- Audio watermarking for Broadcasting HV: Phạm Văn Giáp GVHD: TS. - Đặng Quang Hiếu 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI. - Phạm Văn Giáp KỸ THUẬT AUDIO WATERMARKING TRONG PHÁT THANH TRUYỀN HÌNH Chuyên ngành : Kỹ thuật Truyền thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Thạc sỹ Kỹ thuật Truyền thông NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. - ĐẶNG QUANG HIẾU Hà Nội – Năm 2013 Audio watermarking for Broadcasting HV: Phạm Văn Giáp GVHD: TS. - Đặng Quang Hiếu 2 MỤC LỤC 1.1 Vấn đề giấu tin. - 14 1.1.2 Phân loại kỹ thuật giấu tin. - 16 1.1.3 Các thành phần trong kỹ thuật giấu tin. - 17 1.1.4 Các giao thức giấu tin. - 18 1.1.5 Giấu tin trong dữ liệu đa phương tiện. - 21 1.2 Audio Watermarking. - 24 1.2.3 Các phương pháp kỹ thuật audio watermarking. - 11 Chương 1: Audio Watermarking. - 14 Chương 2: Kỹ thuật OFDM. - 38 Audio watermarking for Broadcasting HV: Phạm Văn Giáp GVHD: TS. - Đặng Quang Hiếu 3 2.3 Đơn sóng mang (Single Carrier. - 49 2.5.3 Các kỹ thuật điều chế trong OFDM. - 64 2.7 Acoustic OFDM. - Công nghệ truyền dữ liệu âm thanh. - 66 2.7.3 Acoustic OFDM. - 67 2.7.4 Thử nghiệm truyền dữ liệu Âm thanh. - 75 2.7.5 Phác thảo của hệ thống thử nghiệm. - Kết quả. - 84 3.3 Cơ sở công nghệ Audio Watermarking. - 85 3.4 Hệ thống watermark âm thanh cho file MP3. - 88 Chương 3: Kỹ thuật audio watermarking với file nén MP3. - 83 Audio watermarking for Broadcasting HV: Phạm Văn Giáp GVHD: TS. - Đặng Quang Hiếu 4 3.4.1 Lược đồ chính. - 88 3.3.2 Cơ chế rút thông tin. - 103 4.3 Các ứng dụng khác của Watermarking. - 104 4.4 Lợi ích của công nghệ audio watermarking. - 105 4.6 Hệ thống trong truyền hình. - 107 Chương 4 Hệ thống Audio watermaking trong phát thanh truyền hình. - 110 Audio watermarking for Broadcasting HV: Phạm Văn Giáp GVHD: TS. - Đặng Quang Hiếu 5 LỜI CAM ĐOAN. - Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của tôi, có sự hỗ trợ từ Giảng viên hướng dẫn TS. - Đặng Quang Hiếu. - Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong đề tài này là trung thực và những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi trong phần tài liệu tham khảo. - Ngoài ra, đề tài còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả, cơ quan tổ chức khác, và cũng được thể hiện trong phần tài liệu tham khảo. - Hà Nội, ngày 12 tháng 09 năm 2013 Tác giả Phạm Văn Giáp Audio watermarking for Broadcasting HV: Phạm Văn Giáp GVHD: TS. - Đặng Quang Hiếu 6 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT Viết tắt Diễn giải HVS Human Vision System HAS Human Auditory System DCT DiscreteCosine Transform DFT Discrete Fourier transform DWT Discrete wavelet transform LSB Least Significant Bit OFDM Orthogonal frequency-division multiplexing ICI Inter Symbols Interference IFFT Inverse fast Fourier transform AWGN Additive white Gaussian noise FEC Forward Error Correction FM Frequency modulation AM Amplitude modulation PM Phase modulation SSB Single Side Band VSB Vestigial side Band DSBSC Double Side Band Suppressed Carrier ASK amplitude-shift keying FSK Frequency shift keying Audio watermarking for Broadcasting HV: Phạm Văn Giáp GVHD: TS. - Đặng Quang Hiếu 7 PSK Phase shift keying QAM. - Quadrature Phase Shift Keying BPSK