Giấu tin mật trong âm thanh số mang những đặc điểm riêng khác với giấu tin mật trong các đối tƣợng đa phƣơng tiện khác. Nhƣ đã đề cập trong chƣơng 1, một trong những yêu cầu cơ bản của giấu tin mật là đảm bảo tính chất ẩn của thông tin đƣợc giấu đồng thời không làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng của dữ liệu gốc. Để đảm bảo yêu cầu này, nếu nhƣ kỹ thuật giấu tin trong ảnh phụ thuộc vào hệ thống thị giác của con ngƣời - HVS thì kỹ thuật giấu tin mật trong âm thanh số lại phụ thuộc vào hệ thống thính giác HAS. Và một vấn đề khó khăn ở đây là hệ thống thính giác của con ngƣời nghe đƣợc các tín hiệu ở các dải tần rộng và công suất lớn nên đã gây khó dễ đối với các phƣơng pháp giấu tin trong âm thanh số. Nhƣng thật may là HAS lại kém trong việc phát hiện sự khác biệt các dải tần và công suất điều này có nghĩa là các âm thanh to, cao tần có thể che giấu đƣợc các âm thanh nhỏ thấp một cách dễ dàng. Các mô hình phân tích tâm lý đã chỉ ra điểm yếu trên và thông tin này sẽ giúp ích cho việc chọn các file âm thanh số thích hợp cho việc giấu tin. Vấn đề khó khăn thứ hai đối với giấu tin trong âm thanh số là kênh truyền tin. Kênh truyền hay băng thông chậm sẽ ảnh hƣởng đến chất lƣợng thông tin sau khi giấu. Ví dụ để nhúng một đoạn java applet vào một đoạn âm thanh (16 bit, 44.100 Hz) có chiều dài bình thƣờng thì các phƣơng pháp nói chung cũng cần ít nhất là 20 bit/s. Giấu tin trong âm thanh số đòi hỏi yêu cầu rất cao về tính đồng bộ và tính an toàn của thông tin. Các phƣơng pháp giấu tin mật trong âm thanh số đều lợi dụng điểm yếu trong hệ thống thính giác của con ngƣời.
Các phƣơng pháp giấu tin mật trong âm thanh số
Có nhiều phƣơng pháp giấu tin mật trong âm thanh số. Một số phƣơng pháp chính bao gồm:
- Mã hoá bit thấp (low bit encoding): trong mã hoá bit thấp, dữ liệu đƣợc nhúng
bằng cách thay thế bit có trọng số thấp LSB của mỗi điểm lấy mẫu bằng một xâu nhị phân đƣợc mã hoá. Nhƣ vậy một lƣợng lớn dữ liệu có thể đƣợc mã hoá trong một file âm thanh số. Mã hoá bit thấp đƣợc coi là cách đơn giản nhất để giấu dữ liệu trong các file âm thanh số, nhƣng lược đồ mã hoá bit thấp có thể bị phá huỷ bởi nhiễu trên kênh truyền và việc lấy mẫu lại.
- Mã hoá pha (phase coding): đƣợc coi là kỹ thuật hiệu quả nhất đối ở khía cạnh
tƣơng quan giữa tín hiệu và độ nhiễu. Trong phƣơng pháp này, pha của tính hiệu âm thanh ban đầu đƣợc thay thế bằng pha tham chiếu của dữ liệu đƣợc giấu. Ngƣời ta khám phá rằng một kênh có dung lƣợng cỡ 8 bps của xấp xỉ 8 bps có thể thu đƣợc bằng cách định vị 128 khe tần số (slot) trên bit với ít độ nhiễu nền tảng (little background noise). Thủ tục cho mã hoá pha là:
+ Dãy âm thanh khởi nguồn đƣợc chia thành một loạt các segment độ dài N. + Áp dụng biến đổi Fourier rời rạc trên mỗi segment để tạo ra một ma trận của pha và độ lớn (a matrix of phase and magnitude).
+ Tính toán độ lệch pha giữa các segment liền kề nhau.
+ Tạo ra một pha tuyệt đối nhân tạo (artifical absolute phase) p0 cho segment đầu tiên S0.
+ Tạo ra các khung pha mới cho tất cả các segment.
+ Pha mới và cƣờng độ ban đầu đƣợc kết hợp với nhau để tạo ra một segment mới, Sn.
+ Cuối cùng, các segment mới đƣợc móc nối vào nhau để tạo ra đầu ra (output) đƣợc mã hoá.
