Một phương pháp mới nhúng dữ liệu vào tín hiệu audio

Nhúng dữ liệu vào tín hiệu audio là một kỹ thuật mới trong lĩnh vực xử lý tín hiệu số hiện nay. Quá trình nhúng phải thỏa mãn một số yêu cầu liên quan, đặc biệt là yêu cầu về tỷ số tín/tạp ( ) phải ở mức cao [1], hay nói cách khác là dữ liệu phụ được nhúng phải ít ảnh hưởng đến tín hiệu audio. Trên cơ sở phân tích các yêu tố ảnh hưởng đến  của tín hiệu nhúng, chúng tôi đã xây dựng mô hình, các thuật toán để nhúng dữ liệu phụ vào tín hiệu audio.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Một phương pháp mới nhúng dữ liệu vào tín hiệu audio Kỹ thuật điện tử & Khoa học máy tính mét ph­¬ng ph¸p míi nhóng d÷ liÖu vµo tÝn hiÖu audio VŨ VĂN TÂM*, PHAN TRỌNG HANH** Tóm tắt: Nhúng dữ liệu vào tín hiệu audio là một kỹ thuật mới trong lĩnh vực xử lý tín hiệu số hiện nay. Quá trình nhúng phải thỏa mãn một số yêu cầu liên quan, đặc biệt là yêu cầu về tỷ số tín/tạp (  ) phải ở mức cao [1], hay nói cách khác là dữ liệu phụ được nhúng phải ít ảnh hưởng đến tín hiệu audio. Trên cơ sở phân tích các yêu tố ảnh hưởng đến  của tín hiệu nhúng, chúng tôi đã xây dựng mô hình, các thuật toán để nhúng dữ liệu phụ vào tín hiệu audio. Kết quả thử nghiệm cho thấy  đã được cải thiện, từ đó giảm thiểu ảnh hưởng của dữ liệu phụ lên tín hiệu audio. Từ khóa: Nhúng tín hiệu, LSB, Dữ liệu phụ, Tín hiệu audio. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Không giống như hệ thống nhúng (embeded systems), tín hiệu nhúng (embeded signals) là thuật ngữ còn mới và được đề xuất bởi các nhà khoa học Mỹ [1]. Tín hiệu nhúng dùng để chỉ một loại tín hiệu chủ mang trong nó dữ liệu phụ, nhưng dữ liệu phụ này hầu như không ảnh hưởng tới các tính chất của tín hiệu chủ và chỉ được tách ra bằng một thuật toán đặc biệt. Tiềm năng ứng dụng của tín hiệu nhúng là rất lớn như: Sử dụng để ghi dấu bản quyền trong các tác phẩm điện tử như âm thanh, hình ảnh, bài báo… hoặc được sử dụng để truyền, lưu trữ các bản tin mà không cần thêm đường truyền, vùng nhớ riêng biệt. Đã có nhiều công trình nghiên cứu về tín hiệu nhúng, khi tín hiệu chủ là dạng ảnh, video, tuy nhiên các công trình nghiên cứu về tín hiệu nhúng khi tín hiệu chủ là âm thanh thì còn ít [2,3], do tín hiệu audio có ít đặc tính để có thể cho phép nhúng dữ liệu phụ vào, vì vậy dữ liệu phụ dễ bị lộ và thường có dung lượng thấp. Nhằm mục đích nâng cao chất lượng của tín hiệu nhúng, chúng tôi đã phân tích các tham số của tín hiệu nhúng, từ đó xây dựng mô hình, xây dựng thuật toán nhúng mới để giảm thiểu ảnh hưởng của dữ liệu phụ lên tín hiệu audio. 2. CƠ SỞ TOÁN HỌC Hình 1 mô tả quá trình nhúng, giải nhúng theo phương pháp thông thường [2], tín hiệu chủ (C ) và dữ liệu phụ ( B ) được đưa tới khối nhúng tại đây, B sẽ được kết hợp với C theo cách thức được qui định bởi thuật toán nhúng và hình thành tín hiệu nhúng (C ') . C ' được truyền, thu nhận và lưu trữ theo cách thức của hệ thống truyền dẫn vốn có. Để tách B từ C ' , phía thu cần phải giải nhúng với quy trình ngược lại so với phía phát. 58 V.V. Tâm, P.T.Hanh, Một phương pháp mới nhúng dữ liệu vào tín hiệu audio. Nghiên cứu khoa học công nghệ Dữ liệu Tín hiệu Dữ liệu phụ B chủ C phụ B Nhúng Giải nhúng C ' Tín hiệu nhúng C ' Truyền dẫn, lưu trữ Hình 1. Sơ đồ mô tả quá trình nhúng, giải nhúng. Giả sử khối nhúng sử dụng thuật toán nhúng trên miền thời gian LSB [2,4], B gồm M các byte dữ liệu Bi và C là tín hiệu audio gồm N mẫu âm thanh C j . M B   Bi (1) i 1 N C  Cj (2) j 1 N Khi đó: C '  C 'j (3) j 1 Để đảm bảo nhúng được hết các Bi thì: M N (4) - Lỗi nhúng e : Đối với mỗi mẫu C ' , lỗi nhúng e j được tính theo công thức sau: ej  C 'j  C j (5) Dẫn tới: | e j || C ' j  C j | Bi (6) Dấu = ứng với trường hợp cả 8 bit LSB của C j khác hoàn toàn với 8 bit của Bi được nhúng tương ứng. - Tỷ số tín/tạp  : Để đơn giản trong tính toán, chúng ta coi N  M  H (số mẫu của C bằng số byte của B ), khi đó  của C ' chính là tỷ số giữa tổng bình phương công suất của C và tổng bình phương công suất của e : H H  | C j |2 | C j |2  j 1  j 1 (7) H H 2 2 | e j 1 j | | B | i 1 i Hay ở dạng Đề xi ben:  H 2  H 2   j  | C |  | C j |   (dB)  10 log10  j H1   10 log10  jH1  (8)  2   2   | ej |    | Bi |   j 1   i 1  Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 33, 10 - 2014 59  Kỹ thuật điện ...