Пристрій для прихованої передачі інформації у звукових сигналах

1. Пристрій для прихованої передачі інформації у звукових сигналах, що містить у тракті стегокодера блок обчислення дискретного перетворення Фур'є (7) і блок обчислення зворотного дискретного перетворення Фур'є (9), а в тракті стегодекодера - другий блок обчислення дискретного перетворення Фур'є (15), який відрізняється тим, що уведений блок кодування C2 1 3 сприйняттю людиною не відрізняється від вихідного сигналу-контейнера. Ключ задає інформаційні параметри алгоритму вбудовування інформації у звуковий сигнал. Стегосигнал з убудованою інформацією передається по відкритому каналі передачі 2. У каналі передачі здійснюється квантування стегосигналу за рівнем, що еквівалентно впливу перешкод у каналі передачі. У стегодекодері 3 здійснюється виділення вкладеної інформації з використанням інформаційного ключа. Техніка цифровий стеганографії використовується в багатьох інформаційних застосуваннях, зокрема, у системах секретного (потайливого) радіо зв'язку, цифрових водяних знаках (digital watermarking) і інших. Цей винахід відноситься до прихованої передачі інформації в складі звукових сигналів, представлених у цифровій формі. Відомий метод стеганографичного кодування й декодування по патентах США: [№2001/0053236 ΑΙ, МПК G06K9/00. Dec. 20, 2001. Audio or video steg-anography (Звукова й відео стеганографія), Rhoads. №2002/0176601 ΑΙ, ΜΠΚ G06K9/00. Nov. 28, 2002. Audio with hidden in-band digital data (Звук з убудованим у смугу цифровими даними), Rhoads. №6944298 В1, МПК Н03М7/00. Sep. 13, 2005. Steganographic encoding and decoding of auxiliary codes in media signals (Стеганографичне кодування й декодування додаткових кодів у медійних сигналах), Rhoads]. У зазначених патентах використовується метод вбудовування шумового сигналу у звуковий сигнал або зображення на рівні нижче людського сприйняття. Метод використовується для ідентифікації твору або захисту від несанкціонованого копіювання. Виявлення шумового сигналу роблять за допомогою погодженої фільтрації. Відомий метод по [патенту США №6208735, ΜΠΚ G09C5/0/0; 7/; H04L9/0/0. March 27, 2001. Secure spread spectrum watermarking for multimedia data (Секретні водяні знаки з розширенням спектра для мультимедійних даних), Cox, et al. ] Метод передбачає вбудовування водяного знака в компоненти спектра зображення або звукового сигналу. При цьому кожний водяний знак (нуль або одиниця) представляється випадковою послідовністю з нормальним законом розподілу довжиною 1000 відліків. Рівень амплітуд відліків водяного знака вибирають значно менше амплітуди компонент сигналу-носія таким чином, що секретний водяний знак не виявляється візуально й на слух. Детектування водяного знака здійснюють кореляційною обробкою. Відомий пристрій по [патенту США №2005/0144006 A1, Jim. 30, 2005, МПК G06K9/00]. Digital audio watermark inserting/detecting apparatus and method (Апаратура й метод вбудовування/детектування цифрових водяних знаків у звукових сигналах), Oh Hyen-O. Апаратура по даному патенту дозволяє приховано вбудовувати додаткову інформацію (цифрові водяні знаки) у звукові файли, представлені в 81951 4 стислому форматі MPEG. Цифрові водяні знаки у вигляді логічних нулів/одиниць уводяться в масштабуючи коефіцієнти. Звуковий файл у стислому виді передають по каналу передачі даних. При декодуванні водяний знак виділяють зі стислого потоку бітів. Даний метод дозволяє в стерео режимі вбудовувати/декодувати цифрові водяні знаки зі швидкістю до 6890біт/сек. Відомий пристрій по [патенті США №2005/0159831 A1, Jul. 21, 2005, МПК G06F17/00; G06K9/00]. Steganographic method for covert audio communication (Стеганографичний метод для прихованої передачі звуку), Gopalan et al. Даний метод передбачає розбивку звукового сигналу на фрейми тривалістю по 16мсек і вбудовування двох тонів частотою 1875Гц і 2625Гц для передачі нуля й одиниці відповідно. Для вибору амплітуд тонових частот використовують спеціальний алгоритм, заснований на обчисленні потужності фрейму. Описаний у патенті метод дозволяє приховано вбудовувати 2 біти інформації в кожний фрейм. Швидкість передачі приховуваної інформації становить 125біт/сек при частоті дискретизації звукового сигналу 16кГц. Найбільш близьким по технічній суті до пропонованого винаходу є метод потайливого вбудовування цифрової інформації у звуковий сигнал, описаний [у статті: W.Bender, D.Gruhl, N.Morimoto, A.Lu. Techniques for data hiding, IBM Systems Journal, Vol.35, Nos 3 & 4, 1996, pp.313336]. Описаний у статті метод при кодуванні містить у собі формування сегментів звукового сигналу, обчислення дискретного перетворення Фур'є для кожного сегмента, обчислення різниці фаз на суміжних сегментах, модифікацію фаз шляхом додавання значень (±p/2 залежно від біта, що вбудовується, і обчислення зворотного перетворення Фур'є. Отримані в даному методі швидкості для передачі приховуваного сигналу становлять від 8біт/сек до 32біт/сек залежно від звукового сигналу. При декодуванні метод припускає формування сегментів у тих же початкових крапках і обчислення ДПФ. Недоліком зазначених методів і пристроїв є мала швидкість передачі приховуваної інформації, що вбудовується в реальному часі у звуковий сигнал-контейнер. Або, інакше