Tiến trình giải mã: việc đồng bộ hoá của dãy đƣợc thực hiện trƣớc khi giải mã.
Ngƣời nhận phải nắm bắt đƣợc chiều dài của segment, các điểm biến đổi Furier rời rạc DFT và khoảng dữ liệu (data interval). Giá trị của pha phía dƣới (underlying phase) của segment đầu tiên đƣợc xác định ở dạng 0, 1 để biểu diễn xâu nhị phân mã hoá.
- Kỹ thuật trải phổ (spread spectrum): Các hệ thống giấu tin hiện đại sử dụng các liên lạc trải phổ để truyền một tính hiệu băng hẹp (narrowband) trên một kênh băng rộng hơn sao cho mật độ trải (sprectral density) của tín hiệu trong kênh truyền trông tƣơng tự nhƣ nhiễu. Hai kỹ thuật trải phổ phân biệt đƣợc sử dụng là nhảy theo dãy trực tiếp ( direct-sequence hopping) và nhảy tần (frequency hopping). Kỹ thuật
nhảy theo dãy trực tiếp giấu thông tin bằng lập modul-pha (phase-moduling) cho tín hiệu dữ liệu (vật mang - carrier) bằng một dãy số giả ngẫu nhiên mà cả ngƣời gửi và ngƣời nhận đều biết đƣợc. Kỹ thuật nhảy tần (frequency hopping) chia băng thông thành nhiều kênh và bƣớc nhảy giữa các kênh này (cũng đƣợc kích hoạt bởi một dãy số giả ngẫu nhiên).
- Kỹ thuật giấu tin trong tiếng vang - echo hiding: là một dạng giấu thông tin, là
một phƣơng pháp để nhúng thông tin vào trong một tín hiệu âm thanh. Đây là một phƣơng pháp giấu tin mạnh, khi không làm suy giảm tín hiệu chính (cover audio) về mặt nhận thức. Phƣơng pháp này chủ yếu thực hiện các thay đổi đối với cover audio
trên các đặc tính liên quan đến điều kiện môi trƣờng và không liên quan đến độ nhiễu ngẫu nhiên (random noise), vì vậy nó mạnh mẽ hơn trong những giải thuật nén dữ liệu có mất mát thông tin.
Giống nhƣ tất cả các phƣơng pháp giấu tin tốt khác, echo hiding tìm các dữ liệu của nó để trong luồng dữ liệu sao cho ít suy hao luồng dữ liệu gốc nhất, tức là sự thay đổi bên trong cover audio hoặc không thể nhận thức đƣợc hoặc chỉ đơn giản đƣợc ngƣời nghe bỏ qua giống nhƣ đối với các độ méo (distortion) khác gây ra bởi môi trƣờng.
Độ méo nhất định chúng ta đang đề cập tới là tƣơng tự với các tiếng vàn vọng trong một căn phòng kín có tƣờng bao và đồ đạc…Sự khác biệt giữa âm thanh số gốc
(cover audio) và âm thanh số đã giấu tin mật (stego-audio) tƣơng tự nhƣ sự khác biệt giữa việc nghe một đĩa nén bằng headphone với âm thanh đƣợc ghi lại. Với các speaker, chúng ta nghe thấy âm thanh cộng với tiếng vang đƣợc tạo ra bởi âm học trong phòng (room acoustic). Bằng cách lựa chọn chính xác độ méo cho echo hiding,
chúng ta có thể làm cho các độ méo không thể phân biệt đƣợc những độ méo mà một căn phòng có thể tạo ra trong trƣờng hợp của speaker ở trên.
Nhận xét:
Qua những phần đã trình bày trên, có thể thấy các kỹ thuật giấu tin trong âm thanh số đều có dung lƣợng giấu khá tốt. Xét về khía cạnh cài đặt, phƣơng pháp mã hoá bít thấp là phƣơng pháp tiện lợi và phổ biến nhất. Tuy nhiên, phƣơng pháp này có nhƣợc điểm là có thể bị phá huỷ bởi nhiễu trên kênh truyền hoặc do quá trình lấy mẫu lại. Kỹ thuật mã hoá pha đƣợc coi là hiệu quả nhất nếu xét trên tƣơng quan giữa tín hiệu và độ nhiễu. Kỹ thuật trải phổ và giấu trong tiếng vang là kỹ thuật tiên tiến, có dung lƣợng giấu tốt và độ an toàn khá cao so với hai phƣơng pháp trƣớc.