| Starije izmjene na obje strane
Starija izmjena
Novija izmjena
|
Starija izmjena
|
racfor_wiki:tehnike_za_watermarking_audio_zapisa [2021/01/17 22:26]
mkovac Cijeli seminar |
racfor_wiki:tehnike_za_watermarking_audio_zapisa [2023/06/19 18:17] (trenutno)
|
| ===== Tehnike za watermarking audio zapisa ===== | ====== Tehnike za watermarking audio zapisa ====== |
| |
| ==== Uvod ==== | |
| | ===== Sažetak ===== |
| | //Watermarking// je stara metoda kojom su se sakrivale informacije na još vlažnom papiru. Večinom se koristi za zaštitu autorskih prava, intelektualnog vlasništva i zaštitu od krivotvorenja. Kod audio zapisa //watermarkovi// se u same podatke ugrađuju, pokušavajući postići kompromis između robusnosti na pokušaje brisanja ili promjene, i održavanja visoke kvalitete zvuka i neprimjetnosti promjena. Pri tome, različite metode su bolje u različitim primjenama, dok neke metode, kao metode raspršivanja spektra, su ranjiive na specifične promjene, druge metode, kao što su metode skrivanja odjeka, nisu dobre u očuvanju izvornog zvuka, dok treće metode generalno nemaju loše strane, ali se one javljaju kod specifičnih implementacija. |
| | |
| | |
| | ===== Uvod ===== |
| //Watermarking// je tehnika kod koje se neprimjetnom izmjenom određenog predmeta ili podataka, spremaju informacije o tom predmetu ili podacima. Najranija poznata uporaba takvih tehnika javlja se u Italiji, u 13. stoljeću, kada se mijenjala debljina još vlažnog papira, kako bi se određena poruka ili žig vidjeli pod određenom svijetlošću ili sjenom. Poznate koristi sličnih metoda su na novčanicamam, kako bi se zaštitile od krivotvorenja, tj. kako bi se krivotvorine lakše prepoznale, i na fotografijama.[4][7][8] | //Watermarking// je tehnika kod koje se neprimjetnom izmjenom određenog predmeta ili podataka, spremaju informacije o tom predmetu ili podacima. Najranija poznata uporaba takvih tehnika javlja se u Italiji, u 13. stoljeću, kada se mijenjala debljina još vlažnog papira, kako bi se određena poruka ili žig vidjeli pod određenom svijetlošću ili sjenom. Poznate koristi sličnih metoda su na novčanicamam, kako bi se zaštitile od krivotvorenja, tj. kako bi se krivotvorine lakše prepoznale, i na fotografijama.[4][7][8] |
| |
| Ovaj se rad fokusira na neke od tehnika koje se koriste za //watermarking// audio zapisa. | Ovaj se rad fokusira na neke od tehnika koje se koriste za //watermarking// audio zapisa. |
| |
| ==== Audio watermarking ==== | |
| | |
| | ===== Audio watermarking ===== |
| Kažemo da je **audio watermark** jedinstven, elektronički identifikator ugrađen u audio signal. Tipično se koristi za provjeru i/ili zaštitu vlasništva autorskih prava. Ugrađivanje nekog skrivenog signala ili //watermarka// u podatke u audio zapis potencijalno se može upotrijebiti za upravljanje pristupa, tj. upravljanje načinom korištenja samog audio zapisa. Međutim, dodavanjem dodatnih signala, ili izmjenom već postojećih, i uz sam koncept watermarkinga, javljaju se dodatni problemi i zahtjevi: | Kažemo da je **audio watermark** jedinstven, elektronički identifikator ugrađen u audio signal. Tipično se koristi za provjeru i/ili zaštitu vlasništva autorskih prava. Ugrađivanje nekog skrivenog signala ili //watermarka// u podatke u audio zapis potencijalno se može upotrijebiti za upravljanje pristupa, tj. upravljanje načinom korištenja samog audio zapisa. Međutim, dodavanjem dodatnih signala, ili izmjenom već postojećih, i uz sam koncept watermarkinga, javljaju se dodatni problemi i zahtjevi: |
| * __Neprimjetnost i kvaliteta__ - Neki ljudi smatraju da se originalni zvuk ne bi smio mijenjati i da treba još mnogo napredaka kako bi se smatralo to savršenim digitalnim zvukom, tj. rješenjem. Ljudski slušni sustav ne bi smio primjetiti, ili smije minimalno primjetiti, ugrađeni //watermark// signal, uz što bolje očuvanje početnog audio zapisa. | * __Neprimjetnost i kvaliteta__ - Neki ljudi smatraju da se originalni zvuk ne bi smio mijenjati i da treba još mnogo napredaka kako bi se smatralo to savršenim digitalnim zvukom, tj. rješenjem. Ljudski slušni sustav ne bi smio primjetiti, ili smije minimalno primjetiti, ugrađeni //watermark// signal, uz što bolje očuvanje početnog audio zapisa. |
| * Dodaje se šum koeficijentima enkodiranja - Podaci //watermarka// se dodaju koeficijentima enkodiranja kod transformacije. Ponekad, alternativno, koeficijenti se mijenjaju po (pristranoj) distribuciji pogreške. Obje metode su korištene u MPEG, AC3 i nekim drugim metodama. [1][2] | * Dodaje se šum koeficijentima enkodiranja - Podaci //watermarka// se dodaju koeficijentima enkodiranja kod transformacije. Ponekad, alternativno, koeficijenti se mijenjaju po (pristranoj) distribuciji pogreške. Obje metode su korištene u MPEG, AC3 i nekim drugim metodama. [1][2] |
| |
| === Metoda raspršivanja spektra === | |
| | |
| | ==== Metoda raspršivanja spektra ==== |
| Jedna od popularnijih metoda koja koristi frekvencijsku modulaciju izmišljenu u Njemačkoj za sigurnu, vojnu komunikaciju. Ona pokušava rasprišti signal koji prenosi //watermark// po cijelome zvučnom, frekvencijskom spektru, time pokušava imitirati nečujan //bijeli šum//. Za to koristi četiri različita signala: | Jedna od popularnijih metoda koja koristi frekvencijsku modulaciju izmišljenu u Njemačkoj za sigurnu, vojnu komunikaciju. Ona pokušava rasprišti signal koji prenosi //watermark// po cijelome zvučnom, frekvencijskom spektru, time pokušava imitirati nečujan //bijeli šum//. Za to koristi četiri različita signala: |
| * ''Originalni signal'' - Prenosi zvuk iz audio zapisa. | * ''Originalni signal'' - Prenosi zvuk iz audio zapisa. |
| Ova metoda ima još dodatna poboljšanja, kao na primjer, korištenjem percepcijskom maskiranja. Taj efekt se postiže istovremenim emitiranjem dva zvučna signala sličnih frekvencija(simultano maskiranje) ili emitiranjem jednog neposredno nakon drugog(vremensko maskiranje). Ljudsko uho nije osjetljivo na takve signale, tj. modifikacije zvučnog zapisa, pa se zbog toga taj fenomen koristi i u MP3 i sličnim formatima. Postoje i druga poboljšanja, međutim metoda raspršivanja spektra se kroz različita istraživanja pokazala dosta robusnom i korisnom, pa se iz tog razloga često koristi. Međutim, ovakve metode imaju specifičnu ranjivost na bilo kakvu modifikaciju vremenske domene, specifično, na vremenske pomake i frekvencijska skaliranja. [1][2][5] | Ova metoda ima još dodatna poboljšanja, kao na primjer, korištenjem percepcijskom maskiranja. Taj efekt se postiže istovremenim emitiranjem dva zvučna signala sličnih frekvencija(simultano maskiranje) ili emitiranjem jednog neposredno nakon drugog(vremensko maskiranje). Ljudsko uho nije osjetljivo na takve signale, tj. modifikacije zvučnog zapisa, pa se zbog toga taj fenomen koristi i u MP3 i sličnim formatima. Postoje i druga poboljšanja, međutim metoda raspršivanja spektra se kroz različita istraživanja pokazala dosta robusnom i korisnom, pa se iz tog razloga često koristi. Međutim, ovakve metode imaju specifičnu ranjivost na bilo kakvu modifikaciju vremenske domene, specifično, na vremenske pomake i frekvencijska skaliranja. [1][2][5] |
