Пристрій для прихованої передачі інформації у звукових сигналах

Пристрій для прихованої передачі інформації у звукових сигналах, який містить у тракті стегокодера (3) перший блок (4) обчислення дискретного перетворення Фур'є (ДПФ), блок (6) обчислення зворотного ДПФ (ЗДПФ), перший вхід (1) стегокодера для подачі сигналу-носія, другий вхід (2) стегокодера для подачі інформації, що приховується, третій вхід (8) стегокодера для подачі інформації про ключ і вихід (7) стегокодера для зняття стего C2 2 85189 1 3 85189 4 часової або частотної площині. Детектування воршим входом до входу стегодекодера, а виходом дяного знака здійснюють кореляційною обробкою. приєднаний через другий блок обчислення ДПФ до Загальною ознакою зазначеного винаходу з дійсблоку декодування фази, вихід якого є виходом ним винаходом є обчислення спектра сигналустегодекодера, а також через послідовно з'єднані носія. блок обчислення СКВ і блок керування підключеЗазначений винахід по вищезгаданому патенний до другого входу блоку дискретизації та форту США не дозволяє вбудовувати значну кількість мування секцій. інформації, а також не в змозі оптимальним чином Технічний результат полягає в реалізації прирегулювати співвідношення кількість - стійкість ховуваної передачі додаткової інформації у складі інформації в залежності від рівня шумів у каналі звукового сигналу, яка не заважає і не виявляєтьпередачі. ся при сприйнятті людиною. У рамках рішення цієї Найбільш близьким по технічній суті до пропозагальної задачі пристрій дозволяє оптимізувати нованого винаходу є пристрій для потайливого кількість і стійкість додаткової приховуваної інфовбудовування цифрової інформації у звуковий рмації у звуковому сигналі-носії, враховуючи конксигнал за методом, що описаний у статті: ретні властивості каналу передачі. [W.Bender, D.Gruhl, N.Morimoto, A.Lu. Techniques Пристрій у кожній вибірці з N відліків сигналуfor data hiding, IBM Systems Journal, Vol.35, Nos 3 & носія дозволяє вбудува ти від К=1 до К=N/2-1 відлі4, 1996, pp. 313-336]. Пристрій у тракті кодування ків приховуваної інформації. У першому випадку здійснює операції формування сегментів (або секстійкість інформації буде максимальною, а у друцій) звукового сигналу, обчислення дискретного гому - найнижчою. При цьому звуковий сигнал з перетворення Фур'є (ДПФ) для кожного сегмента, убудованою інформацією не відрізняється по обчислення різниці фаз на суміжних сегментах, своєму звучанню від вихідного сигналу-носія. Таким чином пристрій дозволяє реалізувати оптимамодифікацію фаз шляхом додавання значень ±p/2 льне співвідношення між кількістю додаткової інзалежно від біта, що вбудовується, і обчислення формації та її стійкістю виходячи із властивостей зворотного перетворення Фур'є. Розмірність ДПФ є каналу передачі. інформацією про ключ, без знання котрого неможІншими словами пристрій дозволяє обмінюваливо декодування сигналу. У тракті декодування пристрій здійснює операції формування сегментів ти кількість інформації, що приховується, на її стійкість до шумів у каналі передачі і таким чином прийнятого звукового сигналу, обчислення ДПФ та найбільш повно використати пропускну спромождетектування фаз гармонік. Отримані в даному ність каналу передачі без змін його частотної пометоді швидкості для передачі приховуваного сиглоси, часу доступу та динамічного діапазону. налу становлять від 8біт/сек до 32біт/сек залежно від звукового сигналу. Недоліками пристрою є неПристрій може працювати як у цифрових, так і в аналогових каналах передачі інформації у потоможливість оптимальним чином регулювати співковому режимі вбудування додаткової інформації, відношення кількості і стійкості приховуваної інфощо приховується у звуковому сигналі. рмації, неможливість роботи пристрою у разі Ілюстрації, що пояснюють суть винаходу, порушення початкової синхронізації секцій (сегментів) у декодері і