кажучи, недоліком є мала кількість інформації, що вбудовується, у перерахунку на один відлік сигналу-контейнера. Внаслідок цього дані методи й пристрої не дозволяють потайливо вбудовувати в реальному часі у звукове повідомлення-контейнер приховуване повідомлення у вигляді, наприклад, мовного сигналу. Метою цього винаходу є збільшення кількості інформації, що вбудовується у звуковий сигнал. Поставлена мета досягається тим, що в пристрій, що містить у тракті стегокодера блок обчислення дискретного перетворення Фур'є (ДПФ) і блок обчислення зворотного ДПФ (ЗДПФ), а в тракті стегодекодера - другий блок обчислення ДПФ, додатково уведений блок кодування фази й блок декодування фази, причому вхід блоку обчислення ДПФ тракту стегокодера підключений до джерела звукового сигналу, а вихід - до блоку 5 кодування фази, другий вхід якого підключений до джерела приховуваної інформації, а вихід приєднаний до блоку обчислення ЗДПФ, вихід якого підключений до каналу передачі, блок обчислення ДПФ тракту стегодекодера підключений своїм входом до виходу каналу передачі, а виходом приєднаний до блоку декодування фази, вихід якого є виходом схованої інформації. Пристрій дозволяє збільшити кількість приховуваної інформації у звуковому сигналіконтейнері. У кожну вибірку з N відліків сигналуконтейнера пристрій дозволяє вмонтувати до K=N/2-1 відліків приховуваної інформації. При цьому звуковий сигнал з убудованою інформацією не відрізняється по своєму звучанню від вихідного сигналу-контейнера. Таким чином пристрій дозволяє реалізувати потоковий режим вбудування інформації що приховується в сигналконтейнер з швидкістю відліків, яка встановлює майже половину від швидкості передавання відліків сигналу-контейнера. Перелік ілюстрацій. Фіг.1 - загальна схема стеганографичної системи. Фіг.2 - схема пристрою, що заявляється. Фіг.3 - часова діаграма, що пояснює принцип формування вхідних секцій звукового сигналу. Фіг.4 - алгоритм кодування вхідної секції. Фіг.5 - дозволені рівні округлення фаз. Фіг.6 - алгоритм декодування. Фіг.7 - часові діаграми звукових сигналів: а) порожній сигнал-контейнер; б) сигнал з прихованою інформацією. Фіг.8 - енергетичні спектри звукових сигналів: а) порожній сигнал-контейнер; б) сигнал з прихованою інформацією. Фіг.9 - амплітудно-фазові сузір'я ДПФ на комплексній площині: а) порожній сигналконтейнер; б) сигнал з прихованою інформацією за умови точної синхронізації; в) сигнал з прихованою інформацією при порушенні синхронізації. На Фіг.2 представлена схема пристрою, на якій позначені: 4 - вхід сигналу-контейнера, представленого у формі сигналу з імпульснокодовою модуляцією (ІКМ); 5 - вхід приховуваної інформації; 6 - стегокодер; 7 - перший блок обчислення ДПФ; 8 - блок кодування фази; 9 блок обчислення ЗДПФ; 10 - вихід стегокодера; 11 - вхід інформації секретного ключа; 12 - канал передачі; 13 - вхід стегодекодера; 14 - стегодеко дер; 15 – другий блок обчислення ДПФ; 16 - блок декодування фази; 17 - вихід схованої інформації. Пристрій працює в такий спосіб. На стегокодер подають звуковий сигналконтейнер з ІКМ, приховувану інформацію й секретний ключ. Приховувана інформація може являти собою відліки сигналу будь-якої фізичної природи: звук, зображення або цифрові дані. Ця інформація може бути попередньо піддана завадостійкому кодуванню або/і шифруванню. Секретний ключ використовують для підвищення криптографічного захисту. У стегокодері здійснюють вбудовування приховуваної 81951 6 інформації в сигнал-контейнер з використанням секретного ключа. На виході стегокодера формують стеганографичний сигнал (або простіше стегосигнал), що містить у собі сховану, додаткову інформацію, що, однак, не виявляється шляхом прослуховування. Іншими словами стегосигнал звучить також, як і сигнал без вкладення додаткової інформації, а також не містить у собі яких-небудь явних ознак про наявність такої інформації. Далі стегосигнал передають по відкритому каналі передачі. Під каналом передачі в цьому випадку розуміють будь-який носій цифрової інформації, наприклад, накопичувач на оптичному компакт-диску, магнітному носії, мережу Інтернет або радіоканал, що використовує передачу звуку в цифровій формі. У стегодекодері сигнал обробляють, використовуючи секретний ключ, і виділяють сховану інформацію. Більш докладно робота пристрою описується в такий спосіб. Послідовність відліків звукового сигналу, представлена цифровим сигналом з імпульсно-кодовою модуляцією, розбивають на секції, що не перекриваються, довжиною по N відліків у кожній секції. Число N являє собою розмірність перетворення дискретного перетворення Фур'є. Практичними значеннями N є значення 8, 16, 32, 64, 128, 256. Використання розмірності ДПФ, рівного ступеня 2, підвищує обчислювальну швидкість, не будучи при цьому принциповим. На Фіг.3 проілюстрований процес формування секцій при N=8. Формування секцій у загальному випадку починають не з першого відліку звукового сигналу, а з якого-небудь М-ого відліку. На Фіг.3 показаний випадок, коли М=3. Між суміжними секціями можуть бути також пропуски по L відліків. На Фіг.3 показаний випадок, коли L=1. У процесі кодування інформації в кожну секцію з N відліків вбудовують К відліків приховуваної інформації. При цьому обов'язково повинне виконуватися умова: К