| |
| === Metode skrivanja odjeka === | |
| | |
| | ==== Metode skrivanja odjeka ==== |
| Kako je već spomenuto u uvodu, ljudsko uho teško detektira jeku, tj. ponavaljanje signala, ako se događa u dovoljno malom vremenskom okviru nakon izvornog signala. Različite metode su se razvile iz toga fenomena, ovaj rad se fokusira na metodu s jednim dodanim odjekom. [2] | Kako je već spomenuto u uvodu, ljudsko uho teško detektira jeku, tj. ponavaljanje signala, ako se događa u dovoljno malom vremenskom okviru nakon izvornog signala. Različite metode su se razvile iz toga fenomena, ovaj rad se fokusira na metodu s jednim dodanim odjekom. [2] |
| |
| == Metode s jednim dodanim odjekom == | |
| | |
| | === Metode s jednim dodanim odjekom === |
| Metode s jednim odjekom dodaje jedan signal jeke(odjeka) s pozitivnom amplitudom za svaki bit //watermarka//. Vrsta bita (0 ili 1), se prepoznaju s različitim vremenimam kašnjenja, jedno predstavlja "0", a drugo "1". Prema tome, za ugrađivanje //watermark// podataka u izvorni audio signal koriste se dvije jezgrene (kernel) funkcije, svaka od kojih sadrži diskretan vremenski impuls. Izvorni signal se dijeli na manje sekcije u vremenu i radi se konvolucija s jezgrenim funkcijama dane sekcije. Prvi impuls jezgrene funkcije kopira originalni signal, a drugi stvara jeku. Za svaku jezgrene funkciju koriste se različite amplitude i kašnjenja. Primjer funkcija dan je na sljedećoj slici: | Metode s jednim odjekom dodaje jedan signal jeke(odjeka) s pozitivnom amplitudom za svaki bit //watermarka//. Vrsta bita (0 ili 1), se prepoznaju s različitim vremenimam kašnjenja, jedno predstavlja "0", a drugo "1". Prema tome, za ugrađivanje //watermark// podataka u izvorni audio signal koriste se dvije jezgrene (kernel) funkcije, svaka od kojih sadrži diskretan vremenski impuls. Izvorni signal se dijeli na manje sekcije u vremenu i radi se konvolucija s jezgrenim funkcijama dane sekcije. Prvi impuls jezgrene funkcije kopira originalni signal, a drugi stvara jeku. Za svaku jezgrene funkciju koriste se različite amplitude i kašnjenja. Primjer funkcija dan je na sljedećoj slici: |
| |
| Također, postoje i metode više odjeka, koje pokušavaju zaobiči neke probleme metoda s jednim odjekom, ali one daju slične rezultate i probleme kod glazbenih audio zapisa.[1][2] | Također, postoje i metode više odjeka, koje pokušavaju zaobiči neke probleme metoda s jednim odjekom, ali one daju slične rezultate i probleme kod glazbenih audio zapisa.[1][2] |
| |
| === Metode watermarkinga niskim frekvencijama === | |
| | |
| | ==== Metode watermarkinga niskim frekvencijama ==== |
| Ove metode dijele određene sličnosti s metodama rasprišvanja spektra, ali koriste ugrađivanje signala niskih frekvencija u izvorne signale. | Ove metode dijele određene sličnosti s metodama rasprišvanja spektra, ali koriste ugrađivanje signala niskih frekvencija u izvorne signale. |
| Kod ugrađivanja, izvorni se signal dijeli u segmente koji sadrže po ''N'' uzoraka. Generira se pseudo slučajan niz diskretnih vrijednosti -1 i 1, koje se koriste kao //**ključ**// //watermarka//. Pseudo slučajan ključ se tada oslabljuje predodređenom faktorom i modulira segmentom izvornog audio signala. Rezultat toga propušta se kroz niskopropusan Hammingov (Prozorni) filter i dodaje segmentu izvornog signala. Time dobivamo, nečujni audio //watermark//. Nakon što se postupak provede za svaki segment, dobiva se //watermarkan// audio zapis. | Kod ugrađivanja, izvorni se signal dijeli u segmente koji sadrže po ''N'' uzoraka. Generira se pseudo slučajan niz diskretnih vrijednosti -1 i 1, koje se koriste kao //**ključ**// //watermarka//. Pseudo slučajan ključ se tada oslabljuje predodređenom faktorom i modulira segmentom izvornog audio signala. Rezultat toga propušta se kroz niskopropusan Hammingov (Prozorni) filter i dodaje segmentu izvornog signala. Time dobivamo, nečujni audio //watermark//. Nakon što se postupak provede za svaki segment, dobiva se //watermarkan// audio zapis. |