binary phase-shift keying IQ Inphase Quadrature URL Uniform Resource Locators PN Pseudo random Noise STBC Space Time Block Coding HPF High-pass filter BER Bit error rate BCH Bose Chaudhuri Hocquenghem MP3 MPEG Audio Layer 3 CRC Cyclic redundancy check MDCT Modified Discrete Cosine Transform MPEG The Moving Picture Experts Group SDTV Standard-definition television HDTV High-definition television PAL PHASE ALTERNATIVE LINE VoD Video on Demand Audio watermarking for Broadcasting HV: Phạm Văn Giáp GVHD: TS. - Đặng Quang Hiếu 8 SDI Serial digital interface AES Advanced Encryption Standard DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Các điều chế số Bảng 2: Tín hiệu điều chế QPSK Bảng3: Mã Gray Bảng 4: Đặc điểm của Loa và Mic sử dụng Bảng 5: Thông số hệ thống Bảng 6: Mẫu watermark Bảng 7: Thời gian kiểm tra nhúng watermark Bảng 8 : Thời gian kiểm tra phát hiện watermark Bảng 9 : Thời gian kiểm tra với chìa khóa khác nhau DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Mô hình giấu tin Hình 1.2 Mô hình tách tin Hình 1.3 Cách phân loại Hình 1.4 Ý tưởng của phương pháp trải phổ truyền thống Hình 2.1 So sánh kỹ thuật sóng mang không chồng xung (a) và kỹ thuật sóng mang chồng xung (b) Audio watermarking for Broadcasting HV: Phạm Văn Giáp GVHD: TS. - Đặng Quang Hiếu 9 Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống OFDM Hình 2.3 Hệ thống OFDM cơ bản Hình 2.4 Sắp xếp tần số trong hệ thống OFDM Hình 2.5 Symbol OFDM với 4 subscriber Hình 2.6: Phổ của sóng mang con OFDM . - Hình 2.7: Truyền dẫn sóng mang đơn. - 8: Cấu trúc hệ thống truyền dẫn đa sóng mang. - Hình 2.9: Các sóng mang trực giao Hình 2.10 Thêm CP vào symbol OFDM Hình 2.11: T ích của hai vector trực giao bằng 0 Hình 2.12: Giá trị của sóng sine bằng 0 Hình 2.13: Tích phân của hai sóng sine có tần số khác nhau. - Hình 2.14: Tích hai sóng sine cùng tần số. - Hình 2.15 : Biểu đồ không gian tín hiệu BPSK Hình 2. - 16 : Biểu đồ tín hiệu tín hiệu QPSK Hình 2.17: Chùm tín hiệu M-QAM Hình 2.18: Giản đồ IQ của 16-PSK khi dùng mã Gray. - Hình 2.19: Giản đồ IQ cho các dạng điều chế sử dụng trong OFDM Hình 2.20 Phương pháp điều chế Acoustic OFDM Hình 2.21 Tín hiệu Acoustic OFDM Hình 2.22 Phổ tín hiệu khung đồng bộ trong Acoustic OFDM Audio watermarking for Broadcasting HV: Phạm Văn Giáp GVHD: TS. - Đặng Quang Hiếu 10 Hình 2.23 Khoảng cách tuyến truyền so với BER Hình 2.24 Góc song đến so với BER Hình 2.25 Thuộc tín biên độ và pha Hình 2.26 Cấu hình hệ thống Hình 3.1 Lược đồ chính Hình 3.2 : Nhúng Watermark Hình 4.1 Quy trình đo khán giả Hình 4.2 Nhúng watermark thời gian thực trong tín hiệu truyền hình Hình 4.3 Chi tiết bộ chèn Watermark Hình 4.4. - Hệ thống audio watermark cho Truyền hình Audio watermarking for Broadcasting HV: Phạm Văn Giáp GVHD: TS. - Đặng Quang Hiếu 11 MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài Hiện đang làm việc và công tác tại một công ty cung cấp dịch vụ truyền hình trả tiền tại Việt Nam – Công ty Cổ phần Nghe Nhìn Toàn Cầu ( AVG) tôi được tiếp xúc nhiều với các công nghệ truyền hình. - Tuy nhiên một vấn đề cấp thiết tại Việt Nam mà các nhà đài đang nghiên cứu hoặc rất mới tại Việt Nam đó là việc đo lường khá giả xem truyền hình và công tác bảo vệ bản