Nâng cao hiệu quả phương pháp nhúng đánh dấu BIT bằng kỹ thuật nhóm các đoạn tín hiệu không có dữ liệu nhúng

Trong bài báo này, đề xuất cải tiến phương pháp nhúng BM kết hợp với kỹ thuật SW bằng kỹ thuật nhóm đoạn (SG: Segment Group). Việc giảm EE, tăng SNR được thực hiện bằng cách loại bỏ các bit dư thừa, các đoạn tín hiệu nhúng liền kề không chứa dữ liệu mật sẽ được nhóm lại, chỉ sử dụng 2 bit để đánh dấu không nhúng cho một nhóm. Kết quả phân tích, tính toán và thực nghiệm cho thấy kỹ thuật đề xuất đã cải thiện được phẩm chất của tín hiệu nhúng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nâng cao hiệu quả phương pháp nhúng đánh dấu BIT bằng kỹ thuật nhóm các đoạn tín hiệu không có dữ liệu nhúng Nghiên cứu khoa học công nghệ NÂNG CAO HIỆU QUẢ PHƯƠNG PHÁP NHÚNG ĐÁNH DẤU BIT BẰNG KỸ THUẬT NHÓM CÁC ĐOẠN TÍN HIỆU KHÔNG CÓ DỮ LIỆU NHÚNG Vũ Văn Tâm1*, Phan Trọng Hanh2 Tóm tắt: Tín hiệu audio thường biến đổi chậm, do đó khi thực hiện nhúng dữ liệu mật vào tín hiệu audio bằng phương pháp đánh dấu bit (BM: Bit Marking) kết hợp với kỹ thuật cửa sổ trượt (SW: Slingding Window) cho phẩm chất lỗi nhúng (EE: Embedding Error) và tỉ số tín hiệu trên tạp âm (SNR: Signal-to-Noise Ratio) của tín hiệu nhúng không đồng đều. Từ đó giảm tính 'trong suốt' của tín hiệu nhúng khi truyền dẫn hoặc lưu trữ. Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất cải tiến phương pháp nhúng BM kết hợp với kỹ thuật SW bằng kỹ thuật nhóm đoạn (SG: Segment Group). Việc giảm EE, tăng SNR được thực hiện bằng cách loại bỏ các bit dư thừa, các đoạn tín hiệu nhúng liền kề không chứa dữ liệu mật sẽ được nhóm lại, chỉ sử dụng 2 bit để đánh dấu không nhúng cho một nhóm. Kết quả phân tích, tính toán và thực nghiệm cho thấy kỹ thuật đề xuất đã cải thiện được phẩm chất của tín hiệu nhúng. Từ khóa: Nhúng tín hiệu, Group segment, Bit marking, Sliding window. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Kỹ thuật nhúng dữ liệu mật (steganography) vào tín hiệu audio đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là lĩnh vực quốc phòng, an ninh [1]. Khi đó dữ liệu mật được nhúng (embedded) vào tín hiệu audio và hầu như không làm ảnh hưởng tới chất lượng của tín hiệu audio [1,2,3]. Tín hiệu nhúng được truyền dẫn với các thuộc tính của hệ thống truyền dẫn có sẵn. Tại phía thu, người nhận thực hiện giải nhúng (de-embedded) để nhận được dữ liệu mật. Các phương pháp nhúng dữ liệu mật vào tín hiệu audio trước đây bao gồm: LSB (Least Significant Bit) [1,3,4,5], echo coding [2,4], parity coding [2,4], phase coding [2,4], kỹ thuật trải phổ [2,4], ELS (Embedding Large Sample) [5] thực hiện nhúng trực tiếp dữ liệu mật vào tín hiệu audio. Vì vậy, dữ liệu mật làm ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng của tín hiệu audio. Do đó, khi truyền dẫn hoặc lưu trữ tín hiệu nhúng có thể làm đối phương nghi ngờ [1,2,3]. Tại [6], chúng tôi đã đề xuất phương pháp nhúng BM và tại [7] chúng tôi cũng đã đề xuất cải tiến BM bằng kỹ thuật SW. Trong đó, dữ liệu mật được nhúng gián tiếp vào tín hiệu audio bằng cách tìm trong tín hiệu audio đoạn  [bit] trùng với dữ liệu mật; Sử dụng  [bit] (với    ) để đánh dấu vị trí của đoạn bit tìm được. Do đó, khi nhúng thành công  [bit] dữ liệu, sẽ giảm được   bit  ghi đè vào tín hiệu audio   bit      (1) Tuy nhiên, nếu nhúng không thành công, thì cần phải tốn một bit để đánh dấu (báo cho phía thu) đoạn tín hiệu nhúng đang xét không chứa dữ liệu mật. Do vậy, tổng số bit dùng để đánh dấu  SBM+SW  là: S BM+SW  bit   q  q0 (2) với q là số đoạn dữ liệu mật, q0 là số bit đánh dấu không nhúng. Để giảm EE thì cần phải giảm S BM+SW , sao cho: Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 40, 12 - 2015 93  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử S BM+SW  B (3) với B là kích thước dữ liệu mật. q được tính theo công thức: B q (4)  Do tín hiệu audio thường biến đổi chậm, nên các đoạn tín hiệu audio liền kề thường khác nhau không đáng kể. Vì vậy khi nhúng bằng phương pháp BM+SW, thường có các đoạn tín hiệu nhúng liền kề không chứa dữ liệu mật (do nhúng không thành công liên tiếp), khi đó q0 sẽ tăng làm cho EE tăng và SNR giảm. Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất cải tiến phương pháp nhúng BM+SW bằng kỹ thuật SG; Gộp  đoạn tín hiệu nhúng liền kề không chứa dữ liệu mật thành một nhóm; Sử dụng 2 bit để đánh dấu không nhúng cho nhóm (thay cho phải sử dụng   bit  như trước). Kết quả tính toán và thực nghiệm cho thấy, phẩm chất EE, SNR của tín hiệu nhúng được cải thiện đáng kể so với phương pháp nhúng BM+SW. Bài báo có những đóng góp sau:  Đề xuất kỹ thuật SG, để giảm được   2   bit  ghi đè vào tín hiệu audio cho một lần nhóm so với phương pháp nhúng BM+SW, với   2 ;  Phân tích, tính toán các tham số liên quan, thực nghiệm và so sánh kết quả với phương pháp nhúng BM+SW. Phần còn lại của bài báo có cấu trúc như sau: Mô hình nhúng, giải nhúng theo phương pháp nhúng BM+SW+SG được trình bày trong mục 2; Mục 3 phân tích và tính toán các tham số EE, SNR; Mục 4 là kết quả thực nghiệm và đánh giá so sánh với phương pháp nhúng BM+SW; Các kết luận và định hướng nghiên cứu tiếp theo được trình bày trong mục 5. 2. MÔ HÌNH HỆ THỐNG 2.1. Cấu trúc mô hình Phía phát C Nhúng ' So sánh C ' 2 Khôi C ' '' C  Nhóm C3 Mã hóa C 3 C BM + và tách phục Ghép B đoạn nhóm SW đoạn nhúng ' C 1 ...