неможливість роботи пристрою в представлені на наступних фігурах. Фіг.1 - схема пристрою, що заявляється. аналогових каналах передачі. Фіг.2 - часова діаграма, що пояснює принцип Метою винаходу є спільна оптимізація співвідформування вхідних секцій звукового сигналу. Доношення кількості і стійкості прихованої інформації вжина секції N=8. при передаванні звукових сигналів по аналогових і цифрових каналах із різними відношеннями сигФіг.3 - амплітудний спектр секції та пороговий рівень амплітуд гармонік, що пояснюють принцип нал/шум. відбору гармонік, у фазу яких вбудується приховаПоставлена мета досягається тим, що в прина інформація. стрій для прихованої передачі інформації у звукоФіг.4 - дозволені рівні округлення фаз у разі рівих сигналах, який містить у тракті стегокодера блок обчислення дискретного перетворення Фур'є зної кількості рівнів округлення. Фіг.5 - алгоритм кодування секції. (ДПФ), блок обчислення зворотного ДПФ (ЗДПФ), Фіг.6 - алгоритм декодування секції. вхід сигналу-носія, вхід інформації, що приховуФіг.7 - часові діаграми співвідношення секцій: ється, вхід інформації про ключ і вихід стегосигнаа) положення секцій у стегокодері; б) положення лу, а в тракті стегодекодера - другий блок обчислення ДПФ, вхід інформації про ключ, вхід секцій у стегодекодері у разі точної синхронізації; в) положення секцій у стегодекодері у разі порустегосигналу і вихід сте годекодера, який відрізняшення синхронізації. ється тим, що в стегокодер додатково уведений Фіг.8 - графік залежності середнього квадрату блок кодування фази, а в стегодекодер - блок дисзначення сигналу, що виділяється, від часу. Побукретизації та формування секцій, блок декодування фази, блок обчислення середньоквадратичного дований на підставі моделювання роботи пристрою з реальними звуковими сигналами. відхилення (СКВ) і блок керування, причому вхід Фіг.9 - амплітудно-фазові сузір'я ДПФ на комблоку обчислення ДПФ тракту стегокодера підплексній площині, що отримані шляхом моделюключений до входу сигналу-носія, а вихід - до бловання роботи пристрою з реальними звуковими ку кодування фази, другий вхід якого підключений до входу інформації, що приховується, а вихід сигналами: а) порожній сигнал-носій, відношення сигнал/шум в каналі передачі 20дБ, пороговий приєднаний до блоку обчислення ЗДПФ, вихід якорівень Аriv=0; б) заповнений сигнал-носій, 40дБ, го підключений до виходу стегокодера, блок дискретизації та формування секцій підключений пе 5 85189 6 Аriv=0; в) заповнений сигнал-носій, 20дБ, Аriv=1; г) секції. Число N являє собою розмірність перетвозаповнений сигнал-носій, 20дБ, Аri v=0. рення дискретного перетворення Фур'є. ПрактичФіг.10 - експериментальні дані про залежність ними значеннями N є значення 8, 16, 32, 64, 128, стійкості приховуваної інформації від відносної 256. Використання розмірності ДПФ, рівного стукількості приховуваних відліків. пеня 2, підвищує обчислювальну швидкість, не На Фіг.1 представлена схема пристрою, на будучи при цьому принциповим. На Фіг.2 проілюсякій позначені: 1 - вхід сигналу-носія, представлетрований процес формування секцій при N=8. ного у формі сигналу з імпульсно-кодовою модуЗначення частоти дискретизації FS і розмірляцією (IКM); 2 - вхід приховуваної інформації; 3 ність ДПФ N представляють собою параметри сестегокодер; 4 - перший блок обчислення ДПФ; 5 кретного ключа 11 без знання котрого неможливо блок кодування фази; 6 - блок обчислення ЗДПФ; декодування сигналу і виділення прихованої інфо7 - вихід стегокодера; 8 - вхід інформації секретнормації. го ключа; 9 - канал передачі; 10 - вхід стегодекоКожну вхідну секцію (секцію на вході стегодедера; 11 - стегодекодер; 12 - блок дискретизації та кодера) довжиною N відліків обробляють по тому формування секцій; 13 - другий блок обчислення самому алгоритму. Інформацію, що приховується ДПФ; 14 - блок декодування фази; 15 - блок обчивбудовують