụng watermark - Chương 4: Các Phương Pháp Watermarking thơng dụng - Chương 5: Mơ hình watermarking dựa Psychoacoustic Model - Chương 6: Các giải thuật kết mô matlab giải thuật dựa mơ hình psychoacoustic mơ hình trải phổ - Chương 7: Giới thiệu DSP TMS320C6211 mơ hình thực thi giải thuật LSB cho audio watrmarking, - Chương 8: Thiết kế hệ thống nhúng tách Watermark âm số Kit DSP TMS320C6211 - Chương 9: Kết luận hướng phát triển đề tài NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA DIGITAL WATERMARKING Hệ thống watermarking bao gồm hai giai đoạn: giai đoạn nhúng thực chèn thông tin watermark vào tín hiệu gốc giai đoạn khơi phục nhằm phát có mặt nội dung watermark Mơ hình watermark mơ tả sau: Hình 2.1 Mơ hình hệ thống watermarking Phần lớn phương pháp watermarking khai thác khuyếm khuyết hệ thống nghe nhìn, đặc biệt kỹ thuật watermarking cho liệu âm khai thác tượng che lấp âm tai người Hiện tượng xảy miền tần số thời gian Che miền tần số xảy thành phần phổ yếu bị che thành phần phổ mạnh Che miền thời gian tín hiệu mức thấp xảy trước hay sau tín hiệu mức cao HVTH: KS Trần Thị Hoàng Quyên Ứng Dụng DSP vào Audio THD: PGS TS Lê Tiến Thường 8.4.2 Mô tả file thủ tục sử dụng chương trình khởi động Bảng 8.3 Các tập tin sử dụng để khởi động chương trình Tên file C6211dsk.cmd C6211dsk.h C6211interrupts.h C6211dskinit.h C6211dskinit.c vectors_11.asm Chức Cấu hình đồ vùng nhớ cho DSK Định nghĩa địa hệ thống ghi DSP họ C6x Các hàm khởi động ngắt, cấu hình ghi Chứa protype hàm C6211dskinit.c Các hàm cấu hình EMIF, codec AD535, port nối tiếp McBSP0 hàm đọc liệu, hàm ghi liệu port nối tiếp Thiết lập vector ngắt cho C6x Bảng 8.4 Các hàm thủ tục chương trình khởi động Tên hàm void mcbsp0_init() void mcbsp0_write(int) Int mcbsp0_read() Void TLC320AD535_Init() void c6211_dsk_init() Chức Thủ tục khởi động port nối tiếp McBSP0 Thủ tục ghi số nguyên int vào ghi DXR Hàm trả giá trị ghi DRR McBSP0 (kiểu trả về: int) Thủ tục khởi động codec TLC320AD535 Thủ tục khởi động cho DSK bao gồm khởi động EMIF, serial port, codec void comm_intr() Thủ tục khởi động cho ứng dụng kit DSK sử dụng ngắt Int input_sample() Hàm trả giá trị mẫu thu kiểu int void output_sample(int) Thủ tục xuất mẫu kiểu int serial port McBSP0 8.4.3 Giải thuật cho chương trình phục vụ ngắt Chương trình phục vụ ngắt ISR xử lý nhúng phát watermark mẫu theo thuật tốn watermark Lưu đồ giải thuật cho chương trình phục vụ ngắt hình 8.8 Chương 8: Thực Thi Trên DSP 97 HVTH: KS Trần Thị Hoàng Quyên Ứng Dụng DSP vào Audio THD: PGS TS Lê Tiến Thường interrupt void c_int11() Đọc mẫu từ port nối tiếp intput_data=input_sample() Xử lý nhúng hay phát watermark theo mẫu output_data=process(intput_data) Xuất mẫu xử lý port nối tiếp output_sample(output_data) return Hình 8.8 Lưu đồ giải thuật chương trình phục vụ ngắt c_int11 8.4.3.1 Hàm xử lý nhúng phát watermark theo giải thuật biên độ Hình 8.9 Kỹ thuật đệm vịng - Q trình nhúng watermark: Các mẫu âm qua DSP nhân với hệ số để thay đổi biên độ tương ứng theo tín hiệu watermark chuyển đến Codec AD535 xuất loa Chương 8: Thực Thi Trên DSP 98 HVTH: KS Trần Thị Hoàng Quyên