4.1.3.1. Gi i thi u
Các b c ti n hành c a quá trình t o và nhúng Watermark k t h p t o ng ng trong mơ hình thính giác c mơ t nh sau:
Ch ng 4 - CH NG TRÌNH TH C HI N
Hình 85 T ng h p thu t tốn t o và nhúng Watermark.
iTnorm c t o nh sau:
Hình 86 T ng h p quá trình t o ng ng chu n hố
4.1.3.2. Mơ hình t o Watermark
Các thao tác t o tín hi ux(t) trong mơ hình 85 c minh h a c th nh sau. Watermark x(t) c t o thành nh hình 87 . H th ng t o Watermark s d ng thu ttr i ph .DS/BPSK mã hố.
Ch ng 4 - CH NG TRÌNH TH C HI N L P MÃ CÀI XEN BÍT CHÈN HEADER U BI N BPSK {w} Tw m {wR} Tb=Tw/m I H {wI} Tb s(t) T O CHU I PN c(t) x(t) {d}={header}+{wI} f0 Hình 87 H th ng t o Watermark. Trong ĩ: m: h s l p. f0: t n s dùng trong b u bi n BPSK.
I,H: chi u dài và chi u r ng c a ma tr nInterleaver.
{w}: chu i bit Watermark g c.
{wR}: Watermark sau quá trình l p.
{wI}: Watermark sau quá trình cài xen bit.
{header}: chu i header.
{d}={header}+{wI}: chu i c dùng tr i và truy n t i.
Gi i thích quá trình th c hi n
i {w} là chu i bit Watermark. T t c các chu i bit u c th hi n d i ng c c (mang giá tr 1 hay -1). Ví d m t chu i{w} dài 16 bit
{w}={1 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 1 -1
1 1 1 -1 -1}
Ch ng 4 - CH NG TRÌNH TH C HI N
{wR}={1 1 1 1 1 1 -1 -1 -1 1 1 1 -1 -1 -1
-1 -1 -1 1 1 1 -1 -1 -1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 -1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 }
Ti p theo ta s bi u di n {w} thơng qua ma tr n Interleaver. Gi s ma tr n ta dùng cĩ kích th cI = 5,H = 10 nh b ng sau:
ng 1 Ma tr n Interleaver.
Chú ý: n u a{w} vào ma tr nInterleaver khơng thì s ph n t thi u c p b ng 1.
Chu i bit nh n c t phép bi n i ma tr n Interleave là:
{wI}= {1 1 1 -1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 -1 -1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 1 1 -1 1 -1 1 1 -1 -1- 1 1 1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 1 1 1 1 1 1 1 1}
Thơng th ng ta ch n chu i {header} là dãy các s 1 nh sau:
{header}={1 1 1 1 1 1 1 1 1 1}.
Cu i cùng chu i {d}={header}+{w} c t o b ng cách n i {header} vào {w},
c:
{d}={1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1-1 1 1 1 1-1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 -1 -1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 1 1 -1 1 -1 1 1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 -1 1 1-1 -1 1 1 1 1 1 1 1 1 1}
Chu i gi ng u nhiên PN {c} cĩ th t o ra theo nhi u cách, Tuy nhiên, thơng th ng nĩ c t o b ng b t o s ng u nhiên. Gi s ta t o chu i PN dài tr i mà khơng ph i l p b t k thành ph n nào c a nĩ và m t u quan tr ng là c bên nh n và bên truy n u ph i cĩ b n sao c a tồn b chu i s ng u nhiên {c} này. L u ý, chu i{c} c t o sao cho khơng t ng quan v i chu i{d}.
Ch ng 4 - CH NG TRÌNH TH C HI N
{c}= {1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 1 1 -1 1 }
4.1.3.3. Ch n tham s cho mơ hình tr i ph
Trong truy n thơng, tín hi u âm thanh c xem là tín hi u baseband [42]. Trong k thu t tr i ph , ta xem h th ng passband là h th ng cĩ t n s f0>0 và h th ngbaseband cĩ f0= 0.
Vi c ch n các thơng s ph thu c vào cách truy n, l u tín hi u Watermark.
Hình 88 Các tham s c a h th ng baseband.
Hình 89 Các tham s c a h th ng passband.
Trong ĩ:
FS: t n s l y m u c a h th ng. tránh hi n t ng ch ng l p ph do b u bi n gây ra, thì t n s c a h th ng ph i tho :
Rc f0 FS/2 – Rc
u nh h th ng chi m gi b ng t n v i t n s gi i h n làLF vàHF thì t n s u bi n c a h th ng f0 ph i tho cơng th c sau:
F + Rc f0 HF - Rc LF 0, HF FS/2
Ch ng 4 - CH NG TRÌNH TH C HI N Hình 90 H th ng passband v i t n s gi i h n trong LF và HF. Xét các tham s c ch n nh sau: HF = 15.000Hz N= 3 m= 3 Rd = 100 bit/giây Rb=300bit/giây Rc=900bit/giây f0=3500 Hz. u ý, thơng th ngm và N cĩ giá tr t ng i nh . u bi n s c hồn t t theo cơng th c sau:
0
( ) ( ) 2 cos( )
s t =d t S ω t
Trong ĩS là cơng su t tín hi u c a bên nh n.