у фази гармонік ДПФ. Причому для слення СКВ; 16 - блок керування; 17 - вихід сховапідвищення стійкості відбирають найбільш значні ної інформації. за амплітудою гармоніки (за винятком постійної Пристрій працює таким чином. На стегокодер складової). Цей відбір може бути здійснений по 3 подають звуковий сигнал-носій з IКM 1, приховудвом алгоритмам: вану інформацію 2 й секретний ключ 8. Прихову1). Відбирають тільки ті гармоніки, амплітуди А вана інформація може являти собою відліки сигкотрих перевищують встановлений рівень Аriv. При налу будь-якої фізичної природи: звук, зображення цьому кількість таких гармонік у кожної секції взаабо цифрові дані. Ця інформація може бути попегалі буде змінною від секції до секції. редньо піддана завадостійкому кодуванню, роз2). У кожній секції відбирають рівно К гармонік ширенню спектру за допомогою використання шуз максимальними амплітудами (1£К£N/2); моподібних сигналів або/і шифр уванню. У Відліки приховуваного сигналу додають до стегокодері здійснюють вбудовування приховувафаз найбільших гармонік. Далі обчислюють ЗДПФ ної інформації в сигнал-носій з використанням і таким чином отримають секцію на виході стегосекретного ключа 8, який служить для підвищення декодера з кодованими фазами. Сигнал на виході криптографічного захисту. стегокодера уявляє собою послідовність кодоваНа виході стегокодера формують стеганограних секцій, кожна з яких складається також з N фичний сигнал (або простіше стегосигнал), що відліків. містить у собі сховану, додаткову інформацію, Використання фази гармонік для вкладання в наявність якої, однак, не виявляється шляхом пронеї додаткової інформації обумовлено тим факслуховування. Іншими словами стегосигнал звутом, що слуховий апарат людини замало чутливий чить також, як і сигнал без вкладення додаткової до зміни фаз гармонічних складових. Тому шляхом інформації, а також не містить у собі яких-небудь кодування фаз можливо вбудувати додаткову приявних ознак про наявність такої інформації. Далі ховану інформацію, наявність котрої не буде простегосигнал передають по відкритому каналі переявлятися при звичайному прослуховуванні сигнадачі 9. Під каналом передачі розуміють сукупність лу. апаратних засобів (передавач, приймач, антена) і Далі докладно розглядається робота пристрою середовище переносу сигналу (е фірний простір, при обробці вхідної секції й алгоритм вбудовуванкабель, оптичний або магнітний носій інформації). ня в неї приховуваної інформації. Канал передачі може бути аналоговим або цифУ стегокодері 3 (Фіг.1) здійснюють послідовно ровим. У випадку цифрового каналу він включає в операції обчислення ДПФ, кодування фази й обчисебе ще й цифро-аналоговий перетворювач. слення ЗДПФ. У блоці 4 обчислюють N-крапкове У стегодекодері 11 сигнал обробляють, викоДПФ. Для прискорення обчислень використовують ристовуючи секретний ключ, і виділяють сховану алгоритм швидкого перетворення Фур'є (ШПФ). інформацію. Послідовність відліків звукового сигналу є дійсною Більш докладно робота пристрою описується послідовністю. У результаті виконання ДПФ у блотаким чином. Сигнал, що використається у якості ці 4 формують послідовність із N спектральних носія, або іншими словами сигнал-носій додатковідліків, які в загальному випадку є комплексними вої інформації у формі сигналу з імпульсночислами. кодовою модуляцією подають на вхід 1 (Фіг.1). Кожний комплексний відлік у частотної площиЧастота дискретизації безперервного звукового ні задається своїм модулем і фазою. Фізично мосигналу визначається теоремою Котельникова: дуль комплексного числа являє собою амплітуду FS³2FB, де FB - вер хня частота в спектрі безперергармоніки А, а фаза j - початкову фазу цієї гармовного сигналу. Стандартними значеннями частоти ніки в першої точці секції часових відліків звуководискретизації є значення: 8кГц; 9,6кГц; 10кГц; го сигналу. З теорії відомо, що ДПФ дійсної послі12кГц; 16кГц; 22,05кГц; 44,1кГц; 48кГц. Однак для довності є комплексно-сполученою послідовністю. підвищення секретності значення частоти дискреЦе означає, що модуль ДПФ представляється патизації FS може бути вибране таким, що відрізнярною функцією, а фаза - непарною функцією відється від цих значень. носно центрального відліку N/2+1. Наприклад, при Далі сигнал з IКM розбивають на секції, що не N=8 для амплітуд і фаз це відповідно означає: перекриваються, довжиною по N відліків у кожній А2=A8, А3=A7, А4=A6, 7 85189 8 j2=-j8 , j 3=-j7 , j 4=-j 6. Таблиця 1 Фізичний сенс має тільки перша половина гармонік. Друга половина гармонік обумовлена операцією дискретизації сигналу. Число рівнів округ- Якість стегосигналу по слухоУ блоці 5 кодування фази здійснюють кодулення фаз R вому сприйняттю вання фази таким чином. По-перше відбирають 1 Неприйнятна тільки найбільш значні гармоніки. Відбір гармонік 2 Дуже погана здійснюють згідно з алгоритмом 1) або 2) як вказа4 Погана но вище. Підвищення рівня Аriv в алгоритмі 1) або 8 Задовільна зменшення числа К в алгоритмі 2) дозволяє під16 Відмінна, розходжень немає вищити стійкість прихованої інформації до шумів в 32 Відмінна, розходжень немає каналі передачі. Це пояснюється тим, що чім більше амплітуда гармоніки сигналу, тим менш При R=1 всім заокруглюваним фазам приписувплив шумів на фазу цієї гармоніки. Шляхом регується одне і теж значення, наприклад, 0 радіан. лювання рівня Аriv (числа К) можливо керувати Якість стегосигналу при цьому є неприйнятною. стійкістю прихованої інформації. При R=2 стегосигнал істотно відрізняється по Однак при підвищенні рівня Аriv (зменьшення слуховому сприйняттю. Рівні округлення в цьому К) зменшується кількість вкладеної інформації. випадку приймають одне із двох значень +p/2 або При К=N/2-1 (Аriv=0) кількість вкладеної інформації p/2. буде максимальна, проте стійкість її до завад у При R=4 розходження між стегосигналом і виканалі буде найменша. хідним сигналом-носієм зменшується, однак розПозначимо вектор сукупності номерів гармонік ходження легко виявляється. Рівні округлення в з найбільш значними амплітудами у поточної секцьому випадку приймають значення ±p/4 або ції через I. Наприклад, як проілюстровано Фіг.3 ±3p/4. для випадку N=8, вектор I буде дорівнювати: I=[2, При R=8 розходження між стегосигналом і ви3], оскільки пороговий рівень перевішують дві гархідним сигналом ще більше стирається, однак при моніки A2 і A3. Постійна складова A1 в алгоритмі не уважному прослуховуванні ще виявляється. Рівні застосовується. округлення в цьому випадку приймають значення Значення фаз гармонік із номерами і, що на±p/8, ±3p/8, ±5p/8, або ±7p/8. Значення R=8 може лежать до вектору I, округляють до найближчого використатися, наприклад, у теле фонних каналах дозволеного значення фази: з невисокою якістю передачі. Нарешті, при R=16 розходження між стегосигj 'i = RoundR [j i ], i ÎI. налом і вихідним сигналом по слуховому сприйняттю стирається взагалі. Принаймні, за допомогою звичайної аудіоапаратури таке розходження ' - округлені значення фаз; RoundR[ ] Тут j i вловити не вдається. При 16 рівнях округленні операція округлення значення фази до найближзначення фази округляється до одного з дозволечого дозволеного рівня; R - число рівнів округленних значень: ня. ±p/16, ±3p/16, ±5p/16, ±7p/16, ±9p/16, ±11p/16, Перший відлік ДПФ із номером і=1 фізично яв±13p/16, ±15p/16. ляє собою постійну складову з нульовою фазою, При подальшому збільшенні R стегосигнал ще тому його залишають без змін. Дозволені рівні більше наближається до вихідного сигналу. Варіокруглення фаз розподіляють рівномірно із кроком ант R=32 може використовуватися в спеціальних 2p/R. Положення рівнів округлення для різних знадодатках при роботі із прецизійною апаратурою. чень R проілюстровані на Фіг.4. При 32-х рівнях округленні значення фази округЧисло