Ứng Dụng DSP vào Audio THD: PGS TS Lê Tiến Thường - Quá trình phát watermark: Các mẫu âm nhúng watermark qua DSP lưu vào đệm vòng chuyển lên PC qua cổng song song cho việc tìm khóa watermark nhúng - Tại PC mẫu bit xử lý so sánh với tín hiệu gốc để tách tín hiệu watermark nhúng theo giải thuật biên độ Hình 8.10 Thủ tục cập nhật biến trỏ gấp vòng cho đệm vòng ƒ Các hàm sử dụng cho đệm vòng Trước tiên, phần xin trình bày đơi nét kỹ thuật đệm vòng: Bộ đệm vòng chiều dài L cho phép lưu giá trị đệm vào vị trí giá trị trễ trước L mẫu Bộ đệm vịng phải dùng trỏ để trỏ đến vị trí cho mẫu đệm Mặc dù phải dùng thêm trỏ đệm vịng đặc biệt hữu ích ứng dụng địi hỏi đệm có kích thước lớn thời gian xử lý tương đối nhanh Khi cần cập nhật giá trị cho đệm, đệm vịng cần nạp giá trị vào vị trí thời trỏ cập nhật trỏ So sánh với đệm theo kiểu ghi dịch, cần cập nhật giá trị mới, đệm phải cập nhật từ đáy đệm đầu đệm Chương trình xử lý âm sử dụng kỹ thuật đệm vòng ưu điểm Chương 8: Thực Thi Trên DSP 99 HVTH: KS Trần Thị Hoàng Quyên Ứng Dụng DSP vào Audio THD: PGS TS Lê Tiến Thường Ở đây, ta sử dụng mảng w có chiều dài L cho đệm, trỏ p trỏ đến vị trí cho mẫu đệm Khi cập nhật xong mẫu, trỏ p giảm đơn vị cho mẫu Khi trỏ p giảm vượt vị trí đầu mảng w, trỏ p phải gấp vịng để trỏ đến vị trí cuối mảng ƒ Thủ tục cập nhật biến trỏ đến vị trí sẵn sàng nhận liệu gấp vịng trỏ giảm vượt q vị trí đầu mảng w void wrap(short D, float *w, float **p) Các hàm thực watermark void proccess(inputdata, command) Lưu mẫu vào đệm vòng buffer(*p) = inputdata; Wrap(D, *buffer, **p) Nhúng watermark Quá trình nhúng watermark? Nhân mẫu với hệ số tương ứng với mật mã watermark i = i +1 Phát watermark Sử dụng Matlab đọc mẫu đệm buffer N i= length(Watermark) ? Y i = 1; return Hình 8.11 Giải thuật thực nhúng watermark Chương 8: Thực Thi Trên DSP 100 HVTH: KS Trần Thị Hoàng Quyên Ứng Dụng DSP vào Audio THD: PGS TS Lê Tiến Thường 8.5 Chạy, điều khiển chương trình với Code Composer Studio v2.0 8.5.1 Kết nối phần cứng - Dùng cable DB25 nối kit DSK với máy tính - Ở chế độ live, nối ngõ sound card PC với ngõ vào audio-in kit DSK (J7) - Nối ngõ audio-out (J6) với loa 8.5.2 Chạy chương trình kit DSK Thực bước sau: - Chạy chương trình Code Composer Studion v2.0 (CCS 2.0) - Mở project: - Vào menu Project/Open - Mở file project - Khi hình CCS hiển thị cửa sổ project hình 8.12 Hình 8.12 Cửa sổ CCS với project Chương 8: Thực Thi Trên DSP 101 HVTH: KS Trần Thị Hoàng Quyên Ứng Dụng DSP vào Audio THD: PGS TS Lê Tiến Thường - Biên dịch: vào menu Project/Rebuild All - Nạp chương trình lên kit DSK: vào menu File/Load Program - Chạy chương trình: vào menu Debug/Run - Sử dụng ngõ audio máy tính nguồn phát âm Dùng chương trình matlab để điều khiển nhúng phát watermark chế độ off-line chế live 8.5.3 Nhận xét kết thực thi chương trình kit DSK Quá trình nhúng phát watermark thực thi kit DSK giống với trình mô MATLAB Do tần số lấy mẫu codec kit DSK cố định 8KHz nên Kit cho âm có chất lượng tốt nguồn audio có tần số nhỏ KHz, với tín hiệu âm có tần số lớn 4KHz sau qua lấy mẫu chất lượng âm thu lại không tốt xử lý MATLAB Ưu điểm: - Chương trình cho phép nhập chuỗi khóa watermark tùy chọn - Chương trình watermark theo chế độ off-line khơng cần sử dụng tín hiệu gốc trình phát watermark - Ở chế độ live, Chương trình thực watermark âm theo mẫu đảm bảo tính thời gian thực cho xử lý - Trong chế độ live, giải thuật chương trình sử dụng đệm vịng để giữ mẫu sử dụng Matlab tìm chuỗi watermark nhúng vào mẫu đệm đáp ứng yêu cầu phức tạp việc phát chuỗi watermark Khuyết điểm: - Chương trình DSP thực watermark theo giải thuật đơn giản LSB - Chương trình chưa thực việc lưu lại mẫu watermark chế độ live âm phát từ Speaker Kit DSP đến ngõ vào micro PC với chất lượng âm (do máy tính, cáp âm mơi trường thực không cách âm tốt) - Trong chế độ Live mode, chương trình chưa thực việc phát watermark theo thời gian thực Kit DSP tính chất phức tạp giải thuật phát watermark Chương 8: Thực Thi Trên DSP 102 HVTH: KS Trần Thị Hoàng Quyên Ứng Dụng DSP vào Audio THD: PGS TS Lê Tiến Thường 8.6 Giao diện mô điều khiển nhúng/tách watermark 8.6.1 Giới thiệu số lệnh dùng để liên kết Code Composer Studio Sử dụng Liên kết với đối tượng nhúng - Hàm ccsdsp Cú pháp: cc=ccsdsp Mô tả: hàm trả liên kết cc cho phép MATLAB giao tiếp với xử lý DSP Khi thực hiên hàm này, ccsdsp khởi động chương trình CCS IDE chương trình chưa khởi động - Hàm isrunning Cú pháp: isrunning(cc) Mô tả: hàm trả xử lý thực thi chương trình Khi xử lý ngừng (halted), isrunning trả giá trị - Thủ tục clear Cú pháp: clear(cc) Mơ tả: thủ tục xố liên kết mô tả cc Đây bước cuối người sử dụng khơng cịn cần liên kết với CCS Việc gọi thủ tục clear xóa tất đối tượng liên kết, nhớ liên quan - Hàm address Cú pháp: a=address(cc,’symbolstring’) Mô tả: hàm trả địa trang địa chứa symbol mơ tả ‘symbolstring’ Để hàm thực hiện, symbolstring phải đại diện cho symbol có bảng symbol xử lý - Hàm read Cú pháp: mem = read(cc,address,'datatype',count) Mô tả: hàm trả liệu xử lý liên kết cc Các thông số address, datatype, count xác định khối nhớ cần đọc Khối liệu đọc bắt đầu vùng nhớ xác định address datatype xác định định dạng liệu lưu trữ khối nhớ count xác định số giá trị đọc từ địa address Chương 8: Thực Thi Trên DSP 103 HVTH: KS Trần Thị Hoàng Quyên Ứng Dụng DSP vào Audio THD: PGS TS Lê Tiến Thường - Thủ tục write Cú pháp: write(cc,address,data,timeout) Mô tả: thủ tục thực việc gửi khối liệu đến nhớ xử lý tham chiếu cc Các thông số address data xác định khối nhớ ghi vào Khối liệu ghi vào nhớ xử lý bắt đầu địa address data số, vector hay ma trận Address kiểu liệu thủ tục write giống tương tự address kiểu liệu hàm read trình bày Sử dụng liên kết cho RTDX - Thủ tục open Cú pháp: open(rx,’channel’,’mode’) Mô tả: thủ tục tạo kênh RTDX với DSP tham chiếu rx Thông số channel xác định tên kênh RTDX cấu hình chế độ đọc ghi tương ứng với thông số mode xác định sau: • ‘r’: cấu hình kênh để đọc liệu từ DSP • ‘w’: cấu hình kênh để ghi liệu đến DSP - Thủ tục enable Cú pháp: enable(rx,'channel') Mơ tả: cho phép kích hoạt kênh RTDX xác định tên channel - Thủ tục configure Cú pháp: configure(rx,length,num) Mơ tả: thủ tục cấu hình độ lớn buffer số buffer liên kết đến đối tượng RTDX - Thủ tục close Cú pháp: close(rx,'channel') Mô tả: thủ tục xóa kênh RTDX xác định tên channel liên kết đến đối tượng RTDX - Hàm readmsg Cú pháp: data = readmsg(rx,channelname,datatype,nummsgs) Chương 8: Thực Thi Trên DSP 104 HVTH: KS Trần Thị Hoàng Quyên Ứng Dụng DSP vào Audio THD: PGS TS Lê Tiến Thường Mô tả: hàm trả liệu kênh RTDX liên kết rx Các thông số channelname, datatype, nummsgs xác định kênh RTDX cần đọc datatype xác định định dạng liệu kênh nummsgs xác định số giá trị đọc kênh - Thủ tục writemsg Cú pháp: writemsg(rx,channelname,data) Mô tả: thủ tục thực việc gửi khối liệu lên kênh RTDX tham chiếu rx Các thông số channelname xác định kênh RTDX ghi vào data số, vector hay ma trận Bảng 8.5 Các kiểu liệu sử dụng hàm read, readmsg, write, writemsg datatype string ‘double’ ‘int8’ ‘int16’ ‘int32’ ‘single’ ‘uint8’ ‘uint16’ ‘uint32’ Mô tả số thực có độ xác kép số ngun 8-bit có dấu số nguyên 16-bit có dấu số nguyên 32-bit có dấu số thực có độ xác đơn số nguyên 8-bit không dấu số nguyên 16-bit không dấu số ngun 32-bit khơng dấu 8.6.2 Giao diện chương trình mơ thuật toán, điều khiển nhúng tách watermark kit DSP Giao diện viết MATLAB sử dụng Graphical User Interface Chương 8: Thực Thi Trên DSP 105 HVTH: KS Trần Thị Hoàng Quyên Ứng Dụng DSP vào Audio THD: PGS TS Lê Tiến Thường Hình 8.13 Cửa sổ chương trình Audio Watermark Chức đối tượng cửa sổ chương trình - Lựa chọn watermark theo chế độ off-line hay chế độ live, sử dụng đối tượng Radio Option sau: • Off-line mode: thực watermark theo mode off-line • Live mode: thực watermark theo mode live - Lựa chọn file audio muốn nhúng watermark • Click nút Browse Group box Watermark, hộp thoại Open cho phép lưa chọn file audio cần watermark - Nhập mật mã watermark vào edit text ‘Secret Key’ • Thực q trình nhúng watermark Chương 8: Thực Thi Trên DSP 106 HVTH: KS Trần Thị Hoàng Quyên Ứng Dụng DSP vào Audio THD: PGS TS Lê Tiến Thường ƒ Click nút Watermark để thực trình nhúng mật mã watermark edit text vào file audio chọn ƒ Quá trình nhúng watermark tạo file watermark thư mục với tên “LSB + tên file gốc” • Lựa chọn file audio muốn phát watermark ƒ Click nút Browse Group box Detect, hộp thoại Open cho phép lưa chọn file audio muốn tách watermark • Thực trình tách watermark ƒ Click nút Detection để thực trình tách mật mã watermark cho file audio chọn ƒ Quá trình tách watermark hiển thị mã mật nhúng Group box Detect có thơng báo khơng tìm mật mã watermark Chương 8: Thực Thi Trên DSP 107 HVTH: KS Trần Thị Hoàng Quyên Ứng Dụng DSP vào Audio THD: PGS Lê Tiến Thường CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 9.1 Những kết đạt - Luận văn sâu nghiên cứu, tìm hiểu hệ thống watermarking - Đã thực khảo sát hầu hết phương pháp watermarking ứng dụng cho âm số - Thực mô giải thuật watermarking cho phương pháp LSB, trải phổ phương pháp Psychoacoustic Khảo sát công nhiễu SIN nhiễu Gauss Kết mô cho thấy watermark nhúng theo phương pháp trải phổ bền vững trước cơng nhiễu cộng hình SIN Nếu nhiễu tần số cao (nằm xa tần số nhúng) watermark bền vững Đối với cơng nhiễu Gauss có tý số tín hiệu nhiễu 30dB < SNR < NdB Với N