quyền cũng như tuân thủ thông tin bản quyền mà các nhà đài phát quảng bá. - Trong quá trình nghiên cứu tôi thấy rằng công nghệ Audio watermarking là một giải pháp cho nhu cầu trên. - Vì vậy trong khuôn khổ đề tài luận văn này tôi muốn đưa ra một công nghệ có thể giải quyết các vấn đề thực tế mà truyền hình tại Việt Nam đang quan tâm và là hướng phát triển trong tương lai. - Lịch sử nghiên cứu: Xin chân thành cám ơn sự hướng dẫn tận tình của TS. - Đặng Quang Hiếu đã giúp tôi trong quá trình nghiên cứu đề tài này. - Từ những kiến thức cơ bản về lý thuyết viễn thông, về các phương pháp bảo vệ bản quyền và cụ thể về phương pháp watermark tôi đã nhận thấy rằng audio watermark là một phương pháp mới có hướng phát triển tốt khi giải quyết vấn đề tôi đang nghiên cứu. - Nghiên cứu vấn đề audio watermarking tôi nhận ra rằng phương pháp Acoustic OFDM là một giải pháp đáp ứng được cái mà công nghệ Việt Nam đang hướng tới: đo lường khán giả xem truyền hình, triển khai rộng rãi do giá thành rẻ, xây dựng trên các thiết bị dân dụng. - Giải quyết được vấn đề quảng bá thông tin đến khán giải với phương pháp Acoustic OFDM nhưng từ nơi cung cấp thì các thông tin được bảo vệ như thế nào trên việc đó tôi thấy rằng việc sử dụng audio watermark cho file nén MP3 là một trong các giải pháp tối ưu. - Do đặc điểm phân phối Audio watermarking for Broadcasting HV: Phạm Văn Giáp GVHD: TS. - Đặng Quang Hiếu 12 tài nguyên số đang là xu thế của thời đại. - Và trong truyền hình cần một phương pháp để đánh dấu bản quyền cũng như kết hợp với phương pháp đo lường khán giải để tối ưu giải pháp và tiết kiệm chi phí. - Đó là sử dụng cùng một phương pháp Audio watermarking. - Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu. - Mục đích nghiên cứu của luận văn này là đưa ra một phương pháp chung cho việc đo lường khán giả và bảo vệ bản quyền trong truyền hình quảng bá hiện đang có tiềm năng tại Việt Nam. - Đối tượng tôi nghiên cứu đó là vấn đề chèn ghép thông tin trong âm thanh và khả năng ẩn chứa thông tin trong âm thanh. - Phạm vi mà đề này nghiên cứa đó là ứng dụng trong truyền thông tin trong Acoustic OFDM và bảo vệ bản quyền trong file MP3 trong truyền hình. - Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả Sử dụng acoustic OFDM để ẩn giấu thông tin mang lại :Có thể truyền thông tin văn bản đơn giản từ 1 tới 2 giây. - Thông tin có thể được truyền qua sóng âm thanh trong băng tần âm thanh (20Hz-20kHz) Truyền tín hiệu có thể được chồng lên trên âm thanh mà không gây khó chịu cho người.Tuy nhiên có hạn chế: Hệ thống sử dụng phương pháp này ảnh hưởng của thiết bị và môi trường Phương pháp watermark cho file MP3: phương pháp này không đòi hỏi không gian tính toán, do đó nó cung cấp khả năng của nhúng watermark và phát hiện trong thời gian thực, không bị méo phát hiện của âm thanh. - Đây là một đặc điểm vô cùng quan trọng trong thông tin quản bá và phát tán các dữ liệu có âm thanh tới nhiều người sử dụng. - Trên phương diện nghiên cứu hai phương pháp của Audio watermark tôi đã xây dựng lên một cái nhìn tổng thể về một hệ thống sử dụng công nghệ Audio watermark trong nhu cầu phát triển của truyền hình Việt Nam. - Bên cạnh đó tôi cũng đưa ra một mô hình Audio watermarking for