рівнів округлення R вибирають виходяляється до одного з наступних дозволених значи з вимог близькості по звучанню звукового сигчень: налу-носія без вкладеної інформації й стегосигна±p/32, ±3p/32, ±5p/32, ±7p/32, ±9p/32, ±11p/32, лу, тобто сигналу із вкладенням приховуваної ±13p/32, ±15p/32, інформації. Експериментально встановлено, що ±17p/32, ±19p/32, ±21p/32, ±23p/32, ±25p/32, при збільшенні числа рівнів округлення сигнал з ±27p/32, ±29p/32, ±31p/32. округленням фази наближається по звучанню до На Фіг.5 проілюстровані дозволені рівні округсигналу-носія без вкладеної інформації. Експертні лення фаз для R=2, 4, 8 і 16. слухові тести дають результати, яки відбиті в табДля більшості практичних додатків приймають лиці 1. число рівнів округлення фази R=8 або R=16, однак Тут під якістю стегосигналу розуміють ступінь може бути використані й більші значення R, що його близькості по слуховому сприйняттю до звупідвищує якість стегосигналу. Однак у разі підвикового сигналу-носія. щення R зменшується завадостійкість вкладеної інформації. Далі в тім же блоці 5 округлені фази з номерами iÎI складають із масштабованими відліками приховуваного сигналу hj. Тут індекс j - це номер поточного відліку прихованої інформації. Відліки приховуваного сигналу по амплітуді мають не перевищува ти одиниці, тобто |hj|£1. У 9 85189 10 ня К або рівня Аriv тобто кількість вкладеної результаті цього кодовані фази приймають інформації обмінюється на стійкість. наступні значення: 5. Вбудовування додаткової інформації здійснюється в потоковому режимі, тобто немає необхідності накопичування всього сигналу-носія для (1) ji' = Round R ji + phi / R, i Î I. подальшої обробки. 6. Стегосигнал може бути переданий як через Приховуваний сигнал h умножають на коефіціцифровий, так і аналоговий канал. єнт p/R внаслідок чого всі складові phjIR у формулі Стегосигнал передають по каналу передачі (1) не перевищують половини відстані між сусідніякий включає в себе стандартні операції перетвоми дозволеними рівнями округлення фаз. рення сигналів: цифро-аналогове перетворення, Дана вимога дозволяє відокремити приховумодуляцію/демодуляцію, тощо. Також сигнал може ваний сигнал від фази сигналу-носія в стегодекобути переданий у вигляді стандартного звукового дері. файлу з розширенням .wav по комп'ютерним меЯкщо приховувана інформація являє собою режам, або для запису на оптичних чи магнітних цифрові дані, то амплітуди двійкових відліків виносіях інформації. бирають рівними: Далі розглянемо процес обробки сигналу при h=-1/2 для подання нульового біта й декодуванні. h=+1/2 для подання одиничного біта. У загальному плані процес декодування виПотім фазам з номерами N-i+2 привласнюють глядає таким чином. У блоку 12 дискретизації та інвертовані значення фаз із номерами i: формування секцій формують секції звукових відліків прийнятого сигналу кожна довжиною по N відліків. Частоту дискретизації та довжину секції N j'N- i+ 2 = -ji' ддл уусіхi Î I. приймають тими же, що й у ключі 8 в стегокодері. Начало секції визначають шляхом синхронізації Наприклад, для І=[2, 3]: секцій. Детальніше процес синхронізації пояснюється нижче. В блоці 13 обчислення ДПФ формують спектj '8 = -j '2 , j '7 = -j '3 . ральні відліки ДПФ, кожний з котрих характеризується модулем та фазою. Як і в стегокодері для Дана операція необхідна для того, щоб відноприскорення обчислень застосовують алгоритм вити непарний характер фазової послідовності. ШПФ. Далі визначають гармоніки з максимальною Інші відліки фаз залишають незмінними. У резульамплітудою, тобто відбирають К найбільших по таті такого перетворення кодована послідовність амплітуді гармонік або визначають гармоніки ампфаз зберігає вид непарної функції відносно крапки літуда яких перевищує рівень Аriv. Фазу ци х гармоΝ/2+1. нік декодують у блоці 14. Виділену прихован у інМодулі відліків ДПФ залишають незмінними. формацію