Học viện kỹ thuật quân sự LÊ THANH BằNG Khoá 36 Hệ đào tạo dài hạn đồ án tốt nghiệp đại học chuyên ngành điện tử- viễn thông Nghiên cứu ph-ơng pháp che giấu thông tin trong tín hiệu âm thanh Năm 2006 Học viện kỹ thuật quân sự Lê thanh bằng Khoá 36 Hệ đào tạo dài hạn đồ án tốt nghiệp đại học ngành điện- điện tử mã số: 20.00 nghiên cứu ph-ơng pháp che giấu thông tin trong tín hiệu âm thanh Cán bộ h-ớng dẫn khoa học: th-ợng tá, ts. Nguyễn thế hiếu th-ợng tá, Th.s mai quốc khánh Năm 2006 Bộ quốc phòng cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam Học viện ktqs Độc lập -Tự do -Hạnh phúc khoa: vô tuyến điện tử . Phê chuẩn Độ mật: Ngày tháng năm 2006 Số: Chủ nhiệm khoa Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp Họ và tên: LÊ THANH BằNG Lớp: Thông tin2 Khoá 36 Ngành: Điện- Điện tử Chuyên ngành: Viễn thông 1. Tên đồ án: Nghiên cứu ph-ơng pháp che giấu thông tin trong tín hiệu âm thanh 2. Các số liệu ban đầu: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Nội dung bản thuyết minh: Ch-ơng 1: Tổng quan về giấu tin Ch-ơng 2: Các ph-ơng pháp giấu tin trong tín hiệu âm thanh Ch-ơng 3: Thiết kế mô hình giấu tin bằng kỹ thuật trải phổ kết hợp với mô hình giả lập thính giác. 4. Số l-ợng, nội dung các bản vẽ và các sản phẩm cụ thể (nếu có) Số l-ợng: bản vẽ A 0 Nội dung: 5. Cán bộ h-ớng dẫn: 1/ Th-ợng tá, TS Nguyễn Thế Hiếu, Viện tr-ởng Viện điện tử viễn thông - Trung tâm Khoa học kỹ thuật và công nghệ quân sự. (h-ớng dẫn ch-ơng 1 và ch-ơng 3) 2/ Th-ợng tá, Th.S Mai Quốc Khánh, Phó chủ nhiệm Bộ môn Lý thuyết mạch - Đo l-ờng, Khoa Vô tuyến điện tử, Học viện Kỹ thuật quân sự. (h-ớng dẫn ch-ơng 2) Ngày giao: 14/ 03/ 2006. Ngày hoàn thành: 19/ 06/ 2006. Hà nội, ngày.tháng.năm 2006. Chủ nhiệm bộ môn Cán bộ h-ớng dẫn Th.S. Mai Quốc Khánh Đã hoàn thành và nộp đồ án ngày 19 tháng 06 năm 2006 Học viên thực hiện Lê Thanh Bằng Bảng ký hiệu, các từ viết tắt Từ viết tắt Thuật ngữ tiếng Anh Thuật ngữ tiếng Việt A/D Analog to Digital Biến đổi t-ơng tự sang dạng số AAC Advanced Audio Coding Mã hóa âm thanh cải tiến AWGN Additive White Gaussian Noise Tạp âm Gauss trắng cộng tính BEP Bit Error Probability Xác xuất lỗi bit BER Bit Error Ratio Tỉ lệ lỗi bit bps Bit Per Second Bit/ giây BPSK Binary Phase Shift Keying Khoá dịch pha nhị phân D/A Digital to Analog Biến đổi số sang t-ơng tự DCT Discrete Cosin Transform Biến đổi Cosin rời rạc DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc DS Discrete Sequence Chuỗi trực tiếp DSSS Discrete Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp DSP Digital Signal Processing Xử lý tín hiệu số DWT Discrete Wavelet Transform Biến đổi Wavelet rời rạc FEC Forward Error Correction Sửa lỗi tr-ớc FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh FH Frequency Hopping Nhảy tần HAS Human Auditory System Hệ thống thính giác con ng-ời HVS Human Visual System Hệ thống thị giác con ng-ời IID Independent Identically Distributed Phân bố độc lập nh- nhau ITU-R International Telecommunication Union Liên minh viễn thông quốc tế ISS Improved Spread Spectrum Trải phổ cải tiến JND Just Noticeable Distortion Méo còn cảm nhận đ-ợc LSB Least Significant Bit Bit ít quan trọng nhất LBM Least Bit Modulation Điều chế bit thấp tổng quát MER Minimum Error Replacement Thay thế lỗi tối thiểu MPEG Moving Picture Experts Group Nhóm biểu diễn ảnh động Mp3 MPEG 1 Compression, Leyer 3 Nén chuẩn MPEG 1, lớp 3 MSE Mean-Squared Error Lỗi bình ph-ơng trung bình NMR Noise to Mask Ratio (dB) Tỉ lệ tạp âm ng-ỡng che PDA Personal Digital Assistant Thiết bị trợ giúp cá nhân số PDF Probability Density Function Hàm mật độ xác suất PDS Power Density Spectrum Phổ mật độ công suất PN Pseudo Noise Giả tạp âm PRN Pseudo Random Noise Giả tạp âm ngẫu nhiên QIM Quantization Index Modulation Điều chế l-ợng tử hoá chỉ mục SMR Signal to Mask Ratio (dB) Tỉ lệ tín hiệu ng-ỡng che SNR Signal to Noise Ratio (dB) Tỉ lệ tín hiệu tạp âm SPL Sound Pressure Level Mức nén âm thanh SS Spread Spectrum Trải phổ STDM Spead Transform Dither Modulation Điều chế Dither trải biến đổi WEP Word Error Probability Xác suất lỗi từ TH Time Hopping Nhảy thời gian WER Word Error Ratio Tỉ lệ lỗi từ WIPO World Intellectual Property Organization Hiệp hội bảo vệ sở hữu trí tuệ thế giới Audio Tín hiệu âm thanh Critical Band Băng tần chủ chốt Dither Nhiễu hạt Digital watermaking Thủy vân số De-Interleaver Bộ giải cài xen bit Interleaver Bộ cài xen bit masker Tín hiệu che maskee Tín hiệu bị che mutlimedia Dữ liệu đa ph-ơng tiện Steganography Giấu tin mật Watermark Thủy vân Mục lục Mục lục Lời mở đầu 1 Ch-ơng 1: Tổng quan về giấu tin 3 1.1 Định nghĩa giấu tin và lịch sử phát triển của lĩnh vực giấu tin 3 1.1.1 Định nghĩa giấu tin trong dữ liệu đa ph-ơng tiện 3 1.1.2 Lịch sử phát triển . 5 1.2 Mô hình giấu thông tin 5 1.3 Phân loại lĩnh vực giấu tin 13 1.3.1 Giấu tin mật 13 1.3.2 Thủy vân 14 1.4 Các yêu cầu trong một mô hình giấu tin 16 1.4.1 Tính bền vững.16 1.4.2 Khả năng không bị phát hiện.17 1.4.3 Tốc độ bit17 1.4.4 Tính bảo mật 18 1.4.5 Khả năng vô hình 18 1.4.6 Tính trong suốt 18 1.5 Các ứng dụng của lĩnh vực giấu tin 19 1.5.1 Bảo vệ bản quyền, sở hữu trí tuệ19 1.5.2 Nhận thực thông tin và chống giả mạo thông tin 19 1.5.3 Điều khiển sao chép 20 1.5.4 Giấu vân tay và dán nhãn 20 1.5.5 Quản lý phát sóng 20 1.5.6 Giấu tin mật 21 Kết luận 21 Ch-ơng 2: Các ph-ơng pháp giấu tin trong tín hiệu âm thanh 22 2.1 Đặc điểm của tín hiệu âm thanh 22 2.1.1 Âm thanh và đặc điểm của tín hiệu âm thanh 23 2.1.2 Biểu diễn âm thanh d-ới dạng số 24 2.1.3 Cấu trúc tệp âm thanh định dạng Wav 25 2.2 Các đặc tính của hệ thống thính giác HAS 26 2.2.1 Ngụy trang (đồng thời) tần số 27 2.2.2 Ngụy trang về thời gian 29 2.2.3 áp dụng HAS trong thiết kế, kiểm tra thuật toán giấu tin 30 2.3 Các ph-ơng pháp giấu tin trong tín hiệu âm thanh 31 2.3.1 Ph-ơng pháp mã hoá pha 33 2.3.2 Ph-ơng pháp điều biến pha 33 2.3.3 Ph-ơng pháp sử dụng bản sao 34 2.3.4 Ph-ơng