d(t) c tính theo cơng th c: d(t) = d(ceil([1:dt_length]/dt_samples )) dt_length = length(t) dt_samples = FS/Fd t qu thu c là tín hi u DS/BPSKs(t). Ta hồn t t vi c tr i ph b ng cách tính tích ch ps(t) và chu i PNc(t): x(t) = c(t)s(t) t qu ch y th nghi m:
Ch ng 4 - CH NG TRÌNH TH C HI N
Hình 91 Các tín hi u trên mi n th i gian
Trong ĩ chu i bit d li u - d(t), chu i PN - c(t), b u bi n BPSK sin(t) và tín hi u Watermarkx(t).
4.1.3.4. Phân n
áp d ng thu t tốn FFT d dàng, ta chia tín hi u âm thanh thành nhi u n ch ng m t ph n lên nhau [43]. Do tín hi u âm thành th ng l n h n nhi u so v i tính hi u Watermark nên tín hi u Watermark s c l p nhi u l n.
Thu c tính d th a là m t trong nh ng thu c tính quan tr ng c a thu t tốn, hình v 92 minh ho tín hi u âm thanh và tín hi u Watermark c phân n. Nh ã gi i thích trên, do tín hi u Watermark quá nh so v i tín hi u audio do ĩ nĩ s c
p.
Ch ng 4 - CH NG TRÌNH TH C HI N
i LENGTH là chi u dài m u tín hi u âm thanh, BLOCK là chi u dài frame, OVERLAP là kho ng ch ng l p gi a cácframe. Ta cĩ m i liên h :
FRAME = (LENGTH-OVERLAP) / (BLOCK-OVERLAP)
4.1.3.5. Th hi n d i d ng t n s
Phép bi n i Fourier nhanh (SFFT) c s d ng cho m c ích bi n i tín hi u th hi n d i d ng t n s . Tr c khi th c hi n SFFT, ta ph i x lý c hai tín hi u u vào b ng c a s Hamming nh m làm gi m m t mát [43, 44]. N u s(t) là tín hi u âm thanh, x(t) là tín hi u Watermark, ta cĩ:
swt(t)=s(t)w(t) xwt(t)=x(t)w(t) Trong ĩ c a s c nh ngh a nh sau: w(n) =0.54+0.46 cos (2n / BLOCK) i:n = 1, 2 , BLOCK. w(t)= w(nT), v iT là chu k l y m u.
Áp d ng phép bi n i Fourier cho khung tín hi u âm thanh sw(t) và Watermarkxw(t):
sw(j ) = FT{sw(t)} xw(j ) = FT{xw(t)}
Cơng su t ph c xác nh nh sau:Sp(j ) = |sw(j )|2
Các ch s th hi n d i d ng t n s c ánh x sang l Bark. Sau khi ánh , vi c bi u di n critical band ch n gi n là th c hi n ánh x t ng thành ph n. Thành ph n cĩ ch s i và t n s t ng ng liên h thơng qua cơng th c:
fi=(i-1)*FS / BLOCK, i i = 1, 2, …, BLOCK /2 Trong ĩFS là t n s l y m u.
i liên h gi a t n s fi và h s Bark th i:
i = 13tan-1(0.76*fi / 1000) + 3.5 tan-1((fi / 7500)2).
ng l ng trên m i b ng t n:
Ch ng 4 - CH NG TRÌNH TH C HI N
ng các t n s t LBZ HBZ trong m i critcal bandz. iz = 1, 2, ,Zt.
Zt là t ng s critical band trongframe.
Hình v 93, 94, 95, 96 minh ho tr ng h p: tín hi u âm thanh trên mi n th i gians(t) và c c t qua c a s Hammingw(t).
Khung tín hi u audio sau khi x lý ĩng khungsw(t).
Bi u di n l n c a Sw(j ) là tín hi u theo mi n t n s . ng l ng ph c aSpz(z).
Hình 93 Tín hi u s(t) và c a s Hamming w(t)
Ch ng 4 - CH NG TRÌNH TH C HI N
Hình 95 Bi u di n l n c a Sw(j )
Hình 96 N ng l ng trên m i critical band Spz(z).
4.1.3.6. Hàm tr i n n - hàm tr i bên d i
Hàm tr i cĩ nhi m v xác nh n ng l ng trên m i critical band dùng phân ph i cho các b ng t n lân c n. Hàm tr iB(z) c tính nh sau:
( )2 15.91 7.5( 0.474) 17.5 1 0.474 k B = + k+ − + +k ik = , -2, -1, -0, -1, 2, Vi c tr i các b ng t n c th c hi n d a trên hàm tr i B(z) và n ng l ng trên i critical band Spz(z): Sm(z)=Spz(z)*B(z) Trong các hình sau, ta cĩ:
Hình 97: n ng l ng trên m icritical band Spz(z).