також використають для встановлення Позначимо нову послідовність спектральних відлісинхронізації секцій у петлі зворотного зв'язку. & ків з кодованими фазами через S' . Спочатку розглянемо обробку секцій за умови У блоці 6 формують вихідну секцію шляхом точної синхронізації. Усі секції обробляють однаобчислення ЗДПФ послідовності спектральних ково по алгоритму (Фіг.6) таким чином. У блоці 12 & & формують послідовність N відліків прийнятого сигвідліків S' : s' = ЗДПФ S' . Отримана послідовність налу. У разі застосування цифрового каналу та s' носить дійсний характер, оскільки модулі посліпередавання по ньому безпосередньо цифрових & ' являють собою парну функцію, а фази довності S відліків операція дискретизації у блоку 12 відсутня. - непарну функцію. В блоці 15 обчислюють N-крапкове ДПФ: Алгоритм кодування секцій показаний на Фіг.5. Y=ДПФ(у). Для прискорення обчислень використоСигнал у на виході стегокодера формують вують алгоритм ШПФ. Кожний відлік Y представшляхом послідовного кодування секцій, як зазналяється своїм модулем А' і фазою j 'i . чено вище. Сигнал у являє собою стеганографичний сигУ блоці 14 визначають вектор I' гармонік з манал з наступними властивостями: ксимальними амплітудами аналогічно як це роби1. По своєму слуховому сприйняттю людиною лось у стегокодері. стегосигнал не відрізняється від вихідного сигналу, Декодування роблять по наступному алгоритмі що не містить вкладеної інформації. (Фіг.6). Фази гармонік j 'i , номери котрих належать 2. Розмір файлу із записом стегосигналу в точності збігається з розміром файлу сигналу без до вектору I', округлюють до найближчого дозвосхованої інформації. леного рівня округлення. Число рівнів округлення і 3. Вбудовування додаткової інформації в сигїхні положення приймають тими ж, що й у стегоконал-носій не пов'язане зі зміною його потужності, дері. Далі обчислюють відліки прихованого сигнатому навіть у паузах звукового сигналу приховувалу по формулі (2): на інформація не буде виявлятися. 4. Стегосигнал є стійким до аналогоR h'j = æ ji' - RoundR [j i ]ö, i ÎI'. (2) ç ÷ цифрового перетворення і шумів, що діють в канаpè ø лі передачі інформації. Необхідна стійкість стегосигналу забезпечується шляхом завдання значен ji' [ ] () 11 85189 12 Оскільки округлені значення фаз при декодуний раніше (Фіг.6). Якщо значення СКВ сигналу ванні приймають ті ж значення, що й округлені виділеного з цієї секції не набуває значення менш значення відповідних фаз при кодуванні, тобто встановленого рівня, наприклад, 0,3 (див. Фіг.8), то приймають рішення що значення t0 не є початком RoundR éj 'i ù = RoundR [ji ] , то з урахуванням співсекції і приймають нове значення t=t+Dt. Формують ê ú ë û секцію відліків у моменти часу, зсун уті на час Dt відношення (1) будемо мати: порівняно з попередньою секцію. Далі повторюють цей алгоритм до тих пір доки не буде досягнутий R мінімум значення СКВ. Синхронізація у разі мініh'j = æ j'i - RoundR[ji ]ö = h j. ç ÷ pè ø муму СКВ буде досягнута. Слід відмітити що конкретна реалізація і оптиЯкщо шуми в каналі передачі відсутні, то мізація алгоритму синхронізації може застосовувати відомі методи пошуку екстремумів і не є предh'j = h j . Наявність шумів в каналі приводить до метом детального розглядання у даному винаході. того, що сигнал h' відрізняється від убудованого Для перевірки можливості технічної реалізації сигналу h. пристрою й досягнення мети, що заявляється, Виділений схований сигнал h' подають на вибуло проведене моделювання роботи пристрою. хід 17 стегодекодера та використають для синхроМоделювання проводилося на персональному нізації секцій у петлі зворотного зв'язку. комп'ютері в середовищі математичного пакета Для виділення прихованої інформації необхідMatLab 7.01. У якості сигналу-носія використовуна синхронізація секцій, тобто знання початку секвався файл із музичним твором у форматі .wav. ції. На