Broadcasting HV: Phạm Văn Giáp GVHD: TS. - Đặng Quang Hiếu 13 hệ thống có thể triển khai tại Việt Nam và đó cũng là hướng tới trong tương lai để xây dựng một nền công nghệ truyền hình tiên tiến tại Việt Nam. - Phương pháp nghiên cứu. - Phương pháp nghiên cứu là tìm hiểu và sử dụng các công trình công bố về từng vấn đề của công nghệ Audio watermark. - Trên cơ sở đó tôi tổng hợp các kết quả chân thực, chính xác và tính ứng dụng cao trong thực tế để xây dựng nên một mô hình hệ thống đáp ứng được nhu cầu công nghệ truyền hình tại Việt Nam. - Đặng Quang Hiếu 14 Chương 1: Audio Watermarking 1.1 Vấn đề giấu tin 1.1.1 Khái niệm Giấu tin là giấu (hoặc nhúng) một lượng thông tin nào đó vào trong đối tượng khác. - “Giấu tin” nhiều khi không phải chỉ hành động giấu theo nghĩa thông thường, mà chỉ mang ý nghĩa quy ước. - Mục đích của giấu tin Giấu tin phục vụ cho hai mục đích trái ngược nhau. - Bảo mật cho những dữ liệu được giấu trong đối tượng chứa - Bảo đảm an toàn (bảo vệ bản quyền) cho chính đối tượng chứa dữ liệu giấu trong đó. - Hai mục đích giấu tin phát triển thành hai lĩnh vực với yêu cầu và tính chất khác nhau. - Giấu thông tin bí mật (Steganography): Kỹ thuật giấu tin mật trong một đối tượng. - Kỹ thuật giấu tin (kiểu đánh dấu), được dùng để bảo vệ chính đối tượng chứa tin giấu. - Mô hình giấu tin: Hình 1.1 Mô hình giấu tin Audio watermarking for Broadcasting HV: Phạm Văn Giáp GVHD: TS. - Đặng Quang Hiếu 15 Đầu vào: Thông tin cần giấu: Tuỳ theo mục đích của người dùng, nó có thể là thông điệp(với giấu tin bí mật) hay là các logo, hình ảnh bản quyền.- Phương tiện chứa: các file ảnh, text, audio…là môi trường để giấu tin.- Khoá: thành phần để góp phần làm tăng độ bảo mật. - Bộ nhúng thông tin: là chương trình thực hiện việc giấu tin. - Đầu ra: là phương tiện chứa, đã có tin giấu trong đó Mô hình tách tin từ phương tiện chứa Diễn ra theo quy trình ngược lại với giấu tin: đầu ra là các thông tin được giấu và phương tiện chứa.. - Hình 1.2 Mô hình tách tin Audio watermarking for Broadcasting HV: Phạm Văn Giáp GVHD: TS. - Đặng Quang Hiếu 16 1.1.2 Phân loại kỹ thuật giấu tin Có nhiều cách để tiến hành phân loại các phương pháp giấu thông tin theo các tiêu chí khác nhau, như theo các phương tiện chứa tin, các phương pháp tác động lên phương tiện chứa tin, hay phân loại theo các ứng dụng cụ thể. - Phân loại theo phương tiện chứa tin - Giấu thông tin trong ảnh. - Giấu thông tin trong các file âm thanh. - Giấu thông tin trong video. - Giấu thông tin trong văn bản dạng text. - Phân loại theo cách thức tác động lên phương tiện - Phương pháp chèn dữ liệu: tìm vị trí trong file dễ bị bỏ qua, và chèn các dữ liệu cần giấu vào đó (vd: dữ liệu được giấu sau các ký tự EOF. - Phương pháp thay thế: thay thế các phần tử không quan trọng của phương tiện chứa, bằng các dữ liệu của thông điệp cần giấu (vd: thay thế các bit ít quan trọng, thay thế trong miền tần số, các kỹ thuật trải phổ, thống kê. - Phương pháp tạo các phương tiện chứa: Từ thông điệp cần chuyển đi, sẽ tạo ra hợp lý phương tiện chứa, để phục vụ cho việc truyền thông tin đó Phân loại theo mục đích sử dụng - Giấu thông tin bí mật. - Giấu thông tin thuỷ vân.
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt