Sistema de Ocultação de Dados em Áudio através de Técnicas...
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Sistema de Ocultação de
Dados em Áudio através de
Técnicas de Compactação e
Espalhamento Espectral
Luiz Diego [email protected]
Orientador: Aurélio Faustino Hoppe
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SUMÁRIO
1. Introdução
2. Problema e estado da arte
3. Solução proposta
4. Experimentos
5. Resultados
6. Conclusão
7. Extensões
8. Demonstração
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INTRODUÇÃO
- Histórico da esteganografia em áudio
- Utilizada durante a Segunda Guerra Mundial
- Relevância do tema
- Segurança e enriquecimento multimídia
-Aplicação da tecnologia
- Marcas d’água
- Interatividade na mídia
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PROBLEMA
Ocultar dados em áudio sem adicionar ruído excessivo em seu
espectro sonoro
ESTADO DA ARTE
- Last Significant Bit (LSB)
- Ocultação de dados no eco
- Espalhamento espectral
PROBLEMA E ESTADO DA ARTE
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LSB (Last Significant Bit)
- Usa o bit menos significativo do bloco de informação
PROBLEMA E ESTADO DA ARTE
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Ocultação de dados no eco
- Usa o conteúdo do áudio
PROBLEMA E ESTADO DA ARTE
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Espalhamento espectral
- Usa o conteúdo do áudio
PROBLEMA E ESTADO DA ARTE
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PROBLEMA E ESTADO DA ARTE
TRABALHOS RELACIONADOS
características / trabalhos relacionadosKobuszewski
(2004)
Cheng et al.
(2007)
Schütz
(2009)
Abdulla et al.
(2009)
linguagem de alto nível X X - -
algoritmos de compressão X - X -
robustez da técnica de esteganografia - X X X
alta capacidade de ocultação de texto - - X -
alta velocidade de processamento - X - X
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Técnica de espalhamento espectral
+
Módulo de compactação estruturado
com modelagem heurística
- Segurança
- Independência do arquivo físico
- Quantidade de informações ocultas
SOLUÇÃO PROPOSTA
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- Compatível com arquivos .WAV
- O sistema oculta 1 símbolo da mensagem a cada 11 segundos
- Utilização da Modulated Complex Lapped Transform (MCLT)
- Cada caractere da mensagem é escondido em diversas faixas
de freqüência
SOLUÇÃO PROPOSTA
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SOLUÇÃO PROPOSTA
- Modelo psicoacústico previne que variações bruscas de
energia sejam adicionadas ao áudio
- Módulo de extração Blind Detector
- Freqüências inaudíveis existentes no buffer analisado são
ignoradas durante o processo
- Coeficientes de decodificação para várias escalas de tempo e
freqüência
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- Utilização de um Filtro de Cepstrum
- Testes de correlação indicam a presença de dados ocultos
- Aquisição e rastreamento
SOLUÇÃO PROPOSTA
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SOLUÇÃO PROPOSTA
- Sistema de compactação baseado em algoritmo heurístico
- Substituição de preposições de uso comum e combinações de
letras por símbolos menores
- A utilização de nomes próprios no texto da marca d’água
prejudica a eficiência do método
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ADIÇÃO DA MARCA D’ÁGUA
Extrai informações Extrai amostras PCM
Valida áudio
Calcula quantidade de janelas
Compacta mensagem
Texto compactado
Existem
blocos à
processar?
Modula caracteres da
mensagem em “chips”
Existe variação
brusca de energia
no bloco?
Processa bloco de áudio e
gera os coeficientes MCLT
Calcula MCLT inverso, gerando
a amostra no domínio tempo
Blocos
processados >
Blocos por
janelas?
Armazena valores modificados
do bloco de áudio
Altera coeficiente MCLT de acordo
com os “chips” do caractere
Array de valores PCM
Converte valores PCM em
amostras de 16 bits
Cria Arquivo
.WAV
Arquivo .WAVMensagem secreta
Sim
Não
Não
Sim
Não
Próxima Janela
Sim
Extrai informações Extrai amostras PCM
Valida áudio
Calcula quantidade de janelas
Compacta mensagem
Texto compactado
Existem blocos
à processar?
Modula caracteres da
mensagem em “chips”
Existe variação
brusca de energia
no bloco?
Processa bloco de áudio e
gera os coeficientes MCLT
Cria Arquivo .WAV
Arquivo .WAVMensagem secreta
Não
Não
Sim
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EXTRAÇÃO DA MARCA D’ÁGUA
Extrai informações Extrai amostras PCM
Valida áudio
Gera coeficientes de
decodificação em escalas
Existem blocos
à processar?