Фіг.7 проілюстровано поняття синхронізації Частота дискретизації рівнялася 22,05кГц, число секцій: а) положення секцій у стегокодері; б) полорозрядів квантування по амплітуді - 16. У якості ження секцій у стегодекодері у разі точної синхроінформації, що приховувалась, використовувався нізації; в) положення секцій у стегодекодері у разі .wav файл запису мовного сигналу з параметрами: порушення синхронізації. Часова довжина секції частота дискретизації - 8кГц, число розрядів при дорівнює NT. У разі точної синхронізації начало квантуванні - 16. Після кодування сигнал піддавасекцій у стегокодері та стегодекодері співпадають. вся впливу адитивного шум у з нормальним закоУ разі неналежної синхронізації секції у стегокоденом розподілу. Розмірність ДПФ приймалася рівної рі та стегодекодері зсунути на час t. Для синхроніN=256, число рівнів округлення фази R=8. зації необхідно отримати t=0. Пристрій не передЯкісні результати моделювання представлені бачає введення в сигнал будь-яких на Фіг.9 у ви гляді так званих амплітудно-фазових синхроімпульсів, проте дозволяє забезпечити синсузір'їв ДПФ. Тут під амплітудно-фазовим сузір'ям хронізацію наступним чином. ДПФ розуміють наступне. Як відомо, спектральні У разі неправильної синхронізації сигнал на відліки ДПФ являють собою комплексні числа. Повиході стегодекодера носить випадковий характер ложення кожної крапки на комплексній площині з розподілом амплітуд по рівномірному закону в задається відстанню від центра координат (або діапазоні (-1...+1). Середній квадрат відхилення модулем комплексного числа) і кутом (або фазою (СКВ) сигналу від нульового рівня в цьому випадку комплексного числа). На Фіг.9 представлені сузір'я згідно з формулою обчислення СКВ випадкової за наступних умовах: величини з рівномірним законом розподілення а) порожній сигнал-носій, відношення сигпосягає значення навколо величини s=0,577. нал/шум в каналі передачі 20дБ, пороговий рівень СКВ сигналу у разі точної синхронізації приАriv=0; ймає значне менші значення. б) заповнений сигнал-носій, 40дБ, Аriv=0; Цей висновок повністю підтверджується рев) заповнений сигнал-носій, 20дБ, Аriv=1; зультатами моделювання. На Фіг.8 наведені граг) заповнений сигнал-носій, 20дБ, Аriv=0. фіки залежності СКВ від номеру відліку у разі На усіх графіках пунктиром показані лінії ріN=256. В крапках 0, N, 2Ν,3Ν... значення СКВ різко шень, яки розмежують комплексну площину на зменшується, проте в інших крапках СКВ коливасектори з кутом p/4. Якщо крапка попадає, наприється навколо значення 0,577. Слід відмітити, що клад, в сектор (0-p/4), то фаза гармоніки округлюспад СКВ відбувається дуже різко і вже в крапках ється до значення p/8. Відлік приховуваного сигвідмінних на ±1 від крапок глобальних мінімумів налу обчислюють далі по формулі (2). Наявність значення СКВ сягає середнього значення 0,577. шумів в каналі передачі призводить до зміщення Цей факт дозволяє встановити крапку початку положення крапки на комплексної площині відноссекції тобто синхронізацію секцій. Пристрій в проно до положення наданого у стегокодері. цесі встановлення синхронізації працює у такий Для порожнього сигналу-носія розподіл фази спосіб. У блоці 12 дискретизації і формування секкрапок має закон, близький до рівномірного цій здійснюють дискретизацію з підвищеною час(Фіг.9а). Такій же розподіл мають крапки у разі затотою, наприклад, у 10 разів більше FS. Підвищенповненого сигналу-носія, але при порушенні синня частоти дискретизації необхідно для того, що хронізації. не пропустити значення мінімуму СКВ. У такому При наявності приховуваного сигналу і встаразі інтервал дискретизації буде дорівнювати новлення синхронізації розподіл крапок набуває Dt=T/10. Позначимо начальний час t=t0. Далі у регулярності. У разі високого відношення с/ш блоці 12 формують секцію з N відліків через інтер(40дБ) крапки групуються навколо округленого вал дискретизації звукового сигналу T=1/FS. Секзначення фази (тобто середини сектору) з малою цію обробляють згідно з алгоритмом, який пояснедисперсією (Фіг.9б). 