nằm khoảng 55dB – 60dB tùy thuộc vào loại âm khác tín hiệu watermark hồn tồn bị phá hủy Nếu cơng với nhiễu trắng lớn 60dB liệu watermark hồn tồn bền vững Đối với giải thuật Psychoacoustic bền vững với công nhiễu Gauss, với SNR lớn 30dB tách xác watermark - Nghiên cứu DSP TMS320C6211 Thực thành công nhúng tách watermark theo giải thuật LSB cho âm số chế độ offline - Thực nhúng watermark theo giải thuật biên độ cho âm chế độ live (thời gian thực) 9.2 Hướng phát triển đề tài - Tìm hiểu xây dựng sở tốn học giải thuật watermarking ứng dụng cho âm số - Nghiên cứu loại công, giải thuật watermarking mù có tính bền vững cao tất loại cơng - Khảo sát tính bền vững watermarking sử dụng phép biến đổi khác DWT, MCLT… - Giải thuật thực DSP xử lý miền thời gian, watermark không bền vững trước công Việc thực xử lý tín hiệu âm thời gian thực đòi hỏi phải cần thiết bị chuyên dụng cho việc thu phát âm để đạt chất lượng tốt Hướng phát triển cần thực giải thuật trải phổ, psychycoustic miền tần số cho tín hiệu audio DSP, tiến tới xây dựng chương trình thực ứng dụng theo thời gian thực Chương 9: Kết Luận 108 HVTH: KS Trần Thị Hoàng Quyên TÀI LIỆU THAM KHẢO Darko Kirovski and Henrique S Malvar, “Spread-Spectrum Watermarking of Audio Signal”, IEEE Trans Signal Processing, Vol.51, April 2003, pp.10201033 Shinya Saito, Toshihiro Furukawa, Katsumi Konishi, “A Digital Watermarking for Audio Data Using Band Division Based On QMF Bank”, IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Orlando Florida, May 2002 Painter, T., & Spanias, A., “Perceptual Coding of Digital Audio”, Proceeding of the IEEE, Vol 88, April 2000, pp 451 – 515 Abdellatif Zaidi, “Audio Watermarking Under Desynchronization and Additive Noise Attacks”, IEEE Transactions of Signal Processing, Vol 54, No 2, February 2006 Byeong-Seob Ko, “Time-Spread Echo Method for Digital Audio Watermarking, IEEE Transactions on Multimedia”, Vol.7, No 2, April 2005 Mauro Barni, Franco Bartolini, “Watermarking Systems Engineering, Marcel Dekker, Newyork, Basel, ISBN 0-8247-4806-9 Arnold, M., Schmucker, M & Wolthusen, S., “Techniques and Applications of Digital Watermarking and Content Protection”, ISBN 1-58053-111-3, Artech House, Boston, 2003 Stefan Katzenbeisser, Fabien A P Petitcolas, “Information Hiding Techniques for Steganography and Digital Watermarking”, ISBN -58053-035-4, Artech House, Boston, 2000 http://mue.music.miami.edu/thesis/ricardo_garcia/pdfs/ragothesis.PDF 10 http://harduf.technion.ac.il/~sm313/michael/ti_challange.pdf 11 http://herkules.oulu.fi/isbn9514273842 12 Hyoung Joong Kim, “Audio Watermarking Techniques”, Department of Control and Instrumentation Engineering Kangwon National University Chunchon 200-701, Korea 13 Leandro de C.T Gomes, “Audio Watermarking and Fingerprinting: For Which Applications”, Accepted for publication on May 9th 2002 14 Navneet Kumar Mandhani, “Watermarking Using Decimal Sequences, Bachelor of Engineering”, Andhra University, India, August 2004 15 Manish Neoliya, “Digital Audio Watermarking Using Psychoacoustic Model and Spread Spectrum Theory” 16 J D Gordy and L T