pháp l-ợng tử hoá chỉ mục 38 2.3.5 Ph-ơng pháp tự đánh dấu 44 2.3.6 Ph-ơng pháp tập đôi 46 2.3.7 Ph-ơng pháp trải phổ 50 2.4 Các yếu tố tác động đến bài toán giấu tin 55 2.5 Đánh giá các yêu cầu của mô hình giấu tin 57 2.5.1 Đánh giá tính bền vững 57 2.5.2 Đánh giá tính trung thực 58 2.5.3 Dung l-ợng kênh giấu tin 58 Kết luận 62 Ch-ơng 3: Thiết kế mô hình giấu tin bằng kỹ thuật trải phổ kết hợp với mô hình giả lập thính giác 63 3.1 Cơ sở thiết kế 63 3.2 Giải quyết vấn đề 63 3.3 Giải thích mô hình giấu tin đề xuất 66 3.3.1 Phần tạo tín hiệu âm thanh và nhúng tin 66 3.3.2 Phần chiết rút tin 70 3.4 Ch-ơng trình thực hiện 73 3.4.1 Xây dựng thuật toán 73 3.4.2 Lựa chọn các tham số 74 3.4.3 Kết quả thực hiện 75 3.5 Đánh giá tính bền vững của mô hình 78 3.5.1 Chuyển đổi định dạng 78 3.5.2 Biến đổi A/D và D/A 80 3.5.3 Các thao tác với nhiễu 81 3.5.4 So sánh với các ph-ơng pháp giấu tin khác 82 Kết luận 85 Kết luận 86 Tài liệu tham khảo Phụ lục Phụ lục 1: Ch-ơng trình mô phỏng MATLAB i Phụ lục 2.1.3: Cấu trúc tệp Audio nén định dạng Wav .ii Phụ lục 3.5.1: Bảng kết quả thực nghiệm chuyển đổi định dạng iii Phụ lục 3.5.2: Bảng kết quả thực nghiệm biến đổi A/D và D/A .iv Phụ lục 3.5.3: Bảng kết quả thực nghiệm trong các thao tác xử lý với nhiễu. v [...]... vực giấu thông tin hiện nay Đồ án đã đề cập đến một mô hình giấu tin cơ bản, phân tích các b-ớc nhúng, chiết rút thông tin, đ-a ra các yêu cầu cần thiết đối với mỗi thuật toán giấu tin Từ đó làm cơ sở cho việc nghiên cứu các ph-ơng pháp giấu thông tin trong tín hiệu âm thanh sẽ đ-ợc trình bày trong ch-ơng 2 21 Ch-ơng 2 Các ph-ơng pháp giấu tin trong tín hiệu âm thanh Giấu thông tin trong tín hiệu âm thanh. .. giấu tin trong dữ liệu đa ph-ơng tiện; phân tích quá trình nhúng và khôi phục thông tin, các yêu cầu bắt buộc đối với mỗi mô hình giấu tin Ch-ơng 2: Các ph-ơng pháp giấu tin trong tín hiệu âm thanh Ch-ơng này nêu khái quát đặc điểm của tín hiệu âm thanh, cấu trúc tệp âm thanh nén, đặc tính của hệ thống thính giác con ng-ời Từ đó, trình bày cụ thể các ph-ơng pháp giấu thông tin trong tín hiệu âm thanh. .. thông tin sau khi giấu Ngoài ra, giấu tin trong audio còn đòi hỏi yêu cầu rất cao về tính đồng bộ và tính an toàn của thông tin sau khi giấu Từ những nhận xét trên, tr-ớc khi tập trung nghiên cứu vào các ph-ơng pháp giấu thông tin, đồ án sẽ trình bày những tính chất cơ bản của tín hiệu âm thanh và các đặc tính cụ thể của HAS, làm cơ sở, căn cứ để đề xuất ra những ph-ơng pháp che giấu thông tin Sau đó đi... ph-ơng pháp giấu thông tin này vào một thông tin khác Các nghiên cứu về kỹ thuật giấu tin ra đời từ rất sớm, đ-ợc sử dụng nhiều nhất ở trong quân đội và các cơ quan tình báo Ví dụ nh- giấu một bản tin mật vào trong bài báo thông qua hình thức sử dụng mực in vô hình để gửi cho các điệp viên Cho đến vài thập niên gần đây, lĩnh vực giấu tin trong multimedia mới nhận đ-ợc sự quan tâm của các nhà nghiên cứu. .. ph-ơng pháp đang đ-ợc sử dụng phổ biến