Modo atual – Procurando
marca d’água
Processa bloco de áudio e gera
os coeficientes MCLT
Arquivo .WAV
Sim
Não
Não
Aplica Filtro CepstrumIdentifica freqüências
inaudíveis no bloco processado
Buffer de
processamento
de blocos
Sim
Marca d’água
detectada
Marca d’água não
detectada
Modo Atual?
Busca Detecção
Procurando Detectando
Reúne buffer
caracteres ocultos
Descompacta
mensagem
Soma das 3 últimas
correlações úteis >
Limiar de detecção
da marca d’água
Armazena os valores situados na faixa de freqüência
[audíveis] onde a marca d’água pode estar
Realiza correlações entre os valores do buffer, em
todas as escalas de tempo e frequência
Correlação útil – Maior correlação encontrada
Extrai informações Extrai amostras PCM
Valida áudio
Gera coeficientes de
decodificação em escalas
Existem blocos à
processar?
Modo atual – Procurando marca
d’água
Processa bloco de áudio e gera os
coeficientes MCLT
Arquivo .WAV
Sim
Não
Aplica Filtro CepstrumIdentifica freqüências inaudíveis no
bloco processado
Reúne buffer
caracteres ocultos
Descompacta
mensagem
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EXPERIMENTO 1
- Adição da mensagem “Teste de esteganografia” em amostras
de áudio
- Quantidade de arquivos de áudio analisados: 20
- Utilizada a ferramenta PQevalAudio (P. Kabal, 2002) na
avaliação
- Gera notas ODG (Objective Difference Grade)
- Valores variam de -4.0 até 0
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EXPERIMENTO 1
TESTES DE QUALIDADE E FIDELIDADE
Áudio Autor / Música% de fidelidade da
marca extraídaODG Texto extraído
1Black Sabbath
“Paranoid”95% 0 Teste de esteganografi
2Black Sabbath
“Iron Man”100% 0 Teste de esteganografia
3Bob Marley
“Buffalo Soldier”100% -1.195 Teste de esteganografia
4Bob Marley
“Could You Be Loved”100% -1.459 Teste de esteganografia
5Bob Marley
“Is This Love”100% -0.87 Teste de esteganografia
6Bob Marley
“No Woman No Cry”100% -0.032 Teste de esteganografia
7Elvis Presley
“Good Luck Charm”90% -1,645 Teste de esteganogra
8Elvis Presley
“It's Now or Never”100% -1,65 Teste de esteganografia
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RESULTADOS
- 80% Detecção da marca d’água, sem ruído excessivo- 37,5% Perfeito (ODG = 0)
- 37,5% Muito bom (ODG >= -1)
- 25% Aceitável (ODG >= -1.5)
- 20% Detecção da marca d’água com problemas ou
presença de ruído excessivo
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EXPERIMENTO 2
- Transmissão pelo ar
- Adição da mensagem “Informação secreta” no áudio 1
- Reprodução : dispositivo móvel
- Recepção : microfone conectado ao computador
- Nota ODG do arquivo gerado: -3.9
- Taxa de fidelidade da marca d’água extraída: 100%
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DISCUSSÃO DE RESULTADOS
TRABALHOS RELACIONADOS
características / trabalhos relacionadosKobuszewski
(2004)
Cheng et al.
(2007)
Schütz
(2009)
Abdulla et al.
(2009)
Aquino
(2011)
linguagem de alto nível X X - - X
algoritmos de compressão X - X - X
robustez da técnica de esteganografia - X X X X
alta capacidade de ocultação de texto - - X - X
alta velocidade de processamento - X - X -
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CONCLUSÃO
Eficiência computacional de projetos
esteganográficos experimentais
+
Modelos robustos para ocultação
de dados em áudio
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EXTENSÕES
- Tornar o sistema compatível com o formato de áudio MP3
- Criação de um canal de comunicação seguro, através do envio
e recepção do conteúdo sonoro por ondas de rádio
- Geração de selos que comprovem a legitimidade das músicas
adquiridas via sistemas virtuais
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PUBLICAÇÕES
AES Brasil 2011 (18/05/2011)
- AQUINO, Luiz D.; HOPPE, Aurélio F.; BRANDT, Paulo R..
Sistema de ocultação de dados em áudio através de técnicas de
compactação e espalhamento espectral. In: CONGRESSO DE
ENGENHARIA DE ÁUDIO, 9., 2011. Anais... São Paulo: R.R.A.
Faria, 2011. p. 128-131.
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DEMONSTRAÇÃO
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OBRIGADO