| Za razliku od metoda skrivenih odjeka, ove metode ne dovode do specifičnih problema kod glazbenih zapisa, a njihova robusnost u generalnom je slučaju vrlo visoka. Međutim, kod specifičnih implementacija ovakvih metoda mogu se javiti različite ranjivosti na specifične modifikacije audio signala, čime se //watermarkovi// mogu izbrisati. [2] | Za razliku od metoda skrivenih odjeka, ove metode ne dovode do specifičnih problema kod glazbenih zapisa, a njihova robusnost u generalnom je slučaju vrlo visoka. Međutim, kod specifičnih implementacija ovakvih metoda mogu se javiti različite ranjivosti na specifične modifikacije audio signala, čime se //watermarkovi// mogu izbrisati. [2] |
| |
| ==== Zaključak ==== | |
| | ===== Zaključak ===== |
| Možemo vidjeti da u današnje vrijeme velika je potražnja za mehanizmima očuvanja autorskih prava i intelektualnog vlasništva. Specifično kod audio zapisa, ne postoji savršeno rješenje, ali možemo vidjeti da su nam različite metode korisne u različitim situacijama. Od tri različitih vrsta metoda koje su spomenute u ovome radu, vidimo da svaka ima svoje prednosti i nedostatke. Najveći izazovi javljaju se kod napada modifikacijom vremenske skale, koji uzrokuju probleme sinkronizacije, a time i oporavka //watermarka//, na koje su specifično ranjive metode raspršenog spektra. Također, veliki izazov predstavlja postizanje dobrog kompromisa između robusnosti //watermarka// i neprimjetnosti dodanog signala. Ovo je specifično problem zato što ljudi zahtjevaju "čisti" zvuk, dok glazbena industrija želi zaštiti svoje intelektualno vlasništvo. Prema tome, vidimo da nema savršenih metoda koje rješavaju sve probleme, međutim ima metoda koje mogu se vrlo dobro primjenit u specifičnim slučajevima, s određenim kompromisima. | Možemo vidjeti da u današnje vrijeme velika je potražnja za mehanizmima očuvanja autorskih prava i intelektualnog vlasništva. Specifično kod audio zapisa, ne postoji savršeno rješenje, ali možemo vidjeti da su nam različite metode korisne u različitim situacijama. Od tri različitih vrsta metoda koje su spomenute u ovome radu, vidimo da svaka ima svoje prednosti i nedostatke. Najveći izazovi javljaju se kod napada modifikacijom vremenske skale, koji uzrokuju probleme sinkronizacije, a time i oporavka //watermarka//, na koje su specifično ranjive metode raspršenog spektra. Također, veliki izazov predstavlja postizanje dobrog kompromisa između robusnosti //watermarka// i neprimjetnosti dodanog signala. Ovo je specifično problem zato što ljudi zahtjevaju "čisti" zvuk, dok glazbena industrija želi zaštiti svoje intelektualno vlasništvo. Prema tome, vidimo da nema savršenih metoda koje rješavaju sve probleme, međutim ima metoda koje mogu se vrlo dobro primjenit u specifičnim slučajevima, s određenim kompromisima. |
| |
| |
| ==== Literatura ==== | |
| | ===== Literatura ===== |
| |
| [1] M. Hrnčár, J. Krajčovič [[https://core.ac.uk/download/pdf/8986876.pdf|Principles of Audio Watermarking]]. | [1] M. Hrnčár, J. Krajčovič [[https://core.ac.uk/download/pdf/8986876.pdf|Principles of Audio Watermarking]]. |