13 85189 14 При зниженні відношення с/ш до 20дБ дисперної кількості прихованих відліків: V=(кількість схосія крапок підвищується, причому для малих знаваних відліків інформації)/(загальна кількість чень амплітуд гармонік фазовий кут відхилення відліків сигналу-носія)´100%. Графіки побудовані більше ніж для гармонік з великою амплітудою для відношень сигнал/шум у каналі: 50дБ, 40дБ и (Фіг.9в), г). Це означає, що гармоніки з малою ам30дБ. Усі графіки побудовані за умови однакової плітудою (вони відображуються крапками ближче якості стегосигналу, яка визначається числом рівдо центру) піддаються більшому впливу шумів. нів округлення фази R=8. Залежність СКП-1 від V Стійкість відліків прихованого сигналу вбудованих свідчить, що збільшення приховуваної інформації в гармоніки з малою амплітудою менше. призводить до зменшення її стійкості. Графіки доЯкщо гармоніки з малою амплітудою не викозволяють по відомому відношенню сигнал/шум у ристовувати для приховування інформації, то моканалі отримати пару значень стійкість-кількість жливо обміняти кількість вбудованої інформації на приховуваної інформації і далі розрахувати знаїї стійкість. На Фіг.9в) показаний случай завдання чення Аriv по таблиці 2. Встановлений Аriv дозволяє порога Аriv=1. Порожнє коло із одиничним радіусом отримати значення кількості і стійкості інформації показує, що гармоніки з амплітудою менш ніж 1 не у оптимальному співвідношенні. Наприклад для використаються для приховування інформації. каналу з відношенням с/ш=40дБ і V=25% згідно з Кількісні результати моделювання роботи приграфіком на Фіг.10 маємо СКП-1 згідно з графіком строю відбиті у таблиці 2. на Фіг.10 маємо СКП -1=20. Тоді по таблиці 2 шляСтійкість приховуваної інформації вимірюється хом інтерполяції можемо знайти питоме значення як зворотна величина від середнього квадрату порогу: Аriv»0,75. помилки (СКП) виділеного прихованого сигналу в Таким чином, пристрій дозволяє отримати настегодекодері відносно сигналу, що був приховаступні технічні характеристики: ний у стегокодері. 1. Додаткова інформація приховано вбудується в звуковий сигнал-носій таким чином, що не Таблиця 2 піддається прослуховуванню людиною. Також енергетичний спектр сигналу з прихованою інфорСтійкість (СКП -1) при відношенні мацією не має ніяких наявних відзнак тому, що Аriv V, % сигнал/шум у каналі: додаткова інформація вбудовується у фаз у сигна50дБ 40дБ 30дБ лу і не впливає на потужність сигналу. 2. Кількість відліків додаткового сигналу, що 0,0 49,5 7,49 3,94 2,61 приховується коливається від 1 до N12-1 в розра0,1 44,1 18,3 5,63 2,78 хунку на N відліків сигналу-носія. 0,2 38,7 29,6 8,49 3,19 3. Регулюванням значень Аriv (або К) пристрій 0,5 27,5 56,8 17,8 5,18 дозволяє досягти оптимального співвідношення 1,0 16,4 95,7 31,8 9,45 кількості і стійкості приховуваної інформації згідно 2,0 7,5 183 60,8 19,1 з умовами використання пристрою та властивос3,0 4,5 272 93,4 26,3 тями каналу передачі. Перевірка працездатності і досягнення навеПояснення до таблиці 2. деного технічного ефекту на підставі використання Аriv - пороговий рівень амплітуди гармонік (у реальних звукових сигналів запевняють про можвідносних одиницях); ливість застосовування пристрою для прихованої V - відносна кількість відліків сигналу, що припередачі інформації у цифрових та аналогових ховується у відсотках до загальної кількості каналах радіозв'язку, наприклад, у радіотелефонвідліків звукового сигналу-носія. ній морської рухомої служби. На Фіг.10 показаний графік залежності стійкості приховуваної інформації, тобто СКП -1 від віднос 15 85189 16 17 85189 18 19 Комп’ютерна в ерстка О. Гапоненко 85189 Підписне 20 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601