hiện nay 2.1 Đặc điểm của tín hiệu âm thanh 2.1.1 Âm thanh và đặc điểm của tín hiệu âm thanh Âm thanh là những sóng cơ học lan truyền trong không gian Ví dụ, khi ta nói, các dây thanh quản rung động ở những tần số khác nhau và tổng 22 hợp các rung động này tạo ra âm thanh cuối cùng Một âm thanh bất kỳ đ-ợc đặc tr-ng bởi ba đại l-ợng cơ bản là: cao độ, c-ờng độ, và âm. .. dạng sóng âm thanh tần số 10 kHz 2.1.2 Biểu diễn tín hiệu âm thanh d-ới dạng số: Trong nhiều tr-ờng hợp, việc định dạng và mã hoá nguồn đối với các bản tin liên tục (tiếng nói, âm nhạc, video, ) của các hệ thống thông tin số đ-ợc thực hiện cùng một quá trình: biến đổi tín hiệu liên tục thành chuỗi tín hiệu số (chuỗi bit) hiệu quả về mặt tốc độ và truyền dẫn Cơ sở của ph-ơng pháp số hoá tín hiệu liên... lợi dụng một cách hiệu quả các mạng truyền thông th-ơng mại sẵn có phục vụ cho nhiệm vụ quốc phòng, an ninh với tính tin cậy, an toàn và bí mật cao Xuất phát từ yêu cầu của thực tế nhằm mục đích h-ớng tới một phần nhiệm vụ trên, đồ án có tên: Nghiên cứu ph-ơng pháp che giấu thông tin trong tín hiệu âm thanh 1 Nội dung đồ án chia thành 3 ch-ơng: Ch-ơng 1: Tổng quan về lĩnh vực giấu tin - Ch-ơng này... sau: Thủy vân giao thoa tín hiệu gốc: sử dụng thông tin đối t-ợng chứa và thông tin mật trong quá trình chiết rút ứng dụng này đ-ợc dùng trong các tr-ờng hợp nhận thực một đối t-ợng có chứa thông tin mật xác định nào đó hay không 15 Thủy vân bán giao thoa tín hiệu gốc: chỉ sử dụng thông tin về đối t-ợng chứa để chiết rút ứng dụng này dùng trong tr-ờng hợp muốn lấy thông tin về thông điệp mật Tuy nhiên,... cách giữa các kí tự Ngoài ra, các ph-ơng pháp thuộc nhóm mã Jargon th-ờng nhúng nội dung bản tin mật vào trong những tín hiệu có công suất lớn, và nh- thế thông tin ẩn sẽ khó bị phát hiện 13 b/ Giấu tin bằng kỹ thuật: Lên quan đến việc sử dụng các ph-ơng pháp vật lý hay hoá học để che giấu thông tin Ví dụ: ph-ơng pháp mực không màu, ph-ơng pháp microdot Các ph-ơng pháp này đã đ-ợc dùng từ rất lâu và hiện... độ, và âm sắc Cao độ âm thanh chia làm hai loại: Cao độ tuyệt đối đ-ợc biểu thị bằng giá trị của tần số f Âm thanh càng cao thì tần số càng lớn Cao độ t-ơng đối là tỷ số giữa âm thanh cần xác định cao độ và âm thanh gốc Những tần số cao hơn âm thanh gốc đ-ợc gọi là bội âm C-ờng độ âm thanh đ-ợc biểu diễn bằng năng l-ợng âm thanh sinh ra ở một khoảng cách L nào đó so với nguồn âm, trong một đơn vị thời . 1.5.6 Giấu tin mật 21 Kết luận 21 Ch-ơng 2: Các ph-ơng pháp giấu tin trong tín hiệu âm thanh 22 2.1 Đặc điểm của tín hiệu âm thanh 22 2.1.1 Âm thanh và đặc điểm của tín hiệu âm thanh. Họ và tên: LÊ THANH BằNG Lớp: Thông tin2 Khoá 36 Ngành: Điện- Điện tử Chuyên ngành: Viễn thông 1. Tên đồ án: Nghiên cứu ph-ơng pháp che giấu thông tin trong tín hiệu âm thanh 2. Các số. LÊ THANH BằNG Khoá 36 Hệ đào tạo dài hạn đồ án tốt nghiệp đại học chuyên ngành điện tử- viễn thông Nghiên cứu ph-ơng pháp che giấu thông tin trong tín hiệu âm thanh