Bruton, “Performance Evaluation of Digital Audio Watermarking Algorithms”, Department of Electrical and Computer Engineering University of Calgary 17 Yiqing Lin and Waleed H Abdulla, Technical Report, Department of Electrical and Computer Engineering, New Zealand, 2007 18 Dackson LAM, “Audio Watermarking final Report”, September, 2003 19 http://www.ragomusic.com/publications/ragoAES1999.pdf 20 Juergen Seitz, “Digital Watermarking for Digital Media”, Ideal Group 2005 21 Yiqing Lin and Waleed H Abdulla, “Technical report School of Engineering Report No 650”, 2007 22 Yuval Cassuto, Michael Lustig and Shay Mizrachy, “Real – Time Digital Watermarking System for Audio Signals Using Perceptual Masking” 23 Joseph R Kardamis, “Master of Science in Computer Science Thesis Audio Watermarking Techniques Using Singular Value Decomposition”, June 5, 2007 24 Ryuki Tachibana, “Audio Watermarking for Live Performance”, Annual Symposium Electronic Imaging 2003 (SPIE), 2003 25 Shi-cheng Liu and Shinfeng D.Lin, “BCH Code-Based Robust Audio Watermarking in the Cepstrum Domain”, Journal of Infomatin Science and Engineering 22, 535-543 (2006) 26 The Scientist and Engineer’s Guide to Digital Signal Processing 27 Sen M Kuo & Bob H Lee, “Real-time Digital Signal Processing”, John Wiley & Sons Ltd, 2001 28 Rulph Chassaing, “DSP Applications Using C and the TMS320C6x DSK”, John Wiley & Sons Inc, 2002 29 Sophocles J.Ofanidis, “Introduction to Signal Processing”, Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, 1996 30 http://www.ti.com 31 Lê Tiến Thường, “Xử lý số tín hiệu Wavelets”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2002 32 Võ Trung Dũng, “Nhúng liệu quyền cho âm số”, Luận văn thạc sĩ Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minih, 2004 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Trần Thị Hồng Qun Ngày sinh: 13/06/1981 Lý lịch: ⋅ Nơi sinh: ĐakLak ⋅ Thường trú: 54/2 Phạm Hồng Thái, Phường Tự An, BMT, ĐakLak ⋅ Tạm trú : 80 Nguyễn Thái Sơn, P.3, Q.Gị Vấp, Tp.HCM ⋅ Dân tộc : Kinh Tơn giáo: Không ⋅ Điện thoại: 0903.995.805 Email: hoangquyenvt3@yahoo.com ⋅ Quá trình đào tạo: ⋅ 1996-1999: Trường Chuyên Nguyễn Du – Bn Ma Thuột, ĐakLak (chun Tốn) ⋅ 1999-2004: Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng Cơ Sở II-HCM Chun ngành Điện Tử - Viễn Thông ⋅ 2005-2007: Đại Học Bách Khoa – Đại học Quốc Gia Tp.HCM Cao học ngành Kỹ thuật Điện tử ⋅ Q trình cơng tác: 3/2004 đến nay: Công Ty Thông Tin Viễn Thông Điên Lực (EVN Telecom) ... TÀI: ? ?Ứng Dụng DSP vào Nhúng Dữ Liệu Bản Quyền Âm Thanh Số? ?? II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tìm hiểu giải thuật watermarking - Thử nghiệm mơ giải thuật, công, độ bền watermark với công thông dụng. .. ngược lại 3.3 Echo Hiding Mơ hình echo – hiding thực nhúng watermark vào liệu gốc cách chèn tiếng vọng (echo) để tạo thành tín hiệu nhúng Giải thuật áp dụng cho liệu âm có tốc độ bit nhúng lên đến... Trình Nhúng Quá trình nhúng thực liệu âm lấy mẫu tần số fs = 44.1kHz lượng tử 16 bit Dữ liệu âm đầu vào chia thành frame, frame có độ dài b_length=1024 mẫu Giải thuật nhúng tiến hành khoảng tần số