Hình 98: hàm tr iB(z).
Ch ng 4 - CH NG TRÌNH TH C HI N
Hình 97 N ng l ng trên m i critical band.
Hình 98 Hàm tr i B(z).
Ch ng 4 - CH NG TRÌNH TH C HI N
4.1.3.7. Xây d ng ng ng ng y trang
ph ng ph SFM c a khung tín hi u audioSw(j ) c tính nh sau:
s âm thanh:
α= min(SFMdB/ SFMdBmax, 1)
i SFM dBmax = -60dB.
ng l ng dùng che nO(z):
O(z) = α (14.5 +z)-(1-a)5.5
Ng ng ng y trang thơ c tính nh sau:
Traw(z)=10(log10(Sum(z)) – O(z) / 10)
Ng ng thơ c chu n hố:
Tnorm(z)=Traw(z)/Pz Pz là s l ng m trên m i b ng t n.
tính ng ng ng y trang cu iT, u tiên ta tính ng ng nghe hay ng ng im ngTH theo cơng th c: TH = max(Pp(j )) Trong ĩ: Pp(j ) là cơng su t ph c a tín hi n kh o sátp(t) p(t) = sin(2 400t) là t n s c a tín hi u kh o sát là 4000Hz Và ng ng ng y trang cu i cùng là: T(z)=max(Tnorm(z),TH ) iz =1, 2, 3, ,Zt.
Ch ng 4 - CH NG TRÌNH TH C HI N
Hình 100 Ng ng ng y trang thơ Traw(z)
Hình 101 Ng ng ng y trang ã c chu n hố Tnorm(z)
4.1.3.8. Hình thành ph Watermark
Ng ng ng y trang cu iT c dùng c n c quy t nh lo i b thành ph n nào trong tín hi u âm thanh mà khơng nh h ng t i ch t l ng âm thanh c a tín hi u. Vì ng ng T là ng ng nh nh t mà h thính giác ng i cĩ th c m nh n nên n u nh ng thành ph n nào n m d i, t c là cĩ cơng su t ph nh h n T s b lo i b . Cu i cùng khung m i hình thành v i các thành ph n cĩ cơng su t ph l n h n T và c g i là Swnew(j ), c xác nh nh sau: Trong ĩ: i =1, 2, : s thành ph n và ,zlà các thơng s t ng ng v i thành ph n th i.
Ch ng 4 - CH NG TRÌNH TH C HI N
Ti p theo ta g b các thành ph n khơng c n thi t trong tín hi u Watermark. Ng c v i tín hi u âm thanh, ta ch gi l i các thành ph n cĩ cơng su t ph nh h n ng ngT. G i Xwnew(j )là tín hi u m i hình thành.
Khi ĩ, các h s t o WatermarkXwnew(j ) c xác nh:
Trong ĩ:z = 1, 2, 3, Zt
: t n s xác nh trong kho ng t LBZ t iHBZ trên t ngcritical band.
Trên t ngcritial band cĩ m t giá tr A riêng, giá tr này nh h ng t i các h s
Fz. Ngh a là nĩ nh h ng n l n c a các tín hi u Watermark trong quá trình k t p v i tín hi u âm thanh. Khi ĩ khung tín hi u Watermark cu i cùng:
Xfinal(j ) = Xwnew(j ) Fz
Các hình sau minh ho tín hi u Watermark tr c và sau s d ng ng ng l cT.
Hình 102: Ng ng l c và tín hi u Watermark tr c khi c t.
Hình 103: Tín hi u Watermark c c t b ng ng ng l c và l u ý r ng m c tác ng c a ng ng l c i v i tín hi u Watermark cịn ph thu c vào vào A. Trong hình v c ây tín hi u Watermark c c t v i h s A = 0.4.
Ch ng 4 - CH NG TRÌNH TH C HI N
Hình 103 Tín hi u Xwnew(j ) tr c sau c t v i A = 0.4.
4.1.3.9. t h p tín hi u Watermark và tín hi u audio
Tín hi u thu c cu i cùngOUT(j ) là s t ng h p c a tín khung hi u audio i Swnew(j ) và tín hi u Watermark sau cùngSfinal(j ).
OUT(j )=Swnew(j )+Xfinal (j )
Hình v 104 minh ho cách th c t o ra tín hi uOUT:
Ch ng 4 - CH NG TRÌNH TH C HI N
Hình 105 Cơng su t ph tín hi u Xfinal(j ) v i ng ng ng y trang cu i
Hình 106 Cơng su t ph tín hi u OUT(j )) v i ng ng ng y trang cu i.
4.1.3.10.Chuy n i sang mi n th i gian
Tín hi uOUT mà ta thu c là tín hi u c bi u di n d i mi n t n s , nên ta n chuy n sang mi n t n s thơng qua phép bi n i Fourier ng c:
out(t)=IFT(OUT(j ))
4.1.4.Quá trình rút trích4.1.4.1. Gi i thi u